(57)【要約】【課題】スロットル弁下流側の吸気管圧力を算出して、吸入空気量の推定に使用する内燃機関の吸入空気量推定装置において、算出された吸気管圧力が大気圧でガードされた以降においても比較的正確な吸入空気量の推定を可能とする。【解決手段】吸気管圧力算出手段は、前回算出した吸気管圧力とスロットル弁通過空気量算出手段により算出された前回のスロットル弁通過空気量とを使用して今回の吸気管圧力を算出する（ステップ１０７）ものであり、吸気管圧力算出手段により算出された今回の吸気管圧力が大気圧より高い時に今回の吸気管圧力を大気圧と置換するガード手段（ステップ１０３）と、ガード手段によって今回の吸気管圧力が大気圧と置換された時には、大気圧と前回算出した吸気管圧力との差圧に基づいて、前回のスロットル弁通過空気量を補正する補正手段（ステップ１０４）とが設けられている。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットル弁下流側の今回の吸気管圧力を算出する吸気管圧力算出手段と、前記吸気管圧力算出手段により算出された前記今回の吸気管圧力に基づき今回の吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段とを具備し、前記吸気管圧力算出手段は、前回算出した吸気管圧力とスロットル弁通過空気量算出手段により算出された前回のスロットル弁通過空気量とを使用して前記今回の吸気管圧力を算出するものであり、前記吸入空気量推定装置には、前記吸気管圧力算出手段により算出された前記今回の吸気管圧力が大気圧より高い時に前記今回の吸気管圧力を大気圧と置換するガード手段と、前記ガード手段によって前記今回の吸気管圧力が大気圧と置換された時には、大気圧と前記前回算出した吸気管圧力との差圧に基づいて、前記前回のスロットル弁通過空気量を補正する補正手段とが設けられてい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】
前記スロットル弁通過空気量算出手段は、スロットル弁の開口面積に基づき前記スロットル弁通過空気量を算出するものであり、前記補正手段により補正された前記前回のスロットル弁通過空気量に基づき、前記スロットル弁の開口面積の補正係数を算出す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】
スロットル弁下流側の今回の吸気管圧力を算出する吸気管圧力算出手段と、前記吸気管圧力算出手段により算出された前記今回の吸気管圧力に基づき今回の吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段とを具備し、前記吸気管圧力算出手段は、前回算出した吸気管圧力と前記吸入空気量推定手段により算出された前回の吸入空気量とを使用して前記今回の吸気管圧力を算出するものであり、前記吸入空気量推定装置には、前記吸気管圧力算出手段により算出された前記今回の吸気管圧力が大気圧より高い時に前記今回の吸気管圧力を大気圧と置換するガード手段と、前記ガード手段によって前記今回の吸気管圧力が大気圧と置換された時には、大気圧と前記前回算出した吸気管圧力との差圧に基づいて、前記前回の吸入空気量を補正する補正手段とが設けられてい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４】
スロットル弁下流側の今回の吸気管圧力を算出する吸気管圧力算出手段と、前記吸気管圧力算出手段により算出された前記今回の吸気管圧力に基づき今回の吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段とを具備し、前記吸気管圧力算出手段は、前回算出した吸気管圧力と、スロットル弁通過空気量算出手段により算出された前回のスロットル弁通過空気量と、前記吸入空気量推定手段により算出された前回の吸入空気量とを使用して前記今回の吸気管圧力を算出するものであり、前記吸入空気量推定装置には、前記吸気管圧力算出手段により算出された前記今回の吸気管圧力が大気圧より高い時に前記今回の吸気管圧力を大気圧と置換するガード手段と、前記ガード手段によって前記今回の吸気管圧力が大気圧と置換された時には、大気圧と前記前回算出した吸気管圧力との差圧に基づいて、前記前回のスロットル弁通過空気量と前記前回の吸入空気量との差を補正する補正手段とが設けられてい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】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸入空気量推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空燃比制御を実施するために、気筒内へ供給された吸入空気量を把握することが必要となる。従来においては、吸入空気量を、スロットル弁上流側に配置されたエアフローメータにより検出したり、又は、スロットル弁下流側に配置された圧力センサにより検出される吸気管圧力に基づき算出したりしていた。しかしながら、エアフローメータ及び圧力センサは、応答遅れを有するために、機関過渡時において正確な吸入空気量を検出又は算出することができない。
【０００３】
機関過渡時においても正確な吸入空気量を把握するために、吸気管圧力Ｐｍを算出して、算出された吸気管圧力Ｐｍに基づき吸入空気量ｍｃ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）。
【０００４】
