JP2020133414A - エンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気脈動が大きい状況下での好適なエンジン制御を実現する。【解決手段】電子制御ユニット２９は、吸気脈動が大きい状態にないと判定されている場合にはマスフロー方式で吸入空気量を演算し、吸気脈動が大きい状態にあると判定されている場合にはスロットルスピード方式で吸入空気量を演算する。さらに電子制御ユニット２９は、吸気脈動が大きい状態にあると判定されており、かつ吸気ポート１５の温度が低い状態にあると判定されている場合には、スロットル開度の制御範囲の上限値を小さくする。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの吸入空気量を演算するとともに、同吸入空気量の演算値に基づき燃料噴射量を決定してインジェクタの燃料噴射制御を行うエンジン制御装置に関する。

気筒内で燃焼する混合気中の空気に対する燃料の質量比率である空燃比を適切に制御するには、エンジンの吸入空気量を、すなわち気筒で燃焼する混合気中の空気の質量を正確に把握する必要がある。吸入空気量の演算方式としては、マスフロー方式、スピードデンシティ方式、及びスロットルスピード方式の３つの方式が知られている。マスフロー方式では、エアフローメータで検出した吸気通路の吸気流量に基づいて吸入空気量を演算している。これに対して、スピードデンシティ方式では、吸気管圧力センサで検出した吸気管圧力とエンジン回転数とに基づいて吸入空気量を演算している。また、スロットルスピード方式では、スロットル開度とエンジン回転数とに基づいて吸入空気量を演算している。

通常は、これら３つの演算方式の中でマスフロー方式が、エンジンの定常運転時の吸入空気量を最も精度良く演算することができる。ただし、エンジンの各気筒は、吸気弁の開閉に応じて間欠的に吸気を吸入しているため、吸気通路の吸気の流れは脈動を伴ったものとなる。特に気筒数の少ないエンジンでは、吸気の脈動が大きくなりやすい。そしてそうした吸気脈動の影響は、エアフローメータの検出値にも表れるため、吸気脈動の大きいエンジンの運転領域では、マスフロー方式よりもスピードデンシティ方式やスロットルスピード方式の方が高い精度で吸入空気量を演算できる場合がある。そこで従来、特許文献１に見られるように、吸気脈動が小さいときにはマスフロー方式により吸入空気量を演算し、吸気脈動が大きいときにはスピードデンシティ方式又はスロットルスピード方式により吸入空気量を演算するように、吸気脈動の大小に応じて吸入空気量の演算方式を切り替えるエンジン制御装置が提案されている。

特開２０１３−２２１４１８号公報

吸気ポートの温度が低いときには、吸気ポート内で吸気が冷やされてその密度が高くなる。そのため、吸気ポートの温度が低いときには、同温度が高いときよりも、吸入空気量が多くなる。スピードデンシティ方式やスロットルスピード方式による吸気量の演算値には、吸気ポートでの冷却による吸気の密度変化の影響が反映されないため、吸気ポートの温度が低いときにはその演算値の誤差が大きくなる。よって、吸気脈動が大きいときにはスピードデンシティ方式やスロットルスピード方式により吸気量を演算する上記従来のエンジン制御装置では、吸気ポートの温度が低い状態で吸気脈動が大きくなると吸入空気量の演算精度が悪化する虞がある。そして、そうした吸入空気量の演算値に基づいてエンジン制御を行うと、吸入空気量が過大となって、ノッキングの発生頻度の増加や触媒温度の過上昇を招く虞がある。

上記課題を解決するエンジン制御装置は、エンジンの気筒内に流入する吸気の質量である吸入空気量を演算するとともに、同吸入空気量の演算値に基づき燃料噴射量を決定してインジェクタの燃料噴射制御を行う。また、同エンジン制御装置は、エアフローメータの吸気流量の検出値に基づいて吸入空気量を演算する第１演算処理と、吸気流量の検出値を用いずに、吸気管圧力の検出値、及びスロットル開度のうちのいずれか一方に基づいて吸入空気量を演算する第２演算処理と、エンジンの吸気通路内の吸気脈動が大きい状態にあるか否かを判定する脈動判定処理と、脈動判定処理において吸気脈動が大きい状態にないと判定されているときには第１演算処理により吸入空気量を演算するとともに、同脈動判定処理において吸気脈動が大きい状態にあると判定されているときには第２演算処理により吸入空気量を演算する演算方式切替処理と、を行っている。こうしたエンジン制御装置では、吸気脈動が大きい状態となり、エアフローメータの検出結果に基づく第１演算処理での吸入空気量の演算精度が悪化し易い状況となると、第２演算処理により、エアフローメータの検出結果を用いずに吸入空気量が演算される。そのため、吸気脈動が大きいときの吸入空気量の演算精度の悪化が抑えられる。

