(57)【要約】【課題】内燃機関への吸入空気量を適切に算出することができるようにする。【解決手段】吸入空気量を検出するためのエアフローセンサと、燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた内燃機関を制御する内燃機関のＥＣＵ１００において、所定の取得周期毎の取得時点において、エアフローセンサのセンサ値を取得するセンサ値取得部３０１と、センサ値取得部３０１が取得したセンサ値を、センサ値の取得時刻と対応付けて記憶部３０３に格納するセンサ情報格納部３０２と、取得周期よりも長い所定の演算周期毎の演算時点において、センサ値及び取得時刻に基づいて、演算周期に対応する、演算周期と同じ時間幅を持つ所定の積算期間における吸入空気量を算出する空気量演算部３０６と、を備えるように構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気量を検出するための吸入空気量検出用センサと、燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
所定の取得周期毎の取得時点において、前記吸入空気量検出用センサのセンサ値を取得するセンサ値取得部と、
前記センサ値取得部が取得したセンサ値を、前記センサ値の取得時刻と対応付けて記憶部に格納するセンサ情報格納部と、
前記取得周期よりも長い所定の演算周期毎の演算時点において、前記センサ値及び前記取得時刻に基づいて、前記演算周期に対応する、前記演算周期と同じ時間幅を持つ所定の積算期間における吸入空気量を算出する空気量算出部と、
を備える内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記空気量算出部により算出された前記吸入空気量に基づいて、前記燃料噴射弁により噴射させる前記燃料の噴射量を制御する燃料噴射制御部をさらに備える
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記空気量算出部により算出された前記吸入空気量を、前記所定の積算期間の時間幅で除算することにより、前記積算期間における平均の吸入空気流量である平均吸入空気流量を算出する空気流量算出部をさらに備え、
前記燃料噴射制御部は、前記平均吸入空気流量に基づいて、前記燃料噴射弁により噴射させる前記燃料の噴射量を決定する
請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記演算周期に対応する前記所定の積算期間は、前記演算時点よりも前の期間であって、前記積算期間の終了時点と前記演算時点との間に、前記取得時点が到来する期間であり、
前記演算時点に基づいて、前記積算期間の開始時点又は終了時点となる端点の時刻を前記記憶部に格納する端点情報格納部をさらに備え、
前記空気量算出部は、前記センサ値及び前記取得時刻と、前記端点の時刻とに基づいて、前記演算周期に対応する前記所定の積算期間における吸入空気量を算出する
請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記空気量算出部は、前記積算期間の開始時点及び終了時点のそれぞれに対して、その時点におけるセンサ値がない場合に、直前の時刻及びその時刻におけるセンサ値と、直後の時刻及びその時刻におけるセンサ値とに基づいて前記積算期間の開始時点及び終了時点における吸入空気流量を推定し、前記積算期間の開始時点及び終了時点における推定した吸入空気流量と、前記積算期間に測定されたセンサ値とに基づいて、前記演算周期に対応する前記所定の積算期間における吸入空気量を算出する
請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記空気量算出部は、前記積算期間の開始時点及び終了時点と、前記積算期間における前記取得時点との内の連続する２つの時点の間における吸入空気量を、その間において吸入空気流量が直線的に変化したとして算出する
請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記空気量算出部は、前記積算期間の終了時点における吸入空気量を終了時点又はその直後に測定されたセンサ値とし、前記積算期間の開始時点及び終了時点と、前記積算期間における取得時点との内の連続する２つの時点の間における吸入空気量を、その間における吸入空気流量が、後ろの時点における吸入空気流量で一定であるとして算出する
請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記端点情報格納部は、それぞれの前記演算時点において、前記演算時点から前記取得周期以上の所定の時間を減算した時刻を前記積算期間の端点として前記記憶部に格納する
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記端点情報格納部は、それぞれの前記演算時点において、前記演算周期から前記取得周期を減算した時間以下の所定の時間を前記演算時点に加算した時刻を前記積算期間の端点として前記記憶部に格納する
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記演算周期に対応する前記所定の積算期間は、前記演算周期の一周期と同じであり、
