JP5548104B2

JP5548104B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP5548104B2
Application number: JP2010251919A
Authority: JP
Inventors: 拓人岡本
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2030-11-10
Also published as: JP2012102673A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、正確に空気流量を演算する空気流量演算部を備えた内燃機関の制御装置に関する。

従来から、内燃機関の制御装置においては、内燃機関の吸入空気流量を検出するために内燃機関の吸気管に空気流量検出装置（エアフローセンサ）が配置され、該空気流量検出装置によって検出される吸入空気流量を用いて燃料噴射量が制御されている。

近年、内燃機関の排気エミッションを低減させることが重要な課題となっていることから、内燃機関の各センサの出力をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をデジタル演算装置に適用して燃料噴射量を制御することが一般的になっていると共に、空気流量検出装置の出力信号を用いてデジタル演算装置で演算される吸入空気流量の演算精度を向上させることが、内燃機関の排気エミッションを低減させるための重要な技術課題となっている。

前記空気流量検出装置の出力信号としては、空気流量に応じて電圧値が変化する電圧信号や、特許文献１や特許文献２で開示されている空気流量に応じて出力パルスの周期が変化する周波数信号が用いられることが多い。

一般に、周波数信号を出力する空気流量検出装置を採用する場合、デジタル演算装置では、その周波数信号の立ち上がりエッジや立下りエッジを検出し、そのエッジ間の周期（周波数）を検出することで、周波数信号の周期や周波数を計測することができる。

このような周期（周波数）を検出して吸入空気流量を演算する方法としては、吸入空気流量の演算タイミングの直前に入力された空気流量検出装置の出力パルスの周期もしくは周波数を、所定時間や内燃機関の所定回転角度毎の演算タイミングで演算される出力パルスの周期もしくは周波数として空気流量に変換する方法や、特許文献３で開示されているような、吸入空気流量の演算タイミングの間に検出した複数個のパルス列の時間幅を計測し、そこから１パルスの平均周期を算出して、その平均周期に基づいて吸入空気流量を算出する方法が挙げられる。

ここで、図１２〜１５を参照して、従来の吸入空気流量演算方法について説明する。この演算方法は、既述するような、吸入空気流量の演算タイミングの直前に入力された空気流量検出装置の出力パルスの周期もしくは周波数を、演算タイミングで演算される出力パルスの周期もしくは周波数として空気流量に変換する方法である。図１２は、従来の吸入空気流量演算方法を含む燃料噴射量演算の概要を示したブロック図、図１３は、実際に空気流量検出部（熱式エアフローセンサ）を通過する空気流量、空気流量検出部から出力される周波数信号、および演算タイミングの関係を示した図、図１４は、従来の空気流量演算のフロー図、図１５は、周波数信号にノイズが混入した場合の、実際に空気流量検出部を通過する空気流量、空気流量検出部から出力される周波数信号、および演算タイミングの関係を示した図である。

図１２で示すように、熱式エアフローセンサ（空気流量検出部）２'から出力される周波数信号Ｌ１'は、コントロールユニット内部のＬＳＩ４２'に入力される。ここで、ＬＳＩ４２'に内蔵される周波数計測部（タイマ）７０'は、周波数信号Ｌ１'の周波数（周期）を検出して周波数（周期）をデジタル値Ｐ'に変換する。その後、空気流量演算部８０'において、周波数（周期）のデジタル値Ｐ'を熱式エアフローセンサ２'を通過する空気流量に相当する空気流量Ｑｎ'に変換する。燃料噴射パルス幅演算部８４'では、その空気流量Ｑｎ'を別途のクランク角センサ１９'の入力信号に基づき回転数演算部７１'で演算した内燃機関の回転数Ｎ'で除算し、シリンダに吸入される空気流量相当とする。そして、コレクタにおける圧力変化によって発生する、エアフローセンサ設置部を通過する空気流量とシリンダに吸入される空気流量の位相差の補正を行い、所定の係数を乗算して、インジェクタ１３'にて燃料を噴射する時間幅である燃料噴射パルス幅Ｆｐ'を演算する。このような空気流量演算部８０'と燃料噴射パルス幅演算部８４'から燃料噴射パルス幅Ｆｐ'を演算するための燃料噴射量演算部９０'が構成されている。

