JP2009264326A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エアフロメータの異常時に、エアフロメータの検出値と推定空気量とのずれを適切に補償した噴射量計算を行う。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、空燃比フィードバック制御や空燃比学習制御などを行う。具体的には、比率学習値記憶手段は、エアフロメータの正常時に、エアフロメータで検出された空気量と推定によって得られた推定空気量との比率を、比率学習値として記憶する。そして、制御手段は、エアフロメータの異常時に、比率学習値と推定空気量とに基づいて得られた空気量を用いて噴射量計算を行い、燃料噴射を実行する。これにより、エアフロメータの異常時に、推定空気量とエアフロメータの検出値（真の空気量）とのずれを適切に補償することができる。したがって、真の空気量に近い値を用いて噴射量を算出することが可能となり、正常時に得られた学習値を有効に利用することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、空燃比フィードバック制御及び空燃比学習制御などを行う内燃機関の制御装置に関する。

この種の技術が、例えば特許文献１及び２に記載されている。特許文献１には、エアフロメータの正常時には、エンジン回転数や水温やスロットル開度などの情報に対応付けてエアフロメータの検出値を記憶しておき、エアフロメータの異常時には、エアフロメータの検出値の代わりに、記憶された値（マップ値）を用いて制御を行う技術が提案されている。また、特許文献２には、エアフロメータの異常時に、異常判定前の出力値や推定空気量を用いた制御を行う技術が提案されている。その他にも、本発明に関連のある技術が、特許文献３及び４に記載されている。

特許２５３５７９６号公報 特開２００６−３４２７４８号公報 特開平６−３０７２７３号公報 特開平３−１１５７５１号公報

しかしながら、上記した特許文献１乃至４に記載されたような技術では、エアフロメータの異常時に、適切な空燃比制御（理論空燃比を精度良く実現するための噴射量計算）を行うことが困難となり、エミッションが悪化してしまう場合があった。これは、エアフロメータの異常時に、排気通路上のセンサを用いた空燃比フィードバック制御を停止したり、空燃比フィードバック制御を実行しても補正量の学習記憶を停止したりすることで、空燃比補正量の学習値はエアフロメータが正常である際に得られた値などを用いることとなり、空燃比制御にずれが生じてしまう場合があったからである。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、エアフロメータの異常時に、エアフロメータの検出値と推定空気量とのずれを適切に補償した噴射量計算を行うことが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、内燃機関の制御装置は、エアフロメータの正常時に、前記エアフロメータで検出された空気量と推定によって得られた推定空気量との比率を、比率学習値として記憶する比率学習値記憶手段と、前記エアフロメータの異常時に、前記比率学習値記憶手段によって記憶された前記比率学習値と前記推定空気量とに基づいて得られた空気量を用いて噴射量計算を行い、燃料噴射を実行する制御手段と、を備える。

上記の内燃機関の制御装置は、空燃比フィードバック制御や空燃比学習制御などを行うために好適に利用される。具体的には、比率学習値記憶手段は、エアフロメータの正常時に、エアフロメータで検出された空気量と推定によって得られた推定空気量との比率を、比率学習値として記憶する。そして、制御手段は、エアフロメータの異常時に、比率学習値記憶手段によって記憶された比率学習値と推定空気量とに基づいて得られた空気量を用いて噴射量計算を行い、燃料噴射を実行する。つまり、制御手段は、エアフロメータの異常時に、推定空気量を比率学習値によって補正した空気量を用いて噴射量計算を行う。これにより、エアフロメータの異常時に、推定空気量とエアフロメータの検出値（真の空気量）とのずれを適切に補償することができる。したがって、真の空気量に近い値を用いて噴射量を算出することが可能となり、エアフロメータの正常時に得られた学習値（燃料噴射弁や充填効率などの個体差を吸収する学習値）を有効に利用することができる。これにより、エアフロメータの異常時におけるエミッションの悪化などを抑制することが可能となる。

上記の内燃機関の制御装置の一態様では、前記比率学習値記憶手段は、空燃比学習制御で用いる学習領域ごとに、前記比率学習値を記憶する。つまり、比率学習値記憶手段は、空燃比学習制御で用いる学習領域と同様の学習領域を用いて、当該学習領域ごとに比率学習値を記憶する。

