JPH0681920B2 - 内燃機関の吸気圧検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、吸気圧センサを用いて検出された吸気圧信号
の脈動を除去し、機関制御に必要な吸気圧信号を出力す
る、内燃機関の吸気圧検出装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来より内燃機関の吸気圧を検出する吸気圧検出装置に
おいては、内燃機関の吸気管に取り付けられ、吸気管内
部の圧力を検出する吸気圧センサの他に、この吸気圧セ
ンサの検出信号をなますフィルタ回路が設けられてい
る。これは内燃機関各気筒に設けられた吸気弁の開閉に
よって吸気管内部の圧力が脈動し、これに応じて吸気圧
センサの検出信号も脈動することから、この検出信号を
フィルタ回路を用いてなまし、脈動を除去しなければ、
機関制御に用いる吸気圧信号とすることができないから
である。

また検出信号の脈動を除去するためのフィルタ回路とし
ては、例えば積分回路等、電気回路により構成されたア
ナログフィルタ、あるいは特開昭59-213931号公報に記
載のようにマイクロコンピュータ等を用いて検出信号を
平均化処理するデジタルフィルタが用いられている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが上記アナログフィルタを用いて検出信号の脈動
を除去する場合、内燃機関定常運転時の脈動は良好に除
去することができるものの、加速あるいは減速時等、吸
気圧が大きく変化する内燃機関の過渡運転時には吸気圧
信号の応答遅れが生じ、吸気圧を良好に検出することが
できないといった問題がある。

一方上記デジタルフィルタのみにより検出信号を平均化
処理する場合、上記特開昭59-213931号公報に記載のよ
うに、内燃機関の過渡運転を検出し、過渡運転時にはデ
ジタルフィルタによる検出信号平均化処理を中止するよ
う構成すれば、上記応答遅れの問題は解決できるが、こ
の場合吸気圧の脈動周期が機関回転数に応じて変化する
ことから、内燃機関の全回転領域で検出信号を良好に平
均化処理する為には、検出信号のＡ−Ｄ変換周期を高速
にする必要がある。つまり、検出信号の脈動周期は、内
燃機関各気筒に設けられた吸気弁の開閉周期と一致し、
機関回転数に応じて変化することから、第10図（イ）に
示す如く、機関回転数2000［rpm］の低回転域では脈動
波形を良好にトレースでき、複数のA/D変換値を平均す
れば吸気圧を正確に検出できるものの、第10図（ロ）に
示す如く、機関回転数5000［rpm］の高回転域では脈動
波形を良好にトレースできず、複数のA/D変換値を平均
しても実際の吸気圧とは対応しない値となって（図では
低くなる）、吸気圧を誤検出してしまうこととなり、A/
D変換を超高速（１〜２［msec］）で実行しないと吸気
圧を常時正確に検出することができなくなるのである。
尚第10図はA/D変換周期を４［msec］で実行した場合を
表わしている。

そこで本発明は上記デジタルフィルタでのA/D変換周期
を短くすることなく、内燃機関定常運転時の脈動を良好
に除去し、しかも内燃機関過渡運転時には応答遅れを生
ずることなく吸気圧を正確に検出し得る、内燃機関の吸
気圧検出装置を提供することを目的としてなされたもの
であって、以下の如き構成をとった。

［問題点を解決するための手段］ 即ち、上記問題点を解決するための手段としての本発明
の構成は、第１図に示す如く、 内燃機関M1の吸気管M2に取り付けられ、該吸気管内部の
圧力に応じたアナログ信号を出力する吸気圧センサM3
と、 時定数が２〜12msecの範囲内に設定され、上記吸気圧セ
ンサM3から出力されるアナログ信号を処理するアナログ
フィルタM4と、 該アナログフィルタM4で処理されたアナログ信号を所定
の周期でデジタル信号に変換するA/D変換手段M5と、 該A/D変換手段M5でA/D変換されたデジタル信号を所定の
フィルタ定数で以てなまし、該なまし値を吸気圧信号と
して出力するデジタルフィルタM6と、 上記内燃機関M1の過渡運転を検出する過渡運転検出手段
M7と、 該過渡運転検出手段M7で上記内燃機関M1の過渡運転が検
出されたとき、前記デジタルフィルタを通さない前記A/
D変換手段のA/D変換値を吸気圧信号として出力すること
によって上記デジタルフィルタのフィルタ定数を実質的
に零に変更するか、上記デジタルフィルタM6のフィルタ
定数を小さい値に変更するフィルタ定数変更手段M8と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の吸気圧検出装置を
要旨としている。

