(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気流路を流れる空気の流量を測定する流量センサの出力値が入力される演算装置を備えた内燃機関制御装置であって、
前記演算装置は、
内燃機関の回転速度に応じた前記流量の脈動波形の周波数である基本周波数を導出する基本周波数導出部と、
前記流量センサの出力値に基づく脈動波形から前記基本周波数以上の複数の周波数の高周波を流量高周波として抽出し、周波数ごとに前記流量高周波の振幅を算出する流量振幅演算部と、
前記吸気流路を流れる前記空気の圧力を測定する圧力センサの出力値に基づく脈動波形から前記基本周波数以上の複数の周波数の高周波を圧力高周波として抽出し、周波数ごとに前記圧力高周波の振幅を算出する圧力振幅演算部と、
前記周波数ごとの前記流量高周波の振幅と、前記周波数ごとの前記圧力高周波の振幅と、前記流量センサと前記圧力センサとの間で前記吸気流路を流れる前記空気の流量を制御するバルブの開度とに基づいて補正量を導出する補正量導出部と、
前記流量センサの出力値と前記補正量を用いて前記空気の流量を算出する流量演算部と、
を有する、内燃機関制御装置。
【請求項２】
前記流量演算部は、前記吸気流路に設けられたスロットル弁の開度が増加してから該スロットル弁の下流で前記吸気流路の圧力を測定する前記圧力センサの出力値が大気圧に対応する出力値に到達するまでの過渡期間において、前記流量センサの出力値のみを用いて前記空気の流量を算出する、請求項１に記載の内燃機関制御装置。
【請求項３】
前記補正量導出部は、ニューラルネットワークモデルを備え、
前記ニューラルネットワークモデルは、入力層の各ユニットに周波数ごとの前記流量高周波の振幅が設定され、中間層の各ユニットに重みとバイアスと活性化関数が設定され、出力層の各ユニットに前記補正量が設定されている、請求項１に記載の内燃機関制御装置。
【請求項４】
前記演算装置は、前記流量センサの出力値を用いることなく前記吸気流路を流れる空気の流量を算出する第２流量演算部を備え、
前記補正量導出部は、前記流量演算部で算出された前記流量と前記第２流量演算部によって算出された前記流量とに基づいて補正量を算出し、該補正量を前記ニューラルネットワークモデルの前記出力層の各ユニットに設定し、前記重みと前記バイアスを更新する、請求項３に記載の内燃機関制御装置。
【請求項５】
前記第２流量演算部は、前記吸気流路に設けられた前記圧力センサの出力値を用いて前記流量を算出する、請求項４に記載の内燃機関制御装置。
【請求項６】
前記第２流量演算部は、前記内燃機関の排気流路に設けられた空燃比センサの出力値を用いて前記流量を算出する、請求項４に記載の内燃機関制御装置。
【請求項７】
前記補正量に基づいて前記流量センサの異常を診断する異常診断部を備える、請求項１に記載の内燃機関制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からエアフローセンサを備えた内燃機関の制御装置に係る発明が知られている（下記特許文献１を参照。）。この従来の制御装置は、吸入空気量演算手段と、脈動振幅比演算手段と、脈動周波数演算手段と、脈動誤差算出手段とを備えている（同文献、請求項１等を参照。）。【０００３】
前記吸入空気量演算手段は、エアフローセンサの出力値に基づいて吸入空気量を演算する。前記脈動振幅比演算手段は、吸入空気量の脈動振幅量および平均空気量から脈動振幅比を演算する。前記脈動周波数演算手段は、機関の回転数に起因する脈動周波数を演算する。前記脈動誤差算出手段は、前記脈動振幅比演算手段と前記脈動周波数演算手段とを用いて脈動誤差を算出する。この従来の制御装置は、前記脈動誤差算出手段で算出した脈動誤差補正量に基づいて前記吸入空気量を補正することを特徴としている。【０００４】
すなわち、この従来の制御装置は、まず、機関回転数から脈動周波数を求める。次に、この脈動周波数から熱線式エアフローセンサの周波数応答を補正する周波数応答補正量を求める。次にこの周波数応答補正量とエアフローセンサ出力値とから脈動振幅比を求める。そして、脈動周波数と脈動振幅比とから構成される脈動誤差補正マップにより最終的な空気量を求めるようにエアフローセンサ出力値を補正する（同文献、第００１２段落等を参照。）。【０００５】
この従来の内燃機関の制御装置によれば、広い回転領域に亘って吸気脈動の影響を考慮して空気量を求めることができ、吸気脈動の大きさや周波数変化に関わらず吸入空気量を精度良く演算するため、脈動誤差を低減することができる（同文献、第００１３段落等を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４‐０２０２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来の内燃機関の制御装置は、前述のように、脈動周波数と脈動振幅比とに基づいてエアフローセンサ出力値を補正する。しかしながら、内燃機関の運転条件によっては、脈動周波数と脈動振幅比に基づく補正だけでは、補正後の空気流量と実際の空気流量との間に誤差を生じる場合があることを、本願発明者らは見出した。【０００８】
本開示は、内燃機関の吸気流路を流れる空気の流量を測定する流量センサの出力値をより適切に補正して、補正後の空気流量と実際の空気流量との間の誤差を、従来よりも低減することが可能な内燃機関制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様は、吸気流路を流れる空気の流量を測定する流量センサの出力値が入力される演算装置を備えた内燃機関制御装置であって、前記演算装置は、前記内燃機関の回転速度に応じた前記流量の脈動波形の周波数である基本周波数を導出する基本周波数導出部と、前記流量センサの出力値に基づく脈動波形から前記基本周波数以上の複数の周波数の高周波を流量高周波として抽出し、周波数ごとに前記流量高周波の振幅を算出する流量振幅演算部と、前記周波数ごとの前記流量高周波の振幅に基づいて補正量を導出する補正量導出部と、前記流量センサの出力値と前記補正量を用いて前記空気の流量を算出する流量演算部と、を有する、内燃機関制御装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の一態様によれば、内燃機関の吸気流路を流れる空気の流量を測定する流量センサの出力値をより適切に補正して、補正後の空気流量と実際の空気流量との間の誤差を、従来よりも低減することが可能な内燃機関制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の実施形態１に係る内燃機関制御装置を備えたエンジンシステムの概略構成図。
【図２】本開示の実施形態１に係る内燃機関制御装置に含まれる演算装置のブロック図。
【図３】図１に示すエンジンシステムに含まれる流量センサの説明図。
【図４】ＥＧＲを導入する内燃機関の運転領域を説明するグラフ。
【図５】ミラーサイクルを実施する内燃機関の運転領域を説明するグラフ。
【図６Ａ】遅閉じミラーサイクルを実現する吸排気バルブのリフトパターン。
【図６Ｂ】早閉じミラーサイクルを実現する吸排気バルブのリフトパターン。
【図７Ａ】図１に示す流量センサの位置における空気の脈動を示すグラフ。
【図７Ｂ】図１に示す流量センサの位置における空気の脈動を示すグラフ。
【図７Ｃ】図１に示す流量センサの位置における空気の脈動を示すグラフ。
【図８Ａ】吸気流路の主流と流量センサのバイパス流の流速を示すグラフ。
【図８Ｂ】吸気流路の主流と流量センサのバイパス流の平均流速の関係を示すグラフ。
【図９Ａ】吸気流路の主流と流量センサのバイパス流の流速の関係を示すグラフ。
【図９Ｂ】遅閉じミラーサイクルを実施したときの図９Ａと同様のグラフ。
【図９Ｃ】ＥＧＲを導入したときの図９Ａと同様のグラフ。
【図９Ｄ】バイパス流と主流の平均流速の適合結果を示すグラフ。
【図１０Ａ】図２に示す補正量導出部の補正マップの説明図。
【図１０Ｂ】図２に示す補正量導出部の多次元補正マップの説明図。
【図１１】実施形態１に係る内燃機関制御装置を用いた内燃機関の制御方法のフロー図。
【図１２Ａ】流量センサの出力値に基づく流量の脈動波形の一例を示すグラフ。
【図１２Ｂ】図１２Ａに示す脈動波形から脈動特徴量を演算する方法の説明図。
