JP4120495B2 - アイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のアイドル運転時に該内燃機関のエンジン回転速度を安定させるために該内燃機関の吸気量を調節する、アイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両等の内燃機関（以下、エンジンともいう）において、内燃機関が無負荷状態（内部負荷のみ）で空転するアイドル運転時に、エンジン回転速度を安定させるアイドル速度制御では、スロットル弁やバイパス弁（例えばＩＳＣ弁）を動かして内燃機関への吸入空気量を調整する。この際、エンジン回転速度の偏差ΔＮｅに比例したＰ補正と、エンジン回転速度の変化率ｄＮｅに比例したＤ補正と、偏差ΔＮｅの積分値に比例したＩ補正と、を組み合わせるＰＩＤ制御が一般的に用いられている。このＰＩＤ制御は、以下の基本式を用いて、スロットル開度補正量を算出している。
【０００３】
スロットル開度補正量＝Ｋｐ×ΔＮｅ＋Ｋｄ×ｄＮｅ＋Ｋｉ×Σ（ΔＮｅ）
ここで、比例ゲインＫｐ，微分ゲインＫｄ，積分ゲインＫｉは、実機に基づいてチューニングされるものである。
しかし、各ゲインＫｐ，Ｋｄ，Ｋｉは、一般に開発時の試行錯誤の末に求められるので最適値が得られにくく、また、負荷条件や大気条件が変わったときにこれらのゲインＫｐ，Ｋｄ，Ｋｉの何をどのように変更すべきかが明確でなく、条件に応じたゲイン切換やゲインマップの変更を行なおうとしてもこれらを適切に行なうのは困難であり、アイドル回転速度を安定化させる上での課題になっていた。
【０００４】
また、近年、例えば次式に示すように、内燃機関の出力トルクベースでスロットル開度補正量を求める技術が開発されている。
スロットル開度補正量＝ｆ（トルク補正量）
但し、ｆ：関数マップ，トルク補正量＝Ｋｐ×ΔＮｅ＋Ｋｄ×ｄＮｅ＋Ｋｉ×Σ（ΔＮｅ）
しかし、この場合にも、各ゲインＫｐ，Ｋｄ，Ｋｉの設定に関しては何ら改善されず、各ゲインＫｐ，Ｋｄ，Ｋｉを適切に設定するのは依然として困難である。
【０００５】
そこで、内燃機関にかかる外部負荷を検出し、その外部負荷を駆動するために必要な出力トルクをエンジン回転速度とスロットル開度に対応させて記憶しているマップから読出しすることによって目標出力トルクを推定し、この目標出力トルクに基づいて再度上記マップより目標スロットル開度を推定する技術も開発されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１９７８２８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のような技術は、従来からの課題となっているゲイン設定の困難性はないものの、マップに基づいて目標スロットル開度を推定しているため、負荷条件や大気条件が変わったときには、正確な目標スロットル開度を推定することが困難になってしまう。
【０００８】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、ゲイン設定を容易に且つ適切に行なえるようにして、アイドル回転速度をより確実に安定化できるようにした、アイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置は、内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクを推定する第１推定手段と、該内燃機関の現在のエンジン回転速度と、目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量を推定する第２推定手段と、該第１推定手段で推定された上記の現在の出力トルクと該第２推定手段で推定された該出力トルク補正量とに基づいて目標出力トルクを推定する目標出力トルク推定手段と、該目標出力トルク推定手段で推定された該目標出力トルクを該目標出力トルクに相当するスロットル開度に変換するパラメータ変換手段と、該パラメータ変換手段で変換された該スロットル開度に対応した吸気量となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する制御手段とをそなえ、該目標出力トルク推定手段で推定される該目標出力トルクは、該第１推定手段で推定された現在の出力トルクに、該第２推定手段で推定された該出力トルク補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定されることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置は、請求項１記載のものにおいて、該第１推定手段で推定される上記の現在の出力トルクが、現時点のスロットル開度に基づいて推定された吸気量に対して該内燃機関の吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積とに対応した一次遅れをもって変化するものとして推定されることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項３記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置は、請求項１又は２記載のものにおいて、該第２推定手段で推定される出力トルク補正量には、該目標エンジン回転速度に対応した出力トルクと現在のエンジン回転速度に対応した出力トルクとの偏差に基づく出力トルク補正量が含まれていることを特徴としている。
また、請求項４記載のアイドル運転時空気量制御装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のものにおいて、該第２推定手段で推定される出力トルク補正量には、該目標エンジン回転速度と現在のエンジン回転速度との偏差に対応した復元力を考慮した出力トルク補正量が含まれていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５記載のアイドル運転時空気量制御装置は、請求項４記載のものにおいて、該復元力が、エンジン回転速度の変化に対して応答遅れのない復元力から復元力の応答遅れ分を差し引くことによって求められる、該エンジン回転速度の変化に対して応答遅れのある復元力であることを特徴としている。
また、請求項６記載のアイドル運転時空気量制御装置は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のものにおいて、該第２推定手段で推定される出力トルク補正量には、該内燃機関の内部のイナーシャに依存する速度微分値に対応した出力トルク補正量が含まれていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項７記載のアイドル運転時空気量制御装置は、内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応した現在の出力トルクに相当するスロットル開度を推定する第１推定手段と、該内燃機関の現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量を推定する第２推定手段と、該第１推定手段で推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度と、該第２推定手段で推定された該出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量とに基づいて目標スロットル開度を推定する目標スロットル開度推定手段と、該目標スロットル開度推定手段で推定された該目標スロットル開度となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する制御手段とをそなえ、該目標スロットル開度推定手段で推定される該目標スロットル開度は、該第１推定手段で推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度に、該第２推定手段で推定された該出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定されることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項８記載のアイドル運転時空気量制御方法は、内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクを推定する第１ステップと、該内燃機関の現在のエンジン回転速度と、目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量を推定する第２ステップと、該第１ステップで推定された上記の現在の出力トルクと該第２ステップで推定された該出力トルク補正量とに基づいて目標出力トルクを推定する第３ステップと、該第３ステップで推定された該目標出力トルクを該目標出力トルクに相当するスロットル開度に変換する第４ステップと、該第４ステップで変換された上記の目標出力トルクに相当するスロットル開度に対応した吸気量となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する第５ステップとをそなえ、該第３ステップで推定される該目標出力トルクは、該第１ステップで推定された現在の出力トルクに、該第２ステップで推定された該出力トルク補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定されることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項９記載のアイドル運転時空気量制御方法は、内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応した現在の出力トルクに相当するスロットル開度を推定する第１ステップと、該内燃機関の現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量を推定する第２ステップと、該第１ステップで推定された上記の現在の出力トルクに相当するスロットル開度と、該第２ステップで推定された該出力トルク補正量に相当する該スロットル開度補正量とに基づいて目標スロットル開度を推定する第３ステップと、該第３ステップで推定された該目標スロットル開度に対応した吸気量となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する第４ステップとをそなえ、該第３ステップで推定される該目標スロットル開度は、該第１ステップで推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度に、該第２ステップで推定された該出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定されることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法を説明すると、図１，図２は本発明の第１実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法を示すもので、図１はその全体構成図、図２はそのフローチャートである。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置は、目標エンジン回転速度（目標エンジン回転数）に基づいてアイドル運転されている内燃機関の現時点の吸気量（以下、単に空気量ともいう）に対応する現在の出力トルクを推定する第１推定手段１０と、現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差に対応する出力トルク補正量を推定する第２推定手段２０と、上記第１推定手段１０で推定された現在の出力トルクと上記第２推定手段２０で推定された出力トルク補正量とに基づいて目標出力トルクを推定する目標出力トルク推定手段３０と、上記目標出力トルクを上記目標出力トルクに相当するスロットル開度に変換するパラメータ変換手段４０と、上記スロットル開度に基づいて、内燃機関への吸気量を調整するスロットルバルブのアクチュエータ等からなる吸気量調整機構５０を制御する制御手段であるコントローラ６０とから構成されている。
【００１９】
アイドル運転時には、内燃機関は目標エンジン回転速度に基づいて運転されるが、スロットルによる吸気量調整の過不足（空気量のばらつき）やフリクションのばらつき等によって、実際の内燃機関のエンジン回転速度が目標エンジン回転速度とは異なってしまうことがある。この場合には、実際のエンジン回転速度における内燃機関の内部フリクションに対応した出力トルクを、目標エンジン回転速度に対応した内部フリクションに対抗できる出力トルクに補正する必要がある。
【００２０】
