JP2002206444A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の空燃比制御、特に冷間始動時の空
燃比制御の精度を向上させると共に、冷間始動時に燃料
を安定化させる手段を追加した場合でも当初の空燃比制
御の精度を損なうことのない内燃機関の制御装置を提供
することにある。 【解決手段】 吸気管と、該吸気管内に燃料を噴射する
燃料噴射弁と、を備えた内燃機関の制御装置において、
該制御装置は、基本燃料量算出手段と、前記吸気管に付
着する壁流量を算出する手段と、該壁流量の上限値を算
出する手段と、噴射燃料量算出手段とを備え、前記壁流
量算出手段は、前記算出された壁流量上限値に基づいて
壁流量を算出し、前記噴射燃料量算出手段は、該壁流量
に基づいて基本燃料量を補正して噴射燃料量を算出して
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の制御装
置に係り、特に、吸気管に付着する噴射燃料に着目し
て、冷間始動時の空燃比制御と安定燃焼とを良好に行う
ことできる内燃機関の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、内燃機関の空燃比制御は、内燃
機関の回転数と吸入空気流量（負荷）ととに基づいて燃
料噴射量が設定されることにより行われるものであり、
該燃料噴射量は、燃料噴射弁への噴射パルス幅を変更す
ることにより設定されるものである。

【０００３】そして、内燃機関の吸気管内に燃料噴射弁
から噴射された燃料は、その一部が吸気管内の壁面に付
着（壁流）することで、シリンダ内での実空燃比が設定
した目標空燃比とずれてしまう傾向があるので、該傾向
を考慮した空燃比制御を行う必要かある。内燃機関の始
動時には、内燃機関が冷却していること、及び、始動前
は吸気管内の壁面に燃料が付着（壁流）していないこと
から、特にその噴射燃料の付着傾向が強いものであっ
て、内燃機関の始動時の空燃比制御と始動性とを阻害す
る要因となっている。つまり、内燃機関の始動時は、吸
気管内の壁面に燃料が付着（壁流）していないこと、即
ち、吸気管内に壁流が充足されるまでの時間だけクラン
キング（始動時間）が長くなり、かつ、この間は排気性
状が悪化するとの不具合がある。

【０００４】このために、従来から内燃機関の始動時の
空燃比制御には種々の提案がなされている。特開平５−
１６３９７７号公報に所載の技術は、内燃機関の制御装
置に、通常の燃料噴射制御手段とは別に、始動時燃料噴
射手段を備え、始動時からの所定の期間の間、前記燃料
噴射制御手段に優先して、前記始動時燃料噴射手段から
始動時燃料噴射パルス信号を燃料噴射弁に出力すること
で、始動時の所定の噴射燃料の吸気管内の壁面への付着
量（壁流）を短時間で充足させることを可能とし、無駄
なクランキングを回避して始動時間を短縮でき、始動時
の排気性状を改善したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述の技術
には、吸気管内に付着する壁流の量の上限値が、どの程
度が適切であるについての配慮がなされていないため
に、吸気管に付着した壁流は、その後すべて燃焼に関与
することが前提となっている。このため、内燃機関の低
水温時等の状況において、壁流が付着限界を超えて内燃
機関のシリンダ内に流出して燃焼に関与せずに排気され
た場合、その流出に基づく空燃比のずれに対して、燃料
への補正が想定されておらず、所定の空燃比制御が行わ
れない傾向があり、排気性状も改善されなくる。

【０００６】また、排気性状を向上させるために、燃焼
を安定させる手段を追加させた場合には、前記壁流の付
着状態、及び、付着限界が異なってくるため、当初の適
合定数がずれてくる虞が発生する。

【０００７】本発明の内燃機関の制御装置は、前記点に
鑑みてなされたものであって、その目的とするところ
は、内燃機関の空燃比制御、特に冷間始動時の空燃比制
御の精度を向上させると共に、冷間始動時に燃料を安定
化させる手段を追加した場合でも当初の空燃比制御の精
度を損なうことのない内燃機関の制御装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明に係る内燃機関の制御装置は、基本的には、吸気
管と、該吸気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、を備
えた内燃機であって、該制御装置が、基本燃料量算出手
段と、前記吸気管に付着する壁流量を算出する手段と、
該壁流量の上限値を算出する手段と、噴射燃料量算出手
段とを備え、前記壁流量算出手段は、前記算出された壁
流量上限値に基づいて壁流量を算出し、前記噴射燃料量
算出手段は、該壁流量に基づいて基本燃料量を補正して
噴射燃料量を算出することを特徴としている。

【０００９】前記の如く構成された本発明の内燃機関の
制御装置は、壁流量を推定して噴射燃料量に補正を加え
ることにより、内燃機関を目標とする空燃比により精密
に制御することができる。また、吸気管壁面に付着する
壁流量に上限値を設定し、内燃機関の水温等で前記上限
値を補正すること、及び、上限値を超えた壁流量を別
途、噴射燃料量に補正することとで、実際の内燃機関の
壁流の挙動を正確に把握し、特に内燃機関の低水温時の
噴射燃料量を適切に補正することができる。

