JP4986836B2 - エンジン制御装置およびエンジン制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン制御装置およびエンジン制御方法に係り、特に、自動車等の車両用の内燃機関（エンジン）において各種センサによりエンジン動作パラメータを検出してエンジン制御を行う電子制御式のエンジン制御装置およびエンジン制御方法に関する。

自動車等に用いられる車両用エンジンの燃料や点火時期の制御は、吸入空気量や吸気管圧力などのエンジン動作パラメータを、吸入空気量センサや圧力センサによって定量的に検出（計測）し、これらセンサによって検出されたエンジン動作パラメータを入力されるマイクロコンピュータによってエンジン動作パラメータに応じて最適制御する電子制御式のものが主流になっている。

吸入空気量や吸気管圧力などのエンジン動作パラメータは、２サイクルエンジンや４サイクルエンジンにおいては、エンジンの動作条件によっては一定ではなく変動する。このエンジン動作パラメータの変動は、周期的に発生することから脈動と呼ばれている。

エンジン制御装置においては、エンジンの吸気管圧力を検出する圧力センサの出力電圧のサンプリング時に、吸気脈動に起因してエリアシングが発生し、エリアシング誤差を生じて吸気管圧力の計測を正確に行えなくことがある。この対策として、エンジン回転数に応じて圧力センサのサンプリング周期を変更し、エリアシングの影響を受けないようにすることが提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平３−２６１８３８号公報

本発明は、前記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、エリアシングによる制御精度の低下を抑えることのできるエンジン制御装置およびエンジン制御方法を提供することにある。

前記目的を達成するべく、本発明によるエンジン制御装置は、エンジン動作パラメータを検出し、エンジンを制御するエンジン制御装置であって、エンジンの回転数がエリアシングを起こす特定回転数条件に適合するか否かを判別する特定回転数条件判別手段と、前記エンジン動作パラメータの脈動が増大するエンジン制御条件に適合するか否かの判別と、前記エンジン吸気系のスロットル開度が所定開度以上であるエンジン制御条件に適合するか否かの判別を行うエンジン制御条件判別手段と、前記特定回転数条件判別手段によってエンジンの回転数がエリアシングを起こす特定回転数条件に適合すると判別され、且つ前記エンジン制御条件判別手段によってエンジン動作パラメータの脈動が増大するエンジン制御条件に適合し、且つ前記エンジン吸気系のスロットル開度が所定開度以上であるエンジン制御条件に適合すると判別された場合にエリアシング対応処理を行うエリアシング対応処理手段とを有する。

本発明によるエンジン制御方法は、エンジン動作パラメータを検出し、エンジンを制御するエンジン制御方法であって、エンジンの回転数がエリアシングを起こす特定回転数条件と、前記エンジン動作パラメータの脈動が増大するエンジン制御条件と、前記エンジン吸気系のスロットル開度が所定開度以上であるエンジン制御条件の全てが成立した場合に、エリアシング対応処理を行う。

エリアシングは、発生する要因となるエンジン回転数がエリアシングの周波数付近となること、計測パラメータに脈動が乗っていることのすべてが揃った時に発生する。そこで、本発明によるエンジン制御装置、方法では、エリアシングが発生する要因のすべてが揃った際に、エリアシング対応処理を行うものとした。このように、エリアシング防止のために対応処理（特別な制御）を行う条件を限定的にしたことから、採用の容易化を実現するものである。

以下、本発明のエンジン制御装置の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態のエンジン制御装置が適用されるエンジンを示したもので、ＭＰＩ（多気筒燃料噴射）方式の直列４気筒内燃機関について説明したものである。

内燃機関（エンジン）６５に吸入される空気は、エアクリーナ６０を通過し、ホットワイヤ式エアフローセンサ２に導かれる。ここでは、ホットワイヤ式エアフローセンサ２として熱線式空気流量センサを使用している。

