(57)【要約】      （修正有）【課題】低コストにて、空気流量の応答性と、吸気脈動時の空気流量検出誤差の低減、の両立を実現する。【解決手段】電圧信号に対し、遅れフィルタ処理を行う前に、一度空気流量に変換して、遅れフィルタ処理を行い、さらに、電圧信号に対して遅れフィルタ処理を行い、その後、進みフィルタ処理を行う。空気流量検出装置を、高速な演算が必要な、電圧値信号に対する遅れフィルタのみ、高速な演算を行うことにでき、かつ、電圧値信号に対して複雑な特性を持つ、フィルタを構成する必要がなくなるため、低コストな構成とすることができる。  【選択図】図６
2007085738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気流量測定装置と、前記空気流量測定装置の電源電圧装置と、前記空気流量測定装置の出力値を用いて演算を行う演算装置１と，前記演算装置１の出力値を用いて演算を行う演算装置２を備え、前記空気流量測定装置の出力信号に対し、演算装置１にて遅れ補正演算を行うと共に、前記演算装置１の出力信号を演算装置２にて進み補正演算を行うことを特徴とする内燃機関用空気流量演算装置。
【請求項２】
請求項１において、演算装置１で遅らせる位相量と演算装置２で進める位相量を同等とすることを特徴とする空気流量演算装置。
【請求項３】
空気流量測定装置と、前記空気流量測定装置の電源電圧装置と、前記空気流量測定装置の出力値を用いて演算を行う演算装置１と、
前記演算装置１の出力値を用いて演算を行う演算装置２を備え、前記空気流量測定装置の出力信号に対し、演算装置１にて遅れ補正演算を行うと共に前記演算装置１の出力信号を、演算装置２にて、演算装置１で遅らせた位相量を進ませると共に、空気流量検出装置からシリンダまでの空気流の位相遅れ分を補正する遅れ補正演算を、組み合わせて補正演算を行うことを特徴とする内燃機関用空気流量演算装置。
【請求項４】
請求項３において、
絞り弁の開度を検出する絞り弁開度検出装置を備え、前記絞り弁開度検出装置により求められた絞り弁の開度変化が大きいときには、前記演算装置２で行う補正演算の遅れ分を大きくし、絞り弁の開度変化が小さいときには、前記演算装置２で行う補正演算の遅れ分を小さくすることを特徴とする内燃機関用空気流量演算装置。
【請求項５】
空気流量測定装置と、前記空気流量測定装置の電源電圧装置と、前記空気流量測定装置の出力値を用いて演算を行う演算装置１と、
前記演算装置１の出力値を用いて演算を行う演算装置２を備え、前記空気流量測定装置の出力信号に対し、演算装置１にて脈動時に発生する遅れ補正演算を行うと共に演算装置１の出力信号を、演算装置２にて、演算装置１と演算装置２の組み合わせた補正量が、空気流量検出装置からシリンダまでの空気流の位相遅れ分となるように補正演算を行うことを特徴とする内燃機関用空気流量演算装置。
【請求項６】
請求項５において、
絞り弁の開度を検出する絞り弁開度検出装置を備え、
前記絞り弁開度検出装置により求められた絞り弁の開度変化が大きいときには、前記演算装置２で行う補正演算の遅れ分を大きくし、絞り弁の開度変化が小さいときには、前記演算装置２で行う補正演算の遅れ分を小さくすることを特徴とする内燃機関用空気流量演算装置。
【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、正確な空気流量を測定する空気流量検出技術に関する。
【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内燃機関の吸気管に空気流量検出装置を配置し、空気流量検出装置によって検出された空気流量を用いて燃料噴射量を制御している。
【０００３】
近年では、内燃機関の排気を低減させることが重要な課題となっており、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燃料噴射量の制御を行うことが一般的になっており、ディジタル演算された後の検出された空気流量の検出精度を上げることが重要な技術となっている。
【０００４】
内燃機関では、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の共鳴により、脈動と呼ばれる共振現象が発生する。
【０００５】
空気流量検出装置の出力値として電圧を用いている場合、空気流量検出装置にて検出される空気流量と、空気流量検出装置から出力される出力電圧の間の関係が非線形であるため、脈動時のように、出力信号が振幅の大きい周期的な信号となるときに、空気流量検出装置の出力電圧にフィルタをかけると、空気流量検出装置にて検出された空気流量の平均値に対し、前記フィルタ後の電圧値を空気流量に変換した信号の平均値には誤差が発生する。
【０００６】
