JP2004036602A - シリンダー吸入空気量算出方法及びシステム並びにこれを利用したエンジン燃料制御方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】スロットルバルブの動作速度に関係なくシリンダーにリアルタイムで吸入される空気量に応じて適切な燃料を噴射してエンジンを安定的に制御できるように、実際にシリンダーに吸入される空気量を燃料噴射時点で予め算出する方法及びシステムを提供するとともに、これを利用してエンジンの燃料量を制御する方法及びシステムを提供する。
【解決手段】燃料噴射時点から設定された目標時点まで時間遅延がある場合に、その遅延時間経過後のスロットルバルブ開度量予測値、吸気マニホールド吸入空気量、そして吸気マニホールド圧力を予測することにより遅延時間経過後のシリンダー吸入空気量を予測することができ、したがって、このように予測されたシリンダー吸入空気量に応じて燃料を噴射することによってエンジンをより安定的に制御する。
【選択図】 図１０
【解決手段】燃料噴射時点から設定された目標時点まで時間遅延がある場合に、その遅延時間経過後のスロットルバルブ開度量予測値、吸気マニホールド吸入空気量、そして吸気マニホールド圧力を予測することにより遅延時間経過後のシリンダー吸入空気量を予測することができ、したがって、このように予測されたシリンダー吸入空気量に応じて燃料を噴射することによってエンジンをより安定的に制御する。
【選択図】 図１０
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリンダー内に吸入する空気の量をスロットル開度量を利用して予測する方法及びシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンエンジンは空気を吸入し、吸入する空気の量に適切な燃料を噴射して燃焼室で燃焼させることによって動力を発生する装置である。このようなガソリンエンジンは、吸入する空気の量をスロットルバルブ（Ｔｈｒｏｔｔｌｅ ｖａｌｖｅ）を通じて調節することによって出力を調節し、噴射する燃料の量は、吸入する空気の量によって算出される量である。したがって、適切な量の燃料を噴射するためにはエンジンで吸入する空気の量を検出しなければならない。
【０００３】
吸入する空気の量を検出するために、例えばマップ（Ｍａｎｉｆｏｌｄ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ； ＭＡＰ）センサーを使用している。ＭＡＰセンサーを利用した方式では吸気マニホールド（Ｉｎｔａｋｅ Ｍａｎｉｆｏｌｄ）の圧力と空気の温度とを測定して、これを空気量に換算して使用する。
【０００４】
図１は、運転者がスロットルバルブを急激に操作した場合、例えば、スロットルバルブを急激に開放した場合にＭＡＰセンサーの出力値（吸気マニホールド内の圧力）の変化を示すグラフである。
【０００５】
図１に示すようにスロットルバルブが急激に操作された場合には吸気マニホールド内の圧力も急激に変化し、結果的に、吸気マニホールドを通じて空気の供給を受ける燃焼室への空気供給量もまた急変する。このような場合は燃料噴射時ごとに精密な燃料の量を算定するのが難しくなり、したがって燃料の量が正確でない場合には排出ガス過剰発生の原因となる。
【０００６】
このような点を改善するために、従来は、（１）スロットル開度量及びマニホールド圧力各々の変化率を計算して、（２）スロットル開度量変化率が第１設定値を超える場合にこれに伴う第１燃料補正量を計算し、（３）マニホールド圧力変化率が第２設定値を超える場合にこれに伴う第２燃料補正量を計算し、（４）このように計算された各燃料補正量を、吸気温度、エンジン回転数、スロットル開度量などに基づいて通常の方法によって計算される燃料量に合算することによって、スロットルバルブ開度量が急変する場合に対処している。
【０００７】
しかし、このような方式によって、急激なスロットル開度変化時にも安定したエンジンを具現するためには、第一、スロットル開度変化率及びマニホールド圧力変化率に伴う燃料補正量を各々設定しなければならず、また新しく設定されるスロットル開度変化率及びマニホールド圧力変化率に伴う燃料補正量によって、既存のスロットル開度量、エンジン回転数、吸気温度各々による燃料量算定方法を補正しなければならない。
【０００８】
しかし、このためには先に膨大な実験が必要であるため、特定のエンジンの制御方法を開発するための費用と時間が非常に大きい。このような膨大な先行実験と結果的に増加する開発費用及び時間はエンジンごとに考慮されるべきであるため、その弊害はさらに深刻である。また、このような従来の技術ではエンジンの老化などエンジンの動作状態が変化する場合にも適切に対処できなくなる。
【０００９】
このように燃料量を補正するための変数間に複雑な関係が発生する主な原因は次の通りである。即ち、加減速区間では吸入空気量（及びこれに基づいて算出される燃料量）を算出するために現在マニホールドで生成された圧力を検出する時点と、このように算出されて噴射された燃料が実際に混合ガスとして燃焼室に吸入される時点とに不一致が発生するからである。
【００１０】
図２は、燃料噴射時期と混合ガス形成時期との関係を示すグラフである。
【００１１】
図２から分かるように吸入空気量の計算を通じて燃料量を計算し、このように計算された燃料を噴射する時点（Ａ点）と吸気バルブが開放されて燃焼室に実際に混合ガスが生成される時点（Ｐ点）との間には、噴射方式が同期式であるか非同期式であるかによって変わることがあるが、少なくともクランク軸１回転以上の時間差が発生する。
【００１２】
したがって、急激なマニホールドの圧力変動を伴う急加速／急減速状況では、この二つの時点の間に空気量が大きく変化するので混合ガスが空燃比を維持しにくくなる。
【先行技術文献】
【特許文献１】特開２００１−１５９３４０
【特許文献２】特開２００２−２２７６９４
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、スロットルバルブの動作速度に関係なくシリンダーにリアルタイムで吸入される空気量に応じて適切な燃料を噴射してエンジンを安定的に制御できるように、実際にシリンダーに吸入される空気量を燃料噴射時点で予め算出する方法及びシステムを提供するとともに、これを利用してエンジンの燃料量を制御する方法及びシステムを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明によるシリンダー吸入空気量算出システムは、スロットルバルブ開度量を検出するスロットルバルブ開度検出器；エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器；吸気マニホールドの圧力を検出する吸気マニホールド圧力検出器；吸気マニホールドに吸入される空気の温度を検出する吸気温度検出器；前記各検出器から受信される信号に基づいてシリンダー内にの吸入空気量を算出する電子制御ユニット；を含み、前記電子制御ユニットは後述する吸入空気量算出方法を遂行することを特徴とする。
【００１５】
本発明によるシリンダー吸入空気量算出方法は、スロットルバルブ開度量（ＴＰＳ）を検出する段階；エンジン回転数（ＲＰＭ）を検出する段階；現在の吸気マニホールド吸入空気量（Ｍｍａｎｉ）を検出する段階；燃料噴射時点から設定された目標時点までの遅延時間Δｔを算出する段階；前記遅延時間Δｔ経過後のスロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）を算出する段階；前記スロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）に基づいて、前記遅延時間（Δｔ）経過後の吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）を算出する段階；前記吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）に基づいて、前記遅延時間（Δｔ）経過後の吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｎｉ、Δｔ）を算出する段階；及び前記吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｎｉ、Δｔ）に基づいて前記遅延時間（Δｔ）経過後のシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）を算出する段階；を含むことを特徴とする。
【００１６】
前記スロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）算出段階は、設定差数項までのニュートン差分法に基づいて算出されるのが好ましい。
【００１７】
前記スロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）算出段階は、スロットルバルブ開度１次変化量（ＤＴＰＳ）を算出する段階；スロットルバルブ開度２次変化量（ΔＤＴＰＳ）を算出する段階；及び（数３） に基づいてスロットルバルブ開度量予測値を算出する段階；
【数３】
を含んだ過程によって算出されることができる。（但し、ここでδｔは現在及び以前のスロットルバルブ開度量（ＴＰＳ、ＴＰＳｐｒｅｃ）検出時期間の時間間隔をいう。）
【００１８】
前記吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）算出段階は、スロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）及びエンジン回転数（ＲＰＭ）に基づいてスロットルバルブを通過する基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）を算出する段階；吸気マニホールドに吸入される空気の吸気温度（Ｔｉｎ）を検出する段階；前記吸気温度による補正係数（ＣＴ）を算出する段階；遅延時間（Δｔ）経過後のスロットルバルブ前後圧力比による補正係数（Ｃｐ）を算出する段階；前記算出された補正係数（ＣＴ，Ｃｐ）に基づいて前記基本流量を補正することによって吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）を算出する段階；を含む。
【００１９】
前記吸気温度による補正係数（ＣＴ）算出段階は、設定温度（Ｔ０）及び吸気温度（Ｔｉｎ）に基づいて、（数２）の値で補正係数（ＣＴ）を算出することができる。
【００２０】
前記スロットルバルブ前後圧力比による補正係数（Ｃｐ）を算出する段階は、遅延時間（Δｔ）経過後の吸気マニホールド吸入空気量臨時推定値（Ｅ＿Ｍｔｅｍｐ）を線状補間法（ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ）によって算出する段階；前記臨時推定値（Ｅ＿Ｍｔｅｍｐ）に基づいてスロットルバルブ電圧力予測値（Ｅ＿ＰＴＨ、Δｔ）を算出する段階；遅延時間（Δｔ）経過後の吸気マニホールド圧力臨時推定値（Ｅ＿Ｐｔｅｍｐ）を線状補間法によって算出する段階；を含む。
【００２１】
前記スロットルバルブ前後圧力比による補正係数（Ｃｐ）を算出する段階は、設定された臨界圧力比以上で単調減少して設定された圧力比で０に収斂する関数によって補正係数（Ｃｐ）を算出することができる。
【００２２】
