JP3000512B2

JP3000512B2 - 内燃機関における高度判定装置

Info

Publication number: JP3000512B2
Application number: JP6155926A
Authority: JP
Inventors: 憲一町田; 尚己冨澤
Original assignee: 株式会社ユニシアジェックス
Priority date: 1994-07-07
Filing date: 1994-07-07
Publication date: 2000-01-17
Anticipated expiration: 2015-01-17
Also published as: JPH0821292A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関における高度判
定装置に関し、詳しくは、機関の吸入空気流量を体積流
量及び質量流量としてそれぞれに検出し、これらの比較
によって高度を判定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、車両用内燃機関においては、
機関への燃料供給量や機関と組み合わされる自動変速機
における自動変速位置などを、高地走行に見合った適性
値に修正するために、高度の判定が必要とされる場合が
あった。高度の判定方法としては、大気圧センサによっ
て大気圧を直接的に検出する方法があるが、高度判定の
ために新たに大気圧センサを設けることはコストアップ
になる。そこで、電子制御燃料噴射制御などのために設
けられている既存のセンサを用いて高度を判定する方法
として、エアフローメータにより質量流量として検出さ
れる機関の吸入空気流量と、スロットル弁の開口面積と
機関回転速度とから求められる体積流量としての吸入空
気流量との比較に基づいて、高度を判定する方法が開発
されている。

【０００３】即ち、熱線式エアフローメータのような吸
入空気流量を質量流量として検出できるセンサを備える
システムでは、空気密度が低下する高地を車両が走行し
ている場合には、前記空気密度の低下に見合った吸入空
気流量を前記エアフローメータが検出するのに対し、ス
ロットル弁開度と機関回転速度とから求められる体積流
量としての吸入空気流量は、空気密度の変化とは無関係
な値となるから、両者の差異によって空気密度（高度）
の変化を判定できるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スロッ
トル弁の開度検出に一般に用いられているポテンショメ
ータ式のスロットルセンサでは、スロットル弁開度に対
するセンサ出力のばらつき許容範囲が図５に示すように
規定される場合に、図６に示すように出力の小さい低開
度側ほど前記出力ばらつきによる開度検出誤差が大きく
なり、低開度側では高精度に開度を検出することが困難
であった。

【０００５】このため、スロットル弁開度と機関回転速
度とから求められる体積流量としての吸入空気流量も、
前記スロットル弁開度の検出誤差に影響されて特に低開
度側で大きな誤差を有することになり、以て、前記体積
流量としての吸入空気流量を用いた高度判定の精度を悪
化させる惧れがあった。本発明は上記問題点に鑑みなさ
れたものであり、スロットル弁開度の検出誤差に影響さ
れて高度の判定精度が悪化することを回避できる内燃機
関における高度判定装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１の発明
にかかる内燃機関における高度判定装置は、図１に示す
ように構成される。図１において、回転速度検出手段は
機関の回転速度を検出し、スロットル弁開度検出手段
は、機関吸気系に介装されるスロットル弁の開度を連続
的に検出し、吸入空気流量検出手段は機関の吸入空気流
量を質量流量として検出する。

【０００７】また、吸入空気流量推定手段は、前記検出
された回転速度と前記スロットル弁の開度とに基づいて
機関の吸入空気流量を推定演算する。そして、高度判定
手段は、前記スロットル弁開度検出手段で検出されるス
ロットル弁の開度が所定の基準開度以上であるときにの
み、前記吸入空気流量検出手段で検出された吸入空気流
量と前記吸入空気流量推定手段で推定された吸入空気流
量とに基づいて高度を判定する。一方、検出誤差学習補
正手段は、前記スロットル弁開度検出手段の検出誤差を
学習補正し、基準開度シフト手段は、検出誤差学習補正
手段により前記スロットル弁開度検出手段の検出誤差が
学習補正されるときには、非学習補正時に比して前記基
準開度をより低開度側にシフトさせる。

【０００８】

【０００９】請求項２の発明にかかる高度判定装置で
は、前記スロットル弁の全閉位置でＯＮとなるアイドル
スイッチと、前記スロットル弁の全開位置でＯＮとなる
フルスイッチとを設け、前記検出誤差学習補正手段が、
前記アイドルスイッチ及びフルスイッチのＯＮ・ＯＦＦ
切り換え時それぞれにおける前記スロットル弁開度検出
手段の検出値に基づいて前記スロットル弁開度検出手段
の検出誤差を学習補正する構成とした。