さらに、上記エンジン制御装置では、エンジンの吸気ポートの温度が低い状態にあるか否かを判定する低温判定処理と、脈動判定処理において吸気脈動が大きい状態にあると判定されており、かつ低温判定処理において吸気ポートの温度が低い状態にあると判定されていることを条件に、スロットル開度の制御範囲の上限値である上限開度を小さくする上限開度設定処理と、を行っている。吸気ポートの温度が低いときには、吸気ポートでの吸気の冷却の影響により、第２演算処理による同吸入空気量の演算値が実際の吸入空気量よりも少ない量となる場合がある。そして、そうした実際の量よりも少ない吸入空気量の演算結果に基づきエンジン制御を行うと、吸入空気量が過大となって、ノッキングの発生頻度の増加や触媒温度の過上昇を招く虞がある。

その点、上記エンジン制御装置では、吸気ポートの温度が低い状態で吸気脈動の増大により第２演算処理により吸入空気量の演算が行われる場合には、スロットル開度の制御範囲の上限値が小さくされる。そのため、吸気ポートでの吸気冷却の影響で、エンジン制御に用いる吸入空気量の演算値よりも実際の吸入空気量が多い状態となっても、ノッキングの発生頻度の増加や触媒温度の過上昇を招くまで吸入空気量が過大となる事態は生じにくくなる。したがって、上記エンジン制御装置によれば、吸気脈動が大きい状況下での好適なエンジン制御を実現できる。

なお、スロットル開度が同じでもエンジン回転数が高いほど吸入空気量が多くなる。上記エンジン制御装置における上限開度設定処理では、エンジン回転数が高いときには同エンジン回転数が低いときよりも上限開度を小さい値に設定することが望ましい。

また、吸気ポートの温度が低いほど、第２演算処理の吸入空気量の演算誤差が大きくなる傾向がある。そのため、上記エンジン制御装置における上限開度設定処理では、脈動判定処理において吸気脈動が大きい状態にあると判定されており、かつ低温判定処理において吸気ポートの温度が低い状態にあると判定されているときの上限開度を吸気ポートの温度が低いほど小さい値に設定することが望ましい。

エンジンの冷間始動から暖機完了までの期間における吸気ポートの温度は、冷却水温に相関を有している。そのため、上記エンジン制御装置における低温判定処理での吸気ポートの温度が低い状態にあるか否かの判定は、エンジンの冷却水温に基づいて行うことが可能である。

ここで、第１演算処理による吸入空気量の演算値を第１吸入空気量とするとともに、第２演算処理による吸入空気量の演算値を第２吸入空気量とする。このとき、上記エンジン制御装置における脈動判定処理において吸気脈動が大きい状態にないと判定されているときに第１吸入空気量に対する第２吸入空気量の偏差量を演算する偏差量演算処理を行うとともに、演算方式切替処理では、判定処理において吸気脈動が大きい状態にあると判定されているときには、第２吸入空気量に偏差量を加えた和を吸入空気量の演算値として演算するとよい。こうした場合には、吸気脈動が大きい状態にあるときの吸入空気量の演算精度の低下が更に抑えられる。

エンジン制御装置の一実施形態の構成を模式的に示す略図。 同エンジン制御装置における燃料噴射量の制御に係る処理の流れを示すブロック図。 同エンジン制御装置における吸入空気量の演算に係る処理の流れを示すブロック図。 同エンジン制御装置における脈動率の演算態様を示すグラフ。 同エンジン制御装置が実行する脈動判定ルーチンのフローチャート。 同エンジン制御装置における吸入空気量演算処理の実施態様の一例を示すタイムチャート。 同エンジン制御装置が実行する目標スロットル開度設定ルーチンのフローチャート。 同目標スロットル開度設定ルーチンにおいて設定される上限開度とエンジン回転数及び冷却水温との関係を示すグラフ。

以下、エンジン制御装置の一実施形態を、図１〜図８を参照して説明する。ここではまず、図１を参照して本実施形態のエンジン制御装置の構成を説明する。
図１に示すように、エンジン１０の各気筒１１にはそれぞれピストン１２が収容されている。そして、気筒１１内には、燃料と空気との混合気を燃焼する燃焼室１３がピストン１２により区画形成されている。燃焼室１３には、吸気の導入路である吸気通路１４が吸気ポート１５を介して接続されている。また、燃焼室１３には、混合気の燃焼により生じた排気の排出路である排気通路１６が排気ポート１７を介して接続されている。

吸気通路１４の最上流部には、吸気中の塵等をろ過するエアクリーナ１８が設けられている。吸気通路１４におけるエアクリーナ１８よりも下流側の部分には、吸気流量を検出するエアフローメータ１９が設けられている。さらに吸気通路１４におけるエアフローメータ１９よりも下流側の部分には、吸気通路１４の吸気流量を調整するための弁であるスロットルバルブ２０が設けられている。スロットルバルブ２０の近傍には、同スロットルバルブ２０を開閉駆動するためのスロットルモータ２１と、スロットルバルブ２０の開度であるスロットル開度ＴＡを検出するためのスロットルセンサ２２と、が設けられている。さらに、各気筒１１の吸気ポート１５には、同吸気ポート１５を通って燃焼室１３に流入する吸気中に燃料を噴射するインジェクタ２３がそれぞれ設けられている。

