(57)【要約】吸気圧力から加速状態や吸入空気量等のエンジン負荷を検出するにあたり、それらを正確に検出するための吸気圧力信号の処理を提供する。吸気圧力センサ１５で検出された吸気圧力信号にローパスフィルタでローパス処理を施す。ローパスフィルタのカットオフ周波数は、吸気圧力センサ１５への導圧管２３の長さの四倍の波長に相当する周波数以下で、且つ吸気バルブの駆動周波数以上とすることにより、電気的ノイズ、及び導圧管２３内で発生する気柱振動を除去し、行程に対応した、滑らかで、且つリアルな吸気圧力変化を得る。
2003033896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
独立吸気式４サイクルエンジンの吸気管内の吸気圧力を圧力センサで検出し、その検出された吸気圧力から前記エンジンの負荷を検出し、その検出された負荷に基づいて前記エンジンの運転状態を制御するエンジン制御装置にあって、前記圧力センサで検出された吸気圧力信号にローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタを備え、そのローパスフィルタは、吸気バルブの駆動周波数以上の周波数をカットオフ周波数としたことを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項２】
独立吸気式４サイクルエンジンの吸気管内の吸気圧力を圧力センサで検出し、その検出された吸気圧力から前記エンジンの負荷を検出し、その検出された負荷に基づいて前記エンジンの運転状態を制御するエンジン制御装置にあって、前記圧力センサで検出された吸気圧力信号にローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタを備え、そのローパスフィルタは、前記圧力センサと吸気管とを連結する導圧管長の四倍の波長に相当する周波数以下で且つ吸気バルブの駆動周波数以上の周波数をカットオフ周波数としたことを特徴とするエンジン制御装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、エンジンを制御するエンジン制御装置に関するものであり、特に燃料を噴射する燃料噴射装置を備えたエンジンの制御に好適なものである。
背景技術
近年、インジェクタと呼ばれる燃料噴射装置が普及するにつれて、燃料を噴射するタイミングや噴射燃料量、つまり空燃比などの制御が容易になり、高出力化、低燃費化、排ガスのクリーン化などを促進することができるようになった。このうち、特に燃料を噴射するタイミングについては、厳密には吸気バルブの状態、つまり一般的にはカムシャフトの位相状態を検出し、それに合わせて燃料を噴射するのが一般的である。しかしながら、カムシャフトの位相状態を検出するための所謂カムセンサは高価であり、特に二輪車などではシリンダヘッドが大型化するなどの問題があって採用できないことが多い。そのため、例えば特開平１０−２２７２５２号公報では、クランクシャフトの位相状態及び吸気圧力を検出し、それらから気筒の行程状態を検出するエンジン制御装置が提案されている。従って、この従来技術を用いることにより、カムシャフトの位相を検出することなく、行程状態を検出することができるので、その行程状態に合わせて燃料の噴射タイミングなどを制御することが可能となる。
ところで、前述したような燃料噴射装置から噴射する燃料噴射量を制御するには、例えばエンジン回転数やスロットル開度に応じた目標空燃比を設定し、実際の吸入空気量を検出して、目標空燃比の逆比に乗ずれば、目標燃料噴射量を算出することができる。
この吸入空気量の検出には、一般的にホットワイヤ式エアフローセンサやカルマン渦流センサが、それぞれ質量流量及び体積流量を測定するセンサとして使用されているが、逆流する空気による誤差要因を排除するため、圧力脈動を抑制する容積体（サージタンク）を必要としたり、逆流した空気が侵入しない位置への取付けを必要としたりする。しかしながら、多くの二輪車のエンジンは各気筒への吸気が独立している所謂独立吸気系であるか、若しくはエンジンそのものが単気筒エンジンであり、これらの必要条件を十分に満足することができないことが多く、これらの流量センサを用いても吸入空気量を正確に検出することができない。
また、吸入空気量の検出は、吸気行程の終盤か若しくは圧縮行程の初期であり、既に燃料は噴射されているため、この吸入空気量を用いた空燃比制御は、次のサイクルでしか行えない。このことは、次のサイクルまでの間に、例えば運転者がスロットルを開いて加速しようとしたにもかかわらず、それ以前の目標空燃比で空燃比制御を行ったために、加速に見合うトルクや出力を得ることができず、十分な加速感が得られないという違和感となる。このような問題を解決するためには、スロットルの状態を検出するスロットルバルブセンサやスロットルポジションセンサを用いて運転者の加速の意思を検出すればよいが、特に二輪車の場合には、これらのセンサが大型であったり高価であったりするために採用できず、問題未解決というのが現状である。
