JP2000161122A - 発熱抵抗体式空気流量計を用いた内燃機関の燃焼制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発熱抵抗体式空気流量計のもつ、脈動下に存在
する逆流の影響を低減し、全域にわたり発熱抵抗体式空
気流量計の出力信号の信用度を向上する。 【解決手段】発熱抵抗体式空気流量計の出力信号を流量
値に変換した後、状況に応じた遅延フィルタを介在させ
ることで、逆流によるプラス側の誤差を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発熱抵抗体式空気
流量計を用いた内燃機関の燃焼制御方式にかかり、発熱
抵抗体式空気流量計の出力信号を正確に吸入空気流量に
変換できる制御装置とその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】発熱抵抗体式空気流量計の出力信号は、
発熱抵抗体式空気流量計の動作原理から非直線性を有す
るものであり、内燃機関の吸気状態で発生する吸気脈動
や、これに伴う逆方向空気流の発生領域においては、空
気流量の計測誤差が大きい状態となっていた。

【０００３】そこで、発熱抵抗体式空気流量計を使った
内燃機関の燃焼制御装置では、この領域を検知して発熱
抵抗体式空気流量計の出力信号を補正したり、無視した
りして吸入空気量を仮想することで燃焼制御を成立させ
ていた。もしくは、発熱抵抗体式空気流量計自体で誤差
が少なくなる工夫を施していた。

【０００４】しかしながら、発熱抵抗体式空気流量計自
体での誤差低減は、発熱抵抗体式空気流量計の周辺へ部
品が追加されたり、燃焼制御システムの演算負荷を広げ
る方向になっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の発熱抵抗体式空
気流量計の出力信号は、発熱抵抗体式であるがゆえに理
論上検出すべき吸入空気流量に対して非直線な出力信号
を有していた。

【０００６】同時に、発熱抵抗の加熱及び放熱にかかる
時間おくれも有しておりこの信号を単純に平滑化して吸
入空気流量に変換すると、被測定空気の状態によっては
大きく誤差を発生する領域があった。

【０００７】ここで発生する誤差を、燃焼制御では無視
するか、もしくは高速応答の発熱抵抗体式空気流量計を
用いて、短時間に発熱抵抗体式空気流量計の出力信号を
取り込み空気流量に変換することで対処されている。

【０００８】しかしながら、誤差を無視すると燃焼制御
が適当になり、制御の結果が思わしくなくなり、高速応
答の発熱抵抗体式空気流量計を用いると、燃焼制御は的
確に行われるが、燃焼制御システムの処理プログラムが
複雑になり処理の負荷が大きくなってしまうという欠点
があった。

【０００９】本発明の目的は、この空気流量の計量誤差
を燃焼制御装置及び発熱抵抗体式空気流量計の周辺部品
に負荷をかけることなく低減することができる内燃機関
の燃焼制御方式を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために従来使われている発熱抵抗体式空気流量
計の被測定空気の状態によって発生する誤差を、適切な
遅れフィルタを介在させることで低減させる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の内容について図を
用いて詳細に説明する。

【００１２】図１は、一般的な内燃機関の燃焼制御シス
テムである。

【００１３】一連の内燃機関の動作は、吸入空気はエア
クリーナ９から吸引しエアフローメータ２を通ってスロ
ットル３で流量制限されインテークマニホールド１０に
導かれる。エアフローメータ２で検出された空気流量に
応じてコントロールユニット１で演算されて求められた
適量の燃料をインジェクタ４から噴霧しシリンダ内に吸
入させる。さらに、適切なタイミングで点火プラグで電
気火花を発生させ燃料に点火し爆発させる。

【００１４】この爆発によって発生させたエネルギーを
クランク１２によって回転力に変換する。爆発終了後、
排気バルブ１３から燃焼後の排気ガスを放出する。

【００１５】現在、一般的に使われている発熱抵抗体式
のエアフローメータは、下記の要因により内燃機関の運
転状態で、計測誤差を発生する場合がある。

【００１６】(１)．発熱抵抗体式のエアフローメータは
原理上、吸入空気流量に対して非直線の出力特性を有し
ている。

【００１７】(２)．発熱抵抗体の放熱特性により瞬時の
応答性に若干の遅れを有している。

【００１８】ここで、具体的な誤差発生のメカニズムを
説明する。

【００１９】一般的な発熱抵抗体式のエアフローメータ
は、被測定空気の流れ方向に関係なく空気が流れれば吸
入空気量として電圧変換し出力してしまう。即ち、方向
性がないものが一般的である。

