JP2625970B2

JP2625970B2 - 内燃機関の運転状態検出装置

Info

Publication number: JP2625970B2
Application number: JP63251992A
Authority: JP
Inventors: 武史小谷; 敏幸滝本; 宗一松下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-10-07
Filing date: 1988-10-07
Publication date: 1997-07-02
Anticipated expiration: 2012-07-02
Also published as: JPH0299743A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は内燃機関の運転状態検出装置、特に、A/D変
換処理の改良に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関においては、燃料噴射量、点火時期、排気ガ
ス再循環（EGR）量等の制御を行うために、各種のセン
サたとえば吸入空気圧センサ（もしくは吸入空気量セン
サ）、スロットル開度センサ、水温センサ、吸気温セン
サ、バッテリ（センサではないが、バッテリ電圧はセン
サ出力と同様に監視される）等が設けられており、これ
らの出力はA/D変換した上で処理される。

A/D変換周期（スケジュール）としては、大きく分け
て、クランク角たとえば15゜CA,30゜CA等毎に行う角度
割り込み処理と、所定時間たとえば4ms,12ms,24ms,48m
s,72ms毎に行う時間割り込み処理とがあり、上述の各セ
ンサの出力のA/D変換は、いずれの割り込み処理でも可
能である。たとえば機関のトルク変動量を検出して機関
の制御因子たとえば燃料噴射量、点火時期、排気ガス再
循環（EGR）量等を制御するために設けられている燃焼
圧センサの出力のA/D変換は、後述のごとく、所定クラ
ンク角位置たとえばBTDC160゜CA,ATDC5゜CA,ATDC20゜C
A,ATDC35゜CA,ATDC50゜CAで行わなければならず、従っ
て、角度割り込み処理でなければならない。しかも、そ
の周期は15゜CAと短い。このように角度周期が短いと、
機関の回転速度が増大した場合、A/D変換回数が非常に
増大し、従って、A/D変換器およびCPUの負担が増大す
る。

上述のA/D変換器およびCPUの負担を軽減するために、
クランク角度に対してサンプリング周期を機関の回転速
度に応じて変化させるものがある（参照：特開昭61−45
948号公報）。

また、吸入空気圧（あるいは吸入空気量）は、通常、
時間割り込み処理で行うのが、脈動の影響を低減するた
めに角度割り込み処理を行うことも提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来は、A/D変換処理は、あるセンサ
に対しては、角度割り込み処理か時間割り込み処理かが
固定であり、たとえば、水温センサの出力等は機関の停
止時にもA/D変換を必要とするために、機関の停止時も
回転時も時間割り込み処理で固定し、他方、燃焼圧等は
角度割り込み処理で固定している。この結果、常に、２
種類のA/D変換処理が行われることになり、CPUの負担が
増大するという課題があった。

従って、本発明の目的は、CPUの負担が低い内燃機関
の運転状態検出装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の課題を解決するための手段は第１図に示され
る。すなわち、本発明によれば、内燃機関の運転状態を
検出するセンサ群の出力電圧をA/D変換するマルチプレ
クサ内蔵A/D変換器を具備する内燃機関において、機関
クランク軸回転角度に応じて前記センサ群の出力信号を
前記A/D変換器を用いてA/D変換する角度割り込みA/D変
換手段と、所定時間毎に前記センサ群の出力信号を前記
A/D変換器を用いてA/D変換する時間割り込みA/D変換手
段と、前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記機関の回転数が予め定めた所定の回転数領域にある
ときに、前記角度割り込みA/D変換手段を作動させる第
１の作動手段と、前記機関の回転数が前記所定の回転数
領域以外の回転数領域にあるときに、前記時間割り込み
A/D変換手段を作動させる第２の作動手段と、を具備す
ることを特徴とする内燃機関の運転状態検出装置が提供
される。

〔作用〕

上述の手段によれば、角度割り込みA/D変換処理と時
間割り込みA/D変換処理とが選択されていずれか１つのA
/D変換処理が行われ、各センサの出力をA/D変換するこ
とになる。

〔実施例〕

第２図は本発明に係る内燃機関の運転状態検出装置の
一実施例を示す全体概要図である。第２図において、機
関本体１の吸気通路２には圧力センサ３が設けられてい
る。圧力センサ３は吸入空気圧の絶対圧PMを直接計測す
るものであって、たとえば半導体式センサであり、吸入
空気圧に応じたアナログ電圧の出力信号を発生する。こ
の出力信号は制御回路10のマルチプレクサ内蔵A/D変換
器101に供給されている。

