JP4034810B2 - 内燃機関の吸入空気量検出装置 - Google Patents

内燃機関の吸入空気量検出装置 Download PDF

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Description

本発明は、内燃機関の吸入空気量検出装置に関する。
内燃機関では、最適な出力を得るためや、排気ガスの浄化を効果的に行うことができるように、吸入している空気量(吸入空気量)を検出している。吸入空気量の検出には、吸気管負圧と吸入空気量との間の相関を利用してセンサによって検出した吸気管内負圧から間接的に検出する方法と、エアフローセンサによって吸気量を直接的に検出する方法とがある。本発明は、後者の方法を用いたエアフローセンサに関するものであり、特に熱式のエアフローセンサに関するものである。
熱式エアフローセンサの出力には、センサの構造的な要因によって応答遅れが含まれる。内燃機関が定常状態で運転されていれば、応答遅れによる影響はほとんどない。しかし、内燃機関が過渡状態にある場合などは、この応答遅れを補償してやらなくてはならない。このような応答遅れを補償する装置としては、特開平8-62012号公報に記載のものなどが知られている。上記公報に記載の装置は、熱式エアフローセンサの出力に対して、流量に関する一次遅れ処理を行った後、これをリニアライズして吸入空気量とするものである。
特開平8-62012号公報
しかし、上記公報に記載の装置によっても、高い精度を得られない場合があり、より高い精度を得られるような更なる改善が望まれていた。本発明の目的は、熱式エアフローセンサの応答遅れを高精度に補償することができる内燃機関の吸入空気量検出装置を提供することにある。
すなわち、本発明に係る内燃機関の吸入空気量検出装置は、熱式エアフローセンサを用いて内燃機関の吸入空気量を検出する内燃機関の吸入空気量検出装置において、前記吸入空気量を検出又は算出する吸入空気量測定手段と、前記吸入空気量測定手段により検出又は算出された吸入空気量を前記エアフローセンサの検出部における放熱量に変換し、前記エアフローセンサの応答遅れを前記エアフローセンサにおいて放熱される放熱量の次元で補償する応答遅れ補償手段と備えたことを特徴とする。
また本発明に係る内燃機関の吸入空気量検出装置において、前記吸入空気量は、応答遅れのない空気量であることが好ましい。
また本発明に係る内燃機関の吸入空気量検出装置において、吸気通路主流から分流させたバイパス経路上に前記エアフローセンサの検出部が配されており、前記エアフローセンサ検出部における応答遅れを、前記エアフローセンサ検出部において放熱される放熱量に関する一次遅れ要素を用いて補償する応答遅れ補償手段を備えており、前記応答遅れ補償手段が、前記エアフローセンサ検出部を複数部位に分割し、各分割部位毎に放熱量に関する一次遅れ要素を考慮し、これらを統合することによって前記エアフローセンサ検出部全体の応答遅れを補償することが好ましい。
また本発明に係る内燃機関の吸入空気量検出装置において、前記応答遅れ補償手段が、前記エアフローセンサによって検出された吸入空気量の流速又は流量に基づいて、各分割部位毎の一次遅れモデルの時定数をそれぞれ決定することが好ましい。
また本発明に係る内燃機関の吸入空気量検出装置において、前記時定数が、前記エアフローセンサが配設される吸気通路に関する単位断面積あたりの流量に基づいて決定されることが好ましい。
本発明によれば、放熱量の次元で応答遅れ処理を行うことで、精度よくエアフローセンサ検出部の応答遅れを補償することができる。また、その処理をエアフローセンサ検出部の各部位毎に行ってから統合することで、さらに精度よくエアフローセンサ検出部の応答遅れを補償することができる。
以下、本発明の吸入空気量検出装置の一実施形態について説明する。図1に、本実施形態の吸入空気量検出装置を有する内燃機関を示す。
