JPH02112739A - 内燃機関の吸入空気温度推定装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、吸気管に取り付けられた吸気温センサからの
検出信号に基づき、吸入空気温度を推定する内燃機関の
吸入空気温度推定装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、内燃機関の燃料噴射量や点火時期を制御する
装置では、制御量を内燃機関のシリンダ内に流人する空
気量に応じた最適値に設定するため、内燃機関の回転速
度と吸気管圧力、或は内燃機関の回転速度と吸気管内乙
こ流人する空気量とに基づき基本制御量を算出し、基本
制御量を吸入空気（以下、単に吸気という。）の温度で
補正することにより制御Ｍ量を決定している。

またこうした基本制御量の補正は、吸気管に吸気温度を
検出するための吸気温センサを取り付け、この吸気温セ
ンサによる吸気温度の検出結果から制御量の補正値を算
出し、この補正値と基本制御量とを乗算或は加算するこ
とにより行っている。

尚このように基本制御量を吸気温度で補正するのは、吸
気温度によって吸気密度が変化するため（即ち、吸気温
度によって内燃機関のシリンダ内に流入する吸気量が変
化するため）である。

［発明が解決しようとする課題］ ところで上記のように制御量の吸気温補正を行なうため
には、吸気温度を正確に検出する必要があるが、吸気温
センサは吸気管に取り付けられるため、吸気温センサに
よって吸気温度を正確に検出することはできなかった。

つまり、吸気温センサによる検出結果は、内燃機関から
の熱を受け。

内部を流れる吸気によって冷却される吸気管壁温を表す
値となってしまい、吸気温センサによって吸気温度の真
値を検出することはできなかったのである。

こうした問題を解決するには、吸気温センサと吸気管と
を熱的に完全に遮断できればよいのであるが、吸気管は
内燃機関の運転によって振動するため、吸気温センサを
吸気管に取り付ける際には、この振動に耐え得るように
吸気温センサを吸気管に強固に固定しなければならなず
、このためには吸気管と吸気温センサとを熱的に遮断す
ることは不可能である。

このため従来では、吸気温センサによる検出結果と実際
の吸気温度とが対応するものとして、補正値と実際の吸
気温度とが適合するように補正値算出用のマツプ或は演
算式を設定しておくことで、基本制御量を実際の吸気温
度に応じて補正できるようにしている。しかし吸気温セ
ンサによる検出結果（−吸気管９温）と実際の吸気温度
とが対応するのは、内燃機関が定常運転されている場合
であって、例えば内燃機関の運転停止後の再始動時。

或は内燃機関の高負荷運転特等９機関温度によって吸気
管ｅ温が定常運転時より上昇している場合には、吸気温
センサによる検出結果が実際の吸気温度とは対応せず、
制御量の吸気温補正を精度よく実行することができなく
なってしまう。

そこで従来より、例えは特開昭６２−１５３５３８号公
報に記載のように、吸気温センサによる検出結果或はこ
の検出結果から設定される補正値に上限を設けることで
、吸気温センサの検出結果が異常に大きくなフた場合の
制御精度を確保することが考えられているが、この場合
、制御精度の低下をある程度防止することはできるもの
の、補正値を実際の吸気温度に応じた値に設定すること
はできず、制御精度の低下は免れなかフた。

また内燃機関の定常運転時には吸気温センサによる検出
結果と吸気温度とが対応するといっても、吸気温度が変
化した場合、これに応じて検出結果も速やかに変化する
といったことはなく、吸気管の熱容量によって応答遅れ
が生ずるのは当然である。そこで従来よりこうした検出
遅れを補償するために、例えば特開昭６０−４４８３０
号公報に記載の如く、吸気温検出値の変化量に１より大
きい補正係数を乗じて吸気温度を設定するといったこと
も考えられているが、この場合、補正係数が固定値とな
っているため、検出遅れを精度よく補正することはでき
なかった。つまり吸気温度の変化によって吸気温センサ
による検出結果が変化するまでの時間は、吸気管を流れ
る吸気の量によって異なるため、上記のように補正係数
を固定（直としていては、吸気温度の検出遅れを精度よ
く補償することができないのである。

本発明はこうした問題に鐵みなされたもので、吸気管に
取り付けられた吸気温センサによる吸気温度の検出結果
に基づき、実際の吸気温度を、正確に、しかも応答遅れ
なく推定できる吸入空気温度推定装置を提供することを
目的としている。

