JP2008128123A - 内燃機関の空気量演算装置および燃料制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過渡時のシリンダ流入空気量を、応答遅れなく、且つ、流量変化に変極点を持たさないように計算し、所望の空燃比を維持できるようにする。
【解決手段】吸気スロットル部を通過する空気量検出手段と、スロットル開度から吸気スロットル部を通過する空気量の計算値を得る手段と、吸気スロットル部を通過する空気量の今回の値と、前回のフィルタリング値の差分にてフィルタリング行って吸気マニフォールド内に充填される空気量を除外してシリンダへ流入する空気量を得る手段と、空気量検出手段によって検出した空気量を基にした第一のフィルタと、空気量演算手段による空気量の計算値を基にした第二のフィルタと、機関の定常時には第一のフィルタ入力値と前回の出力値を選定し、機関の過渡時には、第二のフィルタ入力値と前回の出力値を選定する選定手段と、該選定値を入力する第三のフィルタと有し、第三のフィルタ出力をシリンダへ流入する空気量とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、自動車等の車両に用いられる内燃機関の空気量演算装置および燃料制御装置に関し、特に、内燃機関のシリンダに流入する空気量を演算する空気量演算装置およびシリンダ流入空気量を用いて燃料噴射量を制御する燃料制御装置に関する。

スロットル通過空気量に基づき吸気管圧力、シリンダ流入空気量を計算するエンジン制御装置として、スロットル開度センサの出力からスロットル通過空気量を計算し、その時間変化分と吸入空気量センサの出力の吸入空気量の時間変化分を比較し、比較結果に基づいて、シリンダ流入空気量計算、吸気管圧力計算に入力されるスロットル通過空気量を補正し、制御遅れ補償を行うものがある（特許文献１）。

このエンジン制御装置では、吸気管圧力を内部状態変数においたフィルタ系に過渡と判定された場合には、入力のみを吸入空気量センサで検出した吸入空気量に対して、スロットル開度から計算された吸入空気量の時間変化量を加算した値を入力するとなっている。

特開平９−１５８７６２号公報

従来のエンジン制御装置におけるシリンダ流入空気量の計算は、フィルタの入力のみに対してセンサで検出された吸入空気量にスロットル開度から計算された吸入空気量の時間変化量を加算させるもので、フィルタに入力される前回のフィルタ出力値には、スロットル開度から計算された吸入空気量は関与していないため、次回の出力に変極点が発生し、結果として所望の空燃比が得られない可能性がある。

本発明は前記解決しようとする課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、過渡時のシリンダ流入空気量を、応答遅れなく、且つ、流量変化に変極点を持たさないように計算し、所望の空燃比を維持できるようにする内燃機関の空気量演算装置および燃料制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明による内燃機関の空気量演算装置は、内燃機関の吸気スロットル部を通過する空気量を検出する空気量検出手段と、スロットル開度から吸気スロットル部を通過する空気量の計算値を得る空気量演算手段と、前記吸気スロットル部を通過する空気量の今回の値と、前回のフィルタリング値の差分にてフィルタリング行って吸気マニフォールド内に充填される空気量を除外して内燃機関のシリンダへ流入する空気量を得る手段と、前記空気量検出手段によって検出した空気量を基にした第一のフィルタと、空気量演算手段による空気量の計算値を基にした第二のフィルタと、内燃機関の定常時には前記第一のフィルタの入力値と前回の出力値を選定し、内燃機関の過渡時には前記第二のフィルタの入力値と前回の出力値を選定する選定手段と、前記選定手段によって選定された選定値を入力する第三のフィルタと有し、前記第三のフィルタの出力を前記シリンダへ流入する空気量とする。

また、前記目的を達成するために、本発明による内燃機関の空気量演算装置は、内燃機関の吸気スロットル部を通過する空気量を計測する空気量検出手段と、スロットル開度から前記吸気スロットルを通過する空気量を計算するスロットル通過空気量演算手段と、内燃機関の過渡時と定常時とを判定する運転状態判定手段と、運転状態判定手段によって定常時と判定された場合には、前記空気量検出手段によって計測された空気量を用いてシリンダへ流入する空気量を演算し、前記運転状態判定手段によって過渡時と判定された場合には、スロットル通過空気量演算手段によって計算された空気量を用いてシリンダへ流入する空気量を演算するシリンダ流入空気量演算手段とを有する。

また、前記目的を達成するために、本発明による内燃機関の燃料制御装は、上述の発明による内燃機関の空気量演算装置によって演算されたシリンダ流入空気量を用いて燃料噴射量を制御する。

本発明による内燃機関の空気量演算装置によれば、空気量検出手段によって計測された吸入空気量とスロットル開度から計算された空気量で夫々のフィルタが吸気管圧力推定値を内部状態変数を介して平行して計算されているため、それぞれの出力挙動はフィルタによるなまし効果で、相似となる。従って過渡／定常で切替えた際も、出力は変極点を持たず、滑らかにつながることができ、空燃比変動も発生しない。

本発明による内燃機関の空気量演算装置の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明による空気量演算装置を適用される内燃機関（エンジン）の一つの実施形態である。
エンジン２００は、吸気系に、熱式吸入空気量センサ（Ｈ／Ｗセンサ）２０１と、スロットル絞り弁２０２と、スロットル絞り弁２０２の開度（スロットル開度ＴＶＯ）を計測するスロットル開度センサ２１５と、スロットル絞り弁２０２をバイパスして吸気管２０４に接続された流路の流路面積を制御してエンジン２００のアイドル時の回転数を制御するアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）２０３と、吸気管２０４内の吸入空気の温度（吸気温ＴＨＶ）を測定する吸気温センサ２０５と、エンジン２００の要求する燃料を噴射供給する燃料噴射弁２０６とを有する。燃料噴射弁２０６は、各気筒毎に設けられている。

