(57)【要約】【課題】エアモデルを用いた制御であってもプレイグなどの異常燃焼を効果的に抑制することができるエンジンの燃料噴射量制御装置を提供する。【解決手段】電子スロットルシステムを備えたエンジンにおいて、アクセルペダルの操作量より算出されたスロットルバルブの開度指令値に基づいてその後のスロットル開度を予測し、このスロットル開度より予測された筒内充填空気量に基づいて燃料噴射量を制御するようにした燃料噴射量制御装置を前提とする。そして、アクセルペダルの過度の踏み込み操作によって開度が所定値よりも大でかつ変化量が所定値よりも大となる急発進時に、そのときのアクセルペダルの操作量より算出されたスロットルバルブの開度指令値に基づいてその後のスロットル開度より予測した該当する気筒（第２気筒♯２）の筒内充填空気量に基づく燃料噴射量をアクセルペダルの踏み込み時点を起点とする減量タイミングで補正している。【選択図】図１８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットルバルブをスロットルアクチュエータで駆動してスロットル開度を制御する電子スロットルシステムを備えた内燃機関において、アクセルペダルの操作量より算出されたスロットルバルブの開度指令値に基づいてその後のスロットル開度を予測し、このスロットル開度より予測された該当する気筒の筒内充填空気量に基づいて燃料噴射量を制御するようにした内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、
車体停止状態からのアクセルペダルの操作量が所定値以上となる急発進時、そのときのアクセルペダルの操作量より算出されたスロットルバルブの開度指令値に基づいてその後のスロットル開度より予測した該当する気筒の筒内充填空気量に基づく燃料噴射量は、アクセルペダルの操作時点を起点とする減量タイミングで補正されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【請求項２】
上記請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置において、
アクセルペダルの操作時点を起点とする減量タイミングで補正される燃料噴射量は、スロットルバルブの開度指令値に基づいてその後のスロットル開度より予測した該当する気筒の筒内充填空気量に基づく燃料噴射量が実際のスロットルバルブの開度に基づいて補正された燃料噴射量となるまで、継続して補正されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スロットルバルブをスロットルアクチュエータで駆動してスロットル開度を制御する電子スロットルシステムを備えた内燃機関の燃料噴射量制御装置に関し、詳しくは、急発進時のノックまたはプレイグなどの異常燃焼を防止する対策に係わる。
【背景技術】
【０００２】
近来より、内燃機関の吸気系統を、スロットルバルブ、吸気管、吸気弁等の要素に分けてそれぞれの要素毎にモデル化して数式で表すことにより機関の吸入空気量（筒内充填吸気量）を計算により求めるようにした、いわゆるエアモデルを用いることによって、内燃機関の吸入空気量を推定することが行われている。
【０００３】
このようなエアモデルを用いた吸入空気量推定装置では、例えば、後述するように大気圧、大気温度以外には、機関回転数およびスロットル開度のみによって筒内充填吸気量を算出することが可能となる。また、モデル式を用いた計算により筒内充填吸気量が算出できるため、スロットル開度の変化速度が大きい過渡運転時等にも応答性よく吸入空気量を算出することが可能となっている。
【０００４】
一方、運転者によるアクセルペダルの操作量とは独立してスロットルバルブの開度を制御可能とする、いわゆる電子スロットルシステムを備えた内燃機関では、アクセルペダルの操作量から定まる目標スロットル開度にスロットル開度を制御する際に、上記エアモデルを用いて筒内充填空気量を正確に予測し、そのスロットル開度より予測された筒内充填空気量に基づいて燃料噴射量を制御するようにしたものが従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２０１９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関の通常運転時においてはエアモデルを用いることによって正確に予測した筒内充填空気量に基づいて燃料噴射量が円滑に制御されてはいるものの、アクセルペダルの操作量（踏込量）が所定値以上となる過渡時には、そのアクセルペダルの操作量から定まる目標スロットル開度にスロットル開度を制御する際に予測した該当する気筒の筒内充填空気量に基づく燃料噴射量を、そのときのアクセルペダルの操作量より算出されたスロットルバルブの開度指令値に基づいて変更されるスロットル開度の動作時点（変更時点）を起点とする減量タイミングで補正する必要がある。
【０００６】
