JP5462390B1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大気圧センサを設けることなく、早くかつ誤りなく大気圧を推定させることができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】推定された大気圧、目標吸入空気流量、吸気圧および吸気温を絞り式流量計の流量算出式に適用して、スロットル開度制御手段の目標有効開口面積を算出する目標有効開口面積算出手段と、予め適合されたスロットル開度制御手段の有効開口面積とスロットル開度との対応マップを用いて、目標有効開口面積から目標スロットル開度を算出する目標開度算出手段と、実吸入空気流量が目標吸入空気流量と一致するように、推定大気圧を更新する推定大気圧更新手段とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

この発明は、内燃機関の制御パラメータの算出に適用する大気圧を推定する内燃機関の制御装置に関するものである。

近年、車輌の制御に直接作用する物理量であるエンジン出力軸トルクを指標としてエンジンの発生トルクを制御する、いわゆる、「トルクベース制御」と呼ばれるエンジンの制御方法が普及している。このようなトルクベース制御では、ドライバーによるアクセルペダルの操作量に基づいてエンジンの目標トルクを決定し、この目標トルクを発生させることができる目標吸入空気流量をエンジンに吸入するようにスロットルの開度を制御し、センサで検出した実際の吸入空気流量または推定された吸入空気流量によって目標トルクが実現される点火時期で点火コイルを制御することにより、エンジンの出力が目標トルクに制御されてドライバーの要求する走行性能を実現することになる。

このようなエンジンの目標トルクに対応した目標吸入空気流量を実現するため、エンジンのスロットルに連設されたアクチュエータを駆動してスロットル開度を制御する内燃機関の制御装置において、スロットル前後の差圧と空気通過面積と流量係数とを基本とするオリフィスの流量式に適用してスロットルの目標開口面積を求め、このスロットル目標開口面積を達成するスロットル開度を設定するといった手段が提案されている。
しかしながら、目標吸入空気流量を達成するスロットル開度をオリフィスの流量式に適用して算出するためには、大気圧や吸気圧、吸気温といったデータが必要であり、これらのデータを取得する各種のセンサを取り付ける必要がある。ただし、各種センサを取り付けることによってコストが高くなるため、各種センサの内、大気圧センサを用いずに大気圧を推定する方法が提案されている。

このような大気圧センサを用いず大気圧を推定する方法として、始動時と走行中のスロットルが全開時に大気圧を推定する方法が知られているが、このような方法を用いた装置においては、ドライバーの運転状態によってスロットルが全開とならない場合があり、始動時に推定した大気圧からデータが更新されない課題があった。この課題に対し、特許文献１では、車速が所定値以上の運転状態において、吸気圧、吸気温度、吸入空気量、スロットル開度から大気圧を推定する手法が示されている。

この大気圧推定手法によれば、スロットル開度に応じて、予め設定している開口面積マップから開口面積を求め、検出される吸気圧と推定大気圧との圧力比に基づき予め設定している圧力比流量関数から圧力比流量関数値を求め、検出される吸気温度から予め設定している吸気温パラメータを求め、これらを乗算することによって推定スロットル弁通過空気流量を算出するとともに、この推定スロットル弁通過空気流量に対してエアフロセンサ（以下、ＡＦＳと称す）の検出遅れによる補正を行うことによりＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量を算出し、このＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量がＡＦＳで検出される吸入空気流量と一致するように推定大気圧を更新していくことによって大気圧を推定するものである。

国際特許公開ＷＯ２０１０/０９００６０Ａ１号

しかしながら、このような特許文献１に示された手法では、一般に、高地では大気圧が低く、空気密度が低いため、吸入空気流量を増加するように大気圧による補正が必要となるため、推定大気圧が更新されることになり、これに伴って吸入空気流量に大気圧による補正がかかり、スロットルが動作するため、吸入空気流量とＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量がともに変化することとなる。

また、推定スロットル弁通過空気流量を吸入空気流量相当とするために、ＡＦＳの検出遅れによる補正を行っており、ＡＦＳの流量検出遅れ特性を実験に基づいて設定する必要がある。この設定には、各運転状態でのスロットル動作によるＡＦＳで出力される吸入空気流量から、理論演算で求められる推定スロットル弁通過空気流量を吸入空気流量相当となるように設定する必要があるが、センサや吸気系等のバラツキによっては補正が不適切になる場合がある。この場合、ＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量の応答性が悪くなり、安定するまでの時間を十分に設定する必要があるため、推定大気圧の更新周期が遅くなり、収束するまでに時間がかかってしまうことになる。

