JPH07685Y2

JPH07685Y2 - 機関の空気量検出装置

Info

Publication number: JPH07685Y2
Application number: JP1987010525U
Authority: JP
Inventors: 博通三輪; 初雄永石; 敏夫高畑
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1987-01-27
Filing date: 1987-01-27
Publication date: 1995-01-11
Anticipated expiration: 2002-01-27
Also published as: JPS63118356U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）この考案は機関の空気量検出装置に関する。

（従来の技術）燃料噴射機関にあっては、機関に吸入される空気量に見
合った燃料量を噴射供給する構成であるため、吸入空気
量を正確に検出することが重要となる。このため、その
検出装置として熱線式等の流量センサにより空気量を直
接的に検出するものや、圧力センサにより測定される吸
気管圧力と機関回転速度とから間接的に検出するものが
ある。また、圧力センサのほかに絞り弁開度センサを設
け、絞り弁開度と吸気管圧力とから空気量を検出するも
のも提案されている（特公昭61−4981号公報等参照）。

（考案か解決しようとする問題点）しかしながら、該流量センサや圧力センサを用いた検出
装置では、吸気脈動により検出値が大きく影響を受け、
この検出値に基づいて演算される燃料噴射量が変動する
ので、機関のトルク変動が生じる。また、フラップ式の
流量センサでは脈動を抑制するための構成が過渡時の正
確な応答を制限することになっており、さらにコストが
高いという問題もある。

一方、これらの検出装置はセンサ取り付け位置での空気
量を検出するものであるため、センサがシリンダより遠
くに取り付けられると、過渡時にはセンサにて検出され
る空気量と実際にシリンダに流入する空気量とが応答遅
れの分だけ一致しない。この結果、正確に検出されてい
ない空気量に基づいて噴射制御を行うと、加速時や減速
時などの過渡時において目標とする空燃比より外れてリ
ッチ化したりリーン化することになる。

そこで、機関負荷相当量として吸気脈動の影響を受ける
ことのない絞り弁開度αを採用し、さらに過渡時には絞
り弁部の定常流量Q_Hのステップ的変化に対し、シリンダ
に流入する空気量がほぼ一次遅れで応答することに着目
して応答係数K₂を導入し、シリンダ空気量Q_CYLを検出す
るようにした装置を本出願人が提案している。これによ
り、過渡時においても、シリンダ空気量を精度良く測定
することができ、これを用いて行う過渡時空燃比精度を
格段に高めることができることになっている。

しかしながら、実験を進めて行くうち、過渡時でも、加
速時と減速時とでシリンダ空気量の応答が実際には相違
し、この相違に伴う分だけ測定精度が不良となることが
分かった。これを第13図で説明すると、下段が空気量変
化を示し、破線が実際のシリンダ空気量、実線が応答係
数K₂を用いて演算されるシリンダ空気量Q_CYLの各応答で
ある。同図において、応答係数K₂の値如何により、演算
値を早く応答させることも遅く応答させることも自在で
あり、加速時には実際のシリンダ空気量の応答に良く一
致している。ここに、同じαの増加と減少に対して、実
際のシリンダ空気量が同じ応答で変化するならば、応答
係数K₂の値が１つでも間に合うはずである。ところが、
第13図にも示すように、加速時には実際のシリンダ空気
量を良く追跡した演算値となっていても、減速時に同じ
K₂の値を用いると、実際のシリンダ空気量の応答よりも
遅れ、わずかに多い値を付与してしまうことになってい
る。ここに、噴射量は基本的には演算したQ_CYLに対して
一定割合で決定されるので、結果的に空燃比がリッチ化
するのである。

また、加速時と減速時にそれぞれマッチングする応答係
数の平均値を採用することも考えられるが、平均値では
いずれの過渡運転時においても、不満足な精度しか与え
ないことになる。

この考案はこのような問題点に着目してなされたもの
で、加速時と減速時とで異なる応答係数の値を付与する
ようにした空気量検出装置を提供することを目的として
いる。

（問題点を解決するための手段）この考案は、第１図に示すように、絞り弁開度αを検出
する手段１と、機関回転速度Ｎを検出する手段２と、両
検出値に基づいて絞り弁部の定常流量Q_Hを演算する手段
３と、加速時または減速時であるかどうかを判別する手
段６と、この判別結果より絞り弁からシリンダへの空気
流れに関する応答係数K₂であって減速時のほうが加速時
よりも大きくなる応答係数K₂を前記絞り弁開度αと機関
回転速度Ｎの両検出値を用い加速時と減速時とで別々に
演算する手段４と、減速時の遅延量のほうが加速時の遅
延量より小さくなるように加速時と減速時の前記各応答
係数K₂にて前記定常流量Q_Hを遅延補正することによりシ
リンダに流入する空気量Q_CYLを演算する手段とを備え
る。

