JP6686427B2

JP6686427B2 - エンジン制御装置

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Publication number: JP6686427B2
Application number: JP2015253924A
Authority: JP
Inventors: 翔也田野; 戸田　仁司; 仁司戸田; 敏行宮田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2015-12-25
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2035-12-25
Also published as: JP2017115777A

Description

本発明は、シリンダに導入される吸気量を予測するエンジン制御装置に関する。

従来、エンジンのシリンダに導入される吸気量を予測するための手法として、吸気通路内の空気の挙動をモデル化した物理モデルによる手法が知られている。例えば、吸気通路に介装されるスロットルバルブの前後圧力差と流路面積と流量との関係をモデル化したスロットルモデルを用いて、スロットルバルブを通過する空気量を推定する手法が知られている。また、吸気弁を通過する吸気流量と吸気管圧との関係をモデル化した吸気弁モデルを用いて、吸気管内からシリンダへと流入する空気量を推定する手法も知られている（特許文献１参照）。これらの物理モデルを用いることで、エンジンのシリンダに導入されうる将来の吸気量を近似的に算出することができる。

特開2013-155614号公報

上記のような物理モデルを用いた吸気量の予測手法は、ドライバ（運転者）のアクセル操作に対し、スロットル弁の開度の変化を遅らせる演算処理を実施するスロットルディレイ制御を前提としている。すなわち、アクセルペダルの踏み込み操作に対し、あえてスロットル弁の動作を遅延させることで吸気量の変化を予測するための時間を稼ぐ手法であることから、ドライバの出力要求に対する良好なレスポンスが得られない。したがって、仮に高精度な予測精度が得られたとしても、アクセル操作に対するスロットル開度の応答遅れを解消することはできず、加速のもたつきによるドライブフィーリングの低下を招きうる。

本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、レスポンス低下を抑制しつつ吸気量の予測精度を向上させることができるようにしたエンジン制御装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。

（１）ここで開示するエンジン制御装置は、アクセル操作量に基づきエンジンの目標吸気量を算出する第一算出部と、前記目標吸気量が算出された時点における前記エンジンの運転状態で、スロットル開度が全開であると仮定した場合の最大吸気量を算出する第二算出部とを備える。また、前記最大吸気量に基づき、前記時点よりも未来の予測吸気量を算出する予測部を備える。
前記予測部は、前記目標吸気量が前記最大吸気量よりも小さい場合に、前記目標吸気量が算出された時点よりも前記目標吸気量に対する実吸気量の応答遅れ時間である第一遅れ時間だけ前の時刻から、前記目標吸気量が算出された時点から予測したい未来までの時間である予測時間幅だけ進んだ時刻までの前記目標吸気量の変化量に基づき、前記予測吸気量を算出する。
また、前記予測部は、前記目標吸気量が前記最大吸気量よりも大きい場合に、前記目標吸気量が算出された時点よりも前記最大吸気量に対する実吸気量の応答遅れ時間である第二遅れ時間だけ前の時刻から、前記予測時間幅だけ進んだ時刻までの前記最大吸気量の変化量に基づき、前記予測吸気量を算出する。
前記目標吸気量とは、前記エンジンのシリンダ内に導入される空気量の目標値に相当するパラメータであり、例えば目標吸入空気量や目標体積効率，目標充填効率などがこれに含まれる。また、前記最大吸気量とは、前記時点におけるエンジン回転数，吸気温度，バルブリフト，バルブタイミングなどを固定してスロットル開度を全開にした場合に、どの程度の吸気量が得られるかを表すパラメータであり、例えば最大吸入空気量や最大体積効率，最大充填効率などがこれに含まれる。前記予測吸気量についても同様であり、予測吸入空気量や予測体積効率，予測充填効率などがこれに含まれる。

（２）前記第二予測部で算出される前記予測吸気量の前記最大吸気量からの第二遅れ時間が、前記第一予測部で算出される前記予測吸気量の前記目標吸気量からの第一遅れ時間以下の長さに設定されることが好ましい。
（３）前記予測吸気量に基づき、前記エンジンの燃料噴射量を制御する燃料制御手段を備えることが好ましい。
（４）前記予測吸気量に基づき、前記エンジンの点火時期を制御する点火制御手段を備えることが好ましい。