図７（ａ）に補正が安定するまでの時間を十分に設定した場合のタイムチャートを示す。
ｔ１において、吸入空気流量とＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量に差が生じていることより、大気圧推定を更新する。大気圧推定が更新されることで、上述したように吸入空気流量が変化し、ＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量も変化することとなる。
この吸入空気流量とＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量が安定するまでは、過渡変化時であり、大気圧を誤推定しやすいため、吸入空気流量とＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量が安定するまでの時間を十分に設定する必要があり、この間、大気圧推定の更新を停止することとなる。
ｔ２において、吸入空気流量とＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量が安定したと判断し、吸入空気流量とＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量に差が生じていることより大気圧推定を更新する。このｔ１からｔ２の間は大気圧推定の更新を停止した状態となる。上記ｔ１からｔ２と同様に、ｔ４でＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量が吸入空気流量と一致するまで大気圧推定を更新することとなり、収束するまでに時間がかかってしまう課題があった。

また、図７（ｂ）に推定大気圧の更新周期を短くした場合のタイムチャートを示す。
ｔ１において、吸入空気流量とＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量に差が生じていることより、大気圧推定を更新する。大気圧推定が更新されることで、吸入空気流量とＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量が変化することとなる。
ｔ２において、推定大気圧の更新周期が短いと吸入空気流量とＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量が安定する前に推定大気圧を更新することとなる。
ｔ３において、推定大気圧は実大気圧と合致するが、吸入空気流量とＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量が安定していないため、差が生じた状態となり、推定大気圧を更新することとなる。このため、推定大気圧はオーバーシュートすることとなる。

ｔ４において、ＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量が吸入空気流量より大きくなることで、推定大気圧を低下するように更新するが、ＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量は、ＡＦＳの検出遅れによる補正をしていることで直ぐに応答せず、上昇するように動作する。
ｔ５においても、ｔ４と同様に推定大気圧を低下するように更新し、ＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量が低下するように変化する。
ｔ６において、推定大気圧は実大気圧相当に近づくが、ＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量の応答が遅いために、吸入空気流量と差が生じ、推定大気圧を更新することとなる。

このように、従来の大気圧推定手法によれば、吸入空気流量とＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量の応答遅れにより、推定大気圧は実大気圧に対してオーバーシュートし、逆に、吸入空気流量がＡＦＳ補正推定スロットル弁通過空気流量よりも小さい場合には、アンダーシュートが発生する課題があった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、大気圧の推定を早くかつ誤りなく行なう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している。

この発明に係る内燃機関の制御装置は、
内燃機関の制御パラメータの算出に適用する大気圧を推定する大気圧推定手段を備える内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて目標吸入空気流量を算出する目標吸入空気流量算出手段と、
内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルと、
前記スロットルのスロットル開度を制御することにより前記吸気通路の有効開口面積を変化させて、前記内燃機関への吸気量を可変制御するスロットル開度制御手段と、
前記内燃機関への実吸入空気流量を検出する実吸入空気流量検出手段と、
前記スロットルの前記内燃機関側の圧力を吸気圧として検出する吸気圧検出手段と、
前記スロットルの大気側の吸気温を検出する吸気温検出手段とを含み、
前記大気圧推定手段は、
推定された大気圧、前記目標吸入空気流量、前記吸気圧および前記吸気温を、絞り式流量計の流量算出式に適用して、前記スロットル開度制御手段の目標有効開口面積を算出する目標有効開口面積算出手段と、
予め適合された前記スロットル開度制御手段の有効開口面積とスロットル開度との対応マップを用いて、前記目標有効開口面積から目標スロットル開度を算出する目標開度算出手段と、
前記実吸入空気流量が前記目標吸入空気流量と一致するように、推定大気圧を更新する推定大気圧更新手段とを備え、
前記目標開度算出手段は、前記推定大気圧更新手段により更新された推定大気圧を用いて前記目標スロットル開度を算出し、前記目標スロットル開度に前記スロットル開度を制御するように構成したものである。

この発明によれば、運転状態に基づいて算出された目標吸入空気流量は、センサの応答遅れによる補正を含まず、この目標吸入空気流量に実吸入空気流量が一致するように大気圧推定を実施することにより、大気圧の推定を早期にかつ精度良く推定することができる。

この発明の実施形態１に係る内燃機関の制御装置を適用した車両の要部構成を示す概略図である。 この発明の実施形態１に係るエンジン制御部の電気系統を示すブロック図である。 この発明の実施形態１に係る大気圧推定方法を説明するための機能ブロック図である。 この発明の実施形態１に係る無次元流量σのマップデータを示す特性図である。 この発明の実施形態１に係る大気圧推定処理手順を示すフローチャートである。 この発明の実施形態に係る大気圧推定処理の動作状態を説明するタイムチャートである。 従来装置における大気圧推定処理の動作状態を説明するタイムチャートである。

