JPH08144834A - エンジンの吸入空気量検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸入空気量センサ自体の過渡応答遅れを補償
して、過渡時においても正確な吸入空気量を求めること
ができるようにする。 【構成】 吸入空気量センサの出力電圧ＶAFMの変化か
ら、センサ自体の過渡応答特性を調べ、例えば出力電圧
ＶAFMの特性が、理想的な出力電圧の変化に対して2/3ま
では早い応答性を示すが、残りの1/3が約200msの時定数
を持って遅れている場合、4ms毎に実行されるルーチン
では、32×4ms≒130msの一時遅れ処理を加重平均により
行って、一次遅れ出力電圧ＶAFMavを算出し（Ｓ４
２）、次いで上記吸入空気量センサの過渡応答遅れに対
応する伝達関数の逆関数に基づき、今回の出力電圧ＶAF
Mと上記一次遅れ出力電圧ＶAFMavとにより、センサの過
渡応答遅れを補償した過渡補正出力電圧Ｖ'AFMを求める
（Ｓ４３）。そして、この過渡補正出力電圧Ｖ'AFMを基
本として筒内吸入空気量Ｇａｉｒを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｌジェトロニック方式
により吸入空気量を算出するエンジンに関し、詳しくは
吸入空気量センサ自体の過渡応答遅れを、この吸入空気
量センサの出力電圧を補正することで補償するエンジン
の吸入空気量検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の燃料噴射制御では、吸
入空気量を吸入空気量センサの計測値に基づいて算出す
るＬジェトロニック方式と、スロットル弁下流の吸気管
圧力に基づいて算出するＤジェトロニック方式とがあ
り、Ｌジェトロニック方式に基づいて吸入空気量を応答
性良く算出するものとして、本出願人は、特開平２−５
７４５号公報において、吸入空気量センサで計測した吸
入空気量とスロットル弁を通過する吸入空気量とが同時
刻であると仮定し、吸気チャンバへの吸入空気の入出力
関係（いわゆるチャンバモデル式）から、筒内へ吸入さ
れ実際の吸入空量を算出する技術を提案した。

【０００３】この先行技術によれば、演算により求めた
吸入空気量は、筒内へ実際に供給された吸入空気量と全
運転領域でほぼ等しい値が得られ、過渡時であっても空
燃比がリーンスパイクを示すことなく、適正な空燃比制
御性能を得ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、過渡時におい
て、演算により求めた吸入空気量と実際の吸入空気量と
の間には、僅かなずれが生じる。このずれは、ある吸入
空気量センサを用いて実験した結果、吸入空気量センサ
自体の特性によるものであることが明らかになった。す
なわち、実験時に採用した吸入空気量センサによれば、
図９に破線で示すように、過渡時の吸入空気量の急激な
変化に対応する吸入空気量センサの理想的な出力電圧の
変化に対し、実線で示すように実際の出力電圧は、上記
理想的変化の２／３の電圧までは充分に速い応答を示す
が、残りの１／３は、ある時定数を持つ遅れで応答して
いる。

【０００５】この吸入空気量センサの過渡応答遅れを、
吸入空気量算出時に補正項を加えて補償することも考え
られるが、演算が複雑化し、コンピュータにかかる負荷
が増加してしまう。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、コンピュータへの負荷を増加させることなく、簡単
な計算で吸入空気量センサ自体の特性による過渡応答遅
れを補償することのできるエンジンの吸入空気量検出方
法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明によるエンジンの吸入空気量検出方法は、吸気管
上流に設けた吸入空気量センサの出力電圧に基づき吸入
空気量を設定するエンジンの吸入空気量検出方法におい
て、理想の過渡特性に対する前記吸入空気量センサの過
渡応答特性の応答遅れ分を、伝達関数の逆関数で補正し
て過渡補正出力電圧を算出し、この過渡補正出力電圧に
基づき前記吸入空気量を設定することを特徴とする。

【０００８】

【作 用】本発明では、吸入空気量センサの特性を予め
調べておき、この吸入空気量センサの過渡応答遅れに対
応する伝達関数を求め、この伝達関数の逆関数で上記吸
入空気量センサの過渡応答遅れを補償した出力電圧、す
なわち過渡補正出力電圧を算出し、この過渡補正出力電
圧に基づき上記吸入空気量を設定する。

【０００９】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の実施例を説明す
る。図２１にはエンジンの全体概略図が示されており、
図中の符号１はエンジン（図においては水平対向４気筒
型エンジンを示す）を示し、シリンダヘッド２の吸気ポ
ート２ａにインテークマニホルド３が連通され、このイ
ンテークマニホルド３の上流にエアーチャンバ４を介し
てスロットル通路５が連通されている。このスロットル
通路５の上流側には、吸気管６を介してエアクリーナ７
が取付けられ、このエアクリーナ７が吸入空気の取り入
れ口であるエアインテークチャンバ８に連通されてい
る。また、上記排気ポート２ｂにエキゾーストマニホル
ド９を介して排気管１０が連通され、この排気管１０に
触媒コンバータ１１が介装されてマフラ１２に連通され
ている。

【００１０】一方、上記スロットル通路５にスロットル
弁５ａが設けられ、このスロットル通路５の直上流の上
記吸気管６にインタークーラ１３が介装され、さらに、
上記吸気管６の上記エアクリーナ７の下流側にレゾネー
タチャンバ１４が介装されている。

【００１１】また、上記レゾネータチャンバ１４と上記
インテークマニホルド３とを連通して上記スロットル弁
５ａの上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路１
５に、アイドル空気量を調整するアイドル制御（ＩＳ
Ｃ）弁１６が介装されている。さらに、上記ＩＳＣ弁１
６の直下流側に、吸気圧が負圧のとき開弁し、またター
ボチャージャ１８によって過給されて吸気圧が正圧にな
ったとき閉弁するチェックバルブ１７が介装されてい
る。

【００１２】上記ターボチャージャ１８は、上記吸気管
６の上記レゾネータチャンバ１４の下流側にコンプレッ
サが介装され、タービンが上記排気管１０に介装されて
いる。さらに、上記ターボチャージャ１８のタービンハ
ウジング流入口には、ウエストゲート弁１９が介装さ
れ、このウエストゲート弁１９には、ウエストゲート弁
作動用アクチュエータ２０が連設されている。

【００１３】上記ウエストゲート弁作動用アクチュエー
タ２０は、ダイヤフラムにより２室に仕切られ、一方が
ウエストゲート弁制御用デューティソレノイド弁２１に
連通される圧力室を形成し、他方が上記ウエストゲート
弁１９を閉方向に付勢するスプリングを収納したスプリ
ング室を形成している。

【００１４】上記ウエストゲート弁制御用デューティソ
レノイド弁２１は、上記レゾネータチャンバ１４と上記
吸気管６の上記ターボチャージャ１８のコンプレッサ下
流とを連通する通路に介装されており、後述する電子制
御装置５０（ＥＣＵ；図２４参照）から出力される制御
信号のデューティ比に応じて、上記レゾネータチャンバ
１４側の圧力と上記コンプレッサ下流側の圧力とを調圧
し、上記ウエストゲート弁作動用アクチュエータ２０の
圧力室に供給する。

【００１５】すなわち、上記ＥＣＵ５０によって上記ウ
エストゲート弁制御用デューティソレノイド弁２１を制
御し、上記ウエストゲート弁作動用アクチュエータ２０
を作動させて上記ウエストゲート弁１９による排気ガス
リリーフを調整することにより、上記ターボチャージャ
１８による過給圧を制御するようになっている。

【００１６】また、上記インテークマニホルド３に、吸
気管圧力Ｐを絶対圧で検出する吸気管圧力センサ２２が
通路２３を介して連通され、さらに、上記インテークマ
ニホルド３の各気筒の各吸気ポート２ａの直上流側にイ
ンジェクタ２５が臨まされている。また、上記シリンダ
ヘッド２の各気筒毎に、その先端を燃焼室に露呈する点
火プラグ２６ａが取付けられ、この点火プラグ２６ａに
各気筒毎に配設された点火コイル２６ｂを介してイグナ
イタ２７が接続されている。

【００１７】上記インジェクタ２５には、燃料タンク２
８内に設けたインタンク式の燃料ポンプ２９から燃料フ
ィルタ３０を経て燃料が圧送され、プレッシャレギュレ
ータ３１にてインジェクタ２５への燃料圧力が調圧され
る。

【００１８】また、上記吸気管６の上記エアークリーナ
７の直下流に、ホットワイヤ或はホットフィルム等を用
いた熱式の吸入空気量センサ３２が介装され、上記スロ
ットル弁５ａに、スロットル開度センサ３３ａとアイド
ルスイッチ３３ｂとを内蔵したスロットルセンサ３３が
連設されている。さらに、上記エアーチャンバ４に吸気
温センサ４６が臨まされている。