したがって、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置では、アイドル運転時の出力トルクが吸気量に略比例することに基づいて、内燃機関の出力トルクが目標エンジン回転速度に対応した出力トルクとなるように吸気量を調整するようになっている。具体的には、上記目標エンジン回転速度に基づいて運転されている内燃機関の実際（現在）の出力トルクを第１推定手段１０で推定し、第２推定手段２０において、目標エンジン回転速度に対応した出力トルクと現在のエンジン回転速度に基づく出力トルクとの偏差に基づいた比例補正量と、エンジン回転速度が変化した際に発生するエンジン回転速度の偏差に反比例した復元力分の比例補正量と、エンジンの回転速度の変化率に内燃機関の内部のイナーシャを乗じた微分補正量とから出力トルク補正量を推定する。
【００２１】
そして、これら現在の出力トルクと出力トルク補正量とに基づいて、目標出力トルクを推定して、この目標出力トルクに対応した吸気量となるように吸気量調整機構を制御するのである。
【００２２】
なお、目標エンジン回転速度に対応した出力トルクＨＰｏｂｊは、目標エンジン回転速度Ｎｏｂｊと内燃機関の現在のインマニュホールド圧力Ｐｂとに対応したものとして、例えば、下記式（１）で求められる。
ＨＰｏｂｊ＝ｆ1［Ｎｏｂｊ，Ｐｂ］ ・・・（１）
但し、ｆ1は対応関数であり、この演算は予め設定されたマップにより行なわれる。この場合は、インマニュホールド圧力Ｐｂとして目標エンジン回転速度で安定運転するときのインマニュホールド圧力を用いれば、厳密な出力トルクＨＰｏｂｊを算出することができるが、目標エンジン回転速度を安定運転するときのインマニュホールド圧力は計算で求めることができないため、ここでは、現在のインマニュホールド圧力Ｐｂを用いて目標エンジン回転速度に対応した出力トルクＨＰｏｂｊを算出する。なお、このように算出された出力トルクＨＰｏｂｊを用いても実用上問題はないものと考えられる。
【００２３】
まず、第１推定手段１０について説明すると、第１推定手段１０では、現時点の内燃機関の吸気量に対応する現在の出力トルクをスロットルポジションセンサから検出された現在のスロットル開度に基づいて推定する。
このとき、スロットル開度が変化することによってスロットル通過吸気流量が変化しても、その吸気が、吸気管全体を満たすために拡散するため、実際にエンジンに吸入される吸気量にはスロットル通過吸気流量に対して吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積に応じた応答遅れが生じる。
【００２４】
したがって、この第１推定手段１０では、現在の内燃機関の出力トルクが現在のスロットル開度に基づいて推定された吸気量に対して、吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積とに対応した一次遅れをもって変化するものとして、現在の内燃機関の出力トルクを推定するようになっている。
なお、このとき、第１推定手段１０で推定される現時点のスロットル通過吸気流量（推定吸気量）Ｐｏｓは、スロットルポジションセンサで検出されるスロットル開度ＴＰＳに対応したものとして、下記式（２）で求められる。
Ｐｏｓ＝ｆ2［ＴＰＳ］ ・・・（２）
但し、ｆ2は対応関数であり、この演算は予め設定されたマップにより行なわれる。
【００２５】
次に、この現時点のスロットル通過吸気流量（推定吸気量）Ｐｏｓに基づいて、第１推定手段１０で推定される上記の応答遅れを考慮しない現時点の仮出力トルクＸは、下記式（３）で求められる。
Ｘ＝Ｐｏｓ×τ ・・・（３）
但し、τは１８０°ＣＡ周期（ｓｅｃ）。
【００２６】
そして、吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積に応じた一次遅れの係数をＫANFとすると、第１推定手段１０で設定される現在の内燃機関の出力トルクＹ（ｎ）は、下記式（４）のように、推定吸気量Ｐｏｓに関する一次遅れを考慮して求められる。
Ｙ（ｎ）＝ＫANF・Ｙ（ｎ−１）＋（１−ＫANF）・Ｘ ・・・（４）
但し、係数ＫANFは、吸気管全体容積をＶＩＭ、内燃機関の気筒容積をＶCYLとすると、下記式（５）で求められる。
ＫANF＝ＶIM／（ＶIM＋ＶCYL） ・・・（５）
【００２７】
次に、第２推定手段２０について説明する。図１に示すように、第２推定手段２０は、出力トルク比例補正量推定手段２１と、復元力比例補正量推定手段２２と、微分補正量推定手段２３とをそなえて構成されている。
【００２８】
出力トルク比例補正量推定手段２１では、上記の目標エンジン回転速度に対応した出力トルクと現在のエンジン回転速度に基づく出力トルクとの偏差に基づいた比例補正量ΔＰｆを算出する。
まず、現在の内燃機関の出力トルクＨＰｅを内燃機関の現時点のエンジン回転速度Ｎｅとインマニュホールド圧力Ｐｂとに基づいて、下記式（６）で求める。
ＨＰｅ＝ｆ2［Ｎｅ・Ｐｂ］ ・・・（６）
【００２９】
そして、比例補正量ΔＰｆは、この現在の内燃機関の出力トルクＨＰｅと上記の目標エンジン回転速度に対応した出力トルクＨＰｏｂｊとの偏差として、下記式（７）で求められる。
ΔＰｆ＝ＨＰｏｂｊ−ＨＰｅ ・・・（７）
【００３０】
次に、復元力比例補正量推定手段２２では、上記の現時点でのエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、エンジン回転速度が変化した際に発生する、エンジン回転速度に反比例した復元力ΔＰｒを推定する。
この復元力ΔＰｒとは、スロットル開度が一定のとき、エンジン回転速度が低下すれば、内燃機関のシリンダに吸入される１周期当たりの吸気量が増大し、これに伴ってエンジン回転速度が上昇する特性、及び、スロットル開度が一定のとき、エンジン回転速度が上昇すれば、内燃機関のシリンダに吸入される１周期当たりの吸気量が減少し、これに伴ってエンジン回転速度が低下する特性によって、エンジン回転速度が変化してもエンジン回転速度の偏差に反比例してエンジン回転速度が復元する、その復元分を比例補正量としてあらわしたものである。
【００３１】
なお、ここでは、この復元力ΔＰｒが、エンジン回転速度が変化すれば、すぐに発生するものであると仮定して、応答遅れのない復元力ΔＰｒが推定される。そのため、復元力比例補正量推定手段２２において推定される復元力ΔＰｒは、下記式（８）で求められる。
ΔＰｒ＝（Ｎｏｂｊ−Ｎｅ）／Ｎｅ×ＨＰｏｊｂ ・・・（８）
【００３２】
次に、微分補正量推定手段２３では、エンジン回転速度の変化率に内燃機関の内部のイナーシャを乗じて微分補正量ΔＤを推定する。この内燃機関の内部のイナーシャは、内燃機関に固有のものであり、予め算出されるものである。
ここでは、まず、エンジン回転速度を下記式（９）で求める。
Ｎｅｉ［ｒｐｍ］＝３００００／τ［ｍｓ］ ・・・（９）
そして、エンジン回転速度変化率ＤＮｅ（ｎ）が２ストローク間の移動平均として、下記式（１０）で求められる。
ＤＮｅ（ｎ）＝｛Ｎｅｉ（ｎ）−Ｎｅｉ（ｎ−２）｝／２ ・・・（１０）
なお、ここで、エンジン回転速度変化率ＤＮｅ（ｎ）を１ストローク間の移動平均として、下記式（１１）で求めるようにしてもよい。
ＤＮｅ（ｎ）＝Ｎｅｉ（ｎ）−Ｎｅｉ（ｎ−１） ・・・（１１）
【００３３】
そして、微分補正量ΔＤは、下記式（１２）に示すように、エンジン回転速度変化率ＤＮｅ（ｎ）にイナーシャＫｌｅを乗じてイナーシャ分の回転トルクを算出し、これにエンジン回転速度Ｎｅを乗じて仕事率として、出力トルク変換係数ＫHPによりこの仕事率を出力トルクに変換することによって求められる。
ΔＤ＝ＤＮｅ（ｎ）×Ｋｌｅ×Ｎｅ×ＫHP ・・・（１２）
但し、出力トルク変換係数ＫHPは一定値である。
【００３４】
このように、第２推定手段２０では出力トルク補正量として、これら比例補正量ΔＰｆ，復元力ΔＰｒ，微分補正量ΔＤが推定される。
そして、目標出力トルク推定手段３０において、上記第１推定手段１０で推定された現在の内燃機関の出力トルクＹ（ｎ）と上記第２推定手段２０で推定された上記出力トルク補正量（即ち、比例補正量ΔＰｆ，復元力ΔＰｒ，微分補正量ΔＤ）とに基づいて、目標エンジン回転速度に対応した出力トルクとなるように補正を施された目標出力トルクＺが推定される。
【００３５】
この目標出力トルク推定手段３０において、目標出力トルクＺは下記式（１３）で設定される。
Ｚ＝Ｙ（ｎ）＋Ｋ（ΔＰｆ＋ΔＰｒ＋ΔＤ） ・・・（１３）
但し、Ｋはゲイン。
なお、このゲインＫは所定の値（例えば、２〜４）であるが、ゲインＫはスロットル前後の圧力比（即ち、インマニュホールド圧（Ｐｂ）／大気圧）に応じて変化させ、この圧力比が高いときにはゲインＫも高く設定される。
【００３６】
このように、目標出力トルク推定手段３０において設定される目標出力トルクＺには、スロットル開度対して吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積に応じた一次遅れが考慮されているとともに、負荷変動量を駆動するための出力トルクにフリクション分の比例補正、復元力分の比例補正、及び、エンジン回転速度差に応じた微分補正が施されているため正確な目標出力トルクが設定されることになる。
【００３７】
しかも、設定すべきゲインＫは１つだけであるため、内燃機関の開発時等において、このゲインＫの最適値を決定することが格段に容易になる。
そして、パラメータ変換手段４０において、目標出力トルクＺが目標出力トルクＺ相当のスロットル開度Ｐｏｓｏｂｊに下記式（１４）で変換される。
Ｐｏｓｏｂｊ＝ＫFB［Ｚ］ ・・・（１４）
但し、ＫFBはスロットル開度変換係数。
【００３８】
なお、パラメータ変換手段４０において、目標出力トルクＺ相当のスロットル開度Ｐｏｓｏｂｊを求める際に、出力トルク及びエンジン回転速度に対応してスロットル開度を予め記憶しているマップを用いて変換するようにしてもよい。
また、ここでは、目標出力トルクＺに相当するパラメータとしてスロットル開度を求めたが、このパラメータとしては、スロットル開度に限定されるものではなく、内燃機関の吸気量に対応するパラメータであればよく、このパラメータに基づいて、後述するコントローラ６０によって、目標出力トルクＺとなるように吸気量調整機構５０を制御するようにしてもよい。
そして、コントローラ６０が上記の目標出力トルクＺ相当のスロットル開度Ｐｏｓｏｂｊに基づいて、吸気量調整機構５０を制御することによって、内燃機関の空気量（吸気量）調整が行なわれるようになっている。
【００３９】
次に、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御方法について説明すると、図２に示すように、まず、第１ステップＳ１０において、上記の第１推定手段１０と同様に、内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクが推定される。
【００４０】
次に、第２ステップＳ２０において、内燃機関の目標エンジン回転速度と現在のエンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量が推定される。
この出力トルク補正量は、比例補正量ΔＰｆ，復元力ΔＰｒ，微分補正量ΔＤの合計であり、ここでは、比例補正量ΔＰｆが、上記の出力トルク比例補正量推定手段２１と同様に推定され、復元力ΔＰｒが上記の復元力比例補正量推定手段２２と同様に推定され、微分補正量ΔＤが上記の微分補正量推定手段２３と同様に推定される。
【００４１】
なお、これら比例補正量ΔＰｆ，復元力ΔＰｒ，微分補正量ΔＤはそれぞれが独立して推定されるものであり、これらを推定する順序は限定されるものではない。
また、上記の第１ステップＳ１０及び第２ステップＳ２０についても、これらを推定する順序は限定されるものではなく、少なくとも後述する第３ステップＳ３０が開始される前に、これら第１ステップＳ１０，第２ステップＳ２０が終了されていればよい。
【００４２】
そして、第３ステップＳ３０において、上記の目標出力トルク推定手段３０と同様に、上記第１ステップＳ１０で推定された現在の出力トルクと、上記第２ステップＳ２０で推定された出力トルク補正量とに基づいて、目標出力トルクが推定される。
次に、第４ステップＳ４０において、上記のパラメータ変換手段４０と同様に、上記第３ステップＳ３０で推定された目標出力トルクが、この目標出力トルクに相当するスロットル開度に変換される。
【００４３】
そして、第５ステップＳ５０において、上記第４ステップＳ４０で変換されたスロットル開度に基づいて、このスロットル開度に対応した吸気量となるように内燃機関の吸気量調整機構が制御される。
このような構成により、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御方法によって、アイドル運転時の内燃機関の運転が安定するのに好適な空気量が正確に制御されるようになる。
【００４４】
本発明の第１実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法は、上述のように構成されているので、第１推定手段１０で推定される現時点の吸気量に基づく現在の出力トルクが、現時点のスロットル開度に基づいて推定された吸気量に対して内燃機関の吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積とに対応した一次遅れをもって変化するものとして推定されるので、より正確に現在の出力トルクを推定することができる。
