(57)【要約】【課題】エンジンやセンサ特性の固体ばらつきや経年変化に対応でき、設定パラメータを増大させない吸入空気量の推定方法および推定装置、また、当該推定方法または当該推定装置による吸入空気量の推定値が目標値となるように制御する制御方法および制御装置を提供する。【解決手段】吸気管圧力の値に基づいてシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値（Ｇａｉｒ＿Ｐｂ）を求めるステップと、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に同定パラメータ（Ａ’）を乗じた値が、スロットル通過空気量の値（Ｇｔｈ）に等しくなるように適応オブザーバを用いて同定パラメータを定めるステップとを含む。さらに、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に当該同定パラメータを乗じてシリンダ吸入空気量（Ｇｃｙｌ）の最終推定値（Ｇｃｙｌ＿ｈａｔ）を求めるステップを含む。【選択図】図７
2004156456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダ吸入空気量を推定する方法であって、
吸気管圧力の値に基づいてシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値を求めるステップと、
シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に同定パラメータを乗じた値が、スロットル通過空気量の値に等しくなるように適応オブザーバを用いて同定パラメータを定めるステップと、
シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に当該同定パラメータを乗じてシリンダ吸入空気量の最終推定値を求めるステップとを含むシリンダ吸入空気量推定方法。
【請求項２】
適応オブザーバを用いて同定パラメータを定めるステップにおいて、排気ガス再循環バルブのリフト量をさらに同定に使用する請求項１に記載のシリンダ吸入空気量推定方法。
【請求項３】
内燃機関のシリンダ吸入空気量を推定する方法であって、
吸気管圧力の値に基づいてシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値を求めるステップと、
吸気管圧力の値、排気管内圧力に相当する値および排気ガス再循環バルブのリフト量の値に基づいて還流排気ガス量の推定値を求めるステップと、
シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に第１の同定パラメータを乗じた値から、還流排気ガス量の推定値に第２の同定パラメータを乗じた値を減じた値が、スロットル通過空気量の値に等しくなるように適応オブザーバを用いて第１および第２の同定パラメータを定めるステップと、
シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に第１の同定パラメータを乗じた値から、還流排気ガス量の推定値に第２の同定パラメータを乗じた値を減じて、シリンダ吸入空気量の最終推定値を求めるステップとを含むシリンダ吸入空気量推定方法。
【請求項４】
第１の同定パラメータおよび第２の同定パラメータを、適応オブザーバを用いて求めるステップにおいて、第２の同定パラメータに忘却係数を使用する請求項３に記載のシリンダ吸入空気量推定方法。
【請求項５】
内燃機関のシリンダ吸入空気量を推定する方法であって、
吸気管圧力の値に基づいてシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値を求めるステップと、
吸気管圧力の値の差分、吸気管圧力の値の２回差分、スロットル通過空気量の値の差分およびシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値の差分を求めるステップと、
吸気管圧力の値の２回差分に同定パラメータを乗じた値が、スロットル通過空気量の値の差分からシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値の差分を減じた値に等しくなるように、適応オブザーバを用いて同定パラメータを定めるステップと、
吸気管圧力の値の差分に同定パラメータを乗じた値を、スロットル通過空気量の値から減じてシリンダ吸入空気量の最終推定値を求めるステップとを含むシリンダ吸入空気量推定方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のシリンダ吸入空気量推定方法によって求めたシリンダ吸入空気量の最終推定値が目標値となるように制御するステップをさらに含むシリンダ吸入空気量制御方法。
【請求項７】
応答指定型制御アルゴリズムを使用する請求項６に記載のシリンダ吸入空気量制御方法。
【請求項８】
内燃機関のシリンダ吸入空気量を推定する装置であって、
吸気管圧力に基づいて、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値を求め、出力として送り出すモジュールと、
スロットル通過空気量の値およびシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に基づいて、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に同定パラメータを乗じた値が、スロットル通過空気量の値に等しくなるように適応オブザーバを用いて同定パラメータを定め、出力として送り出すモジュールと、
シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に同定パラメータを乗じてシリンダ吸入空気量の最終推定値を求める乗算モジュールとを含むシリンダ吸入空気量推定装置。
【請求項９】
適応オブザーバを用いて同定パラメータを定め、出力として送り出すモジュールが、排気ガス再循環バルブのリフト量をさらに入力として同定に使用する請求項８に記載のシリンダ吸入空気量推定装置。
【請求項１０】
内燃機関のシリンダ吸入空気量を推定する装置であって、吸気管圧力の値に基づいてシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値を求め、出力として送り出すモジュールと、
吸気管圧力の値、排気管内圧力に相当する値および排気ガス再循環バルブのリフト量の値に基づいて還流排気ガス量の推定値を求め、出力して送り出すモジュールと、
シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に第１の同定パラメータを乗じた値から、還流排気ガス量の推定値に第２の同定パラメータを乗じた値を減じた値が、スロットル通過空気量の値に等しくなるように適応オブザーバを用いて第１および第２の同定パラメータを定め、出力として送り出すモジュールと、
シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に第１の同定パラメータを乗じた値から、還流排気ガス量の推定値に第２の同定パラメータを乗じた値を減じて、シリンダ吸入空気量の最終推定値を求め、出力として送り出すモジュールとを含むシリンダ吸入空気量推定装置。
【請求項１１】
第１および第２の同定パラメータを定め、出力として送り出すモジュールにおいて、第２の同定パラメータに忘却係数を使用する請求項１０に記載のシリンダ吸入空気量推定装置。
【請求項１２】
内燃機関のシリンダ吸入空気量を推定する装置であって、吸気管圧力の値に基づいてシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値を求め、出力として送り出すモジュールと、
吸気管圧力の値の差分、吸気管圧力の値の２回差分、スロットル通過空気量の値の差分およびシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値の差分を求めるモジュールと、
吸気管圧力の値の２回差分に同定パラメータを乗じた値が、スロットル通過空気量の値の差分からシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値の差分を減じた値に等しくなるように、適応オブザーバを用いて同定パラメータを定めるモジュールと、
吸気管圧力の値の差分に同定パラメータの値を乗じるモジュールと、
吸気管圧力の値の差分に同定パラメータの値を乗じた値をスロットル通過空気量の値から減じてシリンダ吸入空気量の最終推定値を求め、出力として送り出すモジュールとを含むシリンダ吸入空気量推定装置。
【請求項１３】
請求項８から１２のいずれか１項に記載のシリンダ吸入空気量推定装置と、
当該シリンダ吸入空気量推定装置の最終推定値および吸入空気量目標値を入力とし、当該最終推定値が目標値となるようにスロットル開度を操作するコントローラとを含むシリンダ吸入空気量制御装置。
【請求項１４】
前記コントローラが応答指定型制御アルゴリズムを使用する請求項１３に記載のシリンダ吸入空気量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸入空気量の推定方法および推定装置に関する。また、当該推定方法または当該推定装置による吸入空気量の推定値が目標値となるように制御する制御方法および制御装置に関する。特に、適応オブザーバを用いてパラメータを同定する吸入空気量の推定方法および推定装置、また、当該推定方法または当該推定装置による吸入空気量の推定値が目標値となるように制御する制御方法および制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、本発明の吸入空気量の推定方法および推定装置、また、当該推定方法または当該推定装置による吸入空気量の推定値が目標値となるように制御する制御方法および制御装置が適用される内燃機関の構成を示す。図１の内燃機関は、燃費向上のため、タービン２とコンプレッサ１からなる加給器と自在バルブタイミング機構８とを備える。タービン２とコンプレッサ１とは機械的に接続されてもよく、電気的に接続されてもよい。自在バルブバルブタイミング機構８は、バルブを直接電気的に動作してもよく、また、機械的なカムによるバブル動作を電気的に補正するようにしてもよい。また、図１の内燃機関は、エミッション低減のため、エアフローメータ３，吸気管圧力センサ（ＰＢセンサ）６、広域空燃比（ＬＡＦ）センサ１２、Ｏ２センサ１５、始動時の早期活性化を目的としたプライマリ触媒コンバータ（高耐熱・低熱容量ＣＡＴ）１３および暖機後における高い排気浄化率を実現するメイン触媒コンバータ（高セル密度ＣＡＴ）１４を備える。図１において、４は加給圧センサ、５は電子制御スロットル、７は排気ガス再循環バルブ、９はインジェクタ、１０は燃焼室、１１は点火プラグを示す。
【０００３】
図２に内燃機関の吸気部分の構成を示す。空気は、スロットル５を経てシリンダに送られる。図３に、スロットル開度を急に大きくした場合にエアフローメータ３によって計測されるスロットル通過空気量Ｇｔｈ、シリンダ吸入空気量Ｇｃｙｌ、吸気管への空気量充填量Ｇｂおよび吸気管圧力センサ６によって計測される吸気管圧力Ｐｂの関係を示す。図３から、スロットル通過空気量Ｇｔｈは、吸気管充填効果の影響により、シリンダ吸入空気量Ｇｃｙｌに対してオーバーシュート特性を示すことがわかる。このため、スロットル通過空気量Ｇｔｈをそのままシリンダ吸入空気量Ｇｃｙｌとみなして燃料噴射量を決定すると、スロットル変化速度が速い場合に、開度増大時には空燃比がリッチ化され、開度減少時には空燃比がリーン化され、結果として触媒浄化率が低下する。
【０００４】
したがって、従来はシリンダ吸入空気量Ｇｃｙｌを以下のように推定していた。最初に、吸気管圧力Ｐｂの変化ΔＰＢに基づいて、吸気管への充填量の変化ΔＧｂを以下の式によって算出する。
【０００５】
2004156456.tif 000003
ここで、Ｖｂは吸気管ボリューム、Ｒは気体定数、Ｔｂは吸気管内の気体温度、ｋは、シリンダの吸入行程（ＴＤＣ）に同期した制御時刻である。Ｔｂは、一定と仮定する。
【０００６】
この吸気管への充填量の変化ΔＧｂ（ｋ）を使って、スロットル通過空気量Ｇｔｈ（ｋ）を以下の式にしたがって補正することにより、シリンダ吸入空気量の推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔ（ｋ）を推定していた。
【０００７】
2004156456.tif 000004
【０００８】
ところが、実際にはスロットル開度の増加または減少の方向およびその速度などによって、吸気管充填効果に寄与する有効吸気管ボリュームは一定ではない。
さらに、吸気管内の気体温度Ｔｂの変化の影響によって、条件によっては図４に示すように、スロットル通過空気量Ｇｔｈのオーバーシュートの補償が過剰であったり、過小である場合が生じていた。このため、吸気管ボリュームのゲインスケジューリングを行ったり、シリンダ吸入空気量の推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔにリミット処理を施したり、吸気管への充填量の変化ΔＧｂにフィルタ効果を付加したりして対応していた。このため、これらの設定パラメータが増大した。しかしながら、これらの手法では、エンジンやセンサ特性の固体ばらつきや経年変化には対応できなかった。