【００１９】また、上記エンジン１のシリンダブロック
１ａにノックセンサ３４が取付けられるとともに、この
シリンダブロック１ａの左右両バンクを連通する冷却水
通路３５に水温センサ３６が臨まされ、上記排気管１０
の上記エキゾーストマニホルド９の集合部にＯ２ セン
サ３７が臨まされている。

【００２０】また、上記シリンダブロック１ａに支承さ
れたクランクシャフト１ｂにクランクロータ３８が軸着
され、このクランクロータ３８の外周に、電磁ピックア
ップなどからなるクランク角センサ３９が対設されてい
る。さらに、上記エンジン１のカムシャフト１ｃに連設
するカムロータ４０に、電磁ピックアップなどからなる
気筒判別用のカム角センサ４１が対設されている。尚、
上記クランク角センサ３９及び上記カム角センサ４１
は、電磁ピックアップなどの磁気センサに限らず、光セ
ンサなどでも良い。

【００２１】上記クランクロータ３８は、図２２に示す
ように、その外周に突起３８ａ，３８ｂ，３８ｃが形成
され、これらの各突起３８ａ，３８ｂ，３８ｃが、各気
筒（＃１，＃２と＃３，＃４）の圧縮上死点前（ＢＴＤ
Ｃ）θ１，θ２，θ３ の位置に形成されており、本実
施例においては、θ１ ＝９７゜ＣＡ、θ２ ＝６５゜Ｃ
Ａ、θ３ ＝１０゜ＣＡである。

【００２２】上記クランクロータ３８の各突起は、上記
クランク角センサ３９によって検出され、ＢＴＤＣ９７
゜，６５゜，１０゜のクランクパルスがエンジン１／２回
転毎（１８０゜ＣＡ毎）に出力される。そして、各信号
の入力間隔時間がタイマによって計時され、エンジン回
転数Ｎｅが算出される。

【００２３】また、図２３に示すように、上記カムロー
タ４０の外周には、気筒判別用の突起４０ａ，４０ｂ，
４０ｃが形成され、突起４０ａが＃３，＃４気筒の圧縮
上死点後（ＡＴＤＣ）θ４ の位置に形成され、突起４
０ｂが３個の突起で構成されて最初の突起が＃１気筒の
ＡＴＤＣθ５ の位置に形成されている。さらに、突起
４０ｃが２個の突起で形成され、最初の突起が＃２気筒
のＡＴＤＣθ６ の位置に形成されている。本実施例に
おいては、θ４ ＝２０゜ＣＡ、θ５ ＝５゜ＣＡ、θ６
＝２０゜ＣＡである。

【００２４】そして、上記カムロータ４０の各突起が上
記カム角センサ４１によって検出され、各気筒の燃焼行
程順を＃１→＃３→＃２→＃４とした場合、この燃焼行
程順と、上記カム角センサ４１からのカムパルスをカウ
ンタによって計数した値とのパターンに基づいて、気筒
判別がなされる。

【００２５】一方、図２４において、符号５０は、エン
ジン系を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）５０であり、
このＥＣＵ５０は、燃料噴射制御、点火時期制御などを
行なうメインコンピュータ５１と、ノック検出処理を行
なう専用のサブコンピュータ５２との２つのコンピュー
タを中心として構成され、各部に所定の安定化電源を供
給する定電圧回路５３や各種の周辺回路が組込まれてい
る。

【００２６】上記定電圧回路５３は、ＥＣＵリレー５４
のリレー接点を介してバッテリ５５に接続されており、
このバッテリ５５に、上記ＥＣＵリレー５４のリレーコ
イルがイグニッションスイッチ５６を介して接続され、
上記イグニッションスイッチ５６がＯＮされて上記ＥＣ
Ｕリレー５４のリレー接点が閉となったときには制御用
電源を上記各コンピュータ５１，５２に供給すると共
に、上記定電圧回路５３は上記バッテリ５５に直接接続
されており、イグニッションスイッチ５６のＯＮ，ＯＦ
Ｆに拘らずバックアップＲＡＭ６１にバックアップ用の
電源を供給する。

【００２７】尚、上記バッテリ５５には、燃料ポンプリ
レー５７のリレー接点を介して燃料ポンプ２９が接続さ
れている。

【００２８】上記メインコンピュータ５１は、ＣＰＵ５
８、ＲＯＭ５９、ＲＡＭ６０、バックアップＲＡＭ６
１、カウンタ・タイマ群６２、シリアル通信インターフ
ェースであるＳＣＩ６３、及び、Ｉ／Ｏインターフェー
ス６４がバスライン６５を介して接続されたマイクロコ
ンピュータであり、上記バックアップＲＡＭ６１には、
上記イグニッションスイッチ５６のＯＮ／ＯＦＦに拘ら
ず、バッテリ５５に直接接続する上記定電圧回路５３か
らバックアップ電源が常時供給されてデータが保持され
る。

【００２９】尚、上記カウンタ・タイマ群６２は、フリ
ーランカウンタ、カム角センサ信号の入力計数用カウン
タなどの各種カウンタ、燃料噴射タイマ、点火タイマ、
定期割込みを発生させるための定期割込みタイマ、クラ
ンク角センサ信号の入力間隔計時用タイマ、及び、シス
テム異常監視用のウオッチドッグタイマなどの各種タイ
マを便宜上総称するものであり、上記メインコンピュー
タ５１においては、その他、各種のソフトウエアカウン
タ・タイマが用いられる。

【００３０】また、上記サブコンピュータ５２も、上記
メインコンピュータ５１と同様、ＣＰＵ７１、ＲＯＭ７
２、ＲＡＭ７３、カウンタ・タイマ群７４、ＳＣＩ７
５、及び、Ｉ／Ｏインターフェース７６がバスライン７
７を介して接続されたマイクロコンピュータであり、上
記メインコンピュータ５１とサブコンピュータ５２と
は、上記ＳＣＩ６３，７５を介してシリアル通信ライン
により互いに接続されている。

【００３１】上記メインコンピュータ５１のＩ／Ｏイン
ターフェース６４には、入力ポートに、吸入空気量セン
サ３２、スロットル開度センサ３３ａ、水温センサ３
６、Ｏ２センサ３７、吸気管圧力センサ２２、大気圧セ
ンサ４４、車速センサ４２、吸気温センサ４６、及び、
バッテリ５５が、Ａ／Ｄ変換器６６を介して接続される
とともに、アイドルスイッチ３３ｂ、スタータスイッチ
４３、及びクランク角センサ３９、カム角センサ４１な
どが接続され、さらに、図示しない各種センサ及びスイ
ッチ類が接続されている。

【００３２】また、上記Ｉ／Ｏインターフェース６４の
出力ポートには、イグナイタ２７が接続されるととも
に、ＩＳＣ弁１６、インジェクタ２５、燃料ポンプリレ
ー５７のリレーコイル、ウエストゲート弁制御用デュー
ティソレノイド弁２１が駆動回路６７を介して接続され
ており、さらに、図示しない各種のアクチュエータ類が
接続されている。

【００３３】一方、上記サブコンピュータ５２のＩ／Ｏ
インターフェース７６は、入力ポートに、クランク角セ
ンサ３９、カム角センサ４１が接続されるとともに、Ａ
／Ｄ変換器７８、周波数フィルタ７９、アンプ８０を介
してノックセンサ３４が接続されており、上記ノックセ
ンサ３４からのノック検出信号が上記アンプ８０で所定
のレベルに増幅された後に上記周波数フィルタ７９によ
り必要な周波数成分が抽出され、上記Ａ／Ｄ変換器７８
にてデジタル信号に変換されて入力されるようになって
いる。

【００３４】上記メインコンピュータ５１では、各セン
サ類からの検出信号を処理し、燃料噴射量制御、点火時
期制御、アイドル制御などを行い、一方、上記サブコン
ピュータ５２では、エンジン回転数とエンジン負荷とに
基づいてノックセンサ３４からの信号のサンプル区間を
設定し、このサンプル区間でノックセンサ３４からの信
号を高速にＡ／Ｄ変換して振動波形を忠実にデジタルデ
ータに変換し、このデータに基づきノック発生の有無を
判定する。

