JP2021032133A - エンジン制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】アクチュエータの操作量の決定に使用する吸気量演算値の演算方式を吸気脈動の増減に応じて的確に切り替える。
【解決手段】演算方式切替処理P5は、エアフローメータの出力に基づく第1判定処理P3、及びスロットル開度に基づく第2判定処理P4の少なくとも一方で吸気脈動が大きい状態にあると判定されている場合に、インジェクタ18の指示噴射量の決定に使用する吸気量の演算値としてインジェクタ操作処理P6に受け渡す演算値を、マスフロー方式による第1演算処理P1の演算値からスロットルスピード方式による第2演算処理P2の演算値に切り替える。
【選択図】図2

Description

本発明は、気筒内に導入される吸気量を演算するとともにその吸気量の演算値に基づいてインジェクタ等のアクチュエータを操作することでエンジンを制御するエンジン制御装置に関する。
エンジンの運転状態の制御は、インジェクタやスロットルバルブ等のアクチュエータを操作することで実施されている。例えば、気筒内で燃焼する混合気の空燃比の制御は、気筒内に導入される吸気量に基づいて空燃比を目標とする値とするために必要な燃料噴射量を決定するとともに、その決定した燃料噴射量分の燃料を噴射させるべくインジェクタを操作することで行われている。このような吸気量に基づきアクチュエータの操作量を決定して行われるエンジン制御の制御精度の向上には、精密な吸気量の把握が必要となる。
従来、吸気量の演算方式として、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、吸気通路におけるスロットルバルブよりも上流側の部分に設置されたエアフローメータにより検出した吸気流量から吸気量を演算する。スピードデンシティ方式では、吸気通路におけるスロットルバルブよりも下流側の部分に設置された吸気管圧力センサにより吸気管圧力を検出するとともに、その吸気管圧力とエンジン回転数とに基づき推定した吸気流量から吸気量を演算する。さらに、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き推定した吸気流量から吸気量を演算する。
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。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気量を演算できる場合がある。これに対して従来、特許文献1に見られるように、吸気脈動の大小に応じて演算方式を切り替えつつ吸気量を演算するエンジン制御装置が提案されている。同文献のエンジン制御装置では、エアフローメータの出力に基づき、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、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マスフロー方式により吸気量を演算し、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気量を演算している。
特開平1−265122号公報
ところで、デポジットの付着等によりエアフローメータの応答性が低下すると、同エアフローメータの出力に吸気脈動の影響が表れにくくなり、吸気脈動が大きい状態にあるか否かを的確に判定できなくなる。そして、その結果、吸気脈動が大きい状態となっても、マスフロー方式による吸気量の演算が続けられてしまい、吸気量の演算値に基づき行われるエンジン制御の制御精度の低下を招く虞がある。
上記課題を解決するエンジン制御装置は、エンジンに設けられたアクチュエータの操作を通じてエンジンの運転状態を制御する装置であって、エンジンの気筒に導入される吸気量を演算する処理であって、エンジンの吸気通路の吸気流量を検出するエアフローメータの出力に基づいて吸気量を演算する第1演算処理と、エアフローメータの出力を用いずに、吸気管圧力の検出値及びスロットル開度のうちの少なくとも一方の値に基づいて吸気量を演算する第2演算処理と、エアフローメータの出力に基づいて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第1判定処理と、エアフローメータの出力を用いずに、吸気管圧力の検出値及びスロットル開度のうちの少なくとも一つの値に基づいて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第2判定処理と、上記アクチュエータの操作量の決定に用いる吸気量の演算値として、第1判定処理及び第2判定処理のいずれの処理においても吸気脈動が大きい状態にあると判定されていない場合には第1演算処理による吸気量の演算値を選択し、かつ第1判定処理及び第2判定処理の少なくとも一方の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場合には第2演算処理による吸気量の演算値を選択する演算方式切替処理と、を実施している。
第1演算処理ではエアフローメータの吸気流量の検出値に基づいたマスフロー方式による吸気量の演算が行われ、第2演算処理では、吸気管圧力の検出値に基づいたスピードデンシティ方式の吸気量の演算、及びスロットル開度に基づいたスロットルスピード方式の吸気量の演算のうちの少なくとも一方の演算が行われる。吸気脈動が大きい状態となると、エアフローメータによる吸気流量の検出精度が悪化して、マスフロー方式による吸気量の演算精度が低下する。上記エンジン装置では、吸気脈動が大きい状態にあるか否かを判定する処理として、エアフローメータの出力に基づき同判定を行う第1判定処理と、エアフローメータの出力を用いずに、吸気管圧力の検出値及びスロットル開度のうちの少なくとも一つの値に基づいて同判定を行う第2判定処理と、の2つの処理を行っている。そして、第1判定処理及び第2判定処理のいずれの処理においても吸気脈動が大きい状態あると判定されていない場合には第1演算処理による吸気量の演算値を、第1判定処理及び第2判定処理の少なくとも一方の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場合には第2演算処理による吸気量の演算値を、アクチュエータの操作量の決定に使用する吸気量の演算値としてそれぞれ用いるようにしている。
