JP4976963B2 - 空燃比制御装置、それを備える車両及び空燃比制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に備わるシリンダ内の空燃比を制御する空燃比制御方法、その方法を実現する空燃比制御装置、そしてその装置を備える車両に関し、たとえば自動二輪車のエンジンに備わるシリンダの空燃比を制御する空燃比制御方法、その方法を実現する空燃比制御装置、そしてその装置を備える自動二輪車に関する。

従来よりエンジン等の内燃機関から排出される排ガスの低減が望まれている。前記排ガスには、ＣＯ、ＴＨＣ及びＮＯｘ等、多種多様のガスが含まれており、これらのガスは、一の種類のガスの排出量を低減すると、他のガスの排出量が増加するというようにトレードオフの関係にある。そのため内燃機関において良好な燃焼状態を維持することによって、各々のガスの排出量レベルのバランスを図る必要がある。

複数のシリンダを備える多気筒エンジンにおいて良好な燃焼状態を維持する方法として、各シリンダ内の空燃比又は内燃機関の発生トルク（出力）を検出し、この検出結果に応じて燃料の噴射量、点火時期及び吸気量等を制御する方法が挙げられる。この方法を実施する際、空燃比センサ及び筒内圧力センサを設けることによって、空燃比及び内燃機関の発生トルク（出力）を検出することができるが、部品点数及び製造コストの観点から空燃比センサ及び筒内圧力センサ等の検出手段を追加することなく各シリンダ内の空燃比又は内燃機関の発生トルク（出力）を検出できることが好ましい。

そこで前記検出手段を用いることなく内燃機関の発生出力を検出する方法として、特許文献１に記載される方法が挙げられる。特許文献１には、内燃機関のシリンダの１爆発行程（燃焼行程）の２点で内燃機関の回転速度を検出し、この検出された回転速度に基づいて１爆発行程における回転速度の変化量（２点の回転速度の２乗値の差）を演算し、最後に、演算された回転速度の変化量に基づいて内燃機関の発生出力を演算する方法が開示されている。また特許文献１には、複数の爆発行程における回転速度の変化量を演算し、内燃機関の出力変動を測定する方法（内燃機関の出力変動測定方法）についても開示されている。

さらに特許文献２には、特許文献１に記載されるような内燃機関の出力変動測定方法を用いて、内燃機関のシリンダ間のトルクのバラツキを補正する内燃機関の制御装置が開示されている。内燃機関の制御装置は、各シリンダの燃焼行程における内燃機関の回転変動（回転速度の変化量）を検出し、その回転変動に基づいてシリンダ間のトルクのバラツキ値を算出する。そして算出したバラツキ値に基づいて、各シリンダの燃料の噴射量又は点火時期を補正する。これによってシリンダ間のトルクのバラツキを抑制している。
特公平７−３３８０９号公報 特開２００４−５２６２０号公報

上述の通り排気ガスを低減するという観点からすると、シリンダ内で良好な状態で燃料を燃焼させることが好ましく、そのためシリンダ間の空燃比のバラツキ及び所定の空燃比からのズレを補正することが望まれている。空燃比のバラツキ及びズレの要因としては、製造及び組み付けする際に生じる、各燃焼室、各シリンダ、各バルブ、各インジェクション及びスロットルボディ等の形状、機能及び配置位置等のバラツキ（以下、単に「形状等のバラツキ」という）のほか、長年使用することによって生じる汚れ及び磨耗に伴うエンジンの性能劣化、いわゆる経年劣化が考えられる。

第２特許文献に開示される内燃機関の制御装置は、シリンダ間の発生トルクが均一になるように各シリンダの空燃比を制御している。シリンダ間に形状等のバラツキがあるため、シリンダ毎にシリンダ内の空燃比に対する発生トルクが異なる。そのためシリンダ間の発生トルクを均一にすると、シリンダ間の空燃比にバラツキが生じ、その結果、シリンダ内の燃焼状態にもバラツキが生じる。そのため前記内燃機関の制御装置では、上述のような要望を満足するような制御を行うことが難しい。

上述のような要望を満足するためには、空燃比センサを追加するなどして各シリンダの空燃比を検出し、検出された空燃比に基づいてシリンダ内の空燃比を決定し制御する必要がある。しかしながら上述したように空燃比センサ等を追加すると部品点数及び製造コストが増加してしまうとともに、このような制御を行うと、発生トルクを均一化することができない。

また本発明の目的は、シリンダ内の空燃比を検出する空燃比センサ及びシリンダ内の圧力を検出する圧力センサを追加することなく、シリンダ内の燃焼が良好な状態になるようにシリンダ内の空燃比を補正する空燃比制御装置及びそれを備える車両を提供することである。

本発明の空燃比制御装置は、シリンダを備える内燃機関の前記シリンダ内の空燃比を補正するための空燃比制御装置であって、前記シリンダ内の燃焼行程における内燃機関の回転角速度を検出する角速度検出手段と、前記角速度検出手段が検出した回転角速度に基づいて、内燃機関の発生出力を推定する出力推定手段と、前記シリンダ内の空燃比を制御して燃焼条件を変更可能に構成され、前記シリンダ内の空燃比が互いに異なる少なくとも２つの燃焼条件で前記内燃機関の回転角速度を前記角速度検出手段に検出させ、さらにこの検出させた回転角速度に基づいて各燃焼条件における内燃機関の発生出力を前記出力推定手段に推定させ、そしてこの推定させた前記各燃焼条件における内燃機関の発生出力に基づいて、より高い発生出力を生ずる空燃比を推定し、推定された空燃比を前記シリンダ内の目標空燃比とする目標空燃比決定手段と、前記シリンダ内の空燃比を前記目標空燃比決定手段が決定した目標空燃比に補正する空燃比補正手段を備えることを特徴とするものである。

本発明に従えば、内燃機関の発生出力に基づいて目標空燃比を決定し、この目標空燃比にシリンダ内の空燃比を補正することができる。目標空燃比を決定する際、目標空燃比決定手段は、少なくとも２つの燃焼条件における内燃機関の発生出力を出力推定手段に推定させ、この推定させた内燃機関の発生出力に基づいて、より高い発生出力を生ずる空燃比を推定し、推定された空燃比を目標空燃比とする。内燃機関の発生出力は、シリンダ内での燃焼状態と関連しており、内燃機関の発生出力を高くすると、シリンダ内の燃焼状態が良好になる。従って、内燃機関の発生出力がより高い発生出力を生じるような空燃比を目標空燃比とし、シリンダ内の空燃比をこの目標空燃比に補正することによって、内燃機関の発生出力を向上させると共に、シリンダ内の燃焼状態を良好な方向へと向上させることができる。

このように本発明は、検出された回転角速度から推定した内燃機関の発生出力に基づいて目標空燃比を決定し、そしてシリンダ内の空燃比を前記目標空燃比に補正するものであるので、シリンダ内の空燃比を検出する空燃比センサ及びシリンダ内の圧力を検出する圧力センサを追加することなく、シリンダ内の燃焼が良好な状態になるようにシリンダ内の空燃比を補正することができ、部品点数及び製造コストを低減することができる。