【００３５】上記サブコンピュータ５２のＩ／Ｏインタ
ーフェース７６の出力ポートは、上記メインコンピュー
タ５１のＩ／Ｏインターフェース６４の入力ポートに接
続されており、上記サブコンピュータ５２でのノック判
定結果がＩ／Ｏインターフェース７６に出力される。そ
して、上記メインコンピュータ５１では、上記サブコン
ピュータ５２からノック発生有りの判定結果が出力され
ると、ＳＣＩ６３を介してシリアル通信ラインよりサブ
コンピュータ５２からノックデータを読込み、このノッ
クデータに基づいて直ちに該当気筒の点火時期を遅ら
せ、ノックを回避する。

【００３６】このようなエンジン制御において、上記メ
インコンピュータ５１では、センサ・スイッチ類からの
信号入力処理、燃料噴射制御、点火時期制御、アイドル
制御に係わる各種ジョブが、一つのオペレーティングシ
ステム（ＯＳ）の管理下で効率的に実行される。このＯ
Ｓは、車輌制御のための各種マネジメント機能、及び、
このマネジメント機能に密着した内部ストラテジーを有
し、各種ジョブを体系的に結合し、等時間間隔処理によ
り各種ジョブを効率的に実行するようになっている。

【００３７】以下、上記メインコンピュータ５１による
燃料噴射制御について、図１〜図８のルーチンに従って
説明する。尚、サブコンピュータ５２はノック検出処理
専用のコンピュータであるため、その動作説明を省略す
る。

【００３８】本実施例では、ＯＳ側で処理したＡ／Ｄ変
換結果、クランク位置情報、エンジン回転数等に基づ
き、ユーザ側ジョブで、燃料噴射量、点火時期等を設定
すると共に、これらの指示値がＯＳによって噴射タイ
マ、点火タイマにセットされる。そして、４ｍｓ毎ジョ
ブ、１０ｍｓ毎ジョブ，５０ｍｓ毎ジョブ等の定期割込
み要求を出力し、またクランク角センサ３９からの信号
入力毎（ＢＴＤＣ９７゜，６５゜，１０゜ＣＡ毎のエンジ
ン１回転に６回）に起動されるクランクパルス入力毎ジ
ョブの割込みを許可する。

【００３９】４ｍｓ毎ジョブでは、図５に示す吸入空気
質量設定ルーチンが実行され、１０ｍｓ毎ジョブでは、
図１〜図３に示す燃料噴射有効パルス幅及び燃料噴射無
駄パルス幅設定ルーチンが実行され、また、５０ｍｓ毎
ジョブでは、図６〜図８に示す要求当量比設定ルーチン
が実行される。

【００４０】尚、以下の説明では、図２０に示すよう
に、吸気系のスロットル弁５ａの下流から吸気弁上流ま
でを吸気チャンバ６Ａと総称する。従って、吸気チャン
バ６Ａは、スロットル通路５、エアーチャンバ４、イン
テークマニホルド３、吸気ポート２ａの総称となる。

【００４１】ここで、以下の説明で使用する用語につい
て簡単に説明する。Ｑは質量流量[mg/sec]、Ｇは１サイ
クル当りの質量[mg/cycle]を意味する。ただし、後述す
る筒内吸入空気質量Ｇａｉｒ、筒内吸入燃料質量Ｇｆｕ
ｅｌ等は、吸気行程時にのみ吸入されるので、実質的に
は、１吸気行程当りの質量と同じ意味になる。また、図
２０の左から、Ｑａは吸入空気量センサ３２を通過する
空気の質量流量（センサ通過空気質量流量）、Ｍは吸気
チャンバ６Ａの空気質量、Ｐは吸気チャンバ６Ａの吸気
管内圧力、Ｇｉｎｊは燃料噴射質量、Ｑｃは筒内吸入空
気質量流量、Ｇａｉｒは筒内吸入空気質量、Ｇｆｕｅｌ
は筒内吸入燃料質量を示す。尚、上記吸入空気量センサ
３２の検出時刻は、スロットル弁５ａまでの吸気管路
長、及び流速によっても異なるが、スロットル弁５ａで
の検出時刻とほぼ同じと考えて良い。

【００４２】まず、図１〜図３に示す燃料噴射有効パル
ス幅及び燃料噴射無駄パルス幅設定ルーチンを説明する
前に、このルーチンで取入れる各パラメータを設定する
ルーチンについて説明する。

【００４３】図５の４ｍｓ毎ジョブで実行されるルーチ
ンでは、１吸気行程当りの筒内吸入空気質量Ｇａｉｒを
算出する。まず、ステップＳ４１で、吸入空気量センサ
３２からの出力電圧ＶAFMを読込み、次のステップＳ４
２，Ｓ４３で上記出力電圧ＶAFMの過渡補正をする。す
なわち、図９に示すように、実験によれば、過渡時の吸
入空気量の急激な変化に対して、吸入空気量センサ３２
の出力電圧ＶAFMの変化は、理想の変化の２／３の電圧
までは充分に速い応答を示すが、残りの１／３は、約２
００ｍｓの時定数を持つ遅れで応答することが明らかに
されている。このときのセンサ通過空気質量流量Ｑａと
出力電圧ＶAFMとの関係を、時定数τ(s)の伝達関数で表
せば、 ＶAFM＝（２／３）×Ｑａ＋｛１／（３τ(s)＋３）}×Ｑａ …（１） となり、応答遅れは、この（１）式の逆関数で補正すれ
ば良く、この補正式は、 Ｑａ＝(１／２)×［３−１／｛（２／３）τ(s)＋１｝］×ＶAFM …（２） となる。

【００４４】上記時定数τ(s)は２００ｍｓであるた
め、（２／３）τ(s)＋１≒１３０とすれば、上記
（２）式は、 Ｑａ＝（１／２）×（３−１／１３０）ＶAFM ≒（１／２）×（３ＶAFM−ＶAFM／１３０） …（３） と単純化される。すなわち、吸入空気量センサ３２の出
力電圧ＶAFMの３倍から、この出力電圧ＶAFMを１３０ｍ
ｓの時定数で一次遅れさせた出力電圧ＶAFMを減算し、
その値を１／２にすれば、この吸入空気量センサ３２の
過渡時の応答遅れを、簡単に補正することができる。

【００４５】このような考えに基づき、上記ステップＳ
４２では、前回求めた一次遅れ出力電圧ＶAFMavと今回
の出力電圧ＶAFMとから、次式に示す所定時定数（本ル
ーチンでは、１３０ｍｓの近似値として３２×４ｍｓ）
の加重平均に基づいて、今回の一次遅れ出力電圧ＶAFMa
vを算出する。

【００４６】 ＶAFMav←（３１・ＶAFMav＋ＶAFM）／３２ …（４） 次いで、ステップＳ４３で、今回の出力電圧ＶAFM及び
一次遅れ出力電圧ＶAFMavから、過渡補正後の出力電圧
（過渡補正出力電圧）Ｖ'AFMを次式から算出する。

【００４７】 Ｖ'AFM←（３・ＶAFM−ＶAFMav）／２ …（５） このように、上記吸入空気量センサ３２の過渡応答遅れ
を簡単な一次式で導き出すことができるため、コンピュ
ータの負荷を軽減させることができる。

【００４８】そして、ステップＳ４４で、過渡補正され
た上記過渡補正出力電圧Ｖ'AFMを、等間隔３２格子のワ
ード補間テーブルを用いてセンサ通過空気質量流量Ｑａ
に変換し、ステップＳ４５で、このセンサ通過空気質量
流量Ｑａに吸入空気量誤差補正係数Ｋｔｒｍを乗算し
て、今回のセンサ通過空気質量流量Ｑ'ａを算出する。

【００４９】この吸入空気量誤差補正係数Ｋｔｒｍは、
運転条件による空気量計測の定常的な誤差分を補正する
係数で、例えば、スロットル開度αとエンジン回転数Ｎ
ｅとに基づき、二次元マップを補間計算付で参照して設
定する。図１０に、この吸入空気量誤差補正係数Ｋｔｒ
ｍを設定する二次元マップの特性を例示する。この図に
示すように、この吸入空気量誤差補正係数Ｋｔｒｍの値
は基本的には、１．０である。

【００５０】次いで、ステップＳ４６で、エンジンが始
動後かをエンジン回転数Ｎｅに基づいて判断し、Ｎｅ＜
３００ｒｐｍのときは、始動時と判断してステップＳ４
７へ進み、Ｎｅ≧３００ｒｐｍのときは、始動後と判断
してステップＳ４８へ進む。

【００５１】ステップＳ４７へ進むと、始動時の筒内吸
入空気質量Ｇａｉｒを初期値設定してルーチンを抜け
る。

【００５２】始動時に、筒内吸入空気質量Ｇａｉｒを初
期値設定するのは、以下の理由による。

【００５３】1)筒内吸入空気質量Ｇａｉｒは、定常的に
は、空気流量／エンジン回転数で算出されるが、エンジ
ン回転数及び空気流量が共に小さい場合を考えると、計
算結果は不定になり易い。

