JP5511616B2 - 大気圧推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、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大気圧推定装置に関する。

内燃機関の燃料供給量、点火時期などの制御パラメータの算出には、通常は大気圧センサによって検出された大気圧が適用されるが、機関制御パラメータを算出するためのセンサの数は、できるだけ少なくすることが望ましい。

特許文献１には、スロットル弁開度、機関回転数、及び吸気圧に応じて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、スロットル弁開度及び機関回転数に応じて予め設定されたマップを検索することにより、傾きＫｐｂｐａ及び標準大気圧における標準吸気圧Ｐｂｐａが算出され、傾きＫｐｂｐａ及び標準吸気圧Ｐｂｐａを含む一次式に検出吸気圧を適用して、推定大気圧が算出される。

特開平２−２３２５３号公報

スロットル弁が全閉状態とされる減速運転においては、機関への燃料供給を一時的に停止する燃料カット運転が行われる。燃料カット運転中においては、吸気圧は通常運転中に比べて吸気圧が低くなるため、上記従来の手法では、機関特性のばらつきの影響を受けやすくなり、大気圧の推定精度が低下するという課題がある。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、燃料カット運転中においても、検出吸気圧に応じた大気圧の推定を実行し、しかも推定精度の低下を抑制して正確な推定を行うことができる大気圧推定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装置において、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段と、前記機関の吸気圧（ＰＢＡ）を検出する吸気圧検出手段と、前記機関の点火を可能とする点火スイッチのオン直後において、前記吸気圧（ＰＢＡ）に基づいて大気圧の第１推定値（ＰＡＥＳＴＰ）を算出する第１推定値算出手段と、前記機関への燃料供給を一時的に停止する燃料カット運転中において、前記機関回転数（ＮＥ）及び吸気圧（ＰＢＡ）に基づいて大気圧の第２推定値（ＰＡＥＦＣ）を算出する第２推定値算出手段と、前記第１及び第２推定値（ＰＡＥＳＴＰ，ＰＡＥＦＣ）に基づいて補正係数（ＫＦＣＰＡＥ）を算出する補正係数算出手段とを備え、前記補正係数算出手段は、前記点火スイッチオン後における、前記機関により駆動される車両の走行距離が所定距離（ＤＩＳＴ）未満であるときに、前記補正係数（ＫＦＣＰＡＥ）の算出を行い、前記燃料カット運転中においては、前記補正係数（ＫＦＣＰＡＥ）及び第２推定値（ＰＡＥＦＣ）に基づいて前記大気圧の推定を行うことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の大気圧推定装置において、前記機関のスロットル弁の開度（ＴＨ）を検出するスロットル弁開度検出手段と、前記スロットル弁開度（ＴＨ）が所定開度（ＴＨＨＬ）より大きい状態において、前記吸気圧（ＰＢＡ）に基づいて大気圧の第３推定値（ＰＡＥＨＬＡＶ）を算出する第３推定値算出手段とをさらに備え、前記補正係数算出手段は、前記第３推定値（ＰＡＥＨＬＡＶ）の算出が完了した後は、前記第２及び第３推推定値（ＰＡＥＦＣ，ＰＡＥＨＬＡＶ）に基づいて前記補正係数（ＫＦＣＰＡＥ）の算出を行うことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、点火スイッチのオン直後において、吸気圧に基づいて大気圧の第１推定値が算出されるとともに、機関への燃料供給を一時的に停止する燃料カット運転中において、機関回転数及び吸気圧に基づいて大気圧の第２推定値が算出される。さらに、機関により駆動される車両の走行距離が所定距離未満であるときに、第１及び第２推定値に基づいて補正係数が算出され、燃料カット運転中においては算出された補正係数及び第２推定値に基づいて大気圧の推定が行われる。補正係数には機関特性のばらつきの影響が反映されるので、燃料カット運転中に算出される第２推定値及び補正係数を用いて推定大気圧を算出することにより、燃料カット運転中において正確な大気圧推定を行うことができる。

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。 大気圧推定処理のフローチャートである。 補正係数（ＫＦＣＰＡＥ）を算出する処理のフローチャートである。 補正係数（ＫＦＣＰＡＥ）による補正の効果を説明するためのタイムチャートである。

