JP2008157220A - 内燃機関の吸気量推定方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな加減速時にも、最適量の燃料を遅れなく供給するべく、吸気行程の開始前に吸気量を推定可能な吸気量推定方法等を提供することを目的とする。
【解決手段】内燃機関Ｅの吸気通路３内に配置した、流体エネルギー量を検出する検出手段４により、機関の１サイクル中における圧縮行程から排気行程にかけての、吸気バルブ２１が連続して閉っている間の、第１の点Ｐ１と該点から隔った第２の点Ｐ２の、圧力等の値を検知して、該それぞれ検知した第１の点Ｐ１と第２の点Ｐ２の二つの値をパラメータとして、前記第１の点Ｐ１と第２の点Ｐ２における吸気通路３内のそれぞれの圧力等の値とそれに続く吸気行程での吸気量とを、内燃機関の種々の運転状態において予め求め、これらの各値と吸気量の相関関係を三次元マップの形態にした吸気量算出マップを用いた演算により、次の吸気行程においてシリンダ５内に吸気されるであろう予測吸気量Ｉｔを求める。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、自動二輪車、不整地走行車両（All Terrain Vehicle)、小型滑走艇（ＰＷＣ：Personal Water Craft）等に搭載される内燃機関（この明細書及び特許請求の範囲において「エンジン」ともいう）の各吸気行程における吸気量を推定する吸気量推定方法および装置に関する。

内燃機関、例えば、自動二輪車等に搭載されている内燃機関（エンジン）は、出力及び燃費の向上と排気ガスの浄化等を企図して、吸気通路内を通過するフレッシュエアに最適な量の燃料を最適なタイミングで燃料噴射装置から噴射しようとする、所謂燃料噴射装置を具備したものが多用される。このような燃料噴射装置は、その時々の内燃機関の負荷状態及び回転状態に合わせた量の燃料を各吸気毎に噴射するよう構成されている。しかしながら、噴射された燃料のうち、かなりの部分が吸気通路の壁面に付着し、その吸気行程の燃料としてではなく次あるいはその次の吸気行程での燃料として該壁面から蒸発することによってシリンダ内へ供給される。このような状態は、内燃機関が定常状態で運転されているときには、新たに壁面に付着する燃料と壁面から蒸発する燃料の各量が均衡して、各吸気行程において常に最適な量の燃料が供給されることになる。しかし、運転状態が変化するとき、つまり、加速時や減速時の運転状態の過渡期には、噴射され新たに壁面に付着する燃料と既に壁面に付着して蒸発する燃料の各量とが一致せず、したがって、所望の加速あるいは減速又は最適な燃焼状態を得ることができない。つまり、前記加速時においては、壁面に付着する燃料の量が蒸発する燃料の量に比べて多くなるため、空燃比がリーンになって、所望の加速状態を得ることができず、一方、減速時には、空燃比がオーバー・リッチとなって、良好な排気ガスが得られにくい。

このため、従来から、このような過渡期においても適切な空燃比が得られるように、燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御装置は、その過渡期の状況に応じて、つまり、内燃機関の加速時には、燃料噴射量を増加させるような制御をおこない、また、減速時には、燃料噴射量を減少させるような制御をおこなうような制御（この明細書において単に「補正制御」という）をおこなうことによって、過渡期においても最適な状態の空燃比を最適なタイミングで得ようとするような補正制御がおこなわれていた（特許文献１参照）。
特開昭６２−１０１８５５号公報。

しかしながら、前述の従来の補正制御の場合、前記燃料噴射制御装置が、そのときのエンジン回転数、スロットル開度、吸気圧力をパラメータとした燃料噴射量算出ベースマップに基づいて補正制御をおこなって、刻々の燃料噴射量を決定するため、過渡期、特に大きな加速あるいは減速を伴うような過渡期には、状態が刻々大きく変化するため、時間的な遅れが生じ、必ずしも最適な量の燃料を最適なタイミングで供給するような制御がおこなわれない場合がある。つまり、前記燃料噴射量算出ベースマップは、定常状態から過渡期にわたって、前記エンジン回転数やスロットル開度、吸気圧力等を複雑な相関関係によって制御するように構成されているため、加速時の時間的遅れを無くすように制御内容を補正すると、減速時あるいはその他の状態での排気ガスの状態が好ましくない方に変化したり、あるいは運転時のフィーリングが良くない方に変化したりする等の状況が生じて、かかる制御内容の補正は難しい場合が多い。

本発明は、このような現況に鑑みておこなわれたもので、大きな加速あるいは減速時にも、最適な量の燃料が時間的遅れなくシリンダ内に供給するべく、吸気行程の開始前にその吸気量を推定することができる吸気量推定方法と装置とを提供することを目的とする。

本第１の発明にかかる吸気量推定方法は、内燃機関の吸気通路内に配置した、流体エネルギー量を検出する検出手段により、
前記内燃機関の１サイクル中における圧縮行程から排気行程にかけての、吸気バルブが連続して閉っている間の、第１の点と該第１の点から時間的に隔った第２の点の、それぞれの、流体エネルギー量の値を検知して、
前記それぞれ検知した第１の点と第２の点の二つの値をパラメータとして、
前記第１の点と第２の点における吸気通路内のそれぞれの流体エネルギー量の各値とそれに続く吸気行程での吸気量とを、内燃機関の種々の運転状態において予め求め、これらの各値と吸気量の相関関係を表した吸気量算出マップを用いた演算により、
次の吸気行程においてシリンダ内に吸気されるであろう予測吸気量を求める、ことを内容とする。なお、前記第１の点と時間的に隔たった第２の点は、クランク角において隔たった第１の点と第２の点とも言い得る。

