JP3728874B2

JP3728874B2 - 内燃機関の空気量検出装置

Info

Publication number: JP3728874B2
Application number: JP15864697A
Authority: JP
Inventors: 初雄永石; 禎明吉岡; 治郎竹内
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2017-06-16
Also published as: JPH116460A

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に関し、特に、始動時に速やかにシリンダ吸入空気量を検出するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関の空気量検出装置においては、機関吸気通路にエアフローメータ（空気流量計）を備え、始動時は生の空気流量信号を用い、完爆して回転が上がったら、加重平均等の平滑化処理により、シリンダ吸入空気量を求めていた（特開平８−１４４８３４号公報等参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の内燃機関の空気量検出装置においては、始動時に用いている生の空気流量信号は吸気脈動により出力変動が大きく、これを用いて空燃比を制御すると、空燃比が大きく変動する。また、完爆までの間、シリンダ吸入空気量を求めることができないので、空燃比の制御精度が悪い。
【０００４】
一方、最初から加重平均等の平滑化処理を行うことも考えられるが、初期値の設定が難しく、ゼロスタートだと加重平均の遅れが極めて大となり、所定値スタートとしても気圧や気温で所定値要求が大きく異なるので、いずれにしても、要求値に対し精度が悪い。
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、始動時に速やかに精度よくシリンダ吸入空気量を求めることができ、これにより空燃比等の制御精度を高めることのできる内燃機関の空気量検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、図１に示すように、機関吸気通路にエアフローメータを備える内燃機関の空気量検出装置において、予め定めた始動初期の所定クランク角区間として、始動開始から、クランク角センサより機関回転に同期して基準クランク角位置にて出力される最初の基準信号までの区間を判別する始動初期区間判別手段と、前記所定クランク角区間にて、前記エアフローメータにより検出される吸入空気流量（Ｑ）の積分値を算出する積分値算出手段と、前記所定クランク角区間の経過後に、前記積分値を初期値として、前記エアフローメータの検出値に基づく単位回転当たりの吸入空気量を平滑化処理することにより、シリンダ吸入空気量（Ｑcyl ）を算出する平滑化処理手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２に係る発明では、前記始動初期区間判別手段は、前記所定クランク角区間として、始動開始から、クランク角センサより機関回転に同期して基準クランク角位置にて出力される最初の基準信号までの区間を判別するものであるが、判別した区間のクランク角度が所定角度未満のときは、前記所定クランク角区間を、基準信号間の区間に変更する区間変更手段を有していることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に係る発明では、前記積分値算出手段は、始動開始から最初の基準信号までの区間にて、前記エアフローメータにより一定のサンプリング時間間隔で検出される吸入空気流量の積算値を求めるものであって、その積算値を、前記区間のクランク角度から求めた補正係数で補正する補正手段を有していることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に係る発明では、前記平滑化処理手段は、前記積分値を初期値として、前記エアフローメータの検出値に基づく単位回転当たりの吸入空気量を加重平均することにより、シリンダ吸入空気量を算出するものであることを特徴とする。
請求項５に係る発明では、前記平滑化処理手段により最初にシリンダ吸入空気量が算出されるまでは、シリンダ吸入空気量として予め定めた設定値を提供する切換手段を設けたことを特徴とする（図１参照）。
