JP2005524091A - 空気質量流の検出方法 - Google Patents

Abstract

内燃機関（１）のエアチャネル（２）で空気質量流を、空気質量流を表わす空気質量流センサ（４）を使用して検出する方法であって、順次連続する時点で、センサ空気質量流値を検出し、そこから平均センサ空気質量流値を形成する方法において、内燃機関の動作工程の所定のセグメントを選択し、セグメントの区間で検出されたセンサ空気質量流値を区間平均値に積分し、少なくとも２つのセグメント区間の区間平均値を使用して、平均センサ空気質量流に対する補正値を検出し、平均センサ空気質量流と補正値とから補正された平均空気質量流を検出する。

Description

本発明は、内燃機関のエアチャネルの空気質量流を、空気質量計を使用して検出する方法に関する。この空気質量計によって、空気質量流の値の絶対値に相当するセンサ空気質量流量値が検出される。ここでは順次連続する時間でセンサ空気質量流量値を検出し、それらの値から平均センサ空気質量の値を形成する。

この種の方法は現代の内燃機関の制御に対して非常に重要である。このような内燃機関で燃焼を正確に制御するためには、吸気エアチャネルを介して吸気された空気量を正確に測定し、燃焼時の燃料空気比を最適に維持することが必要である。このようにして例えば燃料消費を低く抑えることができる。さらに所定の燃料空気比を維持することは、オットー機関での排ガス規制をクリアするために重要である。

このような空気質量流を測定するために、様々なホットワイヤ空気質量計またはホットフィルム空気質量計が使用される。これらのセンサの作用機序は、空気質量流が加熱された本体を、この本体周囲の空気質量流の大きさに相応して冷却することである。従って加熱抵抗が、この加熱抵抗を流れる電流の制御によって、空気質量流の温度より上の温度に一定保持される。このために必要な加熱電流が空気質量流に対する非常に正確な、しかし非線形の尺度となる。

空気質量流センサの信号から空気質量流センサの信号と相応する空気質量流の大きさとの関係を表わす特性曲線に基づき、相応のセンサ空気質量流量値が求められる。この信号またはセンサ空気質量流量値に基づいて検出された平均センサ空気質量の値は実際の平均空気質量流の大きさに対する尺度として用いられる。

空気が吸気チャネルで常に一方向にだけ流れれば、このセンサは十分な精度を持って動作する。しかし内燃機関では、内燃機関の吸気エアチャネルで空気が脈動するという動作状態が発生する。この脈動は、空気が正常の吸気方向とは反対に逆流するほど強力である。しかし上に記載したホットワイヤ質量流量計またはホットフィルム質量流量計を使用する測定方法は、量ないし絶対値を検出することができるだけで、空気質量流の方向は検出できない。脈動が生じた場合は、逆流が吸気空気の流れとして測定されてしまう。このことは内燃機関の制御を格段に困難にし、また悪化させる。

このような逆流を識別する手段として、流れ方向に相互に間隔をおいた２つのセンサを使用すること、または流れ方向に相互に間隔をおいた２つのセンサ素子を有するセンサを使用することが公知である。これにより値を比較することにより逆流の存在を推定することができる。しかしこのような構成は比較的複雑な構造を有し、吸気エアチャネルへの面倒な取付けを必要とする。

ＤＥ４３４２４８１Ｃ２から、内燃機関の吸気質量を、吸気管に配置された質量流量計の感温性測定センサを用いて測定する方法が記載されている。この方法では、内燃機関の平均負荷状態において、吸気管の吸気方向で下流側の測定センサに配置された加熱可能な付加的加熱素子が測定センサへのエラー補償作用のために加熱される。この方法では、付加的加熱素子を吸気管に付加的に取り付けなければならず、このことは製造コストの上昇につながる。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の空気質量流の検出方法を改善し、エアチャネルの脈動、とりわけ脈動に起因する吸気空気の逆流に基づく、検出された空気質量中の誤差が補正されるように構成することである。

この課題は、内燃機関の動作工程の所定のセグメントを選択し、
セグメントの区間で検出されたセンサ空気質量流値を区間平均値に積分し、
少なくとも２つのセグメント区間の区間平均値を使用して、平均センサ空気質量流に対する補正値を検出し、平均センサ空気質量流と補正値とから補正された平均空気質量流を検出することにより解決される。