そこで、４サイクルエンジンのクランクシャフトの位相と吸気管内の吸気圧力とを検出し、前回の同じ行程の同じクランクシャフト位相のときの吸気圧力と現在の吸気圧力との差分値が所定値以上であるときに加速状態であると検出し、加速状態が検出されたときには、例えば即座に燃料噴射装置から燃料を噴射するようにして、運転者の加速の意思に応答することが考えられる。このときには行程に応じた吸気圧力の滑らかな変化が必要である一方、前記吸入空気量の検出には、行程に応じた吸気圧力のリアルな変化が必要となる。つまり、エンジンの加速状態や吸入空気量、即ち負荷の検出には、滑らかだが、行程に応じたリアルな吸気圧力変化が必要になる。ところが、圧力センサで検出される吸気圧力には、単なる電気的ノイズ以外に、行程に応じた吸気圧力変化の検出を阻害する振動の存在が判明した。
本発明は前記諸問題を解決すべく開発されたものであり、吸気圧力からエンジンの負荷を検出し、そのエンジンの負荷に基づいてエンジンの運転状態を制御するにあたり、行程に応じた吸気圧力の変化を確実に得ることができるエンジン制御装置を提供することを目的とするものである。
発明の開示
而して、本発明のうち請求項１に係るエンジン制御装置は、独立吸気式４サイクルエンジンの吸気管内の吸気圧力を圧力センサで検出し、その検出された吸気圧力から前記エンジンの負荷を検出し、その検出された負荷に基づいて前記エンジンの運転状態を制御するエンジン制御装置にあって、前記圧力センサで検出された吸気圧力信号にローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタを備え、そのローパスフィルタは、吸気バルブの駆動周波数以上の周波数をカットオフ周波数としたことを特徴とするものである。
また、本発明のうち請求項２に係るエンジン制御装置は、独立吸気式４サイクルエンジンの吸気管内の吸気圧力を圧力センサで検出し、その検出された吸気圧力から前記エンジンの負荷を検出し、その検出された負荷に基づいて前記エンジンの運転状態を制御するエンジン制御装置にあって、前記圧力センサで検出された吸気圧力信号にローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタを備え、そのローパスフィルタは、前記圧力センサと吸気管とを連結する導圧管長の四倍の波長に相当する周波数以下で且つ吸気バルブの駆動周波数以上の周波数をカットオフ周波数としたことを特徴とするものである。
なお、ここでは、前記各気筒への吸気が独立している独立吸気系の多気筒エンジン並びに単気筒エンジンを総称して独立吸気式エンジンと定義した。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、例えばモータサイクル用のエンジン及びその制御装置の一例を示す概略構成である。このエンジン１は、４気筒４サイクルエンジンであり、シリンダボディ２、クランクシャフト３、ピストン４、燃焼室５、吸気管６、吸気バルブ７、排気管８、排気バルブ９、点火プラグ１０、点火コイル１１を備えている。また、吸気管６内には、アクセル開度に応じて開閉されるスロットルバルブ１２が設けられ、このスロットルバルブ１２の下流側の吸気管６に、燃料噴射装置としてのインジェクタ１３が設けられている。このインジェクタ１３は、燃料タンク１９内に配設されているフィルタ１８、燃料ポンプ１７、圧力制御バルブ１６に接続されている。なお、このエンジン１は各気筒への吸気が独立している所謂独立吸気系であり、前記インジェクタ１３は、各気筒の各吸気管６に設けられている。
このエンジン１の運転状態は、エンジンコントロールユニット１５によって制御される。そして、このエンジンコントロールユニット１５の制御入力、つまりエンジン１の運転状態を検出する手段として、クランクシャフト３の回転角度、つまり位相を検出するためのクランク角度センサ２０、シリンダボディ２の温度又は冷却水温度、即ちエンジン本体の温度を検出する冷却水温度センサ２１、排気管８内の空燃比を検出する排気空燃比センサ２２、各気筒毎の吸気管６内の吸気圧力を検出するための吸気圧力センサ２４、吸気管６内の温度、即ち吸気温度を検出する吸気温度センサ２５が設けられている。そして、前記エンジンコントロールユニット１５は、これらのセンサの検出信号を入力し、前記燃料ポンプ１７、圧力制御バルブ１６、インジェクタ１３、点火コイル１１に制御信号を出力する。