上記発明において、前記目標空燃比決定手段は、前記シリンダ内の空燃比が予め定められた基準空燃比であること条件とする第１燃焼条件、前記シリンダ内の空燃比が前記基準空燃比よりリーン側の空燃比であることを条件とする第２燃焼条件、及び前記シリンダ内の空燃比が前記基準空燃比よりリッチ側の空燃比であることを条件とする第３燃焼条件の少なくとも３つの燃焼条件における内燃機関の発生出力を前記出力推定手段に推定させ、前記この推定させた各燃焼条件おける内燃機関の発生出力に基づいて内燃機関の発生出力がピークとなる前記シリンダ内の空燃比を推定し、推定された空燃比を目標空燃比とするような構成であることが好ましい。

本発明に従えば、目標空燃比を決定する際、目標空燃比決定手段は、出力推定手段に少なくとも３つの燃焼条件における内燃機関の発生出力を推定させ、この演算した内燃機関の発生出力に基づいて内燃機関の発生出力がピークとなるシリンダ内の空燃比を推定し、このピークとなる空燃比を目標空燃比とする。このとき前記シリンダ内の空燃比を制御する前の基準空燃比を条件とする第１燃焼条件、前記基準空燃比よりリーン側の空燃比を条件とする第２燃焼条件及び前記基準空燃比よりリッチ側の空燃比を条件とする第３燃焼条件の少なくとも３つの燃焼条件を内燃機関の発生出力を推定させる燃焼条件に含めることによって、各燃焼条件における空燃比と発生出力との相関関係を示す相関関数を表現する曲線が凸状になり、内燃機関の発生出力がピークとなるシリンダ内の空燃比の推定が可能となる。内燃機関の発生出力がピークになったときがシリンダ内の燃焼状態が最も良好な状態となり、これは、シリンダの形状を問わない。したがって内燃機関の発生出力がピークとなる空燃比を推定し、この推定された空燃比を目標空燃比とし、この目標空燃比にシリンダ内の空燃比を補正することによって、内燃機関の発生出力を向上させると共に、シリンダ内を適正な燃焼状態にすることができる。

上記発明において、前記目標空燃比決定手段は、推定された各燃焼条件の内燃機関の発生出力に基づいて、空燃比と内燃機関の発生出力との相関関数を演算し、この相関関数に基づいて内燃機関の発生出力がピークとなる空燃比を推定するような構成であることが好ましい。

本発明に従えば、ピークの推定が容易になる。例えば、前記相関関数の演算に最小二乗法を用いることによって、内燃機関の発生出力がピークとなる空燃比を他の演算方法で推定した場合より正確に推定することができる。

上記発明において、前記角速度検出手段は、前記燃焼行程において２点の回転角速度を検出し、前記出力推定手段は、前記角速度検出手段が検出した前記燃焼行程の２点の各々の回転角速度の２乗値の差である回転変動を前記内燃機関の発生出力とみなしているような構成であることが好ましい。

本発明に従えば、回転変動が内燃機関の発生出力に比例しているので、回転変動に基づいて内燃機関の発生出力の大小を推定することができる。

上記発明において、前記角速度検出手段は、前記シリンダの燃焼行程の上死点近傍の回転角速度と下死点近傍の回転角速度とを検出するような構成であることが好ましい。

本発明に従えば、シリンダ内の燃焼行程の上死点近傍及び下死点近傍の回転角速度を検出する。これによって出力推定手段は、上記２点の回転角速度に基づいて内燃機関の発生出力を演算することとなり、内燃機関の発生出力をより正確に推定することができる。

上記発明において、空燃比補正手段及び目標空燃比決定手段は、前記シリンダに連なる吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射装置の燃料噴射量を制御することによって前記シリンダ内の空燃比を補正及び制御するような構成であることが好ましい。

本発明に従えば、空燃比補正手段及び目標空燃比決定手段は、燃料噴射装置から吸気ポートに噴射させる燃料噴射量を制御することによって、シリンダ内の空燃比を補正及び制御する。燃料噴射量を制御して空燃比を補正及び制御すると、空気の流量によって空燃比を制御する場合に比べて、シリンダ内の空燃比のばらつきを抑制することができる。これによってシリンダ内の空燃比を正確に推定することができるとともに、内燃機関の発生出力がピークとなるシリンダ内の空燃比をより正確に推定することができる。またシリンダ内の空燃比を目標空燃比に正確に補正することができ、所望の内燃機関の発生出力が得られる。

上記発明において、前記シリンダに連通する排気ポートに二次空気を供給する二次空気制御手段を更に備え、二次空気制御手段は、前記目標空燃比決定手段が空燃比を制御している間、二次空気の供給を止めるような構成であることが好ましい。

本発明に従えば、目標空燃比決定手段が空燃比を制御している間、二次空気の供給を停止する。これによって内燃機関の回転角速度を計測する際、二次空気の逆流等に起因するシリンダ内の空燃比のばらつきを防ぐことができ、シリンダ内の空燃比を正確に推定することができる。これに伴って内燃機関の発生出力がピークとなるシリンダ内の空燃比をより正確に推定することができる。

上記発明において、前記内燃機関は、複数のシリンダを備え、前記目標空燃比決定手段は、シリンダ毎に各燃焼条件における内燃機関の発生出力を前記出力推定手段に推定させ、この推定させた各燃焼条件おける内燃機関の発生出力に基づいて内燃機関の発生出力がピークとなる前記シリンダ内の空燃比をシリンダ毎に推定して、シリンダ毎の目標空燃比を決定し、前記空燃比補正手段は、前記各シリンダ内の空燃比を対応する前記目標空燃比に補正するような構成であることが好ましい。

本発明に従えば、各シリンダ内の空燃比は内燃機関の発生出力がピークとなるように補正される。内燃機関の発生出力がピークとなる空燃比は、シリンダの形状を問わず略一致している。それ故、前記補正を行うことによって、各シリンダ内の空燃比を略一致させることができ、排ガスの低減を図ることができる。

本発明の車両は、シリンダを有する内燃機関と、上記いずれか１つの前記空燃比制御装置とを備えるものである。

本発明に従えば、エンジンのシリンダ内の空燃比は、エンジン出力がより高く、かつシリンダ内の燃焼が良好な状態で行われる空燃比に補正される。これによって排気ガスのＣＯ、ＴＨＣ及びＮＯｘの排出量のレベルのバランスをとることができる。

本発明の空燃比制御方法は、シリンダを備える内燃機関の前記シリンダ内の目標空燃比を補正するための空燃比制御方法であって、少なくとも３つの燃焼条件において、前記シリンダの燃焼行程における少なくとも２点の内燃機関の回転角速度を検出する角速度検出工程と、前記角速度検出工程で検出された前記内燃機関の回転角速度に基づいて各燃焼条件における内燃機関の発生出力を推定する出力推定工程と、前記出力推定工程で推定された各燃焼条件おける内燃機関の発生出力に基づいて内燃機関の発生出力がピークとなる前記シリンダ内の空燃比を推定し、この空燃比を目標空燃比とする目標空燃比決定工程と、目標空燃比決定工程で決定された目標空燃比にシリンダ内の空燃比を補正する空燃比補正工程とを有し、前記少なくとも３つの燃焼条件は、前記シリンダ内の空燃比が予め定められた基準空燃比であることを条件とする第１燃焼条件、前記基準空燃比よりリーン側の空燃比であることを条件とする第２燃焼条件、及び前記基準空燃比よりリッチ側の空燃比であることを条件とする第３燃焼条件の３つの燃焼条件をすくなくとも含むことを特徴とする方法である。

