JPH03225054A - 内燃機関制御装置の信号処理方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関制御装置の信号処理方法に関する。

口従来の技術〕 内燃機関においてディジタルコンピュータを用いて燃料
噴射量や点火時期等の制御をする場合には通常機関の運
転状態を表わすアナログ信号が一つずつ予め定められた
変換タイミング毎に、例えば一定時間毎の割込みによっ
てディジタル信号に変換せしめられる、即ちＡＤ変換せ
し約られる（例えば特開昭５８−１４３１４８号公報参
照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら例えば稀薄混合気を用いた内燃機関ではＡ
Ｄ変換すべきアナログ信号の種類が多く、しかもこれら
のアナログ信号に基いて制御すべき対象の種類も多い。

従ってこのようにＡＤ変換すべきアナログ信号の種類が
多い場合に上述の如くアナログ信号を一つずつ順次一定
時間毎の割込みによってＡＤ変換処理するようにした場
合には同じ情報を表わすアナログ信号、例えば吸気管圧
力を表わすアナログ信号のＡＤ変換が行われる時間間隔
が長くなり、斯くして制御精度が悪くなるという問題を
生ずる。この場合ＡＤ変換が行われる時間間隔を短かく
すると同じ情報を表わすアナログ信号のＡＤ変換が行わ
れる時間間隔が短かくなるので制御精度を向上すること
ができる。しかしながらＡＤ変換をするにはまず初めに
ＡＤ変換前のプログラムの状態を保存する処理を行ない
、次いでアナログ信号をディジタル信号に変換する処理
を行わなければならないのでＡＤ変換の処理には時間を
要するｇ従ってＡＤ変換が行われる時間間隔を短かくす
るとその他の処理を行なう時間がなくなり、特に制御す
べき対象の種類が多い場合には短時間のうちにすべての
種類の対象を制御する処理を行うことができないという
問題を生ずる。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明によれば機関の運転
状態を表わすアナログ信号を予め定められた変換タイミ
ング毎にディジタル信号に変換してディジタルコンピュ
ータに入力するようにした信号処理方法において、夫々
異なる機関の運転状態を表わす複数個のアナログ信号を
一回の変換タイミングにおいて順次ディジタル信号に変
換するようにしている。

〔作　用〕 アナログ信号をディジタル信号に変換する際にはまず初
めにＡＤ変換前のプログラムの状態を保存する処理が行
われ、次いで複数個のアナログ信号を順次ディジタル信
号に変換する処理が行われる。

〔実施例〕

第２図および第３図を参照すると、１は機関本体、２は
ピストン、３は燃焼室、４は点火栓、５ａは第１の吸気
弁、５ｂは第２の吸気弁、６は吸気ポート、７は一対の
排気弁、８は排気ポートを夫々示す。吸気ポート６は対
応する枝管９を介してサージタンク１０に連結され、枝
管９には対応する吸気ポート６内に向けて燃料噴射を行
うための燃料噴射弁１１が取付けられる。サージタンク
１０は吸気ダクト１２を介してエアクリーナ１３に連結
され、吸気ダクト１２内にはスロットル弁１４が配置さ
れる。スロットル弁１４にはスロットル開度がアイドリ
ング開度であることを検出するアイドルスイッチ１５と
、スロットル開度を検出するスロットルセンサ１６とが
連結される。また、サージタンク１０内にはサージタン
ク１０内の絶対圧を検出するたｔの圧力センサ１７が配
置され、吸気ダクト１２内には吸気温を検出するための
吸気温センサ１８が配置される。更に機関本体１には機
関冷却水温を検出するための水温センサ１９が取付けら
れる。一方排気ポート８は排気マニホルド２０に連結さ
れ、排気マニホルド２０内には酸素濃度センサ（以下０
２センサと称する）２１が配置される。