実施の形態１．
以下、この発明を実施例である図に基づいて詳細に説明する。
図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置を適用した車両の要部構成を示す概略図である。

図１において、内燃機関を構成するエンジン本体１には、空気を吸入する吸気管２と、排気ガスを排出する排気管３とが取り付けられている。この吸気管２の上流側には、エンジン本体１に供給した実吸入空気流量を測定するエアフロセンサ（ＡＦＳ）４が設けられ、このＡＦＳ４に一体もしくは別体に吸気温度を検出する吸気温センサ５が設けられている。
また、ＡＦＳ４の下流側には、アクセルペダルに設けられたアクセル開度センサ６の示す開度に応じて任意の開度調整を可能としたスロットル７が設けられており、このスロットル７には、スロットル開度位置を検出するためのスロットル開度センサ８が設けられている。

さらに、スロットル７の下流側には、サージタンク９および吸気管２内の吸気圧力を検出する圧力センサ１０が設けられている。なお、この圧力センサ１０は、他のセンサ情報に基づいて吸気圧力を演算して推定する手段を用いることもできる。

また、エンジン本体１には、エンジン回転数（エンジン回転速度）を検出する回転速度センサ１１と、エンジン本体１内に燃料を噴射するインジェクタ１３と、燃料に点火する点火コイル１４が取り付けられている。

上述の各種センサや図示しない他のセンサからの検出信号は、エンジン本体１の運転状態を示す情報として、マイクロコンピュータからなる電子制御装置（以下、ＥＣＵと称す）１２に入力され、このＥＣＵ１２では、入力された各種データより目標トルクを算出するとともに、この目標トルクを達成する目標吸入空気流量を算出し、目標吸入空気流量を達成するよう後述する方法で目標有効開口面積を算出して目標スロットル開度を求め、この目標スロットル開度を達成するようにスロットル７の開度を制御している。
また、同時にインジェクタ１３や点火コイル１４を含む各種アクチュエータを制御する指示値も算出し、出力している。
さらに、ＥＣＵ１２では、後述するように大気圧を推定する大気圧推定処理を実行し、得られた推定大気圧により目標有効開口面積の補正を行わせる。

図２は、図１に示す内燃機関の制御装置におけるエンジン制御部の電気系統を示すブロック図である。
図において、ＥＣＵ１２は、入力インタフェース（以下、「入力Ｉ／Ｆ」と称す）１２ａと、演算処理部１２ｂと、出力インタフェース（以下、「出力Ｉ／Ｆ」と称す）１２ｃとを備え、入力Ｉ／Ｆ１２ａには、ＡＦＳ４、吸気温センサ５、アクセル開度センサ６、スロットル開度センサ８、圧力センサ１０および図示しない他のセンサを含む各種センサ
３０が接続されている。

また、ＥＣＵ１２内の演算処理部１２ｂは、入力された各種データ（運転状態）に基づいて、まず、エンジン本体１の目標トルクを算出し、目標トルクを達成するための目標吸入空気流量を算出する。
続いて、演算処理部１２ｂは、エンジンの運転状態からドライバが必要としているトルク（ドライバ要求トルク）と、エンジンが動作することによる負荷トルク（ロストルク）と、アイドル時にエンジン回転を目標エンジン回転となるように調整したトルク（ＩＳＣトルク）の合計から目標トルクを算出し、この目標トルクから目標吸入空気流量に変換を行い、目標吸入空気流量を達成するための目標有効開口面積を算出するとともに、目標有効開口面積を達成するための目標スロットル開度を算出する。
さらに、演算処理部１２ｂは、各種の制御指令値を算出し、出力Ｉ／Ｆ１２ｃを介してスロットル７、インジェクタ１３および点火コイル１４を含む各種アクチュエータ４０に出力する。これによりスロットル７は、スロットル開度が目標スロットル開度と一致するように制御される。

図３は、目標吸入空気流量に実吸入空気流量を一致させるため、ＥＣＵ１２内で行う推定大気圧を算出する方法について説明するための機能ブロック図である。
図において、ドライバ要求トルク算出手段５０は、各種センサ３０から入力される運転状態により、ドライバが必要としているトルクを算出する。
ロストルク算出手段５１は、各種センサ３０から入力される運転状態により、エンジンの吸気および排気により発生するポンピング負荷と、エンジンが動作することにより発生する摩擦に伴う摩擦抵抗をフリクション負荷として求め、このポンピング負荷とフリクション負荷の合計をロストルクとして算出する。

ＩＳＣトルク算出手段５２は、各種センサ３０から入力される運転状態により、アイドル時にエンジン回転を目標エンジン回転となるようにトルクを調整し、ＩＳＣ（アイドル回転数制御）トルクとして算出する。