このように構成された本第１の発明にかかる吸気量推定方法によると、この内燃機関の１サイクル中における吸気バルブが閉っている吸気行程中の時間的隔たりをもった少なくとも２点（第１の点と第２の点）における流体エネルギー量の値、例えば、圧力、流量、流速のうちの少なくともいずれか１の値を検知し、この検知した２点の各値と前記吸気量算出マップを用いて、演算により次の吸気行程においてシリンダ内に吸気されであろう予測吸気量を燃料噴射が開始される前に得ることができる。このため、この予測吸気量に見合った量の燃料の量を予め算出して、供給する燃料の量を変えて、つまり、減速時には燃料を減量し、加速時には燃料を増量して、次の吸気行程において供給してやれば、最適な空燃比を常に得ることが可能となる。この結果、内燃機関の過渡期を含むあらゆる運転状態において、排気ガスの浄化が促進されることは勿論のこと、時間的遅れのない円滑な加速や減速が得られる。

また、本第２の発明にかかる内燃機関の吸気量推定装置は、内燃機関の吸気通路に配設され吸気通路内の流体エネルギー量の値を検出する検出手段と、
吸気通路内の流体エネルギー量の値と次の吸気行程における吸気量との相関関係を、予め求めてマップの形態にした吸気量算出マップと、前記検出手段から送信されてきた前記流体エネルギー量の値とを記憶する記憶装置と、
この内燃機関の１サイクル中における圧縮行程から排気行程にかけての、吸気バルブが連続して閉っている間の、第１の点と該第１の点から時間的に隔った第２の点の、それぞれの流体エネルギー量の値に関するデータを前記検出手段から得て、該得たデータと、前記記憶装置に記憶している吸気量算定マップとを用いて、次の吸気行程における吸気量を演算する演算装置とを具備する、ことを内容とする。

本第２の発明にかかる前記吸気量推定装置によれば、前記本第１の発明にかかる吸気量推定方法を実施することが可能となる。

そして、前記本第１の発明にかかる吸気量推定方法において、前記流体エネルギー量を検出する検出手段が、圧力センサー、流量センサー、流速センサーのうちの少なくともいずれか１のセンサーであり、前記流体エネルギー量の値が圧力、流量、流速のうちの少なくともいずれか１の値であってよい。

そして、前記本第１の発明にかかる吸気量推定方法において、前記相関関係を表した吸気量算出マップが三次元マップの形態をしたマップであると、迅速に吸気量を推定することができる方法を実現でき、また、ある箇所の特性のみ修正したい場合にも容易に対応することができる。

そして、前記本第１の発明にかかる吸気量推定方法において、前記吸気量算出マップが、複数の吸気行程における異なる値をもつ既知の吸気量に対して、それぞれの吸気行程における前記第１の点と第２の点の、それぞれの圧力、流量、流速のうちのいずれか１の各値を、計測により求めて、Ｘ軸に前記第１の点と第２の点のうちのいずれかの点の前記計測により求めた各値をとり、該Ｘ軸に直交するＹ軸に前記第１の点と第２の点のうちの残りの点の各値をとり、これら各対応する前記第１の点と第２の点のＸ軸とＹ軸とのそれぞれの交点から、該Ｘ軸およびＹ軸に直交するＺ軸上に、前記第１の点と第２の点の各値に対応する前記既知の吸気量の値をとった、立体マップの形態であると、好ましい実施形態となる。

また、前記本第２の発明にかかる吸気量推定装置において、前記吸気量算出マップが、複数の吸気行程における異なる値をもつ既知の吸気量に対して、それぞれの吸気行程における前記第１の点と第２の点の、それぞれの流体エネルギー量の値の各値を、計測により求めて、Ｘ軸に前記第１の点と第２の点のうちのいずれか１の各値をとり、該Ｘ軸に直交するＹ軸に前記第１の点と第２の点のうちの残りの点の各値をとり、これら各対応する前記第１の点と第２の点のＸ軸とＹ軸とのそれぞれの交点から、該Ｘ軸およびＹ軸に直交するＺ軸上に、前記第１の点と第２の点の各値に対応する前記既知の吸気量の値をとった、立体マップの形態である、好ましい実施形態となる。

また、前記本第２の発明にかかる吸気量推定装置において、前記流体エネルギー量の値が、圧力、流量、流速のうちの少なくともいずれか１の値であり、前記検出手段が圧力センサー、流量センサー、流速センサーのいずれかであってよい。

本発明にかかる内燃機関の吸気量推定方法および吸気量推定装置によれば、大きな加速あるいは減速時にも、最適な量の燃料が時間的遅れなくシリンダ内に供給することができるように、吸気行程の終了前にその吸気量を推定することができる。

この結果、内燃機関が定常運転状態は勿論のこと、加速時や減速時の過渡期においても、常に良好な排気ガス状態を得ることができ、また、レスポンスの良い円滑な加速および減速状態を得ることができる。また、最適な空燃比が常に維持されるために、燃費の向上にも寄与する。

以下、本発明の実施形態にかかる内燃機関の吸気量推定方法と吸気量推定装置について、自動二輪車に搭載される内燃機関（エンジンともいう）に適用した場合を例に挙げて、該吸気量推定方法と吸気量推定装置の内容と共にこの方法等によって得た予測吸気量に基づいて最適な量の燃料を最適なタイミングで供給し、その結果、円滑な加速及び減速等が得られるように構成された自動二輪車について、図面を参照しながら、具体的に説明する。

図１は本発明の実施形態にかかる多気筒エンジン（この実施形態では並列４気筒ＤＯＨＣエンジン）を搭載した自動二輪車の外観の構成を示す全体斜視図、図２は図１に搭載されている多気筒エンジンの要部の概略の構成を示すブロック図である。

図１において、Ｅは自動二輪車Ａに搭載されている吸気量推定装置を備えたエンジンで、このエンジンＥは、吸気管１０内に形成されている吸気通路３（図２参照）と燃料噴射装置１とを具備し、この燃料噴射装置１が前記吸気通路３内に燃料を噴射して混合気をシリンダ内に供給することができるように構成されている。
この燃料噴射装置１は、図２に図示するように、燃料噴射制御装置２に信号線Ｌ１で接続されており、この燃料噴射制御装置２の制御に基づいて、該燃料噴射装置１内の燃料供給弁（図示せず）が作動して、所望量の燃料を所望のタイミングで噴射するよう構成されている。

