JPH11264332A - 電制スロットルボディ一体型空気流量測定装置 - Google Patents
電制スロットルボディ一体型空気流量測定装置Info
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- JPH11264332A JPH11264332A JP10357224A JP35722498A JPH11264332A JP H11264332 A JPH11264332 A JP H11264332A JP 10357224 A JP10357224 A JP 10357224A JP 35722498 A JP35722498 A JP 35722498A JP H11264332 A JPH11264332 A JP H11264332A
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Abstract
ために誤差を取り除いた空気流量信号を出力し、かつ、
空気流量測定装置あるいは電子制御スロットルボディの
故障を自己診断し事故を未然に防ぐとともに最適な吸入
空気量を制御する電子制御スロットルボディ一体型空気
流量測定装置を提供することにある。 【解決手段】正確な、空気流量測定,圧力測定,空気流
量制御,故障診断を低コスト,低工数,軽量にて行うに
は、空気流量計,圧力計,電制スロットルボディとマイ
コン等が一体化され、その内部で補正,制御,診断等を
行うことで達成できる。 【効果】本発明によれば高性能,低コスト,小型の電制
スロットルボディ一体型空気流量測定装置の提供が可能
となる。
Description
し、特には内燃機関の吸入空気量制御を行う電子制御ス
ロットルボディ一体型空気流量測定装置に関する。
定装置を一体化した従来技術として特開平4−350338 号
公報に開示されたものがある。
スロットルボディの絞り弁開度制御はそれぞれ同一ボデ
ィには取り付けられているが機能的にはそれぞれが独立
したものとなっている。このため空気流量測定装置の機
能は一体化しないものと同じであり、その空気流量出力
信号には多くの誤差が含まれたままエンジンコントロー
ルユニットへ送られる。また、絞り弁開度と空気流量信
号それぞれが互いに信号を交換しないため、自己故障診
断が出来ない。また吸入空気流量信号が絞り弁制御装置
に入力されないため最適な吸入空気流量になるように絞
り弁をフィードバック制御する事が出来ない構造になっ
ている。
燃機関への空気吸入量をその空気通路と比較して小さな
検出器で空気流量を検出している。このため空気通路を
流れる空気質量が同じであっても乱流,偏流や逆流が生
じると空気流量測定装置の空気流量出力信号に誤差が生
じ、この誤差を持った出力信号がエンジンコントロール
装置に送られる事により最適な燃焼制御が出来ず有害な
排ガスが放出される。
その故障が暴走等の重大な問題を引き起こすため、2
重,3重の安全系および故障診断が要求され、空気流量
測定装置の故障では前記に示したように内燃機関から有
害な排ガスが放出される原因となる。また、有害な排ガ
スの放出を抑制するために、単にアクセル踏み込み量に
対応した制御を行うのではなく、最適な吸入空気流量を
得る制御が要求される。本発明の目的は内燃機関からの
有害な排ガスの放出を押さえるために誤差を取り除いた
空気流量信号を出力し、かつ、空気流量測定装置あるい
は電子制御スロットルの故障を自己診断し事故を未然に
防ぐとともに最適な吸入空気量を制御する電子制御スロ
ットルボディ一体型空気流量測定装置を提供する事にあ
る。
範囲に記載の請求項の発明により達成される。
ロットルボディとマイコン等が一体化されることで、正
確な空気流量測定,圧力測定,空気流量制御,故障診断
を低コスト,低工数化,軽量化が可能になる。一体化さ
れたマイコンは各測定の補正,制御,故障診断を行う。
ルボディとマイコンが一体にすることで、内燃機関へ送
る空気流量を制御する機器とし成り立つ。
の制御をするコントロールユニットで行っていた計測値
の補正や自己診断を自分で行い、コントロールユニット
の負荷を低減したり、補正に必要なスロットルバルブ開
度の情報を内部より得るため配線や多くの電源が不要と
なり低コスト,小型が可能となったり、予めシステムに
組み込む前に補正係数を設定することでマッチング工数
低減が図られる。
により説明する。
空気流量測定装置の一実施例の構成を示す横断面であ
り、図2は図1の上側から見た外観図である。
装置12は、エンジンの吸気通路の一部となる主空気通
路7を形成すると共に各部品が固定される電制スロット
ルボディ14と、主空気通路7の内部に流量検出素子で
ある感温抵抗体4を配した空気流量測定装置13と、電
制スロットルモータ11及び主空気通路7内に位置する
スロットルシャフト9を軸に回転し主空気通路7を開閉
制御するスロットルバルブ10,スロットルバルブ10
の開度を検出するスロットルバルブ開度センサ16を有
し、さらに、空気流量測定装置13により得られる流量
信号の補正や、スロットルバルブ10の制御を行うマイ
コン1を内蔵した制御モジュール2等を一体に構成した
ものである。
ト9の上流に設置され、スロットルバルブ10により流
量制御される主空気通路7内の空気の流れ8の流量検出
を行うもので、ここでは副空気通路6を備え、その内部
に空気流量を測定する発熱抵抗体4と感温抵抗体5を有
する発熱抵抗式空気流量測定装置を例に挙げ説明する。
5に固定されると共に、主空気通路7の外側にある制御
モジュール2と電気的に接続される。制御モジュール2
は、発熱抵抗体4を加熱制御する電子回路、発熱抵抗体
4から空気への放熱量を基に得られる流量信号の補正を
行うマイコン1を有している。このマイコン1は、流量
信号の補正のみでなくスロットルバルブ開度センサ16
