(57)【要約】【課題】  燃焼制御を安全側に維持することのできる内燃機関の制御装置を提供すること。【解決手段】  内燃機関の吸気管に設置され吸気管内を通過し吸入される空気の湿度を検出する湿度検出装置を備え、湿度検出装置により検出される湿度値に基づいて燃焼制御のための制御量を演算する内燃機関の制御装置において、湿度検出装置により検出される湿度値の代替値として用いるための複数の代替用湿度値Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と、湿度検出装置の異常を判定する異常判定機能と、複数の代替用湿度値Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の中から燃焼制御を安全に制御可能な方を代替値Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３として選択する選択機能１２１〜１２６とを備える。【選択図】図７
2017115732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気管に設置され前記吸気管内を通過し吸入される空気の湿度を検出する湿度検出装置を備え、前記湿度検出装置により検出される湿度値に基づいて燃焼制御のための制御量を演算する内燃機関の制御装置において、
前記湿度検出装置により検出される湿度値の代替値として用いるための複数の代替用湿度値と、
前記湿度検出装置の異常を判定する異常判定機能と、
複数の代替用湿度値の中から燃焼制御を安全に制御可能な方を前記代替値として選択する選択機能と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記湿度検出装置により検出される湿度値から、最大値となる最大学習湿度値と最小値となる最小学習湿度値とを学習する学習機能を備え、
前記複数の代替用湿度値の中に、前記最大学習湿度値と前記最小学習湿度値とを含み、
前記異常判定機能により異常が判定されない場合は前記学習機能の動作を継続し、前記異常判定機能により異常を判定した場合は前記学習機能を停止して前記選択機能により前記最大学習湿度値と前記最小学習湿度値とのうち燃焼制御を安全に制御可能な方を前記代替値として選択することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記吸気管に設置され吸入空気温度を検出する吸入空気温度検出装置と、前記吸気管に設置され吸入空気流量を検出する吸入空気流量検出装置と、内燃機関の冷却水温度を検出する内燃機関冷却水温度検出装置と、前記吸入空気流量検出装置により検出される吸入空気温度と外気温度とが等しいとみなせる条件か否かを判定する条件判定機能とを備え、
前記異常判定機能により異常を判定した場合に、前記吸入空気流量検出装置の検出値又は前記内燃機関冷却水温度検出装置の検出値が、吸入空気温度と外気温度を等しいとみなせる条件の値であれば、前記吸入空気温度検出装置の検出値から算出した湿度値を前記複数の代替用湿度値のうちの一つとして設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置において、
前記複数の代替用湿度値のうちの少なくとも一つの代替用湿度値を算出することにより求めることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記吸気管に設置され吸入空気温度を検出する吸入空気温度検出装置と、前記吸気管に設置され吸入空気流量を検出する吸入空気流量検出装置と、吸入空気流量と吸入空気温度とに基づいて車両の外気温度を推定する外気温度推定機能とを備え、
湿度値の前記代替値が、前記外気温度推定機能にて推定した外気温度における湿度の飽和量を超えない値に制限される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】
本発明は車両の制御装置に係り、特に、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関においては、吸入空気の湿度が燃焼へ影響を及ぼすため、湿度を検出する装置を吸気管中に配置し、検出した湿度を基に燃焼を制御する方法が知られている。
【０００３】
特開平７−１０３０３５号公報（特許文献１）に開示されているように、内燃機関においては、燃料消費量を減らすため、希薄燃焼運転となるリーン限界空燃比制御を行う。吸入空気の湿度によってリーン限界空燃比が変化するため、吸入空気の湿度に基づいた空燃比制御を行わなければ燃焼が不安定となり、失火する可能性もでてくる。そこで、吸入空気の湿度を検出する手段により検出した湿度を基にリーン限界空燃比制御を行うことで安定した燃焼状態を得る事が出来る。
【０００４】
