JPH08303293A - 内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリンダの体積効率の補正による内燃機関の
空燃比制御の精度の改善。 【解決手段】 体積効率の校正吸気温度と隔る吸気温度
の変動を勘案し、シリンダに対する導入に先立ちエンジ
ンの通路を通過する吸気の熱を勘案する。吸気通路に生
じる空気密度の変化および空気流ダイナミックスの変化
を体積効率の補正で勘案して、エンジン制御コマンドが
実際のシリンダの吸気質量について更に正確に勘案する
ようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関制御に関
し、特に内燃機関の空燃比の制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】望ましい自動車用の内燃機関（以下、エ
ンジンともいう）の化学量論比の如き空燃比を維持する
ため、エンジンへ供給される燃料量は、推定されたある
いは測定されたエンジンシリンダ吸気質量に応答して決
定される。吸気マニフォールドの充填または空乏が実質
的に無いことを特徴とする安定状態条件下でシリンダ吸
気質量を直接測定するために、空気流量センサが使用可
能であるが、例えば、エンジン吸気マニフォールドの空
気圧の著しい時間的変化率を特徴とする過渡的条件下で
は、空気流量センサは正確なシリンダ吸気質量情報を与
えるに足るほど応答性が一般に良くない。速度密度法
（ｓｐｅｅｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｐｐｒｏａｃｈｅ
ｓ）は、苛酷な過渡的条件における正確なシリンダ吸気
質量情報を提供するのに充分に応答性が高く、従って、
過渡的条件における空気流量センサに基く方法を補うも
のとして有効であることが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の速度密
度法は、あるエンジン運転条件下では吸気質量の測定精
度が低い。エンジンシリンダの吸気質量の不正確な測定
は、化学量論比の如き所望の空燃比とはほど遠いエンジ
ン空燃比のずれを招来し得、エンジンの排出物の増加お
よびエンジン性能の低下を招く。従来の速度密度法に基
くエンジン空燃比の制御法における精度不足を解決する
ことが望ましい。

【０００４】速度密度法は、例えば、

【数１】ｍ＝ＭＡＰ＊Ｖ＊ＶＥ／（Ｒ＊Ｔ） で表わされる理想気体則を用いて、エンジンの吸気マニ
フォールド圧力ＭＡＰの関数としてのエンジンシリンダ
吸気質量ｍを提供する。ここで、Ｖはシリンダ体積、Ｖ
Ｅは体積効率、Ｒは理想気体定数、およびＴは空気温度
である。理想気体則は空気温度項を含むが、エンジン吸
気質量を決定するために理想気体則に適用される体積効
率ＶＥ項は、静的校正パラメータを用いて従来どおり決
定される。ＶＥが依存するエンジン弁タイミングおよび
エンジンシリンダ・ポートの形状の如きエンジンパラメ
ータは機関の運転中は実質的に変化しないが、エンジン
シリンダ吸気温度の如きＶＥが依存する他のパラメータ
はエンジンの運転中に著しく変化し得、実質的な開ルー
プ・エンジン空燃比のエラーを結果として生じる。例え
ば、吸気温度が校正温度より高くなると空燃比はリーン
になり、吸気温度が校正温度より低くなると空燃比はリ
ッチになる。吸気温度は、周囲気温に依存するのみなら
ずエンジンと吸気との間の熱移動にも依存して、エンジ
ンシリンダへ入って燃焼する前に吸気温度の変化が生じ
る結果となる。一般に、従来からボンネット下に一括し
て収容するスタイルとする傾向があるため、吸気経路に
おいて周囲空気が著しく加熱される結果となった。吸気
質量の加熱の大部分はシリンダ弁が原因である。この加
熱の結果、気体の膨張が生じて空気密度が減り、また、
気体の乱れが生じてシリンダの吸気ポートを介する吸気
流を乱す結果となる。このため、体積効率は校正値より
も著しく小さくなる。吸気の加熱量は、吸気流量に比例
し、かつ吸気とエンジンとの間の温度差に比例する。エ
ンジン空燃比の制御精度を改善するために、実際の体積
効率を校正値からかけ離れさせるような効果を補償する
ことが望ましい。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、吸気温度を変
化させることによって生じる体積効率の変化を直接補償
することによって、従来の空燃比制御の欠点を克服する
ものである。

【０００６】更に、エンジン吸気温度は測定されあるい
は推定される。吸気とエンジンとの間の熱移動も同様に
推定される。吸気温度および吸気の熱移動の如きパラメ
ータの関数として体積効率モデルが提供され、このモデ
ルに対して測定あるいは推定値が適用されて、体積効率
の校正条件からのずれを勘案する体積効率補正係数を生
じる。この補正係数は、校正されたＶＥ値に対する補正
として適用され、補正された値がシリンダ吸気質量の決
定において適用される。

