JP6609642B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関制御装置に係り、例えば、エンジンの燃料噴射制御及びそれに関連したEGR制御の高精度化を図ることのできる内燃機関制御装置に関する。

従来から、吸気中の湿度を計測し、計測した湿度を用いて燃料噴射量を補正する技術が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開平０９−３０４３２２号公報

ところで、上記従来技術では、センサの湿度による誤差を補正することを主目的としている。

一方で、エンジンの燃料噴射制御においては、吸気中の酸素で完全燃焼できる適正な量の燃料を供給する必要があるが、吸気中の酸素濃度は自然環境の中で湿度によって変動する。

そのため、吸気中の湿度に応じた酸素濃度変動を考慮していない上記従来技術では、最適な空燃比で燃料を供給することができず、燃料噴射量を適正かつ高精度に制御し得ないのが現状である。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の気筒内に最適な空燃比で燃料を供給でき、もって、燃料噴射量を適正かつ高精度に制御することのできる内燃機関制御装置を提供することにある。

上記する課題を解決するために、本発明に係る内燃機関制御装置は、吸気管内に配備された吸気絞り弁より上流側の湿度を検出する湿度センサにより検出される検出湿度に基づいて、燃料噴射弁から気筒内に噴射される燃料の燃料噴射量を制御する内燃機関制御装置であって、前記湿度センサにより検出される検出湿度に基づいて算出もしくは推定される乾燥空気流量に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射量を算出または補正することを特徴としている。

本発明によれば、吸気絞り弁より上流側の湿度を検出する湿度センサにより検出される検出湿度から、内燃機関の吸気中の、酸素量に直接影響する乾燥空気流量と酸素濃度の変動要因である湿度流量を分離して算出することで、内燃機関の気筒内に最適な空燃比で燃料を供給することが可能となる。また、排気管を流れる排気ガスの一部を吸気管に還流させるEGRも含めた高精度な制御が可能となる。

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。

本発明に係る内燃機関制御装置が適用される内燃機関（エンジン）の全体構成の一例（排気ガス還流装置を備えた場合）を示した概略構成図。 本発明に係る内燃機関制御装置の内部構成の一例を示した内部構成図。 本発明に係る内燃機関制御装置の制御ブロックの一例を示したブロック図。 本発明に係る内燃機関制御装置の制御ブロックの他例を示したブロック図。 本発明に係る内燃機関制御装置の制御ブロックの更なる他例を示したブロック図。 本発明に係る内燃機関制御装置の制御ブロックの主要部分を示したブロック図。 本発明に係る内燃機関制御装置の制御フローの一例を説明したフローチャート。 本発明に係る内燃機関制御装置の制御フローの主要部分の一例を説明したフローチャート。 本発明に係る内燃機関制御装置の制御フローの主要部分の他例を説明したフローチャート。 本発明に係る内燃機関制御装置が適用される内燃機関（エンジン）の部分構成の一例（過給機を備えた場合）を示した概略構成図。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の対象となる内燃機関制御装置が適用される内燃機関（エンジン）の全体構成の一例（排気ガス還流装置を備えた場合）を示したものである。

図示実施形態のエンジン１０００には、例えば、吸気絞り弁（スロットルともいう）１１００の上流に設置された、吸入空気量を計測する質量流量センサ（例えば、H/Wセンサ）が一体となった、吸気中の湿度を計測する湿度センサ１１０１、吸気管１１０２内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内の圧力を計測する圧力センサ１１０３、当該エンジン１０００の排気管１１０４と吸気管１１０２をつなぐ通路（EGR通路ともいう）１１０５の途中に設定された、通路１１０５の中を流れる排気ガス（EGRガスともいう）の流量を調節するEGRバルブ１１０６の開度を検出するEGRバルブ開度センサ１１１０、通路１１０５内の排気ガスの温度を計測するEGRガス温センサ１１０７等が設けられている。また、ここでは、通路１１０５と吸気管１１０２との接続位置（すなわち、排気ガスの還流吹き出し口）は、湿度センサ１１０１より下流（特に、吸気絞り弁１１００の下流のコレクタ１１０８）に位置しており、排気管１１０４から通路１１０５を介して吸気管１１０２に還流された排気ガスが湿度センサ１１０１に届かない構成となっている。

