JPH08326593A - エンジンの空燃比制御装置、及び、該エンジン搭載の車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 エンジンの空気管内圧力勾配に影響する回転
数、吸気温度、空気流入速度、及び熱式空気流量計（Ｈ
／Ｗセンサ）の応答性の遅れを考慮して流入空気の質量
流量を推定できる空燃比制御装置を提供する。 【構成】 吸気管の空気流量計測手段と、回転数計測手
段と、吸気管の空気流量Ｑｔと直前に計算したシリンダ
に流入する空気量Ｑｃとの差を算出する手段と、同空気
流量の差にエンジンの状態により選択する係数を乗じて
吸気管の圧力の勾配を計算する手段と、吸気管の圧力勾
配と直前に計算した吸気管の圧力の挙動を示す指数で現
在の吸気管の圧力の挙動を示す指数を計算する手段と、
同吸気管の圧力の挙動を示す指数と計測した回転数から
シリンダに流入する空気量を計算する手段とを備えた。 【効果】 空気質量流量の推定制御において、空気流速
及びセンサの応答遅れと同遅れの流量依存性を補正し得
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの空燃比制御
装置に関し、特に、吸気管の絞り弁を通過する空気量を
検出してエンジンの必要燃料量を計算するエンジンの空
燃比制御装置（即ち燃料制御装置）と該エンジンを搭載
した車両に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エンジンのシリンダに供給する
燃料と空気の量を制御して、エンジンの燃焼を管理する
ためには、シリンダ内に流入する質量空気流量を正確に
把握して、この空気流量に見合う燃料を供給する必要が
ある。このために、通常はシリンダ内に流入する質量空
気流量を検出するべく、エンジンの吸気管内に熱式空気
流量計（以下、Ｈ／Ｗセンサ）等の空気流量計を配置し
ている。

【０００３】そして、このＨ／Ｗセンサの配置位置は、
絞り弁の上流に配置され、前記絞り弁を介して流入した
空気は、吸気管マニホールドを経てシリンダに供給され
る。このため外気温等が変わり供給空気の温度が変化し
た場合、あるいは、急にアクセルが踏み込まれた場合等
の運転状態が過度的な時には、実際にシリンダ内に流入
する供給空気の質量空気流量と前記Ｈ／Ｗセンサで検出
した出力値とに相違が生じ、シリンダ内に流入する供給
空気の質量空気流量を正確に検出することができず、実
際にシリンダに供給された供給空気の質量空気流量に見
合う燃料量を供給できないという不具合が生じていた。

【０００４】前記アクセルの踏み込みに対する対処とし
ては、別途、絞り弁の開度とエンジン回転数とから求め
られる予想空気流量と前記Ｈ／Ｗセンサから検出される
出力値（空気流量）とに基づいて、シリンダに実際に流
入しているであろう供給空気の空気流量を推定する手段
が従来技術（特開平１ー２９０９４９号公報）としてあ
る。

【０００５】また、前記供給空気の温度変化に対する対
処としては、エンジンの運転状態の過度時に吸気管内に
圧力勾配が生じるとの認識によって、吸気管内の代表圧
力を求め、これとエンジン回転数とから、シリンダ内に
流入する空気流量を推定する手段が本発明の出願人によ
って提案されている（特願平５ー１８００５７号公
報）。

【０００６】この空気流量推定手段においては、前記エ
ンジンの運転状態の過度時の空気管内の圧力勾配が、エ
ンジン回転数の影響の他に、供給空気の温度によっても
影響を受けることに着目して、前記吸気管内の代表圧力
を求める際に、エンジン回転数と吸気温度を考慮して、
代表圧力を求めることにより、シリンダ内への流入空気
の質量空気流量を推定している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる前記
従来技術（特開平１ー２９０９４９号公報）は、吸気管
内に発生する圧力勾配についての配慮がなされておら
ず、単に、絞り弁の開度とエンジン回転数とから求めた
予想空気流量とＨ／Ｗセンサから検出される出力値（空
気流量）とによって、シリンダに流入する空気流量を推
定しているものであるから、正確なシリンダへの流入空
気量を推定することができないという問題点がある。

