(57)【要約】【課題】吸気マニホルドの上流で分岐した２系統の吸気通路の夫々に、スロットル弁とエアフロメータとを設け、尚且つ、スロットル弁とエアフロメータの間で当該２系統の吸気通路を接続する通路を設けた構成において、各スロットル弁を通過する空気の流量を精度高く算出する。【解決手段】スロットル特性が変化してスロットル弁２０，２２の特性に差が生じた場合には、スロットル弁２０，２２の開度を同一に制御しているにも関わらず、接続通路４０を吸気が流れて吸気通路１２，１４の一方に吸気が多く流れてしまい、スロットルモデルを使用して算出したスロットル通過空気流量が実際の値から乖離した結果、エアモデルを用いた筒内充填空気量の推定に誤差を生じさせるおそれがある。そこで、このようなスロットル特性の変化を学習し、スロットルモデルを使用して算出したスロットル通過空気流量を修正する。【選択図】図２
2016196833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の吸気マニホルドの上流で分岐する第１吸気通路および第２吸気通路と、前記第１吸気通路に設けられた第１スロットル弁および第１エアフロメータと、前記第２吸気通路に設けられた第２スロットル弁および第２エアフロメータと、前記第１吸気通路における前記第１スロットル弁と前記第１エアフロメータの間と、前記第２吸気通路における前記第２スロットル弁と前記第２エアフロメータの間とを接続する接続通路と、前記第１吸気通路において前記第１エアフロメータと前記接続通路との接続部との間に設けられた第１過給機のコンプレッサと、前記第２吸気通路において前記第２エアフロメータと前記接続通路との接続部との間に設けられた第２過給機のコンプレッサと、を備える内燃機関に適用され、前記第１スロットル弁を通過する空気の流量および前記第２スロットル弁を通過する空気の流量を、スロットルモデルを用いて算出するスロットル通過空気流量推定装置であって、
前記第１スロットル弁、前記第２スロットル弁、前記第１過給機のコンプレッサおよび前記第２過給機のコンプレッサを通過する吸気温度を夫々検出する温度センサと、
前記第１スロットル弁と前記第２スロットル弁の開度を夫々検出する開度センサと、
前記吸気マニホルド内の圧力を検出する圧力センサと、
前記温度センサにより検出された各吸気温度に基づいて前記接続通路を流れる空気流量が許容範囲内か否かを判定する判定手段と、
前記接続通路を流れる空気流量が許容範囲外であると判定された場合は、前記第１エアフロメータおよび前記第２エアフロメータで検出した各空気流量と、前記温度センサで検出した各吸気温度と、前記第１吸気通路および前記第２吸気通路を流れる吸気に関して成立するエネルギ保存則および質量保存則とに基づいて、前記第１スロットル弁を通過する空気の流量と前記第２スロットル弁を通過する空気の流量を推定すると共に、推定した各空気流量と、前記開度センサで検出した各開度と、前記圧力センサで検出した圧力とを用いて、前記スロットルモデルを用いて算出された前記第１スロットル弁を通過する空気の流量と前記第２スロットル弁を通過する空気の流量とを修正し、前記接続通路を流れる空気流量が許容範囲内であると判定された場合は、前記第１エアフロメータおよび前記第２エアフロメータで検出した各空気流量と、前記開度センサで検出した各開度と、前記圧力センサで検出した圧力とを用いて、前記スロットルモデルを用いて算出された前記第１スロットル弁を通過する空気の流量と前記第２スロットル弁を通過する空気の流量とを修正する修正手段と、
を備えることを特徴とするスロットル通過空気流量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スロットル通過空気流量推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１（特開２００１−１３２６００号公報）には、吸気コレクタの上流において分岐した複数の吸気通路の夫々にスロットル弁とエアフロメータとが設けられた内燃機関が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２（特開２００８−１５１１４５号公報）には、スロットル弁を吸気が通過する際に成立するエネルギ保存則、運動量保存則および状態方程式を用いて構築したスロットルモデルに基づいて、スロットル弁を通過する空気の流量（スロットル通過空気流量）算出する装置が開示されている。このスロットルモデルは、内燃機関の気筒内に充填されている筒内充填空気量を推定するエアモデルの一部を構成し、推定した筒内充填空気量によって、内燃機関のトルク制御や空燃比制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１３２６００号公報
