JP6545290B2

JP6545290B2 - 制御装置

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Publication number: JP6545290B2
Application number: JP2017563772A
Authority: JP
Inventors: 浅野　誠二; 誠二浅野; 赤城　好彦; 好彦赤城; 伸也眞戸原; 一浩押領司; 鈴木　邦彦; 邦彦鈴木
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2017-01-10
Publication date: 2019-07-17
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Description

本発明は、エンジンの制御装置に関する。

本発明の従来の技術は、吸気管圧力を算出するのに理想気体の状態方程式Ｐ・Ｖ＝Ｍ・Ｒ・Ｔを用いて算出している。Ｐが吸気管内圧力、Ｖが吸気管容積、Ｍが吸気管内の空気の質量、Ｒが気体定数、Ｔが吸気管内の気体温度である。本理想気体の状態方程式は本願でも用いられるが、従来技術は空気のモル数の湿度変化により、気体定数Ｒが変化することが考慮されていなかった。

特許第２９０８９２４号公報

本発明は、エンジンの吸気管圧力を算出する制御装置において、空気の湿度を計測、空気の総モル数変化による気体定数の変化を是正し、前記吸気管圧力の算出値の精度を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、エンジンの吸気通路に設けられたスロットル絞り弁を通過する空気量を計測する空気量計測部と、前記スロットル絞り弁を通過する空気の湿度を計測する湿度計測部と、が取り付けられた前記エンジンを制御する制御装置において、前記空気量計測部の計測結果に基づいて前記エンジンのシリンダへ流入する空気量を算出する空気量算出部と、前記空気量計測部により計測された空気量と、前記空気量算出部により算出された空気量と、前記湿度計測部により計測された湿度とに基づいて、前記スロットル絞り弁の下流側のインテークマニフォールドの圧力を算出する圧力算出部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、吸気管圧力を算出するための気体定数Ｒに湿度を考慮して補正するため、大気の湿度変化時の吸気管圧力算出値の精度を上げることができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の制御ブロックの一例。本発明の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置が制御するエンジン回りの一例。本発明の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の制御ブロックの他の例。本発明の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置が制御するエンジン回りの他の例。本発明の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の内部構成の一例。本発明の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の基本部分の制御のブロック図の図１の例。本発明の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の基本部分の制御のブロック図の図３の例。図７のスロットル通過空気流量の具体的な求め方の一例。式９の理論式をマイコンで演算するブロック図を表したもの。本発明の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の算出圧の出力の例。本発明の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の排気ガス還流装置を備えた場合の一例。本発明の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の制御ブロックの図１の詳細なフローチャートの一例。本発明の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の制御ブロックの図３の詳細なフローチャートの一例。本発明の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の制御ブロックの図６の詳細なフローチャートの一例。本発明の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の制御ブロックの図７の詳細なフローチャートの一例。本発明の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の制御ブロックの図８の詳細なフローチャートの一例。本発明の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の制御ブロックの図９の詳細なフローチャートの一例。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。図１は、本実施例の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の制御ブロックの一例である。エンジン回転数計算手段１０１は、エンジンの所定のクランク角度位置に設定されたクランク角度センサの電気的な信号、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、演算処理することで、エンジンの単位時間当りの回転数を計算する。吸入空気量計算手段１０２は、Ｈ／Ｗセンサ出力、吸気温センサ出力、湿度センサ出力、大気圧センサ出力、及び前述のエンジン回転数で、吸気管圧力算出値を計算し、それらを用いてエンジンのシリンダに流入する空気量を演算する。基本燃料計算手段１０３は、エンジン回転数計算手段１０１で演算されたエンジンの回転数、及び前述のエンジンのシリンダへ流入する空気量により、各領域におけるエンジンの要求する基本燃料及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、エンジン回転数計算手段１０１で演算されたエンジンの回転数、エンジン負荷により、基本燃料計算手段１０３で計算された基本燃料のエンジン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、前述のエンジン回転数、及び前述のエンジン負荷により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決定する。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の過渡判定を行い、過渡に伴う加減速燃料補正、及び加減速展示補正量を演算する。吸排バルブタイミング設定手段１０７は、エンジン回転数計算手段１０１で演算されたエンジン回転数、及びエンジン負荷により、エンジンに最適な吸気及び排気バルブの開閉タイミングを決定するブロックである。

空燃比帰還制御係数計算手段１０８は、エンジンの排気管に設定された酸素濃度センサの出力から、エンジンに供給される燃料と空気の混合気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、前述の酸素濃度センサは、本実施例では、排気空燃比に対して比例的な信号を出力するものを示しているが、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、及び前述の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。本ブロックで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の空燃比帰還制御に用いられる。目標空燃比設定手段１０９は、基本燃料計算手段１０３で演算された基本燃料を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、及び空燃比帰還制御係数計算手段１０８の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１１１は、基本燃料補正係数計算手段１０４でマップ検索された点火時期を、前述の加減速判定手段１０６の加減速燃料補正量等で補正を施す。

気筒燃料噴射手段１１２〜１１５は、基本燃料補正手段１１０で計算された燃料量をエンジンに供給する燃料噴射手段である。気筒点火手段１１６〜１１９は、点火時期補正手段１１１で補正されたエンジンの要求点火時期に応じてシリンダに流入した燃料混合気を点火する点火手段である。吸気バルブ制御手段１２０、排気バルブ制御手段１２１は、吸排バルブタイミング設定手段１０７で計算された吸排バルブの開閉タイミングを制御する。

