(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
スロットルの開度を検出する開度検出手段と、
チャンバ内の圧力を検出する圧力検出手段と、少なくとも、前記回転数検出手段で検出された機関回転数Ｎe と前記圧力検出手段で検出されたチャンバ内圧力Ｐb とを基に、定常運転状態時に燃焼室へ吸入される吸入空気量Ｇc 'を求める第１の手段と、
少なくとも、前記開度検出手段で検出されたスロットル開度θTHと前記チャンバ内圧力Ｐb とを基に、前記スロットルの第１有効開口面積Ａを求める第２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、その値を前記スロットルの第２有効開口面積ＡDELAY とする第３の手段と、
前記第２の手段で求めた第１有効開口面積Ａと前記第３の手段で求めた第２有効開口面積ＡDELAY とを基に、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 '×（Ａ／ＡDELAY ）
として求める第４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、
前記開度検出手段の故障を検出する故障検出手段と、
前記機関回転数Ｎe と前記チャンバ内圧力Ｐb との値に基づいて現在の前記スロットル開度θTHを推定し、その結果を代替値θTH'として設定する代替値設定手段と、
前記故障検出手段で故障が検出された際、前記開度検出手段の検出結果に代り、前記代替値設定手段で設定された代替値θTH'を、前記第２及び第３の手段に与える切換え手段と、
前記代替値θTH'をもとに得られる前記スロットルの第１有効開口面積Ａの１次遅れ値を、前記開度検出手段の検出結果をもとに得られるべき前記スロットルの第１有効開口面積Ａの１次遅れ値にほぼ一致させる補正手段と、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。
【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見なし、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号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、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り、仮にスロットル弁の開度を検出するスロットルセンサ等が故障した場合には、上記した推定手法を実施することは、全く不可能となる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、このようにスロットル弁の開度を検出するセンサ等が故障した場合にも、正常時とほぼ同等に気筒吸入空気量を推定し得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、内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段、スロットルの開度を検出する開度検出手段及びチャンバ内の圧力を検出する圧力検出手段と、少なくとも回転数検出手段で検出された機関回転数Ｎe と圧力検出手段で検出されたチャンバ内圧力Ｐb とを基に、定常運転状態時に燃焼室へ吸入される吸入空気量Ｇc 'を求める第１の手段と、少なくとも、開度検出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２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３の手段と、第２の手段で求めた第１有効開口面積Ａと第３の手段で求めた第２有効開口面積ＡDELAY とを基に、吸入空気量Ｇc 'を補正することで、実吸入空気量Ｇc を、Ｇc ＝Ｇc '×（Ａ／ＡDELAY ）として求める第４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、機関回転数Ｎe とチャンバ内圧力Ｐb との値に基づいて現在のスロットル開度θTHを推定し、この値を代替値θTH'として設定する代替値設定手段と、開度検出手段の故障を検出する故障検出手段と、故障検出手段で故障が検出された際、開度検出手段の検出結果に代り代替値設定手段で設定された代替値θTH'を、第２及び第３の手段に与える切換え手段と、代替値θTH'をもとに得られるスロットルの第１有効開口面積Ａの１次遅れ値を、開度検出手段の検出結果をもとに得られるべきスロットルの第１有効開口面積Ａの１次遅れ値にほぼ一致させる補正手段とを備えて構成する。
【０００８】
なお、本発明における定常運転状態時とは、充填空気量Ｇｂ  の増減変化が実質的に無くほぼ一定である期間をいい、過渡運転状態時とは、充填空気量Ｇｂ  が変動している期間をいう。
【０００９】
【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、スロットルセンサなどの開度検出手段が故障か否かを故障検出手段で検出し、開度検出手段が故障であると検出された場合、その他の検出手段で検出された機関回転数Ｎｅ  とチャンバ内圧力Ｐｂ  とをもとに、代替値設定手段において現在のスロットル開度θＴＨを推定し、その値を代替値θＴＨ’として設定する。そして、切換え手段により、開度検出手段の検出結果に代えて、この設定された代替値θＴＨ’を第２及び第３の手段に与える。
【００１０】
また、ここで検出されるチャンバ内圧力Ｐb は、吸気系においてスロットルに比べて下流側に位置する圧力検出手段によって検出されるため、スロットルの開度変化の影響が遅れて検出される。さらに、吸気系を流通する空気は圧縮性流体であるため、スロットルの開度変化に対する、チャンバ内圧力Ｐb の変化の応答遅れが発生する。そこで、代替値θTH'が、このような応答遅れをもったチャンバ内圧力Ｐb の値から推定されるため、これを補うべく、補正手段によって代替値θTH'から得られるスロットルの第１有効開口面積Ａの１次遅れ値を、正常時において開度検出手段の検出結果から得られるべきスロットルの第１有効開口面積Ａの１次遅れ値にほぼ一致させる。
【００１１】
【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。
【００１２】
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２２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２６を経て三元触媒コンバータ２８で浄化され機関外に排出される。
