JP4749292B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、過給機付き内燃機関において筒内に流入する吸気量を推定する内燃機関の制御装置に関する。

従来から、過給機付き内燃機関において、吸気系の物理モデルを用いて筒内に流入する吸気量（筒内吸気量）を推定する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、内燃機関のシリンダ内に供給される空気量を、スロットルバルブの流量方程式等の吸気系モデルを用いて算出する技術が記載されている。特許文献２には、エアフロメータの応答遅れを補償する要素を吸気系モデルに適用して過渡時における筒内吸気量を算出する技術が記載されている。その他にも、本発明に関連がある技術が特許文献３に記載されている。

特表２００１−５１６４２１号公報 特開２００３−３１４３４７号公報 特開２００３−２９３８２１号公報

しかしながら、上記した特許文献１乃至３に記載された技術では、低回転且つ低負荷などの過渡状態において、筒内吸気量を精度良く推定することができない場合があった。これは、過給機のコンプレッサの下流圧が上流圧よりも小さく、コンプレッサの回転数が小さい領域において、コンプレッサを通過するガスの流量（以下、「コンプレッサ流量」と呼ぶ。）を精度良く推定することが困難であったためと考えられる。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の過渡運転状態において筒内吸気量の推定精度を向上させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、過給機を有する内燃機関の筒内吸気量を推定する内燃機関の制御装置は、現在のインタークーラ圧力と予測されたインタークーラ圧力との差に所定のゲインを乗算して得た値に基づいて、エアフロメータが検出したエアフロメータ流量を補正することによって、前記過給機のコンプレッサを通過したガスの流量であるコンプレッサ流量を算出するコンプレッサ流量算出手段と、前記コンプレッサ流量に基づいて、予測した筒内吸気量を算出する筒内吸気量算出手段と、を備え、前記現在のインタークーラ圧力は、前記エアフロメータが検出した前記エアフロメータ流量とスロットル流量とをインタークーラモデルに代入することで算出され、前記予測されたインタークーラ圧力は、前記コンプレッサ流量算出手段が前回算出した前記コンプレッサ流量とスロットル流量とをインタークーラモデルに代入することで算出される。

上記の内燃機関の制御装置は、過給機付き内燃機関において筒内に流入する吸気量（筒内吸気量）を推定するために好適に利用される。具体的には、コンプレッサ流量算出手段は、現在のインタークーラ圧力と予測されたインタークーラ圧力との差に所定のゲインを乗算して得た値に基づいて、エアフロメータが検出したエアフロメータ流量を補正することによって、コンプレッサ流量を算出する。このようにしてエアフロメータ流量を補正することによって、内燃機関が低回転且つ低負荷などの過渡運転状態にある場合においても、精度良くコンプレッサ流量を算出することができる。また、筒内吸気量算出手段は、コンプレッサ流量に基づいて、予測した筒内吸気量を算出する。これにより、精度良く筒内吸気量を算出することが可能となる。詳しくは、現在のインタークーラ圧力は、エアフロメータが検出したエアフロメータ流量とスロットル流量とをインタークーラモデルに代入することで算出され、予測されたインタークーラ圧力は、コンプレッサ流量算出手段が前回算出したコンプレッサ流量とスロットル流量とをインタークーラモデルに代入することで算出される。

上記の内燃機関の制御装置の一態様では、前記所定のゲインは、前記内燃機関の過渡運転時において検出されたインタークーラ圧力及び前記エアフロメータ流量に基づいて規定されている。これにより、内燃機関が過渡運転状態にある場合において、更に精度良くコンプレッサ流量を算出することが可能となる。

上記の内燃機関の制御装置において好適には、前記筒内吸気量算出手段は、前記コンプレッサ流量算出手段が算出した前記コンプレッサ流量に基づいてインタークーラ圧力を算出するインタークーラ圧力算出手段と、前記インタークーラ圧力算出手段が算出した前記インタークーラ圧力、及び、現在のスロットル開度に設定される前に決定された目標スロットル開度に基づいてスロットル動作モデルを用いて算出された予測したスロットル開度に基づいてスロットル流量を算出するスロットル流量算出手段と、前記スロットル流量算出手段が算出した前記スロットル流量に基づいて吸気管圧力を算出する吸気管圧力算出手段と、を有し、前記吸気管圧力算出手段が算出した前記吸気管圧力に基づいて、前記予測した筒内吸気量を算出する。

上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記筒内吸気量算出手段は、前記エアフロメータの応答遅れが所定以上である場合、前記コンプレッサからスロットルバルブまでの間における吸気系の全体の容積又は一部の容積を、実際の容積よりも所定量大きくした容積を用いて、前記予測した筒内吸気量を算出する。