本実施形態の検出装置は、内燃機関であるエンジン1の吸入空気量を検出するものである。エンジン1は、多気筒エンジンである。図1には、そのうちの一つのシリンダ3のみが断面として示されている。エンジン1は、点火プラグ2によって各シリンダ3内の混合気に対して点火を行うことによって駆動力を発生する。エンジン1の燃焼に際して、外部から吸入した空気は吸気通路4を通り、インジェクタ5から噴射された燃料と混合され、混合気としてシリンダ3内に吸気される。シリンダ3の内部と吸気通路4との間は、吸気バルブ6によって開閉される。シリンダ3の内部で燃焼された混合気は、排気ガスとして排気通路7に排気される。シリンダ3の内部と排気通路7との間は、排気バルブ8によって開閉される。
吸気通路4上には、シリンダ3内に吸入される吸入空気量を調節するスロットルバルブ9が配設されている。このスロットルバルブ9には、その開度(スロットル開度TA)を検出するスロットルポジションセンサ10が接続されている。また、吸気通路4上には、アイドル時(スロットルバルブ9の全閉時)にバイパス通路11を介してシリンダ3に供給される吸入空気量を調節するエアバイパスバルブ12も配されている。さらに、吸気通路4上には、吸入空気量を検出するためのエアフローセンサ13が取り付けられている。
このエアフローセンサ13は、いわゆるホットワイヤー式(熱式)のものである。本実施形態のエアフローセンサ13は、吸入空気の一部をバイパス流として検出部に流して、質量流量を直接計測する、いわゆる分流(バイパス)測定タイプのものである。エアフローセンサの拡大図を図2(a)に、その検出部の拡大斜視図を図2(b)に示す。
図2(a)中に矢印で示されているのが、バイパス流の流れである。バイパス流は、エアフローセンサ13の検出部13a近傍を流れる。検出部13aは、図2(b)に示されるように、ボビン部13bとリード線13cとサポート部13dとからなる。なお、本実施形態のエアフローセンサ13は、サーミスタータイプの吸気温検出部13eを有しており、吸入空気の温度を検出することもできる。エアフローセンサ13は質量流量を直接計測するので吸気温度に対する密度補正は必要ないが、エンジン1の制御において吸気温度が必要になるため、ここで検出する。
また、エンジン1のクランクシャフト近傍には、クランクシャフトの位置を検出するクランクポジションセンサ14が取り付けられている。クランクポジションセンサ14の出力からは、シリンダ3内のピストン15の位置や、エンジン回転数NEを求めることもできる。また、エンジン1には、エンジン1のノッキングを検出するノックセンサ16や冷却水温度を検出する水温センサ17も取り付けられている。
排気通路7上には、排気浄化触媒19が配置されている。なお、排気浄化触媒は、排気通路上に上流下流方向に複数設けられる場合もある。また、多気筒エンジンなどの場合、各シリンダ毎の排気管が一つにまとめられる箇所よりも上流側に並列に複数設けられる場合もある。本実施形態においては、各シリンダ3毎の排気管が一つにまとめられ箇所よりも下流側に一つの排気浄化触媒19が配設されている。
上述した点火プラグ2、インジェクタ5、スロットルポジションセンサ10、エアバイパスバルブ12、エアフローセンサ13、クランクポジションセンサ14、ノックセンサ16、水温センサ17やその他のセンサ類は、エンジン1を総合的に制御する電子制御ユニット(ECU)18と接続されており、ECU18からの信号に基づいて制御され、あるいは、検出結果をECU18に対して送出している。排気通路7上に配設された排気浄化触媒19の温度を測定する触媒温度センサ21、チャコールキャニスタ23によって捕集された燃料タンク内での蒸発燃料を吸気通路4上にパージさせるパージコントロールバルブ24もECU18に接続されている。
また、ECU18には、排気浄化触媒19の上流側に取り付けられた上流側空燃比センサ25及び排気浄化触媒19の下流側に取り付けられた下流側空燃比センサ26も接続されている。なお、これらの空燃比センサ25,26は、所定の温度(活性化温度)以上とならなければ正確な検出を行えないため、早期に活性化温度に昇温されるように、ECU18から供給される電力によって昇温される。
