JP3726432B2 - 内燃機関の空気量検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の空気量検出装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
吸気通路の吸入空気量を検出するエアフロメータを備える内燃機関の空気量検出装置にあっては、エアフロメータとシリンダ間の吸気通路に一定の空気ボリュームがあるため、吸気スロットルバルブの開度が急変する過渡運転時に、吸気通路の上流側に位置するエアフロメータを通過する空気量が増えてからシリンダに吸入される空気量が増えるまでにある位相遅れが生じる。このため、過渡運転時にシリンダに供給される混合気の空燃比に対する制御応答性が悪化する可能性がある。
【０００３】
従来、この種の内燃機関の空気量検出装置として、例えば特開昭６０−４３１３５号公報に開示されたものや、図７に示すようなものがある。
【０００４】
図７に示す空気量検出装置について説明すると、エアフロメータ１から送られるスロットルバルブより上流の空気量に応じた出力Ｖは、単位変換処理部３にて予め設定されたマップに基づいてリニアライズ処理され、エアフロメータ１を通過する吸入空気量Ｑａが求められる。
【０００５】
ここで単位変換された信号Ｑａは、基本燃料噴射パルス幅算出部４にて、単位回転あたりの空気量相当の信号として、基本燃料噴射パルス幅ＴＰ０（＝Ｋｃｏｎｓｔ×Ｑａ／Ｎｅ；Ｋｃｏｎｓｔは定数）が算出される。
【０００６】
Ａ／Ｆフラット補正パルス幅算出部５にて、求められた基本燃料噴射パルス幅ＴＰ０が係数ＫＴＲＭによって補正され、Ａ／Ｆフラット補正パルス幅ＴＰＴＲＭが算出される。ここで係数ＫＴＲＭはエンジン毎に生じる吸入空気量やインジェクタ２５の燃料噴射量のバラツキを補正するための係数である。
【０００７】
シリンダ内空気量相当パルス幅算出部６にて、求められたＡ／Ｆフラット補正パルス幅ＴＰＴＲＭを加重平均係数Ｋを基にシリンダ１１の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］が次式で加重平均して算出される。
【０００８】
ＴＰ［ｎ］＝Ｋ×ＴＰＴＲＭ＋（１−Ｋ）×ＴＰ［ｎ−１］ …（１）
一方、加重平均係数検索部７にて、エンジンの負荷の位相に合わせた信号Ｑｈ０とエンジン回転数Ｎｅを基に、シリンダ１１の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を計算するための加重平均係数Ｋが算出される。
【０００９】
すなわち、吸気通路の上流側に位置するエアフロメータ１を通過する空気量が増えてからシリンダに吸入される空気量が増えるまでにある位相遅れを定めるパラメータとして加重平均係数Ｋを、予め設定されたマップを基にスロットルバルブ開度ＴＶＯとエンジン回転数Ｎｅから定まるスロットルチャンバを通過する定常運転時の吸入空気量Ｑｈ０に応じて決定するようになっている。
【００１０】
ところで、シリンダの吸入空気量Ｑａｃｙ（ｔ）は次式で算出される。ただし、Ｐｃはシリンダ内圧力、Ｖｃはシリンダ内吸気容積、Ｒを定数、Ｔｃをシリンダ内吸気温度とする。
【００１１】
Ｑａｃｙ（ｔ）＝Ｐｃ×Ｖｃ／（Ｒ×Ｔｃ） …（２）
ここで、Ｐｍを吸気通路内の圧力、Ｔｍを吸気通路内の空気温度とすると、Ｐｃ／Ｔｃ＝Ｐｍ／Ｔｍとなることにより、シリンダの吸入空気量Ｑａｃｙ（ｔ）は次式で算出される。
【００１２】
Ｑａｃｙ（ｔ）＝Ｐｍ×Ｖｃ／（Ｒ×Ｔｍ） …（３）
したがって、シリンダの吸入空気量Ｑａｃｙ（ｔ）は吸気通路内の圧力Ｐｍに比例する。
【００１３】
加速時におけるＴＶＯ、Ｑｈ０、Ｐｍ、エアフロメータで検出される空気量Ｑａｆｍ（ｔ）の変化は、図８に示すように、信号Ｑｈ０と吸気通路内の圧力Ｐｍがほぼ同位相の関係となるため、Ｐｍの変化が終了するまで、Ｑｈ０も変化している。それゆえ、Ｑａｆｍ（ｔ）に対するシリンダの吸入空気量の位相遅れを定める加重平均係数Ｋを予め設定されたマップを基にエンジン回転数Ｎｅと、スロットルバルブ開度ＴＶＯと信号Ｑｈ０に応じて検索することで、Ｐｍが変化している間は、加重平均係数Ｋに変化を与えられる。そこで、信号Ｑｈ０毎に加重平均係数Ｋを適合すれば、Ｑａｃｙ（ｔ）の位相がずれることなく、シリンダ１１の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］の算出精度を確保できる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、減速時におけるＴＶＯ、Ｑｈ０、Ｐｍ、エアフロメータで検出される空気量Ｑａｆｍ（ｔ）の変化は、図９に示すように、吸気通路２２の圧力Ｐｍの変化が信号Ｑｈ０の変化に対して遅れ、その変化のほとんどは、信号Ｑｈ０の変化終了後に起こるため、図中破線で示すタイミング以降では、Ｋに変化を与えられない。この間のＰｍの変化は、Ｑａｆｍ（ｔ）の１時定数の１次遅れ（Ｋ一定）では表せず、Ｐｍの位相と計算したＱａｃｙ（ｔ）の位相がずれ、シリンダ１１の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］の算出精度が悪化するという問題点があった。
【００１５】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、内燃機関の空気量検出装置において、過渡運転時の応答性を高めることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の内燃機関の空気量検出装置は、吸入空気量に相当する信号Ｑａを検出するエアフロメータと、エンジン負荷を基に吸気通路の圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を演算する手段と、信号ＱａとＱｄ０を基にシリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰを演算する手段と、を備えた内燃機関の空気量検出装置であって、さらに、エンジン負荷とエンジン回転数Ｎｅを基に加重平均係数Ｋｑｄを演算する手段と、エンジン負荷を加重平均係数Ｋｑｄを基に加重平均して吸気通路の圧力変化の位相に合わせた前記信号Ｑｄ０を演算する手段と、を備えた。
