JPH0735753B2

JPH0735753B2 - 内燃機関の空気量検出装置

Info

Publication number: JPH0735753B2
Application number: JP17499786A
Authority: JP
Inventors: 保夫清宮; 英之田村; 初雄永石; 博通三輪
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1986-07-25
Filing date: 1986-07-25
Publication date: 1995-04-19
Anticipated expiration: 2010-04-19
Also published as: JPS6332148A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、内燃機関の空気量検出装置に関する。

（従来の技術）燃料噴射式内燃機関にあっては機関に吸入される空気量
を的確に検出することが重要であり、その検出装置とし
ては空気量を熱線式等の流量センサにより直接的に検出
するものや、圧力センサにより測定される吸気管内圧力
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等を設け、空
気量を絞り弁開度と吸気管内圧力または機関回転速度と
に基づいて検出するものがある（特公昭61−4981号公報
等参照）。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このように流量センサや圧力センサを用
いた検出装置では、吸気脈動による検出値の変動が大き
く、これをもとに制御される燃料噴射弁の噴射量が変動
するため、エンジンのトルク変動が大きくなってしま
う。

また、低負荷運転域でのシリンダ内吸気流動を促進して
燃焼性を改善するために、絞り弁の下流側に可動翼ある
いはスワールコントロールバルブ等の流速制御手段を設
けた内燃機関にあっては、有効流路面積及びシリンダへ
の空気量が前記流速制御手段の作動位置によって変動す
るため、絞り弁開度に基づいて算出する方式では必ずし
も正しい空気量が得られない。

本発明はこのような従来の問題点を解消することを目的
としている。

（問題点を解決するための手段）このために本発明では、第１図に示したように、機関吸
気通路101の途中に、絞り弁102よりも下流側に位置する
ように機関シリンダ103への吸気流速を可変制御する流
速制御手段104を介装した内燃機関を前提として、機関
回転速度Ｎを検出する手段105と、絞り弁102の開度αを
検出する手段106と、前記絞り弁開度αと回転速度Ｎと
をパラメータとする空気量テーブル107を検索して吸入
空気量ＱHを付与する空気量演算手段108とを設け、かつ
前記空気量テーブル107は前記流速制御手段104の作動位
置に対応して複数個を設けた。尚、除算結果A/Nと流速
制御手段の作動位置とをパラメータとするテーブルを回
転速度Ｎに対して複数個設けるようにしてもよい。

（作用）上記構成にあっては、絞り弁102を開度αと機関回転速
度Ｎとから空気量ＱHを演算するので、内燃機関の吸気
脈動に影響されない正確な流量検出ができる。

さらに、上記空気量テーブル107は複数のものが流速制
御手段104の作動位置に対応しているので、その作動位
置に応じた正確な空気量値が得られる。

（実施例）次に、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。なお、本発明は基本的には定常的な運転状態での空
気量の検出を前提としているが、実施例としてはこの定
常空気量を補正して最終的に過渡的運転状態においても
適切な空気量が得られるようにしたものを示すことにす
る。

第２図Ａにおいて、10は機関吸気通路11の途中に介装さ
れた絞り弁、12はその上流側に位置して設けられた電磁
燃料噴射弁である。これは、いわゆるシングルポイント
インジェクション方式（以下「SPI方式」と呼ぶ）の燃
料供給装置であり、電磁燃料噴射弁12からの噴射燃料を
吸入空気とともに吸気分岐管21を介して多気筒内燃機関
の各気筒へと分配供給する。

14は絞り弁10の開度αを検出する絞り弁開度センサ、15
は機関回転速度Ｎを検出するクランク角センサであり、
これらの検出信号は機関冷却水温を検出する水温センサ
16、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ（図示せ
ず）、空燃比を検出する空燃比センサ17等からの信号と
共にコントロールユニット18に入力される。

19は絞り弁10を迂回するように形成されたバイパス通
路、20はこのバイパス通路19の開度を可変とするアイド
ル制御弁である。

また、22は各気筒毎に吸入ポート23の入口部付近に位置
するように吸気分岐管21に介装された流速制御手段とし
てのスワールコントロールバルブ、24はその駆動装置で
ある。前記駆動装置24は、詳細は図示しないが、例えば
スワールコントロールバルブ22に連接したダイアフラム
装置と、その作動負圧としての吸気管負圧または大気圧
を前記ダイアフラム装置に選択供給する電磁弁などから
なり、コントロールユニット18からの指令に基づいてス
ワールコントロールバルブ22を開または閉の何れかの位
置に駆動する。

