JP5031720B2 - 内燃機関のスロットル開口面積学習装置および方法および燃料制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のスロットル開口面積学習装置および方法および燃料制御装置に関する。

内燃機関の吸気制御装置として、吸入空気量に基づいてスロットル絞り弁の開口面積を求め、吸気管内の圧力が目標圧力となるようにスロットル開口面積の補正値を加えてスロットル開口面積をフィードバック補正し、スロットル絞り弁の初期状態の弁開度と開口面積の関係と、カーボン付着状態での弁開度と開口面積の関係の両関係から、スロットル絞り弁に付着したカーボン堆積量を推定するものがある（例えば、特許文献１）。

特開平２００８−１７５１４１号公報

上述の内燃機関の吸気制御装置は、スロットル絞り弁に付着したカーボン堆積量を推定し、弁開度に対するスロットル開口面積の経時変化を知ることはできるが、スロットル開度センサの取付誤差、スロットル絞り弁の製品個体誤差等によるスロットル開口面積誤差を補償することはできない。

特に、スロットル前後圧が大きくなる過給器を具備した内燃機関では、スロットル開口面積誤差によって機関燃焼室に流入する空気量が変動する割合が大きいから、スロットル開口面積に誤差があると、それによる空燃比のばらつきが大きく、特に、過渡運転時の空燃比を所望の空燃比に保つことが難しくなる。

本発明が解決しようとする課題は、カーボン付着も含めスロットル開度センサ取付誤差、スロットル絞り弁の製品個体誤差等によるスロットル開口面積誤差を適切に補償し、機関燃焼室に流入する空気量の計算精度を向上させ、特に、過給器を具備した内燃機関の過渡時の空燃比を所望の空燃比に保つことができるようにすることである。

本発明による内燃機関のスロットル開口面積学習装置は、大気圧を検出する大気圧検出手段と、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル絞り弁より上流側の吸気圧を推定する上流側吸気圧推定手段と、前記スロットル絞り弁の開度を検出するスロットル開度検出手段と、前記上流側吸気圧推定手段が推定した上流側吸気圧と前記大気圧検出手段によって検出された大気圧との差分に基づき前記スロットル絞り弁の開口面積学習加算値を得るスロットル開口面積学習加算値取得手段と、前記スロットル開度検出手段より検出されたスロットル開度より決まるスロットル開口面積を前記スロットル開口面積学習加算値取得手段によって取得した開口面積学習加算値に基づいて補正するスロットル開口面積補正手段とを有する。

本発明による内燃機関のスロットル開口面積学習装置は、好ましくは、前記大気圧検出手段が、大気圧を計測する大気圧センサと、所定の内燃機関運転領域での吸気管圧力から大気圧を推定する大気圧推定手段とを含み、前記大気圧センサの出力と前記大気圧推定手段の出力の何れか一方を選択する。

本発明による内燃機関のスロットル開口面積学習装置は、好ましくは、更に、吸気通路入口部分において吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、前記スロットル絞り弁を通過するスロットル通過空気量を演算するスロットル通過空気量計算手段とを有し、前記上流側吸気圧推定手段は、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量と前記スロットル通過空気量計算手段により演算されたスロットル通過空気量との差分によりスロットル上流側の圧力勾配を算出し、前記圧力勾配に基づいて前記スロットル絞り弁より上流側の吸気圧を推定する。

本発明による内燃機関のスロットル開口面積学習装置は、好ましくは、更に、前記スロットル絞り弁より下流側の吸気圧を推定する下流側吸気圧推定手段を有し、前記スロットル通過空気量計算手段は、前記上流側吸気圧推定手段が推定した上流側吸気圧と前記下流側吸気圧推定手段が推定した下流側吸気圧との差圧と、補正された前記スロットル開口面積より前記スロットル通過空気量を演算する。

本発明による内燃機関のスロットル開口面積学習装置は、好ましくは、更に、内燃機関の燃焼室に流入する空気量を演算するシリンダ流入空気量演算手段を有し、前記下流側吸気圧推定手段は、前記スロットル通過空気量と前記シリンダ流入空気量演算手段によって演算されたシリンダ流入空気量との差分によりスロットル下流側の圧力勾配を求め、当該圧力勾配に基づいて前記スロットル絞り弁より下流側の吸気圧を推定する。

本発明による内燃機関のスロットル開口面積学習装置は、好ましくは、前記スロットル開口面積学習加算値取得手段が、前記上流側吸気圧と前記大気圧との差分に応じた開口面積学習加算値を記憶したデータテーブルを含み、当該データテーブルより前記上流側吸気圧と前記大気圧との差分に適合する開口面積学習加算値を検索取得する。

本発明による内燃機関のスロットル開口面積学習装置は、好ましくは、前記スロットル開口面積補正手段が、内燃機関がアイドル状態であること、スロットル開度が安定していること、内燃機関の回転数が所定回転数範囲内にあること、内燃機関の負荷が所定範囲内であることの一つあるいは少なくとも二つ以上の条件の組合せを起動条件としている。

本発明による内燃機関のスロットル開口面積学習装置は、好ましくは、前記スロットル開口面積補正手段が、前記上流側吸気圧と前記大気圧との差分が所定値以下となった時に補正を終了する。

本発明による内燃機関の燃料制御装置は、上述の発明による内燃機関のスロットル開口面積学習装置によって補正されたスロットル開口面積に基づいて演算されたシリンダ流入空気量を用いて内燃機関に供給する燃料量を演算する基本燃料計算手段を有する。

