JP2000265898A - 吸入空気流量計測装置 - Google Patents
吸入空気流量計測装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】逆流の判定をすることなしに、しかも事前にマ
ップを作成することなく、安定して逆流を補正し内燃機
関への吸入空気流量を計測すること。 【解決手段】熱線式空気流量計の波形の特徴量を抽出
し、内燃機関と吸気系の形状に依存しない関数に波形の
特徴量を代入して逆流比を求め、一方で、熱線式空気流
量計の出力の遅れ・非線型性を補正した波形を求め、こ
の波形を逆流比で補正する。 【効果】事前のマップ作成を要せずに安定して空気流量
が求められる。
ップを作成することなく、安定して逆流を補正し内燃機
関への吸入空気流量を計測すること。 【解決手段】熱線式空気流量計の波形の特徴量を抽出
し、内燃機関と吸気系の形状に依存しない関数に波形の
特徴量を代入して逆流比を求め、一方で、熱線式空気流
量計の出力の遅れ・非線型性を補正した波形を求め、こ
の波形を逆流比で補正する。 【効果】事前のマップ作成を要せずに安定して空気流量
が求められる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸入空
気流量を検出する装置に係り、特に、熱線流量計の出力
波形を用いて正確な流量を測定できるようにした吸入空
気流量測定装置に関する。
気流量を検出する装置に係り、特に、熱線流量計の出力
波形を用いて正確な流量を測定できるようにした吸入空
気流量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、内燃機関の吸入空気流量は熱線式
空気流量計を用いて計測することが、一般的に行われて
いる。熱線式空気流量計は吸気通路中に配置され、熱線
の温度が一定となるように電流を流し、その供給電流に
より、熱線が配置された断面を通過する空気流量を計測
するものである。しかし、この熱線式空気流量計は、空
気流量の絶対値は検出できるが、空気の流れの方向は判
別できない。
空気流量計を用いて計測することが、一般的に行われて
いる。熱線式空気流量計は吸気通路中に配置され、熱線
の温度が一定となるように電流を流し、その供給電流に
より、熱線が配置された断面を通過する空気流量を計測
するものである。しかし、この熱線式空気流量計は、空
気流量の絶対値は検出できるが、空気の流れの方向は判
別できない。
【０００３】ところで、内燃機関においては、ピストン
の上下運動に起因する脈動が発生する。このため、熱線
が配置された断面における空気流量は、周期的な関数と
なる。スロットルの開度が大きくなると、脈動の振幅が
大きくなり、空気流量は負の領域に入ることもある。こ
の現象は逆流と呼ばれる。熱線式空気流量計が流量の絶
対値しか検出できないことを考慮すれば、逆流が発生し
たときの熱線式空気流量計が検知する空気流量は、空気
が逆流していることを検出できないため、正確な値とな
らない。
の上下運動に起因する脈動が発生する。このため、熱線
が配置された断面における空気流量は、周期的な関数と
なる。スロットルの開度が大きくなると、脈動の振幅が
大きくなり、空気流量は負の領域に入ることもある。こ
の現象は逆流と呼ばれる。熱線式空気流量計が流量の絶
対値しか検出できないことを考慮すれば、逆流が発生し
たときの熱線式空気流量計が検知する空気流量は、空気
が逆流していることを検出できないため、正確な値とな
らない。
【０００４】さらに、熱線式空気流量計は、自分自身の
熱容量に起因する応答遅れがある。また、空気流量と熱
線式空気流量計の出力の間には非線型の対応関係があ
る。この、応答遅れや非線型性の影響を受けた熱線式空
気流量計の出力をそのまま積分してしまうと、逆流の分
だけ余分に内燃機関内に空気が取込まれたことになって
しまう。
熱容量に起因する応答遅れがある。また、空気流量と熱
線式空気流量計の出力の間には非線型の対応関係があ
る。この、応答遅れや非線型性の影響を受けた熱線式空
気流量計の出力をそのまま積分してしまうと、逆流の分
だけ余分に内燃機関内に空気が取込まれたことになって
しまう。
【０００５】この問題を解決するために、これまでいく
つかの方法が提案されている。
つかの方法が提案されている。
【０００６】特開平１０−３００５４４号公報では、熱
線式空気流量計から得られる検出信号の最大値と最小値
に基いてしきい値を設定し、このしきい値と検出信号か
ら空気流の向きを判断し、それを用いて逆流区間を判定
する。そして、判定した逆流区間に応じて検出信号を補
正して、正確な空気流量を求めている。
線式空気流量計から得られる検出信号の最大値と最小値
に基いてしきい値を設定し、このしきい値と検出信号か
ら空気流の向きを判断し、それを用いて逆流区間を判定
する。そして、判定した逆流区間に応じて検出信号を補
正して、正確な空気流量を求めている。
【０００７】特開平７−１６７６９７号公報では、熱線
式空気流量計から得られる検出信号の極大点、極小点を
検出し、極大点から極小点までの経過時間を演算し、こ
の経過時間に基いて逆流を判定している。そして、判定
した逆流区間に応じて検出信号を補正している。
式空気流量計から得られる検出信号の極大点、極小点を
検出し、極大点から極小点までの経過時間を演算し、こ
の経過時間に基いて逆流を判定している。そして、判定
した逆流区間に応じて検出信号を補正している。
【０００８】特開平７−２３９２６０号公報では、スロ
ットル開度と逆流量のマップと、クランク角の変化量と
逆流量のマップとを事前に作成し、運転時にスロットル
開度とクランク角の変化量をもとに、前記マップを用い
て逆流量を計算し、補正している。
ットル開度と逆流量のマップと、クランク角の変化量と
逆流量のマップとを事前に作成し、運転時にスロットル