本発明に従えば、少なくとも３つの燃焼条件における内燃機関の発生出力が推定され、この推定された内燃機関の発生出力に基づいて内燃機関の発生出力がピークとなるシリンダ内の空燃比をさらに推定し、目標空燃比を決定する。このとき少なくとも３つの燃焼条件に、前記シリンダ内の空燃比を制御する前の基準空燃比を条件とする第１燃焼条件、前記基準空燃比よりリーン側の空燃比を条件とする第２燃焼条件及び前記基準空燃比よりリッチ側の空燃比を条件とする第３燃焼条件が含まれているので、各燃焼条件における空燃比と発生出力との相関関係を示す相関関数を表現する曲線が凸状になり、内燃機関の発生出力がピークとなるシリンダ内の空燃比の推定が可能となる。内燃機関の発生出力がピークになったときがシリンダ内の燃焼状態が最も良好な状態となり、これは、シリンダの形状を問わない。したがって内燃機関の発生出力がピークとなる空燃比を推定し、この推定された空燃比を目標空燃比とし、この目標空燃比にシリンダ内の空燃比を補正することによって、発生する出力が高く、かつシリンダ内の燃焼が良好な状態な内燃機関を実現することができる。

このように本発明では、検出された回転角速度から推定した内燃機関の発生出力に基づいて目標空燃比を決定し、シリンダ内の空燃比をこの目標空燃比に補正するものであるので、シリンダ内の空燃比を検出する空燃比センサ及びシリンダ内の圧力を検出する圧力センサを追加することなく、シリンダ内の燃焼が良好な状態になるようにシリンダ内の空燃比を補正することができ、部品点数及び製造コストを低減することができる。

本発明の空燃比制御装置、それを備える車両及び空燃比制御方法によれば、シリンダ内の空燃比を検出する空燃比センサ及びシリンダ内の圧力を検出する圧力センサを追加することなく、シリンダ内の燃焼が良好な状態になるように空燃比に補正することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る空燃比制御装置２０を備える自動二輪車１を示す側面図である。図１に示す自動二輪車１は、運転者が上体を前傾させて搭乗するロードスポーツタイプのものを示している。以下の説明で用いる方向の概念は、図１に示す自動二輪車１に搭乗したライダー（図示せず）が、自動二輪車１の進行方向を前方として見たときの方向の概念と一致するものとする。具体的には、図１の紙面左方が前方Ｆであり、紙面右方が後方であり、紙面奥行き方向が左右方向である。以下に、自動二輪車１についてさらに詳細に説明する。

自動二輪車１は、前輪２及び後輪３を備えている。前輪２は、略上下方向に延びるフロントフォーク５の下端部にて回転可能に支持されている。フロントフォーク５は、その上端部に設けられているアッパーブラケット（図示せず）とアッパーブラケットの下方に設けられているアンダーブラケット（図示せず）を介してステアリングシャフト（図示せず）に支持されている。ステアリングシャフトは、ヘッドパイプ６によって回動可能に支持されている。アッパーブラケットには、左右へ延びるバー型のステアリングハンドル４が取り付けられている。運転者は、ステアリングシャフトを回動軸として、このステアリングハンドル４を時計回り又は反時計回りに回動することによって、前輪２を所望の方向へ転向させることができる。

ヘッドパイプ６からは、左右一対のメインフレーム７が若干下方に傾斜しながら後方へ延びており、このメインフレーム７の後部に左右一対のピボットフレーム８が接続されている。このピボットフレーム８には、略前後方向に延びるスイングアーム９の前端部が枢着されている。スイングアーム９の後端部には、駆動輪である後輪３が回転可能に支持されている。ステアリングハンドル４の後方には、燃料タンク１０がメインフレーム７に支持されて設けられている。この燃料タンク１０の後方には、運転者騎乗用のシート１１がメインフレーム７やリヤフレーム１７等に支持されて設けられている。

前輪２と後輪３との間には、並列四気筒のエンジン１２がメインフレーム７及びピボットフレーム８等に支持されている。このエンジン１２の吸気ポート４０（図２）には、メインフレーム７の内側に配設されている四連のスロットル装置１３が接続され、エンジン１２の排気ポート４１には、排気管４４（図２）やマフラー４５（図２）が接続されている。このスロットル装置１３は、エンジン１２の吸気ポート４０に接続される吸気管４２（図２）と、この吸気管４２（図２）の通路を開閉するスロットルバルブ２２（図２）とを備えている。スロットル装置１３の吸気管４２（図２）の上流側には、燃料タンク１０の下方に配設されているエアクリーナボックス４３が接続され、前方からの走行風圧（ラム圧）を利用して外気を取り込む構成となっている。

エンジン１２（クランク室）は、並列四気筒エンジンであり、出力軸であるクランクシャフト３２（図２）が変速機１８及びチェーン１９等を介して後輪３に接続されている。ただしエンジン１２は、並列四気筒エンジンに限られず、Ｖ型４気筒エンジンであってもよく、また単気筒、２気筒及び６気筒のエンジンであってもよい。さらに自動二輪車１には、その車体前部から車体両側にかけてエンジン１２等を覆うようにカウリング１６が設けられている。自動二輪車１には、自動二輪車１の各構成を電子制御するＥＣＵ２３（図２）が設けられている。

図２は、エンジン１２及び空燃比制御装置２０の構成を示すブロック図である。エンジン１２について更に詳細に説明すると、エンジン１２は、基本的には、シリンダブロック３０と、ピストン３１と、クランクシャフト３２と、点火プラグ３３等を備えている。シリンダブロック３０は、４つのシリンダ３４を有する。各シリンダ３４内には、ピストン３１が往復運動可能に挿入され、このピストン３１の上端とシリンダ３４の内壁及びシリンダヘッド２９とによって燃焼室３５が形成される。またシリンダブロック３０には、シリンダ３４の下方にクランク室３６が形成され、このクランク室３６にクランクシャフト３２が回転可能に収納されている。

ピストン３１は、コンロッド３７を介してクランクシャフト３２に連結されている。クランクシャフト３２は、ピストン３１が往復運動することによって回転するように構成されており、その一端部から出力が取り出され、他端部にロータ３８が設けられている。ロータ３８は、円板状に形成され、その外周に周方向全周にわたって１５°ＣＡ（クランク角度）間隔で外歯が形成されている。このロータ３８の外周に対向するようにクランク角センサ３９が設けられている。クランク角センサ３９は、ＥＣＵ２３に電気的に接続され、ロータ３８の外歯を検出する度にＥＣＵ２３にパルス信号を出力する。

各シリンダヘッド２９には、燃焼室３５に表出するように点火プラグ３３が設けられている。点火プラグ３３は、ＥＣＵ２３や図示しない電源（バッテリ）に電気的に接続され、燃焼室３５内にある燃料や空気から成る混合気体を燃焼させるため、点火時期をＥＣＵ２３によって制御可能に構成されている。また各シリンダヘッド２９には、燃焼室３５に開口する吸気ポート４０と排気ポート４１が形成されている。吸気ポート４０は、吸気管４２を介してエアクリーナボックス４３に接続され、排気ポート４１は、排気管４４を介してマフラー４５に接続されている。吸気ポート４０及び排気ポート４１には、各々のポート４０，４１を開閉するための吸気バルブ４６及び排気バルブ４７がそれぞれ設けられている。吸気バルブ４６及び排気バルブ４７は、クランクシャフト３２の回転に連動して各々のポート４０，４１を開閉可能に構成されている。

