JPH0523815Y2

JPH0523815Y2 -

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Publication number: JPH0523815Y2
Application number: JP1084587U
Authority: JP
Priority date: 1987-01-28
Filing date: 1987-01-28
Publication date: 1993-06-17
Anticipated expiration: 2002-01-28
Also published as: JPS63119848U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）この考案は機関の空気量検出装置に関する。

（従来の技術）燃料噴射機関にあつては、機関に吸入される空
気量に見合つた燃料量を噴射供給する構成である
ため、吸入空気量を正確に検出することが重要と
なる。このため、その検出装置として熱線式等の
流量センサにより空気量を直接的に検出するもの
や、圧力センサにより測定される吸気管圧力と機
関回転速度とから間接的に検出するものがある。
また、圧力センサのほかに絞り弁開度センサを設
け、空気量を絞り弁開度と吸気管圧力とから空気
量を検出するものも提案されている（特公昭61−
4981号公報等参照）。

（考案が解決しようとする問題点）しかしながら、該流量センサや圧力センサを用
いた検出装置では、吸気脈動により検出値が大き
く影響を受け、この検出値に基づいて演算される
燃料噴射量が変動するので、機関のトルク変動が
生じる。また、フラツプ式の流量センサでは脈動
を抑制するための構成が過渡時の正確な応答を制
限することになつており、さらにコストが高いと
いう問題もある。

一方、これらの検出装置はセンサ取り付け位置
での空気量を検出するものであるため、センサが
シリンダより遠くに取り付けられると、過渡時に
はセンサにて検出される空気量と実際にシリンダ
に流入する空気量とが応答遅れの分だけ一致しな
い。また、この応答遅れを考慮してシリンダ空気
量を正確に検出することができたにしても、燃料
噴射弁がシリンダより遠くに位置する場合には、
シリンダ空気量と噴射弁部の空気量とが必ずしも
一致しない。この結果、正確に検出されていない
空気量に基づいて噴射制御を行うと、加速時や減
速時などの過渡時において目標とする空燃比より
外れてリツチ化したり、リーン化することにな
る。

このため、絞り弁開度αと機関回転速度Ｎとか
ら絞り弁部の定常流量Q_Hを求め、これを遅れ係
数K₂で遅延補正することによりシリンダ流量
Q_CYLを演算し、このシリンダ流量Q_CYLとシリンダ
容積Ｖの積に所定の加算量ΔCMを加えることに
よつて、噴射弁部の空気量Q_AINJを演算するよう
にしたものを先に出願している（特開昭63−
32323号参照）。

この先願装置では、第８図に示したように、絞
り弁部流路面積Aαを機関回転速度Ｎで除した値
をさらにシリンダ容積Ｖで割り、この値（Aα／
（Ｎ・Ｖ））からリニヤライズ流量（絞り弁部の単
位シリンダ容積当たりの定常流量のこと）Q_HOを
求め、これを補正率KFLATによつて補正した値
を単位シリンダ容積当たりの絞り弁部定常流量
Q_H（＝Q_HO×KFLAT）とおく（ステツプ41〜45）。

このQ_Hに対し Q_CYL＝Q_H×K₂＋Q_CYL-1×（１−K₂）ただし、K₂；遅れ係数 Q_CYL-1；前回のQ_CYL により１次の遅れ補正を行うことでシリンダ流量
Q_CYLを、また空気加算量ΔCMを ΔCM＝KMANI×（Q_CYL−Q_CYL-1）ただし、KMANI；係数により求め、噴射弁部の空気量Q_AINJを Q_AINJ＝Q_CYL×Ｖ＋ΔCM とするのである（ステツプ46〜49）。

この先願装置によれば、絞り弁開度αと機関回
転速度Ｎを用いることで吸気脈動による影響がな
くされるほか、遅れ係数K₂と空気加算量ΔCMの
導入により、絞り弁位置からシリンダまでの過渡
時の吸入空気の応答遅れを、過渡時における噴射
弁位置とシリンダの近傍位置とのあいだの吸気管
の圧力変化に相当するずれ分とが考慮されるので
あり、過渡時に噴射弁部を流れる空気量が正確に
計算されることになつた。

