JP3078008B2 - エンジンの燃料制御装置 - Google Patents

エンジンの燃料制御装置

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JP3078008B2 JP02303786A JP30378690A JP3078008B2 JP 3078008 B2 JP3078008 B2 JP 3078008B2 JP 02303786 A JP02303786 A JP 02303786A JP 30378690 A JP30378690 A JP 30378690A JP 3078008 B2 JP3078008 B2 JP 3078008B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、エンジンの燃料制御装置特に、可変バル
ブタイミング制御部を有するエンジンに供給される燃料
量を制御するエンジンの燃料制御装置に関するものであ
る。
[従来の技術] 自動車用ガソリンエンジンにおいては全運転領域にお
ける出力性能を向上させるため吸排気弁の開閉時期をエ
ンジンの回転数などの運転状態に応じて可変する方法が
提案され、一部実用化されている。
従来のエンジンの燃料制御装置は吸気管経路にスロッ
トル弁を設け、エンジンの出力は基本的にスロットル弁
で制御されているが、原理的にはスロットル弁を除去し
て吸気弁の開閉時期を広範囲に可変することによりエン
ジンの出力を制御することが可能である。
第6図は従来のエンジンの燃料制御装置を示す構成図
で、図において、(1)はエンジン、(2)はこのエン
ジン(1)に連結された吸気管、(3)は吸気管(2)
の経路に設けられたサージタンク、(4)はエンジン
(1)への吸入空気量を検出するエアフローセンサ、
(5)は吸気管(2)に燃料を噴射するインジェクタ、
(6)はエンジン(1)のクランク角回転をピックアッ
プする第1の検出手段としての回転センサ、(7)はカ
ム軸(図示せず)の回転角を検出するカム角センサであ
る。(8)は吸気弁の開閉時期を制御する吸気弁開閉装
置、(9)は排気弁の開閉時期を制御する排気弁開閉装
置で、これらは例えば高速の電磁ソレノイドで構成され
る。(10)は各種入力情報を基に、燃料量を演算し、イ
ンジェクタ(5)の駆動時間の制御を行うとともに、吸
気弁開閉装置(8)、排気弁開閉装置(9)を制御する
コンピュータユニット、(11)はアクセル開度センサで
ある。この第6図に示す構成にはエンジンの吸排気弁制
御機能と燃料量制御機能の2つの機能が含まれている
が、先ず吸排気弁制御機能について説明する。
エンジンの吸排気は、スロットル弁を有する通常の方
式では、カム軸で機械的に吸排気弁の開閉駆動がなさ
れ、第7図に示すように一般的には吸気弁は吸気工程の
TDC近傍で開き、BDCを通り過ぎた後に閉じ、又排気弁は
排気工程のBDC近傍で開き、TDC近傍で閉じるようにカム
プロファイルで機械的に決められている。従ってエンジ
ンの回転数や負荷に関係なく吸排気弁の開閉時期が固定
されており、この開閉時期の最適値はエンジン回転数に
よって大きく変るので、実際には高回転側、低回転側の
吸気効率をそれぞれ犠牲にし妥協点に設定されている。
このような不合理を解消するために以前から吸排気弁
の開閉時期を可変にし、エンジンの回転数などのパラメ
ータによって吸排気弁の開閉タイミングを制御すること
が試みられている。ここでは吸気管中にスロットル弁を
有せず吸気弁の開閉のみでエンジン出力を制御するシス
テムを対象としており第8図に示す如く、アクセル開度
センサ(11)の開度に応じて吸気弁の開時間が変化する
ように吸気弁開閉装置(8)を駆動すれば、シリンダ内
の吸気量即ちエンジン出力を制御することができる。更
に回転センサ(6)によりエンジンの回転数を検知し、
その値に応じて吸気弁の閉時期を高速回転で遅れ側に制
御することによって吸気効率は増大するのでエンジンの
運転状態に合せて常にエンジンの吸気効率を最大に保つ
ことができる。
一方、排気弁は必らずしも可変的に制御される必要は
ないが、第9図に示す如く排気弁の閉時期(θ)を高
回転側で大きくすることによって吸排気弁のオーバラッ
プが大となり、掃気効果が向上してシリンダ内の残留ガ
スが減少するのでエンジン出力をより増大させることが
できる。
次に上記のようなスロットル弁レスの吸排気弁制御機
構を有するエンジンの燃料量制御について説明する。
インジェクタ(5)から噴射される燃料量は吸気の毎
サイクルに印加される駆動パルス幅で決まり、従来の燃
料噴射装置と同様にこのインジェクタ駆動パルス幅はエ
アフローセンサ(4)で検出された値(電気量)をコン
ピュータユニット(10)内で吸入空気量(物理量)に変
