JPH10153465A - 空気流量測定装置の測定誤差補正方法および測定誤差補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関の空気流量の検出において、吸気管内
の脈動流によって生じる発熱抵抗体式空気流量測定装置
の誤差補正を的確に行う。 【解決手段】エンジンへの吸入空気温度変化による吸気
管共鳴回転数の変化分を、吸気温度に応じて補正し、そ
の補正量を発熱抵抗体式空気流量測定装置の誤差補正に
適用させる。 【効果】吸気管の共鳴回転数を適切に判断できるため、
発熱抵抗体式空気流量測定装置の脈動影響の誤差補正を
的確に行え、その結果、高精度なエンジンの燃料制御を
行うことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば熱線等を使
って熱線から空気への放熱量を基に空気流量を測定する
空気質量測定装置における誤差補正方法および装置であ
って、特に自動車の内燃機関エンジンに吸入される空気
流量を測定する際に、吸気脈動により生じる主に逆流に
より生じる測定誤差の測定誤差補正方法および装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】発熱抵抗式空気流量測定装置の脈動域に
おける測定誤差補正方法としては、図６に示したよう
な、スロットルバルブ開度（α）及び、回転数（Ｎ）に
より補正マップを有する補正方法が公知の技術として知
られている。

【０００３】また、吸気管の共鳴回転数（周波数）に応
じた補正方法としては、特開平8−105781号が公知の技
術としてある。これはエンジン毎のばらつきによる共鳴
回転数のばらつきを補正する方法であり、吸入空気温度
による吸気管の共鳴回転数の変化についての記載はな
い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】流量検出素子である発
熱抵抗体はその構造上流れの方向を検出することは困難
である。このため、逆流が生じると発熱抵抗体は逆流も
順流と判断して検出してしまいその分誤差として検出し
てしまう。

【０００５】また、エンジンの吸気管内を流れる空気量
は吸気バルブの開閉に伴い脈動流となる。この脈動の大
きさはスロットルバルブが比較的閉じた場合には小さ
く、スロットルバルブの全開付近となるにつれて大きな
脈動流となる。

【０００６】その概要を図５を使い説明する。回転数を
一定に保ちながらスロットルバルブを徐々に開けていく
と吸入流速（流量）の増加に伴い、吸気管内の脈動振幅
も徐々に大きくなりＢ点以降で逆流を伴う脈動状態とな
る。しかしながら発熱抵抗体はその構造上流れの方向を
検出することは困難であり、順流でも逆流でも単に流速
として検出する。そのため、逆流が生じても発熱抵抗体
はそれを素直に流速として検出してしまい、その結果プ
ラス側の誤差を示すのである。これらの理由により発熱
抵抗体式空気流量測定装置を使用した場合には脈動時の
誤差補正が必ず必要となるのである。

【０００７】また、同じスロットルバルブ開度であって
もエンジン回転数によって脈動の大きさは変化する。こ
れは、吸気管の共鳴によるものであり、共鳴回転数付近
（又は共鳴回転数のｎ次倍）で最も大きな脈動振幅とな
るためである。このため、吸気管内のスロットルバルブ
全開付近でかつ、吸気管の共鳴回転数付近では最も脈動
振幅が大きくなり場合によっては逆流を伴うような脈動
流となるのである。このため、従来技術で述べたエンジ
ン回転数とスロットルバルブによる補正マップにより補
正が可能となるのである。

【０００８】ここで、吸気管内の共鳴状態を示したのが
図８である。図に示す左側の開放端はエアクリーナの空
気取り込み口であり、図示右側の脈動源はエンジンのイ
ンテークマニホールドの端に相当する。共鳴状態には図
示したように複数のモードが存在し、エンジンの状態に
より複数のモードが共鳴に影響を及ぼす。

【０００９】しかし、前記したエンジンの共鳴回転数は
常に一定ではなく、吸入空気温度により変化する。これ
は、吸気管の共鳴周波数が式（１）により表され、音速
により変化するためである。