また、吸気通路２のスロットル弁４の軸には、その開
度TAを検出するためのスロットル開度センサ５が設けら
れており、この出力も制御回路10のA/D変換器101に供給
されている。

さらに、吸入通路２には、吸入空気の温度THAを検出
するための吸気温センサ６が設けられており、その出力
信号も制御回路10のA/D変換器101に供給されている。

さらに、吸気通路２には各気筒毎に燃料供給系から加
圧燃料を吸気ポートへ供給するための燃料噴射弁７が設
けられている。

また、機関本体１のシリンダブロックのウォータジャ
ケット８には、冷却水の温度を検出するための水温セン
サ９が設けられている。水温センサ９は冷却水の温度TH
Wに応じたアナログ電圧の電気信号を発生する。この出
力も制御回路10のA/D変換器101に供給されている。

11は機関の筒内たとえば第１気筒内の筒内圧力を直接
計測する耐熱性の圧電式燃焼圧センサであって、筒内圧
力に応じたアナログ電圧の電気信号を発生する。この出
力も制御回路10のA/D変換器101に供給される。

排気マニホールド12より下流の排気系には、排気ガス
の中の有害成分NO_Xを浄化するリーンNO_X触媒を収容する
触媒コンバータ13が設けられている。なお、有害成分H
C,CO,NO_Xを同時に浄化する三元触媒を使用しないのは、
たとえば、トルク変動量が所定値（リーンリミット値）
となるように燃料噴射量をフィードバック制御し、これ
により、リーンミクスチャセンサを用いることなく、排
気公害の防止と共に燃費向上させるリーンバーンシステ
ム（参照：特開昭60−122234号公報）の機関に適用した
場合に、HC,CO成分の浄化の必要性に乏しいからであ
る。

ディストリビュータ14には、その軸がたとえばクラン
ク角に換算して720゜毎に基準位置（第１気筒のTDC）検
出用パルス信号を発生するクランク角センサ15およびク
ランク角に換算して15゜毎に基準位置検出用パルス信号
を発生するクランク角センサ16が設けられている。これ
らクランク角センサ15,16のパルス信号は制御回路10の
入出力インターフェイス102に供給され、このうち、ク
ランク角センサ16の出力はCPU103の割り込み端子に供給
される。

17はバッテリであって、その電圧＋Ｂも制御回路10の
A/D変換器101に供給されている。

制御回路10は、たとえばマイクロコンピュータとして
構成され、A/D変換器101、入出力インターフェイス102,
CPU103の外にROM104,RAM105、バックアップRAM106、ク
ロック発生回路107等が設けられている。

また、制御回路10において、ダウンカウンタ108、フ
リップフロップ109、および駆動回路110は燃焼噴射弁７
を制御するためのものである。すなわち、後述のルーチ
ンにおいて、燃料噴射量TAUが演算されると、燃料噴射
量TAUがダウンカウンタ108にプリセットされると共にフ
リップフロップ109もセットされる。この結果、駆動回
路110が燃料噴射弁７の付勢を開始する。他方、ダウン
カウンタ108がクロック信号（図示せず）を計数して最
後にそのボローアウト端子が“1"レベルとなったとき
に、フリップフロップ109がセットされて駆動回路110は
燃料噴射弁７の付勢を停止する。つまり、上述の燃料噴
射量TAUだけ燃料噴射弁７は付勢され、従って、燃料噴
射量TAUに応じた量の燃料が機関本体１の燃焼室に送り
込まれることになる。

なお、CPU103の割り込み発生は、A/D変換器101のA/D
変換完了時、入出力インターフェイス102がクランク角
センサ16のパルス信号（15゜CA信号）を受信した時、ク
ロック発生回路107からの割り込み信号（4ms信号）を受
信した時、等である。

以下、第２図の制御回路の動作を説明する。

第３図はクランク角センサ16の出力信号（15゜CA）の
発生毎に実行される15゜CAルーチンである。ステップ30
1では、クランク角センサ15の720゜CA信号を取り込み、
“1"か否かを判別し、この結果、720゜CA信号が発生し
ていなければ（“0"）、ステップ302にて角度カウンタN
Aを＋１カウントアップし、他方、720゜CA信号が発生し
ていれば（“1"）、ステップ303にて角度カウンタNAを
クリアする。従って、ステップ301〜303にて角度カウン
タNAは、 0,1,2,……47 と順次繰り返して変化することになる（第８図参照）。