目標吸気量が算出された時点における最大吸気量を用いることで、レスポンス低下を抑制しつつ吸気量の予測精度を向上させることができる。

エンジン制御装置及びエンジンの構成を示す模式図である。エンジン制御装置による制御内容を説明するためのブロック図である。充填効率の変動を示すグラフである。予測充填効率の算出手法を説明するためのグラフである。予測充填効率の算出手法を説明するためのグラフである。エンジン制御装置による制御手順を例示するフローチャートである。

図面を参照して、実施形態としてのエンジン制御装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

［１．装置構成］
本実施形態のエンジン制御装置は、図１に示す過給機１１が付設された車両のエンジン１０に適用される。この過給機１１は、排気通路上のタービン１２と吸気通路上のコンプレッサ１３とが同軸上に配置され、タービン１２で回収された排気エネルギーによりコンプレッサ１３を駆動する機械式ターボチャージャである。また、排気通路には、タービン１２の上流側と下流側との間を連絡する排気バイパス通路１５が設けられ、タービン１２を迂回する排気流量を制御するためのウェイストゲートバルブ１６がこれに介装される。

同様に、吸気通路にもコンプレッサ１３の上流側と下流側との間を連絡する吸気バイパス通路１７が設けられ、コンプレッサ１３の下流側の過給圧を上流側へと逃がすためのバイパスバルブ１８がこれに介装される。吸気通路と吸気バイパス通路１７との合流箇所よりも下流側には、吸気を冷却するためのインタークーラ１９が設けられるとともに、吸気流量を制御するためのスロットルバルブ２０が設けられる。また、エンジン１０の吸気ポートにはインジェクタ３５が設けられ、シリンダ内の頂面にはイグナイタ３６が設けられる。スロットルバルブ２０，インジェクタ３５，イグナイタ３６の作動状態は、エンジン制御装置１によって制御される。

エンジン制御装置１は、内部バス３４を介して互いに接続されたプロセッサ３１，メモリ３２，インタフェイス装置３３を内蔵する電子デバイス（電子制御装置）であり、エンジン１０が搭載された車両の車載ネットワーク網に接続される。プロセッサ３１は、例えば制御ユニット（制御回路）や演算ユニット（演算回路），キャッシュメモリ（レジスタ）などを内蔵する処理装置（プロセッサ）である。また、メモリ３２は、プログラムや作業中のデータが格納されるメモリ装置であり、ROM（Read Only Memory），RAM（Random Access Memory），不揮発メモリなどを含む。エンジン制御装置１で実施される制御の内容は、ファームウェアやアプリケーションプログラムとしてメモリ３２に記録，保存されており、プログラムの実行時にはプログラムの内容がメモリ空間内に展開されて、プロセッサ３１によって実行される。

エンジン制御装置１に接続されるセンサ類を図２に例示する。アクセル開度センサ２１はアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出し、ブレーキセンサ２２はブレーキペダルの踏み込み量（ブレーキ開度）やブレーキ液圧を検出する。車速センサ２３は車速を検出し、エンジン回転数センサ２４はエンジン回転数を検出する。水温センサ２５はエンジン冷却水の温度（水温）を検出し、インマニ圧センサ２６及び吸気温度センサ２７のそれぞれは、インマニ内における吸気の圧力（インマニ圧）と温度（吸気温度）とを検出する。大気圧センサ２８は大気圧を検出し、エアフローセンサ２９は吸気通路に流入した吸気の流量（吸気流量，体積流量）を検出する。スロットル上流圧センサ３０は、スロットルバルブ２０における上流側の圧力（スロットル上流圧）を検出する。エンジン制御装置１は、これらのセンサ類２１〜３０で検出された各種情報に基づき、エンジン１０の作動状態を制御する。