の信号等を基にスロットルシャフト9を回転させるモー
タ11の制御や、後で説明する自己診断や吸気温、等の
演算機能を有する。
スロットル開度等の信号をコントロールユニット(EC
U)へ出力するため及びエンジン回転数やアクセルペダ
ル開度等の外部からの信号を入力するためのコネクタ3
が設けられている。
正,制御がひとつのユニットで行われるため、後述する
ユニット内での閉じた補正制御が可能となり、また、エ
ンジンへの装着性の向上,ワイヤーハーネスの削減、更
には電子回路の一体化が可能となる。電子回路が一体化
された場合電源や対電波部品を各々備える必要がなくな
る。
ットルボディ一体型空気流量測定装置12内において空
気流量測定装置13から出力される空気流量信号113
を基に制御モジュール2内にあるマイコン1が空気流量
を補正し補正後の空気流量信号113bを外部のECU
26へ出力する。また同じくマイコン1は外部より得る
アクセルペダル開度センサ25にて測定したアクセル開
度信号125を基にスロットルバルブ開度センサ16よ
り得るスロットルバルブ開度信号116に応じモータ制
御信号111にてスロットルバルブに連動するモータ1
1を制御する。またこれらは電源24にて駆動される。
の上側から見た外観図である。
装置12の構成は空気流量測定装置13とそれを制御す
る回路モジュール2aとマイコン1aとコネクタ3a及
び電制スロットルボディ14とスロットルシャフト9と
スロットルバルブ開度センサ16とモータ11とコネク
タ3bを備えている。
型空気流量測定装置12で測定した空気流量を外部のE
CUへ出力する。
サ16より得るスロットルバルブ開度信号116を外部
のマイコンを有する制御モジュールへ出力し、制御モジ
ュールからモータ制御信号を受ける。
る。
2の内にある空気流量測定装置13にて空気流量113
aを測定し制御モジュール2a内にあるマイコン1aに
て、空気流量測定装置単体で簡単に補正できる、例えば
逆流の影響のみ補正した空気流量信号113bを外部の
ECU26へ送る。
測定装置12の内にあるスロットルバルブ開度センサ1
6にて検出したスロットルバルブ開度信号116を外部
の制御モジュール2bとECU26に送る。
にスロットル開度信号116にて正確な空気流量を補正
する。
アクセルペダル開度センサ25にて測定したアクセル開
度信号125を基に電制スロットルモータ11をモータ
制御信号111にて制御する。また空気流量測定装置1
3と電制スロットルボディ14は別々の電源24で駆動
されている。
にて行うのでECUの負担が大きい。あるいは、スロッ
トル制御用の別のマイコンを有する制御モジュールを必
要とする。また各々の情報を全てECUへ送らなければ
ならないので、配線数が多い。
対電波部品が必要である。
流量測定装置における、空気流量測定値の補正手段及び
スロットル開度制御手段の実施例を、図7のフローチャ
ート図により説明する。
体化すると、空気流量測定装置の流量検出部の主空気通
路にスロットルバルブ開度に応じて異なる偏流が生じる
ため、流量検出値に誤差を生じ易い。本発明によれば、
空気流量測定装置から出力される空気流量信号113,
スロットルバルブ開度信号116が、マイコン1に入力
されるため、あらかじめスロットルバルブ開度による空
気流量計測誤差を把握しておけば、スロットルバルブ開
度を基に空気流量検出値の補正が可能となる。スロット
ルバルブは、入力されたアクセル開度信号125等を基
にマイコン1にて決定されるモータ制御信号111を受
けて電制スロットルモータが駆動し、その開度の制御が
行われる。また、スロットルバルブ開度は、スロットル
バルブ開度センサにより検出され、常にマイコン1の制
御量に対し適切になるようフィードバック制御される。
本発明は、このスロットルバルブ開度信号116により
空気流量信号113aを、例えばスロットル開度と空気
流量値及びその組み合わせ条件での流量検出誤差のマッ
プ等により補正するもので、この補正後の空気流量信号
113bを電制スロットルボディ一体型空気流量測定装
置の検出した空気流量信号としてECUへ出力するもの
である。従って、本発明の電制スロットルボディ一体型
空気流量測定装置によれば、スロットルバルブ開度によ
る影響を内部補正により大幅に低減した空気流量値が得
られ、高精度なエンジン制御が可能となる。
セル開度信号を主に制御されるが、アイドル時の最適な
空気流量の制御,アクセル急変時のトルクショックの低
減,エンジンへの燃料供給量に合わせた空気流量制御等
のためには、目的の空気流量を得られるように空気流量
信号を基にしたスロットルバルブ開度の制御を必要とさ
れることがある。
流量信号113bを基に電制スロットルモータの制御量
であるモータ制御信号111を決定できるため、電制ス
ロットルボディ一体型空気流量測定装置の内部にて、空
気流量によるスロットルバルブ開度の制御が可能とな
る。
型空気流量測定装置により自己故障診断及びある種の異
常が生じた場合の適切な流量出力を可能とする一実施例
を、図8を用いて説明する。
空気流量測定装置により得られた空気流量信号113a
自体、あるいは前述のようにスロットルバルブ開度を基
に補正された流量信号113bであり、ECUはこの信
号を基に燃料噴射量等のエンジン制御を行う。従って、
空気流量測定装置が故障等により異常信号を出力する
と、適正なエンジン制御が損なわれる。そこで、従来は
空気流量信号が0Vあるいは5V以上等の通常の出力範
囲外にある時、または、排気ガス中の酸素濃度検出信号
との比較により空気流量測定装置の故障診断をしてい
る。
体型空気流量測定装置内部のマイコンにより装置自体が
有するスロットルバルブ開度信号116と、外部又は内
部より得るエンジン回転数信号120により、空気流量
測定装置の計測流量とは別の、いわゆるα−N方式によ