この態様では、過渡的な流量変化に対してエアフロメータの応答遅れが所定以上である場合に、コンプレッサからスロットルバルブまでの間における吸気系の全体の容積又は一部の容積を、実際の容積よりも所定量大きくした容積を用いて、予測した筒内吸気量を算出する。これにより、エアフロメータの応答遅れに起因する筒内吸気量の演算誤差を抑制することが可能となる。

好適には、前記筒内吸気量算出手段は、インタークーラ部分の容積を、実際の容積よりも前記所定量大きくした容積を用いて、前記予測した筒内吸気量を算出する。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［全体構成］
まず、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたシステムの全体構成について説明する。

図１は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用された車両１００の概略構成を示す。なお、図１では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。

車両１００は、主に、エアフロメータ（ＡＦＭ）２と、吸気通路３と、過給機（ターボ過給機）４と、インタークーラ（ＩＣ）５と、スロットルバルブ６と、スロットル開度センサ７と、エンジン（内燃機関）８と、排気通路１８と、触媒２１と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０と、を備える。

吸気通路３上には、吸気通路３を通過する吸気の流量を検出するエアフロメータ２が設けられている。エアフロメータ２は、検出した吸気の流量（以下、「エアフロメータ流量」と呼ぶ。）に対応する検出信号をＥＣＵ５０に供給する。また、吸気通路３中には、過給機４のコンプレッサ４ａが配設されており、吸気はコンプレッサ４ａの回転によって圧縮される（過給される）。更に、吸気通路３中には、吸気を冷却するインタークーラ５と、エンジン８に供給する吸気量を調整するスロットルバルブ６が設けられている。スロットルバルブ６には、スロットルバルブ６の開度（以下、「スロットル開度」と呼ぶ。）を検出するスロットル開度センサ７が設けられている。スロットル開度センサ７は、検出したスロットル開度に対応する検出信号をＥＣＵ５０に供給する。

スロットルバルブ６を通過した吸気は、エンジン８に供給される。具体的には、吸気は気筒８ａの燃焼室８ｂに供給される。この燃焼室８ｂには、燃料噴射弁９によって噴射された燃料も供給される。燃焼室８ｂ内では、点火プラグ１２の点火により着火されることによって、供給された空気と燃料との混合気が燃焼される。この場合、燃焼によってピストン８ｃが往復運動し、この往復運動がコンロッド８ｄを介してクランク軸（不図示）に伝達され、クランク軸が回転する。なお、図１では、説明の便宜上、１つの気筒８ａのみを示しているが、実際には２以上の気筒によってエンジンを構成することができる。

更に、エンジン８の燃焼室８ｂには、吸気弁１０と排気弁１１が設けられている。吸気弁１０は、開閉することによって、吸気通路３と燃焼室８ｂとの導通／遮断を制御する。また、排気弁１１は、開閉することによって、排気通路１８と燃焼室８ｂとの導通／遮断を制御する。

エンジン８内の燃焼によった発生した排気ガスは、排気通路１８に排出される。排気通路１８上には過給機４のタービン４ｂが設けられており、排気ガスはタービン４ｂを回転させる。このようなタービン４ｂの回転トルクが、過給機４内のコンプレッサ４ａに伝達されて回転することによって、過給機４を通過する吸気が圧縮される（過給される）。更に、排気通路１８上には、排気ガスを浄化する機能を有する触媒２１が設けられている。

ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。ＥＣＵ５０は、車両内の各種センサから供給される出力に基づいて、車両内の制御を行う。本実施形態では、ＥＣＵ５０は、エンジン８の気筒８ａ内に流入する吸気量（以下、「筒内吸気量」と呼ぶ。）を推定する処理を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、エアフロメータ２から供給されるエアフロメータ流量やスロットル開度センサ７から供給されるスロットル開度などを用いて、モデルに基づいて筒内吸気量を算出する。このように、ＥＣＵ５０は、本発明における内燃機関の制御装置として機能する。具体的には、ＥＣＵ５０は、コンプレッサ流量算出手段や筒内吸気量算出手段などに相当する。

以下では、本発明の実施形態に係る筒内吸気量の推定方法について説明する。

［第１実施形態］
まず、第１実施形態に係る筒内吸気量の推定方法について説明する。

第１実施形態では、現在の過給圧と予測された過給圧との差に所定のゲインを乗算して得た値に基づいて、エアフロメータ２が検出したエアフロメータ流量を補正することによって、コンプレッサ４ａを通過するガスの流量（以下、「コンプレッサ流量」と呼ぶ。）を算出する。そして、算出されたコンプレッサ流量に基づいて筒内吸気量を算出する。こうする理由は、以下の通りである。基本的には、コンプレッサ４ａの下上流の差圧とコンプレッサ回転数とによって規定される特性（以下、「定常特性」とも呼ぶ。）などを利用して、コンプレッサ流量を求めることができる。しかしながら、エンジン８が低回転且つ低負荷などの過渡運転状態にある場合には、コンプレッサ４ａの下流圧が上流圧よりも小さくなり、コンプレッサ４ａの回転数が小さくなる傾向にある。このような過渡運転状態を、上記したような定常特性によって表すことは困難であると言える。したがって、エンジン８が過渡運転状態にある場合には、定常特性などを用いてコンプレッサ流量を算出する方法では、コンプレッサ流量の算出精度が低下する可能性が高いと考えられる。

