(57)【要約】【課題】高応答のエアフロメータを用い、吸入空気量を精度良く、かつ、少ない演算負荷で検出する。【解決手段】エアフロメータの検出電圧Ｕｓを、２ｍｓ毎にサンプリングして、吸入空気量のデータに変換する。一方、前記吸入空気量のデータの最新値と前回値とを、４ｍｓ周期で単純平均し、該単純平均値に基づいて基本燃料噴射量Ｔｐを演算し、更に、該基本燃料噴射量Ｔｐを加重平均して吸気マニホールドに対する充填遅れに対応する位相遅れを与える。【選択図】  図５
2004239106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸入空気量を検出するエアフロメータの検出信号を、所定の微小時間毎にサンプリングした後、該サンプリングデータを実際の吸入空気量に対する線形データに変換し、該線形データに対して重なりのない移動平均演算を施し、前記移動平均演算が行われる毎に、前記移動平均値に基づく変数の演算を行わせることを特徴とするエンジンの吸入空気量検出装置。
【請求項２】
前記移動平均演算が、重なりのない複数の線形データの単純平均演算であることを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸入空気量検出装置。
【請求項３】
前記移動平均演算が行われる毎に、前記移動平均値とエンジン回転速度のデータとに基づいてシリンダ内空気量相当値を演算すると共に、前記シリンダ内空気量相当値を加重平均演算することを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの吸入空気量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアフロメータの検出信号からシリンダ内空気量相当値を演算させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、基板上に検出抵抗を配設してなり、該検出抵抗の吸入空気量による抵抗値変化に基づいてエンジンの吸入空気量を検出する構成の熱式エアフロメータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１８２３１８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように、基板上に検出抵抗を配設してなるエアフロメータは、ボビンに熱線を巻回して構成されるエアフロメータに比して、吸入空気量の変化に対する応答性が高く、吸入空気量の検出精度を確保するためには、係る高応答に見合った短い周期（例えば１ｍｓ〜２ｍｓ）で検出信号をサンプリングする必要が発生する。
【０００５】
しかし、サンプリング周期に同期して、吸入空気量の検出値に基づくシリンダ内空気量（基本燃料噴射量）の演算や、シリンダ充填遅れに対応する位相遅れを与えるための加重平均演算などを行わせる構成とすると、演算負荷が高くなり、ＣＰＵの性能を上げる必要が生じて、コストアップに繋がるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、高応答のエアフロメータを用いて精度良く吸入空気量を検出しつつ、ＣＰＵの演算負荷を軽減することが可能なエンジンの吸入空気量検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１記載の発明では、エンジンの吸入空気量を検出するエアフロメータの検出信号を、所定の微小時間毎にサンプリングした後、該サンプリングデータを実際の吸入空気量に対する線形データに変換し、該線形データに対して重なりのない移動平均演算を施し、前記移動平均演算が行われる毎に、前記移動平均値に基づく変数の演算を行わせる構成とした。
【０００８】
かかる構成によると、吸入空気量に対して非線形のエアフロメータの検出信号が、所定微小時間毎にサンプリングされ、まず、線形データ（例えば吸入空気量データ）に変換される。
【０００９】
その後、前記線形データについて重なりのない移動平均演算、つまり時系列的な線形データを重なることなく複数用いて行われる平均演算を行わせ、該移動平均の演算毎に、前記移動平均値（吸入空気量の検出データ）に基づく変数（基本燃料噴射量，シリンダ内空気量など）の演算を行わせる。
【００１０】
従って、エアフロメータの検出信号のサンプリング周期に対して、変数（基本燃料噴射量，シリンダ内空気量など）の演算は、サンプリング周期×移動平均演算のサンプル数となり、短い周期でのサンプリングと移動平均演算とにより吸入空気量の検出精度を確保しつつ、変数の演算負荷が軽減される。
【００１１】
請求項２記載の発明では、前記移動平均演算を、重なりのない複数の線形データの単純平均演算とする構成とした。
かかる構成によると、重なりのない複数の線形データを単純平均し（複数の線形データの総和／サンプル数）、該単純平均演算が行われる毎に、単純平均値に基づく変数（基本燃料噴射量，シリンダ内空気量など）の演算を行わせる。
【００１２】
従って、短い周期でのサンプリングと重なりのない単純平均演算とにより吸入空気量の検出精度を確保しつつ、変数の演算負荷が軽減される。