各気筒１１の燃焼室１３には、燃料と吸気との混合気を火花放電により点火する点火装置２４がそれぞれ設けられている。なお、各気筒１１には、エンジン１０の出力軸であるクランク軸２５の回転に連動して開閉する吸気弁２６、及び排気弁２７がそれぞれ設けられている。そして、吸気弁２６の開弁に応じて吸気ポート１５から燃焼室１３に吸気が流入し、排気弁２７の開弁に応じて燃焼室１３から排気ポート１７に排気が排出されるようになっている。さらに、排気通路１６には、排気を浄化するための触媒装置２８が設けられている。

エンジン１０は、エンジン制御装置としての電子制御ユニット２９により制御されている。電子制御ユニット２９は、エンジン制御に係る各種の演算処理を行う演算処理回路３０と、制御用のプログラムやデータを記憶したメモリ３１とを備えている。そして、電子制御ユニット２９には、上述のエアフローメータ１９、スロットルセンサ２２の検出信号が入力されている。さらに電子制御ユニット２９には、それら以外にも、エンジン１０や車両に設置された各種センサの検出信号が入力されている。例えば、吸気温度ＴＨＡを検出する吸気温度センサ３２、吸気管圧力ＰＭを検出する吸気圧センサ３３、クランク軸２５の回転角であるクランク角ＣＲＮＫを検出するクランク角センサ３４、アクセルペダルの踏込量ＡＣＣを検出するアクセルペダルセンサ３５、エンジン１０の冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ３６などである。そして、電子制御ユニット２９は、それらセンサの検出信号に基づき、スロットルモータ２１、インジェクタ２３、点火装置２４などのアクチュエータを制御することで、エンジン１０の各種制御を行っている。なお、電子制御ユニット２９は、クランク角センサ３４によるクランク角ＣＲＮＫの検出結果からエンジン回転数ＮＥを演算している。

図２に、インジェクタ２３の燃料噴射量の制御に係る電子制御ユニット２９の処理の流れを示す。燃料噴射量の制御に際して電子制御ユニット２９はまず、吸入空気量演算処理Ｐ１において、エアフローメータ１９の吸気流量の検出値であるＡＦＭ検出吸気流量ＧＡ、スロットル開度ＴＡ、エンジン回転数ＮＥに基づき、エンジン１０の吸入空気量を演算する。吸入空気量演算処理Ｐ１で演算する吸入空気量は、燃焼室１３での燃焼に供される空気の質量の推定値を表している。以下の説明では、吸入空気量演算処理Ｐ１での吸入空気量の演算値を吸入空気量演算値ＭＣと記載する。

続いて、電子制御ユニット２９は、噴射量決定処理Ｐ２において、吸入空気量演算値ＭＣに基づき、燃焼室１３で燃焼する混合気の空燃比が目標とする値となるように燃料噴射量ＱＩＮＪを決定する。そして、電子制御ユニット２９は、インジェクタ駆動処理Ｐ３において、燃料噴射量ＱＩＮＪ分の燃料噴射を行うように各気筒のインジェクタ２３を駆動する。

図３に、吸入空気量演算処理Ｐ１に係る電子制御ユニット２９の処理の流れを示す。吸入空気量演算処理Ｐ１は、第１演算処理Ｐ４、第２演算処理Ｐ５、脈動判定処理Ｐ６、偏差量演算処理Ｐ７、及び演算方式切替処理Ｐ８の各処理を通じて実行されている。

第１演算処理Ｐ４では、ＡＦＭ検出吸気流量ＧＡとエンジン回転数ＮＥとに基づく吸入空気量の演算が行われる。すなわち、第１演算処理Ｐ４は、エアフローメータ１９の吸気流量の検出値を用いたマスフロー方式により吸入空気量を演算する処理となっている。以下の説明では、第１演算処理Ｐ４による吸入空気量の演算値を第１吸入空気量ＭＣ１と記載する。

第２演算処理Ｐ５では、スロットル開度ＴＡとエンジン回転数ＮＥとに基づく吸入空気量の演算が行われる。すなわち、第２演算処理Ｐ５は、エアフローメータ１９の吸気流量の検出値を用いずに、スロットル開度ＴＡ及びエンジン回転数ＮＥを用いたスロットルスピード方式により吸入空気量を演算する処理となっている。以下の説明では、第２演算処理Ｐ５による吸入空気量の演算値を第２吸入空気量ＭＣ２と記載する。

脈動判定処理Ｐ６では、吸気通路１４内の吸気脈動が大きい状態にあるか否かの判定が行われる。脈動判定処理Ｐ６の詳細については後述する。なお、以下の説明では、脈動判定処理Ｐ６での脈動が大きい状態にあるとの判定を脈動大判定と記載するとともに、脈動が大きい状態にないとの判定を脈動小判定と記載する。

