JPH01290951A - 内燃機関の空気量検出装置 - 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、自動車等内燃機関の燃焼制御の入力情報とし
て必要な吸入空気量を正確に検出する装置に関する。

（従来の技術） 一般に、ある運転状態でエンジンの要求する燃料の量は
、そのときのエンジンの吸入空気量を重要な一つのパラ
メータとしている。

従来のこの種の吸入空気量からエンジンの要求する燃料
の量を決定する内燃機関の燃料供給制御装置としては、
例えば「カーエレクトロニクス総合技術資料」　（日本
工業技術センター編、昭和５６年１０月発行）に記載さ
れたものがある。

この装置では、吸気管内に設けられたエアフローメータ
の計量板の回転変位から空気流■を取り出し、ポテンシ
ョンメータで電気信号に変換する。

この電気信号はコントロールユニットに入力され、エン
ジン回転数に対応する所定のトリガで分割される。分割
された電気信号は気筒毎の吸入空気量に対応し、それに
基づいて定常状態の条件をもとにして目標空燃比となる
ように燃料供給量を決定する。

ところが、エアフローメータにより検出した吸入空気量
にあっては、例えば急加速時ではスロットルバルブと吸
気弁間のコレクタボリューム（マニホールド圧力充填骨
）の影響によりエアフローメータで検出した吸入空気量
が実際にエンジンが要求している吸入空気量よりも一時
的に橿めて大きな値となるいわゆるオーバーシュート現
象を惹き起こすことがある。このような場合には吸入上
ス＜、１に基づいて演算される基本噴射量Ｔｐが第１１
図（Ｂ）の実線部に示すように一時的に大きく増加する
ことになり、同図（Ｃ）の実線部に示すよ・）に空燃比
が変動してエンジン失火や点火の乱れが発生し、運転性
や排気エミッション特性の悪化を招く。

そこでかかる不具合を解決するために、例えば特開昭５
８−１．７３４２９号公報に記載の装置が提案されてい
る。この装置では絞弁開度ＴＶＯがＷＯＴ　（Ｗｉｄｅ
　ｏｐｅｎ　ｔｈｒｏｔｌｅ：全速間）時（第１１図（
Ａ）参照）には基本噴射１ｔＴｐに同図（Ｂ）に示すよ
うな制限値Ｔｐｍａｘを設け、このＴ　ｐｍａｘによっ
て同図（Ｂ）　口に示す部分の空気量のオーバーシェー
ドをカットするようにしている。

（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
装置にあっては、ＷＯＴ時のみＴｐに制限値Ｔ　ｐｍａ
ｘを設ける構成となっていたため、ＷＯＴ時のオーバー
シュートはカットできるものの、第１１図（Ａ）破線に
示すようにＴＶＯを全開まで踏み込まない加速時には同
図（Ｂ）破線に示すようにオーバーシュートはカットさ
れない。したがって、このような場合には同図（Ｃ）、
ＣＤ）破線に示すように空燃比が初期リーン、後期リッ
チに大きく変動してリーン失火やリッチ化による排気エ
ミッション（ＣＯ排出等）の悪化を招いてしまう。また
、Ｗ　ＯＴ時であってもＴ　ｐｍａｘの制限値自体がリ
ーン失火を回避するためにある程度余裕を持たせて大き
めに（すなわち、リッチ側に）設定されているため、Ｗ
ＯＴ時にオーバーシュートをカットしたとしても完全な
ものではなく同図（Ｃ）実線に示すように空燃比の変動
は残ってしまう。なお、オーバーシュートによるＴｐの
変動を防止するために、位相制御（荷重平均）により’
ｉ’ｐを平滑化させる方法も考えられるがこのようにす
ると加速初期の応答性が低下してしまうという不具合が
生じる。

（発明の目的） そこで本発明は、絞弁の開度とエンジン回転数とからエ
ンジンの吸入空気量を演算し、該吸入空気量に応じて空
気量の基本制限値を補正して最大制限値を求めるととも
に、空気量検出手段の出力がａＫ　Ｈ大割限値を超えな
いようにすることにより、あらゆる加速状態でもオーバ
ーシュートを適切にカントして吸入空気量の検出精度を
向上させることを目的としてきる。