ホットワイヤ式エアフローセンサ２は、吸入空気量に相当する信号を出力し、併せて内蔵のサーミスターを用いた吸気温度センサ２Ａ（図２参照）によって計測される吸気温度信号を出力する。ホットワイヤ式エアフローセンサ２は、応答性が高く、吸気管で発生した脈動に対し精度よく反応し、当該センサの出力信号の波形は脈動波形になる。

次に、吸入空気は、エアクリーナ６０に接続された吸気ダクト６１、吸入空気流量を計量する絞り弁（スロット弁）４０を通り、コレクタ６２に入る。

絞り弁４０はコントロールユニット（ＥＣＵ）７１により制御指令されるスロットル駆動モータ４２によって駆動される電子制御スロットル（ＥＴＣ）のものである。

絞り弁４０には、当該絞り弁の開度、つまりスロットル開度を検出するスロットルセンサ１が取り付けられている。スロットルセンサ１が出力するセンサ信号（スロットル開度信号）は、コントロールユニット７１に入力され、絞り弁４０の開度のフィードバック制御や、全閉位置の検出、加速度の演算等に用いられる、絞り弁４０のフィードバックの目標開度は、アクセル開度センサ１４で求まるドライバのアクセル踏み込み量とアイドル回転数制御、すなわちＩＳＣ制御分とから求まるものである。

コレクタ６２に入った吸入空気は、エンジン６５と直結する各吸気管６３に分配され、エンジン６５の各気筒の燃焼室６４内に吸入される。

エンジン６５にはクランク角センサ７が取り付けられている。クランク角センサ７は所定のクランク角毎のパルス信号（クランク角信号）を出力する。このパルス信号は、コントロールユニット７１に入力され、エンジン回転数の演算に用いられる。

燃料は、燃料タンク２１から燃料ポンプ２０によって吸引、加圧され、プレッシャレギュレータ２２により一定圧力に調圧され、吸気管６３に設けられたインジェクタ２３から吸気管６３内に噴射される。

エンジン６５の動弁系は、バルブタイミング可変式（ＶＴＣ）のものであり、バルブタイミング可変ソレノイド９０を有する。バルブタイミング可変ソレノイド９０は、吸気弁６６の開閉タイミングを制御目標角度に向けてフィードバック制御する。このバルブタイミング可変ソレノイド９０の動作によって吸気弁６６のバルブタイミングが変化する。動弁系には、カム角を検出するカム角センサ１３が取り付けられている。

エンジン６５には、各気筒毎に、点火プラグ３３と、点火プラグ３３の高圧印加、換言すると点火時期を制御するパワートランジスタ３０が設けられている。

エンジン６５には、エンジン６５の冷却水通路の冷却水温を検出する水温センサ３が取り付けられている。水温センサ３のセンサ信号は、コントロールユニット７１に入力され、エンジン６５の暖機状態を検出し、燃料噴射量の増量や点火時期の補正、ラジエータファン７５のオン／オフ制御やアイドル時の目標回転数の設定等の演算処理に用いられる。

エンジン６５の排気管８１には空燃比センサ８が取り付けられている。空燃比センサ８は、排気ガスの酸素濃度に応じた信号（酸素濃度信号）を出力する。空燃比センサ８が出力する酸素濃度信号は、コントロールユニット７１に入力され、エンジン６５に供給する混合気（燃焼と空気）の空燃比が運転状況に応じて求められる目標空燃比になるように、インジェクタ２３の燃料噴射パルス幅を調整する。

コントロールユニット７１は、アイドル時の目標回転数や負荷補正量を算出するために、エアコンクラッチ７６の状態をモニタするエアコンスイッチ１８（図２参照）、駆動系の状態をモニタするために、エンジン６５に接続されているトランスミッション７７に内蔵のニュートラルスイッチ１７（図２参照）より信号を入力する。