充填効率変換手段５３は、ドライバ要求トルク算出手段５０と、ロストルク算出手段５１およびＩＳＣトルク算出手段５２から出力されるトルクの合計（目標トルク）からエンジンの負荷を表す充填効率に変換する。
目標吸入吸気量算出手段は、充填効率変換手段５３により出力された充填効率から目標トルクを達成するための目標吸入空気流量Ｑａ＊を算出し、目標有効開口面積算出手段１５と推定大気圧更新手段１６に出力する。

推定大気圧更新手段１６は、ＡＦＳ４で検出した実吸入空気流量Ｑaが入力され、目標吸入空気流量Ｑａ＊に実吸入空気流量Ｑａが一致するように、推定大気圧ＧＰｏを算出し、算出された推定大気圧ＧＰｏを大気圧Ｐｏとして圧力比算出手段１７に入力する。
圧力比算出手段１７は、圧力センサ１０から入力された吸気圧Ｐｅと大気圧Ｐｏとの圧力比Ｐｅ／Ｐｏを算出する除算器からなり、圧力比Ｐｅ／Ｐｏの算出値を無次元流量算出手段１８に入力する。
無次元流量算出手段１８は、圧力比Ｐｅ／Ｐｏに基づき、無次元流量σを算出して目標有効開口面積算出手段１５に入力する。
音速算出手段２０は、吸気温センサ５から検出した吸気温Ｔｏに基づき、大気中の音速ａ_０を算出して目標有効開口面積算出手段１５に入力する。

目標有効開口面積算出手段１５は、目標吸入空気流量Ｑａ＊、音速ａ_０および無次元流量σを入力情報として、スロットル７の目標有効開口面積ＣＡｔ＊を算出して目標開度算出手段１９に入力する。
目標開度算出手段１９は、予め適合された有効開口面積ＣＡｔとスロットル開度ＴＰとの対応マップ（後述する「ＣＡｔ−ＴＰマップ」）を用いて、目標有効開口面積ＣＡｔ＊に対応した目標開度ＴＰ＊を算出し、スロットル７の開度を制御することになる。

次に、上記のように構成された制御装置における具体的な算出処理機能について説明する。
一般に、絞り式流量計の体積流量算出式は、吸入空気流量Ｑａ（体積流量）と、大気中の音速ａ_０と、流量係数Ｃと、スロットル７の開口面積Ａｔと、吸気圧Ｐｅと、大気圧Ｐｏと、比熱比ｋとを用いて、以下の式（１）で表される。

ここで、無次元流量算出手段１８により算出される無次元流量σを、以下の式（２）のように定義する。

式（２）を式（１）に代入すると、吸入空気流量は、下記式（３）のように書くことができる。

なお、大気の音速ａ_０は、Ｒをガス定数、Ｔ_０を吸気温とすると下記式（４）で表される。

また、式（３）を変形すると、流量係数Ｃとスロットル７の開口面積Ａｔとの積で表される有効開口面積ＣＡｔは、目標トルクを達成するために必要な目標吸入空気流量Ｑａ＊と、大気中の音速ａ_０と、無次元流量σとが与えられた場合に、下記式（５）により算出することができる。

したがって、ＥＣＵ１２内での目標有効開口面積算出手段１５は、目標吸入空気流量Ｑａ＊、大気中の音速ａ_０および無次元流量σに基づき、式（５）を用いて、目標吸入空気流量Ｑａ＊を達成するための目標有効開口面積ＣＡｔ＊を算出することができる。

ところで、目標有効開口面積ＣＡｔ＊の算出に必要な大気中の音速ａ_０を、ＥＣＵ１２内で式（４）を用いて演算することは、演算負荷が膨大となるので実用的ではない。
そこで、ＥＣＵ１２内での演算負荷を抑えるために、音速算出手段２０は、予め大気中の音速ａ_０の理論値を算出して、吸気温Ｔｏに対するマップデータとして記憶しておき、目標有効開口面積算出手段１５での演算処理前に吸気温Ｔｏを用いて大気中の音速ａ_０を算出している。

同様に、目標有効開口面積ＣＡｔ＊の演算に必要な無次元流量σを、ＥＣＵ１２内で式（２）を用いて演算することも、演算負荷が膨大となるので実用的ではない。
そこで、ＥＣＵ１２内での演算負荷を抑えるために、無次元流量算出手段１８は、予め無次元流量σの理論値を算出し、図４に示すように吸気圧Ｐｅと大気圧Ｐｏとの圧力比に対するマップデータとして記憶しておき、目標有効開口面積算出手段１５での演算処理前に、圧力比算出手段１７で算出された吸気圧Ｐｅと大気圧Ｐｏとの圧力比Ｐｅ／Ｐｏから図４を用いて無次元流量σを算出している。