また、当該エンジン１０００には、気筒（シリンダ）毎（例えば、４つの気筒）に、気筒内に燃料を供給（噴射）する燃料噴射弁１１１１、気筒内に供給された燃料に点火する点火コイル１１１２が配設されるとともに、各気筒に設けられた吸気バルブ１１１３や排気バルブ１１１４の位相を変更する吸気バルブ位相可変手段１１１５や排気バルブ位相可変手段１１１６が配備されている。

図２は、本発明の対象となる内燃機関制御装置の内部構成の一例を示したものである。

内燃機関制御装置１００は、基本的に、CPU１５１と出力信号ドライバ１５３から構成されており、CPU１５１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するＩ／Ｏ部１５２が設定されており、そのCPU１５１に、デジタル演算処理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して出力する出力信号ドライバ１５３が接続されている。

具体的には、Ｉ／Ｏ部１５２には、例えば、質量流量センサ（例えば、H/Wセンサ）１５４ａ、湿度センサ１５４、圧力センサ１５５、吸気温センサ１５５ａ、大気圧センサ１５６、水温センサ１５７、クランク角度センサ１５８、絞り弁（スロットル）開度センサ１５９、酸素濃度センサ１６０、イグニッションSW１５０、EGRバルブ開度センサ１６１から得られる電気的信号が入力されている。CPU１５１では、前記Ｉ／Ｏ部１５２に入力された信号をもとに、各アクチュエータの作動量などを演算し、その演算結果に基づき、出力信号ドライバ１５３を介して、燃料噴射弁（ここでは、４気筒分の燃料噴射弁）１６２〜１６５、点火コイル１６６〜１６９、吸気バルブ位相可変手段１７０、及び排気バルブ位相可変手段１７１等へ駆動信号を送信する。

図３は、前述のCPU１５１において演算される、本発明の対象となる内燃機関制御装置の制御ブロックの一例を示したものである。この例では、湿度センサにより検出される検出湿度等から絶対湿度を算出し、算出された絶対湿度等に基づいて燃料噴射弁から気筒内に噴射する燃料の基本燃料噴射量を補正するようになっている。

ブロック１０１は、エンジン回転数計算手段のブロックである。このブロック１０１では、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、主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たりの回転数を計算する。ブロック１３０は、質量流量センサ（例えば、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、及び前述のブロック１０１で計算されたエンジン回転数から、吸気管圧力推定値を計算し、それらを用いてエンジンのシリンダ（気筒）に流入する空気量（シリンダ流入空気量）を推定ないし演算するとともに、絶対湿度を計算するブロックである。ブロック１０３は、前述のブロック１０１で計算されたエンジン回転数、及び前述のエンジンのシリンダへ流入する空気量から、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を表すエンジン負荷指標を計算するブロックである。ブロック１０４は、前述のブロック１０１で計算されたエンジン回転数、前述のブロック１０３で計算されたエンジン負荷から、前述のブロック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ブロックである。ブロック１０５は、前述のエンジン回転数、及び前述のエンジン負荷から、エンジンの各運転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ブロックである。

ブロック１０６は、前述のスロットル開度センサから得られる絞り弁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量、及び加減速点火補正量を計算するブロックである。ブロック１０７は、前述のエンジン回転数、前述のエンジン負荷、及びエンジン水温から、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。ブロック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等から、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ブロックである。なお、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。

ブロック１０９は、前述のエンジン回転数、及び前述のエンジン負荷から、エンジン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ブロックである。本ブロック１０９で決定された目標空燃比は、前述のブロック１０８の空燃比帰還制御に用いられる。

ブロック１３１は、前述のブロック１０３で計算された基本燃料を、ブロック１０４の基本燃料補正係数、ブロック１０６の加減速燃料補正量、及びブロック１０８の空燃比帰還制御係数等による補正を施すブロックである。また、ブロック１１１は、前述のブロック１０５でマップ検索等で決定された点火時期を、前述のブロック１０６の加減速燃料補正量等で補正を施すブロックである。

