(57)【要約】【課題】従来に比較して正確な吸入空気量の推定を可能とする内燃機関の吸入空気量推定装置を提供する。【解決手段】スロットル弁６より上流側の上流側吸気圧とスロットル弁より下流側の下流側吸気圧とを使用してスロットル弁通過空気量を算出し、スロットル弁通過空気量に基づき吸入空気量を推定する内燃機関１の吸入空気量推定装置において、スロットル弁通過空気量の算出に使用される上流側吸気圧は、少なくとも大気圧に対するエアクリーナの圧損が考慮されて測定又は算出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットル弁より上流側の上流側吸気圧とスロットル弁より下流側の下流側吸気圧とを使用してスロットル弁通過空気量を算出し、前記スロットル弁通過空気量に基づき吸入空気量を推定する内燃機関の吸入空気量推定装置において、前記スロットル弁通過空気量の算出に使用される前記上流側吸気圧は、少なくとも大気圧に対するエアクリーナの圧損が考慮されて測定又は算出されることを特徴とする内燃機関の吸入空気量推定装置。
【請求項２】
今回の前記スロットル弁通過空気量を算出するために使用する今回の前記上流側吸気圧は、大気圧からエアクリーナの前記圧損を減算して算出され、前記圧損は、前記エアクリーナを通過する空気流量として、エアフローメータにより検出される吸入空気量又は前回算出されたスロットル弁通過空気量を使用して算出されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
【請求項３】
前記圧損を前回算出されたスロットル弁通過空気量を使用して算出することにより今回の前記上流側吸気圧を算出し、算出された前記今回の上流側吸気圧と今回の前記下流側吸気圧とを使用して今回の前記スロットル弁通過空気量が算出され、算出された前記今回のスロットル弁通過空気量は、前記今回の上流側吸気圧と前回の下流側吸気圧とを使用して算出される前回の仮のスロットル弁通過空気量と、前回の上流側吸気圧と前回の下流側吸気圧とを使用して算出される前回のスロットル弁通過空気量との差により補正されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
【請求項４】
前記前回の仮のスロットル弁通過空気量が算出された時には、前記仮のスロットル弁通過空気量に基づき前回の下流側吸気圧を算出し直すことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
【請求項５】
前記スロットル弁通過空気量は、前記下流側吸気圧と前記上流側吸気圧との比と、スロットル弁の開口面積又は開度とに基づき算出されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
【請求項６】
前記スロットル弁通過空気量は、前記開口面積又は前記開度だけを変数とする第一関数と、前記比を変数とする第二関数と、前記第一関数をスロットル弁より上流側の現在の吸気温度に基づき補正する第一補正項と、前記第一関数を現在の前記上流側吸気圧とに基づき補正する第二補正項との積によって算出されることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸入空気量推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
正確な空燃比制御を実現するためには、実際に気筒内へ供給された吸入空気量に対して燃料噴射量を決定しなければならない。吸入空気量を検出するために、一般的には、機関吸気系にエアフローメータが配置されているが、エアフローメータは応答遅れを有しているために、機関過渡時となると吸入空気量の正確な検出は不可能である。それにより、機関過渡時を含めて計算により吸入空気量を推定することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１３００３９
【特許文献２】特開２００２−２０１９９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
吸入空気量の推定には、スロットル弁をモデル化し、スロットル弁上流側の吸気圧とスロットル弁下流側の吸気圧との違いに基づきスロットル弁を通過する空気量を算出することが必要とされる。このスロットル弁通過空気量の算出に際して、前述の従来技術では、スロットル弁下流側の吸気圧、すなわち、吸気管圧力は変化させているが、スロットル弁上流側の吸気圧は大気圧としているために、正確なスロットル弁通過空気量が算出されない。それにより、正確な吸入空気量を推定することができない。
【０００５】
