(57)【要約】      （修正有）【課題】冷間始動時においても、筒内圧力を算出することにより、誤差の発生及びコストアップの可能性を抑制し、かつ空燃比のフィードバック制御が可能な内燃機関の空燃比制御装置を提供すること。【解決手段】内燃機関の空燃比制御装置は、内燃機関の回転角速度を検出するクランク角度センサ６と、前記内燃機関の冷却水温度を検出するエンジン水温センサ１０と、回転角速度及び冷却水温度に基づき、前記内燃機関の仮想筒内圧力を算出する仮想筒内圧力算出手段と、仮想筒内圧力に基づき、前記内燃機関の空燃比を算出する空燃比算出手段と、空燃比に基づき、燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、を具備する。回転角速度や冷却水温から仮想筒内圧力を算出し、空燃比制御を行うため、冷間始動時においても、誤差の発生及びコストアップの可能性を抑制し、かつ空燃比のフィードバック制御が可能となる。【選択図】図３
2010163906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気管内圧力を検出する圧力検出手段と、
前記内燃機関の回転角速度を検出する回転角速度検出手段と、
前記内燃機関の冷却水温度を検出する温度検出手段と、
前記回転角速度検出手段により検出された前記回転角速度に基づき、前記内燃機関の筒内圧力を算出する筒内圧力算出手段と、
前記圧力検出手段により検出された前記吸気管内圧力、前記回転角速度、前記温度検出手段により検出された前記冷却水温度、及び前記筒内圧力算出手段により算出された前記筒内圧力に基づき、前記内燃機関の仮想筒内圧力を算出する仮想筒内圧力算出手段と、
前記筒内圧力、及び前記仮想筒内圧力算出手段により算出された前記仮想筒内圧力に基づき、前記内燃機関の空燃比を算出する空燃比算出手段と、
前記空燃比算出手段により算出された前記空燃比に基づき、燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、を具備することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記筒内圧力算出手段は、前記筒内圧力に基づき前記内燃機関の筒内ガス温度を算出する温度算出手段を含み、
前記仮想筒内圧力算出手段は、前記吸気管内圧力、前記回転角速度、前記冷却水温度、前記温度算出手段により算出された前記筒内ガス温度、及び前記筒内圧力に基づき、前記仮想筒内圧力を算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記筒内圧力算出手段は、前記筒内圧力に基づき前記内燃機関の筒内ガス温度を算出する温度算出手段を含み、
前記温度算出手段は、前記圧力検出手段により検出された前記吸気管内圧力に基づき前記内燃機関の気筒内に吸入されたガスの質量を算出する質量算出手段を含み、
前記温度算出手段は、前記質量算出手段で算出された前記質量と前記筒内圧力とに基づき前記筒内ガス温度を算出し、
前記仮想筒内圧力算出手段は、前記回転角速度、前記冷却水温度、前記温度算出手段により算出された前記筒内ガス温度、及び前記筒内圧力に基づき、前記仮想筒内圧力を算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度検出手段をさらに備え、
前記質量算出手段は、前記クランク角度検出手段により検出された前記クランク角度に応じて、前記質量を算出することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記質量算出手段は、前記クランク角度がバルブ閉じタイミングにある場合に前記圧力検出手段により検出された前記吸気管内圧力に基づき、前記質量を算出することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記筒内圧力算出手段は、前記クランク角度に応じて、前記クランク角度が検出された時点における前記回転角速度、及び前記クランク角度に基づき、前記筒内圧力を算出し、
前記温度算出手段は、前記クランク角度に応じて、前記質量及び前記筒内圧力に基づき、前記筒内ガス温度を算出することを特徴とする請求項４または５記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