【特許文献２】特開２００８−１５１１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２のスロットルモデルを用いたスロットル通過空気流量の算出手法は、特許文献１の各スロットル弁を通過する空気の流量の算出にも適用できる。何故なら、特許文献１の吸気通路の夫々は、スロットル弁よりも上流側で独立しているためである。しかし、スロットル弁とエアフロメータの間で吸気通路の夫々を互いに接続する通路を設けた構成においては、当該接続通路を介して吸気通路間を吸気が行き来できるので、スロットルモデルを用いて算出したスロットル通過空気流量が、実際の値から乖離する可能性がある。具体的に、吸気マニホルドの上流で分岐した２系統の吸気通路の夫々に、スロットル弁とエアフロメータとを設け、尚且つ、スロットル弁とエアフロメータの間で当該２系統の吸気通路を接続する通路を設けた構成においては、スロットル弁の開度特性の変化がスロットル通過空気流量の算出に影響を及ぼすことが予想される。このため、エアモデルを用いた筒内充填空気量の推定に誤差を生じさせるおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。即ち、吸気マニホルドの上流で分岐した２系統の吸気通路の夫々に、スロットル弁とエアフロメータとを設け、尚且つ、スロットル弁とエアフロメータの間で当該２系統の吸気通路を接続する通路を設けた構成において、各スロットル弁を通過する空気の流量を精度高く算出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するため、本発明は、共通の吸気マニホルドの上流で分岐する第１吸気通路および第２吸気通路と、前記第１吸気通路に設けられた第１スロットル弁および第１エアフロメータと、前記第２吸気通路に設けられた第２スロットル弁および第２エアフロメータと、前記第１吸気通路における前記第１スロットル弁と前記第１エアフロメータの間と、前記第２吸気通路における前記第２スロットル弁と前記第２エアフロメータの間とを接続する接続通路と、前記第１吸気通路において前記第１エアフロメータと前記接続通路との接続部との間に設けられた第１過給機のコンプレッサと、前記第２吸気通路において前記第２エアフロメータと前記接続通路との接続部との間に設けられた第２過給機のコンプレッサと、を備える内燃機関に適用され、前記第１スロットル弁を通過する空気の流量および前記第２スロットル弁を通過する空気の流量を、スロットルモデルを用いて算出するスロットル通過空気流量推定装置であって、
前記第１スロットル弁、前記第２スロットル弁、前記第１過給機のコンプレッサおよび前記第２過給機のコンプレッサを通過する吸気温度を夫々検出する温度センサと、
前記第１スロットル弁と前記第２スロットル弁の開度を夫々検出する開度センサと、
前記吸気マニホルド内の圧力を検出する圧力センサと、
前記温度センサにより検出された各吸気温度に基づいて前記接続通路を流れる空気流量が許容範囲内か否かを判定する判定手段と、
