JPS6321351A - 内燃機関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〉 本発明は電子制御燃料噴射装置を有する内燃機関におい
て燃料噴射量の演算のために吸入空気量を検出する吸入
空気量検出装置に関する〈従来の技術とその問題点〉 従来から吸入空気量検出装置として用いている吸気管圧
力センサや流量センサの出力は、機関回転に同期して脈
動するＡＣ成分を平均的なりＣ成分の上にもっている。

このような出力形態をもっているものから、定常、過渡
においても、脈動に左右されず、応答性の良い処理をし
て、機関に吸入される空気量を検出し、その空気量に見
合う分燃料を供給しなければならない。

そこで、フィルタや平均化などにより平滑化し、過渡時
において、ｆｉ＋フィルタの時定数を小さくしたり、平
均化を中止したりするもの（特開昭５８−２４８２９号
公報、特開昭５９−３２６３２号公報）、（２１２個の
フィルタ出力より計算するもの（特開昭５８−２８６１
８号公報）、（３）ＡＤ変換のインターバルを短かくし
平均化するもの（特開昭５９−２０００２７号公報）な
どがある。

一方、シリンダに吸入された空気量に対して、該空気量
に見合う燃料供給をするためには、後述するが該吸入さ
れた空気量を示す信号よりほぼ時間（Ｔ）だけ位相的に
進んだ空気量を予測しなければならない。

このため、過渡においては、計測されたシリンダ吸入空
気量から、差分法などを用いて、予測することになる。

この場合、計測されたシリンダ吸入空気量は定常、過渡
時にも応答性を犠牲にしないで脈動の影響を受けないよ
うにする必要がある。

しかしながら、従来の吸入空気量検出装置にあっては、
過渡においても、脈動が残ったり、フィルタ処理する結
果、計測されたシリンダ吸入空気量が実際の空気量とは
違うものとなったりするため、燃料を正しく供給するこ
とができなくなり、オーバーリフチやリーンとなって、
運転性不良や排気性能の悪化をもたらすという問題点が
あった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた
もので、定常や過渡においても脈動の影響を少なくし、
かつ応答性を犠牲にしないで、シリンダに吸入される空
気量を正確に予測して検出することのできる吸入空気量
検出装置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〉 このため、本発明は、第１図に示すように、シリンダに
吸入される空気量を示す物理量を回転同期のタイミング
で１行程中に複数個サンプリングするザンプリング手段
と、最新の該個数のサンプリング値の移動平均を演算す
る移動平均演算手段と、最新の移動平均値ＰＢ−と前回
の移動平均値ＰＢｆｆ１１１−１とによりＰＢｌｌ−Ｐ
ＢＩＩ７＋α（ＰＢＩＴｈ、−ＰＢ−−１）（αは係数
〕を演算する差分演算手段と、スロットル弁の開度を示
す物理量を検出しこの検出値より補正量ＫＡＣＣｌを演
算する補正量演算手段と、前記ＰＢＩ、と前記ＫＡＣＣ
ｌとの和としてシリンダに吸入される空気量を示す物理
量を求める補正手段とを設けて構成したものである。

く作用〉 すなわち、各行程で複数回空気量を測定して、移動平均
をとり、これとスロットル開度の変化割合との和とから
、空気量を予測するのである。

〈実施例〉 以下に本発明の一実施例を説明する。

第２図は車両用４気筒内燃機関１０の電子制御燃料噴射
装置に適用された例を示している。

電子制御燃料噴射装置は、圧力（負圧）センサ２１、ス
ロットルセンサ２２．水温センサ２３．吸気温センサ２
４，０□センサ２５．基準角センサ２６及び単位角セン
サ２７を備えている。

圧力センサ２１は内燃機関１０の吸気管１２におけるス
ロットル弁１３下流の圧力（負圧）を検出しこれを圧力
信号として発生する。スロットルセンサ２２はスロット
ル弁１３の開度を検出しこれを開度信号として発生する
。水温センサ２３は内燃機関１０の冷却系統における冷
却水温を検出しこれを水温信号として発生する。吸気温
センサ２４は内燃機関１０のエアクリーナ１１における
吸気温を検出してこれを吸気温信号として発生する。０
２センサ２５は内燃機関１０の排気管１５における０□
濃度を検出しこれを０□濃度信号として発生する。

