JP2009293601A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の制御装置に関し、内燃機関の製造ばらつきや経時変化によらず内燃機関の最大トルクを保障できるようにする。
【解決手段】内燃機関への要求トルクが最大トルク以上のときには、スロットル弁の弁開度を最大開度に設定する。この最大開度は機関吸気量が最大になるときのスロットル弁の弁開度であって、制御装置にはその学習値を記憶する。最大開度の学習は、スロットル弁の弁開度が最大開度に設定されているときにスロットル弁を動作させ、そのときに取得される機関吸気量の変化に関する情報に基づいて行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、機関吸気量を調整する吸気量調整弁を備えた内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関が出力するトルクは筒内に吸入される空気量（以下、吸気量）によって制御することができる。この吸気量を調整するため、内燃機関の吸気管には吸気量調整弁が配備されている。吸気量調整弁の代表的なものはスロットル弁であり、また、リフト量連続可変機構を備えた吸気弁も吸気量調整弁に相当する。

このような吸気量調整弁の制御に関しては、従来、種々の技術が提案されている。例えば、特開２００１−２４８４８７号公報には、要求トルクに基づいてスロットル弁を制御する所謂トルクデマンド制御に関する技術（以下、従来技術という）が開示されている。トルクデマンド制御では要求トルクと機関回転数から目標空気量が算出され、この目標空気量と機関回転数とに基づいてスロットル弁の弁開度が決定される。

上記従来技術では、内燃機関の製造ばらつきや経時変化、環境変化によらず内燃機関の出力性能を最大限に引き出すため、アクセル開度が所定開度以上の領域では、要求トルクを現在の機関回転速度における設計上の最大トルクよりも大きい値に設定するようにしている。より詳しくは、機関回転数と要求トルクとの関係を規定したマップを参照して上記所定開度以上の領域における要求トルクの値を設定している。そのマップでは、各機関回転数における最大トルクの製造ばらつき範囲の上限値又はそれよりも少し大きい値となるように要求トルクが規定されている。
特開２００１−２４８４８７号公報

しかしながら、上記公報にも記載の通り、内燃機関の出力性能は経時変化によって変化する。このことはスロットル弁開度−トルク特性、つまり、スロットル弁の弁開度とトルクとの関係についても当てはまる。上記従来技術のようなトルクデマンド制御では、要求トルクに基づいてスロットル弁の弁開度が設定されるため、弁開度−トルク特性が変化した場合には要求トルクを正確に実現することができない。したがって、上記従来技術のように要求トルクを設計上の最大トルクよりも大きい値に設定したとしても、内燃機関の経時変化の程度によっては必ずしも最大トルクを出力できない場合がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の製造ばらつきや経時変化によらず内燃機関の最大トルクを保障できるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、機関吸気量を調整する吸気量調整弁を備えた内燃機関の制御装置において、
機関吸気量が最大になるときの前記吸気量調整弁の弁開度を前記吸気量調整弁の最大開度として記憶した最大開度記憶手段と、
前記内燃機関への要求トルクを取得する要求トルク取得手段と、
前記要求トルクが前記内燃機関が出力可能な最大トルク以上のときには前記吸気量調整弁の弁開度を前記最大開度に設定する弁開度設定手段と、
前記吸気量調整弁の弁開度が前記最大開度に設定されているとき、弁開度を前記最大開度から変化させるように前記吸気量調整弁を動作させる弁制御手段と、
前記吸気量調整弁の弁開度が前記最大開度から変化したときの機関吸気量の変化に関する情報（以下、吸気量変化情報という）を取得する吸気量変化情報取得手段と、
前記吸気量変化情報に基づいて前記最大開度を学習する最大開度学習手段と、
を備えることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記弁制御手段は、前記内燃機関が定常状態のときに前記吸気量調整弁の弁開度を前記最大開度から変化させることを特徴としている。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記弁制御手段は、前記吸気量調整弁の弁開度を前記最大開度に対して徐々に拡大させていくことを特徴としている。

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記吸気量変化情報取得手段は、前記内燃機関の吸気系に配置されたセンサと、前記内燃機関の排気系に配置されたセンサとを用いて前記吸気量変化情報を取得することを特徴としている。

第５の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記内燃機関は排気系に空燃比センサを備えた内燃機関であって、
前記吸気量変化情報取得手段は、前記空燃比センサの信号を前記吸気量変化情報として取得することを特徴としている。

第６の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記内燃機関は排気系に空燃比センサを備えた内燃機関であって、
前記空燃比センサの信号に基づいて排気ガスの空燃比が所定の空燃比となるように燃料供給量をフィードバック制御するフィードバック制御手段を備え、
前記吸気量変化情報取得手段は、前記フィードバック制御に係るフィードバック補正量を前記吸気量変化情報として取得することを特徴としている。