【００１０】 共鳴周波数ｆｐ＝ａ×（２×ｎ−１）／（４×Ｌ） …式（１） ａ：音速（ｍ／ｓ） Ｌ：吸気管長さ（ｍ） ｎ：次数（モード数） 音速は温度により変化し、概略的には式（２）で表され
る。

【００１１】 音速ａ＝３３１＋０.６×ｔ …式（２） ｔ：温度（℃） このため、共鳴回転数が変わり、例えば図７に示すよう
に基準温度（エンジンマッチング時の温度）に対して温
度が変化し、共鳴回転数が変化すると、補正量も変化
し、基準状態の補正値に対して誤差が生じ、的確な誤差
補正ができなくなる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題に対応するた
め、吸入空気温度に応じて発熱抵抗体式空気流量測定装
置の誤差補正量を変えることとした。これにより温度変
化により共鳴回転数が変化したとしてもその変化を的確
にとらえらるため高精度な誤差補正が可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を以下の図面に従
い詳細に説明する。

【００１４】まず最初に、発熱抵抗体式空気流量測定装
置の動作原理について説明する。図１２は発熱抵抗体式
空気流量測定装置の概略構成図である。発熱抵抗体式空
気流量測定装置の駆動回路１０１は大きく分けてブリッ
ジ回路とフィードバック回路から成り立っている。吸入
空気流量測定を行うための発熱抵抗体３ＲＨ、吸入空気
温度を補償するための感温抵抗体４ＲＣ及びＲ１０，Ｒ
１１でブリッジ回路を組み、オペアンプＯＰ１を使いフ
ィードバックをかけながら発熱抵抗体３ＲＨと感温抵抗
体４ＲＣの間に一定温度差を保つように発熱抵抗体３Ｒ
Ｈに加熱電流Ｉｈを流して空気流量に応じた出力信号Ｖ
２を出力する。つまり流速の速い場合には発熱抵抗体３
ＲＨから奪われる熱量が多いため加熱電流Ｉｈを多く流
す。これに対して流速の遅い場合には発熱抵抗体Ｒｈか
ら奪われる熱量が少ないため加熱電流も少なくてすむの
である。ここで発熱抵抗体３Ｒｈから奪われる熱量は空
気の流れの方向によらず順流でも逆流でも同じであるた
め逆流時にも加熱電流Ｉｈが流れるため発熱抵抗体式空
気流量測定装置の過大検出誤差が生じるのである。

【００１５】図１３は発熱抵抗式空気流量計の一例を示
す横断面であり、図１４はその上流（左側）から見た外
観図である。

【００１６】発熱抵抗体式空気流量測定装置の構成部品
としては駆動回路を構成する回路基板２を内蔵するハウ
ジング構成部材１及び非導電性部材により形成される副
空気通路構成部材１０等があり、副空気通路構成部材１
０の中には空気流量検出のための発熱抵抗体３，吸入空
気温度を補償するための感温抵抗体４が導電性部材によ
り構成された支持体５を介して回路基板２と電気的に接
続されるように配置され、ハウジング，回路基板，副空
気通路，発熱抵抗体，感温抵抗体等、これらを発熱抵抗
体式空気流量測定装置の一体のモジュールとして構成さ
れている。また、吸気管路を構成する主空気通路構成部
材２０の壁面には穴２５があけられており、この穴２５
より前記発熱抵抗体式空気流量測定装置の副空気通路部
分を外部より挿入して副空気通路構成部材の壁面とハウ
ジング構成部材１とをネジ７等で機械的強度を保つよう
に固定されている。ここで副空気通路が挿入される主空
気通路部分はほぼ円筒管であり、主空気通路の空気の流
れる有効断面積は副空気通路の出入口の配置箇所でほぼ
同じである。また、副空気通路構成部材１０と主空気通
路構成部材の間にシール材６を取り付けて、気密性を保
っている。

