JP2017110500A - 内燃機関の制御装置及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の回転数が変動した場合でも、正確な平均空気流量値を得ることが可能な内燃機関の制御装置を実現する。【解決手段】センサ値検出部３０１はエアフローセンサからの入力信号を検出し、経過時間計測部３０２がセンサ検出値Ｑｎにおける前回検出値Ｑｎ−１からの経過時間ｔｎを計測する。演算処理実行フラグ設定部３０３が設定した演算処理実行フラグｆｅｎが１のとき、平均値算出部３０４がＴｅｎ期間の夫々のセンサ検出値と夫々の経過時間の積の加算値を、夫々の経過時間の加算値で割り、Ｔｅｎ間の平均空気流量Ｑａｖｅを算出する。経過時間を用いて重み付し平均化することでサ正しい平均空気量流量を得ることが出来る。算出した平均空気流量Ｑａｖｅは燃料噴射量演算部３０５に供給され燃料噴射量を演算する。【選択図】図３

Description

本発明は、センサ入力値に基づいて演算処理実効周期で制御を行う内燃機関の制御装置及びシステムに関する。

近年、自動車等の車両の燃費や排気の規制が強化されつつあり、そのような規制は今後も益々強くなる傾向にある。内燃機関への吸入空気量は燃料噴射量演算に使用されるパラメータであり、今後より一層厳しくなる規制に対応するためには、高精度な吸入空気量検出が必須である。吸入空気量を測定するエアフローセンサの出力結果は燃費・排気性能を左右するため、エアフローセンサの吸入空気量検出精度を上げるための技術開発が盛んに行われている。

吸入空気量を計測できるエアフローセンサとして現在多く使用されているものは熱線式エアフローセンサであり、このエアフローセンサの検出信号としては発熱抵抗体からの信号に基づいて空気量に応じて電圧値を変える電圧信号や、空気量に応じて出力パルスの周期を変える周波数信号が使われることが多い。

また、最近では、エアフローセンサに圧力や湿度などのセンサを搭載し、１本の信号線で複数のセンサ検出値を送信するＳＥＮＴ通信方式が使われることもある。

ところで、内燃機関においてはピストンの往復運動や吸気バルブの開閉弁動作により吸気管に吸気脈動が発生するため、定常状態においても熱線式エアフローセンサの検出信号は機関回転数と吸気脈動に同期した変動が発生する。

特に、スロットル弁の上流に配置される熱線式エアフローセンサは、スロットル弁が全開側に操作されると吸気脈動の影響を受けやすくなる。例えば、検出タイミングが空気流量の大きい位相に一致していると、実際の空気流量よりも大きな空気流量を検出し、逆に検出タイミングが空気流量の小さい位相に一致していると、実際の空気流量よりも小さな空気流量を検出してしまう。

そのため、特許文献１には、複数個のサンプルデータを平均化することで、吸気脈動の影響を低減する方法が提案されている。特許文献１では、短いクランク角間隔による空気流量検出タイミングを設けることで、回転数の変化に関わらず常に同数の検出値を得ることができ、平均流量を演算する所定のクランク角度間においてそれらの検出値を平均化することで、脈動影響を受けにくくしている。

特開昭６２−１２３３１７号公報

特許文献１に記載の技術によると、回転数が変化してもクランク角間隔に同期してサンプリングするため、一回転で同数のサンプリングが可能であり、一定の回転数で運転している場合は平均化した値が平均流量を示すと考えられる。

しかしながら、エンジン回転数が変動した場合は、前回サンプリングした検出値から今回サンプリングした検出値までの経過時間が異なる。例えば、回転数が上昇中の場合は、前回値から今回値までの経過時間は次第に短くなり、逆に回転数が低下中の場合は、前回値から今回値までの経過時間は次第に長くなる。

そのため、通常の平均処理（検出値の加算値を検出数で平均化）では、平均流量を演算する所定のクランク角度間において、夫々の、検出値の重み付けが異なるため、正しい平均空気流量を得られない虞があるという問題点があった。

本発明の目的は、このような従来の問題点に鑑み、内燃機関の回転数が変動した場合でも、正確な平均空気流量値を得ることが可能な内燃機関の制御装置及び制御システムを実現することである。

