JPH10169499A

JPH10169499A - エンジン制御方法及び装置

Info

Publication number: JPH10169499A
Application number: JP32533596A
Authority: JP
Inventors: Nobushige Oyama; 宣茂大山; Minoru Osuga; 大須賀　　稔; Teruo Yamauchi; 照夫山内; Yutaka Nishimura; 豊西村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 1998-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】応答性などを低下することなく逆流を検出し適
正な空気流量でエンジンの燃焼を制御するエンジン制御
装置を提供する。【解決手段】エンジン制御装置は、吸気管内の空気流の
逆流を判定し逆流補正して求めた空気流量に基づいて、
シリンダ１内の燃焼を制御するに、当該空気流量を測定
する流量計７の出力の時間微分値を用いて逆流を判定す
る処理装置１２を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】ガソリンエンジン，ディーゼ
ルエンジン等のピストンが往復動するエンジン制御方法
及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジン吸入空気の空気流量の計測に関
し熱線式空気流量計では、逆流に際しても正の出力とな
るので、空気流量を多く見積りその分燃料量を多くし
て、エンジンに供給するが、燃焼が不完全になり、燃費
増大，一酸化炭素や炭化水素の排出の増大などを招く虞
れがある。そこで、特公平2−41688号公報には、サージ
タンク室を設けて流体力学的に逆流を低減し、上記問題
を解消する技術が開示されている。また、２個の流量計
を用いて、一方の流量計で逆流を検出して逆流補正する
技術が「SAE Paper 950433」に開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の前者技術においては、応答性の低下に、また、
後者では、測定精度と部品点数に難点がある。
従って、本発明の目的は、最少個
数の流量計で、応答性，測定精度を低下することなく逆
流を検出し、燃費や有害排ガス成分の低減に繋がるエン
ジン制御方法及び装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明によるエンジン制御方法の特徴は、吸入空気の流れの
逆流を判定し、かつ流量計が測定した該吸入空気の空気
流量を逆流補正して、エンジンの燃焼を制御するエンジ
ン制御方法において、前記流量計の上・下流の空気圧差
をソフト的に求めて、該空気圧差の正負関係から逆流を
判定することにある。

【０００５】また、本発明によるエンジン制御装置の特
徴は、吸気管内の空気流の逆流を判定し逆流補正して求
めた空気流量に基づいて、エンジンの燃焼を制御するエ
ンジン制御装置において、前記空気流量を測定する流量
計の出力の時間微分値を用いて逆流を判定する逆流判定
手段を設けるところにある。

【０００６】本発明によれば、流量計の出力の時間微
分値から流量計の上・下流の空気圧差が求まり該空気圧
差の正負から逆流をソフト的に判定することができるの
で、応答性の低下や部品点数の増加が回避できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照し説明する。図１は、本発明による一実
施例のエンジン制御装置を示す図である。本発明による
実施例のエンジン制御装置を用いたエンジンシステムを
示している。本実施例のエンジン制御装置の構成と動作
は、次の通りである。図１のエンジンシステムにおい
て、エンジンの１つのシリンダ１の吸気バルブ２に、独
立して分岐管３が接続されている。各シリンダ１の分岐
管３は、サージタンク４で集合していて、集合吸気管５
を介し、エアクリーナ６に接続されている。集合吸気管
５には、流量計７，スロットルバルブ８が配置され、ス
ロットルバルブ８はアクチュエータ９で開閉される。吸
気バルブ２の近くには燃料噴射弁１０が取付けられ、シ
リンダ１には点火プラグ１１が取付けられている。

【０００８】流量計７の出力は、処理装置１２に入力さ
れ、さらに、コントローラ１３で処理され、コントロー
ラ１３は、アクチュエータ９，燃料噴射弁１０，点火プ
ラグ１１などを制御して、エンジンの燃焼を制御する。
尚、本実施例の場合は、処理装置１２とコントローラ１
３とを分離したが、一体形となっていても可であり、こ
れらの処理装置１２および／またはコントローラ１３
が、本実施例の狭義のエンジン制御装置である。そし
て、広義のエンジン制御装置は、図１に示すようなエン
ジンシステムを指すものである。

