(57)【要約】【課題】  内燃機関の状態によって変化する脈動を迅速に捉え、かつ、正確に脈動時におけるエアフローセンサの出力値の累積分布を得ることにより、精度のよい吸入空流量を得ることができる内燃機関の制御装置を提案する。【解決手段】  吸入空気流量検出装置２０の出力値に基づいて吸入空気流量を演算する吸入空気流量演算手段７０を備えた内燃機関の制御装置であって、前記吸入空気流量演算手段７０は、所定のタイミングで前記出力値のサンプリングを行うサンプリング手段６１と、該サンプリング手段６１によりサンプリングされた出力値の各値毎の頻度を演算し、該各値毎の頻度の累積分布状態を演算する累積分布演算手段７２と、該演算した累積分布状態に基づいて前記サンプリングした出力値を補正する吸入空気流量補正手段６３と、を備え、前記累積分布演算手段７２は、該サンプリング手段６１が前記出力値をサンプリングする度に、該サンプリングした出力値を入力することで、前記累積分布状態を更新してなる。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気流量検出装置の出力値に基づいて吸入空気流量を演算する吸入空気流量演算手段を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記吸入空気流量演算手段は、所定のタイミングで前記出力値のサンプリングを行うサンプリング手段と、前記サンプリングされた出力値の各値毎の頻度を演算し、該各値毎の頻度の累積分布状態を演算する累積分布演算手段と、該演算した累積分布状態に基づいて前記サンプリングした出力値を補正する吸入空気流量補正手段と、を備え、
前記累積分布演算手段は、該サンプリング手段が前記出力値をサンプリングする度に、該サンプリングした出力値を入力することで、前記累積分布状態を更新することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記累積分布演算手段は、前記出力値をサンプリングする度に、前記サンプリングした出力値を前記頻度のデータの値に加算する処理を行う頻度データ値加算処理手段と、
所定のタイミングごとに、前記頻度データの値を減少させる処理を行う頻度データ値減少処理手段と、を備え、
前記頻度データ値加算処理手段と前記頻度データ減少処理手段とにより得られた前記頻度データの値に基づいて、前記累積分布状態を更新することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記頻度データ値減少処理手段が前記頻度データの値を減少させるタイミングは、前記内燃機関のクランク角度が、所定のクランク角度となるタイミングであることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記頻度データ値減少処理手段が前記頻度データの値を減少させるタイミングは、前記吸入空気流量補正手段が、前記吸入空気流量を補正するタイミングであることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記頻度データ値減少処理手段が前記頻度データの値を減少させるタイミングは、累積分布の頻度データの値が、所定のデータの値を上回ったタイミングであることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記頻度データ値減少処理手段は、前記頻度データの値を所定の値で除算することにより前記頻度データの値を減少させる処理を行うことを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記頻度データ値減少処理手段は、前記内燃機関の回転数に基づいて、前記頻度データの値を減少させる除算値を設定する処理を行うと特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記頻度データ値減少処理手段は、吸入空気流量の絞り弁の開度に基づいて、前記頻度データを減少させる除算値を設定する処理を行うことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記サンプリング手段は、前記内燃機関の回転数が所定の回転数より大きい場合には、所定の時間間隔で前記出力値のサンプリングを行い、前記回転数が前記所定回転数より小さい場合には、前記内燃機関のクランク角度が所定の角度になる度に、前記出力値のサンプリングを行うことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記累積分布演算手段が前記累積分布状態の演算に用いる前記サンプリングされた出力値は、吸入空気流量に換算された出力値であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気流量検出装置を備えた内燃機関の制御装置に係り、特に、測定する空気に脈動が生じた場合においても正確な空気流量を得ることができる内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の制御装置では、内燃機関の吸入空気流量を検出するために、内燃機関の吸気管に空気流量検出装置（エアフローセンサ）を配置し、この空気流量検出装置によって検出された空気流量に基づいて内燃機関に噴射する燃料の噴射量を制御している。
【０００３】
そして、近年では、最適な燃焼を行わせることにより内燃機関の排気性能を向上させることが重要な課題となっており、このような課題を解決するために、各センサの出力をディジタル値に変換し、ディジタル演算装置によって、この燃料噴射量の制御を行うことが一般的になっている。
【０００４】