前記クランク角度検出手段により検出された前記クランク角度が所定の角度である第１角度にある第１の場合及び前記第１角度とは異なる所定の角度である第２角度にある第２の場合の各々に応じて、
前記筒内圧力算出手段は、前記第１の場合及び前記第２の場合の各々における前記回転角速度、並びに前記第１角度及び前記第２角度の各々に基づき、前記第１の場合及び前記第２の場合の各々における前記内燃機関の筒内圧力である第１筒内圧力及び第２筒内圧力の各々を算出し、
前記温度算出手段は、前記質量、並びに前記筒内圧力算出手段により算出された前記第１筒内圧力及び前記第２筒内圧力の各々に基づき、前記第１の場合及び前記第２の場合の各々における前記内燃機関の筒内ガス温度である第１筒内ガス温度及び第２筒内ガス温度の各々を算出し、
前記空燃比算出手段は、前記仮想筒内圧力、前記筒内圧力算出手段により算出された前記第１筒内圧力及び前記第２筒内圧力、並びに前記温度算出手段で算出された前記第１筒内ガス温度及び前記第２筒内ガス温度に基づき、前記空燃比を算出することを特徴とする請求項６記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷間始動時における、燃料噴射制御では、空燃比によるフィードバック制御が困難である。このような状況下、冷間始動時の燃料噴射制御は、エンジンの個体バラつき、経年変化等を考慮しつつ、ドライバビリティ、エミッション、燃費をバランスさせなければならず、ドライバビリティ（始動の成立）を優先した制御となることが多い。
【０００３】
図１は、従来の一般的な始動時の空燃比挙動を例示する図である。図１の横軸は時間、縦軸は空燃比（ＡＦＲ：Ａｉｒ  Ｆｕｅｌ  Ｒａｔｉｏ）を各々示す。また、図中の実線は理想的な始動時空燃比を、点線は従来の一般的な冷間始動時における始動時空燃比を各々示す。
【０００４】
図１に示すように、冷間始動時には、理想的な状態から大きく外れており、目標空燃比である１５．５に到達するまでに、長い時間がかかる。すなわち、冷間始動時には、ドライバビリティを優先した制御となっているため、燃費及びエミッションは最適化されていない。これは、冷間始動時には、ＡＦＲセンサが不活性であり、フィードバック制御を行うことが困難であるためである。
【０００５】
特許文献１には、排ガス状態パラメータを教師信号として構成されるニューラルネットワークを用いて推定排ガス状態パラメータを推定し、燃料の性状に応じた空燃比を制御する技術が開示されている。特許文献２には、筒内のイオン電流又は燃焼圧に基づき、簡易線形モデルとニューラルネットワークモデルとから空燃比を定める技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３０３３５１号公報
【特許文献２】特開２００５−２３８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の技術では、空燃比挙動をモデル化するにあたり、排気管内のガスの流れを単純化しているため、誤差が生じる恐れがある。また、空燃比挙動を統計モデルで表現しているため、学習を頻繁に行う必要がある。さらに、教師信号として空燃比センサやイオン電流センサの出力信号を用いるため、空燃比センサやイオン電流センサを追加している。このことは、コストアップの原因となる可能性がある。すなわち、冷間始動時における空燃比制御では、誤差の発生及びコストアップの恐れがあることが課題であった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、冷間始動時においても、筒内圧力を算出することにより、誤差の発生及びコストアップの可能性を抑制し、かつ空燃比のフィードバック制御が可能な内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、内燃機関の吸気管内圧力を検出する圧力検出手段と、前記内燃機関の回転角速度を検出する回転角速度検出手段と、前記内燃機関の冷却水温度を検出する温度検出手段と、前記回転角速度検出手段により検出された前記回転角速度に基づき、前記内燃機関の筒内圧力を算出する筒内圧力算出手段と、前記圧力検出手段により検出された前記吸気管内圧力、前記回転角速度、前記温度検出手段により検出された前記冷却水温度、及び前記筒内圧力算出手段により算出された前記筒内圧力に基づき、前記内燃機関の仮想筒内圧力を算出する仮想筒内圧力算出手段と、前記筒内圧力、及び前記仮想筒内圧力算出手段により算出された前記仮想筒内圧力に基づき、前記内燃機関の空燃比を算出する空燃比算出手段と、前記空燃比算出手段により算出された前記空燃比に基づき、燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、を具備することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置である。