(57)【要約】      （修正有）【課題】吸気量の算出精度の一層の向上を図る。【解決手段】気筒１に充填される吸気量を表す値である吸気圧ｅをセンサを介して反復的に知得するとともに、大気圧の高低に応じてなまし量を決定し、吸気圧ｅのサンプリング値の時系列に前記なまし量に応じたなまし処理を加えることを通じて、なまし後吸気圧ひいて吸気の単位時間あたりの流量ＡＦＭの算定を行う。これにより、高地に所在している場合その他の吸気脈動が顕在化する状況において、なまし後吸気圧及びＡＦＭの値に対する吸気脈動の影響を低減せしめる。気筒１に充填される吸気量の算定の精度が向上するため、燃料噴射量が不足して燃焼が不安定化したり、逆に過剰となって燃費性能を損なったりすることが回避される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒に充填される吸気量を表す値をセンサを介して反復的に知得するとともに、
大気圧の高低に応じてなまし量を決定し、
前記センサを介して知得した値の時系列に前記なまし量に応じたなまし処理を加えることを通じて吸気量の算定を行うことを特徴とする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、気筒に充填される吸気量の算出を行う内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の気筒における燃料噴射量を適切に決定するためには、気筒に充填される吸気の量を知得することが必須である。単位時間あたりの吸気量は、吸気管内の吸気圧力を検出する圧力センサ、または吸気管内の吸気流量を検出するエアフローセンサ（エアフローメータ）を介してセンシングすることが可能である。
【０００３】
しかしながら、特に少数気筒の内燃機関では、吸気管を流通する吸気に少なからず脈動が生じる。それ故、上掲のセンサが出力する信号をサンプリングした計測値をそのまま用いることはなく、計測値の時系列になまし処理を加えた上で吸気量の値とすることが一般的である（例えば、下記特許文献を参照）。典型的ななまし処理は、移動平均をとることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−１７７５９０号公報
【特許文献２】特開平０９−１７７５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の発明者は、鋭意研究の結果、標高が高い地点等において、スロットルバルブの開度の単位時間あたり変化量が小さい、または開度が一定である定常走行時に吸気脈動が大きくなり、計測値になまし処理を加えてもその脈動の影響を排除できなくなることがあることを発見した。吸気量の計測値が頻繁に上下すると、燃料噴射量がばらついて気筒における燃料が不安定化するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述の問題に初めて着目してなされたものであって、吸気量の算出精度の一層の向上を図ることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、気筒に充填される吸気量を表す値をセンサを介して反復的に知得するとともに、大気圧の高低に応じてなまし量を決定し、前記センサを介して知得した値の時系列に前記なまし量に応じたなまし処理を加えることを通じて吸気量の算定を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、吸気量の算出精度の一層の向上を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の全体構成を示す図。
【図２】同実施形態の制御装置によるなまし処理のなまし量を決定するマップを例示する図。
【図３】なまし量を補正する場合における、吸気脈動の影響の残っているなまし後吸気圧の変動の模様を例示する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。この内燃機関は、筒内直接噴射式のものであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１１と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ装置２とを具備している。
【００１１】
吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、電子スロットルバルブ３３、サージタンク３４、吸気マニホルド３５を、上流からこの順序に配置している。
【００１２】
排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパスバルブであるウェイストゲートバルブ４４を設けてある。ウェイストゲートバルブ４４は、アクチュエータに制御信号ｌを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲートバルブであり、そのアクチュエータとしてＤＣサーボモータを用いている。
【００１３】
排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。