上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。

一定の演算処理実行周期で内燃機関の制御を行う内燃機関の制御装置であって、上記演算処理実行周期よりも短い周期である一定のタイミングごとに、上記内燃機関への流入空気量に対応する信号を受信またはサンプリングするセンサ値検出部と、上記センサ値検出部により検出された信号の、前回受信またはサンプリングした信号からの経過時間を計測する経過時間計測部と、上記演算処理実行周期間に受信またはサンプリングした信号の平均値を算出する平均値算出部と、を備え、上記平均値算出部は、上記演算処理実行周期間における、受信またはサンプリングした信号と、当該信号の前回受信またはサンプリングした信号からの経過時間とを用いて、演算処理実行周期間に受信またはサンプリングした信号の平均値を算出し、算出した平均値に基づいて燃料噴射量を制御する。

本発明によれば、内燃機関の回転数が変動した場合でも、正確な空気平均流量値を得ることが可能な内燃機関の制御装置及び制御システムを実現することができる。

本発明の制御装置が適用される内燃機関の全体概略構成図である。 演算処理実行周期間のセンサ検出値および前回検出値からの経過時間を示した図である。 本発明の実施例１におけるエアフローセンサの検出値および前回検出値からの経過時間を用いて平均値を算出するＥＣＵの内部ブロック図である。 本発明の実施例１におけるセンサ検出値および前回検出値からの経過時間を用いて平均値を算出する動作フローチャートである。 本発明の実施例２における、エアフローセンサの検出値および前回検出値からの経過時間を用いて平均値を算出するＥＣＵの内部ブロック図である。 センサが検出する物理量の収支を演算する収支演算部を持つ場合の、センサ検出値および前回検出値からの経過時間を用いて平均値を算出するフローチャートである。 所定のクランク角度間隔で空気流量をサンプリングした場合の空気流量の例を示した図である。 内燃機関の回転数が上昇中に所定のクランク角度間隔で空気流量をサンプリングした場合の例を示した図である。 演算処理実行周期間におけるセンサ信号の受信数が変動する場合の例を示すグラフである。

本発明の実施形態について、以下、図面を参照して説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の制御装置が適用される内燃機関の全体概略構成図である。図１において、内燃機関１０は、例えば４つの気筒を備えた火花点火式の内燃機関であって、シリンダヘッド１１ａ及びシリンダブロック１１ｂからなるシリンダ１１と、このシリンダ１１の各気筒内に摺動自在に嵌挿されたピストン１５と、を備え、ピストン１５は、コンロッド１４を介してクランク軸（図示せず）に連結されている。

また、ピストン１５の上方には、所定形状の天井部を有する燃焼室１７が形成され、各気筒の燃焼室１７には、点火コイル３４から高電圧化された点火信号が供給される点火プラグ３５が臨設されている。

また、燃焼室１７は、エアクリーナ１９、スロットルバルブ２５、コレクタ２７、吸気マニホールド２８、吸気ポート２９等を備えた吸気通路２０と連通しており、燃料の燃焼に必要な空気は、この吸気通路２０を通り、当該吸気通路２０の下流端である吸気ポート２９の端部に配在された吸気カム軸２３により開閉駆動される吸気バルブ２１を介して、各気筒の燃焼室１７に吸入されるようになっている。

また、吸気通路２０の吸気マニホールド２８には、吸気ポート２９へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁３０が気筒毎に臨設されている。

また、吸気通路２０のエアクリーナ１９の下流には、吸入空気の流量を検出するエアフローセンサ５０が配設されている。このエアフローセンサ５０は、吸入空気流量（質量流量）が大きくなるに従って、測定対象となる吸入空気流に配置されたホットワイヤ（発熱抵抗体）に流れる電流値が増加し、吸入空気流量が小さくなるに従ってホットワイヤに流れる電流値が減少するようにブリッジ回路が構成されている。

そして、エアフローセンサ５０のホットワイヤに流れる発熱抵抗電流値は電圧信号として抽出され、電圧や周波数信号、またはＳＥＮＴ（Single-Edge Nibble Transmission）通信などの通信方式によりＥＣＵ（エンジン制御部（エンジンコントロールユニット））１００へ送信されるようになっている。