従って、本発明の目的は、従来に比較して正確な吸入空気量の推定を可能とする内燃機関の吸入空気量推定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置は、スロットル弁より上流側の上流側吸気圧とスロットル弁より下流側の下流側吸気圧とを使用してスロットル弁通過空気量を算出し、前記スロットル弁通過空気量に基づき吸入空気量を推定する内燃機関の吸入空気量推定装置において、前記スロットル弁通過空気量の算出に使用される前記上流側吸気圧は、少なくとも大気圧に対するエアクリーナの圧損が考慮されて測定又は算出されることを特徴とする。
【０００７】
スロットル弁通過空気量を算出するのに使用される上流側吸気圧は、機関吸気系におけるスロットル弁上流側の圧損があるために、実際的には大気圧と異なるものである。それにより、請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置では、上流側吸気圧は、少なくとも大気圧に対するエアクリーナの圧損が考慮されて測定又は算出されるようにしている。
【０００８】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置は、請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置において、今回の前記スロットル弁通過空気量を算出するために使用する今回の前記上流側吸気圧は、大気圧からエアクリーナの前記圧損を減算して算出され、前記圧損は、前記エアクリーナを通過する空気流量として、エアフローメータにより検出される吸入空気量又は前回算出されたスロットル弁通過空気量を使用して算出されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置は、請求項２に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置において、前記圧損を前回算出されたスロットル弁通過空気量を使用して算出することにより今回の前記上流側吸気圧を算出し、算出された前記今回の上流側吸気圧と今回の前記下流側吸気圧とを使用して今回の前記スロットル弁通過空気量が算出され、算出された前記今回のスロットル弁通過空気量は、前記今回の上流側吸気圧と前回の下流側吸気圧とを使用して算出される前回の仮のスロットル弁通過空気量と、前回の上流側吸気圧と前回の下流側吸気圧とを使用して算出される前回のスロットル弁通過空気量との差により補正されることを特徴とする。
【００１０】
前回算出されたスロットル弁通過空気量に基づく今回の上流側吸気圧は、実際的には、前回の上流側吸気圧に近い値である。それにより、今回の上流側吸気圧と前回の下流側吸気圧とを使用して算出される前回の仮のスロットル弁通過空気量は、前回の上流側吸気圧と前回の下流側吸気圧とを使用して算出される前回のスロットル弁通過空気量より真値に近い。従って、前回の仮のスロットル弁通過空気量と前回のスロットル弁通過空気量との差は前回のスロットル弁通過空気量の算出誤差と考えることができる。こうして、請求項３に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置では、今回の上流側吸気圧と今回の下流側吸気圧とを使用して算出された今回の前記スロットル弁通過空気量を、前回の仮のスロットル弁通過空気量と前回のスロットル弁通過空気量との差により補正している。
【００１１】
また、本発明による請求項４に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置は、請求項３に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置において、前記前回の仮のスロットル弁通過空気量が算出された時には、前記仮のスロットル弁通過空気量に基づき前回の下流側吸気圧を算出し直すことを特徴とする。請求項４に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置では、真値に近い前回の仮のスロットル弁通過空気量に基づき前回のスロットル弁通過空気量を算出し直している。
【００１２】
