JP4049000B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸入空気量は吸気弁閉弁時における吸入空気量に大きく影響される。これに対して、燃料噴射量は、吸気同期噴射の場合でも吸気行程開始直後には決定されていなければならない。それにより、正確な空燃比制御を実施するためには、燃料噴射量を決定する時に、その後の吸気弁閉弁時における吸入空気量を推定することが必要となる。
【０００３】
吸入空気量は吸気管のモデル化によって同時刻の吸気管圧力に基づき算出可能であり、吸気管圧力は同時刻のスロットル弁開度に基づき算出可能である。こうして、吸気弁閉弁時のスロットル弁開度が推定されれば、基本的には、機関定常時であっても機関過渡時であっても吸気弁閉弁時の吸入空気量を算出することができる。
【０００４】
機関定常時においては、現在の吸入空気量と吸気弁閉弁時の吸入空気量とは等しく、吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度に基づき吸入空気量を算出するより、エアフローメータにより吸入空気量を検出して、これを吸気弁閉弁時の吸入空気量とした方が正確である。
【０００５】
それにより、エアフローメータにより検出される現在の吸入空気量に基づく現在の吸気管圧力に、吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度に基づく吸気弁閉弁時の吸気管圧力とスロットル弁開度センサにより検出される現在の実測スロットル弁開度に基づく現在の吸気管圧力との差を加えて、これを吸気弁閉弁時の吸気管圧力として使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
こうして、機関過渡時には、エアフローメータにより検出される現在の吸入空気量に基づく吸気管圧力に、現在から吸気弁閉弁時までのスロットル弁開度変化に基づく吸気管圧力変化が加えられて、吸気弁閉弁時の吸気管圧力が算出されることとなる。
【０００７】
また、機関定常時には、吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度と現在の実測スロットル弁開度とは等しくなり、それぞれに基づき算出されるそれぞれの吸気管圧力も等しくなって前述の差が０となるために、この時に吸気弁閉弁時の吸気管圧力として算出されるものは、エアフローメータにより検出される現在の吸入空気量に基づくものとなり、正確なものであるとされている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１４７２７９号公報
【特許文献２】
特開平１０−１６９４６９号公報
【特許文献３】
特開２００２−２０１９９８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
一般的な内燃機関において、アクセルペダルが開放されても、スロットル弁は、完全に吸気通路を閉鎖することはなく、アイドル運転等を実現するために、実際的には数度の最小開度を有している。ところで、特に、スロットル弁がアクセルペダルに連動せずにステップモータ等のアクチュエータによって駆動される場合等には、機関振動によってスロットル弁が僅かに開弁することがある。スロットル弁開度が比較的大きい時には、このようにスロットル弁が振動により僅かに開弁しても、現在の実測スロットル弁開度に基づき算出される現在の吸気管圧力に大きく影響することはない。しかしながら、スロットル弁が最小開度近傍とされている時には、本来的にスロットル弁開度が小さいために、振動によるスロットル弁の僅かな開弁が、実測スロットル弁開度に基づき算出される現在の吸気管圧力に大きく影響してしまう。
【００１０】
この問題を解決するために、実測スロットル弁開度が最小開度近傍の小さな設定値以下である時には、実測スロットル弁開度を最小開度に補正して、スロットル弁の振動による僅かな開弁を無視することが考えられる。しかしながら、スロットル弁開度を設定開度近傍とする機関定常時において、現在の実測スロットル弁開度は、振動による僅かな開弁の有無に係らずに最小開度に補正され、機関定常時であるにも係らずに、現在の実測スロットル弁開度と吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度との間に比較的大きな差が発生してしまう。
【００１１】
これを防止するために、吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度も同じ設定値を使用して最小開度へ補正することも考えられるが、スロットル弁開度を設定値近傍とする機関定常時において、実測スロットル弁開度と推定スロットル弁開度とは計算誤差によって一致するとは限らないために、一方が設定値を超えて他方が設定値以下となることがあり、この時には、設定値以下のスロットル弁開度だけが最小開度に補正され、やはり、機関定常時であるにも係らずに、現在の実測スロットル弁開度と吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度との間に比較的大きな差が発生してしまう。
【００１２】
それにより、機関定常時であるにも係らずに、現在から吸気弁閉弁時までに比較的大きなスロットル弁開度変化が発生されたとされ、エアフローメータの出力に基づく吸気管圧力には、スロットル弁開度変化に基づく吸気管圧力変化が不必要に加えられることとなり、正確な吸入空気量を推定することができなくなる。