また、内燃機関においては、燃焼制御に種々の物理量を必要とするため、複数の物理量検出手段を備えている。しかし、いずれかの物理量検出手段が故障や劣化などの異常により、不正確な値を出力してしまう場合、良好な制御が行えなくなる可能性がある。このような状態においても、車両を安全な場所に移動させるため、物理量検出手段の異常時においても代替値を用いて安全な燃焼を継続して行うフェールセーフ制御が行われている。
【０００５】
特開２０１１−２７０８７号公報（特許文献２）に開示された装置は、複数の気筒に同様に設置された種々の物理量検出手段の検出値から算出した燃焼制御量を学習することで、いずれかの気筒に設置された物理量検出手段が故障した際にフェールセーフ制御を行えるようになっている。
【０００６】
具体的には、複数気筒を有する内燃機関において、異常前の各気筒の筒内圧センサ検出値から算出した最適点火時期の気筒間偏差を学習し、異常発生時には、異常発生気筒に対する最適点火時期の気筒間偏差が最小となる正常気筒における筒内圧センサ検出値から算出した最適点火時期と、最適点火時期の気筒間偏差とに基づいて、異常発生気筒における最適点火時期を決定する事でフェールセーフ制御を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１０３０３５号公報
【特許文献２】特開２０１１−２７０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、吸入空気湿度の検出手段の異常時において、特許文献２と同様の手法を当該フェールセーフ制御に適用するためには、吸入空気湿度の検出手段が複数必要となるため、吸入空気湿度の検出手段が内燃機関に1つしか備えられていない場合、吸入空気湿度の検出手段の故障後には学習値が更新できない。このため、長期間故障状態が続く場合、実際の吸入空気湿度と学習値が乖離する可能性がある。
【０００９】
この場合、例えば特許文献１の制御において、学習値に対して実際の吸入空気湿度が高いとき、前記学習値に基づいて燃焼制御を行うと空燃比をリーン限界以上の値に設定してしまい、不安定な燃焼状態となる可能性がある。
【００１０】
本発明の目的は、燃焼制御を安全側に維持することのできる内燃機関の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、
内燃機関の吸気管に設置され前記吸気管内を通過し吸入される空気の湿度を検出する湿度検出装置を備え、前記湿度検出装置により検出される湿度値に基づいて燃焼制御のための制御量を演算する内燃機関の制御装置において、
前記湿度検出装置により検出される湿度値の代替値として用いるための複数の代替用湿度値と、
前記湿度検出装置の異常を判定する異常判定機能と、
複数の代替用湿度値の中から燃焼制御を安全に制御可能な方を前記代替値として選択する選択機能と、
を備える。
【００１２】
上記の内燃機関の制御装置において、
前記湿度検出装置により検出される湿度値から、最大値となる最大学習湿度値と最小値となる最小学習湿度値とを学習する学習機能を備え、
前記複数の代替用湿度値の中に、前記最大学習湿度値と前記最小学習湿度値とを含み、
前記異常判定機能により異常が判定されない場合は前記学習機能の動作を継続し、前記異常判定機能により異常を判定した場合は前記学習機能を停止して前記選択機能により前記最大学習湿度値と前記最小学習湿度値とのうち燃焼制御を安全に制御可能な方を前記代替値として選択するようにするとよい。
【００１３】
また、上記の内燃機関の制御装置において、
前記吸気管に設置され吸入空気温度を検出する吸入空気温度検出装置と、前記吸気管に設置され吸入空気流量を検出する吸入空気流量検出装置と、内燃機関の冷却水温度を検出する内燃機関冷却水温度検出装置と、前記吸入空気流量検出装置により検出される吸入空気温度と外気温度とが等しいとみなせる条件か否かを判定する条件判定機能とを備え、
前記異常判定機能により異常を判定した場合に、前記吸入空気流量検出装置の検出値又は前記内燃機関冷却水温度検出装置の検出値が、吸入空気温度と外気温度を等しいとみなせる条件の値であれば、前記吸入空気温度検出装置の検出値から算出した湿度値を前記複数の代替用湿度値のうちの一つとして設定するようにするとよい。
【００１４】
また、上記の内燃機関の制御装置において、
前記複数の代替用湿度値のうちの少なくとも一つの代替用湿度値を算出することにより求めるようにするとよい。
【００１５】
また、上記の内燃機関の制御装置において、
前記吸気管に設置され吸入空気温度を検出する吸入空気温度検出装置と、前記吸気管に設置され吸入空気流量を検出する吸入空気流量検出装置と、吸入空気流量と吸入空気温度とに基づいて車両の外気温度を推定する外気温度推定機能とを備え、