前記燃料噴射装置１は、また燃料供給管路５と燃料供給ポンプＰを介して、燃料タンクＴと接続されており、該燃料タンクＴから必要な燃料が所望のときに供給されるように構成されている。

また、前記吸気通路３のスロットルバルブ７の下流側には、流体エネルギー量の検出手段の一種である圧力センサー４が配置されており、この圧力センサー４は、前記燃料噴射制御装置２に信号線Ｌ４で接続され、吸気通路３内の圧力を検出して該燃料噴射制御装置２に送信するよう構成されている。

さらに、前記エンジンＥのクランク軸（図示せず）近傍には、エンジンの回転数を検出する回転数センサー６が配置されており、この回転数センサー６は、前記燃料噴射制御装置２に信号線Ｌ６を介して接続され、エンジンＥの回転数を検出して該燃料噴射制御装置２に送信するよう構成されている。

また、前記吸気通路３に回動可能に配設されている前記スロットルバルブ７の回動軸７ａには、スロットル開度センサー８が配置されており、このスロットル開度センサー８は、前記燃料噴射制御装置２に信号線Ｌ８を介して接続され、スロットルバルブ７の開度を検出して該燃料噴射制御装置２に送信するよう構成されている。なお、スロットルバルブ７の形態が吸気通路３の通路長手方向に対して直交する方向にスライドして開閉する形態の場合には、前記スロットル開度センサーとして、前記スライド方向の移動量を検出する形態のものが使用される。

また、前記エンジンＥのウォータジャケット１８内には、冷却液の温度を検出する水温センサー９が配置されており、この水温センサー９は、前記燃料噴射制御装置２に信号線Ｌ９を介して接続され、エンジンＥの冷却液の温度（水温）を検出して該燃料噴射制御装置２に送信するよう構成されている。

そして、前記燃料噴射制御装置２は後述する種々の演算等をおこなう演算装置２Ａとこれに信号線で接続されているメモリ（記憶装置）２Ｂとを備え、このメモリ２Ｂ内には、前記演算装置２Ａで実行される後述する始動時噴射量決定プログラム、ベース燃料噴射量決定制御のプログラム、補正制御のプログラム等のプログラムと、始動時燃料噴射マップ、燃料噴射量算出ベースマップ、吸気量算出マップ等が記憶されている。
そして、この燃料噴射制御装置２内では、図１３にブロック図の形態で全体の概略の制御内容が図示された、以下に述べるような制御がおこなわれる。

そして、このように構成された本内燃機関は、シリンダ５内への燃料の供給に際して、各吸気行程において以下に述べるように、該吸気行程においてシリンダ内に供給されるであろう予測吸気量Ｉｔが推定され、この予測吸気量Ｉｔに基づいて次の吸気行程で燃焼室に供給すべきシリンダ流入燃料量Ｑが算出され、このシリンダ流入燃料量Ｑに基づいて壁面付着ロジックを用いて燃料噴射量Ｆｘが算出される。そして、前記シリンダ流入燃料量Ｑと前記燃料噴射量Ｆｘから補正値（この実施形態では補正値として「補正係数ζ」を使用）が求められる。一方、スロットル開度等から算出されるベース燃料噴射量Ｆｔが算出されるとともに、前記補正係数ζを用いて該ベース燃料噴射量Ｆｔが補正される。その結果、定常状態での運転時は勿論のこと、加速時や減速時の過渡期においても、最適な量の空燃比を得ることができるよう構成されている。以下、図１３に示されるブロック図の制御の内容を構成する、吸気量推定方法と、壁面付着（吸気通路壁面への燃料の付着をいう）を配慮した燃料供給の制御内容等を、図３に示すフローチャートに沿って説明する。

この自動二輪車Ａのメインスイッチがライダーの操作等によってＯＮになる（ステップ１：Ｓ１）と、前記燃料噴射制御装置２，圧力センサー４，回転数センサー６，スロットル開度センサー８，水温センサー９等がＯＮの状態となり（ステップ２：Ｓ２）、これらのセンサーからの検出データが該燃料噴射制御装置２に伝達されるとともに、前記演算装置２Ａに始動時噴射量決定プログラム、ベース燃料噴射量決定制御のプログラム、補正制御のプログラム等のプログラムと、始動時燃料噴射マップ、燃料噴射量算出ベースマップ、吸気量算出マップ等が必要に応じて適宜読み込まれる（ステップ３：Ｓ３）。
この状態で、ライダーが図示しないスターターボタンを押圧する（ステップ４：Ｓ４）と、該燃料噴射制御装置２の演算装置２Ａは、検出した水温とスロットル開度等に関するデータと前記始動時噴射量決定プログラムを用いて、前記始動時燃料噴射マップから始動時の燃料噴射量を算出して（ステップ５：Ｓ５）、前記燃料噴射装置１を制御して、該算出した量の燃料を噴射せしめる（ステップ６：Ｓ６）。この結果、エンジンＥが始動する。

このような手順を経てエンジンＥが始動すると、引き続き、前記圧力センサー４は前記吸気通路３内の圧力値を検出し、前記回転数センサー６はエンジンＥの回転数を検出し、前記スロットル開度センサー８は前記スロットルバルブ７の開度を検出し、前記水温センサー９がエンジンＥのウォータジャケット１８内の冷却液の温度（水温）を検出する（ステップ７：Ｓ７）。そして、これらの検出した各データは、前記信号線Ｌ１〜Ｌ９を介して、前記燃料噴射制御装置２に送信される（ステップ８：Ｓ８）。

