JPH01240754A - エンジン空気流量の測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はエンジン空気流量の測定に関し、より詳細には
、各エンジンシリンダの空気流量を正確に決定する方法
及び装置に関するものである。

［従来技術の説明］ 法定排気放出限度内で自動推進車輌を操作するには、燃
料注入率が正しく調整されるように、空気流量を決定す
ることが必要とされる選定空燃比に適正制御することが
必要である。それに加えて、燃料消費効率と良好なエン
ジン性能を得ることが望まれる。これら全ては、燃料制
御装置の能力にかかってくる。

短い時間応答、また空気流量測定の精度も同じく最優先
とすべき目標となる。

固定時間間隔で空気流量を測定するのが一般的となって
いる。エンジン作動パラメータの変化による空気流量の
過渡状態に於いて、実際の瞬間的空気流量の近似値を出
すには特別な過渡計算を用いることが必要とされる。こ
れら計算は時間がかかり、正確さに欠けるところがある
。

吸入バルブ操作中でのエンジン回転に基づく空気流量を
増分的にサンプリングすることが提案されてきた。サン
プル率はエンジン速度と共に変化することから、エンジ
ン速度情報が必要とされるが、空気流会計の応答時間に
最適に整合することはできない。例えば、米国特許番号
４，５０１．２４９を参照すると良い。

［発明の目的］ 従って、本発明の目的は正確且つ高速応答を以ってエン
ジンの吸入空気を測定する方法及び装−置を提供するこ
とである。また、本発明の目的はこの様な測定を達成し
て各エンジンシリンダの空気流量値を得ることにある。

もう一つの目的は固定時間率でエンジン空気流量を測定
し、その情報をシリンダ毎の空気流量に変換することで
ある。

［発明の構成並びに作用効果］ この目的の為、本発明に係わる空気流量測定方法及び装
置は、請求項１及び５のそれぞれの特徴部に明示された
特徴によって特長づけられるものである。

本発明に係わる方法は、各エンジンシリンダの空気流量
を測定するものであって、空気流量測定間隔を各シリン
ダに与える工程と、前記各シリンダの間隔の開始点と終
了点を示すシリンダ位置信号（Ａ、Ｂ）を発生させる工
程と、一定時間間隔で周期的に空気流量のサンプリング
を行って、前記開始点と終了点における部分的サンプリ
ング期間と、それら期間の間における上記時間間隔に対
応する完全サンプリング期間とを与える工程と、前記各
完全サンプリング期間での空気流量を決定するよう各完
全サンプリング期間における流量を積分する工程と、前
記の各部分的サンプリング期間での空気流量を計算する
工程と、シリンダの空気流量の総計を決定するよう前記
測定間隔で計算された前記空気流量を累積する工程とか
ら成る。

本発明に係わる装置は各エンジンシリンダの空気流量を
測定するものであって、作動的にエンジンに連結されシ
リンダ位置の関数としてシリンダパルスを発生する信号
発生手段と、シリンダ位置とは独立する固定サンプル時
間で空気流量を測定する空気流量センサとを備えて成り
、−前述のサンプル時間は各シリンダ間隔中に繰り返し
発生するものであり、前述の信号手段に連結され空気流
量を計算するマイクロプロセッサ基礎手段を更に含む装
置であって、空気流量センサはサンプル時間と各期間の
空気流量との間の各期間の平均空気流量を決定するａ）
手段と、近似流量とサンプル時間と間隔境界との間の各
部分期間の時間とを決定し且つその決定時間と決定流量
とから空気流量を決定するｂ）手段と、全ての期間の空
気流量と各間隔の部分期間とを合計するＣ）手段とを有
するものであり、かくして特定シリンダの空気流量を求
めるものである。

