過給機付き内燃機関の制御装置
【課題】目標スロットル開度の計算にエア逆モデルを用いる過給機付き内燃機関の制御装置において、圧力センサによるスロットル上流圧の計測値に誤差が含まれる場合であっても、その誤差の影響が要求トルクの実現精度に及ぶことがないようにする。
【解決手段】要求トルクから計算される筒内吸入空気量の要求値と圧力センサによるスロットル上流圧の計測値とに基づいてエア逆モデルを用いてスロットル開度の目標値を計算する。その一方で、エアフローメータによる吸気流量の計測値からスロットル上流圧の推定値を計算する。そして、スロットル開度の計測値とスロットル上流圧の推定値とに基づいてエアモデルを用いて筒内吸入空気量の推定値を計算する。そして、エア逆モデルを用いた計算に関係する特定の変数に関し、筒内吸入空気量の要求値に推定値を合わせるための補正値をそれらの差に基づいて学習し、学習した補正値によって特定変数を補正する。
【解決手段】要求トルクから計算される筒内吸入空気量の要求値と圧力センサによるスロットル上流圧の計測値とに基づいてエア逆モデルを用いてスロットル開度の目標値を計算する。その一方で、エアフローメータによる吸気流量の計測値からスロットル上流圧の推定値を計算する。そして、スロットル開度の計測値とスロットル上流圧の推定値とに基づいてエアモデルを用いて筒内吸入空気量の推定値を計算する。そして、エア逆モデルを用いた計算に関係する特定の変数に関し、筒内吸入空気量の要求値に推定値を合わせるための補正値をそれらの差に基づいて学習し、学習した補正値によって特定変数を補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、要求トルクを実現するためのスロットル開度をエア逆モデルを用いて決定する過給機付き内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１０−０５３７０５号公報に開示されているように、エア逆モデルを用いた計算によって目標スロットル開度を決定する方法が知られている。エア逆モデルは、エアモデル、すなわち、スロットルの動作に対する吸入空気量の応答をモデル化し、それを数式で表したものの逆モデルである。要求トルクから要求筒内吸入空気量を算出し、それをエア逆モデルに入力することによって、要求トルクを実現するのに必要なスロットル開度が算出される。
【０００３】
エア逆モデルには、スロットル通過流量からスロットル開度を計算するためのスロットル逆モデルが含まれている。スロットル逆モデルは下記の方程式によって表すことができる。この方程式において、ＴＡはスロットル開度、ｍｔはスロットル通過流量、Ｐｍは吸気管圧、Ｐｕｐはスロットル上流圧、Ｔｕｐはスロットル上流温度であり、Ｂ−１及びΦはそれぞれ関数を表している。なお、この方程式を変形してスロットル通過流量ｍｔを求める式にしたものがスロットルモデルの方程式となる。
【０００４】
【数１】
【０００５】
この方程式から分かるように、エア逆モデルを用いた計算ではパラメータの１つとしてスロットル上流圧が用いられる。自然吸気型の内燃機関の場合であれば、スロットル上流圧は大気圧に等しいとみなすことも可能である。しかし、過給機付き内燃機関の場合には、過給機の動作状態に応じてスロットル上流圧は大きく変化する。このため、過給機付き内燃機関の制御装置においてエア逆モデルを用いた計算を行う場合には、圧力センサによってスロットル上流圧を実際に計測し、その計測値を上記のパラメータに代入することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−０５３７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、スロットル上流圧を圧力センサによって計測する場合、圧力センサの出力値が常に正しい値を示しているとは限らない。経時変化によって或いは個体差によって、圧力センサの出力値には誤差が含まれる可能性がある。圧力センサの出力値に誤差が含まれる場合、その誤差の影響は要求トルクの実現精度に及ぶことになる。例えば、圧力センサの出力値が真値よりも高い値を示している場合、エア逆モデルを用いて算出される目標スロットル開度は正しい開度よりも小さい値となる。その場合の実現筒内吸入空気量は要求筒内吸入空気量に対して不足することになり、結果として要求トルクに対する実現トルクの不足が生じてしまう。逆に、圧力センサの出力値が真値よりも低い値を示している場合には、要求トルクに対して実現トルクが過剰になってしまう。
【０００８】
以上述べたように、エア逆モデルを用いた目標スロットル開度の計算を過給機付き内燃機関に適用する場合には、圧力センサによるスロットル上流圧の計測値に含まれる誤差の影響を如何にして排除するかが１つの課題となる。本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、圧力センサによるスロットル上流圧の計測値に誤差が含まれる場合であっても、その誤差の影響が要求トルクの実現精度に及ぶことがないようにした過給機付き内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの形態によれば、制御装置は、要求トルクから筒内吸入空気量の要求値を計算するとともに、圧力センサによるスロットル上流圧の計測値を取得する。そして、制御装置は、筒内吸入空気量の要求値とスロットル上流圧の計測値とに基づいてエア逆モデルを用いてスロットル開度の目標値を計算し、スロットル開度の目標値に従ってスロットルを操作する。その一方で、制御装置は、スロットル開度センサによるスロットル開度の計測値を取得するとともに、エアフローメータによる吸気流量の計測値からスロットル上流圧の推定値を計算する。そして、制御装置は、スロットル開度の計測値とスロットル上流圧の推定値とに基づいてエアモデルを用いて筒内吸入空気量の推定値を計算する。
【００１０】
このとき、スロットル上流圧の計測値と推定値との間にずれが無ければ、筒内吸入空気量の推定値はその要求値と等しい値になるはずである。筒内吸入空気量の要求値をエア逆モデルによってスロットル開度に変換し、それを再びエアモデルによって逆変換したものが筒内吸入空気量の推定値だからである。よって、筒内吸入空気量の推定値と要求値とに違いが生じている場合、それはスロットル開度の計測値に含まれる誤差の影響であると推測することができる。スロットル上流圧の推定値に関して言えば、それは概ね真値であるとみなすことができる。エアフローメータは自然吸気型の内燃機関でも広く用いられている実績のあるセンサであることから、それによる吸気流量の計測値の信頼性は高く、吸気流量の計測値を用いて計算されたスロットル上流圧の推定値の精度も高いと考えられるからである。
【００１１】