【００１３】
従って、本発明の目的は、現在のエアフローメータの出力と、現在の実測スロットル弁開度と、将来の推定スロットル弁開度とに基づき、機関定常時及び機関過渡時に係らずに将来の吸入空気量を推定する場合において、スロットル弁開度が最小開度近傍とされた機関定常時にも、将来の吸入空気量を正確に推定可能とするように、現在の実測スロットル弁開度と将来の推定スロットル弁開度とを補正するための内燃機関の制御装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の制御装置は、現在のエアフローメータの出力に基づく現在の吸入空気量に、吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度に基づく吸入空気量と現在の実測スロットル弁開度に基づく吸入空気量との差を加算することにより、吸気弁閉弁時の吸入空気量を推定する場合において、前記吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度は、現在のアクセルペダルの踏み込み変化量に基づき推定され、前記現在の実測スロットル弁開度が設定値以下の時には、前記現在の実測スロットル弁開度は最小開度に補正されると共に、前記吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度は、補正以前の前記現在の実測スロットル弁開度と前記最小開度との差を減算して補正されることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による制御装置が取り付けられる内燃機関を示す概略図である。同図において、１は機関本体であり、２は各気筒共通のサージタンクである。３はサージタンク２と各気筒とを連通する吸気枝管であり、４はサージタンク２の上流側の吸気通路である。各吸気枝管３には燃料噴射弁５が配置され、吸気通路４におけるサージタンク２の直上流側にはスロットル弁６が配置されている。スロットル弁６は、アクセルペダルに連動するものではなく、ステップモータ等の駆動装置によって自由に開度設定可能なものとされているが、アクセルペダルに連動するものでも良い。スロットル弁６には、スロットル弁開度を測定するためのスロットル弁開度センサが取り付けられている。７は吸気通路４のスロットル弁６より上流側の吸気流量を検出するエアフローメータである。機関本体１において、８は吸気弁であり、９は排気弁であり、１０はピストンである。
【００１６】
内燃機関１における燃焼空燃比を、例えば、理論空燃比等の所望空燃比にするためには、機関過渡時を含めて気筒内へ流入する吸入空気量を正確に推定することが必要とされる。吸入空気量は吸気弁閉弁時における吸入空気量に大きく影響される。これに対して、燃料噴射量は、吸気ポートへの吸気同期燃料噴射の場合でも、又は、筒内噴射式火花点火内燃機関において筒内への吸気行程噴射の場合でも、吸気行程開始直後には決定されていなければならない。それにより、正確な空燃比制御を実施するためには、燃料噴射量を決定する時に、その後の将来としての吸気弁閉弁時における吸入空気量を推定することが必要となる。機関吸気系をモデル化することにより、将来の吸入空気量の推定が可能となる。
【００１７】
先ず、スロットル弁６をモデル化することにより、吸気がスロットル弁６を通過する際のエネルギ保存則、運動量保存則、及び、状態方程式を使用して、今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ_(i)（ｇ／ｓｅｃ）が、次式（１）によって表される。以下の式を含めて、スロットル弁通過空気量等の変数の添え字（ｉ）は今回を示し、（ｉ−１）は前回を示している。
【数１】

【００１８】
ここで、μ_(i)は流量係数であり、Ａ_(i)はスロットル弁６の開口面積（ｍ³）である。もちろん、機関吸気系にアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣ弁）が設けられている時には、Ａ_(i)には、ＩＳＣ弁の開口面積が加えられる。流量係数及びスロットル弁の開口面積は、それぞれがスロットル弁開度ＴＡ_(i)（度）の関数となっており、図２及び３には、それぞれのスロットル弁開度ＴＡに対するマップが図示されている。Ｒは気体定数であり、Ｔａはスロットル弁上流側の吸気温度（Ｋ）であり、Ｐａはスロットル弁上流側の吸気通路圧力（ｋＰａ）であり、Ｐｍ_(i)はスロットル弁下流側の吸気管圧力（ｋＰａ）である。また、関数Φ（Ｐｍ_(i)／Ｐａ）は、比熱比κを使用して次式（２）によって表されるものであり、図４にはＰｍ／Ｐａに対するマップが図示されている。
【数２】

【００１９】
次いで、吸気弁をモデル化する。気筒内へ供給される吸入空気量ｍｃ_(i)（ｇ／ｓｅｃ）は、吸気管圧力Ｐｍ_(i)に基づきほぼ線形に変化するものであるために、次式（３）によって表すことができる。
【数３】

【００２０】