本発明の方法は、出力信号が絶対値だけを表わし、被検空気質量流の方向を表わさない任意の空気またはガス質量流センサに使用することができる。とりわけここではホットワイヤセンサまたはホットフィルムセンサが取り扱われる。

本発明の方法で使用されるセンサ空気質量流量値はセンサ信号から検出される。場合によっては、センサ信号値と相応のセンサ空気質量流量値との関係を表わすセンサ特性曲線の中間回路を使用する。センサ空気質量流量値とは、本発明の枠内では、センサ信号に相応し、空気質量流の絶対値を表わすが、空気質量流の方向は表わさない値であると理解されたい。

センサ空気質量流量値に基づいて平均センサ空気質量流が求められ、ここでは平均化が有利には脈動振動の少なくとも１期間にわたって行われる。この平均センサ空気質量流量は、脈動により逆流が発生している場合には実際の平均空気質量流から異なる。なぜならセンサ空気質量流量値は空気質量流の絶対値しか表わさないからである。

本発明の方法を簡単に理解するために空気質量流は一定の平均空気質量流と振動とが重畳されたものであると理解することができる。この振動は、脈動周波数、平均空気質量流を中心にする空気質量流の振動の振幅（平均質量流の絶対値を基準にする）を表わす変調度、および１期間にわたる平均の場合に消失する平均値により表わされる。例えば空気質量流Ｑが時間ｔの関数として高調波脈動振動する場合、脈動周波数ω、変調度ｍ、および平均空気質量流Ｑavによって次のように表わされる。

Ｑ＝Ｑav・（１＋ｍ・cos（ωｔ））
変調度が１００％より小さければ、逆流は発生していない。なぜなら振動の振幅は常に空気質量流の平均値よりも小さいままであり、従って瞬時の空気質量流は常にゼロよりも大きい。しかし空気質量流はいずれにしろ多少は脈動する。センサ信号ないしそこから特性曲線により求められたセンサ空気質量流値はほぼ実際の空気質量、すなわち一定の値と振動との重畳に相応し、振動の１期間にわたる平均値は実際の平均空気質量を表わす。このことは少なくとも、センサに非線形作用が発生せず、センサが十分に高速に、すなわち遅延なしで動作する限り当てはまる。

これに対して変調度が１００％より大きければ、瞬時の空気質量流値が負である時間の間に逆流が発生している。これは振動の瞬時の偏向が負であり、絶対値的に平均空気質量流よりも大きい場合である。この場合、センサ信号を重畳された振動を伴う定数として表わすことはできない。なぜなら逆流が発生している時間中には、負の空気質量流ではなくて正の空気質量流が逆流に相当する絶対値として検出されるからである。１期間にわたって観察すると、センサ信号ないしセンサ空気質量流は２つの最大値を有する。それらのうち絶対最大値は平均空気質量流と往方向での脈動信号の和に相当する。第２の局所的な最大値も形成される。なぜならセンサは空気流を方向に依存しないで検出するからであり、逆流が最大の場合、第１の最大値に対して半期間だけずれている。

従ってセンサ信号の評価の際に脈動に起因する誤差が発生し、この誤差にはセンサの慣性、センサ特性曲線での非線形性、または伝達関数も関係することがある。

個の脈動誤差の補正を求めるためにセグメントが設けられ、このセグメントは有利には内燃機関のクランクシャフトのセグメント回転角に相当し、このセグメント回転角は、３６０゜とクランクシャフトの１回転当たりの動作工程数との積を内燃機関の気筒数で割算したものである。この非強制的な設定は有利である。なぜならこのセグメントの持続時間は、機関回転数が所定の場合、脈動振動の周波数に良好に近似するからである。この所定の機関回転数は近似的に、機関回転数と気筒数との積を１クランクシャフト回転当たりの動作工程数により割算することで得られる。セグメントの設定はセンサ空気質量流値の検出に依存しないで行うことができる。

次にセグメントは区間に分割される。ここで有利には４つに４等分され、区間ごとに相応する区間平均値に積分される。ここで積分は簡単にするため近似的に相応するセンサ空気質量流値の加算として行われる。もちろん任意の数および／または異なる大きさの区間を使用することもできる。説明を簡単にするため、以下単に例として４等分について説明する。なぜならこれが同様に有利な偶数分割の特に有利な実施例だからである。