湿度値の前記代替値が、前記外気温度推定機能にて推定した外気温度における湿度の飽和量を超えない値に制限されるようにするとよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃焼制御を安全側に維持することのできる内燃機関の制御装置を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る内燃機関の全体のシステム構成図。
【図２】本発明に係るフェールセーフ制御のフロー図。
【図３】本発明に係る学習湿度値の学習フロー図（１）。
【図４】本発明に係る学習湿度値の学習フロー図（２）。
【図５】検出湿度値に基づいた燃焼制御とフェールセーフ制御時の安全側代替湿度値の関係を示す図（１）であり、ノッキング抑制のための点火時期制御についての説明図。
【図６】検出湿度値に基づいた燃焼制御とフェールセーフ制御時の安全側代替湿度値の関係を示す図（２）であり、失火抑制のための検出湿度値に基づいたリーンバーン制御についての説明図。
【図７】本発明に係るフェールセーフ制御時の学習湿度値選択方法のフロー図（１）。
【図８】本発明に係るフェールセーフ制御時の学習湿度値選択方法のフロー図（２）。
【図９】本発明に係るフェールセーフ制御時の学習湿度値選択方法のフロー図（３）。
【図１０】本発明に係る学習湿度値の制限方法について学習湿度値を制限する条件を示す図。
【図１１】本発明に係る学習湿度値制限時の制御フロー図。
【図１２】本発明に係る代替湿度値算出時における条件を示す図。
【図１３】本発明に係る点火時期制御におけるフェールセーフ制御のフロー図。
【図１４】本発明に係る代替湿度値算出時の制御フロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例を、添付の図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明に係る内燃機関の全体のシステム構成図である。図１は、本発明の実施において前提となる内燃機関の概要であって、いわゆる筒内燃料噴射方式の内燃機関を示している。以下、この内燃機関をＤｉｒｅｃｔ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎの頭文字をとってＤＩ方式と呼んで説明する。
【００２０】
以下、本発明の実施例として、ＤＩ方式の内燃機関について説明するが、本発明の実施形態は必ずしもＤＩ方式の内燃機関に限定されるものではなく、吸入空気の湿度を検出する手段を備える全ての内燃機関に本発明を適用することできる。
【００２１】
図１に示すように、内燃機関の吸気管1に吸入した空気は、湿度検出手段（湿度検出装置）である湿度センサ２によって湿度を検出される。また、吸入空気は、吸気管１を通過中に吸入空気温度センサ（吸入空気温度検出装置）３によって温度を、吸入空気流量を検出するエアフローセンサ４によって流量を検出される。その後、吸入空気は、吸入空気流量を調節する絞り弁５ａを有するスロットルボディ５を通過して空気チャンバ６に吸入され、吸排気バルブ開閉時期を制御する吸排気ＶＴＣ（ＶＴＣ：Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１０によって吸気バルブ１０ａが開弁された際にシリンダ１３へと吸入される。
【００２２】
コントロールユニット１２は、湿度センサ２など、内燃機関に備えられた複数の物理量検出手段（物理量検出装置）の検出した情報に基づき、ストイキ燃焼制御やリーン燃焼制御など様々な燃焼制御のための制御量を演算する。また、コントロールユニット１２は、クランク角センサ８の検出結果に基づいて、演算結果を出力するタイミングを決定する。コントロールユニット１２は決定したタイミングにおいて燃焼制御のための制御量を内燃機関に備えられた燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射装置）７などの種々の燃焼制御装置へ出力する。また、コントロールユニット１２は複数の物理量検出手段の検出結果を学習(算出及び保管)する手段を備える。さらに、コントロールユニット１２は種々の物理量センサの異常を判定する機能を有しており、異常判定した際はフェールセーフ制御へと移行する。コントロールユニット１２はＣＰＵやメモリ等を備えた処理装置で構成することができ、処理装置が各種プログラムを実行することにより、上記の機能を実現する。
【００２３】
なお、コントロールユニット１２において扱われる湿度値は、絶対湿度としてもよいし、相対湿度としてもよいし、水蒸気量としてもよい。
【００２４】
シリンダ１３に吸入された吸入空気は、コントロールユニット１２により制御されたインジェクタ７から噴射された燃料と混合され、コントロールユニット１２により制御された点火コイル１１により点火され、燃焼ガスへと変化する。燃焼ガスは保有する熱エネルギーを内燃機関の運動エネルギーへと変換されたのち、コントロールユニット１２により制御された吸排気ＶＴＣ１０によって排気バルブ１０ｂが開弁された際に排気管１４へと排気される。
