JP5043797B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの制御装置に係り、例えば、過給機等を装備したエンジンの過渡運転時にシリンダ(燃焼室)に流入する空気量を正確に算出ないし推定し、得られたシリンダ流入空気量を用いてエンジンの種々の制御を適正に行うことのできるエンジンの制御装置に関する。

従来、シリンダ(燃焼室)に流入する空気量を算出ないし推定する技術としては、例えば下記特許文献１に見られるように、スロットル弁（スロットルと略称する）の開度ないし開口面積、吸気通路におけるスロットル上流側及び下流側の圧力（スロットル上流圧、スロットル下流圧と称す）、及びスロットル上流側の温度に基づいて、スロットルを通過する空気量を算出するものがある。

特開平２００５−１９４９６０号公報

しかしながら、前記従来技術では、スロットル上流圧及び下流圧とスロットルの開度ないし開口面積で、スロットルを通過する空気量を求め、推定された（若しくは計測された）スロットル上流圧より、推定されたスロットル下流圧が高くなった場合に、スロットル下流からスロットル上流への逆流が考慮されていないと、特に定常運転時において、最終的に求められるシリンダへの流入空気量がエアフローセンサで検出される吸入空気量に対してズレてしまうことがある。また逆流を考慮しても、エンジンコントロールユニットに内蔵されたマイクロコンピュータの計算周期の関係から正逆流の振幅が大きくなり、計算されたシリンダ流入空気量に悪影響を及ぼし、空燃比が所望値からずれる等、ドライバビリティを悪化させるおそれがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、シリンダ流入空気量を求めるにあたり、スロットル下流側からスロットル上流側への逆流を考慮して、シリンダ流入空気量がエアフローセンサで検出される吸入空気量に対してズレを発生しないようにでき、もって、ドライバビリティ等を向上させることのできるエンジンの制御装置を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係るエンジンの制御装置は、好ましくは、スロットル通過空気量を演算する際に、スロットル前後圧の比較により正逆流を計算し、また、スロットル前後圧の関係、特にスロットル前後圧の比により加重平均の重みを決定し、前記正逆流に加重平均を施し、正逆流を安定させるようにしたものである。

すなわち、本発明に係るエンジンの制御装置の基本構成は、吸入空気量を検出する手段と、エンジン回転数を検出する手段と、吸気通路におけるスロットルの上流側の圧力を推定する上流側圧力推定手段と、吸気通路におけるスロットルの下流側の圧力を推定する下流側圧力推定手段と、前記スロットルの開度ないし開口面積を検出する手段と、前記スロットル上流側の圧力、前記スロットル下流側の圧力、及び前記スロットルの開度ないし開口面積に基づいて前記スロットルを通過する空気量を計算する手段と、前記上流側の圧力と前記下流側の圧力との関係に基づいて前記スロットル部分における空気流の正逆を判断する手段と、前記上流側の圧力と前記下流側の圧力との関係に基づいて前記スロットル部分の空気流の正逆流量を抑制する手段と、前記抑制された正逆流に基づいて前記スロットル下流側の圧力を推定する手段と、前記スロットル下流側の圧力と前記エンジン回転数に基づいてシリンダに流入する空気量を計算する手段と、を備える。

前記上流側圧力推定手段は、好ましくは、前記検出吸入空気量と前記抑制されたスロットル部分における正逆流量との差分に基づいて前記スロットル上流側の圧力勾配を求めるとともに、該圧力勾配を積算し、この積算された圧力勾配に基づいて現在のスロットル上流側の圧力を推定するようにされる。

前記下流側圧力推定手段は、好ましくは、前記抑制されたスロットル部分における正逆流量と前記シリンダに流入する空気量との差分に基づいて前記スロットル下流側の圧力勾配を求めるとともに、該圧力勾配を積算し、この積算された圧力勾配に基づいて現在のスロットルの下流側の圧力を推定するようにされる。

前記スロットル部分における空気流の正逆を判断する手段は、好ましくは、前記スロットル上流側の圧力と前記スロットル下流側の圧力とを比較する手段で構成される。

前記スロットル部分における空気流の正逆流量を抑制する手段は、好ましくは、前記スロットル上流側の圧力が前記スロットル下流側の圧力より高い場合は、スロットル下流側の圧力をスロットル上流側の圧力で除した値を圧力比とし、前記スロットル上流側の圧力が前記スロットル下流側の圧力より低い場合は、スロットル上流側の圧力をスロットル下流側の圧力で除した値を圧力比とする手段と、該圧力比に応じた重みを求める手段と、前記重みで前記スロットル部分の空気流の正逆流に加重平均を施す手段と、を有する。