スワールコントロールバルブ22そのものは、第２図Ｂに
例示したように、絞り弁10と同様にして回転作動する円
板状弁体22aの一部に切欠部22bが形成されており、これ
を閉ざして前記切欠部22bへと吸気流を集中させること
により機関シリンダ内へと向かう吸気の流速を高めるよ
うになっている。

コントロールユニット18は、CPU、RAM、ROM、I/O装置等
からなるマイクロコンピュータで構成され、第１図に示
した各手段等105〜108の全機能を有し、空気量を検出す
ると共に、燃料噴射弁12を介しての燃料噴射量制御を行
う。また、コントロールユニット18は、例えばアイドル
運転時に所定の機関回転速度を保つようにアイドル制御
弁20を駆動制御する一方、絞り弁10の開度や燃料噴射量
等に基づいて判定した低負荷運転領域において吸気流速
を高めるために、駆動装置24を介してスワールコントロ
ールバルブ22を閉弁させる。

次に、コントロールユニット18内にて実行される内容を
第３図以下に示した流れ図等に基づいて説明する。

第３図は機関シリンダに流入する空気量Qcの計算ルーチ
ンを示すもので、まずステップ301では絞り弁開度セン
サ14の信号αからテーブル検索により絞り弁10付近での
吸気通路11の流路面積Ａαが求められる。第６図にその
テーブル内容を表す特性線図を示すが、一般にＡαは絞
り弁開度αに応じて幾何学的に決まる。

ステップ302では、アイドル制御弁20に指令する駆動制
御信号（デューティ信号）ISCDからテーブル検索により
バイパス通路19の流路面積Abが求められる。第７図にそ
のテーブル内容を表す特性線図を示すが、アイドル制御
弁20はデューティ値が大きくなるほど開度が増大し、こ
れに応じて流路面積Abも大きくなる。

そして、ステップ303にて上記ＡαとAbとの和から総流
路面積Ａが算出される。

次に、ステップ304では上記総流路面積Ａに対する定常
での基本空気量ＱHoが求められるが、この場合ＱHoは上
記総流路面積Ａをクランク角センサ15からの回転速度Ｎ
で除算した値A/Nをパラメータとして予め割り付けた２
次元テーブルから求められる。前記基本空気量ＱHoは、
定常時の空気量ＱHをリニアライズしたもので、これに
後述する補正係数KFLATを乗じることにより定常時空気
量ＱHが求められることになる。第８図にこのＱHoを与
える２次元テーブルの内容例を示す。

そして、基本的には上述の通り基本空気量ＱHoに補正係
数KFLATを乗じることにより空気量ＱHが求められるので
あるが、総流路面積Ａはスワールコントロールバルブ22
の開閉位置に影響されるので、次のステップ305では現
在スワールコントロールバルブ22（流れ図中では「SC
V」と略記する）が開位置か閉位置かを判定し、その判
定結果に応じてそれぞれKFLAT1テーブルの検索を行うス
テップ306またはKFLAT2テーブルの検索を行なうステッ
プ307へと進む。すなわち、この場合スワールコントロ
ールバルブ22は開弁か閉弁かの２位置に制御されるの
で、２個の補正用テーブルとしてKFLAT1とKFLAT2とが設
けられ、それぞれスワールコントロールバルブ22が開い
ているときと閉じているときとに応じて適切な補正係数
KFLATを与え、これにステップ308に示すようにＱHoを乗
じることにより定常時空気量ＱHが得られるようにして
いる。なお、KFLAT1またはKFLAT2テーブルは、例えば第
９図に示したような内容を有しており、ＱHoと回転速度
ＮとをパラメータとしてKFLATを付与する３次元テーブ
ルを構成している。また、スワールコントロールバルブ
22の開閉位置判定は、その位置制御の基準となる絞り弁
開度あるいは燃料噴射量値等を監視することにより行な
われる。

このようにして定常時空気量ＱHが求められたのち、次
のステップ309では、絞り弁10付近を通過した空気がシ
リンダに流入するまでの遅れを考慮した遅れ係数K₂（K₂
＜K₁）が、総流路面積Ａと回転速度Ｎとをパラメータと
する３次元テーブルからの検索により求められる。第10
図にそのテーブル内容を表す特性線図を示す。なお、こ
の遅れ係数K₂を付与するテーブルも、スワールコントロ
ールバルブ22の位置に応じて複数個設けるようにしても
よい。

