JP2008064006A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空気流量検出装置の出力電圧をＡ／Ｄ変換する分解能に起因する検出誤差を低減し、空気流量検出装置による空気流量検出の精度向上を図る。
【解決手段】内燃機関の状態に応じて、最適な増幅率を求め、増幅装置の増幅率を変更することで、空気流量検出装置の出力をＡ／Ｄ変換して演算装置に取り込む際に発生するＡ／Ｄ分解能による誤差を低減する。
【選択図】図８

Description

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。

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熱式エアフローセンサ等の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。内燃機関の制御装置は、マイクロコンピュータ式のものであり、センサ出力をＡ／Ｄ変換器にて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いる。

近年では、内燃機関の排気性能を向上させることが重要な課題となっており、ディジタル変換された後の空気流量に相当するディジタル値の検出精度を上げることが重要な技術となっている。

内燃機関の制御装置では、Ａ／Ｄ変換器として、ある一つの所定の分解能にてセンサのアナログ出力をディジタル値に変換するものが一般的に用いられている。このようなＡ／Ｄ変換器を使用している場合、分解能よりも小さいセンサ出力の変動は、制御装置において検出することができず、誤差が発生する。以下、この誤差をＡ／Ｄ分解能誤差と称す。Ａ／Ｄ分解能誤差は、ディジタル演算された後の空気流量に相当するディジタル値の検出精度を低下させる要因の一つである。

出力値として電圧を用いている空気流量検出装置においても、Ａ／Ｄ分解能誤差が発生する。空気流量検出装置では、一般的に、検出する空気流量が小さいほど、出力電圧が低い。従って、特に低流量時に、Ａ／Ｄ検出誤差に起因して空気流量検出精度が悪いという問題がある。

上記のような問題を解決するために、分解能の小さい高精度なＡ／Ｄ変換器を用いることが考えられるが、部品のコストが上がってしまう。このことに対して、Ａ／Ｄ検出誤差を低減することについて、内燃機関制御のために拘らず、様々な方法が考えられている。

その一つとして、Ａ／Ｄ変換する信号のレベルに応じて前段の増幅器の増幅度やオフセット電圧を制御し、検出する信号のレベルが小さい場合には、増幅度を上げ、小信号入力時のＳ／Ｎ劣化を防ぐＡ／Ｄ変換回路がある（例えば、特許文献１、特許文献２）。

また、入力電圧のＡ／Ｄ変換値をＰＷＭ型Ｄ／Ａ変換器によりＤ／Ａ変換して得た電圧と、入力電圧との差電圧を増幅して得た電圧を、Ａ／Ｄ変換し、前記２つのＡ／Ｄ変換データを合成することで、Ａ／Ｄ変換器の分解能よりも高い分解能のＡ／Ｄ変換データを得るようにしたＡ／Ｄ変換装置がある（例えば、特許文献３）。

特開平０７−３３６２２４号公報 特開平０９−３０７４４１号公報 特開２００１−１０２９２７号公報

しかしながら、特許文献１、２に示されているようなＡ／Ｄ変換回路のように、検出したい信号のレベルに応じて増幅器の増幅率やオフセット電圧を変えてＡ／Ｄ変換するものでは、検出したい信号が変化してから増幅率が変更し終わるまでの時間遅延や、制御装置にて増幅率を認識するまでの時間遅延が生じる。特許文献３に示されているようなＡ／Ｄ変換装置でも、制御装置にて高精度な信号を得るまでには、時間遅延が生じる。

内燃機関の制御装置において、空気流量検出装置の出力電圧を検出する際は、短い時間周期で信号が大きく振れる場合を想定しなければならない。このため、上述したような時間遅延が生じるものを採用すると、空気流量検出装置の出力電圧を増幅し過ぎる現象が生じ、Ａ／Ｄ変換器の検出可能な最大電圧を超えてしまい、正常な燃料制御ができなくなってしまうという問題がある。

