JP2789970B2

JP2789970B2 - 車両の空気密度判定装置

Info

Publication number: JP2789970B2
Application number: JP30401892A
Authority: JP
Inventors: 俊成永井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-11-13
Filing date: 1992-11-13
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: JPH06146990A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両の空気密度判定装置
に係り、特にスロットル開度等から基準吸入空気量を計
算し、実際の吸入空気量と比較することで空気密度を判
定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両に搭載されている内燃機関の吸入空
気量は、空気密度に依存し、同じスロットル開度でも高
地の大気圧の低い所では空気密度が小さく吸入空気量が
少なくなり、内燃機関の出力が低下してしまう。そこ
で、従来より機関回転数とスロットル開度でマップを参
照して基準吸入空気量を算出し、この基準吸入空気量と
エアフローメータから求めた実際の吸入空気量とを比較
して空気密度を判定するようにした車両の空気密度判定
装置が知られている（特開平３−１８５２５０号公
報）。

【０００３】なお、空気密度は大気圧だけでなく、大気
温（吸気温）によっても変化する。すなわち、内燃機関
で発生した熱により吸気管が暖められると、吸入空気は
機関燃焼室へ流入する途中で吸気管を介して加熱されて
膨脹するため、続いて吸入される空気が膨脹分吸入され
なくなる。

【０００４】従って、従来装置では、吸気温を吸気温セ
ンサにより検出し、検出した吸気温も加味して空気密度
の判定を行なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の従来
の空気密度判定装置では、吸気温センサが必要であるた
め、装置が若干高価になってしまう。また、従来は暖機
状態にある内燃機関の始動時には、大気温と機関燃焼室
へ流入される吸入空気温とが大きく異なるにも拘らず、
冷間始動時と同様にして空気密度の学習値の更新を行な
っていたため、空気密度の判定結果の信頼性が乏しく、
始動性に悪影響を与えている。

【０００６】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
冷間始動時に大なるゲインで空気密度の学習値の更新を
行なうことにより、上記の課題を解決した車両の空気密
度判定装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、図１の原理構成図に示すように、内燃機関１
０の吸気通路１１に設けられたスロットルバルブ１２の
スロットル開度を含む吸気通路１１の開度と機関回転数
とから算出手段１３により基準吸入空気量を算出し、エ
アフローメータ１４の出力信号に基づいて得た実際の吸
入空気量と上記基準吸入空気量とを判定手段１５により
比較して空気密度の学習値の更新を行なう装置におい
て、前記内燃機関の冷間始動を検出する冷間始動検出手
段１６と制御手段１７とを有するようにしたものであ
る。ここで、上記制御手段１７は冷間始動の検出時は該
冷間始動以外のときよりも判定手段１５による空気密度
の学習値の更新幅を大に変更制御する。

【０００８】

【作用】本発明では吸気温が大気温にほぼ等しい冷間始
動時には、空気密度の学習値として適正な値が得られる
よう吸気通路１１の開度と機関回転数とに基づいて算出
された基準吸入空気量を用いた空気密度の学習値の更新
を、冷間始動時に更新幅を大にして積極的に学習する。
これにより、吸気温センサを用いなくとも、より正確な
空気密度の判定ができる。

【０００９】

【実施例】図２は本発明の一実施例のシステム構成図を
示す。本実施例は内燃機関１０として多気筒火花点火式
内燃機関（エンジン）に適用した例で、図２には任意の
二気筒の構造断面等を示しており、後述するマイクロコ
ンピュータ２１によってシステム各部が制御される。

【００１０】図２において、エンジンブロック２２内に
図中、上下方向に往復運動するピストン２３ａ，２３ｂ
が収納され、また燃焼室２４ａ，２４ｂが吸気弁２６
ａ，２６ｂを介してインテークマニホルド２５ａ，２５
ｂに連通される一方、排気弁２７ａ，２７ｂを介してエ
キゾーストマニホルド２８ａ，２８ｂに連通されてい
る。また、燃焼室２４ａ，２４ｂにプラグギャップが突
出するように点火プラグ２９ａ，２９ｂが設けられてい
る。

