JP4337931B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気弁の上流側の吸気通路に設けられ、開いたままの状態、すなわち吸気通路を開いたままにする非作動状態と、吸気弁の開閉時期に応じて開閉作動する状態、すなわち吸気弁の作動に関連して作動する作動状態とに切り替えられる吸気制御弁を有する内燃機関の制御装置に関する。

従来から、吸気弁よりも上流側の吸気通路に吸気制御弁を設けてエンジンへの吸気を制御する技術が提案されており、その一例が特開２０００−２４８９４６号公報に開示されている。このものにおける吸気制御弁は、過給が望まれていないときには吸気通路を開放するべく開放位置に持続的に保持される。一方、過給が望まれているときには、この吸気制御弁が、エンジン作動中の吸気行程初期に吸気通路を閉じるべく閉鎖位置に作動され、そして吸気通路において吸気制御弁上流側とその下流側との圧力差が大きくなったときに吸気通路を開放すべく急激に開放方向に作動されるようにしている。こうして吸気制御弁下流側の負圧により吸気通路の空気を強く加速し、その充填効率を上げるようにしている。このようにして行われる過給は、いわゆるインパルス過給といわれている。
なお、上記インパルス過給の概要は２００３年フランクフルトモーターショーにてＳｉｅｍｅｎｓ ＶＤＯ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ＡＧから９月９日にプレス発表された“Ｉｍｐｕｌｓｅｓ ｆｏｒ Ｇｒｅａｔｅｒ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｆｕｎ”にも記載されている。

上記文献に記載のものでは、吸気制御弁が開放位置に持続的に保持されているときに比して、過給を行うべく吸気制御弁が上記の如く開閉作動されるとき、吸気制御弁上流側とその下流側との吸気通路内の圧力差を用いて過給を行うので、吸気通路を流れる空気の流速は大きくなる。その結果、吸気通路の空気に例えば吸気脈動が生じることとなる。これにより、計測される吸入空気量が、実際に吸入される吸入空気量と異なってしまう可能性がある。
そこで、本発明は、上記の如き吸気制御弁を有する内燃機関において、吸入空気量の計測誤差を低減して、実際の吸入空気量に基づいて内燃機関を適切に制御することを可能にする内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の内燃機関の制御装置は、吸気弁の上流側の吸気通路に設けられ、前記吸気弁の作動に関連して作動する作動状態と、前記吸気通路を開いたままにする非作動状態とに制御される吸気制御弁であって、前記作動状態では、前記吸気弁が少なくとも開かれる前に閉じられ、前記吸気弁の開きに遅れて開かれることにより、前記吸気制御弁の上流側と下流側とに圧力差を生じさせる吸気制御弁を有する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関への吸入空気量に対応する値を検出する検出手段と、前記吸気制御弁が前記作動状態にあるとき、前記吸気制御弁の作動特性に対応させて、前記検出手段により検出された吸入空気量に対応する値を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。
上記構成によれば、吸気制御弁が作動状態にあるとき、検出手段により検出された吸入空気量に対応する値が、吸気制御弁の作動特性に対応させて補正される。したがって、吸気制御弁が作動状態にあるとき、検出手段により検出された吸入空気量に対応する値に吸気脈動等の影響があっても、その影響は緩和される。すなわち、検出手段により検出された吸入空気量に対応する値は、実際の吸入空気量をより反映したものになる。このようにして吸入空気量の計測誤差が低減されるので、実際の吸入空気量に基づいて内燃機関を適切に制御することが可能になる。
前記補正手段は、前記吸気制御弁の作動特性の内の、前記吸気弁の開弁時期に対する、前記吸気制御弁の開弁時期を用いると好ましい。吸気弁の開弁時期に対する吸気制御弁の開弁時期により吸気制御弁の上流側と下流側との圧力差が概ね決まる。そして、この圧力差に起因して吸気通路に吸気脈動等が生じる。したがって、吸気制御弁の作動特性の内、吸気弁の開弁時期に対する吸気制御弁の開弁時期を用いることにより、補正手段は検出手段により検出された吸入空気量に対応する値を適切に補正して、吸入空気量の計測誤差を低減することが可能になる。
この場合、前記補正手段は、前記吸気弁の開弁時期に対して、前記吸気制御弁の開弁時期が遅いほど補正量を大きくするのが好ましい。概して、吸気制御弁の上流側と下流側との吸気通路の圧力差が大きいほど吸気通路に生じる吸気脈動が増加する。それ故、計測された吸入空気量と実際に吸入された吸入空気量との差が大きくなり得る。そこで、そのように吸気弁の開弁時期に対して、前記吸気制御弁の開弁時期が遅いほど補正量が大きくされるので、検出手段により検出された吸入空気量に対応する値を、より適切に補正することが可能になる。
特に、前記検出手段が、熱線式のエアフローメータであるとき、前記補正手段は、前記エアフローメータにより検出された吸入空気量に対応する値を、実吸入空気量を反映するように増量補正すると良い。検出手段として熱線式のエアフローメータが用いられるときには、吸気通路における吸気脈動が増加するほど、検出手段により検出された吸入空気量に対応する値に対応する、計測された吸入空気量は、実吸入空気量に対して減少する傾向にある。したがって、上記の如く増量補正することで、検出手段により検出された吸入空気量に対応する値はより実吸入空気量に即した値になる。
