JP4252913B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、運転者が要求するトルクを発生させるべくスロットル開度を変化させて吸入空気量を制御するようにされたエンジンの制御装置に係り、特に、目標空気量の変化に対する、スロットルを通過する空気量又は燃焼室に吸入される空気量の変化に含まれるむだ時間を補償し、目標空気量の変化に対する空気量変化の応答性を向上させるとともに、制御系のロバスト性を確保することができるようにされたエンジンの制御装置に関する。

近年、世界規模の環境への取り組みを背景として、自動車等の技術分野においても排気性能の向上を目指して様々な技術開発が進められている。また、排気性能の向上とともに、快適性や安全性を確保するために、エンジントルクの応答特性に代表される運転性能の向上が望まれている。

排気性能の向上のためには、燃焼に供される混合気の空燃比を精密に制御することが必要である。一方でエンジントルクは燃焼室に供給される燃料量に比例するが、排気性能悪化の防止を目的として、燃焼室内の空燃比を一定とするために、燃料量の変化より遅い応答特性を有する空気量の変化に応じて燃料量を操作する必要がある。従って、エンジントルクの応答特性は、燃焼室に吸入される空気量の応答特性に支配される。このことから、排気性能又はエミッション特性と運転性能を両立させるためには、燃焼室に吸入される空気量の応答特性を向上させることが課題となる。

ここで、空気量を変化させるスロットルの操作から燃焼室に吸入される空気量の変化に至るまでには、むだ時間を含む時間遅れが存在する。この時間遅れに起因して、燃焼室に吸入される空気量の制御精度が悪化してしまう。例えば、スロットル操作にも関わらず、時間遅れの存在により瞬時に空気を燃焼室に吸入させることはできない。従って、燃焼室に吸入される空気量の応答特性を向上させるためには、目標空気量の変化から燃焼室に吸入される空気量が変化するまでの応答特性に含まれるむだ時間を補償することが課題となる。

例えば、下記特許文献１には、スロットル開度から燃焼室に吸入される空気量を演算する規範モデルに基づいて、目標空気量から目標スロットル開度を演算する手段に対し、直列にむだ時間補償手段が備えられた、即ちフィードフォワード（以下、Ｆ／Ｆと称す）型のむだ時間補償方法が提案されている。

特開２００２−３０９９９０公報（第１〜１０頁、図１〜図８）

しかし、上記特許文献１におけるむだ時間補償は、ある時間ｔ１時の目標空気量の変化に対して実空気量の変化がむだ時間Ｄだけ遅れることを推定し、時間ｔ１において目標空気量と実空気量を一致させるために、時間ｔ１−Ｄ時点に目標空気量を変化させる方法であるが、未来の目標空気量変化を推定することは現実的には不可能である。

さらに、上記特許文献１におけるむだ時間補償手段は直列型、即ちＦ／Ｆ型であるため、むだ時間補償手段の制御精度が悪化した際には、制御系全体のロバスト性が低下する。

また、空気量の制御精度を向上させるために、センサの出力信号より推定される実空気量をフィードバック（以下、Ｆ／Ｂと称す）制御するスロットル制御手段を備えたものがある。しかし、従来Ｆ／Ｂ制御において、応答性を向上させるために高ゲイン化すると、むだ時間の影響によりＦ／Ｂ制御系が不安定となってハンチングが発生する可能性が高くなるため、応答性とロバスト性を両立することが困難である。

本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、目標空気量に対する、スロットルを通過する空気量又は燃焼室に吸入される空気量の変化に含まれるむだ時間を補償し、目標空気量対する空気量の応答性を向上させるとともに、制御系のロバスト性を確保することのできるエンジンの制御装置を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係るエンジンの制御装置は、燃焼室に吸入される空気量を調整するスロットルを通過する実空気量を検出する空気量検出手段と、運転者の要求トルクを発生させるために必要な目標空気量を演算する目標空気量演算手段と、前記目標空気量と前記実空気量を一致させるべく目標スロットル開度を演算する目標開度演算手段と、前記目標空気量と前記実空気量との差分である空気量偏差を演算する第１演算手段と、前記目標スロットル開度の変化に対してスロットル通過空気量が変化するまでのむだ時間とむだ時間以外の遅れ時間に基づいて補正項を演算する補正項演算手段と、前記空気量偏差と前記補正項に基づいて最終目標空気量偏差を演算する第２演算手段と、を備え、前記目標開度演算手段は、前記最終目標空気量偏差に基づいて前記目標スロットル開度を演算し、前記補正項演算手段は、前記最終目標空気量偏差に基づいて算出された目標スロットル開度を用いて前記補正項を演算するようにされていることを特徴としている。

前記補正項演算手段は、好ましくは、前記目標スロットル開度の変化に対して、スロットル通過空気量が変化するまでに含まれる時間遅れのうちの、むだ時間以外の遅れ時間に基づき、前記目標スロットル開度に対する遅れ時間の応答特性を有するスロットル通過空気量を演算する第１伝達特性演算手段と、前記目標スロットル開度の変化に対して、スロットル通過空気量が変化するまでに含まれるむだ時間以外の遅れ時間とむだ時間とに基づき、前記目標スロットル開度に対して遅れ時間とむだ時間の応答特性を有するスロットル通過空気量を演算する第２伝達特性演算手段と、を備え、前記第１伝達特性演算手段により演算されたスロットル通過空気量から、前記第２伝達特性演算手段により演算されたスロットル通過空気量を減算して、スロットル通過空気量の偏差を求め、この偏差を前記補正項として前記第２演算手段に出力するようにされる。

他の好ましい態様では、燃焼室に吸入される空気量を調整するスロットルを通過する実空気量を検出する空気量検出手段と、該空気量検出手段により検出されるスロットルを通過する実空気量に基づいて、燃焼室に吸入される空気量を推定する空気量推定手段と、運転者の要求トルクを発生させるために必要な目標空気量を演算する目標空気量演算手段と、前記目標空気量と前記燃焼室吸入空気量を一致させるべく目標スロットル開度を演算する目標開度演算手段と、前記目標空気量と前記燃焼室吸入空気量との差分である空気量偏差を演算する第１演算手段と、前記目標スロットル開度の変化に対してスロットル通過空気量が変化するまでのむだ時間とむだ時間以外の遅れ時間に基づいて補正項を演算する補正項演算手段と、前記空気量偏差と前記補正項に基づいて最終目標空気量偏差を演算する第２演算手段と、を備え、前記目標開度演算手段は、前記最終目標空気量偏差に基づいて前記目標スロットル開度を演算し、前記補正項演算手段は、前記最終目標空気量偏差に基づいて算出された目標スロットル開度を用いて前記補正項を演算するようにされていることを特徴としている。

この場合、前記補正項演算手段は、好ましくは、前記目標スロットル開度の変化に対して、燃焼室吸入空気量が変化するまでに含まれる時間遅れのうちの、むだ時間以外の遅れ時間に基づき、前記目標スロットル開度に対して遅れ時間の応答特性を有する燃焼室吸入空気量を演算する第１伝達特性演算手段と、目標スロットル開度の変化に対して、燃焼室に吸入される空気量が変化するまでに含まれるむだ時間以外の遅れ時間とむだ時間に基づき、目標スロットル開度に対して遅れ時間とむだ時間の応答特性を有する燃焼室吸入空気量を演算する第２演算手段と、を備え、前記第１伝達特性演算手段により演算された燃焼室吸入空気量から、前記第２伝達特性演算手段により演算された燃焼室吸入空気量を減算して、燃焼室吸入空気量の偏差を求め、この偏差を前記補正項として前記第２演算手段に出力するようにされる。

前記目標開度演算手段は、好ましくは、ＰＩＤ制御により、前記目標スロットル開度を求めるようにされる。

他の好ましい態様では、前記スロットルが正常でないとき、前記空気量検出手段が正常ではないとき、又は、前記補正項が所定値を越えているとき、前記補正項の出力を禁止する出力許可判定手段を備える。

