(57)【要約】【課題】この発明はスロットル開度制御装置に関し、エアフロメータの出力を利用したパラメータの推定を利用しつつ、スロットル弁の開度を精度良く制御することを目的とする。【解決手段】エアフロメータが吸入空気量に応じて発する空気量出力値（図５（ａ）破線）のうち、圧力脈動により減衰する部分をカットして空気量順流値（図５（ａ）実線）を生成する。その空気量順流値を吸入空気量ｄｍとして、スロットル開度に応じた吸気通路の有効開口面積Ａｅｆｆ、吸入空気温度Ｔｕｓ、及びスロットル下流圧力Ｐｄｓと共にノズル式に当てはめてサンプリング時刻ｔにおけるスロットル上流圧力Ｐｕｓを推定する。Ｐｕｓの推定値、Ｔｕｓ及びＰｄｓを、時刻ｔ＋１における要求吸入空気量ｄｍ＿ｔ＋１と共にノズル式に当てはめて、時刻ｔ＋１における目標有効開口面積Ａｅｆｆ＿ｔ＋１を計算する。【選択図】図５
2015086845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気量に応じた空気量出力値を発するエアフロメータと、
脈動する空気量出力値のうち、少なくとも設定値を下回る値を、当該値より大きな代替値に置き換えて、前記空気量出力値から空気量順流値を生成する順流値生成手段と、を備え、前記設定値は、前記脈動する空気量出力値の中央値以下かつ極小値より大の値であり、更に、
スロットル下流圧力を検知又は推定する下流圧力取得手段と、
吸入空気温度を検知又は推定する空気温取得手段と、
スロットル開度に応じた吸気通路の有効開口面積と吸入空気量と吸入空気温度とスロットル上流圧力とスロットル下流圧力との間に成立するノズル式の関係に、サンプリング時刻ｔにおける有効開口面積、空気量順流値、吸入空気温度、スロットル下流圧力、並びにサンプリング時刻ｔ−１に推定されたスロットル上流圧力を当てはめて、当該サンプリング時刻ｔにおけるスロットル上流圧力を推定する上流圧力推定手段と、
前記サンプリング時刻ｔにおいて、前記ノズル式の関係に、当該サンプリング時刻ｔにおける吸入空気温度、スロットル下流圧力、スロットル上流圧力の推定値、並びにサンプリング時刻ｔ＋１における吸入空気量の要求値を当てはめて、当該サンプリング時刻ｔ＋１に実現するべき有効開口面積の目標値を設定する目標面積設定手段と、
前記目標値が実現されるようにスロットル開度を制御するスロットル開度制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関のスロットル開度制御装置。
【請求項２】
脈動する空気量出力値に基づいて前記中央値を計算する中央値計算手段を備え、
前記設定値は、前記中央値であることを特徴とする請求項１に記載のスロットル開度制御装置。
【請求項３】
前記代替値は、前記中央値であることを特徴とする請求項２に記載のスロットル開度制御装置。
【請求項４】
前記吸入空気温度は、スロットル上流における吸気通路内の温度であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のスロットル開度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関のスロットル開度制御装置に係り、特に、車載用内燃機関が備える電子制御式スロットル弁の制御に適したスロットル開度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、吸入空気量や吸気圧を含む複数のパラメータの間に成立する関係式を用いたモデル制御の一例が開示されている。この種の関係式に含まれるパラメータのうち、一つのパラメータだけが未知であるとすれば、他のパラメータをその関係式に当てはめることにより、その未知のパラメータを推定することができる。
【０００３】
内燃機関には一般にエアフロメータが備わっている。このため、この種の推定をするにあたっては、エアフロメータで検出した吸入空気量を既知のパラメータとして用いることが一般的に可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０３２７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、内燃機関の吸入空気には脈動が生じている。このため、エアフロメータは、その脈動に応じた出力を発する。一方、吸入空気の脈動は、主としてスロットル下流圧力の変動に起因して生ずるものであり、スロットル上流圧力の変動が主な原因ではない。このため、エアフロメータの出力が、例えばスロットル上流圧力の推定にそのまま用いられると、スロットル上流圧力の推定値に脈動が過大に反映される事態が生じ得る。