JPH05240104A - 内燃機関の流入空気量検出装置 - Google Patents

内燃機関の流入空気量検出装置

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JPH05240104A
JPH05240104A JP4042726A JP4272692A JPH05240104A JP H05240104 A JPH05240104 A JP H05240104A JP 4042726 A JP4042726 A JP 4042726A JP 4272692 A JP4272692 A JP 4272692A JP H05240104 A JPH05240104 A JP H05240104A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】内燃機関の気筒へ流入する空気量を正確に計測
し燃料噴射量を計算する。 【構成】内燃機関の燃料制御において吸入する空気流量
を質量流量計で計測し、その出力と、任意の吸気管負圧
の時の流入空気量より、気筒へ流入する空気量と、吸気
管負圧を計算し、内燃機関の要求する燃料量を計算す
る。 【効果】内燃機関の吸気管負圧と気筒流入空気量を正確
に計算できるので、定常時及び過渡時の空燃比を正確に
制御できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の流入空気量
検出装置より特に、熱式空気流量計を用いて内燃機関の
必要とする燃料量を計算する制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術は、SAE920290に記
載のように内燃機関の定常時における空気流量を、回転
数と吸気管負圧で固定して計測しておきその計測値をマ
ップとして制御装置内に記憶する。熱式流量計で計測さ
れた空気流量をもとに、このマップを検索して、内燃機
関の気筒流入空気量を、吸気管負圧を計算するようにし
ていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしこのように流入
空気量をマップで検索しようとした場合検索する軸によ
り取りえる値の最大値と最小値が固定されてしまい、正
確な気筒流入空気量が計算できなくなる。例えば、この
マップを自然吸気の内燃機関に適応し、その後に過給器
を設置すれば、マップの圧力上限を越えるため、再度測
定しなおしとなる。又車輌の急減速のときには、内燃機
関の回転数によっては、かなりな低負圧を示すことがあ
り、このようなときの吸入空気量を測定するのは困難で
ある。本発明は、上記の問題を解決するために、気筒流
入空気量をマップで求めるのではなく、理論的な計算で
求めるようにしたものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の内燃機関の流入空気量検出装置は、内燃機関の吸気管
の絞り弁を通過する空気流量の質量流量を計測する手段
と、内燃機関の回転数を検出する手段と、少なくとも取
得された前記絞り弁を通過する空気の前記質量流量と直
前に計算された内燃機関の気筒への流入する空気量との
差、および直前に推定された代表吸気管圧力にもとづ
き、前記吸気管内の現在の圧力を代表する代表吸気管圧
力を推定する吸気管圧力推定手段と、推定された前記代
表吸気管圧力と検出された前記内燃機関の回転数から単
位時間または単位回転数あたりの、前記気筒内に流入す
る空気質量流量を線形的に計算する気筒空気流量計算手
段とを備えていることを特徴とするものである。
【0005】
【作用】内燃機関の過渡時においては、吸気管の容積に
流入した空気が充填されるため、内燃機関の絞り弁通過
空気量と、気筒への流入空気量は、異なったものとな
り、この時の内燃機関の空燃比は、大きく狂う。そのた
め熱式空気流量計の出力から、吸気管内圧力を推定し、
気筒への流入空気量を計算する。しかし、内燃機関の状
態により、気筒への流入空気量の充填効率が異なるた
め、この充填効率を補正する必要がある。しかし、回転
数を固定し吸気管圧力方向へ流量をみた場合、流入空気
量は、圧力と線形な関係となる。そこで各回転数にたい
して、任意のポイントの流量を記憶しておき、この値を
もとに回転数方向と圧力方向へ補間する。
【0006】
【実施例】以下本発明の実施例を図を用いて説明する。
【0007】図1は、本発明のシステムの全体の構成図
である。内燃機関1には、内燃機関の吸入する空気料の
質量流量を計測する熱式空気流量計6、内燃機関の吸気
管の吸気圧力を計測する圧力センサ8、内燃機関1の排
気管と吸気管を結ぶEGR還流通路4、EGR還流通路
の途中に絞り弁として設けられたEGRバルブ5、車輌
の燃料タンクの揮発分燃料を吸着し絞り弁制御により揮
発分燃料を内燃機関の吸気管にパージするキャニスタパ
ージ装置16、内燃機関1に燃料を供給する燃料噴射弁
11、内燃機関の回転に同期して燃料を点火する点火装
置9、排気ガスの酸素濃度を検知しその濃度より燃料量
をフィードバックして理想空燃比にたもつ酸素濃度セン
サ10、離散系の数値処理で演算処理を行うマイクロコ
ンピュータを内蔵し、上記のセンサ類の信号を処理し内
燃機関の要求する燃料量、点火時期等を計算し、上記の
バルブ類を駆動する内燃機関制御装置24、以上の装置
から構成される。
【0008】図2は、内燃機関の空燃比制御装置の内部
