JP2007016683A - エンジンの吸気圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンの吸気圧力を過渡時でも高精度に検出できるようにした。
【解決手段】
スロットル弁を通過する吸気流量を算出し、該吸気流量に基づいて前記吸気圧力を算出する第１の演算方式と、エンジンの吸気系をモデル化し、コレクタ部内の状態を気体の状態方程式で表しつつ前記吸気圧力を算出する第２の演算方式と、でそれぞれ吸気圧力を演算し、これら複数の演算方式で演算された吸気圧力のうち、小さい方の値を吸気圧力検出値として選択するようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、エンジンの吸気管コレクタ部の吸気圧力を検出する装置に関する。

特許文献１には、エアフロメータで検出した吸気流量（質量流量）を加重平均して充填効率を得る技術が開示されている。
また、特許文献２には、コレクタ部内の状態を気体の状態方程式を変形した漸化式からエアフロメータの計測値とその前回値から過渡時においても充填効率を演算する技術が開示されている。
また、特許文献３には、吸気系をモデル化し、エアフロメータで検出した質量流量と、シリンダ部の体積流量を、コレクタ部における状態方程式によって収支演算を行う方法が開示されている。
また、特許文献４、特許文献５では、エアフロメータの他、吸気圧センサを併用する方法が開示されている。
特開平２−２２７５２８号公報 特開平８−５０２１１３号公報 特開２００１−５００９１号公報 特開２０００−１６１１１３号公報 特開２００４−２６３５７１号公報

特許文献１では、加重平均の重み係数を、運転領域毎に設定しなければならず、物理現象をモデル化していないので、精度が悪く、特に始動時は、エアフロメータでの質量流量が０になっているため、正確に演算できなかった。
特許文献２では、スロットル部で流れが臨界になると流速が音速に達するため、上流に情報が伝達されなくなり、充填効率の演算精度が悪化していた。
特許文献３では、スロットル部での流れが臨界に達していてもスロットル部下流の状態を演算することができるが、逆に、臨界でないときでスロットル部の前後圧力比が１付近（非圧縮性流れ）では、シリンダの体積流量の演算誤差の影響が顕著に表れ、圧力演算値が大きな誤差になってしまうことが判明した。
特許文献４，５では、余分に吸気圧センサを用いるため、コスト高となり、また、吸気圧センサでの吸気圧検出値は、エンジンの間欠的な吸気と吸気管共鳴による圧力脈動や検出回路のフィルタの応答遅れによる外乱を含んでしまい、やはり精度悪化となる。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、簡易にして精度の高い吸気圧力さらには充填効率を求めることができることを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、前記スロットル弁を通過する吸気流量を算出し、該吸気流量に基づいてスロットル部下流のコレクタ部内の吸気圧力を算出する第１の演算方式と、前記吸気圧力をエンジンの吸気系をモデル化しつつ、コレクタ部内の状態を気体の状態方程式で表す第２の演算方式と、で演算するなど、複数の演算方式で演算された吸気圧力のうち、最小値を吸気圧力検出値として選択する構成とした。

第１の演算方式では、スロットル部前後の圧力比が小さい低負荷領域では、吸気圧力を高精度に演算できるが、前記圧力比が１に近づき臨界圧近傍に達する高負荷領域では、下流側の吸気圧力情報が伝わらず、臨界圧一定に固定されてしまい、正しく演算することができない。
第２の演算方式では、全負荷領域で吸気圧力を演算できるが、前記圧力比が減少するして低負荷になるほど、吸気圧力の高い側に演算誤差が増大する。

そこで本発明では、第２の演算方式では、第１の演算方式より吸気圧力の高い側に誤差を生じることに着目し、これら複数の演算方式で演算された吸気圧力のうち、最小の値を吸気圧力検出値として選択することで、段差を生じることなく、できるだけ高い精度を得ながら、全負荷領域で吸気圧力を演算することができる。

図１は、本発明に係るエンジン（内燃機関）の吸気系を含む構成の概要を示す。
エンジン１の吸気通路２は、上流側から吸気を浄化するエアクリーナ３、吸気流量を質量流量で計測するエアフロメータ４、通路断面積を変化させて吸気流量を制御する電子制御式のスロットル弁５、コレクタ部６、各気筒の吸気ポート７、吸気バルブ８を備え、吸気は、該吸気通路２を通って各気筒のシリンダに流入する。

