JP2001182596A - 内燃機関の吸気圧力検出装置 - Google Patents

内燃機関の吸気圧力検出装置

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pressure
intake
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Abstract

(57)【要約】 【課題】吸気負圧がそれ程大きくならない2サイクル等
のエンジンにおいて、コストの低減を図りつつ、吸気圧
力を高精度に検出できるようにする。 【解決手段】エンジンの運転状態を制御するための情報
として、吸気管11内の吸気圧力を検出する吸気圧力検
出装置を、吸気の絶対圧力を検出する吸気圧力検出セン
サ12と、所定の基準電圧Vrefを供給する基準電圧
電源13と、吸気圧力検出センサ12からの出力電圧V
inと基準電圧電源13の基準電圧Vrefとの差を増
幅する差動増幅器14と、差動増幅器14から出力され
るアナログ信号k・ΔVをデジタル信号に変換するA/
D変換器15等により構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸気管
等における吸気圧力を検出するための内燃機関の吸気圧
力検出装置に関し、特に、吸気圧力の負圧レベルが比較
的小さい内燃機関、例えば2サイクル、単気筒、小排気
量等の内燃機関の吸気圧力を検出するのに適した内燃機
関の吸気圧力検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車等に搭載された4サイクルの内燃
機関(エンジン)においては、一般に電子制御により燃
料を噴射する電子制御燃料噴射システムが採用されてい
る。このシステムにおいては、図9に示すように、吸気
管を流れる吸入空気量とエンジンの回転数から基本燃料
噴射量を求め、エンジンの運転情報としての水温、吸気
温度、スロットル開度等から各種の増量補正を行ない、
又、排気管内の酸素量を酸素センサにより検出して空燃
比補正を行なうことで、エンジンの種々の運転状態に適
合した燃料噴射量を決定するようになっている。
【0003】そして、この吸入空気量を検出する手法と
しては、例えば、吸入負圧感知式(Dジェトロニック方
式)の吸気圧検出装置が知られており、この吸気圧検出
装置は、エンジンの充填効率が吸気管圧力に比例すると
いう原理に基づくものであり、吸気管内の絶対圧力を求
め、この絶対圧力と別個に測定した吸気温度とから、ボ
イル−シャルルの法則により吸い込まれる空気密度を算
出して吸入空気量を求めている。
【0004】ところで、自動車等に搭載される4サイク
ルの多気筒エンジンにおいては、吸入空気量を調整する
ためのスロットルバルブを、吸気通路の上流側に一つ又
は二つすなわち気筒数よりも少ない数だけ設けた構成が
一般的であり、この一つ又は二つのスロットルバルブを
経由して複数のシリンダへ吸気が導かれることになる。
【0005】この構成において、スロットルバルブの開
度が微小である場合には、吸気管内の圧力(吸気圧力)
は非常に低くなり、例えば−80kPa(ゲージ圧力)
程度よりも低くなる場合がある。一方、エンジンの負荷
が大きくて、スロットルバルブが全開となるような場合
には、吸気管内の圧力はほぼ大気圧すなわち0kPa
(ゲージ圧力)程度まで高まり、又、過給機を備えたエ
ンジンにおいては約+101.32kPa(ゲージ圧
力)程度にまで加圧される。
【0006】したがって、このようなエンジンにおける
吸気管内の絶対圧力を検出する吸気圧検出装置は、約2
0kPa(絶対圧力)から高気圧条件下の大気圧レベル
である約106.7kPa(絶対圧力)程度、あるい
は、過給機を備えたエンジンに対応するように約200
kPa(絶対圧力)程度までを測定範囲とするように設
定されている。
【0007】このような吸気圧検出装置を構成する吸気
圧力検出センサとしては、インターフェースを良好にす
るために、DC+5Vの単電源で動作すると共に出力電
圧もDC0〜5Vの範囲とし、図10に示すような線形
特性を示すものが開発されている。この吸気圧力検出セ
ンサにおける従来の使用範囲は、図10中のSで示され
る幅広い領域に亘っている。
【0008】上述の吸気圧力検出センサを用いたシステ
ムでは、図11のブロック図に示されるように、吸気圧
力検出センサ1で検出された圧力に対応する出力電圧の
アナログ信号が、A/D変換器2によりデジタル信号に
変換され、このデジタル信号等に基づいて、CPU3に
より吸入空気量等の計算が行なわれることになる。
【0009】このA/D変換器2は、基準電圧として5
Vの電源4に接続されており、この基準電圧をもとに吸
気圧力検出センサ1のアナログ信号をデジタル信号に変
換する。ここで、A/D変換器2の分解能が、例えば8
ビットの場合、0〜5Vの範囲の入力電圧は、0〜25
5の範囲のデジタル値に変換されることになる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、二輪車、ス
ノーモービル、レジャーボート等に搭載されるエンジン
は、自動車等に搭載されるエンジンに比べて、気筒数が
少ない場合が多く、又、4サイクルエンジンのみならず
2サイクルエンジンも適用される。したがって、前述の
ような従来の吸気圧力検出装置を、これら二輪車、スノ
ーモービル、レジャーボート等に搭載のエンジンにその
まま採用すると、以下のような問題を生じる。