Ｈ／Ｗセンサ２０１は、空気量検出手段であり、吸気スロットル部（スロットル絞り弁２０２）を通過する空気量を計測する。スロットル絞り弁２０２は運転者により操作され、スロット開度を調整し、吸入する空気量を計量（制限）する。

エンジン２００には、シリンダ（燃焼室）２１３内に供給された空気と燃料との混合気に点火する点火栓２１４と、エンジン制御装置３００が出力する点火信号に基づいて点火エネルギを供給する点火コイル（点火モジュール）２０８が設けられている。点火コイル２０８、点火栓２１４は、各気筒毎に設けられている。

また、エンジン２００には、クランク角度を検出するクランク角度センサ２０７と、冷却水温を検出する水温センサ２０９が設けられている。

排気管２１６には触媒２１１が接続されている。排気ガス流量で見て触媒２１１より上流側には、排気ガス中の酸素濃度を計測する酸素濃度センサ２１０が取り付けられている。

エンジン２００の運転、停止は、メインスイッチであるイグニッションスイッチ２１２により行われる。エンジン２００の空燃比制御を含む燃料制御、点火時期制御、アイドル制御等は、エンジン制御装置３００により行われる。

本実施形態では、エンジン２００のアイドリング回転数は、アイドルスピードコントロールバルブ２０３によって制御しているが、スロットル絞り弁２０２をモータ等で制御するものにした場合には、スロットル絞り弁２０２によってアイドリング回転数を制御でき、アイドルスピードコントロールバルブ２０３は不用となる。

エンジン制御装置３００は、図２に示されているように、マイクロコンピュータによる電子制御式のものであり、ＣＰＵ３０１を有する。ＣＰＵ３０１には、エンジン２００に設置された各センサの電気的信号をデジタル演算処理用の信号に変換、及びデジタル演算用の制御信号を実際のアクチュエータの駆動信号に変換するＩ／Ｏ部３０２が設定されている。Ｉ／Ｏ部３０２は、Ｈ／Ｗセンサ２０１、水温センサ２０９、クランク角センサ２０７、スロットル開度センサ２１５、酸素濃度センサ２１０、イグニッションスイッチ２１２、吸気温センサ２０５の各々より電気的信号を入力する。ＣＰＵ３０１は、出力ドライバ３０９を介して、各気筒の燃料噴射弁２０６、点火コイル２０８、ＩＳＣバルブ２０３へ出力信号を出力する。

つぎに、本発明による空気量演算装置として機能するエンジン制御装置３００の制御ブロックの一つの実施形態を、図３を参照して説明する。

エンジン制御装置３００は、コンピュータプログラムを実行することにより、エンジン回転数計算手段１０１、吸入空気量計算手段１０２、基本燃料計算手段１０３、基本燃料補正係数計算手段１０４、基本点火時期計算手段１０５、加減速判定手段１０６、ＩＳＣ制御手段１０７、空燃比帰還制御係数計算手段１０８、目標空燃比設定手段１０９、基本燃料補正手段１１０、点火時期補正手段１１１を、各々、ソフトフェア的に具現化する。
エンジン回転数計算手段１０１は、エンジン２００の所定のクランク角度位置に設定されたクランク角センサ２０７の電気的な信号、おもにパルス信号変化の単位時間当たりの入力数をカウントし、演算処理することによってエンジン２００の単位時間当りの回転数（エンジン回転数Ｎｅ）を計算する。

吸入空気量計算手段１０２は、Ｈ／Ｗセンサ出力、吸気温センサ出力、スロットルセンサ出力に基づいて、α−Ｎ空気量、吸気管圧力推定値を演算し、それらを用いてエンジン２００のシリンダ２１３に流入するシリンダ流入空気量を演算する。

基本燃料計算手段１０３は、エンジン回転数計算手段１０１によって演算されたエンジン回転数と、吸入空気量計算手段１０２によって演算されたシリンダ流入空気量により、各領域におけるエンジンの要求する基本燃料量とエンジン負荷を計算する。

基本燃料補正係数計算手段１０４は、エンジン回転数計算手段１０１で演算されたエンジン回転数と基本燃料計算手段１０３で演算されたエンジン負荷より、基本燃料計算手段１０２で計算された基本燃料のエンジン２００の各運転領域における補正係数を計算する。

基本点火時期計算手段１０５は、前記エンジン回転数と前記エンジン負荷に応じてエンジン２００の最適点火時期（基本点火時期）をマップ検索等で決定する。

加減速判定手段１０６は、スロットル開度センサ２１５が出力する電気的信号を処理し、エンジン２００が加速か減速状態にあるかを判断（過渡判定）し、過渡判定に伴って加減速燃料補正量、加減速点火時期補正量を計算する。

ＩＳＣ制御手段１０７は、エンジン２００のアイドリング回転数を所定値に保つためにアイドリング時の目標回転数を設定し、ＩＳＣバルブ２０３への目標流量及びＩＳＣ点火時期補正量を演算する。

ＩＳＣ制御手段１０７はＩＳＣバルブ２０３へ目標流量によるＩＳＣバルブ信号を出力する。これにより、アイドリング時の目標流量となるように、ＩＳＣバルブ２０３が駆動される。

空燃比帰還制御係数計算手段１０８は、酸素濃度センサ２１０の出力から、エンジン２００に供給される燃料と空気との混合気がＰＩＤ制御によって後述する目標空燃比に保たれるように空燃比帰還制御係数を計算する。