本発明による内燃機関のスロットル開口面積学習方法は、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル絞り弁より上流側の吸気圧を推定し、推定された上流側吸気圧と大気圧との差分に基づきスロットル絞り弁の開口面積学習加算値を取得し、スロットル絞り弁の開度より検出したスロットル開口面積を前記開口面積学習加算値を用いて補正する。

本発明による内燃機関のスロットル開口面積学習装置によれば、上流側吸気圧と大気圧との差分に基づいてスロットル絞り弁の開口面積学習加算値を取得し、スロットル開度検出手段より検出されたスロットル開度より決まるスロットル開口面積を得した開口面積学習加算値に基づいて補正するから、カーボン付着も含めスロットル開度センサ取付誤差、スロットル絞り弁の製品個体誤差等によるスロットル開口面積誤差が適切に補償される。これにより、スロットル開口面積に基づいた機関燃焼室に流入する空気量の計算精度を向上させることができる。

図１は、本発明によるスロットル開口面積学習方法を実施する内燃機関の一つの実施形態を示している。
内燃機関（以下、エンジンと云う)３００は、シリンダボア３０１に往復動可能に設けられて燃焼室３０２を画定するピストン３０３と、吸気ポート３０４と、吸気ポート３０４を開閉する吸気バルブ３０５と、排気ポート３０６と、排気ポート３０６を開閉する排気バルブ３０７とを有する。

エンジン３００には、吸気ポート３０４へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁３１０と、燃焼室３０２に供給された燃料と空気との混合気の点火を行う点火栓３１１が取り付けられている。点火栓３１１には、エンジン制御装置２５０が出力する点火信号に基づいて点火エネルギを点火栓３１１に供給する点火コイル３１２が接続されている。

吸気ポート３０４に連通する吸気通路２００の空気入口部には、ホットワイヤ式の吸入空気量センサ２０１（以下、Ｈ／Ｗセンサと云うことがある)が設けられている。

Ｈ／Ｗセンサ２０１の下流側には、吸入空気を加圧する過給器２０２と、吸入空気量開度調整によって吸入空気量を定量的に計量するスロットル絞り弁２０３が順に設けられている。過給器２０２は、排気エネルギにより駆動されるターボチャージャ等であってよい。

Ｈ／Ｗセンサ２０１の下流側には、吸入空気を加圧する過給器２０２と、吸入空気量開度調整によって吸入空気量を定量的に計量するスロットル絞り弁２０３が順に設けられている。

スロットル絞り弁２０３をバイパスするバイパス吸気通路２０５が設けられている。バイパス吸気通路２０５には、当該通路の流路面積を制御してエンジンアイドル時の回転数を制御するアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ)２０４が設けられている。

吸気通路２００を構成する吸気管２００Ａには吸入空気の温度（吸気温)を計測する吸気温センサ２０６が取り付けられている。

エンジン３００には、スロットル絞り弁２０３の開度を検出するスロットル開度センサ２０７と、クランク軸３０８の回転を検出するたクランク角度センサ２０８と、エンジン３００の冷却水温を検出する水温センサ２０９が取り付けられている。エンジン３００に接続された排気管２１３には排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２１０が取り付けられている。

尚、本実施形態では、エンジン３００のアイドリング回転数は、ＩＳＣバルブ２０４によって制御しているが、スロットル絞り弁２０３をモータ等で制御するものにした場合には、ＩＳＣバルブ２０４は不要となる。

エンジン制御装置２５０には、大気圧を計測する大気圧センサ２１１と、エンジン３００の運転、停止のメインスイッチであるイグニッションキイスイッチ２１１が接続されている。

エンジン制御装置２５０は、マイクロコンピュータによる電子制御式のものであり、その詳細が図２に示されている。エンジン制御装置２０５はＣＰＵ５０１を含んでいる。ＣＰＵ５０１は、エンジン３００に設置された各センサの電気的信号をデジタル演算処理用の信号に変換し、デジタル演算用の制御信号を実際のアクチュエータの駆動信号に変換するＩ／Ｏ部５０２を設定されている。

Ｉ／Ｏ部５０２は、吸入空気量センサ２０１、吸気温センサ２０６、水温センサ２０９、クランク角度センサ２０８、スロットル開度センサ２０７、酸素濃度センサ２１０、大気圧センサ２１１、イグニッションスイッチ２１２の各々よりセンサ信号、スイッチ信号を入力する。

ＣＰＵ５０１は、入力したセンサ信号に基づいて燃料噴射量、点火時期、ＩＳＣ開度を演算し、ドライバ５１１を介して、各気筒の燃料噴射弁３１０と、点火コイル３１２と、ＩＳＣバルブ２０４へ指令信号を出力する。なお、ＣＰＵ５０１の内部には、イグニッションスイッチ２１１が切られても、センサ信号、指令信号の値を保持する記憶領域が設定されている。

つぎに、本実施形態によるエンジン制御装置の制御ブロックを、図３を参照して説明する。エンジン制御装置２５０は、本実施形態の燃料制御装置をなすものであり、コンピュータプログラムを実行することにより、エンジン回転数計算手段１０１と、吸入空気量計算手段１０２と、基本燃料計算手段１０３、基本燃料補正係数計算手段１０４と、基本点火時期計算手段１０５と、加減速判定手段１０６と、ＩＳＣ制御手段１０７と、空燃比帰還制御係数計算手段１０８と、目標空燃比設定手段１０９と、基本燃料補正手段１１０と、点火時期補正手段１１１とを、ソフトフェア的に具現化する。

エンジン回転数計算手段１０１は、エンジン３００の所定のクランク角度位置に設定されたクランク角センサ２０８の電気的な信号（センサ信号)、おもにパルス信号変化の単位時間当たりの入力数をカウントし、演算処理することによって単位時間当りのエンジン回転数を計算する。