ところで、内燃機関においては、内燃機関を構成するピストンの上下運動により発生する空気圧力振動と、吸気管の固有振動数による振動と、が共鳴することにより、脈動と呼ばれる共振現象が発生し、吸気管内に設置された絞り弁の開度を大きくすると、この脈動の振幅は大きくなり、通常、吸気管からシリンダ内へ流れ込む空気が、逆方向へ流れることがあり、この現象を逆流と呼んでいる。そして、この吸入空気流量を検出する装置として一方向流れのみを検出する装置を使用した場合には、逆流が発生しても、吸気管からシリンダ内へ向かう方向への空気流れであると検出することになり、正確な空気流量を検出できないという問題がある。
【０００５】
そこで、このような吸入空気の逆流による影響を考慮した流量検出装置が提案されている。この装置は、熱式空気流量計（空気流量検出装置）の出力を入力し応答遅れを補正する手段と、この補正手段の出力を空気流量に対応する値にリニアライズ変換する手段と、この変換した空気流量に基づいて逆流を判別する逆流判別手段と、を備えている（特許文献１参照）。しかし、このような空気流量検出装置では、当該装置の熱容量に起因する応答遅れや、空気流量と空気流量検出装置の出力値とが非線形の対応関係となるので、脈動時には、特に、実際にシリンダに吸入される空気の平均流量とディジタル演算装置で演算される空気流量の平均値との間に大きな誤差が生じることが知られている。
【０００６】
そして、このような問題を解決するために、たとえば、流量検出手段（空気流量検出装置）の電気信号に基づき逆流の有無を判別し、逆流が有ると判定した場合には前記流量検出手段の電気信号の波形から電気信号に基づいた（累積）分布及びこの累積分布における尖度を求め、この尖度に基づき逆流時の流量を求める吸気量計測装置が提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
またこの他にも、熱線式空気流量計（空気流量検出装置）の応答遅れと非線型性の出力を考慮して、出力波形に基づいて特徴量を抽出し、この抽出した波形の特徴量を用いて逆流比を求め、この逆流比から空気流量の平均値を求める吸入空気流量計測装置が提案されている（特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１６６４６４号公報
【特許文献２】特開平２００２−２２１０７２号公報
【特許文献３】特開平２０００-２６５８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、吸入空気流量を計測するような装置において、一般的に、空気流量計（空気流量検出装置）の出力に対して前記の如き統計情報を用いて補正を行う場合には、過去にサンプリングした空気流量検出装置の出力値（サンプリングデータ）を保存して置き、この保存したサンプリングデータを用いて累積分布を演算するような装置が多く、このような装置において、この演算精度を上げるためには、より多くのサンプリングデータを保存する必要があった。そして、精度良く累積分布を取得し、脈動時の空気流量の補正を正確に行うためには、保存した多くのサンプリングデータに基づいて迅速に演算処理を行わなければならなかった。
【００１０】
また、内燃機関に吸入される空気の脈動の周期はクランク角度の変化（エンジンの回転数）に応じて変化するので、この空気の脈動を正確に捉えるためのサンプリングデータは、クランク角度センサにより検出したクランク角度が、所定のクランク角度になったときに行うこと望ましい。しかし、このようなサンプリングにおいて、エンジン回転数が大きいときには、サンプリングする間隔と、累積分布を演算する間隔が短くなり、その結果、サンプリングデータが増加し、この増加したデータに基づいて演算処理を行うと、装置負荷が増加し、処理遅れが発生する虞があった。
【００１１】
さらに、内燃機関の状態によって変化する脈動を迅速に捉えた累積分布を得るためには、累積分布の中から、古いサンプリングデータによる情報をクリアしていかなくてはならない。このためには、サンプリングしたデータの値ばかりではなく、サンプリングした順序の情報も記憶しておかなければならなかった。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、たとえサンプリングデータを保存するための容量が少ない場合であっても、内燃機関の状態によって変化する脈動を迅速に捉え、かつ、脈動時におけるエアフローセンサの出力値の正確な累積分布を得ることにより、精度のよい吸入空流量を得ることができる内燃機関の制御装置を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成すべく、本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸入空気流量検出装置の出力値に基づいて吸入空気流量を演算する吸入空気流量演算手段を備えた内燃機関の制御装置であって、前記吸入空気流量演算手段は、所定のタイミングで前記出力値のサンプリングを行うサンプリング手段と、前記サンプリングされた出力値の各値毎の頻度を演算し、該各値毎の頻度の累積分布状態を演算する累積分布演算手段と、該累積分布状態に基づいて前記サンプリングした出力値に対応する吸入空気流量を補正する吸入空気流量補正手段とを備え、前記累積分布演算手段は、該サンプリング手段が前記出力値をサンプリングする度に、該サンプリングした出力値を入力することで、前記累積分布状態を更新することを特徴とする。
【００１４】
