(57)【要約】【課題】  エンジンのシリンダに吸入される空気量について、流量計で検出した流量を基に算定する代わりに、エンジン回転数と吸気マニホルド圧力との物理的関係に基いてリアルタイムに算出して優れた空燃比制御を実現させる。【解決手段】  Qc=kc(−a1N−a2P＋a3NP＋a4N2P＋a5NP2)（Qcはエンジンシリンダ吸入空気量、kc，a1，a2，a3，a4，a5は定数、Nはエンジン回転数、Pは吸気マニホルド圧力）で表される関係式を用いてエンジン吸入空気量を算定させるプログラムを記憶した電子式制御装置１０を具えたものとして、吸気マニホルド２ａに配置した圧力センサ１２およびエンジン１に配置したクランクセンサ１３が検出した吸気マニホルド圧力およびエンジン回転数を基に、エンジン１の実際の吸入空気量を算定して燃料噴射弁９の噴射量を目標空燃比となるように決定させて、供給する混合気の空燃比を最適に維持するものとした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射量を決定するためのエンジン吸入空気量を算定する方法であって、
Qc=kc(−a1N−a2P＋a3NP＋a4N2P＋a5NP2)
（Qcはエンジンシリンダの吸入空気量、kc，a1，a2，a3，a4，a5は定数、Nはエンジン回転数、Pは吸気マニホルド圧力）
で表されるエンジン回転数と吸気マニホルド圧力の関係式を用いてエンジン吸入空気量をリアルタイムに算定することを特徴とするエンジン吸入空気量の算定方法。
【請求項２】
エンジン回転数と吸気マニホルド圧力とを検出して請求項１に記載した関係式によりエンジン吸入空気量を算定し、この算定値に基いて燃料噴射量を目標空燃比となるように決定することを特徴とする空燃比制御方法。
【請求項３】
請求項１に記載した関係式を用いてエンジン吸入空気量を算定させるプログラムを記憶させた電子式制御装置と、エンジン回転数および吸気マニホルド圧力をそれぞれ検出するセンサとを具え、前記電子式制御装置は前記各センサが検出したエンジン回転数および吸気マニホルド圧力を前記関係式に代入して得たエンジン吸入空気量に基いて燃料噴射量を決定するものとされていることを特徴とする空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに供給する燃料の基本噴射量を決定するためのエンジン吸入空気量を算定する方法、およびこの算定方法を用いて空燃比制御を行う方法ならびに装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン吸入空気量は燃料の基本噴射量を決定するための重要なデータであってこれを用いて燃料噴射量を決定することで的確な空燃比制御が可能となるものであり、例えば特開昭５８―３２９６４号公報に記載されているように、吸気管の絞り弁上流側に設置した渦流計などの流量計で単位時間当たりの吸気管空気流量を計量して算出するのが一般的である。しかし、この方法では空気密度補正が必要になるとともに、吸気管の長さや形状が様々であるためシリンダに実際に吸入される空気量を正確に知ることが困難であり、理論空燃比となるように燃料噴射弁を制御することは容易ではない。
【０００３】
一方、エンジン回転数および吸気管圧力を入力変数として、１サイクル当たりの吸入空気量をマップから算出する方式も知られているが、特開昭５７―７０９３４号公報に記載されているように、これに加えてエンジンの排ガス成分によって空燃比を検出することによりエンジンに供給する混合気の空燃比を所定空燃比にフィードバック制御する空燃比制御方法も知られている。この方法はエンジンの状態に応じて補正量を算出できるため、エンジン過渡時においても素早く対応して所定空燃比に制御しやすいものである。しかしながら、これら検出値間には一定の相関性がないため、各パラメータに対する補正量をマップとしてメモリに記憶する必要がある。さらに、エンジンシステムには非線形要素が多数存在するため、マップから正確な吸入空気量を求めて的確な空燃比制御を実施することは、実際にはきわめて困難である。
