JP2009162089A - 内燃機関の吸入空気量演算装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱式吸入空気流量検出装置の発熱抵抗体や感温抵抗体への水の付着により、熱式吸入空気流量検出装置の故障と誤判定してしまうことを回避し、且つ吸気脈動が発生している場合でも内燃機関に吸入される空気量を精度よく検出すること。
【解決手段】熱式吸入空気流量検出装置の出力信号が、所定時間よりも短い時間、吸気脈動を考慮した流量演算値の範囲（上限、下限）外であることを検出した場合には、別途演算した流量演算値を吸入空気量とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関の吸入空気量演算装置に係り、特に、熱式空気流量検出装置を備えた内燃機関の吸入空気量演算装置における熱式吸入空気流量検出装置の水付着対策に関する。

従来より、内燃機関の制御装置では、内燃機関へ吸入する空気流量を検出するため、内燃機関の吸気管に熱式吸入空気流量検出装置を配置し、前記熱式吸入空気流量検出装置によって検出された空気流量を用いて燃料噴射量を制御している。

熱式吸入空気流量検出装置は、吸入空気量を検出するため、内部回路として感温抵抗体や発熱抵抗体を備え、発熱抵抗体を吸気通路中に配置して電流を供給して一定温度に発熱させており、吸入空気による発熱抵抗体の温度低下を補うための供給電流値や、吸入空気による発熱抵抗体周辺の温度分布を検出することにより、吸入空気量を検出している。

自動車等の車輌に搭載される内燃機関は、様々な環境下で使用されるため、雨天時の走行や、水の溜まった路面の走行等によって、吸気通路に、吸入空気と同時に水が吸入されることがある。

このように吸気通路に吸入された水が、熱式吸入空気流量検出装置の発熱抵抗体や、感温抵抗体に付着すると、付着した水の気化による温度低下や、付着した水による一時的な寄生回路の生成により、付着水が気化するまでの間、正常な吸入空気量の検出ができず、吸気流量の検出値に流量検出誤差が発生する。

熱式吸入空気流量検出装置が誤差を含む空気量を検出した場合には、内燃機関の制御装置では、熱式吸入空気流量検出装置の誤差を含む空気量を用いて燃料噴射量を算出するため、実際の空燃比が制御目標空燃比とは異なったものになり、排気性能が低下することになる。

このことに対して、熱式吸入空気流量検出装置の発熱抵抗体や感温抵抗体に、水が付着し難くなるよう、発熱抵抗体や感温抵抗体を設置する通路の構造を工夫することが考えられている（例えば、特許文献１参照）。

また、一般的に、内燃機関の制御装置では、熱式吸入空気流量検出装置の出力信号が、所定時間以上に亘って異常な信号を出力すると、センサ故障と診断し、フェイルセイフ制御が行われている（例えば、特許文献２参照）。

また、熱式吸入空気流量検出装置の発熱抵抗体に水が付着したと思われる場合には、ある時間間隔でのセンサ出力値のうちの最小値を基にして吸入空気量を算出することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。）

特許第３７１６１６３号公報 特開２００６−３２９１３８号公報 特開平７−０７７０９４号公報

しかしながら、通路構造による対策では、水の付着する可能性を低減することはできるが、吸入される水の量が増えれば、水は付着してしまう可能性がある。

また、従来の熱式吸入空気流量検出装置の故障診断では、熱式吸入空気流量検出装置の故障ではないにも拘わらず、故障と誤判定される虞がある。

また、水の付着による流量検出誤差は、水が蒸発した後は、発生しなくなるが、故障診断で故障と判定されると、その後、熱式吸入空気流量検出装置で検出した信号を演算に使わなくなることがある。したがって、水の付着による、短時間の流量検出誤差が発生した場合には、熱式吸入空気流量検出装置の故障と誤判定することなく、また、精度のよい吸入空気量を検出することが望まれる。

しかし、短時間の流量検出誤差を検出しようとする場合には、吸気脈動による吸入空気量の変化と流量検出誤差の判別が難しく、新たな問題になる。

本発明は前記解決しようとする課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、熱式吸入空気流量検出装置の発熱抵抗体や感温抵抗体への水の付着により、熱式吸入空気流量検出装置の故障と誤判定してしまうことを回避し、且つ吸気脈動が発生している場合でも内燃機関に吸入される空気量を精度よく検出することである。

本発明による内燃機関の吸入空気量演算装置は、内燃機関の吸入空気流量に応じた電気信号を出力する熱式空気流量検出装置の出力信号に基づいて吸入空気流量を演算する吸入空気流量演算手段と、前記熱式吸入空気流量検出装置の出力信号が、所定時間よりも短い時間、吸気脈動を考慮した流量演算値の範囲（上限、下限）外であることを検出した場合には、別途演算した流量演算値を吸入空気量とする水付着補正演算手段とを有する。