【００１０】そして、本発明に係る内燃機関の制御装置
の具体的な態様は、前記制御装置が、前記壁流量の上限
値を補正する手段を備え、前記壁流量を算出する手段
が、内燃機関の状態に応じて定まる壁流の滞留率と、内
燃機関の状態に応じて定まる壁流の離脱量と、により前
記壁流量を算出するものであり、内燃機関の定常運転時
の壁流量を少なくとも１つ以上の内燃機関の状態変数に
より内燃機関の各領域毎に記憶しておく手段と、前記記
憶しておいた壁流量を前記状態変数により読み込む手段
と、を備えているとを特徴としている。

【００１１】前記の如く構成された本発明の内燃機関の
制御装置は、前記壁流上限値は、アシストエアインジェ
クタ、スワールコントロールバルブ等の燃焼安定手段の
動作状況により、噴射燃料量からの壁流への付着及び離
脱が変化する故、この起動のタイミングに同期して前記
の壁流の上限値を補正することができるので、燃料制御
システムの拡張性が容易になり、目標空燃比制御の精度
及び燃焼を安定させる手段を追加した場合の制御のロバ
スト性を確保することができる。

【００１２】また、本発明に係る内燃機関の制御装置の
他の具体的な態様は、前記壁流量の上限値を算出する手
段が、内燃機関の定常運転時の上限値を少なくとも１つ
以上の内燃機関の状態変数により内燃機関の各領域毎に
記憶しておく手段と、前記記憶しておいた前記上限値を
前記状態変数により読み込む手段と、内燃機関の状態に
応じて前記読み込まれた上限値を補正する手段とを備
え、前記壁流量の上限値が、内燃機関の各状態に応じ
て、空燃比が予め設定された目標値となるように設定さ
れる値であることを特徴としいる。

【００１３】更に、本発明に係る内燃機関の制御装置の
更に他の具体的な態様は、前記制御装置が、燃焼に寄与
する手段を備え、該燃焼に寄与する手段は、噴射燃料の
粒径に寄与する手段と、シリンダに流入する気流の形態
に寄与する手段と、噴射燃料の蒸発の促進に寄与する手
段と、の何れか一つを少なくとも備え、前記噴射燃料の
蒸発の促進に寄与する手段が、前記吸気管の壁面の温度
を制御する手段と、吸入する空気温度を制御する手段
と、の何れか一つを少なくとも備えていることを特徴と
している。

【００１４】更にまた、本発明に係る内燃機関の制御装
置の更に他の具体的な態様は、前記制御装置が、内燃機
関の負荷算出手段を備え、該負荷算出手段は、前記吸気
管内の圧力又は吸入空気量に基づいて負荷を算出するこ
とを特徴としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の内燃機関の制御装
置の一実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本実施形態の制御装置を備えた内燃機関の全体
のシステム構成を示したものである。内燃機関２００の
本体２０１には、吸気管２０４と排気管２１６とが接続
されており、前記吸気管２０４には、スロットル絞り弁
２０２、該スロットル絞り弁２０２をバイパスして吸気
管２０４へ接続されて内燃機関のアイドル時の回転数を
制御するアイドルスピードコントロールバルブ２０３、
スロットル開度センサ２１８、吸気管２０４内の圧力を
検出する吸気管圧力センサ２０５、前記吸気管２０４に
設定された切り欠きのあるバルブをＯＮ／ＯＦＦさせる
ためのスワールコントロールバルブ２１２、吸気管２０
４の下流に設定され該吸気管２０４に付着した燃料壁流
の蒸発を促進させる壁面加熱ヒータ２１３、内燃機関の
要求する燃料を供給する燃料噴射弁２０６、該燃料噴射
弁２０６の燃料噴霧に空気気流を印加するためのバルブ
をＯＮ／ＯＦＦするアシストエアインジェクタバルブ２
１１等が配置されている。

【００１６】また、排気管２１６には、排気ガス中の酸
素濃度を検出する酸素濃度センサ２１０が配置されてい
る。更に、内燃機関本体２０１には、、内燃機関の所定
のクランク角度位置に設定されたクランク角度センサ２
０７、内燃機関のシリンダ内に供給された燃料の混合気
に点火する点火栓２１７、該点火栓２１７に点火エネル
ギを供給する点火モジュール２０８、内燃機関の運転、
停止のメインスイッチであるイグニッションキイスイッ
チ２１４等が配置されている。更に、前記内燃機関２０
０は、制御装置２１５を備え、該制御装置２１５は、前
記各センサからの信号を受けて演算を行い、前記各出力
制御部に制御信号を出力する。

【００１７】尚、前記酸素濃度センサ２１０は、排気空
燃比に対して比例的な信号を出力するものを示している
が、排気ガスが理論空燃比に対して、リッチ側／リーン
側の２つの信号を出力するものでも差し支えはない。ま
た、壁面加熱ヒータ２１３は、吸気管２０４の下流の噴
射燃料付着部に配置されているが、吸気管２０４の上流
に配置され、加熱された気流により燃料壁流を蒸発させ
るものでも差し支えない。更に、本実施形態では、吸気
管圧力を検出して燃料制御を成立させるものとしている
が、内燃機関の吸入空気量を検出して燃料制御を成立さ
せるものであってもよい。