ECU18は、演算を行うCPUや演算結果などの各種情報量を記憶するRAM、バッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップRAM、各制御プログラムを格納したROM等を内部に有している。ECU18は、エアフローセンサ13の応答遅れを補償することも行っており、応答遅れ補償手段としても機能する。
次に、上述した装置によって、エアフローセンサ13の応答遅れを補償する制御について説明する。
まず、エアフローセンサ13の応答遅れの概要について説明する。
上述したように、エンジン1の運転状態が定常状態であれば、吸入空気量の値もほぼ一定であるため、応答遅れが問題となるようなことはほとんどない。しかし、エンジン1の運転状態が過渡状態であるような場合は、真の吸入空気量に対してエアフローセンサ13の出力が遅れる。このような過渡状態であっても正確な吸入空気量を得るため、スロットル開度TAとエンジン回転数NE(必要であればバルブタイミングVT)を用いて吸入空気量を推定している。
しかし、このような場合に、スロットル開度TAやエンジン回転数NEから推定した吸入空気量とエアフローセンサ13によって検出した吸入空気量との間に応答速度のズレが生じていると、正確な制御を行えない。そこで、エアフローセンサ13の応答遅れを補償する必要が生じる。エアフローセンサ13の応答遅れを補償するには、スロットル開度TAやエンジン回転数NEから推定した応答遅れのない吸入空気量にエアフローセンサ13の応答遅れ分を加味して、エアフローセンサ13によって検出した応答遅れのある吸入空気量に合わせる。あるいは、これとは逆に、エアフローセンサ13の応答遅れを補償するのに、エアフローセンサ13によって検出した応答遅れのある吸入空気量からエアフローセンサ13の応答遅れ分を取り去って、スロットル開度TAやエンジン回転数NEから推定した応答遅れのない吸入空気量に合わせることもある。
まず、スロットル開度TAやエンジン回転数NEから推定した応答遅れのない吸入空気量に対してエアフローセンサ13の応答遅れ分の遅れ処理して、エアフローセンサ13によって検出した応答遅れのある吸入空気量に合わせることによって、エアフローセンサ13の応答遅れを補償する場合の概要を説明する。ここでは、エアフローセンサ13の応答遅れを数学的なモデルとして扱い、一次遅れを考慮して応答遅れを補償する。ここに説明する場合を、便宜上、順モデルと言うこととする。
なお、これに対して、エアフローセンサ13によって検出した応答遅れのある吸入空気量に対してエアフローセンサ13の応答遅れ分の進め処理して、スロットル開度TAやエンジン回転数NEから推定した応答遅れのない吸入空気量に合わせることによってエアフローセンサ13の応答遅れを補償する場合を、逆モデルということとする。順モデル、逆モデルの何れを用いても、エアフローセンサ13の応答遅れを補償することができる。
順モデルを利用する場合のスロットル開度TAと演算される各種吸入空気量との関係を図3に示す。まず、スロットル開度TAなどから、エアフローセンサ13の出力相当の信号を作り出す行程について説明する。スロットル開度TAの変化に対して実際の吸入空気量は直ぐに反応するわけではなく、実際の吸入空気量の変化は、スロットル開度TAの変化に対して遅れた挙動を示す。この挙動は、一次遅れ系の挙動を示すことが一般に知られており、ここでは、この特性も利用している。まず、スロットル開度TAやエンジン回転数NE(吸排気バルブ6,8などの開閉タイミングを可変制御できるような場合など、必要であればバルブタイミングVT)に基づいて、応答遅れのない吸入空気量KLTAを求める。なお、このKLTAは大気圧補正後の値である。
エンジン1が定常運転時であれば、そのときの吸入空気量はスロットル開度TAとエンジン回転数NEで決まるので、KLTAは定常時の吸入空気量とも言える。スロットル開度TAとエンジン回転数NEをパラメータとして大気圧補正前の値をマップ化しておき、マップから得られたこの値を大気圧で補正することによってKLTAが得られる。大気圧はエアフィルタ近傍に設置された大気圧センサなどによって検出された値を用いる。
