JP2006090212A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 一つのスロットル弁の上流に複数の吸気経路を有している内燃機関において吸入空気流量を求める。
【解決手段】 一つのスロットル弁の上流に複数の吸気経路を有していて各吸気経路にはそれぞれエアフローセンサが設けられている内燃機関において吸入空気流量を求める内燃機関の制御装置であって、上記内燃機関の吸入空気流量を求めるために、各エアフローセンサの出力電圧Ｖｇｉをエアフローセンサ毎に予め求めた出力電圧Ｖｇｉと流量ｇａｉとの関係に基づいて流量ｇａｉに変換し（ステップ１０１）、得られた各流量ｇａｉを各エアフローセンサの温度特性に従って補正し（ステップ１０３）、補正後の各流量ｃａｉを加算して合計流量Ｓａを算出する（ステップ１０５）、内燃機関の制御装置を提供する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関では、最適な出力を得るためや、排気ガスの浄化を効果的に行なうために、気筒内に充填される空気量（筒内充填空気量）を求める必要があり、この目的のために通常は、内燃機関に単位時間あたりに吸入される空気量（吸入空気流量）が求められる。そしてこの吸入空気流量を求める方法としては、吸気通路にエアフローセンサを設け、同エアフローセンサによって直接的に吸入空気流量を求める方法が公知である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−９７９９４号公報 特開２０００−３２０３９１号公報

ところで、内燃機関によってはスロットル弁の上流に複数の吸気経路を有している場合がある。ところが上記特許文献１はスロットル弁の上流に単一の吸気経路を有する場合についてのみ記載されており、複数の吸気経路を有している場合の吸入空気流量の求め方については記載されていない。

本発明は、以上のようなことに鑑みてなされたものであり、その目的は、スロットル弁の上流に複数の吸気経路を有している内燃機関において吸入空気流量を求め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。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の制御装置を提供する。

１番目の発明は、一つのスロットル弁の上流に複数の吸気経路を有していて各吸気経路にはそれぞれエアフローセンサが設けられている内燃機関において吸入空気流量を求める内燃機関の制御装置であって、上記内燃機関の吸入空気流量を求めるために、各エアフローセンサの出力電圧をエアフローセンサ毎に予め求めた出力電圧と流量との関係に基づいて流量に変換し、得られた各流量を各エアフローセンサの温度特性に従って補正し、補正後の各流量を加算して合計流量を算出する、内燃機関の制御装置を提供する。

１番目の発明によれば、一つのスロットル弁の上流に複数の吸気経路を有している内燃機関においても、エアフローセンサを用いて吸入空気流量を求めることができる。

２番目の発明では１番目の発明において、吸気脈動及び吸気偏流の少なくとも一方の影響を補正するための補正係数を有していて、該補正係数を上記合計流量に乗算して補正合計流量を算出するようになっている。

２番目の発明によれば、吸気脈動や吸気偏流が考慮され、より正確に吸入空気流量を求めることができる。

３番目の発明では１番目または２番目の発明において、吸入空気流量の上限値を設定する上限値設定手段を有していて、求められた吸入空気流量の値が上記上限値設定手段によって設定された上限値を超える場合には、該上限値が吸入空気流量とされるようになっている。

３番目の発明によれば、例えば逆流が発生したような場合であっても求められる吸入空気流量の値が実際の吸入空気流量から大きく外れることが防止される。

４番目の発明では１番目から３番目の何れかの発明において、エアフローセンサの異常を検出する異常検出手段を有していて、一部のエアフローセンサに異常が検出された時には、異常が検出されたエアフローセンサが設けられた吸気経路の空気流量は、正常に作動しているエアフローセンサの設けられている吸気経路の空気流量の平均値であるものとして吸入空気流量が求められるようになっている。

４番目の発明によれば、一部のエアフローセンサに異常が生じた場合であっても、ほぼ正確な吸入空気流量を求めることができる。

各請求項に記載の発明は、スロットル弁の上流に複数の吸気経路を有している内燃機関において吸入空気流量を求めることを可能にするという共通の効果を有する。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態の制御装置が取り付けられる内燃機関等を示す概略図である。同図において、１は機関本体であり、２は各気筒共通のサージタンクである。３はサージタンク２と各気筒とを連通する吸気枝管であり、４はサージタンク２の上流側の吸気通路である。この吸気通路４はその上流側部分において第１部分吸気通路４ａと第２部分吸気通路４ｂとに分かれている。

各吸気枝管３には燃料噴射弁５が配置され、吸気通路４におけるサージタンク２の直上流側にはスロットル弁６が配置されている。スロットル弁６は、アクセルペダルに連動するものでも良いが、ここではステップモータ等の駆動装置によって自由に開度設定可能なものとしている。