（課題を解決するための手段） 本発明による内燃機関の空気量検出装置は、Ｆ記目的達
成のため、エンジンの吸入空気量を検出する吸気量検出
手段ａと、絞弁の開度を検出する開度検出手段すと、エ
ンジンの回転数を検出する回転数検出手段Ｃと、絞弁の
開度とエンジン回転数とからエンジンの吸入空気量を演
算する空気量演算手段ｄと、エンジン回転数に基づいて
吸入空気量の基本制限値を演算する基本制限値演算手段
ｅと、前記基本制限値を空気量演算手段ｄの出力に応じ
て補正して空気量最大制限値を演算する最大制限値演算
手段ｆと、空気量検出手段ａの出力が前記空気量最大制
限値を超えないように制限する最大値制限手段ｇと、を
備えている。

（作用） 本発明では、絞弁の開度とエンジン回転数とからエンジ
ンの吸入空気量が演算され、該吸入空気量に応じて空気
量の基本制限値が補正されて最大制限値が演算される。

そして、空気量検出手段の出力が前記最大制限値を超え
ないように制限される。したがって、あらゆる加速状態
でもオーバーシュートが適切にカッｌ−され、吸入空気
量の検出精度が向上する。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する７第２〜１０図
は本発明に係る内燃機関の空気量検出装置の一実施例を
示す図であり、本実施例は本発明を燃料供給制御装置に
適用した例である。まず、構成を説明する。第２図は本
装置の全体的構成を示す図である。第２図において、ｌ
はエンジンであり、吸入空気はエアクリーナ２から吸気
管３を通り、燃料は噴射信号Ｓｔに基づきインジェクタ
４から噴射される。そして、気筒内で燃焼した排気は排
気管５を通して触媒コンバータ６に導入され、触媒コン
バータ６内で排気中の有害成分（Ｃｏ、ＨＣ，Ｎ０ｘ）
を三元触媒により清浄化して排出される。

吸入空気の流ｉＱａはホットワイヤ式のエアフローメー
タ（吸気量検出手段）７により検出され、吸気管３内の
絞弁８によって制御される。なお、エアフローメータ７
のタイプとしては、ホットフィルム式でもよく、要は吸
入空気の流量を測定するものであればよい。したがって
、フラップ弐のものでもよいが、負圧センサは除かれる
。

絞弁８の開度ＴＶＯは絞弁開度センサ（開度検出手段）
９により検出され、エンジン１の回転数Ｎはクランク角
センサ（回転数検出手段）１０により検出される。また
、ウォータジャケットを流れる冷却水の温度Ｔｗは水温
センサ】１により検出され、排気中の酸素濃度は酸素セ
ンサ１２により検出される。酸素センサ１２は理論空燃
比でその出力ＶＳが急変する特性をもつもの等が用いら
れる。さらに、エンジン１のアイドル状態はアイドルス
イッチ１３により検出される。

上記エアフローメータ７、絞弁開度センサ９、クランク
角センサ１０および水温センサ１１は運転状態検出手段
１４を構成しており、運転状態検出手段１４、酸素セン
サ１２およびアイドルスイッチ１３からの出力はコント
ロールユニット２０に入力される。

コントロールユニット２０は、吸気量演算手段、基本制
限値演算手段、最大制限値演算手段および最大値制限手
段としての機能を有し、ＣＰ　Ｕ２１、ＲＯＭ２２、Ｒ
ＡＭ２３およびＩ１０ボート２４により構成される。Ｃ
Ｐ　０２１はＲＯＭ２２に書き込まれているプログラム
に従ってＩ１０ボート２４より必要とする外部データを
取り込んだり、またＲＡＭ２３との間でデータの授受を
行ったりしながら空気量検出や燃焼制御に必要な処理値
を演算処理し、必要に応じて処理したデータをＩ１０ボ
ート２４へ出力する。Ｉ１０ボート２４にはセンサ群７
．１４．１２からの信号が入力されるとともに、Ｉ１０
ボート２４からは噴射信号Ｓｔが出力される。ＲＯＭ２
２はＣＰ　Ｕ２１における演算プログラムを格納してお
り、ＲＡＭ２３は演算に使用するデータをマツプ等の形
で記憶している。

