内燃机吸入空气量测量装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种内燃机的吸入空气量测量装置，其具备被配置于内燃机的进气通道上的空气流量计，并根据所述空气流量计的输出信号而对流向该内燃机的燃烧室的吸入空气量进行测量，所述内燃机的吸入空气量测量装置以与内燃机的曲轴转角同步的方式对空气流量计的输出信号(AFM信号)进行取样。通过这种以与曲轴转角同步的方式而实施的处理，能够在进气脉动的一个循环内以等间隔取得AFM数据，从而能够排除因进气脉动而产生的影响。由此，能够抑制AFM数据的平均值的变动，从而能够高精度地对吸入空气的平均流量进行计算。
【专利说明】内燃机吸入空气量测量装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种内燃机的吸入空气量测量装置，更详细而言，涉及一种根据被配置于内燃机的进气通道上的空气流量计的输出信号而对吸入空气量进行测量的内燃机的吸入空气量测量装置。
【背景技术】
[0002]在被搭载于车辆等中的汽油发动机或柴油发动机等的内燃机中，通过对被吸入至燃烧室内(气缸)的空气量进行测量，并根据作为该测量值的吸入空气量而对各种控制量(例如燃料喷射量等)进行控制，从而实现输出的提高及排气排放的减少(例如氮氧化物的减少)等。在这种内燃机的控制(发动机控制)中，在吸入空气量的测量中，使用了被配置于进气通道上的空气流量计(例如，参照专利文献I)。
[0003]在使用空气流量计而对吸入空气量进行测量的情况下，例如，在ECU(电子控制装置)以预定的时间间隔(例如4msec)而读取空气流量计的输出信号(以时间同步的方式而读取)，对于每个预定期间，依次计算出空气流量计的输出信号(以下，也称为AFM信号)的取样值(以下，也称为AFM数据)的平均值(吸入空气的平均流量)。而且，使用以这种方式计算出的吸入空气的平均流量来实施内燃机的控制(燃料喷射量控制等)。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2004-239104号公报
【发明内容】
[0007]发明所要解决的课题
[0008]但是，在内燃机的进气通道内，对应于各个气缸的进气行程而产生有进气脉动。此夕卜，近年来，作为空气流量计，使用了即使在产生逆流的这种高脉动区域内也能够高精度地对吸入空气量进行检测的响应性较高的空气流量计。
[0009]在使用这种响应性较高的空气流量计的情况下，由于因上述进气脉动而使空气流量计的输出值也瞬间性地发生变动，因此，在以时间同步的方式而读取AFM信号的处理中，在ECU读取该AFM信号的时刻并不恰当的情况下，有时AFM数据的平均值(平均流量计算值)会发生较大的变动、或者会发生混叠。
[0010]另外，虽然如果将以时间同步的方式而读取AFM信号的时刻设为高速，则能够减小AFM数据的平均值的变动，但由于ECU的处理负载增大，因此在读取时刻的高速化上也存在极限。
[0011]本发明是考虑了这种实际情况而完成的发明，其目的在于，提供一种能够排除因进气脉动而产生的影响，从而高精度地取得吸入空气的平均流量的内燃机的吸入空气量测
量装置。
[0012]用于解决课题的方法[0013]本发明为一种内燃机的吸入空气量测量装置，其具备被配置于内燃机的进气通道上的空气流量计，并根据所述空气流量计的输出信号而对流向该内燃机的燃烧室的吸入空气量进行测量，所述内燃机的吸入空气量测量装置的特征在于，以与所述内燃机的曲轴转角同步的方式对所述空气流量计的输出信号进行取样。
[0014]更具体而言，所述内燃机的吸入空气量测量装置的特征在于，以与所述内燃机的曲轴转角同步的方式，以预定的曲轴转角间隔而对所述空气流量计的输出信号进行取样。在这种情况下，以与进气脉动的周期一致的方式来设定曲轴转角间隔。具体而言，将曲轴转角间隔设为，将曲轴转角360°除以2以上的整数而得到的值，且为除去用与所述内燃机的一个循环相对应的曲轴转角除以该内燃机的气缸数而得到的值以外的曲轴转角间隔。
[0015]此外，本发明的特征在于，计算以与所述内燃机的曲轴转角同步的方式而对所述空气流量计的输出信号进行取样而得到的多个AFM数据的平均值，从而获得吸入空气的平均流量。
[0016]根据本发明，由于以与内燃机的曲轴转角同步的方式对空气流量计的输出信号(AFM信号)进行取样，因此能够在上述进气脉动的一个周期内以等间隔而取得AFM信号(AFM数据)，从而能够排除因进气脉动而产生的影响。由此，能够抑制AFM数据的平均值的变动，从而能够高精度地对吸入空气的平均流量进行计算。
[0017]作为本发明的具体结构能够列举出，根据内燃机的内燃机转速(发动机转速)，来切换(变更)对空气流量计的输出信号进行取样的曲轴转角间隔的结构。更具体而言能够列举出，在内燃机的内燃机转速较高的情况下，与该内燃机转速较低的情况相比，将所述曲轴转角间隔设定得较大的结构。如果采用这种结构，则即使内燃机的内燃机转速变高，也能够避免ECU的处理负载的增大。
[0018]在本发明中，在对所述曲轴转角间隔进行切换的情况下，当该切换前后的曲轴转角间隔为倍数的关系时，使用以所述切换前后的曲轴转角间隔中的较大一侧的曲轴转角间隔而取得的取样值，来对AFM数据的平均值进行计算。如果采用这种结构，由于即使在切换曲轴转角间隔时的进气脉动的一个周期内，也能够以等间隔而对AFM数据进行取样(或者以切换后的曲轴转角间隔来进行取样)，因此能够抑制在切换曲轴转角间隔时AFM数据的平均值(吸入空气的平均流量)的变动。
