JP2001234798A - 内燃機関の空燃比制御装置および気筒毎流入吸気量推定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エンジン毎、気筒毎に吸気効率のマップを作成
することなく、内燃機関の運転状態が色々と変化しても
気筒毎の吸入空気量を正確に求めること。 【解決手段】マニフォールド内の気体の密度を計測し、
スロットルを通過する空気量を計測し、内燃機関のクラ
ンクの角度を計測し、クランク角に基づき吸気行程にあ
る気筒を識別し、吸気行程の気筒に対応する計算手段が
呼び出され、該計算手段は、吸気効率を推定し、吸気効
率と上記センサデータに基づき気筒に流入した空気量を
計算し、この空気量に基づき該気筒への燃料噴射量を計
算することで空燃比を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】内燃機関の燃費の向上や排気
ガス内の有害物質の低減のために、気筒に吸入される空
気の量と気筒に噴射される燃料の比を制御する空燃比制
御技術に関する。特に本発明では、気筒別の空燃比のば
らつきを解消する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の空燃比を制御するには、気筒
に吸入される空気量を計測しこれにもとづいて燃料噴射
量を計算し制御したり、あるいは、排気から空燃比を計
測してこれを目標値に保つように燃料噴射量を制御する
方法があるが、これまで、内燃機関の気筒に吸入される
空気量の計測装置、あるいは空燃比の計測装置として
は、特開平7−42600号に代表されるマニフォールドに取
付けた圧力センサを用いるもの、特開平9−166464 号に
代表される吸気系配管に取付けられた熱線式空気流量計
を用いるもの、特開平7−133738 号に代表される排気系
配管に空燃比センサを取付け、排気の空燃比を目標値に
保つようフィードバックするものなどがあった。

【０００３】一般に、気筒に取込まれる空気量Ｍｃは、
マニフォールドの圧力Ｐｍとクランクの回転数Ｎに比例
し、 Ｍｃ＝Ｐｍ^＊Ｎ^＊η^＊Ｖｃ／Ｒ^＊Ｔｍ で近似できることが、広く知られている。ただし、気筒
の容積Ｖｃ，気体定数Ｒ，マニフォールド内の気体の温
度Ｔｍである。ηは吸気効率（文献によっては、充填効
率，体積効率などと呼ばれることもある）と呼ばれ、マ
ニフォールド・気筒の入口の形状や気筒入口の吸気弁の
開閉のタイミングによって、気筒への流入のロスが生じ
るが、そのロスの結果、何パーセントの空気が気筒に取
込まれるかという値である。ηは、マニフォールドの圧
力Ｐｍやクランクの回転数Ｎによって若干変化するの
で、ＰｍやＮのマップとして表される。

【０００４】特開平7−42600号では所謂スピードデンシ
ティーという方法を採用している。この方法では、エン
ジンの回転速度と吸気マニフォールドの圧力の関数とし
ての吸気効率のマップを事前に用意し、運転時には、エ
ンジンの回転速度とマニフォールドの圧力を計測し、エ
ンジンの回転速度とマニフォールドの圧力からマップを
検索してえられる吸気効率、観測されるエンジン回転速
度、吸気マニフォールド圧力をもとにして吸気量の計算
を行っていた。この方式では、内燃機関の運転状態によ
って変化する吸気効率をマップから検索することで運転
状態が変化しても正しい気筒への吸入空気量を計算でき
るようにしている。

【０００５】特開平9−166464 号では熱線式空気流量計
によって気筒への流入空気量を計測している。本方式
は、気筒上流の吸気流入通路に熱線式空気流量計を配置
し、空気が熱線式空気流量計の配された断面を通過する
空気量を計測するものである。本方式では、通過空気の
絶対量が直接求められるため、吸気効率のマップがいら
ないというメリットがある。

【０００６】特開平7−133738 号では、空気量を計るの
ではなく、空燃比を計測し、これを目標値に保つように
燃料噴射量の制御を行っている。本方式では、排気系集
合部に１つの広域空燃比センサを配置し、排気気筒のロ
ーテーションと、気筒から排気されてから空燃比センサ
に影響を及ぼすまでの遅れをモデル化し、気筒毎の空燃
比をオブザーバにより推定しようというものである。本
方式では、先述の２つの公知例では考慮されてこなかっ
た、気筒別の空燃比を計測している。

【０００７】また、吸入空気量について、特開平9−228
84 号，9−126006号，11−6460号が言及するところであ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】内燃機関の気筒に入る
空気量は、気筒毎に約５％〜約１０％程度ばらつくとい
われている。このため、全ての気筒に同じ量の燃料を噴
射したのでは、気筒毎に空燃比が異なってきて、燃料を
目標空燃比より多く噴射された気筒では、排気ガス中の
炭化水素などの有害物質が増えるという問題があり、燃
料を目標空燃比より少なく噴射された気筒では、酸化窒
素の割合が増えたり、トルクにムラが生じるといった問
題がある。