【０００７】本発明の更なる特質によれば、吸気と接触
して吸気に関する著しい熱移動量を生じる吸気弁の如き
エンジン構成要素の温度が、推定あるいは測定されて、
吸気がエンジンシリンダを通過する時に、吸気の潜在的
発熱を勘案して補正係数を調整するため用いられる。こ
れにより、エンジンと吸気との間の温度差が比較的小さ
い寒冷時始動中およびその後では、体積効率の補正はほ
とんどあるいは全く行われない。エンジン温度、および
特にシリンダ吸気弁の温度が寒冷時始動温度より高く上
昇する時、および更に極限の温度範囲まで上昇する時、
体積効率の補正は、実質的な吸気の熱上昇に対する可能
性の増加に従って更に顕著になり得る。本発明の更なる
特質において、吸気流量が推定されあるいは測定され、
吸気の熱移動の決定において適用されて比較的低い吸気
流量における吸気に対する熱移動の可能性の増加を勘案
し、この比較的低い吸気流量では比較的小さな吸気質量
がより長い時間エンジンと接触する。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１において、内燃機関１０は吸
気をスロットル孔１２を介して受取る。このスロットル
孔内では従来のスロットル弁１４が回動して、吸気マニ
フォールド１８内へ吸気が流入する流量を制御する。ス
ロットル弁１４は蝶型弁またはロータリ・バルブであ
り、その回動位置は吸気の流入がスロットル孔１２によ
り制限される度合に対応する。スロットル弁１４の回動
位置は、この回動位置を示す出力信号ＴＰＳを与える従
来の回転ポテンショメータでよいセンサ１６によって変
換される。

【０００９】吸気マニフォールド１８内の空気の絶対圧
力は、従来の圧力トランスジューサ２０によって変換さ
れ、信号ＭＡＰとして出力される。吸気マニフォールド
１８内の吸気の温度は、通常の温度センサ２２によって
変換され、信号ＭＡＴとして出力される。内燃機関１０
は、従来のクランク軸の如き出力軸３０を回転させるよ
う動作し、このクランク軸の回転速度は通常のセンサ３
２によって変換される。センサ３２は、センサ３２によ
り変換されるフィールドが複数の隔てられた歯列または
切欠き（図示せず）の通過により測定可能に遮断される
ように出力軸３０の周囲に設けられた前記歯列または切
欠きの近くに配置されたホール効果センサ又は可変磁気
抵抗センサでよい。このトランスジューサとしてのセン
サ３２は、歯列または切欠きの間隔情報を用いて、当技
術において一般に理解されるように、出力軸３０の相対
的角度位置と回転速度を示すように復号される周期的な
出力信号ＲＰＭを出力する。

【００１０】エンジンシリンダの燃焼ガス生成物は、適
切な処理のため排気ガス管路３４を介してエンジンシリ
ンダ（本文では、燃焼室とも呼ばれる）から排出され
る。排気ガスの一部は、ＥＧＲ（排気ガス循環）管３６
を介して吸気マニフォールド１８へ再循環される。ＥＧ
Ｒ管３６の絞り度は、ＥＧＲ弁３８′の制御された位置
決めによって、エンジン吸気の所望の希釈が行われて窒
素酸化物ＮＯｘの如きエンジン排気ガスを低減するよう
に、変更される。

【００１１】中央処理装置、ランダム・アクセス・メモ
リ装置、および入出力装置の如き要素を含む市販の単一
チップ・マイクロコントローラの如き従来のコントロー
ラ３８は、センサおよびトランスジューサの出力信号を
受取り、ソフトウエア命令の形態でコントローラの読出
し専用メモリに格納された一連の演算の実行により、エ
ンジン制御機能および診断機能を提供する複数の出力信
号を生じるために設けられる。例えば、コマンド信号Ｆ
ＵＥＬは、燃料コントローラ４０に対してコントローラ
３８によって出力されて、以下に述べる所定のシリンダ
燃料噴射量を表わす。燃料コントローラ４０は、単一チ
ップ・マイクロコントローラや相等のプロセッサまたは
従来の制御回路であって、出力コマンド信号ＦＵＥＬを
受取って、当技術において一般に知られるように、対応
するエンジンシリンダに対する吸気事象に先立って、個
々の燃料噴射器へ与えられる調時された噴射器コマンド
信号ＰＷを生成する。

【００１２】コントローラ３８はまた、信号ＭＡＰおよ
びＴＰＳの如きパラメータの関数としてＥＧＲ管３６の
絞り度を提供するため、出力コマンド信号ＥＧＲをＥＧ
Ｒ弁３８′へ出力し、エンジン吸気の所望の希釈を行わ
せる。点火タイミング・コマンド信号および複数のエン
ジンシステムにおける障害条件を示す信号の如き他のエ
ンジン制御および診断コマンド信号は、周知の方法でコ
ントローラによって出力される。

【００１３】本発明による体積効率補正を行う特定の制
御動作が、図２乃至図６に示される。このような動作
は、エンジンの運転中に周期的に実行される。例えば、
図２乃至図６の動作は、読出し専用メモリの如き不揮発
性メモリにおける一連のコントローラ命令の形態で格納
される。これら命令は、予め定めた頻度で、あるいは図
１のセンサ３２の各歯または切欠きの通過時などの周期
的なエンジン事象の発生時に、ステップ単位で実行され
る。

【００１４】このようなコントローラ動作をセットアッ
プするため、始動ルーチンが読出し専用メモリに格納さ
れ、コントローラ３８をオンにするため電力が供給され
る毎に実行される。このような始動ルーチンの動作は、
図２に全体的に示される。図２のルーチンは、コントロ
ーラ３８を始動する電力の印加時にステップ２００で開
始し、次のステップ１０２へ進んで、ポインタ、カウン
タおよびフラグの予め確立された初期値へのセットアッ
プ、およびランダム・アクセス・メモリ装置の如き揮発
性記憶装置のクリアを含む周知のコントローラ初期設定
動作を実施する。

