JP2017115651A - エンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気通路に脈動が生じている場合でも、精度の高い充填空気量を取得してエンジンを適正に制御することができるエンジン制御装置を提供する。【解決手段】エンジン制御装置１０は、吸気通路において気筒よりも上流側に配置され吸気通路の物理量を検出する検出装置と、吸気弁の開閉時期を調整する吸気弁駆動装置と、を備えるエンジンを制御する。このエンジン制御装置１０は、検出装置からの検出値に基づいて吸気通路の検出流量を取得する流量取得部１１と、吸気通路における脈動の増幅度に基づいて、検出流量を補正する補正部１４と、補正後の検出流量に基づいて、気筒の充填空気量を取得する充填空気量取得部２５と、を有する。【選択図】 図２

Description

気筒への充填空気量に基づいてエンジンを制御するエンジン制御装置に関する。

エンジンの吸気弁を閉じるタイミングをピストンが下死点に達する時期からずらし、圧縮比を制御するバルブタイミング制御が知られている。バルブタイミング制御では、例えば、圧縮行程中も吸気弁が開かれているため、気筒内の空気がピストンにより吸気通路に押し出される現象が生じる。以下、吸気通路から気筒に向かう気体を順流、気筒から吸気通路に押し戻される気体を逆流とも記載する。

逆流が生じると、気筒内への空気の流入量が減少するため充填空気量が正しい値とならない。そこで、特許文献１には、吸気弁の開弁時期と、吸気圧と、逆流量との関係をマップ等により保持し、この関係をもとに逆流量を取得する発明が開示されている。

特開２０１０−１１６８８３号公報

吸気通路内での空気の流れが順流と逆流との間で一定の周期で変化すると、吸気通路内に脈動が生じる。脈動は、充填空気量を取得する際、逆流の発生以外にも様々な問題を生じさせる。そのため、特許文献１に記載された発明のように逆流量のみを考慮しているだけでは、適正な充填空気量を得ることが難しい場合がある。

本発明は上記課題に鑑みたものであり、吸気通路に脈動が生じている場合でも、精度の高い充填空気量を取得してエンジンを適正に制御することができるエンジン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、本発明では、吸気通路において気筒よりも上流側に配置され前記吸気通路の物理量を検出する検出装置と、吸気弁の開閉時期を調整する吸気弁駆動装置と、を備えるエンジンを制御するエンジン制御装置であって、前記検出装置からの検出値に基づいて前記吸気通路の検出流量を取得する流量取得部と、前記吸気通路における脈動の増幅度に基づいて、前記検出流量を補正する補正部と、補正後の前記検出流量に基づいて、前記気筒の充填空気量を取得する充填空気量取得部と、を有する。

本発明者は、吸気通路において脈動が吸気通路の上流側で増幅され、脈動率が増加することを発見した。脈動の増幅は、エンジンの回転に伴い吸気通路に加えられる力が加振力と成ることで生じ、特に、脈動の周期と、エンジンの回転に伴い順方向と逆方向とに加えられる力の周期とが近い値となることで増加する。そこで、本発明では、流量取得部が検出装置を用いて取得した検出流量を、補正部が吸気通路の脈動に応じた増幅度に基づいて補正することで、検出流量の精度を高めている。そして、充填空気量取得部は、補正後の検出流量に基づいて、気筒の充填空気量を取得する。上記構成により、検出装置からの出力をもとに高い精度の充填空気量を得ることが可能となり、エンジンの制御を適正に行うことができる。

エンジン制御システムの概略構成を説明する図。 ＥＣＵ１０の機能ブロックを説明する図。 吸気通路３１を流れる吸気流量の変化と、この吸気流量の増幅度との関係について説明する図。 吸気通路３１で生じる脈動を説明する図。 ＥＣＵ１０がエアフロメータ２４の検出値をもとに充填空気量を取得する処理を示すフローチャート。 逆流量取得部１３の処理を説明する図。 一例としてのステップＳ１３の共振判定を詳細に示すフローチャート。 ステップＳ１５の処理を詳細に示すフローチャート。 補正部１４による検出流量の補正を説明する図。 ＥＣＵ１０の機能ブロックを説明する図。 ＥＣＵ１０がエアフロメータ２４の検出値をもとに充填空気量を取得する処理を示すフローチャート。 ＥＣＵ１０がエアフロメータ２４の検出値をもとに充填空気量を取得する処理を説明するフローチャート。 吸気流量の干渉を説明する図。 第４実施形態におけるＥＣＵ１０の機能を示す機能ブロック図。 第４実施形態に係る噴射量の算出処理を示すフローチャート。

以下、エンジン制御装置が適用されるエンジン制御システムを例に、エンジン制御装置の実施形態について説明を行う。なお、以下の実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第１実施形態）
図１に示すエンジン制御システム１００は、エンジン７０と、吸気通路３１と、排気通路３６と、ＥＣＵ１０と、を備えている。エンジン制御システム１００は、吸気流量に応じて、燃料の噴射量を変化させて、エンジン７０の出力を制御する。また、エンジン制御システム１００は、複数のセンサ群を備えており、各センサ群からの出力に基づいてエンジン７０の駆動を制御する。図１において、ＥＣＵ１０がエンジン７０を制御するエンジン制御装置として機能する。

エンジン７０は、シリンダヘッド６０と、シリンダブロック６１と、ピストン６２と、クランクシャフト６３と、を主に備えている。また、シリンダヘッド６０は、シリンダブロック６１の上方に配置されており、その内部には、吸気弁駆動装置５０と、燃料噴射弁５５と、点火プラグ５６と、が配置されている。シリンダブロック６１は、気筒数に応じた数のシリンダ６４を備え、各シリンダ６４には吸気ポート６５及び排気ポート６６が連通している。以下では、エンジン７０において、吸気通路３１側を上流とし、排気通路３５側を下流として記載する。