【００１１】インテークマニホルド２５ａ，２５ｂの上
流側はサージタンク３０を介して各気筒共通に吸気管３
１に連通されている。この吸気管３１内にはスロットル
バルブ３３（前記スロットルバルブ１２に相当）、エア
フローメータ３２（前記エアフローメータ１４に相当）
が夫々設けられている。スロットルバルブ３３はアクセ
ルペダルに連動してスロットル開度が調整される構成と
されており、またそのスロットル開度はスロットルポジ
ションセンサ３４により検出される構成とされている。

【００１２】また、スロットルバルブ３３を迂回し、か
つ、スロットルバルブ３３の上流側と下流側とを連通す
るバイパス通路３６が設けられ、そのバイパス通路３６
の途中に例えばソレノイドによって開弁度が制御される
アイドル・スピード・コントロール・バルブ（ＩＳＣ
Ｖ）３７が取付けられている。

【００１３】３８ａ，３８ｂは燃料噴射弁で、インテー
クマニホルド２５ａ，２５ｂを通る空気流中に、後述の
マイクロコンピュータ２１の指示に従い、燃料を噴射す
る。また、酸素濃度検出センサ（Ｏ₂センサ）３９ａ，
３９ｂはエキゾーストマニホルド２８ａ，２８ｂを一部
貫通突出するように設けられ、三元触媒４３に入る前の
排気ガス中の酸素濃度を検出する。４０は水温センサ
で、エンジンブロック２２を貫通して一部がウォータジ
ャケット内に突出するように設けられており、エンジン
冷却水の水温を検出する。

【００１４】また、４１はディストリビュータで、エン
ジンクランクシャフトの基準位置検出信号を発生する気
筒判別センサと、エンジン回転数信号を例えば３０°Ｃ
Ａ毎に発生する回転角センサ（図３に４２で示す）とを
有している。なお、エキゾーストマニホルド２８ａ，２
８ｂの下流側には三元触媒４３が設けられている。

【００１５】マイクロコンピュータ２１は前記した算出
手段１３，判定手段１５，冷間始動検出手段１６及び制
御手段１７をソフトウェア処理により実現する制御装置
で、図３に示す如き公知のハードウェア構成を有してい
る。同図中、図２と同一構成部分には同一符号を付し、
その説明を省略する。図３において、マイクロコンピュ
ータ２１は中央処理装置（ＣＰＵ）５０，処理プログラ
ムを格納したリード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）５１，
作業領域として使用されるランダム・アクセス・メモリ
（ＲＡＭ）５２，エンジン停止後もデータを保持するバ
ックアップＲＡＭ５３，マルチプレクサ付きインタフェ
ース回路５４，Ａ／Ｄコンバータ５６及び入出力インタ
フェース回路５５などから構成されており、それらはバ
ス５７を介して接続されている。

【００１６】入力インタフェース回路５４はエアフロー
メータ３２からの吸入空気量検出信号、スロットルポジ
ションセンサ３４からの検出信号、Ｏ₂センサ３９ａ，
３９ｂからの酸素濃度検出信号、水温センサ４０からの
検出信号などからなる並列入力信号を順次切換えて取り
込み、それを時系列的に合成して直列信号として単一の
Ａ／Ｄコンバータ５６に入力してアナログ・ディジタル
変換させ、バス５７へ順次送出させる。

【００１７】入出力インタフェース回路５５はスロット
ルポジションセンサ３４からの検出信号、回転角センサ
４２からの信号、スタータ信号４４などが並列に入力さ
れて、夫々信号処理を施してバス５７を介してＣＰＵ５
０へ入力する一方、バス５７から入力された各信号を夫
々信号処理して燃料噴射弁３８ａ，３８ｂ，ＩＳＣＶ３
７へ選択的に送出してそれらを制御する。