ここで、Ｔｍ_(i)はスロットル弁下流側の吸気温度（Ｋ）であり、ａ及びｂは経験則から得られた定数である。但し、ｂは気筒内の残留既燃ガス量に相当する値であり、バルブオーバーラップがある場合には、吸気管へ既燃ガスが逆流するために、ｂの値は無視できないほど増加する。それにより、バルブオーバーラップの有無と、機関回転数ＮＥとに基づき、正確な吸入空気量ｍｃが算出されるように、ａ及びｂの値をマップ化することが好ましい。また、バルブオーバーラップがある場合において、吸気管圧力Ｐｍが所定圧力以上である時には、吸気管圧力が高いほど既燃ガスの逆流が顕著に減少するために、所定値以下である時に比較して、ａの値を大きくしｂの値を小さくすることが好ましい。
【００２１】
ところで、機関定常時においては、この時のスロットル弁通過空気量ｍｔＴＡと吸入空気量とが一致するために、式（１）において、吸気管圧力をこの機関定常時の吸気管圧力ＰｍＴＡとしたスロットル弁通過空気量ｍｔＴＡは、吸入空気量（ａ・ＰｍＴＡ−ｂ）と等しく、それにより、式（１）は、次式（４）と書き換えることもできる。
【数４】

【００２２】
ここで、機関定常時の吸気管圧力ＰｍＴＡは、現在を定常時とした時の今回のスロットル弁開度ＴＡ_(i)、機関回転数ＮＥ_(i)、及び、バルブオーバーラップの大きさＶＴ_(i)に基づいて予めマップ化しておくことができる。
【００２３】
次いで、吸気管をモデル化する。吸気管内に存在する吸気の質量保存則、エネルギ保存則、及び、状態方程式を使用して、吸気管圧力Ｐｍとスロットル弁下流側の吸気温度Ｔｍとの比における時間変化率は次式（５）によって表され、また、吸気管圧力Ｐｍの時間変化率は次式（６）によって表される。ここで、Ｖは、機関吸気系のスロットル弁６下流側における吸気管の容積（ｍ³）であり、具体的には、サージタンク２と吸気枝管３との合計容積である。
【数５】

【００２４】
式（５）及び式（６）は離散化され、それぞれ、次式（７）及び（８）が得られ、式（８）によって今回の吸気管圧力Ｐｍ_(i)が得られれば、式（７）によって今回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ_(i)を得ることができる。式（７）及び（８）において、離散時間Δｔは、現在の吸入空気量ｍｃ_(i)を算出するためのフローチャート（図５）の実行間隔とされ、例えば８ｍｓである。
【数６】

【００２５】
図５は、スロットル弁開度センサにより実測される現在のスロットル弁開度ＴＡ１_(i)に基づく現在の吸入空気量ｍｃ１_(i)を算出する第一フローチャートである。本フローチャートは、機関始動完了と同時に実行される。先ず、ステップ１０１において、式（８）を使用して吸気管圧力Ｐｍ１_(i)（実測スロットル弁開度ＴＡ１に基づく吸気管圧力として符号はＰｍ１としている）が算出される。式（８）は、前回の吸気管圧力Ｐｍ１_(i-1)と、前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ１_(i-1)（実測スロットル弁開度ＴＡ１に基づくスロットル弁通過空気量として符号はｍｔ１としている）と、前回の吸入空気量ｍｃ１_(i-1)（実測スロットル弁開度ＴＡ１に基づく吸入空気量として符号はｍｃ１としている）と、前回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ１_(i-1)（実測スロットル弁開度ＴＡ１に基づく吸気温度として符号はＴｍ１としている）とに基づき、今回の吸気管圧力Ｐｍ１_(i)を算出するようになっている。これらの初期値として、Ｐｍ１_(i-1)には大気圧Ｐａが、Ｔｍ１_(i-1)にはスロットル弁上流側の吸気温度Ｔａがそれぞれ実測されて使用され、ｍｔ１_(i-1)には、これらのＰｍ１_(i-1)及びＴｍ１_(i-1)を使用して式（１）又は（４）から算出された値が使用され、また、ｍｃ１_(i-1)には、これらのＰｍ１_(i-1)及びＴｍ１_(i-1)を使用して式（３）により算出された値が使用される。
【００２６】
次いで、ステップ１０２において、ステップ１０１において算出された今回の吸気管圧力Ｐｍ１_(i)が大気圧Ｐａより高いか否かが判断される。通常は、この判断は否定されてステップ１０４に進み、式（７）を使用して今回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ１_(i)が算出される。しかしながら、もし、何らかの要因により、算出された今回の吸気管圧力Ｐｍ１_(i)が大気圧Ｐａより高くなっていれば、非現実的であるために、この時には、ステップ１０２における判断が肯定されてステップ１０３に進み、算出された今回の吸気管圧力Ｐｍ１_(i)は大気圧Ｐａに置換される。
【００２７】
次いで、ステップ１０５において、現在の実測スロットル弁開度ＴＡ１_(i)が、そのままではなく、詳しくは後述される第四フローチャートを介して取り込まれる。ステップ１０６では、取り込まれた実測スロットル弁開度ＴＡ１_(i)に基づき式（１）又は（４）を使用して今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ１_(i)が算出される。
【００２８】