吸気弁駆動装置５０は、吸気弁５２を開弁状態と閉弁状態とに切り替え、吸気ポート６５と吸気通路３１との間の開閉を切り替える装置である。また、吸気弁駆動装置５０は、先端側を吸気ポート６５内に位置させて配置された吸気弁５２の開閉時期（バルブタイミング）を可変することができる。吸気弁駆動装置５０は、エンジン７０のクランク軸と吸排気の各カム軸との相対回転位相を調整するものであり、所定の基準位置に対して進角側及び遅角側への位相調整が可能となっている。吸気弁駆動装置５０としては油圧駆動式又は電動式の可変動弁機構が用いられる。

なお、吸気弁駆動装置５０はカム軸により吸気弁５２の位置を制御するものに限られず、モータ等のアクチュエータを用いて吸気弁５２の開閉時期を変化させるものであってもよい。この場合、吸気弁駆動装置５０はＥＣＵ１０と接続されており、ＥＣＵ１０による制御に基づいて、吸気弁５２の位置を変化させる。

燃料噴射弁５５は、不図示の燃料タンクから供給された燃料を噴射するための装置である。燃料噴射弁５５は、例えば、ソレノイド又は圧電素子等の駆動部により弁の開閉を切り替える。図１では、エンジン７０は筒内噴射型であり、燃料噴射弁５５の燃料が噴射される先端側をシリンダ６４に向けて配置している。なお、エンジン７０がポート噴射型である場合、燃料噴射弁５５の先端側を吸気ポート６５に向けて配置することになる。

ピストン６２は、シリンダ６４内に摺動可能に配置されている。また、クランクシャフト６３は、ピストン６２とコンロットを介して回転可能に連結されており、ピストン６２の摺動に応じて回転する。また、クランクシャフト６３には、このクランクシャフト６３の回転に応じて回転するタイミングロータ６７が連結されている。このタイミングロータ６７の外周には、検出ギアが形成されている。

シリンダブロック６１の外側には、タイミングロータ６７の検出ギアを検出するクランク角センサ２８が取り付けられている。クランク角センサ２８は、タイミングロータ６７の検出ギアの検出に応じて、クランクシャフト６３の回転角を示すクランク角信号ＮＥを出力する。このクランク角信号ＮＥは、エンジン７０のクランク角[°ＣＡ]やエンジン回転速度[ｒａｄ／ｓ]の検出に使用される。

吸気通路３１は、主として外界から吸気された空気が流れる通路であり、上流側通路３２と、サージタンク３３と、吸気マニホールド３４と、を備えている。上流側通路３２は、上流側でエアクリーナ２３を介して外界と繋がり、下流側の端でサージタンク３３に連通している。サージタンク３３は、下流側で気筒数に応じた吸気マニホールド３４と連通している。吸気マニホールド３４の下流側は、吸気ポート６５を介してシリンダ６４と連通している。

上流側通路３２には、吸入空気量を検出するエアフロメータ２４が設けられている。エアフロメータ２４は、吸気通路３１を流れる吸気流量を物理量として検知し、吸気流量に応じた出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。エアフロメータ２４としては、順流量と逆流量とを検出できることが望ましい。また、エアフロメータ２４としては、例えば、熱線式を用いることができるが、これ以外にも、フラップ式やカルマン過流式を用いてもよい。

エアフロメータ２４の下流側には、モータ２５によって開度調節されるスロットルバルブ２６と、このスロットルバルブ２６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２７とが設けられている。また、サージタンク３３には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ２９が設けられている。

排気通路３５は、シリンダ６４から排出される排気が流れる流路である。排気通路３５は、一端が排気ポート６６に連結され、他端が不図示のエキゾートマニホールドに連結されている。

ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のマイクロコンピュータを主体として構成された電子制御ユニットであり、内蔵されたＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶されている制御プログラムを用い、各種センサの検出信号に基づいてエンジン制御システム１００の各種制御を実施する。この実施形態では、ＥＣＵ１０は、エンジン７０の負荷に応じて燃料の噴射量の設定や、点火プラグ５６の点火時期を制御する。噴射量の設定では、ＥＣＵ１０は、エアフロメータ２４からの検出値に基づいて、エンジンの運転状態に応じた燃料噴射量ＩＮＪを算出する。

次に、図２を用いてＥＣＵ１０の機能ブロックを説明する。ＥＣＵ１０は、流量取得部１１と、補正部１４と、充填空気量取得部１５と、噴射量設定部１６と、を機能的に備えている。図２に示す各機能ブロックは、ＥＣＵ１０のＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することで実現される。

流量取得部１１は、エアフロメータ２４からの検出値又は演算に基づいて、吸気通路３１内における検出流量ＤＥＦを取得する。流量取得部１１は、検出流量ＤＥＦの内、順流側検出量ＯＦを取得する順流量取得部１２と、逆流側検出量ＲＦを取得する逆流量取得部１３と、を備えている。

補正部１４は、流量取得部１１により取得された検出流量ＤＥＦを補正し、補正後の検出流量を取得する。この第１実施形態では、補正部１４は、順流量取得部１２が取得した順流側検出量ＯＦを補正し、逆流量取得部１３が取得した逆流側検出量ＲＦを補正しない。

充填空気量取得部１５は、補正後の検出流量又は、補正が行われなかった場合の検出流量に基づいて、充填空気量ＧＡを取得する。充填空気量ＧＡは、吸気行程の開始から圧縮行程の終了までに、シリンダ６４に充填された空気量[ｇ]である。

噴射量設定部１６は、充填空気量取得部１５により取得された充填空気量ＧＡに基づいて、燃料噴射量ＩＮＪを取得する。燃料噴射量ＩＮＪは、燃料噴射弁５５が噴射する燃料量[ｇ]を設定する情報であり、燃料噴射弁５５に出力される。