上述したように、実際の吸入空気量はスロットル開度TAに対して一次遅れ系の挙動をとる。そこで、KLTAに一次遅れ処理(なまし処理)を施して、実際の吸入空気量を推定したKLCRTを算出する。さらに、このKLCRTに対して上述した順モデルを用いて、応答遅れを含むエアフローセンサ13の出力を推定したKLCRT4を算出する。KLCRT4は、スロットル開度TAとエンジン回転数NEとから算出されたエアフローセンサ13出力相当値である。
即ち、実際の吸入空気量(KLCRT相当)は、スロットル開度TAに対して一次遅れ系の挙動を示す。そして、この実際の吸入空気量(KLCRT相当)を検出したエアフローセンサ13の出力(KLCRT4相当)は、その構造的要因などによって、この実際の吸入空気量よりもさらに遅れたものとなる。ここでは、推定された実際の吸入空気量(KLCRT)からエアフローセンサ13の出力に相当する吸入空気量(KLCRT4)を推定する際に、上述した順モデルを用いている。順モデルについては追って詳述する。
一方、エアフローセンサ13の出力からは、データ処理に適したようにスムージング化された吸入空気量KLSMが生成される。KLSMはエアフローセンサ13の出力から生成されるので、当初からエアフローセンサ13の応答遅れを含んでいる。KLCRT4とKLSMは何れも応答遅れを持ったものとして揃えられている。ここで、実際にエンジン1の制御には、以下に説明するKLFWD=KLSM+(KLVLV-KLCR4)という値が、シリンダ3内に吸入される吸入空気量として用いられる。
即ち、応答遅れを含まないものとして生成された吸入空気量であるKLCRTを元に、現在からバルブ閉時までの時間Tを先読みした値KLVLVと、応答遅れを含むものとして生成された吸入空気量であるKLCRT4の現在の値との差(KLVLV-KLCR4)を求め、これを現在のKLSMに対して加算することで、シリンダ3内に吸入される吸入空気量KLFWDを得ている。このKLFWDという値は、応答遅れを含んでいない。
なお、KLCRT4とKLSMとが完全に一致するようであれば、KLVLVをそのまま予測値として用いればよいが、KLCRT4とKLSMとの間には平行的なズレが生じる場合がある。KLCRT4とKLSMとの間に生じる平行的なズレの原因としては、バイパス空気量誤差などが考えられる。そこで、KLSMに対して(KLVLV-KLCR4)を加算することによって、このようなズレを相殺している。
上述したような制御を行うことによって、定常状態時のみならず、過渡状態時にも吸入空気量を高精度に求め、これに基づいてエンジン1の制御を最適な状態とすることができる。次に、上述した制御における順モデルの部分について詳しく説明する。本発明では、このような順モデルを用いることによって、上述した制御の精度を向上させている。
上述した順モデルでは、応答遅れを含まないものとして生成されたKLCRTから、エアフローセンサ13の応答遅れ特性を考慮して、エアフローセンサ13によって生じる応答遅れを含むものとしてKLCRT4を生成している。そして、ここでは、KLCRTに対するKLCRT4の応答遅れを処理する際に、KLCRT4がKLCRTに対して、エアフローセンサ13の放熱量に関する一次遅れ系の挙動を示すものと取り扱っている。そして、この一次遅れ系の時定数は、エアフローセンサ13の流量又は流速に基づいて決定され、本実施形態では、具体的には流路の単位面積あたりの流量に基づいて決定される。
本実施形態では、KLCRTに対するKLCRT4の応答遅れを処理する際に、流量や流速の次元で処理するのではなく、流量や流速から放熱量を算出し、この算出した放熱量の次元で応答遅れの処理を行った後に流量にリニアライズする。このため、より精度が向上する。そして、この放熱量の算出に際しては、エアフローセンサ13を複数の部位に分割し、各分割部位毎に放熱量に関する一次挙動モデルを考慮して吸入空気量を算出し、最後にこれを統合することによってより精度を向上させている。
