JP4734312B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸入空気流量を検出する熱線式流量センサを備える内燃機関の制御装置に関する。

熱線式流量センサは、流量の変化に対して検出値の応答が遅れるため、特許文献１には、その応答遅れを補償して内燃機関の吸入空気流量を算出し、算出された吸入空気流量を制御に適用するようにした内燃機関の制御装置が示されている。この制御装置によれば、熱線式流量センサを一次遅れ系とみなして、入力と出力（検出値）との関係を示す伝達関数の逆伝達関数が予め求められ、検出値を逆伝達関数に適用してセンサ入力、すなわち遅れ補償された流量が算出される。

特許文献２は、特許文献１に示された技術の改良技術を開示する。すなわち、上記逆伝達関数に含まれる時定数を、機関の気筒に流入する空気流量に応じて設定するようにして、特に過渡運転状態での補償精度を向上させる手法が示されている。

特開昭５９−１７６４５０号公報 特開平４−１１６２４９号公報

上記特許文献１に示された手法では、センサ出力から算出される吸入空気流量に対して遅れ補償を行っているため、流量変化が急激である場合には、逆伝達関数を使って求めた流量がオーバシュートし、実際の流量から大きくずれることがあった。また特許文献２に示された手法を適用しても、十分にオーバシュートを抑制することができなかった。そのため、燃料噴射量や点火時期が不適切なものとなり、排気特性や運転性を悪化させることがあった。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、熱線式流量センサの応答遅れをより適切に補償し、機関運転状態の変化に対応して正確な検出値を得て、燃料噴射量などの制御精度を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関のスロットル弁（３）の上流側に設けられ、前記機関の吸気管（２）内の空気流量を検出する熱線式流量センサ（１１）を備えた内燃機関の制御装置において、前記機関のスロットル弁下流側の吸気圧（ＰＢＡ）を検出する吸気圧センサ（１２）と、前記空気流量が変化したときの前記流量センサ（１１）の熱線の温度変化遅れの補償を前記熱線に供給する電力（ＷＡＦＭ）について行い、遅れ補償された電力（ＷＡＦＭＨ）に応じて補償空気流量（Ｇairth1）を算出する補償空気流量算出手段と、前記遅れ補償を行わない電力（ＷＡＦＭ）に応じて無補償空気流量（Ｇairth0）を算出する無補償空気流量算出手段と、前記吸気圧センサにより検出される吸気圧（ＰＢＡ）に基づいて前記吸気管のスロットル弁下流側に充填される空気量の変化量である充填空気流量（ΔＧＢ，ΔＧＢ１）を算出する充填空気流量算出手段と、前記無補償空気流量（Ｇairth0）及び充填空気流量（ΔＧＢ）から前記機関の気筒内に流入する空気の流量である無補償気筒流入空気流量（Ｇaircyl_sum0）を算出する無補償気筒流入空気流量算出手段と、前記補償空気流量（Ｇairth1）及び充填空気流量（ΔＧＢ１）から前記機関の気筒内に流入する空気の流量である補償気筒流入空気流量（Ｇaircyl_sum1）を算出する補償気筒流入空気流量算出手段と、前記吸気圧の変化量（ΔＰＢＴ）に応じて「０」以上「１」以下の値に設定される切換係数（ＣＧＡＩＲＣＹＬ）を算出する切換係数算出手段と、前記無補償気筒流入空気流量（Ｇaircyl_sum0）及び補償気筒流入空気流量（Ｇaircyl_sum1）と、前記切換係数（ＣＧＡＩＲＣＹＬ）とを下記式に適用して、最終気筒流入空気流量（Ｇaircyl_sum）を算出する最終気筒流入空気流量算出手段とを備え、
最終気筒流入空気流量＝（１−切換係数）×無補償気筒流入空気流量
＋切換係数×補償気筒流入空気流量
前記最終気筒流入空気流量算出手段により算出された最終気筒流入空気流量（Ｇaircyl_sum）を前記機関の制御に適用し、前記切換係数算出手段は、前記吸気圧変化量（ΔＰＢＴ）が第１所定値（ΔＰ１Ｍ）以上でかつ第２所定値（ΔＰ１Ｐ）以下であるときは前記切換係数（ＣＧＡＩＲＣＹＬ）を「０」に設定し、前記吸気圧変化量（ΔＰＢＴ）が第３所定値（ΔＰ２Ｍ）以下であるときまたは第４所定値（ΔＰ２Ｐ）以上であるときは前記切換係数（ＣＧＡＩＲＣＹＬ）を「１」に設定し、前記吸気圧変化量（ΔＰＢＴ）が前記第３所定値（ΔＰ２Ｍ）より大きくかつ前記第１所定値（ΔＰ１Ｍ）より小さいときまたは前記第２所定値（ΔＰ１Ｐ）より大きくかつ前記第４所定値（ΔＰ２Ｐ）より小さいときは、前記吸気圧変化量（ΔＰＢＴ）の絶対値が増加するほど前記切換係数（ＣＧＡＩＲＣＹＬ）が増加するように算出し、前記第１から第４所定値は、下記の関係を満たすことを特徴とする：
第３所定値＜第１所定値＜０＜第２所定値＜第４所定値。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記スロットル弁をほぼ全開状態とする所定運転状態を判定する運転状態判定手段をさらに備え、前記最終気筒流入空気流量算出手段は、前記所定運転状態では前記最終気筒流入空気流量（Ｇaircyl_sum）を前記無補償気筒流入空気量（Ｇaircyl_sum0）に設定することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、前記所定運転状態は、前記機関の燃焼室内の混合気が自着火可能な運転状態であり、前記所定運転状態では前記混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に制御され、前記所定運転状態以外の運転状態では、前記混合気の空燃比が理論空燃比となるように制御されることを特徴とする。

