JP3212114B2 - 内燃機関の空燃比制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スロットルを介した経
路以外から内燃機関（エンジン）に吸入されるガス（空
気）が存在する場合に、空燃比を最適に保つ為の空燃比
制御方法に関する。

【０００２】エンジンの排出ガス中に含まれる窒素酸化
物ＮＯ_X を減らす方法としては、ＥＧＲ(Exhaust Gas R
ecirculation) 制御が有効である。

【０００３】また、燃料タンクから蒸発するガソリンが
大気中に放出されることを阻止する手段としては、キャ
ニスタを使用することが有効である。すなわち、キャニ
スタが吸収したガソリン蒸発ガスを、作動中エンジンの
吸気管へ適宜に放出（パージ：Purge)することによっ
て、ガソリンがそのまま大気中へ放出されることがなく
なる。

【０００４】他方、ＥＧＲ制御においては排出ガスの還
流量を増加させることで排出ガス中のＮＯ_X 低減量を大
きくすることができる。しかし、還流量が増加するほど
エンジンの動力特性は低下し、特にアイドリング時のエ
ンジンの作動が不安定となる。また、エンジンがアイド
リング状態に在る時にパージを行うアイドルパージ制御
においては、空燃比の学習制御に誤差を与える等の短所
を有している。

【０００５】そのため、ＥＧＲ制御やアイドルパージ制
御時においてもエンジンの作動状態を良好に保つ為の空
燃比制御方法が求められている。

【０００６】

【従来の技術】空燃比の制御は、燃料の燃焼エネルギー
を清潔かつ有効に引き出すための最も基本的な制御の１
つである。そして、空燃比制御は、エンジンが吸入する
空気量に対して最適な量の燃料を供給（噴射）すること
によって行っている。

【０００７】また、吸入空気量の測定方法によって、空
燃比の制御方式は一般的に３つの型に大別される。

【０００８】すなわち、吸入空気量を流量計で直接測定
するマスフロー方式、吸気管圧力とエンジン回転速度と
からマップデータを参照して求めるスピードデンシティ
方式、スロットル開度とエンジン回転速度とからマップ
データを参照して求めるスロットルスピード方式であ
る。

【０００９】ところで、マスフロー方式は吸入空気量を
直接測定して燃料噴射量を決定する方法である為、ＥＧ
Ｒ制御やアイドルパージ制御を実施しやすい長所を有し
ている。

【００１０】そこで、マスフロー方式の一例を説明す
る。図６は、マスフロー方式の空燃比制御系を説明する
モデル図である。

【００１１】（１）吸気管圧力と空燃比制御 １）吸入・排気系統 吸入される空気をエアクリーナ９で浄化した後、スロッ
トル５で吸入空気量を制御する。また、該エアクリーナ
９とスロットル５との間に設けたエアフロメータ６で、
吸入空気量Ｑを測定する。そして、サージタンク2Aおよ
び吸気管（マニホールド）２と吸気弁10を通って燃焼室
13に吸入する。

【００１２】他方、燃焼した排出ガスは、排気弁11と排
気管16および三元触媒17を通って大気中に放出する。

【００１３】参考までに、スピードデンシティ方式では
エアフロメータ６は設けず、吸気管２のサージタンク2A
部分に圧力センサ７を設けて吸気管圧力を測定する構成
とする。但し、同図では圧力センサ７を図説しておら
ず、取り付け位置のみを示している。

【００１４】２）制御系 エンジンのクランク軸にはクランク角センサ18を設け、
エンジンの各作動工程に同期したタイミングパルス信号
Ｓ_N を得ると共に、該タイミングパルス信号Ｓ _N の周期
からエンジンの回転速度Ｎを検出している。

【００１５】その他に、エンジンの冷却水14の温度Ｗ_t
を測定する水温センサ15を設け、エンジン温度による燃
料噴射量の補正を可能としている。また、スロットル５
にはスロットル開度センサ８を設け、その開度信号θを
得ている。

【００１６】そして、これらセンサ18,15,８の検出信号
Ｓ_N，Ｎ，Ｗ_t ，θとエアフロメータ６の測定信号Ｑと
を、マイクロコンピュータシステムで構成したＥＣＵ(E
lectronic Control Unit) ４に入力し、その出力ポート
から燃料噴射弁３の開弁時間を制御して燃料噴射タイミ
ングと噴射量とを制御し、空燃比を所定の値に制御す
る。