前記エンジンコントロールユニット１５は、図示されないマイクロコンピュータなどによって構成されている。図２は、このエンジンコントロールユニット１５内のマイクロコンピュータで行われるエンジン制御演算処理の実施形態を示すブロック図である。この演算処理では、前記吸気圧力信号にローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタ１４と、前記クランク角度信号からエンジン回転数を算出するエンジン回転数算出部２６と、同じくクランク角度信号及び前記ローパスフィルタ処理された吸気圧力信号からクランクタイミング情報、即ち行程状態を検出するクランクタイミング検出部２７と、このクランクタイミング検出部２７で検出されたクランクタイミング情報を読込み、前記吸気温度信号及び前記ローパスフィルタ処理された吸気管圧信号から吸入空気量を算出する吸入空気量算出部２８と、前記エンジン回転数算出部２６で算出されたエンジン回転数及び前記吸入空気量算出部２８で算出された吸入空気量に基づいて目標空燃比を設定したり、加速状態を検出したりすることにより、燃料噴射量と燃料噴射時期を算出設定する燃料噴射量設定部２９と、前記クランクタイミング検出部２７で検出されたクランクタイミング情報を読込み、前記燃料噴射量設定部２９で設定された燃料噴射量及び燃料噴射時期に応じた噴射パルスを前記インジェクタ１３に向けて出力する噴射パルス出力部３０と、前記クランクタイミング検出部２７で検出されたクランクタイミング情報を読込み、前記エンジン回転数算出部２６で算出されたエンジン回転数及び前記燃料噴射量設定部２９で設定された燃料噴射量に基づいて点火時期を設定する点火時期設定部３１と、前記クランクタイミング検出部２７で検出されたクランクタイミング情報を読込み、前記点火時期設定部３１で設定された点火時期に応じた点火パルスを前記点火コイル１１に向けて出力する点火パルス出力部３２とを備えて構成される。
前記エンジン回転数算出部２６は、前記クランク角度信号の時間変化率から、エンジンの出力軸であるクランクシャフトの回転速度をエンジン回転数として算出する。
前記クランクタイミング検出部２７は、前述した特開平１０−２２７２５２号公報に記載される行程判別装置と同様の構成を有し、これにより例えば図３に示すように各気筒毎の行程状態を検出し、それをクランクタイミング情報として出力する。即ち、４サイクルエンジンにおいて、クランクシャフトとカムシャフトとは所定の位相差で常時回転し続けているから、例えば図３に示すようにクランクパルスが読込まれているとき、図示“４”のクランクパルスは排気行程か又は圧縮行程の何れかである。周知のように、排気行程では排気バルブが開き、吸気バルブが閉じているので吸気圧力が高く、圧縮行程の初期は、未だ吸気バルブが開いているために吸気圧力が低く、若しくは吸気バルブが閉じていても、先行する吸気行程で吸気圧力が低くなっている。従って、吸気圧力が低いときの図示“４”のクランクパルスは２番気筒が圧縮行程にあることを示しており、図示“３”のクランクパルスが得られたときが２番気筒の吸気下死点になる。このようにして、何れかの気筒の行程状態が検出できれば、各気筒は所定の位相差で回転しているから、例えば前記２番気筒の吸気下死点である図示“３”のクランクパルスの次の図示“９”のクランクパルスが１番気筒の吸気下死点であり、その次の図示“３”のクランクパルスが３番気筒の吸気下死点であり、その次の図示“９”のクランクパルスが４番気筒の吸気下死点であることになる。そして、この行程の間を、クランクシャフトの回転速度で補間すれば、現在の行程状態を更に細かく検出することができる。
前記吸入空気量算出部２８は、図４に示すように、前記吸気圧力信号及びクランクタイミング情報から吸気圧力を検出する吸気圧力検出部２８１と、吸気圧力から吸入空気の質量流量を検出するためのマップを記憶している質量流量マップ記憶部２８２と、この質量流量マップを用いて、検出された吸気圧力に応じた質量流量を算出する質量流量算出部２８３と、前記吸気温度信号から吸気温度を検出する吸気温度検出部２８４と、前記質量流量算出部２８３で算出された吸入空気の質量流量と前記吸気温度検出部２８４で検出された吸気温度とから吸入空気の質量流量を補正する質量流量補正部２８５とを備えて構成されている。つまり、前記質量流量マップは、例えば吸気温度２０℃のときの質量流量で作成されているため、実際の吸気温度（絶対温度比）でこれを補正して吸入空気量を算出する。
本実施形態では、圧縮行程における下死点から吸気バルブ閉じタイミング間の吸気圧力値を用いて吸入空気量を算出する。即ち、吸気バルブ解放時は吸気圧力と気筒内圧力とがほぼ同等となるため、吸気圧力と気筒内容積及び吸気温度が分かれば気筒内空気質量を求めることができる。しかしながら、吸気バルブは圧縮行程開始後もしばらく開いているため、この間に気筒内と吸気管との間で空気が出入りして、下死点以前の吸気圧力から求めた吸入空気量は、実際に気筒内に吸入された空気量と異なる可能性がある。そのため、同じ吸気バルブ解放時でも、気筒内と吸気管との間で空気の出入りがない圧縮行程の吸気圧力を用いて吸入空気量を算出する。なお、更に厳密を期すために、既燃ガス分圧の影響を考慮して、それと相関の高いエンジン回転数を用いて、実験で求めたエンジン回転数に応じた補正を施してもよい。