しかしながら、空気加算量ΔCMを求める過程
で補正率KFLATが用いられるときは、ΔCMに
大きな変動が生じることがわかつた。

補正率KFLATをパラメータのＮとQ_HOから求
めるにはKFLATの３次元マツプを検索すること
になるのであるが、KFLATのデータに２バイト
を与えたのでは演算時間やプログラムが長くなる
ため、１バイトのデータで与えることが望まし
い。この場合に、絞り弁全開近傍の運転域で
KFLATの１バイトデータ中の１ビツトの変化が
そのままの比率でQ_CYLやQ_CYL-1の変化として反映
されてしまい、これによつてΔCMが大きく変動
するのである。

この考案は、空気加算量ΔCMを求める過程に
補正率KFLATが入つてこないようにすることに
より、ΔCMの変動を防止することのできる空気
量検出装置を提供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段）この考案は、第１図に示すように、絞り弁開度
αを検出する手段１と、この絞り弁開度αから絞
り弁部の流路面積Ａ（＝Aα）を演算する手段３
と、機関回転速度Ｎを検出する手段２と、前記流
路面積Ａを回転速度Ｎで除算する手段４と、この
除算値Ａ／Ｎに基づいてリニヤライズ流量（絞り
弁部の単位シリンダ容積当たりの定常流量）Q_HO
を求める手段５と、前記両検出値（Ｎ，Ａ）を用
いて絞り弁部からシリンダへの空気流れに関する
遅れ係数K₂を演算する手段６と、前記リニヤラ
イズ流量Q_HOをこの遅れ係数K₂にて遅延補正する
ことにより単位シリンダ容積当たりのシリンダ空
気量Q_CYLOを演算する手段７と、このシリンダ空
気量Q_CYLOの変化量から所定の空気加算量ΔCMを
演算する手段８と、前記除算値Ａ／Ｎ、リニヤラ
イズ流量Q_HO、シリンダ空気量Q_CYLOのいずれか一
つと回転速度Ｎを用いて前記シリンダ空気量
Q_CYLOに対する補正率KFLATを演算する手段９
と、この補正率KFLAT、前記シリンダ空気量
Q_CYLO、シリンダ容積Ｖ及び空気加算量ΔCMを用
いて噴射弁部の空気量Q_AINJを演算する手段１０
とを備えた。

（作用）補正率KFLATの関与するシリンダ空気量を用
いて空気加算量ΔCMを求めたときは、補正率
KFLATの演算時間やプログラム長さを短くする
ため補正率KFLATに１バイトデータを与えた場
合に、絞り弁全開近傍の運転域において補正率
KFLATの１バイトデータ中の１ビツトの変化が
そのままの比率でシリンダ空気量の変化になり、
空気加算量ΔCMに大きな変動を生じるのである
が、本考案で補正率KFLATの関与しないシリン
ダ空気量Q_CYLOを用いて空気加算量ΔCMが求めら
れると、補正率KFLATに１バイトデータを与え
ても、絞り弁全開近傍の運転域での空気加算量
ΔCMの変動が防止される。

（実施例）第２図は本考案の検出装置を燃料噴射機関に適
用した第１実施例の機械的構成である。ただし、
この例はいわゆる単点噴射方式（SPI方式）で、
吸気絞り弁１５上流の吸気通路１６に１個（また
は複数）の燃料噴射弁１７が設けられている。

同図において、１９は絞り弁１５の開度αを検
出するセンサ（絞り弁開度センサ）、２０は機関
回転速度Ｎを検出するセンサ（たとえばクランク
角センサ）で、両検出信号は運転変数の基本値と
してコントロールユニツト２３に入力され、該ユ
ニツト２３では、これらの信号に基づいて噴射弁
部の空気量Q_AINJを検出し、かつこのQ_AINJを用い
て燃料噴射制御を行う。

なお、他の運転変数として機関冷却水温T_W、
吸気温度T_Aがあり、これらはそれぞれ水温セン
サ２１、吸気温センサ（図示せず）にて検出され
る。また、フイードバツク制御に必要となる実際
の空燃比が空燃比センサ２２にて検出される。な
お、絞り弁１５をバイパスする通路２４には、通
路２４の流路面積A_BYを可変とする電磁弁（アイ
ドル制御弁）２５が介装されている。