【0011】すなわち、これら二輪車、スノーモービ
ル、レジャーボート等においては、アクセルレスポンス
を重視するため、多気筒エンジンにおいては各気筒毎に
スロットルバルブを設ける場合がある。したがって、従
来の如く気筒数よりも少ないスロットルバルブを設ける
場合に比べて、吸気管内の圧力が著しく高くすなわち吸
気管内の負圧が著しく小さくなり、例えば、小排気量の
2サイクル単気筒エンジンでは、吸気管内の圧力は最低
でも−20kPa(ゲージ圧力)程度に低下するのみで
ある。
【0012】したがって、従来の吸気圧検出装置をその
まま採用した場合、−20kPa〜0kPa(ゲージ圧
力)の狭い圧力範囲に対しては、センサ出力は図10中
のLで示す狭い領域(約3.2〜4.0V)となり、本
来の測定レンジの約1/5程度を使用することになる。
したがって、検出可能な圧力幅(1LSB)も約0.5
1kPa程度の比較的大きい値となり、それ故に検出感
度が低くなり、エンジンの燃料噴射量等を制御するのは
困難である。
【0013】また、上記の−20kPa〜0kPaの圧
力範囲に対応するセンサ出力をそのまま増幅するとすれ
ば、小さい増幅率で、A/D変換器2の入力電圧の範囲
を容易に超えることになり、圧力の検出が困難になる。
【0014】一方、A/D変換器2の分解能を高めて、
例えば8ビットから10ビットに大きくした場合、約
0.13kPaレベルまでの圧力変化を検出できること
になるが、コストが高くなり、又、ソフト上の処理が複
雑化し、制御回路のS/N比も高く設定する必要があ
る。
【0015】さらに、スノーモービルのように海抜高度
の高い高地で使用される場合は、吸気圧力検出センサを
利用して大気圧を測定することで高度計として利用する
ことが要求され、又、高地においては吸気管内の圧力も
低下する等の関係から、吸気圧力検出センサの測定レン
ジを狭めることには問題があった。
【0016】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
成されたものであり、その目的とするところは、充分な
吸気管負圧が得られる自動車等に搭載の内燃機関用とし
て開発された吸気圧力検出センサを、充分な吸気管負圧
が得られない単気筒、小排気量あるいは2サイクル等の
内燃機関に適用することでコストの低減を図りつつ、高
感度にて吸気管圧力を検出して、燃料噴射量等の制御を
高精度に行なうことができる内燃機関の吸気圧力検出装
置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の内燃機関の吸気
圧力検出装置は、内燃機関の運転状態を制御するための
情報として、吸気管内の吸気圧力を検出する内燃機関の
吸気圧力検出装置であって、吸気の絶対圧力を検出する
吸気圧力検出センサと、所定の基準電圧を供給する基準
電圧電源と、吸気圧力検出センサからの出力電圧と基準
電圧電源の基準電圧との差を増幅する差動増幅器と、こ
の差動増幅器から出力されるアナログ信号をデジタル信
号に変換するA/D変換器と、を有することを特徴とし
ている。
【0018】この構成によれば、先ず、内燃機関におけ
る吸気の絶対圧力が吸気圧力検出センサにより検出され
て、この検出された圧力に対応する電圧が出力される。
この出力電圧と基準電圧とが差動増幅器に入力されて、
両者の差が所定の増幅率で増幅される。増幅されたアナ
ログ信号は、A/D変換器に導かれてデジタル信号に変
換される。すなわち、所定の基準電圧値と吸気圧力検出
センサの出力電圧値とを比較し、両者の差を増幅してA
/D変換器に入力することで、分解能の低いA/D変換
器においても圧力の検出感度が高められ、1LSB(最
下位ビット:LeastSignificant Bi
t)すなわち検出可能な圧力幅が充分に小さな値とな
る。したがって、吸気圧力がそれ程低くならない内燃機
関においても、高精度に吸気圧力が検出され、これによ
り、高精度な燃料噴射量等の制御が実現される。
【0019】上記構成において、基準電圧電源の基準電
圧は、標準大気圧よりも高い所定圧力を印加した時に吸
気圧力検出センサから出力される出力電圧と同一とす
る、構成を採用することができる。この構成によれば、
標準大気圧を超えるような高気圧の条件下においても、
差動増幅器の出力は0Vにならず、その結果、A/D変
換器の入力値が0Vでクリップすることなく、正確な吸
気圧力の検出が行なわれる。
【0020】上記構成において、基準電圧電源の基準電
圧を調整可能な基準電圧調整手段を設けた構成を採用す
ることができる。この構成によれば、基準電圧調整手段
を調整することで、例えば標準大気圧よりも高い高気圧
条件下で、差動増幅器の出力が0Vとなるように基準点
の調整を行なうことができる。また、適宜所望の基準電
圧値に設定することができる。
【0021】上記構成において、差動増幅器の増幅率を
調整可能な増幅率調整手段を設けた構成を採用すること
ができる。この構成によれば、増幅率調整手段を調整す
ることで、差動増幅器の増幅率を適宜所望の値に調整す
ることができ、これにより、回路の誤差あるいは部品の
バラツキ等を吸収させることができる。
【0022】上記吸気圧力検出センサ、基準電圧電源、
差動増幅器、及びA/D変換器を備えた構成において、
さらに、吸気圧力検出センサに対して既知の所定圧力値
を印加した際に、差動増幅器から出力される信号に関す
る情報を予め記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶
