JP2011099355A - 内燃機関の吸入空気量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の過渡運転時でも吸気系の応答遅れを補償した目標スロットル開度を設定しながら目標スロットル開度の振動を抑制できるようにする。
【解決手段】要求吸入空気量Ｍt をベース系統の規範モデル３１でモデル後要求吸入空気量ＢＭtsm に変換し、そのモデル後要求吸入空気量ＢＭtsm を実現するように吸気系モデルの逆モデルを用いてベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡを算出する。一方、要求吸入空気量Ｍt を高応答系統の規範モデル３３でモデル後要求吸入空気量ＨＭtsm に変換し、そのモデル後要求吸入空気量ＨＭtsm を実現するように吸気系モデルの逆モデルを用いて高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡを算出する。この後、ベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲内で且つ動作量が少なくなるように目標スロットル開度ＴＡt を設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の要求吸入空気量に基づいて目標スロットル開度を算出する機能を備えた内燃機関の吸入空気量制御装置に関する発明である。

内燃機関の吸入空気量（筒内に吸入される空気量）の制御において吸気系の応答遅れ（例えばスロットルバルブの応答遅れや吸気通路の容積による応答遅れ）を補償する技術として、例えば、特許文献１（特開２００６−７０７０１号公報）に記載されているように、内燃機関の目標吸入空気量を規範モデルによって実現可能な目標吸入空気量に変換し、吸気系の応答遅れを考慮したモデルの逆モデルを用いて規範モデルの出力と実吸入空気量（又は推定吸入空気量）とが一致するように目標スロットル開度を算出するようにしたものがある。

また、特許文献２（特許第３８７３６０８号公報）に記載されているように、内燃機関の目標吸入空気量から算出した目標吸気管圧力に基づいて、スロットルバルブの動作前後の開口面積比を算出し、そのスロットルバルブの動作前後の開口面積比とスロットルバルブの動作前の開口面積とに基づいて、スロットルバルブの動作後の目標スロットル開度を算出するようにしたものもある。

ところで、吸気系の応答遅れを考慮した吸気系モデルの逆モデルを用いて要求吸入空気量から目標スロットル開度を算出する場合、目標スロットル開度が振動しながら変化する傾向がある。目標スロットル開度が振動すると、実スロットル開度が振動して実スロットル開度の動作量が増加するため、スロットルバルブや該スロットルバルブを駆動するモータ等からなるスロットル装置の摺動部の摩耗量が増加して耐久性が低下したり、スロットルバルブを駆動するモータが過熱する可能性がある。

そこで、特許文献３（特開２００６−２００４６６号公報）に記載されているように、内燃機関の過渡運転時には吸気系の応答遅れを考慮した吸気系モデルの逆モデルを用いて要求吸入空気量から目標スロットル開度を算出し、内燃機関の定常運転時には吸気系モデルの逆モデルを用いずに内燃機関の運転状態に基づいて目標スロットル開度を算出するようにしたものがある。

特開２００６−７０７０１号公報（第２頁等） 特許第３８７３６０８号公報（第１頁等） 特開２００６−２００４６６号公報（第２頁〜第３頁等）

上記特許文献３の技術では、内燃機関の定常運転時には吸気系モデルの逆モデルを用いずに内燃機関の運転状態に基づいて目標スロットル開度を算出するため、目標スロットル開度の振動を抑制することができるが、内燃機関の過渡運転時には吸気系の応答遅れを補償するために吸気系モデルの逆モデルを用いて要求吸入空気量から目標スロットル開度を算出するため、目標スロットル開度の振動を抑制することができず、目標スロットル開度の振動による不具合を解決することができない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、内燃機関の過渡運転時でも吸気系の応答遅れを補償した目標スロットル開度を設定しながら目標スロットル開度の振動を抑制することができる内燃機関の吸入空気量制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の要求吸入空気量に基づいて目標スロットル開度を算出する機能を備えた内燃機関の吸入空気量制御装置において、要求吸入空気量に基づいて吸気系の応答遅れを考慮して第１の要求スロットル開度を算出する第１の要求スロットル開度算出手段と、この第１の要求スロットル開度算出手段とは異なる応答特性で要求吸入空気量に基づいて吸気系の応答遅れを考慮して第２の要求スロットル開度を算出する第２の要求スロットル開度算出手段と、第１の要求スロットル開度と第２の要求スロットル開度とに基づいて目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段とを備え、この目標スロットル開度算出手段によって、目標スロットル開度が第１の要求スロットル開度から第２の要求スロットル開度までの範囲内で且つ目標スロットル開度の動作量が要求スロットル開度の動作量よりも少なくなるように目標スロットル開度を設定するようにしたものである。