そして、前記各データを受信した燃料噴射制御装置２では、前記演算装置２Ａが、前記メモリ２Ｂに記憶され予め読み出していた燃料噴射量算出ベースマップと、前記各データの値を用いて、前記ベース燃料噴射量決定制御のプログラムを実行して、ベース燃料噴射量Ｆｔを算出する（ステップ９：Ｓ９）。このベース燃料噴射量Ｆｔは、例えば、図１５に図示するように、Ｘ軸にスロットル開度を、Ｙ軸にエンジン回転数を、Ｚ軸に第１のベース燃料噴射量Ｆｔ１をとってこれらの相関関係を示す三次元マップを予め形成しておいて、そのときのエンジン回転数とスロットル開度の値から、そのときの該第１のベース燃料噴射量Ｆｔ１の値を求める。また、一方において、図１６に図示するように、Ｘ軸に吸気圧を、Ｙ軸にエンジン回転数を、Ｚ軸に第２のベース燃料噴射量Ｆｔ２をとってこれらの相関関係を示す三次元マップを予め形成しておいて、そのときのエンジン回転数と吸気圧の値から、そのときの第２のベース燃料噴射量Ｆｔ２の値を求める。
そして、前記求めた第１のベース燃料噴射量Ｆｔ１と第２のベース燃料噴射量Ｆｔ２との値を用いて、下記の（１）式と図１７に示す重み付け係数αの決定マップとを用いて、最終的な「ベース燃料噴射量Ｆｔ」を求める。なお、前記重み付け係数αは、スロットル開度に基づいて決定される。図１７は、横軸にスロットル開度を、縦軸に重み付け係数αの値をとって、スロットル開度に対する重み付け係数αの値の変化を示した図であって、この重み付け係数αの値の変化は、スロットル開度が「ゼロ」から所定の小さい値（第１開度値Ｔｈ１）までの範囲では、スロットル開度が増加しても重み付け係数αの値は「ゼロ」であり、前記第１開度値Ｔｈ１からある値（第２開度値Ｔｈ２）までの領域では一次関数的にスロットル開度の大きさに比例して重み付け係数αの値が大きくなり、スロットル開度が前記第２開度値Ｔｈ２に達するとその後はスロットル開度が増加しても重み付け係数αの値は一定になっている。かかる図１５〜図１７に示すマップは、得ようとする内燃機関の各回転数における出力等に鑑みて、予め求めておく。

また、前記圧力センサー４により、燃料を噴射しようとする気筒の１サイクル中において圧縮行程から排気行程にかけて吸気バルブ２１（図２参照）が連続して閉っている間の時間的隔たりをもった少なくとも２点、換言すると、前記圧縮行程から排気行程にかけて吸気バルブ２１が連続して閉まっている間の吸気通路内の圧力（流体エネルギー量）が単調に変化する時間的隔たりをもった２点、例えば、図４に図示するように、前記２点のうちの始点となる第１の点となる内燃機関の圧縮行程開始の下死点近傍の点と、後の１点（第２の点）となる前記始点となる第１の点からクランク角で約３６０度、時間にして約１／１００秒（この時間に関する数値は内燃機関の回転数によって異なる）程度間隔をあけた爆発行程の下死点前の第２の点の２点の圧力値に関するデータＰ１，Ｐ２を得る。そして、前記データＰ１，Ｐ２を前記燃料噴射制御装置２に取り込んで、この圧力値に関するデータＰ１，Ｐ２と図５に示す前記２点の圧力値（Ｘ軸方向の値とＹ軸方向の値）と予測吸気量（図５のＺ軸方向の値）の関係を表す前記吸気量算出マップを用いて、予測吸気量Ｉｔを求める（ステップ１０：Ｓ１０）。この予測吸気量の求め方の具体的内容については後述する。

次に、前記予測吸気量Ｉｔを用いて、前記ベース燃料噴射量Ｆｔに対する補正制御を実行するための補正値（この実施形態では補正係数ζ）を求める。つまり、この実施形態では、該補正制御は、補正係数ζを乗算することによっておこなわれるが、そのため、まず、補正係数ζを求める（ステップ１１：Ｓ１１）。具体的には、前記補正係数ζは、この実施形態では、以下のように求めている。即ち、前記予測吸気量Ｉｔとそのとき必要な空燃比εから必要な燃料供給量Ｑ（Ｑ＝Ｉｔ・ε）をまず算出する。
そして、前記必要な燃料供給量Ｑから、図２２に図示するブロック図に表される「壁面付着モデル」から導きだされる図２３のブロック図に示す「壁面付着逆モデル」の制御ロジックにより、下記の式（２）で表される燃料噴射量Ｆｘを求める。そして、前記必要な燃料供給量Ｑを前記燃料噴射量Ｆｘで除することによって、補正係数ζ（ζ＝Ｑ／Ｆｘ）を得る。

なお、式（２）における「Ｗ_(n-1)」は、式（３）で表される。

ここで、図２２の「壁面付着モデル」は、壁面に付着する燃料の量「Ｗ_(n)」及び壁に付着している燃料が壁面から離れてシリンダ内へ流入する燃料の量「Ｗ_(n)・Ｂ」を配慮した、燃料噴射量Ｆｘからシリンダに流入する燃料供給量（シリンダ流入燃料量）Ｑを求めるための制御ロジックを表したブロック図である。また、図２３は、図２２に示す制御ロジックを基づいて、壁面に付着する燃料の量及び壁面に付着している燃料が壁面から離れてシリンダ内へ流入する燃料の量を配慮した、シリンダに流入する燃料供給量（シリンダ流入燃料量）Ｑから燃料噴射量Ｆｘを逆に求めるための、制御ロジックを表したブロック図である。
なお、図２２，図２３において、「Ａ」は前記燃料噴射量Ｆｘのうち直接シリンダに流入する燃料の比率、「１−Ａ」は前記燃料噴射量Ｆｘのうち壁面に付着する燃料の比率、「１／Ｚ」は遅れ要素、「Ｗ_(n)」は壁面に付着した燃料の量、「Ｗ_(n-1)」は壁面に付着した燃料量に遅れ要素１／Ｚを乗算して得た燃料の量、Ｂは壁面に付着している燃料が蒸発する蒸発比率、「１−Ｂ」は壁面に付着している燃料のうち蒸発しない燃料の比率である。また、前記燃料の比率Ａ、前記蒸発比率Ｂは、エンジン回転数、スロットル開度、吸気圧及びエンジンの水温等のうちの少なくともいずれか１つに基づいて求めるようにしてもよい。

