JP2015155677A - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定常運転や過渡運転、及び定常運転と過渡運転の状態切り替わり前後において、吸気圧のリップル（脈動成分）を適切に除去し燃料噴射量の定常安定性と過渡応答性を両立する。
【解決手段】吸気圧に対する平滑化処理として、平滑化の程度が異なるものを２つ有し、平滑化の程度が小さい弱平滑化処理部（５０４）の出力を基に基本燃料噴射量を演算し、弱平滑化処理部（５０４）よりも平滑化の程度が大きい強平滑化処理部（５０６）の出力を基に加速状態か否かの判定を行い、加速状態であると判定した場合に基本燃料噴射量に対する燃料増量補正を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は内燃機関の燃料噴射量制御装置に関し、特に、内燃機関の加減速状態等の過渡状態を検出し、検出した過渡状態に応じて内燃機関に供給する燃料噴射量を設定する内燃機関の燃料噴射量制御装置に関するものである。

内燃機関を制御する際には、内燃機関の加減速状態の検出が必要になることがある。例えば、内燃機関に燃料を供給する装置として、ＥＰＩ（電子式燃料噴射装置）が用いられる場合には、内燃機関が加速状態にあるか減速状態にあるかを検出し、その検出結果に基づいて吸気圧の平均値に基づく基本燃料噴射量に対して加減算を行っている。

ＥＰＩは、内燃機関の燃焼室内または吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタ（電磁燃料噴射弁）と、インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプと、内燃機関の所定のクランク角位置でインジェクタから所定量の燃料を噴射させるようにインジェクタを制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）とにより構成される。

また、ＥＣＵは、大気圧や内燃機関の温度等の種々の制御条件に基づいて燃料噴射量を演算する噴射量演算手段と、演算された燃料噴射量をインジェクタから噴射させるように、インジェクタに駆動信号を与える駆動回路とを備えている。そして、ＥＣＵは、所定の空燃比の混合気が内燃機関の燃焼室内に供給されるように、各種の制御条件に応じてインジェクタを制御する。

この種の燃料噴射装置においては、インジェクタから噴射させる燃料量を決定するために、内燃機関の燃焼室内に流入した吸入空気量を知る必要がある。吸入空気量を求める方法の一つとして、吸気圧と内燃機関の体積効率とから吸入空気量を推定する方法（スピード・デンシティ方式）が知られている。

また、内燃機関の吸気通路に設けられた圧力センサにより検出される吸気圧信号は、吸気行程で最低値となり、吸気弁が閉じている他の行程では大気圧と同等となるので、圧力センサの検出値に大きなリップル（脈動成分）が発生する。このため、正確な吸気圧は圧力センサの検出値のみからでは計測できない。

そこで従来の内燃機関では、吸気通路に容量の大きなサージタンク等を設けて吸気圧のリップルを緩和させたり、内燃機関の回転角を検出することで任意の行程の吸気圧を検出したり、或いは、吸気圧の検出値に大きな平滑化処理を行うことによって、正確な吸気圧を計測するようにしている。

このように、吸気圧と内燃機関の体積効率とから燃焼室内に流入した吸入空気量を推定して燃料噴射量を決定するようにした内燃機関においては、サージタンクを設けたり、吸気圧の検出値に大きな平滑化処理を行うことによって、加速状態あるいは減速状態にあるときに、応答遅れにより混合気の空燃比がリーンになったりリッチになったりすることがある。

すなわち、ドライバ（運転手）が加速するために吸気通路に設けられたスロットルバルブを急激に開いたときには、スロットルバルブの開度の変化に伴う吸気圧の変化が検出されて吸入空気量の推定値が修正されるまでに時間遅れが生じる。このため、ＥＣＵが演算する燃料噴射量が、実際に内燃機関が要求している燃料噴射量よりも少なめになり、空燃比がリーン側にずれる。

また、ドライバが減速するためにスロットルバルブを急激に閉じたときには、上記と同じ応答遅れにより、ＥＣＵが演算する燃料噴射量が、実際に内燃機関が要求している燃料噴射量よりも多めになり、空燃比がリッチ側にずれる。そのため、内燃機関の加速時および減速時の応答遅れを考慮せずに燃料噴射量を制御すると、加速時および減速時のドライバビリティが悪化したり、排気エミッションが悪化したりする。

ここで、吸気圧のリップルを緩和させて正確な吸気圧を計測するために、吸気圧の検出値に大きな平滑化処理を行った場合、加速時または減速時の吸気圧の変化が検出されて吸入空気量の推定値が修正されるまでの時間遅れが大きくなり、ドライバビリティや排気エミッションが益々悪化することにつながる。

さらに、吸気圧と内燃機関の体積効率とから燃焼室内に流入した吸入空気量を推定して燃料噴射量を決定するようにした内燃機関においては、リップルが大きい吸気圧の検出値を用いて燃料噴射量を制御すると、定常運転時の燃料噴射量が、吸気圧の脈動成分に応じて変動してしまい、定常運転時の空燃比が無駄に変動することで定常安定性のドライバビリティが悪化したり、排気エミッションが悪化したりする。

これらの問題が生じないようにするためには、定常運転時には吸気圧のリップルをなるべく緩和させて正確な吸気圧を計測しつつ、一方、加速または減速するためにスロットルバルブの急激な操作が行われたときには、その過渡状態に応じて燃料噴射量を加算または減算させる加速増量または減速減量の補正を行って、空燃比がリーン側またはリッチ側にずれるのを防ぐ必要がある。

また、燃料噴射量を制御する場合に限らず、例えば、内燃機関の点火時期を制御する際にも、加速性能を良好にしたり、内燃機関の異常燃焼によるノッキングを抑制したりするために、加速状態及び減速状態を加味した制御を行うことがある。

従来の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１では、ドライバビリティの悪化を抑制し、排気エミッションを低減させるための提案がなされている。