吸気管圧力Ｐｍの算出には、一般的に、吸気管をモデル化して、吸気管圧力Ｐｍとスロットル弁通過空気量ｍｔとの関係式が定められる。この関係式は離散化され、現在の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）が、前回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ−１）と前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ−１）とに基づき算出される。こうして、現在の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）が算出されれば、それに基づき現在の吸入空気量ｍｃ（ｉ）を推定することが可能となる。
【０００５】
このような吸入空気量ｍｃの推定において、大気圧Ｐａよりも高い非現実的な吸気管圧力Ｐｍが算出されることがある。このような場合には、現在の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）は大気圧Ｐａと置換されて、吸入空気量ｍｃ（ｉ）が推定されこととなる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２０１９９８号公報（段落番号００３０−００６４）
【特許文献２】
特開２００１−４１０９５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術において、大気圧Ｐａとされた吸気管圧力Ｐｍは、次回には前回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ−１）として、現在の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）の算出に使用される。しかしながら、こうして、単に吸気管圧力Ｐｍを大気圧でガード処理しても、大気圧より高い吸気管圧力Ｐｍが算出された要因が排除されておらず、この要因が排除されない限りは、吸気管圧力Ｐｍのガード処理以降において、推定される吸入空気量ｍｃが不正確となる可能性が高い。
【０００８】
従って、本発明の目的は、スロットル弁下流側の吸気管圧力を算出して、吸入空気量の推定に使用する内燃機関の吸入空気量推定装置において、算出された吸気管圧力が大気圧でガードされた以降においても比較的正確な吸入空気量の推定を可能とすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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、スロットル弁下流側の今回の吸気管圧力を算出する吸気管圧力算出手段と、前記吸気管圧力算出手段により算出された前記今回の吸気管圧力に基づき今回の吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段とを具備し、前記吸気管圧力算出手段は、前回算出した吸気管圧力とスロットル弁通過空気量算出手段により算出された前回のスロットル弁通過空気量とを使用して前記今回の吸気管圧力を算出するものであり、前記吸入空気量推定装置には、前記吸気管圧力算出手段により算出された前記今回の吸気管圧力が大気圧より高い時に前記今回の吸気管圧力を大気圧と置換するガード手段と、前記ガード手段によって前記今回の吸気管圧力が大気圧と置換された時には、大気圧と前記前回算出した吸気管圧力との差圧に基づいて、前記前回のスロットル弁通過空気量を補正する補正手段とが設けられていることを特徴とする。
【００１０】
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、前記スロットル弁通過空気量算出手段は、スロットル弁の開口面積に基づき前記スロットル弁通過空気量を算出するものであり、前記補正手段により補正された前記前回のスロットル弁通過空気量に基づき、前記スロットル弁の開口面積の補正係数を算出することを特徴とする。
【００１１】
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、スロットル弁下流側の今回の吸気管圧力を算出する吸気管圧力算出手段と、前記吸気管圧力算出手段により算出された前記今回の吸気管圧力に基づき今回の吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段とを具備し、前記吸気管圧力算出手段は、前回算出した吸気管圧力と前記吸入空気量推定手段により算出された前回の吸入空気量とを使用して前記今回の吸気管圧力を算出するものであり、前記吸入空気量推定装置には、前記吸気管圧力算出手段により算出された前記今回の吸気管圧力が大気圧より高い時に前記今回の吸気管圧力を大気圧と置換するガード手段と、前記ガード手段によって前記今回の吸気管圧力が大気圧と置換された時には、大気圧と前記前回算出した吸気管圧力との差圧に基づいて、前記前回の吸入空気量を補正する補正手段とが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
