JP5478657B2 - 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法に関し、特に、燃料制御に用いる吸入空気量の算出手段の改良に関する。

エンジンの筒内充填空気量を測定する従来からの方法として、吸入空気流量（以下「Ｑａ」という）をエアフローセンサ（以下「ＡＦＳ」という）で検出して、その検出値から筒内充填空気量を演算する方式（以下「マスフロー方式」という）と、吸気管圧力センサで検出した吸気圧力とエンジン回転速度から筒内充填空気量＝推定吸入空気量（以下「推定Ｑａ」）を演算する方式（以下「スピードデンシティ方式」という）がある。

前者のマスフロー方式は、定常運転状態にて吸入空気流量＝筒内充填空気量となるため、定常時の筒内充填空気量の測定精度が良いという利点がある。しかしながら、マスフロー方式で使用されるＡＦＳのうち、特にブリッジ回路を用いて流量測定が行われている熱式のものは、燃焼室へ向かって流れる空気の量だけでなく、吸気脈動により発生する、逆向きの空気の量も同様に燃焼室に吸入される空気量として感知してしまう。

このため、熱式のＡＦＳは、吸気脈動が発生すると、その影響を直接受け、出力が実際の吸入空気量に対して大きくなる傾向がある。スロットル開度が小さい低負荷状態では、吸気脈動が生じても、これがＡＦＳに到達するのを防ぐ壁としてスロットルバルブが働くため、この熱式ＡＦＳとしての出力誤差も比較的小さい。しかしながら、スロットル開度が大きい高負荷状態では、吸気脈動による出力誤差が無視できないものとなる。

この時の吸気バルブの開閉に伴って発生する吸気脈動は、大きく開かれたスロットルバルブを介して容易にＡＦＳに到達するようになる。このため、熱式ＡＦＳとしての上述した特性に起因して、その出力誤差が大きくなってしまい、いわゆる「跳ね上がり」が発生する。そして、この跳ね上がりが発生する領域では、本来、吸入している空気量に対してエアフローセンサの出力値が大きくなるため、燃料噴射量が増量し、所望の空燃比にて制御できなくなる。

このようなＡＦＳ検出値の跳ね上がりが発生している領域では、真値ではないＱａ値は使用できない。このため、従来より、跳ね上がり領域ではマスフロー方式からスピードデンシティ方式に切換えたり、スロットル開度とエンジン回転速度から筒内充填空気量を演算する方式に切換えたり、あるいは実Ｑａに脈動幅に応じた補正をかけたりして、Ｑａ値のズレに対応していた。

このＡＦＳ検出誤差の問題に対応する手段の１つとして、『ＡＦＳ検出値の最大値と最小値から差分値を算出して脈動域を検出し、差分値が所定の閾値を超えている場合、所定エンジン回転速度以下、所定スロットル開度以上、エンジン安定という条件を満たした場合、ＡＦＳ測定値から（スロットル開度やエンジン回転速度や吸気管圧力に依存した）代替値に切換える』という方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

つまり、ＡＦＳの脈動の発生を検出した場合には、ＡＦＳで検出した実Ｑａによる燃料制御から、エンジン回転速度とスロットル開度もしくは吸気管圧力を元に推定した推定Ｑａに切換えて燃料制御を行う、という技術例である。

特開平７-２８６５５０号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
近年、車両に搭載される内燃機関においては、吸気弁や排気弁のリフト量や開閉時期等のバルブ制御量を可変する可変動弁機構（以下「ＶＶＴ」という）を設け、アクセル開度やエンジン運転状態に応じて吸気弁、排気弁のバルブ制御量を可変することで、吸入空気量を制御できるようにしたものがある。

このＶＶＴによる吸入空気量制御は、バルブのリフト量や開閉時期を変更することで、吸気通路をスロットルバルブで絞ることなく、吸入空気量を調整できる。このため、ポンピングロスを低減して燃費を向上させることができる利点がある。

しかしながら、特許文献１は、脈動幅が所定の閾値を超えてから切換判定をするため、ＶＶＴを備えたエンジンでは、以下のような問題が発生する。ＶＶＴは、燃焼安定化のため、エンジンを始動してから所定温度以上となるまでは、ＶＶＴの進角量を小さくする、もしくは進角させない期間が存在する。通常のエンジン制御は、完全暖機状態を基本としているため、ＶＶＴは、進角している状態が基本である。

つまり、ＶＶＴが進角している時の状態に合わせて燃料制御を実施することが基本となるが、ＶＶＴが進角している時と、進角していない時では、吸気脈動幅が同じでも、跳ね上がりの領域が異なる、という問題がある。この問題について、図９を用いて詳細に説明する。

図９は、従来の内燃機関の制御装置における問題点を説明するためのタイムチャートである。より具体的には、（ａ）スロットル開度を徐々に大きくしていったときの（ｂ）推定Ｑａ使用フラグ、（ｃ）脈動、（ｄ）Ｑａ、（ｅ）Ａ／Ｆの各状態を表す図である。

（ｂ）として示した「推定Ｑａ使用フラグ」は、ＡＦＳで検出した実Ｑａによる燃料制御を実施中はＯＦＦ、推定Ｑａによる燃料制御を実施中はＯＮとなるフラグである。（ｃ）として示した「脈動」は、ＡＦＳ出力波形の脈動の発生挙動を示したものである。