吸入空気量計算手段１０２は、Ｈ／Ｗセンサ２０１、吸気温センサ２０６、スロットル開度センサ２０７、大気圧センサ２１１が出力するセンサ信号を入力し、タービン−スロットル間圧力推定値、スロットル通過空気量、吸気管圧力推定値を演算し、それらを用いてエンジン３００の燃焼室３０２に流入する空気量を演算する。以降、この空気量をシリンダ流入空気量と云う。また、吸入空気量計算手段１０２は、大気圧センサ２１１によって計測される大気圧あるいは推定演算により得られる大気圧とタービン−スロットル間圧力推定値とを比較し、スロットルセンサ取付誤差等によるスロットル開口面積の補正値を学習する。

基本燃料計算手段１０３は、エンジン回転数計算手段１０１によって演算されたエンジン回転数と、吸入空気量計算手段１０２によって演算されたシリンダ流入空気量より、各運転領域においてエンジン３００が要求する基本燃料量およびエンジン負荷指標を計算する。

基本燃料補正係数計算手段１０４は、エンジン回転数とエンジン負荷指標より、基本燃料量の、エンジン３００の各運転領域における補正係数を計算する。

基本点火時期計算手段１０５は、エンジン回転数とエンジン負荷指標より、エンジン３００の各運転領域の最適な点火時期をマップ検索等によって決定する。

加減速判定手段１０６は、スロットル開度センサ２０７により計測されたスロットル開度からエンジン３００の加減速判定（過渡判定)を行い、過渡に伴う加減速燃料補正量と加減速点火補正量を計算する。

ＩＳＣ制御手段１０７は、エンジン負荷指標と水温センサ２０９により計測されたエンジン水温より、エンジン３００のアイドリング回転数を所定値に保つためにアイドリング時の目標回転数を設定し、ＩＳＣバルブ２０４へ目標空気流量によるＩＳＣバルブ信号を出力する。これにより、アイドリング時の目標空気流量となるように、ＩＳＣバルブ２０４が駆動され、ＩＳＣバルブ２０４による空気量制御のもとにアイドリング回転数が目標回転数に設定される。

空燃比帰還制御係数計算手段１０８は、酸素濃度センサ２１０により計測された排気ガス中の酸素濃度とエンジン回転数とエンジン負荷指標とから、エンジン３００に供給する混合気の空燃比が後述する目標空燃比に保たれるように、空燃比帰還制御係数を計算する。尚、酸素濃度センサ２１０は、本実施形態では、排気空燃比に対して比例的な信号を出力するものであるが、排気ガスが理論空燃比に対して、リッチ側／リーン側の２つの信号を出力するもの空燃比センサでも差し支えはない。

目標空燃比設定手段１０９は、エンジン回転数とエンジン負荷指標より、エンジン３００の各運転領域における最適な目標空燃比をマップ検索等で決定する。目標空燃比設定手段１０９によって決定された目標空燃比は、空燃比帰還制御係数計算手段１０８による空燃比帰還制御に用いられる。

基本燃料補正手段１１０は、基本燃料計算手段１０３によって計算された基本燃料に対して、基本燃料補正係数計算手段１０４の基本燃料補正係数、加減速判定手段１０６の加減速燃料補正量、空燃比帰還制御係数計算手段１０８の空燃比帰還制御係数、エンジン水温による補正量による補正を施し、補正後の燃料量による燃料噴射指令信号を各気筒の燃料噴射弁３１０へ出力する。これにより、各気筒の燃料噴射弁３１０が補正後の燃料量の燃料を各気筒に対して噴射供給する。

点火時期補正手段１１１は、基本点火時期計算手段１０５で決定された基本点火時期に対して、加減速判定手段１０６の加減速点火補正量、エンジン水温による補正量による補正を施し、補正後の点火時期指令信号を各気筒の点火コイル３１２へ出力する。

これにより、各気筒の点火栓３１１が所要の点火時期をもって火花放電し、燃焼室３０２内に流入した混合気の点火が行われる。

図４は、本実施形態の対象となる内燃機関の吸気系の物理モデルを示している。本吸気系の入口には、Ｈ／Ｗセンサ２０１が設定されており、Ｈ／Ｗセンサ２０１は吸入空気量ＱＡ００を計測し、吸入空気量ＱＡ００を示すセンサ信号を出力する。

Ｈ／Ｗセンサ２０１とスロットル絞り弁２０３との間には、吸入空気を加圧して過給する過給器２０２が存在する。吸入空気の過給圧力は、タービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨで表される。タービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨは、スロットル絞り弁２０３より上流側の吸気圧（上流側吸気圧)である。

スロットル通過空気量ＱＡＭＴＨは、スロットル絞り弁２０３の部分を通過する吸入空気の量を示すものであり、タービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨとスロットル絞り弁２０３より下流側の吸気圧である吸気管圧力ＰＭＭＨＧとの差圧と、スロットル開口面積ＡＡ及び吸気温ＴＨＡ等で決まる。

シリンダ流入空気量ＱＡＲは、燃焼室３０２に入る吸入空気量を示すものであり、吸気管圧力ＰＭＭＨＧと、エンジン回転数Ｎｅと、エンジン３００の排気量ＫＳＶと、吸気温ＴＨＡと、エンジン運転領域で決まる非線形な吸気効率ηとによって決まる。

つぎに、本実施形態によるスロットル開口面積学習方法を実施するエンジン制御装置がシリンダ流入空気量ＱＡＲを求める制御ブロックについて、図５を参照して説明する。

スロットル開口面積学習起動判定部（ＡＡ学習起動判定部)７０１は、スロットル開度センサ２０７によって計測されたスロットル開度ＴＶＯと、エンジン負荷指標と、エンジン回転数Ｎｅからスロットル開口面積学習の起動条件を判定する。

