JP3337339B2 - 内燃機関の吸入空気量推定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関に吸入される
空気量を推定する内燃機関の吸入空気量推定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、内燃機関の吸気系に流体力学モデ
ルを適用し、モデル式によって正しい気筒吸入空気量を
推定する手法が提案されている。本出願人も、先に、特
開平６−７４０７６号において、スロットル弁をオリフ
ィスとみなし、スロットル弁の前後の差圧から絞り式流
量形の原理式を用いてスロットル通過空気量を求め、こ
の値をもとに気筒吸入空気量を算出する手法を提案し
た。

【０００３】また、このモデルから求められる気筒吸入
空気量と実際の気筒吸入空気量との誤差を如何に少なく
するかが極めて重要となる。この点を改善すべく、本出
願人は、流体力学モデルを前提としながらも複雑な演算
を必要とせずにモデル式の誤差を吸収し、かつ機関運転
の過渡状態や劣化、バラツキ、経年変化などを解消し、
気筒吸入空気量をより正確に推定する手法を提案してい
る（特願平５−２０８８３５）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】既に提案したこれらの
気筒吸入空気量推定手法は、全て、スロットル弁の開度
を基準として推定する手法である。一方、スロットルボ
ディにエンジン振動が加わるなどの原因により、定常運
転状態であるにも拘らず、スロットル弁の開度が微小に
変移してしまう場合があった。かかる場合に、このよう
に変化したものとしてスロットル弁の開度が与えられる
と、この変移に応じた気筒吸入空気量の推定処理が実施
されることとなり、定常運転状態であるにも拘らず、現
実の運転状態は安定せず、ドライバリルティを低下させ
る１つの要因にもなっていた。しかも、スロットル弁
（バタフライ弁）の開度θTHと吸入空気量Ｇc との関係
は、図１７に示した関係となっており、特にスロットル
弁の開度が低開度側で微小に変化した場合には、吸入空
気量Ｇc が大きく変動したものとして推定処理が実施さ
れることになる。従って、特にスロットル弁が低開度側
の場合に、推定処置をより安定して実施することが必要
となる。

【０００５】そこで、本発明の目的は、吸入空気量の推
定処理の精度を低下させることなく、定常運転状態時に
おいて走行状態をより安定させることができる内燃機関
の吸入空気量推定装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、請求項１のかか
る内燃機関の吸入空気量推定装置は、機関回転数Ｎe、
スロットル開度θTH及びチャンバ内圧力Ｐb を含む、内
燃機関の運転状態を検出する第１の手段と、少なくと
も、第１の手段で検出された機関回転数Ｎe とチャンバ
内圧力Ｐb とを基に、定常運転状態時における燃焼室へ
の吸入空気量Ｇc’を求める第２の手段と、少なくと
も、第１の手段で検出されたスロットル開度θTHとチャ
ンバ内圧力Ｐb とを基に、スロットルの第１有効開口面
積Ａを求める第３の手段と、スロットルの第１有効開口
面積Ａの１次遅れ値を求め、その値をスロットルの第２
有効開口面積ＡDELAY とする第４の手段と、第２有効開
口面積ＡDELAY に対する第１有効開口面積Ａの比を求
め、この値をスロットルの有効開口面積比 RATIO-Aとす
る第５の手段と、第５の手段で求めたスロットルの有効
開口面積比 RATIO-Aをもとに吸入空気量Ｇc ’を補正す
ることで、実吸入空気量Ｇc を、Ｇc ＝Ｇc ’× RATIO
-Aとして求める第６の手段とを備えた内燃機関の吸入空
気量推定装置において、この内燃機関の運転状態が所定
の範囲内にある場合に、この内燃機関の運転状態が定常
状態であるとみなす定常状態判断手段と、定常状態判断
手段によってこの内燃機関の運転状態が定常状態である
と判断された場合、スロットルの有効開口面積比 RATIO
-Aの値を予め定めた値に変換し、この値を第６の手段に
与える変換手段とを備えて構成する。

【０００７】また、請求項２にかかる内燃機関の吸入空
気量推定装置では、請求項１に記載した定常状態判断手
段を、所定時間内におけるスロットル開度の変化量が、
予め定めた範囲内にある場合に、この内燃機関の運転状
態が定常状態であると判断する手段として構成する。