また、前記充填空気流量算出手段は、前記吸気圧センサにより検出される吸気圧のなまし処理を行うことによりなまし吸気圧を算出し、該なまし吸気圧を用いて第１充填空気流量（ΔＧＢ）を算出する第１流量算出手段と、前記吸気圧センサにより検出される吸気圧を用いて第２充填空気流量（ΔＧＢ１）を算出する第２流量算出手段とを有し、前記無補償気筒流入空気流量算出手段は、前記第１充填空気流量（ΔＧＢ）を用いて前記無補償気筒流入空気流量（Ｇaircyl_sum0）を算出し、前記補償気筒流入空気流量算出手段は、前記第２充填空気流量（（ΔＧＢ１）を用いて前記補償気筒流入空気流量（Ｇaircyl_sum1）を算出することが望ましい。

請求項１に記載の発明によれば、空気流量が変化したときの流量センサの熱線の温度変化遅れの補償が熱線に供給する電力について行われ、遅れ補償された電力に応じて補償空気流量が算出されるとともに、遅れ補償されない無補償空気流量が算出される。さらに吸気管のスロットル弁下流側に充填される空気量の変化量である充填空気流量が算出され、算出された補償空気流量、無補償空気流量、及び充填空気流量を用いて補償気筒流入空気流量及び無補償気筒流入空気流量が算出される。また吸気圧の変化量に応じて「０」以上「１」以下の値に設定される切換係数が算出され、その切換係数、補償気筒流入空気流量及び無補償気筒流入空気流量を用いて最終気筒流入空気流量が算出される。検出すべき空気流量は、熱線に供給される電力の２乗にほぼ比例するため、従来の手法のように検出流量に対して遅れ補償を行うと、電力の変化遅れの影響が２乗で効いてくる。そのため、従来手法では遅れ補償の誤差が非常に大きなものとなることがあるが、電力の段階で遅れ補償を行うことにより、より誤差の少ない遅れ補償を行うことができる。さらに吸気圧変化量に応じた切換係数を用いて、補償気筒吸入空気流量と無補償気筒吸入空気流量のいずれか一方を選択すること、または両者を徐々に切り換えることにより、最終気筒流入空気流量が算出されるので、過渡状態及び定常状態のいずれにおいてもより正確な流量を得ることができ、制御精度を向上させることができる。特に過給機が設けられた機関では、過給機（コンプレッサ）の作動により、流量センサの出力に脈動が表れて検出流量の精度が低下する場合があるが、本発明によりそのような過給機の作動に起因する精度の低下を抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば、スロットル弁をほぼ全開状態とする所定運転状態が判定され、この所定運転状態では最終気筒流入空気流量が無補償気筒流入空気量に設定される。例えば、後述する自着火燃焼可能な機関においては、自着火燃焼可能な所定運転領域ではスロットル弁をほぼ全開とした運転が行われるため、吸入空気流量の変化が比較的小さくなる。したがって、スロットル弁をほぼ全開状態とする所定運転状態では、最終気筒流入空気流量を無補償気筒吸入空気流量に設定することにより、正確な流量を得ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、所定運転状態は、機関の燃焼室内の混合気が自着火可能な運転状態であり、この所定運転状態では混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に制御される一方、所定運転状態以外の運転状態では、混合気の空燃比が理論空燃比となるように制御される。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関とその制御装置の構成を示す図であり、内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、吸気管２を有し、吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３には、スロットル弁３の開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ４が設けられており、その検出信号が電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給される。スロットル弁３には、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ８が接続されており、アクチュエータ８は、ＥＣＵ５によりその作動が制御される。

