JP3654781B2

JP3654781B2 - 内燃機関の吸入空気量の計測装置

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Publication number: JP3654781B2
Application number: JP34686798A
Authority: JP
Inventors: 隆啓安芸
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2018-12-07
Also published as: JP2000170582A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の吸入空気量の計測装置に関し、特に、吸気通路に吸気管圧力を計測する圧力センサを備えた内燃機関において、検出された吸気管圧の検出値をなまし処理することによって、過渡応答性を犠牲にすることなく、安定した吸気管圧力を検出し、以て吸入空気量を計測することができる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の各気筒はポンプと同じ作用をしており、一般に、４サイクル機関では、吸気弁を開いて吸気管内の吸入空気（以後吸気という）を燃料と共に燃焼室内に吸い込む吸気行程、吸気弁と排気弁を閉じた状態で混合気を圧縮する圧縮行程、点火させて混合器を燃焼、膨張させる膨張行程、及び、排気弁を開いて燃焼ガスを排出する排出行程の４行程を行う。このような４サイクル機関において、シリンダに吸入される吸気量を計測するために、所定の気筒の前の吸入ポート等に吸気管圧力を検出する圧力センサを設け、この圧力センサの検出値によって吸気量を測定するものがある。
【０００３】
このような機関では、圧力センサの検出値は、吸気行程で最低値となり、吸気弁が閉じている他の行程では大気圧と同等となるので、圧力センサの検出値に大きなうねり（リップル）が発生する。このため、正確な吸気管圧力は圧力センサの検出値のみからでは計測できない。
そこで、従来の内燃機関では、吸気通路に容量の大きなサージタンク等を設けて吸気管圧力のリップルを緩和させたり、機関の回転角を検出することで任意の行程の吸気管圧力を検出したり、或いは、吸気管圧力の検出値に大きななまし処理を行うことによって、正確な吸気管圧力を計測するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のようなサージタンクによって吸気管圧力のリップルを除去する方法では、サージタンクそのものの製造コストがかさむと共に、サージタンクを配置するための大きなスペースが必要となり、コスト、スペースの両面での課題が大きかった。また、機関の回転角の同期を検出して吸気管圧力のリップルを除去する場合にしても、４サイクル機関の場合、少なくとも７２０°ＣＡ分の回転角の検出が必要であるため、回転角の検出装置のコスト、加工コストが必要となるという問題点があった。更に、なまし処理におけるサンプル個数（以後なまし回数という）の大きななまし処理を行うことによって吸気管圧力のリップルを除去する方法では、機関の定常状態の安定性は確保できても、機関の過渡状態における応答が遅れるため、なまし処理の回数に制限があり、いずれか一方を犠牲にするか、或いは妥協点を探る作業が必要となり、必ずしも適切なリップル除去が行われなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、吸気量を吸気管圧力を検出して測定する内燃機関において、最小限度の機関の回転角の検出で、機関の過渡状態における応答性を犠牲にすることなく安定した吸気管圧力の検出を行い、ローコストで吸気量を正確に検出することができる内燃機関の吸入空気量の計測装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明の特徴は、以下に第１から第７の発明として示される。
第１の発明の構成上の特徴は、吸気通路に吸気管圧力を計測する圧力センサを備えた内燃機関の吸入空気量の計測装置において、１つの気筒のピストンの上死点を検出する上死点の検出手段と、前回の上死点の検出から今回の上死点の検出までの間の時間を計測する上死点間時間の計測手段と、上死点間時間を予め定められた分割数（以後分割回数という）で除算して、吸気管圧力の検出間隔を算出する吸気管圧力検出間隔の算出手段と、圧力センサによって検出した吸気管圧力、なまし回数、及び前回のなまし値に基づいて、上死点の検出毎、並びに算出された検出間隔毎に分割回数よりも１回少ない回数だけ、今回のなまし値を算出する吸気管圧力のなまし手段、及び、算出されたなまし値に基づいて現在の吸入空気量を算出する吸入空気量の算出手段とを備えることことにある。
【０００７】
第２の発明の構成上の特徴は、第１の発明において、なまし回数が分割回数に等しくなっていることにある。
第３の発明の構成上の特徴は、第１の発明において、更に、機関の回転数の検出手段と、機関の回転数に応じたなまし回数の補正マップとを備え、吸気管圧力のなまし手段が、機関の回転数に応じて補正マップからなまし回数を読み出し、読み出したなまし回数によって今回のなまし値を計算することにある。
