(57)【要約】【課題】Ｓ／Ｄ方式において環境外乱若しくはＥＧＲの還流状態の影響を受けることなく精度よく吸入空気量を算出る制御装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】所定の酸素濃度を備えた乾燥空気状態の気体として内燃機関のシリンダに吸入される空気量の前記シリンダ容積に対する比率であるベース体積効率を予めマップに設定し、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記マップから所定の前記ベース体積効率を算出し、前記算出した前記ベース体積効率を、前記内燃機関のマニホールド内酸素濃度に基づいて補正し、前記補正した値を体積効率とし、当該体積効率に基づいて、前記シリンダに吸入される新規に前記シリンダに吸入される空気量を算出するようにした。【選択図】図２
2019138276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気系を構成する吸気路を開閉するスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの下流側の前記吸気系に装着され、前記吸気系を構成する吸気マニホールドの内部の圧力を検出するマニホールド圧力検出部と、
前記吸気マニホールドの内部の温度を検出するマニホールド温度検出部と、
前記吸気マニホールドの内部の気体の酸素濃度を検出するマニホールド内酸素濃度検出部と、
前記スロットルバルブの上流側の前記吸気系の圧力を検出する大気圧力検出部と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部と、
所定の酸素濃度を備えた乾燥空気状態の気体として前記内燃機関のシリンダに吸入される空気量の前記シリンダの容積に対する比率であるベース体積効率が予め設定されたマップから、前記運転状態検出部が検出した前記内燃機関の運転状態に基づいて所定のベース体積効率を算出して出力するように構成された体積効率算出部と、
前記体積効率算出部から出力された前記ベース体積効率を前記マニホールド内酸素濃度検出部が検出した酸素濃度に基づいて補正し、前記補正した値を体積効率として出力する体積効率補正部と、
前記体積効率補正部から出力された前記体積効率に基づいて、前記シリンダに新規に吸入される空気量を算出する空気量算出部と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関のクランクケースから前記スロットルバルブの下流側の前記吸気系に接続されたブローバイガス通路を備え、
前記マップに設定される前記ベース体積効率は、前記ブローバイガス通路から前記吸気系に還元されたブローバイガスに含まれる湿度成分の影響により前記吸気マニホールドの内部の酸素濃度が前記所定の酸素濃度未満の値であっても、前記所定の酸素濃度を有する乾燥空気状態の気体として補正された値として前記マップに設定されている、
ことを特徴とする、
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関は、前記内燃機関の排気系から前記吸気系へ排気ガスを還流させるＥＧＲ通路を備え、
前記マップに設定される前記ベース体積効率は、前記ＥＧＲ通路から前記吸気系に還元された前記排気ガスに含まれる湿度成分の影響により前記吸気マニホールドの内部の酸素濃度が前記所定の酸素濃度未満の値であっても、前記所定の酸素濃度を有する乾燥空気状態の気体として補正された値として前記マップに設定されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関は、吸気バルブの開閉タイミングを調整することが可能な吸気ＶＶＴ機構と、排気バルブの開閉タイミングを調整することができる排気ＶＶＴ機構とを備え、
前記吸気ＶＶＴ機構による前記吸気バルブの開閉タイミングの調整と、前記排気ＶＶＴ機構による前記排気バルブの開閉タイミングの調整と、のうちの少なくとも一方により、前記吸気マニホールドの内部の酸素濃度が前記所定の酸素濃度未満の値であっても、前記マップに設定される前記ベース体積効率は、前記所定の酸素濃度を有する乾燥空気状態の気体として補正された値として前記マップに設定されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記マップは、前記吸気ＶＶＴ機構による前記吸気バルブの開閉タイミングの調整量と前記排気ＶＶＴ機構による前記排気バルブの開閉タイミングの調整量とに対応して、前記ベース体積効率が設定されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
所定の酸素濃度を備えた乾燥空気状態の気体として内燃機関のシリンダに吸入される空気量の前記シリンダの容積に対する比率であるベース体積効率を予めマップに設定し、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記マップから所定の前記ベース体積効率を算出し、
前記算出した前記ベース体積効率を、前記内燃機関のマニホールド内酸素濃度に基づいて補正し、
前記補正した値を体積効率とし、当該体積効率に基づいて、前記シリンダに新規に吸入される空気量を算出する、
ようにしたことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、スピードデンシティ方式（Ｓｐｅｅｄ Ｄｅｎｓｉｔｙ方式：以下、Ｓ／Ｄ方式と称する）を用いて内燃機関を制御するようにした内燃機関の制御装置、及び内燃機関の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関を好適に制御するためには、シリンダに吸入される空気量を高精度に算出し、シリンダ内に吸入された空気量に応じた燃料制御および点火時期制御を行うことが重要である。
【０００３】