開度とクランク角の変化量をもとに、前記マップを用い
て逆流量を計算し、補正している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前記特開平１０−３０
０５４４号公報では、しきい値と検出信号の交差をみて
逆流か否かを判断しているが、検出信号のノイズのため
に交差が観測されない場合もある。そのため、実用に際
しての安定性に問題がある。
０５４４号公報では、しきい値と検出信号の交差をみて
逆流か否かを判断しているが、検出信号のノイズのため
に交差が観測されない場合もある。そのため、実用に際
しての安定性に問題がある。
【００１０】また、特開平７−１６７６９７号公報で
は、極大・極小を検出しているが、これも信号にノイズ
が乗ると、本来極大・極小が検出されるべきところ以外
にも極大・極小が出現してしまうことがあり、実用に際
しての安定性に問題がある。
は、極大・極小を検出しているが、これも信号にノイズ
が乗ると、本来極大・極小が検出されるべきところ以外
にも極大・極小が出現してしまうことがあり、実用に際
しての安定性に問題がある。
【００１１】特開平７−２３９２６０号公報では、予め
スロットル開度と逆流量、クランク角変化量と逆流量の
関係を内燃機関毎に求めてマップを作成しておく必要が
ある。このため、吸気管に何らかの変更を行うと、この
マップも再作成しなくてはならず手間がかかる。
スロットル開度と逆流量、クランク角変化量と逆流量の
関係を内燃機関毎に求めてマップを作成しておく必要が
ある。このため、吸気管に何らかの変更を行うと、この
マップも再作成しなくてはならず手間がかかる。
【００１２】本発明では、しきい値や極値を用いて逆流
の判定をすることなしに、しかも事前にスロットル開
度、クランク角変化量と逆流量のマップを作成すること
なく、安定して逆流を補正できる内燃機関への吸入空気
流量の計測装置を実現することにある。
の判定をすることなしに、しかも事前にスロットル開
度、クランク角変化量と逆流量のマップを作成すること
なく、安定して逆流を補正できる内燃機関への吸入空気
流量の計測装置を実現することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、熱線式空気流量計の遅れと非線型性を補正する遅れ
・非線型性補正手段と、波形の特徴量を抽出する波形特
徴量抽出手段と、波形の特徴量を用いて逆流比を求める
際のパラメータを記憶しておく逆流比計算情報メモリ
と、波形特徴量を用いて逆流比を計算する逆流比計算手
段と、遅れと非線型性を補正された熱線式流量計の出力
と逆流比から流量の平均値を求める流量計算手段とを備
えることによって達成される。
め、熱線式空気流量計の遅れと非線型性を補正する遅れ
・非線型性補正手段と、波形の特徴量を抽出する波形特
徴量抽出手段と、波形の特徴量を用いて逆流比を求める
際のパラメータを記憶しておく逆流比計算情報メモリ
と、波形特徴量を用いて逆流比を計算する逆流比計算手
段と、遅れと非線型性を補正された熱線式流量計の出力
と逆流比から流量の平均値を求める流量計算手段とを備
えることによって達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面を用いて説
明する。図３及び図４に熱線式空気流量計の特性を説明
するための図を示す。
明する。図３及び図４に熱線式空気流量計の特性を説明
するための図を示す。
【００１５】内燃機関の空気流は、ピストンの上下運動
によって脈動が発生する。このため、熱線流量計の配置
された断面における空気流量は、図３の左側に示すよう
な波形となる。しかし、実際に熱線式空気流量計が計測
して出力される波形は、熱線式空気流量計の非線型性、
応答遅れにより図３の右側に示すようになる。
によって脈動が発生する。このため、熱線流量計の配置
された断面における空気流量は、図３の左側に示すよう
な波形となる。しかし、実際に熱線式空気流量計が計測
して出力される波形は、熱線式空気流量計の非線型性、
応答遅れにより図３の右側に示すようになる。
【００１６】また、スロットルの開度が大きくなると脈
動幅が大きくなり、図４の左側の図のように空気流量の
波形が負の領域に入る場合がある。この負の領域が逆流
と呼ばれる現象である。この時、熱線式空気流量計が流
量の絶対値しか検出できないため、逆流が発生したとき
の熱線式空気流量計の計測する空気流量は図４の中央の
図のようになる。この場合の熱線式空気流量計の出力
は、応答遅れや非線形性のために、図４の右側の図のよ
うになる。
動幅が大きくなり、図４の左側の図のように空気流量の
波形が負の領域に入る場合がある。この負の領域が逆流
と呼ばれる現象である。この時、熱線式空気流量計が流
量の絶対値しか検出できないため、逆流が発生したとき
の熱線式空気流量計の計測する空気流量は図４の中央の
図のようになる。この場合の熱線式空気流量計の出力
は、応答遅れや非線形性のために、図４の右側の図のよ
うになる。
【００１７】図４の右図に示すような熱線式空気流量計
の出力信号の波形の特徴を分析し、この特徴量から逆流
の割合を求める。一方で熱線式空気流量計の出力信号の
遅れ・非線型性の補償を行って、図４の中図に示すよう
な空気流量の絶対値を復元し、この平均を計算する。こ
の、平均値を逆流比で補正することによって、真の流量
の平均値を求めようということが、本発明の基本的な考
え方である。なお、ここでいう逆流Ｒとは、図５のに示
すように逆流が発生したときの負側の面積Ｓｂを正側の
面積Ｓｆで割った量すなわち数１で表される量である。
の出力信号の波形の特徴を分析し、この特徴量から逆流
の割合を求める。一方で熱線式空気流量計の出力信号の
遅れ・非線型性の補償を行って、図４の中図に示すよう
な空気流量の絶対値を復元し、この平均を計算する。こ
