DE112015004355B4

DE112015004355B4 - Signalverarbeitungsvorrichtung für einen Gassensor

Info

Publication number: DE112015004355B4
Application number: DE112015004355.1T
Authority: DE
Inventors: Katsuhide Akimoto; Tosihide Kumazaki; Takahito Masuko
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-09-24
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2022-04-21
Anticipated expiration: 2035-09-19
Also published as: WO2016047626A1; JP6222027B2; JP2016065473A; US20170307477A1; US10288526B2; DE112015004355T5

Abstract

Signalverarbeitungsvorrichtung (30) für einen Gassensor (21), der in einem Ausstoßkanal (14) einer Maschine (10) angeordnet ist, um eine Konzentration einer spezifischen Gaskomponente in einem Abgas, das durch den Ausstoßkanal (14) strömt, zu erfassen, mit:einer Filtereinrichtung (30), die ein Ausstoßpulsationsrauschen, das ein Erfassungssignal des Gassensors (21) in sich aufweist, dämpft, undeiner Filtercharakteristik-Einstelleinrichtung (30), die basierend auf einer Maschinengeschwindigkeit Filtercharakteristiken der Filtereinrichtung (30) variabel einstellt, wobeidie Maschine (10) eine Mehrzylindermaschine ist, die eine Mehrzahl von Zylindern hat, die ein gemeinsames Ausstoßsystem haben, und eine Gaskonzentration durch den Gassensor (21), der gemeinsam verwendet wird, erfasst, und in der der Kraftstoff, der von einer Kraftstoff einspritzenden Einrichtung (16) in jeden der Zylinder eingespritzt wird, verbrennt,die Filtereinrichtung (30) ein Tiefpassfilter ist, der ein Durchlassband hat, das Frequenzen aufweist, die niedriger als eine Grenzfrequenz fs sind, unddie Filtercharakteristik-Einstelleinrichtung (30) die Grenzfrequenz fs zwischen einer Verbrennungsfrequenz f1 der Mehrzahl von Zylindern und einer Frequenz f2 (= f1/n), die durch Teilen der Verbrennungsfrequenz f1 durch n, was die Zahl der Zylinder ist, erhalten wird, einstellt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Signalverarbeitungsvorrichtung für einen Gassensor, der eine Konzentration einer spezifischen Komponente in einem Abgas von einer Maschine erfasst.
HINTERGRUNDTECHNIK
Dieser Typ eines Gassensors ist beispielsweise als ein L/K-Sensor, der in einem Ausstoßkanal einer Maschine angeordnet ist, in praktischer Verwendung. Um ein tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das durch den L/K-Sensor erfasst wird, mit einem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Übereinstimmung zu bringen, wird eine Rückkopplungssteuerung durchgeführt. Wenn die Maschine betrieben wird, besteht eine Sorge, dass ein Rauschen, das aufgrund des Maschinenbetriebs erzeugt wird, einem Erfassungssignal des L/K-Sensors überlagert werden kann, was in einer Verringerung der Genauigkeit beim Erfassen des Luft-Kraftsoff-Verhältnisses resultiert. Ein Verfahren, bei dem eine Tiefpassfilterschaltung in einem Steuerschaltungsteil, der ein Erfassungssignal eines L/K-Sensors empfängt, vorgesehen ist, um durch Verwenden der Tiefpassfilterschaltung das Rauschen zu beseitigen, befindet sich somit in praktischer Verwendung.
Eine Patentliteratur 1 fokussiert sich zusätzlich beispielsweise auf die Tatsache, dass, wenn eine Ausstoßpulsation auftritt, wenn ein Lader bzw. Verdichter in Betrieb ist, die Ausstoßpulsation einem Sensorerfassungssignal als Rauschen überlagert wird. Die Patentliteratur 1 offenbart ein Verfahren, bei dem in einem Ladezustand ein Erfassungssignal eines Gassensors einem Filterverfahren einer Filtereinrichtung unterworfen wird, und der Filtermodus wird basierend auf einem Druck in einem Ansaugrohr korrigiert.
ZITATLISTE
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1 JP-A-2011-149293
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Wenn jedoch ein Filterverfahren für ein Erfassungssignal eines Gassensors durchgeführt wird, besteht eine Sorge, dass ein Erfassungskurvenverlauf von Gaskonzentrationen, der hauptsächlich zu erfassen ist, zusätzlich zu der Beseitigung eines Rauschens geglättet (gedämpft) werden kann. Gemäß dem Verfahren, das in der Patentliteratur 1 offenbart ist, wird beispielsweise, wenn ein Ausstoßpulsationsrauschen, das einem Sensorerfassungssignal überlagert ist, beseitigt wird, ein Erfassungskurvenverlauf von Gaskonzentrationen geglättet, was in einer Verringerung einer Genauigkeit beim Erfassen der Gaskonzentrationen resultiert. In dieser Hinsicht bleibt ein Raum für eine Verbesserung.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Ein Ausführungsbeispiel liefert eine Signalverarbeitungsvorrichtung für einen Gassensor. Diese Vorrichtung verhindert, dass ein Erfassungskurvenverlauf von Gaskonzentrationen in einem Sensorerfassungssignal unbeabsichtigt geglättet wird, wodurch Gaskonzentrationen richtig erfasst werden.
