JPH062597A

JPH062597A - エンジンの吸入空気量検出装置

Info

Publication number: JPH062597A
Application number: JP4159490A
Authority: JP
Inventors: Makoto Shimizu; 良清水
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1992-06-18
Filing date: 1992-06-18
Publication date: 1994-01-11
Anticipated expiration: 2016-08-06
Also published as: JP3195050B2

Abstract

(57)【要約】【目的】エアフローセンサ１１による計測吸入空気量
を基にして実際の吸入空気量を予測するに当り、エンジ
ン１の加減速状態の変化等により実際の吸入空気量が変
動してもそれに対応して正確に吸入空気量を予測できる
ようにする。【構成】エアフローセンサ１１により計測される吸入
空気量の信号を所定の周期で入力して、今回計測した吸
入空気量の前回計測した吸入空気量との比率γを算出
し、この比率γを、今回計測した時点から吸入空気量を
求めようとする予測時点までの時間Ｔとその間の処理周
期Ｔ1 との比Ｔ／Ｔ1 で累乗することで、予測時点での
吸入空気量を予測するようにし、吸入空気量の変化を２
次曲線的に予測して正確な吸入空気量の検出を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、エンジンに吸入され
る空気量を検出する吸入空気量検出装置に関し、特に、
吸入空気量を計測値に基づいて予測するようにしたもの
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、燃料をインジェクタから噴射供
給して吸気の空燃比を制御するようにした燃料噴射制御
システムにおいては、吸気通路の上流端部で吸入空気量
をエアフローセンサ等により計測し、この計測した吸入
空気量を基に燃料の基本噴射量を設定することが行われ
ている。そして、燃料噴射量を設定する間に吸入空気量
の変動があると、計測した吸入空気量がシリンダ内に充
填される充填量と正確に対応しないことがあることか
ら、上記センサで計測した信号をそのまま使うのではな
く、吸入空気量信号にいわゆるなまし処理を施して使用
し、かつ、そのときに燃料噴射時間や燃料の輸送遅れ時
間（インジェクタから噴射された燃料がエンジンのシリ
ンダ内に入るまでに要する時間）等を考慮して、そのな
まし係数をエンジンにより決まる理論なまし係数よりも
小さく設定するようになされている。

【０００３】しかし、このようになまし係数を小さめに
設定すると、例えばエンジンの急加速状態では吸入空気
量がエンジンへの実際の空気充填量と一致してさほど問
題はないが、緩加速状態では吸入空気量のオーバーシュ
ートが生じるようになり、エンジンの急加速及び緩加速
のいずれの状態でも吸入空気量を正確に検出することは
できない。

【０００４】また、特公昭６３―８２９６号公報には、
センサで計測した吸入空気量を周期的に取り込み、前回
取り込んだ信号値と今回取り込んだ信号値との変化分を
基に燃料噴射時の吸入空気量を予測するようにすること
が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の提
案例では、所定周期で計測した吸入空気量の変化量を求
め、これに係数を乗じて最終的な吸入空気量を予測する
ようにしているので、予測される吸入空気量は直線的に
変化するようになり、吸入空気量が急激に変化する場合
には、それに追従することができず、予測誤差が大きい
という問題がある。

【０００６】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、上記した提案例における吸入空気量の
予測形態を改良することで、エンジンの加減速状態の変
化等により実際の吸入空気量が変動してもそれに対応し
て正確に吸入空気量を予測できるようにすることにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的の達成のた
め、請求項１の発明では、エンジンのシリンダ内に充填
される吸入空気量が吸気通路のセンサで計測した吸入空
気量に対し１次遅れの関係で変化することに着目し、こ
の特性を用いて、所定周期をあけて計測した吸入空気量
間の比率を求め、この比率を予測時点までの処理回数で
累乗することで、予測時点での吸入空気量を予測するよ
うにしている。

【０００８】すなわち、この発明は、図１に示すよう
に、エンジン１に吸入される空気量を計測する空気量計
測手段１１と、この空気量計測手段１１により計測され
た吸入空気量の信号を所定の周期で入力し、今回計測し
た吸入空気量の、前回計測した吸入空気量との比率γを
算出する比率算出手段３３と、この比率算出手段３３で
算出された比率γを、今回計測した時点から吸入空気量
を予測しようとする予測時点までの時間Ｔと上記処理周
期Ｔ1 との比Ｔ／Ｔ1 で累乗して、上記予測時点での吸
入空気量を予測する予測手段３４とを備えたことを特徴
とするものである。

