内燃机的控制装置以及控制方法与流程

本发明涉及根据空气流量计所检测出的吸入空气量而控制燃料喷射量的内燃机的控制装置以及控制方法。

背景技术：

通常利用配置于进气通路的空气流量计对每单位时间的吸入空气量进行检测，将内燃机的燃料喷射量控制为相对于根据该每单位时间的吸入空气量和内燃机转速计算出的每1个周期的吸入空气量而达到适当的空燃比(例如理论空燃比)。例如紧邻空气清洁器之后设置的空气流量计位于从进行燃料喷射量的运算处理的发动机控制器离开的位置，经由线束而与发动机控制器连接。

专利文献1中公开了下述技术，即，将还能够对进气脉动、瞬间的倒流进行检测的高响应式的空气流量计配置于进气通路。

如上所述空气流量计经由线束而与发动机控制器连接，因此信号线路有可能断线。针对因这种空气流量计的断线而引起的吸入空气量信号的丧失，通常设置某种失效保护模式，例如转换至根据节气门开度和内燃机转速而简易地求出燃料喷射量、或者将节气门开度固定为规定开度并根据内燃机转速而推断吸入空气量等不依赖于空气流量计的失效保护模式。

然而，如因噪声等而错误地未向失效保护模式转换这种，包含诊断所需的时间在内，对于向失效保护模式的转换，在空气流量计断线之后需要某种程度的延迟期间。因此，在该延迟期间内，从空气流量计输出如吸入空气量近似为0(或者负的流量)的信号，因此燃料喷射量极度减少，有可能在转换至失效保护模式之前导致失火。

专利文献1：日本特开2009-270483号公报

技术实现要素：

本发明涉及一种内燃机的控制装置，其构成为具备：空气流量计，其设置于进气通路；以及发动机控制器，其根据上述空气流量计所检测出的吸入空气量而对内燃机的燃料喷射量进行控制，

上述空气流量计构成为将沿顺向流动的正的空气量和沿逆向流动的负的空气量作为下述的规定特性的频率信号而输出，即，正的空气量越大则频率越高，并且负的空气量的绝对值越大则频率越低，

上述发动机控制器具有将上述频率信号变换为空气量的表，该表在比与负的空气量相对应的规定频率低的频率区域中作为虚拟输出而分配正的空气量。

在上述结构中，在空气流量计正常的期间内，将与在进气通路流动的空气量相应的频率的信号从空气流量计向发动机控制器传送，在发动机控制器侧，在利用表将该信号变换为空气量的基础上将该空气量用于燃料喷射量的控制。

另一方面，如果在空气流量计与发动机控制器之间产生断线，则发动机控制器接收到的信号的频率变为0附近的值。在本发明中，在这种0附近的频率区域中，通过经由表的变换将适当的正的空气量作为虚拟输出而输出。

因此，即使在空气流量计的断线时燃料喷射量也不极度减少。

根据本发明，在空气流量计的断线时，将适当的正的空气量作为虚拟输出而输出，因此能够避免由燃料喷射量减少而引起的失火。特别是实质上仅通过表的设定便能够应用，无需断线的诊断，因此本质上不会伴随有延迟，能够立即应对空气流量计的断线。

附图说明

图1是表示应用本发明的内燃机的系统结构的结构说明图。

图2是表示空气流量计的空气量与输出信号的关系的特性图。

图3是表示发动机控制器的变换表的特性的特性图。

图4是对比示出断线时的(a)输入变化与(b)检测空气量的时序图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的一个实施例进行详细说明。

图1表示应用本发明的汽车用内燃机1的系统结构。该内燃机1例如为端口喷射式火花点火式内燃机，在各气缸分别具备向进气端口2喷射燃料的燃料喷射阀3。另外，各气缸的燃烧室具备进气阀6和排气阀7，并且在中央部具备火花塞4。火花塞4与设置于各气缸的点火单元5分别连接。上述燃料喷射阀3以及点火单元5由发动机控制器10控制。

在与上述进气端口2连接的进气通路11的比进气收集器12靠上游侧的位置夹装有电子控制式节气门13，该电子控制式节气门13根据来自发动机控制器10的控制信号而被控制开度，并且在其上游侧配置有对吸入空气量进行检测的空气流量计14。