次に、図３を用いて、吸気通路３１を流れる吸気流量の変化と、この吸気流量の増幅度との関係について説明する。図３（ａ）は、吸気弁５２の開閉度を示している。また、図３（ｂ）は、各行程に応じたピストン６２の摺動位置を示している。また、図３（ｃ）は、エアフロメータ２４の出力電圧Ｖｏｕｔを示している。

エンジン７０の吸気行程では、吸気弁５２の上昇が開始され（図３（ａ））、また、ピストン６２の位置が上死点（ＴＤＣ）から下死点（ＢＤＣ）に向けて変化する（図３（ｂ））。そのため、吸気通路３１内の空気が吸気ポート６５を介してシリンダ６４に吸気される。また、空気が吸気通路３１内を下流側に流れることで、エアフロメータ２４が順流量を検出する（図３（ｃ））。

圧縮行程では、ピストン６２の位置が下死点（ＢＤＣ）から上死点（ＴＤＣ）へ向けて変化する（図３（ｂ））。このとき、吸気弁駆動装置５０によるバルブタイミング制御が行われると、圧縮行程においても吸気弁５２は開弁状態を維持している。バルブタイミング制御は、圧縮行程での圧縮比を低減させることで、圧縮比と膨張行程での膨張比との比率を変化させる制御である。図３（ｂ）では、圧縮比を低減するために、吸気弁５２はピストン６２の下死点（ＢＤＣ）からθ１[°ＣＡ]となるタイミングまで閉弁位置をずらしている。

圧縮行程中も吸気弁５２が開弁していると、シリンダ６４内の空気はピストン６２の上昇と共に吸気ポート６５から押し出され、吸気通路３１に逆流が発生する。そのため、エアフロメータ２４は、吸気通路３１内を逆流する空気を逆流量として検出する（図３（ｃ））。上述した順流と逆流との変化は、各ピストン６２の摺動毎に生じるが、各ピストンの摺動により生じた吸気量の変化が吸気通路３１の上流側（上流側通路３２、サージタンク３３）において時系列で合わさり、一定の周期を備える脈動を形成する。

本発明者は、吸気ポート６５で生じる脈動が上流側で増幅され、エアフロメータ２４の検出値との差を生じさせていることを発見した。図４は、吸気通路３１で生じる脈動を説明する図である。図４（ａ）の図中左は、エアフロメータ２４の検出流量（脈動）を示し、図中左は、吸気ポート６５における吸気流量（脈動）を示している。図４（ａ）に示すように、エアフロメータ２４で検出される脈動（順流、逆流）が、吸気ポート６５における脈動（順流、逆流）よりも増幅されている。脈動の増幅は、エンジン７０の回転に伴い吸気通路３１に加えられる力が加振力と成ることで生じ、特に、吸気通路３１に生じる脈動の周期と、エンジン７０の回転に伴い順方向と逆方向とに生じる力の周期とが近い値となることで増加する。

図４（ｂ）は、脈動の増幅の仕組みをモデル化した振動系モデルである。この振動系モデルでは、１回の吸気行程において吸気通路３１を流れる質量ｍ[ｋｇ]の流量Ｆを仮定し、この流量Ｆの移動量ｕと、流量Ｆに加えられるピストン６２による力（Ｐｓｉｎωｔ）と粘性力（ｋＣ）とで運動方程式（図４（ｃ））を規定している。ここで、ピストン６２が吸気通路３１に加える力の周期（角速度）をωにより示している。なお、移動量ｕｏは順流側移動量を示し、移動量ｕｒは逆流側移動量を示している。また、ｕｐは、ピストン６２の移動量を示している。

図４（ｂ），（ｃ）に示す振動系モデルにより、ピストン６２が吸気通路３１に伝える力の周期ωが流量Ｆの固有振動数に近づくと、流量Ｆの移動量ｕを顕著に増加させる共振現象が生じる。すなわち、流量Ｆの移動（脈動）が増幅され、吸気ポート６５に生じる脈動との間に誤差を生じさせる。そこで、この実施形態では、流量取得部１１がエアフロメータ２４を用いて取得した検出流量を、補正部１４が脈動率に応じた増幅度に基づいて補正することで、共振により生じる誤差を低減している。そして、充填空気量取得部１５は、補正後の検出流量に基づいて充填空気量ＧＡを取得することで、適正なエンジン７０の制御を実現する。

次に、ＥＣＵ１０がエアフロメータ２４の検出値をもとに充填空気量ＧＡを取得する処理を図５のフローチャートを用いて説明する。図５のフローチャートで示す処理は、例えば、所定周期で繰り返し行われる処理である。

ステップＳ１１では、検出流量ＤＥＦを取得する。検出流量ＤＥＦは、吸気行程において、エアフロメータ２４により取得される流量であり、順流側検出量ＯＦと逆流側検出量ＲＦとを含んでいる。この第１実施形態では、順流量取得部１２は、検出流量ＤＥＦから、順流側検出量ＯＦを取得する。

ステップＳ１２では、逆流側検出量ＲＦを取得（推定）する。この第１実施形態では、逆流量取得部１３は、シリンダ６４の充填空気量ＧＡに基づいて逆流側検出量ＲＦの推定を行う。図６は、逆流量取得部１３の処理を説明する図である。図６（ａ）は、クランク角度に応じたピストン６２の位置の変化を示している。また、図６（ｂ）は、各吸気弁５２が開状態となるタイミングを示す開弁期間を示している。そして、図６（ｃ）〜（ｅ）は、各ピストン６２の摺動により生じる脈動成分を示している。なお、図６では、一例として３気筒のエンジンを例に説明を行っており、各ピストンを第１ピストンＰ１、第２ピストンＰ２、第３ピストンＰ３として区別している。

