JP4327344B2

JP4327344B2 - 内燃機関の吸入空気量検出装置

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Publication number: JP4327344B2
Application number: JP2000288786A
Authority: JP
Inventors: 晴文武藤; 大介小林; 悟古川
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: US20020035868A1; JP2002097994A; EP1209449A2; US6644104B2; EP1209449A3; EP1209449B1

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量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関では、最適な出力を得るためや、排気ガスの浄化を効果的に行うことができるように、吸入している空気量（吸入空気量）を検出している。吸入空気量の検出には、吸気管負圧と吸入空気量との間の相関を利用してセンサによって検出した吸気管内負圧から間接的に検出する方法と、エアフローセンサによって吸気量を直接的に検出する方法とがある。本発明は、後者の方法を用いたエアフロセンサに関するものであり、特に熱式のエアフローセンサに関するものである。
【０００３】
熱式エアフローセンサの出力には、センサの構造的な要因によって応答遅れが含まれる。内燃機関が定常状態で運転されていれば、応答遅れによる影響はほとんどない。しかし、内燃機関が過渡状態にある場合などは、この応答遅れを補償してやらなくてはならない。このような応答遅れを補償する装置としては、特開平8-62012号公報に記載のものなどが知られている。上記公報に記載の装置は、熱式エアフローセンサの出力に対して、流量に関する一次遅れ処理を行った後、これをリニアライズして吸入空気量とするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載の装置によっても、高い精度を得られない場合があり、より高い精度を得られるような更なる改善が望まれていた。本発明の目的は、熱式エアフロセンサの応答遅れを高精度に補償することができる内燃機関の吸入空気量検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、熱式エアフローセンサを用いて内燃機関の吸入空気量を検出する内燃機関の吸入空気量検出装置において、吸気通路主流から分流させたバイパス経路上にエアフローセンサの検出部が配されており、エアフローセンサ検出部における応答遅れを、エアフローセンサ検出部において放熱される放熱量に関する一次遅れ要素を用いて補償する応答遅れ補償手段を備え、応答遅れ補償手段が、エアフローセンサ検出部によって検出された吸入空気量の流速又は流量に基づいて放熱量を算出し、算出した放熱量に基づいて応答遅れ補償を行い、応答遅れ補償を行った後の放熱量に基づいて吸入空気量を算出していることを特徴としている。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、応答遅れ補償手段が、エアフローセンサ検出部を複数部位に分割し、各分割部位毎に放熱量に関する一次遅れ要素を考慮し、これらを統合することによってエアフローセンサ検出部全体の応答遅れを補償することを特徴としている。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、応答遅れ補償手段が、エアフローセンサによって検出された吸入空気量の流速又は流量に基づいて、各分割部位毎の一次遅れモデルの時定数をそれぞれ決定することを特徴としている。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、上述した請求項３に記載の発明において、時定数が、エアフローセンサが配設される吸気通路に関する単位断面積あたりの流量に基づいて決定されることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の吸入空気量検出装置の一実施形態について説明する。図１に、本実施形態の吸入空気量検出装置を有する内燃機関を示す。
