JP2627798B2 - 内燃機関の吸気圧力検出装置 - Google Patents

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吸気圧力検出装置に関し、詳しく
は吸気圧力の検出値が平滑化処理されるよう構成された
検出装置における検出応答性の改善技術に関する。

〈従来の技術〉 従来から、内燃機関の吸気圧力を検出する吸気圧力セ
ンサを吸気通路に設け、該吸気圧力センサによって検出
された吸気圧力に基づいて機関への燃料供給量を可変制
御するよう構成された電子制御燃料供給装置が、一般に
Ｄ−ジェトロ方式と呼ばれて広く知られている（特開昭
58−150040号公報等参照）。

ところで、前記吸気圧力センサによって検出される吸
気圧力は、シリンダの吸・排気の影響を受けて発生する
圧力脈動を拾ってしまい、特に要求燃料量に対応する真
の吸気圧力が一定である定常運転時には、この脈動する
吸気圧力に応じて燃料供給量を可変制御すると吸入混合
気の空燃比が振れてしまうという問題がある。このた
め、従来から、吸気圧力センサからの検出信号を平滑化
回路（フィルタ回路）を介して燃料供給制御ユニットに
入力させたり、また、入力した吸気圧力を加重平均演算
して平滑化してから燃料供給量の設定に用いるようにし
ていた。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記のようにして吸気圧力の検出値を
平滑化してしまうと、定常時には脈動が減衰されて圧力
脈動影響を回避した良好な燃料供給制御が行えるもの
の、機関の過渡運転時には前記平滑化処理によって第６
図に示すように検出値の応答遅れが発生して、過渡運転
時における燃料制御性を悪化させる原因となっていた。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、平滑
化処理される吸気圧力の検出値を、過渡運転時における
真の吸気圧力変化に追従させ得る吸気圧力検出装置を提
供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 そのため本発明では、第１図に示すように、 機関の吸気通路に設けられて吸気圧力を検出する吸気
圧力検出手段と、この吸気圧力検出手段により検出され
る吸気圧力を、所定の平滑化度合いで平滑化処理する吸
気圧力平滑手段と、可変制御される機関吸気系の開口面
積を検出する開口面積検出手段と、機関の回転速度を検
出する機関回転速度検出手段と、前記検出された開口面
積と機関回転速度とに基づいて機関負荷パラメータを予
測設定する機関負荷パラメータ予測設定手段と、この機
関負荷パラメータ予測設定手段で予測設定された機関負
荷パラメータの変化割合と前記吸気圧力平滑手段におけ
る平滑化度合いとに基づいて前記吸気圧力平滑手段で平
滑化処理された吸気圧力を補正してこの補正結果を吸気
圧力の最終検出値として設定する吸気圧力補正設定手段
と、を含んで内燃機関の吸気圧力検出装置を構成するよ
うにした。

〈作用〉 かかる構成によると、機関の吸気通路が設けられた吸
気圧力検出手段で検出された吸気圧力は、吸気圧力平滑
手段により所定の平滑化度合いで平滑化処理される。

また、開口面積検出手段は、可変制御される機関吸気
系の開口面積を検出し、機関回転速度検出手段は、機関
の回転速度を検出する。そして、機関負荷パラメータ予
測設定手段は、前記開口面積と機関回転速度とに基づい
て吸入空気量や基本燃料供給量等の機関負荷パラメータ
を予測設定し、吸気圧力補正設定手段は、前記開口面積
と機関回転速度とに基づいて予測設定された機関負荷パ
ラメータの変化割合と、前記吸気圧力の検出値を平滑化
処理したときの平滑化度合いとに基づいて、平滑化処理
後の吸気圧力を補正し、この補正結果を吸気圧力最終検
出値として設定する。

前記吸気圧力平滑手段は、機関の定常・過渡運転とは
無関係に吸気圧力の検出値を平滑化処理するため、定常
運転時には燃料制御に対応する真の吸気圧力変化とは関
係のない圧力脈動を平滑化できるが、過渡運転時には応
答遅れが発生する。しかし、開口面積と機関回転速度と
に基づいて予測設定される機関負荷パラメータは、真の
機関負荷に精度良く対応するものではないが、吸気通路
内に発生する圧力脈動に影響されず、然も、平滑化処理
されるものではないので応答遅れもなく、真の機関負荷
の変化傾向を代表する値として扱うことができる。

このため、前記予測された機関負荷パラメータの変化
割合と、吸気圧力を平滑化処理したときの平滑化度合い
とに基づいて、真の吸気圧力に対してどの程度の応答遅
れが発生しているかを判別することができ、以て、過渡
運転時において平滑化処理後の吸気圧力を真の吸気圧力
に略一致する値に補正できるものである。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を説明する。

