(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インテークマニホールドに接続された複数の吸気管にそれぞれ設けられたスロットルバルブと、
各スロットルバルブの実開度を全てのスロットルバルブに共通の目標開度にフィードバック制御して前記インテークマニホールドに導入される空気の量を調節する制御装置と、
各スロットルバルブを通過する空気の流量を合計した合計量を測定する空気量測定手段と、を備える内燃機関の吸気量制御システムであって、
前記制御装置は、
前記目標開度と前記合計量との関係を示す特性を流量特性としたとき、予め記憶されている流量特性に基づいて推定される前記合計量と、前記空気量測定手段によって測定された前記合計量とのずれを、全てのスロットルバルブの実開度を平均した値である平均開度に関連付けて学習する学習制御を実行する
内燃機関の吸気量制御システム。
【請求項２】
各スロットルバルブの実開度が一致していないときには前記学習制御の実行を禁止する
請求項１に記載の内燃機関の吸気量制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気量を制御する内燃機関の吸気量制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の吸気量制御システムは、スロットルバルブの実開度とスロットルバルブを通過する空気の流量との関係である流量特性を予め記憶し、この流量特性に基づきスロットルバルブの実開度を制御することで、インテークマニホールドに導入される空気の量を調節している。
【０００３】
なお、スロットルバルブや吸気管にデポジットが付着すると、デポジットが付着する前と比較して、スロットルバルブを通過する空気の流量が減少する。これにより、予め記憶された流量特性と実際の流量特性とにずれが生じる。
【０００４】
これに対して特許文献１に記載の吸気量制御システムでは、エアフロメータによって測定された実際の空気の流量を利用して、デポジットの付着などによる流量特性の経時変化を学習するようにしている。
【０００５】
また、近年では、特許文献２に記載されているように、複数のスロットルバルブを備える内燃機関が実用化されている。特許文献２に記載されている内燃機関では、インテークマニホールドに２つの吸気管が接続され、それぞれの吸気管にスロットルバルブが設けられている。こうした複数のスロットルバルブを備える内燃機関であっても、流量特性は経時的に変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７‐２４７４４５号公報
【特許文献２】特開２００８‐１９０４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１には、スロットルバルブを１つ備えた内燃機関において、そのスロットルバルブの流量特性の経時変化を学習する吸気量制御システムについては開示されているものの、複数のスロットルバルブを備える内燃機関において、それら複数のスロットルバルブの流量特性の経時変化を学習する吸気量制御システムについては何ら開示されていない。
【０００８】
なお、複数のスロットルバルブを備える内燃機関に、上記特許文献１に記載の吸気量制御システムを適用すると、各スロットルバルブ毎に流量特性の学習を行うことになり、学習負荷が大きくなってしまう。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数のスロットルバルブを備える場合であっても、スロットルバルブの流量特性の学習負荷の増大を抑制することのできる吸気量制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための内燃機関の吸気量制御システムは、インテークマニホールドに接続された複数の吸気管にそれぞれ設けられたスロットルバルブと、各スロットルバルブの実開度を全てのスロットルバルブに共通の目標開度にフィードバック制御してインテークマニホールドに導入される空気の量を調節する制御装置と、各スロットルバルブを通過する空気の流量を合計した合計量を測定する空気量測定手段と、を備える内燃機関の吸気量制御システムであって、制御装置は、目標開度と前記合計量との関係を示す特性を流量特性としたとき、予め記憶されている流量特性に基づいて推定される前記合計量と、空気量測定手段によって測定された前記合計量とのずれを、全てのスロットルバルブの実開度を平均した値である平均開度に関連付けて学習する学習制御を実行する。
【００１１】
上記システムによれば、複数のスロットルバルブは、それぞれが別々の目標開度に制御されるのではなく、共通の目標開度になるように制御される。制御装置には、目標開度と各スロットルバルブを通過する空気の合計量との関係が流量特性として予め記憶されている。この流量特性は、複数のスロットルバルブを１つのスロットルバルブと仮想的にみなしたときの流量特性に相当する。制御装置は、この流量特性に基づいてスロットルバルブの実開度を制御することにより、各スロットルバルブを仮想的に１つのスロットルバルブとみなして吸気量制御を行う。そのため、スロットルバルブ毎に流量特性を記憶する必要がなく、制御装置の記憶容量を少なくできる。
