JPS63173831A - 内燃機関における体積流量計の大気圧補正方法 - 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］ 本発明は内燃機関における体積流量計の大気圧補正方法
に係り、特にカルマン渦エアフロメータ等の体積流量計
を用いて燃料噴射量等を制御する内燃機関における体積
流量計の大気圧補正方法に関する。

［従来の技術］ 一般に、内燃機関においては機関に吸入される空気の流
量を計測すると共に機関回転速度を計測し、これらの計
測結果に基づいて空燃比か目標値になるように燃料噴射
量を制御したり点火時期が機関要求値になるよう制御し
ている。ａ関に吸入される空気の流量を計測する計測装
置は従来より各種提案されているが、その中で、カルマ
ン渦エアフロメータ等の体積流量計が注目されている。

このカルマン渦エアフロメータは、吸気管内に配置した
渦発生柱によってカルマン渦を発生させ、単位時間に発
生するカルマン渦の数（発生周波数）を超音波変調によ
り検出してカルマン渦の発主周波数から体ａ流量を計測
するものである。すなわち、カルマン渦発生柱の幅をｄ
、カルマン渦の発生周波数をｆａ、ストロ−ハル数を８
丁および空気流速なＶとすると、空気流速Ｖは以下の（
１）式て表わされ、この空気流速Ｖと吸気管の断面蹟と
を乗算することによって空気の体積流量を求めるもので
ある。

■＝□・ｆａ・・・（１） ８丁 従って１体積流量はカルマン渦の発生周波数ｆａに比例
する。

一方、燃料噴射量を制御することによって空燃比を制御
するには、空気の質量流量に対して燃料噴射量を制御す
る必要がある。しかしながら、体積流量は、空気の密度
によって変化し高地で大気圧か低下すると質量流量に対
して過大な値となる。このため従来では、一定の圧力を
検出する圧力スイッチを設け、一定の大気圧以下になっ
たときに一定の補正を加えることが行なわれているが、
このような補正ては大気圧の変動に応じた正確な補正が
不可能である。この聞届を解決するためには、大気圧の
変化をリニアに検出するリニア圧力センサを設ければ良
いがコスト高になるという欠点がある。また、排ガス中
の残留酸素濃度を検出する０２センサを用いて排ガス中
の０２　ｅ度を検出し、フィードバック制御によって燃
料噴射量を補正する方法も採用されているか、０２セン
サの製造誤差や経時変化に加え大気圧補正をカバーする
広い補正範囲を必要とするため、０２センサ異常時に運
転不能になるなどの被害を受ける虞れかある。

このため、従来では圧力センサや０２センサを用いない
で体積流量計の大気圧補正をする方法として特開昭６０
−２４７０３１号公報や特開昭６０−２５９７４４号公
報に示すように、アイドル時に計測した空気の体積流量
と予め定められた一定の基本体積流量との差または比に
対応する補正係数を演算し、この補正係数によって燃料
噴射量を補正することか提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記の圧力センサ等を用いない方法では
、スロットル弁を迂回して設けられたバイパス通路を流
れる空気量を制御するアイドルスピードコントロール（
ＩＳＣ）によってアイドル時の機関回転速度か一定に制
御されており、経時変化等によってピストンとシリンダ
との摩擦が少なくなって仕’［が少なくなるとＩＳＣに
よってアイドル時に機関に吸入される空気の流量が減少
されることになる。一方、基本体積流量は一定である。

このため経時変化等による空気の流量の変化に対応でき
ない、という問題点がある。また。

個々の内燃機関によってアイドル時の空気の流量か異な
るため、基本体積流量を一定にすると、機関の個々の特
性に応じた大気圧補正を行なえない、という問題点かあ
る。

本発明は上記問題点を解決すべく成されたもので、経時
変化等によってアイドル時の空気の流量か変化したり機
関の個々の特性によってアイドル時の空気の流量が異な
る場合においても正確に大気圧補正をすることかできる
内燃機関における体ａ流量計の大気圧補正方法を提供す
ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明は１機関に吸入される
空気の流量を体積流量として計測する体積流量計の出力
を大気圧に応じて補正する内燃機関における体積流量計
の大気圧補正方法において、アイドル時の現在の体積流
量に対するアイドル時の現在までの体積流量の最小値の
比またはアイドル時の現在の体積流量とアイドル時の現
在までの体積流量の最小値との差によって体積流量を補
正することを特徴とする。