吸気管４２には、上述の通りスロットルバルブ２２が設けられている。本実施の形態では、スロットル装置１３は、いわゆる電子制御スロットル装置であり、ＥＣＵ２３がスロットルグリップ（図示せず）の開度に応じて前記スロットルバルブ２２の開度を制御するように構成されている。ただしスロットル装置１３は、電子制御スロットル装置に限定されず、スロットルグリップとスロットルバルブ２２とがスロットルワイヤによって連結されて連動する機械式のスロットル装置であってもよい。また吸気管４２には、スロットルバルブ２２よりも下流側にインジェクタ４８が設けられている。インジェクタ４８は、シリンダ３４毎に対応させて設けられ、各インジェクタ４８は、燃料配管に接続されている。インジェクタ４８は、ＥＣＵ２３に電気的に接続され、その燃料を噴射するタイミング及び燃料の噴射量（噴射時間）をＥＣＵ２３によって制御可能に構成されている。

更にエンジン１２には、二次空気制御装置４９が設けられている。二次空気制御装置４９は、排気ポート４１に二次空気を導入し、排気ガスを再燃焼させるための装置であり、導入管５０と、開閉バルブ５１とを備えている。導入管５０は、その一端が排気ポート４１の上流側端部付近に接続され、他端がエアクリーナボックス４３のクリーンサイドに接続され、その途中には、開閉バルブ５１が介在している。開閉バルブ５１は、導入管５０内の通路を開閉可能に構成され、例えば電磁開閉弁によって構成される。開閉バルブ５１は、ＥＣＵ２３に電気的に接続され、その開閉をＥＣＵ２３によって制御可能に構成されている。

このようにして構成されるエンジン１２は、まずインジェクタ４８によって吸気管４２内に燃料を噴射して混合気体を生成する。この混合気体が燃焼室３５へ導かれると、エンジン１２は、吸気バルブ４６で吸気ポート４０を閉じるとともに、排気バルブ４７で排気ポート４１を閉じる。そしてＥＣＵ２３が点火プラグ３３を点火し、混合気体を爆発（燃焼）させる。これによってピストン３１を下方に押圧され、これに伴ってクランクシャフト３２が回転し出力が得られる。爆発（燃焼）後、排気バルブ４７が開けられ、燃焼後の排気ガスがピストン３１によって排気ポート４１に押し出される。このとき二次空気制御装置４９から排気ポート４１に二次空気が供給され、排気ポート４１内の排気ガスを再燃焼させてその酸化を促進する。排気ガスは、排気管４４及びマフラー４５を通って、大気に放出される。

空燃比制御装置２０は、ＥＣＵ２３、前述のクランク角センサ３９及び二次空気制御装置４９によって構成される。ＥＣＵ２３は、ＣＰＵ５２及びメモリ５３等を有する。ＣＰＵ５２は、メモリ５３に記憶されているプログラムを実行可能して後述する種々の演算が可能に構成されている。またＣＰＵ５２は、スロットルバルブ２２、インジェクタ４８及び開閉バルブ５１の駆動を制御可能に構成されている。メモリ５３は、たとえばＲＯＭであり、ＣＰＵ５２で演算された結果を記憶するように構成されている。このような構成を有するＥＣＵ２３は、出力推定手段、目標空燃比決定手段、空燃比補正手段、二次空気制御手段の役割を果たす。

このようにして構成される空燃比制御装置２０は、シリンダ３４内の燃焼が良好な状態になり、それによって排ガスのバラツキが低減されるようなシリンダ３４内の空燃比（以下、「目標空燃比」という）を決定し、この目標空燃比に基づいてシリンダ３４の空燃比の補正する空燃比制御方法を実施可能な装置である。空燃比制御方法の手順について以下で説明する。

図３は、空燃比制御方法の手順を示すフローチャートである。空燃比制御方法による空燃比の補正は、例えば自動二輪車１の出荷前及び出荷後の定期点検（車検等）の際に行われる。出荷前に行うことによって、製造時のエンジン１２の個体差による排ガス中のガスの成分量のバラツキを低減することができ、また出荷後に行うことによって、経年劣化に伴うエンジン１２の排ガス中のガスの成分量のバラツキを再調整することができる。前記空燃比の補正は、前記エンジン１２の回転数が略一定の値で安定している状態が好ましく、エンジン１２を暖機した後のアイドリング状態において行われる。ただし実施時期をアイドリング状態に限定するものではなく、走行中等、エンジン１２が中、高速で回転している際又は暖機前であってもよい。本実施の形態では、水冷式のエンジン（空冷式であってもよい）を用い、暖機（水温９０℃）後でアイドル回転数が約１１００ｒｐｍの状態において空燃比の制御を行う。このときＥＣＵ２３は、開閉バルブ５１を閉じて二次空気制御装置４９から排気ポート４１への二次空気の供給を止める。二次空気の供給を止めることによって、空燃比の補正をより正確に行うことができる
ＥＣＵ２３は、まず目標空燃比を決定すべきシリンダ（以下、「対象シリンダ」という）３４を指定する（ステップＳ１）。次に対象シリンダ３４内の空燃比だけを変え、種々の空燃比におけるエンジン出力（具体的には、クランクシャフト３２の回転変動Δω²）を推定し、演算する（ステップＳ２〜Ｓ１８）。空燃比を変える際、まず空燃比をリーン方向に推移させていき（第１リーン方向探索）、演算した点数（以下、単に「探索点数」という）が予め定められた探索点数以上になる、もしくはエンジン１２の出力（回転変動Δω²）が予め定められた値以下になると、リッチ方向に推移させていく（リッチ方向探索）。リッチ方向探索においても、探索点数が予め定められた探索点数以上になる、もしくはエンジン１２の出力（回転変動Δω²）が予め定められた値以下になると、再度リーン方向に推移させる（第２リーン方向探索）。第２リーン方向探索は、第1リーン方向探索開始前と略同じ空燃比になった時点で終了する。このように空燃比を変動させることによって、失火させることなく各空燃比に対する出力特性を推定することができる。

では各探索工程における手順について具体的に説明する。第１リーン方向探索が始まると、ＥＣＵ２３は、対象シリンダ３４内だけの空燃比を変更すべく、対象シリンダ３４に対応するインジェクタ（以下、「対象インジェクタ」という）４８からの燃料の噴射量を減少させる（ステップＳ２）。本実施の形態において、燃料の噴射量の減少は、対象インジェクタ４８の燃料噴射時間Ｔを探索時間ｔ０短縮させることによって行われる。探索時間ｔ０は、インジェクタ４８の噴射特性（例えば流量−時間特性）、空燃比補正の目標精度、目標所要時間にもよるが、例えば１００μｓｅｃ程度に設定する。ただしこのような値に限定されないが、５０μｓｅｃ以上１００μｓｅｃ以下が好ましい。なお、第１リーン方向探索では、初期設定されている燃料噴射時間Ｔ０（以下、「初期噴射時間Ｔ０」という）から探索点数毎に探索時間ｔ０ずつ短縮していく。

燃焼噴射時間Ｔを短縮させると、ＥＣＵ２３は探索点数ｎに１を加算してメモリ５３に記憶する（ステップＳ３）。探索点数ｎに１を加算すると、ＥＣＵ２３は、前記燃料噴射時間Ｔを短縮させた状態を維持時間Ｔａ（ｓｅｃ）維持し、ＣＰＵ５２によってクランク角センサ３９から得られたパルス信号に基づいて発生トルクＴω（本実施の形態では回転変動Δω²）を演算し推定する（ステップＳ４）。なお、Ｔａは、噴射量変更後の安定時間を考慮して、例えば５秒に設定する。発生トルクＴωの推定方法は、周知の演算方法であるが、以下で説明する。