［２．制御構成］
図２に示すように、エンジン制御装置１には、エンジン１０のシリンダに導入される吸気量を予測するとともに、予測結果をエンジン１０の作動状態に反映させるための要素として、第一算出部２，第二算出部３，予測部４，制御部７が設けられる。また、予測部４には第一予測部５と第二予測部６とが設けられ、制御部７には燃料制御部８と点火制御部９とが設けられる。これらの要素は、エンジン制御装置１で実行されるプログラムの一部の機能を示すものであり、ソフトウェアで実現されるものとする。ただし、各機能の一部又は全部をハードウェア（電子回路）で実現してもよく、あるいはソフトウェアとハードウェアとを併用して実現してもよい。

本実施形態のエンジン制御装置１は、エンジン１０のシリンダに導入される充填効率を予測し、予測された充填効率に基づいてインジェクタ３５から噴射される燃料噴射量及び噴射時期，イグナイタ３６の点火時期のそれぞれを制御する。充填効率とは、一回の吸気行程でシリンダに充填される空気の体積を標準状態での気体体積に正規化したのちシリンダ容積で除算したものであり、その行程でシリンダ内に新たに導入される吸気量に対応するパラメータの一つである。以下、エンジン制御装置１で予測される充填効率のことを予測充填効率Ec_ESTと呼ぶ。また、エンジン１０に要求される目標トルクの大きさに対応する吸気量を充填効率に換算したもののことを目標充填効率Ec_TGTと呼び、エアフローセンサ２９で検出された吸気の流量から算出される実際の充填効率のことを実充填効率Ecと呼ぶ。

第一算出部２は、少なくともアクセル開度に基づき、エンジン１０の目標充填効率Ec_TGTを算出するものである。ここでは、エンジン１０が出力すべき目標トルクの大きさが算出され、そのトルクを生じさせるのに必要な吸気量が算出される。また、その吸気量に対応する充填効率が目標充填効率Ec_TGTとして算出される。目標トルクは、エンジン回転数，アクセル開度，ブレーキ開度，車速，エンジン冷却水温などに応じて設定されるドライバ要求トルクのほか、各種車載装置（空調装置，変速機，発電機など）の動作に必要とされる外部要求トルクも考慮に入れて算出される。また、目標充填効率Ec_TGTは、目標トルクと目標充填効率Ec_TGTとの関係が規定されたマップや関係式などに基づいて算出される。

第二算出部３は、スロットル開度が全開であると仮定した場合の最大充填効率Ec_MAX（充填効率の最大値）を算出するものである。ここでは、第一算出部２で目標充填効率Ec_TGTが算出された時点におけるエンジン１０の運転状態で、スロットル開度を仮に全開にした場合にシリンダ内へと充填可能な吸気量に相当する最大充填効率Ec_MAXが算出される。最大充填効率Ec_MAXは、例えばエンジン回転数，最大バルブリフト量，バルブタイミングなどをその時点での値に固定してスロットル開度のみを変化させた場合に、最大でどの程度の充填効率が得られるかを推定することで算出可能である。本実施形態の最大充填効率Ec_MAXは、エンジン回転数に対応するスロットル全開時の体積効率，最大バルブリフト量，バルブタイミング，吸気温度，エンジン冷却水温，スロットル上流圧などに基づいて算出される。

予測部４は、少なくとも最大充填効率Ec_MAXに基づいて予測充填効率Ec_EST（未来の充填効率の予測値）を算出するものである。ここでは、目標充填効率Ec_TGTと最大充填効率Ec_MAXとの大小関係に応じた二種類の手法で予測充填効率の値が予測される。予測部４には、上記の二種類の予測手法のそれぞれに対応するように、第一予測部５と第二予測部６とが設けられる。