他の別の好ましい態様では、前記空気量検出手段の出力信号に基づいて、前記補正項演算手段のパラメータを調整する学習制御手段を備える。

さらに他の好ましい態様では、前記スロットルが配在された吸気通路の実効通路断面積が変化した場合、前記実空気量が、前記実効通路断面積が変化する前よりも、前記目標空気量に近づけられるようにされる。

一方、本発明に係る自動車は、前記制御装置が適用されたエンジンを搭載していることを特徴とする。

本発明に係る制御装置によれば、目標空気量の変化からスロットルを通過する空気量が変化するまでに含まれるむだ時間、又は、目標空気量の変化から燃焼室に吸入される空気量が変化するまでに含まれるむだ時間を補償することができるので、燃焼室に吸入される空気量の応答性を向上することが可能である。さらに、各種センサ類の出力信号に基づいて、空気量制御のパラメータを調整することにより、製造ばらつきや経時変化等に対するロバスト性を向上できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明に係る制御装置の第１実施形態を、それが適用された車載用エンジンの一例と共に示すシステム構成図である。

図示のエンジン２００は、例えば４つの気筒＃１、＃２、＃３、＃４を有する多気筒エンジンであって、シリンダ２０１と、このシリンダ２０１の各気筒＃１、＃２、＃３、＃４内に摺動自在に嵌挿されたピストン２２２と、を有し、該ピストン２２２上方には燃焼室２２１が画成される。燃焼室２２１には、点火プラグ２１６が臨設されている。

燃料の燃焼に供せられる空気は、吸気通路２０２の始端部に設けられたエアクリーナ２０３から取り入れられ、エアフローセンサ２０６を通り、電制スロットル（絞り弁）２０７を通ってコレクタ２０４に入り、このコレクタ２０４から前記吸気通路２０２の下流端（吸気ポート）に配在された吸気弁２３１を介して各気筒#１、#２、#３、#４の燃焼室２２１に吸入される。前記スロットル（絞り弁）２０７の回転軸２０７ａは、ＤＣモータ等のモータ２０８（スロットルアクチュエータ）により回動せしめられ、これによってスロットル２０７の開度（スロットル開度）が調整され、それに伴い、吸気通路２０２におけるスロットル２０７部分を通過する空気量、及び、燃焼室２２１に吸入される空気量が調整される。スロットル２０７の近傍には、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ２０９が配在されている。また、吸気通路２０２の下流部分（吸気マニホールド２０５）には、燃料噴射弁２１５が臨設されている。

燃焼室２２１に吸入された空気と燃料噴射弁２１５から噴射された燃料との混合気は、点火プラグ２１６により点火されて爆発燃焼せしめられ、その燃焼廃ガス（排気）は、燃焼室２２１から排気弁２３２を介して排気通路２１７の上流部分を形成する個別通路部に排出され、その個別通路部から排気集合部を通って三元触媒２１８に流入して浄化された後、外部に排出される。

また、排気通路２１７における触媒２１８より上流側の排気集合部にはＡ／Ｆセンサ２１９が配在されている。

前記Ａ／Ｆセンサ２１９は、排気中に含まれる酸素の濃度に対して線形の出力特性を持つ。排気中の酸素濃度と空燃比の関係はほぼ線形になっており、したがって、酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ２１９により、前記排気集合部における空燃比を求めることが可能となる。

そして、本実施形態の制御装置においては、エンジン２００の種々の制御を行うため、マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット１００が備えられている。

コントロールユニット１００は、基本的には、図２に示される如くに、ＣＰＵ３０５、入力回路３０１、入出力ポート３０２、ＲＡＭ３０３、ＲＯＭ３０４等で構成される。

コントロールユニット１００には、入力信号として、エアフローセンサ２０６により検出される吸入空気量に応じた信号、スロットルセンサ２０９により検出されるスロットル２０７の開度に応じた信号、クランク角センサ（エンジン回転数センサ）２１０から得られるクランクシャフト２２３の回転（エンジン回転数）・位相をあらわす信号、排気通路２１７に配在されたＡ／Ｆセンサ２１９により検出される酸素濃度（空燃比）に応じた信号、シリンダ２０１に配設された水温センサ２１３により検出されるエンジン冷却水温に応じた信号、アクセルセンサ２１１から得られるアクセルペダル２１２の踏み込み量（運転者の要求トルクを示す）に応じた信号等が供給される。

コントロールユニット１００においては、スロットルセンサ２０９、エアフローセンサ２０６、クランク角センサ２１０、水温センサ２１３、アクセルセンサ２１１、Ａ／Ｆセンサ２１９、等の各センサの出力が入力され、入力回路３０１にてノイズ除去等の信号処理を行った後、入出力ポート３０２に送られる。入力ポートの値はＲＡＭ３０３に保管され、ＣＰＵ３０５内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはＲＯＭ３０４に予め書き込まれている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ操作量を表す値はＲＡＭ３０３に保管された後、出力ポート３０２に送られる。

点火プラグ２１６に対する作動信号は点火出力回路３０８内の一次側コイルの通流時はＯＮとなり、非通流時はＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされる。点火時期はＯＮからＯＦＦになる時点である。出力ポート３０２にセットされた点火プラグ２１６用の信号は点火出力回路３０８で点火に必要な十分なエネルギーに増幅され点火プラグ２１６に供給される。また、燃料噴射弁２１５の駆動信号は開弁時ＯＮ、閉弁時ＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされ、燃料噴射弁駆動回路３０７で燃料噴射弁２１５を開弁するのに十分なエネルギーに増幅されて燃料噴射弁２１５に供給される。スロットル２０７の目標開度を実現する駆動信号は、電制スロットル弁駆動回路３０６を経て、スロットル２０７を駆動するモーター２０８に送られる。

コントロールユニット１００では、Ａ／Ｆセンサ２１９の出力を用いて三元触媒２１８の浄化効率が最適となるように燃料噴射量もしくは吸入空気量を逐次補正するＦ／Ｂ（フィードバック）制御を行う。

以下、本発明に係る制御装置の実施形態の特徴部分である、コントロールユニット１００が実行する空気量制御について述べる。図３は、空気量制御を行う空気量制御手段１００Ａの機能ブロック図である。空気量制御手段１００Ａは、目標空気量演算手段１０１と、第１演算手段１０２と、補正項演算手段１０３と、第２演算手段１０４と、目標スロットル開度演算手段である第３演算手段１０５と、を備えており、制御対象１０６（ここではスロットル開度）を制御する。

目標空気量演算手段１０１は、アクセル開度センサ２１１により検出される、運転者が要求するトルク、クランク角センサ２１０により検出されるエンジン回転数、水温センサ２１３により検出される冷却水温等に基づいて算出される要求エンジントルクを発生させるために必要な目標空気量ＴＧＴＰを演算する。

また、第１演算手段１０２は、図４に示される如くに、目標空気量ＴＧＴＰから、エアフローセンサ２０６で検出されるスロットル通過空気量（実空気量）ＴＰを減算し、目標空気量ＴＧＴＰと実空気量ＴＰの差分である空気量偏差ΔＴＰを演算する。

補正項演算手段１０３は、図５に示される如くに、第１伝達特性演算手段５０１と、第２伝達特性演算手段５０２と、出力許可判定手段５０３と、で構成される。

第１伝達特性演算手段５０１は、図６に示される如くに、スロットル通過空気量推定手段６０１と、遅れ時間推定手段６０２と、第１応答特性演算手段６０３と、を備えている。

スロットル通過空気量推定手段６０１は、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯやエンジン回転数等に基づいて、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯに対して、時間遅れが無いスロットル通過空気量ＴＰｄ０を演算する。より具体的には、例えば、シミュレーション又は実験の結果より得られるマップもしくはモデルに基づいて、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯよりスロットル通過空気量ＴＰｄ０を求める（図７参照）。

また、遅れ時間推定手段６０２は、図８に示される如くに、スロットル分遅れ時間推定手段８０１と、空気分遅れ時間推定手段８０２と、を備えている。遅れ時間推定手段６０２は、スロットル分遅れ時間推定手段８０１により推定されるスロットル分遅れ時間Ｄ１Ｔに、空気分遅れ時間推定手段８０２により推定される空気分遅れ時間Ｄ１Ａを加算して、遅れ時間Ｄ１を求める。

