JPS62162919A - エンジンの吸入空気量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車等エンジンの燃料供給制御の入力情報
として必要な吸入空気量を正確に検出する装置に関する
。

（従来の技術） 近時、自動車エンジンに対する要求が高度化しており、
排出ガス低減、高出力、低燃費等の互いに相反する課題
について何れも高レベルでその達成が求められる傾向に
ある。

これらの課題に対応するため、超希薄空燃比下における
燃焼制御が試みられており、例えばそのようなものとし
ては「内燃機関、２３巻１２号Ｊ　１９８４年１０月号
　３３〜４０頁　山海堂発行に記載の希薄燃焼装置があ
る。この装置では、はぼ理論空燃比からリーンまで空燃
比を広範囲に検出可能な空燃比センサの出力に基づいて
超希薄空燃比領域まで空燃比のフィードバック制御を行
って上記要求を達成しようとしている。この場合、空燃
比を決定するために必要な吸入空気量情報は圧力センサ
により吸気管負圧を検出して得ている （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の装置にあっては、圧力
センサの出力である吸気管負圧の主波形を脈動抑制のた
めに波形整形して吸入空気量を測定する構成となってい
たため、脈動の抑制効果は期待できるものの、脈動の急
激な過渡時（例えば、加速初期）において、波形整形出
力が実際の吸入空気量に正確に相関しなくなって吸入空
気量の検出精度が低下するという問題点がある。

すなわち、加速時の場合を例にとると、第８図に示すよ
うに絞弁が動いて吸入空気量が増加しているにも拘らず
圧力センサの信号処理波形は遅れ（２５〜４０ｍ５ｅｃ
程度）を伴って増加するため、実際に気筒内に吸入され
た空気流量に対応しないものとなる。このため、このよ
うなセンサ情報を用いて空燃比制御を行うと、加速が開
始されて吸入空気量が増加しているにも拘らず、空燃比
制御を行っているマイクロコンピュータへの吸入空気量
の情報には増加分が現われない。したがって、加速初期
の空燃比が非常にリーンな状態となり、いわゆる燃焼限
界を越えて失火が続出し、運転性等の悪化を招く。

このような不具合は圧力センサに限らず、−１’ｌＷに
多用されているフラップ型のエアフローメータにあって
も同様のものがある。すなわち、第８図に示すようにエ
アフローメータの場合は主波形に機械的な応答遅れがあ
るため、実際には機械的な応答遅れ十波形整形分 が全体の遅れ分となるため圧力センサ以上に加速初期の
検出誤差が大きいものとなる。

（発明の目的） そこで本発明は過１（加速等）情報の最も速いものは絞
弁の動き（アクセルでもよい）であることに着目し、こ
の絞弁開度情報を機械的遅れのない圧力センサあるいは
吸入空気量情報と適切に併用して、具体的には過渡初期
は絞弁開度によりその後所定期間は圧力センサ出力ある
いは吸入空気量を波形整形するとともに絞弁開度により
補正することにより、過渡状態の移行に拘らず吸入空気
の算出を正確なものとして、気筒内に吸入される空気流
量の検出精度を向上させることを目的としている。

（発明の構成） 本発明によるエンジンの吸入空気量検出装置はその基本
概念図を第１図に示すように、絞弁あるいはアクセルの
開度を検出する開度検出手段ａと、吸気管内における吸
入空気の圧力あるいは吸入空気量を検出する機関制御量
検出手段すと、エンジンが過渡状態にあることを検出す
る過渡状態検出手段Ｃと、エンジンが過渡状態にないと
き機関制御量検出手段すの出力に基づいて気筒内に吸入
される空気流量を算出し、過渡状態に移行すると、開度
検出手段ａおよび機関制御量検出手段すの出力に基づい
て前記空気流量を算出する演算手段ｄと、を備えており
、過渡状態への移行に拘らず吸入空気の算出を正確なも
のとするものである。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜７図は本発明の一実施例を示す図であり、本発明
を空燃比制御装置に適用した例である。