あるいは、前記検出手段が、吸気管内の圧力を検出するセンサであるとき、前記補正手段は、前記センサにより検出された吸入空気量に対応する値を、実吸入空気量を反映するように減量補正すると良い。検出手段として吸気管内の圧力を検出するセンサが用いられるときには、吸気通路における吸気脈動が増加するほど、検出手段により検出された吸入空気量に対応する値に対応する、計測された吸入空気量は、実吸入空気量に対して増加する傾向にある。したがって、上記の如く減量補正することで、検出手段により検出された吸入空気量に対応する値はより実吸入空気量に即した値になる。
さらに、前記吸入空気量に対応する値の所定値からのずれの割合が所定の範囲にないとき、エラーと判定するエラー判定手段をさらに備え、該エラー判定手段は、前記所定の範囲として、前記吸気制御弁が前記作動状態にあるときに用いる第一エラー判定範囲と、前記吸気制御弁が前記非作動状態にあるときに用いる第二エラー判定範囲とを有し、前記第一エラー判定範囲は、前記第二エラー判定範囲よりも広く設定されていると好ましい。このように、吸気制御弁が作動状態にあるときには、吸気制御弁が非作動状態にあるときの第二エラー判定範囲よりも広い第一エラー判定範囲がエラーか否かを判定するのに際して用いられるので、吸気制御弁が作動状態にあることにより吸入空気量に対応する値の所定値からのずれが大きくてもそれが第一エラー判定範囲にあればエラーと判定されることは防止される。

図１は、第一実施形態に係る内燃機関の制御装置を適用した直噴形式のエンジンシステムの概念図である。
図２は、吸入空気量とエアフローメータの熱線の放熱量との関係を表したグラフである。
図３は、第一実施形態に係る内燃機関の制御装置において吸入空気量を求めるためのフローチャートである。
図４は、吸入空気量と吸気管負圧との関係を表したグラフである。
図５は、第三実施形態に係る内燃機関の制御装置において吸入空気量を求めるためのフローチャートである。
図６は、エンジン回転数と吸気制御弁の開弁時期とに対して除去周波数領域を表したグラフである。
図７は、除去周波数領域をマップ化したグラフである。
図８は、第四実施形態に係る内燃機関の制御装置において吸入空気量を求めるためのフローチャートである。

本発明に係る内燃機関の制御装置について、好適な実施形態に基づいて、以下に詳述する。なお、本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸気通路に吸気制御弁が設けられている内燃機関に適用されるものである。
まず、第一実施形態の内燃機関の制御装置を適用したエンジンシステムの概念を図１に示す。本第一実施形態における内燃機関、すなわちエンジン１０は、燃料であるガソリンを燃料噴射弁１２から燃焼室１４内に直接噴射し、点火プラグ１６によって着火させる型式のものである。燃焼室１４にそれぞれ臨む吸気ポート１８及び排気ポート２０が形成されたシリンダヘッド２２には、吸気ポート１８を開閉する吸気弁２４及び排気ポート２０を開閉する排気弁２６を駆動する動弁機構（不図示）と、燃焼室１４内の混合気を着火させる点火プラグ１６とが組み込まれ、さらにこの点火プラグ１６に火花を発生させるイグニッションコイル２８が搭載されている。
吸気ポート１８に連通するようにシリンダヘッド２２に連結されて吸気ポート１８と共に吸気通路３０を区画形成する吸気管３２の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路３０に導くためのエアクリーナ３４が設けられている。このエアクリーナ３４よりも下流側に位置する吸気管３２の部分には、運転者によって操作される図示しないアクセルペダルの踏み込み量に基づき、スロットルアクチュエータ３６によって開度が調整されるスロットル弁３８が組み込まれている。本第一実施形態では、アクセルペダルの踏み込み動作と、スロットル弁３８の開閉動作とを切り離して電気的に制御できるようにしているが、これらアクセルペダルとスロットル弁３８とを機械的に連結したものであってもよい。
さらに、このスロットル弁３８よりも下流側に位置する吸気管３２の部分には、後述するように吸気弁２４の開閉時期に応じた所定の時期にてアクチュエータ４０により作動されて、吸気通路３０を開閉する吸気制御弁４２が組み込まれている。本第一実施形態では、所定の運転領域での運転状態になると、エンジン１０に過給するべく吸気制御弁４２が開閉作動するように、後述する制御装置４４により制御される。なお、吸気制御弁４２が開閉作動していないときは、すなわちエンジン１０へ過給する必要がないときは、吸気制御弁４２は開いたままの状態に維持される。エンジン１０が気筒当たり複数の吸気ポート１８をそれぞれ有する場合、吸気制御弁４２を各吸気ポート１８毎に独立して設け、各吸気ポート１８を個別に開閉することも可能であるが、個々の気筒を単位として吸気制御弁４２を開閉するようにしてもよい。これら吸気制御弁４２及びそのアクチュエータ４０は、吸気弁２４の開閉時期に応じて所望の時期に正確に吸気制御弁４２が開閉するように、極めて制御応答性の高いものであることが好ましい。
ただし、本明細書において、上記の如く、吸気弁２４の作動に関連して吸気制御弁４２が作動され、エンジン１０に過給する状態を「作動状態」と称する。一方、上記の如く、吸気制御弁４２が開いたままに維持され、吸気通路３０を開いたままにする状態を「非作動状態」と称する。
