(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱抵抗体式エアフローメータの信号を流量値に変換するステップと、
瞬時の前記流量値の波高の高い所で前記遅延量を大きく、瞬時の前記流量値の波高の低い所で前記遅延量を小さくする可変フィルタ量検索ステップと、
前記遅延量に基づいて前記流量値を遅延させる流量値フィルタリングステップとを備えた内燃機関用発熱抵抗体式エアフローメータの信号処理方法。
【請求項２】
請求項１において、
吸気脈動時には、前記流量値フィルタリングステップ後の流量値の中央値が、前記流量値フィルタリングステップ前の流量値の中央値よりも小となることを特徴とする発熱抵抗体式エアフローメータの信号処理方法。
【請求項３】
請求項１において、
内燃機関の運転回転数とスロットル開度を検出し、
検出された情報に基づいて、前記可変フィルタ量検索ステップでの遅延量を検索することを特徴とする発熱抵抗体式エアフローメータの信号処理方法。
【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、少ない負荷で吸気脈動時の計量誤差を低減することができる内燃機関用発熱抵抗体式エアフローメータの信号処理方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、発熱抵抗体式エアフローメータの信号を流量値に変換するステップと、瞬時の前記流量値の波高の高い所で前記遅延量を大きく、瞬時の前記流量値の波高の低い所で前記遅延量を小さくする可変フィルタ量検索ステップと、前記遅延量に基づいて前記流量値を遅延させる流量値フィルタリングステップとを備えた内燃機関用発熱抵抗体式エアフローメータの信号処理方法によって達成される。
【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、少ない負荷で吸気脈動時の計量誤差を低減することができる。
【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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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