吸気量調整弁の弁開度が機関吸気量を最大にする弁開度になっているかどうかは、吸気量調整弁を動作させたときの機関吸気量の変化状態によって検証することができる。例えば、吸気量調整弁をある弁開度から開き側に動作させたとき、そのときの弁開度が機関吸気量を最大にする弁開度になっているならば、機関吸気量に変化は生じない。しかし、そのときの弁開度が機関吸気量を最大にする弁開度よりも小さいときには、吸気量調整弁を開き側に動作させると機関吸気量は増加する。一方、そのときの弁開度が機関吸気量を最大にする弁開度よりも大きいときには、吸気量調整弁を閉じ側に動作させたとき、弁開度が機関吸気量を最大にする弁開度よりも小さくなるまでは機関吸気量に変化が生じない。

第１の発明によれば、機関吸気量を最大にする弁開度が最大開度として記憶されており、その最大開度は機関吸気量の変化に関する情報に基づいて学習される。したがって、第１の発明によれば、内燃機関の製造ばらつきや経時変化によらず機関吸気量を最大にする弁開度を正確に実現することが可能であり、ひいては最大トルクの出力を保障することができる。

第２の発明によれば、最大開度の学習を内燃機関が定常状態のときに行うことによって、機関吸気量の過渡的な変動が最大開度の学習値に与える影響を排除することができる。したがって、第２の発明によれば、機関吸気量を最大にする弁開度をより正確に実現することができるようになる。

第３の発明によれば、弁開度を徐々に拡大させながら学習を行うことによって、弁開度の変化に伴う機関吸気量の過渡的な変動が最大開度の学習値に与える影響を排除することができる。

第４の発明によれば、吸気系に設けられているセンサと排気系に設けられているセンサとを併用することによってセンサの故障時のロバスト性を高めることができる。

第５の発明によれば、排気系に設けられている空燃比センサを利用して吸気量変化情報を取得することができる。

第６の発明によれば、空燃比を所定の空燃比とするためのフィードバック制御に係るフィードバック補正量を最大開度の学習に利用することができる。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図１乃至図４の各図を参照して説明する。

本実施の形態の制御装置は、要求トルクを取得してその要求トルクを実現するように吸気量調整弁の動作を制御するトルクデマンド型の制御装置として構成されている。図１は、本実施の形態の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る内燃機関は、吸気量調整弁としてスロットル弁２を備えている。このスロットル弁２の動作を制御するための要素として、本実施の形態の制御装置は、要求トルク取得部２０、スロットル弁開度設定部２２及びスロットル弁制御部２４を備えている。以下、これらの要素の機能について説明する。

内燃機関への要求トルクは要求トルク取得部２０で取得される。要求トルク取得部２０には、アクセル開度センサ１０からのアクセル開度信号が入力される。アクセル開度信号はドライバのアクセル操作が反映された信号であって、ドライバのトルク要求はこのアクセル開度信号に含まれている。要求トルク取得部２０は入力されたアクセル開度信号をトルクの値に変換し、それをドライバ要求トルクとして取得する。

また、要求トルク取得部２０は、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control system）やＴＲＣ（Traction Control system）等の他の制御システムからの信号も入力される。要求トルク取得部２０は、これら制御システムからの信号にトルク要求が含まれる場合、各制御において必要なトルクを計算し、他制御要求トルクとして取得する。そして、前述のドライバ要求トルクに他制御要求トルクを加算した値を最終的な要求トルクとして算出する。

スロットル弁開度設定部２２は、要求トルク取得部２０で取得された要求トルクをスロットル弁２の要求開度に変換する。スロットル弁制御部２４は、スロットル弁２を動作させるための制御信号をスロットル弁開度設定部２２で設定された要求開度に基づいて生成する。このような一連の処理によって、要求トルクの実現に向けてスロットル弁２の動作が制御されることになる。

図１に示す構成によれば、要求トルクに対するスロットル弁２の動作特性はスロットル弁開度設定部２２内の処理によって決定される。そこで、次に、スロットル弁開度設定部２２の内部の構成について説明する。図２はスロットル弁開度設定部２２の構成を示すブロック図である。

スロットル弁開度設定部２２は、要求トルクをスロットル弁２の弁開度（要求開度）に変換するための複数の計算要素から構成されている。図２における信号の上流側から説明すると、その最上流には要求トルクＴＱを要求充填効率ＫＬに変換するＴＱ−ＫＬ変換部５０が配置されている。要求トルクはこのＴＱ−ＫＬ変換部５０に入力される。ＴＱ−ＫＬ変換部５０は、マップ或いは多項近似式によって要求トルクＴＱを要求吸気量ＫＬに変換する。そのマップ或いは多項近似式では、吸気弁及び排気弁のバルブタイミング、ＡＣＩＳ（Acoustic Control Induction System）の動作状態、空燃比等がパラメータとして用いられている。

