JP4740272B2 - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Description

内燃機関の吸気制御装置に関する。

エアーフローメータの劣化および初期ばらつき等によるエアーフローメータセンサ値のズレについての補正は、エアーフローメータのセンサ値に基づいて決定された燃料噴射量に対するＬＡＦセンサを用いた空燃比フィードバック補正により実施していた。

またエアーフローメータの故障検知は、吸気管内圧力センサのセンサ値との簡易的な状態方程式よりシリンダー流入空気量を推定し、その値とエアーフローメータのセンサ値との比較により実施していた。

例えば特許文献１に示されるように、吸入空気量の検出値と学習値を比較し、検出値が学習値に対して所定割合以上変化している運転領域が所定数以上あるときには、エアーフローメータの出力の傾きやオフセット量等、特性変化故障があると診断するものが知られている。
特開2000-274299号公報

上述のＬＡＦセンサを用いてエアーフローメータのセンサ値を補正する方法では、燃料噴射弁およびパージのばらつきによってＬＡＦセンサにズレが生じた場合にもエアーフローメータのセンサ値がばらついていると誤判断されるおそれがある。また、吸気管内圧力センサを用いてシリンダー流入空気量を推定する方法では、精度が低く、エアーフローメータのセンサ値の特性が大幅にずれるまで故障検知ができないおそれがある。

したがって、エアーフローメータのセンサ値をより良好な精度で補正することのできる手法が望まれている。また、より良好な精度でエアーフローメータの故障検知を行う手法が望まれている。

この発明の一実施形態によると、吸気管内のゲージ圧を所定の基準ゲージ圧に保持するよう制御されるスロットル弁と、吸気管と内燃機関の間に接続されたブローバイガス通路と、スロットル弁開度センサを備える内燃機関の吸気制御装置は、スロットル弁の上流に設けられ、吸気管を通る吸入空気量を検出する検出手段と、補正係数を用いて検出された吸入空気量を補正する手段と、該補正された吸入空気量および推定吸入空気量との比較に基づいて補正係数を更新する手段と、を備える。この推定吸入空気量は、スロットル弁開度センサから得られるスロットル開口面積に基づいて求められる、スロットル弁を通過する空気量であるスロットル通過空気量、および基準ゲージ圧に基づいて求められる、ブローバイガス通路を通過する空気量であるPCV通過空気量に基づいて求められる。

この形態によると、スロットル弁を通る空気量だけではなく、ＰＣＶを通る空気量をも考慮して吸入空気量を推定するので、吸入空気量の検出値の補正精度を向上させることができる。また、推定吸入空気量を用いるので、ＬＡＦセンサ、燃料噴射弁、パージのバラツキによる影響を排除することができるという利点が得られる。

この発明の一実施形態によると、検出手段は、エアーフローメータである。

この発明の一実施形態によると、所定の基準ゲージ圧は大気圧に近い値である。

この形態によると、ＰＣＶ通過空気量が安定した状態であるため推定吸入空気量をより高い精度で算出できるという利点が得られるまた、ゲージ圧が大気圧に近い条件で補正するため、吸気管絶対圧センサ及び大気圧センサのバラツキによる影響を減らして吸入空気量を補正することができるという利点が得られる。

この発明の一実施形態によると、基準ゲージ圧、所定の基準大気圧および基準吸気温度におけるスロットル通過空気量とスロットル開口面積との関係を表す第１のマップを記憶する手段をさらに備え、スロットル通過空気量は、第１のマップおよび現在のスロットル開口面積に基づき算出された基準スロットル通過空気量、現在の大気圧、および現在の吸気温度に基づいて算出される。また、PCV通過空気量は、基準ゲージ圧、所定の基準大気圧、および基準吸気温度に基づき算出された基準PCV通過空気量、現在の大気圧、および現在の吸気温度に基づいて算出される。

この形態によると、大気圧毎および吸気温度毎にマップを定義してメモリに記憶しなくてよいという利点が得られる。

この発明の一実施形態によると、吸入空気量の大きさについて複数の運転状態領域が設定されると共に、補正係数は複数の運転状態領域のそれぞれについて設定され、複数の運転状態のどの運転状態領域にあるか判定し、判定された運転状態領域の補正係数を算出する。

吸入空気量の領域毎に検出値のばらつきの大きさが異なるおそれがある。この形態によると、このようなばらつきを補償することができるという利点が得られる。

この発明の一実施形態によると、現在の内燃機関の運転状態を判定する手段をさらに有しており、運転状態が所定の条件を満足した場合に吸入空気量を補正する。

この形態によると、運転状態が安定しているため、より高い精度で吸入空気量を補正することができるという利点が得られる。

前記内燃機関の運転状態を判定する手段は、スロットル弁の開度が全閉でない所定の開度範囲内であるかを判定することを含む、
この形態によると、スロットル弁の開度が中開度の状態で吸入空気量を補正することができるので、カーボン詰まりによる影響を排除することができるという利点が得られる。

この発明の一実施形態によると、補正係数に基づき検出手段の故障を判定する手段をさらに有する。

この形態によると、推定吸入空気量を用いることにより補正係数の精度が向上するので、吸入空気量を検出する手段の故障をより高い精度で判定することができるという利点が得られる。

次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の一実施形態に従う、内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ）および吸気制御装置１の全体的な構成図である。

電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有するメモリを備えるコンピュータである。ＲＯＭには、車両の様々な制御を実現するためのコンピュータ・プログラムおよび該プログラムの実施に必要なデータ（マップを含む）を格納することができる。ＲＯＭには、ＥＰＲＯＭのような不揮発性メモリが含まれる。ＲＡＭには、ＣＰＵによる演算のための作業領域が設けられる。ＥＣＵ２は、車両の各部から信号を受取ると共に、該メモリに記憶されたデータおよびプログラムに従って演算を行い、車両の各部を制御するための制御信号を生成する。