【００１８】次に算出手段１３，判定手段１５，冷間始
動検出手段１６及び制御手段１７を実現する大気圧補正
値算出ルーチンについて説明する。図４は大気圧補正値
ＫＰＡ算出ルーチンの一実施例のフローチャートを示
す。この大気圧補正値ＫＰＡ算出ルーチンが所定周期で
起動されると、ＣＰＵ５０はまずスタータ信号４４が入
力されているか否かにより、始動時であるか否か判定す
る（ステップ１０１）。始動中（スタータ信号４４入力
中）のときは水温センサ４０の出力水温検出信号に基づ
き、エンジン冷却水温が所定値以下の冷却時であるか否
か判定される（ステップ１０２）。

【００１９】上記のステップ１０１及び１０２の両条件
をすべて満足するとき、すなわち冷間始動時には、後述
の空気密度の学習値である大気圧補正値ＫＰＡの更新幅
αを通常時の３倍の値に変更する（ステップ１０３）。
これは始動時は短期間であるので、学習速度を上げるた
めである。また、始動時に後述の大気圧補正値ＫＰＡを
高速に学習するのには、始動直後は前回の大気圧補正値
ＫＰＡがバックアップＲＡＭ５３から読み出されて始動
時燃料噴射量ＴＡＵＳＴの算出に用いられるため、前回
の大気温と今回の大気温が大きく異なるときは大気圧補
正値ＫＰＡが不適当な値となり、始動時のドライバビリ
ティや始動性を損うからである。

【００２０】更に、冷間始動時に学習速度を上げるの
は、暖機時に始動されたときには、機関燃焼室へ流入さ
れる吸入空気が吸気管などに加熱されて大気温より高温
となるが、冷間始動時は機関燃焼室へ流入される吸入空
気の温度が大気温と略等しく、適切な空気密度の学習値
（ＫＰＡ）が得られるから、冷間始動時以外よりもより
積極的に学習を行なうためである。

【００２１】他方、上記のステップ１０１及び１０２の
両条件の少なくとも一方が満足されないとき、すなわち
冷間始動以外のときには、大気圧補正値ＫＰＡの更新幅
αをαに設定した後（ステップ１０４）、吸気通路の開
度ＴＡが所定値βより大であるか否か判定する（ステッ
プ１０５）。ここで、吸気通路の開度ＴＡはスロットル
ポジションセンサ３３により検出されたスロットル開度
と、ＩＳＣＶ３７の開度のスロットル開度に換算したと
きの相当分との和であり、前者の方が後者より十分大な
る割合を占める。

【００２２】上記の所定値βは車両が渋滞等で吸気通路
の開度ＴＡが小さくされているか否かを識別するしきい
値である。ステップ１０５でＴＡ＞βと判定されたとき
は後述のように大気圧補正値ＫＰＡの更新を行なうが、
ＴＡ≦βのときは渋滞等の場合で、内燃機関が暖機され
ていて吸入空気温が高温状態となっており、この状態で
急加速等が行なわれると急激に吸気温が下がり、信頼性
のある大気圧補正値ＫＰＡを算出することができないた
め、このルーチンを直ちに終了する（ステップ１１
１）。

【００２３】ステップ１０３によりＫＰＡの更新幅αを
３倍に変更した後、またはステップ１０５でＴＡ＞βと
判定されたときは、ステップ１０６へ進み、回転角セン
サ４２の出力信号により検出された機関回転数ＮＥと吸
気通路の開度ＴＡとにより、予めＲＯＭ５１に格納され
ている図５に示す如きマップを参照して標準状態での吸
入空気量（基準吸入空気量）ＧＮＴＡＢを算出する（ス
テップ１０６）。

【００２４】ここで、上記の吸気通路の開度ＴＡは前述
したように、スロットル開度と、ＩＳＣＶ３７の開度を
スロットル開度に換算したときの相当分との和であり、
後者のＩＳＣＶ３７の開度は水温センサ４０により検出
されたエンジン冷却水温と、アイドル時の機関回転数Ｎ
Ｅを目標回転数に制御するアイドル・スピード・コント
ロール・システムによるフィードバック補正量と、その
他電気負荷のオン／オフなどによって決定される。