【００４５】
また、第２推定手段２０で推定される出力トルク補正量には、目標エンジン回転速度に対応した出力トルクと現在のエンジン回転速度に基づく出力トルクとの偏差に基づいた比例補正量ΔＰｆと、エンジン回転速度が変化した際に発生するエンジン回転速度の偏差に反比例した復元力ΔＰｒと、エンジンの回転速度の変化率に内燃機関の内部のイナーシャを乗じた微分補正量ΔＤとが含まれているため、厳密に出力トルク補正量を推定することができ、この出力トルク補正量に基づいて空気量制御を行うので、内燃機関のアイドル運転時におけるアイドル回転速度をより確実に安定化させることができる。
【００４６】
また、目標出力トルク推定手段３０において目標出力トルクを推定する際には、式（１３）に示すように、上記の出力トルク補正量にゲインＫを１つのみ掛け合わせた上で上記の現在の出力トルクに加えるだけでよくなる。
したがって、このゲインＫの調整が、上記の従来のような技術（即ち、ゲインが複数あるもの）と比較して、格段に容易になる。
【００４７】
また、負荷条件や大気条件等が変化した場合でも、これに対応して、適正なゲインＫの値を設定することができるので、負荷条件や大気条件に応じた最適な目標出力トルク及びこの目標出力トルク相当のスロットル開度を推定することが可能になる。
さらに、このように推定された目標出力トルクに対応して吸気量を調整するので、アイドル運転時の内燃機関の運転を安定化させることができるため、アイドル運転時にエンジン回転速度を下げても内燃機関がエンストを起こしにくくなり、燃費を向上させることができる。
【００４８】
また、内燃機関に負荷変動に応じたスロットル開度を学習する記憶部を設けて、負荷学習機能を備えた場合には、上記の従来のような技術では、スロットル開度の変動が激しいため、学習が困難である。しかし、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置では、吸気量を調整するパラメータとして、スロットル開度を用いているため、吸気量を調整する際に、調整前の現時点での目標エンジン回転速度に基づいて運転されている内燃機関のスロットル開度（スロットル開度基準値）との差で早期に負荷学習を行なうことができる。
【００４９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法を説明する。
本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置は、第２推定手段２０の復元力比例補正量推定手段２２において推定される復元力ΔＰｒが、エンジン回転速度が変化しても、すぐには発生せず、実際の応答遅れのある復元力ΔＰｒとして推定される点を除いては、上記の第１実施形態と同様であるため、その共通部分の説明は省略する。
【００５０】
なお、ここでは、上記の第１実施形態の図１を用いて本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置について説明する。また、本実施形態において、上記の第１実施形態と同符号のものは同様のものを示す。
本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置の第２推定手段２０の復元力比例補正量推定手段２２では、復元力ΔＰｒが、エンジン回転速度が変化してもすぐには発生せず、実際の応答遅れのある復元力ΔＰｒとして推定される。
【００５１】
そのため、まず、応答遅れのない復元力ΔＰｒ１を上記の式（８）と同様に、下記式（１５）で求める。
ΔＰｒ１＝（Ｎｏｂｊ−Ｎｅ）／Ｎｅ×ＨＰｏｊｂ ・・・（１５）
【００５２】
一方、復元力の応答遅れ分ΔＰｒｄｅｌａｙ（ｎ）を係数ＫANFに対応したものとして、下記式（１６）で求める。
そして、実際の応答遅れのある復元力ΔＰｒが、下記式（１７）に示すように、応答遅れのない復元力ΔＰｒ１から復元力の応答遅れ分ΔＰｒｄｅｌａｙ（ｎ）を差し引くことによって求められる。
ΔＰｒ＝ΔＰｒ１−ΔＰｒｄｅｌａｙ（ｎ） ・・・（１７）
【００５３】
このように、応答遅れのない復元力から応答遅れする復元力分を差し引くことによって、第１推定手段１０で推定される現在の出力トルクに対して過剰補正するようなことを抑制することができる。
また、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御方法については、上記の第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００５４】
本発明の第２実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法は、上述のように構成されているので、上記の第１実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、第２推定手段２０で推定される出力トルク補正量に含まれる復元力ΔＰｒが、実際の応答遅れを考慮したものであるため、第１推定手段１０で推定される現在の出力トルクに対して過剰に補正を施すことを抑制することができる。そのため、アイドル運転時の内燃機関のエンジン回転速度がオーバーシュートすることがなく、アイドル運転時の内燃機関の運転をより安定化させることができる。
【００５５】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法を説明すると、図３，図４は本発明の第３実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法を示すもので、図３はその全体構成図、図４はそのフローチャートである。
【００５６】
本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置では、後述する第１推定手段１００において、現在の出力トルク相当のスロットル開度を推定する際に用いる現在の出力トルクは、上記の第１実施形態の第１推定手段１０で推定される出力トルクＹ（ｎ）と同様のものであり、また、後述する第２推定手段２００において出力トルク補正量相当のスロットル開度を推定する際の、出力トルク補正量である比例補正量ΔＰｆ，復元力ΔＰｒ，微分補正量ΔＤは、上記の第１実施形態の第２推定手段２０で推定されるものと同様のものである。
【００５７】
したがって、ここでは、これら現在の出力トルク，出力トルク補正量として比例補正量ΔＰｆ，復元力ΔＰｒ，微分補正量ΔＤについては、その詳細な説明を省略する。なお、本実施形態において、第１実施形態のものと同符号のものは同様のものを示す。
図３に示すように、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置は、目標エンジン回転速度に基づいて運転されている内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクに相当するスロットル開度を推定する第１推定手段１００と、目標エンジン回転速度と現在のエンジン回転速度との偏差に対応する出力トルク補正量に相当するスロットル開度を推定する第２推定手段２００と、上記第１推定手段１００で推定された現在の出力トルク相当のスロットル開度と上記第２推定手段２００で推定された出力トルク補正量相当のスロットル開度とに基づいて目標スロットル開度を推定する目標スロットル開度推定手段３００と、上記目標スロットル開度に基づいて、内燃機関への吸気量を調整するスロットルバルブのアクチュエータ等からなる吸気量調整機構５０を制御する制御手段であるコントローラ６０とから構成されている。
【００５８】
第１推定手段１００では、上記の第１実施形態の第１推定手段１０と同様に、上記式（２）〜（５）に示すように、現時点の吸気量に対応した現在の出力トルクＹ（ｎ）が推定される。
そして、この出力トルクＹ（ｎ）に相当するスロットル開度ＰｏｓＥが、下記式（１８）で求められる。
ＰｏｓＥ＝Ｙ（ｎ）／τ ・・・（１８）
【００５９】
また、図３に示すように、第２推定手段２００は、目標エンジン回転速度に対応した出力トルクＨＰｏｂｊと現在のエンジン回転速度に基づく出力トルクとの偏差に対応した出力トルク比例補正量ΔＰｆに相当するスロットル開度ＰｏｓＰｆを推定する出力トルク比例補正量推定手段２１０と、現在のエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、エンジン回転速度が変化した際に発生する、エンジン回転速度に反比例した復元力ΔＰｒに相当するスロットル開度ＰｏｓＰｒを推定する復元力比例補正量推定手段２２０と、エンジン回転速度の変化率に内燃機関の内部のイナーシャを乗じて推定された微分補正量ΔＤに相当するスロットル開度ＰｏｓＤを推定する微分補正量推定手段２３０とをそなえて構成されている。
【００６０】
まず、出力トルク比例補正量推定手段２１０では、上記の第１実施形態の第２推定手段２０の出力トルク比例補正量推定手段２１と同様に、出力トルク比例補正量ΔＰｆが上記式（６），（７）により推定される。
そして、この出力トルク比例補正量ΔＰｆに相当するスロットル開度ＰｏｓＰｆが、下記式（１９）で求められる。
ＰｏｓＰｆ＝ΔＰｆ×Ｋpos ・・・（１９）
【００６１】
但し、Ｋposはスロットル開度変換係数であり、このスロットル開度変換係数Ｋposは、スロットル前後の圧力比（つまり、インマニュホールド圧力Ｐｂ／大気圧Ｐａｔｍ）に対応して決定される所定の値である。
即ち、このスロットル開度変換係数Ｋposは、スロットル前後の圧力比が臨界状態の領域（インマニュホールド圧力Ｐｂ／大気圧Ｐａｔｍ≦０．５２）では、吸気流量とスロットル開度が一定値（ｆ3）と比例関係にあるため、下記式（２０）で求められる。
Ｋpos＝１／ｆ3 ・・・（２０）
【００６２】
また、スロットル前後の圧力比が臨界状態を超える領域（インマニュホールド圧力Ｐｂ／大気圧Ｐａｔｍ＞０．５２）では、下記式（２１）で求められる。
Ｋpos＝１／ｆ4［Ｐｂ／Ｐａｔｍ］ ・・・（２１）
但し、ｆ4は対応関数であり、この演算は予め設定されたマップにより行なわれる。
なお、このスロットル前後の圧力比が臨界状態を超える領域において、スロットル開度変換係数Ｋposは、インマニュホールド圧力Ｐｂ／大気圧Ｐａｔｍが０．５２から１．０に近づくに伴って小さくなるようになっている。
【００６３】
次に、復元力比例補正量推定手段２２０では、上記の第１実施形態の第２推定手段２０の復元力比例補正量推定手段２２と同様に、復元力ΔＰｒが上記式（８）により推定される。
【００６４】
そして、この復元力ΔＰｒに相当するスロットル開度ＰｏｓＰｒが、下記式（２２）で求められる。
ＰｏｓＰｒ＝ΔＰｒ×Ｋpos ・・・（２２）
また、微分補正量推定手段２３０では、上記の第１実施形態の第２推定手段２０の微分補正量推定手段２３と同様に、微分補正量ΔＤが上記式（９）〜（１２）により推定される。
そして、この微分補正量ΔＤに相当するスロットル開度ＰｏｓＤが、下記式（２３）で求められる。
ＰｏｓＤ＝ΔＤ×Ｋpos ・・・（２３）
【００６５】
次に、目標スロットル開度推定手段３００について説明すると、この目標スロットル開度推定手段３００では、上記の第１推定手段１００で推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度ＰｏｓＥと第２推定手段２００で推定された出力トルク補正量に相当するスロットル開度ＰｏｓＰｆ，ＰｏｓＰｒ，ＰｏｓＤとに基づいて、目標スロットル開度Ｐｏｓｏｂｊが下記式（２４）で求められる。
【００６６】
Ｐｏｓｏｂｊ＝ＰｏｓＥ＋Ｋ´（ＰｏｓＰｆ＋ＰｏｓＰｒ＋ＰｏｓＤ）
・・・（２４）
但し、Ｋ´はゲインであり、このゲインＫ´は、上記の第１実施形態の式（１３）のゲインＫと同様に、所定の値（例えば、２〜４）であるが、スロットル前後の圧力比に応じて変化させ、この圧力比が高いときにはゲインＫ´も高く設定されるようになっている。
そして、コントローラ６０が、この目標スロットル開度Ｐｏｓｏｂｊに基づいて、内燃機関の吸気量調整機構５０を制御することによって、内燃機関の空気量（吸気量）調整が行なわれるようになっている。
【００６７】
次に、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御方法について説明すると、図４に示すように、まず、第１ステップＳ１００において、上記の第１推定手段１００と同様に、内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクに相当するスロットル開度が推定される。
【００６８】
次に、第２ステップＳ２００において、内燃機関の目標エンジン回転速度と現在のエンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量に相当するスロットル開度が推定される。