【０００８】また、本発明の出願人が提案した前記手段
（特願平５ー１８００５７号公報）は、吸気管内の代表
圧力を求める際に、エンジン回転数と吸気温度を考慮し
て充填効率の補正をしているが、エンジンの運転状態の
過度時における空気管内の圧力勾配は、前記吸気温度の
影響のみならず、シリンダへの空気の流入速度（吸引す
るピストンの移動速度）、及び、スロットルを通過する
空気量を計測するＨ／Ｗセンサの応答性の遅れとその遅
れが通過空気量に依存して異なること等に影響されるこ
とについては、配慮がなされておらず、吸気管内の代表
圧力を正確に推定することができにくいとの問題点があ
る。

【０００９】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、特に、エン
ジンの空気管内の圧力勾配に影響を及ぼす、エンジン回
転数、吸気温度、シリンダへの空気の流入速度、及び、
Ｈ／Ｗセンサの応答性の遅れを考慮してシリンダへの流
入空気の質量空気流量を推定できるエンジンの空燃比制
御装置、即ち、燃料制御装置を提供するこである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
のエンジンの空燃比制御装置は、エンジンの吸気管の絞
り弁を通過する空気流の質量流量を計測する手段と、エ
ンジンの回転数を計測する手段と、前記絞り弁を通過す
る空気流の前記質量流量と直前に計算されたエンジンの
シリンダに流入する空気量との差を算出する手段と、前
記算出された空気流量の差にエンジンの状態により選択
される係数を乗じて吸気管の圧力の勾配を計算する手段
と、前記吸気管の圧力勾配と直前に計算された吸気管の
圧力の挙動を示す指数で現在の吸気管の圧力の挙動を示
す指数を計算する手段と、前記計算された吸気管の圧力
の挙動を示す指数と前記計測されたエンジンの回転数か
らエンジンのシリンダに流入する空気量を計算する手段
とを備えたことを特徴としており、前記空気流の質量流
量を計測する手段が熱式空気流量計もしくは絞り弁開度
センサであり、かつ、前記吸気管の圧力の勾配を計算す
るための係数がエンジン回転数、もしくは、エンジン回
転数とシリンダ流入空気量とによって選択されるもので
あることを特徴としている。

【００１１】

【作用】エンジンの吸気管の絞り弁を通過する吸入空気
量は、スロットル開度センサの出力信号、及び（もしく
は）、Ｈ／Ｗセンサの出力信号によって計測されると共
に、前記計測された吸入空気流量と前回推定のシリンダ
流入空気流量との差を算出し、該算出された流入空気流
量の差に圧力勾配の係数を乗じることによって吸気管の
圧力勾配が算出される。この吸気管の圧力勾配の算出に
よって、急にアクセルが踏み込まれた場合等の過度的な
運転状態時に、応答遅れ等を生じる吸入空気流量の計測
値を補正することができる。

【００１２】前記圧力勾配の係数は、前回のシリンダ流
入空気量、前記吸入空気流量、スロットル絞り弁開度、
及び、エンジン回転数の各信号値に基づいて計算され
る。そして、シリンダへ流入する空気の流入速度（ピス
トンの速度）はエンジン回転数に依存するから、前記吸
気管の圧力勾配とエンジン回転数とのマップ検索により
今回のシリンダ流入空気量が検索され出力することによ
って、正確なシリンダ流入空気量を推定することができ
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付の図に沿って
説明する。図１は、本実施例のエンジンの空燃比装置の
システムの全体の構成図である。エンジン１は、エンジ
ンの吸入する空気量の質量流量を計測する熱式空気流量
計１０２（以下、Ｈ／Ｗセンサ）、エンジンの吸気管絞
り弁の開度を検出する絞り弁開度センサ１０３、エンジ
ンのカムシャフトの回転角度からエンジンの回転速度を
検出するカム軸センサ１０４、エンジンのクランク軸の
回転角度からエンジンの回転速度を検出するクランク角
度センサ１０５、エンジンの排気管に設置され、排気ガ
スの酸素濃度を検知し、その濃度により燃料量をフィー
ドバックして理想空燃比に保つための酸素濃度センサ１
０６、エンジン本体１０１に燃料を供給する燃料噴射弁
１０７、エンジンの回転速度に同期して燃料を点火する
点火栓１０８、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、前記センサ類からの信号を
処理しエンジンの要求する燃料量、点火時期等を計算
し、上記バルブ類を駆動するエンジン制御装置１０９等
の装置から構成されている。