[0019]本发明中，在对所述曲轴转角间隔进行切换的情况下，当该切换前后的曲轴转角间隔为非倍数的关系时，使用对以所述切换前的曲轴转角间隔而取得的两个取样值进行线性插补而得到的值、和以所述切换后的曲轴转角间隔而取得的取样值，来对所述平均值进行计算。
[0020]发明效果
[0021]根据本发明，由于以与内燃机的曲轴转角同步的方式对空气流量计的输出信号进行取样，因此能够排除因进气脉动而产生的影响。由此，能够高精度地对吸入空气的平均流量进行计算。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为表示应用了本发明的发动机(内燃机)的一个示例的简要结构图。
[0023]图2为表示E⑶等的控制系统的结构的框图。[0024]图3为表示E⑶所执行的AFM数据取得处理的一个示例的流程图。
[0025]图4为表示在对AFM信号进行取样的曲轴转角间隔的设定中所使用的映射表的一个示例的图。
[0026]图5为表示E⑶所执行的平均流量计算处理的一个示例的流程图。
[0027]图6为对切换曲轴转角间隔时的问题点进行说明的图。
[0028]图7为对切换曲轴转角间隔时的问题点进行说明的图。
[0029]图8为模式化地表示切换曲轴转角间隔时的AFM数据的平均值计算处理的一个示例的图。
[0030]图9为对切换曲轴转角间隔进行切换时的问题点进行说明的图。
[0031]图10为模式化地表示切换曲轴转角间隔时的AFM数据的平均值计算处理的其他的示例的图。
【具体实施方式】
[0032]以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。
[0033]-发动机-
[0034]参照图1对应用了本发明的发动机(内燃机)的简要结构进行说明。另外，在图1中仅图不了发动机的一个气缸的结构。
[0035]图1所示的发动机I为，被搭载于车辆中的缸内直喷四气缸柴油发动机，在构成其各个气缸的气缸体Ia内设置有在上下方向上进行往复运动的活塞lc。活塞Ic经由连杆16而被连结于曲轴15上，活塞Ic的往复运动通过连杆16而被转换为曲轴15的旋转。发动机I的曲轴15被连结于变速机(未图示)，从而能够将来自发动机I的动力经由变速器而向车辆的驱动轮(未图示)传递。
[0036]在曲轴15上安装有信号转子17。在信号转子17的侧方附近，配置有对曲轴转角进行检测的曲轴位置传感器(发动机转速传感器)25。曲轴位置传感器25例如为电磁传感器(pick-up)，当曲轴15旋转时产生与信号转子17的齿17a相对应的脉冲状的信号(电压脉冲)。能够根据该曲轴位置传感器25的输出信号而对发动机转速进行计算。
[0037]在发动机I的气缸体Ia上配置有对发动机冷却水温度进行检测的水温传感器21。此外，在气缸体Ia的上端设置有气缸盖lb，在该气缸盖Ib与活塞Ic之间形成有燃烧室Id。
[0038]在发动机I的气缸体Ia的下侧设置有贮存发动机机油的油底壳18，被贮存于该油底壳18中的机油在发动机I的运转时，经由去除异物的机油滤油器通过油泵而被汲取，并且在被机油过滤器净化之后，被供给至活塞lc、曲轴15、连杆16等处，并被用于各个部分的润滑/冷却等。
[0039]在发动机I的气缸盖Ib上,设置有用于直接向发动机I的燃烧室Id内喷射燃料的喷射器2。在喷射器2上连接有共轨装置(蓄压室)3，在喷射器2处于开阀状态的期间内，共轨装置3内的燃料从喷射器2被喷射到燃烧室Id中。
[0040]在共轨装置3上，配置有用于对该共轨装置3内的高压燃料的压力(轨压)进行检测的轨压传感器24。在共轨装置3上连接有作为燃料泵的供给泵4。
[0041]供给泵4通过发动机I的曲轴15的旋转力而被驱动。通过该供给泵4的驱动从而将燃料从燃料罐40供给至共轨装置3，通过使喷射器2在预定的时刻开阀从而使燃料被喷射到发动机I的各个气缸的燃烧室Id内。该被喷射的燃料在燃烧室Id内燃烧并成为废气而被排出。另外，喷射器2的开阀时刻(喷射时刻)通过后文叙述的E⑶(ElectronicControl Unit:电子控制装置)而被控制。
[0042]在发动机I的燃烧室Id上连接有进气通道11与排气通道12。在进气通道11与燃烧室Id之间设置有进气阀13，通过对该进气阀13进行开闭驱动，从而使进气通道11与燃烧室Id被连通或被截断。
[0043]此外，在排气通道12与燃烧室Id之间设置有排气阀14，通过对该排气阀14进行开闭驱动，从而使排气通道12与燃料室Id被连通或被截断。这些进气阀13及排气阀14的开闭驱动通过传递曲轴15的旋转的进气凸轮轴及排气凸轮轴的各自的旋转而被实施。
[0044]在进气通道11上，配置有空气滤清器9、对吸入空气量(新入空气量)进行检测的空气流量计22、后文叙述的涡轮增压器100的压缩机泵轮102、用于对通过涡轮增压器中的增压而升温了的吸入空气进行强制冷却的内部冷却器7、进气温度传感器23、节气门6、以及对进气歧管Ila内的压力(增压)进行检测的进气歧管压力传感器(增压传感器)28
坐寸ο
[0045]在此，在实施方式中，作为空气流量计22，使用了即使在产生上述逆流(因燃烧气体从燃烧室内向进气通道的倒流而引起的逆流)的这种高脉动区域内也能够高精度地对吸入空气量进行检测的响应性较高的空气流量计。