この出力トルク補正量に相当するスロットル開度は、比例補正量ΔＰｆ，復元力ΔＰｒ，微分補正量ΔＤに相当するスロットル開度の合計であり、ここでは、比例補正量ΔＰｆが、上記の出力トルク比例補正量推定手段２１０と同様に推定され、復元力ΔＰｒが上記の復元力比例補正量推定手段２２０と同様に推定され、微分補正量ΔＤが上記の微分補正量推定手段２３０と同様に推定される。
【００６９】
なお、これら比例補正量ΔＰｆ，復元力ΔＰｒ，微分補正量ΔＤに相当するスロットル開度は、それぞれが独立して推定されるものであり、これらを推定する順序は限定されるものではない。
また、上記の第１ステップＳ１００及び第２ステップＳ２００についても、これらを推定する順序は限定されるものではなく、少なくとも後述する第３ステップＳ３００が開始される前に、これら第１ステップＳ１００，第２ステップＳ２００が終了されていればよい。
【００７０】
そして、第３ステップＳ３００において、上記の目標スロットル開度推定手段３００と同様に、上記第１ステップＳ１００で推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度と、上記第２ステップＳ２００で推定された出力トルク補正量に相当するスロットル開度とに基づいて、目標スロットル開度が推定される。
【００７１】
次に、第４ステップＳ４００において、上記第３ステップＳ３００で推定された目標スロットル開度に基づいて、この目標スロットル開度に対応した吸気量となるように内燃機関の吸気量調整機構が制御される。
このような構成により、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御方法によって、アイドル運転時の内燃機関の運転が安定するのに好適な空気量が正確に制御されるようになる。
【００７２】
本発明の第３実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法は、上述のように構成されているので、上記の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施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、上記の第３実施形態の第２推定手段２００の復元力比例補正量推定手段２２０において、ここで推定される復元力ΔＰｒが、上記の第２実施形態と同様に、エンジン回転速度が変化してもすぐには発生せず、実際の応答遅れのある復元力ΔＰｒとして推定されるように構成してもよい。
【００７４】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、第１推定手段で推定された内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクと、第２推定手段で推定された現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量とに基づいて目標出力トルクが推定され、この目標出力トルクに基づいて内燃機関のアイドル運転時空気量が制御されるので、アイドル運転時における内燃機関のアイドル回転速度を確実に安定化させることができる。
また、目標出力トルク推定手段で推定される目標出力トルクは、第１推定手段で推定された現在の出力トルクに、第２推定手段で推定された出力トルク補正量にスロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定されるので、目標出力トルクを推定する際は、出力トルク補正量にゲインＫを１つのみ掛け合わせた上で現在の出力トルクに加えるだけでよくなる。その結果、ゲインＫの調整が、上記の従来のような技術（即ち、ゲインが複数あるもの）と比較して、格段に容易になる。
しかも、かかるゲインＫがスロットルの前後の圧力比に応じて推定されるので、負荷条件や大気条件等が変化した場合でも、これに対応して、適正なゲインＫの値を設定することができるので、負荷条件や大気条件に応じた最適な目標出力トルク及びこの目標出力トルク相当のスロットル開度を推定することが可能になる。
【００７５】
また、請求項２記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、第１推定手段で推定される現在の出力トルクが、現時点のスロットル開度に基づいて推定された吸気量に対して内燃機関の吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積とに対応した一次遅れをもって変化するものとして推定されるので、より正確に現在の出力トルクを推定することができる。
【００７６】
また、請求項３記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、第２推定手段で推定される出力トルク補正量には、目標エンジン回転速度に対応した出力トルクと現在のエンジン回転速度に対応した出力トルクとの偏差に基づく出力トルク補正量が含まれているので、アイドル運転時における内燃機関のアイドル回転速度をより確実に安定化させることができる。
【００７７】
また、請求項４記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、第２推定手段で推定される出力トルク補正量には、目標エンジン回転速度と現在のエンジン回転速度との偏差に対応した復元力を考慮した出力トルク補正量が含まれているので、アイドル運転時における内燃機関のアイドル回転速度をより確実に安定化させることができる。
また、請求項５記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、かかる復元力が、エンジン回転速度の変化に対して応答遅れのない復元力から復元力の応答遅れ分を差し引くことによって求められる、エンジン回転速度の変化に対して応答遅れのある復元力であるので、第１推定手段で推定される現在の出力トルクに対して過剰に補正を施すことを抑制することができる。そのため、アイドル運転時の内燃機関のエンジン回転速度がオーバーシュートすることがなく、アイドル運転時の内燃機関の運転をより安定化させることができる。
【００７８】
また、請求項６記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、第２推定手段で推定される出力トルク補正量には、内燃機関の内部のイナーシャに依存する速度微分値に対応した出力トルク補正量が含まれているので、アイドル運転時における内燃機関のアイドル回転速度をより確実に安定化させることができる。
【００８１】
また、請求項７記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、第１推定手段で推定された内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクに相当するスロットル開度と、第２推定手段で推定された現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量に相当するスロットル開度とに基づいて目標スロットル開度が推定され、この目標スロットル開度に基づいて内燃機関のアイドル運転時空気量が制御されるので、アイドル運転時における内燃機関のアイドル回転速度を確実に安定化させることができる。
さらに、目標スロットル開度推定手段で推定される目標スロットル開度は、第１推定手段で推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度に、第２推定手段で推定された出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量にスロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定されるので、目標スロットル開度を推定する際は、スロットル開度補正量にゲインＫ´を１つのみ掛け合わせた上で現在の出力トルクに相当するスロットル開度に加えるだけでよくなる。その結果、ゲインＫ´の調整が、上記の従来のような技術（即ち、ゲインが複数あるもの）と比較して、格段に容易になる。
しかも、かかるゲインＫ´がスロットルの前後の圧力比に応じて推定されるので、負荷条件や大気条件等が変化した場合でも、これに対応して、適正なゲインＫ´の値を設定することができるので、負荷条件や大気条件に応じた最適な目標出力トルク相当のスロットル開度を推定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置を示す全体構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態としてのアイドル運転時空気量制御方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第３実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置を示す全体構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態としてのアイドル運転時空気量制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０，１００ 第１推定手段
２０，２００ 第２推定手段
２１，２１０ 出力トルク比例補正量推定手段
２２，２２０ 復元力比例補正量推定手段
２３，２３０ 微分補正量推定手段
３０，３００ 目標出力トルク推定手段
４０ パラメータ変換手段
５０ 吸気量調整機構
６０ コントローラ
Ｓ１０，Ｓ１００ 第１ステップ
Ｓ２０，Ｓ２００ 第２ステップ
Ｓ３０，Ｓ３００ 第３ステップ
Ｓ４０，Ｓ４００ 第４ステップ
Ｓ５０ 第５ステップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のアイドル運転時に該内燃機関のエンジン回転速度を安定させるために該内燃機関の吸気量を調節する、アイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両等の内燃機関（以下、エンジンともいう）において、内燃機関が無負荷状態（内部負荷のみ）で空転するアイドル運転時に、エンジン回転速度を安定させるアイドル速度制御では、スロットル弁やバイパス弁（例えばＩＳＣ弁）を動かして内燃機関への吸入空気量を調整する。この際、エンジン回転速度の偏差ΔＮｅに比例したＰ補正と、エンジン回転速度の変化率ｄＮｅに比例したＤ補正と、偏差ΔＮｅの積分値に比例したＩ補正と、を組み合わせるＰＩＤ制御が一般的に用いられている。このＰＩＤ制御は、以下の基本式を用いて、スロットル開度補正量を算出している。
【０００３】
スロットル開度補正量＝Ｋｐ×ΔＮｅ＋Ｋｄ×ｄＮｅ＋Ｋｉ×Σ（ΔＮｅ）
ここで、比例ゲインＫｐ，微分ゲインＫｄ，積分ゲインＫｉは、実機に基づいてチューニングされるものである。
しかし、各ゲインＫｐ，Ｋｄ，Ｋｉは、一般に開発時の試行錯誤の末に求められるので最適値が得られにくく、また、負荷条件や大気条件が変わったときにこれらのゲインＫｐ，Ｋｄ，Ｋｉの何をどのように変更すべきかが明確でなく、条件に応じたゲイン切換やゲインマップの変更を行なおうとしてもこれらを適切に行なうのは困難であり、アイドル回転速度を安定化させる上での課題になっていた。
【０００４】
また、近年、例えば次式に示すように、内燃機関の出力トルクベースでスロットル開度補正量を求める技術が開発されている。
スロットル開度補正量＝ｆ（トルク補正量）
但し、ｆ：関数マップ，トルク補正量＝Ｋｐ×ΔＮｅ＋Ｋｄ×ｄＮｅ＋Ｋｉ×Σ（ΔＮｅ）
しかし、この場合にも、各ゲインＫｐ，Ｋｄ，Ｋｉの設定に関しては何ら改善されず、各ゲインＫｐ，Ｋｄ，Ｋｉを適切に設定するのは依然として困難である。
【０００５】
そこで、内燃機関にかかる外部負荷を検出し、その外部負荷を駆動するために必要な出力トルクをエンジン回転速度とスロットル開度に対応させて記憶しているマップから読出しすることによって目標出力トルクを推定し、この目標出力トルクに基づいて再度上記マップより目標スロットル開度を推定する技術も開発されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１９７８２８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のような技術は、従来からの課題となっているゲイン設定の困難性はないものの、マップに基づいて目標スロットル開度を推定しているため、負荷条件や大気条件が変わったときには、正確な目標スロットル開度を推定することが困難になってしまう。