そして、このような推定値は、その値を用いる制御にハンチングを生じさせ得る。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エアフロメータの出力を利用したパラメータの推定を利用しつつ、スロットル弁の開度を精度良く制御し得る内燃機関のスロットル制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関のスロットル開度制御装置であって、吸入空気量に応じた空気量出力値を発するエアフロメータと、脈動する空気量出力値のうち、少なくとも設定値を下回る値を、当該値より大きな代替値に置き換えて、前記空気量出力値から空気量順流値を生成する順流値生成手段と、を備え、前記設定値は、前記脈動する空気量出力値の中央値以下かつ極小値より大の値であり、更に、スロットル下流圧力を検知又は推定する下流圧力取得手段と、吸入空気温度を検知又は推定する空気温取得手段と、スロットル開度に応じた吸気通路の有効開口面積と吸入空気量と吸入空気温度とスロットル上流圧力とスロットル下流圧力との間に成立するノズル式の関係に、サンプリング時刻ｔにおける有効開口面積、空気量順流値、吸入空気温度、スロットル下流圧力、並びにサンプリング時刻ｔ−１に推定されたスロットル上流圧力を当てはめて、当該サンプリング時刻ｔにおけるスロットル上流圧力を推定する上流圧力推定手段と、前記サンプリング時刻ｔにおいて、前記ノズル式の関係に、当該サンプリング時刻ｔにおける吸入空気温度、スロットル下流圧力、スロットル上流圧力の推定値、並びにサンプリング時刻ｔ＋１における吸入空気量の要求値を当てはめて、当該サンプリング時刻ｔ＋１に実現するべき有効開口面積の目標値を設定する目標面積設定手段と、前記目標値が実現されるようにスロットル開度を制御するスロットル開度制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、脈動する空気量出力値に基づいて前記中央値を計算する中央値計算手段を備え、前記設定値は、前記中央値であることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明において、前記代替値は、前記中央値であることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、前記吸入空気温度は、スロットル上流における吸気通路内の温度であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、エアフロメータが発する空気量出力値のうち、スロットル下流の圧力脈動の影響で空気の流れが減衰している際の値の少なくとも一部をカットした状態で、スロットル上流圧力を推定することができる。このため、本発明によれば、スロットル上流圧力が過大に脈動するのを防ぎ、有効開口面積を精度良く目標値に制御することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、スロットル下流の圧力脈動の影響で空気の流れが減衰している際の空気量出力値の大部分を、より大きな値に置き換えることができる。このため、本発明によれば、スロットル上流圧力の不当な脈動によるスロットル開度制御性の悪化を効果的に抑制することができる。
【００１３】
第３の発明によれば、スロットル下流の圧力脈動の影響で空気の流れが減衰している際の空気量出力値の大部分をカットすることができる。このため、本発明によれば、スロットル上流圧力の不当な脈動によるスロットル開度制御性の悪化を効果的に抑制することができる。
【００１４】
第４の発明によれば、スロットル上流の吸入空気温度を用いてスロットル上流圧力を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を表す図である。
【図２】図１に示すスロットル弁の周辺を拡大して表した図である。
【図３】本発明の実施の形態１で用いられるノズル式に含まれる関数ψを示す図である。
【図４】関数ψの近似方法を説明するための図である。
【図５】図５ａはエアフロメータが発する空気量出力値（破線）と空気量出力値から減衰の影響を除去した空気量順流値（実線）を示す。図５ｂは空気量出力値に基づくスロットル上流圧力の推定値（破線）と空気量順流値（実線）に基づくスロットル上流圧力の推定値を示す。図５ｃは空気量出力値に基づく目標有効開口面積（破線）と空気量順流値（実線）に基づく目標有効開口面積を示す。