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、スロットル弁下流側の今回の吸気管圧力を算出する吸気管圧力算出手段と、前記吸気管圧力算出手段により算出された前記今回の吸気管圧力に基づき今回の吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段とを具備し、前記吸気管圧力算出手段は、前回算出した吸気管圧力と、スロットル弁通過空気量算出手段により算出された前回のスロットル弁通過空気量と、前記吸入空気量推定手段により算出された前回の吸入空気量とを使用して前記今回の吸気管圧力を算出するものであり、前記吸入空気量推定装置には、前記吸気管圧力算出手段により算出された前記今回の吸気管圧力が大気圧より高い時に前記今回の吸気管圧力を大気圧と置換するガード手段と、前記ガード手段によって前記今回の吸気管圧力が大気圧と置換された時には、大気圧と前記前回算出した吸気管圧力との差圧に基づいて、前記前回のスロットル弁通過空気量と前記前回の吸入空気量との差を補正する補正手段とが設けられていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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。ここで、スロットル弁６下流側の機関吸気系（サージタンク２及び吸気枝管３）は吸気管と称される。スロットル弁６は、アクセルペダルに連動するものではなく、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である。７は吸気通路４のスロットル弁６より上流側の吸気流量を検出するエアフローメータである。機関本体１において、８は吸気弁であり、９は排気弁であり、１０はピストンである。
【００１４】
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推定することが必要とされる。エアフローメータ７は、機関定常時においては、比較的正確に吸入空気量を測定することができる。しかしながら、機関過渡時においては、急激に変化する吸入空気量に対してエアフローメータ７の出力が直ぐに応答せず、正確な吸入空気量の測定は不可能である。
【００１５】
本吸入空気量推定装置は、機関過渡時においても、正確な吸入空気量を把握することを可能とするために、機関吸気系をモデル化して吸入空気量を推定するようになっている。
【００１６】
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）は今回を示し、（ｉ−１）は前回を示している。
【数１】
2004150345.tif 000003
【００１７】
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（ｍ３）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、Ｐａはスロットル弁上流側の吸気通路圧力（ｋＰａ）であり、Ｐｍ（ｉ）はスロットル弁下流側の吸気管圧力（ｋＰａ）である。また、関数Φ（Ｐｍ（ｉ）／Ｐａ）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／Ｐａに対するマップが図示されている。
【数２】
2004150345.tif 000004
【００１８】
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、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（３）によって表すことができる。
【数３】
2004150345.tif 000005
【００１９】
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は経験則から得られた定数である。但し、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。それにより、バルブオーバーラップの有無と、機関回転数ＮＥとに基づき、正確な吸入空気量ｍｃが算出されるように、ａ及びｂの値をマップ化することが好ましい。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の値を大きくしｂの値を小さくすることが好ましい。
【００２０】
ところで、機関定常時においては、この時のスロットル弁通過空気量ｍｔＴＡと吸入空気量とが一致するために、式（１）において、吸気管圧力をこの機関定常時の吸気管圧力ＰｍＴＡとしたスロットル弁通過空気量ｍｔＴＡは、吸入空気量（ａ・ＰｍＴＡ−ｂ）と等しく、それにより、式（１）は、次式（４）と書き換えることもできる。
【数４】
2004150345.tif 000006
【００２１】
ここで、機関定常時の吸気管圧力ＰｍＴＡは、現在を定常時とした時の今回のスロットル弁開度ＴＡ（ｉ）、機関回転数ＮＥ（ｉ）、及び、バルブオーバーラップの大きさＶＴ（ｉ）に基づいて予めマップ化しておくことができる。
【００２２】
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（５）によって表され、また、吸気管圧力Ｐｍの時間変化率は次式（６）によって表される。ここで、Ｖは吸気管の容積（ｍ３）であり、具体的には、サージタンク２と吸気枝管３との合計容積である。
【数５】
2004150345.tif 000007
【００２３】
式（５）及び式（６）は離散化され、それぞれ、次式（７）及び（８）が得られ、式（８）によって今回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）が得られれば、式（７）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（７）及び（８）において、離散時間Δｔは、現在の吸入空気量ｍｃ（ｉ）を算出するためのフローチャート（図５）の実行間隔とされ、例えば８ｍｓである。