前記スロットル部分における空気流の正逆流量を抑制する手段は、好ましくは、前記スロットル上流側の圧力と前記スロットル下流側の圧力の差分の絶対値を求める手段と、前記差分の絶対値から加重平均の重みを決定する手段と、前記重みで前記スロットル部分の空気流の正逆流に加重平均を施す手段と、を有する。

本発明によれば、スロットル通過空気量の逆流が考慮されているため、エンジンの高負荷領域の定常運転時でスロットル前後圧が等しくなる近傍において、エアフローセンサ（H/Wセンサ等）で計測されるエンジンの吸入空気量とスロットル下流圧から計算されるシリンダへの流入空気量にズレが発生しない。また正逆流に対して、前記スロットル前後圧が等しくなる近傍で加重平均の重みを大きくすることで、正逆流の振幅を抑制できるので、シリンダ流入空気量を安定させることができ、ドライバビリティを向上させることができる。

以下、本発明のエンジンの制御装置の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る制御装置の一実施形態を、それが適用された車載用エンジンの一例と共に示す概略構成図である。

図１において、本実施形態の制御装置１が適用されたエンジン１０は、例えば４つの気筒＃１、＃２、＃３、＃４（図には＃１を代表して示す）を有する火花点火式の多気筒ガソリンエンジンであって、シリンダヘッド及びシリンダブロックからなるシリンダ１２と、このシリンダ１２の各気筒＃１、＃２、＃３、＃４内に摺動自在に嵌挿されたピストン１５と、を有し、ピストン１５はコンロッド１４を介してクランクシャフト１３に連結されている。ピストン１５上方には、所定形状の燃焼室（天井ないしルーフ部）を持つ燃焼作動室１７が画成され、各気筒＃１、＃２、＃３、＃４の燃焼作動室１７には、点火コイル３４等からなる点火ユニットに接続された点火プラグ３５が臨設されている。

燃料の燃焼に供せられる空気は、エアークリーナ（図示せず）から、ホットワイヤ（Ｈ/Ｗ）式等のエアフローセンサ５３やスロットル（スロットル弁）２５が配在された管状通路部分、コレクタ２７、吸気マニホールド（多岐管）２８、吸気ポート２９等からなる吸気通路２０を通り、その下流端（吸気ポート２９端部）に配在された吸気弁２１を介してシリンダ１２（各気筒＃１、＃２、＃３、＃４の燃焼作動室１７）に吸入される。

また、吸気通路２０におけるエアフローセンサ５３とスロットル２５との間の部分（スロットル上流部分）には、吸入空気を加圧するための過給機６０（の排気側タービンに同軸で連動するインペラ）が配在され、吸気通路２０の下流部分（吸気マニホールド２８）には、各気筒（＃１、＃２、＃３、＃４）毎に、吸気ポート２９に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁３０が臨設され、さらに、吸気通路２０のコレクタ２７には吸気温度を検出する吸気温センサ５２が配在されている。なお、ここでは、吸気通路２０におけるスロットル２５より下流部分を「吸気管」と称することがある。

燃焼作動室室１７に吸入された空気と燃料噴射弁３０から噴射された燃料との混合気は、点火プラグ３５による火花点火により燃焼せしめられ、その燃焼廃ガス（排ガス）は、燃焼作動室１７から排気弁４１を介して排気ポート、排気マニホールド、排気浄化用触媒（例えば三元触媒）４８が設けられた排気管等からなる排気通路４０を通って外部（大気中）に排出される。排気通路４０における触媒４８より上流側には酸素濃度センサ（空燃比センサ）５７が配在されている。

また、各気筒（＃１、＃２、＃３、＃４）毎に配備された燃料噴射弁３０には、燃料タンク７０内の燃料（ガソリン等）が燃料ポンプや燃圧レギュレータ等を備えた燃料供給機構により所定燃圧に調圧されて供給され、燃料噴射弁３０は、後述するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１００から供給される、そのときの運転状態に応じたパルス幅（開弁時間に相当する）を持つ開弁パルス信号により開弁駆動され、その開弁時間に応じた量の燃料を吸気ポート２９に向けて噴射するようになっている。

さらに、吸気通路２０には、アイドル時の回転数を制御するための、スロットル２５をバイパスする通路６１とＩＳＣバルブ６２からなるアイドルスピードコントロール機構が設けられている。なお、本例では、アイドル回転数はＩＳＣバルブ６２を開閉制御することにより行うようになっているが、アイドル回転数は、前記スロットル２５の開度を制御することにより行うこともできる。