【００１７】
請求項２に記載の内燃機関の空気量検出装置は、前記吸入空気量に相当する信号Ｑａを検出するエアフロメータと、信号Ｑａとエンジン回転数Ｎｅを基に単位回転当たりの吸入空気量相当の信号ＴＰ０を演算する手段と、エンジン負荷を基に吸気通路の圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を演算する手段と、信号Ｑｄ０を基に加重平均係数Ｋを演算する手段と、信号ＴＰ０を加重平均係数Ｋを基に加重平均してシリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を演算する手段と、を備えた内燃機関の空気量検出装置であって、さらに、エンジン負荷とエンジン回転数Ｎｅを基に加重平均係数Ｋｑｄを演算する手段と、エンジン負荷を加重平均係数Ｋｑｄを基に加重平均して吸気通路の圧力変化の位相に合わせた前記信号Ｑｄ０を演算する手段と、を備えた。
【００１８】
請求項３に記載の内燃機関の空気量検出装置は、前記吸入空気量に相当する信号Ｑａを検出するエアフロメータと、信号Ｑａとエンジン回転数Ｎｅを基に単位回転当たりの吸入空気量相当の信号ＴＰ０を演算する手段と、エンジン負荷を基に吸気通路の圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を演算する手段と、信号Ｑｄ０を基に加重平均係数Ｋを演算する手段と、信号ＴＰ０を加重平均係数Ｋを基に加重平均してシリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を演算する手段と、を備えた内燃機関の空気量検出装置であって、
さらに、エンジン負荷の位相に合わせた信号Ｑｈ０を演算する手段と、エンジン負荷を基に定常運転時と過渡運転時を判定する手段と、定常運転時に信号Ｑｈ０を基に加重平均係数Ｋを演算する手段と、過渡運転時に信号Ｑｄ０とＱｈ０のいずれか大きい方の値を基に加重平均係数Ｋを演算する手段と、を備えた。
【００２０】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載の内燃機関の空気量検出装置によれば、エアフロメータによって検出される吸入空気量に相当する信号Ｑａと、吸気通路の圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を基にシリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰを演算する。
【００２１】
吸気通路の上流側に位置するエアフロメータを通過する空気量が増えてからシリンダに吸入される空気量が増えるまでに位相遅れが生じるが、シリンダに吸入される空気量は吸気通路の圧力に比例する。このため、エアフロメータによって検出される吸入空気量に相当する信号Ｑａと、吸気通路の圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を基に、シリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰが高い精度で得られる。
【００２２】
この結果、信号ＱａとＱｄ０の位相が相違する減速時においても、シリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰが高い精度で得られ、例えば空燃比等の制御応答性を高められる。
【００２３】
請求項２または３に記載の内燃機関の空気量検出装置によれば、吸気通路の上流側に位置するエアフロメータを通過する空気量が増えてからシリンダに吸入される空気量が増えるまでにある位相遅れを定めるパラメータとして加重平均係数Ｋを、吸気通路の圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を基に演算する。そして、単位回転当たりの吸入空気量相当の信号ＴＰ０を加重平均係数Ｋを基に加重平均してシリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を演算することにより、信号ＱａとＱｄ０の位相が相違する減速時においても、シリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰが高い精度で得られ、例えば空燃比等の制御応答性を高められる。
【００２４】
請求項２に記載の内燃機関の空気量検出装置によれば、過渡運転時に吸気通路内圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０とエンジン負荷の位相に合わせた信号Ｑｈ０のいずれか大きい方を基に加重平均係数Ｋが算出されることにより、精度良くシリンダに吸入される空気量を計算できる。また、加速→減速、減速→加速といった連続的な変化時におけるＱｈ０とＱｄ０の段差の影響を少なくし、エンジンの発生トルクに段差が生じることを防止できる。
【００２５】
請求項１または３に記載の内燃機関の空気量検出装置によれば、エンジン負荷とエンジン回転数Ｎｅを基に加重平均係数Ｋｑｄを演算し、エンジン負荷を加重平均係数Ｋｑｄを基に加重平均して吸気通路の圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を演算することにより、信号Ｑｄ０を基に精度良くシリンダに吸入される空気量を計算できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２７】