［作用］ 以下本発明の原理について説明する。通常の内燃機関に
おいてはＩＳＣによってアイドル時の機関回転速度が略
一定に制御されるため、大気圧が変化しても短期間では
アイドル時の吸入空気の質量流量は殆ど変化しない。従
って、アイドル時の体積流量は大気圧の低下（密度の低
下）に反比例して上昇することになる。ここで、体積流
量計としてカルマン渦エアフロメータを例にとって説明
すると、カルマン渦エアフロメータは上記（１）式で説
明したように吸入空気の体積流量に比例した周波数ｆａ
のパルス列を発生するため、アイドル時の渦発生周波数
ｆｌＤＬは第２図に示すように大気圧に略反比例するこ
とになる。一方、アイドル時の渦発生周波数の最小値ｆ
Ｉ　ＤＬ　ＭＩ　Ｎは、長期間では第３図に示すように
時間の経過に伴って単調減少し最終的には殆ど変化しな
くなる。従って、渦発生周波数の最小値ｆＩｏＬｒ、工
８は、基準となる平地における平均的な周波数と考える
ことができる。第４図に平地から高地に移動し、所定時
間経過後平地に戻った場合のアイドル時の渦発生周波数
ｔ’ｚｏ＋−の変化の一例を示す。平地に戻った時点Ｔ
Ｏで周波数ｆＩＯＬは経時変化によって前回の最小値ｆ
ＩＤＬＭＩＮより所定値αだけ低下することになる。

従って、アイドル時の現在の周波数ｆｌＤＬに対するア
イドル時の現在までの周波数の最小値ｆｘＯＬＭＩＮの
比ｆｔｏＬｒｔｔ＋ｖ／ｆｘｏＬを補正係数として、現
在の渦発生周波数ｆａに乗算すればカルマン渦エアフロ
メータ出力の大気圧補正が成されたことになる。また、
アイドル時の現在の周波数ｆｌＤＬとアイドル時の現在
までの周波数の最小値ｆｌ　ＤＬ　ＭＩ　Ｎとの差ｆｌ
ＯＬ−ｆｌ　ＯＬ　ＭＩ　Ｎに応じて徐々に小さくなる
補正係数を定め、この補正係数と現在の渦発生周波数ｆ
ａとを乗算することによりカルマン渦エアフロメータの
出力の大気圧補正が行なえる。上記のことを一般的に表
わせば、アイドル時の現在の体積流量に対するアイドル
時の現在までの体積流量の最小値の比またはアイドル時
の現在の体積流量とアイドル時の現在までの体積流量の
最小値との差によって体積流量を補正することにより体
積流量の大気圧補正が成されることになる。

なお、現在までの体積流量の最小値を求める場合に、前
回の体積流量と今回の体積流量とを比較して小さい方の
値を最小値とすると、体積流量計出力のゆらぎによって
体積流量の最小値か頻繁に変化することがあるため、現
在の体積流量が現在まての体積流量の最小値に対して所
定値以上小さくなったときに現在の体積流量を現在まで
の体積流量の最小値とするのが好ましい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、アイドル時の体積
流量とアイドル時の体積流量の最小値とによって体積流
量を補正しているため、経時変化や機関側々の特性によ
ってアイドル時の空気の流量か変化した場合においても
正確に大気圧補正をすることができる、という効果が得
られる。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

本実施例は、体積流量計としてカルマン渦エアフロメー
タを用いたものである。

第５図は、本発明が適用可能な内燃機関（エンジン）の
概略を示すものである。このエンジンは、マイクロコン
ピュータ等の電子制御回路によって制御されるもので、
エアクリーナ（図示せず）の下流側の吸気管には、吸入
空気の体積流量を検出するカルマン渦エアフロメータ２
か配置されている。カルマン渦エアフロメータ２は、渦
発生器とカルマン渦の発生周波数を超音波変調により検
出する超音波送受信器とを備えている。従って、吸入空
気の体積流量は、上記（１）式の空気流速と吸気管断面
積とから求められる。