図２は、本実施例の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置が制御するエンジン回りの一例を示している。Ｈ／Ｗセンサ２０１はスロットル部を通過する空気の湿度を計測する湿度センサ２０１＿ａが一体となったエンジンのスロットル部を通過する空気量を計測する。エンジンの吸気通路に設けられたスロットル絞り弁２０２は吸入する空気量を運転者の開度調整をモータにより制限する。大気圧センサ２０３は大気の圧力を計測する。圧力センサ２０５は、吸気管２０４内の空気の温度を計測する吸気温センサ２０５＿ａが一体となった吸気管２０４内の圧力を計測する。燃料噴射弁２０６はエンジンの要求する燃料を供給する。吸気バルブ制御装置２０７＿ａはエンジンの所定のクランク角度位置に設定されたクランク角度センサ２０７が一体となったエンジンの空気の吸気するタイミングをコントロールする。

排気バルブ制御装置２０８はエンジンの排気ガスを排気するタイミングをコントロールする。点火モジュール２０８はエンジンのシリンダ内に供給された燃料の混合気に点火する点火栓に、エンジン制御装置２１４の点火信号に基づいて点火エネルギを供給する。水温センサ２０９はエンジンのシリンダブロックに設定されエンジンの冷却水温を検出する。水温センサ２１０は、エンジンの冷却水温の温度を計測する。酸素濃度センサ２１１はエンジンの排気管に設定され排気ガス中の酸素濃度を検出する。三元触媒２１２は、排気管の前記酸素濃度センサ後方に設置されている。またエンジン制御装置２１４はエンジンの運転、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２１３、及びエンジンの各補器類を制御する。

尚、本実施例では湿度センサ２０１＿ａとＨ／Ｗセンサ２０１が一体となっているが別体でも問題無い。Ｈ／Ｗセンサ２０１は熱式空気流量計であると良い。これにより吸気温度の影響を受けず、空気の質量流量を計測することができる。同様に吸気温センサ２０５＿ａと圧力センサ２０５、及びクランク角度センサ２０７と吸気バルブ制御装置２０７＿ａが一体となっているが別体でも問題はない。また湿度センサ２０１＿ａはＨ／Ｗセンサ２０１を一体となってスロットルを通過する空気の湿度を計測するようになっているが、前述のように別体としてインテークマニフォールド内の空気の湿度を計測してもよい。

図５は、本実施例の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の内部構成の一例である。ＣＰＵ５０１の内部にはエンジン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、及び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が設定されている。Ｉ／Ｏ部５０２には、吸入空気量センサ５０３、湿度センサ５０４、吸気管圧力センサ５０５、吸気温度センサ５０６、大気圧センサ５０７、水温センサ５０８、クランク角センサ５０９、スロットル開度センサ５１０、酸素濃度センサ５１１及びイグニッションＳＷ５１２が入力されている。ＣＰＵ５０１からの出力信号ドライバ５１３を介して、燃料噴射弁５１４〜５１７、点火コイル５１８〜５２１、吸気バルブ位相可変手段５２２及び排気バルブ位相可変手段５２３へ出力信号が送られる。
図６は、本実施例の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の基本部分の制御のブロック図の図１の例である。具体的には、図５で示したエンジン制御装置のＣＰＵ５０１は、図６で示すそれぞれの機能ブロックにより図２で示したエンジンの制御を行う。Ｈ／Ｗセンサ６０１の流量に応じた出力電圧は、ハードフィルタ６０２でフィルタリングを施され、さらにフィルタリング６０３でソフトフィルタを施される。フィルタリングを施された空気流量の出力電圧値は、ブロック６０４で、その電圧に応じた空気流量にテーブル検索にて変換される。エンジン制御装置のＣＰＵ５０１はＨ／Ｗセンサ６０１（空気量計測部）の計測結果に基づいてエンジンのシリンダへ流入する空気量を算出する空気量算出部（ブロック６０４）を有する。
ブロック６０５は、本実施例の基本部分のブロックであり、本ブロックに入力された吸気温度ＴＨＡ、湿度センサ出力ＲＨ、大気圧Ｐａｔｍを用いて湿度による気体定数の補正を行っている。つまり、エンジン制御装置のＣＰＵ５０１は吸気温度ＴＨＡと湿度計測部（湿度センサ２０１＿ａ）により計測された大気の湿度（湿度センサ出力ＲＨ）と大気圧Ｐａｔｍを用いて後述する式９に従って、気体定数を補正する気体定数補正部（ブロック６０５）を有する。
ブロック６０６はブロック６０５で補正された気体定数を使って吸気管内の圧力を算出するものであり、ブロック６０７は前記算出された圧力、吸気温度、及びエンジン回転数によりシリンダへ流入する空気量を計算するものである。つまり、エンジン制御装置のＣＰＵ５０１は、Ｈ／Ｗセンサ６０１（空気量計測部）により計測された空気量と、空気量算出部（ブロック６０４）により算出された空気量と、湿度計測部（湿度センサ２０１＿ａ）により計測された大気の湿度とに基づいて、インテークマニフォールドの圧力を算出する圧力算出部（ブロック６０６）を有する。
ブロック６０６内部では、式１の（１）の吸気管に入る空気量（Ｈ／Ｗセンサ軽量空気量ＱＡ００）と吸気管から出る空気量（シリンダ流入空気量ＱＡＲ）に補正された気体定数を含む理論係数を乗じたものを吸気管内の圧力変化分として求めている。尚、マイコン演算故、連続値に対しては式１の（２）に示すように計算周期ΔＴとして、式１の（１）にＺ変換を施したもので実際は演算している。ブロック６０７では、式１の（３）の式を演算してシリンダ流入空気量を求めている。