（ｄ）として示した「Ｑａ」は、ＡＦＳ出力波形の平均値を示したものであり、実線が跳ね上がり時のＡＦＳ出力値、破線が跳ね上がり時の吸入空気量の真値を表す。さらに、（ｅ）として示した「Ａ／Ｆ」は、空燃比（Ａ／Ｆ）を表し、破線が理論空燃比、実線が実空燃比である。実空燃比が理論空燃比から外れた場合、排ガスの悪化、燃費の悪化が生じる。

さらに、図９においては、ＶＶＴ進角有りの場合を（ア）として、ＶＶＴ進角無しの場合を（イ）として示している。（ア）と（イ）を比較すると、（ア）ＶＶＴ進角有りの場合には、ｔ２の時点で跳ね上がりが発生するのに対して、（イ）ＶＶＴ進角無しの場合には、ｔ１の時点で跳ね上がりが発生する。

前述のように、通常のエンジン制御は、ＶＶＴが進角している状態を基本としている。このため、ＶＶＴ進角有りで跳ね上がりが発生したｔ２の時点での脈動幅を基準として、実Ｑａと推定Ｑａの切換えを行う。

（イ）ＶＶＴ進角無しの時は、ｔ１の時点で跳ね上がりが発生するが、ｔ１〜ｔ２間の脈動幅が小さく、ｔ２の時点での脈動幅がＶＶＴ進角有り時の脈動幅と同じであった場合、（イ）ＶＶＴ進角無しの場合も、実Ｑａから推定Ｑａに切替わるポイントはｔ２となる。この場合、（イ）ＶＶＴが進角無しの場合は、ｔ１の時点で跳ね上がりが発生しているにも関わらず、推定Ｑａ値に切り替わるｔ２に至るまでは、真値ではない実Ｑａ値を使用してしまうことになる。

そのため、このＡＦＳ検出値が跳ね上がる領域（ｔ１〜ｔ２間）では、真値ではないＱａ値を用いて燃料制御を実施することとなり、空燃比のズレによる燃費・排ガスの悪化が発生する。また、実Ｑａから推定Ｑａへの切換わり時であるｔ２の時点では、実Ｑａ値と推定Ｑａ値の誤差に応じたＡ／Ｆ変動によるショックが発生する懸念がある。

このように、従来技術では、マスフロー方式、ＶＶＴエンジンでの、ＡＦＳ出力の跳ね上がりが発生する領域での、空燃比のズレによる燃費、排ガスの悪化や、実Ｑａから推定Ｑａへの切換わり時のショックが発生する懸念がある、という問題点があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、可変動弁機構を用いて吸入空気量の制御を行う際に、エアフローセンサ出力の跳ね上がりが発生する領域でも高精度な吸入空気量の算出を行うことのできる内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法を得ることを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、エアフローセンサの検出値に基づいて実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出部と、吸気管圧力およびエンジン回転速度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部と、燃料制御に用いる吸入空気量として、実吸入空気量算出部で算出された実吸入空気量と、推定吸入空気量算出部で算出された推定吸入空気量のいずれかを選択する燃料制御用吸入空気量選択部と、運転領域を特定できるパラメータに相当するスロットル開度を、燃料制御に用いる吸入空気量の切換タイミングを判断するための切換判定指標値として読み取るとともに、切換タイミングを判断するために用いられる切換判定閾値を求め、切換判定指標値と切換判定閾値との比較結果に基づいて燃料制御用吸入空気量選択部を切換制御する切換判定閾値算出部とを備え、可変動弁機構を用いて吸入空気量の制御を行う内燃機関の制御装置であって、エンジン回転速度および可変動弁機構の動作位置の組み合わせに応じた切換判定閾値をＭＡＰとしてあらかじめ記憶する記憶部と、エンジン回転速度、可変動弁機構の動作位置、および切換判定指標値を判定用パラメータとして読み取り、現在の運転領域を判定する運転領域判定部とをさらに備え、切換判定閾値算出部は、運転領域判定部で読み取られた判定用パラメータに含まれているエンジン回転速度および可変動弁機構の動作位置に応じた切換判定閾値を記憶部内のＭＡＰから抽出し、判定用パラメータに含まれている切換判定指標値と抽出した切換判定閾値との比較結果に基づいて燃料制御用吸入空気量選択部を切換制御するものである。