前記空気量算出部は、前記積算期間における開始時点又は取得時点から直後の取得時点までの吸入空気流量を、直後の取得時点におけるセンサ値とし、前記積算期間の終了時点の直前の取得時点から前記積算期間の終了時点までの吸入空気流量を、前記積算期間の終了時点の直前の取得時点におけるセンサ値として、前記積算期間における暫定的な吸入空気量を算出し、
前記暫定的な吸入空気量から、前記積算期間の開始時点の直前の取得点における第１のセンサ値から開始時点の直後の取得点における第２のセンサ値を減算した値と、前記直前の取得点から前記開始時点までの時間とを乗算して得られる空気量を減算したものを、前記積算期間における吸入空気量とする
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸入空気量を検出するための吸入空気量検出用センサと、燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の車両の燃費や排気の規制が強化されつつあり、規制は今後も益々厳しくなる傾向にある。内燃機関への吸入空気量は、燃料噴射量演算に使用されるパラメータであり、今後の規制に対応するためには、吸入空気量を高精度に検出することが重要となる。吸入空気量を測定するエアフローセンサの出力結果は、燃費・排気性能を左右するため、エアフローセンサの吸入空気量の検出精度を上げるための技術開発が盛んに行われている。
【０００３】
吸入空気量を計測するためのエアフローセンサとしては、例えば、熱線式エアフローセンサが用いられている。このエアフローセンサの検出信号としては、発熱抵抗体からの信号に基づいて空気量に応じて電圧値を変える電圧信号や、空気量に応じて出力パルスの周期を変える周波数信号が使われることが多い。
【０００４】
また、圧力や湿度などのセンサを搭載したエアフローセンサが知られており、このようなエアフローセンサでは、１本の信号線を用いて複数種類のセンサ値を送信するＳＥＮＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｅｄｇｅ  Ｎｉｂｂｌｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）通信が使われているものもある。
【０００５】
ところで、内燃機関においてはピストンの往復運動や吸気バルブの開閉弁動作により吸気管内に吸気脈動が発生するため、定常状態においても熱線式エアフローセンサの検出信号は機関回転数と吸気脈動に同期した変動が発生する。
【０００６】
特に、スロットルバルブの上流に配置される熱線式エアフローセンサは、スロットルバルブが全開側に操作されると吸気脈動の影響を受けやすくなる。例えば、検出タイミングが空気流量の大きい位相に一致していると、実際の空気流量よりも大きな空気流量を検出し、逆に検出タイミングが空気流量の小さい位相に一致していると、実際の空気流量よりも小さな空気流量を検出してしまう。
【０００７】
これに対して、特許文献１には、複数個のサンプルデータを平均化することで、吸気脈動の影響を低減する技術が開示されている。特許文献１に開示の技術では、短いクランク角間隔による空気流量検出タイミングを設けることで、回転数の変化に関わらず常に同数の検出値を得ることができ、平均流量を演算する所定のクランク角度間においてそれらの検出値を平均化することで、脈動影響を受けにくくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−１２３３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示の技術によると、回転数が変化してもクランク角間隔に同期してサンプリングするため、一回転で同数のサンプリングが可能であり、一定の回転数で運転している場合は平均化した値が平均流量を示すと考えられる。
【００１０】
しかしながら、エンジン回転数が変動した場合は、前回サンプリングした検出値から今回サンプリングした検出値までの経過時間が異なる。例えば、回転数が上昇中の場合は、前回値から今回値までの経過時間は次第に短くなり、逆に回転数が低下中の場合は、前回値から今回値までの経過時間は次第に長くなる。
【００１１】
このため、通常の平均処理（検出値の加算値を検出数で平均化）では、平均吸入空気流量を演算する所定のクランク角度間において、夫々の、検出値の重み付けが異なるため、平均吸入空気流量を高精度に得られない虞がある。
【００１２】
また、熱線式エアフローセンサのセンサ値に基づいて、或る期間における吸入空気量（吸入空気質量）を算出（推定）して、吸入空気量、又は、吸入空気量に基づいて算出された平均吸入空気流量を利用して内燃機関を制御することがあるが、上記した吸気脈動の影響を受けて、吸入空気量を高精度に算出することができない。