(57)【要約】【課題】内燃機関の制御のリアルタイム性を確保することができる制御装置を提供する。【解決手段】エンジン制御装置１は、所定の時間周期で水温センサ４１などの検出値をＡＤ変換する第１変換処理と、所定のクランク角度周期で筒内圧センサ１５の検出値をＡＤ変換する第２変換処理と、を行うＡＤ変換部３１と、筒内圧センサ１５の検出値を推定し筒内圧推定値を得る筒内圧推定部３２と、第１変換処理後の水温センサ４１などの検出値に基づく制御と、筒内圧検出値又は筒内圧推定値に基づく制御と、を実行する制御処理部３４と、を備える。第１及び第２の変換処理の実行タイミングが重なる場合には、ＡＤ変換部３１は、第２変換処理を実行せず、制御処理部３４は、筒内圧推定値に基づいて制御を実行する。【選択図】図２
2011169268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の時間周期で第１のセンサの検出値をＡＤ変換する第１変換処理と、内燃機関のクランク角度に同期し所定のクランク角度周期で第２のセンサの検出値をＡＤ変換する第２変換処理と、を行うＡＤ変換器と、
前記第２のセンサの検出値を推定し推定検出値を得る推定手段と、
前記第１変換処理後の第１のセンサの検出値に基づく制御を実行する第１制御実行手段と、
前記第２変換処理後の第２のセンサの検出値、又は前記推定手段で得られた前記推定検出値に基づく制御を実行する第２制御実行手段と、
を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記第１変換処理の実行タイミングと前記第２変換処理の実行タイミングとが重なる場合には、
前記ＡＤ変換器は、前記第２変換処理を実行せずに前記第１変換処理を実行し、
前記第２制御実行手段は、前記推定手段で得られた前記推定検出値に基づいて制御を実行する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記第２のセンサは、
前記内燃機関のクランク角度に対応させて気筒内の圧力を検出する筒内圧センサであ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】
前記推定手段は、
前記内燃機関のクランク角度が所定範囲内にある場合には、前回の第２変換処理で得られた検出値を、前記推定検出値として採用す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載のエンジン制御装置が知られている。この制御装置は、所定の時間周期でサンプリングすべき第１種の検出値と、所定のクランク角度周期でサンプリングすべき第２種の検出値と、を１つの共通のＡＤ変換器でＡＤ変換する。上記第１種及び第２種の検出値のＡＤ変換タイミングが重なった場合には、一方の検出値のＡＤ変換処理が終了するまで、他方の検出値のＡＤ変換処理を待機するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４３９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記制御装置においてＡＤ変換処理の待機が発生した場合、上記の他方の検出値は待機時間分だけ遅れて取得されることになり、当該他方の検出値を利用する制御にあっては、制御のリアルタイム性が損なわれてしまう。このような問題に鑑み、本発明は、内燃機関の制御のリアルタイム性を確保することができる制御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】
【０００５】
本発明の内燃機関の制御装置は、所定の時間周期で第１のセンサの検出値をＡＤ変換する第１変換処理と、内燃機関のクランク角度に同期し所定のクランク角度周期で第２のセンサの検出値をＡＤ変換する第２変換処理と、を行うＡＤ変換器と、第２のセンサの検出値を推定し推定検出値を得る推定手段と、第１変換処理後の第１のセンサの検出値に基づく制御を実行する第１制御実行手段と、第２変換処理後の第２のセンサの検出値、又は推定手段で得られた推定検出値に基づく制御を実行する第２制御実行手段と、を備えた内燃機関の制御装置であって、第１変換処理の実行タイミングと第２変換処理の実行タイミングとが重なる場合には、ＡＤ変換器は、第２変換処理を実行せずに第１変換処理を実行し、第２制御実行手段は、推定手段で得られた推定検出値に基づいて制御を実行することを特徴とする。
