JPH0242160A - 内燃機関の吸入空気量予測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の吸入空気量予測装置に係り、特に燃
料噴射量や点火時期を制御するために使用される吸気弁
閉弁付近における吸入空気量または吸入空気量に対応し
た物理量を予測する内燃機関の吸入空気量予測装置に関
する。

〔従来の技術〕

従来より、スロットル開度と機関回転速度とを検出し、
これらの検出値に基づいて基本燃料噴射時間や基本点火
進角を演算し、この基本燃料噴射時間や基本点火進角を
吸気温や機関冷却水温等で補正して燃料噴射量や点火時
期を制御する内燃機関の制御装置が知られている。燃料
噴射量や点火時期等の制御量を機関が要求する値に制御
するためには、機関燃焼室に吸入される吸入空気量が確
定する時点、すなわち吸気弁閉弁時を含む吸気弁閉弁付
近での検出値を用いて上記制御量を制御すればよい。し
かしながら、制御量を演算するために所定時間必要であ
ると共に、燃料噴射量制御の場合には燃料噴射弁から噴
射された燃料が燃焼室に到達するまでに所定の飛行時間
が必要であり、燃焼室に供給される吸入空気量が確定し
たときに制御量を演算して制御すると時間遅れによって
制御量を機関要求値に制御できなくなる。

このため、従来では、特開昭６２−１５７２６０号公報
に示されるように、スロットル開度の単位時間当りの変
化量（θ、−〇、、）／ΔＴを求め、この変化量に予測
先までの時間Δｔを乗算して予測時点でのスロットル開
度を算出し、その結果に基づき予測先での機関制御量を
求めている。

しかしながら、通常スロットル弁は機関燃焼室から離れ
た上流側の位置に配置されており、スロットル弁を通過
した空気が機関燃焼室へ到達するまでに時間遅れが生じ
、また、スロットル弁と吸気弁との間の容積のためスロ
ットル開度は実吸入空気量の変化に対して位相が進むこ
とになる。このため、スロットル開度と機関回転速度と
で定められた制御量は機関要求値より位相が進んだ値と
なる。このため、スロットル開度と機関回転速度とに基
づいて燃料噴射量を制御すると、スロットル開度センサ
が正常であっても加速時には燃料噴射量が要求値より多
くなって空燃比がオーバリッチになり、減速時には燃料
噴射量が要求値より少なくなって空燃比がオーバリーン
になる。

一方、吸気管絶対圧力（吸気管圧力）が１サイクル当り
に機関に吸入される吸入空気量に略比例するという原理
に基づいて、吸入空気量に対応した吸気管圧力と機関回
転速度とに基づいて燃料噴射量を制御する場合は、ダイ
ヤフラム式の圧力センサをスロットル弁下流側の吸気管
に取付け、機関脈動成分を除去するために時定数が３〜
５　ｍ５ｅｃのフィルタを介して圧力センサ出力を処理
することにより吸気管圧力を検出している。しかしなが
ら、圧力センサのダイヤフラムによる応答遅れおよびフ
ィルタの時定数による応答遅れが存在するため、加減速
時等の過渡運転時には、実際の吸気管圧力の変化に対し
て検出された吸気管圧力の変化に時間遅れが生ずる。こ
のため、加速時にはスロットル弁が急閉されて実際の吸
気管圧力が急激に上昇するのに対して検出された吸気管
圧力に時間遅れが生じ、実際の吸気管圧力より小さい値
の吸気管圧力によって基本燃料噴射時間が演算されるこ
とになるため、空燃比がオーバリーンになり加速応答性
が悪化すると共に排気エミッションが悪化する。逆に、
減速時にはスロットル弁が急閉されることから吸気管圧
力が急激に低下するため実際の吸気管圧力より大きな値
の吸気管圧力によって基本燃料噴射時間が演算されるこ
とになり、空燃比がオーバリッチになってドライバビリ
ティが悪化すると共に排気エミッションが悪化する。

また、吸入空気量と機関回転速度とに基づいて燃料噴射
量を制御する場合は、スロットル弁の上流側にベーン式
エアフロメータやカルマン渦式エアフロメータ等の流量
センサを取付けて直接吸入空気量を検出しているが、流
量センサはスロットル弁の上流側に取付けられているた
め、流量センサ出力の変化は実吸入空気量の変化に対し
て応答遅れが生じることになる。

このため本出願人は、位相遅れのないスロットル開度と
機関回転速度とに基づいて定常状態での吸気管圧力を演
算すると共に定常状態での吸気管圧力に対して過渡時の
応答遅れの補正を行って位相進みおよび位相遅れのない
吸気管圧力を演算し、演算された吸気管圧力に基づいて
機関に吸入される空気量が確定する時点での吸気管圧力
を予測し、この予測値と機関回転速度とに基づいて燃料
噴射量を制御する方法を既に提案している（特願昭６２
−５１０５６号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、スロットル弁を迂回するように設けられ
たバイパス通路に流れる空気量を制御してアイドル回転
速度を制御する場合やアイドルアップを行う場合のよう
にスロットル弁をバイパスする空気量が変化する場合に
は、スロットル開度と吸気管圧力とが対応しなくなり、
予測時点での実際の吸気管圧力と予測値との間にずれが
生じ、制御量を機関要求値に制御できなくなる、という
問題がある。