された記憶情報と吸気圧力検出センサにより実際に検出
された検出情報とに基づいて、実際の吸気圧力を演算処
理する演算処理手段と、を有する構成を採用することが
できる。この構成によれば、既知の所定圧力値例えば少
なくとも2点の校正用圧力値が吸気圧力検出センサに印
加されることで、差動増幅器から出力される信号に関す
る情報、すなわち、吸気圧力検出センサ及び差動増幅器
の実際の検出特性が記憶手段に予め記憶される。この状
態で、吸気圧力検出装置が実際のシステムに組み込まれ
て吸気圧力を検出すると、吸気圧力検出センサ、差動増
幅器、A/D変換器を経て出力された情報すなわち検出
情報と記憶手段に記憶された記憶情報とに基づいて、演
算処理手段により、実際の吸気圧力が演算処理される。
したがって、設計上の検出特性と実際の検出特性に相違
(吸気圧力検出センサ自体の特性のバラツキあるいは増
幅回路における演算抵抗のバラツキ等による設計上の検
出特性と実際の検出特性との相違)がある場合、演算処
理に基づき逐次校正を行なうことで、設計値に基づく圧
力ではなく、実際の圧力を検出することができる。
【0023】上記構成いおいて、記憶手段への情報の書
き込み指令の有無を判別する判別手段を有する、構成を
採用することができる。この構成によれば、判別手段に
より、記憶手段への情報の書き込み指令の有無が判別さ
れるため、例えば、判別手段が指令有りの信号を発する
場合、既知の所定圧力に基づく差動増幅器からの出力信
号に係るデジタル情報が記憶手段に記憶され、一方、判
別手段が指令無しの信号を発する場合、上記記憶手段へ
の記憶動作は行なわれない。すなわち、装置製造の際の
検査工程等で、この判別手段に基づき、校正データの書
き込み等を行なうことができる。
【0024】上記構成において、差動増幅器の増幅率
を、増幅された出力信号が、使用されるA/D変換器の
入力範囲を超えない範囲に設定した、構成を採用するこ
とができる。この構成によれば、使用されるA/D変換
器の入力レンジを幅広くかつ飽和させない範囲で利用す
ることができ、吸気圧力を高精度に検出することができ
る。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面に基づき説明する。図1は、本発明に係る
内燃機関(エンジン)の吸気圧力検出装置の一実施形態
を示す概略構成図である。この実施形態に係る吸気圧力
検出装置10は、図1に示すように、エンジンの吸気管
11内における吸気の絶対圧力(Pint)を検出する
吸気圧力検出センサ12と、所定の基準電圧(Vre
f)を供給する基準電圧電源13と、吸気圧力検出セン
サ12からの出力電圧すなわちセンサ電圧(Vin)と
基準電圧電源13の基準電圧(Vref)との電圧差
(ΔV)を増幅する差動増幅器14と、この差動増幅器
14から所定の増幅率(k)で増幅されて出力される出
力電圧(k・ΔV)のアナログ信号をデジタル信号に変
換するA/D変換器15等を、その基本構成として備え
ている。
【0026】また、この吸気圧力検出装置10は、主と
して、エンジンの運転状態に応じた燃料の噴射量を制御
する燃料噴射制御システムにおいて適用されるものであ
り、この制御システムとしては、上記吸気圧力検出装置
10の他に、種々の演算処理を行なうマイクロコンピュ
ータとしてのCPU16、制御プログラムあるいは制御
データが格納されたROM17、途中の演算結果等が一
時的に保存されるRAM18等を備えている。
【0027】ここで、吸気圧力検出センサ12は、オン
チップのバイポーラ・オペアンプ回路と薄膜抵抗器ネッ
トワークを一体化した圧力センサ半導体(ハイブリッド
IC)からなるものであり、ICのシリコンウエハ上に
形成されたシリコンダイアフラムに対して圧力が印加さ
れると、このシリコンダイアフラムの背後に密封された
真空を基準として、印加圧力に比例したアナログ信号を
出力するものである。
【0028】したがって、このシリコンダイアフラムに
対して、エンジンの吸気管11内の吸気圧力が印加され
ると、その吸気の絶対圧力を検出するようになってい
る。尚、この吸気圧力検出センサ12は、DC+5Vの
単電源に接続されて作動し、出力電圧の範囲も0V〜5
Vの範囲に設定されている。この吸気圧力検出センサ1
2の圧力に対する出力電圧(センサ電圧)の特性は、図
2に示すような線形特性を示し、例えば、20.0kP
a(絶対圧力)のとき約0.79V、81.3kPa
(絶対圧力)のとき約3.23V、101.32kPa
(絶対圧力)のとき約4.0V、106.7kPa(絶
対圧力)のとき約4.2Vをそれぞれ出力するものであ
る。
【0029】また、この吸気圧力検出センサ12は、上
述のCPU16,ROM17,RAM18,差動増幅器
14,A/D変換器15,その他周辺電子部品等を内蔵
したECU(エンジンコントロールユニット)20に一
体的に内蔵されており、この吸気圧力検出センサ12の
シリコンダイアフラムに対して、圧力印加パイプを介し
て吸気管11内の吸気圧力が導かれるようになってい
る。このように、吸気圧力検出センサ12がECU20
に一体的に内蔵されることにより、ECU20の検査工
程において、吸気圧力検出センサ12のキャリブレーシ
ョン等を行なうことができる。尚、吸気圧力検出センサ
12は、上記のようにECU20に内蔵されるものに限
らず、ECU20とは別個に配置されるものであっても
よい。
【0030】差動増幅器14においては、図1に示すよ
うに、上述の吸気圧力検出センサ12から出力されるセ