Eine Signalverarbeitungsvorrichtung für einen Gassensor gemäß einem Ausführungsbeispiel ist auf einen Gassensor angewendet, der in einem Ausstoßkanal einer Maschine angeordnet ist, um eine Konzentration einer spezifischen Komponente in einem Ausstoß- bzw. Abgas, das durch den Ausstoßkanal strömt, zu erfassen. Die Signalverarbeitungsvorrichtung weist eine Filtereinrichtung, die ein Ausstoßpulsationsrauschen, das ein Erfassungssignal des Gassensors in sich aufweist, dämpft, und eine Filtercharakteristik-Einstelleinrichtung auf, die basierend auf einer Maschinengeschwindigkeit Filtercharakteristiken der Filtereinrichtung einstellt.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Maschinensteuersystems zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Filterverfahren, das durch IIR-Filter durchgeführt wird, zeigt;
3 ist ein Zeitdiagramm, das einen Ungleichgewichtsvariationskurvenverlauf und ein Ausstoßpulsationsrauschen eines Sensorerfassungssignals zeigt;
4 ist ein Diagramm, das Frequenzcharakteristiken hinsichtlich einer Maschinengeschwindigkeit zeigt;
5 ist ein Diagramm, das eine Korrelation zwischen der Maschinengeschwindigkeit und Filterkoeffizientwerten zeigt;
6 ist ein Flussdiagramm eines Filterverfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
7 umfasst Zeitdiagramme, die Sensorerfassungsspannungen AFO vor und nach dem Filterverfahren in einem Fall, in dem die Maschinengeschwindigkeit klein ist, und in einem Fall, in dem die Maschinengeschwindigkeit groß ist, zeigen;
8 ist ein Flussdiagramm eines Filterverfahrens eines zweiten Ausführungsbeispiels.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Im Folgenden ist ein spezifisches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Maschinensteuersystem verkörpert, das eine Mehrzylinder-Funkenzündungsbenzinmaschine steuert, die in einem Fahrzeug eingebaut ist, und das einen Betriebszustand der Maschine durch eine elektronische Steuereinheit (ECU; ECU = electronic control unit) steuert. 1 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration des Maschinensteuersystems zeigt.
In 1 ist eine Maschine 10 eine Reihenvierzylinder-Viertaktzyklus-Benzinmaschine. Die Maschine 10 ist mit einem Ansaugsystem, das einen Ansaugverteiler 11 und ein Einlassrohr 12 auf der Stromaufwärtsseite des Ansaugverteilers 11 aufweist, und einem Ausstoßsystem, das einen Ausstoßverteiler 13 und ein Auslassrohr 14 auf der Stromabwärtsseite des Ausstoßverteilers 13 aufweist, versehen. Das Ansaugsystem liefert einen Ansaugkanal. Das Ausstoßsystem liefert einen Ausstoßkanal. Das Einlassrohr 12 ist mit einem Drosselventil 15 versehen. Eine Ansaugpforte der Maschine 10 ist mit Kraftstoffeinspritzventilen 16 für jeweilige Zylinder versehen. Ein Sammelabschnitt (Ausgleichstank) des Ansaugverteilers 11 ist mit einem Ansaugdrucksensor 17 zum Erfassen eines Einlassrohrdrucks versehen. Es sei bemerkt, dass statt der Pforteneinspritztypmaschine eine Maschine eines Typs einer zylinderinternen Einspritzung als die Maschine 10 genutzt sein kann.
Ein Sammelabschnitt des Ausstoßverteilers 13 ist zusätzlich mit einem L/K-Sensor 21 versehen. Die Stromabwärtsseite des L/K-Sensors 21, das heißt das Auslassrohr 14, ist mit einem Katalysator 22, wie zum Beispiel einem Dreifachkatalysator, versehen. Der L/K-Sensor 21 hat ein Sensorelement, das aus einem Elektrolytfestkörper, wie zum Beispiel Zirkoniumdioxid, hergestellt ist, und erzeugt abhängig von fetten Komponenten (wie zum Beispiel HC) und mageren Komponenten (O₂) des Abgases ein Sensorerfassungssignal, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (L/K) in einem breiten Bereich von einer fetten Region zu einer mageren Region zu erfassen. Es sei bemerkt, dass andere bekannte Konfigurationen der Maschine 10, wie zum Beispiel Ansaug- und Ausstoßventile und ein Zündungssystem, nicht gezeigt sind und nicht beschrieben sind.
Bei der Maschine 10 werden Kraftstoffeinspritzungen durch die Kraftstoffeinspritzventile 16 für jeweilige Zylinder in einer vorbestimmten Verbrennungsreihenfolge (#1 - #3 - #4 - #2) durchgeführt. Wenn sich die Ansaugventile, die nicht gezeigt sind, öffnen, werden Luft-Kraftstoff-Mischungen in Verbrennungskammern von jeweiligen Zylindern eingeleitet. Nachdem die Luft-Kraftstoff-Mischungen einer Verbrennung in den jeweiligen Zylindern unterworfen wurden, werden dann Abgase zu dem Ausstoßverteiler 13 der Reihe nach ausgestoßen, wenn sich die Ausstoßventile, nicht gezeigt, öffnen.