【００１７】（２）ＥＧＲ制御とキャニスタからのアイ
ドルパージ制御 図７は、ＥＧＲとキャニスタからのアイドルパージを説
明するモデル図で、(a) はＥＧＲを説明する図、(b) は
アイドルパージを説明する図、である。

【００１８】１）ＥＧＲ制御（図７(a) 参照) ＥＧＲ制御は、エンジン１の排出ガスを吸気管２へ還流
することによって燃料の燃焼温度を低下させ、排出ガス
中のＮＯ_X を低減することができる長所がある。尚、排
出ガスの還流量はＥＧＲバルブ19の開度を調節すること
によって制御する。

【００１９】他方、エンジン１が吸入する空気（ガス）
量Ｑ_TOTALは、スロットル５を経由して吸入される空気
Ｑ_INと排出ガス還流量Ｑ_EGR との和となる。しかし、排
出ガス中の酸素量は殆ど０（ゼロ）であると考えてよ
い。したがって、エアフロメータで測定した吸入空気量
に対して燃料噴射量を決定することで、空燃比を最適に
制御することができる。

【００２０】ちなみに、ＥＧＲバルブ19の開閉制御は図
６に示したＥＣＵ４が行う仕組みである。

【００２１】２）アイドルパージ制御（図７(b) 参照) 燃料タンク20から放出されるガソリンの蒸発ガスが大気
中に放出されることを防止する方法としては、キャニス
タ22を用いて吸収することが有効である。

【００２２】他方、キャニスタ22が吸収したガソリンの
蒸発ガスは適宜吸気管２（サージタンク2A) へ放出し、
エンジン１の作動中に燃焼させる仕組みである。

【００２３】図７(b) は燃料供給系とキャニスタを示し
ている。すなわち、燃料タンク20中のガソリンを燃料ポ
ンプ21で燃料噴射弁３へ圧送し、該燃料噴射弁３の開弁
時間を制御することによって燃料噴射量を制御する仕組
みである。

【００２４】一方、燃料タンク20内のガソリン蒸発ガス
の圧力が高まると、ツーウェイバルブ23が開き、キャニ
スタ22へガソリン蒸発ガスが流れ込んで該キャニスタ22
中の活性炭等によって吸収される。すなわち、ガソリン
の蒸発ガスが直接に大気中へ放出されることは無い。

【００２５】他方、エンジンがアイドリング状態にある
場合にカットオフバルブ24を開き、キャニスタ22が吸収
したガソリンの蒸発ガスを吸気管２内へ吸入する。尚、
カットオフバルブ24の開閉制御は図６に示したＥＣＵ
４が行う仕組みである。ちなみに、このようなガソリン
蒸発ガスの吸気管２内への吸入を、アイドルパージと呼
称している。

【００２６】ところで、エンジン１が吸入する空気（ガ
ス）量Ｑ_TOTAL は、スロットル５を経由して吸入される
空気Ｑ_INとアイドルパージ量Ｑ_PURGE との和となる。し
かし、キャニスタ22から放出されるガソリン蒸発ガスの
空燃比が理論空燃比を満足していると仮定すれば、エア
フロメータで測定した吸入空気量に対して燃料噴射量を
決定することで、空燃比を最適に制御することができ
る。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】吸入空気量を流量計で
直接測定するマスフロー方式では、ＥＧＲ制御およびア
イドルパージ制御を行った場合においても、測定した吸
入空気量に対して燃料の噴射量を決めることで空燃比を
制御できる長所がある。

【００２８】しかし、ＥＧＲ制御およびアイドルパージ
制御を積極的に活用しようとする場合においては、次の
ような問題が現れる。

【００２９】１）ＥＧＲ制御 エンジン排出ガスの吸気管への還流量すなわちＥＧＲ率
（全吸入量に対する排出ガス還流量の割合）を増加する
程、該エンジン排出ガス中のＮＯ_X 量を低減することが
できる。

【００３０】しかし、特にエンジンがアイドリング状態
に在る場合にＥＧＲ率を増加させると、エンジン出力が
低下して運転状態が不安定となり、該エンジンの回転が
停止する。

【００３１】そのため、現状ではエンジンの回転が停止
しないようにＥＧＲ率に余裕を与えて設定している。す
なわち、ＥＧＲ率を小さい値に設定している。

【００３２】これは最も安易な方法である。そして、こ
のような安易な方法を用いる理由は、排出ガスが高温で
ある為に還流量の実測が困難であることに原因してい
る。

【００３３】２）アイドルパージ制御 エンジンがアイドリング状態に在る場合に、排出ガス中
の酸素Ｏ₂ をセンサで検出し、該酸素Ｏ₂ 量から空燃比
を最適値に制御するフィードバック制御すなわち学習制
御が一般的に行われている。