吸気通路２０を介して吸入された空気と燃料噴射弁３０から噴射された燃料との混合気は、吸気バルブ２１を介して燃焼室１７へ吸入され、点火コイル３４に接続された点火プラグ３５による火花点火によって燃焼される。そして、燃焼室１７での燃焼後の排気ガスは、排気カム軸２４により開閉駆動される排気バルブ２２を介して燃焼室１７から排気され、排気ポートや排気マニホールド、排気管等（不図示）を備えた排気通路４０を通って外部の大気中へ排出されるようになっている。

排気通路４０には、アルミナやセリアなどの担体に白金やパラジウムなどを塗布した排気ガス浄化用の三元触媒６０が配設されており、この触媒６０の上流側には、触媒前空燃比に対して線形の出力特性を有するリニア空燃比センサ５１が配設され、触媒６０の下流側には、触媒後空燃比がストイキ（理論空燃比）よりもリッチ側かリーン側かを識別するためのスイッチング信号を出力するＯ_２センサ５２が配設されている。

また、内燃機関１０の各気筒に対して配備された燃料噴射弁３０は、燃料タンク５３と接続されており、燃料タンク５３の内部の燃料は、燃料ポンプ５４や燃圧レギュレータ５５等を備えた燃料供給機構により所定燃圧に調圧されて燃料噴射弁３０に供給されるようになっている。

所定燃圧の燃料が供給された燃料噴射弁３０は、ＥＣＵ１００から供給されるエンジン負荷等の運転状態に応じたデューティ（パルス幅：開弁時間に相当する）を有する燃料噴射パルス信号によって開弁駆動され、その開弁時間に応じた量の燃料を吸気ポート２９に向けて噴射するようになっている。

なお、ＥＣＵ１００は、内燃機関１０の種々の制御、例えばアクセル開度信号７０に基づいた、燃料噴射弁３０による燃料噴射制御（空燃比制御）や、点火プラグ３５による点火時期制御等を行なうためのマイクロコンピュータを内蔵している。

図２は演算処理実行周期間のセンサ検出値および前回検出値からの経過時間を示した図である。本実施例１では、センサの一例としてエアフローセンサの場合について記載している。

ＥＣＵ１００では演算処理実行周期Ｔｅｎごとに、一つのＴｅｎの期間にエアフローセンサ信号を受信またはサンプリングした検出値に基づいて平均空気流量を演算する。図２におけるＮ回目のＴｅｎ期間のエアフローセンサ検出値はＱ１、Ｑ２、Ｑ３である。

また、Ｎ−１回目のＴｅｎの期間のエアフローセンサ検出値のうち、最後に受信した検出値はＱ０である。

Ｎ回目のＴｅｎ期間での夫々の検出値において、前回検出値からの経過時間は次のようになる。Ｑ１の場合は、Ｑ０からＱ１までの経過時間ｔ１、Ｑ２の場合は、Ｑ１からＱ２までの経過時間ｔ２、Ｑ３の場合は、Ｑ２からＱ３までの経過時間ｔ３である。

前回検出値からの経過時間であるため、ｔ１はＮ回目のＴｅｎの開始時間（破線）からＱ１までの経過時間ではなく、Ｎ−１回目のＴｅｎ期間の最後に検出したＱ０からＮ回目のＴｅｎ期間の最初に検出したＱ１までの経過時間である。

一定の時間周期でセンサ信号をサンプリングする場合、ｔ１、ｔ２、ｔ３は同じ値を示すことになるが、所定のクランク角度間隔ごとにセンサ信号をサンプリングする場合や、センサから任意のタイミングで入力された信号を受信する場合などは、必ずしもｔ１、ｔ２、ｔ３が同じ値を示すとは限らない。

そのため、Ｎ回目のＴｅｎ期間の夫々の検出値を通常の方法で平均化して平均空気流量Ｑａｖｅを求めると、Ｑａｖｅ＝（Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３）／３となる。

しかしながら、この平均値算出方法では、Ｎ回目のＴｅｎの開始時間からＱ１までの経過時間は、Ｑ２、Ｑ３の経過時間であるｔ２、ｔ３と比べると僅かな時間であり、Ｔｅｎ期間における時間割合は小さいにも関わらず、Ｑ２、Ｑ３と同等の扱い方で平均化することになる。Ｎ回目のＴｅｎ間の平均空気流量を求めるという観点から見ると、前述した通常の方法による平均化処理は正しい演算方法とは言えない場合がある。

