(57)【要約】      （修正有）【課題】スロットル上流圧力を簡単かつ精度よく推定することができるスロットル上流圧力の推定装置を提供する。【解決手段】スロットルを通過する空気量ｍをエアフロメータによって検出し、スロットルの上流温度Ｔｕｓを温度センサによって検出し、スロットルの下流圧力Ｐｄｓをスロットル下流圧力センサによって検出し、スロットルの開度からスロットルの有効開口面積μＡを算出し、スロットルの下流圧力Ｐｄｓ及びスロットルの上流圧力の推定値の前回値から前後圧力比の値を計算し、複数の区分の中から計算した前後圧力比の値に対応する区分を選択し、選択した区分における１次関数の傾きａ及び切片ｂを読み出し、読み出した傾きａ及び切片ｂをノズル式と１次関数とから導出された式に代入してスロットルの上流圧力を推定することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路または排気通路に設けられるスロットルの上流圧力を推定するスロットル上流圧力の推定装置であって、
前記推定装置は、前記スロットルの物理モデルであるノズル式に含まれるΦ関数の前記スロットルの前後の圧力比に対する特性（以下、圧力比特性という。）を区分線形法によって複数の前後圧力比の区分に分けて、前記複数の区分毎に圧力比特性を傾きａ及び切片ｂで定義される１次関数により直線近似することによって得られた前後圧力比の区分と傾きａ及び切片ｂとを関連付けるマップを記憶しており、
前記スロットルを通過する空気量ｍをエアフロメータによって検出し、
前記スロットルの上流温度Ｔｕｓを温度センサによって検出し、
前記スロットルの下流圧力Ｐｄｓをスロットル下流圧力センサによって検出し、
前記スロットルの開度から前記スロットルの有効開口面積μＡを算出し、
前記スロットルの下流圧力Ｐｄｓ及び前記スロットルの上流圧力の推定値の前回値から前後圧力比の値を計算し、
前記複数の区分の中から計算した前後圧力比の値に対応する区分を選択し、
選択した区分における前記１次関数の傾きａ及び切片ｂを読み出し、
読み出した傾きａ及び切片ｂを前記ノズル式と前記１次関数とから導出された下記式に代入して前記スロットルの上流圧力Ｐｕｓを推定することを特徴とするスロットル上流圧力の推定装置。
【数１】
2016065484.tif 000009
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スロットル上流圧力の推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の気筒内に吸入される空気量を吸気通路内の空気の挙動を表す物理モデルを用いた計算によって推定する手法が知られている。例えば、特許文献１には、吸気通路内に設けられるスロットルを通過する空気量を推定する物理モデルであるノズル式が開示されている。
【０００３】
このノズル式は、下記式（１）で表される。ここで、ｍはスロットルを通過する空気量、μＡはスロットルの有効開口面積、Ｐｕｓはスロットルより上流の吸気通路における圧力である上流圧力、Ｔｕｓはスロットルより上流の吸気通路内の温度である上流温度、Ｒは気体定数、Ｐｄｓはスロットルより下流の吸気通路における圧力である下流圧力である。
【０００４】
【数１】
2016065484.tif 000003
【０００５】
上記式（１）を上流圧力について求めるように整理することで、下記式（２）が得られる。式（２）を用いることで、上流圧力の推定値を算出することができる。
【０００６】
【数２】
2016065484.tif 000004
【０００７】
また、上記式（２）に含まれるΦ関数は、下記式（３）で表すことができる。ここで、πは、下流圧力を上流圧力の推定値で除した値であり、本明細書中では前後圧力比と呼ぶこととする。
【０００８】
【数３】
2016065484.tif 000005
【０００９】
図５は、式（２）のΦ関数の圧力比特性を表した図である。図５の縦軸は、Φ関数の値（Φ）である。図５の横軸は、前後圧力比（π）の値である。本明細書中では、図５に示すようなΦ関数の値と前後圧力比の値との相関関係を圧力比特性という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１３−１５５６２２号公報
【特許文献２】特許第４１４８２６３号公報
【特許文献３】特開２０１２−１８４７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、前後圧力比を算出するためには上流圧力の推定値が必要となる。しかし、前後圧力比は上流圧力の推定値を求めるために算出するのであるから、現時点での上流圧力の推定値は未知である。このため、前後圧力比の算出では、下流圧力は現在値が用いられるが、上流圧力の推定値には前回値が用いられる。
【００１２】