カルマン渦エアフロメータ２の下流側には、スロットル
弁８か配置され、このスロットル弁８にスロットル弁全
閉状態（アイドル位置）でオンするアイドルスイッチｌ
Ｏか取付けられ、スロットル弁８の下流側にサージタン
ク１２か設けられている。また、スロットル弁８を迂回
しかつスロットル弁上流側とスロットル弁下流側のサー
ジタンク１２とを連通ずるようにバイパス路１４が設け
られている。このバイパス路１４には４極の固定子を備
えたパルスモータ１６Ａによって開度か調節されるＩＳ
Ｃバルブ１６Ｂか取付けられている。サージタンク１２
は、インテークマニホールド１８及び吸入ボート２２を
介してエンジン２０の燃焼室に連通されている。そして
、このインテークマニホールド１８内に突出するよう各
気筒毎に、又は気筒グループ毎に燃料噴射弁２４が取付
けられている。

エンジン２０の燃焼室は、排気ボート２６及びエキゾー
ストマニホールド２８を介して三元触媒を充填した触媒
コンバータ（図示せず）に連通されている。このエキゾ
ーストマニホールド２８には、理論空燃比を境に反転し
た信号を出力する０２センサ３ｏが取付けられている。

エンジンブロック３２には、このブロック３２を貫通し
てウォータジャケット内に突出するよう冷却水温センサ
３４が取付けられている。この冷却水温センサ３４は、
エンジン冷却水温を検出して水温信号を出力する。

エンジン２０のシリンダヘッド３６を貫通して燃焼室内
に突出するように各気筒毎に点火プラグ３８が取付けら
れている。この点火プラグ３８は、ディストリビュータ
４ｏ及びイグナイタ４２を介して、マイクロコンピュー
タ等で構成された電子制御回路４４に接続されている。

このディストリビュータ４０内には、ディストリビュー
タシャフトに固定されたシグナルロータとディストリビ
ュータハウジングに固定されたピックアップとて各／ｌ
構成された気筒判別センサ４６及び回転角センサ４８か
取付けられている。気筒判別センサ４６は、例えば７２
０°ＣＡ毎に気筒判別信号を出力し１回転角センサ４８
は例えば３０’　ＣＡ毎にエンジン回転数信号を出力す
る。また、電子制御回路４４には、スピードメータケー
ブルによって回転されるマグネットとこのマクネットに
よって駆動される磁気感応素子とて構成された車速セン
サ５２が接続されている。

電子制御回路４４は第６図に示すように、中央処理袋２
ｔ　（ＭＰＵ）６０．リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ
）６２．ラムダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）６４．
周波数の最小値ｆｌ　ＤＬ　ＭＩ、を記憶するためのバ
ックアップラム（ＢＵ−ＲＡＭ）６６、入出カポ−トロ
８．入力ポードア０゜出力ポードア２，７４．７６及び
これらを接続するデータバスやコントロールハス等のハ
ス７８を含んで構成されている。入出カポ−トロ８には
、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器７８．マルチ
プレクサ８０及びバッファ８４を介して水温センサ３４
が接続されている。入力ポードア０には、コンパレータ
８８及びバッファ８６を介して０２センサ３２が接続さ
れると共に波形整形回路９０を介して気筒判別センサ４
６及び回転角センサ４８が接続され、また直接アイドル
スイッチ１０が接続されると共にバッファ５３を介して
車速センサ５２が接続されている。出力ポードア２は駆
動回路９２を介してイグナイタ４２に接続され、出力ポ
ードア４は駆動回路９４を介して燃料噴射弁２４に接続
され、そして出力ポードア６は駆動回路９６を介してＩ
ＳＣバルブのパルスモータ１６Ａに端線されている。ま
た、ＭＰＵ６０の割込み要求端子にはカルマン渦エアフ
ロメータ２が接続されている。なお、９８はクロック、
１００はタイマである。上記ＲＯＭ６２には、以下で説
明する制御ルーチンのプログラム等が予め記憶されてい
る。

