JP4623456B2 - 速度変化に基づくエンジン空気量予測方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に関し、より具体的には、将来の吸入イベントにおいて気筒へ入る空気量の予測に基く燃料噴射量の調整方法に関する。

個々の気筒の吸気イベントでのエンジン空気量を判定することは、エンジンへ適切に燃料を供給する上で重要である。典型的には、エンジン空気量は燃料供給に先立ち、例えば吸気イベント前の２回のエンジン・イベントに先立って計算される。これにより、燃料が、吸気弁が開くより前に供給され、燃料蒸発が促進され、排出量が低減されるので、重要である。また、排気後処理システムが最適効率で動作していない始動時と回転立ち上がり時には、正確なエンジン空気量の予測が特に重要である。触媒は、効率的に動作するのに昇温状態を必要とする。エンジン動作の結果として触媒温度が上昇するが、始動時は触媒温度が比較的低いので、エンジン空気量計算と燃料供給には精度が要求されてくる。

特許文献１に開示されているように、エンジン空気量を予測する方法の一つは、スロットル位置の変化に基いている。この方法は、与えられたスロットル位置でのスロットルの流れとスロットル前後での圧力降下を特徴付けるスロットル・モデルを用いるものである。この方法は、システムの物理的挙動を捉えたルックアップ関数及びテーブルに記載される。エンジン空気量の予測は、現在と前回のスロットル位置を検出し、スロットル位置の相対変化率を判定し、そして将来のスロットル位置が予測されるように、この変化率を延ばすことにより、達成される。それから、予測スロットル位置は、将来のエンジン空気量を予測するためにスロットル・モデルへ入力される。

本件発明者は、この予測方法が、スロットル位置が変化していないときには、それ程正確ではないことを認識した。上述の方法では、エンジン空気量の変化を予測するのにスロットル位置の変化が必要であるので、始動中のエンジン空気量の変化を予測しない。

エンジン空気量を予測する別の方法は、特許文献２に記載されているように、質量空気量（Mass Air Flow: MAF）センサーに基くものである。この方法では、スロットル・ボディと吸気マニフォールドと直列にMAFセンサーを用いる。センサー要素が暖機時間を必要とするので、センサー信号が準備できていない始動時には、MAFセンサー信号は無視される。センサー暖機時間に対応する特定期間内にMAFセンサー信号が読出し可能とされる。通常エンジン回転立ち上がり中であるMAF信号が読み出し可能とされた後、将来のエンジン空気量を予測するのに、モデルが用いられる。

本件発明者はまた、この取組みが通常のエンジン動作中には良好に機能するものの、センサーが冷えていて機能的でない始動中には、それ程正確ではないことを認識した。始動中は、計測値に代えて、所定のエンジン空気量が用いられる。それで、実際のエンジン空気量が変化しているにも関わらず、吸気が吸引される間、一定のエンジン空気量が与えられる。
米国特許第６１７０４７５号明細書 米国特許第５３３１９３６号明細書

本件発明は、始動中に、エンジン空気量を正確に予測することを課題とする。

本件発明の方法は、少なくとも1回のエンジン速度の変化に基きエンジン空気量を計算する工程、及び、該エンジン空気量計算に基き少なくともエンジン始動時にエンジンへ供給される燃料量を調整する工程、を有する。この方法は、従来技術の取組みの上述の制約を低減するのに用いることが出来る。

エンジン空気量を予測するのにエンジン速度の変化を用い、そして将来の気筒イベントでエンジンへ供給される燃料を調整することにより、本件発明者は、始動中のエンジン空気量の予測精度を向上させた。エンジン速度の変化が始動時のエンジン空気量に大きく影響し得るので、２つの変数の間の相関関係を将来のエンジン空気量を予測するのに用いることが出来る。エンジン速度が用いられるとき、スロットル予測や、MAFセンサー特性により生じる制約なしに、エンジン空気量を計算することが出来る。また、エンジン速度の変化は、始動時、立ち上がり時、そして通常のエンジン動作中にも、容易に計算される。

言い換えると、気筒へ空気を吸い込む際の流体力学特性はエンジンが加速するにつれて変化するので、エンジン速度の変化がエンジン空気量の変化を生じる。体積効率及び流体力学特性は、エンジン速度の変化と共に、変化し、エンジン空気量の変化を生じる。エンジン速度の変化とエンジン空気量の変化との間のこの関係が、本件発明者が、エンジン速度の変化に基づきエンジン空気量を予測するのを可能にした。