本第一実施形態では、吸気通路３０を通る空気流量を検出してこれを制御装置４４に出力するエアフローメータ４８が、検出手段として、途中にサージタンク４６が形成された吸気管３２に取り付けられている。ただし、このエアフローメータ４８は熱線式のエアフローメータである。詳細には、エアフローメータ４８では、空気流の中に発熱体として熱線を配置し、この熱線に電流を流して加熱していて、吸気温度計測用の抵抗とその熱線の加熱抵抗とからエンジンへの空気流量を計測している。空気流量が変化（熱線からの放熱量が変化）したときには、吸気温度計測用の抵抗と加熱抵抗との差を一定に保つために、加熱抵抗への供給電力をフィードバック制御していて、その供給電力を電圧に変換して制御装置４４へ出力している。そして制御装置４４は、予め与えられたエアフローメータ４８からの出力電圧と空気流量との関係を表したデータから空気流量を求めることとしている。
さらに、吸気管３２には、サージタンク４６の圧力を検出してこれを制御装置４４に出力する吸気圧センサ５０が取り付けられている。なお、本実施形態における吸気圧センサ５０はバキューム・センサである。
吸気管３２に対するこれらエアフローメータ４８及び吸気圧センサ５０の取り付け位置は、吸気制御弁４２の取り付け位置よりも上流側であればよく、図１に示す位置に限定されるものではない。例えば、エアフローメータ４８は、エアクリーナ３４に配置されても良く、又は吸気制御弁４２の上流側であってスロットル弁３８よりも下流側の吸気管３２の部分に配置されても良い。
排気ポート２０に連通するようにシリンダヘッド２２に連結されて排気ポート２０と共に排気通路５２を区画形成する排気管５４の途中には、燃焼室１４内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化する三元触媒５６が組み込まれている。この三元触媒５６を排気通路５２に沿って直列に複数個組み込むことも有効である。
従って、エアクリーナ３４を通って吸気管３２から燃焼室１４内に供給される空気は、燃料噴射弁１２から燃焼室１４内に噴射される燃料と混合気を形成する。この混合気は、点火プラグ１６の火花により着火されて燃焼する。これによって生成する排気ガスは、三元触媒５６を通って排気管５４から大気中に排出される。
ピストン５８が往復動するシリンダブロック６０には、連接棒６２を介してピストン５８が連結されるクランク軸６４の回転位相、つまりクランク角位相を検出してこれを制御装置４４に出力するクランク角センサ６６が取り付けられている。本第一実施形態においては、このクランク角センサ６６によるクランク角位相に基づいてエンジン回転数が求められる。
本第一実施形態における制御装置４４は、検出手段により検出された吸入空気量に対応する値を補正する補正手段と、そのような吸入空気量に対応する値がエラーか否かを判定するエラー判定手段との機能を含んで構成されている。具体的には、制御装置４４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、入力インタフェース、出力インタフェース等を含むマイクロコンピュータで構成されている。入力インタフェースには、センサ４８、５０、６６などが電気配線を介して接続されている。これらのセンサ４８、５０、６６などからの検出信号に基づき、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１０の運転がなされるように、出力インタフェースから電気配線を介して作動信号が各種のアクチュエータなどに出力される。これにより、燃料噴射弁１２、イグニッションコイル２８、スロットルアクチュエータ３６、アクチュエータ４０などの作動が制御されるようになっている。
本第一実施形態における上記吸気制御弁４２は、吸気弁２４の開弁時期よりも遅く開弁し、そして例えば吸気弁２４の閉弁時期よりも早くに閉弁するように、制御装置４４からの指令に基づき、アクチュエータ４０によって作動される。但し、本第一実施形態では、吸気制御弁４２が吸気弁２４の閉弁時期と同時期に又はその閉弁時期よりも遅く閉弁することを含むものである。この結果、エンジン１０の吸気行程の末期に負圧状態となっている燃焼室１４内に吸気制御弁４２よりも上流側に位置する吸気通路３０の空気が一気に流れ込み、一種の慣性過給効果により多量の空気を燃焼室１４内に充填させることが可能となる。換言すれば、この吸気制御弁４２を用いた過給においては、吸気の慣性と吸気制御弁４２よりも下流側に発生する大きな負圧とを利用して、エンジン１０の制御の開始直後から実際の過給がなされることとなる。従って、ターボ過給方式などよりも加速の応答性に優れ、いわゆる車両の加速遅れを解消することができる。
ところで、吸気制御弁４２が吸気弁２４の開閉時期に応じて開閉作動する作動状態、いわゆる上記インパルス過給状態では、吸気制御弁４２が開いたままの非作動状態にあるときに比して、上述の如く吸気制御弁４２の上流側とその下流側との吸気管３２内の圧力差を利用して燃焼室１４に過給が行われるのであるから、エンジン１０への空気の流速は大きくなる。それ故、例えば、一旦、エンジン１０へ流入した空気が燃焼室１４の一端部ではね返って吸気通路３０に逆流することがあり、このようにして、エンジン１０へ過給される空気に吸気脈動が生じることとなる。併せて、上記の如く、エンジン１０への空気の流速が大きいため、吸気脈動のみならず、振動伝達による圧力波の脈動も吸気管３２内に生じることとなる。さらに、吸気制御弁４２が作動状態にあるときには、エンジン１０への空気の流速が大きいので、例えば吸気制御弁の開弁又は閉弁時期のわずかなずれや製品間誤差により、エンジン１０へ過給される空気量に差が生じ得る。これらにより、エアフローメータ４８を用いての吸入空気流量の計測値には、実際に吸入された吸入空気流量に対して計測誤差が生じ得る。