一方、前記エンジン１０の種々の制御、つまり、前記燃料噴射弁３０における燃料噴射制御、前記点火プラグ３５における点火時期制御等を行うべく、マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１００が備えられている。

コントロールユニット１００は、基本的には、図２に示される如くに、それ自体はよく知られているもので、ＣＰＵ９０、ＲＯＭ９１、ＲＡＭ９２、入出力ポート（Ｉ．Ｏ）９５、入力回路９６、ドライバ（駆動回路）９７等で構成される。コントロールユニット１００においては、前記センサ類からの信号は入力回路９６にてノイズ除去等の処理後、入出力ポート９５に送られる。入力ポート９５の値はＲＡＭ９２に保管され、ＣＰＵ９０内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはＲＯＭ９１に予め書き込まれている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ操作量を表す値はＲＡＭ９２に保管された後、出力ポート９５に送られる。

コントロールユニット１００には、入力信号として、エアフローセンサ５３により検出される吸入空気量に応じた信号、スロットルセンサ５８により検出されるスロットル２５の開度（開口面積）に応じた信号、クランクシャフト１３に添設されたクランク角センサ（回転数センサ）５５から得られるクランクシャフト１３の回転（エンジン回転数）・位相（クランク角）をあらわす信号（クランク角センサ５５からは、例えば、回転角１度毎にパルス信号が出力される）、吸気カムシャフト２３に添設されたカム角センサ５６から得られるカムシャフト２３の回転・位相をあらわす信号、排気通路４０における三元触媒４８より上流側に配在された酸素濃度センサ５７からの酸素濃度（空燃比）に応じた信号、シリンダ１２に配設された水温センサ５４により検出されるエンジン冷却水温に応じた信号、エンジン１０の運転、停止のメインスイッチであるイグニッションキースイッチ５９からの信号、吸気通路２０のコレクタ２７部分に設けられた吸気温センサ５２により検出される吸気温に応じた信号等が供給される。

コントロールユニット１００は、前記各種の入力信号に基づいてエンジンの運転状態を認識し、この運転状態に基づいて、燃料噴射量及び点火時期等のエンジンの主要な操作量を演算する。

より詳細には、コントロールユニット１００においては、エンジンの運転状態に基づいて、各気筒＃１、＃２、＃３、＃４毎に噴射すべき燃料噴射量が演算され、この演算された燃料噴射量量に相当するパルス幅を持つ開弁パルス信号が生成され、この開弁パルス信号がドライバ９７で燃料噴射弁３０を開弁するのに十分なエネルギーに増幅されて、燃料噴射弁駆動信号として各気筒＃１、＃２、＃３、＃４毎に所定のタイミングで燃料噴射弁３０に供給される。また、コントロールユニット１００で演算された点火時期で点火されるようにドライバ９７から駆動信号が各気筒＃１、＃２、＃３、＃４の点火コイル３４に送られる。さらに、アイドル回転数を目標値にすべく、ドライバ９７からＩＳＣバルブ６２に制御信号が送られる。

次に、コントロールユニット１００が、シリンダ流入空気量を検出（推定計算）して、該空気量に基づいて前記した如くの各種の制御を行う場合の構成例を説明する。

コントロールユニット１００は、図３に機能ブロック図で示されているように、エンジン回転数計算手段１０１、流入空気量計算手段１０２、基本噴射量計算手段１０３、基本噴射量補正係数計算手段１０４、基本点火時期計算手段１０５、加減速判定手段１０６、ＩＳＣ制御手段１０７、空燃比帰還制御係数計算手段１０８、目標空燃比設定手段１０９、基本噴射量補正手段１１０、点火時期補正手段１１１を備える。

エンジン回転数計算手段１０１は、クランク角センサ５５からのパルス信号の単位時間当たりの変化（例えばパルスの立ち上がりもしくは立ち下がり）の回数（到来数）をカウントして所定の演算処理を行うことにより単位時間あたりのエンジン回転数を計算する。

流入空気量計算手段１０２は、エアフローセンサ５３の出力、吸気温センサ５２の出力、及びスロットルセンサ５８の出力に基づいて、過給機（インペラ）−スロットル間圧力推定値、スロットル通過空気量、及び吸気管（吸気通路２０におけるスロットル２５より下流部分）圧力推定値を演算し、それらを用いてのシリンダ流入空気量を計算する。

基本噴射量計算手段１０３は、エンジン回転数計算手段１０１及び流入空気量計算手段１０２で計算されたエンジンの回転数及びシリンダ流入空気量に基づいて、基本噴射量及びエンジン負荷（指標）を計算する。