また、本発明に係る内燃機関の制御方法は、エアフローセンサの検出値に基づいて実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出部と、吸気管圧力およびエンジン回転速度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部と、燃料制御に用いる吸入空気量として、実吸入空気量算出部で算出された実吸入空気量と、推定吸入空気量算出部で算出された推定吸入空気量のいずれかを選択する燃料制御用吸入空気量選択部と、運転領域を特定できるパラメータに相当するスロットル開度を、燃料制御に用いる吸入空気量の切換タイミングを判断するための切換判定指標値として読み取るとともに、切換タイミングを判断するために用いられる切換判定閾値を求め、切換判定指標値と切換判定閾値との比較結果に基づいて燃料制御用吸入空気量選択部を切換制御する切換判定閾値算出部とを備え、可変動弁機構を用いて吸入空気量の制御を行う内燃機関の制御方法であって、エンジン回転速度および可変動弁機構の動作位置の組み合わせに応じた切換判定閾値をＭＡＰとしてあらかじめ記憶部に記憶させる記憶ステップと、エンジン回転速度、可変動弁機構の動作位置、および切換判定指標値を判定用パラメータとして読み取り、現在の運転領域を判定する運転領域判定ステップと、運転領域判定ステップで読み取られた判定用パラメータに含まれているエンジン回転速度および可変動弁機構の動作位置に応じた切換判定閾値を、記憶ステップにより記憶された記憶部内のＭＡＰから抽出する切換判定閾値抽出ステップと、判定用パラメータに含まれている切換判定指標値と、切換判定閾値抽出ステップで抽出した切換判定閾値との比較結果に基づいて燃料制御用吸入空気量選択部を切換制御する選択切換制御ステップとを備えるものである。

本発明に係る内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法によれば、実吸入空気量から推定吸入空気量への切換タイミングを判定するための切換閾値を、エンジン回転速度および可変動弁機構の動作位置に応じて可変設定することにより、可変動弁機構を用いて吸入空気量の制御を行う際に、エアフローセンサ出力の跳ね上がりが発生する領域でも高精度な吸入空気量の算出を行うことのできる内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１におけるエンジン制御システムの全体構成図である。 本発明の実施の形態１における電子制御ユニットの処理動作を示すシステム図である。 本発明の実施の形態１におけるＥＣＵで実行されるメインルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１におけるＶＶＴ進角量と切換判定閾値との関係を説明するための図である。 本発明の実施の形態１の内燃機関の制御装置における改善効果を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態１における体積効率補正係数ＭＡＰの軸変更時の効果説明図である。 本発明の実施の形態１におけるフィルタ処理の効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態１における切換判定閾値のヒス設定についての説明図である。 従来の内燃機関の制御装置における問題点を説明するためのタイムチャートである。

以下、本発明の内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるエンジン制御システムの全体構成図である。本実施の形態１におけるエンジン制御システムは、エンジン１、ピストン２、燃焼室３、点火栓（点火プラグ）４、吸気弁５、排気弁６、吸気通路７、電子制御スロットル８、吸気管圧力センサ９、燃料噴射弁１０、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１１、クランク角センサ１２、熱線式エアフローセンサ１３、スロットル開度センサ１４、可変吸気動弁機構１５、可変排気動弁機構１６、および空燃比センサ（排出ガスセンサ）１７を備えて構成されている。

エンジン本体１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火栓４を囲むように、吸気弁５および排気弁６を制御する油圧駆動式の可変動弁機構（１５、１６）が設けられている。吸気通路７には、全気筒共通の集合部に電子制御スロットル８が設けられている。そして、吸気通路７のスロットルバルブ下流には、吸気管圧力センサ９が設けられ、吸気通路７には、各気筒毎の吸気ポート部分に電磁式の燃料噴射弁１０が設けられている。

吸気弁、排気弁、スロットルバルブ、インジェクタおよび点火コイルの動作は、ＥＣＵ１１により制御される。このような制御を行うために、ＥＣＵ１１には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力し、これによりクランク角位置とともにエンジン回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ１２（エンジン回転数検出部）、吸気通路のスロットルバルブ上流にて吸入空気量Ｑａを検出する熱線式のエアフローセンサ１３、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ９（吸気管圧力検出部）、スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサ１４（スロットル開度検出部）等から信号が入力される。

なお、本実施の形態１では、スロットルバルブとして電子制御スロットル８を挙げているが、アクセルペダルと連動した通常のスロットル弁でも構わない。

このような図１におけるエンジン制御システムには、ポンプロス低減による燃費向上を目的として、吸気弁５および排気弁６の開閉時期を制御する油圧駆動式の可変吸気動弁機構１５および可変排気動弁機構１６が搭載されている。そして、吸気弁５および排気弁６の開閉時期は、最も熱効率の良いタイミングとなるように、ＥＣＵ１１によって制御される。

吸気弁５、排気弁６は、それぞれ、可変吸気動弁機構１５（以下「吸気ＶＶＴ」）、可変排気動弁機構１６（以下「排気ＶＶＴ」）、により駆動される。なお、ＶＶＴについては、バルブタイミングを変更するもの、バルブリフト量を変更するもの、その両方を備えたものなどが存在するが、本発明では、特にＶＶＴの種類について限定する必要は無い。

ＥＣＵ１１は、燃料噴射弁１０の燃料噴射時期、燃料噴射量を、エンジン運転条件に基づいて制御するが、燃料噴射量に関しては、基本的にはエアフローセンサ１３により検出される吸入空気量Ｑａに基づいて、所望の空燃比となるように制御する。そして、ＥＣＵ１１は、空燃比センサ１７により検出した空燃比をフィードバック制御することで、理論空燃比となるよう、燃料噴射量の調整を行う。

図２は、本発明の実施の形態１における電子制御ユニット（ＥＣＵ１１）の処理動作を示すシステム図である。本実施の形態１におけるＥＣＵ１１は、体積効率補正係数ＭＡＰ記憶部Ｍ１、推定吸入空気量算出部Ｍ２、実吸入空気量算出部Ｍ３、燃料制御用吸入空気量選択部Ｍ４、燃料噴射量算出部Ｍ５、運転領域判定部Ｍ６、切換判定閾値算出部Ｍ７、切換判定閾値ＭＡＰ記憶部Ｍ８、フィルタ処理部Ｍ９、およびヒステリシス処理部Ｍ１０を備えて構成されている。