エンジン速度の変化と予測エンジン空気量との間の関係を特定することにより、本件発明者は、多くの構成が可能であることを認識している。各種のエンジン速度変化を用いることが出来る。例えば、速度差（ΔN）、単位時間当たりの速度差（ΔN／Δt）、変換関数又は差分方程式により処理されたΔN、エンジン速度の現在と過去の値の使用、現在と過去のエンジン関連のイベントからのエンジン速度の使用、インターラプト・ドリブンの速度計測、処理されたエンジン位置（engine position）の変化、処理されたエンジン位置変化／時間変化、現在と過去のイベントでの処理されたエンジン位置、そしてインターラプト・ドリブン処理されたエンジン位置の計測値、などである。

本発明は、エンジン始動中の空気燃料制御性を向上させ、結果としてエンジン排出量を低減することが出来る。この効果は、触媒が低温で、それの効率が低いときに、特に有利である。

添付の図面と関連させて以下の好ましい実施の形態の詳細な説明から、本発明の上記のものなどの効果、特徴が容易に明らかとなろう。

エンジン始動を特定するのに、各種方法があることを記すべきである。例えば、エンジン始動は、スターターの動力の下にエンジンが回転し始める時点と、目標アイドル速度以上で回転している時点との間の期間とすることが出来る。エンジン始動を、エンジンのクランキングと立ち上がりと呼ぶことも出来る。キーがオンになってから、目標エンジン速度／負荷に到達するまでの期間を、エンジン始動として特定する方法もある。

図１を参照すると、図１では一気筒が示されているが複数の気筒を有する内燃機関10が、電子エンジン制御器により制御される。エンジン10は、燃焼室30と気筒壁32とを、カムシャフト130そしてその中に配置されクランクシャフト40に接続されたピストン36と共に持つ。燃焼室30は、吸気弁52及び排気弁54をそれぞれ介して吸気マニフォールド44及び排気マニフォールド48と連通するということが知られている。燃焼室30はまた、そこに接続され、制御器12からの信号FPWのパルス幅に比例して液体燃料を供給する燃料噴射弁66を持つのが示されている。燃料は、燃料タンク、燃料ポンプ及び燃料レール（不図示）により燃料システム（不図示）により、燃料噴射弁66へ供給される。エンジンは、燃料が吸気マニフォールドに噴射されるように構成することも出来、それは、ポート噴射エンジンとして当業者に知られている。吸気マニフォールド44が、スロットル弁62を介して、スロットル・ボディ58と連通するのが示されている。

通常のディストリビューターレス点火システム88が、制御器12に応答し点火プラグ92を介して点火火花を燃焼室30へ与える。二状態排気酸素センサー76が、触媒コンバーター70上流の排気マニフォールドに接続されているのが示されている。ユニバーサル排気酸素（universal exhaust gas oxygen: UEGO）センサーで、二状態センサー76を代用しても良い。二状態排気酸素センサー98が触媒コンバーター下流の排気マニフォールド48に接続されているのが示されている。センサー76は信号EGO1を、センサー98は信号EGO2を制御器12へ送信する。

制御器12は図１において、通常のマイクロコンピューターとして示されており、それは入出力ポート（I/O）104、読出し専用メモリー（ROM）106、ランダム・アクセス・メモリー（RAM）108、キープアライブ・メモリー（KAM）110そして通常のデータ・バスを含む。制御器12が、エンジン10に接続されたセンサーから各種信号を受けるのが示されており、それらの信号には上述のものに加えて、以下のものが含まれる。すなわち、冷却スリーブ114に接続された温度センサー112からのエンジン冷媒温度（ECT）、吸気マニフォールド44に接続された圧力センサー122からのマニフォールド絶対圧力の計測値（MAP）、温度センサー117からのエンジン吸気温度またはマニフォールド温度の計測値（ACT）、カム・センサー150からのカム位置信号（CAM）、クランクシャフト40に接続されたホール効果センサー118からのプロファイル点火ピックアップ信号（PIP）及び、エンジン速度センサー119からエンジン速度信号（RPM）である。本発明の好ましい観点において、エンジン速度センサー119は、クランクシャフトが一回転する毎に所定回数のパルスを等間隔に発生する。

図２は、6気筒エンジンを始動するときに生じる信号軌跡を複数示すグラフである。図２乃至５の信号は、実際の大きさではなく、信号間の関係を示すような縮尺とされている。PIPと付された信号は、各気筒の位置を圧縮行程上死点の10度手前で特定するための立ち上がりエッジを用い、エンジン・イベント信号を生成する。気筒イベントの期間は、720度／（エンジン気筒数）である。言い換えると、エンジン・イベントは、ある気筒が圧縮行程の上死点に到達するときに開始し、PIPがエンジン・イベントに対して設定され、それで、720度の期間の中で全ての気筒が着火することになる。