例えば、上記の如くエアフローメータ４８が熱線式のエアフローメータであるこの場合、図２に一例として模式的に示すように、吸気脈動が大きく変化するほど、すなわちそれが増加するほど熱線式のエアフローメータ４８からの平均放熱量が減少するので、吸入空気量の計測値が減少する傾向にある。その結果、吸入空気量の計測値と、エンジン１０へ吸入される実際の吸入空気量（以下、「実吸入空気量」と称する。）との間に無視できない誤差が生じる。そして、この吸入空気量の計測値に対応する量の燃料を噴射すると空燃比が所望の値からずれ、エンジン１０の出力を適切に制御するのが困難になる。計測された吸入空気量が、実際にエンジン１０へ吸入された実吸入空気量よりも多いときには、例えば定常走行時に理論空燃比で適切に運転が行われるように制御されると、混合気における燃料量の割合が大きくなり、燃費や排気エミッション等の観点からもエンジンの運転上好ましくない。また逆に、計測された吸入空気量が実際よりも少ない場合には、混合気における燃料の割合が小さくなり、ノッキングが生じ易くなる。また、耐久性上の問題が生じる。そこで、このような状態を回避すべく、本第一実施形態に係る内燃機関の制御装置では、図３のフローチャートに従って、検出手段であるエアフローメータ４８によって検出された吸入空気量に対応する値を補正することとしている。特に、吸気制御弁４２が作動状態にあるとき、吸気制御弁４２の作動特性に対応させて、検出手段により検出された吸入空気量に対応する値を補正することにしている。なお、図３のルーチンは、所定時間毎に実行されるルーチンである。
まず、図３に示すステップＳ３０１ではエンジン負荷としての吸気圧及びエンジン回転数が検出される。次いで、ステップＳ３０３ではこれらに基づくエンジン１０の運転状態が所定の運転領域での運転状態か否かが不図示のデータを検索することで判定される。ここでいう所定の運転領域とは、例えば低負荷又は低回転での所定の運転領域を、あるいは高負荷及び低回転での所定の運転領域を指し、吸気制御弁４２を吸気弁２４の開閉時期に応じて開閉作動させるべく、予め設定されたインパルス過給領域を指している。
判定の結果、ステップＳ３０３で「ＹＥＳ」、すなわち所定の運転領域での運転状態であり、吸気制御弁４２が作動状態にあると判断されると、ステップＳ３０５へ進み、吸気制御弁４２の作動特性の内で、吸気制御弁４２の開弁時期が抽出される。この吸気制御弁４２の開弁時期は、別のフローチャート（不図示）に従って吸気制御弁４２が開閉作動されているときの、吸気制御弁４２の吸気弁２４の開弁時期に対しての開弁時期をいい、これはＲＡＭから読み出されて抽出される。その後ステップＳ３０７へ進み、この吸気制御弁４２の開弁時期及び前記ステップＳ３０１で検出されたエンジン回転数に基づいて、予めＲＯＭに記憶されている不図示のマップ化されたデータを検索して、エアフローメータ４８により検出された吸入空気量に対応する値である検出値に対する補正係数が導出される。すなわち、本発明では、吸気制御弁４２が作動状態にあるとき、吸気制御弁４２の作動特性に応じて検出手段により検出された吸入空気量に対応する値を補正することにしているが、本第一実施形態では吸気弁２４の開弁時期に対しての、吸気制御弁４２の開弁時期が、吸気制御弁の作動特性の内で用いられる。なお、吸気制御弁４２の上流側と下流側との吸気通路３０の圧力差が大きいほど吸気通路３０に生じる吸気脈動が大きく変化するので、吸気制御弁４２の開弁時期が遅いほど補正量が大きくなるように補正係数が設定されている。
ステップＳ３０９で、検出値として吸気通路３０を通る空気流量が検出される。ここでいう検出値は、エアフローメータ４８によって検出されるエンジン１０への吸入空気量に対応する値のことである。そして、ステップＳ３１１へ進むと、この検出値に、上記ステップＳ３０７で求めた補正係数を乗じて、この検出値が補正されて補正値とされる。ここでは、エアフローメータ４８によって検出された吸入空気量に対応する値である検出値は、例えば実吸入空気量を反映するように増量補正される。すなわち、計測された吸入空気量が増えるように、吸入空気量に対応する値は補正される。次に、ステップＳ３１３ではその補正値が実吸入空気量を示す計測値として出力される。
一方、上記ステップＳ３０３で、所定の運転領域での運転状態でない、すなわちインパルス過給が行われない吸気制御弁４２が非作動状態にあると判断されると、ステップＳ３１５へ進み、補正係数は「１」にされる。その結果、上記の如く、ステップＳ３１１では、ステップＳ３０９で検出された検出値がそのまま補正値とされて、ステップＳ３１３で吸入空気量の計測値として出力されることとなる。すなわち、検出値は、実質的には補正されずに、そのまま補正値や計測値にされる。なお、ここでは、ステップＳ３１５の補正係数を「１」としたが、吸気制御弁４２の停止状態、すなわちそれが非作動状態でも吸気弁２４の開閉により吸気通路３０において吸気脈動は生じ得るため、ステップＳ３１５での補正係数をエンジン回転数やエンジン負荷に応じて変えても良い。
なお、本第一実施形態では、検出値は、エアフローメータ４８からの出力信号（出力電圧）そのものではなく、予め設定されている出力信号と空気流量との関係から導出された空気流量であるとした。そのため、補正値と計測値とは同じ値となった。しかしながら、検出値がエアフローメータ４８からの出力信号そのものであれば、補正値も出力信号に関連する値であり、補正値は計測値とは異なることとなる。すなわち、上記の如き補正は、上記第一実施形態でのタイミングでなされなくても良く、検出手段により制御装置４４に出力信号が発せられてから、制御装置４４で吸入空気量が導き出されるまでの、どの時点でなされても良い。