図２に示すように、エンジン２１は吸気弁１２が開かれるのに伴って吸気通路２２からシリンダ１１に吸気（混合気）を吸入し、この吸気をピストン１４で圧縮して、点火プラグ１５で着火燃焼させ、排気弁１３が開かれるのに伴って排気が排気通路２３に排出され、これらの各行程が連続して繰り返されるようになっている。
【００２８】
吸気通路２２の途中には、吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタ２５と、アクセルペダルに連動して吸気を絞るスロットルバルブ１７がそれぞれ設けられる。
【００２９】
排気通路２３の途中には三元触媒２４が設置され、排気中のＨＣ、ＣＯを酸化するとともに、ＮＯｘを還元する。
【００３０】
スロットルバルブ１７の開度ＴＶＯを検出する負荷センサ９が設けられるとともに、スロットルバルブ１７の上流側には吸入空気量Ｑａを検出するエアフロメータ１が設けられる。
【００３１】
インジェクタ２５からの燃料噴射量と、点火プラグ１５の点火時期を制御するコントロールユニット２６が設けられる。コントロールユニット２６は、エアフロメータ１で検出される吸入空気量Ｑａと、エンジン回転数センサ２で検出されるエンジン回転数Ｎｅと、図示しない冷却水温センサで検出される冷却水温度Ｔｗ等を入力して、燃料噴射量Ｔｉを運転状態に応じて演算する。
【００３２】
排気通路２３の途中にＯ2センサ１０が設置される。コントロールユニット２６は、Ｏ2センサ１０で検出される排気中の酸素濃度に応じた出力ＶＯ2を入力して、混合気が理論空燃比となるように燃料噴射量をフィードバック制御して、三元触媒２４での転化効率を最大限に維持するようになっている。
【００３３】
ところで、エアフロメータ１とシリンダ１１間の吸気通路２２に一定の空気ボリュームがあるため、スロットルバルブ１７の開度が急変する過渡運転時に、吸気通路２２の上流側に位置するエアフロメータ１を通過する空気量が増えてから、シリンダ１１に吸入される空気量が増えるまでにある位相遅れが生じる。このため、過渡運転時にシリンダ１１に供給される混合気の空燃比に対する制御応答性が悪化する可能性がある。
【００３４】
本発明は、シリンダ１１に吸入される空気量を過渡運転時にも的確に計算するため、少なくともエンジン負荷を基に吸気通路の圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を演算し、少なくともこの信号Ｑｄ０とエンジン回転数Ｎｅを基に加重平均係数Ｋを演算し、単位回転当たりの吸入空気量相当の信号ＴＰ０を加重平均係数Ｋを基に加重平均してシリンダ１１の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を演算する。
【００３５】
図１に示すように、エアフロメータ１から送られるスロットルバルブ１７より上流の空気量に応じた出力Ｖは、単位変換処理部３にて予め設定されたマップに基づいてリニアライズ処理され、エアフロメータ１を通過する吸入空気量Ｑａが求められる。
【００３６】
基本燃料噴射パルス幅算出部４にて、単位回転あたりの空気量相当の信号として基本燃料噴射パルス幅ＴＰ０（＝Ｋｃｏｎｓｔ×Ｑａ／Ｎｅ；Ｋｃｏｎｓｔは定数）が算出される。
【００３７】
Ａ／Ｆフラット補正パルス幅算出部５にて、求められた基本燃料噴射パルス幅ＴＰ０が係数ＫＴＲＭによって補正され、Ａ／Ｆフラット補正パルス幅ＴＰＴＲＭが算出される。ここで係数ＫＴＲＭはエンジン２１毎に吸入空気量やインジェクタ２５の燃料噴射量のバラツキを補正するための係数であり、予め設定されたマップを基にエンジン回転数Ｎｅと信号Ｑｈ０に応じて検索される。
【００３８】
一方、Ｑｄ０算出部８にて、エンジン２１の負荷センサ９から送られるエンジンの負荷信号の位相Ｑｈ０を基に吸気通路内圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０が算出される。
【００３９】
ＴＰ計算用係数演算部７は、この吸気通路内圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を基に、単位回転あたりの空気量相当の信号ＴＰ０から、シリンダ１１の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を計算するための加重平均係数Ｋを算出する。
【００４０】
シリンダ内空気量相当パルス幅算出部６にて、シリンダ１１の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］が次式により算出される。
【００４１】
ＴＰ［ｎ］＝Ｋ×ＴＰＴＲＭ＋（１−Ｋ）×ＴＰ［ｎ−１］ …（１）
ここではＴＰ［ｎ］の計算方法として、Ａ／Ｆフラット補正パルス幅ＴＰＴＲＭに加重平均係数Ｋを乗算した値と、前回の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ−１］に（１−Ｋ）を乗算した値とを合計して今回の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］とする、加重平均法を一例として挙げたが、実際はこの限りではない。
【００４２】
以上のように構成される本発明につき、次に作用を説明する。
【００４３】
エアフロメータによって検出される吸入空気量に相当する信号Ｑａの変化に対して減速時に吸気通路２２の圧力の変化が遅れるが、シリンダに吸入される空気量は吸気通路の圧力に比例する（図９参照）。
【００４４】
このため、吸気通路２２の圧力の変化に対応する信号Ｑｄ０を演算し、信号Ｑｄ０を基に加重平均係数Ｋを演算し、単位回転当たりの吸入空気量相当の信号ＴＰ０を加重平均係数Ｋを基に加重平均してシリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を演算することにより、信号ＴＰ［ｎ］の算出精度を高められる。
【００４５】