エンジン３は、たとえば４気筒を有するエンジンである。エンジン３には、吸気管４および排気管５が連結されている。

燃料噴射弁７が、エンジン３とチャンバ８との間にあって、エンジン３の吸気バルブ（図示せず）の少し上流側に、気筒ごとに設けられている。燃料噴射弁７は、ＥＣＵ２からの制御に従って燃料を噴射する。燃料噴射弁７の燃料噴射時期および燃料噴射量は、ＥＣＵ２からの制御信号に従って変更される。代替的に、燃料噴射弁を、エンジン３の気筒内に臨むように取り付けてもよい。

チャンバ８には、吸気管内絶対圧（ＰＢ）センサ１１が設けられており、吸気管内の圧力を検出する。また、ＰＢセンサ１１の下流には吸気温（ＴＡ）センサ１２が設けられており、吸気管内の温度を検出する。これらの検出値は、ＥＣＵ２に送られる。

スロットル弁９は、ＥＣＵ２からの制御信号に応じてアクチュエータ(図示せず)によって駆動されるドライブバイワイヤ（drive by wire：ＤＢＷ）式のスロットル弁である。スロットル弁９の開度は、吸気管４内のゲージ圧を所定の基準ゲージ圧に保持するように制御される。ゲージ圧は、吸気管内絶対圧の大気圧に対する差圧を示す。スロットル弁９には、スロットル弁の開度を検出するスロットル弁開度（θＴＨ）センサ１５が連結されており、この検出値はＥＣＵ２に送られる。

スロットル弁９の上流には、吸入空気量を検出する手段であるエアーフローメータ（ＡＦＭ）１０が設けられており、この検出値はＥＣＵ２に送られる。

スロットル弁９およびＡＦＭ１０との間から、エンジンを経由して（この部分は図では省略されている）吸気管に至る配管すなわちブローバイガス通路１３が接続（連結）されている。ブローバイガス通路１３は吸気管４に入る新気を取り込み、エンジン３のクランクケースに漏れ出すブローバイガスを吸気管４に還流する。ブローバイガス通路１３が吸気管４に接続される部分には、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）弁１４が設けられており、ＰＣＶ弁１４は、ＥＣＵ２からの制御信号に従って、環流するガスの量を制御する。

この実施例では、可変動弁装置６が設けられ、吸気バルブのリフト量を変更することができる可変リフト機構と、吸気バルブを駆動するカムのクランク軸を基準とした位相を連続的に変更する可変位相機構とを有する。

可変リフト機構は、任意の既知の手法により実現することができる。（たとえば、特開２００４−０３６５６０号を参照）。可変位相機構は、任意の既知の手法により実現することができる。（たとえば、特開２０００―２２７０３３号を参照）。

ＥＣＵ２には、エンジン外部の任意の位置に設けられた大気圧（ＰＡ）センサ１６、エンジン３のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ１７およびエンジン３の吸気バルブを駆動するカムが連結されたカム軸の回転角度を検出するカム角センサ１８が接続されており、このセンサの検出値はＥＣＵ２に供給される。

クランク角センサ１７は、所定のクランク角度（たとえば３０度）毎に１パルス（ＣＲＫ信号）を発生し、該パルスにより、クランク軸の回転角度位置を特定することができる。

カム角センサ１８は、エンジン３の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（ＣＹＬ信号）と、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）でパルス（ＴＤＣ信号）を発生する。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種の制御タイミングおよびエンジン回転数ＮＥの検出に使用される。

ＥＣＵ２は、上記各種センサからの入力信号に応じて、メモリに記憶されたプログラムおよびデータ（マップを含む）に従い、エンジン３の運転状態を検出すると共に、スロットル弁９、燃料噴射弁７、ＰＣＶ弁１４、可変動弁装置６を制御するための制御信号を生成する。

図２は、本願発明の一実施形態に従う制御装置の機能ブロック図である。本願発明の目的の１つは、ＡＦＭ１０のセンサ値に基づいて検出される吸入空気量を、吸入空気量の推定値を用いて補正することである。

運転状態判定部２１は、所定の運転条件によって現在のエンジンの運転状態を判定する。吸入空気量算出部２２は、ＡＦＭ１０によって検出されたセンサ値に基づいて、吸入空気量ＧＡＩＲを求める。吸入空気量補正部２３は、後述する所定の補正係数ＫＲＥＦ＿ＡＦＭを用いて吸入空気量ＧＡＩＲを補正し、補正済み吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＡＦＭを求める。

推定吸入空気量算出部２４は、スロットル弁９を通過する空気量（スロットル通過空気量ＧＡＩＲ＿ＴＨと呼ぶ）だけでなく、ブローバイ通路１３に流入する空気量（ＰＣＶ通過空気量と呼ぶ）を考慮した吸入空気量の推定値である推定吸入空気量ＨＧＡＩＲ＿ＡＦＭを算出する。補正係数算出部２５は、補正済み吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＡＦＭ、所定の補正係数ＫＲＥＦ＿ＡＦＭ、運転状態および推定吸入空気量ＨＧＡＩＲ＿ＡＦＭに基づいて今回の補正係数ＫＲＥＦ＿ＡＦＭを算出する。

以下、図２に示す各機能ブロックを詳細に説明する。

運転状態判定部２１では、エンジンの運転状態が所定の条件を満たしているかを判定し、判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦに該判定結果を設定する。所定の条件には、前述したようにゲージ圧が基準ゲージ圧に達しているかどうかの判断を含む。