エンジン１は吸気管２内に燃料を噴射する第１燃料噴射弁６、燃焼室内に直接燃料を噴射する第２燃料噴射弁７、及び点火プラグ９を備えている。第１燃料噴射弁６は図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられている。第２燃料噴射弁７及び点火プラグ９は各気筒の燃焼室に設けられている。第１及び第２燃量噴射弁６及び７はＥＣＵ５に接続されており、開弁時期及び開弁時間がＥＣＵ５により制御される。点火プラグ９も同様にＥＣＵ５に接続されており、点火時期がＥＣＵ５により制御される。

吸気管２のスロットル弁３の上流側には、吸入空気流量を検出するエアフローセンサ１１が設けられ、エアフローセンサ１１とスロットル弁３との間には、過給機のコンプレッサ１０が設けられている。コンプレッサ１０は排気のエネルギにより回転駆動されるタービン（図示せず）にシャフトを介して接続されており、タービンによって駆動される。

スロットル弁３の下流側には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ１２及び吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ１３が設けられている。またエンジン１の本体には、エンジン冷却水温ＴＷを検出するエンジン冷却水温センサ１４が装着されている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

またＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１５が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１０は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（例えば４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば３０度周期）でＣＲＫパルスを発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ５に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。

ＥＣＵ５には、エンジン１によって駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ１６が接続されており、その検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路のほか、アクチュエータ８、燃料噴射弁６，７、点火プラグ９に駆動信号を供給する出力回路を備えている。

ＥＣＵ５は、各種センサの検出信号に基づいて、燃料噴射弁６及び７の開弁時間の制御等を行う。その際、以下に説明するようにエアフローセンサ１１の出力電圧ＶＡＦＭの遅れ補償処理を含む、吸入空気流量の演算処理を行う。

本実施形態では、エンジン１の燃焼室内において、第１〜第３の３つの燃焼モードで燃焼が行われるように燃焼モードの切り換えが行われる。第１の燃焼モードでは、第１燃料噴射弁６のみによる燃料噴射が行われ、第２の燃焼モードでは第２燃料噴射弁７のみによる燃料噴射が行われ、第３の燃焼モードでは第１及び第２燃料噴射弁６及び７による２回の燃料噴射が行われる。第１の燃焼モードは、スロットル弁３の開度が比較的低開度に制御されているときに選択され、第２の燃焼モードはスロットル弁３が全閉のときに選択され、第３の燃焼モードは上記以外の場合に選択される。いずれの燃焼モードにおいても、点火プラグ９による点火が行われる。第２の燃焼モードでは点火プラグ９による点火を行わなくても着火可能（自着火可能）となるように成層混合気が形成されるが、確実な着火を得るため点火プラグ９による点火が行われる。また第３の燃焼モード（２回噴射燃焼モード）では、エンジン負荷が比較的低いときは第２の燃焼モードと同様に自着火可能である（ただし確実に着火させるため点火プラグ９による点火が行われる）。

図２は、エアフローセンサ１１の構成を示す回路図であり、エアフローセンサ１１は、ホイートストンブリッジ回路を構成する抵抗２１〜２３と、補償器２５とを備えている。抵抗２１が吸気管２内に露出される熱線に相当し、補償器２５は、抵抗２１の抵抗値Ｒが一定となるように出力電圧ＶＡＦＭを調整する。具体的には、接点ｂｄ間の電圧が「０」となるように、出力電圧（接点ａｃ間の電圧）ＶＡＦＭを調整する。抵抗値Ｒは、抵抗２１の温度によって変化するので、抵抗値Ｒが一定となるように制御することにより、抵抗２１の温度が一定に制御される。抵抗２１を流れる電流をＩとすると、下記式（１）の関係が成立することが知られている。
Ｉ²×Ｒ＝Ａ＋Ｂ×Ｕ^0.5 （１）
ここで、Ｕは抵抗２１近傍を流れる気体の質量流量であり、Ａ，Ｂは定数である。