目標充填効率Ec_TGTが最大充填効率Ec_MAXよりも小さい場合には、目標充填効率Ec_TGTに基づいて予測充填効率Ec_ESTを算出する。この場合、予測充填効率Ec_ESTの値を目標充填効率Ec_TGTの変化量から算出するための遅れ演算処理を、第一予測部５が実施する。本実施形態では、目標充填効率Ec_TGTが最大充填効率Ec_MAXと等しい場合にも、目標充填効率Ec_TGTが最大充填効率Ec_MAXよりも小さい場合と同様の制御を実施する。一方、目標充填効率Ec_TGTが最大充填効率Ec_MAXよりも大きい場合には、最大充填効率Ec_MAXに基づいて予測充填効率Ec_ESTを算出する。この場合、予測充填効率Ec_ESTの値を最大充填効率Ec_MAXの変化量から算出するための遅れ演算処理を、第二予測部６が実施する。

目標充填効率Ec_TGTと最大充填効率Ec_MAXとの大小関係は、エンジン１０の過給状態におおむね対応する。図３中の時刻t_Aは実充填効率Ecがエンジン１０の自然吸気運転時における充填効率の最大値Ec_NA（大気圧環境下における充填効率の最高値）を越えた時刻であり、時刻t_Cは実充填効率Ecが最大値Ec_NA以下になった時刻である。非過給域でのスロットル上流圧は最高でも大気圧までしか上昇せず、最大充填効率Ec_MAXの値は最大値Ec_NA以下の範囲に制限される。ここで、時刻t_Aは目標充填効率Ec_TGTが最大充填効率Ec_MAXを越える時刻にほぼ一致する。また、最大充填効率Ec_MAXが目標充填効率Ec_TGT以上となる時刻t_Bについても、時刻t_Cよりも若干早いだけでほぼ同時刻となる。

図３に示すように、エンジン１０の非過給域では、実充填効率Ecが目標充填効率Ec_TGTに対して遅れて変化している（時刻t_A以前，時刻t_B以降）。これに対して、過給域のうち過給遅れが発生している領域（過給が目標に追いついていない領域，過給遅れ領域）では、実充填効率Ecが、最大充填効率Ec_MAXに対して遅れて変化している（時刻t_A〜t_B）。つまり、目標充填効率Ec_TGTと最大充填効率Ec_MAXとの大小関係が変化する時点で、実充填効率Ecの算出基準となる対象も変化している。過給域では、過給した分だけスロットル上流圧が大気圧よりも上昇し、最大充填効率Ec_MAXの値はその時点におけるスロットル上流圧によって定める圧力以下の範囲に制限されることになる。したがって、目標充填効率Ec_TGTと最大充填効率Ec_MAXとの大小関係に応じて予測充填効率Ec_ESTの予測手法を切り換えることで、充填効率の予測精度が向上する。以下、予測充填効率Ec_ESTの算出手法について詳述する。

第一予測部５は、『目標充填効率Ec_TGT≦最大充填効率Ec_MAX』が成立するエンジン１０の運転状態（おもに非過給状態）において、過去の目標充填効率Ec_TGTと同じように実充填効率Ecが変動するものとみなして、予測充填効率Ec_ESTを算出する。ここで、現在の時刻t₀から予測したい未来の時刻t₃までの時間（予測時間幅）をPとおき、目標充填効率Ec_TGTに対する実充填効率Ecの応答遅れ時間（第一遅れ時間）をD₁とおく。予測時間幅Pは、時刻t₃までの行程数〔またはIG数（イグニッション周期数）〕及びエンジン回転数に基づいて算出される。

四気筒の４ストロークエンジンにおいて、時刻t₃までの行程数がN行程先であってエンジン回転数がNE[rpm]であるとき、予測時間幅PはP[ms]＝N×30000[rpm・ms]÷NE[rpm]で求められる。したがって、エンジン回転数が2000[rpm]のときに二行程先を予測する場合、予測時間幅Pは30[ms]となる。また、第一遅れ時間D₁は、スロットルバルブ２０の駆動特性や吸気通路の流路特性などに応じて定まる固定値であり、例えば60[ms]程度に設定される。

