(57)【要約】    【課題】  エアフローセンサを用いて吸気流量を測定する吸気流量測定装置において、経時変化による出力特性の変化を相殺する補正精度を向上させる。    【解決手段】  エンジン回転速度変化率ΔＮeが第１の所定範囲内にあり、かつ、エンジン負荷変化率ΔＱが第２の所定範囲内にある状態が所定時間持続したときに、エンジンが定常運転状態にあると判定し（Ｓ１１〜Ｓ１３）、ターボチャージャの性能特性を具現化したマップを参照して、実際のエンジン運転状態に応じた吸気流量Ｇeを推定演算する（Ｓ１４〜Ｓ１６）。そして、吸気圧力ｐi及び吸気温度Ｔiに応じて吸気流量Ｇeを補正した後（Ｓ１７）、エアフローセンサにより検出された吸気流量Ｇaと推定演算された吸気流量Ｇeとの差の絶対値が所定値α以上であれば、吸気流量Ｇaを補正するための補正値Ｃを適宜更新する（Ｓ１８及びＳ１９）。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気流量を検出するエアフローセンサと、
吸気流量の補正値を記憶する補正値記憶手段と、
該補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて、前記エアフローセンサにより検出された吸気流量を補正する吸気流量補正手段と、
エンジン運転状態を検出する運転状態検出手段と、
エンジンが定常運転状態にあるか否かを判定する定常運転状態判定手段と、
該定常運転状態判定手段によりエンジンが定常運転状態にあると判定されたときに、前記運転状態検出手段により検出された吸気圧力，過給圧力及び過給器回転速度に基づいて、吸気流量を推定演算する吸気流量推定手段と、
前記エアフローセンサにより検出された吸気流量と前記吸気流量推定手段により推定された吸気流量とに基づいて、前記補正値を学習する補正値学習手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする吸気流量測定装置。
【請求項２】
前記定常運転状態判定手段は、エンジン回転速度の変化率が第１の所定範囲内にあり、かつ、エンジン負荷の変化率が第２の所定範囲内にある状態が所定時間持続したときに、エンジンが定常運転状態にあると判定することを特徴とする請求項１記載の吸気流量測定装置。
【請求項３】
前記エンジン負荷は、前記運転状態検出手段により検出された過給器回転速度，過給圧力及びアクセル開度、並びに、前記エアフローセンサにより検出された吸気流量のいずれかであることを特徴とする請求項２記載の吸気流量測定装置。
【請求項４】
過給器の入口と出口との圧力比及び過給器回転速度に対応した吸気流量が設定されたマップを記憶するマップ記憶手段を備え、
前記吸気流量推定手段は、前記マップ記憶手段に記憶されたマップを参照し、吸気圧力及び過給圧力から演算された圧力比と過給器回転速度とに対応した吸気流量を検索することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の吸気流量測定装置。
【請求項５】
前記運転状態検出手段により検出された吸気圧力及び吸気温度に基づいて、前記吸気流量推定手段により推定された吸気流量を補正する補正手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の吸気流量測定装置。
【請求項６】
前記補正値学習手段は、前記エアフローセンサにより検出された吸気流量と前記吸気流量推定手段により推定された吸気流量との差の絶対値が所定値以上であるときに、前記補正値を学習することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の吸気流量測定装置。
【請求項７】
エンジン回転速度及びエンジン負荷に基づいて、前記所定値を設定する第１の設定手段を備えたことを特徴とする請求項６記載の吸気流量測定装置。
【請求項８】
前記補正値学習手段は、前記エアフローセンサにより検出された吸気流量と前記吸気流量推定手段により推定された吸気流量との比が第３の所定範囲を逸脱しているときに、前記補正値を学習することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の吸気流量測定装置。
【請求項９】
エンジン回転速度及びエンジン負荷に基づいて、前記第３の所定範囲を設定する第２の設定手段を備えたことを特徴とする請求項８記載の吸気流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアフローセンサを用いて吸気流量を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンを電子制御するために、特許第３２８１０１６号公報（特許文献１）及び特開２００２−９７９９４号公報（特許文献２）に記載されているように、吸気通路を流通する吸気流量を測定するエアフローセンサが使用されている。エアフローセンサは、センサ部に汚れなどが付着することで出力特性が変化するので、補正値を用いて出力特性の変化を相殺する補正が不可欠である。補正方法として、アイドリング中のように吸気流量が略一定であるときに、エアフローセンサの出力値を読み取って、予め設定されている初期値との差に応じて補正値を学習する技術が公知である。