この構成では、吸気系の応答遅れを考慮して要求吸入空気量から第１の要求スロットル開度と第２の要求スロットル開度を算出し、その一方を要求スロットル開度の低応答側の許容限界値とし、他方を要求スロットル開度の高応答側の許容限界値とすることで、吸気系の応答遅れを補償した要求スロットル開度の許容範囲を設定することができる。そして、目標スロットル開度が第１の要求スロットル開度から第２の要求スロットル開度までの範囲内（つまり吸気系の応答遅れを補償した要求スロットル開度の許容範囲内）になるように目標スロットル開度を設定することで、吸気系の応答遅れを補償した目標スロットル開度を許容範囲内で設定することができ、更に、目標スロットル開度の動作量が要求スロットル開度の動作量よりも少なくなるように目標スロットル開度を設定することで、目標スロットル開度の振動を抑制することができる。このようにすれば、内燃機関の過渡運転時でも吸気系の応答遅れを補償した目標スロットル開度を設定しながら目標スロットル開度の振動を抑制することができる。

この場合、請求項２のように、第１の要求スロットル開度算出手段と第２の要求スロットル開度算出手段は、それぞれ要求吸入空気量を所定の規範モデルによって実現可能な応答の要求吸入空気量（以下「モデル後要求吸入空気量」という）に変換し、吸気系の応答遅れを考慮した吸気系モデルの逆モデルを用いてモデル後要求吸入空気量を実現するように要求スロットル開度を算出する機能を備え、第１の要求スロットル開度算出手段と第２の要求スロットル開度算出手段とで規範モデルの応答特性が異なるようにしても良い。このようにすれば、第１の要求スロットル開度算出手段と第２の要求スロットル開度算出手段との間で、規範モデルの応答特性（例えば時定数）を変えるという簡単な方法で、要求スロットル開度の応答特性を変えることができる。

また、第１の要求スロットル開度と第２の要求スロットル開度とに基づいて目標スロットル開度を設定する具体的な方法は、請求項３のように、目標スロットル開度の前回値に基づいて実スロットル開度の推定値である推定スロットル開度を算出するスロットル開度推定手段を備え、目標スロットル開度算出手段は、推定スロットル開度が第１の要求スロットル開度から第２の要求スロットル開度までの範囲内のときには推定スロットル開度を目標スロットル開度として設定し、推定スロットル開度が第１の要求スロットル開度から第２の要求スロットル開度までの範囲外のときには第１の要求スロットル開度と第２の要求スロットル開度のうちの推定スロットル開度に近い方を目標スロットル開度として設定するようにしても良い。このようにすれば、第１の要求スロットル開度から第２の要求スロットル開度までの範囲内に目標スロットル開度を維持しながら、目標スロットル開度の動作量を少なくすることができる。この場合、推定スロットル開度（実スロットル開度の推定値）と目標スロットル開度との偏差を小さくすることができるため、実スロットル開度の動作量を効果的に低減することができ、スロットル装置の摺動部の摩耗量を減少させて耐久性を向上させる効果を高めることができる。

或は、請求項４のように、目標スロットル開度算出手段は、目標スロットル開度の前回値が第１の要求スロットル開度から第２の要求スロットル開度までの範囲内のときには目標スロットル開度の前回値を目標スロットル開度の今回値として設定し、目標スロットル開度の前回値が第１の要求スロットル開度から第２の要求スロットル開度までの範囲外のときには第１の要求スロットル開度と第２の要求スロットル開度のうちの目標スロットル開度の前回値に近い方を目標スロットル開度の今回値として設定するようにしても良い。このようにしても、第１の要求スロットル開度から第２の要求スロットル開度までの範囲内に目標スロットル開度を維持しながら、目標スロットル開度の動作量を少なくすることができる。この場合、目標スロットル開度の前回値と今回値との偏差を小さくすることができるため、目標スロットル開度の動作量を効果的に低減することができ、スロットルバルブを駆動するモータに流れる電流の変動を抑制してモータの過熱を防止する効果を高めることができる。