【０００９】マニフォールドから全ての気筒へ空気が流
れ込む際の吸気効率の平均を吸気効率のマップとして保
持しており、マニフォールドの圧力が一定なら全ての気
筒に同じ量の燃料を噴射した方法にあっては、気筒毎の
空燃比にばらつきが生じてしまう。

【００１０】吸気マニフォールドに流れ込む空気量は正
確に求めるが、マニフォールドに流れ込んだ空気が各気
筒に分配される割合については考慮しない方法にあって
は、全ての気筒に同じ割合で空気が分配されるものとし
て考えているので、空燃比の気筒毎のばらつきが生じて
くる。

【００１１】燃焼して排気過程を経て排気管に達した空
気の空燃比を計測して、これを一定に保つために排気管
の空燃比センサで燃料の割合が下がったのを観測して、
始めて燃料の割合を増加させる方法では、内燃機関２回
転分燃焼噴射量の制御が遅れることになる。

【００１２】本発明では、燃焼する以前に各気筒に吸入
された空気量を推定し、気筒毎への空気の分配のばらつ
きに対応して燃料を噴射し、気筒毎の空燃比のばらつき
を抑制して高精度な空燃比制御を応答性良く実現するこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、気筒毎に備え
た燃料を噴射するインジェクタを備え、クランク角に基
づき吸気行程にある気筒を識別し、気筒毎に備えられた
計算プログラムの中から吸気行程にある気筒に対応する
計算プログラムを呼び出し、気筒毎の吸気ばらつきを推
定し、かつ該推定した気筒毎の吸気量に対応して各気筒
のインジェクタへの燃料噴射量を演算する燃料噴射演算
処理装置とを備えるようにした。

【００１４】本発明は具体的には次に掲げる装置を提供
する。

【００１５】本発明は、多気筒を備え、各気筒に吸入さ
れる空気の量と気筒に噴射される燃料の比を制御する内
燃機関の空燃比制御装置において、スロットルを通過す
る空気量を計測する流入空気量計測器と、内燃機関の吸
気マニフォールド内の空気の密度を計測する流入空気密
度計測器と、内燃機関のクランク角を計測するクランク
角センサと、気筒毎に備えた燃料を噴射するインジェク
タと、クランク角に基づき吸気行程にある気筒を識別
し、気筒毎に備えられた計算プログラムの中から吸気行
程にある気筒に対応する計算プログラムを呼び出し、ス
ロットルを通過する空気量、吸気マニフォールド内の空
気の密度およびクランク角に基づいて気筒毎の吸気特性
を推定して推定値を求め、かつ該推定値に対応して各気
筒のインジェクタへの燃料噴射量を演算する燃料噴射演
算処理装置とを備えた内燃機関の空燃比制御装置を提供
する。

【００１６】前記吸気特性は、気筒毎の吸気量または吸
気効率である。

【００１７】本発明は、多気筒を備えた内燃機関の気筒
毎の流入吸気量推定方法において、スロットル通過空気
量Ｍthを計測し、マニフォールド内の気体の密度Ｐｍお
よび密度の増加量△Ｐｍを求め、この増加量△Ｐｍにマ
ニフォールドの容積Ｍｄ（スロットルと吸気弁とによっ
て仕切られた領域の容積）を掛けることでマニフォール
ド内の気体の増加量△Ｍｍを計算し、クランク角を計測
してこれを微分してクランク角速度を計算し、次の式で
吸気効率ｑを ｑ＝（Ｍth−△Ｍｍ）／Ｍｄ で計算し、次の式で各気筒への吸気量を Ｍｃ＝Ｐｍ×（ω／４π）×Ｖｃ×ｑ＝Ｍｄ×ｑ （ここで１／Ｃは気筒の容積）を計算して求める気筒毎
の流入吸気量推定方法を提供する。

【００１８】気筒毎の流入吸気量推定によって気筒毎の
吸気量ばらつきを平準化し、気筒毎の空燃比のばらつき
を制御する方法を提供する。

【００１９】

【発明の実施の形態】《発明実施の形態１：気筒別吸気
効率推定に基づく空燃比制御》本発明の構成を図１を用
いて説明する。

【００２０】内燃機関の外部から取込まれた空気は、ス
ロットルを通過し、マニフォールド９に取込まれる。ス
ロットルの開き具合によって通過する空気の量を調節す
ることで、内燃機関から発生するトルクを調節すること
ができる。

【００２１】スロットルを通過した空気は、マニフォー
ルド９を充たし、マニフォールド９の分岐部を通過し
て、気筒５内に取込まれる。マニフォールド９の分岐部
と気筒５の間には吸気弁７があり、これはクランク角度
に連動して動作し、該気筒５が吸気行程にあるときに開
き、マニフォールド９の空気は該気筒５に取込まれる。

【００２２】こうして気筒５に取込まれる空気の量Ｍｃ
を計測するために、スロットル通過空気量計測器２，マ
ニフォールド９の集合部にはマニフォールド内の空気の
密度を計測する密度計測器１、ならびに、クランク角セ
ンサ３が取付けられている。

