JP2709081B2 - 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ーメータあるいはホッ
トワイヤ式エアフローメータ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、エンジン出力低下、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が
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（t
n）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 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がオー
バリッチとなり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。

［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、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
入空気量を正確に算出することができ、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時間に依存する演算周
期から加重係数を算出する加重係数検索手段と、上記加
重係数算出手段で算出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
重係数算出手段で算出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、次いで上記エンジン回転数と
時間に依存する演算周期から加重係数を算出し、その後
前回算出した上記加重係数から１を減算した値と今回算
出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
空気量に今回算出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、Δｔは時間に依存する演算周期（（tn）−（tn-
1））、Ｑは実吸入空気量、Qsはスロットル通過空気
量、τ／Δｔは加重係数、τは時定数であり、この時定
数τは以下の式で求める。

τ＝kv/N ここで、kvはエンジンによって定まる係数、Ｎはエン
ジン回転数である。

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時間に依存する演算
周期から加重係数を算出する加重係数算出手段と、上記
加重係数算出手段で算出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
数算出手段で算出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
回転数と時間に依存する演算周期から加重係数を算出す
る。その後、前回算出した上記加重係数と今回算出した
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算出した加重係数に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B
TDC10°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14
a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などの固定データおよ
び点火時期マップMP IGなどが記憶されており、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、加重係数算出手段32、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、ROM21に
記憶されている点火時期マップMP IG、点火時刻算出手
段41、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、加重係数算出手段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から上記吸入空
気量センサ10の一次遅れ時定数τを算出し、その値から
加重係数τ／Δｔを算出する。

すなわち、上記時定数τは、 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
ャンバ内圧力（Kg/m²）、チャンバ内温度（°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は負荷による変動は微少と考えられ
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、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。

なお、上記チャンバ内容積Vcの小さいエンジンにおい
て、エンジン高回転数域で加重係数τ／Δｔが小さくな
り過ぎる場合には、この加重係数τ／Δｔに下限リミッ
タを設定するようにしてもよい。

また、実吸入空気量算出手段36では、上記加重係数算
出手段32で算出した加重係数τ／Δｔと上記スロットル
通過吸入空気量算出手段33で算出したスロットル通過吸
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/s
ec）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） である。

また、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、 N/（２×60）:4サイクルエンジンの1secあたりの吸気行
程数 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-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、 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τ（tn-1）／Δｔ、およ
び、τ（tn）／Δｔは上記加重係数算出手段32で算出し
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τ（tn-1）／τ（tn）となり、一方、前記
（５）式に示したようにこの時定数τ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時定数比（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、Δｔ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
時定数比が変動する。

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、燃焼室
1aに吸入される真の吸入空気量と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た補正値が変動す
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、上記加重係数算出手段32で
算出した加重係数τ（tn）／Δｔ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
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）をクランク角センサ15の出力信号、およ
び、吸入空気量センサ10の出力信号から算出する。

次いで、ステップS103では、上記ステップS101で算出
したエンシン回転数Ｎ（tn）と、時間に依存する演算周
期Δｔに基づいて加重係数τ（tn）／Δｔを算出する。
このτ（tn）は現時刻の時定数で前記（４）式にて求め
る。

その後、前回のルーチンにおいて算出した加重係数τ
（tn-1）／Δｔから１を減算した値と、上記ステップS1
03で算出した加重係数τ（tn）／Δｔとの比 に、前回のルーチンで算出した実吸入空気量Ｑ（tn-1）
を乗算し、その値 に、上記ステップS102で算出したスロットル通過空気量
Qs（tn）に上記ステップS103で算出した加重係数τ（t
n）／Δｔを除算した値 を加算して今回の実吸入空気量Ｑ（tn）を算出する
（（16）式参照）。

なお、ここにおいて、前述の（16′）式により今回の
実吸入空気量Ｑ（tn）を算出す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
τ（tn-1）／Δt,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S103からステップS105へジ
ャンプし、上記ステップS102,S103で算出したスロット
ル通過空気量Qs（tn）、加重係数τ（tn）／Δｔを前回
の吸入空気量Ｑ（tn-1）、前回の加重係数τ（tn-1）／
Δｔ 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
S104からステップS105へ進み上述同様、今回のデータＱ
（tn）、τ（tn）／Δｔを前回のデータＱ（tn-1）、τ
（tn-1）／Δｔとして上記記憶手段（RAM）22に格納す
る。

そして、ステップS106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S104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S104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S104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S104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S104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、微小時間であるため、エンジン始動後
直ちに車を発進することはないので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S107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
S106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。

［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
と時間に依存する演算周期から加重係数を算出する。そ
して、前回算出した上記加重係数から１を減算した値と
今回算出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
過空気量に今回算出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、前回算出し
た上記加重係数と今回算出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算出
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、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
を正確に算出することができ、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……加重係数算出手
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、Δｔ……演算周
期、τ／Δｔ……加重係数、τ（tn）／Δｔ……今回算
出の加重係数、τ（tn-1）／Δｔ……前回算出の加重係
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
   と時間に依存する演算周期から加重係数を算出する加重
   係数算出手段と、 上記加重係数算出手段で算出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
   上記加重係数算出手段で算出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、 上記エンジン回転数と時間に依存する演算周期から加重
   係数を算出し、 その後、前回算出した上記加重係数から１を減算した値
   と今回算出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
   通過空気量に今回算出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）＝（（τ（tn-1）／Δｔ）−１）／（τ（tn）
   ／Δｔ） ×Ｑ（tn-1）＋（1/（τ（tn）／Δｔ））×QS（tn） ここで、（tn）は今回の時刻、（tn-1）は前回の時刻、
   Δｔは時間に依存する演算周期（（tn）−（tn-1））、
   Ｑは実吸入空気量、QSはスロットル通過空気量、τ／Δ
   ｔは加重係数、τは時定数であり、 この時定数τは τ＝Kv/N Kvはエンジンによって定まる係数、Ｎはエンジン回転数
   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
   と時間に依存する演算周期から加重係数を算出する加重
   係数算出手段と、 上記加重係数算出手段で算出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
   重係数算出手段で算出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、 上記エンジン回転数と時間に依存する演算周期から加重
   係数を算出し、 その後、前回算出した上記加重係数と今回算出した上記
   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
   過空気量を今回算出した加重係数に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。