図１は本発明の実施例１におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。 図２は吸入空気量制御の機能を説明するブロック図である。 図３は実施例１の目標スロットル開度の設定方法を説明するタイムチャートである。 図４はベース系統の規範モデルルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 図５は高応答系統の規範モデルルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 図６は実施例１の低動作開度算出ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 図７は実施例２の目標スロットル開度の設定方法を説明するタイムチャートである。 図８は実施例２の目標スロットル開度の挙動を示すタイムチャートである。 図９は実施例２の低動作開度算出ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図６に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０の吸気ポート近傍に、それぞれ吸気ポートに向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各気筒の点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、ノッキングを検出するノックセンサ２７が取り付けられている。また、クランク軸２８の外周側には、クランク軸２８が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２９が取り付けられ、このクランク角センサ２９の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御すると共に、スロットル開度センサ１７で検出した実スロットル開度を目標スロットル開度に一致させるようにモータ１５を制御して吸入空気量（筒内に吸入される空気量）を制御する。

その際、ＥＣＵ３０は、エンジン運転条件（例えば、アクセル開度や要求トルク等）に基づいて要求吸入空気量を算出し、その要求吸入空気量に基づいて目標スロットル開度を次のようにして算出する。

図２に示すように、ベース系統の規範モデル３１によって要求吸入空気量Ｍt をベース系統のモデル後要求吸入空気量ＢＭtsm （全運転領域で実現可能な応答の要求吸入空気量）に変換した後、応答遅れ補償手段３２によって吸気系の応答遅れ（例えばスロットルバルブ１６の応答遅れや吸気通路の容積による応答遅れ）を考慮した吸気系モデルの逆モデルを用いてベース系統のモデル後要求吸入空気量ＢＭtsm を実現するようにベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡ（第１の要求スロットル開度）を算出する。このベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡは、要求スロットル開度の低応答側の許容限界値（例えば要求吸入空気量に対する実吸入空気量の応答性を確保できる許容限界値）となる。これらのベース系統の規範モデル３１と応答遅れ補償手段３２が特許請求の範囲でいう第１の要求スロットル開度算出手段としての役割を果たす。

ＥＣＵ３０は、後述する図４のベース系統の規範モデルルーチンを実行することでベース系統の規範モデル３１として機能し、まず、下記（１）式で表される一次遅れモデル（一次ローパスフィルタ）により、モデル後要求吸入空気量の前回値Ｍtsm.old （前回の出力値）と要求吸入空気量の今回値Ｍt （今回の入力値）とを用いてモデル後要求吸入空気量の今回値Ｍtsm （今回の出力値）を算出する。
Ｍtsm ＝（Ｃ1 ×Ｍtsm.old ＋Ｔ1 ×Ｍt ）／（Ｃ1 ＋Ｔ1 ） ……（１）
ここで、Ｃ1 は一次遅れフィルタ時定数（例えば１０ｍｓ）であり、Ｔ1 は演算周期（例えば８ｍｓ）である。

更に、下記（２）式で表される一次遅れモデル（一次ローパスフィルタ）により、ベース系統のモデル後要求吸入空気量の前回値ＢＭtsm.old （前回の出力値）とモデル後要求吸入空気量の今回値Ｍtsm （今回の入力値）とを用いてベース系統のモデル後要求吸入空気量の今回値ＢＭtsm （今回の出力値）を算出する。
ＢＭtsm ＝（Ｃ2 ×ＢＭtsm.old ＋Ｔ1 ×Ｍtsm ）／（Ｃ2 ＋Ｔ1 ） ……（２）
ここで、Ｃ2 は一次遅れフィルタ時定数（例えば３２ｍｓ）であり、Ｔ1 は演算周期（例えば８ｍｓ）である。

このベース系統の規範モデル３１の応答特性（時定数Ｃ1 ，Ｃ2 ）は、ベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡが、要求スロットル開度の低応答側の許容限界値（例えば要求吸入空気量に対する実吸入空気量の応答性を確保できる許容限界値）となるように設定される。

この後、応答遅れ補償手段３２で、吸気系の応答遅れを考慮した吸気系モデルの逆モデルを用いてベース系統のモデル後要求吸入空気量ＢＭtsm からベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡを算出すると共に、ベース系統のモデル後要求吸入空気量ＢＭtsm と仮想吸入空気量Ｍvt（前回の最終目標スロットル開度ＴＡttから推定した実吸入空気量）との偏差を小さくするようにベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡを補正することで、ベース系統のモデル後要求吸入空気量ＢＭtsm を実現するためのベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡを求める。