【特許文献１】特許第３２８１０１６号公報
【特許文献２】特開２００２−９７９９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来公知の補正方法においては、補正値を学習する運転状態はアイドリングのみであったため、吸気流量が多い運転状態での学習が行われず、学習頻度が低いことに加え、補正精度の向上には限界があった。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、エンジンが定常運転状態にあるときに、過給器の性能特性を具現化したマップを参照して、過給器回転速度及び過給圧に応じた吸気流量を推定演算し、その吸気流量に応じて補正値を学習することで、補正精度の向上を図った吸気流量測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このため、請求項１記載の発明では、吸気流量測定装置は、吸気流量を検出するエアフローセンサと、吸気流量の補正値を記憶する補正値記憶手段と、該補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて、前記エアフローセンサにより検出された吸気流量を補正する吸気流量補正手段と、エンジン運転状態を検出する運転状態検出手段と、エンジンが定常運転状態にあるか否かを判定する定常運転状態判定手段と、該定常運転状態判定手段によりエンジンが定常運転状態にあると判定されたときに、前記運転状態検出手段により検出された吸気圧力，過給圧力及び過給器回転速度に基づいて、吸気流量を推定演算する吸気流量推定手段と、前記エアフローセンサにより検出された吸気流量と前記吸気流量推定手段により推定された吸気流量とに基づいて、前記補正値を学習する補正値学習手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。
【０００５】
請求項２記載の発明では、前記定常運転状態判定手段は、エンジン回転速度の変化率が第１の所定範囲内にあり、かつ、エンジン負荷の変化率が第２の所定範囲内にある状態が所定時間持続したときに、エンジンが定常運転状態にあると判定することを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記エンジン負荷は、前記運転状態検出手段により検出された過給器回転速度，過給圧力及びアクセル開度、並びに、前記エアフローセンサにより検出された吸気流量のいずれかであることを特徴とする。
【０００６】
請求項４記載の発明では、過給器の入口と出口との圧力比及び過給器回転速度に対応した吸気流量が設定されたマップを記憶するマップ記憶手段を備え、前記吸気流量推定手段は、前記マップ記憶手段に記憶されたマップを参照し、吸気圧力及び過給圧力から演算された圧力比と過給器回転速度とに対応した吸気流量を検索することを特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記運転状態検出手段により検出された吸気圧力及び吸気温度に基づいて、前記吸気流量推定手段により推定された吸気流量を補正する補正手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項６記載の発明では、前記補正値学習手段は、前記エアフローセンサにより検出された吸気流量と前記吸気流量推定手段により推定された吸気流量との差の絶対値が所定値以上であるときに、前記補正値を学習することを特徴とする。
請求項７記載の発明では、エンジン回転速度及びエンジン負荷に基づいて、前記所定値を設定する第１の設定手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項８記載の発明では、前記補正値学習手段は、前記エアフローセンサにより検出された吸気流量と前記吸気流量推定手段により推定された吸気流量との比が第３の所定範囲を逸脱しているときに、前記補正値を学習することを特徴とする。