【００１５】次に、ルーチンはステップ１０４へ進み、
時間ベースの動作および事象ベースの動作の実行をトリ
ガーするため用いられる割込みを可能にする。この割込
みは、その時のコントローラ動作を一時的に中断するた
めに、およびある時間の経過後あるいはある事象に続い
て生じるべき動作を含むサービス・ルーチンに割込むよ
うにコントローラの動作を再指令するために用いられ
る。幾つかの時間ベースの割込みは、ステップ１０４に
おいて、対応する予め定めた期間後に生じるように動作
可能にされる。幾つかの事象ベースの割込みもまた、図
１のセンサ３２に対する歯または切欠きの通過と対応す
るクランク軸事象を含む事象に続いて起生するように動
作可能にされる。

【００１６】ステップ１０４における割込みを動作可能
にした後、図２のルーチンがバックグラウンド動作を連
続的に実行するが、これら動作は保守および診断動作を
含む比較的低い優先順位の動作として一般的に記述され
る。図３は、かかる動作を一般的形態で例示し、図２の
ルーチンのステップ１０６で入り、ステップ１２０にお
いて開始する。バックグラウンド動作は次のステップ１
２２へ進んで、周知のコントローラまたはシステムの診
断動作を実施し、次いでステップ１２４へ進んで、ディ
ジタル制御技術において周知である従来のコントローラ
およびシステムの保守動作を実施する。

【００１７】ルーチンは次に、体積効率ＶＥの更新時間
が、コントローラ３８がパワーアップされてから、ある
いは最後のＶＥ更新動作が実施されてから経過したかど
うかを判定する。一般に、少なくとも過渡的動作条件下
でのシリンダ吸気質量の生成において用いられるＶＥ値
は、コントローラが動作中に周期的に生成される補償係
数に従って補正される。この補正係数は、吸気の温度お
よびこの温度における校正温度からのずれを勘案し、か
つ吸気がエンジンシリンダへと通過する時の吸気の加熱
を勘案する。更に、当該実施の形態の補償係数は、燃焼
室温度のモデル化へ及び、エンジン燃焼室とその内部で
受取る吸気と燃料供給分との間の熱移動のモデル化によ
って、燃焼室温度とこの燃焼室温度の校正温度からのず
れの度合とを勘案する。

【００１８】当該実施の形態においては、エンジンの条
件とパラメータと共に補償係数は変化し、ステップ１２
６において述べる更新時間（当実施の形態では約１００
ミリ秒である）後のように、補償係数は周期的に更新さ
れることを要求する。従って、ステップ１２６におい
て、補償係数の最後の更新から上記更新時間が経過した
ならば、ステップ１２８が実行されて図４のルーチンに
より示される更新動作を実施する。このような動作に続
いて、あるいは更新時間がステップ１２６において経過
しなかったならば、当実施の形態のバックグラウンド動
作は完了され、図３のルーチンは図２へ戻るステップ１
３０へ進み、バックグラウンド動作が上記の連続的な実
行のため再始動される。

【００１９】図４は、体積効率の補償係数を更新する一
連の動作を示しており、図３の先に述べたステップ１２
８で呼出されるとステップ１４０で開始され、ステップ
１４２へ進んで、先に述べたＭＡＴ、ＴＥＭＰ、ＲＰＭ
およびＭＡＰの如き信号を読取る。これらの検出された
信号の値は、ＶＥの補償係数が更新される時点でのエン
ジン動作条件を表示するため用いられる。次に、エンジ
ンへの空気流量は

【数２】空気流量＝ＭＡＰ＊ＲＰＭ＊Ｋ によりステップ１４４において決定される。ここで、Ｋ
は、特定の内燃機関１０に対する従来の校正プロセスに
よって決定することができる定数である。

【００２０】空気流量の決定の後、吸気温度補正係数
が、決定された空気流量と本発明の重要な特質における
ＭＡＴの関数として次のステップ１４６で参照される。
これにより、校正温度からの温度のずれが勘案され、ま
た吸気の加熱に起因する、及びかかる加熱による吸気の
乱れとその結果のエンジンシリンダへの空気流の乱れと
に起因する吸気密度の減少の如き、体積効率に対するエ
ンジンと吸気質量との間の熱移動の影響が勘案される。
パラメータである信号ＭＡＴは、図１の吸気マニフォー
ルド１８における吸気温度の測定値を与え、空気流量
は、エンジンから吸気への熱移動のためエンジン吸気の
通過において得られる空気流量を示す。低い空気流量
は、より大きな吸気の滞在時間と対応し、吸気に対する
熱移動を増加させて体積効率が著しく低減する。吸気
（ＭＡＴ）とエンジンとの間の温度差が増加するに伴
い、熱移動は所与の空気流量に対して増加することにな
って体積効率は低減する。補正係数ＴＶＥとＭＡＴや空
気流量のようなパラメータとの間の関係は、このような
関係を測定して推定することにより通常の校正プロセス
によって校正されねばならない。図７の１群のカーブ２
００〜２１６は、ＭＡＴと空気流量とＴＶＥとの間の典
型的な校正関係を示している。各カーブは、異なる静的
なＭＡＴ値に対する空気流量とＴＶＥとの間の校正と対
応する。例えば、カーブ２００は、約−２８℃のＭＡＴ
と対応し、カーブ２０２は約−１６℃のＭＡＴと対応
し、カーブ２０４は約−４℃のＭＡＴと対応し、カーブ
２０６は約８℃のＭＡＴと対応し、カーブ２０８は約２
０℃のＭＡＴと対応し、カーブ２１０は約３２℃のＭＡ
Ｔと対応し、カーブ２１２は約４４℃のＭＡＴと対応
し、カーブ２１４は約５６℃のＭＡＴと対応し、カーブ
２１６は約６８℃のＭＡＴと対応する。補正係数ＴＶＥ
は、体積効率値に対して乗法係数として適用される。カ
ーブ２１０と対応する単位補正係数は、当該実施の形態
の体積効率の校正が約３２℃のＭＡＴにおいて実施され
たことを示す。校正温度より高いＭＡＴに対しては、Ｔ
ＶＥは１より大きくなって、校正条件下の低いＶＥ校正
について補正する。校正温度より低いＭＡＴの場合は、
ＴＶＥは１より小さくなって、吸気とエンジンとの間の
温度差における増加により、ＶＥの校正において勘案さ
れた量より大きな吸気加熱量に対して補正する。その結
果は、吸気温度ＭＡＴにおける著しい変化、空気流量の
大きな変化、およびこれによりＶＥの決定において生じ
たエンジンと吸気との間の熱移動に対する影響を勘案す
るＶＥ補正係数である。