【０００８】また、請求項３にかかる内燃機関の吸入空
気量推定装置では、請求項１に記載した定常状態判断手
段を、第５の手段で求めたスロットルの有効開口面積比
RATIO-Aの値が１近傍の所定範囲内にある場合、この内
燃機関の運転状態が定常状態であると判断する手段とし
て構成する。

【０００９】また、請求項４にかかる内燃機関の吸入空
気量推定装置では、請求項１に記載した定常状態判断手
段を、所定時間内におけるチャンバ内圧力Ｐb の変化量
が、予め定めた範囲内にある場合に、この内燃機関の運
転状態が定常状態であると判断する手段として構成す
る。

【００１０】

【作用】請求項１における内燃機関の吸入空気量推定装
置では、定常状態判断手段によって、この内燃機関の運
転状態が所定の範囲内にある場合に定常状態であるとみ
なされる。定常状態と判断された場合には、変換手段に
よって、有効開口面積比RATIO-Aの値を予め定めた値に
変換する。この結果、ノイズなどの影響により、有効開
口面積比 RATIO-Aの値が多少変動していたとしても、定
常状態とみなされた期間中、有効開口面積比 RATIO-Aが
一定の値に維持される。

【００１１】また、スロットル開度の変化量がほぼ一定
であれば、内燃機関の運転状態が定常状態であるとみな
すことができる。従って、請求項２にかかる定常状態判
断手段では、所定時間内におけるスロットル開度の変化
量が予め定めた範囲内にある場合に、内燃機関の運転状
態が定常状態であると判断することとした。

【００１２】また、スロットルの第１有効開口面積Ａの
値が、この１次遅れ値となる第２有効開口面積ＡDELAY
とほぼ一致する場合には、内燃機関の運転状態が、この
間変化がほとんど無く定常状態であるとみなすことがで
きる。従って、請求項３にかかる定常状態判断手段で
は、有効開口面積比 RATIO-Aの値が１近傍の所定範囲内
の値のとき、この内燃機関の運転状態が定常状態である
と判断することとした。

【００１３】さらに、所定時間内におけるチャンバ内圧
力Ｐb の変化量が、予め定めた範囲内にある場合にも、
実吸入空気量Ｇｃがほぼ一定であり、内燃機関の運転状
態が定常状態であるとみなすことができる。従って、請
求項４にかかる定常状態判断手段では、所定時間内にお
けるチャンバ内圧力Ｐb の変化量が予め定めた範囲内に
ある場合に、この内燃機関の運転状態が定常状態である
と判断することとした。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照して
説明する。

【００１５】図１において、符号１０は４気筒の内燃機
関を示しており、吸気路１２の先端に配置されたエアク
リーナ１４から導入された吸気は、スロットル弁１６で
その流量を調節されつつサージタンク１８とインテーク
マニホルド２０を経て第１〜第４気筒に流入される。各
気筒の吸気弁（図示せず）の付近には、インジェクタ２
２が設けれており、ここから燃料を噴射する。噴射され
た燃料と吸気とが一体となった混合気は、各気筒内で点
火プラグで点火されて燃焼され、内燃機関のピストンを
駆動する。燃焼後の排気ガスは排気弁を介してエキゾー
ストマニホルド２４に放出され、エキゾーストパイプ２
６を経て三元触媒コンバータ２８で浄化され機関外に排
気される。

【００１６】また、内燃機関のディストリビュータ（図
示せず）内には、ピストンのクランク角度位置を検出す
るクランク角センサ３４が設けられており、この他、ス
ロットル弁１６の開度θTHを検出するスロットル開度セ
ンサ３６、スロットル弁１６下流の吸気圧力（チャンバ
内圧力）Ｐb を絶対圧力で検出する吸気圧センサ３８も
設けられている。また、スロットル弁１６の上流側に
は、大気圧Ｐａを検出する大気圧センサ４０、吸入空気
の温度ＴＡを検出する吸気温センサ４２、吸入空気の湿
度を検出する湿度センサ４４が設けられている。さら
に、吸気路１２には、２次空気量の調整用として、スロ
ットル弁１６の前後の吸気路をバイパスするバイパス路
３２が設けられており、電磁弁９０を駆動することによ
り、このバイパス路３２の開閉を行う。また、排気系に
おいてエキゾーストマニホルド２４の下流側で三元触媒
コンバータ２８の上流側には、酸素濃度検出素子からな
る広域空燃比４６が設けられ、排気ガスの空燃比を検出
する。これらセンサ３４などの出力は、制御ユニット５
０に送られる。