コントロールユニット７１は、図２に示されているように、電子制御式のものであり、ＣＰＵ７８と、電源ＩＣ７９とから構成されている。ここで、このコントロールユニット７１に入力する信号について、同図を用いて整理すると、コントロールユニット７１は、スロットルセンサ１、エアフローセンサ２、吸気温度センサ２Ａ、水温センサ３、クランク角センサ７、空燃比センサ８、カム角センサ１３、アクセルセンサ１４、ニュートラルスイッチ１７、エアコンスイッチ１８、補機負荷スイッチ１９、イグニッションスイッチ７２の各々から信号を入力する。

コントロールユニット７１は、上述の各種センサ、スイッチの信号を入力し、燃料制御、点火時期制御、吸入空気量制御、バルブタイミング制御のための演算処理を行い、フューエルポンプ２０、インジェクタ２３、点火系のパワートランジスタ３０、スロット駆動モータ４２、バルブタイミング可変ソレノイド９０の各々に制御指令信号を出力する。

次に、エンジン６５におけるエリアシングについて説明する。
エアフローセンサ２が出力する信号（電圧信号）に関しては、ＣＰＵ７８は、Ａ／Ｄコンバータにより一定周期毎にＡ／Ｄ変換を行って信号の取り込みを行う。ＣＰＵ７８は、エアフローセンサ２の出力信号を、例えば１０ｍｓ毎のサンプリング周期をもって読み込んでおり、図３に示されているように、脈動が発生する特定周波数（脈動周波数）領域では、エリアシングが急激に増大する。エンジン６５の吸入空気流量の脈動周波数は、図４に示されているように、エンジン回転数に比例している。

エンジン動弁系がバルブタイミング可変式のものであるため、吸気弁６６のバルブタイミング（開閉タイミング）の変化によって、燃焼室６４から吸気管６３へのガスの吹き返しが発生する場合がある。吹き返しが発生するのは、図５に示されているように、吸気弁６６の弁閉タイミングが早い場合と遅い場合がある。早い場合には、排気が終了する前に吸気バルブが開くオーバーラップによって吹き返しが発生し、遅い場合には、吸気弁遅閉じにより圧縮行程に吸入空気が燃焼室６４から吹き返されることになる。この結果、吹き返しは周期的に発生し、図６に示されているように、吸気閉弁タイミングに応じて脈動量が変化する。

絞り弁４０は、図７に示されているように、スロットル開度に応じて吸気流路の開口面積を制御するものである。図８に示されているように、スロットル開度が小さいほど、吸気管６２での脈動を発生し難くする絞り効果を有する。

次に、本発明によるエンジン制御装置の一実施形態について説明する。本実施形態のエンジン制御装置は、図９に示されているように、コントロールユニット７１によるソウトウエア処理等によって具現化される、特定回転数条件判別部１０１と、エンジン制御条件判別手段１０２と、エリアシング対応処理部１０３とを有する。

特定回転数条件判別部１０１は、クランク角センサ７よりのクランク角信号から演算されたエンジン６５の回転数が予め設定されたエリアシングを起こす特定回転数条件に適合するか否かを判別する。エンジン６５の特定回転数条件として、エンジン回転数範囲を下記数式で求まるエリアシング回転数とすることができる。

エリアシング回転数＝（サンプリング周波数×６０×２）／気筒数
エンジン制御条件判別部１０２は、エンジン６５の動作パラメータの脈動が増大するエンジン制御条件に適合するか否かを判別する。このエンジン制御条件は、動弁系のパラメータが吸気脈動を大きくするエンジン制御条件である。

エンジン制御条件判別部１０２は、更に、エンジン６５の吸気系のスロットル開度が所定開度以上であるエンジン制御条件に適合するか否かを判別する。このエンジン制御条件は、エンジン６５の動作パラメータの脈動の減衰力が低下する場合である。