る空気流量QαN113a′が得られる。更にこの空気
流量を外部又は内部から入力される空気温度信号105
を基に補正すれば、さらに発熱抵抗体式空気流量測定装
置により計測される補正後の質量流量Qafs113bとの比較
対照としやすい補正後の第2の空気流量信号QαN11
3b′が得られる。
第1の空気流量Qafs と第2の空気流量QαNを比較
し、両者の差がある規定値以内であれば、より高精度で
あると思える第1の空気流量Qafs を空気流量信号とし
て出力し、ある既定値以上に差が発生した場合、本装置
が故障していることを知らせる故障信号21を外部、例
えばECU26へ送ることができる。この故障信号21
は、別の信号線を設けなくとも、例えば空気流量信号を
0VとするなどECUにて故障と判断することが容易に
できる信号とすることもできる。また、スロットル制御
に関する安全系は十分なバックアップが取られているた
め、他の診断でスロットルバルブ制御に異常を認められ
ない時は、空気流量測定装置の故障と判断し、第2の空
気流量QαNを空気流量信号として出力することも可能
である。
は、スロットルバルブ開度が大きい時に流量計測部の主
空気通路に生じる脈動流や逆流等により計測流量に誤差
を生じることあるので、あらかじめ規定したスロットル
バルブ開度以上の時には、故障診断を行わずに第2の空
気流量QαNに切り替えて空気流量信号として出力する
ことができる。
用して圧力を求める手段について図9により説明する。
前述の実施例と同様に求められる第2の空気流量QαN
は体積流量であり、一方、発熱抵抗式空気流量測定装置
により求められる第1の空気流量Qafs は質量流量であ
る。従って、両者には温度及び圧力による計測値の違い
を有する。すなわち、質量流量を体積流量で割ると空気
密度が得られ、それと物性値として既知である標準状態
での空気密度の比と、外部又は内部より得られた吸気温
度である空気温度信号105と標準温度の比と、標準圧
力を掛け合わせることで空気圧力が得られ、ECU等へ
出力可能となる。
り算出する方法の説明図である。これにより電制スロッ
トルボディ一体型空気流量測定装置自身にてエンジン回
転数の算出が可能となる。縦軸に空気流量測定装置の空
気流量信号、横軸に時間をとり、エンジンの吸気工程に
おける空気流量測定装置の空気流量信号を示す。
ジンが一定の回転数で運転されている場合、一定の周期
で脈動する。
時から徐々に吸入量を大きくし、吸気工程がある程度進
んでくると、徐々に吸入空気の量が減衰する現象から、
正弦波に近い脈動になって現われる。
波形からエンジン回転数を求める方法を採用している。
数を導くための吸入空気の脈動波形の少なくとも1吸気
工程前(区間a)の空気流量信号の平均値を超える時か
ら次の気筒の吸気工程(区間b)の平均値を超える時ま
での時間(Taw)をカウントし、この時間から、エンジ
ンの気筒数に応じて逆算すれば、吸気脈動時のエンジン
回転数が導ける訳である。
測するわけである。
ン回転数を導く計算式は下記のとおりである。
ン回転数を空気流量信号から求める時の、フローチャー
ト図である。
で数値化する。
均Qave を取るべくメモリに格納すると同時に、この吸
気工程より以前に計算された吸気流量の平均値Qaveold
と今回取り込んだ流量値Qsampを比較する。
以前の平均値Qaveoldより小さい場合は、時間のカウン
トを行わない。
今回取り込んだ流量値Qsampが比較する平均値Qaveold
より大きくなったとき、時間のカウントを開始する。
々に減衰して次の吸気工程に引き継がれていくがこの減
衰過程で、取り込んだ流量値Qsampが、比較する平均値
Qaveoldより小さな値になり、再び平均値を超えた値に
なった時のカウントを停止し、吸気工程時間としてデー
タを格納する。
Qsampの平均値Qave を計算し、次の吸気時間の計測の
準備を行い、時間カウンタを初期化する。
数をもって先に説明した、第2の空気流量QαNの算出
を行なう。
とが可能である。
した、電制スロットルボディ一体型空気流量測定装置に
おける、主空気通路内の吸入空気圧力の変化を使って、
エンジン回転数を算出できる機能を持たせている。
信号のように、エンジンの吸気脈動に応じて変動する状
態を検出することで、計算可能である。
に吸入空気の圧力変動、横軸に時間をとった図におい
て、圧力変動は図10に示す空気流量測定装置の出力信
号とほとんど同じように脈動する。
を求めたときと同じ手順でエンジン回転数を計算でき、
電制スロットルボディ一体型空気流量測定装置自身で第
2の空気流量QαNの算出等が行なえる。
正等に必要な吸気温度を電制スロットルボディ一体型空
気流量測定装置自身で算出する方法を述べる。
は、吸気温度に対して、任意の発熱量、即ち温度差を持
たせるときの消費電力相当を検出するように設定されて
いる。
るわけである。
の代表的な駆動回路の基本構成を示す。
任意の電圧を印加すると、感温抵抗体5がさらされてい
る吸入空気の温度に応じて感温抵抗体5の抵抗値が決定
し、オームの法則に基づいて温度に応じた電流18Cが
流れる。
をもとに、一定の倍率で発熱抵抗体4に印加するための
発熱電圧をフィードバック制御する。
流値18hを検出することで空気流量測定装置周囲に流
れる空気流量を得る事ができる。
動作原理である。
電流を検出し、演算回路によって吸気温度に変換するこ
とで、安易に吸気温度を得る事ができる。
量測定装置の誤差を先に説明した感温抵抗体感に流れる
電流を検出することで求められた吸気温度で補正する構
成としている。
ート図で図15は縦軸をスロットルバルブの開度、空気
流量信号、フィルタをかけた後の空気流量信号、横軸に
時間を取ったタイミングチャートである。
に取り付けられたアクセルペダル開度に比例した信号を
出力するアクセルペダル開度の信号をもとに前記電制御