そこで、制御装置は、筒内吸入空気量の要求値と推定値とに違いが生じている場合、エア逆モデルを用いた計算に関係する特定の変数に関し、筒内吸入空気量の要求値に推定値を合わせるための補正値をそれらの差に基づいて学習する。そして、その補正値によって特定変数の補正を行う。特定変数に対して補正値が与えられることで、エア逆モデルにより算出されるスロットル開度の目標値は与えられた補正値に応じて変化し、それに応じて筒内吸入空気量の推定値にも変化が生じる。よって、筒内吸入空気量の要求値と推定値との差がなくなるように特定変数の補正値を学習することにより、筒内吸入空気量の要求値に対して実現値に過不足が生じることは避けられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、圧力センサによるスロットル上流圧の計測値に含まれる誤差の影響を受けることなく、スロットル開度の目標値を正しく算出して要求トルクを精度良く実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１の過給機付き内燃機関の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】エア逆モデルの構成を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１で実行されるスロットル上流圧の計測値の補正のための処理を示すフローチャートである。
【図４】筒内吸入空気量の要求値と推定値との誤差に対する補正値の更新量の設定の例を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２の過給機付き内燃機関の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態２で実行されるスロットル開度の目標値の補正のための処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図を用いて説明する。
【００１５】
本実施の形態の制御装置の適用対象となる内燃機関は、ターボチャージャや機械式スーパーチャージャ等の過給機を備え、且つ、電子制御式スロットル（以下、単にスロットル或いは電スロと省略する）による空気量の調整によってトルクを制御することのできる４サイクルレシプロエンジンである。本制御装置は、内燃機関に備えられるＥＣＵの一機能として実現される。詳しくは、メモリに記憶されたプログラムがＣＰＵによって実行されることで、ＥＣＵは制御装置として機能する。ＥＣＵが制御装置として機能する場合、ＥＣＵは、プログラムされているスロットル制御ロジックに従ってスロットルの動作を制御する。
【００１６】
図１は、スロットル制御ロジックに従いＥＣＵが機能することで実現される制御装置の構成を示す機能ブロックである。この図に示すように、本制御装置は、外部から要求トルクを取得するとともに、スロットル上流圧センサ（図中にはＰｕｐセンサと表記）４とエアフローメータ（図中にはＡＦＭと表記）６の各出力値を取得する。スロットル上流圧センサ４は吸気通路においてコンプレッサの下流で且つスロットルの上流に取り付けられている。エアフローメータ６は吸気通路の入口に取り付けられている。スロットル上流圧センサ４の出力値からはスロットル上流圧を計測することができ、エアフローメータ６の出力値からは吸気通路に取り込まれる空気の流量（以下、吸気流量）を計測することができる。
【００１７】
本制御装置は要求空気量変換マップ１０を備えている。要求空気量変換マップ１０は、トルクと吸入空気量（或いは、それを無次元化した充填効率又は負荷率）とがエンジン回転数、点火時期及び空燃比を含む種々のエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。要求空気量変換マップ１０では、現在のエンジン状態量のもとで要求トルクの実現のために要求される筒内吸入空気量（以下、要求ＫＬと表記する）が算出される。
【００１８】
本制御装置はエア逆モデル２０を備えている。要求ＫＬをエア逆モデル２０に入力することによって、スロットル開度の目標値（以下、目標ＴＡ）が算出される。ここで、図２を用いてエア逆モデル２０の詳細について説明する。エア逆モデル２０は、詳しくは、吸気弁逆モデル２２、吸気管逆モデル２４、スロットル逆モデル２６、スロットル動作逆モデル２８、スロットル動作モデル３８及び簡易エアモデル３０を組み合わせて構成されている。
【００１９】
吸気弁逆モデル２２は、筒内吸入空気量と吸気管圧力との関係について調べた実験ベースのモデルである。実験で得られた経験則により、吸気弁逆モデル２２においては筒内吸入空気量と吸気管圧力との関係が直線で近似されている。要求空気量変換マップ１０で得られた要求ＫＬを吸気弁逆モデル２２に入力することによって、要求ＫＬの実現のために要求される吸気管圧（以下、要求Ｐｍと表記する）が算出される。
【００２０】
吸気管逆モデル２４は、吸気管内の空気に関する保存則、具体的には、エネルギー保存則と流量保存則とに基づいて構築された物理モデルである。吸気管逆モデル２４では、スロットルを通過する空気の流量と吸気管圧との関係が数式で表されている。要求Ｐｍと現在の仮想吸気管圧（以下、仮想Ｐｍと表記する）との差圧（以下、ΔＰｍと表記する）と、現在の仮想筒内吸入空気量（以下、仮想ＫＬと表記する）と、１ステップ前の要求Ｐｍとを吸気管逆モデル２４に入力することによって、要求Ｐｍの実現のために要求されるスロットル通過流量（以下、要求ｍｔと表記する）が算出される。
【００２１】
スロットル逆モデル２６は、スロットル通過流量とスロットル開度との関係を数式で表したモデルである。前述のように、スロットル逆モデル２６を用いた計算ではパラメータの１つとしてスロットル上流圧が用いられる。そして、スロットル上流圧センサ４の出力値から得られたスロットル上流圧の計測値（図２に示すＰｕｐ）がそのパラメータに代入される。このスロットル逆モデル２６に要求ｍｔを入力することによって、要求ｍｔの実現のためのスロットル開度が算出される。
【００２２】
スロットル動作逆モデル２８は、スロットル２の動作とその動作を生じさせる入力信号との関係を数式等で近似したモデルである。スロットル逆モデル２６で算出されたスロットル開度をスロットル動作逆モデル２８に入力することによって、それを実現するための入力信号、すなわち、目標ＴＡが算出される。
【００２３】
スロットル動作モデル３８及び簡易エアモデル３０は、上述の計算過程で用いられる仮想Ｐｍ及び仮想ＫＬを算出するために設けられている。スロットル動作モデル３８は、前述のスロットル動作逆モデル２８に対応する順モデルである。スロットル動作モデル３８に目標ＴＡを入力することによって、現時点における仮想の実スロットル開度が算出される。簡易エアモデル３０は、スロットルモデル３２、吸気管モデル３４及び吸気弁モデル３６によって構成されている。このうちのスロットルモデル３２は、前述のスロットル逆モデル２６に対応する順モデルである。スロットルモデル３２を用いた計算では、スロットル逆モデル２６の場合と同様、スロットル上流圧センサ４の出力値から得られたスロットル上流圧の計測値（図２に示すＰｕｐ）がスロットルモデル３２のパラメータに代入される。このスロットルモデル３２に仮想スロットル開度を入力することによって、現在の仮想スロットル通過流量（以下、仮想ｍｔと表記する）が算出される。また、吸気管モデル３４は前述の吸気管逆モデル２４に対応する順モデルであって、仮想ｍｔの入力により仮想Ｐｍを算出する。吸気弁モデル３６は前述の吸気弁逆モデル２２に対応する順モデルであって、仮想Ｐｍの入力によって仮想ＫＬを算出する。前述のように、仮想ＰｍはΔＰｍの計算に用いられ、仮想ＫＬはΔＰｍとともに吸気管逆モデル２４に入力される。
【００２４】