前記接続通路を流れる空気流量が許容範囲外であると判定された場合は、前記第１エアフロメータおよび前記第２エアフロメータで検出した各空気流量と、前記温度センサで検出した各吸気温度と、前記第１吸気通路および前記第２吸気通路を流れる吸気に関して成立するエネルギ保存則および質量保存則とに基づいて、前記第１スロットル弁を通過する空気の流量と前記第２スロットル弁を通過する空気の流量を推定すると共に、推定した各空気流量と、前記開度センサで検出した各開度と、前記圧力センサで検出した圧力とを用いて、前記スロットルモデルを用いて算出された前記第１スロットル弁を通過する空気の流量と前記第２スロットル弁を通過する空気の流量とを修正し、前記接続通路を流れる空気流量が許容範囲内であると判定された場合は、前記第１エアフロメータおよび前記第２エアフロメータで検出した各空気流量と、前記開度センサで検出した各開度と、前記圧力センサで検出した圧力とを用いて、前記スロットルモデルを用いて算出された前記第１スロットル弁を通過する空気の流量と前記第２スロットル弁を通過する空気の流量とを修正する修正手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、接続通路を流れる空気流量が許容範囲内にあるか否かの判定に基づいて、スロットルモデルを用いて算出した各スロットル弁を通過する空気の流量を修正することができる。特に、接続通路を流れる空気流量が許容範囲外にあると判定された場合には、第１吸気通路および第２吸気通路を流れる吸気に関して成立するエネルギ保存則および質量保存則に基づいて、各スロットル弁を通過する空気の流量を推定した上で、スロットルモデルを用いて算出された同空気の流量を修正できるので、スロットル弁の開度特性の変化によって一方の吸気通路に吸気が偏るような場合においても、各スロットル弁を通過する空気の流量を精度高く算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係るスロットル通過空気流量推定装置が適用される内燃機関１０の構成を説明するための図である。
【図２】実施の形態において、ＥＣＵ５０が実行する学習・修正ルーチンを説明するためのフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［装置構成の説明］
図１は、本実施の形態に係るスロットル通過空気流量推定装置が適用される内燃機関１０の構成を説明するための図である。図１に示す内燃機関１０は、２系統の吸気通路１２，１４を備えている。吸気通路１２，１４は共通の吸気マニホルド３８から分岐しており、吸気通路１２，１４にはコンプレッサ１６，１８が夫々設けられている。コンプレッサ１６，１８は、内燃機関１０の排気通路（図示しない）を流れる排気の運動エネルギによって回転駆動されて吸入空気を過給するように構成されている。また、吸気通路１２，１４のコンプレッサ１６，１８よりも下流側には、スロットル弁２０，２２が夫々設けられている。また、吸気通路１２，１４のコンプレッサ１６，１８の上流側には、エアフロメータ２４，２６が夫々設けられている。エアフロメータ２４，２６は、吸気通路１２，１４に吸入される空気流量Ｇａ１，Ｇａ２を夫々検出するように構成されている。
【００１１】
また、内燃機関１０は、吸気通路１２と吸気通路１４を接続する接続通路４０を備えている。接続通路４０は、具体的に、コンプレッサ１６とスロットル弁２０の間の吸気通路１２と、コンプレッサ１８とスロットル弁２２の間の吸気通路１４とを接続している。内燃機関１０が接続通路４０を備えることで、スロットル弁２０，２２の上流側において、吸気通路１２と吸気通路１４の間を吸気が行き来できることになる。但し、スロットル弁２０，２２の開度を同一に制御している間は、吸気通路１２内の圧力と吸気通路１４内の圧力は等しく、接続通路４０を吸気が流れて吸気通路１２，１４の一方に吸気が偏ることは稀である。
【００１２】
また、内燃機関１０は、エアフロメータ２４，２６の他に、各種センサを備えている。各種センサには、スロットル弁２０，２２を通過する吸気の温度Ｔｔ１，Ｔｔ２を夫々検出する温度センサ２８，３２、スロットル弁２０，２２の開度ＴＡ１，ＴＡ２を夫々検出する開度センサ３０，３４、吸気マニホルド３８内の圧力（以下「インマニ圧」ともいう）Ｐｍを検出する圧力センサ３６、コンプレッサ１６，１８を通過する吸気の温度Ｔｃ１，Ｔｃ２を夫々検出する温度センサ４２，４４が含まれる。
【００１３】