次に、作用を説明する。

第３図は空気密度係数Ａ　ｄｅｎｓ　ｔを演算するプロ
グラムを示すフローチャートであり、本プログラムは、
例えば１０ｍ５毎に一度実行される。まず、Ｐ、でスタ
ートスイッチの０Ｎ１０ＦＦを判別し、ＯＮであればＰ
ｔで冷却水の温度Ｔｗに基づいて第４図に示すテーブル
マツプから空気密度係数Ａｄｅｎｓ　ｔをルックアップ
して処理を終える。スタートスイッチがＯＦＦのときは
Ｐ、で絞弁開度ＴＶＯが全開判定絞弁開度ＷＯＴＴＶＯ
＃以上か（ＴＶＯ≧ＷＯＴＴＶＯ＃か）否かを判別し、
ＴＶＯ≧ＷＯＴＴＶＯ＃のときはＰ４でエンジン回転数
Ｎが所定値（例えばＩＯＱＯｒｐｍ　）以上か否かを判
別する。Ｎ≧１０００ｒｐ＋ｍのときはＰ、でＮが学習
条件回転数上限ＧＴＰＭＮ＃以上か（Ｎ≧ＧＴＰＭＮ＃
か）否かを判別し、Ｎ＜ＧＴＰＭＮ＃のときは書き換え
条件が成立していると判断してＰ、で現時点でのフラッ
トＡ／Ｆ修正パルス幅ＴｒＴｐをＡ　ｖ　Ｔ　ｐ制限値
テーブル値Ｔ　ｔｐｍａｘと前回のＡｄｅｎｓｔとを乗
じた値（Ｔ　ｔｐｍａｘ　Ｘ　Ａｄｅｎｓｔ　）と比較
する。ここで、上記Ｔ　ｔｍａｘおよびＴｒＴｐは後述
する第５．８図に示すプログラムにて説明する。

ＴｒＴｐ≧Ｔｔｐｍａｘ　ＸＡｄｅｎｓｔのときはＰ７
で次式■に従ってＡ　ｄｅｎｓ　ｔを書き換え、ＴｒＴ
ｐ＜Ｔｔｐｍａｘ　Ｘ　ＡｄｅｎｓｔのときはＰ、で次
式〇に従ってＡ、ｄｅｎｓｔを書き換える。

Ａｄｅｎｓｔ−旧Ａｄｅｎｓｔ　＋ＤＡＤＥＮＡ＃・・
・・・・■ 但し、ＤＡＤＥＮＡ＃　Ｆ学習係数書き換え量プラス Ａｄｅｎｓ　ｔ　＝旧Ａｄｅｎｓｔ　−ＤＡＤＥＮＳ＃
・・・・・・■ 但し、ＤＡＤＥＮＳ＃：学習係数書き換え量マイナス 次いで、ステップＰ、〜ＰＩ！でＡ　ｄｅｎｓ　ｔを空
気密度上限制限値ＡＤＥＭＸ＃および空気密度上限制限
値ＡＤＥＭＮ＃に制限（ＡＤＥＭＸ＃≦Ａｄｅｎｓｔ≦
ＡＤＥＭＮ＃）して今回の処理を終了する。