電流Ｉは、出力電圧ＶＡＦＭを用いて下記式（２）で表される。
Ｉ＝ＶＡＦＭ／（Ｒ＋ｒ） （２）

式（１）及び（２）から下記式（３）が得られ、式（３）を変形することにより、流量Ｕは下記式（４）で与えられる。また式（１）の左辺は、抵抗２１で消費される電力ＷＡＦＭであるから、電力ＷＡＦＭを用いると、流量Ｕは下記式（５）で与えられる。

上記式（４）、（５）を参照すれば明らかなように、流量Ｕは、概ね出力電圧ＶＡＦＭの４乗に比例し、電力ＷＡＦＭの２乗に比例する。したがって、センサの遅れ補償の演算は、流量Ｕについて行うより、電力ＷＡＦＭまたは出力電圧ＶＡＦＭについて行う方が、誤差の少ない正確な補償演算を行うことができる。本実施形態では、以下に説明するように電力ＷＡＦＭについて遅れ補償演算を行い、その遅れ補償演算された電力ＷＡＦＭＨに応じて、遅れ補償された吸入空気流量（補償吸入空気流量）を算出するようにしている。なお、本実施形態では遅れ補償演算を行っていない電力ＷＡＦＭに応じて遅れ補償されない吸入空気流量（無補償吸入空気流量）も算出し、エンジン運転状態に応じて補償吸入空気流量または無補償吸入空気流量を選択するようにしている。

図３は、エアフローセンサ１１の出力電圧ＶＡＦＭに応じて、エンジン１の気筒に流入する単位時間当たりの空気量（気筒流入空気流量）を算出する処理のフローチャートである。この処理は所定時間（例えば１ミリ秒）毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。本処理で使用されるパラメータｋは、本処理の実行周期で離散化された離散化時刻である。

ステップＳ１１では、出力電圧ＶＡＦＭを読み込み、ステップＳ１２では、吸気圧センサ１２の出力電圧ＶＰＢＡを読み込む。ステップＳ１３では、出力電圧ＶＡＦＭから抵抗２１（熱線）の消費電力ＷＡＦＭを算出し、ステップＳ１４では、電圧ＶＰＢＡを吸気圧（絶対圧）ＰＢＡに変換する。

ステップＳ１５では、消費電力ＷＡＦＭを前記式（５）に適用し、第１スロットル弁通過空気流量Ｇairth0（式（５）のＵがＧairth0に相当、単位［ｇ／ｓｅｃ］）を算出する。

ステップＳ１６では、下記式（６）に検出された吸気圧の前回値ＰＢＡ(k-1)を適用し、なまし吸気圧ＰＢＤ(k)を算出する。
ＰＢＤ(k)＝ａ×ＰＢ(k-1)＋（１−ａ）×ＰＢＤ(k-1) （６）
ここでａは０から１の間の値に設定されるなまし係数であり、例えば以下に説明する遅れ補償パラメータｂと同じ値に設定される。

ステップＳ１７では、なまし吸気圧ＰＢＤの今回値及び前回値、並びに吸気温ＴＡ（絶対温度換算値）を下記式（７）に適用し、単位時間当たりの吸気管充填空気量である第１吸気管充填空気流量ΔＧＢ［ｇ／ｓｅｃ］を算出する。定常的なエンジン運転状態では、エアフローセンサ１１の応答性に吸気管充填空気流量を合わせるために、なまし吸気圧ＰＢＤが適用される。
ΔＧＢ＝（ＰＢＤ(k)−ＰＢＤ(k-1)）×ＶＯＬＩＮ／（ＲＧ×ＴＡ） （７）

ここで、ＶＯＬＩＮは、吸気管の容積（スロットル弁３の下流側部分）であり、ＲＧは気体定数である。

ステップＳ１８では、第１スロットル弁通過空気流量Ｇairth0及び第１吸気管充填空気流量ΔＧＢを下記式（８）に適用し、第１シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_T0を算出する。
Ｇaircyl_T0(k)＝Ｇairth0−ΔＧＢ （８）