【０００８】
第４の発明の構成上の特徴は、第１の発明において、更に、機関の負荷の検出手段と、機関の負荷に応じた前記なまし回数の補正マップとを備え、前記吸気管圧力のなまし手段が、機関の負荷に応じて前記補正マップからなまし回数を読み出し、読み出したなまし回数によって今回のなまし値を計算することにある。
第５の発明の構成上の特徴は、第１の発明において、更に、機関の回転数の検出手段と負荷の検出手段、及び、機関の回転数と負荷に応じたなまし回数の補正マップとを備え、吸気管圧力のなまし手段が、機関の回転数と負荷に応じて補正マップからなまし回数を読み出し、読み出したなまし回数によって今回のなまし値を計算することにある。
【０００９】
第６の発明の構成上の特徴は、更に、検出間隔毎に検出された吸気管圧力を、検出順に少なくとも気筒の１行程が終了するまで記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された吸気管圧力の検出値のうち、検出間隔が１行程異なる２つの検出値の大きさを比較する検出値の比較手段と、比較した検出値の差が所定値以上の時に、機関の過渡状態と判定する過渡状態の判定手段と、機関が過渡状態と判定された時に、吸気管圧力のなまし手段において使用されるなまし回数を小さくする方向に補正するなまし回数補正手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
第７の発明の構成上の特徴は、第６の発明において、比較手段が記憶手段に記憶された吸気管圧力の検出値の比較を上死点毎に行うことを特徴としている。
第１の発明では、上死点から次の上死点までの間の時間が予め定められた分割回数で除算されて吸気管圧力の検出間隔が算出され、検出間隔毎に検出された吸気管圧力が所定のなまし回数で処理されてなまし値が算出され、このなまし値に基づいて現在の吸入空気量が算出される。
【００１１】
第２の発明では、第１の発明のなまし回数が分割回数に等しくされる。
第３の発明では、第１の発明において、吸気管圧力のなまし値を算出するのに使用されるなまし値が機関の回転数に応じて補正される。
第４の発明では、第１の発明において、吸気管圧力のなまし値を算出するのに使用されるなまし値が機関の負荷に応じて補正される。
【００１２】
第５の発明では、第１の発明において、吸気管圧力のなまし値を算出するのに使用されるなまし値が機関の回転数と負荷に応じて補正される。
第６の発明では、機関が過渡状態と判定された時に、吸気管圧力のなまし手段において使用されるなまし回数が小さくなる方向に補正される。
第７の発明では、機関の過渡状態の判定が同じ気筒の上死点毎に行われる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を用いて本発明の実施形態を具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。
図１には本発明の一実施例の制御装置を備えた電子制御燃料噴射式の多気筒内燃機関１が概略的に示されている。図１において、内燃機関１の吸気通路２には図示しないエアクリーナの下流側にスロットル弁３が設けられている。スロットル弁３は一般に、アクセルペダル１４と連動してエンジンの燃焼室に吸入される吸気の量を調節する。スロットル弁３が電子制御スロットルの場合には、アクセルペダル１４にアクセル踏込量センサ１５が設けられる。このスロットル弁３は機関のアイドル運転時に閉弁し、機関負荷が大きい程その開度が大きくなるものである。スロットル弁３にはスロットル開度センサ４が内蔵されており、スロットル弁３の開度に比例した電圧が出力される。また、スロットル弁３には全閉を検出するアイドルスイッチ（図示せず）が設けられている。
【００１４】
スロットル弁３の下流側の吸気通路２には吸気管内の圧力を検出する圧力センサ７が設けられている。内燃機関１への吸気量は、この圧力センサ７の検出値から算出される。また、吸気通路２には圧力センサ７の検出値を補正するための吸気温センサが設けられているが、ここでは説明を省略する。
また、圧力センサ７の下流側の吸気ポートには、各気筒毎に燃料供給系から加圧燃料を吸気ポートへ供給するための燃料噴射弁８が設けられている。この実施例では燃料噴射弁８は通電されると開弁して、図示しない燃料供給系からの加圧燃料を吸気ポートに供給する。スロットル開度センサ４の出力、圧力センサ７の出力、及び、図示しない吸気温センサの出力は、マイクロコンピュータを内蔵したＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）１０に入力される。
【００１５】
燃料噴射弁８から噴射された燃料は吸気と混合され、吸気弁２２の開弁時に燃焼室２３内に入り、ピストン２４に圧縮された状態で点火プラグ２５によって点火されて燃焼し、燃焼後の排気ガスは排気弁２６の開弁時にピストン２４によって排気通路１２に排出される。点火プラグ２５は電流の断続装置であるイグナイタ１６と昇圧装置である点火コイル１７によってスパークし、点火プラグ２５の点火時期はＥＣＵ１０からのイグナイタ１６への信号によって決まる。
【００１６】