少なくとも２つの区間平均値を使用すれば、脈動に起因する平均センサ空気質量流と実際の平均空気質量流との間の偏差を調整するための補正値が求められる。平均センサ空気質量流と補正値とから、補正された平均空気質量流が計算され、これが出力されるかまたはさらなる使用のために記憶される。

本発明の方法は有利には、逆流がある際の区間平均値は逆流がない際の区間平均値とは異なることを利用する。とりわけ逆流が発生した時のセグメント区間に対する区間平均値は逆流がない場合よりも大きい。

本発明の方法により、補正をセンサ空気質量流値だけに基づき、センサの構造には依存しないで行うことができる。とりわけ２つの空気質量流センサ、または流れ方向に間隔をおいた２つのセンサ素子を備える空気質量流センサ、または付加的な加熱素子を使用する必要がない。流れ方向をセンサにより検出する必要がない。

さらに区間平均値の計算は非常に迅速に行われる。従って本発明の方法は僅かなコストで実施することができる。

積分により有利には同時にノイズも抑圧される。なぜならセンサ信号ないし相応するセンサ空気質量流値の統計的変動が除去されるか、またはほとんど無視できるようになるからである。さらにセンサ空気質量流のセンサ空気質量流値から関数を再現する必要もない。これにより測定点が少なくても、例えば測定周波数ないしサンプリング周波数が低くても安定した補正を得ることができる。

とりわけ変調度が１００％から２００％の領域にあるときにできるだけ補正を正確にするため、有利には付加的に、脈動により逆流が発生しているか否かを評価する。このために補正値が少なくとも１セグメントにわたって、奇数区間の区間平均値の和と偶数区間の区間平均値の和との偏差に基づいて検出される。ここで第１の区間は必ずしも時間的に一番早い必要はない。相応のことが他の区間にも当てはまる。

センサ空気質量流値が大きな変動を有している場合、絶対最大値を場合によっては良好な精度を以て検出することができない。この場合は、相応の最大値が第１の区間に来るよう、種々の区間のうち第１の区間をセグメントの区間平均値の大きさおよび／または絶対最大値の大きさに従って選択すると有利である。

内燃機関ないし空気質量流センサの特性に応じてさらに有利には補正値を係数によりスケーリングし、および／または定数だけシフトすることができる。ここで係数も定数も、内燃機関の少なくとも１つの動作パラメータ、例えば内燃機関の回転数に依存する。係数および定数は相応のキャリブレーション試行によって検出できる。このキャリブレーション試行では、実際の平均空気質量流、平均センサ空気質量流、および上記の区間平均値の相互差が検出され、相互に関係付けられる。そして十分に多数のセンサ空気質量値がセグメント当たりに存在すれば、驚くほど良好な脈動誤差補正が得られる。

逆流の存在は任意の方法により検査することができる。しかし逆流検出のためのコストを最小にするために、第１の変形実施例によれば、平均空気質量流に反する、脈動による逆流の存在を、奇数区間、例えば第１と第３の区間の区間平均値の和を使用して検査する。有利には、奇数区間、例えば第１と第３の区間の区間平均値の和が平均センサ空気質量流に相応する大きさを基準にして所定の閾値を越える場合に逆流を検出する。第１の閾値はとりわけ内燃機関の回転数に依存する。所定の型式の内燃機関、ないし所定の型式の空気質量流センサに対しては、第１の閾値の大きさを内燃機関形式に相応する内燃機関および空気質量流センサ形式に相応する空気質量流センサによる試行に基づいて求めることができる。そして同じ試行構造の他のセンサによって逆流が検出される。この実施例ではとりわけ空気質量流センサの空気質量流の絶対値だけを検出するという特性が利用される。従って例えば近似的な高調波脈動振動が存在する際に逆流が発生する第３区間に対する区間平均値は、実際の空気質量流の方向ないし符号を考慮した場合よりも大きくなる。

第２の択一的実施例として、奇数区間、例えば第１と第３の区間の区間平均値の和と、偶数区間、例えば第２と第４の区間の区間平均値との和の絶対値差が、平均センサ空気質量流に相応する大きさを基準にして所定の第２の閾値を上回るときに逆流の存在を検出する。この実施例は、補正値形成の基礎となる差が同時に逆流の存在を検出するのにも使用されるという利点を有する。ここでも第２の閾値は内燃機関の回転数に依存して選択または変更される。

