JPH04194349A - 過給機付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〉 本発明は過給機付内燃機関の吸入空気量検出装置に関し
、詳しくは、過給機付内燃機関、特にインタークーラを
備えた機関における過渡時の吸入空気量の検出エラー発
生を抑止する技術に関する。

〈従来の技術〉 従来から、内燃機関への燃料供給量を電子制御する制御
装置において、機関の吸入空気量を直接に検出するエア
フローメータを設け、このエアフローメータで検出され
た吸入空気量に基づいて燃料供給量を可変設定するよう
構成されたものが、一般にＬジェトロ方式と呼ばれて知
られている（特開昭５８−１５００４０号公報、特開昭
５９−４９３３４号公報等参照）。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、自然吸気の内燃機関においては、エアフロー
メータとスロットル弁との間の容積が比較的小さい場合
には、エアフローメータによる検出空気量は、スロット
ル弁の通過空気量と略一致する。

これに対し、過給機を備えた内燃機関にあっては、コン
プレッサ゛とスロットル弁との間の過給室に充填される
空気量か、過渡運転による過給圧変化で変化する。この
ため、過給機付機関では、過渡運転時にはエアフローメ
ータ（ＡＦＭ）は過給室充填空気量の変化分も同時に検
出することになり、エアフローメータによる検出空気量
と実際にスロットル弁を通過する空気量とが、第９図に
示すように過給室内における充填空気量変化分だけ一致
しなくなる。従って、過給機付機関の過渡運転時には、
吸入空気量の検出精度が悪化し、以て、燃料制御精度（
空燃比制御精度）か悪化して機関吸入混合気の空燃比か
目標からずれ、運転性や排気性状に悪影響を及ぼすこと
かあった。

尚、第９図に示す加速状態において、スロットル弁の開
き始めのとき（加速初期）には、過給室内の空気かイン
テークマニホールド側に吸引されて、過給室の充填空気
量か減少するために、エアフローメータの検出遅れが発
生し、燃料供給量の増大制御が遅れて空燃比かリーン化
する。そして、その後過給圧の上昇と共に過給室内の充
填空気量が増大するか、エアフローメータがこの充填空
気量の増大分もスロットル弁通過空気量として検出する
ので、燃料か過剰供給されて空燃比かオーバーリッチ化
する。

ところで、吸気冷却のためにインタークーラを備える過
給機付機関では、従来からインタークーラとコンプレッ
サとの間での過給圧に基づいて過給圧コントロールを行
うようにしており、一方、前述のようなエアフローメー
タの検出誤差は過給圧変化に起因するので、コンプレッ
サ直下で過給圧を検出し、該過給圧変化に基づいて吸入
空気量の検出値を補正することを勘案した。しかしなが
ら、コンプレッサ直下での過給圧検出値では、コンプレ
ッサによる過給状態は精度良く検出てきるが、過渡時の
過給室内の充填空気量の変化を応答性良く捉えることが
できないという問題かあった。

また、複数の過給機を独立した吸気系毎に備え、これら
複数の吸気系の上流側合流部で吸入空気量を検出するよ
う構成されたシステムにおいて、過給圧に基づく空気量
補正を行おうとすると、各吸気系毎に過給圧のばらつき
があるので、それぞれに過給圧センサを設ける必要が生
じてしまうという問題もあった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、過給機
付内燃機関、特に、インタークーラを備えたシテスムに
おける過渡時の吸入空気量検出エラーを応答性良く補償
でき、然も、かかる補償制御を最低限のセンサ数によっ
て行えるようにすることを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 そのため本発明にかかる過給機付内燃機関の吸入空気量
検出装置は、過給機のコンプレッサ下流側にスロットル
弁を備えて構成され、かつ、過給された吸気を冷却する
インタークーラを前記コンプレッサとスロットル弁との
間に備えた過給機付内燃機関において、第１図に示すよ
うに構成される。

第１図において、吸入空気量検出手段は、コンプレッサ
の上流側で機関の吸入空気量を直接検出し、また、過給
圧検出手段は、過給機による過給圧をインタークーラと
スロットル弁との間で直接検出する。

そして、吸入空気量補正手段は、コンプレッサとスロッ
トル弁との間の過給室内における充填空気量の変化分を
、少なくとも過給圧検出手段で検出される過給圧に基づ
いて推定し、該推定結果に基づいて前記吸入空気量検出
手段で検出された吸入空気量を補正設定する。