図４は、クランク角速度の経時変化を示すグラフである。図５は、回転変動Δω²と平均有効圧との相関関係を示すグラフである。図４においてクランク角速度曲線５４に示すように、エンジン１２のクランク角速度ωが各行程おいて脈動しているため、エンジン回転数（図４のエンジン回転数曲線５５）からでは発生トルクＴωを正確に推定することができない。そこで、図５に示すようにある２点におけるエンジン１２のクランク角速度ωの２乗値の差である回転変動Δω²と平均有効圧（ＩＭＥＰ）とが比例関係にあること、前記平均有効圧とエンジン１２の発生トルクＴωとが略同一とみなせることから、回転変動Δω²を求め、エンジン１２の発生トルクＴωを推定する方法を用いる。

まずクランク角センサ３９からのパルス信号に基づいて、対象シリンダ３４の燃焼行程におけるａ°ＣＡ及びｂ°ＣＡのクランク角速度ωａ，ωｂ（ｒａｄ／ｓｅｃ）を演算する。本実施の形態ではａ及びｂは上死点近傍及び下死点近傍の値であり、エンジン特性によっても異なるが、具体的には０≦ａ≦３０及び１２０≦ｂ≦１５０である。ただしこの値に限定するものでない。この２つのクランク角速度ωａ，ωｂの２乗値の差を求め、回転変動Δω²を得る。前述の通り、回転変動Δω²とエンジン１２の発生トルクＴωとは比例関係にあり、具体的には、式（１）に示すように、回転変動Δω²の１／２倍がエンジン１２の発生トルクＴωをシリンダ３４、クランクシャフト３２及びクランク軸（図示しない）の慣性モーメントＩｃで除したものに比例する。したがって慣性モーメントＩｃが一定であるとすると、回転変動Δω²は、発生トルクＴωに比例する。

空燃比制御方法においては、後述するように発生トルクＴωがピークとなる空燃比を検出することが目的である。発生トルクＴωと回転変動Δω^２とが比例関係であるため、回転変動Δω^２がピークとなる空燃比と発生トルクＴωがピークとなる空燃比とが一致する。それ故、ＣＰＵ５２における演算の負担を軽減するため、以下の演算では回転変動Δω^２を発生トルクＴωとして演算を行っている。

図３に戻ると、回転変動Δω²を演算した後、ＥＣＵ２３はこの回転変動Δω²をそのときの補正された時間である燃料噴射補正時間ｔ（ｔ＝ｔ０（探索時間）×ｎ（探索点数））に対応付けてメモリ５３に記憶する（ステップＳ５）。そしてＥＣＵ２３は、得られた回転変動Δω²がΩ（本実施の形態では、Ω＝０）以下である（条件１）か否か、及び探索点数ｎがＮＬ（本実施の形態では、ＮＬ＝３）以上である（条件２）か否かを判断する（ステップＳ６）。条件１及び２の両方の条件を充足していないと判断すると、燃料噴射時間Ｔを維持したままステップＳ２へ戻る。ステップＳ２では、燃料噴射時間Ｔをさらに探索時間ｔ０短縮させて、回転変動Δω²を推定する。条件１及び２のうち少なくとも一方の条件を充足していると判断すると、第１リーン方向探索を終え、メモリ５３に記憶されている探索点数ｎをリセットし（ステップＳ７）、リッチ方向探索へと移る。このとき燃料噴射時間Ｔは、そのままの状態、つまり短縮された状態で維持されている。

リッチ方向探索が始まると、ＥＣＵ２３は、対象インジェクタ４８からの燃料の噴射量を増加させる（ステップＳ８）。本実施の形態において、燃料の噴射量の増加は、対象インジェクタ４８の燃料噴射時間Ｔを探索時間ｔ０延長させることによって行われる。燃焼噴射時間Ｔを増加させると、ＥＣＵ２３は探索点数ｎに１を加算してメモリ５３に記憶する（ステップＳ９）。探索点数ｎが加算されると、ＥＣＵ２３は、前記燃料の噴射量を増加させた状態を維持時間Ｔａ（ｍｓｅｃ）維持し、ＣＰＵ５２によってクランク角センサ３９から得られたパルス信号に基づいて回転変動Δω²を演算し推定する（ステップＳ１０）。推定方法については、第１リーン方向探索を行った場合と同様の手順である。次にＥＣＵ２３は、この推定した回転変動Δω²をそのときの燃料噴射補正時間ｔに対応付けてメモリ５３に記憶する（ステップＳ１１）。

そしてＥＣＵ２３は、得られた回転変動Δω²がΩ以下である（条件３）か否か、及びΔ探索点数ΔｎがＮＲ（本実施の形態では、ＮＲ＝３）以上である（条件４）か否かを判断する（ステップＳ１２）。またΔ探索点数Δｎとは、リッチ方向への探索点数ｎからＮＬを減じたものである。本実施の形態において、Δ探索点数Δｎは、アイドリング状態よりもリッチ側の空燃比で回転変動Δω²を推定した回数と一致する。条件３及び４の両方の条件を充足していないと判断すると、燃料噴射時間Ｔを維持したままステップＳ８へ戻る。ステップＳ８では、燃料噴射時間Ｔをさらに探索時間ｔ０延長して、回転変動Δω²を推定する。条件３及び４のうち少なくとも一方の条件を充足していると判断すると、リッチ方向探索を終え、メモリ５３に記憶されている探索点数ｎをリセットし（ステップＳ１３）、第２リーン方向探索へと移る。このとき燃料噴射時間Ｔは、そのままの状態、つまり燃料噴射時間Ｔが延長されたままの状態で維持されている。

第２リーン方向探索は、第１リーン方向探索と同様の手順で行われ、第２リーン方向探索のステップＳ１４〜ステップＳ１７は、第１リーン方向探索のステップＳ２〜ステップＳ５の手順と同様である。ステップＳ１７でメモリ５３に回転変動Δω²を記憶した後、ＥＣＵ２３は、探索点数ｎがΔ探索点数Δｎと一致する（具体的には燃料噴射補正時間ｔが０）（条件５）か否かを判断する（ステップＳ１８）。条件５を充足していないと判断すると、ステップＳ１３へ戻る。ステップＳ１３では、燃料噴射時間Ｔをさらに探索時間ｔ０短縮して、回転変動Δω²を推定する。条件５を充足していると判断すると、演算を終える。

演算を終えると、ＣＰＵ５２は、回転変動Δω²と燃料噴射補正時間ｔとの相関関係を求め、さらにこの相関関係に基づいて回転変動Δω²がピークとなる燃料噴射補正時間ｔ、つまり発生出力Ｔωが最大となる燃料噴射補正時間ｔを演算する。

図６は、回転変動Δω²と燃料噴射補正時間ｔとの相関関係を示すグラフである。図６を参照しつつ、回転変動Δω²がピークとなる燃料噴射補正時間ｔの算出（図３のステップＳ１９〜ステップＳ２２）について説明する。まずメモリ５３に記憶されている複数の回転変動Δω²に基づいて、最小二乗法を用い回転変動Δω²と燃料噴射補正時間ｔとの相関関係を示す相関関数Ｆ１（図６参照）を演算する。本実施の形態において、相関関数Ｆ１は、２次関数である。しかし後述するように相関関数Ｆ１は、２次関数に限定されず、相関関数Ｆ１によって表現される曲線が凸状になればよい。この相関関数Ｆ１からピークとなる燃料補正時間ｔである第１ピーク補正時間ｔ１を求める（ステップＳ１９）。