シリンダに吸入される吸入空気量を求めるためには、内燃機関の吸気系を構成する吸気路におけるスロットルの上流側に設けられたエアフローセンサ（ＡＦＳ：Ａｉｒ  Ｆｌｏｗ  Ｓｅｎｓｏｒ）を用いて吸入空気量を計測するＡＦＳ方式と、吸気路におけるスロットルの下流側に存在する吸気マニホールドの内部の圧力と内燃機関の回転速度とを用いて、吸入空気量を演算して推定するＳ／Ｄ方式と、の２種類の方式が一般に適用されている。
【０００４】
近年では、低燃費化及び高出力化を目的として、吸気バルブの開閉タイミングを可変化する吸気ＶＶＴ（可変バルブタイミング：Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ）機構と、排気バルブの開閉タイミングを可変化する排気ＶＶＴ機構と、を採用することが一般化されている。
【０００５】
しかし、吸気ＶＶＴ機構及び排気ＶＶＴ機構を備えた内燃機関に於いては、吸気マニホールドからシリンダに吸入される空気量が吸気ＶＶＴ機構及び排気ＶＶＴ機構によるバルブタイミングにより大きく変化するので、吸気ＶＶＴ機構及び排気ＶＶＴ機構によるバルブタイミングの変化を考慮しないと、特にＳ／Ｄ方式においては、定常及び過渡の全運転領域でシリンダ吸入空気量の算出精度が大幅に低下してしまうことがある。
【０００６】
従来、内燃機関のシリンダへの吸入空気量をＳ／Ｄ方式により推定する方法として、バルブタイミング等の内燃機関パラメータは変化しないとするのが前提であるが、吸気マニホールド内の圧力と、吸気マニホールド内の気体の状態を基準とする体積効率（以下、単に、体積効率と称する）と、シリンダの体積及び温度と、から算出する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
特許文献１に記載の従来の方法に於いて、仮にＳ／Ｄ方式に吸気ＶＶＴ機構及び排気ＶＶＴ機構を適用した場合には、バルブタイミングがバルブタイミングの制御マップと一致した定常状態での体積効率マップ値に設定することが考えられる。
【０００８】
しかし、バルブタイミングの制御状態による算出精度の低下を抑制するためには、バルブタイミングの制御に応じて体積効率のマップを多数設定しておくことも考えられ、例えば、ＶＶＴ機構の作動範囲を６個の代表点で表し、各代表点の間を補間して使用する場合に、吸気ＶＶＴ機構及び排気ＶＶＴ機構が備えられた内燃機関であれば、［６×６（＝３６）］個の体積効率マップが必要となる。
【０００９】
近年では、さらなる低燃費化及び高出力化を目的として、前述の吸気ＶＶＴ機構及び排気ＶＶＴ機構に加え、排気路から吸気路に排気ガスを還流する外部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）方式の採用も一般化されている。吸気ＶＶＴ機構及び排気ＶＶＴ機構と、外部ＥＧＲとを備えた場合、ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲバルブの作動範囲に対しても吸気ＶＶＴ機構及び排気ＶＶＴ機構の場合と同様に６個の代表点で表すのであれば、体積効率マップは、［６×６×６（＝２１６）個］という膨大な量のマップが必要となるため、多くの記憶容量とそのマップの適合工数が必要になるという課題があった。
【００１０】
従来、それらの問題を解決する方法として、ＥＧＲバルブの開度と運転状態からＥＧＲ流量を推定する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３０５４３６０号公報
【特許文献２】特許第５６４２２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献２に記載されている従来の内燃機関の制御装置では、各種制御値の推定及び学習等の複雑な演算が必要となり演算装置の処理負荷が増大するという課題があった。また、内燃機関のシリンダ内で高圧になった排気ガス及び未燃焼ガスは、ピストンとシリンダの隙間等から内燃機関のクランクケース内に漏れ出ることがあり、このクランクケース内に漏れ出たガスをブローバイガスと称するが、このブローバイガス及び大気湿度等により、制御に影響を受けるという課題もあった。
【００１３】
ブローバイガスは、そのまま大気に放出すれば大気汚染の原因になることから、吸気系に還流させて再び燃焼室に送る必要がある。ブローバイガス還元装置は、ブローバイガスを内燃機関の吸気系に流通させるために、内燃機関のクランクケースの内部と、吸気系のスロットルバルブの下流側とをゴムホース等で接続して構成したブローバイガス通路を備え、ブローバイガス通路には、逆止弁としてのＰＣＶ(Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｃｒａｎｋｃａｓｅ  Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ)バルブが装着されている。
【００１４】
機械的な構成のＰＣＶバルブの場合、開口した一端と開口した他端との間に配置された弁体と、この弁体を閉じる方向に常時付勢するスプリングとが設けられている。このように構成されたＰＣＶバルブは、前述の一端がクランクケースの内部に臨み他端が吸気系に臨むように、ブローバイガス通路に直列に装着される。
【００１５】
ブローバイガス通路に装着されたＰＣＶバルブは、クランクケース内の圧力が、吸気系におけるスロットルバルブの下流側の圧力とスプリングのスプリング圧力との合計圧力を超えれば弁体が開き、クランクケース内のブローバイガスをブローバイガス通路を介して吸気系に流通させる。これとは逆に、クランクケース内の圧力が、吸気系におけるスロットルバルブの下流側の圧力とスプリングのスプリング圧力との合計圧力以下のときは弁体が閉じ、ブローバイガス通路を遮断してブローバイガスの前述の流通を停止させる。
【００１６】
ＰＣＶバルブの開度は、クランクケース内の圧力と、吸気系におけるスロットルバルブの下流側の圧力とスプリングの押圧力との合計圧力と、の圧力差に応じて決定され、ブローバイガスの前述の流通量はＰＣＶバルブの開度に依存する。
