JP3680472B2

JP3680472B2 - 内燃機関の吸入空気量検出装置

Info

Publication number: JP3680472B2
Application number: JP02785797A
Authority: JP
Inventors: 勇風間; 岩野　　浩
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-02-12
Filing date: 1997-02-12
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: JPH10227253A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の吸入空気量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関の吸入空気量検出装置として、例えば特開平１−２４０７５２号公報に開示されたようなものがある。
【０００３】
これはエアフローメータにより検出された吸入空気量が脈動的に変動するを補償するため、エアフローメータの検出値をデジタルフィルタにかけ、フィルタ定数により重み付けして適正化を行い、かつこの定数をアイドル時と定常運転時において切換えることで、吸入空気量の信号としての信頼性を高めている。しかも、この場合、定常運転時でも各運転条件によって要求される定数は微妙に変化するので、エンジンのスロットル開度と回転数に基づいて定常状態での全ての運転領域において定数を設定し、各運転条件においてそれぞれの定数を選び、吸入空気量を適正に補正している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようにエアフローメータで検出された吸入空気量の脈動を除去するためのデジタルフィルタの定数を、全ての運転領域においてマップに格納する方式では、これらを記憶しておくＲＯＭが大きくなり、またマップ定数を決定するにも多くの工程が必要となるなどの問題もあった。
【０００５】
そこで、本発明はシリンダ内吸気量の変動率のみを記憶しておき、これに基づいて重み係数を自己最適化することで、上記した問題の解決を図った内燃機関の吸入空気量検出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】
本発明は、吸気絞弁上流の空気量に応じた出力を生じるエアフローメータと、このエアフローメータの出力に基づいて単位回転当たりの空気量相当信号を演算する手段と、単位回転当たりの空気量相当信号に重みをかけて平滑しシリンダ吸入空気量相当の信号を演算する手段と、エンジンの負荷信号に基づいて定常運転と過渡運転とを判定する手段と、この判定結果に基づいて前記平滑化の重みかけとしての定常運転時と過渡運転時の重み係数を切換える手段と、定常運転時の重み係数を前記シリンダ吸入空気量相当信号の演算結果に基づいて自己最適化処理する手段と、を備え、前記重み係数の自己最適化処理手段が、運転性などから要求されるシリンダ吸入空気量相当信号の変動率を記憶する手段と、単位回転当たりの空気量相当信号を演算する手段と、シリンダ吸入空気量相当信号の中心値を演算する手段と、単位回転当たりの空気量相当信号の振幅を演算する手段とを備えている。
【０００８】
【発明の効果】
本発明においては、定常運転時の重み係数を前記シリンダ吸入空気量相当信号の演算結果に基づいて自己最適化処理するので、ＲＯＭへの記憶はシリンダ内吸気量の変動率のみでよく、全ての運転領域での重み係数を記憶しておく必要がなく、このためＲＯＭに格納される定数が削減され、かつその定数設定のための工程も削減できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下図面にしたがって説明する。