具体的には、ベース系統のモデル後要求吸入空気量ＢＭtsm を実現するために必要な吸気管圧力ＢＰm を算出した後、この吸気管圧力ＢＰm を実現するために必要なスロットル通過空気量ＢＭi を算出する。更に、このスロットル通過空気量ＢＭi を実現するために必要なスロットル開口面積ＢＡt を算出した後、このスロットル開口面積ＢＡt を実現するために必要なベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡを算出する。

更に、ベース系統のモデル後要求吸入空気量ＢＭtsm と仮想吸入空気量Ｍvt（前回の最終目標スロットル開度ＴＡttから推定した実吸入空気量）との偏差を小さくするようにフィードバック補正量ＢＴＡfbをＰＩ制御等により算出し、このフィードバック補正量ＢＴＡfbを用いてベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡを次式により補正する。
ＢＴＡ＝ＢＴＡ＋ＢＴＡfb

一方、高応答系統の規範モデル３３（ベース系統の規範モデル３１とは応答特性が異なるモデル）によって要求吸入空気量Ｍt を高応答系統のモデル後要求吸入空気量ＨＭtsm （全運転領域で実現可能な応答の要求吸入空気量）に変換した後、応答遅れ補償手段３４によって吸気系の応答遅れ考慮した吸気系モデルの逆モデル（応答遅れ補償手段３２で用いる吸気系モデルの逆モデルと同じモデル）を用いて高応答系統のモデル後要求吸入空気量ＨＭtsm を実現するように高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡ（第２の要求スロットル開度）を算出する。この高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡは、要求スロットル開度の高応答側の許容限界値（例えば要求吸入空気量に対する実吸入空気量のオーバーシュートを抑制できる許容限界値）となる。これらの高応答系統の規範モデル３３と応答遅れ補償手段３４が特許請求の範囲でいう第２の要求スロットル開度算出手段としての役割を果たす。

ＥＣＵ３０は、後述する図５の高応答系統の規範モデルルーチンを実行することで高応答系統の規範モデル３３として機能し、下記（３）式で表される一次遅れモデル（一次ローパスフィルタ）により、高応答系統のモデル後要求吸入空気量の前回値ＨＭtsm.old （前回の出力値）と要求吸入空気量の今回値Ｍt （今回の入力値）とを用いて高応答系統のモデル後要求吸入空気量の今回値ＨＭtsm （今回の出力値）を算出する。
ＨＭtsm ＝（Ｃ3 ×ＨＭtsm.old ＋Ｔ1 ×Ｍt ）／（Ｃ3 ＋Ｔ1 ） ……（３）
ここで、Ｃ3 は一次遅れフィルタ時定数（例えば３２ｍｓ）であり、Ｔ1 は演算周期（例えば８ｍｓ）である。

この高応答系統の規範モデル３３の応答特性（時定数Ｃ3 ）は、高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡが、要求スロットル開度の高応答側の許容限界値（例えば要求吸入空気量に対する実吸入空気量のオーバーシュートを抑制できる許容限界値）となるように設定される。

この後、応答遅れ補償手段３４で、吸気系の応答遅れを考慮した吸気系モデルの逆モデル（応答遅れ補償手段３２で用いる吸気系モデルの逆モデルと同じモデル）を用いて高応答系統のモデル後要求吸入空気量ＨＭtsm から高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡを算出すると共に、高応答系統のモデル後要求吸入空気量ＨＭtsm と仮想吸入空気量Ｍvt（前回の最終目標スロットル開度ＴＡttから推定した実吸入空気量）との偏差を小さくするように高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡを補正することで、高応答系統のモデル後要求吸入空気量ＨＭtsm を実現するための高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡを求める。

具体的には、高応答系統のモデル後要求吸入空気量ＨＭtsm を実現するために必要な吸気管圧力ＨＰm を算出した後、この吸気管圧力ＨＰm を実現するために必要なスロットル通過空気量ＨＭi を算出する。更に、このスロットル通過空気量ＨＭi を実現するために必要なスロットル開口面積ＨＡt を算出した後、このスロットル開口面積ＨＡt を実現するために必要な高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡを算出する。

更に、高応答系統のモデル後要求吸入空気量ＨＭtsm と仮想吸入空気量Ｍvt（前回の最終目標スロットル開度ＴＡttから推定した実吸入空気量）との偏差を小さくするようにフィードバック補正量ＨＴＡfbをＰＩ制御等により算出し、このフィードバック補正量ＨＴＡfbを用いて高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡを次式により補正する。
ＨＴＡ＝ＨＴＡ＋ＨＴＡfb

以上のようにして算出したベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲を、吸気系の応答遅れを補償した要求スロットル開度の許容範囲とする。