スロットルボディに取り付けられた演算回路により絞り
手段例えばスロットルバルブの最適開度を演算し、スロ
ットルバルブ開度をモータ等によって制御する。次に前
記電制御スロットルボディに取り付けられたスロットル
バルブ開度を検出し、スロットルバルブ開度センサの信
号を基にスロットルバルブ開度が適切な開度になってい
るか検出し、もし、適切な開度になっていない場合は適
切な開度になるようにフィードバック制御する。
の信号あるいはスロットルバルブの開度を決定する前記
アクセル開度の信号の単位時間内での変化がない場合あ
るいは少ない場合実際の空気流量の変化はないあるいは
少ない。しかし、空気流量測定装置の空気流量信号には
電気ノイズあるいは乱流によるノイズが重畳し、あたか
も流量が変化したように出力してしまう。
サの信号Psあるいはスロットルバルブの開度を決定す
る前記アクセルペダル開度センサの信号Ptを元に単位
時間内での変化dPsまたはdPtがゼロあるいは少な
い事を検出し、dPsまたはdPtに応じ演算回路にて
空気流量測定部の空気流量信号を積分(フィルタ)する
積分器を選択,積分し出力する事によりこれらのノイズ
を除去する事が出来きより高精度な安定した吸入空気流
量信号を出力できる。
たハードウェアタイプが積分時定数毎に複数用意され、
スロットル開度速度あるいはアクセルペダル開度速度に
応じて、それにあった時定数の積分器を選択し出力する
方法と、空気流量信号をスロットル開度速度あるいはア
クセルペダル開度速度に応じ平均化するソフトウェアタ
イプとあるいは両方を組み合わせたタイプも出来るが実
施例はソフトウェアタイプである。
ート図で図17はタイミングチャートである。図14に
示した実施例において空気流量信号は積分器を通して出
力している。しかし、スロットルバルブ開度速度が速い
時に空気流量信号に積分器を加えると真の空気の流れの
変化に対し応答遅れが発生する。本実施例によれば絞り
弁の開度速度を前記スロットル開度センサの信号あるい
はスロットルバルブの開度を決定する前記アクセル開度
センサの信号と単位時間内での変化を比較演算する事に
よりスロットルバルブ開度速度を検出し、その速度が所
定値より速い場合は空気流量信号を積分器に通さず直接
出力する。さらにスロットルバルブ開度が所定値より更
に速い場合は発熱抵抗体が持つ物理的な応答遅れ、例え
ば熱伝導や熱伝達の遅れにより真の空気流量に対して遅
れが生じ、その遅れの分だけ空気流量信号出力は誤差を
持つ。そこでスロットルバルブ開度が所定値より更に速
い所定値より速い場合は微分器を通すあるいは空気流量
信号を加算器に通す事により所定値を加算補正し出力す
る。これにより空気流量信号が実空気流量により近い値
の高精度な安定した吸入空気流量信号を出力できる。
たハードウェアタイプが微分定数毎に複数用意され、ス
ロットル開度速度あるいはアクセルペダル開度速度に応
じて適切な微分定数を演算回路で演算し、それにあった
微分定数の微分器を選択し出力する方法と、空気流量信
号をスロットル開度速度あるいはアクセルペダル開度速
度に応じた値を加算するソフトウェアタイプとあるいは
両方を組み合わせたタイプも出来るが実施例はソフトウ
ェアタイプである。
合わせたハードウェアタイプが加算定数毎に複数用意さ
れ、スロットル開度速度あるいはアクセルペダル開度速
度に応じて適切な加算定数を演算回路で演算し、それに
あった加算定数の加算器を選択し出力する方法と、空気
流量信号をスロットル開度速度あるいはアクセルペダル
開度速度に応じた値を加算するソフトウェアタイプとあ
るいは両方を組み合わせたタイプも出来る。
来ることを可能とした電制スロットルボディ一体型空気
流量測定装置の一実施例について、図18,図19によ
り説明する。
子で計測しているため空気流量が同じであっても、素子
部に偏流が生じた場合空気流量値に誤差を持つ。偏流が
生じる要因は前途したスロットルバルブ位置や、空気流
量測定装置の上流に取り付けられるダクト形状変化でも
発生し、ダクト形状に応じた補正又は空気流量測定装置
の出力基本データの変更が必要となる。
一体型空気流量測定装置に前途ダクト形状変化に対応し
た複数の補正マップ又は基本データをもたせ、様々なエ
ンジンレイアウトに対応出来ることを可能とした。補正
用のマップ又は基本データはダクト形状のみならず、燃
費や出力の変更用にマップを持つ案もある。
由にできたり、一度だけ可能に設定したり、特定条件例
えば特殊工具やパスワードで変更できる機能をもつ。
体型空気流量装置の空気流量測定装置部における前記複
数の基本データ選択部分のシステム構成を示す。
る不揮発性のメモリとして例えば、ROMにあらかじめ
格納してある。
以上で、1つだけの場合もありうる。
のROMとは別の、電気的に読み書き可能な、例えば、
フラッシュメモリやEEPROM,フューズROM,ツ
ェナザップ等を使うことで完成後に選択できる。
データの書き込みは、制御モジュールを介在させて行
う。
択は、複数回で行えない様に制御モジュール内で制限を
かけている。
ータが何らかの要因で書き換わってしまうことを避ける
ためである。
路を機械的に遮断してしまう方法と、制御モジュール内
の演算内容で、ライトプロテクトしてしまう方法との2
種類の手段を採用している。
を溶断することで機械的に書き込み経路を遮断し、さら
に、例えば、フラッシュメモリの中のある1つのデータ
を決められたパターンに書き込むことで制御モジュール
にライトプロテクトを指示し、今後一切のフラッシュメ
モリの変更をしない様にするものである。
トウェアの処理が必要な書き込み手段の場合は、制御モ
ジュールを介在させてデータの書き込みを行う必要があ
るが、フューズROMやツェナザップのように、特にソ
フトウェアの介在が必要なく直接に、データの書き込み