さらにこの第１ピーク補正時間ｔ１に対し前後時間ｔｎの範囲（ｔ１−ｔｎ≦ｔ≦ｔ１＋ｔｎ）にある回転変動Δω²を抽出する（ステップＳ２０）。この抽出されたΔω²だけで、再度最小二乗法を用い回転変動Δω²と燃料噴射補正時間ｔとの相関関係を示す相関関数Ｆ２（図６参照）を演算する。この相関関数Ｆ２のピークとなる燃料補正時間ｔである第２ピーク補正時間ｔ２を求め、この第２ピーク補正時間ｔ２を噴射時間の補正量とする（ステップＳ２１）。このように回転変動Δω²が最大となるような初期噴射時間Ｔ０に対し加算すべき補正量を決定することによって目標空燃比が決定される。そして初期噴射時間Ｔ０に前記補正量ｔ２を加算した時間だけインジェクタ４８から燃料を噴射することによって、シリンダ３４内の空燃比を目標空燃比に補正する（ステップＳ２２）。

最後に前記初期噴射量Ｔ０の補正が全てのシリンダ３４で実施された否かを判定する。実施されている場合、空燃比制御方法の処理が終了し、実施されていない場合、ステップＳ１へ戻り、演算すべき（補正すべき）シリンダ３４の指定を行う。４つのシリンダ３４を指定する順序は、図２に示す４つのシリンダ３４を左から順に行われる。ただし指定する順序は、この順序に限らない。

図７は、空燃比制御方法を実施したときの燃料補正時間、回転変動Δω²、ＩＭＥＰ及び空燃比の経時変化を示すグラフである。図７（ａ）は燃料補正時間の経時変化、図７（ｂ）は回転変動Δω²の経時変化、図７（ｃ）はＩＭＥＰの経時変化、図７（ｄ）は空燃比（Ａ/Ｆ）の経時変化をそれぞれ示すグラフである。前述のような条件で空燃比制御を実施したとき、各シリンダ３４の燃料噴射補正時間ｔが図７（ａ）に示すように変化し、それに伴って各シリンダ３４の回転変動Δω²、ＩＭＥＰ及びＡ/Ｆが図７（ｂ）〜（ｄ）のように変化した。図７に示す第１、第２、第３及び第４シリンダ３４とは、４つのシリンダ３４を右から順に第１、第２、第３及び第４シリンダ３４と称したものである。また各シリンダ３４における探索の間に休止時間が設けられているが、この休止時間は必ずしも必要ではなく、連続で探索を行ってもよい。前記休止時間を設けることによって、次のシリンダ３４の探索時に、前に探索したシリンダ３４により出力変動の影響を低減し、より正確に補正量を演算することができる。

図８は、空燃比制御方法を実施したときの回転変動数Δω²と燃料噴射補正時間ｔとの相対関係を示すグラフである。図７に示す燃料噴射補正時間ｔ及び回転変動Δω²から、図８に示すような回転変動数Δω²と燃料噴射補正時間ｔとの相対関係が得られる。この相対関係から図８に示すような相関関数Ｆ１が演算される。本実施の形態においては、ステップＳ２０及びステップＳ２１の工程を省き、相関関数Ｆ１から補正量を求めた。つまり第１ピーク補正時間ｔ１を補正量とした。このように２回目の最小二乗法を省いても、発生トルクピークＴωが最大となる燃料補正時間ｔを推定することができるが、前述のように第２ピーク補正時間ｔ２を求めて前記燃料補正時間ｔを推定する方がより正確に推定することができる。このようにして得られた補正量ｔ１，ｔ２に基づいて初期噴射時間Ｔ０を補正し、全てのシリンダ３４の発生トルクＴωが略最大となるように燃料噴射量を補正する。

図９は、空燃比制御方法による補正前後の４つのシリンダ３４の空燃比を示すグラフである。図９の縦軸が空燃比を示し、図９の横軸に各状態のシリンダ３４を並べて示している。図９には、燃料の噴射量が多い（リッチシフト）状態において空燃比制御方法による補正を実施した場合、及び燃料の噴射量が少ない（リーンシフト）状態において空燃比制御方法による補正を実施した場合の補正前後の空燃比が示されている。図９に示すように、リッチシフト及びリーンシフト状態ともに空燃比制御方法によって空燃比の補正を行うと、全てのシリンダ３４内の空燃比が約１２．３になり、４つのシリンダ３４間の空燃比の均一化が達成される。

図１０は、排気ガスに含まれる各種気体の排気量を示すグラフである。図１０（ａ）はＣＯ排出量であり、図１０（ｂ）はＴＨＣ排出量であり、図１０（ｃ）はＮＯｘ排出量である。図１０（ａ）〜（ｃ）の縦軸が排出量を示し、横軸に状態を示している。これらの排出量は、ＥｕｒｏＩＩＩモード排ガス規制の計測方法に基づいて計測している。図９に示すように４つのシリンダ３４間の空燃比の均一化を達成することによって、シリンダ３４内で空気と燃料を良好な状態で燃焼させることができる。これによってＣＯ、ＴＨＣ及びＮＯｘのいずれかの排気量が突出することを防ぐことができ、ＣＯ、ＴＨＣ及びＮＯｘの排気量をバランスよく低減することができる。特にリッチシフト状態において多かったＣＯ及びＴＨＣの排出量を大きく低減することができ、またリーンシフト状態において多かったＮＯｘの排出量を大きく低減することができる。

このようにエンジン１２の発生トルクＴωをより高くすることができると共に、ＣＯ、ＴＨＣ及びＮＯｘの排気量をバランスよく低減することができる。またこのような作用効果を達成する上で、シリンダ内に空燃比センサ及び圧力センサを配置する必要がなく、部品点数及び製造コストの低減を図ることができる。特に汎用的に使用されている空燃比センサは、その作動可能な範囲が自動二輪車のエンジンが失火してしまう範囲にあり、自動二輪車での使用が好ましくない。そのため高価なリニア空燃比センサを用いる必要があるが、本実施の形態の空燃比制御装置２０及び空燃比制御方法を用いれば、前記高価な部品を用いる必要がない。

本実施の形態において、空燃比制御を燃料の噴射量によって行っているけれども、ＥＣＵ２３によってスロットルバルブ２２の開度を調整してエンジン１２の吸気量を変化させることによって、空燃比を制御してもよい。ただし燃料噴射量を制御することによって空燃比を制御する方が、スロットルバルブ２２の開度を調整して空燃比を制御する場合に比べて、より正確に空燃比を制御することができ、好ましい。

本実施の形態では、回転変動Δω²と発生トルクＴωとが比例関係にあるため、回転変動Δω²のピークを推定することによって、間接的に発生トルクＴωのピークを推定しているが、発生トルクＴωのピークを直接的に推定してもよい。この場合、回転変動Δω²から発生トルクＴωを求めるので、回転変動Δω²がピークとなる補正量と発生トルクＴωのピークとなる補正量が一致する。したがって回転変動Δω²のピークを推定する方が演算回数を少なくすることができ、ＣＰＵ５２の負担が少ない。