図１３および図１４は、前記空気流量演算部８０'における従来の吸入空気流量演算方法を説明したものであり、入力信号にノイズが混入していない場合の、熱式エアフローセンサ２'の出力である周波数信号Ｌ１'を用いて、空気流量Ｑｎ'を演算する方法を示したものである。まず、図１３で示す演算タイミングＴ１'で吸入空気流量を演算した後、周波数計測部（タイマ）７０'で演算タイミングＴ１'から演算タイミングＴ２'までの熱式エアフローセンサ２'の周波数信号Ｌ１'の立ち上がりエッジを検出し、それぞれの立ち上がりエッジ間の時間幅（周期）Ｐａ'、Ｐｂ'，Ｐｃ'を算出する。その後、図１４で示すように、演算タイミングＴ２'の直前に計測した周期Ｐｃ'を、演算タイミングＴ２'における空気流量の演算用周期Ｐｎ'とし（Ｓ１０２'）、予め記憶している周期と空気流量の関係から、その周期Ｐｎ'を空気流量Ｑｎ'へ変換し（Ｓ１０３'）、燃料噴射量演算の際にその空気流量Ｑｎ'を選択して（Ｓ１０４'）使用する。

図１５は、入力信号にノイズが混入した場合の、従来の吸入空気流量演算方法を説明したものである。図示するように、演算タイミングＴ２'の直前の出力パルス信号にノイズが混入し、実際の空気流量に相当する周期Ｐｃ'が、その周期Ｐｃ'よりも短い周期Ｐｃ１'，Ｐｃ２'に分割されて判別されると、空気流量演算部８０'では、そのうちの周期Ｐｃ２'のみが演算タイミングＴ２'の演算用周期として空気流量演算に使用されることとなる。その結果、演算タイミングＴ２'の空気流量Ｑｎｔ'は、実際の空気流量と大きくずれた値となってしまう。このように、入力信号にノイズが混入した場合に従来の吸入空気流量演算方法で空気流量を算出すると、実際の空気流量と大きく異なる空気流量が算出される可能性があり、内燃機関の排気エミッションや燃費の悪化の要因となり得る。

このような空気流量計測部の出力信号のノイズ等からなる異常を検出しながら、吸入空気流量を演算する方法が、引用文献４に開示されている。この演算方法は、計測した出力パルス信号の長さが所定範囲外である場合にノイズ等による異常であると判定し、演算タイミングでの空気流量演算値を所定の値に固定するものである。

特許第３８０８０３８号公報特開平３−２６９２１８号公報特開平２−１２９５２２号公報特許第２０３３８４１号公報

しかしながら、特許文献４に開示されている従来の演算方法では、ノイズ等による異常が発生していることを空気流量演算値を用いて判定するために、算出した空気流量の絶対値が所定範囲内であることを判定する必要があり、計測誤差や演算誤差を考慮すると、誤判定にそなえてその所定範囲を予め広く設定する必要がある。また、ノイズ等による異常が発生していると判定された際に空気流量演算値を所定の値に固定しており、空気流量の演算精度の低下を抑制するため、やはりその所定範囲を予め広く設定する必要がある。このように所定範囲を広く設定すると、ノイズが混入してもその異常を判定することができず、正確に空気流量を演算することができないことから、依然として排気エミッションや燃費の悪化を引き起こす可能性がある。

本発明は、前記点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、吸入空気流量を精度良く演算できる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記する課題を解決するために、本発明の内燃機関の制御装置は、１つの空気流量演算部から出力される周期または周波数信号を用いて、その信号の計測タイミングや演算方法の異なる演算手段で空気流量を複数算出し、それらの空気流量演算値から最適な空気流量演算値を選択する。また、算出された複数の空気流量演算値を比較し、その差が所定値よりも大きい場合には信号の異常を検出すると共に、その信号にノイズが混入している場合には、空気流量演算部から出力される信号の周期が短く、または周波数が高く検出されることに着目して、ノイズ等の影響の少ない空気流量演算値を燃料噴射パルス幅等の演算に使用する。

このように、同じ空気流量演算部から出力される信号に基づいて演算することで、算出される空気流量演算値間の相対的な比較が可能となり、信号の異常を検出するための所定値を相対的に小さく設定することもできる。

また、信号の異常を検出した場合に、異なる演算手段を用いて算出された空気流量演算値を燃料噴射パルス幅の演算に用いることができ、空気流量計測精度の悪化を抑制して高精度の空気流量演算を実現することができる。