以上のように本実施例では、式９に従って、気体定数補正部（ブロック６０５）で湿度センサ出力ＲＨを用いて気体定数を補正し、この補正した気体定数を用いて圧力算出部（ブロック６０６）でインテークマニフォールドの圧力を算出するため、より精度良くインテークマニフォールドの圧力を算出することが可能である。

図３は、本実施例の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の制御ブロックの他の例である。エンジン回転数計算手段３０１は、エンジンの所定のクランク角度位置に設定されたクランク角度センサの電気的な信号、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、演算処理することで、エンジンの単位時間当りの回転数を計算する。吸入空気量計算手段３０２は、Ｈ／Ｗセンサ出力、吸気温センサ出力、スロットルセンサ出力、湿度センサ出力、及び大気圧センサで、タービン−スロットル間圧力算出値、スロットル空気量、吸気管圧力算出値を演算し、それらを用いてエンジンのシリンダに流入する空気量を演算する。基本燃料計算手段３０３は、エンジン回転数計算手段３０１で演算されたエンジンの回転数、及び前述のエンジンのシリンダへ流入する空気量により、各領域におけるエンジンの要求する基本燃料及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３０４は、エンジン回転数計算手段３０１で演算されたエンジンの回転数、前述のエンジン負荷により、基本燃料計算手段３０３で計算された基本燃料のエンジン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３０５は、前述のエンジン回転数、及び前述のエンジン負荷により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決定する。加減速判定手段３０６は、前述のスロットル開度からエンジンの過渡判定を行い、過渡に伴う加減速燃料補正、及び加減速展示補正量を演算する。吸排バルブタイミング設定手段３０７は、前述のエンジン回転数、及び前述のエンジン負荷により、エンジンに最適な吸気及び排気バルブの開閉タイミングを決定する。空燃比帰還制御係数計算手段３０８は、エンジンの排気管に設定された酸素濃度センサの出力から、エンジンに供給される燃料と空気の混合気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、前述の酸素濃度センサは、実施例では、排気空燃比に対して比例的な信号を出力するものを示しているが、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でも差し支えはない。

目標空燃比設定手段３０９は、前述のエンジン回転数、及び前述の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。本ブロックで決定された目標空燃比は、空燃比帰還制御係数計算手段３０８の空燃比帰還制御に用いられる。基本燃料補正手段３１０は、基本燃料計算手段３０３で演算された基本燃料を基本燃料補正係数計算手段３０４の基本燃料補正係数、加減速判定手段３０６の加減速燃料補正量、及び空燃比帰還制御係数計算手段３０８の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３１１は、基本燃料補正係数計算手段３０４でマップ検索された点火時期を、加減速判定手段３０６の加減速燃料補正量等で補正を施す。

気筒燃料噴射手段３１２〜３１５は、基本燃料補正手段３１０で計算された燃料量をエンジンに供給する。気筒点火手段３１６〜３１９は、点火時期補正手段３１１で補正されたエンジンの要求点火時期に応じてシリンダに流入した燃料混合気を点火する。吸気バルブ制御手段３２０、吸気バルブ制御手段３２１は、吸排バルブタイミング設定手段３０７で計算された吸排バルブの開閉タイミングを制御する。

図４は、本実施例の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置が制御するエンジン回りの他の例を示している。エンジン４００には、スロットル部を通過する空気の湿度を計測する湿度センサ４０１＿ａが一体となったエンジンのスロットル部を通過する空気量を計測するＨ／Ｗセンサ４０１が取り付けられる。またエンジン４００には、Ｈ／Ｗセンサ４０１の下流側に設定され排気側のタービンに連動して吸入する空気量を加圧する過給器４０２、吸入する空気量を運転者の開度調整によりモータにより制限するスロットル絞り弁４０３、大気の圧力を計測する大気圧センサ４０４、吸気管４０５内の空気の温度を計測する吸気温センサ４０６＿ａが一体となった吸気管４０５内の圧力を計測する圧力センサ４０６が取り付けられる。つまり、Ｈ／Ｗセンサ４０１は過給器４０２に流入する空気の湿度を湿度センサ４０１＿ａで計測するとともにこの空気量を計測する。

またエンジン４００には、エンジンの要求する燃料を供給する燃料噴射弁４０７、エンジンの所定のクランク角度位置に設定されたクランク角度センサ４０８が一体となったエンジンの空気の吸気するタイミングをコントロールする吸気バルブ制御装置４０８＿ａ、エンジンのシリンダ内に供給された燃料の混合気に点火する点火栓に、エンジン制御装置４１４の点火信号に基づいて点火エネルギを供給する点火モジュール４０９が取り付けられる。さらにエンジンの排気ガスを排気するタイミングをコントロールする排気バルブ制御装置４１０、エンジンのシリンダブロックに設定されエンジンの冷却水温を検出する水温センサ４１１、エンジンの排気管に設定され排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ４１２、エンジンの運転、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４１３、及びエンジンの各補器類を制御するエンジン制御装置４１４などがエンジン４００には取り付けられる。尚、図２同様に湿度センサ４０１＿ａとＨ／Ｗセンサ４０１が一体となっているが別体でも問題無い。同様に吸気温センサ４０６＿ａと圧力センサ４０６、及びクランク角度センサ２０８と吸気バルブ制御装置４０８＿ａが一体となっているが別体でも問題はない。