再び図１に戻り、本制御装置の全体構成について引き続き説明する。上述のエア逆モデル２０によって算出された目標ＴＡは、スロットル２に対する入力信号となる。スロットル２はこの目標ＴＡに従って操作される。その操作によって実際に実現されたスロットル２の開度は、図示しないスロットル開度センサによって計測される。
【００２５】
本制御装置はエアモデル１２を備えている。スロットル開度センサによるスロットル開度の計測値（以下、実ＴＡ）はエアモデル１２に入力される。実ＴＡをエアモデル１２に入力することによって、実ＴＡによって実現される筒内吸入空気量の推定値（以下、推定ＫＬ）が算出される。このエアモデル１２は、簡易エアモデル３０よりも厳密にモデル化されたエアモデルであるが、基本的には簡易エアモデル３０と同様にスロットルモデル、吸気管モデル及び吸気弁モデルを備えている。エアモデル１２のスロットルモデルを用いた計算では、スロットル上流圧の計測値ではなく、スロットル上流圧推定部１４で計算された推定値がスロットルモデルのパラメータに代入される。
【００２６】
スロットル上流圧推定部１４には、エアフローメータ６の出力値から得られた吸気流量の計測値が入力される。スロットル上流圧、つまり、コンプレッサからスロットルまでの空間内の圧力は、コンプレッサを通過するガスの流量が分かればエネルギー保存則と流量保存則とを用いて正確に算出することができる。少なくとも定常状態ではコンプレッサ通過流量と吸気流量とは等しいことから、エアフローメータ６による吸気流量の計測値を得ることによってスロットル上流圧の推定値を計算することができる。
【００２７】
本制御装置は、エアモデル１２を用いて算出した推定ＫＬを要求ＫＬと比較する。比較した要求ＫＬと推定ＫＬとの間に違いが生じている場合には、その原因はスロットル上流圧の計測値と推定値とのずれであると推測することができる。スロットル上流圧の計測値と推定値にずれがある場合、スロットル上流圧の推定値のほうが真値を示している可能性が高い。スロットル上流圧の推定値の計算に用いられている吸気流量は、スロットル上流圧センサ４に比較してより実績のあるエアフローメータ６によって計測されたものだからである。そこで、本制御装置は、推定ＫＬと要求ＫＬとの差を解消するための補正値によってスロットル上流圧の計測値を補正する。この補正処理の実行手順をフローチャートで示したものが図３である。そして、この補正処理は、本制御装置が備える補正実行部１６及び補正値学習部１８によって実行される。以下、図３のフローチャートを参照しながら補正実行部１６及び補正値学習部１８の各機能について説明する。
【００２８】
図３のフローチャートによれば、スロットル上流圧の計測値に対する補正を実行する条件としてステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３及びＳ１４の判定が順に行われる。これらの判定は補正実行部１６により行われる。ステップＳ１１では、補正実行部１６は、スロットル２がフェール状態でないことを確認する。スロットル２がフェール状態ならば、それが推定ＫＬと要求ＫＬとの間に差が生じた原因であると言える。よって、スロットル２がフェール状態の場合には、補正実行部１６によるスロットル上流圧の計測値の補正は行われない。なお、スロットル２がフェール状態かどうかは、例えば、目標ＴＡの入力に対する実ＴＡの応答から判断することができる。
【００２９】
次のステップＳ１２では、補正実行部１６は、エアフローメータ６がフェール状態でないことを確認する。前述のようにエアフローメータ６は実績のあるセンサであるが、何らかの故障が生じる可能性が全くないとは言えない。もしもエアフローメータ６がフェール状態になったならば、それが推定ＫＬと要求ＫＬとの間に差が生じた原因であると言える。よって、エアフローメータ６がフェール状態の場合には、補正実行部１６によるスロットル上流圧の計測値の補正は行われない。エアフローメータ６がフェール状態かどうかの判断には公知のＯＢＤ方法を用いることができる。例えば、エアフローメータ６の出力レベルからフェール状態かどうかを判断することができる。
【００３０】
次のステップＳ１３では、補正実行部１６は、要求ＫＬと推定ＫＬとの差（以下、ΔＫＬ）の大きさが所定の閾値（例えば７％）以上かどうか判定する。その閾値で定まる許容範囲内にΔＫＬが収まっているのであれば、スロットル上流圧の計測値と推定値との間にずれは生じていないと判断することができる。したがって、その場合には補正実行部１６によるスロットル上流圧の計測値の補正は行われない。
【００３１】
そして、ステップＳ１４では、補正実行部１６は、ＥＣＵによって別途行われているＡ／Ｆ学習制御の学習値の大きさが所定の閾値（例えば４％）以下に収まっているかどうか判定する。Ａ／Ｆ学習制御では、排気通路に配置された空燃比センサによって排気ガスの空燃比が計測され、空燃比の計測値を目標空燃比に合わせるために必要な燃料噴射量の補正値が学習される。燃料噴射量はエアフローメータ６の出力値を用いて決定されているので、エアフローメータ６の出力値が真値からずれている場合には、それにより生じる燃料噴射量の過不足を補償するように燃料噴射量の補正が行われることになる。そして、エアフローメータ６の出力値のずれが大きいほど、学習された燃料噴射量の補正値、つまり、学習値は大きくなる。よって、Ａ／Ｆ学習制御の学習値の大きさが所定の閾値を超えている場合には、エアフローメータ６はフェール状態ではないものの、その出力値の信頼性が低下していると判断することができる。この場合、補正実行部１６によるスロットル上流圧の計測値の補正は行われない。
【００３２】
以上のステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３及びＳ１４の判定結果が全て肯定であった場合、補正実行部１６によりステップＳ１５の処理が行われる。ステップＳ１５では、補正実行部１６は、スロットル上流圧の計測値に対する補正値（以下、Ｐｕｐ補正値）を出力する。補正実行部１６が出力するＰｕｐ補正値は補正値学習部１８から供給される。補正実行部１６から出力されたＰｕｐ補正値はスロットル上流圧センサ４によるスロットル上流圧の計測値に加算され、Ｐｕｐ補正値で補正されたスロットル上流圧の計測値がエア逆モデル２０において使用される。つまり、スロットル逆モデル２６及びスロットルモデル３２の各パラメータ（図２に示すＰｕｐ）に代入される。
【００３３】
また、ステップＳ１５と並行して補正値学習部１８によりステップＳ１６の処理が行われる。補正値学習部１８は、補正実行部１６が出力するＰｕｐ補正値をΔＫＬに基づいて学習し、その学習値をメモリに記憶する。補正値学習部１８には、図４に示すようなマップが備えられている。このマップではΔＫＬに対するＰｕｐ補正値の更新量が定められている。補正値学習部１８は、ΔＫＬの大きさが所定の閾値を超えて拡大したとき、補正実行部１６が出力しているＰｕｐ補正値にΔＫＬに応じた更新量を加算する。そして、Ｐｕｐ補正値に更新量を加算することでΔＫＬが所定の許容範囲内（例えば±５％以内）に収まり、且つ、一定期間その状態が継続した場合、Ｐｕｐ補正値に更新量を加算した値を新たなＰｕｐ補正値として学習する。
【００３４】