Die ECU 30 ist im Wesentlichen durch einen bekannten Mikrocomputer 31, der eine CPU, einen ROM, einen RAM und dergleichen hat, konfiguriert. Die ECU 30 führt verschiedene Steuerprogramme aus, die in dem ROM gespeichert sind, um verschiedene Steuerungen für einen Betrieb der Maschine 10 durchzuführen. Sensorerfassungssignale werden genauer gesagt von dem Ansaugdrucksensor 17 und dem L/K-Sensor 21, die im Vorhergehenden beschrieben sind, und einem Ne-Sensor 23 zum Erfassen einer Maschinengeschwindigkeit aufeinanderfolgend in die ECU 30 eingegeben. Der Mikrocomputer 31 führt basierend auf verschiedenen Parametern, die einen Ansaugdruck, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, eine Maschinengeschwindigkeit und Maschinenbetriebsbedingungen angeben, eine Kraftstoffeinspritzmengensteuerung durch die Kraftstoffeinspritzventile 16, eine Zündzeitpunktsteuerung durch das Zündungssystem und der gleichen durch.
Die ECU 30 ist mit einer Sensorsteuerschaltung 32 versehen. Die Sensorsteuerschaltung 32 weist einen Strommessabschnitt und einen Hartfilterabschnitt 34 auf. Der Strommessabschnitt misst ein Sensorerfassungssignal des L/K-Sensors 21 und verstärkt das Sensorerfassungssignal mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor. Der Hartfilterabschnitt 34 dämpft Signalkomponenten des Sensorerfassungssignals des L/K-Sensors 21. Die Signalkomponenten haben eine Frequenz, die gleich einer oder weniger als eine Grenzfrequenz fh, die ein fester Wert ist, ist. Das Signal, das durch dieses Verfahren erhalten wird, (im Folgenden eine Sensorerfassungsspannung AFO) wird zu dem Mikrocomputer 31 ausgegeben.
Der Mikrocomputer 31 weist einen A/D-Wandlungsabschnitt als einen Eingangsabschnitt auf, der die Sensorerfassungsspannung AFO, die von der Sensorsteuerschaltung 32 ausgegeben wird, empfängt. Dieser A/D-Wandlungsabschnitt führt eine A/D-Wandlung für die Sensorerfassungsspannung AFO mit vorbestimmten Abtastperioden (bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Intervallen von 2 ms) durch. Der Mikrocomputer 31 weist zusätzlich einen Weichfilterabschnitt 33 auf. Wie in 2 gezeigt ist, weist der Weichfilterabschnitt 33 IIR-Filter auf und bestimmt basierend auf Filterkoeffizienten (a0, a1, a2, b1, b2) der IIR-Filter die Grenzfrequenz fs. Signalkomponenten, die die vorbestimmte Grenzfrequenz fs oder mehr haben, und die ein Signal, das von der Sensorsteuerschaltung 32 ausgegeben wird, in sich aufweist, werden dadurch gedämpft. Eine Filterordnung N der IIR-Filter ist zusätzlich 3.
Bei der Kraftstoffeinspritzmengensteuerung führt genauer gesagt der Mikrocomputer 31 eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung durch, sodass ein tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das aus einem Ausgangswert des L/K-Sensors 21 berechnet wird, mit einem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt. In der Maschine 10 verschiebt sich, wenn eine Zwischenzylindervariation (auf die im Folgenden als ein Ungleichgewicht Bezug genommen ist), bei der die Kraftstoffeinspritzmenge aufgrund einer Änderung mit der Zeit oder dergleichen zu klein oder zu groß wird, in einem der Mehrzahl von Zylindern auftritt, lediglich der Ausstoß von dem entsprechenden Zylinder zu der mageren Seite oder zu der fetten Seite. Aufgrund dessen wird ein Ungleichgewichtsvariationskurvenverlauf erzeugt, bei dem sich lediglich ein Sensorkurvenverlauf, der den entsprechenden Zylinder betrifft, von den anderen unterscheidet.
3 zeigt beispielsweise einen Fall, bei dem eine Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird, sodass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von lediglich einem der vier Zylinder fett wird. Ein Ungleichgewichtsvariationskurvenverlauf wird erzeugt, da Gas von einem Zylinder ausgestoßen wird, dessen Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett war. Das heißt, der L/K-Sensor 21 erfasst einen Ausstoß von den vier Zylindern der Maschine 10 in einer vorbestimmten Reihenfolge und in einer Zeitreihe. Unter dieser Bedingung, unter der eine stöchiometrische Rückkopplungssteuerung durchgeführt wird, tritt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem Zylinder (#1 in der Zeichnung) fett geworden ist, aufgrund eines Ungleichgewichts in einem Zyklus von 720° CA eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schwankung auf. Es ist daher wünschenswert, dass ein Ungleichgewicht des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aus einem Erfassungsresultat des L/K-Sensors 21 bestimmt wird, um die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung für jeden der Zylinder das Ungleichgewicht in Betracht ziehend durchzuführen.
Bei der Maschine 10 werden die Ausstoßventile unterdessen gemäß einer Verbrennung der jeweiligen Zylinder geöffnet. Jedes Mal, wenn die Ausstoßventile der jeweiligen Zylinder geöffnet werden, erhöht sich ein Ausstoßdruck. Wenn somit alle Zylinder betrachtet werden, wie es in 3 gezeigt ist, tritt eine Ausstoßpulsation in jedem Verbrennungszyklus (ferner jedem Ausstoßzyklus) von jedem der Zylinder auf. Zu dieser Zeit variiert aufgrund der Ausstoßpulsationen die Zahl der Moleküle pro Volumeneinheit in dem Auslassrohr 14, wodurch ein Ausstoßpulsationsrauschen der Sensorerfassungsspannung AFO überlagert wird. Eine Rückkopplungssteuerung, die das Ungleichgewicht des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Betracht zieht, kann daher nicht richtig durchgeführt werden.