前記のごとく構成された本発明の内燃機関の制御装置は、該サンプリング手段が前記出力値をサンプリングする度に、累積分布演算手段が該サンプリングした出力値を入力することで、この出力値の頻度を演算し、前記累積分布状態を更新するので、サンプリングした出力値及びその出力値が出力された順序などを保存する必要がない。そして、データを保存する容量が少なくなることにより、ＣＰＵの演算処理の速度を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置の好ましい具体的な態様としては、前記累積分布演算手段は、前記出力値をサンプリングする度に、前記サンプリングした出力値を前記頻度のデータの値に加算する処理を行う頻度データ値加算処理手段と、所定のタイミングごとに、前記頻度データの値を減少させる処理を行う頻度データ値減少処理手段と、を備え、前記頻度データ値加算処理手段と前記頻度データ減少処理手段とにより得られた前記頻度データの値に基づいて、前記累積分布状態を更新することを特徴とする。
【００１６】
前記のごとく構成された本発明の内燃機関の制御装置は、前記出力値をサンプリングする度に頻度データの値に加算処理を行い、その一方で頻度データの値を減少させる処理を行うので、吸入空気流量検出装置が検出したばかりの出力値のデータをリアルタイムに累積分布の状態に反映させることができるので、正確かつ迅速に吸入空気の脈動の変化をとらえ、この脈動の影響を受けた空気流量を的確に補正することができる。
【００１７】
本発明に係る内燃機関の制御装置の好ましい具体的な態様としては、前記頻度データ値減少処理手段が前記頻度データの値を減少させるタイミングは、前記内燃機関のクランク角度が、所定のクランク角度となるタイミングであることを特徴とする。
【００１８】
前記のごとく構成された本発明の内燃機関の制御装置は、クランク角度が脈動の周期と同調することを利用して、的確にこの脈動の影響を受けた吸入空気流量（サンプリングされた出力値）を補正することができる。
【００１９】
本発明に係る内燃機関の制御装置の好ましい具体的な態様としては、前記頻度データ値減少処理手段が前記頻度データの値を減少させるタイミングは、前記吸入空気流量補正手段が、前記吸入空気流量を補正するタイミングであることを特徴とする。
【００２０】
前記のごとく構成された本発明の内燃機関の制御装置は、吸入空気流量の補正を行ってから頻度データの値を減少させるので、サンプリングした多くの出力値に基づいて得られた各値毎の累積分布により、吸入空気流量（サンプリングされた出力値）を精度よく補正することができる。
【００２１】
本発明に係る内燃機関の制御装置の好ましい具体的な態様としては、前記頻度データ値減少処理手段が前記頻度データの値を減少させるタイミングは、累積分布の頻度データの値が、所定のデータの値を上回ったタイミングであることを特徴とする。
【００２２】
前記のごとく構成された本発明の内燃機関の制御装置は、頻度データの上限を設け頻度データの値を減らすことにより、サンプリングしたばかりの新しい出力値を累積分布に反映することができ、迅速に脈動の変化を捉えることができる。
【００２３】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置の好ましい具体的な態様としては、前記頻度データ値減少処理手段が、前記頻度データの値を所定の値で除算することにより前記頻度データの値を減少させる処理を行うことを特徴とする。
【００２４】
前記のごとく構成された本発明の内燃機関の制御装置は、所定の除算値により除算することで、これまでの累積分布を反映しつつ、新しくサンプリングした出力値をこの累積分布に反映することができるので、脈動が発生しても迅速に吸入空気流れの変動を捉えて、その量を補正することが可能となり、精度のよい吸入空気流量を得ることができる。
【００２５】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置の好ましい具体的な態様としては、前記頻度データ値減少処理手段が、前記内燃機関の回転数に基づいて、前記頻度データの値を減少させる除算値を設定する処理を行うと特徴とする。
【００２６】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置の好ましい具体的な態様としては、前記頻度データ値減少処理手段が、吸入空気流量の絞り弁の開度に基づいて、前記頻度データを減少させる除算値を設定する処理を行うことを特徴とする。
【００２７】
前記のごとく構成された本発明の内燃機関の制御装置は、脈動の変化に依存する内燃機関の回転数又は絞り弁の開度に基づいて設定した除算値により、頻度データの値を除算するので、脈動を捉えた累積分布を迅速に得ることができる。
【００２８】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置の好ましい具体的な態様としては、前記サンプリング手段が、前記内燃機関の回転数が所定の回転数より大きい場合には、所定の時間間隔で前記出力値のサンプリングを行い、前記回転数が前記所定回転数より小さい場合には、前記内燃機関のクランク角度が所定の角度になる度に、前記出力値のサンプリングを行うことを特徴とする。
【００２９】
前記のごとく構成された本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の回転数が低回転のときには、脈動が大きくなるので、クランク角度に合わせてサンプリングを行うことにより、精度のよい累積分布が得られ、内燃機関の回転数が高回転のときは、吸入される空気は安定しているので、例えば、クランク軸が一回転をする時間よりも大きな時間間隔でサンプリングを行うことにより、演算の負荷を低減させることができる。