【０００８】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、ゲイン設定を容易に且つ適切に行なえるようにして、アイドル回転速度をより確実に安定化できるようにした、アイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置は、内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクを推定する第１推定手段と、該内燃機関の現在のエンジン回転速度と、目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量を推定する第２推定手段と、該第１推定手段で推定された上記の現在の出力トルクと該第２推定手段で推定された該出力トルク補正量とに基づいて目標出力トルクを推定する目標出力トルク推定手段と、該目標出力トルク推定手段で推定された該目標出力トルクを該目標出力トルクに相当するスロットル開度に変換するパラメータ変換手段と、該パラメータ変換手段で変換された該スロットル開度に対応した吸気量となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する制御手段とをそなえ、該目標出力トルク推定手段で推定される該目標出力トルクは、該第１推定手段で推定された現在の出力トルクに、該第２推定手段で推定された該出力トルク補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定されることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置は、請求項１記載のものにおいて、該第１推定手段で推定される上記の現在の出力トルクが、現時点のスロットル開度に基づいて推定された吸気量に対して該内燃機関の吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積とに対応した一次遅れをもって変化するものとして推定されることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項３記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置は、請求項１又は２記載のものにおいて、該第２推定手段で推定される出力トルク補正量には、該目標エンジン回転速度に対応した出力トルクと現在のエンジン回転速度に対応した出力トルクとの偏差に基づく出力トルク補正量が含まれていることを特徴としている。
また、請求項４記載のアイドル運転時空気量制御装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のものにおいて、該第２推定手段で推定される出力トルク補正量には、該目標エンジン回転速度と現在のエンジン回転速度との偏差に対応した復元力を考慮した出力トルク補正量が含まれていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５記載のアイドル運転時空気量制御装置は、請求項４記載のものにおいて、該復元力が、エンジン回転速度の変化に対して応答遅れのない復元力から復元力の応答遅れ分を差し引くことによって求められる、該エンジン回転速度の変化に対して応答遅れのある復元力であることを特徴としている。
また、請求項６記載のアイドル運転時空気量制御装置は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のものにおいて、該第２推定手段で推定される出力トルク補正量には、該内燃機関の内部のイナーシャに依存する速度微分値に対応した出力トルク補正量が含まれていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項７記載のアイドル運転時空気量制御装置は、内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応した現在の出力トルクに相当するスロットル開度を推定する第１推定手段と、該内燃機関の現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量を推定する第２推定手段と、該第１推定手段で推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度と、該第２推定手段で推定された該出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量とに基づいて目標スロットル開度を推定する目標スロットル開度推定手段と、該目標スロットル開度推定手段で推定された該目標スロットル開度となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する制御手段とをそなえ、該目標スロットル開度推定手段で推定される該目標スロットル開度は、該第１推定手段で推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度に、該第２推定手段で推定された該出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定されることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項８記載のアイドル運転時空気量制御方法は、内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクを推定する第１ステップと、該内燃機関の現在のエンジン回転速度と、目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量を推定する第２ステップと、該第１ステップで推定された上記の現在の出力トルクと該第２ステップで推定された該出力トルク補正量とに基づいて目標出力トルクを推定する第３ステップと、該第３ステップで推定された該目標出力トルクを該目標出力トルクに相当するスロットル開度に変換する第４ステップと、該第４ステップで変換された上記の目標出力トルクに相当するスロットル開度に対応した吸気量となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する第５ステップとをそなえ、該第３ステップで推定される該目標出力トルクは、該第１ステップで推定された現在の出力トルクに、該第２ステップで推定された該出力トルク補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定されることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項９記載のアイドル運転時空気量制御方法は、内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応した現在の出力トルクに相当するスロットル開度を推定する第１ステップと、該内燃機関の現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量を推定する第２ステップと、該第１ステップで推定された上記の現在の出力トルクに相当するスロットル開度と、該第２ステップで推定された該出力トルク補正量に相当する該スロットル開度補正量とに基づいて目標スロットル開度を推定する第３ステップと、該第３ステップで推定された該目標スロットル開度に対応した吸気量となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する第４ステップとをそなえ、該第３ステップで推定される該目標スロットル開度は、該第１ステップで推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度に、該第２ステップで推定された該出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定されることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法を説明すると、図１，図２は本発明の第１実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法を示すもので、図１はその全体構成図、図２はそのフローチャートである。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置は、目標エンジン回転速度（目標エンジン回転数）に基づいてアイドル運転されている内燃機関の現時点の吸気量（以下、単に空気量ともいう）に対応する現在の出力トルクを推定する第１推定手段１０と、現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差に対応する出力トルク補正量を推定する第２推定手段２０と、上記第１推定手段１０で推定された現在の出力トルクと上記第２推定手段２０で推定された出力トルク補正量とに基づいて目標出力トルクを推定する目標出力トルク推定手段３０と、上記目標出力トルクを上記目標出力トルクに相当するスロットル開度に変換するパラメータ変換手段４０と、上記スロットル開度に基づいて、内燃機関への吸気量を調整するスロットルバルブのアクチュエータ等からなる吸気量調整機構５０を制御する制御手段であるコントローラ６０とから構成されている。
【００１９】
アイドル運転時には、内燃機関は目標エンジン回転速度に基づいて運転されるが、スロットルによる吸気量調整の過不足（空気量のばらつき）やフリクションのばらつき等によって、実際の内燃機関のエンジン回転速度が目標エンジン回転速度とは異なってしまうことがある。この場合には、実際のエンジン回転速度における内燃機関の内部フリクションに対応した出力トルクを、目標エンジン回転速度に対応した内部フリクションに対抗できる出力トルクに補正する必要がある。
【００２０】
したがって、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置では、アイドル運転時の出力トルクが吸気量に略比例することに基づいて、内燃機関の出力トルクが目標エンジン回転速度に対応した出力トルクとなるように吸気量を調整するようになっている。具体的には、上記目標エンジン回転速度に基づいて運転されている内燃機関の実際（現在）の出力トルクを第１推定手段１０で推定し、第２推定手段２０において、目標エンジン回転速度に対応した出力トルクと現在のエンジン回転速度に基づく出力トルクとの偏差に基づいた比例補正量と、エンジン回転速度が変化した際に発生するエンジン回転速度の偏差に反比例した復元力分の比例補正量と、エンジンの回転速度の変化率に内燃機関の内部のイナーシャを乗じた微分補正量とから出力トルク補正量を推定する。
【００２１】
そして、これら現在の出力トルクと出力トルク補正量とに基づいて、目標出力トルクを推定して、この目標出力トルクに対応した吸気量となるように吸気量調整機構を制御するのである。
【００２２】
なお、目標エンジン回転速度に対応した出力トルクＨＰｏｂｊは、目標エンジン回転速度Ｎｏｂｊと内燃機関の現在のインマニュホールド圧力Ｐｂとに対応したものとして、例えば、下記式（１）で求められる。
ＨＰｏｂｊ＝ｆ1［Ｎｏｂｊ，Ｐｂ］ ・・・（１）
但し、ｆ1は対応関数であり、この演算は予め設定されたマップにより行なわれる。この場合は、インマニュホールド圧力Ｐｂとして目標エンジン回転速度で安定運転するときのインマニュホールド圧力を用いれば、厳密な出力トルクＨＰｏｂｊを算出することができるが、目標エンジン回転速度を安定運転するときのインマニュホールド圧力は計算で求めることができないため、ここでは、現在のインマニュホールド圧力Ｐｂを用いて目標エンジン回転速度に対応した出力トルクＨＰｏｂｊを算出する。なお、このように算出された出力トルクＨＰｏｂｊを用いても実用上問題はないものと考えられる。
【００２３】
まず、第１推定手段１０について説明すると、第１推定手段１０では、現時点の内燃機関の吸気量に対応する現在の出力トルクをスロットルポジションセンサから検出された現在のスロットル開度に基づいて推定する。
このとき、スロットル開度が変化することによってスロットル通過吸気流量が変化しても、その吸気が、吸気管全体を満たすために拡散するため、実際にエンジンに吸入される吸気量にはスロットル通過吸気流量に対して吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積に応じた応答遅れが生じる。
【００２４】
したがって、この第１推定手段１０では、現在の内燃機関の出力トルクが現在のスロットル開度に基づいて推定された吸気量に対して、吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積とに対応した一次遅れをもって変化するものとして、現在の内燃機関の出力トルクを推定するようになっている。
なお、このとき、第１推定手段１０で推定される現時点のスロットル通過吸気流量（推定吸気量）Ｐｏｓは、スロットルポジションセンサで検出されるスロットル開度ＴＰＳに対応したものとして、下記式（２）で求められる。
Ｐｏｓ＝ｆ2［ＴＰＳ］ ・・・（２）
但し、ｆ2は対応関数であり、この演算は予め設定されたマップにより行なわれる。
【００２５】
次に、この現時点のスロットル通過吸気流量（推定吸気量）Ｐｏｓに基づいて、第１推定手段１０で推定される上記の応答遅れを考慮しない現時点の仮出力トルクＸは、下記式（３）で求められる。
