JP4776698B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、各種センサの故障時に内燃機関の運転を継続させるためのフェールセーフ機能を有する内燃機関の制御装置に関する。

近年、運転者や車両側からの駆動力の要求値である内燃機関（以下、エンジン）の出力軸トルクをエンジン出力目標値として、エンジン制御量である空気量、燃料量及び点火時期を決定することにより、良好な走行性能を得る内燃機関の制御装置が提案されている。また、このような内燃機関の制御装置は、エンジン制御量のうち燃料量について、エンジ
ンの全運転域で変化する吸入空気流量を、エアフローセンサを介して順次検出し、この吸入空気流量に基づいて燃料量を、目標空燃比を考慮して演算し、その燃料量を用いた制御を行っている。

ここで、エンジンの制御量のうち、エンジン出力軸トルクに最も影響の大きい制御量が空気量であることが一般的に知られている。そして、例えば、特許文献１に示すような従来の内燃機関の制御装置は、空気量を比較的高精度に制御する。このような従来の内燃機関の制御装置は、エンジン目標トルクに対応した目標吸入空気量と、インマニ圧値から求めたスロットル前後の差圧とにより、目標スロットル有効開口面積を算出し、その算出した目標スロットル有効開口面積を達成するためのスロットル開度を設定する。

このように、目標吸入空気量を達成すべくスロットル開度を算出すると、大気圧や吸入空気温が変化した低圧や高温の環境下においても、良好に目標吸入空気量を達成することができる。そのため、高精度に空気量を制御するためのインマニ圧センサと、高精度に燃料量を制御するためのエアフローセンサの両方が併用されていることになる。

また、例えば、特許文献２，３に示すような内燃機関の制御装置は、エンジン制御用の各種センサの故障診断を行っており、いずれかのセンサについて故障であると診断した場合には、その故障したセンサについて代替手段を用いるためにフェールセーフモードに切換える。これらのものでは、吸入空気流量検出用のエアフローセンサが故障であると診断した場合には、エアフローセンサに代えて、インマニ圧や目標トルクやスロットル開度及びエンジン回転数を用いて、吸入空気流量を推定する。

ここで、自動車用エンジンにおいては、車両が高地走行して大気圧が低下したり、外気温が高くなって吸入空気温が上昇したりする場合には、空気密度が小さくなってエンジンに導入される実際の吸入空気量が少なくなる。そこで、大気圧や吸入空気温が常温・常圧環境下から変化し、低圧や高温の環境下となった場合でも、安定してエンジンの運転を制御する必要がある。そこで、例えば、特許文献４に示すような従来の内燃機関の制御装置では、エンジンに要求される出力と環境条件（吸気密度）とから最良燃費付近のエンジン回転数を決定し、その決定したエンジン回転数に対応する目標トルクをエンジンから発生させるように、スロットル開度を調整する。

特開平１１−２２９９０４号公報 特開２０００−３２０３８２号公報 特開平１１−１４１３８４号公報 特開２００８−１５７０７８号公報

ここで、特許文献１に示すような従来の内燃機関の制御装置は、インマニ圧センサ及びエアフローセンサのそれぞれの検出値を用いて、比較的高精度に目標吸入空気量の制御を行う。このため、両センサが故障した場合には、目標吸入空気量の精度が低下してしまい、目標吸入空気量に対する実際の吸入空気量との差が大きくなるという問題がある。

これに対して、特許文献２，３に示すような従来の内燃機関の制御装置では、インマニ圧センサ及びエアフローセンサの両センサが故障した場合に、エアフローセンサに代えて、インマニ圧や目標トルクやスロットル開度及びエンジン回転数を用いて、吸入空気流量を推定する。即ち、インマニ圧センサ及びエアフローセンサの代替手段として、フェールセーフモードとなることによって、吸入空気量の差は特許文献１に示すような従来の内燃機関の制御装置に比べて小さくなる。

しかしながら、特許文献２，３に示すような従来の内燃機関の制御装置では、低圧時や高温時の環境条件までは考慮されていないため、環境条件変化時、例えば、低圧（高地）でも常圧でも同じ目標スロットル開度となってしまう。

これに対して、特許文献４に示すような内燃機関の制御装置では、両センサの状態に関わらず、低圧時や高温時の環境条件が考慮された目標吸入空気量、つまり、目標スロットル開度を算出することが可能である。しかしながら、実際の吸入空気量に対してまで環境条件が考慮されていないため、例えば、低圧でも常圧でも実スロットル開度が同じ場合には、同じ推定吸入空気量（質量流量）となってしまう。

これらのような状況により、環境条件変化時、例えば、低圧では実際の吸入空気量は少なくなり、推定している吸入空気量は多くなることから、目標吸入空気量に対する実際の吸入空気量との差が大きくなる。従って、目標トルク演算値及び推定トルク演算値と、実発生トルクとの間の誤差が比較的大きくなることになり、特にアイドル領域においては、エンストに至るという問題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、吸入空気圧検出手段及び吸入空気流量検出手段の両方が故障した場合であっても、目標トルク指令値及び推定トルク演算値と実発生トルクとの間の誤差の拡大を抑えることができ、特にアイドル領域でのエンストの発生を回避することができる内燃機関の制御装置を得ることを目的とする。