基本噴射量補正係数計算手段１０４は、基本噴射量計算手段１０３で計算された基本噴射量に対する補正係数を計算する。

基本点火時期計算手段１０５、前述のエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいてエンジンの各領域における最適な点火時期をマップ検索等で設定する。

加減速判定手段１０６は、前述のスロットル開度からエンジンが過渡運転状態あるか否かの判定を行い、過渡運転時に伴う加減速燃料補正量及び加減速点火補正量を計算する。

ＩＳＣ制御手段１０７は、エンジン回転数、スロットル開度、エンジン冷却水温に基づいて、目標アイドル回転数を設定し、エンジン回転数を目標アイドル回転数にすべく、ＩＳＣバルブ６２の開弁量及びＩＳＣ点火時期補正量を計算する。

空燃比帰還制御係数計算手段１０８は、酸素濃度センサ５７からの信号に基づき、燃焼に供せられる混合気が後述する目標空燃比に保たれるようにＰＩＤ制御による空燃比帰還制御係数を計算する。なお、前記酸素濃度センサ５７は、本例では、排気空燃比に対して比例的な信号を出力するものが使用されているが、排気ガスが理論空燃比に対して、リッチ側にあるか／リーン側にあるかでHigh-Lowレベル信号を出力するものでも差し支えはない。

目標空燃比設定手段１０９は、前述のエンジン回転数及びエンジン負荷によりエンジンの各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。ここで決定された目標空燃比は、前述の空燃比帰還制御係数計算手段１０８の空燃比帰還制御に用いられる。

基本噴射量補正手段１１０は、前述の基本噴射量に基本噴射量補正係数、加減速燃料補正量、及び空燃比帰還制御係数等による補正を施す。

点火時期補正手段は、前述の基本噴射量補正係数計算手段１０４でマップ検索された点火時期に前述の加減速判定手段１０６で計算された加減速燃料補正量等で補正を施す。

図４は、本実施形態における吸気系の物理モデルの一例を示す。本吸気系の入り口に設けられたエアフローセンサ５３により吸入空気量QA00が検出され、吸入された空気は過給機６０で加圧過給される。過給圧は、過給機−スロットル間圧力PMTRTHと示す。スロットル通過空気量QAMTHは、前記過給機−スロットル間圧力PMTRTHと吸気管圧力PMMHGの差圧、スロットル開口面積（開度）、及び吸気温等で決まる。シリンダ流入空気量QARは前記吸気管圧力PMMHG、エンジン回転数、エンジン排気量、吸気温、及び運転領域で決まる非線形な吸気効率で決まる。

図５は、シリンダ流入空気量を求める処理の一例を示すブロック図である。ブロック５０１では、過給機−スロットル間圧力PMTRTHを計算する。吸入空気量QA00、吸気温THA、前回計算されたスロットル通過空気量QAMTH、前回計算された過給機−スロットル間圧力PMTRTHを用いて、今回のPMTRTHを計算する。ブロック５０２では、スロットル通過空気量QAMTHを計算する。スロットル開口面積AA、吸気温THA、前記過給機−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、QAMTHを計算する。ブロック５０３では、吸気管圧力PMMHGを計算する。吸気温THA、前記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PMMHGを用いて、今回のPMMHGを計算する。

ブロック５０４では、エンジン回転数Ne及び前記吸気管圧力PMMHG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。ηは前記吸気管圧力に基づいて求めるシリンダ流入空気量の理論値からのズレを補正するものである。ブロック５０５では、シリンダ流入空気量QARを求める。エンジン回転数Ne、吸気温THA、前記吸気管圧力PMMHG、及び前記吸気効率ηでQARを計算する。尚、本実施例では、過給機−スロットル間圧力を吸入空気量等から推定するとしているが、過給機−スロットル間圧力を検出する手段（例えば圧力センサ）を具備している場合は、その出力値を用いてもよい。

次に上記各ブロック５０１〜５０５における演算処理に用いられる計算式 （１）〜（６）を説明する。

上記式 （１）は、図５のブロック５０１での過給機−スロットル間圧力を求める理論式を示している。式（１）は、連続域での理論式を示しており、過給機−スロットル間への微小時間での空気の流入／流出が過給機−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）を離散化したものであり、本式を実行することで、過給機−スロットル間圧力PMTRTHを求めることができる。

上記式（３）は、図５のブロック５０２でのスロットル通過空気量QAMTHを求める理論式を示している。

上記式（４）は、図５のブロック５０３での吸気管圧力PMMHGを求める理論式を示している。前述の式 （１）と同様に式（４）は連続域での理論式を示しており、吸気管（吸気通路２０におけるスロットル２５より下流部分）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、前記式（４）を離散化したものであり、本式を実行することで、吸気管圧力PMMHGを求めることができる。