図６（ａ）に示すように、吸気行程において、第１ピストンＰ１が上死点（ＴＤＣ）から下死点（ＢＤＣ）に達する間に、吸気弁５２の閉弁タイミングＩＶＣ（図６（ｂ））に応じて、吸気通路３１に順流が流れる。そして、第１ピストンＰ１が下死点（ＢＤＣ）から上死点（ＴＤＣ）に達する間であり、且つ吸気弁５２が開状態となる間、吸気通路３１に逆流が流れる（図６（ｃ））。この逆流が流れる期間において、第２ピストンＰ２も吸気行程と成るため、この第２ピストンＰ２の摺動に応じた順流が吸気通路３１に流れる（図６（ｄ））。そのため、クランク角度θ２において、吸気通路３１内で第１ピストンＰ１の摺動により生じる逆流と、第２ピストンＰ２の摺動により生じる順流との干渉が起こる。この干渉により、流量の少ない逆流が順流に打ち消されてしまう。

逆流の打消しは、第２ピストンＰ２による逆流と第３ピストンＰ３による順流との間にも生じ（図６（ｄ），（ｅ））、エアフロメータ２４の逆流に対応する吸気通路３１に流れる脈動を変化させる。脈動が変形することで、エアフロメータ２４により逆流量を精度よく検出することができなくなる。そこでこの第１実施形態では、逆流量取得部１３は、ピストン６２の移動により押し出される空気の量Δｑｖｌから逆流量を推定している。一例として逆流量取得部１３は、下記式（１）〜（４）により、逆流量（逆流側検出量ＲＦ）を算出する。

式（１）において、Ａｈは面積補正係数、Ｔは吸気弁５２が開弁してから閉弁するまでの周期である。また、Δｑは、ピストン６２の移動により押し出される流量［ｇ］であり、上記式（２）により求められる値である。
また、式（２）において、ηｃは、充填効率であり、ρは空気の密度である。そして、Δｖはピストン６２が下死点ＢＤＣに達してから吸気弁５２が閉弁タイミングＩＶＣに達するまでにピストン６２が移動した体積であり、上記式（３）により求められる値である。
そして、式（３）において、Ａｃｙｌは、ピストン６２の断面積である。また、Δｘはピストン６２の移動距離であり、上記式（４）で求められる値である。
また、式（４）において、Ｓｔは、ピストン６２のストローク長さであり、ｎｅは、エンジン回転数であり、Δｔはピストン６２が下死点ＢＤＣに達してから吸気弁５２が閉弁タイミングＩＶＣに達するまでの時間である。なお、上記（１）〜（４）式を用いることで、逆流側検出量ＲＦのみならず、順流側検出量ＯＦを算出することも可能である。

図５に戻り、ステップＳ１３では、共振判定を行う。共振判定は、エンジン７０の状態が脈動に共振を生じさせる状態にあるか否かを判定する処理である。この共振判定により、補正部１４が脈動に共振が生じていると判定する場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、ステップＳ１４に進み、順流側検出量ＯＦを補正する。一方、この共振判定により、補正部１４が脈動に共振が生じないと判定すると（ステップＳ１３：ＮＯ）、補正を行うことなくステップＳ１５に進む。

図７は、一例としてのステップＳ１３の共振判定を詳細に示すフローチャートである。図７で示す共振判定では、一例として、共振の有無を判定する条件として、エンジン７０の回転速度と、スロットル開度と、吸気弁５２の閉弁タイミングＩＶＣとを用いている。無論、共振の有無を判定する条件は上記３つに限定されず、回転速度、スロットル開度と、吸気弁５２の閉弁タイミングＩＶＣのいずれか一つを用いるものや、いずれか２つを組み合わせるものであってもよい。

まず、ステップＳ１３１では、回転速度を閾値Ｔｎｅと比較する。閾値Ｔｎｅは、共振が生じやすいエンジン７０の回転速度に基づいて規定されている。エンジンの回転速度が遅くなると、吸気弁５２が閉弁タイミングＩＶＣに達するまでの時間が長くなるため逆流量が増加し、脈動が大きくなる。また、ある気筒による吸気行程から次の吸気行程に達するまでの時間が長くなり逆流が伝わり易くなる。閾値Ｔｎｅとしては、例えば、２０００[ｒｐｍ]とすることができる。そのため、回転速度が閾値Ｔｎｅ以下であれば、共振が生じ易くなると判定しステップＳ１３２に進み、回転速度が閾値Ｔｎｅを超える場合、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１３２では、負荷を閾値Ｔｔａと比較する。閾値Ｔｔａは、スロットル開度センサ２７により検出されるスロットルバルブ２６の開度（スロットル開度）を基準としている。スロットルバルブ２６の開度が小さいと、このスロットルバルブ２６が吸気通路における遮蔽板として作用し、逆流が伝わり難くなり、脈動の増幅を妨げる。閾値Ｔｔａとしては、例えば、３０[°]とすることができる。そのため、負荷が閾値Ｔｔａ以上であれば、ステップＳ１３３に進み、回転速度が閾値Ｔｔａ未満であれば、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１３３では、バルブタイミングを閾値Ｔｉｖｃと比較する。閾値Ｔｉｖｃは、共振が生じ易い吸気弁５２の閉弁タイミングＩＶＣに基づいて定められている。圧縮行程における吸気弁５２の閉弁タイミングＩＶＣが増加すると、気筒から吸気通路３１に押し戻される逆流量が増加し、脈動を増加させる。閾値Ｔｉｖｃとしては、例えば、ピストン６２が下死点ＢＤＣに達してから吸気弁５２が閉弁するまでの期間であるＡＢＤＣ９０[°ＣＡ]とすることができる。そのため、吸気弁５２の閉弁タイミングＩＶＣが閾値Ｔｉｖｃ以上であれば、ステップＳ１４に進み、回転速度が閾値Ｔｉｖｃ未満であれば、ステップＳ１５に進む。

図５に戻り、ステップＳ１４では、順流側検出量ＯＦを補正する。図８は、ステップＳ１４の処理を詳細に示すフローチャートである。図８に示す処理により、順流側検出量ＯＦを補正するための補正量Ａｏが取得される。