【００１０】
本実施形態の検出装置は、内燃機関であるエンジン１の吸入空気量を検出するものである。エンジン１は、多気筒エンジンである。図１には、そのうちの一つのシリンダ３のみが断面として示されている。エンジン１は、点火プラグ２によって各シリンダ３内の混合気に対して点火を行うことによって駆動力を発生する。エンジン１の燃焼に際して、外部から吸入した空気は吸気通路４を通り、インジェクタ５から噴射された燃料と混合され、混合気としてシリンダ３内に吸気される。シリンダ３の内部と吸気通路４との間は、吸気バルブ６によって開閉される。シリンダ３の内部で燃焼された混合気は、排気ガスとして排気通路７に排気される。シリンダ３の内部と排気通路７との間は、排気バルブ８によって開閉される。
【００１１】
吸気通路４上には、シリンダ３内に吸入される吸入空気量を調節するスロットルバルブ９が配設されている。このスロットルバルブ９には、その開度（スロットル開度TA）を検出するスロットルポジションセンサ１０が接続されている。また、吸気通路４上には、アイドル時（スロットルバルブ９の全閉時）にバイパス通路１１を介してシリンダ３に供給される吸入空気量を調節するエアバイパスバルブ１２も配されている。さらに、吸気通路４上には、吸入空気量を検出するためのエアフローセンサ１３が取り付けられている。
【００１２】
このエアフローセンサ１３は、いわゆるホットワイヤー式（熱式）のものである。本実施形態のエアフローセンサ１３は、吸入空気の一部をバイパス流として検出部に流して、質量流量を直接計測する、いわゆる分流（バイパス）測定タイプのものである。エアフローセンサの拡大図を図２(a)に、その検出部の拡大斜視図を図２(b)に示す。
【００１３】
図２(a)中に矢印で示されているのが、バイパス流の流れである。バイパス流は、エアフローセンサ１３の検出部１３ａ近傍を流れる。検出部１３ａは、図２(b)に示されるように、ボビン部１３ｂとリード線１３ｃとサポート部１３ｄとからなる。なお、本実施形態のエアフローセンサ１３は、サーミスタータイプの吸気温検出部１３ｅを有しており、吸入空気の温度を検出することもできる。エアフローセンサ１３は質量流量を直接計測するので吸気温度に対する密度補正は必要ないが、エンジン１の制御において吸気温度が必要になるため、ここで検出する。
【００１４】
また、エンジン１のクランクシャフト近傍には、クランクシャフトの位置を検出するクランクポジションセンサ１４が取り付けられている。クランクポジションセンサ１４の出力からは、シリンダ３内のピストン１５の位置や、エンジン回転数NEを求めることもできる。また、エンジン１には、エンジン１のノッキングを検出するノックセンサ１６や冷却水温度を検出する水温センサ１７も取り付けられている。
【００１５】
排気通路７上には、排気浄化触媒１９が配置されている。なお、排気浄化触媒は、排気通路上に上流下流方向に複数設けられる場合もある。また、多気筒エンジンなどの場合、各シリンダ毎の排気管が一つにまとめられる箇所よりも上流側に並列に複数設けられる場合もある。本実施形態においては、各シリンダ３毎の排気管が一つにまとめられらた箇所よりも下流側に一つの排気浄化触媒１９が配設されている。
【００１６】
上述した点火プラグ２、インジェクタ５、スロットルポジションセンサ１０、エアバイパスバルブ１２、エアフローセンサ１３、クランクポジションセンサ１４、ノックセンサ１６、水温センサ１７やその他のセンサ類は、エンジン１を総合的に制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８と接続されており、ＥＣＵ１８からの信号に基づいて制御され、あるいは、検出結果をＥＣＵ１８に対して送出している。排気通路７上に配設された排気浄化触媒１９の温度を測定する触媒温度センサ２１、チャコールキャニスタ２３によって捕集された燃料タンク内での蒸発燃料を吸気通路４上にパージさせるパージコントロールバルブ２４もＥＣＵ１８に接続されている。
【００１７】
