JPH04153547A - 空気量算出方式 - 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〕 本発明はエンジン制御に重要な気筒流入空気量算出方式
に関し、特に加速および減速時の空燃比制御に有効に用
い得る空気量算出方式に関する。

〔従来の技術〕

本来、燃料供給のための基本的な考え方は、気筒内に流
入する空気量に対し、目標空燃比となるように燃料を噴
射すれば良いのであるが、現状のエンジン制御技術では
、特に、過渡運転時において、気筒内に流入する空気量
を正確に検出することが困難である。この理由としては
２次のものが挙げられる。

空気量計測のためのエアフローセンサは、気筒に流入す
る空気量を計測しているのではなく、スロットル部付近
を通過する空気量を計測しており、過渡運転時には、こ
の両者間に差異が生じる。エアーフローセンサは、サー
ジタンクと呼ばれる空気だまりの流れの前方（スロット
ル部付近）に設置され、一方、気筒流入空気量は、サー
ジタンクの後方の流れである。サージタンク内の空気質
量の蓄積（加速時）あるいは減少（減速時）効果により
、過渡時には雨空気量に差異が生じる。従って、エアフ
ローセンサによる計測では、気筒内に流入する空気量を
正確に検出していないことになる。

この問題に対して、従来では、例えば、先願の特願平２
−３９１８号の〔従来の技術〕欄に開示されている如く
、 Ｑｅ（ｎ）＝（Ｉ　　ＫＦ）Ｑｅ（ｎ　　１　）十ＫＦ
Ｑａ　（ｎ　）　　　　　　−（ａｌ）なる式で気筒流
入空気量Ｑｅ（ｎ　）を求め、これに基づいて燃料噴射
量を演算し、空燃比を制御するという手段が提案されて
いる。なお、上記式（ａｌ）で、Ｑ−（ｎ　）はエアフ
ローセンサで計測された空気量、ｎは時刻を示している
。

上記式（ａｌ）は、例えば、加速時に、吸気管内に空気
が充貼するために生ずる計測空気量と気筒流入空気量と
の差異を一次遅れフィルタにより補正しようとするもの
である。

ここで、上記式（ａｌ）の動特性を支配する係数ＫＦは
、エンジン回転数や容積効率等により決定されるもので
ある。実際に上記係数ＫＦを単独で決定するには容積効
率という不確定要素が含まれているので、係数ＫＦの値
は求め難いものとなっている。また、燃料噴射量Ｔｐに
なまし処理を施した従来技術による次のような式も、式
（ａｌ）と同様の問題点を有するものである。

Ｔｐｅ（ｎ）　＝　（Ｉ　　ＫＦ）　Ｔｐｅ（ｎ　　１
）＋　ＫＦＱ、Ｌ　（ｎ　）　　　　・＝　（ａｌ）こ
こで、上記式（ａｌ）中のＴｐｅは、気筒流入燃料噴射
量を示している。

この課題を解決するための方法として、第３図のごとく
、計測空気量Ｑ、（センサの応答遅れ補償３３を施して
もよい）と気筒流入空気量Ｑ　ａｐとの差の積分により
吸気管内の圧力Ｐを次のように求める。

Ｐ＝Ｐ−、＋ＫＴ（Ｑａ　　Ｑａｐ−、）　　　　−（
ａ３）圧力Ｐとエンジン回転数により気筒流入空気量Ｑ
　ａｐを求めるものがある。この方法では、動特性を支
配するパラメータが、吸気管内圧力を求める符号３１の
内の係数ＫＴに依存し、この係数ＫＴは。

