JPH03229952A - 過給機付内燃機関の吸気温度検出装置 - 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〉 本発明は過給機付内燃機関の吸気温度検出装置に関し、
詳しくは、機関回転速度と吸気圧力とに基づいて燃料供
給量が設定制御される過給機付内燃機関において、前記
燃料供給量を吸気温度に基づき空気密度補正するために
吸気温度を検出する装置に関する。

〈従来の技術〉 内燃機関の電子制御燃料供給装置において、吸気圧力と
機関回転速度との組み合わせによって基本燃料供給量を
設定するものがあるが、この場合には、吸入空気の質量
流量を求める必要があるために、吸気温度を検出するセ
ンサを設け、この吸気温度に基づく空気密度補正を基本
燃料供給量に施すようにしている（実開昭６０−１２０
２３９号公報等参照）。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、前述したように吸気温度を検出して燃料供給
量の空気密度補正を行う場合、吸気温度を検出する吸気
温センサを吸気マニホールドの集合部等に配置している
が、スロットル弁開度ＴＶＯの変化が大きい過渡運転時
のように吸気温度の変化が急激なときには、吸気温セン
サの応答性が悪いために、良好な空気密度補正を施すこ
とができず、過渡時の空燃比制御性が悪化するという問
題があった。

これは、低吸入空気流量域では吸気マニホールド内にお
いて吸入空気が機関等の熱源より受熱して吸気温度が上
昇するが、高空気流量域では受熱する時間が少ないため
低空気流量域より吸気温度の上昇が少なくなるから、過
渡運転されると吸気温度の変化が生じ、吸気温センサは
応答遅れがあるためにこの変化に追従した検出が行えな
いためである。

このため本出願人は、冷却水温度Ｔｗで代表される機関
温度と、吸入空気流量と、吸気温度との間に第８図に示
すような一定の関係が成立することに着目し、冷却水温
度Ｔｗで代表される機関温度と外気温度との偏差、及び
、吸気圧力と機関回転速度とから設定した吸入空気流量
に基づいて吸気マニホールド部における熱交換状態を予
測して、この予測に基づいて外気温度を補正して吸気温
度を求めるよう構成した吸気温度検出装置を先に提案し
く特願平１−１８８９３９号）、上記のような吸気温セ
ンサの応答遅れによって過渡運転時の空燃比制御性が悪
化することを防止できるようにした。

しかしながら、自然吸気機関では、上記のように高空気
流量域では受熱する時間が少ないため低空気流量域より
吸気温度の上昇が少なくなるという状態変化が認められ
るが、過給機付内燃機関では、第９図に示すようにかか
る吸気温度の変化傾向がくずれ、過給されることにより
断熱圧縮状態となって、かかる断熱圧縮による吸気温度
上昇が加味されることが判った。従って、非過給時には
、先に提案した外気温度を機関温度と外気温度との偏差
及び吸入空気流量に基づいて補正して吸気温度を推定設
定する方式で吸気温度を応答遅れなく検出できるものの
、過給されると上記の方式では吸気温度の推定設定を行
うことができなくなってしまう。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、過給機
付内燃機関で過給されても吸気温度を応答遅れなくかつ
精度良く推定できる吸気温度検出装置を提供することを
目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 そのため、本発明にかかる過給機付内燃機関の吸気温度
検出装置は、機関運転条件検出手段で検出された機関回
転速度と吸気圧力とに基ついて燃料供給量が設定制御さ
れる過給機付内燃機関で、吸気温度に基づいた前記燃料
供給量の補正を行わせるために吸気温度を検出するもの
であり、第１図に示すように、 各検出手段で検出された外気温度と機関温度との偏差を
温度偏差演算手段で演算する一方、吸入空気流量設定手
段が前記機関運転条件検出手段で検出された機関回転速
度と吸気圧力とから吸入空気流量を設定し、吸気温度推
定設定手段は、過給運転判別手段で非過給運転領域であ
ることが判別されているときに、前記温度偏差と吸入空
気流量とに基ついて前記外気温度検出手段で検出された
外気温度を補正して吸気温度を推定設定する。