基準角センサ２６及び単位角センサ２７は共に内燃機関
１０のディストリビュータ１６内にてそのシャフトに設
けられている。基準角センサ２６はディストリビュータ
シャフトの×回転（したがって内燃機関１０のクランク
軸の２回転、クランク角で１８０°）毎に基準角信号ａ
　（第３図参照）を発生する。この基準角信号ａの発生
時期は上下死点位置よりある所定角だけオフセントしで
ある。単位角センサ２７はクランク角２°　（あるいは
１°）毎に単位角信号ｂ（第３図参照）を発生する。し
たがって、基準角信号ａと単位角信号すとにより現在の
クランク角を判定できる。

マイクロコンピュータ２８は遂時変換型Ａ／Ｄ変換器を
内蔵しており、このＡ／Ｄ変換器は、圧力センサ２１か
らの圧力信号、スロットルセンサ２２からの開度信号、
水温センサ２３からの水温信号、吸気温センサ２４から
の吸気温信号、０□センサ２５からの０２’ｌ１Ｍ度信
号及び車両用直流電源２９の電圧をそれぞれ所定のタイ
ミングでＡ／Ｄ変換する。特に圧力センサ２１からの圧
力信号のＡ／Ｄ変換は、マイクロコンピュータ２８によ
り単位角信号すを計数して所定クランク角度（例えば３
０°）毎に出力されるタイミング信号Ｃ（第３図参照）
に基づいて行う。

また、マイクロコンピュータ２８は、単位時間当りの単
位角信号すを計数して内燃機関１０の回転速度Ｎを演算
する。

さらに、マイクロコンピュータ２８は、その内部に予め
記憶した制御プログラムを第４図〜第６図に示すフロー
チャートに従って実行し、後述するように吸入空気量の
予測演算、各種補正値の演算を行って、内燃機関１０へ
の燃料の噴射量に対応した噴射時間Ｔｉを設定する。そ
して、所定のタイミングでこのＴｉの駆動パルス中をも
つ駆動パルス信号を駆動回路３０を介して内燃機関１０
の燃料噴射弁１４に出力する。

駆動回路３０は、マイクロコンピュータ２８の制御のも
とに内燃機関１０の燃料噴射弁１４への直流電源２９か
らの給電を選択的に許容する。このことは、燃料噴射弁
１４が、駆動回路３０との協働により、その内蔵に係る
ソレノイドを直流電源２９からの給電により開いて図示
しない燃料供給源からの燃料を内燃機関１０の燃焼室内
に噴射することを意味する。

尚、燃料噴射弁１４は内燃機関１０の吸気管１２のブラ
ンチ部に各シリンダ毎に設けられている。

次に吸入空気量の予測演算及びこれに基づく噴射時間の
演算について説明する。

先ず前述のように時間（Ｔ）だけ位相的に進んだ型でシ
リンダ吸入空気量（以下ＱＡｏ７Ｌという）を予測しな
ければならないことを第７図を参照して説明する。

吸気管圧力ＰＢは本実施例のようにＥＧＲのないような
システムにおいては定常ではＱＡＣＶＬを相似的に示し
ている。過渡においては吸気行程の終り近辺の圧力すな
わち吸気ボトム近辺の吸気管圧力ＰＢがＱ、ＣＹｌに相
当する。一方、燃料の方は吸気行程で吸入されるが、バ
ルブ面に到達した燃料としてみると、吸気行程中にバル
ブ面に到達しても、壁流などになる部分があるため、こ
の部分の燃料の応答は空気に乗ったそれに比べ極端に遅
れるため、吸気行程の終りまでに入らなくなる。実験的
に入らなくなる位置をクランク角で求めてみると、約１
１０°ＡＴＤＣ近辺にある。シリンダに吸入される空気
と燃料にはＴＡ−１のタイミング差（位相差）があるこ
とになる。