の、平均値を逆流比で補正することによって、真の流量
の平均値を求めようということが、本発明の基本的な考
え方である。なお、ここでいう逆流Ｒとは、図５のに示
すように逆流が発生したときの負側の面積Ｓｂを正側の
面積Ｓｆで割った量すなわち数１で表される量である。
【００１８】
【数１】
【００１９】図３のように逆流がない場合について、熱
線式空気流量計の波形をスペクトラム解析した結果を図
８（１）に示す。クランク角周波数ωと該当する周波数
成分の強さ（信号強度Ｆ（ω））の関係は、図のように
クランク角周波数ω0の付近に周波数成分が集まってく
る。
線式空気流量計の波形をスペクトラム解析した結果を図
８（１）に示す。クランク角周波数ωと該当する周波数
成分の強さ（信号強度Ｆ（ω））の関係は、図のように
クランク角周波数ω0の付近に周波数成分が集まってく
る。
【００２０】図４のように逆流がある場合の、熱線式空
気流量計の波形のスペクトラム解析の結果を図８（２）
に示す。図８（２）に示すように、クランク角周波数ω
0より高い周波数にも成分が分布する。この成分は、図
のようにスロットル開度が大きくなり、逆流が大きくな
るほど、クランク角周波数ω0より高い周波数の成分の
分布も大きくなる。このような波形の特徴量、例えば周
波数成分の分布を基に逆流比を求め、これによって、熱
線式空気流量計の出力を補正するものである。
気流量計の波形のスペクトラム解析の結果を図８（２）
に示す。図８（２）に示すように、クランク角周波数ω
0より高い周波数にも成分が分布する。この成分は、図
のようにスロットル開度が大きくなり、逆流が大きくな
るほど、クランク角周波数ω0より高い周波数の成分の
分布も大きくなる。このような波形の特徴量、例えば周
波数成分の分布を基に逆流比を求め、これによって、熱
線式空気流量計の出力を補正するものである。
【００２１】まず、本発明を適用した内燃機関の構成を
説明する。図１は本発明を適用したエンジンの構成を示
したものである。図２は空気流量制御系の構成を示した
ものである。
説明する。図１は本発明を適用したエンジンの構成を示
したものである。図２は空気流量制御系の構成を示した
ものである。
【００２２】図１に示すように、自動車用の内燃機関で
は気筒３内のピストン３２を上下動させることによっ
て、その動きをクランク４によって、回転運動に変換
し、車輪に伝達するものである。気筒３内のピストン３
２を上下させるために気筒３頭部には、一方側に空気を
気筒に供給する吸気管が、他方側に燃焼後の空気を外部
に排出する排気管３４が設けられている。吸気管あるい
は気筒には、ガソリン等の燃料を供給する燃料供給装置
３１が設けられている。空気は図示していないエアクリ
ーナから吸気ダクト３３スロットルチャンバ及びマニホ
ールド２を介して気筒３内に供給される。スロットルチ
ャンバには図示していないアクセルペダルと連動するス
ロットル弁３０が設けられており、吸入吸気流量を制御
する。吸気ダクト３３内には流入する吸気流量を計測す
るための熱線式空気流量計１が設けられている。
は気筒３内のピストン３２を上下動させることによっ
て、その動きをクランク４によって、回転運動に変換
し、車輪に伝達するものである。気筒３内のピストン３
２を上下させるために気筒３頭部には、一方側に空気を
気筒に供給する吸気管が、他方側に燃焼後の空気を外部
に排出する排気管３４が設けられている。吸気管あるい
は気筒には、ガソリン等の燃料を供給する燃料供給装置
３１が設けられている。空気は図示していないエアクリ
ーナから吸気ダクト３３スロットルチャンバ及びマニホ
ールド２を介して気筒３内に供給される。スロットルチ
ャンバには図示していないアクセルペダルと連動するス
ロットル弁３０が設けられており、吸入吸気流量を制御
する。吸気ダクト３３内には流入する吸気流量を計測す
るための熱線式空気流量計１が設けられている。
【００２３】この熱線式空気流量計１の出力は別設され
たＣＰＵに入力され、空気流量測定部にて補正演算等を
行い正確な空気量が求められ、正確な空気量制御が実行
される。
たＣＰＵに入力され、空気流量測定部にて補正演算等を
行い正確な空気量が求められ、正確な空気量制御が実行
される。
【００２４】本発明の空気流量測定部は図に示すように
構成されている。すなわち、熱線式空気流量計１の出力
は遅れ・非線型性補正手段７と波形特徴量抽出手段６と
に入力される。波形特徴量抽出手段６へは、クランク角
センサ５からの信号も入力され、波形特徴量を求める。
逆流比計算出段８にて逆流比計算情報と波形特徴量とか
ら逆流比を求める。次に流量計算手段９で遅れ・非線型
性補正手段７と逆流比計算手段８の出力を用いて正確な
空気流量を求め出力する。
構成されている。すなわち、熱線式空気流量計１の出力
は遅れ・非線型性補正手段７と波形特徴量抽出手段６と
に入力される。波形特徴量抽出手段６へは、クランク角
センサ５からの信号も入力され、波形特徴量を求める。
逆流比計算出段８にて逆流比計算情報と波形特徴量とか
ら逆流比を求める。次に流量計算手段９で遅れ・非線型
性補正手段７と逆流比計算手段８の出力を用いて正確な
空気流量を求め出力する。
【００２５】ここで、波形特徴量抽出手段６の詳細を図
２を用いて説明する。図２は特徴量抽出手段６の主な構
成を示したものである。熱線式空気流量計１からの信号
は、まず、波形メモリ６１に入力し一時的に記録され
る。波形メモリ６１の情報はクランク角周波数計算手段
６２と周波数強度計算手段６５とに入力される。クラン
ク角周波数計算手段６２へは、クランク角センサ５から
の信号も入力され、波形メモリ６１からの信号から求め
た波形の基本周波数又は、クランク角センサ５の信号に
基づいてクランク角周波数が求められる。周波数強度計
算手段６５では波形メモリ６１、クランク角周波数計算
手段６２及び抽出周波数倍数メモリ６３からの信号を用