本発明によれば、冷間始動時においても、筒内圧力を算出することにより、誤差の発生及びコストアップの可能性を抑制し、かつ空燃比のフィードバック制御をすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記筒内圧力算出手段は、前記筒内圧力に基づき前記内燃機関の筒内ガス温度を算出する温度算出手段を含み、前記仮想筒内圧力算出手段は、前記吸気管内圧力、前記回転角速度、前記冷却水温度、前記温度算出手段により算出された前記筒内ガス温度、及び前記筒内圧力に基づき、前記仮想筒内圧力を算出する構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記筒内圧力算出手段は、前記筒内圧力に基づき前記内燃機関の筒内ガス温度を算出する温度算出手段を含み、前記温度算出手段は、前記圧力検出手段により検出された前記吸気管内圧力に基づき前記内燃機関の気筒内に吸入されたガスの質量を算出する質量算出手段を含み、前記温度算出手段は、前記質量算出手段で算出された前記質量と前記筒内圧力とに基づき前記筒内ガス温度を算出し、前記仮想筒内圧力算出手段は、前記回転角速度、前記冷却水温度、前記温度算出手段により算出された前記筒内ガス温度、及び前記筒内圧力に基づき、前記仮想筒内圧力を算出する構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度検出手段をさらに備え、前記質量算出手段は、前記クランク角度検出手段により検出された前記クランク角度に応じて、前記質量を算出する構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記質量算出手段は、前記クランク角度がバルブ閉じタイミングにある場合に前記圧力検出手段により検出された前記吸気管内圧力に基づき、前記質量を算出する構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、前記筒内圧力算出手段は、前記クランク角度に応じて、前記クランク角度が検出された時点における前記回転角速度、及び前記クランク角度に基づき、前記筒内圧力を算出し、前記温度算出手段は、前記クランク角度に応じて、前記質量及び前記筒内圧力に基づき、前記筒内ガス温度を算出する構成とすることができる。
【００１５】
上記構成において、前記クランク角度検出手段により検出された前記クランク角度が所定の角度である第１角度にある第１の場合及び前記第１角度とは異なる所定の角度である第２角度にある第２の場合の各々に応じて、前記筒内圧力算出手段は、前記第１の場合及び前記第２の場合の各々における前記回転角速度、並びに前記第１角度及び前記第２角度の各々に基づき、前記第１の場合及び前記第２の場合の各々における前記内燃機関の筒内圧力である第１筒内圧力及び第２筒内圧力の各々を算出し、前記温度算出手段は、前記質量、並びに前記筒内圧力算出手段により算出された前記第１筒内圧力及び前記第２筒内圧力の各々に基づき、前記第１の場合及び前記第２の場合の各々における前記内燃機関の筒内ガス温度である第１筒内ガス温度及び第２筒内ガス温度の各々を算出し、前記空燃比算出手段は、前記仮想筒内圧力、前記筒内圧力算出手段により算出された前記第１筒内圧力及び前記第２筒内圧力、並びに前記温度算出手段で算出された前記第１筒内ガス温度及び前記第２筒内ガス温度に基づき、前記空燃比を算出する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、冷間始動時においても、筒内圧力を算出することにより、空燃比のフィードバック制御が可能な内燃機関の空燃比制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は始動時の空燃比挙動を例示する図である。
【図２】図２は実施例１に係る内燃機関の空燃比制御装置を適用したエンジンを例示する模式図である。