スロットル開口面積学習補正部（ＡＡ学習補正部)７０２は、ＡＡ学習起動判定部７０１よりスロットル開口面積学習起動を受けて起動し、大気圧ＰＡＴＭと、タービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨと、スロットル開口面積ベース値ＡＡＢとを用いて、スロットル開口面積の補正演算を行う。スロットル開口面積ベース値ＡＡＢは、スロットル開度センサ２０７によって計測されたスロットル開度ＴＶＯより決まり、スロットル開度ＴＶＯより一義的に定められる設計値である。補正演算されたスロットル開口面積はＡＡＬで表される。

ＡＡ学習補正部７０２は、上流側吸気圧であるタービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨと大気圧ＰＡＴＭとの差分が所定値以下となった時に補正を終了する。

タービン−スロットル間圧力推定部７０３は、上流側吸気圧推定手段であり、タービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨを計算する。タービン−スロットル間圧力推定部７０３は、吸入空気量ＱＡ００と、吸気温ＴＨＡと、前回計算されたスロットル通過空気量ＱＡＭＴＨと、前回計算されたタービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨとを用いて今回のタービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨを計算する。

式（１）は、連続域での理論式を示しており、タービン−スロットル間への微小時間での空気の流入／流出がタービン−スロットル間の圧力勾配となることを示している。式（２）は、式（１）の式を離散化したものであり、タービン−スロットル間圧力推定部７０３は、式（２)を実行することで、タービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨを求めている。

つまり、本実施形態では、タービン−スロットル間圧力推定部７０３は、吸入空気量ＱＡ００とスロットル通過空気量ＱＡＭＴＨとの差分によりスロットル上流側の圧力勾配を求め、当該圧力勾配を積算してスロットル絞り弁２０３より上流側の吸気圧であるタービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨを推定演算する。

スロットル通過空気量計算部７０４は、スロットル開口面積学習によって補正されたスロットル開口面積ＡＡＬと、吸気温ＴＨＡと、タービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨと、前回計算された吸気管圧力ＰＭＭＨＧとを用いてスロットル通過空気量ＱＡＭＴＨを計算する。式（３)は、スロットル通過空気量ＱＡＭＴＨを求める理論式である。

吸気管圧力推定部７０５は、下流側吸気圧推定手段であり、吸気温ＴＨＡと、スロットル通過空気量ＱＡＭＴＨと、後述するシリンダ流入空気量演算部７０７によって前回計算されたシリンダ流入空気量ＱＡＲと、前回計算された吸気管圧力ＰＭＭＨＧとを用いて今回の吸気管圧力ＰＭＭＨＧを計算する。式（４)は、吸気管圧力ＰＭＭＨＧを求める連続域での理論式を示している。式（４）は、連続域での理論式を示しており、吸気管への微小時間での空気の流入／流出が吸気管内の圧力勾配となることを示している。式（５)は、式（４）を離散化したものであり、吸気管圧力推定部７０５は、式（５)を実行することで、吸気管圧力ＰＭＭＨＧを求めている。

つまり、本実施形態では、吸気管圧力推定部７０５は、スロットル通過空気量ＱＡＭＴＨとシリンダ流入空気量ＱＡＲとの差分によりスロットル下流側の圧力勾配を求め、当該圧力勾配よりスロットル絞り弁２０３より下流側の吸気圧を推定する。

吸気効率演算部７０６は、エンジン回転数Ｎｅと吸気管圧力ＰＭＭＨＧとから非線形要素である吸気効率ηをマップ検索して求める。吸気効率ηは吸気管圧力ＰＭＭＨＧに基づいて求めるシリンダ流入空気量の理論値からのずれを補正するものである。

シリンダ流入空気量演算部７０７は、エンジン回転数Ｎｅと、エンジン排気量ＫＳＶ（定数）と、吸気温ＴＨＡと、吸気管圧力ＰＭＭＨＧと、吸気効率ηとを用いて燃焼室３０２に流入する空気量であるシリンダ流入空気ＱＡＲを計算する。式（６)は、シリンダ流入空気量ＱＡＲを求める理論式である。

尚、本実施形態では、タービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨを吸入空気量ＱＡ００等から推定するとしているが、タービン−スロットルの圧力を得る手段を具備している場合は、その出力値を用いてもよい。

図６は、スロットル開度とスロットル開口面積の関係を示している。ライン８０１はスロットル開度ＴＶＯとスロットル開口面積ＡＡの中央値（真値）であり、幅８０２で示すように、スロットル開度センサ２０７の取付誤差、スロットル絞り弁２０３の製品ばらつき、スロットル絞り弁２０３の汚れ付着により、スロットル開度ＴＶＯに対してスロットル開口面積ＡＡＢにばらつきが生じる。

ＡＡ学習起動判定部７０１の詳細を、図７を参照して説明する。定常判定部９０１は、スロットル開度ＴＶＯが安定しているか否かを判定し、安定判定により真値を出力する。尚、ここでは、スロットル開度ＴＶＯの所定時間前の値と現在の値との差分値で安定を判別する手法等が取られる。定常判定部９０１に付随する定常判定有効／無効設定部９０２は、定常判定部９０１によるＴＶＯ安定判別の有効／無効を設定するものであり、ここで無効が設定されると、ＴＶＯ安定条件は常時成立と見なされる。