【００１７】図２に制御ユニットの詳細を示す。広域空
燃比センサ４６の出力は検出回路５２に入力され空燃比
Ａ／Ｆが検出される。この検出回路５２の出力は、Ａ／
Ｄ変換回路５４を介し、ＣＰＵ５６、ＲＯＭ５８及びＲ
ＡＭ６０からなるマイクロ・コンピュータ内に取り込ま
れ、ＲＡＭ６０に格納される。同様に、スロットル開度
センサ３６などのアナログ出力は、レベル変換回路６
２、マルチプレクサ６４及び第２のＡ／Ｄ変換回路６６
を介して、マイクロ・コンピュータ内に入力される。ま
た、クランク角センサ３４の出力は、波形整形回路６８
で波形整形された後、カウンタ７０で出力値がカウント
され、カウント値はマイクロ・コンピュータ内に入力さ
れる。マイクロ・コンピュータにおいて、ＣＰＵ５６は
ＲＯＭ５８に格納された命令に従って、後述するような
制御値を演算し、駆動回路７２を介して各気筒のインジ
ェクタ２２を駆動する。

【００１８】ここで、本実施例において採用する、流体
力学モデルを用いた吸入空気量の推定手法の基本原理を
概略的に説明する（参照：特願平６−１９７，２３８
号）。

【００１９】この手法は、内燃機関の吸気系における空
気の挙動を物理式によりモデル化し（図３）、スロット
ルを通過する空気量Ｇthとチャンバへ充填される空気量
Ｇbとに基づいて、気筒内に吸入される吸入空気量（実
吸入空気量）Ｇc を推定する手法である。なお、ここで
「チャンバ」とは、いわゆるサージタンク相当部位のみ
ならず、スロットルと気筒の入口となる吸気ポートとの
間において空気が流通する全ての部位を含み、実際にチ
ャンバとして働く実効容積を意味するものとする。

【００２０】まず、図４に示すように、スロットル開度
θTHから予め設定した特性に従ってスロットルの投影面
積（吸気管の長手方向へのスロットルの投影面積）Ｓを
求める。他方、図５に示すように、スロットル開度θTH
と吸気圧力（チャンバ内圧力）Ｐｂについて設定した別
の特性に従って係数Ｃ（流量係数αと気体の膨張補正係
数εの積）を求め、両者を乗じてスロットルの有効開口
面積Ａを求める。なお、いわゆるスロットル全開領域で
は、スロットルが絞りとして機能しなくなるため、機関
回転数ごとにそれぞれスロットル全開領域を臨界値とし
て求めておき、検出されたスロットル開度がこの臨界値
を超えたときは、この臨界値をスロットル開度とする。

【００２１】次いで、気体の状態方程式に基づく数１式
から、チャンバ内の空気量Ｇb を求め、チャンバ内の圧
力変化ΔＰから数２式に従って、今回チャンバ内に充填
された空気量ΔＧb を求める。今回チャンバ内に充填さ
れた空気量は、当然ながら気筒燃焼室に吸入されないも
のとすれば、単位時間ΔＴ当たりの吸入空気量Ｇc は、
数３式のように表すことができる。

【００２２】

【数１】

【００２３】

【数２】

【００２４】

【数３】

【００２５】他方、前述したＲＯＭ５８には、図６に示
すように、定常運転状態時の燃料噴射量Ｔimapを、いわ
ゆるスピードデンシティ方式に基づいて機関回転数Ｎe
と吸気圧力Ｐb とから検索できるように予め設定してマ
ップ化して格納している。また、ここで検索された燃料
噴射量Ｔimapは、機関回転数Ｎe と吸気圧力Ｐb に応じ
て決定される目標空燃比Ａ／Ｆに応じて設定されること
から、図７に示すように、目標空燃比Ａ／Ｆの基本値KB
S も機関回転数Ｎe と吸気圧力Ｐb とから自在に検索で
きるように、予めマップ化して格納しておく。なお、燃
料噴射量Ｔimapは、前述した流体力学モデルで、定常運
転状態時を満足するように設定する。直接的にはインジ
ェクタ２２の開弁時間を単位として設定する。

【００２６】ここで、定常運転状態時のある条件下（機
関回転数Ｎe1と吸気圧力Ｐb1によって規定される条件
下）において、マップ検索によって決定した燃料噴射量
Ｔimap１は数４式に示す通りとなる。

