JP4019413B2 - 吸入空気流量測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関(以下、エンジン)に吸い込まれる吸入空気流量測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
エンジンの吸気管には、エンジンに吸い込まれる吸入空気流量を測定するための流量センサが搭載されている。流量センサとしては、発熱抵抗体を用いて吸気管内を流れる空気の順流と逆流の空気流量を測定するものが知られている。
この流量センサによるエンジンの低回転・高負荷域(逆流が大きく発生する領域)時における出力特性を、図9の実線Aに示す。上記したタイプのセンサ出力から演算される吸入空気流量は、図10の実線Bの流量変化として示される。なお、この時の真の吸入空気流量の変化は図10の破線αである。
【0003】
図10の破線αと実線Bとを比較して明らかなように、センサ出力から求めた流量(実線B)は、順流側よりも逆流側において、真の吸入空気流量(破線α)に対する誤差が大きくなっている。
このため、センサ出力から求められる平均吸入空気流量は、真の吸入空気流量の平均値よりも大きな値になってしまう。
【0004】
上記の不具合を回避する技術として、特開平9−15013号公報に開示された技術が知られている。この技術は、流量センサのセンサ出力が逆流域(流量がマイナスの領域)の時に、その出力を図9の一点鎖線A’に示すように補正するものである。
このように補正された補正値から吸入空気流量を演算すると、エンジンの低回転・高負荷域時において、図10の一点鎖線B’に示す流量変化となり、演算によって求められる平均吸入空気流量が、真の吸入空気流量の平均値と略一致するようになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に開示される技術は、上述したように、エンジンの低回転・高負荷域時において、流量センサの出力を補正してから求められる吸入空気流量の平均値を、真の吸入空気流量の平均値と略一致させることができる。
しかし、流量センサの出力に対して補正を加える領域は、順流域と逆流域を境として逆流域(センサ出力による算出流量がマイナス側の領域)に限定されているため、演算によって求めた平均吸入空気流量と、真の吸入空気流量の平均値とが一致しなくなってしまう。
【0006】
具体的には、例えば、エンジン回転数の上昇等により、真の吸入空気流量の平均値がやや上昇した場合は、補正を加える逆流域(センサ出力による算出流量がマイナス側の領域)が減少して、補正される領域が小さくなる(あるいはなくなる)ため、流量センサの逆流側の出力に正確な補正を加えることができなくなり、演算によって求められる平均吸入空気流量と、真の吸入空気流量の平均値とが一致しなくなってしまう。
【0007】
また、例えば、スロットルバルブの開度が変化した場合や、吸入バルブのリフト量が変化した場合などでは、吸気脈動の順方向流量と逆方向流量との割合(および吸気脈動幅)が変動する。つまり、この場合において、補正を加える逆流域(センサ出力による算出流量がマイナス側の領域)が変動することになり、演算によって求められる平均吸入空気流量と、真の吸入空気流量の平均値とが一致しなくなってしまう。
【0008】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、次の2つを目的としている。
第1の目的は、エンジンの運転状態に応じて流量センサの逆流側の出力を的確に補正することで、エンジンの運転状態によらず、エンジンの広い運転範囲に亘って、平均吸入空気流量を高い精度で測定する。
第2の目的は、エンジンの運転状態に応じて流量センサから求められる逆流側の吸入空気流量を的確に補正することで、エンジンの運転状態によらず、エンジンの広い運転範囲に亘って、平均吸入空気流量を高い精度で測定する。
【0009】
【課題を解決するための手段】
次に各請求項に対応した手段を説明する。なお、この各手段に示す符号は、理解を補助する目的で付したものである。
〔請求項1の手段〕
エンジンの運転状態に応じて吸気管内を流れる真の空気流は、順流側と逆流側の分岐部の吸入空気流量が変動したり、吸気脈動の順方向流量と逆方向流量との割合が変化したりする。そこで、エンジンの運転状態に応じて補正基準値(Qx)を求める。
そして、流量センサの出力値(V)のうち、補正基準値(Qx)よりも逆流方向側の出力値(Vg)を補正して逆流側補正出力値(Vg’)を求め、この逆流側補正出力値(Vg’)と、流量センサの出力値(V)のうち、補正基準値(Qx)よりも順流方向側の出力値(Vj)とを基に、平均吸入空気流量(Q)を求める。