アイドル判定部９０３は、スロットル開度ＴＶＯからエンジン３００がアイドル状態であるか否かを判定し、アイドル判定により真値を出力する。アイドル判定はスロットル開度ＴＶＯの最小学習値を加味した開度と閾値を比較する手法等が取られる。アイドル判定部９０３に付随するアイドル判定有効／無効設定部９０４は、アイドル判定部９０３によるアイドル判別の有効／無効を設定するものであり、ここで無効が設定されると、アイドル判別は常時成立と見なされる。

比較器９０７は、エンジン負荷と負荷下限値とを比較し、エンジン負荷が負荷下限値以上であれば、真値を出力する。もう一つの比較器９０９は、エンジン負荷と負荷上限値とを比較し、エンジン負荷が負荷上限値以下であれば、真値を出力する。

比較器９１１は、エンジン回転数と回転数下限値とを比較し、エンジン回転数が回転数下限値以上であれば、真値を出力する。もう一つの比較器９１３は、エンジン回転数と回転数上限値とを比較し、エンジン回転数が回転数上限値以下であれば、真値を出力する。

定常判定部９０１と、アイドル判定部９０３と、各比較器９０７、９０９、９１１、９１３の出力と、関連センサ（スロットル開度センサ等）の故障診断情報は、ＡＮＤ回路９１５に入力され、全ての条件が成立していれば、ＡＡ学習起動判定の真値が出力される。

これにより、スロットル開度ＴＶＯが安定していること、エンジン３００がアイドル状態であること、エンジン負荷が所定の範囲内であること、エンジン回転数が所定の範囲内であること、故障診断情報が故障判定していないことの全て成立していれば、ＡＡ学習起動判定が真値となる。

なお、ＡＡ学習起動判定部７０１は、上述したものに限られることなく、上述の少なくとも一つあるいは少なくとも二つ以上の条件の組合せを起動条件としていればよい。

ＡＡ学習補正部７０２の詳細を、図８を参照して説明する。ＡＡ学習起動判定部７０１よりトリガ１００１にＡＡ学習起動判定の真値が入力されると、ＡＡ学習補正部７０２が起動される。

セレクタ１００４は、大気圧値選択部１００２の信号によって切り替えられ、大気圧センサ２１１による大気圧計測値か、大気圧推定部１００３によって推定演算された大気圧値の何れか一方を選択する。大気圧推定部１００３による大気圧推定演算は、エンジン３００が始動される前の吸気管圧力値、もしくはスロットル前回時の吸気管圧力値を用いて行う。

加重平均計算部１００５はタービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨの加重平均値ＰＭＴＲＴＨＦを計算する。
加算器１００６は、セレクタ１００４によって選択された大気圧値と加重平均値ＰＭＴＲＴＨＦとの差分ＤＥＦＰＡＴＭを計算する。

ＡＡ学習加算分演算部１００７は、スロットル開口面積学習加算値取得手段であり、差分ＤＥＦＰＡＴＭに差分に応じた開口面積学習加算値であるＡＡ学習加算分ＤＬＡＡを記憶したデータテーブルを含み、差分ＤＥＦＰＡＴＭからスロットル開口面積学習加算値であるＡＡ学習加算分ＤＬＡＡをテーブル検索する。本実施形態では、加算分ＤＬＡＡを補間なしで検索しているが、補間ありとしてもよい。

遅延器１００８、加算器１００９及び絶対値計算部１０１０によって差分ＤＥＦＰＡＴＭの所定時間当りの変化量を計算する。尚、遅延器１００８は、本実施形態では、２回遅延としているが、エンジン回転数やエンジン負荷により、その遅延回数を決定するように構成してもよい。

比較器１０１２により、差分ＤＥＦＰＡＴの変化量（絶対値）が所定偏差内であるか否かを判別する。差分ＤＥＦＰＡＴの変化量（絶対値）が所定偏差内であれば、カウンタ１０１４のトリガ１０１３に真値の信号が入力される。

比較器１０１６は、カウンタ１０１４の出力と予め設定された所定時間とを比較し、所定偏差内に入っている時間が所定時間以上経過したか否かを判断する。所定偏差内に入っている時間が所定時間以上経過することにより、比較器１０１６は真値を出力し、セレクタ１０１７がＡＡ学習加算分演算部１００７側（有効側）に切り替えられる。

これにより、加算器１０１８によって遅延器１０１９よりの加算分積算値ＬＲＮＡＡに新しい加算分ＤＬＡＡを加算して加算分積算値ＬＲＮＡＡを更新する。

最終的には、最新の加算分積算値ＬＲＮＡＡをスロットル開口面積ＡＡＢに加算器１０２０で加算し、学習値補正されたスロットル開口面積ＡＡＬとして出力する。

尚、計算された加算分積算値ＬＲＮＡＡは、イグニッションスイッチ２１２が切られても、その値を保持できる記憶領域に格納され、エンジン制御装置２５０の電源であるバッテリの能力低下やバッテリ端子を外された時に、記憶領域の初期化が行われるまで記憶される。

図９は、本実施形態によるスロットル開口面積学習方法を実施するエンジン制御装置２５０の各変数挙動のタイムチャートである。
ライン１１０１は、実車のスロットル開度ＴＶＯであり、減速を示している。ライン１１０２はエンジン回転数Ｎｅを、ライン１１０３は吸入空気量ＱＡ００を各々示している。ライン１１０４はタービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨを示している。ライン１１０５は計算された吸気管圧力ＰＭＭＨＧを示している。

ライン１１０６はアイドル判定値を示しており、時刻Ｔ１よりアイドル判定されている。時刻Ｔ２は加算分積算値ＬＲＮＡＡの最初の更新時期であり、時刻Ｔ３は２回目の更新時期である。

