JP2709080B2 - エンジンの吸入空気量算出装置および吸入空気量算出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は吸入空気量センサで計測された吸入空気量か
らエンジンが実際に吸い込む真の吸入空気量に合う実吸
入空気量を算出するエンジンの吸入空気量算出装置およ
び吸入空気量算出方法に関する。

［従来の技術］ 従来、吸入空気量計測には高い精度が要求されるため
Ｌジェトロニックの自動車用エンジンでは、自動車用エ
ンジンの吸入管におけるスロットルバルブ上流に応答性
の高いホットフィルム式エアフロメーターあるいはホッ
トワイヤ式エアフローメーターなどの吸入空気量センサ
を設けている。

この種の吸入空気量センサは応答性が良いため、エン
ジンの吸気脈動の影響により定常運転域においてもその
出力は、第７図に一点鎖線で示すように脈動している。
このため、従来では吸入空気量センサの出力Qsを一義的
に平均処理して吸入空気量Qs′を求めている。

また、燃料噴射制御においては、上記吸入空気量Qs′
とエンジン回転数Ｎとから基本燃料噴射量Tpを下式から
求める。

Tp＝Ｋ・Qs′/N （K:定数） そして、この基本燃料噴射量Tpを水温補正、加速補
正、フィードバック補正などの各種補正係数により補正
して、実際の燃料噴射量Tiを求め、これにより燃料噴射
制御を行い、空燃比のリッチ化あるいはリーン化を抑制
するようにしている。

また、点火時期制御に際しては、上記吸入空気量Qs′
に基づいて求めた基本燃料噴射量Tpをエンジン負荷とし
てとらえ、この基本燃料噴射量Tpと、エンジン回転数Ｎ
とをパラメータとして点火時期マップの領域を特定し、
この領域に格納されている点火時期を上述のような各種
補正係数で補正して実際の点火時期を決定するものが知
られている。

ところで、過渡時などにおいて、上記スロットルバル
ブが急開されると、その直後の上記吸入空気量センサで
計測される吸入空気量Qsは、気筒に供給される吸入空気
量と、スロットルバルブ下流側のエアチャンバ、インテ
ークマニホルド内の圧力変動分に要する吸入空気量とが
加算された流量、すなわち、スロットルバルブを通過し
た空気流量が計測されてしまうため、実際に気筒に吸入
される空気量はそれよりもある遅れを有している。

また、MPI（マルチポイントインジェクション）で
は、インジェクタがインテークマニホルド下流にあり、
燃料噴射時期は吸気行程前に設定されているものが一般
的であるため、吸入空気量センサの出力を一義的に平均
処理して求めた吸入空気量Qs′に基づいて燃料噴射量を
設定した場合、スロットルバルブ急開直後の空燃比は瞬
間的にリーン化し、次いで、上記吸入空気量センサで計
測された過大な吸入空気量（いわゆる、オーバーシュー
ト）に基づいた燃料噴射量が設定されるので、空燃比が
急激にリッチ化してしまう。その結果、排気ガス中のH
C,COが増加し、排気エミッションの悪化を招くととも
に、空燃比のオーバリーン、オーバリッチによって一時
的にエンジンの出力の低下をきたし、運転フィーリング
か悪化する。一方、スロットルバルブが開状態から閉状
態に変化する減速時などでも、同様に空燃比のリッチ化
やリーン化が生じ、失火による排気エミッションの悪化
を招く問題がある。

また、上記吸入空気量センサの出力を一義的に平均処
理して算出した吸入空気量Qs′に基づいて求めた基本燃
料噴射量Tpを制御パラメータとして点火時期制御に用い
た場合には、過渡時の点火時期が適正に制御できなくな
りエンジン出力点火、排気エミッションの悪化をもたら
すことになる。

例えば、特開昭58-3239号公報、特開昭59-200032号公
報では、基本燃料噴射量Tpに前回算出した燃料噴射量の
影響を与えて今回の加重平均値（基本燃料噴射量Tpに代
るもの）を求めることにより吸入空気量センサのオーバ
シュート分を修正するようにしている。

しかし、この先行技術では基本燃料噴射量Tpなどの演
算周期Δｔが所定クランク角ごと、すなわち、エンジン
回転数Ｎに依存してセットされているので、低回転域で
は演算周期が長くなり、吸入空気量センサで検出した吸
入空気量Qsに対する燃料噴射量Tiの誤差が大きくなる。

また、演算周期Δｔが長いと吸入空気量Qsの検出によ
る過渡時のトリガ信号検出に際してもシグナルノイズを
入力しやすくなり過渡応答に誤りが生じ易い。

その結果、エンジン低回転時における運転性能、ある
いは、排気エミッションの悪化を招く不都合がある。

一方、上記演算周期Δｔを低回転域にマッチングさせ
れば高回転域の燃料噴射時間間隔が過度に短縮されてし
まい、噴射弁開閉の制御不能により、燃料噴射量精度の
低下を招き、過渡応答時の割込み噴射などが不可能にな
り運転性能、排気エミッションの悪化を招く不都合が生
じる。

その対策として、例えば、特開昭61-201857号公報に
は、演算周期Δｔを時間依存（時間同期）させることに
より、低回転域で生じる不都合を解消する技術が開示さ
れている。