前記遅延時間（Δｔ）経過後の吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｉｎ、Δｔ）を算出する段階は、現在の吸気マニホールド圧力（Ｐｍａｎｉ）を検出する段階；（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ，Δｔ−Ｍｍａｎｉ）×Ｒ×Ｔｉｎ／Ｖｓの値で吸気マニホールド圧力変化量（ΔＰｍａｎｉ）を演算する段階；前記検出された現在吸気マニホールド圧力に前記演算された圧力変化量（ΔＰｍａｎｉ）を足すことによって吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｉｎ、Δｔ）を計算する段階；を含む。
【００２３】
前記吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｉｎ、Δｔ）に基づいて前記遅延時間（Δｔ）経過後のシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ，Δｔ）を算出する段階は、（Ｅ＿Ｍｃｙｌ，Δｔ＝Ｋ（ＲＰＭ）×Ｅ＿Ｐｍａｎｉ，Δｔ＋Ｐｒｉｇ（ＲＰＭ））の式によってシリンダー吸入空気量予測値を算出するのが好ましい。（但し、Ｐｒｉｇ（ＲＰＭ）及びＫ（ＲＰＭ）は、エンジン回転数を変数に予め設定された関数である。）
【００２４】
本発明によるエンジン燃料制御システムは、スロットルバルブ開度量を検出するスロットルバルブ開度検出器；エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器；吸気マニホールドの圧力を検出する吸気マニホールド圧力検出器；吸気マニホールドに吸入される空気の温度を検出する吸気温度検出器；燃料をエンジン内部に噴射するインジェクター；及び前記各検出器から受信される信号に基づいて燃料量を計算し、前記インジェクターを駆動する電子制御ユニット；を含み、前記電子制御ユニットは、後述する本発明のエンジン燃料制御方法を遂行することを特徴とする。
【００２５】
本発明によるエンジン燃料制御方法は、シリンダー吸入空気量予測値算出条件を満たすか判断する予測値算出判断段階；シリンダー吸入空気量予測値算出条件が満たされた場合に、請求項１乃至９のうちのいずれか一つの方法によってシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ，Δｔ）を算出する予測値算出段階；前記算出されたシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ，Δｔ）に基づいて燃料量を計算する燃料量計算段階；及び前記計算された燃料量に基づいてインジェクターを駆動するインジェクター駆動段階；を含む。
【００２６】
前記シリンダー吸入空気量予測値算出条件は、（１）エンジンが始動した後設定時間経過すること、（２）スロットルバルブ開度量検出器、エンジン回転数検出器、吸気マニホールド圧力検出器及び吸気温度検出器の検出信号に異常がないこと、（３）スロットルバルブ開度量変化率が第１設定変化率以上であること、（４）吸気マニホールド圧力変化率が第２設定変化率以上であることが好ましい。
【００２７】
本発明によるエンジン燃料制御方法において、前記算出されたシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ，Δｔ）と現在の吸気マニホールド吸入空気量（Ｍｍａｎｉ）との差が設定値以上であるか判断する段階をさらに含み、前記燃料量計算段階は、前記差が前記設定値以上である場合に遂行されるのが好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付した図面に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
図３は、本発明の実施例による吸入空気量算出システム及びこれを利用した燃料制御システムの構成図である。
【００３０】
図３に示されているように本発明の実施例のシステム３００は、スロットルバルブ開度量を検出するスロットルバルブ開度検出器３１０；エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器３２０；吸気マニホールドの圧力を検出する吸気マニホールド圧力検出器３３０；吸気マニホールドに吸入される空気の温度を検出する吸気温度検出器３４０；燃料をエンジン内部に噴射するインジェクター３６０；及び前記各検出器から受信される信号に基づいてシリンダー内への吸入空気量を算出する電子制御ユニット３５０；を含む。
【００３１】
電子制御ユニット３５０は後述する本発明の実施例の吸入空気量算出方法を遂行することによって吸入空気量を算出し、これに基づいて燃料量を計算し、前記計算された燃料量に基づいてインジェクター３６０を駆動する。
【００３２】
各検出器３１０〜３３０及びインジェクター３６０に対する具体的な事項は当業者にとって自明なことであるので、さらに詳細な記載を省略する。
【００３３】
電子制御ユニット３５０は設定されたプログラムによって動作するマイクロプロセッサーにすることができ、設定されたプログラムは、後述する本発明の実施例の吸入空気量算出方法及び本発明の実施例の燃料制御方法を遂行するための一連の命令にすることができ、一連の命令を遂行する過程で必要な参照テーブル及び変数を保存するためのメモリを備える。
【００３４】
図４は、本発明の実施例による吸入空気量算出方法を説明するために必要な変数を定義するためのグラフである。
【００３５】
図４では、時間の経過に伴ってスロットル開度量（ＴＰＳ）が急増する変化を示しており、現在時点（ｔ）でスロットル開度量がＡ点に存在する場合に、Ｐ点でのシリンダー（つまり、燃焼室）吸入空気量（Ｍｃｙｌ，ｐ）を予測しようとするものである。
【００３６】
このために毎時間間隔（δｔ）ごとに必要なデータの検出が反復されており、シリンダーに吸入される吸入空気量の予測が必要な時点（ｔｐ）と現在時点（ｔ）の時間間隔（以下、“遅延時間”と称する）をΔｔと定義する。
【００３７】
シリンダーへの吸入空気量予測が必要な時点（ｔｐ）の設定は当業者によって任意の基準によって設定することができるが、混合ガスが生成される時点を基準にするのが好ましい。
【００３８】
図５は、本発明の実施例による吸入空気量算出方法を示したフローチャートである。
【００３９】
以下で変数の前に付いた表示“Ｅ＿”は、その変数の予測値を意味する。
【００４０】
本発明の実施例による吸入空気量算出方法は図５に示すように、まず、スロットルバルブ開度量（ＴＰＳ）を検出し（Ｓ５０５）、エンジン回転数（ＲＰＭ）を検出する（Ｓ５０６）。
【００４１】
そして、現在の吸気マニホールド吸入空気量（Ｍｍａｎｉ）を検出する（Ｓ５１０）。吸気マニホールド吸入空気量検出段階（Ｓ５１０）は、各検出器３１０、３２０、３３０、３４０の信号に基づいて当業者が自明に換算することができる。
【００４２】
そして、検出されたエンジン回転数に基づいて遅延時間（Δｔ）を算出する（Ｓ５１５）。遅延時間（Δｔ）は、現在時点（つまり、燃料噴射時点）を時刻ｔとすれば、現在時点とシリンダー内に空気が吸入される時点（ｔ＋Δｔ）との時間ギャップを意味する。以下では、説明の便宜のために現在時点を“０”にして説明する。
【００４３】
遅延時間（Δｔ）は、エンジン回転数（ＲＰＭ）に依存する量であって、両者の関係は当業者にとって自明なことであるのでさらに詳細な記載を省略する。
【００４４】
エンジン回転数（ＲＰＭ）に基づいて遅延時間（Δｔ）を算出（Ｓ５１５）する場合に、ＥＣＵ３５０内に予め設定され保存された参照テーブル（ｌｏｏｋｕｐ ｔａｂｌｅ）から抽出することができる。
【００４５】
遅延時間（Δｔ）を算出した後には、燃料噴射時点から遅延時間（Δｔ）後までのスロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）を、現在時点を基準にしたテイラー展開（Ｔａｙｌｏｒ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）に基づいて算出する（Ｓ５２０）。
【００４６】
段階（Ｓ５２０）については図６を参照してさらに詳細に説明する。
【００４７】
燃料噴射時点から遅延時間（Δｔ）後までのスロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）を算出（Ｓ５２０）するために、まず、現在検出されたスロットルバルブ開度量（ＴＰＳ）と以前に検出されたスロットルバルブ開度量（ＴＰＳｐｒｅｃ）との差を計算し、これをスロットル開度１次変化量（ｆｉｒｓｔ ｏｒｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｒｏｔｔｌｅ ｖａｌｖｅ ａｎｇｌｅ）変数に保存する（Ｓ６１０）。
【００４８】
スロットル開度１次変化量（ＤＴＰＳ）は、“ＤＴＰＳ＝ＴＰＳ−ＴＰＳｐｒｅｃ”の式によって計算される。
【００４９】
そして、このように計算されたスロットル開度１次変化量（ＤＴＰＳ）と以前に計算されたスロットル開度１次変化量（ＤＴＰＳｐｒｅｃ）との差を計算し、これをスロットル開度２次変化量（ΔＤＴＰＳ）変数に保存する（Ｓ６２０）。
【００５０】
スロットル開度の２次変化量（ΔＤＴＰＳ）は、“ΔＤＴＰＳ＝ＤＴＰＳ−ＤＴＰＳｐｒｅｃ”の式によって計算される。
【００５１】
このように（Ｓ６１０、Ｓ６２０）、スロットルバルブ開度の１次及び２次変化量を計算した後には、遅延時間（Δｔ）後でのスロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）を下記の（数１）を参照して算出する（Ｓ６３０）。
【００５２】
（数１）
（但し、ここでδｔは現在及び以前のスロットルバルブ開度量（ＴＰＳ）検出時期の間の時間間隔をいう。）
【００５３】
（数１）は関数のテイラー展開（Ｔａｙｌｏｒ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）に関する２次微分項（２ｄ ｏｒｄｅｒ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｔｅｒｍ）−あるいはニュートーン差分法による２次差分項（２ｎｄ ｏｒｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｔｅｒｍ）−までを表示したものであり、このような展開に関する事項は当業者にとって自明なことであるのでさらに詳細な記載を省略する。
【００５４】
本発明の実施例ではスロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）を計算する場合、２次微分項（あるいは２差分項）までを使用したが、その以上の差数の項まで計算して予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）を算出できるということは自明であり、したがってこれに関するより詳細な説明は省略する。
【００５５】
遅延時間（Δｔ）後のスロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）を算出（Ｓ６３０）した後には、次のスロットル開度検出時にデータを計算するために、以前のスロットルバルブ開度量変数（ＴＰＳｐｒｅｃ）に現在検出されたスロットルバルブ開度量（ＴＰＳ）値を、そして以前のスロットル開度１次変化量変数（ＤＴＰＳｐｒｅｃ）に現在スロットル開度１次変化量（ＤＴＰＳ）値を保存する（Ｓ６４０）。