【００２５】従って、吸気通路の開度ＴＡはエンジン冷
却水温に対応して決定されるから、吸気温に対応して変
化する。よって吸気温センサを用いなくとも吸気温に対
応した開度ＴＡと、機関回転数ＮＥとにより基準吸入空
気量ＧＮＴＡＢを算出することができる。

【００２６】続いて、エアフローメータ３２の出力信号
に基づき実際の１回転当りの吸入空気量（単位ｇ／ｒｅ
ｖ）ＧＮＡＦＭの算出と、補正基準吸入空気量ＧＮＴ
Ａ’の算出とが行なわれる（ステップ１０７）。

【００２７】ここで、上記の１回転当りの吸入空気量Ｇ
ＮＡＦＭは、エアフローメータ３２の出力信号ＶＧ（単
位Ｖ）から図６に示す如きマップを参照して空気量ＧＡ
（単位ｇ／ｓｅｃ）を求め、このＧＡと機関回転数ＮＥ
（単位ｒｐｍ）とに基づき次式のようになまし処理して
算出される。

【００２８】｛（ｎ−１）×ＧＮＡＦＭ_OLD’＋ＧＮＡＦＭ’｝／ｎ＝ＧＮＡＦＭ (1) ただし、ＧＮＡＦＭ’＝ＧＡ×６０／ＮＥ (2) またｎは３２又は６４などの整数、ＧＮＡＦＭ_OLD’は
前回のこのルーチン起動時のＧＮＡＦＭ’の値である。

【００２９】また、補正基準吸入空気量ＧＮＴＡ’は次
式により算出される。

【００３０】ＧＮＴＡ’＝ＧＮＴＡＢ×ＫＰＡ×ΔＧＮＥＧＲ (3) ただし、上式中ＫＰＡは気圧／標準大気圧（７６０ｍｍ
Ｈｇ）を意味する大気圧補正値である。

【００３１】続いて、上記の１回転当りの吸入空気量Ｇ
ＮＡＦＭと補正基準吸入空気量ＧＮＴＡ’とを大小比較
し（ステップ１０８）、その比較結果に応じて大気圧補
正値ＫＰＡを更新する。すなわちＧＮＡＦＭ＞ＧＮＴ
Ａ’のときは降坂走行時に相当し、大気圧補正値ＫＰＡ
が小さい値であるのでＫＰＡに所定値αを加算して（ス
テップ１０９）バックアップＲＡＭ５３に記憶後、この
ルーチンを終了する。他方、ＧＮＡＦＭ≦ＧＮＴＡ’の
ときは登坂走行時等に相当し、大気圧補正値ＫＰＡが反
映される補正基準吸入空気量ＧＮＴＡ’が大きい値とな
っているので、大気圧補正値ＫＰＡから所定値αを減算
し（ステップ１１０）、バックアップＲＡＭ５３に記憶
後、このルーチンを終了する。

【００３２】このように、本実施例によれば、補正基準
吸入空気量ＧＮＴＡ’と実際の１回転当りの吸入空気量
ＧＮＡＦＭとが等しくなるように、大気圧補正値ＫＰＡ
が更新される。

【００３３】このようにして得られた大気圧補正値ＫＰ
Ａは車両の空気密度の学習値であり、例えば図７に示す
フローチャートにより始動時の燃料噴射時間ＴＡＵＳＴ
及びＧＮ最大ガード値ＧＮＭＡＸに反映される。同図に
示すルーチンが起動されると、まず始動時であるか否か
スタータ信号により判定される（ステップ２０１）。始
動時のときは水温センサ４０の出力信号に基づき検出さ
れた機関冷却水温ＴＨＷに応じてマップを参照して始動
時燃料噴射時間のベースマップ値ＴＡＵＳＴＢを算出
し、更にこのＴＡＵＳＴＢと機関回転数ＮＥとバッテリ
電圧ＶＢとにより公知の所定の計算式で始動時燃料噴射
時間ＴＡＵＳＴを算出する（ステップ２０２）。