特許文献１には、空気流量検出装置から、内燃機関の吸気脈動時の誤差を低減するために、計測された信号を空気量と線形の関係にある信号に変換した上で平滑化処理を行う流量平滑化処理手段を備え、流量平滑化処理を実施した信号と、吸入空気量の変化に対し応答性の良い前記流量平滑化の程度が小さい信号、若しくは、流量平滑化処理を行わない信号を用いて、内燃機関の吸入空気量を演算することを特徴とする内燃機関の制御装置が開示されている。

また、サージタンクを設けること等により発生する吸入空気量の時間遅れは、内燃機関の加減速状態を検出し、加減速時に必要十分な量の燃料噴射量の増減量補正を行うことで加減速時の運転性を向上させ、かつ、良好な排気ガス性能を得ることは公知の技術である。

特許第４９０６８１５号公報

特許文献１に開示された内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の吸気脈動時の平均流量の計測誤差が小さく、かつ、吸入空気量が急激に変化するような場合にも時間遅れなく吸入空気量を演算することで、排気エミッションの低減が図られている。しかしながら、特許文献１には以下のような問題点がある。

特許文献１では、過渡状態から定常状態に移行するときに、過渡運転終盤の実際の吸気圧がほぼ収束安定している状態（移行タイミングの直前）では、補正の必要がほとんどないにも関わらず、不要に吸気圧を補正していることから、平均吸気圧の計測誤差が大きくなり、空燃比のリッチが発生してしまうという問題点があった（図３（ｈ）の囲い部α参照。なお、図３の詳細については後述する。）。

また、過渡状態から定常状態に移行するタイミングにおいて、吸気圧に対し吸気圧偏差を加算して補正したいたのに対し、移行のタイミングで、当該加算を禁止するため、吸気圧に段差が生じてしまい、空燃比がリーン側にずれてしまうという問題点があった（図３（ｈ）の囲い部α参照）。

このように、特許文献１においては、過渡状態から定常状態に戻るまでの、吸気圧のリップルが大きく吸気圧に脈動成分が反映されてしまう運転ポイント（期間）では、気筒間の燃焼トルク差が拡大してドライバビリティが悪化したり、空燃比がリーン側またはリッチ側にずれて排気エミッションが悪化するという問題点があった。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、定常運転時には吸気圧のリップルをなるべく緩和させて正確な吸気圧を計測し、加速時や減速時のような過渡運転時には、その過渡状態に応じて燃料噴射量を加算または減算させる加速増量または減速減量の補正を行うことで空燃比がリーン側またはリッチ側にずれるのを防ぎつつ、かつ、定常運転と過渡運転の状態境目においても空燃比がリーン側またはリッチ側にずれるのを防ぐことが出来る内燃機関の燃料噴射量制御装置を得ることを目的とする。

本発明は、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブ下流側の吸気圧を検出する吸気圧センサと、前記吸気圧センサの出力信号を所定時間毎にサンプリングし、吸気圧と線形関係にある圧力信号に変換した上で平滑化処理を行う平滑化処理部と、前記平滑化処理部により平滑化された圧力信号を前記内燃機関の燃焼間隔毎に平均化処理することで吸気圧平均値を算出し、前記吸気圧平均値に基づいて前記内燃機関に供給する基本燃料噴射量を算出する基本燃料噴射量演算部と、前記平滑化処理部により平滑化された圧力信号に対して前記燃焼間隔毎の変化量を算出することで平滑化後吸気圧の変化量を算出し、前記平滑化後吸気圧の変化量に基づいて加速状態であるか否かを判定する加速状態検出部と、前記加速状態検出部により加速状態であると判定された場合に、前記吸気圧センサの出力信号に基づいて前記基本燃料噴射量を増量補正する加速燃料補正部とを備え、前記平滑化処理部は、前記平滑化処理の平滑化の程度として第１のレベルと前記第１のレベルより平滑度の程度が大きい第２のレベルとを有し、前記吸気圧センサの出力信号に対して前記第１のレベルの平滑化処理を行った圧力信号を第１の平滑圧力信号として出力し、前記吸気圧センサの出力信号に対して前記第２のレベルの平滑化処理を行った圧力信号を第２の平滑圧力信号として出力し、前記基本燃料噴射量演算部は、前記平滑化された圧力信号として前記第１の平滑圧力信号を用いて前記基本燃料噴射量を算出し、前記加速状態検出部は、前記平滑化された圧力信号として前記第２の平滑圧力信号を用いて前記加速状態であるか否かの判定を行う内燃機関の燃料噴射量制御装置である。

本発明によれば、平滑化の程度の小さい弱平滑圧力信号に基づいて基本燃料噴射量を算出し、平滑化の程度の大きい強平滑圧力信号に基づいて加速状態であるか否かの判定を行って基本燃料噴射量の増量補正を行うようにしたので、定常運転時には正確な吸気圧を計測し、加速時の過渡運転時には吸気圧の時間遅れをなるべく抑えつつ必要十分な量の燃料噴射量の増量補正を行うことで、ドライバビリティの悪化や、排気エミッションの悪化を抑制することができる内燃機関の燃料噴射量制御装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る内燃機関およびその周辺の構成を概略的に示す構成図である。 前記特許文献１の技術をスピード・デンシティ方式の内燃機関に置き換えた場合のシステム構成を示すブロック図である。 図２のシステム構成における、加速時の吸気圧、燃料噴射量、点火時期、及び空燃比の挙動を示すチャート図である。 本発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料噴射量制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料噴射量制御装置の制御による、加速時における吸気圧、燃料噴射量、点火時期、及び空燃比の挙動を示すチャート図である。

以下、本発明の内燃機関の燃料噴射量制御装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。なお、本発明における内燃機関としては、ガソリン機関のエンジンが想定されている。

本発明の理解を深めるために、本発明の実施の形態について説明する前に、図２および図３を用いて、上記の特許文献１に示す従来技術をスピード・デンシティ方式の内燃機関に置き換えた場合について説明し、その場合の問題点について、まず説明する。