ステップＳ１９では、吸気圧ＰＢＡの今回値及び前回値、並びに吸気温ＴＡ（絶対温度換算値）を下記式（９）に適用し、単位時間当たりの吸気管充填空気量である第２吸気管充填空気流量ΔＧＢ１［ｇ／ｓｅｃ］を算出する。
ΔＧＢ１＝（ＰＢＡ(k)−ＰＢＡ(k-1)）×ＶＯＬＩＮ／（ＲＧ×ＴＡ）
（９）

ステップＳ２０では、ステップＳ１３で算出される消費電力の今回値ＷＡＦＭ(k)及び前回値ＷＡＦＭ(k-1)を下記式（１０）に適用し、遅れ補償電力の今回値ＷＡＦＭＨ(k)を算出する。
ＷＡＦＭＨ(k)＝（ＷＡＦＭ(k)−（１−ｂ）×ＷＡＦＭ(k-1)）／ｂ
（１０）

ここでｂは、サンプリング周期に基づいて決定される遅れ補償パラメータである。具体的には、サンプリング周期（秒）の１００倍を遅れ補償パラメータｂとして設定する。例えばサンプリング周期が１ｍｓｅｃの場合、ｂ＝０．１である。

ステップＳ２１では、ステップＳ２０で算出される遅れ補償電力ＷＡＦＭＨを前記式（５）に適用し、第２スロットル弁通過空気流量Ｇairth1（式（５）のＵがＧairth1に相当、単位［ｇ／ｓｅｃ］）を算出する。

ステップＳ２２では、第２スロットル弁通過空気流量Ｇairth1及び第２吸気管充填空気流量ΔＧＢ１を下記式（１１）に適用し、シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_T1(k)［ｇ／ｓｅｃ］を算出する。
Ｇaircyl_T1(k)＝Ｇairth1−ΔＧＢ１ （１１）

ステップＳ２３では、離散化時刻ｋを「１」だけインクリメントし、本処理を終了する。

図４は、図３の処理で算出される第１及び第２シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_T0(k)及びＧaircyl_T1(k)を、１ＴＤＣ期間（ＴＤＣパルスの発生周期）あたりのシリンダ流入空気流量Ｇaircyl_sum0及びＧaircyl_sum1に変換するとともに、最終シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_sumを算出する処理のフローチャートである。この処理はＥＣＵ５のＣＰＵでＴＤＣパルスの発生に同期して実行される。

ステップＳ３１では、第１シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_T0(k)を下記式（１２）に適用し、ＴＤＣ周期の第１シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_sum0を算出する。式（１２）のΔＴは、図３の処理の実行周期、すなわちシリンダ流入空気流量Ｇaircyl_T0(k)の演算周期である。

ステップＳ３２では、第２シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_T1(k)を下記式（１３）に適用し、ＴＤＣ周期の第２シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_sum1を算出する。

ステップＳ３３では、離散化時刻ｋを「０」に戻す。

ステップＳ３４では、図５に示す運転状態判定処理を実行する。図５のステップＳ４１では、エンジン冷却水温ＴＷが所定水温ＴＷＨＣＣＩ（例えば８５℃）より高いか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときはエンジン回転数ＮＥ及びエンジンの要求トルクＴＲＱで決まる動作点が、図６（ｂ）にハッチングを付して示す所定領域ＲＳＩ内にあるか否かを判別する（ステップＳ４２）。要求トルクＴＲＱは、エンジン回転数ＮＥ及びアクセルペダル操作量ＡＰの応じて算出され、アクセルペダル操作量ＡＰが増加するほど要求トルクＴＲＱは増加する。図６（ｂ）に示す所定領域ＲＳＩは、上述した自着火可能な運転領域に相当する。所定領域ＲＳＩでは、燃焼室内の混合気の空燃比は理論空燃比よりリーン側に制御されるとともに、スロットル弁３はほぼ全開状態となるように制御される。所定領域ＲＳＩ以外に領域では、空燃比は理論空燃比となるように制御される。