この後、低動作開度算出手段３５（目標スロットル開度算出手段）で、目標スロットル開度ＴＡt がベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲内で且つ目標スロットル開度ＴＡt の動作量が要求スロットル開度ＢＴＡ，ＨＴＡの動作量よりも少なくなるように目標スロットル開度ＴＡt を設定する。

目標スロットル開度ＴＡt がベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲内（つまり吸気系の応答遅れを補償した要求スロットル開度の許容範囲内）になるように目標スロットル開度ＴＡt を設定することで、吸気系の応答遅れを補償した目標スロットル開度ＴＡt を許容範囲内で設定することができ、更に、目標スロットル開度ＴＡt の動作量が要求スロットル開度ＢＴＡ，ＨＴＡの動作量よりも少なくなるように目標スロットル開度ＴＡt を設定することで、目標スロットル開度ＴＡt の振動を抑制することができる。

ＥＣＵ３０は、後述する図６の低動作開度算出ルーチンを実行することで低動作開度算出手段３５として機能し、図３に示すように、推定スロットル開度ＴＡvt（前回の最終目標スロットル開度ＴＡttから推定した実スロットル開度）がベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲内のときには推定スロットル開度ＴＡvtを目標スロットル開度ＴＡt として設定し、推定スロットル開度ＴＡvtがベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲外のときにはベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡと高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡのうちの推定スロットル開度ＴＡvtに近い方を目標スロットル開度ＴＡt として設定することで、ベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲内に目標スロットル開度ＴＡt を維持しながら、目標スロットル開度ＴＡt の動作量を少なくする。この場合、推定スロットル開度ＴＡvt（実スロットル開度の推定値）と目標スロットル開度ＴＡt との偏差を小さくすることができるため、実スロットル開度の動作量を効果的に低減することができる。

この後、図２に示すように、ガード手段３６で、目標スロットル開度ＴＡt を上限ガード値（例えば８４ｄｅｇ）及び下限ガード値（例えば０ｄｅｇ）で制限すると共に、目標スロットル開度ＴＡt の変化速度（所定時間当りの変化量）を上限速度ガード値（例えば＋６．８ｄｅｇ／８ｍｓ）及び下限速度ガード値（例えば−６．８ｄｅｇ／８ｍｓ）で制限するガード処理を行って、最終目標スロットル開度ＴＡtt（最終的な目標スロットル開度）を設定する。

更に、吸気系モデル３７で、最終目標スロットル開度ＴＡttから仮想吸入空気量Ｍvt（実吸入空気量の推定値）を算出する。具体的には、最終目標スロットル開度ＴＡttを遅れ処理（例えば一次遅れ処理）することで推定スロットル開度ＴＡvt（実スロットル開度の推定値）を求め、この推定スロットル開度ＴＡvtからスロットル開口面積Ａt を算出した後、このスロットル開口面積Ａt からスロットル通過空気量Ｍi を算出する。更に、このスロットル通過空気量Ｍi から吸気管圧力Ｐm を算出し、この吸気管圧力Ｐm から仮想吸入空気量Ｍvtを算出する。

以下、ＥＣＵ３０が実行する図４乃至図６の各ルーチンの処理内容を説明する。
［ベース系統の規範モデルルーチン］
図４に示すベース系統の規範モデルルーチンは、ＥＣＵ３０の電源オン中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、モデル後要求吸入空気量の前回値Ｍtsm.old と要求吸入空気量の今回値Ｍt とを用いてモデル後要求吸入空気量の今回値Ｍtsm を次式で表される一次遅れモデル（一次ローパスフィルタ）により算出する。
Ｍtsm ＝（Ｃ1 ×Ｍtsm.old ＋Ｔ1 ×Ｍt ）／（Ｃ1 ＋Ｔ1 ）
ここで、Ｃ1 は一次遅れフィルタ時定数（例えば１０ｍｓ）であり、Ｔ1 は演算周期（例えば８ｍｓ）である。

この後、ステップ１０２に進み、ベース系統のモデル後要求吸入空気量の前回値ＢＭtsm.old とモデル後要求吸入空気量の今回値Ｍtsm とを用いてベース系統のモデル後要求吸入空気量の今回値ＢＭtsm を次式で表される一次遅れモデル（一次ローパスフィルタ）により算出する。
ＢＭtsm ＝（Ｃ2 ×ＢＭtsm.old ＋Ｔ1 ×Ｍtsm ）／（Ｃ2 ＋Ｔ1 ）
ここで、Ｃ2 は一次遅れフィルタ時定数（例えば３２ｍｓ）であり、Ｔ1 は演算周期（例えば８ｍｓ）である。