【００１８】図２は、本実施形態の内燃機関２００の制
御装置２１５の内部構成を示したものであって、特に壁
流量推定手段を備えた制御装置２１５の内部構成の一例
を示したものである。該制御装置２１５は、内燃機関２
００に設置された各センサからの電気的信号をデジタル
演算処理用の信号に変換しデジタル演算用の制御信号を
実際のアクチュエータの駆動信号に変換するＩ／Ｏ Ｌ
ＳＩ ３０１、該Ｉ／ＯＬＳＩ３０１のデジタル演算処
理用の信号から内燃機関２００の状態を判断し該内燃機
関の要求する燃料量や点火時期等を予め定められた手順
に基づいて計算してその計算された値を前記Ｉ／Ｏ Ｌ
ＳＩに送る演算装置３０２、該演算装置３０２の制御手
順及び制御定数が格納された不揮発性のメモリ３０３、
前記演算装置３０２の計算結果等が格納される揮発性の
メモリ３０４から構成される。

【００１９】揮発性メモリ３０４には、前記イグニッシ
ョンキイスイッチ２１４がＯＦＦで、燃料制御装置２１
５に電源が供給されない場合でも、メモリ内容を保存す
ることを目的としたバックアップ電源が接続されてい
る。

【００２０】また、本実施形態の制御装置は、水温セン
サ２０９、クランク角度センサ２０７、酸素濃度センサ
２１０、吸気管圧力センサ２０５、スロットル開度セン
サ２１８、イグニッションＳＷ２１４からの出力信号が
入力されると共に、内燃機関２００の各気筒の燃料噴射
弁２０６、点火コイル２１８、アイドルスピードコント
ロールバルブ開度指令値算出手段３１９、スワールコン
トロールバルブ駆動手段３２０、アシストエアバルブ駆
動手段３２１、及び、壁面過熱ヒータ駆動手段３２２に
制御信号が出力される。

【００２１】図３は、本実施形態の壁流量推定手段を備
えた制御装置の制御ブロック図である。内燃機関回転数
計算手段１０１は、内燃機関の所定のクランク角度位置
に設定されたクランク角度センサ２０７の電気的な信
号、おもにパルス信号の変化の単位時間当たりの入力数
をカウントし、演算処理することで、内燃機関の単位時
間当りの回転数を計算するものである。基本燃料計算手
段１０２は、前記内燃機関回転数計算手段１０１で演算
された内燃機関の回転数、及び、内燃機関の吸気管に設
置されたセンサ２０５より検出された吸気管圧力を内燃
機関の負荷として、各領域における内燃機関の要求する
基本燃料を計算するものである。

【００２２】基本燃料補正係数計算手段１０３は、前記
内燃機関回転数計算手段１０１で演算された内燃機関の
回転数と、前記吸気管圧力からの内燃機関負荷とにより
前記基本燃料算出手段１０２で計算された基本燃料の内
燃機関の各運転領域における補正係数を計算する。

【００２３】基本点火時期計算手段１０４は、前記内燃
機関回転数、及び前記吸気管圧力からの内燃機関負荷に
より内燃機関の各領域における最適な点火時期をマップ
検索等で決定する。空燃比帰還制御係数計算手段１０５
は、内燃機関の排気管２１６に設置された酸素濃度セン
サ２１０の出力信号から内燃機関に供給される燃料と空
気の混合気が後述する目標空燃比に保たれるように空燃
比帰還制御係数を計算する。尚、前記酸素濃度センサ２
１０は、本実施形態では、排気空燃比に対して比例的な
信号を出力するものを示しているが、排気ガスが理論空
燃比に対して、リッチ側／リーン側の２つの信号を出力
するものでも差し支えはない。

【００２４】目標空燃比設定手段１０６は、前記内燃機
関回転数、及び前記吸気管圧力からの内燃機関負荷によ
り内燃機関の各領域における最適な目標空燃比をマップ
検索等で決定する。前記目標空燃比設定手段１０６で決
定された目標空燃比は、前記空燃比帰還制御係数計算手
段１０５の空燃比帰還制御に用いられる。

【００２５】噴射燃料量算出手段１０７は、前記基本燃
料算出手段１０２で演算された基本燃料を基本燃料補正
係数計算手段１０３の基本燃料補正係数、内燃機関水温
及び後述する壁流量推定手段１０９で推定された壁流量
等で補正を施すところである。点火時期補正手段１０８
は、前記基本点火時期計算手段１０４でマップ検索され
た点火時期を、内燃機関の状態(過渡もしくは定常)に応
じて補正を施すところである。

【００２６】壁流量推定手段１０９は、前記内燃機関回
転数、内燃機関負荷及び内燃機関水温等から内燃機関の
吸気管２０４への壁流の滞留率、離脱率、及び壁流量の
上限値を計算し、これらの値から吸気管壁面への燃料の
滞留量(壁流量)を決定するところである。冷間始動制御
手段１１０は、前記内燃機関回転数、内燃機関負荷及び
内燃機関水温から内燃機関の冷間時の始動の燃焼を安定
させる手段の起動を判定するところである。内燃機関の
冷間時の始動の燃焼を安定させる手段とは、例えば内燃
機関の要求燃料を噴射する燃料噴射弁２０１の噴霧に空
気気流を印加し、噴霧粒径を小さくさせるもの、吸気管
２０４のシリンダ入り口近辺に切り欠きのある仕切り版
で遮り、シリンダへの気流に渦を発生させるもの、燃料
噴射弁２０１の噴霧が吸気管２０４に付着する部分にヒ
ータ２１３を設定したもの等がある。