しかしながら、仮に、上流圧力の推定値の前回値がその算出時点での実際の上流圧力の値に等しかったとしても、現時点では上流圧力の推定値の前回値と実際の上流圧力の値とに差が生じていることがある。このため、前後圧力比から算出される上流圧力の推定値と現時点での実際の上流圧力の値との間に誤差が生じる可能性がある。この結果、上流圧力の推定精度が低下するおそれがある。
【００１３】
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、スロットル上流圧力を簡単かつ精度よく推定することができるスロットル上流圧力の推定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】
【００１４】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、
内燃機関の吸気通路または排気通路に設けられるスロットルの上流圧力を推定するスロットル上流圧力の推定装置であって、
前記推定装置は、前記スロットルの物理モデルであるノズル式に含まれるΦ関数の前記スロットルの前後の圧力比に対する特性（以下、圧力比特性という。）を区分線形法によって複数の前後圧力比の区分に分けて、前記複数の区分毎に圧力比特性を傾きａ及び切片ｂで定義される１次関数により直線近似することによって得られた前後圧力比の区分と傾きａ及び切片ｂとを関連付けるマップを記憶しており、
前記スロットルを通過する空気量ｍをエアフロメータによって検出し、
前記スロットルの上流温度Ｔｕｓを温度センサによって検出し、
前記スロットルの下流圧力Ｐｄｓをスロットル下流圧力センサによって検出し、
前記スロットルの開度から前記スロットルの有効開口面積μＡを算出し、
前記スロットルの下流圧力Ｐｄｓ及び前記スロットルの上流圧力の推定値の前回値から前後圧力比の値を計算し、
前記複数の区分の中から計算した前後圧力比の値に対応する区分を選択し、
選択した区分における前記１次関数の傾きａ及び切片ｂを読み出し、
読み出した傾きａ及び切片ｂを前記ノズル式と前記１次関数とから導出された下記式に代入して前記スロットルの上流圧力Ｐｕｓを推定することを特徴とする。
【数４】
2016065484.tif 000006
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明によれば、上流圧力の推定値の算出そのものに上流圧力の前回値の推定値を用いる場合に比べて、上流圧力の推定値と実際の上流圧力の値との誤差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１の内燃機関における吸気通路の構成について表した図である。
【図２】実施の形態１において、圧力比特性を区分ごとに直線近似したことを表した図である。
【図３】上流圧力の推定装置であるＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態１の推定方法による効果について説明するための図である。
【図５】式（２）のΦ関数の圧力比特性を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
［システムの構成］
図１は、実施の形態１の内燃機関における吸気通路の構成について表した図である。図１には、吸気通路１０が表されている。吸気通路１０には、吸入した空気の量を調節するスロットル２０が設けられている。
【００１８】
吸気通路１０には、各種センサが取り付けられている。スロットル２０より上流の吸気通路１０には、エアフロメータ１２が取り付けられている。エアフロメータ１２とスロットル２０との間の吸気通路１０には、温度センサ１４が取り付けられている。スロットル２０より下流の吸気通路１０には、下流圧力センサ１６が取り付けられている。また、図示されていないが、スロットル２０には、スロットル開度センサが取り付けられている。
【００１９】
実施の形態１は、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)１００を備えている。ＥＣＵ１００の入力側には、エアフロメータ１２、温度センサ１４、スロットル開度センサ、下流圧力センサ１６などの各種センサが取り付けられている。ＥＣＵ１００は、エアフロメータ１２の出力から、スロットル２０を通過する空気量を算出する。ＥＣＵ１００は、温度センサ１４の出力から、スロットル２０より上流の吸気通路１０内の温度である上流温度を算出する。ＥＣＵ１００は、スロットル開度センサの出力から、スロットル２０の開度と相関があるスロットル２０の有効開口面積を算出する。ＥＣＵ１００は、下流圧力センサ１６の出力から、スロットル２０より下流の吸気通路１０における圧力である下流圧力を算出する。また、ＥＣＵ１００の出力側には、スロットル２０などの各種アクチュエータが取り付けられている。
【００２０】