【００３４】続いて、前記した如くステップ１０９又は
１１０で更新された大気圧補正値ＫＰＡが読み込まれ
（ステップ２０３）、この大気圧補正値ＫＰＡと前記始
動時燃料噴射時間ＴＡＵＳＴとの乗算により始動時燃料
噴射時間ＴＡＵＳＴの補正値が得られる（ステップ２０
４）。すなわち、始動時はクランキング回転数が低く、
エアフローメータ３２の出力信号も安定していないので
燃料噴射時間は空気量及びエンジン回転数により算出せ
ずに始動時燃料噴射時間ＴＡＵＳＴを上記の如くマップ
に基づいてオープンループで計算しているが、空気密度
が低いと空気密度が高いときと同じ始動時燃料噴射時間
ＴＡＵＳＴでは機関燃焼室２４ａ，２４ｂへの吸入混合
気の空燃比がリッチとなり、始動性の悪化等をもたらす
ので、ステップ２０４で大気圧補正値ＫＰＡをＴＡＵＳ
Ｔに反映させる。これにより、高地でも空燃比が目標空
燃比近傍となる始動時燃料噴射時間ＴＡＵＳＴが得られ
る。

【００３５】一方、ステップ２０１で始動時でないと判
定されたときは、ステップ２０５に進み、前記（１）式
及び（２）式と同様にしてエアフローメータ３２の出力
信号ＶＧに基づき１回転当りの吸入空気量ＧＮＡＦＭが
計算される。続いて、前記した大気圧補正値ＫＰＡを読
み込み（ステップ２０６）、ＧＮ最大ガード値ＧＮＭＡ
Ｘに反映させる（ステップ２０７）。

【００３６】すなわち、ステップ２０７では最大ガード
のベースマップ値ＧＮＭＡＸＢを、機関回転数ＮＥでマ
ップを参照することにより算出し、更にそのベースマッ
プ値ＧＮＭＡＸＢに上記の大気圧補正値ＫＰＡを乗算す
る。ここで、エアフローメータ３２の検出吸入空気量は
エアクリーナからの吸入空気量だけでなく、吸気工程中
のピストン運動によって生じる負圧波により吸気弁２６
ａ，２６ｂより逆流してくる空気量もあり、エアフロー
メータ３２の検出吸入空気量が実際の吸入空気量よりも
大なる値を示すことがある。

【００３７】しかし、機関回転数ＮＥに対応する吸入空
気量ＧＮの上限値は予めわかっているため、上記のベー
スマップ値ＧＮＭＡＸＢを機関回転数ＮＥに応じて算出
することにより、エアフローメータ３２の検出吸入空気
量の誤検出を補償しているわけであるが、高地では空気
密度が低く平地と同じ値では同じ吸入空気体積量でも吸
入空気重量が小さく、後述のステップ２１１で算出され
る燃料噴射時間ＴＡＵが必要とする値よりも大になり、
空燃比がリッチとなってしまう。そこで、ステップ２０
７で前記最大ガード値のベースマップ値ＧＮＭＡＸＢに
大気圧補正値ＫＰＡを反映させるのである。

【００３８】続いて、ステップ２０８では上記の最大ガ
ード値ＧＮＭＡＸとステップ２０５で算出した実際の１
回転当りの吸入空気量ＧＮＡＦＭとを大小比較し、ＧＮ
ＡＦＭがＧＮＭＡＸより小さいときはそのＧＮＡＦＭを
ＧＮに代入し（ステップ２０９）、他方ＧＮＡＦＭがＧ
ＮＭＡＸ以上のときはＧＮＡＦＭの値が大き過ぎるので
最大ガード値ＧＮＭＡＸをＧＮに代入する（ステップ２
１０）。