【数６】
2004150345.tif 000008
【００２４】
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（８）を使用して吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）が算出される。式（８）は、前回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ−１）と、前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（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）とに基づき、今回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）を算出するようになっている。これらの初期値として、Ｐｍ（ｉ−１）には大気圧Ｐａが、Ｔｍ（ｉ−１）にはスロットル弁上流側の吸気温度Ｔａがそれぞれ実測されて使用され、ｍｔ（ｉ−１）には、これらのＰｍ（ｉ−１）及びＴｍ（ｉ−１）を使用して式（１）又は（４）から算出された値が使用され、また、ｍｃ（ｉ−１）には、これらのＰｍ（ｉ−１）及びＴｍ（ｉ−１）を使用して式（３）により算出された値が使用される。
【００２５】
次いで、ステップ１０２において、ステップ１０１において算出された今回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）が大気圧Ｐａより高いか否かが判断される。通常は、この判断は否定されてステップ１０５に進み、式（７）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１０６において、式（１）又は（４）を使用して今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ）が算出される。この式（１）又は（４）を使用するスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ）の算出において、現在のスロットル弁開度ＴＡは、スロットル弁の駆動装置（ステップモータ）の応答遅れが考慮される。
【００２６】
次いで、ステップ１０７において、式（３）を使用して今回の吸入空気量ｍｃ（ｉ）が算出される。その後は、ステップ１０８から１１１において、今回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）は前回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ−１）とされ、今回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ（ｉ）は前回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ（ｉ−１）とされ、今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ）は前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ−１）とされ、今回の吸入空気量ｍｃ（ｉ）は前回の吸入空気量ｍｃ（ｉ−１）とされる。こうして、吸入空気量ｍｃは、機関始動完了と同時に逐次算出される吸気管圧力Ｐｍに基づき、逐次推定されることとなる。
【００２７】
しかしながら、何らかの要因により、算出された今回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）が大気圧Ｐａより高くなってしまうことがある。この時には、ステップ１０２における判断が肯定されてステップ１０３に進み、算出された今回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）は大気圧Ｐａに置換される。一般的には、大気圧に置換された吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）が単に使用されて、前述したように、吸気管内の吸気温度Ｔｍ（ｉ）、スロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ）、及び、吸入空気量ｍｃ（ｉ）が算出されることとなるが、これでは、大気圧より高い吸気管圧力Ｐｍが算出された要因が排除されておらず、正確な吸入空気量ｍｃ（ｉ）を推定することは不可能である。
【００２８】
本フローチャートでは、ステップ１０３において今回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）を大気圧Ｐａに置換した後に、ステップ１０４において前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ−１）を算出し直して、この前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ−１）を大気圧に置換された今回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）と共に、式（７）において吸気管内の吸気温度Ｔｍ（ｉ）の算出に使用するようにしている。
【００２９】