次に、図１３に図示する如く、前記演算で求めた前記ベース燃料噴射量Ｆｔに前記補正係数ζを乗算して、最終的に、次の吸気行程で噴射すべき実燃料噴射量Ｆｙ（Ｆｙ＝Ｆｔ・ζ）を得る（ステップ１２：Ｓ１２）。

そして、前記求めた噴射すべき実燃料噴射量Ｆｙの燃料を、前記燃料噴射装置１から噴射する（ステップ１３：Ｓ１３）。

各気筒毎に且つ各サイクル毎（各複数サイクル毎であってもよい）に、前記ステップ７からステップ１３を繰り返すことによって、常に最適な量の燃料が供給される結果、加速時には、図１１に図示するようなスロットル開度に対応した時間的遅れの少ない円滑な加速状況と良好な空燃比が得られ、減速時には図１２に図示するようなスロットル開度に対応した時間的遅れの少ない円滑な減速状況と良好な空燃比が得られる。
つまり、前述したように、各サイクル毎に変化する前記各センサーの検知した値に基づいて、次の吸気行程で吸気する吸気量を予測して、この予測された吸気量（「予測吸気量Ｉｔ」）と最適な「空燃比ε」に基づいて前記「必要な燃料供給量Ｑ」を得て、この「必要な燃料供給量Ｑ」と図２３に示す「壁面付着逆モデル」を表したブロック図に示される制御ロジックを用いて、下記の式（２）で表される「燃料噴射量Ｆｘ」を得る。さらに、前記「必要な燃料供給量Ｑ」と「燃料噴射量Ｆｘ」から「補正値（補正係数ζ）」を得て、図１３のブロック図に図示するように、この補正係数ζを前記「ベース燃料噴射量Ｆｔ」に乗算することによって前記「ベース燃料噴射量Ｆｔ」を補正して、次の行程で噴射すべき実燃料噴射量Ｆｙを得るよう構成され、燃料噴射装置１から実燃料噴射量Ｆｙの燃料が適宜タイミングで噴射される。このため、定常状態は勿論のこと加速時や減速時の過渡期においても、その状態（定常状態、加速状態あるいは減速状態）に合致した最適な燃料噴射量を時間的にも適正に噴射される結果、大きく変化しない空燃比の混合気が、シリンダ１９内に供給される。
この結果、加速時にも空燃比がリーンになることを防ぎ且つエンジン回転数（内燃機関の回転数）も図１１の「エンジン回転数」の欄に実線で示すようにスロットル開度の動作（操作）にレスポンス良く追随して上昇する。
また、図１２の「エンジン回転数」の欄に実線で示すように、減速時にも、その状態に合致した空燃比を形成する燃料噴射量が時間的遅れなく噴射されるため、オーバー・リッチになることがない。この結果、減速時にもエンジンの回転数はレスポンス良く追随して下降するとともに、良好な排気ガスを得ることができる。

そして、何らかの理由により、前記ベース燃料噴射マップ等が複雑に補正された場合にも、該複雑な補正とは前記補正値が独立して設定されているため、該補正値は前記予測吸気量Ｉｔ等にの変化に対応して簡単に変更できる。しかも最適な空燃比が常に得られるため、定常状態はもとより、加速時にも減速時にも、エンジンの回転数はレスポンス良く追随して変化するとともに、常に良好な排気ガスを得ることができる。

上述した本実施形態にかかるエンジンＥによれば、加速時においてもライダーのアクセル操作に合致した所望の加速状態を得ることができ、また、減速時にも、所望の減速状態とともに良好な排気ガスを得ることができる。

なお、図１１，図１２の「実燃料噴射量Ｆｙ」の欄に図示するように、この実施形態では、補正された結果噴射される実燃料噴射量Ｆｙは、前記（１）式で求めたベース燃料噴射量Ｆｔに補正値である補正係数ζを乗算して得た量の燃料となる。この図１１，図１２の「実燃料噴射量Ｆｙ」の欄に示す図は、縦軸に燃料噴射量をとり、横軸に時間軸をとって、加速時（図１１参照）又は減速時（図１２参照）の各サイクル毎に噴射される実燃料噴射量Ｆｙの変化の状態を補正前のものを破線で補正後のものを実線で表した図である。

ところで、前記圧力センサー４からの２点のデータを用いて予測吸気量を算出する前記吸気量算出マップを、概念的に図示すると、図５に図示するようになる。つまり、図５に図示する吸気量算出マップは、１サイクル中において圧縮行程から排気行程にかけて吸気バルブが連続して閉っている間の時間的隔たりをもった２点、この実施形態の場合には、１サイクル中において圧縮行程から排気行程にかけて吸気バルブが連続して閉っている間の、該圧縮行程の始まりの下死点近傍の第１の点と、爆発行程の終了の下死点近傍の第２の点の２点の、それぞれの圧力の各値Ｐ１，Ｐ２をＸ軸とＹ軸にとり、且つ、予測吸気量をＺ軸にとって、これらの相関関係を、予め、立体マップ（三次元マップ）の形態にしたものである。そして、かかるマップは、既知の吸気量に対してその吸気量が得られるときの吸気通路の前記２点の圧力を測定することによって、予め作成しておく。
そして、各サイクル毎（あるいは場合によっては「各複数サイクル毎」であってもよい）に前記２点の圧力Ｐ１，Ｐ２を検出して、図５のマップを用いて、これらＰ１とＰ２との交点に位置する前記Ｚ軸の予測吸気量Ｉｔを読みとれば、該予測吸気量Ｉｔを簡単に且つ迅速に求めることができる。なお、図５において、各予測吸気量はメッシュ状に表した三次元平面（傾斜曲面）で表されている。

また、前記実施形態では、図６に図示するように各気筒の吸気通路３にそれぞれ１つの圧力センサー４を配置し信号線Ｌ４により前記燃料噴射制御装置２（図２参照）に送信するよう構成しているが、図７に図示し後述するように、各吸気通路３からパイプ４Ｕを延設してこのパイプ４Ｕ内に１つの圧力センサー４を配置するような形態であってもよい。これら別の実施形態については後述する。