次いで、ステップ１０７において、式（３）を使用して今回の吸入空気量ｍｃ１_(i)が算出される。その後は、ステップ１０８から１１１において、今回の吸気管圧力Ｐｍ１_(i)は前回の吸気管圧力Ｐｍ１_(i-1)とされ、今回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ１_(i)は前回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ１_(i-1)とされ、今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ１_(i)は前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ１_(i-1)とされ、今回の吸入空気量ｍｃ１_(i)は前回の吸入空気量ｍｃ１_(i-1)とされる。
【００２９】
こうして、現在の実測スロットル弁開度ＴＡ１に基づき現在の吸入空気量ｍｃ１を逐次推定することができる。しかしながら、前述したように、燃料噴射量の決定には、吸気弁閉弁時の吸入空気量が必要とされるために、将来のスロットル弁開度ＴＡ２_(i+n)を推定して図６に示す第二フローチャートにより、この時の吸入空気量ｍｃ２_(i+n)を算出する。第二フローチャートは、ステップ２０５において、将来の推定スロットル弁開度ＴＡ２_(i+n)が、詳しくは後述される第四フローチャートから取り込まれて使用されることを除き、第一フローチャートと同様であるために、重複する説明は省略する。
【００３０】
第二フローチャートにおいては、推定スロットル弁開度ＴＡ２に基づくものとして、吸気管圧力の符号はＰｍ２とし、また、スロットル弁通過空気量の符号はｍｔ２とし、吸入空気量の符号はｍｃ２とし、吸気管内の吸気温度の符号はＴｍ２として、前述した実測スロットル弁開度ＴＡ１に基づくものと区別している。
【００３１】
本フローチャートは、機関始動完了時からｎ時間後の吸入空気量ｍｃ２_(i+n)を算出するようになっており、このｎ時間は、いずれの機関回転数においても吸気弁閉弁時前とならないように設定されている。すなわち、機関回転数が低いほど現在から吸気弁閉弁時までの時間が長くなるが、機関低回転時においても現在からｎ時間後は吸気弁閉弁後となるようになっている。機関始動完了時において、ｍｃ２_(i)からｍｃ２_(i+n-1)は、第一フローチャートにより算出されたｍｃ１_(i)と同じ値とされる。
【００３２】
こうして、実際に必要な吸気弁閉弁時の吸入空気量は、機関回転数に基づき現在から吸気弁閉弁時までの時間ｎ’を算出し、現在において既に算出されているｍｃ２_{(i+n ’ )}が使用されることとなる。現在からｎ時間後のスロットル弁開度は、現在におけるアクセルペダルの踏み込み変化量に基づき、この踏み込み変化量がｎ時間後まで持続するとして、各時刻のアクセルペダルの踏み込み量を推定し、それぞれの推定踏み込み量に対して、スロットル弁アクチュエータの応答遅れを考慮して決定することが考えられる。この方法は、スロットル弁がアクセルペダルと機械的に連結されている場合にも適用することができる。この場合において、機関過渡時となって、現在（ｉ）から時刻（ｉ＋ｎ−１）までの各時刻における推定スロットル弁開度が変更された時には、各時刻の吸入空気量を算出し直すことが好ましい。
【００３３】
しかしながら、こうして推定される現在からｎ時間後のスロットル弁開度ＴＡ２_(i+n)は、あくまでも予測であり、実際と一致している保証はない。このスロットル弁開度ＴＡ２_(i+n)を実際と一致させるために、スロットル弁を遅れ制御するようにしても良い。アクセルペダルの踏み込み量が変化した時に、アクチュエータの応答遅れによって、スロットル弁開度は遅れて変化するが、この遅れ制御は、このスロットル弁の応答遅れを意図的に増大させるものである。
【００３４】
例えば、機関過渡時において、燃料噴射量を決定する時における現在のアクセルペダルの踏み込み量に対応するスロットル弁開度が、ｎ時間後に実現されるように、実際の応答遅れ（無駄時間）を考慮してスロットル弁のアクチュエータを制御すれば、現在からｎ時間後までの時間毎のスロットル弁開度ＴＡ２_(i)，ＴＡ２_(i+1)，・・・ＴＡ２_(i+n)を正確に把握することができる。さらに具体的に言えば、アクセルペダルの踏み込み量が変化する時には、直ぐにアクチュエータへ作動信号を発するのではなく、燃料噴射量を決定する時からｎ時間後までの時間から無駄時間を差し引いた時間だけ経過した時にアクチュエータへの作動信号を発するようにするのである。もちろん、現在のアクセルペダルの踏み込み量に対応するスロットル弁開度を、ｎ時間後より以降に実現するようにスロットル弁の遅れ制御を実施しても良い。
【００３５】
こうして、将来の推定スロットル弁開度ＴＡ２に基づき吸気弁閉弁時の吸入空気量ｍｃ２を逐次推定することができる。しかしながら、このように算出される吸気弁閉弁時の吸入空気量は、計算誤差等を含んでいるために、非常に高い信頼性を有しているわけではない。機関過渡時においては、この吸入空気量を使用して燃料噴射量を決定することとなるが、機関定常時には、現在の吸入空気量と吸気弁閉弁時の吸入空気量とは同じであり、後述するエアフローメータの出力に基づく現在の吸入空気量を吸気弁閉弁時の吸入吸気量ｍｃ３（実測スロットル弁開度に基づく現在の吸入空気量ｍｃ１と吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度に基づく吸気弁閉弁時の吸入空気量ｍｃ２と区別するために、符号をｍｃ３とする）とした方が信頼性を高めることができる。
【００３６】
但し、エアフローメータ７の出力は応答遅れを有しているために、これをそのまま現在の吸入空気量（機関定常時における吸気弁閉弁時の吸入空気量）として使用することは好ましくない。本実施形態では、以下のようにして、エアフローメータ７の出力に基づき現在の吸入空気量ｍｃ３を算出している。