ここでデジタルフィルタM6は、上述したようなA/D変換
手段M5でA/D変換された複数のデジタル信号を平均化す
ることにより吸気圧信号の脈動をなますものであって、
マイクロコンピュータ等を用いて実現される。またデジ
タルフィルタM6のフィルタ定数とは平均化処理の対象と
なるデジタル信号の個数を表わしている。従ってこのデ
ジタルフィルタM6ではフィルタ定数で決定される個数の
デジタル信号を平均化することとなるが、この具体的に
は、A/D変換手段M5でA/D変換された複数個のデジタル信
号を全て加算し、その値を平均化することにより実行す
る方法、あるいはメモリの記憶容量を小さくするため、
A/D変換毎に前回求められた平均値をｎ倍し、今回A/D変
換された値を加算して、（ｎ＋１）の値で以て除算する
といった方法等により実現できる。尚後者の方法の場合
（ｎ＋１）の値がフィルタ定数ということになる。

次に過渡運転検出手段M7は内燃機関M1の過渡運転、即ち
加速や減速運転を検出するものであって、内燃機関M1の
機関回転数やスロットル開度の変化から直接検出する方
法、あるいは内燃機関M7の所定のクランク角毎に上記デ
ジタルフィルタM6を介して得られる吸気圧信号の偏差を
求め、この偏差から間接的に検出する方法等により実現
できる。

またフィルタ定数変更手段M8では、上記過渡運転検出手
段で内燃機関M1の過渡運転が検出されると上記デジタル
フィルタM6のフィルタ定数を小さい値に変更するが、こ
れは吸気圧信号の応答遅れを防止するためのものであ
る。

次にアナログフィルタM4は、前述したように、デジタル
フィルタM6だけを用いて検出信号の脈動を除去しようと
すると、A/D変換手段M5のA/D変換周期を超高速にする必
要があることから、この問題を解決するため付加された
本発明の最も重要な部分である。即ちこのアナログフィ
ルタM4を用いて吸気圧センサM3から出力されるアナログ
信号の脈動をある程度抑えておけば、A/D変換周期を極
端に高速にしなくても脈動波形を良好にトレースするこ
とができるからである。

ところで本発明ではこのアナログフィルタM4の時定数が
２〜12［msec］の値に限定されるが、これはアナログ信
号の脈動を除去し過ぎて、内燃機関M1の過渡運転時にデ
ジタルフィルタM6のフィルタ定数を小さい値に変更した
際得られる吸気圧信号に応答遅れが生じないようするた
めである。つまり、第２図及び第３図に示す如く、吸気
圧センサM3から出力されるアナログ信号Ａを時定数20ms
ecのアナログフィルタを介して処理した信号Ｂは、脈動
幅が充分小さくなるものの、過渡時の立ち上がりは遅く
なり、検出信号に過渡応答遅れが生ずることから、本発
明では、第４図に示す如く過渡応答遅れが90％の立ち上
がり時点で５［msec］以内となり、定常運転時の脈動幅
が20［mmHg］以下となるよう時定数を２〜12［msec］に
設定したのである。尚第２図及び第３図に示すＣは、時
定数を3.6［msec］に設定したアナログフィルタを用い
て処理した信号を表わしている。