吸気脈動の大きさは、エアフローメータの出力から直接的に求めることができる。よって、エアフローメータの出力が実際の吸気流量を正確に反映した値であることが保証されているのであれば、吸気脈動が大きい状態にあるか否かを第1判定処理により正確に判定することができる。
一方、吸気脈動は、スロットル開度がある程度よりも大きいときに大きくなり、スロットル開度が大きくなると吸気管圧力は高くなる。よって、吸気管圧力の検出値及びスロットル開度のうちの少なくとも一つの値に基づく第2判定処理でも、吸気脈動が大きい状態にあるか否かをある程度の精度で判定できる。
なお、エンジンの運転中には、デポジットの付着などにより、エアフローメータの応答性が一時的に低下することがある。応答性が低下するとエアフローメータの出力に吸気脈動の影響が表れ難くなり、第1判定処理では吸気脈動が大きくなってもその旨を判定できない場合がある。そうした場合にも、第2判定処理ではエアフローメータの出力を用いずに判定が行われるため、吸気脈動が大きい状態にあると判定される。そのため、上記エンジン制御装置では、エアフローメータの応答性が一時的に低下した場合にも、吸気脈動が小さいときにはマスフロー方式とし、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とするように、アクチュエータの操作量の決定に使用する吸気量の演算方式を吸気脈動の大小に応じて切り替えられる。したがって、上記エンジン制御装置では、エアフローメータの応答性が一時的に低下した場合にも、アクチュエータの操作量の決定に使用する吸気量の演算方式を吸気脈動の増減に応じて的確に切り替えられる。
なお、上記エンジン制御装置における第2判定処理による判定は、スロットル開度が、エンジン回転数に基づき設定された高開度判定値以上の値であることを条件に吸気脈動が大きい状態にあると判定することや、吸気管圧力が、エンジン回転数に基づき設定された高脈動域判定値以上の値であることを条件に吸気脈動が大きい状態にあると判定することで、行うことができる。また、吸気脈動が発生すれば、吸気管圧力も変動するため、第2判定処理での判定は、吸気管圧力の検出値の変動が大きいことをもって吸気脈動が大きい状態にあると判定することで行うことも可能である。
ところで、エアフローメータの異常の有無の判定を、エアフローメータの出力を用いて行うことがある。こうしたエアフローメータの出力を用いた異常の有無の判定は、吸気脈動が大きくエアフローメータの検出精度が低下した状態で適切に実施できなくなる。そのため、吸気脈動が大きいときには、エアフローメータの出力を用いた上記異常の有無の判定は実施しないことが望ましい。
一方、上述のように、吸気脈動が大きい状態にあるか否かの判定は、エアフローメータの出力に基づく第1判定処理や、吸気管圧力の検出値やスロットル開度に基づく第2判定処理により行うことができる。ただし、エアフローメータの異常の可能性がある場合には、その出力に基づく第1判定処理の判定結果を信頼できないことになる。そのため、上記のようなエアフローメータの出力に基づく同エアフローメータの異常の有無を判定する異常判定処理は、第2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ないことを条件に実施するようにするとよい。
なお、エアフローメータに異常がある場合には、その出力に基づく第1演算処理の吸気量の演算精度は低下するが、同出力を用いない第2演算処理での吸気量の演算精度は低下しないため、両演算処理の吸気量の演算値の乖離が大きくなる。よって、上記異常判定処理は、第1演算処理による吸気量の演算値と第2演算処理による吸気量の演算値との偏差が大きいことをもってエアフローメータの異常があると判定することでの実施が可能である。
エンジン制御装置の第1実施形態の構成を模式的に示す図。 第1実施形態のエンジン制御装置が実行する燃料噴射量制御に係る処理の流れを示す制御ブロック図。 同エンジン制御装置が燃料噴射量制御に際して実施する第1判定処理での脈動率の演算態様を示す図。 第2実施形態のエンジン制御装置が実行する燃料噴射量制御に係る処理の流れを示す制御ブロック図。 第3実施形態のエンジン制御装置が実行する燃料噴射量制御に係る処理の流れを示す制御ブロック図。 同エンジン制御装置が燃料噴射量制御に際して実施する変動率演算処理での吸気管圧力の変動率の演算態様を示す図。 第4実施形態のエンジン制御装置が実行するAFM異常診断ルーチンのフローチャート。 AFM異常診断ルーチンで演算される高脈動域判定値とエンジン回転数との関係を示すグラフ。
(第1実施形態)
以下、エンジン制御装置の第1実施形態を説明する。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。本実施形態のエンジン制御装置は、車載用の多気筒エンジンに適用されている。なお、図1には、エンジンに設けられた複数の気筒の内の一つのみが表示されている。
図1に示すように、各実施形態のエンジン制御装置が適用されるエンジン10の吸気通路11の最上流部には、吸気中の塵等をろ過するエアクリーナ12が設けられている。吸気通路11におけるエアクリーナ12よりも下流側の部分には、吸気流量GAを検出するエアフローメータ13が設けられている。
本実施形態では、エアフローメータ13として、熱線式のエアフローメータを採用している。熱線式のエアフローメータ13は、吸気温度計測用の抵抗及び加熱抵抗の熱線により構成されたブリッジ回路を備えている。吸気温度計測用の抵抗及び加熱抵抗は、吸気通路11内に設置されている。そして、エアフローメータ13では、吸気温度計測用の抵抗と加熱抵抗との温度差を常に一定に保つように加熱抵抗への供給電力がフィードバック制御されている。そして、その加熱抵抗への供給電力を電圧に変換したものが吸気流量GAの検出信号としてエアフローメータ13から出力されている。