第３図に示されるように吸気ポート６は一対の隔壁２２
ａ、２２ｂによってヘリカル型通路６ａと、スレートポ
ート６ｂと、スレートポート６ｂから分岐されたバイパ
ス通路６Ｃに分割され、ストレートポー）６ｂの人口部
に吸気制御弁（ＳＣＶ）２３が配置される。吸気制御弁
２３は負圧ダイアフラム装置２４に連結され、負圧ダイ
アフラム装置２４のダイアフラム負圧室２５は大気に連
通可能な電磁切換弁２６を介して枝管９内に連結される
。電磁切換弁２６の切換作用によってダイアフラム負圧
室２５が枝管９に連結されると第３図に示されるように
吸気制御弁２３が閉弁する。このとき吸入空気はヘリカ
ル型通路６ａおよび第１吸気弁５ａを介して燃焼室３内
に流入するために燃焼室３内には強力な旋回流が発生せ
しめられる。一方電磁切換弁２６の切換作用によってダ
イアフラム負圧室２５が大気に開放されると吸気制御弁
２３が全開する。このとき吸入空気は一方ではヘリカル
型通路６ａおよびバイパス通路６Ｃから第１吸気弁５ａ
を介して燃焼室３内に流入し、他方ではストレートポー
）６ｂを介して第２吸気弁５ｂから燃焼室４内に流入す
るために充填効率が高められることになる。燃料噴射弁
１１からの燃料噴射作用、点火栓４による点火作用およ
び電磁切換弁２６の切換作用は第４図に示す電子制御ユ
ニット３０の出力信号に基いて制御される。

第４図を参照すると電子制御ユニット３０はディジタル
コンピュータからなり、双方向性バス３１によって相互
に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡ
Ｍ　（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ　（マイ
クロプロセッサ）３４、バックアップＲＡ　Ｍ　３５お
よび一対の人出カポ−）３６．３７を具備する。更に、
電子制御ユニット３０はマルチプレクサ３８と、マルチ
プレクサ３８の出力端子に接続されたＡＤ変換器３９と
を具備し、ＡＤ変換器３９の出力端子は入出力ポート３
６に接続される。

圧力センサＩ７はサージタンクＩＣＩ内の絶対圧ＰＭに
比例した出力電圧を発生し、この出力電圧がバッファ４
０を介してマルチプレクサ３８に入力される。

スロットルセンサ１６はスロットル開度ＴＡに比例した
出力電圧を発生し、この出力電圧がバッファ４１を介し
てマルチプレクサ３８に入力される。水温センサ１９は
機関冷却水温ＴＨＷに比例した出力電圧を発生し、この
出力電圧がバッファ４２を介してマルチプレクサ３８に
入力される。吸気温センサ１８は吸入空気温ＴＨＡに比
例した出力電圧を発生し、この出力電圧がバッファ４３
を介してマルチプレクサ３８に入力される。更にマルチ
プレクサ３８にはバッファ４４を介してバッテリ電圧Ｂ
が入力される。

また、第４図に示されるように０２センサ２１は例えば
ジルコニアからなるセンサ素子２７を具備する。このセ
ンサ素子２７は例えば６５０℃から７５０℃に維持しな
いと正規の出力信号を発生せず、従ってセンサ素子２７
の温度を６５０℃から７５０℃に維持するために０２セ
ンサ２１はセンサ素子２７を加熱するためのヒータ２８
を具備している。この０２センサ２１は理論空燃比およ
びリーン空燃比の双方を検出することができる。即ち、
センサ素子２７に電圧を印加するとセンサ素子２７には
排気ガス中の酸素濃度に比例した電流が流れるのでこの
電流値からリーン空燃比を知ることができる。一方、セ
ンサ素子２７への電圧の印加を停止するとセンサ素子２
７は濃淡電池の作用をなし、このときセンサ素子２７の
端子電圧は空燃比が理論空燃比よりも小さなときに上昇
し、理論空燃比よりも大きいときに下降する。従ってセ
ンサ素子２７の端子電圧から理論空燃比であるか否かを
判断することができる。従ってセンサ素子２７への電圧
の印加を制御するために人出力ポート３７に出力される
制御信号に基いて制御される切換スイッチ素子４５が設
けられる。即ち、第４図に示すように切換スイッチ素子
４５の切換作用によってセンサ素子２７が電源４６に接
続されるとセンサ素子２７には排気ガス中の酸素濃度に
比例した電流ＬＮＳＲが流れ、この電流からリーン空燃
比を知ることができる。この電流いＳＲは素子電流検出
回路４７によって電流に比例した電圧に変換され、この
電圧がバッファ４８を介しマルチプレクサ３８に入力さ
れる。一方、切換スイッチ素子４５の切換作用によって
センサ素子２７がバッファ４９に接続されるとセンサ素
子２７は理論空燃比を境に急変する出力電圧○Ｘを発生
する。この出力電圧Ｏｘはバッファ４９を介してマルチ
プレクサ３８に入力される。