［作用］ 以上の如く構成された本発明の吸気圧検出装置において
は、まずアナログフィルタM4が、吸気圧センサM3から出
力されるアナログ信号を、過渡応答遅れが５［msec］以
内で脈動幅が20［mmHg］以内のアナログ信号に変換し、
A/D変換手段M5に出力する。するとA/D変換手段M5は上記
アナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタルフィル
タM6に出力する。そしてデジタルフィルタM6は内燃機関
M1が定常運転状態であれば上記デジタル信号を所定のフ
ィルタ定数で以てなました吸気圧信号を出力し、内燃機
関M1が過渡運転状態であれば上記デジタル信号をフィル
タ定数変更手段M8によって小さな値に変更されたフィル
タ定数で以てなました吸気圧信号を出力する。従ってデ
ジタルフィルタM6から出力される吸気圧信号は、内燃機
関M1の定常運転時には脈動が充分除去された値となり、
また過渡運転時には過渡運転遅れのない値となる。

［実施例］ 以下に本発明の一実施例を図面と共に説明する。

第５図は本実施例の吸気圧検出装置が搭載された内燃機
関制御システムの構成を表わす概略構成図である。

図において１は毎回転同時噴射方式の４気筒内燃機関を
示し、この内燃機関１の吸気管２には吸気圧を検出する
吸気圧センサ３が取り付けられている。また吸気管２内
部には図示しないアクセルペダルと連動して吸気量を調
整するスロットルバルブ４が、吸気管２の上流には吸入
空気を浄化するエアフィルタ７が夫々設けられており、
このエアフィルタ７には吸気温度を検出する吸気温セン
サ８が取り付けられている。

一方９は内燃機関１の暖機状態を検知するため冷却水温
を検出する水温センサ、10は内燃機関１の回転と同期し
てイグナイタ11より発生された高電圧を各気筒の点火プ
ラグに分配するディストリビュータを表わし、このディ
ストリビュータ10にはその回転に応じてパルス信号を出
力する回転数センサ12及びクランク角センサ13が備えら
れている。

次に上記各センサより出力される各種検出信号は電子制
御回路20に出力され、燃料噴射弁15を介して内燃機関１
に供給される燃料量が制御されることとなるのである
が、この制御回路20は第６図に示す如く、吸気圧センサ
３から出力される検出信号の脈動を抑制すべく時定数が
3.6［msec］に設定された積分回路からなるアナログフ
ィルタ21と、このアナログフィルタ21を介して入力され
た吸気圧を表わす検出信号、及び吸気温センサ８、水温
センサ９、回転数センサ12より出力された各種検出信号
を入力するA/D変換器，マルチプレクサ等を備えた入力
ポート24と、入力ポート24より入力された各種検出信号
に基づき内燃機関の燃料噴射量を算出すると共に、アナ
ログフィルタ21を介して入力された検出信号をフィルタ
処理し、吸気圧信号Ｐを検出するCPU25と、CPU25の演算
処理に必要な制御プログラム等のデータが予め記憶され
たROM26と、CPU25の演算処理に必要なデータが一般的に
読み書きされるRAM27と、CPU25の演算結果に応じて燃料
噴射弁15の制御信号を出力する出力ポート28と、出力ポ
ート28より出力された制御信号に応じて燃料噴射弁５の
駆動信号を出力する駆動回路29と、上記各部に電源を供
給する電源回路30とから構成され、吸気圧信号Ｐ及び回
転数センサ12より出力された回転数信号に基づき基本燃
料噴射量（具体的には燃料噴射弁15の開弁時間）を算出
し、これを上記吸気温センサ８や水温センサ９から出力
された検出信号に基づき補正して、燃料噴射弁５の燃料
噴射量を制御する。

以下、上記電子制御回路20で実行される、本発明にかか
わる主要な処理である吸気圧信号検出処理について、第
７図及び第８図に示すフローチャートに沿って詳しく説
明する。

