JP4019413B2 - 吸入空気流量測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、エンジン）に吸い込まれる吸入空気流量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの吸気管には、エンジンに吸い込まれる吸入空気流量を測定するための流量センサが搭載されている。流量センサとしては、発熱抵抗体を用いて吸気管内を流れる空気の順流と逆流の空気流量を測定するものが知られている。
この流量センサによるエンジンの低回転・高負荷域（逆流が大きく発生する領域）時における出力特性を、図９の実線Ａに示す。上記したタイプのセンサ出力から演算される吸入空気流量は、図１０の実線Ｂの流量変化として示される。なお、この時の真の吸入空気流量の変化は図１０の破線αである。
【０００３】
図１０の破線αと実線Ｂとを比較して明らかなように、センサ出力から求めた流量（実線Ｂ）は、順流側よりも逆流側において、真の吸入空気流量（破線α）に対する誤差が大きくなっている。
このため、センサ出力から求められる平均吸入空気流量は、真の吸入空気流量の平均値よりも大きな値になってしまう。
【０００４】
上記の不具合を回避する技術として、特開平９−１５０１３号公報に開示された技術が知られている。この技術は、流量センサのセンサ出力が逆流域（流量がマイナスの領域）の時に、その出力を図９の一点鎖線Ａ’に示すように補正するものである。
このように補正された補正値から吸入空気流量を演算すると、エンジンの低回転・高負荷域時において、図１０の一点鎖線Ｂ’に示す流量変化となり、演算によって求められる平均吸入空気流量が、真の吸入空気流量の平均値と略一致するようになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に開示される技術は、上述したように、エンジンの低回転・高負荷域時において、流量センサの出力を補正してから求められる吸入空気流量の平均値を、真の吸入空気流量の平均値と略一致させることができる。
しかし、流量センサの出力に対して補正を加える領域は、順流域と逆流域を境として逆流域（センサ出力による算出流量がマイナス側の領域）に限定されているため、演算によって求めた平均吸入空気流量と、真の吸入空気流量の平均値とが一致しなくなってしまう。
【０００６】
具体的には、例えば、エンジン回転数の上昇等により、真の吸入空気流量の平均値がやや上昇した場合は、補正を加える逆流域（センサ出力による算出流量がマイナス側の領域）が減少して、補正される領域が小さくなる（あるいはなくなる）ため、流量センサの逆流側の出力に正確な補正を加えることができなくなり、演算によって求められる平均吸入空気流量と、真の吸入空気流量の平均値とが一致しなくなってしまう。
【０００７】
また、例えば、スロットルバルブの開度が変化した場合や、吸入バルブのリフト量が変化した場合などでは、吸気脈動の順方向流量と逆方向流量との割合（および吸気脈動幅）が変動する。つまり、この場合において、補正を加える逆流域（センサ出力による算出流量がマイナス側の領域）が変動することになり、演算によって求められる平均吸入空気流量と、真の吸入空気流量の平均値とが一致しなくなってしまう。
【０００８】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、次の２つを目的としている。
第１の目的は、エンジンの運転状態に応じて流量センサの逆流側の出力を的確に補正することで、エンジンの運転状態によらず、エンジンの広い運転範囲に亘って、平均吸入空気流量を高い精度で測定する。