そこで、本発明の実施例１においては、それぞれの検出値（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３）について、前回検出値からの経過時間（ｔ１、ｔ２、ｔ３）を計測してＴｅｎ期間の平均空気流量Ｑａｖｅを演算する。平均空気流量Ｑａｖｅの算出処理についての説明は、図３〜図６のブロック図およびフローチャートを用いて行う。

図３は、エアフローセンサ５０の検出値および前回検出値からの経過時間を用いて平均値を算出するＥＣＵ１００の内部ブロック図である。

エアフローセンサ５からの信号がＥＣＵ１００へ入力されると、ＥＣＵ１００ではセンサ値検出部３０１により、所定のタイミングでセンサ信号を受信またはサンプリングする。ここで、センサ信号が周波数やＳＥＮＴ通信など、デジタル方式で送信される信号である場合は、センサ５０から入力されるタイミングでＥＣＵ１００は信号を受信し、センサ信号が電圧、すなわちアナログ方式で送信される信号である場合は、ＥＣＵ１００が所定のタイミング（所定の時間ごと、もしくは所定のクランク角度間隔ごと）でサンプリングを行う。

センサ値検出部３０１で検出されたセンサ検出値Ｑｎは、経過時間計測部３０２において、前回検出値であるＱｎ−１からの経過時間ｔｎを計測する。経過時間の計測方法としては、センサ信号がデジタル方式で送信される信号である場合、もしくはアナログ方式で送信されるセンサ信号を所定の時間ごとにサンプリングする場合は、ＥＣＵで一般的に行われているタイマーを用いて行う。

一方、アナログ方式で送信されるセンサ信号を所定のクランク角度間隔ごとにサンプリングする場合は、タイマーを用いてもよく、または機関の回転数と所定のクランク角度間隔から経過時間に変換してもよい。

演算処理実行フラグ設定部３０３では、演算処理実行周期Ｔｅｎの終了時に、Ｔｅｎ期間の平均値を算出するための演算処理実行フラグｆｅｎを１とする。

平均値算出部３０４では、演算処理実行フラグｆｅｎ＝１になると、Ｔｅｎ期間のセンサ検出値の平均値Ｑａｖｅの算出を行う。具体的な平均値算出方法については、次の図４で説明する。

図４は、センサ検出値および前回検出値からの経過時間を用いて平均値を算出する動作フローチャートである。

図４において、まずステップ４０１でエアフローセンサ５０からＥＣＵ１００へ信号が入力される。

次に、ステップ４０２では、センサ値検出部３０１は、エアフローセンサ５０からの入力信号を所定のタイミングで受信またはサンプリングし、センサ値を検出する。ここで、センサ信号が周波数やＳＥＮＴ通信など、デジタル方式で送信される信号である場合は、エアフローセンサ５０から入力されるタイミングでＥＣＵ１００のセンサ値検出部３０１は信号を受信し、センサ信号が電圧、すなわちアナログ方式で送信される信号である場合は、ＥＣＵ１００のセンサ値検出部３０１が所定のタイミング（所定の時間ごと、もしくは所定のクランク角度間隔ごと）でサンプリングを行う。

次に、ステップ４０３では、経過時間計測部３０２がセンサ検出値Ｑｎにおける前回検出値Ｑｎ−１からの経過時間ｔｎを計測する。経過時間の計測方法としては、センサ信号がデジタル方式で送信される信号である場合、もしくはアナログ方式で送信されるセンサ信号を所定の時間ごとにサンプリングする場合は、ＥＣＵ１００で一般的に行われているタイマーを用いて行う。

一方、アナログ方式で送信されるセンサ信号を所定のクランク角度間隔ごとにサンプリングする場合は、タイマーを用いてもよく、または機関の回転数と所定のクランク角度間隔から経過時間に変換してもよい。

次に、ステップ４０４では、演算処理実行フラグ設定部３０３が設定した演算処理実行フラグｆｅｎが１か否かを判定する。ｆｅｎ＝０のときは、Ｔｅｎ期間の平均空気流量Ｑａｖｅを算出するタイミングとはなっていないため、センサ検出値Ｑｎおよび前回検出値からの経過時間ｔｎを記憶し、ステップ４０２に戻る。