このように本第一実施形態では、吸気制御弁４２の開弁時期に対応させて、検出手段により検出された吸入空気量に対応する値であるエアフローメータ４８からの検出値が補正される。例えばそれは吸気制御弁４２の開閉の状態により増量補正される。それ故、吸入空気量に対応する値に対する、吸気制御弁４２の開閉作動に起因する吸気脈動等の影響が緩和される。具体的には、検出手段としてエアフローメータ４８を用いても、実際に吸入された実吸入空気量よりも、計測された吸入空気量が大幅に小さくなることはなくなる。これにより別のフローチャート（不図示）に従って、計測された吸入空気量に基づいてＲＯＭに記憶されているマップ化されたデータを検索して燃料噴射量が求められても、この燃料噴射量が、実吸入空気量に対して大きくずれることが防止される。それ故、例えば空燃比を所望の空燃比である理論空燃比にすることが可能となる。なお、吸気制御弁４２の開弁時期に対応させて、すなわち吸気制御弁４２の作動特性により、検出手段により検出された吸入空気量に対応する値であるエアフローメータ４８からの検出値を、減量補正することとしても良い。
なお、上記第一実施形態では、吸気制御弁４２の開弁時期とエンジン回転数とに基づいて補正係数を求めることとした。しかしながら、吸気制御弁４２の開弁時期にのみ基づいて補正係数を求めるようにしても良い。あるいは、吸気制御弁４２の閉弁時期、開弁期間、閉弁期間のいずれか又は任意の組合せ、及びそのときのエンジン回転数、エンジン負荷、吸気管圧力（吸気圧）に応じて補正係数を求めることとしても良い。そして、補正係数を求めるに際して、吸気制御弁４２の作動特性の内、吸気弁２４の開弁時期に対しての、吸気制御弁４２の開弁時期のみならず、その閉弁時期、開弁期間、閉弁期間を用いても良い。また、これらの吸気制御弁４２の開弁時期等は、吸気弁２４の開弁時期に関連付けられることに限定されず、吸気弁２４の閉弁時期、開弁期間、閉弁期間のいずれか又は任意の組合せに関連付けられても良い。そして例えば、上記ステップＳ３０５で、吸気制御弁４２の開弁期間が抽出されるような場合には、その開弁期間が長いほど補正量が大きくなるように補正係数を設定することも可能である。
ところで、上記第一実施形態では、エアフローメータ４８によって空気流量を検出して、吸気制御弁４２の開閉作動に起因する吸気脈動等の影響を緩和するべく、必要によりその検出値を補正して、吸入空気量を計測することとした。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば、吸気通路３０の圧力、つまり吸気圧センサ５０による吸気圧を、吸入空気量に対応する値として検出して、これから吸入空気量を計測することとしても良い。この場合について本発明に係る第二実施形態として以下に述べる。なお、本発明は、吸入空気量に対応する値として上記空気流量や吸気圧以外を用いても良く、吸入空気量に対応する値として吸入空気量に連関する値を検出するのであれば如何なる手段を用いることをも排除するものではない。
吸入空気量は、一般に吸気圧と対応する関係にあり、吸気圧から吸入空気量を間接的に求めることが可能である。そこで、本第二実施形態では、吸気管３２内の圧力を検出するセンサである吸気圧センサ５０を検出手段として用いる。なお、上記第一実施形態と同様に、本第二実施形態では、制御装置４４が補正手段の機能を含んで構成されている。
吸気圧センサ５０を用いて吸気通路３０の吸気圧を検出しても、この吸気圧は、エアフローメータ４８を用いて検出される空気流量と同様に、上記の如く吸気制御弁４２の開閉作動に起因する吸気脈動等の影響を受け得る。それ故、この吸気圧に対応する吸入空気量の値にも大きな測定誤差が生じ得る。例えば、図４に一例として模式的に示すように、吸気脈動が大きく変化するほど、すなわちそれが増加するほど、吸気圧センサ５０による吸気管負圧（吸気圧に対応）は大きくなって、吸入空気量の計測値が実吸入空気量に対して増加する傾向にある。
それ故、本第二実施形態でも、吸気圧センサ５０による検出値を補正することにしている。本第二実施形態では、その検出手段が上記第一実施形態のものと異なるが、検出手段により検出された吸入空気量に対応する値の補正に関する順序は上記第一実施形態と同じである。そこで、以下に、上記第一実施形態の図３のフローチャートを参照して、本第二実施形態での吸入空気量の導出ついて説明する。
吸気圧とエンジン回転数が検出され（ステップＳ３０１）、所定の運転領域での運転状態か否かが判定される。所定の運転領域での運転状態であると判断されると（ステップＳ３０３）、吸気制御弁４２の開弁時期（ステップＳ３０５）に応じて、マップ化されたデータ（不図示）を検索して補正係数が導出される（ステップＳ３０７）。そして、吸気制御弁４２が作動状態にあるときには、吸気圧である検出値（ステップＳ３０９）が、例えば実吸入空気量が反映されるように減量補正される、すなわち計測された吸入空気量が減るように吸入空気量に対応する値は補正されることとなる（ステップＳ３１１）。そして、この吸気圧に従って、不図示のデータを検索して吸入空気量が求められ、吸入空気量の計測値として出力されることとなる（ステップＳ３１３）。このようにして、上記第一実施形態の如き効果が奏されることとなる。なお、所定の運転領域での運転状態ではないと判断されると（ステップＳ３０３）、検出値は実質的には補正されずに、この検出値に対応する吸入空気量が計測値として出力されることとなる（ステップＳ３１３）。