第２の目的は、エンジンの運転状態に応じて流量センサから求められる逆流側の吸入空気流量を的確に補正することで、エンジンの運転状態によらず、エンジンの広い運転範囲に亘って、平均吸入空気流量を高い精度で測定する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
次に各請求項に対応した手段を説明する。なお、この各手段に示す符号は、理解を補助する目的で付したものである。
〔請求項１の手段〕
エンジンの運転状態に応じて吸気管内を流れる真の空気流は、順流側と逆流側の分岐部の吸入空気流量が変動したり、吸気脈動の順方向流量と逆方向流量との割合が変化したりする。そこで、エンジンの運転状態に応じて補正基準値（Ｑｘ）を求める。
そして、流量センサの出力値（Ｖ）のうち、補正基準値（Ｑｘ）よりも逆流方向側の出力値（Ｖｇ）を補正して逆流側補正出力値（Ｖｇ’）を求め、この逆流側補正出力値（Ｖｇ’）と、流量センサの出力値（Ｖ）のうち、補正基準値（Ｑｘ）よりも順流方向側の出力値（Ｖｊ）とを基に、平均吸入空気流量（Ｑ）を求める。
【００１０】
このように、請求項１の手段を採用することにより、エンジンの運転状態に応じて、吸気脈動の逆流側における流量センサの出力値を適切に補正することができるため、エンジンの運転状態によらず、エンジンの広い運転範囲に亘って、平均吸入空気流量を高い精度で測定することができる。
【００１１】
〔請求項２の手段〕
エンジンの運転状態に応じて吸気管内を流れる真の空気流は、順流側と逆流側の分岐部の吸入空気流量が変動したり、吸気脈動の順方向流量と逆方向流量との割合が変化したりする。そこで、エンジンの運転状態に応じて補正基準値（Ｑｘ）を求める。
そして、流量センサの出力値（Ｖ）のうち、補正基準値（Ｑｘ）よりも逆流方向側の出力値（Ｖｇ）から求められる吸入空気流量（Ｑｇ）を補正して逆流側補正吸入空気流量（Ｑｇ’）を求めるとともに、流量センサの出力値（Ｖ）のうち、補正基準値（Ｑｘ）よりも順流方向側の出力値（Ｖｊ）から吸入空気流量（Ｑｊ）を求め、求めた両者（Ｑｇ’、Ｑｊ）を基に平均吸入空気流量（Ｑ）を求める。
【００１２】
このように、請求項２の手段を採用することにより、エンジンの運転状態に応じて、吸気脈動の逆流側の吸入空気流量を適切に補正することができるため、エンジンの運転状態によらず、エンジンの広い運転範囲に亘って、平均吸入空気流量を高い精度で測定することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、２つの実施例と変形例を用いて説明する。
〔第１実施例〕
図１〜図７を参照して吸入空気流量測定装置１を用いた燃料噴射装置２を説明する。
燃料噴射装置２は、図１に示されるように、吸入空気流量を測定する吸入空気流量測定装置１の他に、吸入空気流量に応じた所定の噴射量を算出する燃料噴射量演算装置３と、この燃料噴射量演算装置３で算出された噴射量を所定のタイミングで噴射する燃料噴射弁４とから構成される。
【００１４】
吸入空気流量測定装置１は、エンジン５の吸気管６（図２参照）に取り付けられ、エンジン５に吸引される吸入空気流量を検出するためのエアフロメータ７（図２、図３参照）と、エアフロメータ７に取り付けられる流量センサ８（図３参照）の出力から吸入空気流量を算出する流量算出手段９（図１参照）とを備える。
【００１５】
ここで、先ずエンジン５の吸入系の概略構成を図２を参照して説明する。
エンジン５の吸入系は、エアクリーナ１０で濾過された空気をエンジン５の各気筒１１へ導く吸気管６を備えるものであり、その吸気管６には、上述したエアフロメータ７の他に、スロットルバルブ１２、サージタンク１３が介在されている。そして、エンジン５のピストン１４が下降する際に吸入バルブ１５が開弁動作して、エアクリーナ１０で濾過された空気がエンジン５の気筒１１内に吸引される。