本発明は、前記解決しようとする課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、空気流量検出装置の出力電圧をＡ／Ｄ変換する分解能に起因する検出誤差を低減して空気流量検出の精度向上を図り、測定対象である空気流量が急変した場合にも、出力信号がＡ／Ｄ検出範囲外とならず、増幅しない場合に比べ、高精度なＡ／Ｄ変換を行い、空気流量検出を正確に行う内燃機関の制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明による内燃機関の制御装置は、空気流量測定装置の出力電圧に基づいて吸入空気流量を演算し、燃料噴射量を制御する内燃機関の制御装置であって、前記空気流量測定装置の出力電圧を増幅する増幅装置と、前記空気流量測定装置の出力電圧と前記空気流量測定装置の出力電圧を前記増幅装置によって増幅した電圧を用いて吸入空気流量を演算する吸入空気流量演算手段と、内燃機関の運転状態に基づいて前記増幅装置の増幅率制御指令値の演算を行う増幅率制御指令値演算手段とを備え、前記増幅率制御指令値演算手段から出力される増幅率制御指令値に応じて前記増幅装置の増幅率を設定する。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、増幅率制御指令値演算手段は、内燃機関に吸入される空気流量の推定値に基づいて前記増幅率制御指令値を演算する。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、増幅率制御指令値演算手段は、内燃機関に吸入される空気流量の推定値の所定時間当たりの変化量と前記増幅率制御指令値の前回値との関係から前記増幅率制御指令値を演算する。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、増幅率制御指令値演算手段は、内燃機関に吸入される空気流量の前記推定値として、内燃機関の吸入空気流量に影響する状態量を検出するセンサの信号、あるいは内燃機関の吸入空気流量に影響する状態量を変化させるアクチュエータへ出力する信号、あるいはアクセル操作量を検出するセンサの信号、あるいはこれら信号を用いる。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、前記吸入空気流量演算手段は、前記吸気流量測定装置の出力電圧と前記増幅装置の出力電圧を比較して前記増幅装置の増幅率を算出し、当該増幅率を基に前記増幅装置の出力電圧を補正する。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、前記増幅率として前記増幅率制御指令値が整数値を取る時の前記増幅率の算出値を記憶し、当該増幅率を基に前記増幅装置の出力電圧を補正する。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、前記増幅率の演算は、増幅された前記空気流量検出装置の出力電圧が所定電圧の時に行う。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、前記所定電圧は、増幅された前記空気流量検出装置の出力電圧を検出可能な最大電圧である。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、前記吸入空気流量演算手段は、所定の切替条件に応じて、吸入空気流量演算に用いる出力電圧を、前記空気流量測定装置の出力電圧と前記空気流量測定装置の出力電圧を前記増幅装置によって増幅した電圧のいずれかに一方に切り替える信号切替手段を有する。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、前記信号切替手段は、前記増幅率制御指令値を変更した時あるいは前記増幅率制御指令値を変更してから所定時間が経過するまでは、増幅していない前記空気流量測定装置の出力電圧を選択し、それ以外の時には前記増幅装置によって増幅した前記空気流量測定装置の出力電圧を選択する。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、前記所定時間は、増幅率制御指令値を出力してから、所望の増幅率にて増幅された空気流量測定装置の出力電圧を吸入空気流量演算手段における演算に使用可能になるまでの時間である。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、前記信号切替手段は、前記増幅率制御指令値を変更した後、増幅していない前記空気流量測定装置の出力電圧と前記増幅装置によって増幅した前記空気流量測定装置の出力電圧を前記増幅装置の増幅率によって除算した値との差が所定値（例えば、空気流量測定装置の出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器の分解能相当）以内にまでは、増幅していない前記空気流量測定装置の出力電圧を選択し、それ以外の時には前記増幅装置によって増幅した前記空気流量測定装置の出力電圧を選択する。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、前記信号切替手段は、前記空気流量測定装置の出力電圧を前記増幅装置によって増幅した電圧値が所定値（例えば、増幅した前記空気流量測定装置の出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換がＡ／Ｄ変換可能な最大電圧値以下の電圧値）以上の場合には、増幅していない前記空気流量測定装置の出力電圧を選択する。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、前記信号切替手段は、前記増幅率制御指令値を変更した時に、前記増幅装置によって増幅した前記空気流量測定装置の出力電圧より増幅していない前記空気流量測定装置の出力電圧に切り替え、信号増幅率変更終了時に、増幅していない前記空気流量測定装置の出力電圧より前記増幅装置によって増幅した前記空気流量測定装置の出力電圧に切り替える。

また、前記目的を達成するために、本発明による内燃機関の制御装置は、空気流量測定装置の出力電圧に基づいて吸入空気流量を演算し、燃料噴射量を制御する内燃機関の制御装置であって、前記空気流量測定装置の出力電圧を増幅する増幅装置と、前記空気流量測定装置の出力電圧と前記空気流量測定装置の出力電圧を前記増幅装置によって増幅した電圧を用いて吸入空気流量を演算する吸入空気流量演算手段と、前記吸気流量測定装置の出力電圧と前記増幅装置の出力電圧を比較して前記増幅装置の増幅率を算出し、当該増幅率を基に前記増幅装置の出力電圧を補正する。

本発明による内燃機関の制御装置は、内燃機関の運転状態に基づいて前記増幅装置の増幅率制御指令値の演算を行うので、測定対象である空気流量が急変した場合にも、入力信号がＡ／Ｄ検出範囲外とならず、Ａ／Ｄ変換する分解能に起因する検出誤差を低減し、空気流量検出装置による空気流量検出の精度向上を図ることができる。

以下、本発明の内燃機関の制御装置の実施形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の内燃機関の制御装置の実施形態が適用される、いわゆるＭＰＩ（多気筒燃料噴射）方式の多気筒内燃機関を示している。

以下、本発明の実施形態として、ＭＰＩ方式の多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方式の多気筒内燃機関に限定されるべきものではなく、出力値として電圧を用いた空気流量計を備える全ての内燃機関に適用されるものである。

本実施形態の制御装置が適用される内燃機関と、空気流量検出装置であるエアフローセンサの信号を用いた燃料噴射量制御と、の概要を説明する。

内燃機関３０は、吸気系として、エアクリーナ１、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電動絞り弁４を有するスロットルボディ５、コレクタ６、吸気分岐管７を有する。また、内燃機関３０は、吸気系に、アイドル運転時の吸入空気流量を調節するアイドルスピードバルブ（ＩＳＶ）２７を有する。

吸入空気は、エアクリーナ１より吸気管３、スロットルボディ５、コレクタ６を通り、吸気分岐管７に分配され、吸気ポート８を通り、燃焼室９内に吸入される。

内燃機関３０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空気流量検出装置である熱式エアフローセンサ２によって計測される。スロットルボディ５には、絞り弁４の開度を検出するスロットルセンサ２５が取り付けられている。

燃料は、燃料タンク１０から燃料ポンプ１１によって吸引、加圧され、プレッシャレギュレータ１２により一定圧力に調圧され、吸気分岐管７に設けられた各気筒毎のインジェクタ１３から吸気ポート８へ向けて噴射される。

燃焼室９内では、点火プラグ１４により、空気と燃料との混合気の点火が行われ、燃焼反応が行われる。各気筒の燃焼室９における混合気の燃焼により生じた既燃焼ガス、すなわち排気ガスは、排気管１６を通過し、触媒１７によって浄化され、その後、外部に排出される。