【００１３】
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５０に送られる。
【００１４】
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ＲＡＭ６０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６２、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。
【００１５】
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気筒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）。
【００１６】
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、スロットルから吸気ポートに至る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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
【数１】
0003559338.tif 000002
【００２０】
【数２】
0003559338.tif 000003
【００２１】
【数３】
0003559338.tif 000004
【００２２】
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ＫＢＳ  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。
【００２３】
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。
【００２４】
【数４】
0003559338.tif 000005
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
【数５】
0003559338.tif 000006
【００２８】
【数６】
0003559338.tif 000007
【００２９】
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。
【００３０】
【数７】
0003559338.tif 000008
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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「ＲＡＴＩＯ−Ａ  」と呼ぶ。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
【数８】
0003559338.tif 000009
【００３７】
【数９】
0003559338.tif 000010
【００３８】
【数１０】
0003559338.tif 000011
【００３９】
【数１１】
0003559338.tif 000012
【００４０】
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。
【００４１】
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
以下、図１２のブロック図及び図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。
【００４２】
この吸入空気量の推定手法は、主としてスロットル開度センサ３６で検出されたスロットル開度θＴＨをもとに行っており、このスロットル開度θＴＨが測定不能となった場合には、以降の推定処理は実施できない。そこで、先ず、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に故障が生じていないかを判断する（Ｓ１０）。この判断は、例えば、スロットル開度センサ３６の出力電圧値が所定のＨｉｇｈレベルよりも高い電圧値となった場合、又は、所定のＬｏｗレベルよりも低い電圧値となった場合には、スロットル開度センサ３６が故障であると判断する。このような場合、送受信系統のいずれかで断線、短絡、或はセンサ自体に故障が発生していると考えられるためである。なお、スロットル開度センサ３６の故障検出は、ここで例示した手法に限定するものではなく、公知のいかなる検出手法を採用することもできる。
【００４３】
スロットル開度センサ３６が正常であると判断された場合には（Ｓ１０で「ＮＯ」）、各センサで検出した機関回転数Ｎｅ、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（Ｓ２０）。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。
【００４４】
次いで、機関がクランキング（始動）中か否かを判定し（Ｓ３０）、クランキング中と判断された場合には（Ｓ３０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（Ｓ３１）、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（Ｓ３２）。
【００４５】
一方、Ｓ３０でクランキング中ではないと判断された場合には（Ｓ３０で「ＮＯ」）、続いて、フューエル・カットか否かが判断される（Ｓ４０）。フューエル・カットと判断された場合には（Ｓ４０で「ＹＥＳ」）、燃料噴射量Ｔｏｕｔ  を零に設定する（Ｓ４１）。
【００４６】
Ｓ４０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ＲＯＭ５８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Ｇｃ’）を求める（Ｓ５０）。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）。
【００４７】
次いで、Ｓ２０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（Ｓ６０）。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（Ｓ７０）。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ＡＤＥＬＡＹ  を算出する（Ｓ８０）。
【００４８】
次いで、「ＲＡＴＩＯ−Ａ  」を