すなわち、この先行技術では、燃焼室に吸入される実
吸入空気量Ｑは吸入空気量センサで計測する吸入空気量
Qsに対し一次遅れ系であると仮定し、加重平均を用いて
上記実吸入空気量Ｑを算出することで時間同期を可能と
したもので、今回の実吸入空気量（吸入空気量加重平均
値）をＱ（tn）とした場合、この実吸入空気量Ｑ（tn）
を下式から求めている。

Ｑ（tn）＝（１−α）Ｑ（tn-1）＋αQs …（１） Ｑ（tn-1）：前回の実吸入空気量 α：加重係数 また、上記加重係数αは、 で求められ、この時定数τは、 a:定数 ＶC：チャンバ内容積 ＶH：エンジンの総排気量 N:エンジン回転数 R:ガス定数 T:絶対温度 で求められる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記先行技術では、（２），（３）式から明
らかなように、（１）式に示された加重係数αは今回の
エンジン回転数Ｎに伴う時定数τのみしか考慮されてい
ないため、第８図に示すように、スロットル急開直後の
エンジン回転数が上昇しない期間（t0〜t1）では図の実
線で示す真の吸入空気量（モデルによって求めた燃焼室
へ吸入される実際の吸入空気量）に沿って、すなわち、
スロットル開度変化に沿って上記実吸入空気量Ｑは変化
するが、その後のエンジン回転数の上昇に対しては、こ
のエンジン回転数上昇に伴う吸入空気量の増加に対し図
の二点鎖線で示すように一次遅れが生じてしまい真の吸
入空気量との間にハッチングで示す量的誤差が生じる。

その結果、例えばレーシング時（無負荷状態でのエン
ジン回転数急上昇）、あるいは、１速からの発進時な
ど、エンジン回転数が急激に上昇する場合には一時的に
空燃比がオーバリーンとなる。また、高回転から変速す
べくクラッチを切ってスロットルバルブを戻すと、エン
ジン回転数が急激に低下するため瞬間的に空燃比のオー
バリッチが発生し排気エミッションの悪化、エンジンス
トールなどを招くおそれがある。

さらに、低回転域における時定数τは、吸気バルブと
排気バルブとのオーバラップ時の吸気の吹き返し、スロ
ットルバルブ開度などの影響を受けて変動するが、上記
先行技術に示された時定数τには上記吹き返しなどの影
響が考慮されておらず、この時定数τに基づいて算出さ
れた低回転域の実吸入空気量Ｑには誤差が生じやすい。

また、加重係数αを時定数τの関数として計算により
求めているため、その分、演算に時間がかかり、とくに
高回転域では１サイクルあたの周期が短くなり、実吸入
空気量Ｑや燃料噴射量Tiなどの演算時間が足りなくなり
適正な制御が困難になる問題がある。容量の大きいマイ
クロコンピュータを用いれば演算時間を短縮できるが製
品のコストアップを招く不都合がある。

［発明の目的］ 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、容量の大
きなマイクロコンピュータなどを用いることなく低コス
トで、定常回転域はもちろん低回転域、高回転域など全
ての運転領域でのスロットル開度変化、エンジン回転数
変化に伴うモデルによって求めた真の吸入空気量に対応
した理論式による実吸入空気量を短時間で且つ正確に算
出することができ、しかも、過渡時における空燃比のリ
ッチ化、リーン化が抑制できるばかりでなく、最適点火
時期を設定することができて、運転性能、および、出力
性能の向上、排気エミッションの改善を図ることのでき
るエンジンの吸入空気量算出装置およびその吸入空気量
算出方法を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段および作用］ 請求項１記載の発明によるエンジンの吸入空気量算出装
置は、クランク角センサの出力信号からエンジン回転数
を算出するエンジン回転数算出手段と、吸入空気量セン
サの出力信号からスロットル通過空気量を算出するスロ
ットル通過空気量算出手段と、上記エンジン回転数算出
手段で算出したエンジン回転数とスロットルポジション
センサで検出したスロットル開度とをパラメータとして
加重係数マップに記憶されている加重係数を検索する加
重係数検索手段と、この加重係数検索手段で検索した前
回の加重係数から１を減算した値と今回の加重係数との
比に前回算出した実吸入空気量を乗算し、その値に、上
記スロットル通過空気量算出手段で算出した今回のスロ
ットル通過空気量に上記加重係数検索手段で検索した今
回の加重係数を除算した値を加算して今回の実吸入空気
量を算出する実吸入空気量算出手段とが設けられている
ものである。

請求項２記載の発明によるエンジンの吸入空気量算出方
法は、クランク角センサの出力信号からエンジン回転数
を算出し、また吸入空気量センサの出力信号からスロッ
トル通過空気量を算出し、さらに上記エンジン回転数と
スロットルポジションセンサで検出したスロットル開度
とをパラメータとして加重係数マップに記憶されている
加重係数を検索し、その後、前回検索した上記加重係数
から１を減算した値と今回検索した上記加重係数との比
に前回算出した実吸入空気量を乗算し、その値に、今回
算出した上記スロットル通過空気量に今回検索した上記
加重係数を除算した値を加算して今回の実吸入空気量を
算出するもので、望ましくは、請求項３に記載のよう
に、以下の式によって実吸入空気量を算出する。