【００１０】

【作用】請求項１の発明にかかる高度判定装置では、機
関の吸入空気流量が質量流量として検出されると共に、
スロットル弁の開度と機関回転速度とから機関の吸入空
気流量が推定演算される。そして、前記推定演算された
体積流量としての吸入空気流量と、質量流量として検出
される吸入空気流量との比較によって、高度の変化によ
る空気密度の変化を検知する。

【００１１】ここで、前記スロットル弁開度検出手段の
検出誤差を原因として発生する吸入空気流量推定演算の
誤差は、スロットル弁の開度が小さくなるほど拡大する
傾向を示すから、スロットル弁の開度が所定の基準開度
以上であることを高度判定の条件とすることで、スロッ
トル弁の開度の検出誤差によって高度判定の精度が大き
く悪化することを回避する。更に、前記スロットル弁の
開度を検出する手段による検出誤差の学習補正が行われ
ると開度の検出誤差が減少するから、より低開度側での
高度判定を許容すべく基準開度をより低開度側にシフト
させ、高度判定の機会が確保されるようにする。

【００１２】請求項２の発明にかかる高度判定装置で
は、アイドルスイッチ及びフルスイッチのＯＮ・ＯＦＦ
切り換え時点を基準として開度検出結果をサンプリング
することで、全閉位置及び全開位置での検出出力を求
め、これに基づいてスロットル弁開度検出手段の検出誤
差を学習する。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。一実施例
を示す図２において、車両用内燃機関１には、エアクリ
ーナ２，スロットルチャンバ３，吸気マニホールド４を
介して空気が吸入される。そして、機関１からの燃焼排
気は、排気マニホールド５，排気ダクト６，三元触媒
７，マフラー８を介して大気中に排出される。

【００１４】前記スロットルチャンバ３には、図示しな
いアクセルペダルに連動して開閉するスロットル弁９が
設けられており、このスロットル弁９によって機関１の
吸入空気量が調整されるようになっている。各気筒（＃
１〜＃４）の燃焼室に臨ませてそれぞれ点火栓10が装着
され、該点火栓10による火花点火によって混合気が着火
燃焼する。

【００１５】また、機関１の図示しないカム軸には、カ
ム軸の回転を介してクランク角を検出するクランク角セ
ンサ11が設けられている。このクランク角センサ11は、
本実施例の４気筒機関１において、気筒間の行程位相差
に相当するクランク角180 °毎の基準角度信号ＲＥＦ
と、単位クランク角（１°或いは２°）毎の単位角度信
号ＰＯＳとをそれぞれ出力する。

【００１６】ここで、前記基準角度信号ＲＥＦの発生周
期、又は、単位時間内における前記単位角度信号ＰＯＳ
の発生数に基づいて機関回転速度Ｎｅを求めることがで
き、前記クランク角センサ11が本実施例における回転速
度検出手段に相当する。また、スロットル弁９の上流側
には、機関の吸入空気流量Ｑを検出する熱線式エアフロ
ーメータ12が設けられている。該熱線式エアフローメー
タ12は、吸入空気流量による感温抵抗の抵抗値変化に基
づいて機関の吸入空気流量Ｑを質量流量として検出する
ものであり、本実施例における吸入空気流量検出手段に
相当する。

【００１７】更に、スロットル弁９には、その開度（角
度）ＴＶＯを連続的に検出するポテンショメータ式のス
ロットルセンサ13ａ（スロットル弁開度検出手段）、ス
ロットル弁９の全閉位置でＯＮとなるアイドルスイッチ
13ｂ、スロットル弁９の全開位置でＯＮとなるフルスイ
ッチ13ｃが一体となって設けられている。また、前記ス
ロットル弁９をバイパスする補助空気通路14が設けら
れ、該補助空気通路14には、コントロールユニット17に
よってその開閉がデューティ制御される電磁式のアイド
ル制御弁15が介装されている。

【００１８】一方、吸気マニホールド４の各ブランチ部
には、各気筒別に電磁式の燃料噴射弁16が設けられてい
る。前記燃料噴射弁16は、図示しないプレッシャレギュ
レータにより所定圧力に調整された燃料を、コントロー
ルユニット17からの噴射パルス信号に応じて間欠的に機
関に噴射供給する。ここで、前記クランク角センサ11，
エアフローメータ12，スロットルセンサ13ａ，アイドル
スイッチ13ｂ，フルスイッチ13ｃからの検出信号は、機
関制御用として設けられたコントロールユニット17に出
力され、コントロールユニット17はこれらの検出信号に
基づいて前記噴射パルス信号のパルス幅及び前記アイド
ル制御弁15の開弁デューティを制御する。