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、図１において、例えば４気筒を有する内燃機関（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。また、スロットル弁３にはスロットル弁開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ４が連結されており、その検出信号は、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７が接続されており、アクチュエータ７は、ＥＣＵ５によりその作動が制御される。吸気管２には、吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が設けられており、その検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の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おり、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。

エンジン１の各気筒の点火プラグ１２は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５は点火プラグ１２に点火信号を供給し、点火時期制御を行う。
スロットル弁３の下流には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８が取付けられている。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１０が取り付けられている。これらのセンサ８及び１０の検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

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１１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１１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（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６度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）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、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３１、及びエンジン１により駆動される車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ３２が接続されている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。また、点火プラグ１２による点火を可能とする点火スイッチ３３のオンオフ信号が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７、燃料噴射弁６、及び点火プラグ１２に駆動信号を供給する出力回路から構成される。

ＥＣＵ５のＣＰＵは、上記センサの検出信号に応じて、点火時期制御、スロットル弁３の開度制御、及びエンジン１に供給する燃料量（燃料噴射弁６の開弁時間）の制御を行う。

さらにＥＣＵ５のＣＰＵは、大気圧ＰＡを推定する大気圧推定処理を実行し、該大気圧推定処理により得られる推定大気圧ＰＡＥＳＴを、上記点火時期制御、燃料量制御などの制御に適用する。

図２は大気圧推定処理のフローチャートである。この処理は、点火スイッチ３３がオンされた後に、ＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間毎に実行される。
ステップＳ１１では、エンジン停止フラグＦＥＳＴＰが「１」であるか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）、すなわち点火スイッチ３３がオン直後のエンジン回転開始前であるときは、エンジン停止時の大気圧推定値（以下「停止推定値」という）ＰＡＥＳＴＰ及び推定大気圧ＰＡＥＳＴを検出吸気圧ＰＢＡに設定し（ステップＳ１２）、初期化完了フラグＦＰＡＩＮＩを「１」に設定する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１１の答が否定（ＮＯ）であるときは、高負荷運転フラグＦＨＬが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ１４）。高負荷運転フラグＦＨＬは、スロットル弁開度ＴＨが所定開度ＴＨＨＬ（例えば全開開度の２０％に相当する開度）より大きく、かつ当該車両の走行状態が安定しているとき「１」に設定される。この答が否定（ＮＯ）であるときは直ちにステップＳ１７に進む。一方、ＦＨＬ＝１であって、エンジン１が所定高負荷運転状態にあるときは、高負荷運転における大気圧推定値（以下「高負荷運転推定値」という）ＰＡＥＨＬを、吸気圧ＰＢＡ及びエンジン回転数ＮＥに応じて公知の手法（例えば上記特許文献１に示された手法）により算出する（ステップＳ１５）。算出した高負荷運転推定値ＰＡＥＨＬは順次記憶し、エンジン１の今回の運転開始時点から算出された高負荷運転推定値ＰＡＥＨＬの数が所定数Ｎ１（例えば１００）に達したときに、平均高負荷運転推定値ＰＡＥＨＬＡＶ（＝ΣＰＡＥＨＬ／Ｎ１）を算出するとともに、平均高負荷運転推定値ＰＡＥＨＬＡＶの算出が完了したことを示す高負荷運転平均値算出完了フラグＦＨＬＡＶＥＮＤを「１」に設定する。

ステップＳ１６では、推定大気圧ＰＡＥＳＴをステップＳ１５で算出した高負荷運転推定値ＰＡＥＨＬに設定する。
ステップＳ１７では、燃料カットフラグＦＦＣが「１」であるか否かを判別する。燃料カットフラグＦＦＣは、当該車両の減速中においてエンジン１への燃料供給を一時的に停止する燃料カット運転を行っており、かつ当該車両の走行状態が安定しているとき「１」に設定される。この答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに処理を終了する。