ここて、コンプレッサ、インタークーラ及びスロットル
弁からなる過給吸気系が、前記吸入空気量検出手段の下
流側で分岐して複数並設される場合には、過給圧検出手
段がそれぞれの吸気系のインタークーラとスロットル弁
との間の圧力の合成圧として過給圧を検出するよう構成
することが好ましい。

〈作用〉 かかる構成によると、インタークーラとスロットル弁と
の間で検出される過給圧に少なくとも基づいて、コンプ
レッサとスロットル弁との間の過給室内における過給圧
変化に因る充填空気量の変化分が推定され、たの推定結
果から吸入空気量の検出値か補正されるので、過渡時で
前記過給室内の充填空気量か変化し、吸入空気量検出手
段が該変化分も含めて検出しても、その分を補正して真
の機関吸入空気量を求めることができる。

また、上記のような充填空気量の変化分に応じた補正を
行うときに用いる過給圧の検出値が、インタークーラと
スロットル弁との間で検出されたものであるから、イン
タークーラの上流側の過給圧に比べ過渡時のスロットル
弁の動きに敏感に反応する過給圧検出値に基づいて吸入
空気量の補正を行わせることかでき、特に過渡初期にお
いて応答性良く吸入空気量の補正か行える。

更に、複数の過給吸気系を備える場合に、過給圧検出手
段がそれぞれの吸気系のインタークーラとスロットル弁
との間の圧力の合成圧として過給圧を検出すれば、過給
圧検出手段を各吸気系毎に設ける必要かない。

〈実施例〉 以下に本発明の詳細な説明する。

一実施例を示す第２図において、過給機として排気ター
ボチャージャ１を備えた内燃機関２は、排気通路３を介
して排出された排気のエネルギによって排気ターボチャ
ージャ１の排気タービン４を回転駆動させることにより
、吸気通路５に設けられ前記排気タービン４と軸結され
たコンプレッサ６を回転駆動して、吸入空気を過給する
ようになっている。

二二で、コンプレッサ６下流の吸気通路５の吸気圧力か
、圧力通路７を介してダイアフラム式アクチュエータ８
の圧力室に導入されている。ダイアフラム式アクチュエ
ータ７は、排気タービン３をバイパスして設けられる排
気バイパス通路９を開閉する排気バイパス弁（ウェスト
ゲートバルブ）１０を、その圧力室に導入された圧力（
過給圧）に応じて開閉駆動するものである。

コントロールユニット１５には、コンプレッサ６上流側
の吸気通路５に介装された熱線式などのエアフローメー
タ１１によって直接に検出された吸入空気流量信号Ｑ、
コンプレッサ６下流側の吸気通路５に介装されたスロッ
トル弁１２に付設されたスロットルセンサ１３によって
検出されたスロットル弁開度信号ＴＶＯ、クランク角セ
ンサ等の回転速度センサ１４によって検出された機関回
転速度信号Ｎ１機関２のウォータジャケット１６に配設
された水温センサ１７によって検出された冷却水温度信
号Ｔｗ等が入力されるようになっている。

そして、コントロールユニット１５は、前記エアフロー
メータ１１によって検出される吸入空気流量Ｑ及び回転
速度センサ１４て検出される機関回転速度Ｎに基づいて
基本燃料噴射量Ｔｐを演算設定すると共に、この基本燃
料噴射量Ｔｐを水温センサ１７によって検出される冷却
水温度Ｔｗ等に基づいて補正することで最終的な燃料噴
射量Ｔｉを設定する。

そして、前記燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス巾の駆動
パルス信号を電磁式の燃料噴射弁１８に機関回転に同期
した所定タイミングて出力して、前記パルス巾に相当す
る時間だけ燃料噴射弁１８を間欠的に開駆動して、機関
２に燃料を噴射供給させる。

尚、第２図において、１９は排気ターボチャージャｌに
よって過給された吸気を冷却するためのインタークーラ
ー、２０は各燃焼室に設けられた点火栓である。

ここで、前記インタークーラー１９の下流側でスロット
ル弁１２の上流側には、過給圧ＰＢを直接検出する過給
圧センサ２１と、空気温度ＴＢを検出する空気温度セン
サ２３とか設けられ、コントロールユニット１５は前記
過給圧センサ２１で検出される過給圧ＰＢ及び空気温度
センサ２３で検出される空気温度ＴＢに基づいて、コン
プレッサ６とスロットル弁１２との間に設けられた過給
室２２内の空気密度ρを設定し、該空気密度ρの変化と
過給室２２の容積とに基づいて過給室２２内の充填空気
量の変化を推定し、該推定結果に基づいてエアフローメ
ータ１１によって検出された吸入空気流量Ｑａを補正す
るように構成されており、このようにして補正された吸
入空気流量Ｑｓのデータに基づいて基本燃料噴射量Ｔｐ
が設定されるようにしである。