【図１３】本開示の実施形態２に係る内燃機関制御装置のブロック図。
【図１４】スロットル弁開度、スロットル弁下流圧力、および空気の流量を示すグラフ。
【図１５Ａ】内燃機関制御装置が過給圧センサの出力値を用いる例の説明図。
【図１５Ｂ】内燃機関制御装置が差圧センサの出力値を用いる例の説明図。
【図１６】実施形態２に係る制御装置を用いた内燃機関制御方法のフロー図。
【図１７】図１３に示す補正量導出部のニューラルネットワークモデルの説明図。
【図１８】実施形態３に係る内燃機関制御装置を用いた内燃機関の制御方法のフロー図。
【図１９】実施形態３に係る内燃機関制御装置を用いた内燃機関の制御方法のフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本開示の内燃機関制御装置の実施形態を説明する。
【００１３】
［実施形態１］
図１は、本開示の実施形態１に係る内燃機関制御装置６０を備えたエンジンシステムＥＳの概略構成図である。図２は、本開示の一実施形態に係る内燃機関制御装置６０に含まれる演算装置１００のブロック図である。
【００１４】
エンジンシステムＥＳは、たとえば、内燃機関１０と、吸気流路２０と、排気流路３０と、ターボ過給機４０と、排気再循環（Exhausted Gas Recirculation：ＥＧＲ）流路５０と、内燃機関制御装置６０とを備えている。本実施形態の内燃機関制御装置６０は、たとえば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）である演算装置１００や、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）を備えた電子制御ユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）である。
【００１５】
詳細については後述するが、本実施形態の内燃機関制御装置６０は、吸気流路２０を流れる空気の流量を測定する流量センサ２１ｓの出力値が入力される演算装置１００を備えた制御装置であって、以下の構成を特徴としている。演算装置１００は、基本周波数導出部１０４と、流量振幅演算部１０７と、補正量導出部１０８と、流量演算部１０９と、を備える。基本周波数導出部１０４は、内燃機関１０の回転速度に応じた空気流量の脈動波形の周波数である基本周波数を導出する。流量振幅演算部１０７は、流量センサ２１ｓの出力値に基づく脈動波形から基本周波数以上の複数の周波数の高周波を流量高周波として抽出し、周波数ごとに流量高周波の振幅を算出する。補正量導出部１０８は、周波数ごとの流量高周波の振幅に基づいて補正量を導出する。流量演算部１０９は、流量センサ２１ｓの出力値と補正量を用いて吸気流路２０を流れる空気の流量を算出する。
【００１６】
以下では、まずエンジンシステムＥＳの各部の構成を説明し、次に内燃機関制御装置６０による内燃機関１０の制御について説明する。
【００１７】
内燃機関１０は、たとえば、吸気バルブ１１と、排気バルブ１２と、燃料噴射弁１３と、点火プラグ１４と、ノックセンサ１５と、クランク角度センサ１６と、を備えている。
内燃機関１０は、吸気流路２０と排気流路３０に接続されている。吸気バルブ１１と排気バルブ１２は、それぞれ、可変動弁機構を有している。可変動弁機構は、吸気バルブ１１と排気バルブ１２の開閉位相を検知するセンサ１１ｓ，１２ｓを備え、吸気バルブ１１と排気バルブ１２の位相を連続的に可変とする構成を有している。
【００１８】
燃料噴射弁１３は、たとえば、内燃機関１０のシリンダ内に直接燃料を噴射する直接式の噴射弁である。なお、燃料噴射弁１３は、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射方式の噴射弁であってもよい。点火プラグ１４は、内燃機関１０のシリンダ内に電極部が露出され、スパークによって可燃混合気に引火する。ノックセンサ１５は、内燃機関１０のシリンダブロックに設けられ、燃焼室内で発生するノックの有無を検出する。クランク角度センサ１６は、内燃機関１０のクランク軸に設けられ、クランク軸の回転角度に応じた信号を、クランク軸の回転速度を示す信号として、ＥＣＵ６０へ燃焼周期ごとに出力する。
【００１９】
吸気流路２０は、たとえば、上流部２１と、中流部２２と、下流部２３と、バイパス部２４とを有している。上流部２１は、図示を省略するエアクリーナと、ターボ過給機４０とを接続する流路である。中流部２２は、ターボ過給機４０と吸気流路２０の下流部２３とを接続する流路である。下流部２３は、内燃機関１０に接続された吸気マニホールドである。バイパス部２４は、上流部２１と中流部２２とを接続する流路である。
【００２０】
吸気流路２０の上流部２１には、たとえば、吸気流路２０を流れる空気の流量を測定する流量センサ２１ｓが設けられている。流量センサ２１ｓは、たとえば、吸気温度センサを備えたエアフローセンサである。
【００２１】
図３は、流量センサ２１ｓの測定原理の一例を説明する説明図である。流量センサ２１ｓは、たとえば、熱線式のエアフローセンサである。流量センサ２１ｓは、たとえば、主通路である吸気流路２０を流れる空気をバイパスさせる副通路であるバイパス通路を備えている。流量センサ２１ｓは、このバイパス通路内に、空気の流速を検知するためのセンサエレメントが設置されている。流量センサ２１ｓは、バイパス流路の形状を工夫することによって、センサエレメントへのダストや水の付着を防止することができる。
【００２２】
図３に示すように、主流が流れる主通路と、バイパス流が流れるバイパス通路とでは、流れ場の形状が異なる。より具体的には、たとえば、主流の流れ場の長さＬおよび内径Ｄと、バイパス流の流れ場の長さｌおよび内径ｄとは異なる。そのため、主流の流れ場の形状損失係数Ｃｐや摩擦損失係数Ｃｆは、バイパス流の流れ場の形状損失係数ｃｐや摩擦損失係数ｃｆと異なる。したがって、図３に示すように、主流の流れ場とバイパス流の流れ場とは、異なる運動量方程式に基づく流れ場となる。
【００２３】
熱線式のエアフローセンサは、測定対象である空気流の中に配置された発熱抵抗体を主要な構成要素とし、発熱抵抗体に流れる電流値は吸入空気量が多い時に増加し、逆に吸入空気量が少ない時には減少するようにブリッジ回路が構成されている。すなわち、流量センサ２１ｓは、たとえば、発熱抵抗体に流れる電流により、空気量を電圧信号として取り出すように構成されている。流量センサ２１ｓは、バイパス通路を流れる空気のセンサエレメント近傍の局所的な流れに起因した放熱量を検出することで、バイパス流路を流れる空気の流量に対応する電圧信号を出力する。
【００２４】
吸気流路２０の中流部２２には、たとえば、インタークーラ２２ａと、過給温度センサ２２ｂと、スロットル弁２２ｃとが設けられている。インタークーラ２２ａは、ターボ過給機４０のコンプレッサ４１によって断熱圧縮されて温度が上昇した空気を冷却して温度を低下させる。過給温度センサ２２ｂは、インタークーラ２２ａの下流に配置され、インタークーラ２２ａによって冷却された空気の温度を計測する。この過給温度センサ２２ｂによって測定される空気の温度を「過給温度」という。スロットル弁２２ｃは、過給温度センサ２２ｂの下流に設けられ、吸気流路２０を絞り、内燃機関１０のシリンダに流入する空気量を制御する。スロットル弁２２ｃは、たとえば、運転手によるアクセルペダルの踏量とは独立して弁開度の制御が可能な電子制御式バタフライ弁により構成される。
【００２５】
吸気流路２０の下流部２３には、たとえば、過給圧センサ２３ａと、流動強化弁２３ｂとが設けられている。過給圧センサ２３ａは、中流部２２に設けられたスロットル弁２２ｃの下流側に配置されている。なお、内燃機関１０に接続された吸気マニホールドである吸気流路２０の下流部２３とインタークーラ２２ａとを一体化させる構成としてもよい。
この場合、ターボ過給機４０のコンプレッサ４１の下流から内燃機関１０のシリンダに至るまでの容積を小さくできるので、加減速の応答性を向上させることが可能になる。流動強化弁２３ｂは、吸入空気に偏流を生じさせることによって、内燃機関１０のシリンダの内部の流れに生じる乱れを増大させる。
【００２６】