第３図はコントロールユニツト２３をマイクロ
コンピユータにて構成した場合に、CPU内で実
行される噴射パルス幅Tiの計算ルーチンである。
同図は所定周期で実行される。図示の数字はステ
ツプ番号である。ここに、Ｌ−ジエトロニツク方
式に採用されるTiの計算式は、下式(1)に示すよ
うに基本パルス幅Tpを各種補正係数（これら係
数の総和がCOEFである。）と実空燃比から得ら
れる空燃比フイーバツク補正係数LAMBDAにて
補正するものである（ステツプ40）。ただし、Ts
は無効パルス幅である。

Ti＝Tp×COEF×LAMBDA＋Ts ……(1) そして、Tpが噴射弁１７からの供給燃料量に
相当するから一定の空燃比を得るには、Tpと噴
射弁部の空気量Q_AINJとの間に比例関係を有させ
ることであるしたがつて、Tpは Tp＝Ka×Q_AINJ×KTA ……(2) であればよい（ステツプ39）。ただし、Kaは噴射
弁１７の特性に基づく係数、KTAは吸気温補正
係数である。これらパラメータの単位は、たとえ
ばTp（msec）、Ka（msec／ｇ）、Q_AINJ（cc）、
KTA（ｇ／cc）である。この結果、Q_AINJをいか
に正確に計算するかが空気量の検出精度を決定す
る。

まず、絞り弁開度αから絞り弁部の流路面積
Aαを計算する（ステツプ31）。これは、たとえば
第４図に示す流路面積特性を内容とする２次元テ
ーブル（Aαテーブル）を検索することにより容
易に求められる。ただし、バイパス通路１９が開
弁されると、この通路１９の流路面積A_BY分だけ
誤差を生じるので、この場合には総流路面積Ａ
（＝Aα＋A_BY）を採用しなければならない。ここ
に、流路面積Ａ（Aα）はαにて一義的に定まるの
で、間欠吸気に伴う吸気脈動の影響が排除され
る。

次に、このＡを機関回転速度Ｎとシリンダ容積
Ｖとで除した値Ａ／（Ｎ・Ｖ）を計算する（ステ
ツプ32）。Ｎで除算する理由は、Ａだけであると、
Ｎの変化によつてはＡが急変する運転域が生じ、
この領域において分解能が低下するからである。
また、Ｖで除算する理由は、単位シリンダ容積当
たりの値とするため、すなわちＶの大小に関係し
ない値とするためである。

この除算値Ａ／（Ｎ・Ｖ）に基づいてリニヤラ
イズ流量Q_HOを計算する（ステツプ33）。ここに、
リニヤライズ流量Q_HOは定常時の流量であるから
過渡時と相違してマツチングにより予め正確に求
めることが可能である。そして、求めた結果は第
５図に示すように、シリンダ容積の大小によらず
ほぼ同じ流量特性が得られる。したがつて、第５
図に示す流量特性を内容とする２次元テーブルを
検索することによりQ_HOが求められる。ただし、
Q_HOは分解能を考慮すると、直線補間計算にて求
める必要があり、このため２バイト（８ビツト）
を使用する。

次に、遅れ係数K₂（K₂＜１）を用いて次式(3)に
よりシリンダに流入する空気量Q_CYLOを計算する
（ステツプ35）。

Q_CYLO＝Q_HO×K₂ ＋Q_CYLO-1×（１−K₂） ……(3) 同式(3)は過渡応答性を考慮するものである。た
とえば、絞り弁開度αのステツプ的変化に対して
Q_HOも同じ変化を示すが、絞り弁１５の取り付け
られる位置より遠く離れたシリンダにはステツプ
的に空気量が流入し得ず、Q_CYLOは一次遅れで応
答する。ここに、係数K₂はQ_HOに対しQ_CYLOをどの
ように追従させるかを決定する値であり、マツチ
ングにて予め定められる。すなわち、（Ｎ・Ｖ）
とＡを用いて遅れ係数K₂を計算する（ステツプ
34）。これは、第６図に示す特性を内容とする三
次元マツプを検索することにより求められる。

