JP2008175141A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気バルブのリフト量を調整することによりエンジン回転数を制御する内燃機関において、スロットル弁のカーボン堆積量を精度良く推定することができる装置を提供する。
【解決手段】本発明の提供する装置は、現在の吸入空気量に基づいてスロットル開口面積を求める手段と、吸気管内のゲージ圧が目標ゲージ圧になるようにスロットル開口面積の補正量を求め、この補正量を求められたスロットル開口面積に加算して、スロットル開口面積をフィードバック補正する手段と、スロットル弁の初期状態におけるスロットル開口面積とスロットル弁開度との関係を表す第1のテーブルと、カーボンがスロットル弁の可動限界量まで堆積している状態における開口面積と開度との関係を表す第2のテーブルと、第１のテーブルおよび第２のテーブルを参照して、スロットル開口面積および補正量に基づいてスロットル弁のカーボン堆積量を推定する手段と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の吸気を制御する装置に関するものであり、特に、スロットル弁のカーボン堆積量を推定する装置に関する。

従来、所望のエンジン回転数を得るべく吸入空気量をフィードバック補正し、この補正された空気量分を、スロットル弁のカーボン詰まりによる開口面積の減少変化分として学習する手法が、たとえば特許文献１に開示されている。
特許第３４９１０１９号

しかしながら、従来手法は、吸気バルブのリフト量を調整することによりエンジン回転数を制御する内燃機関では、スロットルのカーボン詰まりの度合いを推定することはできない。

本発明の目的は、吸気バルブのリフト量を調整することによりエンジン回転数を制御する内燃機関において、スロットル弁のカーボン堆積量を精度良く推定することができる装置を提供することである。

本発明は、少なくとも吸気バルブのリフト量を連続的に調節して吸入空気量を制御する可変動弁機構と、吸気管内のゲージ圧を所定の目標ゲージ圧に保持するためのスロットル弁と、を備える内燃機関において、スロットル弁のカーボン堆積量を推定する装置を提供する。この装置は、現在の吸入空気量に基づいてスロットル開口面積を求める手段と、吸気管内のゲージ圧が目標ゲージ圧になるようにスロットル開口面積の補正量を求め、この補正量を求められたスロットル開口面積に加算して、スロットル開口面積をフィードバック補正する手段と、スロットル弁の初期状態におけるスロットル開口面積とスロットル弁開度との関係を表す第1のテーブルと、カーボンがスロットル弁の可動限界量まで堆積している状態におけるスロットル開口面積とスロットル弁開度との関係を表す第2のテーブルと、第１のテーブルおよび第２のテーブルを参照して、スロットル開口面積および補正量に基づいてスロットル弁のカーボン堆積量を推定する手段と、を有する。

この発明により、吸気バルブのリフト量を調整することによりエンジン回転数を制御する内燃機関において、スロットル弁のカーボン堆積量を精度良く推定することができる。

本発明の一実施形態によると、この装置は、フィードバック補正されたスロットル開口面積に基づいて、変換テーブルを参照してスロットル弁開度を求める手段をさらに有する。この変換テーブルは、カーボン堆積率にしたがって更新される。これにより、一定負圧制御を精度良く実施することができる。

本発明の一実施形態によると、推定する手段が、第1のテーブルを参照して、求められたスロットル開口面積に対応する初期状態におけるスロットル弁開度を求め、第２のテーブルを参照して、求められたスロットル開口面積に対応する詰まり状態におけるスロットル弁開度を求め、変換テーブルを参照して、フィードバック補正されたスロットル開口面積に対応する現在のスロットル弁開度を求め、次の数式
KTHC=（TH−THmin）／（THmax−THmin）
により前記カーボン堆積率を推定する。ここで、KTHCはカーボン堆積率を表し、THは現在のスロットル弁開度を表し、THminは初期状態におけるスロットル弁開度を表し、THmaxは詰まり状態におけるスロットル弁開度を表す。

本発明の一実施形態によると、スロットル弁開度を求める手段が、推定されたカーボン堆積率にしたがって、次の数式
TH(A)＝KTHC×THmax(A)＋(１―KTHC)×THmin(A)
により前記変換テーブルを更新する。ここで、TH(A)は変換テーブルの特性を表す関数であり、THmin(A)は第1のテーブルの特性を表す関数であり、THmax(A)は、第2のテーブルの特性を表す関数であり、KTHCは推定されたカーボン堆積率を表す。