ここで、（tn）は今回の時刻、（tn-1）は前回の時
刻、Ｑは実吸入空気量、Qsはスロットル通過空気量、α
は加重係数である。

請求項４記載の発明によるエンジンの吸入空気量算出
装置は、クランク角センサの出力信号からエンジン回転
数を算出するエンジン回転数算出手段と、吸入空気量セ
ンサの出力信号からスロットル通過空気量を算出するス
ロットル通過空気量算出手段と、上記エンジン回転数算
出手段で算出したエンジン回転数とスロットルポジショ
ンセンサで検出したスロットル開度とをパラメータとし
て加重係数マップに記憶されている加重係数を検索する
加重係数検索手段と、上記加重係数検索手段で検索した
前回の加重係数と今回の加重係数に１を加算した値との
比に前回算出した実吸入空気量を乗算し、また、上記ス
ロットル通過空気量算出手段で算出した今回のスロット
ル通過空気量を上記加重係数検索手段で検索した今回の
加重係数に１を加算した値により除算し、上記乗算値に
該除算値を加算して今回の実吸入空気量を算出する実吸
入空気量算出手段とを備える。

請求項５記載の発明によるエンジンの吸入空気量算出
方法は、クランク角センサの出力信号からエンジン回転
数を算出し、また、吸入空気量センサの出力信号からス
ロットル通過空気量を算出する。そして、上記エンジン
回転数とスロットルポジションセンサで検出したスロッ
トル開度とをパラメータとして加重係数マップに記憶さ
れている加重係数を検索する。その後、前回検索した上
記加重係数と今回検索した上記加重係数に１を加算した
値との比に前回算出した実吸入空気量を乗算し、また、
今回算出した上記スロットル通過空気量を今回検索した
加重係数に１を加算した値により除算し、上記乗算値に
該除算値を加算して今回の実吸入空気量を算出する。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図面は本発明の一実施例を示し、第１図はエンジン制
御系の概略図、第２図は制御装置の機能ブロック図、第
３図は燃料噴射量の算出手順を示すフローチャート、第
４図はクランクロータの正面図、第５図は点火時刻の算
出手順を示すフローチャート、第６図は吸気状態を示す
概念図、第７図は吸入空気量を示す特性図、第８図はス
ロットル開度変化に伴うエンジン回転数および吸入空気
量の変化特性図である。

（構成） 図中の符号１はエンジン本体で、図においては水平対
向４気筒型エンジンを示す。また、このエンジン本体１
のシリンダヘッド２に形成された吸気ポート2a、排気ポ
ート2bにインテークマニホルド３、エキゾーストマニホ
ルド４が各々連設されており、さらに、上記シリンダヘ
ッド２には、その発火部を燃焼室1aに露呈する点火プラ
グ５が装着されている。

また、上記インテークマニホルド３の上流側にエアチ
ャンバ６を介してスロットルチャンバ７が連通され、こ
のスロットルチャンバ７の上流側が吸入管８を介してエ
アクリーナ９に連通されている。

なお、スロットルバルブ7aの下流側から吸気バルブま
での間のスロットルチャンバ７、エアチャンバ６、イン
テークマニホルド３、および、吸気バルブ上流側の吸気
ポート2aでチャンバＡが構成されている。

さらに、上記吸入管８の上記エアクリーナ９の直下流
に吸入空気量センサ（図においては、ホットワイヤ式エ
アフローメータ）10が介装され、また、上記スロットル
チャンバ７に設けられたスロットルバルブ7aにスロット
ルポジションセンサ11が連設されている。

また、上記インテークマニホルド３の各気筒の燃焼室
1aに連通する各吸気ポート2aの直上流側に、インジェク
タ12が配設されている。さらに、このインテークマニホ
ルド３に形成された冷却水通路（図示せず）に冷却水温
センサ13が臨まされている。

また、上記エンジン本体１のクランクシャフト1bにク
ランクロータ14が固設されており、このクランクロータ
14の外周に電磁ピックアップなどで構成されたクランク
角センサ15が対設されている。

第４図に示すように、上記クランクロータ14の外周に
は各気筒（＃1,＃２と＃3,＃４）の基準クランク角を示
す突起14aと、角速度を算出する際の基準点となる突起1
4bとが各々対称な位置に配設されている。

例えば、図においては、上記突起14bのセット角θ１
がBTDC10°で、また、基準クランク角を示す突起14aの
開き角θ２が上記突起14bから110°で、さらに、この突
起14aと他の突起14bとの間の開き角θ３が70°に設定さ
れている。

上記クランク角センサ15では、上記クランクロータ14
の各突起14a,14bがクランク角センサ15のヘッドを通過
する際の磁束変化により生じる交流電圧を取り出して各
気筒ごとの基準クランク角を検出するための基準クラン
ク角（Ｇ）信号、および、エンジン回転数と角速度を検
出するための回転角（Ne）信号を出力する。