【００２５】
燃焼の際にノッキングが発生したことを検知するため、内燃機関の側面にはノックセンサ９が備えられている。ノックセンサ９がノッキングを検出した場合、コントロールユニット１２はノッキングの発生を回避するため、点火コイル１１に点火時期を変更する制御量を設定する。
【００２６】
排気管１４へと排気された燃焼ガスは、排気管１４に配置されたＡ/Ｆセンサ１５により空燃比を検出されたのち、図示しない排ガス浄化装置などを通過して、大気中へ解放されるよう構成されている。
【００２７】
図２を参照して、本発明における内燃機関の制御装置の制御フローの概要を説明する。図２は、本発明に係るフェールセーフ制御のフロー図である。尚、本図における各シーケンスの詳細については、別図を用いて後述する。
【００２８】
まずシーケンス（ステップ）１０１にて、湿度センサ２の検出値が、正常動作時の出力範囲に入っているか否かを判定し、正常動作時の出力範囲外であるときは、湿度センサ２の異常として判定する。湿度センサ２が異常でないと判定された場合は、シーケンス１０２にて湿度センサ２の検出した湿度値を学習する。学習方法については別図を用いて後述する。また、学習を行わず湿度センサ２の検出値を検出湿度値と設定する事もできる。
【００２９】
湿度センサ２が異常と判定された場合、湿度センサ２が異常と判定される前にシーケンス１０２にて学習した複数の学習湿度値について、制御する燃焼状態を安全側に保てる学習湿度値をシーケンス１０３にて選定し、選定した学習湿度値を湿度センサ２の代替湿度値として設定する。なお、燃焼状態を安全側に保つことは、燃焼制御に複数の湿度値を用いる場合に、より確実に燃焼制御を実施できる方の湿度値を選択して燃焼制御を実施することにより、達成される。
【００３０】
シーケンス１０２にて設定された代替湿度値または検出湿度値は、シーケンス１０４で湿度値に基づいた燃焼制御に供される。シーケンス１０４については、湿度値に基づく燃焼制御であればどのような制御であっても構わない。具体的な湿度値に基づく燃焼制御の例は、別図にて後述する。
【００３１】
本実施例における湿度学習手段の学習フローについて、図３を参照して説明する。図３は、本発明に係る学習湿度値の学習フロー図（１）である。
【００３２】
湿度センサ２が正常に動作している状態において、まず、湿度センサ２による今回の検出湿度値（今回値）が極値であるか、シーケンス（ステップ）１１１にて判定する。また極値の判定においてはノイズを極値として検出しない程度の不感帯を、判定条件に持たせる。今回値が極値と判定されなければ、今回値は湿度センサ２による検出湿度値として設定される。
【００３３】
今回値が極値と判定されたらシーケンス１１２により、今回値と学習した最大学習湿度値Ｌ１と比較し、最大学習湿度値の更新を判定する。
今回値がＬ１よりも大なりと判定されれば、シーケンス１１４にて今回値をＬ１として更新・設定する。
【００３４】
ステップ１１２にて今回値がＬ１よりも小さいと判定されれば、シーケンス１１３に進み、最小学習湿度値Ｌ２の更新を判定する。シーケンス１１３は、今回値と学習した最小学習湿度値Ｌ２とを比較して最小学習湿度値Ｌ２の更新を判定するシーケンスである。
【００３５】
シーケンス１１３にて今回値がＬ２よりも小さいと判定されれば、シーケンス１１５にて今回値をＬ２として更新・設定する。シーケンス１１３にて今回値がＬ２以上の大きさであると判定されれば、Ｌ２は更新しない。
【００３６】
今回値が最大学習湿度値Ｌ１および最小学習湿度値Ｌ２の学習条件を満たさない場合、今回値は湿度センサ２による検出湿度値として設定される。
【００３７】
なお、湿度センサ２を含む各種センサは、通常、異常を生じた場合に、検出値が正常動作時の出力範囲外の値（通常、最大値）をとり続けるように構成される。このため、湿度センサ２は、異常を生じた場合、極値を出力しなくなる。
【００３８】
また、湿度学習手段の学習フローの別の例を、図４を参照して説明する。図４は、本発明に係る学習湿度値の学習フロー図（２）である。
【００３９】
図３で説明した学習フローとの違いは、シーケンス（ステップ）１１６である。シーケンス１１６では、シーケンス１１１，１１２，１１３にて今回値が湿度学習条件を満たさない場合は、今回値を中間学習湿度値Ｌ３として設定する。
【００４０】
図３及び図４における湿度値の各学習にて設定される複数の学習湿度値は、図２の１０３のフェールセーフ制御にて使用される。
【００４１】
次に、本実施例における学習湿度値の使用方法について説明する。
【００４２】