まず、構成を説明する。第２図において、ｌはエンジン
であり、吸入空気はエアクリーナ２より吸気管３を通し
て各気筒に供給され燃料は噴射信号Ｓｉに基づいてイン
ジェクタ４により噴射される。そして、気筒内の混合気
は点火プラグ５の放電作用によって着火、燃焼し、排気
となって排気管６を通して触媒コンバータ７に導入され
、触媒コンバータ７内で排気中の有害成分（ＣＯ５ＨＣ
１ＮＯｘ）を三元触媒により清浄して排出さる。

吸入空気の流量Ｑａはフラ・ノブ型のエアフローメータ
８により検出され、吸気管３内の絞弁９によって制御さ
れる。絞弁９の開度ＴＶＯは絞弁開度センサ（開度検出
手段）１０により検出され、吸気管３内における吸入空
気の圧力ＰＢは圧力センサ（機関制御量検出手段）１１
により検出される。

また、吸気ボート近傍の吸気管３内にはスワール弁１２
が設けられており、スワール弁Ｉ２は駆動弁Ｉ３にかか
る負圧を制御しているソレノイド弁１４に入力される制
御信号Ｓｖに基づき開閉して気筒内にいわゆるスワール
を発生させて燃焼改善を行う。

エンジン１の回転数Ｎはクランク角センサ１５により検
出され、ウォータジャケットを流れる冷却水の温度Ｔｗ
は水温センサ１６により検出される。

さらに、排気中の酸素濃度は酸素センサ１７により検出
され、酸素センサ１７は理論空燃比でその出力Ｖｓが急
変する特性をもつもの等が用いられる。

上記各センサ８．１０．１１．１５．１６．１７からの
信号はコントロールユニッ１−２０に入力されており、
コントロールユニット２０はこれらのセンサ情報に基づ
いて気筒内に吸入される空気流量を算出するとともに、
その算出結果を用いて空燃比制御、点火時期制御および
スワール制御を行う。

すなわち、コントロールユニット２０は過渡状態検出手
段および演算手段としての機能を有し、ＣＰ　Ｕ２１、
ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３およびＩ１０ボート２４により
構成される。ＣＰ　Ｕ２１はＲＯＭ２２に書き込まれて
いるプログラムにしたがってＩ１０ボート２４より必要
とする外部データを取り込んだり、またＲＡＭ２３との
間でデータの授受を行ったりしながら空気流量算出に必
要な処理値等を演算処理し、必要に応じて処理したデー
タをＩ１０ボート２４へ出力する。Ｉ１０ボート２４に
はセンサ群８．１０．１１．１５．１６．１７からの信
号が入力されるとともに、Ｉ１０ポート２４からは噴射
信号Ｓｉおよび制御信号ＳＶ（その他点火時期制御の信
号もあるがここでは省略する）が出力される。ＲＯＭ２
２はＣＰＵ２１における演算プログラムを格納しており
、ＲＡＭ２３は演算に使用するデータをマツプ等の形で
記憶している。

次に作用を説明する。

第３図はＲＯＭ２２に書き込まれている空気流量算出の
プログラムを示すフローチャートであり、本プログラム
は所定時間毎に一度実行される。

まず、Ｐ、で絞弁開度センサ１０からの信号ＴＶＯを読
み込み、これをＡ／Ｄ変換する。次いで、Ｐ２で所定の
単位時間内における絞弁開度ＴＶＯの差分値ΔＴＶ○を
演算する。これは、例えば本プログラムの実行毎におけ
る差分（前回と今回の値の差）を求めるようにしてもよ
い。Ｐ３では差分値ΔＴＶＯを次式■に従って回転数Ｎ
で補正し差分補正値ΔＴＶＮを演算する。