第１部分吸気通路４ａ及び第２部分吸気通路４ｂにはそれぞれ、第１エアフローセンサ７ａ及び第２エアフローセンサ７ｂが設けられている。また、各エアフローセンサ７ａ、７ｂは温度センサ８ａ、８ｂを有している。更に各部分吸気通路４ａ、４ｂの最上流部にはそれぞれ、エアクリーナ９ａ、９ｂが配置されている。機関本体１において、１０は吸気弁であり、１１は排気弁であり、１２はピストンである。１３は電子制御ユニット（ＥＣＵ）であり、これは機関の各構成要素と信号をやり取りして機関の運転に必要な各種制御を行なう。

以上のように、ここでは内燃機関が一つのスロットル弁６の上流に複数（すなわち二つ）の吸気経路を有している。次に、このような場合において吸入空気流量を求めるべく本実施形態で実施される方法について図２を参照しつつ説明する。

図２は、本実施形態の内燃機関の制御装置で吸入空気流量Ｇａを求めるためにＥＣＵ１３にて実施される制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンがスタートすると、先ずステップ１０１において、各エアフローセンサ７ａ、７ｂからの出力電圧Ｖｇｉ（すなわち、第１エアフローセンサ７ａの出力電圧Ｖｇ１及び第２エアフローセンサ７ｂの出力電圧Ｖｇ２）のそれぞれが各流量ｇａｉ（すなわち、ｇａ１及びｇａ２）に変換される。この流量ｇａｉへの変換は、エアフローセンサ７ａ、７ｂ毎に出力電圧と流量との関係を予め求めてマップ化した出力電圧−流量変換マップを用いて行なわれる。

ステップ１０１において各流量ｇａｉが求められると、ステップ１０３に進む。ステップ１０３では各流量ｇａｉが各エアフローセンサ７ａ、７ｂの温度特性に基づいて補正される。すなわち、一般にエアフローセンサは、温度の変化によってその出力が変化する温度特性を有しているため、より正確な測定結果を得るためにはエアフローセンサの温度特性に基づいた補正が必要となる。本実施形態では、各エアフローセンサ７ａ、７ｂの温度特性が予め求められており、ステップ１０３においては各温度センサ８ａ、８ｂから得られた温度に応じて各エアフローセンサ７ａ、７ｂの温度特性に基づいて各流量ｇａｉが補正される。これにより各補正流量ｃａｉ（すなわち、ｃａ１及びｃａ２）が得られる。

より具体的には、本実施形態では各エアフローセンサ７ａ、７ｂの温度特性に応じて温度特性補正係数Ｔｉ（すなわち、Ｔ１及びＴ２）が温度の関数として予め求められており、ステップ１０３においては各温度センサ８ａ、８ｂから得られた温度に応じて各温度特性補正係数Ｔｉが決定され、それらが各流量ｇａｉに乗算されて各補正流量ｃａｉが求められる（すなわち、ｃａ１＝ｇａ１×Ｔ１、ｃａ２＝ｇａ２×Ｔ２）。

ステップ１０３において各補正流量ｃａｉが求められると、ステップ１０５に進んで各補正流量ｃａｉが加算され、合計流量Ｓａが算出される（Ｓａ＝ｃａ１＋ｃａ２）。なお、この説明からも明らかであるが、図２のステップ１０５に示されたｎは、エアフローセンサの総数であり、本実施形態の場合には２である。

ステップ１０５において合計流量Ｓａが求められると、ステップ１０７に進む。ステップ１０７では合計流量Ｓａが吸気脈動及び吸気偏流を考慮して補正される。すなわち、一般に吸気通路４、４ａ、４ｂ内ではスロットル弁開度に応じた吸気脈動が発生しており、この吸気脈動がエアフローセンサ７ａ、７ｂによる測定値に影響を与えることがある。スロットル弁開度が小さい時には、吸気脈動は非常に小さいために、これがエアフローセンサ７ａ、７ｂによる測定値に影響を与えることは少ない。しかしながら、スロットル弁開度が大きくなると、吸気脈動が徐々に大きくなり、この当初は、エアフローセンサ７ａ、７ｂによる測定結果が実際の流量よりも低下する傾向がある。また、更にスロットル弁開度が大きくなって吸気脈動が大きくなると、今度はエアフローセンサ７ａ、７ｂによる測定結果が実際の流量よりも増大してしまう傾向がある。