【００１４】
外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。外部ＥＧＲ通路の入口は、排気通路４におけるタービン５２の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３３の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３４に接続している。外部ＥＧＲ通路上にも、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲバルブ２２を設けてある。
【００１５】
内燃機関の運転制御を司る制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００１６】
入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるエンジン回転信号ｂ、スロットルバルブ３３の開度を検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３４）内の吸気温を検出する温度センサから出力される吸気温信号ｄ、吸気通路３内の吸気圧（または、過給圧）を検出するＰセンサから出力される吸気圧信号ｅ、車両の所在している地点の大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ等が入力される。エンジン回転センサは、１０°ＣＡ毎にパルス信号ｂを発する。アクセル開度センサは、アクセルペダルの踏込量を参照して間接的にスロットルバルブ３３の開度を検出することがある。カム角センサは、７２０°ＣＡを気筒数で割った角度、三気筒エンジンであれば２４０°ＣＡ毎にパルス信号ｇを発する。
【００１７】
出力インタフェースからは、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｈ、点火プラグ（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｉ、ＥＧＲバルブ２２に対して開度操作信号ｊ、スロットルバルブ３３に対して開度操作信号ｋ、ウェイストゲートバルブ４４に対して開度操作信号ｌ等を出力する。
【００１８】
ＥＣＵ０のプロセッサは、メモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量を基に、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、ＥＧＲ量（または、ＥＧＲ率）といった各種運転パラメータを決定する。しかして、ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。
【００１９】
ＥＣＵ０は、Ｐセンサから受信した吸気圧信号ｅのサンプリング値及びそのときのエンジン回転数、吸気温等から、気筒１に向かって流れる吸気の単位時間あたりの流量ＡＦＭ（Ａｉｒ  Ｆｌｏｗ  Ｍａｓｓ）を演算して知得する。ＡＦＭの算出方法自体は、既知のものと同様であるので説明を割愛する。
【００２０】
但し、吸気脈動の存在により、吸気圧信号ｅのサンプリング値は頻々に変動するため、そのサンプリング値をそのまま用いてＡＦＭを算出し、燃料噴射量等の運転パラメータを決定することは必ずしも適切ではない。そこで、ＥＣＵ０は、吸気圧信号ｅのサンプリング値の時系列になまし処理を加えたものを現在の吸気圧と見なし、これに基づいてＡＦＭを算出し、運転パラメータを決定する。
【００２１】
本実施形態では、下記の式に則ってなまし処理を行う。
なまし後吸気圧n＝なまし後吸気圧n-1＋（直近の吸気圧信号ｅのサンプリング値n−なまし後吸気圧n-1）／なまし量
ｎは、サンプリング及び演算の機会を指示する添字である。
【００２２】
なまし量は、なまし処理の程度の強さを表す。なまし量が大きいほど、吸気圧信号ｅのサンプリング値の時系列がなまされ、なまし後吸気圧nの変化がゆっくりになる。
【００２３】
本実施形態では、上記のなまし量を恒常的に不変の定数とはせず、直近の吸気圧信号ｅのサンプリング値n、現在のエンジン回転数及び大気圧に基づいて決定する。ＥＣＵ０のメモリには予め、なまし量と、直近の吸気圧信号ｅのサンプリング値n、現在のエンジン回転数及び大気圧との関係を規定したマップデータが格納されている。図２に、そのマップを例示する。
【００２４】
なまし量は、吸気通路３（特に、サージタンク３４または吸気マニホルド３５）を流れる吸気の脈動が大きくなりやすい領域において、より大きな値とする。吸気脈動は、吸気圧と大気圧とが近いほど大きくなる傾向にある。並びに、吸気脈動は、エンジン回転数が低いほど、各気筒１における吸気行程の発生間隔が長くなるために大きくなる傾向にある。また、吸気通路３の共鳴周波数との関係において、脈動が顕在化するエンジン回転数の範囲も存在している。なまし量のマップは、これらの吸気脈動を実験的に評価して作成する。
【００２５】