ΔＴＶＮ＝ΔＴＶＯ×Ｎ１Ｎア　　・・・・・・００式
において、ＮＩＮＴは１行程あたりに要する時間に相当
する変数であり、６気筒エンジンではピストンが１２０
°クランク角度移動する時間、４気筒エンジンでは１８
０°クランク角度移動する時間に対応する。したがって
、ＮＩＮｆは回転数Ｎの逆数（１／Ｎ）に比例しており
、 ΔＴＶＮ＝ΔＴＶＯ／Ｎ　　　　・・・・・・■なる式
で表わしてもよい。

ここで、１気筒当りに実際に吸入される空気流ｆｆ１（
以下気筒流人空気量という）ＱＡＣＹＬと回転数Ｎをパ
ラメータとして等絞弁開度（等ＴＶＯ）線を表わすと第
４図に示すようになる。これから回転数Ｎをパラメータ
として上述の差分値ΔＴＶＯと詳細を後述する流量補正
値ΔＱＡＣＹＬ（第７図参照）との関係を描（と、第５
図に示すようになる。第５図から明らかであるように、
低回転域では差分値ΔＴＶＯの変化に対してΔＱＡＣＹ
Ｌの変化が大きいものとなる。これは、言い換えればΔ
ＴＶＯのみの判断では高回転域に比して低回転域におけ
る加減速の感度が不足することを意味している。因に、
従来はこの感度不均一が容認されたままである。

そこでこのような回転数Ｎの相違に基づく感度の不均一
を是正するために、差分値ΔＴＶＯを回転数Ｎで除算し
て差分補正値ΔＴＶＮを求めてみると、第６図に示すよ
うにΔＴＶＮの変化に対して流量補正値ΔＱＡＣＹＬが
ある所定幅内に納まることが判明した。これは、絞弁開
度変化に対する空気流量の変化の感度を回転数に拘らず
略同−の値にできることを意味している。

上述の原理から第３図のＰ４で差分補正量ΔＴＶＮを所
定値Ａ　（Ａ＞Ｏ）と比較し、ΔＴＶＮ≧Ａのときは加
速と判断してＰ、に進み、ΔＴＶＮ〈Ａのときは加速で
はないと判断してＰ、で減速であるか否かの判別を行う
ためΔＴＶＮを所定値Ｂ　（Ｂｏｏ）の負値と比較する
。ΔＴＶＮ≦−Ｂのときは減速であると判断してＰ、に
進み、ΔＴＶＮ＞Ｂのときは加速でも減速でもないと判
断しＰ８でΔＱＡＣＹＬ＝Ｏとして流量補正値の演算を
行わない。これは、加減速のような過渡状態でないとき
は後述の過渡補正を行わなくてもエアフローメータ８の
出力が空気流量と十分に相関しているからである。上述
したステップ処理により、従来と異なり過渡状態の判別
に回転数Ｎに対する感度不均一が是正される。

Ｐｓ　、Ｐ７では次式■に従って今回の流量補正値ΔＱ
ＡＣＹＬを演算する。

ΔＱＡＣＹＬ＝　（ΔＴＶＯ／Ｎ）ｘ　Ｉ　ＮＴＱＡ・
・・・・・■ ０式において、ＩＮＴＱＡは過渡初期の空気流量ＱＡＣ
ＹＬである。この０式は、ΔＴ　Ｖ　Ｏ／Ｎすなわち１
回転当たりの差分値ΔＴＶＯがある運転条件では空気流
量を代表しており、こねにＩＮＴＱＡを乗じてやれば実
際の空気流量とセンサ情報に基づく流量算出量との相関
のズレを十分に補正できることを意味している。

次いで、Ｐ、で圧力補正流量値ＱＡＣＹＬ’を次式〇に
従って演算する。

ＱＡＣＹＬ　’　＝ＰＢＸ＋αΔＰＢ・・・・・・００
式において、ＰＢＸは圧力センサ１１の出力を脈動抑制
のために信号処理した波形であり、ΔＰＢは吸気圧力Ｐ
Ｂの所定の単位時間内における差分値である。また、α
は回転数Ｎの関数である。