【００２３】燃料噴射演算処理装置１００に備えられた
気筒判別手段６は、クランク角θに基づき、吸気行程に
ある気筒を判別する。気筒５（第ｉ気筒）に流入した空
気量Ｍｃを計算し、この空気量Ｍｃに基づき該気筒５へ
の燃料噴射量Ｆｉを計算する計算手段６０１〜６０Ｉ
（但し、Ｉは気筒の数）は、気筒ごとに用意され、気筒
判別手段６により、吸気行程にあると判別された気筒に
対応するものが呼び出される。

【００２４】呼び出された計算手段６０ｉでは、該気筒
５の吸気効率ηｉ（ｉは１〜Ｉの値を取る気筒の番号）
を推定し、推定された吸気効率ηｉと、密度計測器１に
より計測されたマニフォールドの密度ρｍ、クランク角
センサ３の出力を微分して得られるクランク回転速度ω
から気筒５への吸入空気量Ｍｃを計算する。

【００２５】マニフォールド９から気筒５に空気が吸入
される際に、流れのロスがない理想的な場合を考えれ
ば、気筒５に流れ込む空気の量Ｍｄは、気筒５の容積を
Ｖｃとして、

【００２６】

【数１】

【００２７】で与えられるが、実際には、マニフォール
ド分岐部や気筒入口の形状、吸気弁７の開閉のタイミン
グにより流れのロスが発生するので、ロスの結果気筒に
流れ込む割合（これが吸気効率ηｉである）を用いて、
実際に気筒５に流れ込む空気の量Ｍｃは、

【００２８】

【数２】

【００２９】で計算される。吸気効率は気筒ごとにばら
つきがあるので、気筒ごとに計算されることで空燃比の
精密な制御が可能となる。吸気効率の計算の方法の一例
は、後程、［吸気効率の計算］にて説明する。

【００３０】こうして該気筒５への吸入空気量Ｍｃが計
算されたら、これと目標空燃比λから該気筒への燃料噴
射量Ｆｉを、

【００３１】

【数３】

【００３２】より計算する。クランク角θから該気筒５
の燃料噴射タイミングを判定し、噴射すべきタイミング
になったら計算された噴射量Ｆｉをインジェクタ４より
噴射する。

【００３３】この動作手順をステップ図としてまとめた
のが図２である。まず、スロットルを通過する空気量Ｍ
thが計測され（ステップ２０１）、マニフォールド内の
気体の密度ρｍが計測され（ステップ２０２）、クラン
ク角θが計測される（ステップ２０３）。このクランク
角θに基づいて、第ｉ気筒５が吸気行程であるかどうか
が判別される（ステップ２０４）。第ｉ気筒５が吸気行
程であるなら、第ｉ計算手段６０ｉが呼び出され(ステ
ップ２０５)、第ｉ気筒吸気効率推定手段６１ｉ〜６１
Ｉ、スロットル通過空気量Ｍth、マニフォールド内気体
密度ρｍ、クランク角θを微分して得られるクランク角
速度ωをもとに第ｉ気筒５の吸気効率ηｉが計算される
（ステップ２０６）。この吸気効率ηｉと、マニフォー
ルド９内の気体密度ρｍと、クランク角速度ωから、数
２に基づいて第ｉ気筒５への吸入空気量Ｍｃが計算され
る６２ｉ〜６２Ｉ（ステップ２０７）。該気筒５への吸
入空気量Ｍｃが計算されたら、これと目標空燃比λをも
とに、数３により該気筒への燃料噴射量Ｆｉを計算する
６３ｉ〜６３Ｉ（ステップ２０８）。クランク角θが該
気筒５に燃料を噴射する角度θｉになったら(ステップ
２０９，２１０)、第ｉインジェクタ４は計算された量
の燃料を噴射する（ステップ２１１）。

【００３４】このように、気筒毎に計算手段６０１〜６
０Ｉを設け、気筒毎の吸気効率を計算してこれに基づい
て気筒への吸入空気量を計算し、気筒への燃料噴射量を
計算することで、気筒による吸気効率のばらつきに適応
して、空燃比の精密な制御が可能となる。

【００３５】［吸気効率の計算］気筒ごとに吸気効率が
異なると、吸入行程開始の時点でマニフォールド９内の
密度ρｍとクランク回転速度ωが同じであっても、マニ
フォールド９から気筒５に流入する空気量Ｍｃが異なる
ので、マニフォールド９内の空気の密度ρｍの変化、ひ
いては、スロットル上下流の密度差に依存するスロット
ル通過空気量Mthが違ってくる。そこで、スロットルを
通過する空気量Ｍthと、マニフォールド９の密度ρｍか
ら吸気効率を算出する６４ｉ。第ｉ気筒５が吸気行程の
とき、スロットルを通過する空気流量Ｍth、マニフォー
ルド９内の空気量の増加量ΔMmを用いると、図３より、
第ｉ気筒５に流入する空気量Ｍciは、