【００５４】2)後述のステップＳ４８で説明するよう
に、筒内吸入空気質量Ｇａｉｒは、始動後は履歴に依存
して逐次計算されるため、始動後最初のルーチン実行時
に初期値が設定されている必要がある。

【００５５】3)始動時に、ある始動時噴射幅を設定する
のではなく、筒内吸入空気質量Ｇａｉｒを初期値設定す
ることで、始動時、始動後に拘らず全ての運転領域で筒
内吸入空気質量Ｇａｉｒを利用した演算が可能になる。

【００５６】そこで、始動時には、筒内吸入空気質量Ｇ
ａｉｒを推定した値で、初期値設定する。この初期値
は、例えば、吸気チャンバ６Ａ内の吸気管圧力Ｐを大気
圧とみなし、また吸気温度を冷却水温度により代用して
次式から算出する。

【００５７】 初期値＝固定値×大気圧／冷却水温（゜Ｋ） …（６） 一方、始動後と判断されてステップＳ４８へ進むと、上
記ステップＳ４５で算出したセンサ通過空気質量流量
Ｑ'ａに基づき、筒内吸入空気質量Ｇａｉｒを次式に示
す吸気チャンバモデルから算出して、ルーチンを抜け
る。 Ｇａｉｒ←Ｑ'ａ×Ｍｔｃｈ＋（ＭＴＣＳ−Ｍｔｃｈ） ×Ｇａｉｒ／ＭＴＣＳ …（７） ＭＴＣＳ：半回転時間 この（７）式は、以下の考えに基づく。すなわち、吸気
チャンバモデルの計算は、次の２式から算出することが
できる。

【００５８】1)Ｇａｉｒ＝σ×Ｄ＝Ｍ×Ｄ／Ｖ σ：吸気チャンバ６Ａ内の空気密度 Ｄ：行程容積 Ｖ：吸気チャンバ６Ａ内の容積（チャンバ容積） 2)Ｍ(new)＝Ｇａｉｒ(old)＋Ｑａ×Δｔ−Ｑｃ×Δｔ (new)：現在の値 (old)：Δｔ前の値 Δｔ：演算周期 上記２式からＭとＱｃとを消去すると、次式に示すよう
に、上記センサ通過空気質量流量Ｑａから筒内吸入空気
質量Ｇａｉｒを算出することができる。 Ｇａｉｒ(new)＝Ｇａｉｒ(old)＋Ｑａ×Δｔ×Ｄ／Ｖ −Ｑｃ×Δｔ×Ｄ／Ｖ …（７−１） 上記筒内吸入空気質量流量Ｑｃは、単位時間当りの吸気
行程数が４サイクルエンジンの場合、気筒数×Ｎｅ／２
であるため、 Ｑｃ＝（気筒数／２）×Ｎｅ×Ｇａｉｒ となり、上記（７−１）式は、 Ｇａｉｒ(new)＝Ｇａｉｒ(old)＋Ｑａ×Δｔ×Ｄ／Ｖ−（気筒数／２） ×Ｎｅ×Ｇａｉｒ(old)×Δｔ×Ｄ／Ｖ ＝Ｑａ×Δｔ×Ｄ／Ｖ＋（１−（気筒数／２） ×Ｎｅ×Δｔ×Ｄ／Ｖ）×Ｇａｉｒ(old) …（７−２） となる。ここで、Δｔ×Ｄ／Ｖ＝固定値＝Ｍｔｃｈとお
き、また、採用するエンジンが４気筒であれば、上記
（７−２）式は、 Ｇａｉｒ(new)＝Ｑａ×Ｍｔｃｈ＋（１−２Ｎｅ×Ｍｔｃｈ）×Ｇａｉｒ(old) …（７−３） となる。尚、本ルーチンでは、計算の便宜上、エンジン
回転数Ｎｅ[rps]ではなく半回転数時間（Ｎｅ／２）を
用いており、この半回転数時間をＭＴＣＳとおけば、上
記（７−３）式は、 Ｇａｉｒ(new)＝Ｑａ×Ｍｔｃｈ＋Ｇａｉｒ(old) ×（ＭＴＣＳ−Ｍｔｃｈ）／ＭＴＣＳ …（７’） となり、上記ステップＳ４８で示した（７）式が導き出
される。

【００５９】そして、この（７）式を演算周期Δｔ毎に
行えば、筒内吸入空気質量Ｇａｉｒを履歴に依存して逐
次的に算出することができる。

【００６０】次に、運転条件による筒内混合気の要求当
量比設定ルーチンについて、図６〜図８のルーチンに従
って説明する。このルーチンは５０ｍｓ毎のジョブで実
行され、定常的な要求増量である可燃限界当量比φｔｗ
と、最大出力当量比φｆｕｌと、排気ガス温度限界当量
比φｔｅｘと、触媒浄化率最良当量比φｇａｓと、燃費
率最良当量比φｅｃｏとを設定する。これら各要求当量
比φｔｗ，φｆｕｌ，φｔｅｘ，φｇａｓ，φｅｃｏは
定常的な要求増量であるため、過渡的な燃料遅れ等によ
って生じる空燃比変動をフィードフォワード的に補正す
る係数（エアコン増量補正係数、Ｄレンジ増量補正係数
等）、或はセンサやインジェクタの誤差を補正する係数
（混合比補正係数等）は含まない。また、このルーチン
で設定する各要求当量比は、後述する図１のルーチン実
行時に比較され、その最大値が目標当量比（理論燃空比
Ｆ／Ａに対する増量係数）ＣOEFとして採用される。
尚、この当量比φは、空気過剰率（(A/F)実際／(A/F)理
論）λに対して、φ＝１／λの関係にある。

【００６１】まず、ステップＳ５１で冷却水温Ｔｗとエ
ンジン回転数Ｎｅとを読込む。そして、ステップＳ５２
〜Ｓ５５或はＳ５６で可燃限界当量比φｔｗを設定す
る。ステップＳ５２では、上記冷却水温Ｔｗとエンジン
回転数Ｎｅとに基づき二次元マップを補間計算付で参照
して、可燃限界当量比φｔｗを設定する際の基準となる
基準可燃限界当量比Ｍｔｗを設定する。この基準可燃限
界当量比Ｍｔｗは、冷却水温Ｔｗとの関係によるリーン
側の可燃限界を示すもので、図１１に、この基準可燃限
界当量比Ｍｔｗを設定する二次元マップの特性を例示す
る。この図１１に示すように、冷却水温Ｔｗ側の軸で
は、従来の水温増量に近い設定がなされており、また、
ある程度の高水温では、上記基準可燃限界当量比Ｍｔｗ
はリーン当量比に設定される。また、エンジン回転数Ｎ
ｅ側の軸では、クランキング回転数を含む全ての回転数
領域を検索できるように設定されている。筒内吸入空気
質量Ｇａｉｒは始動時においても設定されることから
（図５のフローチャート参照）、このときの可燃限界当
量比φｔｗが始動時の噴射パルス幅を決定する要因にな
る。また、始動時において、上記基準可燃限界当量比Ｍ
ｔｗは大きな値に設定されているが、これが始動後にエ
ンジン回転数の増加に従って小さな値に変化して行く際
に、後述するように、ある一次遅れ時定数で上記可燃限
界当量比φｔｗの変化を遅らせることで始動後の増量が
確保される。

【００６２】次いで、ステップＳ５３へ進むと、エンジ
ン回転数等からエンスト状態にあるかを判断し、エンス
ト状態にあると判断した場合には、ステップＳ５６へ分
岐し、上記基準可燃限界当量比Ｍｔｗで今回の可燃限界
当量比φｔｗを設定してステップＳ５７へジャンプす
る。一方、エンスト状態にないと判断した場合には、ス
テップＳ５４へ進み、上記基準可燃限界当量比Ｍｔｗと
前回の可燃限界当量比φｔｗとを比較し、Ｍｔｗ≧φｔ
ｗのときは、要求当量比が増量されているので、ステッ
プＳ５６へ分岐し、この基準可燃限界当量比Ｍｔｗで今
回の可燃限界当量比φｔｗを設定して、増量要求に対応
させた後、ステップＳ５７へジャンプする。一方、Ｍｔ
ｗ＜φｔｗのときは、要求当量比が減少されているた
め、ステップＳ５５へ進み、次式に示す所定時定数（本
ルーチンでは、１６×５０ｍｓ）の加重平均により一次
遅れ処理を行い、今回の可燃限界当量比φｔｗを設定す
る。その結果、始動後増量が実質的に確保される。