エンジン・センサーが、PIP信号に対してサンプリングされる。サンプリングは、立上り又は立下りエッジ若しくはいかなる組合せのエッジにおいて、生じても良い。グラフの中の"＋"と"○"は、PIPの立下りエッジにおいて収集されたデータを表している。エンジン位置は、個々に開示された解像度より高いものでも低いものでも用いて、一つの信号から導くことが出来る、ということも認識されるはずである。"＋"で特定されるエンジン空気量信号EAAは、PIPエッジでサンプリングされるときに、所定の気筒へ入る空気の質量である。"○"で特定される２イベント予測エンジン空気量信号IEAAは、特定の気筒へ入る空気質量の２種のイベントから予想される理想の値である。この信号を生成するように、始動時に収集された空気質量データがPIPイベント2回分シフトされる。後述するように、この理想予測値は、リアル・タイムで得ることは出来ず、それで、本発明は、このような値を推定するための種々の方法を記載している。

エンジン空気量信号EAAと２イベント理想エンジン空気量信号IEAAとの間は、従来の方法が作り出す可能性のある領域で、これが、本発明が低減しようとする誤差である。エンジン速度が増大すると、エンジン空気量が減少することを記すべきである。これは、エンジン速度の変化を、後述のように本発明で用いられるエンジン空気量の変化に関連付ける上で、重要な情報である。言い換えると、本発明は、将来の吸入イベントのエンジン空気量の予測を、エンジン速度の計測された変化に基き行なうことが出来るということを、認識するものである。

図３（A）は、噴射カウンター（CYL_CNT）を参照しながら、エンジン速度の変化に基き、２イベント予測エンジン空気量を生成するのに用いられる重要な信号を示すグラフである。PIPは、関連信号間の相対的なタイミングを示すので、再び示されている。最初の噴射の位置を特定する信号INJ1と、最初の噴射後のイベント数を特定する信号CYL_CNTもまた、示されている。"＊"により特定されるエンジン速度微分値ΔN、"○"により特定される理想エンジン空気量の変化ΔIEAA、"＋"により特定されるエンジン空気量の変化ΔEAA、そしてエンジン速度RPMもまた、示されている。

この図は、エンジン速度の変化とエンジン空気量の変化が、エンジン加速の最初の表示にイベント2回分先立って、予測理想エンジン空気量の変化を殆ど表示していないことを示している。しかしながら、エンジン位置と、燃料を受ける最初の気筒が判別されると、エンジン速度の変化とエンジン空気量の変化をより正確に予想することが出来る。

エンジン位置が判定された後で、最初の噴射の後のエンジン・イベント数がカウントされ、それが、エンジン制御器が、最初に噴射された気筒が着火する時点を予測するのを可能とする。燃料噴射された気筒は、燃料を受けた後で同じイベント数で、殆どいつも着火することになるので、上記の予測が可能である。気筒の着火が、エンジン速度を増大させ、結果として、エンジン空気量が変化する。それで、最初の気筒が着火するであろう時点を予測することにより、制御器12は、その気筒が着火する前に、エンジン空気量の変化を予測することが出来る。

噴射カウンターが、最初の噴射から開始して、噴射が起こるたびに変数CYL_CNTをインクリメントすることにより、成形される。燃料は順次に起こるので、エンジン・イベントがそれぞれ噴射を持つ。それで、噴射カウンターがスターすると、それは、エンジン・イベント毎にインクリメントすることになる。

本発明によれば、制御器12が、最小数の噴射が生じるか（CYL_CNT>OL_PRE）、エンジン加速度が所定レベルを越えるまで、エンジン位置に基きエンジン空気量の変化を予測する。ここで、CYL_CNTは噴射回数であり、OL_PREはエンジン位置に基く所定の予測回数である。それで、エンジン速度の変化が、始動中のエンジン空気量の変化を予測するのに用いられる。図６と共に後述のように、エンジンが始動した後は、別の２イベント・エンジン空気量予測法が用いられる。

図３（B）は、図３（A）と同様であるが、エンジン位置が最初に判明した時点を特定する信号SYNCと、その後のイベント数を特定する信号EVENT_CNTをも示すグラフである。これら２つの信号は、図３（A）により記載された方法の別の実施形態を示すのに用いられている。ここでは、２イベント予測エンジン空気量がエンジン・イベント・カウンターを参照する。"＊"により特定されるエンジン速度微分値ΔN、"○"により特定される理想エンジン空気量の変化ΔIEAA、"＋"により特定されるエンジン空気量の変化ΔEAA、そしてエンジン速度RPMもまた、示されている。

エンジン位置が判明してからのエンジン・イベント数をカウントすることで、エンジン制御器12が、最初に燃料供給された気筒が着火する位置を予測するのを可能とする。最初に燃料供給された気筒は、適切に燃料が供給されるならば、燃料を受けてから同じイベント数が経過した時点で、殆ど常に着火することになるので、上記の予測が可能である。最初の噴射から着火が起こるまでのイベント数を、エンジン位置の特定と最初の燃料噴射の間のイベント数と共に知ることで、位置の特定と最初の着火との間のイベント数を確立することが出来る。図３（A）に記載の過程を用いるが、エンジン位置が最初に既知となった時点からカウントすることで、制御器12は、エンジン空気量の変化を気筒着火に先立ち、予測することが出来る。