【００３６】

【数４】

【００３７】

【数５】

【００３８】によって計算される。これと数２より、第
ｉ気筒の吸気効率ηｉは、

【００３９】

【数６】

【００４０】で計算できる。この分母は、吸気効率が１
で理想的な場合の流入量なので、これを理想流入量Ｍｄ
と呼ぶことにすれば、

【００４１】

【数７】

【００４２】となる。

【００４３】ところで、スロットル通過空気量Ｍthの検
出精度はあまりよくないことが知られている。吸気効率
ηｉは内燃機関の運転状態、特にマニフォールド９内の
気体密度ρｍとクランク回転速度ωに依存するが、その
変化はゆるやかなので、数６で求められた吸気効率ηｉ
を平滑化する（６５ｉ）ことで、吸気効率推定の精度を
向上させることができる。平滑化した吸気効率ηｉは吸
気効率メモリ６６ｉに記憶する。

【００４４】吸気効率ηｉの計算手順を図４を用いて説
明する。

【００４５】まず、スロットル通過空気量Ｍthを計測す
る（ステップ４０１）。次に、密度計測手段１でマニフ
ォールド９内の気体の密度ρｍを求め、この増加量Δρ
ｍにマニフォールド９の容積（スロットルと吸気弁７と
によって仕切られた領域の容積）をかけることでマニフ
ォールド９内の気体の増加量ΔＭｍを計算する（ステッ
プ４０２）。

【００４６】この後に、クランク角θを計測し、これを
微分してクランク角速度ωを計算し、これとマニフォー
ルド９内の気体の密度ρｍより数１で気筒ｉへの理想流
入量Ｍｄを計算し（ステップ４０３）。これらの計算結
果をもとにして数６に基づいて吸気効率ηｉを計算する
（ステップ４０４）。

【００４７】前回該気筒５が吸気行程にあったときの吸
気効率ηｉを吸気効率メモリ６６ｉから読み出してきて
（ステップ４０５）、前回求めた吸気効率ηｉと今回の
吸気効率ηｉの加重平均をとることで、吸気効率ηｉを
平滑化する(ステップ４０６)。

【００４８】このように吸気効率ηｉをもとめること
で、気筒毎のばらつきに適応して、精度良く気筒毎の吸
気効率を求められる。

【００４９】［密度の計測］気体の密度を計測するため
の具体的なセンサとしては、圧力センサと温度センサを
組み合わせて用いることが一例として挙げられる。密度
の定義と気体の状態方程式より、

【００５０】

【数８】

【００５１】であるから、気体の圧力Ｐを温度Ｔで割っ
て、気体定数Ｒで単位を補正することで密度ρは求めら
れる。本実施例のようにマニフォールド９の密度を計測
するには、図５に示すように、マニフォールド９の集合
部に圧力センサ１１と温度センサ１２を配置して、計算
手段６０内で数８に従って計算すれば、マニフォールド
９内の気体の密度ρｍは求められる。

【００５２】［スロットル通過空気量の計測１］スロッ
トルを通過する空気量Ｍthを求めるための具体的なセン
サの構成の一例を図６に示す。スロットルを通過する空
気量Ｍthは、スロットル上下流の圧力Ｐａ，Ｐｍと温度
Ｔａ，Ｔｍ及びスロットル開度αによって決まる。その
求め方は、

【００５３】

【数９】

【００５４】であることが、流体力学の本で紹介されて
いる（例えば、松尾一泰著“圧縮性流体力学”、ｐ。６
４）。ここで１３はスロットル開度センサ、１４は圧力
センサおよび１５は温度センサである。

【００５５】従って、図６に示すような構成のセンサを
用いてスロットルを通過する空気量Ｍthを求める手順を
図７を用いて説明すると、スロットル上流に配された圧
力センサ１４で外気圧Ｐａを計測し（ステップ７０
１）、スロットル下流に配された圧力センサ１１でマニ
フォールド圧Ｐｍを計測し（ステップ７０２）、スロッ
トル上流に配された温度センサ１５で外気温Ｔａを計測
し（ステップ７０３）、スロットル下流に配された温度
センサ１２でマニフォールド温度Ｔｍを計測し（ステッ
プ７０４）、スロットル開度センサ１３でスロットル開
度αを計測し（ステップ７０５）、計算手段６０内で数
９を用いてスルットル通過空気量Ｍthを求めれば良い
（ステップ７０６）。

【００５６】［スロットル通過空気量の計測２］スロッ
トル通過空気量Ｍthを計測する他の方法としては、熱線
式空気流量計を用いる方法がある。熱線式空気流量計に
ついては、特開平9−166464 号等で述べられているが、
熱線の配された断面を気体が通過する際に熱線から奪わ
れる熱量によって気体の流量を計測しようというもので
ある。本発明の実施例では、図８に示すように、熱線式
空気流量計１６をスロットルの上流に配置し、この計測
データを計算手段６０で読込むことで、スロットル通過
空気量Ｍthを計測する。

【００５７】このような密度計測手段１とスロットル通
過空気量計測手段２を設け、気筒毎に計算手段６０１〜
６０Ｉを設け、気筒毎の吸気効率を計算してこれに基づ
いて気筒への吸入空気量Ｍｃを計算し、気筒への燃料噴
射量を計算することで、気筒による吸気効率のばらつき
に適応して、空燃比の精密な制御が可能となる。