いてクランク角周波数にある倍数をかけた周波数成分の
強度を求める。その計算結果を波形特徴量として波形特
徴量メモリ６４に記録する。
２を用いて説明する。図２は特徴量抽出手段６の主な構
成を示したものである。熱線式空気流量計１からの信号
は、まず、波形メモリ６１に入力し一時的に記録され
る。波形メモリ６１の情報はクランク角周波数計算手段
６２と周波数強度計算手段６５とに入力される。クラン
ク角周波数計算手段６２へは、クランク角センサ５から
の信号も入力され、波形メモリ６１からの信号から求め
た波形の基本周波数又は、クランク角センサ５の信号に
基づいてクランク角周波数が求められる。周波数強度計
算手段６５では波形メモリ６１、クランク角周波数計算
手段６２及び抽出周波数倍数メモリ６３からの信号を用
いてクランク角周波数にある倍数をかけた周波数成分の
強度を求める。その計算結果を波形特徴量として波形特
徴量メモリ６４に記録する。
【００２６】次に、本発明の動作手順を図６のフローチ
ャートを用いて説明する。図６はが基本的な動作手順の
フローチャートである。
ャートを用いて説明する。図６はが基本的な動作手順の
フローチャートである。
【００２７】熱線式流量計により出力される波形は、実
際の流量より遅れによって鈍ったものになっている。し
かも、実際の流量と熱線式流量計の出力の関係は、線型
な関係ではない。そこで、この遅れと非線型性を補正す
る必要がある。
際の流量より遅れによって鈍ったものになっている。し
かも、実際の流量と熱線式流量計の出力の関係は、線型
な関係ではない。そこで、この遅れと非線型性を補正す
る必要がある。
【００２８】まず、熱線式流量計の出力を、遅れ・非線
型性補正手段によって補正する（１０１）。次に、補正
した値を用いて、波形の特徴量を求める(１０２)。求め
られた特徴量から逆流比を計算する(１０３)。前記求め
られた逆流比を用いて正確な流量を計算する(１０４)。
以上の演算により気筒部に吸引される空気流量が求めら
れ、それを用いて制御することに最適なエンジン制御を
実現できる。
型性補正手段によって補正する（１０１）。次に、補正
した値を用いて、波形の特徴量を求める(１０２)。求め
られた特徴量から逆流比を計算する(１０３)。前記求め
られた逆流比を用いて正確な流量を計算する(１０４)。
以上の演算により気筒部に吸引される空気流量が求めら
れ、それを用いて制御することに最適なエンジン制御を
実現できる。
【００２９】遅れ・非線型性補正手段７の具体的な処理
手順を図７（１）を用いて説明する。
手順を図７（１）を用いて説明する。
【００３０】まず、熱線式流量計１の時定数を求める
(１１１)。熱線式流量計１の出力Ｍｓの遅れを１次遅れ
系として近似すると、遅れの時定数τは真の流量の絶対
値Ｍｄの関数として次式で表わせる。
(１１１)。熱線式流量計１の出力Ｍｓの遅れを１次遅れ
系として近似すると、遅れの時定数τは真の流量の絶対
値Ｍｄの関数として次式で表わせる。
【００３１】
【数２】
【００３２】例えば、ある実験ではＣ０＝０．０２、Ｃ
１＝０．４８である。Ｍｄは、前回の遅れ・非線型性の
補正で得られた流量を用いる。従って、まず、前回の遅
れ・非線型性の補正で得られた流量Ｍｄを用いて、数２
により遅れの時定数を計算する。
１＝０．４８である。Ｍｄは、前回の遅れ・非線型性の
補正で得られた流量を用いる。従って、まず、前回の遅
れ・非線型性の補正で得られた流量Ｍｄを用いて、数２
により遅れの時定数を計算する。
【００３３】次に、この時定数τを用いて、熱線式流量
計の出力Ｍｓの遅れを数３を用いて補正する（１１
２）。
計の出力Ｍｓの遅れを数３を用いて補正する（１１
２）。
【００３４】
【数３】
【００３５】ここで、Ｍｓ(-1)は前回とりこまれた熱線
式流量計の出力値、Δtはサンプリング間隔である。
式流量計の出力値、Δtはサンプリング間隔である。
【００３６】遅れを補正された熱線式流量計の出力Ｍｃ
は、非線型性を数４によって補正される（１１３）。
は、非線型性を数４によって補正される（１１３）。
【００３７】
【数４】
【００３８】ここで、係数Ｄ０、Ｄ１、Ｄ３、Ｄ４は予
め定常流と熱線式流量計の出力の関係から求めておく。
また、この非線型性の補正式の次数は４次に限定される
ものではない。このようにして、遅れ・非線型性の補正
が行われる。補正終了後に流量の絶対値Ｍｄが遅れ・非
線型性補正手段より出力される。
め定常流と熱線式流量計の出力の関係から求めておく。
また、この非線型性の補正式の次数は４次に限定される
ものではない。このようにして、遅れ・非線型性の補正
が行われる。補正終了後に流量の絶対値Ｍｄが遅れ・非
線型性補正手段より出力される。
【００３９】次に、波形特徴量抽出１０２のステップに
移る。波形特徴量抽出手段６は、逆流比の計算に用いる
波形特徴量を計算する。波形特徴量を抽出する手順を図
７（２）を用いて説明する。
移る。波形特徴量抽出手段６は、逆流比の計算に用いる
波形特徴量を計算する。波形特徴量を抽出する手順を図
７（２）を用いて説明する。
【００４０】まず、熱線式空気流量計１の出力は、直近
の一定期間分の波形が波形メモリ６１に取込まれる。波
形メモリ６１には、図９（１）に示すように熱線式空気
流量計１の出力値が１次元配列として記憶される（２０
１）。
の一定期間分の波形が波形メモリ６１に取込まれる。波
形メモリ６１には、図９（１）に示すように熱線式空気
流量計１の出力値が１次元配列として記憶される（２０
１）。
【００４１】クランク角周波数計算手段６２は、クラン
ク角センサ５から読込んだクランク角を微分するか、あ
るいは波形メモリ６１に取込まれた熱線式空気流量計１
の波形のスペクトルの山を形成する周波数のうち、最も
低い周波数をクランク角周波数として認識し、クランク
角周波数ω0を計算する（２０２）。