【０００９】
特開平１１−２９４２３１号は、ファジィニューラルネットを用いて推定吸入空気量を求める方法を開示している（同公報の図９および図１０参照）。しかしながら、この方法によっても、上記の問題点を解決するには至らなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、エンジンやセンサ特性の固体ばらつきや経年変化に対応でき、設定パラメータを増大させない吸入空気量の推定方法および推定装置、また、当該推定方法または当該推定装置による吸入空気量の推定値が目標値となるように制御する制御方法および制御装置が求められていた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、内燃機関のシリンダ吸入空気量を、適応オブザーバを用いて推定する。
【００１２】
このように、シリンダ吸入空気量を、適応オブザーバを用いて推定することによって、スロットルの変化速度やその方向に関わりなく、シリンダ吸入空気量を精度よく推定することができ、空燃比の制御性向上による排気ガスの有害成分の排出量を低減できる。また、従来、吸入空気量推定アルゴリズムのセッティングに多大の時間と労力を要していたが、これを飛躍的に削減できる。
【００１３】
本発明の１実施形態による、内燃機関のシリンダ吸入空気量を推定する方法は、吸気管圧力の値に基づいてシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値を求めるステップと、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に同定パラメータを乗じた値が、スロットル通過空気量の値に等しくなるように適応オブザーバを用いて同定パラメータを定めるステップとを含む。さらに、本実施形態による方法は、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に当該同定パラメータを乗じてシリンダ吸入空気量の最終推定値を求めるステップを含む。
【００１４】
また、本実施形態による、内燃機関のシリンダ吸入空気量を推定する装置は、吸気管圧力に基づいて、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値を求め、出力として送り出すモジュールと、適応オブザーバを用いて同定パラメータを定め、出力として送り出すモジュールと、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に同定パラメータを乗じてシリンダ吸入空気量の最終推定値を求める乗算モジュールとを含む。適応オブザーバは、スロットル通過空気量の値およびシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に基づいて、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に同定パラメータを乗じた値が、スロットル通過空気量の値に等しくなるように同定パラメータを定める。
【００１５】
エアフローメータによって観測されるスロットル通過空気量は、スロットルが急変する際にオーバーシュート的挙動を示し、スロットルが一定の場合には揺らぐ特性があり、このため、過渡時および定常時の空燃比の制御性を低下させていた。本発明の上記実施形態によれば、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に、適応オブザーバによって求めた同定パラメータを乗じてシリンダ吸入空気量の最終推定値を求めることにより、過渡時に正確な推定値を与え、定常時に揺らぎのない推定値を提供することができる。したがって、空燃比の制御性を飛躍的に向上できる。
【００１６】
本発明の他の実施形態によれば、適応オブザーバを用いて同定パラメータを定める際に、排気ガス再循環バルブのリフト量をさらに同定に使用する。
【００１７】
排気ガス再循環がＯＮ／ＯＦＦすると、スロットル通過空気量はそれに応じて急変する。このとき、適応オブザーバによって算出される同定パラメータは、スパイク的な偏差の発生により振動的な挙動を示す。このため、シリンダ吸入空気量の最終推定値が振動的になることがあった。そこで、本実施形態においては、排気ガス再循環バルブのリフト量を使用してスパイク的な偏差をキャンセルすることにより、シリンダ吸入空気量の最終推定値が振動的になることを防止する。
したがって、排気ガス再循環ＯＮ／ＯＦＦ時の空燃比制御性が向上する。
【００１８】
本発明の他の実施形態による、内燃機関のシリンダ吸入空気量を推定する方法は、  吸気管圧力の値に基づいてシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値を求めるステップと、吸気管圧力の値、排気管内圧力に相当する値および排気ガス再循環バルブのリフト量の値に基づいて還流排気ガス量の推定値を求めるステップとを含む。さらに、本実施形態による方法は、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に第１の同定パラメータを乗じた値から、還流排気ガス量の推定値に第２の同定パラメータを乗じた値を減じた値が、スロットル通過空気量の値に等しくなるように第１および第２の同定パラメータを定めるステップを含む。さらに、本実施形態による方法は、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に第１の同定パラメータを乗じた値から、還流排気ガス量の推定値に第２の同定パラメータを乗じた値を減じて、シリンダ吸入空気量の最終推定値を求めるステップを含む。
【００１９】