よって、第１実施形態では、現在の過給圧（以下、「現在過給圧」と呼ぶ。）と予測された過給圧（以下、「予測過給圧」と呼ぶ。）との差に所定のゲインを乗算して得た値に基づいてエアフロメータ流量を補正して、コンプレッサ流量を算出する。より詳しくは、エンジン８の過渡運転時におけるインタークーラ圧力とエアフロメータ流量との関係を予め実験などによって得ておき、これらの関係に基づいてエアフロメータ流量を補正する。即ち、過渡運転時におけるインタークーラ圧力とエアフロメータ流量との関係に基づいて所定のゲインを設定し、現在過給圧と予測過給圧との差分に所定のゲインを積算した値でエアフロメータ流量を補正する。このようにしてエアフロメータ流量を補正することによって、エンジン８が過渡運転状態にある場合においても、精度良くコンプレッサ流量を算出することができる。したがって、このコンプレッサ流量を用いることにより、精度良く筒内吸気量を算出することが可能となる。

（ＥＣＵが行う処理）
次に、第１実施形態においてＥＣＵ５０が行う具体的な処理について説明する。

図２は、第１実施形態におけるＥＣＵ５０の概略構成を示すブロック図である。ＥＣＵ５０は、現在筒内吸気量算出部５０ａと予測筒内吸気量算出部５０ｂとを有する。現在筒内吸気量算出部５０ａは、各処理部が演算を行うことによって現在の筒内吸気量を算出し、予測筒内吸気量算出部５０ｂは、各処理部が演算を行うことによって予測の筒内吸気量を算出する。

現在筒内吸気量算出部５０ａは、インタークーラ圧力算出部５１ａと、スロットル流量算出部５２ａと、吸気管圧力算出部５３ａと、筒内吸気量算出部５４ａと、を有する。インタークーラ圧力算出部５１ａは、エアフロメータ２から供給されるエアフロメータ流量１ａと、スロットル流量算出部５２ａから供給されるスロットル流量２ｃ（前回値に対応する）とをインタークーラモデルに代入することによって、インタークーラ圧力などを算出する。この場合、インタークーラ圧力算出部５１ａは、コンプレッサ流量（インタークーラ５に流入する空気量に相当する）をエアフロメータ流量１ａとして扱う。

スロットル流量算出部５２ａは、スロットル開度センサ７から供給されるスロットル開度２ａと、インタークーラ圧力算出部５１ａから供給されるインタークーラ圧力１ｂと、吸気管圧力算出部５３ａから供給される吸気管圧力３ｂ（前回値に対応する）とをスロットル流量モデルに代入することによって、スロットル流量を算出する。吸気管圧力算出部５３ａは、スロットル流量算出部５２ａから供給されるスロットル流量２ｂと、筒内吸気量算出部５４ａから供給される筒内吸気量４ｂ（前回値に対応する）とを吸気管モデルに代入することによって、吸気管圧力などを算出する。筒内吸気量算出部５４ａは、吸気管圧力算出部５３ａから供給される吸気管圧力３ａなどを吸気弁モデルに代入することによって筒内吸気量を算出する。

一方、予測筒内吸気量算出部５０ｂは、予測インタークーラ圧力算出部５１ｂと、予測スロットル流量算出部５２ｂと、予測吸気管圧力算出部５３ｂと、予測筒内吸気量算出部５４ｂと、予測スロットル開度算出部５５と、予測コンプレッサ流量算出部５６と、を有する。

予測インタークーラ圧力算出部５１ｂは、予測コンプレッサ流量算出部５６から供給される予測コンプレッサ流量６ｂ（予測されたインタークーラ５に流入する空気量に相当する）と、予測スロットル流量算出部５２ｂから供給される予測スロットル流量２ｅ（前回値に対応する）とをインタークーラモデルに代入することによって、予測インタークーラ圧力などを算出する。予測スロットル流量算出部５２ｂは、予測スロットル開度算出部５５から供給される予測スロットル開度５ｂと、予測インタークーラ圧力算出部５１ｂから供給される予測インタークーラ圧力１ｄと、予測吸気管圧力算出部５３ｂから供給される予測吸気管圧力３ｄ（前回値に対応する）とをスロットル流量モデルに代入することによって、予測スロットル流量を算出する。予測吸気管圧力算出部５３ｂは、予測スロットル流量算出部５２ｂから供給される予測スロットル流量２ｄと、予測筒内吸気量算出部５４ｂから供給される予測筒内吸気量４ｄ（前回値に対応する）とを吸気管モデルに代入することによって、予測吸気管圧力などを算出する。予測筒内吸気量算出部５４ｂは、予測吸気管圧力算出部５３ｂから供給される予測吸気管圧力３ｃなどを吸気弁モデルに代入することによって筒内吸気量を算出する。