吸気通路11におけるエアフローメータ13よりも下流側の部分には、吸気流量の調整用のバルブであるスロットルバルブ14が設けられている。スロットルバルブ14の近傍には、同スロットルバルブ14を開閉駆動するためのスロットルモータ15と、スロットルバルブ14の開度を検出するためのスロットルセンサ16と、が設けられている。また、吸気通路11におけるスロットルバルブ14よりも下流側の部分には、その内部を流れる吸気の圧力を検出する吸気管圧力センサ17が設置されている。なお、以下の説明では、スロットルバルブ14の開度をスロットル開度TAと記載する。また、吸気管圧力センサ17が検出する吸気の圧力を吸気管圧力PMと記載する。
吸気通路11における吸気管圧力センサ17よりも下流側の部分には、吸気中に燃料を噴射するインジェクタ18が設置されている。そして、吸気通路11は、吸気バルブ19を介して燃焼室20に接続されている。燃焼室20には、吸気と燃料との混合気を火花放電により点火する点火装置21が設置されている。
燃焼室20は、排気バルブ22を介して排気通路23に接続されている。排気通路23には、燃焼室20内で燃焼された混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ24と、排気を浄化するための触媒装置25と、が設けられている。なお、上述のエンジン10の構成要素のうちのインジェクタ18、吸気バルブ19、燃焼室20、点火装置21、及び排気バルブ22は、エンジン10の各気筒にそれぞれ個別に設けられている。
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26により制御されている。電子制御ユニット26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27と、制御用のプログラムやデータを記憶したメモリ28とを備えている。そして、電子制御ユニット26には、上述のエアフローメータ13、スロットルセンサ16、吸気管圧力センサ17、及び空燃比センサ24の検出信号が入力されている。また、電子制御ユニット26には、クランク角センサ30、アクセルペダルセンサ32、車速センサ33、水温センサ34、吸気温センサ35、大気圧センサ36等の検出信号も入力されている。クランク角センサ30は、エンジン10の出力軸であるクランクシャフト29の回転角であるクランク角CRNKを検出するセンサであり、アクセルペダルセンサ32は、アクセルペダル31の踏込み量であるアクセルペダル開度ACCPを検出するセンサである。また、車速センサ33はエンジン10が搭載された車両の走行速度である車速Vを、水温センサ34はエンジン10の冷却水温THWを、吸気温センサ35は吸気通路11に吸入された吸気の温度である吸気温THAを、大気圧センサ36は大気圧PAを、それぞれ検出するセンサとなっている。
そして、電子制御ユニット26は、それらセンサの検出信号に基づき、スロットルモータ15、インジェクタ18、点火装置21などのアクチュエータの操作量を決定してそれらを操作することで、エンジン10の運転状態を制御している。なお、電子制御ユニット26は、クランク角センサ30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。
電子制御ユニット26は、エンジン制御の一環として各気筒のインジェクタ18が噴射する燃料の量の制御を、すなわち燃料噴射量制御を行っている。燃料噴射量制御に際して電子制御ユニット26はまず、エンジン10の各気筒に導入される吸気量を演算する。続いて、電子制御ユニット26は、吸気量の演算値を理論空燃比で割った商を指示噴射量の値として演算し、その指示噴射量分の燃料を噴射するように各気筒のインジェクタ18を操作することで燃料噴射量制御を行っている。
図2に、こうした燃料噴射量制御に係る電子制御ユニット26の処理の流れを示す。同図に示すように、本実施形態のエンジン制御装置における燃料噴射量制御は、第1演算処理P1、第2演算処理P2、第1判定処理P3、第2判定処理P4、演算方式切替処理P5、及びインジェクタ操作処理P6の各処理を通じて行われる。
まず、第1演算処理P1では、エアフローメータ13の出力、すなわち同エアフローメータ13による吸気流量GAの検出値とエンジン回転数NEとに基づき、エンジン10の気筒に導入される吸気量が演算される。すなわち、第1演算処理P1では、エアフローメータ13の吸気流量GAに基づいたマスフロー方式による吸気量の演算が行われる。なお、以下の説明では、第1演算処理P1での吸気量の演算値を第1吸気量演算値MC1と記載する。
第2演算処理P2では、スロットル開度TAとエンジン回転数NEとに基づき、吸気量の演算が行われる。すなわち、第2演算処理P2では、スロットル開度TAに基づいたスロットルスピード方式による吸気量の演算が行われる。なお、以下の説明では、第2演算処理P2による吸気量の演算値を第2吸気量演算値MC2と記載する。
なお、エンジン10の吸気通路11では、吸気バルブ19の開閉に応じた間欠的な燃焼室20への吸気の流入により、吸気の圧力変動が発生する。吸気バルブ19の開閉に応じて発生した圧力変動は、吸気通路11を遡上して吸気通路11全体に伝搬される。第1判定処理P3及び第2判定処理P4では、吸気通路11におけるエアフローメータ13の設置箇所での吸気の圧力変動、すなわち吸気脈動が大きい状態にあるか否かの判定が、それぞれ個別に行われる。以下の説明では、こうした吸気脈動が大きい状態にあるか否かの判定を、脈動判定と記載する。
第1判定処理P3では、エアフローメータ13の出力に基づいて脈動判定が行われる。具体的には、第1判定処理P3では、エアフローメータ13による吸気流量GAの検出値から求められた脈動率RTEの値が既定の脈動大判定値R0以上の場合に、吸気脈動が大きい状態にあると判定している。脈動率RTEは、図3に示すような、既定の期間Tにおける吸気流量GAの最大値GMAX、最小値GMIN、及び平均値GAVEから演算されており、最大値GMAXから最小値GMINを引いた差を平均値GAVEで割った商が脈動率RTEの値として求められている。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。