（実　施　例） 以下、本発明を添付図面にボした実施例に基づき説明す
る。

本発明は各種のエンジンサイズに適用するものであるが
、ここでは６シリンダエンジンの適用されるものとして
説明する。第１図に於いて、エンジン１０は導入路に空
気流量センサ１２を備える（空買ｎ信号（Ａ　Ｉ　Ｒ）
を発生する）。空気流量センサ１２は熱線定温風速計の
ような高速反応型でなければならない。カム位置センサ
１４は１本歯のカムシャフト従動ホイールと、カムシャ
フト１回転毎にあるいはクランクシャフト２回転毎にカ
ムパルス（ＣＡＭ）信号を発生する固定ピックアップ１
６とを備える。シリンダ位置センサ１８は、クランクシ
ャフトに装着された３本歯ホイールと、各クランクシャ
フト回転毎に３シリンダパルス（ＣＹＬ）信号を発生す
る固定ピックアップ２０とを備える。かくして、クラン
クシャフト２回転に対し６箇のＣＹＬパルスが発生する
、すなわち各シリンダにつき１つである。カムパルスに
より各シリンダパルスと特定シリンダとの同定識別が可
能となっている。制御装置２２には、センサ１２．１４
゜１８からの３つの信号と入力２４上のスロットル位置
信号（ＴＩＩ！？０ＴＴＬＨ）も同様に与えられる。制
御装置２２は適切な瞬間燃料必要条件を算定し、出力ラ
イン２５に燃料制御命令を発する。

制御装置２２は車輌搭載のデジタルコンピュータである
。該コンピュータはマイクロプロセッサに基づいており
、各種の入力信号を受信し、更に所定のプログラムに従
って人力信号を処理するものであり、かくして燃料スケ
ジュールが確定されるものである。第２図かられかる通
り、基本的にはデジタルコンピュータは、通常の方法に
てランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２８とインタフェ
ース結合する中央処理装置（ＣＰＵ）２Ｂと、読取専用
メモリ（ＲＯＭ）３０と、入出力装置３２と、アナログ
φデジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）３４と、出力カウンタ
３６とクロック３８とを備える。

一般的に、ＣＰＵ２ＢはＲＯＭ３０に永久格納された作
動プログラムを実行する。データは一時的に格納され、
ＲＡＭ２８内の各種のＲＯＭ指定アドレス位置から検索
される。各入力信号が感知され、入出力装置３２とＡ／
Ｄ３４とを介してアナログ信号値が決定される。なお、
入出力装置３２は、カムシャフト位置信号（ＣＡＭ）や
シリンダ位置信号（ＣＹＬ）などの位置入力信号を直接
受信するものであり、一方Ａ　／　Ｄ　３４は空気流量
センサ１２や前述したスロットル位置センサからアナロ
グ信号を受信する。出力カウンタ３６は、ＣＰＵ２Ｂが
指示するような適切形態にて燃料制御信号を形成する為
に用いられる。

これまで説明したように、制御装置２２と燃料制御プロ
グラムは公知のものであり、その使用法は一般的なもの
である。ＣＰＵ２Ｂは頻繁な間隔で繰返えされる主ルー
プルーチンを実行する。しかし、本発明によれば、状態
のより良い燃料制御と簡略計算が可能となるような改善
方法にて空気渡世情報が組み込まれている。主ループル
ーチンは一定周期時間割込みによって修正されるもので
あるが、空気流量センサ１２を読込み且つ空気流全計算
を更新するショートルーチンはこの一定周期時間割込み
により開始される。主ループルーチンは更にシリンダ位
置割込みにより修正される。このシリンダ位置割込みは
、各シリンダの空気流量測定に対する時間を識別し、更
に順次特定されるシリンダの空気流量計算を完了させる
ルーチンを開始する。

第３図は、１つのシリンダに対する空気流量測定及び燃
料制御の時間的関係を視覚化した図である。同様のチャ
ートが他のシリンダに適用されるが、点火順序において
順次のシリンダに対するカムパルスＣＡＭ信号に関し１
２０度シフトしたものとなろう。Ｘ軸はシリンダパルス
ＣＹＬにより規定される幾つかのシリンダ間隔に分割さ
れる。これらは、上死点（ＴＤＣ）前７０度及び該上死
点から１２０度の倍数にて発する。ＴＤＣは燃料注入に
対する上死点を指すものであって、スパークの上死点か
ら３６０度となっている。装置はどのパルスがどのシリ
ンダに関連しているかを決定する為にＣＡＭ信号を用い
る。このチャートでは、３１０度進んだシリンダパルス
Ａは問題のシリンダの測定間隔を開始するために用いら
れている。続くパルスＢでこの測定間隔が終了する。次
の間隔（１９０度から７０度）期間中に於いて、燃料の
世、関連する燃料噴射パルス幅及びタイミングがそのシ
リンダに対して算定される。実際の噴、射は、前進７０
度から後退２４０度に及ぶ制御期間中に幾度か起こるも
のである。そのシリンダの吸入バルブは前１０度から後
２７０度の範囲で開放されている。なお、このタイミン
グは吸気動作直前の特定空気部分の測定で終わることと
なる。この結果、測定曾とその特定シリンダ内への導入
分の間には高度な相互関係が存する。同じく明らかとす
べきことであるが、デジタルコンピュータは、各時間間
隔中に於いて、適切な測定を確実にする特別機能と、順
次特定されるシリンダに対する制御についての特別機能
とを有している。以下の説明で強調されるべき点は、シ
リンダパルスＡ及び８間の測定間隔である。