【００６３】 φｔｗ←（１５φｔｗ＋Ｍｔｗ）／１６ …（８） 次いで、ステップＳ５７〜Ｓ６０或はＳ６１で上記最大
出力当量比φｆｕｌが設定される。まず、ステップＳ５
７では、スロットル開度αを読込み、ステップＳ５８
で、エンジン回転数Ｎｅに基づき、一次元マップを補間
計算付で参照してフル増量基準値αｔｈを設定する。こ
のフル増量基準値αｔｈは、エンジンが最大出力を要求
しているかを判断する基準値で、図１２に示すように、
エンジン回転数Ｎｅとスロットル開度αとの関係から特
性を求めてマップ化したものである。

【００６４】そして、ステップＳ５９で上記スロットル
開度αと上記フル増量基準値αｔｈとを比較し、α≦α
ｔｈのときは、フル増量条件不成立と判断し、ステップ
Ｓ６０へ進み、最大出力当量比φｆｕｌを０として、ス
テップＳ６２へ進む。一方、α＞αｔｈのときは、フル
増量条件成立と判断し、ステップＳ６１へ分岐し、上記
最大出力当量比φｆｕｌを１．２、すなわち、当該エン
ジンの最大出力となる当量比（フル増量）に設定する。

【００６５】尚、目標当量比ＣOEFは、本ルーチンによ
り設定する各要求当量比φｔｗ，φｆｕｌ，φｔｅｘ，
φｇａｓ，φｅｃｏの中から最大値を選択的に設定する
ものであるため、上記ステップＳ６０で最大出力当量比
φｆｕｌが０に設定されると、この最大出力当量比φｆ
ｕｌが目標当量比ＣOEFの選択対象から外れることにな
る。また、排気ガス温度の上昇を抑える目的の増量は、
排気ガス温度限界当量比φｔｅｘとして別に設定されて
いるため、上記最大出力当量比φｆｕｌはエンジン回転
数Ｎｅによらず、理論空燃比Ａ／Ｆ（＝１４．６）に対
して、おおよそ１５〜２０％増量となるはずである。

【００６６】次いで、ステップＳ６２〜Ｓ６９或はＳ７
０で排気ガス温度限界当量比φｔｅｘを設定する。ま
ず、ステップＳ６２で、負荷の一例である筒内吸入空気
質量Ｇａｉｒとエンジン回転数Ｎeと基づき二次元マッ
プを補間計算付で参照して基本排気ガス温度限界当量比
Ｍｔｅｘを設定する。この基本排気ガス温度限界当量比
Ｍｔｅｘは、排気ガス温度の上昇を設計限界以下に抑
え、エンジン及び排気系を保護するために燃料冷却を行
う増量である。図１３に、この基本排気ガス温度限界当
量比Ｍｔｅｘを設定する二次元マップの特性を例示す
る。図に示すように、高負荷（高Ｇａｉｒ）、高回転で
大きな増量を行うように設定されている。尚、エンジン
負荷を検出するパラメータとして上記筒内吸入空気質量
Ｇａｉｒに代えて吸気管圧力Ｐを採用し、二次元マップ
は吸気管圧力Ｐとエンジン回転数Ｎｅとの関係による特
性に基づいて設定するようにしても良い。

【００６７】そして、ステップＳ６３へ進むと、上記基
本排気ガス温度限界当量比Ｍｔｅｘと、上記最大出力当
量比φｆｕｌのフル増量値である１．２とを比較し、Ｍ
ｔｅｘ≧１．２のときはステップＳ６４へ進み、またＭ
ｔｅｘ＜１．２のときはステップＳ６６へ進む。

【００６８】そして、上記ステップＳ６６へ進むと、今
回の平均排気ガス温度限界当量比φｔｅｘAVを次式に示
す加重平均により、所定時定数（本ルーチンでは、１６
×５０ｍｓ）の一次遅れ処理を行い、ステップＳ６８へ
進む。

【００６９】 φｔｅｘAV←（１５・φｔｅｘAV＋Ｍｔｅｘ）／１６ …（９） また、ステップＳ６４へ進むと、上記基本排気ガス温度
限界当量比Ｍｔｅｘと前回までの平均排気ガス温度限界
当量比φｔｅｘAVとを比較し、Ｍｔｅｘ＜φｔｅｘAVの
とき、すなわち、１．２≦Ｍｔｅｘ＜φｔｅｘAVのとき
は、ステップＳ６５へ進み、またＭｔｅｘ≧φｔｅｘAV
のときは、ステップＳ６７へ進む。

【００７０】上記ステップＳ６５では、今回の平均排気
ガス温度限界当量比φｔｅｘAVを次式に示す加重平均に
より所定時定数（本ルーチンでは、３２×５０ｍｓ）の
一次遅れ処理を行い、ステップＳ６８へ進む。

【００７１】 φｔｅｘAV←（３１・φｔｅｘAV＋Ｍｔｅｘ）／３２ …（１０） 一方、ステップＳ６７へ進むと、今回の平均排気ガス温
度限界当量比φｔｅｘAVを次式に示す加重平均により所
定時定数（本ルーチンでは１２８×５０ｍｓ）の一次遅
れ処理を行って、ステップＳ６８へ進む。

【００７２】 φｔｅｘAV←（１２７・φｔｅｘAV＋Ｍｔｅｘ）／１２８ …（１１） 従って、Ｍｔｅｘ＜１．２のいわゆる要求当量比が薄い
場合には、比較的早い時定数で平均排気ガス温度限界当
量比φｔｅｘAVが設定され、また、Ｍｔｅｘ≧１．２、
且つＭｔｅｘ≧φｔｅｘAVの要求当量比が濃い場合に
は、ゆっくりとした時定数で上記平均排気ガス温度限界
当量比φｔｅｘAVが設定される。

【００７３】そして、ステップＳ６８へ進むと、上記ス
テップＳ６５，Ｓ６６或はＳ６７で算出した平均排気ガ
ス温度限界当量比φｔｅｘAVと上記基本排気ガス温度限
界当量比Ｍｔｅｘとを比較し、Ｍｔｅｘ＜φｔｅｘAVの
ときは、ステップＳ６９で、上記基本排気ガス温度限界
当量比Ｍｔｅｘを今回の排気ガス温度限界当量比φｔｅ
ｘとして設定し、また、Ｍｔｅｘ≧φｔｅｘAVのとき
は、ステップＳ７０で、今回の排気ガス温度限界当量比
φｔｅｘを平均排気ガス温度限界当量比φｔｅｘAVで設
定する。

【００７４】従って、排気ガス温度限界当量比φｔｅｘ
は平均排気ガス温度限界当量比φｔｅｘAVで上限リミッ
トされ、また、基本排気ガス温度限界当量比Ｍｔｅｘで
下限リミットされる。その結果、上記排気ガス温度限界
当量比φｔｅｘの上限リミット値は、エンジン回転数Ｎ
ｅと筒内吸入空気質量Ｇａｉｒとに応じて、すなわち、
上記ステップＳ６５，Ｓ６６或はＳ６７で設定される平
均排気ガス温度限界当量比φｔｅｘAVに従って、ゆっく
り変化したり、あるいは比較的早く変化したりするよう
になる。その結果、長時間の全開運転において排気ガス
温度が実際に設計限界値に近づくまではφｔｅｘ＜φｆ
ｕｌとなり、従来のように、最大出力当量比φｆｕｌの
中に、燃料冷却成分を含ませていた場合に比し、出力の
増加が期待できる。尚、この排気ガス温度限界当量比φ
ｔｅｘを排気ガス温度を計測或は推測した値に基づいて
設定するようにしても良い。

【００７５】次いで、上記ステップＳ６９或はＳ７０か
らステップＳ７１へ進み、このステップＳ７１〜Ｓ７５
或はＳ７６で触媒浄化率最良当量比φｇａｓが設定され
る。この触媒浄化率最良当量比φｇａｓは、触媒コンバ
ータ１１として３元触媒が採用されている場合に対象と
なり、排気ガスを浄化しなければならない条件が成立し
たときに、φｇａｓ←１．０とし、それ以外では、φｇ
ａｓ←０とする。

