JPS601357A - 内燃機関用信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関の燃料噴射量、点火時期、２次空気
量等を電気的に制御する場合に用いられ、例えば吸気管
圧信号あるいは吸入空気量信号、スロットル弁開度信号
を処理する内燃機関用信号処理装置に関する。

内燃機関（つまりエンジン）の電子制御を行なう場合に
は、例えば吸気管圧力、吸入空気量等を電圧値として検
出し、Ａ／Ｄ変換器により、ディジクルデータに変換し
、そのエンジン状態における最適な燃料噴射量、点火時
期、２次エアー量等を演算し、その結果に基いてインジ
ェクタ１．イグナイタ、バルブ等を制御する。ディジタ
ルデータに要求されるビット精度（分１すＹ能）は、燃
料噴射量、点火時期等に要求される分解能で決定され、
例えば吸気管圧データであれば、通常９〜１２ｂｉｔで
ある。従って、従来のエンジン制御用コンピュータのＡ
／Ｄ変換器は、ｃｐｕが３ｂｉｔ処理のものであっても
、１０〜１２ｂｉｔの高価なものを使用していた。

一方、吸気管圧データ、吸入空気量データ等は、内燃機
関の回転燃焼サイクルに伴って脈動するデータとなるた
め、エンジン制御用コンピュータでは、例えば燃料噴射
量制御等を実行するためには、該データの脈動を除去し
、１燃搗サイクル当りの平均値を計算し、それに基いて
燃料噴射量等を演算する必要がある。

本発明の目的は、少ないビット数のＡ／Ｄ変換手段を用
いて、脈動を良好に除去でき、しかもこのＡ／Ｄ変換手
段固有のビット数以上の分解性能を有するデータを得る
ことを可能とし、安価で高性能な装置を提供することに
ある。

そのため、本発明では、第９図に示すように内燃機関の
少なくとも１つの動作量を示す信号を発生する検出手段
と、この検出手段の信号を得て後述する同期信号の発生
間隔より十分短い所定周期毎にＡ／Ｄ変換処理を行うＡ
／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄｉ換手段によりＡ／Ｄ変換
したディジタル値を記憶する記憶手段と、内燃機関の回
転に同期した同期信号を受け、これら同期信号の発生の
間に得られたディジタル値の平均値を算出する手段とを
有し、この平均値を内燃機関機関の１つの動作量として
出力するようにしたことを特徴とする。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施例について
詳述してい（。ｍ１図は本発明に関するエンジンの電子
制御システムを、通常の自動車等に搭載される４気筒４
サイクル火花点火式エンジンに通用した場合の一実施例
を示す。燃焼用空気はエアクリーナ７、スロットル４措
６、サージタンク５、さらに吸気管４を通して吸入され
る。サージタンク部には、吸気管圧センサ１２を設け、
エンジンｌの１回転当りの吸気量に応じた吸気管圧（サ
ージタンク内圧）を電気信号に変換して取り出ずように
する。吸気管圧センサとしては、例えば半導体または金
属等を材料としたダイヤフラム式の一般的なものが使用
される。

また、エンジン１の燃料噴射弁２に対しては、図では示
されない燃料系から燃料が供給され、この噴射弁から燃
料噴射が行なわれる。イグナイタ、点火コイル、ディス
トリビュータ等からなる点火系３は、エンジン回転に同
期して、図示されない点火プラグに点火高圧信号を供給
するとともに、コンピュータ１０にその際点火コイル−
次側に生じる高圧信号を供給する。

エンジンｌの燃焼後の排気ガスは、排気マニホールド８
、排気管９、触媒コンバータ１１等を介して大気中に放
出されるもので、この排気系には排気ガス中の酸素濃度
等を検出する空燃比センサ１６が設けられている。