排気流路３０は、たとえば、上流部３１と、下流部３２と、バイパス部３３と、を有している。上流部３１は、内燃機関１０とターボ過給機４０とを接続する排気マニホールドである。下流部３２は、ターボ過給機４０と図示を省略するマフラーとを接続する流路である。バイパス部３３は、排気流路３０の上流部３１と下流部３２とを接続する流路である。排気流路３０の下流部３２には、たとえば、空燃比センサ３２ａと排気浄化触媒３２ｂとが設けられている。
【００２７】
空燃比センサ３２ａは、ターボ過給機４０のタービン４２の下流に設けられ、検出された酸素濃度、すなわち、空燃比を示す信号を、内燃機関制御装置６０へ出力する。排気浄化触媒３２ｂは、空燃比センサ３２ａの下流に設けられ、排ガス中の一酸化炭素、窒素化合物および未燃炭化水素等の有害排出ガス成分を触媒反応によって浄化する。
【００２８】
ターボ過給機４０は、コンプレッサ４１とタービン４２とによって構成され、たとえば、吸気流路２０のバイパス部２４に設けられたエアバイパス弁４３と、排気流路３０のバイパス部３３に設けられたウェイストゲート弁４４とを備えている。コンプレッサ４１は、コンプレッサ翼を有し、コンプレッサ翼の上流側に吸気流路２０の上流部２１が接続され、コンプレッサ翼の下流側に吸気流路２０の中流部２２が接続されている。
【００２９】
タービン４２は、コンプレッサ翼に連結されたタービン翼を有し、タービン翼の上流側に排気流路３０の上流部３１が接続され、タービン翼の下流側に排気流路３０の下流部３２が接続されている。タービン４２は、タービン翼によって排気流路３０を流れる排気ガスのエネルギを回転エネルギに変換する。コンプレッサ４１は、コンプレッサ翼の回転によって、吸気流路２０を流れる空気を圧縮する。
【００３０】
エアバイパス弁４３は、内燃機関制御装置６０の制御によって、コンプレッサ４１の下流からスロットル弁２２ｃの上流部までの圧力が過剰に上昇することを防止する。過給状態でスロットル弁２２ｃが急激に閉止された場合には、内燃機関制御装置６０の制御に従ってエアバイパス弁４３が開かれることにより、コンプレッサ４１の下流の圧縮された吸入空気が吸気流路２０のバイパス部２４を通ってコンプレッサ４１の上流に逆流する。その結果、過給圧を低下させることが可能となる。
【００３１】
ウェイストゲート弁４４は、内燃機関制御装置６０の制御によって、過給圧に対して自由に弁開度が制御可能な電動式の弁である。吸気流路２０の下流部２３に設けられた過給圧センサ２３ａによって検知された過給圧に基づいて、内燃機関制御装置６０によってウェイストゲート弁４４の開度が調整される。排ガスの一部が排気流路３０のバイパス部３３を通過することにより、排ガスがタービン４２に与える仕事を減じることができ、その結果、過給圧を目標圧に保持することができる。
【００３２】
ＥＧＲ流路５０は、一端が排気流路３０の下流部３２に接続され、他端が吸気流路２０の上流部２１に接続され、排気浄化触媒３２ｂの下流から排ガスを分流してコンプレッサ４１の上流へ還流させる。ＥＧＲ流路５０には、たとえば、ＥＧＲクーラ５１と、ＥＧＲ弁５２と、温度センサ５３と、差圧センサ５４とが設けられている。ＥＧＲクーラ５１は、排ガスを冷却する。ＥＧＲ弁５２は、ＥＧＲクーラ５１の下流に設けられ、排ガスの流量を制御する。温度センサ５３は、ＥＧＲ弁５２の上流部の排ガスの温度を検出する。差圧センサ５４は、ＥＧＲ弁５２の上流側と下流側との差圧を検出する。
【００３３】
内燃機関制御装置６０は、エンジンシステムの各部を制御したり、各種のデータ処理を実行したりする。内燃機関制御装置６０は、前述の各種のセンサと各種のアクチュエータに接続されている。各種のアクチュエータは、たとえば、スロットル弁、燃料噴射弁１３、可変動弁機構付きの吸気バルブ１１と排気バルブ１２、ＥＧＲ弁を駆動させる。内燃機関制御装置６０は、このような各種のアクチュエータの動作を制御する。また、内燃機関制御装置６０は、各種のセンサから入力された信号に基づいて、内燃機関１０の運転状態を検知して、運転状態に応じて決定したタイミングで点火プラグ１４を点火させる。
【００３４】
次に、内燃機関制御装置６０による内燃機関１０の制御例について説明する。
【００３５】
図４は、ＥＧＲを導入する内燃機関１０の運転領域ＤＲ１を説明するグラフである。図４に示すように、内燃機関１０の運転領域ＤＲ１は、たとえば、内燃機関１０の回転速度と充填効率とで規定される領域である。充填効率とは、内燃機関１０のシリンダの容積に相当する標準状態の空気の質量に対する、一サイクルでシリンダへ吸入される空気質量の割合である。内燃機関１０の運転領域ＤＲ１は、非過給域ＮＲと過給域ＳＲに大別される。図４に示すグラフにおいて、細い破線で示す各曲線上では、吸入空気の流量が等しい。
また、グラフの上方の曲線ほど流量が大きく、グラフの下方の曲線ほど流量が小さい。
【００３６】
内燃機関制御装置６０は、非過給域ＮＲでは、スロットル弁２２ｃによって充填効率を制御し、過給域ＳＲでは、スロットル弁２２ｃを開き、ウェイストゲート弁４４によって過給圧を制御することで、充填効率を制御する。このように、非過給域ＮＲと過給域ＳＲとの間で、トルクを調整する手段を切り替えることによって、内燃機関１０に生じるポンプ損失を低減でき、低燃費運転を実現することができる。
【００３７】
内燃機関制御装置６０は、図４に示すように、内燃機関１０の非過給域ＮＲの比較的高負荷条件から過給域ＳＲにかけての運転領域ＤＲ１において、ＥＧＲクーラ５１によって冷却されたＥＧＲを内燃機関１０のシリンダに還流させる。これにより、内燃機関１０のシリンダ内に吸入されるガスを不活性ガスであるＥＧＲで希釈し、高負荷条件で生じやすいノックと呼ばれる不正燃焼を抑制することができる。ノックを抑制できるので、点火時期を適切に進角制御することが可能となり、低燃費運転を実現することができる。
【００３８】
図５は、ミラーサイクルを実施する内燃機関１０の運転領域ＤＲ２を説明するグラフである。図５に示すように、内燃機関１０の運転領域ＤＲ２は、たとえば、内燃機関１０の回転速度と充填効率とで規定される領域である。内燃機関１０の比較的低流量の運転領域ＤＲ２では、シリンダに吸入する空気量を減じるために、スロットル弁２２ｃがより閉じ側に制御される。これによってポンプ損失が増加する傾向がある。
【００３９】
内燃機関制御装置６０によって吸気バルブ１１の閉じ時期を下死点からそれよりも早い側または遅い側にずらすことによって、ピストンによる圧縮に必要とされる仕事を低減することができ、ミラーサイクルを実現できる。また、内燃機関制御装置６０によって吸気バルブ１１が開閉する位相を制御することによって吸入空気量を制御すれば、スロットル弁２２ｃをより開き側に設定でき、ポンプ損失を低減できる。このようなミラーサイクルの効果とポンプ損失の低減効果により、低燃費運転を実現することができる。
【００４０】
図６Ａは、遅閉じミラーサイクルを実現する吸気バルブと排気バルブのリフトパターンである。図６Ｂは、早閉じミラーサイクルを実現する吸気バルブと排気バルブのリフトパターンである。内燃機関制御装置６０によって吸気バルブ１１の位相を可変にすることによって、吸気バルブの閉じ時期を、下死点を基点に早い側または遅い側に設定すると、シリンダに吸入される空気量が増減する。
【００４１】
図６Ａに示す遅閉じミラーサイクルでは、内燃機関１０のピストンが上死点から下死点まで移動し、さらに下死点から上死点へ移動している途中に吸気バルブ１１が閉じられる。これにより、内燃機関１０のシリンダ内に一旦吸入されたガスが、ピストンの下死点以降に吸気流路２０に吹き戻されることで、シリンダ内への吸入空気量が抑制される。
【００４２】
一方、図６Ｂに示す早閉じミラーサイクルでは、内燃機関１０のピストンが上死点から下死点へ移動し、シリンダに空気が吸入されている途中に吸気バルブ１１が閉じられることによって、シリンダ内への吸入空気量が抑制される。本実施形態のエンジンシステムＥＳでは、吸気バルブ１１の位相可変機構を採用してミラーサイクルを実現する構成としているが、吸気バルブ１１のリフト切換え機構や、位相・リフト連続可変機構を採用してミラーサイクルを実現することも可能である。
【００４３】
図７Ａ、図７Ｂ、および図７Ｃは、図１に示す吸気流路２０の流量センサ２１ｓの位置における空気の脈動を示すグラフである。内燃機関１０は、各シリンダの吸気行程においてのみ吸気を行うことで、断続的な吸気を行っている。これにより、図７Ａに示すように、吸気流路２０を流れる空気に脈動が生じる。