【００３０】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置の好ましい具体的な態様としては、前記累積分布演算手段が前記累積分布状態の演算に用いる前記サンプリングされた出力値は、吸入空気流量に換算された出力値であってもよい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の内燃機関の制御装置は、サンプリングした吸入空気流量検出装置の出力値のサンプリングデータは保存せず、前記サンプリングデータから演算される累積分布の情報を保存すると共にこの出力値をサンプリングする度に累積分布の状態を演算して累積分布の状態を更新するので、データを保存する容量が少ない場合にも、精度良く空気流量検出手段の出力値の累積分布状態を取得することができる。その結果、吸入空気の脈動を迅速に捉え、空気流量を精度よく演算し、この空気流量に基づいて最適な燃料噴射制御をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態を有するＭＰＩ（多気筒燃料噴射）方式の４気筒内燃機関の全体構成図である。本実施形態においては、ＭＰＩ方式の４気筒内燃機関１について説明するが、内燃機関１は必ずしもＭＰＩ方式の４気筒内燃機関に限定されるものではなく、エアフローセンサ（吸入空気流量検出装置）を備えていれば全ての内燃機関に適用されるべきものである。
【００３３】
図１において、内燃機関（エンジン）１は、主に、内燃機関１の各気筒１５の吸気側には、吸気管３が接続され、その上流から順に、エアクリーナ２、スロットルボディ５、コレクタ７が配置されている。さらにコレクタ７と気筒１５とは、吸気分岐管１６で接続されている。各吸気分岐管１６には、気筒１５に燃料を供給すべくインジェクタ（燃料噴射弁）１３が配置されており、さらに、気筒１５には、供給された燃料を点火するための点火プラグ２５が配置されている。そして、気筒１５の排気側には、排気管２３が接続されており、該排気管２３には、触媒３３が配置されている。
【００３４】
また、コントロールユニット（内燃機関の制御装置）１０には、エアフローセンサ２０、クランク角度センサ１４、スロットルセンサ８、水温センサ１９、及び空燃比センサ２４からの信号が入力され、スタータスイッチ２７及びイグニッションスイッチ２８を介してバッテリ３０からの電力も入力される。一方、コントロールユニット１０からは、インジェクタ１３、燃料ポンプ１１、パワートランジスタ２６、及びＩＳＣバルブ６に制御信号が出力される。パワートランジスタ２６は、点火プラグ２５の点火スイッチとして用いられるものである。
【００３５】
次に、前記した各センサとアクチュエータの働きについて説明する。点火時期を決定するディストリビュータ１７に内蔵されたクランク角度センサ１４は、所定のクランク角度毎にパルスが出力され、前記パルスは、コントロールユニット１０に入力され、コントロールユニット１０の内部のＣＰＵ４３で、クランク角度及びエンジン回転数ＮＲＰＭが演算される。
【００３６】
スロットルセンサ８は、絞り弁４の弁開度を検出するためのセンサであり、該センサ８の出力信号がコントロールユニット１０に入力可能なように、絞り弁４に取り付けられている。そして、コントロールユニット１０のＣＰＵ４３は、スロットルセンサ８からのセンサ信号に基づいて、絞り弁４の弁開度の変化量を演算している。
【００３７】
空燃比センサ２４は、排気管２３に取り付けられており、排ガス中の酸素濃度を検出し、該酸素濃度に応じた信号をコントロールユニット１０に出力している。このセンサの出力信号は、ＣＰＵ４３において空燃比を演算する信号として用いられる。ＣＰＵ４３は、演算された空燃比をフィードバック量として扱い、内燃機関１が目標空燃比となるように、最終燃料噴射パルス幅を演算している。
【００３８】
次に、内燃機関１の動作について説明する。内燃機関１に吸入される吸入空気は、エアクリーナ２の出口部に設けられた吸入空気流量（空気流量）を検出する熱式のエアフローセンサ２０によって、その流量が計測される。エアフローセンサ２０を通過した吸入空気は、絞り弁４が配置されたスロットルボディ５、及び該スロットルボディ５をバイパスするように設けられたＩＳＣバルブ６を通り、コレクタ７に導入される。その後、吸入空気は、吸気分岐管１６を介して各気筒１５に分配され、各気筒１５のシリンダ内に吸入される。
【００３９】
一方、燃料は、燃料タンク１２から燃料ポンプ１１で吸引、加圧され、プレッシャレギュレータ９により一定圧力に調圧された後、インジェクタ１３から、各吸気分岐管１６内に噴射される。そして、該吸気分岐管１６において、燃料と空気が混合されて混合気となり、該混合気は、シリンダ内に導入される。
【００４０】
そして、シリンダ内では、点火プラグ２５で、前記混合気を点火して燃料を燃焼させる。各気筒１５のシリンダ内で燃焼した後の排気ガスは、排気管２３を通って、触媒３３によって浄化され、内燃機関１の外へ排出される。
【００４１】
図２は、本実施形態に係るコントロールユニット（制御装置）１０とそれに接続されたセンサ及びアクチュエータのブロック図である。図２に示すように、コントロールユニット１０は、電源ＩＣ４１と、ＬＳＩ４０と、から構成されており、ＬＳＩ４０のＲＥＳＥＴ端子は、電源ＩＣ４１で制御されるＲＥＳＥＴ信号が送信可能なように、電源ＩＣ４１に接続されている。内燃機関１の各機器に配置されたセンサの出力信号はコントロールユニット（ＥＣＵ）１０に出力され、該コントロールユニット１０は、該信号に基づいて各アクチュエータの制御信号を演算し、演算した結果を制御信号として出力することで、各アクチュエータを制御している。
【００４２】
図３は、本実施形態に係る内燃機関１の制御装置１０に備えられたＣＰＵ４３の内部演算ブロック図であり、図４は、吸入された空気が順流の場合、図５は、吸入された空気に逆流が発生した場合におけるＣＰＵ４３の演算を説明するための図であり、図６は、図４及び図５に示す順流及び逆流の状態を演算するために用いる累積分布の状態を示す図である。
【００４３】
図３に示すように、エアフローセンサ２０から出力された電圧信号は、ＬＳＩ４０においてＡ／Ｄ変換装置４２によりディジタル変換される。
【００４４】
ＣＰＵ４３は、変換されたエアフローセンサ２０の出力値（以降センサ出力値という）に基づいて吸入空気流量を演算する吸入空気流量演算手段６０と、該吸入空気流量演算手段６０で演算された吸入空気流量に基づいて、インジェクタ１３が噴射すべき燃料噴射パルス幅ＴＰを演算する燃料噴射パルス幅演算手段８０とを備えている。