【００２７】燃料噴射手段１１１〜１１４は、前記基本
燃料補正手段１０７で計算された燃料量を内燃機関の燃
料噴射弁２０６に供給する燃料噴射手段である。気筒点
火手段１１５〜１１８は、前記点火時期補正手段１０８
で補正された内燃機関の要求点火時期に応じてシリンダ
に流入した燃料混合気を点火する点火手段である。冷間
始動安定手段１１９は、前記冷間始動制御手段１１０の
冷間始動安定手段の領域判定に基づいて、冷間始動安定
手段を起動するものである。尚、本実施形態では、内燃
機関負荷を吸気管２０４の圧力で代表させているが、内
燃機関が吸入する空気量で代表させてもよい。

【００２８】図４は、本実施形態の内燃機関２００の吸
気管２０４内での燃料の壁流の滞留状態の一例を示した
ものである。燃料噴射弁２０６から噴射された燃料は、
噴射された燃料が直接シリンダに流入する直接流入する
する直接流入分４０３と、吸気管２０４の内壁２０４ａ
に付着している燃料壁流４０４に滞留する壁留帯流分４
０２と、燃料壁流４０４から離脱する壁流離脱分４０５
と、に分離される。前記噴射された燃料が直接シリンダ
に流入する直接流入分４０３と前記壁流離脱分４０５と
が、シリンダに流入して燃焼に関与することとなる。

【００２９】図５は、燃料噴射と壁流量及び壁流離脱分
との関係を一例として示したものである。チャート５０
１は、燃料の噴射タイミングを示し、チャート５０１で
の燃料噴射直後は、チャート５０２で示す壁流量が、ピ
ークとなり、その後、チャート５０３の壁流離脱分が時
間と共に増加し、これに合わせて壁流量５０２は、減少
する。尚、内燃機関２００の吸気弁が開くと、壁流離脱
分５０３は、シリンダへ流入することとなり、流入しき
れなかった壁流量は、次回の壁流量の初期滞留分５０４
となる。

【００３０】図５での燃料壁流ＭＦの滞留におけるチャ
ートを、実際に内燃機関のシリンダに流入する燃料Ｇ
Ｆ、噴射した燃料ＴＩとの関係で表すと次の式（Ｉ）と
式（II）のようになる。但し、ＭＦＩＮは壁流量の単位
時間当たりの変化量である。

【００３１】

【数１】式（Ｉ）として、 ＭＦ（１）＝ＧＦ（１）×Ｘ （１） ＭＦ（２）＝ＧＦ（２）×Ｘ −（ＭＦ（１）−ＭＦＩＮ１） （２） ＭＦ（３）＝ＧＦ（３）×Ｘ −（ＭＦ（２）−ＭＦＩＮ２） （３） ＭＦ（４）＝ＧＦ（４）×Ｘ −（ＭＦ（３）−ＭＦＩＮ３） （４） ↓ ＭＦ（ｎ）＝ＧＦ（ｎ）×Ｘ −Σ（ＭＦ（ｎ）−ＭＦＩＮｎ）（５） ＭＦＩＮｎ＝ＭＦ（ｎ）×（１−ＴＡＵ） （６）

【００３２】

【数２】式（II）として ＧＦ（ｎ）＝ＴＩ（ｎ）×（１−Ｘ）＋ＭＦＩＮｎ （７） ＴＩ（ｎ）＝ＧＦ（ｎ）−ＭＦＩＮｎ／（１−Ｘ） （８） ＧＦ（ｎ）＝シリンダに流入する空気量／目標とする空燃比 （９） 式（Ｉ）の（１）〜（４）は、初回の燃料噴射から４回
目の燃料噴射時の壁流ＭＦの推移を表した式である。式
（５）は、ｎ回目の燃料噴射時の壁流ＭＦの一般式を表
したものである。式（６）は、ｎ回目の燃料噴射時の壁
流離脱分４０５を表している。

【００３３】式（II）は、壁流を考慮した場合の燃料噴
射量の補正式を表したものである。式（７）は、噴射し
た燃料ＴＩと実際に内燃機関のシリンダに流入する燃料
ＧＦとの関係を表したものである。式（８）は、実際に
内燃機関のシリンダに流入する燃料ＧＦから噴射すべき
燃料ＴＩを求めるための式を表している。式（９）は、
シリンダに流入する燃料ＧＦの要求される定義である。
シリンダに流入される燃料ＧＦは、式（９）の如く内燃
機関のシリンダに流入する空気量を目標とする空燃比で
除することにより、式（８）で補正し、目標とする空燃
比を得ることができる。

【００３４】図６は、前記制御装置の燃料滞留量及びそ
の燃料滞留量から噴射燃料量を補正する制御ブロックの
一例を示したものである。壁流滞留率算出手段６０１で
は、内燃機関の回転数と内燃機関の負荷から壁流滞留率
をマップ検索にて算出する。壁流離脱率算出手段６０２
では、同様に内燃機関の回転数と内燃機関の負荷から壁
流離脱率をマップ検索にて算出する。噴射燃料量算出手
段６０３では、前記壁流滞留率及び壁流離脱率、目標噴
射燃料量及び後述する壁流量により噴射燃料量を算出す
る。壁流量算出手段６０４では、前記壁流滞留率及び壁
流離脱率及び後述する壁流上限値により噴射燃料量算出
手段６０３で用いられる壁流量を算出する。尚、本制御
ブロックで用いられる基本式は、前述の式（１）で表し
た式を用いる。壁流上限値算出手段６０５では、前記内
燃機関回転数、内燃機関負荷、内燃機関水温及び冷間始
動安定手段の作動状況により壁流の上限値を算出する。