この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸気路における吸入空気流量及び吸入空気圧と、スロットルバルブのスロットルポジションと、前記内燃機関の回転数とを含む運転制御用状態量を監視し、前記内燃機関の運転を制御するものであって、前記吸入空気流量を用いて前記内燃機関が実際に吸入する実吸入空気流量を算出し、その実吸入空気流量を用いて、前記内燃機関から生じるトルクの推定値である推定トルクを算出する推定トルク演算部（推定トルク演算系）と、前記内燃機関から生じさせるトルクの目標値である目標トルクを、前記推定トルク演算部によって算出された前記推定トルクを用いて算出し、その算出した目標トルクに対応する前記スロットルバルブの目標スロットル有効開口面積を、前記吸入空気流量と前記吸入空気圧と前記運転制御用状態量とを用いて算出する目標トルク演算部（目標トルク演算系）と、前記目標トルク演算部によって算出された前記目標スロットル有効開口面積に基づいて前記スロットルバルブの駆動を制御するスロットル開度制御部と、前記吸入空気流量を検出するための第１検出手段、及び前記吸入空気圧を検出するための第２検出手段のそれぞれについて故障診断を行う故障診断部とを備え、前記故障診断部によって前記第１検出手段及び前記第２検出手段の両方が故障判定された場合に、前記目標トルク演算部は、算出した前記目標トルクを、外気の空気密度に対応する環境補正量で補正し、その補正後の前記目標トルクを用いて、前記目標スロットル有効開口面積の代替値としての目標スロットル開度を算出し、前記スロットル開度制御部は、前記目標トルク演算部によって算出された前記目標スロットル開度に基づいて前記スロットルバルブの駆動を制御し、前記推定トルク演算部は、前記スロットルポジションと前記内燃機関の回転数とを用いて、前記実吸入空気流量の代替値としての推定吸入空気量を算出し、その算出した推定吸入空気量を前記環境補正量で補正し、その補正後の推定吸入空気量を用いて前記推定トルクを算出するものである。

この発明の内燃機関の制御装置は、第１検出手段及び第２検出手段の両方が故障判定された場合に、目標トルク演算系が目標スロットル開度の算出過程で環境補正量を用いて目標トルクを補正するとともに、推定トルク演算系が推定トルクの算出過程で推定吸入空気量を補正するので、環境補正量が外気の空気密度に対応していることから、目標吸入空気量に対する実際の吸入空気量の差が環境補正量を用いない場合に比べて小さくなり、目標トルク及び推定トルクと実トルクとの誤差の拡大を抑えることができ、特にアイドル領域でのエンストを回避することができる。

この発明の実施の形態１による内燃機関を示す構成図である。 図１のエンジンの制御系を示すブロック図である。 図２のＥＣＵの空気量制御に関する機能を具体的に示すブロック図である。 エアフローセンサのみが故障判定されている場合の図２のＥＣＵの空気量制御に関する機能を示すブロック図である。 エアフローセンサ及びインマニ圧センサの両方が故障判定されている場合の図２のＥＣＵの空気量制御に関する機能を示すブロック図である。 エアフローセンサ及びインマニ圧センサの両方が故障判定されている場合の図２のＥＣＵの環境補正量を用いた空気量制御に関する機能を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置の一部を示すブロック図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による内燃機関の吸気系を示す構成図である。
図１において、エンジン１のクランクには、その回転角に応じた電気信号を生成するためのクランク角センサ１１が取り付けられている。また、エンジン１の燃焼室の吸入口には、吸気路を形成する吸気管２が接続されている。

吸気管２の上流側（エンジン１の反対側）には、取り込んだ外気を浄化するためのエアクリーナ３が取り付けられている。吸気管２のエアクリーナ３の下流側（エンジン１側）には、吸入空気流量に応じた電気信号を生成する第１検出手段としてのエアフローセンサ１２と、吸入路内の吸入空気温度に応じた電気信号を生成する吸入空気温センサ（吸気温センサ）１３とが互いに一体又は別体に設けられている。なお、図１では、両センサ１２，１３が一体に構成された例を示す。

また、吸気管２のエアフローセンサ１２及び吸入空気温センサ１３の下流側には、エンジン１に送られる空気量を調整するためのスロットルバルブ４が設けられている。スロットルバルブ４には、そのスロットル開度に応じた電気信号を生成するスロットルポジションセンサ１４が接続されている。

さらに、吸気管２の吸気路のスロットルバルブ４の下流側には、吸気脈動を解消するためのサージタンク５が設けられている。サージタンク５には、サージタンク５内の空気圧に応じた電気信号を生成する第２検出手段としてのインマニ圧センサ１５が設けられている。また、サージタンク５には、排気ガスを再循環するためのＥＧＲバルブ６が接続されている。

図２は、図１のエンジン１の制御系を示すブロック図である。図２において、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）１００は、クランク角センサ１１、エアフローセンサ１２、吸入空気温センサ１３、スロットルポジションセンサ１４及びインマニ圧センサ１５のそれぞれによって生成された電気信号を受ける。

また、ＥＣＵ１００は、大気圧に応じた電気信号を生成する大気圧センサ１６と、これらのセンサ１１〜１６以外の各種センサとのそれぞれからも電気信号を受ける。この各種センサには、アクセル（図示せず）の操作量に応じた電気信号を生成するアクセルポジションセンサや、エンジン１の燃焼制御用のセンサや車両の挙動制御用のセンサ（例えば、車速センサ、水温センサ等）が含まれている。

さらに、ＥＣＵ１００は、センサ１１〜１６からの電気信号により、吸入空気流量、吸入空気温、吸入空気圧、スロットルポジション、エンジン１の回転数、及び大気圧を含む運転制御用状態量を監視する。また、ＥＣＵ１００は、主制御部１０１、目標トルク演算系（目標スロットル有効開口面積演算系）１０２、推定トルク演算系１０３、スロットル開度制御部１０４、故障診断部１０５及び環境補正量算出部１０６を有している。

主制御部１０１は、エンジン１の運転、及び車両の挙動を統括して制御する。また、主制御部１０１は、スロットルバルブ４の以外の各種アクチュエータ（エンジン１の燃焼制御用のアクチュエータや車両の挙動制御用のアクチュエータ）の駆動を制御する。なお、各種アクチュエータの一例としては、インジェクタや点火コイル（いずれも図示せず）やＥＧＲバルブ６等である。

目標トルク演算系１０２は、エンジン１に発生させる目標トルクに関する演算を行う。推定トルク演算系１０３は、エンジン１から発生した実トルクを推定するための演算、即ち推定トルクに関する演算を行う。スロットル開度制御部１０４は、目標トルク演算系１０２の演算結果に基づいて、スロットルバルブ４の開度を制御する。