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、内燃機関の吸入空気量を適切に算出（推定）することのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、一観点に係る内燃機関の制御装置は、吸入空気量を検出するための吸入空気量検出用センサと、燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、所定の取得周期毎の取得時点において、吸入空気量検出用センサのセンサ値を取得するセンサ値取得部と、センサ値取得部が取得したセンサ値を、センサ値の取得時刻と対応付けて記憶部に格納するセンサ情報格納部と、取得周期よりも長い所定の演算周期毎の演算時点において、センサ値及び取得時刻に基づいて、演算周期に対応する、演算周期と同じ時間幅を持つ所定の積算期間における吸入空気量を算出する空気量算出部と、を備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、内燃機関の吸入空気量を適切に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、第１実施形態に係る制御装置を含む内燃機関システムの全体構成図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係るＥＣＵの機能構成図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る吸入空気量と、吸入空気流量の取得周期、吸入空気量の演算を行う演算周期、吸入空気量の演算の対象とする積算期間との関係、及び吸入空気量の算出方法を説明する図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係るＥＣＵの燃料噴射制御処理のフローチャートである。
【図５】図５は、第２実施形態に係るＥＣＵの機能構成図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係るＥＣＵの燃料噴射制御処理のフローチャートである。
【図７】図７は、第３実施形態に係るＥＣＵの機能構成図である。
【図８】図８は、第３実施形態に係る吸入空気量の算出方法を説明する図である。
【図９】図９は、第４実施形態に係る吸入空気量の算出方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
いくつかの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１８】
まず、第１実施形態に係る内燃機関システムについて説明する。
【００１９】
図１は、第１実施形態に係る制御装置を含む内燃機関システムの全体構成図である。なお、図１においては、エンジン１０の複数の気筒のうちの一つの気筒のみについて示している。
【００２０】
内燃機関システム１は、内燃機関の一例としてのエンジン１０と、内燃機関の制御装置の一例としてのＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１００と、を備える。エンジン１０は、例えば、４つの気筒（シリンダ）１２を備えた火花点火式の内燃機関である。エンジン１０は、シリンダヘッド１１ａ及びシリンダブロック１１ｂを有するエンジン本体部１１を備える。エンジン本体部１１には、複数のシリンダ１２が形成されている。各シリンダ１２内には、ピストン１５が摺動自在に嵌挿されている。ピストン１５は、コンロッド１４を介してクランク軸（図示せず）に連結されている。
【００２１】
また、ピストン１５の上方には、所定形状の天井部を有する燃焼室１７が形成されている。各気筒の燃焼室１７に対応して、点火コイル３４から高電圧化された点火信号が供給される点火プラグ３５が配設されている。
【００２２】
燃焼室１７は、エアクリーナ１９、スロットルバルブ２５、コレクタ２７、吸気マニホールド２８、吸気ポート２９等を備えた吸気通路２０と連通可能となっている。また、燃焼室１７は、排気ポート４１、排気マニホールド４２、三元触媒６０等を備えた排気通路４０と連通可能となっている。
【００２３】
図示しない吸気口から吸入される空気（吸入空気）は、エアクリーナ１９、及びスロットルバルブ２５を介して、コレクタ２７に流れる。コレクタ２７に流入した空気は、エンジン１０の各気筒に接続された吸気マニホールド２８、及び吸気通路２０の下流端である吸気ポート２９の端部に配置された吸気バルブ２１を介して、燃焼室１７に吸入される。なお、吸気バルブ２１は、吸気カム軸２３により開閉駆動される。
【００２４】
また、吸気通路２０のエアクリーナ１９の下流側且つスロットルバルブ２５の上流側には、吸入空気の流量を検出する吸入空気量検出用センサの一例としてのエアフローセンサ５０が配設されている。エアフローセンサ５０は、吸気通路２０の吸入空気が流れる領域中に配置されたホットワイヤ（発熱抵抗体）を有する。エアフローセンサ５０では、吸入空気流量（質量流量）が大きくなるに従って、ホットワイヤに流れる電流値が増加し、吸入空気流量が小さくなるに従ってホットワイヤに流れる電流値が減少するようにブリッジ回路が構成されている。
【００２５】
エアフローセンサ５０は、ホットワイヤに流れる発熱抵抗電流値（吸入空気流量に対応）を電圧信号として抽出し、センサ値（例えば、電圧、周波数信号、またはＳＥＮＴ通信のデータ）をＥＣＵ１００へ送信する。なお、本実施形態では、エアフローセンサ５０は、ＳＥＮＴ通信を行う場合には、所定の周期（計測周期：例えば、０．９５ｍｓ）毎に吸入空気流量に対応するセンサ値を送信する。
【００２６】
吸気通路２０の吸気マニホールド２８には、吸気ポート２９へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁３０が気筒毎に臨設されている。燃料タンク５３に貯留された燃料は、燃料ポンプ５４や燃料レギュレータ５５等の燃料供給機構により所定の燃圧に調圧されて燃料噴射弁３０に供給される。