かかる吸入空気流量Ｑａの補正制御を、第３図〜第６図
のフローチャートにそれぞれ示されるプログラムに従っ
て以下に説明する。

尚、本実施例において、吸入空気量補正手段としての機
能は、前記第３図〜第６図のフローチャートに示すよう
に、コントロールユニット１５がソフトウェア的に備え
ている。また、本実施例において、吸入空気量検出手段
は前記エアフローメータ１１か相当し、過給圧検出手段
は前記過給圧センサ２１か相当する。

第３図のフローチャートは、エアフローメータ１１によ
り検出された吸入空気流量Ｑ’ａの補正制御の全体概要
を示すものである。

まず、ステップｌ　（図中ではＳｌとしである。

以下同様）では、過給圧センサ２１で検出される過給圧
ＰＢと空気温度センサ２３て検出される空気温度ＴＢと
に基づいて、過給室２２における空気密度ρの変化Δρ
を演算する。

次のステップ２では、エアフローメータ】１により検出
された吸入空気流量Ｑａを、前記空気密度変化Δρと過
給室２２の容積とから推定される充填空気量の変化分に
基づき補正するための補正値Ｑｔｃを演算する。

そして、ステップ３ては、前記補正値Ｑｔｃによってエ
アフローメータ１１により検出された吸入空気流量Ｑａ
を補正し、ここて補正設定された吸入空気流量Ｑｓを基
本燃料噴射量Ｔｐを演算するための最終検出値として設
定するようにしである。

次に上記に概略説明した各ステップ１〜３における詳細
な処理内容を第４図〜第６図のフローチャートに従って
以下に説明する。

前記ステ５・ブｌにおける空気密度変化Δρ演算の詳細
は、第４図のフローチャートに示しである。

ここで、ステップ１１では、過給圧センサ２１及び空気
温度センサ２３によりそれぞれ検出された過給圧及び空
気温度の最新検出値ＰＢ、、ＴＢ、を読み込む。

ステップ１２では、基準過給圧Ｐ、基準空気温度Ｔ、基
準空気密度ρに基づいて、現在の過給圧ＰＢ１及び空気
温度Ｔ　Ｂ　＋における空気密度ρ１を以下の式に従っ
て演算する。

そして、ステップ１３では、今回上記ステップ１２で演
算された空気密度ρ１と、本プログラムの前回実行時に
同じくステップ１２で演算された空気密度ρ。どの差と
して、本プログラム実行周期当たりの空気密度変化Δρ
（＝ρ１−ρ。）を演算する。

ここて、過給圧センサ２１は、インタークーラ１９とス
ロットル弁１２との間において過給圧ＰＢを検出するか
ら、過渡運転時における前記空気密度変化Δρを応答性
良く検出することができる。即ち、インタークーラ１９
の上流側で過給圧を検出するようにした場合には、コン
プレッサ６による過給状態を検出するのに適しているか
、スロットル弁Ｉ２と過給圧センサとの間に圧力変化の
緩衝を行うインタークーラ１９か介在することになるた
め、第７図に示すように、過渡初期においてスロットル
弁の開度変化に対する過給室２２内の圧力変化に対して
検出応答遅れが生じてしまう。

これに対し、本実施例のようにインタークーラ１９とス
ロットル弁１２との間て過給圧を検出するように構成す
ると、スロットル弁１２の開度変化による過給室２２内
の圧力変化がインタークーラ１９の下流側でいち早く発
生するから、過渡運転時の過給圧変化を応答良く検出で
きるものである。

従って、本実施例のようにインタークーラ１９を備える
過給システムにおいて、過給室２２内の空気密度変化Δ
ρか応答性良く検出され、以て、後に詳細に説明する吸
入空気量補正を応答性良く行わせることかできるもので
ある。