ク角センサ５から読込んだクランク角を微分するか、あ
るいは波形メモリ６１に取込まれた熱線式空気流量計１
の波形のスペクトルの山を形成する周波数のうち、最も
低い周波数をクランク角周波数として認識し、クランク
角周波数ω0を計算する（２０２）。
【００４２】このクランク角周波数ω0の何倍の周波数
成分を、逆流比の計算のために抽出すべきかということ
が、抽出周波数倍率メモリ６３には図９（２）に示す１
次元配列の形で記憶されている。クランク角周波数ω0
が計算された後に周波数強度計算手段６５は抽出周波数
倍率メモリ６３から抽出周波数倍率λiを順次読込む
（２０３）。もし、読込むべき抽出周波数λiが終って
しまったのなら波形特徴抽出の処理は終了する。読込む
抽出周波数があり読込めた場合は周波数強度計算の実行
ステップに移る（２０４）。
成分を、逆流比の計算のために抽出すべきかということ
が、抽出周波数倍率メモリ６３には図９（２）に示す１
次元配列の形で記憶されている。クランク角周波数ω0
が計算された後に周波数強度計算手段６５は抽出周波数
倍率メモリ６３から抽出周波数倍率λiを順次読込む
（２０３）。もし、読込むべき抽出周波数λiが終って
しまったのなら波形特徴抽出の処理は終了する。読込む
抽出周波数があり読込めた場合は周波数強度計算の実行
ステップに移る（２０４）。
【００４３】周波数強度計算手段６５は、読込んだ抽出
周波数倍率λiをクランク角周波数ω0にかけて、成分の
強さを求めたい周波数ωi=λi×ω0を計算し、波形メモ
リ６１から熱線式空気流量計１の出力波形を読込み、周
波数ωiでフーリエ変換して周波数強度F(ωi)を計算す
る（２０５）。計算した周波数強度F(ωi)は波形特徴量
メモリに図９（３）のように書込んでおく（２０６）。
周波数倍率λiをクランク角周波数ω0にかけて、成分の
強さを求めたい周波数ωi=λi×ω0を計算し、波形メモ
リ６１から熱線式空気流量計１の出力波形を読込み、周
波数ωiでフーリエ変換して周波数強度F(ωi)を計算す
る（２０５）。計算した周波数強度F(ωi)は波形特徴量
メモリに図９（３）のように書込んでおく（２０６）。
【００４４】波形特徴量の抽出が終了したら、抽出した
波形特徴量、すなわち本実施例では周波数強度F(ωi)を
基に、逆流比Rの計算を行う（１０３）。逆流比Rの計算
の手順を図７（３）を用いて説明する。
波形特徴量、すなわち本実施例では周波数強度F(ωi)を
基に、逆流比Rの計算を行う（１０３）。逆流比Rの計算
の手順を図７（３）を用いて説明する。
【００４５】逆流比計算手段８は、波形特徴量メモリ６
４から周波数強度F(ωi)を読込み（３０１）、逆流比計
算情報メモリ１０から逆流比計算情報を読込む（３０
２）。この逆流比計算情報は、周波数強度F(ωi)および
周波数強度の比F(ωi)/Ｆ(ωj)の関数として逆流比Rを
求めるときに用いるパラメータである。例えば、逆流比
Rを周波数強度F(ωi)および周波数強度の比F(ωi)/F(ω
j)の多項式として表す場合、逆流比計算情報メモリ１０
は図９（４）に示すようなデータ構造で与えられる。こ
の逆流比計算情報を用いて、逆流比Ｒは例えば、
４から周波数強度F(ωi)を読込み（３０１）、逆流比計
算情報メモリ１０から逆流比計算情報を読込む（３０
２）。この逆流比計算情報は、周波数強度F(ωi)および
周波数強度の比F(ωi)/Ｆ(ωj)の関数として逆流比Rを
求めるときに用いるパラメータである。例えば、逆流比
Rを周波数強度F(ωi)および周波数強度の比F(ωi)/F(ω
j)の多項式として表す場合、逆流比計算情報メモリ１０
は図９（４）に示すようなデータ構造で与えられる。こ
の逆流比計算情報を用いて、逆流比Ｒは例えば、
【００４６】
【数５】
【００４７】によって計算される（３０３）。なお、こ
の逆流比計算情報φikとγijkは内燃機関や吸気系に依
存しないパラメータである。
の逆流比計算情報φikとγijkは内燃機関や吸気系に依
存しないパラメータである。
【００４８】こうしてステップ１０３の逆流比Ｒの計算
が終了したら、ステップ１０１で遅れと非線型性を補正
した熱線式空気流量計の出力と逆流比Ｒから吸気量を計
算する（１０４）。吸気量の計算の手順を図７（４）を
用いて説明する。
が終了したら、ステップ１０１で遅れと非線型性を補正
した熱線式空気流量計の出力と逆流比Ｒから吸気量を計
算する（１０４）。吸気量の計算の手順を図７（４）を
用いて説明する。
【００４９】流量計算手段１０４は、遅れと非線型性を
補正した熱線式空気流量計の出力Mdを、ほぼクランクが
１回転する間の区間にわたって平均を取る（４０１）。
求めた平均の出力に、(１−Ｒ)／（１＋Ｒ）をかけて逆
流比を補正した吸気量を求める（４０２）ことができ
る。
補正した熱線式空気流量計の出力Mdを、ほぼクランクが
１回転する間の区間にわたって平均を取る（４０１）。
求めた平均の出力に、(１−Ｒ)／（１＋Ｒ）をかけて逆
流比を補正した吸気量を求める（４０２）ことができ
る。
【００５０】上記手順を用いて、内燃機関や吸気系が変
わってもマップを作成する手間を要することなく、逆流
を安定的に補正できる吸入空気流量計測装置が実現でき
る。
わってもマップを作成する手間を要することなく、逆流
を安定的に補正できる吸入空気流量計測装置が実現でき
る。
【００５１】本発明の特徴は、内燃機関や吸気系に変更
があっても、その変化は熱線式空気流量計１の出力波形
の周波数強度に反映されるものとしている。従って、周
波数強度と逆流比の関係を一度逆流比計算情報として求
めておけば、内燃機関や吸気系毎に調整する必要のない
吸気量計測システムが実現できるものである。ここで
は、逆流比計算情報を求める方法について述べる。
があっても、その変化は熱線式空気流量計１の出力波形
の周波数強度に反映されるものとしている。従って、周