（作用）実際のシリンダ空気量は過渡運転時でも加速時と減速時
とで応答がわずかに相違し、減速時の応答のほうが加速
時より早い。

こうした実際のシリンダ空気量の応答に合わせ、減速時
の応答係数が加速時の応答係数より大きくされ、減速時
の遅延量が加速時の遅延量より小さくされると、減速時
についても加速時と同じに、絞り弁部について演算した
定常流量から実際のシリンダ空気量Q_CYLが精度良く演算
される。

これによりこのシリンダ空気量を用いて行う空燃比制御
において目標とする空燃比を外れてリッチ化したりリー
ン化したりすることがなく、加速時と減速時のいずれの
過渡運転時にあっても、その過渡前後で常にフラットな
空燃比特性が得られる。

（実施例）第２図は本考案の検出装置を燃料噴射機関に適用した第
１の実施例で、各気筒の吸気ポート11に臨んで噴射弁10
が設けられている。

同図において、12は絞り弁14の開度αを検出するセンサ
（絞り弁開度センサ）、15は機関回転速度Ｎを検出する
センサ（たとえばクランク角センサ）で、両検出信号は
運転変数の基本値としてコントロールユニット18に入力
され、該ユニット18では、これらの信号に基づいて単位
シリンダ容積当たりのシリンダ空気量Q_CYLを演算し、か
つこのQ_CYLを用いて燃料噴射制御を行う。

なお、他の運転変数として機関冷却水温T_W、吸気温度Ｔ
_Aがあり、これらはそれぞれ水温センサ16、吸気温セン
サ（図示せず）にて検出される。また、フィードバック
制御に必要となる実際の空燃比が空燃比センサ17にて検
出される。なお、絞り弁14をバイパスする通路19には、
該通路19の流路面積A_BYを可変とする電磁弁（アイドル
制御弁）20が介装されている。

第３図と第４図はコントロールユニット18をマイクロコ
ンピュータにて構成した場合に、CPU内で実行されるシ
リンダ空気量Q_CYLの計算ルーチンと噴射パルス幅Tiの計
算ルーチンである。同図は所定周期で実行される。数字
はステップ番号である。ここに、Ｌ−ジェトロニック方
式に採用されるTiの計算式では、下式（１）に示すよう
に、基本パルス幅Tpを各種補正係数（これら係数の総和
がCOEFである。）と実空燃比から得られる空燃比フィー
バック補正係数LAMBDAにて補正される（ステップ52）。
ただし、Tsは無効パルス幅である。

Ti＝Tp×COEF×LAMBDA＋Ta …（１）そして、Tpが噴射弁10からの供給燃料量に相当するから
一定の空燃比を得るには、Tpと噴射弁部の空気量、すな
わち噴射弁部近傍に位置するシリンダに流入する空気量
Q_CYLCとの間に比例関係を有させることである。したが
って、Tpは Tp＝Ka×Q_CYLC×KTA×KPA …（２）であればよい（ステップ51）。ただし、Kaは噴射弁10の
特性に基づく係数、KTAは吸気温補正係数、KPAは大気圧
補正係数である。この結果、Q_CYL（＝Q_CYLC/V、ただし
Ｖはシリンダ容積）をいかに正確に計算するかがそのま
ま空燃比の制御精度を決定する。

まず、絞り弁開度αから絞り弁部の流路面積Ａαを計算
する（ステップ31）。これは、たとえば第５図に示す特
性を内容とする２次元テーブル（Ａαテーブル）を参照
することにより容易に求められる。ここに、Ａαはαに
て一義的に定まるので、間欠吸気に伴う吸気脈動の影響
が排除される。ただし、バイパス通路19が開弁される
と、この通路19の流路面積A_BY分だけ誤差を生じるの
で、この場合には総流路面積Ａ（＝Ａα＋A_BY）を採用
しなければならない（ステップ33）。A_BYはアイドル制
御弁20に付与するデューティ値ISCDにて定まるので、第
６図に示す特性を内容とする２次元テーブル（A_BYテー
ブル）を参照することによりA_BYが求められる（ステッ
プ32）。