以上のような補正処理が行われることにより、エア逆モデル２０により算出される目標ＴＡは与えられたＰｕｐ補正値に応じて変化し、それに応じて筒内吸入空気量の実現値にも変化が生じる。Ｐｕｐ補正値は要求ＫＬと推定ＫＬとの差がなくなるように学習されているので、要求ＫＬに対して筒内吸入空気量の実現値に過不足が生じることは避けられる。これにより、スロットル上流圧センサ４によるスロットル上流圧の計測値に誤差が含まれる場合であっても、その誤差の影響が要求トルクの実現精度に及ぶことは防止される。
【００３５】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図を用いて説明する。
【００３６】
図５は、本発明の実施の形態２の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。本制御装置を構成する要素のうち、実施の形態１の制御装置と機能において共通する要素については同一の符号を付している。以下では、実施の形態１と共通する要素についてはその説明を省略或いは簡略し、実施の形態１と異なる要素の機能を中心に本制御装置の構成について説明する。
【００３７】
本制御装置と実施の形態１の制御装置との相違点の１つは、推定ＫＬと要求ＫＬとの差に基づいて学習した補正値による補正対象である。本制御装置は、推定ＫＬと要求ＫＬとの差を解消するための補正値によって目標ＴＡを補正する。目標ＴＡは、エア逆モデル２０を用いた計算に関係する特定の変数である点において、実施の形態１において補正対象とされているスロットル上流圧の計測値と共通している、本制御装置による補正処理の実行手順をフローチャートで示したものが図６である。そして、この補正処理は、本制御装置が備える補正実行部４０及び補正値学習部４２によって実行される。以下、図６のフローチャートを参照しながら補正実行部４０及び補正値学習部４２の各機能について説明する。
【００３８】
図６のフローチャートによれば、目標ＴＡに対する補正を実行する条件としてステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３及びＳ２４の判定が順に行われる。これらの判定は補正実行部４０により行われる。ステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４の各判定の内容は、実施の形態１の補正処理におけるステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４の各判定の内容と同内容である。すなわち、ステップＳ２１では、補正実行部４０は、スロットル２がフェール状態でないことを確認する。次のステップＳ２２では、補正実行部４０は、エアフローメータ６がフェール状態でないことを確認する。次のステップＳ２３では、補正実行部４０は、要求ＫＬと推定ＫＬとの差であるΔＫＬの大きさが所定の閾値以上かどうか判定する。そして、ステップＳ２４では、補正実行部４０は、Ａ／Ｆ学習制御の学習値の大きさが所定の閾値以下かどうか判定する。
【００３９】
以上のステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３及びＳ２４の判定結果が全て肯定であった場合、補正実行部４０によりステップＳ２５の処理が行われる。ステップＳ２５では、補正実行部４０は、エア逆モデル２０を用いた計算で算出される目標ＴＡに対する補正値（以下、ＴＡ補正値）を出力する。補正実行部４０が出力するＴＡ補正値は補正値学習部４２から供給される。補正実行部４０から出力されたＴＡ補正値は、詳しくは図２に示すエア逆モデル２０の構成において、スロットル逆動作モデル２８から出力される目標ＴＡに加算される。ＴＡ補正値で補正された目標ＴＡはスロットル２に入力信号として供給されるとともに、エア逆モデル２０の内部の計算、具体的には、仮想Ｐｍを算出するための計算でも用いられる。
【００４０】
また、ステップＳ２５と並行して補正値学習部４２によりステップＳ２６の処理が行われる。補正値学習部４２は、補正実行部４０が出力するＴＡ補正値をΔＫＬに基づいて学習し、その学習値をメモリに記憶する。補正値学習部４２には、ΔＫＬに対するＴＡ補正値の更新量が定められたマップが備えられている。補正値学習部４２は、ΔＫＬの大きさが所定の閾値を超えて拡大したとき、補正実行部４０が出力しているＴＡ補正値にΔＫＬに応じた更新量を加算する。そして、ＴＡ補正値に更新量を加算することでΔＫＬが所定の許容範囲内に収まり、且つ、一定期間その状態が継続した場合、ＴＡ補正値に更新量を加算した値を新たなＴＡ補正値として学習する。
【００４１】
以上のような補正処理が行われることにより、スロットル２の実現開度は目標ＴＡに対して与えられたＴＡ補正値に応じて変化し、それに応じて筒内吸入空気量の実現値にも変化が生じる。本実施の形態では目標ＴＡをＴＡ補正値によって直接補正するので、エア逆モデル２０が有するモデル誤差に影響されることなく、所望の筒内吸入空気量が得られる開度にスロットル２を精度良く制御することができる。これにより、スロットル上流圧センサ４によるスロットル上流圧の計測値に誤差が含まれる場合であっても、その誤差の影響が要求トルクの実現精度に及ぶことは防止される。
【００４２】
その他．
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、Ｐｕｐ補正値やＴＡ補正値の学習の方法としては、ΔＫＬに基づいたＰＩ制御やＰＩＤ制御を行い、その積分項を学習値として計算することでもよい。また、実施の形態１ではスロットル上流圧を補正対象としているが、スロットル上流圧と吸気管圧の比、すなわち、スロットル逆モデルの方程式におけるＰｕｐ／Ｐｍを補正対象としてもよい。また、実施の形態２ではスロットル動作逆モデル２８で算出された目標ＴＡを補正対象としているが、スロットル逆モデル２６で算出されたスロットル開度を補正対象としてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
２ スロットル
４ スロットル上流圧センサ
６ エアフローメータ
１０ 要求空気量変換マップ
１２ エアモデル
１４ スロットル上流圧推定部
１６ 補正実行部
１８ 補正値学習部
２０ エア逆モデル
２２ 吸気弁逆モデル
２４ 吸気管逆モデル
２６ スロットル逆モデル
２８ スロットル動作逆モデル
３０ 簡易エアモデル
３２ スロットルモデル
３４ 吸気管モデル
３６ 吸気弁モデル
３８ スロットル動作モデル
４０ 補正実行部
４２ 補正値学習部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、要求トルクを実現するためのスロットル開度をエア逆モデルを用いて決定する過給機付き内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１０−０５３７０５号公報に開示されているように、エア逆モデルを用いた計算によって目標スロットル開度を決定する方法が知られている。エア逆モデルは、エアモデル、すなわち、スロットルの動作に対する吸入空気量の応答をモデル化し、それを数式で表したものの逆モデルである。要求トルクから要求筒内吸入空気量を算出し、それをエア逆モデルに入力することによって、要求トルクを実現するのに必要なスロットル開度が算出される。
【０００３】