一方、人出力ボート３７には０２センサ２１のヒータ２
８への通電を制御する通電制御回路５０が接続される。

このヒータ２８への通電作用は人出力ボート３７に出力
される制御信号に基いてデニーティー比制御される。ヒ
ータ２８の端子電圧ＶＬＯ５Ｓを検出するためにヒータ
２８のプラス側端子がバッファ５１を介してマルチプレ
クサ３８に接続される。また、ヒータ２８に供給される
ヒータ電流ＬＮＳＨはヒータ電流検出回路５２によって
ヒータ電流ＬＮＳＩＩに比例した電圧に変換され、この
電圧がバッファ５３を介してマルチプレクサ３８に入力
される。

また、入出力ポート３７は対応する駆動回路５４゜５５
．５６を介して夫々燃料噴射弁１１、点火栓４、電磁切
換弁２６に接続される。また、入出力ポート３７にはク
ランク角センサ５７、車速センサ５８およびアイドルス
イッチ１５が接続される。クランク角センサ５７はクラ
ンクシャフト（図示せず）が３０度回転する毎に出力パ
ルスを発生し、この出力パルスが入出力ポート３７に入
力される。車速センサ５８は車速に比例した周波数のパ
ルスを発生し、このパルスが入出力ポート３７に入力さ
れる。アイドルスイッチ１５はスロットル弁１４がアイ
ドリング開度にあることを示す出力信号を発生し、この
出力信号が入出力ポート３７に入力される。マルチプレ
クサ３８に入力される多数のアナログ信号は入出力ポー
ト３６からマルチプレクサ３８に与えられるチャンネル
選択信号によってそのうちの一つのアナログ信号が選択
され、選択されたアナログ信号はＡＤ変換器３９により
ディジタル信号に変換された後に入出力ポート３６に入
力される。

第５図は電子制御ユニット３０内において実行される各
処理に対して必要な時間を示している。なお、第５図は
機関回転数ＮＥが７５００ｒ、　ｐ、　ｍのときを示し
おり、従って１８０°クランク角（ＣＡ）は４　ｍ５ｅ
ｃに対応する。各処理に対しては優先順位が定められて
おり、メインルーチンの演算処理、車速の割込み処理、
ＡＤ変換処理、点火処理、噴射処理の順に優先順位が高
くなり、回転数（ＮＥ）割込み処理の優先順位が最も高
くなっている。メインルーチンにおいては後述するよう
に燃料噴射時期や点火時期等が計算される。

最も優先順位の高いＮＥ割込み処理は３０°クランク角
毎の割込みによって実行され、割込みが実行されると第
６図に示されるようにステップ１００においてフリーラ
ニングカウンタ（図示せず）から現在の時刻が計算され
、次いでステップ１０１においてこの時刻がＲＡＭ３３
の所定の番地に記憶される。

次に優先順位の高い噴射処理はメインルーチンで計算さ
れた結果に基いてＡにおいて噴射開始時期が人出力ボー
ト３７に出力され、已において噴射完了時期が人出力ボ
ート３７に出力される。

次に優先順位の高い点火処理はメインルーチンで計算さ
れた結果に基いてＣにおいて点火コンデンサの充電を開
始し、Ｄにおいて点火コンデンサを放電させることによ
り点火２次コイルに高電圧を発生せしめる。