前記各気筒の吸気ポート７（もしくは燃焼室内）には、燃料噴射弁８が設けられ、該燃料噴射弁８は、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）２０からの制御信号によって駆動される。これにより、燃料噴射量が制御され、燃焼室内で吸入空気との混合気が、点火栓９により点火され燃焼する。
前記エアフローメータ４の他、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ１０、スロットル弁５の開度を検出するスロットルセンサ１１、吸気温度Ｔを検出する吸気温センサ１２等が設けられ、これらのセンサ類で検出された信号は、前記ＥＣＵ２０に入力される。

そして、前記ＥＣＵ２０は、前記コレクタ部６内の吸気圧力を検出し、さらに、該吸気圧力に基づいてシリンダ吸入空気量（充填効率）を算出して、該充填効率に応じた燃料噴射量を算出し、前記燃料噴射弁８を駆動して燃料噴射制御している。
ここで、前記吸気圧力の検出として、前記スロットル弁５を通過する吸気流量を算出し、該吸気流量に基づいてスロットル部下流のコレクタ部６内の吸気圧力を算出する第１の演算方式と、前記吸気圧力をエンジンの吸気系をモデル化しつつ、コレクタ部内の状態を気体の状態方程式で表しつつ演算する第２の演算方式と、で演算し、これら複数の演算方式で演算された吸気圧力のうち、最小の値を吸気圧力検出値Ｐｅとして選択する。

以下に、前記ＥＣＵ２０により実行される制御について説明する。
図２は、上記吸気圧力Ｐｅ検出のフローを示す。
ステップＳ１では、前記第１の演算方式で吸気圧力を演算する。
ステップＳ２では、前記第２の演算方式で吸気圧力を演算する。
そして、ステップＳ３で、上記第１の演算方式で演算された吸気圧力Ｐｅ１と、第２の演算方式で演算された吸気圧力Ｐｅ２の大小を比較し、Ｐｅ１＜Ｐｅ２のときは、ステップＳ４へ進んでＰ１を最終の吸気圧力検出値Ｐｅとして選択し、Ｐｅ１≧Ｐｅ２のときは、ステップＳ５へ進んでＰｅ２を最終の吸気圧力検出値Ｐｅとして選択する。

次に、上記第１の演算方式による吸気圧力Ｐｅの演算を、図３のフローチャートにしたがって、説明する。
ステップＳ１１では、エアフローメータ４によって検出される吸気の質量流量をモル流量ｎ_inとして算出する。
ステップＳ１２では、スロットル開度ＴＶＯに基づいて、図４に示す特性マップを参照してスロットル開口面積Ａを算出する。

ステップＳ１３では、前記モル流量ｎ_inと前記スロットル開口面積Ａとに基づいて、スロットル弁の前後圧力比Ｐｅ／Ｐ₀の関数である流量係数ｆ（Ｐｅ／Ｐ₀）を算出する。

ステップＳ１４では、上記流量係数ｆ（Ｐｅ／Ｐ₀）の算出結果に基づいて、図５に示す特性マップを参照して圧力比Ｐｅ／Ｐ₀を算出する。ここで、該圧力比Ｐｅ／Ｐ₀は、前記流量係数ｆ（Ｐｅ／Ｐ₀）の逆関数Ｆとして算出したデータを、前記マップに割り付けてある。

具体的には、ノズルにおける一次元の流れの式により、次式が成立する。

よって、

＝ｆ（Ｐｅ／Ｐ₀）
で表される。
したがって、

として表される。
ステップＳ１５では、前記算出された圧力比Ｐｅ／Ｐ₀に、スロットル部上流側の大気圧Ｐ₀を乗じて吸気圧Ｐｅを算出する。

次に、上記第２の演算方式による吸気圧力の演算を説明する。
図６は、本演算方式のモデルシステムを示す。
概要を説明すると、エアフローメータ４によって検出されるスロットル弁を介してコレクタ部に流入する吸気流量ｎ_inと、エンジン回転速度Ｎｅによって算出されるシリンダへ流入する体積流量をコレクタ部内の吸気圧力Ｐｅ、大気温度Ｔ₀によって質量流量（モル流量）ｎ_outに変換し、前記コレクタ部へ流入するモル流量ｎ_inと、コレクタ部から流出するモル流量ｎ_outとの収支によって逐次変化するコレクタ部内の吸気圧力Ｐｅを算出するものである。
図７は、本演算方式による吸気圧力Ｐｅを演算するフローを示す。
ステップＳ２１では、エンジン回転速度Ｎｅを読み込む。