この結果、吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を基に燃料噴射量Ｔｉを演算することにより、シリンダ１１に供給される混合気の空燃比を的確に制御することができ、燃費の低減がはかれるとともに、排気の浄化がはかれる。
【００４６】
次に、図３に示す実施形態について説明する。なお、図１との対応部分には同一符号を付す。
【００４７】
過渡判定部１０にて、エンジン１１の負荷相当の信号として信号Ｑｈ０を読込み、Ｑｈ０の単位時間あたりの変化量ΔＱｈ０から、現在の運転状態が、定常であるか、過渡であるか判定される。
【００４８】
ここで過渡運転時と判定された場合、切り換え手段１１を経て、信号Ｑｈ０から吸気通路内圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を計算する。ここでは、Ｑｄ０算出用加重平均係数計算部８にて、算出用加重平均係数Ｋｑｄが予め設定されたマップに基づきＱｈ０とＮｅに応じて検索される。
【００４９】
Ｑｄ０演算部９にて、算出用加重平均係数Ｋｑｄと、信号Ｑｈ０と、前回演算時のＱｄ０［ｎ−１］より、Ｑｄ０［ｎ］が次式で算出される。
【００５０】
Ｑｄ０［ｎ］＝Ｋｑｄ×Ｑｈ０＋（１−Ｋｑｄ）×Ｑｄ０［ｎ−１］ …（４）
一方、過渡判定部１０にて定常運転時と判定されると、切り換え手段１１を経て、Ｑｄ０の演算は行わず、Ｑｄ０＝Ｑｈ０とする。このため、過渡判定後、第１回目のＱｄ０演算時にはＱｄ０［ｎ−１］＝Ｑｈ０［ｎ−１］となっている。
【００５１】
選択手段１２にて、Ｑｄ０とＱｈ０のいずれか大きい方が選択される。Ｑｄ０はＱｈ０の一次遅れであるため、その変化はＱｈ０より遅い。このため、加速時にはＱｈ０が選択され、減速時にはＱｄ０が選択される。
【００５２】
ＴＰ計算用係数演算部７にて、この吸気通路内圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｈ０とＱｄ０のいずれか大きい方を基に、単位回転あたりの空気量相当の信号ＴＰ０から、シリンダ１１の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を計算するための加重平均係数Ｋが算出される。
【００５３】
ＴＰ計算用係数演算部７にて、この吸気通路内圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｈ０とＱｄ０のいずれか一方を基に、単位回転あたりの空気量相当の信号ＴＰ０から、シリンダ１１の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を計算するための加重平均係数Ｋが算出される。
【００５４】
過渡運転時における吸気通路２２の圧力Ｐｍは、加速時に図４に示すように信号Ｑｈ０と同位相であり、減速時に図５に示すようにＱｄ０と同位相である。このため、Ｑｈ０とＱｄ０のいずれか大きい方を基に計算用係数Ｋが算出されることにより、精度良くシリンダ１１に吸入される空気量を計算できる。また、図６に示すように、加速→減速、減速→加速といった連続的な変化時におけるＱｈ０とＱｄ０の段差の影響を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す制御構成図。
【図２】同じくエンジンのシステム図。
【図３】他の実施形態を示す制御構成図。
【図４】同じく加速時における信号Ｑｈ０、Ｑｄ０、Ｐｍの関係を示す特性図。
【図５】同じく減速時における信号Ｑｈ０、Ｑｄ０、Ｐｍの関係を示す特性図。
【図６】同じく加減速時における信号Ｑｈ０、Ｑｄ０の特性図。
【図７】従来例を示す制御構成図。
【図８】加速時における信号ＴＶＯ、Ｑｈ０、Ｑｃ、Ｑａｆｍの関係を示す特性図。
【図９】減速時における信号ＴＶＯ、Ｑｈ０、Ｑｃ、Ｑａｆｍの関係を示す特性図。
【符号の説明】
１ エアフロメータ
２ エンジン回転数センサ
３ 単位変換処理部
４ 基本燃料噴射パルス幅算出部
５ Ａ／Ｆフラット補正パルス幅算出部
６ シリンダ内空気量相当パルス幅算出部
７ ＴＰ計算用係数演算部
８ Ｑｄ０算出部
９ エンジン負荷センサ
１１ 切り換え手段
１２ 選択手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の空気量検出装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
吸気通路の吸入空気量を検出するエアフロメータを備える内燃機関の空気量検出装置にあっては、エアフロメータとシリンダ間の吸気通路に一定の空気ボリュームがあるため、吸気スロットルバルブの開度が急変する過渡運転時に、吸気通路の上流側に位置するエアフロメータを通過する空気量が増えてからシリンダに吸入される空気量が増えるまでにある位相遅れが生じる。このため、過渡運転時にシリンダに供給される混合気の空燃比に対する制御応答性が悪化する可能性がある。
【０００３】
従来、この種の内燃機関の空気量検出装置として、例えば特開昭６０−４３１３５号公報に開示されたものや、図７に示すようなものがある。
【０００４】
図７に示す空気量検出装置について説明すると、エアフロメータ１から送られるスロットルバルブより上流の空気量に応じた出力Ｖは、単位変換処理部３にて予め設定されたマップに基づいてリニアライズ処理され、エアフロメータ１を通過する吸入空気量Ｑａが求められる。
【０００５】
ここで単位変換された信号Ｑａは、基本燃料噴射パルス幅算出部４にて、単位回転あたりの空気量相当の信号として、基本燃料噴射パルス幅ＴＰ０（＝Ｋｃｏｎｓｔ×Ｑａ／Ｎｅ；Ｋｃｏｎｓｔは定数）が算出される。
【０００６】
Ａ／Ｆフラット補正パルス幅算出部５にて、求められた基本燃料噴射パルス幅ＴＰ０が係数ＫＴＲＭによって補正され、Ａ／Ｆフラット補正パルス幅ＴＰＴＲＭが算出される。ここで係数ＫＴＲＭはエンジン毎に生じる吸入空気量やインジェクタ２５の燃料噴射量のバラツキを補正するための係数である。
【０００７】