尚、酸素濃度センサ２１０は、本実施形態では、排気空燃比に対して比例的な信号を出力するものを示しているが、排気ガスが理論空燃比に対して、リッチ側／リーン側の２つの信号を出力するものでも差し支えはない。

目標空燃比設定手段１０９は、前記エンジン回転数及び前記エンジン負荷によりエンジンの各領域における最適な目標空燃比をマップ検索等で決定する。目標空燃比設定手段１０９によって決定された目標空燃比は、空燃比帰還制御係数計算手段１０８による空燃比帰還制御係数計算に用いられる。

基本燃料補正手段１１０は、基本燃料計算手段１０３によって演算された基本燃料量に対して、基本燃料補正係数計算手段１０４により基本燃料補正係数、加減速判定手段１０６による加減速燃料補正量、空燃比帰還制御係数計算手段１０８による空燃比帰還制御係数による補正を施す。基本燃料補正手段１１０は水温センサ出力に応じた燃料補正も行う。

基本燃料補正手段１１０は、補正後の燃料量による燃料噴射指令信号を各気筒の燃料噴射弁２０６へ出力する。これにより、燃料噴射弁２０６が所要の燃料量の燃料を各気筒に噴射供給する。

点火時期補正手段１１１は、基本点火時期計算手段１０５によって演算された基本点火時期に対して、加減速判定手段１０６による加減速点火時期補正量、ＩＳＣ制御手段１０７によるＩＳＣ点火時期補正量による補正を施す。点火時期補正手段１１１は水温センサ出力に応じた点火時期補正も行う。

点火時期補正手段１１１は、補正後の点火時期指令信号を各気筒の点火コイル２０８へ出力する。これにより、各気筒の点火栓２１４が所要の点火時期をもって火花放電し、シリンダ２１３内に流入した混合気の点火が行われる。

本発明による空気量演算装置の一つの実施形態の基本部分の制御ブロックを、図４を参照して説明する。空気量演算装置は、吸気管圧力推定手段４０５と、シリンダ流入空気量演算手段４０６を有する。

Ｈ／Ｗセンサ２０１が出力する出力電圧は、ハードフィルタ４０２によってフィルタリングを施され、さらにソフトフィルタ４０３によってソフトフィルタリングを施される。

フィルタリングを施された空気流量の出力電圧値は、変換手段４０４によって電圧に応じた空気流量（Ｈ／Ｗセンサ計測空気流量）ＱＡ００にテーブル検索にて変換される。Ｈ／Ｗセンサ計測空気流量ＱＡ００は吸気管圧力推定手段４０５に入力される。

吸気管圧力推定手段４０５は、吸気管２０４に入る空気量（Ｈ／Ｗセンサ計測空気流量ＱＡ００）と吸気管２０４から出る空気量（シリンダ流入空気量ＱＡＲ）との差分に、理論係数を乗じたものを、吸気管内の圧力変化分ｄＰＭＭＨＧ／ｄｔとして求めている。この圧力変化分ｄＰＭＭＨＧ／ｄｔの演算は、下式（１）により行われる。

但し、ＱＡＲ：シリンダ流入空気量
ＱＡ００：Ｈ／Ｗセンサ計測空気流量
Ｒ：ガス定数
ＫＩＭＶ：インテークマニホールド容積（吸気管内容積）
ＴＨＡ：吸気温

この演算は、マイクロコンピュータによる演算であるため、連続値に対しては、下式（２）により、計算周期ΔＴとして、式（１）にＺ変換を施したもので、吸気管圧力推定値ＰＭＭＨＧを演算している。

但し、ＱＡＲ：シリンダ流入空気量
ＱＡ００：Ｈ／Ｗセンサ計測空気流量
Ｒ：ガス定数
ＫＩＭＶ：インテークマニホールド容積（吸気管内容積）
ＴＨＡ：吸気温

シリンダ流入空気量ＱＡＲは、シリンダ流入空気量演算手段４０６によって演算される。シリンダ流入空気量演算手段４０６は、下式（３）により、シリンダ流入空気量ＱＡＲを求める。

但し、ＰＭＭＨＧ：吸気管圧力推定値
ＫＳＶ：シリンダ容積
Ｎｅ：エンジン回転数
ＴＨＡ：吸気温
Ｒ：ガス定数
η：充填効率

エンジン回転数Ｎｅはエンジン回転数計算手段１０１の出力値であり、吸気温ＴＨＡは吸気温センサ２０５による吸気温計測値である。

図５は、基本部分による場合のスロットル開度、Ｈ／Ｗセンサ出力、吸気管圧力推定値、排気空燃比の変動挙動の一例を示している。時刻Ｔ１よりスロットル開度が増大し、加速状態となる。これに対して、Ｈ／Ｗセンサ２０１の出力（Ｈ／Ｗセンサ計測空気流量ＱＡ００）は、チャートａのように、センサ応答遅れ、フィルタリング、及び制御遅れ等を含んだディレイ時間Ｔｄ経過後の時点Ｔ２で立ち上がり、チャートｂで示されている実際のものより遅れる。

チャートａで示されているＨ／Ｗセンサ出力（Ｈ／Ｗセンサ計測空気流量ＱＡ００）によって計算された吸気管圧力推定値（ＰＭＭＨＧ）は、チャートｃのようになり、実際の吸気管圧力ｄに対して遅れをもっている。従って、空燃比は、吸気管圧力推定値（ＰＭＭＨＧ）の立ち上がり遅れにより、エリアｅでリーン化する。