［課題を解決するための手段］ 即ち上記目的を達するためになされた本発明は、第１図
に例示する如く、 内燃機関Ｍ１の吸気管Ｍ２に取り付けられ、該吸気管Ｍ
２を流れる吸入空気の温度を検出する吸気温センサＭ３
と、 上記吸気管Ｍ２を流れる吸入空気の量を、直接又は内燃
機関Ｍ１の運転状態に基づき間接的に検出する吸気量検
出手段Ｍ４と、 内燃機関Ｍ１の運転状態に基づき上記吸気管Ｍ２が外部
から受ける熱量を設定する受熱量設定手段Ｍ５と、 上記各検出手段Ｍ３．Ｍ４の検出結果及び受熱量設定手
段Ｍ５の設定値に基づき、上記吸気温センサＭ３の挙動
を記述した物理モデルに則って設定された次式（１）を
用いて吸入空気の実温度Ｔａを算出する実吸気温算出手
段Ｍ６と、 Ｔ　ａ　＝ｍ　（Ｔ　−Ｔ（ｋ−１））　／　Ｇ　ａ”
８＋Ｔ＋ｎ４−Ｑｉ／Ｇａｆａ８　　−・−（１）（但
し、ｍ、ｎ：定数、Ｔ：吸入空気温度検出値、Ｇａ：吸
入空気量検出値、Ｑｉ：受熱量設定値、Ｔ（ｋ−１）　
：所定時間前の吸入空気温度検出１直）を備えたことを
特徴とする内燃機関の吸入空気温度推定装置を要旨とし
ている。

［作用］ 以上のように構成された本発明の内燃機関の吸入空気温
度推定装置では、吸気温センサＭ３が吸気温度Ｔを検゛
出すると共に、吸気量検出手段Ｍ４が吸気管内部を流れ
る吸気量Ｇａを検出し、更に受熱量設定手段Ｍ５が吸気
管Ｍ２が外部から受ける熱量（以下、受熱量という）Ｑ
ｌを設定する。

すると実吸気温算出手段Ｍ６が、これら６値Ｔ。

Ｇａ、Ｑｉに基づき上記（１）式を用いて、吸気管Ｍ２
内部を流れる吸気の実温度（以下、実吸気温度という）
Ｔａを算出する。

ここで実吸気温算出手段Ｍ６が実吸気温度Ｔａを算出す
るのに用いる（１）式について説明する。

まず既述したように吸気温センサＭ３が検出する吸気温
度（以下、吸気温検出値という）Ｔは吸気管壁温とほぼ
一致する（これは実験によって確認されている。）ので
、吸気温検出値Ｔは、吸気管Ｍ２が内燃機関Ｍ１から受
ける熱量Ｑｉによって上昇し、吸気管Ｍ２内部を流れる
吸入空気（温度：Ｔａ）によって低下する。従って吸気
温センサＭ３による吸気温検出値Ｔの時間的変化は次式
％式％ 上記（２）式において、 ↑＝ｄＴ／ｄｔ、　　　ρ１ニーα・Ａ／Ｃβ２＝α・
Ａ／　Ｃ，β３＝１／Ｃ とおくと、（２）式は次式（３）の如く記述でき、Ｔ　
＝　β　１◆Ｔ　＋　β２争Ｔ　ａ　＋　β３◆Ｑ　　
ｉ　　　　−−−（３）β１〜β３を定数、Ｔを状態変
数、Ｔａを人力、Ｑｌを外乱とすれは、（３）式は状態
方程式表現となり、上記（２）式は周知の自明オブザー
バと考えられる。

そこで本発明では、上記（２）式を離散化して吸気温度
Ｔから実吸気温度Ｔａを求めるための演算式（１）式を
設定し、これによって実吸気温度Ｔａを推定するように
している。

即ち、上記（２）式を離散化すると、 Ｃ◆（Ｔ　（ｋ）　−Ｔ　（ｋ−１））＝　Ｑ　ｉ　（
ｋ）　−α（ｋ）Ａ・（Ｔ（ｋ）　−Ｔ　ａ（ｋ））　
−（４）となり、この（４）式から実吸気温度Ｔａを求
めるための演算式を次式（５）の如く設定できる。

Ｔ　ａ（ｋ）”　Ｃ・（Ｔ（ｋ）　−Ｔ（ｋ−１））　
／　α（ｋ）Ａ＋　Ｔ（ｋ）　−Ｑ　ｉ　（ｋ）／α（
ｋ）・Ａ　・・・（５）ここで（５）式において、Ａ及
びＣは、吸気温度の検出対称となる内燃機間によって定
まる固定値であり、またαは円筒状のものに空気が流れ
たときの熱伝達率として次式（６）の如く記述できる。