加えて、全てのエンジン・イベントをカウントすることにより、エンジン位置が既知となる前であっても、始動中のエンジン・イベントに基きエンジン空気量を調整することが可能である。クランキング速度において、エンジンは、始動の度に同じ割合で吸気マニフォールドを真空化する定容ポンプとして機能する。エンジンのクランキング速度が一定であり、吸気マニフォールドが同じように絞られている限り、エンジン空気量を予測することが出来る。以前の始動で捕捉されたエンジン空気量は、エンジン運転状態について補正がされる限り、将来の始動時にエンジン空気量を予測するのに用いることが出来る。補正については、図６に記載されているように、行なわれる。

図４は、プロット＊で特定される２イベント理想エンジン空気量の変化ΔIEAAとプロットｘで特定される２イベント予想エンジン空気量の変化ΔPEAAを示すグラフである。EAAとIEAAとの差をとり、エンジン位置を用いて予想されることになる最初の数回のイベントをゼロにすることで、ΔIEAAが得られる。ΔPEAAは、本発明の方法を用いて、エンジン速度の変化に基き、エンジン空気量の変化を計算することにより、生成される。ΔPEAAのデータはシフトされるのではなく、異なるデータ・セットから特定される差分方程式から計算される。エンジン空気量の本発明による予測と理想的な２イベント変化との間には、密接な関係があることを記すべきである。これは、エンジン速度の変化を用いて、現在のサンプリング期間の後に生じる吸入イベント中に生じることになるエンジン空気量の正確な予測を得ることが可能である。また、図４及び図５で用いられたデータは、図３（A）のモデル係数を決定するのに用いられたデータとは異なるものである。

図５は、プロット＊で特定される２イベント理想エンジン空気量変化ΔIEAAとプロットｘで特定される２イベント予想エンジン空気量の変化ΔPEAAを示すグラフである。しかしながら、図５はまた、エンジン位置に基くエンジン空気量予測値を3つ含んでいる。図２に関して上述のように、速度変化が観測されないので、最初2つのエンジン位置に基く予測がなされる。エンジン速度／エンジン空気量の差分方程式は、ΔIEAAに従うため、2つのエンジン・イベントを必要とするので、第３のエンジン位置に基く予測が用いられる。

図６を参照すると、エンジンを始動するのに用いられる燃料供給の形式に基き、始動中のエンジン空気量予測値をどのように計算するかを判断する、制御器12により実行されるルーチンのフローチャートが示されている。ルーチンは、始動中のエンジン空気量を計算するための異なる方法を最大3個まで提供する。これらの方法は、現在のエンジン状態に基づき、順次実行される。ステップ610において、エンジン冷媒温度ECT、エンジン吸気温度ACT、大気圧BPなどのパラメーターを計測することにより、運転状態が判定される。これらのパラメーターは、ブロック612, 622及び 630におけるエンジン空気量推定値を補正するのに用いられる。ステップ612において、エンジンが回転を開始する前に、ベース・エンジン空気量が、周知の理想気体の式PV=mRTを用いて、計算される。動作状態について補正した4気筒エンジン用の理想ガス式は、以下のように書くことが出来る。
Mcyl = (D/4RT) * η(N, Load) * P_m * fnBP(BP) * fnTem (ECT, ACT) 。

ここで、Mcylは、エンジン空気量若しくは気筒空気充填量、Dはエンジン行程容積、Rは気体定数、そしてTはエンジン空気温度である。ηはエンジンの体積効率で、実験的に求められ、エンジン速度と負荷の目盛を持つテーブルに格納される。マニフォールド圧力であるP_mは、圧力変換器122からの信号計測値に基づく。大気圧補正値が関数fnBPとして記憶され、それは、動作中の大気圧が基準大気圧から離れるときに、エンジン空気量の変化を表すように、実験的に求められる。エンジンとエンジン吸気との間の熱伝達が、体積効率とエンジン吸入空気量とに影響を及ぼす。テーブルFnTemは、エンジン冷媒温度（ECT）のx座標とエンジン吸気温度（ACT）のy座標を持つ実験的に求められたテーブルである。このようなエンジン運転状態に基づき、fnTemは熱伝達率の補正を行なう。そして、このエンジン空気量は、選択された燃料供給方法に応じて、ブロック812又はブロック716へ伝えられる。ステップ614において、制御器12は、エンジンが回転しているか否かを判断する。エンジンが回転している場合には、ルーチンはステップ616へ進み、そうでない場合には、エンジンが回転するまで、これ以上のエンジン空気量の計算はなされない。ステップ616が、エンジン燃料供給方法に基いてエンジン空気量計算方法を選択する。