次に上記エンジンの燃料噴射量制御に本発明を適用した
実施例の制御ルーチンを説明する。第７図はカルマン渦
エアフロメータ２から出力されるパルス列の立上りによ
って割り込まれる割込みルーチンを示すもので、この割
込みルーチンが実行されるとステップ１１０において現
在時刻かレジスタＴＬに記憶される。次のステップ１１
２てはカウント値Ｃをインクリメントすることにより割
込み回数すなわちパルス列の立上り回数をカウントする
。次のステップ１１４ではレジスタＴＡに記憶されてい
る現在時刻からレジスタＴＬ−１に記憶されている前回
の割込み時刻を減算した差の逆数を周波数ｆとし、ステ
ップｌ１６において周波数の積算値Σｆにステップ１１
４で求めた周波数を加算することにより周波数の積算値
Σｆを演算する。ステップ１１８ではカウント値Ｃが所
定値ＣＯ（例えば、５）になったか否かを判断し、ステ
ップ１１８の判断か肯定のときにはステップ１２０にお
いて周波数のｖｉ算値Σｆを所定値Ｃ６で除算すること
によりカルマン渦の発生周波数の平均値ｆａ（以下この
平均値を渦発生周波数とする）を演算する。そしてステ
ップ１２２およびステップ１２４においてカウント値Ｃ
をクリアするとともに積算値Σｆを０とする。

第１図は基本燃料噴射量ＴＰを演算する本実施例のメイ
ンルーチンを示すもので、ステップ１４０においてエン
ジン冷却水温Ｔ）（Ｗが所定値ａ（例えば、７０〜８０
　”Ｃ）以上か否かを判断し、ステップ１４２において
アイドルスイッチｌＯがオンしているか否かを判断し更
にステップ１４４において車速か所定値β（例えば、３
〜１０　ｋｍ／ｈ）以下か否かを判断することによりＩ
ＳＣ制御条件が成立しているか否かを判断する。ステッ
プ１４０．ステップ１４２およびステップ１４４の判断
か肯定のときにはＩＳＣ制御条件か成立していると判断
してステップ１４６においてエンジン回転速度ＮＥが目
標回転速度Ｎ７以上か否かを判断する。エンジン回転速
度ＮＥか目標回転速度Ｎ７以上のときにはステップ１４
８においてＩＳＣバルブを閉じる方向にステップモータ
を制御し、逆にエンジン回転速度ＮＥが目標回転速度Ｎ
７未満のときにはステップ１５０において■ＳＣバルブ
を開く方向にステップモータを制御する。このようにス
テップモータを制御することによりアイドル時のエンジ
ン回転速度か目標値ＮＴに制御される。

ステップ１５２においては現在のエンジン回転速度ＮＥ
が目標回転速度ＮＴ±γ以内の領域に入っているか否か
を判断してエンジン回転速度か安定しているか否かを判
断し、ステップ１５２の判断か肯定のときにはステップ
１５４においてＢＵ−ＲＡＭに記憶されているアイドル
時の渦発生周波数の最小値ｆｆ　ＤＬ　ＭＩ　Ｎから所
定値δ（例えば、ＢＵ−ＲＡＭに記憶されている最小値
ｆｌ　ＯＬ　ｆｉＩ　Ｎの３〜５％程度の値）を減算し
た差かアイドル時の渦発生周波数ｆｌＯＬを超えている
か否かを判断する。ステップ１５４の判断か肯定のとき
、すなわち現在の周波数ｆ！ＯＬかＢＵ−ＲＡＭに記憶
されている最小値ｆＩＤＬ　ＭＩ８よりも所定値δ以上
小さいときには、ステップ１５６において現在までＢＵ
−ＲＡＭに記憶されていた最小値ｆＩ　ＯＬ　Ｆ、Ｉ　
Ｎを更新して現在のアイドル時の渦発生周波数ｆｌＤＬ
を新たな最小値ｆＩ　ＤＬ　ＭＩ　ｐａとする。ここで
、最小値ｆｌ　ＤＬ　ＭＩ　Ｎを更新する場合に所定値
δの余裕を設けたのは、周波数のゆらぎ等によって最小
値が頻繁に書き換えられるのを防止するためである。次
のステップ１５８では、ＢＵ−ＲＡＭに最小値ｆｌ　Ｃ
ＡＬ　ＭＩ　Ｎの異常値が記憶されるのを防止するため
に常識的な値で最小値ｆｌ　ＤＬ　ＭＩ　Ｎの上下限規
制を行なった後この最小値ｆＩＤＬＭ！２をＢＵ−ＲＡ
Ｍに記憶する。