ライン１１１０は学習補正されたスロットル開口面積ＡＡＬを示しており、スロットル開口面積ＡＡＬは時刻Ｔ２、Ｔ３で加算分積算値ＬＲＮＡＡの更新と共に補正される。

ライン１１１３はスロットル開口面積の学習のない場合のタービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨであり、ライン１１１４は学習を適用した場合のタービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨである。学習を適用した場合、学習が更新されるに従ってタービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨは大気圧に近づいていっている。

上述の吸入空気量検出、スロットル上流圧推定、スロットル開口面積取得、スロットル上下流圧でスロットル通過空気量計算、スロットル下流圧推定、シリンダ流入空気量の計算は、巡回演算されるから、スロットル通過空気量を演算する際、特に、空気流量の低いアイドル領域等では、スロットル開口面積の誤差がスロットル通過空気量計算の精度への影響が大きい。スロットル通過空気量に誤差を持つと、スロットル前後圧の辻褄を合わせるため、スロットル上流圧が実際の値と大きく異なってくるため、過渡時に辻褄合わせのしわ寄せが、下流のシリンダ流入空気量へ影響されるが、学習補正されたスロットル開口面積ＡＡＬにより、その影響を軽減できる。

図１０は本実施形態によるスロットル開口面積学習方法を実施するエンジン制御装置２５０の空燃比関連のタイムチャートである。
ライン１２０１はスロットル開度ＴＶＯを示している。ライン１２０２、１２０４、１２０６は、スロットル開口面積学習を適用していない場合のタービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨ、計算した吸気管圧力の推定値ＰＭＭＨＧ、シリンダ流入空気量ＱＡＲを示している。スロットル開口面積の学習をしていないと、空燃比にリッチ（ライン１２０９）が発生することとなる。

ライン１２０３、１２０５、１２０７は、スロットル開口面積学習を適用した場合のタービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨ、計算した吸気管圧力ＰＭＭＨＧ、シリンダ流入空気量ＱＡＲを示している。スロットル開口面積の学習により、空燃比の変動（ライン１２０８）は発生していない。

次に、本実施形態によるスロットル開口面積学習方法を実施するエンジン制御装置２５０が行う制御ルーチンを、図１１のフローチャートを参照して説明する。この制御ルーチンは、一定時間割り込みにより繰り返し実行される。

まず、クランク角度センサ２０８の電気的な信号を処理し、エンジン回転数を計算する（ステップＳ１３０１）。次に、Ｈ／Ｗセンサ２０１、吸気温センサ２０６、スロットル開度センサの出力を読み込む（ステップＳ１３０２）。

次に、今回の演算がエンジンキーのオン後、初回の演算であるか否かを判断する（ステップＳ１３０３）。初回の演算であると判断された場合には、タービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨと吸気管圧力の推定値ＰＭＭＨＧを初期化する（ステップＳ１３０４）。初期化は主に標準大気圧とするが、大気圧センサ２１１を具備している場合には、その出力値を用いてもよい。

次に、タービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨを計算する（ステップＳ１３０５）。 次に、ＡＡ学習起動条件が成立しているか否か判別する（ステップＳ１３０６）。成立している場合には、ＡＡ学習補正値ＬＲＮＡＡを計算する（ステップＳ１３０７）。

次に、スロットル開度センサ２０７の出力ＴＶＯよりスロットル開口面積ベース値ＡＡＢを計算する（ステップＳ１３０８）。次に、ＡＡ学習補正値ＬＲＮＡＡをスロットル開口面積ベース値ＡＡＢに反映し、スロットル開口面積ＡＡＬを計算する（ステップＳ１３０９）。

次に、スロットル通過空気量ＱＡＭＴＨを計算する（ステップＳ１３１０）。次に、吸気管圧力ＰＭＭＨＧを計算する（ステップＳ１３１１）。次に、シリンダ流入空気量ＱＡＲを計算する（ステップＳ１３１２）。

次に、基本燃料量とエンジン負荷を計算する（ステップＳ１３１３）。次に、基本燃料補正係数をマップ検索する（ステップＳ１３１４）。次に、スロットル開度センサ２０７の出力によって加減速判定を行い（ステップＳ１３１５）、加減速時燃料補正量を計算する（ステップＳ１３１６）。

次に、酸素濃度センサ２１０の出力を読み込み（ステップＳ１３１７）、目標空燃比を設定する（ステップＳ１３１８）。次に、前記目標空燃比が実現できるよう空燃比帰還制御係数を計算する（ステップＳ１３１９）。次に、前記基本燃料補正係数及び空燃比帰還制御係数等を用いて基本燃料量の補正を行う（ステップＳ１３２０）。

次に、基本点火時期をマップ検索する（ステップＳ１３２１）。次に、加減速点火時期補正量を計算し（ステップＳ１３２２）、基本点火時期の補正を行う（ステップＳ１３２３）。
次に、アイドル目標回転数を設定し（ステップＳ１３２４）、ＩＳＣ目標流量を計算し（ステップＳ１３２５）、ＩＳＣバルブを制御する。

図１２は、シリンダ流入空気量演算部７０７によるシリンダ流入空気量演算ルーチンを示すフローチャートである。シリンダ流入空気量演算ルーチンは、一定時間割り込みにより繰り返し実行される。

まず、スロットル開度ＴＶＯ、内燃機関負荷、エンジン回転数ＮｅでＡＡ学習の起動判定を行う（ステップＳ１４０１）。
次に、前記起動判定に基づき、ＡＡ学習起動条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１４０２）。起動と判定された場合には、大気圧値、スロットル開口面積ベース値ＡＡＢ及び前回計算されたタービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨでＡＡ学習値ＬＲＮＡＡを計算する（ステップＳ１４０３）。