本発明は上記問題点を解決すべく成されたもので、予測
時点での吸入空気量または吸入空気量に対応した物理量
を正確に予測することができる内燃機関の吸入空気量予
測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〕

上記目的を達成するために本発明は、第１図（１）に示
すように、スロットル開度を検出するスロットル開度検
出手段Ａと、機関回転速度を検出する機関回転速度検出
手段Ｂと、機関燃焼室に吸入される吸入空気量または吸
入空気量に対応した物理量を測定する測定手段Ｃと、ス
ロットル開度と機関回転速度とに基づいて機関燃焼室に
吸入される吸入空気量または吸入空気量に対応した物理
量の現在の値を演算する第１の演算手段りと、前記現在
の値の現時点より所定期間先の予測時点における値を予
測する予測手段Ｅと、前記現在の値と前記予測手段での
予測値との差と前記測定手段での測定値、または前記現
在の値と前記測定手段での測定値との差と前記予測手段
での予測値に基づいて前記予測時点における吸入空気量
または吸入空気量に対応した値を演算する第２の演算手
段Ｅと、を含んで構成したものである。

〔作用〕

本発明によれば、スロットル開度検出手段Ａと機関回転
速度検出手段Ｂとによってスロットル開度と機関回転速
度とが検出される。また、測定手段Ｃは、機関燃焼室に
吸入される吸入空気量または吸入空気量に対応した物理
量を測定する。この吸入空気量は流量センサによって検
出することができ、吸入空気量に対応した物理量として
は圧力センサによって検出した吸気管圧力を採用するこ
とができる。第１の演算手段りは検出されたスロットル
開度と検出された機関回転速度とに基づいて機関燃焼室
に吸入される吸入空気量または吸入空気量に対応した物
理量の現在の値を演算し、予測手段Ｅはこの現在の値の
現時点より所定期間先の予測時点における値を予測する
。

ここで、スロットル弁を迂回して機関燃焼室に吸入され
る空気が存在する場合には、予測手段Ｅによる予測値は
予測時点での実際の値からずれることになる。現時点か
ら予測時点までの時間が長くないときには、吸入空気量
または吸入空気量に対応した物理量は現時点と予測時点
とで同一の速度で変化すると考えられるから、予測値と
実際の値との差は上記現在の１直と現時点での測定値の
差と等しいと考えられる。そこで、第２の演算手段Ｆで
は、現在の値と予測値との差と測定値、または現在の値
と測定値との差と予測値とに基づいて予測時点における
実際の値を演算するようにしている。吸入空気量に対応
した物理量として吸気管圧力を採用し、現在の測定値を
ＰＭ。、第１の演算手段りで演算された現在の値をＰＭ
ＳＭｌ、予測手段Ｅでの予測値をＰ　Ｍ　Ｓ　Ｍ　２、
予測時点での実際の値をＰＭＦＷＤとした例について第
１図（２）を参照して説明すると、実際の値Ｐ　Ｍ　Ｆ
　’ｖＶ　Ｄは、ＰＭ、＋ΔＰまたはＰ　Ｍ　Ｓ　Ｍ　
２　　　（Ｐ　Ｍ　Ｓ　Ｍ　１−ＰＭｏ）で表わされる
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、スロットル弁を迂
回して吸入されるバイパス空気■を考慮して予測時点で
の吸入空気量または吸入空気量に対応した値を演算する
ようにしているため、バイパス空気量が存在する場合に
おいても予測時点での吸入空気量または吸入空気量に対
応した値を正確に予測することができる、という効果が
得られる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

本実施例は、スロットル開度と機関回転速度とに基づい
て燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御装置に本発明を
適用したものである。

まず、スロットル開度と機関回転速度とによる吸気管圧
力（吸入空気量に対応する物理量）の演算原理について
説明する。第２図に示すように、スロットル弁Ｔｈから
サージタンクＳを介して機関Ｅ、、の吸気弁までの吸気
系を考え、吸気系内の空気の圧力（吸気管絶対圧力）を
Ｐ　［ｍｍＨｇａｂｓ、コ、吸気系の容積をＶ［β］、
吸気系内に存在する空気の重量をＱ［ｇ］、吸気系内の
空気の絶対温度をＴ　［”　Ｋ］　、大気圧をＰ　ｃ　
［ｍｍＨｇａｂｓ、］とすると共に、吸気系から機関Ｅ
、、の燃焼室に吸入される単位時間当りの空気重量をΔ
Ｑ＋　　［ｇ／ｓｅｃコ、スロットル弁Ｔｈを通過して
吸気系内に吸入される単位時間当りの空気重量をΔＱ２
　　［ｇ／ｓｅｃ］とし、微小時間Δを内に吸気系の空
気の重量が（ΔＱ２−△Ｑｌ）・Δを変化し、このとき
吸気系内の空気の圧力がΔＰ変化したものとして、吸気
系内の空気にボイル・シャルルの法則を適用すると以下
の（１）式に示すようになる。