また、前述のブロック１３１では、ブロック１０３で計算された基本燃料（量）にブロック１３０で計算された絶対湿度による酸素濃度低下分の各種補正をかけた結果を、各気筒における燃料噴射手段であるブロック１１２〜１１５に出力し、湿度や各種エンジン状態量に応じた燃料噴射を実現する。例えば、ブロック１３０で計算された絶対湿度が相対的に高く、酸素濃度が低下する（言い換えれば、酸素が希釈される）と判断される場合、燃料噴射量が過剰になるリッチ側に誤差が生じるため、ブロック１０３で計算された基本燃料（量）に対して燃料量を下げるように補正をかけ、その補正結果を燃料噴射手段であるブロック１１２〜１１５に出力する。また、逆に、ブロック１３０で計算された絶対湿度が相対的に低く、酸素濃度が上昇する（言い換えれば、酸素が濃縮される）と判断される場合、燃料噴射量が不足するリーン側に誤差が生じるため、ブロック１０３で計算された基本燃料（量）に対して燃料量を上げるように補正をかけ、その補正結果を燃料噴射手段であるブロック１１２〜１１５に出力する。

なお、ブロック１１６〜１１９は、前述のブロック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。また、ブロック１２０、１２１は、前述のブロック１０７で計算された吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングを制御する制御手段である。

このような構成例により、吸気絞り弁より上流側に湿度センサを設けることで、吸気以外の湿度の影響を抑えることが可能となる。また、吸気中に含まれる水蒸気により酸素が希釈されるため、水蒸気分を考慮しないと、燃料噴射量が過剰になるリッチ側に誤差が生じるが、湿度を除いた乾燥空気量（または、乾燥空気流量）を求め、それに基づいて燃料噴射弁から燃料を噴射することで、適正な燃料噴射量でエンジンを運転することが可能となる。

図４は、前述のCPU１５１において演算される、本発明の対象となる内燃機関制御装置の制御ブロックの他例を示したものである。この例では、湿度センサにより検出される検出湿度等からシリンダ流入乾燥空気量を算出し、算出されたシリンダ流入乾燥空気量に基づいて燃料噴射弁から気筒内に噴射する燃料の基本燃料噴射量を算出するようになっている。

ブロック１０１は、エンジン回転数計算手段のブロックである。このブロック１０１では、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、主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たりの回転数を計算する。ブロック１０２は、質量流量センサ（例えば、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、及び前述のブロック１０１で計算されたエンジン回転数から、吸入空気中の乾燥空気量（または、乾燥空気流量）と水蒸気量（または、水蒸気流量）を計算し、その計算結果から吸気管内の乾燥空気分圧と水蒸気分圧を推定するとともに、その推定結果を用いてエンジンの動作条件をもとに、エンジンのシリンダ（気筒）に流入する空気量（シリンダ流入乾燥空気量）（及び、水蒸気量）を推定ないし演算するブロックである。ブロック１０３は、前述のブロック１０１で計算されたエンジン回転数、及び前述のエンジンのシリンダへ流入する空気量（シリンダ流入乾燥空気量）から、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を表すエンジン負荷指標を計算するブロックである。ブロック１０３は、最適な空燃比を維持するために、例えば、シリンダ流入乾燥空気量が相対的に大きい場合、エンジンの要求する基本燃料（量）が多くなるように、シリンダ流入乾燥空気量が相対的に小さい場合、エンジンの要求する基本燃料（量）が少なくなるように、当該基本燃料（量）を算出する。すなわち、シリンダ流入乾燥空気量の増加（あるいは、減少）に応じて、エンジンの要求する基本燃料（量）が多くなる（あるいは、少なくなる）ように、当該基本燃料（量）を算出する。また、本実施例においては、吸気管内の乾燥空気量を推定することで、基本燃料補正手段のブロック１１０に、図３に示した湿度補正手段を持たない構成としている。

その他の構成は、図３における構成と同等である。

このような構成例により、前記湿度センサで検出した湿度をもとに、乾燥空気流量を推定し、乾燥空気と水蒸気が吸気管に到達して気筒内に到達（流入）する量を求め、それに基づいて燃料噴射弁から燃料を噴射することで、適正な燃料噴射量でエンジンを運転することが可能となる。

図５は、前述のCPU１５１において演算される、本発明の対象となる内燃機関制御装置の制御ブロックの更なる他例（EGRガス分を考慮した内燃機関制御装置の制御ブロック）を示したものである。この例では、図４に示した内燃機関制御装置に対し、EGRガス分を考慮してシリンダ流入乾燥空気量を算出し、算出されたシリンダ流入乾燥空気量に基づいて燃料噴射弁から気筒内に噴射する燃料の基本燃料噴射量を算出するようになっている。