また、ＥＣＵ１８には、排気浄化触媒１９の上流側に取り付けられた上流側空燃比センサ２５及び排気浄化触媒１９の下流側に取り付けられた下流側空燃比センサ２６も接続されている。なお、これらの空燃比センサ２５，２６は、所定の温度（活性化温度）以上とならなければ正確な検出を行えないため、早期に活性化温度に昇温されるように、ＥＣＵ１８から供給される電力によって昇温される。
【００１８】
ＥＣＵ１８は、演算を行うＣＰＵや演算結果などの各種情報量を記憶するＲＡＭ、バッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、各制御プログラムを格納したＲＯＭ等を内部に有している。ＥＣＵ１８は、エアフローセンサ１３の応答遅れを補償することも行っており、応答遅れ補償手段としても機能する。
【００１９】
次に、上述した装置によって、エアフローセンサ１３の応答遅れを補償する制御について説明する。
【００２０】
まず、エアフローセンサ１３の応答遅れの概要について説明する。
【００２１】
上述したように、エンジン１の運転状態が定常状態であれば、吸入空気量の値もほぼ一定であるため、応答遅れが問題となるようなことはほとんどない。しかし、エンジン１の運転状態が過渡状態であるような場合は、真の吸入空気量に対してエアフローセンサ１３の出力が遅れる。このような過渡状態であっても正確な吸入空気量を得るため、スロットル開度TAとエンジン回転数NE（必要であればバルブタイミングVT）を用いて吸入空気量を推定している。
【００２２】
しかし、このような場合に、スロットル開度TAやエンジン回転数NEから推定した吸入空気量とエアフローセンサ１３によって検出した吸入空気量との間に応答速度のズレが生じていると、正確な制御を行えない。そこで、エアフローセンサ１３の応答遅れを補償する必要が生じる。エアフローセンサ１３の応答遅れを補償するには、スロットル開度TAやエンジン回転数NEから推定した応答遅れのない吸入空気量にエアフローセンサ１３の応答遅れ分を加味して、エアフローセンサ１３によって検出した応答遅れのある吸入空気量に合わせる。あるいは、これとは逆に、エアフローセンサ１３の応答遅れを補償するのに、エアフローセンサ１３によって検出した応答遅れのある吸入空気量からエアフローセンサ１３の応答遅れ分を取り去って、スロットル開度TAやエンジン回転数NEから推定した応答遅れのない吸入空気量に合わせることもある。
【００２３】
まず、スロットル開度TAやエンジン回転数NEから推定した応答遅れのない吸入空気量に対してエアフローセンサ１３の応答遅れ分の遅れ処理して、エアフローセンサ１３によって検出した応答遅れのある吸入空気量に合わせることによって、エアフローセンサ１３の応答遅れを補償する場合の概要を説明する。ここでは、エアフローセンサ１３の応答遅れを数学的なモデルとして扱い、一次遅れを考慮して応答遅れを補償する。ここに説明する場合を、便宜上、順モデルと言うこととする。
【００２４】
なお、これに対して、エアフローセンサ１３によって検出した応答遅れのある吸入空気量に対してエアフローセンサ１３の応答遅れ分の進め処理して、スロットル開度TAやエンジン回転数NEから推定した応答遅れのない吸入空気量に合わせることによってエアフローセンサ１３の応答遅れを補償する場合を、逆モデルということとする。順モデル、逆モデルの何れを用いても、エアフローセンサ１３の応答遅れを補償することができる。
【００２５】
順モデルを利用する場合のスロットル開度TAと演算される各種吸入空気量との関係を図３に示す。まず、スロットル開度TAなどから、エアフローセンサ１３の出力相当の信号を作り出す行程について説明する。スロットル開度TAの変化に対して実際の吸入空気量は直ぐに反応するわけではなく、実際の吸入空気量の変化は、スロットル開度TAの変化に対して遅れた挙動を示す。この挙動は、一次遅れ系の挙動を示すことが一般に知られており、ここでは、この特性も利用している。まず、スロットル開度TAやエンジン回転数NE（吸排気バルブ６，８などの開閉タイミングを可変制御できるような場合など、必要であればバルブタイミングVT）に基づいて、応答遅れのない吸入空気量KLTAを求める。なお、このKLTAは大気圧補正後の値である。
【００２６】