本実施の形態に係るスロットル通過空気流量推定装置は、図１に示すＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０の機能の一部として実現される。ＥＣＵ５０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）等を備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種センサからの情報が入力される。ＥＣＵ５０は、それらの情報に基づいて内燃機関１０のアクチュエータを操作し、その操作によって内燃機関１０の運転を制御する。ＥＣＵ５０が操作するアクチュエータには、上述したスロットル弁２０，２２が含まれる。
【００１４】
ＥＣＵ５０がスロットル通過空気流量推定装置として機能する際には、スロットルモデルが使用される。スロットルモデルは、スロットル弁２０，２２の開度ＴＡ１，ＴＡ２と、単位時間当たりにスロットル弁２０，２２を夫々通過する空気の流量（つまり、スロットル通過空気流量）との関係を数式で表した計算モデルであり、吸気管モデルと吸気弁モデルと共にエアモデルの一部を構成する。このエアモデルは、吸気弁（図示しない）が閉じられたときに内燃機関１０の気筒内に充填されている空気量（筒内充填空気量）を推定するモデルであり、特開２００７−２１１７４６号公報、特開２００８−１５１１４５号公報等に開示されているように公知である。
【００１５】
［実施の形態の特徴］
ところで、スロットル弁２０，２２にデポジットが付着した場合や、スロットル弁２０，２２自体が劣化した場合には、スロットル特性が変化することがある。スロットル特性が変化してスロットル弁２０，２２の特性に差が生じた場合には、スロットル弁２０，２２の開度を同一に制御しているにも関わらず、接続通路４０を吸気が流れて吸気通路１２，１４の一方に吸気が多く流れてしまい（図１の矢印参照）、スロットルモデルを使用して算出したスロットル通過空気流量が実際の値から乖離した結果、エアモデルを用いた筒内充填空気量の推定に誤差を生じさせるおそれがある。そこで、本実施の形態では、このようなスロットル特性の変化を学習し、スロットルモデルを使用して算出したスロットル通過空気流量を修正することとしている。
【００１６】
図２は、本実施の形態において、ＥＣＵ５０が実行する学習・修正ルーチンを説明するためのフローチャートを示す図である。なお、この学習・修正ルーチンは、内燃機関１０の運転中であって、スロットル弁２０，２２の開度に関してＥＣＵ５０から出力される指示値が等しい場合（つまり、スロットル弁２０，２２の開度を同一に制御する場合）に、繰り返し実行される。このルーチンでは、先ず、ステップＳ１００において、コンプレッサ１６，１８を通過する吸気の温度Ｔｃ１，Ｔｃ２の差｜Ｔｃ１−Ｔｃ２｜が閾値よりも大きいか否かが判定される。本ステップにおいては、温度センサ４２，４４の検出値が使用される。本ステップにおいて、差｜Ｔｃ１−Ｔｃ２｜が閾値よりも大きいと判定された場合は、スロットル弁２０，２２の特性に差が生じている可能性があると判断できるので、ステップＳ１０２以降の処理が行われる。一方、差｜Ｔｃ１−Ｔｃ２｜が閾値以下であると判定された場合は、本ルーチンが終了される。
【００１７】
ステップＳ１０２，ステップＳ１０４においては、吸気通路１２，１４夫々流れる吸気の温度に変化があるか否かが判定される。具体的にステップＳ１０２においては、コンプレッサ１６を通過する吸気の温度Ｔｃ１と、スロットル弁２０を通過する吸気の温度Ｔｔ１との差｜Ｔｃ１−Ｔｔ１｜が閾値よりも大きいか否かが判定される。また、ステップＳ１０４においては、コンプレッサ１８を通過する吸気の温度Ｔｃ２と、スロットル弁２２を通過する吸気の温度Ｔｔ２との差｜Ｔｃ２−Ｔｔ２｜が閾値よりも大きいか否かが判定される。本ステップにおいては、温度センサ２８，３２，４２，４４の検出値が使用される。ステップＳ１０２において差｜Ｔｃ１−Ｔｔ１｜が閾値未満で、尚且つ、ステップＳ１０４において差｜Ｔｃ２−Ｔｔ２｜が閾値未満の場合には、スロットル弁２０，２２の特性に差が生じているものの、接続通路４０を通過する空気流量が許容範囲内であると判断できるので、ステップＳ１０６の処理が行われる。そうでない場合は、スロットル弁２０，２２の特性に差が生じており、それによって接続通路４０を通過する空気流量が許容範囲を超えていると判断できるので、ステップＳ１０８の処理が行われる。
【００１８】