上記の内燃機関の制御装置において好適には、前記制御手段は、前記エアフロメータの異常時に、空燃比フィードバック制御及び空燃比学習制御の両方の実行を停止する。

また、上記の内燃機関の制御装置において好適には、前記制御手段は、前記エアフロメータの異常時に、空燃比学習制御の実行のみを停止し、空燃比フィードバック制御を実行する。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［全体構成］
図１は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用された車両５０の構成を示す概略図である。なお、図１では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。

車両５０は、主に、吸気通路３と、スロットルバルブ４と、燃料噴射弁５と、エンジン（内燃機関）６と、点火プラグ９と、排気通路１０と、エアフロメータ１１と、スロットル開度センサ１２と、回転数センサ１３と、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ１４と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）２０と、を有する。エンジン６は、気筒６ａや吸気弁７や排気弁８や点火プラグ９などを備えて構成され、例えばガソリンエンジンなどに相当する。なお、図１においては、説明の便宜上、１つの気筒６ａのみを示しているが、実際にはエンジン６は複数の気筒６ａを有する。また、本発明は、ガソリンエンジンへの適用に限定されず、ディーゼルエンジンにも適用することができる。

吸気通路３には外部から導入された吸気（空気）が通過し、スロットルバルブ４は吸気通路３を通過する吸気の流量を調整する。この場合、スロットルバルブ４はスロットルモータ４ａによって開度が調整され、スロットルモータ４ａはＥＣＵ２０から供給される制御信号によって制御される。吸気通路３を通過した吸気は、エンジン６における燃焼室６ｂに供給される。また、燃焼室６ｂには、燃料噴射弁５によって噴射された燃料が供給される。この場合、燃料噴射弁５は、ＥＣＵ２０から供給される制御信号に応じて、燃料噴射量が制御される。更に、エンジン６の燃焼室６ｂには、吸気弁７と排気弁８とが設けられている。吸気弁７は、開閉することによって、吸気通路３と燃焼室６ｂとの導通／遮断を制御する。排気弁８は、開閉することによって、排気通路１０と燃焼室６ｂとの導通／遮断を制御する。

燃焼室６ｂ内では、上記のように供給された吸気と燃料との混合気が、点火プラグ９によって点火されることで燃焼される。この場合、燃焼によってピストン６ｃが往復運動し、当該往復運動がコンロッド６ｄを介してクランク軸（不図示）に伝達され、クランク軸が回転する。エンジン６には排気通路１０が接続されており、このような燃焼によって生じた排気は排気通路１０から排出される。なお、排気通路１０上には（詳しくは、空燃比センサ１４の下流側の排気通路１０上）、排気ガスを浄化可能な触媒（不図示）が設けられている。

車両５０に設けられた各センサは、以下のように機能する。エアフロメータ１１は、吸気通路３を通過する吸入空気量（以下では、吸入空気量のことを単に「空気量」と表記する。）を検出し、検出した空気量に対応する検出信号をＥＣＵ２０に供給する。なお、以下では、エアフロメータ１１が検出した空気量を「エアフロ空気量」と表記する。スロットル開度センサ１２は、スロットルバルブ４の開度を検出し、検出した開度に対応する検出信号をＥＣＵ２０に供給する。回転数センサ１３は、エンジン６の回転数（エンジン回転数）を検出し、検出したエンジン回転数に対応する検出信号をＥＣＵ２０に供給する。空燃比センサ１４は、排気通路１０中のガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を検出し、検出した空燃比に対応する検出信号をＥＣＵ２０に供給する。

ＥＣＵ２０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えて構成される。ＥＣＵ２０は、車両５０内に設けられた各種センサから信号などを取得し、車両５０内の構成要素に対して種々の制御を行う。本実施形態では、ＥＣＵ２０は、主として、空燃比センサ１４が検出した空燃比に基づいて、空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量を調整する空燃比フィードバック制御を実行する。また、ＥＣＵ２０は、エンジン運転状態を空気量によって複数の学習領域に区切り、空燃比フィードバック制御によって得られた燃料噴射量の補正量（補正率）を、対応する学習領域ごとに学習値として記憶する空燃比学習制御を実行する。