吸気脈動を考慮した流量演算値の範囲（上限、下限）は、前記熱式吸入空気流量検出装置の発熱抵抗体や、感温抵抗体への水付着の検知精度を上げるため、内燃機関の回転数、絞り弁の開度、バルブ開閉タイミング等、吸気脈動に影響を与えるパラメータのうち、少なくとも１つ以上のパラメータに応じて設定し、吸入空気流量の振れ幅と、演算時における平均流量演算値から演算してよい。また、演算装置における演算負荷を減らすため、当該内燃機関において、最大の流量の振れ幅に応じて前記流量演算値の範囲（上限、下限）を設定してもよい。

さらに、内燃機関の回転数、絞り弁、吸気バルブタイミング等、吸入空気流量に影響を与えるパラメータを使用して、内燃機関の吸入空気流量の定常状態・過渡状態を判定する判定手段を設け、定常状態と過渡状態とで、吸気脈動を考慮した流量演算値の範囲（上限、下限）の算出方法を変えることで、前記熱式吸入空気流量検出装置の発熱抵抗体や、感温抵抗体への水付着の検知精度を上げることができる。

過渡状態と判定した場合は、平均流量が変わっていくことが推定されるため、前記流量演算値の範囲（上限、下限）を、内燃機関の回転数、絞り弁、吸気バルブタイミング等の吸入空気流量に影響を与えるパラメータを使用して計算した推定流量分、拡大する。

定常状態と判定した場合は、脈動によって取り得る流量範囲の変動が少ないため、実際に取り得る流量範囲を計測し、精度のよい流量演算値の範囲（上限、下限）を設定することができる。

但し、この流量演算値の範囲（上限、下限）の演算に使用する吸入空気流量の演算値の正しさを確認するため、定常状態かつ、定常状態になってから熱式吸入空気流量検出装置にて検出された信号が、内燃機関における最大の吸気脈動時の振幅を考慮した流量演算値の範囲内である時間が所定時間以上のである場合に、当該所定時間内における吸入空気流量演算値を用いて、吸入空気流量および流量演算値の範囲を演算し、その後、定常状態と判定されている場合に、吸気脈動を考慮した流量演算値の範囲外であることを検出すれば、前記所定時間内における吸入空気流量演算値を吸入空気量とすればよい。

上述のようにして、前記熱式吸入空気流量検出装置の発熱抵抗体や感温抵抗体への水付着を検知している間の吸入空気流量を、前記熱式吸入空気流量検出装置の出力信号が吸気脈動を考慮した流量範囲外となる前の吸入空気流量の演算値を用いて演算された推定流量とすれば、精度のよい流量検出が可能になる。

また、前記熱式吸入空気流量検出装置の発熱抵抗体や、感温抵抗体への水付着を検知している間に、平均流量が変化することを考慮し、エンジンの回転数、スロットルの開度、バルブ開閉タイミング等、吸気脈動に影響を与えるパラメータのうち、少なくとも１つ以上のパラメータを用いて演算された推定流量を、水付着検知期間の吸入空気流量とすることにより、精度のよい流量検出が可能になる。

前記熱式吸入空気流量検出装置の発熱抵抗体や、感温抵抗体への水付着を検知した後、付着した水が気化すると、熱式吸入空気流量検出装置の出力は正常な値になる。ただし、付着した水の気化には時間がかかるため、前記熱式吸入空気流量検出装置の出力信号が、吸気脈動を考慮した流量演算値の範囲（上限、下限）内になっても、付着した水が気化するまでには時間がかかり、この間、前記熱式吸入空気流量検出装置の出力信号には誤差が発生する。したがって、熱式空気流量検出装置に水が付着してから水が蒸発するまでの時間を元に所定時間と設定し、前記熱式吸入空気流量検出装置にて検出された信号が吸気脈動を考慮した流量演算値の範囲（上限、下限）内になったことを検出した後、所定時間が経過した後に通常の流量演算に戻すことで、精度のよい吸気流量の検出が可能となる。

吸気通路にて吸気脈動が発生している場合でも、熱式吸入空気流量検出装置の発熱抵抗体や感温抵抗体に微量の水が付着していることを的確に検知し、内燃機関に吸入される空気量を精度よく検出できるようになる。

本発明の内燃機関の吸入空気量演算装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明による内燃機関の吸入空気量演算装置において前提となる内燃機関の動作と熱式空気流量検出装置である熱式エアフローセンサのセンサ信号を用いた燃料噴射量制御の概要について説明する。

図１は、ＭＰＩ（多気筒燃料噴射）方式の４気筒内燃機関を示している。以下、本実施形態として、ＭＰＩ方式の４気筒内燃機関について説明するが、本発明は、必ずしもＭＰＩ方式の４気筒内燃機関に限定されるべきものではなく、熱式空気流量検出装置を備える全ての内燃機関（エンジン）に適用できるものである。