本実施例の制御装置は、湿度値に基づく複数種類の燃焼制御において、湿度センサ２に異常が生じても、燃焼制御を安全な状態に制御するフェールセーフ制御を可能にするため、複数の学習湿度値を同時に保持し、燃焼制御に応じて適切な学習湿度値を代替湿度値として設定することができる。
【００４３】
湿度値に基づく燃焼制御は、制御内容により、安全側に維持できる湿度値が異なるため、制御内容ごとに選択するべき適切な湿度値がある。
【００４４】
一つの例として、図５を用い、ストイキ燃焼時のノッキング抑制制御について説明する。図５は、フェールセーフ制御時の安全側代替湿度値の選択についての説明図（１）であり、ノッキング抑制のための点火時期制御についての説明図である。
【００４５】
このノッキング抑制制御では、湿度値に基づいて点火時期の制御を行う。この点火時期制御では、湿度値に基づくノッキング抑制において燃焼制御が安全側となる湿度値を選択する。
【００４６】
上側のグラフは縦軸湿度、横軸時間を示している。下側のグラフは縦軸筒内圧、横軸時間を示している。Ｔ１は湿度センサ２の異常が判定された時間である。Ｌ２はＴ１以前に学習した最小の学習湿度値である。
【００４７】
Ｔ１以前は湿度センサ２の検出結果に基づき、湿度が高くなった場合には、筒内圧を上昇させるため、点火時期を進角側に制御する。湿度が低くなった場合には、点火時期を遅角側に制御する。
【００４８】
ここで本実施例を適用しない制御装置では、雰囲気湿度が低い条件で、湿度センサが高湿度の異常値を設定した場合、点火時期を遅角制御しなければいけないところ進角してしまい、ノッキング発生を促進してしまう。
【００４９】
この場合、燃焼制御を安全側に維持するためには、代替湿度値に低湿度値を設定することが適切である。本実施例の制御装置は、Ｔ１以後、図５のように、最小学習湿度値Ｌ２の値を代替湿度値Ｓ２として設定することで、燃焼制御を安全側に維持できる。すなわち、最小学習湿度値Ｌ２の値を代替湿度値Ｓ２として設定することで、点火時期を遅角側に制御して、筒内圧の圧力最大値を低下させるようにする。
【００５０】
また別の例として、図６を用い、湿度値に基づくリーンバーン制御において、燃焼制御が安全側となる湿度値を説明する。図６は、検出湿度値に基づいた燃焼制御とフェールセーフ制御時の安全側代替湿度値の関係を示す図（２）であり、失火抑制のための検出湿度値に基づいたリーンバーン制御についての説明図である。
【００５１】
上側のグラフは縦軸湿度、横軸時間を示している。下側のグラフは縦軸空燃比（Ａ/Ｆ）、横軸時間を示している。Ｔ１は湿度センサ２の異常が判定された時間である。Ｌ１はＴ１以前に学習した最大の学習湿度値である。
【００５２】
Ｔ１以前は湿度センサ２の検出結果に基づき、湿度が高くなった場合には、安定した点火を維持できるリーン空燃比限界が下がるため、ターゲットＡ/Ｆを低めに制御する。湿度が低くなった場合には、ターゲットＡ/Ｆを高めに制御する。
【００５３】
ここで本実施例を適用しない制御装置では、雰囲気湿度が高い条件で、湿度センサ２が低湿度の異常値を設定した場合、ターゲットＡ/Ｆを低めに制御しなければいけないところ、高めに制御してしまい、安定した点火を維持できず失火頻度が増大してしまう。
【００５４】
この場合、燃焼制御を安全側に維持するためには、代替湿度値に高湿度値を設定することが適切である。本実施例の制御装置は、Ｔ１以後、図６のように、最大学習湿度値Ｌ１の値を代替湿度値Ｓ１として設定することで、燃焼制御を安全側に維持できる。すなわち、最大学習湿度値Ｌ１の値を代替湿度値Ｓ１として設定することで、ターゲットＡ/Ｆを低めに制御して、リッチ側に制御することにより失火の発生を抑制するようにする。
【００５５】
このように、本実施例では、湿度値に基づく燃焼制御の内容によって、燃焼制御を安全側に維持するために適切な学習湿度値を選択し、代替湿度値として設定する。代替湿度値の設定に係る、本実施例の制御装置における制御フローについて、図７を参照して説明する。図７は、本発明に係るフェールセーフ制御時の学習湿度値選択方法のフロー図（１）である。
【００５６】
シーケンス（ステップ）１２１にて、燃焼制御がリーンバーン制御であるか否かを判定し、燃焼制御がリーンバーン制御と判定された場合、シーケンス１２３にて安全側代替値を最大湿度値に設定する。ここで、「安全側代替値を最大湿度値に設定する」とは、代替湿度値に最大湿度値を設定するように、安全側代替値を指定することを意味する。以下、同様である。
【００５７】
燃焼制御がリーンバーン制御ではないと判定された場合、シーケンス１２２にて、燃焼制御がストイキ燃焼時のノック制御であるか否かを判定し、燃焼制御がストイキ燃焼時のノック制御と判定された場合、シーケンス１２４にて安全側代替値を最小湿度値に設定する。ここで、「安全側代替値を最小湿度値に設定する」とは、代替湿度値に最小湿度値を設定するように、安全側代替値を指定することを意味する。以下、同様である。