一方、内燃機関１のシリンダブロックの冷却水通路９には、冷却水の温度を検出するための水温センサ１１が設けられている。水温センサ１１は冷却水の温度に応じたアナログ電圧の電気信号を発生する。排気通路１２には、排気ガス中の３つの有害成分ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを同時に浄化する三元触媒コンバータ（図示せず）が設けられており、この触媒コンバータの上流側の排気通路１２には、空燃比センサの一種であるＯ₂センサ１３が設けられている。Ｏ₂センサ１３は排気ガス中の酸素成分濃度に応じて電気信号を発生する。これら水温センサ１１及びＯ₂センサ１３の出力はＥＣＵ１０に入力される。
【００１７】
更に、このＥＣＵ１０には、アクセルペダル１４に取り付けられたアクセル踏込量センサ１５からのアクセル踏込量を示すアクセル開度信号や、機関１のクランクシャフトギヤ１８に取り付けられたクランク角センサ１９からの上死点信号ＴＤＣや所定角度毎の信号ＣＡが入力される。機関回転数ＮＥは、所定角度信号ＣＡの間隔（時間）を計測することにより得られる。クランクシャフトギヤ１８は図２(a) に示すように、クランクシャフト２０の端部に設けられている。クランクシャフトギヤ１８には信号歯２１が設けられており、上死点の検出用に２枚の欠歯部２８を備えた３４歯となっている。クランク角センサ１９は電磁ピックアップから構成することができ、１０°毎のクランク回転信号を出力する。クランク角センサ１９は欠歯部２８の箇所の信号を検出することにより、正確な上死点を検出することができる。なお、信号歯２１と欠歯部２８は、クランクシャフトギヤ１８に設けられる以外にも、図２(b) に示すようにクランクシャフトプーリ２７に設けられることもある。
【００１８】
なお、上死点のみを検出するのであれば、クランクシャフトギヤ１８のかわりに円板を設け、上死点に対応する位置に切欠、あるいは突起を設けて、これを電磁ピックアップのようなセンサで検出すれば良い。
以上のような構成において、図示しないキースイッチがオンされると、ＥＣＵ１０が通電されてプログラムが起動し、各センサからの出力が取り込まれ、燃料噴射弁８、或いはその他のアクチュエータの制御が開始される。ＥＣＵ１０には、各種センサからのアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器が含まれ、各種センサからの入力ディジタル信号や各アクチュエータを駆動する信号が出入りする入出力インタフェース１０１、演算処理を行うＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０３やＲＡＭ１０４等のメモリや、クロック１０５等が設けられており、これらはバス１０６で相互に接続されている。ＥＣＵ１０の構成については公知であるので、これ以上の説明を省略する。
【００１９】
ここで、以上のように構成された本発明の内燃機関の吸入空気量の計測装置の動作を図３のタイムチャートを用いて説明する。
図３に示すように、４サイクル機関のある気筒に注目すると、その気筒では吸入、圧縮、膨張、排気の４行程が７２０°ＣＡ（クランク角）毎に繰り返されている。そして、図１で説明したピストン２４は、吸入行程の最初と膨張行程の最初で上死点（ＴＤＣ）に至るので、上死点間のクランク角は３６０°ＣＡとなっている。
【００２０】
前述のように、吸気ポートに設けられた圧力センサ７による吸気管圧力の検出値ＰＭは、吸気弁２２が開いている吸気行程で最低値となり、吸気弁２２が閉じている他の行程では大気圧と同等となる。このため、図３に実線で示すように、圧力センサ７の検出値ＰＭ（生のＰＭ）には大きなうねり（リップル）が発生している。
【００２１】
本発明では、まず、この１つの気筒のピストン２４の上死点から次の上死点までの３６０°ＣＡ時間Ｔ３６０（単位はμｓ）を計測する。例えば、図３の最初の上死点の時刻をＺＴＤＣ(0) 、次の上死点の時刻をＺＴＤＣ(1) とすると、時刻ＺＴＤＣ(1) の時点で前回の上死点時刻ＺＴＤＣ(0) と今回の上死点時刻ＺＴＤＣ(1) の差を算出することにより、時刻ＺＴＤＣ(0) と時刻ＺＴＤＣ(1) の間の３６０°ＣＡ時間Ｔ３６０を計測することができる。
【００２２】
時刻ＺＴＤＣ(1) では計測した時間Ｔ３６０を、ピストン２４が次に上死点に達するまでの３６０°ＣＡ時間に等しいと見なし、計測した上死点間の時間Ｔ３６０をあらかじめ定めた所定の分割回数Ｘで除算して吸気管圧力の検出間隔ｔを求める。図３にはこの分割回数Ｘが４である場合の例が記載されており、ピストン２４が上死点から次の上死点に至るまでの間の時間が点線で示すように時間間隔ｔで４分割されている。但し、次回の３６０°ＣＡ時間が前回の３６０°ＣＡ時間に等しくない時には、上死点前の最後の検出時刻と次の上死点との間の時間が時間間隔ｔに等しくならないことになる。
【００２３】
本発明では、ピストン２４が上死点に達した時刻ＺＴＤＣ(i) 、及び、この検出間隔ｔ毎に所定のなまし回数Ｋで吸気管の検出圧力ＰＭをなまし処理し、得られた移動平均値であるなまし値をＥＣＵ１０のＲＡＭ１０４に少なくとも１行程の間記憶すると共に、得られたなまし値に基づいて現在の吸入空気量Ｑを算出する。図３におけるＰＭ１〜ＰＭ４やＰＭ11〜ＰＭ14は、３６０°ＣＡ時間におけるなまし値の記憶値を示している。