[0046]节气门6被配置于内部冷却器7 (涡轮增压器100的压缩机泵轮102)的下游侧(吸入空气流动的下游侧)的进气通道11上。节气门6为电子控制式的阀，并通过节气门电机60而对开度进行调节。节气门6的开度(节气门开度)通过节气门开度传感器26而被检测。对于该示例的节气门6而言，能够独立于驾驶员的加速踏板操作而电气性地对节气门开度进行控制。
[0047]在排气通道12上配置有歧管式催化转化器(manifold converter)(排气净化装置)80，所述歧管式催化转化器(排气净化装置)80具备NOx吸留催化剂(NSR催化剂:NOx Storage Reduct1n (氮氧化物储存-还原)催化剂)81、以及、DPNR催化剂(DieselParticulate-NOx Reduct1n (柴油机吸附还原)催化剂)82。此外,在排气通道12上,在歧管式催化转化器80的下游侧配置有A/F传感器(空燃比传感器)29。
[0048]-涡轮增压器-
[0049]在发动机I上，安装有利用排气压力而对吸入空气进行增压的涡轮增压器(增压器)100。
[0050]如图1所示，涡轮增压器100由被配置于排气通道12上的涡轮机叶轮101、被配置于进气通道11上的压缩机泵轮102、以及将这些涡轮机叶轮101与压缩机泵轮102连结为一体的连结轴103等构成，在排气通道12上配置的涡轮机叶轮101通过排气的能量而进行旋转，伴随于此，在进气通道11上配置的压缩机泵轮102进行旋转。并且，吸入空气通过压缩机泵轮102的旋转而被增压，且增压空气被强制性地送入至发动机I的各个气缸的燃烧室内。
[0051]此示例中的涡轮增压器100为可变喷嘴式涡轮增压器(VNT)，在涡轮机叶轮101侧设置有可变喷嘴阀机构120，通过对该可变喷嘴阀机构120的开度(以下，也称为VN开度)进行调节从而能够对发动机I的增压进行调节。[0052]-EGR (废气再循环)装置-
[0053]此外，在发动机I上安装有EGR装置5。EGR装置5为，通过将废气的一部分导入到吸入空气中，从而降低燃烧室Id内的燃烧温度以降低NOx的产生量的装置。
[0054]如图1所示，EGR装置5由EGR通道51、被设置在该EGR通道51上的EGR催化剂(例如，氧化催化剂)、EGR冷却器53、以及EGR阀54等构成，所述EGR通道51对与涡轮增压器100的涡轮机叶轮101相比靠上游侧(废气流动的上游)的排气通道12、和内部冷却器7 (涡轮增压器100的压缩机泵轮102)的下游侧(吸入空气流动的下游侧)的进气通道11进行连通。并且，在这种结构的EGR装置5中，通过对EGR阀54的开度进行调节，从而能够对EGR率[EGR量/ (EGR量+吸入空气量(新入空气量)(％ )]进行变更，进而能够对从排气通道12被导入至进气通道11中的EGR量(排气回流量)进行调节。
[0055]另外，也可以在EGR装置上，设置对EGR冷却器53进行旁通的EGR旁通通道及EGR芳通切换阀。
[0056]-ECU-
[0057]如图2 所不，ECU200 具备 CPU (Central Processing Unit:中央处理器)201、ROM (Read Only Memory:只读存储器)202、RAM (Random Access Memory:随机存取存储器)203以及后备RAM204等。
[0058]在R0M202中存储有各种控制程序、以及执行上述各种控制程序时所参照的映射表等。CPU201根据被存储于R0M202的各种控制程序及映射表来执行各种的运算处理。此夕卜，RAM203为，对CPU201中的运算结果或从各个传感器被输入的数据等进行临时存储的存储器，后备RAM204为，对例如在发动机I停止时对其应当保存的数据等进行存储的非易失性存储器。
[0059]以上的CPU201、R0M202、RAM203及后备RAM204经由总线207而被相互连接，并且
与输入端口 205及输出端口 206相连接。
[0060]输入端口 205具备对数据等进行临时存储的缓冲器、波形成形电路、以及A/D转换器等。在本实施方式中，作为缓冲器而具备对以后文叙述的取样间隔(例如，30CA间隔、60CA间隔、90CA间隔、120CA间隔)而取得的AFM数据进行临时存储的缓冲器(例如，30CA缓冲器、60CA缓冲器、90CA缓冲器、120CA缓冲器)。
[0061]在上述输入端口 205上，连接有水温传感器21、空气流量计22、进气温度传感器
23、轨压传感器24、曲轴位置传感器25、对节气门6的开度进行检测的节气门开度传感器
26、对加速踏板的踩踏量(加速器开度)进行检测的加速器开度传感器27、进气歧管压力传感器(增压传感器)28、以及A/F传感器29等。
[0062]在上述输出端口 206上，连接有喷射器2、节气门6的节气门电机60、以及EGR阀54等。
[0063]E⑶200根据上述各种传感器的输出信号,而执行包括发动机I的节气门6的开度控制、燃料喷射量/喷射期间控制(喷射器2的开闭控制)、以及EGR控制等在内的发动机I的各种控制。
[0064]并且，E⑶200执行下述的“AFM数据取得处理”及“平均流量计算处理”。另外，通过上述“AFM数据取得处理”及“平均流量计算处理”而计算出的平均流量值被利用于发动机I的控制(燃料喷射量控制、EGR控制等)中。[0065]而且，通过上述空气流量计22及E⑶200等而实现了本发明的吸入空气量测量装置。