ステップＳ２２では、エンジン回転速度Ｎｅに基づいて、シリンダ吸入体積効率ηを、図８に示すマップから参照して設定する。この、シリンダ吸入体積効率ηは、エンジン回転速度Ｎｅに応じた吸気の慣性によって変化するが、予め実験で求めたデータを前記マップに割り付ける。
ステップＳ２３では、前記エンジン回転速度Ｎｅおよびシリンダ吸入体積効率ηに基づいて、次式によりシリンダ流量（体積流量）Ｑｃｙｌを算出する。

Ｑｃｙｌ＝Ｖ×Ｎｅ／１２０×η・・・(６)
Ｖ：エンジンの排気量
ステップＳ２４では、コレクタ部の吸気温度Ｔｃ（＝大気温度Ｔ₀）を読み込む。
ステップＳ２５では、エアフローメータ４によって検出されるコレクタ部へ流入する質量流量をモル流量ｎ_inとして算出する。

ステップＳ２６では、コレクタ部から流出し、シリンダに流入するモル流量ｎ_outを算出する。これは、前記(1)式で算出したシリンダ流入体積流量Ｑｃｙｌを、コレクタ部内の吸気圧力Ｐｅと吸気温度Ｔｃ（＝大気温度Ｔ₀）によってコレクタ内の空気密度が定まるので、次式のようにモル流量ｎ_outに換算される。
ｎ_out＝（Ｐｅ_(n-1)／Ｔ₀）×Ｑｃｙｌ
＝（Ｐｅ_(n-1)／Ｔ₀）×Ｖ×Ｎｅ／１２０×η・・・(７)
ただし、Ｐｅ_(n-1)は吸気圧力Ｐｅの前回算出値で、初期値は大気圧Ｐ₀である。大気圧Ｐ₀は、大気圧センサを設けて検出できるが、簡易的には、標準大気圧（７６０ｍｍＨｇ）を用いてもよい。

ステップＳ２７では、上記コレクタ部へ流入するモル流量ｎ_inとシリンダへ流入するモル流量ｎ_outとに基づいて、以下のように、逐次変化する吸気圧力Ｐｅを算出する。
コレクタ部内の気体（空気）の状態方程式は、次式で示される。
Ｐｅ×Ｖｃ＝ｎｃ×Ｒ×Ｔ₂・・・(８)
Ｖｃ：コレクタ部容積
ｎｃ：コレクタ部内の吸気モル量
Ｒ：ガス定数
コレクタ容積Ｖｃ、吸気温度Ｔｃ（＝Ｔ₀）一定とすると、吸気圧力Ｐｅの変化量ΔＰｅは、次式で示されるように、コレクタ内の吸気モル量ｎｃの変化量Δｎｃによって定まる。

ΔＰｅ＝Δｎｃ×Ｒ×Ｔ₀／Ｖｃ・・・(９)
演算時間間隔をΔｔとすると、前記Δｔ間でのコレクタ部内の吸気圧力変化量はＰ₂−Ｐ_2(n-1)、コレクタ部内のモル量ｎｃの変化量は、（ｎ_in−ｎ_out）×Δｔで表される。
したがって、次式が成立する。
Ｐｅ−Ｐｅ_(n-1)＝（ｎ_in−ｎ_out）×Δｔ×Ｒ×Ｔ₂／Ｖ_c
→Ｐｅ＝Ｐｅ_(n-1)＋（ｎ_in−ｎ_out）×Δｔ×Ｒ×Ｔ₂／Ｖ_c・・・(１０)
上記第２の演算方式において、機関バルブ(吸・排気バルブ)の可変に制御されるバルブタイミングをパラメータとして用いて吸気管圧力を演算たり、ＥＧＲ流量、蒸発燃料パージ流量、ブローバイガス流量等をパラメータとして含んで吸気管圧力を演算することもできる。