図８のステップＳ１４１では、補正量Ａｏを取得するためのパラメータを取得する。一例として、補正部１４は、補正量Ａｏを取得するためのパラメータとして、ピストン６２の角速度ωと、振動体角速度ωｆと、減衰係数ｈｆとを下記式（５）〜（７）を用いて取得する。

角速度ωは、ピストン６２の回転速度［ｒａｄ／ｓ］であり、例えば、クランク角信号ＮＥに基づいて上記式（５）により取得される。振動体角速度ωｆは、吸気通路３１を流れる空気の固有振動数であり、例えば、上記式（６）により求められる。ここで、ｍｆは空気の振動体質量であり、上記式（７）により求められる。また、ｋは体積弾性係数である。そして、ｖｃｙｌは、シリンダ容積である。

ステップＳ１４２では、ステップＳ１４１で取得した各パラメータをもとに、補正量Ａｏを取得する。この補正量Ａｏは、図４に示した振動モデルに基づいて、吸気ポート６５における順流量の変化に対する、エアフロメータ２４の検出位置での順流側検出量ＯＦの増幅度として取得される。例えば、補正部１４は、補正量Ａｏを下記式（８）に基づいて取得する。

ここで、ｕは、検出位置における空気の移動距離[ｍ]を示し、順流側検出量ＯＦに対応する。ｕ０は、吸気ポート６５における空気の移動距離[ｍ]を示し、吸気ポート６５における順流量に対応する。また、ｈｆは、順流側減速係数を示す。即ち、式（８）において、補正量Ａｏは、順流側検出量ＯＦに対する、吸気ポート６５における順流量の比として取得される。

ステップＳ１４３では、ステップＳ１４２で取得した補正量Ａｏを用いて、順流側検出量ＯＦを補正する。図９は、補正部１４による検出流量の補正を説明する図である。補正部１４は、順流側検出量ＯＦを、ステップＳ１４２で取得した補正量Ａｏで割ることで、吸気ポート６５における順流量を取得する。なお、この第１実施形態では、逆流側検出量ＲＦは、図５のステップＳ１２での推定値が用いられる。

図５のステップＳ１５では、充填空気量ＧＡを取得する。充填空気量取得部１５は、例えば、補正後の順流側検出量ＡＯＦと、推定した逆流側検出量ＲＦと、下記式（９）とを用いて１回の吸気行程における充填空気量ＧＡを取得する。
ＧＡ＝ＡＯＦ−ＲＦ … （９）。

ステップＳ１６では、充填空気量ＧＡに基づいて燃料噴射量ＩＮＪを設定する。例えば、噴射量設定部１６は、ステップＳ１５で取得した充填空気量ＧＡと、スロットル開度センサ２７からのスロットル開度とをもとに燃料噴射量ＩＮＪを設定する。その後、ＥＣＵ１０は、設定した燃料噴射量ＩＮＪに基づいて、燃料噴射弁５５を制御し、エンジン７０のシリンダ６４に燃料を噴射する。

以上説明したように、この第１の実施形態に係るＥＣＵ１０（エンジン制御装置）では、流量取得部１１がエアフロメータ２４（検出装置）を用いて取得した検出流量を、補正部１４が検出流量の脈動率に応じた増幅度に基づいて補正することで、検出流量の精度を高めている。そして、充填空気量取得部１５は、補正後の検出流量に基づいて、充填空気量ＧＡを取得する。上記構成により、脈動が生じている場合でもエアフロメータ２４からの出力をもとに高い精度の充填空気量を得ることが可能となり、エンジン７０の制御を適正に行うことができる。

流量取得部１１は、検出流量における順流側検出量ＯＦと逆流側検出量ＲＦとを個別に取得し、補正部１４は、順流側検出量ＯＦと逆流側検出量ＲＦとを個別に補正し、充填空気量取得部１５は、各補正後の順流側検出量ＯＦと逆流側検出量ＲＦとに基づいて、充填空気量を取得する。上記構成とすることで、順流側検出量ＯＦと逆流側検出量ＲＦとが個別に補正されるため、充填空気量ＧＡを精度よく取得することが可能となる。また、流量取得部１１が、ピストン６２の移動容積と吸気弁５２の開弁期間とに基づいて逆流検出量を推定する構成とすることで、エアフロメータ２４からの順流量に対する出力電圧Ｖｏｕｔのみを使用して、充填空気量ＧＡを取得することが可能となる。

補正部１４は、エンジン７０の圧縮行程における吸気弁５２が開弁状態である期間が、所定値以上となる場合に、補正を行う。圧縮行程における吸気弁５２の閉弁タイミングが増加すると、気筒から吸気通路３１に押し戻される逆流量が増加し、脈動を増加させる。そのため、吸気通路において共振が生じ易い閉弁タイミング以上となる場合に、補正部１４による補正を行うことで、補正の効果と処理負荷とのバランスを両立させることができる。

補正部１４は、エンジン７０の回転速度が所定値以下となる場合に、補正を行う。エンジン７０の回転速度が速くなると、吸気弁が開弁している期間が短くなるため、逆流量が減少し、脈動が低くなる。脈動が低い状態で補正を行っても補正の効果に対して処理負荷を高めるだけとなる。そのため、回転速度で補正の有無を判断することで補正の効果が大きい条件でのみ補正を行うことができ、補正の効果と処理負荷とのバランスを両立させることができる。

補正部１４は、エンジン７０の負荷が所定値以上となる場合に、補正を行う。エンジン７０の負荷が所定値以下であれば、吸気通路３１におけるスロットルバルブ２６の開閉量が小さくなる。そのため、このスロットルバルブ２６が吸気通路における遮蔽板として作用し、脈動の増幅を妨げる。上記構成とすることで、補正が必要なエンジンの負荷の場合にのみ、補正部１４による補正を行うことができ、補正の効果と処理負荷とのバランスを両立させることができる。