【００１７】次に本発明の具体的な説明内容について説
明する。

【００１８】まず、図１は本発明の基本的な概念図を示
したものである。前記したとおり吸入空気流量検出手段
として発熱抵抗体式空気流量測定装置を使用し、逆流を
伴うような状態におかれた場合には、その逆流の影響に
より過大測定誤差を生じる。このため、この過大誤差を
解消するためにエンジン毎にマッチングをし、例えば前
記したようなスロットルバルブ開度とエンジン回転数の
マップ等を用いて補正を行うのである。

【００１９】しかし、この脈動時の誤差補正は多くの場
合エンジンあるいは車両の開発のマッチングの一度で行
っている。このため、夏の暑い時期や、冬の寒い時期等
温度変化の大きな時期には前記したとおり共鳴周波数の
温度変化により共鳴エンジン回転数が変わりマッチング
時の補正に対してずれが生じてしまい、正確な制御がで
きなくなる。

【００２０】このため、図１においては補正量の演算手
段時にエンジン回転数とスロットル開度の他に吸気温度
を検出して、燃料供給量決定のための補正のために使用
するものである。具体的な例を図１０及び図１１を用い
て説明する。

【００２１】まず図１０は逆流の生じる条件下である一
定回転数１８００（rpm ）に保ちながら徐々にスロット
ルバルブを開けて発熱抵抗体の出力値をグラフ化したも
のである。グラフ横軸がスロットル開度、縦軸が発熱抵
抗体の検出空気流量である。本例ではスロットル開度３
０°では逆流の発生がなく、３２〜３３°付近から徐々
に逆流が出始め、４０°で真値に対して＋１５％、５０
°で＋３０％となり、最終的には９０°（全開）で＋５
０％の誤差を示すものである。この誤差を補正するため
に図１１に示すようなマップを用いている。横割がエン
ジン回転数、縦割りがスロットル開度のマス目を作り、
そのマス目各々に補正量を入力する。図１０の例で示し
た例ではスロットル開度３０°までは逆流の発生がない
ためマス目に入る補正量はゼロである。しかし、４０°
になると＋１５％の誤差があるために、その分少ない空
気流量にするために−１５％補正する値を入力してい
る。このマップ事体は公知の技術であるが、本発明では
横割のエンジン回転数の値を回転数センサより得られた
回転数に対して温度条件を入力して算出して得られた値
を使用していることが特徴である。具体的には吸気温度
信号を使って音速を求めて式（３）を使い補正に用いて
いる。

【００２２】 Ne new＝ｋ×Ne×（３３１＋０.６×Ta）／（３３１＋０.６×Tm） …式（３） Ne：回転数センサにより得られた実際のエンジン回転数 Ta：吸気温度センサにより得られた吸気温度 Tm：補正マップ作成時の吸気温度 ｋ：定数（吸気管路長，次数等） これにより、補正マップ作成時の吸気温度Tmが２０℃で
吸気温度センサにより得られた吸気温度Taも同じく２０
℃であればマッチング時と同じ補正を行う。しかし、例
えば、図７に示したように吸気温度が高く例えば吸気温
度Taが４０℃となった場合には３３１＋０.６×４０＝
３５５ｍ／ｓ となる。一方、吸気温度Tmが２０℃の場
合には３３１＋０.６×２０＝３４３ｍ／ｓ であり吸気
温度Taが４０℃の場合には音速で１.０３５ 倍になる。
よって共鳴周波数も式（１）より１.０３５倍になる。
つまり図１１に示した１８００（rpm）の補正値は１８
００×１.０３５＝１８６３（rpm）へ移らなければなら
ない。そこで、式（３）を用いて新たな回転数を算出
し、その値をマップの横割軸に与えれば吸気温度による
共鳴回転数ズレを補償し、一つのマップにより正確な補
正が可能となるのである。

【００２３】図２に示す図は、更なる補正方法の具体的
な案の一つである。エンジン回転数とスロットルバルブ
開度による補正マップを複数用意しておき、吸入空気温
度の検出値に応じて補正マップを切り換えて使用するも
のである。これは例えば吸入空気温度が４０℃以下なら
補正マップＡを使用し、４０〜６０℃なら補正マップＢ
を、６０℃以上なら補正マップＣを使用する補正手段で
ある。