ＥＣＵ０は、直近の吸気圧信号ｅのサンプリング値n、現在のエンジン回転数及び大気圧をキーとしてマップを検索し、なまし量を読み出す。そして、読み出したなまし量を用いて吸気圧ｅの値の時系列になまし処理を加え、なまし後吸気圧nを得るとともに、これを基にＡＦＭnを算出する。ＡＦＭnを吸気行程に亘って積算（または、時間積分）すれば、気筒１に充填される吸気量の総量を算定することができ、これに対応した燃料噴射量その他の運転パラメータを決定することができる。
【００２６】
本実施形態では、気筒１に充填される吸気量を表す値である吸気圧ｅをセンサを介して反復的に知得するとともに、大気圧の高低に応じてなまし量を決定し、前記センサを介して知得した吸気圧ｅのサンプリング値の時系列に前記なまし量に応じたなまし処理を加えることを通じて、なまし後吸気圧nひいてはＡＦＭnの算定を行う制御装置０を構成した。
【００２７】
本実施形態によれば、高地に所在している場合その他の吸気脈動が顕在化する状況において、なまし後吸気圧n及びＡＦＭnの値に対する吸気脈動の影響を低減させることができる。従って、気筒１に充填される吸気量の算定の精度が向上し、燃料噴射量が不足して燃焼が不安定化したり、燃料噴射量が過剰となって燃費性能を損なったりすることが回避される。
【００２８】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、なまし処理の具体的な手法は、上に示した数式には限定されない。例えば、吸気量を表す値である吸気圧信号ｅの直近のｘ個のサンプリング値の時系列の移動平均をとることで、なまし後吸気圧nを演算することが考えられる。この場合、サンプリング値の個数ｘがなまし量であるから、大気圧の高低に応じてなまし量ｘを変更する。
【００２９】
なまし処理として、一次のローパスフィルタを適用することも考えられる。この場合のなまし後吸気圧nは、周波数領域で、
なまし後吸気圧n＝吸気圧信号ｅのサンプリング値n／（αｓ＋１）
と表現することができる。αは、一次遅れ系の伝達関数の時定数であり、ローパスフィルタによるなまし量であるから、大気圧の高低に応じてなまし量αを変更する。
【００３０】
なまし処理の効果が十分でなく、なまし後吸気圧nの時系列において脈動の影響がある程度以上残っている場合には、大気圧等に応じて設定されるなまし量に補正量を加算し、脈動の影響が低減しない限りこの補正量を徐々に増加させてゆくようななまし量の補正を行うことが好ましい。脈動の影響の有無は、なまし後吸気圧nの変動の振幅の大きさ等に基づいて判断することができる。
【００３１】
図３に示すように、ＥＣＵ０は、例えば、なまし後吸気圧nの時系列の極大値と極小値との変動幅Ａが閾値を上回る期間Ｔが所定以上継続した場合に、なまし後吸気圧nに脈動の影響が残っているものと判断し、なまし量を増大させる補正を行い、吸気量ｅのサンプリング値の時系列に加えるなまし処理の強度をより大きくしてゆく。なまし後吸気圧nの時系列の変動幅Ａが閾値以下に縮小した場合には、脈動の影響が鎮圧されたと判断して、それ以上の補正量の増加を停止する。
【００３２】
さらに、マップデータとしてＥＣＵ０のメモリに格納しているなまし量のマップデータを、学習により更新してゆくようにしてもよい。なまし量の学習は、例えば、エンジン回転数が所定以上であり、車速が所定以上であり、かつアクセルペダルの踏込量が一定以上ある（アイドリング中ではない）等の条件が成立したときに実施する。そして、なまし後吸気圧nの時系列において脈動の影響が十分に鎮圧されているときのなまし量を、そのときの吸気圧信号ｅのサンプリング値n、エンジン回転数及び大気圧に関連付けて、マップデータの要素となる学習値としてメモリに書き込む。
【００３３】
なまし後吸気圧nに脈動の影響が残っている場合には、既に述べた通り、脈動の影響が鎮圧されるまでなまし処理を増大させる補正を行い、脈動の影響が鎮圧されたと判断された段階で、補正量が加味されている現在のなまし量を、そのときの吸気圧信号ｅのサンプリング値n、エンジン回転数及び大気圧に関連付けてメモリに書き込むのである。
【００３４】
上記実施形態では、吸気圧ｅを吸気量を表す値として捉え、Ｐセンサを介して反復的に知得される吸気圧ｅのサンプリング値の時系列になまし処理を加えてなまし後吸気圧nを得、ＡＦＭnを算出していた。これに対し、吸気圧ｅのサンプリング値の時系列になまし処理を加えるのではなく、吸気圧ｅのサンプリング値nから単位時間あたりの吸気流量ＡＦＭnを算出した後、そのＡＦＭnの時系列になまし処理を加えることで運転パラメータ決定の基礎となる吸気量を算出するようにしてもよい。
【００３５】
内燃機関の吸気通路３にエアフローセンサが実装されているならば、吸気流量を直接計測することができ、その計測値になまし処理を加えて運転パラメータ決定の基礎となる吸気量を算出することができる。
【００３６】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に利用できる。
【符号の説明】
【００３８】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
ｅ…気筒に充填される吸気量を表す値（吸気圧）
【図１】
2013155686.tif 000003
【図２】
2013155686.tif 000004
【図３】
2013155686.tif 000005