【００５６】
したがって、遅延時間（Δｔ）後のスロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）を算出（Ｓ５２０）した後には、再び図５を参照して、現在から遅延時間（Δｔ）後にスロットルバルブを通過して吸気マニホールドに吸入される空気量の予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）を算出する（Ｓ５３０）。
【００５７】
以下、吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）算出過程（Ｓ５３０）を図７を参照してさらに詳細に説明する。
【００５８】
まず、遅延時間（Δｔ）後のスロットル通過基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）を算出する（Ｓ７１０〜Ｓ７２５）。
【００５９】
基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）を算出する場合、まず、スロットルバルブの空回転速度調節器（Ｉｄｌｅ Ｓｐｅｅｄ Ａｃｔｕａｔｏｒ；以下、“ＩＳＡ”という）を通過する空気量（ＭＩＳＡ）を算出し（Ｓ７１０）、スロットルバルブが閉鎖された場合にバルブの隙間に漏れる漏洩空気量（ＭＬｅａｋ）を算出する（Ｓ７１５）。ＩＳＡ通過空気量（ＭＩＳＡ）はＩＳＡ開度量に応じて予め設定された値に、漏れ空気量（ＭＬｅａｋ）は予め設定された値にすることができ、このような予め設定された値はＩＳＡの諸元あるいは実験によって容易に得られるのでさらに詳細な記載を省略する。
【００６０】
そして、スロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）及びエンジン回転数（ＲＰＭ）に基づいて、スロットルバルブを通過する変動空気量（Ｍｖａｒ（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ、ＲＰＭ））を算出する（Ｓ７２０）。
【００６１】
ＲＰＭは時刻ｔ＋Δｔでのエンジン回転数であるが、エンジン回転数は遅延時間（Δｔ）の間でも大きく変わらないので、現在時刻ｔでのエンジン回転数値を用いても差し支えない。
【００６２】
変動空気量（Ｍｖａｒ（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ、ＲＰＭ））は、ＩＳＡ通過空気量（ＭＩＳＡ）及び漏れ空気量（ＭＬｅａｋ）を除いてスロットルバルブを通過する量であって、予め計算されたマップ値で抽出することができる。予め計算されたマップ値は特定のエンジンに対して実験を通じて当業者が自明に設定することができるので、さらに詳細な記載を省略する。
【００６３】
このように算出されるＩＳＡ通過空気量（ＭＩＳＡ）、漏れ空気量（ＭＬｅａｋ）及び変動空気量（Ｍｖａｒ（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ、ＲＰＭ））を足すことによって基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）を算出する（Ｓ７２５）。
【００６４】
基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）を算出（Ｓ７２５）した後には、吸気温度に基づいた補正係数（ＣＴ）を計算し（Ｓ７３０、Ｓ７３５）、スロットルバルブ前後の圧力比を基礎とした補正係数（ＣＰ）を計算して（Ｓ７４０〜Ｓ７５５）、これら補正係数（ＣＴ、ＣＰ）に基づいて基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）を補正する（Ｓ７６０）。
【００６５】
このために、まず吸気マニホールドの吸気温度（Ｔｉｎ）を検出し（Ｓ７３０）、吸気温度（Ｔｉｎ）に対する補正係数（ＣＴ）を（数４）の式から算出する（Ｓ７３５）。
【数４】
但し、ここでＴ０は温度の基準となる基準温度であって、好ましくは摂氏０度の絶対温度（つまり、２７３。Ｋ）とすることができる。
【００６６】
スロットルバルブ前後の圧力比を基礎として基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）を補正する理由は、図８を参照して説明する。
【００６７】
図８は、特定のスロットルバルブ開度量に対し、スロットルバルブ前後の圧力比に対するスロットルバルブ通過油量比を示したものである。横軸はスロットルバルブ前後の圧力比を示し、縦軸はスロットル通過流量（数５）の最大通過流量（数６）に対する比（数７）を示す。
【数５】
【数６】
【数７】
【００６８】
特定のスロットルバルブ開度量での最大通過流量（数６）は、計算された基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）に対応する値である。
【００６９】
図８から分かるように、特定のスロットル開度量でスロットルバルブ前後の圧力比が特定の値（臨界圧力比、０．５２８３）以下である場合（つまり、圧力差が大きい場合）には空気流量が一定であり、その以上では図８のように次第に減って、圧力比が１である場合（つまり、スロットルバルブ前後圧力が同一な場合）にはスロットルバルブに空気が通過しない。
【００７０】
図８に関する誘導過程及び関連計算式などより具体的な事項は、Ｉｎｔｅｒｎａｌ “Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ（ＭｃＧｒａｗＨｉｌｌ， Ｊｏｈｎ．Ｂ．Ｈｅｙｗｏｏｄ）”のＡｐｐｅｎｄｉｘ
Ｃを参照すればよい。
【００７１】
したがって計算された基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）を、図８、特に臨界圧力比以上の圧力比である部分に基づいて補正することが必要である。
【００７２】
したがって、スロットルバルブ前後の圧力比を基礎に基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）を補正するために、まず、遅延時間（Δｔ）後の吸気マニホールド吸入空気量の臨時推定値（Ｅ＿Ｍｔｅｍｐ）を算出する（Ｓ７４０）。
【００７３】
吸気マニホールド吸入空気量の臨時推定値（Ｅ＿Ｍｔｅｍｐ）の算出（Ｓ７４０）は、現在吸気マニホールド吸入空気量（Ｍｍａｎｉ）及び以前の吸気マニホールド吸入空気量（Ｍｍａｎｉ，ｐｒｅｃ）に基づいて補間法（ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ）によって推定することができ、したがって、段階（Ｓ７４０）での吸気マニホールド吸入空気量臨時推定値（Ｅ＿Ｍｔｅｍｐ）は下記の式によって計算することができる。
【数８】
【００７４】
そして、遅延時間（Δｔ）後のスロットルバルブ前の圧力予測値（Ｅ＿ＰＴＨ，Δｔ）を吸入空気量臨時推定値（Ｅ＿Ｍｔｅｍｐ）から演算する（Ｓ７４５）。
【００７５】
遅延時間（Δｔ）後のスロットルバルブ前の圧力（ＰＴＨ，Δｔ）はスロットルバルブを通過する空気量、つまり、マニホールドに吸入される空気量（Ｍｍａｎｉ、Δｔ）によって圧力が降下し、したがって、遅延時間（Δｔ）後のシリンダー吸入空気量（Ｍｍａｎｉ、Δｔ）による関数として与えられる。
この関数は当業者に自明なものであるのでさらに詳細な記載を省略し、関数値は、予め計算されてＥＣＵ３５０内に保存された参照テーブルに基づいて抽出することができる。
【００７６】
本発明の実施例では、遅延時間（Δｔ）後のシリンダー吸入空気量（Ｍｍａｎｉ、Δｔ）に該当する値として吸入空気量臨時推定値（Ｅ＿Ｍｔｅｍｐ）を使用している。
【００７７】
また、遅延時間（Δｔ）後の吸気マニホールド圧力臨時推定値（Ｅ＿Ｐｔｅｍｐ）を、現在吸気マニホールド圧力（Ｐｍａｎｉ）及び以前の吸気マニホールド圧力（Ｐｍａｎｉ、ｐｒｅｃ）に基づいて補間法（ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ）によって下記の通り算出する（Ｓ７５０）。
【数９】
【００７８】
遅延時間（Δｔ）後の時点に対してスロットルバルブ前の圧力予測値（Ｅ＿ＰＴＨ，Δｔ）及び吸気マニホールド圧力臨時推定値（Ｅ＿Ｍｔｅｍｐ）を算出（Ｓ７４５、Ｓ７５０）した後には、圧力比による補正係数（ＣＰ）を算出する（Ｓ７５５）。
【００７９】
圧力比による補正係数（ＣＰ）の算出（Ｓ７６０）は、より具体的に、圧力比による関数として（数１０）の式によって算出される。
【数１０】
但し、ここでＣＰ関数は図８のようなグラフとなるように形成された任意の関数であって、その関数値は、予め計算されてＥＣＵ３５０内に保存された参照テーブルから抽出することができる。
【００８０】
Ｃｐ関数は、例えば（数１１）のように定義することができる。
【数１１】
但し、ここでκは比熱比（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｈｅａｔ ｒａｔｉｏ；定積比熱に対する定圧比熱の比）であって、空気サイクルでは約１．４、燃料−空気サイクルでは約１．２６〜１．２７程度の値に用いることができる。（空気サイクルの比熱比は１．４であり、燃料−空気サイクルの比熱比は理論空燃比である場合約１．２６〜１．２７程度となると知られている。）
【００８１】
基本流量（Ｍｂａｓｅ、Δｔ）、吸気温度（Ｔｉｎ）による補正係数（ＣＴ）及び圧力比による補正係数（ＣＰ）を算出した後には、これらを全てかけることによって遅延時間（Δｔ）後の吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）を算出する（Ｓ７６０）。
【００８２】
このように遅延時間（Δｔ）後の吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）を算出（Ｓ５３０）した後には、再び図５を参照して、遅延時間（Δｔ）後の吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｎｉ，Δｔ）を算出する（Ｓ５４０）。
【００８３】
さらに詳細に説明すれば、まずＥＣＵ３５０は、吸気マニホールド圧力検出器３３０から現在の吸気マニホールド圧力（Ｐｍａｎｉ）を検出する（Ｓ５４２）。また、吸気マニホールド圧力変化量（ΔＰｍａｎｉ）を“（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ，Δｔ−Ｍｍａｎｉ）×Ｒ×Ｔｉｎ／Ｖｓ”の値を計算する（Ｓ５４４）。ここでＲは気体常数を、Ｖ＿ｓは吸気マニホールドの有効体積を意味する。吸気マニホールド圧力変化量計算式は、理想気体状態方程式を利用して吸気マニホールド内空気質量変化を圧力変化に換算したものである。そして、このように計算された圧力変化量（ΔＰｍａｎｉ）を現在の吸気マニホールド圧力（Ｐｍａｎｉ）に足すことによって、遅延時間（Δｔ）後の吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｎｉ、Δｔ）を算出する（Ｓ５４６）。
【００８４】
遅延時間（Δｔ）後の吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｎｉ、Δｔ）を算出（Ｓ５４０）した後には、遅延時間（Δｔ）後のシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）を算出する（Ｓ５５０）。