この問題を解決するため、特許文献１では、空気流量検出装置から電圧値を出力する前に、一度電圧値を空気流量相当の値に変換した後に遅れフィルタ処理をして信号の振幅を小さくし、その結果を再度電圧値に変換した後に出力して脈動時の空気流量検出誤差を低減している。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３１６１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、空気流量検出装置とディジタル演算装置間の、電圧値に対する遅れフィルタの前に、一度電圧値を空気流量相当値に変換した後に遅れフィルタ処理を行い、その後電圧値に変換して出力する方法では、信号を遅らせることになるため、空気流量が急激に変化するような場合に、ディジタル演算装置にて検出される空気流量の応答が遅れてしまう。
【０００９】
また、上記方法を用いず、空気流量検出装置にて検出された信号を、そのまま電圧値として空気流量検出装置から出力し、電圧フィルタを通した後、ディジタル演算装置に入力し、電圧値を空気流量相当値に変換した場合には、空気流量が急激に変化する場合の応答性の劣化は小さいが、吸気脈動発生時の空気流量検出誤差は大きくなってしまう。
【００１０】
したがって、吸気脈動時の平均空気流量検出誤差の低減と、空気流量が過渡変化した時の空気流量変化の応答性と、のトレードオフを取らなければならないという課題があった。
【００１１】
本発明の目的は、遅れフィルタ，進みフィルタを効果的に用いることで、低コストにて、空気流量の応答性と、吸気脈動時の空気流量検出誤差の低減、の両立を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記問題を解決するため、本発明では、空気流量検出装置とディジタル演算装置の間の電圧値信号に対する遅れフィルタの前に、高速な演算周期にて遅れフィルタ処理を行い、前記電圧値信号に対する遅れフィルタの後の、ディジタル演算装置において、進みフィルタ処理を行うことで、吸気脈動時に発生する平均空気流量の検出誤差を低減するとともに、空気流量が急激に変化したときの応答性も劣化させない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、空気流量の応答性と、吸気脈動時の空気流量検出誤差の低減、の両立を実現することができる。
【００１４】
また、空気流量検出装置を、高速な演算が必要な、電圧値信号に対する遅れフィルタのみ、高速な演算を行うことにでき、かつ、電圧値信号に対して複雑な特性を持つ、フィルタを構成する必要がなくなるため、低コストな構成とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【００１６】
図１は、いわゆるＭＰＩ（多気筒燃料噴射）方式の４気筒内燃機関である。以下では本発明の実施例として、ＭＰＩ方式の４気筒内燃機関にについて説明するが、本発明の実施形態は必ずしもＭＰＩ方式の４気筒内燃機関に限定されるべきものではなく、空気流量計を備える全ての内燃機関についても適用可能であり、有効なものである。
【００１７】
まず、内燃機関の動作について説明する。
【００１８】
内燃機関の吸入空気流量は、エアクリーナ１の出口部に設けられたエアフローセンサ２によって計測される。吸入空気は、エアクリーナ１に接続された吸気管３，吸入空気流量を調節する絞り弁４を有するスロットルボディ５、及びスロットルボディ５をバイパスする様に設けられたＩＳＣバルブ６を通り、コレクタ７に入る。その後、空気は吸気管３の一部をなす、吸気分岐管１６に分配され、シリンダ内に吸入される。
【００１９】
また、燃料は、燃料タンク１１から燃料ポンプ１０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、吸気管３に設けられたインジェクタ１２から、前記吸気分岐管１６内に噴射される。
【００２０】
シリンダ内では、点火プラグ２５により、前記吸気分機関１６において空気と燃料の混合した気体に点火し、燃料を燃焼する。それぞれ気筒２０のシリンダ内で燃焼した後の排気ガスは、排気管２３を通過し、触媒３３によって浄化され、その後内燃機関外へ排出される。
【００２１】
内燃機関は、各センサの出力をコントロールユニット１３へ入力し、コントロールユニット１３において演算を行い、演算した結果を制御信号として出力することにより、各アクチュエータを制御する。このコントロールユニット１３に入力する信号としては、エアフローセンサ２，クランク角度センサ１４，空燃比センサ２４からの信号と、イグニッションスイッチ２８、及びスタータスイッチ２７を介したバッテリ２９からの電力がある。また、コントロールユニット１３から出力する制御信号は、インジェクタ１２，燃料ポンプ１０、及び、点火プラグ２５の点火スイッチであるパワートランジスタ２６に出力される。また、コントロールユニット１３は図２に示すように、電源ＩＣ４０と、ＲＥＳＥＴ信号４１と、ＬＳＩ４２とから構成されており、ＬＳＩ４２のＲＥＳＥＴ端子には、電源
ＩＣ４０で制御されるＲＥＳＥＴ信号４１が接続されている。