Die Maschinengeschwindigkeit ändert sich zusätzlich jedes Mal, und eine Ausstoßpulsationsrauschfrequenz, die eine Frequenz eines Ausstoßpulsationsrauschens ist, und eine Ungleichgewichtsfrequenz, die eine Frequenz eines Ungleichgewichtsvariationskurvenverlaufs ist, ändern sich im Verhältnis zu der Maschinengeschwindigkeit.
Die Grenzfrequenz fs wird somit basierend auf der Maschinengeschwindigkeit variabel eingestellt. Über den ganzen Drehungsbereich der Maschine 10 werden genauer gesagt Filterkoeffizienten (a0, a1, a2, b1, b2) eingestellt, sodass die Grenzfrequenz fs einen Wert zwischen einer Verbrennungsfrequenz f1, die der Ausstoßpulsationsrauschfrequenz entspricht, und einer Frequenz f2 (= f1/4), die durch Teilen der Verbrennungsfrequenz f1 durch 4, was die Zahl der Zylinder ist, erhalten wird, hat. Filterkoeffizienten werden genauer gesagt durch Verwenden der Beziehungen, die in 5 gezeigt sind, unter der Annahme berechnet, dass die Filterkoeffizienten (a0, a1, a2, b1, b2) Funktionen der Maschinengeschwindigkeit sind. Die Grenzfrequenz fs der IIR-Filter wird daher zwischen der Verbrennungsfrequenz f1 und der Frequenz f2 über den ganzen Drehungsbereich der Maschine 10 unzweideutig bestimmt, wodurch das Ausstoßpulsationsrauschen über den gesamten Drehungsbereich der Maschine 10 gedämpft wird.
Wie in 4 gezeigt ist, sind ferner die Filterkoeffizienten der IIR-Filter eingestellt, sodass die Grenzfrequenz fs einen Wert (bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel fs = 1, 5 × f2) nahe der Frequenz f2 in einem Bereich zwischen der Verbrennungsfrequenz f1 und der Frequenz f2 über den gesamten Drehungsbereich der Maschine 10 hat. Signalkomponenten auf einer Seite einer niedrigen Frequenz werden dadurch verglichen mit einem Fall, in dem die Grenzfrequenz fs nahe der Verbrennungsfrequenz f1 ist, gedämpft.
Wie in 4 gezeigt ist, überlappen Werte der Verbrennungsfrequenz f1 in dem Bereich einer niedrigen Drehung der Maschine 10 und Werte der Frequenz f2 in dem Bereich einer hohen Drehung einander. Wenn daher die Grenzfrequenz fh des Hartfilterabschnitts 34 auf einen fixierten Wert eingestellt ist, um das Ausstoßpulsationsrauschen in dem Bereich einer niedrigen Drehung zu dämpfen, wird der Ungleichgewichtsvariationskurvenverlauf in dem Bereich einer hohen Drehung geglättet (gedämpft), wodurch der Ungleichgewichtsvariationskurvenverlauf möglicherweise nicht richtig erfasst wird. Die Grenzfrequenz fh des Hartfilterabschnitts 34 ist somit auf einen festen Wert eingestellt, der gleich oder mehr als die Frequenz f2 in dem gesamten Drehungsbereich der Maschine 10 ist.
6 ist ein Flussdiagramm einer Signalverarbeitungsprozedur für die Sensorerfassungsspannung AFO. Das derzeitige Verfahren wird durch den Mikrocomputer 31 in der ECU 30 in vorbestimmten Zeitperioden (bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Intervallen von 2 ms) wiederholt durchgeführt.
In 6 bestimmt bei einem Schritt S11 der Mikrocomputer 31, ob sich der L/K-Sensor 21 in einem Zustand einer abgeschlossenen Aktivierung befindet oder nicht. Wenn sich derselbe in einem inaktivierten Zustand befindet, endet das derzeitige Verfahren. Wenn die Aktivierung abgeschlossen ist, schreitet das derzeitige Verfahren zu einem Schritt S12 fort. Bei dem Schritt S12 empfängt dann der Mikrocomputer 31 die Maschinengeschwindigkeit, wobei danach das derzeitige Verfahren zu einem Schritt S13 fortschreitet.
Bei dem Schritt S13 stellt der Mikrocomputer 31 basierend auf der Maschinengeschwindigkeit, die bei dem Schritt S12 empfangen wird, die Filterkoeffizienten der IIR-Filter in dem Weichfilterabschnitt 33 ein. Nachdem die Grenzfrequenz fs bestimmt ist, schreitet das Verfahren zu einem Schritt S14 fort.
Bei dem Schritt S14 empfängt der Mikrocomputer 31 die Sensorerfassungsspannung AFO, wobei dann das derzeitige Verfahren zu einem Schritt S15 fortschreitet. Bei dem Schritt S15 führt der Mikrocomputer 31 ein Filterverfahren für die Sensorerfassungsspannung AFO durch die IIR-Filter durch. Das derzeitige Verfahren endet dann.