ステップＳ４１及びＳ４２の答がともに肯定（ＹＥＳ）であるときは、自着火モードフラグＦＨＣＣＩを「１」に設定し（ステップＳ４３）、ステップＳ４１またはＳ４２の答が否定（ＮＯ）であるときは、自着火モードフラグＦＨＣＣＩを「０」に設定する（ステップＳ４４）。

図４に戻り、ステップＳ３５では、自着火モードフラグＦＨＣＣＩが「１」であるか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、すなわちエンジン運転状態が自着火可能な状態であるときは、最終シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_sumを、第１シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_sum0に設定する（ステップＳ３９）。エンジン運転状態が図６（ｂ）に示す所定領域ＲＳＩにあるときは、スロットル弁３がほぼ全開状態に制御されるため、吸入空気流量の変化は小さくなる。よって、遅れ補償を行っていない第１シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_sum0が採用される。

ステップＳ３５でＦＨＣＣＩ＝０であるときは、下記式（１４）により吸気圧変化量ΔＰＢＴを算出する（ステップＳ３６）。
ΔＰＢＴ＝ＰＢＡ(n)−ＰＢＡ(n-1) （１４）
ここで「ｎ」は本処理の実行周期（ＴＤＣパルス発生周期）で離散化した離散化時刻である。

ステップＳ３７では、吸気圧変化量ΔＰＢＴに応じて図６（ａ）に示すＣＧＡＩＲＣＹＬテーブルを検索し、切換係数ＣＧＡＩＲＣＹＬを算出する。ＣＧＡＩＲＣＹＬテーブルは、吸気圧変化量ΔＰＢＴが第１所定値ΔＰ１Ｍから第２所定値ΔＰ１Ｐまでの範囲内にあるとき、切換係数ＣＧＡＩＲＣＹＬが「０」となり、吸気圧変化量ΔＰＢＴが第３所定値ΔＰ２Ｍ以下であるとき、または第４所定値ΔＰ２Ｐ以上であるときは、切換係数ＣＧＡＩＲＣＹＬが「１」となり、吸気圧変化量ΔＰＢＴが第３所定値ΔＰ２Ｍより大きく第１所定値ΔＰ１Ｍより小さいときは、吸気圧変化量ΔＰＢＴが増加するほど切換係数ＣＧＡＩＲＣＹＬが減少し、吸気圧変化量ΔＰＢＴが第２所定値ΔＰ１Ｐより大きく第４所定値ΔＰ２Ｐより小さいときは、吸気圧変化量ΔＰＢＴが増加するほど切換係数ＣＧＡＩＲＣＹＬが増加するように設定されている。

なお、ＣＧＡＩＲＣＹＬテーブルは、図６（ａ）に示すように、切換係数ＣＧＡＩＲＣＹＬを「０」から「１」へまたはその逆に徐々に変化させることが望ましいが、図６（ｃ）に示すように設定してもよい。

ステップＳ３８では、下記式（１５）に第１及び第２シリンダ吸入空気流量Ｇaircyl_sum0及びＧaircyl_sum1、並びに切換係数ＣＧＡＩＲＣＹＬを適用し、最終シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_sumを算出する。
Ｇaircyl_sum＝（１−ＣＧＡＩＲＣＹＬ）×Ｇaircyl_sum0
＋ＣＧＡＩＲＣＹＬ×Ｇaircyl_sum1 （１５）

ステップＳ３６〜Ｓ３８により、吸気圧変化量ΔＰＢＴの絶対値が比較的小さく（ΔＰ１Ｍ≦ΔＰＢＴ≦ΔＰ１Ｐ）、エンジン運転状態が定常的な状態にあるときは、最終シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_sumは、エアフローセンサの検出遅れ補償が行われていない第１シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_sum0に設定される一方、吸気圧変化量ΔＰＢＴの絶対値が比較的大きく（ΔＰＢＴ≦ΔＰ２ＭまたはΔＰＢＴ≧ΔＰ２Ｐ）、過渡的な状態にあるときは、最終シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_sumは、検出遅れ補償が行われている第２シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_sum1に設定される。検出遅れの影響は、過渡状態において顕著に現れるので、切換係数ＣＧＡＩＲＣＹＬに応じて第１シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_sum0と第２シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_sum1を選択することにより、正確なシリンダ流入空気流量を得ることができる。その結果、燃料噴射量及び点火時期の制御精度を向上させることができる。