請求項９記載の発明では、エンジン回転速度及びエンジン負荷に基づいて、前記第３の所定範囲を設定する第２の設定手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、エンジンが定常運転状態にあるとき、換言すると、吸気流量が略一定であるとき、実際のエンジン運転状態たる吸気圧力，過給圧力及び過給器回転速度に応じた吸気流量が推定演算される。そして、エアフローセンサにより検出された吸気流量と推定演算された吸気流量とに基づいて、吸気流量の補正値が学習される。一方、エアフローセンサにより検出された吸気流量は、補正値に基づいて補正される。
【００１０】
このため、吸気流量を補正するための補正値は、エンジンが定常運転状態にあれば学習されることとなり、その学習頻度を向上させることができる。また、補正値は、アイドル運転状態だけではなく、吸気流量が多いエンジン運転状態でも学習されるため、広範な運転状態をカバーする学習が行われることとなり、補正精度の向上を図ることができる。
請求項２記載の発明によれば、エンジン回転速度の変化率が第１の所定範囲内にあり、かつ、エンジン負荷の変化率が第２の所定範囲内にある状態が所定時間持続したときに、エンジンが定常運転状態にあると判定される。このため、吸気流量の多少にかかわらず、広範なエンジン運転領域における補正値の学習を行うことができる。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、エンジン負荷として、過給器回転速度，過給圧，アクセル開度及び吸気流量のいずれかが用いられるため、例えば、センサの共通化によるコスト削減を図ることができる。
請求項４記載の発明によれば、過給器の性能特性を具現化したマップ、即ち、過給器の入口と出口との圧力比及び過給器回転速度に対応した吸気流量が設定されたマップが参照され、吸気圧力及び過給圧力から演算された圧力比と過給器回転速度とに対応した吸気流量を検索することで、実際のエンジン運転状態に応じた吸気流量が推定演算される。このため、実験などを通して適切なマップを予め用意しておけば、吸気流量の推定演算に要する制御負荷を軽減することができる。
【００１２】
請求項５記載の発明によれば、推定演算された吸気流量は、吸気圧力及び吸気温度に基づいて補正される。即ち、単位質量あたりの吸気の体積又は単位体積あたりの吸気の質量は、吸気圧力及び吸気温度に応じて変化する特性があるため、その特性変化を相殺するように補正することで、吸気流量の推定精度を向上させることができる。
請求項６記載の発明によれば、エアフローセンサにより検出された吸気流量と推定演算された吸気流量との差の絶対値が所定値以上であるときのみ補正値が学習されるため、両者の差が小さいときの補正値の学習が禁止され、補正値が不必要かつ頻繁に変更されることを抑制することができる。
【００１３】
請求項７記載の発明によれば、学習を行うか否かを判定する所定値がエンジン回転速度及びエンジン負荷に応じて動的に設定されるため、補正値の学習精度を向上させることができる。
請求項８記載の発明によれば、エアフローセンサにより検出された吸気流量と推定演算された吸気流量との比が第３の所定範囲を逸脱しているときのみ補正値が学習されるため、両者の差が小さいときの補正値の学習が禁止され、補正値が不必要かつ頻繁に変更されることを抑制することができる。
【００１４】
請求項９記載の発明によれば、学習を行うか否かを判定する第３の所定範囲がエンジン回転速度及びエンジン負荷に応じて動的に設定されるため、補正値の学習精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、過給器としてのターボチャージャを搭載したエンジンを用いて、本発明に係る吸気流量測定装置を構築した全体構成を示す。
エンジン１０の燃焼室には、エアクリーナ１２，吸気通路１４及び吸気マニフォールド１６を介して吸気が導入される。吸気通路１４には、吸気流通方向に沿って、吸気流量Ｇaを検出する熱線式のエアフローセンサ１８，ターボチャージャ２０のコンプレッサ２０Ａ、コンプレッサ２０Ａにより断熱圧縮されて高温・高圧となった吸気を冷却するインタークーラ２２が夫々介装される。一方、エンジン１０の排気は、排気マニフォールド２４、及び、ターボチャージャ２０のタービン２０Ｂが介装された排気通路２６を介して、図示しないテールパイプから大気中に放出される。
【００１６】
吸気流量測定装置の制御系として、エアクリーナ１２とコンプレッサ２０Ａとの間に位置する吸気通路１４には、吸気温度Ｔiを検出する吸気温度センサ２８と、吸気圧力ｐiを検出する吸気圧力センサ３０と、が夫々配設される。また、コンプレッサ２０Ａとインタークーラ２２との間に位置する吸気通路１４には、過給圧力ｐtを検出する過給圧力センサ３２が配設される。さらに、ターボチャージャ２０には、そのコンプレッサ２０Ａとタービン２０Ｂとを連結するシャフトの回転から、ターボ回転速度Ｎtを検出するターボ回転速度センサ３４が配設されると共に、エンジン１０には、エンジン回転速度Ｎeを検出するエンジン回転速度センサ３６が配設される。なお、吸気温度センサ２８，吸気圧力センサ３０，過給圧力センサ３２，ターボ回転速度センサ３４及びエンジン回転速度センサ３６が運転状態検出手段として機能する。