【図６】空気量順流値の設定方法の第１の例を示す図である。
【図７】空気量順流値の設定方法の第２の例を示す図である。
【図８】図１に示すＥＣＵに実装される制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
［システム構成］
図１は本発明の実施の形態１のスロットル開度制御装置のシステム構成を示す。本実施形態はディーゼル式の内燃機関１０と、ＥＣＵ１５とを備えている。内燃機関１０は、吸気通路１２を備えている。吸気通路１２にはエアフロメータ１４が配置されている。
【００１７】
エアフロメータ１４は、例えば特開２０１３−９２１１６号公報に開示されているような構造を有しており、吸気通路１２を流通する吸入空気量ｄｍに応じた出力を発生する。エアフロメータの出力はＥＣＵ１５に供給される。以下、その出力の値を「空気量出力値」と称す。
【００１８】
エアフロメータ１４の下流には、ターボチャージャ１６のコンプレッサ１８を介してインタークーラ２０が配置されている。また、インタークーラ２０の下流には、吸気温センサ２２並びにスロットル弁２４が、その順で配置されている。
【００１９】
吸気温センサ２２は、スロットル上流における吸入空気温度、即ちスロットル上流温度Ｔｕｓに応じた出力を発する。吸気温センサ２２の出力はＥＣＵ１５に供給される。
【００２０】
スロットル弁２４は、ＥＣＵ１５と電気的に接続されており、ＥＣＵ１５の指令に応じた開度を実現することができる。吸気通路１２の内部には、スロットル弁２４の開度に応じた有効開口面積Ａｅｆｆが実現され、その有効開口面積Ａｅｆｆに応じた吸入空気量ｄｍが流通する。上述したエアフロメータは、従って、スロットル弁２４を通過して流れる吸入空気量ｄｍに応じた空気量出力値を発する。
【００２１】
ＥＣＵ１５は、スロットル弁２４に向けて発する開度指令に基づいて、或いは、スロットル弁２４に併設されているスロットル開度センサ（図示せず）の出力に基づいて、スロットル開度を検知することができる。ＥＣＵ１５は、スロットル開度と吸気通路１２の関係を定めたマップを記憶しており、そのマップに従って、スロットル開度に応じた有効開口面積Ａｅｆｆを求めることができる。
【００２２】
スロットル弁２４の下流には過給圧センサ２６が配置されている。過給圧センサ２６の出力はＥＣＵ１５に供給されている。ＥＣＵ１５は、過給圧センサ２６の出力に基づいて、スロットル弁２４の下流における圧力、即ちスロットル下流圧力Ｐｄｓを検知することができる。
【００２３】
内燃機関１０の排気通路２８には、ターボチャージャ１６のタービン３０が配置されている。また、排気通路２８には、スロットル弁２４の下流において吸気通路１２と連通するＥＧＲ通路３２が連通している。従って、内燃機関１０には、スロットル弁２４を通過して流入してくる吸入空気と、ＥＧＲ通路３２を通って還流してくるＥＧＲガスとが吸入される。
【００２４】
［スロットル制御の概要］
図２は、スロットル弁２４の周辺を拡大して表した図である。図２中に示す５つのパラメータは、本実施形態におけるスロットル制御の実行に必要なパラメータである。これらのパラメータのうち吸入空気量ｄｍ、スロットル上流温度Ｔｕｓ、スロットル下流圧力Ｐｄｓ、並びに有効開口面積Ａｅｆｆは、本実施形態においてＥＣＵ１５が直接的に検知できるパラメータである。他方、残る１つのパラメータ、即ちスロットル上流圧力Ｐｕｓは、ＥＣＵ１５が直接的に検知できるパラメータではない。
【００２５】
図２に示す５つのパラメータは、互いに相関を有しており、４つのパラメータが判れば残りのパラメータが推定できる関係にある。このため、ＥＣＵ１５は、検知可能な４つのパラメータに基づいて未知のパラメータであるスロットル上流圧力Ｐｕｓを推定することができる。更に、スロットル上流圧力Ｐｕｓが推定できれば、現存の条件下（Ｐｕｓ、Ｔｕｓ、Ｐｄｓ）で要求される吸入空気量ｄｍ＿ｔ＋１を発生させるのに必要な有効開口面積Ａｅｆｆの目標値、即ち目標の有効開口面積Ａｅｆｆ＿ｔ＋１を計算することもできる。つまり、あるサンプリング時刻ｔにおいて次のサンプリング時刻ｔ＋１に発生させるべき要求吸入空気量ｄｍ＿ｔ＋１を定めれば、そのｄｍ＿ｔ＋１を発生させるための目標有効開口面積Ａｅｆｆ＿ｔ＋１を計算することができる。そして、時刻ｔ＋１においてそのＡｅｆｆ＿ｔ＋１が実現されるようにスロットル弁２４を制御すれば、フィードフォワード的に精度良く吸入空気量ｄｍを制御することができる。
【００２６】