【００２７】

【数４】

【００２８】前述したモデル式を満足するようにこのマ
ップ値を作成しておくことで、流体力学モデルに基づい
て決定される、定常運転状態時の燃料噴射量Ｔimap１’
は、マップ検索によって決定した燃料噴射量Ｔimap１と
当然に一致する。

【００２９】一方、流体力学モデルに基づいて決定され
る、定常運転状態時の燃料噴射量Ｔimap１’及び過渡運
転状態時の燃料噴射量Ｔimap２’は、目標空燃比を理論
空燃比（１４．７：１）とすると、数５式及び数６式で
表される。

【００３０】

【数５】

【００３１】

【数６】

【００３２】この両式において、定常運転状態時のスロ
ットル通過空気量Ｇth1 と過渡運転状態時のスロットル
通過空気量Ｇth2 とを比較すると、スロットルの有効開
口面積Ａ１とＡのみが異なっている。従って、過渡運転
状態時のスロットル通過空気量Ｇth2 は、数７式で表す
ことができる。

【００３３】

【数７】

【００３４】数３式及び数７式に基づき、定常時のスロ
ットル弁の有効開口面積と過渡時のスロットル弁の有効
開口面積との比を用いることによって、定常時のスロッ
トル通過空気量Ｇth1 を基に、過渡運転状態時のスロッ
トル通過空気量Ｇth2 を表現することができる。

【００３５】さらに、現在のスロットル弁の有効開口面
積をＡとし、定常運転状態時のスロットル弁の有効開口
面積をＡ１とすると、定常運転状態時のスロットル弁の
有効開口面積Ａ１は、現在のスロットル弁の有効開口面
積Ａの一次遅れとして把握できる（図８）。即ち、Ａの
一次遅れを「ＡDELAY 」と呼ぶと、Ａ１とＡDELAY と
は、ほぼ同様の値となっていることが分る。従って、流
体力学モデルの考え方を用いてモデルを近似する際に
は、Ａ／（Ａの一次遅れ）を用いればよい。

【００３６】図９に示すように、過渡運転状態では、ス
ロットルが開かれた瞬間は、スロットル前後の差圧が大
きいため、スロットル通過空気量が一気に流れ、次第に
定常状態に落ちつくが、その過渡運転状態におけるスロ
ットル通過空気量Ｇthは、この比Ａ／ＡDELAY で表現で
き、定常運転状態では、図９の下側のグラフで示される
ように、この値が”１”となる。以下、この比を「RATI
O-A 」と呼ぶ。

【００３７】また、スロットルの有効開口面積は、スロ
ットル開度に大きく依存しており、スロットル開度の変
化にほぼ追随して変化する状態となる（図１０）。従っ
て、前述した有効開口面積の一次遅れ値を、スロットル
開度の１次遅れ値と等価的に取り扱うこととした。さら
に、チャンバ充填空気量ΔＧb が吸入空気量Ｇc へ反映
される遅れを解消すべく、このスロットル開度の１次遅
れに加え、値ΔＧb の１次遅れも考慮することとした。

【００３８】このようして、チャンバ充填空気量Ｇb を
スロットル通過空気量Ｇthから算出することで、スロッ
トル通過空気量Ｇthを基に吸入空気量Ｇc を求めること
ができる。これによって、構成が簡易になると共に、演
算量も削減できる。具体的には、単位時間ΔＴ当たりの
吸入空気量Ｇc は、数８式のように表すことができる。
また、数９式及び数１０式を伝達関数の形式で表すと、
数１１式が導かれる。この数１１式に示すように、吸入
空気量Ｇc はスロットル通過空気量Ｇthの１次遅れ値か
ら求めることができる。

【００３９】

【数８】

【００４０】

【数９】

【００４１】

【数１０】

【００４２】

【数１１】

【００４３】そこで、このような一連の演算処理を、図
１１にブロック図として示す。なお、吸入空気量Ｇc は
燃料噴射量と同様に取り扱うことできるため、以下に示
す各ブロック図等では、便宜上、吸入空気量を燃料噴射
量として取り扱うこととする。また、図中、「（１−
Ｂ）／（ｚ−Ｂ）」は離散系の伝達関数で１次遅れを意
味する。

【００４４】従って、定常運転状態時のある条件下（機
関回転数Ｎe と吸気圧力Ｐb によって規定される条件）
でマップ検索により決定される燃料噴射量をＴimapと記
すと、実際に出力すべき燃料噴射量Ｔout は次式より求
めることとした。Ｔout ＝Ｔimap×RATIO-Aここで、本
実施例における吸入空気量推定装置で行う演算処理を、
図１２にブロック図として示す。