スロットル分遅れ時間推定手段８０１は、図９に示される如くに、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯ、スロットル開度ＴＶＯ、エンジン回転数等に基づいて、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯの変化から、スロットル開度ＴＶＯの変化までに含まれるむだ時間以外の遅れ時間（スロットル分遅れ時間）Ｄ１Ｔを推定する。ここで、むだ時間以外の遅れ時間とは、例えば、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯに対するスロットル開度ＴＶＯの応答特性を一次遅れ特性と近似した場合の時定数である。また、スロットル分遅れ時間Ｄ１Ｔは、予めシミュレーション又は実験の結果からマップもしくはモデルとして求めておく。

空気分遅れ時間推定手段８０２は、図１０に示される如くに、エンジン回転数等に基づいて、スロットル開度ＴＶＯの変化からスロットル通過空気量（実空気量）ＴＰの変化までに含まれるむだ時間以外の遅れ時間（空気分遅れ時間）Ｄ１Ａを推定する。ここで、空気分遅れ時間Ｄ１Ａは、予めシミュレーション又は実験の結果からテーブルもしくはモデルとして求めておく。

さらに、第１応答特性演算手段６０３は、時間遅れが無いスロットル通過空気量ＴＰｄ０が遅れ時間Ｄ１に基づく伝達特性を通過した後のスロットル通過空気量ＴＰｄ１を演算する。より具体的には、例えば、図１１に示される如くに、遅れ時間Ｄ１に基づく伝達特性は一次遅れ伝達特性（一次遅れ伝達特性演算手段１１０１により演算）である。また、一次遅れ伝達特性は差分方程式により実現される（図１２参照）。ここで、図１２中のΔｔは空気量制御手段１００Ａの制御周期であり、ＴＰｄ１ｚはＴＰｄ１の前回値である。

上述の構成により、第１伝達特性演算手段５０１は、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯの変化に対して、スロットル通過空気量ＴＰが変化するまでに含まれる時間遅れのうちの、むだ時間以外の遅れ時間Ｄ１に基づき、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯに対する遅れ時間Ｄ１の応答特性を有するスロットル通過空気量ＴＰｄ１を演算する（図１３参照）。

第２伝達特性演算手段５０２は、図１４に示される如くに、スロットル通過空気量推定手段１４０１と、むだ時間推定手段１４０２と、遅れ時間推定手段１４０３と、第２応答特性演算手段１４０４と、を備えている。

スロットル通過空気量推定手段１４０１は、前記した第１伝達特性演算手段５０１が有するもの（６０１）と同様である（図６、図７参照）。

むだ時間推定手段１４０２は、図１５に示される如くに、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯ、スロットル開度ＴＶＯ、エンジン回転数等に基づいて、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯの変化から、スロットル開度ＴＶＯの変化までに含まれるむだ時間Ｄ２を推定する。ここで、むだ時間Ｄ２は、予めシミュレーション又は実験の結果からマップもしくはモデルとして求めておく。

遅れ時間推定手段１４０３は、前記した遅れ時間推定手段６０２（図８）と同様であり、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯの変化からスロットル通過空気量ＴＰの変化までに含まれるむだ時間以外の遅れ時間Ｄ１を演算する。

第２応答特性演算手段１４０４は、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯ（スロットル通過空気量ＴＰｄ０）と、遅れ時間Ｄ１と、むだ時間Ｄ２とを入力とし、遅れ時間Ｄ１とむだ時間Ｄ２に基づく伝達特性に基づいて、時間遅れが無いスロットル開度ＴＰｄ０に対して遅れ時間Ｄ１とむだ時間Ｄ２の応答特性を有するスロットル通過空気量ＴＰｄ２を演算する。より具体的には、例えば、図１６に示される如くに、むだ時間伝達特性演算手段１６０１と、一次遅れ伝達特性演算手段１６０２と、により構成される。むだ時間伝達特性演算手段１６０１は、以前の入力をＲＡＭ３０３に保存しておき、むだ時間Ｄ１に基づき、むだ時間Ｄ１だけ以前の入力値を出力する。また、一次遅れ伝達特性演算手段１６０２は、前記した第１応答特性演算手段６０３を構成する一次遅れ伝達特性演算手段１１０１（図１１、図１２）と同様であるため、詳細説明は省略する。

上述の構成により、第２伝達特性演算手段５０２は、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯの変化に対して、スロットル通過空気量ＴＰの変化までに含まれるむだ時間以外の遅れ時間Ｄ１とむだ時間Ｄ２とに基づき、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯに対して遅れ時間Ｄ１とむだ時間Ｄ２の応答特性を有するスロットル通過空気量ＴＰｄ２を演算する（図１７参照）。

また、補正項演算手段１０３は、第１伝達特性演算手段５０１により求められたスロットル通過空気量ＴＰｄ１（図６）から、第２伝達特性演算手段５０２により求められたスロットル通過空気量ＴＰｄ２（図１４）を減算して、スロットル通過空気量の偏差ΔＴＰｄを求め、それを出力許可判定手段５０３に送る（図５参照）。

出力許可判定手段５０３は、システムが異常と判定された場合に、補正項演算手段１０３の出力を禁止するものである。より具体的には、例えば、スロットル２０７故障時もしくはエアフローセンサ２０６故障時、もしくは補正項Ｃが所定値以上である場合に、補正項演算手段１０３の出力を禁止する（図１８参照）が、判定条件はこれだけではない。出力が許可された場合に補正項演算手段５０３は、スロットル通過空気量ＴＰｄ１とスロットル通過空気量ＴＰｄ２との偏差ΔＴＰｄを補正項Ｃとして第２演算手段１０４に送る（図３参照）。

第２演算手段１０４は、図１９に示される如くに、空気量偏差（目標空気量と実空気量との差分）ΔＴＰから補正項演算手段１０３により演算された補正項Ｃである偏差（ＴＰｄ１とＴＰｄ２との差分）ΔＴＰｄを減算して、最終目標空気量偏差ＴＧＴＰＦＢを求める。

上記した如くのむだ時間補償手段（補正項演算手段１０３）は、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯの変化に対してむだ時間遅れ特性が無い場合のスロットル通過空気量ＴＰｄ１の変化と、むだ時間遅れ特性がある場合のスロットル通過空気量ＴＰｄ２との偏差ΔＴＰｄを補正項Ｃとし、この補正項Ｃに基づいて空気量偏差ΔＴＰを補正する。これにより、むだ時間による過度のＦ／Ｂ補正を防止し得、適切なむだ時間補償が可能である。

図３中の第３演算手段１０５は、第２演算手段１０４により演算された最終目標空気量偏差ＴＧＴＰＦＢに基づき、目標空気量ＴＧＴＰと実空気量ＴＰを一致させるような目標スロットル開度ＴＧＴＶＯを演算する。より具体的には、例えば、比例、積分、微分要素より構成されるＰＩＤ制御手段が挙げられる（図２０参照）。ただし、図２０中のＫｐ、Ｋｄ、及びＫｉは、それぞれ比例ゲイン、微分ゲイン、及び積分ゲインであり、Δtは制御周期である。前記３つのゲインは、全運転状態で一定値であってもよいし、または、エンジン回転数等の運転状態により決定される値であってもよい。また、上記ゲインは予めシミュレーション又は実験の結果から求めておく。

図３中の制御対象１０６（スロットル２０７）では、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯに基づいてスロットル２０７（モータ２０８）が駆動され、この駆動操作に応じてスロットル開度が調整される。これにより、スロットル通過空気量が変化し、エアフローセンサ２０６によりスロットル通過空気量（実空気量）ＴＰが検出される。

図２１は、本第１実施形態のコントロールユニット１００（空気量制御手段１００Ａ）が前記した如くの空気量制御に際して実行するプログラム（空気量制御ルーチン）の一例を示すフローチャートである。

この空気量制御ルーチンでは、スタート後、ステップ２１０１で、各種センサにより検出されるアクセル開度、エンジン回転数、冷却水温等の運転状態に基づいて、目標空気量ＴＧＴＰを演算する。ステップ２１０２では、エアフローセンサ２０６からの出力信号に基づいて、スロットル２０７を通過する実空気量ＴＰを演算し、ステップ２１０３に進む。