ずなわち、Ｐ、でＡｄｅｎｓｔがＡＤＥＭＸ＃以上か否
かを判別し、Ａｄｅｒ＋ｓｔ　＜ＡＤＥＭＸ＃のときは
Ｐｌ、でＡｄｅｎｓｔをＡ　Ｄ　Ｂ　Ｍ　Ｘ　＃に制限
する（Ａｄｅｎｓｔ　＝Ａ　Ｄ　Ｅ　Ｍ　Ｘ　＃）　＊
　Ａｄｅｎｓｔ≧ＡＤＥＭＸ＃のときはｐＨでＡ　ｄｅ
ｎｓ　ｔがＡＤＥＭＮ＃より小さいか否かを判別し４、
Ａ　ｄｅｎｓ　ｔ≧ＡＤＥＭＮ＃のときはｐＨｚ　　で
Ａ　ｄｅｎｓ　ｔをＡＤＥＭＮ＃に制限しくＡｄｅｎｓ
ｔ　＝Ａ　Ｄ　ＥＭＮ＃）　、Ａｄｅｎｓｔ　＜　Ａ　
Ｄ　ＥＭＮ＃のときは制限値内にあると判断してそのま
ま処理を終了する。一方、Ｐ、でＴＶＯ＜ＷＯＴＴＶＯ
＃のとき、Ｐ、でＮ　＜　１１００Ｏｒｐのときあるい
はＰ、でＮ＜ＧＴＰＭＮ＃のときは何れもＡｄｅｎｓＬ
を演算する条件が成立していないと判断してそのまま処
理を終える。

第５図はＡＶＴｐ最大制限値Ｔｐｍａｘを演算するプロ
グラムを示すフローチャートであり、本プログラムは、
例えば１０ｍ５毎に一度実行される。まず、ｐｚｉで第
３図に示すプログラムにより演算した空気密度学習係数
Ａ　ｄｅｎｓ　ｔを読み込み、Ｐ２□でエンジン回転数
Ｎに基づいて第６図に示すテーブルマツプからＡｖＴｐ
制限値テーブル値（基本制限値）　Ｔｔｐｍａｘをルッ
クアップする。ここで、Ａｄｅｎｓ　ｔはＷＯＴ時Ｔｐ
とＴ　ｔｐｍａｘとの比率となる。

次いで、ｐｚｓでα−Ｎ流量Ｑｈｏに基づいて第７図実
線に示すテーブルマツプから補正１１Ｋｑｈｏをルック
アップし、Ｐ２４で次式〇に従ってＡｖＴｐ最大制限値
Ｔ　ｐａ＋ａｘを演算して今回の処理を終了する。

なお、α−Ｎ流量Ｑｈｏとは絞弁開度ＴＶＯと回転数Ｎ
から空気流量を求めるものであり、既に公知のものであ
る。

Ｔｐｍａｘ＝　Ｔｔｐｍａｘ　Ｘ　Ｋｑｈｏ　Ｘ　Ａｄ
ｅｎｓｔ＋ＹＵＴＯＲＩ＃　　　　　　・・・・・・０
０式において、ＹＵＴＯＲＩ＃はゆとり分であり、最大
制限値に所定のゆとりを持たせるものであるが、第７図
破線に示すようにＫ　ｑｈｏを予めゆとり分を加味した
特性としておけばこのＹＵＴＯＲＩ＃は不用となる。

第８図は噴射弁部流量相当パルス幅（平滑噴射量）Ａｖ
Ｔｐを演算するプログラムを示すフローチャートであり
、本プログラムは、例えばｌＱｍ　ｓ毎に一度実行され
る。まず、Ｐ３１でエアフローメータ７の出力を読み込
んで吸入空気１１Ｑａを求める。これは、例えばテーブ
ルルックアップによる。

次いで、Ｐ３ｔで次式■に従って平滑部基本パルス幅Ｔ
ｐｏを演算する。

ａ Ｔ　ｐｏ　＝　−□　Ｘ　Ｋ　　　　・・・・・・■次
いで、Ｐ３３でＴｐｏを加重平均して基本パルス幅Ｔｐ
を演算する。これにより、エアフローメータ７の出力に
基づく豚動が平滑化される。Ｐ、ｌａでは次式■に従っ
てフラットＡ／Ｆ修正基本パルス幅’ｒｒ’ｒｐを求め
る。

Ｔ’　ｒ　Ｔ　ｐ　＝　Ｔ　ｐ　ｘ　Ｋｆｌａｔ　　　
　−−−−−−００式において、ＫｆｌａｔはフラッＩ
−Ａ／Ｆ補正係数であり、回転数Ｎとα−Ｎ流量Ｑｈｏ
とにより割付けられたマツプから補間計算付きで求める
。