第2判定処理P4では、スロットル開度TAに基づいて脈動判定が行われる。具体的には、第2判定処理P4では、スロットル開度TAの値が高開度判定値HI以上の場合に、吸気脈動が大きい状態にあると判定している。本実施形態では、高開度判定値HIの値をエンジン回転数NEに基づき設定している。エンジン回転数NE毎の高開度判定値HIの値は、そのエンジン回転数NEにおいて、吸気脈動によるエアフローメータ13の検出精度の悪化を許容可能な範囲内に抑えられるスロットル開度TAの上限値が設定されている。
演算方式切替処理P5では、第1吸気量演算値MC1及び第2吸気量演算値MC2の2つの吸気量の演算値のうちで、インジェクタ操作処理P6に受け渡す吸気量の演算値が、第1判定処理P3及び第2判定処理P4の判定結果に応じて切り替えられる。具体的には、第1判定処理P3及び第2判定処理P4の双方の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P1により演算された第1吸気量演算値MC1がインジェクタ操作処理P6に受け渡される。これに対して、第1判定処理P3及び第2判定処理P4のうちの少なくとも一方の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P2により演算された第2吸気量演算値MC2がインジェクタ操作処理P6に受け渡される。
インジェクタ操作処理P6では、演算方式切替処理P5から受け取った吸気量の演算値に基づいてインジェクタ18の燃料噴射量の指令値である指示噴射量Qの値が演算され、その指示噴射量Qの値分の燃料を噴射させるように各気筒のインジェクタ18の操作が行われる。より詳しくは、インジェクタ操作処理P6ではまず、演算方式切替処理P5から受け取った吸気量の演算値を理論空燃比で割った商がベース噴射量QBSEの値として演算される。さらに、空燃比センサ24の検出結果に基づく空燃比フィードバック補正などの補正をそのベース噴射量QBSEに施した値が指示噴射量Qの値として設定され、その値に基づきインジェクタ18の操作が行われる。
本実施形態の作用及び効果について説明する。
エンジン10の吸気通路11では、吸気バルブ19の間欠的な開弁により吸気脈動が発生する。こうした吸気脈動が大きくなると、その影響でエアフローメータ13の検出精度が低下する。
これに対して本実施形態では、第1演算処理P1においてエアフローメータ13の出力に基づくマスフロー方式により吸気量を演算するとともに、第2演算処理P2においてスロットル開度TAに基づくスロットルスピード方式により吸気量を演算している。エアフローメータ13の検出精度が低下すると、第1演算処理P1による吸気量の演算精度も低下する。そのため、吸気脈動が大きくなっているときにも、第1演算処理P1による第1吸気量演算値MC1を用いてインジェクタ18の指示噴射量Qを決定すると、燃料噴射量の制御精度が悪化する。本実施形態では、吸気脈動が小さいときには第1演算処理P1で演算した第1吸気量演算値MC1を用いて指示噴射量Qを決定する一方で、吸気脈動が大きいときには第2演算処理P2で演算した第2吸気量演算値MC2を用いて指示噴射量Qを決定している。このように本実施形態では、吸気脈動が大きいときには、燃料噴射量の決定に用いる吸気量の演算方式を、マスフロー方式からスロットルスピード方式に切り替えることで、吸気脈動の増大による燃料噴射量の制御精度の悪化を抑えている。
なお、本実施形態では、吸気脈動が大きい状態にあるか否かの脈動判定を行うための処理として、エアフローメータ13の出力を用いて脈動判定を行う第1判定処理P3と、スロットル開度TAを用いて脈動判定を行う第2判定処理P4と、の2つの処理を行っている。そして、第1判定処理P3及び第2判定処理P4の少なくとも一方で吸気脈動が大きい状態にあると判定された場合に、吸気脈動が大きい状態にあるものとして、燃料噴射量の決定に用いる吸気量の演算方式をマスフロー方式からスロットルスピード方式に切り替えている。
吸気通路11におけるエアフローメータ13の設置部分における吸気脈動の大きさは、スロットル開度TA及びエンジン回転数NEからある程度予測できる。よって、第2判定処理P4でも、ある程度の精度で脈動判定を行うことができる。もっとも、エアフローメータ13が吸気流量を正確に検出しているのであれば、その検出結果から吸気脈動を直接求めて判定した方が、すなわち第1判定処理P3の方が、第2判定処理P4よりも正確な脈動判定が可能である。
ただし、エンジン10の運転中には、吸気中のデポジットが熱線に付着してエアフローメータ13の応答性が一時的に低下することがある。こうした場合には、吸気脈動の影響がエアフローメータ13の出力に表れにくくなる。そのため、吸気脈動が大きくなっても、第1判定処理P3では吸気脈動が大きい状態にあると判定されないことがある。一方、スロットル開度TAを用いる第2判定処理P4での脈動判定は、エアフローメータ13の応答性が低下しているときにも、低下していないときと同様に行うことができる。よって、エアフローメータ13の応答性が一時的に低下した場合にも、吸気脈動が大きくなれば、少なくとも第2判定処理P4では吸気脈動が大きい状態にあると判定されることになる。そして、上述のように本実施形態では、第1判定処理P3及び第2判定処理P4の少なくとも一方で吸気脈動が大きい状態にあると判定された場合にマスフロー方式からスロットルスピード方式へと吸気量の演算方式を切り替えている。そのため、本実施形態のエンジン制御装置では、エアフローメータ13の応答性が一時的に低下した場合にも、吸気脈動に応じた的確な吸気量の演算方式の切替えが、ひいては吸気量の演算値に基づき行われる燃料噴射量の制御精度の維持が可能である。
なお、こうした本実施形態では、インジェクタ18が、エンジン10の運転状態を制御するためにエンジン制御装置が操作するエンジン10に設けられたアクチュエータに対応している。また、インジェクタ18の燃料噴射量の指示値である指示噴射量Qが、アクチュエータの操作量に対応している。
(高開度判定値HIの設定について)