エリアシング対応処理部１０３は、特定回転数条件判別部１０１によってエンジン６５の回転数がエリアシングを起こす特定回転数条件に適合すると判別され、且つエンジン制御条件判別部１０２によってエンジン動作パラメータの脈動が増大するエンジン制御条件に適合し且つ当該エンジン吸気系のスロットル開度が所定開度以上であるエンジン制御条件に適合すると判別された場合に限ってエリアシング対応処理を行う。

つまり、エリアシング対応処理部１０３は、エンジン回転数がエリアシングを起こす特定回転数条件と、エンジン動作パラメータの脈動が増大するエンジン制御条件と、エンジン吸気系のスロットル開度が所定開度以上であるエンジン制御条件の全て（３条件）が成立した場合にのみ、エリアシング対応処理を行うためのエリアシング実行指令をエリアシング対応実行部へ出力する。

エリアシング対応処理部１０３が行うエリアシング対応処理としては、センサのサンプリング周期を、エリアシング発生周波数が異なるサンプリング周期に変更する処理、エンジン６５に接続されているトランスミッション７７の動作状態（オートマチックトランスミッションのロックアップクラッチの断続、変速段、変速比）を変更する処理、エンジン動弁系のバルブタイミングを変更する処理、エンジン吸気系のスロットル開度を閉じ側に変更する処理、現行のエンジン制御パラメータ検出手段とは異なる検出手段によりエンジン制御パラメータを検出する処理、現行のエンジン制御パラメータ検出手段に依らずに、エンジン吸気系のスロットル開度とエンジン回転数からエンジン制御パラメータを算出する処理等がある。

次に、図１０〜図１６に示されているフローチャートを参照して実施形態によるエンジン制御装置が行う処理フローについて説明する。

図１０はエリアシング対応処理要否選択を行う処理フローである。まず、エンジン回転数がエリアシング回転数近傍であるか否か、つまり、エンジン６５の回転数がエリアシングを起こす特定回転数条件に適合するか否かを判別（判定）する（ステップ２０１）。適合しない場合には、エリアシング対応処理を行わない処理を行い（ステップ２０５）、当該処理フローを終了する。

これに対し、エンジン６５の回転数がエリアシングを起こす特定回転数条件に適合する場合には、エンジン６５の動作パラメータの脈動が増大するエンジン制御条件に適合するか否かの判定として、バルブタイミングが脈動発生領域にあるか否かを判定する（ステップ２０２）。バルブタイミングが脈動発生領域でない場合には、エリアシング対応処理を行わない処理を行い（ステップ２０５）、当該処理フローを終了する。

これに対し、バルブタイミングが脈動発生領域である場合には、次に、エンジン吸気系のスロットル開度が所定開度以上であるエンジン制御条件に適合するか否かの判定として、スロットル開度が所定開度以上にあるか否かを判定する（ステップ２０３）。スロットル開度が所定開度以上でない場合には、エリアシング対応処理を行わない処理を行い（ステップ２０５）、当該処理フローを終了する。

これに対し、スロットル開度が所定開度以上である場合には、エリアシング対応処理を実施する（ステップ２０４）。

つまり、ステップ２０１、２０２、２０３の全ての条件が成立した時のみ、ステップ２０４が実行され、エリアシング対応処理が実施される。

次に、エリアシング対応時処理の実施形態について説明する。
図１１は、エリアシング対応のために、センサ信号のサンプリング周期を切り替える処理フローである。

まず、エリアシング対応処理の要否を判定する（ステップ２１１）。これは、上述のステップ２０４と、ステップ２０５の何れが実行されたかを判別することを意味する。エリアシング対応処理が否（なし）と判断された場合には、サンプリング周期を１０ｍｓとする（ステップ２１２）。