【００３４】そのため、キャニスタが吸収したガソリン
蒸発ガスのアイドルパージを行う場合は、前記学習制御
を停止する措置を採っている。

【００３５】もしも、アイドルパージを行っている期間
に前記学習制御を停止しなければ、アイドルパージを停
止した時点で突然に空燃比がリーン状態となり、エンジ
ンが停止する可能性があるからである。

【００３６】このように、アイドルパージ中に空燃比の
学習制御を停止する方法は、最も安易な方法である。そ
して、このような安易な方法を用いる理由は、パージ率
の実測を行うことが装置コストの増加を招来するからで
ある。

【００３７】ところで、ガソリン蒸発ガスによる大気汚
染を防止する為には、ガソリン蒸発ガスの吸収および放
出を行うキャニスタ系が正常に作動しているか否かを定
期的に試験する必要がある。そしてそれは、パージ率
（全吸入量に対するパージ量の割合）を求めて管理する
ことで実現できる。

【００３８】以上の１）および２）で説明したように、
スロットルを介さずに吸入されるガス（排出ガスやガソ
リン蒸発ガス等）量が、エンジンの全吸入量に対してど
のような割合を有しているかを求めることができるなら
ば、エンジンの空燃比制御範囲を一層拡大し、厳密な空
燃比制御を行うことができるようになる。

【００３９】本発明の技術的課題は、マスフロー方式の
空燃比制御システムにおいて、スロットルを介さずに吸
入されるガス量（ＥＧＲ率やアイドルパージ率）を求め
ることができる方法を確立することによって、エンジン
の空燃比制御を厳密に行うことを可能とし、環境汚染が
少なく動力性能の良いエンジンを実現することにある。

【００４０】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の原理を
説明する図で、(a)はエンジンの吸気系を説明するモデ
ル図、(b) はエンジンの吸入空気量を求める為のマップ
データ図、である。

【００４１】本発明は、エンジンの作動状態から吸入空
気量を算出し、流量計で実測したスロットル系の吸入空
気量との関係から空燃比制御を行うところに特徴があ
る。

【００４２】（１）基本的な空燃比制御方法 スロットル５を介して内燃機関（エンジン）１に吸入さ
れる空気量Ｑ_INを流量計6Aで直接に測定し、該吸入空気
量Ｑ_INから燃料供給量を決定して空燃比を制御する方法
において、次のように制御する。

【００４３】すなわち、内燃機関１の回転速度Ｎとスロ
ットル５の開度θと吸気管圧力Ｐとから該内燃機関１に
吸入される計算上の吸入空気量Ｑ_TOTALを求め、前記流
量計6Aで測定した吸入空気量Ｑ_INと計算上の吸入空気量
Ｑ_TOTALとから、スロットル５以外の経路から吸入され
るガス量Ｑ_EXTの割合を求めて空燃比を制御する方法で
ある。

【００４４】 （２）ＥＧＲ率を求めて空燃比制御を行う方法 前記（１）の空燃比制御方法において、スロットル５以
外の経路から吸入されるガスが、ＥＧＲ制御によって還
流する排出ガスＱ_EGR である空燃比制御方法である。す
なわち、ＥＧＲ率を求めて空燃比制御に反映させる方法
である。

【００４５】 （３）パージ率を求めて空燃比制御を行う方法 前記（１）の空燃比制御方法において、スロットル５以
外の経路から吸入されるガスが、キャニスタから吸入さ
れるガソリン蒸発ガスＱ_PURGE である空燃比制御方法で
ある。すなわち、パージ率を求めて空燃比制御に反映さ
せる方法である。尚、キャニスタから吸入されるガス
は、ガソリン蒸発ガス以外のガスであっても同様であ
る。

【００４６】

【作用】（１）基本的な空燃比制御方法 エンジン１が吸入する空気量Ｑ_TOTAL は、該エンジンの
回転速度Ｎとスロットル５の開度θとの関数として表さ
れるマップデータを参照して求めることができる。

【００４７】他方、スロットル５を介して吸入される空
気量Ｑ_INは流量計6Aで直接に測定できる。

【００４８】したがって、エンジン１が吸入する空気量
Ｑ_TOTAL からスロットル５を介して吸入される空気量Ｑ
_INを減じた値が、スロットル５以外の経路から吸入され
るガス量Ｑ_EXT となる。

