JPH09166464A - 空気流量計測装置及び空気流量計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】応答遅れのある熱式空気流量計を用いても、実
際に近い平均流量が得られるエンジン空気流量の測定装
置及び測定方法を提供する。 【解決手段】熱式空気流量計の出力をＡ／Ｄ変換（３０
１）した後にデジタル信号を２系統に分け、第１の系統
で時定数を求め（３０３）た後に第２の系統の出力とと
もに出力からの誤差を求める逆変換を（３０５）を実行
する。その後、熱式空気流量計の特性に基づいてリニア
ライズ（３０６）し、流れ方向を判別する。 【効果】実際の空気流量変化に即した信号が得られると
ともに、流れの方向が判別されるので、正確な空気流量
の平均値が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用エンジン
の電子燃料噴射システムに用いられる空気流量計測装置
およびそれを用いた空気流量計測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子燃料噴射システムを備えた自動車用
エンジンの吸入空気流量を測定する熱式空気流量計は、
多く吸気ダクトのスロットル上流に配置される。ところ
で、スロットル開度の大きい状態すなわち負荷の大きい
状態では吸気ダクト中で脈動流が発生し、応答の遅い自
動車用エアフローセンサを用いると異常に低下した検出
流量値を示す場合がある。この低下の原因は、主として
センサの応答性と非線形な出力特性にあり、細い熱線の
ように応答が高速で、且つ高速に出力を線形化するリニ
アライザを使用すれば回避できると考えられる。そこ
で、脈動する出力の全振幅を検出して補正係数を乗じ、
平均出力に加算して検出流量の低下を防止する例が特公
昭５９−１７３７１号公報（以下文献１と称す）に記載
されている。

【０００３】熱式空気流量計の信号の補正方法について
の基本概念が、ＳＡＥペ−パ−Ｎｏ．８８０５６１（Ｓ
ＡＥ Ｐａｐｅｒ Ｎｏ．８８０５６１）（以下文献２
と称す）及びＳＡＥ ペ−パ− Ｎｏ．９４０３７７
（ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ Ｎｏ．９４０３７７）（以下文
献３と称す）に記載されている。これら文献では、熱式
空気流量計の出力は変動した流れに対して時間遅れと非
線形特性が加えられたものであると考えている。そし
て、このような考えに基づいて実際に熱式空気流量計を
構成した例が、特公平６−１３８５９号公報（以下文献
４と称す）や特開平４−３５８７４３号公報（以下文献
５と称す）に記載されている。

【０００４】さらに、熱式空気流量計において流れの方
向を判別できないという不具合のために、逆流が伴う脈
動流の計測においては、検出流量値が異常に増大する傾
向がある。逆流を伴う脈動流は、エンジンの吸排気バル
ブの開タイミングのオーバーラップによる吹き返しや吸
気バルブによる圧力脈動の反射により生じる。この不具
合を解消するために、流れ方向を判別できない熱式空気
流量計を用いて逆流量を検出する方法が、特公平２−３
２５６４公報（以下文献６と称す）、特公平５−１０６
１２公報（以下文献７と称す）及び特開昭６１−２１３
７２８公報（以下文献８と称す）に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術の欄に
記載した文献４や文献５の熱式空気流量計では、その出
力をリニアライズしてから応答性補償の逆変換を実行し
ている。しかしながら、これらの装置を用いると流量の
変動幅はある程度近似されるが、エンジン空燃比を決定
する上で重要な真の平均空気流量は得られない。

【０００６】図２に、回転数を一定として、負荷を変化
させたときの真の平均流量と熱式空気流量計を用いて検
出した検出流量との関係を示す。曲線２２３は応答遅れ
のある熱式空気流量計の出力をリニアライズし平均化し
た場合である。流量の大きい高負荷域で検出流量値が一
旦低下し、その後上昇している。見かけの検出流量が低
下する原因は、文献１に説明されているように、流量計
の出力に応答遅れがあることと、流量計の出力特性が非
線形性を有することによる。また、流量の大きい最大負
荷域で検出流量値が増加するのは、熱式空気流量計が流
量の絶対値しか測定できないため、逆流分をも含んで測
定することによる。そのため、この検出流量が増加する
ことに対しては、応答性補償の逆変換を行っても原理的
に解決できない。

【０００７】上述した中で、検出流量が低下する現象に
ついては、文献４や文献５に記載の方式、すなわち熱式
空気流量計の出力信号をリニアライズしてから応答性を
補償する逆変換を行う方式を用いても真の平均流量は求
められない。従って、図２に示すように、検出流量が低
下した場合に検出流量波形に対して応答性を補償する逆
変換を実行しても、検出流量値が低下することを防止で
きず、真の空気流量が得られないという不具合を生じ
る。

【０００８】実際に、熱式空気流量計の応答遅れのある
出力をリニアライザで流量に変換し、これに応答性を補
償する逆変換を施した例を図３に示す。２リットル４気
筒エンジンを毎分９００回転で運転した場合である。真
の流量波形（絶対値）２３４とその平均値２３１、熱式
空気流量計の出力をリニアライザを用いて変換した検出
流量波形２３５とその平均値２３２、検出流量波形２３
５を逆変換した波形２３６とその平均値２３３が示され
ている。逆変換した波形２３６の位相と振幅は回復して
おり、応答遅れ補償は達成されている。しかしながら、
最低流量及び最高流量付近で、逆変換された波形２３６
は真の流量波形２３４より小さな値になっている。ま
た、平均値２３３は逆変換以前の平均値２３２から殆ど
変化していない。このように、検出流量が低下した場合
には、エンジンの空燃比制御を正確に行うことが困難で
あり、エンジンストールやエミッションの悪化を招く恐
れがある。