【特許文献１】特開昭５８―３２９６４号公報
【特許文献２】特開昭５７―７０９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、エンジンのシリンダに吸入される空気量の算定方法について、流量計で検出した流量を基に算定させる代わりに、エンジン回転数と吸気マニホルド圧力との物理的関係に基づいて正確に算出できるようにして、優れた空燃比制御を実現させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本願発明者は、エンジンシリンダの吸入空気量、エンジン回転数、吸気マニホルド圧力の相関関係について、関係式の作成とその正否の確認とを行う検討を繰り返した結果、下記の関係式により実際のシリンダの吸入空気量を正確に推定できることに到達した。即ち、本発明は、Qc=kc(−a1N−a2P＋a3NP＋a4N2P＋a5NP2)（Qcはエンジンシリンダの吸入空気量、kc，a1，a2，a3，a4，a5は定数、Nはエンジン回転数、Pは吸気マニホルド圧力）で表される関係式を用いて燃料噴射量を決定するためのエンジン吸気量をリアルタイムに算定するものとした。
【０００６】
これにより、エンジン回転数と吸気マニホルド圧力との物理的関係からエンジンシリンダの吸入空気量を直接的かつ正確に算出できるようになるため、従来のように流量計を用いる必要がないとともにマップを作成して記憶させる必要もなく、正確な吸入空気量を逐次算出して的確な空燃比制御を実施できるようになる。
【０００７】
また、エンジン回転数と吸気マニホルド圧力とを検出して、前記の関係式によりエンジン吸入空気量を算定し、その算定値に基いて燃料噴射量を目標空燃比となるように決定する空燃比制御方法、或いは、前記の関係式を用いてエンジン吸入空気量を算定させるプログラムを記憶させた電子式制御装置と、エンジン回転数および吸気マニホルド圧力をそれぞれ検出するセンサとを具え、電子式制御装置が各センサで検出したエンジン回転数および吸気マニホルド圧力をこの関係式に代入して得たエンジン吸入空気量に基いて燃料噴射量を決定するものとされた空燃比制御装置とすれば、エンジン運転状態の変化に素早く対応して的確な空燃比制御ができるようになる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、エンジンのシリンダに吸入される空気量を、流量計による検出流量を基に算出させる代わりに、エンジン回転数と吸気マニホルド圧力との物理的関係に基づいて逐次正確に算出できるとともに、エンジン運転状態の変化に迅速且つ的確に対応して優れた空燃比制御を実現できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明すると、図１は本発明のエンジン吸入空気量の算定方法を実施する電子式制御装置１０が装備されたエンジンシステムの配置図を示している。エンジン１は、燃料タンク５の液体燃料が燃料ポンプ６で加圧されて燃料管３を通り吸気管２の吸気マニホルド２ａに設置した燃料噴射弁９から供給されるようになっている。吸気管２は、空気取り入れ口側にエアクリーナ２ｂが配置され吸気マニホルド２ａの入口に絞り弁８が配置されている。
【００１０】
電子式制御装置１０は、燃料管３に配置された燃料遮断弁７および燃料噴射弁９を開閉制御するようになっており、絞り弁８に配置された絞り弁開度センサ１１、吸気マニホルド２ａに配置され吸気マニホルド圧力を検出する圧力センサ１２、エンジン１のクランク軸に配置されエンジン回転数を検出するクランクセンサ１３、排気管４に配置され排ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１４からの信号を入力するようになっている。
【００１１】