図４に示すように、現在の時刻t₀から第一遅れ時間D₁だけ遡った時刻をt₁とおき、時刻t₁から予測時間幅Pだけ進んだ時刻をt₂とおく。第一予測部５は、時刻t₁〜t₂間における目標充填効率Ec_TGTの変化量を算出する。その変化量を現在の時刻t₀における実充填効率Ecに加算したものが、未来の時刻t₃における予測充填効率Ec_ESTとして算出される。

第二予測部６は、『目標充填効率Ec_TGT＞最大充填効率Ec_MAX』が成立するエンジン１０の運転状態（おもに過給状態）において、過去の最大充填効率Ec_MAXと同じように実充填効率Ecが変動するものとみなして、予測充填効率Ec_ESTを算出する。第二予測部６の演算内容は第一予測部５と同様である。最大充填効率Ec_MAXに対する実充填効率Ecの応答遅れ時間D₂（第二遅れ時間）は、少なくとも第一遅れ時間D₁以下の長さに設定される。すなわち、第二遅れ時間D₂が第一遅れ時間D₁と同一の時間であってもよいし、第一遅れ時間D₁よりも短い時間（例えば40[ms]程度）であってもよい。

図５に示すように、現在の時刻t₀から第二遅れ時間D₂だけ遡った時刻（第一時刻）を時刻t₄とおき、時刻t₄から予測時間幅Pだけ進んだ時刻をt₅とおく。第二予測部６は、時刻t₄〜t₅間における最大充填効率Ec_MAXの変化量を算出する。その変化量を現在の時刻t₀における実充填効率Ecに加算したものが、未来の時刻t₃における予測充填効率Ec_ESTとして算出される。

制御部７は、スロットルバルブ２０，インジェクタ３５，イグナイタ３６などの制御対象に伝達される制御信号を生成するものである。スロットルバルブ２０のスロットル開度は、目標充填効率Ec_TGTに基づいて制御される。このとき、車速やエンジン回転数，エンジン冷却水温，大気圧やインマニ圧から推定されるスロットルバルブ２０の前後圧力比，吸気温度なども考慮される。また、制御部７には燃料制御部８，点火制御部９が設けられる。

燃料制御部８は、予測充填効率Ec_ESTに基づいてシリンダ毎の燃料噴射量及び燃料噴射タイミングを制御するものである。ここでは、インジェクタ３５から噴射される燃料量が予測充填効率Ec_ESTに応じた量となるようにパルス幅の励磁信号が設定され、その励磁信号が適切なタイミングでインジェクタ３５へと出力される。励磁信号のパルス幅は、例えば所望の空燃比と予測充填効率Ec_ESTとに基づいて算出される。励磁信号の出力対象は、二行程後に吸気行程が終了するシリンダに設けられたインジェクタ３５である。また、インジェクタ３５に励磁信号が出力されるタイミングは、そのインジェクタ３５が設けられたシリンダの実充填効率Ecが演算される時点からおよそ二行程前である。このように、二行程後にシリンダ内に吸入されるだろうと推定される吸気量の予測値を踏まえて燃料の噴射量が制御されるため、空燃比及びエンジントルクの制御性が向上する。

点火制御部９は、実充填効率Ecと予測充填効率Ec_ESTとに基づいてシリンダ毎の点火時期を制御するものである。ここでは、例えば実充填効率Ec又は予測充填効率Ec_ESTで最大のトルクが発生する最適点火時期（MBT）を基準としたリタード量がエンジン回転数に応じて設定され、設定されたリタード量となるタイミングでイグナイタ３６に制御信号が出力される。なお、点火のタイミングは、そのシリンダへの吸気が完了した時点よりも後であり、点火制御が実施されるときにはすでに実充填効率Ecが演算されているため、必ずしも予測充填効率Ec_ESTが要求されるわけではない。しかし、実充填効率Ecと予測充填効率Ec_ESTとを併用することで（例えば、実充填効率Ecを予測充填効率Ec_ESTで補正することで）エンジントルクの制御性がさらに向上する。