次いで、ｐｓｓでＴｒＴｐを第５図のプログラムで演算
した最大制限値Ｔ　ｔｐｍａｘと比較し、ＴｒＴｐ＞Ｔ
ｐｍａｘのときはＰ’ＪｈでＴｒＴｐをＴ　ｐｍａｘに
制限してＰｌ７に進み、ＴｒＴｐ≦Ｔ　ｐｍａｘのとき
はＰ、６をジャンプしてＰ３７に進む。Ｐｆｆ７では（
Ｘ−Ｎ先取り補正パルス幅としての遅れ修正パルス幅Ｔ
ｈ５ｔｐを求める。これは、α−Ｎ流量Ｑｈｏに基づき
補間計算付きテーブルからルックアップした値ＴＴｔｈ
ｓｔｐのｌＱｍ　ｓ毎の変化量として求める。但し、該
変化量が補正判定レベル以下であれば、Ｔｈ５ｔｐ＝０
とし、変化量がｉ　（Ｊ速）の場合は変化量に所定の減
速修正率を乗じて求める。　Ｔｈ５ｔｐは絞弁８の変化
を先取りして噴射量を応答性良く補正する項である。次
いで、ｐｘｓで次式■に従って平滑噴射量ＡＶＴｐ　（
平滑吸気量に対応）を求める。

ＡｖＴｐ＝ＴｒＴｐＸＦｌｏａｄ＋ＡｖＴｐ−＋Ｘ　（
Ｉ　　Ｆ　１ｏａｄ）　＋　Ｔｈ５ｔｐ　　−−−−■
但し、Ａ　ｖ　Ｔ　ｐ　−＋　：前回のＡＶＴｐ■式に
おいて、Ｆ　１ｏａｄは加重平均係数であり、Ｆ　１ｏ
ａｄ−Ｔ　ｆｌａｏｄ　＋　Ｋ　２　Ｄ　（減速のみ）
によって与えられる。Ｔｆｌｏａｄは吸気ボリュウムの
みの関数とするため、絞弁８によって決まる流量面積Ａ
Ａとく回転数×排気量）ＮＭＶとからマツプにより求め
る。したがって、０式の第１項および第２項はエアフロ
ーメータ７の出力を脈動修正した値に基づいて演算され
たフラン）Ａ／Ｆ修正基本パルス幅ＴｒＴｐについて、
Ｆｌｏａｄを用いて加重平均した値、言い換えればＴｒ
Ｔｐの一時遅れを計算により（ソフトにより）算出する
部分に相当する。また、０式の第３項は絞弁開度ＴＶＯ
による先取り補正の部分であり、この部分は、本実施例
で初めて開示するものである。

このような第３項のＴ　ｈｓ　ｔｐを加えた効果は第９
図のように示される。第９図において、あるタイミング
で加速した場合、絞弁開度の変化にやや遅れて基本パル
ス幅Ｔｐｏ、Ｔｐが変化し、ＴＩ）０％　Ｔｐを修正し
た波形はフラット修正基本パルス幅ＴｒＴｐとして同図
（Ｃ）のように変化する。一方、α−Ｎ流量Ｑｈｏは絞
弁８の開き具合に応じて同図（Ｄ）に示すようにステッ
プ的に変化しており、この開度変化量により遅れ修正パ
ルス幅Ｔｈ５ｔｐが演算される。一方、平滑噴射量Ａｖ
ＴｐはＴｒＴｐの一次遅れで与えられ、Ｔ　ｈｓ　ｔｐ
なしの従来の位相制御の場合は図中の一点鎖線で示す変
化となり、応答性に欠ける。このとき、吸入負圧は破線
で示され、噴射弁部（インジェクタ４部）の空気流量に
略等しいが、これとて絞弁８の開度変化に遅れなく追随
できるものではない。また、吸気ボリュウムにより吸気
管３の壁面への燃料付着量にも影響を与える。

これに対して、本実施例のＡｖＴｐは図中実線で示すよ
うに、Ｔｈ５ｔｐなる補正項がα−Ｎの先取り補正（１
０ｍ　ｓの先取り補正）として加えられているから、極
めて応答性が良く、実際の空気流量変化にマツチしたも
のとなる。なお、高地の例も図示している。