その他、スロットル４ｍ　ｔ７￥　６には、スロットル
開度センサ１３が、さらに吸気管４には吸気温センサ１
４が設けられ、エンジンｌの本体部には冷却水温センサ
１５を設ける。そして吸気管圧センサ１２からの信号と
ともち、スロットル開度センサ１３、吸気温センサ１４
、冷却水温センサ１５等からの検出信号が、さらに点火
系３がらは一次高圧信号がコンピュータ１ｏに供給され
る。コンピュータｌＯにはこれら各検出信号に基いて、
最適燃料噴射量を演算し、燃料噴射弁２の開閉弁時期を
制御するものである。

次にｆｆ１２図によりコンピュータ１ｏについて詳述す
る。システムバス１０６はデータバス、アドレスバス、
コントロール信号から４ｈ成される。演算、制御を司る
ＣＰＵ　１００はシステムバス１０６を通して１０１〜
１０５の各部とデータの送受を実行する。Ａ／Ｄ変換部
１０５は変換速度１０Ｏμｓ程度のこの場合８ｂｉｔ高
速Ａ／Ｄ変換器（例えば逐次比較型）を内蔵しており、
各センサ１２〜１６、及びバッテリー電圧十Ｂの各電圧
信号をＣＰＵ１００がらの要求により、ディジタルデー
タに変換し、ＣＰＵ１００に転送する。タイマ一部１０
３はｌ定周期（例えば８μｓ）にカウントアツプされる
フリーランタイマーを有しており、点火系３からの一次
高圧信号の発生時刻を記憶するとともに、要求に応じて
ＣＰＵ１００にその時刻データを転送する。さらにｃｐ
ｕｉ　ｏ　ｏがら指示されるインジェクタ（燃料噴射弁
）ＯＮ。

ＯＦＦ時刻に基イテ、ＯＮ、ＯＦＩ”信号を、出力ドラ
イバー１１０に出力する。

割込み制御部１０４は、タイマ一部１０３がらの信号に
基いて一定周期（例えば１　ｍ　ｓ　）毎に、あるいは
ＩＧ高圧信号発生時に、割込要求信号をＣＰＵ１００に
転送する。ＲＯＭｌ０Ｉはプログラム及び各エンジン条
件における最適の制御データ等を格納、記憶している読
み出し専用記憶ユニットであり、ＲＡＭ１０２はプログ
ラムの動作中使用される一時記憶ユ三ソトである。ＣＰ
Ｕ１００はＲＯＭｌ０Ｉに格納されたプログラムに従っ
て、各センサからの入力信号をタイマ一部１０３及び、
Ａ／Ｄ変換部１０５を通して入力し、その際のエンジン
状態に応じた最適噴射量を演算し、タイマ一部１０３に
インジェクタＯＮ、ＯＦＦ時刻を指示することにより、
噴射弁２の開弁時間を制御する。

尚、本実施例では４気Ｓ力同時噴射方式を採用しており
、各気筒の噴射弁は並列に接続されている。

また、ＣＰＵ１００、タイマ一部１０３、割込み制御部
１０４、Ａ／Ｄ変換部１０５、ＲＯＭｌ０１、、ＲＡＭ
１０２、人出力ボート部等を全て内蔵した１チツプマイ
クロプロセツサを本実施例では使用しいてる。

次にＲＯＭＩ　０１に格納されたプログラムについて詳
述する。プログラムはメインルーチン、タイマー割込み
処理プログラム、回転同期割込み処理プログラムの３つ
のレベルに分割できる。まずメインルーチンについては
、最も実行優先順位の低いプログラムで、このプログラ
ムの実行中に他の２つのいずれかの割込みが発生した場
合には、その実行を優先し、メインルーチンは一時中断
し、割込みプログラム終了後再開される。

まずメインルーチンでの処理を第３図に示す。

コンピュータ１００の電源ＯＮで、プログラムは実行を
開始し、ステップ１００１に進み、ＲＡＭ１０２のクリ
ヤ、人出力ポートのセット等のイニシャライズ処理を実
行する。次にステップ１００２に進み、Ａ／Ｄ変換部１
０５よりエンジン冷却水温データを取り込み、エンジン
冷却水温から一次元マツブにより、水温補正係数１丁Ｈ
ｗを算出する。同梯にステップ１００３で吸気温補正係
数ｆ　ＴＨＡを、ステップ１００４でバッテリー電圧に
応じて無効噴射時間τＢを、ステップ１００５で空燃比
センサ１６の出力電圧に応じて空燃比補正係数ｆＡ　Ｆ
を算出する。ステップ１００６の処理が終了するとステ
ップ１００２にもどり以後ステップ１００２〜１００６
を繰り返す。