【００１９】更に、コントロールユニット17は、図３及
び図４のフローチャートに示すようにして高度判定を行
い、該判定結果を、燃料噴射量の補正制御や内燃機関１
と組み合わされる自動変速機における変速制御に用いる
ようになっている。尚、本実施例において、吸入空気流
量推定手段，高度判定手段，検出誤差学習補正手段，基
準開度シフト手段としての機能は、前記図３及び図４の
フローチャートに示すように前記コントロールユニット
17がソフトウェア的に備えている。

【００２０】図３のフローチャートにおいて、ステップ
１（図中ではＳ１としてある。以下同様）では、エアフ
ローメータ12（吸入空気流量検出手段）で検出される質
量流量としての吸入空気流量Ｑを読み込む。ステップ２
では、前記スロットルセンサ13ａ（スロットル弁開度検
出手段）の出力信号（電圧信号）を読み込む。

【００２１】ステップ３では、前記スロットルセンサ13
ａの検出ばらつきの学習が済んでいるか否かを判別す
る。そして、前記学習が済んでいない場合には、ステッ
プ４へ進み、予め設定されている出力（電圧）−開度
（角度）の変換テーブルを参照し、前記ステップ２で読
み込んだ出力信号をスロットル弁開度ＴＶＯに変換す
る。

【００２２】一方、前記学習が済んでいる場合には、ス
テップ５へ進み、前記学習結果に基づいて検出誤差を補
償するようにして前記出力からスロットル弁開度ＴＶＯ
を求める（検出誤差学習補正手段）。尚、前記開度検出
のばらつき学習については、後で詳細に説明する。スロ
ットル弁開度ＴＶＯをステップ４或いはステップ５で求
めると、ステップ６では、機関吸気系で可変制御される
開口面積に関わるパラメータとして、前記アイドル制御
弁15の開弁デューティや、図示しないファーストアイド
ルコントロールデバイス（以下、ＦＩＣＤと略す）のＯ
Ｎ・ＯＦＦ信号などを参照する。

【００２３】尚、前記ＦＩＣＤは、前記アイドル制御弁
15と同様に、スロットル弁９をバイパスして設けられた
吸気通路に介装されるものであり、エアコン信号に基づ
いて開閉制御されるものである。ステップ７では、前記
スロットル弁開度ＴＶＯ，アイドル制御弁15の開弁デュ
ーティ，ＦＩＣＤのＯＮ・ＯＦＦに基づいて、機関吸気
系の総開口面積αを演算する（開口面積検出手段）。本
実施例では、後述するように、可変制御される吸気系の
開口面積と機関回転速度Ｎｅとに基づいて機関の吸入空
気流量（体積流量）を推定演算するから、スロットル弁
開度ＴＶＯのみで前記開口面積を特定すると、前記アイ
ドル制御弁15やＦＩＣＤを介して機関１に吸引される空
気流量分が誤差となるので、上記のようにして、スロッ
トル弁開度ＴＶＯの他に前記アイドル制御弁15やＦＩＣ
Ｄにより制御される開口面積を含めて、機関吸気系の総
開口面積αが求められるようにしてある。

【００２４】前記総開口面積αは、スロットル弁開度Ｔ
ＶＯや開弁デューティ等を、予め設定されている変換テ
ーブルによってそれぞれ開口面積に変換し、これらの開
口面積を総和して求められる。ステップ８では、クラン
ク角センサ11からの検出信号に基づいて算出される機関
回転速度Ｎｅを読み込む。

【００２５】そして、ステップ９では、予め前記総開口
面積αと機関回転速度Ｎｅとをパラメータとして機関の
吸入空気流量Ｑを記憶したマップを参照し、前記ステッ
プ７で演算された総開口面積αとステップ８で読み込ん
だ機関回転速度Ｎｅとに対応する吸入空気流量Ｑを検索
する（吸入空気流量推定手段）。即ち、ステップ９で
は、前記総開口面積αと機関回転速度Ｎｅとから、機関
の体積流量としての吸入空気流量を推定演算するもので
ある。