（Ｐ＋ΔＰ）Ｖ＝ （Ｑ＋（ΔＱ２−ΔＱ、）Δｔ）ＲＴ　　　・・・（１
）ただし、Ｒは気体定数である。

一方、ＰＶ＝Ｑ−Ｒ−Ｔであるから上記（１）式を変形
すると、以下の（２）式が得られる。

積（スロットル開度）を八とするとスロットル弁を通過
する単位時間当りの空気重量ΔＱ２は以下の（３）式で
表わされ、行程容積をＶＳ、機関回転速度をＮＥ［ｒｐ
ｍ、］、吸吸入率をηとすると機関の燃焼室に吸入され
る単位時間当りの空気重量ΔＱ、は以下の（４〕式で表
わされる。

ΔＱ２＝ψ・ＡＦ；７・・・（３） 上記（３）、（４）式を〔２〕式に代入すると次の（５
）式が得られる。

ここで、Δｔ→０の極限をとると、 ここで、流量係数をψ、スロットル弁の開口面　Ｖ となる。

今、圧力Ｐ、（≠Ｐｃ）近傍での応答を考えて圧力がＰ
ｏからＰ。十Ｐに変化したものとして、上記（６）式の
Ｐに代えてＰ。十Ｐ（ただし、Ｐは微小値）を代入する
と、以下の（７）式が得られる。

ここで、 ′＋＋　　−が １、＋１．−　　ｙ　　％ ・・・（９） ・・・（８） であるから、上記（７）式は以下の（９）式のようにな
る。

とすると、 上記（９）式は次のようになる。

ｔ 上記０２１式を次の（［３１式のように変形して両辺を
積分し、積分定数をＣとすると以下の０４）式が得られ
る。

■ 一＊ｎ　　（−ａＰ＋ｂ） ＝ｔ＋Ｃ ・・・Ｑ４） ここでｔ＝ＱのときＰの初期値はＰ。であるから上記０
り式より積分定数Ｃは次のようになる。

Ｃ＝　　　　ｊ！ｎ　　（ａＰｏ　　＋ｂ）・・・ＱＳ
Ｉ 上記００式とαω式からＰを求めると次のようになる。

ａ　　　　　ａ ただし、ｅは自然対数の底である。

従って、スロットル弁の開口面積Ａすなわちスロットル
開度ＴＡ、機関回転速度ＮＥおよびスロットル開度変化
時点からの経過時間ｔを測定して上記００式に代入すれ
ば、現在の吸気管圧力Ｐを求めることができる。そして
、このようにして求めた現在の吸気管圧力Ｐに基づいて
所定期間先の吸気弁閉弁時付近の吸気管圧力の予測値（
予測吸気管圧力）を演算することができ、この予測吸気
管圧力と機関回転数とに基づいて燃料噴射量を制御する
ことができる。

ところで、上記００式の現在の吸気管圧力Ｐをグラフで
表わすと第３図に示すようになり、ｔ＝ＱでＰ＝Ｐｏ　
、　ｔ→■の極限（定常状態）ではＰ＝ｂ／ａ（定常状
態での吸気管圧力ＰＭＴＡ）となる１次遅れ要素の出力
である。従って、スロットル開度ＴＡと機関回転速度Ｎ
Ｅとに基づいて定常状態での吸気管圧力ＰＭＴＡを演算
し、定常状態での吸気管圧力Ｐ　Ｍ　Ｔ　Ａを以下の０
′Ｉ）式の伝達関数Ｇ　（ｓ）で表わされる１次遅れ要
素で処理することにより現在の吸気管圧力を演算するよ
うにしてもよい。

ま ただし、Ｓはラプラス変換の演算子、Ｔは時定数である
。

すなわち、スロットル開度と機関回転速度とに基づいて
定常状態での吸気管圧力を演算し、演算された定常状態
での吸気管圧力を１次遅れ要素で処理することにより前
記経過時間を変数とする吸気管圧力（現在の吸気管圧力
）を演算するようにしてもよい。

また、スロットル開度と機関回転速度とに基づいて所定
周期で定常状態での吸気管圧力を演算し、過渡時の吸気
管圧力の変化に関する時定数と前記所定周期とで重みに
関する係数を演算し、過去に演算された加重平均値の重
みを重くして過去に演算された加重平均値と前記定常状
態での吸気管圧力と前記重みに関する係数とで現在の加
重平均値を演算し、この現在の加重平均値を現在の吸気
管圧力として用いることができる。