【００５８】《発明実施の形態２：気筒毎ばらつき補正
係数を用いる空燃比制御》吸気効率は、内燃機関の運転
状態によって緩やかに変化する。［吸気効率の計算］で
は、現在の計測データより得られた吸気効率を過去の吸
気効率と加重平均をとることで平滑化し、精度の向上を
図ったが、現在値と過去の値に対する荷重のかけ方によ
っては、吸気効率の変化に追従できないことも考え得
る。

【００５９】同一種類の内燃機関であれば、個体による
吸気効率の関数の形状の違い、気筒による吸気効率の関
数の形状の違いは、それほどないと考えられる。第１気
筒の吸気効率、第２気筒の吸気効率と、全気筒の平均的
な吸気効率を示す共通吸気効率をマニフォールド内の気
体の密度の関数としてグラフ化すると、例えば図９
（ａ）のようになり、各気筒の吸気効率を共通吸気効率
で割った補正係数は、例えば図９（ｂ）のように、１.
０ 付近のなだらかな関数になるものと考えられる。そ
こで、内燃機関の運転状態によってかわる動的な部分は
共通の吸気効率マップを事前に用意して、気筒毎、内燃
機関の個体毎によってかわるスケールパラメータの部分
を補正係数として推定し、共通の吸気効率マップと気筒
毎の補正係数を掛け合わせることで、内燃機関の運転状
態の変化による吸気効率の変化に追従し、かつ、気筒
毎、内燃機関個体毎の吸気効率のばらつきにも対応でき
る吸気効率推定手段について述べる。

【００６０】図１０に構成を示す。図１と同じ構成には
同一番号を付してあり、説明を繰り返さない。図１に示
される空燃比制御装置と比べて、全気筒に共通する吸気
効率マップ２１が新たに用意されていて、しかも、各気
筒に対応した吸気効率推定手段６１１〜６１Ｉが異なっ
ている。

【００６１】第ｉ気筒５の吸気効率推定手段６１ｉは、
スロットル通過空気量Ｍthとマニフォールド９の空気の
密度Ｍthとクランク角速度ωから補正係数Ｃｉを推定す
る補正係数計算手段６７ｉと、前回該気筒５が吸気行程
にあったときの補正係数Ｃｉを記憶しておき、あらたに
今回計測データから求められた補正係数Ｃｉとの加重平
均をとった結果を記憶しておく補正係数メモリ６９ｉ
と、この加重平均を計算する平滑化手段６５ｉと、求め
られた補正係数Ｃｉと吸気効率マップ２１から読込んで
きた吸気効率η０とから気筒毎の違いを補正された補正
吸気効率ηｉを計算する吸気効率補正手段６８ｉとから
なる。

【００６２】図１０の空燃比制御装置のうち、吸気効率
推定手段６１１〜６１Ｉ以外の部分は図１のものと全く
同一なので、ここでは、吸気効率推定手段６１ｉの動作
について説明する。

【００６３】吸気効率ηｉを、全ての気筒に共通で内燃
機関の運転状態により変化する成分η０と、気筒毎のば
らつきによるスケールファクタの成分Ｃｉの積ηｉ＝η
０×Ｃｉとして考えれば、数６より、

【００６４】

【数１０】

【００６５】となり、数６の右辺を、吸気効率マップ２
１から読込んできた共通吸気効率η０で割ることで、運
転状態によって変化する成分が除去されて、気筒毎にほ
ぼ一定の値をとる補正係数Ｃｉが得られる。

【００６６】これを平滑化した上で、吸気効率マップ２
１から運転状態に応じて共通吸気効率η０を読込んでき
て掛けることで、気筒毎のばらつきが補正された吸気効
率ηｉが得られる。

【００６７】本吸気効率推定手段６１ｉにおける、吸気
効率ηｉの推定手順を、図１１のステップ図を用いて説
明する。

【００６８】最初にスロットル通過空気量Ｍthを計測す
る（ステップ１１０１）。次に、密度計測手段１から計
測されるマニフォールド９内の気体の密度ρｍからマニ
フォールド９内の気体の増加量ΔＭｍを計算する（ステ
ップ１１０２）。

【００６９】この後に、クランク角速度ωとマニフォー
ルド９内の気体の密度ρｍより数１で気筒ｉへの理想流
入量Ｍｄを計算し(ステップ１１０３)、内燃機関の運転
状態に応じて吸気効率マップ２１から共通吸気効率η０
を読出す(ステップ１１０４)。これらの計算結果をもと
にして数１０に基づいて補正係数Ｃｉを計算する（ステ
ップ１１０５）。

【００７０】前回該気筒が吸気行程にあったときの補正
係数Ｃｉを補正係数メモリ２１から読出してきて（ステ
ップ１１０６）、前回求めた補正係数Ｃｉと今回の補正
係数Ｃｉの加重平均をとることで、補正係数Ｃｉを平滑
化する(ステップ１１０７)。