（第２実施形態）
吸気通路３１の逆流量を推定することは一例に過ぎず、エアフロメータ２４により逆流量を取得し、この逆流量を補正してもよい。

図１０は、第２実施形態に係るＥＣＵ１０の機能ブロックを説明する図である。図１０に示すＥＣＵ１０は、流量取得部１１と、補正部１４と、充填空気量取得部１５と、噴射量設定部１６と、を機能的に備えている。また、補正部１４は、順流側補正部１７と、逆流側補正部１８と、を有している。順流側補正部１７は、流量取得部１１により取得された順流側検出量ＯＦを補正する。また、逆流側補正部１８、流量取得部１１により取得された逆流側検出量ＲＦを補正する。

次に、第２実施形態において、ＥＣＵ１０がエアフロメータ２４の検出値をもとに充填空気量ＧＡを取得する処理を、図１１を用いて説明する。図１１のフローチャートで示す処理は、例えば、所定周期で繰り返し行われる。

ステップＳ２１では、検出流量ＤＥＦを取得する。このステップＳ２１では、流量取得部１１は、エアフロメータ２４の出力電圧Ｖｏｕｔから、順流側検出量ＯＦと逆流側検出量ＲＦとをそれぞれ取得する。

ステップＳ２２では、共振判定を行う。この共振判定により、補正部１４が脈動に共振が生じていると判定する場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、ステップＳ２３に進む。一方、この共振判定により、補正部１４が脈動に共振が生じないと判定すると（ステップＳ２２：ＮＯ）、ステップＳ２５に進む。

ステップＳ２３では、順流側検出量ＯＦを補正する。ステップＳ２３で順流側補正部１７が行う補正は、第１実施形態同様、上記式（５）〜（８）、をもとに行うことができる。

ステップＳ２４では、逆流側検出量ＲＦを補正する。例えば、逆流側補正部１８は、補正量Ａｒを、下記式（１０）、（１１）、（１２）に基づいて取得する。

上記式（１０）において、振動体角速度ωｒは、逆流における固有振動数であり、上記式（１１）を用いて取得することができる。また、上記式（１１）において、ｍｒは、逆流における平均流量[ｋｇ]であり、ピストン６２により押し戻される流量に基づいて、上記式（１２）により取得することができる。

ステップＳ２５では、充填空気量ＧＡを取得する。充填空気量取得部１５は、例えば、補正後の順流側検出量ＡＯＦと、補正後の逆流側検出量ＡＲＦと、下記式（１３）とを用いて１回の吸気行程における充填空気量ＧＡを取得する。
ＧＡ＝ＡＯＦ−ＡＲＦ … （１３）。

ステップＳ２６では、ステップＳ２５で取得した充填空気量ＧＡに基づいて燃料噴射量ＩＮＪを設定する。例えば、噴射量設定部１６は、ステップＳ２５で取得した充填空気量ＧＡと、スロットル開度センサ２７からのスロットル開度とをもとに燃料噴射量ＩＮＪを設定する。その後、ＥＣＵ１０は、設定した燃料噴射量ＩＮＪに基づいて、燃料噴射弁５５を制御し、エンジン７０のシリンダ６４に燃料を噴射する。

以上説明したようにこの第２実施形態では、エアフロメータ２４（検出装置）により順流量と逆流量とを別々に取得する構成においても上述した第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第３実施形態）
補正部１４による補正後の検出流量から吸気通路３１の脈動率を取得し、取得した脈動率に基づいてエアフロメータ２４の出力特性を変更（補正）するものであってもよい。この場合においても、補正部１４は、吸気通路３１における脈動の増幅度に基づいて、検出流量を補正している。また、出力特性の変更後のエアフロメータ２４により充填空気量ＧＡを取得することで、充填空気量取得部１５は、補正後の検出流量に基づいて、気筒の充填空気量ＧＡを取得している。

図１２は、第３実施形態において、ＥＣＵ１０がエアフロメータ２４の検出値に基づいて充填空気量ＧＡを取得する処理を説明するフローチャートである。

ステップＳ３１では、検出流量ＤＥＦを取得する。このステップＳ３１では、流量取得部１１は、エアフロメータ２４の出力電圧Ｖｏｕｔから、順流側検出量ＯＦと逆流側検出量ＲＦとを個別に取得する。

ステップＳ３２では、共振判定を行う。この共振判定により、補正部１４が吸気通路３１の共振が生じると判定するとステップＳ３３に進む。一方、この共振判定により、補正部１４が吸気通路３１の共振が生じないと判定するとステップＳ３７に進む。

ステップＳ３３では、エアフロメータ２４からの検出流量（ＯＦ、ＲＦ）を補正する。ステップＳ３３で行われる検出流量ＤＥＦの補正は、上述した第１実施形態又は第２実施形態と同様の手法により行われ、順流側検出量ＯＦと逆流側検出量ＲＦとがそれぞれ補正される。

ステップＳ３４では、ステップＳ３３で求めた補正後の検出流量から脈動率を取得する。脈動率の取得は、例えば、下記式（１４）を用いて行われる。

ここで、ＭＡＸとＭＩＮとは吸気通路３１における最大値と最小値とを示す。即ち、ＭＡＸは順流側検出値の最大値であり、ＭＩＮは逆流側検出量の最小値である。また、平均値は脈動が生じない場合の吸気通路３１の平均の順流量を示す。

ステップＳ３５では、ステップＳ３４で取得した脈動率を判定する。脈動率を判定するための閾値Ｔｐは、脈動の影響が大きい（即ち、共振が生じ易い）脈動率に基づいて設定されている。なお、脈動率が閾値Ｔｐ未満であれば、ステップＳ３７に進む。