逆流の存在を検出するための両方の択一的実施例（重ね合わせて使用することもできる）で、平均センサ空気質量流に相応するパラメータとしてとりわけ平均センサ空気質量流自体、または先行するセグメントの平均空気質量流を使用することができる。

空気質量流センサの構造に応じて、脈動はセンサの非線形性のため、またはセンサの慣性のため、実際の平均空気質量流と平均センサ空気質量流との間で偏差を引き起こす。このことは逆流がまったく存在していなくても当てはまる。従って平均センサ空気質量流値の補正値を少なくとも１つのセグメントにわたり、奇数区間の区間平均値の和に基づいて検出するのが有利である。

平均センサ空気質量流値は基本的に任意の型式で検出することができる。しかし有利には、平均センサ空気質量流値を少なくとも１つのセグメントの区間平均値の和から求める。区間平均値は脈動誤差の補正検出のために検出されるから、平均センサ空気質量流値はとりわけ簡単かつ迅速に求めることができる。

小さく、偶発的な振動、または検出に起因する振動が種々のセグメント間の脈動振動の強度に発生すると、セグメントに対して検出されたそれぞれの補正値が間違っていることがある。そのため平均センサ空気質量流値を複数のセグメントにわたる平均により検出すると、補正の品質が低下する。このような作用を抑圧するために有利には、補正を複数のセグメントと相応に複数の区間平均値を使用して検出する。特に有利には有効な平均値を複数のセグメントにわたって使用することができる。ここで使用されるセグメントの数および重み付けは、内燃機関の構造形式およびその制御に起因する脈動変動のシステマティックな強度変動を基礎とする。有利には平均は、平均センサ空気質量流値の検出に使用されるセグメントにわたって行われる。

セグメントの長さないし持続時間は種々の形式で設定することができる。例えばセグメント空気質量流値の反復性の時間経過をセグメントの長さを検出するために使用することができる。しかしこれは面倒であり、常に存在する静的変動ないしセンサ質量流値の誤差のため必ずしも正確ではない。従って有利には内燃機関の回転数を検出し、セグメントの長さの設定のために使用する。とりわけここでは、脈動変動の周波数、ひいてはセグメントの長さは、相応する回転数と内燃機関の気筒数との積をクランクシャフトの１回転当たりの動作工程の数により割算したものに良好に近似し、これにより検出することができる。

補正の品質はとりわけ、奇数区間、例えば第１と第３の区間でのセンサ空気質量流値の経過がそれぞれの区間の中央を基準にした対称的経過からどれだけ偏差するかによって求められる。従ってセグメントの位置を、セグメントのセンサ空気質量流値の最大値がセグメントの第１の区間の中央から最小の間隔を有するように求めると有利である。セグメントの位置とは、セグメントの第１のセンサ空気質量流値の、検出された順次連続するセンサ空気質量流値の順序における位置であると理解されたい。この位置は同時に脈動振動のフェーズとも関連する。セグメントの位置を選択することにより、区間の位置を基準にして高い対称性が達成され、これは補正品質の向上に寄与する。

ノイズに起因してセンサ空気質量流値の最大値の位置はしばしばセグメント内で中央位置から偏差する。この中央位置に、変動がない場合には最大が存在することとなる。絶対最大値の位置を介してセグメントの位置を検出する代わりに、セグメントの位置を第１の区間に対する区間平均値が最大であるように検出するのが有利である。区間平均値を検出するための積分は統計的変動についての平均値となる。従ってこの統計的変動はセグメントの位置の検出には非常に僅かな影響しか及ぼさない。

セグメント内のセンサ空気質量流値の最大値を基準にしたセグメントの位置は、検出されたセンサ空気質量流値だけに基づいて相応の数学的適合法（すでに上に述べた）により検出することができる。しかしこのような適合は、とりわけ出発位置が不利な場合、甚だ大きな計算コストがかかる。従って有利には、内燃機関のクランクシャフトまたはカムシャフトの回転角を表わす角度位置信号を検出し、この角度位置信号をセグメントの位置および／または長さの設定に使用する。