另外，在排气通路15安装有由三元催化器构成的催化剂装置16，在催化剂装置16的上游侧配置有对排气空燃比进行检测的空燃比传感器17。

除了上述的空气流量计14、空燃比传感器17以外，在上述发动机控制器10还输入有用于对内燃机转速进行检测的曲轴转角传感器18、对冷却水温进行检测的水温传感器19、对由驾驶员操作的加速器踏板的踏入量进行检测的加速器开度传感器20等传感器类的检测信号。发动机控制器10基于这些检测信号将燃料喷射阀3的燃料喷射量以及喷射时机、火花塞4的点火时机、节气门13的开度等控制为最佳。

除了一部分运转区域以外，对燃料喷射量进行反馈控制以使其达到理论空燃比。具体而言，利用由空气流量计14检测出的吸入空气量Qa、和由曲轴转角传感器18检测出的内燃机转速N，作为Tp＝Qa×K/N(其中，K为常数)而求出基本燃料喷射量Tp。而且，利用基于空燃比传感器17的检测信号的反馈校正系数α作为Ti＝Tp×(1+COEF)×α而求出对燃料喷射阀3施加的实际的喷射脉冲宽度Ti。此外，COEF是基于水温等的各种增量校正系数。这种燃料喷射量的运算处理在发动机控制器10中执行。

对吸入空气量进行检测的空气流量计14例如由高响应性的热线式质量流量计构成，其检测部配置于进气通路11的流路内。另外，该空气流量计14内置有信号处理部14a，该信号处理部14a将利用检测部所获得的电流值信号变换为规定特性的频率信号并输出，作为表示空气量的信号而将频率信号输入至经由线束而与空气流量计14连接的发动机控制器10。发动机控制器10具备将频率信号变换为空气量的变换表10a，例如在每个采样周期内读入经由该变换表10a而变换为空气量的值。这样，在位于相互分离的位置的空气流量计14与发动机控制器10之间变换为频率信号并进行传感器信号的收发，从而针对噪声的低通性提高。

图2是表示在进气通路11流动的空气量与通过信号处理部14a而输出的频率信号的频率的关系的特性图，纵轴表示空气量(换言之，为利用检测部而获得的电流值)，横轴表示频率信号的频率。除了能够以高响应性检测出在进气通路11沿顺向(从进气通路11的前端开口朝向燃烧室的方向)流动的空气量(将其设为正的空气量)以外，空气流量计14还能够根据进气脉动等而将瞬间内沿逆向流动的空气量作为负的空气量进行检测，以相对于从正的空气量至负的空气量的规定的空气量检测范围(图2中作为从最大值Qamax至最小值Qamin的范围RQa而示出)具有期望的分辨率的方式，分配规定的频率范围(图2中作为从最大值Frmax至最小值Frmin的范围RFr而示出)。具体而言，具有下述特性，即，正的空气量越大则频率越高，负的空气量的绝对值越大则频率越低。另外，在空气量为0时，成为处于中间的频率Fr1。空气量检测范围RQa包含作为进气系统而能够产生的空气量的整个范围，基本上不会产生比最大值Qamax大的顺向的流动、绝对值比最小值Qamin的绝对值大的逆向的流动。

这里，与空气量的最小值Qamin相对应的频率的最小值Frmin不是0(Hz)。因此，作为频率信号，从0(Hz)至最小值Frmin的低频区域在信号处理的方面被视为与空气量的最小值Qamin相对应，只要空气流量计14、信号处理部14a正常地起作用，则不会使用频率低于最小值Frmin的一侧的区域。

如上所述变换为频率信号的空气流量计14的输出信号经由线束而输入至发动机控制器10，在该发动机控制器10中再次变换为空气量。

图3表示在发动机控制器10中用于将频率信号变换为空气量的变换表10a的特性。其基本上具有与图2所示的空气流量计14的信号处理部14a相同的特性，对于从最大值Frmax至最小值Frmin的频率范围RFr中的各值，分别分配从最大值Qamax至最小值Qamin的空气量范围RQa的空气量的值(正值及负值)。因此，发动机控制器10能够基于空气流量计14所输出的频率信号，例如在每个采样周期进行空气量的读入。此外，负的空气量表示例如因脉动等而引起的瞬间的倒流分量，因此通过从恒定期间(例如1个周期间)内的正的空气量的总和减去负的空气量的总和而能够求出真正的空气量。