ＴＱ−ＫＬ変換部５０の次にはＫＬ−ＰＭ変換部５２が配置されている。ＴＱ−ＫＬ変換部５０で得られた要求吸気量ＫＬは、このＫＬ−ＰＭ変換部５２において要求吸気管圧ＰＭに変換される。ＫＬ−ＰＭ変換部５２は、マップ或いは多項近似式によって要求吸気量ＫＬを要求吸気管圧ＰＭに変換する。そのマップ或いは多項近似式では、吸気弁及び排気弁のバルブタイミング、ＡＣＩＳの動作状態、空燃比等がパラメータとして用いられている。

ＫＬ−ＰＭ変換部５２の次にはＰＭＷＯＴガード部５４が配置されている。ＰＭＷＯＴガード部５４は、ＫＬ−ＰＭ変換部５２で得られた要求吸気管圧ＰＭの値を上限ガード値であるＰＭＷＯＴによって制限する。吸気管圧が飽和点に達するとスロットル弁開度を変化させても機関吸気量は変化しなくなる。ＰＭＷＯＴガード部５４による処理は、このような飽和領域でのスロットル弁２の無駄な動作を制限するために設けられている。ＫＬ−ＰＭ変換部５２で得られた要求吸気管圧ＰＭがＰＭＷＯＴよりも大きい値の場合、ＰＭＷＯＴガード部５４から出力される要求吸気管圧ＰＭの値はＰＭＷＯＴに制限される。

ＰＭＷＯＴガード部５４の下流にはフィルタ５６を挟んでΔＰＭ算出部５８が配置されている。ＰＭＷＯＴガード部５４でガード処理された要求吸気管圧ＰＭは、フィルタ５６によってノイズ成分を除去された後、ΔＰＭ算出部５８に入力される。ΔＰＭ算出部５８は、要求吸気管圧ＰＭと現在の吸気管圧との差分ΔＰＭを算出する。この差分ΔＰＭは吸気管圧の要求変化量である。

ΔＰＭ算出部５８の下流には要求吸気管圧変化量ΔＰＭを空気量に変換するための計算要素６０，６２，６４が配置されている。固定ゲイン処理部６０と線形ゲイン処理部６４、及び要求吸気管圧変化量ΔＰＭの値から線形ゲインの値を決定する線形ゲイン設定部６２である。要求吸気管圧変化量ΔＰＭに固定ゲインを乗算し、さらに線形ゲインを乗算することで要求空気量変化量ΔＫＬが算出される。

要求吸気管圧変化量ΔＰＭから変換された要求空気量変化量ΔＫＬは、ＫＬ算出部６６に入力される。ＫＬ算出部６６は、要求空気量変化量ΔＫＬを現在の吸気量に加算したものをＴＡ算出用の要求吸気量ＫＬとして算出する。

ＫＬ算出部６６の下流にはフィルタ６８を挟んでＫＬ−ＴＡ変換部７０が配置されている。ＴＡ算出用の要求吸気量ＫＬは、このＫＬ−ＴＡ変換部７０において要求開度ＴＡに変換される。ＫＬ−ＴＡ変換部７０は、マップ或いは多項近似式によって要求吸気量ＫＬを要求開度ＴＡに変換する。そのマップ或いは多項近似式では、吸気弁及び排気弁のバルブタイミング、ＡＣＩＳの動作状態、空燃比等がパラメータとして用いられている。

図２に示す構成によれば、ＰＭＷＯＴガード部５４で用いられるＰＭＷＯＴの値によって要求開度ＴＡの最大値が決まる。スロットル弁開度が最大要求開度に制御されたときの機関吸気量が制御上の最大吸気量である。ＰＭＷＯＴの値は、この制御上の最大吸気量が内燃機関の構造から決まる真の最大吸気量と一致するように設定されている。ＰＭＷＯＴの値の決定には、試験用の内燃機関による適合が用いられている。

再び図１に戻り、本実施の形態の制御装置の構成について説明を続ける。本実施の形態の制御装置は、ＰＭＷＯＴの値を記憶したＰＭＷＯＴ値記憶部２６を備えている。このＰＭＷＯＴ値記憶部２６に記憶されているＰＭＷＯＴの値がスロットル弁開度設定部２２にて使用されるようになっている。ＰＭＷＯＴ値記憶部２６はＰＭＷＯＴの値の読み出しだけでなく、その更新も可能になっている。