なお、第３図の制御ルーチンは所定周期（たと
えば10msec）毎に実行されるため、毎回の値を
用いて今回の値を求めるように構成される。すな
わち、前式(3)において、Q_CYLOに付した添字の
「−１」が前回の値を意味し、前回の演算値を用
いて今回の演算値が順次求められていく。これに
より、過渡時にあつても、絞り弁部の空気量を求
めているにも拘わらずシリンダ空気量を正確に計
算することができる。

これにより、過渡時にはQ_HOとQ_CYLOとのあいだ
にずれが生じるが、このずれが遅れ係数K₂に織
り込まれ、過渡時であつてもシリンダへの空気量
Q_CYLOが的確に求められる。

最後に、Q_CYLOの変化量（Q_CYLO−Q_CYLO-1）から
空気加算量ΔCMを計算し（ステツプ36）、この加
算量ΔCMをQ_CYLO×KFLAT×Ｖに加算すること
により噴射弁部の空気量Q_AINJを求める（ステツ
プ38）。すなわち、 ΔCM＝（Q_CYLO−Q_CYLO-1） ×KMANI ……(4) Q_AINJ＝Q_CYLO×KFLAT×Ｖ＋ΔCM ……(6) である。ここに、SPI方式では噴射弁１７の取り
付け位置がシリンダよりも遠く離れるので、
Q_AINJとQ_CYLO×KFLAT×Ｖとが必ずしも一致せ
ず、過渡時において吸気管圧力の圧力変化に相当
する所定量（ΔCM）だけのずれが生じる。した
がつて、(6)式のΔCMは過渡時における両者のず
れ分を考慮する値として導入されており、吸気管
の圧力変化に伴い吸気管内を埋め合わせる空気量
の意味を持つ。

また、(6)式のKFLATは、これがなければ、シ
リンダ容積（気筒容積）Ｖの相違によつて実際の
空燃比が目標とする空燃比から若干ずれ、また同
じＶであつても運転状態の違いで目標とする空燃
比からの若干のずれを招くので、これらを除去す
るために導入される値であり、シリンダ容積Ｖの
大小により異なる値が用いられ、またＮとQ_HOに
基づいて計算される。たとえば、第７図に示す特
性を内容とする三次元マツプを検索することによ
り求められる。

たとえば、KFLATのない(6)式のQ_AINJ（＝Q_CYLO
×Ｖ＋ΔCM）を用いて燃料噴射を行つたとき、
実際の空燃比が目標空燃比よりリーン側に若干ず
れるとすれば、KFLATに１より大きい値を与え
て空燃比を目標空燃比へと戻し、この逆に目標空
燃比からリツチ側に少しだけずれるときは１より
小さな値のKFLATで目標空燃比に戻すことで、
目標とする空燃比からの微細なずれが修正され、
シリンダ容積Ｖの大小に関係なく、また総ての運
転域においてフラツトな空燃比特性が得られるの
である。

一方、(4)式はΔCMを与える式であるが、先願
装置と異なり、(4)式のQ_CYLOとQ_CYLO-1はKFLAT
の関与しない値であるため、(4)式によれば、
KFLATを用いることなくΔCMを求めることが
できる。

なお、(4)式の係数KMANIは、マニホールド係
数KMANI₀をＮで除算した値で、これにより、
制御周期と機関の回転周期とが大きく相違する場
合の誤差が防止される。なお、第３図の制御を機
関回転に同期して実行する場合にはKMANI＝
KMANI₀でよい。マニホールド係数KMANI₀は
噴射弁１７が絞り弁１５の直前上流またはその直
後下流に設けられる場合に絞り弁１５から吸気ポ
ートまでの吸気容積や計算周期により定まる定数
で、マツチングに際しては、噴射弁部の空気量の
瞬間流量とQ_AINJが結果的に同位相となるように
するものである。

このようにして求めたQ_AINJを用いて燃料量と
してのTpを計算することは、燃料を噴く位置の
空気量に応じた燃料供給が可能となることを意味
し、これによりほぼ一定空燃比の混合気をシリン
ダに供給させることができるのである。