このように、回転数Ｎから求めた空気量制限のための基
準制限値Ｔ　ｔｐｍａｘに、ＴＶＯとＮから算出した空
気量信号Ｑｈｏによる補正を加えた値を空気量最大制限
値Ｔ　ｐｍａｘとし、エアフローメータ流ｉＱａに基づ
＜ＴｐがＴ　ｐｍａｘを超えないように制限している。

したがって、第１θ図（Ａ）破線に示すようなＷＯＴ以
外の加速時であっても、同図（Ｂ）破線に示すように同
図中ハツチング部分のオーバーシュートを適切にカット
することができる。本実施例では、Ｔｐｍａｘで制限さ
れた信号を用いて位相制御（すなわち、ＴｒＴｐの演算
）を行・）ことで、噴射弁部空気量としてのＡｖ’ｒ’
ｐの算出精度を高めることができ、同図（Ｃ）に示すよ
うに空燃比のフラット性を十分に高めることができる。

その結果、運転性や同図（Ｄ）に示すように排気ガス浄
化性能を格段に向上させることができる。

なお、請求の範囲でいう空気量最大制限値は吸入空気量
Ｑａを噴射パルス幅として表現した基本へ 念のものであることはいうまでもなく、本実施例にあっ
てもＴｐを制限するためのＴ　ｐｍａｘを請求の範囲で
いう空気量最大制限値として用いている。

（効果） 本発明によれば、絞弁の開度とエンジン回転数とからエ
ンジンの吸入空気量を演算し、該吸入空気量に応じて空
気量の基本制限値を補正して最大制限値を求めるととも
に、空気量検出手段の出力が該最大制限値を超えないよ
うにしでいるので、あらゆる加速状態でもオーバーシュ
ートを適切にカットすることができ、吸入空気量の検出
精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜１０図は本発明に
係る内燃機関の空気Ｍ検出装置の一実施例を示す図であ
り、第２図はその全体構成図、第３図はその空気密度係
数Ａｄｅｎｓｔを演算するプログラムを示すフローチャ
ート、第４図はそのＡ　ｄｅｎｓｔのテーブルマツプ、
第５図はそのＡ　ｖ　’Ｔ’　ｐ最大制限値Ｔｐｍａｘ
を演算するプログラムを示すフローチャート、第６図は
そのＴ　ｔｐｍａｘのテーブルマツプ、第７図はそのＫ
ｑｈｏのテーブルマツプ、第８図はその噴射弁部流量相
当パルス幅ＡｖＴｐを演算するプログラムを示すフロー
チャート、第９図はその作用を説明するためのタイミン
グチャート、第１０図はその効果を説明するだめのタイ
ミングチャート、第１１図は従来の内燃機関の空気量検
出装置の問題点を説明するためのタイミングチャートで
ある。 ｌ・・・・・・エンジン、 ７・・・・・・エアフローメータ（吸気量検出手段）、
９・・・・・・絞弁開度センサ（開度検出手段）、１０
・・・・・・クランク角センサ（回転数検出手段）、２
０・・・・・・コントロールユニット（空気量演算手段
、基本制限値演算手段、最大制限値演算手段、最大値制
限手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）エンジンの吸入空気量を検出する吸気量検出手段と
   、 ｂ）絞弁の開度を検出する開度検出手段と、ｃ）エンジ
   ンの回転数を検出する回転数検出手段と、 ｄ）絞弁の開度とエンジン回転数とからエンジンの吸入
   空気量を演算する空気量演算手段と、ｅ）エンジン回転
   数に基づいて吸入空気量の基本制限値を演算する基本制
   限値演算手段と、 ｆ）前記基本制限値を空気量演算手段の出力に応じて補
   正して空気量最大制限値を演算する最大制限値演算手段
   と、 ｇ）空気量検出手段の出力が前記空気量最大制限値を超
   えないように制限する最大値制限手段と、を備えたこと
   を特徴とする内燃機関の空気量検出装置。