次に、Ｈ／Ｗセンサ出力ＱＡ００、吸気温ＴＨＡ、前回計算されたスロットル通過空気量ＱＡＭＴＨ、及び前回計算されたタービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨを読み込む（ステップＳ１４０４）。

次に、今回のタービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨを計算する（ステップＳ１４０５）。そして、スロットル開口面積ＡＡＢを読み込む（ステップＳ１４０６）。

次に、スロットル開口面積ＡＡＢをＡＡ学習値ＬＲＮＡＡで補正されたＡＡＬ（ＡＡＢにＬＲＮＡＡを加算した値）、吸気温ＴＨＡ、タービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨ、及び前回計算された吸気管圧力ＰＭＭＨＧを用いてスロットル通過空気量ＱＡＭＴＨを計算する（ステップＳ１４０７）。

次に、吸気温ＴＨＡ、スロットル通過空気量ＱＡＭＴＨ、前回計算されたシリンダ流入空気量ＱＡＲ、及び前回計算された吸気管圧力ＰＭＭＨＧを用いて今回の吸気管圧力ＰＭＭＨＧを計算する（ステップＳ１４０８）。

次に、エンジン回転数Ｎｅ及び吸気管圧力ＰＭＭＨＧで吸気効率ηを検索する（ステップＳ１４０９）。
次に、エンジン回転数Ｎｅ、吸気温ＴＨＡ、吸気管圧力ＰＭＭＨＧ及び吸気効率ηを用いてシリンダ流入空気量ＱＡＲを計算する（ステップＳ１４１０）。

図１３は図７のＡＡ学習起動判定部７０１によるＡＡ学習起動判定ルーチンを示すフローチャートである。ＡＡ学習起動判定ルーチンも、一定時間割り込みにより繰り返し実行される。

まず、スロットル開度ＴＶＯ、内燃機関負荷及びエンジン回転数を読み込む（ステップＳ１５０１）。
スロットル開度変化が定常もしくは定常判定無効か否かを判定する（ステップＳ１５０２）。続いてアイドル判定もしくはアイドル判定無効かを判定する（ステップＳ１５０３）。

ステップＳ１５０２とステップＳ１５０３の何れかが真の場合には、次に、機関負荷が所定範囲内か否かを判定する（ステップＳ１５０４）。

機関負荷が所定範囲内の場合には、次に、エンジン回転数が所定値以内かを判定する（ステップＳ１５０５）。エンジン回転数が所定値範囲内であれば、ＡＡ学習起動と判定する（ステップＳ１５０６）。

図１４は、ＡＡ学習補正部７０２によるＡＡ学習補正ルーチンを示すフローチャートである。ＡＡ学習補正ルーチンも、一定時間割り込みにより繰り返し実行される。

まず、ＡＡ学習起動条件成立か否かを判定する（ステップＳ１６０１）。成立の場合には、大気圧センサ出力値の選択を判断する（ステップＳ１６０２）。
大気圧センサ出力値を選択する場合にはステップＳ１６０３に、大気圧推定値を選択する場合は、ステップ１６０４に進み、ＰＡＴＭ値を選択する。

次に、タービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨ、スロットル開口面積ベース値ＡＡＢを読み込む（ステップＳ１６０５）。
次に、タービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨを加重平均し、加重平均値ＰＭＴＲＴＨＦとする（ステップＳ１６０６）。

次に、加重平均値ＰＭＴＲＴＨＦと選択された大気圧ＰＡＴＭとの差分を計算し、これを差分ＤＥＦＰＡＴＭとする（ステップＳ１６０７）。
差分ＤＥＦＰＡＴＭによってＡＡ学習上乗せ量、つまりＡＡ学習加算分ＤＬＡＡをテープル検索する（ステップＳ１６０８）。

次に、差分ＤＥＦＰＡＴＭの所定時間間隔の変化量の絶対値が所定偏差以下か否かを判断する（ステップＳ１６０９）。所定偏差以下の場合には、当該所定偏差以下の状態が所定時間以上継続したか否かを判断する（ステップＳ１６１０）。

所定時間以上継続した場合には、ＡＡ学習加算分ＤＬＡＡをＬＲＮＡＡの前回値に加算し、今回のＬＲＮＡＡとする（ステップＳ１６１１）。
その後、スロットル開口面積ベース値ＡＡＢに加算分積算値ＬＲＮＡＡを加算し、最終的なスロットル開口面積ＡＡＬとする（ステップＳ１６１２）。
このようにして、スロットル開口面積の補正が行われる。

なお、本発明によるスロットル開口面積学習装置、燃料制御装置は、図１５に示されているように、燃料噴射弁３１０が燃焼室３０２内に直接噴射する筒内直接噴射式の内燃機関、図１６に示されているような圧縮着火方式のディーゼル内燃機関にも適用することができる。

なお、図１５、図１６において、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

本発明によるスロットル開口面積学習方法を実施される内燃機関の一つの実施形態を示す構成図。 本実施形態の内燃機関のエンジン制御装置のブロック図。 本実施形態の燃料制御装置を含むエンジン制御装置の制御ブロック図。 本実施形態の内燃機関の吸気系の物理モデルの一例を示す説明図。 本実施形態によるスロットル開口面積学習方法を実施するエンジン制御装置がシリンダ流入空気量を求める制御ブロック図。 スロットル開度とスロットル開口面積の関係を示すグラフ。 ＡＡ学習起動判定部の詳細ブロック図。 ＡＡ学習補正部の詳細ブロック図。 本発明によるスロットル開口面積学習装置および燃料制御装置の各変数挙動のタイムチャート。 本発明の燃料制御装置による空燃比関連のチャートタイムチャート。 本実施形態によるスロットル開口面積学習方法を実施するエンジン制御装置が行う制御ルーチンを示すフローチャート。 シリンダ流入空気量演算部によるシリンダ流入空気量演算ルーチンを示すフローチャート。 ＡＡ学習起動判定部によるＡＡ学習起動判定ルーチンを示すフローチャート。 ＡＡ学習補正部によるＡＡ学習補正ルーチンを示すフローチャート。 本発明によるスロットル開口面積学習方法を実施される内燃機関の他の実施形態を示す構成図。 本発明によるスロットル開口面積学習方法を実施される内燃機関の他の実施形態を示す構成図。