上記式（６）は、図５のブロック５０５でのシリンダ流入空気量QARを求める理論式を示している。

図６は、スロットル通過空気量QAMTHを求める処理の一例を示すブロック図である。本例では、前述の式（３）に対して、スロットル前後の圧力比より標準流量をテーブル検索して求め、且つ前記圧力比の大きさに応じてスロットル通過空気量の正逆流を考慮する構成となっている。ブロック６０１では、圧力比１：吸気管圧力PMMHG／過給機−スロットル間圧力PMTRTHを演算する。ブロック６０２では、圧力比２：過給機−スロットル間圧力PMTRTH／吸気管圧力PMMHGを演算する。比較器６０３で吸気管圧力PMMHGと過給機−スロットル間圧力PMTRTHを比較し、過給機−スロットル間圧力の方が大きい場合は、圧力比１を選択し、且つスイッチ６０５で正逆流係数を1.0とする。比較器６０３で吸気管圧力の方が大きい場合は、圧力比２を選択し、且つスイッチ６０５で正逆流係数を-1.0とする。ブロック６０６では前記選択された圧力比で標準流量をテーブル検索する。ブロック６０７で吸気温THAから吸気温補正値をテーブル検索する。乗算器６０８、６０９、及び６１０で前記標準流量に、開口面積AA、前記吸気温補正値、及び正逆流係数を乗じて、スロットル通過空気量ベース値とする。ブロック６１１で前記スロットル通過空気量ベース値に加重平均処理を施し、スロットル通過空気量QAMTHとする。尚、本例では、標準流量を求めるのに、圧力比に対するテーブルで求めているが、圧力比及び正逆流係数をスロットル前後圧により本例のように切り換え、式（３）を用いて理論式で求めてもよい。

図７（Ａ）は、図６の加重平均処理ブロック６１１の一構成例を示す。ブロック７０１では、前述の図６で選択された圧力比で加重平均重みをテーブル検索する。本例では、加重平均重みは、圧力比が小さくなる程（分母、分子の圧力が近くなる程）小さくなるように設定している。検索された加重平均重みは、乗算器７０２でスロットル通過空気量ベース値に乗じられる。加算器７０３では、1.0-加重平均重みを計算し、前回計算されたスロットル通過空気量QAMTHに乗じる。前記２つの乗算値を加算器７０５で加算し、今回のスロットル通過空気量QAMTHを算出する。

図７（Ｂ）は、図６の加重平均処理ブロック６１１の他の構成例を示す。前述の図７（Ａ）に示される例と異なるのは、加重平均の重みを圧力比で検索していたのを、過給機ースロットル間圧PMTRTHと吸気管圧力PMMHGとの差分の絶対値で検索するようにした点である。

図８は、シリンダ流入空気量QARを従来の手法で算出した場合のタイムチャートの一例を示す。すなわち、本例は、エンジンが高負荷運転領域にあって、過給機−スロットル間圧力PMTRTH≒吸気管圧力PMMHG、且つスロットル前後の逆流を考慮せず、且つスロットル通過空気量の加重平均処理を行っていない場合を前提としている。

図８（Ａ）のライン８０１は、過給機−スロットル間圧力PMTRTH、ライン８０２は吸気管圧力PMMHGを示す。本例の場合は、スロットル前後の逆流を考慮していないため、PMMHG≧PMTRTHとなった場合にエリア８０３で示すように、PMMHG≧PMTRTHの状態が顕著となる。

図８（Ｂ）のライン８０４は、スロットル通過空気量QAMTHを示している。逆流が考慮されていないため、エリア８０５で示すように、PMMHG≧PMTRTHとなった場合にスロットル通過空気量QAMTHが0となり、エンジン回転に従い、PMMHGが低下しPMMHG＜PMTRTHとなった瞬間からQAMTHが急激に流れるようになっている。

図８（Ｃ）のライン８０７は、エアフローセンサ計測値（吸入空気量）QA00を示しており、ライン８０６はシリンダ流入空気量QARを示している。逆流が考慮されていないため、特に吸気効率誤差等により、エリア８０８の定常運転期間では吸入空気量QA00＞シリンダ流入空気量QARとなり、結果的にはエンジンの空燃比に悪影響を与えることとなる。

図９は、シリンダ流入空気量QARを、スロットル前後の逆流を考慮した本発明に係る第１の手法で算出した場合のタイムチャートの一例を示す。

図９（Ａ）のライン９０１は、過給機−スロットル間圧力PMTRTH、ライン９０２は吸気管圧力PMMHGを示す。本例の場合は、スロットル前後の逆流を考慮しているため、PMMHG≧PMTRTHとなった場合に、エリア９０３で示すように、PMMHG≧PMTRTHの状態が顕著にならない。