【００１７】
しかしながら、前述のように構成された機械的な構成のＰＣＶバルブの場合、機械的な構成部品であるスプリングの押圧力は製造上のばらつきが大きく、内燃機関の運転条件が同一であっても、個々のＰＣＶバルブによりブローバイガスの流通量に差が生じるという課題があった。
【００１８】
本願は、前述のような従来の装置における課題を解決するためになされたものであり、ＥＧＲガス、ブローバイガス、大気湿度等の影響を受けることなく、Ｓ／Ｄ方式によりシリンダの吸入空気量を簡易な演算にて算出することができる内燃機関の制御装置および制御方法を提供する事を目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本願に開示される内燃機関の制御装置は、
内燃機関の吸気系を構成する吸気路を開閉するスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの下流側の前記吸気系に装着され、前記吸気系を構成する吸気マニホールドの内部の圧力を検出するマニホールド圧力検出部と、
前記吸気マニホールドの内部の温度を検出するマニホールド温度検出部と、
前記吸気マニホールドの内部の気体の酸素濃度を検出するマニホールド内酸素濃度検出部と、
前記スロットルバルブの上流側の前記吸気系の圧力を検出する大気圧力検出部と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部と、
所定の酸素濃度を備えた乾燥空気状態の気体として前記内燃機関のシリンダに吸入される空気量の前記シリンダの容積に対する比率であるベース体積効率が予め設定されたマップから、前記運転状態検出部が検出した前記内燃機関の運転状態に基づいて所定のベース体積効率を算出して出力するように構成された体積効率算出部と、
前記体積効率算出部から出力された前記ベース体積効率を前記マニホールド内酸素濃度検出部が検出した酸素濃度に基づいて補正し、前記補正した値を体積効率として出力する体積効率補正部と、
前記体積効率補正部から出力された前記体積効率に基づいて、前記シリンダに新規に吸入される空気量を算出する空気量算出部と、
を備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、本願に開示される内燃機関の制御方法は、
所定の酸素濃度を備えた乾燥空気状態の気体として内燃機関のシリンダに吸入される空気量の前記シリンダの容積に対する比率であるベース体積効率を予めマップに設定し、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記マップから所定の前記ベース体積効率を算出し、
前記算出した前記ベース体積効率を、前記内燃機関のマニホールド内酸素濃度に基づいて補正し、
前記補正した値を体積効率とし、当該体積効率に基づいて、前記シリンダに新規に吸入される空気量を算出する、
ようにしたことを特徴とする
【発明の効果】
【００２１】
本願に開示される内燃機関の制御装置によれば、ＥＧＲガス、ブローバイガス、大気湿度等の影響を受けることなく、Ｓ／Ｄ方式によりシリンダ吸入空気量を簡易な演算にて算出することができる。
【００２２】
また、本願に開示される内燃機関の制御方法によれば、ＥＧＲガス、ブローバイガス、大気湿度等の影響を受けることなく、Ｓ／Ｄ方式によりシリンダ吸入空気量を簡易な演算にて算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態１に係る内燃機関の制御装置のブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る内燃機関の制御装置のハードウェア構成図である。
【図４】実施の形態１に係る内燃機関の制御装置、及び内燃機関の制御方法を説明するための、吸気マニホールド内の気体の酸素濃度を示す説明図である。
【図５】実施の形態１に係る内燃機関の制御装置、及び内燃機関の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
実施の形態１．
以下、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置及び制御方法について、図に基づいて詳細に説明する。図１は、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の概略構成図、図２は、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置のブロック図、図３は、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置のハードウェア構成図である。図１、図２、及び図３に於いて、内燃機関１、及び内燃機関１を制御する制御装置５０は、車両に搭載されている。内燃機関１は、車両の駆動輪を駆動する駆動力源となる。
【００２５】
まず、内燃機関１の構成について説明する。内燃機関１は、空気と燃料の混合気を燃焼させるシリンダ２５を有している。内燃機関１は、シリンダ２５に空気を供給する吸気路２３と、シリンダ２５で燃焼した排気ガスを排出する排気路１７とを備えている。内燃機関１は、吸気路２３を開閉するスロットルバルブ６を備えている。スロットルバルブ６は、制御装置５０により制御される電気モータにより開閉駆動される電子制御式スロットルバルブにより構成されている。スロットルバルブ６には、スロットルバルブ６の開度に応じた電気信号を出力するスロットル開度センサ７が設けられている。
【００２６】
吸気路２３の最上流部には、吸気路２３に吸入された空気を浄化するエアクリーナ２４が設けられている。スロットルバルブ６の上流側の吸気路２３内の圧力は、大気圧と等しいとみなすことができる。吸気路２３の外部（例えば、制御装置５０の内部）には、吸入空気（この実施の形態１では、大気）の圧力である吸入空気圧Ｐａに応じた電気信号を出力する大気圧力検出部としての吸入空気圧センサ２が設けられている。