・なお、本実施形態における第2判定処理P4では、エンジン回転数NEに基づき設定した高開度判定値HIとスロットル開度TAとの比較により脈動判定を行っていた。エンジンの運転環境や構成によっては、エンジン回転数NE及びスロットル開度TAの他にも、吸気脈動に大きく影響する状態量が存在することがあり、そうした場合にはエンジン回転数NEに加えてその状態量も高開度判定値HIの設定に用いることで、第2判定処理P4での脈動判定の精度を向上できる。例えば吸気バルブ19や排気バルブ22のバルブタイミングを可変とするバルブタイミング可変機構を備えるエンジンでは、それらのバルブタイミングの設定が吸気脈動に大きく影響することがある。例えば、閉弁時期が圧縮下死点よりも遅い時期となるまで吸気バルブ19のバルブタイミングが遅角されているときには、吸気行程中に燃焼室20に導入された吸気の一部が圧縮行程開始後に吸気通路11に押し戻されるため、吸気脈動が大きくなる。また、吸気バルブ19や排気バルブ22のバルブタイミングの変更により、バルブオーバーラップが変更されると、燃焼室20への吸気の流入状況が変化して、吸気脈動に影響することがある。よって、バルブタイミング可変機構を備えるエンジンの場合には、高開度判定値HIの設定に用いる状態量に同機構によるバルブタイミングの設定量を加えるようにするとよい。
・排気の一部を吸気中に再循環するEGR機構を備えるエンジンや燃料タンク内で発生した燃料蒸気を吸気中に放出するベーパパージ機構を備えるエンジンでは、吸気中に導入される再循環排気や燃料蒸気の量により、スロットルバルブ14を通過する吸気の流量が変化する。そしてその影響により、スロットル開度TA及びエンジン回転数NEと吸気脈動の大きさとの関係も変化する。したがって、EGR機構を備えるエンジンでは吸気中への排気の再循環量を、べ−パパージ機構を備えるエンジンでは吸気中への燃料蒸気の放出量を、高開度判定値HIの設定に用いる状態量に加えるようにするとよい。
・スロットルバルブ14を通過する吸気の流量は、吸気温THAや大気圧PA、冷却水温THWなどの環境要因によっても変化し、その変化が吸気脈動に影響することがある。よって、そうした環境要因が吸気脈動に与える影響が大きい場合には、吸気温THAや大気圧PA、冷却水温THWを、高開度判定値HIの設定に用いる状態量に加えるようにするとよい。
(ヒステリシスの設定について)
・車載用のエンジンでは、搭載された車両の走行状況により、スロットル開度TAが頻繁に変更されることがある。そのため、スロットル開度TAが短期間に高開度判定値HIを挟んで昇降を繰り返すことでマスフロー方式とスロットルスピード方式との吸気量の演算方式の切替えが頻発して、燃料噴射量制御が不安定となる虞がある。これに対しては、第2判定処理P4での脈動判定にヒステリシスを設定するとよい。すなわち、第2判定処理P4での脈動判定を次の態様で行うようにするとよい。まず、高開度判定値HIとして、オン判定用の判定値HI1と、オン判定用の判定値HI1よりも小さいオフ判定用の判定値HI2と、の2つの判定値を設定する。そして、前回の脈動判定で吸気脈動が大きい状態にあると判定されていなかった場合にはスロットル開度TAがオン判定用の判定値HI1以上であることを条件に吸気脈動が大きい状態にあると判定する。これに対して、前回の脈動判定で吸気脈動が大きい状態にあると判定されていた場合にはスロットル開度TAがオフ判定用の判定値HI2未満であることを条件に吸気脈動が大きい状態にないと判定する。このように第2判定処理P4での脈動判定にヒステリシスを設定しておけば、スロットル開度TAが頻繁に変更されても吸気量の演算方式の切替えが頻発し難くなる。
(第2実施形態)
次に、エンジン制御装置の第2実施形態を、図4を併せ参照して詳細に説明する。なお本実施形態及び後述の各実施形態にあって、上述の実施形態と共通する構成については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。なお、本実施形態及び後述の各実施形態のエンジン制御装置のハードウェア構成は、第1実施形態のものと同様の構成となっている。
第1実施形態のエンジン制御装置における第2判定処理P4では、スロットル開度TAを用いて脈動判定を行っていた。スロットル開度TAは、吸気通路11におけるスロットルバルブ14よりも下流側の部分の吸気の圧力、すなわち吸気管圧力PMと密接な関係がある。すなわち、スロットル開度TAを小さくすると吸気管圧力PMは低くなり、スロットル開度TAを大きくすると吸気管圧力PMは高くなる。そこで、本実施形態では、スロットル開度TAの代わりに吸気管圧力PMを用いて第2判定処理での脈動判定を行うようにしている。
図4に、本実施形態のエンジン制御装置における燃料噴射量制御に係る電子制御ユニット26の処理の流れを示す。同図に示される第1演算処理P1、第2演算処理P2、第1判定処理P3、演算方式切替処理P5、インジェクタ操作処理P6は、図2に示した第1実施形態のものと同様の処理となっている。本実施形態では、第1実施形態のエンジン制御装置で実施する第2判定処理P4の代わりに、標準換算処理P10、及び第2判定処理P11を実施している。
標準換算処理P10では、吸気管圧力センサ17により検出された吸気管圧力PMの標準換算値PMNの演算が行われる。スロットル開度TAと吸気管圧力PMとの対応関係は、吸気通路11におけるスロットルバルブ14よりも下流側の部分の吸気の温度であるインマニ温度や大気圧PAにより変化する。インマニ温度は、吸気温THAや冷却水温THWから求めることができる。標準換算処理P10では、インマニ温度及び大気圧PAの現在値と予め規定されたそれらの標準値との差により生じる変化分を吸気管圧力センサ17による吸気管圧力PMの検出値から差し引いた値が、標準換算値PMNの値として演算されている。
第2判定処理P11では、標準換算処理P10で演算した吸気管圧力PMの標準換算値PMNの値を用いて脈動判定が行われる。具体的には、第2判定処理P11では、標準換算値PMNの値が高脈動域判定値PH以上の値である場合に吸気脈動が大きい状態にあると判定している。高脈動域判定値PHの値は、エンジン回転数NEに基づき設定されている。エンジン回転数NE毎の高脈動域判定値PHの値は、それぞれのエンジン回転数NEにおいて吸気脈動の大きさがエアフローメータ13の検出精度を確保する上で許容可能な範囲の上限値となったときの吸気管圧力PMの値が設定されている。