偏差量演算処理Ｐ７では、脈動判定処理Ｐ６において脈動小判定がなされているときに、第１吸入空気量ＭＣ１に対する第２吸入空気量ＭＣ２の偏差量ＤＥＶを演算する。具体的には、偏差量演算処理Ｐ７では、脈動小判定時に、第１吸入空気量ＭＣ１から第２吸入空気量ＭＣ２を引いた差を求めるとともに、その差が偏差量ＤＥＶの更新後の値となるように偏差量ＤＥＶの値を更新する。なお、脈動判定処理Ｐ６において脈動大判定がなされているときには、偏差量演算処理Ｐ７は実施されず、偏差量ＤＥＶの値が保持される。

演算方式切替処理Ｐ８では、脈動小判定時には、第１吸入空気量ＭＣ１を吸入空気量演算値ＭＣの値として設定する。また、演算方式切替処理Ｐ８では、脈動大判定時には、第２吸入空気量ＭＣ２に偏差量ＤＥＶを加えた和である補正後第２吸入空気量ＭＣ３（＝ＭＣ２＋ＤＥＶ）を吸入空気量演算値ＭＣの値として設定する。

続いて、脈動判定処理Ｐ６の詳細を説明する。脈動判定処理Ｐ６には、図４に示すような、規定の期間ＴにおけるＡＦＭ検出吸気流量ＧＡの最大値ＧＭＡＸ、最小値ＧＭＩＮ、及び平均値ＧＡＶＥが用いられる。なお、期間Ｔは、吸気脈動の周期よりも長い時間となるように設定されている。

図５に、脈動判定処理Ｐ６において実行される脈動判定ルーチンのフローチャートを示す。本ルーチンの処理は、エンジン１０の運転中、吸入空気量の演算周期毎に電子制御ユニット２９により繰り返し実行される。

本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、脈動率ＲＴＥの演算が行われる。脈動率ＲＴＥの値は、上述したＡＦＭ検出吸気流量ＧＡの最大値ＧＭＡＸから最小値ＧＭＩＮを引いた差を平均値ＧＡＶＥで割った商（＝（ＧＭＡＸ−ＧＭＩＮ）／ＧＡＶＥ）として演算されている。続いて、ステップＳ１１０において、脈動率ＲＴＥの値が規定の脈動大判定値α以上であるか否かが判定される。

脈動率ＲＴＥの値が脈動判定値α以上の場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１２０に処理が進められ、そのステップＳ１２０において、脈動大フラグＦがセットされる。さらにこの場合には、ステップＳ１３０においてカウンタＣＯＵＮＴの値が０にリセットされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。脈動大フラグＦは、脈動判定処理Ｐ６の判定結果を示すフラグであって、脈動大判定時にはセットされ、脈動小判定時にはクリアされる。上述の偏差量演算処理Ｐ７、及び演算方式切替処理Ｐ８では、こうした脈動大フラグＦがセットされているか否かにより、脈動判定処理Ｐ６の判定結果を確認している。

一方、脈動率ＲＴＥの値が脈動大判定値α未満の場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、ステップＳ１４０に処理が進められる。そして、ステップＳ１４０において、脈動大フラグＦがセットされているか否かが判定される。ここで、脈動大フラグＦがセットされていなければ（Ｓ１４０：ＮＯ）、上述のステップＳ１３０に処理が進められ、そのステップＳ１３０においてカウンタＣＯＵＮＴの値が０にリセットされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、脈動大フラグＦがセットされている場合には（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、ステップＳ１５０に処理が進められる。

ステップＳ１５０に処理が進められると、そのステップＳ１５０においてカウンタＣＯＵＮＴの値のインクリメントが行われる。そして、続くステップＳ１６０において、インクリメント後のカウンタＣＯＵＮＴの値が規定の脈動オフ判定値β以上であるか否かが判定される。このときのカウンタＣＯＵＮＴの値が脈動オフ判定値β未満である場合には（Ｓ１６０：ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。これに対してカウンタＣＯＵＮＴの値が脈動オフ判定値β以上である場合には（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、ステップＳ１７０において脈動大フラグＦがクリアされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。

以上の脈動判定ルーチンにおいて脈動大フラグＦは、脈動大判定値α未満の値から同脈動大判定値α以上の値へと脈動率ＲＴＥの値が増加したときに、クリアされた状態からセットされた状態へと切り替えられる。また、脈動大フラグＦは、脈動率ＲＴＥが脈動大判定値α未満であり、かつカウンタＣＯＵＮＴの値が脈動判定値β以上となったときにセットされた状態からクリアされた状態に切り替えられる。一方、カウンタＣＯＵＮＴの値は、脈動率ＲＴＥが脈動大判定値α未満であって、かつ脈動大フラグＦがセットされている場合にインクリメントされ、それ以外の場合には０にリセットされる。すなわち、カウンタＣＯＵＮＴの値のインクリメントは、脈動率ＲＴＥが脈動大判定値α以上の値から脈動大判定値α未満の値に低下したときに開始され、その後、脈動率ＲＴＥが脈動大判定値α以上となるか、脈動大フラグＦがクリアされるか、のいずれかとなるまで継続される。そして、このときのカウンタＣＯＵＮＴの値のインクリメントは脈動判定ルーチンの実行毎に行われ、さらに脈動判定ルーチンは吸入空気量の演算周期毎に実行される。よって、脈動大フラグＦのセットからクリアへの切替は、脈動率ＲＴＥが脈動大判定値α以上の値から脈動大判定値α未満の値に低下し、かつその後、脈動率ＲＴＥが脈動大判定値α未満の値となっている状態が一定の時間継続したときに行われる。