また、独立吸気系である本実施形態では、吸入空気量算出のための質量流量マップは、図５に示すように、吸気圧力と比較的リニアな関係のものを用いている。これは、求める空気質量がボイルシャルルの法則（ＰＶ＝ｎＲＴ）に基づいているためである。これに対して、吸気管が全ての気筒で連結されている場合には、他の気筒の圧力の影響により、吸気圧力≒気筒内圧力という前提が成り立たないため、図に破線で示すようなマップを用いなければならない。
前記燃料噴射量設定部２９は、前記エンジン回転数算出部２６で算出されたエンジン回転数２６及び前記吸気圧力信号に基づいて定常時目標空燃比を算出する定常時目標空燃比算出部３３と、この定常時目標空燃比算出部３３で算出された定常時目標空燃比及び前記吸入空気量算出部２８で算出された吸入空気量に基づいて定常時燃料噴射量及び燃料噴射時期を算出する定常時燃料噴射量算出部３４と、この定常時燃料噴射量算出部３４で定常時燃料噴射量及び燃料噴射時期を算出するのに用いられる燃料挙動モデル３５と、前記クランク角度信号及び吸気圧力信号及びクランクタイミング検出部２７で検出されたクランクタイミング情報に基づいて加速状態を検出する加速状態検出手段４１と、この加速状態検出手段４１で検出された加速状態に応じて、前記エンジン回転数算出部２６で算出されたエンジン回転数に応じた加速時燃料噴射量及び燃料噴射時期を算出する加速時燃料噴射量算出部４２とを備えている。前記燃料挙動モデル３５は、実質的に、前記定常時燃料噴射量算出部３４と一体のものである。即ち、燃料挙動モデル３５がなければ、吸気管内噴射を行う本実施形態では、正確な燃料噴射量や燃料噴射時期の算出設定ができないのである。なお、燃料挙動モデル３５は、前記吸気温度信号及びエンジン回転数及び冷却水温度信号を必要とする。
前記定常時燃料噴射量算出部３４と燃料挙動モデル３５とは、例えば図６のブロック図のように構成されている。ここでは、前記インジェクタ１３から吸気管６内に噴射される燃料噴射量をＭＦ−ＩＮＪ、そのうち吸気管６壁に付着する燃料付着率をＸとすると、前記燃料噴射量ＭＦ−ＩＮＪのうち、気筒内に直接噴射される直接流入量は（（１−Ｘ）×ＭＦ−ＩＮＪ）となり、吸気管壁に付着する付着量は（Ｘ×ＭＦ−ＩＮＪ）となる。この付着した燃料のうちの幾らかは吸気管壁に沿って気筒内に流れ込む。その残量を燃料残留量ＭＦ−ＢＵＦとすると、この燃料残留量ＭＦ−ＢＵＦのうち、吸気流れによって持ち去られる持ち去り率をτとすると、持ち去られて気筒内に流入量は（τ×ＭＦ−ＢＵＦ）となる。
そこで、この定常時燃料噴射量算出部３４では、まず前記冷却水温度ＴＷから冷却水温補正係数テーブルを用いて冷却水温補正係数ＫＷを算出する。一方、前記吸入空気量ＭＡ−ＭＡＮに対し、例えばスロットル開度が零であるときに燃料をカットする燃料カットルーチンを行い、次に吸入空気温度ＴＡを用いて温度補正された空気流入量ＭＡを算出し、これに前記目標空燃比ＡＦ０の逆比を乗じ、更に前記冷却水温補正係数ＫＷを乗じて要求燃料流入量ＭＦを算出する。これに対して、前記エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内圧力ＰＡ−ＭＡＮから燃料付着率マップを用いて前記燃料付着率Ｘを求めると共に、同じくエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内圧力ＰＡ−ＭＡＮから持ち去り率マップを用いて前記持ち去り率τを算出する。そして、前回の演算時に求めた燃料残留量ＭＦ−ＢＵＦに前記持ち去り率τを乗じて燃料持ち去り量ＭＦ−ＴＡを算出し、これを前記要求燃料流入量ＭＦから減じて前記燃料直接流入量ＭＦ−ＤＩＲを算出する。前述のように、この燃料直接流入量ＭＦ−ＤＩＲは、前記燃料噴射量ＭＦ−ＩＮＪの（１−Ｘ）倍であるから、ここでは（１−Ｘ）で除して定常時燃料噴射量ＭＦ−ＩＮＪを算出する。また、前回までに吸気管に残留した燃料残留量ＭＦ−ＢＵＦのうち、（（１−τ）×ＭＦ−ＢＵＦ）が今回も残留するため、これに前記燃料付着量（Ｘ×ＭＦ−ＩＮＪ）を和して、今回の燃料残留量ＭＦ−ＢＵＦとする。
なお、前記吸入空気量算出部２８で算出される吸入空気量が、これから爆発（膨張）行程に入る吸気行程の一つ前のサイクルの吸気行程の終盤又はそれに続く圧縮行程の初期で検出されたものであるため、この定常時燃料噴射量算出部３４で算出設定される定常時燃料噴射量及び燃料噴射時期も、その吸入空気量に応じた、一つ前のサイクルの結果である。
また、前記加速状態検出部４１は、加速状態閾値テーブルを有している。これは、後述するように、前記吸気圧力信号のうち、現在と同じ行程で且つ同じクランク角度での吸気圧力と現在の吸気圧力との差分値を求め、その値を所定の値と比較して加速状態であることを検出するための閾値であり、具体的には各クランク角度毎に異なる。従って、加速状態の検出には、前記吸気圧力の前回値との差分値を、各クランク角度で異なる所定値と比較して行う。