シーケンシャル電子燃料噴射（SEFI）が選択されるとき、ルーチンはステップ618へ進む。ステップ618において、エンジン制御器12が、クランクシャフト118とカムシャフト150のセンサーにより供給される信号を用いて、エンジン位置を判定する。エンジン位置が判定されると、その吸気行程が次に来る気筒の吸気弁の上に、それが閉じているタイミングで燃料が供給される。SEFI燃料供給は、予測エンジン空気量変化を更新することなしに、N1回のエンジン・イベントの間、継続する。しかしながら、ベース・エンジン空気量はエンジン・イベントごとに更新されるが、最初に燃料供給された気筒が着火するまで、エンジン加速度が最小であるので、エンジン速度変化に起因するエンジン空気量変化はゼロである。ステップ620では、エンジン・イベントが遅延され、そこでは、各気筒が着火しておらず、予測エンジン空気量の変化も必要とされない。典型的には、N1は、最初に燃料供給される吸気行程で始まるエンジン・イベントの回数へと校正され、ここで、N1は以下の式に基き校正される。
X = 720 / 気筒数
N1 = [(720 - 360) / X] - 2 。

N1回のイベントが起きた後、ルーチンはステップ622へ進み、そこで、エンジン空気量変化がメモリーから読み出される。予測エンジン空気量変化は、テーブル（Delta_Mcyl）に格納される（用いられる回数は、気筒数や先に予想されるイベント数などに基き決定される。そしてここでは、V6エンジンについて例として3が選択されている。）。テーブルは、エンジン冷媒温度（ECT）のx座標と、エンジン・イベント（k）のy座標とを持つ。記憶された値は、ステップ610で計測された値に基き、調整される。メモリーに記憶された値は、標準エンジン運転状態で実験的に求められる。運転状態が標準状態から離れると、制御器は以下の補正を実行する。
ΔPEAA = Delt_mcyl(ECT, k) * fnBP(BP) * fnTem(ECT, ACT) 。

ステップ612において計算されたベース・エンジン空気量は、次回3回のエンジン・イベントについてのエンジン空気量を判定するために、エンジン空気量変化を用いて、以下のように補正される。
（エンジン空気量）＝（ベース・エンジン空気量）−（予測エンジン空気量変化）
若しくは
EAA = BEAA - ΔPEAA 。

これら3個の予測エンジン空気量は、最初に燃料供給される気筒の膨張行程よりもエンジン・イベント2回分先立って開始するので、エンジン位置に依存すると考えることが出来る。予測エンジン空気量変化は、エンジン加速を確実に認識するように、PIP立下りエッジで計算される。始動中、エンジン空気量はその始動を表すものとしてメモリーに記憶される。言い換えると、始動時のエンジン空気量は、以下の特徴の少なくとも一つを発生する。すなわち、エンジン加速、空気／燃料の反応、若しくは排出量についての状態が予想される。制御器12はそして、記憶されたエンジン空気量を用いることにより、エンジンの磨耗と製造誤差に対して補正を行なうことが出来、それにより、エンジン空気量を過去の始動状態に基くものと出来る。そしてルーチンは、ステップ626へ進む。

ステップ616においてビッグバン噴射（全気筒同時噴射）が特定される場合、図８に示されるように、燃料が、最初に特定されたエンジン・イベントにおいて供給され、N2回のエンジン・イベントの間、ベース・エンジン空気量のみが理想気体の式に基き更新される。ここで、N2は以下のように計算される。
N2 = （気筒数）- 2 。

この遅延がビッグバン燃料供給と共に用いられるのは、全気筒に燃料供給されたので、次回の燃料供給の時期まではエンジン空気量を更新する意味が無いからである。ルーチンはそして、ステップ626へ進む。

ステップ626において、エンジン制御器12が、エンジンが予想とおりに加速したか否かを判断する。予想されたエンジン加速が検出されなかった場合には、ステップ628へと進み、エンジン空気量の計算は、ベース・エンジン空気量の計算へと戻る。予想されたエンジン加速が検出された場合には、ルーチンはステップ630へと進む。ステップ630において、エンジン速度の変化は、図９に示されるように、エンジン空気量の変化を計算するのに用いられる。図９のステップは、特定の数のエンジン・イベントが生じるか、エンジン速度変化が所定閾値を下回るまで、実行される。そして、ルーチンは、ステップ632へ進み、そこで、エンジン空気量計算が、別の計算方法へと切換えられる。