以上の説明から理解できるように、本発明によれば、周波数信号を出力する空気流量検出部を採用した内燃機関の制御装置において、たとえば前記空気流量検出部から出力される信号のパルス幅（周期）がノイズの混入等により短くなった場合にも、吸入空気流量を精度良く演算することができる。すなわち、１つの空気流量検出部の出力信号から異なる演算手段を用いて複数の空気流量演算値を算出することで、出力信号にノイズが混入している場合にも、ノイズの影響が小さい空気流量演算値を選択することができ、正確に空気流量演算値を算出して、排気エミッションや燃費等への影響を低減することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る内燃機関の全体のシステム構成図。図１で示すコントロールユニットを説明する図。エアフローセンサの内部の構成を示した概略図。エアフローセンサの出力信号の時系列波形を示した図。エアフローセンサの出力周波数と検出される空気流量の関係を示した図。エアフローセンサの出力周期と検出される空気流量の関係を示した図。本発明の制御装置を用いた燃料噴射量演算の一実施の形態の概要を説明するブロック図。空気流量と出力信号と演算タイミングの時系列の関係を示した図。出力信号の演算タイミング直前のパルスにノイズが混入した場合の、空気流量と出力信号と演算タイミングの時系列の関係を示した図。出力信号の演算タイミングより２回前のパルスにノイズが混入した場合の、空気流量と出力信号と演算タイミングの時系列の関係を示した図。本発明による空気流量演算方法を説明するフロー図。従来の燃料噴射量演算の概要を説明するブロック図。従来の空気流量と出力信号と演算タイミングの時系列の関係を示した図。従来の空気流量演算方法を説明するフロー図。出力信号の演算タイミング直前のパルスにノイズが混入した場合の、従来の空気流量と出力信号と演算タイミングの時系列の関係を示した図。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施において前提となる内燃機関の概要であって、いわゆるＭＰＩ（Multi Point Injection：多気筒燃料噴射）方式の４気筒内燃機関を示したものである。以下、本発明の実施例として、ＭＰＩ方式の４気筒内燃機関について説明するが、本発明の実施形態は必ずしもＭＰＩ方式の４気筒内燃機関に限定されるものではなく、出力値として周波数（周期）信号を用いた空気流量計を備える全ての内燃機関が含まれる。

図１に示すように、内燃機関に吸入した空気流量は、エアクリーナー１の出口部に設けられた熱式エアフローセンサ（空気流量検出部）２によって検出される。この吸入空気は、エアクリーナー１に接続された吸気管３、吸入空気流量を調節する絞り弁４を有するスロットルボディ５を通過してコレクタ６に吸入される。その後、吸入空気は吸気管３の一部を構成する吸気分岐管７に分配され、吸気弁８を通過してシリンダ９内に吸入される。

また、燃料は、燃料タンク１０から燃料ポンプ１１で吸引、加圧され、プレッシャレギュレータ１２によって一定圧力に調圧されて、吸気管３に設けられたインジェクタ１３から吸気分岐管７内に噴射される。

シリンダ９内においては、吸気分岐管７で混合された空気と燃料から成る気体が点火プラグ１４によって点火されて、燃焼される。各気筒のシリンダ９内で燃焼した後の排気ガスは、排気管１６を通過し、触媒１７によって浄化されて内燃機関の外部へ排出される。

図１に示すコントロールユニット１８は、内燃機関の各アクチュエータを制御する制御装置であって、たとえば、エアフローセンサ２、クランク角センサ１９、空燃比センサ（０_２センサ）２０、絞り弁（スロットル）４の開度センサ、イグニッションスイッチ２１とスタータスイッチ２２を介したバッテリ２３からの電力、アクセル開度センサ４５等からの信号を入力信号として、４つのインジェクタ１３、燃料ポンプ１１、点火プラグ１４の点火スイッチであるパワートランジスタ２４へ制御信号を出力する。

図２は、図１の各アクチュエータを制御するコントロールユニット１８を示したものである。図示すように、コントロールユニット１８は、電源ＩＣ４０とＬＳＩ４２から大略構成されており、ＬＳＩ４２のＲＥＳＥＴ端子は電源ＩＣ４０と接続されて、ＲＥＳＥＴ信号４１で制御されている。

コントロールユニット１８は、ＬＳＩ４２に内蔵されるＡ／Ｄ変換器や周波数（周期）信号の周波数（周期）を検出するタイマ（図７参照）によって、内燃機関に設置された各センサの出力値や内燃機関が設置された車両の運転手の操作情報を検出するセンサの出力値をデジタル値に変換して演算を行う。そして、演算した結果を制御信号として出力することで、各アクチュエータの制御が可能となる。