この加速状態検出部４１と前記加速時燃料噴射量算出部４２とは、実質的に図７の演算処理で一括に行われる。この演算処理は、例えば３０°に設定された所定の角度のクランク角度パルス信号が入力される毎に実行される。なお、この演算処理では、特に通信のためのステップを設けていないが、演算処理で得られた情報は随時記憶装置に記憶され、また演算処理に必要な情報は随時記憶装置から読込まれる。特に、この演算処理では、読込まれた吸気圧力を、そのときのクランク角度と関連づけて、例えばシフトレジスタのような順次記憶装置に、クランクシャフト二回転分更新記憶される。
この演算処理では、まずステップＳ１で前記吸気圧力信号から吸気圧力ＰＡ−ＭＡＮを読込む。
次にステップＳ２に移行して、前記クランク角度信号からクランク角度ＡＣＳを読込む。
次にステップＳ３に移行して、前記エンジン回転数算出部２６からのエンジン回転数ＮＥを読込む。
次にステップＳ４に移行して、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、前記クランクタイミング情報から行程状態を検出する。
次にステップＳ５に移行して、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、現在の行程が排気行程か又は吸気行程か否かを判定し、現在の行程が排気行程か又は吸気行程である場合にはステップＳ６に移行し、そうでない場合にはステップＳ７に移行する。
前記ステップＳ６では、加速時燃料噴射禁止カウンタｎが、加速時燃料噴射を許可する所定値ｎ０以上であるか否かを判定し、当該加速時燃料噴射禁止カウンタｎが所定値ｎ０以上である場合にはステップＳ８に移行し、そうでない場合にはステップＳ９に移行する。
前記ステップＳ８では、クランクシャフト二回転前、つまり前回の同じ行程における同じクランク角度ＡＣＳの吸気圧力（以下、吸気圧力前回値とも記す）ＰＡ−ＭＡＮ−Ｌを読込んでからステップＳ１０に移行する。
前記ステップＳ１０では、前記ステップＳ１で読込んだ現在の吸気圧力ＰＡ−ＭＡＮから前記吸気圧力前回値ＰＡ−ＭＡＮ−Ｌを減じて吸気圧力差ΔＰＡ−ＭＡＮを算出してからステップＳ１１に移行する。
前記ステップＳ１１では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、前記加速状態閾値テーブルから同クランク角度ＡＣＳの加速状態吸気圧力差閾値ΔＰＡ−ＭＡＮ０を読込んでからステップＳ１２に移行する。
前記ステップＳ１２では、前記加速時燃料噴射禁止カウンタｎをクリアしてからステップＳ１３に移行する。
前記ステップＳ１３では、前記ステップＳ１０で算出した吸気圧力差ΔＰＡ−ＭＡＮが、前記ステップＳ１１で読込んだ同クランク角度ＡＣＳの加速状態吸気圧力差閾値ΔＰＡ−ＭＡＮ０以上であるか否かを判定し、当該吸気圧力差ΔＰＡ−ＭＡＮが加速状態吸気圧力差閾値ΔＰＡ−ＭＡＮ０以上である場合にはステップＳ１４に移行し、そうでない場合には前記ステップＳ７に移行する。
一方、前記ステップＳ９では、前記加速時燃料噴射禁止カウンタｎをインクリメントしてから前記ステップＳ７に移行する。
前記ステップＳ１４では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、前記ステップＳ１０で算出した吸気圧力差ΔＰＡ−ＭＡＮ及びステップＳ３で読込んだエンジン回転数ＮＥに応じた加速時燃料噴射量ＭＦ−ＡＣＣを三次元マップから算出してからステップＳ１５に移行する。
また、前記ステップＳ７では、前記加速時燃料噴射量ＭＦ−ＡＣＣを零に設定してから前記ステップＳ１５に移行する。
前記ステップＳ１５では、前記ステップＳ１４又はステップＳ７で設定された加速時燃料噴射量ＭＦ−ＡＣＣを出力してからメインプログラムに復帰する。
なお、この実施形態では加速時燃料噴射時期を、前記加速状態検出部４１で加速状態が検出されたとき、つまり前記図７の演算処理のステップＳ１３で、吸気圧力差ΔＰＡ−ＭＡＮが加速状態吸気圧力差閾値ΔＰＡ−ＭＡＮ０以上であると判定されたら、即座に燃料噴射する、換言すれば加速状態であると判定されたときに加速時燃料を噴射するものとする。
また、前記点火時期設定部３１は、前記エンジン回転数算出部２６で算出されたエンジン回転数及び目標空燃比算出部３３で算出された目標空燃比に基づいて基本点火時期を算出する基本点火時期算出部３６と、前記加速時燃料噴射量算出部４２で算出された加速時燃料噴射量に基づいて前記基本点火時期算出部３６で算出された基本点火時期を補正する点火時期補正部８とを備えて構成される。