まず第７図は４［msec］毎に実行され、上記アナログフ
ィルタ21を介して入力ポート24に入力された吸気圧セン
サ３からの検出信号を入力ポート24内のA/D変換器を介
して入力し、その値をなまし処理するタイマ割り込みル
ーチンを表わしている。

図に示す如く処理が開始されるとまずステップ101が実
行され、上記入力ポート24内のA/D変換器を介して入力
された検出信号PMADの値が読み込まれる。次にステップ
102では上記読み込まれた検出信号PMADの値が最大値PMA
Xより大きいか否かを判断し、PMAD＞PMAXであればステ
ップ103にて今回読み込んだPMADの値を最大値PMAXとし
て設定し、次にステップ104に移行する。一方PMAD≦PMA
Xであればそのままステップ104に移行する。

次にステップ104では上記ステップ101にて読み込んだ検
出信号PMADの値が最小値PMINより小さいか否かを判断
し、PMAD＜PMINであればステップ105に移行して今回読
み込んだPMADの値を最小値PMINとして設定し、次ステッ
プ106に移行する。一方PMAD≧PMINであればそのままス
テップ106に移行する。

ステップ106においては上記ステップ101にて読み込まれ
た検出信号PMADの値と現在内燃機関１の燃料噴射制御処
理に用いられている吸気圧信号PMTPの値とをパラメータ
とする次式PMTP＝（15・PMTP＋PMAD）/16を用いて吸気
圧信号PMTPの値を更新し、本ルーチンの処理を終了す
る。尚このステップ106の処理は、吸気圧信号PMTPの脈
動を除去するために最新の検出信号PMADを過去15回検出
された検出信号の値と共に平均化する、いわゆるなまし
処理を実行するものであって、上記演算式の分母は前述
のフィルタ定数に相当する。

次に第８図は上記クランク角センサ13からの検出信号に
応じて、内燃機関180℃Ａ毎に実行されるクランク角割
り込みルーチンであって、上記第７図のタイマ割り込み
ルーチンで設定された吸気圧の最大値PMAX及び最小PMIN
を用いて内燃機関１の過渡運転を検出し、内燃機関１の
過渡運転を検出すると吸気圧信号PMTPを最新の検出信号
PMADに変更する処理を実行する。

図に示す如く処理が開始されるとまずステップ201を実
行し、回転数センサ12からの検出信号に基づき機関回転
数Neを算出し、ステップ202に移行する。ステップ202に
おいては上記ステップ201で求めた機関回転数Neが3000
［rpm］以上か否かを判断し、Ne≧3000であればステッ
プ203に移行する。そしてステップ203では現在燃料噴射
タイミングであるか否かを判断し、噴射タイミングでな
ければそのまま本ルーチンの処理を終了する。

一方上記ステップ202にてNe＜3000である旨判断された
場合、あるいはステップ203にて現在燃料噴射タイミン
グであると判断された場合にはステップ204に移行し
て、前述のタイマ割り込みルーチンにて設定される吸気
圧の最大値PMAX及び最小値PMINと、前回本ルーチン実行
時に後述ステップ209で設定された最大値PMAXと最小値P
MINとの平均値PMとをパラメータとする次式 DPM←|PM−（PMAX＋PMIN）｜ より180℃Ａ又は360℃Ａ間隔でこの吸気圧の平均値PMの
偏差DPMを算出する。尚この処理については後に詳しく
説明する。

次にステップ205では上記ステップ202と同様に、機関回
転数Neが3000［rpm］以上か否かを判断する。そしてNe
≧3000であればステップ206に移行して上記求めた偏差D
PMが25［mmHg］を越えたか否かを判断し、DPM＞25であ
る場合にはステップ207に移行する。

一方上記ステップ205にてNe＜3000である旨判断される
とステップ208に移行して、今度は上記ステップ204で求
めた偏差DPMが15［mmHg］を越えたか否かを判断し、DPM
＞15であればステップ207に移行する。