波数強度と逆流比の関係を一度逆流比計算情報として求
めておけば、内燃機関や吸気系毎に調整する必要のない
吸気量計測システムが実現できるものである。ここで
は、逆流比計算情報を求める方法について述べる。
【００５２】逆流比計算情報を求めるための装置の構成
を図１０に示す。
を図１０に示す。
【００５３】流体現象計算手段２３は、内燃機関・吸気
系ＣＡＤデータメモリ２１と、スロットル開度・クラン
ク角速度メモリ２２とからのデータを用いて、マニフォ
ールド２と気筒３内の圧力、温度の分布の変化を計算す
る。この分布に基づき熱線式空気流量計１の配された断
面での流量を計算する。この流量に基づき熱線式空気流
量計１の出力する波形を計算する。
系ＣＡＤデータメモリ２１と、スロットル開度・クラン
ク角速度メモリ２２とからのデータを用いて、マニフォ
ールド２と気筒３内の圧力、温度の分布の変化を計算す
る。この分布に基づき熱線式空気流量計１の配された断
面での流量を計算する。この流量に基づき熱線式空気流
量計１の出力する波形を計算する。
【００５４】波形特徴量計算手段２５は、流体現象計算
手段２３により計算された熱線式空気流量計１の出力す
る波形から、波形の特徴量を計算する。逆流比計算手段
２４は、流体現象計算手段２３により計算された熱線式
空気流量計１の配された断面での流量を基にして逆流比
を求める。前述の計算で得られた波形の特徴量と逆流比
は、波形特徴量・逆流比メモリ２６に記憶される。
手段２３により計算された熱線式空気流量計１の出力す
る波形から、波形の特徴量を計算する。逆流比計算手段
２４は、流体現象計算手段２３により計算された熱線式
空気流量計１の配された断面での流量を基にして逆流比
を求める。前述の計算で得られた波形の特徴量と逆流比
は、波形特徴量・逆流比メモリ２６に記憶される。
【００５５】逆流比計算情報作成手段２７は、波形特徴
量・逆流比メモリ２６に記憶されている逆流比と波形特
徴量の組合せを基に、波形特徴量から逆流比を求めるた
めの関数のパラメータを計算し、逆流比計算情報メモリ
10に書込む。このような構成によって求められた逆流比
計算情報を用いることにより、内燃機関や吸気系の形状
が変化しても、その影響が熱線式空気流量計の波形に反
映されて、波形の特徴量をもとに逆流比を補正すること
で、逆流の影響を補正した流量の平均値が正確に求めら
れる。
量・逆流比メモリ２６に記憶されている逆流比と波形特
徴量の組合せを基に、波形特徴量から逆流比を求めるた
めの関数のパラメータを計算し、逆流比計算情報メモリ
10に書込む。このような構成によって求められた逆流比
計算情報を用いることにより、内燃機関や吸気系の形状
が変化しても、その影響が熱線式空気流量計の波形に反
映されて、波形の特徴量をもとに逆流比を補正すること
で、逆流の影響を補正した流量の平均値が正確に求めら
れる。
【００５６】次に、図１２のフローチャートを用いて処
理手順を説明する。
理手順を説明する。
【００５７】内燃機関・吸気系ＣＡＤデータメモリ２１
には、様々な内燃機関や吸気系のＣＡＤデータが、図１
１（１）のように収められている。メモリ内の内燃機関
のＣＡＤデータ１〜Ｎのそれぞれは、内燃機関と吸気系
の１つの組合せに対応している。流体現象計算手段２３
は、この内燃機関・吸気系ＣＡＤデータメモリ２１か
ら、内燃機関・吸気系ＣＡＤデータを一つづつ読み出す
（５０１）。次に、読み出す内燃機関・吸気系ＣＡＤデ
ータの有無を判定する（５０２）。読み出す内燃機関・
吸気系ＣＡＤデータがなくなったらステップ５１０の逆
流比計算情報の作成に処理を移す。
には、様々な内燃機関や吸気系のＣＡＤデータが、図１
１（１）のように収められている。メモリ内の内燃機関
のＣＡＤデータ１〜Ｎのそれぞれは、内燃機関と吸気系
の１つの組合せに対応している。流体現象計算手段２３
は、この内燃機関・吸気系ＣＡＤデータメモリ２１か
ら、内燃機関・吸気系ＣＡＤデータを一つづつ読み出す
（５０１）。次に、読み出す内燃機関・吸気系ＣＡＤデ
ータの有無を判定する（５０２）。読み出す内燃機関・
吸気系ＣＡＤデータがなくなったらステップ５１０の逆
流比計算情報の作成に処理を移す。
【００５８】次に、内燃機関・吸気系ＣＡＤデータを読
み込んだ場合は、スロットル開度、クランク角速度の読
込み履歴を初期化する（５０３）。これによって、スロ
ットル開度とクランク角速度の読込みが最初から行われ
るようになる。
み込んだ場合は、スロットル開度、クランク角速度の読
込み履歴を初期化する（５０３）。これによって、スロ
ットル開度とクランク角速度の読込みが最初から行われ
るようになる。
【００５９】次に、スロットル開度・クランク角速度メ
モリ２２からクランク角速度ωとスロットル開度αの組
み合わせを１つづつ読み出す（５０４）。スロットル開
度・クランク角速度メモリ２２には、クランク角速度ω
とスロットル開度αの組み合わせが図１１（２）のよう
な形で収められている。読み出すクランク角速度ωとス
ロットル開度αの組み合わせがなくなったら、ステップ
５０１まで戻って内燃機関・吸気系CADデータを読込む
（５０５）。
モリ２２からクランク角速度ωとスロットル開度αの組
み合わせを１つづつ読み出す（５０４）。スロットル開
度・クランク角速度メモリ２２には、クランク角速度ω
とスロットル開度αの組み合わせが図１１（２）のよう
な形で収められている。読み出すクランク角速度ωとス
ロットル開度αの組み合わせがなくなったら、ステップ
５０１まで戻って内燃機関・吸気系CADデータを読込む
（５０５）。
【００６０】次に、読込んだ内燃機関・吸気系ＣＡＤデ
ータで記述された形状の内燃機関システムについて、読
込んだスロットル角とクランク角速度のとき、吸気系で
の流体現象を数値計算により解析し、このときの熱線式
空気流量計１が出力する波形を求める（５０６）。以上