一方、過給運転判別手段で過給運転領域であることが判
別されているときには、前記吸気温度推定設定手段に代
わって過給時吸気温度推定設定手段が、過給運転領域へ
の移行直前の吸気温度推定値と吸気圧力とを基準値とす
る断熱圧縮で吸気温度が変化するものとして吸気温度を
前記基準イ１つと吸気圧力とに基づいて推定設定する。

ここで、前述のように過給時吸気温度推定設定手段によ
って過給運転領域であるときに断熱圧縮として推定設定
された吸気温度を、前記機関運転条件検出手段で検出さ
れた機関回転速度と吸気圧力とに基づいて補正設定する
する過給時吸気温度補正手段を設けることが好ましい。

〈作用〉 かかる構成の吸気温度検出装置によると、過給運転判別
手段により非過給運転領域であると判別されているとき
には、吸入空気が外気から取り込まれて吸気通路を通過
する際の熱交換が、吸入空気流量及び機関温度と外気温
度との偏差で略決定されるから、各検出手段でそれぞれ
検出された機関温度と外気温度との偏差を演算すると共
に、吸気圧力と機関回転速度とから吸入空気流量を設定
し、吸気温度推定設定手段は、これらの演算値及び設定
値から前記熱交換の状態を推定することで外気温度から
吸気温度を推定する。

ところで、過給運転領域では、過給による圧縮によって
温度上昇があるから、非過給運転領域から過給運転領域
に移行したときには、過給運転領域に移行する直前の非
過給運転領域において吸気温度、推定設定手段で推定設
定された吸気温度と、そのときの吸気圧力とを基準値と
し、吸気圧力（過給圧）が上昇するに従って断熱圧縮さ
れて吸気温度が上昇するものとして、吸気温度を前記基
準値と吸気圧力検出値とに基づいて推定設定する。

〈実施例〉 以下に本発明の詳細な説明する。

一実施例を示す第２図において、内燃機関１から排気通
路２を介して排出された排気のエネルギによって排気タ
ーボチャージャ３の排気タービン３ａを回転駆動させる
ことにより、吸気通路４に設けられ前記排気タービン３
ａと軸結されたコンプレッサ３ｂを回転駆動して、機関
１に過給（圧縮）空気を供給するよう構成されており、
機関１は過給機付内燃機関である。尚、過給機は上記の
排気ターボチャージャ３の他、機械駆動方式のものであ
っても良い。

また、前記コンプレッサ３ｂ下流側の吸気通路４に介装
されアクセルペダルと連動して吸入空気流量Ｑを制御す
るスロットル弁５には、該スロットル弁５の開度ＴＶＯ
をポテンショメータによって検出するスロットルセンサ
６が付設されている。

更に、前記スロットル弁５の下流側吸気通路４には、吸
気圧力ＰＢを検出する吸気圧センサ７が設けられている
。

また、吸気通路４の上流端に設けられているエアクリー
ナ１３には、外気温度ＴＡＳを検出する外気温度検出手
段としての外気温センサ８が設けられており、この外気
温センサ８及び前記吸気圧センサ７の検出信号は、機関
１への燃料供給量を制御するためのコントロールユニッ
ト９に入力すれるようになっている。

コントロールユニット９には、前記検出信号の他、機関
１の回転速度Ｎを検出する回転速度センサ１０５機関温
度を代表する冷却水温度Ｔｗを検出する機関温度検出手
段としての水温センサ１１等からの検出信号も入力され
るようになっている。

そして、コントロールユニット９は、前記各種のセンサ
からの検出信号に基づき、吸気圧力ＰＢと機関回転速度
Ｎとから基本燃料噴射量’ｒｐを設定するが、この基本
燃料噴射量Ｔｐの設定に当たって吸気温度ＴＡに応じた
補正を施して、空気密度変化に応じた基本燃料噴射量Ｔ
ｐを設定し、更に、この基本燃料噴射量Ｔｐに各種の補
正を施して最終的な燃料噴射量Ｔｉを演算すると共に、
該燃料噴射量Ｔｉに相当する駆動パルス信号を各気筒毎
に設けられた電磁式燃料噴射弁１２に対して機関回転に
同期したタイミングで出力することにより、機関１への
燃料供給を制御する。尚、本実施０ 例における機関運転条件検出手段は、上記吸気圧センサ
７及び回転速度センサ１０等が相当する。