【００４５】前述したように、機関の運転状態が定常状
態の場合には、検出されるノイズなどの影響を除去し、
吸入空気量の推定処理動作を安定させることが必要とな
る。そこで、本実施例にかかる推定装置では、この機関
の運転状態が定常状態か否かを判断する定常状態判断部
１００、定常状態判断部１００によって機関の運転状態
が定常状態であると判断された場合に、スロットルの有
効開口面積比 RATIO-Aの値を所定の値に変換する変換部
１０１などを備えている。

【００４６】以下、図１３のメイン・フローチャートを
参照して、この吸入空気量推定装置の動作について説明
する。なお、このフローチャートは各ＴＤＣ位置で起動
される。

【００４７】まず、各センサで検出した機関回転数Ｎ
ｅ、吸気圧力Ｐｂ、スロットル開度θTH、気圧Ｐａ、機
関冷却水温Ｔｗなどを読み込む（Ｓ１０）。また、スロ
ットル開度θTHは、アイドル運転状態のスロットル全閉
開度を学習し、その値を用いる。

【００４８】次いで、機関がクランキング（始動）中か
否かを判断する（Ｓ２０）。クランキング中と判断され
た場合には（Ｓ２０で「ＹＥＳ」）、水温Ｔｗから所定
のテーブル（図示省略）を検索してクランキング時の燃
料噴射量Ｔicr を算出し（Ｓ２１）、次いで始動モード
の式（説明省略）に基づいて燃料噴射量Ｔout を決定す
る（Ｓ２２）。

【００４９】一方、Ｓ２０でクランキング中ではないと
判断された場合には（Ｓ２０で「ＮＯ」）、続いて、フ
ューエル・カットか否かが判断される（Ｓ３０）。フュ
ーエル・カットと判断された場合には（Ｓ３０で「ＹＥ
Ｓ」）、燃料噴射量Ｔout を零に設定する（Ｓ３１）。

【００５０】Ｓ３０で「ＮＯ」と判断された場合には、
機関回転数Ｎｅと吸気圧力ＰｂとをもとにしてＲＯＭ５
８に格納したマップ（図６）を検索し、定常運転状態時
の燃料噴射量Ｔimap（定常運転状態時の吸入空気量Ｇ
ｃ’）を求める（Ｓ４０）。検索した燃料噴射量Ｔimap
は、この後、必要に応じて気圧補正などを適宜加える
（図示せず）。

【００５１】次いで、Ｓ１０で読み込まれたスロットル
開度θTHと、１次遅れ伝達関数「（１−Ｂ）／（ｚ−
Ｂ）」とにより、スロットル開度の１次遅れ値θTH-Dを
演算する（Ｓ５０）。次いで、スロットル開度θTHと吸
気圧力Ｐｂをもとに、前述した手法によって現在のスロ
ットルの有効開口面積Ａを算出する（Ｓ６０）。次い
で、スロットル開度の１次遅れ値θTH-Dと吸気圧力Ｐｂ
とによりスロットルの有効開口面積の１次遅れ値ＡDELA
Y を算出する（Ｓ７０）。

【００５２】次いで、「RATIO-A 」を RATIO-A ＝（Ａ＋ＡBYPASS）／（Ａ＋ＡBYPASS）DELAY なる式から算出する（Ｓ８０）。なお、ＡBYPASSは、ス
ロットル弁を通過せずに、バイパス路３２などを経由し
て各気筒燃焼室に吸入される空気量（図１２に「リフト
量」として示す）を意味し、正確に吸入空気量を決定す
るためにはこの空気量も勘案する必要があるために、こ
の空気量を考慮して演算を行うものである。具体的に
は、この空気量に対応する値を所定の特性に従ってスロ
ットル開度ＡBYPASSに換算して求めておいて有効開口面
積Ａに加算すると共に、その和（Ａ＋ＡBYPASS）とその
１次遅れの近似値「（Ａ＋ＡBYPASS）DELAY 」との比を
求め、それをRATIO-A とする。

【００５３】このように、分子、分母の双方に加算する
結果、スロットル弁を通過しないで各気筒燃焼室に吸入
される空気量の計測に誤りがあっても、決定される燃料
噴射量への影響度が小さくなる。

