JP2018173067A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の制御に適した吸入空気量をその制御に使用できる、内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】エンジン１１の制御に使用するエンジン１１の吸入空気量を決定するため、ＥＣＵ４１により、エンジン１１の始動後、インマニ圧センサ３２の検出信号からインマニ圧が読み取られるごとに、そのインマニ圧からエンジン１１の吸入空気量が算出される。一方、エンジン１１の始動後、エアフロセンサ３１の検出信号から吸気量の値が読み取られるごとに、その読取値からカルマンフィルタ演算によりエンジン１１の吸入空気量が推定される。エンジン１１の始動から所定時間Ｔ１は、インマニ圧センサ３２によって検出されるインマニ圧から算出される吸入空気量がエンジン１１の制御に使用される。そして、エンジン１１の始動から時間Ｔ１＋Ｔ２が経過した後に、カルマンフィルタ推定値がエンジン１１の制御に使用される。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

車両のエンジンの制御では、エンジンの吸入空気量が検出されて、たとえば、その吸入空気量に基づいて燃料噴射量が決定される。

吸入空気量を検出する手法の代表的なものに、エンジンの吸気管における吸入空気流量を検出するエアフロセンサ（エアフロメータ）を用いる手法と、吸気管内の圧力（吸気圧）を検出する吸気圧センサを用いる手法とがある。エアフロセンサを用いる手法では、車両の定常走行時に高い精度で吸入空気量を検出できるが、吸気脈動が大きい状況下では検出誤差が大きくなる。そのため、３気筒エンジンの制御では、エアフロセンサの使用が避けられている。

特開２００２−１３４３９号公報

エアフロセンサを用いる手法において、吸気脈動に起因する検出誤差を小さくするため、たとえば、所定タイミング毎にエアフロセンサの出力をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換により得られる値を長期間で平均化することが考えられるが、平均化する期間（なまし時間）が長いと、制御の応答性が低下する。制御の応答性を向上させるため、平均化する期間を短くすると、吸入空気量の検出誤差が大きくなる。

本発明の目的は、内燃機関の制御に適した吸入空気量をその制御に使用できる、内燃機関の制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る内燃機関の吸入空気量検出装置は、内燃機関の吸入空気圧を検出する吸入空気圧センサと、内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量センサと、吸入空気圧センサにより検出される吸入空気圧から内燃機関の吸入空気量を算出する算出手段と、吸入空気量センサによって検出される吸入空気量からカルマンフィルタ演算により内燃機関の吸入空気量を推定するカルマンフィルタ推定手段と、内燃機関の始動からの第１所定時間は、算出手段により算出される吸入空気量を使用し、内燃機関の始動から第２所定時間が経過した後は、カルマンフィルタ推定手段により推定された吸入空気量を使用して内燃機関を制御する制御手段とを含む。

この構成によれば、吸入空気圧センサによって検出される吸入空気圧から内燃機関の吸入空気量が算出される。一方、吸入空気量センサによって検出される吸入空気量からカルマンフィルタ演算により内燃機関の吸入空気量が推定される。

カルマンフィルタ演算による推定値（カルマンフィルタ推定値）は、内燃機関の始動後、吸入空気量センサの検出信号から吸入空気量の値が読み取られるごとに求められる。カルマンフィルタ推定値は、前回値に対して共分散が最小化するような値をとる。そのため、初期値が０である状態からカルマンフィルタ演算が開始される場合、カルマンフィルタ推定値が内燃機関の制御の使用する期待値に近づくまでに十分なサンプルを要する。

そのため、内燃機関の始動から第１所定時間は、カルマンフィルタ推定値ではなく、吸入空気圧センサによって検出される吸入空気圧（負圧）から算出される吸入空気量が内燃機関の制御に使用される。そして、内燃機関の始動から第２所定時間が経過した後に、カルマンフィルタ推定値が内燃機関の制御に使用される。これにより、内燃機関の制御に適した吸入空気量をその制御に使用することができる。

本発明によれば、内燃機関の制御に適した吸入空気量をその制御に使用することができる。

本発明の一実施形態に係る制御装置が用いられるエンジンおよびその給排気系を示す図である。 エンジンの制御に使用するエンジンの吸入空気量を決定する手法について説明するための図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜エンジンの給排気系＞
図１は、本発明の一実施形態に係る吸入空気量検出装置が用いられるエンジン１１およびその給排気系を示す図である。

エンジン１１は、たとえば、３気筒４ストロークエンジンである。エンジン１１の各気筒の吸気ポートには、インテークマニホールド１２が接続されている。インテークマニホールド１２には、外気がエアクリーナ１３、吸気管１４およびスロットルバルブ１５をこの順に通過して取り込まれる。

インテークマニホールド１２から各気筒に吸入される空気は、たとえば、エンジン１１に配設されたインジェクタ（燃料噴射弁）から各気筒内に直接噴射された燃料と混合され、所定空燃比の混合気とされる。そして、エンジン１１の各気筒に設けられた点火プラグがスパークすることにより混合気が燃焼する。

燃焼後の排ガスは、各気筒からエキゾーストマニホールド１６に排出される。エキゾーストマニホールド１６には、排気管１７が接続されており、排ガスは、エキゾーストマニホールド１６および排気管１７を通過し、排気管１７の途中に設けられた三元触媒１８で有害成分であるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘが浄化されて大気中に排出される。