【００２４】
ここで、なまし値について説明する。例えば、時刻ＺＴＤＣ(1) において検出した吸気管圧力をＰＭ、なまし回数をＫ、前回の時刻ＺＴＤＣ(0) におけるなまし値をＰＭＷi-1 とすると、今回のなまし値ＰＭＷｉは、式、
ＰＭＷi ＝ＰＭＷi-1 ＋（ＰＭＷi-1 −ＰＭ）÷Ｋ … ・
によって算出することができる。式・におけるなまし回数Ｋは分割回数Ｘに等しくすることができる。式・におけるなまし回数Ｋを分割回数Ｘに等しくすれば、分割した回数の間になましが収束する。
【００２５】
なお、ここで言うなましが収束するとは、或る値Ａが別の値Ｂに変化した時に、なまし処理後の値Ｃが別の値Ｂに等しくなるという意味である。例えば、なましが１／３であると、３回のなまし処理によってなまし値Ｃが変化後の値Ｂに収束することになる。
更に、本発明では、以上のような制御における機関のピストンの１行程隔たった位置におけるなまし値、例えば、上死点におけるなまし値を７２０°ＣＡ前の上死点におけるなまし値と比較することによって機関の加速状態と、減速状態の過渡状態を検出することができる。そして、この機関の過渡状態を検出した時には、過渡状態の時にはなまし回数を少なくすることによって過渡時の機関の応答性を良くすることができる。また、機関の運転状態が高回転時、或いは、高負荷時においても、なまし回数を少なくすることによって機関の応答性を良くすることができる。
【００２６】
ここで、以上のように動作する本発明の内燃機関の吸入空気量の計測装置の制御例を図４〜図１２に示すフローチャートを用いて説明する。
図４は本発明の内燃機関の吸入空気量の計測装置における第１の実施例の制御手順の一例を示すフローチャートである。この制御手順は、図１のクランク角センサ１９がピストン２４の上死点ＴＤＣを検出する毎に実行される。なお、以後の説明においては、ピストン２４が上死点ＴＤＣに達した時刻をＴＤＣ時刻と記載する。
【００２７】
ステップ４０１では、前回のＴＤＣ時刻ＺＴＤＣ(i-1) と今回のＴＤＣ時刻ＺＴＤＣ(i) とを読み込み、前回のＴＤＣ時刻ＺＴＤＣ(i-1) から今回のＴＤＣ時刻ＺＴＤＣ(i) までの時間Ｔ３６０を算出する。そして、続くステップ４０２において、今回のＴＤＣ時刻ＺＴＤＣ(i) を前回のＴＤＣ時刻ＺＴＤＣ(i-1) としてメモリに記憶しておく。次いで、ステップ４０３では、ステップ４０１で算出したＴＤＣ間の時間Ｔ３６０を、予め定められた所定の分割回数Ｘで除算し、吸気管圧力の記憶間隔ｔを算出する。
【００２８】
このようにして吸気管圧力の記憶間隔ｔが算出されると、ステップ４０４において吸気管圧力を検出する圧力センサ７の検出値ＰＭを読み込み、予め設定されたなまし回数Ｋを使用して吸気管圧力のなまし値ＰＭＷを算出する。このなまし回数Ｋは前述のように分割回数Ｘと同じ値とすることができる。そして、続くステップ４０５では、ステップ４０４て算出したなまし値ＰＭＷを用いてＥＣＵ１０が吸入空気量Ｑを算出する。この吸入空気量Ｑはこの後、機関１の空燃比制御に使用されるが、ここではその説明を省略する。
【００２９】
吸入空気量Ｑが算出された後は、ステップ４０６において後述する分割回数カウンタＣＮＴ(i) の値をクリアすると共に、時間カウンタＴＩＭＥの値もクリアする。そして、次のステップ４０７で時間割込ルーチンの動作フラグＺＩＮＴを１にして時間割込ルーチンをスタートさせてこのルーチンを終了する。
図５は図４のステップ４０７で設定されたフラグＺＩＮＴによって動作する時間割込処理の手順を示すフローチャートである。この時間割込ルーチンは極短い所定間隔毎に実行される。
【００３０】
ステップ５０１では時間割込ルーチンの動作フラグＺＩＮＴが１か否かを判定し、ＺＩＮＴ＝０の場合はこのルーチンを終了し、ＺＩＮＴ＝１の場合はステップ５０２に進む。ステップ５０２では時間カウンタＴＩＭＥの値を１だけインクリメントしてステップ５０３に進む。ステップ５０３はステップ５０２でインクリメントされた時間カウンタＴＩＭＥの値がステップ４０３で算出された記憶間隔ｔになったか否かを判定するものである。時間カウンタＴＩＭＥの値が記憶間隔ｔになっていない場合はこのルーチンを終了し、時間カウンタＴＩＭＥの値が記憶間隔ｔに達した時はステップ５０４に進む。
【００３１】
ステップ５０４は時間カウンタＴＩＭＥの値が記憶間隔ｔに達した回数を計測するものであり、このステップ５０４に来るたびに記憶回数カウンタＣＮＴ(i) の値が１ずつインクリメントされる。また、ステップ５０４に来るたびに時間カウンタＴＩＭＥの値がクリアされる。
続くステップ５０５とステップ５０６は、図４で説明したステップ４０４とステップ４０５と同じであり、ステップ５０５において吸気管圧力を検出する圧力センサ７の検出値ＰＭを読み込み、予め設定されたなまし回数Ｋを使用して吸気管圧力のなまし値ＰＭＷを算出する。このなまし回数Ｋも分割回数Ｘである。そして、続くステップ５０６では、ステップ５０５で算出したなまし値ＰＭＷを用いてＥＣＵ１０吸入空気量Ｑを算出する。この吸入空気量Ｑもこの後、機関１の空燃比制御に使用されるが、ここではその説明を省略する。
【００３２】