また湿度センサ４０１＿ａはＨ／Ｗセンサ４０１を一体となってスロットルを通過する空気の湿度を計測するようになっているが、前述のように別体としてタービン−スロットル間、もしくはインテークマニフォールド内の空気の湿度を計測してもよい。

図７は、本実施例の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の基本部分の制御のブロック図の図３の例である。具体的には、図５で示したエンジン制御装置のＣＰＵ５０１は、図７で示すそれぞれの機能ブロックにより図４で示したエンジンの制御を行う。ブロック７０１は吸気温度ＴＨＡ、湿度センサ出力ＲＨ、及び大気圧Ｐａｔｍを使って湿度による気体定数の補正を行うブロックである。つまり、エンジン制御装置のＣＰＵ５０１は吸気温度ＴＨＡと湿度計測部（湿度センサ４０１＿ａ）により計測された大気の湿度（湿度センサ出力ＲＨ）と大気圧Ｐａｔｍを用いて後述する式９に従って、気体定数の補正する気体定数補正部（ブロック７０１）を有する。

ブロック７０２はタービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨを計算するブロックである。前述の補正された気体定数Ｒｍ、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ＰＭＴＲＴＨを用いて、今回のＰＭＴＲＴＨを計算する。したがって、エンジン制御装置のＣＰＵ５０１の圧力算出部（ブロック７０２）は、Ｈ／Ｗセンサ４０１（空気量計測部）により計測された空気量と、過給器４０２の下流側のスロットル絞り弁４０３を通過する空気量を算出するスロットル通過空気量算出部（ブロック７０３）により算出された空気量と、湿度計測部（湿度センサ４０１＿ａ）により計測された大気の湿度に基づいて、タービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨを算出する圧力算出部（ブロック７０２）を有する。

ブロック７０３はスロットル通過空気量ＱＡＭＴＨを計算するブロックである。前述の補正された気体定数Ｒｍ、スロットル開口面積ＡＡ、吸気温、前記タービン−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、ＱＡＭＴＨを計算する。つまり、エンジン制御装置のＣＰＵ５０１は湿度計測部（湿度センサ４０１＿ａ）により計測された大気の湿度に基づいて、スロットル通過空気量ＱＡＭＴＨを算出するスロットル通過空気量算出部（ブロック７０３）を有する。

ブロック７０４は吸気管圧力ＰＭＭＨＧを計算するブロックである。前述の補正された気体定数Ｒｍ、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。つまり、エンジン制御装置のＣＰＵ５０１はスロットル通過空気量算出部（ブロック７０３）により算出されたスロットル絞り弁４０３を通過するスロットル通過空気量ＱＡＭＴＨと、圧力算出部（ブロック７０２）により算出された過給器４０２と過給器４０２の下流側のスロットル絞り弁４０３との間のタービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨと、湿度計測部（湿度センサ４０１＿ａ）により計測された湿度とに基づいて、スロットル絞り弁４０３の下流側のインテークマニフォールド４０５の吸気管圧力ＰＭＭＨＧを算出する吸気管圧力算出部（ブロック７０４）を有する。

ブロック７０５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７０６はシリンダ流入空気量ＱＡＲを求めるブロックである。前述の補正された気体定数Ｒｍ、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。つまり、エンジン制御装置のＣＰＵ５０１は、スロットル通過空気量算出部（ブロック７０３）により算出されたスロットル絞り弁４０３を通過する空気量と、前記圧力算出部により算出された前記過給器と前記過給器の下流側のスロットル絞り弁との間の圧力と、湿度計測部（湿度センサ４０１＿ａ）により計測された大気の湿度に基づいて、シリンダ流入空気量ＱＡＲを算出するシリンダ流入空気量算出部（ブロック７０５）を有する。尚、本実施例では、タービン−スロットル間圧力を吸入空気量等から算出するとしているが、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。

式２は、前述の図７のタービン−スロットル間圧力を求める理論式を示している。式１の（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１の（２）は、式１の（１）の式を離散化したものであり、圧力算出部（ブロック７０２）は、本式を実行することで、タービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨを求めている。

式３は、前述の図５のスロットル通過空気量ＱＡＭＴＨを求める理論式を示しており、スロットル通過空気量算出部（ブロック７０３）は本式を用いてスロットル通過空気量ＱＡＭＴＨを算出している。

式４は、前述の図５の吸気管圧力ＰＭＭＨＧを求める理論式を示している。前述の式２と同様に式４の（１）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４の（２）は、前記式４の（１）を離散化したものであり、吸気管圧力算出部（ブロック７０４）は本式を実行することで、吸気管圧力ＰＭＭＨＧを求めている。

式５は、前述の図７のシリンダ流入空気量ＱＡＲを求める理論式を示しており、シリンダ流入空気量算出部（ブロック７０５）は本式を用いてシリンダ流入空気量ＱＡＲを算出している。

図８は、前述の図７のスロットル通過空気流量の具体的な求め方の一例である。ブロック８０１では一定吸気温度時の吸気管圧力ＰＭＭＨＧとタービン−スロットル間圧力の比による基準開口面積時の流入空気量のテーブルが設定されており、基準流量を出力する。具体的には式６（１）の計算値が設定されている。ブロック８０２では、前述の基準流量の吸気温度補正値がテーブル化されており、具体的には式６（２）の計算値が設定されている。乗算器８０４によりスロットル開口面積ＡＡ×タービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨ／１０１３２５×基準流量×吸気温補正値×１／√気体定数Ｒｍでスロットル通過空気流量ＱＡＭＴＨが計算される。