また、本実施形態による、内燃機関のシリンダ吸入空気量を推定する装置は、吸気管圧力の値に基づいてシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値を求め、出力として送り出すモジュールと、吸気管圧力の値、排気管内圧力に相当する値および排気ガス再循環バルブのリフト量の値に基づいて還流排気ガス量の推定値を求め、出力して送り出すモジュールとを含む。さらに、本実施形態による装置は、適応オブザーバにより、第１および第２の同定パラメータを定め、出力として送り出すモジュールと、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に第１の同定パラメータを乗じた値から、還流排気ガス量の推定値に第２の同定パラメータを乗じた値を減じて、シリンダ吸入空気量の最終推定値を求め、出力として送り出すモジュールとを含む。適応オブザーバは、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に第１の同定パラメータを乗じた値から、還流排気ガス量の推定値に第２の同定パラメータを乗じた値を減じた値が、スロットル通過空気量の値に等しくなるように同定パラメータを定める。
【００２０】
本実施形態によれば、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値に第１の同定パラメータを乗じた値から、還流排気ガス量の推定値に第２の同定パラメータを乗じた値を減じて、シリンダ吸入空気量の最終推定値を求める。したがって、排気ガス再循環のＯＮ／ＯＦＦに対して遅れを発生することなく、排気ガス再循環のＯＮ／ＯＦＦによる実際のシリンダ吸入空気量の変化を推定値に反映できるため、排気ガス再循環のＯＮ／ＯＦＦ時の空燃比の制御性を向上できる。
【００２１】
さらに、他の実施形態によれば、第１の同定パラメータおよび第２の同定パラメータを、適応オブザーバを用いて求める際に、第２の同定パラメータに忘却係数を使用する。
【００２２】
本実施形態により、スロットル通過空気量が一定の場合に、第２の同定パラメータはゼロとなる。したがって、スロットル通過空気量が一定の場合に、適応オブザーバによって算出される第１のパラメータおよび第２のパラメータの絶対値の総和が増大（ドリフト）し、シリンダ吸入空気量の最終推定値の精度が著しく低下する状況が防止できる。
【００２３】
本発明の他の実施形態による、内燃機関のシリンダ吸入空気量を推定する方法は、吸気管圧力の値に基づいてシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値を求めるステップと、吸気管圧力の値の差分、吸気管圧力の値の２回差分、スロットル通過空気量の値の差分およびシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値の差分を求めるステップを含む。さらに、本実施形態による方法は、適応オブザーバを用いて同定パラメータを定めるステップと、吸気管圧力の値の差分に同定パラメータを乗じた値を、スロットル通過空気量の値から減じてシリンダ吸入空気量の最終推定値を求めるステップとを含む。適応オブザーバは、吸気管圧力の値の２回差分に同定パラメータを乗じた値が、スロットル通過空気量の値の差分からシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値の差分を減じた値に等しくなるように、同定パラメータを定める。
【００２４】
本実施形態による、内燃機関のシリンダ吸入空気量を推定する装置は、吸気管圧力の値に基づいてシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値を求め、出力として送り出すモジュールと、吸気管圧力の値の差分、吸気管圧力の値の２回差分、スロットル通過空気量の値の差分およびシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値の差分を求めるモジュールとを含む。さらに、本実施形態による装置は、適応オブザーバを用いて同定パラメータを定めるモジュールと、吸気管圧力の値の差分に同定パラメータの値を乗じるモジュールと、吸気管圧力の値の差分に同定パラメータの値を乗じた値をスロットル通過空気量の値から減じてシリンダ吸入空気量の最終推定値を求め、出力として送り出すモジュールとを含む。適応オブザーバは、吸気管圧力の値の２回差分に同定パラメータを乗じた値が、スロットル通過空気量の値の差分からシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値の差分を減じた値に等しくなるように、同定パラメータを定める。
【００２５】
本実施形態によれば、吸気管圧力の値の差分に同定パラメータを乗じた値を、スロットル通過空気量の値から減じてシリンダ吸入空気量の最終推定値を求める。同定パラメータは、シリンダ吸入空気量の最終推定値の変化挙動が、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値の変化挙動に一致するように、適応オブザーバによって定める。したがって、シリンダ吸入空気量の最終推定値が、過渡時に実際のシリンダ吸入空気量の挙動と一致した挙動を示す、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値と同様の挙動を示すようになるため、過渡時の空燃比制御性が向上する。
【００２６】
本発明のさらに他の実施形態による、シリンダ吸入空気量制御方法は、本発明のいずれかの実施形態による吸入空気量推定方法によって求めたシリンダ吸入空気量の最終推定値が目標値となるように制御するステップをさらに含む。
【００２７】
本実施形態による、シリンダ吸入空気量制御装置は、本発明のいずれかの実施形態による、シリンダ吸入空気量推定装置と、当該シリンダ吸入空気量推定装置の最終推定値および吸入空気量目標値を入力とし、当該最終推定値が目標値となるようにスロットル開度を操作するコントローラとを含む。
【００２８】
本実施形態によれば、適応オブザーバを使用する本発明のいずれかの実施形態による、シリンダ吸入空気量の推定値が目標値となるように制御する。したがって、スロットルの変化速度やその方向に関わりなく、シリンダ吸入空気量を精度よく推定することができるため、急速なスロットルの変化が要求されるような場合にも、シリンダ吸入空気量を精度よく制御することができる。すなわち、エンジンの駆動トルクを制御することができる。
【００２９】
他の実施形態によれば、制御に応答指定型制御アルゴリズムを使用する。
【００３０】
応答指定型制御アルゴリズムを使用することにより、シリンダ吸入空気量を、目標値に対するオーバーシュートを生じることなく制御することができる。つまり、エンジンの駆動トルクを目標トルクに対してオーバーシュートを生じることなく制御することができる。これにより、ドライバビリティの向上や、ＨＥＶ／ＧＤＩ（ＧＤＩエンジンと電気モータの組み合わせ）システムの動作においてむだを省くことができるため、燃費の向上を図ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の１実施形態について以下に説明する。