吸入空気は、エアクリーナ１に接続された吸気管３、吸入空気流量を調節する絞り弁４を有するスロットルボディ５を通り、コレクタ６に入る。その後、吸入空気は吸気分岐管７によって各気筒に分配され、可変吸気弁８の開弁により燃焼室９内に吸入される。燃焼室９内に吸入される吸入空気流量は、エアクリーナ１の吸気通路側に設けられた熱式エアフローセンサ２によって計測される。スロットルボディ５には絞り弁４の開度を検出するスロット開度センサ２３が設けられている。可変吸気弁８のカム軸（図示省略）には、カム軸の回転角を検出するカム角センサ２４が設けられている。

燃料は、燃料タンク１０から燃料ポンプ１１で吸引、加圧され、プレッシャレギュレータ１２により一定圧力に調圧され、吸気管３に設けられたインジェクタ１３から、吸気分岐管７内に噴射される。

燃焼室９においては、点火プラグ１４により、吸気分岐管７において混合された空気と燃料との混合気に点火が行われ、燃料が燃焼する。各燃焼室９内での燃料の燃焼により生じた既燃焼ガス、つまり排気ガスは、排気管１６を通過し、触媒１７によって浄化され、エンジン外へ排出される。排気管１６には空燃比センサ２０が設けられている。

クランク軸には、クランク軸の回転角（クランク角）を検出するクランク角センサ１９が設けられている。

この種のエンジンでは、燃焼室９に設けられているピストン３５の上下運動の周期で発生する空気圧力の振動と、吸気管３の固有振動数による振動の共鳴により、熱式エアフローセンサ２部分を通過する吸入空気に脈動が発生することが知られている。

コントロールユニット（ＥＣＵ）４０は、電子制御式のものであり、スタータスイッチ２２を介したバッテリ２６からの電力供給により動作する。コントロールユニット１８は、エンジンに設置された各種センサの出力値や、エンジンを設置された車両の運転手の操作情報を検出するセンサの出力値を、Ａ／Ｄ変換器によりディジタル値に変換し、ディジタル演算処理を行い、演算結果を制御信号として各アクチュエータへ出力することにより、各アクチュエータを制御する。

コントロールユニット４０は、詳細には、図２に示されているように、電源ＩＣ４１と、ＣＰＵ、入出力インタフェース等を含むＬＳＩ４２とにより構成されている。ＬＳＩ４２は、熱式エアフローセンサ２、クランク角度センサ１９、空燃比センサ２０、スロット開度センサ２３，カム角センサ２４、アクセル開度センサ２５、イグニッションスイッチ２１、スタータスイッチ２２の各々よりセンサ信号、スイッチ信号を入力しこれらの入力信号に基づいて燃料噴射量、点火時期等を演算し、燃料ポンプ１１、インジェクタ１３、点火時期制御を行うパワートランジスタ３６へ駆動指令信号を出力する。

次に、ＬＳＩ４２が行う燃料噴射量演算（基本例）について、図３を用いて説明する。
ＬＳＩ４２は、燃料噴射量演算手段として、電圧−流量変換部５１と、燃料噴射パルス幅演算部５２とを有する。

電圧−流量変換部５１は、熱式エアフローセンサ２の出力電圧に相当するディジタル値ＡＦＳＶを入力し、当該ディジタル値ＡＦＳＶを、予めに記憶されている電圧−流量変換テーブルを用いて吸入空気流量を表すディジタル値（以下、吸入空気流量と略称する）Ｑに変換する。

燃料噴射パルス幅演算部５２は、吸入空気流量Ｑとエンジン回転数を表すディジタル値以下、エンジン回転数と略称する）ＮＥとを入力し、所定の制御則に従って、燃焼室９の充填効率に相当する燃料噴射パルス幅を表すディジタル値（以下、燃料噴射パルス幅と略称する）ＴＰを演算する。ＬＳＩ４２は、この燃料噴射パルス幅ＴＰによる制御指令信号をインジェクタ１３に出力することにより、燃料噴射量を制御する。

熱式エアフローセンサ２の動作原理と、熱式エアフローセンサ２の発熱抵抗体６０や感温抵抗体６１に水が付着した際のセンサ出力特性について説明する。

なお、以下では、一つの実施形態として、熱式エアフローセンサの一例について説明するが、本発明は、必ずしも以下に説明する熱式エアフローセンサに限定されるものではなく、熱を利用して吸入空気量を検知し、水の付着により検出流量信号に誤差が発生する全ての熱式吸入空気流量検出装置を含むものである。

吸気管３に設置された熱式エアフローセンサ２は、図４に示されているように、吸気管３を流れる吸入空気の一部が流れるバイパス通路６３を備えており、その内部に発熱抵抗体６０と感温抵抗体６１を有している。熱式エアフローセンサ２は、発熱抵抗体６０と感温抵抗体６１と二つの抵抗体６４、６５によるブリッジ回路によりフィードバック回路を構成しており、ブリッジ回路の中点６６、６７の電圧をコンパレータ６８により比較し、比較結果に基づいてパワートランジスタ６６を動作させ、発熱抵抗体６０と感温抵抗体６１の温度差が常に一定になるように制御される。