7(a) und 7(b) zeigen Kurvenverläufe vor und nach dem Filterverfahren für die Sensorerfassungsspannung AFO in Fällen, in denen Ungleichgewichte auftreten. 7(a) zeigt Signalkurvenverläufe während einer niedrigen Drehung. 7(b) zeigt Signalkurvenverläufe während einer hohen Drehung.
Vor dem Filterverfahren schwankt, wie in 7(a) und 7(b) gezeigt ist, die Sensorerfassungsspannung AFO in Zyklen von 720° CA (vier Zyklen eines Ausstoßpulsationsrauschens) stark, und die Sensorerfassungsspannung AFO schwankt in Zyklen von 180° CA (ein Zyklus des Ausstoßpulsationsrauschens) leicht. Dies liegt daran, dass eine Abweichung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem der vier Zylinder der Maschine 10 verursacht wurde, und ein Ausstoß in den vier Zylindern der Maschine 10 aufgetreten ist. Es sei bemerkt, dass, da das Ungleichgewicht des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses die Schwankung der Sensorerfassungsspannung AFO verglichen mit der Ausstoßpulsation stark beeinflusst, die Schwankung der Sensorerfassungsspannung AFO in Zyklen von 720° CA größer wird. Da zusätzlich der Verbrennungszyklus der Maschine 10 in einem Fall, in dem die Maschinengeschwindigkeit hoch ist, kürzer als in einem Fall ist, in dem die Maschinengeschwindigkeit niedrig ist, sind der Zyklus des Ausstoßpulsationsrauschens und die Periode eines Ungleichgewichtsvariationskurvenverlaufs in dem Fall kürzer, in dem die Maschinengeschwindigkeit hoch ist.
Nach dem Filterverfahren wird, wie in 7(a) und 7(b) gezeigt ist, ungeachtet der Maschinengeschwindigkeit verhindert, dass der Ungleichgewichtsvariationskurvenverlauf geglättet wird, während das Ausstoßpulsationsrauschen richtig gedämpft wird. Das heißt, da sich die Grenzfrequenz fs basierend auf der Maschinengeschwindigkeit in dem Weichfilterabschnitt 33 ändert, wird das Ausstoßpulsationsrauschen in dem gesamten Drehungsbereich der Maschine 10 gedämpft.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können die folgenden vorteilhaften Effekte geliefert werden.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel hat eine Konfiguration, bei der die Grenzfrequenz fs des Weichfilterabschnitts 33, der die IIR-Filter aufweist, basierend auf der Maschinengeschwindigkeit variabel eingestellt wird. Das Ausstoßpulsationsrauschen wird daher in dem gesamten Drehungsbereich der Maschine 10 durch den Weichfilterabschnitt 33 richtig gedämpft, und es wird verhindert, dass der Ungleichgewichtsvariationskurvenverlauf geglättet wird. Als ein Resultat kann ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis richtig erfasst werden, während ein Sensoransprechvermögen sichergestellt ist.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel hat eine Konfiguration, bei der die Grenzfrequenz fs zwischen der Verbrennungsfrequenz f1 und der Frequenz f2, die durch Teilen der Verbrennungsfrequenz f1 durch 4, was die Zahl der Zylinder ist, erhalten wird, eingestellt ist. Gemäß dieser Konfiguration wird, wenn sich Ausstoßkomponenten von einem der vier Zylinder von jenen der anderen Zylinder unterscheiden, wodurch ein Ungleichgewichtsvariationskurvenverlauf erzeugt wird, in dem sich lediglich der Sensorkurvenverlauf, der den entsprechenden Zylinder betrifft, von den anderen unterscheidet, verhindert, dass der Ungleichgewichtsvariationskurvenverlauf geglättet wird, während das Ausstoßpulsationsrauschen, das dem Ungleichgewichtsvariationskurvenverlauf überlagert ist, gedämpft wird. Das Ungleichgewicht kann daher richtig bestimmt werden.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel hat eine Konfiguration, bei der die Grenzfrequenz fs eingestellt ist, um nahe der Frequenz f2 in einem Bereich zwischen der Verbrennungsfrequenz f1 und der Frequenz f2 zu sein. Gemäß dieser Konfiguration ist verglichen mit einem Fall, in dem die Grenzfrequenz fs nahe der Verbrennungsfrequenz f1 ist, das Dämpfungs- bzw. Sperrband breit und, das Durchlassband ist schmal. Daher wird lediglich der Ungleichgewichtsvariationskurvenverlauf in dem Durchlassband richtig extrahiert. Das Ungleichgewicht kann dadurch richtig bestimmt werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen fokussierend auf die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass die Filterordnung N basierend auf einer Maschinenlast geändert wird.