【００３７】
図７はエアフローメータ７の断面モデルを示している。エアフローメータ７は、熱線７ａの周囲を吸気が通過する際に熱線７ａから奪われる熱量がこの吸気量、すなわち、スロットル弁通過空気量に応じて変化するのを利用してスロットル弁通過空気量を検出するものである。こうして、エアフローメータ７の出力に基づきマップ等からスロットル弁通過空気量ＧＡ_(i)（このマップ値には、エアフローメータの出力に基づき算出されるスロットル弁通過空気量ｍｔ３と区別するために異なる符合を付する）を得ることができる。
【００３８】
しかしながら、一般的なエアフローメータにおいて、熱線７ａの回りにはガラス層７ｂが設けられていて、このガラス層７ｂの熱容量は比較的大きい。それにより、実際のスロットル弁通過空気量の変化に対してエアフローメータ７の出力は直ぐには変化せずに応答遅れが発生する。
【００３９】
現在の熱線７ａの温度をＴｈとすると、熱線７ａからガラス層７ｂへ伝達される熱量と、ガラス層７ｂから吸気へ伝達される熱量とは等しいために、ガラス層Ｂの温度変化量ｄＴｇ／ｄｔは次式（９）のように表すことができる。
【数７】

【００４０】
ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤは、熱線７ａの断面積、長さ、及びその抵抗率や、ガラス層７ｂと熱線７ａとの間の熱伝達率、ガラス層７ｂと吸気との間の熱伝達率等に応じて決定される定数である。式（９）において、定常運転時には、ガラス層７ｂと、熱線７ａ及び吸気との間の熱の授受が無くなるために、ガラス層７ｂの温度変化量ｄＴｇ／ｄｔ、すなわち、式（９）の右辺は０になり、また、この時、スロットル弁通過空気量のマップ値ＧＡと算出値ｍｔ３とは等しくなる。この条件により、ＧＡを熱線７ａの温度Ｔｈ、ガラス層７ｂの温度Ｔｇ、及び、吸気温度Ｔａにより表して、式（９）においてガラス層７ｂの温度Ｔｇを消去することにより、次式（１０）を得ることができる。
【数８】

【００４１】
式（１０）において、α及びβは、前述の定数Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤによって定まる定数であり、こうして、スロットル弁通過空気ｍｔ３_(i)は、エアフローメータの応答遅れを考慮して、現在のエアフローメータ７の出力に基づくスロットル弁通過空気量のマップ値ＧＡ_(i)と、前回のエアフローメータ７の出力に基づくスロットル弁通過空気量のマップ値ＧＡ_(i-1)とに基づいて算出することができる。
【００４２】
図８は、こうして算出される今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ３_(i)を使用して現在の吸入空気量ｍｃ３_(i)を得るための第三フローチャートである。本フローチャートは、機関始動完了と同時に実行される。先ず、ステップ３０１において、式（１０）を使用して算出されたスロットル弁通過空気量ｍｔ３_(i)が取り込まれ、ステップ３０２において、式（８）を使用して吸気管圧力Ｐｍ３_(i)（エアフローメータの出力に基づく吸気管圧力として符号はＰｍ３としている）が算出される。式（８）は、前回の吸気管圧力Ｐｍ３_(i-1)と、前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ３_(i-1)と、前回の吸入空気量ｍｃ３_(i-1)（エアフローメータの出力に基づく吸入空気量として符号はｍｃ３としている）と、前回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ３_(i-1)（エアフローメータの出力に基づく吸気温度として符号はＴｍ３としている）とに基づき、今回の吸気管圧力Ｐｍ３_(i)を算出するようになっている。これらの初期値として、Ｐｍ３_(i-1)には大気圧Ｐａが、Ｔｍ３_(i-1)にはスロットル弁上流側の吸気温度Ｔａがそれぞれ実測されて使用され、ｍｔ３_(i-1)には、これらのＰｍ３_(i-1)及びＴｍ３_(i-1)を使用して式（１）又は（４）から算出された値が使用され、また、ｍｃ３_(i-1)には、これらのＰｍ３_(i-1)及びＴｍ３_(i-1)を使用して式（３）により算出された値が使用される。
【００４３】
次いで、ステップ３０３において、ステップ３０２において算出された今回の吸気管圧力Ｐｍ３_(i)が大気圧Ｐａより高いか否かが判断される。通常は、この判断は否定されてステップ３０５に進み、式（７）を使用して今回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ３_(i)が算出される。しかしながら、もし、何らかの要因により、算出された今回の吸気管圧力Ｐｍ３_(i)が大気圧Ｐａより高くなっていれば、非現実的であるために、この時には、ステップ３０３における判断が肯定されてステップ３０４に進み、算出された今回の吸気管圧力Ｐｍ３_(i)は大気圧Ｐａに置換される。
【００４４】