図２は、上記の特許文献１の技術をスピード・デンシティ方式の内燃機関に置き換えた場合のシステム構成を示すブロック図である。

圧力センサ２０１は内燃機関の吸気通路に設けられ、内燃機関の燃焼室内に流入される吸入空気の吸気圧を検出する。圧力センサ２０１より出力される吸気圧信号は、ハードフィルタ処理部２０２に入力され、１次なまし処理により高周波成分のノイズが除去される。ハードフィルタ処理部２０２にて高周波成分が除去された吸気圧信号はＥＣＵ内部のＡ/Ｄ変換処理部２０３に入力され、所定時間毎の離散信号である吸気圧Ｐｂｉに変換される。

続いて、強平滑化処理部２０４では、吸気圧Ｐｂｉに対して平滑化の程度が大きい１次なまし処理を実施した吸気圧Ｐｂｆｓを計算する。また、弱平滑化処理部２０５では、吸気圧Ｐｂｉに対して平滑化の程度が小さい１次なまし処理を実施した吸気圧Ｐｂｆｗを計算する。なお、弱平滑化処理部２０５では、１次なまし処理を実施した吸気圧Ｐｂｆｗを計算せずに、吸気圧Ｐｂｉ＝吸気圧Ｐｂｆｗとしてもよい。吸気圧Ｐｂｆｗは、補正処理部２０６に入力される。補正処理部２０６は、吸気圧Ｐｂｆｗに対して更に平滑化処理を施した吸気圧Ｐｂｆｗ´を求め、吸気圧Ｐｂｆｗと吸気圧Ｐｂｆｗ´との偏差である吸気圧偏差ΔＰｂｆｗを計算する。

また、定常・過渡判定判別処理部２０７は、アクセル開度、スロットル開度、エンジン回転数等の、内燃機関の吸入空気量に影響を与えるパラメータが少なくとも１つ入力され、当該パラメータの変化量があらかじめ定められた閾値を超える場合、過渡状態と判定し（過渡判定フラグ＝１）、それ以外の場合は定常状態と判定する（過渡判定フラグ＝０）。

定常・過渡判定判別処理部２０７にて、定常状態と判定された場合は、吸気圧のリップルをなるべく緩和させて吸気圧の計測精度の高い吸気圧Ｐｂｆｓを出力し、制御用Ｐｂとして内燃機関の点火時期であるベース点火や内燃機関の燃料噴射量であるベース燃料量の演算に用いる。

一方、定常・過渡判定判別処理部２０７にて過渡状態と判定された場合は、吸気圧Ｐｂｆｓに対し、補正処理部２０６で算出された吸気圧偏差ΔＰｂｆｗを加算したものを出力し、制御用Ｐｂとしてベース点火やベース燃料量の演算に用いる。

続いて、ΔＰｂｆ処理部２０８では、強平滑化処理部２０４から出力される吸気圧Ｐｂｆｓに対し、１燃焼間隔前からの吸気圧変化量ΔＰｂｆｓを計算し、ベース燃料量に対して燃料の増減量補正を行うか否かを判定する加減速判定に用いる。加減速判定としては吸気圧変化量ΔＰｂｆｓがあらかじめ定められた加減速判定閾値を超える場合に燃料の増減量補正を実施し（加減速補正フラグ＝１）、それ以外の場合は燃料の増減量補正を実施しない（加減速補正フラグ＝０）。

次に、加減速判定が成立し、燃料の増減量補正を行う場合には、ΔＰｂｉ処理部２０９にて、吸気圧Ｐｂｉに対して１燃焼間隔前からの吸気圧変化量ΔＰｂｉを計算し、燃料の増減量補正量の演算に用いる。

前記演算により、定常運転時の燃料噴射量の安定性と、過渡運転時の燃料噴射量の応答性と、の両立を図っている。

図３は、図２に示す上記特許文献１の技術をスピード・デンシティ方式の内燃機関に置き換えた場合の、加速時における吸気圧、燃料噴射量、点火時期、及び空燃比の挙動を示すチャート図である。より具体的には、（ａ）〜（ｈ）として、以下の挙動を示している。
（ａ）過渡判定フラグ
（ｂ）スロットル開度
（ｃ）吸気圧
（ｄ）ベース燃料量
（ｅ）ベース点火
（ｆ）吸気圧変化量ΔＰｂｆｓ
（ｇ）加速増量補正量
（ｈ）空燃比

図３（ａ）に示す過渡判定フラグは、図３（ｂ）に示すスロットル開度が変化することで、成立／不成立（＝１／０）を切り替える。具体的には、図３（ｂ）に示すスロットル開度が、あらかじめ定められた閾値を超えたとすると、図３（ａ）に示す過渡判定フラグは、定常状態（過渡判定フラグ＝０）から、過渡状態（過渡判定フラグ＝１）に移行する。図３においては、タイミングｔ１の時点で、図３（ｂ）に示すスロットル開度が、あらかじめ定められた閾値を超えるので、その時点で、過渡判定フラグが成立する（過渡判定フラグ＝１）。なお、ここでは、定常・過渡判定判別に用いる、内燃機関の吸入空気量に影響を与えるパラメータとして、スロットル開度を用いる場合を例としているが、その場合に限らず、アクセル開度、エンジン回転数等、内燃機関の吸入空気量に影響を与えるパラメータであれば、他のパラメータを用いるようにしてもよい。

こうして、過渡判定フラグが成立する（過渡判定フラグ＝１）と、図３（ｃ）に示す制御用Ｐｂ（吸気圧）は、定常運転時の吸気圧Ｐｂｆｓに対し吸気圧偏差ΔＰｂｆｗを加算したものに切り替わる。この制御用Ｐｂにより、図３（ｄ）に示すベース燃料量や、図３（ｅ）に示すベース点火を演算すると、過渡判定フラグ成立中は吸気圧のリップルに応じた脈動成分を含むが、燃料噴射量の応答性としては時間遅れを少なく抑えることができる。