エンジン１が定常運転時であれば、そのときの吸入空気量はスロットル開度TAとエンジン回転数NEで決まるので、KLTAは定常時の吸入空気量とも言える。スロットル開度TAとエンジン回転数NEをパラメータとして大気圧補正前の値をマップ化しておき、マップから得られたこの値を大気圧で補正することによってKLTAが得られる。大気圧はエアフィルタ近傍に設置された大気圧センサなどによって検出された値を用いる。
【００２７】
上述したように、実際の吸入空気量はスロットル開度TAに対して一次遅れ系の挙動をとる。そこで、KLTAに一次遅れ処理（なまし処理）を施して、実際の吸入空気量を推定したKLCRTを算出する。さらに、このKLCRTに対して上述した順モデルを用いて、応答遅れを含むエアフローセンサ１３の出力を推定したKLCRT4を算出する。KLCRT4は、スロットル開度TAとエンジン回転数NEとから算出されたエアフローセンサ１３出力相当値である。
【００２８】
即ち、実際の吸入空気量（KLCRT相当）は、スロットル開度TAに対して一次遅れ系の挙動を示す。そして、この実際の吸入空気量（KLCRT相当）を検出したエアフローセンサ１３の出力（KLCRT4相当）は、その構造的要因などによって、この実際の吸入空気量よりもさらに遅れたものとなる。ここでは、推定された実際の吸入空気量（KLCRT）からエアフローセンサ１３の出力に相当する吸入空気量（KLCRT4）を推定する際に、上述した順モデルを用いている。順モデルについては追って詳述する。
【００２９】
一方、エアフローセンサ１３の出力からは、データ処理に適したようにスムージング化された吸入空気量KLSMが生成される。KLSMはエアフローセンサ１３の出力から生成されるので、当初からエアフローセンサ１３の応答遅れを含んでいる。KLCRT4とKLSMは何れも応答遅れを持ったものとして揃えられている。ここで、実際にエンジン１の制御には、以下に説明するKLFWD=KLSM+(KLVLV-KLCRT4)という値が、シリンダ３内に吸入される吸入空気量として用いられる。
【００３０】
即ち、応答遅れを含まないものとして生成された吸入空気量であるKLCRTを元に、現在からバルブ閉時までの時間Ｔを先読みした値KLVLVと、応答遅れを含むものとして生成された吸入空気量であるKLCRT4の現在の値との差(KLVLV-KLCRT4)を求め、これを現在のKLSMに対して加算することで、シリンダ３内に吸入される吸入空気量KLFWDを得ている。このKLFWDという値は、応答遅れを含んでいない。
【００３１】
なお、KLCRT4とKLSMとが完全に一致するようであれば、KLVLVをそのまま予測値として用いればよいが、KLCRT4とKLSMとの間には平行的なズレが生じる場合がある。KLCRT4とKLSMとの間に生じる平行的なズレの原因としては、バイパス空気量誤差などが考えられる。そこで、KLSMに対して(KLVLV-KLCRT4)を加算することによって、このようなズレを相殺している。
【００３２】
上述したような制御を行うことによって、定常状態時のみならず、過渡状態時にも吸入空気量を高精度に求め、これに基づいてエンジン１の制御を最適な状態とすることができる。次に、上述した制御における順モデルの部分について詳しく説明する。本発明では、このような順モデルを用いることによって、上述した制御の精度を向上させている。
【００３３】
上述した順モデルでは、応答遅れを含まないものとして生成されたKLCRTから、エアフローセンサ１３の応答遅れ特性を考慮して、エアフローセンサ１３によって生じる応答遅れを含むものとしてKLCRT4を生成している。そして、ここでは、KLCRTに対するKLCRT4の応答遅れを処理する際に、KLCRT4がKLCRTに対して、エアフローセンサ１３の放熱量に関する一次遅れ系の挙動を示すものと取り扱っている。そして、この一次遅れ系の時定数は、エアフローセンサ１３の流量又は流速に基づいて決定され、本実施形態では、具体的には流路の単位面積あたりの流量に基づいて決定される。
【００３４】