ステップ304では、図示しないタイマルーチンを用い
て各15゜CAの周期T15゜CAを計測し、これの逆数により Ne（rpm）←1000×（60/24）T15゜CA とし、機関の回転速度を演算する。

ステップ305では、回転速度Neが所定範囲N₁〜N₂か否
かを判別する。この結果、N₁＜Ne＜N₂（低回転領域）で
あればステップ306に進み、角度周期A/D変換を行わせる
（Ｆ＝“1"）。他方、Ne≦N₁（極低回転領域）もしくは
Ne≧N₂（高回転領域）であれば、ステップ309に進み、
時間周期A/D変換を行わせる（Ｆ＝“0"）。すなわち、
機関の停止状態では角度周期割り込みは不可能であり、
また、機関の高回転状態では短い15゜CA周期でのA/D変
換処理が不可能であるためである。なお、N₁は機関の完
爆後の最小回転速度たとえば500rpmであり、N₂は、第４
図に示すように、A/D変換器101のA/D変換期間（A/D変換
起動〜A/D変換完了）およびA/D変換完了後処理期間（A/
D変換完了〜A/D値の取り込み終了）の和が燃焼圧検出タ
イミング周期15゜CAより短くなるように定められ、たと
えば3500rpmである。

ステップ306のフローはステップ307に進み、角度カウ
ンタNAに応じてA/Dチャネルの選択する。たとえば、のごとく、予め角度カウンタNAに選択チャネルを割り当
てておき、これにもとづきA/D変換器101内蔵のマルチプ
レクサを動作させる。次いで、ステップ308にてA/D変換
器101の変換動作を起動させる。たとえば、逐次比較型
であれば、所定回数の比較動作をさせ、積分型であれば
入力アナログ電圧を放電させる。この場合、逐次比較型
であれば所定回数の比較動作終了後に、また積分型であ
れば放電完了後に、A/D変換完了信号が割り込み信号と
してCPU103に送出される。

ステップ310では、他の処理たとえば燃料噴射実行、
点火時期制御等を行い、ステップ311にてこのルーチン
は終了する。

第５図はクロック発生回路107の4ms信号の発生毎に実
行される割り込みルーチンである。すなわち、ステップ
501では、時間カウンタNBを＋１カウントアップし、ス
テップ502,503では、時間カウンタNBを所定値たとえば2
4でガードする。従って、時間カウンタNBは、 0,1,2,……,23 を順次繰り返して変化することになる。

ステップ504では、第３図のステップ305,306,309にて
設定されたフラグＦが“0"（時間周期A/D変換）か否か
を判別し、Ｆ＝“0"のときのみ、ステップ506,507に進
む。ステップ506では、時間カウンタNBに応じてA/Dチャ
ネルを選択する。たとえばのごとく、予め時間カウンタNBに選択チャネルを割り当
てておき、これにもとづきA/D変換器101内蔵のマルチプ
レクサを動作させる。次いで、ステップ507にて、第３
図のステップ308と同様に、A/D変換器の変換動作を起動
させる。

ステップ508では、他の処理たとえば種々の補正量の
演算を行い、ステップ509にてこのルーチンは終了す
る。

第６図はA/D変換器101からのA/D変換完了信号の発生
毎に実行される割り込みルーチンである。すなわち、ス
テップ601では、A/D変換器101からA/D変換値を取り込
み、ステップ602〜604に進む。ステップ602では、選択
チャネルが燃焼圧センサ11のチャネルか否かを判別し、
この結果、燃焼圧センサ11のチャネルであればステップ
603に進み、平均有効トルクTRQを演算する。なお、ステ
ップ603については後述する。他方、他のチャネルであ
ればステップ604にて該当チャネルの処理を行う。な
お、ステップ604は他のチャネルの数だけあるものとす
る。

そして、ステップ605にてこのルーチンは終了する。

第７図は第６図の平均有効トルク演算ステップ603の
詳細なフローチャートである。すなわち、第７図のルー
チンは第８図に示す複数のクランク角位置ATDC5゜CA
（上死点後５゜）,ATDC20゜CA,ATDC35゜CA,ATDC50゜CA
の４点における燃焼圧P₁,P₂,P₃,P₄を演算し、これらの
瞬時の燃焼圧を加算することにより得られる平均有効燃
焼圧をトルク代用値TRQとするものである。なお、この
演算方法については本願出願人は既に特開昭63−61129
号公報に提案している。