【００５４】続いて、この機関の運転状態が定常状態か
否かを判断する（Ｓ９０）。ここで、この定常状態の具
体的な判断手法を図１４のフローチャートに示す。先
ず、ＴＤＣに同期した今回のタイミングで得られるスロ
ットル開度をθTH（ｋ）とし、前回のタイミングで得ら
れたスロットル開度をθTH（ｋ−１）とすると、θTH
（ｋ）−θTH（ｋ−１）を算出することにより、この間
のスロットル開度θTHの変化量ΔθTHを求める（Ｓ９
１）。次いで、求めた変化量ΔθTHの絶対値が、予め定
めた定常判定値ΔθCHK 以内であれば、この機関の運転
状態は定常状態であると判断され、定常判定値ΔθCHK
を超える値であれば、この機関の運転状態は過渡状態で
あると判断される（Ｓ９２）。なお、スロットル開度θ
THと吸入空気量Ｇｃとの関係は、図１７で示した関係に
あるため、この特性を踏まえ、定常判定値ΔθCHK は、
例えば低開度側で０．５ｄｅｇ程度に設定することが望
ましく、その他、図１５のグラフに示すように、スロッ
トル開度θTHに応じて個々に設定することが望ましい。
この設定にあたっては、各スロットル開度θTHに対する
定常判定値ΔθCHK の値を予めＲＯＭ５８などに格納し
ておき、その時のスロットル開度θTHに応じて定常判定
値ΔθCHK の値を読み出すようにする。

【００５５】続いて、この機関の運転状態が過渡状態と
判断された場合には（Ｓ９０で「ＮＯ」）、Ｓ４０で検
索して求めたＴimap（Ｇｃ’）にＳ８０で求めたRATIO-
A を乗じ、スロットル通過空気量に相当する燃料噴射量
Ｔout （Ｇｃ）を算出する（Ｓ１１０）。

【００５６】一方、この機関の運転状態が定常状態と判
断された場合には（Ｓ９０で「ＹＥＳ」）、変換部１０
１において、Ｓ８０で求めたRATIO-A の値を予め設定し
た値「１．０」に置き換える（Ｓ１００）。そして、こ
の値をもとに、Ｓ１１０において燃料噴射量Ｔout （Ｇ
ｃ）を算出する。この場合、燃料噴射量Ｔout （Ｇｃ）
はＴimap（Ｇｃ’）と等しくなる。

【００５７】このように、スロットル開度の変化量Δθ
THがある微小範囲内の場合に、機関の運転状態が定常状
態であるとみなして演算処理を行うことで、検出される
ノイズなどの影響を除去でき、吸入空気量の推定処理動
作を安定させることができる。

【００５８】本実施例では、機関の運転状態が定常状態
か否かの判断をスロットル開度θTHの変化量ΔθTHをも
とに判断したが、この他にも以下に示す手法によって、
機関の運転状態が定常状態か否かを判断することもでき
る。

【００５９】例えば、図１３のフローチャートのＳ９０
において、Ｓ８０で求められたスロットルの有効開口面
積比 RATIO-Aの値に基づいて、機関の定常状態を判断し
ても良い。この場合、RATIO-A の値が「１．００」であ
れば、スロットルの有効開口面積Ａの値とその１次遅れ
値ＡDELAY とが等しい値であり、この場合には機関の運
転状態が定常状態であると判断できる。加えて、前述し
たようなノイズとなる機関の振動等による影響を考慮し
て、RATIO-A の値が、例えば、０．９５〜１．０５の範
囲内にある場合には、機関の運転状態が定常状態とみな
すことができる。そこで、RATIO-A の値が０．９５〜
１．０５の範囲内にある場合には、定常状態であると判
断し（Ｓ９０で「ＹＥＳ」）、さらにＳ１００におい
て、RATIO-Aの値を「１．００」に新たに設定し直す。

【００６０】なお、この設定処理は、図１６に示す特性
線ｌで定まる特性に従って、RATIO-A の値を RATIO-A変
換値に置き換えることもできる。

【００６１】また、これら例示した機関の定常状態の判
断手法は、いずれも、検出されたスロットル開度θTHの
値に基づいて行われる処理であるが、この他にも、吸気
圧力Ｐb の変化を検出することによって、機関の運転状
態を判断することもできる。具体的には、ＴＤＣに同期
して吸気圧力Ｐｂを検出し、前回と今回のタイミングで
得られた検出値の差（絶対値）が、予め定めた定常判定
値ΔＰｂCHK の範囲内の値であれば、この機関の運転状
態は定常状態と判断する。