ところで、一般に、吸気圧Ｐｅと大気圧Ｐｏの圧力比が所定値（空気の場合、約０.５２８）以下の場合、スロットル７を通る空気の流量が飽和（所謂チョーク）することが知られており、このチョークが起きた場合には、式（２）で算出される無次元流量σは、一定値になることも知られている。
そこで、吸気圧Ｐｅと大気圧Ｐｏの圧力比が所定値以下の場合、圧力比算出手段１７において吸気圧Ｐｅと大気圧Ｐｏの圧力比を所定値とすることで、チョークが起きた場合にも対応できる。
なお、圧力比算出手段１７において吸気圧Ｐｅと大気圧Ｐｏの圧力比を所定値とする代わりに、無次元流量算出手段１８において、吸気圧Ｐｅと大気圧Ｐｏの圧力比で表される無次元流量σのマップ値を、吸気圧Ｐｅと大気圧Ｐｏの圧力比が所定値以下の部分は、所定値の場合と同値としてもよい。

また、ＡＦＳ４は、吸気圧Ｐｅと大気圧Ｐｏの圧力比がある程度大きくなると、吸入空気脈動の影響を受けるため、実際の吸入空気流量と測定した吸入空気流量の間に誤差が発生する場合がある。さらに、無次元流量σも、吸気圧Ｐｅと大気圧Ｐｏの圧力比がある程度大きくなると、吸入空気脈動による吸気圧Ｐｅの測定誤差の影響が大きくなる場合がある。そこで、吸気圧Ｐｅと大気圧Ｐｏの圧力比が所定値以上の場合、圧力比算出手段１７において、吸気圧Ｐｅと大気圧Ｐｏの圧力比を所定値として扱うことにより、吸入空気脈動の影響を少なくし、スロットル制御性を確保することができる。
なお、圧力比算出手段１７において、吸気圧Ｐｅと大気圧Ｐｏの圧力比を所定値とする代わりに、無次元流量算出手段１８において、吸気圧Ｐｅと大気圧Ｐｏの圧力比で表される無次元流量σのマップ値を、吸気圧Ｐｅと大気圧Ｐｏの圧力比が所定値以上の部分は所定値の場合と同値としてもよい。

さらに、目標開度算出手段１９は、目標有効開口面積算出手段１５で算出された目標有効開口面積ＣＡｔ＊を用いて、目標開度ＴＰ＊を算出するが、このとき、目標開度算出手段１９は、スロットル開度ＴＰの測定値と、吸気量Ｑａの測定値から式（５）により算出した有効開口面積ＣＡｔとの関係を予め求め、スロットル開度ＴＰと有効開口面積ＣＡｔとが１対１で対応する２次元マップとして記憶しておき、この２次元マップを用いることにより、目標有効開口面積ＣＡｔ＊に対応した目標開度ＴＰ＊を算出する。
これにより、スロットル開度ＴＰと有効開口面積ＣＡｔとの２次元マップを容易に作成することができ、大幅なセッティング工数の削減を実現することができる。

以上のように算出された目標スロットル開度ＴＰ＊にスロットル７を制御することによって、ＡＦＳ４から検出される実吸入空気流量Ｑａが変化する。この実吸入空気流量Ｑａが目標吸入空気流量算出手段６０で算出される目標吸入空気流量Ｑａ＊と一致するように、推定大気圧更新手段１６において推定大気圧ＧＰｏを算出し、大気圧Ｐｏとして出力する。
出力された大気圧Ｐｏによりスロットル７を制御することで、実吸入空気流量Ｑａが目標吸入空気流量Ｑａ＊と一致し、推定大気圧ＧＰｏは大気圧Ｐｏと一致する。

なお、上記の目標有効開口面積算出手段１５と、目標開度算出手段１９と、スロットル７と、スロットル７を駆動制御する手段（図示せず）とを含めてスロットル開度制御手段８０と称する。また、上記のスロットル開度制御手段８０と、推定大気圧更新手段１６と、吸気温センサ５と、音速算出手段２０と、圧力センサ１０と、圧力比算出手段１７と、無次元流量算出手段１８とを含めて大気圧推定手段７０と称する。