【００３２】
まず、充填効率を考慮せずに、吸気管圧力Ｐｂの気体がシリンダ内に１００％充填されると仮定し、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂを以下の式にしたがって算出する。
【００３３】
2004156456.tif 000005
ここで、Ｖｃｙｌは、シリンダ容積（自在バルブタイミング機構の場合は、有効圧縮シリンダ容積）、Ｒは気体定数、Ｔｃｙｌは、シリンダの気体温度、ｋは、ＴＤＣに同期した制御時刻である。シリンダの気体温度Ｔｃｙｌは、吸気管（インテイクマニホールド）内の気体温度Ｔｂと等しいと仮定する。上記の式５を変形し、以下の式６を得る。
【００３４】
2004156456.tif 000006
【００３５】
この場合に、シリンダ吸入空気量Ｇｃｙｌ、スロットル通過空気量Ｇｔｈおよびシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂの間の関係は図５に示すようになる。図５からわかるように、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂは、充填効率を無視しているため、シリンダ吸入空気量Ｇｃｙｌに対し、定常偏差を持っている。しかしながら、その挙動は、シリンダ吸入空気量Ｇｃｙｌの挙動と一致している。本実施形態においては、このシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂの特性に注目した。
【００３６】
すなわち、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂは、シリンダ吸入空気量Ｇｃｙｌの挙動の情報を持っており、スロットル通過空気量Ｇｔｈはシリンダの充填効率の情報を持っている。したがって、スロットル通過空気量Ｇｔｈによって、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂの定常偏差を補償する方法を考案した。
【００３７】
シリンダの充填効率は一定ではないため、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂとシリンダ吸入空気量Ｇｃｙｌの定常偏差は厳密には定常ではない。したがって、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂの、スロットル通過空気量Ｇｔｈによる補正は、適応性を有する必要がある。
【００３８】
そこで本発明においては、適応オブザーバを使用して適応性を有する補正を行うこととした。特に、本実施形態では、以下の式に示すように適応オブザーバとして逐次型同定アルゴリズムを用いて、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂを同定パラメータＡ’によって補正し、シリンダ吸入空気量の最終推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔを求めるようにした。
【００３９】
2004156456.tif 000007
2004156456.tif 000008
ここで、λ１およびλ２は重みパラメータ、ＬＡＣＴは排気ガス再循環（ＥＧＲ）バルブリフト量、Ｋｌａｃｔはダンピング係数である。ここで、λ１＝１、λ２＝１の場合は最小２乗法、λ１＜１、λ２＝１の場合は重み付き最小２乗法、λ１＝１、λ２＝０の場合が固定ゲイン法、λ１＝１、λ２＜１の場合が漸減ゲイン法となる。同定パラメータＡ’は、式１０の偏差を最小とするように定められる。
【００４０】
なお、式８のΔＬＡＣＴの項は、ＥＧＲバルブリフト量の急変時におけるシリンダ吸入空気量の最終推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔの振動的な挙動を抑制するためのダンピング項である。ＥＧＲバルブリフト量の急変時には、シリンダの充填効率が急変し、スパイク的な偏差が発生する。これにより、同定パラメータＡ’が振動的な挙動を示す。上記のダンピング項は、このような同定パラメータの振動的な挙動を防止するためのものである。
【００４１】
図６に本実施形態によるシリンダ吸入空気量推定装置のブロック図を示す。シリンダ吸入空気量推定装置は、モジュール６１と、モジュール６２と、乗算モジュール６３とを含む。モジュール６１は、吸気管圧力Ｐｂを入力として受け取り、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂを求め、出力として送り出す（式６）。モジュール６２は、スロットル通過空気量の値Ｇｔｈ、当該吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂおよび排気ガス再循環（ＥＧＲ）バルブリフト量ＬＡＣＴを入力として受け取り、逐次型最小２乗法を用いて同定パラメータＡ’を定め、出力として送り出す（式８から１３）。同定パラメータＡ’は、式１０の偏差が最小となるようになるように定める。乗算モジュール６３は、シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂに当該係数Ａ’を乗じてシリンダ吸入空気量の最終推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔを求める（式７）。
【００４２】
図７に本実施形態によるシリンダ吸入空気量推定の結果を示す。スロットル通過空気量の値ＧｔｈおよびＥＧＲバルブリフト量ＬＡＣＴの変化にかかわらず、シリンダ吸入空気量の最終推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔは、シリンダ吸入空気量の値Ｇｃｙｌに追従している。同定パラメータＡ’は、スロットル通過空気量の値ＧｔｈおよびＥＧＲバルブリフト量ＬＡＣＴの変化に適応して変化している。
【００４３】
本発明の別の実施形態について以下に説明する。
【００４４】
本実施形態においては、ＥＧＲ通路を通じて還流される排気ガス量Ｇｅｇｒを以下の式によって推定する。
【００４５】
2004156456.tif 000009
ここで、Ｋｇｅｇｒは、排気ガス還流量算出係数、ＬＡＣＴは排気ガス再循環（ＥＧＲ）バルブリフト量、Ｐａは、大気圧を表す。ここで大気圧は、排気ガス圧力（背圧）にほぼ等しい。
【００４６】