ンサ電圧Vin及び基準電圧電源13の基準電圧Vre
fが入力され、両電圧の差ΔV(=Vref−Vin)
が所定の増幅率(k)で増幅されて、増幅信号k・ΔV
として出力される。
【0031】ここで、差動増幅器14に関する回路につ
いて詳細に説明すると、図3に示すように、差動増幅器
14の非反転入力端子には、抵抗値R1を有する抵抗器
31の一端が接続されると共に抵抗値R2を有する抵抗
器32の一端が接続され、この抵抗器32の他端が接地
されている。また、抵抗器31の他端には、基準電圧V
refを供給する基準電圧電源13が接続されている。
【0032】一方、差動増幅器14の反転入力端子に
は、抵抗値R1を有する抵抗器33を介して吸気圧力検
出センサ12の出力端子が接続されてセンサ電圧Vin
が入力され、又、抵抗器33の一端と差動増幅器14の
出力端子とが抵抗値R2を有する抵抗器34を介して接
続されている。上記回路において、差動増幅器14の出
力電圧Vout(すなわち、k・ΔV)は、Vout=
(R2/R1)・(Vref−Vin)で表され、増幅
率kは、k=R2/R1となる。したがって、両抵抗値
R1,R2の値を適宜選定することにより、両電圧の差
ΔVを所望の値に増幅することができる。
【0033】ここで、基準電圧Vrefについては、A
/D変換器15への入力値が0Vでクリップしないよう
に設定され、又、増幅率(k)すなわち電圧利得につい
ては、増幅後の信号k・ΔVすなわち出力電圧Vout
の最大値が、後述するA/D変換器15の入力範囲(入
力レンジ)を超えないように、かつ、入力範囲を最大限
に利用するように選定される。
【0034】すなわち、上述の吸気圧力検出センサ12
においては、図2に示すように、101.32kPa
(絶対圧力)のとき約4.0V、106.7kPa(絶
対圧力)のとき約4.2Vを出力するから、基準電圧V
refとしては、標準大気圧(101.32kPa)よ
りも高い大気圧、すなわち、海抜の低い地域でかつ高気
圧条件下の大気圧以上の圧力、例えば106.7kPa
の圧力が印加されたときに、吸気圧力検出センサ12か
ら出力される出力電圧と同一に設定する。すなわち、基
準電圧Vref=4.2Vとする。
【0035】尚、基準電圧Vrefは、この4.2Vに
限定されるものではなく、通常の気象条件下で、現実に
生じ得る大気圧に対して余裕を見込んだ値であればよ
く、110.0kPaあるいは112kPaの圧力が印
加されたときに吸気圧力検出センサ12から出力される
出力電圧と同一に設定することも可能である。但し、こ
の余裕代を過大に見積もると、A/D変換器15の入力
レンジとの関係で増幅率が制限されるため、上記10
6.7kPa相当時の電圧値4.2Vが好ましい。
【0036】ここで、仮に、この基準電圧Vrefを、
標準大気圧が印加されたときに吸気圧力検出センサ12
から出力される出力電圧(4.0V)と同一とすると、
吸気圧力Pintが標準大気圧を超える圧力になったと
き、すなわち非反転入力端子電圧<反転入力端子電圧の
状態になったとき、単電源では増幅できず、差動増幅器
14の出力は0Vのままで変化しなくなってしまう。
【0037】これに対処すべく、本発明では吸気圧力P
intとして想定される圧力よりも高い圧力に対応した
余裕ある基準電圧を設定しているため、吸気圧力検出セ
ンサ12が正常な場合には、必ず非反転入力端子電圧>
反転入力端子電圧の関係となり、差動増幅器14からの
出力は常に0Vよりも大きい値として出力される。すな
わち、吸気管11内における吸気の吹き返し等で吸気圧
力が正圧になった場合等においても誤検出を生じること
なく、確実に吸気圧力を検出することができる。
【0038】また、吸気圧力検出センサ12は、センサ
の断線等の際に、一般に安全側に(例えば、2サイクル
エンジンの場合、焼き付きを防止するために燃料過多側
に)制御するためのプルアップ処理が行なわれるため、
反転入力端子には、プルアップ抵抗器を介して基準電圧
Vrefよりも大きい電圧が入力される。したがって、
非反転入力端子電圧<反転入力端子となり、差動増幅器
14からの出力は0Vとなる。これにより、出力0Vの
ときは、入力吸気圧力検出センサ12の内部があるいは
接続された配線が断線しているとして処理される。すな
わち、吸気圧力検出センサ12の断線等を容易に検出す
ることができる。
【0039】上記のように、基準電圧Vrefを4.2
Vに設定して、この基準電圧Vrefと吸気圧力検出セ
ンサ12のセンサ電圧Vinとの差ΔV(=Vref−
Vin)をグラフに示すと、図4中の一点鎖線で表され
る。この結果から理解されるように、81.3kPa〜
106.7kPa(絶対圧力)の圧力幅に対して出力さ
れる電圧の幅は、1V未満である。
【0040】したがって、後述するA/D変換器15の
入力レンジ(0V〜5V)を幅広く利用しかつ確実に検
出できるようにするために、増幅率kを例えば5.0に
設定する。このときの増幅された出力電圧Voutすな
わちk・ΔV(=5.0×(Vref−Vin))をグ
ラフに示すと、図4中の実線L1で表される。このよう
に、基準電圧Vref及び増幅率kを選定することで、
使用するA/D変換器15の入力レンジを幅広くかつ飽
和させない範囲で利用することができ、特に海抜の低い
ところで運転される二輪車あるいはレジャーボート等に
おいて、吸気圧力を高精度に検出することができる。
【0041】一方、海抜の高いところで運転されるスノ
ーモービル等にいては、上記のような増幅率(k=5.