次に、この発明の要部である大気圧推定手段７０における大気圧推定方法の具体的な手順について、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステップＳ１では、推定大気圧更新手段１６において、大気圧推定が完了しているか判定し、Ｙｅｓの場合は、大気圧推定フローを終了する。Ｎｏの場合は、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、推定大気圧更新手段１６において、目標吸入空気流量Ｑa＊の偏差が所定値Ａ以上で、かつ所定値Ａ以上の状態が所定時間以内の場合には、エンジンが過渡変化中と判断し、過渡変化時では大気圧を誤推定しやすい状態であるため、Ｙｅｓに進み、大気圧推定の開始ステップＳ１に戻る。また、目標吸入空気流量Ｑａ＊の偏差が所定値未満で、かつ上記所定時間を越えた場合には、Ｎｏとなり、ステップＳ３に進む。
ここで、所定値Ａについては、実験に基づいて設定する必要があり、各運転状態での定常状態から目標吸入空気流量Ｑａ＊の偏差を求め、この偏差を下回らない値に設定する。下回る設定とした場合、常時推定大気圧が実施されない状態となり、逆に偏差に対し大きく設定した場合に、エンジンが過渡運転中でも推定大気圧が実施されることとなり、誤推定することとなる。

ステップＳ３では、圧力センサ１０で検出した吸気圧Ｐｅと、推定大気圧更新手段１６において推定大気圧ＧＰｏの初期値が設定された大気圧Ｐｏとから、圧力比算出手段１７において、圧力比（Ｐｅ／Ｐｏ）を算出する。
ステップＳ４では、圧力比算出手段１７で算出した圧力比（Ｐｅ／Ｐｏ）が所定値Ｂ（空気の場合、約０.５２８）以下の場合は、上述したように、スロットルを通る空気の流量が飽和（所謂チョーク）する領域であることより、大気圧を誤推定しやすい領域となるため、Ｙｅｓに進み大気圧推定の開始ステップＳ１に戻る。また、圧力比（Ｐｅ／Ｐｏ）が所定値Ｂより大きい場合は、ＮｏとなりステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、ステップＳ３で算出している圧力比（Ｐｅ／Ｐｏ）が所定値Ｃ以上の場合は、上述したように、吸入空気脈動の影響を受けるため、実際の吸入空気流量と測定した吸入空気流量の間に誤差が発生する場合があることより、大気圧を誤推定する場合があるため、Ｙｅｓに進み大気圧推定の開始ステップＳ１に戻る。また、圧力比（Ｐｅ／Ｐｏ）が所定値Ｃより小さい場合は、ＮｏとなりステップＳ６に進む。
ステップＳ６では、ステップＳ３で求めた圧力比（Ｐｅ／Ｐｏ）から無次元流量算出手段１８により無次元流量σを算出し、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、吸気温センサ５で検出した吸気温Ｔｏより音速算出手段２０により音速ａ_０を算出し、ステップＳ８に進む。
ステップＳ８では、ステップＳ６とステップＳ７で算出した無次元流量σと音速ａ_０とに基づき、目標有効開口面積算出手段１５において目標有効開口面積ＣＡｔ＊を算出し、目標開度算出手段１９においてスロットル目標開度ＴＰ＊を算出し、スロットル７を動作させる。

ステップＳ９では、推定大気圧更新手段１６において、ＡＦＳ４から検出された実吸入空気流量Ｑaを読み込み、平均化を実施し、平均実吸入空気流量Ｑａｖｅを算出し、ステップＳ１０に進む。平均化については、演算周期の所定周期毎で移動平均を行う。
ステップＳ１０では、実吸入空気流量Ｑaの平均化が完了しているか判定し、平均化が完了している場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１１に進む。Ｎｏの場合は、大気圧推定の開始ステップＳ１に戻る。

ステップＳ１１では、推定大気圧更新手段１６において、下記式（６）に従いステップＳ９で平均化した平均実吸入空気流量Ｑａｖｅから実吸入空気流量Ｑaの偏差△Ｑａを求め、偏差が所定値Ｄ以上の場合は、実吸入空気流量Ｑａが安定していない（過渡変化中）と判断し、大気圧を誤推定しやすい状態であるため、Ｙｅｓに進み、大気圧推定の開始ステップＳ１に戻る。

△Ｑａ=｜平均実吸入空気流量Ｑａｖｅ−吸入空気流量Ｑａ｜ ……式（６）

実吸入空気流量Ｑａの偏差△Ｑａが所定値Ｄ未満の場合には、ＮｏとなりステップＳ１２に進む。
ここで、所定値Ｄについては、上述した所定値Ａと同様に、実験に基づいて設定する必要があり、各運転状態での定常状態から実吸入空気流量Ｑａの偏差を求め、この偏差を下回らない値に設定する。下回る設定とした場合、常時推定大気圧が実施されない状態となり、逆に偏差に対し大きく設定した場合に、エンジンが過渡運転中でも推定大気圧が実施されることとなり、誤推定することとなる。