次に、本発明に係る第三実施形態の内燃機関の制御装置に関して説明する。本第三実施形態のエンジンシステムは、検出手段としてのエアフローメータ４８が吸気管３２に設けられたエンジンシステムであり、上記第一実施形態のそれと同じであるので、重複説明を省略する。また、本第三実施形態の制御装置４４は、上記第一実施形態と同様に、エアフローメータ４８により検出された吸入空気量に対応する値を処理するため、補正手段の機能を含んで構成されている。しかしながら、吸入空気量の計測値を求めるための補正が、後述するように検出された吸入空気量に対応する値に周波数フィルタをかけることにより行われる点で上記第一実施形態と異なる。なお、これに伴い、検出された吸入空気量に対応する値はエアフローメータ４８からの出力電圧となるが、その他は上記第一実施形態と概ね同じである。
本第三実施形態は、熱線式のエアフローメータ４８からの出力電圧に着目して補正が行われ、補正された値に基づいて吸入空気量が求められる。より具体的には、その補正は、後述するように、エアフローメータ４８からの出力電圧から、吸気制御弁の作動特性により導出される特定の周波数領域の周波数を除去することで行われる。以下に、これを図５のフローチャートに基づいて説明する。
まず、図５のフローチャートのステップＳ５０１では、吸気通路３０を流れる空気の流速に基づく値、すなわちその流量に基づく値である、エアフローメータ４８からの出力信号である出力電圧を、エンジン１０への吸入空気量に対応する値として検出することが行われる。次に、ステップＳ５０３で吸気圧とエンジン回転数とが検出され、これらに基づいてステップＳ５０５でマップ化されたデータ（不図示）を検索することでエンジン１０の運転状態が所定の運転領域での運転状態か否かが判定される。所定の運転領域での運転状態である、すなわち吸気制御弁４２が作動状態にあると判断されると、ステップＳ５０７へ進む。そして、ステップＳ５０７では、上記第一実施形態におけるステップＳ３０５（図３参照）と同様にして、吸気制御弁４２の作動特性の内の、吸気制御弁４２の開弁時期がＲＡＭから抽出される。
次に、ステップＳ５０９では、上記ステップＳ５０１で検出された出力電圧から除去されるべき周波数領域（以下、除去周波数領域という。）が、図６のマップ化されたデータから導出される。図６のマップ化されたデータはエンジン回転数と吸気制御弁４２の開弁時期とに対して除去周波数領域を表したものである。これを上記ステップＳ５０３で検出したエンジン回転数及び上記ステップＳ５０７で検出した吸気制御弁４２の開弁時期に基づき検索して、除去周波数領域が導出される。例えば、吸気制御弁４２の開弁時期が吸気弁２４の開弁時期に比して遅いほど、高い周波数領域が除去周波数領域として決定される。また、エンジン回転数が高いほど、高い周波数領域が除去周波数領域として決定される。
そして、ステップＳ５１１では、上記ステップＳ５０１で検出された出力電圧からこの除去周波数領域の周波数を除去するべく、その出力電圧に周波数フィルタをかけることが行われる。具体的には、除去周波数領域を図７のグラフの如く、横軸に周波数、縦軸に強度をとってマップ化し、これを検出した出力電圧の周波数を同様に表したグラフ（不図示）に重ね合わせることにより、検出した出力電圧から除去周波数領域の周波数を除去することが行われる。すなわち、検出手段により検出された吸入空気量に対応する値である出力電圧を、除去周波数領域を用いて補正することが行われる。その後、ステップＳ５１３で、補正後の出力電圧に対応する計測値が出力電圧と吸気流量との関係を表したデータを検索して導出されて、これが吸入空気量の計測値として出力される。
一方、上記ステップＳ５０５で、所定の運転領域での運転状態ではない、すなわち吸気制御弁４２が非作動状態にあると判断されると、ステップＳ５１３へ進み、除去周波数領域の周波数を除去することなく、上記の如く、吸入空気量の計測値が求められて出力される。
なお、上記ステップＳ５０１で検出される吸気通路３０を流れる空気の流速に基づく値としては、他に、吸気通路３０を流れる空気の流速があり得る。また、除去周波数領域を求めるにあたり、エンジン回転数や吸気制御弁４２の開弁時期以外の要素を考慮しても良い。例えば、吸気制御弁４２の開弁時期の他、吸気制御弁４２の閉弁時期、開弁期間、閉弁期間のいずれか又は任意の組合せ、及びそのときのエンジン回転数、エンジン負荷、吸気管圧力に応じて除去周波数領域を求めることとしても良い。
また、本第三実施形態では検出手段としてエアフローメータ４８を用い、エアフローメータ４８からの出力電圧を補正することとした。しかしながら、本発明は出力電圧を空気流量に変換してから補正をし、この補正後の補正値を計測値たる吸入空気量とすることを排除するものではない。
ところで、内燃機関であるエンジン１０の制御では、吸入空気量を測定もしくは推測する必要があり、この測定精度を高めるために、ノイズなどの影響で瞬間的に吸入空気量が変動する場合は、これをエラーと判定して実際の制御には用いなかったり、または瞬時の流量のバラツキが大きい場合にはエアフローメータ４８の異常と判定したりしている。一方、吸気制御弁４２が作動状態にあるとき、すなわちインパルス過給状態では、吸気脈動等が増加することがあり得、吸入空気量の計測値の変動幅が大きくなること上述の通りである。このような場合に、通常の、すなわち吸気制御弁４２が非作動状態にあるときと同様にしてエラーを判定すると、場合によっては、検出手段により検出された吸入空気量に対応する値の多くがエラーと判定されてエンジン１０が適切に運転されなくなる虞がある。そこで、上記吸気脈動等の影響を緩和してエンジン１０が適切に運転されるように、吸入空気量を求める必要がある。以下に、第四実施形態として、説明する。