このコントロールユニット１８に入力される信号としては、エアフローセンサ２、クランク角センサ１９、空燃比センサ（０_２センサ）２０、絞り弁（スロットル）４の開度センサ、イグニッションスイッチ２１とスタータスイッチ２２を介したバッテリ２３からの電力、アクセル開度センサ４５からの信号等が挙げられる。

また、コントロールユニット１８から出力される制御信号としては、４つのインジェクタ１３、燃料ポンプ１１、点火プラグ１４の点火スイッチであるパワートランジスタ２４への信号等が挙げられる。

次に、図３を参照して、熱式エアフローセンサ（空気流量検出部）２の動作原理について説明する。この熱式エアフローセンサ２は、測定対象である空気流の中に配置される発熱抵抗体６０、固定抵抗体６１、バッファ回路６２、電圧周波数変換回路６３を備えている。そして、吸入空気流量が多い場合には発熱抵抗体６０が空冷されて発熱抵抗体６０に流れる電流が増加し、吸入空気量が少ない場合には発熱抵抗体６０に流れる電流が減少するようにバッファ回路が構成されている。

このような発熱抵抗体６０に流れる発熱抵抗電流によって空気流量電圧信号Ｖｉが取り出され、この空気流量電圧信号Ｖｉが、バッファ回路６２を介して電圧周波数変換回路６３へ供給される。

前記電圧周波数変換回路６３は、その内部に積分コンデンサを備えている。この積分コンデンサは、内部スイッチを介して空気流量電圧信号Ｖｉと接続されており、積分コンデンサの電位が上限閾値よりも大きくなると内部スイッチをＯＦＦとし、積分コンデンサの電位が下限閾値よりも小さくなると内部スイッチをＯＮとする。このような動作を繰り返すことで、空気流量電圧信号Ｖｉに応じて周期（周波数）の変化する連続的な信号を作り出し、エアフローセンサ２の出力としている。

このような作用によって、図４で示すように、空気流量に応じて出力信号電圧の周期Ｐが変化する周波数（周期）信号Ｌ１が熱式エアフローセンサ２から出力されることとなる。

図５は、熱式エアフローセンサ２によって計測される吸入空気流量と、熱式エアフローセンサ２の出力信号の周波数との関係を示したものである。図示するように、吸入空気流量が小さい場合には出力信号の周波数は低く、吸入空気流量が大きい場合には出力信号の周波数は高くなり、この２つは非線形な関係を有している。すなわち、後述する空気流量の演算において、出力信号の周波数が低いと空気流量は小さくなり、出力信号の周波数が高いと空気流量は大きくなり、その空気流量の増加率は周波数が高くなるにしたがって増大する。

なお、周波数と周期は逆数の関係にあることから、図６で示すように、熱式エアフローセンサ２によって計測される吸入空気流量と、熱式エアフローセンサ２の出力信号の周期との関係は、図５で示す特性とは逆の特性を示している。

図７から図１１を参照して、ＬＳＩ４２の内部における、熱式エアフローセンサ（空気流量検出部）２の出力である周波数信号Ｌ１を用いた燃料噴射量演算の実施例について説明する。

まず、図７は、本実施例の制御装置を用いた燃料噴射量演算のブロック図を示したものである。

熱式エアフローセンサ（空気流量検出部）２から出力される周波数信号Ｌ１は、コントロールユニット１８内部のＬＳＩ４２に入力される。ここで、ＬＳＩ４２に内蔵される周波数計測部（タイマ）７０は、周波数信号Ｌ１の周波数（周期）を検出してデジタル値Ｐへ変換し、そのデジタル値Ｐを燃料噴射量演算部９０の空気流量演算部８０へ出力する。

空気流量演算部８０は、それぞれ固有の異なる演算手段を備えた第１の演算部８１及び第２の演算部８２と、第１の演算部８１及び第２の演算部８２から異なる演算手段で算出された複数の空気流量演算値から最適な空気流量演算値を選択する選択部８３から大略構成されている。空気流量演算部８０へ入力された周波数（周期）のデジタル値Ｐは、第１の演算部８１及び第２の演算部８２へそれぞれ入力されて、それぞれの演算部８１，８２で固有の演算手段に基づいて空気流量演算値Ｑｎ１，Ｑｎ２が算出される。そして、選択部８３でその空気流量演算値Ｑｎ１，Ｑｎ２から最適な空気流量演算値を選択し、選択された空気流量演算値Ｑｎが燃料噴射パルス幅演算部８４へ出力される。