シリンダ内空気量相当パルス幅算出部６にて、求められたＡ／Ｆフラット補正パルス幅ＴＰＴＲＭを加重平均係数Ｋを基にシリンダ１１の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］が次式で加重平均して算出される。
【０００８】
ＴＰ［ｎ］＝Ｋ×ＴＰＴＲＭ＋（１−Ｋ）×ＴＰ［ｎ−１］ …（１）
一方、加重平均係数検索部７にて、エンジンの負荷の位相に合わせた信号Ｑｈ０とエンジン回転数Ｎｅを基に、シリンダ１１の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を計算するための加重平均係数Ｋが算出される。
【０００９】
すなわち、吸気通路の上流側に位置するエアフロメータ１を通過する空気量が増えてからシリンダに吸入される空気量が増えるまでにある位相遅れを定めるパラメータとして加重平均係数Ｋを、予め設定されたマップを基にスロットルバルブ開度ＴＶＯとエンジン回転数Ｎｅから定まるスロットルチャンバを通過する定常運転時の吸入空気量Ｑｈ０に応じて決定するようになっている。
【００１０】
ところで、シリンダの吸入空気量Ｑａｃｙ（ｔ）は次式で算出される。ただし、Ｐｃはシリンダ内圧力、Ｖｃはシリンダ内吸気容積、Ｒを定数、Ｔｃをシリンダ内吸気温度とする。
【００１１】
Ｑａｃｙ（ｔ）＝Ｐｃ×Ｖｃ／（Ｒ×Ｔｃ） …（２）
ここで、Ｐｍを吸気通路内の圧力、Ｔｍを吸気通路内の空気温度とすると、Ｐｃ／Ｔｃ＝Ｐｍ／Ｔｍとなることにより、シリンダの吸入空気量Ｑａｃｙ（ｔ）は次式で算出される。
【００１２】
Ｑａｃｙ（ｔ）＝Ｐｍ×Ｖｃ／（Ｒ×Ｔｍ） …（３）
したがって、シリンダの吸入空気量Ｑａｃｙ（ｔ）は吸気通路内の圧力Ｐｍに比例する。
【００１３】
加速時におけるＴＶＯ、Ｑｈ０、Ｐｍ、エアフロメータで検出される空気量Ｑａｆｍ（ｔ）の変化は、図８に示すように、信号Ｑｈ０と吸気通路内の圧力Ｐｍがほぼ同位相の関係となるため、Ｐｍの変化が終了するまで、Ｑｈ０も変化している。それゆえ、Ｑａｆｍ（ｔ）に対するシリンダの吸入空気量の位相遅れを定める加重平均係数Ｋを予め設定されたマップを基にエンジン回転数Ｎｅと、スロットルバルブ開度ＴＶＯと信号Ｑｈ０に応じて検索することで、Ｐｍが変化している間は、加重平均係数Ｋに変化を与えられる。そこで、信号Ｑｈ０毎に加重平均係数Ｋを適合すれば、Ｑａｃｙ（ｔ）の位相がずれることなく、シリンダ１１の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］の算出精度を確保できる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、減速時におけるＴＶＯ、Ｑｈ０、Ｐｍ、エアフロメータで検出される空気量Ｑａｆｍ（ｔ）の変化は、図９に示すように、吸気通路２２の圧力Ｐｍの変化が信号Ｑｈ０の変化に対して遅れ、その変化のほとんどは、信号Ｑｈ０の変化終了後に起こるため、図中破線で示すタイミング以降では、Ｋに変化を与えられない。この間のＰｍの変化は、Ｑａｆｍ（ｔ）の１時定数の１次遅れ（Ｋ一定）では表せず、Ｐｍの位相と計算したＱａｃｙ（ｔ）の位相がずれ、シリンダ１１の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］の算出精度が悪化するという問題点があった。
【００１５】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、内燃機関の空気量検出装置において、過渡運転時の応答性を高めることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の内燃機関の空気量検出装置は、吸入空気量に相当する信号Ｑａを検出するエアフロメータと、エンジン負荷を基に吸気通路の圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を演算する手段と、信号ＱａとＱｄ０を基にシリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰを演算する手段と、を備えた内燃機関の空気量検出装置であって、さらに、エンジン負荷とエンジン回転数Ｎｅを基に加重平均係数Ｋｑｄを演算する手段と、エンジン負荷を加重平均係数Ｋｑｄを基に加重平均して吸気通路の圧力変化の位相に合わせた前記信号Ｑｄ０を演算する手段と、を備えた。
【００１７】
請求項２に記載の内燃機関の空気量検出装置は、前記吸入空気量に相当する信号Ｑａを検出するエアフロメータと、信号Ｑａとエンジン回転数Ｎｅを基に単位回転当たりの吸入空気量相当の信号ＴＰ０を演算する手段と、エンジン負荷を基に吸気通路の圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を演算する手段と、信号Ｑｄ０を基に加重平均係数Ｋを演算する手段と、信号ＴＰ０を加重平均係数Ｋを基に加重平均してシリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を演算する手段と、を備えた内燃機関の空気量検出装置であって、さらに、エンジン負荷とエンジン回転数Ｎｅを基に加重平均係数Ｋｑｄを演算する手段と、エンジン負荷を加重平均係数Ｋｑｄを基に加重平均して吸気通路の圧力変化の位相に合わせた前記信号Ｑｄ０を演算する手段と、を備えた。
【００１８】
請求項３に記載の内燃機関の空気量検出装置は、前記吸入空気量に相当する信号Ｑａを検出するエアフロメータと、信号Ｑａとエンジン回転数Ｎｅを基に単位回転当たりの吸入空気量相当の信号ＴＰ０を演算する手段と、エンジン負荷を基に吸気通路の圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を演算する手段と、信号Ｑｄ０を基に加重平均係数Ｋを演算する手段と、信号ＴＰ０を加重平均係数Ｋを基に加重平均してシリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を演算する手段と、を備えた内燃機関の空気量検出装置であって、