また、シリンダヘッドのポート部に取付けられた燃料噴
射弁に駆動パルス信号が印加されてから、噴射された燃
料の最後尾がバルブ面に到達するまでには、燃料噴射弁
の駆動パルス中（Ｔｉ）と燃料噴射弁の駆動遅れと燃料
噴射弁からバルブ面までの移動距離（ＴＴＩＩＶＬ）を
考える必要がある。

また、マイクロコンピュータでは基本パルスｒｌＪ（Ｔ
ｐ）から駆動パルス中（Ｔｉ）の演算は所定の時間毎に
行われている。このため、演算インク−パルの時間（Ｔ
ｃＡＬ）だけ燃料の計算を行う場合かかってしまう。

以上より、ＱＡｃ７Ｌに見合う燃料を計算するためには
、演算タイミングが来るＸ時点では、Ｔ　＝　ＴＣＡＬ
　十Ｔ　ｉ　＋　ＴＴＲＶＩ−＋　ＴＡ−Ｆ・−（１ま
たけ、Ｑ、ｃＶ、に相当する吸気管圧力（ＰＢ）に対し
、位相的に進んでいる要求予測量ＱＡｃ７Ｌで基本パル
ス中（Ｔ　ｐ　）から駆動パルス巾（Ｔｉ）の演算を行
い、所定のタイミングで燃料を供給することが必要とな
る。

次に吸気管圧力（Ｐ　Ｂ）信号から時間Ｔだけ位相的に
進んだ信号を求める方式として、マイクロコンピュータ
などによる燃料供給系の演算方式では、 Ｐ　Ｂ１１＝　Ｐ　Ｂ　Ｘ、＋　α（Ｐ　Ｂ　ＸＩ、−
Ｐ　Ｂ　Ｘ、Ｉ）・１２１の差分式を用いるのが一般的
である。ここで、ＰＢ７は予測すべき要求値、ＰＢＸ、
、、ＰＢＸ、、−。

は現時点及び一定時間（ＴＣＡＬ相当）前の吸気管圧力
（Ｐ　Ｂ）の値、αは予測係数で、この場合はα−Ｔ　
／　Ｔ　ＣＡＬに相当する。

しかし、上記の差分式のみでは、過渡におけるＰＢの変
化は第８図のＢに示すようにリニアで変化しないし、ス
ロットル弁の動きに対して少し遅れて立上がる。このた
め、差分法のみによる予測法では第８図に示す誤差（Ｂ
−Ａ）が生しる。少なくともマイナスの誤差は完全に補
正しないと加速時にリーン化による失火につながる恐れ
があり、これにより運転性を悪化させることになる。

この初期リーン化を防止し失火させないようにするため
、また加速のみならず減速も含め、スロットル弁の動き
に応じた補正が必要となる。

この補正量をＫＡｃｃＩとすると、ＰＢｆｉの予測計算
式では、 ＰＢｎ＝ＰＢＸ、＋α（ＰＢＸｌｌ−ＰＢＸ、、）＋Ｋ
Ａｃｃ＋−（３１ となる。

ところが、吸気管圧力（Ｐ　Ｂ）の信号はフィルタを通
さないかぎり第８図の実線のように定常。

過渡においてもエンジン回転に同期した脈動が残る。

この脈動が残る中でＰＢＸＩ、のサンプリングを回転に
対し非同期で行った場合には、ＰＢｎ、の予測計算式で
演算したものは脈動の影響が増巾され、その信号をもと
に噴射パルス中を決めたのでは供給燃料も脈動すること
になる。

したがって、ＰＢの脈動の影響を避けるためには、回転
同期でＰＢをサンプリングしなければならない。

また、上記（３）式の差分予測式の精度を向上させるた
めには、スロットル弁によるＫＡＣＣｌの精度をう上げ
ることは勿論であるが、ベースとなる差分式の精度向上
の方がより重要である。これは、スロットル弁による補
正は過渡的に空気量を示すファクターではないため、Ｋ
ＡｃｃＩによる補正に重点をおくと、スロットル弁の動
きに対する空気量の動きとの感度を合わせることが困難
となり、オーバー補正ぎみになったりするためである。