0)を採用すると、吸気圧力を検出することができない
場合がある。すなわち、上記吸気圧力検出センサ12を
用いて大気圧を計測した場合、海抜4000m程度での
センサ電圧Vinは2.38V程度になる。したがっ
て、この時の差動増幅器14の出力電圧VoutがA/
D変換器15の入力範囲5Vに入るためには、増幅率k
を2.75程度に設定する必要がある。
【0042】さらに、エンジン運転時の吸気管圧力は、
上記の大気圧よりも低くなることから、この増幅率(k
=2.75)を採用する場合においては、海抜2500
〜3000m程度を上限とするところで、スノーモービ
ルが運転される際に、吸気圧力を検出することができ
る。尚、スノーモービルがさらに海抜の高い(高高度
の)ところで運転される場合には、増幅率kをさらに小
さく設定する必要がある。
【0043】上記のように、増幅率kを2.75に設定
した場合において、増幅された出力電圧Voutすなわ
ちk・ΔV(=2.75×(Vref−Vin))をグ
ラフに示すと、図4中の実線L2で表される。このよう
に、増幅率kを選定することで、海抜の高い高高度のと
ころでも、従来に比べて、吸気圧力を高精度に検出する
ことができる。
【0044】A/D変換器15においては、基準電圧と
して5Vの電源が接続されている。そして、この基準電
圧をもとに、差動増幅器14から入力されたアナログ信
号(k・ΔV)が、離散値であるデジタル信号に変換さ
れる。ここで、このA/D変換器15の分解能は8ビッ
トであり、従って、予め0V〜5Vの範囲の電圧が25
5個(2−1)のバイナリーコードに振り分けられ
て、差動増幅器15からのアナログ入力信号が基準電圧
と比較されて対応するバイナリーコードが探索され、所
定のデジタル信号として出力される。
【0045】すなわち、図4の例で説明すると、増幅率
kが5.0の場合、増幅された出力電圧k・ΔVは、0
Vから約4.85Vであるから、1LSB当たり0.1
03kPa(25.4kPa/((4.85/5)×2
55)=0.103kPa)の圧力幅を検出することが
できる。これにより、例えば、81.3kPa〜10
1.32kPaの範囲の吸気圧力を、従来の39通りに
比べて、約194通りのエンジン状態として表現するこ
とができる。その結果、その分だけよりきめ細かにエン
ジンの制御を行なうことができる。
【0046】また、増幅率kが2.75の場合、増幅さ
れた出力電圧k・ΔVは、0Vから約2.67Vである
から、1LSB当たり0.187kPa(25.4kP
a/((2.67/5)×255)=0.187kP
a)の圧力幅を検出することができる。これにより、例
えば、81.3kPa〜101.32kPaの範囲の吸
気圧力を、従来の39通りに比べて、約108通りのエ
ンジン状態として表現することができる。その結果、前
述同様に、従来に比べてよりきめ細かにエンジンの制御
を行なうことができる。ここでは、A/D変換器15の
分解能を8ビットとしているが、10ビット等その他の
ビット数のものを採用することも可能である。
【0047】図5は、本発明に係る吸気圧力検出装置の
他の実施形態を示すものであり、前述の実施形態に対し
て基準電圧電源の基準電圧を調整できる基準電圧調整手
段を設けたものである。すなわち、この実施形態に係る
吸気圧力検出装置10´の差動増幅器14に関する回路
においては、図5に示すように、差動増幅器14の非反
転入力端子には、抵抗値R1を有する抵抗器31の一端
が接続されると共に抵抗値R2を有する抵抗器32の一
端が接続され、この抵抗器32の他端は接地されてい
る。
【0048】また、所定電圧Vcc(例えば、5V)の
電源40を有し、この電源40には、抵抗値R4を有す
る抵抗器41、抵抗値R5を有する抵抗器42、及び抵
抗値Rvを可変にできる可変抵抗器(ポテンショトリマ
ー)43が順次直列に接続されて、可変抵抗器43の一
端が接地されている。そして、この抵抗器41と抵抗器
42との分圧点に対して、抵抗器31の他端が接続され
ている。
【0049】一方、差動増幅器14の反転入力端子に
は、前述実施形態と同様に抵抗値R1を有する抵抗器3
3を介して吸気圧力検出センサ12の出力端子が接続さ
れてセンサ電圧Vinが入力され、又、抵抗器33の一
端と差動増幅器14の出力端子とが抵抗値R2を有する
抵抗器34を介して接続されている。
【0050】上記構成においては、抵抗器41と抵抗器
42との間の分圧点における電圧Vxは、差動増幅器1
4の非反転入力端子に入力される基準電圧Vref´と
なる。ところで、この電圧Vxすなわち基準電圧Vre
f´は、抵抗器41の抵抗値R4と抵抗器42の抵抗値
R5及び可変抵抗器43の抵抗値Rvとの比率、すなわ
ち、R4とR5+Rvとの比率により決定される。した
がって、可変抵抗器43を適宜調整することで両者の比
率が適宜調整され、基準電圧Vref´の値を適宜所望
の値に調整することができ、あるいは、所望の基準電圧
に合せるべくバラツキを吸収させるように調整すること
ができる。すなわち、上記の電源40、抵抗器41、抵
抗器42、及び可変抵抗器43等により、基準電圧電源
の基準電圧を調整可能な基準電圧調整手段が構成されて
いる。
【0051】図6は、本発明に係る吸気圧力検出装置の
さらに他の実施形態を示すものであり、この実施形態で
は、差動増幅器14の増幅率kを調整できる増幅率調整
手段を設けたものである。すなわち、この実施形態に係
る吸気圧力検出装置10´´の差動増幅器14に関する
回路においては、図6に示すように、差動増幅器14の
非反転入力端子には、抵抗値R1を有する抵抗器31の
一端が接続されると共に抵抗値R2を有する抵抗器32
の一端が接続され、この抵抗器32の他端が接地されて
いる。また、抵抗器31の他端には、基準電圧Vref
を供給する基準電圧電源13が接続されている。
【0052】一方、差動増幅器14の反転入力端子に
は、増幅率調整手段としての可変抵抗器51(ポテンシ
ョトリマー)の移動接点端子及び容量値Cを有するコン
デンサ52の一端が接続されている。この可変抵抗器5
1の一端は、抵抗値R1を有する抵抗器33を介して吸
気圧力検出センサ12の出力端子に接続され、又、可変
抵抗器51の他端は、抵抗値R2を有する抵抗器34を
介して差動増幅器14の出力端子に接続されており、さ
らに、コンデンサ52の他端が差動増幅器14の出力端