【００４４】
内燃機関１０は、低回転・高負荷領域において、低周波で脈動振幅比の大きい脈動を生じる傾向がある。脈動振幅比とは、脈動時の最大流量と最小流量の差分である脈動振幅量を、そのときの平均空気量で除したものであり、平均空気量に対してどの程度振幅しているのかを示す指標である。低周波で脈動振幅比の大きい脈動は、流量センサ２１ｓの検出精度を悪化させる要因となる。内燃機関１０は、低回転・高負荷条件において、平均流速に対して脈動振幅が大きくなる。このような低回転・高負荷条件では、流速方向が逆流を示すタイミングが存在する。
【００４５】
図７Ｂは、内燃機関１０において、遅閉じミラーサイクルを実施したときの空気の脈動を示している。前述のように、遅閉じミラーサイクルでは、内燃機関１０のシリンダに一旦吸入されたガスが吸気流路２０に吹き返される。また、通常サイクルと比較して、スロットル弁２２ｃは開き側に設定される。これらの影響によって、内燃機関１０のシリンダで生じた脈動が流量センサ２１ｓに到達しやすい状況となる。
【００４６】
図７Ｃは、内燃機関１０において、ＥＧＲを導入したときの空気の脈動を示している。
排気流路３０を流れる排気は、吸気流路２０を流れる空気と比較して、より大きい脈動を生じている。この排気流路３０を流れる排気の脈動は、ＥＧＲ流路５０を通じて吸気流路２０を流れる空気に伝播する。より多くの排気を還流させるために、ＥＧＲ弁５２を開き側に設定すると、流量センサ２１ｓの位置における空気の脈動が大きくなる傾向がある。
前述のミラーサイクルやＥＧＲを実施した際の吸気流路２０を流れる空気の脈動は、通常サイクルの吸気行程に起因した空気の脈動に対して、より高周波の周波数成分をもつ脈動である。脈動現象では、脈動振幅比だけではなく、脈動振幅比と脈動周波数の組み合わせによって決まる脈動波形が重要である。
【００４７】
図８Ａは、脈動発生時の吸気流路２０を流れる主流の流速と、流量センサ２１ｓのバイパス通路を流れるバイパス流の流速を示すグラフである。図８Ａでは、主流の流速を破線で示し、バイパス流の流速を実線で示している。前述のように、流量センサ２１ｓのバイパス通路は、主通路である吸気流路２０に対して内径が小さく、曲り形状を含むため、主通路よりも圧力損失が大きい。また、圧力損失の影響は、流速の絶対値が大きいほど大きくなる。そのため、主流とバイパス流の流速の脈動波形は、ピークの近傍で差が生じ、主流とバイパス流の流速の平均値が異なる値を示す。
【００４８】
図８Ｂは、流量センサ２１ｓが設けられた位置において吸気流路２０を流れる空気である主流の流速の平均値と、流量センサ２１ｓのバイパス通路を流れる空気であるバイパス流の流速の平均値との関係を示すグラフである。流量センサ２１ｓは、吸気流路２０の流量センサ２１ｓが設けられた部分を通過する全体の空気の流量を測定することを目的としている。そのため、流量センサ２１ｓのバイパス通路を流れるバイパス流の流速から主流の流速を算出する必要がある。バイパス流の平均流速と主流の平均流速との関係を適合することで、バイパス流の流速から主流の流速を算出することができる。
【００４９】
図９Ａは、主流の流速とバイパス流の流速との関係を示す図８Ａと同様のグラフである。図９Ｂは、図７Ｂに示す遅閉じミラーサイクルを実施したときの図９Ａと同様のグラフである。図９Ｃは、図７Ｃに示すＥＧＲを導入したときの図９Ａと同様のグラフである。
図９Ｄは、図９Ａから図９Ｃにおいて、それぞれ実線で示すバイパス流の流速の平均値と、それぞれ破線で示す主流の流速の平均値の適合結果Ａ，Ｂ，Ｃを示すグラフである。
【００５０】
図９Ａから図９Ｃにおいて、破線で示す主流の流速の平均値（一点鎖線）および脈動振幅比は、同一である。このように、主流の流速の平均値および脈動振幅比が同一であっても、図９Ａから図９Ｄに示すように、主流の流速の脈動波形が異なると、バイパス流の流速の平均値（二点鎖線）と、主流の流速の平均値（一点鎖線）の適合結果Ａ，Ｂ，Ｃは異なる。そのため、主流の流速の脈動条件に応じた適合結果Ａ，Ｂ，Ｃが必要になる。
【００５１】
次に、図２に示す本実施形態の内燃機関制御装置６０を構成する演算装置１００について、より詳細に説明する。本実施形態の演算装置１００は、前述のように、基本周波数導出部１０４と、流量振幅演算部１０７と、補正量導出部１０８と、流量演算部１０９と、を備えている。また、演算装置１００は、たとえば、Ａ／Ｄ変換部１０１と、電圧／流量変換部１０２と、回転速度演算部１０３と、高周波周波数演算部１０５と、補正前流量演算部１０６と、を備えている。
【００５２】
Ａ／Ｄ変換部１０１は、流量センサ２１ｓから出力されるアナログの電圧信号をＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換する。
【００５３】
電圧／流量変換部１０２は、たとえば、電圧／流量変換テーブルを備えている。電圧／流量変換テーブルは、流量センサ２１ｓの出力値である電圧を、流量センサ２１ｓのバイパス流路に配置されたセンサエレメントの近傍を流れる空気の流量に変換するためのテーブルである。電圧／流量変換部１０２は、たとえば、デジタル信号に変換された流量センサ２１ｓの出力値である電圧値を、その流量センサ２１ｓの出力値に応じた流量信号に変換して出力する。
【００５４】
より具体的には、電圧／流量変換テーブルは、一般的な熱線式エアフローセンサの吸入空気量と出力信号との関係を示したものである。電圧／流量変換テーブルにおける電圧／流量曲線は、吸気流路２０を流れる空気の流量、すなわち、吸入空気量が少ないと、出力する信号の電圧は低く、吸入空気量が多いと、出力する信号の電圧は高くなる非線形の曲線である。このような非線形の特性となる理由は、流量センサ２１ｓのセンサエレメントを構成する発熱抵抗体からの検出信号を空気量に変換する際の空気量Ｑは、キングの式と呼ばれる以下の式（１）が採用されているためである。
【００５５】
Ｉｈ・Ｒｈ＝（α＋β・√Ｑ）・（Ｔｈ−Ｔａ）        （１）
【００５６】
前記式（１）において、Ｉｈは発熱抵抗体の電流値であり、Ｒｈは発熱抵抗の抵抗値であり、Ｔｈは発熱抵抗の表面温度であり、Ｔａは空気の温度であり、Ｑは空気量であり、α、βはそれぞれ発熱抵抗の仕様で決まる定数である。一般的には、（Ｔｈ−Ｔａ）が一定になるように発熱抵抗の電流値Ｉｈを制御するので、空気量は抵抗器の電圧降下により電圧値Ｖに変換して検出する。その結果、電圧値Ｖは、４次関数式になる。このため、電圧を空気の流量へ変換するときに、４次曲線の曲率すなわち出力と空気量との関係が非線形になる。
【００５７】
回転速度演算部１０３は、クランク角度センサ１６の信号に基づいて内燃機関１０の回転速度を演算する。
【００５８】
基本周波数導出部１０４は、たとえば、内燃機関１０の回転速度とシリンダ数に基づいて吸気流路２０を流れる空気の脈動振幅の周波数である基本周波数を導出する。より具体的には、吸気流路２０の流量センサ２１ｓの位置における空気の流れは、図７Ａに示すように、内燃機関１０の回転速度とシリンダ数に応じた脈動を生じる。基本周波数導出部１０４は、たとえば、内燃機関１０の回転速度と吸気流路２０の流量センサ２１ｓの位置における空気の流量波形の周波数との関係を記録したテーブルや演算式を備えることができる。これにより、基本周波数導出部１０４は、内燃機関１０の回転速度に応じた空気の流量の脈動波形の周波数である基本周波数を導出することができる。
【００５９】
高周波周波数演算部１０５は、内燃機関１０の回転速度に基づいて高周波周波数を演算する。ここで、高周波周波数とは、たとえば、内燃機関１０の回転速度に応じた空気の流量の脈動波形に含まれる基本周波数以上の複数の周波数である。この高周波周波数は、たとえば、基本周波数以上の複数の特定の周波数または複数の特定の周波数帯域である。複数の周波数または複数の周波数帯域の演算方法または導出方法は、特に限定されない。一例として、内燃機関１０の回転数や運転条件などに応じた複数の高周波周波数をあらかじめマップとして設定しておき、内燃機関１０の回転数や運転条件などに応じてマップを参照することができる。
【００６０】