ステップ２１０３では、目標空気量ＴＧＴＰから実空気量ＴＰを減算し、空気量偏差ΔＴＰを演算する。ステップ２１０４では、ステップ２１０９の前回の処理で演算された目標スロットル開度ＴＧＴＶＯとエンジン回転数等に基づいて、スロットル開度ＴＶＯの変化から実空気量ＴＰの変化までに含まれるむだ時間を補償する補正項Ｃ（ΔＴＰｄ）を演算し、ステップ２１０５に進む。

ステップ２１０５では、スロットル２０７が正常であるか否かを判断し、スロットルが正常であると判断された場合にはステップ２１０６に進み、スロットル２０７が正常ではないと判断された場合には元に戻る。

ステップ２１０６では、エアフローセンサ２０６が正常であるか否かを判断し、エアフローセンサ２０６が正常であると判断された場合にはステップ２１０７に進み。エアフローセンサ２０６が正常ではないと判断された場合には元に戻る。

ステップ２１０７では、ステップ２１０４で求められた補正項Ｃの値が所定値以下であるか否かを判断し、補正項Ｃが所定値以下であると判断された場合にはステップ２１０８に進み、補正項Ｃが所定値を越えていると判断された場合には元に戻る。

ステップ２１０８では、空気量偏差ΔＴＰから補正項Ｃ（ΔＴＰｄ）を減算して最終目標空気量偏差ＴＧＴＰＦＢを演算し、ステップ２１０９に進む。ステップ２１０９では、最終目標空気量偏差ＴＧＴＰＦＢとエンジン回転数等に基づいて、目標空気量を実現する目標スロットル開度ＴＧＴＶＯを演算し、この目標スロットル開度ＴＧＴＶＯを実現するための制御信号を制御対象であるスロットル２０７（モータ２０８）に出力して元に戻る。

図２２は、前記した如くの空気量制御を実行した際のアクセル開度、目標エンジントルク、スロットル開度、スロットル２０７を通過する実空気量を時系列で示したものである。図上方に向かって、アクセル開度大、目標エンジントルク大、スロットル開度大、空気量増量を示す。

図２２に示される如くに、本実施形態の空気量制御では、運転者の要求を示すアクセル開度やエンジン回転数等の運転状態に従い、目標エンジントルクが演算され、さらに、演算された目標エンジントルクを実現するような、目標空気量（図中の破線）が演算され、目標空気量を実現するようにスロットル開度が制御される。

従来技術では、目標空気量とスロットル２０７を通過する実空気量を一致させるためにＦ／Ｂゲインを高く設定すると、エンジンの吸気系に含まれるむだ時間の影響により過度のＦ／Ｂ補正が実施されてしまうため、スロットル開度のハンチングが発生し、制御系のロバスト性が低下する（図中の鎖線）。従って、むだ時間の影響を考慮した場合には、Ｆ／Ｂゲインを低く設定せざるを得ず、結果としてスロットル２０７を通過する実空気量の応答性を向上させることができない。

これに対し、本発明第１実施形態では、むだ時間による過度のＦ／Ｂ補正を防止できるため、スロットル２０７を通過する実空気量の応答性を向上させることができる（図中の実線）。

空気量制御手段１００Ａを上記構成とすることにより、目標空気量ＴＧＴＰからスロットル通過空気量ＴＰまでの応答特性に含まれるむだ時間を補償できる。従って、目標空気量ＴＧＴＰに対するスロットル通過空気量の応答性を向上させることが可能であり、結果として、燃焼室２２１に実際に吸入される空気量の応答性を向上させることが可能となる。さらに、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯを演算する手段（第３演算手段１０５）に対してむだ時間補償手段（補正項演算手段１０３）が並列に配置される（並列に処理される）ことから、むだ時間補償手段の制御精度悪化時にはその出力を禁止する（補正項Ｃを用いない処理を行う）ことが可能となり、制御系全体のロバスト性を向上させることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明に係る制御装置の第２実施形態を説明する。本第２実施形態のシステム構成は、第１実施形態のもの（図１、図２）と基本的には同じであるのでその説明は省略する。

以下においては、第１実施形態のもの（図３に示される空気量制御手段１００Ａ）とその構成が異なる空気量制御手段１００Ｂについて説明する。

本実施形態の空気量制御手段１００Ｂは、図２３に示される如くに、目標空気量演算手段２３０１と、第１実施形態には備えられていない空気量推定手段２３０２と、第１演算手段２３０３と、補正項演算手段２３０４と、第２演算手段２３０５と、第３演算手段２３０６と、から構成され、制御対象２３０７（ここではスロットル開度）を制御する。

目標空気量演算手段２３０１は、第１実施形態の目標空気量演算手段１０１と同様に、アクセル開度センサ２１２により検出される、ドライバーが要求するトルク、クランク角センサ２１０により検出されるエンジン回転数、水温センサ２１３により検出される冷却水温等に基づいて算出される要求エンジントルクを発生させるために必要な目標空気量ＴＧＴＰを演算する。

空気量推定手段２３０２は、図２４に示される如くに、遅れ時間推定手段２４０１と、むだ時間推定手段２４０２と、第３応答特性演算手段２４０３とを備えており、エアフローセンサ２０６により検出されるスロットル２０７を通過する実空気量ＴＰに基づいて、燃焼室２２１に実際に吸入される空気量（実吸入空気量）ＴＰ２を演算（推定）する。

遅れ時間推定手段２４０１は、実空気量ＴＰの変化から、実吸入空気量ＴＰ２の変化に含まれる遅れ時間（実空気量分遅れ時間）Ｄ３を推定する。より具体的には、例えば、実空気量ＴＰから実吸入空気量ＴＰ２の時間遅れ特性を一次遅れ特性とむだ時間特性により構成されると近似した場合には、実空気量分遅れ時間Ｄ３は一次遅れ特性の時定数である。ここで、実空気量分遅れ時間Ｄ３は、予めシミュレーション又は実験の結果よりテーブルまたはモデルとして求めておく（図２５参照）。

むだ時間推定手段２４０２は、実空気量ＴＰの変化から、実吸入空気量ＴＰ２の変化に含まれるむだ時間（実空気量分むだ時間）Ｄ４を推定する。ここで、実空気量分むだ時間Ｄ４は、予めシミュレーション又は実験の結果よりテーブルまたはモデルとして求めておく（図２６参照）。

第３応答特性演算手段２４０３は、実空気量ＴＰから実吸入空気量ＴＰ２を演算するものである。より具体的には、例えば、第１実施形態のもの（第２応答特性演算手段１４０４）と同様に（図１６参照）、実空気量ＴＰの変化に対する実吸入空気量ＴＰ２の変化の応答特性を一次遅れ伝達特性とむだ時間特性により構成されるものと近似した場合には、むだ時間伝達特性演算手段１６０１と一次遅れ伝達特性演算手段（１１０１）により構成される。

第１演算手段２３０３は、第１実施形態の第１演算手段１０２（図４）と同様に、目標空気量ＴＧＴＰから実吸入空気量ＴＰ２を減算して空気量偏差ΔＴＰを求める。

補正項演算手段２３０４は、第１実施形態の補正項演算手段１０３（図５）と同様に、第１伝達特性演算手段５０１’と、第２伝達特性演算手段５０２’と、出力許可判定手段５０３と、を備えている。

本第２実施形態の第１伝達特性演算手段５０１’は、図２７に示される如くに、燃焼室吸入空気量推定手段２６０１と、遅れ時間推定手段２６０２と、第３応答特性演算手段２６０３と、を備えている。

燃焼室吸入空気量推定手段２６０１は、図２８に示される如くに、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯやエンジン回転数等に基づいて、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯに対して時間遅れが無い場合の燃焼室吸入空気量ＴＰｄ０を推定する。ここで、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯと時間遅れが無い場合の燃焼室吸入空気量ＴＰｄ０の関係は、予めシミュレーション又は実験の結果よりマップ或いはモデルとして求めておく。