本実施形態では、KLCRTに対するKLCRT4の応答遅れを処理する際に、流量や流速の次元で処理するのではなく、流量や流速から放熱量を算出し、この算出した放熱量の次元で応答遅れの処理を行った後に流量にリニアライズする。このため、より精度が向上する。そして、この放熱量の算出に際しては、エアフローセンサ１３を複数の部位に分割し、各分割部位毎に放熱量に関する一次挙動モデルを考慮して吸入空気量を算出し、最後にこれを統合することによってより精度を向上させている。
【００３５】
本実施形態においては、エアフローセンサ１３をボビン部１３ｂとサポート部１３ｄに分割して処理する。この算出上、リード線１３ｃはサポート部１３ｄに含めて考える。なお、本実施形態においては、エアフローセンサ１３をボビン部１３ｂとサポート部１３ｄに分割して処理するするが、分割の方法はこれに限られず、二分割ではなく三分割とするなど種々の分割方法を採ることができる。この分割時には、材質や放熱経路などを考慮して分割するのが好ましい。
【００３６】
この順モデルの制御を示したブロック線図を図５に示す。図５に示されるチャートは、米国MathWorks社の開発ツールであるSimulink（登録商標）を用いて作成されたものである。チャートの見方と共に、上述した順モデルの制御を説明する。まず一次遅れ系の時定数τの算出について説明する。ここでは、時定数τを次式によって求めている。
τ=k・u^m…(I)
【００３７】
ここで、uは、エアフローセンサ１３の検出部における流路の単位断面積あたりの吸入空気の流量である。エアフローセンサ１３の検出部がバイパス流路にあるなら、バイパス路についての単位断面積あたりの吸入空気の流量となる。また、k,mは予め実験などを通じて決定される定数であり、ボビン部１３ｂとサポート部１３ｄとについてそれぞれ決定される。ボビン部１３ｂの定数をk₁,m₁とし、サポート部１３ｄの定数をk₂,m₂とする。また、ボビン部１３ｂの時定数をτ₁とし、サポート部１３ｄの時定数をτ₂とする。ボビン部１３ｂとサポート部１３ｄとでは、応答遅れの度合いが異なるので、これらを分離して時定数τをそれぞれ設定することによって精度を向上させている。
【００３８】
そして、各分割部位毎の時定数τは、エアフローセンサ１３によって検出された吸入空気量の流速や流量に基づいて決定される。時定数τは、一次遅れ系の遅れ度合いを示すものであり、ここでは、これを吸入空気量の流速や流量に基づいて設定することで精度を向上させている。特に、ここでは、流量でも流路の単位断面積あたりの流量を用いている。図５左方下側には、エアフローセンサ１３の出力電圧vgが入力される旨が示されている（図５中Ａ部）。吸入空気量を示す出力電圧vgは、vg-uマップによって、上述した単位断面積あたりの流量に変換される（図５中Ｂ部）。
【００３９】
単位断面積あたりの流量を用いるのは、エアフローセンサ１３によって密度によらない質量流量を得ることができるので、単位断面積あたりの流量を得やすいからである。質量流量をQとし、流路の断面積をSとすれば、単位断面積あたりの流量は次式によって得られる。
u=Q/S…(II)
【００４０】
そして、この単位断面積あたりの流量uを用いて、ボビン部１３ｂとサポート部１３ｄとでそれぞれ時定数τが算出される（図５中Ｃ部）。各Ｃ部では、u(2)*u(1)^u(3)という計算を行っているが、これは、左方よりの値をu(i)として示しており、iは上から順に番号振りされる。即ち、ボビン部１３ｂ側の図５中Ｃ部について説明すれば、u(1)は、vg-uマップから得た単位断面積あたりの流量uであり、u(2)は定数k₁、u(3)は定数m₁である。サポート部１３ｄに関しても同様である。結局、ここでは、(I)式を計算していることになり、ボビン部１３ｂ及びサポート部１３ｄそれぞれの時定数である、τ₁=k₁・u^m1やτ₂=k₂・u^m2を算出しているということである。
【００４１】
一方、図５左方上側には、上述したKLCRTに相当する、スロットル開度TAやエンジン回転数NE（必要であればバルブタイミングVT）から算出された吸入空気量Gが入力される旨が示されている（図５中Ｄ部）。まず、このスロットル開度TAなどから応答遅れを含まないものとして推定された吸入空気量Gが、マップによって、ボビン部１３ｂ及びサポート部１３ｄそれぞれの完全放熱量Wに変換される。完全放熱量Wとは、応答遅れを含まない放熱量のことを指す。これに対して、応答放熱量wとは、完全放熱量Wに応答遅れの影響を加味することで得られる応答遅れを含む放熱量を指す。