さらに、上記エキゾーストマニホルド４に連通する排
気管16にO2センサ17が臨まされている。なお、符号18は
触媒コンバータである。

（制御手段の回路構成） 一方、符号19は制御手段で、この制御手段19のCPU
（中央演算処理装置）20,ROM21,RAM22、および、I/Oイ
ンターフェース23がバスライン24を介して互いに接続さ
れており、このI/Oインターフェース23の入力ポートに
上記各センサ10,11,13,15,17で構成された運転状態パラ
メータ検出手段25が接続され、また、このI/Oインター
フェース23の出力ポートに、駆動回路26を介して上記イ
ンジェクタ12が接続されているとともに、上記点火プラ
グ５がディストリビュータ27,点火コイル28を介して接
続されている。

上記ROM21には制御プログラム、加重係数マップMP
α、点火時期マップMP IGなどの固定データが記憶され
ており、また、上記RAM22にはデータ処理した後の上記
運転状態パラメータ検出手段25の各センサの出力信号が
格納されている。また、上記CPU20では上記ROM21に記憶
されている制御プログラムに従い、上記RAM22に記憶さ
れている各種データに基づき燃料噴射量および点火時期
を演算する。

（制御手段の機能構成） 第２図に示すように上記制御手段19は、クランクパル
ス判別手段29、角速度算出手段30、エンジン回転数算出
手段31、加重係数検索手段32、加重係数マップMPα、ス
ロットル通過空気量算出手段33、空燃比補正係数算出手
段34、空燃比フィードバック補正係数設定手段35、実吸
入空気量算出手段36、基本燃料噴射量算出手段37、燃料
噴射量算出手段38、インジェクタ駆動手段39、点火時期
検索手段40、点火時期マップMP IG、点火時刻算出手段4
1、タイマ手段42、点火駆動手段43で構成されている。

クランクパルス判別手段29では、クランク角センサ15
の出力信号が、クランクロータ14の突起14aを検出した
Ｇ信号か突起14bを検出したNe信号かを判別する。

すなわち、まず、上記クランク角センサ15から最初に
入力される信号を基準として次に入力される信号までの
時間（T1）を計測し、次いで、この信号を基準としてそ
の次に入力される信号までの時間（T2）を計測する。

そして、上記両時間を比較しT2＜T1場合、次に入力さ
れる信号はクランクロータ14の突起14aを検出するＧ信
号（基準クランク角を検出する信号）であることが予測
できる。

一方、T2＞T1場合、次に入力される信号はクランクロ
ータ14の突起14bを検出するNe信号（回転角を計測する
際の基準信号）であることが予測できる。そして、上記
Ｇ信号が検出された場合、上記タイマ手段42へトリガ信
号を出力する。

角速度算出手段30では、上記クランクパルス判別手段
29で判別したNe信号を検出したときから、次のＧ信号を
検出するまでの時刻Ｔθを求め、予めROM21に記憶され
ている上記クランクロータの突起14b,14a間の角度θ２
のデータからクランクシャフト1bの角速度ωを求める。

エンジン回転数算出手段31では、上記角速度算出手段
30で算出した角速度ωからエンジン回転数Ｎを算出す
る。

スロットル通過空気量算出手段33では、吸入空気量セ
ンサ10の出力波形からスロットルバルブ7a、および、図
示しないISCV（アイドルスピードコントロールバルブ）
のバイパス通路を通過する吸入空気量Qsを算出する。

空燃比補正係数算出手段34では、冷却水温センサ13、
スロットルポジションセンサ11の出力信号から水温補
正、加速補正に係る空燃比補正係数COEFを算出する。

空燃比フィードバック補正係数設定手段35では、O2セ
ンサ17の出力波形からフィードバック補正に係る空燃比
フィードバック補正係数K FBを設定する。

一方、加重係数検索手段32では、上記エンジン回転数
算出手段31で算出したエンジン回転数Ｎとスロットルポ
ジションセンサ11で検出されたスロットル開度θ THと
をパラメータとして、ROM21に格納されている加重係数
マップMPαから加重係数αを検索する。この加重係数マ
ップMPαのエンジン回転数Ｎとスロットル開度θ THと
で特定される領域には予め実験などから求めた加重係数
αが格納されている。

ところで、上記加重係数αは計算によっても求めるこ
とができるが、マップ化することにより演算時間の短縮
化を図ることができる。また、加重係数αをエンジン回
転数Ｎとスロットル開度θ THとをパラメータとして検
索しているので、例えば、低回転域での吸気の吹返し、
および、スロットルバルブ開度変化による体積効率の変
動を予め考慮しておくことができる。

なお、上記加重係数αを計算で求める場合は以下の式
によって行う。

上記加重係数αは一次遅れ時定数τを時間に依存する
演算周期Δｔで微分したもの（α＝τ／Δｔ）である、
この一次遅れ時定数τは、 N:エンジン回転数（rps） ＶC：スロットルバルブ下流から吸気バルブ直前までの
チャンバＡ内容積（m³） ηV入口条件がスロットル下流の条件、すなわち、チャ
ンバＡ内圧力（kg/m²）、チャンバＡ内温度（°Ｋ）に
対する体積効率 ＶH：総排気量（m³） で求められる。このうち、ＶCとＶHは機関ごとに一定値
であり、また、ηVは負荷による変動が微少と考えられ
通常ηV＝const（一定）として取扱うことができる。