Ｘ＝Ｐｏｓ×τ ・・・（３）
但し、τは１８０°ＣＡ周期（ｓｅｃ）。
【００２６】
そして、吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積に応じた一次遅れの係数をＫANFとすると、第１推定手段１０で設定される現在の内燃機関の出力トルクＹ（ｎ）は、下記式（４）のように、推定吸気量Ｐｏｓに関する一次遅れを考慮して求められる。
Ｙ（ｎ）＝ＫANF・Ｙ（ｎ−１）＋（１−ＫANF）・Ｘ ・・・（４）
但し、係数ＫANFは、吸気管全体容積をＶＩＭ、内燃機関の気筒容積をＶCYLとすると、下記式（５）で求められる。
ＫANF＝ＶIM／（ＶIM＋ＶCYL） ・・・（５）
【００２７】
次に、第２推定手段２０について説明する。図１に示すように、第２推定手段２０は、出力トルク比例補正量推定手段２１と、復元力比例補正量推定手段２２と、微分補正量推定手段２３とをそなえて構成されている。
【００２８】
出力トルク比例補正量推定手段２１では、上記の目標エンジン回転速度に対応した出力トルクと現在のエンジン回転速度に基づく出力トルクとの偏差に基づいた比例補正量ΔＰｆを算出する。
まず、現在の内燃機関の出力トルクＨＰｅを内燃機関の現時点のエンジン回転速度Ｎｅとインマニュホールド圧力Ｐｂとに基づいて、下記式（６）で求める。
ＨＰｅ＝ｆ2［Ｎｅ・Ｐｂ］ ・・・（６）
【００２９】
そして、比例補正量ΔＰｆは、この現在の内燃機関の出力トルクＨＰｅと上記の目標エンジン回転速度に対応した出力トルクＨＰｏｂｊとの偏差として、下記式（７）で求められる。
ΔＰｆ＝ＨＰｏｂｊ−ＨＰｅ ・・・（７）
【００３０】
次に、復元力比例補正量推定手段２２では、上記の現時点でのエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、エンジン回転速度が変化した際に発生する、エンジン回転速度に反比例した復元力ΔＰｒを推定する。
この復元力ΔＰｒとは、スロットル開度が一定のとき、エンジン回転速度が低下すれば、内燃機関のシリンダに吸入される１周期当たりの吸気量が増大し、これに伴ってエンジン回転速度が上昇する特性、及び、スロットル開度が一定のとき、エンジン回転速度が上昇すれば、内燃機関のシリンダに吸入される１周期当たりの吸気量が減少し、これに伴ってエンジン回転速度が低下する特性によって、エンジン回転速度が変化してもエンジン回転速度の偏差に反比例してエンジン回転速度が復元する、その復元分を比例補正量としてあらわしたものである。
【００３１】
なお、ここでは、この復元力ΔＰｒが、エンジン回転速度が変化すれば、すぐに発生するものであると仮定して、応答遅れのない復元力ΔＰｒが推定される。そのため、復元力比例補正量推定手段２２において推定される復元力ΔＰｒは、下記式（８）で求められる。
ΔＰｒ＝（Ｎｏｂｊ−Ｎｅ）／Ｎｅ×ＨＰｏｊｂ ・・・（８）
【００３２】
次に、微分補正量推定手段２３では、エンジン回転速度の変化率に内燃機関の内部のイナーシャを乗じて微分補正量ΔＤを推定する。この内燃機関の内部のイナーシャは、内燃機関に固有のものであり、予め算出されるものである。
ここでは、まず、エンジン回転速度を下記式（９）で求める。
Ｎｅｉ［ｒｐｍ］＝３００００／τ［ｍｓ］ ・・・（９）
そして、エンジン回転速度変化率ＤＮｅ（ｎ）が２ストローク間の移動平均として、下記式（１０）で求められる。
ＤＮｅ（ｎ）＝｛Ｎｅｉ（ｎ）−Ｎｅｉ（ｎ−２）｝／２ ・・・（１０）
なお、ここで、エンジン回転速度変化率ＤＮｅ（ｎ）を１ストローク間の移動平均として、下記式（１１）で求めるようにしてもよい。
ＤＮｅ（ｎ）＝Ｎｅｉ（ｎ）−Ｎｅｉ（ｎ−１） ・・・（１１）
【００３３】
そして、微分補正量ΔＤは、下記式（１２）に示すように、エンジン回転速度変化率ＤＮｅ（ｎ）にイナーシャＫｌｅを乗じてイナーシャ分の回転トルクを算出し、これにエンジン回転速度Ｎｅを乗じて仕事率として、出力トルク変換係数ＫHPによりこの仕事率を出力トルクに変換することによって求められる。
ΔＤ＝ＤＮｅ（ｎ）×Ｋｌｅ×Ｎｅ×ＫHP ・・・（１２）
但し、出力トルク変換係数ＫHPは一定値である。
【００３４】
このように、第２推定手段２０では出力トルク補正量として、これら比例補正量ΔＰｆ，復元力ΔＰｒ，微分補正量ΔＤが推定される。
そして、目標出力トルク推定手段３０において、上記第１推定手段１０で推定された現在の内燃機関の出力トルクＹ（ｎ）と上記第２推定手段２０で推定された上記出力トルク補正量（即ち、比例補正量ΔＰｆ，復元力ΔＰｒ，微分補正量ΔＤ）とに基づいて、目標エンジン回転速度に対応した出力トルクとなるように補正を施された目標出力トルクＺが推定される。
【００３５】
この目標出力トルク推定手段３０において、目標出力トルクＺは下記式（１３）で設定される。
Ｚ＝Ｙ（ｎ）＋Ｋ（ΔＰｆ＋ΔＰｒ＋ΔＤ） ・・・（１３）
但し、Ｋはゲイン。
なお、このゲインＫは所定の値（例えば、２〜４）であるが、ゲインＫはスロットル前後の圧力比（即ち、インマニュホールド圧（Ｐｂ）／大気圧）に応じて変化させ、この圧力比が高いときにはゲインＫも高く設定される。
【００３６】
このように、目標出力トルク推定手段３０において設定される目標出力トルクＺには、スロットル開度対して吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積に応じた一次遅れが考慮されているとともに、負荷変動量を駆動するための出力トルクにフリクション分の比例補正、復元力分の比例補正、及び、エンジン回転速度差に応じた微分補正が施されているため正確な目標出力トルクが設定されることになる。
【００３７】
しかも、設定すべきゲインＫは１つだけであるため、内燃機関の開発時等において、このゲインＫの最適値を決定することが格段に容易になる。
そして、パラメータ変換手段４０において、目標出力トルクＺが目標出力トルクＺ相当のスロットル開度Ｐｏｓｏｂｊに下記式（１４）で変換される。
Ｐｏｓｏｂｊ＝ＫFB［Ｚ］ ・・・（１４）
但し、ＫFBはスロットル開度変換係数。
【００３８】
なお、パラメータ変換手段４０において、目標出力トルクＺ相当のスロットル開度Ｐｏｓｏｂｊを求める際に、出力トルク及びエンジン回転速度に対応してスロットル開度を予め記憶しているマップを用いて変換するようにしてもよい。
また、ここでは、目標出力トルクＺに相当するパラメータとしてスロットル開度を求めたが、このパラメータとしては、スロットル開度に限定されるものではなく、内燃機関の吸気量に対応するパラメータであればよく、このパラメータに基づいて、後述するコントローラ６０によって、目標出力トルクＺとなるように吸気量調整機構５０を制御するようにしてもよい。
そして、コントローラ６０が上記の目標出力トルクＺ相当のスロットル開度Ｐｏｓｏｂｊに基づいて、吸気量調整機構５０を制御することによって、内燃機関の空気量（吸気量）調整が行なわれるようになっている。
【００３９】
次に、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御方法について説明すると、図２に示すように、まず、第１ステップＳ１０において、上記の第１推定手段１０と同様に、内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクが推定される。
【００４０】
次に、第２ステップＳ２０において、内燃機関の目標エンジン回転速度と現在のエンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量が推定される。
この出力トルク補正量は、比例補正量ΔＰｆ，復元力ΔＰｒ，微分補正量ΔＤの合計であり、ここでは、比例補正量ΔＰｆが、上記の出力トルク比例補正量推定手段２１と同様に推定され、復元力ΔＰｒが上記の復元力比例補正量推定手段２２と同様に推定され、微分補正量ΔＤが上記の微分補正量推定手段２３と同様に推定される。
【００４１】
なお、これら比例補正量ΔＰｆ，復元力ΔＰｒ，微分補正量ΔＤはそれぞれが独立して推定されるものであり、これらを推定する順序は限定されるものではない。
また、上記の第１ステップＳ１０及び第２ステップＳ２０についても、これらを推定する順序は限定されるものではなく、少なくとも後述する第３ステップＳ３０が開始される前に、これら第１ステップＳ１０，第２ステップＳ２０が終了されていればよい。
【００４２】
そして、第３ステップＳ３０において、上記の目標出力トルク推定手段３０と同様に、上記第１ステップＳ１０で推定された現在の出力トルクと、上記第２ステップＳ２０で推定された出力トルク補正量とに基づいて、目標出力トルクが推定される。
次に、第４ステップＳ４０において、上記のパラメータ変換手段４０と同様に、上記第３ステップＳ３０で推定された目標出力トルクが、この目標出力トルクに相当するスロットル開度に変換される。
【００４３】
そして、第５ステップＳ５０において、上記第４ステップＳ４０で変換されたスロットル開度に基づいて、このスロットル開度に対応した吸気量となるように内燃機関の吸気量調整機構が制御される。
このような構成により、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御方法によって、アイドル運転時の内燃機関の運転が安定するのに好適な空気量が正確に制御されるようになる。
【００４４】
本発明の第１実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法は、上述のように構成されているので、第１推定手段１０で推定される現時点の吸気量に基づく現在の出力トルクが、現時点のスロットル開度に基づいて推定された吸気量に対して内燃機関の吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積とに対応した一次遅れをもって変化するものとして推定されるので、より正確に現在の出力トルクを推定することができる。
【００４５】
また、第２推定手段２０で推定される出力トルク補正量には、目標エンジン回転速度に対応した出力トルクと現在のエンジン回転速度に基づく出力トルクとの偏差に基づいた比例補正量ΔＰｆと、エンジン回転速度が変化した際に発生するエンジン回転速度の偏差に反比例した復元力ΔＰｒと、エンジンの回転速度の変化率に内燃機関の内部のイナーシャを乗じた微分補正量ΔＤとが含まれているため、厳密に出力トルク補正量を推定することができ、この出力トルク補正量に基づいて空気量制御を行うので、内燃機関のアイドル運転時におけるアイドル回転速度をより確実に安定化させることができる。
【００４６】
また、目標出力トルク推定手段３０において目標出力トルクを推定する際には、式（１３）に示すように、上記の出力トルク補正量にゲインＫを１つのみ掛け合わせた上で上記の現在の出力トルクに加えるだけでよくなる。
したがって、このゲインＫの調整が、上記の従来のような技術（即ち、ゲインが複数あるもの）と比較して、格段に容易になる。
【００４７】
また、負荷条件や大気条件等が変化した場合でも、これに対応して、適正なゲインＫの値を設定することができるので、負荷条件や大気条件に応じた最適な目標出力トルク及びこの目標出力トルク相当のスロットル開度を推定することが可能になる。
さらに、このように推定された目標出力トルクに対応して吸気量を調整するので、アイドル運転時の内燃機関の運転を安定化させることができるため、アイドル運転時にエンジン回転速度を下げても内燃機関がエンストを起こしにくくなり、燃費を向上させることができる。
【００４８】
また、内燃機関に負荷変動に応じたスロットル開度を学習する記憶部を設けて、負荷学習機能を備えた場合には、上記の従来のような技術では、スロットル開度の変動が激しいため、学習が困難である。しかし、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置では、吸気量を調整するパラメータとして、スロットル開度を用いているため、吸気量を調整する際に、調整前の現時点での目標エンジン回転速度に基づいて運転されている内燃機関のスロットル開度（スロットル開度基準値）との差で早期に負荷学習を行なうことができる。
【００４９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法を説明する。
本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置は、第２推定手段２０の復元力比例補正量推定手段２２において推定される復元力ΔＰｒが、エンジン回転速度が変化しても、すぐには発生せず、実際の応答遅れのある復元力ΔＰｒとして推定される点を除いては、上記の第１実施形態と同様であるため、その共通部分の説明は省略する。
【００５０】
なお、ここでは、上記の第１実施形態の図１を用いて本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置について説明する。また、本実施形態において、上記の第１実施形態と同符号のものは同様のものを示す。