【０００９】上述の文献５においては、応答性を補償す
るために逆変換を実行してから誤差を求め、ゲインを誤
差に与えているので、平均値の低下分を補正することは
可能である。しかしながら、文献１で説明されている様
に、平均値の低下の原因は応答性と出力の非線形性にあ
る。これらはいずれも流量に依存する特性を有するの
で、脈動する流量の周波数、振幅および流量の平均値に
応じて随時変化させる必要があり、複雑なマップを必要
とする。

【００１０】一方、検出流量が増大する現象は、熱式空
気流量計が流れ方向を検出せず、逆流も順方向流（エン
ジンへの吸入流れ）と同様に検出することに起因する。
これを解消するためには、逆流量と順方向流量とを判別
し逆流する流量を負（−）、順方向に流れる流量を正
（＋）として積算すればよい。つまり、順方向に流れた
後に逆流が生じるので、符号付きの流量を時間積分して
平均すれば真の平均流量が求まる。この事については、
文献６および７、８に詳しい。

【００１１】ここで、文献６では逆流が発生するクラン
ク角位相を予め設定し、その位相になったら逆流とみな
している。しかし、実際の自動車用エンジンにおいて
は、測定している吸気ダクト内で常に逆流が生じている
訳ではない。つまり、エンジンの負荷や回転数により逆
流の発生する位相が変化する。そのため、この文献６に
記載の方法では逆流が発生しない運転条件において、逆
流分の流量を差し引く恐れがある。さらに、仮に正しく
逆流発生位相を指定したとしても熱式空気流量計に応答
遅れが生じている場合には、正しい逆流量を求めること
ができない。

【００１２】また、文献７においては、圧力を同時に測
定して逆流開始点を求めている。しかし、この方法にお
いても熱式空気流量計に応答遅れが生じる場合には、応
答遅れのために逆流期間の検出流量が実際の空気流量と
異なり、正確な逆流量を検出できない。

【００１３】上記文献６、７の不具合を解消する方法の
１つが文献８に記載されている。この文献８ではノイズ
対策を主眼として、逆流期間が明確でない熱式空気流量
計の出力から逆流期間を抽出する方法が試みられてい
る。そして、サンプリングした出力差を設定値と比較
し、設定値より上下する特異点が二つ以上存在したとき
に流れの方向が変化したとしている。この方法を用いる
と逆流の判別は可能である。しかし、設定値はエンジン
回転数やエンジン負荷により刻々と変わり、さらに脈動
周期中にも変わる可能性があり複雑な構成を必要とする
とともに、手法も複雑とならざるを得ない。

【００１４】以上述べたように、脈動する流量の平均流
量を応答遅れのある熱式空気流量計で計測すると、平均
検出流量が真の値より低下する場合がある。この場合、
リニアライザを通過した後の信号に逆変換を施しても真
の平均流量値を得ることが難かしい。また、逆流を伴う
脈動流の流量の計測において平均検出流量が増大する場
合には、従来の方式では応答遅れを考慮していないの
で、正確な流量を求めることが困難である。

【００１５】本発明の目的は、エンジンの脈動する流量
を応答遅れのある熱式空気流量計で計測しても、実際の
流量に対応した測定値が得られる空気流量計測装置およ
び空気流量の計測方法を提供することにある。

【００１６】本発明の他の目的は、簡単な構成で高精度
に流量を測定できる空気流量計測装置およびその計測方
法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の態様は、内燃機関の吸入空気量を熱式
空気流量計の出力を用いて測定する空気流量計測装置に
おいて、熱式空気流量計の出力を入力し応答遅れを補正
する手段と、この補正手段の出力を入力し予め記憶され
た前記熱式空気流量計の特性に基づいて空気流量に対応
する値に変換するリニアライズ手段と、このリニアライ
ズ手段の出力を入力とし逆流を判別する逆流判別手段と
を備えたものである。

【００１８】また本発明の第２の態様は、内燃機関の吸
入空気量を熱式空気流量計の出力を用いて測定する空気
流量計測装置において、熱式空気流量計の出力信号をサ
ンプリングするＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器によ
りＡ／Ｄ変換されたデジタル信号を２つの系統に分離し
て、第１の系統で真の流量に対応する出力からの誤差を
求めるための逆変換を行い、この逆変換された値を第２
の系統に加算しこの加算された信号に対して予め記憶さ
れた前記熱式空気流量計の特性に基づいて空気流量に対
応する値に変換するリニアライズ手段と、このリニアラ
イズ手段の出力を入力とし逆流を判別する逆流判別手段
とを備えたものである。

【００１９】そして好ましくは、逆流を判別する手段
が、予め定められた閾値とリニアライズ手段から得られ
た空気流量に対応する出力信号とを比較する第１の比較
要素と、この第１の比較要素の出力に応じて出力を格納
し積分する複数の積分要素と、この複数の積分要素中の
２つの積分要素の出力を比較する第２の比較要素と、こ
の第２の比較要素の出力に応じて正又は負の符号を排他
的に付加する符号付加要素とを備えたものである。◆ま
た好ましくは、第１の比較要素の出力が連続して閾値以
上であるときは、同一の積分要素に第１の比較要素の出
力を入力する第１のスイッチング要素を設けたものであ
る。

【００２０】さらに、前記逆流を判別する手段に、空気
流量に対応する信号を予め定められた閾値と比較する第
１の比較要素と、前記信号が連続して閾値以上である積
分期間における前記信号を入力し積算する第１及び第２
の積分要素と、前記積分期間を交互に第１と第２の積分
要素に切り替えるスイッチング要素と、この第１及び第
２の積分要素の出力を所定時間後に比較する第２の比較
要素と、第１の積分要素の出力と第２の積分要素の出力
の小さい方に負の符号を付加する符号付加要素を設けて
もよい。◆また、クランクの回転に同期した信号を検出
する信号検出手段を設け、この信号検出手段の検出した
信号間隔を前記積分要素の積分時間としてもよい。