前記基本点火時期算出部３６は、現在のエンジン回転数と、そのときの目標空燃比で、最も発生トルクが大きくなる点火時期をマップ検索などにより求め、基本点火時期として算出する。つまり、この基本点火時期算出部３６で算出される基本点火時期は、前記定常時燃料噴射量算出部３４と同様に、一つ前のサイクルの吸気行程の結果に基づいている。また、前記点火時期補正部３８では、前記加速時燃料噴射量算出部４２で算出された加速時燃料噴射量に応じ、この加速時燃料噴射量が前記定常時燃料噴射量に加算されたときの気筒内空燃比を求め、その気筒内空燃比が前記定常時目標空燃比算出部３３で設定された目標空燃比と大きく異なるときに、当該気筒内空燃比、エンジン回転数、吸気圧力を用いて新たな点火時期を設定することで点火時期を補正するものである。
次に、前記図７の演算処理の作用を図８のタイミングチャートに従って説明する。このタイミングチャートでは、時刻ｔ０６までスロットル一定であり、その時刻ｔ０６から時刻ｔ１５まで比較的短い時間にスロットルがリニアに開かれ、その後、再びスロットル一定となった。この実施形態では、排気上死点より少し前から圧縮下死点より少し後まで、吸気バルブが解放されるように設定されている。図中に示す菱形のプロットを伴う曲線が吸気圧力であり、図の下端部に示されるパルス状の波形が燃料噴射量である。前述したように、吸気圧力が急速に減少する行程が吸気行程であり、それに続いて圧縮行程、膨張（爆発）行程、排気行程の順でサイクルが繰り返される。
この吸気圧力曲線の菱形のプロットは、クランク角度３０°毎のパルスを示しており、そのうちの○で囲んだクランク角度位置（２４０°）で、エンジン回転数に応じた目標空燃比を設定すると共に、そのときに検出した吸気圧力を用いて前記定常時燃料噴射量及び燃料噴射時期を設定する。このタイミングチャートでは、時刻ｔ０２で設定した定常時燃料噴射量の燃料を時刻ｔ０３で噴射、以下同様に、時刻ｔ０５で設定し、時刻ｔ０７で噴射、時刻ｔ０９で設定し、時刻ｔ１０で噴射、時刻ｔ１１で設定し、時刻ｔ１２で噴射、時刻ｔ１３で設定し、時刻ｔ１４で噴射、時刻ｔ１７で設定し、時刻ｔ１８で噴射している。このうち、例えば時刻ｔ０９で設定され且つ時刻ｔ１０で噴射される定常時燃料噴射量は、それ以前の定常時燃料噴射量に比して、既に吸気圧力が高く、その結果、大きな吸入空気量が算出されているために、多く設定されているが、定常時燃料噴射量を設定するのは凡そ圧縮行程、定常時燃料噴射時期は排気行程であるため、定常時燃料噴射量には、そのときの運転者の加速意思がリアルタイムに反映されているわけではない。即ち、前記時刻ｔ０６でスロットルが開け始められているが、その後の時刻ｔ０７で噴射される定常時燃料噴射量は、時刻ｔ０６より早い前記時刻ｔ０５で設定されているため、加速意志に反して少量しか噴射されていない。
一方、本実施形態では、前記図７の演算処理によって、前記排気行程から吸気行程、図８に示す白抜きの菱形のクランク角度で、前のサイクルにおける同クランク角度の吸気圧力ＰＡ−ＭＡＮを比較し、その差分値を吸気圧力差ΔＰＡ−ＭＡＮとして算出し、それを閾値ΔＰＡ−ＭＡＮ０と比較する。例えば、スロットル開度が一定である時刻ｔ０１と時刻ｔ０４、或いは時刻ｔ１６と時刻ｔ１９におけるクランク角度３００°の吸気圧力ＰＡ−ＭＡＮ（３００ｄｅｇ）同士を比較すると、夫々殆ど同じで、前回値との差分値、つまり吸気圧力差ΔＰＡ−ＭＡＮは小さい。ところが、スロットル開度が大きくなる時刻ｔ０８のクランク角度３００°の吸気圧力ＰＡ−ＭＡＮ（３００ｄｅｇ）は、その前のサイクル、つまり未だスロットル開度が小さいときの前記時刻ｔ０４のクランク角度３００°の吸気圧力ＰＡ−ＭＡＮ（３００ｄｅｇ）に対して、大きくなっている。従って、この時刻ｔ０８のクランク角度３００°の吸気圧力ＰＡ−ＭＡＮ（３００ｄｅｇ）から前記時刻ｔ０４のクランク角度３００°の吸気圧力ＰＡ−ＭＡＮ（３００ｄｅｇ）を減じた吸気圧力差ΔＰＡ−ＭＡＮ（３００ｄｅｇ）を閾値ΔＰＡ−ＭＡＮ０（３００ｄｅｇ）と比較し、当該吸気圧力差ΔＰＡ−ＭＡＮ（３００ｄｅｇ）が閾値ΔＰＡ−ＭＡＮ０（３００ｄｅｇ）より大きければ、加速状態にあると検出できる。
ちなみに、この吸気圧力差ΔＰＡ−ＭＡＮによる加速状態検出は、吸気行程の方が顕著である。例えば、吸気行程におけるクランク角度１２０°の吸気圧力差ΔＰＡ−ＭＡＮ（１２０ｄｅｇ）は明瞭に表れやすい。しかしながら、エンジンの特性によっては、例えば図８に二点鎖線で示すように、吸気圧力曲線が急峻な、所謂ピーキーな特性を示し、検出されるクランク角度と吸気圧力とにずれが生じ、その結果、算出する吸気圧力差にずれが生じる恐れがある。そのため、吸気圧力曲線が比較的緩やかな排気行程まで加速状態の検出範囲を伸ばし、両方の行程で吸気圧力差による加速状態検出を行う。勿論、エンジンの特性によっては、何れか一方の行程でのみ、加速状態検出を行うようにしてもよい。