本実施形態において、ＥＣＵ１５は、上記の流れに沿ってスロットル開度を制御するべく、８ｍｓ毎にスロットル上流圧力Ｐｕｓの推定と目標有効開口面積Ａｅｆｆ＿ｔ＋１の計算とを行う。以下、Ｐｕｓの推定手法と、Ａｅｆｆ＿ｔ＋１の計算手法を具体的に説明する。
【００２７】
［スロットル上流圧力Ｐｕｓの推定手法］
下記（１）式は、図２に示す５つのパラメータの間に成立するノズル式である。
ｄｍ＝Ａｅｆｆ×Ｐｕｓ×√｛２／（Ｒ×Ｔｕｓ）｝×ψ（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）    ・・・（１）
但し、ｄｍ：スロットル弁２４を通過する吸入空気量［ｋｇ／ｓｅｃ］
Ａｅｆｆ：吸気通路１２の有効開口面積［ｍ２］
Ｐｕｓ  ：スロットル上流圧力［Ｐａ］
Ｐｄｓ  ：スロットル下流圧力［Ｐａ］
Ｔｕｓ  ：スロットル弁２４上流の吸入空気温度［Ｋ］
Ｒ    ：気体定数［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］
【００２８】
関数ψは、空気がスロットル弁２４を通過する程度を数値化する関数であり、（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）との関係で図３のように表すことができる。但し、図３中のκは、スロットル弁２４を通過する流体の比熱比である。以下、本実施形態では、スロットル弁２４を流れる流体が空気であるとし、κは空気の比熱比１．４であるものとする。この場合、図３中に示す｛２／（κ＋１）｝｛κ／（κ−１）｝は０．５３となる。
【００２９】
図３に示す関数ψは、数式で表すと下記（２）式及び（３）式で表すことができる。尚、（２）式及び（３）式は、図３中に示す（２）及び（３）の箇所に対応している。
ψ（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）
＝√［｛κ／（κ−１）｝×｛（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）２／κ−（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）｛（κ＋１）／κ｝｝］
但し、（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）≧｛２／（κ＋１）｝｛κ／（κ−１）｝の場合      ・・・（２）
＝｛２／（κ＋１）｝｛１／（κ−１）｝×√｛κ／（κ＋１）｝
但し、（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）＜｛２／（κ＋１）｝｛κ／（κ−１）｝の場合      ・・・（３）
【００３０】
上記（２）式及び（３）式の条件式右辺、即ち、｛２／（κ＋１）｝｛κ／（κ−１）｝は、比熱比κに対して一義的に決まる値である。このため、本実施形態において、その値は固定値として扱うことができる。また、それらの条件式左辺（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）に含まれるスロットル下流圧力Ｐｄｓは任意のサンプリング時刻ｔにおいて過給圧センサ２６により検知可能である。一方、スロットル上流圧力Ｐｕｓは、時刻ｔにおいて検知することはできない。しかし、その値Ｐｕｓは、８ｍｓ程度の短時間で大きく変化するものではないから、８ｍｓ前のサンプリング時刻ｔ−１において推定されたＰｕｓ＿ｔ−１により代用が可能である（Ｐｕｓの初期値は大気圧で代用可能である）。このため、ＥＣＵ１５は、任意のサンプリング時刻ｔにおいて、ψ（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）が（２）式の関係を満たしているのか、或いは（３）式の関係を満たしているのかを判断することができる。
【００３１】
ところで、上記（１）式は、関数ψについて整理すると下記（４）式のように書き換えることができる。
ψ（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）＝ｄｍ／［Ａｅｆｆ×Ｐｕｓ×√｛２／（Ｒ×Ｔｕｓ）｝］・・・（４）
【００３２】
ＥＣＵ１５は、任意のサンプリング時刻ｔにおいて、上記（４）式の右辺中ｄｍ、Ａｅｆｆ及びＴｕｓを検知することができる。Ｒは定数であり既知である。そして、時刻ｔにおけるスロットル上流圧力Ｐｕｓは、上記の理由により、８ｍｓ前の推定値Ｐｕｓ＿ｔ−１で代用することができる。このため、ＥＣＵ１５は、任意の時刻ｔにおいて、上記（４）式に従ってψ（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）を計算することができる。以下、その値を「ψ＿ｔ」とする。