また、本発明による請求項５に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置は、請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の吸入空気量推定装置において、前記スロットル弁通過空気量は、前記下流側吸気圧と前記上流側吸気圧との比と、スロットル弁の開口面積又は開度とに基づき算出されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による請求項６に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置は、請求項５に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置において、前記スロットル弁通過空気量は、前記開口面積又は前記開度だけを変数とする第一関数と、前記比を変数とする第二関数と、前記第一関数をスロットル弁より上流側の現在の吸気温度に基づき補正する第一補正項と、前記第一関数を現在の前記上流側吸気圧とに基づき補正する第二補正項との積によって算出されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
こうして、本発明による内燃機関の吸入空気量推定装置によれば、スロットル弁通過空気量を算出するのに使用される上流側吸気圧は、少なくとも大気圧に対するエアクリーナの圧損が考慮されて吸気通路のスロットル弁上流側に配置された圧力センサにより測定され、又は、少なくとも大気圧に対するエアクリーナの圧損が考慮されて算出されるようにしているために、上流側吸気圧として大気圧を使用する場合に比較して、算出されるスロットル弁通過空気量が正確なものとなり、このスロットル弁通過空気量を使用して算出される吸入空気量を正確なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明による吸気量推定装置が取り付けられる内燃機関を示す概略図である。同図において、１は機関本体であり、２は各気筒共通のサージタンクである。３はサージタンク２と各気筒とを連通する吸気枝管であり、４はサージタンク２の上流側の吸気通路である。各吸気枝管３には燃料噴射弁５が配置され、吸気通路４におけるサージタンク２の直上流側にはスロットル弁６が配置されている。スロットル弁６は、アクセルペダルに連動するものでも良いが、ここではステップモータ等の駆動装置によって自由に開度設定可能なものとしている。７は吸気通路４のスロットル弁６より上流側の吸気圧を検出するための圧力センサである。この上流側吸気圧は、機関吸気系の最上流部に設けられているエアクリーナ１１の圧損があるために、機関運転中においては大気圧より低い圧力となっている。
【００１６】
内燃機関１における燃焼空燃比を、例えば、理論空燃比等の所望空燃比にするためには、機関過渡時を含めて気筒内へ流入した吸入空気量を正確に把握しなければならない。本実施形態においては、機関吸気系を以下のようにモデル化して吸入空気量を推定するようにしている。
【００１７】
先ず、スロットル弁６をモデル化することにより、吸気がスロットル弁６を通過する際のエネルギ保存則、運動量保存則、及び、状態方程式を使用して、今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ(i)（ｇ／ｓｅｃ）が、次式(1)によって表される。以下の式を含めて、スロットル弁通過空気量等の変数の添え字（ｉ）は今回（現在）を示し、（ｉ−１）は前回を示している。
【数１】
2008151145.tif 000003
【００１８】
ここで、μ(i)は流量係数であり、Ａ(i)はスロットル弁６の開口面積（ｍ2）である。もちろん、機関吸気系にアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣ弁）が設けられている時には、Ａ(i)には、ＩＳＣ弁の開口面積が加えられる。流量係数及びスロットル弁の開口面積は、それぞれがスロットル弁開度ＴＡ(i)（度）の関数となっており、図２及び３には、それぞれのスロットル弁開度ＴＡに対するマップが図示されている。Ｒは気体定数であり、Ｔａはスロットル弁上流側の吸気温度（Ｋ）であり、Ｐａｃ(i)はスロットル弁より上流側の上流側吸気圧（ｋＰａ）であり、Ｐｍ(i)はスロットル弁下流側の吸気管圧力、すなわち、下流側吸気圧（ｋＰａ）である。また、関数Φに関しては後述する。
【００１９】
ところで、式(1)は、スロットル弁上流側の吸気温度の標準値Ｔ０と、上流側吸気圧の標準値Ｐａ０とを使用して式(1)'のように置き換えることができる。吸気温度の標準値Ｔ０を現在の吸気温度Ｔａへ変換するための補正項を第１補正項ｋｔｈａとし、上流側吸気圧の標準値Ｐａ０を現在の上流側吸気圧Ｐａｃ(i)へ変換するための補正項を第２補正項ｋｐａｃとすれば、式(1)'は式(1)''のように置き換えることができる。さらに、式(1)''は、スロットル弁開度ＴＡ(i)だけを変数とする関数Ｆ（ＴＡ(i)）と、関数Φと、第１補正項ｋｔｈａと、第２補正項ｋｐａｃとの積の形とした式(1)'''のように置き換えることができる。このように、式(1)を置き換えることによって、関数Ｆのマップ化は容易であり、スロットル弁通過空気量ｍｔ(i)を簡単に算出することができる。