以上示した実施形態によれば、圧力比Ｐｅ／Ｐ₀が１に近づく高負荷域では、高圧側への演算誤差が増大する第２の演算方式に対し、第１の演算方式によって高精度に演算された吸気圧力が選択され、圧力比Ｐｅ／Ｐ₀が臨界圧近傍以下の低負荷域では、第１の演算方式ではスロットル部下流側の吸気圧力の減少がスロットル部に伝達されず正しい吸気圧力を演算できないのに対し、低負荷域でも吸気圧力Ｐｅを演算でき、かつ、演算誤差も減少する第２の演算方式による演算結果が選択されるので、全負荷域において、高精度な吸気圧力検出値Ｐｅを得ることができる。
そして、このようにして吸気圧力Ｐｅを演算更新しながら、シリンダに流入する吸気のモル流量（充填効率）ｎ_outを演算する。
このシリンダ吸入モル流量ｎ_outとして、例えば、以下のような２通りの演算方式がある。
第１の方式としては、
ｎ_out＝ｎ_in−ΔＰｅ・Ｖｃ／（Ｒ・Ｔ₀）
＝ｎ_in−（Ｐｅ−Ｐｅ_(n-1)）・Ｖｃ／（Ｒ・Ｔ₀）・・・(１１)
すなわち、エアフローメータで検出される流量ｎ_inを基準として、過渡時の差分を吸気圧力Ｐｅの差分ΔＰｅから算出する。
ことによって、過渡時でも高精度に算出でき、ひいては、燃料噴射量を高精度に制御できる。
この方式では、定常時は、ｎ_out＝ｎ_inであるため、誤差が入り込む余地がなく、また、過渡時は、圧力変化を用いるため、変化分の精度だけが問題となり、絶対値の誤差の影響が少ない。
第２の方式としては、
ｎ_out＝（Ｐｅ_(n-1)／Ｔ）×η×Ｖ×Ｎｅ／120・・・（１２）
これは、第２の演算方式では、演算過程で上記式（７）として表れる。
この方式は、エアフロメータ４の検出値を使用しないので、第１の方式より演算誤差が大きくなるが、第１の方式ではノイズや吸気脈動の影響を受けやすいのに対し、これらの影響を受け難い利点がある。
ところで、上記基本的な実施形態では、図９のａ部に示すように、第１の演算方式による算出値から第２の演算方式による算出値に切り換わる前の臨界圧近傍で、第２の演算方式で演算される吸気圧力Ｐｅが変化しない領域を生じ、状態で、この吸気圧力Ｐｅが選択される領域を生じてしまい、リニアリティが失われる。
具体的には、この吸気圧力Ｐｅを用いて、前記第１の方式でシリンダ吸入モル流量ｎ_outを算出する場合、過渡時の圧力変化による差分が０となり、第２の方式ではエンジン回転速度Ｎｅ一定では、ｎ_out一定となってしまう。
そこで、第２の実施形態では、スロットル部が臨界圧に近づくにつれて第２の演算方式で算出された（図５のマップで参照された）測定圧力比に対し、図１０に示すテーブルを参照し増大側に補正した出力圧力比を用いる。
このようにすれば、図１１に示すように、スロットル部が臨界圧に近づくにつれて増大補正された吸気圧力Ｐｅが選択されることにより、吸気圧力Ｐｅが一定となることなく、リニアリティを有しながら演算方式が切り換えられ、良好な運転性を確保できる。

ところで、コレクタ部内への吸気流量として、エアフロメータ４で検出された検出流量Ｑａをそのまま用いると、熱的な流量検出方式による遅れ、信号値を流量に変換することなどによる応答遅れや、吸気脈動、ノイズ等外乱の影響を受ける。吸気脈動やノイズに対しては、検出値を加重平均するなどのフィルタ処理を行って影響を抑制しているが、このようなフィルタ処理は、応答遅れをさらに大きくしてしまうという問題がある。
一方、エアフロメータの検出値を用いず、スロットル開度やエンジン回転速度など、空気流量以外のパラメータに基づいて、吸気流量をモデル流量Ｑｍとして演算することができ、変動を受けずに応答性は良いという利点があるが、モデル流量Ｑｍの精度は低下するという問題がある。

そこで、前記検出流量Ｑａおよびモデル流量Ｑｍの利点を融合するＭＳＦ（Model & Sensor value Fusion System）によってシステムのロバスト性（応答度合い）および変動要素の除去を高いレベルで両立させた理想流量Ｑを演算し、この理想流量Ｑをコレクタ部への吸気流量として用いることで、より、高精度にコレクタ部内の吸気圧力Ｐｅ、さらにはシリンダ吸入空気量（充填効率）を求めることができる。

図１２は、モデル流量演算を示すブロック図であり、スロットルモデル３１、シリンダモデル４１およびコレクタモデル５１を備えて構成される。
スロットルモデル３１は、大気圧、スロットル開度およびコレクタモデル５１により演算されたコレクタ部内の吸気圧力（コレクタ圧）に基づいて質量流量（モル流量）［ｍｏｌ／ｓ］を演算する。

