JP2004052661A

JP2004052661A - 内燃機関の吸気流量検出装置

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Publication number: JP2004052661A
Application number: JP2002210972A
Authority: JP
Inventors: Takuto Okamoto; 岡本　拓人; Kazuhiko Miya; 宮　一彦; Hiroshi Hirayama; 平山　宏; Yoshihiko Akagi; 赤城　好彦; Tetsuya Iwasaki; 岩▲崎▼　鉄也; Hatsuo Nagaishi; 永石　初雄; Takahiro Sato; 佐藤　貴洋
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: JP3883921B2

Abstract

【課題】熱線式エアフローメータ（ＡＦＭ）の出力電圧に基づいて吸気流量を検出する場合に、熱線素子からリードヘの熱伝導によるリード加熱分の吸気流量の検出誤差を、吸気系レイアウト等の影響を受けずに補正可能とする。
【解決手段】リード加熱分の吸気流量の検出誤差を、ＡＦＭ出力電圧の検出誤差として求める。具体的には、誤差初期値ＶＥＲＲＩＮＩ＃と減衰係数ＲＥＬＲ＃とを用い、時間経過と共に一次遅れで減少させてＡＦＭ出力誤差ＶＥＲＲを設定する（Ｓ１〜Ｓ３）。そして、ＡＦＭ出力誤差ＶＥＲＲを吸気流量に応じた補正率Ａにより補正する（Ｓ４、Ｓ５）。そして、実際のＡＦＭ出力電圧ＵＳを補正後ＡＦＭ出力誤差ＶＥＲＲ’により補正して、吸気流量Ｑの検出に用いる（Ｓ９〜Ｓ１１）。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱線式エアフローメータを用いる内燃機関の吸気流量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱線式エアフローメータは、発熱部としての熱線素子（ホットワイヤ）を設け、この熱線素子の温度が基準温度（コールドワイヤ温度）に対し、所定温度差に維持されるように通電量を制御している。そしてこの通電量を電圧として計測して吸気流量を検出する。
【０００３】
このような熱線式エアフローメータにおいて、電源投入時は、
（１）熱線素子の熱容量のため、熱線素子が所定温度に達するまで、サージ電流分として、電流が過剰に流れる
（２）熱線素子からリードヘの熱伝導を生じるため、リード加熱分の電流も過剰に流れる
ので、熱線素子の熱平衡遅れが生じ、最終平衡温度到達まで、吸気流量は過剰に検出されてしまう。
【０００４】
この問題点を解消するため、従来は、特開平５−１４９１８５号公報に示されるように、熱線式エアフローメータの出力電圧と熱線式エアフローメータへの電源投入からの経過時間とをパラメータとするマップを用いて、吸気流量を求めたり、熱線式エアフローメータの出力電圧に基づいて検出した吸気流量を、電源投入からの経過時間に応じて設定された補正係数により補正していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術（特開平５−１４９１８５号公報）では、熱線式エアフローメータへの電源投入からの経過時間をパラメータとするマップやテーブルを用いなければならず、ＲＯＭ容量が増加する他、適合項目が多くなるので、エンジン毎の適合時に工数が増加するという問題があった。
【０００６】
また、吸気流量に対して補正するという構成では、車両毎の吸気系レイアウト差による流量ばらつき（吹き返しや慣性過給など）の影響と、本来エアフローメータ自体が持っている誤差とを適合時に分離できない。