内燃機関３０のクランク軸部分にはクランク角を検出するクランク角センサ１９が、排気管１６には空燃比を検出する空燃比センサ２０が各々取り付けられている。

内燃機関３０には、インジェクタ１３による燃料噴射量の制御、点火プラグ１４による点火時期の制御等を行うコントロールユニット４０が接続されている。コントロールユニット４０は、電子制御式のものであり、図２に示されているように、電源ＩＣ４１と、演算処理ユニットを含むマイクロコンピュータ用のＬＳＩ４２とを有する。ＬＳＩ４２のＲＥＳＥＴ端子（図示省略）には、電源ＩＣ４１で制御されるＲＥＳＥＴ信号が入力される。

コントロールユニット４０は、内燃機関３０に設置された各センサの出力値や、内燃機関３０を搭載した車両の運転手の操作情報を検出するセンサの出力値を入力してこれらをＬＳＩ４２に内蔵されるＡ／Ｄ変換器によりディジタル値に変換して演算を行い、演算した結果を制御信号として、電動絞り弁４、インジェクタ１３、燃料ポンプ１１、点火プラグ１４の点火スイッチであるパワートランジスタ２４、ＩＳＶ２７等のアクチュエータに出力することにより、これら各アクチュエータを制御する。

コントロールユニット４０に入力する信号としては、熱式エアフローセンサ２、クランク角センサ１９、空燃比センサ２０、スロットルセンサ２５、イグニッションスイッチ２１及びスタータスイッチ２２を介したバッテリ電源２３からの電力、および車両の運転手によって操作されるアクセルペダル（図示省略）の操作量を検出するアクセル開度センサ２６からの信号がある。

次に、ＬＳＩ４２の燃料噴射量演算部５０が行う燃料噴射量演算について図３を用いて説明する。燃料噴射量演算部５０は、熱式エアフローセンサ２の出力電圧に相当する出力ディジタル値ＡＦＳＶを、予め燃料噴射量演算部５０に記憶させた電圧−流量変換テーブル５１を用いて吸入空気流量を表すディジタル値（吸入空気流量ディジタル値）Ｑに変換する。そして、燃料噴射パルス幅演算部５２により、吸入空気流量ディジタル値Ｑとクランク角センサ１９の出力信号より求められたエンジン回転数を表すディジタル値（エンジン回転数ディジタル値）ＮＥより、燃料噴射パルス幅演算を行い、燃焼室９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ＴＰをインジェクタ１３に出力する。これにより、燃料噴射量の制御が行われる。

熱式エアフローセンサ２は、周辺温度と発熱抵抗体の温度差が一定になるように動作するホイーストンブリッジ回路と、温度検出抵抗体で構成されて発熱抵抗体の両側に生じる温度分布を電位差として検出するブリッジ回路とを有し、流れの方向に応じた電圧を出力する。熱式エアフローセンサ２で検出する吸入空気流量とセンサ出力電圧の関係は、図４に示す様に非線形な特性となる。

電圧−流量変換テーブル５１は、このような熱式エアフローセンサ２が出力する非線形な電圧を空気流量に変換するものである。

尚、本実施形態としては、逆流検知方式の熱式エアフローセンサ２について説明するが、本発明は必ずしも逆流検知方式の熱式エアフローセンサ２に限定されるべきものではなく、出力値として電圧を用いた全てのエアフローセンサを含むものである。

熱式エアフローセンサ２の出力をＬＳＩ４２に取込む信号処理について以下に説明する。一般的には、図５に示す様に、増幅することなく、ＬＳＩ４２に内蔵された所定の分解能のＡ／Ｄ変換器７０にて熱式エアフローセンサ２の出力電圧に相当する出力ディジタル値ＡＦＳＶにＡ／Ｄ変換し、これを燃料噴射量演算部５０に送り、燃料噴射パルス幅を表すディジタル値ＴＰの演算に用いている。

図６（ａ）は、Ａ／Ｄ変換した際の熱式エアフローセンサ２の出力電圧とＡ／Ｄ検出電圧の関係を示している。この図に示すように、理想的な線形特性ＡＦＳＬに対し、実際にＡ／Ｄ変換された出力ディジタル値ＡＦＳＶは、Ａ／Ｄ変換分解能によりステップ状になり、Ａ／Ｄ分解能誤差ρｒｅによる検出誤差が生じる。この場合のＡ／Ｄ変換の分解能によって発生する出力ディジタル値ＡＦＳＶのＡ／Ｄ分解能誤差の検出流量に対する割合を図７（ａ）に示す。

前述したように、熱式エアフローセンサ２によって検出する吸入空気流量と出力電圧の関係は、図４に示すように非線形な特性である。したがって、線形な特性である場合に比べれば、低流量時には、誤差の絶対量は小さくなる。しかしながら、それでも、検出する流量に対する誤差の割合は、低流量時に大きくなる。

内燃機関３０の排気性能は、燃焼室９で燃焼する際の空気量と燃料量の割合で決まるため、Ａ／Ｄ分解能誤差ρｒｅは、特に、低流量時のエミッションを悪化させる要因となってしまう。

そこで、本発明では、Ａ／Ｄ分解能誤差ρｒｅを、図６（ａ）から図６（ｂ）のように低減させる。これにより、図７（ａ）の低流量時におけるＡ／Ｄ分解能誤差の検出流量に対する割合を、図７（ｂ）に示すように低減することが可能である。

つぎに、熱式エアフローセンサ２の出力電圧をコントロールユニット４０のＬＳＩ４２に入力して熱式エアフローセンサ２の出力電圧に相当する出力ディジタル値ＡＦＳＶを算出するＡ／Ｄ変換演算処理部の一つの実施形態を、図８を参照して説明する。