【００４５】
さらに、吸入空気流量演算手段６０は、サンプリング手段６１、流量換算手段６２、空気流量補正手段６３、及び逆流時補正量演算手段７０を備えている。サンプリング手段６１は、先に示したセンサ出力値を、所定のタイミングでサンプリングしており、このサンプリングしたセンサ出力値を、流量換算手段６２へ出力する。流量換算手段６２は、このサンプリングしたセンサ出力値を、流量換算手段６２により換算し、流量に換算したセンサ出力値を、逆流時補正量演算手段７０へ出力する。また、図３に示す如く、サンプリングしたセンサ出力値を、逆流時補正量演算手段７０の後述する累積分布演算手段７２へ直接的に出力してもよい。
【００４６】
ところで、前述した内燃機関１において、ピストン１８の上下運動の周期で発生する空気圧力の振動と、吸気管３の固有振動数による振動と、の共鳴により、脈動が発生することがある。そして、この脈動により吸入された空気の逆流が発生すると、エアフローセンサ２０が一方向に流れる空気流量しか検出できないセンサを用いた場合には、以下に示す観点から補正を行う必要である。
【００４７】
具体的には、図４の（１）に示すように、逆流が発生していない場合（順流領域で流量が変化する場合）には、エアフローセンサ２０の出力電圧に基づいてＣＰＵ４３で演算された空気流量（演算されたエアフローセンサ出力値）は、エアフローセンサの応答遅れもあり、図４の（２）に示すような波形となる。
【００４８】
一方、図５の（１）に示すように逆流が発生している場合には、エアフローセンサ２０は、逆流を順流として検知するため、エアフローセンサ２０が検出する空気流量（演算されたエアフローセンサ出力値）は、仮想的に図５の（２）に示すような波形となる。さらに、エアフローセンサ２０の出力電圧をもとに、ＣＰＵ４３で演算される空気流量は、図５の（３）に示す如き破線波形（補正前）となる。
【００４９】
このように、逆流を順流として判定することにより、検出した平均空気流量が、実際の平均空気流量よりも大きくなってしまい、図５の（３）に示すセンサ出力値による平均空気流量と、図５の（１）に示す実際の平均空気流量との間には大きな誤差が発生する。そして、逆流時に燃料噴射パルス幅演算手段８０が、エアフローセンサ２０の出力の平均値に基づいて燃料噴射量を演算すると、実際の空気流量に比べ大きな誤差を有しているので、所望の燃料噴射制御ができないため、この逆流を考慮して、図５の（３）に示す如き実線波形（補正後）となるように、センサ出力値による空気流量を補正すべきである。
【００５０】
このような観点から、逆流時補正量演算手段７０は、内燃機関１に吸入された吸入空気が脈動し、この空気に逆流が発生した場合に、センサ出力値、または、流量換算手段６２から出力された換算されたセンサ出力値、に基づいて、補正すべき量を演算している。
【００５１】
具体的には、図３に示すように、逆流時補正量演算手段７０は、逆流判別手段７１、累積分布演算手段７２、量的波形特徴演算手段７３、逆流比演算手段７４と、を備えており、逆流判別手段７１は、流量換算手段６２からの出力データ、または、Ａ／Ｄ変換装置４２からの出力データに基づいて、吸入された空気に逆流が生じているかを判定する。この判定方法としては、流量換算手段６２からのデータの平均値とそのデータの分散とから、逆流マップを用いて判定する。そして、逆流判別手段７１が、吸入された空気に逆流が発生していると判別した場合には、累積分布演算手段７２へ、その判定結果を出力する。
【００５２】
累積分布演算手段７２は、サンプリングされ流量換算手段６２で換算されたセンサ出力値（出力値）の各値毎の頻度、または、サンプリングされたセンサ出力値の各値毎の頻度、を演算し、図６に示すような各センサ出力値の頻度の累積分布（の状態）を求めている。具体的には、サンプリングされた特定のセンサ出力値がこれまでに何回出力したか、その頻度を演算し、この演算した各センサ出力値毎の頻度の累積分布を求めている。そして、後述するように、ある特定のセンサ出力値が出力されると、当該センサ出力値の頻度（回数）を１（回分）加算する処理を行うことにより、当該センサ出力値の頻度を演算し、累積分布の状態を更新している。
【００５３】
そして、この累積分布演算手段７２により演算された各センサ出力値毎（各値毎）の頻度は、逆流が発生していない順流の場合には、図６の（１）に示すように、最大値、最小値にピークを持つ（極大値・極小値を持つ）対称に近い形の分布が得られ、逆流が発生している場合には、図６の（２）に示すように、逆流が発生していない場合に比べ、非対称な形の分布が得られる。
【００５４】
量的波形特徴演算手段７３は、累積分布演算手段７２で得られたこのようなセンサ出力値の各値毎の頻度の累積分布の形状の相違から、累積分布の状態を各値毎の頻度の量的な波形として捉え、この波形の特徴の演算を行い、逆流比演算手段７４に出力している。さらに、逆流比演算手段７４は、この頻度の量的波形の特徴から、順流と逆流との割合である逆流比を演算し、補正すべき量（逆流が発生した時における空気流量平均値の誤差）を、空気流量補正手段６３へ出力している。
【００５５】
このようにして得られた逆流時の補正量に基づいて、空気流量補正手段６３は、流量換算手段６２で出力された吸入空気流量（吸入空気流量に換算されたセンサ出力値）を補正し、この補正をした吸入空気流量を燃料噴射パルス幅演算手段８０へ出力する。この結果、燃料噴射パルス幅演算手段８０は、正確な燃料噴射パルス幅ＴＰを得ることができ、制御装置１０は、この燃料噴射パルス幅ＴＰに基づいてインジェクタ１３の制御を行うので適切な燃料噴射制御をすることができる。
【００５６】