このように、ＥＣＵ２０は、本発明における内燃機関の制御装置に相当する。具体的には、詳細は後述するが、ＥＣＵ２０は、本発明における比率学習値記憶手段及び制御手段として機能する。

［制御方法］
以下で、本実施形態においてＥＣＵ２０が行う制御について、具体的に説明する。

本実施形態では、ＥＣＵ２０は、エアフロメータ１１に異常（例えば、断線、ショート、スタックなど）が発生した際においても、適切な噴射量計算が行われるように制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ２０は、エアフロメータ１１の異常時に、推定空気量とエアフロ空気量とのずれを補償した噴射量計算を行う。詳しくは、ＥＣＵ２０は、エアフロメータ１１の正常時、定常運転領域において、エンジン回転数やスロットル開度などから推定される推定空気量とエアフロ空気量との比率を比率学習値として予め記憶しておき、エアフロメータ１１の異常時に、このように記憶された比率学習値と推定空気量とから求まる空気量に基づいて噴射量計算を行い、燃料噴射を実行する。つまり、ＥＣＵ２０は、エアフロメータ１１の異常時に、推定空気量を比率学習値によって補正した空気量を用いて噴射量計算を行う。

ここで、上記のような本実施形態に係る制御と、エアフロメータ１１の異常時に、噴射量計算に用いる空気量をエアフロ空気量から推定空気量に単に切り替える場合（以下、「比較例に係る制御」と呼ぶ。）とを比較して、本実施形態に係る制御による効果について説明する。比較例に係る制御では、エアフロメータ１１の異常時に、真の空気量と推定空気量との差異が噴射量の差異として表れてしまい、エミッションが悪化する傾向にあると言える。これに対して、本実施形態に係る制御では、エアフロメータ１１の正常時に真の空気量と推定空気量との差異（比率学習値に対応する）を予め学習しているため、エアフロメータ１１の異常時においても、より真の空気量に近い値を用いて噴射量を算出すること可能となり、エアフロメータ１１の正常時に得られた空燃比学習値（燃料噴射弁５や気筒６ａごとの充填効率などの個体差を吸収する学習値）を有効に利用することができる。したがって、本実施形態によれば、エアフロメータ１１の異常時におけるエミッションの悪化などを適切に抑制することが可能となる。

（第１実施例）
次に、ＥＣＵ２０が行う制御の第１実施例について説明する。第１実施例では、ＥＣＵ２０は、エアフロメータ１１の正常時、定常運転領域において、空燃比学習制御で用いる学習領域ごとに上記した比率学習値を記憶しておき、エアフロメータ１１の異常時に、このように記憶された比率学習値と推定空気量とに基づいて得られる空気量を用いて噴射量計算を行う。また、第１実施例では、ＥＣＵ２０は、エアフロメータ１１の異常時に、空燃比フィードバック制御及び空燃比学習制御の両方の実行を停止する。

図２は、第１実施例に係る制御処理を示すフローチャートである。当該処理は、ＥＣＵ２０によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ２０は、エンジン回転数やスロットル開度などから推定空気量を算出する。この場合、ＥＣＵ２０は、回転数センサ１３からエンジン回転数を取得し、スロットル開度センサ１２からスロットル開度を取得する。例えば、ＥＣＵ２０は、所定のモデルなどを用いて推定空気量を算出する。そして、処理はステップＳ１０２に進む。なお、上記したエンジン回転数やスロットル開度以外にも、吸気弁７及び排気弁８におけるカムリフトやカム位相などもパラメータとして用いて、推定空気量を算出しても良い。これらも、空気量に関わるエンジン制御状態を示すパラメータであるからである。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ２０は、エアフロメータ１１が正常であるか否かの判定を行う。つまり、ＥＣＵ２０は、エアフロメータ１１において断線やショートやスタックなどの異常が生じていないかを判定する。例えば、ＥＣＵ２０は、エアフロメータ１１から供給される信号が異常な値を示している場合に、エアフロメータ１１が正常ではないと判定する。エアフロメータ１１が正常である場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０３に進む。この場合には、ステップＳ１０３〜Ｓ１０８の処理が実行される。これに対して、エアフロメータ１１が正常でない場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、つまりエアフロメータ１１が異常である場合、処理はステップＳ１０９に進む。この場合には、ステップＳ１０３〜Ｓ１０８の処理は実行されずに、ステップＳ１０９の処理のみが実行される。