そのため、エアフローメータへの電源投入特性による誤差の発生の仕方と補正の仕方とが合わず、その結果、エンジン毎に適合の見直しが必要となり、業務量が増加する（同じエアフローメータを用いていても別々に適合が必要）という問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点を解決することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、検出誤差演算手段により、熱線素子からリードヘの熱伝導によるリード加熱分の吸気流量の検出誤差を、エアフローメータ出力電圧の検出誤差として求める。そして、エアフローメータ出力電圧をエアフローメータ出力電圧の検出誤差により補正して吸気流量の検出に用いる。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、吸気流量に対する補正値を求めるのではなく、エアフローメータ出力電圧に対する補正値（出力電圧の検出誤差）を求めるので、車両毎の吸気系レイアウト差の影響を受けずにエアフローメータ自体の誤差のみを補正できる。また、机上設定（エアフローメータ単体）で補正の適合が可能なので、エンジン毎の適合見直しが不要となり、適合を簡素化できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は熱線式エアフローメータ（以下ＡＦＭという）を備える内燃機関の電子制御燃料噴射装置のシステム図である。
内燃機関の電子制御燃料噴射装置においては、熱線式ＡＦＭ１を備えており、電源電圧ＶＢがイグニッションスイッチ２を介して印加され、機関の吸気流量に対応する出力電圧を発生する。
【００１１】
ＡＦＭ１の出力電圧はＡ／Ｄ変換器３を介してマイクロコンピュータ４に入力される。
マイクロコンピュータ４では、ＡＦＭ１の出力電圧ＵＳに基づいて検出される吸気流量Ｑと、クランク角センサ５より機関回転に同期して発生するクランク角信号に基づいて検出される機関回転数Ｎとから、基本燃料噴射量Ｔｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎ（Ｋは定数）を演算する。そして、各種補正を施して最終的な燃料噴射量を求め、これに対応するパルス幅の燃料噴射パルス信号を燃料噴射弁６に出力することで、機関への燃料噴射量を制御する。
【００１２】
熱線式ＡＦＭ１について更に詳細に説明する。
熱線式ＡＦＭ１は、感温抵抗である熱線素子（ホットワイヤ）を両端のリードにより支持して吸気通路に配置し（図２参照）、電流を供給して一定温度（抵抗値）に発熱させ、吸気流による温度低下を電流の増大により補い、その電流値から吸気流量を求めている。
【００１３】
すなわち、熱線素子（感温抵抗）ＲＨの他、温度補償抵抗ＲＫ、基準抵抗ＲＳ、固定抵抗Ｒ１、Ｒ２を備え、これらによりブリッジ回路が構成されている。
そして、このブリッジ回路の感温抵抗ＲＨ及び基準抵抗ＲＳが直列に接続されている側の分圧点の電位（基準抵抗ＲＳの端子電圧）と、温度補償抵抗ＲＫ及び固定抵抗Ｒ１、Ｒ２が直列に接続されている側の分圧点の電位（固定抵抗Ｒ２の端子電圧）とが差動増幅器ＯＰに入力されるようになっており、この差動増幅器ＯＰの出力に応じてトランジスタＴｒを介してブリッジ回路への供給電流が補正される。
【００１４】
つまり、ブリッジ回路が平衡している状態において、機関の吸気流量が例えば増大すると、感温抵抗ＲＨがこの吸気流によってより冷却されてその抵抗値が減少し、基準抵抗ＲＳの端子電圧が増大して、ブリッジ回路が非平衡状態となり、差動増幅器ＯＰの出力が増大する。これにより、トランジスタＴｒによって制御されるブリッジ回路への供給電流が増大し、感温抵抗ＲＨが加熱されてその抵抗値が増大することにより、ブリッジ回路の平衡条件が回復される。