α＝０．０２３・（ω）１１．８・（γ）β８・（μ）
−１１１，３・（λ）９７・（ｄ）−０．２・（Ｃｐ）
０．３　　　　・・・（６）（但し、ω：吸入空気の平
均流速、γ：空気の比重量、μ：空気の粘性係数、λ：
空気の熱伝導率。

ｄ：管内径、Ｃｐ：空気の比熱） そしてこの（６）式において、Ｕ、λ、ｄ、Ｃｐは一定
と考えられ、また平均流速ωと比重量γとの積ω・γは
吸気管Ｍ１を流れる吸気量Ｇａを表すので、熱伝達率α
は次式（７）の如く記述できる。

α＝Ｋ（ω＊ｒ）”＝＝に争Ｇａ０．８　　　　　　　
＝−（７）（但し、Ｋ：比例定数） 従って実吸気温度Ｔａを求めるための上記（５）式は、
次式（８）の如く変形でき、 Ｔａ（ｋ） ＝Ｃ・（Ｔ（ｋ）　−Ｔ（ｋ−１））　／に−Ｇ　ａ（
ｋ）０．８・Ａ＋Ｔ（ｋ）−Ｑｉ（ｋ）／に−Ｇａ（ｋ
）”−８・Ａ　　−・・（８）ｍ＝Ｃ／に−Ａ、ｎ＝１
／に−Ａとおくことによって前述の（１）式が導出され
る。

そこで本発明では、周知の同定法により定数ｍ及びｎを
決定して上記（１）式を確定し、この（１）式を用いて
実吸気温度Ｔａを所定時間毎に算出するようにしている
のである。

ここで実吸気温算出手段Ｍ６が（１）式を用いて実吸気
温度Ｔａを推定する際の時間間隔（前述の所定時間）と
しては、（２）式を離散化し、定数ｍ及びｎを決定した
際のサンプリング周期に対応させれは°よい。

また受り量Ｑｉは、機関温度によって決定されるので、
受熱量設定手段Ｍ５では、温度センサを用いて冷却水温
やシリンダヘッドの温度を検出し、この検出結果に基づ
き受ＤｆＡＱｉを設定するようにすれはよい。

尚、受熱量Ｑ１は、内燃機関Ｍ１が充分暖機されておれ
ばほぼ一定値となり、また内燃機関Ｍ１の制御装置では
、機関温度が低い暖機運転時に吸気温補正以外に制御量
の暖機補正等が実行されることが多いので、こうした制
御装置に本発明を適用する場合には、受熱量設定手段Ｍ
５を、受熱量Ｑｉとして内燃機関暖機後の一定値を設定
するようにしてもよい。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。

まず第２図は本発明が適用された内燃機関２及びその周
辺装置の構成を表す概略構成図である。

図に於て４はエアクリーナ６を介して空気を吸入する吸
気管を表し、この吸気管４には、吸気量を制御するため
のスロットルバルブ８が備えられ、その下流に吸気の脈
動を抑えるためのサージタンク１０が形成されている。

またサージタンク１０には、内部の圧力（即ち吸気管圧
力）ＰＭを検出する吸気圧センサ１２、及び吸気温度を
検出するための吸気温センサ１４が備えられている。

一方１６は排気管を表し、排気中の酸素濃度から内燃機
関２のシリンダ２ａ内に流人した燃料泗合気の空燃比を
検出するための酸素センサ１８、及び排気を浄化するた
めの三元触媒コンバータ２０が備えられている。

また内燃機関２には、その運転状態を検出するためのセ
ンサとして、上述の吸気圧センサ１２゜吸気温センサ１
４．及び酸素センサ１８の他、ディストリビュータ２２
の回転から内燃機関２の回転速度ＮＥを検出する回転速
度センサ２４、同じくディストリビュータ２２の回転か
ら所定のクランク角を検出するクランク角センサ２６、
及び冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ２８が備えら
れている。尚ディストリビュータ２２はイグナイタ３０
からの高電圧を所定の点火タイミングで点火プラグ３２
に印加するためのものである。

そしてこれら各センサからの検出信号は論理演算回路と
して構成された電子制御回路４０に人力され、電子制御
回路４０で、燃料噴射弁４２からの燃料噴射量を制御し
たり、点火時期を制御するのに使用される。