したがって、上記時定数τは、 とすれば、エンジン回転数Ｎの関数として τ＝Kv/N …（５） で表わされ、時定数τがエンジン回転数Ｎに反比例する
値となる。

また、Δｔは時間に依存する演算周期であり、エンジ
ン回転数に影響されることなくプログラムおよびCPU20
の演算能力で決まり常に一定である。

また、実吸入空気量算出手段36では、上記加重係数検
索手段32で検索した加重係数αと上記スロットル通過空
気量算出手段33で算出したスロットルを通過する吸入空
気量Qsから、現時刻における燃焼室1aに吸い込まれる実
際の吸入空気量、すなわち、実吸入空気量Ｑ（Kg/sec）
を算出する。

すなわち、第６図に示すように、スロットルバルブ7
a、および、図示しないISCV（アイドルスピードコント
ロールバルブ）のエアバイパス通路を通過する吸入空気
量Qs（Kg/sec）は、吸入空気量センサ10で計測される
が、この吸入空気量センサ10での計測時刻と上記スロッ
トルバルブ7aなどを通過する吸入空気の時刻とが一致す
ると仮定した場合、演算周期Δｔあたりの上記チャンバ
Ａに流入する吸入空気重量Wat（Kg）は、 Wat＝Qs×Δｔ …（６） であり、一方、上記チャンバＡに流入した吸入空気が各
気筒の燃焼室1aへ時間周期あたりに吸い込まれる実吸入
空気重量Wae（Kg）は、 Wae＝Ｑ×Δｔ …（７） である。

一方、上記実吸入空気量Ｑは、上記チャンバＡ内の単
位時間あたりの体積流量Vae（m³/sec）と、このチャン
バＡ内の空気比重εによって求めることができる。

Ｑ＝Vae×ε …（８） また、この体積流量Vaeは、 で求めることができる。

また、空気比重εは状態方程式により、 ＲC：空気のガス定数（kgm/kg°Ｋ） ＴC：チャンバＡ内の空気温度（°Ｋ） ＰC：チャンバＡ内圧力（Kg/m²） で求めることができる。

よって、上記（８）式は、 となる。

また、上記チャンバＡ内の空気比重εはこのチャンバ
Ａ内の空気重量ＷC（Kg）と、このチャンバＡ内容積ＶC
（m3）との比で表されるため、上記（11）式は、 に変形することができる。

ところで、上記スロットル通過空気量Qsと上記実吸入
空気量Ｑとを上記チャンバＡ内の入出力関係でとらえた
場合、ある時間（tn）におけるチャンバＡ内の空気重量
ＷC（tn）は、その前回（tn-1）におけるチャンバＡ内
空気量ＷC（tn-1）に、今回新たに流入されるスロット
ル通過吸入空気重量Wat（tn）を加算し、そこから、燃
焼室1aに吸込まれていった実吸入空気重量Waeを減算す
ることにより求めることができる。

上記燃焼室1aに吸い込まれていく実吸入空気重量Wae
の時刻は前回（tn-1）と今回（tn）の場合が考えられる
が、前回の実吸入空気重量Wae（tn-1）を想定してチャ
ンバ内の入出力関係を差分方程式で表わせば、 ＷC（tn）＝ＷC（tn-1）＋Wat（tn）−Wae（tn-1） ＝ＷC（tn-1）＋Qs（tn）×Δｔ −Ｑ（tn-1）×Δｔ …（13） となる。

また、今回の実吸入空気重量Wae（tn）を想定してチ
ャンバＡ内の入出力関係を差分方程式で表わせば、 ＷC（tn）＝ＷC（tn-1）＋Wat（tn）−Wae（tn） ＝ＷC（tn-1）＋Qs（tn）×Δｔ −Ｑ（tn）×Δｔ …（13′） となる。

ところで、時定数τは、前記（４）式のとおりであ
り、上記（12）式に（４）式を代入し、実吸入空気量Ｑ
について解くと、 ＷC＝Ｑ×τ となり、今回の時刻におけるチャンバ内空気重量ＷC（t
n）は、 ＷC（tn）＝Ｑ（tn）×τ（tn） …（14） で、前回の時刻におけるチャンバ内空気重量ＷC（tn-
1）は、 ＷC（tn-1）＝Ｑ（tn-1）×τ（tn-1） …（15） となる。

この（14）式、（15）式を上記（13）式に代入し、今
回の時刻における実吸入空気量Ｑ（tn）について解け
ば、 ここで、α＝τ／Δｔであり、 したがって上式は、 となる。

また、上記（14）式、（15）式を上記（13′）式に代
入し、今回の時刻における実吸入空気量Ｑ（tn）につい
て解けば、 となる。

上記（16）式、（16′）式のα（tn-1）、および、α
（tn）は上記加重係数検索手段32で検索した前回、およ
び今回の加重係数であり、実吸入空気量Ｑ（tn）はこの
前回と今回の加重係数による加重平均にて求められる。

なお、上記実吸入空気量演算手段36では、従来の加重
平均から実吸入空気量Ｑ（tn）を求める式に近い（16）
式を採用しているが、上記（16′）式を採用しても良い
ことは勿論である。