脈動率が閾値Ｔｐ以上であれば（ステップＳ３５：ＹＥＳ）、ステップＳ３６では、エアフロメータ２４における入出力特性マップを切り替える。入出力特性マップは、エアフロメータ２４が検知する検知流量と、出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を規定したマップである。例えば、エアフロメータ２４は、入出力特性マップとして、脈動の影響を考慮しない第１マップと、脈動の影響を考慮した第２マップとを有している。第１マップは、検知流量と出力電圧Ｖｏｕｔとの関係が精度よく規定されている。一方、第２マップは、脈動の影響を考慮して検知流量と出力電圧との関係が修正されている。そのため、ステップＳ３６では、補正部１４は、第１マップから第２マップに切り替えることで、エアフロメータ２４からは脈動率を考慮した出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。

ステップＳ３７では、エアフロメータ２４からの出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、充填空気量ＧＡを取得する。具体的には、まず、上述した第１実施形態又は第２実施形態と同様の手法により、エアフロメータ２４からの出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、順流側検出量ＯＦ（又はＡＯＦ）及び逆流側検出量ＲＦ（又はＡＲＦ）が取得される。そして、順流側検出量ＯＡ及び逆流側検出量ＲＦから充填空気量ＧＡが取得される。

ステップＳ３８では、ステップＳ３７で取得された充填空気量ＧＡに基づいて燃料噴射量ＩＮＪが設定される。例えば、噴射量設定部１６は、ステップＳ３７で取得した充填空気量ＧＡと、スロットル開度センサ２７からの検出値とをもとに燃料噴射量ＩＮＪを設定する。その後、噴射量設定部１６は、設定した燃料噴射量ＩＮＪに基づいて、燃料噴射弁５５を制御し、エンジン７０のシリンダ６４に燃料を噴射する。

以上説明したようにこの第３実施形態では、脈動率に応じて、エアフロメータ２４による入出力特性を切り替えることで、適正な充填空気量ＧＡを取得することができる。また、脈動率を判定条件とすることで、補正の切り替えの判断を効率良く実行することができる。

（第４実施形態）
流量取得部１１は、逆流量に加えて順流量を予測により取得するものであってもよい。
図１３は、吸気流量の干渉を説明する図である。図１３（ａ）〜（ｃ）は、エンジン７０が３気筒である場合の、各気筒の摺動による脈動成分を示している。また、図１３（ｄ）は、エンジン７０の吸気ポート６５における吸気流量の変化を示している。

図１３（ａ）に示すように、エンジン７０の回転速度[ｒｐｍ]が所定速度を超えると、吸気通路３１を流れる空気に慣性が生じ、吸気流量の周期がピストンの摺動周期よりも遅くなる。慣性による吸気流量の周期変化により、所定の気筒における吸気流量と、他の気筒の吸気流量とがサージタンク３３で干渉し、合成脈動波形（１３（ｄ））を生じさせる。この合成脈動波形は、順流と逆流との干渉による変化が大きく、エアフロメータ２４の検出流量との間で大きさ誤差を生じさせる。そこで、この第４実施形態では、ＥＣＵ１０は、順流側と逆流側とをそれぞれ予測により取得し、この合成脈動波形を算出した後、補正を行う構成としている。

図１４は、第４実施形態におけるＥＣＵ１０の機能を示す機能ブロック図である。ＥＣＵ１０は、流量取得部１１と、集合部流量算出部１１７と、補正部１４と、係数補正部１１８と、各シリンダ流量補正部１１９と、充填空気量取得部１５と、噴射量設定部１６と、を機能的に備えている。なお、補正部１４と、充填空気量取得部１５と、噴射量設定部１６と、は他の実施形態と同様の機能であり、その説明を省略する。

流量取得部１１は、合成脈動波形の元となる順流側検出量ＯＲと逆流側検出量ＲＲとを取得する。この第４実施形態において、流量取得部１１は、上記式（１）〜（４）を用いて、順流側検出量ＯＲと逆流側検出量ＲＲとを予測により算出する。

集合部流量算出部１１７は、流量取得部１１が取得した順流側検出量ＯＲと逆流側検出量ＲＲに基づいて、合成脈動波形を算出する。図１３（ｄ）に示すように、合成脈動波形は、第１〜第３ピストンの摺動により生じる脈動成分（順流，逆流）がそれぞれサージタンク３３で干渉することで生じる。

係数補正部１１８は、合成脈動波形に対して補正係数を用いた補正を行う。補正係数は、エアフロメータ２４により検出される脈動の傾向（周期，振幅等）を考慮し、集合部流量算出部１１７で算出した合成脈動波形を補正する値である。例えば、係数補正部１１８は、エアフロメータ２４からの出力を所定周期で計測しており、計測した出力傾向から周知の学習制御を用いて補正係数を生成する。

各シリンダ流量補正部１１９は、気筒毎の吸気特性を考慮して、合成脈動波形を補正する。この第４実施形態では、演算により算出された合成脈動波形を各気筒に併用する。そのため、各シリンダ流量補正部１１９は、算出された合成脈動波形を気筒毎の吸気特性を考慮した値に補正する。

次に、第４実施形態に係る噴射量の算出処理について図１５を用いて説明する。図１５に示す処理は、ＥＣＵ１０により所定周期で実施される処理である。

ステップＳ４１では、検出流量ＤＥＦを取得する。このステップＳ４１では、流量取得部１１は、各気筒におけるピストンの回転速度（クランク各信号ＮＥ）とスロットル弁のスロットル開度から慣性を考慮した順流側検出量ＯＦと逆流側検出量ＲＦとを算出する。流量取得部１１は、慣性を考慮した検出流量ＤＥＦの周期Ｔを下記式（１５），（１６）を用いて算出する。また、算出された周期Ｔを上記式（１）に代入することで順流側検出量ＯＦと逆流側検出量ＲＦとを算出する。

ここで、ｋは弾性定数である。また、Ｖ（ｎｅ）は、エンジン７０の回転速度に応じて取得される空気の筒内容量で
あり、上記式（３），（４）を用いて算出することができる。また、Ｔは検出流量ＤＥＦの周期である。