次に、これらの個々の構成要素の動作、機能について説明する。体積効率補正係数ＭＡＰ記憶部Ｍ１は、推定吸入空気量ＱａＰｂを算出するための体積効率補正係数ＭＡＰ（以下「Ｋｖ＿ＱａＰｂ」）が格納されている記憶部である。このＫｖ＿ＱａＰｂは、エンジン回転数速度、吸気管圧力、ＶＶＴ動作位置（吸気、排気）に応じて異なる、燃焼室内に真に充填される空気量としての体積効率補正係数として記憶された、エンジン回転速度軸と大気圧比（吸気管圧力／大気圧）軸の２次元ＭＡＰである。

このＫｖ＿ＱａＰｂの値は、エンジン回転速度Ｎｅ、ＶＶＴ動作位置（吸気、排気）を固定とし、負荷を変更した際の体積効率として計測される。エンジン回転速度ＮｅとＶＶＴ動作位置を変更した種々の運転状態でデータ計測した結果として得られるＫｖ＿ＱａＰｂが、体積効率補正係数ＭＡＰ記憶部Ｍ１に記憶されている。

推定吸入空気量ＱａＰｂの算出精度を向上させるためには、ＶＶＴの動作位置の組み合わせに応じてＫｖ＿ＱａＰｂを複数面のＭＡＰとして準備しておくと良い。例えば、吸気ＶＶＴ、排気ＶＶＴの進角量を、それぞれ１０℃Ａ毎に固定し、０〜５０℃Ａまで駆動するＶＶＴであれば、６×６＝３６面のＭＡＰとしてＫｖ＿ＱａＰｂを準備しておくと良いことになる。

推定吸入空気量算出部Ｍ２は、推定吸入空気量ＱａＰｂを、下式（１）を用いて、常時算出している。
ＱａＰｂ
＝Ｋｖ＿ＱａＰｂ／（Ｔ１／（Ｐｂ×Ｖｈ）×Ｒ×（ＡＴ＋２７３）） （１）

ここで、上式（１）におけるＫｖ＿ＱａＰｂは、ＶＶＴ進角量に応じて異なる体積効率を補正する係数であり、ＶＶＴ進角量に応じて３〜３６面程度のＭＡＰにより、体積効率補正係数ＭＡＰ記憶部Ｍ１に記憶されている。また、上式（１）におけるＴ１、Ｐｂ、Ｖｈ、Ｒ、ＡＴは、それぞれクランク角信号によるクランク周期、吸気管圧力、エンジンシリンダ工程容積、空気ガス定数、吸気温を示す。

上式（１）は、必要に応じて各種補正を入れることで、吸気温などの環境変化に対応可能となっている。また、本設定ＭＡＰの軸は、大気圧変化時に生じる吸気管圧力の変化にも対応できるように、エンジン回転速度、吸気管圧力と大気圧の比となっている。

実吸入空気量算出部Ｍ３は、実吸入空気量を算出する手段であり、ＡＦＳで検出した実Ｑａ値を、そのまま燃料演算に使用する。燃料制御用吸入空気量選択部Ｍ４は、後述する切換判定閾値算出部Ｍ７からの選択切換出力に基づいて、燃料制御に用いる吸入空気量として、実Ｑａあるいは推定Ｑａのいずれか一方を選択する。

燃料噴射量算出部Ｍ５は、燃料制御用吸入空気量選択部Ｍ４で選択された吸入空気量を用いて、所望の燃料噴射量となるように、燃料噴射弁１０への駆動信号を演算する。ここで、燃料噴射弁１０の駆動信号は、噴射量に応じたパルス幅を有するパルス信号であり、このパルス幅に相当する時間、燃料噴射弁が開弁されて吸気通路７に燃料が噴射される。

噴射信号のパルス幅、つまり燃料噴射時間は、エアフローセンサ１３により検出された吸入空気量の検出値Ｑａの平均値Ｑａｖｅと、クランク角センサ１２によって検出されたエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて算出される。なお、最終的な燃料噴射時間は、様々な係数により補正されるが、本発明の実施には影響が無いため、詳細な説明は省略する。

運転領域判定部Ｍ６は、エンジン回転速度Ｎｅ、スロットル開度、およびＶＶＴ動作位置（吸気、排気）を判定用パラメータとして読み取り、この判定用パラメータから、現在の運転領域を判定する。この判定用パラメータのうち、エンジン回転速度ＮｅおよびＶＶＴ動作位置（吸気、排気）は、切換判定閾値の選択に用いられる。また、この判定用パラメータのうち、スロットル開度は、切換判定指標値に相当し、切換判定閾値との比較に用いられる。

そして、切換判定閾値算出部Ｍ７は、運転領域判定部Ｍ６で読み取られた判定用パラメータに含まれているエンジン回転速度および可変動弁機構の動作位置に応じた切換判定閾値を、切換判定閾値ＭＡＰ記憶部Ｍ８内のＭＡＰから抽出する。さらに、切換判定閾値算出部Ｍ７は、判定用パラメータに含まれている切換判定指標値（スロットル開度等）が、抽出した切換判定閾値を越えているか否かを判定し、燃料制御用吸入空気量選択部Ｍ４を切換制御する。