ところで、上記（16）式の係数 との和はα（tn-1）／α（tn）となり、一方、前記
（５）式に示したように上記時定数τ（α＝τ／Δｔ）
とエンジン回転数Ｎは反比例の関係にあるため、加速時
の上記係数の和は、 となり、また、減速時の係数の和は、 となり、エンジン回転数の変動に従って加重係数比（補
正値）が変動するため、実吸入空気量Ｑ（tn）のエンジ
ン回転数変動による追従性がよくなり、過渡時において
も実吸入空気量Ｑ（tn）を正確に算出することができ
る。

なお、上記（16′）式の係数の和は、 となり、１を除けば、 となり、上述と同様、エンジン回転数の変動に追従して
加重係数比が変動する。

実験によれば、第７図、第８図に示すように、実吸入
空気量算出手段36で算出した実吸入空気量Ｑは、モデル
により求めた燃焼室1aに吸入される真の吸入空気量と低
回転域を含む全運転領域においてほぼ等しい値を示し
た。

また、エンジン回転数の変動に応じて補正値が変動す
るので、レーシング中に空燃比がリーン化することはな
く、また、ハンチングにより回転数が変動し、真の吸入
空気量がハンチングを起しているような場合でも、エン
ジン回転数に伴う補正により空燃比が変動することはな
く、適正な燃料噴射制御を行うことができ、また、点火
時期制御においては、最適点火時期を設定することがで
きる。

そして、上記実吸入空気量算出手段36で算出した実吸
入空気量Ｑ（tn）、および、上記加重係数検索手段32で
検索した加重係数α（tn）が記憶手段（RAM）22の所定
アドレスに順次格納される。

また、基本燃料噴射量算出手段37では、上記実吸入空
気量算出手段36で算出した実吸入空気量Ｑ（tn）と、そ
のときの上記エンジン回転数算出手段31で算出したエン
ジン回転数Ｎ（tn）から基本燃料噴射量Tpを算出する。
すなわち、基本燃料噴射量Tpは、 Tp＝Ｋ×Ｑ（tn）/N（tn） （K:定数） で求められる。

燃料噴射量算出手段38では、上記基本燃料噴射量算出
手段37で算出した基本燃料噴射量Tpを上記空燃比補正係
数算出手段34で算出した空燃比補正係数COEFと、空燃比
フィードバック補正係数設定手段35で設定した空燃比フ
ィードバック補正係数K FBで補正して実際の燃料噴射量
Tiを算出する。すなわち、この燃料噴射量Tiは、 Ti＝Tp×COEF×K FB で求めることができる。

そして、この燃料噴射量算出手段38で算出した燃料噴
射量Tiがインジェクタ駆動手段39を介してインジェクタ
12へ出力される。

点火時期検索手段40では、上記基本燃料噴射量算出手
段37で算出した基本燃料噴射量Tpと上記エンジン回転数
算出手段31で算出したエンジン回転数Ｎをパラメータと
して、点火時期マップMP IGの運転領域を特定し、この
特定した運転領域に記憶されている点火時期（点火角
度）θspkを検索する。

点火時刻算出手段41では、上記角速度算出手段30で算
出した角速度ωと上記点火時期検索手段40で検索した点
火時期θspkとに基づき点火時刻Tspkを、 Tspk＝θspk/ω で求める。

この点火時刻Tspkは、上記クランクパルス判別手段29
から出力されるＧ信号（クランクロータ14の基準クラン
ク角、例えばBTDC80°を示す突起14aを検出した信号）
を基準に設定される。

タイマ手段42では、上記クランクパルス判別手段29か
ら出力されたＧ信号をトリガ信号として上記点火時刻算
出手段41で算出した点火時刻Tspkの計時を開始し、点火
時刻Tspkに達した場合、点火駆動手段43を介して点火コ
イル28へ点火信号spkを出力する。

上記点火時刻Tspkは、上記実吸入空気量算出手段36で
算出した実吸入空気量Ｑ（tn）に基づいて設定された基
本燃料噴射量Tpを負荷パラメータとして取り入れている
ので、過渡時に対する追従性がよく、定常運転はもちろ
ん過渡時においても最適点火時期を設定することができ
る。

（動作） 次に、実施例の動作について第３図、第５図のフロー
チャートに従って説明する。

（燃料噴射量制御） 第３図に示すように、まず、ステップS101,S102,S103
において現時刻のエンジン回転数Ｎ（tn）、スロットル
通過空気量Qs（tn）、スロットル開度θ TH（tn）クラ
ンク角センサ15の出力信号、吸入空気量センサ10、およ
び、スロットルポジションセンサ11の出力信号から算出
する。

次いで、ステップS104では、上記ステップS101で算出
したエンジン回転数Ｎ（tn）と、上記ステップS103で算
出したスロットル開度θ TH（tn）をパラメータとして
加重係数マップMPαから加重係数α（tn）を検索する。

その後、ステップS105で実吸入空気量Ｑ（tn）を前記
（16）式から求める。なお、ここにおいて前述の（1
6′）式から実吸入空気量Ｑ（tn）を求めるようにして
もよい。