【００１７】
そして、エアフローセンサ１８，吸気温度センサ２８，吸気圧力センサ３０，過給圧力センサ３２，ターボ回転速度センサ３４及びエンジン回転速度センサ３６からの各出力信号は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット３８に入力され、そのＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶された制御プログラムにより、吸気流量測定に係る各種機能が実現される。ここで、コントロールユニット３８のＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）は、夫々、マップ記憶手段及び補正値記憶手段として機能し、吸気流量を推定演算するためのマップ及び吸気流量を補正するための補正値Ｃが記憶される。また、制御プログラムを実行するコントロールユニット３８により、吸気流量補正手段，定常運転状態判定手段，吸気流量推定手段，補正値学習手段，補正手段，第１の設定手段及び第２の設定手段が夫々具現化される。
【００１８】
図２及び図３は、コントロールユニット３８において、夫々、エンジン始動を契機とし所定時間ごとに繰り返し実行される制御プログラムの内容を示す。
吸気流量測定処理を示す図２において、ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、エアフローセンサ１８から吸気流量Ｇaを読み込む。
ステップ２では、ＥＥＰＲＯＭから補正値Ｃを読み込む。
【００１９】
ステップ３では、補正値Ｃに基づいて吸気流量Ｇaを補正する。具体的には、吸気流量Ｇaに対して補正値Ｃを加算して、吸気流量Ｇaを補正する。
なお、ステップ２及びステップ３の処理が吸気流量補正手段に該当する。
ステップ４では、補正した吸気流量Ｇaを出力する。
補正値学習処理を示す図３において、ステップ１１では、エンジン回転速度センサ３６により検出されたエンジン回転速度Ｎeに基づいて、その変化率ΔＮeを演算する。
【００２０】
ステップ１２では、エンジン負荷Ｑの変化率ΔＱを演算する。ここで、エンジン負荷Ｑとしては、エアフローセンサ１８により検出された吸気流量Ｇa，過給圧力センサ３２により検出された過給圧力ｐt，ターボ回転速度センサ３４により検出されたターボ回転速度Ｎt，図示しないアクセル開度センサにより検出されたアクセル開度を用いることができる。
【００２１】
ステップ１３では、エンジン１０が定常運転状態にあるか否か、具体的には、エンジン回転速度変化率ΔＮeが第１の所定範囲内（ＮeLOW≦ΔＮe≦ＮeHI）、かつ、エンジン負荷変化率ΔＱが第２の所定範囲内（ＱLOW≦ΔＱ≦ＱHI）にある状態が所定時間持続したか否かを判定する。そして、エンジン１０が定常運転状態にあればステップ１４へと進む一方（Ｙｅｓ）、定常運転状態になければ処理を終了する（Ｎｏ）。
【００２２】
なお、ステップ１１〜ステップ１３の処理が、定常運転状態判定手段に該当する。
ステップ１４では、エアフローセンサ１８，吸気温度センサ２８，吸気圧力センサ３０，過給圧力センサ３２，ターボ回転速度センサ３４及びエンジン回転速度センサ３６から各種信号を夫々読み込む。
ステップ１５では、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２０Ａの入口と出口との圧力比πtを次式により演算する。
【００２３】
πt＝過給圧力ｐt／吸気圧力ｐi
ステップ１６では、図４に示すように、ターボチャージャ２０の性能特性を具現化したマップ、即ち、ターボ回転速度Ｎt及び圧力比πtに対応した吸気流量Ｇeが設定されたマップを参照し、実際のエンジン運転状態を示すターボ回転速度Ｎt及び圧力比πtに応じた吸気流量Ｇeを推定演算する。ここで、ターボ回転速度Ｎtが一定と仮定したときには、吸気流量Ｇeは、ターボチャージャ２０の過給状態（圧力比πt）に応じて一義的に決定され得るので、実験などを通して、ターボ回転速度Ｎt及び圧力比πtに対応した吸気流量を求め、これを吸気流量Ｇeとしてマップに設定しておけばよい。
【００２４】
なお、ステップ１４〜ステップ１６の処理が、吸気流量推定手段に該当する。
ステップ１７では、吸気圧力ｐi及び吸気温度Ｔiに基づいて、推定した吸気流量（以下「推定吸気流量」という）Ｇeを補正する。即ち、単位質量あたりの吸気の体積又は単位体積あたりの吸気の質量は、吸気圧力ｐi及び吸気温度Ｔiに応じて変化する特性があるため、その特性変化を相殺するように補正することで、推定吸気流量Ｇeの推定精度を向上させることができる。なお、ステップ１７の処理が、補正手段に該当する。