【００２０】
ここで、関数Ｆは、スロットル弁の開口面積Ａ(i)だけを変数とする関数に置換しても良い。現在の第１補正項ｋｔｈａ(i)の算出に使用される現在のスロットル弁上流側の吸気温度Ｔａ(i)は、吸気通路４のスロットル弁６の上流側に温度センサ（図示せず）を配置して、この温度センサにより検出することが好ましいが、この吸気温度は、エアクリーナ１１の圧損とは無関係に外気温度とほぼ等しいと考えることができ、外気温度センサにより検出された外気温度を吸気温度として使用しても良い。
【００２１】
一方、上流側吸気圧は、刻々変化するために、スロットル弁通過空気量ｍｔを算出する毎に圧力センサ７によって現在の上流側吸気圧Ｐａｃ(i)を検出し、これを第２補正係数ｋｐａｃ(i)の算出に使用することが好ましい。
【００２２】
関数Φ（Ｐｍ(i)／Ｐａｃ(i)）は、比熱比κを使用して次式(2)によって表されるものであり、図４にはＰｍ／Ｐａｃに対するマップが図示されている。
【数２】
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【００２３】
ところで、式(1)（又は式(1)'''）及び式(2)において、上流側吸気圧Ｐａｃ(i)は、圧力センサ７を使用しないで算出することも可能である。大気圧Ｐａと上流側吸気圧Ｐａｃとの差は、ベルヌーイの定理により、次式(3)のように表すことができる。
【数３】
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【００２４】
ここで、ρは大気密度であり、ｖはエアクリーナ１１を通過する空気の流速であり、Ｇａはエアクリーナ１１を通過する空気の流量であり、ｋはｖとＧａの比例係数である。標準大気密度ρ０と、標準大気密度ρ０を現在の大気密度ρへ変換するための圧力補正係数ｅｋｐａ及び温度補正係数ｅｋｔｈａとを使用すれば、式(3)は式(3)'のように置き換えることができる。さらに、式(3)'は、流量Ｇａだけを変数とする関数ｆ（Ｇａ）を使用して式(3)''のように置き換えることができる。
【００２５】
式(3)''は、現在の上流側吸気圧Ｐａｃ(i)を表す式(4)のように変形することができる。式(4)において、現在の流量Ｇａ(i)は、エアクリーナ１１の直下流側にエアフローメータが設けられている場合には、このエアフローメータにより検出することができる。また、圧力補正係数ｅｋｐａは、検出される現在の大気圧により設定可能であり、温度補正係数ｅｋｔｈａは、検出される現在の大気温度により設定可能である。
【００２６】
また、式(4)において、エアクリーナ１１を通過する空気の流量Ｇａ(i)は、スロットル弁通過空気量ｍｔと考えることができ、式(4)は式(4)'のように変形することができる。但し、式(1)（又は式(1)'''）において説明したように、現在のスロットル弁通過空気量ｍｔ(i)を算出するためには現在の上流側吸気圧Ｐａｃ(i)が必要であるために、現在の上流側吸気圧Ｐａｃ(i)を算出するには、スロットル弁通過空気量として前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ(i-1)を使用せざるを得ない。
【００２７】
次いで、吸気弁をモデル化する。気筒内へ供給される吸入空気量ｍｃ(i)（ｇ／ｓｅｃ）は、下流側吸気圧、すなわち、吸気管圧力Ｐｍ(i)に基づきほぼ線形に変化するものであるために、次式(5)に示す一次関数によって表すことができる。
【数４】
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【００２８】
ここで、Ｔｍ(i)はスロットル弁下流側の吸気温度（Ｋ）であり、ａ及びｂは一次関数を特定するためのパラメータである。ｂは気筒内の残留既燃ガス量に相当する値であり、バルブオーバーラップがある場合には、吸気管へ既燃ガスが逆流するために、ｂの値は無視できないほど増加する。また、バルブオーバーラップがある場合において、吸気管圧力Ｐｍが所定圧力以上である時には、吸気管圧力が高いほど既燃ガスの逆流が顕著に減少するために、所定値以下である時に比較して、ａの値は大きくされると共にｂの値は小さくされる。
【００２９】
このように、吸入空気量ｍｃを算出するために使用される一次関数は、内燃機関毎に異なるものであると共に機関運転状態によっても変化するものである。それにより、内燃機関毎及び機関運転状態毎にパラメータａ，ｂをマップ化しておくことが好ましい。
【００３０】
次いで、吸気管をモデル化する。吸気管内に存在する吸気の質量保存則、エネルギ保存則、及び、状態方程式を使用して、吸気管圧力Ｐｍとスロットル弁下流側の吸気温度Ｔｍとの比における時間変化率は次式(6)によって表され、また、吸気管圧力Ｐｍの時間変化率は次式(7)によって表される。ここで、Ｖは吸気管の容積（ｍ3）、すなわち、機関吸気系におけるスロットル弁下流側の容積であり、具体的には、吸気通路４の一部とサージタンク２と吸気枝管３との合計容積である。