【００１２】
また、上記システムによれば、予め記憶されている流量特性に基づいて推定される空気の合計量と、空気量測定手段によって測定された空気の合計量とのずれが、全てのスロットルバルブの実開度を平均した値である平均開度に関連付けて学習される。これにより、複数のスロットルバルブ毎に個別に流量特性の経時変化を学習するのではなく、複数のスロットルバルブを１つのスロットルバルブとみなした上で、この１つのスロットルバルブに対して流量特性の経時変化の学習が行われる。したがって、複数のスロットルバルブを備える場合であっても、１つのスロットルバルブに対する流量特性の経時変化を学習する場合と略同等の負荷で学習を行うことができるようになり、学習負荷の増大を抑制することができる。
【００１３】
また、上記吸気量制御システムは、各スロットルバルブの実開度が一致していないときには学習制御の実行を禁止することが望ましい。
上記システムでは、フィードバック制御を通じて各スロットルバルブの実開度が同一の目標開度になるように制御している。しかしながら、フィードバック制御を通じて実開度を変化させる際の各スロットルバルブの応答性は、それぞれ異なっているため、スロットルバルブの実開度を変化させているときには、各スロットルバルブの実開度が必ずしも同一にならない場合がある。
【００１４】
スロットルバルブの特性上、実開度が大きい領域では、実開度が小さい領域に比べて、実開度が変化したときのスロットルバルブを通過する空気の流量の変化が大きくなる。このため例えば、全てのスロットルバルブの実開度が１０°のときと、半数のスロットルバルブの実開度が８°でもう半数のスロットルバルブの実開度が１２°であるときとでは、平均開度は同じ１０°になるが、スロットルバルブを通過する空気の合計量に違いが生じる。
【００１５】
上記システムでは、各スロットルバルブの実開度が一致していないときには学習制御の実行が禁止されるため、各スロットルバルブの実開度のばらつきによる合計量の変化の影響を除外して、流量特性の経時変化を適切に学習することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】内燃機関の吸気量制御システムの一実施形態の構成を示す模式図。
【図２】同実施形態の吸気量制御システムに予め記憶されている流量特性を示すマップ。
【図３】同実施形態の吸気量制御システムが実行する学習制御に係る一連の処理の流れを示すフローチャート。
【図４】学習制御における学習値の算出方法を示すブロック図。
【図５】学習制御において平均開度に関連付けて記憶された学習値を示すグラフ。
【図６】学習前の流量特性と学習後の流量特性とを示すマップ。
【図７】吸気量制御システムが適用される内燃機関の他の構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、内燃機関の吸気量制御システムの一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
図１に示すように、この吸気量制御システムを備える内燃機関には、インテークマニホールド１が設けられている。インテークマニホールド１には、４つの吸気ポート２が接続されている。各吸気ポート２には、それぞれシリンダが接続されている。
【００１８】
また、インテークマニホールド１には、２つの吸気管３が接続されている。各吸気管３には、それぞれスロットルバルブ４が設けられている。スロットルバルブ４には、同スロットルバルブ４の実開度を変更するスロットルモータ５が接続されている。また、各吸気管３には、スロットルバルブ４の実開度を検出する開度センサ６がそれぞれ設けられている。
【００１９】
図１に矢印で示すように、吸気管３の内部を流れた空気は、スロットルバルブ４を通過してインテークマニホールド１に流れ込む。インテークマニホールド１に流れ込んだ空気は、各吸気ポート２を通じて同吸気ポート２に接続されたシリンダに導入される。以下では、空気の流れ方向上流側を単に上流側とし、空気の流れ方向下流側を単に下流側とする。
【００２０】
各吸気管３におけるスロットルバルブ４よりも上流側（図１の下側）の部分には、スロットルバルブを通過する空気の流量を測定するエアフロメータ７がそれぞれ設けられている。これら２つのエアフロメータ７によって、各スロットルバルブ４を通過する空気の流量を合計した合計量が測定される。すなわち、これら２つのエアフロメータ７が空気量測定手段として機能する。
【００２１】