【００２７】
スロットルバルブ６の下流側の吸気路２３には、吸気マニホールド１２が設けられている。吸気マニホールド１２の上流側とスロットルバルブ６の下流側の間の吸気路２３には、吸気脈動を抑制するサージタンク１１が設けられている。内燃機関１は、排気路１７からサージタンク１１に排気ガスを還流するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１を開閉するＥＧＲバルブ２２と、を備えている。前述の吸気路２３とサージタンク１１と吸気マニホールド１２は、内燃機関１の吸気系を構成している。
【００２８】
ＥＧＲバルブ２２は、制御装置５０により制御される電動モータ等の電動アクチュエータにより開閉駆動される電子制御式ＥＧＲバルブにより構成されている。サージタンク１１に還流された排気ガス（以下、還流排気ガスと称す）と、サージタンク１１に吸入された吸入空気は、サージタンク１１内で混合され、均一化される。
【００２９】
吸気マニホールド１２に接続されているサージタンク１１には、吸気マニホールド１２内の気体の圧力であるマニホールド圧Ｐｂに応じた電気信号を出力するマニホールド圧力検出部としてのマニホールド圧センサ８と、吸気マニホールド１２内の気体の温度であるマニホールド温度Ｔｂに応じた電気信号を出力するマニホールド温度検出部としてのマニホールド温度センサ９と、吸気マニホールド１２内の気体の酸素濃度であるマニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎに応じた電気信号を出力するマニホールド内酸素濃度検出部としてのマニホールド内酸素濃度センサ１０と、が設けられている。
【００３０】
なお、サージタンク１１内の気体の圧力と温度と酸素濃度は、吸気マニホールド１２内の気体の圧力と温度と酸素濃度と同一であり、この実施の形態１では、マニホールド圧センサ８とマニホールド温度センサ９とマニホールド内酸素濃度センサ１０は、全てサージタンク１１に設置されているが、それらのうちの少なくとも何れかは吸気マニホールド１２に設置されてもよい。また、マニホールド温度センサ９及びマニホールド内酸素濃度センサ１０は、マニホールド圧センサ８と一体化されていてもよいし、別体化されていてもよい。
【００３１】
マニホールド温度センサ９及びマニホールド内酸素濃度センサ１０は、吸気マニホールド１２とＥＧＲ通路２１との接続部よりも下流側に設けられており、吸入空気と還流排気ガスとが十分に混合した気体の温度と酸素濃度を検出可能なように構成されている。
【００３２】
吸気マニホールド１２の下流側の部分には、燃料を噴射するインジェクタ１３が設けられている。なお、インジェクタ１３は、シリンダ２５内に直接燃料を噴射するように設けられてもよい。
【００３３】
シリンダ２５の頂部には、空気と燃料の混合気に点火する点火プラグ１６１と、点火プラグ１６１に点火エネルギーを供給する点火コイル１６と、が設けられている。また、シリンダ２５の頂部には、吸気路２３からシリンダ２５内に吸入される吸入空気量を調節する吸気バルブのバルブ開閉タイミングを可変にする吸気ＶＶＴ機構１４と、シリンダ内から排気路１７に排出される排気ガス量を調節する排気バルブのバルブ開閉タイミングを可変にする排気ＶＶＴ機構１５と、が設けられている。吸気ＶＶＴ機構１４と排気ＶＶＴ機構１５は、電動アクチュエータを有している。
【００３４】
内燃機関１のクランク軸１００には、その回転角に応じた電気信号を出力するクランク角センサ２０が設けられている。排気路１７には、排気ガス中の空気と燃料との比率である空燃比ＡＦ（Ａｉｒ／Ｆｕｅｌ）に応じた電気信号を出力する空燃比センサ１８が設けられている。また、排気路１７には、排気ガスを浄化する触媒１９が設けられている。触媒１９には、理論空燃比ＡＦ０近傍で浄化性能が高くなる三元触媒が用いられている。
【００３５】
クランクケース２６は、オイルパンと一体化されており、内部に空間を有する。内燃機関１のクランク軸１００は、クランクケース２６の内部の空間に配置されている。前述の吸気ＶＶＴ機構１４と排気ＶＶＴ機構１５は、ヘッドカバー２７にて覆われている。ヘッドカバー２７の内部の空間と前述のクランクケース２６の内部の空間は、気体通路１１０により連通されており、ヘッドカバー２７の内部の空間とクランクケース２６の内部の空間と気体通路１１０の内部の空間とがブローバイガスを蓄積するブローバイガス蓄積部となる。
【００３６】
ヘッドカバー２７は、新気導入通路２８によりスロットルバルブ６の上流に位置する吸気路２３に接続されている。クランクケース２６とサージタンク１１は、ＰＣＶバルブ３０を介してブローバイガス通路２９により接続されている。
【００３７】
次に、制御装置５０について説明する。制御装置５０は、内燃機関１を制御対象とする制御装置である。図２に示すように、制御装置５０は、運転状態検出部５１と、体積効率算出部５２と、体積効率補正部５３と、空気量算出部５４とを備えている。制御装置５０における前述の運転状態検出部５１、体積効率算出部５２、体積効率補正部５３、空気量算出部５４は、制御装置５０に備えられた処理回路により実現される。
【００３８】
具体的には、制御装置５０は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等により構成されたコンピュータである演算処理装置９０、演算処理装置９０からデータの読み出しが可能に構成されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）としての記憶装置９１１、演算処理装置９０からデータの読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）としての記憶装置９１２、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３、及び演算処理装置９０が外部装置とデータ通信を行うための通信回路９４を備えている。