ところで、前述のように、ＰＭＷＯＴの値は試験用の内燃機関を用いた適合によって決定されているが、個々の内燃機関には製造ばらつきが存在する。また、経時変化によってスロットル弁開度と吸気量との対応関係が変化することもある。このため、実際の内燃機関では、必ずしもＰＭＷＯＴの値から決まる制御上の最大吸気量と内燃機関が実現可能な最大吸気量とが一致するとは限らない。内燃機関が出力可能な最大トルクは、機関吸気量が内燃機関が実現可能な最大吸気量のときに実現される。したがって、制御上の最大吸気量が内燃機関が実現可能な最大吸気量に満たない場合には、要求トルクとして内燃機関が出力可能な最大トルクが要求されていても、実際に出力されるトルクは内燃機関の最大トルクよりも低いトルクになってしまう。

本実施の形態の制御装置は、内燃機関の構造から決まる最大吸気量と制御上の最大吸気量とのずれをＰＭＷＯＴの学習によって解消する。ＰＭＷＯＴの学習は、ＰＭＷＯＴによる規制を超えてスロットル弁２を動作させたときの機関吸気量の変化に基づいて行われる。ＰＭＷＯＴが内燃機関が実現可能な最大吸気量に対応しているならば、ＰＭＷＯＴによる規制を超えてスロットル弁２を動作させても機関吸気量に変化は無い。しかし、ＰＭＷＯＴに対応する機関吸気量が内燃機関が実現可能な最大吸気量に満たない場合には、ＰＭＷＯＴによる規制を超えてスロットル弁２を動作させることで機関吸気量は増大することになる。この場合、スロットル弁２をそれ以上開いても機関吸気量に変化が生じなくなったときが真の最大吸気量であり、そのときの弁開度が最大トルクを実現するための真の最大開度となる。本実施の形態の制御装置は、この真の最大開度に対応するＰＭＷＯＴの値を学習し、その学習値をＰＭＷＯＴ値記憶部２６に記憶するようになっている。

ＰＭＷＯＴの学習を行うため、本実施の形態の制御装置は、学習の開始を判定する学習開始判定部３０と、機関吸気量の変化に関する情報を取得する吸気量変化情報取得部３２と、取得した吸気量変化情報に基づいてＰＭＷＯＴを学習するＰＭＷＯＴ値学習部２８とを備えている。また、ＰＭＷＯＴによる規制を超えてスロットル弁２を動作させるための機能として、弁開度変化量設定部３４を備えている。以下、ＰＭＷＯＴの学習に関係する各要素の機能について説明する。

学習開始判定部３０は、要求トルク取得部２０で取得された要求トルクと内燃機関が出力可能な最大トルクとを比較する。要求トルクが最大トルク以上である場合には、以下に説明する学習条件が成立したときにＰＭＷＯＴの学習開始を宣言する。

学習開始判定部３０は、以下の条件１Ａ及び１Ｂが共に成立したときに学習条件が成立したと判定する。
条件１Ａ：機関回転数の単位時間当たりの変化量が所定の閾値よりも小さいこと。
条件１Ｂ：要求トルクの単位時間当たりの変化量が所定の閾値よりも小さいこと。
これらの条件１Ａ及び１Ｂは内燃機関が定常状態であることを確かめるための条件である。内燃機関が定常状態であることを学習条件としたのは、吸気量の過渡的な変動が学習結果に与える影響を排除するためである。

また、学習開始判定部３０は、前記の条件１Ａ及び１Ｂの成立時の他、以下の条件２が成立したときにも学習条件が成立したと判定する。
条件２：サービス端子がオンになっていること
整備工場等にて内燃機関の整備が行われる場合がこれに該当する。制御装置に診断装置が接続され、診断装置を介してサービス端子がオンにされたら、学習開始判定部３０はＰＭＷＯＴの学習が可能になったものと判断する。

学習開始判定部３０による判定結果は弁開度変化量設定部３４に供給される弁開度変化量設定部３４は、学習開始判定部３０によって学習開始が宣言された場合には、要求開度に対する弁開度変化量をスロットル弁制御部２４に入力する。弁開度変化量が入力された場合、スロットル弁制御部２４は、その弁開度変化量分だけ最大要求開度を超えてスロットル弁２を動作させる。弁開度変化量の設定方法の詳細については後述する。

学習開始判定部３０による判定結果はＰＭＷＯＴ値学習部２８にも供給される。ＰＭＷＯＴ値学習部２８は、学習開始判定部３０によって学習開始が宣言された場合には、ＰＭＷＯＴの学習を開始する。ＰＭＷＯＴの学習には、吸気量変化情報取得部３２で取得された吸気量変化情報が用いられる。吸気量変化情報取得部３２は、吸気通路に配置されたエアフローセンサ１２から信号を受信し、その信号から吸気量変化情報を得ている。また、ＰＭＷＯＴの学習には、学習モードにおいてスロットル弁２が最大要求開度を超えて動作したときの弁開度変化量も用いられる。ＰＭＷＯＴ値学習部２８ではＰＭＷＯＴの学習更新量を計算し、その学習更新量によってＰＭＷＯＴ値記憶部２６に記憶されているＰＭＷＯＴの値を更新する。ＰＭＷＯＴの学習更新量の計算方法の詳細については後述する。