【０００６】
この制御装置によれば、第１変換処理の実行タイミングと第２変換処理の実行タイミングとが重なる場合には、ＡＤ変換器は、第１の変換処理により第１のセンサの検出値のみＡＤ変換する。そして、推定手段によって推定検出値が得られ、第２制御実行手段の制御は推定検出値に基づいて行われる。従って、第２のセンサの検出値のＡＤ変換を待たずに、検出値に代えて推定検出値を用いることにより、第２制御実行手段における制御のリアルタイム性を確保することができる。またこの場合、ＡＤ変換器による第１の変換処理は実行されるので、第１制御実行手段における制御のリアルタイム性も確保することができる。
【０００７】
また、上記の第２のセンサは、内燃機関のクランク角度に対応させて気筒内の圧力を検出する筒内圧センサであることとしてもよい。クランク角度に対応させた気筒内の圧力（筒内圧）は、種々の内燃機関制御に用いることができ、種々の制御においてリアルタイム性を確保することができる。
【０００８】
また、上記の推定手段は、内燃機関のクランク角度が所定範囲内にある場合には、前回の第２変換処理で得られた検出値を、推定検出値として採用することとしてもよい。クランク角度の範囲によっては、筒内圧の変動が小さい範囲が存在する。従って、筒内圧の変動が小さいクランク角度範囲内においては、前回の検出値を推定検出値としても現実との乖離は小さく、また、演算等により推定検出値を得る場合に比較して処理負荷を抑えることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の制御のリアルタイム性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の制御装置が適用される内燃機関を示す図である。
【図２】本発明の制御装置を示す図である。
【図３】クランク角度に対応させて、筒内圧と、第１及び第２変換処理のタイミングと、を示す図である。
【図４】図２の制御装置による処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る内燃機関の制御装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態であるエンジン制御装置１が適用された車両（自動車）２００のエンジン１００を示す概略構成図である。図１に示されるエンジン１００は、シリンダブロック２に形成された気筒３の燃焼室３ａの内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３ａ内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生するものである。エンジン１００は、複数の気筒３を備える多気筒エンジンとして構成されてもよい。
【００１３】
燃焼室３ａの吸気ポートは、吸気管５に接続され、燃焼室３ａの排気ポートは排気管６に接続されている。吸気弁Ｖｉは吸気ポートを開閉し、排気弁Ｖｅは排気ポートを開閉する。吸気管５は、サージタンク８に接続されている。サージタンク８には、吸気通路が接続されており、吸気通路は、エアクリーナ９を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、吸気通路の途中（サージタンク８とエアクリーナ９との間）には、スロットルバルブ（本実施形態では、電子制御式スロットルバルブ）１０が組み込まれている。一方、排気管６には、例えば三元触媒を含む前段触媒装置１１ａおよび例えばＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置１１ｂが接続されている。
【００１４】
更に、エンジン１００は、エンジン制御ＥＣＵ２０を備えると共に、当該エンジン制御ＥＣＵ２０に電気的に接続されたクランク角センサ１４、筒内圧センサ１５、アクセル開度センサ１６をはじめとする多数のセンサ類を備えている。エンジン制御ＥＣＵ２０は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２、バルブＶｉ，Ｖｅの動弁機構等を制御する。
【００１５】