ところが、このようにエアモデルを用いた制御では、スロットル開度はアクセルペダルの操作量から定まる目標スロットル開度に制御されているため、図２０に示すように、スロットル開度の動作時点を起点とする減量タイミングで燃料噴射量を補正していると、アクセルペダルの過度の踏み込みによって急発進するような内燃機関の低回転・高負荷運転時、そのアクセルペダルの踏み込み時点直後に燃料噴射された該当する気筒（図では第１番気筒♯１）の筒内充填空気量に基づく燃料噴射量の補正に遅れが生じ、その気筒（第１番気筒♯１）の点火時にプレイグ信号が発生するおそれがあり、エアモデルを用いた制御では内燃機関の低回転・高負荷運転時にプレイグなどの異常燃焼を効果的に抑制することができない。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エアモデルを用いた制御であってもプレイグなどの異常燃焼を効果的に抑制することができる内燃機関の燃料噴射量制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明では、スロットルバルブをスロットルアクチュエータで駆動してスロットル開度を制御する電子スロットルシステムを備えた内燃機関において、アクセルペダルの操作量より算出されたスロットルバルブの開度指令値に基づいてその後のスロットル開度を予測し、このスロットル開度より予測された該当する気筒の筒内充填空気量に基づいて燃料噴射量を制御するようにした内燃機関の燃料噴射量制御装置を前提とする。そして、車体停止状態からのアクセルペダルの操作量が所定値以上となる急発進時、そのときのアクセルペダルの操作量より算出されたスロットルバルブの開度指令値に基づいてその後のスロットル開度より予測した該当する気筒の筒内充填空気量に基づく燃料噴射量を、アクセルペダルの操作時点を起点とする減量タイミングで補正している。
【０００９】
この特定事項により、アクセルペダルの過度の踏み込み操作によって急発進するような内燃機関の低回転・高負荷運転時に、そのときのアクセルペダルの操作量より算出されたスロットルバルブの開度指令値に基づいてその後のスロットル開度より予測した該当する気筒の筒内充填空気量に基づく燃料噴射量がアクセルペダルの操作時点を起点とする減量タイミングで補正されるので、スロットル開度の動作時点を起点とする減量タイミングで該当する気筒の燃料噴射量を補正するもののような遅れが生じることはなく、内燃機関の低回転・高負荷運転時においても該当する気筒の燃料噴射量の補正が十分に間に合うことになる。これにより、エアモデルを用いた制御であってもプレイグなどの異常燃焼を効果的に抑制することが可能となる。
【００１０】
ここで、アクセル操作時点を起点とする減量タイミングで補正される燃料噴射量を、スロットルバルブの開度指令値に基づいてその後のスロットル開度より予測した該当する気筒の筒内充填空気量に基づく燃料噴射量が実際のスロットルバルブの開度に基づいて補正された燃料噴射量となるまで、継続して補正している場合には、内燃機関の低回転・高負荷運転時において該当する気筒の燃料噴射量の補正が継続して円滑に行われ、エアモデル制御によるプレイグなどの異常燃焼をより効果的に抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
以上、要するに、急発進するような内燃機関の低回転・高負荷運転時に、そのときのアクセルペダルの操作量より算出したスロットルバルブの開度指令値に基づいてその後のスロットル開度より予測した該当する気筒の筒内充填空気量に基づく燃料噴射量をアクセルペダルの操作時点を起点とする減量タイミングで補正することで、内燃機関の低回転・高負荷運転時に燃料噴射量を補正する減量タイミングに遅れを生じさせずに十分に間に合い、エアモデルを用いた制御であってもプレイグなどの異常燃焼を効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は自動車に搭載される内燃機関としての直列４気筒エンジン１（以下、単にエンジンと称する）の制御システム全体の概略構成を示す図である。この図１において、エンジン１の吸気管１１の上流側にはエアクリーナ１２が装着され、その下流側には吸入空気量を測定するエアフロメータ１３が設置されている。このエアフロメータ１３は、吸入空気の流れの中に配置される熱線と吸気温度検出素子とが内蔵され、吸入空気で冷やされる熱線の温度と吸気温度との温度差を一定に保つように熱線への供給電流が制御される。これにより、吸入空気流量に応じて変化する熱線の放熱量に応じて熱線への供給電流が変化し、この供給電流に応じた電圧信号が吸入空気流量信号として出力される。
【００１４】
このエアフロメータ１３の下流側にはスロットルバルブ１４が設けられ、このスロットルバルブ１４の回動軸１４ａにはＤＣモータ等のモータ１５（スロットルアクチュエータ）が連結されている。そして、このモータ１５の駆動力によってスロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）が制御され、このスロットルバルブ１４の実際のスロットル開度がスロットル開度センサ１６によって検出される。
【００１５】
この場合、アイドル運転時も、モータ１５の駆動力によってスロットル開度を制御し、それによって、アイドル運転時の吸入空気量を制御してエンジン回転速度を目標アイドル回転速度に一致させるようにフィードバック制御する。このアイドル運転時のスロットル制御がアイドル回転速度制御（ＩＳＣ）である。尚、アイドル回転速度制御は、スロットルバルブ１４をバイパスするバイパス通路にアイドル回転速度制御バルブ（ＩＳＣバルブ）を設けて、アイドル運転時に、このアイドル回転速度制御バルブの開度を制御してバイパス空気量（アイドル運転時の吸入空気量）を制御するようにしても良い。
【００１６】
一方、スロットルバルブ１４の下流側には、吸気圧を検出する吸気圧センサ１７が設置されている。また、スロットルバルブ１４を通過した吸入空気をエンジン１の各気筒に導入する吸気マニホールド１８には、燃料噴射弁１９が取り付けられ、また、エンジン１の各気筒のシリンダヘッドには点火プラグ２０が取り付けられている。エンジン１のクランク軸２１に嵌着されたシグナルロータ２２の外周に対向してクランク角センサ２３が設置され、このクランク角センサ２３から出力されるエンジン回転速度信号Ｎeのパルスが電子制御ユニット（ＥＣＵ）３に取り込まれ、このエンジン回転速度信号Ｎeの発生周波数によってエンジン回転速度が検出される。