吸入空気量によって発熱抵抗体６０が冷却されると、発熱抵抗体６０と感温抵抗体６１の温度差が一定となるよう、電源６８よりパワートランジスタ６６を介して発熱抵抗体６０に流れる電流が増え、出力電圧Ｖｏｕｔが増幅される。この動作原理のもとに、熱式エアフローセンサ２は吸入空気流量に応じた電圧（電気信号）を出力する。

発熱抵抗体６０に水が付着した場合の熱式エアフローセンサの出力波形を図５に示す。時点ａにて発熱抵抗体６０に水が付着すると、発熱抵抗体の温度が低下するため、フィードバック回路により、発熱抵抗体６０に流れる電流が増える。これにより、発熱抵抗体６０に水が付着した場合の熱式エアフローセンサ２の出力ＡＦｗが増大する。出力ＡＦｗは、同一吸入空気量でも、水が付着しない場合の熱式エアフローセンサ２の出力ＡＦｎに比べ大きく、大きなプラス誤差（流量検出誤差ｅ）が発生する。

その後、時間が経過し、発熱抵抗体６０に付着した水が気化し、時点ｔｂにて、水の付着による発熱抵抗体６０の温度低下がなくなると、水が付着した場合の熱式エアフローセンサ２の出力ＡＦｗは、水が付着しない場合の熱式エアフローセンサ２の出力ＡＦｎと同じ値になる。

なお、実際には、吸気と同時に吸入される水は飛散し、発熱抵抗体６０や感温抵抗体６１への水の付着が繰り返されるので、図５に示す熱式エアフローセンサ２の出力異常の重ね合わせとなる。また、付着する水の量と含有する成分によっては、水の電気伝導により、発熱抵抗体６０の前後や発熱抵抗体６０と接地部との間に寄生回路が生成され、一時的な出力が発信し、過大もしくは過小な流量検出誤差が発生する可能性がある。

前述したように、エンジンの燃料噴射量（燃料噴射パルス幅ＴＰ）は、熱式エアフローセンサ２の出力信号を基に演算されるため、上述の流量検出誤差ｅが発生すると、燃料噴射パルス幅ＴＰの演算に誤差が発生し、結果として、インジェクタ１３が噴射する燃料噴射量に誤差が発生し、適正な空燃比制御が行われなくなり、排気性能が低下する。このようなことから、熱式エアフローセンサ２の流量検出誤差を発生を抑えることが望まれる。

図６は、本実施形態の燃料噴射量演算手段の概要を示す。燃料噴射量演算手段５０は、ＬＳ４２によって具現化されるものであり、図３に示されている電圧−流量変換部５１と、燃料噴射パルス幅演算部５２と同様の電圧−流量変換部５１、燃料噴射パルス幅演算部５２に加えて、水付着誤差補正部（水付着補正演算手段）５３を有する。

水付着誤差補正部５３は、熱式エアフローセンサ２の発熱抵抗体６０や感温抵抗体６１に対する水付着を検知し、吸入空気流量Ｑの水付着誤差補正演算を行い、補正後の吸入空気流量を示すディジタル値（以下、補正吸入空気流量と略称する）Ｑｃを燃料噴射パルス幅演算部５２に渡す。

具体的には、水付着誤差補正部５３は、熱式エアフローセンサ２の出力信号（吸入空気流量Ｑ）が、所定時間よりも短い時間、吸気脈動を考慮した流量演算値の範囲外であることを検出した場合には、別途演算した流量演算値を吸入空気量とする。

水付着誤差補正部５３の詳細（実施形態１）を、図７を参照して説明する。水付着誤差補正部５３は、Ｑ変動率演算部８０と、平均流量演算部８１と、クライテリア演算部８２と、水付着判定・信号選択部８３とを有する。

Ｑ変動率演算部８０は、当該エンジンにおいて、エンジン回転数ＮＥとスロットル開度を表すディジタル値（以下、スロットル開度と略称する）ＴＨに応じた吸気脈動における吸入空気流量Ｑの平均値に対する変動率Ｍａを、予めマップとして記憶しており、使用する際には、変動率マップからエンジン回転数ＮＥとスロットル開度ＴＨに応じた変動率Ｍａを読み出し演算する。

なお、本実施形態では、エンジン回転数ＮＥとスロットル開度ＴＨに応じた、吸入空気流量Ｑの平均値に対する変動率Ｍａをマップとして記憶しておくことにしているが、エンジン回転数ＮＥ、スロットル開度ＴＨの代わりに、バルブ開閉タイミング等、吸気脈動の大きさに影響を与える他のパラメータを使用してもよい。