【００２４】図３に示す図は、更なる補正方法の具体的
な案の一つで図１１の補正方法を示すブロック図であ
る。エンジン回転数軸には吸入空気温度を加味した値を
使用する。図中には新たなる回転数として記載したが、
回転数としてではなく回転数と吸入温度による関数とし
て表しても、もちろん良い。この方法は基本的には現在
の補正マップのアルゴリズムをそのまま使用できる利点
がある。

【００２５】図４に示す図は、更なる補正方法の具体的
な案の一つである。図１との違いはエンジン回転数及び
スロットル開度の検出手段として用いる発熱抵抗体式空
気流量測定装置からの検出波形を信号処理をして検出す
ることを特徴としている。図中点線で示した部分が発熱
抵抗体式空気流量測定装置の回路構成部を示している。
エンジン回転数検出手段としてはＦＦＴ処理をソフト的
に行うことにより達成でき、スロットルバルブ開度の検
出手段としては検出吸入空気流量の平均値と脈動振幅な
どのエンジンの動作状態を特徴付けるものにより概略推
定が可能である。これにより、このような処理装置並び
に補正量演算手段，燃料供給量演算手段を備え更に吸入
空気温度検出手段を一体化した発熱抵抗体式空気流量測
定装置の提供が可能となるため、燃料供給量供給手段を
含む例えばエンジンコントロールユニットのハード及び
ソフトの簡略化が図れる。

【００２６】最後に、図９を使い電子燃料噴射方式の内
燃機関に本発明品を適用した一実施例を示す。

【００２７】エアクリーナ５４から吸入された吸入空気
６７は、発熱抵抗式空気流量測定装置のボディ５３，吸
入ダクト５５，スロットルボディ５８及び燃料が供給さ
れるインジェクタ６０を備えたインテークマニホールド
５９を経て、エンジンシリンダ６２に吸入される。一
方、エンジンシリンダで発生したガス６３は排気マニホ
ールド６４を経て排出される。

【００２８】発熱抵抗式空気流量測定装置の回路モジュ
ール５２から出力される空気流量信号，温度センサから
の吸入空気温度信号，スロットル角度センサ５７から出
力されるスロットルバルブ角度信号，排気マニホールド
６４に設けられた酸素濃度計６５から出力される酸素濃
度信号及び、エンジン回転速度計６１から出力されるエ
ンジン回転速度信号等、これらを入力するアイドルコン
トロールユニット６６はこれらの信号を逐次演算して最
適な燃料噴射量とアイドルエアコントロールバルブ開度
を求め、その値を使って前記インジェクタ６０及びアイ
ドルコントロールユニット６６を制御する。

【００２９】

【発明の効果】吸気温度により吸気管の共鳴回転数を適
切に判断できる。このため、吸気管内の気柱共鳴状態を
的確に判断でき、例え、エンジンマッチング時と比べて
共鳴回転数が変わったとしても発熱抵抗体式空気流量測
定装置の脈動影響の誤差補正を的確に行え、その結果、
エンジンの燃料制御を高精度に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本概念を示す図。