【００１７】
そして、アクセルペダル２４の踏込量（アクセル操作量）がアクセルセンサ２５によって検出され、このアクセル操作量に応じた電圧信号が電子制御ユニット３にＡ／Ｄ変換器３１を介して取り込まれる。また、エアフローメータ１３、吸気圧センサ１７、スロットル開度センサ１６等の各種センサの出力も、電子制御ユニット３にＡ／Ｄ変換器３１を介して取り込まれる。
【００１８】
この電子制御ユニット３は、ＣＰＵ３２、ＲＯＭ３３、ＲＡＭ３４等を備えたマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭ３３に記憶されているスロットル制御用の各種プログラムをＣＰＵ３２で実行することで、通常のスロットル制御時には、アクセル操作量等に基づいて設定された開度指令値（目標スロットル開度）に応じてモータ駆動回路３５を介してモータ１５をＰＩＤ制御等によりフィードバック制御し、このモータ１５の駆動力によってスロットル開度を開度指令値に制御する。尚、モータ駆動回路３５からモータ１５への通電路中には、リレー等からなる安全回路２６が設けられ、電子スロットルシステムの異常時には、この安全回路２６が作動してモータ１５への通電を遮断するようになっている。
【００１９】
更に、この電子制御ユニット３は、ＲＯＭ３３に記憶されている図９ないし図１６の各ルーチンをＣＰＵ３２で実行することで、吸気バルブ閉タイミング（筒内充填空気量の確定タイミング）のスロットル開度を予測して、その予測スロットル開度に基づいて筒内充填空気量を予測し、その予測筒内充填空気量に基づいて燃料噴射量を演算し、その演算結果に応じたパルス幅の噴射パルスをインジェクタ駆動回路３６に出力して、燃料噴射弁１９の噴射時間（燃料噴射量）を制御する。
【００２０】
この電子制御ユニット３による燃料噴射量の演算方法を図２ないし図８に基づいて説明する。図２は、筒内充填空気量の予測方法の概要を示すブロック線図である。エンジン運転中は、アクセル操作量がアクセルセンサ２５によって検出され、開度指令値演算手段によってアクセル操作量等に応じてマップ等により開度指令値（目標スロットル開度）が設定される。この開度指令値は、電子スロットルシステムのモータ駆動回路３５に出力される。この場合、燃料噴射量ＴＡＵの演算タイミング（筒内充填空気量の予測タイミング）から吸気バルブ閉タイミングまでの時間Ｔinjは、エンジン回転速度が高回転になるほど短くなる。
【００２１】
一方、上記開度指令値演算手段によってアクセル操作量等に応じてマップ等により設定された開度指令値φtotalは、電子スロットルモデルに入力される。この電子スロットルモデルは、図３に示すように、電子スロットル動特性モデル部と変化量演算部とから構成されている。この電子スロットル動特性モデル部は、電子スロットルシステムの応答遅れ特性を二次遅れ要素［ω2／（ｓ2＋２ζωs＋ω2）］で模擬すると共に、スロットルバルブ１４の駆動速度の限界特性を速度リミッタで模擬し、開度指令値φtotalから予測スロットル開度θfを演算する。二次遅れ要素の２つの積分要素（１／ｓ）は矩形積分である。尚、演算処理を簡略化するために、二次遅れ要素に代えて、一次遅れ要素を用いても良い。
【００２２】
また、電子スロットルモデルの変化量演算部は、微分要素（ｄ／ｄt）と積分要素（∫）とから成り、微分要素（ｄ／ｄt）で、電子スロットル動特性モデル部の出力（予測スロットル開度）のサンプリング時間Ｔsの間の差分を求め、この差分を積分要素（∫）で積分することで、スロットル開度の予測変化量Δθを演算する。この際、積分要素（∫）で差分を積分する時間は、燃料噴射量ＴＡＵの演算タイミング（筒内充填空気量の予測タイミング）から吸気バルブ閉タイミングまでの時間Ｔinjである。これにより、変化量演算部から出力されるスロットル開度の予測変化量Δθは、吸気バルブ閉タイミングまでのスロットル開度の予測変化量となる。
【００２３】
電子スロットルモデルは、変化量演算部から出力されるスロットル開度の予測変化量Δθを現在のスロットル開度θ（スロットル開度センサ１８の出力）に加算して、吸気バルブ閉タイミングの予測スロットル開度θfを求め、この予測スロットル開度θfを吸気系モデルに出力する。
【００２４】
この吸気系モデルは、図４に示すように、予測スロットル通過空気量演算部と予測吸気圧演算部と予測筒内充填空気量演算部とから成り、予測スロットル通過空気量演算部は、吸入空気が通過するスロットル開口をオリフィスと見なして予測スロットル開度等から予測スロットル通過空気量Ｇinを演算する。また、予測吸気圧演算部は、予測スロットル通過空気量Ｇinから予測吸気圧Ｐmを演算し、予測筒内充填空気量演算部は、予測吸気圧Ｐmから予測筒内充填空気量Ｇcfを演算する。予測スロットル通過空気量演算部は、次のオリフィスの式で表される。
【００２５】
【数１】
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ここで、ｆ（Ｐm／Ｐa）は、上式により演算しても良いが、演算処理を簡略化するために、Ｐm／Ｐaをパラメータとするテーブルから算出すると良い。ｆ（Ｐm／Ｐa）のテーブルは、最大値を１として正規化すると、図５に示すような曲線で表される。このｆ（Ｐm／Ｐa）は、上記（３）式、（４）式から明らかなように、物理的には負の値にならないため、図６の例では、Ｐm／Ｐa＞１のときに、ｆ（Ｐm／Ｐa）＝０に設定している。