【図３】図３は実施例１に係る内燃機関の空燃比制御装置の動作を例示するフローチャートである。
【図４】図４は空燃比ＡＦＲと比熱比κ（圧力勾配）との関係を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１９】
図２は実施例１に係る内燃機関の空燃比制御装置１を適用したエンジン（内燃機関）を例示する模式図である。
【００２０】
図２に示すように、実施例１に係る内燃機関の空燃比制御装置１を適用したエンジンには、エンジン本体４及びＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２が備えられている。
【００２１】
エンジン本体４には、吸気管８及び排気管１８、及び点火プラグ１２が設けられている。エンジン本体４の気筒４ｂには、クランクシャフト４ａのクランク角度θを検出するクランク角度センサ６（クランク角度検出手段）、及びエンジンの冷却水温度Ｔｗを検出するエンジン水温センサ１０（温度検出手段）が設けられている。なお、クランク角度センサ６により回転角速度ωを検出することができる。すなわち、クランク角度センサ６は、回転角速度検出手段及びクランク角度検出手段として機能する。
【００２２】
吸気管８には、吸気管８内の吸気管内圧力Ｐｍを検出する圧力センサ８ａ（圧力検出手段）、燃料噴射バルブ１４及びスロットルバルブ１６が設けられている。
【００２３】
クランク角度センサ６により検出されたクランク角度θ及び角速度ω、並びに圧力センサ８ａにより検出された吸気管内圧力Ｐｍは、ＥＣＵ２に送信される。また、ＥＣＵ２は点火プラグ１２、燃料噴射バルブ１４及びスロットルバルブ１６の制御を行う。
【００２４】
また、本実施例では、ＥＣＵ２は質量算出手段、筒内圧力算出手段、仮想筒内圧力算出手段、温度算出手段、及び燃料噴射量算出手段に相当する。
【００２５】
次に、図面を用いて、実施例１に係る内燃機関の空燃比制御装置１の動作について説明する。図３は実施例１に係る内燃機関の空燃比制御装置１の動作を例示するフローチャートである。
【００２６】
図３に示すように、まずＥＣＵ２は、内燃機関のイグニッションが起動しているか判断する（ステップＳ１０）。Ｙｅｓの場合、ＥＣＵ２は、クランク角度センサ６により検出された回転角速度ωを取得する（ステップＳ１１）。Ｎｏの場合、ステップＳ１０に戻る。
【００２７】
ステップＳ１１の後、ＥＣＵ２はクランク角度センサ６により検出されたクランク角度θを取得する（ステップＳ１２）。
【００２８】
ステップＳ１２の後、ＥＣＵ２は、クランク角度センサ６により検出されたクランク角度θがバルブ閉じタイミングにおけるクランク角度θｉｖｃであるか判断する（ステップＳ１３）。Ｙｅｓの場合、ＥＣＵ２は、圧力センサ８ａにより検出された吸気管内圧力Ｐｍを取得する（ステップＳ１４）。ステップＳ１３においてＮｏの場合、ステップＳ１２に戻る。
【００２９】
ステップＳ１３の後、ＥＣＵ２は、圧力センサ８ａにより検出された吸気管内圧力Ｐｍに基づき、次の（１）式を用いて、吸気管８から気筒４ｂに吸入されたガスの質量ｍｃｙｌを算出する（ステップＳ１５）。
ｍｃｙｌ＝αＰｍ＋β  ・・・（１）
（α，β：定数）
すなわち、ＥＣＵ２は、クランク角度センサ６により検出されたクランク角度θに応じて、圧力センサ８ａにより検出された吸気管内圧力Ｐｍに基づき、質量ｍｃｙｌを算出する。ステップＳ１５において、ＥＣＵ２は、クランク角度θがバルブ閉じタイミングにある場合に圧力センサ８ａにより検出された吸気管内圧力Ｐｍに基づき、質量ｍｃｙｌを算出する。
【００３０】
ステップＳ１５の後、ＥＣＵ２は、クランク角度センサ６により検出されたクランク角度θを取得する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６の後、ＥＣＵ２は、クランク角度θが所定の角度である第１角度であるか判断する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７においては、第１角度は例えば９０ｄｅｇ．ｂｔｄｃ（ｂｔｄｃ：ｂｅｆｏｒｅ  ｔｏｐ  ｄｅａｄ  ｃｅｎｔｅｒ）である。
【００３１】