図９（Ｂ）のライン９０４は、スロットル通過空気量QAMTHを示している。逆流が考慮されているため、エリア９０５で示すように、PMMHG≧PMTRTHとなった場合にスロットル通過空気量QAMTHが負となり、PMMHG≒PMTRTHの近傍では、QAMTHが正負を繰り返すようになっている。

図９（Ｃ）のライン９０７は、エアフローセンサ計測値（吸入空気量）QA00を示しており、ライン９０６はシリンダ流入空気量QARを示している。エリア９０８の定常運転期間でのQA00とQARの定常誤差はないが、スロットル通過空気量QAMTHの正負の繰り返し幅が大きいため、QARの振幅が大きくなり、結果的にはドライバビリティに影響することとなる。

図１０は、シリンダ流入空気量QARを、スロットル前後の逆流を考慮し、かつスロットル前後の正逆流に加重平均処理を施した本発明に係る第２の手法で算出した場合のタイムチャートの一例を示す。

図１０（Ａ）のライン１００１は、過給機−スロットル間圧力PMTRTH、ライン１００２は吸気管圧力PMMHGを示す。本例の場合は、スロットル前後の正逆流に対して加重平均処理を施しているため、PMMHG≒PMTRTHの近傍においてPMMHG、PMTRTHともに比較的安定している。

図１０（Ｂ）のライン１００４は、スロットル通過空気量QAMTHを示している。正逆流に加重平均処理が施されているため、エリア１００５で示すように、正逆流の幅が比較的小さい。

図１０（Ｃ）のライン１００７は、H/Wセンサ計測値QA00を示しており、ライン１００６はシリンダ流入空気量QARを示している。エリア１００８の定常運転期間でのQA00とQARの定常誤差もなく、スロットル通過空気量QAMTHの正負の繰り返し幅が比較的小さく、QARの振幅は殆ど無く、ドライバビリティを向上させることができる。

図１１は、コントロールユニット１００が実行するシリンダ流入空気量の算出並びに燃料噴射制御や点火時期制御等の処理手順の一例を示すフローチャートである。ここでは、スタート（割り込み）後、ステップ１１０１でクランク角度センサ５５からの信号を処理し、エンジン回転数を計算する。ステップ１１０２でエアフローセンサ５３、吸気温センサ５２、及びスロットルセンサ５８の出力を読み込む。ステップ１１０３で今回の演算がエンジンKEY ON後初回の演算であるか否かを判断する。

初回の演算であると判断された場合は、ステップ１１０４で過給機−スロットル間圧力と吸気管圧力の推定値を初期化する。初期化は主に大気圧とするが、大気圧センサ等を具備している場合は、その出力値を用いてもよい。ステップ１１０５で、過給機−スロットル間圧力PMTRTHを計算する。ステップ１１０６で前記スロットルセンサの出力からスロットル開口面積AAを計算する。ステップ１１０７でスロットル通過空気量QAMTHを計算する。ステップ１１０８で吸気管圧力PMMHGを計算する。ステップ１１０９でシリンダ流入空気量QARを計算する。

さらに、続くステップ１１１０で、基本噴射量及びエンジン負荷を計算する。ステップ１１１１で基本噴射量補正係数をマップ検索する。ステップ１１１２で、スロットルセンサ出力で加減速判定を行い、ステップ１１１３で、加減速時燃料補正量を計算する。ステップ１１１４で、酸素濃度センサ５７の出力を読み込む。ステップ１１１５で、目標空燃比を設定する。ステップ１１１６で、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１１１７で、前記基本噴射量補正係数、及び空燃比帰還制御係数等を基本噴射量に補正する。ステップ１１１８で、基本点火時期をマップ検索する。ステップ１１１９で、加減速点火時期補正量を計算し、ステップ１１２０で、基本点火時期を補正する。ステップ１１２１で、アイドル目標回転数を設定し、アイドル時にはこの目標回転数となるように、ステップ１１２２で、ISCバルブ６２を制御（ISCバルブ制御量を計算）する。