次に優先順位の高いＡＤ変換処理は第７図に示されるよ
うに４　ｍ５ｅｃ毎の割込みによって実行される。この
割込みが実行されると第７図に示されるようにまず初め
にステップ２００においてＡＤ変換前のプログラムの状
態を保存する処理が行われ、この処理時間が第５図にお
いてＥで示される。この処理が完了するとステップ２０
１に進んで以後実質的なＡＤ変換処理が行われる。この
実質的なＡＤ変換処理に要する時間が第５図においてＦ
で示される。この実質的なＡＤ変換処理においてはまず
初めにステップ２０１においてサージタンク１０内の絶
対圧ＰＭを表わす圧力センサ１７の出力電圧をＡＤ変換
すべきチャンネル選択信号がマルチプレクサ３８に与え
られ、それによって絶対圧ＰＭを表わす圧力センサ１７
の出力信号がＡＤ変換器３９によりＡＤ変換されて人出
力ポート３６に入力される。

次いでステップ２０２では次式に基いて絶対圧ＰＭのな
まじ値ＰＭＡが計算される。

Ｐ　Ｍ　Ａ　＝　　　（７Ｐ！、ＩＡＯ＋ＰＭ）　　／
　８ここでＰＭＡｏは前回の割込み時に計算されたなま
し値を示す。

次いでステップ２０３では今回の割込みにより計算され
たなまじ値ＰＭＡと前回の割込み時に計算されたなまし
値ＰＭＡｏの差△ＰＭが計算される。

次−）でステップ２０４ではスロットル弁開度ＴＡを表
わすスロットルセンサ１６の出力電圧をＡＤ変換すべき
順序であるか否が判別される。このＡＤ変換は一つおき
の割込み時に実行される。ＡＤ変換すべき順序であると
きにはステップ２０５に進んでスロットル開度ＴＡを表
わすスロットルセンサ１６の出力電圧のＡＤ変換が行わ
れ、次いでステップ２０６ではスロットル開度ＴＡのな
まじ値ＴＡＡが次式に基いて計算される。

ＴＡＡ＝　（７ＴＡＡｏ＋ＴＡ）　／８ここでＴＡＡ、
は前回のＴＡのＡＤ変換時に計算されたなまし値である
。

次いでステップ２０７ではＴＡＡとＴＡＡ、との差△Ｔ
Ａが計算され次いでステップ２１４では時間計測用の各
種カウンタの更新やその他４　ｍ５ｅｃ毎に行うべき処
理が行われる。この処理に要する時間が第５図において
Ｇで示される。次いで処理サイクルが完了する。従って
この場合には絶対圧ＰＭのＡＤ変換処理とスロットル開
度ＴＡのＡＤ変換処理が行われる。

一方、ステップ２０４においてスロットル開度ＴＡを表
わす出力電圧のＡＤ変換順序でないと判断されたときは
ステップ２０８に進んでリーンセンサ２１のセンサ素子
２７を流れる電流ＬＮＳＲを表わす素子電流検出回路４
７の出力電圧をＡＤ変換すべき順序であるか否かが判別
される。このＡＤ変換は一つおきの判別毎に、即ち４回
割込む毎に１回実行される。素子電流検出回路４７の出
力電圧をＡＤ変換すべき順序であるときにはステップ２
０９に進んでこの出力電圧がＡＤ変換される。次いでス
テップ２１０ではＡＤ変換された電圧が再び電流値ＬＮ
ＳＲに変換され、次いでステップ２１１ではこの電流値
ＬＮＳＲが対応するリーン空燃比に変換される。次いで
ステップ２１４を経て処理サイクルを完了する。

従ってこの場合には絶対圧ＰＭのＡＤ変換処理と電流値
ＬＮＳＲのＡＤ変換処理が行われることになる。

一方、ステップ２０８において素子電流検出回路４７の
出力電圧をＡＤ変換すべき順序でないと判別されたとき
はステップ２１２に進む。ステップ２１２ではバッファ
４９を介してマルチプレクサ３８に入力されているセン
サ素子２７の端子電圧ＯＸがＡＤ変換される。次いでス
テップ２１３ではルーチンがステップ２１３に進む毎に
機関冷却水温ＴＨＷを表わす水温センサ１９の出力電圧
、吸気温ＴＨＡを表わす吸気温センサ１８の出力電圧、
ヒータ２８に供給される電流ＬＮＳ）Ｉを表わすヒータ
電流検出回路５２の出力電圧、バッテリ電圧Ｂおよびヒ
ータ２８の端子電圧ＶＬＯ３Ｓが順次−つずつＡＤ変換
される。従って４　ｍ５ｅｃ毎にＡＤ変換処理が行われ
る順序は第１図に示すようになる。即ち、最初の割込み
時にＰＭおよびＴＡのＡＤ変換処理が行われると次の割
込み時にはＰＭとＬＮＳＲのＡＤ変換処理が行われ、次
いでＰＭとＴＡのＡＤ変換処理が、次いでＰＭ・ＯＸ、
ＴＨＷのＡＤ変換処理が行われる。