【００１０】
図１において、１はエンジンの吸入空気量を測定するエアフローメータ、２はエンジン回転数を検出する回転数センサ、３はスロットル開度を検出するスロットル開度センサである。
【００１１】
エアフローメータ１からの信号（ＡＭＦ）は、エアフローメータ出力信号取り込部１１を介してアナログ信号をデジタル化したＡＭＦ出力信号ＵＳとして単位変換部１２へ出力される。単位変換部１２ではＡＭＦ出力信号ＵＳを単位回転当たりの吸入空気量信号Ｑａに変換する。
【００１２】
燃料基本パルス幅計算部１３ではこの吸入空気量Ｑａと、回転数センサ２からのエンジン回転数Ｎｅに基づいて次式のように基本噴射パルス幅ＴＰＯを演算する。
【００１３】
ＴＰＯ＝ＫＣＯＮＳＴ・Ｑａ／Ｎｅ…（１）
ただし、ＫＣＯＮＳＴは定数である。
【００１４】
そして、Ａ／Ｆ（空燃比）フラット補正パルス幅計算部１４では、演算されたこのＴＰＯに基づいてＡ／Ｆフラット補正パルス幅ＴＰＴＲＭを次式により計算する。
【００１５】
ＴＰＴＲＭ＝ＫＴＲＭ・ＴＰＯ…（２）
ここでＫＴＲＭは空気量やインジェクタのエラーをエンジン運転条件毎に補正するための係数で、例えばエンジン回転数Ｎｅと負荷Ｑｈ０で割り付けられたマップを参照して求める。これにより、上記したエラーに基づくパルス幅の変動を抑制する。
【００１６】
一方、エンジンの運転条件が定常であるか過渡であるかを、スロットル開度センサ３からの信号に基づいて定常過渡判定部１５において判定する。なお、定常、過渡の判定は単位時間当たりのスロットル開度の変化量、あるいは負荷の変化量（例えばΔＱｈ０）が、予め決められた設定値以上であれば過渡、それ以外は定常というように判定される。
【００１７】
定常時空気量演算係数計算部１６と、過渡時空気量演算係数計算部１７とでは、それぞれ定常と過渡でのエアフローメータ検出空気量に相当するＴＰＴＲＭの脈動を除去するためのフィルタ係数Ｋ１、Ｋ２がそれぞれ計算される（詳細については後述）。この定常と過渡での各係数Ｋ１、Ｋ２は、定常過渡判定部１５からの判定信号で切り換えられる定常過渡切換部１８を介してデジタルフィルタに相当するシリンダ内吸気量相当パルス幅計算部１９に出力される。
【００１８】
このシリンダ内吸気量相当パルス幅計算部１９では、前記したＡ／Ｆフラット補正パルス幅ＴＰＴＲＭと、重み付けのためのこれら係数Ｋ１、Ｋ２と、前回演算時の空気量ＴＰ［ｎ−１］とを用いて、次式のようにしてシリンダ内吸気量相当パルス幅ＴＰを演算する。
【００１９】
ＴＰ［ｎ］＝Ｋ１・ＴＰＴＲＭ＋Ｋ２・ＴＰ［ｎ−１］…（３）
そして、燃料噴射パルス幅計算部２０において、このように算出されたＴＰを基にして、これに温度補正等の各種の補正を行い燃料噴射量ＴＩを決定する。
【００２０】
以上の構成にもとづく作用は図３のフローチャートに示す。
【００２１】
ステップ１ではＡＭＦ信号をＡ／Ｄ変換して空気量ＵＳとして取り込み、ステップ２ではこのＵＳに基づいて吸入空気量相当信号Ｑａに変換する。このＱａとエンジン回転数Ｎｅに基づいて基本噴射パルス幅ＴＰＯを、ＴＰＯ＝ＫＣＯＮＳＴ・Ｑａ／Ｎｅとして計算する（ステップ３）。
【００２２】
さらに、ステップ４において、空気量やインジャクタのエラーをエンジン運転条件毎に補正するための補正係数ＫＴＲＭと、このＴＰＯとに基づいてＡ／Ｆフラット補正パルス幅ＴＰＴＲＭを算出する。
【００２３】
ステップ５で定常運転か過渡運転かを判断し、定常運転ならばステップ６に進み、定常時のＴＰ演算係数Ｋ１、Ｋ２を計算し、また過渡時ならばステップ７に進み、過渡時のＴＰ演算係数Ｋ１、Ｋ２を計算する。
【００２４】
そして、ステップ８において、これら定常時と過渡時とに対応して演算した係数Ｋ１、Ｋ２を用いて、シリンダ内吸気量相当パルス幅ＴＰを、ＴＰ［ｎ］＝Ｋ１・ＴＰＴＲＭ＋Ｋ２・ＴＰ［ｎ−１］として算出するのである。
【００２５】