【０００９】

【作用】上記の構成により、請求項１の発明では、空気
量計測手段１１により計測された吸入空気量の信号は所
定の周期で比率算出手段３３に入力され、この比率算出
手段３３において今回計測した吸入空気量の前回計測し
た吸入空気量との比率γが算出される。そして、予測手
段３４において、今回計測した時点から吸入空気量を求
めようとする予測時点までの時間Ｔと処理周期Ｔ1 との
比Ｔ／Ｔ1 つまり処理回数で上記算出比率γを累乗する
ことで、予測時点での吸入空気量が予測される。こうし
て前回及び今回の計測吸入空気量の比率γを処理回数で
累乗することは、シリンダへの吸入空気量の変化を２次
曲線的に予測することを示し、計測吸入空気量の変化が
大きいほど吸入空気量が素早く変化し、計測吸入空気量
の変化が小さいときには吸入空気量は遅く変化するよう
になる。その結果、エンジン１の加減速状態に変化等が
あっても、その実際の吸入空気量の変動に対応して正確
に吸入空気量を予測でき、正確な吸入空気量の検出を行
うことができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２は本発明の実施例の全体構成を示し、１は例
えば４気筒や６気筒のエンジンで、このエンジン１はシ
リンダ２を複数有するシリンダブロック３と、該シリン
ダブロック３に組み付けられたシリンダヘッド４とを備
え、各シリンダ２内にはピストン５が往復動可能に嵌挿
され、このピストン５及びシリンダヘッド４に囲まれて
燃焼室６が形成されている。上記シリンダヘッド４には
吸気弁７により開閉される吸気ポート８と、排気弁１４
により開閉される排気ポート１５とが形成されている。
上記吸気ポート８はシリンダ２内の燃焼室６に吸気を供
給する吸気通路９の下流端部を構成するもので、吸気通
路９はサージタンク１０下流側でシリンダ２毎に複数に
分岐され、サージタンク１０上流側の吸気通路９には上
流側から順に、エンジン１に吸入される空気量を計測す
る空気量計測手段としてのエアフローセンサ１１と、吸
気通路９を絞るスロットル弁１２とがそれぞれ配設さ
れ、サージタンク１０下流側の各吸気通路９には吸気ポ
ート８寄りに燃料噴射用のインジェクタ１３が配設され
ている。

【００１１】一方、上記排気ポート１５は燃焼室６内の
排気ガスを排出する排気通路１６の上流端部を構成する
もので、排気通路１６には上流側から順に、排気ガス中
の酸素濃度を検出するＯ2 センサ１７と、排気ガス浄化
用の触媒装置１８とがそれぞれ配設されている。１９は
燃焼室６内の混合気に点火する点火プラグで、この点火
プラグ１９は配電器２０を介してイグニッションコイル
２１に接続されている。

【００１２】上記インジェクタ１３はコントロールユニ
ット３１から燃料噴射信号を受けて燃料噴射を制御さ
れ、またコントロールユニット３１は上記イグニッショ
ンコイル２１に点火信号を出力するようになされてい
る。このコントロールユニット３１には、上記エアフロ
ーセンサ１１から出力される吸入空気量信号と、Ｏ2 セ
ンサ１７から出力される酸素濃度信号と、シリンダブロ
ック３内の冷却水温度を検出する水温センサ３２から出
力される水温信号と、上記配電器２０からのクランク角
信号とが入力されており、上記エアフローセンサ１１に
より計測された吸入空気量を基にシリンダ内吸入空気量
（空気充填量）を演算し、この吸入空気量とクランク角
変化によるエンジン回転数とに基づいて燃料噴射量を決
定して、その燃料噴射信号をインジェクタ１３に出力す
る。