さらに、エンジン負荷の位相に合わせた信号Ｑｈ０を演算する手段と、エンジン負荷を基に定常運転時と過渡運転時を判定する手段と、定常運転時に信号Ｑｈ０を基に加重平均係数Ｋを演算する手段と、過渡運転時に信号Ｑｄ０とＱｈ０のいずれか大きい方の値を基に加重平均係数Ｋを演算する手段と、を備えた。
【００２０】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載の内燃機関の空気量検出装置によれば、エアフロメータによって検出される吸入空気量に相当する信号Ｑａと、吸気通路の圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を基にシリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰを演算する。
【００２１】
吸気通路の上流側に位置するエアフロメータを通過する空気量が増えてからシリンダに吸入される空気量が増えるまでに位相遅れが生じるが、シリンダに吸入される空気量は吸気通路の圧力に比例する。このため、エアフロメータによって検出される吸入空気量に相当する信号Ｑａと、吸気通路の圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を基に、シリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰが高い精度で得られる。
【００２２】
この結果、信号ＱａとＱｄ０の位相が相違する減速時においても、シリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰが高い精度で得られ、例えば空燃比等の制御応答性を高められる。
【００２３】
請求項２または３に記載の内燃機関の空気量検出装置によれば、吸気通路の上流側に位置するエアフロメータを通過する空気量が増えてからシリンダに吸入される空気量が増えるまでにある位相遅れを定めるパラメータとして加重平均係数Ｋを、吸気通路の圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を基に演算する。そして、単位回転当たりの吸入空気量相当の信号ＴＰ０を加重平均係数Ｋを基に加重平均してシリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を演算することにより、信号ＱａとＱｄ０の位相が相違する減速時においても、シリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰが高い精度で得られ、例えば空燃比等の制御応答性を高められる。
【００２４】
請求項２に記載の内燃機関の空気量検出装置によれば、過渡運転時に吸気通路内圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０とエンジン負荷の位相に合わせた信号Ｑｈ０のいずれか大きい方を基に加重平均係数Ｋが算出されることにより、精度良くシリンダに吸入される空気量を計算できる。また、加速→減速、減速→加速といった連続的な変化時におけるＱｈ０とＱｄ０の段差の影響を少なくし、エンジンの発生トルクに段差が生じることを防止できる。
【００２５】
請求項１または３に記載の内燃機関の空気量検出装置によれば、エンジン負荷とエンジン回転数Ｎｅを基に加重平均係数Ｋｑｄを演算し、エンジン負荷を加重平均係数Ｋｑｄを基に加重平均して吸気通路の圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を演算することにより、信号Ｑｄ０を基に精度良くシリンダに吸入される空気量を計算できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２７】
図２に示すように、エンジン２１は吸気弁１２が開かれるのに伴って吸気通路２２からシリンダ１１に吸気（混合気）を吸入し、この吸気をピストン１４で圧縮して、点火プラグ１５で着火燃焼させ、排気弁１３が開かれるのに伴って排気が排気通路２３に排出され、これらの各行程が連続して繰り返されるようになっている。
【００２８】
吸気通路２２の途中には、吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタ２５と、アクセルペダルに連動して吸気を絞るスロットルバルブ１７がそれぞれ設けられる。
【００２９】
排気通路２３の途中には三元触媒２４が設置され、排気中のＨＣ、ＣＯを酸化するとともに、ＮＯｘを還元する。
【００３０】
スロットルバルブ１７の開度ＴＶＯを検出する負荷センサ９が設けられるとともに、スロットルバルブ１７の上流側には吸入空気量Ｑａを検出するエアフロメータ１が設けられる。
【００３１】
インジェクタ２５からの燃料噴射量と、点火プラグ１５の点火時期を制御するコントロールユニット２６が設けられる。コントロールユニット２６は、エアフロメータ１で検出される吸入空気量Ｑａと、エンジン回転数センサ２で検出されるエンジン回転数Ｎｅと、図示しない冷却水温センサで検出される冷却水温度Ｔｗ等を入力して、燃料噴射量Ｔｉを運転状態に応じて演算する。
【００３２】
排気通路２３の途中にＯ2センサ１０が設置される。コントロールユニット２６は、Ｏ2センサ１０で検出される排気中の酸素濃度に応じた出力ＶＯ2を入力して、混合気が理論空燃比となるように燃料噴射量をフィードバック制御して、三元触媒２４での転化効率を最大限に維持するようになっている。
【００３３】
ところで、エアフロメータ１とシリンダ１１間の吸気通路２２に一定の空気ボリュームがあるため、スロットルバルブ１７の開度が急変する過渡運転時に、吸気通路２２の上流側に位置するエアフロメータ１を通過する空気量が増えてから、シリンダ１１に吸入される空気量が増えるまでにある位相遅れが生じる。このため、過渡運転時にシリンダ１１に供給される混合気の空燃比に対する制御応答性が悪化する可能性がある。