平均流量演算部８１は、補正吸入空気流量Ｑｃを加重平均処理により平均化した平均化吸入空気流量Ｑｍを算出する。

クライテリア演算部８２は、変動率Ｍａと平均化吸入空気流量Ｑｍとを入力し、下記演算を行い、吸気脈動による吸入空気量の信号振れを考慮したクライテリア上限値ＣｒＡ、クライテリア下限値ＣｒＢを演算する。
ＣｒＡ ＝ Ｑｍ＋Ｑｍ・Ｍａ＋Ｃｍ
ＣｒＢ ＝ Ｑｍ−Ｑｍ・Ｍａ−Ｃｍ
ここで、Ｃｍは、誤検知防止の為の余裕分である。

水付着判定・信号選択演算部８３は、補正演算値Ｑｒｅｐを平均化吸入空気流量Ｑｍとして、図８に示すルーチンに従って演算処理を行い、補正吸入空気流量Ｑｃを算出する。

つぎ、図８に示す演算処理ルーチンについて説明する。まず、吸入空気流量Ｑがクライテリア演算のクライテリア上限値ＣｒＡとクライテリア下限値ＣｒＢとの間の値であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。吸入空気流量Ｑがクライテリア上限値ＣｒＡと下限値Ｃｒとの間の値であれば（ステップＳ１０１肯定）、誤差判定時間カウントＥＲＲｔｉｍｅを０とし（ステップＳ１０２）、推定値使用カウントＥＳＴｃｎｔをデクリメントする（ステップＳ１０３）。この際、推定値使用カウントＥＳＴｃｎｔは、０であれば、０のままとする。推定値使用カウントＥＳＴｃｎｔは負の値にならない。

次に、推定値使用カウントＥＳＴｃｎｔが０であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。推定値使用カウントＥＳＴｃｎｔが０であれば、補正吸入空気流量Ｑｃに吸入空気流量Ｑを代入し（ステップＳ１０５）、ルーチンを終了する。これに対し、推定値使用カウントＥＳＴｃｎｔが０でなければ、補正吸入空気流量Ｑｃに補正演算値Ｑｒｅｐを代入し（ステップＳ１０６）、ルーチンを終了する。

吸入空気流量Ｑがクライテリア上限値ＣｒＡと下限値Ｃｒとの間の値でない場合には（ステップＳ１０１否定）、推定値使用カウントＥＲＲｔｉｍｅをインクリメントする（ステップＳ１０７）。

次に、推定値使用カウントＥＲＲｔｉｍｅと水付着判定所定時間Ｃｔｉｍｅとを比較し（ステップＳ１０８）、ＥＲＲｔｉｍｅ＞Ｃｔｉｍｅであれば、水付着ではないと判定し、補正吸入空気流量Ｑｃの補正演算値Ｑｒｅｐへの置き換えを行わず、補正吸入空気流量Ｑｃに吸入空気流量Ｑを代入し（ステップＳ１０５）、ルーチンを終了する。

これに対し、ＥＲＲｔｉｍｅ＞Ｃｔｉｍｅでない場合には、推定値使用カウントＥＳＴｃｎｔに所定値Ｃ１を代入する（ステップＳ１０９）。ここで、所定値Ｃ１は、熱式エアフローセンサ２に水が付着し、流量検出値にエラーが発生した後、エラーを含む吸入空気流量Ｑがクライテリア上限値ＣｒＡあるいはクライテリア下限値ＣｒＢまでエラーが減少した時間から、エラーを含まないときの正常な吸入空気流量Ｑの値になるまでの時間を予め測定し、この測定の結果に基づいて設定する。その後、補正吸入空気流量Ｑｃに補正演算値Ｑｒｅｐを代入し（ステップＳ１０６）、ルーチンを終了する。

以上の処理により、熱式エアフローセンサ２の発熱抵抗体６０や感温抵抗体６１への水の付着により、熱式エアフローセンサ２が故障と誤判定してしまうことを回避し、吸気脈動が発生している場合でも、エンジンに吸入される空気量を精度よく検出することができる。

つぎに、もう一つの実施形態による水付着誤差補正部５３の詳細（実施形態２）を、図９を参照して説明する。水付着誤差補正部５３は、流量推定演算部９５と、平均流量演算部８１と、クライテリア演算部８２と、水付着判定・信号選択部８３とを有する。

流量推定演算部９５は推定流量Ｑｅを演算する。この推定流量Ｑｅの演算は、当該エンジンにおいて、エンジン回転数ＮＥとスロットル開度ＴＨに応じた吸入空気流量Ｑの平均値をマップとして予め記憶しておき、当該マップから、エンジン回転数ＮＥ、スロットル開度ＴＨに応じた吸入空気流量Ｑの平均値を検索し、これを推定流量Ｑｅとする。