【００２０】即ち、シリンダに吸入される空気流量も、
シリンダから何らかの要因で吹き戻されてくる空気流量
も、吸入空気量としてカウントしてしまう特徴がある。
いわゆる、吸入空気の逆流による誤差である。

【００２１】吸入空気の逆流は、内燃機関の運転状態で
比較的回転数の低い状態での高負荷状態で発生しやすい
ことは、既知の事象である。

【００２２】この比較的回転数の低い状態での高負荷状
態では、吸入空気は脈動しつつ結果的にシリンダへの吸
入方向とは逆の方向、いわゆる逆流を持ちながら吸気さ
れている。

【００２３】この逆流状態で発熱抵抗体式エアフローメ
ータの出力信号がどのような誤差を有しているのかを示
したのが、図２である。図２に示すように、エンジンの
負荷が大きくなり吸気脈動が大きくなると発熱抵抗体式
エアフローメータの出力は、大きくプラス側に跳ね上が
るような誤差を示してしまう。

【００２４】本発明では、発熱抵抗体式エアフローメー
タのプラス側の誤差を遅延フィルタの遅延量を可変にす
ることにより低減する。

【００２５】図３に、可変遅延フィルタを介在させたと
きの発熱抵抗体式エアフローメータの出力特性を示す。
瞬時の発熱抵抗体式エアフローメータ出力値に応じてフ
ィルタ遅延量を可変にすると、波高の高い信号はより大
きく平滑化され波高の低い信号はそのままの形で信号と
して処理される。結果的に、波形の中央値を低くしなが
ら、平滑化することになる。

【００２６】これにより、吸気脈動下の逆流によるプラ
ス側の誤差を選択的に低減できることが分かる。これ
は、脈動下の発熱抵抗体式エアフローメータの出力は逆
流下にありこの場合の出力信号は、遅延量可変の遅れフ
ィルタで検出値を少なくする方向に導き、脈動が小さい
発熱抵抗体式エアフローメータの信号では、遅れフィル
タの影響度が現れず、遅れフィルタによる検出値の変化
は現れないためである。図４は、本発明の実施例を使っ
た内燃機関の燃焼制御における制御フローの一部であ
る。

【００２７】ここで、本発明は、発熱抵抗体式エアフロ
ーメータの出力信号を精度良く吸入空気流量に変換し、
内燃機関の燃焼制御に反映する手段を提供するものであ
り、燃焼制御における、例えば点火時期の制御や温度環
境要素の補正などの手法については限定しない。

【００２８】図４において、燃焼制御を実現するコント
ロールユニットが、エアフローメータの出力信号を電気
的に取り込む。この際、コントロールユニットでは、通
常Ａ／Ｄ変換器を用いて数値化する。次に、数値化され
た電気信号を瞬時の空気流量に変換する。

【００２９】次に、本発明の特徴である、遅れフィルタ
の遅延量をマップから検索する。ここで、本実施例で
は、遅れフィルタの遅延量をマップ検索で説明している
が、数式等、別の手段で遅延量を求めることもできると
いうことは言うまでもない。さらに、先に述べたフィル
タ遅延量を使ってエアフローセンサから求められる空気
流量値をフィルタリングする。このような、手段により
簡単に脈動下の逆流によるエアフローセンサの誤差を低
減できる。

【００３０】ここまで、本発明の遅れフィルタ遅延量を
可変にすることによる吸入空気量の逆流によるプラス側
誤差の低減方法について説明してきたが、本発明のその
他の実施手段として、フィルタ遅延量を可変に設定する
代わりに発熱抵抗体式エアフローメータの検出流量値を
一時的に非直線を有する特性に変換し、少なくとも１つ
以上の遅延量を有する遅れフィルタで平滑化すること
で、脈動下の逆流によるエアフローセンサの誤差を低減
できる。

【００３１】以下にその方法について説明する。

【００３２】これは、先に説明した遅延量を可変にした
場合と手段は違うが、同様の効果を有している。

【００３３】図６に一時的に非直線を有する特性に変換
した後に、遅れフィルタを介在させた場合の出力信号の
変化を示す。図６に示す通り、脈動下の発熱抵抗体式エ
アフローメータの出力信号を非直線することで、波形の
中央値を下げることができる。

【００３４】これは、正弦波のような入力波形が、非直
線で表現されるとき波高の高いほうがより圧縮され、逆
に波高の低いほうはさほど圧縮されないために全体的に
波形が小さいほうに変換されるためで、即ち、吸気脈動
下の逆流によるプラス側の誤差を選択的に低減すること
になる。