ここで、この例の作用を説明する。

第８図は、前述したように先願装置による
Q_AINJの計算手順であり、第３図の本考案との大
きな相違は、ΔCMの計算にKFLATが関与して
いる点である。すなわち、先願装置ではリニヤラ
イズ流量Q_HOを基本値として、 Q_H＝Q_HO×KFLAT ……(7) により定常流量Q_Hを求め、このQ_Hに基づいてシ
リンダ流量Q_CYL、ΔCM、Q_AINJと求めている（ス
テツプ45〜49）。なお、これらの式(8)〜(10)は前式
(3)，(4)，(6)にそれぞれ対応する。

Q_CYL＝Q_H×K₂ ＋Q_CYL-1×（１−K₂） ……(8) ΔCM＝（Q_CYL−Q_CYL-1） ×KMANI ……(9) Q_AINJ＝Q_CYL×Ｖ＋ΔCM ……(10) しかしながら、このような手順であると、
ΔCMに変動を生じることが実験により確認され
ている。これを第９図Ａに示すと、KFLATに生
じるビツト誤差が拡大されてΔCMに大きな凹凸
を生じている。これは、それぞれのパラメータを
何バイトの16進数（または何ビツトの２進数）で
表すかという表現上の問題に起因し、表現如何が
検出精度に大きな影響を及ぼすためである。

たとえば、パラメータAα，Ａ／（Ｎ・Ｖ），
Q_HO，Q_CYLO，ΔCM及びQ_AINJの計算式や２次元テ
ーブルの検索については、２バイトとして付与し
ても、演算時間やプログラム長さがそれほど長く
なることもなく、したがつて８ビツトのマイクロ
コンピユータにて応答性良く十分機能させること
ができる。なお、これらパラメータは、１バイト
ではアイドル時や減速時に分解能が不足するので
具体的には２バイトとして付与している。

しかしながら、パラメータK₂やKFLATの３
次元マツプの検索については、２バイトにすると
演算時間やプログラム長さが長くなるので大きな
問題となる。そこで、これらパラメータ（K₂，
KFLAT）については１バイトで付与している。
ただし、K₂については１バイトとしても性能上
十分であるため問題ないが、KFLATについては
１バイトとして付与すると、絞り弁全開近傍にお
いて問題を生じてくる。すなわち、この運転域で
はK₂が殆んど1.0の要求となるので、前式(9)にお
いて１バイト中の１ビツトの変化がそのままの比
率でQ_CYL及びQ_CYL-1の変化として算出され、
ΔCMに第９図Ａに示す大きな凹凸を生じてしま
うのである。この結果、Tpを介しTiに変動を生
じ、トルク変動を招く。

そこで、KFLATを２バイトとして付与する
と、１ビツト変化のデータに対する付与割合が減
少するので、ΔCMを滑らかに変化させることが
できるが、前述したようにKFLATを２バイトと
することは演算時間やプログラムの長さ上問題と
なる。たとえば、２バイトとすると、運転条件の
急変時に演算されるΔCMが吸気管を埋め合わせ
る実際の空気量と一致せず、応答遅れに伴う
KFLATの目標値からのずれによりΔCMに凹凸
が発生するという好ましくない現象が生じるので
ある。

これに対して、本実施例によれば、KFLATは
応答性を確保するため、１バイトとして付与して
いるものの、KFLATにて補正されていない値
（Q_CYLO，Q_CYLO-1）を用いてΔCMが計算される
（ステツプ34〜36）。すなわち、KFLATの関与し
ない値を用いてΔCMが求められるのである。

そこで、この例による加速時の応答波形を、比
較のため第９図Ａと同じ加速条件のもとに示した
のが第９図Ｂである。同図より、たとえKFLAT
にビツト誤差が生じるっことがあつても、ΔCM
はこの誤差により凹凸を生じることがなく、滑ら
かに変化している。この結果、Tiの変化も滑ら
かとなり、これにより良好な応答性を得つつトル
ク変動が防止されている。