本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置の第２推定手段２０の復元力比例補正量推定手段２２では、復元力ΔＰｒが、エンジン回転速度が変化してもすぐには発生せず、実際の応答遅れのある復元力ΔＰｒとして推定される。
【００５１】
そのため、まず、応答遅れのない復元力ΔＰｒ１を上記の式（８）と同様に、下記式（１５）で求める。
ΔＰｒ１＝（Ｎｏｂｊ−Ｎｅ）／Ｎｅ×ＨＰｏｊｂ ・・・（１５）
【００５２】
一方、復元力の応答遅れ分ΔＰｒｄｅｌａｙ（ｎ）を係数ＫANFに対応したものとして、下記式（１６）で求める。
ΔＰｒ＝ΔＰｒ１−ΔＰｒｄｅｌａｙ（ｎ） ・・・（１７）
【００５３】
このように、応答遅れのない復元力から応答遅れする復元力分を差し引くことによって、第１推定手段１０で推定される現在の出力トルクに対して過剰補正するようなことを抑制することができる。
また、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御方法については、上記の第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００５４】
本発明の第２実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法は、上述のように構成されているので、上記の第１実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、第２推定手段２０で推定される出力トルク補正量に含まれる復元力ΔＰｒが、実際の応答遅れを考慮したものであるため、第１推定手段１０で推定される現在の出力トルクに対して過剰に補正を施すことを抑制することができる。そのため、アイドル運転時の内燃機関のエンジン回転速度がオーバーシュートすることがなく、アイドル運転時の内燃機関の運転をより安定化させることができる。
【００５５】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法を説明すると、図３，図４は本発明の第３実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法を示すもので、図３はその全体構成図、図４はそのフローチャートである。
【００５６】
本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置では、後述する第１推定手段１００において、現在の出力トルク相当のスロットル開度を推定する際に用いる現在の出力トルクは、上記の第１実施形態の第１推定手段１０で推定される出力トルクＹ（ｎ）と同様のものであり、また、後述する第２推定手段２００において出力トルク補正量相当のスロットル開度を推定する際の、出力トルク補正量である比例補正量ΔＰｆ，復元力ΔＰｒ，微分補正量ΔＤは、上記の第１実施形態の第２推定手段２０で推定されるものと同様のものである。
【００５７】
したがって、ここでは、これら現在の出力トルク，出力トルク補正量として比例補正量ΔＰｆ，復元力ΔＰｒ，微分補正量ΔＤについては、その詳細な説明を省略する。なお、本実施形態において、第１実施形態のものと同符号のものは同様のものを示す。
図３に示すように、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御装置は、目標エンジン回転速度に基づいて運転されている内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクに相当するスロットル開度を推定する第１推定手段１００と、目標エンジン回転速度と現在のエンジン回転速度との偏差に対応する出力トルク補正量に相当するスロットル開度を推定する第２推定手段２００と、上記第１推定手段１００で推定された現在の出力トルク相当のスロットル開度と上記第２推定手段２００で推定された出力トルク補正量相当のスロットル開度とに基づいて目標スロットル開度を推定する目標スロットル開度推定手段３００と、上記目標スロットル開度に基づいて、内燃機関への吸気量を調整するスロットルバルブのアクチュエータ等からなる吸気量調整機構５０を制御する制御手段であるコントローラ６０とから構成されている。
【００５８】
第１推定手段１００では、上記の第１実施形態の第１推定手段１０と同様に、上記式（２）〜（５）に示すように、現時点の吸気量に対応した現在の出力トルクＹ（ｎ）が推定される。
そして、この出力トルクＹ（ｎ）に相当するスロットル開度ＰｏｓＥが、下記式（１８）で求められる。
ＰｏｓＥ＝Ｙ（ｎ）／τ ・・・（１８）
【００５９】
また、図３に示すように、第２推定手段２００は、目標エンジン回転速度に対応した出力トルクＨＰｏｂｊと現在のエンジン回転速度に基づく出力トルクとの偏差に対応した出力トルク比例補正量ΔＰｆに相当するスロットル開度ＰｏｓＰｆを推定する出力トルク比例補正量推定手段２１０と、現在のエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、エンジン回転速度が変化した際に発生する、エンジン回転速度に反比例した復元力ΔＰｒに相当するスロットル開度ＰｏｓＰｒを推定する復元力比例補正量推定手段２２０と、エンジン回転速度の変化率に内燃機関の内部のイナーシャを乗じて推定された微分補正量ΔＤに相当するスロットル開度ＰｏｓＤを推定する微分補正量推定手段２３０とをそなえて構成されている。
【００６０】
まず、出力トルク比例補正量推定手段２１０では、上記の第１実施形態の第２推定手段２０の出力トルク比例補正量推定手段２１と同様に、出力トルク比例補正量ΔＰｆが上記式（６），（７）により推定される。
そして、この出力トルク比例補正量ΔＰｆに相当するスロットル開度ＰｏｓＰｆが、下記式（１９）で求められる。
ＰｏｓＰｆ＝ΔＰｆ×Ｋpos ・・・（１９）
【００６１】
但し、Ｋposはスロットル開度変換係数であり、このスロットル開度変換係数Ｋposは、スロットル前後の圧力比（つまり、インマニュホールド圧力Ｐｂ／大気圧Ｐａｔｍ）に対応して決定される所定の値である。
即ち、このスロットル開度変換係数Ｋposは、スロットル前後の圧力比が臨界状態の領域（インマニュホールド圧力Ｐｂ／大気圧Ｐａｔｍ≦０．５２）では、吸気流量とスロットル開度が一定値（ｆ3）と比例関係にあるため、下記式（２０）で求められる。
Ｋpos＝１／ｆ3 ・・・（２０）
【００６２】
また、スロットル前後の圧力比が臨界状態を超える領域（インマニュホールド圧力Ｐｂ／大気圧Ｐａｔｍ＞０．５２）では、下記式（２１）で求められる。
Ｋpos＝１／ｆ4［Ｐｂ／Ｐａｔｍ］ ・・・（２１）
但し、ｆ4は対応関数であり、この演算は予め設定されたマップにより行なわれる。
なお、このスロットル前後の圧力比が臨界状態を超える領域において、スロットル開度変換係数Ｋposは、インマニュホールド圧力Ｐｂ／大気圧Ｐａｔｍが０．５２から１．０に近づくに伴って小さくなるようになっている。
【００６３】
次に、復元力比例補正量推定手段２２０では、上記の第１実施形態の第２推定手段２０の復元力比例補正量推定手段２２と同様に、復元力ΔＰｒが上記式（８）により推定される。
【００６４】
そして、この復元力ΔＰｒに相当するスロットル開度ＰｏｓＰｒが、下記式（２２）で求められる。
ＰｏｓＰｒ＝ΔＰｒ×Ｋpos ・・・（２２）
また、微分補正量推定手段２３０では、上記の第１実施形態の第２推定手段２０の微分補正量推定手段２３と同様に、微分補正量ΔＤが上記式（９）〜（１２）により推定される。
そして、この微分補正量ΔＤに相当するスロットル開度ＰｏｓＤが、下記式（２３）で求められる。
ＰｏｓＤ＝ΔＤ×Ｋpos ・・・（２３）
【００６５】
次に、目標スロットル開度推定手段３００について説明すると、この目標スロットル開度推定手段３００では、上記の第１推定手段１００で推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度ＰｏｓＥと第２推定手段２００で推定された出力トルク補正量に相当するスロットル開度ＰｏｓＰｆ，ＰｏｓＰｒ，ＰｏｓＤとに基づいて、目標スロットル開度Ｐｏｓｏｂｊが下記式（２４）で求められる。
【００６６】
Ｐｏｓｏｂｊ＝ＰｏｓＥ＋Ｋ´（ＰｏｓＰｆ＋ＰｏｓＰｒ＋ＰｏｓＤ）
・・・（２４）
但し、Ｋ´はゲインであり、このゲインＫ´は、上記の第１実施形態の式（１３）のゲインＫと同様に、所定の値（例えば、２〜４）であるが、スロットル前後の圧力比に応じて変化させ、この圧力比が高いときにはゲインＫ´も高く設定されるようになっている。
そして、コントローラ６０が、この目標スロットル開度Ｐｏｓｏｂｊに基づいて、内燃機関の吸気量調整機構５０を制御することによって、内燃機関の空気量（吸気量）調整が行なわれるようになっている。
【００６７】
次に、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御方法について説明すると、図４に示すように、まず、第１ステップＳ１００において、上記の第１推定手段１００と同様に、内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクに相当するスロットル開度が推定される。
【００６８】
次に、第２ステップＳ２００において、内燃機関の目標エンジン回転速度と現在のエンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量に相当するスロットル開度が推定される。
この出力トルク補正量に相当するスロットル開度は、比例補正量ΔＰｆ，復元力ΔＰｒ，微分補正量ΔＤに相当するスロットル開度の合計であり、ここでは、比例補正量ΔＰｆが、上記の出力トルク比例補正量推定手段２１０と同様に推定され、復元力ΔＰｒが上記の復元力比例補正量推定手段２２０と同様に推定され、微分補正量ΔＤが上記の微分補正量推定手段２３０と同様に推定される。
【００６９】
なお、これら比例補正量ΔＰｆ，復元力ΔＰｒ，微分補正量ΔＤに相当するスロットル開度は、それぞれが独立して推定されるものであり、これらを推定する順序は限定されるものではない。
また、上記の第１ステップＳ１００及び第２ステップＳ２００についても、これらを推定する順序は限定されるものではなく、少なくとも後述する第３ステップＳ３００が開始される前に、これら第１ステップＳ１００，第２ステップＳ２００が終了されていればよい。
【００７０】
そして、第３ステップＳ３００において、上記の目標スロットル開度推定手段３００と同様に、上記第１ステップＳ１００で推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度と、上記第２ステップＳ２００で推定された出力トルク補正量に相当するスロットル開度とに基づいて、目標スロットル開度が推定される。
【００７１】
次に、第４ステップＳ４００において、上記第３ステップＳ３００で推定された目標スロットル開度に基づいて、この目標スロットル開度に対応した吸気量となるように内燃機関の吸気量調整機構が制御される。
このような構成により、本実施形態にかかるアイドル運転時空気量制御方法によって、アイドル運転時の内燃機関の運転が安定するのに好適な空気量が正確に制御されるようになる。
【００７２】
本発明の第３実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置及びアイドル運転時空気量制御方法は、上述のように構成されているので、上記の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施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、上記の第３実施形態の第２推定手段２００の復元力比例補正量推定手段２２０において、ここで推定される復元力ΔＰｒが、上記の第２実施形態と同様に、エンジン回転速度が変化してもすぐには発生せず、実際の応答遅れのある復元力ΔＰｒとして推定されるように構成してもよい。
【００７４】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、第１推定手段で推定された内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクと、第２推定手段で推定された現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量とに基づいて目標出力トルクが推定され、この目標出力トルクに基づいて内燃機関のアイドル運転時空気量が制御されるので、アイドル運転時における内燃機関のアイドル回転速度を確実に安定化させることができる。
また、目標出力トルク推定手段で推定される目標出力トルクは、第１推定手段で推定された現在の出力トルクに、第２推定手段で推定された出力トルク補正量にスロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定されるので、目標出力トルクを推定する際は、出力トルク補正量にゲインＫを１つのみ掛け合わせた上で現在の出力トルクに加えるだけでよくなる。その結果、ゲインＫの調整が、上記の従来のような技術（即ち、ゲインが複数あるもの）と比較して、格段に容易になる。