また、予測スロットル開度算出部５５は、現在のスロットル開度に設定される前に決定された目標スロットル開度５ａを取得し、スロットル動作モデルに基づいて予測スロットル開度５ｂを算出する。更に、予測コンプレッサ流量算出部５６は、予測インタークーラ圧力算出部５１ｂから供給される予測インタークーラ圧力１ｅと、エアフロメータ２から供給されるエアフロメータ流量６ａと、現在筒内吸気量算出部５０ａ内のインタークーラ圧力算出部５１ａから供給されるインタークーラ圧力１ｃ（現在のインタークーラ圧力に対応する）とに基づいて、予測コンプレッサ流量６ｂを算出する。

ここで、図３及び図４を参照して、上記した予測コンプレッサ流量算出部５６の処理を具体的に説明する。

図３は、予測コンプレッサ流量算出部５６における処理を示すブロック図である。まず、予測コンプレッサ流量算出部５６は、インタークーラ圧力算出部５１ａから供給されるインタークーラ圧力１ｃと、予測インタークーラ圧力算出部５１ｂから供給される予測インタークーラ圧力１ｅとの差分６ｃを求める。なお、インタークーラ圧力１ｃが前述した現在過給圧に相当し、予測インタークーラ圧力１ｅが前述した予測過給圧に相当する。次に、得られた差分６ｃに対して所定のゲインを積算することによって値６ｄを得る。次に、予測コンプレッサ流量算出部５６は、積算することによって得られた値６ｄと、エアフロメータ２から供給されるエアフロメータ流量６ａとを加算することによって、予測コンプレッサ流量６ｂを求める。このように、予測コンプレッサ流量算出部５６は、現在のインタークーラ圧力１ｃと予測インタークーラ圧力１ｅとの差分６ｃに所定のゲインを積算することによって得た値６ｄによってエアフロメータ流量６ａを補正することで、予測コンプレッサ流量６ｂを算出する。

次に、図４を参照して、予測コンプレッサ流量を算出する際に用いる所定のゲインについて説明する。図４は、実験によって得られたインタークーラ圧力／大気圧（横軸に示す）と、エアフロメータ流量（縦軸に示す）との関係を示している。具体的には、概ね「インタークーラ圧力／大気圧＜１」となる状況において、言い換えると、概ね「インタークーラ圧力＜大気圧」となる状況において得られた結果を示している。この場合、得られたインタークーラ圧力／大気圧とエアフロメータ流量との結果は、直線によって近似することができる。具体的には、直線６０が、得られた結果を直線近似したグラフに相当する。つまり、直線６０は、エンジン８の過渡運転時において得られた、インタークーラ圧力とエアフロメータ流量との関係に相当する。第１実施形態では、この直線６０の傾きを、予測コンプレッサ流量を算出する際に用いる所定のゲインとして扱う。

このように、第１実施形態では、過渡運転時における状態を考慮に入れて、現在過給圧と予測過給圧との差に基づいてエアフロメータ流量を補正して、コンプレッサ流量を算出する。これにより、エンジン８における過渡運転時においても精度良くコンプレッサ流量を算出することができる。したがって、このコンプレッサ流量を用いることにより、筒内吸気量を精度良く算出することが可能となる。また、このようにして算出された筒内吸気量を用いて制御を行うことにより、過渡空燃比における目標値追従性が向上し、エミッションを低減させることができると共に、ドライバビリティを向上させることができる。更に、過渡燃料補正や点火時期補正などの各種の補正を行う必要がなくなる。

（モデルに用いる演算式）
ここで、上記した各処理部で実行される演算について、具体的に説明する。即ち、モデルに用いる演算式の具体例を説明する。なお、以下では、現在筒内吸気量算出部５０ａの各処理部で実行される演算について、代表して説明する。

後述する演算式に用いる変数を、以下のように定義する。

ｍ_ａｆｍ：エアフロメータ流量
ｍ_ｔ：スロットル流量
μ：流量係数
Ａ_ｔ：スロットル開口面積
Ｒ：気体定数
Ｖ_ｉｃ：インタークーラ容積
Ｐ_ｉｃ：インタークーラ圧力
Ｔ_ｉｃ：インタークーラ温度
ΔＴ：演算周期
Ｔ_ａｆｍ：エアフロメータ通過空気温度
κ：比熱比
Ｌ_ｃｍｐ：タービンシャフト回転運動から受ける機械エネルギー
Ｌ_ｃｏｏｌ：インタークーラ放熱エネルギー
Ｖ_ｍ：吸気管容積
Ｐ_ｍ：吸気管圧力
Ｔ_ｍ：吸気管温度
ｍ_ｃ：筒内吸気量
まず、スロットル流量算出部５２ａは、式（１）に基づいてスロットル流量ｍ_ｔを算出する。この式（１）は、前述したスロットル流量モデルに対応する。