【００１３】すなわち、コントロールユニット３１にお
ける燃料噴射制御の信号処理手順について説明すると、
図３に示す如く、予めスタート時にエアフローセンサ１
１の計測周期Ｔ1 を設定し、ステップＳ1 でエアフロー
センサ１１の計測値ｇ（吸入空気量信号）を上記周期Ｔ
1 で読み込み、ステップＳ2 で上記計測値ｇに対し下記
の式により理論なまし処理を実施してシリンダ内吸入
空気流量ｇe を算出する。つまり、今回の計測値をｇ
(i) 、前回のシリンダ内吸入空気流量をｇe(i-1)、エン
ジン１によって決まる理論なまし係数をｋg とすると
き、今回のシリンダ内吸入空気流量ｇe(i)は、ｇe(i)＝ｋg ・ｇe(i-1)＋（１−ｋg ）・ｇ(i) … で求められる。

【００１４】この後、ステップＳ3 でシリンダ内吸入空
気量Ｃe を算出する時期が来たかどうかを判定する。こ
の判定は、ピストン５の上死点周期やインジェクタ１３
からの燃料噴射時期等により燃料噴射量を決定する演算
タイミングが来たかどうかを判定するもので、判定がＮ
Ｏのときには終了する。

【００１５】一方、判定がＹＥＳになると、ステップＳ
4 において、上記ステップＳ2 で算出した今回のシリン
ダ内吸入空気流量ｇe(i)の、前回のシリンダ内吸入空気
流量ｇe(i-1)との比率γを式により算出する。

【００１６】 γ＝ｇe(i)／ｇe(i-1) … 次のステップＳ5 でシリンダ内吸入空気量Ｃe を式に
より演算する。つまり、シリンダ内吸入期間Ｔは、Ｔ＝（６０／エンジン回転数）・（１／ｎ）（但し、ｎはエンジン出力軸の１回転当りの吸気行程の
数４気筒エンジンではｎ＝２、６気筒エンジンではｎ＝
３）であるので、Ｃe ＝（１＋γ^T/T1）・ｇ(i) ・（Ｔ／２） … 上記前回のシリンダ内吸入空気流量ｇe(i-1)に対する今
回のシリンダ内吸入空気流量ｇe(i)の比率γを基にして
式によりシリンダ内吸入空気量Ｃe を求める理論につ
いて説明すると、エンジン１のシリンダ２内に吸入空気
を充填するモデルから得られた式をラプラス変換した式
の差分方程式において、１回の吸気行程に対しシリンダ
内吸入空気流量ｇe の変化の時定数が大きく、スロット
ル弁１２での開口面積も微小と考えてそれを０とするこ
とで、上記式が得られる。そして、図４に示すよう
に、予測時点ｔT でのシリンダ内吸入空気流量ｇe(tT)
は、今回の計測時点をｔi として、ｇe(tT) ＝ｇe(ti) ・γ^T/T1 であるので、１回の吸気行程当りのシリンダ内吸入空気
量Ｃe は、シリンダ内吸入空気流量ｇe(t)を今回の計測
時点ｔi から予測時点ｔT まで積分した値Ｃe ＝∫ｇe(t)ｄｔとなり、これを台形則で近似することで、上記式が得
られる。

【００１７】このステップＳ5 の後、ステップＳ6 で上
記シリンダ内吸入空気量Ｃe に基づいて燃料の基本噴射
量を決定するとともに、その基本噴射量を上記Ｏ2 セン
サ１７により検出された酸素濃度や水温センサ３２によ
り検出されたエンジン水温等により補正して最終の噴射
量を設定し、ステップＳ7 で最終噴射量の信号をインジ
ェクタ１３に出力して燃料噴射を開始した後、終了す
る。

【００１８】よって、この実施例では、上記ステップＳ
1 ，Ｓ2 ，Ｓ4 により、上記エアフローセンサ１１によ
り計測された吸入空気量の信号ｇを所定の周期Ｔ1 で入
力し、今回計測した吸入空気量ｇe(i)の、前回計測した
吸入空気量ｇe(i-1)との比率γを算出する比率算出手段
３３が構成されている。

【００１９】また、ステップＳ5 により、上記比率算出
手段３３で算出された比率γを、今回計測した時点から
吸入空気量を検出しようとする予測時点つまりインジェ
クタ１３からの燃料噴射を開始する時点までの時間Ｔと
処理周期Ｔ1 との比（Ｔ／Ｔ1 ）で累乗して、その累乗
値を基に上記式により上記予測時点でのシリンダ内吸
入空気量Ｃe （空気充填量）を予測するようにした予測
手段３４が構成されている。