また、図２の構成では設けられていないが、サージタンクを設けた構成にした場合には。当該サージタンクを設けたことで発生する吸気圧の時間遅れにより、図３（ｈ）に破線で示すような空燃比のリーンが発生する。その場合には、図３（ｆ）に示す吸気圧変化量ΔＰｂｆｓが加速増量判定閾値を上回る。そのため、図３に図示しない加減速補正フラグが成立するので、図３（ｇ）に示す燃料の加速増量補正を行うことによって、空燃比がリーン側にずれることなく好適に制御することができる。

一方、図３（ａ）において過渡判定フラグが成立から不成立に戻るタイミングｔ２においては、制御用Ｐｂとしてそれまで吸気圧Ｐｂｆｓに対し吸気圧偏差ΔＰｂｆｗを加算していたのに対し、ｔ２のタイミングで加算を禁止するため、制御用Ｐｂに段差が生じてしまう。

また、過渡運転終盤の実際の吸気圧がほぼ収束安定している状態であるｔ２直前のタイミングでは、不要に吸気圧偏差ΔＰｂｆｗを加算していることで平均吸気圧の計測誤差が大きくなり、図３（ｈ）の囲い部αのように空燃比のリッチが発生してしまう。

これらの過渡判定フラグが成立から不成立に戻るまでの、吸気圧のリップルが大きく制御用Ｐｂに脈動成分が反映されてしまう運転ポイント（期間）では、気筒間の燃焼トルク差が拡大してドライバビリティが悪化したり、空燃比がリーン側またはリッチ側にずれて排気エミッションが悪化するという問題点がある。

本発明の実施の形態においては、このような問題点を解決するために、定常運転時には吸気圧のリップルをなるべく緩和させて正確な吸気圧を計測し、加速時や減速時のような過渡運転時には、その過渡状態に応じて燃料噴射量を加算または減算させる加速増量または減速減量の補正を行うことで空燃比がリーン側またはリッチ側にずれるのを防ぎつつ、かつ、定常運転と過渡運転の状態境目においても空燃比がリーン側またはリッチ側にずれるのを防ぐことが出来る内燃機関の燃料噴射量制御装置について説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る内燃機関（エンジン１）およびその周辺の構成を概略的に示した構成図である。図１に示すように、エンジン１の吸気系の上流には、吸入空気量を調整するために電子的に制御される電子制御式スロットルバルブ２が設けられている。また、電子制御式スロットルバルブ２の開度を測定するために、スロットル開度センサ３が設けられている。

電子制御式スロットルバルブ２の下流のエンジン１側には、サージタンク４が設けられている。サージタンク４には、サージタンク４内の圧力を測定するための吸気圧センサ５と、吸気温度を測定するための吸気温センサ６とが設けられている。

サージタンク４の下流の吸気ポート７には、燃料を噴射するためのインジェクタ８が設けられている。なお、インジェクタ８は、エンジン１の燃焼室内に直接噴射できるように設けられてもよい。

吸気ポート７の下流端部には、吸気ポート７とエンジン１の燃焼室との間を開閉するための吸気バルブ９が設けられており、この吸気バルブ９が燃焼室内に吸入される混合気の量を規制する。また、吸気バルブ９の開弁特性を変更可能とする可変動弁装置（図１には図示せず）が設けられていてもよい。

さらに、エンジン１に対し、エンジン１の燃焼室内の混合気に点火するための点火コイル１０、および、点火プラグ１１が設けられている。また、エンジン１の回転速度やクランク角位置を検出するために、クランク軸に設けられたプレートのエッジを検出するためのクランク角センサ１２が、エンジン１に対し設けられている。

また、エンジン１の下流の排気ポート１３と燃焼室との間を開閉する排気バルブ１４が設けられている。また、排気ポート１３の下流には、排気ガスの酸素濃度を測定するＯ２センサ１５が設けられている。そのさらに下流には、排気ガスを浄化する触媒１６が設けられている。触媒１６としては、例えば、三元触媒、ＮＯＸ触媒等が用いられる。

吸気圧センサ５で測定された吸気圧と、スロットル開度センサ３で測定された電子制御式スロットルバルブ２の開度と、吸気温センサ６で測定された吸気温度と、クランク角センサ１２より出力されるクランク軸に設けられたプレートのエッジに同期したパルスと、Ｏ２センサ１５により測定された排気ガスの酸素濃度のそれぞれは、電子制御ユニット１８（以下、「ＥＣＵ１８」と称す）に入力される。

なお、ＥＣＵ１８は、マイクロコンピュータを主体に構成されるユニットであり、上記各センサの出力信号に加え、図１に図示しないバッテリの出力電圧、スタータスイッチのオン／オフ信号、水温センサで測定された冷却水温度の信号、大気圧センサで測定された大気圧の信号、可変動弁装置で測定された吸気カム１７の位置（角度）の信号が入力される。

また、ＥＣＵ１８は、入力された各種信号に応じて、点火コイル１０へ通電／遮断信号を出力することにより、点火時期（点火ベース）を進遅角制御する点火時期制御装置を備えている。さらに、ＥＣＵ１７は、前記以外の各種アクチュエータへの指示信号も出力する。

また、ＥＣＵ１８は、入力された各種信号に応じて、適切な燃料噴射量を求め、インジェクタ８へ出力することにより、適切な燃焼噴射量をインジェクタ８から噴射させる燃料噴射量制御装置も備えている。

次に、本実施の形態１に係る内燃機関の燃料噴射量制御装置のシステム構成について、図４を参照しながら詳細に説明する。なお、図４において、図１の構成に対応するものは、同一符号を付して示している。