このような吸気脈動の影響を考慮して、本実施形態では、図３に示すようにスロットル弁開度θｔに対してマップ化した脈動補正係数Ｍを使用して合計流量Ｓａを補正するようにしている。より具体的にはステップ１０７においてその時のスロットル弁開度θｔに応じた脈動補正係数Ｍが図３に示されたマップに基づいて決定され、それが合計流量Ｓａに乗算される。

また、各エアフローセンサ７ａ、７ｂはその検出部が存在する位置における流量を検出するものであるが、一般的に、吸気は吸気通路断面を一様に通過しておらず、エアフローセンサ７ａ、７ｂによる測定結果を実際の流量とするためには、偏流補正係数Ｈを設定して、それによる補正が必要である。そのため、本実施形態ではステップ１０７において合計流量Ｓａに対して偏流補正係数Ｈが乗算され、吸気偏流の影響の補正を図るようにしている。

以上のように、本実施形態では、ステップ１０７において合計流量Ｓａに対して脈動補正係数Ｍと偏流補正係数Ｈとが乗算され、吸気脈動と吸気偏流の影響が補正されるようになっている。そしてこれにより、補正合計流量ＣＳａが得られる（ＣＳａ＝Ｓａ×Ｍ×Ｈ）。なお、他の実施形態においては、吸気脈動と吸気偏流の何れか一方の影響のみを補正するようにしてもよい。

ステップ１０７で補正合計流量ＣＳａが求められると、ステップ１０９に進み、ガード処理が必要であるか否かが判定される。具体的にはステップ１０９においては、機関運転状態に応じて想定され得る吸入空気流量の上限値Ｇｖとステップ１０７で求められた補正合計流量ＣＳａとが比較され、上記補正合計流量ＣＳａが上記上限値Ｇｖよりも大きい場合にはガード処理が必要と判定され、上記補正合計流量ＣＳａが上記上限値Ｇｖ以下である場合にはガード処理は不必要と判定される。なおここで、上記上限値Ｇｖは、機関運転状態（機関回転数及び負荷（例えばアクセル踏込み量等））に上記上限値Ｇｖを対応させたマップを予め作成しておき、その時の機関運転状態に応じてこのマップに基づいて求められる。

また、ここでガード処理とは、吸入空気流量Ｇａとして求められた補正合計流量ＣＳａを上記上限値Ｇｖと置換する処理のことである。つまり、ガード処理が実施されると吸入空気流量Ｇａは上記上限値Ｇｖであるとされる。この処理は、エアフローセンサ７ａ、７ｂが、実際の流れの方向とは無関係に総て吸入向きの流れとして流量を測定してしまうことに起因して生ずる弊害を抑制するためのものである。つまり、エアフローセンサ７ａ、７ｂは実際の流れの方向とは無関係に総て吸入向きの流れとして流量を測定してしまうため、例えば、逆流が生じた場合等には、測定結果が実際には起こりえない吸入空気流量となってしまう場合があるのである。必要に応じて上記のようなガード処理を行なうようにすれば、このような場合であっても求められる吸入空気流量の値が実際の吸入空気流量から大きく外れることが防止される。

ステップ１０９においてガード処理が必要であると判定された場合には、ステップ１１１に進み、上記ガード処理が実施されて吸入空気流量Ｇａは上記上限値Ｇｖであるとされ、本制御ルーチンが終了する。一方、ステップ１０９においてガード処理は不必要であると判定された場合にはステップ１１３に進み、吸入空気流量Ｇａは上記補正合計流量ＣＳａであるとされて本制御ルーチンが終了する。

以上のように、本実施形態によれば、一つのスロットル弁の上流に２つの吸気経路を有している内燃機関において、各吸気経路に設けられたエアフローセンサを用いて吸入空気流量を求めることができる。また、吸気脈動や吸気偏流が考慮され、より正確に吸入空気流量を求めることが可能である。そして更に、本実施形態によれば、例えば逆流が発生したような場合であっても求められる吸入空気流量の値が実際の吸入空気流量から大きく外れることが防止される。

次に図４を参照しつつ本発明の他の実施形態について説明する。この実施形態の制御装置は、図１に示した内燃機関に対して取付けられ得るものであり、一部のエアフローセンサに異常が発生した場合に対応可能であるようにしたものである。なお、この実施形態は上述の実施形態と共通する部分を多く有しており、これら共通する部分については原則として説明を省略する。

図４は、この実施形態において吸入空気流量Ｇａを求めるべくＥＣＵ１３にて実施される制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンがスタートすると、先ずステップ２００においてエアフローセンサ７ａ、７ｂの異常検出が行なわれ、異常の検出されたエアフローセンサの個数ｍがカウントされる。