また、遅れ時間推定手段２６０２は、第１実施形態の遅れ時間推定手段６０２（図８）と同様に、スロットル分遅れ時間推定手段８０１’と、空気分遅れ時間推定手段８０２’と、を備えており、スロットル分遅れ時間推定手段８０１’により推定されるスロットル分遅れ時間Ｄ１Ｔと、空気分遅れ時間推定手段８０２’により推定される空気分遅れ時間Ｄ１Ａを加算して、遅れ時間Ｄ１を求める。

本第２実施形態のスロットル分遅れ時間推定手段８０１’は、第１実施形態と同様に（図９参照）、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯ、スロットル開度ＴＶＯ、エンジン回転数等に基づいて、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯの変化から、スロットル開度ＴＶＯの変化までに含まれるむだ時間以外の遅れ時間（スロットル分遅れ時間）Ｄ１Ｔを推定する。

本第２実施形態の空気量分遅れ時間推定手段８０２’は、第１実施形態と同様に（図１０参照）、エンジン回転数等に基づいて、スロットル開度ＴＶＯの変化から燃焼室吸入空気量（実吸入空気量）ＴＰ２の変化までに含まれるむだ時間以外の遅れ時間（空気分遅れ時間）Ｄ１Ａを推定する。ここで、空気分遅れ時間Ｄ１Ａは、予めシミュレーション又は実験の結果からテーブルまたはモデルとして求めておく。

第１応答特性演算手段２６０３は、第１実施形態の第１応答特性演算手段６０３と同様に（図１１参照）、燃焼室吸入空気量推定手段２６０１により推定された時間遅れが無い燃焼室吸入空気量ＴＰｄ０と遅れ時間推定手段２６０２により推定された遅れ時間Ｄ１に基づいて燃焼室吸入空気量ＴＰｄ１を演算する。

上記構成により、本第２実施形態の第１伝達特性演算手段５０１’は、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯの変化に対して、燃焼室吸入空気量ＴＰ２が変化するまでに含まれる時間遅れのうちの、むだ時間以外の遅れ時間Ｄ１に基づき、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯに対して遅れ時間Ｄ１の応答特性を有する吸入空気量ＴＰｄ１を演算する。

本第２実施形態の第２伝達特性演算手段５０２’は、図２９に示される如くに、燃焼室吸入空気量推定手段２８０１と、むだ時間推定手段２８０２と、遅れ時間推定手段２８０３と、第２応答特性演算手段２８０４と、を備えている。

燃焼室吸入空気量推定手段２８０１は、燃焼室吸入空気量推定手段２６０１と同様である。

むだ時間推定手段２８０２は、図３０に示される如くに、スロットル分むだ時間推定手段２９０１と、空気分むだ時間推定手段２９０２と、を備えている。むだ時間推定手段２９０２は、スロットル分むだ時間推定手段２９０１により推定されるスロットル分むだ時間Ｄ２Ｔと、空気分遅れ時間推定手段２９０２により推定される空気分むだ時間Ｄ２Ａを加算して、むだ時間Ｄ２を求める。

スロットル分むだ時間推定手段２９０１は、図３１に示される如くに、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯ、スロットル開度ＴＶＯ、エンジン回転数等に基づいて、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯの変化から、スロットル開度ＴＶＯの変化までに含まれるむだ時間Ｄ２Ｔを推定する。ここで、むだ時間Ｄ２Ｔは、予めシミュレーション又は実験の結果からマップ或いはモデルとして求めておく。

空気分むだ時間推定手段２９０２は、図３２に示される如くに、エンジン回転数に基づいて、スロットル開度ＴＶＯの変化から燃焼室吸入空気量ＴＰ２の変化までに含まれるむだ時間（空気分むだ時間）Ｄ２Ａを推定する。ここで、空気分むだ時間Ｄ２Ａは、予めシミュレーション又は実験の結果からテーブル又はモデルとして求めておく。

第２応答特性演算手段２８０４は、第１実施形態の第２応答特性演算手段１４０４と同様であり（図１５、図１６参照）、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯと、遅れ時間Ｄ１と、むだ時間Ｄ２とを入力とし、遅れ時間Ｄ１とむだ時間Ｄ２とを用いて演算される伝達特性に基づいて、時間遅れが無い燃焼室吸入空気量ＴＰｄ０から時間遅れ後の燃焼室吸入空気量ＴＰｄ２を演算する。

上記構成により、第２伝達特性演算手段５０２’は、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯの変化に対して、燃焼室吸入空気量ＴＰ２が変化するまでに含まれる時間遅れの中の、むだ時間以外の遅れ時間Ｄ１とむだ時間Ｄ２に基づき、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯに対して遅れ時間Ｄ１及びむだ時間Ｄ２の応答特性を有する燃焼室吸入空気量ＴＰｄ２を演算する。

また、補正項演算手段２３０４は、第１伝達特性演算手段５０１により演算された燃焼室吸入空気量ＴＰｄ１から、第２伝達特性演算手段により演算された燃焼室吸入空気量ＴＰｄ２を減算して、燃焼室吸入空気量の偏差ΔＴＰｄを求め、それを出力許可判定手段５０３に送る。

本第２実施形態の出力許可判定手段５０３（図５）は、第１実施形態のものと同様（図１８参照）であるため、詳細説明は省略する。

また、第２演算手段２３０５、第３演算手段２３０６も、第１実施形態の第２演算手段１０４、第３演算手段１０５と同様（図１９、図２０参照）であるため、詳細説明は省略する。ただし、第２演算手段２３０５には、第１実施形態ではエアフローセンサ２０６により検出されるスロットル通過空気量が入力されるが、第２実施形態では、吸気量推定手段２３０２により演算（推定）された実（燃焼室）吸入空気量が入力される。

図３３は、本第２実施形態のコントロールユニット１００（空気量制御手段１００Ｂ）が前記した如くの空気量制御に際して実行するプログラム（空気量制御ルーチン）の一例を示すフローチャートである。

この空気量制御ルーチンにおいては、スタート後、ステップ３２０１で、各種センサにより検出されるアクセル開度、エンジン回転数、冷却水温等の運転状態に基づいて、目標空気量ＴＧＴＰを演算する。続くステップ３２０２では、エアフローセンサ２０６の出力信号に基づいてスロットル２０７を通過する実空気量ＴＰを演算し、ステップ３２０３に進む。ステップ３２０３では、実空気量ＴＰに基づいて、燃焼室２２０に吸入される実吸入空気量ＴＰ２を演算する。

ステップ３２０４では、目標空気量ＴＧＴＰから実吸入空気量ＴＰ２を減算し、空気量偏差ΔＴＰを求める。ステップ３２０５では、ステップ３２１０の前回の処理で演算された目標スロットル開度ＴＧＴＶＯやエンジン回転数等に基づいて、スロットル開度ＴＶＯの変化から実吸入空気量ＴＰ２の変化までに含まれるむだ時間を補償するような補正項Ｃ（ΔＴＰｄ）を演算し、ステップ３２０６に進む。

ステップ３２０６では、スロットル２０７が正常であるか否かを判断し、スロットル２０７が正常であると判断された場合にはステップ３２０７に進み、スロットル２０７が正常ではないと判断された場合には元に戻る。

ステップ３２０７では、エアフローセンサ２０６が正常であるか否かを判断し、エアフローセンサ２０６が正常であると判断された場合にはステップ３２０８に進み、エアフローセンサ２０６が正常ではないと判断された場合には元に戻る。

ステップ３２０８では、ステップ３２０５で演算された補正項Ｃの値が所定値以下であるか否かを判断し、補正項Ｃが所定値以下であると判断された場合には、ステップ３２０９に進み、補正項Ｃが所定値を越えていると判断された場合には元に戻る。

ステップ３２０９では、空気量偏差ΔＴＰから補正項Ｃを減算して最終目標空気量偏差ＴＧＴＰＦＢを演算し、ステップ３２１０に進む。ステップ３２１０では、最終目標空気量偏差ＴＧＴＰＦＢとエンジン回転数等に基づいて、目標空気量を実現するための目標スロットル開度ＴＧＴＶＯを演算し、この目標スロットル開度ＴＧＴＶＯに応じた制御信号を制御対象であるスロットル２０７（モータ２０８）に出力して元に戻る。