【００４９】すなわち、スロットル５以外の経路から吸
入されるガス量Ｑ_EXT の導入率Ｋ_{EX T} は、次式(1) で表
される。

【００５０】 Ｋ_EXT ＝（Ｑ_TOTAL −Ｑ_IN）／Ｑ_TOTAL -------(1)

【００５１】ここで、スロットル５以外の経路から吸入
されるガス中の酸素量が判っているものと仮定すれば、
前記導入率Ｋ_EXT の値を参照しつつ空燃比を最適に制御
することができる。

【００５２】次に、エンジン１が吸入する空気量のマッ
プデータとその参照例を説明する。すなわち、スロット
ル５の開度θがθ_n の場合において、吸気管２内の圧力
をＰとし大気圧をＰ₀ とすると、吸気管２に流れ込む空
気量Ｑは次式(2) で与えられる。

【００５３】 Ｑ＝κ₁ ・f(θ_n ) ・（Ｐ₀ −Ｐ）^1/2 -------(2)

【００５４】但し、κ₁ は定数であり、f(θ_n ) はスロ
ットルの開度で決まる吸気管断面形状を表す関数であ
る。

【００５５】したがって、吸気管圧力Ｐの変化に対する
吸入空気量Ｑの関係をマップ化して表せば、図１(b) の
ような２次曲線のマップデータとして表すことができ
る。

【００５６】他方、エンジンが吸入する空気量Ｑ_TOTAL
は、吸気管圧力Ｐとエンジン回転速度Ｎとの積で表すこ
とができるから、図１(b) に示す１次直線のマップデー
タＮとして表すことができる。

【００５７】すなわち、以上の２つのマップデータの交
点が、定常運転状態にあるエンジンの吸気動作点であ
り、図上に示すＱ_N はエンジン１が吸入する空気量Ｑ
_TOTAL に等しい。

【００５８】 （２）ＥＧＲ率を求めて空燃比制御を行う方法 前記（１）において、スロットル５以外の経路から吸入
されるガスが、ＥＧＲ制御によって還流する排出ガスＱ
_EGR である場合は、前記（１）における導入率Ｋ
_EXT は、ＥＧＲ率Ｋ_EGR となる。したがって、ＥＧＲ率
Ｋ_EGR を参照しつつ空燃比制御を行うことが可能とな
る。

【００５９】一方、還流させる排出ガス中の酸素量は実
際上０（ゼロ）である。そのため、多量のＥＧＲを行っ
た場合にはエンジン出力が低下して運転状態が不安定と
なる。しかし、ＥＧＲ率Ｋ_EGR を参照しつつＥＧＲバル
ブの開度を制御し且つ空燃比制御を行うならば、エンジ
ンを安定に運転することができる。すなわち、エンジン
を安定に運転しつつ多量のＥＧＲを行うことが可能とな
る。

【００６０】 （３）パージ率を求めて空燃比制御を行う方法 前記（１）において、スロットル５以外の経路から吸入
されるガスが、アイドルパージ制御によって放出される
ガソリン蒸発ガスＱ_PURGE である場合は、前記（１）に
おける導入率Ｋ_EXT は、パージ率Ｋ_PURGE となる。した
がって、パージ率Ｋ_PURGE を参照しつつ空燃比制御を行
うことが可能となる。

【００６１】また、空燃比の学習制御にパージ率Ｋ
_PURGE を加味して制御することが可能となる。すなわ
ち、アイドルパージが空燃比の学習制御に与える誤差を
解消することができる。

【００６２】その他に、パージ率Ｋ_PURGE の値を経時的
・経年的に観察することによって、キャニスタ系の作動
が正常に行われているか否かを判断することができる。

【００６３】

【実施例】次に、本発明による空燃比制御方法を、実際
上どのように具体化できるかを実施例で説明する。

【００６４】（１）構成 図２は、実施例を説明する図で、吸排気系のモデル図で
ある。基本的には、図６に例示した空燃比制御系のモデ
ル図に、ＥＧＲを行う管路およびキャニスタ22からのア
イドルパージを行う管路を付加した構成を、吸排気系を
中心にして表した図である。