筒内圧センサ１５は、半導体素子、圧電素子、磁歪素子あるいは光ファイバ検出素子等を含んで構成され、対応する燃焼室３ａ内に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに配設されている。各筒内圧センサ１５は、燃焼室３ａ内でその受圧面に加わる圧力（筒内圧）を大気圧に対する相対値として出力するものであり、その受圧面に加わる圧力（筒内圧）に応じた電圧の検出値信号（検出値を示す信号）をエンジン制御ＥＣＵ２０に与える。
【００１６】
クランク角センサ１４は、エンジン１００において回転駆動されるクランク軸の回転角（クランク角度）を検出するセンサである。クランク角センサ１４は、検出したクランク軸の回転角をクランク角信号としてエンジン制御ＥＣＵ２０へ送信する。
【００１７】
図２に示すエンジン制御装置１は、以上説明したようなエンジン１００に適用される。エンジン制御装置１は、図２に示すように、上記のエンジン制御ＥＣＵ２０を備えると共に、当該エンジン制御ＥＣＵ２０に電気的に接続された各種センサ類等を備えている。例えば、本実施形態のエンジン制御装置１は、上記クランク角センサ１４と、上記筒内圧センサ１５の他にも、エンジン１００の冷却水の温度を計測する水温センサ４１、気筒３への吸入空気量を計測するエアフローメータ４２、排ガス中の酸素濃度を計測するＯ２センサ４３といったような多数のセンサ類を備えている。なお、以下では、多数のセンサ類のうち、上述のセンサ類１４，１５，４１，４２，４３を例示して説明する。エンジン制御ＥＣＵ２０は、上記センサ類１４，１５，４１，４２，４３等から得られる検出値に基づいて、エンジン各部の種々の制御（例えば、点火プラグ７の点火時期の制御、燃料噴射量の制御、バルブＶｉ，Ｖｅの開閉制御など）を行う。
【００１８】
エンジン制御ＥＣＵ２０は、制御処理ＣＰＵ３０を備えている。制御処理ＣＰＵ３０は、ＣＰＵコア、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信回路、ＡＤ変換回路等を含むコンピュータとして構成されている。制御処理ＣＰＵ３０は、ＡＤ変換部３１と、筒内圧推定部３２と、筒内行程判定部３３と、制御処理部３４と、を備えている。これらの各構成要素３１〜３４は、制御処理ＣＰＵ３０を構成するＣＰＵコア、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信回路、ＡＤ変換回路等のハードウエアが、所定のプログラムに従い協働して動作することによってソフトウエア的に実現される構成要素である。例えば、ＡＤ変換部３１は、物理的には、制御処理ＣＰＵ３０に含まれるＡＤ変換回路で主に構成される公知のＡＤ変換器である。
【００１９】
ＡＤ変換部３１は、所定の時間周期（ここでは、４ｍｓ周期とする）で、水温センサ４１からの水温検知信号と、エアフローメータ４２からの空気量検知信号と、Ｏ２センサ４３からの酸素濃度信号と、をＡＤ変換（アナログ−デジタル変換）し、各検出値を制御処理部３４に入力する。以下、所定の時間周期で行われるこのようなＡＤ変換処理を、「第１変換処理」と称する場合がある。
【００２０】
また、筒内圧センサ１５で得られる筒内圧は、各クランク角度ごとに対応して取得されるべき情報である。そこで、ＡＤ変換部３１は、クランク角センサ１４からのクランク角度信号に同期して、所定のクランク角度周期（ここでは、５°ＣＡ周期とする）で、筒内圧センサ１５からの筒内圧信号をＡＤ変換し、ＡＤ変換後の筒内圧検出値を制御処理部３４に入力する。以下、所定のクランク角度周期で行われるこのようなＡＤ変換処理を、「第２変換処理」と称する場合がある。
【００２１】
筒内圧推定部３２は、ＡＤ変換部３１からの筒内圧検出値が得られない場合に、筒内圧検出値の代わりに筒内圧推定値を算出し、制御処理部３４に入力する。なお、ＡＤ変換部３１からの筒内圧検出値が得られない場合の詳細については後述する。筒内行程判定部３３は、クランク角センサ１４からのクランク角度信号に基づいて、現在のクランク角度及び筒内行程を認識し、筒内圧推定部３２に入力する。
【００２２】
制御処理部３４は、第１変換処理で得られた各検出値（水温検出値、吸入空気量検出値、酸素濃度検出値）に基づいて、エンジン各部の種々の制御を行う。このように時間に同期して取得される情報に基づくエンジン制御を、以下では「第１制御」と称する場合がある。また、制御処理部３４は、ＡＤ変換部３１の第２変換処理で得られた筒内圧検出値、又は筒内圧推定部３２で得られた筒内圧推定値のうちの何れかの筒内圧値に基づいて、エンジン各部の種々の制御を行う。このようにクランク角度に同期して取得される情報に基づくエンジン制御を、以下では「第２制御」と称する場合がある。制御処理部３４は、特許請求の範囲に記載の第１制御実行手段としての機能と第２制御実行手段としての機能とを兼ね備えている。