【０００９】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、予め定めた始動初期の所定クランク角区間にて、エアフローメータにより検出される吸入空気流量の積分値を算出し、これを初期値として、加重平均等の平滑化処理により、シリンダ吸入空気量を算出するので、始動時に速やかに精度よくシリンダ吸入空気量を求めることができ、これにより空燃比等の制御精度を高められることから、大気圧や温度が変化しても良好な始動を行うことができるようになる。
また、前記所定クランク角区間を始動開始から最初の基準信号までの区間とすることで、平滑化処理の初期値を極めて迅速に求めることができる。
【００１０】
請求項２に係る発明によれば、前記所定クランク角区間を始動開始から最初の基準信号までの区間とするが、その区間のクランク角度が所定角度未満のときは、前記所定クランク角区間を基準信号間の区間に変更するので、平滑化処理の初期値を求める迅速さと精度とを両立できる。
請求項３に係る発明によれば、前記積分値として、始動開始から最初の基準信号までの区間にて吸入空気流量の積算値を求める際に、その積算値を、前記区間のクランク角度から求めた補正係数で補正することにより、平滑化処理の初期値を求める迅速さを確保した上で、精度を向上できる。
【００１１】
請求項４に係る発明によれば、平滑化処理として、加重平均を採用することにより、マニホールドモデル等を用いる場合に比べ、簡単に実施できる。
請求項５に係る発明によれば、平滑化処理により最初にシリンダ吸入空気量が算出されるまでは、設定値を提供することで、最低限の制御を確保できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図２は内燃機関のシステム図を示している。
エアクリーナ１からの空気は、スロットルチャンバ２にて、図示しないアクセルペダルに実質的に連動するスロットル弁３の制御を受けて吸入される。そして、吸気マニホールド４のブランチ部にて、各気筒ごとに設けた燃料噴射弁５から噴射された燃料と混合して、機関６のシリンダ内に吸入される。
【００１３】
燃料噴射弁５は、電磁コイルに通電されて開弁し通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であって、コントロールユニット10からの駆動パルス信号により通電されて開弁し、図示しない燃料ポンプにより圧送されプレッシャレギュレータにより所定の圧力に調整された燃料を噴射する。尚、燃料噴射弁５を機関６の各燃焼室内に直接燃料噴射するように設けてもよい。
【００１４】
コントロールユニット10には燃料噴射の制御のため各種のセンサから信号が入力されている。
前記各種のセンサとしては、スロットル弁３の上流に例えば熱線式のエアフローメータ（空気流量計）11が設けられ、吸入空気流量Ｑに対応した電圧信号を出力する。
【００１５】
また、クランク角センサ12が設けられ、４気筒の場合、クランク角 180°ごとの基準クランク角位置にて基準信号ＲＥＦを出力すると共に、クランク角１°ごとに単位信号ＰＯＳを出力する。ここで、基準信号ＲＥＦの周期等より機関回転数Ｎｅを算出可能である。
この他、機関冷却水温Ｔｗ検出用の水温センサ13、スロットル開度ＴＶＯ検出用のスロットルセンサ14、排気中の酸素濃度より空燃比のリッチ・リーンを検出するための酸素センサ15、スタートスイッチ16等が設けられている。
【００１６】
ここにおいて、コントロールユニット10は、内蔵のマイクロコンピュータにより、図３のフローチャートに示す基本燃料噴射量演算ルーチンに従って演算処理することにより、シリンダ吸入空気量に対応する基本燃料噴射量ＴＰを定める。そして、これを更に補正して、最終的な燃料噴射量ＴＩを定め、このＴＩのパルス幅をもつ駆動パルス信号を機関回転に同期した所定のタイミングで燃料噴射弁５に出力することにより、燃料噴射を行わせる。
【００１７】
次に、図３の基本燃料噴射量演算ルーチンについて説明する。この実施例は、基本的には、始動開始（スタートスイッチＯＮ）から、クランク角センサ12からの最初の基準信号ＲＥＦまでの間で吸入空気流量の積算値（積分値）を求め、これを初期値として、その後に、加重平均処理により、シリンダ吸入空気量に対応する基本燃料噴射量を求めるようにしたものである。
【００１８】