図６に、こうしたエンジン制御装置における吸入空気量の演算態様の一例を示す。
エンジン１０の吸気通路１４では、吸気弁２６の間欠的な開弁により、吸気の脈動が発生する。エンジン１０の高負荷運転時等には、こうした吸気脈動が大きくなり、その影響がエアフローメータ１９の検出結果に表れる。そのため、吸気脈動が大きい状態にあるときには、エアフローメータ１９の検出精度が低下する。

一方、マスフロー方式による吸入空気量の演算は、エアフローメータ１９の吸気流量の検出値、すなわちＡＦＭ検出吸気流量ＧＡに基づいて行われる。そのため、吸気脈動が大きい状態にあってエアフローメータ１９の検出精度が低下すると、マスフロー方式による吸気量の演算精度も低下する。

これに対して、このエンジン制御装置では、脈動判定処理Ｐ６において吸気脈動が大きい状態にあるか否かを判定している。そして、脈動小判定時にはマスフロー方式により吸気量を演算する一方、脈動大判定時にはスロットルスピード方式により吸気量を演算するようにしている。

図６の場合、時刻ｔ１までは脈動判定処理Ｐ６により脈動小判定がなされており、脈動大フラグＦはクリアされている。そして、時刻ｔ１に脈動判定処理Ｐ６の判定結果が脈動小判定から脈動大判定に切り替わり、その時刻ｔ１以降は脈動大フラグＦがセットされた状態となっている。脈動小判定中は、エアフローメータ１９の検出精度は低下しておらず、第１演算処理Ｐ４での第１吸入空気量ＭＣ１の演算精度も高いと考えられる。そこで、本実施形態のエンジン制御装置では、脈動小判定中は、第１吸入空気量ＭＣ１を吸入空気量演算値ＭＣの値として演算するようにしている。

また、こうした脈動小判定中の第１吸入空気量ＭＣ１が正確な値であるとすると、このときの第１吸入空気量ＭＣ１に対する第２吸入空気量ＭＣ２の偏差量ＤＥＶ分の誤差が、第２吸入空気量ＭＣ２の演算値に生じていることになる。本実施形態のエンジン制御装置では、偏差量演算処理Ｐ７において、脈動小判定中にそうした偏差量ＤＥＶの演算を行っている。

一方、脈動小判定から脈動大判定に切り替わると、エアフローメータ１９の検出精度が低下して、第１演算処理Ｐ４による第１吸入空気量ＭＣ１の演算精度も低下する。このときの本実施形態のエンジン制御装置では、脈動小判定時に演算した偏差量ＤＥＶを第２吸入空気量ＭＣ２に加算した和である補正後第２吸入空気量ＭＣ３を、吸入空気量演算値ＭＣの値として演算している。すなわち、脈動小判定時の偏差量ＤＥＶの演算結果から確認された第２吸入空気量ＭＣ２の誤差分を補償した値が、脈動大判定時の吸入空気量演算値ＭＣの値として演算されている。そのため、吸気脈動が大きい状態にあるときにも、吸入空気量演算値ＭＣを精度良く演算できる。

また、第１吸入空気量ＭＣ１に対する第２吸入空気量ＭＣ２の偏差が偏差量ＤＥＶの値として適切に設定されていれば、時刻ｔ１における第１吸入空気量ＭＣ１と、第２吸入空気量ＭＣ２に偏差量ＤＥＶを加えた和である補正後第２吸入空気量ＭＣ３とは同値となる。そのため、演算方式の切替前後の吸入空気量演算値ＭＣの値に段差が生じることを抑えられる。

続いて、本実施形態のエンジン制御装置におけるスロットルバルブ２０の開度制御について説明する。本実施形態のエンジン制御装置では、下記の目標スロットル開度設定ルーチンの処理により目標スロットル開度ＴＡ＊を設定している。そして、スロットル開度ＴＡがその目標スロットル開度ＴＡ＊に近づくようにスロットルバルブ２０を駆動することで、同スロットルバルブ２０の開度制御を行っている。

図７に、目標スロットル開度設定ルーチンのフローチャートを示す。同ルーチンの処理は、エンジン１０の運転中、既定の制御周期毎に電子制御ユニット２９により繰り返し実行される。

本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ２００において、エンジン１０の要求吸入空気量に基づき、その要求吸入空気量分の吸入空気量を得るために必要なスロットル開度ＴＡが要求スロットル開度ＴＡＲＥＱの値として演算される。なお、要求吸入空気量は、エンジン回転数ＮＥやアクセルペダルの踏込量ＡＣＣから求められており、その値は、エンジン１０の吸入空気量がノッキングの発生頻度の増加や触媒温度の過上昇が生じない範囲内の量となるように決定されている。ちなみに、要求スロットル開度ＴＡＲＥＱが取りうる値の範囲の最小値は０であり、同範囲の最大値はスロットル開度ＴＡの最大値である最大スロットル開度ＴＡＭＡＸとなっている。