エア逆モデルには、スロットル通過流量からスロットル開度を計算するためのスロットル逆モデルが含まれている。スロットル逆モデルは下記の方程式によって表すことができる。この方程式において、ＴＡはスロットル開度、ｍｔはスロットル通過流量、Ｐｍは吸気管圧、Ｐｕｐはスロットル上流圧、Ｔｕｐはスロットル上流温度であり、Ｂ−１及びΦはそれぞれ関数を表している。なお、この方程式を変形してスロットル通過流量ｍｔを求める式にしたものがスロットルモデルの方程式となる。
【０００４】
【数１】
【０００５】
この方程式から分かるように、エア逆モデルを用いた計算ではパラメータの１つとしてスロットル上流圧が用いられる。自然吸気型の内燃機関の場合であれば、スロットル上流圧は大気圧に等しいとみなすことも可能である。しかし、過給機付き内燃機関の場合には、過給機の動作状態に応じてスロットル上流圧は大きく変化する。このため、過給機付き内燃機関の制御装置においてエア逆モデルを用いた計算を行う場合には、圧力センサによってスロットル上流圧を実際に計測し、その計測値を上記のパラメータに代入することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−０５３７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、スロットル上流圧を圧力センサによって計測する場合、圧力センサの出力値が常に正しい値を示しているとは限らない。経時変化によって或いは個体差によって、圧力センサの出力値には誤差が含まれる可能性がある。圧力センサの出力値に誤差が含まれる場合、その誤差の影響は要求トルクの実現精度に及ぶことになる。例えば、圧力センサの出力値が真値よりも高い値を示している場合、エア逆モデルを用いて算出される目標スロットル開度は正しい開度よりも小さい値となる。その場合の実現筒内吸入空気量は要求筒内吸入空気量に対して不足することになり、結果として要求トルクに対する実現トルクの不足が生じてしまう。逆に、圧力センサの出力値が真値よりも低い値を示している場合には、要求トルクに対して実現トルクが過剰になってしまう。
【０００８】
以上述べたように、エア逆モデルを用いた目標スロットル開度の計算を過給機付き内燃機関に適用する場合には、圧力センサによるスロットル上流圧の計測値に含まれる誤差の影響を如何にして排除するかが１つの課題となる。本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、圧力センサによるスロットル上流圧の計測値に誤差が含まれる場合であっても、その誤差の影響が要求トルクの実現精度に及ぶことがないようにした過給機付き内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの形態によれば、制御装置は、要求トルクから筒内吸入空気量の要求値を計算するとともに、圧力センサによるスロットル上流圧の計測値を取得する。そして、制御装置は、筒内吸入空気量の要求値とスロットル上流圧の計測値とに基づいてエア逆モデルを用いてスロットル開度の目標値を計算し、スロットル開度の目標値に従ってスロットルを操作する。その一方で、制御装置は、スロットル開度センサによるスロットル開度の計測値を取得するとともに、エアフローメータによる吸気流量の計測値からスロットル上流圧の推定値を計算する。そして、制御装置は、スロットル開度の計測値とスロットル上流圧の推定値とに基づいてエアモデルを用いて筒内吸入空気量の推定値を計算する。
【００１０】
このとき、スロットル上流圧の計測値と推定値との間にずれが無ければ、筒内吸入空気量の推定値はその要求値と等しい値になるはずである。筒内吸入空気量の要求値をエア逆モデルによってスロットル開度に変換し、それを再びエアモデルによって逆変換したものが筒内吸入空気量の推定値だからである。よって、筒内吸入空気量の推定値と要求値とに違いが生じている場合、それはスロットル開度の計測値に含まれる誤差の影響であると推測することができる。スロットル上流圧の推定値に関して言えば、それは概ね真値であるとみなすことができる。エアフローメータは自然吸気型の内燃機関でも広く用いられている実績のあるセンサであることから、それによる吸気流量の計測値の信頼性は高く、吸気流量の計測値を用いて計算されたスロットル上流圧の推定値の精度も高いと考えられるからである。
【００１１】
そこで、制御装置は、筒内吸入空気量の要求値と推定値とに違いが生じている場合、エア逆モデルを用いた計算に関係する特定の変数に関し、筒内吸入空気量の要求値に推定値を合わせるための補正値をそれらの差に基づいて学習する。そして、その補正値によって特定変数の補正を行う。特定変数に対して補正値が与えられることで、エア逆モデルにより算出されるスロットル開度の目標値は与えられた補正値に応じて変化し、それに応じて筒内吸入空気量の推定値にも変化が生じる。よって、筒内吸入空気量の要求値と推定値との差がなくなるように特定変数の補正値を学習することにより、筒内吸入空気量の要求値に対して実現値に過不足が生じることは避けられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、圧力センサによるスロットル上流圧の計測値に含まれる誤差の影響を受けることなく、スロットル開度の目標値を正しく算出して要求トルクを精度良く実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１の過給機付き内燃機関の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】エア逆モデルの構成を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１で実行されるスロットル上流圧の計測値の補正のための処理を示すフローチャートである。
【図４】筒内吸入空気量の要求値と推定値との誤差に対する補正値の更新量の設定の例を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２の過給機付き内燃機関の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態２で実行されるスロットル開度の目標値の補正のための処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図を用いて説明する。
【００１５】
本実施の形態の制御装置の適用対象となる内燃機関は、ターボチャージャや機械式スーパーチャージャ等の過給機を備え、且つ、電子制御式スロットル（以下、単にスロットル或いは電スロと省略する）による空気量の調整によってトルクを制御することのできる４サイクルレシプロエンジンである。本制御装置は、内燃機関に備えられるＥＣＵの一機能として実現される。詳しくは、メモリに記憶されたプログラムがＣＰＵによって実行されることで、ＥＣＵは制御装置として機能する。ＥＣＵが制御装置として機能する場合、ＥＣＵは、プログラムされているスロットル制御ロジックに従ってスロットルの動作を制御する。
【００１６】
図１は、スロットル制御ロジックに従いＥＣＵが機能することで実現される制御装置の構成を示す機能ブロックである。この図に示すように、本制御装置は、外部から要求トルクを取得するとともに、スロットル上流圧センサ（図中にはＰｕｐセンサと表記）４とエアフローメータ（図中にはＡＦＭと表記）６の各出力値を取得する。スロットル上流圧センサ４は吸気通路においてコンプレッサの下流で且つスロットルの上流に取り付けられている。エアフローメータ６は吸気通路の入口に取り付けられている。スロットル上流圧センサ４の出力値からはスロットル上流圧を計測することができ、エアフローメータ６の出力値からは吸気通路に取り込まれる空気の流量（以下、吸気流量）を計測することができる。