［３．フローチャート］
図６は、エンジン制御装置１で実施される制御内容を説明するためのフローチャート例である。まず、センサ類２１〜３０で検出された各種情報がエンジン制御装置１に入力される（ステップＡ１）。また、第一算出部２では、エンジン１０の目標トルクに相当する吸気量から目標充填効率Ec_TGTが算出され（ステップＡ２）、第二算出部３では最大充填効率Ec_MAXが算出される（ステップＡ３）。続いて予測部４では、目標充填効率Ec_TGTと最大充填効率Ec_MAXとの大小関係が判定される（ステップＡ４）。

ここで、目標充填効率Ec_TGTが最大充填効率Ec_MAXよりも大きい場合には、第二予測部６において、現在から第二遅れ時間D₂前の時刻を基準として最大充填効率Ec_MAXの変化量が算出され、その変化量と実充填効率Ecとの加算値が、予測充填効率Ec_ESTとして算出される（ステップＡ５〜Ａ６）。このように、第二予測部６では、過去の最大充填効率Ec_MAXの推移が今後の実充填効率Ecの推移として予測結果に反映される。

一方、目標充填効率Ec_TGTが最大充填効率Ec_MAX以下の場合には、第一予測部５において、現在から第一遅れ時間D₁前の時刻を基準として目標充填効率Ec_TGTの変化量が算出され、その変化量と実充填効率Ecとの加算値が、予測充填効率Ec_ESTとして算出される（ステップＡ７〜Ａ８）。このように、第一予測部５では、過去の目標充填効率Ec_TGTの推移が今後の実充填効率Ecの推移として予測結果に反映される。その後、制御部７の燃料制御部８及び点火制御部９において、予測充填効率Ec_ESTに応じた励磁信号，制御信号が生成され、所定のタイミングでインジェクタ３５，イグナイタ３６のそれぞれに出力される（ステップＡ９）。

［４．効果］
（１）上記のエンジン制御装置１には、最大充填効率Ec_MAXに基づいて予測充填効率Ec_ESTを算出する第二予測部６が設けられる。このように吸気量の予測に際し、最大充填効率Ec_MAXを用いることで、予測充填効率Ec_ESTの予測精度を向上させることができる。特に、図３に示すように、過給域における予測精度を向上させることができる。また、エンジン１０の目標充填効率Ec_TGTが算出される時点よりも過去の最大充填効率Ec_MAXの履歴が参照されるため、スロットルディレイ制御のようにアクセル操作に対するスロットル開度の応答遅れを発生させることがなく、小気味よい加速感を提供することができる。したがって、レスポンス低下を抑制しつつ吸気量の予測精度を向上させることができる。

（２）第二予測部６では、図５に示すように、目標充填効率Ec_TGTの演算時点である時刻t₀よりも過去の時刻t₄を基準とした最大充填効率Ec_MAXの変化量が算出され、この変化量に基づいて予測充填効率Ec_ESTが算出される。このような演算により、過去の最大充填効率Ec_MAXの推移を今後の実充填効率Ecの推移として予測結果に精度よく反映させることができる。したがって、予測充填効率Ec_ESTの予測精度を向上させることができる。
（３）予測部４には、第二予測部６だけでなく第一予測部５が設けられ、目標充填効率Ec_TGT及び最大充填効率Ec_MAXに基づいて予測充填効率Ec_ESTが算出される。このような演算により、過給域だけでなく非過給域においても精度よく予測充填効率Ec_ESTを算出することができ、エンジン１０のさまざまな運転状態で今後の実充填効率Ecの推移を高精度に把握することができる。