【００３３】
ψ＿ｔを左辺に代入すると、上記（２）式は下記のように書き換えられる。
ψ＿ｔ
＝√［｛κ／（κ−１）｝×｛（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）２／κ−（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）｛（κ＋１）／κ｝｝］
・・・（５）
【００３４】
（５）式右辺に含まれるＰｄｓは検知可能なパラメータであるから、この式に含まれる未知のパラメータはＰｕｓだけである。このため、上記（２）式の条件が成立する環境下では、この（５）式を解けば時刻ｔにおけるスロットル上流圧力Ｐｕｓを推定することが可能である。
【００３５】
しかしながら、上記（５）式は、その右辺にＰｕｓのベキ乗を含んでいるため、数学的に解くことができない。このため、本実施形態では、以下に説明する近似の手法を用いてこの場合のＰｕｓを推定する。
【００３６】
図４は、上記（５）式の右辺を３つの一次式で近似した様子を示す。ここでは、それらの近似式を以下のように示すこととする。
ψ＿ｔ＝ａ１×（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）＋ｂ１ 
但し、Ａ＜（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）≦１の場合                          ・・・（６）
ψ＿ｔ＝ａ２×（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）＋ｂ２ 
但し、Ｂ＜（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）≦Ａの場合                          ・・・（７）
ψ＿ｔ＝ａ３×（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）＋ｂ３ 
但し、｛２／（κ＋１）｝｛κ／（κ−１）｝＜（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）≦Ａ      ・・・（８）
【００３７】
Ａ及びＢは、｛２／（κ＋１）｝｛κ／（κ−１）｝と１の間に設定した固定値である。またａ１、ａ２、ａ３並びにｂ１、ｂ２、ｂ３は、Ａ及びＢとの関係で１次式の係数として定めた係数である。時刻ｔにおいてＰｕｓ＿ｔ−１をＰｕｓとして代用すれば（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）を計算することができ、その計算値に基づいて、上記（６）、（７）、（８）のうち何れを選択するべきかを判断することができる。そして、選択された数式に、上記（４）式で得られたψ＿ｔと、時刻ｔに検出されたＰｄｓを代入すれば、時刻ｔにおけるスロットル上流圧力Ｐｕｓの推定値を得ることができる。このように、ＥＣＵ１５は、Ｐｕｓ＿ｔ−１に基づいて計算された（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）が上記（２）式の条件を満たす環境下では、図４に示す近似の手法を用いて、任意のサンプリング時刻ｔにおいてスロットル上流圧力Ｐｕｓを推定することができる。
【００３８】
Ｐｕｓ＿ｔ−１に基づいて計算された（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）が上記（３）式の条件を満たす場合、本実施形態では、真の（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）が、図３に示す変局点｛２／（κ＋１）｝｛κ／（κ−１）｝、即ち０．５３であるものとして取り扱う。この場合、スロットル上流圧力ＰｕｓはＰｕｓ＝Ｐｄｓ／０．５３として推定することができる。このため、ＥＣＵ１５は、この場合においても、任意のサンプリング時刻ｔにおいてスロットル上流圧力Ｐｕｓを推定することができる。
【００３９】
［スロットル弁の制御手法］
以下に示す（９）式は、上記のノズル式（１）を変形して表したものである。
Ａｅｆｆ＿ｔ＋１＝ｄｍ＿ｔ＋１／［Ｐｕｓ×√｛２／（Ｒ×Ｔｕｓ）｝×ψ（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）］