再び第５図に戻るとＡＤ変換処理の次の優先順位である
車速の割込み処理がＨにおいて行われる。

最も優先順位の低いメインルーチンの処理はＮＥ割込み
処理、噴射処理、点火処理、ＡＤ変換処理および車速割
込み処理が実行されていないときに実行される。

次に第８図を参照してメインルーチンについて説明する
。第８図を参照するとまず初めにステップ３００におい
て機関回転数ＮＥと絶対圧ＰＭから噴射時期が計算され
、次いでステップ３０１において機関回転数ＮＥと絶対
圧ＰＭから点火時期が計算される。次いでステップ３０
２では機関回転数ＮＥ、絶対圧ＰＭおよびスロットル開
度ＴＡから基本噴射量ＴＰが計算され、次いでステップ
３０３では機関回転数ＮＥ、絶対圧ＰＭおよびスロット
ル開度ＴＡから目標空燃比係数ＫＡＦが定められる。目
標空燃比が理論空燃比の場合にはＫＡＦは１．０であり
、目標空燃比がリーン空燃比のときにはＫＡＦ＜１．０
となる。次いでステップ３０４ではセンサ素子２７の電
流ＬＮＳＲから計算された空燃比或いはセンサ素子２７
の端子電圧○Ｘからフィードバック補正係数ＦＡＦが計
算される。即ち、空燃比が目標空燃比からずれたときに
空燃比が目標空燃比となるようにＦＡＦが変化せしめら
れる。次いでステップ３０５では次式に基いて噴射量Ｔ
ＡＵが計算される。

ＴＡｔｌ　＝ＴＰ−ＫＡＦ−ＦＡＦ−ｆ　（ＴＨＡ、　
Ｂ、　ＴＨＷ）次いでステップ３０６では機関回転数Ｎ
Ｅ、絶対圧ＰＭ、ヒータ２８への供給電流ＬＮＳＨ，バ
ッテリ電圧Ｂ１ヒータ２８の端子電圧ＶＬＯ５’Ｓから
センサ素子２７の温度を６５０℃から７５０℃に保持す
るのに必要なヒータ２８への供給電力Ｐが計算される。

次いでステップ３０７では第６図に示すルーチンによっ
て３０°クランク角毎に計算された最新の例えば３つの
時刻から機関回転数ＮＥが計算される。次いで再びステ
ップ３００に戻る。

吸気制御弁２３を開閉制御するルーチンは第９図に示さ
れるように３２ｍ５ｅＣ毎の割込みによって実行され、
割込みが実行されると機関回転数ＮＥ、絶対圧ＰＭおよ
びスロットル開度ＴＡから電磁切換弁２６の切換作用が
行われる。

噴射時期、噴射量および点火時期等に最も影響を与える
のは絶対圧ＰＭの変化であり、特に稀薄混合気を用いた
場合にはこれら噴射時期、噴射量および点火時期を精密
に制御しなければならないために絶対圧ＰＭの変化をい
ちはやく検出しなければならない。従って第１図および
第７図かられかるように絶対圧ＰＭは４　ｍ５ｅｃ毎に
ＡＤ変換される。噴射時期等に次に影響を与えるのはス
ロットル開度ＴＡであり、従ってスロットル開度ＴＡは
８ｍ５ｅＣ毎にＡＤ変換される。噴射量に次に影響を与
えるのはセンサ素子２７の電流ＬＮＳＲおよび電圧ＯＸ
であり、従ってこれらは１５ｍ５ｅｃ毎にＡＤ変換され
る。その他の冷却水温ＴＨＷ等は変化速度が遅いので長
い周期でもってＡＤ変換せしめられる。