次に、上記の原理を説明する。１次遅れ要素をブロック
図で表わすと第４図に示すようになり、人力をｘ　（ｔ
）とし、出力をｙ　（ｔ）とし、時定数をＴとすると、
第４図の人出力の関係は以下の式で表わされる。

・・・　（２０’） ここで、ｊ２を現在の演算タイミング、ｔｌを過去の演
算タイミングとすると次の（２１）式が得られる（ただ
し、Δｔ＝ｔ２−’ｔ、＜ε）。

（ｔｚ　　　ｔ＋）・　（ｘ　（ｈ）　　ｙ　（ｔ＋）
　）＋　ｙ　（ｔ＋）ζｙ（ｔｚ）　　　　　・・・（
２１）なぜならば、（２０’）式で１＝１２とすると、
・・・　（２１’） であり、 １２−１．　＝Δｔくεより、 ｘ　（ｔ＋）　”ｉ　ｙ　（ｔ２）、ｙ　（ｔ＋）　！
＝ｉｙ　（ｔ２）ｙ　（ｈ）ζｙ（ｔ＋）＋（Δｔ　　
−ｘ（ｈ）−Δｔ−ｙ（ｔ＋）′１ となる。

上記（２１）において、ｘ　（ｔｚ）を定常状態での吸
気管圧力Ｐ　Ｍ　Ｔ　Ａ　、　ｙ（ｉ２）を現在の吸気
管圧力ＰＭＳＭＩ　５ｙ（ｔ＋）を過去の吸気管圧力Ｐ
　Ｍ　Ｓ　Ｍｉ−＋　−ｔ２　　ｉ＋（＝Δｔ）を演算
周期とすれば、＋　Ｐ　Ｍ　Ｓ　Ｍｌ−＋　　＝　Ｐ　
Ｍ　Ｓ　Ｍｉ　　・・・（２２）となり、Ｔ／Δｔ＝ｎ
とすると、以下の（２３）式が得られる。

従って、上記（２１’）は、 ・・・（２３） すなわち、上記（２３）式は、過去の吸気管圧力ＰＭ　
Ｓ　Ｍ＝、の重みをｎ−１とし、定常状態での吸気管圧
力ＰＭＴＡの重みを１とした加重平均を求めることによ
り、現在の吸気管圧力Ｐ　Ｍ　Ｓ　Ｍ、を演算すること
ができることを示している。また、重みに関する係数ｎ
は時定数Ｔと演算周期Δｔとの比で求められる。なお、
この加重平均値はデジタルフィルタリング処理で求める
ことができる。

従って、スロットル開度と機関回転速度とに基づいて所
定周期Δｔで定常状態での吸気管圧力ＰＭＴＡを演算し
、過渡時の吸気管圧力の変化に関する時定数Ｔと所定周
期Δｔとで重みに関する係数ｎを演算し、過去に演算さ
れた加重平均値ＰＭＳＩＶＬ−＋の重みを重くして過去
に演算された加重平均値ＰＭＳＭｔ−＋　と定常状態で
の吸気管圧力ＰＭＴＡと重みに関する係数ｎとで上記（
２３）式に従って加重平均値Ｐ　Ｍ　Ｓ　Ｍ　１を演算
すれば、現在の吸気管圧力が求められることになる。

なお、上記α０１００式から理解されるように、時定数
Ｔ＝１／ａは機関回転速度ＮＥが大きくなる程小さくな
り、スロットル開度ＴＡが大きくなる程小さくなる。こ
のように、時定数はスロットル開度ＴＡと機関回転速度
ＮＥを変数とする関数で表わされる。従って演算周期Δ
ｔを一定とすれば、重みに関する係数ｎはスロットル開
度ＴＡと機関回転速度ＮＥとを変数とする関数で定める
ことができる。なお、スロットル開度ＴＡと機関回転速
度ＮＥとで定常状態での吸気管圧力ＰＭＴＡが一義的に
定まるから、スロットル開度ＴＡと機関回転速度ＮＥと
に代えて定常状態での吸気管圧力ＰＭＴＡと機関回転速
度ＮＥとに応じて重みに関する係数ｎを定めるようにし
てもよい。

一方、上記（２３）式においてスロットル開度ＴＡと機
関回転速度ＮＥとが変化しないものと仮定すると、加重
平均値演算時から吸入空気量が確定するまでの間、すな
わち加重平均値演算時から所定時間先までの間定常状態
での吸気管圧力ＰＭＴＡは一定である。従って、上記（
２３）式の加重平均値を繰り返し演算することによって
吸入空気量確定時の実際の吸気管圧力を予測することが
できる。