【００７１】この補正係数Ｃｉを共通吸気効率η０に掛
けること吸気効率ηｉが求められる（ステップ１１０
８）。

【００７２】このように吸気効率ηｉを、内燃機関の運
転状態に依存して変化する共通吸気効率η０と、気筒に
依存する補正係数Ｃｉに分けて考え、共通吸気効率η０
は事前にマップを用意しておき、補正係数Ｃｉは運転時
に推定することで、気筒毎に異なる吸気効率を精度良
く、しかも内燃機関の運転状態の変化による吸気効率の
変化に素早く追従して求めることができる。

【００７３】《発明実施の形態３：気筒毎に燃料噴射量
マップを設ける空燃比制御》《発明実施の形態１》で
は、内燃機関の運転を行いながら吸気効率の推定を行
い、この吸気効率に基づいて燃焼噴射量を計算したが、
センサデータと燃料噴射量の関係のマップを気筒毎に用
意し、このマップを検索することで気筒毎の燃料噴射量
を制御して、気筒毎空燃比を精密に制御するという空燃
比制御装置も考えられる。このような装置のメリット
は、空燃比制御装置に搭載する計算手段が低い計算性能
のものでも高精度な気筒別空燃比制御が実現できるとい
うことである。

【００７４】この空燃比制御装置の構成を図１２を用い
て説明する。なお、マップの作成方法については後ほど
［燃料噴射量マップの作成］にて述べる。

【００７５】本装置の構成は、図１に示す空燃比制御装
置と比べて、各気筒に備えられた計算手段６０１〜６０
Ｉが異なる。この計算手段６０１〜６０Ｉは、計測デー
タと各気筒毎の燃料噴射量の関係を示す燃料噴射量マッ
プ７１１〜７１Ｉと、スロットル通過空気量Ｍth、マニ
フォールド内気体密度ρｍ、クランク角速度ωをもとに
燃料噴射量マップ７１１〜７１Ｉから燃料噴射量を読出
してインジェクタ４に噴射量の指令を送る燃料噴射量計
算手段７０１〜７０Ｉからなる。

【００７６】このような計算手段６０１〜６０Ｉを各気
筒に備えた空燃比制御装置の動作手順について図１３を
用いて説明する。

【００７７】まず、スロットルを通過する空気量Ｍthの
計測（ステップ１２０１）、マニフォールド内の気体の
密度ρｍの計測（ステップ１２０２）、クランク角θの
計測（ステップ１２０３）が行われる。このクランク角
θに基づき第ｉ気筒５が吸気行程であるかどうかが判別
され（ステップ１２０４）、第ｉ気筒５が吸気行程であ
るなら、第ｉ計算手段６０ｉが呼び出される（ステップ
１２０５）。

【００７８】第ｉ計算手段が呼出されると、スロットル
通過空気量Ｍth、マニフォールド内気体密度ρｍ、クラ
ンク角速度ωをもとに、燃料噴射量計算手段７０ｉは燃
料噴射量マップ７１ｉを検索することで、第ｉ気筒への
燃料噴射量Ｆｉを求める（ステップ１２０６）。クラン
ク角θが該気筒５に燃料を噴射する角度θｉになったら
（ステップ１２０７，１２０８）、第ｉインジェクタは
計算された量Ｆｉの燃料を噴射する（ステップ１２０
９）。

【００７９】［燃料噴射量マップの作成］燃料噴射量マ
ップ７１１〜７１Ｉの作成するための装置について図１
４を用いて説明する。

【００８０】燃料噴射量マップ７１１〜７１Ｉを作成す
るために、内燃機関のスロットルの開度を制御すること
でスロットル通過空気量Ｍthを制御するスロットル制御
装置１４０１と、クランクに取付けられて負荷を与える
ことでクランクの回転速度ωを調節する負荷発生装置１
４０２と、スロットル通過空気量計測器２、マニフォー
ルド圧計測器１、クランク角センサ３からのセンサデー
タをもとに燃料噴射量を計算し、これらセンサデータと
燃料噴射量の関係を燃料噴射量マップ７１１〜７１Ｉに
記録する燃料噴射量マップ作成装置１４０３を用いる。