判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦの値が、上記所定の条件を満たしていることを示すならば、吸入空気量算出部２２では、吸入空気量ＧＡＩＲを求める。図３に示すようなＡＦＭセンサ値および吸入空気量の関係を表す吸入空気量マップが、シミュレーション等によって予め作成されＥＣＵ２のメモリに記憶されている。吸入空気量算出部２２は、検出されたＡＦＭのセンサ値に基づき吸入空気量マップを参照し、対応する吸入空気量ＧＡＩＲを求める。

吸入空気量補正部２３では、吸入空気量算出部２２で算出された吸入空気量ＧＡＩＲを、後述する補正係数算出部２５により算出されている補正係数ＫＲＥＦ＿ＡＦＭで補正し、補正済み吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＡＦＭを求める。一例では、該補正係数ＫＲＥＦ＿ＡＦＭには前回の運転サイクルの最後に該補正係数について算出された値（最終値）が用いられる。ここで、運転サイクル（Ｄ／Ｃ）とは、イグニッションのオンからオフまでの間を示す。前回のＤ／Ｃの値を用いるのは、ＡＦＭ１０が正常に稼働している場合には、補正係数ＫＲＥＦ＿ＡＦＭの値の変動は小さいからである。補正係数ＫＲＥＦ＿ＡＦＭの詳細については後述する。

推定吸入空気量算出部２４では、θＴＨセンサ１５、ＴＡセンサ１２およびＰＡセンサ１６によって検出されたセンサ値から求められたスロットル通過空気量ＧＡＩＲ＿ＴＨと、基準ゲージ圧、ＴＡセンサ１２およびＰＡセンサ１６によって検出されたセンサ値から求められたＰＣＶ通過空気量ＧＡＩＲ＿ＰＣＶに基づいて推定吸入空気量ＨＧＡＩＲ＿ＡＦＭを算出する。

補正係数算出部２５は、補正済み吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＡＦＭおよび推定吸入空気量ＨＧＡＩＲ＿ＡＦＭの比較に基づいて、補正係数ＫＲＥＦ＿ＡＦＭを更新する。

本実施形態では、更新対象となる補正係数ＫＲＥＦ＿ＡＦＭには前回のＤ／Ｃの最終値が用いられる。これは、吸入空気量補正部２３を参照して前述したように、ＡＦＭ１０が正常に稼働している場合には、補正係数ＫＲＥＦ＿ＡＦＭの値の変動は小さいからである。補正係数算出部２５で求められた今回のＤ／Ｃの最終値はＥＣＵ２の不揮発性メモリに記憶され、吸入空気量補正部２３による次のＤ／Ｃにおける補正で用いられる。なお、補正係数の初期値（たとえば、車両の出荷後の最初のＤ／Ｃで用いられる）は、任意の適切な値に設定されることができ、該最初のＤ／Ｃでは、吸入空気量補正部２３および補正係数算出部２５では、該初期値を用いて演算することができる。

この形態によると、スロットル通過空気量だけではなく、ＰＣＶ通過空気量をも考慮して吸入空気量を推定するので、吸入空気量の検出値の補正精度を向上させることができる。また、検出された吸入空気量の補正に、推定吸入空気量に基づく補正係数を用いるので、ＬＡＦセンサ、燃料噴射弁、パージのバラツキによる影響を排除することができるという利点が得られる。こうして補正された吸入空気量は、例えば燃料噴射量の算出に用いられることができる。

好ましくは、故障判定部２６を設けてもよく、故障判定部２６では、補正係数算出部２５で求められた補正係数ＫＲＥＦ＿ＡＦＭに基づいてＡＦＭ１０の故障判定を行う。

この形態によると、推定吸入空気量を用いることにより補正係数の精度が向上するので、吸入空気量を検出する手段の故障をより高い精度で判定することができるという利点が得られる。

本実施形態では、各機能ブロックによる処理は所定の制御周期（例えばＴＤＣ信号に同期した周期）で実行される。よって、補正係数も補正係数算出部２５により該制御周期毎に更新される。しかし、本実施形態では、前述したように補正係数の値の変動は小さいので、吸入空気量補正部２３および補正係数算出部２５では、前回のＤ／Ｃにおいて算出された補正係数を用いる。一方、故障判定では、故障発生に応じて速やかに故障判定するのが好ましいので、制御周期毎に更新された補正係数を用いる。代替的に、吸入空気量補正部２３および補正係数算出部２５では、制御周期毎に更新された補正係数を用いてもよい。

次に図４を参照して、推定吸入空気量算出部２４の詳細な機能ブロック図について説明する。本実施形態の推定吸入空気量ＨＧＡＩＲ＿ＡＦＭは、スロットル通過空気量ＧＡＩＲ＿ＴＨおよびＰＣＶ通過空気量ＧＡＩＲ＿ＰＣＶを加算することにより算出される。

推定吸入空気量ＨＧＡＩＲ＿ＡＦＭを算出する意図を説明する。ＡＦＭ１０は、吸気管４のスロットル弁９に向かう空気量を検出するが、図１に示すように、スロットル弁９の上流にはブローバイガス通路１３が接続されている。したがって、吸気管４に入ってくる新気は、スロットル通過空気量とＰＣＶ通過空気量とからなる。この両方の空気量を推定し、これを、ＡＦＭ１０のセンサ値に基づく吸入空気量と比較しようとするものである。したがって、スロットル弁９とＡＦＭ１０との間に他の通路が接続される場合には、この通路へ流れる空気量も加算して推定吸入空気量を求めるのが好ましい。例えば、スロットル弁９をバイパスするバイパス通路が設けられているエンジンの場合、該バイパス通路上に設けられた制御弁の開度（開口面積）に基づいて該バイパス通路を通過する空気量を求めることができる。これに対し、例えばパージ通路１３およびＥＧＲ通路等のスロットル弁９の下流に接続される通路については考慮しなくてよい。