本実施形態では、熱式エアフローセンサ２の出力電圧ＡＦＳｏｕｔの信号を２つに分岐し、その片方は、１倍の入力として、そのままＬＳＩ４２に内蔵されるＡ／Ｄ変換器Ａ８１にてＡ／Ｄ変換してセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＡとし、もう片方は増幅装置８０にて電圧値を増幅させてＬＳＩ４２に内蔵されるＡ／Ｄ変換器Ｂ８２にてＡ／Ｄ変換してもう一つのセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢとする。

増幅装置８０は、外部信号により増幅率を可変設定できる可変増幅率型の増幅器であり、１倍以上の整数倍の信号増幅が可能なもの、あるいは増幅率が異なる複数個の増幅器を並列に有し、外部信号により使用する増幅器を選択して増幅率を可変設定するものである。

ＬＳＩ４２は、Ａ／Ｄ変換器Ａ８１のセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＡ、Ａ／Ｄ変換器Ｂ８２のセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢ、エンジン回転数を表すディジタル値ＮＥ、スロットル開度を表すディジタル値ＴＰＯ、アクセル開度（アクセル操作量）を示すディジタル値ＡＰＯとを用いて燃料噴射量制御に用いる吸入空気量を表す出力ディジタル値ＡＦＳＶを演算する吸入空気流量演算手段であるＡＦＳＶ演算部（吸入空気量ディジタル値演算部）９４と、増幅装置８０の増幅率制御指令値（ディジタル値）ＡＭＰＲを演算するＡＭＰＲ演算部（増幅率制御指令値演算部）９５とを有する。

増幅装置８０は、ＬＳＩ４２が内蔵するＤ／Ａ変換器８４により増幅率制御指令値ＡＭＰＲをアナログ信号に変換した信号を入力し、当該入力信号（増幅率制御指令信号）に応じて増幅率を変更する。

ＡＭＰＲ演算部９５は、図９に示されているように、ＡＭＰｔｍｐＡ演算部１０３と、ＡＭＰｔｍｐＢ演算部１０４を有する。

ＡＭＰｔｍｐＡ演算部１０３は、エンジン回転数ディジタル値ＮＥと、スロットル開度ディジタル値ＴＰＯを用いてマップＭＡＭＰを参照した値を増幅率制御指令値ＡＭＰＲの暫定値ＡＭＰｔｍｐＡとする。

これにより、暫定値ＡＭＰｔｍｐＡは内燃機関３０に吸入される空気流量の推定値に基づいて決められる。暫定値ＡＭＰｔｍｐＡは、これ以外に、アクセル開度ディジタル値ＡＰＯ、ＬＳＩ４２が出力する電動絞り弁４、ＩＳＶ２７の制御指令信号等、内燃機関３０の吸入空気流量に影響する状態量を変化させるアクチュエータへ出力する信号に基づいて決められてもよい。

つまり、本実施形態では、内燃機関３０に吸入される空気流量の推定値として、スロットル開度ディジタル値ＴＰＯ、アクセル開度ディジタル値ＡＰＯ、ＬＳＩ４２が出力する電動絞り弁４、ＩＳＶ２７の制御指令信号を用いることができる。

マップＭＡＭＰ参照に用いる参照マップＭＡＭＰを作成するマップ値ＭＡＭＰ変更部１０２は、エンジン回転数ディジタル値ＮＥ、スロットル開度ディジタル値ＴＰＯに変化がない場合のそれらディジタル値により参照されるマップ値ＭＡＭＰの領域を、ＡＭＰｌｅａｒｎに置き換える。

ＡＭＰｌｅａｒｎ演算部１０１は、ＭＡＸ値検出部１００より与えられる所定時間前までのＡ／Ｄ変換器Ａ８１の出力（センサ出力ディジタル値）ＡＦＳＶｔｍｐＡのＭＡＸ値をＭＡＸＡＦＳＶｔｍｐＡとし、Ａ／Ｄ変換器Ｂ８２でＡ／Ｄ可能な最大電圧をＭＡＸＡＦＳＶｔｍｐＡで除算し、その値をＡＭＰｌｅａｒｎとする。

ＡＭＰｔｍｐＢ演算部１０４は、アクセル開度ディジタル値ＡＰＯと増幅率制御指令値ＡＭＰＲを記憶し、アクセル開度ディジタル値ＡＰＯの所定時間当たりの変化量と、増幅率制御指令値ＡＭＰＲの前回値から、下式にて増幅率制御指令値ＡＭＰＲの暫定値ＡＭＰｔｍｐＢを演算する。
ＡＭＰｔｍｐＢ＝ＡＭＰＲ（前回値）＋Ｃ１＊（ＡＰＯ−ＡＰＯ（前回値））

ここで、定数Ｃ１は、アクセル開度ディジタル値ＡＰＯの所定時間当たりの変化量ＡＰＯ−ＡＰＯ（前回値）と、増幅装置８０へ送る指令値の関係を表す所定値である。

比較器１０５は、暫定値ＡＭＰｔｍｐＡとＡＭＰｔｍｐＢを比較し、小さいほうを出力暫定値ＡＭＰｔｍｐＣとする。

アクセル開度ディジタル値ＡＰＯの所定時間当たりの変化量は、内燃機関に吸入される空気流量の推定値の所定時間当たりの変化量である。暫定値ＡＭＰｔｍｐＢの演算に用いる内燃機関３０に吸入される空気流量の推定値の所定時間当たりの変化量として、スロットル開度ディジタル値ＴＰＯ、アクセル開度ディジタル値ＡＰＯ、ＬＳＩ４２が出力する電動絞り弁４、ＩＳＶ２７の制御指令信号の所定時間当たりの変化量を用いることもできる。

