(57)【要約】【課題】内燃機関の吸入空気量推定装置において、吸入空気量の推定に使用される下流側吸気圧が非現実的な値として算出された時に置換するためのガード値を、その後のスロットル弁通過空気量の算出を不正確としないように設定する。【解決手段】スロットル弁開度と、スロットル弁６より上流側の上流側吸気圧及び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するための第一計算式と、下流側吸気圧を算出するための第二計算式とを有し、第一計算式において、スロットル弁を全開とした機関定常時における吸入空気量をスロットル弁通過空気量として、この時の上流側吸気圧と、全開に対応するスロットル弁開度とに基づき、下流側吸気圧を逆算し、逆算された下流側吸気圧を、第二計算式により下流側吸気圧が非現実的な値として算出された時に置換するためのガード値とする。【選択図】      図１
2005069021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気量を推定するためにスロットル弁通過空気量とスロットル弁より下流側の下流側吸気圧とを逐次的に算出する内燃機関の吸入空気量推定装置において、スロットル弁開度と、スロットル弁より上流側の上流側吸気圧及びスロットル弁より下流側の下流側吸気圧とを使用して前記スロットル弁通過空気量を算出するための第一計算式と、前記下流側吸気圧を算出するための第二計算式とを有し、前記第一計算式において、前記スロットル弁を全開とした機関定常時における吸入空気量をスロットル弁通過空気量として、この時の上流側吸気圧と、全開に対応するスロットル弁開度とに基づき、下流側吸気圧を逆算し、逆算された前記下流側吸気圧を、前記第二計算式により下流側吸気圧が非現実的な値として算出された時に置換するためのガード値とす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】
前記第一計算式により前記下流側吸気圧を逆算するための機関定常時における前記吸入空気量は、エアフローメータを使用して検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】
前記第一計算式により前記下流側吸気圧を逆算するための前記上流側吸気圧は、大気圧からエアクリーナの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、前記エアフローメータにより検出される前記吸入空気量を使用して算出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】
機関回転数毎に前記ガード値を有し、各機関回転数において前記スロットル弁を全開とした機関定常時における吸入空気量と等しい吸入空気量となるはずの高回転側の特定機関回転数における前記スロットル弁の各開度を決定し、前記特定機関回転数において前記スロットル弁を決定された前記各開度とした定常時に前記エアフローメータにより検出される吸入空気量を各機関回転数における各吸入空気量とし、前記スロットル弁の各開度と共に、前記第一計算式による下流側吸気圧の逆算に使用す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。
【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】
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】
吸入空気量は、吸気管圧力、すなわち、スロットル弁下流側の下流側吸気圧に基づき算出される。下流側吸気圧は、吸入空気量とスロットル弁を通過する空気量とに基づき推定され、また、スロットル弁通過吸気量は、スロットル弁開度と、スロットル弁上流側の上流側吸気圧及び下流側吸気圧とに基づき推定される。
【０００４】
こうして、下流側吸気圧とスロットル弁通過空気量とは、互いを使用して逐次的に計算されることなり、算出された下流側吸気圧が何らかの要因により非現実的に高くなると、それを使用して算出されるスロットル弁通過空気量が不正確となり、このスロットル弁通過空気量を使用して算出される下流側吸気圧がさらに不正確となり、結果として、正確な吸入空気量を推定することができなくなる。
【０００５】
これを防止するためには、非現実的な下流側吸気圧が算出された時には、これを現実的な吸気圧最大値であるガード値に置換することが必要となる。そのためには、ガード値を内燃機関に適合させて予め設定して置かなければならない。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２０１９９８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ガード値を設定するためには、試験機の吸気管に圧力センサを配置し、この圧力センサによりスロットル弁を全開として試験的に測定することが考えられる。しかしながら、こうして測定される下流側吸気圧は、実際的には、かなり変動しており、この変動中心をガード値として設定することとなる。
【０００８】
ところで、機関過渡時において変化するのはスロットル弁開度であり、吸入空気量を逐次計算することにおいて、スロットル弁通過空気量を正確に算出することが最も重要である。スロットル弁通過空気量も実際的には変動するものであり、逐次計算においては変動中心が正確に算出されなければならない。
【０００９】