そして、ステップ310にて、上記ＱHとK₂とからシリンダ
への空気量Qcが求められる。即ち、この場合Qc＝Qco＋K
₂（ＱH−Qco）である。ただし、Qcoは空気量Qcの前回算
出値であり、定常状態ではQco＝ＱHである。

ところで、機関吸入ポート部に燃料噴射弁を設けたいわ
ゆるマルチポイントインジェクション方式（以下「MPI
方式」と呼ぶ）では、上記Qcがそのまま燃料噴射部位で
の空気量を示すことになるが、この実施例のSPI方式で
は加速等の過渡運転状態で吸気分岐管21内で圧力変化が
起こるため、燃料噴射部位での空気量（以下「Qainj」
と呼ぶ）とシリンダ直前での流量Qcとの間に幾らかずれ
が生じることがある。

第４図はこうした空気量のずれを補償するためのルーチ
ンであり、QainjはQcに対して上記圧力変化のための空
気量ΔCmを付加したものに当たることから、まずステッ
プ401にて、ΔCm＝K₁（Qc−Qco）の演算によりΔCmを求
め、次にステップ402にてQainj＝Qc＋ΔCmの演算により
Qainjを求めている。なお、K₁は吸気分岐管21の通路部
分の容積に応じて定まる定数、QcoはQcの前回の値であ
る。そして、ステップ403では次回処理に備えて現在のQ
cをQcoに代入し、これにより本ルーチンを終了する。

このようにして、SPI方式における燃料噴射部位での空
気量Qainjを求めたのち、第５図に示したルーチンによ
り燃料噴射量Tiが決定される。なお、このルーチンはSP
IとMPIの両方式に対応しうるように構成されており、そ
のためまず何れの噴射方式かをステップ501にて判別す
るようにしている。

SPIの場合は、ステップ502へと進んで、基本噴射量Tpの
算出に必要な空気流量として上記第４図の処理で求めた
Qainjを採用し、MPIの場合はステップ503へと進んで、
第３図の処理で求めたQcを採用する。即ち、Tp＝Qainj
・Ka・Kt・KpまたはTp＝Qc・Ka・Kt・Kpの演算式に基づ
いて基本噴射量Tpが求められる。ただし、前記演算式に
おいてKaは定数、Ktは吸気温補正係数、Kpは大気圧補正
係数である。

そして、このようにして基本噴射量Tpを求めたのち、ス
テップ504にてTi＝Tp・COEF・LA＋Tsの演算式に基づい
て燃料噴射量Tiが算出される。ただし、前記演算式にお
いてCOEFは各種補正係数の総和、LAは空燃比センサ17か
らの信号に基づいて定められた空燃比フィードバック補
正係数、Tsは電磁燃料噴射弁12の無効パルス幅の補償分
であり、何れも従来から用いられてきたものと同様のも
のである。

なお、上記の各ルーチンは所定時間毎にあるいは機関回
転に同期して周期的に実行される。

このように、絞り弁開度α（及びバイパス通路19の開
度）と機関回転速度Ｎとをもとに空気量ＱHを演算する
ので、熱線式の流量センサや圧力センサを用いたときの
ように吸気脈動による影響を受けることなく、内燃機関
の正確な吸入空気量を検出することができる。

一方、空気量ＱHは、定常状態以外では空気流れの遅れ
等に原因してシリンダに流入する空気量Qcとは必ずしも
一致しないが、空気流れの遅れは絞り弁開度αと回転速
度Ｎとに対応することから、このαとＮとに基づく遅れ
係数K₂により空気量ＱHに補正を加えることで加速等の
過渡時における空気量QcまたはQainjがより的確に求め
られる。

さらに、QcまたはQainjの算出の基本となる空気量ＱHの
値は、スワールコントロールバルブ22の作動による影響
を、その作動位置に応じた複数のテーブルから求めるこ
とにより補償するようにしているので、スワールコント
ロールバルブ22の作動にかかわらず正しい空気量値が得
られる。