図７は、図３に示すサンプリング手段６１と累積分布演算手段７２との詳細の演算ブロック図である。また、図８は、図７に示す累積分布演算手段７２の演算処理を説明するための図であり、（ａ）はエンジン回転数と吸入空気流量（空気流量）の関係を、（ｂ）は、絞り弁４の弁開度と空気流量との関係を示した図である。図９は、図３に示すサンプリング手段６１、累積分布演算手段７２、及び空気流量補正手段６３の処理タイミングを説明するための図である。図１０は、コントロールユニット１０に保存されるべき保存データ量を説明する図であり、（ａ）は、本実施形態に係るデータ保存量を説明するための図であり、（ｂ）は、比較例として従来のデータ保存量を説明するための図である。
【００５７】
ところで、先に示したサンプリング手段６１がエアフローセンサ２０のセンサ出力値をサンプリングするタイミングは、正確な累積分布を得るためには重要な因子である。内燃機関の制御において、センサの出力値をサンプリングするタイミングには、所定時間ごとにサンプリングする方法と、車両の運転状態に応じて変化するクランク角度に基づいてサンプリングする方法が一般的である。
【００５８】
そして、内燃機関１の機器に共振が発生し、脈動の振幅が大きくなる条件は、ピストン１８の上下運動の周期となるクランク角度情報と、吸気管３の固有振動数と、によって決まり、この脈動の周期はクランク角度に応じて変化するので、サンプリングタイミングとしては、クランク角度センサ１４により検出したクランク角度が、所定のクランク角度になる度にサンプリングを行うことが望ましい。しかし、このようなサンプリングを行った場合には、クランク角度の変化速度が早いとき、すなわちエンジン回転数が大きいときには、サンプリングする間隔と、累積分布の状態を演算する間隔が短くなり、演算負荷が増加してしまう。
【００５９】
そこで、図７に示すように、サンプリング手段６１は、サンプリングタイミング切換処理手段６１Ａと、サンプリング処理手段６１Ｂと、を備え、サンプリングタイミング切換処理手段６１Ａは、内燃機関１のエンジン回転数に基づいて、サンプリング処理手段６１Ｂが、サンプリングすべきタイミングの切換を行っている。
【００６０】
具体的には、エンジン回転数が所定の回転数（共振の振幅により設定された回転数）より大きい場合には、所定の時間間隔でセンサ出力値のサンプリングを行い、エンジン回転数が所定回転数より小さい場合には、クランク角度センサ１４の出力値である内燃機関１のクランク軸のクランク角度が、所定のクランク角度になる度に、センサ出力値のサンプリングを行うように、サンプリングタイミング切換処理手段６１Ａは、サンプリング処理手段６１Ｂに切換信号を出力している。そして、このサンプリング手段６１の切換信号に基づいて、サンプリング処理手段６１Ｂは、上述したサンプリングを行い、サンプリングしたセンサ出力値を保存せずに、流量換算手段６２に出力する。また、図７には示していないが、前述した如く、流量換算手段６２を介さずに、サンプリングしたセンサ出力値を累積分布演算手段７２に出力してもよい。
【００６１】
このように、この共振が発生し脈動振幅が大きくなるときのクランク角度の変化速度（内燃機関１のエンジン回転数）よりも、クランク角度の変化速度（内燃機関１のエンジン回転数）が低い場合には、クランク角度センサ１４の出力値に応じてサンプリングを行い、それ以外のときには、所定の時間間隔ごとにサンプリングを行うことにより、ＣＰＵの演算負荷を低減することができると共に脈動振幅に依存した空気流量の検出誤差を精度良く補正することができる。
【００６２】
一方、累積分布演算手段７２は、内燃機関の吸気脈動により変動する吸入空気流量を補正するために、内燃機関の状態による脈動の変化に迅速に対応した正確な累積分布の状態を得る必要がある。
【００６３】
そこで、図７に示すように、累積分布演算手段７２は、頻度データ除算値設定手段７２Ａと、頻度データ値除算処理手段７２Ｂと、頻度データ値加算処理手段７２Ｃとを備えている。
【００６４】
頻度データ除算値設定手段７２Ａは、累積分布の頻度データの値を所定の値で除算する除算値を設定する手段であり、この除算値は、エンジン回転数、絞り弁４の開度に基づいて、設定される。
【００６５】
具体的には、図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、クランク角度を用いて演算されるエンジン回転数の変化（エンジン回転速度の変化量）や絞り弁４の開度の変化（開度速度の変化量）が大きい場合には、平均空気流量及び脈動の振幅が変化するため、累積分布データも急激に変化することになる。一方、クランク角度を用いて演算されるエンジン回転数の変化（エンジン回転速度の変化量）や絞り弁４の開度の変化（開度速度の変化量）が小さい場合には、できるだけ多くのサンプリングデータに基づいて累積分布を求めた方が、正確な累積分布を求めることができる。
【００６６】
そこで、頻度データ除算値設定手段７２Ａは、所定の条件が成立した場合に、エンジン回転数、絞り弁４の開度、及び吸気弁開閉タイミングなどに基づいた演算式もしくはテーブルを用いて、頻度データを除算する値を設定している。
【００６７】
このように、クランク角度、もしくはクランク角度を用いて演算される信号の変化（エンジン回転速度）、絞り弁４の開度の変化速度に基づいて、累積分布の頻度データの値の減少量（具体的には除算値）を変えることで、脈動の変化に迅速に対応し、かつ正確な累積分布のデータを得ることができる。
【００６８】
そして、頻度データ除算値設定手段７２Ａにより設定された除算値を用いて、図７に示すように、頻度データ値除算処理手段（頻度データ値減少処理手段）７２Ｂは、累積分布の全てのエアフローセンサ出力値の領域の頻度データの値を除算し、各頻度データの値を減少させ、累積分布の状態を更新している。さらに、頻度データ値除算処理手段７２Ｂは、この減少した頻度データの値を次回の頻度データ値に加算する処理を行うために、頻度データ値加算処理手段７２Ｃへ出力する。