［高応答系統の規範モデルルーチン］
図５に示す高応答系統の規範モデルルーチンは、ＥＣＵ３０の電源オン中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、ステップ２０１で、高応答系統のモデル後要求吸入空気量の前回値ＨＭtsm.old と要求吸入空気量の今回値Ｍt とを用いて高応答系統のモデル後要求吸入空気量の今回値ＨＭtsm を次式で表される一次遅れモデル（一次ローパスフィルタ）により算出する。
ＨＭtsm ＝（Ｃ3 ×ＨＭtsm.old ＋Ｔ1 ×Ｍt ）／（Ｃ3 ＋Ｔ1 ）
ここで、Ｃ3 は一次遅れフィルタ時定数（例えば３２ｍｓ）であり、Ｔ1 は演算周期（例えば８ｍｓ）である。

［低動作開度算出ルーチン］
図６に示す低動作開度算出ルーチンは、ＥＣＵ３０の電源オン中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ３０１で、ベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡと、高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡと、推定スロットル開度ＴＡvt（前回の最終目標スロットル開度ＴＡttから推定した実スロットル開度）を読み込む。

この後、ステップ３０２に進み、推定スロットル開度ＴＡvtがベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲内（ＢＴＡ≦ＴＡvt≦ＨＴＡ 又は ＨＴＡ≦ＴＡvt≦ＢＴＡ）であるか否かを判定する。

このステップ３０２で、推定スロットル開度ＴＡvtがベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲内であると判定された場合には、ステップ３０３に進み、推定スロットル開度ＴＡvtを目標スロットル開度ＴＡt として設定する。
目標スロットル開度ＴＡt ＝推定スロットル開度ＴＡvt

これに対して、上記ステップ３０２で、推定スロットル開度ＴＡvtがベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲内ではないと判定された場合には、ステップ３０４に進み、ベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡと推定スロットル開度ＴＡvtの差の絶対値（｜ＢＴＡ−ＴＡvt｜）が高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡと推定スロットル開度ＴＡvtの差の絶対値（｜ＨＴＡ−ＴＡvt｜）以下であるか否かを判定する。

このステップ３０４で、ベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡと推定スロットル開度ＴＡvtの差の絶対値（｜ＢＴＡ−ＴＡvt｜）が高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡと推定スロットル開度ＴＡvtの差の絶対値（｜ＨＴＡ−ＴＡvt｜）以下であると判定された場合には、ベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡの方が高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡよりも推定スロットル開度ＴＡvtに近いと判断して、ステップ３０５に進み、推定スロットル開度ＴＡvtに近いベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡを目標スロットル開度ＴＡt として設定する。
目標スロットル開度ＴＡt ＝ベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡ

一方、上記ステップ３０４で、ベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡと推定スロットル開度ＴＡvtの差の絶対値（｜ＢＴＡ−ＴＡvt｜）が高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡと推定スロットル開度ＴＡvtの差の絶対値（｜ＨＴＡ−ＴＡvt｜）よりも大きいと判定された場合には、高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡの方がベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡよりも推定スロットル開度ＴＡvtに近いと判断して、ステップ３０６に進み、推定スロットル開度ＴＡvtに近い高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡを目標スロットル開度ＴＡt として設定する。
目標スロットル開度ＴＡt ＝高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡ

以上説明した本実施例１では、目標スロットル開度ＴＡt がベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲内（つまり吸気系の応答遅れを補償した要求スロットル開度の許容範囲内）で且つ目標スロットル開度ＴＡt の動作量が少なくなるように目標スロットル開度ＴＡt を設定するようにしたので、エンジン１１の過渡運転時でも吸気系の応答遅れを補償した目標スロットル開度ＴＡt を設定しながら目標スロットル開度ＴＡt の振動を抑制することができ、スロットルバルブ１６や該スロットルバルブ１６を駆動するモータ１５等からなるスロットル装置の摺動部の摩耗量を減少させて耐久性を向上させることができると共に、スロットルバルブ１６を駆動するモータ１５の過熱を防止することができる。