までが、流体現象計算手段２３の処理内容である。
ータで記述された形状の内燃機関システムについて、読
込んだスロットル角とクランク角速度のとき、吸気系で
の流体現象を数値計算により解析し、このときの熱線式
空気流量計１が出力する波形を求める（５０６）。以上
までが、流体現象計算手段２３の処理内容である。
【００６１】逆流比計算手段２４は、この波形から逆流
比を計算する（５０７）。波形特徴量計算手段２５は、
この波形から波形特徴量を計算する（５０８）。波形特
徴量の計算のしかたは、図７（２）で説明したものと同
一であるので、ここでは詳細説明は省略する。
比を計算する（５０７）。波形特徴量計算手段２５は、
この波形から波形特徴量を計算する（５０８）。波形特
徴量の計算のしかたは、図７（２）で説明したものと同
一であるので、ここでは詳細説明は省略する。
【００６２】こうして求められた波形特徴量と逆流比の
組み合わせは、図１１（２）に示すように波形特徴量・
逆流比メモリ２６に書込まれる（５０９）。
組み合わせは、図１１（２）に示すように波形特徴量・
逆流比メモリ２６に書込まれる（５０９）。
【００６３】こうして、波形特徴量・逆流比メモリ２６
に一つの波形特徴量と逆流比の組み合わせが書込まれ、
ステップ５０４に戻って次のスロットル開度・クランク
角速度に対しても同じ事を繰り返す。
に一つの波形特徴量と逆流比の組み合わせが書込まれ、
ステップ５０４に戻って次のスロットル開度・クランク
角速度に対しても同じ事を繰り返す。
【００６４】この手順を、全ての内燃機関・吸気系ＣＡ
Ｄデータとスロットル開度・クランク角速度の組み合わ
せについて行うことにより、波形特徴量・逆流比メモリ
２６への書込みが完了すると、逆流比計算情報作成手段
２７は、波形特徴量・逆流比メモリ２６から周波数強度
Ｄデータとスロットル開度・クランク角速度の組み合わ
せについて行うことにより、波形特徴量・逆流比メモリ
２６への書込みが完了すると、逆流比計算情報作成手段
２７は、波形特徴量・逆流比メモリ２６から周波数強度
【００６５】
【数６】
【００６６】と逆流比
【００６７】
【数７】
【００６８】の組み合わせを読み出して、逆流比計算情
報の計算を行う。添字lは内燃機関・吸気系ＣＡＤデータ
とスロットル開度・クランク角速度の組み合わせに対応
する。逆流比計算情報は、
報の計算を行う。添字lは内燃機関・吸気系ＣＡＤデータ
とスロットル開度・クランク角速度の組み合わせに対応
する。逆流比計算情報は、
【００６９】
【数８】
【００７０】を最小にするようなφikとγijkを計算す
ることで求められる。
ることで求められる。
【００７１】数８を最小にするとは、全ての内燃機関・
吸気系に対して最もつじつまが合うφikとγijkを求め
るということである。これによって、内燃機関や吸気系
に変更があっても、この逆流比計算情報を用いることで
逆流の補正が正確にできるようになる。求められた逆流
比情報は逆流比計算情報メモリ１０に書込まれる（５１
０）。
吸気系に対して最もつじつまが合うφikとγijkを求め
るということである。これによって、内燃機関や吸気系
に変更があっても、この逆流比計算情報を用いることで
逆流の補正が正確にできるようになる。求められた逆流
比情報は逆流比計算情報メモリ１０に書込まれる（５１
０）。
【００７２】以上のように、逆流による影響を補正して
熱線式空気流量計の出力から気筒内に流入する正確な空
気量を求めることができ、時間遅れのない高精度のエン
ジン制御を実現できる。
熱線式空気流量計の出力から気筒内に流入する正確な空
気量を求めることができ、時間遅れのない高精度のエン
ジン制御を実現できる。
【００７３】
【発明の効果】熱線式空気流量計の波形の特徴を抽出
し、内燃機関と吸気系の形状に依存しない関数に波形の
特徴量を代入して逆流比を求めることで、しきい値や極
値を用いて逆流の判定をすることなしに、しかも事前に
スロットル開度、クランク角変化量と逆流量のマップを
作成することなく、安定して内燃機関への吸入空気流量
が計測できる。
し、内燃機関と吸気系の形状に依存しない関数に波形の
特徴量を代入して逆流比を求めることで、しきい値や極
値を用いて逆流の判定をすることなしに、しかも事前に
スロットル開度、クランク角変化量と逆流量のマップを
作成することなく、安定して内燃機関への吸入空気流量
が計測できる。
【図１】本発明の構成を説明する図である。
【図２】波形特徴抽出手段の構成を説明する図である。
【図３】熱線式空気流量計の特性を説明するための図で
ある。
ある。
【図４】熱線式空気流量計の特性を説明するための図で
ある。
ある。
【図５】逆流比を説明する図である。
【図６】本発明の基本動作の手順を示す図である。
【図７】図６の各処理の詳細を説明する図である。
【図８】熱線式空気流量計の周波数特性を示す図であ
る。
る。
【図９】各種メモリのデータ構造を示す図である。
【図１０】逆流比計算情報作成装置の構成を示す図であ
る。
る。
【図１１】各種メモリのデータ構造を示す図である。
【図１２】逆流比計算情報作成の手順を示す図である。
１…熱線式空気流量計、２…マニフォールド、３…気
筒、４…クランク、５…クランク角センサ、６…波形特
徴量抽出手段、７…遅れ・非線型性補正手段、８…逆流
比計算手段、９…流量計算手段、１０…逆流比計算情
報、２１…内燃機関・吸気系ＣＡＤデータメモリ、２２
…スロットル開度・クランク角速度メモリ、２３…流体
現象計算手段、２４…逆流比計算手段、２５…波形特徴
量計算手段、２６…波形特徴量・逆流比メモリ、２７…
逆流比計算情報作成手段。
筒、４…クランク、５…クランク角センサ、６…波形特
徴量抽出手段、７…遅れ・非線型性補正手段、８…逆流
比計算手段、９…流量計算手段、１０…逆流比計算情
報、２１…内燃機関・吸気系ＣＡＤデータメモリ、２２
…スロットル開度・クランク角速度メモリ、２３…流体