従って、このようにして検出した空気量Qc等に基づいて
燃料噴射量を演算することにより、加速時や減速時にも
燃料噴射弁12からの燃料噴射量Tiが過剰となったり、あ
るいは不足したりすることがなく、空気量Qcに応じた燃
料噴射制御が可能となり、これにより定常時と同様に加
速時や減速時にも適性空燃比を保つことができるので運
転状態が頻繁に変化する自動車用機関においてもその運
転性能を著しく改善することが可能になる。なお、空気
量QcまたはQainjをもとに機関の点火時期を制御しても
よく、このようにすれば全運転域にわたって最適な点火
時期が得られる。

次に、ＱHを求めるための演算処理に関する他の実施例
を第11図に示す。第３図の処理では空気量テーブルの一
部を構成する補正係数KFLATのテーブルをスワールコン
トロールバルブ22の開閉位置に応じて２個設けたのに対
して、この実施例では処理の当初で前記開閉位置判定を
行い、その判定結果に応じて、基本空気量ＱHoを前記開
閉位置に対応して付与するＱHo_１テーブルとＱHo_２テー
ブルとを選択するようにした点で異なる。この実施例で
はテーブル数が比較的多くなるが、ＱHoそのものをスワ
ールコントロールバルブ22の開閉位置に応じて適切に設
定できるので制御精度をより向上させられる。

なお、上記各実施例では定常空気量ＱHをリニアライズ
した基本空気量ＱHoを設定し、これに補正係数KFLATを
乗じることにより運転状態下での定常空気量ＱHを算出
するようにしているが、このようにする代わりにA/Nと
Ｎとをパラメータとして直接的にＱHを付与する３次元
テーブルを、スワールコントロールバルブ22の開閉位置
に応じて複数個設けるようにしてもよい。ただし、ＱH
のデータとしては制御精度上は少なくとも２バイト程度
のデータ長を確保するのが望ましいのであるが、これを
前述のように直接的に付与するように３次元テーブルを
構成した場合、そのテーブル構成と検索処理がやや複雑
化する。これに対して、各実施例ではＱHに対する基本
値としてのＱHoを２次元テーブルで付与し、さらにその
補正係数KFLATは、これは３次元テーブルではあるが、
１バイトデータとして付与すれば充分なので、個々の処
理内容を比較的単純にすることができる。なお、この場
合αとＮとから直接的にＱHを求めるのではなく、αか
ら決定した吸気通路の流路面積ＡをＮで除したものをパ
ラメータとして設定し、即ち比較的変域の小さいＡにつ
いて前以てＱHに対するＮの寄与分を反映させたので、
これとＮとに基づいてＱHを付与する空気量テーブル
は、その設定データ数が従来よりも少なくて済み、従っ
てマッチング等に要する手間が軽減する。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、吸入空気量を絞り弁開度
と機関回転速度とから求めるようにしたので、内燃機関
の吸気脈動に影響されない正確な空気量が得られる。

また、絞り弁の下流側にスワールコントロールバルブ等
からなる流速制御手段を備えた内燃機関では、その作動
位置が空気量検出に影響を及ぼすことになるが、本発明
によれば当該作動位置に応じた複数の空気量テーブルを
選択的に使用するようにしたので、流速制御手段の作動
位置にかかわらず正確な空気量検出が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図である。第２図Ａは本発明の一
実施例の機械的構成図、第２図ＢはそのＡ−Ａ断面図で
ある。第３図〜第５図はそれぞれ前記実施例の演算処理
の内容を示す流れ図、第６図〜第10図は前記演算処理の
過程で使用されるテーブルの内容を表す特性線図であ
る。第11図は本発明の他の実施例の演算処理内容の一部
を示す流れ図である。 101……機関吸気通路、102……絞り弁、103……機関シ
リンダ、104……流速制御手段、105……機関回転速度検
出手段105、106……絞り弁開度検出手段、107……空気
量テーブル、108……空気量演算手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三輪博通神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (56)参考文献特開昭59−150943（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気絞り弁よりも下流側の吸気通路の途中
に機関シリンダへの吸気流速を可変制御する流速制御手
段を介装した内燃機関において、機関回転速度を検出す
る手段と、絞り弁開度を検出する手段と、前記絞り弁開
度と回転速度と、前記流速制御手段の作動位置とをパラ
メータとする空気量テーブル群を検索して吸入空気量を
付与する空気量演算手段とを備えることを特徴とする内
燃機関の空気量検出装置。