【００１４】図２は、エンジン制御装置１０９の内部の
回路ブロックを示している。前記エンジン制御装置１０
９は、図１におけるセンサ類からの信号を入力し、小信
号（ＴＴＬレベル）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１０９−１、入出力信号をデジタル
演算処理を行えるようにアナログ−デジタル信号変換を
行う入出力回路（インターフエース）１０９−２、デジ
タル演算処理を行うマイクロコンピュータＣＰＵもしく
はそれに準ずる演算回路を保有する演算回路１０９−
３、演算回路１０９−３の演算処理に用いる定数、およ
び、プログラムを格納する不揮発性メモリ（ＲＯＭ）１
０９−４、変数を格納する揮発性メモリ（ＲＡＭ）１０
９−５、演算回路１０９−３のメモリ、および、揮発性
メモリ１０９−５の内容をバックアップする電源バック
アップ回路１０９−６から構成されている。

【００１５】尚、本実施例のエンジン制御装置１０９
は、デジタル演算装置で構成されているが、アナログ演
算装置に構成することもできる。また、本実施例のおい
ては、スロットル開度センサ１０３の出力信号、Ｈ／Ｗ
センサ１０２の出力信号、クランク角度センサ１０５出
力信号（もしくはカム軸センサ出力信号）、酸素濃度セ
ンサ１０６の出力信号を前記エンジン制御装置１０９に
入力すると共に、燃料噴射弁１０７の駆動信号、点火栓
１０８の信号を出力してエンジンの制御を行っている。

【００１６】図３は、本実施例のエンジンの空燃比制御
装置の燃料制御の制御ブロックを示したものである。吸
入空気量検出手段２０１には、スロットル開度センサ１
０３の出力信号、及び（もしくは）、Ｈ／Ｗセンサ１０
２の出力信号が入力され、エンジンに吸入される空気の
吸入空気量を計測している。シリンダ流入空気量計算手
段２０２には、前記吸入空気量検出手段２０１で検出さ
れたエンジンの吸入空気量とエンジン回転数とが入力さ
れ、該シリンダ流入空気量計算手段２０２でエンジンの
シリンダに流入するシリンダ流入空気量Ｑｃと吸気管内
の圧力に相当する吸気管擬似圧力Ｐとを計算している。

【００１７】噴射燃料量計算手段２０３は、前記算出し
たシリンダ流入空気量Ｑｃとエンジン回転数とからの信
号に基づいてエンジンで要求される基本的な燃料噴射量
を計算している。空燃比帰還制御手段２０４では、前記
排気管に設置された酸素濃度センサ１０６で検出された
出力信号に基づき、理想的な空燃比に保つために空燃比
帰還制御によって空燃比補正係数を計算する。空燃比補
正手段２０５では前記噴射燃料量計算手段２０３で計算
した基本的な燃料噴射量を、前記シリンダ流入空気量計
算手段２０２で算出した吸気管疑似圧力Ｐと前記空燃比
帰還制御手段２０４で算出した空燃比補正係数とに基づ
いて補正して空燃比補正を施すようにしている。補正さ
れた燃料量は、燃料噴射手段２０６でエンジン１に噴射
供給される。