【００８１】燃料噴射量マップ作成装置１４０３の動作
手順について図１４を用いて説明する。

【００８２】まず、燃料噴射量マップ作成装置１４０３
は、スロットル開度の指令値をスロットル制御手段１４
０１に送り（ステップ１５０１）、クランクに与える負
荷を負荷発生手段１４０２に送る（ステップ１５０
２）。これによって、内燃機関の運転状態が設定され、
様々なスロットル流量Ｍth、マニフォールド密度ρｍ、
クランク角速度ωを実現することができる。こうして運
転状態を設定された内燃機関のスロットル通過空気量Ｍ
th（ステップ１５０３）、マニフォールド密度ρｍ(ス
テップ１５０４)、クランク角θ(ステップ１５０５)
を、燃料噴射マップ作成装置１４０３は読込む。燃料噴
射マップ作成装置１４０３は読込んだクランク角θに基
づいて、どの気筒が吸気行程にあるのか、判別を行う
(ステップ１５０６)。この判別結果に基づいて、吸気行
程にある気筒５の吸気効率ηｉの計算が燃料噴射マップ
作成装置内１４０３で行われる（ステップ１５０７）。
吸気効率ηｉの計算方法は、前述の［吸気効率の計算］
と同一である。吸気効率ηｉの計算に引き続き、該気筒
５に流入した空気量Ｍｃの計算（ステップ１５０８）、
該気筒５に噴射する燃料の計算Ｆｉ(ステップ１５０９)
を行う。この計算方法は、《発明の実施形態１》で述べ
たものと同一である。計算された燃料噴射量Ｆｉに基づ
き、燃料噴射マップ作成装置１４０３は該気筒５のイン
ジェクタ４に燃料噴射指令を送り、インジェクタ４は燃
料を噴射する（ステップ１５１０）。このときのスロッ
トル通過空気量Ｍth、マニフォールド密度ρｍ、クラン
ク角速度ω、燃料噴射量Ｆｉのセットは、気筒毎に燃料
噴射量マップ作成装置内１４０３に保存される（ステッ
プ１５１１）。十分な量の計測データと噴射量のセット
が保存されたなら、これらのデータを補間して、スロッ
トル通過空気量Ｍth、マニフォールド密度ρｍ、クラン
ク角速度ωから燃料噴射量を検索するためのマップを気
筒毎に作成し、このマップを空燃比制御装置内の燃料噴
射量マップ７１１〜７１Ｉに書込む（ステップ１５１
３）。十分な計測データと噴射量のセットが保存されて
ないなら、ステップ１５０１に戻って、さらにデータ収
集を行う。

【００８３】このように、《発明の実施形態１》での燃
料噴射量の計算を、空燃比制御装置とは別に用意した燃
料噴射量マップ作成装置１４０３で行い、その結果を空
燃比制御装置内の燃料噴射量マップ７１１〜７１Ｉに書
込み、実際の運転の際にはこのマップを検索することで
燃料噴射量を制御することで、空燃比制御装置内の計算
手段６０１〜６０Ｉの計算負荷を低く抑えつつ、気筒毎
の吸気効率のばらつきに対応した精密な空燃比制御が可
能となる。

【００８４】

【発明の効果】エンジンや気筒毎に異なる吸気効率を推
定しながら気筒への吸入空気量を計測し燃料噴射量を制
御することで、気筒内の空燃比を精密に制御することが
可能となる。これによって、内燃機関の燃費の改善、排
気ガス中の有害物質の低減に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の構成の一例を示す図。

【図２】本発明の実施形態の動作手順の一例を示す図。

【図３】本発明の実施形態における空気量の増減の関係
を示す図。

【図４】本発明の実施形態の吸気効率の推定手順の一例
を示す図。

【図５】本発明の実施形態の密度計測のためのセンサ構
成の一例を示す図。

【図６】本発明の実施形態のスロットル通過空気量の計
測のためのセンサ構成の一例を示す図。

【図７】本発明の実施形態のスロットル通過空気量の計
算手順の一例を示す図。

【図８】本発明の実施形態のスロットル通過空気量の計
測のためのセンサ配置の他の一例を示す図。

【図９】気筒毎の吸気効率のばらつきと運転状態による
吸気効率の変化を示す図の一例を示す図。

【図１０】本発明の共通の吸気効率マップを用いる実施
形態の一例を示す図。

【図１１】本発明の共通の吸気効率マップを用いる実施
形態の動作手順の一例を示す図。

【図１２】本発明の気筒別の吸気効率マップを事前に用
意する実施形態の一例を示す図。

【図１３】本発明の気筒別の吸気効率マップを事前に用
意する実施形態の動作手順の一例を示す図。

【図１４】本発明の気筒別の吸気効率マップを事前に用
意するための手段の一例を示す図。

【図１５】本発明の気筒別の吸気効率マップを事前に用
意する手順の一例を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６６ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６６Ｅ ３６６Ｆ ３６６Ｂ Ｆターム(参考） 3G084 AA03 BA09 BA13 BA15 DA25 EA05 EB02 EB25 FA02 FA07 FA08 FA10 FA11 FA38 3G301 HA04 HA06 JA02 JA21 MA01 MA12 MA18 NA02 NA05 NB02 NB03 NC02 PA01Z PA04Z PA07Z PA10Z PA11Z PE03Z PE05Z