本実施形態においては、エアフローセンサ13をボビン部13bとサポート部13dに分割して処理する。この算出上、リード線13cはサポート部13dに含めて考える。なお、本実施形態においては、エアフローセンサ13をボビン部13bとサポート部13dに分割して処理するが、分割の方法はこれに限られず、二分割ではなく三分割とするなど種々の分割方法を採ることができる。この分割時には、材質や放熱経路などを考慮して分割するのが好ましい。
この順モデルの制御を示したブロック線図を図5に示す。図5に示されるチャートは、米国MathWorks社の開発ツールであるSimulink(登録商標)を用いて作成されたものである。チャートの見方と共に、上述した順モデルの制御を説明する。まず一次遅れ系の時定数τの算出について説明する。ここでは、時定数τを次式によって求めている。
τ=k・um…(I)
ここで、uは、エアフローセンサ13の検出部における流路の単位断面積あたりの吸入空気の流量である。エアフローセンサ13の検出部がバイパス流路にあるなら、バイパス路についての単位断面積あたりの吸入空気の流量となる。また、k,mは予め実験などを通じて決定される定数であり、ボビン部13bとサポート部13dとについてそれぞれ決定される。ボビン部13bの定数をk1,m1とし、サポート部13dの定数をk2,m2とする。また、ボビン部13bの時定数をτ1とし、サポート部13dの時定数をτ2とする。ボビン部13bとサポート部13dとでは、応答遅れの度合いが異なるので、これらを分離して時定数τをそれぞれ設定することによって精度を向上させている。
そして、各分割部位毎の時定数τは、エアフローセンサ13によって検出された吸入空気量の流速や流量に基づいて決定される。時定数τは、一次遅れ系の遅れ度合いを示すものであり、ここでは、これを吸入空気量の流速や流量に基づいて設定することで精度を向上させている。特に、ここでは、流量でも流路の単位断面積あたりの流量を用いている。図5左方下側には、エアフローセンサ13の出力電圧vgが入力される旨が示されている(図5中A部)。吸入空気量を示す出力電圧vgは、vg-uマップによって、上述した単位断面積あたりの流量に変換される(図5中B部)。
単位断面積あたりの流量を用いるのは、エアフローセンサ13によって密度によらない質量流量を得ることができるので、単位断面積あたりの流量を得やすいからである。質量流量をQとし、流路の断面積をSとすれば、単位断面積あたりの流量は次式によって得られる。
u=Q/S…(II)
そして、この単位断面積あたりの流量uを用いて、ボビン部13bとサポート部13dとでそれぞれ時定数τが算出される(図5中C部)。各C部では、u(2)*u(1)^u(3)という計算を行っているが、これは、左方よりの値をu(i)として示しており、iは上から順に番号振りされる。即ち、ボビン部13b側の図5中C部について説明すれば、u(1)は、vg-uマップから得た単位断面積あたりの流量uであり、u(2)は定数k1、u(3)は定数m1である。サポート部13dに関しても同様である。結局、ここでは、(I)式を計算していることになり、ボビン部13b及びサポート部13dそれぞれの時定数である、τ1=k1・um1やτ2=k2・um2を算出しているということである。
一方、図5左方上側には、上述したKLCRTに相当する、スロットル開度TAやエンジン回転数NE(必要であればバルブタイミングVT)から算出された吸入空気量Gが入力される旨が示されている(図5中D部)。まず、このスロットル開度TAなどから応答遅れを含まないものとして推定された吸入空気量Gが、マップによって、ボビン部13b及びサポート部13dそれぞれの完全放熱量Wに変換される。完全放熱量Wとは、応答遅れを含まない放熱量のことを指す。これに対して、応答放熱量wとは、完全放熱量Wに応答遅れの影響を加味することで得られる応答遅れを含む放熱量を指す。