【００２６】
しかし、Ｐm／Ｐa＞１のときにｆ（Ｐm／Ｐa）＝０にすると、Ｐm／Ｐaが１付近で変動する高負荷運転時に、図７に示すように、吸気系モデルの演算値（スロットル通過空気量Ｇin、予測吸気圧Ｐm、予測筒内充填空気量Ｇcf）が振動してハンチングが発生する傾向がある。この原因は、Ｐm／Ｐaが１付近の領域でｆ（Ｐm／Ｐa）の変化率が大きくなることと、高負荷運転時にＰm／Ｐaが演算上１以上になる毎にｆ（Ｐm／Ｐa）が０でガードされるため、高負荷運転時のｆ（Ｐm／Ｐa）の変化が不規則になるためである。
【００２７】
この対策として、本実施形態では、ｆ（Ｐm／Ｐa）のテーブルを図６に示すように設定している。つまり、Ｐm／Ｐa＜１のときにｆ（Ｐm／Ｐa）＝正の値、Ｐm／Ｐa＝１のときにｆ（Ｐm／Ｐa）＝０、Ｐm／Ｐa＞１のときにｆ（Ｐm／Ｐa）＝負の値に設定している。これにより、ｆ（Ｐm／Ｐa）のテーブルは、Ｐm／Ｐa＝１を境にして±が反転する対称な変化特性となっている。
【００２８】
図６のような変化特性のｆ（Ｐm／Ｐa）のテーブルを用いると、Ｐm／Ｐaが１付近で変動する高負荷運転時に、ｆ（Ｐm／Ｐa）の変化が規則的なものとなる。このため、吸気系モデルの演算値（スロットル通過空気量Ｇin又は予測吸気圧Ｐm又は予測筒内充填空気量Ｇcf）を平均化することで、図８に示すように、高負荷運転時の吸気系モデルの出力（予測筒内充填空気量Ｇcf）を安定化させることができ、ハンチングを防止することができる。
【００２９】
予測スロットル通過空気量演算部に入力する吸気圧Ｐmは、予測吸気圧演算部で演算した前回の予測吸気圧Ｐm（ｉ−１）が用いられるが、吸気圧センサ１７の出力を用いるようにしても良い。
【００３０】
また、予測スロットル通過空気量Ｇinの演算に用いるスロットル開口有効断面積Ａは、スロットル開度θを上記（２）式に代入して算出しても良いが、本実施形態では、演算処理を簡略化するために、流量係数μとスロットル開口有効断面積Ａとの乗算値μ・Ａを、予測スロットル開度をパラメータとするテーブルから算出する。
【００３１】
次に、予測吸気圧Ｐmと予測筒内充填空気量Ｇcfの演算方法を説明する。
【００３２】
スロットルバルブ１４からエンジン１の吸気口までの吸気通路（以下「スロットル下流吸気通路」という）を流れる吸入空気の流れに質量保存の法則を適用すると、次の（５）式で表される関係が得られる。
ｄ／ｄt・Ｑm＝Ｇin−Ｇcf  ……（５）
ここで、Ｑmはスロットル下流吸気通路内の空気量、ｄ／ｄt・Ｑmはスロットル下流吸気通路内の空気量の変化量、Ｇinは予測スロットル通過空気量、Ｇcfは予測筒内充填空気量である。
【００３３】
また、スロットル下流吸気通路に気体の状態方程式を適用すると、次の（６）式に表す関係が得られる。
Ｇcf＝η・（Ｎe／２）・Ｖc・（Ｑm／ＶIM）  ……（６）
η：体積効率、Ｎe：エンジン回転速度、Ｖc：シリンダ容積、ＶIM：スロットル下流吸気通路の内容積
ここで、体積効率ηは、吸入空気流量によって変化するため、吸入空気流量と相関関係のあるパラメータであるエンジン回転速度Ｎeと吸気圧Ｐmとに基づいてマップ等により設定される。ここで用いるＰmは予測吸気圧の前回の値Ｐm（ｉ−１）である。
η＝ｆ（Ｎe，Ｐm）
また、吸気系モデルのモデル時定数τIMは次の（７）式で表される。
τIM＝２・ＶIM／（Ｖc・η・Ｎe）  ……（７）
上記（５）〜（７）式から次の（８）式が導き出される。
ｄ／ｄt・Ｑm＝Ｇin−Ｑm／τIM  ……（８）
上記（８）式は連続式であるため、これを電子制御ユニット３で演算処理できるようにするために、次のように離散化する。
｛Ｑm（ｉ）−Ｑm（ｉ−１）｝／Ｔs＝Ｇin（ｉ）−Ｑm（ｉ−１）／τIM  ……（９）
ここで、Ｔsはサンプリング時間である。
【００３４】
この（９）式を整理すると、スロットル下流吸気通路内の空気量Ｑmの演算式が次のように導き出される。
Ｑm（ｉ）
＝｛Ｇin（ｉ）−Ｑm（ｉ−１）／τIM｝・Ｔs＋Ｑm（ｉ−１）［ｋｇ］  ……（１０）
また、スロットル下流吸気通路に気体の状態方程式を適用すると、スロットル下流吸気通路内の空気量Ｑmから予測吸気圧Ｐmを演算する式が次のように導き出される。
Ｐm＝Ｑm・Ｒ・Ｔ／ＶIM［Ｐａ］  ……（１１）
Ｒ：気体定数、Ｔ：吸気温度
吸気系モデルの予測吸気圧演算部は、上記（１０）式と（１１）式を用いて、予測吸気圧Ｐmを演算する。
【００３５】
上記（１１）式と（６）式とから、次の（１２）式で表される予測筒内充填空気量Ｇcfの演算式が導き出される。
Ｇcf＝η・Ｖc・Ｐm／（２・Ｒ・Ｔ）［ｋｇ／ｒｅｖ］  ……（１２）
吸気系モデルの予測筒内充填空気量演算部は、上記（１２）式を用いて、仮の予測筒内充填空気量Ｇcfを演算する。
【００３６】
図２に示すように、吸気系モデルの出力（仮の予測筒内充填空気量Ｇcf）は、微分要素（ｄ／ｄt）に入力され、サンプリング時間ｔs間の差分が求められ、その差分が積分要素（∫）で積分される。その積分時間は、燃料噴射量ＴＡＵの演算タイミング（筒内充填空気量の予測タイミング）から吸気バルブ閉タイミングまでの時間Ｔinjである。積分要素（∫）で積分した値は、吸気バルブ閉タイミングまでの筒内充填空気量の予測変化量ΔＧcに相当した値となり、この予測変化量ΔＧcをベース吸気系モデルにより演算したベース筒内充填空気量Ｇbaseに加算して、最終的な予測筒内充填空気量Ｇc（吸気バルブ閉タイミングで確定する筒内充填空気量）を求める。
【００３７】
次に、ベース筒内充填空気量の演算方法を説明する。