【００１７】
本制御装置は要求空気量変換マップ１０を備えている。要求空気量変換マップ１０は、トルクと吸入空気量（或いは、それを無次元化した充填効率又は負荷率）とがエンジン回転数、点火時期及び空燃比を含む種々のエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。要求空気量変換マップ１０では、現在のエンジン状態量のもとで要求トルクの実現のために要求される筒内吸入空気量（以下、要求ＫＬと表記する）が算出される。
【００１８】
本制御装置はエア逆モデル２０を備えている。要求ＫＬをエア逆モデル２０に入力することによって、スロットル開度の目標値（以下、目標ＴＡ）が算出される。ここで、図２を用いてエア逆モデル２０の詳細について説明する。エア逆モデル２０は、詳しくは、吸気弁逆モデル２２、吸気管逆モデル２４、スロットル逆モデル２６、スロットル動作逆モデル２８、スロットル動作モデル３８及び簡易エアモデル３０を組み合わせて構成されている。
【００１９】
吸気弁逆モデル２２は、筒内吸入空気量と吸気管圧力との関係について調べた実験ベースのモデルである。実験で得られた経験則により、吸気弁逆モデル２２においては筒内吸入空気量と吸気管圧力との関係が直線で近似されている。要求空気量変換マップ１０で得られた要求ＫＬを吸気弁逆モデル２２に入力することによって、要求ＫＬの実現のために要求される吸気管圧（以下、要求Ｐｍと表記する）が算出される。
【００２０】
吸気管逆モデル２４は、吸気管内の空気に関する保存則、具体的には、エネルギー保存則と流量保存則とに基づいて構築された物理モデルである。吸気管逆モデル２４では、スロットルを通過する空気の流量と吸気管圧との関係が数式で表されている。要求Ｐｍと現在の仮想吸気管圧（以下、仮想Ｐｍと表記する）との差圧（以下、ΔＰｍと表記する）と、現在の仮想筒内吸入空気量（以下、仮想ＫＬと表記する）と、１ステップ前の要求Ｐｍとを吸気管逆モデル２４に入力することによって、要求Ｐｍの実現のために要求されるスロットル通過流量（以下、要求ｍｔと表記する）が算出される。
【００２１】
スロットル逆モデル２６は、スロットル通過流量とスロットル開度との関係を数式で表したモデルである。前述のように、スロットル逆モデル２６を用いた計算ではパラメータの１つとしてスロットル上流圧が用いられる。そして、スロットル上流圧センサ４の出力値から得られたスロットル上流圧の計測値（図２に示すＰｕｐ）がそのパラメータに代入される。このスロットル逆モデル２６に要求ｍｔを入力することによって、要求ｍｔの実現のためのスロットル開度が算出される。
【００２２】
スロットル動作逆モデル２８は、スロットル２の動作とその動作を生じさせる入力信号との関係を数式等で近似したモデルである。スロットル逆モデル２６で算出されたスロットル開度をスロットル動作逆モデル２８に入力することによって、それを実現するための入力信号、すなわち、目標ＴＡが算出される。
【００２３】
スロットル動作モデル３８及び簡易エアモデル３０は、上述の計算過程で用いられる仮想Ｐｍ及び仮想ＫＬを算出するために設けられている。スロットル動作モデル３８は、前述のスロットル動作逆モデル２８に対応する順モデルである。スロットル動作モデル３８に目標ＴＡを入力することによって、現時点における仮想の実スロットル開度が算出される。簡易エアモデル３０は、スロットルモデル３２、吸気管モデル３４及び吸気弁モデル３６によって構成されている。このうちのスロットルモデル３２は、前述のスロットル逆モデル２６に対応する順モデルである。スロットルモデル３２を用いた計算では、スロットル逆モデル２６の場合と同様、スロットル上流圧センサ４の出力値から得られたスロットル上流圧の計測値（図２に示すＰｕｐ）がスロットルモデル３２のパラメータに代入される。このスロットルモデル３２に仮想スロットル開度を入力することによって、現在の仮想スロットル通過流量（以下、仮想ｍｔと表記する）が算出される。また、吸気管モデル３４は前述の吸気管逆モデル２４に対応する順モデルであって、仮想ｍｔの入力により仮想Ｐｍを算出する。吸気弁モデル３６は前述の吸気弁逆モデル２２に対応する順モデルであって、仮想Ｐｍの入力によって仮想ＫＬを算出する。前述のように、仮想ＰｍはΔＰｍの計算に用いられ、仮想ＫＬはΔＰｍとともに吸気管逆モデル２４に入力される。
【００２４】
再び図１に戻り、本制御装置の全体構成について引き続き説明する。上述のエア逆モデル２０によって算出された目標ＴＡは、スロットル２に対する入力信号となる。スロットル２はこの目標ＴＡに従って操作される。その操作によって実際に実現されたスロットル２の開度は、図示しないスロットル開度センサによって計測される。
【００２５】
本制御装置はエアモデル１２を備えている。スロットル開度センサによるスロットル開度の計測値（以下、実ＴＡ）はエアモデル１２に入力される。実ＴＡをエアモデル１２に入力することによって、実ＴＡによって実現される筒内吸入空気量の推定値（以下、推定ＫＬ）が算出される。このエアモデル１２は、簡易エアモデル３０よりも厳密にモデル化されたエアモデルであるが、基本的には簡易エアモデル３０と同様にスロットルモデル、吸気管モデル及び吸気弁モデルを備えている。エアモデル１２のスロットルモデルを用いた計算では、スロットル上流圧の計測値ではなく、スロットル上流圧推定部１４で計算された推定値がスロットルモデルのパラメータに代入される。
【００２６】
スロットル上流圧推定部１４には、エアフローメータ６の出力値から得られた吸気流量の計測値が入力される。スロットル上流圧、つまり、コンプレッサからスロットルまでの空間内の圧力は、コンプレッサを通過するガスの流量が分かればエネルギー保存則と流量保存則とを用いて正確に算出することができる。少なくとも定常状態ではコンプレッサ通過流量と吸気流量とは等しいことから、エアフローメータ６による吸気流量の計測値を得ることによってスロットル上流圧の推定値を計算することができる。
【００２７】
本制御装置は、エアモデル１２を用いて算出した推定ＫＬを要求ＫＬと比較する。比較した要求ＫＬと推定ＫＬとの間に違いが生じている場合には、その原因はスロットル上流圧の計測値と推定値とのずれであると推測することができる。スロットル上流圧の計測値と推定値にずれがある場合、スロットル上流圧の推定値のほうが真値を示している可能性が高い。スロットル上流圧の推定値の計算に用いられている吸気流量は、スロットル上流圧センサ４に比較してより実績のあるエアフローメータ６によって計測されたものだからである。そこで、本制御装置は、推定ＫＬと要求ＫＬとの差を解消するための補正値によってスロットル上流圧の計測値を補正する。この補正処理の実行手順をフローチャートで示したものが図３である。そして、この補正処理は、本制御装置が備える補正実行部１６及び補正値学習部１８によって実行される。以下、図３のフローチャートを参照しながら補正実行部１６及び補正値学習部１８の各機能について説明する。
【００２８】