図３は本実施の形態の制御装置によって実行されるスロットル弁開度制御のルーチンを示すフローチャートである。このルーチンには上述のＰＭＷＯＴの学習に係る処理も含まれている。以下、図３のフローチャートを用いてＰＭＷＯＴの学習方法について具体的に説明する。

図３に示すルーチンの最初のステップＳ２では、要求トルク取得部２０によって要求トルクが取得される。そして、その要求トルクに基づいてスロットル弁開度設定部２２において要求開度ＴＡ_Ｏが算出される。

次のステップＳ４では、学習開始判定部３０によって、まず、要求トルクが最大トルク以上になっているか否か判定される。また、学習開始判定部３０によって、学習条件が成立しているか否か判定される。要求トルクが最大トルクよりも小さい場合、或いは、学習条件が成立していない場合には、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、スロットル弁制御部２４によって要求開度ＴＡ_Ｏに基づいたスロットル弁２の制御が行われる。

ステップＳ４において学習開始のための条件が全て成立した場合には、ＰＭＷＯＴの学習が開始される。この場合、ステップＳ２で算出された要求開度ＴＡ_Ｏは、ＰＭＷＯＴの値に対応する最大要求開度になっている。

まず、ステップＳ６では、弁開度変化量設定部３４で設定された弁開度変化量ΔＴＡが最大要求開度ＴＡ_Ｏに加算される。最大要求開度ＴＡ_Ｏに弁開度変化量ΔＴＡを加算して得られる値がＰＭＷＯＴの学習のための学習用開度ＴＡ_Ｎとされる。次のステップＳ８では、スロットル弁制御部２４によって学習用開度ＴＡ_Ｎに基づいたスロットル弁２の制御が行われる。

ステップＳ１０では、吸気量変化情報取得部３２によって吸気量の変化の有無が判定される。最大要求開度ＴＡ_Ｏを超えてスロットル弁２を動作させたときに吸気量が増大したのであれば、吸気量が最大となる真の最大開度は最大要求開度ＴＡ_Ｏよりも大きい弁開度であることが分かる。吸気量に変化がなくなるまで最大要求開度ＴＡ_Ｏに対する弁開度変化量ΔＴＡを少しずつ大きくしていき、吸気量に変化がなくなったときの弁開度を取得することによって、吸気量が最大となる真の最大開度を探し当てることができる。

そこで、ステップＳ１０の判定の結果、吸気量に変化がある場合には、再びステップＳ６に戻ってステップＳ６及びＳ８の処理が行われる。そして、ステップＳ１０で吸気量に変化がなくなったと判定されるまで、ステップＳ６乃至Ｓ１０の処理が繰り返し実行される。ステップＳ６で設定される弁開度変化量ΔＴＡは、この繰り返し回数と機関回転数とをパラメータとするマップから算出される。ステップＳ６の繰り返し回数に応じて、弁開度変化量ΔＴＡはより大きい値に設定されるようになっている。

ステップＳ１０で吸気量に変化がなくなったと判定された場合には、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、ＰＭＷＯＴ値学習部２８によってＰＭＷＯＴの学習更新量が計算される。ＰＭＷＯＴ値学習部２８は、吸気量変化情報取得部３２によって取得された吸気量の変化量からトルク変化量ΔＴＱを計算する。そして、トルク変化量ΔＴＱと弁開度変化量ΔＴＡとの比（ΔＴＱ／ΔＴＡ）を計算し、機関回転数とΔＴＱ／ΔＴＡとをパラメータとするマップからＰＭＷＯＴの学習更新量を算出する。この学習更新量がＰＭＷＯＴ値記憶部２６に記憶されているＰＭＷＯＴの値に加算されることによって、最大トルクに相当するスロットル弁開度が現在のスロットル弁開度ＴＡ_ＮになるようにＰＭＷＯＴの値が変更されることになる。

図４は、図３に示すスロットル弁開度制御のルーチンが実行されたときの効果について説明するための図である。図４において破線は、試験用の内燃機関を用いた適合で得られたスロットル弁開度に対するトルクの出力特性を示している。この出力特性によれば、内燃機関に最大トルクを出力させるためのスロットル弁開度はＴＡ１になる。ラインオフ時のＰＭＷＯＴの値はこの最大開度ＴＡ１に相当する値に設定されている。しかし、内燃機関の製造ばらつきや経時変化によって、実際のスロットル弁開度に対するトルクの出力特性は図４において実線で示すような出力特性になっていることがある。この場合、スロットル弁開度を最大開度ＴＡ１に設定しても内燃機関に最大トルクを出力させることができない。