高速応答熱線空気計の使用により、３２０１１ｚのサン
プル率で信頼できる読取りが可能となっている。従って
、デジタルコンピュータはエンジン速度とは無関係に３
．１２５　ミリ秒ごとに空気量をサンプルするようプロ
グラムされている。第４図のグラフでは、ある特定速度
に対して、シリンダパルスＡ、Ｂ間に１０回行われた空
気流量測定値が示されている。明らかに高エンジン速度
では、シリンダ間隔は短かくなり、サンプルされる空気
流量測定回数は少なくなる。なお、空気流量サンプル時
点とシリンダパルスは独立して発生しており、結果とし
てシリンダパルスとサンプル時点との間では位相の不整
合が起きる。この結果、シリンダ間隔はいくつかの固定
サイズの完全サンプリング期間と２つの可変サイズの境
界領域もしくは部分的サンプリング期間に分割される。

空気流量は各種サンプリング期間中の空気流量を積分す
ることで決定される。各一定（完全）サンプリング期間
では、該期間の始点と終了点との２つの点での空気流速
の平均がとられ、その平均は２つの時点によって乗ぜら
れる。最初の（始点）境界領域については、パルスＡの
両側での空量サンプルの平均がとられ、その平均はシリ
ンダパルスＡと第１のサンプル時点との間の時間によっ
て乗ぜられる。

最後の（終了点）境界領域では、最終測定空気流量は最
終サンプル時点とシリンダパルスＢとの間の時間によっ
て乗ぜられ、かくしてその部分的サンプリング期間中の
一定流量を想定した空買量の近似値が出される。

第５図、６図及び７図は積分処理動作を示しており、第
８図及び９図のフローチャートで用いられる用語説明の
助けとなるものである。最も新しい空気流速は、ニュー
・タイムｔＮで測定されるニュー・エア・レートＲＮで
あり、オールド・タイム１０での先の測定値はオールド
・エア・レートＲｏである。シリンダパルスはシリンダ
タイムｔＣで発生する。アベレージ・エア番レートＲＡ
ｖは（ＲＮ＋Ｒｏ）、／２である。タイム会ピリオドＴ
ｐ□は、第１の境界領域サンプリング期間ではｔＮ　ｔ
ｃであり、完全（一定）サンプリング期間ではｔＮ　ｔ
ｏである。完全サンプリング期間中に算定された空気量
はエア・ピリオドＡ、。、であり、測定期間の終了に先
立つ各サンプリング期間での累積空気量は、エア・サム
ＡＳＵＭである。最終境界領域サンプリング期間はその
空気！ｌＬ（ファイナル・ピリオド・エア）ＡＰＰを有
するものであり、これはＡＦｐ＝　（ｔｏ　ｔＮ）ＸＲ
Ｎにて求められる。総計空気量（エア・トータル）　Ａ
ＩＲＴＯＴＡＬはＡＩＲＴＯＴＡＬ　＝ＡｓＵＭ＋ＡＦ
Ｐにて求められる。

デジタルコンピュータにてこれらの計算が行われるが、
この時、固定率サンプリング操作とシリンダ位置依存測
定間隔を適応させる２つの割込みルーチンを用いている
。第８図のフローチャートでは、各サンプリング時点で
実行される時間割込みルーチンが示される。時間割込み
では、クロック時間と空気流量が読まれて格納される。