【００６５】すなわち、スロットル５の開度θによって
制御される吸入空気量Ｑ_INをエアフロメータ６で測定
し、空燃比を制御するシステムである。他方、エンジン
１の排出ガスを、排気管16からＥＧＲバルブ19を介して
吸気管２のサージタンク2Aに還流させる構成であり、ま
た、キャニスタ22に吸収したガソリン蒸発ガスを、カッ
トオフバルブ24を介してサージタンク2Aに放出する構成
である。

【００６６】ところで、本実施例においては、吸気管圧
力を測定する為の圧力センサ７をサージタンク2Aに設け
ている。これは、エンジン１の運転状態が過渡的状態に
在る場合に、吸入空気量の予測を行ってレスポンスの良
い動力特性を得る為である。

【００６７】すなわち、マスフロー方式においては、吸
入空気量の実測値からだけでは吸入空気量の予測が困難
なのである。尚、吸入空気量の予測方法については、次
項（２）で説明する。

【００６８】ちなみに、ＥＧＲバルブ19の開度制御およ
びカットオフバルブ24の開閉制御は、ＥＣＵ ４が行う
構成である。すなわち、ＥＣＵ ４から出力するＳ_EGR
がＥＧＲバルブ制御信号であり、Ｓ_PURGE がカットオフ
バルブ制御信号である。

【００６９】（２）エンジンが吸入する空気量の予測を
行う空燃比制御 レスポンスの良い動力特性を得る為には、エンジンの運
転状態が過渡的状態にある場合に、吸気弁が閉弁するタ
イミングにおいて吸入する空気量を予測して燃料噴射量
を決定する必要がある。

【００７０】そのため、エンジンが吸入する空気量の予
測を行う空燃比制御が、一般的に行われている。そして
それは、ＥＧＲ制御やアイドルパージ制御を行う場合に
おいても共通する点である。

【００７１】一方、スロットル開度θの変化に対するエ
ンジンレスポンスを評価するのであれば、スロットル開
度θの変化から吸入空気量の予測を行う空燃比制御方法
が最も優れている。

【００７２】図３は、吸入空気量の予測がどのようにし
て可能となるかを説明する図で、(a) は吸気管のモデル
図、(b) は吸気管圧力の変化を示す図、(c) はマップ化
した吸気特性図、(d) はスロットル開度の関数特性図、
である。

【００７３】スロットル５が急激に開いた場合において
は、吸気管圧力Ｐも急激に上昇し、エンジンが吸入する
空気量も増大する。したがって、このような過渡的作動
状態においては、吸気弁が閉弁するタイミング迄に吸入
される空気量を正確に予測することが、レスポンスの良
い動力特性を得る上で必要となる。

【００７４】１）過渡モデル（図３(b)) 例えば、図３(b) に例示するように、時刻ｔ_i-1 にスロ
ットル５が開いて吸気管圧力Ｐが上昇し、その後、時刻
ｔ_i に吸気弁10が閉じた場合において、時刻ｔ _i-1 にお
ける吸気管圧力ＰをＰ_i-1 とし、時刻ｔ_i における吸気
管圧力ＰをＰ_i とすると、時刻ｔ_i-1 において吸気弁閉
弁時刻ｔ_i における吸気管圧力Ｐ_i は次式(3) から予測
できる。

【００７５】 Ｐ_i ＝Ｐ_i-1 ＋（ｄｐ／ｄｔ）Δｔ ------------(3)

【００７６】但し、Δｔ＝ｔ_i −ｔ_i-1 である。

【００７７】２）吸気特性モデル（図３(c)) ところで、図３(a) に示すモデル図において、吸気管２
（サージタンク2A) に吸入される空気量をＱ_INとし、該
吸気管２（サージタンク2A) からエンジン１に吸入され
る空気量をＱ_OUT とすると、ベルヌーイの定理より次式
(4) が成立する。但し、Ｋ₁は定数である。

【００７８】ｄｐ／ｄｔ＝Ｋ₁ （Ｑ_IN−Ｑ_OUT） ＝Ｋ₁ ・ΔＱ --------------(4)

【００７９】ここで、Ｑ_INは次式(5) Ｑ_OUT は次式(6)
で求めることができる。

【００８０】 Ｑ_IN ＝Ｋ₂ ・f(θ) ・（Ｐ₀ −Ｐ）^1/2 -------(5)

【００８１】但し、Ｋ₂ は定数、f(θ) はスロットル弁
５の開度θによって決まるところの吸気管断面形状を表
す関数、Ｐ₀ は大気圧、Ｐはサージタンク2A内の圧力、
である。