ステップ４０４において、ｆｅｎ＝１のときは、Ｔｅｎ期間の平均空気流量Ｑａｖｅを算出するタイミングとなっているため、ステップ４０５に移り、平均値算出部３０４がＴｅｎ期間の夫々のセンサ検出値と夫々の経過時間の積の加算値を、夫々の経過時間の加算値で割り、Ｔｅｎ間の平均空気流量Ｑａｖｅを算出する。つまり、次式（１）（図４のステップ４０５内の数式を具体化した式）を実行する。

Qave＝（Q1・T1＋Q2・T2＋Q3・T3）／（t1＋t2＋t3） ---（１）
経過時間を用いて重み付し、平均化することで、サンプリングした信号間の経過時間が夫々異なる場合においても重み付けを考慮した正しい平均空気量流量を得ることが出来る。

そして、ステップ４０６では、平均値算出が終了しているため、演算処理実行フラグ設定部３０３は、演算処理実行フラグｆｅｎ＝０とする。

平均値算出部３０４が算出した平均空気流量Ｑａｖｅは、燃料噴射量演算部３０５に供給される。燃料噴射量演算部３０５は、供給された平均空気流量Ｑａｖｅに基づいて、燃料噴射量を演算する。燃料噴射量演算部３０５により演算された燃料噴射量に従って燃料噴射弁３０等の動作が制御される。

以上のように、本発明の実施例１によれば、一定期間Ｔｅｎ内に複数回、空気流量を検出する場合において、前回のサンプリング時から今回のサンプリング時までの経過時間を重み付けして、検出した空気量を加算し、加算した空気量を、それぞれの経過時間で除算した空気流量を、一定期間Ｔｅｎにおける平均空気流量としているので、内燃機関の回転数が変動した場合でも、正確な平均空気流量値を得ることが可能な内燃機関の制御装置及び制御システムを実現することができる。そして、正確な平均空気流量を用いて燃料噴射弁等を制御することができ、高精度な内燃機関の動作制御を行うことができる。

(実施例２)
次に、本発明の実施例２について説明する。なお、実施例２の制御装置が適用される内燃機関の全体構成は、実施例１と同様であるので、その図示及び詳細な説明は省略する。

図５は、実施例２における、エアフローセンサ５０の検出値および前回検出値からの経過時間を用いて平均値を算出するＥＣＵ１００の内部ブロック図である。実施例２における図５に示したブロック図と、実施例１における図３に示したブロック図との相違点は、図５のブロック図には、収支演算部５０５が追加され、平均値算出部３０４が算出した平均空空気量Ｑａｖｅが収支演算部５０５に供給され、収支演算部５０５の出力Ｑｏｕｔが燃料噴射量演算部３０５に供給される点である。他の構成は、図３の例と図５の例とは同等となっている。

平均値算出部３０４が平均空気流量Ｑａｖｅを算出するところまでは、図３に示した例と同様であるので説明は省略する。ただし、平均空気量の算出方法が実施例１とは異なるため、具体的な平均空気量の算出方法は後述する。

収支演算手段５０５では、演算実行フラグ設定部３０３により演算処理実行フラグｆｅｎ＝１になると、コレクタ２７内の空気流量の収支からコレクタ内空気質量を演算する。コレクタ２７へ流入する空気流量をＱｉｎ、コレクタ２７から燃焼室へ流出する空気流量をＱｏｕｔとすると、ＱｉｎとＱｏｕｔとの差分から、演算処理実行周期Ｔｅｎあたりにコレクタ２７内に蓄積される空気質量を演算し、その結果を、コレクタ２７内の空気質量の前回値に足し込んでいくことでコレクタ２７内の空気質量を演算する。

ここで、流入空気流量Ｑｉｎは演算処理実行周期Ｔｅｎあたりの平均空気流量であるＱａｖｅそのもの、もしくは適合により設定された補正係数を掛けたものである。エアフローセンサ５０は、吸気管内に発生する吸気脈動の影響により誤差が発生する場合があり、発生する誤差の大きさや方向（プラス方向やマイナス方向の誤差）は、機関回転数やバルブタイミング、空気流量など内燃機関の運転条件で決まる。

そのため、適合によって運転条件ごとにエアフローセンサ５０の誤差を吸収するための補正係数を設定した補正マップを制御に組み込む場合がある。流出空気流量Ｑｏｕｔは、収支演算部５０５により、コレクタ２７内の空気質量や機関回転数、バルブタイミング、コレクタ容積、排気量、機関気筒数などを用いて、燃焼室へ流れる空気流量を求めることにより算出される。