さらに本実施の形態では、最小二乗法を用いて２次関数を求め、回転変動Δω²のピークを推定しているけれども、必ずしも２次関数を求める必要はない。たとえば図１１に示すように初期噴射量Ｔ０に対しリッチ側及びリーン側の各々で演算された回転変動Δω²に対し最小二乗法を用いて一次関数Ｆ３，Ｆ４をそれぞれ求め、リッチ側及びリーン側の一次関数の交点Ｃ１の燃料補正時間ｔを回転変動Δω²のピークとなるピーク補正時間ｔ３としてもよい。

さらに本実施の形態では、探索をリーン側から開始しているけれども、リッチ側から開始してもよい。またステップＳ１９で第１ピーク補正時間ｔ１を演算した後、再度燃料補正時間ｔ１前後、例えばｔ＝ｔ１±２０，ｔ１±４０の発生出力を演算して探索点数を増やし、その後に第２ピーク補正時間ｔ２を演算してもよい。

本実施の形態では、初期噴射量Ｔ０に対し燃料噴射量をリッチ側及びリーン側に推移させることによって３つ以上の燃焼条件における回転変動Δω²を演算しているけれども、回転変動Δω²を演算する燃焼条件が２つであってもよい。この場合の目標空燃比の決定方法について、図１２を参照しながら説明する。図１２に示すように、初期噴射時間Ｔ０における回転変動Δω²を演算し、その後、初期噴射時間Ｔ０から探索時間ｔ０増加（又は減少）させた燃料噴射時間Ｔにおける回転変動Δω²を演算する。演算された２つの燃焼条件における回転変動Δω²を比較して、より高い回転変動Δω²が生じる燃料噴射補正時間ｔを求める。本実施の形態では補正時間ｔ４であり、初期噴射時間Ｔ０をこの補正時間ｔ４で補正した空燃比を目標空燃比とし、シリンダ３４内の空燃比を算出された目標空燃比に補正する。このように演算される燃焼条件が２つの場合でも、より高い回転変動Δω²が生じる燃料噴射補正時間ｔ、つまりより高い回転変動Δω²が生じる空燃比を求めることによって、シリンダ３４内の燃焼状態をより良好な状態にすることができる。従って、シリンダ３４内の燃焼状態をより良好な状態にするためにシリンダ内の空燃比を検出する空燃比センサ及びシリンダ内の圧力を検出する圧力センサを用いる必要がない。

また回転変動Δω²がピークとなる燃料補正時間の演算方法は、前述したような第１演算方法と異なる以下のような第２乃至第４演算方法でもあってもよい。図１３を参照しつつ、第２演算方法について説明する。図１３は、回転変動Δω²がピークとなる燃料補正時間を第２演算方法で演算したときに得た回転変動Δω²と燃料補正時間との相関関係を示すグラフである。まず初期噴射時間Ｔ０及び初期噴射時間Ｔ０を探索時間ｔ０延長（又は短縮）した燃料噴射時間Ｔにおける回転変動Δω²を前述した方法で演算する。そして初期噴射時間Ｔ０を燃料補正時間ｔ＝０として、演算した２つの回転変動Δω²とそれに対応する燃料補正時間ｔとの相関関係を示す直線（１次関数）Ｆ５を求める。具体的には、演算された２つの回転変動Δω²とこれに対応する燃焼補正時間ｔとによって表される２点（以下、それぞれ「第１計測点」、「第２計測点」という）ｐ１、ｐ２を通る直線Ｆ５を求める。

次に直線Ｆ５上にあって、かつ第１及び第２計測点ｐ１，ｐ２のうち回転変動数Δω²が大きい方の点（本実施の形態では、第２計測点とする）より回転変動数Δω²がΔＹ大きい点（以下、「第１予測点」という）ｐ１１における燃料補正時間ｔ５を算出する。そしてこの燃料補正時間ｔ５における回転変動Δω²、つまり初期噴射時間Ｔ０を燃料補正時間ｔ５延長した燃料噴射時間Ｔにおける回転変動Δω²を前述した方法で演算する。さらにこの演算された回転変動Δω²と燃料補正時間ｔ５とによって表される点（以下、「第３計測点」という）ｐ３と前記第２計測点ｐ２とを通る直線Ｆ６を求める。

第３計測点ｐ３の場合と同様の方法で、直線Ｆ６に基づいて、第２予測点ｐ１２における燃焼補正時間ｔ６を算出し、この燃焼補正時間Ｔ６に対応する第４計測点ｐ４を求める。そして第３計測点ｐ３と第４計測点ｐ４とを通る直線Ｌ７を求める。この作業を、得られた計測点の回動変数Δω²がその前に得た計測点の回動変数Δω²よりも小さくなるまで繰り返す。本実施の形態では、第５計測点ｐ５まで演算すると，その回動変数Δω²が第４計測点の回動変数Δω²より小さくなり、そこで演算を終了する。

このようにして求められた第１乃至第５計測点ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５から最小二乗法を用いて、回転変動Δω²と燃料補正時間ｔとの相関関係を示す２次関数Ｆ８を求める。そしてこの２次関数Ｆ８の頂点となる燃料補正時間ｔ７を求め、この燃料補正時間ｔ７を回転変動Δω²がピークとなる燃料補正時間とする。

このような方法で燃料補正時間ｔ７を演算すると、燃料補正時間を一定間隔で変化させる場合に比べて回転変動Δω²の演算回数を減らすことができる。またΔＹの値を一定にせず、燃料補正時間を増加させるにつれて小さくすることで、回転変動Δω²のピーク値近傍において、より多くの計測点が得られる。これによって回転変動Δω²がピークとなる燃料補正時間をより正確に求めることができる。

次に図１４を参照して、第３演算方法について説明する。図１４は、回転変動Δω²がピークとなる燃料補正時間を第３演算方法で演算したときに得た回転変動Δω²と燃料補正時間との相関関係を示すグラフである。第３の演算方法は、回転変動Δω²のピーク値Δω² _maxが予め把握されている場合に用いられる演算方法である。第３の演算方法では、まず第２の演算方法と同様に第１計測点ｐ１及び第２計測点ｐ２、さらに直線Ｆ５を求める。そしてこの直線Ｆ５と回転変動Δω²のピーク値Δω² _maxとの交点を求め、この交点における燃料補正時間ｔ８を回転変動Δω²のピークとなる燃料補正時間とする。

最後に図１５を参照して、第４演算方法について説明する。図１５は、回転変動Δω²がピークとなる燃料補正時間を第４演算方法で演算したときに得た回転変動Δω²と燃料補正時間との相関関係を示すグラフである。第３の演算方法は、回転変動Δω²と燃料補正時間との相関関係を示す曲線Ｆ９の形（本実施の形態では、２次関数形であり、いわゆるトルク曲線である）が予め把握されている場合、つまり２次関数における２乗の項の係数が決まっている場合に用いられる演算方法である。第４の演算方法では、まず第２の演算方法と同様に第１計測点ｐ１及び第２計測点ｐ２を求める。そして第１計測点ｐ１及び第２計測点ｐ２を通るように曲線Ｆ９を決定する。決定された曲線Ｆ９の頂点となる燃料補正時間ｔ９を求め、この燃料補正時間ｔ９を回転変動Δω²がピークとなる燃料補正時間とする。

以上のように、シリンダ内の空燃比を検出する空燃比センサ及びシリンダ内の圧力を検出する圧力センサを追加することなく、シリンダ内の燃焼が良好な状態になるように空燃比に補正することが必要な車両に適している。