なお、本実施形態のような４サイクルエンジンでは、排気行程も吸気行程も、クランクシャフト二回転に一度しか行われない。従って、単に前記クランク角度だけ検出しても、カムセンサを備えていない本実施形態のような二輪車用エンジンでは、それらの行程であることが分からない。そこで、前記クランクタイミング検出部２７で検出されたクランクタイミング情報に基づく行程状態を読込み、それらの行程であることを判定してから、前記吸気圧力差ΔＰＡ−ＭＡＮによる加速状態検出を行う。これにより、より正確な加速状態検出が可能となる。
また、前述のクランク角度が３００°の吸気圧力差ΔＰＡ−ＭＡＮ（３００ｄｅｇ）と、クランク角度が１２０°の吸気圧力差ΔＰＡ−ＭＡＮ（１２０ｄｅｇ）とでははっきりしないが、例えば図８に示すクランク角度が３６０°の吸気圧力差ΔＰＡ−ＭＡＮ（３６０ｄｅｇ）と比較すれば明瞭なように、同等のスロットル開状態でも、各クランク角度で前回値との差分値である吸気圧力差ΔＰＡ−ＭＡＮは異なる。従って、前記加速状態吸気圧力差閾値ΔＰＡ−ＭＡＮ０は、各クランク角度ＡＣＳ毎に変更しなければならない。そこで、本実施形態では、加速状態を検出するために、各クランク角度ＡＣＳ毎に加速状態吸気圧力差閾値ΔＰＡ−ＭＡＮ０をテーブル化して記憶しておき、それを各クランク角度ＡＣＳ毎に読込んで、前記吸気圧力差ΔＰＡ−ＭＡＮとの比較を行う。これにより、より正確な加速状態の検出が可能となる。
そして、本実施形態では、加速状態が検出された時刻ｔ０８で、エンジン回転数ＮＥ及び前記吸気圧力差ΔＰＡ−ＭＡＮに応じた加速時燃料噴射量ＭＦ−ＡＣＣを、即座に噴射している。加速時燃料噴射量ＭＦ−ＡＣＣをエンジン回転数ＮＥに応じて設定するのは極めて一般的であり、通常は、エンジン回転数が大きいほど燃料噴射量を小さく設定する。また、吸気圧力差ΔＰＡ−ＭＡＮは、スロットル開度の変化量と同等であることから、吸気圧力差が大きいほど燃料噴射量を大きく設定する。実質的に、これだけの燃料噴射量の燃料を噴射しても、既に吸気圧力は高く、次の吸気行程では、より多くの吸入空気量が吸入されるはずであるから、気筒内空燃比が小さくなりすぎて、ノッキングを起こすようなことはない。そして、本実施形態では、加速状態検出時に即座に加速時燃料を噴射するようにしているため、これから爆発行程に移行する気筒内空燃比を加速状態に適した空燃比に制御することができると共に、加速時燃料噴射量をエンジン回転数及び吸気圧力差に応じて設定することで、運転者の意図した加速感を得ることができる。
また、本実施形態では、加速状態を検出し、且つ加速時燃料噴射量が燃料噴射装置から噴射された後、前記加速時燃料噴射禁止カウンタｎが、加速時燃料噴射を許可する所定値ｎ０以上となるまでは、加速状態が検出されても加速時燃料噴射を行わない構成としたため、加速時燃料噴射が繰り返されて、気筒内空燃比がオーバリッチな状態になるのを抑制防止することができる。
このように吸気圧力から行程を判別したり、加速状態、つまりエンジン負荷を検出したりする本実施形態では、例えば前記図３に示すような、行程に応じた滑らかな吸気圧力変化が必要となる。即ち、ノイジーな吸気圧力では、前回の同じ行程の同じクランク位相での吸気圧力と比較しても、加速状態を正確に検出できない可能性があるためである。これに対し、前述のように吸気圧力から吸入空気量、これもエンジン負荷を意味しているが、この吸入空気量を算出する場合には、或る程度、行程に応じたリアルな吸気圧力変化が必要となる。一般にノイズを除去すると、ダンパ効果によって値が均されてしまうので、吸入空気量算出に必要な瞬間的な吸気圧力が得られなくなってしまう。
図９は、前記吸気圧力センサ２４から出力される吸気圧力信号をそのまま描いたものである。この吸気圧力信号には、電気的ノイズの他に、例えば○で囲んだ部分のように、特殊な振動がのっていることが分かる。実は、図１０に示すように、吸気圧力センサ２４は、燃料が直接かかったりしないように、吸気管６に導圧管２３を取付け、この導圧管２３の先端に取付けられている。この導圧管２３と吸気圧力センサ２４とで共鳴管を構成してしまい、気柱振動が発生し、これが前記吸気圧力信号にのっている特殊な振動の原因となっていることが判明した。気柱振動は、図１１に示すように、共鳴管の長さの四倍の波長であるから、前記吸気圧力信号にのっている気柱振動の周波数は、前記導圧管２３の長さの四倍の波長に相当する周波数になっている。つまり、音の速度を、前記導圧管２３の長さの四倍の波長で除した値が気柱振動の周波数となる。
従って、この気柱振動を除去するための前記ローパスフィルタ１４のカットオフ周波数は、少なくとも前記導圧管２３の長さの四倍の波長に相当する周波数以下である必要がある。前記図９に示すように、電気的ノイズは気柱振動周波数よりも高いため、このカットオフ周波数であれば電気的ノイズも除去できる。一方、本実施形態では、独立吸気式４サイクルエンジンの吸気圧力を各気筒毎に（単気筒の場合は一つだけ）検出することによって、リアルな吸気圧力変化を得ることが可能となるのであるが、ローパスフィルタ１４のカットオフ周波数を小さくし過ぎると、吸気圧力信号が均されて、前記行程判別や吸入空気量の検出に必要な、行程にリアルな吸気圧力変化が得られなくなってしまう。そこで、前記ローパスフィルタ１４のカットオフ周波数の下限値は吸気バルブの駆動周波数とする。ちなみに、前述したローパスフィルタのカットオフ周波数の上限値については、例えば吸気圧力センサの取付け方やセンサの性能によって、不要である場合もあるが、このカットオフ周波数の下限値は、どのようなセンサやセンサ取付け方にも必要である。