本実施の形態１に係る内燃機関の燃料噴射量制御装置は、図４に示すように、車両に搭載された内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブ下流側の吸気圧を検出する吸気圧センサ５と、吸気圧センサ５の出力信号を所定時間毎にサンプリングし、吸気圧と線形関係にある圧力信号に変換した上で平滑化処理を行う平滑化処理部５０と、平滑化処理部５０により平滑化された圧力信号を、燃焼間隔毎に平均化処理することで吸気圧平均値を算出し、内燃機関に供給する基本燃料噴射量を算出する基本燃料噴射量演算部５１と、平滑化処理部５０により平滑化された圧力信号に対して燃焼間隔毎の変化量を算出することで平滑化後吸気圧の変化量を算出し、当該変化量に基づいて車両が加速状態であるか否かを判定する加速状態検出部５２と、加速状態検出部５２により加速状態にあると判定される場合に、基本燃料噴射量を増量補正する加速燃料補正部５３とを備えている。

平滑化処理部５０は、平滑化処理として、平滑化の程度が異なるものを２つ有している。２つの平滑化の程度のうち、平滑化の程度が小さい方を「第１のレベル」と呼び、「第１のレベル」よりも平滑化の程度が大きい方を「第２のレベル」と呼ぶこととする。平滑化処理部５０は、後述するＡ／Ｄ変換処理部５０３から出力される吸気圧Ｐｂｉに対して「第１のレベル」の平滑化処理を行う弱平滑化処理部５０４と、「第２のレベル」の平滑化処理を行う強平滑化処理部５０６とを備えている。弱平滑化処理部５０４および強平滑化処理部５０６における平滑化処理はいずれも例えばフィルタ処理等で行えばよい。平滑化の程度の差は適宜決定すればよいが、図５の（ｃ）に示されるように、強平滑化処理を行った吸気圧（Ｐｂｆｓ）は、吸気圧のリップルに応じた脈動成分を含まない緩やかな曲線になっているが、弱平滑化処理を行った吸気圧（Ｐｂｆｗ）は脈動成分を含んでいる。なお、当然であるが、弱平滑化処理を行った吸気圧（Ｐｂｆｗ）が含む脈動成分は、Ａ／Ｄ変換処理部５０３から出力される吸気圧Ｐｂｉの脈動成分よりも小さい。すなわち、弱平滑化処理では、吸気圧Ｐｂｉの脈動成分を低減させており、強平滑化処理では、吸気圧Ｐｂｉの脈動成分を除去している。本実施の形態１に係る内燃機関の燃料噴射量制御装置は、「第１のレベル」の平滑化処理を行った弱平滑圧力信号を基に基本燃料噴射量演算部５１による基本燃料噴射量を算出し、「第１のレベル」よりも平滑化の程度が大きい「第２のレベル」の平滑化処理を行った強平滑圧力信号を基に加速状態検出部５２による加減速判定を行う。

吸気圧センサ５は、圧力センサ５０１とハードフィルタ処理部５０２とから構成されている。圧力センサ５０１は、エンジン１の吸気通路に設けられ、スロットルバルブ２下流側の吸気圧を検出する。ハードフィルタ処理部５０２は、圧力センサ５０１より出力される吸気圧信号が入力され、１次なまし処理により高周波成分のノイズを除去する。

基本燃料噴射量演算部５１は、相加平均処理部５０５から構成されている。相加平均処理部５０５は、弱平滑化処理部５０４で「第１のレベル」の平滑化処理が行われた吸気圧Ｐｂｆｗが入力される。相加平均処理部５０５では、入力された吸気圧Ｐｂｆｗに対し、１燃焼間隔毎に相加平均処理を実施し、過去１燃焼間隔での吸気圧平均値である制御用Ｐｂを演算する。この制御用Ｐｂを用いて、エンジン１の点火時期であるベース点火やエンジン１の燃料噴射量であるベース燃料量の演算を行う。
なお、ベース点火の演算方法としては、例えば、ルックアップテーブル（マップ）を用いて、ベース点火、すなわち、点火時期を算出する。当該ルックアップテーブル（マップ）は、エンジン回転数と制御用Ｐｂを軸とし、エンジン回転数と制御用Ｐｂとの格子点に対して、最適なエンジン１の点火時期が設定されているものである。従って、このルックアップテーブルに、入力パラメータとしてエンジン回転数と制御用Ｐｂとを入力すると、当該エンジン回転数および制御用Ｐｂに対応する最適なエンジン１の点火時期がルックアップテーブルから検索され出力される。
また、ベース燃料の演算方法としては、例えば、制御用Ｐｂに対して、予め設定された燃料量変換係数を乗算して１行程の燃料量を演算する。

加速状態検出部５２は、ΔＰｂｆ処理部５０７から構成されている。ΔＰｂｆ処理部５０７は、強平滑化処理部５０６で「第２のレベル」の平滑化処理が行われた吸気圧Ｐｂｆｓが入力される。ΔＰｂｆ処理部５０７では、入力された吸気圧Ｐｂｆｓに対し、１燃焼間隔前からの吸気圧変化量ΔＰｂｆｓを計算し、吸気圧変化量ΔＰｂｆｓを用いて、ベース燃料量に対して燃料の増減量補正を行うか否かを判定する加減速判定を行う。加減速判定においては、吸気圧変化量ΔＰｂｆｓがあらかじめ定められた加減速判定閾値を超える場合に、車両が加速状態または減速状態であると判定し、燃料の増減量補正を実施し（加減速補正フラグ＝１）、それ以外の場合は、車両が加速状態および減速状態のいずれでもないと判定し、燃料の増減量補正を実施しない（加減速補正フラグ＝０）。なお、この場合に限らず、加速か否かの判定だけを行うようにしてもよい。その場合には、吸気圧変化量ΔＰｂｆｓに対し、あらかじめ定められた加速判定閾値を設定しておき、当該閾値を超える場合に、車両が加速状態であると判定し、燃料の増量補正を実施し（加減速補正フラグ＝１）、それ以外の場合は、車両が加速状態でないと判定し、燃料の増量補正を実施しない（加減速補正フラグ＝０）ようにする。