の回路ブロックを示す。図1におけるセンサ類からの信
号を入力し、小信号をアクチュエータ駆動の大信号に変
換するドライバ回路20、入出力信号をデジタル演算処
理をおこなえるようアナログ−デジタル信号変換を行う
入出力回路21、デジタル演算処理を行うマイクロコン
ピュータ、もしくはそれに準ずる演算回路を保有する演
算回路22、演算回路22の演算処理に用いる定数、変
数、およびプログラムを格納するメモリ23、メモリ2
2は不揮発性、揮発性の両者を示す。本実施例ではデジ
タル演算装置で構成されているが、アナログ演算装置で
も構成できる。又本実施例では、熱式空気流量計の出力
信号、内燃機関の回転信号を入力し、点火信号、燃料噴
射信号等を出力している。
【0009】図3は、内燃機関の吸気管内の気体の挙動
を示している。内燃機関の吸気バルブの開閉による吸気
管脈動を軽減するために吸気管の途中にサージタンク3
3が設置されている。熱式空気流量計30を通過した空
気流量は、吸気管に設置された絞り弁31を通過する空
気流量と同じである。図の32側は内燃機関の気筒側を
示す。32側を通過する空気流量は、気筒流入空気量で
ある。吸気管内圧力Pは、この絞り弁通過空気流量と、
気筒流入空気流量に依存している。次に吸気管内の気体
の理論式を式1に示す。
【0010】
【数1】
【0011】吸気管内の圧力勾配は、絞り弁通過空気量
と気筒流入空気量の差分に比例する。1ー1式にそれを
示す。比例定数は、理想気体の状態方程式から導きださ
れる。1−2式のRは気体定数、Tは吸気温度、Mは空
気の平均分子量、Vは吸気管の絞り弁から気筒までの体
積を示す。1−3式は気筒流入空気量と内燃機関の回転
数、吸気管圧力の関係を示す。この式でわかるように、
気筒流入空気量と内燃機関の回転数、吸気管圧力は、比
例関係にある。ところでこの式には、非線形な内燃機関
の気筒への充填効率を含んでおり理論的な比例関係には
ならない。
【0012】次にデジタル演算処理を行うマイクロコン
ピュータで、吸気管内の圧力勾配から、圧力を求める方
法を式2に示す。
【0013】
【数2】
【0014】圧力勾配の微分演算子は、Z演算子を用い
て、後退差分近似で差分式へと展開する。この時の演算
は、演算周期を含んでいるので、この計算は、一定時間
ごとに実行される。
【0015】図4と図5に、気筒流入空気量と内燃機関
の回転数、吸気管圧力との関係の実測値を示す。図4
は、吸気管圧力を固定し、回転数と流量の関係である。
この場合、充填効率の非線形性により、きれいな直線と
はならない。図5は、内燃機関の回転数を固定し、吸気
管負圧と流量の関係を示したものである。吸気管の圧力
方向は、充填効率は線形性をもち、きれいな直線とな
る。
【0016】図6は、図4、図5の特性を応用して、気
筒へ流入する空気量を計算する方法である。回転数固定
で、吸気管圧力2ポイントの流量を計測しておき、この
2ポイント間の流量は、補間計算にて計算する。又この
2ポイントの流量は、内燃機関の各回転数にたいしテー
ブルで記憶しておき、テーブル検索を行う。この場合の
計算式を式3に示す。
【0017】
【数3】
【0018】図7は、本実施例の内燃機関とは異なり、
内燃機関の回転数と気筒流入空気量が、きれいな線形関
係にある内燃機関の気筒流入空気量の計算方法である。
この場合は、内燃機関の吸気管圧力2ポイントの流量を
計測しておき、この間は補間計算を式4により行う。
【0019】
【数4】
【0020】図8は、図6の線形補間の1例にたいし
て、1次の補間ではなく、2次の補間を示したものであ
る。任意の吸気管負圧の3ポイントにたいして、気筒流
入空気量を求めておき、この3ポイントの数値から2次
曲線を近似して、気筒流入量を式5により計算する。
【0021】
【数5】
【0022】図9は、式2で計算された吸気管負圧の吸
気温補正の1例である。任意の2ポイントの吸気管負圧
の時の気筒流入空気量にたいして、吸気温センサ等で計
測された、吸気温から計算された吸気温補正定数を式6
のように乗ずる。この1例では、吸気温補正定数は、吸
気温にたいしてテーブル検索するようにしている。
【0023】
【数6】
【0024】図10は、吸気管負圧と気筒流入空気量の
関係を、傾きと切片を与え、気筒流入空気量を求めてい
る1例である。この場合、式7で示され、切片と傾き
は、内燃機関の回転で検索する。
【0025】
【数7】
【0026】図11は、本実施例の制御のブロック図で
ある。ブロックB1では、熱式空気流量計の出力電圧
を、流量換算する。ブロックB2では、熱式空気流量計
の出力と、内燃機関の気筒流入空気量の推定値の差分に
定数を乗じ、全開の吸気管負圧計算値を加算し現在の吸
気管負圧を計算する。ブロックB3では、計算された吸
気管不圧と、任意の2ポイントの流入空気量から、流入
空気量を計算する。この計算値を気筒流入空気量の推定
値とする。ブロックB4では、内燃機関の回転数から任
意の2ポイントの吸入空気量を検索するブロックであ
る。
【0027】図12は、図11の例にたいして、ブロッ
クB2_4に吸気温補正を加えた1例である。任意の2
ポイントにたいして、それぞれの吸気温補正定数を乗じ
ている。ブロックB2_5では、吸気温センサ等で計測
された吸気温から、吸気温補正定数を検索するブロック
である。
【0028】図13は、本発明のジェネラルフローチャ
ートである。ステップS1では、熱式空気流量計の出力