故障診断部１０５は、各センサ１１〜１６や、それらのセンサ１１〜１６以外の各種センサについて故障診断を行う。なお、ＥＣＵ１００は、故障診断部１０５によって、いずれかのセンサについて故障判定がされると、その故障判定されたセンサについて代替手段を用いた制御（フェールセーフモードによる制御）を実行する。環境補正量算出部１０６は、外気の空気密度に対応する環境補正量を算出する。

ここで、ＥＣＵ１００は、演算処理部（ＣＰＵ）、記憶部（ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードディスク等）及び信号入出力部を持ったコンピュータ（図示せず）により構成することができる。ＥＣＵ１００のコンピュータの記憶部は、主制御部１０１、目標トルク演算系１０２、推定トルク演算系１０３、スロットル開度制御部１０４、故障診断部１０５及び環境補正量算出部１０６のそれぞれの機能（図３〜７に示す各手段を含む）を実現するためのプログラムを格納している。

次に、ＥＣＵ１００によるスロットルバルブ４の駆動制御について簡単に説明する。目標トルク演算系１０２は、入力された各種電気信号や推定トルク演算系１０３によって算出された推定トルクやアクセル操作量に基づいて、目標トルクを算出し、その算出した目標トルクを達成する目標吸入空気量を算出する。そして、目標トルク演算系１０２は、目標吸入空気量を達成する目標スロットル有効開口面積を算出し、その算出した目標スロットル有効開口面積をスロットル開度制御部１０４に送る。

スロットル開度制御部１０４は、目標トルク演算系１０２によって算出された目標スロットル有効開口面積を用いて、目標スロットル開度を算出する。そして、スロットル開度制御部１０４は、算出した目標スロットル開度を達成するように、スロットルバルブ４の開度を制御する。

なお、主制御部１０１は、スロットル開度制御部１０４によるスロットルバルブ４の開度制御と同時に、インジェクタや点火コイル（いずれも図示せず）やＥＧＲバルブ６を含む各種アクチュエータの駆動量や駆動タイミングを算出し、それらのアクチュエータの駆動を制御する。

次に、スロットル開度制御部１０４によるスロットルバルブ４を用いた空気量制御について、より具体的に説明する。ここでは、エアフローセンサ１２及びインマニ圧センサ１５がともに故障判定されていない場合（即ち正常判定されている場合）におけるスロットル開度制御部１０４の空気量制御について説明する。

図３は、図２のＥＣＵ１００の空気量制御に関する機能を具体的に示すブロック図である。図３において、目標トルク演算系１０２は、目標トルク算出手段１１１、目標充填効率算出手段１１２、目標吸入空気量算出手段１１３及び目標スロットル有効開口面積算出手段１１４を有している。推定トルク演算系１０３は、実充填効率算出手段（実吸入空気流量[ＣＣＡ]→実充填効率算出手段）１２１、推定平均有効圧（ＥＧＲ／ＶＶＴ補間）算出手段１２２、Ｐｉ／Ｅｃ（トルク／充填効率）変換係数算出手段１２３及び推定トルク算出手段１２４を有している。

目標トルク算出手段１１１は、推定トルク算出手段１２４からの推定トルクＴＲＱと、アクセル操作量と、エンジンメカロス（フリクションやポンピング等）とを入力情報として用いて、目標トルクＰｉ＊を算出する。ここで、Ｐｉ／Ｅｃ変換係数算出手段１２３は、実充填効率算出手段１２１によって算出された実充填効率Ｅｃと、推定平均有効圧算出手段１２２によって算出された推定平均有効圧Ｐｉとを用いて、下記の（１）式の演算を実行し、Ｐｉ／Ｅｃ変換係数を算出する。
Ｐｉ／Ｅｃ変換係数＝Ｐｉ／Ｅｃ ・・・（１）式

目標トルク算出手段１１１によって算出された目標トルクＰｉ＊は、乗算器（乗算処理手段）によって、Ｐｉ／Ｅｃ変換係数算出手段１２３からのＰｉ／Ｅｃ変換係数で補正される。そして、その補正後の目標トルクＰｉ＊は、目標充填効率算出手段１１２に送られる。目標充填効率算出手段１１２は、補正後の目標トルクＰｉ＊と、クランク角センサ１１の電気信号に基づくエンジン回転数Ｎｅとを用いて、下記の（２）式を実行し、目標充填効率Ｅｃ＊を算出する。
Ｅｃ＊＝ｆ１［Ｐｉ＊，Ｎｅ］・・・（２）式
但し、ｆ１は対応関数である。なお、この（２）式の演算は、予め登録された適合マップを用いて行われる。

そして、目標充填効率算出手段１１２は、算出した目標充填効率Ｅｃ＊を目標吸入空気量算出手段１１３に送る。目標吸入空気量算出手段１１３は、吸入空気温センサ１３からの電気信号に基づく吸入空気温ＡＴと、大気圧センサ１６からの電気信号に基づく大気圧ＢＰとを用いて、次の（３）式の演算を行い、空気密度補正係数γを算出する。
γ＝（ＢＰ／１０１．３）＊（２９８／（ＡＴ＋２７３））・・・（３）式

また、目標吸入空気量算出手段１１３は、算出した空気密度補正係数γと、目標充填効率算出手段１１２から受けた目標充填効率Ｅｃ＊と、クランク角センサ１１からの電気信号に基づくエンジン回転数Ｎｅとを用いて、目標吸入空気量Ｑａ＊を算出する。そして、目標吸入空気量算出手段１１３は、その算出した目標吸入空気量Ｑａ＊を目標スロットル有効開口面積算出手段１１４に送る。

目標スロットル有効開口面積算出手段１１４は、目標吸入空気量算出手段１１３からの目標吸入空気量Ｑａ＊と、吸入空気温センサ１３からの電気信号に基づく吸入空気温と、インマニ圧センサ１５からの電気信号に基づくインマニ圧と、大気圧センサ１６からの電気信号に基づく大気圧とを用いて、圧縮性流体力学の基礎物理式（エネルギー保存則、等エントロピ変化、音速の関係式など）からスロットルにおける流速や投影面積と流量の関係式の演算を実行し、目標スロットル有効開口面積ＣＳを算出する。そして、目標スロットル有効開口面積算出手段１１４は、算出した目標スロットル有効開口面積ＣＳをスロットル開度制御部１０４に送る。