本発明の一実施形態によると、この装置は、排気管に設置される空燃比検出手段の検出値に基づいて空燃比の補正量を求めることにより空燃比をフィードバック制御する手段をさらに有し、空燃比の補正量が所定のしきい値以下のときに、推定する手段が現在のカーボン堆積量を推定する。これにより、精度良くカーボン堆積量を推定することができる。

次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の実施形態に従う、内燃機関（以下、エンジンという）およびその制御装置の全体的な構成図である。

電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）１０は、車両各部から送られてくるデータを受け入れる入力インタフェース１０a、車両の各部の制御を行うための演算を実行するＣＰＵ１０ｂ、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）および一時記憶用のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有するメモリ１０ｃ、および車両の各部に制御信号を送る出力インタフェース１０ｄを備えるコンピュータである。メモリ１０ｃのＲＯＭには、車両の各部の制御を行うためのプログラムおよび各種のデータが格納されている。

本発明に従う一定負圧制御およびスロットル弁のカーボン堆積率推定のためのプログラム、および該プログラムの実行の際に用いるデータおよびテーブルは、メモリ１０ｃのＲＯＭに格納されている。このＲＯＭは、ＥＥＰＲＯＭのような書替え可能なＲＯＭであっても良い。ＲＡＭには、ＣＰＵ１０ｂによる演算の作業領域が設けられ、車両の各部から送られてくるデータおよび車両の各部に送り出す制御信号が一時的に記憶される。

ＥＣＵ１０に向けて送られたセンサ出力等の各種信号は入力インタフェース１０ａに渡され、アナログ−デジタル変換される。ＣＰＵ１０ｂは、変換されたデジタル信号をメモリ１０ｃに格納されているプログラムに従って処理して、制御信号を作り出す。出力インタフェース１０ｄは、これらの制御信号を車両の各部位へと送る。

エンジン１２は、たとえば４気筒４サイクルのエンジンであり、図には、そのうちの一つの気筒が概略的に示されている。エンジン１２は、吸気バルブ１４を介して吸気管１６に連結され、排気バルブ１８を介して排気管２０に連結されている。ＥＣＵ１０からの制御信号に従って燃料を噴射する燃料噴射弁２２が、吸気管１６に設けられている。なお、代替的に、燃料噴射弁２２は燃焼室２４に設けられても良い。

エンジン１２は、吸気管１６から吸入される空気と、燃料噴射弁２２から噴射される燃料との混合気を、燃焼室２４に吸入する。燃料室２４には、ＥＣＵ１０からの点火時期信号に従って火花を飛ばす点火プラグ２６が設けられている。点火プラグ２６による火花により、混合気は燃焼する。この燃焼により混合気の体積は増大し、ピストン２８を下方に押し下げる。ピストン２８の往復運動は、クランクシャフト３０の回転運動に変換される。４サイクルエンジンでは、エンジンのサイクルは、吸入、圧縮、燃焼、および排気行程からなる。ピストン２８は、１サイクルにつき２往復する。

エンジン１２には、クランクシャフト３０の回転角度を検出するクランク角センサ３２が設けられている。クランク角センサ３２は、クランクシャフト３０の回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ１０に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角で（たとえば、３０度ごとに）出力されるパルス信号である。ＴＤＣ信号は、ピストン２８のＴＤＣ位置（上死点）に関連したクランク角度（たとえば、１８０度ごとに）で出力されるパルス信号である。これらパルス信号は、燃料噴射時期、点火時期などのエンジンを運転するための各種タイミング制御に使用される。

連続可変動弁機構４０は、吸気バルブ１４のリフト量および開閉タイミングを連続的に変化することができる機構である。本実施形態では、連続可変動弁機構４０は、可変リフト機構４２および可変位相機構４４から構成される。

可変リフト機構４２は、ＥＣＵ１０からの制御信号に従って、吸気バルブ１４のリフト量を連続的に変更することができる機構である。可変リフト機構は、任意の既知の手法により実現することができる。例えば、カム、リフト可変リンク、アッパーリンク、ロアリンクから構成され、ロアリンクの角度をアクチュエータなどで変更して、バルブの最大リフト量を制御する手法が提案されている（たとえば、特開２００４−０３６５６０号を参照）。

可変位相機構４４は、ＥＣＵ１０からの制御信号に従って、吸気バルブ１４の開閉タイミングを連続的に変更する。可変位相機構は、任意の既知の手法により実現することができる。たとえば、電磁的に吸気バルブの位相を進角または遅角に制御する手法が提案されている（たとえば、特開２０００―２２７０３３号を参照）。