続いてステップＳ２１０において、脈動判定処理Ｐ６において脈動大判定がなされているか否かが判定される。そして、脈動大判定がなされている場合（Ｓ２１０：ＹＥＳ）にはステップＳ２２０に、脈動大判定がなされていない場合（Ｓ２１０：ＮＯ）、すなわち脈動小判定時にはステップＳ２３０に、それぞれ処理が進められる。

ステップＳ２２０に処理が進められた場合には、そのステップＳ２２０において、冷却水温ＴＨＷが既定の低温判定値Ｔ１以下であるか否かが判定される。そして、冷却水温ＴＨＷが低温判定値Ｔ１以下の場合（Ｓ２２０：ＹＥＳ）にはステップＳ２４０に、冷却水温ＴＨＷが低温判定値Ｔ１を超える場合（Ｓ２２０：ＮＯ）には上述のステップＳ２３０に、それぞれ処理が進められる。なお、エンジン１０の冷間始動の開始から暖機完了までの期間における吸気ポート１５の温度は、冷却水温ＴＨＷと相関を有している。そのため、本実施形態では、冷却水温ＴＨＷが低温判定値Ｔ１以下であることをもって、吸気ポート１５の温度が低い状態にあると判定している。

以上の処理では、脈動大判定がなされており（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、かつ冷却水温ＴＨＷが低温判定値Ｔ１以下であって吸気ポート１５の温度が低い状態にあると判定されている場合（Ｓ２２０：ＹＥＳ）にはステップＳ２４０に、それ以外の場合にはステップＳ２３０に、それぞれ処理が進められる。すなわち、吸気脈動が大きい状態にないと判定されているときや、吸気ポート１５の温度が低い状態にないと判定されているときには、ステップＳ２３０に処理が進められる。ステップＳ２３０に処理が進められた場合には、そのステップＳ２３０において、要求スロットル開度ＴＡＲＥＱの値がそのまま目標スロットル開度ＴＡ＊の値として設定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。

これに対してステップＳ２４０に処理が進められた場合には、そのステップＳ２４０において、エンジン回転数ＮＥと冷却水温ＴＨＷとに基づいてスロットル開度ＴＡの制御範囲の上限値である上限開度ＴＡＬＭＴの値が演算される。そして、続くステップＳ２５０において、要求スロットル開度ＴＡＲＥＱと上限開度ＴＡＬＭＴとの２つの値のうち、小さい方の値が目標スロットル開度ＴＡ＊の値として設定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。そのため、この場合には、上限開度ＴＡＬＭＴ以下の範囲となるようにスロットル開度ＴＡの制御範囲が制限されることになる。

図８には、冷却水温ＴＨＷが、低温判定値Ｔ１未満の既定の温度「Ｔ４」である場合の上限開度ＴＡＬＭＴとエンジン回転数ＮＥとの関係が実線で示されている。このときの上限開度ＴＡＬＭＴの値には、エンジン回転数ＮＥが既定値Ｎ１以下の範囲では最大スロットル開度ＴＡＭＡＸが設定される。また、エンジン回転数ＮＥが既定値Ｎ１を超える範囲にあるときの上限開度ＴＡＬＭＴの値は、エンジン回転数ＮＥの増加と共に、エンジン回転数ＮＥが「Ｎ１」のときの値である最大スロットル開度ＴＡＭＡＸから次第に小さくなる値となるように設定される。

ここで、スロットル開度ＴＡ及びエンジン回転数ＮＥをそれぞれの座標軸とした直交座標系においてスロットル開度ＴＡが上限開度ＴＡＬＭＴ以上となる領域を設定禁止開度域とする。すなわち、冷却水温ＴＨＷが温度Ｔ４である場合の設定禁止開度域は、同図にハッチングで示した領域となる。本実施形態では、吸気脈動が大きく、かつ吸気ポート１５の温度が低い場合には、設定禁止開度域内の開度とならないように目標スロットル開度ＴＡ＊の値が設定されることになる。

また、同図には、冷却水温ＴＨＷが、低温判定値Ｔ１未満かつ「Ｔ４」よりも高い既定の温度「Ｔ３」の場合、及び低温判定値Ｔ１未満かつ「Ｔ３」よりも高い既定の温度「Ｔ２」の場合の上限開度ＴＡＬＭＴとエンジン回転数ＮＥとの関係がそれぞれ破線で併せ示されている。吸気ポート１５での吸気冷却の影響による補正後第２吸入空気量ＭＣ２の演算誤差は、吸気ポート１５の温度が低いほど大きくなる。そして、冷却水温ＴＨＷが低いほど、吸気ポート１５の温度も低くなる。これを踏まえて本実施形態では、補正後第２吸入空気量ＭＣ２の演算誤差が大きくなるほど設定禁止開度域が広くなるように、上限開度ＴＡＬＭＴを設定している。すなわち、本実施形態では、冷却水温ＴＨＷが低いほど、同一のエンジン回転数ＮＥにおける上限開度ＴＡＬＭＴの値が小さい値となるように、冷却水温ＴＨＷに応じて上限開度ＴＡＬＭＴの値を可変設定している。