アナログ回路で構成されるローパスフィルタ１４は、例えば図１２のように表れる。ここで、ローパスフィルタ１４を構成する抵抗値をＲ、コンデンサの電気容量をＣとしたとき、ローパスフィルタ１４のカットオフ周波数ｆＣは（１／（２πＲＣ））で与えられる。従って、例えばこの図１２のアナログ回路の抵抗値Ｒと電気容量Ｃとを適宜設定することにより、前記ローパスフィルタ１４のカットオフ周波数ｆＣを調整することができる。勿論、ローパスフィルタ処理を演算処理によって行う、所謂ディジタルローパスフィルタを用いてもよく、その場合には例えば前記アナログ回路のローパスフィルタを離散化すればよい。
図１３は、このようなカットオフ周波数特性を有するローパスフィルタ１４によってローパスフィルタ処理された吸気圧力信号の波形図である。同図から明らかなように、電気的ノイズや前記気柱振動は除去され、しかしながら行程に伴う吸気圧力変化はリアルに表れている。これにより、前述した加速判定や吸入空気量算出をより正確に行うことができるようになった。
なお、前記実施形態では、吸入管内噴射型エンジンについて詳述したが、本発明のエンジン制御装置は、直噴型エンジンにも同様に展開できる。但し、直噴型エンジンでは、吸気管に燃料が付着することはないから、それを考慮する必要はなく、空燃比の算出には噴射される燃料量総量を代入すればよい。
また、前記実施形態では、気筒数が４気筒の、所謂マルチシリンダ型エンジンについて詳述したが、本発明のエンジン制御装置は、独立吸気式４サイクルエンジンを対象としているので、単気筒エンジンにも同様に展開できる。
また、エンジンコントロールユニットは、マイクロコンピュータに代えて各種の演算回路で代用することも可能である。
産業上の利用の可能性
以上説明したように、本発明のうち請求項１に係るエンジン制御装置によれば、圧力センサで４サイクルエンジンの吸気管内の吸気圧力を検出し、その検出された吸気圧力から前記エンジンの負荷を検出し、その検出された負荷に基づいて前記エンジンの運転状態を制御するにあたり、圧力センサで検出された吸気圧力信号にローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタを備え、そのローパスフィルタは、吸気バルブの駆動周波数以上の周波数をカットオフ周波数としたことにより、ノイズを除去した滑らかな吸気圧力変化を検出することが可能となり、加速状態や吸入空気量といったエンジン負荷の正確な検出を可能とする。
また、本発明のうち請求項２に係るエンジン制御装置によれば、圧力センサで４サイクルエンジンの吸気管内の吸気圧力を検出し、その検出された吸気圧力から前記エンジンの負荷を検出し、その検出された負荷に基づいて前記エンジンの運転状態を制御するにあたり、圧力センサで検出された吸気圧力信号にローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタを備え、そのローパスフィルタは、前記圧力センサと吸気管とを連結する導圧管長の四倍の波長に相当する周波数以下で且つ吸気バルブの駆動周波数以上の周波数をカットオフ周波数としたことにより、滑らかで、リニアな吸気圧力変化を検出することが可能となり、加速状態や吸入空気量といったエンジン負荷の正確な検出を可能とする。
【図面の簡単な説明】
図１は、オートバイ用のエンジン及びその制御装置の概略構成図である。
図２は、本発明のエンジン制御装置の一実施形態を示すブロック図である。
図３は、クランクシャフトの位相と吸気圧力から行程状態を検出する説明図である。
図４は、吸入空気量算出部のブロック図である。
図５は、吸気圧力から吸入空気の質量流量を求める制御マップである。
図６は、燃料噴射量算出部及び燃料挙動モデルのブロック図である。
図７は、加速状態検出及び加速時燃料噴射量算出のための演算処理を示すフローチャートである。
図８は、図７の演算処理の作用を示すタイミングチャートである。
図９は、吸気圧力センサで検出された吸気圧力信号の説明図である。
図１０は、吸気圧力センサの吸気管への取付け状態を示す説明図である。
図１１は、気柱振動の説明図である。
図１２は、アナログローパスフィルタの構成説明図である。
図１３は、ローパスフィルタ処理された吸気圧力信号の説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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