次式のように決定が難しい容積効率という要素を含んで
いない。

■ ここで、Ｒ：ガス定数、Ｔ、：空気温度Ｖ：吸気管内容
積、Δｔ：演算周期。

従って、過渡時においても正確に気筒流入空気量を推定
できるとされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の最後に示した技術は、空気温度に対する考慮が必
要であるため、係数ＫＴを設定したときの空気温度と実
際にエンジンを運転しているときの空気温度が異なる場
合、係数に丁のＴ、が実際のエンジン運転時の空気温度
と一致するよう温度補正が必要となる。また、吸気管内
圧力Ｐとエンジン回転数Ｎとから気筒流入空気量Ｑ　ａ
ｐを算出するマツプ（符号３２）において、Ｑ　ａｐを
求める基本モデルは、次式になっている。

Ｄ　・　η ２ＲＴ。

ここで、Ｄ＝エンジン排気量、η：容積効率式（３）に
おいて、空気温度Ｔ、が内包されている。従って、第３
図の符号３２の（Ｐ、Ｎ）マツプ値Ｑａｐも、（Ｐ、Ｎ
）マツプを決定（静的実験により決定）したときの空気
温度と実際にエンジン運転を行っているときの空気温度
が異なる場合、定常運転時でも、温度補正が必要になる
。

上記の温度補正の方法として、直接、実機の制御装置で
空気温度を計測しながら補正するもの、あるいは、温度
補正係数を、エンジン定常運転時の平滑空気量と空気量
推定が一致するよう求めるものがある（従来技術の引例
内に記載有）が、本発明の目的は、上記のような温度補
正を必要としない新たな方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の空気量算出方式は
、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出部と空
気量を検出する空気量検出部とを有するエンジン電子制
御装置において、吸気管内空気量算算出部と気筒流入空
気量算出部を設け、空気量検出部で得られた空気量と気
筒流入空気量算出部で得られている気筒流入空気量とか
ら吸気管内空気量算算出部において吸気管内空気量算値
を算出し、エンジン回転数検出部で得られたエンジン回
転数と前記吸気管内空気量算算出部で得られた吸気管内
空気量算値とから適正な気筒流入空気量を算出すること
を特徴とするものである。

〔作用〕

本発明に係る空気量算出方式においては、空気量検出手
段（エアフローメータ）によって計測した空気量とエン
ジン回転数とから吸気管内の空気質量値を算出し、この
空気算量に基づいてより正確な気筒流入空気量を算出し
、更に、この気筒流入空気量に基づいて燃料噴射量（あ
るいは燃料噴射パルス幅）を決定するので、空燃比を適
正に制御することができる。

更に、上記の方式による求めた、より正確な気筒流入空
気量は、これを、従来の点火時期制御において点火時期
を算出するのに用いられていた計測空気量として用いる
ことにより、加速時におけるオーバーシュート現象を排
除することが可能であり、適正な点火時期の決定にも用
いることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は、本発明の第一の実施例を示すエンジン制御ユ
ニットにおける気筒流入空気量算出の基本構成および基
本動作を示すブロック図である。

本実施例の全体構成は、ホットワイヤセンサ（以下Ｈ／
Ｗセンサ）で計測した空気量と、エンジン回転数検出部
で得られたエンジン回転数を入力とし、気筒流入空気量
を算出するものである。更に、後述するが、第１図の基
本−構成に基づいて、気筒流入空気量以外に、吸気管内
圧力および従来技術の記述で示した係数ＫＦを算出する
方法を示す。

ここで、Ｈ／Ｗセンサは、スロットル付近の空気量を計
測するものとする。

演算周期の前時刻において求めていた気筒流入空気量と
Ｈ／Ｗセンサで計測した空気量とから、吸気管内空気量
算算出部１１（以下、空気質量算出部）により、吸気管
内空気量算（以下、空気質量）とエンジン回転数検出部
で計測されたエンジン回転数とから、気筒流入空気量算
出部１２において、現時点の気筒流入空気量を算出する
。

第２図は、第１図をより詳細に示したものである。予め
、吸気管内空気量算Ｍとエンジン回転数Ｎに対応した気
筒流入空気量をマツプデータとして持つ気筒流入空気量
算出部１２と、Ｈ／Ｗセンサで計測した空気量Ｑａと気
筒流入空気量Ｑ　ａｐとの差に基づいて、吸気管内空気
量算Ｍを逐次更新することにより吸気管内空気量算Ｍを
求める吸気管内空気量算算出部１１とから構成されてい
る。