請求項３記載の発明では、前記移動平均演算が行われる毎に、前記移動平均値とエンジン回転速度のデータとに基づいてシリンダ内空気量相当値を演算すると共に、前記シリンダ内空気量相当値を加重平均演算する構成とした。
【００１３】
かかる構成によると、移動平均演算が行われる毎に、移動平均値（吸入空気量の検出データ）とエンジン回転速度のデータとから、エンジンの単位回転当たりの空気量、即ち、シリンダ内空気量相当値（シリンダ内空気量又は該シリンダ内空気量に見合う燃料量など）を演算し、更に、該シリンダ内空気量相当値に対して、シリンダ充填遅れに対応する位相遅れを与えるための加重平均演算を行わせる。
【００１４】
従って、シリンダ充填遅れに対応する位相遅れを与えられたシリンダ内空気量を、高い精度でかつ少ない演算負荷で演算させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る吸入空気量検出装置が適用されるエンジンとその制御システムを示す。
【００１６】
この図１において、エンジン１には、エアクリーナ２，吸気ダクト３，スロットルチャンバ４及び吸気マニホールド５を介して空気が吸入される。
前記吸気ダクト３には、逆流検知機能を有するエアフロメータ６が設けられており、吸入空気量Ｑを質量流量として検出する。
【００１７】
図２は、前記エアフロメータ６の回路構成を示す。
図２において、吸気ダクト３内に配設された基板６１には、吸入空気の流れ方向に沿って、ヒータ６２を中央に挟んで第１の検出抵抗６３と第２の検出抵抗６４とが配設されている。
【００１８】
前記ヒータ６２は、ヒータ制御回路６５によって通電が制御される。
また、前記第１の検出抵抗６３と第２の検出抵抗６４とは、温度により抵抗値が変化する特性を有し、固定抵抗６６，６７と接続されてブリッジ回路を形成する。
【００１９】
そして、第１の検出抵抗６３及び第２の検出抵抗６４の固定抵抗６６，６７との各接続点の電位が、増幅器６８の＋端子及び−端子に入力され、該増幅器６８の出力電圧がエアフロメータ６の検出信号としてＡ／Ｄ変換器に出力され、デジタル値に変換される。
【００２０】
ここで、吸入空気量が０の状態で増幅器６８からの出力電圧が例えば１Ｖとなるように設定される。
吸入空気が順流で流れると、第１の検出抵抗６３はヒータ６２で加熱された吸入空気の上流側にあるため加熱されないのに対し、第２の検出抵抗６４はヒータ６２で加熱された吸入空気の下流側にあるため該吸入空気を介して加熱され、第１の検出抵抗６３と第２の検出抵抗６４との間に温度差を生じる。
【００２１】
また、吸入空気量が増大するほど、吸入空気を介した第２の検出抵抗６４の受熱量が増大するので、第１の検出抵抗６３との温度差は増大する。
該温度差に応じて第１の検出抵抗６３と第２の検出抵抗６４との抵抗値の差が増大し、増幅器６８に入力される電位差が増大して増幅器６８の出力電圧が、順流の吸入空気量が多くなるほど増大する。
【００２２】
一方、吸入空気が逆流すると、第１の検出抵抗６３のみがヒータ６２で加熱された吸入空気を介して加熱されるので、第２の検出抵抗６４に対して順流時とは逆向きの温度差，抵抗値差を生じる。
【００２３】
これにより、増幅器６８に入力される電位差が減少して出力電圧が吸入空気量０状態の出力電圧（１Ｖ）よりも減少する。
従って、エアフロメータ６の出力電圧Ｕｓ（Ｖ）の特性は、図２中に示すような特性になる。
【００２４】
即ち、エアフロメータ６は、吸入空気量が０のときの検出電圧１（Ｖ）よりも大きい側で順流の検出電圧を出力し、小さい側で逆流の検出電圧を出力する。
図１に戻って、スロットルチャンバ４には、図示しないアクセルペダルと連動し、又は、アクチュエータにより駆動されるスロットル弁７が設けられていて、吸入空気量Ｑを制御する。
【００２５】
吸気マニホールド５は、スロットル弁７下流のコレクタ部５ａと、さらに下流側の気筒毎に分岐したブランチ部５ｂとからなり、各ブランチ部５ｂには、電磁式の燃料噴射弁８が設けられていて、図示しない燃料ポンプから圧送されプレッシャレギュレータにより所定の圧力に制御される燃料を噴射供給する。
【００２６】
また、各気筒の特定行程に対応する所定クランク角位置毎に基準信号を出力すると共に、単位クランク角（例えば１°又は２°）毎に単位クランク角信号を出力するクランク角センサ９，エンジン１の冷却水温度を検出する水温センサ１０，前記スロットル弁７の開度を検出するスロットルセンサ１１等が設けられ、これらからの検出信号は、マイクロコンピュータ内蔵のコントロールユニット１２に入力される。
【００２７】
前記コントロールユニット１２は、前記クランク角センサ９からの基準信号の出力周期或いは一定時間内における単位クランク角信号の出力数を計測することによってエンジン回転速度Ｎｅを検出し、更に、前記エアフロメータ６の検出電圧から吸入空気量Ｑを求め、これらに基づいて燃料噴射制御や点火制御を行う。
【００２８】
ここで、前記吸入空気量の検出処理を図３及び図４のフローチャートに従って説明する。
図３のフローチャートは、高い応答性を示すエアフロメータ６の検出電圧Ｕｓをサンプリングして、吸入空気量Ｑのデータに変換する処理を示し、前記高応答に対応すべく、例えば２ｍｓ程度の微小時間毎に実行される。