【００３９】
入力回路９２には、吸入空気圧センサ２、スロットル開度センサ７、マニホールド圧センサ８、マニホールド温度センサ９、マニホールド内酸素濃度センサ１０、空燃比センサ１８、クランク角センサ２０、及びスイッチ（図示せず）が接続されている。入力回路９２は、これらセンサとスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器（図示せず）等を備えている。
【００４０】
出力回路９３には、電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。出力回路９３に接続された前述の電気負荷としては、スロットルバルブ６、インジェクタ１３、吸気ＶＶＴ機構１４、排気ＶＶＴ機構１５、点火コイル１６、ＥＧＲバルブ２２等がある。通信回路９４は、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信プロトコルに基づいて、エアコンディショナ制御装置８０、変速装置の制御装置８１等の車載用の電子機器と有線通信を行う。
【００４１】
制御装置５０が備える前述の運転状態検出部５１、体積効率算出部５２、体積効率補正部５３、及び空気量算出部５４の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭとしての記憶装置９１１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１１、ＲＡＭとしての記憶装置９１２、入力回路９２、出力回路９３、及び通信回路９４等の制御装置５０における他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、運転状態検出部５１、体積効率算出部５２、体積効率補正部５３、及び空気量算出部５４等が用いる特性データ、判定値等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭとしての記憶装置９１１に記憶されている。
【００４２】
なお、制御装置５０には、前述の各種センサ、及び電気負荷の他に、図示していない各種のセンサ、スイッチ、及びアクチュエータ等が接続されている。
【００４３】
制御装置５０は、基本的な制御として、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、燃料噴射量、点火時期等を算出し、インジェクタ１３及び点火コイル１６等を駆動制御する。制御装置５０は、アクセルポジションセンサの出力信号等に基づいて、運転者が要求している内燃機関１の出力トルクを算出し、当該要求出力トルクを実現する吸入空気量となるように、スロットルバルブ６等を制御する。この際、制御用の還流排気ガス流量に基づいて算出される内燃機関１の出力トルクが考慮されてもよい。具体的には、制御装置５０は、目標スロットル開度を算出し、スロットル開度センサ７の出力信号に基づき検出したスロットル開度が、目標スロットル開度に近づくように、スロットルバルブ６の電気モータを駆動制御する。
【００４４】
＜運転状態検出部５１の構成・作用＞
次に、運転状態検出部５１の構成・作用について説明する。運転状態検出部５１は、内燃機関１及び車両の運転状態を検出するように構成され、各種のセンサの出力信号等に基づいて各種の運転状態を検出する。より具体的には、運転状態検出部５１は、マニホールド圧センサ８の出力信号に基づいてマニホールド圧Ｐｂを検出する。さらに、運転状態検出部５１は、マニホールド温度センサ９の出力信号に基づいてマニホールド温度Ｔｂを検出し、また、マニホールド内酸素濃度センサ１０の出力信号に基づいて、マニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎを検出する。
【００４５】
また、運転状態検出部５１は、吸入空気圧Ｐａを検出する。この実施の形態１では、運転状態検出部５１は、吸入空気圧センサ２の出力信号に基づいて吸入空気圧Ｐａを検出する。さらに、運転状態検出部５１は、スロットル開度センサ７の出力信号に基づいてスロットル開度を検出する。また、運転状態検出部５１は、空燃比センサ１８の出力信号に基づいて排気ガスの空燃比ＡＦを検出し、クランク角センサ２０の出力信号に基づいて内燃機関１の回転速度Ｎｅを検出し、アクセルポジションセンサの出力信号に基づいてアクセル開度を検出する。
【００４６】
＜体積効率算出部５２の構成・作用＞
次に、体積効率算出部５２の構成・作用について詳細に説明する。体積効率算出部５２は、内燃機関１の回転速度Ｎｅ、吸入空気圧Ｐａ、マニホールド圧Ｐｂ、吸気ＶＶＴ機構１４の作動状態ＶＶＴ＿ｉｎ、排気ＶＶＴ機構１５の作動状態ＶＶＴ＿ｅｘが入力され、運転状態におけるベース体積効率Ｋｖｂを出力する。
【００４７】
具体的には、体積効率算出部５２は、吸気ＶＶＴ機構１４と排気ＶＶＴ機構１５の作動状態に基づく多面の体積効率マップが設けられている。即ち、吸気ＶＶＴ機構１４の作動状態ＶＶＴ＿ｉｎが「０」度（「」内の数字はＶＶＴ機構による調整角度を示す。以下同様）のとき、排気ＶＶＴ機構１５の作動状態ＶＶＴ＿ｅｘが「０」度から「１０」度毎に「５０」度まで変化したときのベース体積効率Ｋｖｂを示す６つの体積効率マップからなる第１の体積効率マップ群５２０ｎと、吸気ＶＶＴ機構１４の作動状態ＶＶＴ＿ｉｎが「５０」度のとき、排気ＶＶＴ機構１５の作動状態ＶＶＴ＿ｅｘが「０」度から「１０」度毎に「５０」度まで変化したときのベース体積効率Ｋｖｂを示す６つの体積効率マップからなる第ｎの体積効率マップ群５２５ｎと、第１の体積効率マップ群５２０ｎと第ｎの体積効率マップ群５２５ｎとの間にあって吸気ＶＶＴ機構１４の作動状態ＶＶＴ＿ｉｎが「０」度と「５０」度との間に設定された値毎に排気ＶＶＴ機構１５の作動状態ＶＶＴ＿ｅｘが「０」度から「１０」度毎に「５０」度まで変化したときのベース体積効率Ｋｖｂを示す複数の体積効率マップ群（図２には・・・で表示している）を備えている。
【００４８】