子に接続されている。上記構成においては、可変抵抗器
51の移動接点を適宜調整することで、回路の誤差等を
吸収し、増幅率kを所望の値に調整することができる。
【0053】尚、上述各々の実施形態では、基準電圧調
整手段と増幅率調整手段とを、それぞれ別個に設けた場
合を示したが、両方を兼ね備えた構成とすることも勿論
可能である。
【0054】また、上記種々の実施形態における差動増
幅器14及びA/D変換器15では、負電圧を扱えずか
つ入力範囲が0V〜5Vであることを前提にして、電圧
差ΔV(=Vref−Vin)を正の電圧として増幅し
ているが、A/D変換器15がバイポーラ入力型のA/
D変換器であったり、差動増幅器14自体が正負電源を
備えていたり、吸気圧力検出センサ12が前述のものと
異なる出力特性を備えていたりする場合には、上記内容
に限定されるものではない。
【0055】制御システムの中枢をなすCPU16(中
央演算処理装置)は、8ビット、16ビット、又は32
ビット等のマイクロコンピュータであり、このCPU1
6には、上記A/D変換器15により出力された吸気圧
力情報の他に、吸気温度センサにより検知された吸気温
度情報、クランク角度センサにより検知されたエンジン
回転速度(回転数)及びクランク位置情報、スロットル
開度センサにより検知されたスロットル開度情報、水温
センサにより検知されたエンジンの冷却水温度情報、酸
素センサにより検知された酸素濃度情報等が、同様にA
/D変換されてデジタル信号として入力されるようにな
っている。
【0056】ROM17には、予め実験により選定され
た空燃比マップ、点火時期マップ等の制御マップ(制御
データ)及び制御プログラム等が格納されている。すな
わち、CPU16は、適宜演算途中の結果等をRAM1
8に一時的に保管しつつ、ROM17から読み出したデ
ータと各種センサからの情報とを比較及び計算して、そ
の時々のエンジン運転条件、すなわち、最適な点火時
期、燃料噴射量、燃料噴射時期等を決定し、出力インタ
ーフェース回路を通じて、インジェクタ、イグニッショ
ンコイル等に制御信号を出力する。
【0057】尚、上述のA/D変換器15からの入力信
号は、吸気の絶対圧力ではなく基準電圧に対応する圧力
との差圧であるため、この基準電圧Vrefに相当する
圧力を考慮した計算が行なわれて吸気の絶対圧力値が算
出され、得られた吸気の絶対圧力値及び吸気温度に基づ
いて、ボイル−シャルルの法則により吸入空気量が求め
られる。そして、この吸入空気量とエンジン回転速度と
により基本燃料噴射量が決定される。また、基準電圧調
整手段を備えて適宜基準電圧Vref´が調整される場
合は、この調整された基準電圧Vref´に相当する圧
力に関する情報が予め取り込まれて、この取り込まれた
情報を考慮した計算が行なわれて吸気の絶対圧力値が算
出される。
【0058】上記吸気圧力検出センサ12は、通常は吸
気管11内の吸気の絶対圧力を検出するものであるが、
エンジンが停止した状態で圧力を検出すれば、すなわ
ち、その環境下での大気圧(絶対値)を検出することが
できる。したがって、これらの吸気圧力検出装置10,
10´,10´´がスノーモービル等のエンジンに適用
された場合、これらの吸気圧力検出装置を高度計として
適用することができる。
【0059】このように、一つの吸気圧力検出センサ1
1により二つの情報を検出することができるため、その
分だけセンサを必要とせず、システム全体としてのコス
トを低減することができ、又、その分だけA/D変換器
の入力ポートを余計に占有することもなく、他の情報の
ためにその分の入力ポートを有効に利用することができ
る。また、上記のようにエンジンが停止した状態で圧力
を検出して、その環境下での大気圧(絶対値)を検出す
ることで、種々の運転情報に関する大気圧補正を行なう
ことができる。
【0060】次に、上記実施形態に係る吸気圧力検出装
置を含めた制御システムの動作について説明する。先
ず、吸気圧力検出センサ12により、吸気管11内にお
ける(負圧レベルがそれ程大きくない)圧力が検出され
ると、この検出信号(センサ電圧)Vinは、差動増幅
器14に入力される。そして、基準電圧Vref(Vr
ef´)とセンサ電圧Vinとの差ΔVが増幅率kで増
幅されて、出力電圧Vout(すなわちk・ΔV)=k
・(Vref−Vin)として差動増幅器14から出力
される。
【0061】続いて、この増幅された出力電圧Vout
は、A/D変換器15に入力されてデジタル信号に変換
される。すなわち、所定の基準電圧値から吸気圧力検出
センサの出力電圧値を引いた差を増幅してA/D変換器
に入力することで、分解能の低いA/D変換器において
も圧力の検出感度が高められ、1LSB(最下位ビッ
ト)すなわち検出可能な圧力幅が充分に小さな値とな
る。この変換されたデジタル信号は、CPU16に入力
されて所定の換算が行なわれ、その後、別個に検出され
た吸気温度信号と共に、ボイル−シャルルの法則に基づ
いた計算がなされて吸入空気量が求められる。そして、
この算出された吸入空気量と別個に検出されたエンジン
回転速度とにより基本燃料噴射量が決定される。
【0062】さらに、その他の各種センサからの情報
が、予め実験により選定された空燃比マップ、点火時期
マップ等の制御マップ(制御データ)に照らし合わされ
て種々の計算が行なわれ、その時々のエンジン運転条
件、すなわち、最適な点火時期、燃料噴射量、燃料噴射
時期等が決定される。そして、出力インターフェース回
路を通じて、インジェクタ、イグニッションコイル等に
算出された制御信号が出力される。以上の手順により、
負圧レベルがそれ程大きくならない吸気圧力を生じるエ
ンジンにおいても、高精度な燃料噴射量等の制御が行な
われる。
【0063】図7及び図8は、本発明に係る吸気圧力検
出装置の他の実施形態を示すものであり、この実施形態
では、前述のような調整手段を設けるのではなく、固定
抵抗値により所定の基準電圧及び増幅率を採用し、製造
時に差動増幅器14からの出力のバラツキ情報(吸気圧
力検出センサ個体のバラツキ情報、増幅回路演算抵抗バ
ラツキ情報)等を予め電気的に記憶しておき、実際の吸
気圧力検出時に、この記憶情報を参照して実際の吸気圧
力を求めるするようにしたものである。
【0064】すなわち、この実施形態に係る吸気圧力検
出装置60は、図7に示すように、吸気圧力検出センサ