また過給機（コンプレッサ１０）の作動に起因する、エアフローセンサ１１の出力電圧ＶＡＦＭに脈動によって、シリンダ流入空気流量の精度が低下することを抑制することができる。

また図６に示す所定領域ＲＳＩではスロットル弁をほぼ全開として運転が行われるため、吸入空気流量の変化が比較的小さくなる。したがって、所定領域ＲＳＩでは、遅れ補償が行われていない第１シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_sum0を選択することにより、正確な流量を得ることができる。

さらに図３の処理では、エアフローセンサ１１の熱線（抵抗２１）で消費される電力ＷＡＦＭについて遅れ補償演算を実行することにより、遅れ補償電力ＷＡＦＭＨを算出し、遅れ補償電力ＷＡＦＭＨからスロットル弁通過空気流量Ｇairthを算出するようにしたので、従来の手法のように検出流量について遅れ補償を行う場合に比べて、より誤差の少ない遅れ補償を行い、正確なシリンダ流入空気流量を得ることができる。

図７は、本実施形態における遅れ補償の効果を説明するためのタイムチャートである。実線Ｌ１は、本実施形態の手法により遅れ補償されたスロットル弁通過空気流量を示し、破線Ｌ２は、従来手法により遅れ補償されたスロットル弁通過空気流量を示し、一点鎖線Ｌ３は、遅れ補償を行っていないスロットル弁通過空気流量を示す。従来手法では、空気流量が急激に減少する過程で過補償となってアンダーフローが発生している（図７のＡ部）が、本実施形態の手法では、このようなアンダーフローを防止することができる。

本実施形態では、エアフローセンサ１１が熱線式流量センサに相当し、ＥＣＵ５が、補償空気流量算出手段、無補償空気流量算出手段、充填空気流量算出手段、無補償気筒流入空気流量算出手段、補償気筒流入空気流量算出手段、切換係数算出手段、最終気筒流入空気量流量算出手段、運転状態判定手段、第１流量算出手段、及び第２流量算出手段を構成する。具体的には、図３のステップＳ２０及びＳ２１が補償空気流量算出手段に相当し、Ｓ１５が無補償空気流量算出手段に相当し、ステップＳ１７及びＳ１９が充填空気流量算出手段に相当し、図３のステップＳ１８及び図４のステップＳ３１が無補償気筒流入空気流量算出手段に相当し、図３のステップＳ２２及び図４のステップＳ３２が補償気筒流入空気流量算出手段に相当し、図４のステップＳ３６及びＳ３７が切換係数算出手段に相当し、ステップＳ３５，Ｓ３８，及びＳ３９が最終気筒流入空気流量算出手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図４に示すＴＤＣの処理に代えて図８のＴＤＣ処理を適用するようにしてもよい。図８の処理は、図４のステップＳ３６〜Ｓ３８を削除し、ステップＳ４０を追加したものである。ステップＳ４０では、最終シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_sumが、第２シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_sum1に設定される。したがって、図８の処理では、吸気圧変化量ΔＰＢＴに応じた選択は行われず、自着火モードフラグＦＨＣＣＩの値に応じて、第１シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_sum0または第２シリンダ流入空気流量Ｇaircyl_sum1が選択される。
また上述した実施形態では、エンジン１の所定運転領域ＲＳＩにおいて自着火燃焼可能な機関に本発明の適用した例を示したが、そのような自着火燃焼運転を行わない場合には、図４に示すＴＤＣ処理に代えて図９に示すＴＤＣ処理が適用される。図９は、図４のステップＳ３４，Ｓ３５，及びＳ３９を削除したものである。

また上述した実施形態では、燃料噴射弁を２個備えるエンジンに本発明を適用したが、吸気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁または燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁の何れか一方のみを備えたエンジンにも本発明を適用することができる。

また上述した実施形態では、吸気圧変化量ΔＰＢＴに基づいて過渡状態の判定を行うようにしたが、これに限るものではなく、例えばアクセルペダル操作量ＡＰの変化量や要求トルクＴＲＱの変化量、あるいは要求トルクＴＲＱとエンジンの実出力トルクとの偏差に基づいて判定を行うようにしてもよい。いずれの場合も、変化量または偏差が所定値以上であるときに、エンジン運転状態が過渡状態にあると判定される。