次に、コントロールユニット９によって処理される上記
のような燃料供給量設定に関わる各種制御を第３図〜第
７図のフローチャートにそれぞれ示すプログラムに従っ
て説明する。

尚、本実施例において、温度偏差演算手段、吸入空気流
量設定手段、吸気温度推定設定手段、過渡運転判別手段
、過給時吸気温度推定設定手段過給時吸気温度補正手段
としての機能は、前記第３図〜第７図のフローチャート
に示すようにソフトウェア的に備えられている。

第３図のフローチャートに示すプログラムは、本発明に
かかる構成により吸気温度ＴＡを推定設定し、この吸気
温度ＴＡに基づいて基本燃料噴射量Ｔｐを補正するため
の吸気温度補正係数ＫＴＡを設定するためのものであり
、パックグラウンド処理されるようにしである。

まず、ステップ１（図中ではＳｌとしである。

以下同様）では、外気温センサ８で検出された外１ 気温塵ＴＡＳを入力する。そして、次のステップ２では
、機関１の現在の運転条件が過給運転領域に含まれるか
、又は、非過給運転領域に含まれているかを示すフラグ
ｆｌａｇの判別を行う。

前記フラグｆ　ｌａｇの設定は、第４図のフローチャー
トに示すプログラムに従って行われる。第４図のフロー
チャートに示すプログラムは、所定微小時間（例えば１
０ｍ５）毎に実行されるものであり、ステップ２１では
スロットルセンサ６で検出されたスロットル弁５の開度
ＴＶＯを入力する。次のステップ２２では、スロットル
弁開度ＴＶＯの大小を判別して過給域か非過給域である
かの判別を行うため、スロットル弁開度ＴＶＯのスライ
スレベル５ＬＴＶＯを機関回転速度Ｎに基づいてマツプ
から検索して求める。

そして、次のステップ２３では、ステップ２１で入力し
たスロットル弁開度Ｔ　Ｖ、　０と、ステップ２２て機
関回転速度Ｎに基づき設定したスライスレベル５ＬＴＶ
Ｏとを比較し、ＴＶＯ＞５ＬＴＶＯ？’あるときには、
機関１が過給されているもの（過給２ 運転領域）と見做しステップ２４で前記フラグｆ１ａｇ
に１をセットし、また、ＴＶＯ≦５ＬＴＶＯであるとき
には、機関１が過給されていないもの（非過給運転領域
）と見做しステップ２５で前記フラグｆ　ｌａｇにＯを
セットする。

再び第３図のフローチャートに戻って説明すると、ステ
ップ２で上記のようにして設定制御されるフラグｆｌａ
ｇを判別し、フラグｆｌａｇに０がセットされている非
過給運転領域であるときには、ステップ３へ進んで吸気
温度ＴＡの推定設定を行う。

ステップ３では、水温センサ１１で検出された機関温度
を代表する冷却水温度Ｔｗと外気温センサ８で検出され
た外気温度ＴＡＳとの偏差（Ｔｗ−ＴＡＳ）を求める一
方、吸入空気流量Ｑの対数に応じた補正係数、及び、吸
気圧センサ７で検出された吸気圧力ＰＢと回転速度セン
サｌＯで検出された機関回転速度Ｎとに基づく微小補正
係数を設定する。そして、これらの補正係数で前記温度
偏差を補正して吸気通路４における熱交換による温度３ 上昇分を設定し、この温度上昇分を外気温度ＴＡＳに加
算して吸気温度ＴＡを推定設定する。

機関に吸入される空気は、エアクリーナ１３を介して外
気から取り込まれた後、吸気通路４を通過するときに熱
交換されてからシリンダ内に吸入される。従って、吸気
温度ＴＡは、吸気通路４の温度（冷却水温度Ｔｗ）が高
ければ高くなり、また、流れる空気量が少ないと高くな
る。更には、機関回転速度Ｎ及び機関負荷にも依存して
変化する。