加速燃料補正部５３は、ΔＰｂｉ処理部５０８から構成されている。ΔＰｂｉ処理部５０８は、加速状態検出部５２からの加減速判定結果が入力されるとともに、Ａ／Ｄ変換処理部５０３から吸気圧Ｐｂｉが入力される。ΔＰｂｉ処理部５０８は、加速状態検出部５２により車両が加速状態または減速状態にあると判定された場合に、吸気圧Ｐｂｉに対して１燃焼間隔前からの吸気圧変化量ΔＰｂｉを計算し、吸気圧変化量ΔＰｂｉに基づいて基本燃料噴射量を増減補正するための増減量補正量の演算を行う。なお、上述したように、加速状態検出部５２で加速か否かの判定のみを行う場合には、ΔＰｂｉ処理部５０８は、加速状態検出部５２により車両が加速状態にあると判定された場合に、吸気圧Ｐｂｉに対して１燃焼間隔前からの吸気圧変化量ΔＰｂｉを計算し、吸気圧変化量ΔＰｂｉに基づいて基本燃料噴射量を増量補正するための増量補正量の演算を行う。
なお、増減量補正量の演算方法としては、例えば、吸気圧変化量ΔＰｂｉに対して予め設定された補正量変換係数を乗算し、さらにエンジン回転速度や水温などの運転状態に応じた補正係数を乗算して求めるようにすればよい。

次に、本実施の形態１に係る内燃機関の燃料噴射量制御装置の動作について図４を用いて説明する。

圧力センサ５０１は、エンジン１の吸気通路に設けられ、スロットルバルブ２下流側の吸気圧を検出する。圧力センサ５０１より出力される吸気圧信号はハードフィルタ処理部５０２に入力され、１次なまし処理により、高周波成分のノイズが除去される。ハードフィルタ処理部５０２にて高周波成分が除去された吸気圧信号は、ＥＣＵ１８内部のＡ/Ｄ変換処理部５０３に入力され、所定時間毎の離散信号である吸気圧Ｐｂｉに変換される。

続いて、弱平滑化処理部５０４では、吸気圧Ｐｂｉに対して、平滑化の程度が小さい「第１のレベル」の１次なまし処理を実施して吸気圧Ｐｂｆｗを計算する。さらに、相加平均処理部５０５では、吸気圧Ｐｂｆｗに対し、１燃焼間隔毎に相加平均処理を実施し、過去１燃焼間隔での吸気圧平均値である制御用Ｐｂを演算する。さらに、相加平均処理部５０５は、この制御用Ｐｂを用いて、内燃機関の点火時期であるベース点火や内燃機関の燃料噴射量である基本燃料噴射量（ベース燃料量）を演算する。

本実施の形態１では、このようなシステム構成とすることで、平滑化の程度が大きい１次なましをかけることなくベース点火やベース噴射量を演算できるため、過渡運転時の応答性がよく、加速時の点火遅れによるノッキングの悪化や、加速時のベース噴射量の遅れによる空燃比のずれを小さく抑えることができる。

一方、強平滑化処理部５０６では、吸気圧Ｐｂｉに対して、平滑化の程度が大きい「第２のレベル」の１次なまし処理を実施して吸気圧Ｐｂｆｓを計算する。次に、ΔＰｂｆ処理部５０７では、強平滑化処理部５０６から出力される吸気圧Ｐｂｆｓに対し、１燃焼間隔前からの吸気圧変化量ΔＰｂｆｓを計算し、吸気圧変化量ΔＰｂｆｓを用いて、ベース燃料量に対して燃料の増減量補正を行うか否かを判定する加減速判定を行う。加減速判定としては吸気圧変化量ΔＰｂｆｓがあらかじめ定められた加減速判定閾値を超える場合に燃料の増減量補正を実施し（加減速補正フラグ＝１）、それ以外の場合は燃料の増減量補正を実施しない（加減速補正フラグ＝０）。

ここで、加減速判定に用いる吸気圧としては、吸気圧のリップルが大きい内燃機関、または運転状態では平滑化の程度が大きい１次なましを行わなければ、吸気圧変化量が脈動成分により大きくなってしまい、適切に加減速判定閾値をあらかじめ定めることが困難になる。適切に加減速判定閾値を設定できないと、燃料の増減量補正の誤補正や過補正、もしくは補正不足を招き、好適に空燃比を制御することができない。つまり、定常運転時には加減速判定閾値を超えることなく、かつ、過渡運転時には加減速判定閾値を超えて燃料の増減量補正を実施するためには、吸気圧に対して平滑化の程度が大きい１次なましを行うことが必要となる。従って、本実施の形態においては、平滑化の程度が大きい１次なましを行った吸気圧Ｐｂｆｓを用いて、加減速判定を行っている。

次に、加減速判定が成立し、燃料の増減量補正を行う場合には、ΔＰｂｉ処理部５０８にて、吸気圧Ｐｂｉに対して、１燃焼間隔前からの吸気圧変化量ΔＰｂｉを計算し、吸気圧変化量ΔＰｂｉに基づいて、燃料の増減量補正量を演算する。

本実施の形態１においては、このようなシステム構成とすることで、吸気圧の脈動成分が大きい場合においても適切に脈動成分を除去することが可能となり、過渡運転時の燃料増減量補正を適切に行うことで空燃比を好適に制御することができる。

次に、本実施の形態１による、加速時における吸気圧、燃料噴射量、点火時期、及び空燃比の挙動について、図５を参照しながら詳細に説明する。より具体的には、（ａ）〜（ｈ）として、以下の挙動を示している。
（ａ）過渡判定フラグ
（ｂ）スロットル開度
（ｃ）吸気圧
（ｄ）ベース燃料量
（ｅ）ベース点火
（ｆ）吸気圧変化量ΔＰｂｆｓ
（ｇ）加減速補正量
（ｈ）空燃比