なお、代替的に、可変リフト機構４２および可変位相機構４４を一体的に構成してもよい。

本実施形態では、連続可変動弁機構４０は、吸入空気量の制御に利用される。連続可変動弁機構４０を用いて吸気バルブ１４のリフト量を変化させることにより、吸入空気量を制御することができる。

吸気管１６内にはスロットル弁４６が配置されている。スロットル弁４６は、ＥＣＵ１０からの制御信号に応じてアクチュエータ(図示せず)によって駆動されるドライブバイワイヤ（drive by wire：ＤＢＷ）式のスロットル弁である。

スロットル弁開度センサ４８がスロットル弁４６に設けられており、スロットル開度θＴＨに応じた信号をＥＣＵ１０に出力する。

本実施形態では、スロットル弁４６は、吸気管内の負圧を目標値に一定に維持するための一定負圧制御に利用される。スロットル弁４６の開度を変化させることにより、吸気管内の負圧（ゲージ圧）を調整して、一定負圧制御を実施することができる。

吸気管１６のスロットル弁４６の上流側に、エアフローメータ５０が設置されている。エアフローメータ５０は、吸入空気量を示す電気信号をＥＣＵ１０に出力する。

吸気管１６のスロットル弁４６の下流には吸気管内圧力センサ５２および吸気温センサ５４が備えられ、それぞれ吸気管内絶対圧Ｐｂおよび吸気温度Ｔａを示す電気信号をＥＣＵ１０に出力する。

また、大気圧センサ５６がエンジン外部の任意の位置に設置されており、大気圧Ｐａを示す電気信号をＥＣＵ１０に出力する。

排気管２０の触媒５８の上流側にはＬＡＦ(linear air-fuel)センサ６０が設置されている。ＬＡＦセンサ６０は、リーンからリッチにわたる広範囲において排出ガス中の酸素濃度に比例する信号をＥＣＵ１０に出力する。

次に、図２を参照して、本実施形態による内燃機関の吸気制御装置について説明する。

吸気制御装置は、上述のように可変動弁機構４０を用いて吸気バルブ１４のリフト量を調整して吸入空気量を制御する。さらに、吸気制御装置は、スロットル弁４６の開度を調整して、吸入空気量の増減に関係なく吸気管１６内のゲージ圧（負圧）を目標ゲージ圧に維持するための一定負圧制御を実施する。吸気制御装置の各機能は、ＥＣＵ１０のメモリ１０ｃに記憶されたプログラムをＣＰＵ１０ｂが実行することにより実現される。

図２は、吸気制御装置の機能のうち、一定負圧制御の機能の詳細について示すものである。

一定負圧制御の概略は、現在の吸入空気量に基づいてスロットル４６の開口面積を推定するフィードフォワード制御の役割をもつ部分（有効吸入空気量算出６２、基準スロットル開口面積算出部６４、スロットル開口面積補正部６６）と、現在の吸気管内のゲージ圧と目標ゲージ圧に基づいてスロットル開口面積の補正量を算出するフィードバック制御の役割をもつ部分（フィードバック制御部６８）から構成される。

まず図２の上部に配置されるフィードフォワード制御の役割をもつ部分について説明する。この部分は、有効吸入空気量算出部６２と、基準スロットル開口面積決定部６４と、スロットル開口面積補正部６６を含む。これらのブロック群は、現在の吸入空気量に基づいて、吸気管内のゲージ圧が目標ゲージ圧となるようなスロットル開口面積を推定する。

有効吸入空気量算出部６２は、エアフローメータで計測された実吸入空気量Ｑと、目標吸入空気量Ｑｄとを用いて、以下に示す逐次型最小二乗フィルタを適用して、有効吸入空気量Ｑｅを求める。