図３のフローチャートによれば、スロットル上流圧の計測値に対する補正を実行する条件としてステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３及びＳ１４の判定が順に行われる。これらの判定は補正実行部１６により行われる。ステップＳ１１では、補正実行部１６は、スロットル２がフェール状態でないことを確認する。スロットル２がフェール状態ならば、それが推定ＫＬと要求ＫＬとの間に差が生じた原因であると言える。よって、スロットル２がフェール状態の場合には、補正実行部１６によるスロットル上流圧の計測値の補正は行われない。なお、スロットル２がフェール状態かどうかは、例えば、目標ＴＡの入力に対する実ＴＡの応答から判断することができる。
【００２９】
次のステップＳ１２では、補正実行部１６は、エアフローメータ６がフェール状態でないことを確認する。前述のようにエアフローメータ６は実績のあるセンサであるが、何らかの故障が生じる可能性が全くないとは言えない。もしもエアフローメータ６がフェール状態になったならば、それが推定ＫＬと要求ＫＬとの間に差が生じた原因であると言える。よって、エアフローメータ６がフェール状態の場合には、補正実行部１６によるスロットル上流圧の計測値の補正は行われない。エアフローメータ６がフェール状態かどうかの判断には公知のＯＢＤ方法を用いることができる。例えば、エアフローメータ６の出力レベルからフェール状態かどうかを判断することができる。
【００３０】
次のステップＳ１３では、補正実行部１６は、要求ＫＬと推定ＫＬとの差（以下、ΔＫＬ）の大きさが所定の閾値（例えば７％）以上かどうか判定する。その閾値で定まる許容範囲内にΔＫＬが収まっているのであれば、スロットル上流圧の計測値と推定値との間にずれは生じていないと判断することができる。したがって、その場合には補正実行部１６によるスロットル上流圧の計測値の補正は行われない。
【００３１】
そして、ステップＳ１４では、補正実行部１６は、ＥＣＵによって別途行われているＡ／Ｆ学習制御の学習値の大きさが所定の閾値（例えば４％）以下に収まっているかどうか判定する。Ａ／Ｆ学習制御では、排気通路に配置された空燃比センサによって排気ガスの空燃比が計測され、空燃比の計測値を目標空燃比に合わせるために必要な燃料噴射量の補正値が学習される。燃料噴射量はエアフローメータ６の出力値を用いて決定されているので、エアフローメータ６の出力値が真値からずれている場合には、それにより生じる燃料噴射量の過不足を補償するように燃料噴射量の補正が行われることになる。そして、エアフローメータ６の出力値のずれが大きいほど、学習された燃料噴射量の補正値、つまり、学習値は大きくなる。よって、Ａ／Ｆ学習制御の学習値の大きさが所定の閾値を超えている場合には、エアフローメータ６はフェール状態ではないものの、その出力値の信頼性が低下していると判断することができる。この場合、補正実行部１６によるスロットル上流圧の計測値の補正は行われない。
【００３２】
以上のステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３及びＳ１４の判定結果が全て肯定であった場合、補正実行部１６によりステップＳ１５の処理が行われる。ステップＳ１５では、補正実行部１６は、スロットル上流圧の計測値に対する補正値（以下、Ｐｕｐ補正値）を出力する。補正実行部１６が出力するＰｕｐ補正値は補正値学習部１８から供給される。補正実行部１６から出力されたＰｕｐ補正値はスロットル上流圧センサ４によるスロットル上流圧の計測値に加算され、Ｐｕｐ補正値で補正されたスロットル上流圧の計測値がエア逆モデル２０において使用される。つまり、スロットル逆モデル２６及びスロットルモデル３２の各パラメータ（図２に示すＰｕｐ）に代入される。
【００３３】
また、ステップＳ１５と並行して補正値学習部１８によりステップＳ１６の処理が行われる。補正値学習部１８は、補正実行部１６が出力するＰｕｐ補正値をΔＫＬに基づいて学習し、その学習値をメモリに記憶する。補正値学習部１８には、図４に示すようなマップが備えられている。このマップではΔＫＬに対するＰｕｐ補正値の更新量が定められている。補正値学習部１８は、ΔＫＬの大きさが所定の閾値を超えて拡大したとき、補正実行部１６が出力しているＰｕｐ補正値にΔＫＬに応じた更新量を加算する。そして、Ｐｕｐ補正値に更新量を加算することでΔＫＬが所定の許容範囲内（例えば±５％以内）に収まり、且つ、一定期間その状態が継続した場合、Ｐｕｐ補正値に更新量を加算した値を新たなＰｕｐ補正値として学習する。
【００３４】
以上のような補正処理が行われることにより、エア逆モデル２０により算出される目標ＴＡは与えられたＰｕｐ補正値に応じて変化し、それに応じて筒内吸入空気量の実現値にも変化が生じる。Ｐｕｐ補正値は要求ＫＬと推定ＫＬとの差がなくなるように学習されているので、要求ＫＬに対して筒内吸入空気量の実現値に過不足が生じることは避けられる。これにより、スロットル上流圧センサ４によるスロットル上流圧の計測値に誤差が含まれる場合であっても、その誤差の影響が要求トルクの実現精度に及ぶことは防止される。
【００３５】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図を用いて説明する。
【００３６】
図５は、本発明の実施の形態２の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。本制御装置を構成する要素のうち、実施の形態１の制御装置と機能において共通する要素については同一の符号を付している。以下では、実施の形態１と共通する要素についてはその説明を省略或いは簡略し、実施の形態１と異なる要素の機能を中心に本制御装置の構成について説明する。
【００３７】
本制御装置と実施の形態１の制御装置との相違点の１つは、推定ＫＬと要求ＫＬとの差に基づいて学習した補正値による補正対象である。本制御装置は、推定ＫＬと要求ＫＬとの差を解消するための補正値によって目標ＴＡを補正する。目標ＴＡは、エア逆モデル２０を用いた計算に関係する特定の変数である点において、実施の形態１において補正対象とされているスロットル上流圧の計測値と共通している、本制御装置による補正処理の実行手順をフローチャートで示したものが図６である。そして、この補正処理は、本制御装置が備える補正実行部４０及び補正値学習部４２によって実行される。以下、図６のフローチャートを参照しながら補正実行部４０及び補正値学習部４２の各機能について説明する。
【００３８】
図６のフローチャートによれば、目標ＴＡに対する補正を実行する条件としてステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３及びＳ２４の判定が順に行われる。これらの判定は補正実行部４０により行われる。ステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４の各判定の内容は、実施の形態１の補正処理におけるステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４の各判定の内容と同内容である。すなわち、ステップＳ２１では、補正実行部４０は、スロットル２がフェール状態でないことを確認する。次のステップＳ２２では、補正実行部４０は、エアフローメータ６がフェール状態でないことを確認する。次のステップＳ２３では、補正実行部４０は、要求ＫＬと推定ＫＬとの差であるΔＫＬの大きさが所定の閾値以上かどうか判定する。そして、ステップＳ２４では、補正実行部４０は、Ａ／Ｆ学習制御の学習値の大きさが所定の閾値以下かどうか判定する。