図５（ａ）に示すように、本実施の形態１においては、図３（ａ）に示すような、過渡判定フラグは存在せず、定常運転時と過渡運転時とで制御用Ｐｂを切り替えるといった構成は不要である。図５（ｂ）に示すスロットル開度等の内燃機関の吸入空気量に影響を与えるパラメータの値が変化しても、図５（ｃ）に示す制御用Ｐｂは、弱平滑化後の吸気圧Ｐｂｆｗに対し１燃焼間隔毎の相加平均処理を実施することで得られる。

この制御用Ｐｂにより図５（ｄ）に示すベース燃料量や図５（ｅ）に示すベース点火を演算することで、応答性としては時間遅れを少なく抑えられる結果、加速時の点火遅れによるノッキングやベース噴射量の遅れによる空燃比のずれを最小限に抑えることができる。また、定常運転時の安定性としては吸気圧Ｐｂｆｗに対する相加平均処理により計測誤差を小さく維持することができる。

また、サージタンクを設けることで発生する吸気圧の時間遅れにより、図５（ｈ）に破線で示すような空燃比のリーンが発生する場合には、図５（ｆ）に示す強平滑化後の吸気圧の変化量ΔＰｂｆｓが加速増量判定閾値を上回ることでｔ１のタイミングで図５に図示しない加減速補正フラグが成立し、図５（ｇ）に示す燃料の加速増量補正を行うことによって空燃比がリーン側にずれることなく好適に制御することができる。

ここで、加速増量補正量としては、図３に示す従来技術での切り替わりのある制御用Ｐｂを使用した場合と比較して大きくなるが、補正量の適合により、図３に示す従来技術での空燃比挙動と同等にすることは可能である。

また、過渡運転が収束しつつあるタイミングｔ２においては、図３に示す従来技術のような制御用Ｐｂの切り替えを行っていないため、図５（ｄ）に示すベース燃料量や図５（ｅ）に示すベース点火に切り替えに伴う段差は発生しない。

更に、過渡運転終盤の実際の吸気圧がほぼ収束安定している状態であるタイミングｔ２の直前においても、脈動成分が大きく含まれた制御用Ｐｂを用いることによる、気筒間の燃焼トルク差が拡大してドライバビリティが悪化したり、空燃比がリーン側またはリッチ側にずれて排気エミッションが悪化するといった従来の課題を解消することができる。その結果として、図５（ｈ）の囲い部βのように、空燃比を好適に制御することができる。

以上の結果をまとめると、本願の実施の形態１は、以下のような効果を得ることができる。
（効果１）：平滑化処理として、平滑化の程度が異なるものを２つ有し、平滑化の程度が小さい弱平滑化後の吸気圧を基に基本燃料噴射量（ベース燃料量）を算出し、平滑化の程度が大きい強平滑化後の吸気圧を基に燃料の加速増量補正を行うか否かを判定することで、定常運転時には吸気圧脈動のリップルの影響をなるべく緩和させて正確な吸気圧を演算することで安定性を保ちつつ、過渡運転時には吸気圧の時間遅れをなるべく抑えつつ必要十分な量の燃料の加速増量補正を行うことで、点火遅れによるノッキングを抑え、空燃比を好適に制御することができる。その結果として、ドライバビリティの悪化や排気エミッションの悪化を抑制することができる。
（効果２）：燃料の加速増量補正を行うか否かを判定する加減速判定閾値を有し、加速判定閾値は平滑化の程度が大きい強平滑化後の吸気圧の変化量に基づいてあらかじめ設定し、吸気圧変化量が加速判定閾値を上回った場合に燃料の加速増量補正を行うことで、加速増量補正の誤補正や過補正、または補正不足を招くことなく、好適に空燃比を制御することができる。

以上のように、本実施の形態１においては、エンジン１の吸気通路に設けられたスロットルバルブ２の下流側の吸気圧を検出する吸気圧センサ５と、吸気圧センサ５の出力信号を所定時間毎にサンプリングし、吸気圧と線形関係にある圧力信号に変換した上で平滑化処理を行う平滑化処理部５０と、平滑化処理部５０により平滑化された圧力信号をエンジン１の燃焼間隔毎に平均化処理することで吸気圧平均値を算出し、吸気圧平均値に基づいてエンジン１に供給する基本燃料噴射量を算出する基本燃料噴射量演算部５１と、平滑化処理部５０により平滑化された圧力信号に対して燃焼間隔毎の変化量を算出することで平滑化後吸気圧の変化量を算出し、平滑化後吸気圧の変化量に基づいて加速状態であるか否かを判定する加速状態検出部５２と、加速状態検出部５２により加速状態であると判定された場合に、吸気圧センサ５の出力信号に基づいて基本燃料噴射量を増量補正する加速燃料補正部５３とを備えている。また、平滑化処理部５０は、平滑化処理の平滑化の程度として第１のレベルと第１のレベルより平滑度の程度が大きい第２のレベルとを有し、吸気圧センサ５の出力信号に対して第１のレベルの平滑化処理を行った圧力信号を第１の平滑圧力信号（弱平滑圧力信号）として出力し、吸気圧センサ５の出力信号に対して第２のレベルの平滑化処理を行った圧力信号を第２の平滑圧力信号（強平滑圧力信号）として出力し、基本燃料噴射量演算部５１は、平滑化された圧力信号として第１の平滑圧力信号を用いて基本燃料噴射量を算出し、加速状態検出部５２は、平滑化された圧力信号として第２の平滑圧力信号を用いて加速状態であるか否かの判定を行う。これにより、定常運転時には吸気圧のリップルをなるべく緩和させて正確な吸気圧を計測し、加速時や減速時のような過渡運転時には、その過渡状態に応じて燃料噴射量を加算または減算させる加速増量または減速減量の補正を行うことで空燃比がリーン側またはリッチ側にずれるのを防ぎつつ、かつ、定常運転と過渡運転の状態境目においても空燃比がリーン側またはリッチ側にずれるのを防ぐことが出来る。