増幅装置８０は整数倍の信号増幅しかできないため、出力暫定値ＡＭＰｔｍｐＣが増幅装置８０に整数倍の増幅を要求する信号となるように、量子化部１０６によって出力暫定値ＡＭＰｔｍｐＣの小数点を切り捨てて整数としたものを増幅率制御指令値ＡＭＰＲとする。

ＡＦＳＶ演算部９４は、図１０に示されているように、ＡＭＰＲ変化判定演算部１２０と、信号増幅率学習部１２１と、信号増幅率除算演算部１２２と、信号切替部１２３を有する。

ＡＭＰＲ変化判定演算部１２０は、増幅率制御指令値ＡＭＰＲの変化を演算し、増幅率制御指令値ＡＭＰＲに変化がある場合、もしくは増幅率制御指令値ＡＭＰＲが変化してから所定時間の間、もしくは増幅率制御指令値ＡＭＰＲが変化した後、所定の条件が成立した場合には、フラグＡＭＰＲｃｈａｇｅを１、それ以外の場合には、フラグＡＭＰＲｃｈａｎｇｅを０とする。

ここでの所定時間は、増幅率制御指令値ＡＭＰＲを出力してから、所望の増幅率にて増幅されたセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢが信号増幅率除算演算部１２２による増幅還元のディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢＢの演算に使用可能になるまでの時間である。

また、ここでの所定の条件では、増幅していないセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＡと増幅装置によって増幅したセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢに基づくディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢＢとの差が、所定値（熱線エアーフローセンサ２の出力電圧を増幅せずに、Ａ／Ｄ変換器Ａ８１によってＡ／Ｄ変換する際の当該Ａ／Ｄ変換器の分解能）以下になった場合とする。

信号切替部１２３は、フラグＡＭＰＲｃｈａｎｇｅの値が１の時には、出力ディジタル値ＡＦＳＶにセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＡを代入し、フラグＡＭＰＲｃｈａｎｇｅの値が０の時には、出力ディジタル値ＡＦＳＶに、信号増幅率除算演算部１２２が出力する増幅還元のディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢＢを代入する。

これにより、信号切替部１２３は、増幅率制御指令値ＡＭＰＲを変更した時あるいは増幅率制御指令値ＡＭＰＲを変更してから所定時間が経過するまで、あるいは増幅率制御指令値ＡＭＰＲが変化した後、増幅していないセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＡと増幅装置によって増幅したセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢに基づくディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢＢとの差が、所定値（熱線エアーフローセンサ２の出力電圧を増幅せずに、Ａ／Ｄ変換器Ａ８１によってＡ／Ｄ変換する際の当該Ａ／Ｄ変換器の分解能）以下になるまでは、増幅していないセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＡを選択し、それ以外の時には増幅装置８０によって増幅したセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢに基づくディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢＢを選択する。

この選択制御により、増幅器８０を増幅率を変更した時の過渡期の不適切な増幅出力による不確実なセンサ出力が回避される。

上述した信号切替部１２３による信号選択は、増幅率制御指令値ＡＭＰＲを変更した時あるいは増幅率制御指令値ＡＭＰＲを変更してから所定時間が経過するまで、あるいは幅率制御指令値ＡＭＰＲが変化した後、増幅していない熱線エアフローセンサ２の出力電圧と増幅装置８０によって増幅した熱線エアフローセンサ２の出力電圧を増幅装置８０の増幅率によって除算した値との差が所定値以内にまでは、増幅していない熱線エアフローセンサ２の出力電圧を吸入空気量演算に用い、それ以外の時には増幅装置８０によって増幅した熱線エアフローセンサ２の出力電圧を吸入空気量演算に用いることを意味する。

センサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢは、熱線エアフローセンサ２の出力電圧を増幅装置８４で増幅したものをＡ／Ｄ変換器Ｂ８２によってＡ／Ｄ変換したものであり、信号増幅率除算演算部１２２によってセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢを増幅装置８０の増幅率推定値ＡＭＰＲｃｏｍｐで除算したものを増幅還元のディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢＢとする。

ここで、増幅率推定値ＡＭＰＲｃｏｍｐは、増幅率制御指令値ＡＭＰＲが整数１から１０の各値を取る際に、過去の出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＡ、ＡＦＳＶｔｍｐＢから求めた正確な増幅率とする。増幅率制御指令値ＡＭＰＲは、１から１０倍の整数値とするが、実際には、増幅装置８０の回路に使われる素子のばらつき等により、多少の増幅率のばらつきがある。

そこで、信号増幅率学習部１２１は、増幅装置８０とＬＳＩ４２を接続した後、一度、増幅率制御指令値ＡＭＰＲが各値をとるときの正確な増幅率を算出し、これを記憶しておく。具体的には、増幅されたセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢが、Ａ／Ｄ変換器Ｂ８２のＡ／Ｄ検出可能な最大電圧であるとき、センサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢを、増幅していないセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＡで除算することで、正確な増幅率を求める。

これにより、増幅率制御指令値ＡＭＰＲが１から１０の各整数値となる時の正確な増幅率を求める。そして、信号増幅率除算演算部１２２によって増幅還元のディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢＢを求める際には、増幅率制御指令値ＡＭＰＲに応じた正確な増幅率を増幅率推定値ＡＭＰＲｃｏｍｐとして出力する。このことにより、増幅還元のディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢＢの精度が向上し、正確な出力ディジタル値ＡＦＳＶを得ることができる。