Der Mikrocomputer 31 stellt die Filterordnung N des Weichfilterabschnitts 33 basierend auf einer Maschinenlast variabel ein. Da genauer gesagt der Ausstoßdruck groß wird, wenn eine Maschinenlast eine hohe Last ist, ist es für das Ausstoßpulsationsrauschen leicht, die Genauigkeit beim Erfassen eines Ungleichgewichtsvariationskurvenverlaufs stark zu beeinflussen. Das Ausstoßpulsationsrauschen wird somit vorzugsweise durch Vergrößern der Filterordnung N gedämpft. Da im Gegensatz dazu ein Ausstoßdruck klein wird, wenn die Maschinenlast eine niedrige Last ist, ist es für das Ausstoßpulsationsrauschen schwierig, die Genauigkeit beim Erfassen eines Ungleichgewichtsvariationskurvenverlaufs zu beeinflussen. Es wird somit vorzugsweise verhindert, dass der Ungleichgewichtsvariationskurvenverlauf durch Senken der Filterordnung N geglättet wird. In dem Bereich einer niedrigen Drehung ist genauer gesagt der Unterschied zwischen einer Ausstoßpulsationsfrequenz und einer Ungleichgewichtsfrequenz klein. Ein variables Einstellen der Filterordnung N kann daher verhindern, dass der Ungleichgewichtskurvenverlauf unnötig geglättet wird, und das Sensoransprechvermögen kann sichergestellt werden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stellt somit der Mikrocomputer 31 die Filterordnung N basierend auf dem Ansaugdruck, der von dem Ansaugdrucksensor 17 als eine Maschinenlast ausgegeben wird, variabel ein. Wenn genauer gesagt der Ansaugdruck klein ist, wird die Filterordnung N eingestellt, um klein zu sein. Es kann daher verhindert werden, dass der Ungleichgewichtsvariationskurvenverlauf abhängig von der Maschinenlast geglättet wird.
8 ist ein Flussdiagramm einer Signalverarbeitungsprozedur für die Sensorerfassungsspannung AFO. Das derzeitige Verfahren wird durch den Mikrocomputer 31 in der ECU 30 in vorbestimmten Zeitperioden (bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in Intervallen von 2 ms) wiederholt durchgeführt.
In 8 bestimmt bei einem Schritt S21 der Mikrocomputer 31, ob der L/K-Sensor 21 in einem Zustand einer abgeschlossenen Aktivierung ist oder nicht. Wenn sich derselbe in einem inaktivierten Zustand befindet, beendet der Mikrocomputer 31 das derzeitige Verfahren. Wenn die Aktivierung abgeschlossen ist, schreitet das derzeitige Verfahren zu einem Schritt S22 fort.
Bei dem Schritt S22 empfängt der Mikrocomputer 31 einen Ansaugdruck, der durch den Ansaugdrucksensor 17 erfasst wird. Nach einem Empfangen des Ansaugdrucks stellt der Mikrocomputer 31 bei einem Schritt S23 basierend auf dem Ansaugdruck, der bei dem Schritt S22 empfangen wird, die Filterordnung N ein. Die Filterordnung N wird hier in einem Bereich von 0 bis 3 eingestellt. N = 0 wird beispielsweise während des Leerlaufs eingestellt, und die Filterordnung N wird eingestellt, um größer zu sein, sowie die Maschinenlast größer wird. Es sei bemerkt, dass eine Konfiguration implementiert sein kann, bei der die Filterordnung N in einem Bereich von 1 bis 3 eingestellt wird. Nachdem die Filterordnung N eingestellt ist, schreitet das derzeitige Verfahren zu einem Schritt S24 fort.
Bei dem Schritt S24 bestimmt der Mikrocomputer 31, ob die Filterordnung N, die bei dem Schritt S23 eingestellt wurde, eine andere als 0 ist oder nicht. Wenn bei dem Schritt S24 eine negative Bestimmung vorgenommen wird, wird das derzeitige Verfahren angehalten. Wenn bei dem Schritt S24 eine positive Bestimmung vorgenommen wird, schreitet das derzeitige Verfahren zu einem Schritt S25 fort.
Verfahren bei dem Schritt S25 bis zu dem Schritt S28 sind dann ähnlich zu dem Schritt S12 bis zu dem Schritt S15 in 6, die im Vorhergehenden beschrieben sind. Basierend auf diesen Verfahren wird ein Filterverfahren durch die IIR-Filter durchgeführt, bei dem die Filterkoeffizienten eingestellt werden. Das derzeitige Verfahren endet dann.
Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, hat das vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Konfiguration, bei der die Filterkoeffizienten basierend auf der Maschinengeschwindigkeit variabel eingestellt werden, und die Filterordnung N basierend auf dem Ansaugdruck variabel eingestellt wird.
Ein Filterverfahren wird daher abhängig von einer Änderung der Frequenz des Ausstoßpulsationsrauschens und einer Änderung eines Betrags der Ausstoßpulsation durchgeführt, um zu verhindern, dass ein Ungleichgewichtsvariationskurvenverlauf geglättet wird, während das Ausstoßpulsationsrauschen gedämpft wird. Als ein Resultat kann ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis richtig erfasst werden, während das Sensoransprechvermögen sichergestellt wird.
(Andere Ausführungsbeispiele)
Die vorhergehenden Ausführungsbeispiele können beispielsweise wie folgt modifiziert sein.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind Filterkoeffizienten der IIR-Filter eingestellt, sodass die Grenzfrequenz fs einen Wert nahe der Frequenz f2 hat. Die Filterkoeffizienten der IIR-Filter können eingestellt sein, sodass die Grenzfrequenz fs einen Wert nahe der Verbrennungsfrequenz f1 hat. Dies zieht in Betracht, dass bei einem tatsächlichen Filterverfahren Signalkomponenten von Frequenzen, die niedriger als die Grenzfrequenz fs sind, ebenfalls in der Nähe der Grenzfrequenz fs gedämpft werden. Verglichen mit einem Fall, in dem die Grenzfrequenz fs ein Wert nahe der Frequenz f2 ist, kann somit verhindert werden, dass der Ungleichgewichtsvariationskurvenverlauf geglättet wird, und das Sensoransprechvermögen kann sichergestellt werden.