次に第４図にタイマー割込み処理プログラムのフローチ
ャートを示す。割込み制御部１０４からの要求に応じて
一定周期（例えば１　ｍ　ｓ　）毎にＣＰＬＪｌｏｏは
タイマー処理プログラムを実行する。

ステップ１ｔｏｏではへ／Ｄ変換部１０５を通して吸気
管データＰＭ（８ｂｉｔ）を取り込み、後述の加算バッ
ファΣＰ　Ｍにステップ１１０１で加算する。またステ
ップ１１０２では加算回数カウンタＣＰＭを１増加させ
る。次にステップ１１０３に進み、一定時間（例えば５
０ｍ５）前のＰＭと、現時点のＰ　ｌ’ｌを比較し、一
定値以上変化があれば加減速（過渡）状態と判定し、ス
テップ１１０４に進み加減速補正係数ｆＡＣＣを算出し
、次にステップ１１０５に進む。変化量が一定値以下で
あれば定常状態と判定し、ステップ１１０６でｆ　Ａ　
ＣＣ＝　１としてステップ１１０５に進む。尚、加減速
の判定には、ＰＭの代わりに後述の平均Ｐ閂データ「π
を用いてもよい。ステップ１１０５ではその他の処理、
例えば非同！１ＩＩｌｆｔ射の必要性判断、非同期噴射
量の算出等を実行し、タイマー割込み処理ルーチンを終
了する。

第５図、第６図に回転同期（ＩＧ）割込みプログラムの
フローチャートを示す。点火系３からの点火信号に同期
した一次高圧信号により、割込み制御部１０４はＣＰＵ
１００に対して割込み要求信号を出力する。この割込み
要求信号により回転同期割込み処理プログラムをステッ
プ１２０１より開始する。前述のように、−取高圧信号
の発生時刻はタイマ一部１０３に記憶されており、ステ
ップ１２０１で、そのデータｔｗｏ（ｓｅｃ）を読り込
み、回転数ＮＥを（１１式により算出する。

ＮＥ−（１／（ｔＩＧ　ｔｔａＡ））Ｘ（１８０／３６
０）Ｘ６０・・・・・・・・・・・・・・・＋１１ｔ　
ＩＱＡは前回の一次高圧信号発生時刻、すなわちエンジ
ンのクランク角で１８０°Ｃ人前の時刻である。

今、タイマー割込みの実行周期、すなわち吸気管圧ＰＭ
のＡ／Ｄ変換周期をｌ　ｍ　ｓとすれば、１８０°ＣＡ
間のＰＭのサンプリング回数（＝ＣｐＭ）はＮＥが６０
Ｏｒｐｍで５０回、６０００ｒｐｍで５回となる。脈動
を除去した精度のよい平均吸気管圧ＰＭをめるためには
、ある一定数（例えば１０回）以上のサンプリング回数
が必要である。

このため本例ではステップ１２ｏ２でエンジン回転数が
Ｃ＋（例えば３０００ｒｐｍ）以下であるかどうかを判
断し、それ以下であれば１８０″ＣＡ１すなわち点火毎
に、それ以上であれば３６０゜ＣＡ、すなわちエンジン
１回転毎に平均吸気管圧陥をを算出する。定数０１は、
サンプリング周期、気筒数（脈動周期）、四に必要とさ
れる分解能（ビット数）等に依存する。サンプリング周
期が遅く、脈動周期の速い場合には、ｒ正の算出は２回
転毎、３回転毎にすればよい。エンジン回転数が０１以
上の場合、ステップ１２１０に進み、ｒ冨算出時期かど
うかを判定する。Ｐｍｌｍ特出（本例では２点火、すな
わちエンジン１回転に１回）であれば、ステップ１２ｏ
３に進み、そうでなければ割込み処理を終了する。