本発明の実施形態に係る空燃比制御装置を備える自動二輪車を示す側面図である。 エンジン及び空燃比制御装置の構成を示すブロック図である。 空燃比制御方法の手順を示すフローチャートである。 クランク角速度の経時変化を示すグラフである。 回転変動と平均有効圧との相関関係を示すグラフである。 回転変動と燃料噴射補正時間との相関関係を示すグラフである。 空燃比制御方法を実施したときの燃料補正時間、回転変動、ＩＭＥＰ及び空燃比の経時変化を示すグラフである。 空燃比制御方法を実施したときの回転変動数と燃料噴射補正時間との相対関係を示すグラフである。 空燃比制御方法による補正前後の４つのシリンダの空燃比を示すグラフである。 排気ガスに含まれる各種気体の排気量を示すグラフである。 他の空燃比制御方法を実施したときの回転変動数と燃料噴射補正時間との相対関係を示すグラフである さらに他の空燃比制御方法を実施したときの回転変動数と燃料噴射補正時間との相対関係を示すグラフである 回転変動Δω²がピークとなる燃料補正時間を第２演算方法で演算したときに得た回転変動Δω²と燃料補正時間との相関関係を示すグラフである。 回転変動Δω²がピークとなる燃料補正時間を第３演算方法で演算したときに得た回転変動Δω²と燃料補正時間との相関関係を示すグラフである。 回転変動Δω²がピークとなる燃料補正時間を第４演算方法で演算したときに得た回転変動Δω²と燃料補正時間との相関関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 自動二輪車
１２ エンジン
２０ 制御装置
２３ ＥＣＵ
３４ シリンダ
３９ 角センサ
４０ 吸気ポート
４１ 排気ポート
４８ インジェクタ
４９ 二次空気制御装置

Claims (8)

1. シリンダを備える内燃機関の前記シリンダ内の空燃比を補正するための空燃比制御装置であって、
   前記シリンダ内の燃焼行程における内燃機関の回転角速度を検出する角速度検出手段と、
   前記角速度検出手段が検出した回転角速度に基づいて、内燃機関の発生出力を推定する出力推定手段と、
   前記シリンダ内の空燃比を制御して燃焼条件を変更可能に構成され、前記シリンダ内の空燃比が互いに異なる少なくとも２つの燃焼条件で前記内燃機関の回転角速度を前記角速度検出手段に検出させ、さらにこの検出させた回転角速度に基づいて各燃焼条件における内燃機関の発生出力を前記出力推定手段に推定させ、そしてこの推定させた各燃焼条件における内燃機関の発生出力に基づいて、より高い発生出力を生ずる空燃比を推定し、推定された空燃比を前記シリンダ内の目標空燃比とする目標空燃比決定手段と、
   前記シリンダ内の空燃比を前記目標空燃比決定手段が決定した目標空燃比に補正する空燃比補正手段とを備え、
   前記目標空燃比決定手段は、空燃比を増減方向一方に変化させることで燃焼条件を変えて各燃焼条件の内燃機関の発生出力を推定し、前記発生出力が所定以下になることを含む探索条件を充足すると空燃比を増減方向他方に変化させることで燃焼条件を変えて各燃焼条件の内燃機関の発生出力を推定し、推定された各燃焼条件の内燃機関の発生出力に基づいて、空燃比と内燃機関の発生出力との第１の相関関数を演算し、この第１の相関関数に基づいて内燃機関の発生出力がピークとなる空燃比を推定することを特徴とする空燃比制御装置。
2. 前記探索条件は、内燃機関の発生出力が推定された燃焼条件の数が所定値以上であることを含むことを特徴とする請求項１に記載の空燃費制御装置。
3. 前記目標空燃比決定手段は、前記シリンダ内の空燃比が予め定められた基準空燃比であること条件とする第１燃焼条件、前記シリンダ内の空燃比が前記基準空燃比よりリーン側の空燃比であることを条件とする第２燃焼条件、及び前記シリンダ内の空燃比が前記基準空燃比よりリッチ側の空燃比であることを条件とする第３燃焼条件の少なくとも３つの燃焼条件における内燃機関の発生出力を前記出力推定手段に推定させるようになっており、前記３つの燃焼条件のうち少なくともいずれかの燃焼条件における内燃機関の発生出力を前記出力推定手段に推定させてから空燃比を増減方向一方に変化させて燃焼条件を変えて各燃焼条件の内燃機関の発生出力を推定し、空燃比を増減方向他方に変化させて燃焼条件を変えて各燃焼条件の内燃機関の発生出力を推定してから前記探索条件を充足すると、再び空燃比を増減方向一方に変化させて燃焼条件を変えて各燃焼条件の内燃機関の発生出力を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の空燃比制御装置。
4. 前記目標空燃比決定手段は、第１の相関関数に基づいて推定された前記空燃比のピークに対してリーン側及びリッチ側の一部の範囲である所定範囲にある空燃比とその発生出力との第２の相関関数を演算し、この第２の相関関数に基づいて内燃機関の発生出力がピークとなる空燃比を推定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の空燃比制御装置。
5. 前記目標空燃比決定手段は、前記内燃機関がアイドリング状態のときに前記出力推定手段に内燃機関の発生出力を推定させることを特徴とする請求項４に記載の空燃比制御装置。
6. 前記内燃機関は、複数のシリンダを備え、
   前記目標空燃比決定手段は、シリンダ毎に各燃焼条件における内燃機関の発生出力を前記出力推定手段に推定させ、この推定させた各燃焼条件おける内燃機関の発生出力に基づいて内燃機関の発生出力がピークとなる前記シリンダ内の空燃比をシリンダ毎に推定してシリンダ毎の目標空燃比を決定し、各シリンダを順に推定する際に次のシリンダの発生出力を推定する前に休止時間を設定し、
   前記空燃比補正手段は、前記各シリンダ内の空燃比を対応する前記目標空燃比に補正することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の空燃比制御装置。
7. シリンダを有する内燃機関と、
   請求項１乃至６のいずれか１つに記載される前記空燃比制御装置とを備えることを特徴とする車両。
8. シリンダを備える内燃機関の前記シリンダ内の目標空燃比を補正するための空燃比制御方法であって、
   空燃比を増減方向一方に変化させることで燃焼条件を変え、前記発生出力が所定以下になることを含む探索条件を充足すると空燃比を増減方向他方に変化させることで燃焼条件を変え、各燃焼条件において前記シリンダの燃焼行程における少なくとも２点の内燃機関の回転角速度を検出する角速度検出工程と、
   前記角速度検出工程で検出された前記内燃機関の回転角速度に基づいて各燃焼条件における内燃機関の発生出力を推定する出力推定工程と、
   前記出力推定工程で推定された各燃焼条件おける内燃機関の発生出力に基づいて空燃比と内燃機関の発生出力との第１の相関関数を演算し、この第１の相関関数に基づいて内燃機関の発生出力がピークとなる前記シリンダ内の空燃比を推定し、この空燃比を目標空燃比とする目標空燃比決定工程と、
   目標空燃比決定工程で決定された目標空燃比にシリンダ内の空燃比を補正する空燃比補正工程とを有し、
   前記燃焼条件は、前記シリンダ内の空燃比が予め定められた基準空燃比であることを条件とする第１燃焼条件、前記基準空燃比よりリーン側の空燃比であることを条件とする第２燃焼条件、及び前記基準空燃比よりリッチ側の空燃比であることを条件とする第３燃焼条件の３つの燃焼条件を少なくとも含むことを特徴とする空燃比制御方法。

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