こうした本実施形態でも、第1実施形態と同様に、エアフローメータ13の応答性が一時的に低下した場合にも、吸気脈動に応じた吸気量の演算方式の切替えを的確に実施することが、ひいては吸気量の演算値に基づく燃料噴射量の制御精度を維持することが可能である。なお、本実施形態では、第2判定処理P11における脈動判定に、吸気管圧力PMの標準換算値PMNを用いている。こうした場合には、インマニ温度や大気圧PAといった環境要因が脈動判定の結果に与える影響を抑えられるため、吸気管圧力センサ17による吸気管圧力PMの検出値をそのまま判定に用いる場合よりも脈動判定の精度を高められる。
なお、要求される判定精度を確保できるのであれば、第2判定処理P11での脈動判定に、吸気管圧力センサ17による吸気管圧力PMの検出値をそのまま用いるようにしてもよい。また、吸気管圧力PMの検出値をそのまま用いて第2判定処理P11での脈動判定を行う場合にも、高脈動域判定値PHの値の設定に用いる状態量に吸気温THAや大気圧PA、冷却水温THWを加えることで、判定精度を確保することも可能である。さらに、エンジンの構成によっては、バルブタイミング可変機構による吸気バルブ19や排気バルブ22のバルブタイミングの設定値、EGR機構による吸気中への排気の再循環量、ベーパパージ機構による吸気中への燃料蒸気の放出量等を、高脈動域判定値PHの値の設定に用いる状態量に加えるようにしてもよい。さらに、第2判定処理P11での脈動判定に、上述のようなヒステリシスを設定してもよい。
(第3実施形態)
次に、エンジン制御装置の第3実施形態を、図5及び図6を併せ参照して詳細に説明する。
図5に、本実施形態のエンジン制御装置における燃料噴射量制御に係る電子制御ユニット26の処理の流れを示す。同図に示される第1演算処理P1、第2演算処理P2、第1判定処理P3、演算方式切替処理P5、インジェクタ操作処理P6は、図4に示した第2実施形態のものと同様の処理となっている。本実施形態では、第2実施形態のエンジン制御装置で実施される標準換算処理P10、及び第2判定処理P11の代わりに、変動率演算処理P20、及び第2判定処理P21を実施している。
変動率演算処理P20では、吸気管圧力PMの変動率RPMの演算が行われる。変動率RPMは、図6に示すような上述の期間Tにおける吸気管圧力PMの最大値PMAX、最小値PMIN、及び平均値PAVEから演算されている。具体的には、吸気管圧力PMの最大値PMAXから最小値PMINを引いた差を平均値PAVEで割った商が、変動率RPMの値として演算される。このように変動率RPMは、吸気管圧力センサ17による吸気管圧力PMの検出値の変動の大きさを示すパラメータとなっている。なお、上述のように期間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。
第2判定処理P21では、変動率演算処理P20で演算した変動率RPMを用いて脈動判定が行われる。具体的には、第2判定処理P21では、変動率RPMが高変動判定値RH以上の値である場合に吸気脈動が大きい状態にあると判定している。高変動判定値RHの値は、エンジン回転数NEに基づき設定されている。エンジン回転数NE毎の高変動判定値RHの値は、それぞれのエンジン回転数NEにおいて吸気脈動の大きさがエアフローメータ13の検出精度を確保する上で許容可能な範囲の上限値となったときの変動率RPMの値が設定されている。
こうした本実施形態でも、エアフローメータ13の応答性が一時的に低下した場合にも、吸気脈動に応じた吸気量の演算方式の切替えを的確に実施することが、ひいては吸気量の演算値に基づく燃料噴射量の制御精度を維持することが可能である。
なお、インマニ温度や大気圧PAといった環境要因が脈動判定の結果に与える影響が大きい場合には、吸気管圧力PMそのものの代わりに、吸気管圧力PMの標準換算値PMNを用いて変動率RPMを演算するとよい。また、高変動判定値RHの値の設定に用いる状態量に吸気温THAや大気圧PA、冷却水温THWを加えるようにしてもよい。さらに、エンジンの構成によっては、バルブタイミング可変機構による吸気バルブ19や排気バルブ22のバルブタイミングの設定値、EGR機構による吸気中への排気の再循環量、ベーパパージ機構による吸気中への燃料蒸気の放出量等を、高変動判定値RHの値の設定に用いる状態量に加えるようにしてもよい。さらに、第2判定処理P21での脈動判定に、上述のようなヒステリシスを設定してもよい。
(第4実施形態)
続いてエンジン制御装置の第4実施形態を、図7及び図8を併せ参照して説明する。本実施形態のエンジン制御装置では、第1実施形態と同様の態様で燃料噴射量制御を行っている。本実施形態のエンジン制御装置は、エンジン10の運転中にエアフローメータ13の異常診断を実施している。
図7に、こうしたエアフローメータ13の異常診断に係るAFM異常診断ルーチンのフローチャートを示す。電子制御ユニット26は、エンジン10の運転中、既定の制御周期毎に同ルーチンの処理を繰り返し実行している。
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、エンジン回転数NEに基づき高脈動域判定値PH0の値が演算される。続いて、ステップS110において、吸気管圧力センサ17による吸気管圧力PMの検出値が高脈動域判定値PH0以上の値であるか否かが判定される。そして、吸気管圧力PMの検出値が高脈動域判定値PH0以上の値である場合(YES)にはそのまま今回の本ルーチンの処理が終了され、高脈動域判定値PH0未満の値である場合(NO)にはステップS120に処理が進められる。
ステップS120に処理が進められると、そのステップS120において、スロットル開度TAの値が高開度判定値HI以上の値であるか否かが判定される。すなわち、ステップS120では、図2の第2判定処理P4の脈動判定と同様の判定が行われる。そして、スロットル開度TAの値が高開度判定値HI以上の値である場合(YES)にはそのまま今回の本ルーチンの処理が終了され、高開度判定値HI未満の値である場合(NO)にはステップS130に処理が進められる。