【００２７】
所定燃圧の燃料が供給された燃料噴射弁３０は、ＥＣＵ１００から供給されるエンジン負荷等の運転状態に応じたデューティ（パルス幅：開弁時間に相当する）を有する燃料噴射パルス信号によって開弁駆動され、その開弁時間に応じた量の燃料を吸気ポート２９内に噴射する。
【００２８】
吸気通路２０を介して吸入された空気と、燃料噴射弁３０から噴射された燃料との混合気は、吸気バルブ２１を介して燃焼室１７へ吸入され、点火コイル３４に接続された点火プラグ３５による火花点火によって燃焼される。
【００２９】
燃焼により発生した排気ガスは、排気カム軸２４により開閉駆動される排気バルブ２２を介して燃焼室１７から排気され、排気ポート４１、排気マニホールド４２を介して三元触媒６０に導かれる。三元触媒６０は、アルミナやセリアなどの担体に白金やパラジウムなどを塗布した排気ガス浄化用の触媒であり、排気ガスを浄化する排気浄化処理を行う。三元触媒６０により浄化された排気ガスは、下流へと流れて、最終的には大気へ放出される。
【００３０】
三元触媒６０の上流側には、三元触媒前空燃比に対して線形の出力特性を有するリニア空燃比センサ５１が配設され、三元触媒６０の下流側には、三元触媒後空燃比がストイキ（理論空燃比）よりもリッチ側かリーン側かを識別するためのスイッチング信号を出力するＯ２センサ５２が配設されている。
【００３１】
内燃機関システム１においては、アクセルペダル６９によるアクセル開度を検出するアクセル開度センサ７０等が備えられている。
【００３２】
ＥＣＵ１００は、例えば、プロセッサ、メモリ等を備えるマイクロコンピュータを内蔵しており、アクセル開度センサ７０からのアクセル開度信号等に基づいて、燃料噴射弁３０による燃料噴射を制御する処理（空燃比制御処理）や、点火プラグ３５による点火時期を制御する処理や、エアフローセンサ５０からのセンサ値（吸入空気流量）に基づいて、吸入空気量を算出する処理等を実行する。
【００３３】
図２は、第１実施形態に係るＥＣＵの機能構成図である。図３は、第１実施形態に係る吸入空気量と、吸入空気流量の取得周期、吸入空気量の演算を行う演算周期、吸入空気量の演算の対象とする積算期間との関係、及び吸入空気量の算出方法を説明する図である。
【００３４】
ＥＣＵ１００は、センサ値取得部３０１と、センサ情報格納部３０２と、記憶部３０３と、演算処理実行フラグ設定部３０４と、端点情報格納部３０５と、空気量算出部及び空気流量算出部の一例としての空気量演算部３０６と、燃料噴射制御部３０７とを備える。記憶部３０３は、ＥＣＵ１００のメモリによって構成され、センサ値取得部３０１、センサ情報格納部３０２、演算処理実行フラグ設定部３０４、端点情報格納部３０５、空気量演算部３０６、及び燃料噴射制御部３０７は、ＥＣＵ１００のマイクロコンピュータのプロセッサがプログラムを実行することにより構成される。なお、センサ値取得部３０１、センサ情報格納部３０２、演算処理実行フラグ設定部３０４、端点情報格納部３０５、空気量演算部３０６、及び燃料噴射制御部３０７の少なくとも一つをハードウェアで構成するようにしてもよい。
【００３５】
センサ値取得部３０１は、所定の取得周期（例えば、０．９５ｍｓ）でエアフローセンサ５０からのセンサ信号（センサ値）を取得（受信またはサンプリング）し、センサ情報格納部３０２に渡す。ここで、センサ信号が周波数やＳＥＮＴ通信のデータなどのデジタル方式で送信される信号である場合には、センサ値取得部３０は、エアフローセンサ５０から所定の取得周期で送信されるセンサ信号を受信し、センサ信号が電圧、すなわちアナログ方式で送信される信号である場合には、センサ値取得部３０は、所定の取得周期（例えば、０．９５ｍｓ）でセンサ信号のサンプリングを行う。本実施形態では、図３の空気流量の変化を示す線Ａ上の丸印が、各取得時点における空気流量を示しており、取得周期は、例えば、０．９５ｍｓとなっている。なお、取得周期は、後述する演算周期よりも周期が短くなっている。
【００３６】
センサ情報格納部３０２は、センサ値取得部３０１により取得されたセンサ信号に対応する空気流量値と、そのセンサ信号を取得した時刻（取得時刻）とを含むセンサ情報を記憶部３０３に格納する。なお、センサ信号を取得した時刻については、ＥＣＵ１００に内蔵された図示しないタイマーから取得するようにしてもよい。
【００３７】
記憶部３０３は、端点情報格納部３０５により格納される積算期間端点情報３１０と、センサ情報格納部３０２により格納されるセンサ情報３１１と、を格納する。
【００３８】
演算処理実行フラグ設定部３０４は、演算処理を実行する周期（演算周期）の終了時に、演算処理実行フラグｆｅｎを演算処理実行周期の終了を示す１に設定する。本実施形態では、演算周期の終了時が、空気量演算部３０６による後述する吸入空気量を演算する処理を行うタイミング（演算時点：演算タイミング）となる。本実施形態では、例えば、図３に示すように、演算周期を取得周期よりも長い２ｍｓとしている。
【００３９】