これに対し、エリアシング対応処理が要（実施）と判断された場合には、サンプリング周期を４ｍｓに切り替える（ステップ２１３）。

このように、エリアシングの発生周波数を変えることにより、エリアシングを回避することが可能となる。

図１２は、エリアシング対応のために、トランスミッション７７の状態を変える処理フローである。

まず、エリアシング対応処理の要否を判定する（ステップ２２１）。エリアシング対応処理が否（なし）と判断された場合には、エリアシング対応処理なしとして、トランスミッション７７の減速比を現状維持する（ステップ２２２）。

これに対し、エリアシング対応処理が要（実施）と判断された場合には、トランスミッション７７の状態を変更する処理を行う（ステップ２２３）。これは、具体的には、オートマチックトランスミッションのロックアップクラッチの解除などが運転性、燃費の点で容易な方法として挙げられる。

図１３は、エリアシング対応のために、ＶＴＣによるバルブタイミングを変更する処理フローである。

まず、エリアシング対応処理の要否を判定する（ステップ２３１）。エリアシング対応処理が否（なし）と判断された場合には、エリアシング対応処理なしとして、バルブタイミングを現状維持する（ステップ２３２）。

これに対し、エリアシング対応処理が要（実施）と判断された場合には、ＶＴＣによってバルブタイミングを非脈動領域まで進角または遅角させる処理を行う（ステップ２３３）する。吸気弁遅閉じによる脈動発生の場合には進角、オーバーラップによる脈動発生の場合には遅角が行われればよい。また、バルブタイミングだけではなく、バルブリフトを制御する場合においても、脈動非発生領域に動かすことにより同様の効果が得られる。

図１４は、エリアシング対応のために、電子制御スロットル（ＥＴＣ）を利用してスロットル開度を変える処理フローである。

まず、エリアシング対応処理の要否を判定する（ステップ２４１）。エリアシング対応処理が否（なし）と判断された場合には、エリアシング対応処理なしとして、スロットル開度を現状維持する（ステップ２４２）。

これに対し、エリアシング対応処理が要（実施）と判断された場合には、絞り弁４０を非脈動領域まで閉じる処理を行う（ステップ２４３）。

以上のようなエリアシング対応処理により、脈動がなくなり、エリアシングを防止することができる。

図１５は、エリアシング対応のために、エンジン制御に通常時とは異なる別の検出値を使う処理フローである。

まず、エリアシング対応処理の要否を判定する（ステップ２５１）。エリアシング対応処理が否（なし）と判断された場合には、エリアシング対応処理なしとして、通常時のエンジン負荷算出を行う。通常時のエンジン負荷算出は、例えば、エアフローセンサ出力値とエンジン回転数からエンジン負荷を算出する（ステップ２５２）。

これに対し、エリアシング対応処理が要（実施）と判断された場合には、スロットル開度とエンジン回転数からエンジン負荷を算出する（ステップ２５３）。

図１６は、エリアシング対応のために、エンジン制御に通常時とは異なる別の検出値を使う他の処理フローである。

まず、エリアシング対応処理の要否を判定する（ステップ２６１）。エリアシング対応処理が否（なし）と判断された場合には、通常時エンジン負荷算出として、吸気圧力センサ出力値とエンジン回転数からエンジン負荷を算出する（ステップ２６２）。