【００１８】図４は、本実施例のエンジン１の吸気管の
モデルを示したものである。エンジン１の吸気管は、ス
ロットル絞り弁１１０の下流から吸気弁１１１までがマ
ニフォールド１１２として構成され、該マニホールド１
１２に流入するスロットル絞り弁１１０を通過する通過
空気量と前記マニフォールド１１２から吸気弁１１１を
介してシリンダに流出するシリンダ流入空気量Ｑｃとが
平衡状態のとき、前記マニホールド１１２内は吸気管圧
力Ｐとなっている。

【００１９】この吸気管モデルから式１ が成立する。式１−１は、吸気管圧力の勾配ｄ／ｄｔ・
ｐ、スロットル通過空気量Ｑｔ、及び、シリンダ流入空
気量Ｑｃとの関係を示している。吸気管内の圧力勾配ｄ
／ｄｔ・ｐは、スロットル通過空気量Ｑｔとシリンダ流
入空気量Ｑｃとの差に圧力勾配係数Ｋを乗じたものとな
る。

【００２０】式１−２は、式１−１を後退差分近似で差
分式に展開したものである。式１−２は、空燃比制御装
置が、時間同期の信号処理で吸気管圧力相当を計算でき
ることを示している。また、圧力勾配係数Ｋは、式１−
３のように示される。図５は、前記図４の吸気管のモデ
ルから吸気管擬似圧力Ｐとシリンダ流入空気量Ｑｃを計
算する制御ブロック図である。

【００２１】ハードフィルタ２０２−１では、Ｈ／Ｗセ
ンサ１０２の出力を回路上に構成されたフィルタでフィ
ルタリングするものである。本実施例では、スロットル
通過空気量ＱｔはＨ／Ｗセンサ１０２の計量値としてい
るが、スロットル絞り弁開度とエンジン回転数でも計算
できる。この方法でスロットル通過空気量Ｑｔを計算し
た場合はセンサの応答遅れを含まないのでＨ／Ｗセンサ
応答遅れ補償２０２−２が不要となる。前記Ｈ／Ｗセン
サ応答遅れ補償手段２０２−２は、フィルタリングでの
遅れ時間、および、Ｈ／Ｗセンサ１０２自体の遅れをデ
ジタルフィルタで補償するものである。応答遅れ補償が
施された電圧は、電圧−流量変換手段２０２−３で流量
に変換される。 吸気管疑似圧力推定手段２０２−４
は、前記式１−２の圧力差分式で、吸気管擬似圧力Ｐを
計算する。シリンダ流入空気量計算手段２０２−５は、
吸気管疑似圧力推定手段２０２−４で計算された吸気管
擬似圧力Ｐとエンジン回転数からシリンダ流入空気量Ｑ
ｃを計算する。

【００２２】図６は、前記図５の制御ブロック図の詳細
に示したものである。Ｈ／Ｗセンサ応答遅れ補償手段Ｂ
２０２−２は、デジタルフィルタによる差分式展開で実
現される。電圧−流量変換手段Ｂ２０２−３は、応答遅
れ補償が施された電圧に基づくテーブル検索によって吸
入空気流量Ｑｔが計算される。吸気管疑似圧力推定手段
Ｂ２０２−４での吸気管擬似圧力Ｐの計算では、前記吸
入空気流量Ｑｔ、圧力勾配係数Ｋ、前回推定のシリンダ
流入空気量Ｑｃの各信号が入力され、これらの入力数値
によって今回の吸気管擬似圧力Ｐが算出され、出力され
る。

【００２３】圧力勾配係数検索手段Ｂ２０２−６におい
ては、前回のシリンダ流入空気量Ｑｃ、スロットル通過
空気量Ｑｔ、スロットル絞り弁開度、及び、エンジン回
転数の信号値から圧力勾配係数Ｋが計算・検索される。
シリンダ流入空気量計算手段Ｂ２０２−５では、吸気管
擬似圧力Ｐとエンジン回転数のマップ検索により今回の
シリンダ流入空気量Ｑｃが検索され出力される。