【００１５】
ここで、吸気温度が例えば低下すると、感温抵抗ＲＨが冷却されてその抵抗値が減少するが、感温抵抗ＲＨと同一雰囲気にある温度補償抵抗ＲＫも同時に冷却されてその抵抗値が減少するから、ブリッジ回路へ供給される電流値が吸気温度の変化により変化することが抑制される。
従って、機関の吸気流量とブリッジ回路への供給電流とが吸気温度に無関係に対応することになり、基準抵抗ＲＳの端子電圧を検出することにより、吸気流量を検出することができる。このため、ＡＦＭ１の出力電圧として基準抵抗ＲＳの端子電圧（ＵＳ）をＡ／Ｄ変換器３を介してマイクロコンピュータ４に入力している。
【００１６】
図３はマイクロコンピュータ４によって行われる吸気流量Ｑ検出のフローチャートである。
Ｓ１では、イグニッションスイッチＯＮ後、初回の演算時か否かを判定し、初回の場合はＳ２へ、２回目以降の場合はＳ３へ進む。
Ｓ２では、初回の場合であるので、ＡＦＭ出力電圧の検出誤差（以下ＡＦＭ出力誤差という）ＶＥＲＲを、予め定めた誤差初期値ＶＥＲＲＩＮＩ＃に設定する（ＶＥＲＲ＝ＶＥＲＲＩＮＩ＃）。
【００１７】
Ｓ３では、２回目以降の場合であるので、次式のごとく、前回のＡＦＭ出力誤差ＶＥＲＲｚに所定の減衰係数ＲＥＬＲ＃（例えば０．９）を乗じて、一次遅れで減少するように、ＡＦＭ出力誤差ＶＥＲＲを算出する。
ＶＥＲＲ＝ＶＥＲＲｚ×ＲＥＬＲ＃
図４中の細線は代表流量（機関始動直後のアイドルでの吸気流量で、例えば１４ｋｇ／ｈ）での待ち掛け時（ＡＦＭへの電源投入後に始動した場合）のＡＦＭ出力電圧に対する即掛け時（ＡＦＭへの電源投入と同時に始動する場合）の出力電圧の誤差を実測した結果であり、（１）がサージ電流分の誤差、（２）がリード加熱分の誤差である。
【００１８】
ここで、初期値ＶＥＲＲＩＮＩ＃と減衰係数ＲＥＬＲ＃は、図４中のサージ電流終了後の誤差曲線（図示太線）に乗るように設定する。
Ｓ４では、次式により、流量補正率Ａを算出する。
Ａ＝ＵＳ１４＃／（ＵＳＢｚ＋ＵＳＯＦＳ＃）
流量補正は、図２に示すように吸気流量によってリード部への熱伝導が異なり、図５に示すように吸気流量によって流量誤差（ΔＱ／Ｑ）が異なるのを補正するために行う。
【００１９】
ここで、流量補正率Ａは、代表流量（機関始動直後のアイドルでの吸気流量で、例えば１４ｋｇ／ｈ）でのＡＦＭ出力電圧ＵＳ１４＃と、後述するＳ１０で求められる実際の補正後ＡＦＭ出力電圧の前回値ＵＳＢｚとの電圧比とするが、一方に所定のオフセット値ＵＳＯＦＳ＃を与えている。
Ｓ５では、ＡＦＭ出力誤差ＶＥＲＲを流量補正率Ａにより補正する。すなわち、次式のごとく、ＡＦＭ出力誤差ＶＥＲＲに流量補正率Ａを乗じて、補正後ＡＦＭ出力誤差ＶＥＲＲ’を求める。
【００２０】
ＶＥＲＲ’＝ＶＥＲＲ×Ａ
Ｓ６では、イグニッションスイッチＯＮ後の初回演算時から所定時間経過した否かを判定し、所定時間経過している場合は、Ｓ８へ進んで、補正後ＡＦＭ出力誤差ＶＥＲＲ’を０にする（ＶＥＲＲ’＝０）。これは、ＡＦＭ出力誤差が０付近になる時間となったら、ＡＦＭ出力誤差を０とすることで、熱線素子が温度平衡状態となった後に過補正が行われることを防止するためである。
【００２１】
Ｓ７では、強制リセット有りか否かを判定する。すなわち、初回電源投入以外で、ノイズやバッテリ電圧低下による瞬断等により、マイクロコンピュータが強制リセットされた時は、強制リセット判定手段（リセット時なのに回転数が大であるなどから判定）によりリセット有りと判断し、Ｓ８へ進んで、補正後ＡＦＭ出力誤差ＶＥＲＲ’を０にする（ＶＥＲＲ’＝０）。これは、走行中に強制的にリセットが掛かった時などは演算を初期化するが、熱線は温度平衡状態にあるので、誤って不要な補正が掛かると吸気流量を誤って検出してしまうのを防止するためである。