[0066]-AFM数据取得处理/平均流量计算处理-
[0067]接下来，对E⑶200所执行的AFM数据取得处理及平均流量计算处理进行说明。
[0068]首先，在吸入空气量测量中，如上所述，在使用响应性较高的空气流量计22的情况下，由于因进气脉动会使空气流量计22的输出值也瞬时性地发生变动，因此，在以时间同步的方式而读取AFM信号的处理中，在ECU200读取该AFM信号的时刻不恰当的情况下，AFM数据的平均值(平均流量计算值)有时会较大程度地发生变动。例如，在取样周期(例如4msec)与进气脉动的脉动周期的峰值一致的情况下，AFM数据的平均值将会变大，在取样周期与进气脉动的脉动周期的谷值一致的情况下，AFM数据的平均值将会变小。如此，根据ECU200读取该AFM信号的时刻，AFM数据的平均值(平均流量计算值)有时会较大程度地发生变动。此外，在以时间同步的方式而读取AFM信号的处理中，存在产生AFM数据的平均值的误差(混叠)的情况。
[0069]而且，在产生了这种平均流量计算值的变动或误差的情况下，存在无法最佳地实施利用了 AFM信号的控制(燃料喷射量控制、EGR控制等)，从而产生燃料消耗率(耗油率)的恶化或排气排放的恶化的情况。此外，在平均流量计算值发生了变动的情况下，存在产生利用了 AFM信号的控制(燃料喷射量控制、EGR控制等)的变动(调速不匀等)而导致驾驶性能恶化的情况。
[0070]另外，虽然为了抑制平均流量计算值的变动，而考虑到对平均流量计算值实施平滑处理，但是在这种情况下，由于处理的响应性恶化，因而利用了 AFM信号的控制(燃料喷射量控制、EGR控制等)的控制性将会变差。
[0071]此外，虽然如果将以时间同步的方式读取AFM信号的时刻设为高速，则能够降低AFM数据的平均值的变动，但由于ECU的处理负载增大，因此在同步读取时刻的高速化上也会存在极限。另外，在AFM信号以脉冲(频率)的方式而被输出的情况下，在同步读取时刻的高速化上也存在极限。
[0072]因此，本实施方式中，为了排除因上述进气脉动而产生的影响(AFM数据的平均值(平均流量计算值)的变动)，从而以与进气脉动的脉动周期相同的角度周期来实施处理，并实施在该进气脉动的一个周期内以等间隔而对空气流量计22的输出信号(AFM信号)进行取样而对吸入空气的平均流量进行计算的处理。以下，对其具体的处理(AFM数据取得处理及平均流量计算处理)的一个示例进行说明。
[0073]< AFM数据取得处理>
[0074]首先，参照图3的流程图对AFM数据取得处理的一个示例进行说明。图3的处理程序在E⑶200中每隔预定时间(例如每隔4msec)而被重复执行。
[0075]当该图3的处理程序开始时，首先，在步骤STlOl中，根据曲轴位置传感器25的输出信号而对发动机转速进行计算。
[0076]接下来，在步骤ST102中，根据在上述步骤STlOl中计算出的发动机转速，参照图4的映射表来设定曲轴转角间隔(对空气流量计22的输出信号进行取样的曲轴转角间隔:例如30CA、60CA、90CA、120CA)。关于曲轴转角间隔的设定处理将在后文进行叙述。
[0077]而且，在步骤ST103中，根据曲轴位置传感器25的输出信号，以在上述步骤ST102中设定的每个曲轴转角间隔(30CA、60CA、90CA、或120CA)而对空气流量计22的输出信号(AFM信号)进行取样，并将该取样获得的AFM数据存储(临时存储)于ECU200内的缓冲器中。
[0078](曲轴转角间隔的设定处理)
[0079]接下来，对于设定对空气流量计22的输出信号进行取样的曲轴转角间隔的处理进行说明。
[0080]首先，在该示例中所使用的曲轴转角间隔为，将发动机I的曲轴15旋转一周的角度360° (曲轴转角)除以2以上的整数而得到的值(将该条件称为[条件Jl])
[0081]例如，在2以上的整数为“12”的情况下将曲轴转角间隔设为30°间隔(以下，也称为30CA间隔)，在2以上的整数为“6”的情况下将曲轴转角间隔设为60°间隔(以下，也称为60CA间隔)。此外，在2以上的整数为“4”的情况下将曲轴转角间隔设为90°间隔(以下，也称为90CA间隔)，在2以上的整数为“3”的情况下将曲轴转角间隔设为120°间隔(以下，也称为120CA间隔)。
[0082]但是，除去将发动机I的每一个循环的曲轴转角(720° )除以气缸数而得到的值(720° /气缸数)(该条件称为[条件J2])。例如，在发动机I为四气缸的情况下除去180°。如此，对除去用每一个循环的曲轴转角(720° )除以气缸数而得到值的理由进行说明。
[0083]首先，上述进气脉动对应于发动机I的各个气缸的进气行程而产生。例如，在发动机为四气缸的情况下，由于一个循环(720° )的期间内产生四次(四个周期)进气脉动，因此其各个气缸的进气脉动的周期为180°曲轴转角(180CA)。因此，在四气缸的发动机I中，在将对空气流量计22的输出信号进行取样的曲轴转角间隔设为180CA的情况下，例如，由于该取样周期与进气脉动的周期相同，因此例如存在仅对进气脉动的脉动周期的峰值(AFM数据)进行了取样的情况。此外，相反地，也存在仅对脉动周期的谷值(AFM数据)进行了取样的情况，当成为这种情况时，将无法准确地对AFM数据的平均值进行计算。为了避免这种情况，在该示例中，除去将一个循环(720CA)除以气缸数而得到的曲轴转角(720° /气缸数)。