【０００９】そして、流量計７は、シリンダ１に吸入さ
れる吸入空気流量、すなわち、流量計７を通過する空気
流量ｍ_tを測定し、出力ｖを出力する。処理装置１２
は、流量計７の出力ｖから、１吸気行程のシリンダ１
のシリンダ充填空気流量ｍ_cを求めて、コントローラ１
３は、該充填空気流量ｍ_cとエンジン回転数Ｎとクラン
ク角θなどを基に、スロットルバルブ８の開度，噴射弁
１０の噴射量，点火プラグ１１の点火時期を求めて、そ
れぞれのデバイスを制御するものである。

【００１０】図２は、図１の実施例の流量計が出力する
流量信号を示す図である。図２に示す流量信号は、流量
計７が熱線式の場合であり、図に示すように、正流でも
逆流でも、同じ正の値の出力ｖを出力する。従って、熱
線式の場合であれば、逆流時は、流量計７の出力ｖを反
転し、実際の空気速度ｕを求めなければならない。

【００１１】図３は、図１のエンジン制御装置における
流量計測方法を示すフローチャートである。図３におい
て、処理装置１２は、ブロック101で、流量計７(正しく
は熱線式の流量計７)の出力ｖを取り込む。次に、ブロ
ック102で、流量計７の下流の空気圧力Ｐ、例えば、サ
ージタンク４の空気圧力Ｐを、次式を用いて計算する。 L・ρ₀・(dｕ/dｔ)＋ξ・|ｕ|・ｕ＝Ｐ₀−Ｐ (数１) ただし、L：集合吸気管５の長さ、ξ：流動抵抗係数、
ρ₀：空気の密度ここで、集合吸気管５の空気速度をｕと、流量計７の上
流の空気圧力をＰ₀(例えば、エアクリーナ６の空気圧
力Ｐ₀、一般的には、Ｐ₀＝大気圧Ｐ_atmとしても可であ
る)とする。

【００１２】ブロック102の空気速度ｕとしては、ま
ず、出力ｖをそのまま用いる。次に、ブロック103で、
特性値Ｕを計算する。ブロック104で、Ｕの正，負を判
定し、Ｕが正(即ち、正流)のときは、ブロック105で、
ｕ＝ｖとして、Ｕが負(逆流)のときは、ブロック106
で、ｖを反転し、ｕ＝−ｖとする。このようにして、
ハード的に(流量計などを用いた機械方式にて)正，逆の
方向を検出しないで、ソフト的に(演算方式にて)逆流を
判定し、正しい空気速度ｕが求まる。

【００１３】ブロック107で、空気速度ｕと流路断面積
ａの積を求めて、これを、空気流量dｍ_t/dｔとする。こ
のdｍ_t/dｔを、時間的に積算(時間積分；∫dｍ_t/dｔ・d
ｔ)すると、吸入空気流量ｍ_t(即ち、流量計を通過する
空気流量ｍ_t)が求められる。

【００１４】なお、図２の時間Ｔ₀で、ｕが負になると
き、ｕ＝０の点を通る。この時、上流の圧力Ｐ₀より下
流の圧力Ｐが低い(Ｐ₀−Ｐ)＞０である場合( 即ち、正
流の場合)は、(dｕ/dｔ)＞０が流体力学的に成立し、
(dｕ/dｔ)＜０は成立しないので常に、(dｕ/dｔ)＞０と
なり、したがって、(ｄｖ/ｄｔ)＞０となり、特性値Ｕ
＝(Ｐ₀−Ｐ)×(ｄｖ/ｄｔ)は、常に正である。

【００１５】また、逆の(Ｐ₀−Ｐ)＜０である場合(即
ち、逆流の場合)は、(dｕ/dｔ)＜０が流体力学的に成立
し、(dｕ/dｔ)＞０は成立しないので、常に、(dｕ/dｔ)
＜０となり、従って、(ｄｖ/ｄｔ)＞０となり、特性値
Ｕ＝(Ｐ₀−Ｐ)×(ｄｖ/ｄｔ)は常に負である。