Ｑｅ＝θ(今回値)＋Ｑｄ （１）
ここで、θはモデルパラメータであり、次式のように表される。

θ(今回値)＝θ(前回値)＋Ｐ・e （２）
ここで、Ｐは同定ゲインであり、例えば０．０１である。eは次式のように表される。

e＝Ｑ―（θ(前回値)＋Ｑｄ） （３）
このように導出された有効吸入空気量Ｑｅは、実吸入空気量Ｑまたは目標吸入空気量Ｑｄに基づいてスロットル開度を制御する際のそれぞれの長所を両立することができる。実吸入空気量Ｑは、スロットル４６の上流に設置されたエアフローメータ５０によって検出されるので、２次エアの流入の影響を受けることなく必要なスロットル開度を精度良く推定できるという長所があるが、スロットルの変動に応じてその値も変動するので、推定されるスロットル開度が安定しないという短所がある。目標吸入空気量Ｑｄは、スロットル開度を導出パラメータとして用いないので、スロットル変動の干渉を受けないという長所があるが、２次エア流入時にはスロットルを通過する空気量が正確にわからなくなるので、スロットル開度の推定精度が低下するという短所がある。有効吸入空気量Ｑｅに基づいてスロットル開度を制御することにより、２次エア流入時に制御の精度を維持することと、スロットルとの干渉を回避することが同時に実現できる。

基準スロットル開口面積決定部６４は、ある基準となるゲージ圧、大気圧、および吸気温度における吸入空気量とスロットル開口面積との関係を表す相関テーブルを参照して、有効吸入空気量Ｑｅから、上述の基準条件下におけるスロットル開口面積を表す基準スロットル開口面積Ａbaseを求める。相関テーブルは、例えば、図３に示すように、有効吸入空気量とスロットル開口面積との関係を記憶している。この相関テーブルは、ゲージ圧が５０(mmhg)、大気圧が１気圧（760mmhg）、吸気温度が２５度である基準条件下における有効吸入空気量とスロットル開口面積との関係を表している。

スロットル開口面積補正部６６は、現在の目標ゲージ圧PBGA_d、吸気温度Ta、大気圧Paに基づき基準スロットル開口面積Abaseを補正して、現在の運転条件に合うスロットル開口面積Ａを算出する。この補正は、ベルヌーイの定理から導出された補正式を用いて次式のように行なわれる。

ここで、PBGAbaseは基準目標ゲージ圧であり、本実施形態では５０(mmhg)である。Tbaseは基準吸気温度であり、本実施形態では２５(℃)である。Pbaseは基準大気圧であり、本実施形態では７６０（mmhg）である。PBGA_dは現在の目標ゲージ圧であり、Taは現在の吸気温度であり、Paは現在の大気圧を表す。

（４）式は、ベルヌーイの定理から導出された補正式である。ここでこの補正式の導出について説明する。

一般に、圧力（大気圧）Paの領域から断面積Aの経路を介して圧力Pbの領域へ空気が流入する場合、経路の断面積Aはベルヌーイの定理に基づいて、次式のように表される。

ここで、Cは補正係数である。PBGAはゲージ圧であり、PBGA＝Pa―Pbである。GAIRは空気の流量である。ρは空気密度である。

同様に、基準目標ゲージ圧PBGAbase、基準吸気温度Tbase、基準大気圧Pbaseの条件下において、断面積Abaseの経路を介して流量GAIRの空気が流れるとき、経路の断面積Abaseは次式のように表される。

ここで、ρ’は、この条件下における空気密度である。

（６）式より補正係数Cは次のように表される。

（７）式を（５）式に代入すると、以下のように展開できる。

ここで、ρ’／ρは空気密度の比であり、気体の状態方程式（PV＝nRT）に基づいて次のように表される。

（９）式を（８）式に代入すると、任意の目標ゲージ圧PBGA_d、吸気温度Ta、大気圧Paにおけるスロットル開口面積Aを求めるための（４）式が導出される。

図４は、有効吸入空気量算出部６２と、基準スロットル開口面積決定部６４と、スロットル開口面積補正部６６によるスロットル開口面積推定のフローチャートである。

まず、有効吸入空気量算出部６２が、目標吸入空気量Ｑｄと実吸入空気量Ｑを獲得し（ステップＳ１０１）、（３）式を用いてパラメータｅを算出する（ステップＳ１０３）。（２）式を用いてモデルパラメータθの現在値を算出し（ステップＳ１０５）、（１）式を用いて有効吸入空気量Ｑｅを算出する(ステップＳ１０７)。

次に、基準スロットル開口面積決定部６４が、図３に示すような相関テーブルを参照して、有効吸入空気量Ｑｅから基準スロットル開口面積Ａbaseを求める(ステップＳ１０９)。

さらに、スロットル開口面積補正部６６が、現在の目標ゲージ圧PBGA_d、大気圧Pa、および吸気温度Taを獲得して（ステップＳ１１１）、（４）式を用いて基準スロットル開口面積Abaseを補正して、目標ゲージ圧PBGA_dを実現するためのスロットル開口面積Aを算出する（ステップＳ１１３）。