【００３５】この効果は、非直線に変換した後、遅れフ
ィルタを介在させることで、さらに顕著に表れる。

【００３６】先に説明したが、発熱抵抗体式エアフロー
メータの出力信号は、その動作原理から、非直線の出力
特性を有しているが、このままの非直線性では適量の脈
動波形の中央値低下をコントロールできない。

【００３７】本発明は、発熱抵抗体式エアフローメータ
の出力信号を一度、流量信号に変換した後、適切な非直
線の出力特性に変換することで波形の中央値を適切に下
げるコントロールを行う。

【００３８】中央値を下げた後の脈動信号を遅れフィル
タを介して平滑化し、この流量値信号を用いて、燃焼制
御を行う。

【００３９】図６は、内燃機関の燃焼制御のうち、吸入
空気流量を算出するルーチンについての制御フローであ
る。

【００４０】エアフローセンサの出力信号を、数値化す
る部分については、先に述べた実施例と同様の手段であ
る。流量値に変換した後、この流量値を一義的に決めた
非直線特性に表現しなおし、この実際に流量値に対して
非直線のデータに、遅延フィルタをかける。この結果
を、先の一義的に決めた非直線特性から、流量値に変換
し燃焼制御の基本データとして、内燃機関を制御するも
のである。

【００４１】先に説明した実施例は、発熱抵抗体式エア
フローメータの出力特性からのみ脈動下に発生する逆流
分の低減方法であるが、本発明の別の実施例として、内
燃機関の運転状態を別の手段で検知し適切な遅延量を持
つフィルタを介在させる方法もある。

【００４２】内燃機関の燃焼制御においては、内燃機関
のクランク回転状態を把握するクランク角センサ８や、
スロットル開度を検出するスロットルセンサ１４等があ
ることは、公知の事実である。

【００４３】それらのセンサ類から内燃機関の運転状態
を検出し、運転状態に適したフィルタ遅延量や、出力信
号の適切な非直線化を行うものである。ここで、内燃機
関の運転状態に応じた適切なフィルタ遅延量の設定およ
び出力信号の適切な非直線化について具体的に説明す
る。

【００４４】内燃機関において、吸入空気が脈動し吸入
空気が逆流する状況においては、内燃機関が高負荷で比
較的低い回転数で運転されている場合に現象が現れると
いうことは公知の事実であり、先に述べた通りである。
従って、内燃機関の運転回転数と、スロットル開度を検
出し、高負荷で比較的低い回転数で運転されているかど
うかを容易に推定できることになる。これらの信号を用
いて、内燃機関の運転状態をコントロールすることは公
知である。

【００４５】本発明においては、この運転状態に応じ
て、発熱抵抗体式エアフローメータの出力信号の平滑化
処理を可変にしたり、非直線化処理を行うか否かをコン
トロールするところに特徴がある。

【００４６】図７はスロットル開度と発熱抵抗体式エア
フローメータの出力特性の関係を示したものである。こ
こから、スロットル開度が一定以上開かれていると、エ
アフローメータの出力特性が、プラス側の誤差を有する
ようになる。

【００４７】本発明では、この特性を利用しスロットル
開度が、一定以上に開かれた時に先に述べた手段による
エアフローセンサの出力特性の誤差低減措置を取るもの
である。

【００４８】また、図８は内燃機関の運転回転数と、ス
ロットル開度全開で内燃機関に与える運転負荷が最大の
状態でのエアフローメータの出力特性の代表例を示した
ものである。

【００４９】これより、エアフローメータの計測誤差
は、低回転側に大きく存在していることが分かる。この
特性は、内燃機関の出力特性や、総排気量，吸入空気の
導入方法などで微妙に異なり必ずしも、すべての内燃機
関が同じであるとは限らないが、内燃機関の特性に合わ
せて、一定値以下の運転回転数であったときに先に述べ
たエアフローセンサの出力特性の誤差低減措置を取るこ
とができる。

【００５０】図９に内燃機関の運転回転数とスロットル
開度情報を使った、吸入空気流量を算出するルーチンに
ついての制御フローの一例である。

【００５１】エアフローセンサの出力信号を、数値化す
る部分については、先に述べた実施例と同様の手段であ
る。ほとんど同時に、内燃機関の運転回転数と、吸気量
を制限するスロットルの開度を、各々のセンサから求
め、この情報からエアフローメータの出力信号を平滑化
する遅延フィルタの遅延量を検索する。ここで求められ
た遅延量をもとに、エアフローセンサで求められた空気
流量を平滑化し、内燃機関の燃焼制御に使う。