次に本発明の要点となる定常時のＴＰ演算係数Ｋ１、Ｋ２を演算するための構成を説明する。
【００２６】
前記したＡ／Ｆフラット補正パルス幅、換言すると脈動するＡＭＦ検出空気量（ＴＰＴＲＭ）は（４）式、フィルタ通過後の空気量（ＴＰ）は（５）式によって近似的に求められる。
【００２７】
ＴＰＴＲＭ＝Ａ＋Ｂ・ｓｉｎ（ωｔ）…（４）
ＴＰ＝Ａ＋Ｃ・ｓｉｎ（ωｔ＋φ）…（５）
ただし、図６にも示すように、Ａは脈動の中心値、Ｂ、Ｃは振幅を表す。
【００２８】
一般に１次遅れフィルタの伝達関数Ｇ（ｊω）、及びそのゲインＭは、次式により与えられる。
【００２９】
Ｇ（ｊω）＝１／（１＋ｊωＴ）…（６）
ただし、Ｔは時定数である。
【００３０】
Ｍ＝│Ｇ（ｊω）│＝│１／（１＋ｊωＴ）│…（７）
ここで、振幅Ｂのｓｉｎ波を振幅Ｃのｓｉｎ波にするためのフィルタゲインＭは、次式のように設定すればよい。
【００３１】
Ｍ＝Ｃ／Ｂ…（８）
（７）式の両辺を２乗すると（９）式となり、この（９）式をＴについて解くと（１０）式となる。すなわち、
Ｍ²＝１／｛１＋（ωＴ）²｝…（９）
Ｔ＝（１／ω）・√｛（１／Ｍ²）−１｝…（１０）
一方、離散系においては、このような１次遅れは、（１１）式のような加重平均で表わすことができ、加重平均係数Ｋと時定数Ｔとの関係は（１２）式のようになる。
【００３２】
ＴＰ［ｎ］＝Ｋ・ＴＰＴＲＭ＋（１−Ｋ）・ＴＰ［ｎ−１］…（１１）
Ｔ＝−Δｔ／Ｌｎ（１−Ｋ）…（１２）
ただし、ｔは演算間隔を表す。
【００３３】
この（１２）式をＫについて解くと近似的に次式のようになる。
【００３４】
Ｋ＝１−Ｌｎ（−Δｔ／Ｔ）＝１−ｅｘｐ（−Δｔ／Ｔ）…（１３）
このような原理に基づいて定常時のＴＰ演算係数Ｋ１、Ｋ２を求めるのであり、このため、図１において、２１はＴＰの振幅Ｂを計算する計算部、２３はＴＰの中心値Ａを計算する計算部、２４は目標振幅Ｃを計算する計算部であり、また２２は前回のＴＰ［ｎ−ｍ］を記憶するＲＡＭ、２５は予めサージ要求などから決まるＴＰの変動率、すなわちΔＴＰ／ＴＰを記憶するＲＯＭである。
【００３５】
これらの構成を図２を参照しながらさらに詳細に説明する。まず空気量（シリンダ内吸気量相当パスル幅）ＴＰの脈動の中心値Ａを求める。この例では、脈動周期の平均値をとることにする。
【００３６】
現在よりもｍサンプル前までのＴＰを予めＲＡＭ１に記憶しておき、中心値Ａの計算実行時にこれらを読み出し、その平均値を求め、これをＡとする。
【００３７】
エンジン回転数Ｎｅ［ｒｐｍ］のとき、ｍは次の式によって計算される。
【００３８】
ｍ＝１２０／（Ｎｅ・Ｎ）Δｔ・ｉ…（１４）
ただし、Ｎはエンジン気筒数、ｉは任意の整数である。
【００３９】
この場合、図４のフローチャートにも示すように、ＲＡＭ１にはＴＰのＬサンプル前までのデータが記憶できるように、アドレスＡＤＤ〜ＡＤＤ＋Ｌが割り付けてある。ＴＰ計算毎に現在格納されているアドレスから１を加算したアドレスにデータを移し、最新値ＴＰ［ｎ］をアドレスＡＤＤにストアする。こうしてＴＰの新しい順にアドレスＡＤＤ〜ＡＤＤ＋Ｌに格納される（ステップ１１、１２）。なお、Ｌは最大必要なデータ数であればよく、次式（１５）によって与えられる。
【００４０】
Ｌ＝１２０／（Ｎｅｍｉｎ・Ｎ）／Δｔ・ｉ…（１５）
ただし、Ｎｅｍｉｎはエンジン最低回転数である。
【００４１】
次にＴＰの振幅Ｃを求めると、ＲＯＭ１に予めサージ要求などから求められるＴＰ変動率ΔＴＰ／ＴＰを記憶しておき、これを読み出して前記した中心値（平均値）Ａに乗算し、これをＣとする。すなわち、
Ｃ＝Ａ・ΔＴＰ／ＴＰ…（１６）
さらにＴＰＴＲＭの振幅であるＢを求める。この振幅Ｂは図５のフローチャートに示すようにして算出される。
【００４２】
ステップ２１において、Ａ／Ｆフラット補正パルス幅ＴＰＴＲＭから前述のようにして求めた中心値Ａを減算し、その値をＸとする。