即ち電子制御回路４０は、予め設定された制御プログラ
ムに従って燃料噴射制御及び点火時期制御のための各種
演算処理を実行するＣ　Ｐ　Ｕ　５０゜ＣＰＵ５０で演
算処理を実行するのに必要な制御プログラムや初期デー
タが予め記録されたＲＯＭ５２、同じ＜ＣＰＵ５０で演
算処理を実行するのに用いられるデータが一時的に読み
書きされるＲＡＭ５４、上記各センサからの検出信号を
人力するための人力ボート５６、及びＣＰＵ５０での演
算結果に応じて燃料噴射弁４２やイグナイタ３０に駆動
信号を出力するための出力ボート５日、等から構成され
ている。

このように構成された電子制御回路４０では、吸気圧セ
ンサ１２により検出された吸気管圧力ＰＭと回転速度セ
ンサ２４により検出された回転速度ＮＥとに基づき基本
制御量を算出し、この基本制御量を吸気温度、冷却水温
等の他の運転状態に応じて補正して制御量を決定する、
といった手順で燃料噴射制御及び点火時期制御のための
制御量を算出し、この算出された制御量で燃料噴射弁４
２やイグナイタ３０を駆動することにより機関制御を実
行するが、こうした燃料噴射制御や点火時期制御等につ
いては従来より周知であるので詳しい説明は省略し、次
にこの電子制御回路４０で制調量の吸気温補正を行うた
めに実行される本発明にかかわる主要な処理である吸気
温度推定処理について第３図に示すフローチャートに沿
って説明する。尚この処理は内燃機関２の始動後所定時
間（本実施例では１ｓｅｃ、）毎に繰り返し実行される
。

第３図に示す如く当該吸気温度推定処理が開始されると
、まずステップ１００を実行し、回転速度センサ２４、
吸気圧センサ１２、吸気温センサ１４、水温センサ２８
からの検出信号に基づき、回転速度ＮＥ吸気管圧力ＰＭ
、吸気温度Ｔ、及び冷却水温ＴＨＷを検出する。

そして続くステップ１１０では、ステップ１００で検出
した回転速度ＮＥ及び吸気管圧力ＰＭに基づき、予め設
定されたマツプを用いて吸気管４内部を流れる吸気ＲＧ
ａを算出する吸気量検出手段Ｍ４としての処理を実行し
、ステップ１２０に移行する。

ステップ１２０では、ステップ１００で検出した冷却水
温ＴＦ（Ｗに基づき、吸気温センサ１４が取り付けられ
たサージタンク１４が内燃機関２から受ける熱量（即ち
サージタンク１４の受熱量）Ｑｉを算出する受り量設定
手段Ｍ５としての処理を実行する。尚この受熱量Ｑｉの
算出には、冷却水温Ｔ）ＩＷと受熱量Ｑｉとの関係が予
め実験によって設定された第４図に示す如きマツプが使
用される。

そして続くステップ１３０では、ステップ１００で今回
検出した吸気温度Ｔと前回（即ち１ｓｅｃ。

前）検出した吸気温度Ｔ　（ｋ−１）と、ステップ１１
０で求めた吸気量Ｇａと、ステップ１２０で求めた受熱
量Ｑｉとに基づき、前述の（１）式を用いて実吸気温度
Ｔａを算出し、処理を一旦終了する。

尚このステップ１３０では、作用の項で詳述した如く、
吸気温センサ１４の挙動を表す（２）式を離散化して実
吸気温度Ｔａを求めるための（１）式を導出し、更に（
１）式を、サンプリング周期を１ｓｅｃ、とした周知の
同定法によって確定することにより設定された演算式が
使用される。

このように本実施例では、吸気温センサ１４の挙動を記
述した物理モデルに基づき設定された演算式（１）を用
いて実吸気温度Ｔａを推定するようにされているので、
燃料噴射量や点火時期の吸気温補正を実際の吸気温度に
対応して行なうことができ、制御精度を向上できる。

つまり例えは第５図に示す如く、内燃機関２の停止後、
再度内燃機関２を始動した場合、吸気管１４の壁温が機
関温度によって上昇しているので、始動後吸気温センサ
１４からの検出信号による吸気温検出値Ｔが実際の吸気
温度ＴＡに対応する値となるまでには時間がかかり、従
来の制御装置では、その間制御量の吸気温補正を実際の
吸気温度に対応して実行することができなくなるが、本
実施例では上記（１）式を用いて実吸気温度Ｔａを推定
するようにしているので、その推定値Ｔａが常に実際の
吸気温度ＴＡに対応した値となり、制御量の吸気温補正
を精度よく実行することが可能となるのである。