スロットル通過空気量ＧＡＩＲ＿ＴＨの算出について説明する。基準スロットル通過空気量算出部３１は、θＴＨセンサ１５によって検出されたセンサ値θＴＨに基づいて、スロットルの開口面積ＴＨＡを求める。例えば、ＥＣＵ２のメモリに記憶されているスロットルセンサ値とスロットルの開口面積との関係を表すマップを参照することにより、開口面積ＴＨＡを求めることができる。

所定の基準状態、すなわち基準となるゲージ圧、大気圧、および吸気温度におけるスロットル開口面積とスロットル通過空気量との関係を表すマップを、該算出したスロットルの開口面積ＴＨＡに基づいて参照し、該基準状態下における基準スロットル通過空気量ＧＡＩＲ＿ＴＨ＿ＢＡＳＥを求める。

図５に、このような相関マップの一例を示す。この例では、ゲージ圧が−１００ｍｍＨＧ（−１３．３３３ｋＰａ）（すなわち大気圧より１００ｍｍＨＧ低いことを示す）、大気圧が１気圧（７６０ｍｍＨＧすなわち１０１．３２ｋＰａ）、吸気温度が２５度である基準状態下におけるスロットル通過空気量とスロットル開口面積との関係を表している。該相関マップは、ＥＣＵ２のメモリに記憶されることができる。基準状態は、上記のような数値に限定されず、他の値のゲージ圧、大気圧および吸気温度を持つ状態を基準状態に設定してもよい。

より具体的には、スロットル通過空気量算出部３２はＴＡセンサ１２により検出される現在の吸気温度ＴＡ、ＰＡセンサ１６により検出される現在の大気圧ＰＡに基づいて、基準状態下の基準スロットル通過空気量ＧＡＩＲ＿ＴＨ＿ＢＡＳＥを補正し、現在の状態下のスロットル通過空気量ＧＡＩＲ＿ＴＨに換算する。本実施形態では前述の通り、ゲージ圧は所定の基準ゲージ圧に制御されており、現在の状態下におけるゲージ圧は基準ゲージ圧に等しい。この補正は、ベルヌーイの定理に基づいて導出された補正式を用いて次式のように行なわれる。

ＴＡ＿ＳＴＤは、基準状態下の基準吸気温度であり、ＰＡ＿ＳＴＤは、基準状態下の基準大気圧であり、前述したように、本実施形態では、それぞれ、２５℃、および７６０mmＨg（１０１．３２ｋＰａ）である。なお、式において、温度の単位としてケルビンを用いるので、ＴＡおよびＴＡ＿ＳＴＤに２７３が加算されている。この形態によると、大気圧毎および吸気温度毎にマップを定義してメモリに記憶しなくてよいという利点が得られる。

ここで、図６を参照して、上記式の導出根拠を説明する。図には、スロットル弁９が配置された吸気管４に関する各種パラメータが表されている。吸気管４の流路開口面積およびボア径（内径）は予め決められており、それぞれ、Ａ_ＤおよびＤによって表される。スロットル弁９が配置された所の面積すなわちスロットル開口面積は、Ａで表される。スロットル弁９の上流の圧力は大気圧ＰＡで表され、下流の圧力は、ＰＢセンサ１１により検出され、ＰＢで表される。ゲージ圧ＰＢＧＡは、大気圧ＰＡに対するＰＢの差圧を示す。空気密度は、ρで表される。図では、ＧＡＩＲ＿ＴＨの流量の通過空気量が、スロットル弁９を通過している様子を示している。

一般に、圧力（ここでは、大気圧）ＰＡの領域から、断面積Ａの経路を介して圧力ＰＢの領域へ、流量ＧＡＩＲ＿ＴＨの空気が流入する場合、流量ＧＡＩＲ＿ＴＨは、ベルヌーイの定理に基づいて、次式のように表される。

ここで、Ｃは、流量係数（流出係数と呼ばれることもある）である。

同様に、基準ゲージ圧ＰＢＧＡ＿ＳＴＤ、基準吸気温度ＴＡ＿ＳＴＤ、基準大気圧ＰＡ＿ＳＴＤの基準状態下において、断面積Ａの経路を介して流量ＧＡＩＲ＿ＴＨ＿ＢＡＳＥの空気が流れるとき、流量ＧＡＩＲ＿ＴＨ＿ＢＡＳＥは次式のように表される。ここで、ρ’は、この状態下における空気密度である。

式（３）より、流量係数Ｃは次のように表される。

式（４）を式（２）に代入すると、以下のように展開できる。

ここで、ρ／ρ’は空気密度の比であり、既知の気体の状態方程式（PV＝nRT）に基づいて次のように表される。

式（６）を式（５）に代入すると、以下のように展開できる。

本実施形態では、前述したようにＰＢＧＡ＝ＰＢＧＡ＿ＳＴＤとなるように制御されており、式（７）より、吸気温度ＴＡ、大気圧ＰＡにおけるスロットル通過空気量ＧＡＩＲ＿ＴＨを求めるための（１）式が導出される。

次にＰＣＶ通過空気量ＧＡＩＲ＿ＰＣＶの算出について説明する。基準ＰＣＶ通過空気量算出部３３は、基準ゲージ圧について予め決められた基準ＰＣＶ通過空気量ＧＡＩＲ＿ＰＣＶ＿ＢＡＳＥを求める。例えば図７に示すように、所定の基準状態、すなわち基準となる大気圧、および吸気温度におけるゲージ圧とＰＣＶ通過空気量との関係がシミュレーション等によって予め判明しており、基準ゲージ圧に対応するＰＣＶ通過空気量をＥＣＵ２の不揮発性メモリに予め記憶しておくことができる。