【００２１】図７の関係は、、または通常の索引テーブ
ルの形態でコントローラの読出し専用メモリでその他の
不揮発性メモリ装置に格納される。この索引テーブル
は、ＭＡＴおよび空気流量の索引パラメータを持ちかつ
ＴＶＥの出力値を持ち、その間の校正された関係を表わ
す。これについては当技術において一般に理解されるこ
とである。ステップ１４６でＴＶＥを参照した後に、例
えば、エンジン冷媒温度ＴＥＭＰにより示される如きエ
ンジン温度の予め定めた関数として、コントローラの読
出し専用メモリに格納された通常の索引テーブルから補
正係数を参照することにより、次のステップ１４８にお
いてエンジンの実際の温度補正がＴＶＥに適用される。
先に述べたステップ１４６において参照されたＴＶＥ値
において規定される熱移動を考慮しても、エンジンのコ
ールドスタート、即ち、エンジンと吸気が実質的に同じ
温度であり、吸気のエンジンシリンダ通過中に吸気に対
するあるいは吸気からの実質的な熱移動が存在しない場
合に続く如き低いエンジン温度においては、ＶＥは大き
くは影響されない。このため、低いＴＥＭＰ値に対して
は、ステップ１４６において決定されるＴＶＥ値はステ
ップ１４８において１まで低減される。更にまた、非常
に大きなＴＥＭＰ値で示される非常に高いエンジン温度
では、吸気がシリンダの吸気弁を通過する際に付加的な
熱移動が生じて、先に述べたステップ１４６で行われる
補償によってモデル化されない方法でＶＥを増加させ
る。従って、非常に高い冷媒温度では、ＴＶＥはステッ
プ１４８で行われる補償によって僅かに増加され、この
ような加熱作用を適正にモデル化する。

【００２２】ステップ１４８で与えられるＴＶＥ補正値
は校正プロセスの間に生成される。この校正プロセスに
おいてはＴＥＭＰの極値の影響が計測され、このような
計測された影響を勘案するように値がコントローラの読
出し専用メモリに格納される。例えば、当該実施の形態
においては、ＴＶＥ補正値は、８０℃以上の冷媒温度に
対する僅かに単位利得より大きいＴＶＥ利得であって、
当該実施の形態においては約８℃以下の値の如き、吸気
温度とエンジン温度との間に小さな差が存在する条件と
対応する低いＴＥＭＰ値に対して、ＴＶＥが単位利得に
なるよう低減される。

【００２３】エンジン温度に対してＴＶＥを補正した
後、図４のルーチンは次のステップ１５０へ進み、パラ
メータＭＡＰおよびＲＰＭを、ＭＡＰおよびＲＰＭの関
数として通常の索引テーブルの形態で格納された燃焼温
度の校正モデルに適用するなどにより、定常状態の燃焼
温度値ＳＳＣＴを参照する。このような索引テーブル
は、直接測定または推定により、あるいは種々の安定し
たＲＰＭおよびＭＡＰ値が示す条件の如き種々の安定し
た機関運転条件における燃焼温度をモデル化することに
よって、従来の校正プロセスにおいて生成できる。

【００２４】ＳＳＣＴを参照した後、当該実施の形態に
おけるフィルタ係数として使用された時定数τａｉｒ
が、先に述べたステップ１４４において決定された空気
流量の如き空気流量の関数として、次のステップ１５２
において参照される。例えばパラメータＭＡＰまたはＲ
ＰＭが急激に変化することがある過渡的条件下では、実
際の燃焼温度は、空気流量の関数として決定される時定
数τａｉｒを持つ従来の遅延フィルタの式により正確に
特徴付け得る遅延量だけ、その時のＭＡＰおよびＲＰＭ
の値に対する定常状態の燃焼温度より遅れることにな
る。更に大きな空気流量に対しては、燃焼温度は、低い
空気流量値の場合よりも、その安定状態値へ向って、燃
焼室を通過する空気の熱移動特性により、急速に動かさ
れることになる。一般に当該実施の形態においては、時
定数τａｉｒの値は、数グラム／秒に過ぎない低い空気
流量値に対する約０．０５５から約８０グラム／秒の高
い空気流量値に対する約０．１４の値までの範囲にあ
る。このような値は、全て空気流量の関数としてのエン
ジン・パラメータの関数として決定される定常状態値か
らの燃焼温度の時間的変化率の校正により決定されるべ
きである。