【００２０】したがって、上記実施例においては、エン
ジン１の運転中、図４に示すように、エンジン１に吸入
される空気量がエアフローセンサ１１により所定周期Ｔ
1 で逐次計測され、この各計測値ｇを理論なまし係数ｋ
g に基づいて理論なまし処理してシリンダ内吸入空気流
量ｇe がそれぞれ算出される。そして、エンジン１のピ
ストン５の上死点周期やインジェクタ１３からの燃料噴
射時期等により燃料噴射量を決定する演算タイミングに
なると、今回計測して算出した吸入空気量ｇe(i)の、前
回計測して算出した吸入空気量ｇe(i-1)との比率γが算
出され、今回計測した時点からシリンダ内吸入空気量Ｃ
e を求めようとする予測時点までの時間Ｔと処理周期Ｔ
1 との比つまり処理回数で上記比率γを累乗する項を持
った式により、予測時点でのシリンダ内吸入空気量Ｃ
e （空気充填量）が予測される。上記式により、前回
及び今回の計測吸入空気量の比率γを処理回数（Ｔ／Ｔ
1）で累乗することで、シリンダ内吸入空気量Ｃe の変
化を２次曲線的に予測することができ、シリンダ内吸入
空気流量ｇe の変化が大きいほど吸入空気量Ｃe が素早
く変化する一方、吸入空気流量ｇe の変化が小さいとき
には吸入空気量Ｃeは遅く変化するようになるので、エ
ンジン１の加減速状態の変化等があっても、その実際の
吸入空気量の変動に対応して正確に吸入空気量Ｃe を予
測でき、正確な吸入空気量Ｃe の検出を行うことができ
る。

【００２１】すなわち、図５（ｂ）に示すようにスロッ
トル弁１２が全閉状態から中程度に開かれてエンジン１
が緩加速された場合、図５（ａ）に示す如くスロットル
弁１２が全閉状態から全開されてエンジン１が急加速さ
れたときと同様に吸入空気量を１行程前の実際のシリン
ダ内空気充填量に正確に一致させることができ（従来例
では急加速状態に合わせ込むことでオーバーシュートが
生じている）、エンジン１の急加速及び緩加速であって
も吸入空気量の予測を両立させることができる。また、
図５（ｃ）に示す如く、エンジン１の減速時でも同様の
効果が得られる。

【００２２】また、所定周期Ｔ1 毎にエアフローセンサ
１１で吸入空気量ｇを計測してそのなまし処理により吸
入空気流量ｇe を算出しておき、燃料噴射量の演算タイ
ミングで今回の吸入空気量の前回との比率γを算出して
それを基に吸入空気量Ｃe を予測するので、任意の時点
で任意の時刻後の吸入空気量Ｃe を予測することができ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よると、エンジンに吸入される吸入空気量を検出する場
合において、吸気通路の計測手段で吸入空気量を計測
し、所定周期をおいて計測した吸入空気量間の比率を求
め、この比率を予測時点までの処理回数で累乗すること
で、予測時点でのシリンダへの吸入空気量を予測するよ
うにしたことにより、シリンダへの吸入空気量の変化を
２次曲線的に予測でき、エンジンの加減速状態の変化等
があっても、その実際の吸入空気量の変動に対応して正
確に吸入空気量を予測し、正確な吸入空気量の検出を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す図である。

【図２】本発明の実施例の全体構成を示す図である。

【図３】コントロールユニットでの燃料噴射のための信
号処理手順を示すフローチャート図である。

【図４】エアフローセンサの計測値及び吸入空気量の時
間的変化を示す特性図である。

【図５】エンジンの加減速状態でのシリンダ内空気充填
量を予測吸入空気量と対比して示す特性図である。

【符号の説明】

１エンジン９吸気通路１１エアフローセンサ（空気量計測手段）１３インジェクタ３１コントロールユニット３３比率算出手段３４予測手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンに吸入される空気量を計測する
空気量計測手段と、上記空気量計測手段により計測された吸入空気量の信号
を所定の周期で入力し、今回計測した吸入空気量の前回
計測した吸入空気量との比率を算出する比率算出手段
と、上記比率算出手段で算出された比率を、今回計測した時
点から吸入空気量を予測しようとする予測時点までの時
間と上記処理周期との比で累乗して、上記予測時点での
吸入空気量を予測する予測手段とを備えたことを特徴と
するエンジンの吸入空気量検出装置。