（４）予測部４では、目標充填効率Ec_TGTと最大充填効率Ec_MAXとのうち値が小さい一方を用いて予測充填効率Ec_ESTが算出される。これにより、簡素な演算構成でエンジン１０の非過給域と過給域とを区別しつつ、それぞれの状態に応じた予測手法を採用することができ、予測充填効率Ec_ESTの予測精度を向上させることができる。
（５）第一予測部５では『目標充填効率Ec_TGT≦最大充填効率Ec_MAX』である場合に、予測充填効率Ec_ESTの値を目標充填効率Ec_TGTの変化量から算出するための遅れ演算処理が実施される。これにより、スロットルバルブ２０の駆動特性や吸気通路の流路特性（いわゆるスロットル駆動遅れや吸気遅れ）に見合った予測充填効率Ec_ESTを精度よく算出することができる。
一方、第二予測部６では『目標充填効率Ec_TGT＞最大充填効率Ec_MAX』である場合に、予測充填効率Ec_ESTの値を最大充填効率Ec_MAXの変化量から算出するための遅れ演算処理が実施される。これにより、スロットル駆動遅れや吸気遅れの影響が比較的小さい運転状態（例えば過給状態）での予測充填効率Ec_ESTを精度よく算出することができる。したがって、エンジン１０のあらゆる運転状態において、予測充填効率Ec_ESTの予測精度を向上させることができる。

（６）図４，図５に示すように、第二予測部６で算出される予測充填効率Ec_ESTの最大充填効率Ec_MAXからの応答遅れ時間D₂（第二遅れ時間）は、第一予測部５で算出される予測充填効率Ec_ESTの目標充填効率Ec_TGTからの応答遅れ時間D₁（第一遅れ時間）以下の長さに設定される。これにより、図３に示すように、過給域での予測充填効率Ec_ESTの遅れ特性を実情に合致させることができ、予測充填効率Ec_ESTの予測精度を向上させることができる。
（７）燃料制御部８では、予測充填効率Ec_ESTに基づいて燃料噴射量，燃料噴射タイミングが制御される。これにより、燃料の噴射対象となる空気が吸気ポートへと流入してくる吸気行程よりも前に、正確な量の燃料噴射を実施することができ、例えば排気行程内での燃料を噴射した場合であっても、空燃比を精度よく制御することができる。特に、過渡時（実充填効率Ecやその変化勾配が変動している時）の空燃比変動を抑制することができ、エンジントルクを高精度に制御することができる。
（８）点火制御部９では、予測充填効率Ec_ESTに基づいて点火時期が制御される。これにより、吸気行程が完了する前にリタード量の目標値を演算することができ、エンジン１０の制御性を向上させることができる。また、実充填効率Ecと予測充填効率Ec_ESTとを併用すれば、実充填効率Ecを予測充填効率Ec_ESTで補正することができ、エンジントルクの制御性をさらに向上させることができる。

［５．変形例］
上述の実施形態では、排気通路にはタービン１２の上流側と下流側との間を連絡する排気バイパス通路１５が設けられ、タービン１２を迂回する排気流量を制御するためのウェイストゲートバルブ１６がこれに介装される過給機１１を例示したが、排気通路上のタービン１２に接触する排気流量を変更するための可変ノズル装置が内蔵された可変容量型ターボチャージャを用いてもよい。可変ノズル装置のノズルベーン開度を変更することで、タービンを回転させる排気流の流速，流量，圧力などが変化する。これにより、タービン及びコンプレッサの回転数（すなわち、過給機１１の回転数）が変更可能となり、排気圧に対する過給圧の割合が可変となる。
また、上述の実施形態では、エンジン１０の目標充填効率Ec_TGTや最大充填効率Ec_MAXを用いて予測充填効率Ec_ESTを算出するものを例示したが、充填効率の代わりに体積効率を用いてもよいし、吸気量（体積，質量，体積流量など）を用いてもよい。体積効率とは、一サイクルで吸入された吸入空気の質量をその測定時と同一の大気条件での行程容積相当の空気質量で除したものであり、エンジン１０のシリンダに吸入される吸気量に相当するパラメータの一つである。体積効率と充填効率とは、大気条件が定まれば互いに換算することが可能である。このように、吸気量に相当する何らかのパラメータを用いることで、上述の実施形態と同様の効果を奏するものとなる。