[0084]此外，在该示例中，根据发动机I的发动机转速，来切换取得所述AFM信号的曲轴转角间隔。具体而言，在发动机转速较高的情况下，与发动机的转速较低的情况相比，将取得AFM信号的曲轴转角间隔设定得较大。
[0085]此外，在该示例中，根据以上这种条件([条件Jl]及[条件J2]等)而预先设定图4所示的映射表(一览表)，参照该图4的映射表，并根据通过曲轴位置传感器25的输出信号而计算出的发动机转速，来设定取得空气流量计22的输出信号(AFM信号)的曲轴转角间隔(以下，有时也称为取样间隔)。具体而言，在发动机转速为[500rpm?2000rpm]的情况下，将取样间隔设为30CA间隔，在发动机转速为[1800rpm?4000rpm]的情况下，将取样间隔设为60CA间隔，在发动机转速为[3800rpm以上(3800rpm?)]的情况下，将取样间隔设为120CA间隔。另外，图4所示的映射表被存储于E⑶200的R0M202内。
[0086]在此，在图4所示的映射表中，设定有30CA间隔的发动机转速与60CA间隔的发动机转速重叠的重叠旋转区域(1800rpm?2000rpm)。其理由为，这是由于在发动机转速处于上升过程的情况下将取样间隔从30CA间隔切换为60CA间隔的切换值(发动机转速)、和在发动机转速处于下降过程的情况下将取样间隔从60CA间隔切换为30CA间隔的切换值(发动机转速)上具有滞后现象。
[0087]具体而言，在发动机转速上升的过程中，当该上升过程中的发动机转速达到了2000rpm时，将取样间隔从30CA间隔切换为60CA。另一方面，在发动机转速下降的过程中，当该下降过程中的发动机转速成为1800rpm以下时，将取样间隔从60CA间隔切换为30CA间隔。
[0088]此外，在60CA<=>120CA的切换的情况下，在发动机转速上升时和下降时也存在滞后现象。即，在发动机转速上升的过程中，当该上升过程中的发动机转速达到了 4000rpm时，将取样间隔从60CA间隔切换为120CA间隔。另一方面，在发动机转速下降的过程中，当该下降过程中的发动机转速成为3800rpm以下时，将取样间隔从120CA间隔切换为60CA间隔。
[0089]另外，如图4所示的映射表中，对于发动机转速小于500rpm的低旋转区域，将AFM信号的取样间隔设为4msec(时间同步)。其理由为，当在小于500rpm的低旋转区域中，设定取样间隔(30CA)时，由于AFM信号的取样时间将变长，并且AFM数据的平均值的计算精度降低，因此为了避免这种情况，从而在发动机转速小于500rpm的情况下，以时间同步(4msec)的方式而实施AFM信号的取样。
[0090]此外，通过将发动机转速为500rpm以上的旋转区域设为角度同步的取样区域，在发动机I运转时的状态(也包括怠速运转状态)下，由于必然能够以曲轴转角间隔来取得AFM数据，因此不存在问题。
[0091]而且，在该示例中，在上述图3的处理程序的步骤ST102中所设定的曲轴转角间隔例如为30CA间隔的情况下，每隔该30CA间隔而取得AFM数据并将其存储于ECU200内的30CA缓冲器(参照图8)中。当从该状态起，发动机转速上升并成为2000rpm以上时，将取得AFM数据的曲轴转角间隔从30CA切换为60CA间隔(参照图8)，每隔60CA间隔而取得AFM数据并将其存储于ECU200内的60CA缓冲器(参照图8)中。并且，当发动机转速上升并成为4000rpm以上时，将取得AFM数据的曲轴转角间隔从60CA切换为120CA间隔，每隔120CA间隔而取得AFM数据并将其存储于E⑶200内的120CA缓冲器中。
[0092]另一方面，从每隔120CA间隔而取得AFM数据的状况起，当发动机转速下降并成为3800rpm以下时，将曲轴转角间隔从120CA切换为60CA间隔，以60CA间隔而取得AFM数据并将其存储于ECU200内的60CA缓冲器中。并且，当发动机转速下降并成为1800rpm以下时，将曲轴转角间隔从60CA切换为30CA间隔，以30CA间隔而取得AFM数据并将其存储于E⑶200内的30CA缓冲器中。
[0093]另外，图4所示的映射表为一个示例,虽然将对空气流量计22的输出信号(AFM信号)进行取样的曲轴转角间隔设为，30CA间隔、60CA间隔、120CA间隔，但是作为其他的示例，也可以将对AFM信号进行取样的曲轴转角间隔设为，30CA间隔、60CA间隔、90CA间隔、120CA间隔。另外，对于曲轴转角间隔而言，只要满足上述[条件I]及[条件2]，也可以采用其他任意的曲轴转角间隔。
[0094]<平均流量计算处理>
[0095]接下来，参照图5的流程图，对计算通过所述AFM数据取得处理而取得的AFM数据的平均值(吸入空气的平均流量)的处理进行说明。图5的处理程序在ECU200中每隔预定时间(例如每16msec)被重复执行。
[0096]当该图5的处理程序开始时，首先，在步骤ST201中，根据曲轴位置传感器25的输出信号来对发动机转速进行计算。
[0097]在步骤ST202中，根据在上述步骤ST201中计算出的发动机转速，而对是否发生了曲轴转角间隔(CA间隔)的切换进行判断。