【0010】
このように、請求項1の手段を採用することにより、エンジンの運転状態に応じて、吸気脈動の逆流側における流量センサの出力値を適切に補正することができるため、エンジンの運転状態によらず、エンジンの広い運転範囲に亘って、平均吸入空気流量を高い精度で測定することができる。
【0011】
〔請求項2の手段〕
エンジンの運転状態に応じて吸気管内を流れる真の空気流は、順流側と逆流側の分岐部の吸入空気流量が変動したり、吸気脈動の順方向流量と逆方向流量との割合が変化したりする。そこで、エンジンの運転状態に応じて補正基準値(Qx)を求める。
そして、流量センサの出力値(V)のうち、補正基準値(Qx)よりも逆流方向側の出力値(Vg)から求められる吸入空気流量(Qg)を補正して逆流側補正吸入空気流量(Qg’)を求めるとともに、流量センサの出力値(V)のうち、補正基準値(Qx)よりも順流方向側の出力値(Vj)から吸入空気流量(Qj)を求め、求めた両者(Qg’、Qj)を基に平均吸入空気流量(Q)を求める。
【0012】
このように、請求項2の手段を採用することにより、エンジンの運転状態に応じて、吸気脈動の逆流側の吸入空気流量を適切に補正することができるため、エンジンの運転状態によらず、エンジンの広い運転範囲に亘って、平均吸入空気流量を高い精度で測定することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、2つの実施例と変形例を用いて説明する。
〔第1実施例〕
図1〜図7を参照して吸入空気流量測定装置1を用いた燃料噴射装置2を説明する。
燃料噴射装置2は、図1に示されるように、吸入空気流量を測定する吸入空気流量測定装置1の他に、吸入空気流量に応じた所定の噴射量を算出する燃料噴射量演算装置3と、この燃料噴射量演算装置3で算出された噴射量を所定のタイミングで噴射する燃料噴射弁4とから構成される。
【0014】
吸入空気流量測定装置1は、エンジン5の吸気管6(図2参照)に取り付けられ、エンジン5に吸引される吸入空気流量を検出するためのエアフロメータ7(図2、図3参照)と、エアフロメータ7に取り付けられる流量センサ8(図3参照)の出力から吸入空気流量を算出する流量算出手段9(図1参照)とを備える。
【0015】
ここで、先ずエンジン5の吸入系の概略構成を図2を参照して説明する。
エンジン5の吸入系は、エアクリーナ10で濾過された空気をエンジン5の各気筒11へ導く吸気管6を備えるものであり、その吸気管6には、上述したエアフロメータ7の他に、スロットルバルブ12、サージタンク13が介在されている。そして、エンジン5のピストン14が下降する際に吸入バルブ15が開弁動作して、エアクリーナ10で濾過された空気がエンジン5の気筒11内に吸引される。
【0016】
エアフロメータ7の構造を図3を参照して説明する。
エアフロメータ7は、エンジン5の吸気管6に取り付けられるセンサボディ16と、このセンサボディ16に形成された副流路17内に保持される流量センサ8とで構成される。
なお、副流路17は、吸気管6内を流れる吸入空気の一部が迂回して流れるように設けられる。
【0017】
流量センサ8は、発熱抵抗体を用いて吸入空気の順流方向の吸入空気流量と、逆流方向の吸入空気流量とを測定するものであり、検出された吸入空気流量を電気的な信号として出力する。
なお、この実施例では、流量センサ8は吸入空気流量に応じた電圧値を出力する例を示すが、電流値を出力するものであっても良い。
具体的に、この実施例の流量センサ8は、流量センサ8を通過する吸入空気流量に対し、図4の実線Aに示す出力電圧を発生するものであり、順流方向の吸入空気流量が増大するに従って出力電圧が所定曲線を描いて上昇し、逆流方向の吸入空気流量が増大するに従って出力電圧が所定曲線(上昇曲線とは異なった曲線)を描いて下降するものである。
【0018】
次に、吸入空気流量測定装置1の概略を、図1(a)を参照して説明する。
流量センサ8の出力電圧は、ECU(エンジン・コントロール・ユニットの略)20に設けられた流量算出手段9において、平均吸入空気流量に換算される。
流量算出手段9は、流量センサ8の出力電圧に対応した吸入空気流量(順流、逆流を含む)が設定されたマップあるいは演算式を備えるものであり、吸気脈動等によって変動する流量センサ8の出力電圧から、吸気脈動等によって変動する吸入空気流量を求め、その値から平均吸入空気流量を求めるものである。
【0019】