ステップ１４では、前記ステップ１３て演算された空気
密度変化Δρの正負を判別する。ここで、空気密度変化
Δρが正の値であって、空気密度ρが上昇変化している
ときには、ステップ１５へ進みフラグＦｌｕｇｄｐに１
をセットするか、空気密度変化Δρが負の値であって、
空気密度ρが減少変化しているときには、ステップ１６
へ進みフラグＦｌｕｇｄｐに０をセットする。一方、ス
テップ１４て空気密度変化Δρか略ゼロであると判別さ
れる空気密度ρが略一定しているときには、ステップ１
７て前記フラグＦｌｕｇｄｐに１をセットすると共に、
ステップ１８で補正値Ｑｔｃにゼロをセットして、吸入
空気流量Ｑａの補正をキャンセルする。

即ち、過給室２２内の空気密度ρか変化しているときに
は、過給室２２内の充填空気量か変化している状態で、
エアフローメータ１１による検出値に誤差が生じるが、
過給室２２内の空気密度ρか一定であるときには前記充
填空気量か一定で、エアフローメータ１１による検出空
気量か、略スロットル弁１２通過空気量と一致するので
、補正を行わないものである。

第３図のフローチャートにおけるステップ２に相当する
補正値Ｑｔｃの演算は、第５図のフローチャートに示さ
れる。

第５図のフローチャートにおいて、ステップ２１では、
以下の式に従って補正値Ｑｔｃを算出する。

Ｑｔｃ＝ｌΔＤ　Ｉ　ＸＶｏ　１　ｔ　ｃここで、前記
Ｖｏ　ｌ　ｔ　ｃは補正定数であり、過給室２２の容積
と空気密度変化Δρを求めた時間窓等から決定され、か
かる補正定数Ｖｏｌｔｃを空気密度変化Δρに乗算する
ことて、単位時間当たりの過給室２２内の充填空気量変
化に相当する補正値Ｑｔｃか求められるようにしである
。

次に前記補正値Ｑｔｃに基づく、エアフローメータ１１
による検出値Ｑａの補正を、第６図のフローチャートに
従って説明する。

まず、ステップ４１では、前記第４図のフローチャート
において空気密度変化の方向に基づき設定されるフラグ
Ｆｌｕｇｄｐの判別を行う。

ここて、フラグＦｌｕｇｄｐにゼロかセットされている
と判別されたときには、空気密度ρの上昇状態であり、
このときには、実際には過給室２２の充填空気量の増大
分となる空気量についてもエアフローメータ１１が検出
し、真のスロットル弁１２通過空気量よりも前記充填空
気量の増大分だけ多い量を検出している状態であるから
、ステップ３２へ進み検出値Ｑａから充填空気量の増大
分に相当する補正値Ｑｔｃを減算して、該減算結果を最
終的な検出値Ｑｓにセットする。

一方、ステップ３１てフラグＦｌｕｇｄｐに１かセット
されていると判別されたときには、空気密度ρの減少状
態であり、このときには、過給室２２の充填空気量の減
少分もスロットル弁通過空気量となるが、エアフローメ
ータ１１は前記充填空気量の減少分を検出しないので、
ステップ３３へ進み検出値Ｑａに充填空気量の減少分に
相当する補正値Ｑｔｃを加算して、該加算結果を最終的
な検出値Ｑｓにセットする。

上記ステップ３２又はステップ３３て補正設定された吸
入空気流量Ｑｓに基づき基本燃料噴射量Ｔｐか算出され
、この基本燃料噴射量Ｔｐに基ついて燃料噴射弁１８か
駆動制御されて、燃料供給量か電子制御されることにな
る。

このようにして、エアフローメータ１１の検出値Ｑａを
、過給室２２内の空気密度変化Δρ及び過給室２２容積
から予測される過給室２２内の充填空気量の変化分に基
づいて補正すれば、前記充填空気量か変化する機関過渡
時に、エアフローメータ１１の検出値Ｑａに誤差か生じ
ても、これを補償して真のスロットル弁１２通過空気量
を設定することかでき、以て、空気量検出に基づく燃料
供給制御の精度を向上させることかできるものである。

上記実施例では、機関２に対してｌ系統の過給吸気系が
備えられるものについて述べたが、例えばＶ型機間にお
いて、両バンクそれぞれに独立した過給吸気系を備え、
これら両バンク毎の過給吸銀系の上流側合流部にエアフ
ローメータ１１を備えるシステムにあっては、第８図に
示すようにして過給圧を検出して、前述のような充填空
気量変化に基づく吸入空気量の補正を行うことが好まし
い。