スロットル開度制御部１０４は、目標スロットル有効開口面積算出手段１１４からの目標スロットル有効開口面積ＣＳを用いて、下記の（４）式に示す演算を実行し、目標スロットル開度θを算出する。そして、スロットル開度制御部１０４は、算出した目標スロットル開度θを用いて、スロットルバルブ４の開度がその目標スロットル開度θに一致するように電子的に制御する。
θ＝ｆ２［ＣＳ］・・・（４）式
但し、ｆ２は対応関数である。なお、この（４）式の演算は、予め登録された適合マップを用いて行われる。

実充填効率算出手段１２１は、エアフローセンサ１２からの電気信号に基づく一定サンプリング毎に測定された吸入空気流量に関するデータを平均化処理し、そのデータを用いて、実際のエンジン１（のシリンダ）が吸入する実吸入空気流量Ｑａを算出する。そして、実充填効率算出手段１２１は、次の（５）式に示すフィルタ処理を実行することによって、実吸入空気流量Ｑｃを算出する。つまり、実充填効率算出手段１２１は、吸入空気流量についてフィルタ処理を行う。
Ｑｃ＝ｆｉｌｔｅｒ１［Ｑａ，Ｑｃ（ｎ−１），ＫＣＣＡ］・・・（５）式
但し、ｆｉｌｔｅｒ１は、ＫＣＣＡをフィルタ係数とするフィルタ処理用の関数である。

実充填効率算出手段１２１は、算出した実吸入空気流量Ｑｃを用いて実充填効率Ｅｃを算出し、その算出した実充填効率Ｅｃを推定平均有効圧算出手段１２２に送る。推定平均有効圧算出手段１２２は、ＥＧＲ及びＶＶＴ（いずれも図示せず）を用いて下記の（６）式の補間処理を実行し、推定平均有効圧Ｐｉを算出する。推定平均有効圧算出手段１２２は、その算出した推定平均有効圧Ｐｉを推定トルク算出手段１２４に送る。
Ｐｉ＝
ｆ３［Ｅｃ，Ｎｅ］×Ｋｖｖｔ[Ｅｃ，Ｎｅ]×Ｋｅｇｒ[Ｅｃ，Ｎｅ]・・・（６）式
但し、ｆ３は対応関数、Ｋｖｖｔ及びＫｅｇｒは補正関数である。なお、この（６）式の演算は、予め登録された適合マップを用いて行われる。

推定トルク算出手段１２４は、推定平均有効圧算出手段１２２からの推定平均有効圧Ｐｉと、予め登録されているエンジン１の排気量とに基づいて、推定トルクＴＲＱを算出する。従って、ＥＣＵ１００は、目標トルク算出手段１１１によって算出される目標トルクＰｉ＊と、推定トルク算出手段１２４によって算出される推定トルクＴＲＱとの差分により、目標吸入空気量Ｑａ＊に対してフィードバック制御を行う。

次に、故障診断部１０５によって、エアフローセンサ１２のみが故障判定され、インマニ圧センサ１５が正常判定されている場合におけるＥＣＵ１００の空気量制御について説明する。図４は、エアフローセンサ１２のみが故障判定されている場合の図２のＥＣＵ１００の空気量制御に関する機能を示すブロック図である。

図４において、推定トルク演算系１０３は、図３に示す各手段１２１〜１２４に加えて、インマニ圧推定吸入空気量算出手段１２５をさらに有している。インマニ圧推定吸入空気量算出手段１２５は、インマニ圧センサ１５からの電気信号に基づくインマニ圧を一定サンプリング周期毎に取得して、その取得したデータを平均化処理し、平均インマニ圧値Ｐｅを算出する。

また、インマニ圧推定吸入空気量算出手段１２５は、算出した平均インマニ圧値Ｐｅと、吸入空気温センサ１３からの電気信号に基づく吸入空気温とを用いて、気体の状態方程式に基づく理論式（所定の物理式）について演算し、インマニ圧推定吸入空気量ＱａＰｅを算出する。そして、インマニ圧推定吸入空気量算出手段１２５は、算出したインマニ圧推定吸入空気量ＱａＰｅを実充填効率算出手段１２１に送る。

実充填効率算出手段１２１は、インマニ圧推定吸入空気量ＱａＰｅを用いて、下記の（７）式に示すフィルタ処理を実行して、実吸入空気流量Ｑｃを算出する。
Ｑｃ＝ｆｉｌｔｅｒ２［ＱａＰｅ，Ｑｃ（ｎ−１），ＫＣＣＡ］・・（７）式
但し、ｆｉｌｔｅｒ２は、ＫＣＣＡをフィルタ係数とするフィルタ処理用の関数である。

そして、実充填効率算出手段１２１は、算出した実吸入空気流量Ｑｃより実充填効率Ｅｃを算出して、その算出した実充填効率Ｅｃを推定平均有効圧算出手段１２２に送る。この後の処理については、図３に示す処理と同様である。従って、推定トルク演算系１０３は、エアフローセンサ１２が故障判定されている場合に、インマニ圧センサ１５を用いた代替処理を行うことによって、インマニ圧推定吸入空気量ＱａＰｅを算出する。

次に、故障診断部１０５によって、エアフローセンサ１２及びインマニ圧センサ１５の両方が故障判定されている場合（以下、「α−Ｎｅモード時」とする）におけるＥＣＵ１００の空気量制御について説明する。また、ここでは、外気の空気密度を考慮していない場合（即ち、環境補正量を用いていない場合）の空気量制御について説明する。図５は、エアフローセンサ１２及びインマニ圧センサ１５の両方が故障判定されている場合の図２のＥＣＵ１００の空気量制御に関する機能を示すブロック図である。