図１２は、シリンダ流入空気量QARを求める際の処理手順の一例を示すフローチャートである（前述した図５のブロック図に対応）。ここでは、スタート（割り込み）後、ステップ１２０１でエアフローセンサ出力QA00、吸気温センサ出力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過給機−スロットル間圧力PMTRTHを読み込む。ステップ１２０２で今回の過給機−スロットル間圧力PMTRTHを計算する。ステップ１２０３でスロットル開口面積AAを読み込む。ステップ１２０４で前記AA、THA、PMTRTH、及び前回計算された吸気管圧力PMMHGでスロットル通過空気量QAMTHを計算する。ステップ１２０５で前記THA、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PMMHGで今回のPMMHGを計算する。ステップ１２０６でエンジン回転数Ne、及び前記PMMHGで吸気効率ηを検索する。ステップ１２０７でエンジン回転数Ne、THA、前記PMMHG、及び前記ηでシリンダ流入空気量QARを計算する。

図１３は、スロットル通過空気量QAMTHを求める際の処理手順の一例を示すフローチャートである（前述した図６のブロック図に対応）。ここでは、スタート（割り込み）後、ステップ１３０１で吸気管圧力PMMHG、過給機−スロットル間圧力PMTRTHを読み込む。ステップ１３０２で圧力比１としてPMMHG／PMTRTHを計算する。ステップ１３０３で圧力比2としてPMTRTH／PMMHGを計算する。ステップ１３０４でPMTRTHとPMMHGを比較し、PMTRTHが大きい場合は、ステップ１３０５で圧力比1をpmratに選択し、ステップ１３０６で正逆流係数を1.0に選択する。PMMHGが大きい場合は、ステップ１３０７で圧力比2をpmratに選択し、ステップ１３０８で正逆流係数を-1.0に選択する。ステップ１３０９で前述の選択されたpmratで標準流量をテーブル検索する。ステップ１３１０でTHAにより吸気温補正係数を検索する。ステップ１３１１で前記標準流量にAA、前記吸気温補正係数、及前記正逆流係数を乗じて、スロットル通過空気量ベース値を計算する。ステップ１３１２で前記スロットル通過空気量ベース値に加重平均処理を施し、スロットル通過空気量QAMTHを計算する。

図１４は、前述した図７に示される加重平均処理手順の一例を示すフローチャートである。ここでは、スタート（割り込み）後、ステップ１４０１で前記選択された圧力比pmratを読み込む。ステップ１４０２で前記圧力比pmratで加重平均重みを検索する。ステップ１４０３で前記加重平均重みを前述のスロットル通過空気量ベース値に乗じる。ステップ１４０４で1.0−加重平均重みを前回計算されたスロットル通過空気量QAMTHに乗ずる。ステップ１４０５で前記乗算値を加算し、今回のスロットル通過空気量QAMTHを計算する。

以上のように、本実施形態の制御装置１では、スロットル通過空気量の逆流が考慮されているため、スロットル上下流圧がほぼ等しくなる高負荷領域においても、エアフローセンサ（H/Wセンサ等）で計測される吸入空気量とスロットル下流圧から計算されるシリンダ流入空気量にズレが発生しない。また正逆流に対して、スロットル前後圧が等しくなる近傍で加重平均の重みを大きくすることで、正逆流の振幅を抑制できるので、シリンダ流入空気量を安定させることができ、ドライバビリティを向上させることができる。

本発明に係る制御装置の一実施形態を、それが適用された車載用エンジンの一例と共に示す概略構成図。 図１に示されるコントロールユニットの内部構成を示す概略図。 コントロールユニットが実行するシリンダ流入空気量算出及び燃料噴射制御等の概要を示す機能ブロック図。 実施形態における吸気系の物理モデルの一例を示す。 シリンダ流入空気量を求める処理の一例を示すブロック図。 スロットル通過空気量を求める処理の一例を示すブロック図。 図６に示される加重平均処理ブロック（６１１）の詳細構成例を示すブロック図。 シリンダ流入空気量を従来の手法で算出した場合の一例を示すタイムチャート。 シリンダ流入空気量を、スロットル前後の逆流を考慮した本発明に係る第１の手法で算出した場合の一例を示すタイムチャート。 シリンダ流入空気量を、スロットル前後の逆流を考慮し、かつスロットル前後の正逆流に加重平均処理を施した本発明に係る第２の手法で算出した場合の一例を示すタイムチャート。 コントロールユニットが実行するシリンダ流入空気量の算出並びに燃料噴射制御や点火時期制御等の処理手順の一例を示すフローチャート。 シリンダ流入空気量を求める際の処理手順の一例を示すフローチャート。 スロットル通過空気量を求める際の処理手順の一例を示すフローチャート。 図７に示される加重平均処理手順の一例を示すフローチャート。