【００３５】図７は、平衡壁流量から噴射燃料量を補正
する制御ブロックの一例を示したものである。平衡壁流
量算出手段７０１では、内燃機関回転数、内燃機関負荷
及び内燃機関水温から平衡壁流量を算出し、計算された
平衡壁流量は、ＭＦ上限制限手段７０２で上限値の制限
が施される。尚、上限値は、後述する制御ブロック７０
５で求める。上限制限を施された壁流量は、制御ブロッ
ク７０３の遅延器及び制御ブロック７０４の加算器によ
り単位時間当たりの変化量ＭＦＩＮｎを計算する。ＭＦ
上限判定手段７０５では、内燃機関回転数、内燃機関負
荷、内燃機関水温及び冷間始動安定手段の動作状況の情
報に基づいて壁流上限値を算出する。

【００３６】前記単位時間当たりの変化量ＭＦＩＮｎを
求めることと平行して、加算器７０６により平衡壁流量
とＭＦ上限判定手段７０５の壁流上限値との差分を計算
し、ＭＦ下限判定手段７０７により下限値制限を施しＭ
ＦＭＩＳｎとする。前記単位当たりの変化量ＭＦＩＮｎ
と前記壁流上限値との差分ＭＦＭＩＳｎ及び目標噴射燃
料量から噴射燃料量算出手段７０８で、該制御ブロック
中に記述された式に基づいて噴射燃料量を計算する。

【００３７】図８は、前記平衡壁流量から噴射燃料量を
補正する制御ブロックにおける平衡壁流量を計算する制
御ブロックの一例を示したものである。ブロック８０１
では、内燃機関回転数及び内燃機関負荷により、平衡壁
流量をマップ検索する。ブロック８０２においては、内
燃機関水温により、前述の平衡壁流量の補正係数をテー
ブル検索する。その後に乗算器８０３により前述の平衡
壁流量に前述の水温補正係数を施すことにより最終の平
衡壁流量を出力する。

【００３８】図９は、図７の前記制御装置のにおける壁
流上限判定手段７０５の制御ブロックの一例を示したも
のである。制御ブロック９０１においては、内燃機関回
転数と内燃機関負荷により、壁流上限値をマップ検索す
る。制御ブロック９０２においては、内燃機関水温から
壁流上限値の水温補正係数をテーブル検索する。ブロッ
ク９０３においては、冷間始動安定手段の状況から冷間
始動安定手段の補正係数を算出する。前記計算された壁
流上限値及び補正係数は、乗算器９０４で乗算され、最
終の壁流上限値として出力される。

【００３９】図１０は、図９の冷間始動安定手段の補正
計算の制御ブロック９０３の一例である。ブロック１０
０１では、アシストエアインジェクタバルブ２１１のデ
ューティに応じて補正係数をテーブル検索する。また、
スワールコントロールバルブ２１２のＯＮ／ＯＦＦ信号
に応じて補正定数１００２の値をスイッチ１００３で補
正係数をして出力する。ブロック１００４では、壁面加
熱ヒータ２１３の駆動信号により吸気管２０４の壁面温
度を推定する。ブロック１００５では、前記推定された
壁面温度により補正係数をテーブル検索する。以上によ
り、アシストエアインジェクタバルブ２１１、スワール
コントロールバルブ２１２及び壁面過熱ヒータ２１３の
補正係数を乗算器１００６により乗算して最終の補正係
数とする。尚、本実施形態におけるアシストエアインジ
ェクタはデューティ駆動としているが、ＯＮ／ＯＦＦ駆
動でも適用できる。

【００４０】図１１は、図１０の冷間始動安定手段の補
正計算における壁面温度推定手段１００４の制御ブロッ
クの一例である。壁面加熱ヒータ駆動信号のＯＮ時に
は、スイッチ１１０３がＯＮし、ブロック１１０１の所
定温度上昇値が選択され、ＯＦＦ時には、スイッチ１１
０４がＯＮし、ブロック１１０２の所定温度下降値が選
択される。前記選択された上昇／下降値は、加算器１１
０５により、遅延器１１０６からの前回の壁面温度推定
値と加算することで壁面温度を推定する。尚推定された
壁面温度は、ブロック１１０７により上下限の制限を施
して出力することとなる。

【００４１】図１２は、これまで説明した制御ブロック
により動作する壁流量のタイミングチャートの一例を示
したものである。チャート１２０１は、始動後の内燃機
関回転数の挙動を示している。チャート１２０２は、本
実施形態の壁流の上限値を施さない時の壁流量計算値を
示している。チャート１２０３は、アシストエアバルブ
駆動信号（ディーティ信号）を示している。チャート１
２０４は、壁面加熱ヒータ２１３により熱せられた壁面
の温度の推定値を示している。チャート１２０５は、本
実施形態の制御により制限された壁流量を示している。
アシストエアバルブ駆動デューティ、壁面温度上昇によ
り、壁流上限値が変化することからチャートに変曲点を
持つこととなっている。