吸入空気量Ｑが算出された後は、ステップ５０７において記憶回数カウンタＣＮＴ(i) の値が分割回数Ｘで決まる最後の記憶回数Ｘ−１に達したか否かを判定し、ＣＮＴ(i) ＜Ｘ−１の場合はこのままこのルーチンを終了する。一方、ステップ５０７において記憶回数カウンタＣＮＴ(i) の値が分割回数Ｘで決まる最後の記憶回数Ｘ−１に達した場合はステップ５０８に進み、時間割込ルーチンの動作フラグＺＩＮＴの値をクリアしてこのルーチンを終了する。ステップ５０８の処理により、最後の記憶回数Ｘ−１から次のＴＤＣ時刻までは、この時間割込ルーチンはステップ５０１のみが実行されることになる。
【００３３】
ところで、図３で説明した圧力センサ７による吸気管圧力の検出値ＰＭは、機関１の回転数ＮＥが増大したり、機関の負荷が増大した場合には、吸気行程におけるリップルが変化するので、機関の追従性を向上させるためになまし回数Ｋの値を小さくした方が良い。
そこで、本発明の第２の実施例では、第１の実施例のステップ４０４、或いはステップ５０５で使用するなまし回数Ｋの値を図６(a) に示すように、機関回転数ＮＥの値に応じて変化させている。即ち、第２の実施例では、機関回転数ＮＥが増大するほど、なまし回数Ｋの値を小さくするようにしている。
【００３４】
また、本発明の第３の実施例では、第１の実施例のステップ４０４、或いはステップ５０５で使用するなまし回数Ｋの値を図６(b) に示すように、機関の負荷に応じて変化させている。この機関の負荷は、例えば、スロットル弁３の開度によって検出することができる。従って、第３の実施例では、スロットル弁開度が全開に近づくほど、なまし回数Ｋの値を小さくするようにしている。
【００３５】
更に、本発明の第４の実施例では、第１の実施例のステップ４０４、或いはステップ５０５で使用するなまし回数Ｋの値を図７に示すように、機関の回転数ＮＥとスロットル弁開度の両方に応じて変化させている。従って、第４の実施例では、機関回転数ＮＥが大きくなるほど、或いは、スロットル弁開度が全開に近づくほど、なまし回数Ｋの値を小さくするようにしている。
【００３６】
以上説明した実施例では、図３の各ＴＤＣ時刻毎、即ち、３６０°ＣＡ毎に前回のＴＤＣ間時間Ｔ３６０の算出値に基づいて次のＴＤＣまでの間の記憶間隔を設定していたが、この処理は、７２０°ＣＡ毎に実行することもできる。この場合の例を図８を用いて説明する。
図８は本発明の内燃機関の吸入空気量の計測装置における第５の実施例の制御手順の一例を示すフローチャートである。この制御手順は、図１のクランク角センサ１９がピストン２４の上死点ＴＤＣを検出する毎に実行される。
【００３７】
ステップ８０１では、前回のＴＤＣ時刻Ｔ３６０をＴ３６０old としてメモリに記憶しておく。続くステップ８０１は第１の実施例のステップ４０１と同じであり、前回のＴＤＣ時刻ＺＴＤＣ(i-1) から今回のＴＤＣ時刻ＺＴＤＣ(i) までの時間Ｔ３６０を算出する。
続くステップ８０３、８０４、及びステップ８１１は、今回が７２０°ＣＡか否かを判定するものである。初期設定において、吸気行程のＴＤＣ時刻の時はカウンタｎの値が０にされている。従って、吸気行程のＴＤＣ時刻の時はステップ８０４に進み、ステップ８０４においてカウンタｎの値が１にされる。従って、３６０°ＣＡ後にステップ８０３に進んできた時にはカウンタｎの値が１であるので、ステップ８１１に進むことになる。ステップ８１１ではカウンタｎの値を０にしてこのルーチンを終了する。よって、ステップ８０３からステップ８０４に進むのは７２０°ＣＡ毎である。
【００３８】
ステップ８０４でカウンタｎの値が１にされた後はステップ８０５に進む。ステップ８０５は第１の実施例のステップ４０２と同じであり、今回のＴＤＣ時刻ＺＴＤＣ(i) を前回のＴＤＣ時刻ＺＴＤＣ(i-1) としてメモリに記憶しておく。次いで、ステップ８０６では、ステップ８０１で記憶した前回のＴＤＣ間の時間Ｔ３６０old と今回のＴＤＣ間の時間Ｔ３６０とを加えることによって１行程の所要時間Ｔ７２０を算出し、これを予め定められた所定の分割回数Ｘで除算し、吸気管圧力の記憶間隔ｔを算出する。
【００３９】
このようにして吸気管圧力の記憶間隔ｔが算出されると、ステップ８０７において吸気管圧力を検出する圧力センサ７の検出値ＰＭを読み込み、予め設定されたなまし回数Ｋを使用して吸気管圧力のなまし値ＰＭＷを算出する。このなまし回数Ｋは前述のように分割回数Ｘと同じ値とすることができる。そして、続くステップ８０８では、ステップ８０７て算出したなまし値ＰＭＷを用いてＥＣＵ１０が吸入空気量Ｑを算出する。この吸入空気量Ｑはこの後、機関１の空燃比制御に使用されるが、ここではその説明を省略する。
【００４０】
吸入空気量Ｑが算出された後は、ステップ８０９において分割回数カウンタＣＮＴ(i) の値をクリアすると共に、時間カウンタＴＩＭＥの値もクリアする。そして、次のステップ８１０で時間割込ルーチンの動作フラグＺＩＮＴを１にして時間割込ルーチンをスタートさせてこのルーチンを終了する。
図８のステップ８１０で設定されたフラグＺＩＮＴによって動作する時間割込ルーチンは、図５の処理と全く同じで良いのでここではその説明を省略する。
【００４１】
図９は本発明の内燃機関の吸入空気量の計測装置における第６の実施例の制御手順の一例を示すフローチャートである。この制御手順は、図１のクランク角センサ１９がピストン２４の上死点ＴＤＣを検出する毎に実行される。