切換判定閾値ＭＡＰ記憶部Ｍ８には、決められた運転状態で計測を行い、跳ね上がりが発生する領域を調査することで求めた切換判定閾値（スロットル開度等）があらかじめ記憶されている。

具体的には、エンジン回転速度、ＶＶＴ動作位置（吸気、排気）を固定とし、吸気管圧力などの負荷を変更して跳ね上がり発生領域を確認しておくことで、燃料制御に用いる吸入空気量（実Ｑａまたは推定Ｑａ）を切り換えるための指標となる切換判定閾値を求めることとなる。

なお、本実施の形態１における切換判定閾値は、ＡＦＳの吹き返しが発生する手前のスロットル開度として設定されているが、体積効率など、運転領域をある程度特定できるパラメータを閾値として設定しても良い。

フィルタ処理部Ｍ９は、実Ｑａと推定Ｑａ（ＱａＰｂ）との切換えを行う時に、切換後の吸入空気量に対してフィルタ処理を行う。フィルタ処理の詳細については、後述の図７にて詳細に説明する。

ヒステリシス処理部Ｍ１０は、実Ｑａと推定Ｑａ（ＱａＰｂ）との切換判定閾値に対して、ヒステリシス特性を持たせる働きをする。ヒステリシス特性の設定については、後述の図８にて詳細に説明する。

次に、本実施の形態１におけるＥＣＵ１１の一連処理について、フローチャートを用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態１におけるＥＣＵ１１で実行されるメインルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

まず始めに、ステップＳ１にて、ＥＣＵ１１内の運転領域判定部Ｍ６は、エンジン回転速度、吸気管圧力、ＶＶＴ動作位置（吸気、排気）、スロットル開度などを判定用パラメータとして読み取り、読み取り結果を元に現在の運転領域を判定する。次に、ステップＳ２にて、ＥＣＵ１１内の実吸入空気量算出部Ｍ３は、ＡＦＳから実Ｑａを算出する。

次に、ステップＳ３にて、ＥＣＵ１１内の推定吸入空気量算出部Ｍ２は、エンジン回転速度、吸気管圧力、ＶＶＴ動作位置（吸気、排気）、および体積効率補正係数ＭＡＰ記憶部Ｍ１に記憶された体積効率補正係数ＭＡＰから、推定Ｑａ（ＱａＰｂ）を算出する。

次に、ステップＳ４にて、ＥＣＵ１１内の切換判定閾値算出部Ｍ７は、運転領域の切換判定閾値を算出する。具体的な算出方法は、前述の図２の切換判定閾値算出部Ｍ７の説明と同じであるため、省略する。

さらに、ステップＳ５にて、ＥＣＵ１１内の切換判定閾値算出部Ｍ７は、切換判定指標値であるスロットル開度の値が、判定用パラメータに応じて切換判定閾値ＭＡＰ記憶部Ｍ８から抽出した切換判定閾値を超えているか否かを判断する。

そして、切換判定閾値算出部Ｍ７は、切換判定指標値が切換判定閾値を越えていないと判断した場合には、ＡＦＳの跳ね上がりが無い領域であるので、ステップＳ６に進み、燃料制御用吸入空気量選択部Ｍ４により実Ｑａを選択することで、実Ｑａを用いて燃料制御を行う。

一方、切換判定閾値算出部Ｍ７は、切換判定指標値が切換判定閾値を超えていると判断した場合には、ＡＦＳの跳ね上がりがある領域であるので、ステップＳ７に進み、燃料制御用吸入空気量選択部Ｍ４により推定Ｑａを選択することで、推定Ｑａを用いて燃料制御を行う。

図４は、本発明の実施の形態１におけるＶＶＴ進角量と切換判定閾値との関係を説明するための図であり、切換判定閾値ＭＡＰ記憶部Ｍ８に記憶されている切換判定閾値ＭＡＰのイメージ図に相当する。

（ア）は、ＶＶＴ進角量に応じた切換判定閾値の設定ＭＡＰの例である。例えば、ＶＶＴ進角量が、吸気側：０ｄｅｇＣＡ、排気側：０ｄｅｇＣＡの時、エンジン回転速度に応じて吹き返しが発生する領域を調査し、吹き返しが発生する手前のスロットル開度（閾値判定指標値に相当）を閾値Ａとして設定する。同様に、例えば、ＶＶＴ進角量が、吸気側：２０ｄｅｇＣＡ、排気側：２０ｄｅｇＣＡの時、エンジン回転速度に応じて吹き返しが発生する領域を調査し、吹き返しが発生する手前のスロットル開度を閾値Ｂとして設定する。

ＶＶＴ進角量により体積効率が変化し、跳ね上がりが発生する領域は異なる。このため、図４（イ）に示すように、同じＮｅでも、ＶＶＴ進角量により切換判定閾値がＡ、Ｂのように、変化する。