Das erste Ausführungsbeispiel ist konfiguriert, sodass, sowie eine Maschinengeschwindigkeit höher ist, die Grenzfrequenz fs eingestellt ist, um höher zu sein. Zusätzlich dazu kann, sowie die Maschinengeschwindigkeit höher ist, die Filterordnung N eingestellt sein, um niedriger zu sein. Wie in 4 gezeigt ist, wird, sowie die Maschinengeschwindigkeit höher ist, der Unterschied zwischen der Ausstoßpulsationsrauschfrequenz und der Ungleichgewichtsfrequenz größer. Dadurch ist es in dem Bereich einer hohen Drehung schwierig, dass das Ausstoßpulsationsrauschen die Genauigkeit beim Erfassen eines Ungleichgewichtsvariationskurvenverlaufs beeinflusst. Es wird somit vorzugsweise verhindert, dass der Ungleichgewichtsvariationskurvenverlauf geglättet wird, indem die Filterordnung N gesenkt wird. Sowie die Maschinengeschwindigkeit niedriger ist, wird im Gegensatz dazu der Unterschied zwischen der Ausstoßpulsationsrauschfrequenz und der Ungleichgewichtsfrequenz kleiner. In dem Bereich einer niedrigen Drehung ist es dadurch leicht, dass das Ausstoßpulsationsrauschen die Genauigkeit beim Erfassen eines Ungleichgewichtsvariationskurvenverlaufs beeinflusst. Das Ausstoßpulsationsrauschen wird somit vorzugsweise durch Vergrößern der Filterordnung N gedämpft. Es wird daher verhindert, dass der Ungleichgewichtsvariationskurvenverlauf geglättet wird, während das Ausstoßpulsationsrauschen gedämpft wird. Als ein Resultat kann ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis richtig erfasst werden, während das Sensoransprechvermögen sichergestellt ist.
Das zweite Ausführungsbeispiel ist konfiguriert, sodass, sowie eine Maschinenlast leichter ist, die Filterordnung N niedriger wird. Selbst wenn die Maschinenlast schwer ist, kann die Filterordnung N niedrig gemacht werden, wenn die Maschinengeschwindigkeit hoch ist. Dies zieht in Betracht, dass, sowie die Maschinengeschwindigkeit höher ist, die Genauigkeit beim Erfassen einer Ausstoßpulsationsfrequenz nicht ohne Weiteres beeinflusst wird. Wenn daher die Maschinengeschwindigkeit hoch ist, wird die Filterordnung N niedrig gemacht, um zu verhindern, dass der Ungleichgewichtsvariationskurvenverlauf geglättet wird, während das Ausstoßpulsationsrauschen gedämpft wird. Als ein Resultat kann ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis richtig erfasst werden, während das Sensoransprechvermöge sichergestellt wird.
Obwohl der Weichfilterabschnitt 33 konfiguriert ist, um IIR-Filter zu haben, kann statt mit diesen der Weichfilterabschnitt 33 konfiguriert sein, um andere Digitalfilter, wie zum Beispiel FIR-Filter zu haben. Eine solche Konfiguration kann ferner durch variables Einstellen von Filterkoeffizienten und der Filterordnung N die Filtercharakteristiken ändern. Es wird daher verhindert, dass der Ungleichgewichtsvariationskurvenverlauf geglättet wird, während das Ausstoßpulsationsrauschen richtig gedämpft wird.
Die Abtastperiode ist auf eine vorbestimmte Zeitperiode (Intervall von 2 ms) eingestellt. Stattdessen kann die Abtastperiode in einer Synchronisation mit einem vorbestimmten Kurbelwinkelzyklus sein. Gemäß dieser Konfiguration ändert sich die Abtastperiode abhängig von der Änderung des Kurbelwinkelzyklus.
In dem Weichfilterabschnitt 33 können die Abtastperiode und eine Periode eines Durchführens des Filterverfahrens eingestellt sein, um sich voneinander zu unterscheiden. Die Abtastperiode kann beispielsweise auf 2 ms eingestellt sein, und die Periode eines Durchführens des Filterverfahrens kann auf 10 ms eingestellt sein, um das Filterverfahren hinsichtlich der Abtastperiode intermittierend durchzuführen. Die Last einer Berechnung der ECU 30 für das Filterverfahren kann somit reduziert werden.
Das vorhergehende Ausführungsbeispiel ist so konfiguriert, dass der L/K-Sensor 21 auf eine Reihenvierzylindermaschine angewendet ist und in dem Sammelabschnitt des Ausstoßverteilers 13 vorgesehen ist. Der L/K-Sensor 21 kann auf eine Maschine, die eine Mehrzahl von Zylindern, die ein gemeinsames Ausstoßsystem haben, hat und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch einen gemeinsamen Gassensor erfasst, angewendet sein. Die L/K-Sensoren 21 können beispielsweise jeweils auf eine Mehrzahl von Bänken einer Maschine, wie zum Beispiel einer Maschine eines V-Typs, angewendet sein.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel liefert eine Signalverarbeitungsvorrichtung für einen Gassensor, der in einem Ausstoßkanal einer Maschine angeordnet ist, um eine Konzentration einer spezifischen Komponente in einem Abgas, das durch den Ausstoßkanal strömt, zu erfassen. Diese Signalverarbeitungsvorrichtung weist eine Filtereinrichtung, die ein Ausstoßpulsationsrauschen, das ein Erfassungssignal des Gassensors in sich aufweist, dämpft, und eine Filtercharakteristik-Einstelleinrichtung auf, die Filtercharakteristiken der Filtereinrichtung variabel einstellt.