ステップＳ４２では、ステップＳ４１で取得した慣性を考慮した検出流量を用いて合成脈動波形を取得する。集合部流量算出部１１７は、気筒毎に検出流量の位相をずらした後、各検出流量を足し合わせることで、合成脈動波形を算出する。図１３に示す例では、エンジン７０は３気筒であるため、ステップＳ４１で算出された検出流量ＤＥＦを３つに複製し、各検出流量ＤＥＦを位相（例えば、２４０°）だけずらして合成する。その結果、１３（ｄ）に示すように、各気筒に対応する検出流量ＤＥＦの順流と逆流とが合成された合成脈動波形が算出される。

ステップＳ４３では、共振判定を行う。この共振判定により、補正部１４が脈動に共振が生じていると判定する場合（ステップＳ４２：ＹＥＳ）、ステップＳ４４に進む。一方、この共振判定により、補正部１４が脈動に共振が生じないと判定すると（ステップＳ４２：ＮＯ）、ステップＳ４６に進む。

ステップＳ４４では、合成脈動波形を補正する。ステップＳ４４で補正部１４が行う補正は、順流側及び逆流側のそれぞれに対して実施される。順流側に対する補正については、第１実施形態同様、上記式（５）〜（８）を用いて行うことができる。逆流側に対する補正については、第２実施形態同様、上記式（１０）〜（１２）を用いて行うことができる。

ステップＳ４５では、補正後の合成脈動波形に対して補正係数を加える。係数補正部１１８は、学習制御により取得された補正係数を補正後の合成脈動波形に加えることで補正を行う。

ステップＳ４６では、充填空気量ＧＡを取得する。この充填空気量ＧＡの取得の際、各シリンダ流量補正部１１９は、気筒毎の吸気特性に対応させて合成脈動波形を補正する。また、充填空気量取得部１５は、補正後の順流側検出量ＡＯＦと、補正後の逆流側検出量ＡＲＦと、上記式（１３）とを用いて１回の吸気行程における充填空気量ＧＡを取得する。ステップＳ４７では、ステップＳ４６で取得した充填空気量ＧＡに基づいて燃料噴射量ＩＮＪを設定する。

以上説明したようにこの第４実施形態では、慣性により吸気流量の干渉が大きくなる場合でも、高い精度の充填空気量を得ることが可能となり、エンジン７０の制御を適正に実施することができる。

（その他の実施形態）
検出装置としてエアフロメータを用いたことは一例であり、エアフロメータの代わりに圧力センサを用いてもよい。この場合、図１において、吸気通路３１の上流側通路３２にエアフロメータに代えて圧力センサを配置する。そして、流量取得部１１は、圧力センサにより取得された吸気通路３１内の圧力に基づいて吸気流量を取得する。

エアフロメータ２４とは別の他の検出装置（エアフロメータ、圧力センサ）を設けておき、順流側検出量をエアフロメータ２４により検出し、逆流側検出量を他の検出装置により検出するものであってもよい。

エンジン７０の気筒数は、３気筒に限定されない。この場合、補正部１４が補正の有無を切り替えるための条件を、１サイクル当たりのクランク回転角である７２０[°ＣＡ]に対して内燃運動を実施中の気筒数で割った値を用いて判定しても良い。具体的には、吸気弁５２の閉弁タイミングがクランク回転角７２０[°ＣＡ]を気筒数で割った値よりも長ければ、吸気通路３１において脈動の共振が生じ易いと判断する。その一例として、エンジン７０が負荷に応じて内燃運動を行う気筒数を変更する気筒数変更装置を有しており、且つ変更後の気筒数がこの値に該当する場合に、補正部１４は検出流量に対して補正を行う。上記構成とすることで、共振が生じ易い条件を、吸気弁の開弁期間を示す閉弁タイミングＩＶＣに基づいて判定できるため、補正部１４による補正の有無の判断をより効率的に行うことができる。

１０…ＥＣＵ、１１…流量取得部、１４…補正部、１５…充填空気量取得部、３１…吸気通路、５０…吸気弁駆動装置、５２…吸気弁、７０…エンジン

Claims (6)

1. 吸気通路（３１）において気筒よりも上流側に配置され前記吸気通路の物理量を検出する検出装置（２４）と、吸気弁（５２）の開閉時期を調整する吸気弁駆動装置（５０）と、を備えるエンジン（７０）を制御するエンジン制御装置（１０）であって、
   前記検出装置からの検出値に基づいて前記吸気通路の検出流量を取得する流量取得部（１１）と、
   前記吸気通路における脈動の増幅度に基づいて、前記検出流量を補正する補正部（１４）と、
   補正後の前記検出流量に基づいて、前記気筒の充填空気量を取得する充填空気量取得部（１５）と、を有するエンジン制御装置。
2. 前記流量取得部は、前記検出流量における順流量と逆流量とを個別に取得し、
   前記補正部は、前記順流量と前記逆流量とを個別に補正し、
   前記充填空気量取得部は、補正後の前記順流量と前記逆流量とに基づいて、前記充填空気量を取得する、請求項１に記載のエンジン制御装置。
3. 前記補正部は、前記エンジンの圧縮行程における、前記吸気弁駆動装置が前記吸気弁を開弁状態とする期間が所定値以上となる場合に、前記補正を行う、請求項１又は請求項２のいずれかに記載のエンジン制御装置。
4. 前記補正部は、前記エンジンの回転速度が所定値以下となる場合に、前記補正を行う、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
5. 前記補正部は、前記エンジンの負荷が所定値以上となる場合に、前記補正を行う、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
6. 前記補正部は、前記吸気弁の閉弁タイミングが、７２０度に対して内燃運動を実施中の気筒数で割った値以上となる場合に、前記補正を行う、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエンジン制御装置。

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