なお、プログラムが初回のときには、前回の加重係数
α（tn-1）と、前回の実吸入空気量Ｑ（tn-1）のデータ
がないので、上記ステップS104からステップS106へジャ
ンプし、上記ステップS102,S104で算出したスロットル
通過空気量Qs（tn）、加重係数α（tn）を前回の吸入空
気量Ｑ（tn-1）、前回の加重係数α（tn-1）として記憶
手段（RAM）22に格納してルーチンから外れる。

一方、プログラムが２回目以降の場合、上記ステップ
S105からステップS106へ進み上述同様、今回のデータＱ
（tn）、α（tn）を前回のデータＱ（tn-1）、α（tn-
1）として上記記憶手段（RAM）22に格納する。

そして、ステップS107で、上記ステップS101で求めた
エンジン回転数Ｎ（tn）と上記ステップS105で求めた実
吸入空気量Ｑ（tn）から基本燃料噴射量Tpを求める（Tp
＝Ｋ×Ｑ（tn）/N（tn））。

ところで、エンジン始動後、上記ステップS105で求め
た、実吸入空気量Ｑ（tn）が真の実吸入空気量として収
束するためには、所定回数、上記（16）式の演算を繰り
返す必要があり（時間にすれば微小時間）、この間は、
平行して上述のスロットル通過空気量Qsの単純平均値を
求め、この単純平均値をＱ（tn）に代用して上記基本燃
料噴射量Tpを求める。

また、エンジン始動後、上記ステップS105における上
記（16）式の演算が所定回数繰り返された後は、上記ス
テップS105で求めた、実吸入空気量Ｑ（tn）を用いて基
本燃料噴射量Tpを算出する。

エンジン始動後、上記ステップS105で求めた実吸入空
気量Ｑ（tn）を用いて基本燃料噴射量Tpを求めるように
なるまでの間は微小時間であり、エンジン始動後直ちに
車を発進することは一般的にないので、その間、スロッ
トル通過空気量Qsの単純平均を代用しても問題ない。

その後、ステップS108では、スロットルポジションセ
ンサ11,冷却水温センサ13の出力信号から算出した空燃
比補正係数COEFと、O2センサ17の出力信号から算出した
空燃比フィードバック補正係数K FBにて、上記ステップ
S107で算出した基本燃料噴射量Tpを補正して実際の燃料
噴射量Tiを算出し（Ti＝Tp×COEF×K FB）、この燃料噴
射量Tiに基づいてインジェクタ12を駆動する。

（点火時期制御） 第５図に示すように、まず、ステップS111,S112で現
時刻の角速度ω、および、この角速度ωに基づくエンジ
ン回転数Ｎ（tn）をクランク角センサ15の出力信号（Ｇ
信号,Ne信号）から算出する。

次いで、ステップS113で基本燃料噴射量Tpを読込み、
ステップS114で、上記ステップS112,S113で設定したエ
ンジン回転数Ｎ（tn）、基本燃料噴射量Tpをパラメータ
として特定した点火時期マップMP IGの領域に記憶され
ている点火時期θspkを検索する。

その後、ステップS115で、上記ステップS111で算出し
た角速度ωと、上記ステップS114で検索した点火時期θ
spkに基づき、上記クランク角センサ15の基準クランク
角を検出するＧ信号が出力されたときを基準とする点火
時刻Tspkを算出する（Tspk＝θspk/ω）。

そして、ステップS116で、上記点火時刻Tspkがタイマ
手段42にセットされ、上記Ｇ信号をトリガ信号として計
時が開始され、セットされた点火時刻Tspkに達すると点
火駆動手段43を介して点火コイル28へ点火信号spkを出
力し、点火コイル28の一次巻線が遮断され、ディストリ
ビュータ27により所定の気筒の点火プラグ５を点火す
る。

この場合においても、上記実吸入空気量Ｑ（tn）から
求めた基本燃料噴射量Tpを負荷パラメータとして取り入
れて、点火時期θspkを求めているので、最適な点火時
期を設定することができる。