また、本実施例１では、推定スロットル開度ＴＡvt（前回の最終目標スロットル開度ＴＡttから推定した実スロットル開度）がベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲内のときには推定スロットル開度ＴＡvtを目標スロットル開度ＴＡt として設定し、推定スロットル開度ＴＡvtがベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲外のときにはベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡと高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡのうちの推定スロットル開度ＴＡvtに近い方を目標スロットル開度ＴＡt として設定するようにしたので、推定スロットル開度ＴＡvt（実スロットル開度の推定値）と目標スロットル開度ＴＡt との偏差を小さくすることができて、実スロットル開度の動作量を効果的に低減することができ、スロットル装置の摺動部の摩耗量を減少させて耐久性を向上させる効果を高めることができる。

次に、図７乃至図９を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例２では、ＥＣＵ３０により後述する図９の低動作開度算出ルーチンを実行することで、図７に示すように、目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old がベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲内のときには推定スロットル開度ＴＡvtを目標スロットル開度の今回値ＴＡt として設定し、目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old がベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲外のときにはベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡと高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡのうちの目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old に近い方を目標スロットル開度の今回値ＴＡt として設定することで、図８に示すように、ベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲内に目標スロットル開度ＴＡt を維持しながら、目標スロットル開度ＴＡt の動作量を少なくする。この場合、目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old と今回値ＴＡt との偏差を小さくすることができるため、目標スロットル開度ＴＡt の動作量を効果的に低減することができる。

図９に示す低動作開度算出ルーチンでは、まず、ステップ４０１で、ベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡと、高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡと、目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old を読み込む。

この後、ステップ４０２に進み、目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old がベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲内（ＢＴＡ≦ＴＡt.old ≦ＨＴＡ 又は ＨＴＡ≦ＴＡt.old ≦ＢＴＡ）であるか否かを判定する。

このステップ４０２で、目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old がベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲内であると判定された場合には、ステップ４０３に進み、目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old を目標スロットル開度の今回値ＴＡt として設定する。
目標スロットル開度ＴＡt ＝目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old

これに対して、上記ステップ４０２で、目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old がベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲内ではないと判定された場合には、ステップ４０４に進み、ベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡと目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old の差の絶対値（｜ＢＴＡ−ＴＡt.old ｜）が高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡと目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old の差の絶対値（｜ＨＴＡ−ＴＡt.old ｜）以下であるか否かを判定する。

このステップ４０４で、ベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡと目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old の差の絶対値（｜ＢＴＡ−ＴＡt.old ｜）が高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡと目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old の差の絶対値（｜ＨＴＡ−ＴＡt.old ｜）以下であると判定された場合には、ベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡの方が高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡよりも目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old に近いと判断して、ステップ４０５に進み、目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old に近いベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡを目標スロットル開度の今回値ＴＡt として設定する。
目標スロットル開度ＴＡt ＝ベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡ

一方、上記ステップ４０４で、ベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡと目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old の差の絶対値（｜ＢＴＡ−ＴＡt.old ｜）が高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡと目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old の差の絶対値（｜ＨＴＡ−ＴＡt.old ｜）よりも大きいと判定された場合には、高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡの方がベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡよりも目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old に近いと判断して、ステップ４０６に進み、目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old に近い高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡを目標スロットル開度の今回値ＴＡt として設定する。
目標スロットル開度ＴＡt ＝高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡ

以上説明した本実施例２では、目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old がベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲内のときには目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old を目標スロットル開度の今回値ＴＡt として設定し、目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old がベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡから高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡまでの範囲外のときにはベース系統の要求スロットル開度ＢＴＡと高応答系統の要求スロットル開度ＨＴＡのうちの目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old に近い方を目標スロットル開度の今回値ＴＡt として設定するようにしたので、目標スロットル開度の前回値ＴＡt.old と今回値ＴＡt との偏差を小さくすることができて、目標スロットル開度ＴＡt の動作量を効果的に低減することができ、スロットルバルブ１６を駆動するモータ１５に流れる電流の変動を抑制してモータ１５の過熱を防止する効果を高めることができる。

尚、上記各実施例１，２では、規範モデルを一次遅れモデルに設定するようにしたが、規範モデルは、これに限定されず、適宜変更しても良く、例えば、規範モデルを二次遅れモデルに設定するようにしても良い。

また、上記各実施例１，２では、ベース系統の規範モデル３１の応答特性と、高応答系統の規範モデル３３の応答特性とが異なる仕様としたが、これに限定されず、例えば、ベース系統の応答遅れ補償手段３２で用いる吸気系モデルの逆モデルの応答特性と、高応答系統の応答遅れ補償手段３４で用いる吸気系モデルの逆モデルの応答特性とが異なる仕様としても良い。