【００３８】
このベース筒内充填空気量は、エアフロメータ１３の出力（吸入空気流量）に基づいて演算した現在の筒内充填空気量である。従って、このベース筒内充填空気量には、現在から吸気バルブ閉タイミング（筒内充填空気量の確定タイミング）までのスロットル開度の変化による筒内充填空気量の変化量が含まれない。一般に、エアフロメータ１３の出力から筒内充填空気量を演算する方法は、定常時に吸入空気流量＝筒内充填空気量となるため、定常時の筒内充填空気量の演算精度が良いという利点があるが、過渡時には、エアフロメータ１３の応答遅れ（例えば熱式のエアフロメータ１３の場合は、エアフロメータ１３のセンサ部自身のヒートマスによる応答遅れ）が存在するため、過渡時の応答性が悪いという欠点がある。
【００３９】
そこで、本実施形態では、過渡時の応答性を向上させるために、エアフロメータ１３の出力の応答遅れを応答遅れ補償要素（位相進み補償要素）により補償し、この応答遅れ補償要素の出力をベース吸気系モデルに入力して該ベース吸気系モデルの出力であるベース筒内充填空気量Ｇbaseを演算する。このベース吸気系モデルの伝達関数は次の一次遅れ式で表される。
Ｇbase＝１／（１＋τIM・ｓ）
Ｇbase：ベース筒内充填空気量、τIM：時定数
このベース吸気系モデルの時定数τIMは、次式で表される。
τIM＝２・ＶIM／（Ｖc・η・Ｎe）
ＶIM：スロットル下流側の吸気通路の内容積、Ｖc：シリンダ容積、η：体積効率Ｎe：エンジン回転速度
ここで、体積効率ηは、吸入空気流量によって変化するため、吸入空気流量と相関関係のあるパラメータであるエンジン回転速度Ｎeと吸気圧Ｐ（吸気圧センサ１７の出力）とに基づいてマップ等により設定される。
【００４０】
このようなベース吸気系モデルにより演算したベース筒内充填空気量Ｇbaseと、予測スロットル開度等から演算した筒内充填空気量の予測変化量ΔＧcとを積算して、最終的な予測筒内充填空気量Ｇc（吸気バルブ閉タイミングで確定する筒内充填空気量）を求め、この予測筒内充填空気量Ｇcとエンジン回転速度等に応じて燃料噴射量を設定する。
【００４１】
以上説明した図２の各ブロックの機能は、図９ないし図１６の各ルーチンによって実現される。以下、各ルーチンの処理内容を詳細に説明する。
【００４２】
［メインルーチン］
図９のメインルーチンは、イグニッションスイッチのオン後に所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップＳＴ１で、後述する図１０の予測筒内充填空気量演算ルーチンを実行し、予測筒内充填空気量Ｇc（吸気バルブ閉タイミングで確定する筒内充填空気量）を演算する。
【００４３】
この後、ステップ２に進み、基本噴射量演算ルーチン（図示せず）を実行し、予測筒内充填空気量Ｇcとエンジン回転速度Ｎeに応じてマップ等により基本噴射量Ｔpを演算する。その後、ステップ３に進み、後述する図１６の噴射量補正ルーチンを実行し、負荷変動に対する燃料補正係数Ｋload（加減速補正係数）、空燃比フィードバック補正係数、水温補正係数等の各種の補正係数Ｋcを基本噴射量Ｔpに乗算して最終的な燃料噴射量を求める。
【００４４】
［予測筒内充填空気量演算ルーチン］
図１０の予測筒内充填空気量演算ルーチンは、図９のメインルーチンのステップＳ１で実行されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいう予測筒内充填空気量を演算する役割を果たす。
【００４５】
本ルーチンが起動されると、まずステップＳ１１で、後述する図１１の予測吸気圧演算ルーチンを実行し、予測吸気圧Ｐm（吸気バルブ閉タイミングの吸気圧）を演算する。この後、ステップＳ１２に進み、予測吸気圧Ｐmを用いて、次式により予測筒内充填空気量Ｇcf（ｉ）を演算する。
Ｇcf（ｉ）＝η・Ｖc・Ｐm／（２・Ｒ・Ｔ）［ｋｇ／ｒｅｖ］
η：体積効率、Ｖc：シリンダ容積、Ｒ：気体定数、Ｔ：吸気温度
この後、ステップＳ１３に進み、燃料噴射量の演算タイミングから吸気バルブ閉タイミングまでの筒内充填空気量の予測変化量ΔＧcを０に設定する。
【００４６】
それから、ステップＳ１４に進み、ベース筒内充填空気量演算ルーチン（図示せず）を実行し、次の伝達関数によりベース筒内充填空気量Ｇbaseを演算する。
Ｇbase＝１／（１＋τIM・ｓ）
ここで、τIMは時定数である。
【００４７】
上式は、説明を簡略化するために、ベース筒内充填空気量の演算式を連続系で表しているが、電子制御ユニット３は、上式を離散化した式を用いてベース筒内充填空気量Ｇbaseを演算する。
【００４８】
その後、ステップＳ１５に進み、このベース筒内充填空気量Ｇbaseに、上記ステップＳ１３の予測変化量ΔＧcを加算して最終的な予測筒内充填空気量Ｇcを求める。
Ｇc＝Ｇbase＋ΔＧc
［予測吸気圧演算ルーチン］
図１１の予測吸気圧演算ルーチンは、図１０の予測筒内充填空気量演算ルーチンのステップＳ１１で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まずステップＳ１１１で、後述する図１２の予測スロットル通過空気量演算ルーチンを実行し、予測スロットル通過空気量Ｇinを演算する。この後、ステップ１１２に進み、後述する図１４の吸気系モデル時定数演算ルーチンを実行し、吸気系モデルのモデル時定数τIMを演算する。この後、ステップＳ１１３に進み、スロットル下流吸気通路内の空気量Ｑmを次式により演算する。
Ｑm（ｉ）＝｛Ｇin（ｉ）−Ｑm（ｉ−１）／τIM｝・Ｔs＋Ｑm（ｉ−１）