Wenn eine Ausstoßpulsation in dem Ausstoßkanal auftritt, und ein Ausstoßpulsationsrauschen, das aufgrund der Ausstoßpulsation erzeugt wird, einem Erfassungssignal des Gassensors überlagert wird, wird die Genauigkeit beim Erfassen einer Gaskonzentration beeinflusst. Ein Verwenden der Filtereinrichtung kann jedoch das Ausstoßpulsationsrauschen dämpfen. Es besteht jedoch eine Sorge, dass der Erfassungskurvenverlauf der Gaskonzentration aufgrund der Dämpfung des Rauschens geglättet werden kann, was in einem Senken eines Sensoransprechvermögens resultiert. In diesem Fall werden, da sich die Frequenz des Ausstoßpulsationsrauschens abhängig von der Maschinengeschwindigkeit ändert, Nachteile in dem Bereich einer niedrigen Drehung nicht geliefert. Nachteile können jedoch in dem Bereich einer hohen Drehung auftreten. In dieser Hinsicht kann ein variables Einstellen von Filtercharakteristiken der Filtereinrichtung basierend auf der Maschinengeschwindigkeit verhindern, dass der Erfassungskurvenverlauf der Gaskonzentration geglättet wird, während das Ausstoßpulsationsrauschen gedämpft wird. Als ein Resultat kann die Gaskonzentration richtig erfasst werden, während das Sensoransprechvermögen sichergestellt wird.
Bezugszeichenliste

10: Maschine
14: Auslassrohr (Ausstoßkanal)
21: L/K-Sensor (Gassensor)
30: ECU (Filtereinrichtung, Filtercharakteristik-Einstelleinrichtung)

Claims

Signalverarbeitungsvorrichtung (30) für einen Gassensor (21), der in einem Ausstoßkanal (14) einer Maschine (10) angeordnet ist, um eine Konzentration einer spezifischen Gaskomponente in einem Abgas, das durch den Ausstoßkanal (14) strömt, zu erfassen, mit: einer Filtereinrichtung (30), die ein Ausstoßpulsationsrauschen, das ein Erfassungssignal des Gassensors (21) in sich aufweist, dämpft, und einer Filtercharakteristik-Einstelleinrichtung (30), die basierend auf einer Maschinengeschwindigkeit Filtercharakteristiken der Filtereinrichtung (30) variabel einstellt, wobei die Maschine (10) eine Mehrzylindermaschine ist, die eine Mehrzahl von Zylindern hat, die ein gemeinsames Ausstoßsystem haben, und eine Gaskonzentration durch den Gassensor (21), der gemeinsam verwendet wird, erfasst, und in der der Kraftstoff, der von einer Kraftstoff einspritzenden Einrichtung (16) in jeden der Zylinder eingespritzt wird, verbrennt, die Filtereinrichtung (30) ein Tiefpassfilter ist, der ein Durchlassband hat, das Frequenzen aufweist, die niedriger als eine Grenzfrequenz fs sind, und die Filtercharakteristik-Einstelleinrichtung (30) die Grenzfrequenz fs zwischen einer Verbrennungsfrequenz f1 der Mehrzahl von Zylindern und einer Frequenz f2 (= f1/n), die durch Teilen der Verbrennungsfrequenz f1 durch n, was die Zahl der Zylinder ist, erhalten wird, einstellt.
Signalverarbeitungsvorrichtung (30) für einen Gassensor (21) nach Anspruch 1, bei der die Filtercharakteristik-Einstelleinrichtung (30) die Grenzfrequenz einstellt, um in einem Bereich zwischen der Verbrennungsfrequenz f1 und der Frequenz f2 näher an der Frequenz f2 zu liegen als an der Verbrennungsfrequenz f1.
Signalverarbeitungsvorrichtung (30) für einen Gassensor (21) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Filtercharakteristik-Einstelleinrichtung (30) basierend auf einer Maschinengeschwindigkeit eine Filterordnung variabel einstellt.
Signalverarbeitungsvorrichtung (30) für einen Gassensor (21) nach Anspruch 3, bei der, wenn die Maschinengeschwindigkeit hoch ist, die Filtercharakteristik-Einstelleinrichtung (30) die Filterordnung verglichen mit einem Fall niedriger einstellt, in dem die Maschinengeschwindigkeit niedrig ist.
Signalverarbeitungsvorrichtung (30) für einen Gassensor (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Filtercharakteristik-Einstelleinrichtung (30) basierend auf einer Maschinenlast die Filterordnung variabel einstellt.
Signalverarbeitungsvorrichtung (30) für einen Gassensor (21) nach Anspruch 5, bei der, wenn die Maschinenlast eine niedrige Last ist, die Filtercharakteristik-Einstelleinrichtung (30) die Filterordnung verglichen mit einem Fall niedriger einstellt, in dem die Maschinenlast eine hohe Last ist.