JP2890651B2 - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents

内燃機関の燃料噴射量制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の燃料噴射量制御装置に係り、特に
内燃機関の排気管ガス浄化用触媒装置の過熱や内燃機関
の過熱を防止するために、燃料噴射量を制御する燃料噴
射量制御装置に関する。
〔従来の技術〕
電子制御式燃料噴射制御装置を備えた内燃機関では、
吸気管負圧と機関回転数とから、あるいは吸入空気量と
機関回転数とから基本燃料噴射時間を算出し、機関排気
通路内に設けた酸素濃度検出器の出力検出信号に基づい
て基本燃料噴射時間を補正することにより、機関シリン
ダ内に供給される混合気が予め定められた目標空燃比に
なるようにフィールドバック制御している。ここで、機
関排気通路内に設けた三元触媒を用いた触媒装置は理論
空燃比を中心とした狭い空燃比の範囲でのみしか高い浄
化率が得られないため、上記の空燃比フィールドバック
の制御により通常上記混合気が理論空燃比になるように
制御されている。
しかし、内燃機関の高負荷運転時には排気ガス温度が
上昇し、それに伴い触媒装置の内部温度(例えば触媒床
温)が上昇して許容温度の上限(クライテリア)を越え
る場合は触媒劣化が激しくなり、場合によっては触媒装
置が溶損してしまう。そこで、触媒装置の内部でのガス
反応は空燃比が理論空燃比付近で最も活発であり、空燃
比が理論空燃比からリッチ側及びリーン側のいずれかに
ずれたときはガス反応による熱発熱量が低下するという
点と、また空燃比をリッチ化すると排気ガス温度が低下
するという点とに鑑み、排気系の温度と相関関係の大き
い吸入空気量のなまし値を用いて推定し、この推定温度
が所定値以上となったときに燃料噴射量を増量して空燃
比をリッチ化し、これにより内燃機関や触媒装置の過熱
を防止する電子制御式噴射装置が従来より知られている
(特開昭61−46431号公報)。
〔発明が解決しようとする課題〕
吸入空気量は排気系の温度の上昇度合いをよく表わす
のであるが、排気系の温度がどの位まで上昇するのかは
吸入空気量だけでは把握できない。それは排気系の温度
の上昇上限が機関回転数によっても変わるからである。
そのため、推定温度の上限値を機関回転数に応じて備え
てない前記従来技術では排気系温度が実際には上記所定
値を越えていないにも拘らず所定値をこえたと判断し
て、上記の燃料噴射量の増量制御(所謂OTP増量)を実
行してしまうことがあるという問題がある。
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、機関回転数
に応じて推定排気系温度の上限値を決定することによ
り、より排気系温度を正確に推定できる内燃機関の燃料
噴射制御装置を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
第1図は本発明の原理構成図を示す。同図中、10は内
燃機関で、その吸気通路11に燃料噴射弁12が設けられ、
またその排気通路13に触媒装置14が設けられている。負
荷検出手段15はこの内燃機関10の負荷を検出し、機関回
転数検出手段16は機関回転数を検出する。燃料噴射量算
出手段17は検出された前記負荷と前記機関回転数とに基
づき、前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を算出
する。
排気系温度推定手段18は、前記内燃機関の排気系温度
を推定する。そして、増量補正手段19は推定された該排
気系温度が判定値以上となった際に前記燃料噴射量を増
量補正する。このような構成の内燃機関の燃料噴射量制
御装置において、本発明は、推定された前記排気系温度
を、前記負荷及び前記機関回転数で定められる機関運転
状態が高負荷高回転領域にある場合には所定の勾配で増
加し、前記機関運転状態が軽負荷低回転領域にある場合
には所定の勾配で減少するように補正する推定温度補正
手段120、及び、補正された推定排気系温度に前記機関
回転数に応じた上限値を設ける上限設定手段20を備える
ようにしたものである。
〔作用〕
推定された排気系温度は機関運転状態に応じて補正さ
れるため、機関運転状態の変化に対する排気系温度の時
間遅れの影響が軽減される。また、推定された排気系温
度は内燃機関10の負荷だけでなく、機関回転数をも考慮
した上限値でガードされるため、高負荷運転時であって
も機関回転数によって変わる排気系温度が、高過ぎる値
に推定されてしまうことを防止することができる。
〔実施例〕
第2図は本発明が適用される電子制御式燃料噴射装置
のシステム構成図を示す。同図中、第1図と同一構成部
分には同一符号を付してある。本実施例は内燃機関10と
して4気筒4サイクル火花点火式内燃機関(エンジン)
に適用した例で、後述するマイクロコンピュータ21によ