図５は、本発明の実施の形態１の内燃機関の制御装置における改善効果を示すタイムチャートであり、（ａ）〜（ｅ）は、先の図９に示した従来技術におけるタイムチャートと同様の項目を示している。図５（ａ）中のＡ、Ｂは、先の図４（イ）での切換判定閾値と同じポイントであることを示しており、Ａは、ＶＶＴ進角無しのケース、Ｂは、ＶＶＴ進角有りのケースを示している。

図５における（ア）ＶＶＴ進角有りの場合には、切換判定閾値としてＢの値が採用され、タイムチャートでのｔ４の時点のＢポイントで、推定Ｑａへの切換が実施されることとなる。一方、図５における（イ）ＶＶＴ進角無しの場合には、切換判定閾値としてＡの値が採用され、タイムチャートでのｔ３の時点のＡポイントで、推定Ｑａへの切換が実施されることとなる。

この結果、ＶＶＴ進角無しの場合も、切換判定閾値としてＡを採用することで、跳ね上がりが発生する手前で推定Ｑａへの切換が実施される。このため、真値ではない実Ｑａによる燃料制御は実施されず、（ｅ）に示すように、空燃比のズレを生じることがない。この結果、空燃比のズレによる燃費、排ガスの悪化を改善できる。

図６は、本発明の実施の形態１における体積効率補正係数ＭＡＰの軸変更時の効果説明図である。図６（ア）は、同じエンジン回転、同じＶＶＴ進角量で負荷を変更した時の体積効率補正係数の、標高毎の分布図である。Ｐｂ（吸気管圧力）軸の場合は、標高の差により体積効率補正係数の特性が変化してしまうため、推定ＱａＰｂ値に対し、高地に対応すべく大気圧補正係数などの燃料補正を実施する必要があった。これは、標高の違いにより、同じスロットル開度でも、吸気管圧力が異なることが原因で発生する。

これに対して、図６（イ）のように、Ｋｖ＿ＱａＰｂのＭＡＰのＰａ軸をＰｂ／Ｐａ（大気圧比）軸に変換することで、高地でも低地でも、体積効率補正係数は、ほぼ同等の特性が得られることを、実験結果から確認できた。この結果、Ｋｖ＿ＱａＰｂのＭＡＰのＰａ軸をＰｂ／Ｐａ（大気圧比）軸に変換することで、標高に応じた大気圧補正係数などの燃料補正がほぼ不要になり、適合工数の削減につながる。

次に、フィルタ処理について、詳細に説明する。
推定値であるＱａＰｂに、温度等の影響で誤差が発生した場合には、ＱａとＱａＰｂの切り替わり時に吸入空気量が急変し、空燃比の変動や車体へのショックが発生する可能性がある。このような切り替わり時の問題を解決するため、本実施の形態１では、実際に制御に用いる空気量の値に、フィルタ処理を施す。具体的には、フィルタ処理部Ｍ９は、下式（２９を用いて、フィルタ処理を実施する。
吸入空気量ＱａＱ＝Ｑａ（ｎ-１）×ＸＦＬＴ＋ＱａＰｂ×（１-ＸＦＬＴ） （２）
ＱａＱ：燃料制御用吸入空気量
Ｑａ（ｎ-１）：ＡＦＳ検出実吸入空気量の前回検出値
ＸＦＬＴ：フィルタ係数
ＱａＰｂ：推定吸入空気量

図７は、本発明の実施の形態１におけるフィルタ処理の効果を説明するための図であり、実Ｑａと推定Ｑａの切換時のフィルタ処理の効果を表している。図７の横軸は、時間を表し、縦軸は、（ア）では空気量、（イ）では空燃比（Ａ／Ｆ）、（ウ）では燃料噴射量のフィードバック補正係数をそれぞれ表す。

実Ｑａに対する推定Ｑａ（ＱａＰｂ）が、なんらかの理由で誤差が生じていた場合には、実Ｑａから推定Ｑａ（ＱａＰｂ）への切換えが実施される図７（ア）のｔ１のタイミングで、フィルタ処理が無い場合には、空気量が突然変更されることになる。

図７（ア）のように、実Ｑａよりも推定Ｑａ（ＱａＰｂ）のほうが小さい場合、切換時の空気量は、急減方向に変化する。空気量の急減により、空燃比（Ａ／Ｆ）は、図７（イ）の実線で示すように、瞬時的にリーン方向（上方向）にズレが生じる。このとき、図７（ウ）に示す燃料噴射量を補正する燃料噴射量フィードバック補正係数は、燃料量を増量側に補正するため、上昇方向に変化する。これにより、図７（イ）の空燃比（Ａ／Ｆ）は、目標空燃比に収束するように動く。

このように、実Ｑａから推定Ｑａ（ＱａＰｂ）への切換えが実施されたタイミングｔ１では、空燃比がズレたまま継続されることは無いが、空燃比は、瞬時的にリーン方向にズレることになり、排ガスの悪化とともにショックが発生することもある。

これに対して、実Ｑａと推定Ｑａ（ＱａＰｂ）の切換え時にフィルタ処理を実施した場合には、空気量、空燃比、燃料噴射量フィードバック補正係数は、それぞれ図７（ア）〜（ウ）の破線で示すような挙動となる。すなわち、ｔ１〜ｔ２の間で、図７（ア）の空気量と、図７（ウ）の燃料噴射量フィードバック補正係数が、ともに段階的に変化することで、図７（イ）の空燃比（Ａ／Ｆ）は、わずかに変動するだけで、排ガスの悪化を最小限に抑えることができ、ショックの発生も抑制できる。