【００２３】
続いて、図３に示すように、上記のＡＤ変換部３１によるＡＤ変換処理には一定の時間（例えば、１チャンネル当たり５μｓ）がかかる。特に第１変換処理にあっては、多数のセンサの検出値を処理する必要があるので、第１変換処理の処理時間は比較的長い。そして、第２変換処理も比較的短い周期で行われる。例えば、エンジン回転数が５０００ｒｐｍの場合、５°ＣＡ周期の第２変換処理は１６７μｓごとに行われる。従って、第１変換処理のタイミングと第２変換処理のタイミングとが重なる場合がある。しかし、ＡＤ変換部３１は、第１及び第２変換処理を同時に行うことはできず、第１変換処理の実行中に第２変換処理が起動された場合には、第１変換処理の結果がすべて破棄されてしまう。第１変換処理の結果が破棄されれば、制御処理部３４の第１制御では前回取得の第１変換処理の結果が利用されることになるので、制御性が著しく悪化し、車両２００のドライバビリティ、燃費、排ガス性状が悪化してしまう。
【００２４】
そこで、第１変換処理のタイミングと第２変換処理のタイミングとが重なる場合には、ＡＤ変換部３１は、第２変換処理を行わず、第１変換処理のみを行うこととする。よって、第１変換処理のタイミングと第２変換処理のタイミングとが重なる場合にも、第１変換処理に係る処理後の検出値は、正常に制御処理部３４に入力される。その一方、第２変換処理による筒内圧検出値は得られないので、筒内圧推定部３２は、前述のように筒内圧検出値の代わりに筒内圧推定値を算出し、制御処理部３４に入力する。
【００２５】
このとき、筒内圧推定部３２は、筒内行程判定部３３から得られるクランク角度及び筒内行程に基づいて筒内圧推定値を算出する。具体的には、筒内圧推定部３２は、現在のクランク角度が所定の範囲内である場合には、前回の第２変換処理で得られた筒内圧検出値（５°ＣＡだけ前の筒内圧検出値）を、筒内圧推定値として採用する。上記の「所定の範囲」とは、図３に領域Ａとして示すように、筒内圧がほぼ一定と見なすことができる範囲として予め設定される。すなわち、「所定の範囲」は、排気行程から吸気行程までのクランク角度範囲に概ね対応させ設定すればよい。このような範囲であれば、前回の筒内圧検出値を筒内圧推定値として採用しても現実との乖離は小さく、また、演算等により筒内圧推定値を得る場合に比較して処理負荷を抑えることができる。また、ここでは、前回の筒内圧検出値を採用する方法に代えて、予め準備された筒内圧モデルに基づく値を筒内圧推定値として採用してもよい。
【００２６】
また、筒内圧推定部３２は、現在のクランク角度が上記の所定の範囲外である場合には、下の式（１）を用いて、筒内圧推定値Ｐθを算出する。なお、この「所定の範囲外」は、図３に領域Ｂとして示すように、筒内圧の変動が大きいクランク角度範囲である。すなわち、「所定の範囲外」は、圧縮行程から燃焼行程までのクランク角度範囲に概ね対応する。
Pθ＝(1／Vθκ)×〈{1−exp[−a{(θ−θ0)／(θf−θ0)}m＋1]}×(PθfVθfκ−Pθ0Vθ0κ)＋Pθ0Vθ0κ〉…(1)
但し、
Pθ：任意のクランク角度θにおける筒内圧力（筒内圧推定値）
Vθ：任意のクランク角度θにおける筒内容積
Pθ0：燃焼開始時期θ０における筒内圧力
Vθ0：燃焼開始時期θ０における筒内容積
Pθf：燃焼終了時期θｆにおける筒内圧力
Vθf：燃焼終了時期θｆにおける筒内容積
κ：比熱比
ａ：燃焼速度
ｍ：規定の定数
この算出方法によれば、燃焼開始時期θ０（例えば−６０°ＣＡ）と燃焼終了時期θｆ（例えば９０°ＣＡ）との２点の実測データから、任意のクランク角度θにおける筒内圧を推定することができる。なお、このような筒内圧の推定方法は、特開２００７−３２５３１号公報にも開示されている。
【００２７】
結果、第１変換処理のタイミングと第２変換処理のタイミングとが重なった場合には、上記のように得られた何れかの筒内圧推定値が、筒内圧検出値の代わりに制御処理部３４に入力され、当該筒内圧推定値に基づいて制御処理部３４による第２制御が行われることになる。
【００２８】