このとき、シリンダ吸入空気量の最終推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔを以下の式によって算出する。
【００４７】
2004156456.tif 000010
ここで、Ａ’’およびＢ’’は、同定パラメータである。シリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂには、排気ガス再循環分（ＥＧＲ）の影響が反映されていないが、式１５によって、排気ガス再循環分（ＥＧＲ）によって増加している空気圧Ｐｂによってシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂが余剰になっている分をキャンセルすることができる。
【００４８】
逐次型最小２乗法を用いた、式１５の算出手順を以下の式に示す。
【００４９】
2004156456.tif 000011
2004156456.tif 000012
ここで、θ’’（Ａ’’，Ｂ’’）は、同定パラメータを表し、Ｐ’’は、同定ゲインを表す。
【００５０】
式１７乃至式２２においては、同定パラメータが複数存在するため、スロットル通過空気量の値Ｇｔｈの値がほぼ一定になったときにパラメータがドリフトを生じるおそれがある。したがって、同定アルゴリズムとしてσ修正法を用いた固定ゲインアルゴリズムを採用している。
【００５１】
図８に本実施形態によるシリンダ吸入空気量推定装置のブロック図を示す。シリンダ吸入空気量推定装置は、モジュール８１と、モジュール８２と、モジュール８３と、モジュール８４とを含む。モジュール８１は、吸気管圧力の値Ｐｂを入力として受け取り、シリンダ吸入量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂを求め、出力として送り出す（式６）。モジュール８２は、吸気管圧力の値Ｐｂ、大気圧Ｐａおよび排気ガス再循環バルブのリフト量の値ＬＡＣＴを入力として受け取り、還流排気ガス量の吸気管圧力による推定値Ｇｅｇｒを求め、出力して送り出す（式１４）。モジュール８３は、スロットル通過空気量の値Ｇｔｈ、還流排気ガス量の吸気管圧力による推定値Ｇｅｇｒおよびシリンダ吸入量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂを入力として受け取り、第１の同定パラメータＡ’’および第２の同定パラメータＢ’’を、逐次型最小２乗法を用いて定め、出力として送り出す（式１７から２２）。第１の同定パラメータＡ’’および第２の同定パラメータＢ’’は、式１９の偏差が最小となるようになるように定める。モジュール８４は、シリンダ吸入量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂに第１の同定パラメータＡ’’を乗じた値から、還流排気ガス量の吸気管圧力による推定値Ｇｅｇｒに第２の同定パラメータＢ’’を乗じた値を減じ、シリンダ吸入空気量の最終推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔを求める（式１６）。
【００５２】
図９に本実施形態によるシリンダ吸入空気量推定の結果を示す。スロットル通過空気量の値ＧｔｈおよびＥＧＲバルブリフト量ＬＡＣＴの変化にかかわらず、シリンダ吸入空気量の最終推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔは、シリンダ吸入空気量の値Ｇｃｙｌに追従している。第１の同定パラメータＡ’’は、スロットル通過空気量の値ＧｔｈおよびＥＧＲバルブリフト量ＬＡＣＴの変化に適応して変化している。また、第２の同定パラメータＢ’’は、ＥＧＲバルブリフト量ＬＡＣＴの変化に適応して変化するが、パラメータの忘却効果により、定常時にはゼロに戻る。このような挙動により、ＥＧＲバルブリフト量の急変時にも精度の高い推定が行われる。
【００５３】
本発明のさらに、別の実施形態について以下に説明する。
【００５４】
シリンダ吸入量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂは、シリンダ吸入量の変化挙動に関して高精度の情報を有している。したがって、シリンダ吸入空気量の最終推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔの変化挙動をシリンダ吸入量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂの変化挙動に一致させるように吸気管充填量の変化ΔＧｂを適応的に算出する。
【００５５】
従来の、シリンダ吸入空気量の推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔの算出は以下の式であった。
【００５６】
2004156456.tif 000013
この従来手法の問題点は、吸気管への充填量の変化ΔＧｂをエンジンやセンサ特性の個体ばらつきや経年変化に対して適切に設定できないことであった。
【００５７】
そこで、シリンダ吸入空気量の最終推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔ以下の式により定義し直す。
【００５８】
2004156456.tif 000014
【００５９】
ここで、留意すべき点は、吸気管への充填量の変化ΔＧｂを適応的に算出するために、同定パラメータＡを使用している点である。
【００６０】
式２３の差分を求める。
【００６１】
2004156456.tif 000015
【００６２】
これに対して、シリンダ吸入量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂの差分を以下の式により定義する。
【００６３】
2004156456.tif 000016
【００６４】
「シリンダ吸入空気量の最終推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔの変化が、シリンダ吸入量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂの変化に等しい」との条件は、以下の式により表される。
【００６５】
2004156456.tif 000017
【００６６】
式２９の右辺に式２４を代入して以下の式を導く。
【００６７】
2004156456.tif 000018
【００６８】
したがって、式３０を満たすように同定パラメータＡを定め、シリンダ吸入空気量の最終推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔを算出すればよい。算出の仕方を以下の式によって具体的に示す。