本第２実施形態において、前記の如くの空気量制御を実行した際には、アクセル開度、目標エンジントルク、スロットル開度、燃焼室２２１に吸入される実空気量を時系列で示すと、図２２に示される第１実施形態のもの略同様となる。

本第２実施形態でも、運転者が要求するトルクを示すアクセル開度やエンジン回転数等の運転状態に従い、目標エンジントルクが演算され、さらに、演算された目標エンジントルクを実現するような、目標空気量が演算され、この目標空気量を実現するようにスロットル開度が制御される。

従来技術においては、目標空気量と燃焼室２２１に吸入される実空気量を一致させるためにＦ／Ｂゲインを高く設定すると、エンジンの吸気系に含まれるむだ時間の影響により過度のＦ／Ｂ補正が実施されてしまうため、スロットル開度のハンチングが発生し、制御系のロバスト性が低下する。従って、むだ時間の影響を考慮した場合には、Ｆ／Ｂゲインを低く設定せざるを得ず、結果としてエンジンに吸入される実空気量の応答性を向上させることができない。

これに対し、本第２実施形態では、むだ時間による過度のＦ／Ｂ補正は行われないため、燃焼室２２１に吸入される実空気量の応答性を向上させることができる。

空気量制御手段１００Ｂを上記構成とすることにより、目標空気量ＴＧＴＰから燃焼室吸入空気量ＴＰ２の変化までに含まれるむだ時間を補償することができ、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯに対する燃焼室吸入空気量ＴＰ２の応答性を向上させることが可能である。さらに、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯを演算する手段（第３演算手段２３０６）に対してむだ時間補償手段（補正項演算手段２３０４）が並列に配置される（並列に処理される）ことから、むだ時間補償手段の制御精度悪化時にはその出力を禁止する（補正項Ｃを用いない処理を行う）ことが可能となり、制御系全体のロバスト性を向上させることができる。

［第３実施形態］
次に、本発明に係る制御装置の第３実施形態を説明する。本第３実施形態のシステム構成は、第１実施形態のもの（図１、図２）と基本的には同じであるのでその説明は省略する。

以下においては、第１実施形態のもの（図３に示される空気量制御手段１００Ａ）とその構成が異なる空気量制御手段１００Ｃについて説明する。

本実施形態の空気量制御手段１００Ｃは、図３４に示される如くに、目標空気量演算手段３３０１と、第１演算手段３３０２と、補正項演算手段３３０３と、第２演算手段３３０４と、第３演算手段３３０５と、から構成され、制御対象３３０７（ここではスロットル開度）を制御する。

目標空気量演算手段３３０１、第１演算手段３３０２、第２演算手段３３０４、第３演算手段３３０５は、それぞれ第１実施形態の目標空気量演算手段１０１、第１演算手段１０２、第２演算手段１０４、第３演算手段１０５と同様であるので、詳細説明は省略する。

補正項演算手段３３０３は、図３５に示される如くに、第１伝達特性演算手段３４０１と、第２伝達特性演算手段３４０２と、出力許可判定手段３４０３と、を備えている。

第１伝達特性演算３４０１は、図３６に示される如くに、スロットル通過空気量推定手段３５０１と、遅れ時間推定手段３５０２と、第１応答特性演算手段３５０３を備えており，目標スロットル開度ＴＧＴＶＯの変化からスロットル通過空気量（実空気量）ＴＰの変化までに含まれるむだ時間以外の遅れ時間に基づき、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯに対して該遅れ時間の応答特性を有するスロットル通過空気量ＴＰｄ１を演算する。

スロットル通過空気量推定手段３５０１は、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯ等に基づいて、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯに対して時間遅れが無い場合のスロットル通過空気量ＴＰｄ０を演算する。また、詳細は後述するが、学習制御手段３３０６の出力である学習結果に基づいて、内部パラメータを調整する。より具体的には、例えば、エンジンが定常回転時に、エアフローセンサ２０６により検出される実空気量ＴＰから、調整前のスロットル通過空気量演算手段３５０１の出力である時間遅れの無いスロットル通過空気量ＴＰｄ０を減算した偏差（空気量偏差２）を学習結果とし、該空気量偏差２を調整前の時間遅れの無いスロットル通過空気量ＴＰｄ０に加算する。学習結果に基づく調整により、製造ばらつきや経時変化等に対するロバスト性を向上させることが可能となる。

遅れ時間推定手段３５０２は、図３７に示される如くに、スロットル分遅れ時間推定手段３６０１と、空気分遅れ時間推定手段３６０２と、を備えており、スロットル分遅れ時間推定手段３６０１の出力であるスロットル分遅れ時間Ｄ１Ｔと、空気分遅れ時間推定手段３６０２の出力である空気分遅れ時間Ｄ１Ａを加算して、遅れ時間Ｄ１を出力する。

スロットル分遅れ時間推定手段３６０１は、第１実施形態と同様（図９参照）に、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯ、スロットル開度ＴＶＯ、エンジン回転数等に基づいて、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯの変化から、スロットル開度ＴＶＯの変化までに含まれるむだ時間以外の遅れ時間（スロットル分遅れ時間）Ｄ１Ｔを推定する。ここで、むだ時間以外の遅れ時間とは、例えば、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯの変化からスロットル開度ＴＶＯの変化までの伝達特性を、一次遅れ特性と近似した場合の時定数である。スロットル分遅れ時間Ｄ１Ｔは、予めシミュレーション又は実験の結果からマップもしくはモデルとして求めておく。

また、スロットル分遅れ時間推定手段３６０１は、後述する学習制御手段３３０６の出力である学習結果に基づいて、スロットル分遅れ時間Ｄ１Ｔを調整する。より具体的には、例えば、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯとスロットル開度センサ２０９により検出されるスロットル開度ＴＶＯから推定される推定スロットル分遅れ時間から、調整前のスロットル分遅れ時間を減算したスロットル分遅れ時間偏差を学習結果とし、該スロットル分遅れ時間偏差を調整前のスロットル分遅れ時間に加算する。学習結果に基づく調整により、製造ばらつきや経時変化等に対するロバスト性を向上できる。

空気分遅れ時間推定手段３６０２は、第１実施形態と同様（図１０参照）に、エンジン回転数等に基づいて、スロットル開度ＴＶＯの変化からスロットル通過空気量（実空気量）ＴＰの変化までに含まれるむだ時間以外の遅れ時間（空気分遅れ時間）Ｄ１Ａを推定する。ここで、空気分遅れ時間Ｄ１Ａは、予めシミュレーション又は実験の結果からテーブルもしくはモデルとして求めておく。

また、空気分遅れ時間推定手段３６０２は、後述する学習制御手段３３０６の出力である学習結果に基づいて、空気分遅れ時間Ｄ１Ａを調整する。より具体的には、例えば、スロットル開度センサ２０９の出力信号から演算されるスロットル開度ＴＶＯとエアフローセンサ２０６の出力信号から演算されるスロットル通過空気量（実空気量）ＴＰから推定される推定空気分遅れ時間から、調整前の空気分遅れ時間を減算した空気分遅れ時間偏差を学習結果とし、該空気分遅れ時間偏差を調整前の空気分遅れ時間に加算する。学習結果に基づく調整により、製造ばらつきや経時変化等に対するロバスト性を向上できる。

第１応答特性演算手段３５０３は、第１実施形態と同様に、時間遅れが無いスロットル通過空気量ＴＰｄ０と、遅れ時間Ｄ１に基づいて、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯの変化から遅れ時間Ｄ１に基づく伝達特性（一次遅れ特性）を通過したスロットル通過空気量ＴＰｄ１を演算する（図１１参照）。

一方、第２伝達特性演算手段３４０２は、図３８に示される如くに、スロットル通過空気量推定手段３７０１と、むだ時間推定手段３７０２と、遅れ時間推定手段３７０３と、第２応答特性演算手段３７０４と、を備え、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯの変化からスロットル通過空気量（実空気量）ＴＰの変化までに含まれるむだ時間以外の遅れ時間とむだ時間に基づいて、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯから該遅れ時間と該むだ時間に基づいた伝達特性（むだ時間遅れ特性＋一次遅れ特性）を通過したスロットル通過空気量ＴＰｄ２を演算する。

