JPS62185123A - 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ｌＯ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、はぼストイチからリーンまで空燃比
を広範囲に検出可能なリーン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ンク制御を行っ
て上記要求を達成しようとしている。この場合、空燃比
を操作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いる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、このうよな空燃比を制御する装置にあっては
吸入空気量を基としてエンジン負荷を判断し噴射量を制
御するため、空気量情報に正確さが要求される。圧力セ
ンサの出力は定常状態では、実際の空気流量によくマツ
チングしているが加減速等の過渡時には空気流量との相
関がくずれる。

このため、過渡情報の最も早い絞弁（アクセルでもよい
）に着目し、絞弁開度ＴＶＯの単位時間当りの変化量Δ
ＴＶＯに求め、このΔＴＶＯに応じて過渡時における圧
力センサの出力を補正する試みもなされている。

しかしながら、このような補正によっても所定の燃焼サ
イクルを高速で営んでいる各気筒のピストン位置（クラ
ンク角）によっては補正の効果が必らずしも十分でない
ことが判明した。

その結果、かかる補正後の空気流量情報によっても過渡
時には空燃比制御の実効が図れず、近年の要求に沿う希
薄燃焼を行うことが困難となる場合がある。

本発明者はこの原因について考察を試みた結果、過渡状
態移行時のクランク角によって実際の空気流量の予測量
に差異があるという事実を把握したく後述の第６図参照
）。

（発明の目的） そこで本発明は、過渡状態に移行すると絞弁開度にその
ときのクランク角情報を適切に併用して空気流量情報の
補正（予測）を行うことにより、過渡状態移行時のクラ
ンク角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、絞弁の開度を検出する開
度検出手段ａと、エンジンのクランク角を検出するクラ
ンク角検出手段すと、エンジンに吸入される吸入空気の
状態を検出する吸気状態検出手段Ｃと、エンジンが所定
の過渡状態にあることを検出する過渡状態検出手段ｄと
、エンジンが所定の過渡状態にないとき吸気状態検出手
段Ｃ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、所定の過渡状態に移行すると吸気状態検出手段Ｃ
の出力を絞弁開度およびクランク角に基づき補正して前
記空気流量を算出する演算手段ｅと、を備えており、過
渡状態移行時のクランク角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、１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、爆発し、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（Ｃｏ、ＨＣ
。

Ｎ０ｘ）を三元触媒により清浄化して排出される。

吸入空気の流量Ｑａはフラップ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１１により検出される。また、
吸気ポート近傍の吸気管３内にはスワール弁１２が設け
られており、スワール弁１２は駆動弁１３にかがる負圧
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に基づき開閉して吸気ポートから気筒内にかけてい
わゆ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（クランク角
検出手段）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Ｖ
ｓが急変する特性をもつもの等が用いられる。

上記エアフローメータ８および圧力センサ１１は吸気状
態検出手段１８を構成しており、吸気状態検出手段１８
および各センサ１０．１５．１６．１７からの信号はコ
ントロールユニット２０に入力される。コントロールユ
ニット２０はこれらのセンサ情報Ｇこ基づいて気筒内に
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、ＣＰＵ２１、Ｒ
ＯＭ２２、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１０．１５．１６．１７．１８からの信号が入
力されるとともに、Ｉ１０ボート２４からは噴射信号Ｓ
ｉおよび制御信号Ｓｖ（その他の点火時ｊｌＪｌ制御の
信号もあるがここでは省略する）が出力される。ＲＯＭ
２２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図は過渡状態判別のプログラムを示し、本プログラ
ムは所定時間（５ｍ５ｅｃ毎）毎に一度実行される。

まず、Ｐｌ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ΔＴＶＯを
演算し、Ｐ３でこれを所定の加速判別値Ａ　（Ａ＞０）
と比較する。なお、ΔＴｖＯの算出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。

ΔＴＶＯ＞Ａのときは加速であると判断してＰ、で今回
の加速が本ルーチンの初回実行時に当たるか否かを判別
する。初回であるときはＰ、でそのときのクランク角を
読み込むとともに、Ｐ６で加速フラグＫＦを立てて、今
回のルーチンを終了する。