ボビン部13bの完全放熱量をW1、応答放熱量をw1とし、サポート部13dの完全放熱量をW2、応答放熱量をw2とする。ここでは、吸入空気量Gとボビン部13bの完全放熱量W1との関係を示すマップと、吸入空気量Gとサポート部13dの完全放熱量W2との関係を示すマップが用いられる。エアフローセンサ13の検出部を通る吸入空気による、ボビン部13bでの放熱量とサポート部13dでの放熱量は異なるので、これを上述した二つのマップを用いて分配する(図5中E部)。
そして、ボビン部13bとサポート部13dとのそれぞれで、放熱量に基づいて応答遅れの処理を行う。このように、応答遅れを流量や流速の次元で処理するのではなく、流量や流速から算出した放熱量の次元で応答遅れの処理を行うことによって、精度を向上させることができる。エアフローセンサ13における応答遅れは、主として検出部の熱収支の現象に起因して生じるものであるので、放熱量の次元で処理した方が実際の現象に即しており、精度を向上させることができる。
次に、マップより得た完全放熱量Wに関して一次応答遅れの影響を与え、応答遅れを含む応答放熱量wを得る。このとき、応答放熱量wは次式から得られる。
wi=Δt・(Wi-wi-1)/τ+wi-1…(III)
なお、添え字iは今回値、添え字i-1は前回値を表す。Δtは算出の単位時間であり、前回値算出時と今回値算出時との間の時間である。
図5中F部に示される1/zとは、前回値を適用するという意味である。ボビン部13b側についての図5中C部について説明すれば、図5中G部では、マップより得られた完全放熱量W1の今回値W1iと応答放熱量w1の前回値w1i-1とが各符号を付して演算されることが示されており、即ち、W1i-w1i-1が演算されている。次いで、図5中H部では、左方からの各値が各符号を付して演算されることが示されており、具体的には、(W1i-w1i-1)・Δt/τ1が演算されている。さらに、図中I部でも、左方からの各値が各符号を付して演算され、(W1i-w1i-1)・Δt/τ1+w1i-1が演算されている。即ち、図5中のF部〜I部では、上述した式(III)の演算を行っている。サポート部13dに関しても同様である。
ボビン部13b及びサポート部13dのそれぞれに関して、式(III)の演算が行われ、一次遅れ処理が行われたことになる。そして、算出されたボビン部13b及びサポート部13dのそれぞれの応答放熱量w1i,w2iを統合して、エアフローセンサ13全体での応答放熱量w1を合成する。具体的には、図5中J部において、両者の和w1i+w2iを求め、図5中K部において、この和w1i+w2iと吸入空気量Glとの関係を示したマップから、応答遅れを含んでいる吸入空気量Glを得ている。これが、スロットル開度TAやエンジン回転数NEなどから応答遅れを含むものとして算出されたKLCRT4に相当する。
このように、本実施形態では、放熱量の次元で応答遅れ処理を行うことによって、エアフローセンサ13の応答遅れ補償の精度を向上させている。さらに、このとき、エアフローセンサ13からの放熱がその部位毎によって異なるので、エアフローセンサ13を複数の部位に分割し、各分割部位毎に応答遅れを補償してて、最後にこれを統合することによって、補償の精度をさらに向上させている。
また、ここでは、応答遅れを補償する際に、放熱量に関する一次遅れ挙動として補償しているが、この一次遅れ系の時定数τを流量又は流速(ここでは具体的には、単位断面積あたりの流量)に基づいて決定するので、より一層精度を向上させることができる。即ち、上述したKLCRT4の算出精度を向上させることができる。
上述した実施形態は、順モデルを用いて、スロットル開度TAなどから算出される吸入空気量(図3のKLCRTに相当)から、エアフローセンサ13によって検出される吸入空気量(図3のKLSMに相当)に相当する吸入空気量(図3のKLCRT4に相当)を推定した。これとは、逆に、逆モデルを用いて、エアフローセンサ13によって検出される吸入空気量(図3のKLSMに相当)から、スロットル開度TAなどから算出される吸入空気量(図3のKLCRTに相当)に相当する信号(図3には示されていない)を推定することも考えられる。