【００１６】
エアフロメータ７の構造を図３を参照して説明する。
エアフロメータ７は、エンジン５の吸気管６に取り付けられるセンサボディ１６と、このセンサボディ１６に形成された副流路１７内に保持される流量センサ８とで構成される。
なお、副流路１７は、吸気管６内を流れる吸入空気の一部が迂回して流れるように設けられる。
【００１７】
流量センサ８は、発熱抵抗体を用いて吸入空気の順流方向の吸入空気流量と、逆流方向の吸入空気流量とを測定するものであり、検出された吸入空気流量を電気的な信号として出力する。
なお、この実施例では、流量センサ８は吸入空気流量に応じた電圧値を出力する例を示すが、電流値を出力するものであっても良い。
具体的に、この実施例の流量センサ８は、流量センサ８を通過する吸入空気流量に対し、図４の実線Ａに示す出力電圧を発生するものであり、順流方向の吸入空気流量が増大するに従って出力電圧が所定曲線を描いて上昇し、逆流方向の吸入空気流量が増大するに従って出力電圧が所定曲線（上昇曲線とは異なった曲線）を描いて下降するものである。
【００１８】
次に、吸入空気流量測定装置１の概略を、図１（ａ）を参照して説明する。
流量センサ８の出力電圧は、ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニットの略）２０に設けられた流量算出手段９において、平均吸入空気流量に換算される。
流量算出手段９は、流量センサ８の出力電圧に対応した吸入空気流量（順流、逆流を含む）が設定されたマップあるいは演算式を備えるものであり、吸気脈動等によって変動する流量センサ８の出力電圧から、吸気脈動等によって変動する吸入空気流量を求め、その値から平均吸入空気流量を求めるものである。
【００１９】
上記の構成のように、流量センサ８の出力特性（図４の実線Ａ）を用いて平均吸入空気流量を求めると、従来技術の項で説明した不具合が発生する。つまり、流量センサ８の電圧出力の変化は、図４の実線Ａに示されるものであり、例えば、エンジン５の低回転・高負荷域時では、上記実線Ａに基づいて求められる吸入空気流量が図５の実線Ｂに示される値となり、実際の吸入空気流量（真の吸入空気流量）の変化（図５の破線α）に対し、順流側よりも逆流側において誤差（真の吸入空気流量と演算流量との差）が大きくなってしまう。
このため、流量センサ８の出力から求められる平均吸入空気流量は、真の吸入空気流量の平均値よりも大きな値になってしまう。
【００２０】
上記の不具合を回避するために、この実施例の吸入空気流量測定装置１は、流量センサ８の電圧出力のうち、逆流側の電圧出力をエンジン５の運転状態に応じて補正し、その補正値を基に平均吸入空気流量を求めるように設けている。
【００２１】
この具体的な構成を図１（ｂ）及び図４、図５を参照して説明する。
本実施例の吸入空気流量測定装置１は、上記図１（ａ）の構成の他に、エンジン５の運転状態を検出する運転状態検出手段２１と、この運転状態検出手段２１によって検出されたエンジン５の運転状態に応じて補正基準値Ｑｘを決定する補正基準値決定手段２２と、流量センサ８の出力値Ｖのうち、補正基準値Ｑｘよりも逆流方向側の出力値Ｖｇを補正して逆流側補正出力値Ｖｇ’（図４の一点鎖線に示される値）を求める逆流側出力補正手段２３とを備える。
【００２２】
そして、流量算出手段９は、流量センサ８の出力値Ｖのうち、補正基準値Ｑｘよりも順流方向側の出力値Ｖｊから求められる吸入空気流量Ｑｊ（図５の補正基準値Ｑｘより上の値）と、逆流側補正出力値Ｖｇ’から求められる逆流側吸入空気流量Ｑｇ（図５の補正基準値Ｑｘより下の値）とを基に、平均吸入空気流量Ｑを求めるように設けられている。
【００２３】