第１の体積効率マップ群５２０ｎは、体積効率マップ５２００、５２０１、５２０２、５２０３、５２０４、５２０５を備え、第ｎの体積効率マップ群５２５ｎは、体積効率マップ５２５０、５２５１、５２５２、５２５３、５２５４、５２５５を備えている。図示していないが、その他の複数の体積効率マップ群も同様に複数の体積効率マップを備えている。各体積効率マップは、外部ＥＧＲはカットの状態で計測され、酸素濃度２１［％］として補正されたベース体積効率Ｋｖｂが設定されている。
【００４９】
各体積効率マップについてさらに詳しく説明する。体積効率マップ５２００は、吸気ＶＶＴ機構１４の作動状態ＶＶＴ＿ｉｎが「０」度、排気ＶＶＴ機構１５の作動状態ＶＶＴ＿ｅｘが「０」度の状態におけるベース体積効率Ｋｖｂを格納している。体積効率マップ５２０１は、吸気ＶＶＴ機構１４の作動状態ＶＶＴ＿ｉｎが「０」度、排気ＶＶＴ機構１５の作動状態ＶＶＴ＿ｅｘが「１０」度の状態におけるベース体積効率Ｋｖｂを格納している。体積効率マップ５２０２は、吸気ＶＶＴ機構１４の作動状態ＶＶＴ＿ｉｎが「０」度、排気ＶＶＴ機構１５の作動状態ＶＶＴ＿ｅｘが「２０」度の状態におけるベース体積効率Ｋｖｂを格納している。
【００５０】
体積効率マップ５２０３は、吸気ＶＶＴ機構１４の作動状態ＶＶＴ＿ｉｎが「０」度、排気ＶＶＴ機構１５の作動状態ＶＶＴ＿ｅｘが「３０」度の状態におけるベース体積効率Ｋｖｂを格納している。体積効率マップ５２０４は、吸気ＶＶＴ機構１４の作動状態ＶＶＴ＿ｉｎが「０」度、排気ＶＶＴ機構１５の作動状態ＶＶＴ＿ｅｘが「４０」度の状態におけるベース体積効率Ｋｖｂを格納している。体積効率マップ５２０５は、吸気ＶＶＴ機構１４の作動状態ＶＶＴ＿ｉｎが「０」度、排気ＶＶＴ機構１５の作動状態ＶＶＴ＿ｅｘが「５０」度の状態におけるベース体積効率Ｋｖｂを格納している。
【００５１】
体積効率マップ５２５０は、吸気ＶＶＴ機構１４の作動状態ＶＶＴ＿ｉｎが「５０」度、排気ＶＶＴ機構１５の作動状態ＶＶＴ＿ｅｘが「０」度の状態におけるベース体積効率Ｋｖｂを格納している。体積効率マップ５２５１は、吸気ＶＶＴ機構１４の作動状態ＶＶＴ＿ｉｎが「５０」度、排気ＶＶＴ機構１５の作動状態ＶＶＴ＿ｅｘが「１０」度の状態におけるベース体積効率Ｋｖｂを格納している。体積効率マップ５２５２は、吸気ＶＶＴ機構１４の作動状態ＶＶＴ＿ｉｎが「５０」度、排気ＶＶＴ機構１５の作動状態ＶＶＴ＿ｅｘが「２０」度の状態におけるベース体積効率Ｋｖｂを格納している。
【００５２】
体積効率マップ５２５３は、吸気ＶＶＴ機構１４の作動状態ＶＶＴ＿ｉｎが「５０」度、排気ＶＶＴ機構１５の作動状態ＶＶＴ＿ｅｘが「３０」度の状態におけるベース体積効率Ｋｖｂを格納している。体積効率マップ５２５４は、吸気ＶＶＴ機構１４の作動状態ＶＶＴ＿ｉｎが「５０」度、排気ＶＶＴ機構１５の作動状態ＶＶＴ＿ｅｘが「４０」度の状態におけるベース体積効率Ｋｖｂを格納している。体積効率マップ５２５５は、吸気ＶＶＴ機構１４の作動状態ＶＶＴ＿ｉｎが「５０」度、排気ＶＶＴ機構１５の作動状態ＶＶＴ＿ｅｘが「５０」度の状態におけるベース体積効率Ｋｖｂを格納している。
【００５３】
前述のベース体積効率Ｋｖｂとは、外部ＥＧＲカット状態、つまり、ＥＧＲバルブ２２を全閉状態にして各運転状態（Ｎｅ、Ｐｂ、Ｐａ、ＶＶＴ＿ｉｎ、ＶＶＴ＿ｅｘ）において、内燃機関１に吸入される空気を、理論上での乾燥空気である所定の酸素濃度としての酸素濃度２１［％］の状態にあるガスである、と仮定した場合の体積効率を示すものである。
【００５４】
ここで、体積効率とは、シリンダ２５の容積であるシリンダ容積に対して吸入されるガス量の体積比率を示すものであり、４サイクル内燃機関の吸気工程において、シリンダ容積５００［ｃｃ］に対し２５０「ｃｃ」のガスが吸入された場合には、体積効率０．５（５０［％］）となる。内燃機関１のクランク軸１００に対する吸気バルブ及び排気バルブの作動特性が一様であった場合、体積効率は、ピストンの動作速度である内燃機関１の回転速度Ｎｅと、吸気バルブの上流側のマニホールド圧Ｐｂと、排気バルブの下流側の圧力である背圧の状態により影響を受ける。
【００５５】
実施の形態１では、内燃機関１は過給されない内燃機関であり、背圧は大気圧、つまりは吸入空気圧Ｐａとほぼ同じと考えることが出来るため、背圧を計測せずに吸入空気圧Ｐａを用いて体積効率を算出する構成としている。なお、吸入空気圧Ｐａではなく、計測または推定された背圧を用いて体積効率を算出する構成としてもよい。また、ターボチャージャー等にて過給される内燃機関であれば、背圧を用いる方が望ましい。
【００５６】
前述の理由により、それぞれの体積効率マップ５２００、５２０１、５２０２、５２０３、５２０４、５２０５、５２５０、５２５１、５２５２、５２５３、５２５４、５２５５は、例えば吸気バルブの上流側の圧力であるマニホールド圧Ｐｂと吸入空気圧Ｐａとの比率であるＰｂ／Ｐａと回転速度Ｎｅを軸としたマップに構成され、各回転速度Ｎｅおよび内燃機関負荷（Ｐｂ／Ｐａ）の運転状態での計測等により確認された結果がマップに設定されている。実機を用いて計測を行った場合、内燃機関１に吸入される空気は大気に含まれる湿度も含まれており、また、ブローバイガスの影響も受けるため、吸気マニホールド１２内のガスは酸素濃度は乾燥空気酸素濃度の理論値である２１［％］よりも低い値となる。
【００５７】
図４は、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置、及び内燃機関の制御方法を説明するための、吸気マニホールド内の気体の酸素濃度を示す説明図であって、外部ＥＧＲカット状態、つまり、ＥＧＲバルブ２２を全閉状態としてエンジン回転速度は一定状態にして、スロットルバルブ６の開度によりエンジン負荷を変化させた時のマニホールド内酸素濃度の計測結果をグラフ化したものである。
【００５８】