また、信号切替部１２３は、ＡＦＰＲｃｈａｎｇｅｋの値が１で、且つ増幅装置８０によって増幅したセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢが所定値（Ａ／Ｄ変換がＡ／Ｄ変換可能な最大電圧値以下の値、たとえばＡ／Ｄ変換器Ｂ８２にてＡ／Ｄ変換可能な最大電圧値からＡ／Ｄ変換器Ｂ８２のＡ／Ｄ変換誤差分相当を余裕値として差し引いた値）以上の場合には、他の条件に凌駕して、出力ディジタル値ＡＦＳＶに、増幅していないセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＡを代入する。

これは、熱式エアフローセンサ２の出力電圧を増幅装置８０によって増幅した電圧値が所定値以上の場合には、増幅していない熱式エアフローセンサ２の出力電圧を吸入空気量演算に用いることを意味する。

これにより、増幅装置８０によって増幅したセンサ出力値がＡ／Ｄ変換器Ｂ８２にてＡ／Ｄ変換可能な範囲より大きい値に場合に、センサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢが、Ａ／Ｄ変換器Ｂ８２にてＡ／Ｄ変換可能範囲の最大値に制限されたことによって誤ったセンサ出力のディジタル値を出力することが回避される。

つぎに、熱式エアフローセンサ２の出力電圧をコントロールユニット４０のＬＳＩ４２に入力して熱式エアフローセンサ２の出力電圧に相当する出力ディジタル値ＡＦＳＶを算出するＡ／Ｄ変換演算処理部の他の実施形態を、図１１を参照して説明する。なお、図１１において、図８に対応する部分は、図８に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

本実施形態では、増幅装置８０にて信号増幅率変更が終了した場合、増幅装置８０から所定時間の間、増幅率変更終了信号を１として出力し、Ａ／Ｄ変換器Ｃ９７によりＡ／Ｄ変換した後、信号増幅率変更終了信号ＣＮＧＥＮＤとして演算に使用する点を変更する。尚、ここでの所定時間は、ＡＦＳＶ演算部９４のＡＦＳＶ演算周期とする。

ＡＦＳＶ演算部９４は、図１２に示されているように、信号増幅率変更終了信号ＣＮＧＥＮＤ９８を入力に追加し、信号切替部１２３を変更する。信号切替部１２３による信号切替は、出力ディジタル値ＡＦＳＶとして出力する信号を増幅還元のディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢＢからセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＡに信号を切替える条件として、フラグＡＭＰＲｃｈａｎｇｅが０から１になった瞬間を使用し、これとは反対に、出力ディジタル値ＡＦＳＶとして出力する信号を出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＡから増幅還元のディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢＢに切り替える条件として、信号増幅率変更終了信号ＣＮＧＥＮＤが０から１になった瞬間を使用する。

つぎに、熱式エアフローセンサ２の出力電圧をコントロールユニット４０のＬＳＩ４２に入力して熱式エアフローセンサ２の出力電圧に相当する出力ディジタル値ＡＦＳＶを算出するＡ／Ｄ変換演算処理部のもう一つの実施形態を、図１３を参照して説明する。なお、図１３においても、図８に対応する部分は、図８に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

本実施形態では、増幅装置８０として、増幅率の変更ができないものが用いられているる。したがって、本実施形態では、ＡＭＰＲ演算は行わない。

ＡＦＳＶ演算部９４は、図１４に示されているように、信号切替部１２３による切替信号をセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＡと増幅還元のディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢＢのみで行う点と、信号増幅率学習部１２１による信号増幅率学習演算方法が前述の実施形態と異なる。

信号切替部１２３は、増幅還元のディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢＢの値が、Ａ／Ｄ変換器Ｂ８２の検出可能電圧の最大値になるまでは、出力ディジタル値ＡＦＳＶに増幅還元のディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢＢを無条件に代入し、増幅還元のディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢＢの値が、Ａ／Ｄ変換器Ｂ８２の検出可能電圧の最大値以上である場合には、出力ディジタル値ＡＦＳＶにセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＡを代入する。

信号増幅率学習部１２１は、前述の実施形態と同様に、増幅されたセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢを増幅率で除算した結果をセンサ出力ディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＡで除算し、これを信号増幅率除算演算部１２２における号増幅率除算演算に用いる増幅率推定値ＡＭＰＲｃｏｍｐとする。

これにより、この実施形態でも、増幅還元のディジタル値ＡＦＳＶｔｍｐＢＢの精度が向上し、正確な出力ディジタル値ＡＦＳＶを得ることができる。

上述した実施形態による内燃機関の制御装置は、以下に云う効果を奏する。
（１）測定対象である空気流量が急変した場合にも、入力信号がＡ／Ｄ検出範囲外とならず、かつ、増幅しない場合に比べ、高精度なＡ／Ｄ変換を行うことが可能となる。
（２）流量検出電圧の増幅率を変える際にも、流量を検知可能で、かつ、演算に使用する流量検出電圧を、別の増幅率の流量検出電圧に切り替える際も、演算装置にて演算される流量にずれのない切り替えが可能である。また、予期せぬ、急峻な流量変化が発生しても、流量検出が可能である。
（３）別の増幅率の流量検出電圧に切り替える際も、演算装置にて演算される流量にずれのない切り替えが可能である。