差分式の精度向上を図るためには、応答性を犠牲にしな
いよう、サンプリング周期を短くし、かつサンプリング
によって最終的に得られた値が脈動にも影響されず、空
気量を代表するものでなければならない。

この要求を満足させるために、本発明では、１行程中に
おいて複数のクランク角同期点でＰＢをサンプリングし
く応答性を良くするためには１行程中のサンプリング点
が多いほど良い）、空気量を代表させるため、１行程間
の移動平均を取って行けば、脈動の影響を気にすること
はなく、かつ応答性良く、ＰＢｎ（（３７式）の値を求
めることができる。

次に本実施例の具体的手法についてフローチャートによ
り説明する。本実施例は４サイクルのエンジンに適用さ
れたもので、１行程中のＰＢのサンプリングはクランク
角３０°毎の回転同期で６回行う。

第４図に示すルーチンでは、先ずステップ１１（図には
３１１と記しである。以下同様）で３０”毎のＰＢのＡ
／Ｄ変換タイミングか否かを判定し、ＹＥＳの場合のみ
ステップ１２以降へ進む。ステップ１２ではＰＢのＡ／
Ｄ変換値ＰＢＸＩｌｏを読込む。そして、ステップ１３
で最も古いＰＢＸ、のデータが入るＰＢＸ６にＰＢＸ、
のデータを入れ、同じようにＰＢＸｓ　４−ＰＢＸ４．
ＰＢＸ、←Ｐ　Ｂ　Ｘ、１．　Ｐ　ＢＸ３←ＰＢＸｚ、
ＰＢＸ２←Ｐ　Ｂ　Ｘ　＋　　とし、ＰＢＸ。

に最新のＰＢＸ、、。を入れる。このステップ１１〜１
３の部分がサンプリング手段に相当する。

次にステップ１４でＰＢＸＩ　〜ＰＢＸ、の移動子この
ステップ１４の部分が移動平均演算手段に相当する。

次にステップ１５でＰＢｎｌの予測値を次式により求め
る。このステップ１５の部分が差分演算手段に相当する
。

Ｐ　Ｂ、、−Ｐ　Ｂｍｎ十α（ＰＢｎｆｉ−ＰＢｎ、、
）尚、予測係数αは所定時間毎に実行される第５図のル
ーチンのステップ３１〜３４によって演算される。ここ
で、ステップ１４で求めたＰＢｎｌ、は脈動の影響を受
けず、平均的なＰＢを示すことから、データとしてのＳ
／Ｎ比が良く、ステップ１５でＰＢｎｌの予測値を精度
良く求めることができる。

次にステップ１６でスロットルセンサ２２によるスロッ
トル開度θをＡ／Ｄ変換してθ。を求め、ステップ１７
でスロットル開度θの変化分に応じた過渡補正量ＫＡｃ
ｃ＋＝ｆ　　（θ７−θｎ−１）を求める。

このＫＡｃｃＩは加速時はプラスの値に、減速時は７イ
ナスの値になる。このステップ１６．１７の部分が補正
量演算手段に相当する。

次にステップ１８でＰＢｎｌにＫＡｃｃｌを加算して、
ＰＢｌｌを補正する。このステップ１８の部分が補正手
段に相当する。以上により、ＰＢｎ、の予測値が最終的
に求まる。

次にステップ１９ではこのＰＢＩｌと回転数Ｎとから基
本パルス巾Ｔｐ＝ｆ　　（ＰＢｎ、Ｎ）を求める。

次にステップ２０では予め求めておいた補正係数Ｃ０Ｅ
Ｆ、無効パルス巾Ｔｓ、空燃比フィードバック補正係数
ＡＬＰＨＡより、駆動パルス巾Ｔｉを次式によって求め
る。

Ｔ　ｉ　＝Ｔｐ−ＣＯＥＦ−ＡＬＰＨＡ＋Ｔｓ尚、補正
係数Ｃ０ＢＦは、第５図のルーチンのステップ３５にお
いて、水温センサ２３により検出される水温、吸気温セ
ンサ２４により検出される吸気温、スロットルセンサ２
２により検出されるスロットル開度に基づいて設定され
る。無効パルス巾ＴＳは、第５図のルーチンのステップ
３６において、直流電源２９の電圧に基づいて設定され
る。空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡは、所定
時間毎に実行される第６図のルーチン（ステップ５１゜
５２）において、０２センサ２５により検出される０２
濃度に基づいて設定される。