【００４３】
ステップ２２でＸが正か負かを判定し、正であればステップ２３に移行してＸがＲＡＭ２に格納されているＢ１より大きいかどうかを判定する。もしＢ１よりも大きければＢ１にＸがストアされ、そうでなければＢ１の値が保持される（ステップ２５、２６）。同じようにして、Ｘが負であればステップ２４に進み、ＸがＲＡＭ２に格納されているＢ２よりも小さいかどうか判定され、Ｂ２よりも小ならばＢ２にＸがストアされ、そうでなければＢ２の値がそのまま保持される（ステップ２７、２８）。
【００４４】
次にステップ２９でカウンタｊの値がｍとなったかどうか判定され、カウンタがｍとなっていればＢにＢ１とＢ２の平均値がストアされ（ステップ３０）、これが振幅Ｂとなり、同時にＢ１、Ｂ２、ｊがクリアされる（ステップ３１）。
【００４５】
これに対してカウンタがｍとなっていなければ、ステップ３２に移行し、カウンタをインクリメントして、ｊ＝ｍとなるまで上記した操作が繰り返される。
【００４６】
このようにして振幅Ｂはｍサンプル毎に更新され、次のサイクルのＴＰ演算に反映される（図６参照）。
【００４７】
次に図２に戻り、これらＣとＢから前述した（８）式によりゲインＭが計算される。また、角速度ωがエンジン回転数Ｎｅに基づいて、次式のようにして演算される。
【００４８】
ω＝２π／１２０／（Ｎｅ・Ｎ）…（１７）
さらにゲインＭと角速度ωにより、前記した（１０）式にしたがって時定数Ｔが演算される。このようにして求めた時定数Ｔに基づいて（１３）式により加重平均係数Ｋを算出する。そして、Ｋ１にＫ、Ｋ２に１−Ｋをストアして、前記した（１１）式に基づいてＴＰを算出する。
【００４９】
このようにして、本発明では定常運転時の重み係数（演算係数）Ｋ１、Ｋ２を前記シリンダ吸入空気量相当信号ＴＰの演算結果に基づいて自己最適化処理するので、ＲＯＭには要求されるＴＰの変動率のみを記憶するだけでよく、これらの結果、要求どうりにＴＰ変動を抑え、同時にＲＯＭの記憶するフィルタ定数を削減できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】同じくシリンダ内吸気量相当パルス幅演算係数を算出する過程を示す説明図である。
【図３】シリンダ内吸気量相当パルス幅を算出するための制御動作を示すフローチャートである。
【図４】同じくその制御動作の一部を示すフローチャートである。
【図５】同じくその制御動作の一部を示すフローチャートである。
【図６】吸気量の脈動状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１エアフローメータ
２エンジン回転数センサ
３スロットル開度センサ
１２単位変換部
１５定常過渡判定部
１６定常時空気量演算係数計算部
１７過渡時空気量演算係数計算部
１９シリンダ内吸気量相当パルス幅計算部

Claims

吸気絞弁上流の空気量に応じた出力を生じるエアフローメータと、
このエアフローメータの出力に基づいて単位回転当たりの空気量相当信号を演算する手段と、
単位回転当たりの空気量相当信号に重みをかけて平滑しシリンダ吸入空気量相当の信号を演算する手段と、
エンジンの負荷信号に基づいて定常運転と過渡運転とを判定する手段と、
この判定結果に基づいて前記平滑化の重みかけとしての定常運転時と過渡運転時の重み係数を切換える手段と、定常運転時の重み係数を前記シリンダ吸入空気量相当信号の演算結果に基づいて自己最適化処理する手段と、を備え、
前記重み係数の自己最適化処理手段が、運転性などから要求されるシリンダ吸入空気量相当信号の変動率を記憶する手段と、単位回転当たりの空気量相当信号を演算する手段と、シリンダ吸入空気量相当信号の中心値を演算する手段と、単位回転当たりの空気量相当信号の振幅を演算する手段とを備えている
ことを特徴とする内燃機関の空気量検出装置。