図３のルーチンは所定時間Δｔ（例えば２ｍｓ）毎に実行される。また、別ルーチンでＲＥＦ数カウンタ及びＰＯＳ数カウンタとして、クランク角センサ12からの基準信号ＲＥＦ及び単位信号ＰＯＳの発生数をそれぞれカウントしている。
ステップ21（図にはＳ 21 と記してある。以下同様）では、エアフローメータ11の出力電圧をＡ／Ｄ変換して読込む。
ステップ22では、その読込み値をリニアライズ処理して、吸入空気流量Ｑを検出する。
【００１９】
ステップ23では、ＲＥＦ数カウンタを参照し、ＲＥＦ数≧１か否かを判定する。
ＲＥＦ数≧１でない場合は、始動開始から最初の基準信号ＲＥＦが発せられる前であり、この実施例では吸入空気流量の積分値を求める始動初期の所定クランク角区間であるので、ステップ24へ進んで、吸入空気流量Ｑの積算を行い、積算値ＳＱを更新する（ＳＱ＝ＳＱ＋Ｑ；図４参照）。そして、ステップ25へ進んで、基本燃料噴射量ＴＰ＝ＩＮＴＰ＃（設定値）にセットして、本ルーチンを終了する。
【００２０】
最初の基準信号ＲＥＦが発せられた後は、ステップ23での判定で、ＲＥＦ数≧１であるので、ステップ26へ進む。
ステップ26では、ＲＥＦ数≧１となって、初回か否かを判定する。
初回の場合は、始動開始から最初の基準信号ＲＥＦまでの間の吸入空気流量の積分値を求めるタイミングであるため、ステップ27へ進む。
【００２１】
ステップ27では、ＰＯＳ数カウンタを参照し、ＰＯＳ数（始動開始から最初の基準信号ＲＥＦまでに回転したクランク角度ｘ°）を読込む。
ステップ28では、ＰＯＳ数＜所定値（クランク角度で例えば80°）か否かを判定する。
ＰＯＳ数＜所定値でない場合は、ステップ30へ進んで、図５のテーブルを参照し、ＰＯＳ数（ｘ°）より、補正係数Ｙを求める。尚、図５は４気筒の場合で、ｘ＝ 180°の場合に補正係数Ｙ＝１となり、ｘが小さくなるに従って、補正係数Ｙを大きくする。
【００２２】
そして、ステップ31では、吸入空気流量の積算値ＳＱに補正係数Ｙを乗じ、更に定数Ｋ２＃を乗じて、シリンダ吸入空気量の初期値に対応する基本燃料噴射量ＴＰ＝ＳＱ×Ｙ×Ｋ２＃を算出し、本ルーチンを終了する。尚、定数Ｋ２＃はサンプリング時間間隔Δｔを変更するときはこれに合わせて変更する。
【００２３】
初回でない場合は、ステップ32〜34へ進む。
ステップ32では、生の吸入空気流量Ｑに基づいて、単位回転当たりの吸入空気量に対応する基本燃料噴射量ＲＴＰ＝（Ｑ／Ｎｅ）×Ｋ＃（Ｎｅは機関回転数、Ｋ＃は定数）を算出する。
【００２４】
ステップ33では、加重平均の重み付け定数ＦＬＯＡＤ（０＜ＦＬＯＡＤ＜１）を次式により計算する。
ＦＬＯＡＤ＝１／〔（ 120 ×Ｖｍ）／（Ｖｅ×η×Ｎｅ×Δｔ）＋１〕
Ｖｍ：吸気マニホールド容積（ｃｃ）
Ｖｅ：排気量（ｃｃ）
η ：吸気充填効率
Ｎｅ：機関回転数（ｒｐｍ）
Δｔ：計算時間間隔（ｓ）
【００２５】
ステップ34では、加重平均による平滑化処理を行う。すなわち、次式に従って、生の吸入空気流量に基づく単位回転当たりの吸入空気量に対応する基本燃料噴射量ＲＴＰと、シリンダ吸入空気量の初期値又は前回値に対応する基本燃料噴射量ＴＰとの加重平均により、シリンダ吸入空気量に対応する基本燃料噴射量ＴＰを更新して、本ルーチンを終了する。
ＴＰ＝ＲＴＰ×ＦＬＯＡＤ＋ＴＰ×（１−ＦＬＯＡＤ）
【００２６】
一方、ステップ28での判定で、ＰＯＳ数＜所定値の場合は、ステップ29へ進む。
ステップ29では、吸入空気流量の積算値ＳＱをクリアし、また、ＲＥＦ数カウンタ及びＰＯＳ数カウンタをクリアする。そして、ステップ25で、基本燃料噴射量ＴＰ＝ＩＮＴＰ＃（設定値）にセットして、本ルーチンを終了する。
【００２７】
従って、実際に最初の基準信号ＲＥＦが発せられた後も、ステップ23での判定で、ＲＥＦ数＜１であるので、ステップ24へ進んで、吸入空気流量Ｑの積算を行い、積算値ＳＱを更新する（ＳＱ＝ＳＱ＋Ｑ；図４の点線参照）。そして、ステップ25で、基本燃料噴射量ＴＰ＝ＩＮＴＰ＃（初期値）にセットして、本ルーチンを終了する。
【００２８】
そして、実際に２つ目の基準信号ＲＥＦが発せられたときに、ステップ23での判定で、ＲＥＦ数≧１となるので、このときに、ステップ26，27，28，30を経て、ステップ31へ進み、吸入空気流量の積算値ＳＱに補正係数Ｙ（但し、このときはｘ＝180 °であるので、Ｙ＝１）を乗じ、更に定数Ｋ２＃を乗じて、シリンダ吸入空気量の初期値に対応する基本燃料噴射量ＴＰ＝ＳＱ×Ｙ×Ｋ２＃を算出し、本ルーチンを終了する。
【００２９】