【００２１】上記目的を達成するための本発明の第３の
態様は、内燃機関の吸入空気量を熱式空気流量計の出力
を用いて測定する空気流量計測方法において、熱式空気
流量計の出力信号をサンプリングし、このサンプリング
された信号から時定数を決定し、この決定された時定数
を用いて出力信号を流量の信号に逆変換し、この逆変換
された信号に対して線形化し、この線形化された信号に
基づいて逆流を判別して空気流量を求めるものである。
◆そして好ましくは逆流の判別において、サンプリング
データに基づいて得られた流量に対応した値が連続して
設定値以上となる期間を１つの単位としたときに、第１
の単位に対してその次に連続して設定値以上となる第２
の単位の流れ方向は、第１の単位と逆方向であるとした
ものである。

【００２２】また好ましくは逆流の判別において、所定
時間中の奇数番の前記単位に含まれる前記線形化された
信号の出力と、偶数番の前記単位に含まれる前記線形化
された信号の出力とを各々別個に積分し、その積分値の
大小を比較し小さい方を逆流と判別するものである。◆
さらに、クランクの回転に同期した信号を検出する信号
検出手段が検出した信号間隔を、前記積分の時間として
もよい。◆また、前記積分の時間を０．１ないし２ｍｓ
とした、またはエンジンのクランク角度が０．６乃至１
２°変位する時間としてもよい。◆なお、サンプリング
を周期的に行い、その周期がクロックで測定される時間
毎であるとともに回転速度に応じて可変に設定されてい
てもよい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態をいく
つかの実施例を用いて説明する。初めに、本発明の基本
的な作用について説明する。文献１に記載のように、脈
動する流量を測定した応答性の良い熱式空気流量計の出
力をリニアライザに入力し、その出力を平均化して得た
平均検出流量においては、検出流量値が低下する恐れは
無い。つまり、応答の遅い熱式空気流量計を用いたとき
に検出流量値が低下するのは、図４に示すように、元来
非線形な出力特性（ステップ２４１）を有する熱式空気
流量計において、応答遅れ（振幅が小さくなり位相が遅
れること）（ステップ２４２）が加わったからである。
従って、応答遅れを有する熱式空気流量計の出力から真
の流量を求める場合には、図５に示すように、まず熱式
空気流量計の出力の応答性を補償する逆変換（応答遅れ
がある信号を元に戻すために振幅及び位相を補正する処
理）（ステップ２５１）を行い、その後リニアライザで
リニアライズする（ステップ２５２）必要がある。

【００２４】換言すれば、応答性を補償する逆変換に
は、位相を進める作用と振幅を大きくする作用のみがあ
り、平均値を増幅する作用はほとんどない。このため逆
変換２５１を実行することにより、応答性の良い熱式空
気流量計と同等な信号を得ることができる。その後、流
量を求める際に信号をリニアライズすれば、検出流量値
の低下を防止できる。また、リニアライズした後の信号
において、逆流量を求める手段を用いて得た逆流量分
を、順方向に流れる流量分から減算すれば検出流量値の
増大を防止できる。

【００２５】本発明の一実施例における信号処理を図１
及び図２、図６、図７を用いて説明する。図１は本発明
に係る自動車用エンジンの電子燃料噴射システムとそれ
に用いられる空気流量計測装置の模式図、図２は一定回
転数で負荷を変化させたときの真の平均流量と逆変換に
より求められた平均流量との関係を示す図、図６はこの
第１の実施例の信号処理法のフロー図、図７は流量と時
定数の関係を示す図である。

【００２６】図１に、内燃機関の電子式燃料噴射系に熱
式空気流量計を用いた様子を示す。エンジン２１２に吸
入された空気は、図示していないエアクリーナを通過
し、熱式空気流量計２０２で空気流量が計測された後
に、吸気管２１４、スロットル部２１３を通過し、イン
ジェクタ２１０から供給される燃料と混合されてエンジ
ン２１２へ流入する。この混合された燃料はエンジン２
１２で燃焼された後、排気ガスとして排気管２１１を通
って大気中に排出される。熱式空気流量計２０２から出
力される信号２０１と、補助信号である例えばクランク
角センサ２１７の信号２１８や図示しない空燃比センサ
等の運転状態をモニタする各種信号２１５は、エンジン
コントロールユニット（以後ＥＣＵと称す）２０６に取
り込まれる。そして、リ−ンバ−ン等に対して最適な運
転状態が得られるように、インジェクタ２１０から噴霧
される燃料噴射量が設定される。

【００２７】ＥＣＵ２０６は、主として入力ポート２０
３、ＲＡＭ２０４、ＲＯＭ２０５、ＣＰＵ２０８、出力
ポート２０７から構成される。ＥＣＵ２０６に入力され
た信号は演算処理を施された後、制御信号として出力ポ
ート２０７から図示しない各種アクチュエータに送られ
る。図１では、例としてインジェクタ２１０に送られる
信号２０９のみが示されている。

【００２８】この実施例ではＥＣＵ２０６内部で空気流
量の演算処理を実行しているが、後述する図９、図１１
および図１２に示す全処理を、熱式空気流量計２０２自
身またはプリプロセッサ２１６の内部で実行してもよ
い。また、一部の処理を熱式空気流量計２０２またはプ
リプロセッサ２１６が分担してもよい。プリプロセッサ
２１６で行う場合、プリプロセッサ２１６が最低限必要
とする信号は、熱式空気流量計２０２の信号である。そ
の詳細を図６に示す。

【００２９】図６においては、熱式空気流量計の出力信
号を周期Ｔでサンプリングし、Ａ／Ｄ変換回路を用いて
アナログ信号をデジタル信号に変換し（ステプ３０１）
数値化する。次に、応答性を補償する逆変換（ステップ
３０５）を行うために、時定数τを（数１）により求め
る（ステップ３０３）。つまり、Ａ／Ｄ変換した値を一
時的にリニアライザで流量Ｑに変換し（ステップ３０
２）、次式から時定数τを定める。