【００８５】
より具体的に、シリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）は下記の（数１２）によって算出される。
【数１２】
【００８６】
Ｐｒｉｇ（ＲＰＭ）値は、シリンダー内部の残留気体による圧力を意味する値としてエンジン回転数に基づいて予め設定された関数によって計算され、好ましくは、予め計算されてＥＣＵ３５０内に保存された参照テーブルから抽出することができる。
【００８７】
Ｋ（ＲＰＭ）値は、シリンダー吸入空気量（Ｍｃｙｌ、Δｔ）が吸気マニホールド圧力に比例する比例常数であってエンジン回転数に基づいて予め設定された関数によって計算され、好ましくは、予め計算されてＥＣＵ３５０内に保存された参照テーブルから抽出することができる。
【００８８】
（数１２）による吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｎｉ、Δｔ）とシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）の関係は、図９に示したような比例関係である。
【００８９】
Ｐｒｉｇ（ＲＰＭ）及びＫ（ＲＰＭ）関数はエンジンの諸元によって変わることがあり、このような関数値は何回かの実験を通じて当業者が自明に得ることができるのでさらに具体的な値に対する記載を省略する。
【００９０】
以上のように本発明の実施例のシリンダー吸入空気量算出方法を説明したが、以下ではこれを利用した本発明の実施例の燃料制御方法について詳細に説明する。
【００９１】
図１０は、本発明の実施例のシリンダー吸入空気量算出方法を利用した燃料制御方法を示したフローチャートである。
【００９２】
図１０に示すように本発明の実施例の燃料制御方法は、シリンダー吸入空気量予測値算出条件を満たすか判断し（Ｓ１０５０）、満たす場合にはシリンダー吸入空気量予測値を算出して（Ｓ１０６０）、算出されたシリンダー吸入空気量予測値を燃料量計算に利用するか否か判断し（Ｓ１０７０）、利用すると判断された場合には、算出されたシリンダー吸入空気量予測値に基づいて燃料量を計算した（Ｓ１０８０）後、計算された燃料量に基づいてインジェクター３６０を制御する（Ｓ１０９０）。
【００９３】
シリンダー吸入空気量予測値算出条件は、（１）エンジンが始動した後設定時間経過すること（Ｓ１０１０）、（２）スロットルバルブ開度量検出器、エンジン回転数検出器、吸気マニホールド圧力検出器及び吸気温度検出器の検出信号に異常がないこと（Ｓ１０１５）、（３）スロットルバルブ開度量変化率が第１設定変化率以上であること（Ｓ１０２０）、（４）吸気マニホールド圧力変化率が第２設定変化率以上であること（Ｓ１０２５）を含む。
【００９４】
シリンダー吸入空気量予測値算出条件が満たされた場合には、図４を参照して、前述した本発明の実施例のシリンダー吸入空気量算出方法にしたがってシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）を算出する（Ｓ１０６０）。
【００９５】
シリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）を算出した（Ｓ１０６０）後には、算出されたシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）を燃料量計算に利用するか否か判断する（Ｓ１０７０）。
【００９６】
判断（Ｓ１０７０）は、シリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）と現在の吸気マニホールド吸入空気量（Ｍｍａｎｉ）との差が設定値以上である場合に、算出されたシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）を使用することとすることができる。設定値は、特定のエンジンでの適用妥当性を検討して当業者が好ましいと判断される任意の値に設定することができる。
【００９７】
算出されたシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）を燃料量計算に利用すると判断（Ｓ１０７０）された場合には、算出されたシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）に基づいて燃料量を計算し（Ｓ１０８０）、算出されたシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）を燃料量計算に利用しないと判断（Ｓ１０７０）された場合には、従来の技術による方法で燃料量を計算する（Ｓ１０８５）。
【００９８】
燃料量計算段階（Ｓ１０８０）は吸入空気量に基づいてこれに適切な燃料量を計算することであり、その具体的 な計算方式は当業者にとって自明なことであるので詳細な記載を省略する。
【００９９】
燃料量を計算（Ｓ１０８０）した後には、計算された燃料量に基づいてインジェクター３６０を駆動する（Ｓ１０９０）する。
【０１００】
以上でシリンダー吸入空気量算出方法及びシステム並びにこれを利用した燃料制御方法及びシステムに関する好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されるわけではなく、本発明の実施例から当該発明が属する技術分野にて通常の知識を有する者によって容易に変更され、均等であると認められる範囲の全ての変更を含む。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明の実施例によれば、シリンダー内に吸入される時点での空気の実際の吸入量を推算してこれに適した燃料を噴射することができるので、スロットルバルブの急操作などエンジンの運転状態が急激に変化する状況でも適切な燃料量を算出することができ、したがって、エンジンの空燃比を常に理想的な状態に維持することができる。
【０１０２】
また、エンジンを開発する際それぞれの状況に応じたマップテーブルを作成するための先行実験の量を減らすことにより、エンジンの開発に投入される時間と費用を減らすことができる。
【０１０３】
また本発明の実施例によれば、実測されたデータに基づいて短い遅延時間後の吸入空気量を予測することができるので、エンジンの老化などエンジン状態が変化する場合でもこれに適切な燃料量を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】運転者がスロットルバルブを急激に操作した場合、例えばスロットルバルブを急激に開放した場合のＭＡＰセンサー出力値（吸気マニホールド内の圧力）の変化を示すグラフである。
【図２】燃料噴射時期と混合ガス形成時期の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例による吸入空気量算出システム及びこれを利用したエンジン燃料制御システムの構成図である。
【図４】本発明の実施例による吸入空気量算出方法を説明するために必要な変数を定義するためのグラフである。
【図５】本発明の実施例による吸入空気量算出方法を示したフローチャートである。
【図６】本発明の実施例のシリンダー吸入空気量算出方法において、燃料噴射時点から遅延時間（Δｔ）後までのスロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）を算出する過程（Ｓ５２０）に関する詳細フローチャートである。
【図７】本発明の実施例のシリンダー吸入空気量算出方法において、吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）算出過程（Ｓ５３０）に関する詳細フローチャートである。
【図８】スロットルバルブ前後の圧力比に基づいて基本流量（Ｍｂａｓｅ、Δｔ）を補正する理由を説明するための図である。
【図９】本発明の実施例で吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｎｉ、Δｔ）とシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）との関係を示したグラフである。
【図１０】本発明の実施例のシリンダー吸入空気量算出方法を利用した燃料制御方法を示したフローチャートである。
【符号の説明】
３００ 燃料制御システム
３１０ スロットル開度検出器
３２０ エンジン回転数検出器
３３０ 吸気マニホールド圧力検出器
３４０ 吸気温度検出器
３６０ インジェクター
【発明の属する技術分野】
本発明はシリンダー内に吸入する空気の量をスロットル開度量を利用して予測する方法及びシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンエンジンは空気を吸入し、吸入する空気の量に適切な燃料を噴射して燃焼室で燃焼させることによって動力を発生する装置である。このようなガソリンエンジンは、吸入する空気の量をスロットルバルブ（Ｔｈｒｏｔｔｌｅ ｖａｌｖｅ）を通じて調節することによって出力を調節し、噴射する燃料の量は、吸入する空気の量によって算出される量である。したがって、適切な量の燃料を噴射するためにはエンジンで吸入する空気の量を検出しなければならない。
【０００３】
吸入する空気の量を検出するために、例えばマップ（Ｍａｎｉｆｏｌｄ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ； ＭＡＰ）センサーを使用している。ＭＡＰセンサーを利用した方式では吸気マニホールド（Ｉｎｔａｋｅ Ｍａｎｉｆｏｌｄ）の圧力と空気の温度とを測定して、これを空気量に換算して使用する。
【０００４】
図１は、運転者がスロットルバルブを急激に操作した場合、例えば、スロットルバルブを急激に開放した場合にＭＡＰセンサーの出力値（吸気マニホールド内の圧力）の変化を示すグラフである。
【０００５】
図１に示すようにスロットルバルブが急激に操作された場合には吸気マニホールド内の圧力も急激に変化し、結果的に、吸気マニホールドを通じて空気の供給を受ける燃焼室への空気供給量もまた急変する。このような場合は燃料噴射時ごとに精密な燃料の量を算定するのが難しくなり、したがって燃料の量が正確でない場合には排出ガス過剰発生の原因となる。
【０００６】
このような点を改善するために、従来は、（１）スロットル開度量及びマニホールド圧力各々の変化率を計算して、（２）スロットル開度量変化率が第１設定値を超える場合にこれに伴う第１燃料補正量を計算し、（３）マニホールド圧力変化率が第２設定値を超える場合にこれに伴う第２燃料補正量を計算し、（４）このように計算された各燃料補正量を、吸気温度、エンジン回転数、スロットル開度量などに基づいて通常の方法によって計算される燃料量に合算することによって、スロットルバルブ開度量が急変する場合に対処している。
【０００７】
しかし、このような方式によって、急激なスロットル開度変化時にも安定したエンジンを具現するためには、第一、スロットル開度変化率及びマニホールド圧力変化率に伴う燃料補正量を各々設定しなければならず、また新しく設定されるスロットル開度変化率及びマニホールド圧力変化率に伴う燃料補正量によって、既存のスロットル開度量、エンジン回転数、吸気温度各々による燃料量算定方法を補正しなければならない。
【０００８】