本第四実施形態のエンジンシステムは、検出手段としてのエアフローメータ４８が吸気管３２に設けられたエンジンシステムであり、上記第一及び第三実施形態のそれと同じであるので、重複説明を省略する。なお、本第四実施形態の制御装置４４は、上述の如く、補正手段に加えて、エアフローメータ４８により検出された吸入空気量に対応する値を処理するため、第一エラー判定手段及び第二エラー判定手段からなるエラー判定手段の機能を含んで構成されている。なお、エラー判定手段は、後述するように、吸入空気量に対応する値の所定値からのずれの割合が所定の範囲にないときエラーと判定する。
以下に第四実施形態について図８を用いて説明するが、上記第一実施形態の如くして補正値が求められてＲＡＭに記憶されているものとして、その先の吸入空気量としての計測値を求めることのみが図８に表されている。なお、補正値を導出することについては、上記第一実施形態で説明されているので、重複説明を省略する。
まず、ステップＳ８０１で吸気圧及びエンジン回転数が検出され、ステップＳ８０３ではこれらに基づいてマップ化されたデータ（不図示）を検索して所定の運転領域での運転状態か否かが判定される。所定の運転領域での運転状態であると判断されると、ステップＳ８０５へ進む。そして、吸気制御弁４２の作動状態、すなわちそれが開閉作動されるインパルス過給状態に対応させて予め設定されているエラー判定範囲がＲＯＭから抽出され、例えば「±１０％」と決定される。一方、所定の運転領域での運転状態でないと判断されるとステップＳ８０７へ進み、吸気制御弁４２の非作動状態、すなわちそれが開いたままの非インパルス過給状態に対応させて予め設定されているエラー判定範囲がＲＯＭから抽出され、例えば「±２％」と決定される。すなわち、吸気制御弁４２が作動状態にあるときのエラー判定範囲は、それが非作動状態にあるときのエラー判定範囲よりも広く設定される。このように吸気制御弁４２が作動状態にあるときにはエラー判定範囲が広いので、後述するようにこの範囲にあれば吸入空気量に対応する値に吸気脈動等の影響があってもエラーと判定されずに、実吸入空気量として採用され、適切にエンジンが制御されることとなる。なお、本明細書において、吸気制御弁４２の作動状態に対応させた所定の範囲であるエラー判定範囲を第一エラー判定範囲と、また吸気制御弁４２の非作動状態に対応させた所定の範囲であるエラー判定範囲を第二エラー判定範囲と称する。
ステップＳ８０５又はステップＳ８０７の次に、ステップＳ８０９でＲＡＭから、エアフローメータ４８により検出された吸入空気量に対応する値として、最新の補正値が抽出される。このように、ここでは、別のフローチャート（不図示）に基づいて導出されてＲＡＭに記憶されている補正値を用いる。しかしながら、例えば上記図３の補正値を求める複数のステップをこのステップＳ８０９に組み込んで、ルーチン毎に補正値が導出されても良い。そしてステップＳ８１１でＲＡＭから先立って得られた４回分の補正値の平均値が導出され、最新の補正値の該平均値に対する比較値が、次の（１）式に従って求められる。なお、ここでいう比較値とは、吸入空気量に対応する値の所定値からのずれの割合のことであり、この第四実施形態ではその吸入空気量に対応する値とは上記最新の補正値であり、その所定値とは上記平均値のことである。

ここで、先立って得られた過去４回分の補正値の平均値とは、今回求めた最新の補正値に先立って得られた直近の４回分の補正値の平均値である。しかしながら、本発明は、この４回という回数に限定するものではなく、一回でも、複数回でも良い。なお、過去４回分の補正値やそれらの平均値はＲＡＭに記憶されて適宜更新可能にされている。しかしながら、エンジン始動時等には過去４回分の補正値がＲＡＭにない。そこで４回分の補正値が導出されるまでは、エラー判定範囲にあるか否かに関わらず、全ての得られた補正値が採用される。
比較値が求まると、この比較値がステップＳ８１５でステップＳ８０５又はステップＳ８０７で決定されたエラー判定範囲にあるか否かが判定される。そして、比較値がエラー判定範囲にあると判断されるとステップＳ８１７へ進み、この最新の補正値が吸入空気量の計測値として出力される。なお、ここで出力されるのは、最新の補正値を参酌した値であれば良く、例えばこの最新の補正値を反映した平均値等を吸入空気量の計測値として出力することも可能である。このように最新の補正値を参酌した値を出力すると共に、次のルーチンのためにこの最新の補正値を用いて前記平均値が更新されることとなる。
一方、比較値がエラー判定範囲にないと判断されると、ステップＳ８１９へ進む。そして、この最新の補正値を出力に際しては参酌せずに、ステップＳ８１１で抽出された平均値が吸入空気量の計測値として出力される。なお、ここで出力されるのは、最新の補正値に先立って得られた補正値を参酌した値であれば良く、例えば比較値がエラー判定範囲にあった前回の補正値、最新の補正値に先立って得られた補正値に基づいて予測される値等が含まれる。なお、このように最新の補正値に先立って得られた補正値を参酌した値を出力するが、今までの平均値はこの段階では更新されない。これは、上記平均値が、エラー判定範囲にあった補正値によって導き出されるからである。
なお、上記第四実施形態では、検出手段により検出された吸入空気量に対応する値がエラーか否かを判定するのに際して、比較値がエラー判定範囲にあるか否かで判定し、エラー判定範囲を平均値に基づく範囲としてある幅をもたせることとした。しかしながら、本発明はエラー判定範囲を絶対値である閾値とすることをも含むものである。このようにエラー判定範囲を絶対値である閾値とする場合には、検出手段により検出された吸入空気量に対応する値を直接にエラー判定範囲である閾値と対比して、エラーか否かを判定することとしても良い。なお、第一エラー判定範囲は、吸気制御弁４２の開弁時期、閉弁時期、開弁期間、閉弁期間のいずれか又は任意の組合せ、及びそのときのエンジン回転数、エンジン負荷、吸気管圧力に応じてその都度求められても良い。