【００６９】
また、頻度データ値除算処理手段７２Ｂは、累積分布の頻度データの値を所定の除算値で除算することにより、累積分布の頻度データの値を減少させているが、この脈動補正に用いる累積分布は、内燃機関の状態によって変化する脈動に迅速に対応する累積分布が好ましく、累積分布の演算処理にあたっては、多くのサンプリングしたセンサ出力値を用いて、正確な分布情報を得ることが好ましい。そのためには、新しくサンプリングしたセンサ出力値により演算される累積分布の寄与率を大きくし、これまでに記憶した過去の累積分布に大きく依存しないように、頻度のデータを演算し、累積分布を求めるが好ましい。
【００７０】
そこで、頻度データ値除算処理手段７２Ｂは、累積分布の頻度データの値を減少させるタイミングとして、クランク角度センサ１４が検出するクランク角度に基づいて、除算タイミングを決定している。サンプリング手段６１が、クランク角度センサ１４が所定のクランク角度になる度にサンプリングを行う場合には、累積分布の頻度データの値は、クランク角度センサ１４の変化速度に応じて増加するので、この様な場合にはクランク角度センサ１４のクランク角度が所定のクランク角度を出力したタイミングで（すなわち所定のクランク角度になる度に）累積分布を減少させることにより、累積分布上の頻度の値の合計値を一定に保つことができる。
【００７１】
また、頻度データ値除算処理手段７２Ｂが、累積分布の頻度データの値を減少させる別のタイミングとしては、空気流量補正手段６３が、吸入空気流量の補正を行なった後のタイミングが望ましい。このようなタイミングで頻度データの値を減少させる場合には、補正時に最も多くのサンプリングデータに基づいた累積分布を用いて補正をすることができる。
【００７２】
また、頻度データ値除算処理手段７２Ｂが、累積分布の頻度データの値を減少させる別のタイミングとしては、累積分布の頻度データの値の最大値が所定値以上となったタイミングが好ましい。このようなタイミングで頻度データの値を減少させる場合には、常に多くのサンプリングデータによる累積分布を得ることができる。
【００７３】
そして、頻度データ値加算処理手段７２Ｃは、前記出力値をサンプリングする度に、前記サンプリングしたセンサ出力値に基づいて、頻度データ値除算処理手段７２Ｂにより除算された累積分布の頻度のデータ値に加算する処理を行い、累積分布の状態を更新する。
【００７４】
このように、図９、及び図１０（ａ）に示す如くに、頻度データ値加算処理手段７２Ｃは、サンプリングする度に、サンプリングしたセンサ出力値に基づいて、このセンサ出力値の各値毎の頻度のデータ値に加算処理を行うことにより累積分布を求め、その分布の状態を更新するので、図１０の（ａ）に示す如く、更新した累積分布のみを保存するだけでよく、図１０の（ｂ）に示す如き、サンプリングタイミングごとに、エアフローセンサ２０のセンサ出力値に関するデータを保存する必要がないので、装置の保存容量は少なくてすむ。
【００７５】
また、サンプリングする度に、新しくサンプリングされたセンサ出力値のみを用いて、その出力値に基づいた頻度データを演算し、累積分布を更新しているので、ＣＰＵの演算負荷は大きくなることはなく、サンプリングタイミングごとにデータを保存して、補正のタイミングにおいて一度期に頻度データを演算し累積分布を求める場合にくらべて、ＣＰＵの負荷バランスを安定させることができ、演算負荷も軽減することができる。
【００７６】
尚、サンプリングされたデータは、流量換算手段６２によって吸入空気流量として換算され、この換算した吸入空気流量を用いて、累積分布演算手段７２は、累積分布を求めているが、前述の如く、吸入空気流量に換算前のセンサ出力値を用いて、累積分布演算手段７２が、この各値毎の頻度を演算し、これら頻度の累積分布を求めてもよい。
【００７７】
図１１は、サンプリング手段６１及び累積分布演算手段７２が行うフローチャートを示している。まず、ステップ１０１で、サンプリングタイミング切換処理手段６１Ａは、エンジン回転数と所定値Ｃ３を比較する。そして、所定値Ｃ３の方が、エンジン回転数よりも大きい場合には、ステップ１０２に進み、サンプリング処理手段６１Ｂは、クランク角度センサ１４の出力値が所定の出力値になったときに、エアフローセンサ２０のセンサ出力値をサンプリングする。そして、ステップ１０３に進み、頻度データ値加算処理手段７２Ｃは、このセンサ出力値に対応したセンサ出力値の頻度の値に対して加算する処理を行い、累積分布の状態を更新する。
【００７８】
この加算処理後、ステップ１０４に進み、頻度データ値除算処理手段７２Ｂは、クランク角度センサ１４から得られるクランク角度と所定値Ｃ５を比較する。クランク角度が所定値Ｃ５である場合には、ステップ１０５へ進み、頻度データ値除算処理手段７２Ｂは、全ての出力値の領域の頻度データの値を、頻度データ除算値設定手段７２Ａで設定された除算値で除算して、減算処理を行い、演算を終了する。また、クランク角度が所定値Ｃ５と等しくない場合には、そのまま演算を終了する。
【００７９】
一方、ステップ１０１において、所定値Ｃ３に比べてエンジン回転数の方が大きい場合には、ステップ１０６へ進み、サンプリング処理手段６１Ｂは、所定間隔Ｃ４ごとに、エアフローセンサ２０のセンサ出力値をサンプリングし、ステップ１０７へ進む。ステップ１０７では、ステップ１０３と同様に、頻度データ値加算処理手段７２Ｃは、このセンサ出力値に対応したセンサ出力値の頻度データの値に対して加算する処理を行い、累積分布の状態を更新し、ステップ１０８へ進む。ステップ１０８では、空気流量補正手段６３が吸入空気流量の補正演算を行うタイミングであるか、頻度データ値除算処理手段７２Ｂが判定する。そして、補正演算を行うタイミングであれば、ステップ１０５へ進み、全ての出力値の領域の頻度データの値を設定された除算値で除算することにより減算処理を行い、累積分布の状態を更新し、演算を終了する。