式７は吸気管内の理想気体の状態方程式を示している。Ｒｕは普遍気体定数を示しておりｎが空気のモル数の場合である。

式８は気体のモル数が空気質量を空気のモル質量で除したものであることを示している。

式９（１）は式７に式８を代入したものであり、これは式９（２）のように変形できる。本実施例で扱っている気体定数は式９（３）で表されるものであり、前述の普遍気体定数Ｒｕを空気の総モル数Ｗで除した値であり、空気の総モル数Ｗは式９（４）式で表されるように絶対湿度ｘｖａｐ、乾燥空気のモル質量Ｗａｉｒ、及び水（水蒸気）のモル質量ＷＨ２Ｏから求められる。式９（４）が示すように、気体定数は絶対湿度の影響を受ける。絶対湿度ｘｖａｐは式９（５）で表され、水の水蒸気圧Ｐｖａｐを大気圧Ｐａｔｍで除した値であり、水の水蒸気圧Ｐｖａｐは飽和水蒸気圧Ｐｓａｔに相対湿度ＲＨを１００で除した値に乗ずることで求められる。式９（６）は飽和水蒸気圧Ｐｓａｔと気温（吸気温度）ｔとの関係の近似式を表しており、マイコンで実現する場合は、本式を演算してもよいが、気温（吸気温度）ｔと飽和水蒸気圧Ｐｓａｔとのテーブルで実現してもよい。式９によると湿度ＲＨが上昇すると空気の総モル数Ｗが小さくなり、気体定数Ｒｍが大きくなるため、吸気管圧力Ｐは大きくなる。同様に本式を用いた吸気管算出圧も大きくなる。また大気圧Ｐａｔｍが小さくなると、前述と同様に空気の総モル数Ｗが小さくなり、気体定数Ｒｍが大きくなるため、吸気管圧力、及び吸気管圧力算出値Ｐは大きくなる。

図９は式９の理論式をマイコンで演算するブロック図を表したものである。ブロック９０１で吸気温度ＴＨＡで飽和水蒸気圧Ｐｓａｔをテーブル検索する。ブロック９０２で相対湿度ＲＨを１００で除し、ブロック９０３で前述の飽和水蒸気圧Ｐｓａｔに乗ずる。その乗じた値をブロック９０４で大気圧で除し、絶対湿度ｘｖａｐを出力する。ブロック９０５で１から絶対湿度ｘｖａｐを減算し、ブロック９０６で乾燥空気のモル質量を乗じ、ブロック９０７で絶対湿度ｘｖａｐと水のモル質量を乗じ、ブロック９０８で乗じた値を加算し、空気の総モル数Ｗを出力する。ブロック９０９で普遍気体定数を前述の空気の総モル数Ｗで除することにより、湿度の補正をされた気体定数Ｒｍを出力する。

図１０は本実施例の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の算出圧の出力の例である。ライン１００１は相対湿度を表しており、タイミング１００２より変化している。これに対して吸気管算出圧は、本湿度補正がない場合はライン１００３のように一定のままであるが、補正がある場合はライン１００４のように変化していく。圧力算出部（ブロック６０６、ブロック７０２）は、湿度計測部（湿度センサ２０１＿ａ、湿度センサ４０１＿ａ）により計測された湿度が上がるほど大きくなるようにインテークマニフォールド（２０４、４０５）の圧力を算出する。

図１１は本実施例の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の排気ガス還流装置を備えた場合の一例である。エンジン１１００にスロットル部を通過する空気の湿度を計測する湿度センサが一体となったエンジンのスロットル部を通過する空気量を計測するＨ／Ｗセンサ１１０１、吸気通路の内部の空気の温度を計測する吸気温センサが一体となった吸気管１１０２の内部の圧力を計測する圧力センサ１１０３、エンジンの排気管１１０４と吸気管１１０２をつなぐ通路１１０５、排気管１１０４と吸気管１１０２をつなぐ通路１１０５の途中に設定され、通路１１０５の中を流れる排気ガスの流量を調節するＥＧＲバルブ１１０６、通路１１０５内の排気ガス温度を計測するＥＧＲガス温センサ１１０７から構成されている。

式１０は吸気管内の圧力の関係を表している。吸気管内実測圧は吸気管内の空気の分圧、すなわち前述の吸気管内算出圧と吸気管内のＥＧＲ分圧を加算した値となっている。

式１１（１）は式１０の関係であり、式１１（２）のように変形できる。吸気管内のＥＧＲ分圧は吸気管内実測圧から空気分圧（吸気管内算出圧）を減算した値となる。式１１（３）は吸気管内のＥＧＲガスの状態方程式を変形したものであり、吸気管内ＥＧＲガス密度を表している。同様に式１１（４）は吸気管内の空気の状態方程式を変形したものであり、吸気管内の空気密度を表している。この場合のＰｍは前述の吸気管内算出圧である。式１１（５）はＥＧＲ率の式であり、吸気管内ＥＧＲガス密度を吸気管内ＥＧＲガス密度と吸気管内の空気密度を加算した値でＥＧＲ率が求められることを示している。