【数５】
2008151145.tif 000007
【００３１】
式(6)及び式(7)は離散化され、それぞれ、次式(8)及び(9)が得られ、式(9)によって今回の吸気管圧力Ｐｍ(i)が得られれば、式(8)によって今回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ(i)を得ることができる。式(8)及び(9)において、離散時間Δｔは、吸入空気量ｍｃ(i)を算出するためのフローチャート（図５）における実行間隔とされ、例えば８ｍｓである。
【数６】
2008151145.tif 000008
【００３２】
次に、図５に示すフローチャートを説明する。本フローチャートは、機関始動完了と同時に実行される。先ず、ステップ１０１において、式(9)を使用して下流側吸気圧（吸気管圧力）Ｐｍ(i)が算出される。式(9)において、前回の吸気管圧力Ｐｍ(i-1)（初期値は大気圧Ｐａ）と、前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ(i-1)と、前回のスロットル弁より上流側の吸気温度Ｔａ(i-1)と、前回の吸入空気量ｍｃ(i-1)と、前回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ(i-1)（初期値は上流側の吸気温度）とを使用して、今回の吸気管圧力Ｐｍ(i)を算出する。スロットル弁通過空気量ｍｔ(i-1)の初期値は、他の初期値を使用して式(1)'''により算出され、吸入空気量ｍｃ(i-1)の初期値は、他の初期値を使用して式(5)により算出される。
【００３３】
次いで、ステップ１０２において、式(8)を使用して今回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ(i)が算出される。次いで、ステップ１０３において、式(4)'を使用して、前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ(i-1)に基づき上流側吸気圧Ｐａｃ(i)が算出される。こうして、ステップ１０１において下流側吸気圧Ｐｍ(i)が算出され、ステップ１０３において上流側吸気圧Ｐａｃ(i)が算出されれば、式(1)'''を使用して現在のスロットル弁開度ＴＡ(i)に基づき現在のスロットル弁通過空気量ｍｔ(i)を算出することができる。
【００３４】
しかしながら、ステップ１０３において算出された今回の上流側吸気圧Ｐａｃ(i)は、前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ(i-1)に基づくものであるために、実際的には、前回の上流側吸気圧に近い値である。それにより、今回の下流側吸気圧Ｐｍ(i)と今回の上流側吸気圧Ｐａｃ(i)とは時間的に一致しておらず、これらの比に基づき関数Φを算出しても、正確なスロットル弁通過空気量ｍｔ(i)を算出することはできない。
【００３５】
本フローチャートでは、正確なスロットル弁通過空気量ｍｔ(i)を算出するために以下の処理を実施する。まず、ステップ１０４では、次式(10)により前回の仮のスロットル弁通過空気量ｍｔ１(i-1)を算出する。式(10)は、式(1)'''において、前回値に近い上流側吸気圧Ｐａｃ(i)をそのままとして、スロットル弁開度、第１補正係数、第２補正係数、及び下流側吸気圧を前回値としたものである。こうして、式(10)により算出される前回の仮のスロットル弁通過空気量ｍｔ１(i-1)は、前回のスロットル弁通過空気量の真値に近い値となる。
【数７】
2008151145.tif 000009
【００３６】
前回の仮のスロットル弁通過空気量ｍｔ１(i-1)の算出には、前回の下流側吸気圧Ｐｍ(i-1)が使用されているが、この下流側吸気圧Ｐｍ(i-1)を算出するのに使用された前前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ(i-2)の信頼性は高くなく、それにより、前回の仮のスロットル弁通過空気量ｍｔ１(i-1)に基づき、前回の下流側吸気圧Ｐｍ(i-1)を算出し直すことが好ましい。それにより、ステップ１０５では、次式(11)を使用して、前回の仮のスロットル弁通過空気量ｍｔ１(i-1)に基づき前回の下流側吸気圧Ｐｍ(i-1)を算出する。式(11)は、前述の式(9)とは異なり、スロットル弁通過空気量と、算出される下流側吸気圧とは同じ時刻としている。
【数８】
2008151145.tif 000010
【００３７】