【００７６】ステップＳ７１〜Ｓ７４では、排気ガスを
浄化しなければならない運転条件にあるかを判断する。
この判断条件は、スロットル開度αとエンジン回転数Ｎ
ｅとで行い、スロットル開度αが、１０゜≦α＜７０゜
（ステップＳ７１，Ｓ７２）で、且つエンジン回転数Ｎ
ｅが、８００ｒｐｍ≦Ｎｅ＜３０００ｒｐｍ（ステップ
Ｓ７３，Ｓ７４）のとき、触媒浄化率最良当量比φｇａ
ｓを１．０に設定し（ステップＳ７５）、それ以外のと
きは、φｇａｓを０に設定する（ステップＳ７６）。
尚、上記判断条件は一例であり、排気ガス浄化領域はエ
ンジンの特性等に応じて任意に設定でき、また例えばス
ロットル開度αに代えて、吸気管圧力Ｐや筒内吸入空気
質量Ｇａｉｒを採用しても良い。また、上記触媒コンバ
ータ１１としてリーンＮｏｘ触媒が採用されている場合
には、触媒浄化率最良当量比φｇａｓは全運転領域でφ
ｇａｓ←０に設定する。

【００７７】その後、ステップＳ７７で、負荷の一例と
しての吸気管圧力Ｐとエンジン回転数Ｎeとに基づいて
二次元マップを補間計算付で参照して、燃費率最良当量
比φｅｃｏを設定して、ルーチンを抜ける。

【００７８】図１４に、この燃費率最良当量比φｅｃｏ
を設定する二次元マップの特性を例示する。図に示すよ
うに、この二次元マップの各領域には、当該エンジン運
転条件下での最良の燃費率を得ることのできる当量比が
予め実験などから求めて格納されている。

【００７９】ここで、この燃費率最良当量比φｅｃｏと
前述の可燃限界当量比φｔｗとの関係について簡単に説
明する。

【００８０】空燃比を可燃限界当量比φｔｗまでリーン
化させると一般には最良の燃費を得ることができなくな
る。しかし、暖機途中の低水温時などでは空燃比を燃費
率最良当量比φｅｃｏまでリーン化するよりも、上記可
燃限界当量比φｔｗにより、リーン化を抑制した方が良
好な燃焼を得ることができる場合もあるので、上記可燃
限界当量比φｔｗとは別に燃費率最良当量比φｅｃｏが
設定されている。尚、上記触媒浄化率最良当量比φｇａ
ｓが全運転領域で、φｇａｓ←１．０の場合には、上記
燃費率最良当量比φｅｃｏは隠れてしまうため、その意
味を失うが、例えば、排気浄化システムがリーンＮｏｘ
触媒を採用している場合には、前述のように、触媒浄化
率最良当量比φｇａｓが全運転領域でφｇａｓ←０に設
定されるため、この燃費率最良当量比φｅｃｏは触媒浄
化率最良当量比としての要素も合わせ持つことになる。
また、ＥＧＲを用いて理論空燃比制御により燃費向上を
行う際には、吸入空気量センサ３２の出力電圧ＶAFMに
基づいて算出した筒内吸入空気質量Ｇａｉｒは、結果と
してＥＧＲ量が除かれた新気量のみとなるため、全運転
領域で、φｅｃｏ←１．０としたほうが、空燃比制御性
が良くなる。また、この燃費率最良当量比φｅｃｏを、
吸気管圧力Ｐに代えて筒内吸入空気質量Ｇａｉｒと、エ
ンジン回転数Ｎｅとの関係により作成した二次元マップ
を参照して設定するようにしても良い。

【００８１】そして、上記各ルーチンで求めた設定値を
用いて、図１〜図３の１０ｍｓ毎ジョブで実行される燃
料噴射有効パルス幅及び燃料噴射無駄パルス幅設定ルー
チンのステップＳ１〜Ｓ１０で１サイクル当りの燃料噴
射質量を算出し、ステップＳ１１〜Ｓ２４で燃料噴射有
効パルス幅Ｔｅと燃料噴射無駄パルス幅Ｔｓとを算出す
る。

【００８２】まず、ステップＳ１では、上記筒内混合気
の要求当量比設定ルーチンで設定した各要求当量比φｔ
ｗ，φｆｕｌ，φｔｅｘ、φｇａｓ，φｅｃｏを比較
し、これらの要求値の最大値を目標当量比ＣOEFとして
決定する。

【００８３】次いで、ステップＳ２で筒内への１吸気行
程当りの筒内吸入燃料質量Ｇｆｕｅｌを次式から算出す
る。

【００８４】 Ｇｆｕｅｌ←Ｇａｉｒ×Ｆ／Ａ×ＣOEF×Ｋｆｂ …（１２） Ｆ／Ａ：理論燃空比 Ｋｆｂ：空燃比フィードバック補正係数 ここで、理論燃空比Ｆ／Ａは理論空燃比Ａ／Ｆの逆数
で、理論空燃比が１４．６であれば、理論燃空比は１／
１４．６となる。また、この理論空燃比Ａ／Ｆは、燃料
を完全燃焼するに必要な最小の空気量と燃料量との比で
あり、多種燃料に対応したエンジン等では変数となる。

【００８５】一方、上記空燃比フィードバック補正係数
Ｋｆｂの初期値は１．０であり、空燃比フィードバック
制御、及び空燃比学習制御を行う外部のストラテジーに
よって書換えられる。また、理論燃空比Ｆ／Ａに目標当
量比ＣOEFを掛けることで、運転条件に応じた筒内混合
気の目標空燃比が設定される。従って、リニアＡ／Ｆセ
ンサでフィードバック制御する際に設定される上記空燃
比フィードバック補正係数Ｋｆｂの目標値は上記理論燃
空比Ｆ／Ａを１とした場合の上記目標当量比ＣOEFであ
る。

【００８６】ところで、上記筒内吸入燃料質量Ｇｆｕｅ
ｌは、筒内へ１行程で吸込んで欲しい燃料量であり、定
常的にはインジェクタ２５からの噴射量と一致するが、
過渡時には応答遅れがあるため一致しない。すなわち、
過渡的にはインジェクタ２５からの燃料噴射量が急増し
ても、燃料の一部が吸気ポート内壁に付着してから筒内
に吸込まれるので、その分遅れが生じ、筒内に吸込まれ
る燃料量はゆっくりと増加する。従って、上記筒内吸入
燃料質量Ｇｆｕｅｌが急増したときには、インジェクタ
２５からの燃料量を、この筒内吸入燃料質量Ｇｆｕｅｌ
よりも多めにフィードフォワード噴射させて、筒内への
吸入燃料量を筒内吸入燃料質量Ｇｆｕｅｌと一致させる
必要がある。この追加増量分に相当する過渡時の１吸気
行程当りの燃料追加質量Ｇａｃｃを、次のステップＳ３
〜Ｓ９で算出する。

【００８７】まず、ステップＳ３では、スロットル開度
αとエンジン回転数Ｎｅとに基づき二次元マップ（図１
５参照）を補間計算付で参照して、静的な筒内吸入空気
質量Ｇａｉｒに相当する指標値（静的指標値）Ｍａｃｃ
を設定する。この静的指標Ｍａｃｃは、負荷変動の少な
い定常走行で、スロットル開度αとエンジン回転数Ｎｅ
を一定に保持すれば、最終的には筒内吸入空気質量Ｇａ
ｉｒが一定になるということを前提にしている。従っ
て、走行中の負荷変動が無視できるとすれば、図４のス
テップＳ３１に示すように、上記静的指標Ｍａｃｃをス
ロットル開度αに基づき一次元マップから補間計算付で
設定することも可能である。

【００８８】また、過渡的には、上記筒内吸入空気質量
Ｇａｉｒにも遅れがあり、この遅れに対応した燃料追加
質量Ｇａｃｃを求める必要がある。

【００８９】そこで、ステップＳ４では、まず、吸気チ
ャンバ６Ａ（図２０参照）内の吸気遅れを想定した所定
時定数（運転条件によって異なるが本ルーチンでは４×
１０ｍｓに固定している）の一次遅れ処理を、次式に示
す加重平均に基づいて行い、動的な筒内吸入空気質量Ｇ
ａｉｒに相当する指標値（動的指標値）Ｓａｃｃを算出
する。

【００９０】 Ｓａｃｃ←（３・Ｓａｃｃ＋Ｍａｃｃ）／４ …（１３） 次いで、ステップＳ５で、上記動的指標値Ｓａｃｃと、
前回のルーチン実行時に算出した燃料付着による遅れ指
標値Ｔａｃｃとを比較する。尚、この遅れ指標値Ｔａｃ
ｃは上記筒内吸入燃料質量Ｇｆｕｅｌに相当する。

【００９１】そして、Ｓａｃｃ＜Ｔａｃｃ、すなわち、
前回の筒内吸入燃料質量Ｇｆｕｅｌに相当する値（Ｔａ
ｃｃ）に対して今回の筒内吸入空気質量Ｇａｉｒに相当
する値（Ｓａｃｃ）が少ないときには、ステップＳ６へ
進み、上記遅れ指標値Ｔａｃｃを上記動的指標値Ｓａｃ
ｃとして、ステップＳ８へ進む。その結果、Ｓａｃｃ＝
Ｔａｃｃとなり、後述のステップＳ９では、上記燃料追
加質量Ｇａｃｃ＝０となり、燃料が追加増量されない。