第８図において、エアフローメータ１１の下流側で吸気
通路が２系統に分岐され、それぞれの産気系には、上流
側からコンプレッサ６、インタークーラ１９．スロット
ル弁１２がそれぞれに設けられ、それぞれ独立して機関
２の片バンクに空気を送り込むようになっている。

ここて、各吸気系統のインタークーラ１９とスロットル
弁１２との間からそれぞれ分岐延設された圧力導入管２
４が合流されて過給圧センサ２１に接続されており、過
給圧センサ２１は２系統の過給吸気系における合成圧と
して過給圧を検出するようになっている。

このように各吸気系の過給圧を合成して過給圧センサ２
１に検出させるようにすれば、それぞれ個別にセンサを
設ける必要がなく、センサを節約できると共に、第８図
に示すように、両バンクの吸気脈動か逆位相であれば、
合成圧を検出させることて、過給圧検出値の脈動を縮小
させることかできる。

上記のように両バンクの合成圧を検出させるよう構成す
ると過給圧センサ２１に過給圧を導く圧力導入管２４が
長くなってしまい、これによって検出応答性を悪化させ
ることかあるか、前述のように、インタークーラ１９の
下流側でスロットル弁１２の動きに対して応答性良く反
応する過給圧を検出させるから、前記圧力導入管２４長
さによる遅れを補って、必要充分な応答性を確保させる
ことか可能である。

尚、本実施例では、過給機として排気ターボチャージャ
ｌを備える機関について述べたが、過給機としては直接
機関駆動される過給機であっても良い。

また、本実施例では、インタークーラ１９とスロットル
弁１２との間で検出させた過給圧ＰＢと空気温度ＴＢと
に基づいて、過給室における充填空気量の変化を推定し
たか、過給圧のみに基づいて充填空気量の変化を推定す
るものであっても良い。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によると、インタークーラを
備えた過給機付内燃機関において、過給圧変化による吸
入空気量の検出誤差分を推定し、該推定結果に基づいて
検出値を補正するようにしたので、過渡時の吸入空気量
の検出精度が向上し、然も、前記補正に用いる過給圧の
検出値を応答性良く得ることができるので、前記補正制
御の応答性を確保できる。

更に、過給吸気系が吸入空気量検出手段の下流側で分岐
して複数並設される場合に、それぞれ個別に過給圧を検
出させる必要かなく、センサ数を削減できるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例を示すシステム概略図、第３図〜第６図は
それぞれ同上実施例における過給圧変化に基づく吸入空
気量の補正制御の様子を示すフローチャート、第７図は
同上実施例における過給圧の検出特性を示すタイムチャ
ート、第８図は本発明の他の実施例を示すシステム概略
図、第９図は従来の吸入空気量検出制御の問題点を説明
するためのタイムチャートである。 １・・・排気ターボチャージャ　　２・・・内燃機関４
・・・排気タービン　　６・・・コンプレッサ１１・・
・エアフローメータ　　１２・・・スロットル弁１５・
・・コントロールユニット　　１９・・・インタークー
ラ　　２１・・・過給圧センサ　　２２・・・過給室　
　２３・・・空気温度センサ 特許出願人　日本電子機器株式会社 代理人　弁理士　笹　島　富二雄 第３図 第５図　　　　′第６図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）過給機のコンプレッサ下流側にスロットル弁を備
   えて構成され、かつ、過給された吸気を冷却するインタ
   ークーラを前記コンプレッサとスロットル弁との間に備
   えた過給機付内燃機関の吸入空気量検出装置であって、 前記コンプレッサの上流側で機関の吸入空気量を直接検
   出する吸入空気量検出手段と、 前記過給機による過給圧を前記インタークーラとスロッ
   トル弁との間で直接検出する過給圧検出手段と、 前記コンプレッサとスロットル弁との間の過給室内にお
   ける充填空気量の変化分を、少なくとも前記過給圧検出
   手段で検出される過給圧に基づいて推定し、該推定結果
   に基づいて前記吸入空気量検出手段で検出された吸入空
   気量を補正設定する吸入空気量補正手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする過給機付内燃機関
   の吸入空気量検出装置。
2. （２）前記コンプレッサ、インタークーラ及びスロット
   ル弁からなる過給吸気系が、前記吸入空気量検出手段の
   下流側で分岐して複数並設され、前記過給圧検出手段が
   それぞれの吸気系のインタークーラとスロットル弁との
   間の圧力の合成圧として過給圧を検出するよう構成され
   たことを特徴とする請求項１記載の過給機付内燃機関の
   吸入空気量検出装置。