図５において、目標トルク演算系１０２は、目標スロットル開度算出手段（対応表による目標スロットル開度算出手段）１１５をさらに有している。エアフローセンサ１２及びインマニ圧センサ１５の両方が故障判定されている場合には、目標トルク演算系１０２は、図３，４に示す各手段１１２〜１１４に代えて、目標スロットル開度算出手段１１５を空気量制御に用いる。

推定トルク演算系１０３は、推定吸入空気量算出手段（対応表による推定吸入空気量算出手段）１２６及び推定充填効率算出手段１２７をさらに有している。エアフローセンサ１２及びインマニ圧センサ１５の両方が故障判定されている場合には、推定トルク演算系１０３は、図３，４に示す各手段１２１，１２５に代えて、推定吸入空気量算出手段１２６及び推定充填効率算出手段１２７を空気量制御に用いる。

目標スロットル開度算出手段１１５は、目標トルク算出手段１１１から受けた目標トルクＰｉ＊と、クランク角センサ１１からの電気信号に基づくエンジン回転数Ｎｅとを用いて、下記の（８）式に示す演算を行い、α−Ｎｅモード時の目標スロットル開度θＰｉを算出する。
θＰｉ＝ｆ４［Ｐｉ＊，Ｎｅ］・・・（８）式
但し、ｆ４は対応関数である。なお、この（８）式の演算は、予め登録された適合マップを用いて行われる。

そして、目標スロットル開度算出手段１１５は、算出した目標スロットル開度θＰｉをスロットル開度制御部１０４に送る。スロットル開度制御部１０４は、目標スロットル開度算出手段１１５からのα−Ｎｅモード時の目標スロットル開度θＰｉに一致するように、スロットルバルブ４の開度を電子的に制御する。

推定吸入空気量算出手段１２６は、スロットルポジションセンサ１４からの電気信号に基づいて一定サンプリング毎に取得した実スロットル開度θＲと、クランク角センサ１１からの電気信号に基づくエンジン回転数Ｎｅとを用いて、下記の（９）式の演算処理を行い、推定吸入空気量Ｑａθを算出する。そして、推定吸入空気量算出手段１２６は、推定吸入空気量Ｑａθを推定充填効率算出手段１２７に送る。
Ｑａθ＝ｆ５［θＲ，Ｎｅ］・・・（９）式
但し、ｆ５は対応関数である。なお、この（９）式の演算は、予め登録された適合マップを用いて行われる。

推定充填効率算出手段１２７は、推定吸入空気量算出手段１２６から受けた推定吸入空気量Ｑａθを用いて、下記の（１０）式のＣＣＡフィルタ処理を実行し、実吸入空気流量Ｑｃを算出する。そして、推定充填効率算出手段１２７は、算出した実吸入空気流量Ｑｃを用いて実充填効率Ｅｃを算出し、その算出した実充填効率Ｅｃを推定平均有効圧算出手段１２２に送る。この後の処理については、図３に示す処理と同様である。
Ｑｃ＝ｆｉｌｔｅｒ３［Ｑａθ，Ｑｃ（ｎ−１），ＫＣＣＡ］・・・（１０）式
但し、ｆｉｌｔｅｒ３は、ＫＣＣＡをフィルタ係数とするフィルタ処理用の関数である。

従って、目標トルク演算系１０２は、エアフローセンサ１２及びインマニ圧センサ１５の両方が故障判定されている場合には、クランク角センサ１１からの電気信号に基づくエンジン回転数Ｎｅを用いた代替処理を行うことによって、目標スロットル有効開口面積ＣＳの代替値として、目標スロットル開度θＰｉを算出する。

また、推定トルク演算系１０３は、エアフローセンサ１２及びインマニ圧センサ１５の両方が故障判定されている場合には、スロットルポジションセンサ１４からの電気信号に基づく実スロットル開度θＲと、クランク角センサ１１からの電気信号に基づくエンジン回転数Ｎｅとを用いた代替処理を行うことによって、エアフローセンサ１２の電気信号に基づく実吸入空気流量Ｑａの代替値として、推定吸入空気量Ｑａθを算出する。

次に、図５に示す代替処理を用いた空気量制御の問題点について説明する。図５の目標スロットル開度算出手段１１５は、目標トルクＰｉ＊とエンジン回転数Ｎｅとを用いて、前記の（８）式の演算処理によりα−Ｎｅモード時の目標スロットル開度θＰｉを算出し、また、図５の推定吸入空気量算出手段１２６は、実スロットル開度θＲとエンジン回転数Ｎｅとを用いて、前記の（９）式の演算処理により推定吸入空気量Ｑａθを算出する。そして、推定充填効率算出手段１２７が、推定吸入空気量Ｑａθを用いて実吸入空気流量Ｑｃを算出し、その算出した実吸入空気流量Ｑｃを用いて実充填効率Ｅｃを算出する。

このような演算処理の場合、例えば高地のような低圧環境下においては、普段生活する常圧環境下に比べ気圧が低いため、常圧環境下に比べて、実際の吸入空気量が少なくなってしまう。また、外気温が常温よりも高い環境下においては、常温環境下に比べて、吸入空気温が高く、空気密度が低下することにより、実際の吸入空気量が少なくなってしまう。

ここで、図５に示す代替処理を用いたものでは、目標トルクＰｉ＊をある一定値とすると、例えば、低圧や常圧などの環境条件が変化した際に、その環境条件の変化が考慮されないため、低圧環境下でも常圧環境下でも同じ目標スロットル開度θＰｉを算出してしまう。また、図５に示す代替処理を用いたものでは、実スロットル開度θＲをある一定値とすると、低圧や常圧などの環境条件が変化した際に、その環境条件の変化が考慮されないため、高温環境下でも常温環境下でも同じ推定吸入空気量Ｑａθを算出してしまう。

従って、図５に示す代替処理を用いたものでは、低圧や高温などの環境条件では推定吸入空気量よりも実際の吸入空気量が少なくなるという現象が発生する。このため、算出される目標トルク及び推定トルクのそれぞれと、実際に発生するトルクとの間の誤差が比較的大きくなってしまい、アイドル領域では、エンストに至る可能性がある。