【００２５】
ステップ１８では、吸気流量Ｇaと推定吸気流量Ｇeとの差の絶対値｜Ｇa−Ｇe｜が所定値α以上であるか否かを判定する。ここで、所定値αは、補正値Ｃの学習を行うか否かを判定するための閾値であって、所望する補正精度などに応じて適宜決定すればよい。そして、差の絶対値｜Ｇa−Ｇe｜が所定値α以上であればステップ１９へと進み（Ｙｅｓ）、吸気流量Ｇaと推定吸気流量Ｇeとの差に応じて、ＥＥＰＲＯＭに記憶された補正値Ｃを適宜更新する。一方、差の絶対値｜Ｇa−Ｇe｜が所定値α未満であれば処理を終了する（Ｎｏ）。ここで、所定値αは、補正値Ｃの学習精度を向上させるべく、エンジン回転速度Ｎe及びエンジン負荷Ｑに基づいて動的に設定することが望ましい（第１の設定手段）。
【００２６】
なお、ステップ１８及びステップ１９の処理が、補正値学習手段に該当する。
かかる吸気流量測定装置によれば、エンジン１０が定常運転状態にあるとき、換言すると、吸気流量が略一定であるとき、ターボチャージャ２０の性能特性を具現化したマップが参照され、実際のエンジン運転状態たる過給圧力ｐt，吸気圧力ｐi及びターボ回転速度Ｎtに対応した推定吸気流量Ｇeが推定演算される。また、単位質量あたりの吸気の体積又は単位体積あたりの吸気の質量は、吸気圧力ｐi及び吸気温度Ｔiに応じて変化する特性があるので、推定吸気流量Ｇeの推定精度を向上させるべく、実際の吸気圧力ｐi及び吸気温度Ｔiに基づいて推定吸気流量Ｇeが補正される。そして、エアフローセンサ１８により検出された吸気流量Ｇaと推定吸気流量Ｇeとの差の絶対値が所定値α以上であれば、エアフローセンサ１８のセンサ部に付着した汚れなどにより出力特性が変化したと判定し、ＥＥＰＲＯＭに記憶された補正値Ｃが適宜更新される。
【００２７】
一方、エアフローセンサ１８により検出された吸気流量Ｇaは、ＥＥＰＲＯＭに記憶された補正値Ｃを用いて補正され、出力特性の変化が相殺された後、外部へと出力される。
このため、吸気流量Ｇaを補正するための補正値Ｃは、エンジン１０が定常運転状態にあれば学習されることとなり、その学習頻度を向上させることができる。また、補正値Ｃは、アイドル運転状態だけではなく、吸気流量が多いエンジン運転状態でも学習されるため、広範な運転状態をカバーする学習が行われることとなり、補正精度の向上を図ることができる。そして、精度が向上した吸気流量に基づいて、例えば、燃料噴射制御を行うようにすれば、排気性状の向上，燃焼安定化などに寄与することができる。
【００２８】
なお、図３のステップ１８において、エアフローセンサ１８により検出された吸気流量Ｇaと実際のエンジン運転状態に応じて推定された推定吸気流量Ｇeとの比、即ち、Ｇa／Ｇe（Ｇe／Ｇaでよい）が第３の所定範囲（βLOW〜βHI）を逸脱しているか否かを判定するようにしてもよい。ここで、第３の所定範囲は、補正値Ｃの学習精度を向上させるべく、エンジン回転速度Ｎe及びエンジン負荷Ｑに基づいて動的に設定することが望ましい（第２の設定手段）。
【００２９】
また、構成の簡略化を通してコスト削減などを図るためには、吸気温度センサ２８及び／又は吸気圧力センサ３０を設けず、吸気温度Ｔiとして基準大気温度（例えば298K）及び吸気圧力ｐiとして基準大気圧力（例えば101.3kPa）を夫々用いてもよい。さらに、過給圧力センサ３２としては、インタークーラ２２の上流における過給圧力ｐtを検出することが望ましいが、インタークーラ２２の下流における過給圧力ｐtを検出し、インタークーラ２２の圧力損失を考慮した補正を行うようにしてもよい。
【００３０】
その他、過給器としては、ターボチャージャに限らず、エンジン出力を駆動源とするスーパーチャージャであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る吸気流量測定装置を備えたエンジンの全体構成図
【図２】吸気流量測定処理を示すフローチャート
【図３】補正値学習処理を示すフローチャート
【図４】吸気流量を推定演算するためのマップの説明図
【符号の説明】
【００３２】
１０    エンジン
１８    エアフローセンサ
２０    ターボチャージャ
２０Ａ  コンプレッサ
２０Ｂ  タービン
２８    吸気温度センサ
３０    吸気圧力センサ
３２    過給圧力センサ
３４    ターボ回転速度センサ
３６    エンジン回転速度センサ
３８    コントロールユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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