【００２６】次のステップ10では、ステップ３と同様に
して、前記スロットルセンサ13ａの検出ばらつきの学習
が済んでいるか否かを判別する。ここで、学習が済んで
いる場合には、ステップ11へ進み、ステップ５で求めた
スロットル弁開度ＴＶＯが基準開度ＡＴＶＯ（基準面
積）以上であるか否かを判別する。また、学習が済んで
いない場合には、ステップ12へ進み、ステップ４で求め
たスロットル弁開度ＴＶＯが前記基準開度ＡＴＶＯより
もより開側の値である基準開度ＢＴＶＯ（基準面積）以
上であるか否かを判別する（基準開度シフト手段）。

【００２７】そして、基準開度ＡＴＶＯ，ＢＴＶＯ未満
の開度ＴＶＯであったときには、高度検出を行うことな
く本ルーチンを終了させ、基準開度ＡＴＶＯ，ＢＴＶＯ
以上の開度ＴＶＯであったときには、高度検出を行うべ
くステップ13へ進む。前記スロットルセンサ13ａの検出
出力が、図５に示すように開度に関わらずある一定の誤
差範囲内であったとしても、かかる誤差は、図６に示す
ように低出力側（低開度側）では高出力側（高開度側）
に比べて角度検出の大きなばらつきを生じさせることに
なる。

【００２８】従って、低開度側ほどスロットル弁開度Ｔ
ＶＯの検出精度が低下することになり、以て、前記ステ
ップ９における吸入空気流量の推定精度が低開度側ほど
低下することになり、前記推定演算された吸入空気流量
を用いた高度判定の精度が悪化することになる。そこ
で、開度検出のばらつきが充分に小さくなる高開度側で
のみ高度判定を行わせるようにして、開度検出のばらつ
きに影響されて高度判定の精度が悪化することを回避す
るようにしてある。

【００２９】従って、高度判定の精度を確保する上から
は、なるべく高開度側で高度判定を行わせることが望ま
れるが、前記開度検出のばらつきが学習された状態で
は、より低開度側で必要充分な開度検出精度を得ること
が可能となるから、ばらつき学習が済んでいる場合に
は、基準開度をより低開度側にシフトさせることにより
高度判定を行わせる開度領域をより低開度側に広げて、
高度判定の機会が確保されるようにした。

【００３０】ステップ13では、エアフローメータ12で検
出された質量流量としての吸入空気流量Ｑ（図中ではＡ
ＦＭＱと示してある）と、総開口面積αと機関回転速度
Ｎｅとから推定演算された体積流量としての吸入空気流
量Ｑ（図中ではα−ＮｅＱと示してある）との比ｘ（←
ＡＦＭＱ／α−ＮｅＱ）を求める。ここで、高度が高く
なり空気密度が低下すると、同じ総開口面積α，機関回
転速度Ｎｅの条件であっても、エアフローメータ12によ
り検出される質量流量としての吸入空気流量Ｑは低下す
る。一方、総開口面積αと機関回転速度Ｎｅとから推定
演算される体積流量としての吸入空気流量Ｑは、前記空
気密度の影響を受けず、推定演算の特性が平地での空気
密度に適合されていれば、高度とは無関係に平地で得ら
れる吸入空気流量Ｑを推定演算することになる。

【００３１】従って、平地では前記比ｘは略１になるの
に対し、高度が高くなるに従ってより小さな値となるか
ら、前記比ｘから高度を判定することが可能であり、ス
テップ14（高度判定手段）では、前記比ｘが小さくなる
ほど高度が高いものとして判定する。次に、前記スロッ
トル弁開度ＴＶＯの検出ばらつきの学習（検出誤差学習
補正手段）の様子を、図４のフローチャートに従って説
明する。

【００３２】図４のフローチャートにおいて、まず、ス
テップ21では、前記アイドルスイッチ13ｂのＯＦＦ→Ｏ
Ｎ切り換え時、即ち、スロットル弁９が中間開度から全
閉位置になったときスロットルセンサ13ａの検出出力を
ＩＴＶＯとして読み込む。また、ステップ22では、前記
フルスイッチ13ｃのＯＦＦ→ＯＮ切り換え時、即ち、ス
ロットル弁９が中間開度から全開位置になったときスロ
ットルセンサ13ａの検出出力をＦＴＶＯとして読み込
む。

【００３３】そして、ステップ23では、全開位置におけ
る検出出力ＦＴＶＯから全閉位置における検出出力ＩＴ
ＶＯを減算した値を、前記全開位置から全閉位置までに
おける角度で除算して、スロットル弁開度ＴＶＯが単位
角度だけ変化したときの検出出力の変化量を傾きｙ（←
（ＦＴＶＯ−ＩＴＶＯ）／（全閉−全開開度））として
求める。