シリンダモデル４１は、エンジン回転速度Ｎｅ、コレクタ部内の吸気圧力Ｐｅに基づいてシリンダに流入する吸気のモル流量［ｍｏｌ／ｓ］を演算する。
コレクタモデル５１は、スロットルモデル３１による質量流量と、シリンダモデル４１によるシリンダ流入モル流量とに基づいて現在の吸気圧力Ｐｅを演算する。コレクタモデル５１により演算した吸気圧力Ｐｅは、サイクリック計算を行うため次回の演算においては前回値としてスロットルモデル３１に入力される。

図１３は、スロットルモデル３１を示すブロック図である。
圧力比演算部３２は、コレクタモデル５１により演算された吸気圧力Ｐｅから大気圧Ｐ₀を除算することで圧力比（吸気圧力Ｐｅ／大気圧Ｐ₀）を演算する。
マッハ係数演算部３３は、マッハ係数検索テーブルを参照することで圧力比に応じたマッハ係数Ｍを検索する。マッハ係数検索テーブルは、圧力比が０〜０．５３ではマッハ係数Ｍが一定値（約０．５４）となり、圧力比が０．５３〜１．０では圧力比が大きくなるにつれマッハ係数Ｍが減少する。マッハ係数Ｍは、音速Ｃに対する流速ｕ（ｕ／Ｃ）を示す係数である。

音速演算部３４は、吸気温度Ｔ（絶対温度；Ｋ）、比熱比κおよびガス定数Ｒから音速Ｃ［ｍ／ｓ］を演算する（Ｃ＝√（κ×Ｒ×Ｔ））。
流速演算部３５は、マッハ係数Ｍに音速Ｃを乗算することで吸気通路９を流れる空気の流速［ｍ／ｓ］を演算する。
開口面積演算部３６は、開口面積検索テーブルを参照することでスロットル開度に応じた開口面積［ｍ²］を検索する。

体積流量演算部３７は、開口面積および流速を乗算することで体積流量［ｍ³／ｓ］を演算する。
モル密度演算部３８は、大気圧Ｐ₀をガス定数Ｒおよび吸気温度（＝大気温度）Ｔ₀で除算することでモル密度ｎ₀［ｍｏｌ／ｍ³］を演算する（ｎ₀＝Ｐ₀／（ＲＴ₀））。
質量流量演算部３９は、体積流量およびモル密度ｎ₀を乗算することでコレクタ１１に流入する空気流量、すなわち質量流量（モル流量）ｎ_in［ｍｏｌ／ｓ］を演算する。

以上のようにして、コレクタ部に流入するモル流量ｎ_in［ｍｏｌ／ｓ］をモデル流量Ｑｍとする。
図１４は、シリンダモデル４１を示すブロック図である。
効率演算部４２は、効率検索テーブルを参照することでエンジン１の回転数Ｎｅに応じた効率ηを検索する。効率検索テーブルは、エンジン回転数Ｎｅが所定値まで増加するに伴い効率ηが増加し、エンジン回転数Ｎｅが所定値以上になると効率ηが減少するように設定されている。

体積流量演算部４３は、エンジン排気量Ｖ、エンジン回転数Ｎｅおよび効率ηに基づいて体積流量［ｍ³／ｓ］を演算する（体積流量＝Ｖ×Ｎｅ／120×η）。
モル密度演算部４４は、吸気温度Ｔおよびコレクタ部内の吸気圧力Ｐｅ₁に基づいて、該吸気圧力Ｐｅをガス定数Ｒおよび吸気温度（＝大気温度）Ｔで除算することでモル密度ｎ₁［ｍｏｌ／ｍ³］を演算する（ｎ₁＝Ｐｅ₁／（ＲＴ））。

質量流量演算部４５は、体積流量およびモル密度ｎ₁を乗算することでコレクタ部から流出する吸気の質量流量（モル流量）ｎ_out［ｍｏｌ／ｓ］を演算する。
図１５は、コレクタモデル５１を示すブロック図である。
コレクタ圧演算部５２（コレクタモデル５１）は、スロットルモデル３１の質量流量演算部３９による質量流量ｎ_inと、シリンダモデル４１の質量流量演算部４５による質量流量（モル流量）ｎ_outとに基づいて気体の状態方程式からコレクタ部内の吸気圧力圧Ｐｅ₂を演算する。