また、Ｈ／Ｗセンサ出力で燃料量を計算した場合には、吸気管２０４に充填する空気量をも計測するため、エリアｆに示すように、過渡後期で空燃比がリッチ化することになる。

式（４）は、スロットル絞り弁２０２のスロット開度により決まるスロットル開口面積ＡＡからスロットル通過空気流量ＱＡＴＶＯを計算する計算式を示している。スロットル通過空気流量ＱＡＴＶＯは、下式（４）で求めることができるが、指数等を含んだものであり、マイクロコンピュータでの演算では一般的ではない。

但し、ＡＡ：スロットル開口面積
Ｒ：ガス定数
ＴＨＡ：吸気温
ＰＡＴＭ：大気圧
ｋ：比熱比
ＰＭＭＨＧ：吸気管圧力推定値

このため、本実施形態では、スロットル通過空気量ＱＡＴＶＯは、式（４）に依らずに、図６に示されているようなエンジン回転数Ｎｅとスロットル開度ＴＶＯを変数とするデータマップ（α−Ｎマップ）を用いるスロットル通過空気量マップ検索手段６０１により、マップ検索によって求めている。

つまり、スロットル通過空気量ＱＡＴＶＯは、スロットル通過空気量運算手段としてスロットル通過空気量マップ検索手段６０１を用い、エンジン回転数計算手段１０１によって計算されたエンジン回転数Ｎｅと、スロットル開度センサ２１５により計測されるスロットル開度ＴＶＯよりマップ検索によって求められる。

図７は、スロットル通過空気量ＱＡＴＶＯを求めるスロットル通過空気量運算手段の他の実施形態を示している。この実施形態では、スロットル開口面積マップ検索手段７０１によってスロットル開度ＴＶＯからスロットル開口面積ＡＡをテーブル検索で求める。これを、演算器７０２によってエンジン回転数Ｎｅで除することで正規化し、ＡＡ／Ｎｅ比を算出する。

つぎに、空気流量／Ｎｅ比マップ検索手段７０３によってＡＡ／Ｎｅ比から空気流量／Ｎｅ比をテーブル検索する。この後に、空気流量／Ｎｅ比を演算器７０４によって空気流量／Ｎｅ比にエンジン回転数Ｎｅを乗じてスロットル通過空気量ＱＡＴＶＯを算出する。

図８は、本発明による内燃機関の空気量演算装置（シリンダ流入空気量演算装置）の一つの実施形態の具体的構成を示している。

本実施形態のシリンダ流入空気量演算手段は、第一のシリンダ流入空気量演算手段（第一のフィルタ）８０１と、第二のシリンダ流入空気量演算手段（第二のフィルタ）８０２と、第三のシリンダ流入空気量演算手段（第三のフィルタ）８０３と、第一の差分空気流量演算器８１１と、第二の差分空気流量演算器８１２と、入力切替判定手段８０７と、吸気温補正係数演算手段８０４と、推定圧誤差補正係数演算手段８０５と、圧力勾配補正係数演算手段８０６を有する。

第一のシリンダ流入空気量演算手段８０１は、Ｈ／Ｗセンサ２０１の出力（Ｈ／Ｗセンサ計測空気流量ＱＡ００）を用いて下式（５）、（６）によりシリンダ流入空気量ＱＡＲＢを計算する。

ＰＭＭＨＧ＝ｐｍｍｈｇ＋ＫＴＭ（ＱＡ００−ＱＡＲＢ）／ＫＩＭＶ …（５）
ＱＡＲＢ＝ＫＳＴ・ＨＫＳＴ・ＫＳＶ・ＰＭＭＨＧ・Ｎｅ …（６）
但し、ＰＭＭＨＧ：Ｈ／Ｗセンサ出力に基づく吸気管圧力推定値
ｐｍｍｈｇ：Ｈ／Ｗセンサ計量空気流量より推定もしくは計算された吸気管圧力 ＫＴＭ：圧力勾配定数
ＱＡ００：Ｈ／Ｗセンサ計測空気流量
ＫＩＭＶ：インテークマニホールド容積（吸気管内容積）
ＫＳＴ：吸気温補正係数
ＨＫＳＴ：推定圧誤差補正係数
ＫＳＶ：シリンダ容積
Ｎｅ：エンジン回転数

第二のシリンダ流入空気量演算手段８０２は、スロットル通過空気流量ＱＡＴＶＯを用いて下式（７）、（８）によりシリンダ流入空気量ＱＡＲＴＶＯを計算する。シリンダ流入空気量ＱＡＲＴＶＯは、α−Ｎ空気量と呼ばれる。

ＰＭＭＴＶＯ＝
ｐｍｍｔｖｏ＋ＫＴＭ（ＱＡＴＶＯ−ＱＡＲＴＶＯ）／ＫＩＭＶ …（７）
ＱＡＲＴＶＯ＝ＫＳＴ・ＨＫＳＴ・ＫＳＶ・ＰＭＭＴＶＯ・Ｎｅ …（８）
但し、ＰＭＭＴＶＯ：α−Ｎ空気量に基づく吸気管圧力推定値
ｐｍｍｔｖｏ：α−Ｎ空気流量より推定もしくは計算された吸気管圧力 ＫＴＭ：圧力勾配定数
ＱＡ００：Ｈ／Ｗセンサ計測空気流量
ＫＩＭＶ：インテークマニホールド容積（吸気管内容積）
ＫＳＴ：吸気温補正係数
ＨＫＳＴ：推定圧誤差補正係数
ＫＳＶ：シリンダ容積
Ｎｅ：エンジン回転数