具体的には、スロットル流量算出部５２ａは、スロットル開口面積Ａ_ｔ（スロットル開度に相当する値）と、インタークーラ圧力算出部５１ａが算出したインタークーラ圧力Ｐ_ｉｃと、吸気管圧力算出部５３ａが算出した吸気管圧力Ｐ_ｍ（前回値に対応する）などを式（１）に代入することによって、スロットル流量ｍ_ｔを算出する。

インタークーラ圧力算出部５１ａは、式（２）及び式（３）に基づいてインタークーラ圧力Ｐ_ｉｃを算出する。式（２）及び式（３）は、前述したインタークーラモデルに対応する。

具体的には、インタークーラ圧力算出部５１ａは、エアフロメータ２が検出したエアフロメータ流量ｍ_ａｆｍと、スロットル流量算出部５２ａが算出したスロットル流量ｍ_ｔ（前回値に対応する）などを式（２）、式（３）に代入することによって、インタークーラ圧力Ｐ_ｉｃなどを算出する。

吸気管圧力算出部５３ａは、式（４）及び式（５）に基づいて吸気管圧力Ｐ_ｍを算出する。式（４）及び式（５）は、前述した吸気管モデルに対応する。

具体的には、吸気管圧力算出部５３ａは、スロットル流量算出部５２ａが算出したスロットル流量ｍ_ｔと、筒内吸気量算出部５４ａが算出した筒内吸気量ｍ_ｃ（前回値に対応する）などを式（４）、式（５）に代入することによって、吸気管圧力Ｐ_ｍなどを算出する。

筒内吸気量算出部５４ａは、式（６）に基づいて筒内吸気量ｍ_ｃを算出する。この式（６）は、前述した吸気弁モデルに対応する。

具体的には、筒内吸気量算出部５４ａは、吸気管圧力算出部５３ａが算出した吸気管圧力Ｐ_ｍなどを式（６）に代入することによって筒内吸気量ｍ_ｃを算出する。

なお、予測筒内吸気量算出部５０ｂの各処理部においても、上記した式（１）〜式（６）を同様に用いることによって、予測インタークーラ圧力、予測スロットル流量、予測吸気管圧力、及び予測筒内吸気量を算出する。但し、予測スロットル流量算出部５２ｂは、スロットル開口面積Ａ_ｔの代わりに、予測スロットル開度算出部５５が算出した予測スロットル開度を式（１）に代入することによって、予測スロットル流量を算出する。また、予測インタークーラ圧力算出部５１ｂは、エアフロメータ２が検出したエアフロメータ流量ｍ_ａｆｍの代わりに、予測コンプレッサ流量算出部５６が算出した予測コンプレッサ流量を式（２）及び式（３）に代入することによって、予測インタークーラ圧力Ｐなどを算出する。

（結果）
次に、図５を参照して、第１実施形態に係る筒内吸気量の推定方法を実行した際の結果について説明する。図５は、実測値（実線で示す）と、第１実施形態に係る処理を実行したときの結果（一点鎖線で示す）と、比較例に係る処理を実行したときの結果（破線で示す）とを示している。第１実施形態に係る処理は、前述したようにエアフロメータ流量を補正して得たコンプレッサ流量に基づいて筒内吸気量を算出する処理であり、比較例に係る処理は、定常特性に基づいて筒内吸気量を算出する処理である。

図５（ａ）は、横軸に時間を示し、縦軸にエアフロメータ流量を示している。グラフ７０ａはエアフロメータ流量の実測値を示しており、グラフ７０ｂは第１実施形態に係る処理において補正されたエアフロメータ流量（即ち、予測コンプレッサ流量算出部５６で算出された予測コンプレッサ流量に対応する）を示しており、グラフ７０ｃは比較例に係る処理において得られたエアフロメータ流量を示している。これより、第１実施形態に係る処理において得られたエアフロメータ流量は、無駄な時間分だけ適切にシフトした時刻において、立ち上がっていることがわかる。

図５（ｂ）は、横軸に時間を示し、縦軸にインタークーラ圧力を示している。グラフ７１ａはインタークーラ圧力の実測値を示しており、グラフ７１ｂは第１実施形態に係る処理において得られたインタークーラ圧力（即ち、予測インタークーラ圧力算出部５１ｂで算出された予測インタークーラ圧力に対応する）を示しており、グラフ７１ｃは比較例に係る処理において得られたインタークーラ圧力を示している。これより、第１実施形態に係る処理において得られたインタークーラ圧力は、インタークーラ圧力の実測値と概ね同一の挙動を示していることがわかる。これに対して、比較例に係る処理において得られたインタークーラ圧力は、インタークーラ圧力の実測値から大きく外れていることがわかる。