上述の気筒流入空気量算出部１２のマツプデータは、エ
ンジンの単体テストにより、吸気管内空気量算Ｍとエン
ジン回転数Ｎを静的に変化させて求めておく。

ここで、吸気管内空気量質量Ｍは、直接的に計測できな
いので、二次元マツプ（Ｍ、Ｎ）の値を決定するときに
は、吸気管内圧力Ｐと吸気管内空気温度Ｔ、とを求めな
がら行う。例えば、二次元マツプ（Ｍ、Ｈの）空気質量
軸の格子点Ｍ１　とエンジン回転数軸ＮＩの空気量を求
めるときには、まずエンジン回転数ＮをＮＩ　と等しく
なるようにエンジンを回転させておき９次に吸気管内空
気量算ＭがＭ、となるようにする。ところがＭは直接計
測できないので、次式を利用して、Ｍを求める。

■ Ｍ＝　　　　　Ｐ　　　　　　　　　　・・・（５）Ｒ
−Ｔ。

吸気管内容積■とガス定数Ｒは一意に決定できるので、
吸気管内空気温度Ｔ、を観測し、吸気管内圧力Ｐを観測
しながら、軸の格子点Ｍｉ　がＭと次式のように等しく
なるように ■ Ｍ　＋　＝　Ｍ　＝　　　　　Ｐ　　　　　　　・・・
（６）Ｒ−Ｔ。

圧力Ｐを調整し設定する。そのときの定常状態における
空気量をＮ、とＭｌの格子点上のデータとする。

また、定常状態においては、スロ７　ｈル付近を流れる
空気量と気筒流入空気量とは等しいと考えれば、気筒流
入空気量を直接計測する必要はなく、スロットル付近の
空気流量を計測しているＨ／Ｗセンサの計測値で代替し
ても良いことになる。定常状態で求められた気筒流入空
気量は、吸気管内空気量質量Ｍとエンジン回転数Ｎを軸
とする二次元のマツプデータとして、図示されていない
エンジン制御ユニット内のＲＯＭ内に格納しておくもの
とする。ここで、二次元マツプ上の四点補間あるいは二
点補間および補間演算により、上記二次元マツプの軸上
のそれぞれ対応する値により、気筒流入空気量が読み出
されるが、これらの補間演算は、従来から行われるでい
る同様のもので良いので、詳細な説明は省略する。

第４図は、第２図に示した構成の動作を示すフローチャ
ートである。以下、これに基づいて、動作の詳細を説明
する。

エンジンが始動され、エンジンが回転しているときには
、時々刻々、前述のＨ／Ｗセンサにより計空気量を計測
しくステップ４０１）、また、エンジン回転数検出部に
よりエンジン回転数を計測する（ステップ４０２）。そ
して、前時刻で既に求められている気筒流入空気量Ｑ　
ａｐと、現時刻で計測した空気量Ｑａとから、次式によ
り、吸気管内空気量算Ｍを算出する（ステップ４０３）
。

Ｍ＝Ｍ−１＋Δｔ・（Ｑａ−Ｑａｐ−□）　＝−（７）
ここで、Ｍ−１は前時刻に求められた吸気管内空気量算
である。このＭ−□はは、前記制御ユニット内のＲＡＭ
内に保持しておいたものである。前時刻で求めた気筒流
入空気量Ｑ　ａＰ−ｌもＲＡＭ内に保持し、現時刻にお
いて、式（７）に示すように用いる。