これにより、熱交換状態を左右する吸気通路４（吸気マ
ニホールド）の温度を代表する冷却水温度Ｔｗと外気温
度ＴＡＳとの温度偏差ΔＴと、吸入空気流量Ｑ（後述す
るように吸気圧力ＰＢと機関回転速度Ｎとから設定され
た値）から得られる補正係数と、機関回転速度Ｎ及び吸
気圧力ＰＢ（機関負荷）に応じた微小補正係数とを用い
て、外気温度ＴＡＳを補正することで真の吸気温度ＴＡ
を推定できる。

そして、外気温センサ８は機関本体の発熱部から遠い位
置に配置されるために、機関本体の発熱４ に影響され難く、また、外気温度ＴＡＳは温度変動が緩
やかであるからセンサの検出応答性が問題となることは
ない。また、水温センサ１１で検出される冷却水温度Ｔ
ｗもセンサの応答遅れが発生するほど急激な温度変動を
示すことはなく、更に、吸気圧センサ７による検出も温
度センサのレベルからすると、殆ど応答遅れはないと言
って良い。

従って、非過給領域における過渡運転時に、吸気温度Ｔ
Ａが急激に変化しても、これに追従して吸気温度ＴＡを
推定設定することができる。

尚、吸入空気流量Ｑに応じた補正係数を設定する際に、
吸入空気流量Ｑの対数に基づいて補正係数がマツプから
検索されるようにしであるのは、検索パラメータの変化
に対する補正係数の変化が略−様になるようにして、マ
ツプ検索による誤差を極力少なくするためであり、かか
る吸入空気流量Ｑの設定および対数変換は、第５図のフ
ローチャートに示すプログラムで実行される。

第５図のフローチャートに示すプログラムは、４ｍｓ程
度の微小時間毎に実行され、まず、ステラ５ プ３１では、吸気圧センサ７で検出された吸気圧力ＰＢ
を入力し、次のステップ３２では吸気圧力ＰＢに機関回
転速度Ｎを乗算して、吸入空気流量Ｑ相当値を求める。

そして、次のステップ３３では、予め前記吸入空気流量
Ｑ相当値を対数ｌｏｇ　Ｑに変換するために設定されて
いるマツプに基づいて吸入空気流量Ｑ相当値を対数１ｏ
ｇＱに変換する。

ここで、第３図のフローチャートに戻ると、ステップ３
で吸気温度ＴＡを推定設定すると、次のステップ４では
、ステップ３における推定結果を最終的な吸気温度ＴＡ
、、、にセットすると共に、過給運転領域への移行初回
を判別するためのフラグＦＬＡＧに０をセットする。

一方、ステップ２でフラグｆ　ｌａｇが１であると判別
される過給運転領域であるときには、ステップ５へ進み
、前記フラグＦＬＡＧの判別を行う。

前記フラグＦＬＡＧは非過給運転領域であるときには上
記のように０がセットされ、後述するように過給運転領
域であるときに１がセットされるから、非過給領域から
過給領域への移行初回には、１に こでフラグＦＬＡＧは０であると判別される。

ステップ５でフラグＦＬＡＧがＯであると判別された過
給運転領域への移行初回時には、ステップ６へ進み、前
回の非過給領域の最後に（過給運転領域への移行直前の
非過給領域で）ステップ３で推定設定された吸気温度Ｔ
Ａを、過給運転Ｎ１域における断熱圧縮による吸気温度
ＴＡ上昇の初期値としてＴＡｍにセットし、次のステッ
プ７では前記断熱圧縮における初期圧力として前記ＴＡ
ｍ算出時の吸気圧力ＰＢをＰＢｍにセットする。

即ち、過給運転領域においては、過給運転領域への移行
直前にステップ３で推定設定された吸気温度ＴＡとその
ときの吸気圧力ＰＢとを初期値として、吸気圧力ＰＢ（
過給圧）の増大に応じて断熱圧縮されて吸気温度ＴＡが
増加するものとして、過給時の吸気温度ＴＡが推定設定
されるようにしである。