以下に、本発明による内燃機関の制御装置の特徴を付記する。
（ａ）制御装置に入出力される、内燃機関の吸入空気流量に直接影響する状態量を検出するセンサの信号または、内燃機関の吸入空気流量に直接影響する状態量を変化させるアクチュエータへ出力する信号、または、内燃機関を設置した車両の運転手の操作を検出するセンサの信号を用いて、内燃機関に吸入される空気流量の変化を予め予測した上で空気流量検出装置から演算装置へ入力される流量検出電圧の増幅率を変更する、もしくは増幅率の異なる入力電圧へ切り替える。
（ｂ）さらに、過去に経験した内燃機関もしくは内燃機関を設置した車両に設置されたセンサ信号、もしくは内燃機関に設置されたアクチュエータへの出力と、流量検出装置の出力電圧の関係を記憶し、増幅率を最適化する。
（ｃ）応用形態として、１つの空気流量検出装置の出力電圧を、異なる増幅率で増幅された複数の流量検出電圧を使用した内燃機関の制御装置を提案する。より具体的には、複数の流量検出電圧間の相対的な増幅率を演算し、流量検出電圧を切り替える際の検出流量のずれを低減する。

ここで，前記相対的な増幅率は、異なる増幅率で増幅された複数の流量検出電圧のうち、１つの流量検出電圧を基準電圧とし、前記基準電圧と基準電圧以外の流量検出電圧を比較することで求める。

さらに、上記の比較は、基準電圧以外の流量検出電圧がＡ／Ｄ変換器で検出可能な最大値となる空気流量検出装置の出力電圧にて行う。

また、演算に使用している流量検出電圧の増幅率を変更する際には、一度、別の増幅率の流量検出電圧を使用し、増幅率の変更が完了した後に、増幅率を変更した流量検出電圧に切り替えることを提案する。

さらに、演算に使用している流量検出電圧の値が、Ａ／Ｄ変換器で検出可能な最大電圧に近づいた場合は、増幅率の低い流量検出電圧に切り替えることを提案する。

上記の増幅率の異なる複数の流量検出電圧のうち、一つは、空気流量検出装置の出力電圧を増幅しない電圧とすることを提案する。

（ｄ）空気流量検出装置から制御装置へ、空気流量検出装置の出力電圧を増幅しない電圧と、所定の増幅率で増幅した電圧を入力する制御装置において、所定の増幅率で増幅した入力電圧が、Ａ／Ｄ変換可能な最大電圧となる電圧値を、演算装置に設置された各々の入力端子に入力し、所定の増幅率を演算し、前記２つの信号を切り替える際のずれを低減する。

センサ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、本発明は大変有効であり、利用される可能性が高い。

本発明による制御装置が適用される内燃機関の一つの実施形態を示す構成図。 本発明による制御装置が適用される内燃機関のコントロールユニットの一つの実施形態を示すブロック図。 本発明による内燃機関の制御装置の燃料噴射量演算部の一つの実施形態を示すブロック図。 熱式エアフローセンサの検出流量と出力電圧の関係を示すグラフ。 エアフローセンサ出力電圧を増幅しない場合のＡ／Ｄ部を示すブロック図。 （ａ）、（ｂ）は、Ａ／Ｄ分解能により生じる信号検出誤差を示すグラフ。 （ａ）、（ｂ）はエアフローセンサの出力電圧が所定値ずれた際の流量誤差の割合を示すグラフ。 本発明による内燃機関の制御装置におけるＡ／Ｄ変換演算処理部の一つの実施形態を示すブロック図。 本発明による内燃機関の制御装置におけるＡＭＰＲ演算部の一つの実施形態を示すブロック図。 本発明による内燃機関の制御装置におけるＡＦＳＶ演算部の一つの実施形態を示すブロック図。 本発明による内燃機関の制御装置におけるＡ／Ｄ変換演算処理部の他の実施形態を示すブロック図。 本発明による内燃機関の制御装置におけるＡＦＳＶ演算部の他の実施形態を示すブロック図。 本発明による内燃機関の制御装置におけるＡ／Ｄ変換演算処理部のもう一つの実施形態を示すブロック図。 本発明による内燃機関の制御装置におけるＡＦＳＶ演算部の他の実施形態を示すブロック図。

符号の説明

１ エアクリーナ
２ 熱式エアフローセンサ
３ 吸気管
４ 電動絞り弁
５ スロットルボディ
６ コレクタ
７ 吸気分岐管
８ 吸気ポート
９ 燃焼室
１０ 燃料タンク
１１ 燃料ポンプ
１２ プレシャーレギュレータ
１３ インジェクタ
１４ 点火プラグ
１６ 排気管
１７ 触媒
１９ クランク角センサ
２０ 空燃比センサ
２１ イグニッションスイッチ
２２ スタータスイッチ
２３ バッテリ電源
２４ パワートランジスタ
２５ スロットルセンサ
２６ アクセルセンサ
２７ アイドルスピードバルブ（ＩＳＶ）
３０ 内燃機関
４０ コントロールユニット
４１ 電源ＩＣ
４２ ＬＳＩ
５０ 燃料噴射量演算部
５１ 電圧−流量変換テーブル
５２ 燃料噴射パルス幅演算部
７０ Ａ／Ｄ変換器
８０ 増幅装置
８１ Ａ／Ｄ変換器Ａ
８２ Ａ／Ｄ変換器Ｂ
８４ Ｄ／Ａ変換器
９４ ＡＦＳＶ演算部（吸入空気量ディジタル値演算部）
９５ ＡＭＰＲ演算部（増幅率制御指令値演算部）
１００ ＭＡＸ値検出部
１０１ ＡＭＰｌｅａｒｎの演算部
１０２ マップ値ＭＡＭＰ変更部
１０３ ＡＭＰｔｍｐＡ演算部
１０４ ＡＭＰｔｍｐＢ演算部
１０５ 比較器
１０６ 量子化部
１２０ ＡＭＰＲ変化判定演算部
１２１ 信号増幅率学習部
１２２ 信号増幅率除算演算部
１２３ 信号切替部
ＡＦＳＶ 出力ディジタル値
ＡＦＳＶｔｍｐＡ、ＡＦＳＶｔｍｐＢ センサ出力ディジタル値
ＡＦＳＶｔｍｐＢＢ 増幅還元のディジタル値
ＡＦＳｏｕｔ センサ出力電圧
ＡＭＰＲ 増幅率制御指令値
ＡＭＰＲｃｏｍｐ 増幅率推定値
ＭＡＭＰ マップ値
ＭＡＸＡＦＳＶｔｍｐＡ ＭＡＸ値
ＡＭＰｔｍｐＡ、ＡＭＰｔｍｐＢ 暫定値
ＡＭＰｔｍｐＣ 出力暫定値
Ｑ 吸入空気流量ディジタル値
ＮＥ エンジン回転数ディジタル値
ＴＰＯ スロットル開度ディジタル値
ＡＰＯ アクセル開度ディジタル値
ＡＦＭＰＲｃｈａｎｇｅ フラグ