次に、このＡを機関回転速度Ｎとシリンダ容積Ｖとで除
した値A/（Ｎ・Ｖ）とＮをパラメータとして単位シリン
ダ容積当たりの絞り弁部の定常流量Q_Hを計算する（ステ
ップ34）。ここに、定常流量Q_Hは定常時の流量であるか
ら過渡時と相違してマッチングにより予め正確に求める
ことが可能である。たとえば、第７図に示す特性を内容
とする３次元テーブル（Q_Hテーブル）を参照することに
より求められる。なお、ＡをＮで除算する理由は、Ａだ
けであると、Ｎの変化によってはＡが急変する運転域が
生じ、この領域において分解能が低下するからである。

次に、応答係数K₂（K₂＜１）を用いて次式（３）により
シリンダ空気量Q_CYLを計算する（ステップ40）。

Q_CYL＝Q_H×K₂＋Q_CYL-1×（１−K₂） …（３）同式（３）は過渡応答性を考慮するものである。たとえ
ば、αのステップ的変化に対してQ_Hも同じ変化を示す
が、絞り弁14の取り付けられる位置より遠く離れたシリ
ンダにはステップ的に空気量が流入し得ず、Q_CYLは一次
遅れで応答する。係数K₂はQ_Hに対しQ_CYLをどのように追
従させるかを決定する値であり、マッチングにて定めら
れる。たとえば、大きな値を採用すれば早く近付けるこ
とができる。そして、Q_CYLは正確には単位シリンダ容積
当たりの空気量であるからシリンダ容積Ｖを乗算するこ
とによりシリンダ空気量Q_CYLCが計算される（ステップ4
1）。

なお、第３図の制御ルーチンは所定周期（たとえば10ms
ec）毎に実行されるため、前回の値を用いて今回の値を
求めるように構成される。すなわち、前式（３）におい
て、Q_CYLに付した添字の「−１」が前回の値であること
を意味し、前回の演算値（Q_CYL-1）を用いて今回の演算
値（Q_CYL）が順次求められていく。これにより、過渡時
にあっても、絞り弁部の空気量を求めているにも拘わら
ずシリンダ空気量を正確に計算することができる。

ただし、過渡時には加速時であろうと減速時であろうと
一種類のK₂の値を採用するのではなく、加速時と減速時
とで相違する値を採用する。第８図に実験結果より得ら
れた流路面積Ａに対するK₂の特性を示すと、加速時には
係数K_2Aが、これに対して減速時には係数（K_2A＋K_2D）
がそれぞれ採用すべき係数となる。これは、K_2AがＡに
応じて増加するのに対し、K_2DはＡに依存しない一定値
であるため、Ａを横軸とする場合には単にK_2Dを加算す
れば済むからである。したがって、K_2Aは（Ｎ・Ｖ）と
Ａをパラメータとして３次元テーブル（K_2Aテーブル）
の参照により求められるのに対し（ステップ35）、K_2D
は（Ｎ・Ｖ）のみをパラメータとして２次元テーブル
（K_2Dテーブル）の参照により求められる（ステップ3
8）。

なお、加速時であるか減速時であるかの判別はQ_HとQ
_CYL-1との比較により行なわれる（ステップ36）。すな
わち、Q_H≧Q_CYL-1である場合を加速時であると判別して
K_2Aを応答係数K₂として採用し、逆にQ_H＜Q_CYL-1である
場合を減速時であると判別して（K_2A＋K_2D）を採用する
（ステップ36,37、36,39）。

次に、加速時と減速時の両運転時に対するこの実施例の
作用を、第９図を参照しながら説明すると、いずれの過
渡運転時においても、実際のシリンダ空気量（破線で示
す。）の応答と良く一致する値としてQ_CYL（実線で示
す。）が演算されている。すなわち、いずれの過渡運転
時にもシリンダ空気量の検出精度が向上している。