これに対し、エリアシング対応処理が要（実施）と判断された場合には、スロットル開度とエンジン回転数からエンジン負荷を算出する（ステップ２６３）。

これらの実施形態の場合も、エリアシングの影響を受けることなく適切なエンジン制御を行うことができる。

本発明によるエンジン制御装置が適用されるエンジンの一つの実施形態を示すシステム構成図。 本実施形態のエンジン制御系を示すブロック図。 エリアシング発生領域を示す周波数−エリアシング量特性グラフ。 エンジン回転数−脈動周波数特性を示すグラフ。 吸気弁閉弁タイミングと吹き出し量との関係を示すグラフ。 吸気弁閉弁タイミングと脈動量との関係を示すグラフ。 スロットル開度と吸気通路の開口面積との関係を示すグラフ。 スロットル開度と脈動量との関係を示すグラフ説明図 本発明によるエンジン制御装置の一つの実施形態の要部のブロック図。 本実施形態によるエンジン制御装置のエリアシング対応処理要否選択を行う処理フローを示すフローチャート。 本実施形態によるエリアシング対応処理の一例を示すフローチャート。 本実施形態によるエリアシング対応処理の他の一例を示すフローチャート。 本実施形態によるエリアシング対応処理の他の一例を示すフローチャート。 本実施形態によるエリアシング対応処理の他の一例を示すフローチャート。 本実施形態によるエリアシング対応処理の他の一例を示すフローチャート。 本実施形態によるエリアシング対応処理の他の一例を示すフローチャート。

符号の説明

１ スロットルセンサ
２ エアフローセンサ
３ 水温センサ
７ クランク角センサ
１４ アクセルセンサ
１７ ニュートラルスイッチ
１８ エアコンスイッチ
１９ 補機負荷スイッチ
２３ インジェクタ
３０ パワートランジスタ
４０ 絞り弁
４２ スロットル駆動モータ
６５ エンジン
６６ 吸気弁
７１ コントロールユニット
１０１ 特定回転数条件判別部
１０２ エンジン制御条件判別手段
１０３ エリアシング対応処理部

Claims (9)

1. エンジン動作パラメータを検出し、エンジンを制御するエンジン制御装置であって、
   エンジンの回転数がエリアシングを起こす特定回転数条件に適合するか否かを判別する特定回転数条件判別手段と、
   前記エンジン動作パラメータの脈動が増大するエンジン制御条件に適合するか否かの判別と、前記エンジン吸気系のスロットル開度が所定開度以上であるエンジン制御条件に適合するか否かの判別を行うエンジン制御条件判別手段と、
   前記特定回転数条件判別手段によってエンジンの回転数がエリアシングを起こす特定回転数条件に適合すると判別され、且つ前記エンジン制御条件判別手段によってエンジン動作パラメータの脈動が増大するエンジン制御条件に適合し、且つ前記エンジン吸気系のスロットル開度が所定開度以上であるエンジン制御条件に適合すると判別された場合にエリアシング対応処理を行うエリアシング対応処理手段と、
   を有することを特徴とするエンジン制御装置。
2. エンジンの前記特定回転数条件として、エンジン回転数範囲を、エリアシング回転数＝（サンプリング周波数×６０×２）／気筒数の数式で求まるエリアシング回転数としたことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記エンジン動作パラメータの脈動発生に影響する前記エンジン制御条件は、動弁系のパラメータが吸気脈動を大きくするエンジン制御条件であることを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
4. 前記エリアシング対応処理手段は、エリアシング対応処理として、エンジンに接続されているトランスミッションの動作状態を変更する処理を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
5. 前記エリアシング対応処理手段は、エリアシング対応処理として、エンジン動弁系のバルブタイミングを変更する処理を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
6. 前記エリアシング対応処理手段は、エリアシング対応処理として、エンジン吸気系のスロットル開度を閉じ側に変更する処理を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
7. 前記エリアシング対応処理手段は、エリアシング対応処理として、現行のエンジン制御パラメータ検出手段とは異なる検出手段によりエンジン制御パラメータを検出する処理を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
8. 前記エリアシング対応処理手段は、エリアシング対応処理として、現行のエンジン制御パラメータ検出手段に依らずに、エンジン吸気系のスロットル開度とエンジン回転数からエンジン制御パラメータを算出する処理を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
9. エンジン動作パラメータを検出し、エンジンを制御するエンジン制御方法であって、
   エンジンの回転数がエリアシングを起こす特定回転数条件と、前記エンジン動作パラメータの脈動が増大するエンジン制御条件と、前記エンジン吸気系のスロットル開度が所定開度以上であるエンジン制御条件の全てが成立した場合に、エリアシング対応処理を行うことを特徴とするエンジン制御方法。

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