【００５８】
燃焼制御がリーンバーン制御でも、ストイキ燃焼時のノック制御でもない場合、シーケンス１２２からシーケンス１２５に進み、シーケンス１２５にて安全側代替値を中間湿度値に設定する。ここで、「安全側代替値を中間湿度値に設定する」とは、代替湿度値に中間湿度値を設定するように、安全側代替値を指定することを意味する。以下、同様である。
【００５９】
その後、シーケンス１２６にて、安全側代替値が最大湿度値ならば、代替湿度値Ｓ１として最大学習湿度値Ｌ１を設定する。安全側代替値が最小湿度値ならば、代替湿度値Ｓ２として最小学習湿度値Ｌ２を設定する。安全側代替値が中間湿度値ならば、代替湿度値Ｓ３として中間学習湿度値Ｌ３を設定する。
【００６０】
図８に示すように、代替湿度値Ｓ３は学習湿度値Ｌ１と学習湿度値Ｌ２の平均値を設定することも可能である。図８は、本発明に係るフェールセーフ制御時の学習湿度値選択方法のフロー図（２）である。
【００６１】
図８はシーケンス１２１からシーケンス１２５までの動作と、シーケンス１２７の動作とが図７と同じ制御フローになっており、シーケンス１２８の動作のみが図７と異なっている。シーケンス１２８では、代替湿度値Ｓ３として最大学習湿度値Ｌ１と最小学習湿度値Ｌ２との平均値を設定出来ることを示している。図８のシーケンス１２７で設定される代替湿度値Ｓ３は、図７のシーケンス１２７で設定される代替湿度値Ｓ３に比べ、周辺の平均的な湿度値で代替されることになり、図８の制御フローでは瞬間的な記録値である中間学習湿度値Ｌ３よりも現実的な代替値を提供する事が可能である。
【００６２】
図９は、本発明に係るフェールセーフ制御時の学習湿度値選択方法のフロー図（３）である。
【００６３】
図９は図７と比較し、シーケンス１２６以降の制御フローが同じであるが、燃焼制御内容の判定を行わずとも、シーケンス１２９にて予め安全側代替値を設定する事が可能となっている。これは、図７の制御フローにおいて、リーンバーン制御でもなく、またノック制御でもない場合に、安全側代替値として中間湿度値以外の湿度値、例えば、最大湿度値又は最小湿度値の設定を可能にする。これは、リーンバーン制御でもノック制御でもない、任意の燃焼制御に対して、適当な代替湿度値を設定できるようにする。例えば、ある燃焼制御に対しては安全側代替値として最大湿度値を設定できるようにし、別の燃焼制御に対しては安全側代替値として最小湿度値を設定できるようにし、さらに別の燃焼制御に対しては、安全側代替値として中間湿度値を設定できるようにする。
【００６４】
これにより、本発明を様々な燃焼制御に適用することが可能である。
【００６５】
ここで、湿度値を水蒸気量として扱う場合、複数の学習湿度値のいずれかが、大気環境の変化(主に気温の変化)に伴い相対的に飽和水蒸気量を超えてしまう場合についても対応可能であることを説明する。なお、湿度値を絶対湿度として扱う場合なども同様の方法で対応が可能であるため、扱う湿度は自由に選択できる。
【００６６】
図１０を参照して、気温の変化に基づいて代替湿度値を制限する対応について説明する。図１０は、本発明に係る学習湿度値の制限方法について学習湿度値を制限する条件を示す図である。
【００６７】
図１０のグラフは縦軸に水蒸気量を、横軸に気温を示している。気温Ｔｅｍｐ．１において湿度センサ２が異常判定され、適当な学習湿度値（例えば、Ｈ１）が代替湿度値に設定される。この気温条件（Ｔｅｍｐ．１）において、学習湿度値は飽和水蒸気量以下である。
【００６８】
しかし、時間経過とともに気温が下がり、気温Ｔｅｍｐ．２となった場合、前記学習湿度値Ｈ１はＴｅｍｐ．２における飽和水蒸気量以上の値となり、不適切な代替湿度値になってしまう可能性がある。そこで本実施例の制御装置は、図１１の制御フローに従う制御を行い、代替湿度値を気温Ｔｅｍｐ．２における湿度の飽和量を超えない値に制限する。すなわち、代替湿度値は気温Ｔｅｍｐ．２における飽和量以下の湿度値に制限される。これにより、本実施例の制御装置は、大気環境の変化に依らず、代替湿度値を適切な値に制限する事が可能である。
【００６９】
図１１の制御フローを説明する。図１１は、本発明に係る学習湿度値制限時の制御フロー図である。
【００７０】
シーケンス（ステップ）１３１にて吸気温度と外気温度が等しい条件であると判定された場合、シーケンス１３２にて学習湿度値がその気温における飽和水蒸気量よりも大きいか判定する。
【００７１】
学習湿度値が飽和水蒸気量よりも大きければ、シーケンス１３３にて前記吸気温における最大湿度値を算出する。この最大湿度値は、その気温における飽和水蒸気量を超えない値に制限される。
【００７２】
次に、シーケンス１３４にて、シーケンス１３３の算出結果である最大湿度値を代替湿度値として設定する。
【００７３】