吸気圧力Ｐｅ₂を演算する場合、気体の状態方程式はＰ×Ｖ＝ｎ×Ｒ×Ｔで与えられるため、これを吸気圧力Ｐｅ₂、コレクタ容積Ｖｃ、気体モル数ｎ、ガス定数Ｒおよび吸気温度Ｔ［絶対温度：Ｋ］とするとＰｅ₂×Ｖｃ＝ｎ×Ｒ×Ｔとなる。
これを演算周期である所定時間Δｔにおけるコレクタ部内の吸気圧力変化量ΔＰｅ₂は、ΔＰｅ₂＝Δｎ×Ｒ×Ｔ×Δｔ／Ｖｃとなる。吸気圧力変化量ΔＰｅ₂は、今回の吸気圧力Ｐｅ₂から前回の吸気圧力圧Ｐｅ_2(n-1)を引いた値である。Δｎは、演算周期Δｔにおけるコレクタ１１内の空気のモル流量変化量、すなわちコレクタ１１内に流入するモル流量ｎ_inからシリンダ２へ流出するモル流量ｎ_outを引いた値である（Δｎ＝ｎ_in−ｎ_out）。

従って、演算周期Δｔにおける気体の状態方程式をＰｅ₂について演算すると、Ｐｅ₂＝Ｐｅ_2(n-1)＋（ｎ_in−ｎ_out）×Δｔ×Ｒ×Ｔ／Ｖｃとなる。
なお、吸気通路９を流れる空気が準一次元定常等エントロピーである場合には、質量流量の演算値ｎ_in［ｋｇ／ｓ］は、スロットル弁の開口面積をＡとして次式に示すような流体力学の理論式にて演算可能である。そして、モル相当にして質量流量ｎ_in［ｍｏｌ／ｓ］を演算可能であるため、これをモデル流量Ｑｍとしてもよい。この場合、Ｐ_eをコレクタ圧とし、マッハ係数Ｍ（＝ｕ／Ｃ）が１未満の時（Ｍ＜１）には次式（１ａ）、マッハ係数Ｍが１の時（Ｍ＝１）には次式（１ｂ）により質量流量の演算値ｎ_inを演算する。

次に、上記理想流量Ｑを演算する処理について図１６のフローチャートを用いて説明する。なお、この処理は演算周期（例えば４ｍｓ）Δｔ毎に行われる。
ステップＳ３１では、エアフロメータ４で検出された検出流量Ｑａを読み込む。

ステップＳ３２では、上述したようにモデル流量Ｑｍを演算する。
ステップＳ３３では、検出流量Ｑａの変化量ΔＱａを演算する。検出流量変化量ΔＱａは、最新の検出流量Ｑａから前回の検出流量Ｑａｚを減算した値とする（ΔＱａ＝Ｑａ−Ｑａｚ）。
ステップＳ３４では、検出流量変化量ΔＱａの積分値ＩｎｔΔＱａを演算する。この積分値ＩｎｔΔＱａは、前回までの空気流量変化量積算値ＩｎｔΔＱａｚに所定の減衰定数Ｗを乗算した後、演算周期Δｔにおける空気流量変化量ΔＱを加算することで演算する（ＩｎｔΔＱａ＝ＩｎｔΔＱａｚ×Ｗ＋ΔＱａ）。なお、減衰乗数Ｗについての詳細は後述する。

ステップＳ３５では、モデル流量Ｑｍの変化量ΔＱｍを演算する。
ステップＳ３６では、モデル流量変化量ΔＱｍの積分値ＩｎｔΔＱｍを演算する。この積分値ＩｎｔΔＱｍは、前回までのモデル流量変化量積分値ＩｎｔΔＱｍｚに所定の減衰定数Ｗを乗算した後、演算周期Δｔにおけるモデル流量変化量ΔＱｍを加算することで演算する（ＩｎｔΔＱｍ＝ＩｎｔΔＱｍｚ×Ｗ＋ΔＱｍ）。

ステップＳ３７では、吸気流量の偏差Ｑｅを演算する。この偏差Ｑｅは、理想流量Ｑに対して理想的に変化する値であり、モデル流量変化量積分値ＩｎｔΔＱｍから検出流量変化量積分値ＩｎｔΔＱａを減算することで演算する（Ｑｅ＝ＩｎｔΔＱｍ−ＩｎｔΔＱａ）。
ステップＳ３８では、前記算する。この理想流量Ｑは、空気流量Ｑａに偏差Ｑｅを加算することで演算する（Ｑ＝Ｑａ＋Ｑｅ）。