【００８２】 Ｑ_OUT ＝Ｋ₃ ・η・Ｎ・Ｐ ------------------(6)

【００８３】但し、Ｋ₃ は定数、ηは燃焼室への充填効
率、Ｎはエンジン回転速度、Ｐはサージタンク2A内の圧
力、である。

【００８４】ところで、f(θ) およびＮ，Ｐをパラメー
タとして空気流量Ｑ_INおよびＱ_OUT をグラフ化して示す
と、図３(c) のように表すことができる。すなわち、f
(θ)をパラメータとしてf(θ) ・（Ｐ₀ −Ｐ）^1/2 で示
される２次曲線特性f(θ_n )と、Ｎをパラメータとして
Ｎ・Ｐで示される１次直線特性Ｎ₁,Ｎ₂,・・・である。

【００８５】また、スロットル弁５の開度θによって決
まるところの吸気管断面形状を表す関数f(θ) は、図３
(d) に示すようにコサイン(cosine)状に変化する関数と
して表わされる。

【００８６】したがって、両特性f(θ_n ) とＮ₁,Ｎ₂,・
・・が交差する点が、吸気動作点である。すなわち、ス
ロットル開度θで決まる断面形状関数f(θ) を図３(d)
の特性図から求め、その値と図３(c) の吸気特性図f(θ
_n ) から得られる値の積を演算することによって、吸入
空気量を求めることができる。

【００８７】３）ｄｐ／ｄｔの導出 前記２）の吸気特性モデルと実際の吸気特性との差か
ら、吸気管圧力Ｐの微分値ｄｐ／ｄｔを求めることが可
能である。

【００８８】すなわち、エンジンが定常運転状態におい
てはＱ_IN＝Ｑ_OUT となるから、次式(7) が成立する。

【００８９】 Ｑ_IN ＝Ｋ₃ ・η・Ｎ・Ｐ ------------------(7)

【００９０】また、式(7) で表される空気流量Ｑ_INを図
３(c) に例示したマップデータから引用し、該空気流量
をＱ_M で表せば、式(7) は次式(8) で表せる。

【００９１】 Ｑ_M ＝Ｑ_IN ＝Ｋ₃ ・η・Ｎ・Ｐ --------------(8)

【００９２】尚、実際の空燃比制御システムにおいて
は、前記マップデータをＥＣＵ ４のメモリ内に記憶・
保持させる構成である。

【００９３】したがって、式(4) に示すΔＱは次式(9)
で求めることができる。

【００９４】ΔＱ＝Ｑ_IN−Ｑ_OUT ＝Ｑ_M −Ｋ₃ ・η・Ｎ・Ｐ ----------------(9)

【００９５】すなわち、エンジンが過渡的運転状態に在
る場合は、定常運転モデルから吸入空気量Ｑ_M を算出
し、実測した吸気管圧力Ｐとエンジン回転速度Ｎとから
求まる吸入空気量を該算出値から減じた値で、ΔＱを求
めることができる。

【００９６】４）吸気弁閉弁タイミングにおける吸気管
圧力図３(b) に例示した時刻ｔ_i-1 および時刻ｔ_i が吸
気弁閉弁タイミングであるとすれば、時刻ｔ_i における
吸気管圧力Ｐ_i は式(3) 式(4) 式(9) から次式(10)で求
めることができる。

【００９７】Ｐ_i ＝Ｐ_i-1 ＋（ｄｐ／ｄｔ）Δｔ ＝Ｐ_i-1 ＋Ｋ₁ ・ΔＱ・Δｔ ＝Ｐ_i-1 ＋Ｋ₁ （Ｑ_M −Ｋ₃ ・η・Ｎ・Ｐ_i-1 ）Δｔ ＝Ｐ_i-1 ＋Ｋ｛（Ｑ_M ′／Ｎ）−Ｐ_i-1 ｝ ---(10)

【００９８】但し、Ｑ_M ′＝Ｋ₂ ・Ｑ_M であり、Ｋ，Ｋ
₂ は定数である。また、Δｔはエンジンの回転に同期し
てサンプリングする周期を表すので、定数に繰り入れる
ことが可能である。

【００９９】５）吸入空気量の推定 吸気弁閉弁タイミングにおける吸気管圧力Ｐ_i から吸入
空気量を推定するには、スピードデンシティ方式と同様
に、吸気管圧力とエンジン回転速度とから吸入空気量を
推定の為のマップデータが必要である。