ステップS130に処理が進められると、そのステップS130において、第1演算処理P1で演算された第1吸気量演算値MC1と第2演算処理P2で演算された第2吸気量演算値MC2との偏差が既定の異常判定値MA以上であるか否かが判定される。そして、上記偏差が異常判定値MA以上の場合(YES)には、ステップS140においてエアフローメータ13の異常ありと判定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。これに対して、上記偏差が異常判定値MA未満の場合(NO)には、ステップS150においてエアフローメータ13に異常なしと判定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。
図8に、ステップS100で演算する高脈動域判定値PH0とエンジン回転数NEとの関係を示す。なお、同図には、切替想定ラインが二点鎖線にて併せ示されている。同図に示すように、高脈動域判定値PH0は、いずれのエンジン回転数NEにおいても、切替想定ラインよりも吸気管圧力PMが低い側の値となるように設定されている。
切替想定ラインは、次の測定結果から得られている。まず、吸気温THA、大気圧PA、冷却水温THW等がそれぞれ標準値となった標準環境条件のもとで、エンジン回転数NEを一定に保ちつつ、脈動率RTEが脈動大判定値R0未満となる開度からスロットル開度TAを徐々に増加させて行き、脈動率RTEが脈動判定値ROと同じ値となるまで増大したときの吸気管圧力PMを測定する。すなわち、第1判定処理P3にて吸気脈動が大きい状態にあると判定されるときの吸気管圧力PMを測定する。以下の説明では、こうした吸気管圧力PMの測定値を切替時圧力PMCと記載する。こうした切替時圧力PMCの測定を異なるエンジン回転数NEで行うことで、測定対象のエンジンにおけるエンジン回転数NE毎の切替時圧力PMCを求める。さらに、同様の測定を複数のエンジンで行い、それにより得られたエンジン回転数NE毎の切替時圧力PMCの各エンジンの平均値をプロットしたものが、切替想定ラインとなっている。すなわち、切替想定ラインは、標準的なエンジンの個体において、標準環境条件のもとでマスフロー方式とスロットルスピード方式との吸気量の演算方式の切替えが行われると想定されるエンジン動作線を示している。
以上のように構成された本実施形態のエンジン制御装置の作用及び効果について説明する。
本実施形態のエンジン制御装置では、AFM異常診断ルーチンのステップS130において、エアフローメータ13の異常の有無を判定している。すなわち、第1演算処理P1で演算された第1吸気量演算値MC1と第2演算処理P2で演算された第2吸気量演算値MC2との偏差が既定の異常判定値MA以上の場合にエアフローメータ13の異常があると判定している。エアフローメータ13に異常があれば、その出力に基づき第1演算処理P1で演算された第1吸気量演算値MC1は不正確な値となる。一方、エアフローメータ13に異常があっても、スロットルスピード方式による第2演算処理P2での第2吸気量演算値MC2の演算結果には影響がない。そのため、エアフローメータ13に異常がある場合には、第1吸気量演算値MC1と第2吸気量演算値MC2との偏差が大きくなる。そのため、両吸気量演算値の偏差が大きいことをもってエアフローメータ13に異常があると判定できる。
ただし、上述したように、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13の出力に基づき演算した第1吸気量演算値MC1は不正確な値となることがある。よって、上記のようなエアフローメータ13の出力を用いた同エアフローメータ13の異常診断は、吸気脈動が大きい状態にあるときには正確に行えないことになる。
なお、上述のように吸気脈動が大きい状態にあるか否かの判定は、図2の第1判定処理P3と同様にエアフローメータ13の出力を用いて行うことが可能である。ただし、エアフローメータ13に異常がある場合には、そのエアフローメータ13の出力を用いての脈動判定の結果は信頼できないものとなる。よって、エアフローメータ13の異常診断に際しての脈動判定としては、エアフローメータ13の出力を用いた判定は不適当である。
これに対して本実施形態では、ステップS110において吸気管圧力PMが高脈動域判定値PH0以上であると判定された場合には、ステップS130でのエアフローメータ13の異常判定を実施しないようにしている。図8に示されるように、ステップS110において吸気管圧力PMが高脈動域判定値PH0以上であると判定される領域は、第1判定処理P3で吸気脈動が大きい状態にあると判定されることが想定される領域、すなわち切替想定ラインよりも高圧側の領域を内包している。そのため、多くの場合、マスフロー方式からスロットルスピード方式への吸気量の演算方式の切替えを要するまで吸気脈動が増大する前に吸気管圧力PMは高脈動域判定値PH0以上の値となってエアフローメータ13の出力を用いた同エアフローメータ13の異常判定が禁止される。
さらに本実施形態では、ステップS120においてスロットル開度TAが高開度判定値HI以上の値であると判定された場合にも、ステップS130でのエアフローメータ13の異常判定を実施しないようにしている。すなわち、第2判定処理P4において吸気脈動が大きい状態にあると判定される場合にも、エアフローメータ13の出力を用いた同エアフローメータ13の異常判定が禁止される。
このように本実施形態では、エアフローメータ13の出力を用いた同エアフローメータ13の異常判定の実施の有無を決める脈動判定を、エアフローメータ13の出力を用いずに行っている。そのため、エアフローメータ13の異常の有無に関わらず、吸気脈動が大きい状態で異常判定が実施され難くなる。
なお、本実施形態では、AFM異常診断ルーチンのステップS130の処理が、エアフローメータの出力を用いて同エアフローメータの異常の有無を判定する異常判定処理に対応している。
以上の各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各実施形態、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。
・第4実施形態では、第1吸気量演算値MC1と第2吸気量演算値MC2との偏差に基づき異常判定処理を行っていた。これ以外の態様でも、エアフローメータ13の出力を見ることで、その異常の有無を判定することは可能であり、上記異常判定処理をエアフローメータ13の出力に基づいた上記以外の態様で行うようにしてもよい。例えばスロットル開度TA又は吸気管圧力PMと、エンジン回転数NEと、に基づいて吸気流量GAの推定値を求め、その推定値とエアフローメータ13の検出値との乖離が大きい場合にエアフローメータ13の異常があると判定することで異常判定処理ようにしてもよい。