ここで、Ｑm（ｉ）は今回のスロットル下流吸気通路内の空気量、Ｑm（ｉ−１）は前回のスロットル下流吸気通路内の空気量、Ｔsはサンプリング時間である。
【００４９】
この後、ステップＳ１１４に進み、スロットル下流吸気通路内の空気量Ｑmから予測吸気圧Ｐmを次式により演算する。
Ｐm＝Ｑm・Ｒ・Ｔ／ＶIM
ここで、Ｒは気体定数、Ｔは吸気温度、ＶIMはスロットル下流吸気通路の内容積である。
【００５０】
この後、ステップＳ１１５に進み、今回の予測吸気圧Ｐm（ｉ）と前回の予測吸気圧Ｐm（ｉ−１）との平均値を算出することで、予測吸気圧Ｐmを平均化する。
Ｐm（ｉ）＝｛Ｐm（ｉ）＋Ｐm（ｉ−１）｝／２
［予測スロットル通過空気量演算ルーチン］
図１２の予測スロットル通過空気量演算ルーチンは、図１１の予測吸気圧演算ルーチンのステップＳ１１１で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まずステップＳ１２１で、後述する図１３の予測スロットル開度演算ルーチンを実行し、吸気バルブ閉タイミングの予測スロットル開度θfを演算する。この後、ステップＳ１２２に進み、大気圧Ｐa、吸気温度Ｔ及び前回の予測吸気圧Ｐm（ｉ−１）を読み込む。
【００５１】
この後、ステップＳ１２３に進み、予測スロットル通過空気量Ｇinを次式により演算する。
【００５２】
【数２】
2007092723.tif 000004
この際、μ・Ａは、予測スロットル開度θfをパラメータとするテーブルから算出し、ｆ（Ｐm／Ｐa）は、Ｐm／Ｐaをパラメータとする図６のテーブルから算出する。吸気圧Ｐmは、前回の予測吸気圧Ｐm（ｉ−１）が用いられ、大気圧Ｐaと吸気温度Ｔは、それぞれセンサの検出値が用いられる。尚、大気圧Ｐaは標準大気圧（固定値）を用いても良い。
【００５３】
［予測スロットル開度演算ルーチン］
図１３の予測スロットル開度演算ルーチンは、図１２の予測スロットル通過空気量演算ルーチンのステップＳ１２１で実行されるサブルーチンであり、予測スロットル開度演算としての役割を果たす。
【００５４】
本ルーチンが起動されると、まずステップＳ１３１で、アクセル操作量等に応じて開度指令値φtotalを設定する。この際、開度指令値φtotalは、アクセル操作量に応じた要求開度φpedalと、アイドル回転速度制御（ＩＳＣ）による要求開度φisc等の様々な要求開度を積算して求める。
φtotal＝φpedal＋φisc
この後、ステップＳ１３２に進み、スロットル開度センサ１６で検出した現在のスロットル開度θを読み込んだ後、ステップＳ１３３に進み、図３に示す電子スロットルモデルの電子スロットル動特性モデル部と変化量演算部とによって開度指令値φtotalを用いてスロットル開度の予測変化量Δθを演算する。この予測変化量Δθは、燃料噴射量ＴＡＵの演算タイミング（筒内充填空気量の予測タイミング）から吸気バルブ閉タイミングまでの時間Ｔinjのスロットル開度の予測変化量である。
【００５５】
それから、ステップＳ１３４に進み、現在のスロットル開度θに予測変化量Δθを加算して予測スロットル開度θfを求める。
θf＝θ＋Δθ
この予測スロットル開度θfは、吸気バルブ閉タイミングの予測スロットル開度である。
【００５６】
［吸気系モデル時定数演算ルーチン］
図１４の吸気系モデル時定数演算ルーチンは、図１１の予測吸気圧演算ルーチンのステップＳ１１２で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まずステップＳ１４１で、後述する図１５の体積効率演算ルーチンを実行して、体積効率ηを演算する。この後、ステップＳ１４２に進み、モデル時定数τIMを次式により演算する。
τIM＝２・ＶIM／（ＶＣ・η・Ｎe／６０）
ここで、ＶIMはスロットル下流吸気通路の内容積（固定値）、ＶＣはシリンダ容積（固定値）、Ｎeはエンジン回転速度（ｒｐｍ）である。
【００５７】
［体積効率演算ルーチン］
図１５の体積効率演算ルーチンは、図１４の吸気系モデル時定数演算ルーチンのステップＳ１４１で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まずステップＳ１５１で、前回の吸気圧Ｐm（ｉ−１）、大気圧Ｐa、吸気温度Ｔ、エンジン回転速度Ｎe、バルブタイミングＶＶＴ、冷却水温ＴＨＷを読み込む。
【００５８】
この後、ステップＳ１５２に進み、Ｐm／Ｐa、エンジン回転速度Ｎe、バルブタイミングＶＶＴをパラメータとする体積効率マップを検索して、現在のエンジン運転状態に応じた基本体積効率ηrを演算し、この基本体積効率ηrを冷却水温ＴＨＷに応じた補正値で補正して体積効率ηを求める。
【００５９】
［噴射量補正ルーチン］
図１６の噴射量補正ルーチンは、図９のメインルーチンのステップＳ３で実行されるサブルーチンであり、基本噴射量演算ルーチン（図示せず）と共に燃料噴射量演算手段としての役割を果たす。
【００６０】
本ルーチンが起動されると、まずステップＳ３１で、アクセル操作による負荷変動（筒内充填空気量の変動）であるか否かを、例えばアクセル操作量が設定値以上であるか否か、又は、アクセル操作量の変化量が設定値以上であるか否かによって判定する。もし、アクセル操作による負荷変動と判定されれば、ステップＳ３２に進み、負荷変動（筒内充填空気量の変動）に対する燃料補正係数Ｋloadを小さい値Ｋ１に設定する。この理由は、本実施形態の筒内充填空気量の演算方法では、アクセル操作による負荷変動（筒内充填空気量の変動）を精度良く予測することができるため、燃料噴射量に対する補正を少なくすることができるためである。
【００６１】