図６は、実施例２のように、センサが検出する物理量の収支を演算する収支演算部５０５を持つ場合の、センサ検出値および前回検出値からの経過時間を用いて平均値を算出するフローチャートである。

図６のステップ６０１でエアフローセンサ５０からＥＣＵ１００のセンサ値検出部３０１へ信号が入力される。

図６のステップ６０１〜６０４は、図４のステップ４０１〜４０４と同様となっているため、ステップ４０１〜４０３は詳細な説明は省略するが、以降の説明の都合上、ステップ６０４から説明する。

ステップ６０４では、演算処理実行フラグｆｅｎが１か否かを判定する。ステップ６０４において、ｆｅｎ＝０のときは、Ｔｅｎ期間の平均空気流量Ｑａｖｅを算出するタイミングとはなっていないため、センサ検出値Ｑｎおよび前回検出値からの経過時間ｔｎを記憶し、ステップ６０２に戻る。

ステップ６０４において、ｆｅｎ＝１のときは、Ｔｅｎ期間の平均空気流量Ｑａｖｅを算出するタイミングとなっているため、ステップ６０５に移り、平均値算出部３０４がＴｅｎ期間の夫々のセンサ検出値と夫々の経過時間の積の加算値を、Ｔｅｎ期間の時間で割り、Ｔｅｎ期間の平均空気流量Ｑａｖｅを算出する。ここで着目するべき点は、収支演算の有無によって平均化する際の分母（Ｔｅｎ間の夫々のセンサ検出値と夫々の経過時間の積の加算値を割る値）が異なることである。

つまり、実施例２においては、Ｔｅｎ期間の平均空気量Ｑａｖｅは次式（２）（図６のステップ６０５内の数式を具体化した式）により算出される。

Qave＝（Q1・T1＋Q2・T2＋Q3・T3）／Ten ---（２）
収支演算を行っていない場合は（図４のフローチャートのステップ４０５）、Ｔｅｎ期間の夫々のセンサ検出値と夫々の経過時間の積の加算値を、夫々の経過時間の加算値で割ることで、Ｔｅｎ期間の平均空気流量Ｑａｖｅを算出しているが、実施例２のように、収支演算を行っている場合は（図６のフローチャートのステップ６０５）、Ｔｅｎ期間の夫々のセンサ検出値と夫々の経過時間の積の加算値を、Ｔｅｎ期間の時間で割ることで、Ｔｅｎ期間の平均空気流量Ｑａｖｅを算出しているという違いがある。

これは、収支演算部５０５での収支演算を実施するタイミングが平均値算出部３０４での平均値算出を実施するタイミングと同じ演算処理実行周期Ｔｅｎで行われているからである。

前述した通り、収支演算は演算処理実行周期Ｔｅｎあたりのコレクタ２７内空気流量の収支からコレクタ２７内空気質量を演算しているので、ステップ６０５において、Ｔｅｎ期間の夫々のセンサ検出値と夫々の経過時間の積の加算値は、Ｔｅｎ期間の時間で平均化しなければ収支演算が合わなくなるためである。

ステップ６０６では、平均値算出が終了しているため、演算処理実行フラグ設定部３０３は、演算処理実行フラグｆｅｎ＝０とする。

収支演算部５０５が算出した流出空気流量（内燃機関への流入空気量の収支値）Ｑｏｕｔは、燃料噴射量演算部３０５に供給される。燃料噴射量演算部３０５は、供給された平均空気流量Ｑｏｕｔに基づいて、燃料噴射量を演算する。燃料噴射量演算部３０５により演算された燃料噴射量に従って燃料噴射弁３０等の動作が制御される。

以上のように、本発明の実施例２によれば、コレクタ２７内における空気流量の収支を演算する装置においても、正確な平均空気流量値を得ることが可能であり、高精度な内燃機関の動作制御を行うことができる制御装置及び制御システムを実現することができる。