【００２４】図７は、前記図６の圧力勾配係数検索手段
Ｂ２０２−６の具体的な圧力勾配係数検索の例を示した
ものであり、ブロックＢ２０２−６−１ではエンジ回転
数に基づいて圧力勾配係数をテーブル検索するようにし
たもので、エンジン回転数の増加に対して圧力勾配係数
Ｋが概ね増加している。図８は、前記図７と同様に、前
記図６の圧力勾配係数検索手段Ｂ２０２−６の具体的な
圧力勾配係数検索の例を示したものであり、ブロックＢ
２０２−６−２ではエンジン回転数と前回のシリンダ流
入空気量Ｑｃとで圧力勾配係数Ｋをマップ検索するよう
にしている。

【００２５】またシリンダ流入空気量Ｑｃではなくスロ
ットル通過空気量Ｑｔでマップ検索しても同様な効果が
得られる（ただし、この場合はマップ上の圧力勾配係数
Ｋの傾向は変わる）。図９は、本実施例の空燃比制御装
置の燃料制御のフローチャートを示している。

【００２６】制御が開始されると、始めに、ステップＳ
２０２−１でＨ／Ｗセンサ出力電圧を読み、ステップＳ
２０２−２でＨ／Ｗセンサの応答遅れ補償を実施してス
テップＳ２０２ー３に進む。ステップＳ２０２−３で
は、応答遅れ補償を施したＨ／Ｗセンサ電圧でテーブル
検索を行いスロットル通過空気量Ｑｔを検索する。ステ
ップＳ２０２−４〜Ｓ２０２−５では、各々でエンジン
回転数とスロットル開度センサ出力の読み込みを行う。
ステップＳ２０２ー６では圧力勾配係数Ｋの検索をテー
ブル検索もしくはマップ検索で行う。

【００２７】続いて、ステップＳ２０２−７では、スロ
ットル通過空気量Ｑｔ、圧力勾配係数Ｋで吸気管擬似圧
力Ｐを計算し、この吸気管擬似圧力Ｐとエンジン回転数
からシリンダ流入空気量Ｑｃを計算する。ステップＳ２
０２−８では、シリンダ流入空気量Ｑｃとエンジン回転
数で基本的な燃料噴射量を計算し、ステップＳ２０２ー
９では酸素濃度センサ１０６で検出した排気ガス中の酸
素濃度に基づき空燃比帰還制御によって空燃比補正係数
を算出し、ステップ２０２ー１０で前記基本的燃料噴射
量に前記空燃比補正係数に基づき空燃比補正を施し、ス
テップ２０２ー１０で補正したエンジンの要求燃料量を
噴射する。

【００２８】図１０は、圧力勾配係数検索のフローチャ
ートの１例を示したものである。ステップＳ２０２−６
−１でエンジン回転数を読み込み、ステップＳ２０２−
６−２で前記エンジン回転数に基づき圧力勾配係数Ｋを
テーブル検索する。図１１は、圧力勾配係数検索のフロ
ーチャートの他の例を示したものである。ステップＳ２
０２−６−３、及び、Ｓ２０２−５−４でシリンダ流入
空気量Ｑｃ、及び、エンジン回転数を読み込んで、ステ
ップＳ２０２−６−５に進み、読み込んだシリンダ流入
空気量Ｑｃとエンジン回転数から圧力勾配係数Ｋをマッ
プ検索する。

【００２９】本実施例によれば、エンジンのシリンダへ
流入する空気流量を正確に推定することができ、また、
モデルに基づいて、シリンダ流入空気流量Ｑｃを推定し
ているのでエンジンの過渡時でも、吸気管の容積の影響
を受けず推定できる。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明に係るエンジンの空燃比制御装置は、絞り弁を通過す
る空気量を計測して吸気管の圧力の挙動を示す指数を推
定する制御において、空気流速（エンジンのピストン速
度）、および、スロットルを通過する空気量を計測する
センサの過渡応答遅れと該遅れの流量依存性の影響を補
正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のエンジンの空燃比制御装置
全体の構成図。