この場合、アクセルペダル２４の過度の踏み込みによって急発進するような内燃機関の低回転・高負荷運転状態を除く走行状態での燃料噴射量の制御は、アクセルペダルの操作量より算出されたスロットルバルブの開度指令値に基づいてその後のスロットル開度を予測し、このスロットル開度より予測された筒内充填空気量に基づいて行われる。そして、このときの燃料噴射量に対する補正は、低回転・高負荷状態を除く走行状態でのアクセルペダル２４の踏込量（アクセル操作量）より算出されたスロットルバルブ１４の開度指令値に基づいて変更されるスロットル開度の動作時点（変更時点）を起点とするタイミングで実行されている。
【００６２】
一方、アクセル操作による負荷変動でないと判定された場合（例えば自動変速機をニュートラルレンジからドライブレンジにシフトした時や、パワーステアリング、ブレーキ、エアコン等による負荷変動の場合）には、ステップＳ３３に進み、負荷変動に対する燃料補正係数Ｋloadを大きい値Ｋ２に設定する。この理由は、アクセル操作以外の要因による負荷変動は、アクセル操作量からは予測できないため、アクセル操作以外の要因による負荷変動に対しては、燃料噴射量に対する補正を多くすることが望ましいためである。
【００６３】
以上のようにして、ステップＳ３２又はＳ３３で、負荷変動に対する燃料補正係数Ｋloadを決定した後、ステップＳ３４に進み、負荷変動以外の要因に対する各種の燃料補正係数Ｋc（例えば空燃比フィードバック補正係数、水温補正係数、学習補正係数等）を演算し、次のステップＳ３５で、基本噴射量Ｔp、および燃料補正係数Ｋload，Ｋcを用いて、最終的な燃料噴射量（噴射パルス幅）ＴＡＵを次式により演算する。
ＴＡＵ＝Ｔp×Ｋload×Ｋc
以上説明した各ルーチンによって演算した予測スロットル開度と予測筒内充填空気量の挙動の一例を図１７のタイムチャートに示している。エンジン運転中は、アクセル操作量等に応じて開度指令値φtotalを設定している。
【００６４】
この開度指令値φtotalに基づいて図３の電子スロットルモデルによりスロットル開度の予測変化量Δθを演算し、この予測変化量Δθを現在のスロットル開度θ（スロットル開度センサ１６の出力）に加算して、吸気バルブ閉タイミングの予測スロットル開度θfを求める。そして、この予測スロットル開度θfを用いて図４の吸気系モデルにより仮の予測筒内充填空気量Ｇcfを演算し、これを微分・積分処理して吸気バルブ閉タイミングまでの筒内充填空気量の予測変化量ΔＧcを演算する。この予測変化量ΔＧcをベース吸気系モデルにより演算したベース筒内充填空気量Ｇbaseに加算して、最終的な予測筒内充填空気量Ｇc（吸気バルブ閉タイミングで確定する筒内充填空気量）を求める。これにより、筒内充填空気量Ｇcを精度良く予測することが可能となり、過渡時の空燃比制御精度を向上させることができることになる。
【００６５】
そして、本発明の特徴部分として、図１８に示すように、アクセルペダル２４の過度の踏み込みによって急発進するようなエンジン１の低回転・高負荷運転状態では、そのときのアクセル操作量を検出したアクセルセンサ２５からの電圧信号より算出されたスロットルバルブ１４の開度指令値に基づいてその後のスロットル開度より予測した第２番気筒♯２および次点の第１番気筒♯１への筒内充填空気量に基づく燃料噴射量が、急発進時のアクセルペダル２４の踏み込み時点Ｐ（操作時点）を起点とする減量タイミングで補正されている。
【００６６】
ここで、アクセルペダル２４の過度の踏み込みによって急発進するようなエンジン１の低回転・高負荷運転状態での燃料噴射量の補正手順を図１９のフローチャートに基づいて説明する。
【００６７】
先ず、図１９のフローチャートのステップＳＴ５１において、エンジン１がアイドル状態にあり、かつスピードが０ｋｍ／ｈとなる信号待ちなどの停車状態であるか否かを判定する。このステップＳＴ５１の判定が、信号待ちなどの停車状態であるＹＥＳの場合には、ステップＳＴ５２において、アクセルペダル２４の開度が所定値よりも大でかつアクセルペダル２４の変化量が所定値よりも大であるか否か、つまりアクセルペダル２４の過度の踏み込みによる急発進であるか否かを判定する。そして、このステップＳＴ５２の判定が、急発進であるＹＥＳの場合には、ステップＳＴ５３において、減量実行カウンタの値を２に設定する。
【００６８】
その後、ステップＳＴ５１の判定が信号待ちなどの停車状態でないＮＯの場合、およびステップＳＴ５２の判定が急発進でないＮＯの場合と共に、ステップＳＴ５４において、いずれかの気筒の燃料噴射弁１９が燃料噴射タイミングであるか否かを判定し、燃料噴射タイミングでないときはそのまま制御を終了する一方、いずれかの気筒の燃料噴射弁が燃料噴射タイミングであれば、ステップＳＴ５５に進む。
【００６９】
そして、ステップＳＴ５５において、減量実行カウンタの値が０でないか否かを判定する。このステップＳＴ５５の判定が、減量実行カウンタの値が０でないＹＥＳの場合には、ステップＳＴ５６において、該当する気筒の燃料噴射弁１９（図１８では第２気筒♯２の燃料噴射弁１９）の燃料噴射量を所定量減量する補正を行って燃料噴射した後、ステップＳＴ５７で、減量実行カウンタの値を１つ減算する。この場合、減量実行カウンタの値が１つ減算されて１となるため、再度ステップＳＴ５１からステップＳＴ５４およびステップＳＴ５５を経て、ステップＳＴ５６で、第２気筒♯２の次に該当する第１気筒♯１の燃料噴射弁１９の燃料噴射量を所定量減量する補正を行って燃料噴射した後、ステップＳＴ５７で、減量実行カウンタの値を１つ減算して０とする。
【００７０】
一方、上記ステップＳＴ５５の判定が、減量実行カウンタの値が０であるＮＯの場合には、ステップＳＴ５８において、燃料噴射量を減量する補正を行わずに通常の燃料噴射量で燃料噴射する。