ステップＳ１２では、推定大気圧更新手段１６において、目標吸入空気流量Ｑａ＊を平均実吸入空気流量Ｑａｖｅで除算し、除算した値が所定値Ｅ（例えば１.０５）以下の場
合は、平均実吸入空気流量Ｑａｖｅが目標吸入空気流量Ｑａ＊より大きいと判断し、ステップＳ１４に進む。
ステップＳ１２で除算した値が所定値Ｅよりも大きい場合は、Ｙｅｓとなり、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、ステップＳ１２において平均実吸入空気流量Ｑａｖｅが目標吸入空気流量Ｑａ＊よりも小さいため、目標吸入空気流量Ｑａ＊に平均実吸入空気流量Ｑａｖｅが一致するように、大気圧を下記式（７）に従い更新する。

ＧＰｏ(ｎ)＝ＧＰｏ(ｎ−１)−所定値Ｆ ……式（７）

ここで、所定値Ｆについては、実験に基づいて設定する必要があり、推定大気圧の更新により、運転状態に影響しない、またはドライバーに違和感を与えない値を設定する。

ステップＳ１４では、ステップＳ１２と同様に目標吸入空気流量Ｑａ＊を平均実吸入空気流量Ｑａｖｅで除算し、除算した値が所定値Ｇ（例えば０.９５）以上の場合はＹｅｓとなり、目標吸入空気流量Ｑａ＊と一致していると判断し、ステップＳ１６に進む。
ステップＳ１４で除算した値が所定値Ｇより小さい場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１５に進む。
ステップＳ１５では、ステップＳ１４において平均実吸入空気流量Ｑａｖｅが目標吸入空気流量Ｑａ＊よりも大きいため、目標吸入空気流量Ｑａ＊に平均実吸入空気流量Ｑａｖｅが一致するように、大気圧を下記式（８）に従い更新する。

ＧＰｏ(ｎ)＝ＧＰｏ(ｎ−１)＋所定値Ｈ ……式（８）

ここで、所定値Ｈについては、実験に基づいて設定する必要があり、推定大気圧の更新により、運転状態に影響しない、またはドライバーに違和感を与えない値を設定する。
ステップＳ１６では、大気圧推定手段７０における大気圧推定が完了したとして大気圧推定フローを終了する。すなわち、ステップＳ１３およびステップＳ１５で更新された推定大気圧データを用いてステップＳ８においてスロットル目標開度ＴＰ＊を算出し、スロットル７を制御させることになる。

次に、この発明における各制御値の具体的な変化について、図６に示すタイムチャートに基づいて説明する。図６は、高地から坂道を下って低地に移動している状態において、大気圧推定を実施しているタイムチャートである。

ｔ１において、圧力比が所定範囲内（所定値Ｃ≦圧力比（Ｐｅ／Ｐｏ）≦所定値Ｂ）であり、目標吸入空気流量Ｑａ＊を平均実吸入空気流量Ｑａｖｅで除算した値が所定値Ｇ未満であることにより、推定大気圧に所定値Ｈを加算し、推定大気圧が更新される。推定大気圧が更新されることで、目標スロットル開度が動作し、スロットル開度が閉じ側に動作する。スロットル開度が動作することで、実吸入空気流量Ｑａが低下し、平均実吸入空気流量Ｑａｖｅも低下する。

ｔ２において、平均実吸入空気流量Ｑａｖｅと実吸入空気流量Ｑａの偏差△Ｑａが所定値Ｄ未満となると、実吸入空気流量Ｑａが安定したと判断し、目標吸入空気流量Ｑａ＊を平均実吸入空気流量Ｑａｖｅで除算した値により、推定大気圧を更新する。ｔ３も同様に推定大気圧の更新を実施していく。
ｔ４において、目標吸入空気流量Ｑａ＊を平均実吸入空気流量Ｑａｖｅで除算した値が所定範囲内（所定値Ｇ≦目標吸入空気流量Ｑａ＊／平均実吸入空気流量Ｑａｖｅ≦所定値Ｅ）となると、目標吸入空気流量Ｑａ＊と実吸入空気流量Ｑａが一致し、推定大気圧が実大気圧と一致することになる。

以上説明したように、この発明によれば、推定された大気圧、目標吸入空気流量、吸気圧および吸気温を用い、絞り式流量計の流量算出式に適用して、スロットル開度制御手段の目標有効開口面積を算出する目標有効開口面積算出手段と、予め適合されたスロットル開度制御手段の有効開口面積とスロットル開度との対応マップを用いて、目標有効開口面積から目標スロットル開度を算出する目標開度算出手段と、実吸入空気流量が目標吸入空気流量と一致するように、推定大気圧を更新する推定大気圧更新手段とを備えることにより、エアフロセンサの検出遅れによる補正を含まず、目標吸入空気流量に実吸入空気流量
が一致するように大気圧推定を行わせることができ、大気圧の推定を早期にかつ精度良く行わせることができる。