【０１００】すなわち、式(10)から求められる吸気管圧
力Ｐ_i とエンジン回転速度Ｎおよび前記マップデータと
から吸気弁閉弁タイミングにおける吸入空気量を推定す
ることができる。

【０１０１】 （３）本実施例においてＥＣＵが備えるマップデータ 図４は、実施例のＥＣＵが備えるマップデータを説明す
る図で、(a) は吸気特性を表すマップデータ図、(b) は
スロットル開度の関数を表すマップデータ図、(c) は等
吸入空気量を表すマップデータ図、である。

【０１０２】本実施例においては、少なくとも次に示す
３つのマップデータをＥＣＵが備える必要がある。

【０１０３】すなわち、図４(a) に示す吸気管の吸入特
性を表すマップデータと、図４(b)に示すスロットルの
断面形状を表す関数のマップデータと、図４(c) に示す
吸入空気量を推定する等吸入空気量のマップデータ、で
ある。

【０１０４】 （４）ＥＧＲ率およびパージ率の算出と空燃比制御 図５は、ＥＧＲ率およびパージ率を算出する手順を説明
するフローチャートで、(a) はＥＧＲ率の算出手順、
(b) はパージ率の算出手順である。

【０１０５】１）ＥＧＲ率の算出（測定） 図５(a) に示す手順を、吸入空気量および吸気管圧力の
サンプリング時間毎に実施することで、ＥＧＲ率を求め
て空燃比制御を行うことが可能である。

【０１０６】すなわち、ステップ S101 でエンジンの回
転速度Ｎから図４(a) に示すＰ−Ｑマップデータを検索
し、続いてステップ S102 でスロットルの開度θから図
４(b) に示すθ−f(θ) マップデータを検索する。そし
て、ステップ S101 の検索値とステップ S102 の検索値
との積をステップ S103 で求め、計算上の吸入空気量Ｑ
_M を求める。

【０１０７】次に、前記（２）の式(10)で与えられる吸
気弁閉弁タイミングにおける吸気管圧力Ｐ_i をステップ
S104 で求め、その求めた値Ｐ_i とエンジン回転速度Ｎ
とから図４(c) に示す等吸入空気量マップを検索し、当
該エンジンが吸入する空気量Ｑ_TOTAL をステップ S105
で求める。

【０１０８】そして、ステップ S106 で次式(11)を演算
し、ＥＧＲ率を求める。但し、Ｑ_{AF M} は、エアフロメー
タで測定したスロットル系からの吸入空気量である。

【０１０９】 Ｋ_EGR ＝（Ｑ_TOTAL −Ｑ_AFM ) ／Ｑ_TOTAL -------(11)

【０１１０】したがって、前記式(11)で与えられるＥＧ
Ｒ率Ｋ_EGR を参照しつつＥＧＲ率を制御すれば、空燃比
制御をＥＧＲ制御と関連させて積極的に行うことが可能
となり、多量のＥＧＲを行うことが可能となる。すなわ
ち、求めたＥＧＲ率を参照しつつエンジンの加減速に伴
う動力性能を満足するように空燃比を制御することが可
能である。

【０１１１】２）パージ率の算出（測定） 図５(b) に示す手順を、吸入空気量および吸気管圧力の
サンプリング時間毎に実施することで、パージ率を求め
て空燃比制御を行うことが可能である。

【０１１２】すなわち、ステップ S201 でエンジンの回
転速度Ｎから図４(a) に示すＰ−Ｑマップデータを検索
し、計算上の吸入空気量Ｑ_M を求める。つまり、アイド
ルパージを行う場合のスロットル開度θは０°であるか
ら、Ｐ−Ｑマップデータとしてθ＝０°のマップデータ
を備えておけば、図４(b) に示すθ−f(θ) マップデー
タは不要である。

【０１１３】次に、前記（２）の式(10)で与えられる吸
気弁閉弁タイミングにおける吸気管圧力Ｐ_i をステップ
S202 で求め、その求めた値Ｐ_i とエンジン回転速度Ｎ
とから図４(c) に示す等吸入空気量マップを検索し、当
該エンジンが吸入する空気量Ｑ_TOTALをステップ S203
で求める。

【０１１４】そして、ステップ S204 で次式(12)を演算
し、パージ率を求める。但し、Ｑ_{AF M} は、エアフロメー
タで測定したスロットル系からの吸入空気量である。

【０１１５】 Ｋ_PURGE ＝（Ｑ_TOTAL −Ｑ_AFM ) ／Ｑ_TOTAL -------(12)