第一の差分空気流量演算器８１１は、Ｈ／Ｗセンサ２０１の出力（Ｈ／Ｗセンサ計測空気流量ＱＡ００）より第三のシリンダ流入空気量演算手段８０３によって算出されたシリンダ流入空気量ＱＡＲ（前回の出力値）を差し引いて差分空気流量ΔＱを算出する。

第二の差分空気流量演算器８１２は、スロットル通過空気流量ＱＡＴＶＯより第二のシリンダ流入空気量演算手段８０２によって算出されたシリンダ流入空気量ＱＡＲＴＶＯ（前回の出力値）を差し引いて差分空気流量ΔＱを算出する。

第三のシリンダ流入空気量手段８０３は、第一のシリンダ流入空気量演算手段８０１と第二のシリンダ流入空気量演算手段８０２の入力を条件に応じて切替え、つまり、入力切替判定手段８０７によって選定された差分空気流量（第一の差分空気流量演算器８１１による差分空気流量ΔＱと第二のシリンダ流入空気量演算手段８０２による差分空気流量ΔＱの選定）によって下式（９）、（１０）に従ってシリンダ流入空気量ＱＡＲを計算する。シリンダ流入空気量ＱＡＲは、燃料制御の基本燃料量演算の吸入空気量として用いられる。

ＰＭＩＮＴ ＝
ｐｍｉｎｔ＋ＫＴＭ・差分空気流量ΔＱ／（ＫＩＭＶ・ＫＴＭＨＯＳ） …（９）
ＱＡＲ＝ＫＳＴ・ＨＫＳＴ・ＫＳＶ・ＰＭＩＮＴ・Ｎｅ …（１０）
但し、ＰＭＩＮＴ：吸気管圧力推定値
ｐｍｉｎｔ：定常時は、Ｈ／Ｗセンサ計量空気流量、過渡時はα−Ｎ空気流量を
基に推定もしくは計算された吸気管圧力。
ＫＴＭ：圧力勾配定数
ＫＩＭＶ：インテークマニホールド容積（吸気管内容積）
ＫＴＭＨＯＳ：圧力勾配補正係数
ＫＳＴ：吸気温補正係数
ＨＫＳＴ：推定圧誤差補正係数
ＫＳＶ：シリンダ容積
Ｎｅ：エンジン回転数

吸気温補正係数演算手段８０４は、吸気温ＴＨＡより吸気温補正係数ＫＳＴをテーブル検索で求める。

推定圧誤差補正係数演算手段（推定圧誤差補正手段）８０５は、各運転領域（エンジン回転数Ｎｅ）での吸気管圧力と演算される吸気管推定圧（吸気管圧力推定値）との誤差を補正する推定圧誤差補正係数ＨＫＳＴをマップ検索する。

吸気温補正係数ＫＳＴ、推定圧誤差補正係数ＨＫＳＴによる吸気温補正量、推定圧誤差補正は、各第一〜第三のシリンダ流入空気量手段８０１、８０２、８０３の内部演算により行われる。

圧力勾配補正係数演算手段８０６は、圧力勾配補正係数ＫＴＭＨＯＳを吸気管圧力推定値ＰＭＭＨＧでテーブル検索する。圧力勾配補正係数ＫＴＭＨＯＳによる圧力勾配補正は、第三のシリンダ流入空気量手段８０３の内部演算により行われる。

入力切替判定手段８０７は、第三のシリンダ流入空気量手段８０３への差分空気流量ΔＱの入力を判断値に基づいて切替えるものであり、第三のシリンダ流入空気量手段８０３にて吸気管圧力推定値ＰＭＩＮＴを求める変数（差分空気流量ΔＱ）を、第一の差分空気流量演算器８１１による（ＱＡ００−ＱＡＲ）と、第二の差分空気流量演算器８１２による（ＱＡＴＶＯ−ＱＡＲＴＶＯ）の何れか一方に切替選定する。

具体的には、（ＱＡＴＶＯ−ＱＡＲＴＶＯ）の絶対値が所定の閾値以上で、且つ（ＱＡＴＶＯ−ＱＡＲＴＶＯ）の絶対値の加重平均値が（ＱＡ００−ＱＡＲ）の絶対値の加重平均値よりも大きい時には、過渡時であるとして、差分空気流量ΔＱとしてα−Ｎ空気量ベースの（ＱＡＴＶＯ−ＱＡＲＴＶＯ）が第三のシリンダ流入空気量手段８０３に入力され、そうでない場合には、定常時であるとして、差分空気流量ΔＱとしてＨ／Ｗセンサ出力ベースの（ＱＡ００−ＱＡＲ）が第三のシリンダ流入空気量手段８０３に入力されるように判断する。

（ＱＡＴＶＯ−ＱＡＲＴＶＯ）の閾値は、固定値であってもよいが、Ｈ／Ｗセンサ出力による吸気管圧力推定値ＰＭＭＨＧに応じた値に可変設定されてもよい。

これにより、加速時等の急峻な過渡時での吸気管圧力推定値の演算は、Ｈ／Ｗセンサ出力ベースではなく、α−Ｎ空気量ベースで行われる。

このことにより、過渡立ち上がり時の吸気管圧力推定値が実吸気管圧力に対して遅れを生じることがなくなり、これに応じて過渡時のシリンダ流入空気量が応答遅れなく且つ、流量変化に変極点を持たさないように計算され、過渡時に空燃比が変動することがない。