また、上記各実施例１，２では、ベース系統の要求スロットル開度（例えば要求スロットル開度の低応答側の許容限界値）と高応答系統の要求スロットル開度（例えば要求スロットル開度の高応答側の許容限界値）を算出するようにしたが、これに限定されず、例えば、要求吸入吸気量Ｍt よりも所定許容量（例えば１％）だけ大きい要求吸入空気量に基づいて吸気系の応答遅れを考慮してプラス系統の要求スロットル開度を算出すると共に、要求吸入吸気量Ｍt よりも所定許容量（例えば１％）だけ小さい要求吸入空気量に基づいて吸気系の応答遅れを考慮してマイナス系統の要求スロットル開度を算出し、目標スロットル開度がマイナス系統の要求スロットル開度からプラス系統の要求スロットル開度までの範囲内で且つ目標スロットル開度の動作量が要求スロットル開度の動作量よりも少なくなるように目標スロットル開度を設定するようにしても良い。

その他、本発明は、図１に示すような吸気ポート噴射式エンジンに限定されず、筒内噴射式エンジンや、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁と筒内噴射用の燃料噴射弁の両方を備えたデュアル噴射式のエンジンにも適用して実施できる。

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管、３０…ＥＣＵ、３１…ベース系統の規範モデル（第１の要求スロットル開度算出手段）、３２…応答遅れ補償手段（第１の要求スロットル開度算出手段）、３３…高応答系統の規範モデル（第２の要求スロットル開度算出手段）、３４…応答遅れ補償手段（第２の要求スロットル開度算出手段）、３５…低動作開度算出手段３５（目標スロットル開度算出手段）、３６…ガード手段、３７…吸気系モデル（スロットル開度推定手段）

Claims (4)

1. 内燃機関の要求吸入空気量に基づいて目標スロットル開度を算出する機能を備えた内燃機関の吸入空気量制御装置において、
   前記要求吸入空気量に基づいて吸気系の応答遅れを考慮して第１の要求スロットル開度を算出する第１の要求スロットル開度算出手段と、
   前記第１の要求スロットル開度算出手段とは異なる応答特性で前記要求吸入空気量に基づいて吸気系の応答遅れを考慮して第２の要求スロットル開度を算出する第２の要求スロットル開度算出手段と、
   前記第１の要求スロットル開度と前記第２の要求スロットル開度とに基づいて前記目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段とを備え、
   前記目標スロットル開度算出手段は、前記目標スロットル開度が前記第１の要求スロットル開度から前記第２の要求スロットル開度までの範囲内で且つ前記目標スロットル開度の動作量が前記要求スロットル開度の動作量よりも少なくなるように前記目標スロットル開度を設定することを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。
2. 前記第１の要求スロットル開度算出手段と前記第２の要求スロットル開度算出手段は、それぞれ前記要求吸入空気量を所定の規範モデルによって実現可能な応答の要求吸入空気量（以下「モデル後要求吸入空気量」という）に変換し、吸気系の応答遅れを考慮した吸気系モデルの逆モデルを用いて前記モデル後要求吸入空気量を実現するように前記要求スロットル開度を算出する機能を備え、前記第１の要求スロットル開度算出手段と前記第２の要求スロットル開度算出手段とで前記規範モデルの応答特性が異なることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
3. 前記目標スロットル開度の前回値に基づいて実スロットル開度の推定値である推定スロットル開度を算出するスロットル開度推定手段を備え、
   前記目標スロットル開度算出手段は、前記推定スロットル開度が前記第１の要求スロットル開度から前記第２の要求スロットル開度までの範囲内のときには前記推定スロットル開度を前記目標スロットル開度として設定し、前記推定スロットル開度が前記第１の要求スロットル開度から前記第２の要求スロットル開度までの範囲外のときには前記第１の要求スロットル開度と前記第２の要求スロットル開度のうちの前記推定スロットル開度に近い方を前記目標スロットル開度として設定する手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
4. 前記目標スロットル開度算出手段は、前記目標スロットル開度の前回値が前記第１の要求スロットル開度から前記第２の要求スロットル開度までの範囲内のときには前記目標スロットル開度の前回値を前記目標スロットル開度の今回値として設定し、前記目標スロットル開度の前回値が前記第１の要求スロットル開度から前記第２の要求スロットル開度までの範囲外のときには前記第１の要求スロットル開度と前記第２の要求スロットル開度のうちの前記目標スロットル開度の前回値に近い方を前記目標スロットル開度の今回値として設定する手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。

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