ステップ４０３で算出した空気質量Ｍとステップ４０２
で計測したエンジン回転数とから、前述の二次元マツプ
（Ｍ、Ｎ）を用いて、対応する気筒流入空気量Ｑ　ａｐ
を求める。ここで得られた、新たな（現時魚の）気筒流
入空気量を用いて、燃料噴射量（燃料噴射パルス幅ＴＰ
）が、従来と同様の方法で求められる（ステップ４０５
）。

ここで、Ｋ、は係数、Ｔ、は無効噴射パルス幅である。

次の演算周期においては、ステップ４０１に戻る。キー
がオフされると、運転終了として、上記手順も終了とな
る。

上記実施例によれば、過渡運転時であっても、気筒流入
空気量はオーバーシュートがないように安定した信号が
得られ、空燃比を、所望の値に制御することが容易に精
度良く実現できる。さらに、本実施例によれば、吸気管
内圧力Ｐを求める替わりに吸気管内の空気質量Ｍを求め
ているので、温度補正をする必要がない。これは次のよ
うな理由による式（ａ３）および式（２）のように吸気
管内圧力Ｐを求めれば、空気温度Ｔ、の項が内在し、こ
のＴ１を計測するか推定するか等が必要であるのに対し
、吸気管内空気量算Ｍを求る式（７）では、空気温度Ｔ
、の項がないため、実際のエンジン運転時の空気温度に
影響されて空気の動特性が変わることはない。また、圧
力Ｐとエンジン回転数Ｎとから空気量Ｑａｐを求めると
き、式（３）に示されるでいるように（Ｐ、Ｎ）マツプ
は、空気温度に影響される。これに対し、実施例で示し
た（Ｍ。

Ｎ）マツプの基本モデルが Ｄ・η ■ であり、上式（９）には、空気温度Ｔ、の項がない、つ
まり、（Ｍ、Ｎ）マツプの値を決定したときの空気温度
と実際にエンジン運転を行っているときの空気温度が異
なっても、（Ｍ、Ｎ）マツプには、空気温度が影響しな
い形になっているので温度補正を行う必要がない。

本実施例の他の効果として、燃料噴射量を算出するのに
、気筒流入空気量を用いてるが、他のエンジン制御、例
えば、点火時ま制御のための基本点火時期を算出すると
き（Ｑａ／　Ｎ　）　　とＮを用いるが上で計測した空
気量を利用して、Ｑ　ａ　／　Ｎ　の代りにＱ　ａｐ　
／　Ｎを用いても良い。このようにすることにより、信
号Ｑａｐ／Ｎには、加速時に、オーバーシュートがない
。安定した信号が得られることから、点火時期が過渡期
に過度にふらつくことがなくる。その結果安定したトル
ク出力が得られ、振動等が抑制される。

また１点火時期が過度にふらつかないので、排ガス（特
にＮＯｘ成分）の増加を抑制することができる。

第５図は、本発明の第二の実施例を示すブロック図であ
る。第５図は、第１図のブロック図に、応答遅れ補償部
を設けたものである。Ｈ／Ｗセンサは、フラップ式等の
エアフローセンサに比べて空気量変化に対する応答性は
優れているが、やはり、熱容量があるため、若干の遅れ
がある。このＨ／Ｗセンサの応答遅れを補償する部分１
３を設けた。応答遅れ補償部は進みフィルタによって実
現できる。

この応答遅れ補償部を設けることにより、空気量計測の
精度を向上させることができる。

第６図は、本発明の第三の実施例を示すブロック図であ
る。第６図は、吸気管内空気温度を計測できる手段があ
る場合に、吸気管内圧力算出部６１を設けたものである
。吸気管内圧力Ｐは、次式のように求める。

■ 求めた吸気管内圧力は、吸気管内圧力Ｐを利用した各種
補正に用いられる他、実験的に吸気管内圧力を直接観測
した圧力値とを比較することによって、気筒を流入する
空気量の推定精度の評価にも用いることができる。