ところで、この実施形態１では、予測吸気量を得て、該予測吸気量を利用して壁面付着の補正ロジックにより該壁面付着の補正制御をおこなうように構成されているが、この実施形態１の一部の構成、つまり、各気筒における各サイクル毎に、前記予測吸気量Ｉｔと最適な空燃比εから必要な燃料噴射量Ｑを求め、該必要な燃料噴射量Ｑを実燃料噴射量Ｆｙとして燃料噴射装置１から噴射させるような構成を具備させることによって、適正な燃焼状態を得ることがきる内燃機関を実現することができる。
（実施形態２）
ところで、前記した如く、図７に図示するように、各吸気通路３からパイプ４Ｕを延設してこのパイプ４Ｕ内に１つの圧力センサー４を配置するような形態の場合、即ち、図７に図示する如く１つの圧力センサー４Ｂのみを配置して全気筒の吸気通路の平均の圧力値（平均吸気圧という）を用いて前記予測吸気量を求める場合には、以下のようになる。つまり、
前記平均の圧力値の変化は、図２４に図示するように、単一の気筒（例えば、第１気筒）の吸気通路の圧力の変化に比べて、殆ど変化しないことから、前述した２点における測定では予測吸気量を得ることはできない。
このため、かかる場合には、図１８に図示するように、予め、Ｘ軸に前記平均吸気圧を、Ｙ軸にエンジン回転数をとり、Ｚ軸に予測吸気量をとった予測吸気量算出マップを作成しておき、そのときの平均吸気圧の値とエンジン回転数の値を前記圧力センサー４Ｂおよびエンジン回転数を検出するセンサーから得て、これらの各値と図１８に示すマップを用いて、予測吸気量Ｉｔを算出する。
また、かかる実施形態の吸気量推定方法を用いて実燃料噴射量Ｆｙを求めるための全体の構成を概念的に表すと図１４に図示する如くなる。内容的には、圧力センサーからの圧力値に平均値を用いている以外は、図１３に示す場合と同様である。このため、詳細な説明は省略する。
このように、１つの圧力センサーのみを用いても、前記実施形態１の場合と同様に、予測吸気量Ｉｔを算出することができる。

そして、このように１つの圧力センサー４のみを配置するような形態の場合には、シンプルな構成となり、安価に実施できる形態となる。

また、別の実施形態として、図８に図示するように、各気筒の吸気通路３毎に１つの圧力センサー４を配置するとともに、前記ベース燃料噴射量を演算するために、全気筒の吸気通路３の平均の圧力値を求めるための圧力センサー４Ｂを別に設けて、この圧力センサー４Ｂと前記吸気通路３間をパイプ４Ｕで接続するように構成してもよい。

さらには、図９に図示するように、全気筒のうちの１つの気筒の吸気通路３の圧力を検出する圧力センサー４と、前記ベース燃料噴射量を演算するための、全気筒の吸気通路３の平均の圧力値を求めるためのパイプ４Ｕを介して接続した圧力センサー４Ｂとを設けてもよい。

また、図１０に図示するように、全気筒のうちの２つ気筒の吸気通路３の圧力を検出する圧力センサー４と、前記ベース燃料噴射量を演算するための、全気筒の吸気通路の平均の圧力値を求めるためにパイプ４Ｕを介して接続した圧力センサー４Ｂを設けてもよい。なお、図８〜図１０において、４ＢＬは、前記圧力センサー４Ｂからの検出値を前記燃料噴射制御装置２に送信するための信号線である。
（実施形態３）
また、前記予測吸気量の算出に、エンジン回転数とスロットル開度と吸気圧の各値をパラメータとして用いる場合には、例えば、図１９に図示するように、Ｘ軸にスロットル開度を、Ｙ軸にエンジン回転数を、Ｚ軸に第１の予測吸気量１をとって、これらの相関関係を表した第１の三次元マップ（傾斜曲面状のマップ）を予め形成しておいて、そのときのエンジン回転数とスロットル開度との値から、該第１の三次元マップを用いて、そのときの第１の予測吸気量Ｉｔ１の値を求める。
また、一方において、図２０に図示するように、Ｘ軸に吸気圧を、Ｙ軸にエンジン回転数を、Ｚ軸に第２の予測吸気量Ｉｔ２をとって、これらの相関関係を表した第２の三次元マップ（傾斜曲面状のマップ）を予め形成しておいて、そのときのエンジン回転数と吸気圧との値から、該第２の三次元マップを用いて、そのときの第２の予測吸気量Ｉｔ２の値を求める。

そして、前記求めた第１の予測吸気量Ｉｔ１と第２の予測吸気量Ｉｔ２との値を用いて、下記の（４）式と図２１に示す重み付け係数βとを用いて、最終的な予測吸気量Ｉｔを求めることができる。なお、前記重み付け係数βは、スロットル開度に基づいて決定される。図２１は、横軸にスロットル開度を、縦軸に重み付け係数βの値をとって、スロットル開度に対する重み付け係数βの値の変化を示した図であって、この重み付け係数βの値の変化は、スロットル開度が「ゼロ」から所定の小さい値（第１開度値Ｔｈ）までの範囲では、スロットル開度が増加しても重み付け係数βの値は「ゼロ」であり、前記第１開度値Ｔｈ１からある値（第２開度値Ｔｈ２）までの領域では一次関数的にスロットル開度の大きさに比例して重み付け係数βの値が大きくなり、スロットル開度が前記第２開度値Ｔｈ２に達するとその後はスロットル開度が増加しても重み付け係数βの値は一定になっている。そして、この図２１に示す線図は、得ようとする内燃機関の各回転数における出力等から予め求めておくものである。

ところで、前記実施形態では、予測吸気量Ｉｔを、流体エネルギー量の一つである吸気通路内の圧力を用いて得るように構成しているが、吸気通路内の吸気の流速あるいは吸気の流量を用いて得るように構成してもよい。