図7Aを参照すると、シーケンシャル制御に基き燃料供給を制御するために制御器12により実行されるルーチンのフローチャートが示されている。ステップ710において、エンジン運転状態が読み出される。運転状態は、エンジン冷媒温度などのパラメーターを計測することにより、判定される。ステップ712において、ルーチンが、ステップ714において空気と燃料供給を同期させるべきか、又はステップ716へ進んでエンジン空気量を読み出すべきか、を判断する。空気と燃料とが同期していない場合、制御器12は２イベント予測エンジン空気量を次の吸気行程気筒に合わせる。ステップ716において、図６のステップの各実行状態に応じて、２イベント・エンジン空気量がステップ612, 622又は630から読み出される。ステップ718において、目標λ値が、テーブルに記憶された所定の値の中から検索される。そのテーブルは、エンジン冷媒温度ECTのx座標と、動作開始からの経過時間のy座標とを持つ。λ値は以下のように計算される。
λ= (Air / Fuel) / (Air / Fuel)_{stoichiometry} 。

ステップ720において、ステップ716のエンジン空気量とステップ718で読み出されたλ値とに基き燃料質量が計算される。
Fuel_Mass = Engine_Air_Amount / [(Air / Fuel_{stoichiometry}) * λ] 。

ステップ722において、その入力が目標燃料質量で、その出力が噴射パルス幅である関数を用いて、噴射パルス幅が計算される。ステップ724において、噴射弁が、ステップ722で求められた期間駆動される。この過程は、気筒特有の空気量を用いて、噴射イベント毎に生じ、気筒特有の燃料量を生成する。

図7Bを参照すると、SEFI始動中に導かれる予測エンジン空気量の例のテーブルが示されている。左から1番目の列が、気筒燃料供給回数を示している。2番目の列は、エンジン空気量の変化を計算するのに用いられる方法を特定しており、IGLは理想気体の法則に基く方法を表し、PPはエンジン位置に基く予測を表し、DNがエンジン速度変化に基く予測を表している。制御器12は、エンジン位置と加速度とに基きエンジン空気量計算方法を選択する。3番目の列は、以下に示される差分方程式に基く、予測エンジン空気量変化の計算結果である。
y(k+1) + A₀ * y(k) = B₁ * x(k+1) + B₀ * x(k)
又は
y(k) = - A₀ * y(k-1) + B₁ * x(k) + B₀ * x(k-1) 。

kはサンプル番号を示し、A及びBはそれぞれスカラー係数であり、y(k+1)は予測エンジン空気量を表し、y(k)が前回のエンジン空気量を表し、x(k+1)はエンジン速度の現在の変化を表し、そしてx(k)が前回のエンジン速度を表す。4番目の列は、上述の差分方程式に基く予測エンジン空気量の変化を含む。この予測は、所定回数のエンジン・イベントが起こったときか、エンジン速度の最小変化が検出されたときに、制御器12により選択される。5番目の列は、係数A_oにより乗算されたエンジン空気量の前回の変化を含む。パラメーターA₀, B₁及び_B0の特定方法は、図９に詳細に記されている。6番目の列は、予測エンジン空気量の前回の変化を含む。7番目の列は、係数B₁により乗算されたエンジン速度の現在の変化を含む。8番目の列は、エンジン速度の現在の変化を含む。9番目の列は、係数B₀により乗算されたエンジン速度の前回の変化を含む。10番目の列は、エンジン速度の前回の変化を含む。

図８を参照すると、ビッグバン燃料供給を行なうために制御器12により実行されるルーチンのフローチャートが示されている。ステップ810において、エンジン運転状態が読み出される。エンジン冷媒温度などのパラメーターを計測することにより、運転状態が判定される。これらのパラメーターは、ブロック814でエンジン燃料量を補正するのに用いられる。ステップ812において、エンジン空気量がステップ612で行なわれた計算結果から読み出される。ステップ814において、目標λ値が、ステップ718で用いられたのと同じ方法を用いて、読み出される。ステップ816において、ルーチンは、エンジンが回転しているか否かを判断し、そうである場合には、ステップ818において、最初のエンジン・イベントが検出された時点で全噴射弁が同時に作動される。エンジンが回転していない場合には、燃料は供給されず、回転が検出されるまで、ルーチンは待機する。ステップ820において、エンジン制御器12は、クランクシャフト118とカムシャフト150のセンサーにより提供される信号を用いて、エンジン位置を判定する。エンジン位置が判定されると、予測エンジン空気量と燃料供給とが合わせられる。ビッグバン燃料供給は、エンジン2回転分の燃料を供給し、制御器12が、ステップ824においてSEFI燃料供給を開始する前に、ステップ822においてエンジン・イベントでN3回分待機するのを可能とする。N3は、エンジンの気筒数である。