【００８０】
さらに、ステップ１０８で、頻度データ値除算処理手段７２Ｂは、補正演算を行うタイミングでなければ、さらにステップ１０９へ進み、すべての出力領域における頻度データの値のうち、いずれかの頻度データの値（具体的には、累積分布を構成する頻度データのピーク値）が所定値Ｃ６よりも大きいか判定する。そして、ステップ１０９で、頻度データの値のピーク値が所定値Ｃ６よりも大きい場合には、ステップ１０５へ進み、全ての出力値の領域の頻度データの値を設定された除算値ですることにより減算処理を行い、累積分布の状態を更新し、演算を終了する。また、ステップ１０９で、頻度データの値のピーク値が所定値Ｃ６よりも小さい場合には、演算を終了する。
【００８１】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【００８２】
本実施形態では、累積分布に用いるデータとして、エアフローセンサのセンサ出力値である出力電圧の累積分布を使用する例を説明したが、本発明の実施形態は、必ずしもエアフローセンサの出力電圧に限るわけではなく、電圧信号ではないエアフローセンサの出力信号や、エアフローセンサの出力信号を用いてＣＰＵで変換演算される信号を用いてもよい。
【００８３】
また、本実施形態においても、エアフローセンサの応答遅れと、空気流量とエアフローセンサの出力電圧間の非線形関係とにより、実際の流量と検出した流量との間に誤差が発生すると考えられるが、このような誤差を減らすような補正手段を設けてもよい。
【００８４】
さらに、本実施形態においては、サンプリング手段でサンプリングしたセンサ出力値を吸入空気流量に変換したが、例えば、センサ出力値をサンプリングする前に変換してもよく、空気流量補正時に変換してもよく、累積分布を求めて吸入空気流量が演算することができるのであれば、センサ出力値を変換するタイミングは特に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明の活用例として、一方向に流れる空気流量しか測ることができないエアフローセンサには特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の一実施形態に係るＭＰＩ（多気筒燃料噴射）方式の４気筒内燃機関の全体構成図。
【図２】図１に示すコントロールユニット（制御装置）とそれに接続されたセンサ及びアクチュエータのブロック図。
【図３】図１に示す内燃機関１の制御装置に備えられたＣＰＵの内部演算ブロック図。
【図４】図３に示す吸入された空気が順流の場合のＣＰＵの演算を説明するための図であり、（１）は順流時の実際の空気流量の波形図であり、（２）は（１）の空気流量に基づいたエアフローセンサの出力波形図。
【図５】図３に示す吸入された空気が逆流の場合のＣＰＵの演算を説明するための図であり、（１）は逆流時の実際の空気流量の変化を説明する波形図であり、（２）は（１）の空気流量の検出波形の概念図、（３）は（１）の空気流量に基づいたエアフローセンサの出力波形図。
【図６】図４及び図５に示す順流及び逆流の状態を演算するために用いる累積分布を表す図であり、（１）は逆流が発生していない場合の累積分布を表す図であり、（２）は、逆流が発生している場合の累積分布を表す図。
【図７】図３に示すサンプリング手段と累積分布演算手段の詳細の演算ブロック図。
【図８】図７に示す累積分布演算手段の演算処理を説明するための図であり、（ａ）はエンジン回転数と吸入空気流量（空気流量）の関係を示した図であり、（ｂ）は絞り弁の弁開度と空気流量との関係を示した図。
【図９】図３に示すサンプリング手段、累積分布演算手段、及び空気流量補正手段の処理タイミングを説明するための図。
【図１０】コントロールユニットに保存されるべき保存データ量を説明する図であり、（ａ）は本実施形態に係るデータ保存量を説明するための図であり、（ｂ）は従来のデータ保存量を説明するための図。
【図１１】図７に示すサンプリング手段及び累積分布演算手段が行うフローチャート。
【符号の説明】
【００８７】
２  エアクリーナ
３  吸気管
４  絞り弁（スロットル）
５  スロットルボディ
６  ＩＳＣバルブ
７  コレクタ
８  スロットルセンサ
９  プレッシャレギュレータ
１０  内燃機関の制御装置（コントロールユニット）
１１  燃料ポンプ
１２  燃料タンク
１３  インジェクタ（燃料噴射弁）
１５  気筒
１４  クランク角度センサ
１８  ピストン
１９  水温センサ
２０  エアフローセンサ
２４  空燃比センサ
２６  パワートランジスタ
２７  スタータスイッチ
２８  イグニッションスイッチ
３０  バッテリ
３３  触媒
６０  吸入空気流量演算手段
６１  サンプリング手段
６１Ａ  サンプリングタイミング切換処理手段
６１Ｂ  サンプリング処理手段
６２  流量換算手段
６３  空気流量補正手段
７０  逆流時補正量演算手段
７２  累積分布演算手段
７２Ａ  頻度データ除算値設定手段
７２Ｂ  頻度データ値除算処理手段
７２Ｃ  頻度データ値加算処理手段
７３  量的波形特徴演算手段
７４  逆流比演算手段
【図１】
2006250109.tif 000003
【図２】
2006250109.tif 000004
【図３】
2006250109.tif 000005
【図４】
2006250109.tif 000006
【図５】
2006250109.tif 000007
【図６】
2006250109.tif 000008
【図７】
2006250109.tif 000009
【図８】
2006250109.tif 000010
【図９】
2006250109.tif 000011
【図１０】
2006250109.tif 000012
【図１１】
2006250109.tif 000013