【００６９】
2004156456.tif 000019
2004156456.tif 000020
ここで、λ１，λ２は、重みパラメータである。
【００７０】
図１０に本実施形態によるシリンダ吸入空気量推定装置のブロック図を示す。
シリンダ吸入空気量推定装置は、モジュール１０から１０８を含む。モジュール１０１は、吸気管圧力の値Ｐｂを入力として受け取り、シリンダ吸入量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂを求め、出力として送り出す（式６）。モジュール１０２から１０５は、差分器である。モジュール１０６は、スロットル通過空気量の差分ΔＧｔｈ、吸気管圧力の２回差分ΔΔＰｂおよびシリンダ吸入量の吸気管圧力による推定値の差分ΔＧａｉｒ＿Ｐｂを入力として、シリンダ吸入空気量の最終推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔの変化挙動をシリンダ吸入量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂの変化挙動に一致させるように同定パラメータＡを同定するモジュールである（式３２から３６）。具体的に同定パラメータＡは、式３４の偏差を最小とするように定める。モジュール１０７は、Ｇａｉｒ＿Ｐｂに同定パラメータＡを乗算する。モジュール１０８は、スロットル通過空気量Ｇｔｈからモジュール１０７の乗算の結果を減じてＧｃｙｌ＿ｈａｔを求める（式３１）。
【００７１】
図１１に本実施形態によるシリンダ吸入空気量推定の結果を示す。スロットル通過空気量の値Ｇｔｈの変化にかかわらず、シリンダ吸入空気量の最終推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔは、シリンダ吸入空気量の値Ｇｃｙｌに追従している。同定パラメータＡは、スロットル通過空気量の値Ｇｔｈの変化に適応して変化している。
【００７２】
なお、図６および図８に示す実施形態においては、過渡時のシリンダ吸入空気量の最終推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔの挙動を、逐次型最小２乗法の応答遅れによって維持しているため、定常時のシリンダ吸入空気量の値Ｇｃｙｌと最終推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔとの定常偏差の収束速度を速めると、最終推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔの挙動がスロットル通過空気量の値Ｇｔｈの挙動に近くなってしまう。他方、図６および図８に示す実施形態は、定常時のスロットル通過空気量の値Ｇｔｈの揺らぎをフィルタリングできるため、定常時の空燃比制御の安定性に優れる。
【００７３】
図１０の実施形態は、定常偏差の収束速度を速めることができるが、定常時のスロットル通過空気量の値Ｇｔｈの揺らぎをフィルタリング効果はない。
【００７４】
つぎに、上述の本発明の吸入空気量推定装置によって推定された吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｈａｔを目標値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに制御する方法について述べる。
【００７５】
電子制御スロットルの開度ＴＨとその目標値ＴＨ＿ｃｏｍとの関係は、以下の式のように近似できる。
【００７６】
2004156456.tif 000021
ここでＡｔｈおよびＢｔｈは、和が１となる定数である。
【００７７】
また、スロットル通過空気量は、以下の式によって近似できる。
【００７８】
2004156456.tif 000022
ここで、Ｓｔｈは、大気圧Ｐａ（ほぼスロットル上流圧に等しい）、吸気管圧力Ｐｂおよびスロットル開度ＴＨに応じて決まる係数である。
【００７９】
式３７および式３８から以下の関係式を得る。
【００８０】
2004156456.tif 000023
ここで、Ｂｔｈ’＝Ｓｔｈ（ｐａ，Ｐｂ，ＴＨ）Ｂｔｈである。
【００８１】
さらに、スロットル通過空気量Ｇｔｈは、近似値Ｇｔｈ’にほぼ等しいので、Ｇｔｈ’とＧｃｙｌ＿ｈａｔとの関係は、以下の式で近似できる。
【００８２】
2004156456.tif 000024
この式４０に式３９を代入すると、以下の式４１、式４２を得る。
【００８３】
2004156456.tif 000025
ここで、式４２のＧｔｈ’をエアフローメータによって検出される実測値Ｇｔｈに置換した式を以下に定義する。
【００８４】
2004156456.tif 000026
【００８５】
上記の式４３をスロットル開度目標値ＴＨ＿ｃｏｍと吸入空気量推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔを関係付けるモデルとする。
【００８６】
このとき、吸入空気量推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔと吸入空気量目標値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄの偏差Ｇｅを以下の式によって定義する。
【００８７】
2004156456.tif 000027
さらに、この偏差Ｇｅの収束挙動を以下の切換関数σによって定義する。
【００８８】
2004156456.tif 000028
ここで−１＜Ｓ＜１である。この切換関数は、
2004156456.tif 000029
となり、図１２に示すように、入力のない１次遅れ系の収束挙動を示しながら偏差Ｇｅが収束することを定義している。
【００８９】
ここで、切換関数σによって指定した収束挙動を実現する応答指定型コントローラは、以下のようになる。
【００９０】
2004156456.tif 000030
なお、フィードバックゲインＫｅｑ０，Ｋｅｑ１，Ｋｅｑ２，Ｋｅｑ３，Ｋｒｃｈ，Ｋａｄｐは、以下の評価関数を最小にするものである。
【００９１】
2004156456.tif 000031
ここで、Ｑは重みパラメータであり、ｑ１，ｑ２，ｑ３，ｑ４，ｑ５，ｑ６，ｒ０は、正の定数である。各重み係数を以下の式にしたがって設定することによって、各状態変数Δｇｃｙｌ＿ｈａｔ（ｋ）、ΔＧｔｈ（ｋ），ΔＰｂ（ｋ），ΔＰｂ（ｋ−１）のゼロへの収束よりも、Δσ、σのゼロへの収束を速く行うことができるようになる。すなわち、指定した偏差の応答の実現を速く行うことができるようになり、また、制御系のモデル化誤差や外乱に対するロバスト安定性も向上することができる。