先に記憶された値はオールドｅエア・レートとオールド
・タイムに割当てられる。最も新しく記憶された値は二
ニー・エア・レートと二ニー〇タイムに割当てられる。

次にアベレージ・エア・レートが二ニー・エア・レート
とオールドφエア・レートから計算される。このアベレ
ー゛ジ・エア・レートがカレントシリンダ（すなわち、
そのときに特定されているシリンダ）に対する測定間隔
での第１のサンプル時間であるなら、フラグにて示され
ている通り、フラグがリセットされて、エア・サムはゼ
ロにセットされる。次にタイム・ピリオドが二ニーΦエ
ア・レートとシリンダ舎タイムから計算される。このタ
イム・ピリオドが前記測定間隔に於ける第１のサンプリ
ング時間でない場合、このピリオドは二ニー・タイムと
オールド自タイムから計算される。ピリオド・エアはア
ベレージ番エア・レートとタイム会ピリオドを乗するこ
とで決定される。エア・サムは、ピリオド・エアを先の
エア・サムに加えることで更新される。第５図では、エ
ア・サムは方形斜線陰部にて示されるものであり、この
エア・サムは、最初の境界領域サンプリング期間ではピ
リオド番エア（すなわち、そのサンプリング期間での空
気量）と同じである。第６図では、第５図と比較して、
値がどの様にパラメータに対し再割当てされるかが示さ
れる。エア・サムの値はいま２つの方形斜線陰部にて示
されており、２番目の方形部は新しいエアーピリオドと
して付けたされている。もう一方の時間割込みもしくは
シリンダ割込みが発生する迄に、ルーチンは主プログラ
ムループに復帰する。

シリンダ割込みは第９図に示すルーチンの実行を開始さ
せる。これにより、クロックカウントが記憶され、且つ
シリンダ・タイムに割当てられる。

ファイナル・ピリオド・エアは、シリンダ・タイムと二
ニー命エア会レートによって乗ぜられる二ニー・タイム
との差として計算される。これは、それらの値が先の時
間割込みルーチンで規定されたためである。次に、ファ
イナル・ピリオド・エアがエア・サムに加えられてトー
タル中エアが得られる。最後に第１のサンプルフラグが
セットされ、制御が主ループに復帰する。