このような演算を行うのは、空気の方が燃料よりも遅く
まで気筒に吸入されるため噴射量を決定する際に気筒に
入る空気量を予測するためであり、圧力センサ１１の出
力を脈動処理したものにΔＰＢをα倍したものをつけ加
えて予測している。

次いで、ＰＩＧで気筒流人空気１１ＱＡｃＹＬを次式■
に従って演算する。

ＱＡＣＹＬ＝ΔＱＡＣＹＬ＋ＱＡＣＹＬ　’・・・・・
・■ ０式の演算結果に基づ＜ＱＡＣＹＬを加速の場合を例と
して図示すると、第７図のように示される。

第７図におていて、１＝０なるタイミングでアクセルの
踏込が開始されて絞弁開度ＴＶＯが変化し始めると、圧
力センサ１１の主波形ＰＢを信号処理した波形ＰＢＸは
脈動抑制効果のため期間ｔ２だけ遅れて変化し始める。

また、ＰＢＸを基に予測処理した圧力補正流量値ＱＡＣ
ＹＬ’もかなり補正されてはいるものの、やはり期間１
＋　　（１＋〈ｔ２）の遅れをもって変化し始めており
、気筒に吸入されたと予想される真の空気流ＩＱＡｃＹ
Ｌとは図中のハンチング部分（ΔＱＡＣＹＬ）のズレが
ある。

そこで、最も早く動き出す絞弁開度ＴＶＯを基に前記■
弐からこのズレを補正すべく流量補正値。

ΔＱＡＣＹＬが演算される。このΔＱＡＣＹＬにＱＡＣ
ＹＬ’を加えたものは図に示すように絞弁開度ＴＶＯの
変化に相関しており、気筒に吸入されたと予想される真
の空気流量に正確に対応したものとなる。すなわち、加
速時における吸入空気量の算出を正確なものとして気筒
内に吸入される空気流量の検出精度を飛躍的に高めるこ
とができる。なお、検出精度の向上は上述した加速の例
に限らず、減速の場合にも発揮されることは勿論である
。

そして、ΔＱＡＣＹＬによる補正が終了するとＱＡＣＹ
Ｌ’によって空気流量が算出され、さらにＱＡＣＹＬ’
がＰＢＸと等しくなると以後はフラップ型のエアフロー
メータ８の出力に基づいて空気流量が算出される。但し
、ＱＡＣＹＬ　’　＝ＰＢＸとなった以降は圧力センサ
１１の出力から直接に空気流量を算出してもよい。

次に、上述のようにして算出した正確な空気流量情報に
基づくエンジン制御の各種態様を以下に示す。

（１）燃料噴射制御（空燃比制御） 燃料噴射に際して噴射量演算の基本式は次式〇で与えら
れる。

Ｔｉｎ＝ＱＡＣＹＬＸＫＭＲｘＣＯＥＦｘＡＬＰＨＡ＋
Ｔｓ・・・・・・■ 但′シ、Ｔｉｎ：インジェクタのパルス幅ＫＭＲ：目標
Ａ／Ｆを示すファクタ （Ｆ／Ａに比例する係数） ＣＯＥＦ　：　ＦＵＥＬおくれ補正係数（ＫＡＳ、ＫＡ
ＣＣ，ＫＤ ＥＣ等） ＡＬＰＨＡ：空燃比のフィードハック 補正係数 ＴＳ：無効パルス幅（電圧補正骨） ０式において、ＱＡＣＹＬは１気筒当りの空気流量に相
当しており、吸気温度による補正等も加味されている。

この場合、本実施例ではＱＡＣＹＬは定常状態ではエア
フローメータ８の出力に基づいて算出され、過渡状態に
移行すると前述のように絞弁開度ＴＶＯおよび圧力セン
サ１１の信号ＰＢに基づく補正が加えられて算出される
。