そして、定常時にはスロットル開度センサ２１５の取付誤差に起因するα−Ｎ空気量誤差の影響を受けることなくＨ／Ｗセンサ出力ベースのシリンダ流入空気量が演算される。

図９は、本実施形態におけるスロットル開度、Ｈ／Ｗセンサ出力、吸気管圧力推定値、排気空燃比の変動挙動の一例を示している。時刻Ｔ１よりスロットル開度ＴＶＯが増大し、加速状態となる。Ｈ／Ｗセンサ２０１の出力Ｓｈｗは、チャートａのように、立ち上がりが遅れているが、チャートｇで示されているシリンダ流入空気量は、過渡初期にα−Ｎ空気流量を用いているため、立ち上がり遅れはない。チャートｈはα−Ｎ空気流量による吸気管圧力推定値ＰＭＭＴＶＯであり、チャートｃはＨ／Ｗセンサ出力による吸気管圧力推定値ＰＭＭＨＧである。

本実施形態では、吸気管圧力推定値ＰＭＩＮＴはチャートｉとなり、チャートｈとチャートｃの中間をトレースする挙動を示す。この結果として、基本部分の制御で発生していたリーンエリアｅはなくなり、過渡でも空燃比はフラットとなる。

図１０は、本実施形態におけるスロットル開度、Ｈ／Ｗセンサ出力、吸気管圧力推定値、圧力勾配補正係数ＫＴＭＨＯＳの変動挙動の一例を示している。圧力勾配補正係数ＫＴＭＨＯＳがない場合には、エリアｊに示すように吸気管圧力が大気に近い側で、吸気管推定圧がオーバーシュートｋを起こす場合があるが、本実施形態の様に、吸気管圧力（吸気管推定圧）に応じた圧力勾配への補正係数ＫＴＭＨＯＳを検索し、補正することで、オーバーシュートｋはなくなる。

図１１は、本発明による空気量演算装置が適用されるエンジンの制御フローを示している。
まず、ステップ１１０１で、クランク角度センサ２０７の電気的な信号を処理し、エンジン回転数を計算する。つぎに、ステップ１１０２で、Ｈ／Ｗセンサ２０１、吸気温センサ２０５、スロットル開度センサ２１５の出力を読み込む。

つぎに、ステップ１１０３で、α−Ｎ空気量（ＱＡＴＶＯ）を計算する。
つぎに、ステップ１１０４で、吸気管圧力の推定値を計算し、ステップ１１０５で、シリンダ流入空気量を計算する。

つぎに、ステップ１１０６で、基本燃料量及びエンジン負荷を計算する。つぎに、ステップ１１０７で基本燃料補正係数をマップ検索する。ステップ１１０８でスロットルセンサ出力で加減速判定を行い、ステップ１１０９で、加減速時燃料補正量を計算する。

つぎに、ステップ１１１０で、酸素濃度センサ２１０の出力を読み込む。つぎに、ステップ１１１１で、目標空燃比を設定し、ステップ１１１２で、前記目標空燃比が実現できるよう空燃比帰還制御係数を計算する。

つぎに、ステップ１１１３で、前記基本燃料補正係数、及び空燃比帰還制御係数等によって基本燃料量の補正を行うする。

つぎに、ステップ１１１４で、基本点火時期をマップ検索する。つぎに、ステップ１１１５で、加減速点火時期補正量を計算し、ステップ１１１６で、基本点火時期を補正する。

つぎに、ステップ１１１７で、ＩＳＣの目標回転数を設定し、ステップ１１１８で、ＩＳＣ目標流量を計算し、ＩＳＣバルブを制御する。

図１２は、図６に示されているスロットル通過空気量演算部によってα−Ｎ空気流量を求める処理フローの一例を示している。

まず、ステップ１２０１で、エンジン回転数Ｎｅを読み込み、ステップ１２０２で、スロットル開度を読み込む。

つぎに、ステップ１２０３で、前述のエンジン回転数Ｎｅとスロットル開度でα−Ｎ空気流量をマップ検索する。

図１３は、図７に示されているスロットル通過空気量演算部によってα−Ｎ空気流量を求める処理フローの一例を示している。

まず、ステップ１３０１で、スロットル開度を読込み、ステップ１３０２で、前記スロットル開度によって開口面積ＡＡをテーブル検索する。

つぎに、ステップ１３０３で、エンジン回転数Ｎｅを読み込み、ステップ１３０４で、開口面積ＡＡをエンジン回転数Ｎｅで除し、ＡＡ／Ｎｅ比を計算する。

つぎに、ステップ１３０５で、ＡＡ／Ｎｅ比から空気流量／Ｎｅ比をテーブル検索し、ステップ１３０６で、空気流量／Ｎｅ比とＮｅを乗じることにより、α−Ｎ空気流量ＱＡＴＶＯを計算する。

図１４は、シリンダ空気流量を求める処理フローの一例を示している。
まず、ステップ１４０１で、吸気温ＴＨＡにより吸気温補正係数ＫＳＴをテーブル検索
つぎに、ステップ１４０２で、Ｈ／Ｗセンサ２０１の吸入空気量ＱＡ００を読込み、ステップ１４０３で、ＱＡ００ベースで吸気管圧力推定値ＰＭＭＨＧを計算する。

つぎに、ステップ１４０４で、エンジン回転数Ｎｅと吸気管圧力推定値ＰＭＭＨＧより推定圧誤差補正係数ＨＫＳＴをマップ検索する。

つぎに、ステップ１４０５で、スロットル通過空気量（α−Ｎ空気流量）ＱＡＴＶＯを読込み、ステップ１４０６で、α−Ｎ空気量ベースの吸気管圧力推定値ＰＭＭＴＶＯを計算する。