一実施例のシステム構成を示す第２図において、内燃
機関１には、エアクリーナ2,吸気ダクト3,スロットルチ
ャンバ４及び吸気マニホールド５を介して空気が吸入さ
れる。エアクリーナ２には吸気（大気）温度TA（℃）を
検出する吸気温センサ６が設けられている。スロットル
チャンバ４には、図示しないアクセルペダルと連動する
スロットル弁７が設けられていて、吸入空気流量Ｑを制
御する。前記スロットル弁７には、その開度TVOを検出
する開口面積検出手段としてのポテンショメータと共
に、その全閉位置（アイドル位置）でONとなるアイドル
スイッチ8Aを含むスロットルセンサ８が付設されてい
る。

スロットル弁７下流の吸気マニホールド５には、吸気
圧力PBを検出する吸気圧力検出手段としての吸気圧セン
サ９が設けられると共に、各気筒毎に電磁式の燃料噴射
弁10が設けられている。前記燃料噴射弁10は、後述する
マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット
11から例えば点火タイミングに同期して出力される駆動
パルス信号によって開弁駆動し、図示しない燃料ポンプ
から圧送されプレッシャレギュレータにより所定圧力に
制御された燃料を吸気マニホールド５内に噴射供給す
る。即ち、前記燃料噴射弁10による燃料供給量は、燃料
噴射弁10の開弁駆動時間で制御されるようになってい
る。

更に、機関１の冷却ジャケット内の冷却水温度Twを検
出する水温センサ12が設けられると共に、排気通路13内
で排気中酸素濃度を検出することによって吸入混合気の
空燃比を検出する酸素センサ14が設けられている。

コントロールユニット11は、機関回転速度検出手段と
してのクランク角センサ15から、機関回転に同期して出
力されるクランク単位角度信号を一定時間カウントし
て、又は、所定クランク角位置毎（例えば４気筒機関の
場合180゜毎）に出力されるクランク基準角度信号の周
期を計測して機関回転速度Ｎを検出する。

コントロールユニット11は、上記のようにして検出さ
れる各種検出信号に基づいて燃料噴射量Ti（駆動パルス
信号のパルス巾）に演算すると共に、設定した燃料噴射
量Tiに基づくパルス巾の駆動パルス信号を、燃料噴射弁
10に所定タイミングで出力することにより、燃料噴射弁
10の開弁時間を制御して燃料供給量を制御する。

次にコントロールユニット11により行われる燃料供給
制御のための各種演算処理（本発明にかかる吸気圧力検
出装置を含む）を第３図及び第４図のフローチャートに
従って説明する。

本実施例において、吸気圧力平滑手段，機関負荷パラ
メータ予測設定手段，吸気圧力補正設定手段としての機
能は、前記第３図及び第４図のフローチャートに示すよ
うにソフトウェア的に備えられている。

第３図のフローチャートに示すルーチンは、4ms程度
の微小時間毎に実行されるものであり、まず、ステップ
１（図中ではS1としてある。以下同様）では、吸気圧セ
ンサ９から機関１の吸気圧力（吸入負圧）PBに応じて出
力される電圧信号をA/D変換して、吸気圧力PBの瞬時値
を得る。

次のステップ２では、以下の式に従ってステップ１で
得た吸気圧力PBの加重平均値PB_AV（平滑化処理値）を演
算する。

PB_AV←Ｘ・PB＋（１−Ｘ）PB_OLD ここで、PBは今回ステップ１で得た吸気圧力であり、
また、PB_OLDは本ルーチン前回実行時における吸気圧力P
Bの最終検出値であり、Ｘ（＜１）は加重平均演算にお
ける最新値に対する重み付け定数（平滑特性値）であっ
て平滑化度合いを示すパラメータである。

ステップ３では、スロットルセンサ（TH/S）８からス
ロットル弁７の開度TVOに応じて出力される電圧信号をA
/D変換して、スロットル弁開度TVOの瞬時値を得る。

そして、次のステップ４では、前記ステップ３で得た
スロットル弁開度TVOに基づいて、スロットル弁７で制
御されるスロットルチャンバ４の開口面積Ａを演算又は
マップからの検索によって求める。尚、開口面積Ａは、
スロットル弁７によって制御されるものの他、スロット
ル弁７をバイパスして設けられた補助空気通路が存在す
る場合には、この補助空気通路の可変制御される開口面
積についても合わせて求めるようにすることが望まし
い。