スロットル通過空気量推定手段３７０１は、第１伝達特性演算手段３４０１が備えるスロットル通過空気量推定手段３５０１と同様であるため、詳細説明は省略する。

むだ時間推定手段３７０２は、第１実施形態と同様（図１５参照）に、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯ、スロットル開度ＴＶＯ、エンジン回転数に基づいて、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯの変化から、スロットル開度ＴＶＯの変化までに含まれるむだ時間Ｄ２を推定する。また、むだ時間推定手段３７０２は、後述する学習制御手段３３０６の出力である学習結果に基づき、内部のパラメータを調整する。より具体的には、例えば、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯとスロットル開度センサ２０９より推定される推定むだ時間から、調整前のむだ時間を減算したむだ時間偏差を学習結果とし、該むだ時間偏差を調整前のむだ時間に加算する。学習結果に基づく調整により、製造ばらつきや経時変化等に対するロバスト性を向上することができる。

遅れ時間推定手段３７０３は、前記した遅れ時間推定手段３５０２と同様であるため、詳細説明は省略する（図３６参照）。

第２応答特性演算手段３７０４は、第１実施形態と同様（図１６参照）に、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯが、時間遅れがないスロットル開度ＴＰｄ０から遅れ時間Ｄ１とむだ時間Ｄ２に基づく伝達特性を通過した後のスロットル通過空気量ＴＰｄ２を演算する。

また、補正項演算手段３３０３は、第１伝達特性演算手段３４０１により演算されたＴＰｄ１から、第２伝達特性演算手段３４０２により演算されたＴＰｄ２を減算して、スロットル通過空気量偏差ΔＴＰｄを求め、出力許可判定部３４０３におくる。

出力許可判定手段３４０３は、第１実施形態と同様に、補正項Ｃの出力許可を判定する（図１８参照）。

学習制御手段３３０６は、各種センサ信号に基づいて推定される実測値と初期設定値とを減算して偏差を演算し、偏差が所定値以上である場合に、その偏差を学習結果として出力する。より具体的には、例えば、目標空気量ＴＧＴＰをステップ変化させ、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯとスロットル開度センサ２０９の出力信号から演算されるスロットル開度ＴＶＯに基づいて推定される実むだ時間と、初期設定マップより推定されるむだ時間を減算してむだ時間偏差を演算し、該むだ時間偏差が所定値以上である場合に、該むだ時間偏差を学習し、学習結果として出力する。

また、同様に、目標空気量ＴＧＴＰをステップ変化させ、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯとスロットル開度ＴＶＯに基づくスロットル開度に基づく実スロットル分遅れ時間と、初期設定マップから推定されるスロットル分遅れ時間を減算したスロットル分遅れ時間偏差や、スロットル開度ＴＶＯとエアフローセンサ２０６の出力信号から演算されるスロットル通過空気量（実空気量）ＴＰに基づく実空気分遅れ時間と、初期設定テーブルにより推定される空気分遅れ時間を減算して空気分遅れ時間偏差を学習し、学習結果として出力する。
さらに、各手段は演算された学習結果に基づき、自身を調整する。

図３９は、本第３実施形態のコントロールユニット１００（空気量制御手段１００Ｃ）が前記した如くの空気量制御に際して実行するプログラム（空気量制御ルーチン）の一例を示すフローチャートである。

この空気量制御ルーチンでは、スタート後、ステップ３８０１で、各種センサにより検出されるアクセル開度、エンジン回転数、冷却水温等の運転状態に基づいて、目標空気量ＴＧＴＰを演算する。ステップ３８０２では、エアフローセンサ２０６からの出力信号に基づいて、スロットル２０７を通過する実空気量ＴＰを演算し、ステップ３８０３に進む。

ステップ３８０３では、目標空気量ＴＧＴＰから実空気量ＴＰを減算し、空気量偏差ΔＴＰを演算する。ステップ３８０４では、ステップ３８０９の前回の処理で演算された目標スロットル開度ＴＧＴＶＯとエンジン回転数等に基づいて、スロットル開度ＴＶＯの変化から実空気量ＴＰの変化までに含まれるむだ時間を補償する補正項Ｃ（ΔＴＰｄ）を演算し、ステップ３８０５に進む。

ステップ３８０５では、スロットル２０７が正常であるか否かを判断し、スロットルが正常であると判断された場合にはステップ３８０６に進み、スロットル２０７が正常ではないと判断された場合には元に戻る。

ステップ３８０６では、エアフローセンサ２０６が正常であるか否かを判断し、エアフローセンサ２０６が正常であると判断された場合にはステップ３８０７に進み。エアフローセンサ２０６が正常ではないと判断された場合には元に戻る。

ステップ３８０７では、ステップ３８０４で求められた補正項Ｃの値が所定値以下であるか否かを判断し、補正項Ｃが所定値以下であると判断された場合にはステップ３８０８に進み、補正項Ｃが所定値を越えていると判断された場合には元に戻る。

ステップ３８０８では、空気量偏差ΔＴＰから補正項Ｃ（ΔＴＰｄ）を減算して最終目標空気量偏差ＴＧＴＰＦＢを演算し、ステップ３８０９に進む。ステップ３８０９では、最終目標空気量偏差ＴＧＴＰＦＢとエンジン回転数等に基づいて、目標空気量を実現する目標スロットル開度ＴＧＴＶＯを演算し、この目標スロットル開度ＴＧＴＶＯを実現するための制御信号を制御対象であるスロットル２０７（モータ２０８）に出力して元に戻る。

続くステップ３８１０では、各種センサの出力信号に基づいて推定される空気量制御（補正項演算手段３３０３）のパラメータと補正項Ｃによる調整前のパラメータとの偏差を演算して学習結果とし、該学習結果に基づいて空気量制御（補正項演算手段３３０３）の各パラメータを調整して、元に戻る。

図４０は、第３実施形態の空気量制御手段１００Ｃによる制御を実行した際のアクセル開度、目標エンジントルク、スロットル、空気量を時系列で示したものである。図上方に向かって、アクセル開度大、目標エンジントルク大、スロットル開度大、空気量増量を示す。

本実施形態の空気量制御手段１００Ｃによる制御では、運転者が要求するトルクを示すアクセル開度やエンジン回転数等の運転状態に従い、目標エンジントルクが演算される。さらに、演算された目標エンジントルクを実現するような、目標空気量（図中の破線）が演算され、目標空気量を実現するようにスロットルが制御される。

製造ばらつきや経時変化等が発生した場合には、目標空気量を実現するようにスロットルを制御したにも関わらず、Ｆ／Ｂゲインが適切でないことから、空気量の応答性の低下や定常偏差が発生する場合がある（図中の鎖線）。

これに対し、本実施形態では、制御中に各種センサの出力信号に基づき、制御系の内部パラメータを学習するため、空気量の応答性と制御系のロバスト性を向上させることができる。

空気量制御手段１００Ｃを上記構成とすることにより、目標空気量ＴＧＴＰからスロットル通過空気量ＴＰまでの応答特性に含まれるむだ時間を補償でき、目標空気量ＴＧＴＰに対するスロットル通過空気量ＴＰの応答性を向上させることができる。結果として、エンジンの燃焼室内に吸入する空気量の応答性を向上させることができる。また、目標スロットル開度ＴＧＴＶＯを演算する手段に対してむだ時間補償手段が並列に配置される（並列に処理される）ことから、むだ時間補償手段の制御精度悪化時には出力を禁止するため、制御系全体のロバスト性を向上させることができる。さらに、むだ時間による過度のＦ／Ｂ補正を防止するとともに、各種センサの出力信号に基づいて、制御装置の内部パラメータを調整するため、製造ばらつきや経時変化等に対する制御系のロバスト性を向上させることが可能である。