第１図および第７図かられかるように本発明による一実
施例では一回の４　ｍ５ｅｃ割込み時に２つのアナログ
信号、例えばＰＭとＴＡ、又は３つのアナログ信号、例
えばＰＭ、ＯＸ、ＴＨＷがＡＤ変換される。ＡＤ変換処
理は第５図のＥに示されるようにＡＤ変換前のプログラ
ムの状態を保存する処理に成る程度の時間を要し、従っ
てこの処理の後に複数のアナログ信号をディジタル信号
に変換しても全体の処理時間はさほど長くならない。従
って一回の割込み時に複数個のアナログ信号をＡＤ変換
してもメインルーチンを処理する時間を十分に残すこと
ができる。また、このように−回の割込み時に複数個の
アナログ信号をＡＤ変換することによって同じ情報を表
わすアナログ信号を短かい時間間隔でもってＡＤ変換す
ることができる。

また、第１図には第５図においてＦで示す実質的なＡＤ
変換に要する時間の時間配分が示されている。ＰＭはＡ
Ｄ変換時にＡＤ変換されるだけではなく第７図のステッ
プ２０２．　２０３の処理が行われ、ＴＡも第７図のス
テップ２０６．　２０７の処理が行われ、ＬＮＳＲも第
７図のステップ２１０．　２１１の処理が行われるので
処理に時間を要する。これに対してＯＸ、ＴＨＷ、ＴＨ
Ａ、ＬＮＳＨ，Ｂ、ＶＬＯ３Ｓは単にＡＤ変換するだけ
なのであまり時間を要しない。従って第１図に示される
ように一回の割込み時に３つのアナログ信号をＡＤ変換
するときには処理に時間を要しないＯｘとＴＨＷ、或い
はＯＸとＴＨＡ、或いはＯＸとＬＮＳＨを組合せるよう
にしている。その結果、４　ｍ５ｅｃ割込み時の処理時
間はＡＤ変換処理すべきアナログ信号の数にかかわらず
にほぼ均一となる。いずれかの割込み時における実質的
なＡＤ変換処理時間Ｆが異常に長くなるとメインルーチ
ンの処理が十分にできなくなり、噴射制御や点火制御に
支障をきたすことになる。

しかしながら４　ｍ５ｅｃ毎の割込み時の処理時間がほ
ぼ均一であるためにメインルーチンの処理に対して十分
な時間が与えられ、斯くして確実に噴射時間、噴射量お
よび点火時期を計算できることになる。なお、これまで
述べた実施例では全ての割込み処理時に複数のアナログ
信号のＡＤ変換処理を行っているが成る割込み処理時に
処理時間を要する一つのアナログ信号のＡＤ変換処理の
みを行ない、他の割込み処理時に処理時間を要しない複
数のアナログ信号をＡＤ変換処理するようにしてもよい
。

〔発明の効果〕

種々の処理を確実に実行しつつ同一の情報を表わすアナ
ログ信号を短かい時間間隔でもってディジタル信号に変
換することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＡＤ変換すべきアナログ信号を示す線図、第２
図は内燃機関の側面断面図、第３図は第２図の断面平面
図、第４図は電子制御ユニットを示す図、第５図は電子
制御ユニット内で行われる処理時間を示す図、第６図は
割込みルーチンを示すフローチャート、第７図は割込み
ルーチンを示すフローチャート、第８図はメインルーチ
ンを示すフローチャート、第９図は割込みルーチンを示
すフローチャートである。 ４・・・点火栓、　　　　　１１・・・燃料噴射弁、１
６・・・スロットルセンサ、 １７・・・圧力センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関の運転状態を表わすアナログ信号を予め定められた
   変換タイミング毎にディジタル信号に変換してディジタ
   ルコンピュータに入力するようにした信号処理方法にお
   いて、夫々異なる機関の運転状態を表わす複数個のアナ
   ログ信号を一回の変換タイミングにおいて順次ディジタ
   ル信号に変換するようにした内燃機関制御装置の信号処
   理方法。