従って、特性値Ｕ＝(Ｐ₀−Ｐ)×(ｄｖ/ｄｔ)＜０のとき
は、逆流と判定することができる。

【００１６】ところで、エアクリーナ６の上流にターボ
過給機，共鳴器等が配置されている場合は、流量計７の
上流の空気圧力Ｐ₀は、 (数１)式と類似な流体の運動方
程式と吸気系入口の圧力(即ち、大気圧Ｐ_atm)とから求
めることができる。いずれの場合であっても、
(Ｐ₀−Ｐ)が求められているので、(Ｐ₀−Ｐ)＞０であれ
ば、正流であると、(Ｐ₀−Ｐ)＜０であれば、逆流であ
ると判定することも可能である。

【００１７】従って、本発明によるエンジン制御方法の
特徴は、流量計の上・下流の空気圧差を求めて、該空気
圧差の正負関係から逆流をソフト的に判定し、流量計が
測定した空気流量を逆流補正して、エンジンの燃焼を制
御するところにある。

【００１８】また、本発明によるエンジン制御装置の特
徴は、流量計７で測定し演算した空気速度ｕと、空気速
度ｕの時間微分値(dｕ/dｔ)とを用いて、流量計７の下
流の空気圧力Ｐを求め、そして、前述した特性値Ｕの正
負関係から、ソフト的に逆流を判定するところにあると
言える。

【００１９】一方、一般に用いられる流量測定用のプロ
ーブとしての流量計７は、熱伝達を利用して、空気速度
を測定するものであり、通常、応答遅れを有している。
仮に、「応答遅れを有する流量計７w」の応答遅れの時定
数を、τとすると、流量計７wの出力ｗは、正流のと
き、 (１/τ)・(dｗ/dｔ)＋ｗ＝ｕ (数２) 逆流のときは、 (１/τ)・(dｗ/dｔ)＋ｗ＝−ｕ (数３) となる。そして、 (dｕ/dｔ)＝(１/τ)・(d²ｗ/dｔ²)＋(dｗ/dｔ) (数４) となり、上記(数4)式と(数1)式とを用いて、 (dｕ/d
ｔ)、空気圧力Ｐを求め、図３に示したブロック103の特
性値Ｕの正，負から逆流を判定することができる。尚、
逆流のときは、(数3)式から判るように、ｗ，(dｗ/dｔ)
を反転してｕを求めるものである。

【００２０】以上を纏めれば、本発明によるエンジン制
御装置であれば、空気流量計の出力から得られる空気速
度の他に、空気速度の時間微分値を用いて、１個の流量
計で逆流を把握し、逆流のときは出力を反転して空気流
量を補正することによって、換言すれば、２個の流量計
の誤差の重畳を回避するので、空気流量の測定精度を高
めることが可能である。このようなエンジン制御装置に
よって、部品点数を増やすことなく、空気流量の測定精
度を高めることができ、エンジンの燃料消費量(燃費)や
有害排ガス成分などの低減に結び付けることができると
言える。

【００２１】ところで、以上に説明したように本実施例
の判定には、流量計７(または、流量計７w)の出力ｖ
(または、ｗ)の他に、時間微分値dｕ/dｔ(または、dｗ/
dｔ)等を用いる。しかしながら、当発明者らが検討した
ところ、図４に示すような流量信号の１周期において、
少なくとも５つに区分した時点の出力値がないと、計算
値(時間微分値dｕ/dｔなどの計算)が発散することが判
った。図４は本発明による一実施例の流量信号と測定点
との関係を示した図である。図４に示す場合は、流量信
号の測定点(即ち、サンプリング点)が１１点の例を示し
ている。すなわち、図４に示すサンプリング点が、１周
期当たり少なくとも５点ないと、計算が安定しないこと
が判明した。

【００２２】さらに、計算を安定にするには、次の方法
が有効であることも判明した。図５は、本発明による一
実施例の流量計の出力側回路を示す図である。図５に示
すように流量計７が、例えば、プローブ２０，電源２
１，抵抗２２からなる構成の場合であれば、プローブ２
０の出力ｙ(プローブ２０の電流に比例)の細かい時間的
変動を解消するために、すなわち、計算を安定にするた
めには、抵抗２３，コンデンサ２４から成るフィルタ回
路としての積分回路を流量計の出力側、換言すれば、処
理装置１２の入力側に設置する必要があることが判っ
た。すなわち、上記積分回路のフィルタ効果を大きくす
ると、ｙが平坦化され、図４の測定点数が少なくても、
計算値の発散が回避されることが確認された。