端点情報格納部３０５は、演算処理実行フラグｆｅｎが１に設定されると、この演算周期に対応する吸入空気量を積算する期間（積算期間）の端点の時刻を特定し、端点の時刻を積算期間端点情報として記憶部３０３に格納する。本実施形態では、図３に示すように、演算周期の終了時点から、所定の時間（調整時間）だけ前の演算周期と同じ時間幅の期間を、この演算周期に対応する空気流量を算出する対象とする積算期間としており、端点情報格納部３０５は、演算周期の終了時点よりも所定の時刻だけ前の時刻を、今回の演算周期に対応する積算期間の終了時点（次回の演算周期に対応する積算期間の開始時点）と特定し、この終了時点（終了時刻）を記憶部３０３に格納する。本実施形態では、調整時間としては、センサ値の取得周期以上の時間としている。このように、調整時間を取得周期以上とすることにより、積算期間の終了時点と、演算周期の終了時点との間に、必ず吸入空気流量のセンサ値が取得されることが保証されることとなる。特に、ＥＣＵ１００における実際の処理においては、演算周期がずれてしまう可能性があるが、演算周期がずれてしまった場合であっても、積算期間の終了時点と、演算周期の終了時点との間に、吸入空気流量のセンサ値が取得される取得時点が到来することが確実に保証されることとなる。なお、演算周期に対応する所定の積算期間は、上記に限られず、演算時点よりも前の期間であって、積算期間の終了時点と演算時点との間に、取得時点が到来する期間であればよい。
【００４０】
例えば、図３に示す時点ｔｎにおける演算時点においては、端点情報格納部３０５は、時点ｔｎよりも取得周期だけ前の時点ｔｅを算出し、この時点ｔｅを積算期間の終了時点として記憶部３０３に格納する。なお、調整時間を取得周期と同じにすると、演算時点において計算される吸入空気量と実際の吸入空気量との遅れ時間を最小にすることができる。
【００４１】
空気量演算部３０６は、演算処理実行フラグｆｅｎ＝１になった場合には、記憶部３０３に記憶したセンサ情報３１１と、積算期間端点情報３１０とに基づいて、演算周期に対応する積算期間における吸入空気量を算出し、この積算期間における平均吸入空気流量を算出する処理を行い、平均吸入空気流量を燃料噴射制御部３０７に通知する。
【００４２】
ここで、空気量演算部３０６による、時点ｔｎにおける演算時点における吸入空気量及び平均吸入空気流量を算出する処理について図３を参照して具体的に説明する。
【００４３】
空気量演算部３０６は、積算期間の開始時点ｔｓ（直前の演算周期に対応する積算期間の終了時点に対応）と、積算期間の終了時点ｔｅとの時刻を記憶部３０３から取得するとともに、開始時点ｔｓ以前から終了時点ｔｅ以降の範囲において取得されたセンサ情報（
センサ値及び取得時刻）を記憶部３０３から取得する。
【００４４】
次いで、空気量演算部３０６は、開始時点ｔｓの直前のセンサ情報（時点ｔ１、センサ値Ｑ１）と、開始時点ｔｓの直後のセンサ情報（時点ｔ２、センサ値Ｑ２）とに基づいて、開始時点ｔｓにおける空気流量Ｑｓを算出する。本実施形態では、例えば、時点ｔ１から時点ｔ２には、センサ値が直線的に変化したとして、空気流量Ｑｓを算出する。
【００４５】
具体的には、空気量演算部３０６は、例えば、以下の式（１）に基づいて、空気流量Ｑｓを算出する。
【００４６】
Ｑｓ＝Ｑ１＋（ｔｓ−ｔ１）×（Ｑ２−Ｑ１）／（ｔ２−ｔ１）・・・（１）
【００４７】
また、空気量演算部３０６は、終了時点ｔｅの直前のセンサ情報（時点ｔ３、センサ値Ｑ３）と、終了時点ｔｅの直後のセンサ情報（時点ｔ４、センサ値Ｑ４）とに基づいて、開始時点ｔｅにおける空気流量Ｑｅを算出する。
【００４８】
具体的には、空気量演算部３０６は、例えば、以下の式（２）に基づいて、空気流量Ｑｅを算出する。
【００４９】
Ｑｅ＝Ｑ３＋（ｔｅ−ｔ３）×（Ｑ４−Ｑ３）／（ｔ４−ｔ３）・・・（２）
【００５０】
次いで、空気量演算部３０６は、開始時点ｔｓと時点ｔ２との間の吸入空気量Ｓ１、開始時点ｔ２と時点ｔ３との間の吸入空気量Ｓ２、開始時点ｔ３と時点ｔｅとの間の吸入空気量Ｓ３を、以下の式（３）〜（５）により算出する。なお、本実施形態では、各時点の間においては、吸入空気流量が直線的に変化したとして、各時点間の吸入空気量を算出している。
【００５１】
Ｓ１＝（Ｑ２＋Ｑｓ）×（ｔ２−ｔｓ）／２  ・・・（３）
Ｓ２＝（Ｑ３＋Ｑ２）×（ｔ３−ｔ２）／２  ・・・（４）
Ｓ３＝（Ｑｅ＋Ｑ３）×（ｔｅ―ｔ３）／２  ・・・（５）
【００５２】
次いで、空気量演算部３０６は、Ｓ１と、Ｓ２と、Ｓ３とを合計することにより積算期間（開始時点ｔｓ〜終了時点ｔｅ）における吸入空気量Ｓｔｔｌを算出する。
【００５３】
次いで、空気量演算部３０６は、積算期間における吸入空気量を、積算期間の時間（ｔｅ−ｔｓ）で除算することにより、積算期間における平均吸入空気流量Ｑａｖｅを算出する。
【００５４】
燃料噴射制御部３０７は、空気量演算部３０６から取得した平均吸入空気流量Ｑａｖｅと、エンジン１０の回転数と、アクセル開度等から算出された目標空燃比等に基づいて、燃料噴射量を決定し、決定した燃料噴射量を実現するための駆動パルス信号を燃料噴射弁３０に供給することにより、燃料噴射弁３０による燃料噴射量を制御する。
【００５５】
例えば、エンジン１０が４ストロークの４気筒エンジンである場合における燃料噴射制御部３０７による燃料噴射量の算出方法について説明する。
【００５６】
エンジン回転数Ｎｅ［ｒ／ｍｉｎ］では、１シリンダの単位時間当たりのサイクル数は、Ｎｅ／１２０［回／ｓ］であるので、１サイクルの１シリンダあたりのシリンダ吸入空気量Ｍｃ［ｇ］は、以下の式（６）で算出される。
【００５７】