本発明は、従来行われていた式（ａｌ）のような補償の
方法に代替することができかつ、容積効率などの陽的に
求め難いものを求めなくてもよく、また、空気温度の変
化に影響されないでという利点がある。それでも尚、従
来行われていた方法（式（ａｌ）などを用いる方法）を
用いた場合にま、上記利点を保ちながら本方式を利用で
きる方法を次の実施例で示す。第７図は、本発明の第四
の実施例を示すブロック図である。まず、吸気管空気充
恥補償系と時定数Ａの意味について説明する。空気系の
基本モデルは次のように吸気管内圧力Ｐの一次微分方程
式として表わせる。

ｔ ２Ｖ　　　　　　　　　　Ｖ また、 気筒流入空気量は と表わせる。上記式（１１）、式（１２）を変形して、
Ｑ。

が入力、Ｑ　ａｐが出力となる伝達関数で表現すれば、 １　＋ Ｄ・η となる。

ここで、 Ｓはラプラス演算子。

時定数Ａ を ｔ）Ｕ と置けば１式（１３）は、次のような１次遅れ系である
ことが明確になる。

従来行われていた吸気管空気充坂補償系（第７図の７１
）は、式（ａｌ）のように実行されるが、これは、上式
（１５）を離散化したものと同等である。

第７図中の時定数Ａは、上記時定数と同じものであるが
、求め方が異なる。その理由は、時定数Ａを式（１４）
で求めるとすれば、容積効率ηがあるのでこれを正確に
は求め難い。そこで、第１の実施例に基づいて、正確で
容易に時定数Ａを求めることができる。それは、次式で
得られる。

ここで注意することは、式（１６）　（あるいは、式（
１４）　）で分かるように、時定数Ａは定数でなく時変
である。

式（１６）で時変の時定数Ａが容易に得られる理由を説
明する０式（１１）を変形してＡについて解くと次式に
なる。

・・（１７） ■ ■ であるから、式（１７）は。

Ｍ　　　　　　　　　Ｍ となる。従って１式（１６）　（あるいは式（２０）　
）により時定数Ａを求めるには、吸気管内空気量算出部
１１から得られるＭと気筒流入空気量算出部１２から得
られるＱ　ａｐを用いればよい。

なお、従来法の式（ａｌ）は、伝達関数式（１５）を離
散化したものと見ることができ、そのときの式（ａｌ）
の係数ＫＦと式（１５）の時定数Ａとの関係は、 次式のようになる。