ＲＡＴＩＯ−Ａ  ＝（Ａ＋ＡＢＹＰＡＳＳ）／（Ａ＋ＡＢＹＰＡＳＳ）ＤＥＬＡＹ
なる式から算出する（Ｓ９０）。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  」の比を求め、それをＲＡＴＩＯ−Ａ  とする。
【００４９】
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。続いて、Ｓ５０で検索して求めたＴｉｍａｐ（Ｇｃ’）に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（Ｓ１００）。
【００５０】
次に、Ｓ１０において、スロットル開度センサ３６が故障であると判断された場合について説明する。
【００５１】
前述したように、スロットル開度θＴＨが測定不能となった場合には、以降の推定処理が実施不能となるため、その代替値を与える必要がある。そこで、この推定装置では、スロットル開度センサ３６の故障を検出する  Ｆａｉｌ  検出部１００、スロットル開度θＴＨの代替値θＴＨ’を設定する代替値設定部１０１、検出されたスロットル開度θＴＨと代替値設定部１０１で設定された代替値θＴＨ’とを切換える切換え部１０２、スロットル開度センサ３６が正常時の１次遅れ伝達関数を補正し、故障時用の伝達関数を設定する１次遅れ補正係数設定部１０３等を備えている。
【００５２】
そこで、先ず、Ｓ１０において、スロットル開度センサ３６が故障であると判断された場合（Ｓ１０で「ＹＥＳ」）、代替値設定部１０１においてスロットル開度θＴＨの代替値θＴＨ’を設定する（Ｓ１１）。この代替値θＴＨ’の設定は、クランク角センサ３４の検出結果をもとに得られる機関回転数Ｎｅと吸気圧センサ３８で検出された吸気圧力Ｐｂ  とから検索し得るように予めマップ化しておき  （図１４）、このマップを検索することにより行う。そして、検索された代替値θＴＨ’を用いて、以降の推定処理を実施する。
【００５３】
また、ここで与えられる代替値θＴＨ’は、以下のような特性を有しているため、これを補う処理が必要となる。すなわち、吸気系において、吸気圧センサ３８がスロットル開度センサ３６に比べて下流側に位置しており、また、吸気系を流る空気が圧縮性流体でありスロットル開度の変化に対するチャンバ内圧力Ｐｂの変化の応答が遅れる結果となる。従って、図１５に示すように、真のスロットル開度θＴＨが変化した場合にも、検出される吸気圧力Ｐｂは遅れをもって検出され、この結果、代替値θＴＨ’も遅れをもった値となる。このような代替値θＴＨ’をもとに、前述したスロットル開度の１次遅れ値θＴＨ−Ｄを演算すると、図示のようにより遅れをもった値として算出される。そこで、図に点線で示すように、スロットル開度の１次遅れ値θＴＨ−Ｄが、本来のスロットル開度θＴＨの一次遅れ値に近づくように、１次遅れ補正係数Ｂを補正する。なお、この補正にあたっては、機関回転数Ｎｅに対応して、正常時の１次遅れ補正係数Ｂに乗算すべき補正係数ＫＡＤＦが定まるのため、機関回転数Ｎｅに対応した補正係数ＫＡＤＦを予め求めておき（図１７）、マップ化するなどしてＲＯＭ５８に格納しておく。
【００５４】
そこで、Ｓ１０において故障が検出された場合、Ｓ６０では、図１６に示すフローチャートに従って、スロットル開度の１次遅れ値θＴＨ−Ｄを演算する。
【００５５】
先ず、正常時に設定されている１次遅れ補正係数Ｂを補正するための補正係数ＫＡＤＦを設定する。この設定処理にあたっては、ＲＯＭ５８に格納した補正係数ＫＡＤＦを機関回転数Ｎｅに応じて読み出す（Ｓ１００）。
【００５６】
次いで、正常時に設定されている１次遅れ補正係数Ｂに対して、Ｓ１００で設定した補正係数ＫＡＤＦを乗算し、この値を故障時の１次遅れ補正係数Ｂとして設定する（Ｓ１０１）、この値を用いて１次遅れ伝達関数「（１−Ｂ）／（ｚ−Ｂ）」を設定する（Ｓ１０２）。次いで、代替値θＴＨ’と１次遅れ伝達関数「  （１−Ｂ）／（ｚ−Ｂ）」により、スロットル開度の１次遅れ値θＴＨ−Ｄを算出する（Ｓ１０３）。
【００５７】
このようにして求めたスロットル開度の１次遅れ値θＴＨ−Ｄを用いて、図１３のメイン・フローチャートに従って燃料噴射量Ｔｏｕｔ  を算出する。
【００５８】
上記した燃料噴射量Ｔｏｕｔ  の各算出手法は、簡易なアルゴリズムによって定常運転状態から過渡運転状態までを表現することができ、定常運転状態時の燃料噴射量をマップ検索によってある程度保証することができると同時に、複雑な演算を必要とせずに燃料噴射量を最適に決定することができる。しかも、スロットル開度センサが故障した場合でも、正常時と同等な推定処理を実施することが可能であり、スロットル開度センサが故障した際にドライバビリティが悪化する事態を回避することができる。
【００５９】
また、以上説明した実施例では、燃料噴射量Ｔｉｍａｐ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。
【００６０】
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。
【００６１】
【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、開度検出手段が故障か否かを故障検出手段で検出し、故障の際には代替値設定手段によってスロットル開度θTHの代替値θTH'を設定すると共に、切換え手段によってこの代替値θTH'を第２及び第３の手段に与え、補正手段によって代替値θTH'をもとに得られるスロットルの第１有効開口面積Ａの１次遅れ値を、本来得られるべき１次遅れ値にほぼ一致させるように構成したので、この推定手法において主となる開度検出手段の検出結果が得られない場合にも、正常時と同等な推定処理を実施することが可能となり、さらに、開度検出手段の故障時においても正常時と同等な吸入空気量の推定処理を実施す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】スロットル開度θＴＨの代替値マップを示す説明図である。
【図１５】真のスロットル開度θＴＨの変化に対応する、各検出値或は演算値の応答遅れを示す説明図である。
【図１６】図１３のメイン・フローチャートのうち、θＴＨの１次遅れ値θＴＨ−Ｄの算出処置のみを示すフローチャートである。
【図１７】１次遅れ補正係数Ｂに乗算すべき補正係数ＫＡＤＦと機関回転数Ｎｅ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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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