図１７は、前記ステップＳ３５におけるモデル流量変化量ΔＱｍを演算するフローチャートである。
ステップＳ４１では、理想流量Ｑの前回値Ｑｚが所定の下限値以上であるか否か（Ｑｚ≧下限値）を判断する。前回値Ｑｚが下限値以上である場合（Ｑｚ≧下限値）には、ステップＳ４２へ進む。この下限値は、略ゼロに設定しておく。

ステップＳ４２では、理想流量Ｑの前回値Ｑｚと、モデル流量変化率、すなわちモデル流量変化量ΔＱｍをモデル流量の前回値Ｑｍｚで除算した値ΔＱｍ／Ｑｍｚとの乗算によりモデル流量変化量ΔＱｍを演算する（ΔＱｍ＝Ｑｚ×ΔＱｍ／Ｑｍｚ）。
一方、ステップＳ４１で前回値Ｑｚが下限値未満である場合（Ｑｚ＜下限値）には、ステップ１３へ進む。

ステップＳ４３では、理想流量Ｑの前回値Ｑｚをモデル流量変化量ΔＱｍにした後（Ｑｚ＝ΔＱｍｚ）、ステップＳ４２にてモデル流量変化量ΔＱｍを演算する（ΔＱｍ＝ΔＱｍｚ×ΔＱｍｚ／Ｑｍｚ）。
なお、ステップＳ４３において理想流量Ｑの前回値Ｑｚを空気流量変化量ΔＱａにした後（Ｑｚ＝ΔＱａ）、ステップＳ４２にてモデル流量変化量ΔＱｍを演算してもよい（ΔＱｍ＝ΔＱａ×ΔＱｍｚ／Ｑｍｚ）。

以上のようにモデル流量変化量ΔＱｍを演算した後は、前述のステップＳ４６以降の処理を行う。
以上のようにして演算された理想流量Ｑを、上記第１の演算方式および第２の演算方式において、コレクタ部内に流入する吸気流量ｎ_inとして用いることにより、エアフローメータ４の検出流量をそのまま用いるより、応答遅れや吸気脈動、ノイズ等外乱の影響が抑制され、過渡でもより精度の高い吸気圧力検出値Ｐｅを得ることができる。
なお、上記モデル流量の演算において、コレクタ部内の圧力として、圧力センサを設けてその検出値を使用するようにしてもよい。
また、上記理想流量Ｑを演算する代わりに、エアフロメータの検出値に対して、一次遅れの逆補正（進み補正）を行うようにしてもよく、遅れ要素を排除することができる。
また、本発明の他の実施形態として、上記エアフローメータ検出値を用いないモデル流量演算を第３の演算方式として、前記第１、第２の演算方式に加えるなど、３以上の演算方式によって、それぞれ演算した吸気圧力の中で、最小の値を選択する構成とした実施形態とすることもできる。
また、第１の実施形態同様に、第３の演算方式で演算した吸気圧力を、第１の演算方式で演算した吸気圧力を上限値として制限する構成としてもよく、第２、第３の演算方式以外の全負荷領域で吸気圧力を演算可能な演算方式で演算した吸気圧力を、第１の演算方式で演算した吸気圧力を上限値として制限する構成としてもよい。
また、第１の演算方式で演算した吸気圧力を上限値として制限する構成において、複数の演算方式による演算を全て行ってから演算値を比較して最小値を選択する代わりに、圧力比の臨界条件を境に演算方式を切り換える構成としてもよく、演算負荷を軽減できる。ただし、臨界条件の理論値をそのまま使用すると、切り換え時に段差がついてしまうので、流量変化の検出が可能な程度に、理論値（約０．５３）より大きい０．６程度の圧力比を切換判定値として設定することで、段差の発生も抑制できる。
さらに、最も簡易な実施形態として、全負荷領域で吸気圧力を演算可能な演算方式で演算した吸気圧力を、コレクタ部内の吸気圧力を検出するセンサの検出値を上限値として制限するような構成とすることもできる。