・・・（９）
但し、ｄｍ＿ｔ＋１は、サンプリング時刻ｔにおいて、次のサンプリング時刻ｔ＋１に発生させるべきものとして設定した目標の吸入空気量である。また、Ａｅｆｆ＿ｔ＋１は、時刻ｔ＋１における目標の有効開口面積である。
【００４０】
スロットル弁２４周辺の環境を表すパラメータ（Ｐｕｓ、Ｐｄｓ、Ｔｕｓ）は、８ｍｓ程度の短時間で大きく変化するものではない。このため、ノズル式（１）の関係は、サンプリング時刻ｔにおけるそれら（Ｐｕｓ、Ｐｄｓ、Ｔｕｓ）と、サンプリング時刻ｔ＋１に達成されるべき目標有効開口面積Ａｅｆｆ＿ｔ＋１並びに要求吸入空気量ｄｍ＿ｔ＋１との間にも概ね成立する。また、Ｐｕｓが推定値として既知であれば、（９）式に含まれているψ（Ｐｄｓ／Ｐｕｓ）は上記（２）式又は（３）式により計算することができる。このため、時刻ｔ＋１に発生させるべき要求吸入空気量ｄｍ＿ｔ＋１と、時刻ｔに検知又は推定したＰｕｓ、Ｐｄｓ、Ｔｕｓとを用いれば、上記（９）式から、時刻ｔ＋１においてｄｍ＿ｔ＋１を発生させるのに必要な目標の有効開口面積Ａｅｆｆ＿ｔ＋１を計算することができる。
【００４１】
ＥＣＵ１５は、このような原理で、サンプリング時刻ｔにおいて、次のサンプリング時刻ｔ＋１に達成されるべき目標の有効開口面積Ａｅｆｆ＿ｔ＋１を計算する。そして、ＥＣＵ１５は、時刻ｔ＋１において、そのＡｅｆｆ＿ｔ＋１が達成されるようにスロットル弁２４の開度を制御する。
【００４２】
［吸気脈動の影響排除］
次に、本実施形態の特徴である吸気脈動の影響排除について説明する。
本実施形態のシステムでは、スロットル上流圧力Ｐｕｓを推定するにあたって、エアフロメータ１４により吸入空気量ｄｍを検知することが必要である。ここで、吸気通路１２内を流れる吸入空気には、内燃機関１０の動作に同期した脈動が生ずる。このため、エアフロメータ１４が発する空気量出力値にも、その脈動が反映される。
【００４３】
図５（ａ）中に破線で示す波形は、その空気量出力値の様子を示している。また、図５（ｂ）中に示す破線は、ＥＣＵ１５が、その空気量出力値を吸入空気量ｄｍとして推定処理を行った場合に得られるスロットル上流圧力Ｐｕｓの波形である。更に、図５（ｃ）中に示す破線は、そのＰｕｓ推定値に基づいて計算される目標有効開口面積Ａｅｆｆ＿ｔ＋１の波形である。
【００４４】
吸気通路１２を流れる空気量の減衰は、主としてスロットル弁２４の下流における圧力変動に起因して生ずる。換言すると、図５（ａ）中に破線で示す空気量出力値の減衰は、スロットル上流圧力Ｐｕｓの低下が主原因で生ずるものではない。このため、空気量出力値の減衰値がそのままスロットル上流圧力Ｐｕｓの推定値に反映されてしまうと、そのＰｕｓ推定値には過大な減衰が反映されてしまう（図５（ｂ）中に破線の部分）。更に、その値が基礎とされれば、Ｐｕｓ推定値が過大に減衰する期間において、目標有効開口面積Ａｅｆｆ＿ｔ＋１は過大な値となる（図５（ｃ）中に破線の部分）。そして、このような目標有効開口面積Ａｅｆｆ＿ｔ＋１が用いられる場合には、スロットル弁２４の制御にハンチングが生じかねない。
【００４５】
上記のハンチングを防ぐ一つの手法としては、エアフロメータ１４が発する空気量出力値を平滑化して、その振幅を小さくすることが考えられる。しかしながら、このような手法では、空気量出力値の過大な減衰部分はカットすることができるが、同時にその極大値周辺の値までもが小さな値に置き換えられてしまう。この場合、極大値近傍の吸入空気量ｄｍを発生させるべきタイミングで、目標有効開口面積Ａｅｆｆ＿ｔ＋１が過少な値となってしまい、要求される吸入空気量ｄｍ＿ｔ＋１が得られない事態が生ずる。
【００４６】
このような不都合を回避するため、本実施形態では、空気量出力値から圧力脈動に起因する減衰部分だけをカットして空気量順流値を生成し、その空気量順流値を吸入空気量ｄｍとして扱うこととした。図５（ａ）中に示す実線は、空気量順流値の波形イメージを示す。ここで、図５（ａ）に示す空気量順流値は、空気量出力値のものと同じ振幅周期及び極大値を有し、また、空気量出力値の中央値と等しい極小値を有している。
【００４７】
図５（ｂ）中に示す実線の波形は、上述した空気量順流値が吸入空気量ｄｍとして用いられた場合に得られるスロットル上流圧力Ｐｕｓの推定値を示す。また、図５（ｃ）中に示す実線は、上記実線波形のＰｕｓ推定値に基づいて計算される目標有効開口面積Ａｅｆｆ＿ｔ＋１の波形である。
【００４８】