次いで、ステップ３０６において、ステップ３０１において取り込んだ今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ３_(i)に基づき式（３）を使用して今回の吸入空気量ｍｃ３_(i)が算出される。その後は、ステップ３０７から３１０において、今回の吸気管圧力Ｐｍ３_(i)は前回の吸気管圧力Ｐｍ３_(i-1)とされ、今回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ３_(i)は前回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ３_(i-1)とされ、今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ３_(i)は前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ３_(i-1)とされ、今回の吸入空気量ｍｃ３_(i)は前回の吸入空気量ｍｃ３_(i-1)とされる。
【００４５】
こうして、エアフローメータの出力に基づき現在の吸入空気量ｍｃ３を逐次推定することができる。エアフローメータ７の出力に基づき算出される現在の吸入空気量は機関定常時において信頼性が高く、それにより、本実施形態においては、燃料噴射量の決定に使用する吸気弁閉弁時の吸入空気量ｍｃを、次式（１１）により算出するようになっている。
ｍｃ_{(i+n ’ )}＝ｍｃ３_(i)＋ｍｃ２_{(i+n ’ )}−ｍｃ１_(i) …（１１）
すなわち、吸気弁閉弁時の吸入空気量ｍｃ_{（ｉ＋ｎ’）}は、エアフローメータの出力に基づく現在の吸入空気量ｍｃ３_（ｉ）に、吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度に基づく吸入空気量ｍｃ２_{（ｉ＋ｎ’）}と現在の実測スロットル弁開度に基づく吸入吸気量ｍｃ１_（ｉ）との差を加えて算出するようにしている。言い換えれば、吸気弁閉弁時の吸入空気量ｍｃ_{（ｉ＋ｎ’）}は、エアフローメータの出力に基づく現在の吸入空気量ｍｃ３_（ｉ）に、現在から吸気弁閉弁時までのスロットル弁開度変化に基づく吸入空気量変化分が加えられて算出されるようになっている。
【００４６】
それにより、機関定常時には、現在の実測スロットル弁開度と吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度とが等しくなって同じモデル式に基づき同じ算出されるｍｃ２_{(i+n ’ )}とｍｃ１_(i)とが相殺され、エアフローメータの出力に基づき算出される正確な現在の吸入空気量が、吸気弁閉弁時の吸入空気量として得られる。
【００４７】
また、機関過渡時には、エアフローメータの出力及び実測スロットル弁開度に基づく現在の吸入空気量ｍｃ３_(i)とｍｃ１_(i)とがほぼ相殺されるために、吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度に基づく吸入空気量ｍｃ２_{(i+n ’ )}として算出された吸気弁閉弁時の吸入空気量を得ることができる。
【００４８】
ところで、特に、スロットル弁がアクチュエータによって作動される場合には、機関振動によってスロットル弁が僅かに開閉することがある。スロットル弁開度を比較的大きくした機関定常時においては、このように現在の実測スロットル弁開度が僅かに変化しても、エアフローメータの出力に基づく現在の吸入空気量ｍｃ３が比較的多いために特に問題とはならない。
【００４９】
しかしながら、スロットル弁開度を最小開度近傍とする機関定常時では、機関振動によって現在の実測スロットル弁開度が僅かに開閉したことにより、スロットル弁開度が現在から吸気弁閉弁時へ変化したようになると、それにより発生したとされる吸入空気量変化分は、エアフローメータの出力に基づく現在の吸入空気量ｍｃ３が少ないために、これに対して大きく影響して、この時に算出される吸入空気量ｍｃを不正確なものとしてしまう。
【００５０】
これを防止するために、実測スロットル弁開度が最小開度近傍の設定開度以下である時には、実測スロットル弁開度を最小開度に補正することが考えられる。それにより、スロットル弁開度を最小開度とする機関定常時において、実測スロットル弁開度が機関振動によって僅かに変化しても、これが最小開度に補正されるために、吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度と一致し、吸入空気量変化分は０となり、エアフローメータの出力に基づく現在の吸入空気量ｍｃ３が吸気弁閉弁時の吸入空気量として算出される。
【００５１】
しかしながら、これでは、スロットル弁開度を最小開度より僅かに大きくした機関定常時において、現在の実測スロットル弁開度だけが最小開度とされてしまうために問題である。この時に吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度も確実に設定開度以下となっているのであれば、推定スロットル弁開度も同様に最小開度に補正すれば良いが、特に、スロットル弁開度を設定開度近傍にする機関定常時では、推定スロットル弁開度の算出誤差等によって実測スロットル弁開度と推定スロットル弁開度とが完全に一致せずに、一方が設定開度を超えて他方が設定開度以下となることがあり、この時には、他方だけが最小開度に補正されることとなり、比較的大きなスロットル弁開度変化が発生したようになって、この時に算出される吸入空気量ｍｃを不正確なものとしてしまう。
【００５２】