また、ステップ５では、開口面積Ａを機関回転速度Ｎ
で割った値A/Nに基づいてフローチャート中に示すよう
なマップから基本体積効率QHφを検索して求める。

次のステップ６では、上記ステップ５で求めた基本体
積効率QHφを用いて機関負荷パラメータである吸入空気
量Q_A-Nを予測設定する。

ステップ７では、以下の式に従って加重平均値PB_AVを
補正して、その結果を吸気圧力PBの最終検出値とする。

ここで、Q_A-Nnewは今回ステップ６で求められた吸入
空気量であり、Q_A-Noldは本ルーチンの前回実行時（4ms
前）にステップ６で求められた吸入空気量であり、ま
た、PB_AVは今回ステップ２で加重平均演算された吸気圧
力で、Ｗはこのステップ２における吸気圧力の加重平均
演算で用いられた重み付け定数Ｘ（平滑化度合い）の逆
数1/X＝Ｗである。

ステップ６で開口面積Ａと機関回転速度Ｎとに基づい
て予測設定される機関負荷パラメータとしての吸入空気
量Q_A-Nは、吸気圧センサ９による検出結果とは無関係に
設定されるものであるから圧力脈動に影響されず、然
も、平滑化処理が施されて真の吸入空気量変化に対して
応答性が悪化するものでもないので、その瞬時値は高い
精度を有するものではないものの、その変化割合は略真
の吸入空気量（機関負荷）変化に対応している。

従って、前記吸入空気量Q_A-Nの変化割合は、真の吸気
圧力PB変化に略一致するはずであり、前回値（4ms前の
値）であるPB_OLDが真の値に略一致していれば、以下の
演算式で演算される吸気圧力PBも略真の値に一致するは
ずである。

ここで、上記演算式における吸気圧力PBとステップ２
における加重平均演算式における吸気圧力PB（ステップ
１におけるA/D変換値であり、圧力脈動を伴う値）とが
等しいと仮定して、前回値PB_OLDを消去すると、上記に
も示した加重平均値PB_AVと予測吸入空気量Q_A-Nとから構
成される吸気圧力PBの演算式が得られる。

上記演算式によれば、検出応答性が問題とならない定
常運転時には、Q_A-Nnew≒Q_A-Noldとなるために、最終検
出値として加重平均値PB_AVがセットされ、圧力脈動を減
衰させた値が最終検出値として設定される一方、予測設
定される吸入空気量Q_A-Nが増減変化し応答性が問題とな
る過渡運転時には、Q_A-Nの変化割合が大きいときほど加
重平均値PB_AVが大きな割合で補正されて真の機関負荷変
化に追従した然も脈動影響のない吸気圧力PBが最終検出
として設定されるものである。

即ち、加重平均値PB_AVから加重平均前の吸気圧力PB検
出値が予測されることになり、更に、真の機関負荷変化
に略一致する吸入空気量Q_A-Nの変化割合に基づいて前記
予測設定値を補正することになるため、加重平均値PB_AV
から真値に近い吸気圧力PB、即ち、真の吸気圧力PB変化
に追従した吸気圧力PBを予測設定することができるもの
である。

従って、上記演算式に従い開口面積Ａと機関回転速度
Ｎとから予測した吸入空気量Q_A-Nの新旧値と、最新の加
重平均値PB_AVとに基づいて最終検出値PBを検算設定する
ように構成すると、第５図に示すように、過渡運転時に
加重平均値PB_AVが大きな応答遅れを示すのに対して、上
記演算式に従って求められる吸気圧力PBは、機関１の過
渡運転時における応答性が確保されると共に、吸気圧セ
ンサ９が大きな圧力脈動を拾う機関１の定常運転時には
加重平均値PB_AVが最終検出値となって最終検出値PBが大
きく脈動することがなく、定常運転時における検出安定
性も確保できる。

このようにして設定される吸気圧力PBの最終検出値
は、第４図のフローチャートに示すルーチンに従って燃
料噴射量Tiの設定に用いられる。

第４図のフローチャートに示すルーチンは、10ms程度
の微小時間毎に実行されるものであり、まず、ステップ
11では下式に従って基本燃料噴射量Tpが演算される。

Tp＝Ｋ×PB×KQcyl×KTA ここで、Ｋは定数、PBは第３図のフローチャートのス
テップ７において求められた吸気圧力PBの最終検出値、
KQcylは吸気圧力PBに基づいて設定される体積効率補正
係数、KTAは吸気温センサ６によって検出される吸気温
度TAに基づいて設定される吸気温補正係数である。

次のステップ12では、水温センサ12によって検出され
る冷却水温度Twを主とする機関運転状態に応じて各種補
正係数COEFを設定する。

また、ステップ13では、酸素センサ14で検出される機
関排気中酸素濃度を介して検出される空燃比を目標空燃
比（理論空燃比）に近づけるように前記基本燃料噴射量
Tpをフィードバック補正するための空燃比フィードバッ
ク補正係数LAMBDAを、比例・積分制御等によって設定す
る。但し、この空燃比フィードバック補正係数LAMBDA
は、所定のフィードバック運転領域のみで可変設定さ
れ、その他の運転領域では一定値にクランプされる。