また、上述の実施形態では、二種類の予測手法のいずれかを選択する際に、目標充填効率Ec_TGTと最大充填効率Ec_MAXとの大小関係を比較しているが、具体的な比較方法はこれに限定されない。例えば、エンジン１０の運転状態に応じて目標充填効率Ec_TGT，最大充填効率Ec_MAXのそれぞれに係数を乗じてから、大小関係を比較してもよい。つまり、二種類の予測手法を切り換えるための境界は、必ずしも目標充填効率Ec_TGTと最大充填効率Ec_MAXとが一致する時刻でなくてもよい。少なくとも、目標充填効率Ec_TGT及び最大充填効率Ec_MAXに基づいて予測充填効率Ec_ESTを算出することで、エンジン１０のさまざまな運転状態で予測充填効率Ec_ESTの変化を精度よく把握することができる。

また、上記の予測部４には第一予測部５と第二予測部６とが設けられており、目標充填効率Ec_TGTと最大充填効率Ec_MAXとの両方を用いて予測充填効率Ec_ESTを算出しているが、例えばエンジン１０の過給域でのみ予測充填効率Ec_ESTを算出するような場合には、第一予測部５を省略することができる。つまり、少なくとも最大充填効率Ec_MAXに基づいて予測充填効率Ec_ESTを算出することで、予測充填効率Ec_ESTの予測精度を向上させることができる。

上記の第一予測部５では、図４に示すように、時刻t₁〜t₂間における目標充填効率Ec_TGTの変化量をそのまま実充填効率Ecに加算することで、予測充填効率Ec_ESTを算出している。同様に、第二予測部６では、図５に示すように、時刻t₄〜t₅間における最大充填効率Ec_MAXの変化量をそのまま実充填効率Ecに加算することで、予測充填効率Ec_ESTを算出している。しかし、変化量をそのまま実充填効率Ecに加算するのではなく、エンジン１０の運転状態に応じた補正を変化量に加えてから実充填効率Ecに加算することで、さらに正確な予測充填効率Ec_ESTを算出することとしてもよい。
なお、上記のエンジン制御装置１が適用されるエンジン１０の種類は任意であり、ガソリンエンジンにもディーゼルエンジンにも適用することができる。また、エンジン１０のシリンダ数やストローク数，可変動弁機構の有無についても不問であり、あらゆるレシプロエンジンに適用することができる。

１エンジン制御装置
２第一算出部
３第二算出部
４予測部
５第一予測部
６第二予測部
７制御部
８燃料制御部
９点火制御部
１０エンジン
Ec 実充填効率
Ec_TGT 目標充填効率
Ec_MAX 最大充填効率
Ec_EST 予測充填効率
D₁ 第一遅れ時間
D₂ 第二遅れ時間
P 予測時間幅

Claims

アクセル操作量に基づきエンジンの目標吸気量を算出する第一算出部と、
前記目標吸気量が算出された時点における前記エンジンの運転状態で、スロットル開度が全開であると仮定した場合の最大吸気量を算出する第二算出部と、
少なくとも前記最大吸気量に基づき、前記時点よりも未来の予測吸気量を算出する予測部と、を備え、
前記予測部は、
前記目標吸気量が前記最大吸気量よりも小さい場合に、前記目標吸気量が算出された時点よりも前記目標吸気量に対する実吸気量の応答遅れ時間である第一遅れ時間だけ前の時刻から、前記目標吸気量が算出された時点から予測したい未来までの時間である予測時間幅だけ進んだ時刻までの前記目標吸気量の変化量に基づき、前記予測吸気量を算出し、
前記目標吸気量が前記最大吸気量よりも大きい場合に、前記目標吸気量が算出された時点よりも前記最大吸気量に対する実吸気量の応答遅れ時間である第二遅れ時間だけ前の時刻から、前記予測時間幅だけ進んだ時刻までの前記最大吸気量の変化量に基づき、前記予測吸気量を算出する
ことを特徴とする、エンジン制御装置。
前記第二遅れ時間が、前記第一遅れ時間以下の長さに設定される
ことを特徴とする、請求項１記載のエンジン制御装置。
前記予測吸気量に基づき、前記エンジンの燃料噴射量を制御する燃料制御手段を備える
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のエンジン制御装置。
前記予測吸気量に基づき、前記エンジンの点火時期を制御する点火制御手段を備える
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。