【００２２】
Ｓ９では、実際のＡＦＭ出力電圧ＵＳをＡ／Ｄ変換して読込む。
Ｓ１０では、ＡＦＭ出力電圧ＵＳを補正後ＡＦＭ出力誤差ＶＥＲＲ’により補正する。すなわち、次式のごとく、ＡＦＭ出力電圧ＵＳから補正後ＡＦＭ出力誤差ＶＥＲＲ’を減算して、補正後ＡＦＭ出力電圧ＵＳＢを求める。
ＵＳＢ＝ＵＳ−ＶＥＲＲ’
Ｓ１１では、所定の電圧−流量テーブルを参照して、補正後ＡＦＭ出力電圧ＵＳＢを吸気流量Ｑに変換する。これを用いて、基本燃料噴射パルス幅Ｔｐを正確に算出できる。
【００２３】
以上のような処理により、従来より簡易的にＡＦＭの検出誤差を補正可能であり、またＲＯＭ容量低減、適合工数削減を達成できる。さらにＡＦＭ応答特性が熱線の最終平衡温度に達するまでの時間によらなくなるため、イグニッションスイッチＯＮからの時間差による即掛け時と待ち掛け時のＡＦＭ応答特性の誤差を無くすことができ、結果として、ＡＦＭ出力電圧を元に算出する燃料噴射量ばらつきが減り、空燃比制御のばらつきを低減できる。
【００２４】
本実施形態によれば、ＡＦＭ出力電圧の補正は、所定時間毎に、その時点のＡＦＭ出力電圧から、その時点のＡＦＭ出力電圧の検出誤差を差し引くことで行うので（Ｓ１０）、リード加熱分の誤差は時間と共に減少するのに対応して、適切な補正が可能となる。
また、本実施形態によれば、検出誤差演算手段（Ｓ１〜Ｓ３）は、誤差初期値ＶＥＲＲＩＮＩ＃と減衰係数ＲＥＬＲ＃とを用い、時間経過と共に一次遅れで減少させて設定するので、誤差初期値ＶＥＲＲＩＮＩ＃及び減衰係数ＲＥＬＲ＃の設定だけで済み、ＲＯＭ容量が少なくて済み、適合項目、適合工数を少なくできる。
【００２５】
また、本実施形態によれば、誤差初期値ＶＥＲＲＩＮＩ＃及び減衰係数ＲＥＬＲ＃の設定は、サージ電流終了後の誤差曲線上に乗るように設定することで、サージ期間の影響を回避し、かつサージ終了後の誤差補正が正確にできる。
また、本実施形態によれば、ＡＦＭ出力誤差ＶＥＲＲを、吸気流量に応じた補正率Ａにより補正する検出誤差補正手段（Ｓ４、Ｓ５）を設けることで、吸気流量に応じて適切なリード加熱分の検出誤差を求めることができ、誤差の補正を正確にできる。
【００２６】
また、本実施形態によれば、吸気流量に応じた補正率Ａは、代表流量でのＡＦＭ出力電圧ＵＳ１４＃と実際の補正後ＡＦＭ出力電圧ＵＳＢとの電圧比とすることで、流量毎のマップ又はテーブルが不要となり、ＲＯＭ容量の増加や、適合工数の増加を抑えられる。
また、本実施形態によれば、前記代表流量として、エンジン始動直後のアイドルでの吸気流量を用いることで、次のような効果が得られる。リード加熱分の検出誤差は、流量比に対し完全な比例関係とはならない場合があり、流量によって若干誤差を生じる可能性を含んでいる。この誤差を低減するため、始動時の補正に重点をおき、エンジン始動直後の空気流量を代表流量として用いることで流量による補正ばらつきを低減できる。
【００２７】
また、本実施形態によれば、前記電圧比を算出する際に、代表流量でのＡＦＭ出力電圧ＵＳ１４＃又は実際の補正後ＡＦＭ出力電圧ＵＳＢのいずれか一方に、オフセット値ＵＳＯＦＳ＃を加算することで、次のような効果が得られる。代表流量でのＡＦＭ出力電圧（ＵＳ１４Ｖ＃）の設定は、定常状態の出力電圧とするため、実際の始動時の出力電圧に対しズレを生じる場合がある。そこでオフセットを設けることでこのズレを補正することができる。
【００２８】