次に、この逆モデルを用いた場合について説明する。この場合の図5相当図を図6に示す。図6中左方上側には、エアフローセンサ13の出力から得られる吸入空気量G2が入力される旨が示されている(図6中L部)。この吸入空気量G2は、エアフローセンサ13の出力から得たので、応答遅れを含んでいる。この吸入空気量G2から、マップを用いて上述した応答放熱量wiを得る(図6中M部)。順モデルにおける図5中K部と逆のことを行っていることになる。ただし、ここで得られる応答放熱量wiは、ボビン部13bの応答放熱量w1iとサポート部13dの応答放熱量w2iとが統合されたものが得られるだけである。そこで、この統合されている応答放熱量wiをボビン部13bの応答放熱量w1iとサポート部13dの応答放熱量w2iとに分配することが必要となる。
ここでは、図6左方下側から、スロットル開度TAから算出された吸入空気量G3(図3中のKLCRTに相当)が入力される旨が示されており(図6中N部)、これに基づいて、マップから配分割合が決定される(図6中O部)。ボビン部13bへの配分割合をα、サポート部13dへの配分割合をβ=(1-α)としてマップよりそれぞれ得ている。これにより、ボビン部13bの応答放熱量w1iは、w1i=wi・αで得られる(図6中P部)。サポート部13dの応答放熱量w2iについても同様に、w2i=wi・β=wi・(1-α)で得られる(図6中P部)。なお、この分配割合が定常時と過渡時とで異なる場合、ここで用いるマップも、それぞれ定常時用と過渡時用とを用意しておく。
また、図6中Q部においては、順モデルと同様に、エアフローセンサ13の出力電圧に基づいて、ボビン部13b及びサポート部13dそれぞれの時定数τ1,τ2が求められている。これについては順モデルと同様なので、ここでの詳しい説明は省略する。
これ以降について、ボビン部13b側を例にして説明する。ボビン部13bの応答放熱量w1iの変化量をΔw1とすると、Δw1は、ボビン部13bの応答放熱量の今回値w1iと前回値w1i-1との差、次式(IV)として得られる。
Δw1=w1i-w1i-1…(IV)
即ち、図6中R部では、次式(V)を計算している。
Δw1/Δt・τ1…(V)
次いで、図6中S部では、次式(VI)を計算している。
w1i-1+Δw1/Δt・τ1…(VI)
ここで、順モデルにおいて説明した、式(III)を変形して完全放熱量Wiについて解くと、次式(VII)となる。
Wi=wi-1+(wi-wi-1)/Δt・τ…(VII)
上述した式(VI)を式(IV),(V)を用いて書き直すと、w1i-1+(w1i-w1i-1)/Δt・τとなり、式(VII)の右辺と等しくなる。つまり、図6中S部では、ボビン部13b側の完全放熱量W1iを算出している。サポート部13d側に関しても同様に、完全放熱量W2iを算出している。
このようにして得られたボビン部13b側の完全放熱量W1iから、応答遅れを含まない吸入空気量G4をマップを用いて得る(図6中T部)。ここでは、順モデルにおける図5中E部と逆のことを行っているだけである。即ち、マップから得られる吸入空気量G4bは、全体の吸入空気量であり、全体の吸入空気量のうちのボビン部13bの分担分というものではない。サポート部13dについても同様であり、吸入空気量G4sが得られる。吸入空気量G4bはボビン部13b側の放熱量を考慮して補償した吸入空気量であり、吸入空気量G4sはサポート部13d側の放熱量を考慮して補償した吸入空気量であり、このように逆モデルでは二つの値が得られる。
理想的には、この両者は一致するはずであるが、実際は必ずしも一致しない。そこで、最終的には、どちらか一方のみを採用するか、あるいは、両者を平均化するなどして、補償後の吸入空気量G4を得る。このように逆モデルを用いて得られる補償後の吸入空気量は、エアフローセンサ13の出力から応答遅れの成分を除去したものであるとも言え、スロットル開度TAなどから得られる吸入空気量に対応するものである。