【００３０】

【数１】

【００３１】ここで、定数Ｃ₅およびＣ₆としては、Ｃ₅
＝０．０２、Ｃ₆ ＝０．４８を用いている。

【００３２】文献３にも示されているように、熱式空気
流量計の熱素子は流量が大きいほど瞬時の放熱量が大き
く、熱平衡に到達しやすい。そのため図７に示すよう
に、流量が大きくなるほど時定数τは小さくなるという
流量依存性を示す。◆本実施例においては、エンジンの
脈動流量に対して遅れを有する流量信号から時定数τを
算出しているが、平均流量を求める上では十分な精度が
得られている。この時定数τと、Ａ／Ｄ変換の周期Ｔ
と、ステップ３０４でメモリに記憶しておいた１回前の
Ａ／Ｄ変換値Ｖ_-1と今回のＡ／Ｄ変換値Ｖ₀を用いて、
（数２）で示す応答性を補償する逆変換（ステップ１０
５）を実行する。

【００３３】

【数２】

【００３４】ここで、Ｖ_INVの出力特性は非線形性を保
っているから、リニアライザを用いて線形化し（ステッ
プ３０６）、流量を求める。

【００３５】次に図８を用いて、真の空気流量信号を得
る本発明の原理について説明する。図８に、本発明の空
気流量測定装置に使用される熱式空気流量計２０２の入
出力の非線形特性を補償するリニアライザの変換特性カ
ーブ３１０、真の吸入空気流量変化３１１、熱式空気流
量計２０２の出力信号３１２、応答遅れのない熱式空気
流量計の出力信号３１３および熱式空気流量計２０２の
出力信号をそのままリニアライザに通して得たリニアラ
イザの出力信号３１４及びその各々の平均値を示す。

【００３６】応答遅れのない理想的な熱式空気流量計の
非線形出力３１３に、特性３１０で表されるリニアライ
ジング処理を施せば、元の真の空気流量３１１の信号が
得られる。しかしながら、実際の応答遅れのある熱式空
気流量計２０２の出力信号３１２をそのままリニアライ
ジング処理をすると、信号３１４のようになり、真の空
気流量信号３１１とは位相、振幅及び平均値が相違し、
測定誤差を生じる。

【００３７】一方、本発明による空気流量測定装置にお
いては、熱式空気流量計２０２の出力信号３１２にリニ
アライジング処理する前に、応答遅れ補償のための逆変
換処理をしているので応答遅れのない出力信号３１３と
同じ振幅と位相を有する信号が得られる。そして、逆変
換をした信号に対し特性３１０で表されるリニアライジ
ング処理を施すので、真の空気流量信号３１１が得られ
る。

【００３８】図９に従って、さらに詳細な処理を説明す
る。まず、熱式空気流量計の出力をデジタル化するため
にステップ３２０でＡ／Ｄ変換を行い、ＲＡＭ２０４に
変数Ｖ₀として記憶させる。ここで、Ａ／Ｄ変換の周期
Ｔは、一定時間毎でも、一定クランク角度毎でもよい。
ただし、一定クランク角度毎のタイミングでＡ／Ｄ変換
する場合は、図示しないクロックを用いて、Ａ／Ｄ変換
の周期Ｔを個別に測定する必要がある。一定時間毎にＡ
／Ｄ変換する場合は０．１〜２ｍｓ、一定クランク角度
毎でＡ／Ｄ変換する場合は４気筒のエンジンについては
０．６〜１２°に設定することが望ましい。例えば１ｍ
ｓ刻みでＡ／Ｄ変換したときには、真の流量に対し最大
３％程度の誤差が生じる。

【００３９】燃料噴射量を決定するのに気筒毎の流量値
を求める必要があるので、気筒毎の割り込み（ステップ
３３４）がかかるまでのＡ／Ｄ変換回数を数える手段と
してループカウンタ（ステップ３２１）を設ける。カウ
ント数をｓとする。変換周期がクランク角から定められ
る場合には、このステップは省略できる。ステップ３２
２から３２４はリニアライザを用いて線形化するステッ
プ１０２に相当する。リニアライジング時には、一般的
に（数３）に示す４次式を用いる。

【００４０】

【数３】

【００４１】係数Ｃ_Nは定常状態での出力Ｖと流量Ｑの
関係から求められ、予めＲＯＭ２０５に記録されてい
る。さらに（数３）を、

【００４２】

【数４】

【００４３】と変形し、（数５）に示す演算に好都合な
繰り返し要素Ｑ_Nを抽出する。

【００４４】

【数５】

【００４５】このステップ３２２では、係数Ｃ_NにＡ／
Ｄ変換値Ｖと前回の演算で得たＱ_N-1との積を加える。
ここで、Ｎは繰り返し番号で、初期値０から、カウンタ
でインクリメントされる（ステップ３２３）。係数Ｃ_N
はＲＯＭ２０５に記憶されたデータからカウント数Ｎを
アドレス番号の参照値として求められる。Ｑ_NはＲＡＭ
２０４に格納される。カウント数Ｎが４未満と判断され
たとき（ステップ３２４）は、ステップ３２２に戻さ
れ、ステップ３２２から３２４が繰り返される。

【００４６】この実施例では、リニアライズする際に４
次式が簡単に扱えることから繰り返し次数を４とした
が、リニアライズが可能な範囲であれば、ＣＰＵ２０８
の演算能力に応じて係数の数と繰り返し回数を変えるこ
とができる。さらにリニアライズの精度を良くするため
にマップを用いてもよい。その場合、ＲＯＭ２０５の容
量を多く必要とする。