下流側吸気圧が、前述のように設定されたガード値に置換された場合において、このガード値がスロットル弁通過空気量の算出に使用されることとなる。しかしながら、下流側吸気圧とスロットル弁通過空気量とは非線形の関係となっているために、スロットル弁全開における下流側吸気圧の変動中心に設定されたガード値は、スロットル弁通過空気量の変動中心には対応しておらず、それにより、このガード値を使用して算出されるスロットル弁通過空気量は、この時の実際の変動中心とはならない。こうして、スロットル弁通過空気量の算出が不正確となると、それ以降において各値が正確に算出されず、結果として正確な吸入空気量の推定が困難となる。
【００１０】
従って、本発明の目的は、内燃機関の吸入空気量推定装置において、吸入空気量の推定に使用される下流側吸気圧が非現実的な値として算出された時に置換するためのガード値を、その後のスロットル弁通過空気量の算出を不正確としないように設定することである。
【００１１】
【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、吸入空気量を推定するためにスロットル弁通過空気量とスロットル弁より下流側の下流側吸気圧とを逐次的に算出する内燃機関の吸入空気量推定装置において、スロットル弁開度と、スロットル弁より上流側の上流側吸気圧及びスロットル弁より下流側の下流側吸気圧とを使用して前記スロットル弁通過空気量を算出するための第一計算式と、前記下流側吸気圧を算出するための第二計算式とを有し、前記第一計算式において、前記スロットル弁を全開とした機関定常時における吸入空気量をスロットル弁通過空気量として、この時の上流側吸気圧と、全開に対応するスロットル弁開度とに基づき、下流側吸気圧を逆算し、逆算された前記下流側吸気圧を、前記第二計算式により下流側吸気圧が非現実的な値として算出された時に置換するためのガード値とすることを特徴とする。
【００１２】
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、前記第一計算式により前記下流側吸気圧を逆算するための機関定常時における前記吸入空気量は、エアフローメータを使用して検出されることを特徴とする。
【００１３】
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、前記第一計算式により前記下流側吸気圧を逆算するための前記上流側吸気圧は、大気圧からエアクリーナの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、前記エアフローメータにより検出される前記吸入空気量を使用して算出されることを特徴とする。
【００１４】
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、機関回転数毎に前記ガード値を有し、各機関回転数において前記スロットル弁を全開とした機関定常時における吸入空気量と等しい吸入空気量となるはずの高回転側の特定機関回転数における前記スロットル弁の各開度を決定し、前記特定機関回転数において前記スロットル弁を決定された前記各開度とした定常時に前記エアフローメータにより検出される吸入空気量を各機関回転数における各吸入空気量とし、前記スロットル弁の各開度と共に、前記第一計算式による下流側吸気圧の逆算に使用することを特徴とする。
【００１５】
【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。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より上流側に配置されたエアフローメータである。
【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】
2005069021.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（例えば、標準大気温度）と、上流側吸気圧の標準値Ｐａ０（例えば、標準大気圧）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（図示せず）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）の算出に使用すれば良い。
【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】
2005069021.tif 000004
【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】
2005069021.tif 000005
【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との間の比例係数である。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、エアフローメータ７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】
2005069021.tif 000006
【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】
2005069021.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】
2005069021.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では、下流側吸気圧の今回のガード値Ｐｍｍａｘ（ｉ）が算出される。今回のガード値Ｐｍｍａｘ（ｉ）は、ステップ１０１において算出された今回の下流側吸気圧Ｐｍ（ｉ）が非現実的な値となった時に置換するためのものであり、この算出方法については後述する。