続くステップ２０１においては、異常の検出されなかったエアフローセンサからの出力電圧Ｖｇｉが流量ｇａｉに変換される。そして、ステップ２０３においては、ステップ２０１で求められた流量Ｇａｉが温度特性に基づいて補正され補正流量ｃａｉが求められる。これらステップ２０１及びステップ２０３で行われる処理はそれぞれ、上述したステップ１０１及びステップ１０３で行なわれる処理と実質的に同じである。

ステップ２０３で補正流量ｃａｉが求められると、ステップ２０５に進み、下記式（１）によって合計流量Ｓａが算出される。

なおここで、ｍは上述したように異常の検出されたエアフローセンサの個数であり、ｎはエアフローセンサの総数（本実施形態の場合には２）である。

上記式（１）によって合計流量Ｓａを算出するということは、異常が検出されたエアフローセンサが設けられた吸気経路の流量は、正常に作動しているエアフローセンサの設けられている吸気経路の流量であるものとして（他の実施形態で正常に作動しているエアフローセンサの設けられている吸気経路が複数ある場合には、それら吸気経路の流量の平均値であるものとして）合計流量Ｓａを算出するということであり、本実施形態では結果的にこのような前提で吸入空気流量Ｇａを求めることとなる。

ステップ２０５において合計流量Ｓａが求められるとステップ２０７に進み、上述したステップ１０７と同様にして合計流量Ｓａが吸気脈動及び吸気偏流を考慮して補正される。以下、ステップ２０９、２１１、２１３において行なわれる処理は、上述したステップ１０９、１１１、１１３において行なわれる処理と同じであるので、ここでは説明を省略する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば一部のエアフローセンサに異常が生じた場合であっても、ほぼ正確な吸入空気流量を求めることができる。

なお、以上では本発明の実施形態として、一つのスロットル弁の上流に二つの吸気経路があり各吸気経路にそれぞれエアフローセンサが設けられている場合について説明されたが、本発明はこれに限定されるものではなく、一つのスロットル弁の上流に三つ以上の吸気経路があり各吸気経路にそれぞれエアフローセンサが設けられている場合についても適用可能である。

また、制御の単純化のために、上述した各実施形態において吸気脈動及び吸気偏流の影響を補正する処理（すなわち、ステップ１０７及びステップ２０７）以降の処理を省略し、合計流量Ｓａをそのまま吸入空気流量Ｇａとして求めるようにしてもよい。

更に、上記逆流の発生に関し、上述した各実施形態に対して公知の逆流検出技術や逆流流量検出技術を適用して逆流発生時においてより正確な吸入空気流量Ｇａを求められるようにすることも可能である。

図１は、本発明の一実施形態の制御装置が取り付けられる内燃機関等を示す概略図である。 図２は、本発明の一実施形態の制御装置で吸入空気流量を求めるために実施される制御ルーチンを示すフローチャートである。 図３は、脈動補正係数Ｍを求めるためのマップである。 図４は、本発明の他の実施形態の制御装置で吸入空気流量を求めるために実施される制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 機関本体
２ サージタンク
３ 吸気枝管
４ 吸気通路
４ａ 第１部分吸気通路
４ｂ 第２部分吸気通路
５ 燃料噴射弁
６ スロットル弁
７ａ 第１エアフローセンサ
７ｂ 第２エアフローセンサ
８ａ、８ｂ 温度センサ
９ａ、９ｂ エアクリーナ
１０ 吸気弁
１１ 排気弁
１２ ピストン
１３ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (4)

1. 一つのスロットル弁の上流に複数の吸気経路を有していて各吸気経路にはそれぞれエアフローセンサが設けられている内燃機関において吸入空気流量を求める内燃機関の制御装置であって、
   上記内燃機関の吸入空気流量を求めるために、各エアフローセンサの出力電圧をエアフローセンサ毎に予め求めた出力電圧と流量との関係に基づいて流量に変換し、得られた各流量を各エアフローセンサの温度特性に従って補正し、補正後の各流量を加算して合計流量を算出する、内燃機関の制御装置。
2. 吸気脈動及び吸気偏流の少なくとも一方の影響を補正するための補正係数を有していて、該補正係数を上記合計流量に乗算して補正合計流量を算出する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 吸入空気流量の上限値を設定する上限値設定手段を有していて、求められた吸入空気流量の値が上記上限値設定手段によって設定された上限値を超える場合には、該上限値が吸入空気流量とされる、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. エアフローセンサの異常を検出する異常検出手段を有していて、
   一部のエアフローセンサに異常が検出された時には、異常が検出されたエアフローセンサが設けられた吸気経路の空気流量は、正常に作動しているエアフローセンサの設けられている吸気経路の空気流量の平均値であるものとして吸入空気流量が求められる、請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。

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