本発明の方法のこの改善形態は、脈動変動が時間的に内燃機関の弁操作に関連し、従ってその周波数は内燃機関の回転速度、およびその位相はクランクシャフトないしカムシャフトの角度位置に関連することを利用する。とりわけ例えばパルス発生ホイールおよび相応の回転角度センサによって検出することのできる角度位置信号は、同じ回転角度位置センサによって検出される回転数と同じように、しばしば機関制御のためにすでに検出されているから、そのために付加的なコストを必要としない。位相位置ないしセグメント位置を改善するために、このようにして検出された位相に基づき、相応の最適化によって非常に高速にさらに適合することができる。このことは検出された補正の品質改善につながる。

とりわけ電子制御点火が行われる場合、本発明の方法の実施例では、セグメントの長さおよび／または位置を点火時期または複数の順次連続する点火時期を使用して検出するのが有利である。ここでのすでに説明したパルス変動の周波数および位相と内燃機関の動作工程との関係が使用され、セグメントの長さおよび／または位置が検出される。この実施例の利点は、クランクシャフトの角度位置の検出が位相ないし位置検出のためには不要であることである。ここでも位相値ないしセグメントの位置をさらに迅速に適合することにより補正の品質が向上する。

別の実施例では、セグメントの長さおよび／または位置が弁開放の時点、または順次連続する複数の弁開放の時点を使用して検出される。この実施例の利点は、空気質量流に直接的影響を及ぼす内燃機関の装置の運動が検出されることである。これにより、検出されたセグメントの位相ないし位置は特に正確である。

本発明の方法は、非常に僅かな処理コストしか必要としない。従ってその実施のためには内燃機関の制御のためにいずれにしろ備わっている制御装置を使用するのが有利である。このことにより本発明の方法を実施するための付加的装置が省略され、制御装置を相応にプログラミングすれば良いだけである。さらにクランクシャフトの回転数、角度位置、または点火信号に直接アクセスすることができ、それにより本発明の方法の有利な実施例に対して付加的なセンサが必要ない。

計算をさらに迅速にするため、補正を和／偏差と結び付ける線形関数の係数または補正自体を特性マップに内燃機関の少なくとも１つの動作パラメータの関数としてファイルし、内燃機関の動作時に動作パラメータの値と平均センサ空気質量流を検出し、平均空気質量流を、平均センサ空気質量流と動作パラメータおよび平均センサ空気質量流の値に相応して特性マップにファイルされている補正とに基づいて検出する。動作パラメータとしてとりわけ内燃機関の回転数を使用することができる。

本発明を以下、図面に基づいて説明する。
図１は、制御装置と、ホットワイヤ空気質量流センサを備える吸気エアチャネルとを有するオットー機関の概略図である。
図２は、図１の空気質量週センサのセンサ空気質量流値を時間について示す線図である。
図３は、所定の機関回転数に対して測定された相対的脈動誤差および補正を変調度の関数として示す線図である。

図１でオットー機関１は吸気エアチャネル２と接続されており、この吸気エアチャネルを介してオットー機関１には吸気空気が燃焼のため供給される。制御装置３はオットー機関１とその制御のために接続されている。吸気エアチャネル２にはホットワイヤ空気質量流センサ４が配置されており、このセンサも制御装置３と接続されている。

オットー機関１は公知のように４ストローク機関として構成されており、図１に概略的に示したクランクシャフト５の他に、そこの図示しない空気供給装置、燃料搬送装置、および排ガス処理装置を有する。とりわけ内燃機関は、図１に図示しないアクチュエータを動作パラメータ、例えば吸気空気量並びに燃料の供給時点と供給量の制御のために有し、さらに動作パラメータの値を検出するためのセンサを有する。それらのうち図１には回転角度センサ６だけが示されている。

概略的に示した、それ自体公知のホットワイヤ空気質量流センサ４はブリッジ回路を有し、このブリッジ回路は第１と第２のブリッジ分岐、並びに差動増幅器を備える調整装置７を有する。

第１のブリッジ分岐は、温度に依存する抵抗ＲＴと別の抵抗Ｒ１からなる直列回路を有する。第２のブリッジ分岐は、温度に依存するセンサホット抵抗ＲＨ、並びにこれと直列に接続された抵抗Ｒ２を有する。