【００９２】一方、Ｓａｃｃ≧Ｔａｃｃ、すなわち、前
回の筒内吸入燃料質量Ｇｆｕｅｌに相当する値（Ｔａｃ
ｃ）に対して今回の筒内吸入空気質量Ｇａｉｒに相当す
る値（Ｓａｃｃ）が増加しているか、或は変化していな
いときには、ステップＳ７へ分岐して、この動的指標Ｓ
ａｃｃを、次式に示す加重平均により、燃料付着による
時定数（本ルーチンでは、８×１０ｍｓ）の一次遅れ処
理を行って、今回の燃料付着による遅れ指標値Ｔａｃｃ
を算出して、ステップＳ８へ進む。

【００９３】 Ｔａｃｃ←（７・Ｔａｃｃ＋Ｓａｃｃ）／８ …（１４） そして、ステップＳ８へ進むと、エンジン回転数Ｎｅに
基づき一次元マップを補間計算付で参照して係数Ｒａｃ
ｃを設定する。

【００９４】その後、ステップＳ９へ進み、過渡時の１
吸気行程当りの燃料追加質量Ｇａｃｃを次式から算出す
る。

【００９５】 Ｇａｃｃ←Ｒａｃｃ×（Ｓａｃｃ−Ｔａｃｃ） …（１５） この（１５）式に示すように、今回の筒内吸入空気質量
Ｇａｉｒに相当する値（Ｓａｃｃ）と今回の筒内吸入燃
料質量Ｇｆｕｅｌに相当する値（Ｔａｃｃ）との差分
が、燃料付着による不足分を補填する増量パターンとい
うことになる。

【００９６】このように、この燃料追加質量Ｇａｃｃ
は、スロットル開度αとエンジン回転数Ｎｅのみから、
簡易的に筒内吸入空気質量Ｇａｉｒの変化量だけを遅れ
なく検出し、この値を利用して算出している。

【００９７】図１６にスロットル弁５ａを走行中に僅か
に開弁させたときの上記各指標値Ｍａｃｃ，Ｓａｃｃ，
Ｔａｃｃの特性を示す。静的指標値Ｍａｃｃはスロット
ル開度αに追従して増加し、一方、動的指標値Ｓａｃｃ
は上記静的指標値Ｍａｃｃに対して４×１０ｍｓの一次
遅れで増加する。さらに、上記遅れ指標値Ｔａｃｃは、
この動的指標値Ｓａｃｃに対して８×１０ｍｓの時定数
で増加する。この遅れ指標値Ｔａｃｃが筒内吸入燃料質
量Ｇｆｕｅｌに対応していると考えれば、付着分の遅れ
は、上記動的指標値Ｓａｃｃと上記遅れ指標値Ｔａｃｃ
との差分（図のハッチングで示す領域）に相当すること
になり、上記ステップＳ９では、この差分指標値（Ｓａ
ｃｃ−Ｔａｃｃ）に上記係数Ｒａｃｃを掛けて、燃料追
加質量Ｇａｃｃを求めている。ところで、図１７に示す
ように、この差分指標値（Ｓａｃｃ−Ｔａｃｃ）が、従
来のスロットル弁５ａの開弁直後に生じるリーンスパイ
クのパターンに符合することが、実験から明らかになっ
た。従って、この差分指標値（Ｓａｃｃ−Ｔａｃｃ）相
応分を加速増量すれば、排気空燃比は過渡時においても
リーン化することなく一定となる。

【００９８】上記燃料追加質量Ｇａｃｃは加速増量・加
速時追加パルスに近似するが、この燃料追加質量Ｇａｃ
ｃはあくまでも筒内への吸入燃料量を筒内吸入燃料質量
Ｇｆｕｅｌにするためのフィードフォワード分であり、
加速時に空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするためのも
のではない。従って、もし、加速時に空燃比Ａ／Ｆをリ
ッチにする必要があれば、前記目標当量比ＣOEFの選択
枝として、前記図６〜図８に示す要求当量比設定ルーチ
ン中に、加速当量比φａｃｃを第６の増量要因として加
えることも、当然考えられる。

【００９９】また、従来、上記燃料追加質量Ｇａｃｃを
算出する方法として三角増量法がある。この三角増量法
はスロットル弁の動きを基本に増量値が設定されるため
応答性はよいが、筒内へ吸入される燃料量の一次遅れを
三角形で近似させながら増量するので、上記図１７に示
すリーンスパイクに対して正確に符合せず、過渡時の空
燃比が部分的にリッチになったりリーンになったりして
しまう。また、理論的な燃料付着モデルは吸入空気量を
計測するセンサ自体の応答遅れやノイズがあるため、性
能にばらつきが生じ易く、充分な信頼性が得られない。

【０１００】そして、ステップＳ１０へ進むと、上記筒
内吸入燃料質量Ｇｆｕｅｌに上記燃料追加質量Ｇａｃｃ
を加算して、１サイクル当りの燃料噴射質量Ｇｉｎｊを
算出する。ところで、噴射時期が早期に設定されてい
て、噴射が終了した後でまだ吸気行程になる前のタイミ
ングで上記燃料噴射質量Ｇｉｎｊが急増した場合には、
自動的に追加噴射することも可能で、この燃料噴射質量
Ｇｉｎｊは、ある吸気行程から１回転半前、すなわち吸
気行程終了直後から次の吸気行程開始までの期間にイン
ジェクタ２５から噴射される燃料の総量が算出される。

【０１０１】次に、ステップＳ１１〜Ｓ２４で、気筒別
燃料噴射有効パルス幅Ｔｅ１〜Ｔｅ４、及び気筒別燃料
噴射無駄パルス幅Ｔｓ１〜Ｔｓ４が算出される（ここ
で、１，２，３，４は気筒番号を示す）。

【０１０２】まず、ステップＳ１１で、最大出力当量比
φｆｕｌの値を参照し、ステップＳ１２で排気ガス温度
限界当量比φｔｅｘの値を参照する。そして、φｆｕｌ
＝０のエンジンが最大出力を要求しておらず、しかも、
φｔｅｘ＝０の排気ガス温度限界による増量も要求して
いない場合には、ステップＳ１３へ進み、空燃比の気筒
別のばらつきを補正する気筒別噴射量補正係数Ｋｔｎ１
〜Ｋｔｎ４を１．０に設定して、ステップＳ１８へ進
む。一方、上記ステップＳ１１で、φｆｕｌ＝１．２
（フル増量）、あるいは、ステップＳ１２で、φｔｅｘ
≠０と判断されている場合には、ステップＳ１４へ分岐
し、ステップＳ１４〜Ｓ１７でエンジン回転数Ｎｅに基
づき、気筒別の一次元マップを補間計算付で参照して、
上記気筒別噴射量補正係数Ｋｔｎ１〜Ｋｔｎ４を各々設
定して、ステップＳ１８へ進む。噴射量補正係数Ｋｔｎ
は燃料噴射量を気筒別に増減量して空燃比を均一に設定
するもので、上記各一次元マップは、各気筒の吸気特性
に対応する値が格納されている。

【０１０３】ところで、運転条件によって燃料噴射量を
気筒毎に変えなければならない原因は、本来、筒内吸入
空気質量Ｇａｉｒが気筒毎に相違するからであり、従っ
て、正確には筒内吸入空気質量Ｇａｉｒを吸気特性を考
慮して気筒毎に算出し、この算出結果から筒内吸入燃料
質量Ｇｆｕｅｌ及び燃料噴射質量Ｇｉｎｊを気筒毎に算
出すべきであるが、ＣＰＵの計算負荷が重くなるため、
上記気筒別噴射量補正係数Ｋｔｎ１〜Ｋｔｎ４を用い
て、見かけ上、気筒別燃料噴射有効パルス幅Ｔｅ１〜Ｔ
ｅ４[ms]を補正するようにした。

【０１０４】また、空燃比の気筒毎のばらつきが特に問
題となるのは、高負荷運転時のノッキングである。中低
負荷運転での空燃比のばらつきは排気ガスに余り影響せ
ず、エンジン振動の観点からすると全気筒の燃料量が一
致している方が却って各気筒の出力が均等になるので望
ましい。従って、フル増量が要求されている場合には、
全気筒が最大出力が得られるようにする必要があり、ま
た、排気ガス温度限界による増量が要求されている場合
には、全気筒の排気系等の高温化を設計限界以内に抑制
してエンジンを保護する必要があるため、このような場
合、すなわち、気筒間の空燃比が均一であることを前提
とする要求増量が設定されている場合のみ、エンジン回
転数毎に各気筒の燃料噴射量を適正に増減させる補正係
数（気筒別噴射量補正係数）を設定し、各気筒の筒内混
合気の空燃比が目標空燃比となるように個別に制御す
る。