エアフロメータ１１が正常である場合に行われるステップＳ１０３〜Ｓ１０８の処理について、まず説明する。ステップＳ１０３では、ＥＣＵ２０は、エアフロメータ１１で検出された空気量（エアフロ空気量）と、ステップＳ１０１で算出された推定空気量との比率（以下、「空気量比率」と呼ぶ。）を算出する。この空気量比率は、「エアフロ空気量／推定空気量」より得られる。そして、処理はステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０３で算出された空気量比率に対して、なまし処理を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、算出された空気量比率に対して、ノイズを除去する処理を行う。例えば、ＥＣＵ２０は、移動平均処理や中央値検出処理などを行う。そして、処理はステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０４でなまし処理が行われた後の値（比率なまし値）を、比率学習値として記憶する。具体的には、ＥＣＵ２０は、エンジン運転状態に応じて複数の領域に区切られた学習領域において、現在のエンジン運転状態に対応する学習領域に比率学習値を記憶する。この場合、ＥＣＵ２０は、空燃比学習制御で用いる学習領域と同様に区切られた学習領域を用いる。なお、ＥＣＵ２０は、例えばバックアップＲＡＭなどに比率学習値を格納する。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０６に進む。なお、上記では、空燃比学習制御で用いる学習領域と同様に区切られた学習領域を比率学習値に対して用いる例を示したが、空燃比学習制御で用いる学習領域よりも細かく区切られた領域を、比率学習値を記憶させる学習領域として用いても良い。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ２０は、エアフロメータ１１が正常であるため、エアフロメータ１１で検出されたエアフロ空気量を、噴射量計算などの噴射量制御で用いる空気量（以下、「噴射制御用空気量」と呼ぶ。）として設定する。そして、処理はステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ２０は、空燃比センサ１４が検出した空燃比に基づいて、空燃比フィードバック制御を実行する。そして、処理はステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、ＥＣＵ２０は、空燃比フィードバック制御によって得られた燃料噴射量の補正量（補正率）を学習領域ごとに記憶する空燃比学習制御を実行する。そして、処理はステップＳ１１０に進む。

次に、エアフロメータ１１が異常である場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）に行われるステップＳ１０９の処理について説明する。ステップＳ１０９では、ＥＣＵ２０は、上記のようにして記憶された比率学習値を用いて、ステップＳ１０１で算出された推定空気量を補正し、当該補正によって得られた空気量を噴射制御用空気量として設定する。具体的には、ＥＣＵ２０は、現在のエンジン運転状態に対応する領域に記憶された比率学習値を取得し、推定空気量に対して当該比率学習値を積算することによって得られた空気量を、噴射制御用空気量として用いる。そして、処理はステップＳ１１０に進む。この場合には、エアフロメータ１１が異常であるため、ＥＣＵ２０は、上記したような空燃比フィードバック制御及び空燃比学習制御を実行しない、つまりステップＳ１０７及びステップＳ１０８の処理を実行しない。

ステップＳ１１０では、ＥＣＵ２０は、上記のように設定された噴射制御用空気量などを用いて噴射量計算を行う。より具体的には、ＥＣＵ２０は、エアフロメータ１１が異常である場合には、ステップＳ１０９で設定された噴射制御用空気量を用いると共に、エアフロメータ１１が正常である際に得られた学習値を用いて、噴射量計算を行う。また、ＥＣＵ２０は、このように噴射量計算を行う際に、フィードバック量及び学習値の反映も行う。そして、処理はステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１では、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１１０で計算された噴射量にて燃料噴射を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、計算された噴射量に対応する制御信号を燃料噴射弁５に対して供給する。そして、処理は当該フローを抜ける。

以上説明した第１実施例によれば、エアフロメータ１１の異常時において、推定空気量とエアフロ空気量とのずれを適切に補償することができる。したがって、真の空気量に近い値を用いて噴射量を算出することが可能となり、正常時に得られた空燃比学習値を有効に利用することができる。よって、エアフロメータ１１の異常時におけるエミッションの悪化などを抑制することが可能となる。