運転状態検出手段２１は、例えばエンジン回転数、スロットル開度、アクセル開度、吸入バルブ１５のバルブリフト量、平均吸入空気流量のいずれか１つ、あるいは複数を組み合わせて読み取るものである。なお、この平均吸入空気流量は、流量センサ８によって求められる数値を用いるものである。
【００２４】
ここで、補正基準値決定手段２２は、図６に示すように、例えば吸入空気流量等の運転状態に応じて補正基準値Ｑｘを、エンジン５のアイドリング時に設定されるＱｉから、最大のＱmax の範囲内で連続的（あるいは段階的）に可変するものである。
この上限（Ｑmax ）は、図７に示すように、吸入空気流量が所定吸入空気流量よりも多く、吸気脈動が小さいような運転状態の時には、補正基準値Ｑｘが吸気脈動する吸入空気流量に対して交差しないように設定されるものである。このように設けられることによって、不要な補正をキャンセルすることができる。
【００２５】
また、逆流側出力補正手段２３は、補正基準値Ｑｘあるいはエンジン運転状態に応じて補正量（Ｖｇ→Ｖｇ’の変更量）を変更するように設けられている。具体的な例を示すと、予めプログラムされたマップや演算式に基づいて、出力値Ｖｇを、図４の破線で示す範囲内の逆流側補正出力値Ｖｇ’に補正するものである。
なお、補正量を可変する演算式として、出力値Ｖｇに任意の定数を乗算したり、出力値Ｖｇに任意の定数を乗算した上に所定値（ゲインやオフセット）を加算したり、出力値Ｖｇに乗算する定数を流量の関数にするなどを用いても良い。
【００２６】
〔第１実施例の効果〕
この実施例の吸入空気流量測定装置１は、上述したように、エンジン５の運転状態に応じて補正基準値Ｑｘを求め、流量センサ８の出力値Ｖのうち、補正基準値Ｑｘよりも逆流方向側の出力値Ｖｇを補正して逆流側補正出力値Ｖｇ’を求める。そして、流量センサ８の出力値Ｖのうち、補正基準値Ｑｘよりも順流方向側の出力値Ｖｊから求められる吸入空気流量Ｑｊと、逆流側補正出力値Ｖｇ’から求められる逆流側吸入空気流量Ｑｇとを基に、平均吸入空気流量Ｑを求めている。
このように、エンジン５の運転状態に応じて、吸気脈動の逆流側における流量センサ８の出力値Ｖを適切に補正することができ、エンジン５の運転状態によらず、エンジン５の広い運転範囲に亘って、平均吸入空気流量Ｑを高い精度で測定することができる。
【００２７】
〔第２実施例〕
上記の第１実施例では、流量センサ８の出力値Ｖのうち、補正基準値Ｑｘよりも順流方向側の出力値Ｖｊから求められる吸入空気流量Ｑｊと、補正基準値Ｑｘよりも逆流方向側の出力値Ｖｇを補正した逆流側補正出力値Ｖｇ’から求められる逆流側吸入空気流量Ｑｇとを基に、平均吸入空気流量Ｑを求めた例を示した。これに対し、この第２実施例の吸入空気流量測定装置１は、図８に示す構成を採用するものであり、ＥＣＵ２０内の逆流側出力補正手段２３において、流量センサ８の出力値Ｖのうち、補正基準値Ｑｘよりも逆流方向側の出力値Ｖｇから求められる逆流側吸入空気流量Ｑｇを補正して逆流側補正吸入空気流量Ｑｇ’を求める。
そして、流量算出手段９において、流量センサ８の出力値Ｖのうち、補正基準値Ｑｘよりも順流方向側の出力値Ｖｊから求められる吸入空気流量Ｑｊと、上記で求めた逆流側補正吸入空気流量Ｑｇ’とから、平均吸入空気流量Ｑを求めるものである。
【００２８】
このように設けることによって、エンジン５の運転状態に応じて、吸気脈動の逆流側の吸入空気流量を適切に補正することができ、エンジン５の運転状態によらず、エンジン５の広い運転範囲に亘って、平均吸入空気流量Ｑを高い精度で測定することができる。
【００２９】
〔変形例〕
上記の第１実施例では、補正基準値Ｑｘよりも順流方向側の出力値Ｖｊから求められる吸入空気流量Ｑｊと、逆流側補正出力値Ｖｇ’から求められる逆流側吸入空気流量Ｑｇと、から平均吸入空気流量Ｑを求める例を示した。