ができる手段の場合は、書き込みのライトプロテクトは
必要ない場合もある。
むを得ず基本データの書き換えが必要になる場合があ
る。
特殊な手段を使うことでデータの書き換えが出来るよう
になっている。
つの実施例として、再度書き込みを行うときに、パスワ
ードの入力を要求させる方フローチャートを示す。
は、外部調整回路に書き込みに必要な条件として、パス
ワードの入力を要求する。
合、制御モジュールは、通常の動作状態に遷移して正常
動作を開始する。
が入力されれば、基本データの選択が出来る状態に遷移
して、先に説明した電気的に書き込み可能なメモリにデ
ータを書き込む。またパスワードのようなソフト的に補
正値が選択できる方法と機械的にスクリュードライバの
先端の形状が星型の様な一般にない形状をしたドライバ
にて選択を可能にして特定の者だけが変更できる。
型空気流量測定装置の図1とは異なる一実施例の構成を
示す横断面であるが、図1との違いは制御モジュール2
の内部に圧力測定装置17を設け、圧力測定装置17に
スロットルバルブ10下流の主空気通路7の圧力を導く
圧力導入口29を設けたものであり、その他の構成や効
果は図1〜図3で説明した電制スロットルボディ一体型
空気流量測定装置と同じである。なお、本実施例では記
載していないが、圧力導入口29をスロットルボディの
外部に開口すれば大気圧の測定が可能となり、さらに、
主空気通路と外部の両方に開口し、切替バルブにより開
口端を選定可能とすれば、ひとつの圧力測定装置により
スロットルボディ下流の主空気通路内の圧力と大気圧の
測定が可能となる。
流量測定装置では、図7により説明した空気流量測定値
の補正手段及びスロットル開度制御手段と同様に、圧力
信号の補正や圧力信号に応じたスロットルバルブ制御が
可能となる。これを図21により説明する。
すると、圧力導入口はスロットルバルブの近傍に開口せ
ざるを得なく、空気流量測定装置の流量検出部の主空気
通路にスロットルバルブ開度に応じて異なる偏流が生じ
るのと同様に、圧力導入口設置部の主空気通路に偏流が
生じるため、圧力検出値に誤差を生じ易い。本発明によ
れば、圧力測定装置から出力される圧力信号117a,
スロットルバルブ開度信号116が、マイコン1に入力
されるため、あらかじめスロットルバルブ開度による圧
力計測誤差を把握しておけば、スロットルバルブ開度を
基に圧力検出値の補正が可能となる。スロットルバルブ
は、入力されたアクセル開度信号125等を基にマイコ
ン1にて決定されるモータ制御信号111を受けて電制
スロットルモータが駆動し、その開度の制御が行われ
る。また、スロットルバルブ開度は、スロットルバルブ
開度センサにより検出され、常にマイコン1の制御量に
対し適切になるようフィードバック制御される。本発明
は、このスロットルバルブ開度信号116により圧力信
号117aを、例えばスロットル開度と圧力及びその組
み合わせ条件での圧力検出誤差のマップ等により補正す
るもので、この補正後の圧力信号117bを電制スロッ
トルボディ一体型空気流量測定装置の検出した圧力信号
としてECUへ出力するものである。従って、本発明の
電制スロットルボディ一体型空気流量測定装置によれ
ば、スロットルバルブ開度による影響を内部補正により
低減した圧力値が得られ、高精度なエンジン制御が可能
となる。
した圧力信号を基に電制スロットルモータの制御量を決
定できるため、電制スロットルボディ一体型空気流量測
定装置の内部にて、圧力によるスロットルバルブ開度の
制御が可能となる。
型空気流量測定装置による空気流量測定値の補正,故障
診断または最適流量の判定を行う一実施例について説明
する。
ャートである。空気流量測定装置の出力信号とエンジン
回転数信号120から求められる特定回転数当たりの空
気流量値(Qafs)113aと、圧力センサから出力され
るインマニ圧力と大気圧及び空気温度信号105とエン
ジン回転数信号120から求められる同じ特定回転数当
たりの空気流量値(QNρ)113a″と、スロットル
開度センサのスロットルバルブ開度信号116と大気圧
信号と空気温度信号105とエンジン回転数信号120
から求められる同じ回転数当たりの空気流量値(Qα
N)113a′の3種の異なる方式により求められた空
気流量値は、各々補正された後、比較・判定される。こ
の比較判定とは、例えば、3種の流量値がほぼ等しい
(補正不要範囲内にある)時には補正値計算等行わずに
Qafs を空気流量信号としてECUへ出力し、Qafs が
他の2種(QNρとQαN)と異なる時にはQafs の補
正値を計算し、非故障判定範囲内であればQafs をEC
Uへ出力し、故障判定範囲内であれば故障信号21を出
力し、Qafs 以外の流量値をECUへ出力し、QNρあ
るいはQαNが他の2種と異なる時にはその補正値を計
算して故障信号21を出力して、Qafs をECUへ出力
するものである。
正演算部にフィードバックされるため、各流量値は新規
補正値により補正された経時劣化等による誤差の少ない
高精度な値に変換される。さらに、上記のように適切な
故障診断も可能となる。
転数当たりの流量値として比較しているが、一定時間内
の積算値や平均値で、あるいはフィルター等により遅れ
をかけて平均値に近づけた値での比較等にして、エンジ
ン回転数信号は制御量演算部に入力して回転数当たりの
制御量を出力する構成にすることもできる。図22で
は、常に補正,比較・判定を通るフローチャートとして
いるが、もちろん比較,判定,補正等の処理を常時行わ
ずに、通常は例えばQafs を用いて制御量を求め、一定
期間毎、あるいは特定のエンジン条件においてのみ行う
ことも出来る。
ある。
の稼働時間,縦軸を空気流量としてQafs ,QNρ,Q
αNの値を示し、本発明の実施状態をモデル的に示す。
図中の○印202は各時点(ケース)における空気流量測