ブロック１０１は、エンジン回転数計算手段のブロックである。このブロック１０１では、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、主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たりの回転数を計算する。ブロック１３２は、EGRバルブ開度センサ出力から、エンジンの動作状態を考慮して、EGRガス量（排気ガス還流量）を推定するとともに、EGR水蒸気分圧を算出するブロックである。ブロック１０２は、質量流量センサ
（例えば、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、及び前述のブロック１０１で計算されたエンジン回転数から、吸入空気中の乾燥空気量（または、乾燥空気流量）と水蒸気量（または、水蒸気流量）を計算し、更にブロック１３２で算出したEGRガス量と水蒸気分圧を考慮して吸気管内の乾燥空気分圧と水蒸気分圧を推定するとともに、その推定結果を用いてエンジンの動作条件をもとに、エンジンのシリンダ（気筒）に流入する空気量（シリンダ流入乾燥空気量）（及び、水蒸気量）を推定ないし演算するブロックである。ブロック１０３は、前述のブロック１０１で計算されたエンジン回転数、及び前述のエンジンのシリンダへ流入する空気量（シリンダ流入乾燥空気量）から、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を表すエンジン負荷指標を計算する。ブロック１０３は、例えば、EGRガス量が相対的に大きい場合、特にそのうちのEGR水蒸気分圧が高い場合、シリンダ流入乾燥空気量は相対的に減少すると推定されるので、最適な空燃比を維持するために、エンジンの要求する基本燃料（量）が少なくなるように当該基本燃料（量）を算出する。一方で、EGRガス量が相対的に小さい場合、特にそのうちのEGR水蒸気分圧が低い場合、シリンダ流入乾燥空気量は相対的に増加すると推定されるので、最適な空燃比を維持するために、エンジンの要求する基本燃料（量）が多くなるように当該基本燃料（量）を算出する。すなわち、EGRガス量の増加（あるいは、減少）、特にそのうちのEGR水蒸気分圧の増加（あるいは、減少）に応じて、エンジンの要求する基本燃料（量）が少なくなる（あるいは、多くなる）ように、当該基本燃料（量）を算出する。また、本実施例においては、図４と同様、吸気管内の乾燥空気量を推定することで、基本燃料補正手段のブロック１１０に、図３に示した湿度補正手段を持たない構成としている。

その他の構成は、図３及び図４における構成と同等である。

このような構成例により、吸気中の水蒸気量に対し、EGRガス（還流ガス）から供給される水蒸気量を加算することで、気筒内の水蒸気量を推定することが可能となる。その結果、湿度が変化した時に、気筒内まで変化が到達するのに遅れがあり、計測結果をそのまま使用すると、燃料噴射量が最適にならないため、吸気管内の水蒸気流量を推定することで、気筒内の水蒸気変化を正しく推定することが可能となる。

図６は、本発明の対象となる内燃機関制御装置の制御ブロックの主要部分を示したものである。

吸気絞り弁より上流側に配備された質量流量センサ（例えば、H/Wセンサ）６０１から得られる流量に応じた出力電圧は、ハードフィルタ６０２でフィルタリングが施され、さらにブロック６０３でソフトフィルタリングが施される。フィルタリングを施された吸入空気流量の出力電圧値（フィルタリング値）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。ブロック６０５では、当該ブロック６０５に入力された吸気温センサの出力値である吸気温度THA、湿度センサの出力値である相対湿度RH、大気圧センサの出力値である大気圧Patmを用いて、絶対湿度xvapの算出を行う。

ブロック６０６は、ブロック６０５で算出された絶対湿度xvap等を使用して吸気管内の乾燥空気分圧と水蒸気分圧を推定するブロックであり、ブロック６０７は、前記推定された乾燥空気分圧と水蒸気分圧、吸気温度THA、エンジン回転数Ne、及び絶対湿度xvapから、シリンダへ流入する乾燥空気量を計算するブロックである。ブロック６０６の内部では、吸気管に入る乾燥空気量ThQaと水蒸気量ThH2Oとの和から湿り空気量QwMANIを演算し、吸気管から出る湿り空気量QwARを減算することで、吸気管内の湿り空気量を算出して圧力換算することで、圧力変化分として求めている。なお、マイコン演算故、Z変換を施したもので実際は演算している。