一方、Ｐ３、Ｐ４でそれぞれＮＯ命令に従うときは加速
ではない、あるいは加速ではあるが本ルーチンの初回実
行時に該当しないと判断し、Ｐ７で加速フラグＫＦを降
ろしてリターンする。

このように、初めて加速と判別したときにはそのときの
クランク角を読み込むことで、後の空気流量算出につい
て適切な予測情報を得ている。

第４図は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、ｐＨで加速フラグＫＦが立っているか否かを判別
し、ＫＦ＝　１のときはｐＨｚで１気筒当りに実際に吸
入される空気流量（以下、気筒流人空気：、１という）
ＱＡＣＹＬの算出に必要な第１の補正量ΔＱＡＣＹＬを
差分値ΔＴＶＯを関数として次式■により演算する。

ΔＱＡＣＹＬ＝ｆ　　（ΔＴＶＯ）　　・・・・・・■
ここで、ΔＱＡＣＹＬを具体的に説明するため、気筒流
人空気ＩＱＡｃＹＬの算出について先に詳述する。

ＱＡＣＹＬの演算を加速の場合を一例として図示すると
第５図のように示される。

第５図において、ｔ＝Ｑ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ｔまた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ｊ
＋（ｔ＋　〈ｔｔ）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ＩＱＡｃＹＩ
、　　　′とは図中のハンチング部分（ΔＱＡＣＹＬ）
のズレがある。したがって、このような過渡時に空気流
量の検出精度が低下する。本実施例ではこれを是正して
いる。

まず、ＱＡＣＹＬ　’は次式■に従って演算される。

ＱＡＣＹＬ′＝ＰＢＸ＋αΔＰＢ　・旧・・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ＰＢの所
定の準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。

一方、上述のハンチング部分のズレを補正するために、
最も早く動き出す絞弁開度ＴＶＯに着目し、次式■に従
ってズレの補正量である第１の補正量ΔＱＡＣＹＬを演
算する。

ΔＱＡＣＹＬ＝　（ΔＴＶＯ／Ｎ）Ｘ　ＩＮＴＱＡ・・
・・・・■ ０式において、ＩＮＴＱＡは過渡初期の空気流１ＱＡｃ
ＹＬであり、例えば絞弁開度ＴＶＯの変化を用いる。こ
の０式は、ΔＴ　Ｖ　Ｏ／Ｎすなわち１回転当たりの差
分値ΔＴＶＯ（絞弁開度ＴＶＯの所定単位時間当たりの
差）がある運転条件では空気流量を代表しており、これ
にＩ　ＮＴＱＡ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。このΔＱＡＣＹＬをＱＡＣＹ
Ｌ′に加えたもの（ＱＡＣＹＬ＝ΔＱΔＣＹＬ＋ＱＡＣ
ＹＬ’）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
と良い相関を示す。すなわち、加速時における吸入空気
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
の検出精度を高めることができる。

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に等しくなると以後はフラップ型エアフロー
メータ８の出力に基づいて通常の空気流量が算出される
。但し、ＱＡＣＹＬ’＝Ｆ’ＢＸ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。

上記演算に基づ＜ＱＡＣＹＬの算出は実際の空気流量に
マツチしたものであるが、なお一層の正確さを増すため
には加速時点のクランク角情報を併用することが望まし
いとの着目点を得たのは前述のとおりである。

次に、その理由を説明する。

第６図に示すように、例えばタイミン°グＡの場合はＢ
の場合に比べ加速の度合は同一であるが、タイミングに
ついてみればＡの方が加速が早く始まっている。

このため、シリンダに吸入される空気量が吸気行程路わ
りの時点のｐＨで代表されるとすれば、各タイミングで
の吸入空気ＩＱＡｃＹＬ−Ａ、、ＱＡＣＹＬ−Ｂとの間
には ＱＡＣＹＬ−Ａ＞ＱＡＣＹＬ−Ｂ なる関係があり、加速状態が同一（Ｔ　Ｖ　Ｏの変化が
同じ）でもタイミングによりシリンダに吸入される吸入
空気量が異なることを示している。したがって、タイミ
ングの補正を加えることにより、要求予測空気量をより
正確に求めることが可能となる。