定装置により求められた空気流量Qafs であり、□20
3はスピードデンシティ方式による空気流量値QNρ
で、△はα−N方式による空気流量値QαNである。各
ケースでの補正不要気流量Qafs であり、□203はス
ピードデンシティ方式による空気流量値QNρで、△は
α−N方式による空気流量値QαNである。各ケースで
の補正不要範囲213すなわち各空気流量値がほぼ等し
いと判定する範囲と、非故障判定範囲214すなわちこ
の範囲以上に異なる流量値を示した時にその流量検出に
関係するセンサの故障と判断するための範囲もケース毎
に示している。また、実質上はシステムでは検出できな
いが参考として実空気流量の推移モデルを実線210
で、比較判定を行っていない時点でのQafs の推移を点
線212で示す。本モデルでは、Qafs により常時制御
を行い、一定期間毎あるいは特定条件時に比較判定補正
を行うモデルとしている。
αNの値が全て補正不要範囲213内にあるため、制御
量演算には代表値としてQafs を用い、補正や故障判断
を行わないケースである。ケース2はQafs ,QαNに
対しQNρが異なる値を示し補正不要範囲外となったた
め、QNρの補正値を計算し補正したことを示してい
る。ここでは、QNρの補正は他の空気流量値の内QN
pに近い値であったQαNと同じ値になるように補正し
た例を示しているが、Qafs と同じにする、2者の平均
値にするなどの方法もある。ケース3はQNρに補正を加
えたため再びQafs ,QNp,QαNがほぼ等しくなっ
た状態を示したものである。特定条件で比較判定補正を
行うようにすれば、上記のケースのように実空気流量が
安定した状態で比較判定補正を行うようにできるが、一
定期間後とあるいは常時比較判定補正を行う場合はケー
ス4のように実空気流量が変化している時点で行うこと
もあり得る。このような過渡的な状態では各流量検出値
の差が大きくなり得るためケース5のように過渡的な状
態では補正不要範囲や非故障判定範囲を広げて判定する
ことも可能である。ケース6はQafs ,QNpに対して
QαNが大きく異なり非故障判定範囲を越えたケース
で、スロットル開度センサの故障信号を出力する状態を
示し、ケース7はスロットル開度センサを交換したため
再び各空気流量が補正不要範囲内になった状態を示す。
ケース8はQafs が補正不要範囲外になり補正を行った
もので、その後のケース9もさらにケース10でも再び
Qafsが補正不要範囲を越えたため空気流量測定装置の
故障信号を出力したモデルである。このように同じ空気
流量値が頻発して補正不要範囲を越える場合、非故障判
定範囲内であってもその流量値に関わるセンサを故障と
診断することもできる。また、本モデルではQafs が補
正不要範囲を越えた時にはQNpを制御量計算に用いた
例で示した。もちろん、他の流量値を用いたり、平均値
にすることもできるが、通常計測精度の高い順に優先度
を持たせて制御量計算や補正値計算基準に用いるのも有
効な手段である。
発明を適用した一実施例を示す。エアクリーナ300か
ら吸入された吸入空気301は、吸気ダクト303,マ
イコン313を備える電制スロットルボディ一体型空気
流量測定装置304、及び燃料を供給するインジェクタ
305を備えたマニホールド306を経て、エンジンシ
リンダ307に吸入される。一方エンジンシリンダ30
7で発生したガス308は排気マニホールド309を経て
排出される。
装置304から出力される補正された空気流量信号31
5,スロットル開度信号316、及びエンジン回転速度
信号311,排気マニホールド309に設けられた酸素
濃度計310から出力される酸素濃度信号317を入力
するECU302は空気流量信号315に応じ最適な燃
料噴射量を求めその値をインジェクタ制御信号318と
し前記インジェクタ305を制御している。一方電制ス
ロットルボディ一体型空気流量測定装置304は回路モジ
ュール312内のマイコン313によりアクセル開度信
号319に応じ、電制スロットルバルブを制御し内燃機
関に導入する空気流量を制御する。
の電制スロットルボディ一体型空気流量測定装置の提供
が可能となる。
モジュールを一体化した電制スロットルボディ一体型空
気流量測定装置の横断面図。
定装置の横断面図。
一体型空気流量測定装置フローチャート図。
一体型空気流量測定装置フローチャート図。
一体型空気流量測定装置フローチャート図。
ト図。
置において空気温度を算出する機能を説明する空気流量
測定装置の回路図。
ィ一体型空気流量測定装置フローチャート図。
ート図。
ィ一体型空気流量測定装置フローチャート図。
ート図。
ィ一体型空気流量測定装置フローチャート図。
ィ一体型空気流量測定装置の横断面図。
ィ一体型空気流量測定装置フローチャート図。
ィ一体型空気流量測定装置の実施状態を示すモデル図。
ィ一体型空気流量測定装置を用いた内燃機関のシステム
図。
…発熱抵抗体、5…感温抵抗体、6…副空気通路、7…
主空気通路、8…空気の流れ、9…スロットルシャフ
ト、10…スロットルバルブ、11…モータ、12…電
制スロットルボディ一体型空気流量測定装置、13…空
気流量測定装置、14…電制スロットルボディ、15…
支持部材、16…スロットルバルブ開度センサ、17…
圧力測定装置、18…電流、21…故障信号、24…電
源、25…アクセルペダル開度センサ26…ECU、2
7…マップ選択信号、29…圧力導入口、105…空気
温度信号、111…モータ制御信号、113…空気流量
信号、116…スロットルバルブ開度信号、117…圧
力信号、120…エンジン回転数信号、125…アクセ
ル開度信号、202…空気流量測定装置より求めた空気
流量Qafs 、203…スピードデンシティ方式にて求め
た空気流量QNp、204…スロットル開度とエンジン