【００２２】
次に、各センサとアクチュエータの働きについて説明する。
【００２３】
図１の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からは、所定のクランク角度ごとにパルスが出力される。前記出力はコントロールユニット１３に入力され、コントロールユニット内部のＣＰＵ４３において、クランク角度及びエンジン回転数が演算される。
【００２４】
エアフローセンサ２は、バイパスを備え、その内部に発熱抵抗体と感温抵抗体を有している。空気流量検出部（ブリッジ回路）５１によりフィードバック回路を構成し、吸入空気流量に応じた電圧を出力する。
【００２５】
エアフローセンサ２から出力された電圧信号は、図２及び図３に示すようにコントロールユニット１３（図中ＥＣＵ）内のＬＳＩ４２においてＡ／Ｄ変換され、所定時間ごとにディジタル値としてＣＰＵ４３における制御演算に用いられる。ＣＰＵ４３では、エアフローセンサの出力電圧を表すから吸入空気流量を表すディジタル値を、予めＬＳＩ４２に記憶させたテーブルを参照することにより算出するＶ−Ｑ変換部５４がある。さらに、エアフローセンサの出力電圧を表すディジタル値とエンジン回転数を表すディジタル値より、燃料噴射パルス幅演算を行うことにより、シリンダの充填効率に相当する燃料噴射パルス幅を表すディジタル値を演算する燃料噴射パルス幅演算部５５がある。
【００２６】
絞り弁４には、開度を検出するスロットルセンサが取り付けられており、このセンサ信号をコントロールユニット１３に入力することで、ＣＰＵ４３において絞り弁の変化速度を演算し、加速や全閉位置の検出を行う。
【００２７】
空燃比センサ２４は、エンジンの排気管に装着されており、排気ガスの酸素濃度に応じた信号を出力する。このセンサ出力は、コントロールユニット１３に入力され、ＣＰＵ43において空燃比が演算される。さらに、ＣＰＵ４３では、演算された空燃比をフィードバック量として扱い、目標空燃比となるように、最終燃料噴射パルス幅を演算する。
【００２８】
上述の内燃機関において、目標空燃比となるように燃料噴射パルス幅を演算するためには、エアフローセンサ２にて、精度良く空気流量を検出する必要がある。
【００２９】
以下、シリンダ内へ吸入される空気流量が一定値となる状態を定常状態、シリンダ内へ吸入される空気流量が急激に変化する状態を過渡状態と称す。
【００３０】
定常状態において、上述の内燃機関では、ピストン３５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の共鳴により、脈動が発生することがある。脈動発生時には、エアフローセンサにて検出される空気流量は、図４に示すように、周期的な振動波形となる。このとき、図５に示すような、空気流量検出装置の出力電圧と、空気流量の非線形関係、及び、ハードフィルタ５２による電圧信号に対する遅れフィルタ処理、ＬＳＩ４２におけるＡ／Ｄ変換５３のサンプリングによる信号遅れ、により、実際の空気流量の平均値に対し、ＣＰＵ４３にて演算される空気流量の平均値には誤差が生じる。
【００３１】
上記脈動時に発生する平均流量の検出誤差は、図６に示すように、電圧信号に対するハードフィルタ５２の前に、高速な演算周期で、一度電圧信号値を空気流量相当値に変換するＶ−Ｑ変換８１を行い、遅れフィルタ処理８２を施し、さらにその後、空気流量相当値を電圧値に変換して８３、信号の振幅を小さくしてから、ハードフィルタ５２による遅れフィルタ処理を行うことで、低減することができる。
【００３２】
しかしながら、空気流量に対する遅れフィルタ処理８１〜８３だけでは、信号を遅らせることになり、図７に示すように、ブリッチ回路の出力電圧をそのまま空気流量に変換した波形９０に比べ、ＣＰＵ４３による空気流量への変換処理５４の後の波形９１では、過渡状態において、空気流量の遅れ９２を含んで検出してしまう。
【００３３】
この対応のひとつとしては、まず、電圧信号に対する遅れフィルタとなるハードフィルタ５２の前で、高速な演算周期で、電圧信号を空気流量信号へ変換するＶ−Ｑ変換８１を行い、遅れフィルタ処理８２を行い，再度電圧信号へ変換するＱ−Ｖ変換８３を行う。
【００３４】
さらに、前記ハードフィルタ５２の後で、電圧信号を空気流量信号へ変換したＶ−Ｑ変換５４後、ＣＰＵ４３にて、進みフィルタ演算１０１を行い、空気流量相当値を演算する。
【００３５】
本構成では、ハードフィルタ５２の前で、高速サンプリングにより空気流量信号に対し遅れフィルタ処理を行うことで、脈動時、平均流量の検出誤差を発生させることなく波形の振幅を小さくし、ハードフィルタ５２及び、Ａ／Ｄ変換による低速サンプリングによる平均流量の誤差の発生を低減させる。さらにハードフィルタ５２の後工程となる、ＣＰＵ４３における演算において、上記の遅れフィルタ処理８２で遅らせた分を補正する進みフィルタ処理１０１を行うことで、脈動時の平均流量の検出誤差を増幅することなく、過渡時の応答性も確保することができる。