一方燃料カットフラグＦＦＣが「１」であるときは、燃料カット運転中における大気圧推定値（以下「燃料カット運転推定値」という）ＰＡＥＦＣを、吸気圧ＰＢＡ及びエンジン回転数ＮＥに応じて公知の手法（例えば上記特許文献１に示された手法）により算出する（ステップＳ１８）。算出した燃料カット運転推定値ＰＡＥＦＣは順次記憶し、エンジン１の今回の運転開始時点から算出された燃料カット運転推定値ＰＡＥＦＣの数が所定数Ｎ２（例えば１００）に達したときに、平均燃料カット運転推定値ＰＡＥＦＣＡＶ（＝ΣＰＡＥＦＣ／Ｎ２）を算出するとともに、平均燃料カット運転推定値ＰＡＥＦＣＡＶの算出が完了したことを示す燃料カット運転平均値算出完了フラグＦＦＣＡＶＥＮＤを「１」に設定する。

ステップＳ１９では、図３の処理で算出される補正係数ＫＦＣＰＡＥ及びステップＳ１８で算出された燃料カット運転推定値ＰＡＥＦＣを下記式（１）に適用し、推定大気圧ＰＡＥＳＴを算出する（ステップＳ２０）。なお、補正係数ＫＦＣＰＡＥは、記憶値が失われたときは「１．０」に初期化されるので、図３の処理で補正係数ＫＦＣＰＡＥの算出が完了するまでの期間は、推定大気圧ＰＡＥＳＴは、燃料カット運転推定値ＰＡＥＦＣと等しくなる。
ＰＡＥＳＴ＝ＫＦＣＰＡＥ×ＰＡＥＦＣ （１）

図３は、補正係数ＫＦＣＰＡＥを算出する処理のフローチャートである。この処理は、点火スイッチ３３がオンされた後に、ＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間毎に実行される。

ステップＳ３１では、補正係数算出完了フラグＦＫＣＥＮＤが「１」であるか否かを判別する。補正係数算出完了フラグＦＫＣＥＮＤは、点火スイッチ３３がオフされると「０」に戻されるので、最初はこの答は否定（ＮＯ）となり、ステップＳ３２に進み、燃料カット運転平均値算出完了フラグＦＦＣＡＶＥＮＤが「１」であるか否かを判別する。最初はこの答は否定（ＮＯ）であるので、直ちに処理を終了し、燃料カット運転平均値算出完了フラグＦＦＣＡＶＥＮＤが「１」に設定されると、ステップＳ３３に進み、高負荷運転平均値算出完了フラグＦＨＬＡＶＥＮＤが「１」であるか否かを判別する。

ステップＳ３３の答が否定（ＮＯ）であるときは、車両走行フラグＦＤＩＳＴが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ３４）。車両走行フラグＦＤＩＳＴは、初期値は「０」であり、当該車両が今回の運転開始後、所定距離ＤＩＳＴ（例えば３０００ｍ）走行したとき「１」に設定される。最初は、ステップＳ３４の答は否定（ＮＯ）であり、ステップＳ３５に進んで、初期化フラグＦＰＡＩＮＩが「１」であるか否かを判別する。

ステップＳ３５の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに処理を終了し、ステップＳ３３またはＳ３５の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ３６に進み、下記式（２）または（３）により補正係数の今回値ＫＦＣＰＡＥＰを算出する。式（２）は、平均高負荷運転推定値ＰＡＥＨＬＡＶと、平均燃料カット運転推定値ＰＡＥＦＣＡＶの比率を算出するものであり、ステップＳ３３から直ちにステップＳ３６に進んだときに適用される。式（３）は、停止推定値ＰＡＥＳＴＰと、平均燃料カット運転推定値ＰＡＥＦＣＡＶの比率を算出するものであり、ステップＳ３５からステップＳ３６に進んだときに適用される。
ＫＦＣＰＡＥＰ＝ＰＡＥＨＬＡＶ／ＰＡＥＦＣＡＶ （２）
ＫＦＣＰＡＥＰ＝ＰＡＥＳＴＰ／ＰＡＥＦＣＡＶ （３）

ステップＳ３４の答が肯定（ＹＥＳ）であって、点火スイッチオン後所定距離ＤＩＳＴ以上走行したときは、車両走行環境が変化している可能性が高く停止推定値ＰＡＥＳＴＰの信頼性が低いので、直ちに処理を終了する。