回転数より求めた空気流量QαN、210…実空気流量
を示す実線、212…空気流量Qafs の推移、213…
補正不要範囲、214…非故障判定範囲、300…エア
クリーナ、301…吸入空気、302…ECU、303
…吸気ダクト、304…スロットルボディ一体型空気流
量測定装置、305…インジェクタ、306…マニホー
ルド、307…エンジンシリンダ、308…ガス、309
…排気マニホールド、310…酸素濃度計、311…エ
ンジン回転速度信号、312…回路モジュール、313
…マイコン、315…空気流量信号、316…スロット
ル開度信号、317…酸素濃度信号、318…インジェ
クタ制御信号、319…アクセル開度信号。
Claims (32)
- 【請求項1】流路を構成するボディと、 前記流路を流れる空気流量を検出する流量検出手段と、 電気信号によって制御され、流れを絞ることによって前
記空気流量を制限する絞り手段とを備え、 前記ボディと前記流量検出手段と前記絞り手段とが一体
となった一体型空気流量計において、 入力した前記流量検出手段からの信号の補正と、前記絞
り手段の制御と、を共に行う補正制御手段を備えたこと
を特徴とする一体型空気流量計。 - 【請求項2】請求項1において、 前記補正制御手段は、前記絞りの量に基づいて、前記補
正を行うことを特徴とする一体型空気流量計。 - 【請求項3】請求項1において、 前記補正制御手段は、前記補正後の信号の値が目標値に
近づくように前記絞り手段を制御することを特徴とする
一体型空気流量計。 - 【請求項4】請求項1において、 前記補正制御手段は、エンジン回転数と前記絞りの量と
に基づいて第2の空気流量を演算し、前記補正後の信号
の値と前記第2の空気流量との差がある所定値以上の時
に特異信号を外部に出力することを特徴とする一体型空
気流量計。 - 【請求項5】請求項1において、 前記補正制御手段は、エンジン回転数と前記絞りの量と
に基づいて第2の空気流量を演算し、前記補正後の信号
の値と前記第2の空気流量との差がある所定値以上の時
に、前記第2の空気流量を外部に出力することを特徴と
する一体型空気流量計。 - 【請求項6】請求項1において、 前記補正制御手段は、前記絞りの量が所定値以下の場合
には、エンジン回転数と前記絞りの量とに基づいて第2
の空気流量を演算し、外部に出力することを特徴とする
一体型空気流量計。 - 【請求項7】請求項4,5,6のいずれかにおいて、 前記補正制御手段は、入力された空気温度に基づいて前
記第2の空気流量を補正することを特徴とする一体型空
気流量計。 - 【請求項8】流路を構成するボディと、 前記流路を流れる空気流量を検出する流量検出手段と、 電気信号によって制御され、流れを絞ることによって前
記空気流量を制限する絞り手段とを備え、 前記ボディと前記流量検出手段と前記絞り手段とが一体
となった一体型空気流量計において、 前記流量検出手段の検出した空気流量と、エンジン回転
数と、前記絞り手段の絞り量と、空気温度とから圧力を
演算する圧力演算手段を備えたことを特徴とする一体型
空気流量計。 - 【請求項9】流路を構成するボディと、 前記流路を流れる空気流量を検出する流量検出手段と、 電気信号によって制御され、流れを絞ることによって前
記空気流量を制限する絞り手段とを備え、 前記ボディと前記流量検出手段と前記絞り手段とが一体
となった一体型空気流量計において、 前記流量検出手段の検出した空気流量と、エンジン回転
数と、前記絞り手段の絞り量と、空気温度とから補正さ
れた空気流量を演算する空気流量演算手段を備えたこと
を特徴とする一体型空気流量計。 - 【請求項10】請求項4,5,6,8,9のいずれかに
おいて、 前記エンジン回転数は、前記流量検出手段の検出した空
気流量信号の値の変化に基づいて検出されることを特徴
とする一体型空気流量計。 - 【請求項11】請求項1,8,9のいずれかにおいて、 前記空気流に曝される感温抵抗体と備え、 前記空気温度は、前記感温抵抗体を流れる電流または前
記感温抵抗体の両端の電圧から演算されることを特徴と
する一体型空気流量計。 - 【請求項12】請求項1,8,9のいずれかにおいて、 前記流量検出手段は、発熱する抵抗からの放熱量に基づ
いて空気流量を検出するものであり、 前記絞り手段は電制スロットルであり、 前記補正制御手段はマイコンを備えた電気回路であるこ
とを特徴とする一体型空気流量計。 - 【請求項13】流路を構成するボディと、 前記流路を流れる空気流量を検出する流量検出手段と、 電気信号によって制御され、流れを絞ることによって前
記空気流量を制限する絞り手段とを備え、 前記ボディと前記流量検出手段と前記絞り手段が一体と
なった一体型空気流量計において、 前記絞り手段の絞り量の変化速度がある所定値より小さ
い時に、フィルタをかけた空気流量を演算する空気流量
演算手段を備えたことを特徴とする一体型空気流量計。 - 【請求項14】流路を構成するボディと、 前記流路を流れる空気流量を検出する流量検出手段と、 電気信号によって制御され、流れを絞ることによって前
記空気流量を制限する絞り手段とを備え、 前記ボディと前記流量検出手段と前記絞り手段一体とな
った一体型空気流量計において、 前記絞り手段の絞り量の変化速度がある所定値より大き
い時に、補正かけた空気流量を演算する空気流量演算手
段を備えたことを特徴とする一体型空気流量計。 - 【請求項15】流路を構成するボディと、 前記流路を流れる空気流量を検出する流量検出手段と、 電気信号によって制御され、流れを絞ることによって前
記空気流量を制限する絞り手段とを備え、 前記ボディと前記流量検出手段と前記絞り手段が一体と
なった一体型空気流量計において、 複数の補正マップを持ち、前記複数の補正マップの中か
ら外部信号より選択された補正マップにて空気流量を演
算する空気流量演算手段を備えたことを特徴とする一体