また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 エアフローセンサの構成を示す回路図である。 エアフローセンサ出力（ＶＡＦＭ）に応じて単位時間当たりのシリンダ流入空気量（Ｇaircyl_T0(k)，Ｇaircyl_T1(k)）を算出する処理のフローチャートである。 図３の処理で算出される単位時間当たりのシリンダ流入空気量（Ｇaircyl_T0(k)，Ｇaircyl_T1(k)）に応じて最終シリンダ流入空気流量（Ｇaircyl_sum）を算出する処理のフローチャートである。 図４の処理で実行される運転状態判定処理のフローチャートである。 図４または図５の処理で参照されるテーブル及びマップを示す図である。 本実施形態における遅れ補償の効果を説明するためのタイムチャートである。 図４の処理の変形例を示すフローチャートである。 図４の処理の他の変形例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 吸気管
５ 電子制御ユニット（補償空気流量算出手段、無補償空気流量算出手段、充填空気流量算出手段、無補償気筒流入空気流量算出手段、補償気筒流入空気流量算出手段、切換係数算出手段、最終気筒流入空気量流量算出手段、運転状態判定手段、第１流量算出手段、第２流量算出手段）
１１ エアフローセンサ（熱線式流量センサ）

Claims (3)

1. 内燃機関のスロットル弁の上流側に設けられ、前記機関の吸気管内の空気流量を検出する熱線式流量センサを備えた内燃機関の制御装置において、
   前記機関のスロットル弁下流側の吸気圧を検出する吸気圧センサと、
   前記空気流量が変化したときの前記流量センサの熱線の温度変化遅れの補償を前記熱線に供給する電力について行い、遅れ補償された電力に応じて補償空気流量を算出する補償空気流量算出手段と、
   前記遅れ補償を行わない電力に応じて無補償空気流量を算出する無補償空気流量算出手段と、
   前記吸気圧センサにより検出される吸気圧に基づいて前記吸気管のスロットル弁下流側に充填される空気量の変化量である充填空気流量を算出する充填空気流量算出手段と、
   前記無補償空気流量及び充填空気流量から前記機関の気筒内に流入する空気の流量である無補償気筒流入空気流量を算出する無補償気筒流入空気流量算出手段と、
   前記補償空気流量及び充填空気流量から前記機関の気筒内に流入する空気の流量である補償気筒流入空気流量を算出する補償気筒流入空気流量算出手段と、
   前記吸気圧の変化量に応じて「０」以上「１」以下の値に設定される切換係数を算出する切換係数算出手段と、
   前記無補償気筒流入空気流量及び補償気筒流入空気流量と、前記切換係数とを下記式に適用して、最終気筒流入空気流量を算出する最終気筒流入空気流量算出手段とを備え、
   最終気筒流入空気流量＝（１−切換係数）×無補償気筒流入空気流量
   ＋切換係数×補償気筒流入空気流量
   前記最終気筒流入空気流量算出手段により算出された最終気筒流入空気流量を前記機関の制御に適用し、
   前記切換係数算出手段は、前記吸気圧変化量が第１所定値以上でかつ第２所定値以下であるときは前記切換係数を「０」に設定し、前記吸気圧変化量が第３所定値以下であるときまたは第４所定値以上であるときは前記切換係数を「１」に設定し、前記吸気圧変化量が前記第３所定値より大きくかつ前記第１所定値より小さいときまたは前記第２所定値より大きくかつ前記第４所定値より小さいときは、前記吸気圧変化量の絶対値が増加するほど前記切換係数が増加するように算出し、前記第１から第４所定値は、下記の関係を満たすことを特徴とする内燃機関の制御装置：
   第３所定値＜第１所定値＜０＜第２所定値＜第４所定値。
2. 前記スロットル弁をほぼ全開状態とする所定運転状態を判定する運転状態判定手段をさらに備え、
   前記最終気筒流入空気流量算出手段は、前記所定運転状態では前記最終気筒流入空気流量を前記無補償気筒流入空気量に設定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. 前記所定運転状態は、前記機関の燃焼室内の混合気が自着火可能な運転状態であり、前記所定運転状態では前記混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に制御され、前記所定運転状態以外の運転状態では、前記混合気の空燃比が理論空燃比となるように制御されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。

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