次に、このような問題を解決するためのＥＣＵ１００の機能について説明する。図６は、エアフローセンサ１２及びインマニ圧センサ１５の両方が故障判定されている場合の図２のＥＣＵ１００の環境補正量を用いた空気量制御に関する機能を示すブロック図である。図６において、エアフローセンサ１２及びインマニ圧センサ１５の両方が故障判定されている場合に、目標トルク演算系１０２及び推定トルク演算系１０３は、空気量制御に際して、環境補正量算出部１０６からの環境補正量を用いる。

環境補正量算出部１０６は、吸入空気温センサ１３からの電気信号に基づく吸入空気温ＡＴ、大気圧センサ１６からの電気信号に基づく大気圧ＢＰを用いて、先の（３）式の演算を行い、空気密度補正係数γを算出する。環境補正量算出部１０６は、算出した空気密度補正係数γを環境補正係数Ｋとする。この環境補正係数Ｋは、空気密度補正係数γであることから、先の（３）式に示すように、大気圧ＢＰ及び吸入空気温ＡＴによって変動するため、外気の空気密度に対応する係数となっている。

ここで、図３に示すＰｉ／Ｅｃ変換係数算出手段１２３におけるトルクと充填効率との関係から、制御全域ではないものの、目標トルクＰｉ＊と目標充填効率Ｅｃ＊は比例関係にあるものと考えることができる。このため、次の（１１）式に基づいて、目標トルクＰｉ＊と目標充填効率Ｅｃ＊とを置き換えることができ、目標体積効率Ｅｖを算出することができる。そして、空気密度補正係数γによる環境補正係数Ｋを用いることによって、目標トルクＰｉ＊及び推定トルクＴＲＱについて、低圧や高温などの環境変化を考慮した補正が可能となる。
Ｐｉ＊／γ ∝ Ｅｃ＊／γ（＝Ｅｖ：目標体積効率） ・・・（１１）式

また、環境補正量算出部１０６は、算出した環境補正係数Ｋを演算ゲインＧで補正し、その補正後の環境補正係数Ｋを環境補正量とする。ここで、演算ゲインＧは、吸入空気温ＡＴ及び大気圧ＢＰ以外の変化要因（例えば、水温等）に対して環境補正量を補正するための補正値である。環境補正量算出部１０６は、例えば、水温センサ（図示せず）を介して監視している水温に対応する演算ゲインＧを、予め登録された適合マップを用いて選択し、その選択した演算ゲインＧで環境補正係数Ｋを補正する。また、演算ゲインＧは、例えば、０〜２程度の範囲の値である。

次に、環境補正量を用いた場合のＥＣＵ１００の空気量制御について簡単に説明する。目標トルク演算系１０２において、目標トルク算出手段１１１によって算出された目標トルクＰｉ＊は、除算器（除算処理手段）によって、環境補正量算出部１０６からの環境補正量で補正される。そして、その補正後の目標トルクＰｉ＊は、目標スロットル開度算出手段１１５に送られる。この後の処理については、図３又は図５に示す処理と同様である。

また、推定トルク演算系１０３において、推定吸入空気量算出手段１２６によって算出された推定吸入空気量Ｑａθは、乗算器（乗算処理手段）によって、環境補正量算出部１０６からの環境補正量で補正される。そして、その補正後の推定吸入空気量Ｑａθは、推定充填効率算出手段１２７に送られる。この後の処理については、図３又は図５に示す処理と同様である。

上記のような内燃機関の制御装置では、故障診断部１０５によってエアフローセンサ１２及びインマニ圧センサ１５の両方が同時に故障判定された場合に、目標トルク演算系１０２が、目標スロットル開度の算出過程で、環境補正量を用いて目標トルクＰｉ＊を補正する。これとともに、推定トルク演算系１０３が、推定トルクの算出過程で、環境補正量を用いて推定吸入空気量Ｑａθを補正する。これにより、環境補正量が外気の空気密度に対応していることから、目標吸入空気量に対する実際の吸入空気量の差が、環境補正量を用いない場合に比べて小さくなる。従って、目標トルク及び推定トルクと実トルクとの誤差の拡大を抑えることができ、特にアイドル領域でのエンストを回避することができる。つまり、故障診断部１０５によってエアフローセンサ１２及びインマニ圧センサ１５の両方が同時に故障判定された場合であっても、トルク制御の精度の低下を抑えることができる。

また、環境補正量算出部１０６が、環境補正係数Ｋを演算ゲインＧで補正して環境補正量を算出する。これにより、外気の空気密度以外の環境変化についても、空気量制御を対応させることができ、トルク制御の精度をより向上させることができる。

なお、実施の形態１では、環境補正量算出部１０６が環境補正係数Ｋを演算ゲインＧで補正して環境補正量とした。しかしながら、この例に限定するものではなく、演算ゲインＧを省略して、環境補正係数Ｋを環境補正量としてもよい。

次に、実施の形態１の環境補正係数Ｋを、空気密度補正係数γに代えて、大気圧と所定の適合マップとを用いて算出する場合の例について説明する。この例での環境補正量算出部１０６は、大気圧ＢＰと大気圧対応補正値Ｍｂｐとが互いに関連付けられた適合マップを予め記憶している。また、環境補正量算出部１０６は、大気圧センサ１６からの電気信号に基づく大気圧ＢＰを用いて、次の（１２）式に示す演算を行うことによって、大気圧対応補正値Ｍｂｐを算出する。
Ｍｂｐ＝ｆ６（ＢＰ）・・・（１２）式
但し、ｆ６は対応関数である。

そして、環境補正量算出部１０６は、算出した大気圧対応補正値Ｍｂｐを環境補正係数Ｋとし、その環境補正係数Ｋを演算ゲインＧで補正して、環境補正量を算出する。又は、環境補正量算出部１０６は、算出した大気圧対応補正値Ｍｂｐを環境補正量とする（演算ゲインＧでの補正を省略）。