【００２９】
まず、ステップＳ１では、前回の吸入空気量Ｑのデータを前回値Ｑ−１にセットする。
ステップＳ２では、前記検出電圧ＵｓをＡ／Ｄ変換して読み込む。
【００３０】
換言すれば、２ｍｓ毎に検出電圧Ｕｓをサンプリングする。
ステップＳ３では、吸入空気量に対して非線形である検出電圧Ｕｓを、線形データである吸入空気量（質量流量）に変換する。
【００３１】
尚、ステップＳ３における変換は、吸入空気量データへの変換に限定されず、吸入空気量（質量流量）に対して線形であるデータへの変換であれば良い。
ステップＳ４では、前記変換で得た吸入空気量を、今回値Ｑにセットする。
【００３２】
一方、図４のフローチャートは、前記図３のフローチャートの実行周期の２倍である４ｍｓ毎に実行される。
ステップＳ１１では、吸入空気量Ｑの最新値と前回値Ｑ−１との単純平均値Ｑａｖを演算する。
【００３３】
Ｑａｖ＝（Ｑ＋Ｑ−１）／２
ここで、図５に示すように、Ｑ及びＱ−１は２ｍｓ毎に更新されるのに対し、本ルーチンは、４ｍｓ毎に実行されるから、上記単純平均値Ｑａｖは、重なりのない移動平均演算値となる。
【００３４】
例えば、図５において、図４のフローチャートの実行タイミングであるｔ１時点においては、Ｑ１とＱ２の単純平均が演算され、ｔ２時点においては、Ｑ３とＱ４の単純平均が演算される。
【００３５】
即ち、本実施形態では、サンプル数を２個とする重なりのない単純平均を行わせるために、図４のフローチャートの実行周期を、２ｍｓ×２の４ｍｓとしたものである。
【００３６】
従って、例えば、１ｍｓ毎に検出電圧Ｕｓをサンプリングさせ、３個のサンプルでの単純平均を行わせる場合には、図４のフローチャートの実行周期を３ｍｓとすれば良い。
【００３７】
前記検出電圧Ｕｓのサンプリング周期は、エアフロメータ６の検出応答性に応じて設定され、移動平均の演算周期は、演算負荷と要求される検出精度との兼ね合いで決定される。
【００３８】
ステップＳ１２では、前記単純平均値Ｑａｖとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて基本燃料噴射量Ｔｐ（シリンダ内空気量相当値）を演算する。
Ｔｐ＝Ｋ×Ｑａｖ／Ｎｅ（Ｋは定数）
次のステップＳ１３では、前記基本燃料噴射量Ｔｐに対して、シリンダ充填遅れに対応する位相遅れを与えるための加重平均を施す。
【００３９】
Ｔｐａｖ＝α×Ｔｐ＋（１−α）×Ｔｐａｖ
尚、前記αは、０＜α＜１の定数である。
ステップＳ１４では、前記加重平均値Ｔｐａｖに基づいて最終的な燃料噴射量Ｔｉを演算し、また、前記加重平均値Ｔｐａｖに基づいて点火時期（点火進角値）の演算を行わせる。
【００４０】
上記構成によると、エアフロメータ６の高応答に対応して微小周期で検出電圧Ｕｓをサンプリングさせつつ、前記基本燃料噴射量Ｔｐ及びその加重平均値Ｔｐａｖの演算は、より長い周期で行わせても必要な精度を確保でき、コントロールユニット１２（ＣＰＵ）における演算負荷を軽減できる。
【００４１】
尚、エアフロメータ６の構成を、図２に示したものに限定するものではなく、また、逆流検知機能付きのものに限定するものでもない。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジンの吸入空気量検出装置において、
前記エアフロメータが、吸入空気の流れ方向にヒータを中央に挟んで第１の検出抵抗と第２の検出抵抗とを基板上に配設してなり、前記第１の検出抵抗と第２の検出抵抗と２つの固定抵抗とを接続してブリッジ回路を形成し、前記第１の検出抵抗と第２の検出抵抗との抵抗値の差を電位差として出力する構成であることを特徴とするエンジンの吸入空気量検出装置。
【００４２】
かかる構成によると、吸気の流れ方向の違いによって加熱される側の検出抵抗が入れ替わることで、吸入空気量を順流と逆流とに区別して検出でき、かつ、基板上に検出抵抗が形成されることで高応答のエアフロメータにおいて、吸入空気量の検出精度を確保しつつ、演算負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態において本発明に係る吸入空気量検出装置を適用するエンジンのシステム構成図。
【図２】実施の形態におけるエアフロメータの回路構成図。
【図３】実施の形態における検出電圧のサンプリング処理を示すフローチャート。
【図４】実施の形態における吸入空気量の検出処理を示すフローチャート。
【図５】実施の形態における各演算処理のタイミングを示すタイムチャート。
【符号の説明】
１…エンジン、６…エアフロメータ、１２…コントロールユニット、６２…ヒータ、６３…第１の検出抵抗、６４…第２の検出抵抗、６５…ヒータ制御回路、６６，６７…固定抵抗、６８…増幅器
【図１】
2004239106.tif 000003
【図２】
2004239106.tif 000004
【図３】
2004239106.tif 000005
【図４】
2004239106.tif 000006
【図５】
2004239106.tif 000007