【００２５】ステップ１５２における空気流量の関数と
して時定数τａｉｒを参照した後、次のステップ１５４
が実行されて、動的フィルタ係数又は時定数τａｉｒを
有する従来の遅延フィルタ・プロセスに従って定常状態
の燃焼温度値ＳＳＣＴおよび時定数τａｉｒを用いて実
際の燃焼温度ＡＣＴを

【数３】ＡＣＴ＝τａｉｒ＊ＳＳＣＴ＋（１−τａｉ
ｒ）＊ＡＣＴ により推定する。

【００２６】次に、燃焼温度差の項ΔＣＯＭＢＴＥＭＰ
が、ステップ１５６においてＳＳＣＴとＡＣＴとの間の
差として生成される。この燃焼温度差は、更に詳細に述
べるように、安定状態のＶＥ値が校正される温度からの
燃焼温度のずれの程度を補償するため用いられる。燃焼
温度差を決定した後、次のステップ１５８〜１６２にお
いて空気流量の関数として利得係数が参照される。一般
に、定常状態の温度値とその時の燃焼温度値との間の温
度遅れは、短い時間に燃焼室温度の熱に曝される多量の
空気により特徴付けられる大きい空気流量の条件下で
は、ＶＥをあまり摂動させない。空気流量が低減する
時、吸気と燃焼室との間の温度差は、燃焼室内の空気が
少なくなって燃焼室内にこのような空気質量が滞在する
時間が長くなるので、燃焼室内に存在する空気に対する
燃焼室からの大きな熱移動によって、ＶＥに対して大き
な影響を与える。

【００２７】利得係数ＶＥＧＡＩＮは、当該実施の形態
において、ＶＥに対する温度差のこのような変動する影
響を勘案するよう与えられる。利得係数ＶＥＧＡＩＮ
は、体験的観察により、空気流量の関数として、かつ燃
焼室の温度が上昇するか低下するかの関数として変動す
ることを特徴とする。従って、利得係数ＶＥＧＡＩＮ
は、当該実施の形態では、上昇する燃焼室温度に対する
ものと低下する燃焼室温度に対するものとの２つの校正
関係において校正され格納される。この校正関係は、コ
ントローラの読出し専用メモリに通常の索引テーブルの
形態で格納され、あるいは空気流量の関数及び燃焼温度
の変化の方向の関数の形で格納される。図８のカーブ２
３０により示される第１の関係は、低下する燃焼温度に
対する空気流量の関数として体積効率の利得係数ＶＥＧ
ＡＩＮを提供する。図９のカーブ２３２は、上昇する燃
焼温度に対する関係を示す。このような関係から判るこ
とは、一般に、長い期間燃焼室に小量の吸気が滞在する
が故に、吸気温度に対して燃焼室温度が大きな影響を有
する時、温度差は低い空気流量の場合にはＶＥの変化に
対して大きな影響を与えるということである。図８およ
び図９の特定の関係は、通常の校正プロセスで校正さ
れ、読出し専用メモリーに標準的な索引テーブルの形態
で格納される。

【００２８】図４において、燃焼温度が上昇しつつある
かどうかを判定する次のステップ１５８へ進むことによ
り、図８および図９の関係を先に述べたステップ１５６
に従って格納するテーブルから値が参照される。図４の
ルーチンの事前の反復の間に読出される燃焼温度より燃
焼温度が上昇して燃焼室が加熱されつつあることを示す
ならば、次のステップ１６０が実行されて、利得係数Ｖ
ＥＧＡＩＮが図９のカーブ２３２と対応する索引テーブ
ルからその時の空気流量の関数として参照される。ある
いはまた、燃焼室温度が上昇しているのでなければ、利
得係数ＶＥＧＡＩＮが次のステップ１６２において索引
テーブルから参照されて、図８のカーブ２３０により示
される関係が空気流量の関数として格納される。利得係
数ＶＥＧＡＩＮの値は、上昇する燃焼室温度についてス
テップ１６０で参照されるか、あるいは低下する燃焼室
温度についてステップ１６２で参照されるかの如何に拘
わらず、次のステップ１６４においてＶＥ補償係数ＶＥ
ＭＯＤの校正時に適用される。ＶＥ補償係数ＶＥＭＯＤ
は、当該実施の形態では

【数４】ＶＥＭＯＤ＝ＴＶＥ＋（ΔＣＯＭＢＴＥＭＰ＊
ＶＥＧＡＩＮ） のように校正されて、当該実施の形態によって、エンジ
ン温度モデル情報で補正された吸気温度の補償を燃焼室
温度の補償に盛込む。ＶＥ補償係数ＶＥＭＯＤを生成し
た後、次のステップ１６６はコントローラ動作を、先に
述べた如く、当該実施の形態の標準的なバックグラウン
ド動作の継続的な実行のため図３のステップ１２８へ戻
す。