Claims (17)

1. 空気流量測定装置の出力電圧に基づいて吸入空気流量を演算し、燃料噴射量を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記空気流量測定装置の出力電圧を増幅する増幅装置と、
   前記空気流量測定装置の出力電圧と前記空気流量測定装置の出力電圧を前記増幅装置によって増幅した電圧を用いて吸入空気流量を演算する吸入空気流量演算手段と、
   内燃機関の運転状態に基づいて前記増幅装置の増幅率制御指令値の演算を行う増幅率制御指令値演算手段とを備え、
   前記増幅率制御指令値演算手段から出力される増幅率制御指令値に応じて前記増幅装置の増幅率を設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 増幅率制御指令値演算手段は、内燃機関に吸入される空気流量の推定値に基づいて前記増幅率制御指令値を演算する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 増幅率制御指令値演算手段は、内燃機関に吸入される空気流量の推定値の所定時間当たりの変化量と前記増幅率制御指令値の前回値との関係から前記増幅率制御指令値を演算す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。
4. 増幅率制御指令値演算手段は、内燃機関に吸入される空気流量の前記推定値として、内燃機関の吸入空気流量に影響する状態量を検出するセンサの信号、あるいは内燃機関の吸入空気流量に影響する状態量を変化させるアクチュエータへ出力する信号、あるいはアクセル操作量を検出するセンサの信号、あるいはこれら信号を用いることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記吸入空気流量演算手段は、前記吸気流量測定装置の出力電圧と前記増幅装置の出力電圧を比較して前記増幅装置の増幅率を算出し、当該増幅率を基に前記増幅装置の出力電圧を補正することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記増幅率として前記増幅率制御指令値が整数値を取る時の前記増幅率の算出値を記憶し、当該増幅率を基に前記増幅装置の出力電圧を補正することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記増幅率の演算は、増幅された前記空気流量検出装置の出力電圧が所定電圧の時に行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記所定電圧は、増幅された前記空気流量検出装置の出力電圧を検出可能な最大電圧であることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記吸入空気流量演算手段は、所定の切替条件に応じて、吸入空気流量演算に用いる出力電圧を、前記空気流量測定装置の出力電圧と前記空気流量測定装置の出力電圧を前記増幅装置によって増幅した電圧のいずれかに一方に切り替える信号切替手段を有する請求項１から８の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記信号切替手段は、前記増幅率制御指令値を変更した時あるいは前記増幅率制御指令値を変更してから所定時間が経過するまでは、増幅していない前記空気流量測定装置の出力電圧を選択し、それ以外の時には前記増幅装置によって増幅した前記空気流量測定装置の出力電圧を選択することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記所定時間は、増幅率制御指令値を出力してから、所望の増幅率にて増幅された前記空気流量測定装置の出力電圧を吸入空気流量演算手段における演算に使用可能になるまでの時間であることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の制御装置。
12. 前記信号切替手段は、前記増幅率制御指令値を変更した後、増幅していない前記空気流量測定装置の出力電圧と前記増幅装置によって増幅した前記空気流量測定装置の出力電圧を前記増幅装置の増幅率によって除算した値との差が所定値以内にまでは、増幅していない前記空気流量測定装置の出力電圧を選択し、それ以外の時には前記増幅装置によって増幅した前記空気流量測定装置の出力電圧を選択することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
13. 前記所定値は、前記空気流量測定装置の出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器の分解能相当であることを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の制御装置。
14. 前記信号切替手段は、前記空気流量測定装置の出力電圧を前記増幅装置によって増幅した電圧値が所定値以上の場合には、増幅していない前記空気流量測定装置の出力電圧を選択することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
15. 前記所定値は、増幅した前記空気流量測定装置の出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換がＡ／Ｄ変換可能な最大電圧値以下の電圧値であることを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関の制御装置。
16. 前記信号切替手段は、前記増幅率制御指令値を変更した時に、前記増幅装置によって増幅した前記空気流量測定装置の出力電圧より増幅していない前記空気流量測定装置の出力電圧に切り替え、信号増幅率変更終了時に、増幅していない前記空気流量測定装置の出力電圧より前記増幅装置によって増幅した前記空気流量測定装置の出力電圧に切り替えることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
17. 空気流量測定装置の出力電圧に基づいて吸入空気流量を演算し、燃料噴射量を制御する内燃機関の制御装置であって、
    前記空気流量測定装置の出力電圧を増幅する増幅装置と、
    前記空気流量測定装置の出力電圧と前記空気流量測定装置の出力電圧を前記増幅装置によって増幅した電圧を用いて吸入空気流量を演算する吸入空気流量演算手段と、
    前記吸気流量測定装置の出力電圧と前記増幅装置の出力電圧を比較して前記増幅装置の増幅率を算出し、当該増幅率を基に前記増幅装置の出力電圧を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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