具体的には、式（８）において、Ｐｍ（ｉ）を大気圧Ｐａとして、ｍｔ（ｉ−１）を逆算することとなる。この時、前回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ−１）はそのまま使用され、すなわち、大気圧Ｐａと前回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ−１）との差圧に基づき、前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ−１）が補正されることとなる。
【００３０】
算出された吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）が大気圧より高くなる要因は、多くの場合において、前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ−１）の算出誤差によるものである。
前述したように、スロットル弁通過空気量ｍｔは、式（１）又は式（４）によって算出され、これらの式には、関数Φが使用されている。この関数Φは、図４に示したように、吸気管圧力Ｐｍが大気圧近傍となる時、すなわち、Ｐｍ／Ｐａが１近傍となる時には、値が急変するものである。それにより、この時には、算出されたスロットル弁通過空気量ｍｔは比較的大きな算出誤差を含んでいる可能性が高い。
【００３１】
こうして、本フローチャートにおいては、算出された吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）が大気圧より高くなった時には、その要因は、前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ−１）の算出誤差であるとし、その正しい値は、式（８）において、吸気管圧力を前回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ−１）から大気圧まで高めるのに適合する前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ−１）であるとして、これを逆算により算出し直している。
【００３２】
また、スロットル弁通過空気量ｍｔが式（１）により算出される場合において、この算出にはスロットル弁の開口面積Ａが使用される。前述したように、この開口面積Ａはスロットル弁開度ＴＡの関数として定められるものであるが、スロットル弁の経時変化により、この関数が実際とは異なるものとなって正確な開口面積が算出されていないことも考えられる。それにより、今回算出された吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）が大気圧より高くなったのは、正確なスロットル弁の開口面積が算出されなかったのが要因であるとして、ステップ１０４において、前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ−１）が算出し直された時には、式（１）を使用して、前回の開口面積Ａ（ｉ−１）’を逆算し、この逆算開口面積Ａ’と前回のスロットル弁開度ＴＡ（ｉ−１）から算出された前回の開口面積Ａ（ｉ−１）との比Ａ’／Ａを係数ｋとすることにより、以降において、スロットル弁開度により開口面積が算出される時には、係数ｋを使用して算出された開口面積を乗算補正するようにしても良い。すなわち、式（１）を係数ｋを加えた次式（９）とし、当初１に設定した係数ｋを更新するのである。
【数７】
2004150345.tif 000009
【００３３】
また、式（１）における流量係数μもスロットル弁開度の関数として定められており、この関数が実際とは異なるものになったとも考えられるために、前述同様に係数を求めて、流量係数μを乗算補正するようにしても良い。また、流量係数と開口面積との積を同様に係数により補正するようにしても良い。
【００３４】
同様な考え方に基づき、逆算により求められたスロットル弁通過空気量ｍｔ’と前回算出されたスロットル弁通過空気量ｍｔとの比ｍｔ’／ｍｔを係数ｋｒとして、以降において、式（１）又は（４）により算出されたスロットル弁通過空気量をこの係数により乗算補正するようにしても良い。このような係数ｋｒ１〜ｋｒ３（当初は１）を、図６に示すように、機関回転数又はスロットル弁開度により分割された複数の運転領域毎に設定するようにしても良く、すなわち、各運転領域において、算出された吸気管圧力Ｐｍが大気圧を超えた時に係数を算出して更新するようにし、運転領域毎に、対応する係数を使用してスロットル弁通過空気量を乗算補正（ｍｔ（ｉ）＝ｍｔ（ｉ）＊ｋｒ）するようにしても良い。
【００３５】
本実施形態においては、吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）の算出には、前回の吸入空気量ｍｃ（ｉ−１）も使用されており（式（８）参照）、算出された吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）が大気圧より高くなった時には、その要因は、前回の吸入空気量ｍｃ（ｉ−１）の算出誤差であるとして、これを算出し直すようにしても良い。
【００３６】
具体的には、フローチャートのステップ１０４において、式（８）を使用して前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ−１）を逆算することに代えて、前回の吸入空気量ｍｃ（ｉ−１）を逆算するようにすれば良い。こうして、前回の吸入空気量ｍｃ（ｉ−１）を算出し直せば、次いで、ステップ１０５において式（７）により吸気管内の吸気温度Ｔｍ（ｉ）を算出する際に、式（７）では、前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ−１）と前回の吸入空気量ｍｃ（ｉ−１）との差に応じて今回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ（ｉ）を算出するものであるために、この吸気温度Ｔｍ（ｉ）を正確なものとすることができる。次いで、ステップ１０７においては、正確な吸気温度Ｔｍ（ｉ）に基づく正確な吸入空気量ｍｃ（ｉ）を算出することができる。