【００２９】図５は、クランク事象割込みサービス・ル
ーチンの動作の流れを示している。この動作は、当技術
において周知の通り、図１のクランク軸位置のセンサ３
２による１つの歯または切欠きの通過あるいは予め定め
た数の歯列または切欠きの通過により通常は検出される
もので、エンジンシリンダ燃料供給事象毎に開始される
割込みの如きクランク事象割込みをサービスするため実
施される。当技術においては、このような割込みのサー
ビス動作はエンジン制御操作を含むものと一般的に理解
される。更に、当該実施の形態では、このような割込み
は、所望の燃料供給コマンドが化学量論比の如き望まし
い空燃比に従って発されるように、シリンダ吸気質量項
の決定における体積効率の補償情報を盛込むことによっ
て供される。

【００３０】特に、割込みの発生に、図５のサービス・
ルーチンが実行されて、第１のステップ７０で始まり、
図１の信号ＭＡＰ、ＴＰＳ、ＴＥＭＰ、ＲＰＭ、ＭＡＴ
およびＢＡＲＯを含むその時の入力信号値のサンプルが
取られる次のステップ７２へ進む。吸気温度は次に、

【数５】 ＡＩＲＴＥＭＰ＝Ｋ＊ＭＡＴ＋（１−Ｋ）＊ＴＥＭＰ によりステップ７４で推定される。ここで、Ｋはエンジ
ンの冷媒温度値の範囲において空気が吸気マニフォール
ドへ通過する時に、吸気温度の変化の分析によって決定
される、吸気マニフォールドへ通る吸気に対するエンジ
ンの加熱効果を勘案する校正定数である。あるいはま
た、吸気は、この吸気に触れる市販の温度センサによっ
て直接測定することもできる。

【００３１】吸気温度の推定または測定の後、次のステ
ップ７６において、大気圧補償係数ＢＡＲＯＶＥが、予
め定めた関数に対して、あるいは格納された索引テーブ
ルに対して信号ＢＡＲＯを印加することにより、体積効
率補償値として参照され、理想気体則に従って大気圧と
体積効率との間の既知の関係を勘案する補償値を生じ
る。次いで、体積効率ＶＥ校正ルーチンが図６（後述す
る）の動作シーケンスを開始し実行することによりステ
ップ７８において実施される。図６のルーチンの動作に
よりＶＥを計算した後、図５のルーチンの動作は、

【数６】Ｍａｉｒ＝（ＭＡＰ＊（Ｋ１／ＴＥＭＰ）＊Ｖ
Ｅ＊ＣＹＬＶＯＬ＊ＢＡＲＯＶＥ）／Ｋ２ によりシリンダ吸気質量Ｍａｉｒを計算する次のステッ
プ８０へ続く。ここで、Ｋ１およびＫ２はスケーリング
定数であり、ＣＹＬＶＯＬは当該実施の形態の内燃機関
１０に対して測定されたシリンダ体積である。

【００３２】次いで、総シリンダ吸気体積の百分率％Ｅ
ＧＲとして表わされる再循環排気ガス量ＥＧＲが、当技
術で一般に知られるように、例えば吸気マニフォールド
圧力ＭＡＰ、エンジン速度または負荷およびＥＧＲ弁の
位置の校正関数として、ステップ８２において生成され
る。％ＥＧＲの値は、燃焼可能な空燃混合気に実質的に
寄与しない排気ガスにより置換される吸気量を示し、所
望の空燃比を得るための所望の燃料供給の決定において
勘案されねばならない。すなわち、次のステップ８４が
実行されて、シリンダ内の再循環排気ガスで置換される
シリンダ内の空気体積量に対してＭａｉｒを補正するよ
うに、

【数７】ＭＣａｉｒ＝（１−％ＥＧＲ）＊Ｍａｉｒ により可燃のシリンダ吸気質量ＭＣａｉｒを生成する。
化学量論比の如き所望の空燃比を規定するため、次のス
テップ８６は、可燃の吸気質量ＭＣａｉｒと組合わされ
且つ

【数８】Ｍｆｕｅｌ＝ＭＣａｉｒ／（Ａ／Ｆ） により燃焼のためシリンダへ導入される所望の燃料質量
Ｍｆｕｅｌを決定する。ここで、Ａ／Ｆは、当該実施の
形態においては約１４．６の如き所望の空燃比である。

【００３３】燃料噴射器を開けるコマンド・パルスであ
るコマンドＦＵＥＬが次に生成されて、

【数９】ＦＵＥＬ＝Ｍｆｕｅｌ／ＦＲ によりステップ８８で所望の燃料質量を生じる。ここ
で、当技術において一般に理解されるように、ＦＲは燃
料噴射器のオリフィス形状および燃料減衰の如きパラメ
ータから決定される校正された燃料噴射器流量である。
コマンドＦＵＥＬは、当技術において一般に実施される
ように、燃料供給されるシリンダの吸入弁の上流側の吸
気通路に対して加圧燃料を通過させるよう燃料噴射器が
開かれるべき時間と対応する。コマンドＦＵＥＬは、次
にステップ９０において図１の燃料コントローラ４０へ
出力される。次に、燃料コントローラ４０は、燃料噴射
器が燃料パルスを計量するために開かれる時間と対応す
る持続時間（パルス幅）の噴射器駆動電圧パルスＰＷに
ＦＵＥＬを変換し、吸入弁開事象へ進もうとするシリン
ダと対応する適切な燃料噴射器に対するパルスＰＷの印
加を調時する。当該実施の形態による種々の燃料噴射器
に対するパルスの印加のタイミングは、本願の譲受人に
譲渡され参考のため本文に援用される１９９５年４月１
３日出願の係属中の米国特許出願第０８／４２２，２３
８号に記載された方法で決定され実施される。