【００３６】
また、高速演算が必要な遅れフィルタ処理８２と、必ずしも高速演算が必要なく低速な演算を行っても効果のある進みフィルタ処理１０１とを分けることで、低コストのハードウェア構成にて実現することが可能である。
【００３７】
ただし、ここでの進みフィルタ処理１０１は、必ずしも物理的に純粋な進みフィルタ処理が実現できなくても近似的な進みフィルタ、即ち、実際には、遅れ処理も含む、進みフィルタであっても良い。
【００３８】
一方、図９に示すように、エアフローセンサ２のとこでの空気流量の変化に対し、燃料噴射パルス幅を演算するために必要なシリンダ直前における吸気管負圧の変化には応答遅れがあるため、ＣＰＵ４３では、検出された空気流量相当の信号を、燃料噴射パルス幅へ変換する演算を行う際、空気流量相当の信号を遅らせる演算を行い、燃料噴射パルス幅を演算する。
【００３９】
そこで、本発明の別の実施形態としては、図１０に示すように、進みフィルタ処理101と、エアフローセンサ２から空気流量とシリンダ直前における空気流量の応答遅れ処理をあわせて、フィルタ処理１１１を行うことで、フィルタ処理に、遅れフィルタ８２の逆演算となる純粋な進みフィルタ１０１処理を含めることが可能となる。
【００４０】
さらに、別の実施形態としては、エアフローセンサ２部から空気流量とシリンダ直前における空気流量の応答遅れ分をハードフィルタ前５２の遅れフィルタ処理８２に含めてしまい、ハードフィルタ後のフィルタ１０１では、前記遅れフィルタ処理８２のうち、エアフローセンサ２のところから空気流量とシリンダ直前における空気流量の応答遅れ分を除いた遅れ分を進めるフィルタとすることで、脈動時の平均流量の検出誤差をより低減させることができる。
【００４１】
また、シリンダへ吸入される空気流量の変化は、エアフローセンサ２だけではなく、空気流量を変化させる要因であり、図９に示すように、絞り弁４の開度変化や、エンジン回転数と同期する。そこで、ＣＰＵ４３における演算において、絞り弁４の開度、または、エンジン回転数の変化速度により、定常状態・過渡状態の判別を行うことができる。
【００４２】
また、定常状態では、空気流量の平均値は変化していないので、遅れフィルタ処理８２もしくは、フィルタ処理１０１における遅れ要素を大きくしても、検出される流量に誤差は通常発生しないと言っても良いレベルにある。
【００４３】
したがって、絞り弁４の開度、もしくは、エンジン回転数の変化速度が小さい場合には、定常状態と判別し、遅れフィルタ処理８２、もしくはフィルタ処理１０１における遅れ要素を大きくして脈動時の平均流量の検出誤差を低減することで、燃料噴射パルス幅の算出精度を上げ、
エンジン回転数の変化速度が大きい場合には、定常状態と判別し、遅れフィルタ処理
８２、もしくはフィルタ処理１０１における遅れ要素を小さくして、空気流量の過渡変化に迅速に対応して空気流量を検出し、燃料噴射パルス幅の算出精度を上げることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
センサの出力値として電圧を使用するエアフローセンサを用いて内燃機関の燃料噴射量を演算する場合、本発明は非常に有効であり、利用される可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】エンジン全体のシステム図。
【図２】コントロールユニット説明図。
【図３】エアフローセンサの出力信号の扱い説明図。
【図４】吸気脈動発生時のエアフローセンサ出力波形説明図。
【図５】エアフローセンサにおける検出空気流量と出力電圧の関係図。
【図６】エアフローセンサの出力信号の扱い説明図。
【図７】遅れフィルタを導入前後のエアフローセンサ出力信号比較図。
【図８】本発明におけるエアフローセンサの出力信号の扱い説明図。
【図９】エンジン回転数、スロットル開度の変化による空気流量変化説明図。
【図１０】本発明におけるエアフローセンサの出力信号の扱い説明図。
【符号の説明】
【００４６】
１…エアクリーナ、２…エアフローセンサ、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…燃料ポンプ、１１…燃料タンク、１２…インジェクタ、１３…コントロールユニット（制御装置）、１４…クランク角度センサ、１９…水温センサ、２０…気筒、２４…Ｏ2 センサ（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、２９…バッテリ、３３…触媒、
３５…ピストン、４２…ＬＳＩ。
【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】
2007085738.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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