ステップ９０１では、前回のＴＤＣ時刻Ｔ３６０をＴ３６０old としてメモリに記憶しておく。続くステップ９０２は第１の実施例のステップ４０１と同じであり、前回のＴＤＣ時刻ＺＴＤＣ(i-1) から今回のＴＤＣ時刻ＺＴＤＣ(i) までの時間Ｔ３６０を算出する。
【００４２】
続くステップ９０３は第１の実施例のステップ４０２と同じであり、今回のＴＤＣ時刻ＺＴＤＣ(i) を前回のＴＤＣ時刻ＺＴＤＣ(i-1) としてメモリに記憶しておく。次のステップ９０４はステップ４０３と同じであり、ＴＤＣ間の時間Ｔ３６０を予め定められた所定の分割回数Ｘで除算し、吸気管圧力の記憶間隔ｔを算出する。
【００４３】
このようにして吸気管圧力の記憶間隔ｔが算出されると、ステップ９０５において、前回算出したなまし値ＰＭＷ３６０をメモリの番地ＭＡ（３６０）から読み出し、ＰＭＷ７２０としてメモリの番地ＭＡ（７２０）に記憶すると共に、前回算出したなまし値ＰＭＷをメモリの番地ＭＡ（０）から読み出し、ＰＭＷ３６０としてメモリの番地ＭＡ（３６０）に記憶する。この処理により、３６０°ＣＡ前のなまし値ＰＭＷ３６０と、７２０°ＣＡ前のなまし値ＰＭＷ７２０がメモリに保持されることになる。
【００４４】
このようにしてなまし値ＰＭＷ３６０となまし値ＰＭＷ７２０がメモリに保持された後は、ステップ４０４と手順を行うステップ９０６において吸気管圧力を検出する圧力センサ７の検出値ＰＭを読み込み、予め設定されたなまし回数Ｋを使用して吸気管圧力のなまし値ＰＭＷを算出する。このなまし回数Ｋは前述のように分割回数Ｘと同じ値とすることができる。そして、続くステップ９０７はステップ４０５と同じであり、ステップ９０６て算出したなまし値ＰＭＷを用いてＥＣＵ１０が吸入空気量Ｑを算出する。この吸入空気量Ｑはこの後、機関１の空燃比制御に使用されるが、ここではその説明を省略する。
【００４５】
吸入空気量Ｑが算出された後は、ステップ９０８において、今回算出したなまし値ＰＭＷをメモリの番地ＭＡ（０）に記憶し、続くステップ９０９において分割回数カウンタＣＮＴ(i) の値をクリアすると共に、時間カウンタＴＩＭＥの値もクリアする。そして、次のステップ９１０では、後述する過渡状態の検出を行い、この後にステップ９１１において、時間割込ルーチンの動作フラグＺＩＮＴを１にして時間割込ルーチンをスタートさせてこのルーチンを終了する。ステップ９１１で設定されたフラグＺＩＮＴによって動作する時間割込ルーチンは図５と全く同じで良いので、ここではその説明を省略する。
【００４６】
図１０は図９のステップ９１０における過渡状態の検出の詳細な手順の一例を示すフローチャートである。
ステップ９１０１では、メモリの番地ＭＡ（７２０）から７２０°ＣＡ前のなまし値ＰＭＷ７２０を読み出し、次いで、メモリの番地ＭＡ（０）から今回のなまし値ＰＭＷを読み出し、ＰＭＷからＰＭＷ７２０を減算して差分ΔＰＭＷを算出する。この差分ΔＰＭＷは１行程離れたピストン位置における吸気管圧力を比較したものであるので、機関が定常状態にある時にはほぼ同じか非常に近い値になるはずである。一方、機関が加速状態にある時には、今回の吸気管圧力ＰＭＷが１行程前の吸気管圧力ＰＭＷ７２０よりも大きいはずであるから、ΔＰＭＷが所定値以上の値となり、逆に、機関が減速状態にある時には、今回の吸気管圧力ＰＭＷが１行程前の吸気管圧力ＰＭＷ７２０よりも小さいはずであるから、ΔＰＭＷが所定値以下の値となる。
【００４７】
そこで、ステップ９１０２では、差分ΔＰＭＷが加速判定基準値Ｒacc 以上か否かを判定し、ΔＰＭＷ≧Ｒacc の時は機関が加速状態にあると判定してステップ９１０４に進む。一方、ステップ９１０２でΔＰＭＷ＜Ｒacc と判定した時はステップ９１０３に進み、差分ΔＰＭＷが減速判定基準値−Ｒdec 以下か否かを判定する。そして、ΔＰＭＷ≦−Ｒdec の時は機関が減速状態にあると判定してステップ９１０４に進み、ΔＰＭＷ＞−Ｒdec の時は機関が加速状態にも減速状態にもないと判定してステップ９１０５に進む。機関が加速状態、或いは減速状態と判定した時に進むステップ９１０４では、ステップ９０６で使用されるなまし回数Ｋの値をなまし基準値Ｋref から所定値Ｃだけ小さな値に設定する。また、機関が加速状態にも減速状態にもないと判定して進むステップ９１０５では、なまし回数Ｋをなまし基準値Ｋref （例えば前述の分割回数Ｘ）に設定する。
【００４８】
このように、機関が加速状態、或いは減速状態と判定した時には、ステップ９１０４においてなまし値の値を小さくするので、なまし値の過渡状態に対応する応答性が向上する。
図１０では機関の加速状態、或いは減速状態を１段階の加速判定基準値Ｒacc 、或いは減速判定基準値−Ｒdec で判別し、加速状態、或いは減速状態の時になまし値を一定値Ｃだけ小さくしていたが、機関の加速状態、或いは減速状態は多段階で行い、加速の程度、或いは、減速の程度に応じて、なまし値から減算する値を可変するようにしても良い。
【００４９】
図１１は、加速状態を２段階の加速判定基準値Ｒacc1とＲacc2 (ただしＲacc1＜Racc2)で判定し、減速状態も２段階の減速判定基準値−Ｒdec1と−Ｒdecc2(ただし−Ｒdec1＞−Ｒdec2) で判定する例を示すものである。