ここで、シーケンス１３１の判定条件について、図１２に基づき説明する。図１２は、本発明に係る代替湿度値算出時における条件を示す図である。
【００７４】
図１２の上側のグラフは縦軸温度、横軸時間を示している。下側のグラフは縦軸吸入空気量および内燃機関回転数、横軸時間を示している。上側のグラフにおけるＴwaterは内燃機関水温センサ１６の検出結果、Ｔinは吸入空気温度センサ３の検出結果、検出値Ｔoutは内燃機関外の気温(大気温度)を示している。下側のグラフにおけるＱはエアフローセンサ４の検出結果、Ｎｅはクランク角センサ８の検出結果に基づき算出された内燃機関回転数を示す。グラフの原点は内燃機関始動時を示す。なお、内燃機関水温センサ１６は内燃機関の冷却水の温度を検出する内燃機関冷却水温度検出装置を構成する。
【００７５】
本実施例では大気温度を検出する手段を用いることなく、吸気温度センサ３およびエアフローセンサ４の検出結果から、大気温度（外気温度）を推定する手段を備える。すなわち、本実施例では、外気温度と吸入空気温度の等しさを推定し、吸入空気温度から外気温度を推定する。このように、本実施例では、外気温度を推定するための外気温度推定手段又は外気温度推定を有する。外気温度を推定するため、以下の条件を定義する。
【００７６】
前提として、吸入空気は吸気過程で内燃機関の発生する熱の影響を受けるため、吸入の前後でその温度が変化してしまう。しかしある条件下では吸気温度と外気温度が等しいとみなせるため、その条件を示す。
【００７７】
まず、内燃機関始動時の一定期間においては、内燃機関の発生する熱が吸入空気に与える影響は少ないと考えられるため、この始動時条件において、Ｔin＝Ｔoutとする。また、内燃機関定常運転時、吸入空気量が十分多い期間においては、内燃機関の発生する熱が吸入空気に与える影響は少ないと考えられるため、この大吸入空気量条件において、Ｔin＝Ｔoutとする。
【００７８】
Ｔin＝Ｔoutとみなせる期間をＲ１、それ以外の期間をＲ２とし、図１２に示す。期間Ｒ１においては、図１１の制御フローのシーケンス１３１において、吸気温度と外気温度が等しい条件であると判定される。
【００７９】
この判定は、内燃機関始動時の一定期間にあるか否かを判定することにより実行することができる。すなわち、内燃機関の始動開始時点からの経過時間に基づいて、経過時間が前記一定期間内にあればＴin＝Ｔoutと判定することができる。内燃機関始動からの一定期間が過ぎると内燃機関の冷却水温度は高温になる。このため、始動開始時点からの経過時間に替えて、内燃機関水温センサ１６の検出結果に基づいて、Ｔin＝Ｔoutとみなせる期間Ｒ１であるか否かを判定するようにしてもよい。すなわち、冷却水温度に閾値（所定温度）を設け、冷却水温度が閾値よりも低い場合は、期間Ｒ１であると判定する。
【００８０】
或いは、エアフローセンサ４で検出される吸入空気量Ｑに基づいて、シーケンス１３１の判定を実行することができる。すなわち、吸入空気量Ｑが閾値として設定された吸入空気量よりも多い場合に、Ｔin＝Ｔoutと判定することができる。
【００８１】
或いは、図１２に示すように、吸入空気量Ｑは内燃機関回転数Ｎｅと相関があるため、内燃機関回転数Ｎｅに基づいて、シーケンス１３１の判定を実行することができる。すなわち、内燃機関回転数Ｎｅが閾値として設定された内燃機関回転数よりも高い場合に、Ｔin＝Ｔoutと判定することができる。
【００８２】
図１１の制御フローにより学習湿度値の最大値を常に現実の最大湿度値以下に保つ事が可能であるため、湿度センサ２の異常時において、大気環境が変化しても安全側の燃焼制御を行う事が可能である。
【００８３】
湿度値に基づく燃焼制御の一例として、図１３を参照して、ノッキング抑制のため湿度値に基づく点火時期制御について説明する。図１３は、本発明に係る点火時期制御におけるフェールセーフ制御のフロー図である。
【００８４】
この内燃機関はストイキ空燃比で運転される前提である。この例は図２の１０４における湿度値に基づいた燃焼制御の例である。
【００８５】
シーケンス（ステップ）１０６は設定された代替湿度値または検出湿度値の程度を判定する。判定条件を満たす湿度値であれば、シーケンス１０７にてノッキングを起こさない範囲で最もトルクを発生する進角量を設定する。シーケンス１０６で判定条件を満たさない場合は、シーケンス１０８にて進角量を０に設定する。
【００８６】
シーケンス１０９では設定した進角量をＲＡＭへ設定する。
【００８７】
その後制御装置はＲＡＭから進角量を取得し、点火時期制御を行う。
【００８８】
このように制御する事で、吸入空気の湿度変化に対してもノッキングを起こさない範囲で最大トルクを発生する燃焼制御を行う事が可能である。
【実施例２】
【００８９】
本発明の別の実施例として、湿度センサ２の異常検出後において代替湿度値を得る方法を説明する。