また、内燃機関には、制御装置８が設けられている。制御装置８には、開度センサ６の出力信号やエアフロメータ７の出力信号の他、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ９の出力信号や、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ１０の出力信号などが入力される。制御装置８は、これら各センサから入力される信号に基づいて各種の演算を行い、スロットルバルブ４の実開度を制御して吸気量制御を実行したり、吸気量制御に用いられる流量特性の経時変化を学習する学習制御を実行したりする。本実施形態では、各スロットルバルブ４、制御装置８、及び各エアフロメータ７によって吸気量制御システムが構成されている。
【００２２】
次に、制御装置８が実行する吸気量制御について説明する。
本実施形態では、制御装置８はまず、アクセルペダルの操作量及びエンジン回転速度の情報から目標エンジントルクを算出する。そして、算出した目標エンジントルクが得られる目標吸気量を演算する。そして、目標吸気量が演算されると、制御装置８はスロットルモータ５を駆動して、この目標吸気量が得られるように各スロットルバルブ４の実開度を制御する。このとき、制御装置８は、各スロットルバルブ４の実開度を双方のスロットルバルブ４に共通の目標開度にフィードバック制御する。制御装置８は、こうしてスロットルバルブ４の実開度を制御することにより、インテークマニホールド１に導入される空気の量を調節する。
【００２３】
図２に示すように、制御装置８には、スロットルバルブ４の目標開度と、スロットルバルブ４を通過する空気の流量の合計量との関係を示す特性が流量特性として予め記憶されている。この流量特性は、マップとして記憶されており、このマップは、デポジットが付着していないスロットルバルブ４及び吸気管３を用いて実験を行うことにより予め求められている。この実験では、新品状態の２つのスロットルバルブ４を共通の目標開度になるようにフィードバック制御を実行する。そして、各スロットルバルブ４の実開度が共通の目標開度になっているときに各スロットルバルブ４を通過する空気の合計量を測定する。こうした実験は、目標開度を変更して繰り返し行われ、各目標開度における空気の合計量が測定される。そして、スロットルバルブ４の目標開度と合計量とを関連付けて記憶することによりマップが作成される。
【００２４】
制御装置８は、初めて内燃機関が始動されたとき等は、この予め記憶された流量特性に基づいて各スロットルバルブ４の共通の目標開度を設定する。
ところで、内燃機関の運転に伴い、スロットルバルブ４や吸気管３にデポジットが付着すると、デポジットが付着する前と比較して、スロットルバルブ４を通過する空気の流量が減少する。これにより、予め記憶された流量特性と実際の流量特性とにずれが生じ、各スロットルバルブ４の実開度を共通の目標開度に制御した場合であっても、インテークマニホールド１に導入される空気の流量を目標吸気量と同じ流量にすることができない場合がある。
【００２５】
そのため、制御装置８は、流量特性の経時変化を学習する学習制御を実行する。
次に、図３を参照して、学習制御に係る一連の処理の流れについて説明する。なお、この一連の処理は所定周期毎に繰り返し実行される。
【００２６】
図３に示すように、この一連の処理では、まず、各スロットルバルブ４の実開度が一致しているか否かを判断する（ステップＳ３１）。そして、各スロットルバルブ４の実開度が一致していると判断したとき（ステップＳ３１：ＹＥＳ）には、ステップＳ３２の処理に移行して学習制御を実行する。
【００２７】
学習制御では、２つのエアフロメータ７によって測定した実際の空気の合計量と、予め記憶されている流量特性に基づいて推定される空気の合計量とを比較し、これらのずれを学習する。
【００２８】
すなわち、図４に示すように、各エアフロメータ７毎にスロットルバルブ４を通過する空気の流量を測定し、これらの流量を足し合わせることにより、２つのスロットルバルブ４を通過する空気の流量の合計量を算出する。
【００２９】
また、各開度センサ６によって測定されたスロットルバルブ４の実開度から２つのスロットルバルブ４の実開度の平均値である平均開度を算出し、制御装置８に予め記憶されている流量特性に基づいて、同平均開度における各スロットルバルブ４を通過する空気の流量の合計量を算出する。なお、本実施形態では、２つのスロットルバルブ４の実開度が同一であるときに学習制御を実行しているため、各スロットルバルブ４のそれぞれの実開度と平均開度とは一致している。
【００３０】
そして、２つのエアフロメータ７によって測定された空気の合計量を、予め記憶されている流量特性に基づいて推定される空気の合計量で割った商を学習値として、平均開度に関連付けて記憶する。このため、学習値には、流量特性に基づいて推定される空気の合計量に対して、２つのエアフロメータ７によって測定された空気の合計量がどの程度ずれているかが割合として示されている。そして、こうしてステップＳ３２の処理において学習制御を実行すると、この一連の処理を終了する。
【００３１】
ここで、図５に実線で示すように、スロットルバルブ４や吸気管３にデポジットが付着していないときには、２つのエアフロメータ７によって測定された空気の合計量と、流量特性に基づいて推定される空気の合計量とが同じ量になる。このため、２つのエアフロメータ７によって測定された空気の合計量を、流量特性に基づいて推定される空気の合計量で割った商である学習値は１．０となる。