こうして、前回の下流側吸気圧Ｐｍ(i-1)が算出し直されれば、ステップ１０６では、式(8)を使用して前回の下流側吸気温度Ｔｍ(i-1)を算出し直し、ステップ１０７では、式(5)を使用して前回の吸入空気量ｍｃ(i-1)を算出し直す。
【００３８】
次いで、ステップ１０８において、式(10)と同じ式を使用して、ステップ１０５において算出し直された前回の下流側吸気圧Ｐｍ(i-1)に基づき新たな前回の仮のスロットル弁通過空気量ｍｔ２(i-1)を算出する。このｍｔ２(i-1)の算出に際して、使用する上流側吸気圧Ｐａｃ(i)をｍｔ１(i-1)を使用して算出し直しても良い。こうして算出された前回の仮のスロットル弁通過空気量ｍｔ２(i-1)は、さらに真値に近いものとなっている。
【００３９】
次いで、ステップ１０９では、新たな前回の仮のスロットル弁通過空気量ｍｔ２(i-1)と古い前回の仮のスロットル弁通過空気量ｍｔ１(i-1)との差が設定値ｄより小さくなったか否かが判断され、すなわち、新たに算出される前回の仮のスロットル弁通過空気量ｍｔ２(i-1)が十分に真値に収束したか否かが判断される。ステップ１０９における判断が否定される時には、ステップ１１０において、新たな前回の仮のスロットル弁通過空気量ｍｔ２(i-1)は、古い前回の仮のスロットル弁通過空気量ｍｔ１(i-1)とされ、ステップ１０５以降の処理が繰り返される。この時、ステップ１０５において、前回の仮のスロットル弁通過空気量ｍｔ１(i-1)だけでなく、前回の下流側吸気温度Ｔｍ(i-1)及び前回の吸入空気量ｍｃ(i-1)も真値に近づけられているために、算出される前回の下流側吸気圧Ｐｍ(i-1)もさらに真値に近づけられる。
【００４０】
ステップ１０９における判断が肯定されれば、この時の前回の仮のスロットル弁通過空気量ｍｔ２(i-1)は、殆ど真値となっている。それにより、この前回の仮のスロットル弁通過空気量ｍｔ２(i-1)と式(1)'''を使用して算出された前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ(i-1)との差は、式(1)'''を使用した場合の計算誤差を比較的正確に表すものとなる。従って、ステップ１１１において、式(1)'''を使用して算出した今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ(i)は前述の差により補正され、それにより、正確な今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ(i)を算出することができる。
【００４１】
この今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ(i)の算出に使用する今回のスロットル弁開度ＴＡ(i)は、現在のアクセルペダルの踏み込み量に対してスロットル弁の駆動装置（ステップモータ）の応答遅れ等が考慮されて推定される。
【００４２】
次いで、ステップ１１２では、ステップ１０１及び１０２により算出された今回の下流側吸気圧Ｐｍ(i)及び今回の下流側吸気温度Ｔｍ(i)に基づき式(5)を使用して今回の吸入空気量ｍｃ(i)を算出する。前述したようにして正確なスロットル弁通過空気量が算出されるために、これに基づき算出される下流側吸気圧が正確なものとなり、さらに、この下流側吸気圧に基づき算出される吸入空気量も正確なものとなる。次いで、フローチャートには示していないが、今回の下流側吸気圧Ｐｍ(i)、今回の下流側吸気温度Ｔｍ(i)、今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ(i)、今回の吸入空気量ｍｃ(i)、及び今回の上流側吸気温度Ｔａ(i)は、それぞれ前回値として記憶され、次回のフローチャートの実施に備えられる。
【００４３】
図５に示すフローチャートでは、前回の仮のスロットル弁通過空気量ｍｔ２(i-1)を真値にかなり近づけるまで（ステップ１０９における判断が肯定されるまで）、前回の下流側吸気圧Ｐｍ(i-1)及び前回の仮のスロットル弁通過空気量ｍｔ２(i-1)の算出を繰り返すようにしたが、この繰り返し回数を予め設定するようにしても良い。また、ステップ１０５から１１０の処理を省略して、ステップ１０４において前回の仮のスロットル弁通過空気量ｍｔ１(i-1)が算出された後、直ぐにステップ１１１において今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ(i)を算出するようにしても良い。この場合において、ステップ１１１の式のｍｔ２(i-1)はｍｔ１(i-1)に置き換えて考えれば良い。
【００４４】