圧力算出部（ブロック６０６）は、湿度計測部（湿度センサ１１０１）により計測された湿度から上記した方法によりインテークマニフォールド（吸気管１１０２）の圧力を算出する。そして、エンジン制御装置のＣＰＵ５０１は、圧力センサ１１０３の検出値と圧力算出部（ブロック６０６）により算出された圧力との差が設定値となるようにＥＧＲバルブ１１０６の開度を制御するＥＧＲバルブ制御部を有する。ＥＧＲバルブ制御部は湿度計測部（湿度センサ１１０１）により計測された湿度が変化すると、排気管と吸気管をつなぐ通路の排気ガス還流量を変化させるようにＥＧＲバルブ１１０６（絞り弁）の開度を制御する。

ここで請求項１１に示したように湿度が高くなると吸気管推定圧は高くなる。そして数１１の最後の式よりＰｍが大きくなるとＥＧＲ率が下がるので、湿度が高くなると目標とするＥＧＲ率にするためにＥＧＲバルブ制御部はＥＧＲバルブ１１０６（絞り弁）の開度を大きくするように制御する。

なお、ＥＧＲガス量が多くなるとＮＯｘ排出量は減るが、エンジンのサージが大きくなる。そこで、上記した設定値はＮＯｘ排出量が所定値以下にしつつ、エンジンサージを所定値以下となるように設定する。すなわち、設定値は運転領域においてＮＯｘ等のエミッションと、運転性が両立できる値を設定する。

図１２は本実施例の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の制御ブロックの図１の詳細なフローチャートの一例である。ブロック１２０１でエンジン回転数を計算する。ブロック１２０２でＨ／Ｗセンサ、吸気温センサ、湿度センサ、及び大気圧センサの出力を読み込む。ブロック１２０３で湿度による気体定数の補正を行う。ブロック１２０４で吸気管圧力の算出を行う。ブロック１２０５で前述の吸気管圧力の算出値からエンジンのシリンダへ流れ込むシリンダ流入空気量を計算する。ブロック１２０６で前述のエンジン回転数とシリンダ流入空気量からエンジンの基本燃料及びエンジン負荷を計算する。ブロック１２０７で前述のエンジン回転数とエンジン負荷により前述のエンジンの基本燃料補正係数をマップ検索する。ブロック１２０８でスロットルセンサ出力による加減速判定を行う。ブロック１２０９で加減速判定時の燃料補正量を計算する。ブロック１２１０で酸素濃度センサ出力を読み込む。ブロック１２１１でエンジンの各運転領域に合った目標空燃比を設定する。ブロック１２１２で前述の酸素濃度センサ出力と前述の目標空燃比で空燃比帰還制御を行い、空燃比帰還制御係数を計算する。ブロック１２１３で前述の基本燃料補正係数、加減速判定時の燃料補正量、及び空燃比帰還制御係数で基本燃料の補正を行う。ブロック１２１４で前述のエンジン回転数と前述のエンジン負荷により基本点火時期をマップ検索する。ブロック１２１５で加速時に前記基本点火時期の加減速点火時期補正量を計算する。ブロック１２１６で前記基本点火時期に加減速点火時期補正を施す。ブロック１２１７でエンジンの各運転領域に合った吸排バルブタイミングを設定する。

図１３は本実施例の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の制御ブロックの図３の詳細なフローチャートの一例である。

ブロック１３０１でエンジン回転数を計算する。ブロック１３０２でＨ／Ｗセンサ、吸気温センサ、湿度センサ、スロットルセンサ及び大気圧センサ出力を読み込む。ブロック１３０３で今回がイグニッションＫＥＹ初回の起動かどうか判断する。イグニッションＫＥＹ初回の起動の場合は、ブロック１３０４でタービン−スロットル間算出圧力及び吸気管算出圧を大気圧センサ出力により初期化する。ブロック１３０５で湿度による気体定数の補正を行う。ブロック１３０６でタービン−スロットル間算出圧力の計算を行う。ブロック１３０７でスロットルセンサよりスロットル開口面積を計算する。ブロック１３０８でスロットル通過空気流量を計算する。

ブロック１３０９で吸気管圧力算出値を計算する。ブロック１３１０で前述のエンジン回転数と前述の吸気管圧力算出値でシリンダ流入空気量を計算する。ブロック１３１１で前述のエンジン回転数と前述のシリンダ流入空気量でエンジンの基本燃料及びエンジン負荷の計算をする。ブロック１３１２で前述のエンジン回転数と前述のエンジン負荷で基本燃料補正係数をマップ検索する。ブロック１３１３でスロットルセンサ出力で加減速判定を行う。ブロック１３１４で前述の加減速判定値より、加減速燃料補正量の計算を行う。ブロック１３１５で酸素濃度センサ出力を読込む。ブロック１３１６でエンジンの各運転領域に適した目標空燃比を前述のエンジン回転数とエンジン負荷によりマップ検索を行う。ブロック１３１７で前述の目標空燃比と前述の酸素濃度センサ出力により空燃比帰還制御係数を計算する。ブロック１３１８で前述の基本燃料補正係数、加減速燃料補正量及び空燃比帰還制御係数により基本燃料量の補正を行う。ブロック１３１９で前述のエンジン回転数と前述のエンジン負荷によりエンジンの各運転領域に適した基本点火時期をマップ検索する。ブロック１３２０で前述の加減速判定で加減速点火時期補正量を計算し、ブロック１３２１で基本点火時期の補正を行う。ブロック１３２２でエンジンの各運転領域に適した吸排バルブタイミングの設定を行う。