Ｍｃ＝Ｑａｖｅ×１２０／Ｎｅ・・・（６）
【００５８】
燃料噴射制御部３０７は、シリンダ吸入空気量Ｍｃ［ｇ］と、目標空燃比とから一つのシリンダあたりの燃料噴射量を算出する。
【００５９】
次に、ＥＣＵ１００の燃料噴射制御処理の動作について説明する。
【００６０】
図４は、第１実施形態に係るＥＣＵの燃料噴射制御処理のフローチャートである。
【００６１】
燃料噴射制御処理は、エンジン１０を動作させている際に実行される処理である。
【００６２】
まず、ＥＣＵ１００のセンサ値取得部３０１は、所定の取得周期毎に、エアフローセンサ５０から送信されるセンサ値を取得し、取得したセンサ値をセンサ情報格納部３０２に渡す（ステップＳ１１）。
【００６３】
次いで、センサ情報格納部３０２は、センサ値取得部３０１から受け取ったセンサ値と、そのセンサ値の取得時刻とを対応付けたセンサ情報を記憶部３０３に格納する（ステップＳ１２）。
【００６４】
次いで、端点情報格納部３０５と、空気量演算部３０６は、演算処理実行フラグ設定部３０４により設定された演算処理実行フラグｆｅｎが１であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。この結果、演算処理実行フラグｆｅｎが１でない場合、すなわち、演算処理実行フラグｆｅｎが０である場合（ステップＳ１３：ＮＯ）には、積算期間の端点を決定する時点及び平均吸入空気流量Ｑａｖｅを算出する時点になっていないことを示しているので、空気量演算部３０６は、処理をステップＳ１１に進める。
【００６５】
一方、演算処理実行フラグｆｅｎが１である場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）には、端点情報格納部３０５は、この演算周期に対応する吸入空気量を積算する期間（積算期間）の終点の時刻を特定し、終点の時刻を積算期間端点情報として記憶部３０３に格納する（ステップＳ１４）。
【００６６】
次いで、空気量演算部３０６は、記憶部３０３に記憶したセンサ情報３１１と、積算期間端点情報３１０とに基づいて、この演算周期に対応する積算期間における吸入空気量を算出し（ステップＳ１５）、この積算期間における平均吸入空気流量を算出し（ステップＳ１６）、平均吸入空気流量Ｑａｖｅを燃料噴射制御部３０７に通知する。
【００６７】
次いで、演算処理実行フラグ設定部３０４は、平均吸入空気流量を算出する処理を終えたので、演算処理実行フラグｆｅｎを０に設定する（ステップＳ１７）。
【００６８】
次いで、燃料噴射制御部３０７は、通知された平均吸入空気流量Ｑａｖｅに基づいて、燃料噴射量を算出し、算出した燃料噴射量を実現するための駆動パルス信号を燃料噴射弁３０に供給することにより、燃料噴射弁３０による燃料噴射量を制御し（ステップＳ１８）、処理をステップＳ１１に進める。
【００６９】
以上説明したように、第１実施形態によると、演算期間に対応する積算期間における吸入空気量を、実際に測定されたセンサ値に基づいて算出するようにしたので、吸入空気量及び平均吸入空気流量を高精度に算出することができる。このため、燃料噴射弁３０により噴射させる燃料噴射量を適切な量とすることができる。
【００７０】
次に、第２実施形態に係る内燃機関システムについて説明する。
【００７１】
図５は、第２実施形態に係るＥＣＵの機能構成図である。なお、図２に示す第１実施形態に係るＥＣＵと同一部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００７２】
第２実施形態に係るＥＣＵ１００は、第１実施形態に係るＥＣＵ１００の空気量演算部３０６に代えて空気量演算部３２０を備え、燃料噴射制御部３０７に代えて燃料噴射制御部３２２を備え、収支演算部３２１をさらに備えている。空気量演算部３２０は、空気量算出部に相当する。
【００７３】
空気量演算部３２０は、空気量演算部３０６において、吸入空気量を算出して収支演算部３２１に出力するようにしたものであり、平均吸入空気流量を算出する処理を実行しない。
【００７４】
収支演算部３２１は、コレクタ２７内における空気量（空気質量）の収支の演算の処理、すなわち、コレクタ内の空気量として、コレクタ２７内の流入空気量を加算し、コレクタ２７からシリンダ１２へ流出する空気量を減算する処理を行い、処理により得られたコレクタ２７内の空気量（コレクタ内空気量）を燃料噴射部３２２に通知する。
【００７５】
コレクタ内空気量Ｍａは式（７）を用いて算出できる。
【００７６】
ｄＭａ／ｄｔ＝Ｑａ−Ｑｃ  ・・・（７）
【００７７】
ここで、Ｑａは、コレクタへの流入空気流量［ｇ／ｓ］であり、Ｑｃは、コレクタからシリンダへの流出空気流量［ｇ／ｓ］である。また、コレクタ流入空気流量Ｑａを積算期間範囲で積分した結果が、空気量演算部３２０から通知される吸入空気量に相当する。また、コレクタからシリンダへの流出空気流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］は、１サイクルの１シリンダ当たりのシリンダ吸入空気量Ｍｃ［ｇ］と、エンジン回転数［ｒ／ｍｉｎ］との関数として求めることができる。
【００７８】
燃料噴射部３２２は、収支演算部３２１から取得したコレクタ内空気量Ｍａと、アクセル開度等から算出された目標空燃比等に基づいて、燃料噴射量を決定し、決定した燃料噴射量を実現するための駆動パルス信号を燃料噴射弁３０に供給することにより、燃料噴射弁３０による燃料噴射量を制御する。