しかし、補正基準値Ｑｘよりも順流方向側の出力値Ｖｊと、逆流側補正出力値Ｖｇ’から直接平均吸入空気流量Ｑを求めても良い。つまり、例えば、補正基準値Ｑｘよりも順流方向側の出力値Ｖｊと、逆流側補正出力値Ｖｇ’とを平均化し、その平均値から平均吸入空気流量Ｑを求めても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料噴射装置の概略ブロック図である（第１実施例）。
【図２】エンジンの吸気系を示す概略図である（第１実施例）。
【図３】エアフロメータの断面図である（第１実施例）。
【図４】流量センサの出力と吸入空気流量の関係を示すグラフである（第１実施例）。
【図５】演算により求められる吸入空気流量の変化を示すグラフである（第１実施例）。
【図６】補正基準値と吸入空気流量の関係を示すグラフである（第１実施例）。
【図７】通常運転時における吸入空気流量の変化を示すグラフである（第１実施例）。
【図８】吸入空気流量測定装置を用いた燃料噴射装置の概略ブロック図である（第２実施例）。
【図９】流量センサの出力と吸入空気流量の関係を示すグラフである（従来例）。
【図１０】演算により求められる吸入空気流量の変化を示すグラフである（従来例）。
【符号の説明】
１ 吸入空気流量測定装置
５ エンジン
６ 吸気管
８ 流量センサ
９ 流量算出手段
２１ 運転状態検出手段
２２ 補正基準値決定手段
２３ 逆流側出力補正手段
Ｑ 平均吸入空気流量
Ｑｇ 逆流方向側の流量センサの出力値から求められる吸入空気流量
Ｑｇ’ 逆流側補正吸入空気流量
Ｑｊ 順流方向側の流量センサの出力値から求められる吸入空気流量
Ｑｘ 補正基準値
Ｖ 流量センサの出力値
Ｖｇ 逆流方向側の流量センサの出力値
Ｖｇ’ 逆流側補正出力値
Ｖｊ 順流方向側の流量センサの出力値

Claims (2)

1. （ａ）エンジンの吸気管内に配置され、発熱抵抗体を用いて前記吸気管内を流れる吸入空気の順流方向の空気流量と逆流方向の空気流量とが測定可能な流量センサと、
   （ｂ）前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   （ｃ）この運転状態検出手段によって検出された前記エンジンの運転状態に応じて補正基準値を決定する補正基準値決定手段と、
   （ｄ）前記流量センサの出力値のうち、前記補正基準値よりも逆流方向側の出力値を補正して逆流側補正出力値を求める逆流側出力補正手段と、
   （ｅ）前記流量センサの出力値のうち、前記補正基準値よりも順流方向側の出力値と、前記逆流側出力補正手段で求められた前記逆流側補正出力値とに基づいて平均吸入空気流量を求める流量算出手段と、
   を備える吸入空気流量測定装置。
2. （ｆ）エンジンの吸気管内に配置され、発熱抵抗体を用いて前記吸気管内を流れる吸入空気の順流方向の空気流量と逆流方向の空気流量とが測定可能な流量センサと、
   （ｇ）前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   （ｈ）この運転状態検出手段によって検出された前記エンジンの運転状態に応じて補正基準値を決定する補正基準値決定手段と、
   （ｉ）前記流量センサの出力値のうち、前記補正基準値よりも逆流方向側の出力値から求められる吸入空気流量を補正して逆流側補正吸入空気流量を求める逆流側出力補正手段と、
   （ｊ）前記流量センサの出力値のうち、前記補正基準値よりも順流方向側の出力値から求められる吸入空気流量と、前記逆流側出力補正手段で求めた前記逆流側補正吸入空気流量とから、平均吸入空気流量を求める流量算出手段と、
   を備える吸入空気流量測定装置。

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