図４に於いて、ＰＣＶバルブ３０が作動する状態にて計測した結果と、ブローバイガス通路２９が閉じられた状態、つまりは、ＢＶ３１を閉じた状態で計測した結果を示している。このグラフの縦軸は吸気マニホールド内の酸素濃度であるマニホールド内酸素濃度を表し、横軸は吸入空気圧Ｐａとマニホールド圧Ｐｂとの差圧（Ｐa−Ｐｂ）を表している。実線Ｙ１は、ＰＣＶバルブ３０が正常作動状態にある場合の特性、点線Ｙ２は、ブローバイガス通路２９が閉状態である場合の特性を示している。図４から明らかなように、吸入空気圧Ｐａとマニホールド圧Ｐｂとの差圧が大きいほどマニホールド圧Ｐｂが低く、エンジンの負荷は低い状態である。図４に示すグラフから、ＥＧＲカットでの運転状態であっても、ブローバイガスの影響によりエンジン負荷の低下に伴いマニホールド内の酸素濃度は０．５［ｖｏｌ％］程度低下することがわかる。
【００５９】
ブローバイガスの流量は、ＰＣＶバルブ３０の製造ばらつきにも影響を受けるものであり、同じ運転状態であってもＰＣＶバルブ３０の製造ばらつきにより、吸気マニホールド１２に吸入されるブローバイガス量にもばらつきが生じるため、ブローバイガスによる酸素濃度への影響もばらつきを生じる。図４に示す２つの破線Ａ１、Ａ２の間の範囲がＰＣＶバルブ３０の製造ばらつきによる影響範囲を示したものであり、上限側の破線Ａ１よりも高い酸素濃度であればＰＣＶバルブ３０に閉側の故障が生じていると考えることが出来る。この特性は予め計測しておき、例えば、内燃機関１の回転速度Ｎｅと、吸入空気圧Ｐａとマニホールド圧Ｐｂとの差圧［Ｐａ−Ｐｂ］と、を軸としたマップとして予め設定しておくことにより、各種運転状態における故障判定値を算出することが出来る。
【００６０】
図４は、ＥＧＲをカットした状態での計測結果であるが、ＥＧＲを導入することにより吸気マニホールド１２内の酸素濃度は大きく影響をうけるため、吸気マニホールド１２内の酸素濃度によるＰＣＶバルブ３０の故障判定を行う場合には、ＥＧＲガスの影響を除外するためにＥＧＲをカット状態にするか、燃料カットの状態にする必要がある。なお、燃料カットの状態によるＰＣＶバルブ３０の故障判定を行う場合には、燃料噴射運転中の場合に対して条件が異なるため、燃料カット運転時のマニホールド内酸素濃度特性を計測して燃料カット時の判定値として記憶させておくことにより、正確にＰＣＶバルブの故障判定を行うことが可能になる。
【００６１】
一般に、空気中の酸素濃度は２１［％］とされているが、大気には湿度も含まれているため、吸気マニホールド内の酸素濃度は季節及び天候等の環境条件によっても影響を受ける。標準的な温度湿度条件である２０［℃］、５０［％ＲＨ（ＲＨ：Ｒｅａｔｉｖｅ  Ｈｕｍｉｄｉｔｙ）］であれば、大気中に含まれる水蒸気比率は１．２［％］程度であるが、高温高湿である３５［℃］、８０［％ＲＨ］であれば、大気中の水蒸気比率は４．４［％］程度まで増加し、大気中における酸素の割合は２０．１［％］程度まで低下する。
【００６２】
同じ運転条件においてシリンダ内に吸入される、ブローバイガス及び水蒸気を含む総ガス量の体積は、新気（新規に吸入された空気）への不活性ガス混入状態に関わらずほぼ一定であるため、前述の各マップは、実機での計測時の酸素濃度を元に、計測された体積効率を酸素濃度２１［％］の理論上の乾燥空気相当でのベース体積効率に変換した値が体積効率マップに設定される。
【００６３】
例えば、Ｓ／Ｄ方式での実機制御データ適合計測時では、エアフローセンサ等の吸入空気量を直接計測する手段がないため、燃料流量と空燃比から間接的に吸入空気量の算出を行い、その吸入空気量から体積効率が算出される場合がある。従来であれば計測時のシリンダへの吸入空気に含まれている水蒸気及びブローバイガス等の不活性ガス量は考慮せず、結果的に吸入された新気量の割合が体積効率として設定されることになる、例えば、その計測による算出結果から体積効率が０．５と設定された場合、吸入された新気量の割合は０．５であるが、総ガス量としてはそれ以上の量が吸入されている。計測時の吸気マニホールド内酸素濃度が２０［％］であった場合、［２１／２０＝１．０５］倍のガスがシリンダに吸入されていたものと考えられるため、総ガスとしての体積効率は［０．５×１．０５＝０．５２５］と考えられる。
【００６４】
実施の形態１では、それぞれの体積効率マップに設定される体積効率の適合値は、前述の通り計測時の吸気マニホールド内酸素濃度の計測値をもとに、酸素濃度２１［％］により補正を行った総ガス量としての値が設定されている。
【００６５】
吸気バルブ機構及び排気バルブ機構としてＶＶＴ機構を用いた内燃機関の場合は、内燃機関１の回転速度Ｎｅと、吸入空気圧Ｐａとマニホールド圧Ｐｂとの比率［Ｐｂ／Ｐａ］の状態は同じであっても、吸気バルブ及び排気バルブの作動状態によって体積効率は異なるため、前記の通り、吸気ＶＶＴ機構１４の作動状態をもとに多面の体積効率マップが準備され、計測結果が設定される。これらのマップも前述と同様に、外部ＥＧＲはカットの状態で計測され、酸素濃度２１［％］として補正された値がベース体積効率Ｋｖｂとして設定されている。
【００６６】
体積効率算出部５２は、吸気ＶＶＴ機構１４の作動状態ＶＶＴ＿ｉｎと、排気ＶＶＴ機構１５の作動状態ＶＶＴ＿ｅｘとから、第１の体積効率マップ群５２０ｎと第ｎの体積効率マップ群５２５ｎとその他の複数の体積効率マップ群のうちから、体積効率算出に使用するマップの選択を行い、内燃機関１の回転速度Ｎｅ、吸入空気圧Ｐａとマニホールド圧Ｐｂとの比率Ｐｂ／Ｐａの値から、該当するマップに基づいてベース体積効率Ｋｖｂを算出して出力する。
【００６７】
＜体積効率補正部５３の構成・作用＞
体積効率補正部５３は、体積効率算出部５２から出力されるベース体積効率Ｋｖｂとマニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎが入力され、新気量演算量体積効率Ｋｖを出力する。
【００６８】
前述したように、ベース体積効率Ｋｖｂは、酸素濃度２１［％］とした場合の体積効率であるため、マニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎに基づいて、［Ｋｖ＝Ｋｖｂ×Ｒｏｘ＿ｉｎ／２１］の式によりベース体積効率Ｋｖｂを補正することにより、シリンダに吸入される空気に含まれる新気量割合としての新気量演算量体積効率Ｋｖを算出することが出来る。