なお、上記では燃料噴射時間演算時から機関に吸入され
る空気量が確定するまでの間スロットル開度と機関回転
速度とが変化しないものと仮定したが、スロットル開度
や機関回転速度が変化する場合には、燃料噴射時間演算
時でのスロットル開度の微分値および／または機関回転
速度の微分値を用いて次の燃料噴射時間演算時点でのス
ロットル開度および／または機関回転速度を予測して、
吸入空気量が確定するときの定常状態での吸気管圧力を
予測し、上記のように加重平均値の演算して実際の吸気
管圧力を予測すれば、スロットル開度や機関回転速度変
動時の実際の吸気管圧力の予測値の精度が更に向上する
。

また、吸気管圧力は１サイクル当りに吸入する吸入空気
量に略比例するから、スロットル開度と機関回転速度と
に基づいて吸入空気量を演算することができる。

次に、本発明が適用可能な燃料噴射量制御装置を備えた
内燃機関について説明する。第５図に示すように、エア
クリーナ（図示せずンの下流側には吸気温センサ１４お
よびスロットル弁８が配置されている。このスロットル
弁８には、スロットル弁８の開度を検出するスロットル
開度センサ１０が取付けられている。スロットル開度セ
ンサ１０は、第６図の等価回路に示すように、スロット
ル弁８の回動軸に固定された接触子１０Ｂと一端に電源
が接続されかつ他端が接地された可変抵抗１０Ａとで構
成されており、スロットル弁８の開度が変化するに伴っ
て、接触子１０Ｂと可変抵抗！ＯＡとの接触状態が変化
し、スロットル弁８０開度に応じた電圧が接触子１０Ｂ
から得られるように構成されている。また、スロットル
開度センサ１０内には、スロットル弁全閉時（アイドル
時）にオンするアイドルスイッチ１１が設けられている
。スロットル弁８の上流側の吸気管壁には、吸入空気の
温度を検出するサーミスタで構成された温度センサ１４
が取付けられている。スロットル弁８の下流側にはサー
ジタンク１２が配置されている。このサージタンク１２
には、ダイヤフラム式の圧力センサ６が取付けられてい
る。また、スロットル弁を迂回しかつスロットル弁上流
側とスロットル弁下流側とを連通ずるようにバイパス路
１５が設けられている。このバイパス路１５には例えば
、４極の固定子を備えたパルスモータ゛１６Ａとこのパ
ルスモータによって開度が制御される弁体とで構成され
たＩＳＣバルブ１６が取付けられている。サージタンク
１２はインテークマニホールド１８、吸気ボート２２お
よび吸気弁２３を介して機関本体２０の燃焼室２５に連
通されている。このインテークマニホールド１８には、
各気筒に対応するように燃料噴射弁２４が取付けられて
おり、各気筒独立にまたは各気筒グループ毎にまたは全
気筒−斉に燃料を噴射できるように構成されている。

燃焼室２５は、排気弁２７、排気ポート２６およびエキ
ゾーストマニホールド２８を介して三元触媒を充填した
触媒装置（図示せず）に連通されている。このエキゾー
ストマニホールド２８には、排ガス中の残留酸素濃度を
検出して理論空燃比に対応する値を境に反転した信号を
出力する０２センサ３０が取付けられている。

シリンダブロック３２には、ウォータジャケット内に突
出するように機関温度を代表する機関冷却水温を検出す
るサーミスタ等で構成された冷却水温センサ３４が取付
けられている。シリンダヘッド３６には、各々の燃焼室
２５内に突出するように点火プラグ３８が取付けられて
いる。点火プラグ３８はディストリビュータ４ｏおよび
点火コイルを備えたイグナイタ４２を介してマイクロコ
ンピュータ等で構成された制御回路４４に接続されてい
る。ディストリビュータ４０には、ディストリヒュータ
シャフトに固定されたシグナルロータとディストリビュ
ータハウジングに固定されたピックアップとで各々構成
された気筒判別センサ４６および回転角センサ４８が取
付けられている。

気筒判別センサ４６は、例えば７２０°ＣＡ毎に気筒判
別信号を出力し、回転角センサ４８は、例えば３０°Ｃ
Ａ毎に回転角信号を出力する。そして、この回転角信号
の周期から機関回転速度を演算することができる。

マイクロコンピュータ等で構成された制御回路４４は、
第７図に示すように、マ・イクロプロセッシングユニッ
ト　（ＭＰＵ）６０、リード・オンリ・メモリ　（ＲＯ
Ｍ）６２、ランダム・アクセス・メモリ　（ＲＡＭ）６
４、バックアップＲＡＭ　（ＢＵ−ＲＡＭ）６６、人出
カポ−トロ８、入力ポードア０、出力ポードア２．７４
．７６およびこれらを接続するデータバスやコントロー
ルバス等のバス７５を備えている。人出カポ−トロ８に
は、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器７８およびマ
ルチプレクサ８０が順に接続されており、このマルチプ
レクサ８０には、バッファ８２を介して吸気温センサ１
４が接続されると共に、バッファ８４およびバッファ８
５をそれぞれ介して水温センサ３４およびスロットル開
度センサ１０が接続されている。また、マルチプレクサ
８０にはバッファ８３を介して圧力センサ６が接続され
ている。