基準ゲージ圧は、図７から明らかなように、例えば−１００ｍｍＨＧ（−１３．３３３ｋＰａ）のようにＰＣＶ通過空気量が安定する所に設定されるのが好ましい。この形態によると、ＰＣＶ通過空気量が安定した状態であるため推定吸入空気量をより高い精度で算出できるという利点が得られる。さらに、基準ゲージ圧は大気圧に近い条件が好ましく、例えば−１００ｍｍＨＧ（−１３．３３３ｋＰａ）である。この形態によると、ゲージ圧が大気圧に近い条件で補正されるため、吸気管絶対圧センサ及び大気圧センサのバラツキによる影響を減らして検出された吸入空気量を補正することができるという利点が得られる。

ＰＣＶ通過空気量算出部３４は、スロットル通過空気量ＧＡＩＲ＿ＴＨの算出と同様に、基準状態下の基準ＰＣＶ通過空気量ＧＡＩＲ＿ＰＣＶ＿ＢＡＳＥを補正し、現在の状態下のＰＣＶ通過空気量ＧＡＩＲ＿ＰＣＶに換算する。

次に図８〜図１３を参照して、本願発明の一実施例に従う、制御フローを説明する。

図８は、メインフローを示し、該フローに示されるプロセスは、ＥＣＵ２により実行され、より具体的には、図２に示される機能ブロックによって実現される。該フローの制御周期は、例えばＴＤＣ信号に同期している。

ステップＳ１において、運転状態の判定を行うプロセスを実行する。ステップＳ２において、判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ（より具体的には、後述するようにこの実施例には第１〜第３の判定フラグがある）が立てられていればステップＳ３に進み、それ以外の場合はメインフローを終了する。ステップＳ３において、前述したように、検出されたＡＦＭ１０のセンサ値に基づいて、図３に示すようなマップを参照し、吸入空気量ＧＡＩＲを算出するプロセスを実行する。ステップＳ４において、吸入空気量ＧＡＩＲの補正をするプロセスを実行する。ステップＳ５において、推定吸入空気量ＨＧＡＩＲ＿ＡＦＭを算出するプロセスを実行する。ステップＳ６において、補正係数を算出するプロセスを実行する。ステップＳ７において、故障判定を行うプロセスを実行する。

図９ａ〜ｃは、図８のステップＳ１で実行されるプロセスのフローチャートを示す。本実施形態では、吸入空気量ＧＡＩＲの大きさについて第１運転状態、第２運転状態および第３運転状態という３つの運転状態領域が設定されているため３つの判定が行われる。この実施例では、第１運転状態は比較的小さい吸入空気量の運転状態であり、第３運転状態は比較的大きい吸入吸気量の運転状態であり、第２運転状態は第１と第３の間の吸入吸気量の運転状態である。

図９a〜ｃはこの３つの各運転状態の判定プロセスを示す。吸入空気量ＧＡＩＲの大きさについて３つの運転状態が設定される理由としては、ＡＦＭによって検出された吸入空気量（吸入空気量ＧＡＩＲ）の誤差の大きさは、該吸入空気量の大きさに依存するおそれがあるからである。したがって、補正係数も運転状態毎に設定される。なお本実施形態では３つであるが任意の数でよい。この形態によると、吸入空気量毎にＡＦＭの検出値のばらつきの大きさが異なるおそれがある場合に、該ばらつきを補償できるという利点が得られる。図８のステップＳ１では、図９ａ〜ｃに示す各運転状態の判定プロセスを順番にまたは同時に実行している。

図９ａについて説明をする。ステップＳ１０１は、θＴＨセンサ１５によって検出されたセンサ値が所定範囲内にあるかを判定する。所定値は例えば６deg〜１５degの範囲であり、全閉でない値に設定される。この形態によると、スロットル弁の開度が中開度の状態で吸入空気量を補正することができるので、カーボン詰まりによる影響を排除することができるという利点が得られる。ステップＳ１０２は、基準ゲージ圧が所定値であるかを判定する。所定値は、前述の通り、例えば−１００ｍｍＨＧ（−１３．３３３ｋＰａ）である。ステップＳ１０３〜１０５は、運転状態が安定しているかどうかを判定するためのものである。ステップＳ１０３は、基準ゲージ圧からの偏差が所定値であるかを判定する。所定値は例えば５ｍｍＨＧ（０．６６６ｋＰａ）である。ステップＳ１０４ａは、検出された吸入空気量ＧＡＩＲが第１の判定値以下であるかを判定する。第１の判定値は例えば１０ｇ／ｓである。ステップＳ１０５は、吸入空気量のばらつき幅が所定値であるかを判定する。所定値は例えば０．５ｇ／ｓである。ステップＳ１０６は、ＤＢＷが正常に作動しているかを判定する。ステップＳ１０７は、ＰＢセンサ１１が正常に作動しているかを判定する。ステップＳ１０８は、ＰＡセンサ１６が正常に作動しているかを判定する。ステップＳ１０９は、ＰＣＶ弁１４が正常に作動しているかを判定する。ステップＳ１１０は、学習ＵＰタイマーの値が所定値より大きいかを判定する。これは、ステップＳ１０１〜１１０をみたす運転状態が所定時間以上継続するか判断している。所定時間は例えば２ｓｅｃである。この形態によると、運転状態が安定した状態で補正するので、検出された吸入空気量をより高い精度で補正することができるという利点が得られる。