換した後回転センサ(6)のパルス信号から求められる
回転数で除した値、つまり1吸気毎の吸入空気量として
演算され、この値を基にインジェクタ(5)の開弁時間
が算出される。実際の駆動パルス幅は更にエンジンの運
転状態(温度、加減速など)によって補正され、所望の
空燃比が得られる。
[発明が解決しようとする課題] このような従来のエアフローセンサを用いた所謂マス
フロータイプと呼ばれる方式はエンジンの吸入空気量検
出方法の中で高精度であり、従って良好な空燃比が得ら
れるのは周知のとおりであるが、エアフローセンサ
(4)は現在まで実用化されている感熱式、カルマン渦
式、ベーン式は何れも吸入空気の脈動や吹返しにより大
きな検出誤差を生じる特性を有しており、特に本システ
ムのようにスロットル弁レス欲出力の場合はエンジンの
吸気弁の開閉直後に吹返しが直接エアフローセンサ
(4)に達するため影響が大きく第10図に示す如く空気
量が大きくなる程計測誤差は増大し、吸気管の長さによ
っては50〜100%に達するこのような吹返しや誤差を吸
収するための方策として従来からサージタンク(3)が
エアフローセンサ(4)とエンジンの間に設けられこの
容積を利用して脈動や吹返しを抑制するようにしてい
る。スロットル弁を有するエンジンの場合はこのサージ
タンク(3)の容積は少量でよいが、本システムのよう
にスロットル弁がない構成においては軽負荷〜高負荷の
全域に亘って大きな脈動がエアフローセンサ(4)に悪
影響を与えるため、これを防止するためには、非常に大
きな容積のサージタンク(3)(2lエンジンの場合で30
l以上)が必要となり、自動車への搭載は不可能であっ
た。
又、エアフローセンサ(4)を使わずに燃料量を演算
する方式として、吸気弁の開閉時期又はアクセル開度と
エンジン回転数を主パラメータとする方法も考えられる
がアイドルから全負荷の広範囲に対して良好な精度を得
るのが困難であった。つまり、一般にスロットル開度で
検出した空気量の検出性能は、エアフローセンサ、圧力
センサでの空気量の検出性能に対して劣り、従って、良
好な精度を得るのが困難であった。
この発明は、上述の問題点を解決するためになされた
もので、搭載性、吸入空気量の検出精度、及びエンジン
の制御精度の優れたエンジンの燃料制御装置を得ること
を目的とする。
[課題を解決するための手段] この発明に係るエンジンの運転状態に応じて吸気弁お
よび又は排気弁の開閉時期を制御する弁制御手段と、上
記エンジンの回転に同期して気筒識別信号とクランク角
信号とを発生する第1の検出手段と、上記エンジンの筒
内圧力を検出し、該筒内圧力に対応した電気信号を発生
する第2の検出手段と、上記エンジンの吸気管を流れる
吸気温度を検出する第3の検出手段と、圧縮工程中の上
記第1の検出手段からの気筒識別信号に基づき所定クラ
ンク角位置を検出し、この時の上記第2の検出手段から
の筒内圧力値を読み込み記憶する手段と、該記憶された
筒内圧力値、上記吸気温度および上記エンジンの気筒の
容積に基づいて筒内空気量を演算する手段と、上記筒内
空気量をエンジン回転数と該筒内空気量に基づく充填補
正係数を乗じることによって補正するか、または上記筒
内空気量を上記弁制御手段の開閉時期情報によって補正
する手段と、上記補正手段いによって補正された筒内空
気量に基づいてエンジンに供給する燃料量を制御する手
段とを備えたものである。
この発明においては、圧縮工程中における所定クラン
ク位置の筒内圧を検出し、これを吸気温あるいは冷却水
温などで補正してシリンダ内の充填空気量を求め、この
空気量に対応して燃料噴射量を設定させるようにしてい
る。
[実施例] 以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図はこの発明の一実施例を示す概要図で、第6図
に示す従来装置と異なる点は、吸気管(2)の上流に設
けられたエアフローセンサ(4)に代えてエンジン
(1)のシリンダ(1a)内の圧力を検出する第2の検出
手段としての筒内圧センサ(12)を設けると共に吸気管
(2)の上流に第3の検出手段としての吸気温センサ
(13)を設けたところにあり、この筒内圧センサ(12)
の出力に基づいて負荷情報を得るよう構成している。
この筒内圧センサ(12)としては、例えばピエゾ抵抗
を用いた半導体式やストレーンゲージが使用可能であ
り、その特性は第2図に示すように筒内圧力に比例した
出力電圧が得られるものである。また、このような筒内
圧センサ(12)は、双気筒ガソリンエンジンの場合、各
気筒毎にそれぞれ設置されるのが検出精度上望ましい
が、要求精度によつては1気筒のみ設置し、これによる
検出値を代表値として用いることも可能である。