【００４２】
ボビン部１３ｂの完全放熱量をW₁、応答放熱量をw₁とし、サポート部１３ｄの完全放熱量をW₂、応答放熱量をw₂とする。ここでは、吸入空気量Gとボビン部１３ｂの完全放熱量W₁との関係を示すマップと、吸入空気量Gとサポート部１３ｄの完全放熱量W₂との関係を示すマップが用いられる。エアフローセンサ１３の検出部を通る吸入空気による、ボビン部１３ｂでの放熱量とサポート部１３ｄでの放熱量は異なるので、これを上述した二つのマップを用いて分配する（図５中Ｅ部）。
【００４３】
そして、ボビン部１３ｂとサポート部１３ｄとのそれぞれで、放熱量に基づいて応答遅れの処理を行う。このように、応答遅れを流量や流速の次元で処理するのではなく、流量や流速から算出した放熱量の次元で応答遅れの処理を行うことによって、精度を向上させることができる。エアフローセンサ１３における応答遅れは、主として検出部の熱収支の現象に起因して生じるものであるので、放熱量の次元で処理した方が実際の現象に即しており、精度を向上させることができる。
【００４４】
次に、マップより得た完全放熱量Wに関して一次応答遅れの影響を与え、応答遅れを含む応答放熱量wを得る。このとき、応答放熱量wは次式から得られる。
w_i=Δt・(W_i-w_i-1)/τ+w_i-1…(III)
なお、添え字iは今回値、添え字i-1は前回値を表す。Δtは算出の単位時間であり、前回値算出時と今回値算出時との間の時間である。
【００４５】
図５中Ｆ部に示される1/zとは、前回値を適用するという意味である。ボビン部１３ｂ側についての図５中Ｃ部について説明すれば、図５中Ｇ部では、マップより得られた完全放熱量W₁の今回値W_1iと応答放熱量w₁の前回値w_1i-1とが各符号を付して演算されることが示されており、即ち、W_1i-w_1i-1が演算されている。次いで、図５中Ｈ部では、左方からの各値が各符号を付して演算されることが示されており、具体的には、(W_1i-w_1i-1)・Δt/τ₁が演算されている。さらに、図中Ｉ部でも、左方からの各値が各符号を付して演算され、(W_1i-w_1i-1)・Δt/τ₁+w_1i-1が演算されている。即ち、図５中のＦ部〜Ｉ部では、上述した式(III)の演算を行っている。サポート部１３ｄに関しても同様である。
【００４６】
ボビン部１３ｂ及びサポート部１３ｄのそれぞれに関して、式(III)の演算が行われ、一次遅れ処理が行われたことになる。そして、算出されたボビン部１３ｂ及びサポート部１３ｄのそれぞれの応答放熱量w_1i,w_2iを統合して、エアフローセンサ１３全体での応答放熱量w₁を合成する。具体的には、図５中Ｊ部において、両者の和w_1i+w_2iを求め、図５中Ｋ部において、この和w_1i+w_2iと吸入空気量Glとの関係を示したマップから、応答遅れを含んでいる吸入空気量Glを得ている。これが、スロットル開度TAやエンジン回転数NEなどから応答遅れを含むものとして算出されたKLCRT4に相当する。
【００４７】
このように、本実施形態では、放熱量の次元で応答遅れ処理を行うことによって、エアフローセンサ１３の応答遅れ補償の精度を向上させている。さらに、このとき、エアフローセンサ１３からの放熱がその部位毎によって異なるので、エアフローセンサ１３を複数の部位に分割し、各分割部位毎に応答遅れを補償してて、最後にこれを統合することによって、補償の精度をさらに向上させている。
【００４８】
また、ここでは、応答遅れを補償する際に、放熱量に関する一次遅れ挙動として補償しているが、この一次遅れ系の時定数τを流量又は流速（ここでは具体的には、単位断面積あたりの流量）に基づいて決定するので、より一層精度を向上させることができる。即ち、上述したKLCRT4の算出精度を向上させることができる。
【００４９】
上述した実施形態は、順モデルを用いて、スロットル開度TAなどから算出される吸入空気量（図３のKLCRTに相当）から、エアフローセンサ１３によって検出される吸入空気量（図３のKLSMに相当）に相当する吸入空気量（図３のKLCRT4に相当）を推定した。これとは、逆に、逆モデルを用いて、エアフローセンサ１３によって検出される吸入空気量（図３のKLSMに相当）から、スロットル開度TAなどから算出される吸入空気量（図３のKLCRTに相当）に相当する信号（図３には示されていない）を推定することも考えられる。