Ｙｅｓの場合（第１の場合）、ＥＣＵ２は、クランク角度θ（ここでは９０ｄｅｇ．ｂｔｄｃ）、クランク角度がθ＝９０ｄｅｇ．ｂｔｄｃである場合における気筒４ｂの筒内容積Ｖ９０、θ＝９０ｄｅｇ．ｂｔｄｃである場合における回転角速度ω９０、及びθ＝θｉｖｃである場合の回転角速度ωｉｖｃに基づき、次の（２）式を用いて、θ＝９０ｄｅｇ．ｂｔｄｃである場合における筒内圧力Ｐ９０（第１筒内圧力）を算出する（ステップＳ１８）。
Ｐ９０＝｛ｆ１（θ）−ｆ２（θ）ω９０−ｆ３（θ）ω９０２−ｆ４（θ）ω９０（ω９０−ωｉｖｃ）／（９０−θｉｖｃ）｝／Ｖ９０  ・・・（２）
ここで、ｆ１（θ）、ｆ２（θ）、ｆ３（θ）及びｆ４（θ）はエンジンの設計により定まるθの関数である。ステップＳ１７においてＮｏの場合、ステップＳ１６に戻る。
【００３２】
ステップＳ１８の後、ＥＣＵ２は、気体定数Ｒ、ステップＳ１５において算出された質量ｍｃｙｌ、及びステップＳ１８において算出された第１筒内圧力Ｐ９０に基づき、（３）式を用いて、クランク角度がθ＝９０ｄｅｇ．ｂｔｄｃである場合における気筒４ｂの筒内ガス温度Ｔ９０（第１筒内ガス温度）を算出する（ステップＳ１９）。
Ｔ９０＝Ｐ９０Ｖ９０／ｍｃｙｌＲ  ・・・（３）
【００３３】
ステップＳ１９の後、ＥＣＵ２は、クランク角度センサ６により検出されたクランク角度θを取得する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０の後、ＥＣＵ２は、クランク角度θが、所定の角度である第２角度であるか判断する（ステップＳ２１）。第２角度は第１角度と異なる所定の角度であり、ステップＳ２１において第２角度は例えば４５ｄｅｇ．ｂｔｄｃである。
【００３４】
Ｙｅｓの場合、ＥＣＵ２は、クランク角度θ（ここでは４５ｄｅｇ．ｂｔｄｃ）、クランク角度がθ＝４５ｄｅｇ．ｂｔｄｃである場合における気筒４ｂの筒内容積Ｖ４５、θ＝４５ｄｅｇ．ｂｔｄｃである場合における回転角速度ω４５、及びω９０に基づき、次の（４）式を用いて、θ＝４５ｄｅｇ．ｂｔｄｃである場合における筒内圧力Ｐ４５（第２筒内圧力）を算出する（ステップＳ２２）。
Ｐ４５＝｛ｆ１（θ）−ｆ２（θ）ω４５−ｆ３（θ）ω４５２−ｆ４（θ）ω４５（ω４５−ω９０）／４５｝／Ｖ４５  ・・・（４）
ステップＳ１８及びＳ２２に示すように、ＥＣＵ２は、クランク角度θに応じて、クランク角度θが検出された時点における回転角速度ω、及びクランク角度θに基づき、筒内圧力を算出する。ステップＳ２１においてＮｏの場合、ステップＳ２０に戻る。
【００３５】
ステップＳ２２の後、ＥＣＵ２は、気体定数Ｒ、質量ｍｃｙｌ、及びステップＳ２２において算出された第２筒内圧力Ｐ４５に基づき、（５）式を用いて、クランク角度がθ＝４５ｄｅｇ．ｂｔｄｃである場合における気筒４ｂの筒内ガス温度Ｔ４５（第２筒内ガス温度）を算出する（ステップＳ２３）。
Ｔ４５＝Ｐ４５Ｖ４５／ｍｃｙｌＲ  ・・・（５）
ステップＳ１９及びＳ２３に示すように、ＥＣＵ２は、クランク角度θに応じて、質量、及び筒内圧力に基づき、筒内ガス温度を算出する。
【００３６】
ステップＳ２３の後、ＥＣＵ２は、エンジン水温センサ１０により検出されたエンジンの冷却水温度Ｔｗを取得する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４の後、ＥＣＵ２は、回転角速度ω、第１筒内ガス温度Ｔ９０及び第２筒内ガス温度Ｔ４５、並びにエンジン水温センサ１０により検出された冷却水温度Ｔｗに基づき、次の（６）式を用いて、クランク角度θが９０ｄｅｇ．ｂｔｄｃから４５ｄｅｇ．ｂｔｄｃに変化する間の熱損失量（冷却損失）Ｑｗを算出する（ステップＳ２５）。
Ｑｗ＝（０．４＋０．１７ω０．６２）｛（Ｔ４５＋Ｔ９０）／２−Ｔｗ｝  ・・・（６）
【００３７】
ステップＳ２５の後、ＥＣＵ２は、ステップＳ２２において算出した第２筒内圧力Ｐ４５、ステップＳ２５において算出した熱損失量Ｑｗ、筒内容積Ｖ９０及びＶ４５に基づき、次の（７）式を用いて、仮想筒内圧力Ｐ４５ａを算出する（ステップＳ２６）。
Ｐ４５ａ＝Ｐ４５＋２Ｑｗ／（Ｖ９０−Ｖ４５）  ・・・（７）
仮想筒内圧力とは、クランク角度θが９０ｄｅｇ．ｂｔｄｃから４５ｄｅｇ．ｂｔｄｃに変化する間に、気筒４ｂ内のガスに熱損失がないとした場合の筒内圧力である。すなわち、ＥＣＵ２は、回転角速度ω、冷却水温度Ｔｗ、及び第１筒内ガス温度Ｔ９０及び第２筒内ガス温度Ｔ４５、並びに第２筒内圧力Ｐ４５に基づき、仮想筒内圧力Ｐ４５ａを算出する。（３）式及び（５）式に示すように、筒内温度は質量ｍｃｙｌに基づき、（１）式に示すように、質量は吸気管内圧力Ｐｍに基づく。すなわち、ＥＣＵ２は、吸気管内圧力Ｐｍ、回転角速度ω、冷却水温度Ｔｗ、及び第２筒内圧力Ｐ４５に基づき、仮想筒内圧力Ｐ４５ａを算出する。