図９を参照すると、エンジン空気量変化をエンジン速度変化から計算するために、制御器12により実行されるルーチンのフローチャートが示されている。ブロック910において、エンジン速度の変化が計算される。エンジン速度変化は、各種センサーを用いる種々の方法で判定することが出来る。エンジン速度を計算する方法の一つは、２つの離散したエンジン・イベントにおけるエンジン速度を計算し、前の計測値を現在の計測値から差引くことであると考えられる。別の方法では、時間変化により除算したエンジン位置変化を用いても良い。エンジン速度を表すのに用いられるセンサーには、ホール効果センサー、可変リラクタンス・センサー、タコメーター、そして光学式センサーが含まれることになる。ステップ912において、ステップ910からのエンジン速度変化が、下記の形態の伝達関数または差分方程式を用いて、処理される。
y(z) / x(z) = (B₁ * z + B₀) / (z + A₀)
又は
y(k+1) = -A₀ * y(k) = B₁ * x(k+1) + B₀ * x(k) 。

一次方程式は、高次方程式に伴う演算時間を犠牲にすることなく、エンジン速度変化中のΔIEAAを良好に推定するので、選択された。しかしながら、後述のように、他の種々の方法を用いることも出来る。エンジン速度の大きな変化が生じる始動中などの状態で得られたデータから、係数A_o, B₁及びB_oが判定される。係数を判定するために、エンジン速度変化とエンジン空気量変化が記録される。そして、エンジン速度変化が、エンジン・イベント2回分将来へシフトされる。エンジン・空気量変化の最初3回の値は、因果関係を作り出すために、消去される。言い換えると、エンジン速度の変化が、エンジン空気量の変化を予測するために用いられており、それで、エンジン速度の変化がエンジン空気量の変化の前に起こらなければならない。そして、エンジン速度変化とエンジン空気量変化の間で最小二乗法を用いて、係数A_o, B₁及びB_oが計算される。数１の数式が、それら係数を計算するのに用いられる。

V6エンジンの始動時に得られたデータは、上述の最小二乗法を用いて処理されて、以下の係数を生成した。

係数A_o, B₁及びB_oは、制御器12のメモリーの中にテーブルの形態で記憶される。各係数が、エンジン冷媒温度ECTがx座標で大気圧BPがy座標とされる特有のテーブルに記憶される。言い換えると、3つの係数は、3つのテーブルから読み出され、テーブルの値は、種々のエンジン冷媒温度と大気圧において実験的に導かれたものである。エンジンが過渡状態（変速段の切換又はトルク・コンバーターのロックアップの締結開放）でこの方法が用いられるときには、別のテーブルが加えられる。係数は、ステップ610で読み出されたエンジン運転状態に基き、補正される。始動後又は過渡状態で、制御器12は、係数A_o, B₁及びB_oを補正するために、上述のものと同じ手順を用いて、収集したデータを処理することが出来る。次回の始動又は過渡状態で、エンジン運転状態が類似していれば、この補正した係数を用いることになる。係数はそして、ステップ914において、エンジン速度変化に基きエンジン空気量変化を発生するための前述の差分方程式で用いられる。エンジン空気量変化は、以下の方程式に基き、エンジン空気量を発生するために、ベース・エンジン空気量と共に、用いられる。
（エンジン空気量）＝（ベース・エンジン空気量）−（予測エンジン空気量変化）
若しくは
EAA = BEAA - ΔPEAA 。

ベース・エンジン空気量は、ステップ612において計算されるが、予測がどのように用いられるかによっては、制御器12内の別のルーチンによる方法を用いて、計算しても良い。別の差分方程式特定方法もまた、考えられる。

図10を参照すると、エンジン速度変化中にエンジン空気量を予測するために、制御器12により実行されるルーチンのフローチャートが示されている。ルーチンは、エンジン速度変化が検出された後でスタートする。ステップ1002において、ルーチンを進めるべきか、終了すべきかの判断がなされる。エンジン速度変化の絶対値がN_LOW_LIMを越えていないとき、ルーチンはステップ1004で終了する。エンジン速度変化絶対値がN_LOW_LIMを越えているとき、ルーチンはステップ1006へ進む。ステップ1006において、エンジンが加速しているか、減速しているかが判定される。エンジンが加速しているとき、ステップ1010において、エンジン速度の変化が上記差分方程式により処理され、その出力が、図９におけるエンジン空気量変化である。しかしながら、差分方程式の係数は、ステップ630でルーチンが呼び出されるときに、用いられるものと異なるものであっても良い。エンジンが減速しているならば、ステップ1008において、上記差分方程式によりエンジン速度変化が処理されるが、減速に基いて別の係数を用いても良い。そしてステップ914において、ステップ1008及び1010の係数に基き、エンジン空気量が計算される。そして、このルーチンは終了して、呼び出しルーチンへ戻る。