ステップＳ１０１〜１１０の全てが所定の条件を所定時間以上満たす場合は、ステップＳ１１１ａにおいて、第１運転状態と判定し、以降の処理を許可するため第１判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ１を１に設定する。ステップＳ１０１〜１１０の所定の条件を１つでも満たさない場合は処理を許可しないので、ステップＳ１１２は学習ＵＰタイマーを０に設定し、ステップＳ１１３ａは第１判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ１を０に設定する。

代替的に、上記所定の条件に現在の運転状態がアイドル状態かどうかの判定を含めてもよい。例えばアイドル状態は、エンジン回転数の変動が少ないこと、アイドル時の目標回転数と実回転数との偏差が少ないこと、暖機状態に達したことおよび、吸気管内圧力の変動が少ないことから判定できる。

次に、図９ｂおよびｃについて説明をする。図９ｂおよびｃについては、図９ａと異なるステップのみを説明し、同一のステップについては同一の符号を付し説明を省略する。

図９ｂについて説明をする。ステップＳ１０４ｂは、吸入空気量ＧＡＩＲが第１の判定値および第２の判定値の範囲内であるかを判定する。第１の判定値は前述の通りであり、第２の判定値は例えば２０ｇ／ｓである。ステップＳ１０１〜１１０の全てが所定の条件を満たす場合は、ステップＳ１１１ｂは、第２運転状態と判定して第２判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ２を１に設定する。ステップＳ１０１〜１１０の所定の条件を１つでも満たさない場合は、ステップＳ１１３ｂは、第２判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ２を０に設定する。

図９ｃについて説明をする。ステップＳ１０４ｃは、吸入空気量ＧＡＩＲが第２の判定値以上であるかを判定する。第２の判定値は前述の通りである。ステップＳ１０１〜１１０の全てが所定の条件を満たす場合は、ステップＳ１１１ｃは、第３運転状態と判定して第３判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ３を１に設定する。ステップＳ１０１〜１１０の所定の条件を１つでも満たさない場合は、ステップＳ１１３ｃは、第３判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ３を０に設定する。

図８に戻り、ステップＳ２では、第１判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ１、第２判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ２および第３判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ３のいずれかのフラグに値１が設定されているかを判断する。いずれの判定フラグにも１が設定されていない場合には、メインフローは終了する。いずれかの判定フラグに１が設定されていれば、ステップＳ３に進む。

図１０は、図８のステップＳ４で実行されるプロセスのフローチャートを示す。ステップＳ３で算出された吸入空気量ＧＡＩＲを補正して補正済み吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＡＦＭを算出する。ステップＳ４０１は、第１判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ１＝１であるかを判定する。第１判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ１＝１である場合には、第１運転状態用の第１補正係数ＫＲＥＦ１＿ＡＦＭを用いて補正を行う。補正済み吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＡＦＭは以下の式に従って算出される（ステップＳ４０２）。
GRIR_AFM=KREF1_AFM(前D/C) ×GAIR （９）

前述したように、式（９）では前回のＤ／Ｃの最終値の第１補正係数ＫＲＥＦ１＿ＡＦＭを用いる。

ステップＳ４０３は、第２判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ２＝１であるかを判定する。第２判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ２＝１である場合には、第２運転状態用の第２補正係数ＫＲＥＦ２＿ＡＦＭを用いて補正を行う。補正済み吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＡＦＭは以下の式に従って算出される（ステップＳ４０４）。
GRIR_AFM=KREF２_AFM(前D/C) ×GAIR （１０）

式（１０）では前回のＤ／Ｃの最終値の第２補正係数ＫＲＥＦ２＿ＡＦＭを用いる。

ステップＳ４０３において、第２判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ２＝１でないと判定された場合には、第３運転状態用の第３補正係数ＫＲＥＦ３＿ＡＦＭを用いて補正を行う。補正済み吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＡＦＭは以下の式に従って算出される（ステップＳ４０５）。
GRIR_AFM=KREF3_AFM(前D/C) ×GAIR （１１）

式（１１）では前回のＤ／Ｃの最終値の第３補正係数ＫＲＥＦ３＿ＡＦＭを用いる。

代替的に、前述の通り補正係数ＫＲＥＦ１＿ＡＦＭ〜ＫＲＥＦ３＿ＡＦＭに、前回の制御周期で算出された補正係数（後述する図１２で算出される）を用いてもよい。

図１１は、図８のステップＳ５で実行されるプロセスのフローチャートを示す。ステップＳ５０１において、θＴＨセンサ１５によって検出されたセンサ値に基づいてスロットルの開口面積ＴＨＡを求める。該スロットルの開口面積ＴＨＡに基づいて、図５に示すようなマップを参照し、基準スロットル通過空気量ＧＡＩＲ＿ＴＨ＿ＢＡＳＥを算出する。ステップＳ５０２において、前述した式（１）に従って、スロットル通過空気量ＧＡＩＲ＿ＴＨを算出する。

ステップＳ５０３において、基準ゲージ圧について、基準ＰＣＶ通過空気量ＧＡＩＲ＿ＰＣＶ＿ＢＡＳＥを求める。ステップＳ５０４において、前述した式（８）に従って、ＰＣＶ通過空気量ＧＡＩＲ＿ＰＣＶを算出する。

図１２は、図８のステップＳ６で実行されるプロセスのフローチャートを示す。ステップＳ６０１は、第１判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ１＝１であるかを判定する。第１判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ１＝１である場合には第１運転状態で用いる第１の補正係数を求める。第１の補正係数ＫＲＥＦ１＿ＡＦＭが以下のように算出される（ステップＳ６０２）。

まず、補正済み吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＡＦＭおよび推定吸入空気量ＨＧＡＩＲ＿ＡＦＭとの比率ｋｒｅｆ１＿ａｆｍを求める。
kref1_afm=GAIR_AFM/HGAIR_AFM （１２）