そして、ステップ２１でそのＴｉをＩｌｏにセットする
ことによりシリンダに吸入された空気量に見合う燃料量
を与えることができる。

以上により、過渡時においても所定の空燃比を実現でき
、失火などを発生することなく、運転性の良いエンジン
とすることができる。

また、排気ガス成分についても空燃比変動が少なくなる
ため、三元触媒システムなどにおいては、良好な有害排
気成分（ＮＯｘ、Ｃｏ、ＨＣ）の低減をもたらすために
は、貴金属を減らせるなどコスト低減にも結びつくなど
のメリットもある。

尚、シリンダに吸入される空気量を示す物理量として吸
気管圧力を計測する方式ではなく、吸入空気流量を計測
する方式のものにおいても、同様な方法で平均化するこ
とにより、応答性を犠牲にすることなく吸入空気量の平
均値の算出を正確にできる。特に流量センサがホットワ
イヤ、ホットフィルムあるいはカルマンセンサなどの応
答性の良いセンサにあってはエンジンの脈動の影響を大
きく受けるため、本方式は有効に作用する。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、エンジンの脈動の
影響を受けている吸入空気量を示す物理量の計測におい
て１行程中複数個のクランク角同期のサンプリングを行
い、その個数の移動平均値をもとに吸入空気量を予測す
る構成としたため、脈動の影響を受けずに平均的な空気
量の物理量が得られること、フィルタ無しのため応答性
も犠牲にしないで済むことなどから、より正確に予測空
気量を演算できる。従って、シリンダに吸入された空気
量に見合う燃料を供給でき、所定の空燃比を過渡におい
ても実現できるため、失火などのない運転性の良いエン
ジンとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す機能ブロック図、第２図は
本発明の一実施例を示すシステム図、第３図はサンプリ
ングタイミングを示す図、第４図〜第６図は制御内容を
示すフローチャート、第７図は予測制御法について示す
図、第８図は過渡における挙動を示す図である。 １０・・・内燃機関　　１４・・・燃料噴射弁　　２１
・・・圧力センサ　　２２・・・スロットルセンサ　　
２８・・・マイクロコンピュータ 特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　冨二雄 第４凶 ５ＴＡＲＴ ”ＯＡ／Ｄ　峻ｐｓ；＞ｙ、Ｓ” ３０’奢）か？ ＥＳ 第５図　　　　　　　第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 シリンダに吸入される空気量を示す物理量を回転同期の
   タイミングで１行程中に複数個サンプリングするサンプ
   リング手段と、最新の該個数のサンプリング値の移動平
   均を演算する移動平均演算手段と、最新の移動平均値Ｐ
   Ｂ＿ｍ＿ｎと前回の移動平均値ＰＢ＿ｍ＿ｎ＿−＿１と
   によりＰＢ＿ｎ＝ＰＢ＿ｍ＿ｎ＋α（ＰＢ＿ｍ＿ｎ−Ｐ
   Ｂ＿ｍ＿ｎ＿−＿１）〔αは係数〕を演算する差分演算
   手段と、スロットル弁の開度を示す物理量を検出しこの
   検出値より補正量Ｋ＿Ａ＿Ｃ＿Ｃ＿ｌを演算する補正量
   演算手段と、前記ＰＢ＿ｎと前記Ｋ＿Ａ＿Ｃ＿Ｃ＿ｌと
   の和としてシリンダに吸入される空気量を示す物理量を
   求める補正手段とを有することを特徴とする内燃機関の
   吸入空気量検出装置。