【００３８】
ステップＳ２６の後、ＥＣＵ２は、第１筒内圧力Ｐ９０、筒内容積Ｖ４５及びＶ９０、並びに仮想筒内圧力Ｐ４５ａに基づき、次の（８）式を用いて、クランク角度θが９０ｄｅｇ．ｂｔｄｃから４５ｄｅｇ．ｂｔｄｃに変化する間に、気筒４ｂ内のガスに熱損失がないとした場合の仮想ポリトロープ指数ｍ’を算出する（ステップＳ２７）。
ｍ’＝−Ｖ４５（Ｐ９０−Ｐ４５ａ）／｛Ｐ４５ａ（Ｖ９０−Ｖ４５）｝  ・・・（８）
【００３９】
ステップＳ２７の後、ＥＣＵ２は、ステップＳ２７において算出した仮想ポリトロープ指数ｍ’に基づき、次の（９）式を用いて、気筒４ｂ内の筒内ガスの空燃比ＡＦＲを算出する（ステップＳ２８）。
ＡＦＲ＝（ｍ’−０．３２）／（１．４−ｍ’）  ・・・（９）
ここで、空燃比ＡＦＲと仮想ポリトロープ指数ｍ’との関係について説明する。
【００４０】
図４は空燃比ＡＦＲと比熱比κ（圧力勾配）との関係を例示する図である。図４に示すように、ＡＦＲと圧力勾配とには一定の関係がある。また、上記（８）式に示すように、仮想ポリトロープ指数ｍ’と圧力勾配との間にも一定の関係がある。よって、ＥＣＵ２は、上記の（９）式を用いて、空燃比ＡＦＲを算出することができる。言い換えれば、ＥＣＵ２は、第１筒内圧力Ｐ９０、第２筒内圧力Ｐ４５、第１筒内ガス温度Ｔ９０、第２筒内ガス温度Ｔ４５、及び仮想筒内圧力Ｐ４５ａに基づき、空燃比ＡＦＲを算出する。
【００４１】
ステップＳ２８の後、ＥＣＵ２は、ステップＳ２８において算出した空燃比ＡＦＲ、目標空燃比ＡＦＲｔ、（≒１５．５、図１参照）及び燃料噴射量基準値（事前適合値）τ０に基づき、（１０）式を用いて、次気筒の燃料噴射量を算出する（ステップＳ２９）。言い換えれば、ＥＣＵ２は、ステップＳ２８において算出された空燃比ＡＦＲに基づき、次気筒の燃料噴射量τを算出する。
τ＝τ０（ＡＦＲ−ＡＦＲｔ）／ＡＦＲｔ  ・・・（１０）
すなわち、ＥＣＵ２は、図１に示したような、理想的な始動時空燃比からのズレを考慮し、冷間始動時の空燃比を理想的な始動時空燃比に近づけるような次気筒の燃料噴射量τを算出する。ステップＳ２９の後、実施例１に係る内燃機関の空燃比制御装置の動作は終了する。
【００４２】
実施例１によれば、ＥＣＵ２は、回転角速度ω、及び冷却水温度Ｔｗに基づき、仮想筒内圧力Ｐ４５ａを算出する（ステップＳ２６）。また、ＥＣＵ２は、仮想筒内圧力Ｐ４５ａに基づき、空燃比ＡＦＲを算出し（ステップＳ２８）、空燃比ＡＦＲに基づき次気筒の燃料噴射量τを算出する（ステップＳ２９）。すなわち、実施例１に係る空燃比制御装置は、回転角速度ω及び冷却水温度Ｔｗといった物理現象をベースにしているため、冷間始動時においてＡＦＲセンサが不活性な場合でも、空燃比のフィードバック制御を行うことができる。従って、冷間始動時においても、ドライバビリティ、燃費及びエミッションを最適化することが可能となる。
【００４３】
また、回転角速度ωや冷却水温度Ｔｗといった物理現象をベースとしているため、追加センサを用いなくてよく、空燃比制御装置のコストアップを抑制することができる。また、ガスの流れを単純化することによる誤差も生じにくい。さらに、統計モデルを用いるものではないため、学習の頻度を比較的低くすることができる。
【００４４】
仮想筒内圧力Ｐ４５ａの算出に用いるパラメータとしては、冷却水温度Ｔｗ以外にも、Ｔｗと相関性を有するパラメータ、例えば油温や総燃料噴射量等を用いることもできる。
【００４５】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
空燃比制御装置            １
ＥＣＵ                    ２
エンジン本体              ４
クランクシャフト          ４ａ
気筒                      ４ｂ
クランク角度センサ        ６
エンジン水温センサ        １０
燃料噴射バルブ            １４
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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