次にステップ207では吸気圧信号PMTPの値を最新の検出
信号PMADの値にセットし、ステップ209に移行する。ま
た上記ステップ206にてDPM≦25である旨判断された場
合、あるいは上記ステップ208にてDPM≦15である旨判断
された場合にも、ステップ209に移行する。

そしてステップ209では吸気圧の最大値PMAXと最小値PMI
Nとを平均し、平均値PMとしてRAM27内に格納すると共
に、最大値PMAXの値を「０」に、最小値PMINの値を
「∞」にセットする初期化の処理を実行し、本ルーチン
の処理を終了する。

ここでまず上記ステップ202にて機関回転数Neが3000［r
pm］以上か否かを判断し、またステップ203にて燃料噴
射タイミングか否かを判断するのは、機関回転数Neが30
00［rpm］以上の時にはステップ204以降の処理を360℃
Ａ毎に実行するようにしているのである。つまり本実施
例の内燃機関１は毎回回転同時噴射方式のものであるの
でステップ203では内燃機関１の１回転、即ち360℃Ａ毎
に「YES」と判断されることとなりステップ204以降の処
理が360℃Ａ毎に実行されるのである。

次にステップ209にて吸気圧の最大値PMAX及び最小値PMI
Nを初期化するのは、内燃機関１が180℃Ａ（機関回転数
3000［rpm］未満のとき）又は360℃Ａ（機関回転数3000
［rpm］以上のとき）回転する度に、前記第７図のタイ
マ割り込みルーチンで検出される検出信号PMADの最大値
と最小値をとるためであって、本ルーチンではこの最大
値と最小値との平均値、即ち内燃機関１が180℃Ａ又は3
60℃Ａ回転する間に検出された検出信号PMADの平均値PM
の変化量から内燃機関１の過渡運転を検出しようとして
いるのである。つまり、ステップ204で求めた平均値の
偏差が所定値以上となるのは、内燃機関１の運転状態が
急変して吸気圧が大きく変化したと考えられることか
ら、これによって内燃機関１の過渡運転を検出するので
ある。

また機関回転数Neの3000［rpm］を境にして平均値PMを
とる回転間隔を切り替えるのは、内燃機関１が3000［rp
m］以上となると検出信号PMADの一周期では、その脈動
波形を充分トレースできず平均値PMにもばらつきが生ず
る恐れがあるためである。

以上説明したように本実施例ではアナログフィルタ21に
時定数3.6［msec］の積分回路を用いたことから、４［m
sec］の同期でA/D変換を実行しても、第10図に破線で示
す如く、内燃機関の低回転域のみならず、高回転域にお
いても脈動波形を良好にトレースすることができ、検出
精度を向上するためA/D変換周期を短縮しなくてもよ
い。

また本実施例ではアナログフィルタ21を介して得られる
検出信号PMADを、上記制御処理によって更になますの
で、第９図に示す如く、定常運転時には脈動が完全に除
去された吸気圧を検出することができるようになる。

更に本実施例では180℃Ａ毎に検出信号PMADの最大値と
最小値とから内燃機関の過度運転を検出し、第９図に示
す如く吸気圧信号PMTPを最新の検出信号PMADに更新する
ことから、内燃機関過渡運転時の吸気圧信号PMTPを応答
遅れなく良好に検出することが可能となる。またこのよ
うに本実施例では内燃機関の過渡運転を検出信号PMADを
用いて検出することから、過渡運転検出のために、スロ
ットルバルブ開度や、アクセルペダルの踏み込み量を検
出するセンサを特別に設ける必要もない。