上記の構成のように、流量センサ8の出力特性(図4の実線A)を用いて平均吸入空気流量を求めると、従来技術の項で説明した不具合が発生する。つまり、流量センサ8の電圧出力の変化は、図4の実線Aに示されるものであり、例えば、エンジン5の低回転・高負荷域時では、上記実線Aに基づいて求められる吸入空気流量が図5の実線Bに示される値となり、実際の吸入空気流量(真の吸入空気流量)の変化(図5の破線α)に対し、順流側よりも逆流側において誤差(真の吸入空気流量と演算流量との差)が大きくなってしまう。
このため、流量センサ8の出力から求められる平均吸入空気流量は、真の吸入空気流量の平均値よりも大きな値になってしまう。
【0020】
上記の不具合を回避するために、この実施例の吸入空気流量測定装置1は、流量センサ8の電圧出力のうち、逆流側の電圧出力をエンジン5の運転状態に応じて補正し、その補正値を基に平均吸入空気流量を求めるように設けている。
【0021】
この具体的な構成を図1(b)及び図4、図5を参照して説明する。
本実施例の吸入空気流量測定装置1は、上記図1(a)の構成の他に、エンジン5の運転状態を検出する運転状態検出手段21と、この運転状態検出手段21によって検出されたエンジン5の運転状態に応じて補正基準値Qxを決定する補正基準値決定手段22と、流量センサ8の出力値Vのうち、補正基準値Qxよりも逆流方向側の出力値Vgを補正して逆流側補正出力値Vg’(図4の一点鎖線に示される値)を求める逆流側出力補正手段23とを備える。
【0022】
そして、流量算出手段9は、流量センサ8の出力値Vのうち、補正基準値Qxよりも順流方向側の出力値Vjから求められる吸入空気流量Qj(図5の補正基準値Qxより上の値)と、逆流側補正出力値Vg’から求められる逆流側吸入空気流量Qg(図5の補正基準値Qxより下の値)とを基に、平均吸入空気流量Qを求めるように設けられている。
【0023】
運転状態検出手段21は、例えばエンジン回転数、スロットル開度、アクセル開度、吸入バルブ15のバルブリフト量、平均吸入空気流量のいずれか1つ、あるいは複数を組み合わせて読み取るものである。なお、この平均吸入空気流量は、流量センサ8によって求められる数値を用いるものである。
【0024】
ここで、補正基準値決定手段22は、図6に示すように、例えば吸入空気流量等の運転状態に応じて補正基準値Qxを、エンジン5のアイドリング時に設定されるQiから、最大のQmax の範囲内で連続的(あるいは段階的)に可変するものである。
この上限(Qmax )は、図7に示すように、吸入空気流量が所定吸入空気流量よりも多く、吸気脈動が小さいような運転状態の時には、補正基準値Qxが吸気脈動する吸入空気流量に対して交差しないように設定されるものである。このように設けられることによって、不要な補正をキャンセルすることができる。
【0025】
また、逆流側出力補正手段23は、補正基準値Qxあるいはエンジン運転状態に応じて補正量(Vg→Vg’の変更量)を変更するように設けられている。具体的な例を示すと、予めプログラムされたマップや演算式に基づいて、出力値Vgを、図4の破線で示す範囲内の逆流側補正出力値Vg’に補正するものである。
なお、補正量を可変する演算式として、出力値Vgに任意の定数を乗算したり、出力値Vgに任意の定数を乗算した上に所定値(ゲインやオフセット)を加算したり、出力値Vgに乗算する定数を流量の関数にするなどを用いても良い。
【0026】
〔第1実施例の効果〕
この実施例の吸入空気流量測定装置1は、上述したように、エンジン5の運転状態に応じて補正基準値Qxを求め、流量センサ8の出力値Vのうち、補正基準値Qxよりも逆流方向側の出力値Vgを補正して逆流側補正出力値Vg’を求める。そして、流量センサ8の出力値Vのうち、補正基準値Qxよりも順流方向側の出力値Vjから求められる吸入空気流量Qjと、逆流側補正出力値Vg’から求められる逆流側吸入空気流量Qgとを基に、平均吸入空気流量Qを求めている。
このように、エンジン5の運転状態に応じて、吸気脈動の逆流側における流量センサ8の出力値Vを適切に補正することができ、エンジン5の運転状態によらず、エンジン5の広い運転範囲に亘って、平均吸入空気流量Qを高い精度で測定することができる。
【0027】
〔第2実施例〕
上記の第1実施例では、流量センサ8の出力値Vのうち、補正基準値Qxよりも順流方向側の出力値Vjから求められる吸入空気流量Qjと、補正基準値Qxよりも逆流方向側の出力値Vgを補正した逆流側補正出力値Vg’から求められる逆流側吸入空気流量Qgとを基に、平均吸入空気流量Qを求めた例を示した。これに対し、この第2実施例の吸入空気流量測定装置1は、図8に示す構成を採用するものであり、ECU20内の逆流側出力補正手段23において、流量センサ8の出力値Vのうち、補正基準値Qxよりも逆流方向側の出力値Vgから求められる逆流側吸入空気流量Qgを補正して逆流側補正吸入空気流量Qg’を求める。