【００３４】
ステップ１０３では、今回の下流側吸気圧Ｐｍ（ｉ）が今回のガード値Ｐｍｍａｘ（ｉ）より大きくなっているか否かが判断され、この判断が否定される時にはそのままステップ１０５へ進むが、肯定される時にはステップ１０４において、今回の下流側吸気圧Ｐｍ（ｉ）を今回のガード値Ｐｍｍａｘ（ｉ）へ置換した後にステップ１０５へ進む。
【００３５】
次いで、ステップ１０５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１０６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。又は、圧力センサにより上流側吸気圧Ｐａｃ（ｉ）が検出される。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１０６において上流側吸気圧Ｐａｃ（ｉ）が算出されれば、ステップ１０７において、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。
【００３６】
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。
【００３７】
次いで、ステップ１０８では、ステップ１０１及び１０５において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。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。
【００３８】
このようにして算出される今回の吸入空気量ｍｃ（ｉ）を正確なものとするためには、この算出に使用される下流側吸気圧Ｐｍ（ｉ）が正確に算出されていることが必要であり、また、そのためには、この算出に使用されるスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ−１）が正確に算出されていることが必要となる。特に、スロットル弁通過空気量ｍｔは、機関過渡時において変化するスロットル弁開度をＴＡに基づく値であり、機関過渡時の吸入空気量を算出するのに最も重要な値である。
【００３９】
それにより、前述した下流側吸気圧のガード値Ｐｍｍａｘ（ｉ）は、置換された場合において、下流側吸気圧Ｐｍ（ｉ）としてスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ）の算出に使用されることとなるために、スロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ）を不正確なものとしないように算出されなければならない。
【００４０】
本実施形態において、今回のガード値Ｐｍｍａｘ（ｉ）は次式（１０）により算出される。
Ｐｍｍａｘ（ｉ）＝Ｐｍｍａｘｎ・ｋｐａｃ（ｉ）              ・・・（１０）
ここで、Ｐｍｍａｘｎは、スロットル弁上流側の吸気温度を標準値Ｔ０とし、また、上流側吸気圧を標準値Ｐａ０とした場合の下流側吸気圧最大値であり、機関回転数毎にマップ等に予め設定されており、今回の機関回転数に基づき読み込まれる。ｋｐａｃ（ｉ）は式（１）’’’において使用されるのと同じ第２補正項であり、今回の下流側吸気圧最大値Ｐｍｍａｘｎは、第２補正項によって圧力補正され、今回のガード値Ｐｍｍａｘ（ｉ）とされる。
【００４１】
各機関回転数における下流側吸気圧最大値Ｐｍｍａｘｎは、スロットル弁を全開とした定常時の下流側吸気圧であり、試験機又は実機のスロットル弁下流側に圧力センサを設けて機関回転数毎に検出することが考えられる。この場合には、各機関回転数において、定常時であっても変動する下流側吸気圧の変動中心を下流側吸気圧最大値とすることとなる。
【００４２】
ところで、式（１）から（１）’’’に示すように、関数Φにより下流側吸気圧Ｐｍとスロットル弁通過空気量ｍｔとは非線形の関係となっているために、下流側吸気圧の変動中心がスロットル弁通過空気量の変動中心には対応しない。それにより、実測される下流側吸気圧の変動中心を下流側吸気圧最大値としてガード値を設定すると、ガード値を下流側吸気圧に置換した時に、これを使用して算出されるスロットル弁通過空気量が、実際の変動中心から大きく外れることとなる。その結果として正確な吸入空気量の推定が困難となる。
【００４３】
本実施形態では、圧力補正前のガード値、すなわち、下流側吸気圧最大値Ｐｍｍａｘｎを、その後のスロットル弁通過空気量の算出を不正確としないように予め設定することを意図している。そのためには、各機関回転数においてスロットル弁を全開とした定常時の吸入空気量をエアフローメータにより検出し、この吸入空気量をスロットル弁通過空気量ｍｔとして、下流側吸気圧最大値Ｐｍｍａｘｎを式（１）’’’に基づき逆算するようにしている。
【００４４】
式（１）’’’において、スロットル弁を全開とした場合には下流側吸気圧Ｐｍと上流側吸気圧Ｐａとの比は１に近づき、関数Φは式（２）における下式となる。また、スロットル弁上流側の吸気温度が標準値Ｔ０であり、また、上流側吸気圧Ｐａｃが標準値Ｐａ０である場合を考える。これらに基づき（１）’’’を変形すると、次式（１１）を得ることができる。式（１１）において、Κは比熱比κの関数であり、Κ＝（κ−１）／２κであり、ｍｔ’＝ｍｔ／（ｋｔｈａ・ｋｐａｃ）＝ｍｔ・Ｐａ０・（Ｔａ／Ｔ０）１／２／Ｐａｃである。
【数７】