燃料噴射パルス幅演算部８４では、選択された空気流量演算値Ｑｎを別途のクランク角センサ１９の入力信号に基づいて回転数演算部７１で演算した内燃機関の回転数Ｎで除算して、シリンダ９に吸入される空気流量相当とし、コレクタ６（図１参照）における圧力変化によって発生する、エアフローセンサ設置部を通過する空気流量とシリンダ９に吸入される空気流量の位相差の補正を行い、所定の係数を乗算して、インジェクタ１３で燃料を噴射する時間幅である燃料噴射パルス幅Ｆｐを演算する。

なお、第１の演算部８１及び第２の演算部８２はそれぞれ固有の異なる演算手段を備え、１つの熱式エアフローセンサ２から出力される周波数信号Ｌ１を用いて、たとえば周波数信号Ｌ１の計測タイミングの異なる周波数（周期）や異なる演算式に基づいて、それぞれ固有の空気流量演算値Ｑｎ１，Ｑｎ２を算出するものである。後述するように、たとえば周波数信号Ｌ１にノイズが混入している場合には、それらの空気流量演算値Ｑｎ１，Ｑｎ２は一般に異なる演算値となり、選択部８３で最適な空気流量演算値を選択することができる。しかし、たとえば周波数信号Ｌ１にノイズが混入していない、あるいはノイズの影響が少ないような場合には、それぞれの演算部８１，８２は、同じ熱式エアフローセンサ２から出力される周波数信号Ｌ１に基づいて空気流量演算値を演算するため、同じ演算値が算出されることも考えられる。そのような場合には、選択部８３は、それぞれの演算部８１，８２で算出された同じ空気流量演算値Ｑｎ１，Ｑｎ２のどちらの演算値をも選択することができる。

また、異なる演算手段を備えた演算部の基数は上記数量に限定されるものではなく、少なくとも２つの演算部がそれぞれ固有の異なる演算手段を備えていればよい。

さらに、それらの演算部が３つ以上存在する場合には、全ての演算部で空気流量演算値を算出した後に、それらの空気流量演算値から選択部８３で最適な空気流量演算値を選択する形態や、たとえば周波数信号Ｌ１の特性等に基づいて、必要な少なくとも２つの演算部を選択し、その選択された演算部のみで算出された空気流量演算値から、選択部８３で最適な空気流量演算値を選択する形態等を適用できる。後者の形態によれば、デジタル値Ｐの入力に対して全ての演算部で空気流量の演算を行う必要はなく、コントロールユニット１８の処理負荷を低減して、空気流量演算の最適化を図ることもできる。

また、図示する実施例は、それぞれの演算部８１，８２でデジタル値Ｐから空気流量を演算し、演算された空気流量演算値Ｑｎ１，Ｑｎ２から、選択部８３で最適な空気流量演算値を選択する一方で、たとえばそれぞれの演算部８１，８２で最初にデジタル値Ｐから空気流量の変換に必要な周波数（周期）のみを演算し、異なる演算部で算出された複数の周波数（周期）から最適な周波数（周期）を選択して、その後、その選択された周波数（周期）を空気流量に変換することもできる。

次に、図８から図１１は、図７の空気流量演算部８０における、熱式エアフローセンサ２の出力である周波数信号Ｌ１を用いた空気流量演算値Ｑｎの演算方法を説明したものでる。

図８は、実際にエアフローセンサ２を通過する空気流量Ｌ２と、エアフローセンサ２の出力である周波数信号Ｌ１と、空気流量演算部８０で演算をおこなう演算タイミングの関係を示した図である。以下、特に、図８における空気流量演算部８０の演算タイミングＴ２での空気流量に相当する空気流量演算値Ｑｎの演算方法について具体的に説明する。

まず、演算タイミングＴ１で前回の吸入空気流量を演算した後、周波数計測部（タイマ）７０で演算タイミングＴ１から演算タイミングＴ２までの熱式エアフローセンサ２の周波数信号Ｌ１の立ち上がりエッジを検出し、それぞれの立ち上がりエッジ間の時間幅（周期）Ｐａ、Ｐｂ，Ｐｃを算出する。