図５（ａ）に示す空気量順流値には、スロットル弁２４下流の圧力変動に起因する減衰が含まれていない。このため、その値を吸入空気量ｄｍとすれば、図５（ｂ）に示すようにＰｕｓ推定値に過大な減衰が生じない。その結果、図５（ｃ）に示すように、目標有効開口面積Ａｅｆｆ＿ｔ＋１の極大値が過大になるのを避けることができる。このため、上記の手法によれば、スロットル制御にハンチングが生ずる可能性を効果的に排除することができる。
【００４９】
また、空気量出力値が減衰している環境下では、そもそも有効開口面積Ａｅｆｆを大きくしても、さほど吸入空気量ｄｍは増加しない。このため、空気量出力値がその中央値を下回る期間において、図５（ｃ）に示すように目標有効開口面積Ａｅｆｆ＿ｔ＋１の設定値が抑えられたとしても、その結果生ずる吸入空気量ｄｍが大きく減少することはない。このため、上記の手法によれば、スロットル制御のハンチングを有効に回避しつつ精度良く要求吸入空気量ｄｍ＿ｔ＋１を発生させることができる。
【００５０】
［空気量順流値の生成手法］
図６中に示す実線は、本実施形態において用いることのできる第１の手法で生成した空気量順流値の波形である。図６に示す空気量順流値は、エアフロメータ１４から発せられる空気量出力値から中央値を下回る値をカットすることで得ることができる。ＥＣＵ１５は、サンプリング時刻毎に、過去１サイクル以上の所定期間に渡る空気量出力値に基づいて、その中央値を計算することができる。そして、ＥＣＵ１５は、サンプリングした空気量出力値がその中央値を下回る場合に限りそのサンプリング値を中央値に置き換えることで、図６に示す空気量順流値を得ることができる。
【００５１】
図７は、本実施形態において用いることのできる空気量順流値の生成方法の第２の例を説明するための図である。図７に示す空気量順流値は、エアフロメータが発する空気量出力値が有するものと同じ振幅周期及び極大値を有し、かつ、空気量出力値の中央値と等しい極小値を有している。ＥＣＵ１５は、サンプリング時刻毎に、過去１サイクル以上の所定期間に渡る空気量出力値に基づいて、その振幅周期、極大値、及び中央値を計算することができる。ＥＣＵ１５は更に、その振幅周期でその極大値とその中央値の間を増減する振幅波形をシミュレートすることができる。そして、ＥＣＵ１５は、サンプリングした空気量出力値がその振幅波形値を下回る場合に限りそのサンプリング値を振幅波形値に置き換えることで、図７に示す空気量順流値を得ることができる。
【００５２】
［ＥＣＵが実行する具体的処理］
図８は、上述したスロットル制御を実現するためにＥＣＵ１５が実行するルーチンの流れを説明するためのフローチャートである。このルーチンは、内燃機関１０の始動後、８ｍｓ毎に起動される。
【００５３】
このルーチンが起動されると、先ず、スロットル制御の実行条件が成立しているか否かが判断される（ステップ１００）。
【００５４】
実行条件の成立が認められると、エアフロメータ１４の出力値、即ち空気量出力値が取得される（ステップ１０２）。
【００５５】
次いで、その空気量出力値に基づいて、スロットル制御用の吸入空気量ｄｍ、即ち空気量順流値が検出される（ステップ１０４）。具体的には、ここでは、図６を参照して説明した手法より空気量出力値から空気量順流値（ｄｍ）が計算されるものとする。
【００５６】
次に、過給圧センサ２６の出力に基づいてスロットル下流圧力Ｐｄｓが検知され、また、吸気温センサの出力に基づいてスロットル上流温度Ｔｕｓが検知される（ステップ１０６）。
【００５７】
次いで、現サンプリング時刻ｔにおけるスロットル上流圧力Ｐｕｓが推定される（ステップ１０８）。具体的には、上記ステップ１０４で計算したｄｍ、上記ステップ１０６で検知したＰｄｓ及びＴｕｓ、並びに前回のサンプリング時刻ｔ−１において推定されたスロットル上流圧力Ｐｕｓ＿ｔ−１に基づいてＰｕｓの推定値が計算される。（上記段落［００２７］〜［００３８］参照）。
【００５８】
Ｐｕｓの推定が終了すると、次に、次回のサンプリング時刻ｔ＋１において実現するべき目標有効開口面積Ａｅｆｆ＿ｔ＋１が算出される（ステップ１１０）。具体的には、ここでは先ず、車両に対する要求等に基づいて時刻ｔ＋１に達成するべき要求吸入空気量ｄｍ＿ｔ＋１が設定される。そして、そのｄｍ＿ｔ＋１を、上記ステップ１０８で計算したＰｕｓ推定値、並びに上記ステップ１０４及び１０６で検知したＰｄｓ及びＴｕｓと共に上記（９）式の関係に当てはめることで、目標有効開口面積Ａｅｆｆ＿ｔ＋１が算出される。
【００５９】