【００３９】このようにして、１回転当りの吸入空気量
ＧＮＡＦＭは最大ガード値ＧＮＭＡＸでガード処理され
てＧＮとされた後、ステップ２１１で燃料の噴射時間Ｔ
ＡＵの計算に用いられる。すなわち、上記の１回転当り
の吸入空気量ＧＮから基本燃料噴射時間ＴＰを算出し、
この基本燃料噴射時間をＯ₂センサ３９ａ，３９ｂによ
り検出した排気ガス中の酸素濃度や各種増量値で補正し
て燃料噴射時間ＴＡＵを算出する。

【００４０】始動時は前記ステップ２０４で算出された
始動時燃料噴射時間ＴＡＵＳＴが、また始動後は上記ス
テップ２１１で算出された燃料噴射時間ＴＡＵが図３に
示したマイクロコンピュータ２１の入出力インタフェー
ス回路５５内のダウンカウンタにセットされ（ステップ
２１２）、燃料噴射弁３８ａ，３８ｂにこのセットされ
たＴＡＵＳＴ又はＴＡＵの時間、燃料噴射を開始させた
後、このルーチンを終了する。

【００４１】このようにして、始動時は大気圧補正値Ｋ
ＰＡで補正された燃料噴射時間ＴＡＵＳＴの燃料噴射に
より空燃比が目標空燃比付近にオープンループ制御さ
れ、また始動後は大気圧補正値ＫＰＡで補正された燃料
噴射時間ＴＡＵの燃料噴射により空燃比が目標空燃比に
フィードバック制御される。

【００４２】このように、本実施例によれば、空気密度
の学習値である大気圧補正値ＫＰＡは、吸気温が大気温
に略等しい冷間始動時に学習速度を通常の３倍にして積
極的に学習して求められ、冷間始動以外の状態では吸気
温の急変をなるべく学習値に取り込まないように学習速
度を遅くするようにしているため、始動直後のレーシン
グ、急加速等の吸気温急変時にも適切に空気密度の判定
ができ、吸気温センサを用いることなく始動性やドライ
バビリティを向上することができる。

【００４３】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、吸気温セ
ンサを不要にできるため、装置を安価に構成することが
でき、また冷間始動時に空気密度の学習値の更新幅を、
冷間始動以外の時よりも大にしたため正確な空気密度の
判定ができ、空気密度判定の信頼性向上に寄与するとこ
ろ大である等の特長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】本発明の一実施例のシステム構成図である。

【図３】図２中のマイクロコンピュータのハードウェア
構成である。

【図４】本発明の要部の大気圧補正値算出ルーチンの一
実施例を示すフローチャートである。

【図５】図４中のＧＮＴＡＢ算出用マップを示す図であ
る。

【図６】図４中のＧＮＡＦＭ算出に用いるＧＡ算出用マ
ップを示す図である。

【図７】燃料噴射時間の概略計算ルーチンを示すフロー
チャートである。

【符号の説明】

１０内燃機関１１吸気通路１２，３３スロットルバルブ１４，３２エアフローメータ１５判定手段１６冷間始動検出手段１７制御手段２１マイクロコンピュータ３４スロットルポジションセンサ３７アイドル・スピード・コントロール・バルブ（Ｉ
ＳＣＶ）３８ａ，３８ｂ燃料噴射弁４０水温センサ４２回転角センサ５０中央処理装置（ＣＰＵ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 45/00 F02D 41/04 F02D 41/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の吸気通路に設けられたスロッ
トルバルブのスロットル開度を含む吸気通路の開度と機
関回転数とから算出手段により基準吸入空気量を算出
し、エアフローメータの出力信号に基づいて得た実際の
吸入空気量と上記基準吸入空気量とを判定手段により比
較して空気密度の学習値の更新を行なう装置において、前記内燃機関の冷間始動を検出する冷間始動検出手段
と、前記冷間始動の検出時は該冷間始動以外のときよりも前
記判定手段による空気密度の学習値の更新幅を大に変更
制御する制御手段とを有することを特徴とする車両の空
気密度判定装置。