電圧をA/D変換を行う。ステップS2では、熱式空気
流量計の電圧を流量に変換している。ステップS3で
は、気筒流入空気量と熱式空気流量計の計測流量から、
吸気管負圧を計算する、圧力差分式である。ステップS
4は、前述の計算方法で気筒流入空気量を計算する。ス
テップS5では、計算された気筒流入空気量で内燃機関
の必要とする燃料噴射量を計算する。
【0029】図14は、気筒流入空気量の計算方法のデ
ィテールフローチャートである。ステップS6で内燃機
関の回転数を計算する。ステップS7,S8では、内燃
機関の回転数より任意の2ポイントの空気流量を検索す
る。ステップS9では、前述の計算された吸気管負圧を
読み込む。ステップS10でき気筒流入空気量を補間計
算する。
【0030】本実施例によれば、内燃機関の気筒へ流入
する空気流量を正確に推定することができる。又モデル
にもとずいて、気筒流入空気量を計算しているので、内
燃機関の過渡時においても気筒流入空気量を正確に推定
できる。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば過渡時において、吸気管
の圧力を推定して気筒内へ流入する空気量を計算するの
で、空燃比を正確に制御できる。
【0032】又、予め記憶しておく定数が少ないので、
記憶領域の節約、演算処理の高速化ができる。又、気筒
流入空気量を計算で算出するため、1回のデータ収集
で、自然吸気および過給機付き内燃機関に多様に対応で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の全体の構成図
【図2】内燃機関の空燃比制御装置の内部回路ブロック
【図3】内燃機関の吸気管内の気体の挙動
【図4】内燃機関の気筒流入空気量と回転数
【図5】内燃機関の気筒流入空気量と吸気管内負圧
【図6】気筒流入空気量の計算の1例に用いる線図
【図7】気筒流入空気量の計算の1例に用いる線図
【図8】気筒流入空気量の計算の1例に用いる線図
【図9】気筒流入空気量の計算の1例に用いる線図
【図10】気筒流入空気量の計算の1例に用いる線図
【図11】本発明の制御のブロック図の1例に用いる線
【図12】本発明の制御のブロック図の1例に用いる線
【図13】本発明の制御のフローチャート
【図14】本発明の制御のフローチャート
【符号の説明】
6…熱式空気流量計、24…内燃機関の空燃比制御装
置、22…演算装置、B2…圧力差分計算ロジック、B
4…気筒流入空気量回転数検索ロジック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 俊夫 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 徳田 博厚 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 西尾 治之 茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番地 3 日立オートモティブエンジニアリング 株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の吸気管の絞り弁を通過する空
    気流量の質量流量を計測する手段と、内燃機関の回転数
    を検出する手段と、少なくとも取得された前記絞り弁を
    通過する空気の前記質量流量と直前に計算された内燃機
    関の気筒への流入する空気量との差、および直前に推定
    された代表吸気管圧力にもとづき、前記吸気管内の現在
    の圧力を代表する代表吸気管圧力を推定する吸気管圧力
    推定手段と、推定された前記代表吸気管圧力と検出され
    た前記内燃機関回転数から単位時間または単位回転数あ
    たりの、前記気筒内に流入する空気質量流量を線形的に
    計算する気筒空気流量計算手段と、を備えていることを
    特徴とする内燃機関の流入空気量検出装置。
  2. 【請求項2】 前記絞り弁空気流量取得手段は、熱式空
    気流量計であることを特徴とする請求項1記載の内燃機
    関の流入空気量検出装置。
  3. 【請求項3】 前記気筒流入空気量計算手段は、1つの
    内燃機関の回転数にたいして少なくとも1つ以上の気筒
    流入空気量を記憶し計算にもちいることを特徴とする請
    求項1記載の内燃機関の流入空気量検出装置。
  4. 【請求項4】前記気筒流入空気量計算手段は、1つの内
    燃機関の吸気管負圧にたいして少なくとも1つ以上の気
    筒流入空気量を記憶し計算にもちいることを特徴とする
    請求項1記載の内燃機関の流入空気量検出装置
  5. 【請求項5】請求項1、2、3、または4記載の内燃機
    関の流入空気量検出装置と、前記内燃機関の流入空気量
    検出装置により計算された、前記気筒内に流入する空気
    質量流量にい基づいて、燃料噴射装置が噴射する燃料噴
    射量を算出する燃料噴射量算出手段と、前記燃料噴射装
    置が算出された前記燃料噴射量の燃料を噴射するよう、
    該燃料噴射装置を制御する燃料噴射装置制御手段と、を
    備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御
    装置。
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