ふたたび図２を参照して、フィードバック制御の役割をもつ部分について説明する。フィードバック補正部６８は、吸気管内のゲージ圧PBGAと目標ゲージ圧PBGA_dに基づいて、スロットル開口面積の補正量ΔＡを算出する。

上述のように、スロットル開口面積Ａは、吸気管内のゲージ圧PBGAが目標ゲージ圧PBGA_dになるように、現在の有効吸入空気量Ｑeおよび現在の大気圧Paや吸気温度Taなどの諸条件に応じて推定される。しかしながら、この推定に用いられる相関テーブル（図３）や補正式（（４）式）は、経年使用によってスロットルに蓄積するカーボンの影響については考慮されていない。カーボンの堆積が進行すると、推定した開口面積に応じて求められるスロットル角度では、実際の開口面積が算出値より小さくなり、実ゲージ圧と目標ゲージ圧との間に偏差が生じる可能性がある。

そこで、カーボン詰まりなどの外乱の影響を考慮して、実ゲージ圧PBGAが目標ゲージ圧PBGA_dになるようにフィードバック補正を行ない、スロットル開口面積の補正量ΔAを算出する。

図５は、フィードバック補正部６８の詳細な機能ブロック図である。本実施形態のフィードバック補正部６８は、応答指定型制御の一手法であるスライディングモード制御器である。スライディングモード制御器は、制御量と目標値との偏差の収束性と、目標値への追従性を独立して制御することができる。

フィードバック補正部６８には、目標ゲージ圧PBGA_dおよび実ゲージ圧PBGAが入力される。実ゲージ圧PBGAは、大気圧センサ５６で計測された大気圧Paと、吸気管内圧力センサ５２で計測された吸気管内圧力Pbとの差分である。

切り替え関数算出部７２は、目標ゲージ圧PBGA_dおよび実ゲージ圧PBGAに基づいて、両者の偏差の収束挙動を規定する切り替え関数を用いて、切り替え関数値σを算出する。

まず、実ゲージ圧PBGAと目標ゲージ圧PBGA_dとの偏差Eを次式のように求める。
E＝PBGA―PBGA_d （１０）
次に、以下に示す切り替え関数を用いて、切り替え関数値σを算出する。
σ＝E（今回値）＋pole×E（前回値） （１１）
ここで、poleは偏差Eの収束速度を規定するパラメータである。パラメータpoleは、フィードバック開始後カウンタに応じて設定される。例えば、パラメータpoleは、時間経過に伴い大きな値をとるよう設定することにより、偏差の収束速度を段階的に速くすることができる。

算出された切り替え関数値σは、到達則算出部７６および適応則算出部７８に送られる。

ゲイン切り替えフラグ決定部７４は、所定の条件時にフィードバックゲインを小さくするためのゲイン切り替えフラグを立てるかどうかを決定する。ゲイン切り替えフラグは、低負荷時、燃料カット時、目標ゲージ圧が低いとき、目標ゲージ圧の変動が大きいときに立ち上がるように設定されている。上記の条件のうち、「燃料カット時」の条件は、燃料カットフラグを監視することにより判別する。「目標ゲージ圧が低いとき」および「目標ゲージ圧の変動が大きいとき」の条件は、入力された目標ゲージ圧とその変化量によって判別する。「低負荷時」の条件は、エンジン回転数および目標吸入空気量によって判別する。

ゲイン切り替えフラグは、到達則算出部７６および適応則算出部７８に送られる。

到達則算出部７６は、所定のテーブルを参照して、切り替え関数値σに対応するフィードバック制御の比例項ΔＡrchを求める。テーブルは２種類用意されており、ゲイン切り替えフラグによって使用するテーブルが選択される。ゲイン切り替えフラグが立ち上がったときに使用するテーブルは、求められるフィードバック制御の比例項ΔＡrchの値が通常時のものと比べて小さくなるように設定されている。

また、到達則算出部７６は、フィードバック許可フラグが立っている状態において、比例項ΔArchを算出するように設定されている。スロットルが全開でゲージ圧がほぼ０となるとき、可変動弁機構による吸入空気量制御が禁止され吸気バルブのリフト量が固定されているとき、およびエンジン始動時には、フィードバック許可フラグが立っていないので、このとき、到達則算出部は０を出力する。

なお、到達則算出部７６は、所定のフィードバックゲインを予め設定しておき、切り替え関数値σにこのフィードバックゲインを乗じて比例項ΔＡrchを算出しても良い。この場合、上述のフィードバック許可フラグが立っていないときには、フィードバックゲインが０に変更され、到達則算出部７６が出力する比例項ΔＡrchは０となる。