上記説明したように、吸気通路１０の下流圧力、吸入空気量、上流温度などのパラメータはそれぞれ対応するセンサの出力値に基づいて算出される。しかしながら、実施の形態１では、スロットル上流圧力は、各種パラメータに基づいて推定される。より詳しくは、実施の形態１では、圧力比特性を複数の区分に分けて、その複数の区分毎に直線近似を行い、直線近似をすることで得られた１次関数に基づいて上流圧力の推定値を算出する方法が採用されている。以下、圧力比特性の直線近似について、図２を参照して説明する。
【００２１】
［圧力比特性の直線近似］
図２は、実施の形態１において、圧力比特性を区分ごとに直線近似したことを表した図である。図２に示すように、実施の形態１では、圧力比特性は、区分線形法によって区分Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの５つの区分に分けられている。そして、それぞれの区分に対応するように、直線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅが設定されている。これらの直線は、圧力比特性を直線近似した１次関数である。
【００２２】
図２に示した圧力比特性を直線近似した１次関数は、下記式（４）で表される。
【００２３】
【数５】
2016065484.tif 000007
【００２４】
上記式（２）に上記式（４）を代入すると、下記式（５）が得られる。式（５）を算出することによって、実施の形態１における上流圧力の推定値が算出される。
【００２５】
【数６】
2016065484.tif 000008
【００２６】
以下、実施の形態１のＥＣＵ１００における上流圧力の推定値の算出の流れについて、図３を参照して説明する。
【００２７】
図３は、上流圧力の推定装置であるＥＣＵ１００の構成を示すブロック図である。図３に示すように、ＥＣＵ１００は、上流圧力推定値算出部５０と直線近似式記憶部５２を有している。上流圧力推定値算出部５０には、下流圧力Ｐｄｓ、後述する直線近似式記憶部５２から出力される傾きａ及び切片ｂ、スロットル２０の有効開口面積μＡ、上流温度Ｔｕｓ、スロットル通過空気量ｍのそれぞれのパラメータが入力される。また、上流圧力推定値算出部５０には、上記式（５）が記憶されている。上流圧力推定値算出部５０は、入力されたそれぞれのパラメータを式（５）に代入することで、上流圧力の推定値Ｐｕｓを算出する。
【００２８】
直線近似式記憶部５２には、図２で説明した複数の区分に分けられた圧力比特性のマップが記憶されている。直線近似式記憶部５２には、下流圧力Ｐｄｓ、上流圧力の推定値の前回値ＰＵＳ＿０が入力される。直線近似式記憶部５２は、入力された下流圧力Ｐｄｓ及び上流圧力の推定値の前回値ＰＵＳ＿０から前後圧力比を算出する。直線近似式記憶部５２は、算出された前後圧力比が圧力比特性のどの区分の値であるかを判定する。直線近似式記憶部５２は、判定した区分に対応する圧力比特性を直線近似した１次関数の傾きａ及び切片ｂを読み出す。直線近似式記憶部５２は、読みだした傾きａ及び切片ｂを上流圧力推定値算出部５０に出力する。
【００２９】
実施の形態１の上流圧力の推定方法によれば、上流圧力の推定値の算出そのものに上流圧力の前回値の推定値を用いる場合に比べて、上流圧力の推定値と実際の上流圧力の値との誤差を小さくすることができる。以下、これについて図４を参照して説明する。
【００３０】
図４は、実施の形態１の推定方法による効果について説明するための図である。図４は、一例として、圧力比特性のＤ区分を拡大した図である。Ｘは、上流圧力の推定値の前回値に基づいて算出された前後圧力比を示している。Ｙは、実際の上流圧力の値に基づいて算出された前後圧力比を示している。そして、前後圧力比Ｘ、Ｙのそれぞれに基づいて算出されたΦ関数の値がＩ、ＩＩ、ＩＩＩで示されている。ＩＩのΦ関数の値が実際の上流圧力の値に基づいて算出された真の値であり、ＩがΦ関数の算出そのものに上流圧力の前回値の推定値を用いた場合のΦ関数の値であり、ＩＩＩが実施の形態１の推定方法によって算出されたΦ関数の値である。図４に示すように、実施の形態１の推定方法によって算出されたΦ関数の値（ＩＩＩ）のほうが、Φ関数の算出そのものに上流圧力の前回値の推定値を用いた場合のΦ関数の値（Ｉ）よりも誤差が小さい。
【００３１】
なお、実施の形態１では吸気通路に設けられたスロットルの上流圧力の推定方法について説明したがこれに限るものではない。例えば、排気通路に設けられたスロットルの上流圧力を上記の推定方法によって推定してもよい。
【００３２】
なお、実施の形態１では、圧力比特性をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの５つの区分に分けたが、これに限るものではない。
【符号の説明】
【００３３】
１０  吸気通路
１２  エアフロメータ
１４  温度センサ
１６  下流圧力センサ
２０  スロットル
５０  上流圧力推定値算出部
５２  直線近似式記憶部
１００  ＥＣＵ
【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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