そして、次のステップ14では、下式に従って最終的な
燃料噴射量Tiを演算する。

Ti＝Tp×LAMBDA×COEF＋Ts ここで、前記Tsは、バッテリ電圧による燃料噴射弁10
の有効噴射時間の変化を補正するための補正分である。

ステップ14で燃料噴射量Tiを設定すると、次のステッ
プ15ではこの最新の燃料噴射量Tiを出力レジスタにセッ
トする。すると、所定の燃料噴射タイミングにおいてこ
の出力レジスタにセットされた最新の燃料噴射量Tiが読
み出されて、この燃料噴射量Ti相当のパルス巾をもつ駆
動パルス信号が燃料噴射弁10に送られることによって、
燃料噴射弁10が所定時間だけ開弁駆動され燃料が間欠的
に噴射供給される。

上記燃料噴射制御において、基本燃料噴射量Tpを演算
するのに用いた吸気圧力PBは、加重平均値PB_AVと予測し
た吸入空気量Q_A-Nと加重平均演算における重み付け定数
Ｘの逆数Ｗとに基づいて設定され、過渡応答性確保と定
常時の脈動回避とが図られたものであるから、過渡運転
時における燃料制御の応答性が確保され過渡運転性を向
上させることができると共に、定常運転時には圧力脈動
に伴って空燃比が振れることを抑止できるものである。
また、上記のようにして設定された基本燃料噴射量Tpに
基づいて点火時期制御を行えば、基本燃料噴射量Tpの設
定制御性が上記のように高精度であるが故に、点火時期
制御も高精度化することができる。

尚、本実施例では、吸気圧センサ９からの検出信号を
加重平均演算して平滑化処理されるものについて述べた
が、吸気圧センサ９からの検出信号をフィルタ回路を通
過させて平滑化した後に、コントロールユニット11に入
力されるよう構成したものであっても良い。この場合に
は、上記の加重平均値PB_AVと吸入空気量Q_A-Nと加重平均
演算における重み付け定数Ｘの逆数Ｗとに基づく吸気圧
力PBの最終検出値演算式において、加重平均値PB_AVをフ
ィルタ回路を介して入力した値とし、また、前記Ｗをフ
ィルタ回路の時定数に応じて設定することで、本実施例
と同様な演算式を用いて最終検出値を設定することがで
き、以て、過渡運転時の応答性確保と定常運転時におけ
る脈動回避との両立を図ることができる。

また、本実施例では、開口面積Ａと機関回転速度Ｎと
から予測設定される機関負荷パラメータとして吸入空気
量Q_A-Nを用いたが、基本燃料噴射量Tpが開口面積Ａと機
関回転速度Ｎから設定されるように構成しても良い。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によると、吸気圧力検出
値が平滑化処理されるものにおいて、開口面積と機関回
転速度とから予測設定した機関負荷パラメータの変化割
合と、前記平滑化処理における平滑化度合いとに基づい
て、平滑化処理後の吸気圧力を補正設定するよう構成し
たので、平滑化処理によって得られる定常運転時におけ
る圧力脈動の影響抑止効果を確保しつつ、過渡運転時に
おける吸気圧力の検出応答性を向上させることができ、
例えば、吸気圧力の検出値を用いて行われる燃料供給制
御において空燃比制御性を向上させることができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例を示すシステム概略図、第３図及び第４図
はそれぞれ同上実施例における制御内容を示すフローチ
ャート、第５図は本発明にかかる吸気圧力検出装置の効
果を説明するためのタイムチャート、第６図は従来装置
の問題点を説明するためのタイムチャートである。 １……機関、７……スロットル弁、８……スロットルセ
ンサ、９……吸気圧センサ、11……コントロールユニッ
ト、15……クランク角センサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の吸気通路に設けられて吸気圧力を検
   出する吸気圧力検出手段と、該吸気圧力検出手段により
   検出される吸気圧力を、所定の平滑化度合いで平滑化処
   理する吸気圧力平滑手段と、可変制御される機関吸気系
   の開口面積を検出する開口面積検出手段と、機関の回転
   速度を検出する機関回転速度検出手段と、前記検出され
   た開口面積と機関回転速度とに基づいて機関負荷パラメ
   ータを予測設定する機関負荷パラメータ予測設定手段
   と、該機関負荷パラメータ予測設定手段で予測設定され
   た機関負荷パラメータの変化割合と前記吸気圧力平滑手
   段における平滑化度合いとに基づいて前記吸気圧力平滑
   手段で平滑化処理された吸気圧力を補正して該補正結果
   を吸気圧力の最終検出値として設定する吸気圧力補正設
   定手段と、を含んで構成された内燃機関の吸気圧力検出
   装置。