つぎに、ステップ１４０７で、ＰＭＭＴＶＯベースのシリンダ流入空気量ＱＡＲＴＶＯを計算する。

つぎに、ステップ１４０８で、α−Ｎ空気流量ＱＡＴＶＯとＱＡＴＶＯベースのシリンダ流入空気量ＱＡＲＴＶＯの差分の絶対値ＤＱＡＴＶＯを計算する。これは、第二の差分空気流量演算器８１２が算出する差分空気流量ΔＱの絶対値に相当する。

つぎに、ステップ１４０９で、差分の絶対値ＱＡ００と既計算値のシリンダ流入空気量（本制御の最終出力であるシリンダ流入空気量）ＱＡＲとの差分の絶対値ＤＱＡＲＩＮＴを計算する。これは、第一の差分空気流量演算器８１１が算出する差分空気流量ΔＱの絶対値に相当する。

つぎに、ステップ１４１０で、差分の絶対値ＤＱＡＴＶＯのフィルタリング値ＤＱＡＴＶＯＦを計算し、ステップ１４１１で、もう一つの差分の絶対値ＤＱＡＲＩＮＴのフィルタリング値ＤＱＡＲＩＮＴＦを計算する。

つぎに、ステップ１４１２で、吸入空気量変化量閾値をＱＡ００ベースの吸気管圧力推定値ＰＭＭＨＧによってテーブル検索する。

つぎに、ステップ１４１３、ステップ１４１４で、差分の絶対値ＤＱＡＴＶＯが前記吸入空気量変化量閾値以上で、且つ、ＤＱＡＴＶのフィルタリング値ＤＱＡＴＶＯＦがＤＱＡＲＩＮＴの前記フィルタリング値ＤＱＡＲＩＮＦ以上でるかを判断する。

判断が真であれば、ステップ１４１５で、（ＱＡＴＶＯ−ＱＡＲＴＶＯ）を圧力推定演算の空気量変化量（差分空気流量）の項に入力する。これに対し、前記判断が偽の場合には、（ＱＡ００−ＱＡＲ）を圧力推定演算の空気量変化量（差分空気流量）の項に入力する。

その後、ステップ１４１７で、吸気管圧力推定値ＰＭＩＮＴを計算し、ステップ１４１８で、基本燃料量の演算に用いられる最終的なシリンダ流入空気量ＱＡＲを計算する。

これにより、定常時にはＨ／Ｗセンサ出力ベースのシリンダ流入空気量が演算され、過渡時にはα−Ｎ空気量ベースのシリンダ流入空気量が演算される。そして、それぞれのシリンダ流入空気量の出力挙動は、フィルタによるなまし効果で、相似となり、過渡／定常で切替えた際も、出力は変極点を持たず、滑らかにつながることができ、空燃比変動が発生しない。

本発明による空気量演算装置を適用される内燃機関（エンジン）の一つの実施形態を示す構成図。 エンジン制御装置の内部構成の一例を示すブロック図。 本発明による空気量演算装置として機能するエンジン制御装置の制御ブロックの一つの実施形態を示すブロック図。 本発明による内燃機関の空気量演算装置の一つの実施形態の基本部分の制御ブロックをを示すブロック図。 基本部分でのスロットル開度、Ｈ／Ｗセンサ出力、吸気管圧力推定値、排気空燃比の変動挙動の一例を示すタイムチャート。 本発明による内燃機関の空気量演算装置に用いられるスロットル通過空気量演算部の一つの実施形態を示すブロック図。 本発明による内燃機関の空気量演算装置に用いられるスロットル通過空気量演算部の他の実施形態を示すブロック図。 本発明による内燃機関の空気量演算装置（シリンダ流入空気量演算装置）の一つの実施形態の具体的構成を示すブロック図。 本実施形態におけるスロットル開度、Ｈ／Ｗセンサ出力、吸気管圧力推定値、排気空燃比の変動挙動の一例を示すタイムチャート。 本実施形態におけるスロットル開度、Ｈ／Ｗセンサ出力、吸気管圧力推定値、圧力勾配補正係数の変動挙動の一例を示すタイムチャート。 本発明による空気量演算装置が適用されるエンジンの制御フローを示すフローチャート。 図６に示されているスロットル通過空気量演算部によってα−Ｎ空気流量を求める処理フローの一例を示すフローチャート。 図７に示されているスロットル通過空気量演算部によってα−Ｎ空気流量を求める処理フローの一例を示すフローチャート。 本発明による内燃機関の空気量演算装置の処理フローの一例を示すフローチャート。

符号の説明

１０１ エンジン回転数計算手段
１０２ 吸入空気量計算手段
１０３ 基本燃料計算手段
１０４ 基本燃料補正係数計算手段
１０５ 基本点火時期計算手段
１０６ 加減速判定手段
１０７ ＩＳＣ制御手段
１０８ 空燃比帰還制御係数計算手段
１０９ 目標空燃比設定手段
１１０ 基本燃料補正手段
１１１ 点火時期補正手段
２００ エンジン
２０１ 熱式吸入空気量センサ（Ｈ／Ｗセンサ）
２０２ スロットル絞り弁
２０３ アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）
２０４ 吸気管
２０５ 吸気温センサ
２０６ 燃料噴射弁
２０７ クランク角度センサ
２０８ 点火コイル
２０９ 水温センサ
２１０ 酸素濃度センサ
２１１ 触媒
２１２ イグニッションスイッチ
２１３ シリンダ（燃焼室）
２１４ 点火栓
２１５ スロットル開度センサ
２１６ 排気管
３００ エンジン制御装置
３０１ ＣＰＵ
３０２ Ｉ／Ｏ部
３０９ 出力ドライバ
４０２ ハードフィルタ
４０３ ソフトフィルタ
４０４ 変換手段
４０５ 吸気管圧力推定手段
４０６ シリンダ流入空気量演算手段
６０１ スロットル通過空気量マップ検索手段
７０１ スロットル開口面積マップ検索手段
７０２ 演算器
７０３ 空気流量／Ｎｅ比マップ検索手段
７０４ 演算器
８０１ 第一のシリンダ流入空気量演算手段
８０２ 第二のシリンダ流入空気量演算手段
８０３ 第三のシリンダ流入空気量演算手段
８０４ 吸気温補正係数演算手段
８０５ 推定圧誤差補正係数演算手段
８０６ 圧力勾配補正係数演算手段
８０７ 入力切替判定手段
８１１ 第一の差分空気流量演算器
８１２ 第二の差分空気流量演算器