2005069021.tif 000009
【００４５】
ここで、関数Ｆはスロットル弁を全開とした時の値である。また、ｍｔはスロットル弁全開の定常時のエアフローメータにより検出される機関回転数毎の吸入空気量であり、この吸入空気量は定常時においても変動するが、変動中心が吸入空気量として使用される。Ｐａｃはスロットル弁全開の定常時の機関回転数毎の上流側吸気圧であり、試験機又は実機のスロットル弁上流側に圧力センサを取り付けて検出すれば良い。Ｔａはスロットル弁全開の定常時の機関回転数毎の上流側吸気温度であり、試験機又は実機において測定しても良いが、大気温度としても良い。こうして、各機関回転数において、ｍｔ’を変化させ、式（１１）の解Ｐｍｍａｘｎを算出すれば、各解Ｐｍｍａｘｎが各機関回転数における下流側吸気圧最大値となる。このように算出される機関回転数毎の下流側吸気圧最大値Ｐｍｍａｘｎは、標準上流側吸気圧Ｐａ０に対しての値であるために、ガード値Ｐｍｍａｘ（ｉ）とする場合には、第２補正項ｋｐａｃ（Ｐａｃ（ｉ）／Ｐａ０）の乗算補正が必要となる。第２補正項ｋｐａｃにおける上流側吸気圧Ｐａｃ（ｉ）は、ガード値Ｐｍｍａｘ（ｉ）を算出する時の値であり、圧力センサにより測定するか又は式（４）又は（４）’に基づき前述のように算出される。
【００４６】
本実施形態においては、下流側吸気圧のガード値Ｐｍｍａｘ（ｉ）が、スロットル弁全開の定常時における吸入空気量をスロットル弁通過空気量として、スロットル弁通過空気量の算出式を使用して逆算されたものであるために、このガード値Ｐｍｍａｘ（ｉ）を使用してスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ）が算出される場合には、スロットル弁通過空気量の実際の変動中心を正確に算出することができる。
【００４７】
式（１１）を使用する下流側吸気圧最大値の逆算において、機関回転数毎の上流側吸気圧Ｐａｃは、式（４）’を使用して機関回転数毎のスロットル弁通過空気量ｍｔ、すなわち、エアフローメータにより検出される吸入空気量に基づき算出するようにしても良い。
【００４８】
また、図４に示すように、関数Φは、下流側吸気圧Ｐｍと上流側吸気圧Ｐａｃとの比Ｐｍ／Ｐａｃが小さいほど線形性が高まるために、すなわち、この比が小さいほど、下流側吸気圧とスロットル弁通過空気量との線形性が高まることとなる。それにより、この比が小さいほど、スロットル弁通過空気量の変動中心と下流側吸気圧との変動中心と近づくこととなる。
【００４９】
従って、各機関回転数での式（１１）を使用する下流側吸気圧最大値の逆算において、各機関回転数におけるスロットル弁を全開とした定常時の各吸入空気量と等しい吸入空気量となるはずの高回転側の特定機関回転数におけるスロットル弁の各開度を決定し、各機関回転数においてスロットル弁を全開として吸入空気量を検出するのではなく、機関回転数は特定機関回転数に固定してスロットル弁を各機関回転数に対応する開度とした各吸入空気量を検出し、これらを各機関回転数の下流側吸気圧最大値Ｐｍｍａｘｎの逆算に使用するようにしても良い。
【００５０】
この場合において、式（１１）における関数Ｆはスロットル弁開度によって変化させることとなる。こうして逆算される機関回転数毎の下流側吸気圧最大値Ｐｍｍａｘｎは、検出される吸入空気量の変動の影響が少ない好ましい値となる。ところで、この場合においては、特定機関回転数の下流側吸気圧最大値を逆算する時にスロットル弁が全開されるために、特定機関回転数より低い各機関回転数の下流側吸気圧最大値しか逆算することができない。それにより、特定機関回転数を最大機関回転数とすれば、全ての各機関回転数の下流側吸気圧最大値を逆算することができる。
【００５１】
本実施形態において、制御を簡素化するために、下流側吸気圧最大値は、機関回転数毎に設定するようにしたが、厳密には、可変バルブタイミング機構が設けられている場合には、この制御値によっても下流側吸気圧最大値は変化する。それにより、可変バルブタイミング機構のような下流側吸気圧に影響する機構が設けられている場合には、機関回転数毎に加えて、その制御値毎に下流側吸気圧最大値を設定するようにしても良い。また、下流側吸気圧最大値を逆算するための各機関回転数での吸入空気量の検出に際して、このような機構を各機関回転数に対応させて最も下流側吸気圧が高くなる制御値に制御するようにしても良い。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１に記載の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ための計算式において、スロットル弁を全開とした機関定常時の吸入空気量をスロットル弁通過空気量として使用して逆算した下流側吸気圧が、下流側吸気圧のガード値とされるために、同じ計算式において、このガード値を使用して算出されるスロットル弁通過空気量は、比較的正確なものとなる。
【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】下流側吸気圧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】
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
１１…エアクリーナ
【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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