以上、本発明に係る内燃機関の制御装置を第一から第四実施形態に従って説明したが、本発明はこれらに限定されない。例えば、上述した実施形態では本発明を直噴形式のガソリンエンジンに応用した場合について説明したが、点火プラグを用いないディーゼルエンジンに対しても有効であり、ガソリンエンジンの場合と同様な効果を得ることができることはいうまでもない。

Claims (5)

1. 吸気弁の上流側の吸気通路に設けられ、前記吸気弁の作動に関連して作動する作動状態と、前記吸気通路を開いたままにする非作動状態とに制御される吸気制御弁であって、前記作動状態では、前記吸気弁が少なくとも開かれる前に閉じられ、前記吸気弁の開きに遅れて開かれることにより、前記吸気制御弁の上流側と下流側とに圧力差を生じさせる吸気制御弁を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関への吸入空気量に対応する値を検出する検出手段と、
   前記吸気制御弁が前記作動状態にあるとき、前記吸気制御弁の作動特性に対応させて、前記検出手段により検出された吸入空気量に対応する値を補正する補正手段と、
   を備え、
   前記補正手段は、前記吸気制御弁の作動特性の内の、前記吸気弁の開弁時期に対する、前記吸気制御弁の開弁時期を用いることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記補正手段は、前記吸気弁の開弁時期に対して、前記吸気制御弁の開弁時期が遅いほど補正量を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 吸気弁の上流側の吸気通路に設けられ、前記吸気弁の作動に関連して作動する作動状態と、前記吸気通路を開いたままにする非作動状態とに制御される吸気制御弁であって、前記作動状態では、前記吸気弁が少なくとも開かれる前に閉じられ、前記吸気弁の開きに遅れて開かれることにより、前記吸気制御弁の上流側と下流側とに圧力差を生じさせる吸気制御弁を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関への吸入空気量に対応する値を検出する検出手段と、
   前記吸気制御弁が前記作動状態にあるとき、前記吸気制御弁の作動特性に対応させて、前記検出手段により検出された吸入空気量に対応する値を補正する補正手段と、
   を備え、
   前記検出手段が、熱線式のエアフローメータであるとき、
   前記補正手段は、前記エアフローメータにより検出された吸入空気量に対応する値を、実吸入空気量を反映するように増量補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 吸気弁の上流側の吸気通路に設けられ、前記吸気弁の作動に関連して作動する作動状態と、前記吸気通路を開いたままにする非作動状態とに制御される吸気制御弁であって、前記作動状態では、前記吸気弁が少なくとも開かれる前に閉じられ、前記吸気弁の開きに遅れて開かれることにより、前記吸気制御弁の上流側と下流側とに圧力差を生じさせる吸気制御弁を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関への吸入空気量に対応する値を検出する検出手段と、
   前記吸気制御弁が前記作動状態にあるとき、前記吸気制御弁の作動特性に対応させて、前記検出手段により検出された吸入空気量に対応する値を補正する補正手段と、
   を備え、
   前記検出手段が、吸気管内の圧力を検出するセンサであるとき、
   前記補正手段は、前記センサにより検出された吸入空気量に対応する値を、実吸入空気量を反映するように減量補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 吸気弁の上流側の吸気通路に設けられ、前記吸気弁の作動に関連して作動する作動状態と、前記吸気通路を開いたままにする非作動状態とに制御される吸気制御弁であって、前記作動状態では、前記吸気弁が少なくとも開かれる前に閉じられ、前記吸気弁の開きに遅れて開かれることにより、前記吸気制御弁の上流側と下流側とに圧力差を生じさせる吸気制御弁を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関への吸入空気量に対応する値を検出する検出手段と、
   前記吸気制御弁が前記作動状態にあるとき、前記吸気制御弁の作動特性に対応させて、前記検出手段により検出された吸入空気量に対応する値を補正する補正手段と、
   前記吸入空気量に対応する値の所定値からのずれの割合が所定の範囲にないとき、エラーと判定するエラー判定手段と
   を備え、
   該エラー判定手段は、前記所定の範囲として、前記吸気制御弁が前記作動状態にあるときに用いる第一エラー判定範囲と、前記吸気制御弁が前記非作動状態にあるときに用いる第二エラー判定範囲とを有し、
   前記第一エラー判定範囲は、前記第二エラー判定範囲よりも広く設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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