【００７１】
したがって、上記実施形態では、アクセルペダル２４の過度の踏み込み操作によって開度が所定値よりも大でかつ変化量が所定値よりも大となる急発進時に、そのときのアクセルペダル２４の操作量より算出されたスロットルバルブの開度指令値に基づいてその後のスロットル開度より予測した該当する気筒（図１８では第２気筒♯２）の筒内充填空気量に基づく燃料噴射量がアクセルペダル２４の踏み込み時点を起点とする減量タイミングで補正されるので、スロットル開度の動作時点を起点とする減量タイミングで該当する気筒の燃料噴射量を補正するもののような遅れが生じることはなく、エンジン１の低回転・高負荷運転時においても該当する気筒の燃料噴射量の補正が十分に間に合うことになる。しかも、急発進時に減量実行カウンタの値が２に設定され、その値が１つずつ減算されて０になるまで該当する気筒（第２および第１気筒♯２，♯１）の燃料噴射弁１９の燃料噴射量を所定量減量する補正が行われることになる。これにより、エアモデルを用いた制御であってもプレイグなどの異常燃焼を効果的に抑制することができる。
【００７２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施形態では、急発進時に減量実行カウンタの値を２に設定し、その値が１つずつ減算されて０になるまで該当する気筒（第２および第１気筒♯２，♯１）の燃料噴射弁１９の燃料噴射量を所定量減量する補正を行うようにしたが、アクセル操作時点を起点とする減量タイミングで補正される燃料噴射量が、スロットルバルブの開度指令値に基づいてその後のスロットル開度より予測した該当する気筒の筒内充填空気量に基づく燃料噴射量が実際のスロットルバルブの開度に基づいて補正された燃料噴射量となるまで、該当する気筒の数を増やして何回でも継続して減量されるようにしてもよい。この場合には、エンジンの低回転・高負荷運転時において該当する気筒の燃料噴射量の補正が継続して円滑に行われ、エアモデル制御によるプレイグなどの異常燃焼をより効果的に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態に係わる燃料噴射量制御装置を備えたエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】電子制御ユニットの機能を示すブロック線図である。
【図３】電子スロットルモデルを示すブロック線図である。
【図４】吸気系モデルを示すブロック線図である。
【図５】ｆ（Ｐm／Ｐa）のテーブルを概念的に示す図である。
【図６】ｆ（Ｐm／Ｐa）のテーブルを概念的に示す図である。
【図７】高負荷運転時に図５のｆ（Ｐm／Ｐa）のテーブルを用いて演算した予測筒内充填空気量Ｇcfの挙動を示す特性図である。
【図８】高負荷運転時に図７のｆ（Ｐm／Ｐa）のテーブルを用いて演算した予測筒内充填空気量Ｇcfの挙動を示す特性図である。
【図９】メインルーチンの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１０】筒内充填空気量演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１１】予測吸気圧演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１２】予測吸気圧演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１３】予測スロットル通過空気量演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１４】吸気系モデル時定数演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１５】体積効率演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１６】噴射量補正ルーチンの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１７】各モデルで演算した加速時の予測スロットル開度と予測筒内充填空気量の挙動の一例を示すタイムチャート図である。
【図１８】急発進時における燃料噴射量の減量タイミングを例示するタイムチャート図である。
【図１９】急発進時における燃料噴射量の補正手順を示すフローチャート図である。
【図２０】従来例に係わる急発進時における燃料噴射量の減量タイミングを例示するタイムチャート図である。
【符号の説明】
【００７４】
１          エンジン（内燃機関）
１４        スロットルバルブ
１５        モータ（スロットルアクチュエータ）
２４        アクセルペダル
【図１】
2007092723.tif 000005
【図２】
2007092723.tif 000006
【図３】
2007092723.tif 000007
【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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【図１８】
2007092723.tif 000022
【図１９】
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【図２０】
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