12、基準電圧電源13、差動増幅器14、A/D変換
器15、演算処理手段としてのCPU16、記憶手段と
してのEEPROM61等をその基本構成として備え、
さらに、EEPROM61に対しての記憶指令の有無を
CPU16に判別させる判別手段としてのスイッチ62
等を備えている。
【0065】この吸気圧力検出装置60は、制御プログ
ラムあるいは制御データが格納されたROM17、途中
の演算結果等が一時的に保存されるRAM18等と共
に、ECU(エンジンコントロールユニット)70に一
体的に組み込まれている。尚、上記構成において、吸気
圧力検出センサ12、基準電圧電源13、差動増幅器1
4、A/D変換器15、CPU16、ROM17、RA
M18等については、前述の実施形態と同一であるた
め、それらの説明を省略する。
【0066】ここで、差動増幅器14からの出力のバラ
ツキ情報等を予め電気的に記憶する記憶手段としては、
電気的に書き込み可能なデバイスであれば良い。したが
って、本実施形態の如く小容量の電気的に消去及び書き
込み可能なEEPROMを採用しても良く、あるいは、
フラッシュROMタイプのMPU(micro pro
cessing unit)を用いて、内蔵のROMそ
のものに個々に書き込みできるようにしても良い。ま
た、ROM17には、前述の実施形態で述べたような種
々の情報の他に、判別手段としてのスイッチ62がON
の時に、差動増幅器14からA/D変換器15を経た出
力信号をEEPROM61に書き込むためのプログラム
が格納されている。
【0067】この吸気圧力検出装置60は、その製造に
際し、製造ラインの検査工程において、装置の校正作業
が行なわれる。尚、この吸気圧力検出装置60の設計上
の特性は、図8中の点線で示すように設計されている。
先ず、全体の組み付けが終了した吸気圧力検出装置60
が検査工程に搬入されると、ラインに設置された校正用
圧力源63が、吸気圧力検出センサ12に接続される。
そして、第1の校正用圧力P1として例えば101.3
2kPa(絶対圧力)が印加される。
【0068】ここで、第1の校正用圧力P1は、基準電
圧Vrefに相当する圧力すなわち106.7kPa
(絶対圧力)よりも低い圧力が好ましい。仮に、この圧
力106.7kPaを印加すると、吸気圧力検出センサ
12から出力されるセンサ電圧が、センサ電圧>基準電
圧Vrefの関係となるように、吸気圧力検出装置60
がばらついた場合、校正が正確に行なえなくなる。した
がって、第1の校正用圧力P1は、基準電圧Vrefに
相当する圧力よりも低い圧力に設定するのが好ましい。
【0069】続いて、スイッチ62がONとされると、
CPU16により書き込み指令有りと判断されて、RO
M17に格納されたプログラムを使用しつつ、A/D変
換器15への入力値が所定閾値(例えば、1V)以下の
とき、この入力値に対応するA/D変換後のデジタル値
A及び圧力値が、記憶情報1(圧力値:106.7kP
a/デジタル値:A)としてEEPROM61に記憶さ
れる。
【0070】次に、スイッチ62がOFFとされ、校正
用圧力源63に替えて、ラインに設置された別の校正用
圧力源64が、吸気圧力検出センサ12に接続される。
そして、第2の校正用圧力P2として例えば81.3k
Pa(絶対圧力)が印加される。続いて、スイッチ62
がONとされると、CPU16により書き込み指令有り
と判断されて、ROM17に格納されたプログラムを使
用しつつ、A/D変換器15への入力値が所定閾値(例
えば、1V)を超えるとき、この入力値に対応するA/
D変換後のデジタル値B及び圧力値が、記憶情報2(圧
力値:81.3kPa/デジタル値:B)としてEEP
ROM61に記憶される。
【0071】その後、スイッチ62がOFFとされて、
校正用圧力源64が吸気圧力検出センサ12から取り外
され、校正データの記憶処理すなわち校正作業が終了す
る。これにより、上記記憶情報1及び記憶情報2によ
り、吸気圧力検出装置60の実際の特性としては、図8
中の実線で示すような2点Q1,Q2を通る直線状の特
性であるとして記憶されることになる。
【0072】すなわち、既知の所定圧力値例えば少なく
とも2点の校正用圧力値P1,P2が吸気圧力検出セン
サ12に印加されることで、差動増幅器14から出力さ
れる信号に関する情報つまり吸気圧力検出センサ12及
び差動増幅器14の実際の検出特性が、記憶手段である
EEPROM61に予め記憶されることになる。
【0073】以上のような校正作業が終了した吸気圧力
検出装置60をエンジンに適用して、実際に作動させる
場合、吸気圧力検出センサ12により圧力の検出が行な
われて、ある値のA/D変換値(デジタル値)が出力さ
れたとき、この出力値すなわち検出情報とEEPROM
61に予め記憶された記憶情報とに基づいて、演算処理
手段であるCPU16により、実際の吸気圧力Pinが
演算処理される。
【0074】したがって、設計上の検出特性と実際の検
出特性に相違(吸気圧力検出センサ12自体の特性のバ
ラツキあるいは増幅回路における演算抵抗のバラツキ等
による設計上の検出特性と実際の検出特性との相違)が
ある場合、演算処理に基づき逐次校正を行なうことで、
図8に示すように、設計値に基づく圧力Pin´ではな
く、実際の圧力Pinを検出することができる。これに
より、この検出された圧力情報を、燃料噴射量の制御に
おけるパラメータとして用いる場合、高精度な制御を行
なうことができる。
【0075】また、この実施形態においては、記憶手段
への情報の書き込み指令の有無を判別する判別手段とし
てスイッチ62を採用したことにより、記憶手段である
EEPROM61への記憶動作を、間違いなく確実に行
なうことができる。尚、この判別手段(スイッチ62)
を採用しない構成であっても、本発明の吸気圧力検出装
置が成立することは勿論である。
【0076】この実施形態に係る吸気圧力検出装置60
のその他の動作及びこの吸気圧力検出装置60を含めた
制御システムの動作については、前述の実施形態に係る
ものと基本的に同一であるため、ここでの説明は省略す
る。
【0077】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る内燃機
関の吸気圧力検出装置によれば、自動車等に搭載の4サ
イクルエンジンの如く、吸気負圧が比較的大きくなるエ
ンジン用に開発された既存の吸気圧力検出センサを用い