【００４２】図１３は、以上説明した制御ブロックによ
り動作する制御装置が制御する内燃機関の排気空燃比の
タイミングチャートの一例を示したものである。チャー
ト１３０１は、内燃機関回転数の挙動を示している。チ
ャート１３０２は、内燃機関の排気空燃比を示し、線１
３０３は、本実施形態の壁流の上限値を施さなかった場
合の排気空燃比を示しており、壁流の上限値を施すこと
により線１３０４の如く補正され、リッチ／リ−ン変動
の挙動がなくなることとなる。チャート１３０５は、チ
ャート１３０２と同様な内燃燃関の排気空燃比を示して
おり、線１３０６が排気空燃比、線１３０７が設定され
た目標空燃比であり、壁流の上限値を設定することによ
り、目標とした空燃比との偏差は、小さくなり良好な空
燃比の制御性をえることができる。チャート１３０８
は、本実施形態の制御により制限された壁流量を示して
いる。

【００４３】図１４は、本実施形態の壁流量推定手段を
備えた制御装置の制御フローチャートの一例を示したも
のである。ステップ１４０１でクランク角度センサの信
号から内燃機関回転数を計算する。ステップ１４０２で
内燃機関負荷を読み込み、ステップ１４０３で前記内燃
機関回転数と前記吸気管圧力とから基本燃料を計算す
る。ステップ１４０４では、前記内燃機関回転数と前記
吸気管圧力で基本燃料補正係数を検索し、ステップ１４
０５では、目標とする排気空燃比を設定する。ステップ
１４０６では、排気管２１６に設定された酸素濃度セン
サ２１０の出力を読み込み、実排気空燃比を計算する。
ステップ１４０７で、前記目標空燃比と前記実排気空燃
比により、空燃比帰還制御係数を演算する。ステップ１
４０８では壁流量の上限値を加味した壁流量推定値を計
算し、ステップ１４０９で基本燃料量に対して前記壁流
量推定値に基づき補正を行う。ステップ１４１０におい
ては、前記補正を施された燃料量をセットし、前記燃料
噴射手段で内燃機関に供給することとなる。ステップ１
４１１においては、冷間始動安定手段の起動領域の判定
を行い、ステップ１４１２においては、前記判定に基づ
いて冷間始動安定手段の起動を行う。本実施形態では、
処理を同一周期毎に処理しているが、制御の便宜に応じ
て、それぞれの処理周期を変更しても良い。

【００４４】図１５は、前記基本点火時期計算手段１０
４の制御のフローチャートの一例を示したものである。
ステップ１５０１で内燃機関回転数を読み込み、ステッ
プ１５０２で内燃機関負荷を読み込む。ステップ１５０
３では、前記内燃機関回転数と前記吸気管圧力により最
適な点火時期をマップ検索で行なう。ステップ１５０４
では、内燃機関状態に基づき補正を施すこととなる。

【００４５】図１６は、前述の空燃比帰還制御係数計算
手段１０５の制御のフローチャートの一例を示したもの
である。ステップ１６０１では目標空燃比を読み込み、
ステップ１６０２では実排気空燃比を読み込む。ステッ
プ１６０３では、前記目標空燃比と実排気空燃比との差
分値を計算する。ステップ１６０４では、前記差分値か
ら空燃比帰還制御のＰ分を計算する。ステップ１６０
５、１６０６では、同様に、Ｄ分、Ｉ分を計算する。ス
テップ１６０７で、前記Ｐ分、Ｄ分、Ｉ分を加算し、空
燃比帰還制御係数を算出する。

【００４６】図１７は、図６における制御装置の燃料滞
留量及びその燃料滞留量から噴射燃料量を補正する制御
のフローチャートの一例を示したものである。ステップ
１７０１で内燃機関回転数を読み込み、ステップ１７０
２では内燃機関負荷を読み込む。ステップ１７０３で前
記内燃機関回転数と内燃機関負荷とにより壁流滞留率マ
ップを検索し、壁流滞留率を求める。ステップ１７０４
では、同様に内燃機関回転数と内燃機関負荷により壁流
離脱率マップを検索し壁流離脱率を求める。ステップ１
７０５では、内燃機関水温を読み込み、ステップ１７０
６では冷間始動安定手段の動作状況を読み込む。ステッ
プ１７０７では、前記冷間始動安定手段の動作状況等の
情報により壁流量の上限値を計算する。ステップ１７０
８では、壁流量の更新及び壁流からの離脱量の計算を行
い、ステップ１７０９において目標噴射燃料量を計算す
る。ステップ１７１０において前記壁流量、及び目標噴
射燃料量から噴射燃料量を決定する。

【００４７】図１８は、図７における制御装置の平衡壁
流量から噴射燃料量を補正する制御のフローチャートの
一例を示したものである。ステップ１８０１で内燃機関
回転数を読み込み、ステップ１８０２で内燃機関負荷を
読み込み、ステップ１８０３で内燃機関水温を読み込
む。ステップ１８０４では、前記内燃機関回転数、内燃
機関負荷、及び内燃機関水温により平衡壁流量を計算す
る。ステップ１８０５においては、冷間始動安定手段の
動作状況を読み込み、ステップ１８０６で前記内燃機関
回転数、内燃機関負荷、内燃機関水温等の情報とともに
壁流量の上限値を計算する。ステップ１８０７では、上
限値の施された壁流量の時間変化分を計算する。ステッ
プ１８０８では平衡壁流量と前記壁流量上限値の差分を
計算する。ステップ１８０９〜１８１１では、前記時間
変化分、差分及び読み込まれた目標噴射燃料量により壁
流補正を施した噴射燃料を計算する。