しかし、このためには先に膨大な実験が必要であるため、特定のエンジンの制御方法を開発するための費用と時間が非常に大きい。このような膨大な先行実験と結果的に増加する開発費用及び時間はエンジンごとに考慮されるべきであるため、その弊害はさらに深刻である。また、このような従来の技術ではエンジンの老化などエンジンの動作状態が変化する場合にも適切に対処できなくなる。
【０００９】
このように燃料量を補正するための変数間に複雑な関係が発生する主な原因は次の通りである。即ち、加減速区間では吸入空気量（及びこれに基づいて算出される燃料量）を算出するために現在マニホールドで生成された圧力を検出する時点と、このように算出されて噴射された燃料が実際に混合ガスとして燃焼室に吸入される時点とに不一致が発生するからである。
【００１０】
図２は、燃料噴射時期と混合ガス形成時期との関係を示すグラフである。
【００１１】
図２から分かるように吸入空気量の計算を通じて燃料量を計算し、このように計算された燃料を噴射する時点（Ａ点）と吸気バルブが開放されて燃焼室に実際に混合ガスが生成される時点（Ｐ点）との間には、噴射方式が同期式であるか非同期式であるかによって変わることがあるが、少なくともクランク軸１回転以上の時間差が発生する。
【００１２】
したがって、急激なマニホールドの圧力変動を伴う急加速／急減速状況では、この二つの時点の間に空気量が大きく変化するので混合ガスが空燃比を維持しにくくなる。
【先行技術文献】
【特許文献１】特開２００１−１５９３４０
【特許文献２】特開２００２−２２７６９４
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、スロットルバルブの動作速度に関係なくシリンダーにリアルタイムで吸入される空気量に応じて適切な燃料を噴射してエンジンを安定的に制御できるように、実際にシリンダーに吸入される空気量を燃料噴射時点で予め算出する方法及びシステムを提供するとともに、これを利用してエンジンの燃料量を制御する方法及びシステムを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明によるシリンダー吸入空気量算出システムは、スロットルバルブ開度量を検出するスロットルバルブ開度検出器；エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器；吸気マニホールドの圧力を検出する吸気マニホールド圧力検出器；吸気マニホールドに吸入される空気の温度を検出する吸気温度検出器；前記各検出器から受信される信号に基づいてシリンダー内にの吸入空気量を算出する電子制御ユニット；を含み、前記電子制御ユニットは後述する吸入空気量算出方法を遂行することを特徴とする。
【００１５】
本発明によるシリンダー吸入空気量算出方法は、スロットルバルブ開度量（ＴＰＳ）を検出する段階；エンジン回転数（ＲＰＭ）を検出する段階；現在の吸気マニホールド吸入空気量（Ｍｍａｎｉ）を検出する段階；燃料噴射時点から設定された目標時点までの遅延時間Δｔを算出する段階；前記遅延時間Δｔ経過後のスロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）を算出する段階；前記スロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）に基づいて、前記遅延時間（Δｔ）経過後の吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）を算出する段階；前記吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）に基づいて、前記遅延時間（Δｔ）経過後の吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｎｉ、Δｔ）を算出する段階；及び前記吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｎｉ、Δｔ）に基づいて前記遅延時間（Δｔ）経過後のシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）を算出する段階；を含むことを特徴とする。
【００１６】
前記スロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）算出段階は、設定差数項までのニュートン差分法に基づいて算出されるのが好ましい。
【００１７】
前記スロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）算出段階は、スロットルバルブ開度１次変化量（ＤＴＰＳ）を算出する段階；スロットルバルブ開度２次変化量（ΔＤＴＰＳ）を算出する段階；及び（数３） に基づいてスロットルバルブ開度量予測値を算出する段階；
【数３】
【００１８】
前記吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）算出段階は、スロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）及びエンジン回転数（ＲＰＭ）に基づいてスロットルバルブを通過する基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）を算出する段階；吸気マニホールドに吸入される空気の吸気温度（Ｔｉｎ）を検出する段階；前記吸気温度による補正係数（ＣＴ）を算出する段階；遅延時間（Δｔ）経過後のスロットルバルブ前後圧力比による補正係数（Ｃｐ）を算出する段階；前記算出された補正係数（ＣＴ，Ｃｐ）に基づいて前記基本流量を補正することによって吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）を算出する段階；を含む。
【００１９】
前記吸気温度による補正係数（ＣＴ）算出段階は、設定温度（Ｔ０）及び吸気温度（Ｔｉｎ）に基づいて、（数２）の値で補正係数（ＣＴ）を算出することができる。
【００２０】
前記スロットルバルブ前後圧力比による補正係数（Ｃｐ）を算出する段階は、遅延時間（Δｔ）経過後の吸気マニホールド吸入空気量臨時推定値（Ｅ＿Ｍｔｅｍｐ）を線状補間法（ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ）によって算出する段階；前記臨時推定値（Ｅ＿Ｍｔｅｍｐ）に基づいてスロットルバルブ電圧力予測値（Ｅ＿ＰＴＨ、Δｔ）を算出する段階；遅延時間（Δｔ）経過後の吸気マニホールド圧力臨時推定値（Ｅ＿Ｐｔｅｍｐ）を線状補間法によって算出する段階；を含む。
【００２１】
前記スロットルバルブ前後圧力比による補正係数（Ｃｐ）を算出する段階は、設定された臨界圧力比以上で単調減少して設定された圧力比で０に収斂する関数によって補正係数（Ｃｐ）を算出することができる。
【００２２】
前記遅延時間（Δｔ）経過後の吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｉｎ、Δｔ）を算出する段階は、現在の吸気マニホールド圧力（Ｐｍａｎｉ）を検出する段階；（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ，Δｔ−Ｍｍａｎｉ）×Ｒ×Ｔｉｎ／Ｖｓの値で吸気マニホールド圧力変化量（ΔＰｍａｎｉ）を演算する段階；前記検出された現在吸気マニホールド圧力に前記演算された圧力変化量（ΔＰｍａｎｉ）を足すことによって吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｉｎ、Δｔ）を計算する段階；を含む。
【００２３】
前記吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｉｎ、Δｔ）に基づいて前記遅延時間（Δｔ）経過後のシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ，Δｔ）を算出する段階は、（Ｅ＿Ｍｃｙｌ，Δｔ＝Ｋ（ＲＰＭ）×Ｅ＿Ｐｍａｎｉ，Δｔ＋Ｐｒｉｇ（ＲＰＭ））の式によってシリンダー吸入空気量予測値を算出するのが好ましい。（但し、Ｐｒｉｇ（ＲＰＭ）及びＫ（ＲＰＭ）は、エンジン回転数を変数に予め設定された関数である。）
【００２４】
本発明によるエンジン燃料制御システムは、スロットルバルブ開度量を検出するスロットルバルブ開度検出器；エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器；吸気マニホールドの圧力を検出する吸気マニホールド圧力検出器；吸気マニホールドに吸入される空気の温度を検出する吸気温度検出器；燃料をエンジン内部に噴射するインジェクター；及び前記各検出器から受信される信号に基づいて燃料量を計算し、前記インジェクターを駆動する電子制御ユニット；を含み、前記電子制御ユニットは、後述する本発明のエンジン燃料制御方法を遂行することを特徴とする。
【００２５】
本発明によるエンジン燃料制御方法は、シリンダー吸入空気量予測値算出条件を満たすか判断する予測値算出判断段階；シリンダー吸入空気量予測値算出条件が満たされた場合に、請求項１乃至９のうちのいずれか一つの方法によってシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ，Δｔ）を算出する予測値算出段階；前記算出されたシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ，Δｔ）に基づいて燃料量を計算する燃料量計算段階；及び前記計算された燃料量に基づいてインジェクターを駆動するインジェクター駆動段階；を含む。
【００２６】
前記シリンダー吸入空気量予測値算出条件は、（１）エンジンが始動した後設定時間経過すること、（２）スロットルバルブ開度量検出器、エンジン回転数検出器、吸気マニホールド圧力検出器及び吸気温度検出器の検出信号に異常がないこと、（３）スロットルバルブ開度量変化率が第１設定変化率以上であること、（４）吸気マニホールド圧力変化率が第２設定変化率以上であることが好ましい。
【００２７】
本発明によるエンジン燃料制御方法において、前記算出されたシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ，Δｔ）と現在の吸気マニホールド吸入空気量（Ｍｍａｎｉ）との差が設定値以上であるか判断する段階をさらに含み、前記燃料量計算段階は、前記差が前記設定値以上である場合に遂行されるのが好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付した図面に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
図３は、本発明の実施例による吸入空気量算出システム及びこれを利用した燃料制御システムの構成図である。
【００３０】
図３に示されているように本発明の実施例のシステム３００は、スロットルバルブ開度量を検出するスロットルバルブ開度検出器３１０；エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器３２０；吸気マニホールドの圧力を検出する吸気マニホールド圧力検出器３３０；吸気マニホールドに吸入される空気の温度を検出する吸気温度検出器３４０；燃料をエンジン内部に噴射するインジェクター３６０；及び前記各検出器から受信される信号に基づいてシリンダー内への吸入空気量を算出する電子制御ユニット３５０；を含む。
【００３１】
電子制御ユニット３５０は後述する本発明の実施例の吸入空気量算出方法を遂行することによって吸入空気量を算出し、これに基づいて燃料量を計算し、前記計算された燃料量に基づいてインジェクター３６０を駆動する。