なお、この実施例では、時間制御式の点火時期制御に
ついて説明したが、角度制御式の点火時期制御にも本発
明を採用できることはいうまでもない。

さらに、本発明はMPIに限らずSPI（シングルポイント
インジェクタ）に採用することもできる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、エンジン回転数
とスロットル開度とをパラメータとして加重係数マップ
に記憶されている加重係数を検索する。そして、前回検
索した上記加重係数から１を減算した値と今回検索した
上記加重係数との比に前回算出した実吸入空気量を乗算
し、その値に、今回算出したスロットル通過空気量に今
回検索した加重係数を除算した値を加算して今回の実吸
入空気量を算出する。或いは、前回検索した上記加重係
数と今回検索した上記加重係数に１を加算した値との比
に前回算出した実吸入空気量を乗算し、また、今回算出
した上記スロットル通気空気量を今回検索した加重係数
に１を加算した値により除算し、上記乗算値に該除算値
を加算して今回の実吸入空気量を算出するようにしたの
で、容量の大きなマイクロコンピュータなどを用いるこ
となく低コストで、定常回転域はもちろん低回転域、高
回転域など全ての運転領域でのスロットル開度変化、エ
ンジン回転数変化に伴う真の吸入空気量に対応した実吸
入空気量を短時間で且つ正確に算出することができ、し
かも、過渡時における空燃比のリッチ化、リーン化が抑
制できるばかりでなく、最適点火時期を設定することが
できて、運転性能、および、出力性能の向上、排気エミ
ッションの改善が図れるなど優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図はエンジン制御
系の概略図、第２図は制御装置の機能ブロック図、第３
図は燃料噴射量の算出手順を示すフローチャート、第４
図はクランクロータの正面図、第５図は点火時刻の算出
手順を示すフローチャート、第６図は吸気状態を示す概
念図、第７図は吸入空気量を示す特性図、第８図はスロ
ットル開度変化に伴うエンジン回転数および吸入空気量
の変化特性図である。 10……吸入空気量センサ、15……クランク角センサ、31
……エンジン回転数算出手段、32……加重係数検索手
段、33……スロットル通過空気量算出手段、36……実吸
入空気量算出手段、Ｎ……エンジン回転数、Ｑ（tn）…
…今回算出の実吸入空気量、Ｑ（tn-1）……前回算出の
実吸入空気量、Qs……スロットル通過空気量、Qs（tn）
……今回算出のスロットル通過空気量、α……加重係
数、α（tn）……今回検索した加重係数、α（tn-1）…
…前回検索した加重係数。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−201857（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−159640（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−116051（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−206632（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−200032（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−192837（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−113842（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−157741（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−21351（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】クランク角センサの出力信号からエンジン
   回転数を算出するエンジン回転数算出手段と、 吸入空気量センサの出力信号からスロットル通過空気量
   を算出するスロットル通過空気量算出手段と、 上記エンジン回転数算出手段で算出したエンジン回転数
   とスロットルポジションセンサで検出したスロットル開
   度とをパラメータとして加重係数マップに記憶されてい
   る加重係数を検索する加重係数検索手段と、 上記加重係数検索手段で検索した前回の加重係数から１
   を減算した値と今回の加重係数との比に前回算出した実
   吸入空気量を乗算し、その値に、上記スロットル通過空
   気量算出手段で算出した今回のスロットル通過空気量に
   上記加重係数検索手段で検索した今回の加重係数を除算
   した値を加算して今回の実吸入空気量を算出する実吸入
   空気量算出手段とを備えたことを特徴とするエンジンの
   吸入空気量算出装置。
2. 【請求項２】クランク角センサの出力信号からエンジン
   回転数を算出し、 また、吸入空気量センサの出力信号からスロットル通過
   空気量を算出し、 さらに上記エンジン回転数とスロットルポジションセン
   サで検出したスロットル開度とをパラメータとして加重
   係数マッブに記憶されている加重係数を検索し、 その後、前回検索した上記加重係数から１を減算した値
   と今回検索した上記加重係数との比に前回算出した実吸
   入空気量を乗算し、その値に、今回算出したスロットル
   通過空気量に今回検索した加重係数を除算した値を加算
   して今回の実吸入空気量を算出することを特徴とするエ
   ンジンの吸入空気量算出方法。
3. 【請求項３】実吸入空気量は Ｑ（tn）＝（（α（tn-1）−１）／α（tn））×Ｑ（tn
   -1） ＋（1/α（tn））×QS（tn） ここで、（tn）は今回の時刻、（tn-1）は前回の時刻、
   Ｑは実吸入空気量、QSはスロットル通過空気量、αは加
   重係数から算出することを特徴とする請求項２記載のエ
   ンジンの吸入空気量算出方法。
4. 【請求項４】クランク角センサの出力信号からエンジン
   回転数を算出するエンジン回転数算出手段と、 吸入空気量センサの出力信号からスロットル通過空気量
   を算出するスロットル通過空気量算出手段と、 上記エンジン回転数算出手段で算出したエンジン回転数
   とスロットルポジションセンサで検出したスロットル開
   度とをパラメータとして加重係数マップに記憶されてい
   る加重係数を検索する加重係数検索手段と、 上記加重係数検索手段で検索した前回の加重係数と今回
   の加重係数に１を加算した値との比に前回算出した実吸
   入空気量を乗算し、また、上記スロットル通過空気量算
   出手段で算出した今回のスロットル通過空気量を上記加
   重係数検索手段で検索した今回の加重係数に１を加算し
   た値により除算し、上記乗算値に該除算値を加算して今
   回の実吸入空気量を算出する実吸入空気量算出手段とを
   備えたことを特徴とするエンジンの吸入空気量算出装
   置。
5. 【請求項５】クランク角センサの出力信号からエンジン
   回転数を算出し、 また、吸入空気量センサの出力信号からスロットル通過
   空気量を算出し、 さらに上記エンジン回転数とスロットルポジションセン
   サで検出したスロットル開度とをパラメータとして加重
   係数マップに記憶されている加重係数を検索し、 その後、前回検索した上記加重係数と今回検索した上記
   加重係数に１を加算した値との比に前回算出した実吸入
   空気量を乗算し、また、今回算出した上記スロットル通
   過空気量を今回検索した加重係数に１を加算した値によ
   り除算し、上記乗算値に該除算値を加算して今回の実吸
   入空気量を算出することを特徴とするエンジンの吸入空
   気量算出方法。