本実施形態の作用及び効果を説明する。
吸気ポート１５の温度が低い場合には、吸気ポート１５を通過する際に吸気が冷やされてその密度が高くなる。そのため、エンジン回転数ＮＥやスロットル開度ＴＡが同じでも、吸気ポート１５の温度が低いときには同温度が高いときよりも、気筒１１内での燃焼に供される空気の質量、すなわち吸入空気量は多くなる。吸気ポート１５内での冷却により吸入空気量が増加すると、吸気通路１４の吸気流量も増加する。よって、吸気ポート１５の温度が低いときにも、吸気脈動が小さい状態にあれば、マスフロー方式による第１演算処理Ｐ４での第１吸入空気量ＭＣ１の演算は精度良く行うことができる。

これに対して、スロットルバルブ２０の通過後における吸気ポート１５での吸気密度の変化は、第２演算処理Ｐ５でのスロットルスピード方式による吸入空気量の演算値には反映されない。そのため、吸気ポート１５の温度が低い状態にあるときの第２吸入空気量ＭＣ２は、実際の吸入空気量よりも少ない値となることがある。そうした場合には、第２吸入空気量ＭＣ２に基づき演算される補正後第２吸入空気量ＭＣ３も、実際の吸入空気量よりも少ない値となる。上述のように本実施形態では、吸気脈動が大きい場合には、補正後第２吸入空気量ＭＣ３が吸入空気量演算値ＭＣの値として設定されるため、吸気ポート１５の温度が低く、かつ吸気脈動が大きい状態にあるときには、吸入空気量演算値ＭＣの誤差が大きくなることがある。

一方、上述のように本実施形態では、要求スロットル開度ＴＡＲＥＱの値には、要求吸入空気量分の吸入空気量が得られるスロットル開度ＴＡが設定されている。また、要求吸入空気量は、エンジン１０の吸入空気量が、ノッキングの発生頻度の増加や触媒温度の過上昇が生じない範囲の量となるように設定されている。そのため、吸気ポート１５の温度が低い状態にあるときに脈動大判定がなされて、吸入空気量演算値ＭＣの誤差が大きくなると、エンジン１０の吸入空気量が過大となって、ノッキングの発生頻度の増加や触媒温度の過上昇が生じる虞がある。

これに対して本実施形態のエンジン制御装置では、吸気ポート１５の温度が低く、かつ吸気脈動が大きい状態となった場合には、スロットル開度ＴＡの制御範囲の上限を小さくすることで、吸入空気量を制限するようにしている。そのため、吸気ポート１５での吸気冷却の影響で吸入空気量演算値ＭＣの誤差が大きくなっても、ノッキングの発生頻度の増加や触媒温度の過上昇が生じるほど、吸入空気量が過大となる事態は生じにくくなる。

ちなみに、こうした本実施形態では、吸気脈動が大きい状態にないと判定されている場合や吸気ポート１５の温度が低い状態にないと判定されている場合には、要求スロットル開度ＴＡＲＥＱの値がそのまま目標スロットル開度ＴＡ＊の値として設定される。要求スロットル開度ＴＡＲＥＱが取り得る値の最大値は最大スロットル開度ＴＡＭＡＸであることから、このときのスロットル開度ＴＡの制御範囲の上限値は最大スロットル開度ＴＡＭＡＸとなる。一方、本実施形態では、吸気ポート１５の温度が低く、かつ吸気脈動が大きい場合には、エンジン回転数ＮＥによっては、最大スロットル開度ＴＡＭＡＸよりも小さい値が、スロットル開度ＴＡの制御範囲の上限値である上限開度ＴＡＬＭＴの値として設定される。よって、本実施形態では、吸気脈動が大きい状態にあると判定されており、かつ吸気ポート１５の温度が低い状態にあると判定されていることを条件に、スロットル開度ＴＡの制御範囲の上限値である上限開度ＴＡＬＭＴを小さくする処理が行われている。なお、こうした本実施形態では、図７に示した目標スロットル開度設定ルーチンにおけるステップＳ２２０の処理が、吸気ポート１５の温度が低い状態にあるか否かを判定する低温判定処理に対応している。また、同目標スロットル開度設定ルーチンにおけるステップＳ２１０、Ｓ２２０、Ｓ２４０、及びＳ２５０の処理が、上限開度設定処理に対応している。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、脈動小判定時の第１吸入空気量ＭＣ１に対する第２吸入空気量ＭＣ２の偏差量ＤＥＶを演算する偏差量演算処理Ｐ７を行っている。そして、演算方式切替処理Ｐ８において、脈動大判定時には、第２吸入空気量ＭＣ２に偏差量ＤＥＶを加えた和である補正後第２吸入空気量ＭＣ３を吸入空気量演算値ＭＣの値として演算している。第２吸入空気量ＭＣ２の演算精度が十分に確保できるのであれば、偏差量演算処理Ｐ７を行わず、脈動大判定時に第２吸入空気量ＭＣ２の値をそのまま吸入空気量演算値ＭＣの値として用いるようにしてもよい。