【００６２】この定常判定値ΔＰｂCHK の値も前述と同
様に、各機関回転数Ｎｅに対応して予め設定しておくこ
とが望ましい（図１８）。例えば、アイドル状態では、
吸気圧力Ｐb の変動が±２０ｍｍＨｇの範囲内であれ
ば、機関の運転状態が定常状態であると判断し（Ｓ９０
で「ＹＥＳ」）、RATIO-A の値を「１．００」に新たに
設定し直す処理を行う（Ｓ１００）。

【００６３】なお、この判断処理にあたっても、機関回
転数Ｎｅに対する定常判定値ΔＰｂCHK の値を予めＲＯ
Ｍ５８などに格納しておき、判断処理時に、その時の機
関回転数Ｎｅに応じて定常判定値ΔＰｂCHK の値を読み
出すようにすることが望ましい。

【００６４】以上説明した実施例では、燃料噴射量Ｔim
apを予めマップ化する例を示したが、これに代えて、定
常運転状態時における吸入空気量Ｇc ’をマップ化し、
ＲＯＭ５８に格納しておいてもよい。

【００６５】また、本実施例では、変換部１０１におい
て、運転状態が定常状態の時、スロットルの有効開口面
積比 RATIO-Aの値を「１．００」に変換する例を示した
が、この例に限定するものではなく、例えば「１．０
２」など、１．００近傍の任意の値に設定することも可
能である。

【００６６】さらに、例示した実施例では、推定された
吸入空気量に対応して燃料噴射量を決定することとした
が、この例に限定されるものではなく、この他にも、推
定された吸入空気量に対応し、例えば、点火時期、排気
還流量（ＥＧＲ量）など、他のエンジン制御パラメータ
を算出することもできる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１にかかる
内燃機関の吸入空気量推定装置では、定常状態判断手段
によって、この内燃機関の運転状態が定常状態であると
みなされた期間、変換手段によって、有効開口面積比 R
ATIO-Aの値を予め定めた値に変換する構成を採用した。
従って、ノイズなどの影響により、有効開口面積比 RAT
IO-Aの値が多少変動していたとしても、定常状態とみな
された期間中、有効開口面積比 RATIO-Aが一定の値に維
持されるため、吸入空気量の推定処理を安定させること
ができる。

【００６８】また、請求項２にかかる内燃機関の吸入空
気量推定装置では、定常状態判断手段によって、スロッ
トル開度の変化量が所定の範囲内であれば定常状態であ
ると判断することとした。従って、機関の振動等がスロ
ットルボディに加わることなどで、定常状態であるにも
拘らず、スロットル開度が多少変動して検出される場合
等にも、この変動が所定の変動範囲内であれば定常状態
であるとみなして、以降の推定処理を実施できる。この
ため、定常状態時に於ける吸入空気量の推定処理を安定
させることができる。

【００６９】また、請求項３にかかる内燃機関の吸入空
気量推定装置では、スロットルの第１有効開口面積Ａの
値が、この１次遅れ値となる第２有効開口面積ＡDELAY
とほぼ一致する場合、すなわち、有効開口面積比 RATIO
-Aの値が１近傍の所定範囲内である場合を定常状態判断
手段によって定常状態と判断することとした。従って、
スロットルの第１有効開口面積Ａ等は、スロットル開度
の値に基づいて求まるため、定常状態であるにも拘ら
ず、検出されたスロットル開度に多少ノイズ等が含まれ
ている場合にも、定常状態であるとみなして以降の推定
処理を実施することができる。

【００７０】また、請求項４にかかる内燃機関の吸入空
気量推定装置では、チャンバ内圧力Ｐb の変化量によっ
ても、運転状態が定常状態か否かを判断できるため、チ
ャンバ内圧力Ｐb の変化量に基づいて定常状態を判断す
る定常状態判断手段を備える構成を採用した。従って、
チャンバ内圧力Ｐb の変化量が所定の範囲内であれば、
スロットル開度に拘らず定常状態と判断でき、検出され
たスロットル開度にノイズ等が含まれている場合にも、
定常状態であるとみなして以降の推定処理を実施でき
る。この結果、定常状態時に於ける吸入空気量の推定処
理を安定させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例にかかる内燃機関及び各種センサの配
設位置等を示す概略構成図である。