なお、本実施例では、エンジン回転数ＮＥとスロットル開度ＴＨに応じた吸入空気流量ＱＱの平均値をマップとしておくことにしているが、エンジン回転数ＮＥ、スロットル開度ＴＨの代わりに、バルブ開閉タイミング等、吸気脈動の大きさに影響を与える他のパラメータを使用してもよい。

平均流量演算部８１は、実施形態１の平均流量演算部８１と同等のものであり、実施形態１と同様の演算処理により、平均化吸入空気流量Ｑｍを演算する。

クライテリア演算部８２は、実施形態１のクライテリア演算部８２と同等のものであり、実施形態１と同様の演算処理により、クライテリア上限値ＣｒＡと、クライテリア下限値ＣｒＢを演算する。但し、演算に用いる変動率Ｍａは、予め測定した当該エンジンにおける吸入空気流量Ｑの平均値に対する変動率の最大値Ｍａｍａｘを設定する。

水付着判定・信号選択演算部８３は、補正演算値Ｑｒｅｐを推定流量Ｑｅとして、実施形態１と同様の演算処理（図８のルーチン）を行うことで、補正吸入空気流量Ｑｃを演算する。

これにより、実施形態２でも、熱式エアフローセンサ２の発熱抵抗体６０や感温抵抗体６１への水の付着により、熱式エアフローセンサ２が故障と誤判定してしまうことを回避し、吸気脈動が発生している場合でも、エンジンに吸入される空気量を精度よく検出することができる。

つぎに、水付着誤差補正の実施形態３を、図１０に示されているフローチャートを参照して説明する。

まず、定常・過渡判定のために、スロットル開度ＴＨの所定時間における変化量ΔＴＨと、所定値Ｃ２との大小を比較する（ステップＳ１２１）。当該ステップＳ１２１が定常・過渡判定手段をなす。

変化量ΔＴＨが所定値Ｃ２よりも大きい場合には、吸入空気量が過渡状態であると判定し、定常判定カウントＳＴｃｎｔを０とし（ステップＳ１２２）、過渡状態用演算手段５３Ａによって補正演算処理を行う（ステップＳ１２３）。

これに対し、変化量ΔＴＨが所定値Ｃ２未満の場合には、定常判定カウントＳＴｃｎｔをインクリメントし（ステップＳ１２４）、定常判定カウントＳＴｃｎｔと所定値Ｃ３の大小を比較する。定常判定カウントＳＴｃｎｔが所定値Ｃ３よりも大きい場合には、吸入空気量が定常状態になってから所定時間が経過したと判定し、定常状態用演算手段５３Ｂによって補正演算処理を行う（ステップＳ１２５）。

これに対し、定常判定カウントＳＴｃｎｔが所定値Ｃ３未満である場合には、吸入空気量が定常状態になってから所定時間がまだ経過していないと判定し、過渡状態用演算手段５３Ａによって補正演算処理を行う（ステップＳ１２３）。

以上の処理を繰り返し行うことで、吸入空気量の定常状態・過渡状態に応じた補正を実施する。

なお、本実施例では、吸入空気量の定常状態・過渡状態の判定に、スロットル開度ＴＨを使用しているが、スロットル開度ＴＨの代わりに、バルブ開閉タイミング等、吸気脈動の大きさに影響を与える他のパラメータを使用してもよい。

また、本実施形態では、吸入空気量が過渡状態であると判定された場合には、過渡状態用演算手段５３Ｂによる補正演算処理を行っているが、過渡状態では、吸入空気量の異常を検知することが難しいため、吸入空気量の過渡状態判定時には、補正吸入空気流量Ｑｃに吸入空気流量Ｑを代入する通常処理としてもよい。

過渡状態用演算手段５３Ａの詳細を、図１１を参照して説明する。過渡状態用演算手段５３Ａは、流量推定演算部９５と、Ｑ変動率演算部８０と、平均流量演算部８１と、クライテリア演算部９６と、水付着判定・信号選択演算部８３とを有する
流量推定演算部９５は、実施形態２の流量推定演算部９５と同等のものであり、実施形態２と同様の演算処理を行い、推定流量Ｑｅを算出する。

Ｑ変動率演部算部８０は、実施形態１のＱ変動率演部算部８０と同等のものであり、実施形態１と同様の演算処理により変動率Ｍａを算出する。

平均流量演算部８１は、実施形態１の平均流量演算部８１と同等のものであり、実施形態１と同様の演算処理により平均流量Ｑｍ８６を算出する。

クライテリア演算部９６は、推定流量Ｑｅと変動率Ｍａと平均流量Ｑｍとを入力し、下記演算を行い、吸気脈動による吸入空気量の信号振れ、および平均吸入空気量の変化を考慮したクライテリア上限値ＣｒＡ、クライテリア下限値ＣｒＢを演算する。
ＣｒＡ ＝ Ｑｍ＋Ｑｍ・Ｍａ＋Ｃｍ＋Ｑｅ
ＣｒＢ ＝ Ｑｍ−Ｑｍ・Ｍａ−Ｃｍ＋Ｑｅ
ここで、Ｃｍは誤検知防止のための余裕分である。