【００３７】
また、前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ−１）と前回の吸入空気量ｍｃ（ｉ−１）との差を、大気圧と前回の吸気管負圧Ｐｍ（ｉ−１）との差圧に基づき補正するようにしても良い。この場合は、式（８）をそのまま使用して逆算することはできないが、この逆算が必要な時は、スロットル弁の開度が大きく、吸気管圧力が大気圧近傍であるために、吸気管内の吸気温度Ｔｍはスロットル弁上流側の吸気温度Ｔａとほぼ等しいと考えることができ、それにより、式（８）において、前回の吸気管内の吸気温度Ｔｍをスロットル弁上流側の吸気温度Ｔａとして、次式（１０）を得ることにより、前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ−１）と前回の吸入空気量ｍｃ（ｉ−１）との差を逆算することができる。
【数８】
2004150345.tif 000010
【００３８】
こうして、前回の吸入空気量ｍｃ（ｉ−１）又はスロットル弁通過空気量と吸入空気量との差（ｍｔ（ｉ−１）−ｍｃ（ｉ−１））が逆算される場合においては、スロットル弁通過空気量ｍｔと同様な乗算補正を吸入空気量ｍｃ又は差（ｍｔ−ｍｃ）に実施するようにしても良い。
【００３９】
このようにして、現在における吸入空気量ｍｃ（ｉ）の正確な推定が可能となる。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。
【００４０】
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μ・Ａを変化させ、又は、式（４）においてＰｍＴＡ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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
ところで、吸気通路４には、エアフローメータ７が配置されている。図７はエアフローメータ７の断面モデルを示している。エアフローメータ７は、熱線７ａの周囲を吸気が通過する際に熱線７ａから奪われる熱量がこの吸気量、すなわち、スロットル弁通過空気量に応じて変化するのを利用してスロットル弁通過空気量を検出するものである。こうして、エアフローメータ７の出力に基づきマップ等からスロットル弁通過空気量ＧＡ（ｉ）（このマップ値には、算出されるスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ）と区別するために異なる記号を付する）を得ることができる。
【００４５】
しかしながら、一般的なエアフローメータにおいて、熱線７ａの回りにはガラス層７ｂが設けられていて、このガラス層７ｂの熱容量は比較的大きい。それにより、実際のスロットル弁通過空気量の変化に対してエアフローメータ７の出力は直ぐには変化せずに応答遅れが発生する。この応答遅れを見越してエアフローメータの出力から実際のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ）を算出することを考える。
【００４６】
現在の熱線７ａの温度をＴｈとすると、熱線７ａからガラス層７ｂへ伝達される熱量と、ガラス層７ｂから吸気へ伝達される熱量とは等しいために、ガラス層Ｂの温度変化量ｄＴｇ／ｄｔは次式（１１）のように表すことができる。
【数９】
2004150345.tif 000011
【００４７】
ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤは、熱線７ａの断面積、長さ、及びその抵抗率や、ガラス層７ｂと熱線７ａとの間の熱伝達率、ガラス層７ｂと吸気との間の熱伝達率等に応じて決定される定数である。式（１１）において、定常運転時には、ガラス層７ｂと、熱線７ａ及び吸気との間の熱の授受が無くなるために、ガラス層７ｂの温度変化量ｄＴｇ／ｄｔ、すなわち、式（１１）の右辺は０になり、また、この時、スロットル弁通過空気量のマップ値ＧＡと算出値ｍｔとは等しくなる。この条件により、ＧＡを熱線７ａの温度Ｔｈ、ガラス層７ｂの温度Ｔｇ、及び、吸気温度Ｔａにより表して、式１１においてガラス層７ｂの温度Ｔｇを消去することにより、次式（１２）を得ることができる。
【数１０】
2004150345.tif 000012
【００４８】
式（１２）において、α及びβは、前述の定数Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤによって定まる定数であり、こうして、スロットル弁通過空気ｍｔ（ｉ）は、エアフローメータの応答遅れを考慮して、現在のエアフローメータ７の出力に基づくスロットル弁通過空気量のマップ値ＧＡ（ｉ）と、前回のエアフローメータ７の出力に基づくスロットル弁通過空気量のマップ値ＧＡ（ｉ−１）とに基づいて算出することができる。
【００４９】