次に、ヒステリシス特性を持たせる効果について、詳細に説明する。なお、以下の説明においては、必要に応じて、ヒステリシス特性のことを、単に「ヒス」と記載する。

本実施の形態１では、実Ｑａと推定Ｑａの切換判定用の閾値を、エンジン回転速度により可変設定としている。そのため、エンジン回転変動が発生した場合にも、切換判定用の閾値が変化することになり、閾値を連続してまたぐような現象（ハンチング）の発生による空燃比変動の発生が懸念される。そこで、このようなハンチングの発生を抑制すべく、切換判定閾値にヒステリシス特性を設ける。

図８は、本発明の実施の形態１における切換判定閾値のヒス設定についての説明図である。図８（ア）は、ヒスが固定値である場合の図、図８（イ）は、ヒスが可変設定値である場合の図、そして図８（ウ）は、ヒスの可変設定を実現するための一例として、ヒスのテーブル化を示した表である。

図８（ア）、（イ）の横軸は、エンジン回転速度、縦軸は、実Ｑａと推定Ｑａ（ＱａＰｂ）の切換判定閾値である。また、図８（ウ）の表は、図８（イ）のグラフに示すエンジン回転速度、切換判定閾値、ヒス幅に対応した表となっている。

まず始めに、図８（ア）を用いて、ヒス設定を固定値Ｘとした場合の問題点を説明する。実Ｑａと推定Ｑａ（ＱａＰｂ）の切換判定閾値にヒステリシスを設ける際に、切換判定閾値より所定値だけ小さい固定値にしてしまうと、Ｎｅ変動が生じやすい運転領域では、ヒステリシスをまたいでＱａとＱａＰｂの切換ハンチングが発生する懸念がある。

図８（ア）において、エンジン回転速度Ｎ１の時点では、切換判定閾値に対し、ヒステリシスの幅Ｘを超えないエンジン回転速度の変動幅は、Ｎｗ１の範囲である。これに対し、エンジン回転速度Ｎ２の時点では、切換判定閾値に対し、ヒステリシスの幅Ｘを超えないエンジン回転速度の変動幅は、Ｎｗ１の範囲よりも小さいＮｗ２の範囲となる。

このように、切換判定閾値の上昇度合が急設定となっているエンジン回転速度域では、少しの回転変動（グラフ横方向の振れ）が発生した場合でも、ヒステリシスを超えて、ＱａとＱａＰｂの切換ハンチングが発生する懸念がある。

これに対して、図８（イ）は、ヒスを可変設定値とした場合の効果を示している。切換判定閾値が急変するような設定となっているエンジン回転速度Ｎ２では、ヒステリシスの幅をＸよりも広いＹに設定する。このように、切換判定閾値の上昇度合が急設定となっているエンジン回転速度域では、ヒステリシスの幅を広く設定できるよう、図８（ウ）の表のように、エンジン回転速度により切換判定閾値を可変設定するとともに、ヒステリシスも可変設定とする。こうすることで、エンジン回転変動が生じても、ヒステリシスを超えることを抑制でき、ＱａとＱａＰｂの切換ハンチングの発生を抑制できる。

以上のように、実施の形態１によれば、実Ｑａから推定Ｑａへの切換え判定閾値を、エンジン回転速度やＶＶＴ動作位置により可変設定としている。これにより、ＶＶＴの動作位置に関わらず、跳ね上がりが発生しない（跳ね上がりが発生する少し手前の）運転領域を切換判定の閾値として設定することができる。この結果、実Ｑａから推定Ｑａへの制御切換時の空燃比のズレによる燃費、排ガスの悪化を改善できる効果を得ることができる。

さらに、実Ｑａと推定Ｑａの切換え時にフィルタ処理を施すことで、実Ｑａと推定Ｑａ切換時のＡ／Ｆ急変やショックを防止することができる。さらに、実Ｑａから推定Ｑａへの切換え判定閾値のヒステリシスを、エンジン回転速度に応じて可変設定としている。これにより、エンジン回転変動が生じやすい運転領域でも、実Ｑａと推定Ｑａの切換ハンチングを防止できる。

さらに、体積効率補正係数ＭＡＰのＰａ軸をＰｂ／Ｐａ（大気圧比）軸に変換して推定吸入空気量を算出することで、標高に応じた大気圧補正係数などの燃料補正がほぼ不要になり、適合工数の削減につながる。

なお、上述した実施の形態では、ＶＶＴの進角量に応じて実Ｑａと推定Ｑａの切換判定閾値を設定する場合について説明したが、本発明は、このような場合に限定されるものではない。例えば、ＶＶＴの進角量ではなく、バルブリフト量に応じて切換判定閾値を設定してもよく、また、ＶＶＴの進角量とバルブリフト量との組み合わせに応じて切換判定閾値を設定してもよく、同様の効果を得ることができる。

また、上述した実施の形態では、可変動弁機構として、可変吸気動弁機構および可変排気動弁機構の両方を備えている場合について説明したが、本発明は、このような場合に限定されるものではない。可変動弁機構として、可変吸気動弁機構および可変排気動弁機構のいずれか一方を備えた構成であっても、本発明の効果を得ることができる。