【００５０】
次に、この逆モデルを用いた場合について説明する。この場合の図５相当図を図６に示す。図６中左方上側には、エアフローセンサ１３の出力から得られる吸入空気量G2が入力される旨が示されている（図６中Ｌ部）。この吸入空気量G2は、エアフローセンサ１３の出力から得たので、応答遅れを含んでいる。この吸入空気量G2から、マップを用いて上述した応答放熱量w_iを得る（図６中Ｍ部）。順モデルにおける図５中Ｋ部と逆のことを行っていることになる。ただし、ここで得られる応答放熱量w_iは、ボビン部１３ｂの応答放熱量w_1iとサポート部１３ｄの応答放熱量w_2iとが統合されたものが得られるだけである。そこで、この統合されている応答放熱量w_iをボビン部１３ｂの応答放熱量w_1iとサポート部１３ｄの応答放熱量w_2iとに分配することが必要となる。
【００５１】
ここでは、図６左方下側から、スロットル開度TAから算出された吸入空気量G3（図３中のKLCRTに相当）が入力される旨が示されており（図６中Ｎ部）、これに基づいて、マップから配分割合が決定される（図６中Ｏ部）。ボビン部１３ｂへの配分割合をα、サポート部１３ｄへの配分割合をβ=(1-α)としてマップよりそれぞれ得ている。これにより、ボビン部１３ｂの応答放熱量w_1iは、w_1i=w_i・αで得られる（図６中Ｐ部）。サポート部１３ｄの応答放熱量w_2iについても同様に、w_2i=w_i・β=w_i・(1-α)で得られる（図６中Ｐ部）。なお、この分配割合が定常時と過渡時とで異なる場合、ここで用いるマップも、それぞれ定常時用と過渡時用とを用意しておく。
【００５２】
また、図６中Ｑ部においては、順モデルと同様に、エアフローセンサ１３の出力電圧に基づいて、ボビン部１３ｂ及びサポート部１３ｄそれぞれの時定数τ₁,τ₂が求められている。これについては順モデルと同様なので、ここでの詳しい説明は省略する。
【００５３】
これ以降について、ボビン部１３ｂ側を例にして説明する。ボビン部１３ｂの応答放熱量w_1iの変化量をΔw₁とすると、Δw₁は、ボビン部１３ｂの応答放熱量の今回値w_1iと前回値w_1i-1との差、次式(IV)として得られる。
Δw₁=w_1i-w_1i-1…(IV)
即ち、図６中Ｒ部では、次式(V)を計算している。
Δw₁/Δt・τ₁…(V)
次いで、図６中Ｓ部では、次式(VI)を計算している。
w_1i-1+Δw₁/Δt・τ₁…(VI)
【００５４】
ここで、順モデルにおいて説明した、式(III)を変形して完全放熱量W_iについて解くと、次式(VII)となる。
W_i=w_i-1+(w_i-w_i-1)/Δt・τ…(VII)
上述した式(VI)を式(IV),(V)を用いて書き直すと、w_1i-1+(w_1i-w_1i-1)/Δt・τとなり、式(VII)の右辺と等しくなる。つまり、図６中Ｓ部では、ボビン部１３ｂ側の完全放熱量W_1iを算出している。サポート部１３ｄ側に関しても同様に、完全放熱量W_2iを算出している。
【００５５】
このようにして得られたボビン部１３ｂ側の完全放熱量W_1iから、応答遅れを含まない吸入空気量G4をマップを用いて得る（図６中Ｔ部）。ここでは、順モデルにおける図５中Ｅ部と逆のことを行っているだけである。即ち、マップから得られる吸入空気量G4bは、全体の吸入空気量であり、全体の吸入空気量のうちのボビン部１３ｂの分担分というものではない。サポート部１３ｄについても同様であり、吸入空気量G4sが得られる。吸入空気量G4bはボビン部１３ｂ側の放熱量を考慮して補償した吸入空気量であり、吸入空気量G4sはサポート部１３ｄ側の放熱量を考慮して補償した吸入空気量であり、このように逆モデルでは二つの値が得られる。
【００５６】
理想的には、この両者は一致するはずであるが、実際は必ずしも一致しない。そこで、最終的には、どちらか一方のみを採用するか、あるいは、両者を平均化するなどして、補償後の吸入空気量G4を得る。このように逆モデルを用いて得られる補償後の吸入空気量は、エアフローセンサ１３の出力から応答遅れの成分を除去したものであるとも言え、スロットル開度TAなどから得られる吸入空気量に対応するものである。