適応則算出部７８は、所定のテーブルを参照して、切り替え関数値σに対応するフィードバック制御の積分項ΔＡadpを求める。テーブルは２種類用意されており、ゲイン切り替えフラグによって使用するテーブルが選択される。ゲイン切り替えフラグが立ち上がったときに使用するテーブルは、求められるフィードバック制御の積分項ΔＡadpの値が通常時のものと比べて小さくなるように設定されている。

また、適応則算出部７８は、フィードバック許可フラグが立っている状態において、積分項ΔAadpを算出するように設定されている。スロットルが全開でゲージ圧がほぼ０となるとき、可変動弁機構による吸入空気量制御が禁止され吸気バルブのリフト量が固定されているとき、およびエンジン始動時には、フィードバック許可フラグが立っていないので、このとき、適応則算出部は０を出力する。

なお、適応則算出部７８は、所定のフィードバックゲインを予め設定しておき、切り替え関数値σにこのフィードバックゲインを乗じて積分項ΔＡadpを算出しても良い。この場合、上述のフィードバック許可フラグが立っていないときには、フィードバックゲインが０に変更され、適応則算出部７８が出力する積分項ΔＡadpは０となる。

到達則算出部７６より出力された比例項ΔArchおよび適応則算出部７８より算出された積分項ΔAadpが加算され、リミット処理８０を施したのち、スロットル開口面積の補正量ΔＡとして出力される。

なお、代替的に、フィードバック補正部６８は、例えばＰＩＤ制御器のように積分項をもつ従来のフィードバック制御手法を利用して構成することも可能である。

ふたたび図２に戻り、その後の処理を説明する。

開口面積補正部６６より出力されたスロットル開口面積Ａと、フィードバック補正部６８より出力されたスロットル開口面積の補正量ΔＡは、スロットル開度算出部７０へ入力される。

スロットル開度算出部７０は、変換テーブル８３を参照して、フィードバック補正されたスロットル開口面積Ａ＋ΔＡに対応するスロットル開度ＴＨを算出する。

変換テーブル８３は、スロットル開口面積とスロットル開度との関係を表すテーブルであり、たとえば図６のグラフ８３のような特性をもつ。変換テーブル８３は、スロットル弁４６に堆積しているカーボン量を表すカーボン堆積率ＫＴＨＣに従って更新される。変換テーブル８３の更新は、ドライビングサイクルの所定のタイミング（たとえばイグニッションオン時）に実施される。

カーボン堆積率KTHCは、カーボン堆積率推定部６９によって、１ドライビングサイクルにつき少なくとも一度算出される。カーボン堆積率KTHCの推定手法、変換テーブルの更新手法については後述する。

吸気制御装置は、このように導出されたスロットル開度THにしたがって、スロットル弁４６を制御して、一定負圧制御を行なう。

以上、本実施形態の吸気制御装置による一定負圧制御について説明した。

次に、カーボン堆積率推定部６９において実施されるカーボン堆積率KTHCの推定処理と、スロットル開度算出部７０において実施される変換テーブル８３の更新処理について説明する。図２において、カーボン堆積率推定部６９がスロットル開度算出部７０に含まれるように記載されているが、これらを別の機能ブロックに分けて構成しても良い。

まず、カーボン堆積率ＫＴＨＣの推定手法について説明する。

本実施形態の吸気制御装置には、初期状態テーブル８１および詰まり状態テーブル８２という２種類のテーブルが予め用意されている。これらのテーブルは、メモリ１０ｃに記憶されている。初期状態テーブル８１は、スロットル機構がエンジンに装着された直後の初期状態におけるスロットル開口面積とスロットル開度との関係を表す。詰まり状態テーブル８２は、スロットルを駆動できる限界量までカーボンがスロットルに堆積している状態におけるスロットル開口面積とスロットル開度との関係を表す。初期状態テーブル８１および詰まり状態テーブル８２は、たとえば図６に示すような特性をもっている。

図６を参照すると、スロットル弁４６にカーボンが堆積するにつれて、所望のスロットル開口面積を実現するために、スロットル角度が大きく設定されるという特徴がある。スロットル開口面積Ａを実現するように設定されるスロットル開度は、初期状態８１ではTHminという最小値をとり、詰まり状態８２ではTHmaxという最大値をとる。