【００７９】
例えば、エンジン１０が４ストロークの４気筒エンジンである場合における燃料噴射制御部３２２による燃料噴射量の算出方法について説明する。
【００８０】
燃料噴射部３２２は、１サイクルの１シリンダあたりのシリンダ吸入空気量Ｍｃ［ｇ］を、以下の式（８）で算出する。
【００８１】
Ｍｃ＝Ｍａ×Ｖｃｙｌ／Ｖｃｏｌ・・・（８）
【００８２】
ここで、Ｖｃｙｌ［Ｌ］は、吸気弁開弁時におけるシリンダ容積であり、Ｖｃｏｌ［Ｌ］は、コレクタ容積である。
【００８３】
燃料噴射制御部３２２は、算出したシリンダ吸入空気量Ｍｃ［ｇ］と、目標空燃比とから一つのシリンダあたりの燃料噴射量を算出する。
【００８４】
次に、第２実施形態に係るＥＣＵ１００の燃料噴射制御処理の動作について説明する。
【００８５】
図６は、第２実施形態に係るＥＣＵの燃料噴射制御処理のフローチャートである。なお、図４に示す第１実施形態に係るフローチャートと同様な部分には同一の符号を付している。
【００８６】
空気量演算部３２０は、積算区間における吸入空気量を算出し、算出した吸入空気量を収支演算部３２１に出力する（ステップＳ１５）。次いで、演算処理実行フラグ設定部３０４は、吸入空気量を算出する処理を終えたので、演算処理実行フラグｆｅｎを０に設定する（ステップＳ１７）。
【００８７】
次いで、収支演算部３２１は、通知された吸入空気量に基づいて、コレクタ内空気量を算出し、燃料噴射制御部３２２に通知する（ステップＳ２１）。
【００８８】
次いで、燃料噴射部３２２は、収支演算部３２１から取得したコレクタ内空気量と、アクセル開度等から算出された目標空燃比等に基づいて、燃料噴射量を決定し、決定した燃料噴射量を実現するための駆動パルス信号を燃料噴射弁３０に供給することにより、燃料噴射弁３０による燃料噴射量を制御し（ステップＳ２２）、処理をステップＳ１１に進める。
【００８９】
以上説明したように、第２実施形態によると、演算周期に対応する積算期間における空気流量を、実際に測定されたセンサ値に基づいて算出するようにしたので、吸入空気量を高精度に算出することができ、コレクタ内空気量を高精度に算出することができる。このため、コレクタ内空気量に基づいて燃料噴射量を決定する場合において、燃料噴射弁３０により噴射させる燃料噴射量を適切な量とすることができる。
【００９０】
次に、第３実施形態に係る内燃機関システムについて説明する。
【００９１】
図７は、第３実施形態に係るＥＣＵの機能構成図である。なお、図２に示す第１実施形態に係るＥＣＵ及び図５に示す第２実施形態に係るＥＣＵと同一部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００９２】
第３実施形態に係るＥＣＵ１００は、第２実施形態に係るＥＣＵ１００の空気量演算部３２０に代えて空気量演算部３３０を備え、端点情報格納部３０５を備えないようにしたものである。空気量演算部３３０は、空気量算出部に相当する。
【００９３】
空気量演算部３３０は、演算処理実行フラグｆｅｎ＝１になった場合には、記憶部３０３に記憶したセンサ情報３１１に基づいて、演算周期に対応する積算期間（本実施形態では、積算期間は演算周期と一致）における吸入空気量を算出し、吸入空気量を収支演算部３２１に通知する。ここで、本実施形態では、或る測定時点と、その直前の測定時点との間の空気流量は、或る測定時点の空気流量と一致するものとして吸入空気量を算出するようにし、積算期間の内の測定がまだ行われていない範囲（未確定範囲）は、その直前の測定時点と同じ空気流量として、積算期間の吸入空気量を算出し、この未確定範囲の部分での算出により発生したずれ量については、次の積算期間において調整するようにしている。
【００９４】
例えば、空気量演算部３３０による、時点ｔｎにおける演算時点における吸入空気量を算出する処理について説明する。
【００９５】
図８は、第３実施形態に係る及び吸入空気量の算出方法を説明する図である。
【００９６】
空気量演算部３３０は、直前の演算周期の演算時点（開始時点）ｔｎ−１以前の範囲から現在の演算周期の演算時点（終了時点）ｔｎまでの範囲において取得されたセンサ情報（センサ値及び取得時刻）を記憶部３０３から取得する。
【００９７】
次いで、空気量演算部３３０は、開始時点ｔｎ−１の直前のセンサ情報（時点ｔ１、センサ値Ｑ１）と、開始時点ｔｎ−１の直後のセンサ情報（時点ｔ２、センサ値Ｑ２）とに基づいて、前回の演算周期における調整すべき空気量（調整空気量）Ｓａを以下の式（９）により算出する。
【００９８】
調整空気量Ｓａ＝（Ｑ１−Ｑ２）×（ｔｎ−１−ｔ１）  ・・・（９）
【００９９】
次いで、空気量演算部３３０は、開始時点ｔｎ−１と時点ｔ２との間の吸入空気量Ｓ１、時点ｔ２と時点ｔ３との間の吸入空気量Ｓ２、時点ｔ３と終了時点ｔｎとの間の吸入空気量Ｓ３を、式（１０）〜（１２）により算出する。
【０１００】
Ｓ１＝Ｑ２×（ｔ２−ｔｎ−１）  ・・・（１０）
Ｓ２＝Ｑ３×（ｔ３−ｔ２）    ・・・（１１）
Ｓ３＝Ｑ３×（ｔｎ−ｔ３）    ・・・（１２）
【０１０１】
次いで、空気量演算部３３０は、演算周期における吸入空気量Ｓｔｔｌを式（１３）により算出する。
【０１０２】
Ｓｔｔｌ＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３−Ｓａ  ・・・（１３）