図５（ｃ）は、横軸に時間を示し、縦軸にインテークマニホールドの圧力（以下、「インマニ圧力」と呼ぶ。）を示している。なお、インマニ圧力は吸気管圧力に概ね相当する圧力であり、このインマニ圧力の挙動は、筒内吸気量の挙動に概ね一致すると考えることができる。グラフ７２ａはインマニ圧力の実測値を示しており、グラフ７２ｂは第１実施形態に係る処理において得られたインマニ圧力を示しており、グラフ７２ｃは比較例に係る処理において得られたインマニ圧力を示している。これより、第１実施形態に係る処理において得られたインマニ圧力は、インマニ圧力の実測値と概ね同一の挙動を示していることがわかる。これに対して、比較例に係る処理において得られたインマニ圧力は、インマニ圧力の実測値から外れていることがわかる。以上より、第１実施形態に係る筒内吸気量の推定方法によれば、定常特性に基づいて筒内吸気量を推定する比較例に係る方法と比較して、筒内吸気量を精度良く算出することができると言える。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、過渡的な流量変化に対してエアフロメータ２の応答遅れが所定以上である場合に、インタークーラ容積を実際の容積よりも所定量大きくした容積を用いて筒内吸気量を算出する点で、前述した第１実施形態と異なる。このようにインタークーラ容積を大きくして演算を行うのは、エアフロメータ２の応答遅れに起因するインタークーラ圧力の演算誤差を抑制するためである。

（ＥＣＵが行う処理）
ここで、第２実施形態においてＥＣＵ５０が行う具体的な処理について説明する。

図６は、第２実施形態におけるＥＣＵ５０の概略構成を示すブロック図である。ＥＣＵ５０は、筒内吸気量算出部５０ｃを具備する。筒内吸気量算出部５０ｃは、インタークーラ圧力算出部５８と、スロットル流量算出部５２ａと、吸気管圧力算出部５３ａと、筒内吸気量算出部５４ａと、を有する。なお、第１実施形態で示した現在筒内吸気量算出部５０ａにおける処理部と同一のものには同一の符号を付し、その説明を省略する。

インタークーラ圧力算出部５８は、エアフロメータ２から供給されるエアフロメータ流量１ａと、スロットル流量算出部５２ａから供給されるスロットル流量２ｃ（前回値に対応する）とをインタークーラモデルに代入することによって、インタークーラ圧力８ｂなどを算出する。詳しくは、インタークーラ圧力算出部５８は、エアフロメータ２の応答遅れが所定以上である場合に、インタークーラ容積を実際の容積よりも所定量大きくした容積を用いて筒内吸気量を算出する。具体的には、前述した式（２）及び式（３）中の「Ｖ_ｉｃ」を「Ｖ_ｉｃ’」に変更して（Ｖ_ｉｃ’＞Ｖ_ｉｃ）、演算を行う。即ち、インタークーラ圧力算出部５８は、以下の式（７）及び式（８）を用いてインタークーラ圧力Ｐ_ｉｃを算出する。

この後、スロットル流量算出部５２ａは、インタークーラ圧力算出部５８で算出されたインタークーラ圧力Ｐ_ｉｃを用いてスロットル流量を算出する。そして、吸気管圧力算出部５３ａ及び筒内吸気量算出部５４ａは、前述した第１実施形態で示した現在筒内吸気量算出部５０ａにおける処理部と同様の処理を行う。これにより、筒内吸気量が算出されることとなる。

このように、インタークーラ容積を実際の容積よりも所定量大きくした容積を用いて演算を行うことにより、エアフロメータ２の応答遅れにより、実際よりスロットル流量との差が大きくなった場合でも、圧力算出への影響を小さくすることができる。したがって、第２実施形態によれば、エアフロメータ２に応答遅れがある場合であっても、精度良くインタークーラ圧力を求めて、筒内吸気量を精度良く推定することが可能となる。

なお、インタークーラ容積を変更する所定量は、例えば一定の値（固定値）に設定される。具体的には、この所定量は、エアフロメータ２の応答遅れが比較的大きくなった状況において用いるべき容積に基づいて設定される。

次に、図７を参照して、第２実施形態に係る筒内吸気量の算出処理について説明する。この処理は、上記したＥＣＵ５０の筒内吸気量算出部５０ｃが、所定の周期で繰り返し実行する。