本実施形態では、図９に示す第四フローチャートによって第一フローチャートで使用する実測スロットル弁開度ＴＡ１及び第二フローチャートで使用する推定スロットル弁開度ＴＡ２を補正するようにしている。
【００５３】
先ず、ステップ４０１において、現在の実測スロットル弁ＴＡ_(i)が設定開度（ＴＡｍｉｎ＋α）以下であるか否かが判断される。この設定開度は、アイドル時の吸入空気量を確保するための最小開度ＴＡｍｉｎ（例えば、２度）に小さな設定値α（例えば、０．１２２度）を加えたものとされる。
【００５４】
この判断が否定される時、すなわち、現在の実測スロットル弁開度ＴＡ１_(i)が比較的大きい時には、機関振動によるスロットル弁の僅かな開閉は特に問題とならないために、推定スロットル弁開度ＴＡ２_(i+n)及び実測スロットル弁開度ＴＡ１_(i)の補正は必要なく、ステップ４０２及び４０３において、そのままの値を推定スロットル弁開度ＴＡ２_(i+n)及び実測スロットル弁開度ＴＡ１_(i)として終了する。
【００５５】
しかしながら、ステップ４０１における判断が肯定される時には、前述したように、実測スロットル弁開度ＴＡ１_(i)を最小開度ＴＡｍｉｎへ補正することが必要となり、これをステップ４０５において実施するが、それ以前のステップ４０４では、吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度ＴＡ２_{(i+n ’ )}（この推定スロットル弁開度は、現在からの一定時間ｎ後の推定スロットル弁開度ではなく、現在の機関回転数を考慮した吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度である）は、現在の実測スロットル弁開度ＴＡ１_(i)が減算されると共に最小開度ＴＡｍｉｎが加えられて補正される。すなわち、吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度は、現在の実測スロットル弁開度が最小開度に補正された時にだけ、この補正分を減算されて補正されるのである。
【００５６】
こうして、現在の実測スロットル弁開度が設定開度以下である時において、現在の実測スロットル弁開度は最小開度に補正され、吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度は、この最小開度に対して、補正以前の実測スロットル弁開度との差を維持するように補正されるのである。それにより、機関定常時において、実測スロットル弁が設定開度を僅かに下回り、この時の吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度が算出誤差等によって設定開度を僅かに上回るような場合において、実測スロットル弁開度だけが最小開度に補正されて推定スロットル弁開度との間に比較的大きな差が発生することはなく、この時には算出誤差等に基づく差を維持して推定スロットル弁開度も減少補正されることとなる。
【００５７】
本フローチャートによって、現在の実測スロットル弁開度ＴＡ１_(i)が補正されれば、これが第一フローチャートのステップ１０５において取り込まれ、現在の吸入空気量ｍｃ１_(i)が算出される。また、それと同時に吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度ＴＡ２_{(i+n ’ )}が補正されれば、第二フローチャートにおいて、現在は、時刻_(i+n)における吸入空気量を算出するようになっていて、既に、吸気弁閉弁時の時刻_{(i+n ’ )}における吸入空気量の算出は完了しているが、この補正された推定スロットル弁開度ＴＡ２_{(i+n ’ )}に基づき、吸気弁閉弁時の吸入空気量ｍｃ２_{(i+n ’ )}と、それ以降の時刻_(i+n)までの吸入空気量を計算し直すこととなる。
【００５８】
また、第四フローチャートのステップ４０４における吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度ＴＡ２_{(i+n ’ )}の補正において、推定スロットル弁開度ＴＡ２_{(i+n ’ )}が実測スロットル弁開度ＴＡ１_(i)より小さく場合でも、最小開度ＴＡｍｉｎが加えられるために、推定スロットル弁開度がマイナス値となるような非現実的なことは発生せず、ステップ４０４において補正された吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度に基づき吸入空気量ｍｃ２_{(i+n ’ )}を算出すれば良い。
【００５９】
しかしながら、例えば、スロットル弁開度を最小開度ＴＡｍｉｎとした機関定常時において、現在の実測スロットル弁開度ＴＡ_(i)が機関振動により僅かに開弁する場合において、この時に吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度が正確に最小開度として算出されていると、ステップ４０４において補正される推定スロットル弁開度は、正確な最小開度からスロットル弁が振動により開弁した分だけ小さく補正されてしまう。それにより、現在から吸気弁閉弁時へのスロットル弁開度変化が発生したようになり、エアフローメータの出力に基づく吸入空気量ｍｃ３に吸入空気量変化分が加えられることとなる。
【００６０】