エアフローメータ７の出力は機関定常時において信頼性が高く、それにより、機関定常時においては、式（１２）を使用して算出される現在のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ）は、式（１）又は（４）により算出されるスロットル弁通過空気量よりも信頼性が高い。こうして、機関定常時には、式（１２）により算出された前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ）を使用して、式（８）において今回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）を算出すると共に式（７）において今回のスロットル弁下流側の吸気温度Ｔｍ（ｉ）を算出して、式（３）により今回の吸入空気量ｍｃ（ｉ）を算出することが好ましい。
【００５０】
それにより、図５に示すフローチャートを使用して、現在の吸入空気量ｍｃ（ｉ）及び吸気弁閉弁時の吸入空気量ｍｃ（ｉ＋ｎ）を算出すると共に、前述のように式（１２）、式（８）、式（７）及び式（３）を使用してエアフローメータの出力に基づく現在の吸入空気量ｍｃ（ｉ）’を逐次算出し、吸気弁閉弁時の吸入空気量を、ｍｃ（ｉ＋ｎ）−ｍｃ（ｉ）＋ｍｃ（ｉ）’により算出するようにしても良い。このような算出方法により、機関定常時には、同じモデル式に基づき同じスロットル弁開度として算出されるｍｃ（ｉ＋ｎ）とｍｃ（ｉ）とが確実に相殺され、エアフローメータの出力に基づき算出される正確な現在の吸入空気量が、吸気弁閉弁時の吸入空気量として得られる。
【００５１】
また、機関過渡時には、ｍｃ（ｉ）とｍｃ（ｉ）’とがほぼ相殺されるために、ｍｃ（ｉ＋ｎ）として算出された吸気弁閉弁時の吸入空気量を得ることができる。このような吸入空気量の算出方法において、前述したように、図５に示すフローチャートのステップ１０４で前回のスロットル弁通過空気量ｍｃ（ｉ−１）が正確な値へ算出し直されることにより、機関過渡時においてｍｃ（ｉ）とｍｃ（ｉ）’とを確実に相殺することができ、吸気弁閉弁時の正確な吸入空気量ｍｃ（ｉ＋ｎ）を算出することができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明による内燃機関の吸入空気量推定装置によれば、吸気管圧力算出手段が、前回算出した吸気管圧力とスロットル弁通過空気量算出手段により算出された前回のスロットル弁通過空気量とを使用して今回の吸気管圧力を算出するものであり、ガード手段が、吸気管圧力算出手段により算出された今回の吸気管圧力が大気圧より高い時に今回の吸気管圧力を大気圧と置換し、補正手段は、ガード手段によって今回の吸気管圧力が大気圧と置換された時には、前回のスロットル弁通過空気量が不正確であるとして、これを大気圧と前回算出した吸気管圧力との差圧に基づいて補正するようになっているために、スロットル弁通過空気量が不正確のまま維持されることはなく、算出された吸気管圧力が大気圧でガードされた以降においても、吸気管圧力に基づき比較的正確な吸入空気量の推定が可能となる。
【００５３】
また、本発明によるもう一つの内燃機関の吸入空気量推定装置によれば、吸気管圧力算出手段が、前回算出した吸気管圧力と吸入空気量推定手段により算出された前回の吸入空気量とを使用して今回の吸気管圧力を算出するものであり、ガード手段が、吸気管圧力算出手段により算出された今回の吸気管圧力が大気圧より高い時に今回の吸気管圧力を大気圧と置換し、補正手段は、ガード手段によって今回の吸気管圧力が大気圧と置換された時には、前回の吸入空気量が不正確であるとして、これを大気圧と前回算出した吸気管圧力との差圧に基づいて補正するようになっているために、吸入空気量が不正確のまま維持されることはなく、算出された吸気管圧力が大気圧でガードされた以降においても、吸気管圧力に基づき比較的正確な吸入空気量の推定が可能となる。
【００５４】
また、本発明によるさらにもう一つの内燃機関の吸入空気量推定装置によれば、吸気管圧力算出手段が、前回算出した吸気管圧力と、スロットル弁通過空気量算出手段により算出された前回のスロットル弁通過空気量と、吸入空気量推定手段により算出された前回の吸入空気量とを使用して今回の吸気管圧力を算出するものであり、ガード手段が、吸気管圧力算出手段により算出された今回の吸気管圧力が大気圧より高い時に今回の吸気管圧力を大気圧と置換し、補正手段は、ガード手段によって今回の吸気管圧力が大気圧と置換された時には、前回のスロットル弁通過空気量と前回の吸入空気量との差が不正確であるとして、これを大気圧と前回算出した吸気管圧力との差圧に基づいて補正するようになっているために、スロットル弁通過空気量と吸入空気量との差が不正確のまま維持されることはなく、算出された吸気管圧力が大気圧でガードされた以降においても、吸気管圧力に基づき比較的正確な吸入空気量の推定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【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と大気圧Ｐａ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。
【図６】運転領域毎の係数を示すマップである。
【図７】モデル化したエアフローメータの断面図である。
【符号の説明】
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…エアフローメータ
【図１】
2004150345.tif 000013
【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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