Ａ＋Δ　ｔ １−　ＫＦ：　　　　　　　　　　　　　　　　　（２
１）Ａ＋Δ　ｔ 〔発明の効果〕 本発明によれば、空気量計測手段によって計測した空気
量とエンジン回転数とから、吸気管内の空気質量を算出
し、この空気質量に基づいて、より正確な気筒流入空気
量を算出することができ、更に、この気筒流入空気量に
基づいて燃料噴射量を決定するので、空燃比を適正に制
御することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例の構成を示すブロック図
、第２図はその詳細図、第３図は吸気管内圧力を求め、
気筒流入空気量を求める方法のブロック図、第４図は第
２図の動作を示すフローチャート、第５図は第１図にお
いて応答遅れ補償部を設けた図、第６図は第１図におい
て吸気管内空気温度を計測して吸気管内圧力を求める部
分を設けたブロック図、第７図は従来の吸気管空気充填
補償系の時定数を求めるブロック図である。 １１・・・吸気管内空気量算出部、１２・・・気筒流入
空気量算出部、１３・・・応答遅れ補償部、３１・・・
吸気管内圧管高部、３２・・・気筒流入空気量算出部（
（Ｐ、Ｎ））マツプによる）、６１・・・吸気管内圧力
算出部（空気温度と空気質量とにより求める）、７１・
・・吸気管空気充填補償系、７２・・・時定数算出図 猶 回 第 図 図 遁 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段
   と空気量を検出する空気量検出手段とを有するエンジン
   電子制御装置において、吸気管内空気質量算出手段と気
   筒流入空気量算出手段を設け、前記吸気管内空気質量算
   出手段において前記空気量検出手段で得られた空気量と
   既に前記気筒流入空気量算出手段で求められている気筒
   流入空気量とから吸気管内空気質量を算出し、前記気筒
   流入空気量算出手段において前記エンジン回転数検出手
   段で得られたエンジン回転数と前記吸気管内空気質量算
   出手段で得られた吸気管内空気質量とから現時刻の気筒
   流入空気量を算出することを特徴とする空気量算出方式
   。 ２、請求項１に記載の空気量算出方式において、吸気管
   内空気量算出手段は、空気量検出手段で得られた空気量
   と気筒流入空気量との差から吸気管内空気質量を算出す
   ることを特徴とし、気筒流入空気量算出手段は、あらか
   じめメモリマップとして吸気管内空気質量とエンジン回
   転数とに対応した気筒流入空気量を格納し、エンジン回
   転数検出手段で得られたエンジン回転数と前記吸気管内
   空気質量算出手段で得られた吸気管内空気量算とに基づ
   き気筒流入空気量を前記メモリマップの内容から検索し
   、気筒流入空気量を算出することを特徴とする空気量算
   出方式。 ３、請求項１に記載の空気量算出方式において、吸気管
   内空気量算出手段と気筒流入空気量算出手段、および空
   気量計測の応答遅れ補償手段を設け、進みフィルタによ
   って前記空気量検出手段の計測遅れを補償し、これを新
   たな計測空気量とし、請求項１に記載の空気量算出方式
   における吸気管内空気質量算出手段に入力することを特
   徴とする空気量算出方式。 ４、請求項１から請求項３までのいずれか１つの空気量
   算出方式において、吸気管内空気量算出手段の吸気管内
   空気量の算出は次式のように行なうことを特徴とする空
   気量算出方式。 Ｍ＝Ｍ＿−＿１＋Δｔ・（Ｑ＿ａ−Ｑ＿ａ＿ｐ＿−＿１
   ）ここで、Ｍ：現時刻の吸気管内空気質量、 Ｍ＿−＿１：前時刻の吸気管内空気質量、 Δｔ：計測周期（あるいは制御周期） Ｑ＿ａ：計測空気量、あるいは応答遅れを 補償した計測空気量、 Ｑ＿ａ＿ｐ＿−＿１：前時刻の気筒流入空気量５、請求
   項１から請求項４の気筒流入空気量算出方式のいずれか
   の組合せに置いて、算出された気筒流入空気量は、点火
   時期制御において点火時期を算出するときの空気量とし
   て用いることを特徴とする空気量算出方式。 ６、請求項１に記載の空気量算出方式において、吸気管
   内空気温度を計測する空気温度計測手段を設け、吸気管
   内空気質量算出手段で得られた吸気管内空気量と前記空
   気温度を乗算することによって、吸気管内圧力を求める
   ことを特徴とする空気量算出方式。 ７、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段
   と空気量を検出する空気量検出手段とを有するエンジン
   電子制御装置において、前記空気量に１次遅れ系を施し
   て気筒流入空気量算出する方式における時変の時定数を
   、請求項１に記載の気筒流入空気量と吸気管内空気質量
   とにより求めることを特徴とする空気量算出方式。 ８、請求項７における次定数Ａは、次のように気筒流入
   空気量Ｑ＿ａ＿ｐと吸気管内空気質量Ｍとにより次のよ
   うに求めることを特徴とする空気量算出方式。 Ａ＝（Ｑ＿ａ＿ｐ）／Ｍ ９、請求項６に記載の空気量算出方式において、空気温
   度計測手段のない場合、特定空気温度からの変化割合を
   補正係数として算出する空気温度補正係数算出手段を設
   け、吸気管内空気質量算出手段で得られた吸気管内空気
   量と前記特性空気温度と温度補正係数を乗算することに
   よって、吸気管内圧力を求めることを特徴とする空気量
   算出方式。