一方、スロットル開度算出部７０は、上述のとおり、変換テーブル８３を参照して、フィードバック補正されたスロットル開口面積Ａ＋ΔＡに対応するスロットル開度THを求める。

本実施形態では、現在のスロットル開度ＴＨをTHminおよびTHmaxと比較することによって、カーボン堆積率KTHCを推定する。たとえば、スロットル開度THがTHminに近いほど、カーボン堆積率KTHCは低くなり、THがTHmaxに近いほど、カーボン堆積率KTHCは高くなる。

図７は、カーボン堆積率推定部６９において実施されるカーボン堆積量KTHCの推定処理のフローチャートである。この処理は、１ドライビングサイクルにつき少なくとも１回実施される。

ステップＳ２０１において、空燃比補正が正常に実施されているかが確認される。空燃比補正は、例えば排気管２０のLAFセンサ６０の計測値に基づき現在の空燃比を検出し、運転状態に応じてECU１０が算出する目標空燃比を実現するように燃料噴射弁２２による燃料噴射量を調整することにより実施することができる。このとき、ＬＡＦセンサ出力から算出される現在の実空燃比と、目標空燃比との偏差に基づいて導出されるフィードバック補正量が所定のしきい値以下のときに空燃比補正が正常に実施されていると判断する。空燃比補正が正常に実施されているならばステップＳ２０３に進む。空燃比補正に異常があるならばカーボン堆積率の推定は行なわず処理を終了する。

ステップＳ２０３において、初期状態テーブル８１を参照して、スロットル開口面積Ａに対応する初期状態におけるスロットル開度THminが求められる。

ステップＳ２０５において、詰まり状態テーブル８２を参照して、スロットル開口面積Ａに対応するカーボン詰まり状態におけるスロットル開度THmaxが求められる。

ステップＳ２０７において、変換テーブル８３を参照して、スロットル開口面積Ａ＋ΔＡに対応するスロットル弁開度ＴＨが求められる。

ステップＳ２０９において、カーボン堆積率ＫＴＨＣが算出される。カーボン堆積率ＫＴＨＣは、THmin、THmax、およびTHを用いて次式のように算出できる。
KTHC=（TH−THmin）／（THmax−THmin） （１２）

算出されたKTHCがメモリ１０ｃに記憶され、処理を終了する。

続いて、スロットル開度算出部７０において実施される変換テーブル８３の更新方法について説明する。

変換テーブル８３は、初期状態テーブル８１および詰まり状態テーブル８２と、カーボン堆積率推定部６９によって求められメモリ１０ｃに記憶されているカーボン堆積率KTHCとを利用して更新される。

この処理は、１ドライビングサイクルにつき少なくとも１度実行すれば良く、例えば、イグニッションオン時に前回のドライビングサイクルで推定されたカーボン堆積率KTHCを用いて実施される。

変換テーブル８３の特性を、開口面積Aに関する関数TH(A)と表すと、特性TH(A)は、カーボン堆積率ＫＴＨＣに従って、次式により更新される。
TH(A)＝KTHC×THmax(A)＋(１−KTHC)×THmin(A) （１３）
ここで、THmax(A)は詰まり状態テーブル８２の特性を表す関数であり、THmin(Ａ)は初期状態テーブル８１の特性を表す関数である。

以上、カーボン堆積量ＫＴＨＣの推定と、変換テーブル８３の更新について説明した。

本実施形態による吸気制御装置は、吸気バルブのリフト量を調整することによりエンジン回転数を制御する内燃機関において、スロットル開度算出部７０によってスロットル開口面積から求められたスロットル開度ＴＨを、スロットル初期状態の特性８１に基づく最小値ＴＨminおよびカーボン詰まり状態の特性８２に基づく最大値THmaxと比較することにより、スロットル弁のカーボン堆積率ＫＴＨＣを精度良く推定することができる。

スロットル弁に堆積しているカーボン量が精度良く推定されると、次のような利点がある。たとえば、スロットルにカーボンが堆積すると、スロットル弁が完全に閉じられないので、低開度側（１〜２度程度）にて一定負圧制御を実施できない領域が生じる場合がある。このとき、負圧目標値から大幅にアンダーシュートするような事象が現れ、アイドル運転中にエンジンが停止してしまう可能性がある。カーボン堆積量が精度良く推定できると、ＥＣＵが低開度側の制御不能な領域を認識することができるので、高精度な一定負圧制御を実現することができる。