ここで上記実施例では、サージタンク１０の受熱量Ｑｉ
を冷却水温ＴＨＷに基づき設定するように構成したが、
作用の項でも述べたように、受熱量Ｑｉは、内燃機関Ｍ
１が充分暖機されておればほぼ一定値となり、また当該
実施例の制御装置では機関の暖機運転時に冷却水温ＴＨ
Ｗに基づく制御：Ｂ量の暖機補正が実行されるので、吸
気温補正は機関暖機後に行なうものとして、受熱量Ｑｉ
には機関Ｂｌｉ後の一定（直を設定しておくようにして
もよい。

また上記実施例では、基本制御量を内燃機関の吸気管圧
力ＰＭと回転速度ＮＥとに基づき算出する所謂Ｄ−ｊ方
式の制御装置に本発明を適用したので、吸気量Ｇａを吸
気管圧力ＰＭと回転速度ＮＥとに基づき設定するように
構成したが、エアフロメータを用いて吸気量を検出し、
この吸気量と回転速度とに基づき基本制御量を算出する
所謂り−ｊ方式の制御装置に本発明を適用する場合には
、吸気温度を推定するのに用いる吸気量Ｇａには、エア
フロメータの検出値をそのまま使用するようにすれはよ
い。尚Ｌ−ｊ方式の制御装置では、吸気温度を検出する
吸気温センサはスロットルバルブより上流の吸気管４に
設けられるが、受り量Ｑｉとして、吸気温センサの取付
位置での受熱量を設定するようにすれば、上記実施例と
同様に吸気温度を精度よく推定して制御精度を向上する
ことが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の内燃機関の吸入空気温度推
定装置では、吸気温センサの挙動を記述した物理モデル
に基づき設定された演算式（１）を用いて実吸気温度Ｔ
ａを推定するようにされているので、この推定値Ｔａが
常に実際の吸気温度に対応した値となる。このため本発
明の装置を内燃機関の開所装置に適用すれば、制御量の
吸気温補正を精度よく実行することが可能となり、内燃
機関の制御精度を向上できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を表すブロック図、第２図は実施
例の内燃機関及びその周辺装置を表す概略構成図、第３
図は電子制御回路で実行される吸気温度推定処理を表す
フローチャート、第４図は冷却水温ＴＨＷから受熱量Ｑ
ｉを算出するのに用いるマツプを表す説明図、第５図は
実際の吸気温度ＴＡと、吸気温度の検出（偵Ｔ及び推定
値Ｔａとの関係を表す線図、である。 Ｍｌ、２・・・内燃機関　　Ｍ２．４・・・吸気管Ｍ３
．１４・・・吸気温センサ Ｍ４・・・吸気量検出手段　Ｍ５・・・受熱量設定手段
Ｍ６・・・実吸気温算出手段 １２・・・吸気圧センサ　　１４・・・サージタンク２
４・・・回転速度センサ　４０・・・電子制御回路代理
人　　弁理士　　定立　勉（ほか２名）第１図 第２図 （実吸気温算出手段Ｍ６ 第 図 第４図 −ゆ冷却水温ＴＨＷ 第５図 時間

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の吸気管に取り付けられ、該吸気管を流れる吸
   入空気の温度を検出する吸気温センサと、上記吸気管を
   流れる吸入空気の量を、直接又は内燃機関の運転状態に
   基づき間接的に検出する吸気量検出手段と、 内燃機関の運転状態に基づき上記吸気管が外部から受け
   る熱量を設定する受熱量設定手段と、上記各検出手段の
   検出結果及び受熱量設定手段の設定値に基づき、上記吸
   気温センサの挙動を記述した物理モデルに則って設定さ
   れた次式（１）を用いて吸入空気の実温度Ｔａを算出す
   る実吸気温算出手段と、 Ｔａ＝ｍ（Ｔ−Ｔ（ｋ−１））／Ｇａ＾０＾．＾８＋Ｔ
   ＋ｎ・Ｑｉ／Ｇａ＾０＾．＾８・・・（１）（但し、ｍ
   、ｎ：定数、Ｔ：吸入空気温度検出値、Ｇａ：吸入空気
   量検出値、Ｑｉ：受熱量設定値、Ｔ（ｋ−１）：所定時
   間前の吸入空気温度検出値）を備えたことを特徴とする
   内燃機関の吸入空気温度推定装置。