て、吸気負圧がそれ程大きくならない2サイクルエンジ
ン、小排気量単気筒エンジン等においても、コストの低
減を達成しつつ、高精度に吸気圧力を検出することがで
きる。また、吸気圧力検出装置の検出特性を予め記憶し
ておき、この記憶情報に基づいて、実際の検出情報との
比較校正を行なうことで、より高精度な検出を行なうこ
とができる。これにより、種々の運転状態に応じて、エ
ンジンの燃料噴射量等を高精度に制御することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る吸気圧力検出装置の概略構成を示
すブロック図である。
【図2】本発明に係る吸気圧力検出装置の一部を構成す
る吸気圧力検出センサの圧力に対する出力電圧の特性を
示す図である。
【図3】吸気圧力検出装置の一部を構成する差動増幅器
に関する回路図である。
【図4】差動増幅器の出力特性及びA/D変換の対応関
係を示す図である。
【図5】基準電圧調整手段を備えた他の実施形態に係る
吸気圧力検出装置の差動増幅器に関する回路図である。
【図6】増幅率調整手段を備えた他の実施形態に係る吸
気圧力検出装置の差動増幅器に関する回路図である。
【図7】本発明の吸気圧力検出装置の他の実施形態に係
る概略構成を示すブロック図である。
【図8】図7に示す吸気圧力検出装置における検出特性
を示す図である。
【図9】エンジンにおける従来の燃料噴射制御システム
を示すブロック図である。
【図10】従来の吸気圧力検出特性を示す図である。
【図11】従来の吸気圧力検出装置の概略構成を示すブ
ロック図である。
【符号の説明】
10 吸気圧力検出装置 12 吸気圧力検出センサ 13 基準電圧電源 14 差動増幅器 15 A/D変換器 16 CPU(演算処理手段) 17 ROM 18 RAM 20 ECU 31 抵抗器 32 抵抗器 33 抵抗器 34 抵抗器 40 電源 41 抵抗器 42 抵抗器 43 可変抵抗器(基準電圧調整手段) 51 可変抵抗器(増幅率調整手段) 52 コンデンサ 60 吸気圧力検出装置 61 EEPROM(記憶手段) 62 スイッチ(判別手段) 63 第1の校正用圧力源 64 第2の校正用圧力源
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年1月31日(2000.1.3
1)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0023
【補正方法】変更
【補正内容】
【0023】上記構成おいて、記憶手段への情報の書
き込み指令の有無を判別する判別手段を有する、構成を
採用することができる。この構成によれば、判別手段に
より、記憶手段への情報の書き込み指令の有無が判別さ
れるため、例えば、判別手段が指令有りの信号を発する
場合、既知の所定圧力に基づく差動増幅器からの出力信
号に係るデジタル情報が記憶手段に記憶され、一方、判
別手段が指令無しの信号を発する場合、上記記憶手段へ
の記憶動作は行なわれない。すなわち、装置製造の際の
検査工程等で、この判別手段に基づき、校正データの書
き込み等を行なうことができる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0039
【補正方法】変更
【補正内容】
【0039】上記のように、基準電圧Vrefを4.2
Vに設定して、この基準電圧Vrefと吸気圧力検出セ
ンサ12のセンサ電圧Vinとの差ΔV(=Vref−
Vin)をグラフに示すと、図4中の実線ΔVで表され
る。この結果から理解されるように、81.3kPa〜
106.7kPa(絶対圧力)の圧力幅に対して出力さ
れる電圧の幅は、1V未満である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01L 23/24 F02D 35/00 366D

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の運転状態を制御するための情
    報として、吸気管内の吸気圧力を検出する内燃機関の吸
    気圧力検出装置であって、 吸気の絶対圧力を検出する吸気圧力検出センサと、 所定の基準電圧を供給する基準電圧電源と、 前記吸気圧力検出センサからの出力電圧と前記基準電圧
    電源の基準電圧との差を増幅する差動増幅器と、 前記差動増幅器から出力されるアナログ信号をデジタル
    信号に変換するA/D変換器と、を有することを特徴と
    する内燃機関の吸気圧力検出装置。
  2. 【請求項2】 前記基準電圧は、標準大気圧よりも高い
    所定圧力が印加された時に前記吸気圧力検出センサから
    出力される出力電圧と同一とする、ことを特徴とする請
    求項1記載の内燃機関の吸気圧力検出装置。
  3. 【請求項3】 前記基準電圧電源の基準電圧を調整可能
    な基準電圧調整手段を有する、ことを特徴とする請求項
    1又は2記載の内燃機関の吸気圧力検出装置。
  4. 【請求項4】 前記差動増幅器の増幅率を調整可能な増
    幅率調整手段を有する、ことを特徴とする請求項1ない
    し3いずれかに記載の内燃機関の吸気圧力検出装置。
  5. 【請求項5】 前記吸気圧力検出センサに対して、既知
    の所定圧力値を印加した際に前記差動増幅器から出力さ
    れる信号に関する情報を予め記憶する記憶手段と、 前記記憶手段に記憶された記憶情報と前記吸気圧力検出
    センサにより実際に検出された検出情報とに基づいて、
    実際の吸気圧力を演算処理する演算処理手段と、を有す
    る、 ことを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の吸気
    圧力検出装置。
  6. 【請求項6】 前記記憶手段への情報の書き込み指令の
    有無を判別する判別手段を有する、ことを特徴とする請
    求項5記載の内燃機関の吸気圧力検出装置。
  7. 【請求項7】 前記差動増幅器の増幅率は、増幅された
    出力信号が前記A/D変換器の入力範囲を超えない範囲
    に設定される、ことを特徴とする請求項1ないし6いず
    れかに記載の内燃機関の吸気圧力検出装置。
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