この場合の例では、環境補正係数Ｋを大気圧と所定の適合マップとを用いて算出する場合でも、空気密度補正係数γを環境補正係数Ｋとする場合と同様の効果を得ることができる。また、空気密度補正係数γの算出過程においては吸入空気温ＡＴ及び大気圧ＢＰが用いられたが、大気圧対応補正値Ｍｂｐの算出過程においては大気圧ＢＰのみが用いられるため、処理を簡素化することができる。

次に、実施の形態１の環境補正量を、空気密度補正係数γに基づく環境補正係数Ｋに代えて、所定の固定値とした場合の例について説明する。この例での目標トルク演算系１０２及び推定トルク演算系１０３は、所定の固定値として定数Ｃを予め記憶している。この定数Ｃは、低圧及び高温の少なくともいずれか一方の環境下において、エンジン１のアイドル状態を維持するための最低限の値であり、事前に測定され設定された最適値である。なお、この場合の例では、先に説明した環境補正量算出部１０６を省略可能となる。

この場合の例では、環境補正量を定数Ｃとした場合であっても、環境補正量を空気密度補正係数γに基づく環境補正係数Ｋとする場合と同様の効果を得ることができる。また、環境補正量の算出処理が不要となることにより、処理をより簡素化することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、故障診断部１０５によってエアフローセンサ１２及びインマニ圧センサ１５の両方が同時に故障判定された場合に、推定トルク演算系１０３が環境補正量を用いて推定吸入空気量Ｑａθを補正した。これに対して、実施の形態２では、故障診断部１０５によってエアフローセンサ１２及びインマニ圧センサ１５の両方が同時に故障判定された場合に、推定トルク演算系２０３が、推定トルクの算出過程で目標吸入空気量Ｑａ＊を実吸入空気流量Ｑａに代入して用いる。

図７は、この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置の一部を示すブロック図である。なお、図７は、エアフローセンサ１２及びインマニ圧センサ１５の両方が故障判定されている場合のＥＣＵ１００の空気量制御に関する機能を示す。また、実施の形態２の目標トルク演算系１０２の目標スロットル有効開口面積算出手段１１４以外の処理と、スロットル開度制御部１０４の処理とは、実施の形態１の図３の処理と同様である。

図７において、実施の形態２の推定トルク演算系２０３は、実充填効率算出手段２２１、推定平均有効圧算出手段２２２、Ｐｉ／Ｅｃ変換係数算出手段２２３及び推定トルク算出手段２２４を有している。実充填効率算出手段２２１は、目標吸入空気量算出手段１１３によって算出された目標吸入空気量Ｑａ＊をそのまま実吸入空気流量Ｑａに代入して、前記の（５）式のフィルタ処理を行い、実吸入空気流量Ｑｃを算出する。そして、実充填効率算出手段２２１は、算出した実吸入空気流量Ｑｃを用いて実充填効率Ｅｃを算出し、その算出した実充填効率Ｅｃを推定平均有効圧算出手段２２２に送る。

推定平均有効圧算出手段２２２は、実充填効率算出手段２２１からの実充填効率Ｅｃと、クランク角センサ１１からの電気信号に基づくエンジン回転数Ｎｅとを用いて、下記の（１３）式の演算を行い、推定平均有効圧Ｐｉを算出する。
Ｐｉ＝ｆ７［Ｅｃ，Ｎｅ］・・・（１３）式
但し、ｆ７は対応関数である。なお、この（１３）式の演算は、予め登録された適合マップを用いて行われる。

そして、推定平均有効圧算出手段２２２は、算出した推定平均有効圧ＰｉをＰｉ／Ｅｃ変換係数算出手段２２３及び推定トルク算出手段２２４に送る。なお、Ｐｉ／Ｅｃ変換係数算出手段２２３及び推定トルク算出手段２２４の処理は、それぞれ実施の形態１のＰｉ／Ｅｃ変換係数算出手段１２３及び推定トルク算出手段１２４の処理と同様である。

ここで、目標トルク演算系１０２による目標吸入空気量Ｑａ＊の算出過程には、実施の形態１（図３，４の処理）と同様に、空気密度補正係数γが用いられている。これにより、目標吸入空気量Ｑａ＊は、大気圧ＢＰ及び吸入空気温ＡＴ、即ち外気の空気密度が考慮された値になっている。そして、推定トルク演算系２０３は、目標吸入空気量Ｑａ＊を実吸入空気流量Ｑａに代入するので、実吸入空気流量Ｑａを用いて算出される推定トルクについても、外気の空気密度が考慮されたものとなる。

実施の形態２の目標スロットル有効開口面積算出手段１１４は、インマニ圧センサ１５故障時には、スロットルポジションセンサ１４からの電気信号に基づくスロットル開度と、クランク角センサ１１からの電気信号に基づくエンジン回転数Ｎｅとからインマニ圧推定値を算出する。

そして、目標スロットル有効開口面積算出手段１１４は、目標スロットル有効開口面積ＣＳの算出過程において、インマニ圧センサ１５からの電気信号に基づくインマニ圧に代えて、算出したインマニ圧推定値を用いる。この結果、インマニ圧センサ１５の故障による影響は軽微となる。なお、目標スロットル有効開口面積算出手段１１４の他の処理ついては、図３，４に示す実施の形態１の目標スロットル有効開口面積算出手段１１４の処理と同様である。

上記のような内燃機関の制御装置では、エアフローセンサ１２及びインマニ圧センサ１５の両方が故障判定された場合に、推定トルク演算系２０３が、推定トルクの算出過程で目標吸入空気量Ｑａ＊を実吸入空気流量Ｑａに代入して用いる。即ち、目標吸入空気量Ｑａ＊を実吸入空気流量Ｑａに代入することで、推定トルク演算系２０３における推定トルクについての演算処理が外気の空気密度を考慮したものとなる。このような処理であっても、推定トルクの算出精度が向上することにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、実施の形態１、２は、吸入空気温センサ１３からの電気信号に基づいてＥＣＵ１００が吸入空気温を監視した。しかしながら、この例に限定するものではなく、吸入空気温センサ１３に代えて、他のセンサからの電気信号に基づいて吸気温を推定する手段を用いて、ＥＣＵ１００が大気圧を間接的に監視してもよい。