【００４７】繰返し演算が実行され、条件判断ステップ
３２４でＮ≧４となると、ステップ３２５でＮを初期値
０に戻す。時定数τをステップ３２６で（数１）を用い
て求め、ＲＡＭ２０４に格納する。次に、ステップ３２
７で（数２）に従って応答性補償の逆変換を行う。この
とき時定数τ、周期Ｔ、Ａ／Ｄ変換値Ｖは、ＲＡＭ２０
４に既に格納してある値を使用する。求められた逆変換
値Ｖ_INVをＲＡＭ２０４に格納する。この時点でＲＡＭ
２０４に格納されている時定数τをクリアしてもよい。

【００４８】次に、逆変換の値Ｖ_INVをステップ３２８
〜３３１でリニアライズする。このステップは、ステッ
プ３２２〜３２５と同様のステップである。実行プログ
ラムの上では、同じルーチンであり、ＲＡＭ２０４にお
けるアドレスも共通にしている。リニアライズして得ら
れた値Ｑは、ステップ３３２において前回までのＱの合
計値Ｑsumに加算される。ステップ３３３において、Ａ
／Ｄ変換値Ｖ₀をＶ_-1としてメモリ手段に格納する。以
上の手順を気筒毎の割り込み信号３３５、例えばクラン
ク角センサのレファレンス信号が与えられるまで繰り返
す。割り込み信号が与えられると、ステップ３３４にお
いて繰返し演算ループの外に抜け出す。そして、ステッ
プ３３６でＱの合計値Ｑsumをループカウンタのカウン
ト数ｓで割り、平均流量Ｑoutを求める。同時に、合計
値Ｑsumとループカウンタのカウント数ｓを初期値０に
戻す。

【００４９】平均流量Ｑoutは、噴射量決定ルーチンに
引き渡され、エンジンをモニタする各種センサ信号２１
５から与えられた情報を基に、エンジンの作動環境に応
じた補正係数を乗じて補正される。燃料噴射量が決定さ
れると、出力ポート２０７からインジェクタ２１０に燃
料噴射量の信号が伝えられる。

【００５０】実際の処理波形の一例を図１０に示す。従
来の検出空気流量波形３５５は、真の脈動する空気流量
波形３５４に対して応答遅れを持つ。それとともに検出
平均空気流量３５２は真の平均空気流量３５１より小さ
くなっている。この検出流量波形３５５に対し上述した
処理を加えて逆変換されたのが、逆変換空気流量波形３
５６である。脈動のピーク付近でノイズによる変動がみ
られるが、真の流量波形に追従していることが分かる。
この時の、平均流量を求めると逆変換された平均空気流
量３５３（Ｑout）は、逆流が発生しない状態において
は真の平均空気流量３５１に近似している。つまり、検
出流量値が真の平均流量値より小さくなるという不具合
が解消されている。

【００５１】求められた平均流量Ｑoutにおいては、図
２に示す曲線２２１に見られるように、検出流量が低下
する不具合がなくなり、広範囲にわたって真の流量を正
確に反映している。つまり、逆流が発生する高負荷時に
おいては、逆流時を除いて各時刻における流量２２２は
真の流量カーブとほぼ同一になる。一方、逆流時の各時
刻における流量の絶対値も真の流量カーブとほぼ同一に
なっている。従って、絶対値はほぼ等しいものの符号が
相違するので平均流量は真の流量より大きい値になる。
これは高負荷時に余分に燃料を必要とする実際の機関の
特性に合致している。高負荷域においてもより精密な制
御を必要とする場合には、図１１に示した吸気ダクト内
の逆流を判別するステップ３３７を、ステップ３３１と
ステップ３３２の間に設けることが望ましい。逆流の有
無を判別し逆流分を補正すれば、図２に示す曲線２２５
のようになり、逆流が発生する領域においても検出流量
は真の流量を正確に近似している。なお、図９に示すリ
ニアライズのためのステップ３２２〜３２４と３２８〜
３３０においては、Ａ／Ｄ変換値Ｖもしくは逆変換値Ｖ
_INVから流量を参照できる予めＲＯＭに記憶された流量
のマップを用いてもよい。

【００５２】ここで、逆流が発生したときにその逆流を
判別し、逆流による見かけの検出流量の増大を解消する
具体的方法を説明する。本方法は逆変換、リニアライジ
ング、流量の換算を行った後の信号に適用する。具体的
には、上述した処理方法においてステップ３３２を省き
図１１に示した逆流判別ステップ３３７をステップ３３
３以後に付加することで達成される。

【００５３】この逆流判別の詳細を、図１２を用いて以
下に示す。ブロック４０１は比較器で、リニアライザか
ら出力された値と予め設定されたしきい値とを比較す
る。ここでは、熱式空気流量計における流速が１ｍ／ｓ
であるときの流量をしきい値として設定している。ブロ
ック４０１は、ブロック４０２の出力の方向をスイッチ
ングする機能も有する。ブロック４０１の入力値がしき
い値より小さい場合は、ブロック４０２の出力はブロッ
ク４０４Ｃに送られ、ブロック４０４Ｃで積分後、格納
される。

【００５４】一方、入力値がしきい値より大きい場合に
は、ブロック４０２からブロック４０３とブロック４０
５にスイッチングされる。ブロック４０５は、常にブロ
ック４０２を監視している。スイッチング回路ブロック
４０２において、出力方向がブロック４０４Ｃからステ
ップ４０３へスイッチングされるのに応じて、ブロック
４０３のスイッチング方向も変化させる。その結果、連
続してしきい値以上の値を取る場合は、ブロック４０４
Ａもしくはブロック４０４Ｂに連続して値が送られる。
第１回目はブロック４０４Ａ方向にスイッチングするよ
うに定める。一旦しきい値以下の値になりその後再びし
きい値以上の値になると、スイッチング回路ブロック４
０３では、ブロック４０４Ｂ方向にスイッチングされ
る。