その後、図１１で後述するように、図７で示す第１の演算部８１では、演算タイミングＴ２の直前に計測した周期Ｐｃを、演算タイミングＴ２における空気流量の演算用周期Ｐｎ１とし、予め記憶している周期と空気流量の関係から、その周期Ｐｎ１を空気流量Ｑｎ１へ変換する。なお、周期と空気流量の関係は、図６で示すように、周期が短くなるにしたがって、空気流量が増加する関係を有している。

また、図７で示す第２の演算部８２では、演算タイミングＴ１から演算タイミングＴ２の間に計測された周期Ｐａ、Ｐｂ，Ｐｃの平均周期を演算タイミングＴ２における空気流量の演算用周期Ｐｎ２とし、予め記憶している周期と空気流量の関係から、その平均周期Ｐｎ２を空気流量Ｑｎ２へ変換する。

本実施例では、演算タイミングＴ２の直前に計測した周期Ｐｃを演算タイミングＴ２における空気流量の演算用周期Ｐｎ１とする第１の演算部８１の演算手段を遅れのないフィルタ、演算タイミングＴ１から演算タイミングＴ２の間に計測された周期Ｐａ、Ｐｂ，Ｐｃの平均周期を演算タイミングＴ２における空気流量の演算用周期Ｐｎ２とする第２の演算部８２の演算手段を計測した周期の基数（実施例では３個）に応じた低域周波数通過型の有限インパルス応答フィルタとみなすことができる。すなわち、第１の演算部８１の演算手段の遅れのないフィルタに対し、第２の演算部８２の演算手段のフィルタは重みの異なる低域周波数通過フィルタとみなすことができる。

なお、第１の演算部８１及び第２の演算部８２での空気流量演算については、それぞれの演算が順次行われても、双方の演算が同時に行われもよい。

一般に、図８で示すように、エアフローセンサ２の周波数信号Ｌ１にノイズ等が混入していない場合には、異なる演算部８１，８２で算出された空気流量演算値Ｑｎ１，Ｑｎ２は近似した演算値となる。しかし、図９で示すように、ノイズ等の影響によって、演算タイミングＴ２直前の周波数信号Ｌ１のパルスが変化し、その周波数信号Ｌ１のパルスが分割されて出力されると、空気流量の演算に使用される周期が、本来、実際の空気流量に相当する周期として計測されるべき周期Ｐｃよりも短い周期Ｐｃ１，Ｐｃ２に分割されて判別されることとなる。第１の演算部８１では、この短い周期Ｐｃ２を用いて演算タイミングＴ２の空気流量が演算されるため、第２の演算部８２で周期の平均値を用いて演算される空気流量演算値Ｑｎ２と比較して空気流量演算値Ｑｎ１は大きな値となり、ノイズの影響が顕著となる。

一方で、図１０で示すように、ノイズ等の影響によって、演算タイミングＴ２より２回前の周波数信号Ｌ１のパルスが変化し、その周波数信号Ｌ１のパルスが分割されて出力されると、本来、実際の空気流量に相当する周期として計測されるべき周期Ｐｂが、その周期よりも短い周期Ｐｂ１，Ｐｂ２に分割されて判別されることとなる。この場合、第１の演算部８１では、周期Ｐｃを用いて演算タイミングＴ２の空気流量が演算されるため、ノイズ等の影響を受けることはなく空気流量演算が行われる。しかしながら、第２の演算部８２では、演算タイミングＴ１から演算タイミングＴ２までに計測された周期の平均値を用いて空気流量が演算されため、空気流量演算値Ｑｎ２は、実際の空気流量や空気流量演算値Ｑｎ１と比較して大きな値となる。

そこで、図７で示す選択部８３では、第１の演算部８１で算出された空気流量演算値Ｑｎ１と第２の演算部８２で算出された空気流量演算値Ｑｎ２を比較して、その差の絶対値が所定値よりも大きい場合には、周波数信号Ｌ１にノイズ等の影響があると判定し、算出された異なる空気流量演算値から最適な演算値を選択する。たとえば、図９で示すように、空気流量演算値Ｑｎ２よりも空気流量演算値Ｑｎ１が大きい場合には、空気流量演算値Ｑｎ１の方がノイズの影響が大きいと判定し、選択部８３では空気流量演算値Ｑｎ２を選択して燃料噴射パルス幅の演算に使用する。また、図１０で示すように、空気流量演算値Ｑｎ１よりも空気流量演算値Ｑｎ２が大きい場合には、空気流量演算値Ｑｎ２の方がノイズの影響が大きいと判定し、選択部８３では空気流量演算値Ｑｎ１を選択して燃料噴射パルス幅の演算に使用する。なお、空気流量演算値Ｑｎ１と空気流量演算値Ｑｎ２を比較して、その差の絶対値が所定値よりも小さい場合には、周波数信号Ｌ１にノイズ等の影響がない、もしくは小さいと判定し、状況に応じて算出された空気流量演算値から最適な演算値を選択することができる。