補正前流量演算部１０６は、たとえば、電圧／流量変換部１０２から出力された流量センサ２１ｓの出力値に基づく流量信号と、基本周波数導出部１０４から出力された基本周波数とに基づいて、補正前流量を演算する。より具体的には、補正前流量演算部１０６は、たとえば、基本周波数以下の周波数の低周波または基本周波数よりも低い周波数の低周波を通過させる低域通過フィルタを備えている。これにより、補正前流量演算部１０６は電圧／流量変換部１０２から出力された流量センサ２１ｓの出力値に基づく流量信号から基本周波数と等しいか、または、基本周波数よりも低い周波数の信号を抽出し、補正前流量として出力する。
【００６１】
流量振幅演算部１０７は、電圧／流量変換部１０２から出力された流量センサ２１ｓの出力値に基づく脈動波形から基本周波数以上の複数の周波数の高周波を流量高周波として抽出し、周波数ごとに流量高周波の振幅を算出する。より具体的には、流量振幅演算部１０７は、たとえば、低域通過フィルタと、複数の帯域通過フィルタを備えることができる。低域通過フィルタは、たとえば、基本周波数と等しいかまたは基本周波数よりも低い周波数の信号を通過させる。帯域通過フィルタは、たとえば、高周波周波数演算部１０５によって算出された高周波周波数に応じて設定される。
【００６２】
補正量導出部１０８は、流量振幅演算部１０７から出力された周波数ごとの流量高周波の振幅に基づいて、補正量である脈動補正量を導出する。補正量導出部１０８は、たとえば、後述するニューラルネットワークモデルや、以下に説明するような補正マップを備えることができる。
【００６３】
図１０Ａは、補正量導出部１０８が補正マップＭを備える場合の説明図である。図１０Ａに示す補正マップＭは、たとえば、周波数ごとの流量高周波の振幅に基づくテーブルである。より具体的には、補正マップＭは、たとえば、脈動周波数の値と脈動振幅比の値の複数の組み合わせに対応する複数の補正量δを記録したテーブルである。ここで、脈動振幅比は、流量高周波の振幅を、流量高周波の平均値で除した値である。脈動周波数は、流量高周波の周波数である。
【００６４】
図１０Ｂは、補正量導出部１０８が多次元の補正マップＭ０，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を備える場合の説明図である。図９Ａから図９Ｄを参照して説明したように、たとえば、内燃機関１０の運転条件が異なると、流量センサ２１ｓのバイパス流の流速の平均値と、流量センサ２１ｓの位置で吸気流路２０を流れる主流の流速の平均値の適合結果Ａ，Ｂ，Ｃが異なる。
【００６５】
そのため、補正量導出部１０８は、たとえば、基準条件における補正マップＭ０と、ミラーサイクル条件に置ける補正マップＭ１と、ＥＧＲ条件における補正マップＭ２とを備えることができる。なお、ミラーサイクル制御やＥＧＲ制御は中間状態が存在するため、補正量導出部１０８は、中間状態を適切に補間する必要がある。また、外気条件は、音速に影響を与えることから、脈動波形の影響因子である。そのため、気温や大気圧などの外気条件に応じた補正マップＭ３を備えてもよい。
【００６６】
流量演算部１０９は、補正前流量演算部１０６において流量センサ２１ｓの出力値から演算された補正前流量と、補正量導出部１０８によって導出された補正量である脈動補正量とを用いて、流量センサ２１ｓの位置で吸気流路２０を流れる空気の流量を算出する。
すなわち、流量演算部１０９では、補正量導出部１０８によって導出された補正量によって流量センサ２１ｓの出力値に基づく流量が補正され、流量センサ２１ｓの位置で吸気流路２０を流れる空気の流量が出力される。
【００６７】
以下、本実施形態の内燃機関制御装置６０による内燃機関１０の制御方法を説明する。
図１１は、本実施形態の内燃機関制御装置６０による内燃機関１０の制御方法の各ステップを示すフロー図である。
【００６８】
内燃機関制御装置６０の演算装置１００は、図１１に示すステップＳ１０１において、流量センサ２１ｓのバイパス流路を流れるバイパス流の流量を検出する。図２に示すように、演算装置１００は、たとえば、Ａ／Ｄ変換部１０１によって流量センサ２１ｓの出力値をデジタル値に変換し、さらに電圧／流量変換部１０２によって流量に変換する。電圧／流量変換部１０２から出力された流量は、補正前流量演算部１０６および流量振幅演算部１０７に入力される。
【００６９】
図１２Ａは、電圧／流量変換部１０２から出力された流量センサ２１ｓの出力値に基づく流量の脈動波形の一例を示すグラフである。図１２Ａでは、流量センサ２１ｓの位置において吸気流路２０を流れる空気の流量を破線で表し、電圧／流量変換部１０２から出力された流量センサ２１ｓの出力値に基づく流量を実線で表している。前述のように、流量センサ２１ｓの位置において吸気流路２０を流れる空気の流量およびその平均値と、流量センサ２１ｓの出力値に基づく流量およびその平均値とは、異なっている。
【００７０】
続くステップＳ１０２において、演算装置１００は、内燃機関１０の回転速度を検出する。演算装置１００は、たとえば、回転速度演算部１０３によってクランク角度センサ１６に基づいて内燃機関１０の回転速度を算出する。回転速度演算部１０３から出力された内燃機関１０の回転速度は、基本周波数導出部１０４および高周波周波数演算部１０５に入力される。続くステップＳ１０３において、演算装置１００は、脈動特徴量の演算を行う。
【００７１】
図１２Ｂは、図１２Ａに示す流量センサ２１ｓの出力値に基づく流量の脈動波形から脈動特徴量を演算する方法の説明図である。ステップＳ１０３において、演算装置１００は、基本周波数導出部１０４によって、内燃機関１０の回転速度に応じた基本周波数を導出する。前述のように基本周波数は、吸気流路２０を流れる空気の流量の脈動波形の内燃機関１０の回転速度に応じた周波数である。
【００７２】
また、ステップＳ１０３において、演算装置１００は、高周波周波数演算部１０５によって内燃機関１０の回転速度に基づいて高周波周波数を演算する。そして、流量振幅演算部１０７によって、図１２Ａに示す流量センサ２１ｓの出力値に基づく脈動波形から基本周波数以上の複数の周波数の高周波を流量高周波として抽出し、周波数ごとに流量高周波の振幅σ１，σ２，σ３，σ４，…，σｎを算出する。
【００７３】
より具体的には、たとえば、流量振幅演算部１０７の低域通過フィルタＬＰＦによって、図１２Ａに示す流量センサ２１ｓの出力値に基づく脈動波形から内燃機関１０の一サイクルにおける平均値相当の流速情報μが得られる。さらに、同じ脈動波形から、流量振幅演算部１０７の帯域通過フィルタＢＰＦ−１，ＢＰＦ−２，ＢＰＦ−３，ＢＰＦ−４，…，ＢＰＦ−ｎによって、基本周波数以上の複数の周波数の高周波を流量高周波として抽出し、周波数ごとに流量高周波の振幅σ１，σ２，σ３，σ４，…，σｎを算出することができる。これにより、周波数ごとに流量高周波の脈動振幅比を算出することができる。
【００７４】
続くステップＳ１０４において、演算装置１００は、脈動補正量の演算を行う。演算装置１００は、たとえば、補正量導出部１０８によって、内燃機関１０の一サイクルにおける平均値相当の流速情報μと、周波数ごとの流量高周波の振幅σ１，σ２，σ３，σ４，…，σｎに基づいて、補正量δを導出する。補正量導出部１０８は、たとえば、前述の補正マップＭや多次元補正マップＭ０，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，…，Ｍｎ、または、ニューラルネットワークモデルによって、補正量δを導出することができる。
【００７５】
このように周波数ごとに分離した脈動波形情報である流量高周波は、すべてに重みを乗じて合成することによって、元の脈動波形を復元することができる。すなわち、脈動波形の情報を脈動周波数と脈動振幅の情報に置き換えることで、種々の脈動波形に対する脈動補正量を整理することが可能である。この考え方に従えば、脈動補正量は、前述のように、脈動周波数ごとの脈動振幅比を各軸とした多次元補正マップＭ０，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３に基づいて求めることができる。
【００７６】