そして、人出カポ−トロ８は、Ａ／Ｄ変換器７８および
マルチプレクサ８０に接続されて、ＭＰＵからの制御信
号に応じて吸気温センサ１４出力、圧力センサ６出力、
水温センサ３４出力およびスロットル開度センサ１０出
力を順次所定周期でＡ／Ｄ変換するように制御する。

入力ポードア０には、コンパレータ８８およびバッファ
８６を介して０２センサ３０が接続されると共に波形整
形回路９０を介して気筒判別センサ４６および回転角セ
ンサ４８が接続され、また図示しないバッファを介して
アイドルスイッチ１１が接続されている。そして、出力
ポードア２は駆動回路９２を介してイグナイタ４２に接
続され、出力ポードア４は駆動回路９４を介して燃料噴
射弁２４に接続され、また、出力ポードア６は駆動開路
９６を介してＩＳＣバルブのパルスモータ１６Ａに接続
されている。

上記ＲＯＭ６２には、以下で説明する本発明の実施例の
制御ルーチンのプログラムや第８図に示すスロットル開
度ＴＡと機関回転速度ＮＥとで定められた定常状態での
吸気管圧力Ｐ　Ｍ　Ｔ　Ａのマツプ、第９図に示す機関
回転速度ＮＥと定常状態での吸気管圧力ＰＭＴＡ　（ま
たはスロットル開度ＴＡ）とで定められた重みに関する
係数ｎのマツプ、第１０図に示す吸気管圧力ＰＭＳＭと
機関回転速度ＮＥとで定められた基本燃料噴射時間ＴＰ
のマツプが予め記憶されている。第８図に示す定常状態
での吸気管圧力Ｐ　Ｍ　Ｔ　Ａのマツプは、スロットル
開度ＴＡと機関回転速度ＮＥとを設定し、設定したスロ
ットル開度ＴＡと機関回転速度ＮＥとに対応する吸気管
圧力を測定し、吸気管圧力が安定したときの値を用いる
ことにより作成される。第９図に示す重みに関する係数
ｎのマツプは、スロットル弁をステップ状に開いたとき
の吸気管圧力の応答（インデシャル応答）時の時定数Ｔ
を測定し、この測定値と演算ルーチンの実行周期Δｔ　
ｓｅｃとからＴ／Δｔ（！＝、ｎ）を機関回転速度ＮＥ
と実際の吸気管圧力ＰＭＴＡ　（またはスロットル開度
ＴＡ）とに対応して求めることにより作成される。そし
て第１０図の基本燃料噴射時間ＴＰのマツプは、機関回
転速度と吸気管圧力とを設定し目標空燃比（例えば、理
論空燃比）となる基本燃料噴射時間ＴＰを測定すること
により作成される。

次に、予測吸気管圧力Ｐ　Ｍ　Ｆ　Ｗ　Ｄの演算ルーチ
ンを第１１図を参照して説明する。このルーチンは所定
時間（例えば、３　ｍ５ｅｃ　）毎に実行される。ステ
ップ２００において機関回転速度ＮＥ、スロットル開度
のＡ／Ｄ変換１直ＴＡ、圧力センサで検出された現在の
吸気管圧力ＰＭ、を取込む。

ステップ２０２では第８図に示すマツプから機関回転速
度ＮＥとスロットル開度ＴＡとに対応する定常状態での
吸気管圧力Ｐ　Ｍ　Ｔ　Ａを演算する。次のステップ２
０４では第９図に示すマツプから重み付けに関する係数
ｎを演算する。次のステップ２０６とステップ２０８で
は、レジスタＰ　Ｍ　Ｓ　Ｍｌに記憶されている前回演
算した加重平均値ＰＭＳＭ、−、を読出して上記（２３
）式に基づいて今回の加重平均値ＰＭＳＭＩを演算し、
ステップ２１０においてこの加重平均値Ｐ　Ｍ　Ｓ　Ｍ
　＋をレジスタＰＭＳＭ１に記憶しておく。次のステッ
プ２１２では、現在時点から吸気管圧力予測時点までの
時間Ｔｍ５ｅｃを第１１図のルーチンの演算周期Δ１　
（＝３　ｍ５ｅｃ　）で除算することにより演算回数Ｔ
／Δｔを演算する。この予測時間Ｔｍ５ｅｃは、第１４
図に示すように、現在時点から吸入空気量確定までの時
間すなわち現在時点から吸気弁が閉じるまでの時間を採
用することができ、各気筒独立に燃料を噴射しない場合
には燃料噴射弁から燃焼室までの燃料の飛行時間等も考
慮して決定されるが、現在時点から予測光までのクラン
ク角が同一であってもこの予測時間Ｔｍ５ｅｃは機関回
転速度が速くなると短くなるので機関回転速度等の運転
条件によって可変することが好ましい（例えば、機関回
転速度が速くなるに従って短くする）。次のステップ２
１４では、レジスタＰＭＳＭ１に記憶されている値を加
重平均値Ｐ　Ｍ　Ｓ　Ｍ　ｉ　−＋　とした後、ステッ
プ２１６において　演算回数Ｔ／Δを回上記（２３）式
の演算を繰り返して実行し、ステップ２１８においてこ
の演算した値をレジスタＰＭＳＭ２に記憶する。このよ
うに加重平均値を繰り返して実行することにより最新の
加重平均値は定常運転状態での吸気管圧力値に近づくの
で、加重平均値の演算回数を上記のように定めることに
より現在時点からＴｍ５ｅｃ先の吸気管圧力（現在時点
より定常状態に近い状態での吸気管圧力）に近い値を演
算することができる。