【０１１６】したがって、前記式(12)で与えられるパー
ジ率Ｋ_PURGE を参照しつつパージ率を制御すれば、空燃
比制御をパージ制御と関連させて積極的に行うことが可
能となる。

【０１１７】すなわち、求めたパージ率を参照しつつ空
燃比の学習制御を行うことにより、誤差の少ない空燃比
制御が可能となる。

【０１１８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ＥＧＲ率
やキャニスタからのパージ率を算出してそれらの値を空
燃比制御に加味することが可能となり、エンジンの空燃
比制御を一層厳密に行うことが可能となる。また、キャ
ニスタが正常に作動しているか否かを試験することが可
能となる。

【０１１９】その結果、環境汚染が少なく動力性能の良
いエンジンを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明する図で、(a) はエンジン
の吸気系を説明するモデル図、(b) はエンジンの吸入空
気量を求める為のマップデータ図、である。

【図２】実施例を説明する図で、吸排気系のモデル図で
ある。

【図３】吸入空気量の予測がどのようにして可能となる
かを説明する図で、(a) は吸気管のモデル図、(b) は吸
気管圧力の変化を示す図、(c) はマップ化した吸気特性
図、(d) はスロットル開度の関数特性図、である。

【図４】実施例のＥＣＵが備えるマップデータを説明す
る図で、(a) は吸気特性を表すマップデータ図、(b) は
スロットル開度の関数を表すマップデータ図、(c) は等
吸入空気量を表すマップデータ図、である。

【図５】実施例のＥＧＲ率およびパージ率を算出する手
順を説明するフローチャートで、(a) とＥＧＲ率の算出
手順、(b) はパージ率の算出手順である。

【図６】マスフロー方式の空燃比制御系を説明するモデ
ル図である。

【図７】ＥＧＲとキャニスタからのアイドルパージを説
明するモデル図で、(a) はＥＧＲを説明する図、(b) は
アイドルパージを説明する図、である。

【符号の説明】

１ エンジン ２ 吸気管 2A サージタンク ３ 燃料噴射弁 ４ ＥＣＵ(Electronic Control
Unit) ５ スロットル ６ エアフローメータ ７ 圧力センサ ８ スロットル開度センサ ９ エアクリーナ 10 吸気弁 11 排気弁 12 点火プラグ 13 燃焼室 14 冷却水 15 水温センサ 16 排気管 17 三元触媒 18 クランク角センサ 19 ＥＧＲバルブ 20 燃料タンク 21 燃料ポンプ 22 キャニスタ 23 ツーウェイバルブ 24 カットオフバルブ Ｎ エンジン回転速度 Ｓ_N クランク角度信号（タイミン
グパルス信号） Ｐ 吸気管圧力 θ スロットル開度 Ｗ_t 冷却水温度 Ｑ 吸入空気量 Ｓ_EGR ＥＧＲバルブ制御信号 Ｓ_PURGE カットオフバルブ制御信号

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/18 F02D 45/00 366 F02M 25/07 550 F02M 25/08 301

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スロットル(5)を介して内燃機関(1)に吸
   入される空気量（Ｑ_IN）を流量計(6A)で直接に測定し、
   該吸入空気量（Ｑ_IN）から燃料供給量を決定して空燃比
   を制御する方法において、 内燃機関(1)の回転速度（Ｎ）とスロットル(5)の開度
   （θ）と吸気管圧力（Ｐ）とから該内燃機関(1)に吸入
   される計算上の吸入空気量（Ｑ_TOTAL）を求め、 前記流量計(6A)で測定した吸入空気量（Ｑ_IN）と計算上
   の吸入空気量（Ｑ_TOTAL）とから、スロットル(5)以外の
   経路から吸入されるガス量（Ｑ_EXT）の割合を求めて空
   燃比を制御すること、 を特徴とする内燃機関の空燃比制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の内燃機関の空燃比制御方
   法において、 スロットル(5) 以外の経路から吸入されるガスが、ＥＧ
   Ｒ(Exhaust Gas Recirculation)制御によって還流する
   排出ガス（Ｑ_EGR）であること、 を特徴とする内燃機関の空燃比制御方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の内燃機関の空燃比制御方
   法において、 スロットル(5) 以外の経路から吸入されるガスが、キャ
   ニスタから吸入されるガス（Ｑ_PURGE）であること、 を特徴とする内燃機関の空燃比制御方法。