・第4実施形態のAFM異常判定ルーチンにおけるステップS110の処理を割愛してもよい。その場合にも、ステップS120の処理は実施して、スロットル開度TAが高開度判定値HI未満であることを、すなわち第2判定処理P4で吸気脈動が大きい状態にあると判定されていないことを条件に異常判定処理を実施するとよい。なお、AFM異常診断ルーチンのステップS120の処理を下記の内容とすれば、指示噴射量Qの決定に使用する吸気量の演算方式の切替えを第2実施形態や第3実施形態の態様で行うエンジン制御装置でのエアフローメータ13の異常診断に採用できる。すなわち、第2判定処理P11、又は第2判定処理P21において吸気脈動が大きい状態にあると判定された場合に肯定判定(YES)され、同判定がされていない場合には否定判定される処理をステップS120の処理とすればよい。
・上記各実施形態における第2演算処理P2では、スロットルスピード方式により吸気量を演算していたが、吸気管圧力PMの検出値に基づくスピードデンシティ方式により吸気量を演算するようにしてもよい。こうした場合にも、第2演算処理P2では、エアフローメータ13の出力を用いずに吸気量が演算される。そのため、吸気脈動が大きい状態となっているときのインジェクタ18の指示噴射量Qの決定に使用する吸気量の演算値として第2演算処理P2の吸気量の演算値を用いれば、吸気脈動の増大による燃料噴射量の制御精度の低下が抑えられる。
・上記各実施形態では、第1吸気量演算値MC1及び第2吸気量演算値MC2の中から演算方式切替処理P5により選択された吸気量の演算値をインジェクタ18の指示噴射量Qの決定に使用していた。エンジン10に設けられたインジェクタ18以外のアクチュエータの操作量の決定に、演算方式切替処理P5が選択した吸気量の演算値を用いるようにしてもよい。そうしたアクチュエータの操作量としては、スロットルモータ15に対するスロットル開度TAの指示値や、点火装置21に対する混合気の点火時期の指示値が考えられる。他にも、バルブタイミング可変機構に対するバルブタイミングの指示値、EGR装置に対する排気の再循環量の指示値、ベーパパージ機構に対する燃料蒸気の放出量の指示値なども、上記アクチュエータの操作量とすることができる。
10…エンジン、11…吸気通路、12…エアクリーナ、13…エアフローメータ、14…スロットルバルブ、15…スロットルモータ、16…スロットルセンサ、17…吸気管圧力センサ、18…インジェクタ、19…吸気バルブ、20…燃焼室、21…点火装置、22…排気バルブ、23…排気通路、24…空燃比センサ、25…触媒装置、26…電子制御ユニット、27…演算処理回路、28…メモリ、29…クランクシャフト、30…クランク角センサ、31…アクセルペダル、32…アクセルペダルセンサ、33…車速センサ、34…水温センサ、35…吸気温センサ、36…大気圧センサ、P1…第1演算処理、P2…第2演算処理、P3…第1判定処理、P4,P11,P21…第2判定処理、P5…演算方式切替処理、P6…インジェクタ操作処理。

Claims (6)

  1. エンジンに設けられたアクチュエータの操作を通じて前記エンジンの運転状態を制御するエンジン制御装置において、
    前記エンジンの気筒に導入される吸気量を演算する処理であって、前記エンジンの吸気通路の吸気流量を検出するエアフローメータの出力に基づいて前記吸気量を演算する第1演算処理と、
    前記エアフローメータの出力を用いずに、吸気管圧力の検出値及びスロットル開度のうちの少なくとも一方の値に基づいて前記吸気量を演算する第2演算処理と、
    前記エアフローメータの出力に基づいて前記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第1判定処理と、
    前記エアフローメータの出力を用いずに、前記吸気管圧力の検出値及び前記スロットル開度のうちの少なくとも一つの値に基づいて前記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第2判定処理と、
    前記アクチュエータの操作量の決定に用いる吸気量の演算値として、前記第1判定処理及び前記第2判定処理のいずれの処理においても前記吸気脈動が大きい状態にあると判定されていない場合には前記第1演算処理による前記吸気量の演算値を選択し、かつ前記第1判定処理及び前記第2判定処理の少なくとも一方の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場合には前記第2演算処理による前記吸気量の演算値を選択する演算方式切替処理と、
    を実施するエンジン制御装置。
  2. 前記第2判定処理は、前記スロットル開度が、エンジン回転数に基づき設定された高開度判定値以上の値であることを条件に前記吸気脈動が大きい状態にあると判定する請求項1に記載のエンジン制御装置。
  3. 前記第2判定処理は、前記吸気管圧力が、エンジン回転数に基づき設定された高脈動域判定値以上の値であることを条件に前記吸気脈動が大きい状態にあると判定する請求項1に記載のエンジン制御装置。
  4. 前記第2判定処理は、前記吸気管圧力の検出値の変動が大きいことをもって前記吸気脈動が大きい状態にあると判定する請求項1に記載のエンジン制御装置。
  5. 前記エアフローメータの出力を用いて同エアフローメータの異常の有無を判定する異常判定処理を、前記第2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ないことを条件に実施する請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のエンジン制御装置。
  6. 前記異常判定処理は、前記第1演算処理による前記吸気量の演算値と前記第2演算処理による前記吸気量の演算値との偏差が大きいことをもって前記エアフローメータの異常があると判定する請求項5に記載のエンジン制御装置。
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