これを防止するために、第四フローチャートのステップ４０６では、ステップ４０４において補正された推定スロットル弁開度ＴＡ２_{(i+n ’ )}が最小開度ＴＡｍｉｎより小さくなる時には、ステップ４０７において推定スロットル弁開度ＴＡ２_{(i+n ’ )}を最小開度ＴＡｍｉｎとしている。
【００６１】
本実施形態において、スロットル弁６をバイパスしてアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）が配置されたバイパス通路が設けられている場合には、スロットル弁の最小開度ＴＡｍｉｎは０度としても良い。この時には、ステップ４０６における判断は、補正された推定スロットル弁開度ＴＡ２（ｉ＋ｎ’）が０より小さいか否かとなり、この判断が肯定される時にはステップ４０７において推定スロットル弁開度ＴＡ２は０とすることが必要となる。
【００６２】
本実施形態において、現在の実測スロットル弁開度と、吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度と、エアフローメータの出力とに基づき、それぞれに吸入空気量ｍｃ１、ｍｃ２、及びｍｃ３を算出して、吸気弁閉弁時の吸入空気量ｍｃをｍｃ３＋ｍｃ２−ｍｃ１により算出しているが、それぞれに基づき吸気管圧力Ｐｍ１、Ｐｍ２、及びＰｍ３を算出して、吸気弁閉弁時の吸気管圧力ＰｍをＰｍ３＋Ｐｍ２−Ｐｍ１により算出して、この吸気管圧力Ｐｍに基づき吸入空気量ｍｃを算出するようにしても良い。
【００６３】
【発明の効果】
本発明による内燃機関の制御装置によれば、現在のエアフローメータの出力に基づく現在の吸入空気量に、吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度に基づく吸入空気量と現在の実測スロットル弁開度に基づく吸入空気量との差を加算することにより、吸気弁閉弁時の吸入空気量を推定する場合において、吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度は、現在のアクセルペダルの踏み込み変化量に基づき推定され、現在の実測スロットル弁開度が設定値以下の時には、現在の実測スロットル弁開度は最小開度に補正されると共に、吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度は、補正以前の現在の実測スロットル弁開度と最小開度との差を減算して補正されるようになっている。それにより、スロットル弁が最小開度近傍とされた機関定常時において機関振動によって僅かに開弁しても、実測スロットル弁開度は最小開度に補正されて、この僅かな開弁を無視するこができ、また、この時には吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度も、最小開度に補正された実測スロットル弁開度に対して、補正以前の差を維持して補正されるために、現在の実測スロットル弁開度だけが最小開度に補正されて、機関定常時であるにも係らずに吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度と現在の実測スロットル弁開度との差が大きくされることは防止され、吸気弁閉弁時の吸入空気量を正確に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による吸入空気量推定装置が取り付けられる内燃機関の概略図である。
【図２】スロットル弁開度ＴＡと流量係数μとの関係を示すマップである。
【図３】スロットル弁開度ＴＡとスロットル弁の開口面積Ａとの関係を示すマップである。
【図４】吸気管圧力Ｐｍと大気圧Ｐａとの比と、関数Φとの関係を示すマップである。
【図５】実測スロットル弁開度に基づき現在の吸入空気量を算出するための第一フローチャートである。
【図６】推定スロットル弁開度に基づき吸気弁閉弁時の吸入空気量を算出するための第二フローチャートである。
【図７】モデル化したエアフローメータの断面図である。
【図８】エアフローメータの出力に基づき現在の吸入空気量を算出するための第三フローチャートである。
【図９】実測スロットル弁開度と推定スロットル弁開度とを補正するための第四フローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
２…サージタンク
３…吸気枝管
４…吸気通路
６…スロットル弁
７…エアフローメータ

Claims (1)

1. 現在のエアフローメータの出力に基づく現在の吸入空気量に、吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度に基づく吸入空気量と現在の実測スロットル弁開度に基づく吸入空気量との差を加算することにより、吸気弁閉弁時の吸入空気量を推定する場合において、前記吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度は、現在のアクセルペダルの踏み込み変化量に基づき推定され、前記現在の実測スロットル弁開度が設定値以下の時には、前記現在の実測スロットル弁開度は最小開度に補正されると共に、前記吸気弁閉弁時の推定スロットル弁開度は、補正以前の前記現在の実測スロットル弁開度と前記最小開度との差を減算して補正されることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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