【図２】本発明の実際の補正方法の概念を示す図。

【図３】本発明の実際の補正方法の概念を示す図。

【図４】本発明の実際の補正方法の概念を示す図。

【図５】本発明の課題の一つである発熱抵抗体式空気流
量測定装置の逆流による出力増加を表す図。

【図６】スロットル開度とエンジン回転数による補正マ
ップを示す図。

【図７】吸入温度の違いによる発熱抵抗体式空気流量測
定装置の逆流による誤差量をエンジン回転数を横軸に記
載した図。

【図８】吸気管の共鳴状態を示す図。

【図９】内燃機関の燃料噴射システムを示す図。

【図１０】本発明の課題の一つである発熱抵抗体式空気
流量測定装置の逆流による出力増加を表す一例を示す
図。

【図１１】スロットル開度とエンジン回転数による本発
明に用いる補正マップの一例を示す図。

【図１２】発熱抵抗体式空気流量測定装置の回路構成を
示す図。

【図１３】発熱抵抗体式空気流量測定装置の実装の一例
を示す横断面図。

【図１４】図１３を空気の流れる上流方向から見た図。

【符号の説明】

１…ハウジング構成部材、２…回路基板、３…発熱抵抗
体、４…感温抵抗体、５…導電性支持体、６…シール
材、１０…副空気通路構成部材、１１…副空気通路入
口、１２…副空気通路出口、１３…縦通路、１４…横通
路、２０…主空気通路構成部材、２２…主空気通路、２
３…順方向空気流れ、２４…逆方向空気流れ、２５…
穴、５１…吸気温度センサ、５２…回路モジュール、５
３…ボディ、５４…エアクリーナ、５５…吸入ダクト、
５６…アイドルエアコントロールバルブ、５７…スロッ
トル角度センサ、５８…スロットルボディ、５９…イン
テークマニホールド、６０…インジェクタ、６１…エン
ジン回転速度計、６２…エンジンシリンダ、６３…ガ
ス、６４…排気マニホールド、６５…酸素濃度計、６６
…アイドルコントロールユニット、６７…吸入空気。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸入空気流量を測定するために
   用いられる発熱抵抗体式空気流量測定装置における脈動
   流により生じる測定誤差の補正方法において、吸入空気
   温度の変化により生じる吸気管の共鳴周波数（エンジン
   共鳴回転数）の変化に応じた補正を行うことを特徴とす
   る空気流量測定装置の測定誤差補正方法。
2. 【請求項２】内燃機関の吸入空気流量を測定するために
   用いられる発熱抵抗体式空気流量測定装置における脈動
   流により生じる測定誤差の補正方法であって、前記発熱
   抵抗体式空気流量測定装置からの流量信号の他に、エン
   ジンの動作状態を特徴付ける少なくとも二つの特性信号
   を利用し、これらの出力信号から補正量を決定し、発熱
   抵抗体式空気流量測定装置の流量信号に補正する測定誤
   差補正方法において、前記補正量が、吸入空気温度によ
   り変化することを特徴とする空気流量測定装置の測定誤
   差補正方法。
3. 【請求項３】内燃機関の吸入空気流量を測定するために
   用いられる発熱抵抗体式空気流量測定装置の脈動流によ
   り生じる測定誤差の補正方法において、前記発熱抵抗体
   式空気流量測定装置からの流量信号の他に少なくとも、
   エンジン回転数信号及び、スロットルバルブ開度信号の
   他に吸入空気温度信号を使用して補正量を決定すること
   を特徴とする空気流量測定装置の測定誤差補正方法。
4. 【請求項４】請求項３に記載の測定誤差補正方法におい
   て、エンジン回転数信号及び、スロットルバルブ開度信
   号及び補正量からなるマップを有し、前記エンジン回転
   数信号を読み取る際の値を吸入空気温度信号により変化
   させることを特徴とする空気流量測定装置の測定誤差補
   正方法。
5. 【請求項５】請求項４に記載の測定誤差補正方法におい
   て、前記エンジン回転数信号の値を吸入空気温度信号に
   より変化させる手段として、補正を行う際の吸気温度信
   号と、基準時の温度との比較を行い、その温度の率に応
   じて新たなエンジン回転数信号として変化させることを
   特徴とする空気流量測定装置の測定誤差補正方法。
6. 【請求項６】請求項４に記載の測定誤差補正方法におい
   て、前記エンジン回転数信号の値を吸入空気温度信号に
   より変化させる手段として吸気温度信号から求めた音速
   あるいは共鳴周波数に対応する値と、基準の音速あるい