【００３２】
各検出器３１０〜３３０及びインジェクター３６０に対する具体的な事項は当業者にとって自明なことであるので、さらに詳細な記載を省略する。
【００３３】
電子制御ユニット３５０は設定されたプログラムによって動作するマイクロプロセッサーにすることができ、設定されたプログラムは、後述する本発明の実施例の吸入空気量算出方法及び本発明の実施例の燃料制御方法を遂行するための一連の命令にすることができ、一連の命令を遂行する過程で必要な参照テーブル及び変数を保存するためのメモリを備える。
【００３４】
図４は、本発明の実施例による吸入空気量算出方法を説明するために必要な変数を定義するためのグラフである。
【００３５】
図４では、時間の経過に伴ってスロットル開度量（ＴＰＳ）が急増する変化を示しており、現在時点（ｔ）でスロットル開度量がＡ点に存在する場合に、Ｐ点でのシリンダー（つまり、燃焼室）吸入空気量（Ｍｃｙｌ，ｐ）を予測しようとするものである。
【００３６】
このために毎時間間隔（δｔ）ごとに必要なデータの検出が反復されており、シリンダーに吸入される吸入空気量の予測が必要な時点（ｔｐ）と現在時点（ｔ）の時間間隔（以下、“遅延時間”と称する）をΔｔと定義する。
【００３７】
シリンダーへの吸入空気量予測が必要な時点（ｔｐ）の設定は当業者によって任意の基準によって設定することができるが、混合ガスが生成される時点を基準にするのが好ましい。
【００３８】
図５は、本発明の実施例による吸入空気量算出方法を示したフローチャートである。
【００３９】
以下で変数の前に付いた表示“Ｅ＿”は、その変数の予測値を意味する。
【００４０】
本発明の実施例による吸入空気量算出方法は図５に示すように、まず、スロットルバルブ開度量（ＴＰＳ）を検出し（Ｓ５０５）、エンジン回転数（ＲＰＭ）を検出する（Ｓ５０６）。
【００４１】
そして、現在の吸気マニホールド吸入空気量（Ｍｍａｎｉ）を検出する（Ｓ５１０）。吸気マニホールド吸入空気量検出段階（Ｓ５１０）は、各検出器３１０、３２０、３３０、３４０の信号に基づいて当業者が自明に換算することができる。
【００４２】
そして、検出されたエンジン回転数に基づいて遅延時間（Δｔ）を算出する（Ｓ５１５）。遅延時間（Δｔ）は、現在時点（つまり、燃料噴射時点）を時刻ｔとすれば、現在時点とシリンダー内に空気が吸入される時点（ｔ＋Δｔ）との時間ギャップを意味する。以下では、説明の便宜のために現在時点を“０”にして説明する。
【００４３】
遅延時間（Δｔ）は、エンジン回転数（ＲＰＭ）に依存する量であって、両者の関係は当業者にとって自明なことであるのでさらに詳細な記載を省略する。
【００４４】
エンジン回転数（ＲＰＭ）に基づいて遅延時間（Δｔ）を算出（Ｓ５１５）する場合に、ＥＣＵ３５０内に予め設定され保存された参照テーブル（ｌｏｏｋｕｐ ｔａｂｌｅ）から抽出することができる。
【００４５】
遅延時間（Δｔ）を算出した後には、燃料噴射時点から遅延時間（Δｔ）後までのスロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）を、現在時点を基準にしたテイラー展開（Ｔａｙｌｏｒ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）に基づいて算出する（Ｓ５２０）。
【００４６】
段階（Ｓ５２０）については図６を参照してさらに詳細に説明する。
【００４７】
燃料噴射時点から遅延時間（Δｔ）後までのスロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）を算出（Ｓ５２０）するために、まず、現在検出されたスロットルバルブ開度量（ＴＰＳ）と以前に検出されたスロットルバルブ開度量（ＴＰＳｐｒｅｃ）との差を計算し、これをスロットル開度１次変化量（ｆｉｒｓｔ ｏｒｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｒｏｔｔｌｅ ｖａｌｖｅ ａｎｇｌｅ）変数に保存する（Ｓ６１０）。
【００４８】
スロットル開度１次変化量（ＤＴＰＳ）は、“ＤＴＰＳ＝ＴＰＳ−ＴＰＳｐｒｅｃ”の式によって計算される。
【００４９】
そして、このように計算されたスロットル開度１次変化量（ＤＴＰＳ）と以前に計算されたスロットル開度１次変化量（ＤＴＰＳｐｒｅｃ）との差を計算し、これをスロットル開度２次変化量（ΔＤＴＰＳ）変数に保存する（Ｓ６２０）。
【００５０】
スロットル開度の２次変化量（ΔＤＴＰＳ）は、“ΔＤＴＰＳ＝ＤＴＰＳ−ＤＴＰＳｐｒｅｃ”の式によって計算される。
【００５１】
このように（Ｓ６１０、Ｓ６２０）、スロットルバルブ開度の１次及び２次変化量を計算した後には、遅延時間（Δｔ）後でのスロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）を下記の（数１）を参照して算出する（Ｓ６３０）。
【００５２】
（数１）
（但し、ここでδｔは現在及び以前のスロットルバルブ開度量（ＴＰＳ）検出時期の間の時間間隔をいう。）
【００５３】
（数１）は関数のテイラー展開（Ｔａｙｌｏｒ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）に関する２次微分項（２ｄ ｏｒｄｅｒ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｔｅｒｍ）−あるいはニュートーン差分法による２次差分項（２ｎｄ ｏｒｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｔｅｒｍ）−までを表示したものであり、このような展開に関する事項は当業者にとって自明なことであるのでさらに詳細な記載を省略する。
【００５４】
本発明の実施例ではスロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）を計算する場合、２次微分項（あるいは２差分項）までを使用したが、その以上の差数の項まで計算して予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）を算出できるということは自明であり、したがってこれに関するより詳細な説明は省略する。
【００５５】
遅延時間（Δｔ）後のスロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）を算出（Ｓ６３０）した後には、次のスロットル開度検出時にデータを計算するために、以前のスロットルバルブ開度量変数（ＴＰＳｐｒｅｃ）に現在検出されたスロットルバルブ開度量（ＴＰＳ）値を、そして以前のスロットル開度１次変化量変数（ＤＴＰＳｐｒｅｃ）に現在スロットル開度１次変化量（ＤＴＰＳ）値を保存する（Ｓ６４０）。
【００５６】
したがって、遅延時間（Δｔ）後のスロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）を算出（Ｓ５２０）した後には、再び図５を参照して、現在から遅延時間（Δｔ）後にスロットルバルブを通過して吸気マニホールドに吸入される空気量の予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）を算出する（Ｓ５３０）。
【００５７】
以下、吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）算出過程（Ｓ５３０）を図７を参照してさらに詳細に説明する。
【００５８】
まず、遅延時間（Δｔ）後のスロットル通過基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）を算出する（Ｓ７１０〜Ｓ７２５）。
【００５９】
基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）を算出する場合、まず、スロットルバルブの空回転速度調節器（Ｉｄｌｅ Ｓｐｅｅｄ Ａｃｔｕａｔｏｒ；以下、“ＩＳＡ”という）を通過する空気量（ＭＩＳＡ）を算出し（Ｓ７１０）、スロットルバルブが閉鎖された場合にバルブの隙間に漏れる漏洩空気量（ＭＬｅａｋ）を算出する（Ｓ７１５）。ＩＳＡ通過空気量（ＭＩＳＡ）はＩＳＡ開度量に応じて予め設定された値に、漏れ空気量（ＭＬｅａｋ）は予め設定された値にすることができ、このような予め設定された値はＩＳＡの諸元あるいは実験によって容易に得られるのでさらに詳細な記載を省略する。
【００６０】
そして、スロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）及びエンジン回転数（ＲＰＭ）に基づいて、スロットルバルブを通過する変動空気量（Ｍｖａｒ（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ、ＲＰＭ））を算出する（Ｓ７２０）。
【００６１】
ＲＰＭは時刻ｔ＋Δｔでのエンジン回転数であるが、エンジン回転数は遅延時間（Δｔ）の間でも大きく変わらないので、現在時刻ｔでのエンジン回転数値を用いても差し支えない。
【００６２】
変動空気量（Ｍｖａｒ（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ、ＲＰＭ））は、ＩＳＡ通過空気量（ＭＩＳＡ）及び漏れ空気量（ＭＬｅａｋ）を除いてスロットルバルブを通過する量であって、予め計算されたマップ値で抽出することができる。予め計算されたマップ値は特定のエンジンに対して実験を通じて当業者が自明に設定することができるので、さらに詳細な記載を省略する。
【００６３】
このように算出されるＩＳＡ通過空気量（ＭＩＳＡ）、漏れ空気量（ＭＬｅａｋ）及び変動空気量（Ｍｖａｒ（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ、ＲＰＭ））を足すことによって基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）を算出する（Ｓ７２５）。
【００６４】
基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）を算出（Ｓ７２５）した後には、吸気温度に基づいた補正係数（ＣＴ）を計算し（Ｓ７３０、Ｓ７３５）、スロットルバルブ前後の圧力比を基礎とした補正係数（ＣＰ）を計算して（Ｓ７４０〜Ｓ７５５）、これら補正係数（ＣＴ、ＣＰ）に基づいて基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）を補正する（Ｓ７６０）。
【００６５】
このために、まず吸気マニホールドの吸気温度（Ｔｉｎ）を検出し（Ｓ７３０）、吸気温度（Ｔｉｎ）に対する補正係数（ＣＴ）を（数４）の式から算出する（Ｓ７３５）。
【数４】
【００６６】
スロットルバルブ前後の圧力比を基礎として基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）を補正する理由は、図８を参照して説明する。
【００６７】
図８は、特定のスロットルバルブ開度量に対し、スロットルバルブ前後の圧力比に対するスロットルバルブ通過油量比を示したものである。横軸はスロットルバルブ前後の圧力比を示し、縦軸はスロットル通過流量（数５）の最大通過流量（数６）に対する比（数７）を示す。
【数５】
特定のスロットルバルブ開度量での最大通過流量（数６）は、計算された基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）に対応する値である。