次のステップ２２０ではレジスタＰＭＳＭ２に記憶され
た値（演算による予測時点での吸気管圧力ＰＭＳＭ２）
からレジスタＰＭＳＭ１に記憶された値（演算による現
在時点での吸気管圧力ＰＭＳＭＩ）を減算して差ΔＰを
求め、次のステップ２２２において測定された現在の吸
気管圧力（現在の測定値）ＰＭｏと差ΔＰとを加算した
値を予測値ＰＭＦＷＤとする。なお、スロットル開度の
Ａ／Ｄ変換タイミングは燃料噴射時間演算タイミングと
一致する場合もあるが、最大演算周期Δｔに相当する時
間ずれる。従って、このずれ時間を平均（０＋Δｔ）／
２して　Ｔ±Δｔ／２時間先の吸気管圧力を予測するよ
うにしても良い。

第１５図に、測定値、現在時点の演算による吸気管圧力
、予測時点の演算による吸気管圧力、予測値ＰＭＦＷＤ
等の関係を示す。

上記のようにして求められた予測値ＰＭＦＷＤは、燃料
噴射時間ＴＡＵ、実行点火進角θの演算に使用される。

すなわち、第１２図に示すように、ステップ１００で機
関回転速度ＮＥと予測値ＰＭＦ　”ｖＶ　Ｄとに基づい
て基本燃料噴射時間ＴＰを演算し、ステップ１０２で基
本燃料噴射時間“ＴＰを吸気温や機関冷却水温で定まる
補正係数ＦＫによって補正することにより燃料噴射時間
ＴＡＵを演算する。また、第１３図に示すように、ステ
ップ１０４で機関回転速度ＮＥと予測値ＰＭＦＷＤとに
基づいて基本点火進角ＡＢＳＥを演算し、ステップ１０
６で基本点火進角ＡＢＳＥを吸気温や機関冷却水温で定
まる補正係数ＩＫによって補正することにより実行点火
進角を演算する。

ところで、吸気管圧力には脈動成分が存在しているため
、この脈動成分を除去するためには時定数が小さく　（
例えば、３〜５ｍ５ｅｃ）かつ応答性の良いＣＲフィル
タ等のフィルタで圧力センサ出力を処理して点火時期や
燃料噴射量を制御する場合がある。この場合には、上記
で説明した実施例のように予測値を演算してもフィルタ
の時定数分のずれが生じることになる。このため、フィ
ル、夕の時定数と同一の時定数が生じるように、現在の
演算による吸気管圧力ＰＭＳＭＩを以下の（２４）式に
従ってデジタルフィルタリング処理し、差ΔＰを（２５
）式に従って演算して予測値ＰＭＦＷＤ（＝ＰＭｏ＋Δ
Ｐ〉を演算するようにする。

・・・（２４） ΔＰ　”　Ｐ　Ｍ　Ｓ　Ｍ　２−　Ｐ　Ｍ　Ｓ　Ｍ　Ｉ
　Ｓ　ｔ　　　・・・（２５）ただし、ｍは時定数によ
って定まる値であり、Ｐ　Ｍ　Ｓ　Ｍ　Ｉ　Ｓニー１は
前回の演算による加重平均値である。

なお、第１６図に、ＰＭｏ　、ＰＭＳＭＩＳ、、Ｐ　Ｍ
　Ｆ　Ｗ　Ｄ　、ΔＰ等の関係を示す。

なお、上記では演算による予測時点での吸気管圧力ＰＭ
ＳＭ２から演算による現在時点での吸気管圧力ＰＭＳＭ
Ｉを減算した差ΔＰと現在時点での測定値ＰＭ、とを加
算して予測値ＰＭＦＷＤを演算する例について説明した
が、Ｐ　Ｍ　Ｓ　Ｍ　２から（ＰＭＳＭＩ−ＰＭａ　）
を減算して予測値Ｐ　Ｍ　ＦＷＤを演算するようにして
もよい。