また、この吸気制御装置は、推定されたカーボン堆積量ＫＴＨＣを利用して、スロットル開口面積からスロットル開度ＴＨを求めるための変換テーブル８３を更新するので、一定負圧制御を精度良く実施することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、改変して用いることができる。

本発明の実施形態に従う内燃機関およびその制御装置の全体的な構成図である。 本実施形態の吸気制御装置の一定負圧制御に関する機能ブロック図である。 基準環境下における有効吸入空気量とスロットル開口面積との関係を表す相関テーブルである。 スロットル開口面積推定のフローチャートである。 フィードバック補正部の詳細な機能ブロック図である。 スロットル開口面積とスロットル弁開度との関係を表す変換テーブル、初期状態テーブルおよび詰まり状態テーブルの特性を示す図である。 カーボン堆積量推定部で実施されるカーボン堆積量KTHCの推定処理のフローチャートである。

符号の説明

１０ ECU
１４ 吸気バルブ
４０ 可変動弁機構
４２ 可変リフト機構
４６ スロットル弁
５２ 吸気管内圧力センサ
５４ 吸気温度センサ
５６ 大気圧センサ
６２ 有効吸入空気量算出部
６４ 基準スロットル開口面積算出部
６６ スロットル開口面積補正部
６８ フィードバック補正部
６９ カーボン堆積率推定部
７０ スロットル開度算出部
８１ 初期状態特性テーブル
８２ 詰まり状態特性テーブル
８３ 変換テーブル

Claims (5)

1. 少なくとも吸気バルブのリフト量を連続的に調節して吸入空気量を制御する可変動弁機構と、吸気管内のゲージ圧を所定の目標ゲージ圧に保持するためのスロットル弁と、を備える内燃機関の吸気制御装置であって、
   現在の吸入空気量に基づいてスロットル開口面積を求める手段と、
   前記吸気管内のゲージ圧が前記目標ゲージ圧になるように前記スロットル開口面積の補正量を求め、該補正量を前記求められたスロットル開口面積に加算して、前記スロットル開口面積をフィードバック補正する手段と、
   前記スロットル弁の初期状態におけるスロットル開口面積とスロットル弁開度との関係を表す第1のテーブルと、
   前記スロットル弁に堆積するカーボンの量が限界値である詰まり状態におけるスロットル開口面積と前記スロットル弁開度との関係を表す第2のテーブルと、
   前記第１のテーブルおよび前記第２のテーブルを参照して、前記スロットル開口面積および前記補正量に基づいて前記スロットル弁のカーボン堆積率を推定する手段と、
   を有する、内燃機関の吸気制御装置。
2. 前記フィードバック補正されたスロットル開口面積に基づいて、変換テーブルを参照してスロットル弁開度を求める手段をさらに有し、
   該変換テーブルは、前記カーボン堆積率にしたがって更新される、
   請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
3. 前記カーボン堆積率を推定する手段が、前記第1のテーブルを参照して、前記求められたスロットル開口面積に対応する前記初期状態におけるスロットル弁開度を求め、
   前記第２のテーブルを参照して、前記求められたスロットル開口面積に対応する前記詰まり状態におけるスロットル弁開度を求め、
   前記変換テーブルを参照して、前記フィードバック補正されたスロットル開口面積に対応する現在のスロットル弁開度を求め、次の数式
   KTHC=（TH−THmin）／（THmax−THmin）
   により前記カーボン堆積率を推定し、ここで、KTHCはカーボン堆積率を表し、THは現在のスロットル弁開度を表し、THminは初期状態におけるスロットル弁開度を表し、THmaxは詰まり状態におけるスロットル弁開度を表す、
   請求項２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
4. 前記スロットル弁開度を求める手段が、前記推定されたカーボン堆積率にしたがって、次の数式
   TH(A)＝KTHC×THmax(A)＋(１―KTHC)×THmin(A)
   により前記変換テーブルを更新し、ここで、TH(A)は前記変換テーブルの特性を表す関数であり、THmin(A)は前記第1のテーブルの特性を表す関数であり、THmax(A)は、前記第2のテーブルの特性を表す関数であり、KTHCは前記推定されたカーボン堆積率を表す、請求項２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
5. 排気管に設置される空燃比検出手段の検出値に基づいて空燃比の補正量を求めることにより空燃比をフィードバック制御する手段をさらに有し、
   前記空燃比の補正量が所定のしきい値以下のときに、前記推定する手段が前記現在のカーボン堆積量を推定する、
   請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。

Images