水付着判定・信号選択演算８３は、補正演算値Ｑｒｅｐを平均化吸入空気流量Ｑｍとして、実施形態１と同様の演算処理（図８のルーチン）を行い、補正吸入空気流量Ｑｃを演算する。

このように、過渡状態用演算手段５３Ａは、過渡状態判定時には、クライテリア上限値ＣｒＡ、クライテリア下限値ＣｒＢ、つまり流量演算値の範囲（上限、下限）を、エンジン回転数、絞り弁、吸気バルブタイミング等の吸入空気流量に影響を与えるパラメータを使用して計算した推定流量Ｑｅ分、拡大する。

つぎに、定常状態用演算手段５３Ｂの詳細を、図１２を参照して説明する。定常状態用演算手段５３Ｂは、エアフロー検出空気流量ＭＡＸ・ＭＩＮ値演算部９７と、平均流量演算部８１と、クライテリア演算部９８と、水付着判定・信号選択演算部８３とを有する。

エアフロー検出空気流量ＭＡＸ・ＭＩＮ値演算部９７は、吸入空気流量Ｑの値を所定の時間記憶しておき、記憶した値の中で最も大きい値をＱｍａｘ、最も小さい値をＱｍｉｎとする。

クライテリア演算部９８は、最大値Ｑｍａｘに水付着の誤検知防止のためのマージンを足してクライテリア上限値ＣｒＡを算出し、最小値Ｑｍｉｎに水付着の誤検知防止のためのマージンを足してクライテリア下限値ＣｒＢを算出する。

平均流量演算部８１は、実施形態１の平均流量演算部８１と同等のものであり、実施形態１と同様の演算処理により、平均化吸入空気流量Ｑｍを演算する。

水付着判定・信号選択演算部８３は、補正演算値Ｑｒｅｐを平均化吸入空気流量Ｑｍとして、実施形態１と同様の演算処理（図８のルーチン）を行い、補正吸入空気流量Ｑｃを演算する。

以上の処理により、本実施形態でも、熱式エアフローセンサ２の発熱抵抗体６０や感温抵抗体６１への水の付着により、熱式エアフローセンサ２が故障と誤判定してしまうことを回避し、吸気脈動が発生している場合でも、エンジンに吸入される空気量を精度よく検出することができる。

なお、本実施形態では、吸入空気量が過渡状態であると判定された場合には、過渡状態用演算手段５３Ｂによる補正演算処理を行っているが、過渡状態では、吸入空気量の異常を検知することが難しいため、吸入空気量の過渡状態判定時には、補正吸入空気流量Ｑｃに吸入空気流量Ｑを代入する通常処理としてもよい。つまり、過渡状態判定時には熱式エアフローセンサ２の出力信号による吸入空気流量をそのまま吸入空気流量とする。

図１３は、本発明のエンジン制御装置による効果のイメージを示す特性グラフである。吸入空気流量Ｑの値に応じて各時間毎に、クライテリア上限値ＣｒＡとクライテリア下限値ＣｒＢが算出される。

時点ｔ１から時点ｔ２の所定時間Ｃｔｉｍｅよりも短い検出流量の異常時には、異常な出力が出力されている間、推定流量Ｑｅを用いて補正吸入空気流量Ｑｃを算出する。これにより、故障の誤検出を回避すると共に、精度よく吸入空気流量を検出することができる。

これに対し、時点ｔ３以降に示すように、検出流量が異常値となっている時間が所定時間Ｃｔｉｍｅよりも長い場合には、時点ｔ４で、水の付着による異常ではないと判定し、正吸入空気流量Ｑｃを吸入空気流量Ｑの値として算出する。これにより、検出流量が異常値となっている時間が所定時間Ｃｔｉｍｅよりも長い場合には従来のエアフローセンサ故障診断にて故障判定が行われる。

熱式エアフローセンサを採用したエンジンにおいて、熱式エアフローセンサ設置部分に水が飛散する可能性がある場合、本発明は、非常に有効であり、利用される可能性が高い。

本発明よるエンジン制御装置が適用される内燃機関システムを示す全体構成図。 エンジン制御装置の一つの実施形態を示すブロック図。 燃料噴射量演算手段（基本例）を示すブロック図。 熱式エアフローセンサの電気回路図。 水付着時の熱式エアフローセンサの出力波形例を示すグラフ。 本発明によるエンジン制御装置の噴射量演算手段の一つの実施形態を示すブロック図。 本発明によるエンジン制御装置の実施形態１の詳細を示すブロック図。 実施形態１による水付着判定・信号選択ルーチンを示すフローチャート。 本発明によるエンジン制御装置の実施形態２の詳細を示すブロック図。 本発明によるエンジン制御装置の実施形態３を示すフローチャート。 実施形態３のエンジン制御装置の定常状態用演算手段の詳細を示すブロック図。 実施形態３のエンジン制御装置の過渡状態用演算手段の詳細を示すブロック図。 発明のエンジン制御装置による効果のイメージを示す特性グラフ。