[0098]具体而言，例如，当发动机转速处于上升的情况时，在上一次程序的发动机转速为小于2000rmp (500rpm以上)的值，并且本次程序的发动机转速也为小于2000rpm(500rpm以上)的值的情况下，判断为未发生CA间隔的切换(步骤ST202的判断结果为否定判断(否))并进入至步骤ST203。另一方面，在前次程序的发动机转速为小于2000rmp(500rpm以上)的值，而本次程序的发动机转速为2000rpm以上的情况下，判断为发生了 CA间隔的切换(30CA与60CA)(步骤ST202的判断结果为肯定判断(是))并进入至步骤ST204。
[0099]此外，例如，当发动机转速处于下降的情况时，在上一次程序的发动机转速为大于3800rmp的值，并且本次程序的发动机转速也为大于3800rpm的值的情况下，判断为未发生CA间隔的切换并进入至步骤ST203。另一方面，在前次程序的发动机转速为大于3800rmp的值，而本次程序的发动机转速为3800rpm以下的情况下，判断为发生了 CA间隔的切换(.120CA今60CA)并进入至步骤ST204。
[0100]在步骤ST203中，对通过所述AFM数据取得处理而取得的AFM数据进行平均从而计算出吸入空气的平均流量。关于平均流量的计算处理将在后文进行叙述。
[0101]在步骤ST204中，对切换时的平均流量进行计算。该步骤ST204的处理为，在切换曲轴转角间隔时所执行的处理，在该处理结束后(切换CA间隔时的进气脉动的一个周期的平均流量计算处理结束后)，进入至步骤ST203并重复执行平均流量计算处理。另外，关于步骤ST204的处理(切换时的平均流量的计算处理)也将在后文进行叙述。
[0102](平均流量计算处理)
[0103]接下来，对所述图5的步骤ST203中所执行的“平均流量计算处理”进行说明。
[0104]首先，在本实施方式中，由于为了排除如上所述的进气脉动的影响，而以与进气脉动的脉动周期相同的角度周期来实施处理，因此将计算AFM数据的平均值的平均区间设为，将发动机I的每一个循环的曲轴转角(720° )除以气缸数而得到的值(相当于进气脉动的一个周期的期间)。
[0105]具体而言，在发动机I为四气缸的情况下，平均区间为180°，在将曲轴转角间隔设为30CA间隔时的数量为六个(180° /30° )(参照图4)。此外，在将曲轴转角间隔设为60CA间隔时的取得数据数量为三个(180° /60° )(参照图4)，在将曲轴转角间隔设为90CA间隔时的取得数据数量为两个(180° /90° )(参照图4)。另外，由于在将曲轴转角间隔设为120CA间隔时，取得数据数量为一个从而无法计算出平均值，因此，对于120CA间隔，将作为180°的倍数的360°作为平均区间从而取得数据数量为三个(参照图4)。
[0106]而且，在上述步骤ST203中，通过上述的AFM数据取得处理而对存储于缓冲器中的AFM数据进行监视，并对多个的AFM数据的总和进行计算，且通过将该计算出的AFM数据的总和除以取得数据数量，从而对AFM数据的平均值即吸入空气的平均流量进行计算。
[0107]具体而言，例如，在曲轴转角间隔为30CA的情况下，如图8所示，对通过所述AFM数据取得处理而取得的AFM数据是否被存储于六个30AC缓冲器中进行监视，并对六个的AFM数据的总和进行计算，通过将该计算出的AFM数据的总和除以“6”，从而对吸入空气的平均流量进行计算。这种计算处理在步骤ST202的判断结果为否定判断(否)的情况下(未发生CA间隔的切换的情况下)被依次重复执行。而且，在步骤ST202的判断结果为肯定判断(是)的情况下，在执行了步骤ST204的处理(切换时的平均流量的计算处理)之后，进入至步骤ST203。
[0108]另外，在曲轴转角间隔为60CA、90CA、120CA的情况下，也通过同样的处理而对吸入空气的平均流量进行计算。即，在曲轴转角间隔为60CA的情况下，如图10所示，对三个AFM数据进行平均从而计算出吸入空气的平均流量。此外，在曲轴转角间隔为90CA的情况下，对两个的AFM数据进行平均从而计算出吸入空气的平均流量。此外，在曲轴转角间隔为120CA的情况下，对三个的AFM数据进行平均从而计算出吸入空气的平均流量。
[0109](切换时的平均流量计算处理)
[0110]接下来，对上述图5的步骤204中所执行的“切换时的平均流量计算处理”进行说明。
[0111]首先，在对取得AFM信号的曲轴转角间隔进行了切换的情况下，在该切换时的进气脉动的一个周期内将产生不等间隔的取样，从而AFM数据的平均值将发生变动。关于这一点在以下进行说明。另外，区分为切换前后的曲轴转角间隔(CA间隔)为倍数的关系的情况、和切换前后的曲轴转角间隔(CA间隔)为非倍数的关系的情况来进行说明。
[0112](切换前后的CA间隔为倍数的关系的情况)
[0113]参照图6对在对曲轴转角间隔进行切换时，该切换前后的曲轴转角间隔为倍数的关系的情况(3 OCA^BOCA)进行说明。
[0114]如该图6所示，由于在将曲轴转角间隔从30CA间隔切换为60CA间隔的情况下，在进气脉动的一个周期内，混有以30CA间隔所取得的AFM数据和以60CA间隔所取得的AFM数据，因此如图7所示，将在进气脉动的一个周期内产生不等间隔的取样。由此，在切换曲轴转角间隔时，AFM数据的平均值将瞬时性地发生变动(例如图7所示，平均值与等间隔的情况相比而上升)，因此该平均值变动有时会成为干扰。
[0115]另外，在曲轴转角间隔从60CA间隔被切换为120CA间隔的情况下(60CA4120CA)，由于与上述相同的理由，会发生AFM数据平均值的变动。此外，当发动机转速下降时，在曲轴转角间隔从120CA间隔被切换为60CA间隔的情况下(120CA兮60CA)、以及在曲轴转角间隔从60CA间隔被切换为30CA间隔的情况下(60CA=>30CA)等，由于与上述相同的理由，会发生AFM数据平均值的变动。