【００４８】図１９は、図８の平衡壁流量計算手段７０
１における制御フローチャートの一例を示したものであ
る。ステップ１９０１で内燃機関回転数を読み込み、ス
テップ１９０２で内燃機関負荷を読み込む。ステップ１
９０３では前記内燃機関回転数、内燃機関負荷により平
衡壁流量マップを検索し、基本となる平衡壁流量を決定
する。ステップ１９０４では内燃機関水温を読み込み、
ステップ１９０５で平衡壁流量の水温補正係数テーブル
を検索し、水温補正係数を求める。ステップ１９０６で
基本となる平衡壁流量に水温補正を施し、平衡壁流量を
出力する。

【００４９】図２０は、図９の制御装置における壁流上
限判定の制御フローチャートの一例示したものである。
ステップ２００１では、内燃機関回転数を読み込み、ス
テップ２００２で内燃機関負荷を読み込む。ステップ２
００３では、前記内燃機関回転数、内燃機関負荷により
壁流上限マップを検索し、基本となる壁流上限値を決定
する。ステップ２００４では、内燃機関水温を読み込
み、ステップ２００５前記内燃機関水温で壁流上限の水
温補正係数のテーブルを検索し、水温補正係数を決定す
る。

【００５０】ステップ２００６では、冷間始動安定手段
の補正値を計算する。ステップ２００７において前記基
本となる壁流上限値に前記水温補正係数及び冷間始動安
定手段の補正係数を施すことで最終の壁流上限値を決定
する。

【００５１】図２１は、図１０の壁流上限判定の冷間始
動安定手段の補正計算の制御フローチャートの一例を示
したものである。ステップ２１０１ではアシストエアイ
ンジェクタバルブ駆動信号（デューティ信号）を読み込
み、ステップ２１０２でデューティに対する補正量をテ
ーブル検索する。ステップ２１０３及び２１０４でスワ
ールコントロールバルブ２１２がＯＮかＯＦＦかを、判
定し、ＯＮの場合は補正係数を所定の値とする。ステッ
プ２１０５においては、壁面加熱ヒータ２１３の駆動信
号を読み込み、ステップ２１０６では壁面温度を推定す
る。ステップ２１０７では、前記壁面温度による補正係
数をテーブル検索する。ステップ２１０８においては、
前記アシストエアインジェクタ補正量、スワールコント
ロールバルブ補正量、及び壁面温度補正量を乗算し、最
終的な補正量を出力する。

【００５２】図２２は、図１１の冷間始動安定手段の補
正計算における壁面温度推定の制御フローチャートの一
例を示したものである。ステップ２２０１においては、
壁面加熱ヒータ２１３の駆動信号を読み込む。ステップ
２２０２〜ステップ２２０５においては、壁面加熱ヒー
タ２１３の駆動信号がＯＮならば、前回の壁面温度推定
値に所定の上昇値を加算、ＯＦＦならば前回の壁面温度
推定値から所定の下降値を減算し、加減算された値に上
下限値を施す。ステップ２２０６においては、その値を
壁面温度の推定値として出力する。

【００５３】以上、本発明の一実施形態について詳述し
たが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱す
ることなく、設計において種々の変更ができるものであ
る。

【００５４】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明の内燃機関の制御装置は、壁流量を推定して噴射燃料
量に補正を加えることにより、内燃機関を目標とする空
燃比により精密に制御することができる。また、吸気管
壁面に付着する壁流量に上限値を設定し、内燃機関の水
温等で前記上限値を補正すること、及び、上限値を超え
た壁流量を別途、噴射燃料量に補正することとで、実際
の内燃機関の壁流の挙動を正確に把握し、特に内燃機関
の低水温時の噴射燃料量を適切に補正することができ
る。

【００５５】更に、前記壁流上限値は、アシストエアイ
ンジェクタ、スワールコントロールバルブ等の燃焼安定
手段の動作状況により補正することができるので、燃料
制御システムの拡張性が容易になり、制御としてもロバ
スト性の向上が見込める。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の内燃機関の制御装置を備
えた内燃機関の制御システムの全体構成を示す図。