符号の説明

１ エアクリーナ
２ 熱式エアフローセンサ
３ 吸気管
４ 絞り弁
１３ インジェクタ
１９ クランク角度センサ
２３ スロット開度センサ
４０ コントロールユニット
５１ 電圧−流量変換部
５２ 燃料噴射パルス幅演算部
５３ 水付着誤差補正部
６０ 発熱抵抗体
６１ 感温抵抗体
８０ Ｑ変動率演算部
８１ 平均流量演算部
８２ クライテリア演算部
８３ 水付着判定・信号選択部
９５ 流量推定演算部
９６ クライテリア演算部
９７ エアフロー検出空気流量ＭＡＸ・ＭＩＮ値演算部
９８ クライテリア演算部

Claims (11)

1. 内燃機関の吸入空気流量に応じた電気信号を出力する熱式空気流量検出装置の出力信号に基づいて吸入空気流量を演算する吸入空気流量演算手段と、
   前記熱式吸入空気流量検出装置の出力信号が、所定時間よりも短い時間、吸気脈動を考慮した流量演算値の範囲（上限、下限）外であることを検出した場合には、別途演算した流量演算値を吸入空気量とする水付着補正演算手段と、
   を有することを特徴とする内燃機関の吸入空気量演算装置。
2. 前記水付着補正演算手段は、前記吸気脈動を考慮した流量演算値の上限、下限を、吸入空気流量の平均流量演算値と、吸入空気流量の平均値に対する振れ幅から演算することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量演算装置。
3. 前記水付着補正演算手段は、前記吸入空気流量の振れ幅を、内燃機関の回転数、絞り弁の開度、バルブ開閉タイミング等、吸気脈動に影響を与えるパラメータのうち、少なくとも１つ以上のパラメータに応じて設定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸入空気量演算装置。
4. 前記水付着補正演算手段は、前記吸気脈動を考慮した流量演算値の上限、下限を、当該内燃機関において想定される吸入空気流量の最大振れ幅に応じて設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量演算装置。
5. 内燃機関の回転数、絞り弁、吸気バルブタイミング等の吸入空気流量に影響を与えるパラメータを使用して内燃機関の吸入空気流量の定常状態・過渡状態を判定する定常・過渡判定手段を備え、
   前記水付着補正演算手段は、前記定常・過渡判定手段が過渡状態と判定した場合には、前記流量演算値の範囲（上限、下限）を、内燃機関の回転数、絞り弁、吸気バルブタイミング等の吸入空気流量に影響を与えるパラメータを使用して計算した推定流量分、拡大することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の吸入空気量演算装置。
6. 内燃機関の回転数、絞り弁、吸気バルブタイミング等の吸入空気流量に影響を与えるパラメータを使用して内燃機関の吸入空気流量の定常状態・過渡状態を判定する定常・過渡判定手段を備え、
   前記水付着補正演算手段は、前記定常・過渡判定手段が過渡状態と判定した場合には、前記熱式吸入空気流量検出装置の出力信号による吸入空気流量をそのまま吸入空気流量とすることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の吸入空気量演算装置。
7. 内燃機関の回転数、絞り弁、吸気バルブタイミング等の吸入空気流量に影響を与えるパラメータを使用して内燃機関の吸入空気流量の定常状態・過渡状態を判定する定常・過渡判定手段を備え、
   前記水付着補正演算手段は、前記定常・過渡判定手段が定常状態と判定した場合には、前記吸気脈動を考慮した流量演算値の上限、下限を、所定時間における吸入空気流量の最大値と最小値を用いて設定することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の吸入空気量演算装置。
8. 前記水付着補正演算手段は、前記熱式吸入空気流量検出装置の出力信号が、前記吸気脈動を考慮した流量演算値の範囲（上限、下限）外となる前の吸入空気流量の演算値を用いて演算した推定流量を、前記別途演算した流量演算値とすることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の吸入空気量演算装置。
9. 前記水付着補正演算手段は、内燃機関の回転数、絞り弁の開度、バルブ開閉タイミング等、吸気脈動に影響を与えるパラメータのうち、少なくとも１つ以上のパラメータを用いて前記推定流量を演算することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の吸入空気量演算装置。
10. 前記水付着補正演算手段は、前記熱式吸入空気流量検出装置の出力信号が前記吸気脈動を考慮した流量演算値の範囲（上限、下限）外であることを検出した場合、所定時間が経過した後に通常の流量演算に戻すことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の内燃機関の吸入空気量演算装置。
11. 前記水付着補正演算手段は、前記所定時間を、熱式空気流量検出装置に水が付着してから水が蒸発するまでの時間に基づいて設定していることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の吸入空気量演算装置。

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