【００９２】
2004156456.tif 000032
【００９３】
さらに、アクセルペダル開度ＡＰ、車速ＶＰ、トランスミッションのシフト位置ＮＧＥＡＲ、加給圧Ｐｃ、電気負荷のＯＮ／ＯＦＦ、パワステ油圧ポンプのＯＮ／ＯＦＦ等によって求まるフィードフォワード開度ＴＨ＿ｆｆを式４７のＴＨ＿ｃｍｄ’に加算し、スロットル開度目標値、すなわち、応答指定型コントローラのスロットル開度制御量ＴＨ＿ｃｍｄとする。
【００９４】
2004156456.tif 000033
【００９５】
図１３は、この応答指定型コントローラによってシリンダ吸入空気量Ｇｃｙｌの制御を行った結果を示す。
【００９６】
図１４に本発明の実施形態による、吸入空気量推定装置と吸入空気量制御用の応答指定型コントローラを含んだ燃料制御系の構成を示す。
【００９７】
応答指定型コントローラ１００２は、シリンダ吸入空気量推定装置１００１からのシリンダ吸入空気量推定値とシリンダ吸入空気量目標値算出部１００３からのシリンダ吸入空気量目標値とを入力とし、推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔが目標値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄとなるようにスロットル開度ＴＨ＿ｃｍｄを操作する。図１４において、１００４は燃料変換モジュール、１００５は燃料付着補正モジュール、１００６および１００７は燃料補正係数演算モジュールを示す。これらのモジュールによって燃料噴射量が決定される。
【００９８】
なお、図１４では、シリンダ吸入空気量を制御するためにスロットル開度を操作したが、自在バルブタイミング機構によってシリンダ吸入空気量を制御することもできる。さらには、電動コンプレッサを備える場合には、コンプレッサへの印可電圧を調整することによっても、ウエストゲート付きタービンを備える場合は、ウエストゲートの制御により加給圧の制御を行うことによってもシリンダ吸入空気量を制御することができる。
【００９９】
図１５は、本発明の実施形態によるシリンダ吸入空気量推定方法の手順を示す。この手順の演算は、吸入行程（ＴＤＣ）毎に実行される。ステップＳ１０において、ＴＤＣを６等分した角度毎に設置されたクランク角（ＣＲＫ）毎にサンプルされた吸気管圧力Ｐｂ＿ｂｕｆを６タップ移動平均し、Ｐｂ＿ｂｕｆの脈動成分を除去する。たとえば、１吸入行程（ＴＤＣ）のクランク角度が１８０度であり、クランク角（ＣＲＫ）信号が、クランク回転角度３０度毎に出力される。ステップＳ２０においてエアフローメータが活性であるか判断される。活性であれば、ステップＳ３０に進み、ＣＲＫ毎にサンプルされたスロットル通過量Ｇｔｈ＿ｂｕｆを６タップ移動平均し、Ｇｔｈ＿ｂｕｆの脈動成分を除去する。ステップＳ４０において、シリンダ吸入空気量の推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔを演算する。
ステップＳ５０においてスロットル開度の目標値ＴＨ＿ｃｍｄを演算する。ステップＳ２０においてエアフローメータが活性でなければ、ステップＳ６０に進み、エンジン回転数、吸気管圧力に応じてシリンダ吸入空気量の推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔを演算する。ステップＳ７０において、スロットル開度の目標値ＴＨ＿ｃｍｄをアクセルペダル開度と等しく設定する。この時、アクセルペダル全閉の場合は、エンジンがアイドル回転数を維持できる分の開度は確保される。すなわち、アクセルペダル全閉時は、図示しないアイドル回転数制御により、ＴＨ＿ｃｍｄが決定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吸入空気量の推定方法および推定装置、また、当該推定方法または当該推定装置による吸入空気量の推定値が目標値となるように制御する制御方法および制御装置が適用される内燃機関の構成を示す。
【図２】内燃機関の吸気部分の構成を示す。
【図３】ＰＢ、ＴＨ、ΔＰＢ、ΔＴＨおよびΔＦＺＰＢの間の関係を示す。
【図４】スロットル通過空気量Ｇｔｈのオーバーシュートの補償が過剰、または、過小である場合の従来のシリンダ吸入空気量推定値の挙動を示す。
【図５】シリンダ吸入空気量Ｇｃｙｌ、スロットル通過空気量Ｇｔｈおよびシリンダ吸入空気量の吸気管圧力による推定値Ｇａｉｒ＿Ｐｂの間の関係を示す。
【図６】本発明の１実施形態によるシリンダ吸入空気量推定装置のブロック図を示す。
【図７】本発明の１実施形態によるシリンダ吸入空気量推定の結果を示す。
【図８】本発明の他の実施形態によるシリンダ吸入空気量推定装置のブロック図を示す。
【図９】本発明の他の実施形態によるシリンダ吸入空気量推定の結果を示す。
【図１０】本発明の他の実施形態によるシリンダ吸入空気量推定装置のブロック図を示す。
【図１１】本発明の他の実施形態によるシリンダ吸入空気量推定装置のブロック図を示す。
【図１２】偏差Ｇｅの収束挙動を示す。
【図１３】応答指定型コントローラによってシリンダ吸入空気量Ｇｃｙｌの制御を行った結果を示す。
【図１４】本発明の実施形態による、吸入空気量推定装置と吸入空気量制御用の応答指定型コントローラを含んだ燃料制御系の構成を示す。
【図１５】本発明の実施形態によるシリンダ吸入空気量推定方法の手順を示す。
【符号の説明】
３  エアフローメータ
６  吸気管圧力センサ
１０１  シリンダ吸入空気量推定装置
１０２  応答指定型コントローラ
【図１】
2004156456.tif 000034
【図２】
2004156456.tif 000035
【図３】
2004156456.tif 000036
【図４】
2004156456.tif 000037
【図５】
2004156456.tif 000038
【図６】
2004156456.tif 000039
【図７】
2004156456.tif 000040
【図８】
2004156456.tif 000041
【図９】
2004156456.tif 000042
【図１０】
2004156456.tif 000043
【図１１】
2004156456.tif 000044
【図１２】
2004156456.tif 000045
【図１３】
2004156456.tif 000046
【図１４】
2004156456.tif 000047
【図１５】
2004156456.tif 000048