その後、設定された目標有効開口面積Ａｅｆｆ＿ｔ＋１を発生させるべく、スロットル弁２４に対して開度指令が発せられる（ステップ１１２）。ＥＣＵ１５は、スロットル開度と有効開口面積Ａｅｆｆとの関係を定めたマップを記憶している。ここでは、先ず、そのマップに従ってＡｅｆｆ＿ｔ＋１を発生させるのに必要なスロットル開度が決定される。そして、決定されたスロットル開度に応じた指令がスロットル弁２４に与えられる。上記の処理が終わると、ＥＣＵ１５は、今回の処理が終了したものとしてこのルーチンを終了させる。
【００６０】
ＥＣＵ１５が以上の処理を実行することにより、本実施形態のシステムでは、制御上のハンチングを生じさせることなく、スロットル弁２４がフィードフォワード的に精度良く制御される。このため、このシステムによれば、優れたドライブアビリティを実現することができる。
【００６１】
ところで、上述した実施の形態１では、スロットル上流温度Ｔｕｓ、及びスロットル下流圧力Ｐｄｓを、それぞれセンサにより実測することとしているが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。すなわち、スロットル上流温度Ｔｕｓ、及びスロットル下流圧力Ｐｄｓは、モデル等を用いた周知の推定方法により取得することとしてもよい。
【００６２】
また、上述した実施の形態１では、ノズル式（１）に当てはめる吸入空気温度をスロットル上流温度Ｔｕｓに限定しているが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。すなわち、その温度に顕著な相違が生じない範囲においては、ノズル式（１）に当てはめる吸入空気温度をスロットル弁２４の下流で得た温度としてもよい。
【００６３】
また、上述した実施の形態１では、内燃機関１０が、ターボチャージャ１６を備えるディーゼル機関に限定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、ガソリン機関に適用することも可能であり、また、ターボチャージャ１６を具備しない機関に適用することも可能である。
【００６４】
また、上述した実施の形態１では、ステップ１０４において、ＥＣＵ１５が、図６を参照して説明した手法により空気量順流値を計算することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ＥＣＵ１５は、ステップ１０４において、上記図７を参照して説明した手法により空気量順流値を計算することとしてもよい。
【００６５】
また、上述した実施の形態１では、サンプリング間隔を８ｍｓとしているが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、サンプリング間隔は、設計上の要求に従って適宜設定された時間であればよい。
【００６６】
尚、上述した実施の形態１においては、空気量出力値の中央値が、前記第１の発明における「設定値」及び「代替値」に相当している。また、実施の形態１では、ステップ１０４の処理が実行されることにより第１の発明における「順流値生成手段」が、ステップ１０６の処理が実行されることにより第１の発明における「下流圧力取得手段」及び「空気温取得手段」が、ステップ１０８の処理が実行されることにより第１の発明における「上流圧力推定手段」が、ステップ１１０の処理が実行されることにより第１の発明における「目標面積設定手段」が、ステップ１１２の処理が実行されることにより第１の発明における「スロットル開度制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００６７】
また、上述した実施の形態１では、ステップ１０４の処理中で、空気量出力値の中央値が計算されることにより第２の発明における「中央値計算手段」が実現されている。
【符号の説明】
【００６８】
１０  内燃機関
１４  エアフロメータ
１５  ＥＣＵ
２２  吸気温センサ
２４  スロットル弁
２６  過給圧センサ
ｄｍ  吸入空気量
Ｔｕｓ  スロットル上流温度
Ｐｄｓ  スロットル下流圧力
Ａｅｆｆ  有効開口面積
ｄｍ＿ｔ＋１  要求吸入空気量
Ａｅｆｆ＿ｔ＋１  目標の有効開口面積
κ  比熱比
【図１】
2015086845.tif 000003
【図２】
2015086845.tif 000004
【図３】
2015086845.tif 000005
【図４】
2015086845.tif 000006
【図５】
2015086845.tif 000007
【図６】
2015086845.tif 000008
【図７】
2015086845.tif 000009
【図８】
2015086845.tif 000010