【図２】図１の内燃機関の制御装置の内部構成を示しブ
ロック図。

【図３】図１の内燃機関の制御装置の制御ブロック図で
あって、特に壁流量推定手段を備えた燃料制御装置の制
御ブロック図。

【図４】図１の内燃機関の吸気管の壁流の燃料滞留状態
の一例を図。

【図５】図３の内燃機関の制御装置の燃料噴射タイミン
グ、壁流量、及び、壁流離脱分との関係の一例を示す
図。

【図６】図３の内燃機関の制御装置の燃料滞留量算出、
及び、該燃料滞留量から噴射燃料量を補正制御するブロ
ック図。

【図７】図３の内燃機関の制御装置の平衡壁流量から噴
射燃料量を補正する制御ブロック図。

【図８】図７の平衡壁流量計算手段の制御ブロック図。

【図９】図７の壁流上限判定手段の制御ブロック図。

【図１０】図９の冷間始動安定手段の補正計算の制御ブ
ロック図。

【図１１】図１０の壁面温度推定手段の制御ブロック
図。

【図１２】図３の内燃機関の制御装置の壁流量のタイミ
ングチャートの一例を示す図。

【図１３】図３の内燃機関の制御装置による排気空燃比
制御のタイミングチャートの一例を示す図。

【図１４】図３の内燃機関の制御装置、特に壁流量推定
手段を備えた制御装置の制御フローチャート。

【図１５】図３の内燃機関の制御装置の基本点火時期計
算手段の制御フローチャート。

【図１６】図３の内燃機関の制御装置の空燃比帰還制御
係数計算手段の制御フローチャート。

【図１７】図６の制御装置の燃料滞留量、及び、該燃料
滞留量から噴射燃料量を補正する制御フローチャート。

【図１８】図７の内燃機関の制御装置の平衡壁流量から
噴射燃料量を補正する制御フローチャート。

【図１９】図８の制御装置の平衡壁流量計算手段におけ
る制御フローチャート。

【図２０】図９制御装置の壁流上限判定手段の制御フロ
ーチャート。

【図２１】図１０の制御装置の冷間始動安定手段の補正
計算の制御フローチャート。

【図２２】図１１の制御装置の壁面温度推定手段の制御
フローチャート。

【符号の説明】

１０２ 基本燃料算出手段 １０７ 噴射燃料量算出手段 １０９ 壁流量算出手段 １１０ 冷間始動制御手段 １１９ 冷間始動安定手段 ２００ 内燃機関 ２０４ 吸気管 ２０６ 燃料噴射弁 ２１１ アシストエアインジェクタバルブ ２１２ スワールコントロールバルブ ２１３ 壁面加熱ヒータ ２１５ 制御装置 ４０２ 壁留帯流分 ４０３ 燃料の直接シリンダに流入する直接流入
分 ４０４ 壁流 ４０５ 壁流離脱分 ６０１ 壁流滞留率算出手段 ６０２ 壁流離脱率算出手段 ８０１ 平衡壁流量マップ ９０３ 冷間始動安定手段の補正計算制御ブロッ
ク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大野 茂美 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 石川 広人 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 Ｆターム(参考） 3G084 BA13 BA21 BA26 CA03 CA09 DA05 DA10 DA23 EB08 EC03 FA07 FA10 FA11 FA13 FA18 FA20 FA29 FA33 FA36 FA38 3G301 HA01 HA06 HA17 JA12 JA26 KA07 KA08 KA24 LB02 LC10 MA13 NB06 NB20 NC04 NE06 NE17 PA07Z PA11Z PA18Z PB03Z PB10Z PD02Z PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z PF16Z

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気管と、該吸気管内に燃料を噴射する
   燃料噴射弁と、を備えた内燃機関の制御装置において、 該制御装置は、基本燃料量算出手段と、前記吸気管に付
   着する壁流量を算出する手段と、該壁流量の上限値を算
   出する手段と、噴射燃料量算出手段とを備え、 前記壁流量算出手段は、前記算出された壁流量上限値に
   基づいて壁流量を算出し、前記噴射燃料量算出手段は、
   該壁流量に基づいて基本燃料量を補正して噴射燃料量を
   算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 【請求項２】 前記制御装置は、前記壁流量の上限値を
   補正する手段を備えていることを特徴とする請求項１に
   記載の内燃機関の制御装置。
3. 【請求項３】 前記壁流量を算出する手段は、内燃機関
   の状態に応じて定まる壁流の滞留率と、内燃機関の状態
   に応じて定まる壁流の離脱量と、により前記壁流量を算
   出するものであることを特徴とする請求項１又２に記載
   の内燃機関の制御装置。
4. 【請求項４】 前記壁流量を算出する手段は、内燃機関
   の定常運転時の壁流量を少なくとも１つ以上の内燃機関
   の状態変数により内燃機関の各領域毎に記憶しておく手
   段と、前記記憶しておいた壁流量を前記状態変数により
   読み込む手段と、を備えているとを特徴とする請求項１
   乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 【請求項５】 前記壁流量の上限値は、内燃機関の各状
   態に応じて、空燃比が予め設定された目標値となるよう
   に設定される値であることを特徴とした請求項１乃至４
   のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 【請求項６】 前記壁流量の上限値を算出する手段は、
   内燃機関の定常運転時の上限値を少なくとも１つ以上の
   内燃機関の状態変数により内燃機関の各領域毎に記憶し
   ておく手段と、前記記憶しておいた前記上限値を前記状
   態変数により読み込む手段と、内燃機関の状態に応じて
   前記読み込まれた上限値を補正する手段と、 を備えて
   いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に
   記載の内燃機関の制御装置。
7. 【請求項７】 前記制御装置は、燃焼に寄与する手段を
   備え、該燃焼に寄与する手段は、噴射燃料の粒径に寄与
   する手段と、シリンダに流入する気流の形態に寄与する
   手段と、噴射燃料の蒸発の促進に寄与する手段と、の何
   れか一つを少なくとも備えていることを特徴とする請求
   項１記載の内燃機関の制御装置。
8. 【請求項８】 前記噴射燃料の蒸発の促進に寄与する手
   段は、前記吸気管の壁面の温度を制御する手段と、吸入
   する空気温度を制御する手段と、の何れか一つを少なく
   とも備えていることを特徴とする請求項７に記載の内燃
   機関の制御装置。
9. 【請求項９】 前記制御装置は、内燃機関の負荷算出手
   段を備え、該負荷算出手段は、前記吸気管内の圧力又は
   吸入空気量に基づいて負荷を算出することを特徴とする
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御
   装置。