【００６９】
図８から分かるように、特定のスロットル開度量でスロットルバルブ前後の圧力比が特定の値（臨界圧力比、０．５２８３）以下である場合（つまり、圧力差が大きい場合）には空気流量が一定であり、その以上では図８のように次第に減って、圧力比が１である場合（つまり、スロットルバルブ前後圧力が同一な場合）にはスロットルバルブに空気が通過しない。
【００７０】
図８に関する誘導過程及び関連計算式などより具体的な事項は、Ｉｎｔｅｒｎａｌ “Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ（ＭｃＧｒａｗＨｉｌｌ， Ｊｏｈｎ．Ｂ．Ｈｅｙｗｏｏｄ）”のＡｐｐｅｎｄｉｘ
Ｃを参照すればよい。
【００７１】
したがって計算された基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）を、図８、特に臨界圧力比以上の圧力比である部分に基づいて補正することが必要である。
【００７２】
したがって、スロットルバルブ前後の圧力比を基礎に基本流量（Ｍｂａｓｅ，Δｔ）を補正するために、まず、遅延時間（Δｔ）後の吸気マニホールド吸入空気量の臨時推定値（Ｅ＿Ｍｔｅｍｐ）を算出する（Ｓ７４０）。
【００７３】
吸気マニホールド吸入空気量の臨時推定値（Ｅ＿Ｍｔｅｍｐ）の算出（Ｓ７４０）は、現在吸気マニホールド吸入空気量（Ｍｍａｎｉ）及び以前の吸気マニホールド吸入空気量（Ｍｍａｎｉ，ｐｒｅｃ）に基づいて補間法（ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ）によって推定することができ、したがって、段階（Ｓ７４０）での吸気マニホールド吸入空気量臨時推定値（Ｅ＿Ｍｔｅｍｐ）は下記の式によって計算することができる。
【数８】
そして、遅延時間（Δｔ）後のスロットルバルブ前の圧力予測値（Ｅ＿ＰＴＨ，Δｔ）を吸入空気量臨時推定値（Ｅ＿Ｍｔｅｍｐ）から演算する（Ｓ７４５）。
【００７５】
遅延時間（Δｔ）後のスロットルバルブ前の圧力（ＰＴＨ，Δｔ）はスロットルバルブを通過する空気量、つまり、マニホールドに吸入される空気量（Ｍｍａｎｉ、Δｔ）によって圧力が降下し、したがって、遅延時間（Δｔ）後のシリンダー吸入空気量（Ｍｍａｎｉ、Δｔ）による関数として与えられる。
この関数は当業者に自明なものであるのでさらに詳細な記載を省略し、関数値は、予め計算されてＥＣＵ３５０内に保存された参照テーブルに基づいて抽出することができる。
【００７６】
本発明の実施例では、遅延時間（Δｔ）後のシリンダー吸入空気量（Ｍｍａｎｉ、Δｔ）に該当する値として吸入空気量臨時推定値（Ｅ＿Ｍｔｅｍｐ）を使用している。
【００７７】
また、遅延時間（Δｔ）後の吸気マニホールド圧力臨時推定値（Ｅ＿Ｐｔｅｍｐ）を、現在吸気マニホールド圧力（Ｐｍａｎｉ）及び以前の吸気マニホールド圧力（Ｐｍａｎｉ、ｐｒｅｃ）に基づいて補間法（ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ）によって下記の通り算出する（Ｓ７５０）。
【数９】
遅延時間（Δｔ）後の時点に対してスロットルバルブ前の圧力予測値（Ｅ＿ＰＴＨ，Δｔ）及び吸気マニホールド圧力臨時推定値（Ｅ＿Ｍｔｅｍｐ）を算出（Ｓ７４５、Ｓ７５０）した後には、圧力比による補正係数（ＣＰ）を算出する（Ｓ７５５）。
【００７９】
圧力比による補正係数（ＣＰ）の算出（Ｓ７６０）は、より具体的に、圧力比による関数として（数１０）の式によって算出される。
【数１０】
【００８０】
Ｃｐ関数は、例えば（数１１）のように定義することができる。
【数１１】
【００８１】
基本流量（Ｍｂａｓｅ、Δｔ）、吸気温度（Ｔｉｎ）による補正係数（ＣＴ）及び圧力比による補正係数（ＣＰ）を算出した後には、これらを全てかけることによって遅延時間（Δｔ）後の吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）を算出する（Ｓ７６０）。
【００８２】
このように遅延時間（Δｔ）後の吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）を算出（Ｓ５３０）した後には、再び図５を参照して、遅延時間（Δｔ）後の吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｎｉ，Δｔ）を算出する（Ｓ５４０）。
【００８３】
さらに詳細に説明すれば、まずＥＣＵ３５０は、吸気マニホールド圧力検出器３３０から現在の吸気マニホールド圧力（Ｐｍａｎｉ）を検出する（Ｓ５４２）。また、吸気マニホールド圧力変化量（ΔＰｍａｎｉ）を“（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ，Δｔ−Ｍｍａｎｉ）×Ｒ×Ｔｉｎ／Ｖｓ”の値を計算する（Ｓ５４４）。ここでＲは気体常数を、Ｖ＿ｓは吸気マニホールドの有効体積を意味する。吸気マニホールド圧力変化量計算式は、理想気体状態方程式を利用して吸気マニホールド内空気質量変化を圧力変化に換算したものである。そして、このように計算された圧力変化量（ΔＰｍａｎｉ）を現在の吸気マニホールド圧力（Ｐｍａｎｉ）に足すことによって、遅延時間（Δｔ）後の吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｎｉ、Δｔ）を算出する（Ｓ５４６）。
【００８４】
遅延時間（Δｔ）後の吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｎｉ、Δｔ）を算出（Ｓ５４０）した後には、遅延時間（Δｔ）後のシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）を算出する（Ｓ５５０）。
【００８５】
より具体的に、シリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）は下記の（数１２）によって算出される。
【数１２】
Ｐｒｉｇ（ＲＰＭ）値は、シリンダー内部の残留気体による圧力を意味する値としてエンジン回転数に基づいて予め設定された関数によって計算され、好ましくは、予め計算されてＥＣＵ３５０内に保存された参照テーブルから抽出することができる。
【００８７】
Ｋ（ＲＰＭ）値は、シリンダー吸入空気量（Ｍｃｙｌ、Δｔ）が吸気マニホールド圧力に比例する比例常数であってエンジン回転数に基づいて予め設定された関数によって計算され、好ましくは、予め計算されてＥＣＵ３５０内に保存された参照テーブルから抽出することができる。
【００８８】
（数１２）による吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｎｉ、Δｔ）とシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）の関係は、図９に示したような比例関係である。
【００８９】
Ｐｒｉｇ（ＲＰＭ）及びＫ（ＲＰＭ）関数はエンジンの諸元によって変わることがあり、このような関数値は何回かの実験を通じて当業者が自明に得ることができるのでさらに具体的な値に対する記載を省略する。
【００９０】
以上のように本発明の実施例のシリンダー吸入空気量算出方法を説明したが、以下ではこれを利用した本発明の実施例の燃料制御方法について詳細に説明する。
【００９１】
図１０は、本発明の実施例のシリンダー吸入空気量算出方法を利用した燃料制御方法を示したフローチャートである。
【００９２】
図１０に示すように本発明の実施例の燃料制御方法は、シリンダー吸入空気量予測値算出条件を満たすか判断し（Ｓ１０５０）、満たす場合にはシリンダー吸入空気量予測値を算出して（Ｓ１０６０）、算出されたシリンダー吸入空気量予測値を燃料量計算に利用するか否か判断し（Ｓ１０７０）、利用すると判断された場合には、算出されたシリンダー吸入空気量予測値に基づいて燃料量を計算した（Ｓ１０８０）後、計算された燃料量に基づいてインジェクター３６０を制御する（Ｓ１０９０）。
【００９３】
シリンダー吸入空気量予測値算出条件は、（１）エンジンが始動した後設定時間経過すること（Ｓ１０１０）、（２）スロットルバルブ開度量検出器、エンジン回転数検出器、吸気マニホールド圧力検出器及び吸気温度検出器の検出信号に異常がないこと（Ｓ１０１５）、（３）スロットルバルブ開度量変化率が第１設定変化率以上であること（Ｓ１０２０）、（４）吸気マニホールド圧力変化率が第２設定変化率以上であること（Ｓ１０２５）を含む。
【００９４】
シリンダー吸入空気量予測値算出条件が満たされた場合には、図４を参照して、前述した本発明の実施例のシリンダー吸入空気量算出方法にしたがってシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）を算出する（Ｓ１０６０）。
【００９５】
シリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）を算出した（Ｓ１０６０）後には、算出されたシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）を燃料量計算に利用するか否か判断する（Ｓ１０７０）。
【００９６】
判断（Ｓ１０７０）は、シリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）と現在の吸気マニホールド吸入空気量（Ｍｍａｎｉ）との差が設定値以上である場合に、算出されたシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）を使用することとすることができる。設定値は、特定のエンジンでの適用妥当性を検討して当業者が好ましいと判断される任意の値に設定することができる。
【００９７】
算出されたシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）を燃料量計算に利用すると判断（Ｓ１０７０）された場合には、算出されたシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）に基づいて燃料量を計算し（Ｓ１０８０）、算出されたシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）を燃料量計算に利用しないと判断（Ｓ１０７０）された場合には、従来の技術による方法で燃料量を計算する（Ｓ１０８５）。
【００９８】
燃料量計算段階（Ｓ１０８０）は吸入空気量に基づいてこれに適切な燃料量を計算することであり、その具体的 な計算方式は当業者にとって自明なことであるので詳細な記載を省略する。
【００９９】
燃料量を計算（Ｓ１０８０）した後には、計算された燃料量に基づいてインジェクター３６０を駆動する（Ｓ１０９０）する。
【０１００】
以上でシリンダー吸入空気量算出方法及びシステム並びにこれを利用した燃料制御方法及びシステムに関する好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されるわけではなく、本発明の実施例から当該発明が属する技術分野にて通常の知識を有する者によって容易に変更され、均等であると認められる範囲の全ての変更を含む。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明の実施例によれば、シリンダー内に吸入される時点での空気の実際の吸入量を推算してこれに適した燃料を噴射することができるので、スロットルバルブの急操作などエンジンの運転状態が急激に変化する状況でも適切な燃料量を算出することができ、したがって、エンジンの空燃比を常に理想的な状態に維持することができる。