【００２３】さらにまた、上記積分回路の時定数が大き
くなると、図４のＢ領域で示される逆流が不明瞭になる
ので、脈動周期(共振周期)以下であることが望ましいこ
とも判明した。即ち、通常のエンジンでは、最高回転数
の１／２の回転数、例えば、3000(rpm)程度の最高回転
数で、４気筒エンジンのときは、吸気行程は１回転に
２回存在し、上記の脈動周期は１０msとなる。従って、
積分回路の時定数は１０(ms)以下が望ましいことにな
る。しかしながら反面、時定数０.０１(ms) 以下では、
時間的変動を回避できず、測定点を増やさないと計算が
発散することが判った。すなわち、本発明による他の特
徴は、流量計の出力側(出力端)に、即ち、処理装置１２
の入力側(入力端)に、時定数１０ms以下の範囲の、望ま
しくは、時定数１０ms以下であって０.０１ms以上の範
囲のフィルタ回路としての積分回路を接続した構成と
するところにある。

【００２４】そして、周知のように逆流は、１回転に２
回存在する吸気行程(吸気系)の共振によって生じるの
で、共振周期の１０msの間に５点以上、即ち、２ms以下
の間隔(前述の１１区分では０.９msの間隔)でサンプル
すること、換言すれば、処理装置１２は、流量計７の
出力を２(ms)以下であって０.０１(ms)以上の範囲の間
隔でサンプリングすることが望ましいと言える。

【００２５】尚、流量計７としては、一般的に流量測定
用のプローブが採用されている。このプローブの出力ｙ
は、そのままでは、上記の出力ｖまたはｗとすることは
できず、したがって、ｖまたはｗ＝ｆ(ｙ)なる関数を用
いて、速度換算の出力ｖまたは出力ｗを求めることにな
る。具体的には、時間微分値(dｕ/dｔ)は、所定微少時
間の間隔Δｔの間の空気速度ｕの変化量Δｕを求め、Δ
ｕ／Δｔとして求めるものである。

【００２６】以上を纏めれば、本発明によるエンジン制
御装置の別の特徴は、時間微分値を求める際の計算の発
散を防止するためのフィルタ回路を設ける点に、あるい
は、処理装置１２の流量計７の出力ｖを取り込むサンプ
ル間隔を適正に設定する点にある。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、１個の空気流量計で逆
流を検出し正確に逆流補正ができるので、空気流量の測
定精度が高まり、エンジンの燃費や有害排ガス成分が低
減するという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例のエンジン制御装置を示
す図である。

【図２】図１の実施例の流量計が出力する流量信号を示
す図である。

【図３】図１のエンジン制御装置における流量計測方法
を示すフローチャートである。

【図４】本発明による一実施例の流量信号と測定点との
関係を示した図である。

【図５】本発明による一実施例の流量計の出力側回路を
示す図である。

【符号の説明】

１…シリンダ、２…吸気バルブ、３…分岐管、４…サー
ジタンク、５…集合吸気管、６…エアクリーナ、７，７
w…流量計、８…スロットルバルブ、９…アクチュエー
タ、１０…燃料噴射弁、１１…点火プラグ、１２…処理
装置、１３…コントローラ、２０…プローブ、２１…電
源、２２，２３…抵抗、２４…コンデンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西村豊茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸入空気の流れの逆流を判定し、かつ流量
計が測定した該吸入空気の空気流量を逆流補正して、エ
ンジンの燃焼を制御するエンジン制御方法において、前記流量計の上・下流の空気圧差をソフト的に求めて、
該空気圧差の正負関係から逆流を判定することを特徴と
するエンジン制御方法。
【請求項２】吸気管内の空気流の逆流を判定し逆流補正
して求めた空気流量に基づいて、エンジンの燃焼を制御
するエンジン制御装置において、前記空気流量を測定する流量計の出力の時間微分値を用
いて逆流を判定する逆流判定手段を設けたことを特徴と
するエンジン制御装置。
【請求項３】請求項２において、前記逆流判定手段は、
時定数10〜0.01(ms)の範囲のフィルタ回路を通した前記
流量計の出力を用いることを特徴とするエンジン制御装
置。
【請求項４】請求項２において、前記逆流判定手段は、
前記流量計の出力を２(ms)以下の間隔でサンプリングす
ることを特徴とするエンジン制御装置。