本発明に係るエンジン吸気系のシステム構成を示す図。 吸気圧力検出のメインルーチンを示すフローチャート。 第１の演算方式による吸気圧力Ｐｅの演算ルーチンを示すフローチャート。 スロットル開口面積の特性マップ。 流量係数の特性マップ。 第２の演算方式のモデルシステムを示す図。 第２の演算方式による吸気圧力Ｐｅの演算ルーチンを示すフローチャート。 シリンダ吸入体積効率の特性マップ。 基本的な実施形態における演算方式切り換え点近傍の状態を示す図。 測定圧力比に対し補正した出力圧力比の特性テーブル。 補正した出力圧力比を用いた場合の演算方式切り換え点近傍の状態を示す図。 モデル流量演算部による演算を示すブロック図。 スロットルモデルを示すブロック図。 シリンダモデルを示すブロック図。 コレクタモデルを示すブロック図。 理想流量演算処理を示すフローチャート。 モデル流量変化量を演算するフローチャート。

符号の説明

１ エンジン、
２ 吸気通路
４ エアフロメータ
５ スロットル弁
６ コレクタ部
８ 燃料噴射弁
９ 点火栓
１０ 回転速度センサ
１１ スロットルセンサ
１２ 吸気温センサ
２０ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）

Claims (13)

1. エンジン吸気管内のスロットル弁下流のコレクタ部内の吸気圧力を、それぞれ異なる演算方式で演算する複数の吸気圧力演算手段と、これら複数の吸気圧力演算手段で演算された吸気圧力のうち、最小の値を吸気圧力検出値として選択する吸気圧力選択手段と、を備えたことを特徴とするエンジンの吸気圧力検出装置。
2. エンジン吸気管のスロットル弁下流のコレクタ部内の吸気圧力を検出する装置であって、
   前記スロットル弁を通過する吸気流量を算出し、該吸気流量に基づいて前記吸気圧力を算出する第１の演算方式と、エンジンの吸気系をモデル化し、コレクタ部内の状態を気体の状態方程式で表しつつ前記吸気圧力を算出する第２の演算方式と、でそれぞれ吸気圧力を演算し、
   これら複数の演算方式で演算された吸気圧力のうち、小さい方の値を吸気圧力検出値として選択することを特徴とするエンジンの吸気圧力検出装置。
3. 前記第１の吸気圧力演算手段は、前記コレクタ部内へ流入する吸気の質量流量、前記スロットル弁の開度、前記スロットル弁上流側の圧力，温度とに基づいて、前記スロットル弁上流側の圧力とスロットル弁下流側のコレクタ部内の吸気圧力との圧力比を演算し、前記スロット弁上流側の圧力と前記圧力比とから前記吸気圧力を演算することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの吸気圧力検出装置。
4. 前記スロットル弁上流側の圧力，温度が、大気の圧力,温度であることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの吸気圧力検出装置。
5. 前記第１の吸気圧力演算手段は、前記演算された圧力比が小さいときにコレクタ部内の吸気圧力を増大する方向に補正することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載のエンジンの吸気圧力検出装置。
6. 前記第２の吸気圧力演算手段は、質量流量を含むパラメータを用いて吸気管圧力を演算することを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか１つに記載のエンジンの吸気圧力検出装置。
7. 前記第２の吸気圧力演算手段は、質量流量以外にエンジン回転速度を含むパラメータを用いて吸気管圧力を演算することを特徴とする請求項６に記載のエンジンの吸気圧力検出装置。
8. 前記パラメータに加えて、機関バルブの可変に制御されるバルブタイミングをパラメータとして用いて吸気管圧力を演算することを特徴とする請求項７に記載のエンジンの吸気圧力検出装置。
9. 前記第２の吸気圧力演算手段は、ＥＧＲ流量、蒸発燃料パージ流量、ブローバイガス流量等をパラメータとして含んで吸気管圧力を演算することを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか１つに記載のエンジンの吸気圧力検出装置。
10. 前記第１の吸気圧力演算手段は、質量流量を加重平均したパラメータを用いて吸気管圧力を演算することを特徴とする請求項３〜請求項９のいずれか１つに記載のエンジンの吸気圧力検出装置。
11. 前記質量流量は、センサによる検出値と、吸気管に介装されたスロットル弁を通過する流量演算値との合成値を用いることを特徴とする請求項３〜請求項１０のいずれか１つに記載のエンジンの吸気圧力検出装置。
12. 前記吸気管圧力選択手段は、吸気管の流れが臨界条件でないときは、前記第１の吸気圧力演算手段で演算される吸気管圧力を選択することを特徴とする請求項２〜請求項１１のいずれか１つに記載のエンジンの吸気管圧力検出装置。
13. 前記臨界条件は、臨界圧力比であって実質的に流量変化が検出可能な程度に臨界圧力比を理論値より大きい値として設定することを特徴とする請求項１２に記載のエンジンの吸気管圧力検出装置。

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