【００６９】
＜空気量算出部５４の構成・作用＞
空気量算出部５４は、内燃機関１の回転速度Ｎｅ、マニホールド圧Ｐｂ、マニホールド温度Ｔｂ、体積効率補正部５３から出力される新気量演算量体積効率Ｋｖが入力され、予め設定されている値であるシリンダ容積Ｖｃ、ガス定数Ｒを用いて、シリンダ吸入空気量Ｑｃを算出する。
【００７０】
特許文献２にも記載されているが、シリンダ吸入空気量Ｑｃは下記の式（１）により計算することが可能であるが、体積効率補正部５３から出力された新気量演算量体積効率Ｋｖは、ベース体積効率Ｋｖｂが新気量割合に補正された値であるため、式（１）算出されるシリンダ吸入空気量（シリンダ流量）Ｑｃはシリンダに吸入される新気量である
【数１】
2019138276.tif 000003
ここで、Ｑｃはシリンダ吸入空気量［ｇ／ｓｅｃ］、Ｖｃはシリンダ容積［Ｌ］、Ｔ（ｎｅ）は１８０度毎のクランク角周期［ｓ］（Ｎｅより算出）、Ｒはガス定数［ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）］、Ｔｂは対温度［Ｋ］である。
【００７１】
ＥＧＲバルブ２２を制御する事により外部ＥＧＲを吸気に導入した場合、吸気マニホールド１２内の酸素濃度は大幅に低下するが、ＥＧＲバルブ２２の製造上のばらつきにより、制御装置５０によるＥＧＲバルブ２２の制御量が同じであったとしても、吸気に還流されるＥＧＲ量は変動し、吸気マニホールド１２内の酸素濃度も変動することが考えられる。実施の形態１により、ＥＧＲ還流量の変動が生じた場合であっても、吸気マニホールド１２内の酸素濃度を用いて補正することにより、ＥＧＲバルブ２２の製造上のばらつき等の影響を受けることなく、シリンダに吸入される新気量を正確に算出することが可能となる。
【００７２】
次に、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置及び制御方法の処理の手順について説明する。図５は、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置、及び内燃機関の制御方法を説明するためのフローチャートである。図５に示すフローチャートの処理は、演算処理装置９０がＲＯＭとしての記憶装置９１１、ＲＡＭとしての記憶装置９１２に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行することにより、例えば一定の演算周期毎に繰り返し実行される。
【００７３】
図５において、ステップＳ０１では、運転状態検出部５１は、前述のように、内燃機関１の運転状態を検出する運転状態検出処理（運転状態検出ステップ）を実行する。
【００７４】
次に、ステップＳ０２では、前述の体積効率算出部５２の処理が実行される。
【００７５】
次に、ステップＳ０３では、前述の体積効率補正部５３の処理が実行される。
【００７６】
次に、ステップＳ０４では、前述の空気量算出部５４の処理が実行され、シリンダ吸入空気量としてシリンダ吸入新気量の算出が行われる。
【００７７】
本願は、吸気路及び排気路と、前記吸気路を開閉するスロットルバルブと、前記スロットルバルブの下流側の前記吸気路部分である吸気マニホールドに装着され、吸気マニホールド内の圧力を検出するマニホールド圧力検出部と、吸気マニホールド内の温度を検出するマニホールド温度検出部と、吸気マニホールド内の気体の酸素濃度を検出するマニホールド内酸素濃度検出部と、スロットルバルブの上流である大気の圧力を検出する大気圧力検出部と、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部と、内燃機関の運転状態においてシリンダに吸入される空気量のシリンダ容積に対するベース体積効率が予め設定されたマップを備えた内燃機関の制御装置及びその制御方法に好適に利用することができる。
【００７８】
なお、前述の実施の形態１による内燃機関の制御装置、及び内燃機関の制御方法に限定されるものではなく、実施の形態１の構成に一部変形を加えたり、構成を一部省略することが可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１  内燃機関、２  吸入空気圧センサ、６  スロットルバルブ、７  スロットル開度センサ、８  マニホールド圧センサ、９  マニホールド温度センサ、１０  マニホールド内酸素濃度センサ、１１  サージタンク、１２  吸気マニホールド、１３  インジェクタ、１４  吸気ＶＶＴ機構、１５  排気ＶＶＴ機構、１６  点火コイル、１７  排気路、１８  空燃比センサ、１９  触媒、２０  クランク角センサ、２１  ＥＧＲ通路、２２  ＥＧＲバルブ、２３  吸気路、２４  エアクリーナ、２５  シリンダ、２６  クランクケース、２７  ヘッドカバー、２８  新気導入通路、２９  ブローバイガス通路、３０  ＰＣＶバルブ、５０  制御装置、５１  運転状態検出部、５２  体積効率算出部、５３  体積効率補正部、５４  空気量算出部、８０  エアコンディショナ制御装置、８１  変速装置の制御装置、９０  演算処理装置、９１１、９１２  記憶装置、９２  入力回路、９３  出力回路、９４  通信回路、１００  クランク軸、１１０  気体通路、１６１  点火プラグ、５２０ｎ  第１の体積効率マップ群、５２５ｎ  第ｎの体積効率マップ群、５２００、５２０１、５２０２、５２０３、５２０４、５２０５、５２５０、５２５１、５２５２、５２５３、５２５４、５２５５  体積効率マップ
【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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