また、本実施形態によれば、検出誤差演算手段の演算開始からの経過時間が所定時間以上となったときに、ＡＦＭ出力電圧の検出誤差を０とすることで（Ｓ６→Ｓ８）、熱線が温度平衡状態になった後に過補正となることを防止できる。
また、本実施形態によれば、検出誤差演算手段を構成するマイクロコンピュータが強制リセットされたときに、ＡＦＭ出力電圧の検出誤差を０とすることで（Ｓ７→Ｓ８）、強制リセット時に不要な補正を行って吸気流量を誤検出するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すシステム図
【図２】熱線のエレメント構造を示す図
【図３】吸気流量検出のフローチャート
【図４】電圧誤差特性図
【図５】流量誤差特性図
【符号の説明】
１　熱線式ＡＦＭ
２　イグニッションスイッチ
３　Ａ／Ｄ変換器
４　マイクロコンピュータ

Claims

熱線式エアフローメータの出力電圧に基づいて吸気流量を検出する内燃機関の吸気流量検出装置において、
熱線素子からリードヘの熱伝導によるリード加熱分の吸気流量の検出誤差を、エアフローメータ出力電圧の検出誤差として求める検出誤差演算手段を設け、エアフローメータ出力電圧をエアフローメータ出力電圧の検出誤差により補正して吸気流量の検出に用いることを特徴とする内燃機関の吸気流量検出装置。
エアフローメータ出力電圧の補正は、所定時間毎に、その時点のエアフローメータ出力電圧から、その時点のエアフローメータ出力電圧の検出誤差を差し引くことで行うことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気流量検出装置。
前記検出誤差演算手段は、誤差初期値と減衰係数とを用い、誤差初期値から時間経過と共に一次遅れで減少させて設定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の吸気流量検出装置。
前記誤差初期値及び減衰係数の設定は、サージ電流終了後の誤差曲線上に乗るように設定することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の吸気流量検出装置。
前記検出誤差演算手段で求めたエアフローメータ出力電圧の検出誤差を、吸気流量に応じた補正率により補正する検出誤差補正手段を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気流量検出装置。
前記検出誤差補正手段で用いる吸気流量に応じた補正率は、代表流量でのエアフローメータ出力電圧と実際の補正後エアフローメータ出力電圧との電圧比とすることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の吸気流量検出装置。
前記代表流量として、エンジン始動直後のアイドルでの吸気流量を用いることを特徴とする請求項６記載の内燃機関の吸気流量検出装置。
前記電圧比を算出する際に、代表流量でのエアフローメータ出力電圧又は実際の補正後エアフローメータ出力電圧のいずれか一方に、オフセット値を加算することを特徴とする請求項６又は請求項７記載の内燃機関の吸気流量検出装置。
前記検出誤差演算手段の演算開始からの経過時間が所定時間以上となったときに、エアフローメータ出力電圧の検出誤差を０とする手段を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気流量検出装置。
前記検出誤差演算手段を構成するマイクロコンピュータが強制リセットされたときに、エアフローメータ出力電圧の検出誤差を０とする手段を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気流量検出装置。