【００３４】図５に戻って、コマンドＦＵＥＬの形態の
所望のパルス幅を出力した後、次のステップ９２が実行
されて、エンジンの点火または吸気制御、センサ、アク
チュエータまたはシステムの診断、各エンジン・クラン
ク事象に対して要求されるコントローラの診断の如き通
常の自動車制御を行うため要求される通常の制御または
診断の諸機能が実施される。このような制御および診断
動作の実行に続いて、ルーチンは次のステップ９４へ進
んで、割込みサービスから出て、その時進行中でありか
つ図３のバックグラウンド動作の如き割込みの時点で一
時的に中断された動作の実行を再開する。

【００３５】図６は、体積効率の値を計算するための一
連のコントローラ動作を示している。このような動作は
ステップ１８０で始まり、図５のステップ７８で開始さ
れる。ルーチンは次のステップ１８２へ進んで、エンジ
ン速度ＲＰＭおよびエンジン吸気マニフォールドの絶対
圧力ＭＡＰの如きエンジン・パラメータの予め定めた校
正関数として、定常状態の体積効率値ＳＳＶＥを決定す
る。所与の用途に対して、ＳＳＶＥは、定常状態のエン
ジン運転条件における通常の校正プロセスに従って、実
質的に一定の吸気温度で実験的に決定される。ＲＰＭお
よびＭＡＰの動作範囲にわたってＳＳＶＥを決定するた
め、体積効率を測定あるいは推定する通常の方法を用い
てもよい。ＳＳＶＥ値は、通常の索引テーブルの形態で
エンジン速度およびＳＳＶＥ値を校正したＭＡＰの関数
として格納される。ステップ１８２において、その時の
ＲＰＭおよびＭＡＰと対応するＳＳＶＥ値が参照され
る。

【００３６】次に、その時のＶＥ補償係数がステップ１
８４において参照される。この参照された値は、図４の
ルーチンの最近の反復動作によって決定される如き最近
の更新されたＶＥ補償係数でなければならない。次に、
体積効率ＶＥは、ステップ１８２で検索されたＳＳＶＥ
値の関数として決定され、補償係数は、この補償係数に
よりＳＳＶＥを乗じるなどによってステップ１８４で参
照される。ステップ１８６においてＶＥを決定した後、
ステップ１８８が実行されて図５の動作へ戻り、先に述
べたエンジン制御動作を継続する。

【００３７】本発明を説明する目的のための望ましい実
施の形態は、本発明の範囲から逸脱することなく当技術
の通常の知識により多くの変更が可能であるので、本発
明を制限しあるいは限定するものと見做されてはならな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内燃機関とその制御ハードウエア
を示す全体図である。

【図２】望ましい実施の形態のエンジン制御動作を提供
するコントローラ動作の流れを示すコンピュータのフロ
ーチャートである。

【図３】望ましい実施の形態のエンジン制御動作を提供
するコントローラ動作の流れを示すコンピュータのフロ
ーチャートである。

【図４】望ましい実施の形態のエンジン制御動作を提供
するコントローラ動作の流れを示すコンピュータのフロ
ーチャートである。

【図５】望ましい実施の形態のエンジン制御動作を提供
するコントローラ動作の流れを示すコンピュータのフロ
ーチャートである。

【図６】望ましい実施の形態のエンジン制御動作を提供
するコントローラ動作の流れを示すコンピュータのフロ
ーチャートである。

【図７】図２乃至図６の動作の実施のための各パラメー
タ関係を示すグラフである。

【図８】図２乃至図６の動作の実施のための各パラメー
タ関係を示すグラフである。

【図９】図２乃至図６の動作の実施のための各パラメー
タ関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ 内燃機関、１２ スロットル孔、１４ スロット
ル弁、１６ センサ、１８ 吸気マニフォールド、２０
圧力トランスジューサ、２２ 温度センサ、３０ 出
力軸、３２ センサ、３４ 排気ガス管路、３６ ＥＧ
Ｒ管、３８′ ＥＧＲ弁、４０ 燃料コントローラ。

フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ・ケヴィン・メインクイスト アメリカ合衆国ミシガン州48098，トロイ, デルタ 1566 (72)発明者 ラリー・セオドア・ニッツ アメリカ合衆国ミシガン州48306，ロチェ スター，オーク・トゥリー・サークル 4214