本実施の形態の制御装置によれば、図３に示すスロットル弁開度制御のルーチンが実行されることで、最大トルクを出力させる真の最大開度ＴＡ２が探し当てられ、ＰＭＷＯＴの値は最大開度ＴＡ２に対応する値に更新される。これにより、内燃機関の製造ばらつきや経時変化によらず機関吸気量を最大にする弁開度を正確に実現することが可能になる。つまり、本実施の形態の制御装置によれば、内燃機関の製造ばらつきや経時変化によらず最大トルクの出力を保障することができる。

以上、本発明の実施の形態１としての制御装置について説明した。実施の形態１と本発明との対応関係は次の通りである。

図１に示す構成において、ＰＭＷＯＴ値記憶部２６は第１の発明の「最大開度記憶手段」に相当する。要求トルク取得部２０は第１の発明の「要求トルク取得手段」に相当する。スロットル弁開度設定部２２は第１の発明の「弁開度設定手段」に相当する。また、スロットル弁制御部２４、学習開始判定部３０及び弁開度変化量設定部３４により第１、第２及び第３の発明の「弁制御手段」が構成されている。吸気量変化情報取得部３２は第１の発明の「吸気量変化情報取得手段」に相当する。ＰＭＷＯＴ値学習部２８は第１の発明の「最大開度学習手段」に相当する。

実施の形態２．
本発明の実施の形態１について図５乃至図７の各図を参照して説明する。

図５は、本発明の実施の形態２としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置は、実施の形態１の制御装置の構成に空燃比制御のための要素を加えた構成になっている。空燃比制御のための要素として、本実施の形態の制御装置は、空燃比情報取得部４０、推定吸気量算出部４２及び空燃比Ｆ／Ｂ制御部４４を備えている。以下、これらの要素の機能について説明する。なお、図５に示す構成において、実施の形態１のものと共通する要素については同一の符号を付している。

空燃比制御のための空燃比情報は空燃比情報取得部４０で取得される。空燃比情報取得部４０には、Ａ／Ｆセンサ１６からの信号が入力される。Ａ／Ｆセンサ１６は内燃機関の排気通路に配置されたセンサであって、その信号は排気ガスの空燃比の変化に対してリニアに対応する。空燃比情報取得部４は入力されたＡ／Ｆセンサ１６の信号を空燃比に変換し、それを空燃比情報として取得する。

空燃比Ｆ／Ｂ制御部４４は、空燃比情報取得部４０で取得された空燃比情報と内燃機関の推定吸気量とに基づいて目標空燃比を実現するために必要な燃料噴射量のフィードバック補正量を算出する。そして、フィードバック補正量が反映された燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁４の駆動時間を算出する。

内燃機関の推定吸気量は推定吸気量算出部４２で算出される。推定吸気量算出部４２による推定吸気量の算出過程では、ＰＭＷＯＴ値記憶部２６に記憶されたＰＭＷＯＴの値が参照されるようになっている。以下、推定吸気量算出部４２の内部の構成について説明する。図６は推定吸気量算出部４２の構成を示すブロック図である。

図６における信号の上流側から説明すると、その最上流には、スロットル弁開度の目標値（ＴＡ目標）と現在値（現在ＴＡ）との偏差ΔＴＡを算出するΔＴＡ算出部８０が配置されている。ＴＡ目標は制御装置の内部の計算値を用いることができる。現在ＴＡは図示略のスロットル開度センサによって計測することができる。

ΔＴＡ算出部８０の次にはΔＴＡ−ΔＰＭ変換部８２が配置されている。ΔＴＡ算出部８０で得られた弁開度偏差ΔＴＡは、このΔＴＡ−ΔＰＭ変換部８２において吸気管圧変化量ΔＰＭに変換される。ΔＴＡ−ΔＰＭ変換部８２は、マップ或いは多項近似式によって弁開度偏差ΔＴＡを吸気管圧変化量ΔＰＭに変換する。そのマップ或いは多項近似式では、吸気弁及び排気弁のバルブタイミング、ＡＣＩＳの動作状態、空燃比等がパラメータとして用いられている。

ΔＴＡ−ΔＰＭ変換部８２の次にはＰＭ算出部８４が配置されている。ＰＭ算出部８４では、ΔＴＡ−ΔＰＭ変換部８２で得られた弁開度偏差ΔＴＡが積算され、その積算値が推定吸気管圧ＰＭとして出力される。