本発明に係る制御装置の実施形態をそれが適用されたエンジンと共に示すシステム構成図。 図１に示されるコントロールユニットの内部構成図。 第１実施形態におけるコントロールユニットの空気量制御内容の説明に供される機能ブロック図。 第１実施形態の第１演算手段の説明に供される図。 第１実施形態の補正項演算手段の説明に供される図。 第１実施形態の第１伝達特性演算手段の説明に供される図。 第１実施形態のスロットル通過空気量推定手段の説明に供される図。 第１実施形態の遅れ時間推定手段の説明に供される図。 第１実施形態のスロットル分遅れ時間推定手段の説明に供される図。 第１実施形態の空気分遅れ時間推定手段の説明に供される図。 第１実施形態の第１応答特性演算手段の説明に供される図。 第１実施形態の一次遅れ伝達特性演算手段の説明に供される図。 第１実施形態の第１伝達特性演算手段の説明に供されるタイムチャート。 第１実施形態の第２伝達特性演算手段の説明に供される図。 第１実施形態のむだ時間推定手段の説明に供される図。 第１実施形態の第２応答特性演算手段の説明に供される図。 第１実施形態の第２伝達特性演算手段の説明に供されるタイムチャート。 第１実施形態の出力許可判定手段の説明に供される図。 第１実施形態の第２演算手段の説明に供される図。 第１実施形態の第３演算手段の説明に供される図。 第１実施形態の空気量制御ルーチンを示すフローチャート。 第１実施形態の動作及び作用効果の説明に供されるタイムチャート。 第２実施形態におけるコントロールユニットの空気量制御内容の説明に供される機能ブロック図。 第２実施形態の通過空気量推定手段の説明に供される図。 第２実施形態の遅れ時間推定手段の説明に供される図。 第２実施形態のむだ時間推定手段の説明に供される図。 第２実施形態の第１伝達特性演算手段の説明に供される図。 第２実施形態の燃焼室吸入空気量推定手段の説明に供される図。 第２実施形態の第２伝達特性演算手段の説明に供される図。 第２実施形態のむだ時間推定手段の説明に供される図。 第２実施形態のスロットル分むだ時間推定手段の説明に供される図。 第２実施形態の空気分むだ時間推定手段の説明に供される図。 第２実施形態の空気量制御ルーチンを示すフローチャート。 第３実施形態におけるコントロールユニットの空気量制御内容の説明に供される機能ブロック図。 第３実施形態の補正項演算手段の説明に供される図。 第３実施形態の第１伝達特性演算手段の説明に供される図。 第３実施形態の遅れ時間推定手段の説明に供される図。 第３実施形態の第２伝達特性演算手段の説明に供される図。 第３実施形態の空気量制御ルーチンを示すフローチャート。 第３実施形態の動作及び作用効果の説明に供されるタイムチャート。

符号の説明

１００…コントロールユニット
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ…空気量制御手段
１０１…目標空気量演算手段
１０２…第１演算手段
１０３…補正項演算手段
１０４…第２演算手段
１０５…第３演算手段（目標開度演算手段）
２００…エンジン
２０１…シリンダ
２０２…吸気通路
２０３…エアクリーナ
２０４…コレクタ
２０５…吸気マニホールド
２０６…エアフローセンサ
２０７…スロットル
２０７ａ…スロットルの回転軸
２０８…スロットル駆動用モータ
２０９…スロットル開度センサ
２１０…クランク角センサ
２１１…アクセル開度センサ
２１２…アクセルペダル
２１３…水温センサ
２１５…燃料噴射弁
２１６…点火プラグ
２１７…排気通路
２１８…三元触媒
２１９…Ａ／Ｆセンサ
２２１…燃焼室

Claims (8)

1. 燃焼室に吸入される空気量を調整するスロットルを通過する実空気量を検出する空気量検出手段と、運転者の要求トルクを発生させるために必要な目標空気量を演算する目標空気量演算手段と、前記目標空気量と前記実空気量を一致させるべく目標スロットル開度を演算する目標開度演算手段と、前記目標空気量と前記実空気量との差分である空気量偏差を演算する第１演算手段と、前記目標スロットル開度の変化に対してスロットル通過空気量が変化するまでのむだ時間とむだ時間以外の遅れ時間に基づいて補正項を演算する補正項演算手段と、前記空気量偏差と前記補正項に基づいて最終目標空気量偏差を演算する第２演算手段と、を備え、前記目標開度演算手段は、前記最終目標空気量偏差に基づいて前記目標スロットル開度を演算し、前記補正項演算手段は、前記最終目標空気量偏差に基づいて算出された目標スロットル開度を用いて前記補正項を演算するようにされていることを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 前記補正項演算手段は、前記目標スロットル開度の変化に対して、スロットル通過空気量が変化するまでに含まれる時間遅れのうちの、むだ時間以外の遅れ時間に基づき、前記目標スロットル開度に対する遅れ時間の応答特性を有するスロットル通過空気量を演算する第１伝達特性演算手段と、前記目標スロットル開度の変化に対して、スロットル通過空気量が変化するまでに含まれるむだ時間以外の遅れ時間とむだ時間とに基づき、前記目標スロットル開度に対して遅れ時間とむだ時間の応答特性を有するスロットル通過空気量を演算する第２伝達特性演算手段と、を備え、前記第１伝達特性演算手段により演算されたスロットル通過空気量から、前記第２伝達特性演算手段により演算されたスロットル通過空気量を減算して、スロットル通過空気量の偏差を求め、この偏差を前記補正項として前記第２演算手段に出力することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 燃焼室に吸入される空気量を調整するスロットルを通過する実空気量を検出する空気量検出手段と、該空気量検出手段により検出されるスロットルを通過する実空気量に基づいて、燃焼室に吸入される空気量を推定する空気量推定手段と、運転者の要求トルクを発生させるために必要な目標空気量を演算する目標空気量演算手段と、前記目標空気量と前記燃焼室吸入空気量を一致させるべく目標スロットル開度を演算する目標開度演算手段と、前記目標空気量と前記燃焼室吸入空気量との差分である空気量偏差を演算する第１演算手段と、前記目標スロットル開度の変化に対してスロットル通過空気量が変化するまでのむだ時間とむだ時間以外の遅れ時間に基づいて補正項を演算する補正項演算手段と、前記空気量偏差と前記補正項に基づいて最終目標空気量偏差を演算する第２演算手段と、を備え、前記目標開度演算手段は、前記最終目標空気量偏差に基づいて前記目標スロットル開度を演算し、前記補正項演算手段は、前記最終目標空気量偏差に基づいて算出された目標スロットル開度を用いて前記補正項を演算するようにされていることを特徴とするエンジンの制御装置。
4. 前記補正項演算手段は、前記目標スロットル開度の変化に対して、燃焼室吸入空気量が変化するまでに含まれる時間遅れのうちの、むだ時間以外の遅れ時間に基づき、前記目標スロットル開度に対して遅れ時間の応答特性を有する燃焼室吸入空気量を演算する第１伝達特性演算手段と、目標スロットル開度の変化に対して、燃焼室に吸入される空気量が変化するまでに含まれるむだ時間以外の遅れ時間とむだ時間に基づき、目標スロットル開度に対して遅れ時間とむだ時間の応答特性を有する燃焼室吸入空気量を演算する第２演算手段と、を備え、前記第１伝達特性演算手段により演算された燃焼室吸入空気量から、前記第２伝達特性演算手段により演算された燃焼室吸入空気量を減算して、燃焼室吸入空気量の偏差を求め、この偏差を前記補正項として前記第２演算手段に出力することを特徴とする請求項３に記載のエンジンの制御装置。
5. 前記スロットルが正常でないとき、前記空気量検出手段が正常ではないとき、又は、前記補正項が所定値を越えているとき、前記補正項の出力を禁止する出力許可判定手段を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
6. 前記空気量検出手段の出力信号に基づいて、前記補正項演算手段のパラメータを調整する学習制御手段を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
7. 前記スロットルが配在された吸気通路の実効通路断面積が変化した場合、前記実空気量が、前記実効通路断面積が変化する前よりも、前記目標空気量に近づけられるようにされていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の制御装置が適用されたエンジンを搭載した自動車。

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