[0116](平均值计算处理例I)
[0117] 参照图8对用于消除以上这种CA期间切换时的AFM数据平均值的变动的处理(切换时的平均流量计算处理)进行说明。另外，在图8中，图示了将曲轴转角间隔从30CA间隔切换为60CA间隔时的示例。
[0118]首先，在不实施曲轴转角间隔的切换，通过上述AFM数据取得处理以30CA间隔而取得AFM数据的情况下，在ECU200内的30CA缓冲器中，依次存储有每隔30CA间隔而取得的AFM数据。并且，使用六个的AFM数据来对平均值进行计算。
[0119]接下来，当发动机转速上升，从而曲轴转角间隔从30CA间隔被切换为60CA间隔时，如果使用30CA缓冲器的AFM数据[Da6]、60CA缓冲器的AFM数据[Dbl]及[Db2]来对平均值进行计算，则如上所述将产生AFM数据平均值的变动。
[0120]因此，在该示例中，从以30CA间隔而取得的AFM数据之中，选出与60CA间隔一致的AFM数据[Da5]，并将该选出的AFM数据[Da5]复制到60CA缓冲器中设为60CA间隔的AFM数据[Db3]。而且，使用实施了该处理的AFM数据[Db3]、和以60CA间隔而取得的AFM数据[Dbl]及[Db2]来对平均值进行计算。通过实施这种处理，在从30CA间隔被切换为60CA间隔时，能够将该CA切换时的进气脉动的一个周期内的取样间隔设为等间隔。由此，能够消除上述AFM数据平均值的变动。这种CA间隔切换时的平均流量计算处理仅在切换时的进气脉动的一个周期内执行。
[0121]在此，使用与上述60CA间隔一致的AFM数据[Da5]来对AFM数据平均值进行计算的处理，相当于本发明中所说的“当该切换前后的曲轴转角间隔为倍数的关系时，使用以切换前后的曲轴转角间隔中的较大一侧的曲轴转角间隔而取得的取样值，来对所述平均值进行计算”的处理。
[0122]另夕卜，在曲轴转角间隔从60CA间隔被切换为120CA间隔的情况下(60CA马120CA)、在曲轴转角间隔从120CA间隔被切换为60CA间隔的情况下(120CA马60CA)、以及在曲轴转角间隔从60CA间隔被切换为30CA间隔的情况下(60CA今30CA)等，也能够通过与上述相同的处理来消除AFM数据平均值的变动。
[0123](切换前后的CA间隔为非倍数的关系的情况)
[0124]接下来，参照图9对如下情况进行说明，S卩，对曲轴转角间隔进行切换时，该切换前后的曲轴转角间隔为非倍数的关系的情况(60CA与90CA)。
[0125]如该图9所示，在曲轴转角间隔从60CA间隔被切换为90CA间隔的情况下，由于进气脉动的一个周期内，混有以60CA间隔而取得的AFM数据和以90CA间隔而取得的AFM数据，因此尽管被切换为90CA间隔，但仍使用以60CA间隔而取得的两个AFM数据来对AFM数据的平均值进行计算。在这种情况下，在曲轴转角间隔被切换时，AFM数据的平均值将瞬时性地发生变动，且该平均值变动有时会成为干扰。
[0126]另夕卜，在曲轴转角间隔从90CA间隔被切换为120CA间隔的情况下(90CA与120CA)，由于与上述相同的理由，会发生AFM数据平均值的变动。此外，当发动机转速下降时，在曲轴转角间隔从120CA间隔被切换为90CA间隔的情况下(120CA兮90CA)、以及在曲轴转角间隔从90CA间隔被切换为60CA间隔的情况下(90CA今60CA)等，由于与上述相同的理由，会发生AFM数据平均值的变动。
[0127](平均值计算处理例2)
[0128]参照图10对用于消除以上这种CA期间切换时的AFM数据平均值的变动的处理(切换时的平均流量计算处理)进行说明。另外，在图10中，图示了将曲轴转角间隔从60CA间隔切换为90CA间隔时的示例。
[0129]首先，在不实施曲轴转角间隔的切换，而通过上述AFM数据取得处理以60CA间隔取得AFM数据的情况下，在ECU200内的60CA缓冲器中，依次存储有每隔60CA间隔而取得的AFM数据。并且，使用三个AFM数据来对平均值进行计算。
[0130]接下来，当发动机转速上升，从而曲轴转角间隔从60CA间隔被切换为90CA间隔时，如果使用60CA缓冲器的AFM数据[Db3]、和90CA缓冲器的AFM数据[Del]这两个的数据来对平均值进行计算，则如上所述将产生AFM数据平均值的变动。因此，在该示例中，不使用60CA缓冲器的AFM数据[Db3]，而使用实施了线性插补的AFM数据来对平均值进行计
笪
ο
[0131]具体而言，使用相对于CA间隔切换时而言在90CA间隔前的曲轴转角(在图10的示例中为270°CA)前后以60CA间隔而取得的两个AFM数据[Db2]与[Db3]，并通过线性插补而对相对于CA间隔切换时而言在90CA间隔前的曲轴转角(在图10的示例中为270°C A)处的AFM数据(实际上未取得的AFM数据)，且使用该计算出的AFM数据[Dc2]、和以90CA间隔而取得AFM数据[Del]来对平均值进行计算。通过实施这种处理，由于在从60CA间隔被切换为90CA间隔时，能够使用以90CA间隔而取得的AFM数据来对平均值进行计算，因此能够抑制上述AFM数据平均值的变动。这种CA间隔切换时的平均流量计算处理仅在切换时的进气脉动的一个周期内执行。