   は共鳴周波数に対応する値との比較を行い、その率に応
   じてエンジン回転数の値を変化させてから、前記マップ
   の回転数を読み取ることを特徴とする空気流量測定装置
   の測定誤差補正方法。
7. 【請求項７】請求項６に記載の測定誤差補正方法におい
   て、基準となる音速あるいは共鳴周波数に対応する値は
   車両あるいはエンジン開発時のマッチング時の値を用い
   ることを特徴とする空気流量測定装置の測定誤差補正方
   法。
8. 【請求項８】内燃機関の吸入空気流量を測定するために
   用いられる発熱抵抗体式空気流量測定装置の特に脈動流
   により生じる測定誤差の補正方法において、エンジン回
   転数信号と、スロットルバルブ開度信号及び補正量から
   なる複数の補正マップを有し、この複数の補正マップを
   吸入温度に応じて切り換えるか、二つの補正マップ間で
   補間を行って補正量を決定し補正を行うことを特徴とす
   る空気流量測定装置の測定誤差補正方法。
9. 【請求項９】内燃機関の吸入空気流量を測定するために
   用いられる発熱抵抗体式空気流量測定装置において、吸
   入温度検出手段を持ち、更に、発熱抵抗体から得られる
   脈動波形信号を使ってエンジンの動作状態を特徴付ける
   例えばエンジン回転数及びスロットルバルブ開度等を予
   測算出し、これらの信号によりエンジンの吸気脈動によ
   り生じる検出誤差を補正した流量信号を出力する処理装
   置を備えたことを特徴とする空気流量測定装置の測定誤
   差補正方法。
10. 【請求項１０】内燃機関の回転数を入力する手段と、 前記内燃機関の吸気系に設けられた絞り弁の開度を入力
    する手段と、 前記内燃機関に吸入される空気の温度を入力する手段
    と、 入力された前記回転数と前記絞り弁の開度と前記空気の
    温度とに基づいて、前記内燃機関に吸入される空気量を
    測定する空気流量測定装置の出力信号を補正する補正手
    段と、を備えた測定誤差補正装置。
11. 【請求項１１】内燃機関の回転数を入力し、 前記内燃機関の吸気系に設けられた絞り弁の開度を入力
    し、 前記内燃機関に吸入される空気の温度を入力し、 入力された前記回転数と前記絞り弁の開度と前記空気の
    温度とに基づいて、前記内燃機関に吸入される空気量を
    測定する空気流量測定装置の出力信号を補正する空気流
    量測定装置の測定誤差補正方法。
12. 【請求項１２】内燃機関の回転数を入力する手段と、 前記内燃機関の吸気系に設けられた絞り弁の開度を入力
    する手段と、 前記内燃機関に吸入される空気の温度を入力する手段
    と、 前記内燃機関に吸入される空気量を測定する空気流量測
    定装置の出力信号を入力する手段と、 入力された前記回転数と前記絞り弁の開度と前記空気の
    温度と前記出力信号とに基づいて前記内燃機関に供給す
    る燃料量を演算する演算手段と、を備えた測定誤差補正
    装置。
13. 【請求項１３】内燃機関の回転数を入力し、 前記内燃機関の吸気系に設けられた絞り弁の開度を入力
    し、 前記内燃機関に吸入される空気の温度を入力し、 前記内燃機関に吸入される空気量を測定する空気流量測
    定装置の出力信号を入力し、 入力された前記回転数と前記絞り弁の開度と前記空気の
    温度と前記出力信号とに基づいて前記内燃機関に供給す
    る燃料量を演算する空気流量測定装置の測定誤差補正方
    法。
14. 【請求項１４】空気流量測定装置により測定される内燃
    機関に吸入される空気量を入力する手段と、 前記内燃機関に吸入される空気の温度を入力する手段
    と、 前記空気の温度に基づいて、前記空気の脈動流により生
    じる空気流量測定手段の測定誤差を補正する手段と、を
    備えた測定誤差補正装置。
15. 【請求項１５】空気流量測定装置により内燃機関に吸入
    される空気量を測定し、 前記内燃機関に吸入される空気の温度を検出し、 前記空気の温度に基づいて、前記空気の脈動流により生
    じる空気流量測定装置の測定誤差を補正する空気流量測
    定装置の測定誤差補正方法。
16. 【請求項１６】内燃機関に吸入される空気量を測定する
    空気流量測定装置と、 前記内燃機関に燃料を供給する燃料供給手段と、 請求項１０または１２または１４のいずれか記載の測定
    誤差補正装置と、を備えた内燃機関制御システム。