なお、実施の形態１においては、加速時のみを考慮している場合を説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されず、減速時にも考慮するような構成としてもよい。

１ エンジン、２ 電子制御式スロットルバルブ、３ スロットル開度センサ、４ サージタンク、５ 吸気圧センサ、６ 吸気温センサ、７ 吸気ポート、８ インジェクタ、９ 吸気バルブ、１０ 点火コイル、１１ 点火プラグ、１２ クランク角センサ、１３ 排気ポート、１４ 排気バルブ、１５ Ｏ２センサ、１６ 触媒、１７ 吸気カム、Ｔ１ 加速増量補正の開始タイミング、Ｔ２ 過渡判定フラグが成立から不成立に切り替わるタイミング、または、過渡運転が収束しつつあるタイミング。

本発明は、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブ下流側の吸気圧を検出する吸気圧センサと、前記吸気圧センサの出力信号を所定時間毎にサンプリングし、吸気圧と線形関係にある圧力信号に変換した上で平滑化処理を行う平滑化処理部であって、前記平滑化処理として、第１のレベルの平滑化処理と前記第１のレベルより平滑度の程度が大きい第２のレベルの平滑化処理とを有し、前記吸気圧センサの出力信号に対して前記第１のレベルの平滑化処理を行った圧力信号を第１の平滑圧力信号とし、前記吸気圧センサの出力信号に対して前記第２のレベルの平滑化処理を行った圧力信号を第２の平滑圧力信号として、前記第１の平滑圧力信号と前記第２の平滑圧力信号とを出力する、平滑化処理部と、前記平滑化処理部により平滑化された前記第１の平滑圧力信号を前記内燃機関の燃焼間隔毎に平均化処理することで吸気圧平均値を算出し、前記吸気圧平均値に基づいて前記内燃機関に供給する基本燃料噴射量を算出する基本燃料噴射量演算部と、前記平滑化処理部により平滑化された前記第２の平滑圧力信号に対して前記燃焼間隔毎の変化量を算出することで平滑化後吸気圧の変化量を算出し、前記平滑化後吸気圧の変化量に基づいて加速状態であるか否かを判定する加速状態検出部と、前記加速状態検出部により加速状態であると判定された場合に、前記吸気圧センサの出力信号に基づいて前記基本燃料噴射量を増量補正する加速燃料補正部とを備えた内燃機関の燃料噴射量制御装置である。

以上の結果をまとめると、本願の実施の形態１は、以下のような効果を得ることができる。
（効果１）：平滑化処理として、平滑化の程度が異なるものを２つ有し、平滑化の程度が小さい弱平滑化後の吸気圧を基に基本燃料噴射量（ベース燃料量）を算出し、平滑化の程度が大きい強平滑化後の吸気圧を基に燃料の加速増量補正を行うか否かを判定することで、定常運転時には吸気圧脈動のリップルの影響をなるべく緩和させて正確な吸気圧を演算することで安定性を保ちつつ、過渡運転時には吸気圧の時間遅れをなるべく抑えつつ必要十分な量の燃料の加速増量補正を行うことで、点火遅れによるノッキングを抑え、空燃比を好適に制御することができる。その結果として、ドライバビリティの悪化や排気エミッションの悪化を抑制することができる。
（効果２）：燃料の加速増量補正を行うか否かを判定する加減速判定閾値を有し、加速判定閾値は平滑化の程度が大きい強平滑化後の吸気圧の変化量に対してあらかじめ設定し、吸気圧変化量が加速判定閾値を上回った場合に燃料の加速増量補正を行うことで、加速増量補正の誤補正や過補正、または補正不足を招くことなく、好適に空燃比を制御することができる。

Claims (2)

1. 内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブ下流側の吸気圧を検出する吸気圧センサと、
   前記吸気圧センサの出力信号を所定時間毎にサンプリングし、吸気圧と線形関係にある圧力信号に変換した上で平滑化処理を行う平滑化処理部と、
   前記平滑化処理部により平滑化された圧力信号を前記内燃機関の燃焼間隔毎に平均化処理することで吸気圧平均値を算出し、前記吸気圧平均値に基づいて前記内燃機関に供給する基本燃料噴射量を算出する基本燃料噴射量演算部と、
   前記平滑化処理部により平滑化された圧力信号に対して前記燃焼間隔毎の変化量を算出することで平滑化後吸気圧の変化量を算出し、前記平滑化後吸気圧の変化量に基づいて加速状態であるか否かを判定する加速状態検出部と、
   前記加速状態検出部により加速状態であると判定された場合に、前記吸気圧センサの出力信号に基づいて前記基本燃料噴射量を増量補正する加速燃料補正部と
   を備え、
   前記平滑化処理部は、前記平滑化処理の平滑化の程度として第１のレベルと前記第１のレベルより平滑度の程度が大きい第２のレベルとを有し、前記吸気圧センサの出力信号に対して前記第１のレベルの平滑化処理を行った圧力信号を第１の平滑圧力信号として出力し、前記吸気圧センサの出力信号に対して前記第２のレベルの平滑化処理を行った圧力信号を第２の平滑圧力信号として出力し、
   前記基本燃料噴射量演算部は、前記平滑化された圧力信号として前記第１の平滑圧力信号を用いて前記基本燃料噴射量を算出し、
   前記加速状態検出部は、前記平滑化された圧力信号として前記第２の平滑圧力信号を用いて前記加速状態であるか否かの判定を行う
   内燃機関の燃料噴射量制御装置。
2. 前記加速状態検出部は、前記基本燃料噴射量を増量補正するか否かを判定するための加速判定閾値を有し、前記平滑化後吸気圧の変化量が前記加速判定閾値を超えた場合に前記増量補正を行い、それ以外の場合には前記増量補正を行わないものであって、
   前記加速判定閾値は、前記第２の平滑圧力信号に基づいて予め設定される
   請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。

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