図１１は、このような実施例の空気流量演算フローを示したものである。

まず、内燃機関の吸気流量演算タイミングであることを判定し（Ｓ１０１）、第１の演算部８１で、演算タイミングＴ２の直前に計測した周期Ｐｃを演算タイミングＴ２における空気流量の演算用周期Ｐｎ１とし（Ｓ１０２）、予め記憶している周期と空気流量の関係から、その周期Ｐｎ１を空気流量Ｑｎ１へ変換する（Ｓ１０３）。また、第２の演算部８２では、演算タイミングＴ１から演算タイミングＴ２の間に計測された周期Ｐａ、Ｐｂ，Ｐｃの平均周期を演算タイミングＴ２における空気流量の演算用周期Ｐｎ２とし（Ｓ１０４）、予め記憶している周期と空気流量の関係から、その平均周期Ｐｎ２を空気流量Ｑｎ２へ変換する（Ｓ１０５）。

そして、選択部８３では、空気流量演算値Ｑｎ１と空気流量演算値Ｑｎ２の差の絶対値が所定値（Ｃ２）よりも大きいか否かを判定し（Ｓ１０６）、その絶対値が所定値よりも大きい場合には、空気流量演算値Ｑｎ１と空気流量演算値Ｑｎ２を比較する（Ｓ１０７）。そして、空気流量演算値Ｑｎ２よりも空気流量演算値Ｑｎ１が大きい場合には、空気流量演算値Ｑｎ２を選択し（Ｓ１０８）、空気流量演算値Ｑｎ１よりも空気流量演算値Ｑｎ２が大きい場合には空気流量演算値Ｑｎ１を選択する（Ｓ１０９）。

また、選択部８３で、空気流量演算値Ｑｎ１と空気流量演算値Ｑｎ２の差の絶対値が所定値（Ｃ２）よりも大きいか否かを判定し（Ｓ１０６）、その絶対値が所定値よりも小さい場合には、状況に応じて空気流量演算値Ｑｎ１，Ｑｎ２から最適な演算値を選択することができる。本実施例では、エンジン回転数の所定時間における変化量（ＲｅｖＤ）が所定値（Ｃ３）よりも大きい場合、もしくはスロットル開度の所定時間における変化量（ＴｏＤ）が所定値（Ｃ４）よりも大きい場合、もしくは吸気バルブ開時間の所定時間における変化量（ＩｖｏＤ）が所定値（Ｃ５）よりも大きい場合に、吸入空気流量が過渡変化すると判定し（Ｓ１１０）、最新の周期Ｐｃを用いて算出された空気流量演算値Ｑｎ１を選択する（Ｓ１１１）。また、吸入空気流量の過渡変化がなく、計測される周期の平均値の変化が小さい、定常状態もしくは吸気脈動状態であると判定（Ｓ１１０）された場合には、平均周期を用いて算出された空気流量演算値Ｑｎ２を選択する（Ｓ１１２）。

ここで、Ｓ１０６で空気流量演算値Ｑｎ１と空気流量演算値Ｑｎ２の差の判定に用いられる所定値（Ｃ２）は、吸入空気流量に影響するスロットル開度や、バルブタイミング、エンジン回転数等の情報に基づいて算出された値であり、エアフローセンサの周波数信号に基づいて吸入空気流量が過渡変化すると予想される場合や、吸気脈動が発生すると予想される場合には、その設定値を大きく設定し、吸入空気流量が定常状態になると予想される場合には、その設定値を小さく設定することが好ましい。

なお、実施例における第１の演算部８１と第２の演算部８２の演算手段は上記形態に限定されるものではなく、たとえば演算に適用される計測タイミングやその基数、及び演算式等を適宜変更することができ、それぞれの演算部がエアフローセンサの出力信号に応じて適切な固有の演算手段を備えることで、エアフローセンサの出力信号にノイズが混入した場合にも、ノイズの影響を抑制して精度良く吸入空気流量を演算することができる。