ステップ１２０３では、ｆ／３４図に示すタイマー割込
み処理プログラムにより算出された、ＰＭ（７）加算値
ΣＰｒ１（２ｂｙｔｅデータ）と加算回数ＣＰ　Ｍより
平均吸気管圧ＰＭ　（２ｂｙｔ６データ）を（２）式に
より算出する。

ΣＰＭ×２ｎ／ＣＰト１−′ＶＴ！・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・（２１今、サンプリング回数
をｍ回とすればｙπの有効ビット数は、Ａ／Ｄ変換器の
分解能で決まる吸気管圧データＰＭ（Ｋｂｉｔ）に対し
て（Ｋ＋ｎ）ｂｉｔまで可能となる。（ｎ≦ｌ　Ｏｇ２
　ｍ　；　ｎは整数）本例の場合、８ｂｉｔのＰＭに対
して、ｍ≧１０であるので、Ｐ　Ｉ４は９〜１ｌｂｉｔ
となる。

エンジンルームに取付けられた各センサ１２〜１６の出
力電圧信号には、点火ノイズ、オルタネータのノイズ、
フラッシャ−のノイズ等が重畳するため、信号成分以外
の高周波ノイズ成分が含まれる。したがって本例のよう
な逐次比較型の高速Ａ／Ｄ変換器を使用した場合、平均
化処理により、センサ信号に重畳された高周波ノイズを
除去すると同時にセンサ信号の分解能を向」二させるこ
とができる。これを第７図に示す。

今、Ａ／Ｄ変換器の入力信号ＶｉＮの中心値がＡ／Ｄｉ
換後の２進デイジタルデータで「ａ」と［ａ＋ＩＪＯ間
にあり、かつ（ａ＋１／２’）＜Ｖｉｎ＜（ａ＋３／４
）とする。入力信号Ｖ　ｉ　ｎ　ニは第７図のような高
周波ノイズが重畳されているとする。第７図の下に示す
ような、高周波ノイズに非同期に、一定周期のタイマー
割込でＡ／Ｄ変換を行なった場合（１０回）、変換デー
タが「ａ＋Ｉ」となる場合が７回、ｒａＪとなる場合が
３回となる。これを相加平均すれば （７（ａ＋１＞　＋３ａ）　／１０＝ａ　−ト　７／　
１　。

となり、（ａ　＋　１　／　２　）　＜　Ｖ　ｉ　ｎ　
＜　（ａ　＋　３７４　）を満足する。これはにビット
のＡ／Ｄ変換器を用いて、（ｋ　＋２　）ビットのＡ　
／　ｐ　ｇ　ＪＱ器データを得たことになる。このよう
にΔ／Ｄ変換データのＩＬｓＢ以」二変動する入力信号
について１回のＡ／Ｄ変換でデータをめることは無理で
ある。吸気管圧信号Ｐ　Ｍの場合、高周波ノイズ以外に
、エンジンの間欠燥焼に伴う、点火に同期した脈動が重
畳される。

したがって、Δ／Ｄ！摸された吸気管圧データＰ閂をそ
のまま、後述の基本噴射量τＰの演算に使用することは
、本例のように脈動周期に比較してＡ／Ｄ変換時期が非
常に小さい場合、τＰが大きくばらつきエンジンの安定
性が悪化する。実際のエンジンの場合には、脈動の大き
さは最悪の場合、（低回転、スロットル全開時）振幅が
１００ｍｍ１（１７以上と、Ｐト１信号の１０％以上と
なる。