【００３４】
本発明は、シリンダ１１に吸入される空気量を過渡運転時にも的確に計算するため、少なくともエンジン負荷を基に吸気通路の圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を演算し、少なくともこの信号Ｑｄ０とエンジン回転数Ｎｅを基に加重平均係数Ｋを演算し、単位回転当たりの吸入空気量相当の信号ＴＰ０を加重平均係数Ｋを基に加重平均してシリンダ１１の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を演算する。
【００３５】
図１に示すように、エアフロメータ１から送られるスロットルバルブ１７より上流の空気量に応じた出力Ｖは、単位変換処理部３にて予め設定されたマップに基づいてリニアライズ処理され、エアフロメータ１を通過する吸入空気量Ｑａが求められる。
【００３６】
基本燃料噴射パルス幅算出部４にて、単位回転あたりの空気量相当の信号として基本燃料噴射パルス幅ＴＰ０（＝Ｋｃｏｎｓｔ×Ｑａ／Ｎｅ；Ｋｃｏｎｓｔは定数）が算出される。
【００３７】
Ａ／Ｆフラット補正パルス幅算出部５にて、求められた基本燃料噴射パルス幅ＴＰ０が係数ＫＴＲＭによって補正され、Ａ／Ｆフラット補正パルス幅ＴＰＴＲＭが算出される。ここで係数ＫＴＲＭはエンジン２１毎に吸入空気量やインジェクタ２５の燃料噴射量のバラツキを補正するための係数であり、予め設定されたマップを基にエンジン回転数Ｎｅと信号Ｑｈ０に応じて検索される。
【００３８】
一方、Ｑｄ０算出部８にて、エンジン２１の負荷センサ９から送られるエンジンの負荷信号の位相Ｑｈ０を基に吸気通路内圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０が算出される。
【００３９】
ＴＰ計算用係数演算部７は、この吸気通路内圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を基に、単位回転あたりの空気量相当の信号ＴＰ０から、シリンダ１１の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を計算するための加重平均係数Ｋを算出する。
【００４０】
シリンダ内空気量相当パルス幅算出部６にて、シリンダ１１の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］が次式により算出される。
【００４１】
ＴＰ［ｎ］＝Ｋ×ＴＰＴＲＭ＋（１−Ｋ）×ＴＰ［ｎ−１］ …（１）
ここではＴＰ［ｎ］の計算方法として、Ａ／Ｆフラット補正パルス幅ＴＰＴＲＭに加重平均係数Ｋを乗算した値と、前回の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ−１］に（１−Ｋ）を乗算した値とを合計して今回の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］とする、加重平均法を一例として挙げたが、実際はこの限りではない。
【００４２】
以上のように構成される本発明につき、次に作用を説明する。
【００４３】
エアフロメータによって検出される吸入空気量に相当する信号Ｑａの変化に対して減速時に吸気通路２２の圧力の変化が遅れるが、シリンダに吸入される空気量は吸気通路の圧力に比例する（図９参照）。
【００４４】
このため、吸気通路２２の圧力の変化に対応する信号Ｑｄ０を演算し、信号Ｑｄ０を基に加重平均係数Ｋを演算し、単位回転当たりの吸入空気量相当の信号ＴＰ０を加重平均係数Ｋを基に加重平均してシリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を演算することにより、信号ＴＰ［ｎ］の算出精度を高められる。
【００４５】
この結果、吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を基に燃料噴射量Ｔｉを演算することにより、シリンダ１１に供給される混合気の空燃比を的確に制御することができ、燃費の低減がはかれるとともに、排気の浄化がはかれる。
【００４６】
次に、図３に示す実施形態について説明する。なお、図１との対応部分には同一符号を付す。
【００４７】
過渡判定部１０にて、エンジン１１の負荷相当の信号として信号Ｑｈ０を読込み、Ｑｈ０の単位時間あたりの変化量ΔＱｈ０から、現在の運転状態が、定常であるか、過渡であるか判定される。
【００４８】
ここで過渡運転時と判定された場合、切り換え手段１１を経て、信号Ｑｈ０から吸気通路内圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を計算する。ここでは、Ｑｄ０算出用加重平均係数計算部８にて、算出用加重平均係数Ｋｑｄが予め設定されたマップに基づきＱｈ０とＮｅに応じて検索される。
【００４９】
Ｑｄ０演算部９にて、算出用加重平均係数Ｋｑｄと、信号Ｑｈ０と、前回演算時のＱｄ０［ｎ−１］より、Ｑｄ０［ｎ］が次式で算出される。
【００５０】
Ｑｄ０［ｎ］＝Ｋｑｄ×Ｑｈ０＋（１−Ｋｑｄ）×Ｑｄ０［ｎ−１］ …（４）
一方、過渡判定部１０にて定常運転時と判定されると、切り換え手段１１を経て、Ｑｄ０の演算は行わず、Ｑｄ０＝Ｑｈ０とする。このため、過渡判定後、第１回目のＱｄ０演算時にはＱｄ０［ｎ−１］＝Ｑｈ０［ｎ−１］となっている。
【００５１】
選択手段１２にて、Ｑｄ０とＱｈ０のいずれか大きい方が選択される。Ｑｄ０はＱｈ０の一次遅れであるため、その変化はＱｈ０より遅い。このため、加速時にはＱｈ０が選択され、減速時にはＱｄ０が選択される。
【００５２】
ＴＰ計算用係数演算部７にて、この吸気通路内圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｈ０とＱｄ０のいずれか大きい方を基に、単位回転あたりの空気量相当の信号ＴＰ０から、シリンダ１１の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を計算するための加重平均係数Ｋが算出される。