図７は、所定のクランク角度間隔で空気流量をサンプリングした場合の空気流量の例を示した図である。エアフローセンサ５０の出力信号はアナログ信号であり、ＥＣＵ１００では所定のクランク角度間隔ごとにエアフローセンサ５０の出力信号をサンプリングし、演算処理実行周期θｅｎ間のセンサ検出値および前回検出値からの経過時間を用いて、演算処理実行周期θｅｎ間の平均空気流量Ｑａｖｅを算出する。

ここでは、クランク角度間隔θｅごとにサンプリングする場合について記載しているため、演算処理実行周期は角度を示すθｎとしており、図７の例では、演算処理実行周期θｅｎ間に５つのサンプリングを行う例を示している。この場合、角度θ１〜θ５の夫々のクランク角度間隔は全て同じであり、θｅｎの５分の１の角度間隔に相当する。しかしながら、演算処理実行周期θｅｎ間において、機関の回転数が変化している場合、θ１〜θ５の夫々のクランク角度間隔が全て同じであっても、夫々の角度間隔を時間間隔に換算した場合、夫々異なる時間間隔として現れる。

図８は、内燃機関の回転数が上昇中に所定のクランク角度間隔で空気流量をサンプリングした場合の例を示した図である。図８の上の図は、時間の経過とともに内燃機関の回転数が上昇していることを示しており、図８の下の図は、図７の横軸の単位を時間に変換した図である。

回転数が上昇するに従い、所定のクランク角度間隔の時間は短くなるため、クランク角度間隔でみると、角度θ１〜θ５は全て同じクランク角度間隔であったが、時間間隔でみると、ｔ１＞ｔ２＞ｔ３＞ｔ４＞ｔ５の関係となり、次第に時間間隔が短くなることが分かる。

そのため、演算処理実行周期θｅｎ（時間で表現すると、時間間隔ｔ１〜ｔ５の総和）の間の平均空気流量を算出する場合、従来の平均化方法により、（Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３＋Ｑ４＋Ｑ５）／５で算出した場合は正しい平均空気流量が得られないため、図４のステップ４０５または図６のステップ６０５で示した平均値算出により平均空気流量を算出することが必要である。

図４のステップ４０５と図６のステップ６０５との使い分けは、平均空気流量を算出した結果を収支演算で使用するか否かにより決める。平均空気流量を算出した結果を収支演算で使用しない場合は、ステップ４０５において、平均値算出部３０４により平均空気流量を算出すればよい。また、平均空気流量を算出した結果を収支演算で使用する場合は、ステップ６０５にて、平均値算出部３０４により算出した平均空気流量を収支演算部５０５で使用すればよい。

図９は、演算処理実行周期間におけるセンサ信号の受信数が変動する場合の例を示すグラフである。

図９においては、演算処理実行周期を例えば２ｍｓ、エアフローセンサ５０の通信方式がＳＥＮＴ通信である場合について記載する。ＳＥＮＴ通信とは、通信周期１ｍｓ以下で信号を送信する通信方式であり、ここでは１ｍｓ未満（例えば０．９ｍｓなど）の固定周期で送信する場合を考える。

演算処理実行周期が２ｍｓであるため、２ｍｓ間に０．９ｍｓの通信周期であるセンサ信号を受信する数は、基本的には２個であるが、演算処理実行周期の数回に１度は、センサ信号を受信する数が３個になる。図９では、区間Ａおよび区間Ｂが２ｍｓ間にセンサ信号を３個受信する区間を示している。

センサ信号受信数が２個の区間から３個の区間に変わる周期と、吸気脈動の周期とが一致すると、毎回脈動波形の同じ部分（図９では区間Ａ、Ｂなど脈動波形の極小値部分に相当する）でセンサ信号の受信数が３個となり、他の部分ではセンサ信号の受信数が２個となる。

ここで、通常の平均化方法で２ｍｓ間の空気流量を平均化すると、受信数が２個の部分と３個の部分で夫々一定の平均化誤差が発生し、正しい平均空気流量に対してオフセットした誤差として現れてしまう。

上述のような信号処理誤差を防止するために、本発明のような、センサ検出値と経過時間を用いた演算処理実行周期間の平均化が必要となる。

上述した例においては、エアフローセンサにより空気流量を測定する構成を説明したが、エアフローセンサ以外の測定素子で空気流量に対応する信号から空気流量を測定する場合にも本発明は適用可能である。例えば、空気貯留容積が既知であれば空気圧力を測定すれば、温度等を考慮することにより、空気流量を測定する例にも本発明は適用可能である。