尚、上記現象の対策として、エンジン回転に同期して、
例えば本例の一次高圧信号に同期して、Ａ／Ｄ変換する
方法も考えられるが、Ｐ　Ｍに重畳される１Ｉｌｉｔ動
波形すなわち位相はエンジン回転数、負荷等のエンジン
条件及び同じエンジン条件でも経年変化により複ｔｊｌ
ｃに変化するため、採用することが困％ｉである。また
自動車用エンジンの場合、回転数で６０Ｏｒｐｍ〜６０
００ｐｒｍ、吸気管圧で１５０〜７５０ｍｍｌｆｇ（過
給機イｑのものであれば１２００顛ｔｌ　［まで）、噴
射量で１５すえば１．５ｍｓ〜３０ｍ５と大きなグイナ
ミソクレンジを必要とし、正確な燃料調量により、ドラ
イバビリティ、排気ガス浄化性能を八足さゼるためには
、ＣＰＵ内部で使用される吸気管圧データは９ｂｉｔ以
上が必要となる。本実施例によれば、安価な分解能の小
さなＡ／Ｄ変換器を用いて、脈動、高周波ノイズを除去
した精度の高い吸気管圧データＰＭを得ることができる
。

ステップ１２０４では次回の平均処理のために、ＰＭの
加算バッファΣＰｍ１加算回数カウンタＣＰＭを「０」
にクリヤしている。続いてステップ１２０５では噴射開
始するかどうかを判定し、する場合にはステップ１２０
６に進み、そうでない場合には、回転同期割込みルーチ
ンを終了し、メインルーチンにもどる。これは本例では
４気筒同時噴射方式でかつ１回転１回噴射方式を採用し
ているためで、発生した回転同期割込みの２回に１回噴
射ず）ればよいからである。

■ 噴射する場合には、ステップ１２０６に進み、第２図タ
イマ一部１０３に噴射開始時刻を設定し、次にステップ
１２０７でステップ１２０１でめたエンジン回転数ＮＥ
と、ステップ１２０３でめた平均吸気管圧匹よりなる２
次元マツプを補間演算して、基本噴射時間τＰをめる。

次にステップ１２０８で第３図メインルーチンのステッ
プ１００２〜■００５及びｆｆ１４図のステップ１１０
４．１１０６でめた補正係数から（３）式により、噴射
時間τを算出する。

ｒ　＝　ｒ　ｐ　ｘ　ｆ　７　Ｈｗ　ｘ　ｆ　７　Ｈ＾
ｘ　ｆ　Ａ　／　ｐ　ｘｆＡＣＣ十τＢ””°７°０−
−°°°°°°００°°°°９°−（３１最後にステッ
プ１２０９でステップ１２０６で設定した噴射開始時刻
にτを加算した時刻を噴射終了時刻としてタイマ一部１
０３に設定し、回転同期割込み処理ルーチンを終了する
。

尚、本実施例ではタイマー割込み処理により吸気管圧１
〕門のサンプリングを実行したが、サンプリング周期が
高速である場合（例えば１ｍｓ以下）、噴射量の算出等
に要する処理時間がサンプリング周期以上となる場合に
は、噴射量の算出ルーチン内にＰＭサンプリングルーチ
ンを１つ以上、挿入してもよい。

またタイマーＭす込み処理が他の処理実行上負担となる
場合には、メインルーチンでタイマ一部１０３のフリー
ランタイマーを監視し、はぼサンブリジグ周期どうとに
Ａ／Ｄ変換を実施してもよい。この例を第８図に示す。

ステップ１３０１ではタイマ一部１０３のフリーランタ
イマーから現在時刻ｔＮＯｗを読み込む。

次にステップ１３０２でサンプリング実施時刻ｔＡ／Ｄ
を過ぎているかどうかを洞べ、過ぎていれば、ステップ
１３０３に進み、そうでなければこのサブルーチンを終
了する。ステップ１３０３ではＡ／Ｄ変換部１０５に吸
気管圧ＰＭのＡ／Ｄ変換開始の指示を出力し、終了まで
一定時間（〜１００μｓ程度）待機の後、ステップ１３
０４．１３０５に進み、第４図のステップ１１０１．’
１０２と同様な加算処理を行なう。最後にステップ１３
０Ｇで次回のサンプリング時刻を（ｔＡ／Ｄ＋サンプリ
ング周期）により算出してもＡ／Ｄを更新し、サブルー
チンを終了する。噴射量計算等処理ルーチンがサンプリ
ング周期を越えるルーチンがある場合には、その処理ル
ーヂン内にこのサブルーチンを挿入し、プログラム実行
時に少なくとも（サンプリング周期×２）以内の時間に
１回はこのサブルーチンを実行するよう、このサブルー
チンを配置すればよい。