しかも、かかるゲインＫがスロットルの前後の圧力比に応じて推定されるので、負荷条件や大気条件等が変化した場合でも、これに対応して、適正なゲインＫの値を設定することができるので、負荷条件や大気条件に応じた最適な目標出力トルク及びこの目標出力トルク相当のスロットル開度を推定することが可能になる。
【００７５】
また、請求項２記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、第１推定手段で推定される現在の出力トルクが、現時点のスロットル開度に基づいて推定された吸気量に対して内燃機関の吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積とに対応した一次遅れをもって変化するものとして推定されるので、より正確に現在の出力トルクを推定することができる。
【００７６】
また、請求項３記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、第２推定手段で推定される出力トルク補正量には、目標エンジン回転速度に対応した出力トルクと現在のエンジン回転速度に対応した出力トルクとの偏差に基づく出力トルク補正量が含まれているので、アイドル運転時における内燃機関のアイドル回転速度をより確実に安定化させることができる。
【００７７】
また、請求項４記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、第２推定手段で推定される出力トルク補正量には、目標エンジン回転速度と現在のエンジン回転速度との偏差に対応した復元力を考慮した出力トルク補正量が含まれているので、アイドル運転時における内燃機関のアイドル回転速度をより確実に安定化させることができる。
また、請求項５記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、かかる復元力が、エンジン回転速度の変化に対して応答遅れのない復元力から復元力の応答遅れ分を差し引くことによって求められる、エンジン回転速度の変化に対して応答遅れのある復元力であるので、第１推定手段で推定される現在の出力トルクに対して過剰に補正を施すことを抑制することができる。そのため、アイドル運転時の内燃機関のエンジン回転速度がオーバーシュートすることがなく、アイドル運転時の内燃機関の運転をより安定化させることができる。
【００７８】
また、請求項６記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、第２推定手段で推定される出力トルク補正量には、内燃機関の内部のイナーシャに依存する速度微分値に対応した出力トルク補正量が含まれているので、アイドル運転時における内燃機関のアイドル回転速度をより確実に安定化させることができる。
【００８１】
また、請求項７記載の本発明のアイドル運転時空気量制御装置によれば、第１推定手段で推定された内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクに相当するスロットル開度と、第２推定手段で推定された現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量に相当するスロットル開度とに基づいて目標スロットル開度が推定され、この目標スロットル開度に基づいて内燃機関のアイドル運転時空気量が制御されるので、アイドル運転時における内燃機関のアイドル回転速度を確実に安定化させることができる。
さらに、目標スロットル開度推定手段で推定される目標スロットル開度は、第１推定手段で推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度に、第２推定手段で推定された出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量にスロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定されるので、目標スロットル開度を推定する際は、スロットル開度補正量にゲインＫ´を１つのみ掛け合わせた上で現在の出力トルクに相当するスロットル開度に加えるだけでよくなる。その結果、ゲインＫ´の調整が、上記の従来のような技術（即ち、ゲインが複数あるもの）と比較して、格段に容易になる。
しかも、かかるゲインＫ´がスロットルの前後の圧力比に応じて推定されるので、負荷条件や大気条件等が変化した場合でも、これに対応して、適正なゲインＫ´の値を設定することができるので、負荷条件や大気条件に応じた最適な目標出力トルク相当のスロットル開度を推定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置を示す全体構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態としてのアイドル運転時空気量制御方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第３実施形態としてのアイドル運転時空気量制御装置を示す全体構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態としてのアイドル運転時空気量制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０，１００ 第１推定手段
２０，２００ 第２推定手段
２１，２１０ 出力トルク比例補正量推定手段
２２，２２０ 復元力比例補正量推定手段
２３，２３０ 微分補正量推定手段
３０，３００ 目標出力トルク推定手段
４０ パラメータ変換手段
５０ 吸気量調整機構
６０ コントローラ
Ｓ１０，Ｓ１００ 第１ステップ
Ｓ２０，Ｓ２００ 第２ステップ
Ｓ３０，Ｓ３００ 第３ステップ
Ｓ４０，Ｓ４００ 第４ステップ
Ｓ５０ 第５ステップ
Claims (9)
- 内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクを推定する第１推定手段と、
該内燃機関の現在のエンジン回転速度と、目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量を推定する第２推定手段と、
該第１推定手段で推定された上記の現在の出力トルクと該第２推定手段で推定された該出力トルク補正量とに基づいて目標出力トルクを推定する目標出力トルク推定手段と、
該目標出力トルク推定手段で推定された該目標出力トルクを該目標出力トルクに相当するスロットル開度に変換するパラメータ変換手段と、
該パラメータ変換手段で変換された該スロットル開度に対応した吸気量となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する制御手段とをそなえ、
該目標出力トルク推定手段で推定される該目標出力トルクは、該第１推定手段で推定された現在の出力トルクに、該第２推定手段で推定された該出力トルク補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定される
ことを特徴とする、アイドル運転時空気量制御装置。 - 該第１推定手段で推定される上記の現在の出力トルクが、現時点のスロットル開度に基づいて推定された吸気量に対して該内燃機関の吸気管全体容積と内燃機関の気筒容積とに対応した一次遅れをもって変化するものとして推定される
ことを特徴とする、請求項１記載のアイドル運転時空気量制御装置。 - 該第２推定手段で推定される出力トルク補正量には、該目標エンジン回転速度に対応した出力トルクと現在のエンジン回転速度に対応した出力トルクとの偏差に基づく出力トルク補正量が含まれている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のアイドル運転時空気量制御装置。 - 該第２推定手段で推定される出力トルク補正量には、該目標エンジン回転速度と現在のエンジン回転速度との偏差に対応した復元力を考慮した出力トルク補正量が含まれている
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアイドル運転時空気量制御装置。 - 該復元力が、エンジン回転速度の変化に対して応答遅れのない復元力から復元力の応答遅れ分を差し引くことによって求められる、該エンジン回転速度の変化に対して応答遅れのある復元力である
ことを特徴とする、請求項４記載のアイドル運転時空気量制御装置。 - 該第２推定手段で推定される出力トルク補正量には、該内燃機関の内部のイナーシャに依存する速度微分値に対応した出力トルク補正量が含まれている
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアイドル運転時空気量制御装置。 - 内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応した現在の出力トルクに相当するスロットル開度を推定する第１推定手段と、
該内燃機関の現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量を推定する第２推定手段と、
該第１推定手段で推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度と、該第２推定手段で推定された該出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量とに基づいて目標スロットル開度を推定する目標スロットル開度推定手段と、
該目標スロットル開度推定手段で推定された該目標スロットル開度となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する制御手段とをそなえ、
該目標スロットル開度推定手段で推定される該目標スロットル開度は、該第１推定手段で推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度に、該第２推定手段で推定された該出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定される
ことを特徴とする、アイドル運転時空気量制御装置。 - 内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応する現在の出力トルクを推定する第１ステップと、
該内燃機関の現在のエンジン回転速度と、目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量を推定する第２ステップと、
該第１ステップで推定された上記の現在の出力トルクと該第２ステップで推定された該出力トルク補正量とに基づいて目標出力トルクを推定する第３ステップと、
該第３ステップで推定された該目標出力トルクを該目標出力トルクに相当するスロットル開度に変換する第４ステップと、
該第４ステップで変換された上記の目標出力トルクに相当するスロットル開度に対応した吸気量となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する第５ステップとをそなえ、
該第３ステップで推定される該目標出力トルクは、該第１ステップで推定された現在の出力トルクに、該第２ステップで推定された該出力トルク補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定される
ことを特徴とする、アイドル運転時空気量制御方法。 - 内燃機関のアイドル運転時に、該内燃機関の現時点の吸気量に対応した現在の出力トルクに相当するスロットル開度を推定する第１ステップと、
該内燃機関の現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差に対応した出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量を推定する第２ステップと、
該第１ステップで推定された上記の現在の出力トルクに相当するスロットル開度と、該第２ステップで推定された該出力トルク補正量に相当する該スロットル開度補正量とに基づいて目標スロットル開度を推定する第３ステップと、
該第３ステップで推定された該目標スロットル開度に対応した吸気量となるように該内燃機関の吸気量調整機構を制御する第４ステップとをそなえ、
該第３ステップで推定される該目標スロットル開度は、該第１ステップで推定された現在の出力トルクに相当するスロットル開度に、該第２ステップで推定された該出力トルク補正量に相当するスロットル開度補正量に該スロットルの前後の圧力比に応じて推定されるゲインを乗じたものを加算することによって推定される
ことを特徴とする、アイドル運転時空気量制御方法。
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