ステップＳ３７では、リセットフラグＦＫＦＣＲＳＴが「１」であるか否かを判別する。リセットフラグＦＫＦＣＲＳＴは、メモリに記憶されている補正係数ＫＦＣＰＡＥの値が失われたとき「０」に設定される。ステップＳ３７の答が否定（ＮＯ）であるときは、補正係数ＫＦＣＰＡＥを今回値ＫＦＣＰＡＥＰに設定し（ステップＳ３８）、リセットフラグＦＫＦＣＲＳＴを「１」に戻す（ステップＳ３９）。ステップＳ４１では、補正係数算出完了フラグＦＫＣＥＮＤを「１」に設定する。

ステップＳ３７の答が肯定（ＹＥＳ）、すなわちメモリに補正係数ＫＦＣＰＡＥが格納されているときは、なまし演算により補正係数ＫＦＣＰＡＥを算出する（ステップＳ４０）。すなわち、下記式（４）の右辺に今回値ＫＦＣＰＡＥＰ及び記憶値ＫＦＣＰＡＥを適用し、補正係数ＫＦＣＰＡＥの更新を行う。式（４）のＣＦＣＰＡＥは、０から１の間の値に設定されるなまし係数であり、より具体的には例えば０から０．１の間の値に設定される。
ＫＦＣＰＡＥ＝ＣＦＣＰＡＥ×ＫＦＣＰＡＥＰ
＋（１−ＣＦＣＰＡＥ）×ＫＦＣＰＡＥ （４）

ステップＳ３８またはＳ４０が実行され、補正係数ＫＦＣＰＡＥの初期化または更新が行われると、補正係数算出完了フラグＦＫＣＥＮＤが「１」に設定されるので、以後はステップＳ３１の答が肯定（ＹＥＳ）となり、図３の処理は実質的に実行されなくなる。すなわち、補正係数ＫＦＣＰＡＥの更新は、１運転期間（点火スイッチ３３のオン時点からオフ時点まで期間）に１回のみ行われる。

図４は、上述した補正係数ＫＦＣＰＡＥを用いて推定大気圧ＰＡＥＳＴを算出することの効果を説明するためのタイムチャートであり、図４（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ高負荷運転フラグＦＨＬ、燃料カットフラグＦＦＣ、推定大気圧ＰＡＥＳＴ（補正無し）、推定誤差ＤＰＡ（補正無し）、推定大気圧ＰＡＥＳＴ（補正有り）、及び推定誤差ＤＰＡ（補正有り）の推移を示す。推定誤差ＤＰＡは、推定大気圧ＰＡＥＳＴから実大気圧ＰＡを減算することにより算出されるものである。

図４（ｃ）及び（ｄ）に示す、補正係数ＫＦＣＰＡＥによる補正を行わない例では、高負荷運転推定値ＰＡＥＨＬの推定誤差ＤＰＡはほぼ「０」であるが（時刻ｔ１）、燃料カット運転推定値ＰＡＥＦＣは、実大気圧ＰＡよりかなり低い値となり、推定誤差ＤＰＡがマイナス方向に大きくなっている（時刻ｔ２）。燃料カット運転は６回行われており、燃料カット運転推定値ＰＡＥＦＣは若干変化しているが、推定誤差ＤＰＡの大きい状態は改善されない。時刻ｔ３において再度、高負荷運転推定値ＰＡＥＨＬの算出が行われ、推定大気圧ＰＡＥＳＴが高負荷運転推定値ＰＡＥＨＬに設定されるので、推定誤差ＤＰＡの絶対値が減少している。

図４（ｅ）及び（ｆ）に示す、補正係数ＫＦＣＰＡＥによる補正を行った例では、時刻ｔ２から補正係数ＫＦＣＰＡＥの適用が開始されるため、以後の燃料カット運転中において更新される推定大気圧ＰＡＥＳＴの推定誤差ＤＰＡは、プラス方向に若干増加するが、図４（ｄ）に示す例の推定誤差ＤＰＡ（絶対値）と比較して大幅に改善されていることが確認できる。