なお、上述した実施形態では、各時定数τをそれぞれ算出しているが、時定数τは、k,mが予め決定される定数であるため、単位断面積あたりの流量uによって一義的に決定される。また、単位断面積あたりの流量uは、エアフローセンサ13の出力電圧によって一義的に決定される。このため、エアフローセンサ13の出力電圧が決まれば、各時定数τは一義的に決定される。このため、エアフローセンサ13の出力電圧と時定数τとのマップとして装置に実装することができる。即ち、吸気流路の断面が異なるので検出装置が搭載される内燃機関毎に整合を取るための実験を行う必要が必要なく、エアフローセンサ13の出力電圧と時定数τとのマップとして装置に実装することができる。
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態においては、一次遅れの時定数を、単位断面積あたりの流量に基づいて決定したが、単位断面積あたりではない流量に基づいて決定されても良いし、流速に応じて決定されても良い。また、上述したが、エアフローセンサ13の分割は、上述した実施形態の分割方法に限られない。
本発明の検出装置の一実施形態を有する内燃機関を示す断面図である。 (a)は本発明の検出装置の一実施形態におけるエアフローセンサを示す斜視図であり、(b)はその検出部の拡大斜視図である。 スロットル開度TAと吸入空気量の各種演算値との関係を示すグラフである。 図3のグラフの一部拡大図である。 本発明の検出装置による制御を示すチャート(順モデル)である。 本発明の検出装置による制御を示すチャート(逆モデル)である。
符号の説明
1…エンジン(内燃機関)、4…吸気通路、7…排気通路、13…エアフローセンサ、18…ECU(応答遅れ補償手段)。

Claims (5)

  1. 熱式エアフローセンサを用いて内燃機関の吸入空気量を検出する内燃機関の吸入空気量検出装置において、
    前記吸入空気量を検出又は算出する吸入空気量測定手段と、
    前記吸入空気量測定手段により検出又は算出された吸入空気量を前記エアフローセンサの検出部における放熱量に変換し、前記エアフローセンサの応答遅れを前記エアフローセンサにおいて放熱される放熱量の次元で補償する応答遅れ補償手段と、
    を特徴とする内燃機関の吸入空気量検出装置。
  2. 前記吸入空気量は、応答遅れのない空気量であることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸入空気量検出装置。
  3. 吸気通路主流から分流させたバイパス経路上に前記エアフローセンサの検出部が配されており、
    前記エアフローセンサ検出部における応答遅れを、前記エアフローセンサ検出部において放熱される放熱量に関する一次遅れ要素を用いて補償する応答遅れ補償手段を備えており、
    前記応答遅れ補償手段が、前記エアフローセンサ検出部を複数部位に分割し、各分割部位毎に放熱量に関する一次遅れ要素を考慮し、これらを統合することによって前記エアフローセンサ検出部全体の応答遅れを補償すること、
    を特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の吸入空気量検出装置。
  4. 前記応答遅れ補償手段が、前記エアフローセンサによって検出された吸入空気量の流速又は流量に基づいて、各分割部位毎の一次遅れモデルの時定数をそれぞれ決定することを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の吸入空気量検出装置。
  5. 前記時定数が、前記エアフローセンサが配設される吸気通路に関する単位断面積あたりの流量に基づいて決定されることを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の吸入空気量検出装置。
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