【００３４】尚、本実施例では、前記検出出力ＩＴＶ
Ｏ，ＦＴＶＯ及び前記傾きｙが求められている状態を、
スロットルセンサ13ａの検出ばらつき学習が済んでいる
状態と見做す。ステップ24では、そのときのスロットル
センサ13ａの検出出力と、前記全閉位置における検出出
力ＩＴＶＯと、前記傾きｙとに基づいて、検出ばらつき
が補正された開度ＴＶＯを、以下のようにして算出す
る。

【００３５】開度ＴＶＯ←（検出出力−ＩＴＶＯ）／傾きｙ前記ステップ５では、上記ステップ24の演算を行うもの
であり、ばらつき学習済みであるときには、前記ステッ
プ24で演算された開度が基準開度ＡＴＶＯ以上であると
きに、高度判定が行われる。このように、アイドルスイ
ッチ13ｂ，フルスイッチ13ｃを備えるシステムでは、ア
イドルスイッチ13ａのＯＮ状態とフルスイッチ13ｃのＯ
Ｎ状態との両方を経験することで、スロットルセンサ13
ａの検出特性のばらつきを簡便に学習することができ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
かかる内燃機関における高度判定装置によると、スロッ
トル弁の開度の検出精度が悪く、体積流量としての吸入
空気流量の推定演算の精度が悪いときに、高度が誤判定
されてしまうことを回避できると共に、スロットル弁開
度を検出する手段の検出誤差の学習補正がなされるとき
には、高度判定を行わせる開度領域をより拡大させるよ
うにしたので、高度判定が行われる機会を検出精度を悪
化させることなく確保できるようになるという効果があ
る。

【００３７】

【００３８】請求項２の発明にかかる高度判定装置で
は、前記スロットル弁開度の検出誤差の学習を、アイド
ルスイッチ及びフルスイッチを用いて簡便に行わせるこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明にかかる装置の基本構成を示す
ブロック図。

【図２】本発明の一実施例のシステム構成図。

【図３】実施例の高度判定制御を示すフローチャート。

【図４】実施例における開度検出のばらつき学習を示す
フローチャート。

【図５】スロットルセンサの出力ばらつきを示す線図。

【図６】出力ばらつきによる開度検出のばらつきを示す
線図。

【符号の説明】

１内燃機関９スロットル弁 11 クランク角センサ 12 エアフローメータ 13ａスロットルセンサ 13ｂアイドルスイッチ 13ｃフルスイッチ 17 コントロールユニット

フロントページの続き (56)参考文献特開平１−159447（ＪＰ，Ａ) 特開平３−185250（ＪＰ，Ａ) 特開平５−187303（ＪＰ，Ａ) 特開平４−330351（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−8339（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 45/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】機関の回転速度を検出する回転速度検出手
段と、機関吸気系に介装されるスロットル弁の開度を連続的に
検出するスロットル弁開度検出手段と、機関の吸入空気流量を質量流量として検出する吸入空気
流量検出手段と、前記検出された回転速度と前記スロットル弁の開度とに
基づいて機関の吸入空気流量を推定演算する吸入空気流
量推定手段と、前記スロットル弁開度検出手段で検出されるスロットル
弁の開度が所定の基準開度以上であるときにのみ、前記
吸入空気流量検出手段で検出された吸入空気流量と前記
吸入空気流量推定手段で推定された吸入空気流量とに基
づいて高度を判定する高度判定手段と、前記スロットル弁開度検出手段の検出誤差を学習補正す
る検出誤差学習補正手段と、該検出誤差学習補正手段により前記スロットル弁開度検
出手段の検出誤差が学習補正されるときには、非学習補
正時に比して前記基準開度をより低開度側にシフトさせ
る基準開度シフト手段と、を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関における
高度判定装置。
【請求項２】前記スロットル弁の全閉位置でＯＮとなる
アイドルスイッチと、前記スロットル弁の全開位置でＯ
Ｎとなるフルスイッチとを設け、前記検出誤差学習補正
手段が、前記アイドルスイッチ及びフルスイッチのＯＮ
・ＯＦＦ切り換え時それぞれにおける前記スロットル弁
開度検出手段の検出値に基づいて前記スロットル弁開度
検出手段の検出誤差を学習補正することを特徴とする請
求項１記載の内燃機関における高度判定装置。