まず、ステップＳ１０１では、筒内吸気量算出部５０ｃが、エアフロメータ２からエアフロメータ流量を取得する。具体的には、インタークーラ圧力算出部５８が、エアフロメータ流量を取得する。そして、処理はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、スロットル流量算出部５２ａが、スロットル流量を算出する。具体的には、スロットル流量算出部５２ａは、スロットル開度センサ７から供給されるスロットル開度と、インタークーラ圧力算出部５８から供給されるインタークーラ圧力と、吸気管圧力算出部５３ａから供給される吸気管圧力（前回値に対応する）とを前述した式（１）に代入することによって、スロットル流量を算出する。そして、処理はステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、インタークーラ圧力算出部５８が、インタークーラ容積を実際の容積よりも所定量大きくする変更を行い、このインタークーラ容積を用いてインタークーラ圧力を算出する。具体的には、インタークーラ圧力算出部５８は、エアフロメータ２から供給されるエアフロメータ流量と、スロットル流量算出部５２ａから供給されるスロットル流量（前回値に対応する）とを前述した式（７）及び式（８）に代入することによって、インタークーラ圧力を算出する。そして、処理はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、吸気管圧力算出部５３ａが、吸気管圧力を算出する。具体的には、吸気管圧力算出部５３ａは、スロットル流量算出部５２ａから供給されるスロットル流量と、筒内吸気量算出部５４ａから供給される筒内吸気量（前回値に対応する）とを前述した式（４）及び式（５）に代入することによって、吸気管圧力を算出する。そして、処理はステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、筒内吸気量算出部５４ａが、筒内吸気量を算出する。具体的には、筒内吸気量算出部５４ａは、吸気管圧力算出部５３ａから供給される吸気管圧力などを前述した式（６）に代入することによって筒内吸気量を算出する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

（結果）
次に、図８を参照して、第２実施形態に係る筒内吸気量の推定方法を実行した際の結果について説明する。図８は、エアフロメータ２の応答遅れがない場合に得られた結果（実線で示す）と、エアフロメータ２の応答遅れがある場合に第２実施形態に係る処理を実行したときの結果（一点鎖線で示す）と、エアフロメータ２の応答遅れがある場合に比較例に係る処理を実行したときの結果（破線で示す）とを示している。第２実施形態に係る処理は、インタークーラ容積を実際の容積よりも所定量大きくする変更を行って筒内吸気量を算出する処理であり、比較例に係る処理は、インタークーラ容積として実際の容積を用いて（即ちインタークーラ容積を変更しない）筒内吸気量を算出する処理である。

図８（ａ）は、横軸に時間、縦軸にスロットル開度を表し、スロットル開度の時間変化を示している。図８（ｂ）は、横軸に時間を示し、縦軸にエアフロメータ２によって検出されたエアフロメータ流量を示している。グラフ８０ａは、エアフロメータ２の応答遅れがない場合に得られたエアフロメータ流量を示しており、グラフ８０ｂ、８０ｃ（重ねて表示されている）は、エアフロメータ２の応答遅れがある場合に得られたエアフロメータ流量を示している。グラフ８０ｂ、８０ｃより、比較的大きな応答遅れが生じていることがわかる。また、グラフ８０ｄは、図８（ａ）に示すようにスロットル開度を変化させたときのスロットル流量を、参考のため、図８（ｂ）中に表示したものである。

図８（ｃ）は、横軸に時間を示し、縦軸に吸気管圧力を示している。グラフ８１ａは、エアフロメータ２の応答遅れがない場合に得られた吸気管圧力を示しており、グラフ８１ｂは、応答遅れがある場合に第２実施形態に係る処理を実行したときに得られた吸気管圧力（即ち、吸気管圧力算出部５３ａで算出された吸気管圧力に対応する）を示しており、グラフ８１ｃは、応答遅れがある場合に比較例に係る処理を実行したときに得られた吸気管圧力を示している。なお、グラフ８１ｂ、８１ｃは、図８（ｂ）に示すような、比較的大きな応答遅れが生じた場合に算出された吸気管圧力を示している。

図８（ｃ）より、第２実施形態に係る処理を実行したときに得られた吸気管圧力は、エアフロメータ２の応答遅れがない場合に得られた吸気管圧力と概ね同一の挙動を示していることがわかる。これに対して、比較例に係る処理を実行したときに得られた吸気管圧力は、エアフロメータ２の応答遅れがない場合に得られた吸気管圧力から外れていることがわかる。

図８（ｄ）は、横軸に時間を示し、縦軸に筒内吸気量推定誤差率（以下、単に「誤差率」とも呼ぶ。）を示している。グラフ８２ａは、エアフロメータ２の応答遅れがない場合に得られた筒内吸気量の誤差率を示しており、グラフ８２ｂは、応答遅れがある場合に第２実施形態に係る処理を実行したときに得られた筒内吸気量の誤差率を示しており、グラフ８２ｃは、応答遅れがある場合に比較例に係る処理を実行したときに得られた筒内吸気量の誤差率を示している。なお、グラフ８２ｂ、８２ｃは、図８（ｂ）に示すような、比較的大きな応答遅れが生じた場合に算出された筒内吸気量の誤差率を示している。