また、前記補正制御による補正では補正値として補正係数ζを用い該補正係数ζをベース燃料噴射量Ｆｔに乗算するよう構成しているが、これに代えて、補正値として補正量を求めて前記ベース燃料噴射量Ｆｔに加算あるいは減算するような構成にしてもよい。例えば、予測吸気量Ｉｔが増加する場合には、前記補正量を加算して燃料噴射量Ｆｘを増加させ、また、予測吸気量Ｉｔが減少する場合には、前記補正量を減算して燃料噴射量Ｆｘを減少させるように構成してもよい。

また、前記予測吸気量Ｉｔ，補正値あるいはベース燃料噴射量Ｆｔは、前述のように各三次元マップ等の制御マップを用いた演算により求めてもよく、あるいは、数式を用いた演算により求めてもよい。一般的には、前述したように三次元マップ等の制御マップを用いて演算により求める形態の方が、各条件下においてより細かい設定や調整（補正）等をおこなうことができる点で好ましい構成となる。

また、前記実施形態では、吸気通路３内の流量を得るために前記流体エネルギー量を検出する検出手段として圧力センサー４を用いているが、これに代えて、流量センサーで吸気通路３内の吸気量を直接検出するように構成してもよく、あるいは流速センサーで吸気通路３内の流速を検出し該流速から吸気量を得るように構成してもよい。つまり、前記エネルギー量の値を検出する検出手段としては、圧力センサー、流量センサー、流速センサー、あるいは他のセンサーを用いてもよい。

また、前記予測吸気量Ｉｔは、前述のように、前記ベース燃料噴射量Ｆｔを補正する補正値ζを得るために使用されるのではなく、この予測吸気量Ｉｔに最適な「空燃比ε」を乗算して「必要な燃料供給量Ｑ」を求め、この「必要な燃料供給量Ｑ」を実燃料噴射量Ｆｙとして、あるいはこの「必要な燃料供給量Ｑ」に前記壁面付着補正ロジックを用いて前記「燃料噴射量Ｆｘ」を得て、この燃料噴射量Ｆｘを実燃料噴射量Ｆｙとして、用いてもよい。

また、前述した実施形態では自動二輪車に搭載される内燃機関について説明したが、本発明は、その他の車両等、例えば、前記不整地走行車両や小型滑走艇等に搭載される内燃機関としても、あるいは汎用の内燃機関としても利用できる。

また、本発明にかかる吸気量推定方法及び装置は、燃料の供給のため以外にも適用できる。

なお、図２において、２１はシリンダヘッド２０に配置されている吸気バルブ、２２はシリンダヘッド２０に配置されている排気バルブ、２４は前記吸気通路３の上流側に設けられているエアクリーナ、２５はエンジンＥのシリンダ１９内に摺動自在に配置されているピストン、２８は吸気通路３からの混合気が吸入されるシリンダ内の空間、２９は点火プラグを示す。図２において、シリンダヘッド２０内の各バルブの駆動機構等は省略している。

本発明は、前述した実施形態に限定されるものでなく、当業者が自明の範囲において、適宜変更した形態で実施することができることは言うまでもない。

本発明にかかる内燃機関の吸気量推定方法及び吸気量推定装置は、自動二輪車、不整地走行車両、小型滑走艇等のエンジン等に利用することができる。

本発明の実施形態にかかる多気筒エンジン（４気筒エンジン）を搭載した自動二輪車の外観の構成を示す全体斜視図である。 図１に搭載されている多気筒エンジンの要部の概略の構成を概念的に示すブロック図である。 図２に図示する構成の内燃機関の燃料噴射量を決定し噴射する一連の制御プロセス等を示すフローチャートである。 燃料を噴射しようとする気筒の吸気バルブが閉まっている同一サイクル中の時間的隔たりをもった少なくとも２点を吸気通路内の圧力の値を縦軸に時間を横軸にして表した図である。 図３に示す制御において使用される２点の吸気圧と予測吸気量の相関関係を三次元的に示した吸気量算出マップを概念的に示した図である。 各気筒の吸気通路とそこに配置された圧力センサーの構成を概念的に示した図である。 図６と別の実施形態にかかる各気筒の吸気通路と圧力センサーの構成を概念的に示した図である。 図６，図７とは別の実施形態にかかる各気筒の吸気通路と圧力センサーの構成を概念的に示した図である。 図６〜図８とは別の実施形態にかかる各気筒の吸気通路と圧力センサーの構成を概念的に示した図である。 図６〜図９とは別の実施形態にかかる各気筒の吸気通路と圧力センサーの構成を概念的に示した図である。 本発明の実施形態にかかる内燃機関（エンジン）の加速時の制御の内容とその効果を表した図であって、縦軸に、スロットル開度Ｔｈ、吸気圧、該吸気圧から得られた予測吸気量Ｉｔ、該吸気圧とエンジン回転数とスロットル開度から得られるベース燃料噴射量Ｆｔ、壁面付着に起因する補正値ζ、補正後の実燃料噴射量Ｆｙ、空燃比ε、エンジン回転数の各値をとり、横軸に時間軸をとってこれらの関係を表した図である。 本発明の実施形態にかかる内燃機関（エンジン）の減速時の制御の内容とその効果を表した図であって、縦軸に、スロットル開度Ｔｈ、吸気圧、該吸気圧から得られた予測吸気量Ｉｔ、該吸気圧とエンジン回転数とスロットル開度から得られるベース燃料噴射量Ｆｔ、壁面付着に起因する補正値ζ、補正後の実燃料噴射量Ｆｙ、空燃比ε、エンジン回転数の各値をとり、横軸に時間軸をとってこれらの関係を表した図である。 本発明の実施形態にかかる各気筒の吸気圧に基づいておこなわれる補正制御と補正の対象となるベース燃料噴射量の制御の内容を表したブロック線図である。 本発明の実施形態にかかる各気筒の平均吸気圧に基づいておこなわれる補正制御と補正の対象となるベース燃料噴射量の制御の内容を表したブロック線図である。 図１３，図１４におけるベース燃料噴射量の一部（第１のベース燃料噴射量）を算出するためスロットル開度とエンジン回転数と該第１のベース燃料噴射量との相関関係を三次元マップ的に示した図である。 図１３，図１４におけるベース燃料噴射量の他の一部（第２のベース燃料噴射量）を算出するため吸気圧とエンジン回転数と該第２のベース燃料噴射量との相関関係を三次元マップ的に示した図である。 図１５，図１６におけるベース燃料噴射量の一部（第１のベース燃料噴射量）と他の一部（第２のベース燃料噴射量）とを用いてベース燃料噴射量を算出するための重みづけ係数αを算出するため、スロットル開度とαとの相関関係を表した図である。 各気筒の平均吸気圧とエンジン回転数を用いて予測吸気量を算出するため吸気圧とエンジン回転数と予測吸気量との相関関係を三次元マップ的に示した図である。 エンジン回転数とスロットル開度と吸気圧をパラメータとして用いて予測吸気量を算出するため、スロットル開度とエンジン回転数と予測吸気量の一部（第１の予測吸気量）との相関関係を三次元マップ的に示した図である。 エンジン回転数とスロットル開度と吸気圧をパラメータとして用いて予測吸気量を算出するため、吸気圧とエンジン回転数と予測吸気量の他の一部（第２の予測吸気量）との相関関係を三次元マップ的に示した図である。 図１９，図２０における予測吸気量の一部（第１の予測吸気量）と他の一部（第２の予測吸気量）とを用いて予測吸気量を算出するための重みづけ係数βを算出する、スロットル開度とβとの相関関係を表した図である。 燃料噴射量に対するシリンダ流入量の関係を示すブロック線図である。 吸気通路内へ燃料を噴射したときに該燃料噴射量とシリンダ内へ流入する燃料の関係を示す壁面付着逆モデルをを表したブロック線図である。 吸気通路内の吸気圧を縦軸に時間を横軸にして各気筒の平均吸気圧の変化の状態（太線参照）を第１シリンダの吸気圧の変化の状態（細線参照）とともに表した図である。