ステップ６．７で過給運転領域における初期吸気温度Ｔ
Ａｍ及び初期吸気圧力ＰＢｍの設定を行うと、ステップ
８へ進んで前記フラグＦＬＡＧに７ １をセットし、過給運転の継続時にはステップ５からス
テップ６．７をジャンプしてステップ８へ進むようにす
る。

次のステップ９では、前記初期値ＴＡｍ、ＰＢｍを用い
、断熱圧縮ではＴＡｍ／Ｐ　Ｂｍ＝ＴＡ／ＰＢ（過給Ｐ
Ｂ）となることを利用して、以下の式に従い過給状態に
おける吸気温度ＴＡ’を推定設定する。

上記演算式において、ｈｏｓは、第６図のフローチャー
トに示すバックグラウンド処理されるプログラムにおい
て、吸気圧力ＰＢと機関回転速度Ｎとに基づいて設定さ
れる補正係数であり、これにより、理想的な断熱圧縮に
追従せず、機関負荷と機関回転速度Ｎとに影響される過
給時の吸気温度変化に対応した補正が行えるようにしで
ある。

また、上記ＴＡ’の演算式や補正係数ｈｏｓの設定に用
いられる吸気圧力ＰＢ、更に、機関回転速度Ｎは、温度
センサのレベルからすると殆ど応答８ 遅れなく検出されるから、非過給時と同様に過渡運転さ
れて吸気温度ＴＡが急激に変化しても、応答性段←吸気
温度ＴＡを推定できる。

ステップ９における推定結果は、次のステップ１０で最
終的な吸気温度ＴＡ、、、ｄｃニセットされる。

上記のようにして、過給運転領域か非過給運転領域であ
るかの判別に従って、それぞれ異なる演算式から吸気温
度ＴＡを推定設定して、その結果をＴ　Ａ　ｌ！ｆｉａ
にセットすると、次のステップ１１では前記ＴＡ、□に
対応して吸気温度補正係数ＫＴＡを記憶しであるマツプ
から該当する吸気温度補正係数ＫＴＡを検索して求め、
この吸気温度補正係数ＫＴＡによって吸気圧力ＰＢと機
関回転速度Ｎとに基づく基本燃料噴射量Ｔｐの空気密度
補正が行われるようにする。

このように、機関１が過給される場合であっても吸気温
度ＴＡを応答性良くかつ精度良く求めることができるた
め、過給・非過給の別なく最適な吸気温度補正係数ＫＴ
Ａを設定させて、基本燃料噴射量Ｔｐを適止化でき、吸
気圧力ＰＢと機関面９ 軸速度とを基本パラメータとする燃料供給制御における
過渡時の空燃比制御性が向上する。

ここで、前記吸気温度補正係数ＫＴＡに基づく基本燃料
噴射量Ｔｐの補正演算を含む燃料噴射量Ｔｉの設定制御
を第７図のフローチャートに示すプログラムに従って説
明する。

第７図のフローチャートに示すプログラムは、所定微小
時間（例えば１０ｍ５）毎に実行され、ステップ４１で
は、以下の式に従って基本燃料噴射量ＴｐＰＢを演算す
る。

ＴｐＰＢ４−ＲＣＯＮＤＸＰＢＸＫＱＣＹＬＸＫＴＡ上
記演算式において、ＫＣＯＮＤは定数、ＫＱＣＹＬは吸
気圧力ＰＢと機関回転速度Ｎとに基づいて設定される体
積効率補正係数である。

次のステップ４２では、前記ステップ４１で演算した基
本燃料噴射量ＴｐＰＢに、下式に従って各種の補正を施
して最終的な燃料噴射量Ｔｉを設定する。

Ｔｉ←２ＸＴｐＰＢＸＬＭＤＸＣＯＥＦ＋Ｔｓ上記演算
式において、ＬＭＤは図示しない酸素センサで検出され
る排気中の酸素濃度に基づき判０ 別される空燃比が目標空燃比に近づくように設定制御さ
れる空燃比フィードバック補正係数であり、また、Ｃ０
ＥＦは水温センサ１１で検出される冷却水温度Ｔｗを主
として設定される始動後増量補正などを含む各種補正係
数である。更に、Ｔｓはバッテリ電圧による燃料噴射弁
１２の有効開弁時間の変化を補正するための補正骨であ
る。