【００３２】
一方、スロットルバルブ４や吸気管３にデポジットが付着すると、流量特性に基づいて推定される空気の合計量に対して、２つのエアフロメータ７によって測定された空気の合計量が減少する。このため、図５に示すように、学習値は、１．０よりも小さい値になる。なお、デポジットの付着量は機関運転に伴って経時的に増大するため、学習値は徐々に減少する傾向を有している。制御装置８は、所定周期毎に学習制御を繰り返し実行することによって、各平均開度における流量特性のずれを学習する。
【００３３】
一方、ステップＳ３１の処理において、各スロットルバルブ４の実開度が一致していないと判断したとき（ステップＳ３１：ＮＯ）、すなわち、一方のスロットルバルブ４の実開度が他方のスロットルバルブ４の実開度と相違しているときには、学習制御を実行せずにこの一連の処理を終了する。
【００３４】
図６に示すように、こうして学習制御によって学習値が学習されると、制御装置８は、予め記憶されている流量特性（図６の実線）に対して、学習値を乗算することで、経時変化後の新たな流量特性（図６の二点鎖線）を算出する。そして、制御装置８は、以降はこの新たな流量特性に基づいて吸気量制御を実行する。
【００３５】
したがって、吸気量制御における目標吸気量が吸気量Ｑ１に設定されているときには、デポジットが付着していない場合には、図６に実線で示す予め記憶された流量特性に基づいて各スロットルバルブ４の共通の目標開度が設定されるため、目標開度は開度θ１となる。一方、デポジットが付着して流量特性が変化した場合には、図６に二点鎖線で示す学習後の流量特性に基づいて目標開度が設定されるため、目標開度は開度θ２となる。これにより、流量特性に経時変化が生じてもインテークマニホールド１に導入される空気の流量を適切に調節することができる。
【００３６】
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態では、２つのスロットルバルブ４は、それぞれが別々の目標開度に制御されるのではなく、共通の目標開度になるように制御される。制御装置８には、目標開度と２つのスロットルバルブ４を通過する空気の合計量との関係が流量特性として予め記憶されており、この流量特性は、２つのスロットルバルブ４を１つのスロットルバルブと仮想的にみなしたときの流量特性に相当する。このため、この流量特性に基づいてスロットルバルブ４の実開度が制御されることにより、２つのスロットルバルブ４を仮想的に１つのスロットルバルブとみなして吸気量制御が行われる。そのため、スロットルバルブ４毎に流量特性を記憶する必要がない。
【００３７】
また、予め記憶されている流量特性に基づいて推定される空気の合計量と、２つのエアフロメータ７によって測定された空気の合計量とのずれが、全てのスロットルバルブ４の実開度を平均した値である平均開度に関連付けて学習される。これにより、複数のスロットルバルブ４毎に個別に流量特性の経時変化を学習するのではなく、複数のスロットルバルブ４を１つのスロットルバルブとみなした上で、この１つのスロットルバルブに対して流量特性の経時変化の学習が行われる。
【００３８】
また、本実施形態では、フィードバック制御を通じて各スロットルバルブ４の実開度が共通の目標開度になるように制御しているが、フィードバック制御を通じて実開度を変化させる際の各スロットルバルブ４の応答性はそれぞれ異なっている。このため、スロットルバルブ４の実開度を変化させているときには、各スロットルバルブ４の実開度が必ずしも同一にならない場合がある。
【００３９】
スロットルバルブ４の特性上、実開度が大きい領域では、実開度が小さい領域に比べて、実開度が変化したときのスロットルバルブ４を通過する空気の流量の変化が大きくなる。このため例えば、両方のスロットルバルブ４の実開度が１０°のときと、一方のスロットルバルブ４の実開度が８°で他方のスロットルバルブ４の実開度が１２°であるときとでは、平均開度は同じ１０°になるが、各スロットルバルブ４を通過する空気の合計量に違いが生じる。
【００４０】
本実施形態では、各スロットルバルブ４の実開度が一致していないときには学習制御の実行が禁止されるため、各スロットルバルブ４の実開度のばらつきによる合計量の変化の影響が除外され、流量特性の経時変化が適切に学習される。
【００４１】
以上説明した一実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）各スロットルバルブ４の実開度を全てのスロットルバルブ４に共通の目標開度にフィードバック制御するとともに、予め記憶されている流量特性に基づいて推定される空気の合計量と、エアフロメータ７によって測定された空気の合計量とのずれを、スロットルバルブ４の平均開度に関連付けて学習するようにした。このため、２つのスロットルバルブ４を仮想的に１つのスロットルバルブとみなして吸気量制御を行うことができ、スロットルバルブ４毎に流量特性を記憶する必要がないため、制御装置８の記憶容量を少なくできる。また、複数のスロットルバルブ４毎に個別に流量特性の経時変化を学習するのではなく、複数のスロットルバルブ４を１つのスロットルバルブとみなした上で、この１つのスロットルバルブに対して流量特性の経時変化の学習が行われる。したがって、複数のスロットルバルブ４を備える場合であっても、１つのスロットルバルブに対する流量特性の経時変化を学習する場合と略同等の負荷で学習を行うことができるようになり、学習負荷の増大を抑制することができる。