【０１０２】
また、エンジンを開発する際それぞれの状況に応じたマップテーブルを作成するための先行実験の量を減らすことにより、エンジンの開発に投入される時間と費用を減らすことができる。
【０１０３】
また本発明の実施例によれば、実測されたデータに基づいて短い遅延時間後の吸入空気量を予測することができるので、エンジンの老化などエンジン状態が変化する場合でもこれに適切な燃料量を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】運転者がスロットルバルブを急激に操作した場合、例えばスロットルバルブを急激に開放した場合のＭＡＰセンサー出力値（吸気マニホールド内の圧力）の変化を示すグラフである。
【図２】燃料噴射時期と混合ガス形成時期の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例による吸入空気量算出システム及びこれを利用したエンジン燃料制御システムの構成図である。
【図４】本発明の実施例による吸入空気量算出方法を説明するために必要な変数を定義するためのグラフである。
【図５】本発明の実施例による吸入空気量算出方法を示したフローチャートである。
【図６】本発明の実施例のシリンダー吸入空気量算出方法において、燃料噴射時点から遅延時間（Δｔ）後までのスロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）を算出する過程（Ｓ５２０）に関する詳細フローチャートである。
【図７】本発明の実施例のシリンダー吸入空気量算出方法において、吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）算出過程（Ｓ５３０）に関する詳細フローチャートである。
【図８】スロットルバルブ前後の圧力比に基づいて基本流量（Ｍｂａｓｅ、Δｔ）を補正する理由を説明するための図である。
【図９】本発明の実施例で吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｎｉ、Δｔ）とシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）との関係を示したグラフである。
【図１０】本発明の実施例のシリンダー吸入空気量算出方法を利用した燃料制御方法を示したフローチャートである。
【符号の説明】
３００ 燃料制御システム
３１０ スロットル開度検出器
３２０ エンジン回転数検出器
３３０ 吸気マニホールド圧力検出器
３４０ 吸気温度検出器
３６０ インジェクター
Claims (14)
- スロットルバルブ開度量（ＴＰＳ）を検出する段階；
エンジン回転数（ＲＰＭ）を検出する段階；
現在の吸気マニホールド吸入空気量（Ｍｍａｎｉ）を検出する段階；
燃料噴射時点から設定された目標時点までの遅延時間（Δｔ）を算出する段階；
前記遅延時間（Δｔ）経過後のスロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）を算出する段階；
前記スロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）に基づいて、前記遅延時間（Δｔ）経過後の吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）を算出する段階；
前記吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）に基づいて、前記遅延時間（Δｔ）経過後の吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｎｉ、Δｔ）を算出する段階；及び
前記吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｎｉ、Δｔ）に基づいて前記遅延時間（Δｔ）経過後のシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）を算出する段階；
を含むことを特徴とするシリンダー吸入空気量算出方法。 - 前記スロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）算出段階は、
設定差数項までのニュートン差分法に基づいて算出されることを特徴とする、請求項１に記載のシリンダー吸入空気量算出方法。 - 前記スロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）算出段階は、
スロットルバルブ開度１次変化量（ＤＴＰＳ）を算出する段階；
スロットルバルブ開度２次変化量（ΔＤＴＰＳ）を算出する段階；及び
（数１）に基づいてスロットルバルブ開度量予測値を算出する段階；
（但し、ここでδｔは現在及び以前のスロットルバルブ開度量（ＴＰＳ、ＴＰＳｐｒｅｃ）検出時期間の時間間隔をいう。） - 前記吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）算出段階は、
スロットルバルブ開度量予測値（Ｅ＿ＴＰＳΔｔ）及びエンジン回転数（ＲＰＭ）に基づいてスロットルバルブを通過する基本流量（Ｍｂａｓｅ、Δｔ）を算出する段階；
吸気マニホールドに吸入される空気の吸気温度（Ｔｉｎ）を検出する段階；
前記吸気温度による補正係数（ＣＴ）を算出する段階；
遅延時間（Δｔ）経過後のスロットルバルブ前後圧力比による補正係数（Ｃｐ）を算出する段階；
前記算出された補正係数（ＣＴ、ＣＰ）に基づいて前記基本流量を補正することによって吸気マニホールド吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ、Δｔ）を算出する段階；
を含むことを特徴とする請求項１に記載のシリンダー吸入空気量算出方法。 - 前記吸気温度による補正係数（ＣＴ）算出段階は、
設定温度（Ｔ０）及び吸気温度（Ｔｍ）に基づいて、（数２）の値で補正係数（ＣＴ）を算出することを特徴とする、請求項４に記載のシリンダー吸入空気量算出方法。
- 前記スロットルバルブ前後圧力比による補正係数（Ｃｐ）を算出する段階は、
遅延時間（Δｔ）経過後の吸気マニホールド吸入空気量臨時推定値（Ｅ＿Ｍｔｅｍｐ）を線状補間法（ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ）によって算出する段階；前記臨時推定値（Ｅ＿Ｍｔｅｍｐ）に基づいてスロットルバルブ電圧力予測値（Ｅ＿ＰＴＨ，Δｔ）を算出する段階；
遅延時間（Δｔ）経過後の吸気マニホールド圧力臨時推定値（Ｅ＿Ｍｔｅｍｐ）を線状補間法によって算出する段階；
を含むことを特徴とする請求項４に記載のシリンダー吸入空気量算出方法。 - 前記スロットルバルブ前後圧力比による補正係数（Ｃｐ）を算出する段階は、
設定された臨界圧力比以上で単調減少して設定された圧力比で０に収斂する関数によって補正係数（Ｃｐ）を算出することを特徴とする請求項４に記載のシリンダー吸入空気量算出方法。 - 前記遅延時間（Δｔ）経過後の吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｉｎ，Δｔ）を算出する段階は、
現在の吸気マニホールド圧力（Ｐｍａｎｉ）を検出する段階；
（Ｅ＿Ｍｍａｎｉ，Δｔ−Ｍｍａｎｉ）×Ｒ×Ｔｉｎ／Ｖｓの値で吸気マニホールド圧力変化量（ΔＰｍａｎｉ）を演算する段階；
前記検出された現在吸気マニホールド圧力に前記演算された圧力変化量（ΔＰｍａｎｉ）を足すことによって吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｉｎ，Δｔ）を計算する段階；
を含むことを特徴とする請求項１に記載のシリンダー吸入空気量算出方法。 - 前記吸気マニホールド圧力予測値（Ｅ＿Ｐｍａｉｎ，Δｔ）に基づいて前記遅延時間（Δｔ）経過後のシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）を算出する段階は、
Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ＝Ｋ（ＲＰＭ）×Ｅ＿Ｐｍａｉｎ，Δｔ＋Ｐｒｉｇ（ＲＰＭ）の式によってシリンダー吸入空気量予測値を算出することを特徴とする請求項１に記載のシリンダー吸入空気量算出方法。
（但し、Ｐｒｉｇ（ＲＰＭ）及びＫ（ＲＰＭ）は、エンジン回転数を変数に予め設定された関数である。） - スロットルバルブ開度量を検出するスロットルバルブ開度検出器；
エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器；
吸気マニホールドの圧力を検出する吸気マニホールド圧力検出器；
吸気マニホールドに吸入される空気の温度を検出する吸気温度検出器；
前記各検出器から受信される信号に基づいてシリンダー内にの吸入空気量を算出する電子制御ユニット；
を含み、前記電子制御ユニットは、請求項１乃至９のうちのいずれか一つの吸入空気量算出方法を遂行することを特徴とするシリンダー吸入空気量算出システム。 - シリンダー吸入空気量予測値算出条件を満たすか判断する予測値算出判断段階；
シリンダー吸入空気量予測値算出条件が満たされた場合に、請求項１乃至９のうちのいずれか一つの方法によってシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）を算出する予測値算出段階；
前記算出されたシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）に基づいて燃料量を計算する燃料量計算段階；及び
前記計算された燃料量に基づいてインジェクターを駆動するインジェクター駆動段階；
を含むことを特徴とするエンジン燃料制御方法。 - 前記シリンダー吸入空気量予測値算出条件は、
（１）エンジンが始動した後設定時間経過すること、（２）スロットルバルブ開度量検出器、エンジン回転数検出器、吸気マニホールド圧力検出器及び吸気温度検出器の検出信号に異常がないこと、（３）スロットルバルブ開度量変化率が第１設定変化率以上であること、（４）吸気マニホールド圧力変化率が第２設定変化率以上であること、
を特徴とする請求項１１に記載のエンジン燃料制御方法。 - 前記算出されたシリンダー吸入空気量予測値（Ｅ＿Ｍｃｙｌ、Δｔ）と現在の吸気マニホールド吸入空気量（Ｍｍａｎｉ）との差が設定値以上であるか判断する段階をさらに含み、
前記燃料量計算段階は、前記差が前記設定値以上である場合に遂行されることを特徴とする、請求項１１に記載のエンジン燃料制御方法。 - スロットルバルブ開度量を検出するスロットルバルブ開度検出器；
エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器；
吸気マニホールドの圧力を検出する吸気マニホールド圧力検出器；
吸気マニホールドに吸入される空気の温度を検出する吸気温度検出器；
燃料をエンジン内部に噴射するインジェクター；及び
前記各検出器から受信される信号に基づいて燃料量を計算し、前記インジェクターを駆動する電子制御ユニット；
を含み、前記電子制御ユニットは、請求項１１の燃料制御方法を遂行することを特徴とする燃料制御システム。
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