【図２】内燃機関の吸入空気量推定装置における制御装
置の構成を示すブロック図である。

【図３】本実施例で採用した流体力学モデルを示す説明
図である。

【図４】図３の流体力学モデルを用いて、スロットル弁
の有効開口面積を流量係数などを用いて算出する手法を
示すブロック図である。

【図５】図４の算出で用いる係数のマップ特性を示す説
明図である。

【図６】定常運転状態時の燃料噴射量のマップ特性を示
す説明図である。

【図７】目標空燃比のマップを示す説明図である。

【図８】スロットルの有効開口面積についてのシミュレ
ーション結果を示すデータ図である。

【図９】本実施例における定常運転状態と過渡運転状態
とを示す説明図である。

【図１０】スロットル開度とスロットルの有効開口面積
との関係を示す説明図である。

【図１１】燃料噴射量（吸入空気量）の算出処理を示す
ブロック図である。

【図１２】燃料噴射量（吸入空気量）の算出処理を示す
ブロック図である。

【図１３】燃料噴射量（吸入空気量）の算出処理を示す
メイン・フローチャートである。

【図１４】図１３のメイン・フローチャートのうち、Ｓ
９０において実施する判断処理を示すフローチャートで
ある。

【図１５】スロットル開度と定常判定値との関係を示す
グラフである。

【図１６】RATIO-A の値を変換する際に用いるグラフで
ある。

【図１７】スロットル開度と吸入空気量との関係を示す
グラフである。

【図１８】吸気圧力と定常判定値との関係を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１０…内燃機関、１２…吸気路、１６…スロットル弁、
２０…インテークマニホルド、３４…クランク角セン
サ、３６…スロットル開度センサ、３８…吸気圧セン
サ、１００…定常状態判断部、１０１…変換部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−42600（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−74076（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−206245（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−18638（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00 F02D 13/00 - 28/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関回転数Ｎe 、スロットル開度θTH及び
   チャンバ内圧力Ｐb を含む、内燃機関の運転状態を検出
   する第１の手段と、 少なくとも、前記第１の手段で検出された前記機関回転
   数Ｎe と前記チャンバ内圧力Ｐb とを基に、定常運転状
   態時における燃焼室への吸入空気量Ｇc ’を求める第２
   の手段と、 少なくとも、前記第１の手段で検出された前記スロット
   ル開度θTHと前記チャンバ内圧力Ｐb とを基に、スロッ
   トルの第１有効開口面積Ａを求める第３の手段と、 前記スロットルの第１有効開口面積Ａの１次遅れ値を求
   め、その値をスロットルの第２有効開口面積ＡDELAY と
   する第４の手段と、 前記第２有効開口面積ＡDELAY に対する前記第１有効開
   口面積Ａの比を求め、この値を前記スロットルの有効開
   口面積比 RATIO-Aとする第５の手段と、 前記第５の手段で求めた前記スロットルの有効開口面積
   比 RATIO-Aをもとに前記吸入空気量Ｇc ’を補正するこ
   とで、実吸入空気量Ｇc を、 Ｇc ＝Ｇc ’× RATIO-A として求める第６の手段とを備えた内燃機関の吸入空気
   量推定装置において、 この内燃機関の運転状態が所定の範囲内にある場合に、
   この内燃機関の運転状態が定常状態であるとみなす定常
   状態判断手段と、 前記定常状態判断手段によってこの内燃機関の運転状態
   が定常状態であると判断された場合、前記スロットルの
   有効開口面積比 RATIO-Aの値を予め定めた値に変換し、
   この値を前記第６の手段に与える変換手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の吸入空気量推定装
   置。
2. 【請求項２】前記定常状態判断手段は、 所定時間内における前記スロットル開度の変化量が、予
   め定めた範囲内にある場合に、この内燃機関の運転状態
   が定常状態であると判断することを特徴とする請求項１
   記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
3. 【請求項３】前記定常状態判断手段は、 前記第５の手段で求めた前記スロットルの有効開口面積
   比 RATIO-Aの値が１近傍の所定範囲内にある場合に、こ
   の内燃機関の運転状態が定常状態であると判断すること
   を特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸入空気量推定
   装置。
4. 【請求項４】前記定常状態判断手段は、 所定時間内における前記チャンバ内圧力Ｐb の変化量が
   予め定めた範囲内にある場合に、この内燃機関の運転状
   態が定常状態であると判断することを特徴とする請求項
   １記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。