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多気筒を備え、各気筒に吸入される空気の
   量と気筒に噴射される燃料の比を制御する内燃機関の空
   燃比制御装置において、 気筒毎に備えた燃料を噴射するインジェクタを備え、 クランク角に基づき吸気行程にある気筒を識別し、気筒
   毎に備えられた計算プログラムの中から吸気行程にある
   気筒に対応する計算プログラムを呼び出し、気筒毎の吸
   気ばらつきを推定して各気筒毎の吸気量を特定し、かつ
   該推定した気筒毎の吸気量に対応して各気筒のインジェ
   クタへの燃料噴射量を演算する燃料噴射演算処理装置と
   を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 【請求項２】多気筒を備え、各気筒に吸入される空気の
   量と気筒に噴射される燃料の比を制御する内燃機関の空
   燃比制御装置において、 スロットルを通過する空気量を計測する流入空気量計測
   器と、 内燃機関の吸気マニフォールド内の空気の密度を計測す
   る空気密度計測器と、 内燃機関のクランク角を計測するクランク角センサと、 気筒毎に備えた燃料を噴射するインジェクタと、 クランク角に基づき吸気行程にある気筒を識別し、気筒
   毎に備えられた計算プログラムの中から吸気行程にある
   気筒に対応する計算プログラムを呼び出し、スロットル
   を通過する空気量、吸気マニフォールド内の空気の密度
   およびクランク角に基づいて気筒毎の吸気特性を推定し
   て推定値を求め、かつ該推定値に対応して各気筒のイン
   ジェクタへの燃料噴射量を演算する燃料噴射演算処理装
   置とを備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装
   置。
3. 【請求項３】請求項２において、 前記吸気特性は、気筒毎の吸気量または吸気効率である
   ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
4. 【請求項４】請求項２の燃料噴射制御装置において、 スロットルを通過する空気量と吸気マニフォールド内の
   空気の密度と、クランク角の速度とに基づき各気筒に空
   気が取り込まれる際の損失の割合を気筒毎に計算し、こ
   の損失の割合とマニフォールド内の空気の密度とクラン
   ク角の速度から該気筒に取込まれる空気量を計算し、該
   気筒への燃料噴射量を計算することを特徴とした空燃比
   制御装置。
5. 【請求項５】請求項２の燃料噴射制御装置において、 スロットルを通過する空気量と吸気マニフォールド内の
   空気の密度と、クランク角の速度とに基づき各気筒に空
   気が取込まれる際の損失の割合を気筒毎に計算し、この
   損失の割合を全気筒に共通して設けた共通吸気効率で割
   ることで気筒毎のばらつきを表す補正係数を計算し、該
   気筒の前回の補正係数との加重平均をとることで補正係
   数を平滑化し、平滑化した補正係数を共通吸気効率に掛
   けることで各気筒について補正した損失の割合を計算す
   ることを特徴とした空燃比制御装置。
6. 【請求項６】請求項２において、 マニフォールドの気体の密度の変化からマニフォールド
   を充填するために使われた空気量を計算し、マニフォー
   ルド内の気体の密度とクランク角速度とから気体の流れ
   の損失を０とした場合の気筒への理論流入空気量を計算
   し、スロットルを通過した空気量からマニフォールドを
   充填するために使われた空気量を引き、その結果を理論
   流入空気量で割って吸気効率を計算し、前回の吸気効率
   と加重平均を取って吸気効率を平滑化することを特徴と
   する内燃機関の空燃比制御装置。
7. 【請求項７】請求項３において、 マニフォールドの気体の密度の変化からマニフォールド
   を充填するために使われた空気量を計算し、マニフォー
   ルド内の気体の密度とクランク角速度とから気体の流れ
   の損失を０とした場合の気筒への理論流入空気量を計算
   し、スロットルを通過した空気量からマニフォールドを
   充填するために使われた空気量を引き、その結果を理論
   流入空気量と各気筒共通の共通吸気効率の積で割ること
   で補正係数を計算して前回の補正係数と加重平均を取る
   ことで補正係数を平滑化し、平滑化した補正係数を共通
   吸気効率に掛けることで、各気筒について補正した吸気
   効率を計算することを特徴とする空燃比制御装置。
8. 【請求項８】請求項２において、 前記燃料噴射演算処理装置は、燃料噴射量マップを含
   み、該燃料噴射量マップを使用して燃料噴射量を計算す
   ることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
9. 【請求項９】請求項２において、 前記流入空気密度計測器は、マニフォールドに配設され
   た圧力センサと温度センサとから構成することを特徴と
   する内燃機関の空燃比制御装置。
10. 【請求項１０】請求項２において、 前記流入空気密度計測器は、マニフォールドに配設され
    た圧力センサと温度センサと、およびスロットルの開度
    を計る開度センサとから構成されることを特徴とする内
    燃機関の空燃比制御装置。
11. 【請求項１１】請求項２において、 前記流入空気密度計測器は、熱線式空気流量計で構成す
    ることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
12. 【請求項１２】多気筒を備えた内燃機関の気筒毎の流入
    吸気量推定方法において、 スロットル通過空気量Ｍthを計測し、 マニフォールド内の気体の密度Ｐｍおよび密度の増加量
    △Ｐｍを求め、 この増加量△Ｐｍにマニフォールドの容積Ｍｄ（スロッ
    トルと吸気弁とによって仕切られた領域の容積）を掛け
    ることでマニフォールド内の気体の増加量△Ｍｍを計算
    し、 クランク角を計測してこれを微分してクランク角速度を
    計算し、 次の式で吸気効率ｑを ｑ＝（Ｍｔｈ−△Ｍｍ）／Ｍｄ で計算し、次の式で各気筒への吸気量を Ｍｃ＝Ｐｍ×（ω／４π）×Ｖｃ×ｑ＝Ｍｄ×ｑ （ここで１／Ｃは気筒の容積）を計算して求めることを
    特徴とする気筒毎の流入吸気量推定方法。