【００９０】
本実施例の前提となる内燃機関の概要は実施例１で説明した図１の構成と同様であるため、説明を省略する。
【００９１】
本実施例では、実施例１に対して、図２に記載のシーケンス１０４における制御を図１４の制御フローによって入れ替える。
【００９２】
シーケンス（ステップ）１４１にて吸気温と外気温が等しいと判定された際、シーケンス１４２にて吸入空気温度センサ３の検出値に基づき、最大湿度値を算出する。
【００９３】
算出した最大湿度値はシーケンス１４３にて代替湿度値として設定される。
【００９４】
なお、シーケンス１４１における判定は、図１２で説明した判定条件に則して実行される。
【００９５】
期間Ｒ１に検出した検出値Ｔinから算出する湿度値は最大湿度値となるため、例えば図３や図４の学習湿度値Ｌ１として設定する事が出来る。
【００９６】
この方法によれば、実施例１で説明した学習手段による学習を行っていない場合や、学習終了前の場合、あるいは学習湿度値が設定できない場合に湿度センサ２の異常が判定されても、図６のリーンバーン制御におけるＡ/Ｆ制御のような、最大湿度値が安全側湿度値である燃焼制御においては、安全側の燃焼制御を行う事が出来る利点をもつ。このため、本実施例の構成を実施例１の構成に加えてもよい。
【００９７】
また、湿度センサ２の異常が長期間継続される場合は、図３や図４に示す学習湿度値Ｌ１は、車両の走行距離或いはＬ１が設定されてからの経過時間に基づき、設定された値を消去するようにするとよい。学習湿度値Ｌ２およびＬ３も同様である。車両の走行距離或いはＬ１、Ｌ２、Ｌ３のいずれかの値が設定されてからの経過時間が長くなると車両の周囲の環境が変化する可能性が高い。各学習値を消去し、後述する方法により改めて算出される値、もしくは予め記憶しておいた値を学習湿度値として設定することで、実際の車両に置かれている環境に応じた学習湿度値Ｌ１を得ることができる。
【００９８】
消去された学習値のうち、Ｌ１については、期間Ｒ１に検出したＴinから算出する湿度値を、学習湿度値Ｌ１として設定するとよい。これにより、学習湿度値Ｌ１消去後においても、安全側湿度値が最大湿度値である燃焼制御においては、安定した燃焼制御を行う事が可能である。
【００９９】
本実施例によれば、フェールセーフ制御のためにセンサ等の装備の増加を抑制することができ、装備の少ない構成においても、燃焼制御を安全側に維持することのできる内燃機関の制御装置を提供することができる。
【０１００】
上述したように、本発明に係る実施例では、代替湿度値として用いるための代替用湿度値を複数備える。このとき、代替用湿度値は少なくとも代替用最大湿度値と代替用最小湿度値とを含む。代替用最大湿度値及び代替用最小湿度値としては、上述したように、最大学習湿度値及び最小学習湿度値を用いることができる。また、代替用最大湿度値としては、外気温度及び飽和水蒸気量に基づいて算出される最大湿度値（最大算出湿度値）を用いることができる。また、代替用最大湿度値として最大湿度値と最小湿度値との中間の湿度値である中間湿度値を設定する場合は、中間学習湿度値のほか、最大学習湿度値及び最小学習湿度値から算出される中間湿度値（中間算出湿度値）を用いることができる。代替用最大湿度値として用いる代替用最大湿度値、代替用最小湿度値及び代替用中間湿度値は、上述した算出方法以外の任意の算出方法によって算出されたものであってもよい。
【０１０１】
なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１…吸気管、２…湿度センサ、３…吸入空気温度センサ、４…エアフローセンサ、５…スロットルボディ、６…空気チャンバ、７…インジェクタ、８…クランク角センサ、９…ノックセンサ、１０…吸排気ＶＴＣ、１１…点火コイル、１２…コントロールユニット、１３…シリンダ、１４…排気管、１５…Ａ／Ｆセンサ、１６…水温センサ、Ｌ１…学習湿度値（最大値）、Ｌ２…学習湿度値（最小値）、Ｌ３…学習湿度値（中間値）、Ｓ１…代替湿度値（最大値）、Ｓ２…代替湿度値（最小値）、Ｓ３…代替湿度値（中間値）、Ｔ１…湿度センサ異常判定時、Ｔｅｍｐ．１…湿度センサ異常判定時気温、Ｔｅｍｐ．２…Ｔｅｍｐ．１より一定時間経過後の気温、Ｔwater…内燃機関冷却水温センサ１６の検出結果、Ｔin…吸入空気温度センサ３の検出結果、Ｔout…内燃機関外の気温(大気温度)、Ｑ…エアフローセンサ４の検出結果、Ｎｅ…クランク角センサ８の検出結果に基づき算出された内燃機関回転数、Ｒ１…Ｔin ＝ Ｔoutとみなせる期間、Ｒ２…Ｔin ≠ Ｔoutとみなせる期間。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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