続くステップＳ１０５において、演算装置１００は、流量センサ２１ｓの出力値に基づく流量の脈動を補正する。演算装置１００は、たとえば、流量演算部１０９によって、補正前流量演算部１０６から出力された流量センサ２１ｓの出力値に基づく補正前流量と、補正量導出部１０８から出力された補正量δを用い、流量センサ２１ｓの位置で吸気流路２０を流れる空気の流量を算出する。流量演算部１０９によって算出された空気の流量は、たとえば、シリンダ内の空気量を推定する筒内空気量推定部に入力される。
【００７７】
以上のように、本実施形態の内燃機関制御装置６０は、演算装置１００を備え、吸気流路２０を流れる空気の流量を測定する流量センサ２１ｓの出力値を用いて内燃機関１０を制御する装置である。演算装置１００は、前述のように、演算装置１００の回転速度に応じた空気の流量の脈動波形の周波数である基本周波数を導出する基本周波数導出部１０４と、流量センサ２１ｓの出力値に基づく脈動波形から基本周波数以上の複数の周波数の高周波を流量高周波として抽出し、周波数ごとに流量高周波の振幅を算出する流量振幅演算部１０７と、周波数ごとの流量高周波の振幅に基づいて補正量を導出する補正量導出部１０８と、流量センサ２１ｓの出力値と補正量を用いて吸気流路２０を流れる空気の流量を算出する流量演算部１０９と、を備えている。
【００７８】
この構成により、周波数ごとの流量高周波の振幅に基づいて導出された補正量δを用いて、流量センサ２１ｓの出力値に基づく流量を補正することができる。そのため、従来は流量センサ２１ｓに脈動による誤差が生じやすかった運転条件においても、常に流量センサ２１ｓによる測定精度を確保することができる。すなわち、本実施形態によれば、内燃機関１０の吸気流路２０を流れる空気の流量を測定する流量センサ２１ｓの出力値をより適切に補正して、補正後の空気流量と実際の空気流量との間の誤差を、従来よりも低減することが可能な内燃機関制御装置６０を提供することができる。これにより、空燃比制御の精度が向上し、内燃機関１０の排気が悪化するのを防止することができる。
【００７９】
なお、本実施形態では、空気量に対応した電圧信号は電圧値として出力される方式を採用しているが、電圧−周波数変換回路によって変換することにより周波数信号に変換されて出力される方式を採用することも可能である。また、図示しないが、空気量に対応した電圧信号が電圧−周波数変換された周波数信号として入力される場合は、信号の周期をＣＰＵのポート入力で計測することによって、周期または周期から周波数に変換された値が入力となり、空気量変換テーブルは周期または周波数に応じてあらかじめ記憶された値から検索補間演算されて検出空気量に変換される。
【００８０】
［実施形態２］
次に、図１から図９Ｄならびに図１２Ａおよび図１２Ｂを援用し、図１３から図１６を参照して本開示の実施形態２に係る内燃機関制御装置について説明する。
【００８１】
図１３は、本開示の実施形態２に係る内燃機関制御装置が備える演算装置１００Ａのブロック図である。本実施形態の演算部１００Ａは、主に、圧力振幅演算部１１２を備える点で、前述の実施形態１に係る演算部１００と異なっている。本実施形態の演算装置１００Ａのその他の構成は、前述の実施形態１に係る演算装置１００と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８２】
演算装置１００Ａは、図２に示す演算装置１００と同様に、Ａ／Ｄ変換部１０１と、電圧／流量変換部１０２と、回転速度演算部１０３と、基本周波数導出部１０４と、高周波周波数演算部１０５と、補正前流量演算部１０６と、流量振幅演算部１０７と、補正量導出部１０８と、を備えている。
【００８３】
さらに、演算装置１００Ａは、たとえば、Ａ／Ｄ変換部１１０，１１３と、電圧／圧力変換部１１１と、圧力振幅演算部１１２と、バルブ開度演算部１１４とを備えている。
【００８４】
Ａ／Ｄ変換部１１０は、吸気流路２０を流れる空気の圧力を測定する圧力センサである過給圧センサ２３ａの出力値としての電圧信号を、Ａ／Ｄ変換する。電圧／圧力変換部１１１は、Ａ／Ｄ変換部１１０から出力された過給圧センサ２３ａの出力値のデジタル信号を、圧力情報に変換する。
【００８５】
圧力振幅演算部１１２は、たとえば、高周波周波数演算部１０５から基本周波数が入力される。流量振幅演算部１０７と同様に、圧力振幅演算部１１２は、過給圧センサ２３ａの出力値に基づく脈動波形から基本周波数以上の複数の周波数の高周波を圧力高周波として抽出し、周波数ごとに圧力高周波の振幅を算出する。圧力振幅演算部１１２から出力された圧力情報と周波数ごとの圧力高周波の振幅は、補正量導出部１０８に入力される。
【００８６】
Ａ／Ｄ変換部１１３は、スロットル弁２２ｃの開度を検出するセンサの出力値である電圧信号をＡ／Ｄ変換する。バルブ開度演算部１１４は、スロットル弁２２ｃの開度を検出するセンサの出力値のデジタル信号を、バルブ開度情報に変換する。バルブ開度演算部１１４から出力されたバルブ開度情報は、補正量導出部１０８に入力される。補正量導出部１０８は、周波数ごとの流量高周波の振幅と、周波数ごとの圧力高周波の振幅と、流量センサと圧力センサとの間で吸気流路を流れる空気の流量を制御するバルブであるスロットル弁２２ｃの開度とに基づいて、補正量δを導出する。
【００８７】
すなわち、本実施形態の演算部１００Ａは、吸気流路２０を流れる空気の圧力を測定する圧力センサである過給圧センサ２３ａの出力値に基づく脈動波形から基本周波数以上の複数の周波数の高周波を圧力高周波として抽出し、周波数ごとに圧力高周波の振幅を算出する圧力振幅演算部１１２を備えている。そして、補正量導出部１０８は、周波数ごとの流量高周波の振幅と、周波数ごとの圧力高周波の振幅と、流量センサ２１ｓと圧力センサである過給圧センサ２３ａとの間で吸気流路２０を流れる空気の流量を制御するバルブであるスロットル弁２２ｃの開度と、に基づいて補正量δを導出する。
【００８８】
図１４は、スロットリング状態からスロットル弁２２ｃを開くことで過給状態へと加速する際のスロットル弁２２ｃの開度と、過給圧センサ２３ａによって測定したスロットル弁２２ｃの下流の圧力と、吸気流路２０を流れる空気の流量を示すグラフである。非過給域から過給域に加速する際には、スロットリング状態からスロットル弁２２ｃが開いてからスロットル弁２２ｃの下流に空気が大気圧で充填されるまでの間は、吸気流路２０を流れる空気の流量に脈動が生じない。
【００８９】
そのため、本実施形態の演算装置１００Ａにおいて、流量演算部１０９は、図１４に示す過渡期間ＴＰにおいて、補正前流量演算部１０６から出力された流量センサ２１ｓの出力値のみを用いて空気の流量を算出するように構成されている。ここで、過渡期間ＴＰとは、吸気流路２０に設けられたスロットル弁２２ｃの開度が増加してからスロットル弁２２ｃの下流でスロットル弁２２ｃの圧力を測定する圧力センサである過給圧センサ２３ａの出力値が大気圧に対応する出力値に到達するまでの期間である。
【００９０】
図１５Ａは、演算装置１００Ａが吸気流路２０を流れる空気の圧力を測定する圧力センサの出力値を用いる例の説明図である。演算装置１００Ａは、たとえば、ミラーサイクルによって生じる空気の脈動Ｐを、流量センサ２１ｓだけでなく、圧力センサである過給圧センサ２３ａによって検出することができる。この場合、ミラーサイクルの制御状態によって変化する空気の脈動Ｐの情報を過給圧センサ２３ａによって直接的に捉えることができる。
【００９１】
図１５Ｂは、演算装置１００ＡがＥＧＲ流路５０を流れる排ガスの差圧を測定する差圧センサの出力値を用いる例の説明図である。演算装置１００Ａは、たとえば、ＥＧＲによって生じる脈動Ｐを、流量センサ２１ｓだけでなく、差圧センサ５４によって検出することができる。この場合、ＥＧＲ率によって変化する脈動Ｐの情報を差圧センサ５４によって直接的に捉えることができる。
【００９２】
一般に、流量センサ２１ｓの応答性に対して、圧力センサである過給圧センサ２３ａおよび差圧センサ５４の応答性は高く、より高周波の脈動成分を捉えることが可能である。
また、圧力センサである過給圧センサ２３ａおよび差圧センサ５４は、脈動要因に近い位置に設置されていることから、脈動補正を遅延なく実施することができる。
【００９３】
過給圧センサ２３ａや差圧センサ５４などの圧力センサで検出される脈動は、圧力センサと流量センサ２１ｓとの間に設置されているスロットル弁２２ｃやＥＧＲ弁５２などのバルブを通して流量センサ２１ｓに伝播する。そのため、圧力センサで検出される脈動が大きくても、バルブの開度が小さい場合は、脈動が流量センサ２１ｓに伝播しない。そのため、圧力脈動情報にもとづく流量センサ２１ｓの脈動補正では、バルブ開度を考慮する必要がある。