すなわち、ステップ701〜705にてクランク角位置がBT
DC160゜CA（上死点前160゜）,ATDC5゜CA,ATDC20゜CA,AT
DC35゜CA、もしくはATDC50゜CAか否かを角度カウンタNA
により判別する。いずれのクランク角位置でもなければ
ステップ717に直接進む。

クランク角度位置BTDC160゜CA（NA＝37）であればス
テップ706に進み、A/D取込値をV₀としてRAM105に格納す
る。なお、吸気下死点付近の値V₀は燃焼圧センサ11の温
度等による出力ドリフト、オフセット電圧のばらつき等
を吸収するために、他のクランク位置での燃焼圧の基準
値をするものである。

クランク角位置がATDC5゜CA（NA＝０）であればステ
ップ707に進み、A/D取込値V₁とし、ステップ708にて、
基準V₀を減算した値P₁（＝V₁−V₀）をATDC5゜CAでの燃
焼圧として演算してRAM105に格納する。

クランク角位置がATDC20゜CA（NA＝１）であればステ
ップ709に進み、A/D取込値をV₂とし、次に、ステップ71
0にて、基準値V₀を減算した値P₂（＝V₂−V₀）をATDC20
゜CAでの燃焼圧として演算してRAM105に格納する。

クランク角位置がATDC35゜CA（NA＝２）であればステ
ップ711に進み、A/D取込値をV₃とし、次に、ステップ71
2にて、基準値V₀を減算した値P₃（＝V₃−V₀）をATDC35
゜CAでの燃焼圧として演算してRAM105に格納する。

クランク角位置がATDC50゜CA（NA＝３）であればステ
ップ713に進み、A/D取込値V₄とし、次に、ステップ714
にて、基準値V₀を減算した値P₄（＝V₄−V₀）をATDC50゜
CAでの燃焼圧として演算してRAM105に格納する。次に、
ステップ715にて平均有効トルク値TRQを、 TRQ ←0.5・P₁＋2.0・P₂＋3.0・P₃＋4.0・P₄ により演算し、次に、ステップ716にてトルク変動量ΔT
RQを演算する。なお、ステップ716については後述す
る。

そして、ステップ717にてこのルーチンは終了する。

第９図は第７図のトルク変動量演算ステップ716の詳
細なフローチャートである。すなわち、ステップ901で
は、平均有効トルク値TRQの１サイクル前の値TRQ0から
の低下量ΔTRQを演算する。つまり、 ΔTRQ←TRQ0−TRQ とする。ステップ902では、次の実行に備え、TRQをTRQ0
とする。

ステップ903では、トルク低下量ΔTRQが正か負かを判
別する。すなわち、トル低下量ΔTRQが負の場合には、
言い換えると、トルクとしては増大する場合には、トル
ク値TRQは理想トルクに沿って変化しているものとみな
し、ステップ904にてトルク変動量としての値ΔTRQを０
とする。他方、トルク低下量TRQが正の場合には、言い
換えると、トルクとしては減少する場合のみ、トルク変
動が生じたものとみなし、値ΔTRQをトルク変動量とみ
なす。

ステップ905では、トルク変動量ΔTRQにもとづいて空
燃比補正係数FAFの演算をする。なお、ステップ905につ
いては後述する。

そして、ステップ906にてこのルーチンは終了する。

第10図は第９図のFAF演算ステップ905の詳細なフロー
チャートである。すなわち、ステップ1001では、トルク
変動量ΔTRQが設定値Ｘより大きいか否かを判別する。
この結果、設定値Ｘより大きいときにはステップ1002に
て空燃比補正係数FAFをKIRだけ大きくしてリッチ側とし
てΔTRQを設定値Ｘに近づくようにする。他方、設定値
Ｘより小さいときにはステップ1003にて空燃比補正係数
FAFをKILだけ小さくしてリーン側としてΔTRQを設定値
Ｘに近づくようにする。

そして、ステップ1004にてこのルーチンは終了する。

なお、ステップ901におけるトルク変動量ΔTRQは遅延
が大きくならない程度に数サイクル〜10サイクルの平均
値を用いてもよい。また、設定値Ｘは機関の運転状態、
環境状態等により可変としてもよい。