ところで、燃焼空燃比を正確に制御するためには、燃料噴射を開始する以前に気筒内への正確な吸入空気量を推定して、燃料噴射量を決定しなければならない。しかしながら、正確な吸入空気量を推定するためには、厳密には、吸気弁閉弁時における吸入空気流量を算出しなければならない。すなわち、燃料噴射量を決定する時において、現在の吸入空気量ｍｃ(i)ではなく、吸気弁閉弁時における吸入空気量ｍｃ(i+n)を算出しなければならない。これは、図１に示すような吸気枝管３に燃料を噴射する内燃機関だけでなく、吸気行程において筒内へ直接燃料を噴射する内燃機関においても同様である。
【００４５】
そのためには、現在において、現在のスロットル弁開度ＴＡ(i)だけでなく、吸気弁閉弁時までの時間Δｔ毎のスロットル弁開度ＴＡ(i+1)，ＴＡ(i+2)，・・・ＴＡ(i+n)に基づき、式(1)'''においてＴＡを変化させ、各時間のスロットル弁通過空気量ｍｔを算出することが必要となる。
【００４６】
各時間のスロットル弁開度ＴＡは、現在の時間に対するアクセルペダルの踏み込み変化量に基づき、この踏み込み変化量が吸気弁閉弁時まで持続するとして、各時間のアクセルペダルの踏み込み量を推定し、それぞれの推定踏み込み量に対して、スロットル弁アクチュエータの応答遅れを考慮して決定することが考えられる。この方法は、スロットル弁がアクセルペダルと機械的に連結されている場合にも適用することができる。
【００４７】
しかしながら、こうして推定される吸気弁閉弁時におけるスロットル弁開度ＴＡ(i+n)は、あくまでも予測であり、実際と一致している保証はない。吸気弁閉弁時におけるスロットル弁開度ＴＡ(i+n)を実際と一致させるために、スロットル弁を遅れ制御するようにしても良い。アクセルペダルの踏み込み量が変化した時に、アクチュエータの応答遅れによって、スロットル弁開度は遅れて変化するが、この遅れ制御は、このスロットル弁の応答遅れを意図的に増大させるものである。
【００４８】
例えば、機関過渡時において、燃料噴射量を決定する時における現在のアクセルペダルの踏み込み量に対応するスロットル弁開度が、吸気弁閉弁時に実現されるように、実際の応答遅れ（無駄時間）を考慮してスロットル弁のアクチュエータを制御すれば、現在から吸気弁閉弁時までの時間毎のスロットル弁開度ＴＡ(i)，ＴＡ(i+1)，・・・ＴＡ(i+n)を正確に把握することができる。さらに具体的に言えば、アクセルペダルの踏み込み量が変化する時には、直ぐにアクチュエータへ作動信号を発するのではなく、燃料噴射量を決定する時から吸気弁閉弁時までの時間から無駄時間を差し引いた時間だけ経過した時にアクチュエータへの作動信号を発するようにするのである。もちろん、現在のアクセルペダルの踏み込み量に対応するスロットル弁開度を、吸気弁閉弁時以降に実現するようにスロットル弁の遅れ制御を実施しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による吸入空気量推定装置が取り付けられる内燃機関の概略図である。
【図２】スロットル弁開度ＴＡと流量係数μとの関係を示すマップである。
【図３】スロットル弁開度ＴＡとスロットル弁の開口面積Ａとの関係を示すマップである。
【図４】吸気管圧力Ｐｍと上流側吸気圧Ｐａｃとの比と、関数Φとの関係を示すマップである。
【図５】吸入空気量を算出するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５０】
１    機関本体
２    サージタンク
３    吸気枝管
４    吸気通路
６    スロットル弁
７    圧力センサ
１１    エアクリーナ
【図１】
2008151145.tif 000011
【図２】
2008151145.tif 000012
【図３】
2008151145.tif 000013
【図４】
2008151145.tif 000014
【図５】
2008151145.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月5日(2008.3.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットル弁より上流側の上流側吸気圧とスロットル弁より下流側の下流側吸気圧とを使用してスロットル弁通過空気量を算出し、前記スロットル弁通過空気量に基づき吸入空気量を推定する内燃機関の吸入空気量推定装置において、機関過渡時の前記スロットル弁通過空気量の算出に使用される前記上流側吸気圧は、少なくとも大気圧に対するエアクリーナの圧損が考慮されて算出されることを特徴とする内燃機関の吸入空気量推定装置。
【請求項２】
今回の前記スロットル弁通過空気量を算出するために使用する今回の前記上流側吸気圧は、大気圧からエアクリーナの前記圧損を減算して算出され、前記圧損は、現在の大気密度と前記エアクリーナを通過する空気流量とを使用して算出されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