このような構成例により、湿度が変化した時に、気筒内まで変化が到達するのに遅れがあり、計測結果をそのまま使用すると、燃料噴射量が最適にならないため、吸気管内の水蒸気流量を推定することで、気筒内の水蒸気変化を正しく推定することが可能となる。

図７は、本発明の対象となる内燃機関制御装置の制御フローの一例を説明したものである。

まず、ステップＳ７０１では、エンジン回転数を計算する。ステップＳ７０２では、質量流量センサ（例えば、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。ステップＳ７０３では、湿度検出値や吸気温度検出値、大気圧検出値から絶対湿度を算出する。ステップＳ７０４では、質量流量センサの検出値である吸入空気量と前記絶対湿度から算出された乾燥空気量と水蒸気量の収支演算を行うことで、吸気管内の圧力の推定を行う。ステップＳ７０５では、前述の吸気管圧力と絶対湿度の推定値から、エンジンのシリンダへ流れ込むシリンダ流入乾燥空気量を計算する。ステップＳ７０６では、前述のエンジン回転数とシリンダ流入乾燥空気量から、エンジンの基本燃料及びエンジン負荷を計算する。例えば、シリンダ流入乾燥空気量の増加（あるいは、減少）に応じて、エンジンの基本燃料（量）が多くなる（あるいは、少なくなる）ように、当該基本燃料（量）を算出する。ステップＳ７０７では、前述のエンジン回転数とエンジン負荷から、前述のエンジンの基本燃料補正係数をマップ検索する。ステップＳ７０８では、スロットル開度センサの出力による加減速判定を行う。ステップＳ７０９では、加減速判定時の燃料補正量を計算する。ステップＳ７１０では、酸素濃度センサの出力を読み込む。ステップＳ７１１では、エンジンの各運転領域に合った目標空燃比を設定する。ステップＳ７１２では、前述の酸素濃度センサの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。ステップＳ７１３では、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から、基本燃料（量）の補正を行う。ステップＳ７１４では、前述のエンジン回転数とエンジン負荷から、基本点火時期をマップ検索する。ステップＳ７１５では、加速時に前記基本点火時期の加減速点火補正量を計算する。ステップＳ７１６では、前記加減速点火補正量を用いて前記基本点火時期に加減速点火時期補正を施す。ステップＳ７１７では、エンジンの各運転領域に合った吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングを設定する。

図８は、本発明の対象となる内燃機関制御装置の制御フローの主要部分の一例を説明したものであり、特に、絶対温度、並びに、吸気管内の乾燥空気分圧及び水蒸気分圧の算出フローを詳細に説明したものである。

まず、ステップＳ８０１では、吸気温センサの出力値である吸気温度THAを読込む。ステップＳ８０２では、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。ステップＳ８０３では、湿度センサの出力値である相対湿度RHを読込む。ステップＳ８０４では、相対湿度RH/100を演算する。ステップＳ８０５では、大気圧センサの出力値である大気圧Patmを読込む。ステップＳ８０６では、前述の飽和水蒸気圧Psat×前述のRH/100/大気圧Patmを計算し、絶対湿度xvapを計算する。ステップＳ８０７では、質量流量センサの出力値である吸入空気量×(1-xvap)を計算して乾燥空気量を算出する。ステップＳ８０８では、ステップＳ８０７の算出結果を用いて、吸気管内の乾燥空気分圧及び水蒸気分圧を算出する。なお、本実施例では、飽和水蒸気圧Psatを吸気温度THAによるテーブル検索で求めているが、吸気温度THAによる近似式で求めてもよい。

図９は、本発明の対象となる内燃機関制御装置の制御フローの主要部分の他例を説明したものであり、特に、EGRガス中の水蒸気量の推定フローを詳細に説明したものである。

まず、ステップＳ９０１では、EGRバルブ開度センサの出力値であるEGRバルブ開度を読込む。ステップＳ９０２では、ステップＳ９０１で読込んだEGRバルブ開度とエンジン負荷から、EGRガス量を算出する。ステップＳ９０３では、燃料の炭素水素比CHRと空燃比AFRから、EGRガス（排気ガス）中の水蒸気分圧を算出する。

このような構成例では、燃料の組成、特に燃料の炭素水素比CHRを踏まえてEGRガス（排気ガス）中の水蒸気量を推定することにより、排気ガス還流中のガス成分を踏まえた吸気計量を行うことが可能となる。