【０１０５】そして、ステップＳ１８へ進むと、全体と
しての燃料噴射有効パルス幅Ｔｅ＿ａｌｌを次式から算
出する。

【０１０６】 Ｔｅ＿ａｌｌ←Ｋｍｒ×Ｇｉｎｊ×Ｋｃｏｎ …（１６） Ｋｍｒ：パルス幅誤差補正係数 Ｋｃｏｎ：インジェクタ容量係数[sec/g] ここで、パルス幅誤差補正係数Ｋｍｒは、インジェクタ
２５の動的な流量特性の非線型性の補正であり、本ルー
チンでは、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射質量Ｇｉｎｊ
とに基づき、図１８に示す二次元マップを補間計算付で
参照して設定する。また、上記インジェクタ容量係数Ｋ
ｃｏｎは、インジェクタ２５の静的質量流量特性の逆数
であり、１グラムの燃料を０．１秒間に噴射するインジ
ェクタでは、Ｋｃｏｎ＝０．１[sec/g]である。なお、
このインジェクタ容量係数Ｋｃｏｎは、本ルーチンでは
固定値としているが、多種燃料に対応可能なＦＦＶエン
ジン等で、燃料の比重や粘性が変化する場合には変数と
して用いる。

【０１０７】次いで、ステップＳ１９〜Ｓ２２で、上記
燃料噴射有効パルス幅Ｔｅ＿ａｌｌを上記気筒別噴射量
補正係数Ｋｔｎ１〜Ｋｔｎ４で補正して、気筒別燃料噴
射有効パルス幅Ｔｅ１〜Ｔｅ４をそれぞれ設定する。

【０１０８】その後、ステップＳ２３へ進み、バッテリ
電圧ＶＢに基づき、一次元マップを補間計算付で参照し
燃料噴射無駄パルス幅Ｔｓ＿ａｌｌ[ms]を設定し、ステ
ップＳ２４で、気筒別燃料噴射無駄パルス幅Ｔｓ１〜Ｔ
ｓ４を、上記燃料噴射無駄パルス幅Ｔｓ＿ａｌｌで設定
してルーチンを抜ける。

【０１０９】ＯＳ側では、上記気筒別燃料噴射有効パル
ス幅Ｔｅ１〜Ｔｅ４と上記気筒別燃料噴射無駄パルス幅
Ｔｓ１〜Ｔｓ４とをそれぞれ加算して、燃料噴射パルス
幅を気筒別に算出する。

【０１１０】インジェクタ２５に与える電圧パルスの幅
（燃料噴射パルス幅）と、燃料噴射質量Ｇｉｎｊとの関
係は、図１９に示す通りであり、燃料噴射質量Ｇｉｎｊ
が決定されれば、基本的に、この燃料噴射質量Ｇｉｎｊ
にインジェクタ容量係数Ｋｃｏｎを掛けることで上記有
効燃料噴射パルス幅Ｔｅが求められ、この有効燃料噴射
パルス幅Ｔｅに無効噴射パルス幅である燃料噴射無駄パ
ルス幅Ｔｓを加算することで燃料噴射パルス幅が算出さ
れる。

【０１１１】本実施例では、燃料噴射質量Ｇｉｎｊ分の
燃料を１回で噴射するか、２回に分割して噴射するかは
ＯＳ内部で決定されるため、上記気筒別燃料噴射有効パ
ルス幅Ｔｅ１〜Ｔｅ４と上記気筒別燃料噴射無駄パルス
幅Ｔｓ１〜Ｔｓ４とを、予め加算せずに別々にＯＳに渡
し、このＯＳ内部で噴射設定の直前に加算して、各イン
ジェクタに与える燃料噴射パルス幅を算出している。こ
うすることで、ＯＳ内部で、燃料噴射質量Ｇｉｎｊ分の
燃料を２回に分割して噴射すると決定した場合でも、１
／２の燃料噴射有効パルス幅Ｔｅに燃料噴射無駄パルス
幅Ｔｓを加算することで、１回当りの燃料噴射パルス幅
を簡単に与えることができる。

【０１１２】このように、本実施例によれば、例えば新
しい燃料付着モデルを開発した際は、筒内吸入空気質量
Ｇａｉｒを算出する前記（７）式中に演算式を追加すれ
ば良く、またインジェクタの流量が非線型であるならば
燃料噴射有効パルス幅Ｔｅ，燃料噴射無駄パルス幅Ｔｓ
を補正するだけで良いことになる。その結果、ある運転
領域での空燃比制御性に不具合が生じた場合に、どの部
分を変更すべきかが明確となるばかりか、その変更が他
の部分に影響を及ぼし難いため、ベース制御ソフトとし
ての活用が期待できる。

【０１１３】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
理想の過渡特性に対する吸入空気量センサの過渡応答遅
れ分を、この吸入空気量センサの出力電圧に基づき吸入
空気量を算出するときの補正項で補正するのではなく、
この出力電圧自体を伝達関数の逆関数で補正するように
したので、吸入空気量センサ自体の持つ過渡応答遅れを
簡単な計算で補償することができ、その結果、吸入空気
量の計算負荷が軽くなるばかりでなく、過渡時において
も、実際の吸入空気量に沿った出力電圧に基づいて吸入
空気量を算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】１０ｍｓ毎ジョブで実行される燃料噴射有効パ
ルス幅及び燃料噴射無駄パルス幅設定ルーチンを示すフ
ローチャート

【図２】１０ｍｓ毎ジョブで実行される燃料噴射有効パ
ルス幅及び燃料噴射無駄パルス幅設定ルーチンを示すフ
ローチャート（続き）

【図３】１０ｍｓ毎ジョブで実行される燃料噴射有効パ
ルス幅及び燃料噴射無駄パルス幅設定ルーチンを示すフ
ローチャート（続き）

【図４】他の態様による燃料噴射有効パルス幅及び燃料
噴射無駄パルス幅設定ルーチンの要部を示すフローチャ
ート

【図５】４ｍｓ毎ジョブで実行される筒内吸入空気質量
設定ルーチンを示すフローチャート

【図６】５０ｍｓ毎ジョブで実行される要求当量比設定
ルーチンを示すフローチャート

【図７】５０ｍｓ毎ジョブで実行される要求当量比設定
ルーチンを示すフローチャート（続き）

【図８】５０ｍｓ毎ジョブで実行される要求当量比設定
ルーチンを示すフローチャート（続き）

【図９】過渡時における吸入空気量センサの出力電圧を
示す特性図

【図１０】吸入空気量誤差補正係数を設定する二次元マ
ップの概念図

【図１１】基準可燃限界当量比を設定する二次元マップ
の概念図

【図１２】最大出力当量比の増量領域を示す特性図

【図１３】基本排気ガス温度限界当量比を設定する二次
元マップの特性図

【図１４】燃費率最良当量比を設定する二次元マップの
特性図

【図１５】静的な筒内吸入空気質量に相当する指標値を
設定する二次元マップの概念図

【図１６】静的指標値と動的指標値とこの動的指標値に
対する遅れ指標値との関係を示す特性図

【図１７】過渡運転時のリーンスパイクと増量パターン
との関係を示す特性図

【図１８】パルス幅誤差補正係数を設定する二次元マッ
プの特性図

【図１９】燃料噴射パルス幅と燃料噴射質量との関係を
示す特性図

【図２０】エンジンの吸気系モデルを示す説明図

【図２１】エンジンの全体構成図

【図２２】クランクロータとクランク角センサの正面図

【図２３】カムロータとカム角センサの正面図

【図２４】電子制御装置の回路構成図

【符号の説明】

６…吸気管 ３２…吸入空気量センサ Ｇａｉｒ…筒内吸入空気質量 Ｑａ…センサ通過空気質量流量 ＶAFM…出力電圧 Ｖ'AFM…過渡補正出力電圧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気管上流に設けた吸入空気量センサの
   出力電圧に基づき吸入空気量を設定するエンジンの吸入
   空気量検出方法において、 理想の過渡特性に対する前記吸入空気量センサの過渡応
   答遅れ分を、伝達関数の逆関数で補正して過渡補正出力
   電圧を算出し、 この過渡補正出力電圧に基づき前記吸入空気量を設定す
   ることを特徴とするエンジンの吸入空気量検出方法。