現象計算手段、２４…逆流比計算手段、２５…波形特徴
量計算手段、２６…波形特徴量・逆流比メモリ、２７…
逆流比計算情報作成手段。
Claims (6)
- 【請求項１】熱線式空気流量計の出力を用いて内燃機関
に吸入する空気流量を計測する吸入空気流量計測装置に
おいて、 前記熱線式空気流量計の応答遅れと非線型性とを補正す
る遅れ・非線型性補正手段と、 前記熱線式空気流量計の出力波形から逆流比を求める逆
流比計算手段と、 遅れ・非線型性補正手段の出力と逆流比計算手段の出力
から内燃機関に吸入する空気流量を求める流量計算手段
とを備えた吸入空気流量計測装置。 - 【請求項２】熱線式空気流量計の出力を用いて内燃機関
にとりこまれる空気流量を計測する吸入空気流量計測装
置において、 熱線式空気流量計の遅れと非線型性を補正する遅れ・非
線型性補正手段と、 前記熱線式空気流量計の出力波形の特徴量を抽出する波
形特徴量抽出手段と、 前記抽出した波形の特徴量を用いて逆流比を求める逆流
比計算手段と、 遅れ・非線型性補正手段の出力と逆流比計算手段の出力
から流量の平均値を求める流量計算手段とを備える吸入
空気流量計測装置。 - 【請求項３】請求項２記載の吸入空気量計測装置におい
て、 前記波形特徴量抽出手段は、熱線式空気流量計の波形を
読み込む波形メモリと、 クランク角周波数を求めるクランク角周波数計算手段
と、 クランク角周波数の抽出周波数成分情報を記憶した抽出
周波数倍率メモリと、 抽出周波数倍率をクランク角周波数にかけて得られた周
波数について波形メモリに取込まれた波形の成分の強さ
を求める周波数強度計算手段と、 求められた周波数強度を記憶しておく波形特徴量メモリ
から構成されることを特徴とする吸入空気量計測装置。 - 【請求項４】請求項３記載の吸入空気量計測装置におい
て、 前記クランク角周波数計算手段は、熱線式空気流量計の
出力を用いてクランク角周波数を求めることを特徴とす
る吸入空気流量計測装置。 - 【請求項５】請求項３記載の吸入空気量計測装置におい
て、 前記クランク角周波数計算手段は、クランク角センサの
出力を用いてクランク角周波数を計算することを特徴と
する吸入空気流量計測装置 - 【請求項６】熱線式空気流量計の出力を用いて内燃機関
にとりこまれる空気流量を計測する吸入空気流量計測装
置において、 内燃機関と吸気系のＣＡＤデータの組み合わせが複数組
記憶してある内燃機関・吸気系ＣＡＤデータメモリと、 スロットル開度とクランク角速度の組み合わせが複数組
記憶してあるスロットル開度・クランク角速度メモリ
と、 前記内燃機関と吸気系のＣＡＤメモリの出力と、スロッ
トル開度・クランク角速度メモリ出力から熱線式空気流
量計の波形を求める流体現象計算手段と、 前記波形より逆流比を求める逆流比計算手段と、 前記波形より特徴を抽出する波形特徴量計算手段と、 前記波形特徴量と逆流比の組み合わせを記憶する波形特
徴量・逆流比メモリと、 前記波形特徴量と逆流比の組み合わせ用い、波形特徴量
から逆流比を求める際のパラメータを求める逆流比計算
情報作成手段と、 前記逆流比計算情報作成手段で求められたパラメータを
記憶する逆流比計算情報メモリとから構成される逆流比
計算情報生成装置を備えたことを特徴とする吸入空気流
量計測装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06784399A JP3627564B2 (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | 吸入空気流量計測装置 |
| US09/417,007 US6334083B1 (en) | 1999-03-15 | 1999-10-12 | Intake air flow rate measurement apparatus |
| DE19952294A DE19952294B4 (de) | 1999-03-15 | 1999-10-29 | Vorrichtung zur Messung einer Strömungsmenge der Ansaugluft |
| US09/985,304 US6459984B1 (en) | 1999-03-15 | 2001-11-02 | Intake air flow rate measurement apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06784399A JP3627564B2 (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | 吸入空気流量計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000265898A true JP2000265898A (ja) | 2000-09-26 |
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ID=13356651
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06784399A Expired - Lifetime JP3627564B2 (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | 吸入空気流量計測装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6334083B1 (ja) |
| JP (1) | JP3627564B2 (ja) |
| DE (1) | DE19952294B4 (ja) |
Cited By (4)
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