また、目標吸入空気流量算出手段により算出された目標吸入空気流量の変化量を算出し、算出した変化量が所定値以上で、かつ所定値以上の状態が所定時間以内の場合には、大気圧推定の更新を停止することにより、目標吸入空気流量の変化量が所定値以上では目標吸入空気流量の変動が大きくなることによる大気圧の誤推定を抑制することができる。
さらに、実吸入空気流量検出手段により検出された実吸入空気流量の変化量を算出し、算出した変化量が所定値以上であるときは、推定大気圧の更新を停止することにより、実標吸入空気流量の変動が大きくなることによる大気圧の誤推定を抑制できる。

さらにまた、吸気圧と推定大気圧から圧力比を求める圧力比算出手段を備え、算出された圧力比が所定範囲以外であるときは、推定大気圧の更新を停止することにより、スロットルを通る空気の流量が飽和（所謂チョーク）する領域と吸入空気脈動の影響を受けることで、実際の吸入空気流量と測定した吸入空気流量の間に誤差が発生する領域による大気圧の誤推定を抑制することができる。

なお、上述した実施形態では、エアフロセンサで検出した実吸入空気流量以外に他のセンサから推定した吸入空気流量を実吸入空気流量として用いる場合においても適用することができる。また、トルクベース制御方式を採用したエンジン制御装置に本発明を適用した場合について説明したが、トルクベース制御以外のエンジン制御システムにおいても適用が可能である。

また、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：エンジン本体、 ２：吸気管、 ３：排気管、
４：エアフロセンサ（ＡＦＳ）、５：吸気温センサ、６：アクセル開度センサ、
７：スロットル、 ８：スロットル開度センサ、
９：サージタンク、 １０：圧力センサ、 １１：回転速度センサ、
１２：電子制御装置（ＥＣＵ）、１３：インジェクタ、１４：点火コイル、
１５：目標有効開口面積算出手段、 １６：推定大気圧更新手段、
１７：圧力比算出手段、１８：無次元流量算出手段、１９：目標開度算出手段、
２０：音速算出手段、 ３０：各種センサ、 ４０：各種アクチュエータ、
５０：ドライバ要求トルク算出手段、 ５１：ロストルク算出手段、
５２：ＩＳＣトルク算出手段、 ５３：充填効率変換手段、
６０：目標吸入空気流量算出手段、 ７０：大気圧推定手段、
８０：スロットル開度制御手段

Claims (4)

1. 内燃機関の制御パラメータの算出に適用する大気圧を推定する大気圧推定手段を備える内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて目標吸入空気流量を算出する目標吸入空気流量算出手段と、
   前記内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルと、
   前記スロットルのスロットル開度を制御することにより前記吸気通路の有効開口面積を変化させて、前記内燃機関への吸気量を可変制御するスロットル開度制御手段と、
   前記内燃機関への実吸入空気流量を検出する実吸入空気流量検出手段と、
   前記スロットルの前記内燃機関側の圧力を吸気圧として検出する吸気圧検出手段と、
   前記スロットルの大気側の吸気温を検出する吸気温検出手段とを含み、
   前記大気圧推定手段は、
   推定された大気圧、前記目標吸入空気流量、前記吸気圧および前記吸気温を、絞り式流量計の流量算出式に適用して、前記スロットル開度制御手段の目標有効開口面積を算出する目標有効開口面積算出手段と、
   予め適合された前記スロットル開度制御手段の有効開口面積とスロットル開度との対応マップを用いて、前記目標有効開口面積から目標スロットル開度を算出する目標開度算出手段と、
   前記実吸入空気流量が前記目標吸入空気流量と一致するように、推定大気圧を更新する推定大気圧更新手段とを備え、
   前記目標開度算出手段は、前記推定大気圧更新手段により更新された推定大気圧を用いて前記目標スロットル開度を算出し、前記目標スロットル開度に前記スロットル開度を制御することを特徴とした内燃機関の制御装置。
2. 前記大気圧推定手段は、
   前記推定大気圧更新手段において、前記目標吸入空気流量算出手段により算出された目標吸入空気流量の変化量を算出し、算出した変化量が所定値以上で、かつ所定値以上の状態が所定時間以内の場合には、推定大気圧の更新を停止することを特徴とした請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記大気圧推定手段は、
   前記推定大気圧更新手段において、前記実吸入空気流量検出手段により検出された実吸入空気流量の変化量を算出し、算出した変化量が所定値以上であるときは、推定大気圧の更新を停止することを特徴とした請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記大気圧推定手段は、
   前記吸気圧と前記推定大気圧から圧力比を求める圧力比算出手段を備え、
   前記圧力比算出手段により算出された圧力比が所定範囲以外であるときは、推定大気圧の更新を停止することを特徴とした請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
   

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