ステップ４２で設定される燃料噴射量Ｔｉの最新値が燃
料噴射タイミングになると読み出され、この燃料噴射量
Ｔｉに相当するパルス巾の駆動パルス信号が燃料噴射弁
１２に出力されることにより、機関１に燃料噴射量Ｔｉ
に相当する量の燃料が供給されるようになっている。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によると、過給機付内燃機
関において、非過給時には吸気通路での熱交換の状態を
予測して外気温度に基づき吸気温度を予測設定し、過給
時には、断熱圧縮によって吸気温度が上昇するものとし
て、非過給時に予測設定した吸気温度を基準として吸気
温度を吸気圧１ 力変化に応じて予測設定するようにしたので、過給機付
内燃機関においても、応答遅れのない然も精度の良い吸
気温度検出が行え、検出された吸気温度に基づいて燃料
供給量に空気密度補正を施すことにより、過給機付内燃
機関における過渡時の空燃比制御性を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例を示すシステム概略図、第３図〜第７図は
それぞれ同上実施例における制御内容を示すフローチャ
ート、第８図は外気温度と冷却水温度との差及び吸入空
気流量の吸気温度に対する影響を示す線図、第９図は過
給機付内燃機関における吸入空気流量の吸気温度に対す
る影響を示す線図である。 １・・・内燃機関　　３・・・排気ターボチャージャ４
・・・吸気通路　　５・・・スロットル弁　　６・・・
スロットルセンサ　　７・・・吸気圧センサ　　８・・
・外気温センサ　　９・・・コントロールユニット１０
・・・回転速度センサ　　１１・・・水温センサ２ １２・・・電磁式燃料噴射弁 １３・・・エアクリーナ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）機関回転速度、吸気圧力を少なくとも含む機関運
   転条件を検出する機関運転条件検出手段を備え、該機関
   運転条件検出手段で検出された機関回転速度と吸気圧力
   とに基づいて燃料供給量が設定制御される過給機付内燃
   機関における吸気温度に基づいた前記燃料供給量の補正
   のための吸気温度検出装置であって、 外気温度を検出する外気温度検出手段と、機関温度を検
   出する機関温度検出手段と、前記各検出手段で検出され
   た外気温度と機関温度との偏差を演算する温度偏差演算
   手段と、前記機関運転条件検出手段で検出された機関回
   転速度と吸気圧力とから吸入空気流量を設定する吸入空
   気流量設定手段と、過給機による過給運転領域と非過給
   運転領域とを判別する過給運転判別手段と、該過給運転
   判別手段で非過給運転領域であることが判別されている
   ときに前記温度偏差演算手段で演算された温度偏差と前
   記吸入空気流量設定手段で設定された吸入空気流量とに
   基づいて前記外気温度検出手段で検出された外気温度を
   補正して吸気温度を推定設定する吸気温度推定設定手段
   と、前記過給運転判別手段で過給運転領域であることが
   判別されているときに過給運転領域への移行直前の非過
   給運転領域における吸気温度推定値と吸気圧力とを基準
   値とする断熱圧縮で吸気温度が変化するものとして吸気
   温度を前記基準値と吸気圧力とに基づいて推定設定する
   過給時吸気温度推定設定手段と、を含んで構成したこと
   を特徴とする過給機付内燃機関の吸気温度検出装置。
2. （２）前記過給時吸気温度推定設定手段で推定設定され
   る吸気温度を前記機関運転条件検出手段で検出された機
   関回転速度と吸気圧力とに基づいて補正設定するする過
   給時吸気温度補正手段を設けたことを特徴とする請求項
   １記載の過給機付内燃機関の吸気温度検出装置。