【００４２】
（２）各スロットルバルブ４の実開度が一致していないときには学習制御の実行を禁止したため、各スロットルバルブ４の実開度のばらつきによる合計量の変化の影響を除外して、流量特性の経時変化を適切に学習することができるようになる。
【００４３】
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することができる。
・吸気量制御システムが適用される内燃機関の構成としては、上述したものに限られない。例えば、図７に示すように、従来、インテークマニホールド１に２つの吸気管３を接続した内燃機関において、各吸気管３のスロットルバルブ４よりも上流側（図７の左側）の部分であって且つエアフロメータ７よりも下流側（図７の右側）の部分をそれぞれ連通する連通管１１を設けたものが知られている。この構成では、図７に矢印で示すように、一方の吸気管３に設けられたエアフロメータ７を通過した空気が連通管１１を介して他方の吸気管３にも流れるようになるため、エアフロメータ７によって測定した空気の流量と同エアフロメータ７の下流側に設けられたスロットルバルブ４を通過する空気の流量とにずれが生じる。このため、こうした内燃機関では、各スロットルバルブ４毎に流量特性の経時変化を学習することができない。
【００４４】
この点、上記実施形態では、２つのエアフロメータ７によって測定された空気の合計量と、予め記憶されている流量特性に基づいて推定される空気の合計量とに基づき、流量特性の経時変化を学習している。連通管１１が設けられている上記内燃機関であっても、２つのエアフロメータ７によって測定された空気の合計量と、各スロットルバルブ４を通過する空気の合計量とは一致するため、上記実施形態を上記内燃機関に適用することによって、流量特性の経時変化を学習することができる。このように、上記実施形態は、連通管１１を備える内燃機関であっても適用可能であり、これにより、インテークマニホールド１に導入される空気の量を目標吸気量と同じ量に調節することができるようになる。
【００４５】
・インテークマニホールド１に接続される吸気管３は３つ以上であってもよい。こうした構成であってもそれぞれの吸気管３にスロットルバルブ４を設ければよい。
・吸気管３におけるエアフロメータ７の配設位置は、スロットルバルブ４よりも上流側の位置に限らず、スロットルバルブ４よりも下流側の位置であってもよい。
【００４６】
・エアフロメータ７の数は適宜変更可能である。例えば、吸気管が下流側で二股に分岐してインテークマニホールドに接続され、分岐した部分にスロットルバルブ４がそれぞれ設けられている構成では、吸気管の分岐した部分よりも上流側の部分にエアフロメータ７を１つ設けるようにしてもよい。要は、エアフロメータ７によって、各スロットルバルブ４を通過する空気の流量の合計量を測定することができればよい。
【００４７】
・学習値として、各エアフロメータ７によって測定された空気の合計量を流量特性に基づいて推定される空気の合計量で割った商を用いたが、各エアフロメータ７によって測定された空気の合計量と流量特性に基づいて推定される空気の合計量とのずれと相関する値であれば他の値を採用してもよい。例えば、流量特性に基づいて推定される空気の合計量から各エアフロメータ７によって測定された空気の合計量を減算した差を学習値として用いてもよい。
【００４８】
・各スロットルバルブ４の実開度が一致していないときに学習制御を実行するようにしてもよい。例えば、スロットルバルブ４の実開度が小さい領域では、各スロットルバルブ４の実開度がずれていても、各スロットルバルブ４の実開度のばらつきによる空気の合計量に変化が生じ難い。このため、こうした場合には、各スロットルバルブ４の実開度が一致していないときであっても学習制御を実行することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１…インテークマニホールド、２…吸気ポート、３…吸気管、４…スロットルバルブ、５…スロットルモータ、６…開度センサ、７…エアフロメータ、８…制御装置、９…アクセルセンサ、１０…回転速度センサ、１１…連通管。
【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】
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【図７】
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