って制御される。
第2図においてエアクリーナ22の下流側にはスロット
ルバルブ23を介してサージタンク24が設けられている。
エアクリーナ22の近傍には吸気温を検出する吸気温セン
サ25が取付けられ、またスロットルバルブ23には、スロ
ットルバルブ23が全閉状態でオンとなるアイドルスイッ
チ26が取付けられている。また、サージタンク24には前
記負荷検出手段15に相当するダイヤフラム式の圧力セン
サ27が取付けられている。
また、スロットルバルブ23を迂回し、かつ、スロット
ルバルブ23の上流側と下流側とを連通するバイパス通路
28が設けられ、そのバイパス通路28の途中にソレノイド
によって開弁度が制御されるアイドル・スピード・コン
トロール・バルブ(ISCV)29が取付けられている。この
ISCV29に流れる電流をデューティ比制御して開弁度を制
御し、これによりバイパス通路28に流れる空気量を調節
することにより、アイドルング回転数が目標回転数に制
御される。
サージタンク24は前記吸気通路11に相当するインテー
クマニホルド30及び吸気ポート31を介してエンジン32
(前記内燃機関10に相当する)の燃焼室33に連通されて
いる。インテークマニホルド30内に一部が突出するよう
各気筒毎に燃料噴射弁34(第1図の12に相当)が配設さ
れており、この燃料噴射弁34でインテークマニホルド30
を通る空気中に燃料が噴射される。
燃焼室33は排気ポート35及び前記排気通路13に相当す
るエキゾーストマニホルド36を介して触媒装置37(第1
図の14に相当)に連通されている。また、38は点火プラ
グで、一部が燃焼室33に突出するように設けられてい
る。また、39はピストンで、図中、上下方向に往復運動
する。
イグナイタ40は高電圧を発生し、この高電圧をディス
トリビュータ41により各気筒の点火プラグ38へ分配供給
する。回転角センサ42はディストリビュータ41のシャフ
トの回転を検出して例えば、30°CA毎にエンジン回転信
号をマイクロコンピュータ21へ出力するセンサで、前記
機関回転数検出手段16を構成している。
また、43は水温センサで、エンジンブロック44を貫通
して一部がウォータジャケット内に突出するように設け
られ、エンジン冷却水の水温を検出して水温センサ信号
を出力する。更に酸素濃度検出センサ(O2センサ)45
は、その一部がエキゾーストマニホルド36を貫通突出す
るように配置され、触媒装置37に入る前の排気ガス中の
酸素濃度を検出する。
このような構成の各部の動作を制御するマイクロコン
ピュータ21は第3図に示す如きハードウェア構成とされ
ている。同図中、第2図と同一構成部分には同一符号を
付し、その説明を省略する。第3図において、マイクロ
コンピュータ21は中央処理装置(CPU)50、処理プログ
ラムを格納したリード・オンリ・メモリ(ROM)51、作
業領域として使用されるランダム・アクセス・メモリ
(RAM)52、エンジン停止後もデータを保持するバック
アップRAM53、マルチプレクサ付きA/Dコンバータ54及び
入出力インタフェイス回路55などから構成されており、
それらはバス56を介して互いに接続されている。
A/Dコンバータ54は吸気温センサ25からの吸気温検出
信号、圧力センサ27からの吸気管負圧(PM)検出信号、
水温センサ43からの水温検出信号、O2センサ45からの酸
素濃度検出信号及びバッテリ57からの電源電圧を順次切
換えて取り込み、それをアナログ・ディジタル変換して
バス56へ順次送出する。
入出力インターフェイス回路55はアイドルスイッチ26
からの検出信号及び回転角センサ42からの機関回転数
(NE)に応じた回転数信号が夫々入力され、それをバス
56を介してCPU50へ入力する一方、バス56から入力され
た各信号をISCV29、燃料噴射弁34及びイグナイタ40へ送
出してそれらを制御する。これにより、燃料噴射弁34は
その燃料噴射時間TAUが制御され、またイグナイタ40は
点火信号が入力されてイグニションコイルの一次電流を
遮断し、点火プラグ38に点火する。
上記構成のマイクロコンバータ21は前記した燃料噴射
量算出手段17,排気系温度推定手段18,増量補正手段19,
上限値設定手段20をソフトウエアで実現するもので、RO
M51内に格納された制御プログラムに従い、本実施例の
触媒装置の過熱防止燃料増量処理ルーチンを第4図に示
すフローチャートに従い実行する。この処理ルーチンが
例えば32ms〜60ms毎に起動されると、まずRAM52から機
関回転数NEのデータ及び吸気管負圧PMのデータが読み出
されてCPU50に読み込まれる(ステップ101)。機関回転
数NEと吸気管負圧PMに応じて、排気系温度は第5図
(A)に示す如く変化し、同じ吸気管圧力PMであっても
機関回転NEが高くなるほど排気系温度は高くなる。
次に、第4図のステップ102へ進み、CPU50は読み込ん
だ機関回転数NEと吸気管圧力PMとに基づき、ROM51に予