抵抗ＲＴとセンサホット抵抗ＲＨは吸気エアチャネル２に、吸気エアチャネル２での通常の空気流の際には抵抗ＲＴがセンサホット抵抗ＲＨの上流になるよう配置されている。

調整回路７はその入力端を介して、抵抗ＲＴとＲ１間のタップ点、およびセンサホット抵抗ＲＨと抵抗Ｒ２との間のタップ点と接続されており、出力端を介してブリッジ回路に電流を供給する。

抵抗ＲＴは吸気空気の温度に対する温度センサとして用いる。センサホット抵抗ＲＨは空気質量流の測定に用いる。ここでは、センサホット抵抗ＲＨがセンサホット抵抗ＲＨよりも温度の低い空気質量流によって空気質量流の大きさに相応して冷却されることを利用する。このことはまたその抵抗値の相応の変化を引き起こす。

調整装置７は、抵抗ＲＴとＲ１の間から取り出された電圧と、センサホット抵抗ＲＨと抵抗Ｒ２の間から取り出された電圧との差に依存してブリッジ分岐を流れる電流を調整し、とりわけセンサホット抵抗ＲＨによってこれが所定の固定の温度差に維持されるように調整する。この所定の固定の温度差は、抵抗ＲＴにより測定された吸気空気の温度に対する温度差である。

このために電流が変化され、空気質量流に起因するセンサホット抵抗ＲＨの冷却がブリッジを流れる電流、ひいてはセンサホット抵抗ＲＨを流れる電流の相応の変化により補償され、調整装置７の入力端における電圧差が一定の保持されるようにする。

抵抗Ｒ２から取り出され、ブリッジ回路を流れる電流に比例し、ひいては空気質量流に相応する電圧が空気質量流センサ４のセンサ出力信号を形成し、制御装置３に供給される。空気質量流センサ４のセンサ出力信号はここでは空気質量流センサ４の特性曲線に相応して空気質量流に相応する。ここで特性曲線は吸気エアチャネル２の直径に依存する。センサホット抵抗ＲＨの冷却は空気質量流の大きさにだけ依存するから、ホットワイヤ空気質量流センサ４は空気質量流の方向を検出することはできず、空気質量流の大きさに相応するセンサ空気質量流値を検出するだけである。

制御装置３は、この制御装置と接続されたセンサの信号に対する検出装置を有する。複数の検出装置のうち図１には空気質量流センサ４と接続されたＡ／Ｄ変換器８だけが図示されている。その他に、オットー機関１のアクチュエータを制御するための出力装置、検出装置および出力装置と接続されたプロセッサ９、並びにプロセッサ９と接続された記憶装置１０を有し、この記憶装置はプロセッサ９で実行すべき少なくとも１つのプログラムを記憶し、プログラムの実行の際にはデータ並びに特性曲線データの恒久的記憶のために使用される。

プロセッサ９は相応の制御プログラムにより、センサによって検出された値に依存して、とりわけ吸気エアチャネル２の検出された空気質量流に依存してオットー機関１のアクチュエータを制御する。さらにプロセッサ９は空気質量流を、空気質量流センサ４のセンサ出力信号から検出するために用いる。このためにプロセッサは、制御プログラムの一部とすることのできる相応のプログラムを実行する。

制御装置３によって公知のように回転角センサ６の回転角信号からクランクシャフト５の回転角およびオットー機関１の回転数が検出される。

空気質量流を検出するために、空気質量流センサ４のアナログ信号がＡ／Ｄ変換器８で所定のサンプリング周波数によりサンプリングされ、相応のデジタル信号に変換される。このデジタル信号はプロセッサ９ないし記憶装置１０に供給され、記憶装置１０に記憶される。少なくとも１つの脈動振動を空気質量流センサ４のセンサ出力信号で検出するために、ここでのサンプリング周波数は、逆流が発生し得る考慮すべき最高脈動周波数の２倍よりも高い。この周波数は実質的に、相応の機関回転数と気筒数との積をクランクシャフトの１回転当たりの動作工程の数によって割算することにより決められる。

ここで記憶装置１０には、空気質量流センサ４のデジタル化されたセンサ出力信号の順次連続する値が所定数Ｎだけ、その検出の時間順序に相応して記憶される。従って新たに検出されたセンサ出力信号値が記憶される際にはもっとも古いＮ番目の値が消去ないし上書きされる。