【００９４】
以下、本実施形態の内燃機関制御装置による内燃機関１０の制御方法を説明する。図１６は、本実施形態の内燃機関制御装置を用いた内燃機関１０の制御方法の各ステップを示すフロー図である。
【００９５】
本実施形態の内燃機関制御装置の演算装置１００Ａは、ステップＳ２０１において、流量センサ２１ｓのバイパス流路を流れるバイパス流の流量を検出する。演算装置１００Ａは、たとえば、Ａ／Ｄ変換部１０１によって流量センサ２１ｓの出力値をデジタル値に変換し、さらに電圧／流量変換部１０２によって流量に変換する。電圧／流量変換部１０２から出力された流量は、補正前流量演算部１０６および流量振幅演算部１０７に入力される。
【００９６】
続くステップＳ２０２において、演算装置１００Ａは、過給圧センサ２３ａによって、スロットル弁２２ｃの下流の圧力を検出する。演算装置１００Ａは、たとえば、Ａ／Ｄ変換部１１０によって過給圧センサ２３ａの出力値をデジタル値に変換し、さらに電圧／圧力変換部１１１によって圧力に変換する。電圧／圧力変換部１１１から出力された圧力は、圧力振幅演算部１１２に入力される。
【００９７】
続くステップＳ２０３において、演算装置１００Ａは、スロットル弁２２ｃの開度を検出するセンサによってスロットル弁２２ｃの開度であるバルブ開度を検出する。演算装置１００Ａは、たとえば、Ａ／Ｄ変換部１１３によってセンサの出力値をデジタル値に変換し、さらにバルブ開度演算部１１４によってバルブ開度に変換する。バルブ開度演算部１１４から出力されたバルブ開度は、補正量導出部１０８に入力される。
【００９８】
続くステップＳ２０４において、演算装置１００Ａは、内燃機関１０の回転速度を検出する。演算装置１００Ａは、たとえば、回転速度演算部１０３によってクランク角度センサ１６に基づいて内燃機関１０の回転速度を算出する。回転速度演算部１０３から出力された内燃機関１０の回転速度は、基本周波数導出部１０４および高周波周波数演算部１０５に入力される。
【００９９】
続くステップＳ２０５において、演算装置１００Ａは、脈動特徴量の演算を行う。演算装置１００Ａは、基本周波数導出部１０４によって、内燃機関１０の回転速度に応じた基本周波数を導出し、高周波周波数演算部１０５によって内燃機関１０の回転速度に基づいて高周波周波数を演算する。そして、流量振幅演算部１０７によって、流量センサ２１ｓの出力値に基づく脈動波形から基本周波数以上の複数の周波数の高周波を流量高周波として抽出し、周波数ごとに流量高周波の振幅を算出する。また、圧力振幅演算部１１２によって、過給圧センサ２３ａ等の圧力センサの出力値に基づく脈動波形から基本周波数以上の複数の周波数の高周波を圧力高周波として抽出し、周波数ごとに圧力高周波の振幅を算出する。
【０１００】
続くステップＳ２０６において、演算装置１００Ａは、脈動補正量の演算を行う。演算装置１００Ａは、たとえば、補正量導出部１０８によって、内燃機関１０の一サイクルにおける平均値相当の流速情報μおよび圧力情報と、周波数ごとの流量高周波の振幅σ１，σ２，σ３，σ４，…，σｎおよび周波数ごとの圧力高周波の振幅と、バルブ開度とに基づいて、補正量δを導出する。補正量導出部１０８は、補正量導出部１０８は、たとえば、補正マップＭや多次元補正マップＭ０，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，…，Ｍｎ、または、ニューラルネットワークモデルによって、補正量δを導出することができる。
【０１０１】
続くステップＳ２０７において、演算装置１００Ａは、流量センサ２１ｓの出力値に対する脈動補正を行うか否かを判定する。演算装置１００Ａは、たとえば、流量演算部１０９によって、過渡期間ＴＰであるか否かを判定する。過渡期間ＴＰとは、前述のように、吸気流路２０に設けられたスロットル弁２２ｃの開度が増加してからスロットル弁２２ｃの下流でスロットル弁２２ｃの圧力を測定する圧力センサである過給圧センサ２３ａの出力値が大気圧に対応する出力値に到達するまでの期間である。
【０１０２】
流量演算部１０９は、過渡期間ＴＰではないと判定すると、流量センサ２１ｓの出力値に対する脈動補正を行う（ＹＥＳ）と判定し、ステップＳ２０８へ進む。また、流量演算部１０９は、過渡期間ＴＰであると判定すると、流量センサ２１ｓの出力値に対する脈動補正を行わない（ＮＯ）と判定し、流量センサ２１ｓの出力値のみを用いて空気の流量を算出する。これにより、吸気流路２０を流れる空気の流量に脈動を生じない過渡期間ＴＰにおいて、不要な補正が行われることが防止される。
【０１０３】
ステップ２０８において、演算装置１００Ａは、流量センサ２１ｓの出力値に基づく流量の脈動を補正する。演算装置１００Ａは、たとえば、流量演算部１０９によって、補正前流量演算部１０６から出力された流量センサ２１ｓの出力値に基づく補正前流量と、補正量導出部１０８から出力された補正量δを用い、流量センサ２１ｓの位置で吸気流路２０を流れる空気の流量を算出する。流量演算部１０９によって算出された空気の流量は、たとえば、シリンダ内の空気量を推定する筒内空気量推定部に入力される。
【０１０４】
本実施形態によれば、前述の実施形態１と同様に、内燃機関１０の吸気流路２０を流れる空気の流量を測定する流量センサ２１ｓの出力値をより適切に補正して、補正後の空気流量と実際の空気流量との間の誤差を、従来よりも低減することが可能な演算装置１００Ａを備えた内燃機関制御装置を提供することができる。さらに、演算装置１００Ａは、脈動により流量センサ２１ｓに誤差を生じやすい運転条件においても、圧力センサの情報も加味して常に流量センサ２１ｓの精度を確保することができ、空燃比制御の精度を向上させ、排気の悪化を防止することができる。
【０１０５】
［実施形態３］
次に、図１、図３から図９Ｄ、および図１２Ａから図１５Ｂを援用し、図１７および図１８を参照して本開示の実施形態３に係る内燃機関制御装置について説明する。図１７は、補正量導出部１０８がニューラルネットワークモデルＮＮＭを備える場合の説明図である。
【０１０６】
本実施形態の内燃機関制御装置は演算装置を備え、その演算装置の補正量導出部１０８が、図１０Ａおよび図１０Ｂに示す補正マップＭまたは多次元補正マップＭ０，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３に代えて、ニューラルネットワークモデルＮＮＭを備える点で、前述の実施形態２に係る内燃機関制御装置の演算装置１００Ａと異なっている。本実施形態の演算装置のその他の構成は、前述の実施形態２に係る演算装置１００Ａと同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０７】
補正量導出部１０８は、流量振幅演算部１０７から出力された周波数ごとの流量高周波の振幅に基づいて、補正量δである脈動補正量を導出する。補正量導出部１０８は、たとえば、ニューラルネットワークモデルＮＮＭを備えることができる。ニューラルネットワークモデルＮＮＭとは、人間の脳神経回路の仕組みを模した数学モデルであり、モデルを構成する各ニューロンには、重みとバイアスが設定されている。また、ニューロンには活性化関数と呼ばれる関数が定義されている。活性化関数には、ロジスティック関数やランプ関数などが適宜設定される。複数のニューロンで一つの層が形成され、入力層と出力層との間には、中間層が設定される。
【０１０８】
ニューロン数や中間層の層数を増加することで、より複雑な入出力関係を近似することができる。近似精度とモデル規模との間にはトレードオフの関係があり、双方の要求を満足する両立点が選定される。脈動周波数ごとの脈動振幅比を入力層に設定し、脈動補正量の適合結果を出力層に設定し、各ニューロンの重みとバイアスを機械学習（教師有り）することによって、入出力関係を近似することができる。機械学習のアルゴリズムには、誤差逆伝播法を適用できる。
【０１０９】
以上のように、本実施形態の演算装置は、補正量導出部１０８がニューラルネットワークモデルＮＮＭを備えている。そして、ニューラルネットワークモデルＮＮＭは、入力層の各ユニットに周波数ごとの流量高周波の振幅に基づく脈動特徴量が設定され、中間層の各ユニットに重みとバイアスと活性化関数が設定され、出力層の各ユニットに補正量として脈動補正量が設定されている。