符号の説明

Ａ…自動二輪車
Ｅ…エンジン（内燃機関）
１…燃料噴射装置
２…燃料噴射制御装置
３…吸気通路
１９…シリンダ

Claims (7)

1. 内燃機関の吸気通路内に配置した、流体エネルギー量を検出する検出手段により、
   前記内燃機関の１サイクル中における圧縮行程から排気行程にかけての、吸気バルブが連続して閉っている間の、第１の点と該第１の点から時間的に隔った第２の点の、それぞれの、流体エネルギー量の値を検知して、
   前記それぞれ検知した第１の点と第２の点の二つの値をパラメータとして、
   前記第１の点と第２の点における吸気通路内のそれぞれの流体エネルギー量の各値とそれに続く吸気行程での吸気量とを、内燃機関の種々の運転状態において予め求め、これらの各値と吸気量の相関関係を表した吸気量算出マップを用いた演算により、
   次の吸気行程においてシリンダ内に吸気されるであろう予測吸気量を求める、内燃機関の吸気量推定方法。
2. 前記流体エネルギー量を検出する検出手段が、圧力センサー、流量センサー、流速センサーのうちの少なくともいずれか１のセンサーであり、前記流体エネルギー量の値が圧力、流量、流速のうちの少なくともいずれか１の値であることを特徴とする請求項１記載の吸気量推定方法。
3. 前記相関関係を表した吸気量算出マップが三次元マップの形態したマップであることを特徴とする請求項１又は２記載の吸気量推定方法。
4. 前記吸気量算出マップが、
   複数の吸気行程における異なる値をもつ既知の吸気量に対して、それぞれの吸気行程における前記第１の点と第２の点の、それぞれの圧力、流量、流速のうちのいずれか１の各値を、計測により求めて、Ｘ軸に前記第１の点と第２の点のうちのいずれかの点の前記計測により求めた各値をとり、該Ｘ軸に直交するＹ軸に前記第１の点と第２の点のうちの残りの点の各値をとり、これら各対応する前記第１の点と第２の点のＸ軸とＹ軸とのそれぞれの交点から、該Ｘ軸およびＹ軸に直交するＺ軸上に、前記第１の点と第２の点の各値に対応する前記既知の吸気量の値をとった、立体マップの形態である、
   請求項１〜３のいずれか１の項に記載の吸気量推定方法。
5. 内燃機関の吸気通路に配設され吸気通路内の流体エネルギー量の値を検出する検出手段と、
   吸気通路内の流体エネルギー量の値と次の吸気行程における吸気量との相関関係を、予め求めてマップの形態にした吸気量算出マップと、前記検出手段から送信されてきた前記流体エネルギー量の値とを記憶する記憶装置と、
   この内燃機関の１サイクル中における圧縮行程から排気行程にかけての、吸気バルブが連続して閉っている間の、第１の点と該第１の点から時間的に隔った第２の点の、それぞれの流体エネルギー量の値に関するデータを前記検出手段から得て、該得たデータと、前記記憶装置に記憶している吸気量算定マップとを用いて、次の吸気行程における吸気量を演算する演算装置とを具備する、内燃機関の吸気量推定装置。
6. 前記吸気量算出マップが、複数の吸気行程における異なる値をもつ既知の吸気量に対して、それぞれの吸気行程における前記第１の点と第２の点の、それぞれの流体エネルギー量の値の各値を、計測により求めて、Ｘ軸に前記第１の点と第２の点のうちのいずれか１の各値をとり、該Ｘ軸に直交するＹ軸に前記第１の点と第２の点のうちの残りの点の各値をとり、これら各対応する前記第１の点と第２の点のＸ軸とＹ軸とのそれぞれの交点から、該Ｘ軸およびＹ軸に直交するＺ軸上に、前記第１の点と第２の点の各値に対応する前記既知の吸気量の値をとった、立体マップの形態である、請求項５記載の吸気量推定装置。
7. 前記流体エネルギー量の値が、圧力、流量、流速のうちの少なくともいずれか１の値であり、前記検出手段が圧力センサー、流量センサー、流速センサーのいずれかであることを特徴とする請求項５又は６記載の吸気量推定装置。

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