これは、加速時には加速時の係数（K_2A）、減速時には
減速時の係数（K_2A＋K_2D）と、それぞれの運転時にマッ
チングさせた別々の応答係数（K_2A，K_2A＋K_2D）が採用
されているからである（第３図のステップ35〜37、35,3
6,38,39）。すなわち、実際のシリンダ空気量は、減速
時のほうが加速時より早く応答することから、この減速
時の応答に合わせ減速時の遅れ量のほうが加速時の遅れ
量より小さくなるように減速時の応答係数を加速時の応
答係数より大きくすることによって、減速時にも実際の
シリンダ空気量の応答に一致させるわけである。

このように、過渡時といっても加速時と減速時とでは、
実際のシリンダ空気量の応答が若干相違することに着目
し、加速時と減速時のそれぞれに対応する最適な応答係
数の値を採用することにより、個別に検出精度を確保し
たのである。

これにより、精度良く検出されたシリンダ空気量に対し
一定割合の燃料量がシリンダ近傍の吸気ポート11より噴
射されると、過渡的においても一定の空燃比の混合気を
供給することができる。

これに対して、過渡運転時のいずれにも同じK₂の値を採
用する場合には、一方の運転時に良くマッチングして
も、他方の運転時に精度不良により空燃比がリッチ化や
リーン化し、あるいは平均値を採用すると両運転時とも
精度上の不満が残ることになるのである。

次に、第10図はこの考案の第２実施例の流れ図で、定常
流量Q_Hを次式（４）によりリニヤライズ空気量Q_H0と補
正係数KFLATとの積にて計算するものに適用したもので
ある。なお、Q_H0とKFLATの特性をそれぞれ第11図、第12
図に示す。

Q_H＝Q_H0×KFLAT …（４）この例にても第１実施例と同様の作用効果を奏すること
はいうまでもない。

（考案の効果）以上説明したように、この考案の絞り弁開度と機関回転
速度の両検出値に基づいて絞り弁部の定常流量を演算す
る一方で、加速時または減速時であるかどうかの判別結
果より絞り弁からシリンダへの空気流れに関する応答係
数であって減速時のほうが加速時よりも大きくなる応答
係数を前記絞り弁開度と機関回転速度の両検出値を用い
加速時と減速時とで別々に演算し、加速時の遅延量のほ
うが加速時の遅延量より小さくなるように加速時と減速
時の前記各応答係数にて前記定常流量を遅延補正するこ
とによりシリンダに流入する空気量を演算するように構
成したので、減速時のほうが加速時より早くなる実際の
シリンダ空気量の応答に合わせて、減速時についても加
速時と同じにシリンダ空気量が精度良く演算されること
から、このシリンダ空気量を用いて行う空燃比制御にお
いて加速時と減速時のいずれの過渡運転時にあっても、
その過渡前後で常にフラットな空燃比特性を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のブロック構成図、第２図は本考案の第
１実施例を示す機械的構成図、第３図，第４図はこの実
施例の演算内容を示す流れ図、第５図〜第７図はこの演
算に用いる各テーブル内容を表す特性線図、第８図は前
記実施例の応答係数の特性を示す線図、第９図はこの実
施例の作用を説明する波形図である。第10図は本考案の第２実施例の演算内容を示す流れ図、
第11図，第12図はこの演算に用いる各テーブル内容を表
す特性線図である。第13図は先願の作用を説明する波形図である。１…絞り弁開度検出手段、２…機関回転速度検出手段、
３…定常流量演算手段、４…応答係数演算手段、５…シ
リンダ空気量演算手段、６…加速時・減速時判別手段、
10…燃料噴射弁、11…吸気ポート、12…絞り弁開度セン
サ、14…吸気絞り弁、15…回転センサ（クランク角セン
サ）、16…水温センサ、17…空燃比センサ、18…コント
ロールユニット。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭51−81232（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−150041（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−190843（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】絞り弁開度を検出する手段と、機関回転速
度を検出する手段と、両検出値に基づいて絞り弁部の定
常流量を演算する手段と、加速時または減速時であるか
どうかを判別する手段と、この判別結果より絞り弁から
シリンダへの空気流れに関する応答係数であって減速時
のほうが加速時よりも大きくなる応答係数を前記絞り弁
開度と機関回転速度の両検出値を用い加速時と減速時と
で別々に演算する手段と、減速時の遅延量のほうが加速
時の遅延量より小さくなるように加速時と減速時の前記
各応答係数にて前記定常流量を遅延補正することにより
シリンダに流入する空気量を演算する手段とを備えるこ
とをことを特徴とする機関の空気量検出装置。