図１０は、本発明の対象となる内燃機関制御装置が適用される内燃機関（エンジン）の部分構成の一例（過給機を備えた場合）を示したものであり、特に、過給エンジンの吸気系周りの部分構成を示したものである。

図示実施形態のエンジン２０００の吸気系には、主に、排気ガスの圧力で吸入する空気量を過給する過給機２１０１、当該エンジン２０００が吸入する空気量を調節する吸気絞り弁（スロットルともいう）２１０２、スロットル２１０２の下流に位置するマニフォールド２１０３、気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁２１０４、及び吸気バルブ２１０５が配備され、スロットル２１０２より上流側（図示例では、スロットル２１０２より上流側に位置する過給機２１０１より更に上流側）に、エンジン２０００が吸入する吸入空気の空気量と湿度を計測する吸気センサ２１００が設けられている。

以下、吸気センサ２１００により検出される検出信号に基づいて、当該エンジン２０００のシリンダ（気筒）が吸入する乾燥空気量（シリンダ流入乾燥空気量）と水蒸気量（シリンダ流入水蒸気量）を推定ないし算出する方法を具体的に説明する。

吸気センサ２１００で計測された吸入空気量QA00における乾燥空気量Qaと水蒸気量QH2Oとは、以下の式（１）の関係がある。
（数１）

吸気センサ２１００で検出した相対湿度をRHとすると、水蒸気量QH2Oは、以下の式（２）の計算式で吸入空気量QA00から計算できる。
（数２）

過給機２１０１とスロットル２１０２の間の乾燥空気量をMQa、水蒸気量をMH2Oとすると、それぞれは、乾燥空気と水蒸気の収支から以下の式（３）の計算式で計算できる。
（数３）

また、過給機-スロットル間圧力をPMTRTHとすると、その圧力PMTRTHは、以下の式（４）で計算できる。
（数４）

また、スロットル-吸気バルブ間の圧力をPMMHGとすると、スロットル通過空気量ThQA00は、以下の式（５）で計算できる。
（数５）

ここで、スロットル-吸気バルブ間の圧力PMMHGは、以下の式（６）で計算できる。
（数６）

但し、式（６）の吸気バルブ通過空気量QARは、以下の式（７）で計算できる。
（数７）

以上より、スロットル通過乾燥空気量ThQaとスロットル通過水蒸気量ThH2Oは、以下の式（８）で計算できる。
（数８）

マニフォールド２１０３内の乾燥空気と水蒸気の収支は、前述の式（３）と同様に、以下の式（９）で求まる。
（数９）

そして、シリンダ流入乾燥空気量CyQaとシリンダ流入水蒸気量CyH2Oは、以下の式（１０）で求まる。
（数１０）

このようにして求められたシリンダ流入乾燥空気量CyQaとシリンダ流入水蒸気量CyH2Oを用いることで、前述のように、燃料噴射弁の燃料噴射量を適正かつ高精度に制御することができる。

このような構成例により、吸気中の水蒸気量が変化した時に、気筒内まで変化が到達するのに遅れがあり、計測結果をそのまま使用すると、燃料噴射量が最適にならないため、吸気管内の水蒸気流量を推定することで、気筒内の水蒸気変化を正しく推定することが可能となる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１００ 内燃機関制御装置
１０００ 内燃機関（エンジン）
１１００ 吸気絞り弁（スロットル）
１１０１ 質量流量センサ一体湿度センサ
１１０２ 吸気管
１１０３ 吸気温センサ一体圧力センサ
１１０４ 排気管
１１０５ 通路（EGR通路）
１１０６ EGRバルブ
１１０７ EGRガス温センサ
１１０８ コレクタ
１１１０ EGRバルブ開度センサ
１１１１ 燃料噴射弁
１１１２ 点火コイル
１１１３ 吸気バルブ
１１１４ 排気バルブ

Claims (14)