符号の説明

１ 制御装置
１０ エンジン
１２ シリンダ
１５ ピストン
１７ 燃焼作動室
２０ 吸気通路
２５ スロットル（スロットル弁）
３０ 燃料噴射弁
３４ 点火コイル
３５ 点火プラグ
４０ 排気通路
５２ 吸気温センサ
５３ エアフローセンサ（Ｈ/Ｗセンサ）
５４ 水温センサ
５５ クランク角センサ
５７ 酸素濃度センサ
５８ スロットルセンサ
６０ 過給機（ターボチャージャ）
１００ コントロールユニット
１０２ 流入空気量計算手段
QA00 吸入空気量（エアフローセンサ出力）
PMTRTH 過給機−スロットル間圧力（スロットル上流圧）
QAMTH スロットル通過空気量
PMMHG 吸気管圧力（スロットル下流圧）
QAR シリンダ流入空気量

Claims (6)

1. 吸入空気量を検出する手段と、
   エンジン回転数を検出する手段と、
   吸気通路におけるスロットルの上流側の圧力を推定する上流側圧力推定手段と、
   吸気通路におけるスロットルの下流側の圧力を推定する下流側圧力推定手段と、
   前記スロットルの開度ないし開口面積を検出する手段と、
   前記スロットル上流側の圧力、前記スロットル下流側の圧力、及び前記スロットルの開度ないし開口面積に基づいて前記スロットルを通過する空気量を計算する手段と、
   前記上流側の圧力と前記下流側の圧力との関係に基づいて前記スロットル部分における空気流の正逆を判断する手段と、
   前記上流側の圧力と前記下流側の圧力との関係に基づいて前記スロットル部分における空気流の正逆流量を抑制する手段と、
   前記抑制された正逆流に基づいて前記スロットル下流側の圧力を推定する手段と、
   前記スロットル下流側の圧力と前記エンジン回転数に基づいてシリンダに流入する空気量を計算する手段と、を備え、
   前記スロットル部分における空気流の正逆流量を抑制する手段は、
   前記スロットル上流側の圧力が前記スロットル下流側の圧力より高い場合は、スロットル下流側の圧力をスロットル上流側の圧力で除した値を圧力比とし、
   前記スロットル上流側の圧力が前記スロットル下流側の圧力より低い場合は、スロットル上流側の圧力をスロットル下流側の圧力で除した値を圧力比とする手段と、
   前記圧力比に応じた重みを求める手段と、
   前記重みで前記スロットル部分における空気流の正逆流に加重平均を施す手段と、を有することを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 吸入空気量を検出する手段と、
   エンジン回転数を検出する手段と、
   吸気通路におけるスロットルの上流側の圧力を推定する上流側圧力推定手段と、
   吸気通路におけるスロットルの下流側の圧力を推定する下流側圧力推定手段と、
   前記スロットルの開度ないし開口面積を検出する手段と、
   前記スロットル上流側の圧力、前記スロットル下流側の圧力、及び前記スロットルの開度ないし開口面積に基づいて前記スロットルを通過する空気量を計算する手段と、
   前記上流側の圧力と前記下流側の圧力との関係に基づいて前記スロットル部分における空気流の正逆を判断する手段と、
   前記上流側の圧力と前記下流側の圧力との関係に基づいて前記スロットル部分における空気流の正逆流量を抑制する手段と、
   前記抑制された正逆流に基づいて前記スロットル下流側の圧力を推定する手段と、
   前記スロットル下流側の圧力と前記エンジン回転数に基づいてシリンダに流入する空気量を計算する手段と、を備え、
   前記スロットル部分における空気流の正逆流量を抑制する手段は、
   前記スロットル上流側の圧力と前記スロットル下流側の圧力との差分の絶対値を求める手段と、
   前記差分の絶対値から加重平均の重みを決定する手段と、
   前記重みで前記スロットル部分における空気流の正逆流に加重平均を施す手段と、を有することを特徴とするエンジンの制御装置。
3. 前記上流側圧力推定手段は、
   前記検出された吸入空気量と前記抑制されたスロットル部分における正逆流量との差分に基づいて前記スロットル上流側の圧力勾配を求めるとともに、該圧力勾配を積算し、この積算された圧力勾配に基づいて現在のスロットル上流側の圧力を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。
4. 前記下流側圧力推定手段は、
   前記抑制されたスロットル部分における正逆流量と前記シリンダに流入する空気量との差分に基づいて前記スロットル下流側の圧力勾配を求めるとともに、該圧力勾配を積算し、この積算された圧力勾配に基づいて現在のスロットルの下流側の圧力を推定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
5. 前記スロットル部分における空気流の正逆を判断する手段は、
   前記スロットル上流側の圧力と前記スロットル下流側の圧力とを比較する手段で構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
6. 吸気通路におけるスロットルの上流側に過給機が配在されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。

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