型空気流量計。 - 【請求項16】請求項15において、補正マップの選択
は一度だけであることを特徴とする一体型空気流量計。 - 【請求項17】請求項15において、補正マップの選択
は特定の条件を満たした場合だけ変更できることを特徴
とする一体型空気流量計。 - 【請求項18】流路を構成するボディと、 前記流路を流れる空気流量を検出する流量検出手段と、 電気信号によって制御され、流れを絞ることによって前
記空気流量を制限する絞り手段とを備え、 前記ボディと前記流量検出手段と前記絞り手段が一体と
なった一体型空気流量計において、 前記空気流量を検出と、前記絞り手段を制御と、を共に
行う回路を備えたことを特徴とする一体型空気流量計。 - 【請求項19】流路を構成するボディと、 前記流路を流れる空気流量を検出する流量検出手段と、 電気信号によって制御され、流れを絞ることによって前
記空気流量を制限する絞り手段と、 前記絞り手段の下流側の圧力を検出する圧力検出手段と
を備え、 前記ボディと前記流量検出手段と前記絞り手段と前記圧
力検出手段とが一体となった一体型空気流量計におい
て、 入力した前記流量検出手段及び前記圧力検出手段からの
信号の補正と、前記絞り手段の制御と、を共に行う補正
制御手段を備えたことを特徴とする一体型空気流量計。 - 【請求項20】請求項19において、 前記補正制御手段は、前記絞りの量に基づいて、前記圧
力検出手段からの信号の補正を行うことを特徴とする一
体型空気流量計。 - 【請求項21】請求項19において、 前記補正制御手段は、前記圧力検出手段の信号が目標値
に近づくように前記絞り手段を制御することを特徴とす
る一体型空気流量計。 - 【請求項22】請求項19において、 前記補正制御手段は、エンジン回転数と前記絞りの量と
に基づいて第2の空気流量を演算し、 エンジン回転数と前記圧力検出手段の検出値に基づいて
第3の流量を演算し、 前記流量検出手段に基づいた第1の流量と、前記第2の
空気流量と前記第3の空気流量とを比較し、何れかの値
がある所定値以上異なる時に特異信号を外部に出力する
ことを特徴とする一体型空気流量計。 - 【請求項23】請求項19において、 前記補正制御手段は、エンジン回転数と前記絞りの量と
に基づいて第2の空気流量を演算し、 エンジン回転数と前記圧力検出手段の検出値に基づいて
第3の流量を演算し、前記流量検出手段に基づいた第1
の流量と、前記第2の空気流量と前記第3の空気流量と
を比較し、 前記第1の空気流量と他の空気流量との差がある所定値
以上の時に、前記第2あるいは前記第3の空気流量を外
部に出力することを特徴とする一体型空気流量計。 - 【請求項24】請求項19において、 前記補正制御手段は、エンジン回転数と前記絞りの量と
に基づいて第2の空気流量を演算し、 エンジン回転数と前記圧力検出手段の検出値に基づいて
第3の流量を演算し、 前記流量検出手段に基づいた第1の流量と、前記第2の
空気流量と前記第3の空気流量とを比較し、 前記第1から第3の空気流量計測値の内、何れかひとつ
の空気流量計測値が他の空気流量計測値と所定値以上に
差が有る時に、その空気流量のずれ補正,故障診断、ま
たは最適流量判定を行うことを特徴とする一体型空気流
量計。 - 【請求項25】請求項19において、 前記補正制御手段は、前記絞りの量が所定値以下の場合
には、エンジン回転数と前記圧力検出手段に基づいて第
3の空気流量を演算し、外部に出力することを特徴とす
る一体型空気流量計。 - 【請求項26】請求項22,23,24,25のいずれ
かにおいて、 前記補正制御手段は、入力された空気温度に基づいて前
記第2及び第3の空気流量を補正することを特徴とする
一体型空気流量計。 - 【請求項27】流路を構成するボディと、 前記流路を流れる空気流量を検出する流量検出手段と、 電気信号によって制御され、流れを絞ることによって前
記空気流量を制限する絞り手段と、 前記絞り手段の下流側の圧力を検出する圧力検出手段と
を備え、 前記ボディと前記流量検出手段と前記絞り手段と圧力検
出手段とが一体となった一体型空気流量計において、 前記流量検出手段の検出した空気流量と、前記絞り手段
の下流側の圧力を検出する圧力検出手段と、エンジン回
転数と、前記絞り手段の絞り量と、空気温度とから補正
された空気流量を演算する空気流量演算手段を備えたこ
とを特徴とする一体型空気流量計。 - 【請求項28】請求項22から27のいずれかにおい
て、 前記エンジン回転数は、前記流量検出手段の検出した空
気流量信号の値の変化に基づいて検出されることを特徴
とする一体型空気流量計。 - 【請求項29】請求項22から27のいずれかにおい
て、 前記エンジン回転数は、前記圧力検出手段の検出した圧
力信号の値の変化に基づいて検出されることを特徴とす
る一体型空気流量計。 - 【請求項30】請求項26または27のいずれかにおい
て、 前記空気流に曝される感温抵抗体と備え、 前記空気温度は、前記感温抵抗体を流れる電流または前
記感温抵抗体の両端の電圧から演算されることを特徴と
する一体型空気流量計。 - 【請求項31】請求項19から30のいずれかにおい
て、 前記流量検出手段は、発熱する抵抗からの放熱量に基づ
いて空気流量を検出するものであり、 前記絞り手段は電制スロットルであり、 前記圧力検出手段は半導体式圧力検出装置であり、 前記補正制御手段はマイコンを備えた電気回路であるこ
とを特徴とする一体型空気流量計。 - 【請求項32】請求項1〜31のいずれか記載の一体型
空気流量計と、 前記一体型空気流量計から信号を入力し、前記信号に基
づいてエンジンの供給燃料量を制御するエンジン制御手
段と、を備えたエンジン制御システム。
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