符号の説明

１０２ 吸入空気量計算手段
１０３ 基本燃料計算手段
２０１ 吸入空気量センサ（Ｈ／Ｗセンサ）
２０２ 過給器
２０３ スロットル絞り弁
２０７ スロットル開度センサ
２１１ 大気圧センサ
２５０ エンジン制御装置
３００ エンジン
７０１ スロットル開口面積学習起動判定部（ＡＡ学習起動判定部)
７０２ スロットル開口面積学習補正部（ＡＡ学習補正部)
７０３ タービン−スロットル間圧力推定部（上流側吸気圧推定手段）
７０４ スロットル通過空気量計算部
７０５ 吸気管圧力推定部（下流側吸気圧推定手段）
７０６ 吸気効率演算部
７０７ シリンダ流入空気量演算部
１００７ ＡＡ学習加算分演算部（スロットル開口面積学習加算値取得手段）

Claims (10)

1. 大気圧を検出する大気圧検出手段と、
   内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル絞り弁より上流側の吸気圧を推定する上流側吸気圧推定手段と、
   前記スロットル絞り弁の開度を検出するスロットル開度検出手段と、
   前記上流側吸気圧推定手段が推定した上流側吸気圧と前記大気圧検出手段によって検出された大気圧との差分に基づき前記スロットル絞り弁の開口面積学習加算値を得るスロットル開口面積学習加算値取得手段と、
   前記スロットル開度検出手段より検出されたスロットル開度より決まるスロットル開口面積を前記スロットル開口面積学習加算値取得手段によって取得した開口面積学習加算値に基づいて補正するスロットル開口面積補正手段と、
   を有することを特徴とする内燃機関のスロットル開口面積学習装置。
2. 前記大気圧検出手段は、大気圧を計測する大気圧センサと、所定の内燃機関運転領域での吸気管圧力から大気圧を推定する大気圧推定手段とを含み、前記大気圧センサの出力と前記大気圧推定手段の出力の何れか一方を選択することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のスロットル開口面積学習装置。
3. 吸気通路入口部分において吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、前記スロットル絞り弁を通過するスロットル通過空気量を演算するスロットル通過空気量計算手段とを有し、
   前記上流側吸気圧推定手段は、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量と前記スロットル通過空気量計算手段により演算されたスロットル通過空気量との差分によりスロットル上流側の圧力勾配を算出し、前記圧力勾配に基づいて前記スロットル絞り弁より上流側の吸気圧を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のスロットル開口面積学習装置。
4. 前記スロットル絞り弁より下流側の吸気圧を推定する下流側吸気圧推定手段を有し、
   前記スロットル通過空気量計算手段は、前記上流側吸気圧推定手段が推定した上流側吸気圧と前記下流側吸気圧推定手段が推定した下流側吸気圧との差圧と、補正された前記スロットル開口面積より前記スロットル通過空気量を演算することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のスロットル開口面積学習装置。
5. 内燃機関の燃焼室に流入する空気量を演算するシリンダ流入空気量演算手段を有し、
   前記下流側吸気圧推定手段は、前記スロットル通過空気量と前記シリンダ流入空気量演算手段によって演算されたシリンダ流入空気量との差分によりスロットル下流側の圧力勾配を求め、当該圧力勾配に基づいて前記スロットル絞り弁より下流側の吸気圧を推定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のスロットル開口面積学習装置。
6. 前記スロットル開口面積学習加算値取得手段は、前記上流側吸気圧と前記大気圧との差分に応じた開口面積学習加算値を記憶したデータテーブルを含み、当該データテーブルより前記上流側吸気圧と前記大気圧との差分に適合する開口面積学習加算値を検索取得することを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の内燃機関のスロットル開口面積学習装置。
7. 前記スロットル開口面積補正手段は、内燃機関がアイドル状態であること、スロットル開度が安定していること、内燃機関の回転数が所定回転数範囲内にあること、内燃機関の負荷が所定範囲内であることの一つあるいは少なくとも二つ以上の条件の組合せを起動条件としていることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の内燃機関のスロットル開口面積学習装置。
8. 前記スロットル開口面積補正手段は、前記上流側吸気圧と前記大気圧との差分が所定値以下となった時に補正を終了することを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の内燃機関のスロットル開口面積学習装置。
9. 請求項１から８の何れか一項に記載の内燃機関のスロットル開口面積学習装置によって補正されたスロットル開口面積に基づいて演算されたシリンダ流入空気量を用いて内燃機関に供給する燃料量を演算する基本燃料計算手段を有することを特徴とする内燃機関の燃料制御装置。
10. 内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル絞り弁より上流側の吸気圧を推定し、推定された上流側吸気圧と大気圧との差分に基づきスロットル絞り弁の開口面積学習加算値を取得し、スロットル絞り弁の開度より検出したスロットル開口面積を前記開口面積学習加算値を用いて補正することを特徴とする内燃機関のスロットル開口面積学習方法。

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