そして、その後に、ステップ32〜34へ進んで、加重平均による平滑化処理によりシリンダ吸入空気量に対応する基本燃料噴射量ＴＰを求める。
ここで、ステップ23の部分が始動初期区間判別手段に相当し、ステップ24，31の部分が積分値算出手段に相当し、ステップ32〜34の部分が平滑化処理手段に相当する。また、ステップ25の部分が切換手段に相当する。更に、ステップ27〜29の部分が区間変更手段に相当し、ステップ30，31の部分が補正手段に相当する。
【００３０】
このように、この実施例では、始動開始（スタートスイッチＯＮ）から最初の基準信号ＲＥＦまでの間で吸入空気流量の積算値（積分値）ＳＱを求め、これを初期値として、その後に、加重平均処理により、シリンダ吸入空気量Ｑcyl に対応する基本燃料噴射量ＴＰを求めるようにしたので、始動時に極めて速やかにシリンダ吸入空気量に対応する基本燃料噴射量を求めることができる。これにより空燃比等の制御精度を高められることから、大気圧や温度が変化しても良好な始動を行うことができるようになる。
【００３１】
また、始動開始から最初の基準信号までの区間が所定角度未満（図６の点線）の場合は、精度が悪化するので、基準信号間の区間に変更して、初期値を求めるので、平滑化処理の初期値を求める迅速さと精度とを両立できる。
尚、最終的な燃料噴射量ＴＩは、例えば次式により算出される。
ＴＩ＝ＴＰ×Ｔfbya×（α＋αm ）＋Ｃhosn＋ＴＳ
Ｔfbyaは目標空燃比補正、水温増量、加速増量等を含む各種補正係数、αは酸素センサ15からの信号に基づく空燃比フィードバック補正係数、αm は空燃比フィードバック補正係数αより学習した学習補正係数、ＴＳはバッテリ電圧に基づく電圧補正分である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の実施の形態を示す内燃機関のシステム図
【図３】同上実施形態のフローチャート
【図４】同上実施形態の特性図
【図５】補正係数テーブルを示す図
【符号の説明】
３スロットル弁
５燃料噴射弁
６機関
10 コントロールユニット
11 エアフローメータ
12 クランク角センサ

Claims

機関吸気通路にエアフローメータを備える内燃機関の空気量検出装置において、
予め定めた始動初期の所定クランク角区間として、始動開始から、クランク角センサより機関回転に同期して基準クランク角位置にて出力される最初の基準信号までの区間を判別する始動初期区間判別手段と、
前記所定クランク角区間にて、前記エアフローメータにより検出される吸入空気流量の積分値を算出する積分値算出手段と、
前記所定クランク角区間の経過後に、前記積分値を初期値として、前記エアフローメータの検出値に基づく単位回転当たりの吸入空気量を平滑化処理することにより、シリンダ吸入空気量を算出する平滑化処理手段と、
を設けたことを特徴とする内燃機関の空気量検出装置。
前記始動初期区間判別手段は、前記所定クランク角区間として、始動開始から、クランク角センサより機関回転に同期して基準クランク角位置にて出力される最初の基準信号までの区間を判別するものであるが、判別した区間のクランク角度が所定角度未満のときは、前記所定クランク角区間を、基準信号間の区間に変更する区間変更手段を有していることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の空気量検出装置。
前記積分値算出手段は、始動開始から最初の基準信号までの区間にて、前記エアフローメータにより一定のサンプリング時間間隔で検出される吸入空気流量の積算値を求めるものであって、その積算値を、前記区間のクランク角度から求めた補正係数で補正する補正手段を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の空気量検出装置。
前記平滑化処理手段は、前記積分値を初期値として、前記エアフローメータの検出値に基づく単位回転当たりの吸入空気量を加重平均することにより、シリンダ吸入空気量を算出するものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の空気量検出装置。
前記平滑化処理手段により最初にシリンダ吸入空気量が算出されるまでは、シリンダ吸入空気量として予め定めた設定値を提供する切換手段を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の空気量検出装置。