【００５２】ここまでの実施例は、ガソリン燃料を使用
する内燃機関の燃焼制御のうち発熱抵抗体式空気流量計
の出力信号の処理方法を使って説明したが、ディーゼル
エンジンの空気流量を求める際の発熱抵抗体式空気流量
計の出力信号の処理方法にも適用できる。

【００５３】

【発明の効果】本発明を使うことにより、発熱抵抗体式
空気流量計の出力特性の検出誤差を少なく算出すること
ができ、精度よい内燃機関の燃焼制御を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般の代表的な内燃機関のシステム構成を示す
断面図。

【図２】本発明のエンジン負荷とエアフローメータの出
力信号の関係を示す特性図。

【図３】本発明の可変遅延フィルタの効果を示す特性
図。

【図４】本発明のエアフローメータ信号処理ルーチンを
示すフローチャート。

【図５】本発明の流量値非直線化の効果を示す特性図。

【図６】本発明のエアフローメータ信号処理ルーチンを
示すフローチャート。

【図７】本発明のスロットル開度とエアフローメータ出
力信号の関係を示す特性図。

【図８】本発明の内燃機関の運転回転数とエアフローメ
ータ出力信号の関係を示す特性図。

【図９】本発明のエアフローメータ信号処理ルーチンを
示すフローチャート。

【符号の説明】

１…燃焼制御ユニット、２…発熱抵抗体式空気流量計、
３…スロットルチャンバ、４…インジェクタ、５…酸素
センサ、６…点火プラグ、７…点火コイル、８…回転セ
ンサ、９…エアクリーナ、１０…インテークマニホール
ド、１１…吸気バルブ、１２…クランク、１３…排気バ
ルブ、１４…スロットルセンサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅家 厚 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 太田 健治 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 五十嵐 信弥 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 Ｆターム(参考） 2F035 AA02 EA04 EA09 3G084 DA04 DA13 EA01 EA08 EB09 EB25 EC04 FA08 FA10 FA33

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸気通路を構成する主通路と、
   内部に発熱抵抗体を配し主通路を流れる空気流量を計量
   する前記発熱抵抗体と電気的に接続され、前記発熱抵抗
   体の放熱量を基に空気流量に対応した電気信号を得る発
   熱抵抗体式空気流量計を用いた内燃機関の燃焼制御装置
   において、 前記発熱抵抗体式空気流量計の出力信号が遅延フィルタ
   を介して平滑化され、内燃機関の吸入空気流量に変換す
   る手段として、遅延フィルタの遅延量が発熱抵抗体式空
   気流量計の検出値に応じて可変に設定されることを特徴
   とする発熱抵抗体式空気流量計を用いた内燃機関の燃焼
   制御方式。
2. 【請求項２】請求項１に記載の発熱抵抗体式空気流量計
   を用いた内燃機関の燃焼制御方式において、発熱抵抗体
   式空気流量計の出力信号を逐次空気流量に変換した後に
   適正な非直線特性に変換し、遅延量が可変の遅延フィル
   タを介し、再度、空気流量値に変換して吸入空気流量を
   算出し、燃焼状態を制御することを特徴とする発熱抵抗
   体式空気流量計を用いた内燃機関の燃焼制御方式。
3. 【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の発熱抵抗体
   式空気流量計を用いた内燃機関の燃焼制御方式におい
   て、内燃機関の吸気状態で発生する吸気脈動やこれに伴
   う逆方向空気流の発生領域においてのみ空気流量の算出
   法を使うことを特徴とする発熱抵抗体式空気流量計を用
   いた内燃機関の燃焼制御方式。
4. 【請求項４】請求項３に記載の発熱抵抗体式空気流量計
   を用いた内燃機関の燃焼制御方式において、内燃機関の
   吸気状態で発生する吸気脈動やこれに伴う逆方向空気流
   の発生領域を検出する手段が、発熱抵抗体式空気流量計
   の出力信号以外の、例えば内燃機関の吸入空気量を制御
   するスロットル弁の開閉状態から内燃機関の運転状態を
   検出する装置の信号を用いて判断され、内燃機関の吸気
   状態で発生する吸気脈動やこれに伴う逆方向空気流の発
   生領域においてのみ、空気流量の算出法を使うことを特
   徴とする発熱抵抗体式空気流量計を用いた内燃機関の燃
   焼制御方式。