図８（ｄ）より、第２実施形態に係る処理を実行した場合には、誤差率が小さい（±５％未満）ことがわかる。即ち、精度良く筒内吸気量を推定できていることがわかる。これに対し、比較例に係る処理を実行した場合には、誤差率が大きい（−５％を超えている）ことがわかる。即ち、筒内吸気量の算出精度が低いことがわかる。

以上より、第２実施形態に係る処理によれば、エアフロメータ２の応答遅れが大きい場合に、精度良く筒内吸気量を算出することができると言える。即ち、実際のインタークーラ容積の代わりに、実際のインタークーラ容積を所定量大きくした容積を用いて筒内吸気量を算出することにより、エアフロメータ２の応答遅れが大きい場合に、精度良く筒内吸気量を算出することが可能となる。

（変形例）
上記では実際のインタークーラ容積を変更した容積を用いて筒内吸気量を算出する実施形態を示したが、これに限定はされない。インタークーラ容積以外の、コンプレッサ４ａからスロットルバルブ６までの間の吸気容積を変更して、筒内吸気量を算出しても良い。

また、上記では、インタークーラ容積を変更した容積を用いて筒内吸気量のみを算出する実施形態を示したが、他の例では、第１実施形態で示したように、上記した筒内吸気量（現在の筒内吸気量に対応する）を算出すると共に、予測筒内吸気量も算出することができる。即ち、エアフロメータ流量を補正することによって得られた予測コンプレッサ流量を用いて予測筒内吸気量を算出しても良い。つまり、第１実施形態に係る処理と第２実施形態に係る処理を組み合わせた処理を実行することによって、筒内吸気量を推定することができる。この場合には、現在の筒内吸気量を算出する処理、及び予測筒内吸気量を算出する処理の両方において、実際のインタークーラ容積を変更した容積を用いてインタークーラ圧力を算出する。

本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用された車両の構成を示す概略図である。 第１実施形態におけるＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。 予測コンプレッサ流量算出部の処理を具体的に説明するための図である。 予測コンプレッサ流量を算出する際に用いる所定のゲインを説明するための図である。 第１実施形態に係る筒内吸気量の推定方法を実行した際の結果を示す図である。 第２実施形態におけるＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る筒内吸気量の算出処理を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る筒内吸気量の推定方法を実行した際の結果を示す図である。

符号の説明

２ エアフロメータ（ＡＦＭ）
３ 吸気通路
４ 過給機（ターボ過給機）
４ａ コンプレッサ
５ インタークーラ（ＩＣ）
６ スロットルバルブ
７ スロットル開度センサ
８ エンジン
１８ 排気通路
５０ ＥＣＵ
１００ 車両

Claims (5)

1. 過給機を有する内燃機関の筒内吸気量を推定する内燃機関の制御装置であって、
   現在のインタークーラ圧力と予測されたインタークーラ圧力との差に所定のゲインを乗算して得た値に基づいて、エアフロメータが検出したエアフロメータ流量を補正することによって、前記過給機のコンプレッサを通過したガスの流量であるコンプレッサ流量を算出するコンプレッサ流量算出手段と、
   前記コンプレッサ流量に基づいて、予測した筒内吸気量を算出する筒内吸気量算出手段と、を備え、
   前記現在のインタークーラ圧力は、前記エアフロメータが検出した前記エアフロメータ流量とスロットル流量とをインタークーラモデルに代入することで算出され、
   前記予測されたインタークーラ圧力は、前記コンプレッサ流量算出手段が前回算出した前記コンプレッサ流量とスロットル流量とをインタークーラモデルに代入することで算出されることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記所定のゲインは、前記内燃機関の過渡運転時において検出されたインタークーラ圧力及び前記エアフロメータ流量に基づいて規定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記筒内吸気量算出手段は、
   前記コンプレッサ流量算出手段が算出した前記コンプレッサ流量に基づいてインタークーラ圧力を算出するインタークーラ圧力算出手段と、
   前記インタークーラ圧力算出手段が算出した前記インタークーラ圧力、及び、現在のスロットル開度に設定される前に決定された目標スロットル開度に基づいてスロットル動作モデルを用いて算出された予測したスロットル開度に基づいてスロットル流量を算出するスロットル流量算出手段と、
   前記スロットル流量算出手段が算出した前記スロットル流量に基づいて吸気管圧力を算出する吸気管圧力算出手段と、を有し、
   前記吸気管圧力算出手段が算出した前記吸気管圧力に基づいて、前記予測した筒内吸気量を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記筒内吸気量算出手段は、前記エアフロメータの応答遅れが所定以上である場合、前記コンプレッサからスロットルバルブまでの間における吸気系の全体の容積又は一部の容積を、実際の容積よりも所定量大きくした容積を用いて、前記予測した筒内吸気量を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記筒内吸気量算出手段は、インタークーラ部分の容積を、実際の容積よりも前記所定量大きくした容積を用いて、前記予測した筒内吸気量を算出することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。

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