本発明の方法を図２に基づいて説明する。ここには２００％の変調度に対してセンサ空気質量流の値が時間の関数として、すなわち暗黙的にクランクシャフト５の回転角の関数として示されている。空気質量流センサ４の特性に起因して空気質量流の大きさだけ、すなわちセンサ空気質量流だけが検出され、高い最大値と低い局所的な最大値が発生する。高い最大値は平均空気流の方向に通流する際の脈動振動の最大に相応し、低い局所的最大値は逆流に相応する。

クランクシャフト５の所定の回転角から、回転角センサ６により検出された回転角に基づいてセグメントの開始が検出される。これは図２に破線の垂直線により示されている。

機関回転数から４気筒オットー機関に対しては脈動周波数が機関回転数の２倍として、そしてそこから脈動周波数の持続期間がセグメントの長さとして検出される。

セグメントの長さに基づき、時間順序がＩ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶにより示された４つの区間に四等分される。ここで第１の区間Ｉはセグメントについて絶対最大値を有する。

次にセグメントの位置が最適化され、第１の四分区間のセンサ空気質量流値の最大が第１の区間の中央に来るようにする。

各四分区間に対して相応の区間平均値が、それぞれの四分区間での相応のセンサ空気質量値についての和によって計算される。ここで区間平均値は第１の四分区間Ｉに対して最大である。しかし必ずしもそうである必要はない。

このステップは順次連続する３つのセグメントに対して実行される。それぞれの区間平均値から滑らかに平均化された区間平均値が求められる。

これに基づいて、滑らかに平均化された区間平均値から第１の補正量の値が、第１と第３の四分区間Ｉ、ＩＩＩに相応する滑らかに平均化された区間平均値からの第１の和として求められ、第２の補正量の値が第１の和と、第２と第４の四分区間ＩＩ，ＩＶに相応する滑らかに平均化された区間平均値からの第２の和との差として求められ、さらに４つの滑らかに平均化された区間平均値の和として平均センサ空気質量流が求められる。

逆流が存在しているか否かを検査するため、第１の補正量と平均センサ空気質量流との比が機関回転数に依存する逆流閾値と比較される。

第１の補正量の値が逆流閾値を上回ると、逆流の存在が仮定され、平均センサ空気質量流が第２の補正量を使用して、平均空気質量流値の形成の下で補正される。

それ以外の場合、平均空気質量流値は平均センサ空気質量流から第１の補正量を使用して検出される。

図３には第１と第２の補正量が、それぞれ平均センサ空気質量流を基準にし、実際の質量流に対する測定された相対的脈動誤差（もちろん振動係数を導入することができる）と対比して、種々の変調度および所定の機関回転数について示されている。

変調度の個々の値に対して円により示されているのは測定された相対的脈動誤差であり、この相対的脈動誤差は変調度の上昇と共にまず負の値に降下し、約１００％の時に最小となり、次に上昇する。

変調度の個々の値に対して四角により示された、第１の補正量と平均センサ空気質量流との比は変調度と共に単調に上昇する。変調度が１００％の時に第１の補正量と平均センサ空気質量流との比の値は約４２％である。この値は、所定の機関回転数に対する逆流閾値に相当する。測定された相対的脈動誤差は、１００％より小さな変調度領域においては、平均センサ空気質量流に対する第１の補正量の第１の線形補正関数として示されている。第１の線形補正関数の比例係数および加算定数は、測定された脈動誤差とそれぞれ所定の機関回転数について比較することにより、また実験により求めることができる。

変調度の個々の値に対して三角により示されているのは第２の補正量である。この第２の補正量は実質的に１００％の変調度から変調度の増大と共に単調に上昇する。相対的脈動誤差はこの場合、第２の補正量と平均センサ空気質量流との比の第２の線形補正関数として示されている。ここでも第２の補正関数の比例係数と加算定数は、測定された脈動誤差とそれぞれ所定の機関回転数について比較することにより、また実験により求めることができる。

従って補正のために１００％以下の変調度では、平均センサ空気質量流から所定の機関回転数に対する第１の線形補正関数の値と、第１の補正量の求められた値と平均センサ空気質量流との比を減算し、平均空気質量流を得る。