【０１１０】
以下、本実施形態の内燃機関制御装置による内燃機関１０の制御方法を説明する。
【０１１１】
図１８は、本実施形態の内燃機関制御装置を用いた内燃機関１０の制御方法の各ステップを示すフロー図である。内燃機関制御装置の演算装置は、ステップＳ３０１において、脈動補正量のオンボード学習を行うか否かの判定を行う。演算装置は、たとえば、図４および図５に示す運転領域ＤＲ１，ＤＲ２ではないと判定した場合や、図１４に示す過渡期間ＴＰであると判定した場合に、オンボード学習を行わないこと（ＮＯ）を判定し、制御を終了する。一方、演算装置は、たとえば、図４および図５に示す運転領域ＤＲ１，ＤＲ２であると判定した場合や、図１４に示す過渡期間ＴＰではないと判定した場合に、オンボード学習を行うこと（ＹＥＳ）を判定し、ステップＳ３０２へ進む。
【０１１２】
演算装置は、ステップＳ３０２からステップＳ３０５において、図１６に示す実施形態２に係る演算装置１００ＡによるステップＳ２０１からステップ２０４と同様の処理を行う。演算装置は、ステップＳ３０２からステップＳ３０５において取得されたデータを、補正量導出部１０８のニューラルネットワークモデルＮＮＭの入力層に設定する。続くステップＳ３０６において、演算装置は、たとえば空燃比センサ３２ａによって排気空燃比を検出する。
【０１１３】
続くステップＳ３０７において、演算装置は、たとえばその第２流量演算部によって、燃料噴射弁１３による燃料噴射量と、排気空燃比からシリンダに吸入される真の空気量を演算する。すなわち、第２流量演算部は、内燃機関１０の排気流路３０に設けられた空燃比センサ３２ａの出力値を用いて流量センサ２１ｓの位置において吸気流路２０を流れる真の空気量である空気の流量を算出する。さらに演算装置は、算出した真の空気量と、流量センサ２１ｓの出力値を用いて演算されたシリンダの吸入空気量とに基づいて、流量センサ２１ｓによる測定誤差である流量誤差を演算する。
【０１１４】
続くステップＳ３０８において、演算装置は、算出した流量誤差を補正量導出部１０８のニューラルネットワークモデルＮＮＭの出力層に設定し、誤差逆伝播法によりニューラルネットワークモデルＮＮＭの各ニューロンに設定された重みとバイアスを学習する。
【０１１５】
以上のように、本実施形態の内燃機関制御装置の演算装置は、たとえば、流量センサ２１ｓの出力値を用いることなく吸気流路２０を流れる空気の流量を算出する第２流量演算部を備えている。また、本実施形態の演算装置において、補正量導出部１０８は、たとえば、流量演算部１０９で算出された流量と第２流量演算部によって算出された流量とに基づいて補正量δを算出し、その補正量δをニューラルネットワークモデルＮＮＭの出力層の各ユニットに設定し、中間層の各ユニットに設定された重みとバイアスを更新する。
【０１１６】
このように、演算装置が補正量δをオンボード学習する機能を備えることで、脈動により流量センサ２１ｓの誤差が生じやすい運転条件においても、常に流量センサ２１ｓの精度を確保することができ、空燃比制御の精度を向上させ、排気の悪化を防止することができる。なお、演算装置の第２流量演算部は、たとえば吸気流路２０に設けられた過給圧センサ２３ａなどの圧力センサの出力値を用いて真の空気量である流量を算出してもよい。
【０１１７】
図１９は、本実施形態の内燃機関制御装置を用いた内燃機関１０の制御方法の各ステップを示すフロー図である。この例において、内燃機関制御装置の演算装置は、異常診断部を備え、脈動補正ロジックを活用して流量センサ２１ｓの異常を診断する。
【０１１８】
演算装置は、ステップＳ４０１において、診断条件を満たすか否かを判定する。演算装置は、診断条件を満たす場合（ＹＥＳ）、ステップＳ４０２へ進み、診断条件を満たさない場合（ＮＯ）、制御を終了する。ステップＳ４０２において、演算装置は、たとえば、Ａ／Ｄ変換部１０１および電圧／流量変換部１０２により、診断条件に対応する流量脈動波形を取得する。
【０１１９】
続くステップＳ４０３において、演算装置は、たとえば、Ａ／Ｄ変換部１１０、電圧／圧力変換部１１１により、診断条件に対応する圧力脈動波形を取得する。続くステップＳ４０４において、演算装置は、たとえば、Ａ／Ｄ変換部１１３およびバルブ開度演算部１１４により、診断条件に対応するバルブ開度を取得する。続くステップＳ４０５において、演算装置は、たとえば、回転速度演算部１０３により、診断条件に対応する内燃機関の回転速度を取得する。
【０１２０】
続くステップＳ４０６において高周波周波数演算部１０５、流量振幅演算部１０７、圧力振幅演算部１１２および補正量導出部１０８により、流量および圧力の各脈動特徴量を演算する。続くステップＳ４０７において、ステップＳ４０２からステップＳ４０６によって取得されたデータを補正量導出部１０８のニューラルネットワークモデルＮＮＭの入力層に設定し、脈動補正量を演算する。続くステップＳ４０８において、演算装置は、異常診断部によって脈動補正量である補正量δの絶対値とあらかじめ設定した閾値とに基づいて流量センサ２１ｓの異常診断を行う。
【０１２１】
以上のように、本実施形態の内燃機関制御装置の演算装置は、補正量導出部１０８によって導出された補正量δに基づいて流量センサ２１ｓの異常を診断する異常診断部を備えている。これにより、たとえば補正量δの絶対値が閾値よりも大きい場合に、流量センサ２１ｓが異常であると診断することができる。流量センサ２１ｓの脈動補正量は、脈動状態や運転動作点によって変化するため、脈動条件ごとに閾値を設定することで、診断精度を向上することができる。
【０１２２】
以上、図面を用いて本開示に係る内燃機関制御装置の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１２３】
１０      内燃機関
２０      吸気流路
２１ｓ    流量センサ
２２ｃ    スロットル弁（バルブ）
２３ａ    過給圧センサ（圧力センサ）
３０      排気流路
３２ａ    空燃比センサ
５２      ＥＧＲ弁（バルブ）
５４      差圧センサ（圧力センサ）
６０      内燃機関制御装置
１００    演算装置
１００Ａ  演算装置
１０４    基本周波数導出部
１０７    流量振幅演算部
１０８    補正量導出部
１０９    流量演算部
１１２    圧力振幅演算部
ＮＮＭ    ニューラルネットワークモデル
ＴＰ      過渡期間
δ        補正量
σ１      振幅
σ２      振幅
σ３      振幅
σ４      振幅
【図１】
0006970309.tif 000002
【図２】
0006970309.tif 000003
【図３】
0006970309.tif 000004
【図４】
0006970309.tif 000005
【図５】
0006970309.tif 000006
【図６Ａ】
0006970309.tif 000007
【図６Ｂ】
0006970309.tif 000008
【図７Ａ】
0006970309.tif 000009
【図７Ｂ】
0006970309.tif 000010
【図７Ｃ】
0006970309.tif 000011
【図８Ａ】
0006970309.tif 000012
【図８Ｂ】
0006970309.tif 000013
【図９Ａ】
0006970309.tif 000014
【図９Ｂ】
0006970309.tif 000015
【図９Ｃ】
0006970309.tif 000016
【図９Ｄ】
0006970309.tif 000017
【図１０Ａ】
0006970309.tif 000018
【図１０Ｂ】
0006970309.tif 000019
【図１１】
0006970309.tif 000020
【図１２Ａ】
0006970309.tif 000021
【図１２Ｂ】
0006970309.tif 000022
【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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