【００３９】
以上のステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３及びＳ２４の判定結果が全て肯定であった場合、補正実行部４０によりステップＳ２５の処理が行われる。ステップＳ２５では、補正実行部４０は、エア逆モデル２０を用いた計算で算出される目標ＴＡに対する補正値（以下、ＴＡ補正値）を出力する。補正実行部４０が出力するＴＡ補正値は補正値学習部４２から供給される。補正実行部４０から出力されたＴＡ補正値は、詳しくは図２に示すエア逆モデル２０の構成において、スロットル逆動作モデル２８から出力される目標ＴＡに加算される。ＴＡ補正値で補正された目標ＴＡはスロットル２に入力信号として供給されるとともに、エア逆モデル２０の内部の計算、具体的には、仮想Ｐｍを算出するための計算でも用いられる。
【００４０】
また、ステップＳ２５と並行して補正値学習部４２によりステップＳ２６の処理が行われる。補正値学習部４２は、補正実行部４０が出力するＴＡ補正値をΔＫＬに基づいて学習し、その学習値をメモリに記憶する。補正値学習部４２には、ΔＫＬに対するＴＡ補正値の更新量が定められたマップが備えられている。補正値学習部４２は、ΔＫＬの大きさが所定の閾値を超えて拡大したとき、補正実行部４０が出力しているＴＡ補正値にΔＫＬに応じた更新量を加算する。そして、ＴＡ補正値に更新量を加算することでΔＫＬが所定の許容範囲内に収まり、且つ、一定期間その状態が継続した場合、ＴＡ補正値に更新量を加算した値を新たなＴＡ補正値として学習する。
【００４１】
以上のような補正処理が行われることにより、スロットル２の実現開度は目標ＴＡに対して与えられたＴＡ補正値に応じて変化し、それに応じて筒内吸入空気量の実現値にも変化が生じる。本実施の形態では目標ＴＡをＴＡ補正値によって直接補正するので、エア逆モデル２０が有するモデル誤差に影響されることなく、所望の筒内吸入空気量が得られる開度にスロットル２を精度良く制御することができる。これにより、スロットル上流圧センサ４によるスロットル上流圧の計測値に誤差が含まれる場合であっても、その誤差の影響が要求トルクの実現精度に及ぶことは防止される。
【００４２】
その他．
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、Ｐｕｐ補正値やＴＡ補正値の学習の方法としては、ΔＫＬに基づいたＰＩ制御やＰＩＤ制御を行い、その積分項を学習値として計算することでもよい。また、実施の形態１ではスロットル上流圧を補正対象としているが、スロットル上流圧と吸気管圧の比、すなわち、スロットル逆モデルの方程式におけるＰｕｐ／Ｐｍを補正対象としてもよい。また、実施の形態２ではスロットル動作逆モデル２８で算出された目標ＴＡを補正対象としているが、スロットル逆モデル２６で算出されたスロットル開度を補正対象としてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
２ スロットル
４ スロットル上流圧センサ
６ エアフローメータ
１０ 要求空気量変換マップ
１２ エアモデル
１４ スロットル上流圧推定部
１６ 補正実行部
１８ 補正値学習部
２０ エア逆モデル
２２ 吸気弁逆モデル
２４ 吸気管逆モデル
２６ スロットル逆モデル
２８ スロットル動作逆モデル
３０ 簡易エアモデル
３２ スロットルモデル
３４ 吸気管モデル
３６ 吸気弁モデル
３８ スロットル動作モデル
４０ 補正実行部
４２ 補正値学習部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
要求トルクから筒内吸入空気量の要求値を計算する手段と、
圧力センサによるスロットル上流圧の計測値を取得する手段と、
筒内吸入空気量の前記要求値とスロットル上流圧の前記計測値とに基づいてエア逆モデルを用いてスロットル開度の目標値を計算する手段と、
スロットル開度の前記目標値に従ってスロットルを操作する手段と、
スロットル開度センサによるスロットル開度の計測値を取得する手段と、
エアフローメータによる吸気流量の計測値を取得する手段と、
吸気流量の前記計測値からスロットル上流圧の推定値を計算する手段と、
スロットル開度の前記計測値とスロットル上流圧の前記推定値とに基づいてエアモデルを用いて筒内吸入空気量の推定値を計算する手段と、
前記エア逆モデルを用いた計算に関係する特定の変数に関し、筒内吸入空気量の前記要求値に前記推定値を合わせるための補正値を筒内吸入空気量の前記要求値と前記推定値との差に基づいて学習し、前記補正値によって前記特定変数の補正を行う手段と、
を備えることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記特定変数は、前記エア逆モデルを用いた計算に用いられるスロットル上流圧であることを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記特定変数は、前記エア逆モデルを用いた計算で算出されるスロットル開度であることを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項１】
要求トルクから筒内吸入空気量の要求値を計算する手段と、
圧力センサによるスロットル上流圧の計測値を取得する手段と、
筒内吸入空気量の前記要求値とスロットル上流圧の前記計測値とに基づいてエア逆モデルを用いてスロットル開度の目標値を計算する手段と、
スロットル開度の前記目標値に従ってスロットルを操作する手段と、
スロットル開度センサによるスロットル開度の計測値を取得する手段と、
エアフローメータによる吸気流量の計測値を取得する手段と、
吸気流量の前記計測値からスロットル上流圧の推定値を計算する手段と、
スロットル開度の前記計測値とスロットル上流圧の前記推定値とに基づいてエアモデルを用いて筒内吸入空気量の推定値を計算する手段と、
前記エア逆モデルを用いた計算に関係する特定の変数に関し、筒内吸入空気量の前記要求値に前記推定値を合わせるための補正値を筒内吸入空気量の前記要求値と前記推定値との差に基づいて学習し、前記補正値によって前記特定変数の補正を行う手段と、
を備えることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記特定変数は、前記エア逆モデルを用いた計算に用いられるスロットル上流圧であることを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記特定変数は、前記エア逆モデルを用いた計算で算出されるスロットル開度であることを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−２３８７（Ｐ２０１３−２３８７Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３５３６３（Ｐ２０１１−１３５３６３）
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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