当業者には判るように、図6, 7A, 8, 9及び10に記載のルーチンは、イベント・ドリブン（event-driven）、インターラプト・ドリブン（interrupt-driven）、マルチ・タスク（multi-tasking）、マルチ・スレッド（multi-threading）など、複数の処理法の一つ又は複数で表し得る。そのようであるので、図示されたステップや機能は、図示の順番で実行することも、並列に実行することも、場合によっては省略することも出来る。同様に、処理の順番は、本発明の目的、特徴そして利点を得るために、必ずしも必要とされないが、図示及び説明を容易にするために提供される。明確に示されてはいないが、当業者であれば、用いられる特定の制御手法によっては、図示のステップ若しくは機能の一つ又は複数が、反復的に実行されることが出来るということを認識するであろう。

これで、本発明の説明を終了する。本発明の詳細な説明から、当業者であれば、本発明の思想及び範囲から逸脱することなしに、多くの変形及び改良を想到するであろう。例えば、ディーゼル、天然ガス、ガソリン又は代替燃料で動作するI3, I4, I5, V6, V8, V10そして V12など種々の形態のエンジンが、本発明を有利に用いることが出来る。

本発明が有利に用いられるエンジンの概略図である。 始動中のエンジン空気量と理想エンジン空気量を示すグラフである。 （A）最初の噴射を基準に信号が記された、始動中に、エンジン速度の変化が理想空気量の変化にどのように関連するかを示すグラフ、（B）最初に判別されたエンジン位置を基準に信号が記された、エンジン速度の変化が理想空気量の変化にどのように関連するかを示すグラフである。 始動中のエンジン速度に基く予測エンジン空気量と理想エンジン空気量との比較を示すグラフである。 始動中のエンジン位置とエンジン速度変化に基く予測エンジン空気量と理想エンジン空気量との比較を示すグラフである。 ビッグバン又はシーケンシャルである始動時の燃料供給方法に基く、エンジン空気量予測方法のハイレベル・フローチャートである。 予測エンジン空気量に基くシーケンシャル燃料制御を示すハイレベル・フローチャートである。 始動中の空気量変化のテーブルの一例である。 ビッグバン燃料供給とそれの予測エンジン空気量との相互作用を示すハイレベル・フローチャートである。 エンジン速度の変化中のエンジン空気量の予測方法を示すハイレベル・フローチャートである。 過渡状態でエンジン空気量を予測するのにエンジン速度が用いられるときを示すハイレベル・フローチャートである。

符号の説明

10 内燃機関
12 制御器
118, 150 エンジン速度センサー

Claims (9)

1. 始動時の内燃機関を制御する方法であって、
   静止状態からエンジン速度を上昇させる工程、
   該上昇後、少なくとも一つのセンサーに基き気筒位置を判定する工程、
   該気筒位置判定後であって、最初の噴射イベント後の噴射イベント数をカウントすると共に、当該気筒位置を判定してからカウントした前記噴射イベント数に少なくとも基き各気筒への空気量を計算し、少なくとも該空気量に基きシーケンシャル燃料噴射を開始する工程、及び
   所定数の噴射イベント後、始動中のエンジン速度変化に少なくとも基き、エンジン空気量を計算する工程、
   を有する方法。
2. 上記センサーが、ホール効果センサー、可変リラクタンス・センサー又はタコメーターである、請求項１に記載の方法。
3. 上記エンジン速度の変化が、上記エンジン速度の変化を時間変化で除算することにより、求められる、請求項１又は２に記載の方法。
4. 上記エンジン空気量の計算が更に、エンジン空気量の変化に対するエンジン速度の変化に関する差分方程式に基く、請求項１〜３のいずれか１に記載の方法。
5. 上記エンジン速度の変化が、現在と過去のエンジン・イベントでの現在と過去のエンジン速度の計測値から求められる、請求項１〜４のいずれか１に記載の方法。
6. 上記噴射イベント数に基づく各気筒への空気量の計算を、所定数の噴射が生じるか、又は、エンジン加速度が所定レベルを越えるまで行う、請求項１〜５のいずれか１に記載の方法。
7. 上記気筒位置を判定する前に、始動中のエンジン・イベントに基づき理想気体の法則を用いてエンジン空気量を計算する工程をさらに有する、請求項１〜６のいずれか１に記載の方法。
8. 上記噴射イベント数に基づく各気筒への空気量の計算において、最初に燃料供給された気筒が着火するまでエンジン空気量変化をゼロに設定する、請求項１〜７のいずれか１に記載の方法。
9. 上記噴射イベント数に基づく各気筒への空気量の計算において、予測エンジン空気量変化は、ピックアップ信号の立ち下がりエッジで計算する、請求項１〜８のいずれか１に記載の方法。

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