時間及び位置従動プログラムの同期整合を介する各シリ
ンダの空気流量を測定する方法及び装置は正確且つ高速
な為、特定シリンダの空気吸入を正確に予知することに
よって燃料計算が正しく且つ時宜を得て行われることは
明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するエンジン装着センサを有する
制御装置の模式図。 第２図は本発明を実施するマイクロプロセッサの構成を
示すブロック図。 第３図は空気測定操作と燃料制御操作を示すフローチャ
ート。 第４図は本発明の方法を示し、シリンダ間隔中の空気流
量測定を示すグラフ。 第５図、６図及び７図は、第４図のグラフに於いて、空
気流量計算の詳細を示す部分のグラフ。 第８図及び９図は、本発明に基づく空気流量を計算する
装置コンピュータが用いる時間割込みルーチンとシリン
ダ位置割込みルーチンを示すフローチャート。 １０・・・エンジン　　　　１２・・・空気流量センサ
１４・・・カム位置センサ　１８・・・シリンダ位置セ
ンサ１６・・・ピックアップ　　２２・・・制御装置（
外４名） Ｅｇ−９ 手　続　　袖　　正　　書 平成倦種元年３月６日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、空気流量測定間隔を各シリンダに与える工程と、前
   記各シリンダの間隔の開始点と終了点を示すシリンダ位
   置信号（Ａ、Ｂ）を発生させる工程と、一定時間間隔で
   周期的に空気流量のサンプリングを行って、前記開始点
   と終了点に於ける部分的サンプリング期間と、それら期
   間の間に於ける上記時間間隔に対応する完全サンプリン
   グ期間とを与える工程と、前記各完全サンプリング期間
   での空気流量を決定するよう各完全サンプリング期間に
   於ける流量を積分する工程と、前記の各部分的サンプリ
   ング期間での空気流量を計算する工程と、シリンダの空
   気流量の総計を決定するよう前記測定間隔で計算された
   前記空気流量を累積する工程とから成る各エンジンシリ
   ンダの空気流量を測定する方法。 ２、前記各完全サンプリング期間の前記流量は該サンプ
   リング期間の開始と終了での空気流量の平均値をとり、
   該平均値を同サンプリング間にて乗することで計算する
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。 ３、前記測定間隔の開始点に於ける初めの部分的サンプ
   リング期間は、シリンダ信号によって開始され、前記測
   定間隔での第１のサンプリング時点で終了され、該初め
   の部分的サンプリング期間での流量の計算は、前記測定
   間隔の開始点の前後にわたる、前記一定時間間隔での空
   気流量の平均値をとり、前記シリンダ信号と前記第１の
   サンプリング時点との間の時間を計算し、前記平均流量
   を前記算出された時間によって乗ずることにより行われ
   ることを特徴とする請求項１もしくは２記載の方法。 ４、前記終了点に於ける終りの部分的サンプリング期間
   は、前記測定間隔に於ける最後のサンプリング時間によ
   って開始され次のシリンダ信号によって終了されるもの
   であり、前記終りの部分的サンプリング期間の計算は、
   前記最終サンプリング時点と前記次のシリンダ信号との
   間の時間を算定し、該算定時間と最終サンプリング時に
   測定された空気流量とを乗ずることで行われることを特
   徴とする請求項３記載の方法。 ５、作動的にエンジンに連結されシリンダ位置の関数と
   してシリンダパルス（ＣＹＬ）を発生する信号発生手段
   （１８、２０）と、前記シリンダ位置とは独立した固定
   サンプリング時点で空気流量を測定する空気流量センサ
   （１２）とを備えた、空気流量測定装置であって、前記
   サンプリング時点は各シリンダ測定期間中に繰り返し発
   生するものとしてなる、前記信号発生手段及び空気流量
   センサに連結され空気流量を計算するマイクロプロセッ
   サ手段（２２、第２図）を有し、該手段がａ）前記サン
   プリング時点間の各完全サンプリング期間に於ける平均
   空気流量と、その期間での空気流量とを決定する手段と
   、ｂ）前記測定期間の開始時点とその次に来る前記サン
   プリング時点との間、及び、前記測定期間の終了時点と
   その前に来る前記サンプリング時点との間の各部分的サ
   ンプリング期間の時間と近似流速を決定し、且つ、前記
   決定された時間と流速とから空気流量を決定する手段と
   、ｃ）前記の全てのサンプリング期間の空気流量を合計
   して特定シリンダへの空気流量を求めることを特徴とす
   る各エンジンシリンダの空気流量を測定する装置。 ６、前記空気流量センサ（１２）が、前記完全サンプリ
   ング期間及び部分的サンプリング期間を画定するように
   空気流速の測定を行う、更に前記マイクロプロセッサ手
   段（２２、第２図）は、ａ）各完全サンプリング期間に
   おける空気流速を測定して、該期間中の流量を決定し、
   ｂ）前記部分的サンプリング期間の空気流量を計算し、
   ｃ）対応シリンダの総空気流量を決定するよう決定され
   た前記空気流量を累積するようにプログラムされている
   ことを特徴とする請求項５記載の装置。 ７、前記マイクロプロセッサ手段（２２、第２図）が、
   ａ）前記各完全サンプリング期間の平均流量を決定する
   よう、測定順に於いて隣接する対の測定流量を平均化し
   、ｂ）前記サンプリング時点から各完全サンプリング期
   間の時間を決定し、ｃ）前記測定期間の始点を表わす第
   １のシリンダパルス時点と第１のサンプリング時点とか
   ら第１の部分的サンプリング期間の時間を決定し、ｄ）
   各平均流量を対応する完全サンプリング期間の時間もし
   くは第１の部分的サンプリング期間にて乗じ、各サンプ
   リング期間における空気流量を決定し、ｅ）前記測定期
   間の終了点を表わす第２のシリンダパルス時点とそれに
   先行する前記サンプリング時点とから終りの部分的サン
   プリング期間の時間を決定し、ｆ）第２シリンダパルス
   時点に先行するサンプリング時点に於ける空気流速と前
   記終りの部分的サンプリング期間の時間とを乗じて該部
   分的サンプリング期間に於ける空気流量を決定し、ｇ）
   前記決定された流量を累積してシリンダに対する総空気
   量を決定するようにプログラムされている請求項６記載
   の装置。