ステップＳ１０６においては、Ｃａｓｅ１の学習・修正が行われる。このＣａｓｅ１では、スロットル弁２０を通過する空気流量Ｇｔ１がエアフロメータ２４を通過した空気流量（つまり、空気流量Ｇａ１）に等しく、スロットル弁２２を通過する空気流量Ｇｔ２がエアフロメータ２６を通過した空気流量（つまり、空気流量Ｇａ２）に等しいと仮定する。この仮定の下で、空気流量Ｇｔ１、インマニ圧Ｐｍおよび開度ＴＡ１を用いてスロットル弁２０の特性が学習される。同様に、空気流量Ｇｔ２、インマニ圧Ｐｍおよび開度ＴＡ２を用いてスロットル弁２２の特性が学習される。なお、インマニ圧Ｐｍには圧力センサ３６の検出値が、開度ＴＡ１，ＴＡ２には開度センサ３０，３４の検出値が、それぞれ使用される。そして、スロットルモデルを用いて算出した各スロットル通過空気流量が、学習値の夫々で修正される。
【００１９】
ステップＳ１０８においては、Ｃａｓｅ２の学習・修正が行われる。このＣａｓｅ２では、式（１）〜式（６）を整理した式（７），（８）に基づいて空気流量Ｇｔ１と空気流量Ｇｔ２が算出される。なお、式（１），（２）は、吸気通路１２，１４を流れる吸気に関して成立するエネルギ保存則および質量保存則に基づいている。
Ｑｃ１＋Ｑｃ２＝Ｑｔ１＋Ｑｔ２  ・・・（１）
Ｇａ１＋Ｇａ２＝Ｇｔ１＋Ｇｔ２  ・・・（２）
Ｑｃ１＝Ｇａ１・ｃ・Ｔｃ１  ・・・（３）
Ｑｃ２＝Ｇａ２・ｃ・Ｔｃ２  ・・・（４）
Ｑｔ１＝Ｇｔ１・ｃ・Ｔｔ１  ・・・（５）
Ｑｔ２＝Ｇｔ２・ｃ・Ｔｔ２  ・・・（６）
Ｇｔ１＝｛Ｇａ１・（Ｔｃ１−Ｔｔ２）＋Ｇａ２・（Ｔｃ２−Ｔｔ２）｝／（Ｔｔ１−Ｔｔ２）  ・・・（７）
Ｇｔ２＝｛Ｇａ１・（Ｔｃ１−Ｔｔ１）＋Ｇａ２・（Ｔｃ２−Ｔｔ１）｝／（Ｔｔ２−Ｔｔ１）  ・・・（８）
【００２０】
ここで、ｃは比熱[J/kg/K]であり、Ｑｃ１はコンプレッサ１６を通過する空気の熱量[J]であり、Ｑｃ２はコンプレッサ１８を通過する空気の熱量[J]であり、Ｑｔ１はスロットル弁２０を通過する空気の熱量[J]であり、Ｑｔ２はスロットル弁２２を通過する空気の熱量[J]である。そして、式（７）によって算出した空気流量Ｇｔ１、インマニ圧Ｐｍおよび開度ＴＡ１を用いてスロットル弁２０の特性が学習される。同様に、式（８）によって算出した空気流量Ｇｔ２、インマニ圧Ｐｍおよび開度ＴＡ２を用いてスロットル弁２２の特性が学習される。なお、インマニ圧Ｐｍには圧力センサ３６の検出値が、開度ＴＡ１，ＴＡ２には開度センサ３０，３４の検出値が、それぞれ使用される。そして、スロットルモデルを用いて算出した各スロットル通過空気流量が、学習値の夫々で修正される。
【００２１】
以上、図２に示した学習・修正ルーチンによれば、スロットル弁２０，２２の特性に差が生じていると判断した場合に、スロットルモデルを用いて算出した各スロットル通過空気流量を修正できる。従って、スロットル弁２０，２２を通過する空気の流量を精度高く算出することができる。
【００２２】
なお、上記実施の形態では、吸気通路１２，１４が本発明の「第１吸気通路」および「第２吸気通路」に、スロットル弁２０，２２が本発明の「第１スロットル弁」および「第２スロットル弁」に、エアフロメータ２４，２６が本発明の「第１エアフロメータ」および「第２エアフロメータ」に、コンプレッサ１６，１８が本発明の「第１過給機のコンプレッサ」および「第２過給機のコンプレッサ」に、温度センサ２８，３２，４２，４４が本発明の「温度センサ」に、開度センサ３０，３４が本発明の「開度センサ」に、圧力センサ３６が本発明の「圧力センサ」に、夫々相当している。
また、ＥＣＵ５０が図２のステップＳ１００〜Ｓ１０４の処理を実行することにより本発明の「判定手段」が、同図のステップＳ１０６，Ｓ１０８の処理を実行することにより本発明の「修正手段」が、夫々実現されている。
【符号の説明】
【００２３】
１０  内燃機関
１２，１４  吸気通路
１６，１８  コンプレッサ
２０，２２  スロットル弁
２４，２６  エアフロメータ
２８，３２，４２，４４  温度センサ
３０，３４  開度センサ
３６  圧力センサ
３８  吸気マニホルド
４０  接続通路
５０  ＥＣＵ
【図１】
2016196833.tif 000003
【図２】
2016196833.tif 000004