電子式制御装置１０は、図示しないＣＰＵおよびＲＯＭ，ＲＡＭを具えており、このＲＯＭに、前記の関係式Qc=kc(−a1N−a2P＋a3NP＋a4N2P＋a5NP2)（Qcはエンジンシリンダの吸入空気量、kc，a1，a2，a3，a4，a5は定数、Nはエンジン回転数、Pは吸気マニホルド圧力）を用いたエンジン吸入空気量の算定をＣＰＵに実行させるためのプログラムが記憶されている。尚、このプログラムは電子式制御装置１０を搭載するエンジンシステムについて、定数kc，a1，a2，a3，a4，a5にそれぞれ適当な数値を代入してシミュレーションを行って、目標とする結果が得られたときの数値をパラメータとして設定したものである。
【００１２】
エンジン１が始動すると、エンジン回転数をクランクセンサ１３が検出し、吸気マニホルド圧力を圧力センサ１２が検出する。電子式制御装置１０はこれらのデータを基に、前記の関係式を用いて吸入空気量をリアルタイムに計算し算定する。そして、電子式制御装置１０は、これに対応した燃料噴射量を目標空燃比となるように決定して燃料噴射弁９を開閉制御する。この検知および制御はリアルタイムに行われ、エンジンの過渡時などにおける運転状態の急な変化にも遅れることなく迅速に対応して優れた空燃比制御を実現することができる。尚、電子式制御装置１０は、絞り弁開度センサ１１が検知した絞り弁８の開度と、酸素センサ１４が検知した排ガスの状態とから、その他の図示しないセンサが検知したエンジン運転状態に基いて燃料噴射量の補正を行うようになっている。
【実施例】
【００１３】
以下に、本発明によるエンジン吸入空気量の算定方法が適正であるか否かについて、実験、シミュレーションを行って検討した結果について説明する。
【００１４】
図２の（Ａ），（Ｂ）は図３に示す絞り弁開度に対するエンジン回転数、吸気マニホルド圧力の実験結果を示すグラフ、（Ｃ）は本発明に係る関係式から得られた吸入空気量の推定値を示したものである。
【００１５】
図４の（Ａ）は、図２の（Ｃ）で表された推定吸入空気量を用いて空燃比制御を行った場合のシミュレーション結果を表すグラフを示しており、（Ｂ）はそのときの絞り弁開度を表すグラフを示している。これにより、絞り弁開度の大きく且つ急な変化にもかかわらず、与えられた目標空燃比に無理なく追従していることがわかり、従って本発明に係る関係式がエンジンシリンダの吸入空気量をリアルタイムに正確に推定していることが理解される。
【００１６】
一方、図５の（Ａ）は、従来の方法で空燃比制御を行った場合のシミュレーション結果を表すグラフを示し、（Ｂ）はそのときの絞り弁開度を表すグラフを示しているが、絞り弁開度の大きく且つ急な変化（エンジンの過渡運転）に対してシリンダに流れる空気量が正確に推定されていないため、空燃比が目標空燃比付近でかなり大きく変動しており、空燃比制御が的確に行われていないことがわかる。この結果により、本発明による空燃比制御が従来の方法による空燃比制御と比べてきわめて優れたものであるといえる。
【００１７】
上述したように、エンジン回転数と吸気マニホルド圧力との非線形関係式である前述の関係式を用いて、リアルタイムでエンジン吸入空気量を正確に算出することができるようになり、流量計を用いて吸入空気量を検出しなくても優れた空燃比制御を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態を示す配置図。
【図２】（Ａ），（Ｂ）はエンジン回転数、吸気マニホルド圧力の実験結果を示すグラフ、（Ｃ）は本発明の関係式から得られた推定吸入空気量を示すグラフ。
【図３】図２のグラフを得るための絞り弁開度を示すグラフ。
【図４】（Ａ）は図２の（Ｃ）で表された推定吸入空気量を用いて空燃比制御を行った場合のシミュレーション結果を表すグラフ、（Ｂ）はそのときの絞り弁開度を表すグラフ。
【図５】（Ａ）は、従来の方法で空燃比制御を行った場合のシミュレーション結果を表すグラフ、（Ｂ）はそのときの絞り弁開度を表すグラフ。
【符号の説明】
【００１９】
１  エンジン、２  吸気管、９  燃料噴射弁、１０  電子式制御装置、１２  圧力センサ、１３  クランクセンサ
【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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