続いて、図４のフローチャートを参照しながら、制御処理ＣＰＵ３０が筒内圧を取得し、筒内圧に基づくエンジン制御を行うための具体的な処理について説明する。エンジン１００が始動されると、制御処理ＣＰＵ３０は、クランク角センサ１４からのクランク角度信号に同期して、所定のクランク角度周期（ここでは、５°ＣＡ周期）で、図４に示す処理を繰り返し行う。
【００２９】
まず、制御処理ＣＰＵ３０は、第２変換処理のタイミングが到来したときに、ＡＤ変換部３１が第１変換処理の実行中であるか否かを判断する（Ｓ１０１）。ここで、ＡＤ変換部３１が第１変換処理の実行中でない場合には（Ｓ１０１でＮｏ）、ＡＤ変換部３１が筒内圧信号の第２変換処理を実行し（Ｓ１０３）、ＡＤ変換後の筒内圧検出値が、ＡＤ変換部３１から制御処理部３４に送信される（Ｓ１０５）。そして、制御処理部３４では、この筒内圧検出値に基づく第２制御が行われる（Ｓ１０７）。一方、処理Ｓ１０１で、ＡＤ変換部３１が第１変換処理の実行中である場合には（Ｓ１０１でＹｅｓ）、ＡＤ変換部３１が筒内圧信号の第２変換処理を停止する（Ｓ１１３）。また、この場合、ＡＤ変換部３１は実行中の第１変換処理を継続する。
【００３０】
次に、筒内行程判定部３３は、クランク角度信号に基づき、現在のクランク角度が図３の領域Ｂにあるか否かを判断する（Ｓ１１５）。ここで、現在のクランク角度が領域Ｂにある場合には（Ｓ１１５でＹｅｓ）、筒内圧推定部３２は、現在のクランク角度に基づき前述の式（１）から筒内圧推定値を算出する（Ｓ１１７）。一方、処理Ｓ１１５で、現在のクランク角度が領域Ｂにない場合（領域Ａにある場合）には（Ｓ１１５でＮｏ）、筒内圧推定部３２は、前回実行された第２変換処理による筒内圧検出値を、筒内圧推定値として採用する（Ｓ１１９）。次に、筒内圧推定部３２は、上記処理Ｓ１１７又はＳ１１９の何れかで定められた筒内圧推定値を、制御処理部３４に送信する（Ｓ１２１）。そして、制御処理部３４では、この筒内圧推定値に基づく第２制御が行われる（Ｓ１０７）。
【００３１】
なお、上記処理Ｓ１１３において、ＡＤ変換部３１は、第２変換処理を停止しながら、第１変換処理を継続し、ＡＤ変換後の水温、空気量、酸素濃度の各検出値を、制御処理部３４に送信する。そして、制御処理部３４は、水温、空気量、酸素濃度の各検出値に基づく第１制御を行う。
【００３２】
以上説明したエンジン制御装置１によれば、第１変換処理の実行タイミングと第２変換処理の実行タイミングとが重なる場合には、ＡＤ変換部３１は、第２変換処理を停止し、第１変換処理を継続する。またこのとき、筒内圧推定部３２によって筒内圧推定値が得られ、当該筒内圧推定値が、制御処理部３４による第２制御で用いられる。従って、第２変換処理を待つことなく、筒内圧検出値に代えて筒内圧推定値を用いることにより、筒内圧に基づく第２制御のリアルタイム性を確保することができる。その一方、ＡＤ変換部３１による第１変換処理は継続されるので、第１変換処理の結果が破棄されることがなく、第１制御のリアルタイム性も確保される。また、この処理によれば、第１及び第２変換処理のタイミングが重なる場合があっても、１つのＡＤ変換器で対応可能であり、第１及び第２変換処理用のＡＤ変換器を別々に設ける必要がない。従って、制御処理ＣＰＵ３０が有するＡＤ変換器は１つとし、ＣＰＵ構造の複雑化を避けることができる。
【００３３】
また、前述の数式（１）を用いた筒内圧推定値の算出は、演算が複雑であるため制御処理ＣＰＵ３０の処理負荷が高い。ところが、筒内圧推定部３２は、筒内圧の変動が小さいクランク角度範囲内（図３の領域Ａ）においては、演算を行わず、前回の筒内圧検出値を筒内圧推定値としている。従って、すべての範囲のクランク角度で演算を行う場合に比較して、制御処理ＣＰＵ３０の処理負荷を抑えることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１…エンジン制御装置、３…気筒、１４…クランク角センサ、１５…筒内圧センサ（第２のセンサ）、３０…制御処理ＣＰＵ、３１…ＡＤ変換部（ＡＤ変換器）、３２…筒内圧推定部（推定手段）、３４…制御処理部（第１制御実行手段、第２制御実行手段）、４１…水温センサ（第１のセンサ）、４２…エアフローメータ（第１のセンサ）、４３…Ｏ２センサ（第１のセンサ）、１００…エンジン（内燃機関）。
【図１】
2011169268.tif 000003
【図２】
2011169268.tif 000004
【図３】
2011169268.tif 000005
【図４】
2011169268.tif 000006