１ エンジン、２ ピストン、３ 燃焼室、４ 点火栓（点火プラグ）、５ 吸気弁、６ 排気弁、７ 吸気通路、８ 電子制御スロットル、９ 吸気管圧力センサ、１０ 燃料噴射弁、１１ ＥＣＵ （エンジンコントロールユニット）、１２ クランク角センサ
、１３ 熱線式エアフローセンサ、１４ スロットル開度センサ、１５ 可変吸気動弁機構、１６ 可変排気動弁機構、１７ 空燃比センサ（排出ガスセンサ）、Ｍ１ 体積効率補正係数ＭＡＰ記憶部、Ｍ２ 推定吸入空気量算出部、Ｍ３ 実吸入空気量算出部、Ｍ４ 燃料制御用吸入空気量選択部、Ｍ５ 燃料噴射量算出部、Ｍ６ 運転領域判定部、Ｍ７ 切換判定閾値算出部、Ｍ８ 切換判定閾値ＭＡＰ記憶部、Ｍ９ フィルタ処理部、Ｍ１０ ヒステリシス処理部。

Claims (5)

1. エアフローセンサの検出値に基づいて実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出部と、
   吸気管圧力およびエンジン回転速度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部と、
   燃料制御に用いる吸入空気量として、前記実吸入空気量算出部で算出された実吸入空気量と、前記推定吸入空気量算出部で算出された推定吸入空気量のいずれかを選択する燃料制御用吸入空気量選択部と、
   運転領域を特定できるパラメータに相当するスロットル開度を、燃料制御に用いる吸入空気量の切換タイミングを判断するための切換判定指標値として読み取るとともに、前記切換タイミングを判断するために用いられる切換判定閾値を求め、前記切換判定指標値と前記切換判定閾値との比較結果に基づいて前記燃料制御用吸入空気量選択部を切換制御する切換判定閾値算出部と
   を備え、可変動弁機構を用いて吸入空気量の制御を行う内燃機関の制御装置であって、
   エンジン回転速度および可変動弁機構の動作位置の組み合わせに応じた切換判定閾値をＭＡＰとしてあらかじめ記憶する記憶部と、
   前記エンジン回転速度、前記可変動弁機構の動作位置、および前記切換判定指標値を判定用パラメータとして読み取り、現在の運転領域を判定する運転領域判定部と
   をさらに備え、
   前記切換判定閾値算出部は、前記運転領域判定部で読み取られた前記判定用パラメータに含まれている前記エンジン回転速度および前記可変動弁機構の動作位置に応じた切換判定閾値を前記記憶部内の前記ＭＡＰから抽出し、前記判定用パラメータに含まれている前記切換判定指標値と抽出した前記切換判定閾値との比較結果に基づいて前記燃料制御用吸入空気量選択部を切換制御する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記切換判定閾値算出部による前記切換制御により前記燃料制御用吸入空気量選択部が選択した吸入空気量に対して、フィルタ処理を施すフィルタ処理部
   をさらに備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記切換判定閾値算出部により抽出された前記切換判定閾値に対して、前記エンジン回転速度に応じたヒステリシス特性を持たせるヒステリシス処理部
   をさらに備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記推定吸入空気量算出部は、大気圧を読み取り、前記吸気管圧力を前記大気圧で割った比率による補正後の体積効率補正係数を用いて前記推定吸入空気量を算出する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. エアフローセンサの検出値に基づいて実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出部と、
   吸気管圧力およびエンジン回転速度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部と、
   燃料制御に用いる吸入空気量として、前記実吸入空気量算出部で算出された実吸入空気量と、前記推定吸入空気量算出部で算出された推定吸入空気量のいずれかを選択する燃料制御用吸入空気量選択部と、
   運転領域を特定できるパラメータに相当するスロットル開度を、燃料制御に用いる吸入空気量の切換タイミングを判断するための切換判定指標値として読み取るとともに、前記切換タイミングを判断するために用いられる切換判定閾値を求め、前記切換判定指標値と前記切換判定閾値との比較結果に基づいて前記燃料制御用吸入空気量選択部を切換制御する切換判定閾値算出部と
   を備え、可変動弁機構を用いて吸入空気量の制御を行う内燃機関の制御方法であって、
   エンジン回転速度および可変動弁機構の動作位置の組み合わせに応じた切換判定閾値をＭＡＰとしてあらかじめ記憶部に記憶させる記憶ステップと、
   前記エンジン回転速度、前記可変動弁機構の動作位置、および前記切換判定指標値を判定用パラメータとして読み取り、現在の運転領域を判定する運転領域判定ステップと、
   前記運転領域判定ステップで読み取られた前記判定用パラメータに含まれている前記エンジン回転速度および前記可変動弁機構の動作位置に応じた切換判定閾値を、前記記憶ステップにより記憶された前記記憶部内の前記ＭＡＰから抽出する切換判定閾値抽出ステップと、
   前記判定用パラメータに含まれている前記切換判定指標値と、前記切換判定閾値抽出ステップで抽出した前記切換判定閾値との比較結果に基づいて前記燃料制御用吸入空気量選択部を切換制御する選択切換制御ステップと
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御方法。

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