また、実施の形態１，２では、大気圧センサ１６からの電気信号に基づいてＥＣＵ１００が大気圧を監視した。しかしながら、この例に限定するものではなく、大気圧センサ１６に代えて、他のセンサからの電気信号に基づいて大気圧を推定する手段を用いて、ＥＣＵ１００が大気圧を間接的に監視してもよい。

１ エンジン（内燃機関）、２ 吸気管、４ スロットルバルブ、１１ クランク角センサ、１２ エアフローセンサ（第１検出手段）、１３ 吸入空気温センサ、１４ スロットルポジションセンサ、１５ インマニ圧センサ（第２検出手段）、１６ 大気圧センサ、１０２ 目標トルク演算系、１０３，２０３ 推定トルク演算系、１０４ スロットル開度制御部、１０５ 故障診断部、１０６ 環境補正量算出部。

Claims (6)

1. 内燃機関の吸気路における吸入空気流量及び吸入空気圧と、スロットルバルブのスロットルポジションと、前記内燃機関の回転数とを含む運転制御用状態量を監視し、前記内燃機関の運転を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記吸入空気流量を用いて前記内燃機関が実際に吸入する実吸入空気流量を算出し、その実吸入空気流量を用いて、前記内燃機関から生じるトルクの推定値である推定トルクを算出する推定トルク演算部と、
   前記内燃機関から生じさせるトルクの目標値である目標トルクを、前記推定トルク演算部によって算出された前記推定トルクを用いて算出し、その算出した目標トルクに対応する前記スロットルバルブの目標スロットル有効開口面積を、前記吸入空気流量と前記吸入空気圧と前記運転制御用状態量とを用いて算出する目標トルク演算部と、
   前記目標トルク演算部によって算出された前記目標スロットル有効開口面積に基づいて前記スロットルバルブの駆動を制御するスロットル開度制御部と、
   前記吸入空気流量を検出するための第１検出手段、及び前記吸入空気圧を検出するための第２検出手段のそれぞれについて故障診断を行う故障診断部と
   を備え、
   前記故障診断部によって前記第１検出手段及び前記第２検出手段の両方が故障判定された場合に、
   前記目標トルク演算部は、算出した前記目標トルクを、外気の空気密度に対応する環境補正量で補正し、その補正後の前記目標トルクを用いて、前記目標スロットル有効開口面積の代替値としての目標スロットル開度を算出し、
   前記スロットル開度制御部は、前記目標トルク演算部によって算出された前記目標スロットル開度に基づいて前記スロットルバルブの駆動を制御し、
   前記推定トルク演算部は、前記スロットルポジションと前記内燃機関の回転数とを用いて、前記実吸入空気流量の代替値としての推定吸入空気量を算出し、その算出した推定吸入空気量を前記環境補正量で補正し、その補正後の推定吸入空気量を用いて前記推定トルクを算出する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記運転制御用状態量は、前記吸気路における吸入空気温と、大気圧とをさらに含み、
   前記大気圧及び前記吸入空気温を用いて空気密度補正係数を算出し、その算出した空気密度補正係数を、前記環境補正量として前記目標トルク演算部及び前記推定トルク演算部に送る環境補正量算出部
   をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記運転制御用状態量は、大気圧をさらに含み、
   前記大気圧と、前記大気圧に対応する所定の適合マップとを用いて前記環境補正量を算出し、その算出した環境補正量を前記目標トルク演算部及び前記推定トルク演算部に送る環境補正量算出部
   をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記環境補正量算出部は、算出した前記環境補正量を、外気の変化要因以外の変化要因に対応して予め設定された演算ゲインを用いて補正する
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記目標トルク演算部及び前記推定トルク演算部は、前記環境補正量として、所定の固定値を用いる
   ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
6. 内燃機関の吸気路における吸入空気流量、吸入空気温及び吸入空気圧と、スロットルバルブのスロットルポジションと、前記内燃機関の回転数と、大気圧とを含む運転制御用状態量を監視し、前記内燃機関の運転を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記吸入空気流量を用いて前記内燃機関が実際に吸入する実吸入空気流量を算出し、その実吸入空気流量を用いて、前記内燃機関から生じるトルクの推定値である推定トルクを算出する推定トルク演算部と、
   前記内燃機関から生じさせるトルクの目標値である目標トルクを、前記推定トルク演算部によって算出された前記推定トルクを用いて算出し、前記大気圧及び前記吸入空気温を用いて空気密度補正係数を算出し、算出した前記目標トルク及び前記空気密度補正係数と前記内燃機関の回転数と前記吸入空気温と前記大気圧とを用いて目標吸入空気量を算出し、その算出した目標吸入空気量と前記吸入空気圧とを用いて前記スロットルバルブの目標スロットル有効開口面積を算出する目標トルク演算部と、
   前記目標トルク演算部によって算出された前記目標スロットル有効開口面積に基づいて前記スロットルバルブの駆動を制御するスロットル開度制御部と、
   前記吸入空気流量を検出するための第１検出手段、及び前記吸入空気圧を検出するための第２検出手段のそれぞれについて故障診断を行う故障診断部と
   を備え、
   前記目標トルク演算部は、前記故障診断部によって前記第１検出手段及び前記第２検出手段のうちの少なくとも前記第２検出手段が故障判定された場合に、前記スロットルポジションに基づくスロットル開度と前記内燃機関の回転数とを用いて推定吸入空気圧を算出し、前記推定吸入空気圧を前記吸入空気圧として代入して前記目標スロットル有効開口面積を算出し、
   前記推定トルク演算部は、前記故障診断部によって前記第１検出手段及び前記第２検出手段の両方が故障判定された場合に、前記目標トルク演算部により算出された前記目標吸入空気量を前記吸入空気流量として代入して前記実吸入空気流量を算出する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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