ステップ９２０１はステップ９１０１と同じであり、メモリの番地ＭＡ（７２０）から７２０°ＣＡ前のなまし値ＰＭＷ７２０を読み出し、次いで、メモリの番地ＭＡ（０）から今回のなまし値ＰＭＷを読み出し、ＰＭＷからＰＭＷ７２０を減算して差分ΔＰＭＷを算出する。
【００５０】
この実施例では、ステップ９２０２とステップ９２０３において機関の加速状態の程度を判定する。すなわち、まず、ステップ９２０２において差分ΔＰＭＷが第１の加速判定基準値Ｒacc1以上か否かを判定し、ΔＰＭＷ≧Ｒacc1の時はステップ９２０３において差分ΔＰＭＷが第１の加速判定基準値Ｒacc1より大きい第２の加速判定基準値Ｒacc2以上か否かを判定する。そして、ΔＰＭＷ＜Ｒacc2の時は機関がそれほど大きな加速を行っていないと判定してステップ９２０４に進み、ΔＰＭＷ≧Ｒacc2の時は機関が大きな加速を行っていると判定してステップ９２０５に進む。ステップ９２０４では、ステップ９０６で使用されるなまし回数Ｋの値をなまし基準値Ｋref から所定値Ｃ１だけ小さな値に設定し、ステップ９２０４では、なまし回数Ｋの値をなまし基準値Ｋref から所定値Ｃ２（＞Ｃ１）だけ小さな値に設定する。
【００５１】
一方、ステップ９２０２でΔＰＭＷ＜Ｒacc1と判定した時はステップ９２０６に進み、ステップ９２０６とステップ９２０７において機関の減速状態の程度を判定する。すなわち、まず、ステップ９２０６において差分ΔＰＭＷが第１の減速判定基準値−Ｒdec1以下か否かを判定し、ΔＰＭＷ≦−Ｒdec1の時はステップ９２０７において差分ΔＰＭＷが第１の減速判定基準値−Ｒdec1より小さい第２の減速判定基準値−Ｒdec2以下か否かを判定する。そして、ΔＰＭＷ＞−Ｒdec2の時は機関がそれほど大きな減速を行っていないと判定してステップ９２０８に進み、ΔＰＭＷ≦−Ｒdec2の時は機関が大きな減速を行っていると判定してステップ９２０９に進む。ステップ９２０８では、ステップ９０６で使用されるなまし回数Ｋの値をなまし基準値Ｋref から所定値Ｄ１だけ小さな値に設定し、ステップ９２０９では、なまし回数Ｋの値をなまし基準値Ｋref から所定値Ｄ２（＞Ｄ１）だけ小さな値に設定する。所定値Ｄ１は所定値Ｃ１と同じでも良く、また、所定値Ｄ２は所定値Ｃ２と同じでも良い。
【００５２】
また、ステップ９２０６でΔＰＭＷ＞−Ｒdec1と判定した時は、機関が加速状態にも減速状態にもないと判定してステップ９１０５に進む。ステップ９２１０では、なまし回数Ｋをなまし基準値Ｋref に設定する。
このように、機関の加速状態の大きさ、或いは減速状態の大きさに応じてなまし値の値を小さくすれば、なまし値の過渡状態に対応する応答性を一層向上させることができる。
【００５３】
図１２は、本発明の吸入空気量の計測装置の機関加速時の動作を示すものである。機関の加速時に圧力センサ７によって吸気管圧力の測定値が実線で示すように検出された場合、なまし回数Ｋが定常状態のままであると、吸気管圧力のなまし値ＰＭＷが実際の吸気管圧力に追従する速度が点線のように遅くなるが、本発明のように、機関の加速状態を検出した時点で、なまし回数Ｋの値を小さくすると、吸気管圧力のなまし値ＰＭＷは破線で示すように実際の吸気管圧力ＰＭの変化に応答性良く追従するようになる。
【００５４】
なお、図１の実施例では、圧力センサ７を配置するのは機関１の特定の１つの気筒のみであり、他の気筒の挙動はこの気筒と同じであるとしているが、正確を期するのであれば、機関１の各気筒に圧力センサを設ければ良い。
また、以上説明した実施例では、多気筒内燃機関に本発明を適用した場合について説明を行ったが、本発明は単気筒の内燃機関についても本発明を有効に適用することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の内燃機関の排気浄化用触媒装置によれば、内燃機関の気筒数や吸気管の容積に関わらず、また、サージタンクのようなリップル除去を目的とした吸気管の容積の増大を行うことなく、吸気管圧力の圧力センサによる検出値に現れるリップル分を完全に除去することができるため、吸気量を正確にローコストで計測することができるという効果がある。また、機関の過渡時を検出した時にはリップル除去のためのなましが小さくされるため、過渡時の応答性が良くなるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の吸入空気量の計測装置の全体構成を示す図である。
【図２】 (a) ，(b) は図１のクランクポジションセンサの具体的な構成例を示す図である。
【図３】図１のＥＣＵの吸入空気量の計測の手順を示すタイムチャートである。
【図４】本発明の第１の実施例を示すものであり、図３のＴＤＣ毎にＥＣＵによって実行される割込処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】図４で設定されたフラグによって動作する時間割込処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】 (a) は本発明の第２の実施例を示すもので、なまし回数を機関回転数に応じて変更する際の変更マップの一例を示すもの、(b) は本発明の第３の実施例を示すもので、なまし回数を機関の負荷に応じて変更する際の変更マップの一例を示すものである。