１００％以上の変調度での補正、すなわち逆流が存在するときの補正のためには平均センサ空気質量流から所定の機関回転数に対する第２の線形補正関数の値と、第２の補正量の求められた値と平均センサ空気質量流との比を減算し、平均空気質量流を得る。

このようにして簡単かつ迅速に平均センサ空気質量流を平均空気質量流に補正することができる。

図１は、制御装置と、ホットワイヤ空気質量流センサを備える吸気エアチャネルとを有するオットー機関の概略図である。

図２は、図１の空気質量週センサのセンサ空気質量流値を時間について示す線図である。

図３は、所定の機関回転数に対して測定された相対的脈動誤差および補正を変調度の関数として示す線図である。

Claims (17)

1. 内燃機関の吸気管で空気質量流を検出する方法であって、
   順次連続する時点で、空気質量流の絶対値を表わすセンサ空気質量流値を検出し、
   そこから平均センサ空気質量流値を形成する方法において、
   内燃機関の動作工程の所定のセグメントを選択し、
   セグメントの区間で検出されたセンサ空気質量流値を区間平均値に積分し、
   少なくとも２つのセグメント区間の区間平均値を使用して、平均センサ空気質量流に対する補正値を検出し、平均センサ空気質量流と補正値とから補正された平均空気質量流を検出する、ことを特徴とする方法。
2. 逆流が空気質量流に存在するか否かを検出し、
   逆流が存在する場合には、平均センサ空気質量流値の補正値を少なくとも１つのセグメントで検出し、
   当該検出は、第１および第３の区間の区間平均値の和と、第２および第４の区間の区間平均値の和との差に基づいて行い、
   ここで第１の区間は、これがセグメントのセンサ空気質量流値の絶対最大値を含み、および／または４つの区間平均値の最大を含むように選択する、請求項１記載の方法。
3. 逆流の存在を、第１と第３の区間の区間平均値の和を使用して検出する、請求項２記載の方法。
4. 逆流の存在を、第１と第３の区間の区間平均値の和が平均センサ空気質量流に相応する大きさを基準にして所定の第１の閾値を上回るときに検出する、請求項３記載の方法。
5. 逆流の存在を、第１および第３の区間の区間平均値の和と、第２および第４の区間の区間平均値の和との差が、平均センサ空気質量流に相応する大きさを基準にして所定の第２の閾値を上回るときに検出する、請求項３記載の方法。
6. 逆流が存在しない場合、平均センサ空気質量流値の補正値を少なくとも１つのセグメントを介し、第１および第３の区間の区間平均値の和に基づいて検出する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 平均センサ空気質量流を少なくとも１つのセグメントの区間平均値の和から検出する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 補正値を、複数のセグメントと相応する区間平均値とを使用して検出する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 内燃機関の回転数を検出し、セグメントの長さの設定に使用する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. セグメントの位置を、セグメントのセンサ空気質量流値の最大値がセグメントの区間の中央から最小の間隔を有するように決定する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. セグメントの位置を、第１の区間に対する区間平均値が最大であるように決定する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 内燃機関のクランクシャフトまたはカムシャフトの回転角度を表わす角度位置信号を検出し、セグメントの位置および／または長さの設定に使用する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
13. セグメントの長さおよび／または位置を、点火時期または複数の順次連続する点火時期を使用して決定する、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
14. セグメントの長さおよび／または位置を、弁開放時点または複数の順次連続する弁開放時点を使用して決定する、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
15. 内燃機関の制御のために設けられた制御装置を実施のために使用する、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
16. 補正値を特性マップに、内燃機関の少なくとも１つの動作パラメータと平均センサ空気質量流の関数としてファイル、
    内燃機関の動作時に、動作パラメータの値と平均センサ空気質量流を検出し、
    平均空気質量流を、平均センサ空気質量流と、動作パラメータと平均センサ空気質量流に相応して特性マップにファイルされた補正値とに基づいて検出する、請求項１から１５までのいずれか１項記載の方法。
17. セグメントを内燃機関のクランクシャフトのセグメント回転角に相応して選択し、
    前記セグメント回転角は、３６０゜とクランクシャフトの１回転当たりの動作工程数との積を内燃機関の気筒数により割算したものである、請求項１から１６までのいずれか１項記載の方法。

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