め記憶されている第1の二次元マップを参照してカウン
トアップ値MOTPを算出し、続いてステップ103へ進んでR
OM51に予め記憶されている第2の二次元マップを参照し
てからカウンタ上限値COTPMAXを算出する。すなわち、
ステップ103は前記上限値設定手段20を実現する。ここ
で、上記の第1の二次元マップは第5図(B)に示す如
く、機関回転数NEと吸気管圧力PMとから推定される第5
図(A)の排気系温度に対応した値をMOTPがとるように
設定されている。また、上記の第2の二次元マップも第
5図(C)に示すように、上記推定排気系温度に対応し
た値をCOTPMAXがとるように設定されており、最小値は
ゼロである。なお、カウントアップ値MOTPは軽負荷運転
領域では負の値をとる。
次に第4図のステップ104において、CPU50のカウンタ
値COTP(初期値はゼロ)とステップ103で算出したカウ
ンタ上限値COTPMAXとの大小比較が行われ、COTP<COTPM
AXのときはステップ105へ進んで、前回のCOTPの値に上
記ステップ102で算出した、カウントアップ値MOTPを加
算した値を今回のCOTP値として算出する。なお、カウン
タ値COTPは現在の推定排気系温度に対応する値である。
また、カウンタ上限値COTPMAXはカウンタ値COTPの上限
値である。
一方、ステップ104において、COTP≧COTPMAXの判定結
果が得られたときはステップ106へ進み、 COTP←COTP−(COTP−COTPMAX)×0.1 なる式に基づき、カウンタ値COTPを減衰させる。すなわ
ち高回転、高負荷運転でカウンタ上限値COTPMAXが高い
値になっている状態から低回転、低負荷運転へ移行した
ような場合、カウンタ値COTPはステップ103で算出され
るCOTPMAXに比べ運転状態の変化にただちに追従しない
から、COTPがカウンタ上限値COTPMAXの値以上になるこ
とがある。この場合は、前の運転状態よりも今回の運転
状態の方が排気系温度が低いと推定され、また今回の運
転状態によって排気系温度や温度低下度も異なるため、
カウンタ値COTPの減衰率もそれに見合うように、ステッ
プ106で現在のカウンタ値とカウンタ上限値との差(COT
P−COTPMAX)の10%の値を現在のカウンタ値COTPから差
し引く。これにより、カウンタ値COTPはカウンタ上限値
COTPMAXに徐々に近付いていくが、COTPMAXが小さい値の
ときほど早くCOTPを減衰する。
第4図のステップ105又は106の前記排気系温度推定手
段18に相当する処理が終了すると、カウンタ値COTPは吸
気管圧力PM及び機関回転数NEに対応して推定された排気
系温度に対応した値となっており、正か否か判定され
(ステップ107)、正のときはカウンタ上限値COTPMAXが
所定の判定値以上か否かの判定を行う(ステップ10
8)。この判定値は触媒装置37の許容温度に対応する値
に決定されている。
COTPMAXが判定値以上のときはカウンタ値COTPが判定
値以上か否か判定し(ステップ109)、COTPも判定値以
上のときに初めて排気系温度がクライテリア(例えば85
0℃)に達したと判断し、燃料増量値FOTPの算出が行わ
れる(ステップ110)。
このFOTPは例えば次式、 に基づいて算出する。なお、上式中、NE25は最下位ビッ
トの値が25rpmを示すデータにより表わされる機関回転
数、PMSM8は吸気管圧力のなまし値を示す。
このようにして算出されたFOTPは1より大なる値であ
り、前回の基本噴射時間TAUに乗算されて今回の基本噴
射時間TAUを長くし(ステップ111)、燃料噴射弁43によ
り燃料噴射量を増量し、排気系温度を低下させる。以上
のステップ107〜111が前記手段17,19を実現するステッ
プである。
一方、前記ステップ107でカウンタ値COTPが0又は負
と判定されたときはステップ112へ進んでカウンタ値COT
Pがゼロ(下限ガード値)にセットされる。ステップ107
及びステップ112の処理によれば、カウンタ値COTPが負
になることが防止される。すなわち、カウンタ値COTP
を、ゼロを下限としてガードしている。ステップ112に
続くステップ111で燃料増量値FOTPが1.0とされて次のス
テップ113での燃料噴射時間TAUの算出において前回と同
一の値とされる(すなわち、OTP増量は行わない)。
また、ステップ108、109において、カウンタ上限値CO
TPMAX、カウンタ値COTPが判定値未満のときはステップ1
13へ進みOTP増量を停止する。すなわち、カウンタ値COT
Pが判定値以上であっても、機関回転数NE及び吸気管圧
力PMが変化していて、カウンタ上限値COTPMAXが判定値
未満となるような運転状態(例えば高回転、高負荷運転
時から低回転、低負荷運転へ移行したような場合)で
は、OTP増量は不要であるが、このような場合はステッ
プ108から113へ進み、OTP増量を停止する。従って、排