なお、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１０・・・内燃機関、１１・・・シリンダ、１１ａ・・・シリンダヘッド、１１ｂ・・・シリンダブロック、１４・・・コンロッド、１５・・・ピストン、１７・・・燃焼室、１９・・・エアクリーナ、２０・・・吸気通路、２１・・・吸気バルブ、２２・・・排気バルブ、２３・・・吸気カム軸、２４・・・排気カム軸、２５・・・スロットルバルブ、２７・・・コレクタ、２８・・・吸気マニホールド、２９・・・吸気ポート、３０・・・燃料噴射弁、３４・・・点火コイル、３５・・・点火プラグ、４０・・・排気通路、５０・・・エアフローセンサ、５１・・・リニア空燃比センサ、５２・・・Ｏ_２センサ、５３・・・燃料タンク、５４・・・燃料ポンプ、５５・・・燃圧レギュレータ、６０・・・三元触媒、７０・・・アクセル開度信号、１００・・・ＥＣＵ、３０１・・・センサ値検出部、３０２・・・経過時間計測部、３０３・・・演算処理実行フラグ設定部、３０４・・・平均値算出部、３０５・・・燃料噴射量演算部、５０５・・・収支演算部

Claims (5)

1. 一定の演算処理実行周期で内燃機関の制御を行う内燃機関の制御装置であって、
   上記演算処理実行周期よりも短い周期である一定のタイミングごとに、上記内燃機関への流入空気量に対応する信号を受信またはサンプリングするセンサ値検出部と、
   上記センサ値検出部により検出された信号の、前回受信またはサンプリングした信号からの経過時間を計測する経過時間計測部と、
   上記演算処理実行周期間に受信またはサンプリングした信号の平均値を算出する平均値算出部と、
   を備え、上記平均値算出部は、上記演算処理実行周期間における、受信またはサンプリングした信号と、当該信号の前回受信またはサンプリングした信号からの経過時間とを用いて、演算処理実行周期間に受信またはサンプリングした信号の平均値を算出し、算出した平均値に基づいて燃料噴射量を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   上記平均値算出部が算出した平均値に基づいて燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算部をさらに備え、
   上記平均値算出部は、上記演算処理実行周期間に受信またはサンプリングしたそれぞれの信号と、該それぞれの信号の上記前回受信またはサンプリングした信号からの経過時間との積を、互いに加算し、加算した値を、上記それぞれの信号の前回受信またはサンプリングした信号からの経過時間を加算した値で除算し、平均化することで、上記演算処理実行周期間の平均値を算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   上記演算処理実行周期ごとに、該演算処理実行周期間の上記平均値算出部が演算した上記平均値を用いて、上記内燃機関への流入空気量の収支を演算する収支演算手段と、
   上記収支演算部が演算した流入空気量の収支値に基づいて燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算部と、をさらに備え、上記平均値算出部は、上記演算処理実行周期間に受信またはサンプリングしたそれぞれの信号と、該それぞれの信号の上記前回受信またはサンプリングした信号からの経過時間との積を、互いに加算し、加算した値を、上記演算処理実行周期間の時間で平均化し、上記演算処理実行周期間の平均値を算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項１〜３のうちのいずれか一項の記載の内燃機関の制御装置において、
   上記センサ値検出部は、内燃機関の所定のクランク角度ごとに上記内燃機関への流入空気量に対応する信号をサンプリングし、内燃機関の回転数および上記所定のクランク角度に基づいて、上記前回受信またはサンプリングした信号からの経過時間を算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 一定の演算処理実行周期で内燃機関の制御を行う内燃機関の制御システムであって、
   上記内燃機関への空気流量を検出するエアフローセンサと、
   上記演算処理実行周期よりも短い周期である一定のタイミングごとに、上記エアフローセンサの空気流量信号を受信またはサンプリングするセンサ値検出部と、上記センサ値検出部により検出された信号の、前回受信またはサンプリングした信号からの経過時間を計測する経過時間計測部と、上記演算処理実行周期間に受信またはサンプリングした信号の平均値を算出する平均値算出部と、該平均値算出部が算出した平均値に基づいて燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算部とを有するエンジン制御部と、
   上記エンジン制御部により演算された燃料噴射量に従って燃料を噴射する燃料弁と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御システム。

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