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 過渡的なエンジン動作条件下でエンジン
   シリンダの吸気質量を推定する方法において、 エンジンの吸気温度を推定するステップと、 定常状態のエンジンシリンダ体積効率を参照するステッ
   プと、 推定された前記エンジン吸気温度の予め定めた関数とし
   て体積効率補正係数を生成するステップと、 前記の定常状態のエンジンシリンダ体積効率と前記体積
   効率補正係数との予め定めた関数として、前記エンジン
   シリンダの吸気質量を推定するステップとを含む方法。
2. 【請求項２】 前記エンジンが吸気を前記エンジンシリ
   ンダへ案内する吸気経路を含み、 吸気が前記吸気経路を通過する時の吸気温度の変化を推
   定するステップを更に含み、 体積効率補正係数を生成する前記ステップが、推定され
   た前記エンジン吸気温度と吸気温度の推定された変化と
   の予め定めた関数として、体積効率補正係数を生成する
   請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記エンジンが吸入弁を有する複数のシ
   リンダを含み、 エンジン冷媒温度を測定するステップと、 該エンジン冷媒温度の関数として、エンジンシリンダ吸
   入弁温度を推定するステップと、を更に含み、 吸気温度の変化を推定する前記ステップが、推定された
   前記エンジンシリンダ吸入弁温度の関数として吸気温度
   の変化を推定する請求項２記載の方法。
4. 【請求項４】 エンジン吸気流量を検出するステップを
   更に含み、 吸気温度の変化を推定する前記ステップが、推定された
   前記エンジンシリンダ吸入弁温度と検出された前記エン
   ジン吸気流量との関数として吸気温度の変化を推定する
   請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】 エンジン吸気流量を検出するステップを
   更に含み、 体積効率補正係数を生成する前記ステップが、推定され
   た吸気温度と検出された前記エンジン吸気流量との予め
   定めた関数として、体積効率補正係数を生成する請求項
   １記載の方法。
6. 【請求項６】 定常状態体積効率値の予定を校正プロセ
   スにおいて種々のエンジン運転レベルで決定する実質的
   に一定の校正エンジン吸気温度からのエンジン吸気温度
   の変動を勘案するようにシリンダ体積効率を補正する方
   法において、 前記定常状態体積効率値が決定されるエンジン運転レベ
   ルの関数として、該定常状態体積効率値の予定を格納す
   るステップと、 その時のエンジン運転レベルを示す入力信号をサンプリ
   ングするステップと、 サンプルされた前記入力信号の関数として、前記の格納
   された予定からその時の定常状態体積効率値を参照する
   ステップと、 エンジン吸気温度を検出するステップと、 検出された前記エンジン吸気温度の予め定めた関数とし
   て体積効率利得を決定するステップと、 前記体積効率利得を印加することにより、前記校正エン
   ジン吸気温度からの吸気温度の変化に対するその時の定
   常状態体積効率値を補正するステップとを含む方法。
7. 【請求項７】 エンジン吸気流量を検出するステップを
   更に含み、 利得を決定するステップが、検出された吸気温度と、検
   出された前記エンジン吸気流量との予め定めた関数とし
   て、体積効率利得を決定する請求項６記載の方法。
8. 【請求項８】 予め定めたエンジン温度入力信号を検出
   するステップと、 検出された前記エンジン温度入力信号の予め定めた関数
   としてエンジン吸気に対する熱移動を推定するステップ
   とを更に含み、 利得を決定する前記ステップが、検出されたエンジン吸
   気温度と、推定された熱移動との予め定めた関数として
   体積効率利得を決定する請求項６記載の方法。
9. 【請求項９】 前記エンジン温度入力信号が、エンジン
   冷媒温度を示す入力信号である請求項８記載の方法。
10. 【請求項１０】 エンジン空燃比を制御する方法におい
    て、 エンジン吸気温度を推定するステップと、 定常状態エンジンシリンダ体積効率を参照するステップ
    と、 推定された前記エンジン吸気温度の予め定めた関数とし
    て体積効率補正係数を生成するステップと、 前記定常状態エンジンシリンダ体積効率と前記体積効率
    補正係数との予め定めた関数としてエンジンシリンダ吸
    気質量を推定するステップと、 予め定めた所望のエンジン空燃比を参照するステップ
    と、 前記所望のエンジン空燃比を得るため、推定された前記
    エンジンシリンダ吸気質量と対応する燃料コマンドを生
    成するステップと、 生成された前記燃料コマンドに従って前記エンジンに対
    して燃料を導入するステップとを含む方法。
11. 【請求項１１】 前記エンジンが、複数のシリンダと、
    該複数のシリンダに対して吸気を案内する吸気経路とを
    含み、 吸気が前記吸気経路を通過する時の吸気温度の変化を推
    定するステップを更に含み、 体積効率の補正係数を生成する前記ステップが、推定さ
    れた前記エンジン吸気温度と、吸気温度の推定された変
    化との予め定めた関数として、体積効率補正係数を生成
    する請求項１０記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記複数のシリンダが吸入弁を含み、 前記エンジン冷媒温度を測定するステップと、 前記エンジン冷媒温度の関数としてエンジンシリンダ吸
    入弁温度を推定するステップとを更に含み、 吸気温度の変化を推定する前記ステップが、推定された
    前記エンジンシリンダ吸入弁温度の関数として吸気温度
    の変化を推定する請求項１１記載の方法。
13. 【請求項１３】 エンジン吸気流量を検出するステップ
    を更に含み、 吸気温度の変化を推定する前記ステップが、推定された
    前記エンジンシリンダ吸入弁温度と、検出された前記エ
    ンジン吸気流量との関数として吸気温度の変化を推定す
    る請求項１２記載の方法。
14. 【請求項１４】 エンジン吸気流量を検出するステップ
    を更に含み、 体積効率の補正係数を生成する前記ステップが、推定さ
    れた前記エンジン吸気温度と、検出された前記エンジン
    吸気流量との予め定めた関数として体積効率補正係数を
    生成する請求項１０記載の方法。