这里，如图3所示，在本实施例中，在频率比频率的最小值Frmin低的一侧的区域中，对于比规定的阈值Frsh低的频率，作为虚拟输出而分配规定的正的空气量的值Qa1。如前所述，比该频率阈值Frsh低的频率侧的区域是正常时不会使用的区域。

作为虚拟输出而输出的正的空气量Qa1设定为至少在节气门13的开度为怠速开度时能够获得大于或等于失火极限的燃料喷射量。此外，频率的最小值Frmin与阈值Frsh之间不过是针对噪声等的余量而已，未必一定需要，只要将阈值Frsh设定为较低的频率即可，因此优选如图示例那样对频率的最小值Frmin与阈值Frsh之间赋给适当的余量。

根据上述实施例的结构，如果空气流量计14、信号处理部14a进而线束正常，则频率在与空气量检测范围RQa相对应的频率范围RFr中变化，空气量被正确地检测出。

与此相对，如果线束在空气流量计14与发动机控制器10之间断线，则输入至发动机控制器10的频率信号的频率大致变为0Hz。因此，经由变换表10a而读入的空气量的值变为作为虚拟输出的正的空气量Qa1。在发动机控制器10中，基于该正的空气量Qa1而如前所述进行基本燃料喷射量Tp的运算。因此，至少比怠速时的失火极限大的燃料喷射量得到确保，因变得过度稀薄而引起的失火得到抑制。

此外，在空气流量计14与发动机控制器10之间的线束短路的情况下，频率信号的频率也大致变为0Hz，因此同样将作为虚拟输出的正的空气量Qa1读入。

图4是用于对线束的断线(或短路)时的信号变化进行说明的时序图，该图4(a)表示从空气流量计14的信号处理部14a输入至发动机控制器10的频率信号的频率，该图4(b)表示发动机控制器10侧经由变换表10a而读入的空气量。

在图4的例子中，在时间t1产生线束的断线或者短路，输入至发动机控制器10的频率信号的频率在紧随其后的时间t2大致变为0Hz。在发动机控制器10中，根据频率信号的异常对这种线束的断线或短路进行诊断，在时间t3从正常模式转换至规定的失效保护模式。失效保护模式例如是通过根据节气门13的开度和内燃机转速N而简易地求出燃料喷射量、或者将节气门13的开度固定为规定开度且根据内燃机转速N对吸入空气量进行推定等而不依赖于空气流量计14而进行运转的模式。为了避免由噪声引起的错误诊断等，在时间t2至时间t3的期间内存在例如几百ms左右的延迟时间。

另一方面，发动机控制器10经由变换表10a而读入的空气量，因输入至发动机控制器10的信号的频率小于或等于阈值Frsh而在时间t2以后变为作为虚拟输出的正的空气量Qa1。因此，直至转换至失效保护模式的时间t3为止的期间内，从燃料喷射阀3喷射基于该空气量Qa1而计算出的量的燃料。由此，在时间t2至时间t3的期间内，避免了失火，持续进行独立运转。

这样，在上述实施例中，无需进行断线或者短路的诊断，在输入信号因断线或者短路而小于或等于阈值Frsh时，立即将作为虚拟输出的正的空气量Qa1输出。因此，不会伴随用于诊断的控制的复杂化，进而在本质上不存在响应延迟的问题。

这里，假设在不存在虚拟输出的设定的情况下，如虚线所示的对比例，随着输入信号的频率的降低而将好像为负值的空气量读入，结果导致燃料喷射量极度降低。因此，即使具备失效保护模式，在直至实际转换至失效保护模式的时间t3为止的期间内也有可能产生失火。

此外，在本发明中，有无失效保护模式是任意的，即使在不具备失效保护模式的情况下，也能够应用本发明。在不具备失效保护模式的情况下，例如在将警告灯点亮的同时根据虚拟输出而持续进行运转。