図１４は本実施例の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の制御ブロックの図６の詳細なフローチャートの一例である。ブロック１４０１でＨ／Ｗセンサの出力電圧を取り込みハードフィルタによるフィルタリングを施す。ブロック１４０２で前述のフィルタリングされた電圧を空気流量へ変換する。ブロック１４０３で大気圧センサ、湿度センサ、及び吸気温度センサの出力を読込む。ブロック１４０４で湿度による気体定数の補正を行う。ブロック１４０５で前述の空気流量、前回計算されたシリンダ流入空気量、前述の補正された気体定数で吸気管圧力算出値を演算する。ブロック１４０６でエンジン回転数を読込む。ブロック１４０７で前述の吸気管圧力算出値、前述の吸気温度、前述のエンジン回転数、及び前述の補正された気体定数でシリンダ流入空気量を演算する。

図１５は本実施例の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の制御ブロックの図７の詳細なフローチャートの一例である。ブロック１５０１で吸気温度センサ、湿度センサ、及び大気圧センサの出力を読込む。ブロック１５０２で湿度による気体定数の補正を行う。ブロック１５０３でＨ／Ｗセンサ出力値、スロットル通過空気量の前回値、タービン−スロットル間圧力の前回値、前述の補正された気体定数を読込、ブロック１５０４で今回のタービン−スロットル間圧力を演算する。ブロック１５０５でスロットル開口面積を読込む。ブロック１５０６で前述のスロットル開口面積、前述の吸気温度、前述の今回のタービン−スロットル間圧力、前述の補正された気体定数、及び吸気管圧力の前回値でスロットル通過空気量を演算する。ブロック１５０７で前述の吸気温度、前述のスロットル通過空気量、前述の補正された気体定数、シリンダ流入空気量の前回値、及び前回の吸気管圧力算出値で今回の吸気管圧力算出値を演算する。ブロック１５０８でエンジン回転数及び前述の吸気管圧力算出値で吸気効率をマップ検索する。ブロック１５０９でエンジン回転数、前述の吸気温度、前述の吸気管圧力算出値、前述の補正された気体定数、及び前述の吸気効率でシリンダ流入空気量を演算する。

図１６は本実施例の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の制御ブロックの図８の詳細なフローチャートの一例である。ブロック１６０１で開口面積ＡＡを読込む。ブロック１６０２タービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨを１０１３２５で除する。ブロック１６０３で吸気間算出圧ＰＭＭＨＧとタービン−スロットル間圧力ＰＭＴＲＴＨの圧力比ＰＭＭＨＧ／ＰＭＴＲＴＨを演算する。ブロック１６０４で前述の圧力比より基準流量テーブルを検索し、スロットル通過空気量基本値を計算する。ブロック１６０５で吸気温度を読込む。ブロック１５０６で前述の吸気温度から吸気温度補正値をテーブル検索する。ブロック１６０７で前述の補正された気体定数Ｒｍをテーブルで１／√Ｒｍに変換する。ブロック１６０８で前述の開口面積ＡＡ、前述のＰＭＴＲＴＨ／１０１３２５、前述のスロットル通過空気量基本値、前述の吸気温度補正値、及び前述の１／√Ｒｍを乗算し、スロットル通過空気量ＱＡＭＴＨを演算する。尚本実施例では、スロットル通過空気量ＱＡＭＴＨを前述の如く、テーブル検索を組合わせて計算しているが、式３をそのまま計算してもよいことは言うまでもない。

図１７は本実施例の対象となるエンジンの吸気管圧力算出方法を備えたエンジン制御装置の制御ブロックの図９の詳細なフローチャートの一例である。ブロック１７０１で吸気温度ＴＨＡを読込む。ブロック１７０２で前述の吸気温度ＴＨＡで飽和水蒸気圧テーブルを検索し、飽和水蒸気圧Ｐｓａｔを計算する。ブロック１７０３で相対湿度ＲＨを読込む。ブロック１７０４で相対湿度ＲＨ／１００を演算する。ブロック１７０５で大気圧Ｐａｔｍを読込む。ブロック１７０６で前述の飽和水蒸気圧Ｐｓａｔ×前述のＲＨ／１００／前述の大気圧Ｐａｔｍを計算し、絶対湿度ｘｖａｐを計算する。ブロック１７０７で（１−前述の絶対湿度ｘｖａｐ）×乾燥空気のモル質量＋前述の絶対湿度ｘｖａｐ×水のモル質量を計算し、空気のモル質量を出力する。ブロック１７０８で前述の普遍気体定数Ｒｕを前述の空気のモル質量で除し、補正された気体定数Ｒｍを出力する。尚、本実施例の飽和水蒸気圧は吸気温度によるテーブル検索で求めているが、吸気温度による近似式で求めてもよい。