次に、比率ｋｒｅｆ１＿ａｆｍに対してなまし計算（ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ、平滑化）をする。例えば次のような一次遅れの式を用いて、平滑化を行うことができる。
Kref1_afm=C×Kref1_afm(n)＋(1−C)×Kref1_afm(n-1) （１３）

ここで、Ｃは所定の係数を、ｎは制御周期を表す。

最後に、平滑化した比率ｋｒｅｆ１＿ａｆｍを用いて、第１の補正係数ＫＲＥＦ１＿ＡＦＭを算出する。
KREF1_AFM=KREF1_AFM(前D/C) ×kref1_afm （１４）

前述したように、式（１４）では前回のＤ／Ｃの最終値の補正係数ＫＲＥＦ１＿ＡＦＭを用いる。

ステップＳ６０３は、第２判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ２＝１であるかを判定する。第２判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ２＝１である場合には第２運転状態で用いる第２の補正係数を求める。第２の補正係数ＫＲＥＦ２＿ＡＦＭが以下のように算出される（ステップＳ６０４）。

まず、補正済み吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＡＦＭおよび推定吸入空気量ＨＧＡＩＲ＿ＡＦＭとの比率ｋｒｅｆ２＿ａｆｍを求める。
kref2_afm=GAIR_AFM/HGAIR_AFM （１５）

次に、比率ｋｒｅｆ２＿ａｆｍに対してなまし計算（ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ、平滑化）をする。例えば次のような一次遅れの式を用いて、平滑化を行うことができる。
Kref2_afm=C×Kref2_afm(n)＋(1−C)×Kref2_afm(n-1) （１６）

ここで、Ｃは所定の係数を、ｎは制御周期を表す。

最後に、平滑化した比率ｋｒｅｆ２＿ａｆｍを用いて、第２の補正係数ＫＲＥＦ２＿ＡＦＭを算出する。
kREF2_AFM=KREF2_AFM(前D/C) ×kref2_afm （１７）

式（１７）では前回のＤ／Ｃの最終値の補正係数ＫＲＥＦ２＿ＡＦＭを用いる。

一方ステップＳ６０３において、第２判定フラグＦ＿ＡＦＭＲＥＦ２＝１でない場合には第３運転状態で用いる第３の補正係数を求める。第３の補正係数ＫＲＥＦ３＿ＡＦＭが以下のように算出される（ステップＳ６０５）。

まず、補正済み吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＡＦＭおよび推定吸入空気量ＨＧＡＩＲ＿ＡＦＭとの比率ｋｒｅｆ３＿ａｆｍを求める。
Kref3_afm=GAIR_AFM/HGAIR_AFM （１８）

次に、比率ｋｒｅｆ３＿ａｆｍに対してなまし計算（ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ、平滑化）をする。例えば次のような一次遅れの式を用いて、平滑化を行うことができる。
kref3_afm=C×Kref3_afm(n)＋(1−C)×Kref3_afm(n-1) （１９）

ここで、Ｃは所定の係数を、ｎは制御周期を表す。

最後に、平滑化した比率ｋｒｅｆ３＿ａｆｍを用いて、第３の補正係数ＫＲＥＦ３＿ＡＦＭを算出する。
KREF3_AFM=KREF3_AFM(前D/C) ×kref3_afm （２０）

式（２０）では前回のＤ／Ｃの最終値の補正係数ＫＲＥＦ３＿ＡＦＭを用いる。なおステップＳ６で求めた補正係数が今回のＤ／Ｃの最終値である場合には不揮発性メモリに記憶され、前述したように、次のＤ／Ｃで用いられる。代替的に、前述の通り補正係数ＫＲＥＦ１＿ＡＦＭ〜ＫＲＥＦ３＿ＡＦＭに、前回の制御周期で算出された補正係数を用いてもよい。 図１３は、図８のステップＳ７で実行されるプロセスのフローチャートを示す。ステップＳ７０１は、式（２１）に従って第１の補正係数に基づきＡＦＭ１０の故障を判定する。
|KREF1_AFM-1| > KREF1_FM_FAL （２１）

第１の補正係数ＫＲＥＦ１＿ＡＦＭが１の場合には、吸入空気量ＧＡＩＲの補正が不要であることを示す。つまり、第１の補正係数ＫＲＥＦ１＿ＡＦＭが１に近い値を示す場合には、ＡＦＭ１０で検出した吸入空気量ＧＡＩＲの補正量が少なくＡＦＭ１０が正常に作動していることを示す。そこで、式（２１）の左辺で、第１の補正係数ＫＲＥＦ１＿ＡＦＭから１を減算し、その差分の絶対値がしきい値より大きいかどうかで故障判定を行っている。第１のしきい値ＫＲＥＦ１＿ＦＭ＿ＦＡＬは所定のしきい値であって、例えば、第１の補正係数ＫＲＥＦ１＿ＡＦＭの１０％〜２０％の値である。

ステップＳ７０１において、第１の補正係数ＫＲＥＦ１＿ＡＦＭが第１のしきい値ＫＲＥＦ１＿ＦＭ＿ＦＡＬより大きければ、ステップＳ７０４において、故障と判定する。

ステップＳ７０２は、式（２２）に従って第２の補正係数に基づきＡＦＭ１０の故障を判定する。
|KREF2_AFM-1| > KREF2_FM_FAL （２２）

ここで、左辺において１を減算しているのは、第１の補正係数ＫＲＥＦ１＿ＡＦＭの場合と同様の理由である。第２のしきい値ＫＲＥＦ２＿ＦＭ＿ＦＡＬは所定のしきい値であって、例えば、第２の補正係数ＫＲＥＦ２＿ＡＦＭの１０％〜２０％の値である。