【００５７】
なお、上述した実施形態では、各時定数τをそれぞれ算出しているが、時定数τは、k,mが予め決定される定数であるため、単位断面積あたりの流量uによって一義的に決定される。また、単位断面積あたりの流量uは、エアフローセンサ１３の出力電圧によって一義的に決定される。このため、エアフローセンサ１３の出力電圧が決まれば、各時定数τは一義的に決定される。このため、エアフローセンサ１３の出力電圧と時定数τとのマップとして装置に実装することができる。即ち、吸気流路の断面が異なるので検出装置が搭載される内燃機関毎に整合を取るための実験を行う必要が必要なく、エアフローセンサ１３の出力電圧と時定数τとのマップとして装置に実装することができる。
【００５８】
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態においては、一次遅れの時定数を、単位断面積あたりの流量に基づいて決定したが、単位断面積あたりではない流量に基づいて決定されても良いし、流速に応じて決定されても良い。また、上述したが、エアフローセンサ１３の分割は、上述した実施形態の分割方法に限られない。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、放熱量の次元で応答遅れ処理を行うことで、精度よくエアフローセンサ検出部の応答遅れを補償することができる。また、その処理をエアフローセンサ検出部の各部位毎に行なってから統合することで、さらに精度よくエアフローセンサ検出部の応答遅れを補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の検出装置の一実施形態を有する内燃機関を示す断面図である。
【図２】 (a)は本発明の検出装置の一実施形態におけるエアフローセンサを示す斜視図であり、(b)はその検出部の拡大斜視図である。
【図３】スロットル開度TAと吸入空気量の各種演算値との関係を示すグラフである。
【図４】図３のグラフの一部拡大図である。
【図５】本発明の検出装置による制御を示すチャート（順モデル）である。
【図６】本発明の検出装置による制御を示すチャート（逆モデル）である。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、４…吸気通路、７…排気通路、１３…エアフローセンサ、１８…ＥＣＵ（応答遅れ補償手段）。

Claims

熱式エアフローセンサを用いて内燃機関の吸入空気量を検出する内燃機関の吸入空気量検出装置において、
吸気通路主流から分流させたバイパス経路上に前記エアフローセンサの検出部が配されており、
前記エアフローセンサ検出部における応答遅れを、前記エアフローセンサ検出部において放熱される放熱量に関する一次遅れ要素を用いて補償する応答遅れ補償手段を備え、
前記応答遅れ補償手段が、前記エアフローセンサ検出部によって検出された吸入空気量の流速又は流量に基づいて放熱量を算出し、算出した放熱量に基づいて応答遅れ補償を行い、応答遅れ補償を行った後の放熱量に基づいて吸入空気量を算出すること、
を特徴とする内燃機関の吸入空気量検出装置。
前記応答遅れ補償手段が、前記エアフローセンサ検出部を複数部位に分割し、各分割部位毎に放熱量に関する一次遅れ要素を考慮し、これらを統合することによって前記エアフローセンサ検出部全体の応答遅れを補償することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量検出装置。
前記応答遅れ補償手段が、前記エアフローセンサによって検出された吸入空気量の流速又は流量に基づいて、各分割部位毎の一次遅れモデルの時定数をそれぞれ決定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸入空気量検出装置。
前記時定数が、前記エアフローセンサが配設される吸気通路に関する単位断面積あたりの流量に基づいて決定されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸入空気量検出装置。