【００５３】
ＴＰ計算用係数演算部７にて、この吸気通路内圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｈ０とＱｄ０のいずれか一方を基に、単位回転あたりの空気量相当の信号ＴＰ０から、シリンダ１１の吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を計算するための加重平均係数Ｋが算出される。
【００５４】
過渡運転時における吸気通路２２の圧力Ｐｍは、加速時に図４に示すように信号Ｑｈ０と同位相であり、減速時に図５に示すようにＱｄ０と同位相である。このため、Ｑｈ０とＱｄ０のいずれか大きい方を基に計算用係数Ｋが算出されることにより、精度良くシリンダ１１に吸入される空気量を計算できる。また、図６に示すように、加速→減速、減速→加速といった連続的な変化時におけるＱｈ０とＱｄ０の段差の影響を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す制御構成図。
【図２】同じくエンジンのシステム図。
【図３】他の実施形態を示す制御構成図。
【図４】同じく加速時における信号Ｑｈ０、Ｑｄ０、Ｐｍの関係を示す特性図。
【図５】同じく減速時における信号Ｑｈ０、Ｑｄ０、Ｐｍの関係を示す特性図。
【図６】同じく加減速時における信号Ｑｈ０、Ｑｄ０の特性図。
【図７】従来例を示す制御構成図。
【図８】加速時における信号ＴＶＯ、Ｑｈ０、Ｑｃ、Ｑａｆｍの関係を示す特性図。
【図９】減速時における信号ＴＶＯ、Ｑｈ０、Ｑｃ、Ｑａｆｍの関係を示す特性図。
【符号の説明】
１ エアフロメータ
２ エンジン回転数センサ
３ 単位変換処理部
４ 基本燃料噴射パルス幅算出部
５ Ａ／Ｆフラット補正パルス幅算出部
６ シリンダ内空気量相当パルス幅算出部
７ ＴＰ計算用係数演算部
８ Ｑｄ０算出部
９ エンジン負荷センサ
１１ 切り換え手段
１２ 選択手段
Claims (3)
- 吸入空気量に相当する信号Ｑａを検出するエアフロメータと、エンジン負荷を基に吸気通路の圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を演算する手段と、信号ＱａとＱｄ０を基にシリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰを演算する手段と、を備えた内燃機関の空気量検出装置であって、
さらに、エンジン負荷とエンジン回転数Ｎｅを基に加重平均係数Ｋｑｄを演算する手段と、エンジン負荷を加重平均係数Ｋｑｄを基に加重平均して吸気通路の圧力変化の位相に合わせた前記信号Ｑｄ０を演算する手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の空気量検出装置。 - 前記吸入空気量に相当する信号Ｑａを検出するエアフロメータと、信号Ｑａとエンジン回転数Ｎｅを基に単位回転当たりの吸入空気量相当の信号ＴＰ０を演算する手段と、エンジン負荷を基に吸気通路の圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を演算する手段と、信号Ｑｄ０を基に加重平均係数Ｋを演算する手段と、信号ＴＰ０を加重平均係数Ｋを基に加重平均してシリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を演算する手段と、を備えた内燃機関の空気量検出装置であって、
さらに、エンジン負荷とエンジン回転数Ｎｅを基に加重平均係数Ｋｑｄを演算する手段と、エンジン負荷を加重平均係数Ｋｑｄを基に加重平均して吸気通路の圧力変化の位相に合わせた前記信号Ｑｄ０を演算する手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の空気量検出装置。 - 前記吸入空気量に相当する信号Ｑａを検出するエアフロメータと、信号Ｑａとエンジン回転数Ｎｅを基に単位回転当たりの吸入空気量相当の信号ＴＰ０を演算する手段と、エンジン負荷を基に吸気通路の圧力変化の位相に合わせた信号Ｑｄ０を演算する手段と、信号Ｑｄ０を基に加重平均係数Ｋを演算する手段と、信号ＴＰ０を加重平均係数Ｋを基に加重平均してシリンダの吸入空気量相当の信号ＴＰ［ｎ］を演算する手段と、を備えた内燃機関の空気量検出装置であって、
さらに、エンジン負荷の位相に合わせた信号Ｑｈ０を演算する手段と、エンジン負荷を基に定常運転時と過渡運転時を判定する手段と、定常運転時に信号Ｑｈ０を基に加重平均係数Ｋを演算する手段と、過渡運転時に信号Ｑｄ０とＱｈ０のいずれか大きい方の値を基に加重平均係数Ｋを演算する手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の空気量検出装置。
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| JP19370197A JP3726432B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 内燃機関の空気量検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19370197A JP3726432B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 内燃機関の空気量検出装置 |
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| JPH1136969A (ja) | 1999-02-09 |
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