また、ＥＧＲシステム２１が付随して設けられている。ＥＧＲシステム２１は、ＥＧＲ通路２２およびＥＧＲバルブ２３を含む。ＥＧＲ通路２２は、たとえば、排気管１７に接続され、その他端がインテークマニホールド１２に接続されている。ＥＧＲバルブ２３は、ＥＧＲ通路２２の途中に介在されている。ＥＧＲバルブ２３が開かれると、エンジン１１から排出される排ガスの一部がＥＧＲ通路２２を流通し、ＥＧＲ通路２２からインテークマニホールド１２を介してエンジン１１に還流される。ＥＧＲ通路２２を流通する排ガスの流量は、ＥＧＲバルブ２３の開度により調整することができる。

吸気管１４には、エアフロセンサ３１が設けられている。エアフロセンサ３１は、たとえば、熱式エアフロメータであり、吸気管１４を流れる吸入空気量（吸気量）を検出し、また、吸気管１４内の吸入空気温度（吸気温）を検出する。

インテークマニホールド１２には、インテークマニホールド１２内の圧力（インマニ圧）を検出するインマニ圧センサ３２が設けられている。

また、大気圧を検出する大気圧センサ３３が設けられている。

エアフロセンサ３１、インマニ圧センサ３２および大気圧センサ３３の各検出信号は、マイコン（マイクロコントローラユニット）を含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）４１に入力される。マイコンには、たとえば、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ、データフラッシュ（フラッシュメモリ）などが内蔵されている。ＥＣＵ４１は、各種センサの検出信号から取得した情報などに基づいて、エンジン１１の始動、停止および出力調整などのため、エンジン１１に付随するインジェクタおよび点火プラグを制御し、また、スロットルバルブ１５およびＥＧＲバルブ２３の開度を制御する。

＜吸入空気量決定＞
図２は、エンジン１１の制御に使用するエンジン１１の吸入空気量を決定する手法について説明するための図である。

エンジン１１の制御に使用するエンジン１１の吸入空気量を決定するため、ＥＣＵ４１により、エンジン１１の始動後、インマニ圧センサ３２の検出信号からインマニ圧が読み取られるごとに、そのインマニ圧からエンジン１１の吸入空気量が算出される。インマニ圧から吸入空気量を算出する手法は、公知である。一方、エンジン１１の始動後、エアフロセンサ３１の検出信号から吸気量の値が読み取られるごとに、その読取値からカルマンフィルタ演算によりエンジン１１の吸入空気量が推定される。エンジン１１の始動時にカルマンフィルタ演算に用いる初期値は０にリセットされる。

カルマンフィルタ演算による推定値（カルマンフィルタ推定値）は、図２に実線で示されている。エアフロセンサ３１によって検出される吸気量（センサ値）は、図２に破線で示されている。これらを比較して理解されるように、カルマンフィルタ推定値は、エアフロセンサ３１によって検出される吸気量よりも滑らかに変化する。

しかし、カルマンフィルタ推定値は、前回値に対して共分散が最小化するような値をとる。そのため、初期値が０である状態からカルマンフィルタ演算が開始される場合、カルマンフィルタ推定値がエンジン１１の制御の使用する期待値に近づくまでに十分なサンプルを要する。

そのため、エンジン１１の始動から所定時間Ｔ１は、カルマンフィルタ推定値ではなく、インマニ圧センサ３２によって検出されるインマニ圧（負圧）から算出される吸入空気量がエンジン１１の制御に使用される。そして、エンジン１１の始動から時間Ｔ１＋Ｔ２が経過した後に、カルマンフィルタ推定値がエンジン１１の制御に使用される。

インマニ圧から算出される吸入空気量からカルマンフィルタ推定値に切り替えられる過渡期（時間Ｔ２）は、インマニ圧から算出される吸入空気量とカルマンフィルタ推定値との線形補間処理により、エンジン１１の制御に使用される吸入空気量が決定される。

＜作用効果＞
かかる決定の手法により、エンジン１１の制御に適した吸入空気量をその制御に使用することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、エンジン１１の始動から所定時間Ｔ１が経過すると、エンジン１１の制御に使用する吸入空気量の切り替え（インマニ圧から算出される吸入空気量からカルマンフィルタ推定値への切り替え）が開始されるとしたが、インマニ圧から算出される吸入空気量とカルマンフィルタ推定値との差分が所定範囲内になったことに応じて、その切り替えが開始されてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１１：エンジン（内燃機関）
３１：エアフロセンサ（吸入空気量センサ）
３２：インマニ圧センサ（吸入空気圧センサ
４１：ＥＣＵ（制御装置、算出手段、カルマンフィルタ推定手段）

Claims (1)

1. 内燃機関の吸入空気圧を検出する吸入空気圧センサと、
   前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量センサと、
   前記吸入空気圧センサにより検出される吸入空気圧から前記内燃機関の吸入空気量を算出する算出手段と、
   前記吸入空気量センサによって検出される吸入空気量からカルマンフィルタ演算により前記内燃機関の吸入空気量を推定するカルマンフィルタ推定手段と、
   前記内燃機関の始動からの第１所定時間は、前記算出手段により算出される吸入空気量を使用し、前記内燃機関の始動から第２所定時間が経過した後は、前記カルマンフィルタ推定手段により推定された吸入空気量を使用して前記内燃機関を制御する制御手段とを含む、内燃機関の制御装置。

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