次のステップ１６０ではＢＵ−ＲＡＭに記憶されている
最小値ｆｌ　ＤＬ　ＭＩ　Ｎとアイドル時の現在の渦発
生周波数ｆｌＤＬの比ｆｒ　ＯＬ　ＭＩ　Ｎ／ｆ、ＯＬ
を演算してこの値を補正係数にとしてＲＡＭに記憶する
。次のステップ１６２ではカルマン渦の発生周波数ｆａ
に補正係数Ｋを乗算することによりカルマン渦発生周波
数の大気′圧補正を行なった後、ステップ１６４におい
て以下の（２）式に基づいて基本燃料噴射時間ＴＰを演
算する。

ａ ＴＰ＝Ａ・□・・・　（２） Ｅ たたし、Ａは吸気管断面績や目標空燃比によって定まる
係数である。そして、上記基本燃料時間ＴＰを０２セン
サ出力が空燃比リッチを示しているときに徐々に小さく
されかつ０２センサ出力か空燃比リーンを示していると
きに徐々に大きくされる空燃比フィードバック補正係数
やエンジン冷却水温に応じて補正して燃料噴射時間を求
め、この燃料噴射時間に相当する時間燃料噴射弁を開弁
して燃料噴射を実行する。

以上説明したように比ｆ　ｒ　ＯＬ　Ｍ　Ｉ　Ｎ　／　
ｆ　ｒ　。

Ｌによって定まる補正係数にでカルマン渦発生周波ａ　
ｆ　ａを補正することで、特に新たなセンサを付加する
ことなく大気圧の変化に拘らず質量流量に応した燃料噴
射量か得られ、これによって良好な空燃比特性を得るこ
とができる。また、Ｏ２センサによる空燃比フィードバ
ック補正を行なっているため空燃比の僅かなずれも補正
することかできる。

なお、上記ではアイドル時の現在まての渦発生周波数の
最小値とアイドル時の現在の渦発生周波数との比で補正
係数を演算する例について説明したが、第８図に示すよ
うに、アイドル時の現在の渦発生周波数とアイドル時の
現在までの渦発生周波数の最小値との差ｆｌ　０Ｌ−ｆ
ｌ　ＤＬＭ□２に応じて徐々に小さくなる補正係数ｋを
マツプの形で予めＲＯＭに記憶しておき、この差に応じ
て補正係数ｋを演算してカルマン渦の発生周波数を補正
するようにしてもよい、この補正係数は差に応じてｌか
ら徐々に小さくなるように定められている。なお上記で
は燃料噴射量を大気圧補正する例について説明したが、
体積流量とエンジン回転速度とで点火時期を演算するの
で点火時期の大気圧補正にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例のメインルーチンを示す流れ図、第２
図はアイドル時のカルマン渦発生周波数の変化と大気圧
の変化との関係を示す線図、第３図はアイドル時のカル
マン渦発生周波数の最小値の時間に対する変化を示す線
図、第４図は平地と高地とを走行したときのアイドル時
のカルマン渦発生周波数の変化を示す線図、第５図は本
発明が適用可能な内燃機関を示す概略図、第６図は第５
図の制御回路の詳細を示すブロック図、第７図は本実施
例の割込みルーチンを示す流れ図、第８図は補正係数の
他の例を示す線図である。 ２４・・・燃料噴射弁。 ３０・・・０２センサ、 ５２・・・車速センサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）機関に吸入される空気の流量を体積流量として計
   測する体積流量計の出力を大気圧に応じて補正する内燃
   機関における体積流量計の大気圧補正方法において、ア
   イドル時の現在の体積流量に対するアイドル時の現在ま
   での体積流量の最小値の比またはアイドル時の現在の体
   積流量とアイドル時の現在までの体積流量の最小値との
   差によって体積流量を補正することを特徴とする内燃機
   関における体積流量計の大気圧補正方法。
2. （２）前記現在の体積流量が前記現在までの体積流量の
   最小値に対して所定値以上小さくなったときに前記現在
   の体積流量を前記現在までの体積流量の最小値とする特
   許請求の範囲第（１）項記載の内燃機関における体積流
   量計の大気圧補正方法。