ＫＭＲは設定空燃比を与える変数であり、その値は運転
状態と機関暖機状態によって決定される。

Ｃ０ＥＦは燃料の遅れ補正係数であり、過渡時に燃料量
を補正するものである。その値は燃料の気化や壁流割合
によって定められるものであるが、具体的には加減速の
大小や機関暖機状態および運転状態、始動後か否か等に
よって算出される。ＡＬＰＨＡは酸素センサ１７によっ
て検出された空燃比に基づいて目標空燃比となるように
噴射量をフィードバック制御するときの補正係数である
。

この、ような、燃料噴射制御においては空気流量ＱＡＣ
ＹＬの検出精度が従来に比して極めて高いことから、過
渡時にあっても空燃比が燃焼限界を超えるという不具合
を防止することができ、運転性の悪化を防ぐことができ
る。特に、近時の超希薄燃焼装置に適用すると、その効
果が顕著なものとなる。

（ｆｆ）点火時期制御 基本的には運転状態によって制御値が演算されるが、空
燃比がλ＝１に制御される場合とかスワール弁１２の開
閉等によって補正される。この場合においても、空気流
量の検出精度が高いことから間接的に点火時期が適切に
制御され得るという波及的効果がある。

（ＩＩＩ）スワール制御 基本的には吸気管負圧に応じて開（高負荷時）、閉（低
・中負荷時）するが、機関暖機状態や運転状態によって
はソレノイド弁１４によって強制的に開閉制御される。

スワール制御においても上記（ＩＩ）と同様の効果が期
待される。

なお、上記実施例では過渡状態の検出に絞弁開度ＴＶＯ
をパラメータとしているがこれに限るものではない。要
は運転者の意思をいち早く検知できればよいので、例え
ばアクセルセンサによりアクセルの動きを検知するよう
にしてもよい。そうすれば、絞弁開度ＴＶＯ以上に本発
明の効果が発揮されよう。また、圧力信号の他、吸入空
気量信号で検出しても同様の効果が得られる。

（効　果） 本発明によれば、過渡状態の移行に拘らず吸入空気の算
出を正確に行うことができ、気筒内に吸入される空気流
量の検出精度を向上させることができる。その結果、エ
ンジンの燃料噴射制御に本装置を適用した場合、いわゆ
る超希薄燃焼運転にあっても失火を防止して運転性の悪
化を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜７図は本発明の一
実施例を示す図であり、第２図はその全体構成図、第３
図はその空気流量算出のプログラムを示すフローチャー
ト、第４図はその回転数Ｎと空気流量ＱＡＣＹＬをパラ
メータとして等絞弁開度特性を示す図、第５図はその差
分値ΔＴＶＯと流量補正値ΔＱＡＣＹＬをパラメータと
して回転数Ｎの変化特性を示す図、第６図はその差分補
正量ΔＴＶＮと流量補正値ΔＱＡＣＹＬの関係を示す図
、第７図はその加速時における作用を説明するための波
形図、第８図は加速時における従来の作用を説明するた
めの波形図である。 １・・・・・・エンジン、 １０・・・・・・絞弁開度センサ（開度検出手段）、１
１・・・・・・圧力センサ（ａ関りν制御量検出手段）
、２０・・・・・・コントロールユニット（過渡状ｍ　
検出手段、演算手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）絞弁あるいはアクセルの開度を検出する開度検出手
   段と、 ｂ）吸気管内における吸入空気の圧力あるいは吸入空気
   量を検出する機関制御量検出手段と、ｃ）エンジンが過
   渡状態にあることを検出する過渡状態検出手段と、 ｄ）エンジンが過渡状態にないとき機関制御量検出手段
   の出力に基づいて気筒内に吸入される空気流量を算出し
   、過渡状態に移行すると、開度検出手段および機関制御
   量検出手段の出力に基づいて前記空気流量を算出する演
   算手段と、を備えたことを特徴とするエンジンの吸入空
   気量検出装置。