尚本実施例では内燃機関の過渡運転検出時には検出信号
PMADをそのまま吸気圧信号PMTPとするよう構成している
が、この場合例えば次式 PMTP←（PMTP＋10PMAD）/11を用いて、検出信号PMADに
重みを付けたフィルタ処理によって吸気圧信号を算出す
るよう構成してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の吸気圧検出装置によれば、
吸気圧センサよりの吸気管圧力に応じたアナログ信号
を、時定数２〜12msの範囲内に設定したアナログフィル
タを通して、脈動幅がある程度小さく、かつ過渡応答遅
れの小さいアナログ信号に変換し、さらにこの信号をA/
D変換後、デジタルフィルタを通してなまして定常運転
時の脈動を除去した信号を吸気圧信号として用い、かつ
過渡時にはデジタルフィルタのフィルタ定数を小さな値
に変更するかデジタルフィルタを通さないA/D変換値を
吸気圧信号として用いることによってデジタルフィルタ
のフィルタ定数を実質的に零に変更することによって、
過度時の応答遅れを少なくすることにより、A/D変換手
段のA/D変換周期を短縮することなく、脈動が充分除去
され、応答遅れのない吸気圧信号を得ることができるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を表わすブロック図、第２図はア
ナログフィルタによる検出信号の過渡応答遅れを表わす
線図、第３図は機関回転数と吸気圧脈動幅との関係を表
わす線図、第４図は本発明で設定されアナログフィルタ
の時定数を説明する線図、第５図ないし第９図は本発明
の一実施例を示し、第５図は本実施例の吸気圧検出装置
が搭載された内燃機関制御システムの構成を表わす概略
構成図、第６図は電子制御回路の構成を表わすブロック
図、第７図は電子制御回路で4msec毎に実行されるタイ
マ割り込みルーチンを表わすフローチャート、第８図は
同じく電子制御回路で180℃Ａ毎に実行されるクランク
角割り込みルーチンを表わすフローチャート、第９図は
本実施例の動作を表わすタイムチャート、第10図は機関
回転数の違いによる吸気圧の脈動周期を表わす線図、で
ある。 M1,1…内燃機関 M2,2…吸気管 M3,3…吸気圧センサ M4,21…アナログフィルタ M5…A/D変換手段 M6…デジタルフィルタ M7…過渡運転検出手段 M8…フィルタ定数変更手段 13…クランク角センサ 20…電子制御回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸気管に取り付けられ、該吸気
   管内部の圧力に応じたアナログ信号を出力する吸気圧セ
   ンサと、 時定数が２〜12msecの範囲内に設定され、上記吸気圧セ
   ンサから出力されるアナログ信号を処理するアナログフ
   ィルタと、 該アナログフィルタで処理されたアナログ信号を所定の
   周期でデジタル信号に変換するA/D変換手段と、 該A/D変換手段でA/D変換されたデジタル信号を所定のフ
   ィルタ定数でなまし、該なまし値を吸気圧信号として出
   力するデジタルフィルタと、 上記内燃機関の過渡運転を検出する過渡運転検出手段
   と、 該過渡運転検出手段で上記内燃機関の過渡運転が検出さ
   れたとき、前記デジタルフィルタを通さない前記A/D変
   換手段のA/D変換値を吸気圧信号として出力することに
   よって上記デジタルフィルタのフィルタ定数を実質的に
   零に変更するか、上記デジタルフィルタのフィルタ定数
   を小さい値に変更するフィルタ定数変更手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の吸気圧検出装置。
2. 【請求項２】前記過渡運転検出手段は、内燃機関の所定
   クランク角度毎に、前記A/D変換手段でA/D変換されたデ
   ジタル信号の最大値と最小値とを求め、この２つの値の
   平均値の前回と今回との差が所定値以上のとき前記過渡
   運転と検出するものである特許請求の範囲第１項記載の
   内燃機関の吸気圧検出装置。
3. 【請求項３】前記過渡運転検出手段の前記所定値は内燃
   機関の高速回転時の方が低速回転時より大きく設定され
   ている特許請求の範囲第２項記載の内燃機関の吸気圧検
   出装置。
4. 【請求項４】前記A/D変換手段は、ほぼ4msec毎にA/D変
   換が実行されるものである特許請求の範囲第１項または
   第２項または第３項記載の内燃機関の吸気圧検出装置。