以上のように本実施形態では、点火スイッチ３３のオン直後、またはスロットル弁開度ＴＨが所定開度ＴＨＨＬより大きい状態において、吸気圧ＰＢＡに基づいて停止推定値ＰＡＥＳＴＰまたは高負荷運転推定値ＰＡＥＨＬが算出されるとともに、燃料カット運転中において、エンジン回転数ＮＥ及び吸気圧ＰＢＡに基づいて燃料カット運転推定値ＰＡＥＦＣが算出される。さらに、停止推定値ＰＡＥＳＴＰまたは高負荷運転推定値ＰＡＥＨＬの平均値ＰＡＥＨＬＡＶを、燃料カット運転推定値ＰＡＥＦＣの平均値ＰＡＥＦＣＡＶで除算することにより、補正係数ＫＦＣＰＡＥが算出され、燃料カット運転中においては算出された補正係数ＫＦＣＰＡＥ及び燃料カット運転推定値ＰＡＥＦＣに基づいて推定大気圧ＰＡＥＳＴの算出が行われる。補正係数ＫＦＣＰＡＥにはエンジン特性のばらつきの影響が反映されるので、燃料カット運転推定値ＰＡＥＦＣ及び補正係数ＫＦＣＰＡＥを用いて推定大気圧ＰＡＥＳＴを算出することにより、燃料カット運転中において従来より正確な大気圧推定を行うことができる。

本実施形態では、スロットル弁開度センサ４、クランク角度位置センサ１１、及び吸気圧センサ８が、それぞれスロットル弁開度検出手段、回転数検出手段、及び吸気圧検出手段に相当し、ＥＣＵ５が第１推定値算出手段、第２推定値算出手段、第３推定値算出手段、及び補正係数算出手段を構成する。具体的には、図２のステップＳ１１及びＳ１２が第１推定値算出手段に相当し、ステップＳ１７及びＳ１８が第２推定値算出手段に相当し、ステップＳ１４及びＳ１５が第３推定値算出手段に相当し、図３の処理が補正係数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。たとえば、上述した実施形態では高負荷運転推定値ＰＡＥＨＬは、吸気圧ＰＢＡ及びエンジン回転数ＮＥに応じて公知の手法で算出するようにしたが、所定開度ＴＨＨＬを全開開度近傍に設定し、スロットル弁開度ＴＨが所定高開度ＴＨＨＬより大きい状態における検出吸気圧ＰＢＡを、そのまま高負荷運転推定値ＰＡＥＨＬとしてもよい。

１ 内燃機関
３ スロットル弁
４ スロットル弁開度センサ（スロットル弁開度検出手段）
５ 電子制御ユニット（第１推定値算出手段、第２推定値算出手段、第３推定値算出手段、補正係数算出手段）
８ 吸気圧センサ（吸気圧検出手段）
１１ クランク角度位置センサ（回転数検出手段）
３３ 点火スイッチ

Claims (2)

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装置において、
   前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記機関の吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、
   前記機関の点火を可能とする点火スイッチのオン直後において、前記吸気圧に基づいて大気圧の第１推定値を算出する第１推定値算出手段と、
   前記機関への燃料供給を一時的に停止する燃料カット運転中において、前記機関回転数及び吸気圧に基づいて大気圧の第２推定値を算出する第２推定値算出手段と、
   前記第１及び第２推定値に基づいて補正係数を算出する補正係数算出手段とを備え、
   前記補正係数算出手段は、前記点火スイッチオン後における、前記機関により駆動される車両の走行距離が所定距離未満であるときに、前記補正係数の算出を行い、
   前記燃料カット運転中においては、前記補正係数及び第２推定値に基づいて前記大気圧の推定を行うことを特徴とする大気圧推定装置。
2. 前記機関のスロットル弁の開度を検出するスロットル弁開度検出手段と、
   前記スロットル弁開度が所定開度より大きい状態において、前記吸気圧に基づいて大気圧の第３推定値を算出する第３推定値算出手段とをさらに備え、
   前記補正係数算出手段は、前記第３推定値の算出が完了した後は、前記第２及び第３推推定値に基づいて前記補正係数の算出を行うことを特徴とする請求項１に記載の大気圧推定装置。

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