ここで、Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３の吸入空気量が暫定的な吸入空気量に相当する。
【０１０３】
なお、今回の演算周期で調整が必要となる調整空気量Ｓｂについては、次の演算周期で調整されることとなる。
【０１０４】
以上説明したように、第３実施形態によると、演算周期に対応する積算期間における空気流量について、未確定の範囲について直前のセンサ値を用いて算出するようにしたので、比較的高精度に演算周期における空気流量を算出することができる。また、次の演算周期において、前の演算周期において実際とずれてしまった空気量を調整するようにしたので、空気流量の累積のずれを低減することができ、空気流量の累積を用いた燃料噴射量の算出処理を高精度に維持することができる。
【０１０５】
次に、第４実施形態に係る内燃機関システムについて説明する。
【０１０６】
第４実施形態に内燃機関システムは、第１実施形態に係るＥＣＵ１００の空気量演算部３０６の吸入空気量の算出方法を異ならせたものである。なお、本実施形態においては、便宜的に第１実施形態と同様な符号を用いて説明することとする。
【０１０７】
本実施形態に係る空気量演算部３０６による、時点ｔｎにおける演算時点における吸入空気量及び平均吸入空気流量を算出する処理について具体的に説明する。
【０１０８】
図９は、第４実施形態に係る吸入空気量の算出方法を説明する図である。
【０１０９】
本実施形態では、或る測定時点と、その直前の測定時点との間の空気流量は、或る測定時点の空気流量と一致するものとして吸入空気量を算出するようにしている。
【０１１０】
空気量演算部３０６は、開始時点ｔｓと時点ｔ２との間の吸入空気量Ｓ１、時点ｔ２と時点ｔ３との間の吸入空気量Ｓ２、開始時点ｔ３と終了時点ｔｅとの間の吸入空気量Ｓ３を、式（１４）〜（１６）により算出する。
【０１１１】
Ｓ１＝Ｑ２×（ｔ２−ｔｓ）    ・・・（１４）
Ｓ２＝Ｑ３×（ｔ３−ｔ２）    ・・・（１５）
Ｓ３＝Ｑ４×（ｔｅ−ｔ３）    ・・・（１６）
【０１１２】
次いで、空気量演算部３０６は、Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３を加算することにより、積算期間における吸入空気量Ｓｔｔｌを算出する。
【０１１３】
以上説明したように、第４実施形態によると、演算期間に対応する積算期間における空気量及び平均空気流量を、第１実施形態に比べて簡易な処理により算出することができ、ＥＣＵ１００に対する処理負荷を低減することができ、処理速度を向上することができる。
【０１１４】
なお、本発明は、上述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、適宜変形して実施することが可能である。
【０１１５】
例えば、上記第１実施形態では、吸入空気流量を直線に近似して吸入空気量を台形の面積により算出し、第４実施形態では、吸入空気流量を段階的に一定値となるように変化するとして吸入空気量を長方形の面積により算出するようにしていたが、本発明はこれに限られず、吸入空気流量の変化を所定の曲線に近似するようにし、その曲線形状の面積を算出するようにしてもよい。
【０１１６】
また、上記第１実施形態、第２実施形態、第４実施形態では、演算周期に対応する積算期間の端部として、演算時点から所定期間だけ前の時点を積算期間の端点とするようにしていたが、本発明はこれに限られず、例えば、演算周期に対応する積算期間の端点として、演算時点よりも所定の期間だけ後ろの時点を積算期間の端点（次の演算周期に対応する積算期間の終了時点）としてもよい。この場合においては、所定の期間としては、演算周期から取得周期を減算した時間以下の時間とすればよい。このようにすると、積算期間の終了時点と、次の演算時点との間の時間を演算周期以上とすることができ、その間において、センサ値が取得されることとなり、積算期間の終了時点におけるセンサ値を適切に算出（推定）することができる。
【０１１７】
また、上記実施形態では、発熱抵抗体を有するエアフローセンサを吸入空気量検出用センサの一例としていたが、本発明はこれに限られず、例えば、圧力により空気流量を測定するセンサであってもよく、要は吸入空気量を検出するために使用できるセンサであればよい。
【符号の説明】
【０１１８】
１…内燃機関システム、１０…エンジン、１１…エンジン本体部、１１ａ…シリンダヘッド、１１ｂ…シリンダブロック、１２…シリンダ、１５…ピストン、１７…燃焼室、２７…コレクタ、３０…燃料噴射弁、５０…エアフローセンサ、１００…ＥＣＵ、３０１…センサ値取得部、３０２…センサ情報格納部、３０３…記憶部、３０４…演算処理実行フラグ設定部、３０５…端点情報格納部、３０６，３２０，３３０…空気量演算部、３０７，３２２…燃料噴射制御部、３２１…収支演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2018159369.tif 000008
【図７】
2018159369.tif 000009
【図８】
2018159369.tif 000010
【図９】
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