また、実施例では、周波数信号Ｌ１の立ち上がりに対応するような周波数計測部７０を使用することを前提として説明しているが、周波数信号Ｌ１の立ち下がりエッジに対応するような周波数計測部を使用して周期を検出する場合についても同様に説明される。また、本実施例では周期を用いて空気流量を演算する方法について説明しているが、周期を周波数に置換して空気流量を演算する場合についても同様の効果を得ることができる。

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１…エアクリーナー
２…熱式エアフローセンサ（空気流量計測部）
３…吸気管
４…絞り弁（スロットル）
５…スロットルボディ
６…コレクタ
７…吸気分岐管
８…吸気弁
９…シリンダ
１０…燃料タンク
１１…燃料ポンプ
１２…プレッシャレギュレータ
１３…インジェクタ
１４…点火プラグ
１６…排気管
１７…触媒
１８…コントロールユニット
１９…クランク角センサ
２０…空燃比センサ
２１…イグニッションスイッチ
２２…スタータスイッチ
２３…バッテリ
４０…電源ＩＣ
４２…ＬＳＩ
７０…周波数計測部（タイマ）
８０…空気流量演算部
８１…第１の演算部
８２…第２の演算部
８３…選択部
８４…燃料噴射パルス幅演算部
９０…燃料噴射量演算部
Ｌ１…エアフローセンサ出力周波数信号

Claims

内燃機関の空気流量に応じて連続的に変化する周期または周波数信号を出力する空気流量検出部と、
該空気流量検出部が出力する信号の周期または周波数を計測する周波数計測部と、
少なくとも前記周波数計測部で計測された前記周期または前記周波数を用いて演算タイミングの空気流量演算値を算出する空気流量演算部とを備え、
該空気流量演算部は、複数の演算部と少なくとも１つの選択部を備え、
前記複数の演算部のうち、異なる演算手段を備えた少なくとも２つの演算部のそれぞれは、前記周波数計測部で計測された前記周期または前記周波数を用いて空気流量演算値を算出し、
前記選択部は、算出された少なくとも２つの前記空気流量演算値から、前記周波数計測部で計測された相対的に長い周期または相対的に低い周波数を用いて算出された空気流量演算値を選択することを特徴とする内燃機関の制御装置。
内燃機関の空気流量に応じて連続的に変化する周期または周波数信号を出力する空気流量検出部と、
該空気流量検出部が出力する信号の周期または周波数を計測する周波数計測部と、
少なくとも前記周波数計測部で計測された前記周期または前記周波数を用いて演算タイミングの空気流量演算値を算出する空気流量演算部とを備え、
該空気流量演算部は、複数の演算部と少なくとも１つの選択部を備え、
前記複数の演算部のうち、異なる演算手段を備えた少なくとも２つの演算部のそれぞれは、前記周波数計測部で計測された前記周期または前記周波数を用いて空気流量演算値を算出し、
前記周波数計測部で計測された相対的に長い周期または相対的に低い周波数を用いて算出された空気流量演算値と他の演算部で算出された空気流量演算値との差が所定値以内の場合には、前記選択部は、前記空気流量検出部の周期または周波数信号の特性及び前記内燃機関の状態に応じて、算出された少なくとも２つの前記空気流量演算値から最適な空気流量演算値を選択することを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記少なくとも２つの空気流量演算値は、前記周波数計測部で異なるタイミングで計測された周期または周波数を用いて算出された空気流量演算値を含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
前記少なくとも２つの空気流量演算値は、前記周波数計測部で異なるタイミングで計測された周期または周波数に対し、重みの異なる低域周波数通過フィルタ演算を行うことで算出された空気流量演算値を含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
前記少なくとも２つの空気流量演算値は、前記周波数計測部で計測された周期または周波数のうち、少なくとも演算タイミングの直前に計測された前記周期または前記周波数を用いて算出された空気流量演算値と、前記周波数計測部で計測された複数の前記周期または前記周波数を用いて算出された空気流量演算値と、を含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の吸気の過渡状態もしくは吸気脈動状態における前記所定値は、前記内燃機関の他の状態における前記所定値よりも相対的に大きく設定されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の吸気の過渡状態もしくは吸気脈動状態は、前記内燃機関の吸気に影響を与えるアクチュエータへの指令信号、もしくは吸気に関連する前記内燃機関の状態を検出するセンサの信号に基づいて特定されることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。