そこで、再びプログラムに戻り、ＰＩ３で加速時点のク
ランク角に基づく第２の補正量ΔＱ２を次式〇に従って
演算する。

ΔＱｚ　＝ｇ　（Ａ　Ｎ　Ｇ　Ｌ　Ｅ）　　・・・・・
・■但し、Ａ　Ｎ　Ｇ　Ｌ　Ｅ　：初回加速時点のクラ
ンク角このΔＱ２は、例えば加速開始時点と吸入行程と
の開き程度に応じたものとなり、要求予測空気量にマ・
ノチした値に決定される。次いで、Ｐ　１４で総合補正
量ΔＱＳを次式〇に従って演算する。

ΔＱＳ＝ｆ（ΔＴＶＯ）Ｘｇ　（ＡＮＧＬＥ）＝ΔＱＡ
ＣＹＬＸΔＱ２　　　　・・・・・・■そして、Ｐ＋Ｓ
で初回加速時の最終的な気筒流人空気ＩＱＡ　ＣＹ　Ｌ
を次式■に従って演算し、今回のルーチンを終了する。

ＱＡＣＹＬ＝ＱＡＣＹＬ　′十ΔＱＳ　　・・・・・・
００式により算出されたＱＡＣＹＬは前述のとおり加速
タイミングの如何に拘らず要求予測空気量に正確に一敗
したものとなり、空気流量の検出精度を飛躍的に高める
ことができる。

一方、上記ステップＰ、でＫ　Ｆ　＝　０のときは初回
加速時ではないと判断し、ＰＩ３で初回加速時以外の通
常のＱ　Ａ　ＣＹ　Ｌの算出を行ってリターンする。

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。

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■で与えら
れる。

Ｔｉｎ＝ＱＡＣＹＬＸＫＭＲＸＣＯＥＦＸ　Ａ　Ｌ　Ｐ
　ＨＡ　＋　Ｔ　ｓ　　・・・・・・■但し、Ｔｉｎ：
インジェクタのパルス幅ＡＬＰＨＡ：空燃比のフィード
バンク 補正係数 Ｔｓ：無効パルス幅（電圧補正分） ■弐において、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（補正が加えられるとともに、
さらに初回加速時にはクランク角に基づく補正が加味さ
れて算出される。

Ｋ　Ｍ　Ｒ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
フィードハ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１ＱＡｃ’
／Ｌ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、近時の超程薄燃焼装置に適用すると、その効
果が顕著なものとなる。

（ＴＩ）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】２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。

（Ｉｌｌ）スワール制御 コ、（本釣には吸気管ｆｔ圧に応じて開（高１°Ｌ荷時
）、閉（低・中負（ｔ：ｊ時）するが、機関暖機状態や
運転状！座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（ｎ）
と同様の効果ηＩ’ｑｔ、＞：される。

なお、本実施例では過渡状態の救出に絞弁開度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（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、本実施例では第１の補正量を前記０式に従って演
算し、回転数Ｎもパラメータとしているがこれに限らず
、例えば差分値ΔＴＶＯのみによって演算するようにし
てもよい。

（効　果） 本発明によれば、過渡状態移行時のクランク角に拘らず
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格段と向上させることがで
きる。その結果、近時の要求に沿う希薄燃焼システムに
好適な極めて高レベルのエンジンの吸入空気量検出装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜６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
図はその過渡状態判別のプログラムを示すフローチャー
ト、第４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５図はその空気流量算出の作用を説明す
るための波形図、第６図はその空気流量予測の作用を説
明するためのタイムチャートである。 １・・・・・・エンジン、 ｌＯ・・・・・・絞弁開度センサ（開度検出手段）、１
５・・・・・・クランク角センサ（クランク角検出手段
）、 １８・・・・・・吸気状態検出手段、 ２０・・・・・・コントロールユニット（過渡状態検出
手段、演算手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）絞弁の開度を検出する開度検出手段と、ｂ）エンジ
   ンのクランク角を検出するクランク角検出手段と、 ｃ）エンジンに吸入される吸入空気の状態を検出する吸
   気状態検出手段と、 ｄ）エンジンが所定の過渡状態にあることを検出する過
   渡状態検出手段と、 ｅ）エンジンが所定の過渡状態にないとき吸気状態検出
   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、所定の過渡状態に移行すると吸気状態検出手段の
   出力を絞弁開度およびクランク角に基づき補正して前記
   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。