[0132]另外，在曲轴转角间隔从90CA间隔被切换为120CA间隔的情况下(90CA马120CA)、在曲轴转角间隔从120CA间隔被切换为90CA间隔的情况下(120CA马90CA)、以及在曲轴转角间隔从90CA间隔被切换为60CA间隔的情况下(90CA兮60CA)等，也能够通过与上述相同的处理来抑制AFM数据平均值的变动。
[0133]在此，以上的[平均值计算处理例2]的处理，相当于本发明中所说的“使用对以切换前的曲轴转角间隔而 取得的两个取样值进行线性插补而得到的值、和以所述切换后的曲轴转角间隔而取得的取样值，来对所述平均值进行计算”的处理。
[0134]〈效果〉
[0135]如以上所说明的那样，根据本实施方式，由于以与进气脉动的脉动周期相同的曲轴转角周期来实施处理，并在该进气脉动的一个周期内以等间隔对空气流量计22的输出信号(AFM信号)进行取样，因此能够排除因进气脉动而产生的影响，从而能够抑制AFM数据的平均值(平均流量计算值)的变动。而且，由于在发动机转速(曲轴的转速)较高的情况下，与发动机转速(曲轴的转速)较低的情况相比，将取得AFM数据的曲轴转角间隔设定得较大，因此即使发动机转速为高旋转，ECU200的处理负载(计算负载)也不会增大。
[0136]在此，虽然当将取得AFM数据的曲轴转角间隔设定得较大时，AFM数据的计算平均值的计算精度存在恶化的趋势，但由于在发动机转速为高旋转区域的情况下，进气脉动的周期也会变短，且空气流量计22的输出信号(AFM信号)被平滑化(进气脉动的振幅变小)，因此与发动机转速为低旋转区域的情况相比，空气流量计22的输出信号为接近平均值的值。因此，即使将取得AFM数据的曲轴转角间隔设定得较大，也不易产生误差。
[0137]如此，在本实施方式中，能够在不增大ECU200的计算负载的条件下、并且不牺牲控制的响应性的条件下，抑制AFM数据的平均值(平均流量计算值)的变动。
[0138]-其他的实施方式_
[0139]在以上的实施方式中，对将本发明应用于四气缸柴油发动机的吸入空气量测量处理中的情况进行了说明。但本发明并不限定于此，例如也可以应用于六气缸柴油发动机等其他任意气缸数量的柴油发动机的吸入空气量测量处理中。
[0140]此外，虽然在以上的实施方式中，对柴油发动机的吸入空气量测量处理的示例进行了说明，但是本发明并不限定于此，也可以应用于汽油发动机等的其他任意的内燃机的吸入空气量测量处理中。[0141]工业上的可利用性
[0142]本发明能够利用于内燃机(发动机)的吸入空气量测量装置中，更详细而言，能够有效地利用于根据配置在内燃机的进气通道上的空气流量计的输出信号而对吸入空气量进行测量的内燃机的吸入空气量测量装置中。
[0143]符号说明
[0144]L...发动机(内燃机)；
[0145]11...进气通道；
[0146] 22…空气流量计；
[0147]25…曲轴位置传感器；
[0148]200...ECU。
【权利要求】
1.一种内燃机的吸入空气量测量装置，其具备被配置于内燃机的进气通道上的空气流量计，并根据所述空气流量计的输出信号而对流向该内燃机的燃烧室的吸入空气量进行测量， 所述内燃机的吸入空气量测量装置的特征在于， 以与所述内燃机的曲轴转角同步的方式对所述空气流量计的输出信号进行取样。
2.如权利要求1所述的内燃机的吸入空气量测量装置，其特征在于， 以与所述内燃机的曲轴转角同步的方式，以预定的曲轴转角间隔而对所述空气流量计的输出信号进行取样。
3.如权利要求2所述的内燃机的吸入空气量测量装置，其特征在于， 所述曲轴转角间隔为，将曲轴转角360°除以2以上的整数而得到的值，且为除去用与所述内燃机的一个循环相对应的曲轴转角除以该内燃机的气缸数而得到的值以外的曲轴转角间隔。
4.如权利要求1至3中的任意一项所述的内燃机的吸入空气量测量装置，其特征在于， 计算以与所述内燃机的曲轴转角同步的方式而对所述空气流量计的输出信号进行取样而得到的多个数据的平均值，从而获得吸入空气的平均流量。
5.如权利要求1至4中的任意一项所述的内燃机的吸入空气量测量装置，其特征在于， 根据所述内燃机的内燃机转速，来切换对所述空气流量计的输出信号进行取样的曲轴转角间隔。
6.如权利要求5所述的内燃机的吸入空气量测量装置，其特征在于， 在所述内燃机的内燃机转速较高的情况下，与该内燃机转速较低的情况相比，将所述曲轴转角间隔设定得较大。
7.如权利要求6所述的内燃机的吸入空气量测量装置，其特征在于， 在对所述曲轴转角间隔进行切换的情况下，当该切换前后的曲轴转角间隔为倍数的关系时，使用以所述切换前后的曲轴转角间隔中的较大一侧的曲轴转角间隔而取得的取样值，来对所述平均值进行计算。
8.如权利要求6所述的内燃机的吸入空气量测量装置，其特征在于， 在对所述曲轴转角间隔进行切换的情况下，当该切换前后的曲轴转角间隔为非倍数的关系时，使用对以所述切换前的曲轴转角间隔而取得的两个取样值进行线性插补而得到的值、和以所述切换后的曲轴转角间隔而取得的取样值，来对所述平均值进行计算。
【文档编号】F02D45/00GK104040155SQ201280066293
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年1月6日 优先权日:2012年1月6日
【发明者】若尾和弘, 毛利昌弘, 佐野健, 山本博史 申请人:丰田自动车株式会社