次に、第１０図はこの考案の第２実施例のブロ
ツク構成図である。これは、Q_CYLOについては
ΔCMの計算にのみ用いるものとし、このΔCMと
リニヤライズ流量Q_HO及び補正率KFLATを用い
てQ_AINJを演算するようにしたものである。すな
わち、Q_HOをKFLATにて修正することにより定
常流量Q_H（＝Q_HO×KFLAT）を求める手段５１
と、このQ_Hと遅れ係数K₂を用いてシリンダ流量
Q_CYL（＝Q_H×K₂＋Q_CYL-1×（１−K₂））を演算する
手段５２と、このQ_CYLにΔCMとシリンダ容積Ｖ
との積を加算してQ_AINJ（＝Q_CYL×Ｖ＋ΔCM）を求
める手段５３とで噴射弁部空気量演算手段１０が
構成される。この例でもKFLATがΔCMの計算
に用いられることがないようにされ、第１実施例
と同様の作用効果を奏する。

ただし、この実施例は構成要素が増加した分だ
け全体としての演算時間が少々増加するが、
KFLATにて修正された流量（Q_H，Q_CYL）も持つ
ことになるので、これら信号を要求する他の制御
（点火時期、スワール制御弁または希薄燃焼など
の制御）への応用が容易となる。

なお、第１実施例ではQ_HOをパラメータとして
KFLATを計算しているが、このQ_HOに換えて、
その前後のパラメータであるＡ／（Ｎ・Ｖ）や
Q_CYLOを用いても機能上差し支えない。また、SPI
方式に限らず、各気筒毎に燃料噴射弁を設けた噴
射方式にこの考案を適用することができることは
いうまでもない。

（考案の効果）以上のように本考案によれば、空気加算量を導
入し、この空気加算量でシリンダ空気量と噴射弁
部の空気量との間の、過渡時の吸気管圧力の変化
に相当するずれ分を補償する一方で、シリンダ空
気量に対する補正率を導入し、シリンダ容積や運
転状態が相違してもフラツトな空燃比特性が得ら
れるようにした装置において、補正率を関与させ
ることなく前記空気加算量を求めるように構成し
たので、補正率に１バイトデータを与えても、絞
り弁全開近傍の運転域での空気加算量の変動を防
止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のブロツク構成図、第２図は本
考案の第１実施例を示す機械的構成図、第３図は
この実施例の演算内容を示す流れ図、第４図〜第
７図はこの演算に用いる各テーブル内容を表す特
性線図である。第８図は先願の作用を説明する波
形図、第９図Ａ、第９図Ｂはそれぞれ先願と前記
実施例の作用を説明する波形図、第１０図はこの
考案の第２実施例のブロツク構成図である。１……絞り弁開度検出手段、２……機関回転速
度検出手段、３……流路面積演算手段、４……除
算手段、５……リニヤライズ流量演算手段、６…
…遅れ係数演算手段、７……シリンダ空気量演算
手段、８……加算量演算手段、９……補正率演算
手段、１０……噴射弁部空気量演算手段、１５…
…絞り弁、１７……燃料噴射弁、１９……絞り弁
開度センサ、２０……クランク角センサ、２３…
…コントロールユニツト、５１……定常流量修正
手段、５２……シリンダ流量演算手段、５３……
加算手段。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

絞り弁開度を検出する手段と、この絞り弁開度
から絞り弁部の流路面積を演算する手段と、機関
回転速度を検出する手段と、前記流路面積を回転
速度で除算する手段と、この除算値に基づいてリ
ニヤライズ流量を求める手段と、前記両検出値を
用いて絞り弁部からシリンダへの空気流れに関す
る遅れ係数を演算する手段と、前記リニヤライズ
流量をこの遅れ係数にて遅延補正することにより
単位シリンダ容積当たりのシリンダ空気量を演算
する手段と、このシリンダ空気量の変化量から所
定の空気加算量を演算する手段と、前記除算値、
リニヤライズ流量、シリンダ空気量のいずれか一
つと回転速度を用いて前記シリンダ空気量に対す
る補正率を演算する手段と、この補正率、前記シ
リンダ空気量、シリンダ容積及び空気加算量を用
いて噴射弁部の空気量を演算する手段とを備えた
ことを特徴とする機関の空気量検出装置。