ＰＭ算出部８４の次にはＰＭＷＯＴガード部８６が配置されている。ＰＭＷＯＴガード部８６は、ＰＭ算出部８４で得られた推定吸気管圧ＰＭの値を上限ガード値であるＰＭＷＯＴによって制限する。このＰＭＷＯＴガード部８６において、ＰＭＷＯＴ値記憶部２６（図５参照）に記憶されているＰＭＷＯＴの値が用いられる。前述の学習によってＰＭＷＯＴの値が更新されたときには、ＰＭＷＯＴガード部８６で用いられるＰＭＷＯＴの値も更新される。

ＰＭＷＯＴガード部８６の次にはＰＭ−ＫＬ変換部８８が配置されている。ＰＭＷＯＴガード部８６でガード処理された推定吸気管圧ＰＭは、このＰＭ−ＫＬ変換部８８において推定吸気量ＫＬに変換される。ＰＭ−ＫＬ変換部８８は、マップ或いは多項近似式によって推定吸気管圧ＰＭを推定吸気量ＫＬに変換する。そのマップ或いは多項近似式では、吸気弁及び排気弁のバルブタイミング、ＡＣＩＳの動作状態、空燃比等がパラメータとして用いられている。

上述のように、本実施の形態の制御装置によれば、学習されたＰＭＷＯＴの値が推定吸気量の計算にも反映される。これにより、スロットル弁開度が最大開度近傍となる高負荷域での推定吸気量の精度を高めることができ、ひいては、目標空燃比の実現精度を高めることができる。

再び図５に戻り、本実施の形態の制御装置の構成について説明を続ける。本実施の形態の制御装置は、吸気量変化情報取得部３６の機能にも特徴がある。吸気量変化情報取得部３６には、エアフローセンサ１２からの信号の他、Ａ／Ｆセンサ１６からの信号が入力される。また、空燃比Ｆ／Ｂ制御部４４の内部で計算されているフィードバック補正量も吸気量変化情報取得部３６に入力されている。本実施の形態では、これらの入力情報に基づいて吸気量の変化量が計算される。

図７は吸気量変化情報取得部３６において実行されるルーチンを示すフローチャートである。最初のステップＳ２０では、空燃比Ｆ／Ｂ制御部４４にて空燃比フィードバック制御が行われているか否か判定される。空燃比フィードバック制御が行われている場合にはステップＳ２２の処理が行われ、空燃比フィードバック制御が行われていないのであればステップＳ２４の処理が行われる。

ステップＳ２２では、空燃比Ｆ／Ｂ制御部４４の内部で計算されているフィードバック補正量から吸気量変化量が計算される。ここでの吸気量変化量の計算には、目標空燃比とフィードバック補正量とをパラメータとするマップが用いられる。スロットル弁開度が最大要求開度のときの目標空燃比及びフィードバック補正量をマップに当てはめて得られる計算値と、スロットル弁開度を変化させた後の目標空燃比及びフィードバック補正量をマップに当てはめて得られる計算値との差が吸気量変化量として算出される。ただし、吸気量の変化がフィードバック補正量の変化に現れるまでには時間遅れがある。このため、前記の計算はスロットル弁２を動作させてから一定時間が経過した後に実施される。また、その一定時間は機関回転数に応じて設定する。

ステップＳ２４では、Ａ／Ｆセンサ１６の信号から吸気量変化量が計算される。ここでの吸気量変化量の計算には、目標空燃比とＡ／Ｆセンサ１６の信号とをパラメータとするマップが用いられる。スロットル弁開度が最大要求開度のときの目標空燃比及びＡ／Ｆセンサ信号をマップに当てはめて得られる計算値と、スロットル弁開度を変化させた後の目標空燃比及びＡ／Ｆセンサ信号をマップに当てはめて得られる計算値との差が吸気量変化量として算出される。ただし、吸気量の変化がＡ／Ｆセンサ１６の信号に現れるまでには時間遅れがあるので、前記の計算はスロットル弁２を動作させてから一定時間が経過した後に実施される。この場合も一定時間は機関回転数に応じて設定される。

ステップＳ２２或いはＳ２４の処理の次にはステップＳ２６の処理が行われる。ステップＳ２６では、エアフローセンサ１２の信号から吸気量変化量が計算される。エアフローセンサ１２の信号の変化量はそのまま吸気量の変化量に対応している。

次のステップＳ２８では、ステップＳ２２或いはＳ２４で算出された吸気量変化量と、ステップＳ２６で算出された吸気量変化量との平均値が算出される。そして、その平均値が学習用の吸気量変化量としてＰＭＷＯＴ値学習部２８に出力される。