本実施例によれば、湿度に対して気体定数を補正するので、より正確な吸気管の算出圧を計算できる。また吸気管の算出圧を使ったＥＧＲ率の計算の精度もあげることができる。

１０２吸入空気量計算手段
２００エンジン
２０１Ｈ／Ｗセンサ
２０１＿ａ湿度センサ
２０２スロットル絞り弁
２０３大気圧センサ
２０４吸気管
２０５圧力センサ
２０５＿ａ吸気温センサ
２０６燃料噴射弁
２１４エンジン制御装置
３０２吸入空気量計算手段
４００エンジン
４０１Ｈ／Ｗセンサ
４０１＿ａ湿度センサ
４０２過給器
４０３スロットル絞り弁
４０４大気圧センサ
４０５吸気管
４０６圧力センサ
４０６＿ａ吸気温センサ
４０７燃料噴射弁
４１４エンジン制御装置
５０１ＣＰＵ
５０２Ｉ／Ｏ
５０３吸入空気量センサ
５０４湿度センサ
５０５吸気管圧力センサ
５０６吸気温度センサ
５１３出力信号ドライバ
６０５湿度による気体定数の補正ブロック
６０６吸気管圧力算出ブロック
６０７シリンダ流入空気量演算ブロック
７０１湿度による気体定数の補正ブロック
７０２タービン−スロットル間圧力算出ブロック
７０３スロットル通過空気量計算ブロック
７０４吸気管圧力算出ブロック
７０５吸気効率演算ブロック
７０６シリンダ流入空気量演算ブロック
１１００エンジン
１１０１湿度センサ一体Ｈ／Ｗセンサ
１１０２吸気管
１１０３吸気温センサ一体圧力センサ
１１０４排気管
１１０５ＥＧＲ配管
１１０６ＥＧＲバルブ
１１０７ＥＧＲガス温センサ

Claims

エンジンの吸気通路に設けられたスロットル絞り弁を通過する空気量を計測する空気量計測部と、前記スロットル絞り弁を通過する空気の湿度を計測する湿度計測部と、が取り付けられた前記エンジンを制御する制御装置において、
前記空気量計測部の計測結果に基づいて前記エンジンのシリンダへ流入する空気量を算出する空気量算出部と、
前記空気量計測部により計測された空気量と、前記空気量算出部により算出された空気量と、前記湿度計測部により計測された湿度とに基づいて、前記スロットル絞り弁の下流側のインテークマニフォールドの圧力を算出する圧力算出部と、を備え、
前記空気量計測部は前記インテークマニフォールドの空気の湿度を計測することを特徴とする制御装置。
エンジンの吸気通路に設けられ、空気を加圧する過給器と、前記過給器に流れる空気の空気量を計測する空気量計測部と、前記過給器に流れる空気の湿度を計測する湿度計測部と、が取り付けられた前記エンジンを制御する制御装置において、
前記過給器の下流側のスロットル絞り弁を通過する空気量を算出する空気量算出部と、
前記空気量計測部により計測された空気量と、前記空気量算出部により算出された空気量と、前記湿度計測部により計測された湿度とに基づいて、前記過給器と前記過給器の下流側のスロットル絞り弁との間の圧力を算出する圧力算出部と、を備えたことを特徴とする制御装置。
請求項２に記載の制御装置において、
前記空気量算出部により算出された前記スロットル絞り弁を通過する空気量と、前記圧力算出部により算出された前記過給器と前記過給器の下流側のスロットル絞り弁との間の圧力と、前記湿度計測部により計測された湿度とに基づいて、前記スロットル絞り弁の下流側のインテークマニフォールドの圧力を算出する圧力算出部と、を備えたことを特徴とする制御装置。
前記空気量計測部は熱式空気流量計である請求項１、又は２に記載の制御装置。
前記空気量計測部は大気の湿度を計測する請求項２に記載の制御装置。
前記空気量計測部は前記スロットル絞り弁の下流側のインテークマニフォールドの空気の湿度を計測する請求項２に記載の制御装置。
前記湿度計測部は前記過給器と前記過給器の下流側のスロットル絞り弁との間の空気の湿度を計測する請求項２に記載の制御装置。
前記湿度計測部は前記空気量計測部と一体で構成される請求項７に記載の制御装置。
前記湿度計測部により計測された湿度を用いて、気体定数を補正する気体定数補正部を有し、前記空気量算出部は前記気体定数補正部により補正された気体定数を用いて前記エンジンのシリンダへ流入する空気量を算出する請求項１に記載の制御装置。
前記湿度計測部により計測された湿度を用いて、気体定数を補正する気体定数補正部を有し、前記空気量算出部は前記気体定数補正部により補正された気体定数を用いてスロットル絞り弁を通過する空気量を算出する請求項１に記載の制御装置。
前記圧力算出部は、前記湿度計測部により計測された湿度が上がるほど大きくなるように前記インテークマニフォールドの圧力を算出する請求項１、又は３に記載の制御装置。
前記圧力算出部は、計測された大気圧が上がるほど小さくなるように前記インテークマニフォールドの圧力を算出する請求項１、又は３に記載の制御装置。
エンジンの吸気通路に設けられたスロットル絞り弁を通過する空気の湿度を計測する湿度計測部と、前記スロットル絞り弁の下流側のインテークマニフォールドの圧力を計測する圧力センサと、エンジンの排気管と吸気管をつなぐ通路との間に設置された絞り弁と、が取り付けられた前記エンジンを制御する制御装置において、
前記湿度計測部により計測された湿度を用いて前記インテークマニフォールドの圧力を算出する圧力算出部と、
前記圧力センサの検出値と前記圧力算出部により算出された圧力との差が設定値となるように前記絞り弁の開度を制御する絞り弁制御部と、を備えたことを特徴とする制御装置。
請求項１３に記載の制御装置において、
前記絞り弁制御部は、前記湿度計測部により計測された湿度が変化すると、前記排気管と前記吸気管をつなぐ通路の排気ガス還流量を変化させるように前記絞り弁の開度を制御する制御装置。