【図７】本発明の第４の実施例を示すもので、なまし回数を機関回転数と負荷に応じて変更する際の変更マップの一例を示すものである。
【図８】本発明の第５の実施例を示すもので、図３のＴＤＣ毎にＥＣＵによって実行される割込処理の別の例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第６の実施例を示すもので、図３のＴＤＣ毎にＥＣＵによって実行される割込処理の更に別の例を示すフローチャートである。
【図１０】図９の過渡状態の検出の詳細な手順の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図９の過渡状態の検出の詳細な手順の別の例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の吸入空気量の計測装置の機関加速時の動作を示すものである。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…吸気通路
３…スロットル弁
４…スロットル弁開度センサ
７…圧力センサ
８…燃料噴射弁
１０…ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）
１９…クランク角センサ
２２…吸気弁

Claims

吸気通路に吸気管圧力を計測する圧力センサを備えた内燃機関の吸入空気量の計測装置であって、
１つの気筒のピストンの上死点を検出する上死点の検出手段と、
前回の上死点の検出から今回の上死点の検出までの間の時間を計測する上死点間時間の計測手段と、
前記上死点間時間を予め定められた分割数で除算して、吸気管圧力の検出間隔を算出する吸気管圧力検出間隔の算出手段と、
前記圧力センサによって検出した吸気管圧力、なまし処理におけるサンプル個数、及び前回のなまし値に基いて、前記上死点の検出毎、並びに算出された検出間隔毎に前記分割回数よりも１回少ない回数だけ、今回のなまし値を算出する吸気管圧力のなまし手段、及び、
算出されたなまし値に基づいて現在の吸入空気量を算出する吸入空気量の算出手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の吸入空気量の計測装置。
請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量の計測装置において、前記なまし処理におけるサンプル個数が前記分割数に等しくなっていることを特徴とする内燃機関の吸入空気量の計測装置。
請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量の計測装置において、更に、機関の回転数の検出手段と、機関の回転数に応じた前記なまし処理におけるサンプル個数の補正マップとを備え、前記吸気管圧力のなまし手段が、機関の回転数に応じて前記補正マップから前記サンプル個数を読み出し、読み出したサンプル個数によって今回のなまし値を計算することを特徴とする内燃機関の吸入空気量の計測装置。
請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量の計測装置において、更に、機関の負荷の検出手段と、機関の負荷に応じた前記なまし処理におけるサンプル個数の補正マップとを備え、前記吸気管圧力のなまし手段が、機関の負荷に応じて前記補正マップから前記サンプル個数を読み出し、読み出したサンプル個数によって今回のなまし値を計算することを特徴とする内燃機関の吸入空気量の計測装置。
請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量の計測装置において、更に、機関の回転数の検出手段と負荷の検出手段、及び、機関の回転数と負荷に応じた前記なまし処理におけるサンプル個数の補正マップとを備え、前記吸気管圧力のなまし手段が、機関の回転数と負荷に応じて前記補正マップから前記サンプル個数を読み出し、読み出したサンプル個数によって今回のなまし値を計算することを特徴とする内燃機関の吸入空気量の計測装置。
請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の吸入空気量の計測装置において、更に、
前記検出間隔毎に検出された吸気管圧力を、検出順に少なくとも前記気筒の１行程が終了するまで記憶する記憶手段と、
この記憶手段に記憶された吸気管圧力の検出値のうち、検出間隔が１行程異なる２つの検出値の大きさを比較する検出値の比較手段と、
比較した検出値の差が所定値以上の時に、機関の過渡状態と判定する過渡状態の判定手段と、
機関が過渡状態と判定された時に、前記吸気管圧力のなまし手段において使用される前記なまし処理におけるサンプル個数を小さくする方向に補正するなまし処理におけるサンプル個数補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の吸入空気量の計測装置。
請求項６に記載の内燃機関の吸入空気量の計測装置において、前記比較手段が前記記憶手段に記憶された吸気管圧力の検出値の比較を上死点毎に行うことを特徴とする内燃機関の吸入空気量の計測装置。