【請求項３】
前記圧損を算出するための前記エアクリーナを通過する空気流量として、エアフローメータにより検出される吸入空気量を使用することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
【請求項４】
前記圧損を算出するための現在の大気密度は、標準大気密度が圧力補正係数及び温度補正係数により補正され、前記圧力補正係数は現在の大気圧に基づき設定され、前記温度補正係数は現在の大気温度に基づき設定されることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
【請求項５】
前記スロットル弁通過空気量は、前記下流側吸気圧と前記上流側吸気圧との比と、スロットル弁の開口面積又は開度とに基づき算出されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
【請求項６】
前記スロットル弁通過空気量は、前記開口面積又は前記開度だけを変数とする第一関数と、前記比を変数とする第二関数と、前記第一関数をスロットル弁より上流側の現在の吸気温度に基づき補正する第一補正項と、前記第一関数を現在の前記上流側吸気圧とに基づき補正する第二補正項との積によって算出されることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置は、スロットル弁より上流側の上流側吸気圧とスロットル弁より下流側の下流側吸気圧とを使用してスロットル弁通過空気量を算出し、前記スロットル弁通過空気量に基づき吸入空気量を推定する内燃機関の吸入空気量推定装置において、機関過渡時の前記スロットル弁通過空気量の算出に使用される前記上流側吸気圧は、少なくとも大気圧に対するエアクリーナの圧損が考慮されて算出されることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
機関過渡時のスロットル弁通過空気量を算出するのに使用される上流側吸気圧は、機関吸気系におけるスロットル弁上流側の圧損があるために、実際的には大気圧と異なるものである。それにより、請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置では、機関過渡時の上流側吸気圧は、少なくとも大気圧に対するエアクリーナの圧損が考慮されて算出されるようにしている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置は、請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置において、今回の前記スロットル弁通過空気量を算出するために使用する今回の前記上流側吸気圧は、大気圧からエアクリーナの前記圧損を減算して算出され、前記圧損は、現在の大気密度と前記エアクリーナを通過する空気流量とを使用して算出されることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置は、請求項２に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置において、前記圧損を算出するための前記エアクリーナを通過する空気流量として、エアフローメータにより検出される吸入空気量を使用することを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、本発明による請求項４に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置は、請求項２又は３に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置において、前記圧損を算出するための現在の大気密度は、標準大気密度が圧力補正係数及び温度補正係数により補正され、前記圧力補正係数は現在の大気圧に基づき設定され、前記温度補正係数は現在の大気温度に基づき設定されることを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
こうして、本発明による内燃機関の吸入空気量推定装置によれば、機関過渡時のスロットル弁通過空気量を算出するのに使用される上流側吸気圧は、少なくとも大気圧に対するエアクリーナの圧損が考慮されて算出されるようにしているために、上流側吸気圧として大気圧を使用する場合に比較して、算出されるスロットル弁通過空気量が正確なものとなり、このスロットル弁通過空気量を使用して算出される吸入空気量を正確なものとすることができる。