（第２実施例）
次に、ＥＣＵ２０が行う制御の第２実施例について説明する。第２実施例でも、第１実施例と同様に、エアフロメータ１１の正常時に比率学習値を記憶しておき、エアフロメータ１１の異常時に、比率学習値と推定空気量とから求まる空気量に基づいて噴射量計算を行う。しかしながら、第１実施例では、エアフロメータ１１の異常時に、空燃比フィードバック制御及び空燃比学習制御の両方の実行を停止していたが、第２実施例では、エアフロメータ１１の異常時に、空燃比学習制御の実行のみを停止する。つまり、第２実施例では、エアフロメータ１１の異常時においても空燃比フィードバック制御を実行する点で、第１実施例と異なる。

こうするのは、推定空気量と比率学習値とから得られる空気量を用いることで、真の空気量に近い空気量を用いて噴射量計算を行うことができ、エアフロメータ１１の異常時にも空燃比フィードバック制御を適切に実行することができると考えられるからである。つまり、空燃比フィードバック制御の実行を停止する必要はないと考えられるからである。なお、第２実施例においても、エアフロメータ１１の異常時には空燃比学習制御の実行を停止する。こうするのは、比率学習値を用いることで真の空気量に近い空気量が得られるが、あくまで推定値であり、真値ではないので、学習値がずれてしまう可能性があるからである。

図３は、第２実施例に係る制御処理を示すフローチャートである。当該処理も、ＥＣＵ２０によって所定の周期で繰り返し実行される。なお、前述した第１実施例に係る制御処理と同様の処理については、その説明を適宜省略するものとする。

第２実施例に係る制御処理では、エアフロメータ１１が正常である場合には、第１実施例に係る制御処理と同様の処理が実行され、エアフロメータ１１が異常である場合には、第１実施例に係る制御処理と異なる処理が実行される。具体的に異なる部分の処理について説明すると、第２実施例では、ＥＣＵ２０は、比率学習値と推定空気量とから得られた空気量を噴射制御用空気量として設定する処理（ステップＳ２０７）を行った後に、空燃比フィードバック制御を実行する（ステップＳ２０８）。具体的には、ＥＣＵ２０は、推定空気量と比率学習値とから得られる空気量に基づいて、空燃比フィードバック制御を実行する。この後、ＥＣＵ２０は、エアフロメータ１１が正常であるか否かの判定を行い（ステップＳ２０９）、エアフロメータ１１が正常である場合（ステップＳ２０９；Ｙｅｓ）、空燃比学習制御を行い（ステップＳ２１０）、エアフロメータ１１が異常である場合（ステップＳ２０９；Ｎｏ）、空燃比学習制御を行わない。この後、処理はステップＳ２１１、Ｓ２１２に進み、ＥＣＵ２０は、前述したステップＳ１１０、Ｓ１１１の処理と同様の処理を行う。

以上説明した第２実施例によれば、エアフロメータ１１の異常時においても、空燃比フィードバック制御を適切に実行することができる。

本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用された車両の概略構成図を示す。 第１実施例に係る制御処理を示すフローチャートである。 第２実施例に係る制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

３ 吸気通路
４ スロットルバルブ
５ 燃料噴射弁
６ エンジン
１０ 排気通路
１１ エアフロメータ
１２ スロットル開度センサ
１３ 回転数センサ
１４ 空燃比センサ
２０ ＥＣＵ
５０ 車両

Claims (4)

1. エアフロメータの正常時に、前記エアフロメータで検出された空気量と推定によって得られた推定空気量との比率を、比率学習値として記憶する比率学習値記憶手段と、
   前記エアフロメータの異常時に、前記比率学習値記憶手段によって記憶された前記比率学習値と前記推定空気量とに基づいて得られた空気量を用いて噴射量計算を行い、燃料噴射を実行する制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記比率学習値記憶手段は、空燃比学習制御で用いる学習領域ごとに、前記比率学習値を記憶する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記エアフロメータの異常時に、空燃比フィードバック制御及び空燃比学習制御の両方の実行を停止する請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記エアフロメータの異常時に、空燃比学習制御の実行のみを停止し、空燃比フィードバック制御を実行する請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。

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