【００５５】これが交互に繰り返される。連続してしき
い値以上の値を示す期間を１期間とする。スタートから
数えて奇数番目の期間はブロック４０４Ａに、偶数番目
はブロック４０４Ｂにそれぞれスイッチングされる。ブ
ロック４０４Ａと４０４Ｂは、ともに入力された値を積
分していく。

【００５６】ブロック４０６はクランク角センサのレフ
ァレンス信号（気筒信号）を監視しており、リファレン
ス信号が検出されない場合は、この時点で再びＡ／Ｄ変
換のプロセスに戻る。リファレンス信号が検出された場
合には、スイッチング作用を持つブロック４０７のスイ
ッチを閉じ、ブロック４０４Ａ〜４０４Ｃの値を次のブ
ロックに伝達し、ブロック４０４Ａ〜４０４Ｃの内容を
クリアする。また、図９のステップ３２１のように、カ
ウンタを使用している場合にはカウンタをリセットす
る。ブロック４０８では、ブロック４０４Ａとブロック
４０４Ｂの値を比較し、ブロック４０９のスイッチング
方向を制御する。

【００５７】ブロック４０９ではブロック４０４Ａと４
０４Ｂより送られた値に（＋）もしくは（−）の一方の
符号を排他的に付加する。つまり、一方は（＋）、もう
片方は（−）の符号となる。ブロック４０９において大
きい方の値に（＋）、小さい方の値に（−）が付加され
るように、ブロック４０８はスイッチングする。

【００５８】ブロック４１１において、ブロック４０９
から出力される２つの値と、ブロック４０４Ｃから出力
される値とを加算し、その和を出力する。この値はクラ
ンク角センサのレファレンス信号が入力された後に次の
レファレンス信号が入力されるまでの時間における流量
の積算値である。この値を燃料噴射量の演算段にそのま
ま伝達してもよい。また、必要に応じてブロック４０２
の前段にカウンタを設け、そのカウント回数でブロック
４１１の出力を除算し平均流量を求めてもよい。なお、
本実施例ではブロック４０７内でのスイッチングにクラ
ンク角センサの毎回のレファレンス信号を用いたが、１
脈動周期以上の時間間隔を有する信号であればよい。例
えば、内燃機関の全気筒が点火するまでの点火間隔に相
当する信号や数気筒分の点火間隔に相当する信号でもよ
い。

【００５９】また、バイパス型の熱式空気流量計を用い
て、主流ではなくバイパス流の流量を熱素子が計測する
場合には、バイパスの流体素子的効果により、順流と逆
流の分流比が異なるおそれもある。このとき、ブロック
４１０Ａ〜４１０Ｃにおいて、順流と逆流の各々の分流
比に応じて補正係数を掛けても良い。

【００６０】図１３に、４気筒エンジンを低回転、高負
荷域において運転したときに逆流が発生した例を示す。
この図では、検出波形に逆変換を行った後の波形４１５
を示す。大きい「ピーク」はエンジンへ吸入される順方
向の流量、小さい「ピーク」は逆流である。小さい「ピ
ーク」は負の流量として出力されるべきであるが、熱式
空気流量計は流れ方向を判別しないので両者とも順方向
の流れとして出力される。このデータに対し、上述の方
法を適用する。

【００６１】本方法によれば、各々の「ピーク」を積分
した結果が出力されので、瞬時流量は出力されない。そ
こで、検証のために逐次Ａ／Ｄ変換された値を時刻とと
もに記録し、ブロック４１１に入力されるデータを時刻
毎に展開する。この結果を図１４に示す。図１４に見ら
れるとおり、しきい値の上方に大きい「ピーク」は順方
向すなわち（＋）の流量、しきい値の下方の小さい「ピ
ーク」は逆の方向の流量すなわち（−）の流量として判
別されている。この出力から平均流量を再プロットする
と、図２の実線２２５で示したものと重なり、破線で示
した実際の特性に極めて近い。

【００６２】本発明における波形処理方法の他の実施例
を図１５に示す。この実施例においては、初めに熱式空
気流量計の出力信号を周期ＴでＡ／Ｄ変換して（ステッ
プ４２０）数値化する。次に、応答性を補償する逆変換
を行う（ステップ４２４）ために時定数τを求める。つ
まり、Ａ／Ｄ変換値を一時的にリニアライザで流量に変
換し（ステップ４２１）、（数１）を用いて時定数τを
ステップ４２２で算出する。この場合、エンジンの脈動
流量に対して遅れを持った流量信号から時定数τを算出
することになるが、平均流量を求めるのには十分な精度
を有する時定数τが得られる。なお、時定数τと、Ａ／
Ｄ変換の周期Ｔと、メモリに格納しておいた（ステップ
４２３）前回のＡ／Ｄ変換値（Ｖ_-1）と今回のＡ／Ｄ変
換値Ｖ_０を用いて、（数２）により応答性を補償する逆
変換（ステップ４２４）を実行する。Ｖ_ＩＮＶは非線形
であるから、信号を再びリニアライザを用いて線形化す
る（ステップ４２１）ことにより、真の流量が求められ
る。本実施例によれば上述の実施例に比べて、リニアラ
イザを１つだけ使用すれば良く、メモリを節約できる効
果がある。

【００６３】上述した実施例の変形例を図１６に示す。
この変形例においては、熱式空気流量計の信号をＡ／Ｄ
変換（ステップ４３１）し、その信号を逆変換してい
る。但し、逆変換で扱うのは熱式空気流量計の非線形性
を保ったままの信号とし、逆変換（ステップ４３３）し
た後に信号をリニアライザに入力し、真の流量信号を得
る（ステップ４３４）。逆変換を行う際に用いる時定数
に相当する定数は、リニアライザから得られた流量信号
をステップ４３２にフィードバックして求められる。本
変形例においては、図１６に示した実施例と同様の効果
を有する。さらに図１６の実施例に比較して、時定数を
求める際に処理結果をフィードバックするので、時定数
の精度が向上し正確な制御ができる効果もある。