Claims (12)

1. 内燃機関の吸気スロットル部を通過する空気量を検出する空気量検出手段と、
   スロットル開度から吸気スロットル部を通過する空気量の計算値を得る空気量演算手段と、
   前記吸気スロットル部を通過する空気量の今回の値と、前回のフィルタリング値の差分にてフィルタリング行って吸気マニフォールド内に充填される空気量を除外して内燃機関のシリンダへ流入する空気量を得る手段と、
   前記空気量検出手段によって検出した空気量を基にした第一のフィルタと、
   空気量演算手段による空気量の計算値を基にした第二のフィルタと、
   内燃機関の定常時には前記第一のフィルタの入力値と前回の出力値を選定し、内燃機関の過渡時には前記第二のフィルタの入力値と前回の出力値を選定する選定手段と、
   前記選定手段によって選定された選定値を入力する第三のフィルタと有し、
   前記第三のフィルタの出力を前記シリンダへ流入する空気量とすることを特徴とする内燃機関の空気量演算装置。
2. 前記各フィルタは、内部の状態変数として、計算された吸気管圧力推定値を持ち、その圧力推定値に応じてシリンダ流入空気量を前記各フィルタの出力とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空気量演算装置。
3. 前記内燃機関の定常・過渡判定は、前記空気量検出手段で計測されたスロットルを通過する空気量の今回の値と、前回のフィルタリング値の差分値と前記スロットルを通過する空気量計算値の今回の値と、前回のフィルタリング値の差分値とを比較して行うことを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの燃料制御装置。
4. 内燃機関の吸気スロットル部を通過する空気量を計測する空気量検出手段と、
   スロットル開度から前記吸気スロットルを通過する空気量を計算するスロットル通過空気量演算手段と、
   内燃機関の過渡時と定常時とを判定する運転状態判定手段と、
   運転状態判定手段によって定常時と判定された場合には、前記空気量検出手段によって計測された空気量を用いてシリンダへ流入する空気量を演算し、前記運転状態判定手段によって過渡時と判定された場合には、スロットル通過空気量演算手段によって計算された空気量を用いてシリンダへ流入する空気量を演算するシリンダ流入空気量演算手段と、
   を有する内燃機関の空気量演算装置。
5. 前記シリンダ流入空気量演算手段は、吸気管に入る空気量と吸気管から出る空気量との差分空気流量より吸気管圧力推定値を演算し、前記吸気管圧力推定値よりシリンダへ流入する空気量を演算するものであり、前記差分空気流量として、定常時には、前記空気量検出手段によって計測された空気量と当該シリンダ流入空気量演算手段によって演算されたシリンダ流入空気量との差分を用い、過渡時には前記差分空気流量として前記スロットル通過空気量演算手段によって計算された空気量と当該空気量に基づいて演算されたシリンダ流入空気量との差分を用いることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の空気量演算装置。
6. 運転領域（エンジン回転数Ｎｅ）での吸気管圧力と演算される前記吸気管圧力推定値との誤差を補正する推定圧誤差補正手段を有する請求項５に記載の内燃機関の空気量演算装置。
7. 前記空気量検出手段は、熱式空気流量計であることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の内燃機関の空気量演算装置。
8. 前記空気量演算手段は、エンジン回転数と、スロットル開度によって定められたマップからスロットル通過空気量を検索することを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の内燃機関の空気量演算装置。
9. 前記空気量演算手段は、スロットルの開口面積と、スロットル前後差圧と、吸気温度からスロットル通過空気量を理論演算することを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の内燃機関の空気量演算装置。
10. 前記空気量演算手段は、スロットルの開口面積をエンジン回転数で正規化し、その正規化値からエンジン回転数当りの空気流量を求めてスロットル通過空気量を計算することを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の内燃機関の空気量演算装置。
11. 前記運転状態判定手段は、前記スロットル通過空気量演算手段によって計算された空気量と当該空気量に基づいて演算されたシリンダ流入空気量との差分の絶対値が、所定の閾値以上で、且つ前記スロットル通過空気量演算手段によって計算された空気量と当該空気量に基づいて演算されたシリンダ流入空気量との差分の絶対値が、前記空気量検出手段によって計測された空気量と当該シリンダ流入空気量演算手段によって演算されたシリンダ流入空気量との差分の絶対値より大きい時には過渡時と判定し、そうでない時には定常時と判定することを特徴とする請求項１から１０の何れか一項に記載の内燃機関の空気量演算装置。
12. 請求項１から１１の何れか一項に記載の内燃機関の空気量演算装置によって演算されたシリンダ流入空気量を用いて燃料噴射量を制御する内燃機関の燃料制御装置。

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