ステップＳ７０２において、第２の補正係数ＫＲＥＦ２＿ＡＦＭが第２のしきい値ＫＲＥＦ２＿ＦＭ＿ＦＡＬより大きければ、ステップＳ７０４において、故障と判定する。

ステップＳ７０３は、式（２３）に従って第３の補正係数に基づきＡＦＭ１０の故障を判定する。
|KREF3_AFM-1| > KREF3_FM_FAL （２３）

ここで、左辺において１を減算しているのは、第１の補正係数ＫＲＥＦ１＿ＡＦＭの場合と同様の理由である。第３のしきい値ＫＲＥＦ３＿ＦＭ＿ＦＡＬは、所定のしきい値であって、例えば、第３の補正係数ＫＲＥＦ３＿ＡＦＭの１０％〜２０％の値である。

ステップＳ７０３において、第３の補正係数ＫＲＥＦ３＿ＡＦＭが第３のしきい値ＫＲＥＦ３＿ＦＭ＿ＦＡＬより大きければ、ステップＳ７０４において、故障と判定する。

以上に、この発明の特定の実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含むものである。

本発明の一実施形態に従う、内燃機関およびその制御装置を概略的に示す図。 本発明の一実施形態に従う、内燃機関の吸入空気量の検出値を補正する機能ブロック図。 本発明の一実施形態に従う、吸入空気量を検出する手段の検出値と吸入空気量との関係を表す相関マップ 本発明の一実施形態に従う、推定空気量算出部の機能ブロック図。 本発明の一実施形態に従う、基準状態下におけるスロットル開口面積とスロットル通過空気量との関係を表す相関マップ。 本発明の一実施形態に従う、吸気管に関する各種パラメータを示す図。 本発明の一実施形態に従う、基準状態下におけるゲージ圧とＰＣＶ通過空気量との関係を表す相関マップ。 本発明の一実施形態に従う、吸入空気量の補正を行うためのメインフロー。 本発明の一実施形態に従う、運転状態を判定するプロセスのフローチャート。 本発明の一実施形態に従う、運転状態を判定するプロセスのフローチャート。 本発明の一実施形態に従う、運転状態を判定するプロセスのフローチャート。 本発明の一実施形態に従う、吸入空気量の補正をするプロセスのフローチャート。 本発明の一実施形態に従う、吸入空気量の推定値を算出するプロセスのフローチャート。 本発明の一実施形態に従う、補正係数を算出するプロセスのフローチャート。 本発明の一実施形態に従う、故障を判定するプロセスのフローチャート。

符号の説明

1 吸気制御装置
2 ＥＣＵ
3 エンジン
4 吸気管
9 スロットル弁
10 ＡＦＭ
11 ＰＢセンサ
12 ＴＡセンサ
13 ブローバイガス通路
14 ＰＣＶ弁
15 θＴＨセンサ
16 ＰＡセンサ

Claims (7)

1. 吸気管内のゲージ圧を所定の基準ゲージ圧に保持するよう制御されるスロットル弁と、吸気管と内燃機関の間に接続されたブローバイガス通路と、スロットル弁開度センサを備える内燃機関の吸気制御装置であって、
   前記スロットル弁の上流に設けられ、吸気管を通る吸入空気量を検出する検出手段と、
   補正係数を用いて前記検出された吸入空気量を補正する手段と、
   前記スロットル弁開度センサから得られるスロットル開口面積に基づいて求められる、前記スロットル弁を通過する空気量であるスロットル通過空気量と、前記基準ゲージ圧に基づいて求められる、前記ブローバイガス通路を通過する空気量であるPCV通過空気量とに基づいて、推定吸入空気量を算出する推定吸入空気量算出手段とを備え、
   前記補正された吸入空気量と前記推定吸入空気量との比率を前記補正係数の前回値に乗算することにより前記補正係数を更新し、さらに、更新後の前記補正係数と１との差分の絶対値が所定のしきい値より大きい場合に前記検出手段が故障であると判定することを特徴とする、吸気制御装置。
2. 前記検出手段は、エアーフローメータである、請求項１に記載の吸気制御装置。
3. 前記所定の基準ゲージ圧は、大気圧から所定値を引いた値である、請求項１に記載の吸気制御装置。
4. 前記基準ゲージ圧、所定の基準大気圧および基準吸気温度におけるスロットル通過空気量とスロットル開口面積との関係を表す第１のマップを記憶する手段をさらに備え、
   前記スロットル通過空気量は、前記第１のマップおよび現在のスロットル開口面積に基づき算出された基準スロットル通過空気量、現在の大気圧、および現在の吸気温度に基づいて算出され、
   前記PCV通過空気量は、前記基準ゲージ圧、所定の基準大気圧、および基準吸気温度に基づき算出された基準PCV通過空気量、現在の大気圧、および現在の吸気温度に基づいて算出される、請求項１に記載の前記吸気制御装置。
5. 前記吸入空気量の大きさについて複数の運転状態領域が設定されると共に、前記補正係数は該複数の運転状態領域のそれぞれについて設定され、前記複数の運転状態のどの運転状態領域にあるか判定し、該判定された運転状態領域の前記補正係数を算出する、請求項１に記載の前記吸気制御装置。
6. 現在の内燃機関の運転状態を判定する手段をさらに有し、
   前記運転状態が所定の条件を満足した場合に前記吸入空気量を補正する、請求項１に記載の前記吸気制御装置。
7. 前記内燃機関の運転状態を判定する手段は、前記スロットル弁の開度が全閉でない所定の開度範囲内にあるかを判定することを含む、請求項６に記載の前記吸気制御装置。

Images