第11図は噴射量演算ルーチンであって、所定クランク
角毎たとえば360゜CA毎に実行される。ステップ1101で
は、RAM105により吸入空気圧データPMおよび回転速度デ
ータNeを読出して基本噴射量TAUPを演算する。ステップ
1102では、最終噴射量TAUを、 TAU→TAUP・FAF・α＋β により演算する。なお、α，βは他の運転状態パラメー
タによって定まる補正量であり、たとえばスロットル位
置センサからの信号、あるいは吸気温センサからの信
号、バッテリ電圧等により決められる補正量であり、こ
れらもRAM105に格納されている。次いで、ステップ1103
にて、噴射量TAUをダウンカウンタ108にセットすると共
にフリップフロップ109をセットして燃料噴射を開始さ
せる。そして、ステップ1104にてこのルーチンは終了す
る。なお、上述のごとく、噴射量TAUに相当する時間が
経過すると、ダウンカウンタ108のボローアウト信号に
よってフリップフロップ109がリセットされて燃料噴射
は終了する。

第12図は本発明に係る装置の動作の一例を示すタイミ
ング図である。上述のごとく、たとえば、N₁＜Ne＜N₂で
あれば、クランク角センサ信号の15゜CAにもとづき、角
度割り込みによるA/D変換処理が行われ、Ne≧N₂（Ne≦N
₁）であれば4msタイマ割り込みによるA/D変換処理が行
われる。

なお、上述の実施例では、クランク角センサ16を15゜
CA毎のパルス信号を発生するように構成しているが、ク
ランク角センサ16を30゜CA毎にパルス信号を発生する構
成してもよい。この場合には、ATDC20゜CA,ATDC50゜CA
の位置は30゜CA割り込み時点と一致しない。従って、AT
DC20゜CA,ATDC50゜CAでのA/D変換はその直前の30゜CA割
り込み時点で15゜CA時間を演算してタイマに設定し、タ
イマによってCPU103に割り込ませることにより行う。従
って、第13図に示すごとく、回転速度Neが大きくなる
と、タイマ割り込み期間がクランク角として大きく作用
する。従って、この場合には、第３図のステップ305のN
₂は少し小さめに、とえば3000rpmに設定すればよい。

さらに、上述の実施例においては、角度割り込み処理
と時間割り込み処理とを回転速度Neに応じて切り替えて
いるが、他の運転状態たとえばイグニッション信号、ス
タータ信号等によっても切り替えることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、角度割り込みA/
D変換処理および時間割り込みA/D変換処理を切り替えて
いずれか１つの処理を行うので、CPUの負担を軽減で
き、ひいては、製造コストの低減に役立つものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を説明するための全体ブロック
図、第２図は本発明に係る内燃機関の運転状態検出装置の一
実施例を示す全体概略図、第３図、第５図、第６図、第７図、第９図、第10図、第
11図は第２図の制御回路の動作を説明するためのフロー
チャート、第４図は第３図のステップ305の値N₂を説明する図、第８図は第７図のフローチャートを補足説明するための
タイミング図、第12図は本発明に係る装置動作の一例を説明するタイミ
ング図、第13図は第４図の変更例を説明する図である。１……機関本体、３……圧力センサ、４……スロットル開度センサ、６……吸気温センサ、 10……制御回路、 11……燃焼圧センサ、 13……触媒コンバータ、 14……ディストリビュータ、 15,16……クランク角センサ、17……バッテリ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の運転状態を検出するセンサ群
（3,5,6,9,11,17）の出力電圧をA/D変換するマルチプレ
クサ内蔵A/D変換器（101）を具備する内燃機関におい
て、機関クランク軸回転角度に応じて前記センサ群の出力信
号を前記A/D変換器を用いてA/D変換する角度割り込みA/
D変換手段と、所定時間毎に前記センサ群の出力信号を前記A/D変換器
を用いてA/D変換する時間割り込みA/D変換手段と、前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、前記機関の回転数が予め定めた所定の回転数領域にある
ときに、前記角度割り込みA/D変換手段を作動させる第
１の作動手段と、前記機関の回転数が前記所定の回転数領域以外の回転数
領域にあるときに、前記時間割り込みA/D変換手段を作
動させる第２の作動手段と、を具備することを特徴とする内燃機関の運転状態検出装
置。