1. 吸気管内に配備された吸気絞り弁より上流側の湿度を検出する湿度センサにより検出される検出湿度に基づいて、燃料噴射弁から気筒内に噴射される燃料の燃料噴射量を制御する内燃機関制御装置であって、
   前記湿度センサにより検出される検出湿度に基づいて算出もしくは推定される乾燥空気流量と前記吸気管に還流される排気ガス還流量を考慮して前記吸気管内の乾燥空気分圧と水蒸気分圧を推定して、前記燃料噴射弁の燃料噴射量を算出または補正するとともに、
   前記吸気管に還流される排気ガス還流量の増加或いは減少に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射量が少なくなる或いは多くなるように、前記燃料噴射弁の燃料噴射量を算出または補正することを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 吸気管内に配備された吸気絞り弁より上流側の湿度を検出する湿度センサにより検出される検出湿度に基づいて、燃料噴射弁から気筒内に噴射される燃料の燃料噴射量を制御する内燃機関制御装置であって、
   前記内燃機関制御装置はCPUを有し、
   前記CPUは、前記湿度センサにより検出される検出湿度に基づいて絶対湿度を算出もしくは推定し、前記絶対湿度による酸素濃度の上昇或いは低下に基づいて、前記燃料噴射弁の燃料噴射量が多くなる或いは少なくなるように、前記燃料噴射弁の燃料噴射量を算出または補正し、
   前記CPUは、前記湿度センサにより検出される検出湿度に基づいて算出もしくは推定される乾燥空気流量と前記吸気管に還流される排気ガス還流量を考慮して前記吸気管内の乾燥空気分圧と水蒸気分圧を推定して、前記燃料噴射弁の燃料噴射量を算出または補正するとともに、前記吸気管に還流される排気ガス還流量の増加或いは減少に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射量が少なくなる或いは多くなるように、前記燃料噴射弁の燃料噴射量を算出または補正することを特徴とする内燃機関制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置において、
   前記湿度センサにより検出される検出湿度に基づいて前記湿度センサより下流に位置する内燃機関の気筒内に流入する空気の乾燥空気流量を推定し、推定した乾燥空気流量に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射量を算出または補正することを特徴とする内燃機関制御装置。
4. 請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置において、
   前記吸気絞り弁より上流側の空気量を検出する質量流量センサにより検出される検出空気量に基づいて、前記燃料噴射弁の燃料噴射量を算出または補正することを特徴とする内燃機関制御装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関制御装置において、
   排気ガスの還流吹き出し口が、前記質量流量センサ及び前記湿度センサより下流に位置していることを特徴とする内燃機関制御装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関制御装置において、
   前記質量流量センサから得られる空気流量と前記湿度センサから検出される検出湿度から水蒸気流量と乾燥空気流量を求めることを特徴とする内燃機関制御装置。
7. 請求項６に記載の内燃機関制御装置において、
   前記水蒸気流量と乾燥空気流量に基づいて、前記吸気管内の乾燥空気と水蒸気の流量を推定することを特徴とする内燃機関制御装置。
8. 請求項７に記載の内燃機関制御装置において、
   前記吸気管内の乾燥空気と水蒸気の流量の推定結果に基づいて、内燃機関の気筒が吸入する乾燥空気量と水蒸気量を推定することを特徴とする内燃機関制御装置。
9. 請求項８に記載の内燃機関制御装置において、
   前記湿度センサより下流に流入する水蒸気量を排気ガス還流量から推定することを特徴とする内燃機関制御装置。
10. 請求項９に記載の内燃機関制御装置において、
    前記排気ガス還流量に対し、燃料の組成及び吸気中の水蒸気量を考慮して前記水蒸気量を推定することを特徴とする内燃機関制御装置。
11. 請求項８に記載の内燃機関制御装置において、
    前記湿度センサより下流に流入する水蒸気量と水蒸気以外の成分の流量を排気ガス還流量から推定することを特徴とする内燃機関制御装置。
12. 請求項１１に記載の内燃機関制御装置において、
    前記排気ガス還流量に対し、燃料の組成及び吸気中の水蒸気量を考慮して前記水蒸気以外の成分の流量を推定することを特徴とする内燃機関制御装置。
13. 請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置において、
    前記乾燥空気流量の増加或いは減少に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射量が多くなる或いは少なくなるように、前記燃料噴射弁の燃料噴射量を算出または補正することを特徴とする内燃機関制御装置。
14. 請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置において、
    前記吸気管に還流される排気ガスの水蒸気分圧の増加或いは減少に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射量が少なくなる或いは多くなるように、前記燃料噴射弁の燃料噴射量を算出または補正することを特徴とする内燃機関制御装置。

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