気系温度の推定値(COTP)が上記COTPMAXによって上限
ガード処理され、推定値が高い値をとることがなくな
る。
このように本実施例によれば、カウンタ上限値COTPMA
Xと判定値の差分だけOTP増量を開始するまでの時間が変
わり、またカウンタアップ値MOTPも前記PM及びNEによっ
て変わるので、丁度、排気系温度がクライテリアに達し
たときにOTP増量が実行されるようになる。また、加
速、減速が繰り返されるような運転状態のときは、減速
時においてもカウンタ値COTPはクリアされず、その時の
運転状態(PM及びNEによって検出される)に応じて減衰
をステップ106で行うので、排気系温度の低下に適合し
たカウンタ値の低下が得られる。従って次に加速(高負
荷、高回転運転)し、それに伴って排気系温度が上昇し
たときでも、カウンタ値COTPは前条件に見合った値から
カウントアップすることとなり、常に適切なOTP増量の
実行が行われる。
すなわち、本実施例では高負荷、高回転運転時はカウ
ントアップ値MOTPが正の値でカウンタ値COTPはカウント
アップされるのに対し、低負荷、低回転運転時はMOTPが
負の値でCOTPはカウントダウンされるから、軽負荷運転
時間が短くて高負荷運転に移行した場合はカウンタ値CO
TPのカウントダウン量が少なく、次の高負荷運転で排気
系温度が上昇してもクライテリアに達する時にOTP増量
が実行され、一方、軽負荷運転時間が長いときはカウン
ト値COTPがその運転時間に見合った十分小なる値にまで
カウントダウンするので、次に高負荷運転に移行したと
きは、十分長い時間かかってOTP増量が実行されるか
ら、無駄な燃料消費を防止できる。
また、高負荷運転時には、機関回転数が低いときであ
っても従来は負荷のみで排気系温度を推定していたので
OTP増量を実行してしまっていたが、本実施例では上記
の場合は機関回転数が低いことから排気系温度はクライ
テリアに達していないこと上限カウンタ値COTPMAXと判
定値との大小比較から判定できるため、無駄にOTP増量
を実行してしまうようなことはない。
なお、負荷の検出方法としては吸入空気量を検出する
ようにしてもよい。
〔発明の効果〕
上述の如く、本発明によれば、排気系温度の推定値に
機関回転数に応じた上限値を設けたため、排気系温度が
実際には上昇していないのにもかかわらず、排気系温度
が高いと推定してOTP増量を実行してしまうことを防止
することができい、よって触媒装置の過熱防止とともに
燃費を向上することができる等の特長を有するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理構成図、 第2図は本発明を適用し得る電子制御式燃料噴射制御装
置の一例のシステム構成図、 第3図は第2図中のマイクロコンピュータの一例のハー
ドウエア構成図、 第4図は本発明の要部の一実施例の動作説明用フローチ
ャート、 第5図は第4図の各部の動作説明図である。 図において、 10…内燃機関、11…吸気通路、12,34…燃料噴射弁、13
…排気通路、14,37…触媒装置、15…負荷検出手段、16
…機関回転数検出手段、17…燃料噴射量検出手段、18…
排気系温度推定手段、19…増量補正手段、20…上限値推
定手段、21…マイクロコンピュータ、27…圧力センサ、
42…回転角センサを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02D 41/04 330 F02D 45/00 345 F02D 45/00 366

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排気通路に触媒装置が設けられ、吸気通路
    に燃料噴射弁が設けられた内燃機関の負荷を検出する負
    荷検出手段と、 該内燃機関の機関回転数を検出する機関回転数検出手段
    と、 検出された前記負荷と前記機関回数とに基づき、前記燃
    料噴射弁から噴射される燃料噴射量を算出する手段と、 検出された前記負荷に応じて、前記内燃機関の排気系温
    度を推定する排気系温度推定手段と、 推定された該排気系温度が判定値以上となった際に前記
    燃料噴射量を増量補正する増量補正手段とを備える内燃
    機関の燃料噴射量制御装置において、 推定された該排気系温度を、前記負荷及び前記機関回転
    数で定まる機関運転状態が高負荷回転領域にある場合に
    は所定の勾配で増加し、前記機関運転状態が軽負荷低回
    転領域にある場合には所定の勾配で減少するように補正
    する推定温度補正手段と、 該補正された推定排気系温度に、前記機関回転数に応じ
    た上限値を設ける上限値設定手段を備えることを特徴と
    する内燃機関の燃料噴射量制御装置。
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