・上記実施形態では、吸気ポート１５の温度が低い状態にあるか否かの判定を冷却水温ＴＨＷに基づいて行うようにしていたが、吸気ポート１５の温度を検出、あるいは推定し、その検出値や推定値に基づいて上記判定を行うようにしてもよい。

・上記実施形態では、冷却水温ＴＨＷに基づき上限開度ＴＡＬＭＴを設定していたが、冷却水温ＴＨＷの代わりに吸気ポート１５の温度の検出値や推定値を用いるようにしてもよい。

・上記実施形態では、上限開度ＴＡＬＭＴの値を、エンジン回転数ＮＥ、及び冷却水温ＴＨＷの双方に応じて可変設定していたが、それらのいずれか一方のみに基づいて上限開度ＴＡＬＭＴの値を設定するようにしてもよい。また、上限開度ＴＡＬＭＴを固定した値としてもよい。

・上記実施形態では、第２演算処理Ｐ５における第２吸入空気量ＭＣ２の演算を、スロットル開度ＴＡ及びエンジン回転数ＮＥに基づく吸気流量の推定値を用いた、いわゆるスロットルスピード方式により行っていた。こうした第２吸入空気量ＭＣ２の演算を、吸気圧センサ３３による吸気管圧力ＰＭの検出値及びエンジン回転数ＮＥに基づく吸気流量の推定値を用いた、いわゆるスピードデンシティ方式により行うようにしてもよい。

１０…エンジン、１１…気筒、１２…ピストン、１３…燃焼室、１４…吸気通路、１５…吸気ポート、１６…排気通路、１７…排気ポート、１８…エアクリーナ、１９…エアフローメータ、２０…スロットルバルブ、２１…スロットルモータ、２２…スロットルセンサ、２３…インジェクタ、２４…点火装置、２５…クランク軸、２６…吸気弁、２７…排気弁、２８…触媒装置、２９…電子制御ユニット、３０…演算処理回路、３１…メモリ、３２…吸気温度センサ、３３…吸気圧センサ、３４…クランクセンサ、３５…アクセルペダルセンサ、３６…水温センサ。

Claims (5)

1. エンジンの気筒内に流入する吸気の質量である吸入空気量を演算するとともに、同吸入空気量の演算値に基づき燃料噴射量を決定してインジェクタの燃料噴射制御を行うエンジン制御装置において、
   エアフローメータの吸気流量の検出値に基づいて前記吸入空気量を演算する第１演算処理と、
   前記吸気流量の検出値を用いずに、吸気管圧力の検出値、及びスロットル開度のうちのいずれか一方に基づいて前記吸入空気量を演算する第２演算処理と、
   前記エンジンの吸気通路内の吸気脈動が大きい状態にあるか否かを判定する脈動判定処理と、
   前記エンジンの吸気ポートの温度が低い状態にあるか否かを判定する低温判定処理と、
   前記脈動判定処理において前記吸気脈動が大きい状態にないと判定されているときには前記第１演算処理により前記吸入空気量を演算するとともに、同脈動判定処理において前記吸気脈動が大きい状態にあると判定されているときには前記第２演算処理により前記吸入空気量を演算する演算方式切替処理と、
   前記脈動判定処理において前記吸気脈動が大きい状態にあると判定されており、かつ前記低温判定処理において前記吸気ポートの温度が低い状態にあると判定されていることを条件に、前記スロットル開度の制御範囲の上限値である上限開度を小さくする上限開度設定処理と、
   を行うエンジン制御装置。
2. 前記上限開度設定処理では、エンジン回転数が高いときには同エンジン回転数が低いときよりも前記上限開度を小さい値に設定する
   請求項１に記載のエンジン制御装置。
3. 前記上限開度設定処理では、前記脈動判定処理において前記吸気脈動が大きい状態にあると判定されており、かつ前記低温判定処理において前記吸気ポートの温度が低い状態にあると判定されているときの前記上限開度を前記吸気ポートの温度が低いほど小さい値に設定する
   請求項２に記載のエンジン制御装置。
4. 前記低温判定処理では、前記エンジンの冷却水温に基づいて前記吸気ポートの温度が低い状態にあるか否かを判定する
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
5. 前記第１演算処理による前記吸入空気量の演算値を第１吸入空気量とするとともに、前記第２演算処理による前記吸入空気量の演算値を第２吸入空気量としたとき、
   前記脈動判定処理において前記吸気脈動が大きい状態にないと判定されているときに前記第１吸入空気量に対する前記第２吸入空気量の偏差量を演算する偏差量演算処理を行うとともに、
   前記演算方式切替処理では、前記脈動判定処理において前記吸気脈動が大きい状態にあると判定されているときには、前記第２吸入空気量に前記偏差量を加えた和を前記吸入空気量の演算値として演算する
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。