そして、流量算出手段9において、流量センサ8の出力値Vのうち、補正基準値Qxよりも順流方向側の出力値Vjから求められる吸入空気流量Qjと、上記で求めた逆流側補正吸入空気流量Qg’とから、平均吸入空気流量Qを求めるものである。
【0028】
このように設けることによって、エンジン5の運転状態に応じて、吸気脈動の逆流側の吸入空気流量を適切に補正することができ、エンジン5の運転状態によらず、エンジン5の広い運転範囲に亘って、平均吸入空気流量Qを高い精度で測定することができる。
【0029】
〔変形例〕
上記の第1実施例では、補正基準値Qxよりも順流方向側の出力値Vjから求められる吸入空気流量Qjと、逆流側補正出力値Vg’から求められる逆流側吸入空気流量Qgと、から平均吸入空気流量Qを求める例を示した。
しかし、補正基準値Qxよりも順流方向側の出力値Vjと、逆流側補正出力値Vg’から直接平均吸入空気流量Qを求めても良い。つまり、例えば、補正基準値Qxよりも順流方向側の出力値Vjと、逆流側補正出力値Vg’とを平均化し、その平均値から平均吸入空気流量Qを求めても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】燃料噴射装置の概略ブロック図である(第1実施例)。
【図2】エンジンの吸気系を示す概略図である(第1実施例)。
【図3】エアフロメータの断面図である(第1実施例)。
【図4】流量センサの出力と吸入空気流量の関係を示すグラフである(第1実施例)。
【図5】演算により求められる吸入空気流量の変化を示すグラフである(第1実施例)。
【図6】補正基準値と吸入空気流量の関係を示すグラフである(第1実施例)。
【図7】通常運転時における吸入空気流量の変化を示すグラフである(第1実施例)。
【図8】吸入空気流量測定装置を用いた燃料噴射装置の概略ブロック図である(第2実施例)。
【図9】流量センサの出力と吸入空気流量の関係を示すグラフである(従来例)。
【図10】演算により求められる吸入空気流量の変化を示すグラフである(従来例)。
【符号の説明】
1 吸入空気流量測定装置
5 エンジン
6 吸気管
8 流量センサ
9 流量算出手段
21 運転状態検出手段
22 補正基準値決定手段
23 逆流側出力補正手段
Q 平均吸入空気流量
Qg 逆流方向側の流量センサの出力値から求められる吸入空気流量
Qg’ 逆流側補正吸入空気流量
Qj 順流方向側の流量センサの出力値から求められる吸入空気流量
Qx 補正基準値
V 流量センサの出力値
Vg 逆流方向側の流量センサの出力値
Vg’ 逆流側補正出力値
Vj 順流方向側の流量センサの出力値
Claims (2)
- (a)エンジンの吸気管内に配置され、発熱抵抗体を用いて前記吸気管内を流れる吸入空気の順流方向の空気流量と逆流方向の空気流量とが測定可能な流量センサと、
(b)前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
(c)この運転状態検出手段によって検出された前記エンジンの運転状態に応じて補正基準値を決定する補正基準値決定手段と、
(d)前記流量センサの出力値のうち、前記補正基準値よりも逆流方向側の出力値を補正して逆流側補正出力値を求める逆流側出力補正手段と、
(e)前記流量センサの出力値のうち、前記補正基準値よりも順流方向側の出力値と、前記逆流側出力補正手段で求められた前記逆流側補正出力値とに基づいて平均吸入空気流量を求める流量算出手段と、
を備える吸入空気流量測定装置。 - (f)エンジンの吸気管内に配置され、発熱抵抗体を用いて前記吸気管内を流れる吸入空気の順流方向の空気流量と逆流方向の空気流量とが測定可能な流量センサと、
(g)前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
(h)この運転状態検出手段によって検出された前記エンジンの運転状態に応じて補正基準値を決定する補正基準値決定手段と、
(i)前記流量センサの出力値のうち、前記補正基準値よりも逆流方向側の出力値から求められる吸入空気流量を補正して逆流側補正吸入空気流量を求める逆流側出力補正手段と、
(j)前記流量センサの出力値のうち、前記補正基準値よりも順流方向側の出力値から求められる吸入空気流量と、前記逆流側出力補正手段で求めた前記逆流側補正吸入空気流量とから、平均吸入空気流量を求める流量算出手段と、
を備える吸入空気流量測定装置。
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