【００６４】本発明の更に他の変形例を図１７に示す。
この変形例においては、Ａ／Ｄ変換（ステップ４７１）
した信号を２系統に分離し、一方の系統で真の流量に対
応した出力からの誤差を求める逆変換を行い、最終段の
ステップ４７８で他の系統の出力に加算して真の流量に
対応する非線形性を持つ出力を求める。その後、真の流
量に換算するためにリニアライザに信号を戻す。

【００６５】誤差を求める系統を説明すると、Ａ／Ｄ変
換値をリニアライザに入力して線形化し（ステップ４７
２）、次のステップ４７３で空気流量の関数で表される
時定数を求める。さらに時定数とＡ／Ｄ変換の周期に関
係した２つの係数をステップ４７４で定める。この時、
エンジンの脈動流量に対して遅れを持つ流量信号を用い
て時定数τを算出することになるが、平均流量を求める
には十分な精度である。なお、メモリにＡ／Ｄ変換値を
記憶しておく（ステップ４７５）。真の流量に対応した
出力の誤差を求める逆変換４７６を行う際には、２つの
係数とメモリに記憶してある前回のＡ／Ｄ変換値と、今
回のＡ／Ｄ変換値と、さらに前回求めた誤差量を使用す
る。これにゲインを掛け（ステップ４７７）、２系統に
分離する前のＡ／Ｄ変換値に加算することにより真の流
量に対応した非線形性を保持する信号を得る。真の流量
は再びリニアライザに戻してリニアライズする（ステッ
プ４７２）ことにより得られる。本変形例によれば、図
１５、６に示した実施例や変形例に比べて時定数を遅れ
のある信号より求めているので安定した制御を行える効
果がある。

【００６６】本発明の他の変形例を図１８に示す。この
変形例においては、Ａ／Ｄ変換（ステップ４６１）した
信号を２系統に分離し、一方の系統で真の流量に対応し
た出力からの誤差を求める逆変換を行う。そして、最終
段のステップ４６７で逆変換された信号に他の系統から
の信号を加算して、真の流量に対応する非線形性を持つ
出力を求める。さらに、この信号を真の流量に換算する
ためにリニアライザを使用して線形化する（ステップ４
６８）。

【００６７】誤差を求める系統は以下のようになってい
る。リニアライズした（ステップ４６８）信号をフィー
ドバックし、空気流量の関数で表される時定数をステッ
プ４６３で求めるとともに、時定数とＡ／Ｄ変換の周期
に関係した２つの係数をステップ４６４で定める。ま
た、メモリにＡ／Ｄ変換値を記憶しておく（ステップ４
６２）。逆変換（ステップ４６５）の演算を実行する際
には、２つの係数とメモリに記憶してある前回のＡ／Ｄ
変換値と、今回のＡ／Ｄ変換値と、さらに前回求めた誤
差量を使用する。このようにして求めた誤差にさらにゲ
インを掛け（ステップ４６６）、２系統に分離する前の
Ａ／Ｄ変換値を最終段のステップ４６７で加算し、真の
流量に対応した非線形な出力を求め、その後真の流量を
リニアライザで求める（ステップ４６８）。本変形例に
よれば、図１７に示したのと同様の効果の他、応答性補
償部が完全に分離されているので、応答性補償部の故障
時に容易に対応できるという効果もある。

【００６８】ここで、上記各変形例においては、Ａ／Ｄ
変換を周期Ｔ毎に実行したが、一定のクランク角毎、例
えば１２°毎にサンプリングするようにしてもよい。こ
の場合は図示しないがクロックで周期Ｔを測定しても良
い。

【００６９】

【発明の効果】以上述べたように本発明の熱式空気流量
計によると、逆流量を判別しているので正確な空気流量
を得ることができる。また、脈動しているエンジンの吸
入空気量を応答の遅い熱式空気流量計で計測する場合に
おいても、熱式空気流量計の出力の応答性を補償する逆
変換と、線形化処理を実行しているので正確な空気流量
を測定できる。さらに、逆流が伴う脈動流においても、
平均検出流量値の異常な低下や異常な増加を防止でき、
正確な平均流量を求めることができる。これにより、内
燃機関のより高度な制御が可能になると共に、燃費の向
上等の効果も生じる。

【００７０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内燃機関の空気流量計測システム
の模式図である。