本実施例ては吸気管圧ＰＭについて、平均化処理を行な
っているが、これは吸入空気量等、エンジンの間欠燃焼
に起因する脈動を有するエンジンパラメータすべてにつ
いて適用可能である。

また、本実施例では燃料噴射量の制御について開示して
いるが、これも点火時期、ＥＧＲ量、２次空気量等、吸
気管圧ＰＭにより制御する必要のあるものなら、すべて
適用できることは勿論である。

尚、平均化処理が２回転以上に１回になる場合について
は、第６図ステップ１２０７の前に、（加減速）を判定
し、過渡時にはＡ／Ｄ変換データＰＭそのものにより凸
本噴射時期τＰの演算を行なう必要がある。

また、本実施例では、平均化処理として単純な相加平均
を採用しているが、（４）式のような１次フィルタ、 （ΣＰ１４＋２ＰＭ）／２・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（４）あるいはもっと一
般的に高次のディジタルフィルタを用いて平均化するこ
とも可能である。また本実施例ではエンジン回転同期信
号として点火コイルの一次側高圧信号を使用しているが
、これはディストリビュータ内クランク角センサ等のエ
ンジン回転に同期した信号であれば何でもよい。クラン
ク角センサを使用する場合、３０°ＣＡのクランク角セ
ンサーを利用し、角度に同期（この場合３０°ＣＡ）し
て、吸気管圧力をＡ／Ｄ変換して、１８０°ＣＡ又は、
３６０°ＣＡごとに加算平均を取ることにより同様の効
果を得ることもできる。

以上述べた如く本発明によれば、少ないビット数のＡ／
Ｄ変換手段を用いて、エンジンの回転に同期した信号を
入力し、この信号に同期して、この信号の周期より十分
短い所定周期でＡ／Ｄ変換されたディジタルデータを平
均化処理するようにしているから、脈動分を良好に除去
でき、しかもこのＡ／Ｄ変換手段固有のビット数以上の
分解性能を有するデータを得ることができるようになり
、安価で高性能な信号処理装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の一実施例を示し、第１図は本
発明装置の概要を示す構成図、第２図はコンピュータ部
の詳細ブロック図、第３図〜第６図及びｍ７図は本発明
の作動説明に供するフローチャート及び信号波形図、第
８図は本発明の他の実施例の説明に供するフローチャー
ト、第９図は本発明の全体措成を示すブロック図である
。 １・・・内燃機関（エンジン）、２・・・燃料噴射弁、
３・・・点火系、ＩＯ・・・コンピュータ、１２・・・
吸気管圧センサ、１３・・・スロットル開度センサ、１
００・・・ｃｐｕＳｉｏｔ・・・ＲＯＭ、１０２・・・
ＲＡＭ、　１０３・・・タイマ一部、１０４・・・割込
み制御部、１０・５・・・Ａ／Ｄ変換部。 代理人弁理士　岡　部　隆 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の少なくとも１つの動作量を示す信号を発生ず
   る検出手段と、この検出手段の信号を得て所定周期毎に
   Ａ／Ｄ変換処理を行うＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変
   換手段によりＡ／Ｄ変換したディジタル値を記憶する記
   １．σ手段と、内燃機関の回転に同期した同期信号を受
   け、これら同期信号の発生の間に得られたディジタル値
   の平均値を算出する手段とを有し、この平均値を内燃機
   １ソ１の１つの動作量とし°ζ出力するようにしたこと
   を特徴とする内燃機関用信号処理装置。