次に、第１７図を参照して本発明の他の実施例を説明す
る。本実施例は、スロットル開度の変化率が大きいとき
に所定時間先のスロットル開度を予測して吸気管圧力の
予測値を演算するようにしたものである。

まず、ステップ１１０において今回取込んだスロットル
開度ＴＡ、Ｉから前回取込んだスロットル開度ＴΔ。を
減算することによりスロットル開度の変化量ＤＬＴＡを
演算する。ステップ１１２ではスロットル開度の変化量
ＤＬＴＡの絶対値が所定値Ａ以上か否かを判断する。変
化量の絶対値ＤＬＴＡ］が所定値未満のときはステップ
１２Ｄにおいて第１１図で説明したのと同様に、スロッ
トル開度ＴＡ、機関回転速度ＮＥ、吸気管圧力の測定値
ＰＭｏを用いて予測値ＰＭＦＷＤを演算する。一方、変
化量の絶対値Ｉ　ＤＬＴＡｌが所定値へ以上のときはス
テップ１１４において機関回転速度ＮＥが所定値Ｂ未満
か否かを判断する。機関回転速度ＮＥが所定値Ｂ未満の
ときはステップ１１６において以下の式に従ってスロッ
トル開度の予測値ＴＡ、）を演算する。

ＴＡｏ−ＴＡ＋ＤＬＴΔ−・−・（２６）上記（２６）
式のＴは現在時点から予測時点までの時間であるため、
予測値ＴＡ、は現在時点と予測時点との間のスロットル
開度を示すこきになる。

そして、次のステップ１１８において、第１１図のスロ
ットル開度ＴＡに代えて予測値ＴＡ、を用いて上記と同
様にして予測値Ｐ　Ｍ　Ｆ　Ｗ　Ｄを演算する。

一方、ステップ１１４において機関回転速度ＮＥが所定
値Ｂ以上で機関高回転領域と判断されたときは、ステッ
プ１２０に進んでスロットル開度を予測することなく吸
気管圧力の予測値Ｐ　Ｍ　Ｆ　ＷＤを求める。このよう
に、機関高回転領域でスロットル開度の予測を禁止する
ことにより、高回転時の振動等によって予測値がハンチ
ングするのが防止される。

なお、上記では吸気管圧力を測定して正確な予測値を演
算する例について説明したが、エアフロメータ等によっ
て吸入空気量を測定して正確な゛予測値を演算するよう
にしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図〔１〕は特許請求の範囲に対応するブロック図、
第１図（２）は第２の演算手段による演算例を説明する
ための線図、第２図はスロットル開度と機関回転速度と
から燃料噴射量を求める原理を説明するための線図、第
３図は吸気管内の実際の吸気管圧力の時間に対する変化
を示す線図、第４図は一次遅れ要素の人力と出力とを説
明するための線図、第５図は本発明が適用可能な燃料噴
射量制御装置を備えた内燃機関の概略図、第６図はスロ
ットル開度センサの等価回路図、第７図は第６図の制御
回路の詳細を示すブロック図、第８図は定常状態での吸
気管圧力ＰＭＴＡのマツプを示す線図、第９図は加重平
均値の重み付けに関する係数ｎのマツプを示す線図、第
１０図は基本燃料噴射時間のマツプを示す線図、第１１
図は正確な予測値ＰＭ　Ｆ　’ｖＶ　Ｄを演算するルー
チンを示す流れ図、第１２図は燃料噴射時間を演算する
ルーチンの流れ図、第１３図は実行点火進角を演算する
ルーチンの流れ図、第１４図は現在時点と予測時点等の
関係を示す線図、第１５図は予測値と測定値等の関係を
示す線図、第１６図は予測値、測定値およびフィルタ出
力等の関係を示す線図、第１７図は本発明の他の実施例
のルーチンを示す流れ図である。 ８・・・スロットル弁、 １０・・・スロットル開度センサ、 ２４・・・燃料噴射弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）スロットル開度を検出するスロットル開度検出手
   段と、 機関回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、 機関燃焼室に吸入される吸入空気量または吸入空気量に
   対応した物理量を測定する測定手段と、スロットル開度
   と機関回転速度とに基づいて機関燃焼室に吸入される吸
   入空気量または吸入空気量に対応した物理量の現在の値
   を演算する第１の演算手段と、 前記現在の値の現時点より所定期間先の予測時点におけ
   る値を予測する予測手段と、 前記現在の値と前記予測手段での予測値との差と前記測
   定手段での測定値、または前記現在の値と前記測定手段
   での測定値との差と前記予測手段での予測値に基づいて
   前記予測時点における吸入空気量または吸入空気量に対
   応した値を演算する第２の演算手段と、 を含む内燃機関の吸入空気量予測装置。