【図２】一定回転数で負荷を変化させたときの真の平均
流量と逆変換により求められた平均流量の関係を示す図
である。

【図３】真の流量波形と従来の方法で逆変換した流量波
形の関係を示す図である。

【図４】本発明の一実施例に用いる熱式空気流量計の処
理フローを示す図である。

【図５】本発明の一実施例における逆変換処理のフロー
図である。

【図６】本発明の一実施例における信号処理のフローを
示す図である。

【図７】流量と時定数の関係を示す図である。

【図８】真の流量を得る原理の説明図である。

【図９】本発明の一実施例における信号処理の詳細フロ
ーを示す図である。

【図１０】本発明の一実施例において逆変換により得ら
れた流量の信号波形を示す図である。

【図１１】逆流を検出するフローを示す図である。

【図１２】本発明の一実施例における逆流判別手段の詳
細構成図である。

【図１３】本発明の一実施例において、逆流が発生した
ときの逆変換後の流量波形を示す図である。

【図１４】本発明の一実施例において、逆変換および逆
流判別を実行した後の処理波形を示す図である。

【図１５】本発明の他の実施例のフローを示す図であ
る。

【図１６】本発明の変形例のフローを示す図である。

【図１７】本発明の他の変形例のフローを示す図であ
る。

【図１８】本発明のさらに他の変形例のフローを示す図
である。

【符号の説明】

２０１…熱式空気流量計の信号、２０２…熱式空気流量
計、２０３…Ａ／Ｄ変換器、２０４…ＲＡＭ、２０５…
ＲＯＭ、２０６…エンジン制御ユニット、２０７…出力
ポート、２０８…ＣＰＵ、２０９…燃料噴射信号、２１
０…インジェクタ、２１１…排気管、２１２…エンジ
ン、２１３…スロットル、２１４…吸気管、２１５…各
種センサの信号、２１６…プリプロセッサ、２１７…ク
ランク角センサ、２１８…クランク角センサの信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 千尋 茨城県ひたちなか市大字高場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 五十嵐 信弥 茨城県ひたちなか市大字高場2477番地 株 式会社日立カーエンジニアリング内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸入空気量を熱式空気流量計の
   出力を用いて測定する空気流量計測装置において、 前記熱式空気流量計の出力を入力し応答遅れを補正する
   手段と、この補正手段の出力を入力し予め記憶された前
   記熱式空気流量計の特性に基づいて空気流量に対応する
   値に変換するリニアライズ手段と、このリニアライズ手
   段の出力を入力とし逆流を判別する逆流判別手段とを備
   えたことを特徴とする空気流量計測装置。
2. 【請求項２】内燃機関の吸入空気量を熱式空気流量計の
   出力を用いて測定する空気流量計測装置において、 前記熱式空気流量計の出力信号をサンプリングするＡ／
   Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換された
   デジタル信号を２つの系統に分離して、第１の系統で真
   の流量に対応する出力からの誤差を求めるための逆変換
   を行い、この逆変換された値を第２の系統に加算しこの
   加算された信号に対して予め記憶された前記熱式空気流
   量計の特性に基づいて空気流量に対応する値に変換する
   リニアライズ手段と、このリニアライズ手段の出力を入
   力とし逆流を判別する逆流判別手段とを備えたことを特
   徴とする空気流量計測装置。
3. 【請求項３】前記逆流を判別する手段は、予め定められ
   た閾値と前記リニアライズ手段から得られた空気流量に
   対応する出力信号とを比較する第１の比較要素と、この
   第１の比較要素の出力に応じて前記出力を格納し積分す
   る複数の積分要素と、この複数の積分要素中の２つの積
   分要素の出力を比較する第２の比較要素と、この第２の
   比較要素の出力に応じて正又は負の符号を排他的に付加
   する符号付加要素とを備えたことを特徴とする請求項２
   に記載の空気流量計測装置。
4. 【請求項４】前記第１の比較要素の出力が連続して閾値
   以上であるときは、同一の積分要素に第１の比較要素の
   出力を入力する第１のスイッチング要素を設けたことを
   特徴とする請求項３に記載の空気流量計測装置。
5. 【請求項５】前記逆流を判別する手段は、空気流量に対
   応する信号を予め定められた閾値と比較する第１の比較
   要素と、前記信号が連続して閾値以上である積分期間に
   おける前記信号を入力し積算する第１及び第２の積分要
   素と、前記積分期間を交互に第１と第２の積分要素に切
   り替えるスイッチング要素と、この第１及び第２の積分
   要素の出力を所定時間後に比較する第２の比較要素と、
   第１の積分要素の出力と第２の積分要素の出力の小さい
   方に負の符号を付加する符号付加要素とを有する請求項
   ２に記載の空気流量計測装置。
6. 【請求項６】クランクの回転に同期した信号を検出する
   信号検出手段を設け、この信号検出手段の検出した信号
   間隔を前記積分要素の積分時間としたことを特徴とする
   請求項３乃至５の何れか１項に記載の空気流量測定装
   置。
7. 【請求項７】内燃機関の吸入空気量を熱式空気流量計の
   出力を用いて測定する空気流量計測方法において、 前記熱式空気流量計の出力信号をサンプリングし、この
   サンプリングされた信号から時定数を決定し、この決定
   された時定数を用いて前記出力信号を流量の信号に逆変
   換し、この逆変換された信号に対して線形化し、この線
   形化された信号に基づいて逆流を判別して空気流量を求
   めることを特徴とする空気流量計測方法。
8. 【請求項８】前記逆流の判別において、サンプリングデ
   ータに基づいて得られた流量に対応した値が連続して設
   定値以上となる期間を１つの単位としたときに、第１の
   単位に対してその次に連続して設定値以上となる第２の
   単位の流れ方向は、第１の単位と逆方向であるとしたこ
   とを特徴とする請求項７に記載の空気流量計測方法。
9. 【請求項９】前記逆流の判別において、所定時間中の奇
   数番の前記単位に含まれる前記線形化された信号の出力
   と、偶数番の前記単位に含まれる前記線形化された信号
   の出力とを各々別個に積分し、その積分値の大小を比較
   し小さい方を逆流と判別するものであることを特徴とす
   る請求項７または８のいずれかに記載の空気流量測定方
   法。
10. 【請求項１０】クランクの回転に同期した信号を検出す
    る信号検出手段の検出した信号間隔を、前記積分の時間
    としたことを特徴とする請求項９に記載の空気流量測定
    方法。
11. 【請求項１１】前記積分の時間を０．１乃至２ｍｓとし
    たことを特徴とする請求項９に記載の空気流量測定方
    法。
12. 【請求項１２】前記積分の時間をエンジンのクランク角
    度が０．６乃至１２°変位する時間としたことを特徴と
    する請求項９に記載の空気流量測定方法。
13. 【請求項１３】前記サンプリングを周期的に行い、その
    周期をクロックで測定される時間毎とするともに内燃機
    関の回転速度に応じて可変に設定したことを特徴とする
    請求項７ないし９のいずれか１項に記載の空気流量測定
    方法。