【図２】図１の一実施例のエンジンの空燃比制御装置の
内部回路ブロック図。

【図３】図１のエンジンの空燃比制御装置の制御ブロッ
ク図。

【図４】図１のエンジンの空燃比制御装置の吸気管のモ
デル構成図。

【図５】図１のエンジンの空燃比制御装置のシリンダ流
入空気量計算の制御ブロック図。

【図６】図１のエンジンの空燃比制御装置のシリンダ流
入空気量計算の制御の詳細ブロック図。

【図７】図１のエンジンの空燃比制御装置の圧力勾配係
数計算ブロックの具体的な１例を示す図。

【図８】図１のエンジンの空燃比制御装置の圧力勾配係
数計算ブロックの具体的な他の例を示す図。

【図９】図１のエンジンの空燃比制御装置の燃料制御の
フローチャート。

【図１０】図１のエンジンの空燃比制御装置の圧力勾配
係数検索の一例のフローチャート。

【図１１】図１のエンジンの空燃比制御装置の圧力勾配
係数検索の他の例のフローチャート。

【符号の説明】

１０２ Ｈ／Ｗセンサ １０３ スロットル絞り弁開度センサ １０９ エンジンの空燃比制御装置 ２０１ 吸入空気量検出手段 ２０２ シリンダ流入空気量計算手段 Ｂ２０２−４ 吸気管擬似圧力推定手段 Ｂ２０２ー５ シリンダ流入空気量計算手段 Ｂ２０２ー６ 圧力勾配係数検索手段

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの吸気管の絞り弁を通過する空
   気流の質量流量を計測する手段と、エンジンの回転数を
   計測する手段と、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エンジンのシリンダ
   に流入する空気量との差を算出する手段と、前記算出さ
   れた空気流量の差にエンジンの状態により選択される係
   数を乗じて吸気管の圧力の勾配を計算する手段と、前記
   吸気管の圧力勾配と直前に計算された吸気管の圧力の挙
   動を示す指数で現在の吸気管の圧力の挙動を示す指数を
   計算する手段と、前記計算された吸気管の圧力の挙動を
   示す指数と前記計測されたエンジンの回転数からエンジ
   ンのシリンダに流入する空気量を計算する手段とを備え
   たことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
2. 【請求項２】 前記絞り弁を通過する空気流の質量流量
   を計測する手段は、熱式空気流量計であることを特徴と
   する請求項１記載のエンジンの空燃比制御装置。
3. 【請求項３】 前記絞り弁を通過する空気流の質量流量
   を計測する手段は、吸気管の絞り弁の開度センサである
   ことを特徴とする請求項１記載のエンジンの空燃比制御
   装置。
4. 【請求項４】 前記係数は、エンジンの回転数によって
   選択されるものであることを特徴とする請求項１記載の
   エンジンの空燃比制御装置。
5. 【請求項５】 前記係数は、エンジンの回転数と前記計
   算されたエンジンのシリンダに流入する空気量とによっ
   て選択されるものであることを特徴とする請求項１記載
   のエンジンの空燃比制御装置。
6. 【請求項６】 前記係数は、エンジンの回転数と前記取
   得された絞り弁を通過する空気量とによって選択される
   ものであることを特徴とする請求項１記載のエンジンの
   空燃比制御装置。
7. 【請求項７】 前記計算されたエンジンのシリンダに流
   入する空気量と前記取得されたエンジンの回転数からエ
   ンジンの要求する燃料噴射量を計算する手段と、前記計
   算された燃料噴射量に基づいてエンジンに燃料を供給す
   る燃料供給手段とを備えた請求項１乃至６記載のエンジ
   ンの空燃比制御装置。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれか一つのエンジ
   ンの空燃比制御装置を具備したエンジン搭載の車両。