上述のように、本実施の形態の制御装置では、吸気系に配置されたエアフローセンサ１２だけでなく排気系に配置されたＡ／Ｆセンサ１６も利用して学習用の吸気量変化量が算出される。これによれば、何れか一方のセンサに異常が発生した場合であってもＰＭＷＯＴを学習することができる。つまり、センサの故障に対するロバスト性を高めることができる。

以上、本発明の実施の形態２としての制御装置について説明した。図７に示す構成において、空燃比Ｆ／Ｂ制御部４４は第６の発明の「フィードバック制御手段」に相当する。また、吸気量変化情報取得部３６は第４、第５及び第６の発明の「吸気量変化情報取得手段」に相当する。実施の形態２と本発明とのその他の対応関係に関しては、実施の形態１と本発明との対応関係に共通している。

その他．
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明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。例えば、以下のように変形して実施してもよい。

上述の実施の形態ではＰＭＷＯＴの値を学習することによってスロットル弁の最大開度を間接的に学習しているが、スロットル弁の最大開度を直接学習することもできる。

また、吸気管圧センサを備える内燃機関の場合には、吸気管圧センサの信号から吸気量変化量を計算してもよい。また、Ａ／Ｆセンサの代わりに所謂Ｏ_２センサを備える内燃機関の場合には、Ｏ_２センサの信号から吸気量変化量を計算してもよい。

また、上述の実施の形態では、スロットル弁を備えた内燃機関を制御対象としているが、本発明の制御装置が制御対象としうる内燃機関がこれに限定されるものではない。スロットル弁は機関吸気量を調整する吸気量調整弁の一例であり、吸気量調整弁としてはリフト量を連続的に変化させることができる連続式ＶＶＬを備えた吸気弁であってもよい。その場合の最大開度とは最大リフト量若しくは最大作用角を意味する。

本発明の実施の形態１としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１にかかるスロットル弁開度設定部の詳細な構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１で実行されるスロットル弁開度制御のルーチンを示すフローチャートである。 図３に示すルーチンが実行されたときの効果について説明するための図である。 本発明の実施の形態２としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２にかかる推定吸気量算出部の詳細な構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２で実行される吸気量変化量の算出のためのルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

２ スロットル弁
４ 燃料噴射弁
１０ アクセル開度センサ
１２ エアフローセンサ
１４ 機関回転数センサ
１６ Ａ／Ｆセンサ
２０ 要求トルク取得部
２２ スロットル弁開度設定部
２４ スロットル弁制御部
２６ ＰＭＷＯＴ値記憶部
２８ ＰＭＷＯＴ値学習部
３０ 学習開始判定部
３２，３６ 吸気量変化情報取得部
３４ 弁開度変化量設定部
４０ 空燃比情報取得部
４２ 推定吸気量算出部
４４ 空燃比Ｆ／Ｂ制御部

Claims (6)

1. 機関吸気量を調整する吸気量調整弁を備えた内燃機関の制御装置において、
   機関吸気量が最大になるときの前記吸気量調整弁の弁開度を前記吸気量調整弁の最大開度として記憶した最大開度記憶手段と、
   前記内燃機関への要求トルクを取得する要求トルク取得手段と、
   前記要求トルクが前記内燃機関が出力可能な最大トルク以上のときには前記吸気量調整弁の弁開度を前記最大開度に設定する弁開度設定手段と、
   前記吸気量調整弁の弁開度が前記最大開度に設定されているとき、弁開度を前記最大開度から変化させるように前記吸気量調整弁を動作させる弁制御手段と、
   前記吸気量調整弁の弁開度が前記最大開度から変化したときの機関吸気量の変化に関する情報（以下、吸気量変化情報という）を取得する吸気量変化情報取得手段と、
   前記吸気量変化情報に基づいて前記最大開度を学習する最大開度学習手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記弁制御手段は、前記内燃機関が定常状態のときに前記吸気量調整弁の弁開度を前記最大開度から変化させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記弁制御手段は、前記吸気量調整弁の弁開度を前記最大開度に対して徐々に拡大させていくことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記吸気量変化情報取得手段は、前記内燃機関の吸気系に配置されたセンサと、前記内燃機関の排気系に配置されたセンサとを用いて前記吸気量変化情報を取得することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関は排気系に空燃比センサを備えた内燃機関であって、
   前記吸気量変化情報取得手段は、前記空燃比センサの信号を前記吸気量変化情報として取得することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記内燃機関は排気系に空燃比センサを備えた内燃機関であって、
   前記空燃比センサの信号に基づいて排気ガスの空燃比が所定の空燃比となるように燃料供給量をフィードバック制御するフィードバック制御手段を備え、
   前記吸気量変化情報取得手段は、前記フィードバック制御に係るフィードバック補正量を前記吸気量変化情報として取得することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

Images