次に、このような構成のエンジンの燃料制御装置につ
いて第3図に示すフローチャートおよび第4図に示すタ
イムチャートを用いて説明する。
コンピュータユニット(10A)は、第5図のようにマ
イクロコンピュータで構成されており、まずカム角セン
サ(7)の出力信号である気筒識別信号と回転センサ
(6)の出力信号であるクランク角信号とを夫々A/Dコ
ンバータ(110)、インターフェース(111)を介してマ
イクロプロセッサ(112)に読み込み、ステップ(100)
において圧縮工程のBCDで出力される気筒識別信号を基
準として予め定められたクランク角信号(θ)が得ら
れたか否かを判定する。クランク角信号(θ)が得ら
れると、ステップ(101)でこのときの筒内圧センサ(1
2)の出力信号(Pc)を読み込み、この圧力値(Pc)をR
AM(114)又はマイクロプロセッサ(112)内のレジスタ
に記憶する。なお、第4図に各信号の状態を図示してい
る。
次に、ステップ(102)で吸気温センサ(13)の値を
読み込みRAM(114)等に記憶する。次いで、ステップ
(103)において吸気温センサ(13)の出力信号から温
度を空気密度に変換するため求められた吸気温度補正係
数(Cat)と、予め決められたクランク角(θ)点に
おけるシリンダ容積(Vθ)とを圧力値(Pc)に乗算
し、筒内空気量(Qa)を求める。次にステップ(104)
で回転センサ(6)の出力からエンジン回転数(Ne)を
求め、ステップ(105)で、このエンジンの回転数(N
e)と筒内空気量(Qa)との二元関数として決定される
充填補正係数Ko(Ne,Qa)をステップ(103)で求めた筒
内空気量(Qa)に乗じ、真の空気量(Qa)とする。この
充填補正係数Ko(Ne,Qa)はエンジンの作動状態によっ
て決まるシリンダ(1a)内の残留ガスが真の空気量に対
する誤差となるのを防止するためのもとである。この補
正は充填補正係数Koの筒内空気量(Qa)の代りに吸気弁
及び排気弁の開閉時期情報を用いてもよい。
次に、ステップ(106)で、真の空気量(Qa)を基に
所望の空燃比K(A/F)や、インジェクタ(5)の流量
ゲイン(K1)からインジェクタ(5)の駆動パルス幅
(τ)を演算し、この信号をRAM(114)に記憶させて次
の作動気筒あるいは当該気筒の次回の燃料噴射量の制御
信号としている。
その後、各気筒毎に筒内圧センサ(12)の信号に基づ
いて順次同様の演算処理が行なわれることになる。
このように筒内圧力を圧縮工程中で吸気弁閉後から上
死点までの間の適当なクランク角において読み込むこと
によってシリンダ(1a)内の空気充填量すなわち負荷方
を得ることができる。
なお、吸気温センサ(13)により密度補正を行なう
際、筒内混合気の平均温度を検出して用いれば原理的に
正確な補正が可能となるが、シリンダ(1a)内に温度セ
ンサを設けることは爆発工程の高熱を受けるために実際
上困難であり、この実施例では吸気温度によって補正を
行なわせている。
また、クランク角信号や気筒識別信号は第4図に示さ
れた波形に限定されるものなく、圧縮工程中の所定のク
ランク角でパルス出力を発生するものであればよい。
このように、筒内混合気の圧力を圧縮工程中の所定ク
ランク角(θ)位置で読み込み、必要に応じてこの値
を吸気温センサの値で補正することによりシリンダ内の
空気充填量を求めるように構成しているのでエアフロー
センサを用いた場合に必要な大容積のサージタンクは不
要となり、しかも応答性、制御精度の優れた燃料制御装
置を得ることが可能となる。
[発明の効果] 以上説明したように、この発明は、エンジンの運転状
態に応じて吸気弁および又は排気弁の開閉時期を制御す
る弁制御手段と、上記エンジンの回転に同期して気筒識
別信号とクランク角信号とを発生する第1の検出手段
と、上記エンジンの筒内圧力を検出し、該筒内圧力に対
応した電気信号を発生する第2の検出手段と、上記エン
ジンの吸気管を流れる吸気温度を検出する第3の検出手
段と、圧縮工程中の上記第1の検出手段からの気筒識別
信号に基づき所定クランク角位置を検出し、この時の上
記第2の検出手段からの筒内圧力値を読み込み記憶する
手段と、該記憶された筒内圧力値、上記吸気温度および
上記エンジンの気筒の容積に基づいて筒内空気量を演算
する手段と、上記筒内空気量をエンジン回転数と該筒内
空気量に基づく充填補正係数を乗じることによって補正
するか、または上記筒内空気量を上記弁制御手段の開閉
時期情報によって補正する手段と、上記補正手段いによ
って補正された筒内空気量に基づいてエンジンに供給す
る燃料量を制御する手段とを備えたので、筒内への充填
空気量を筒内圧力センサで計測するためエアフローセン
サが不要となり、また、スロットルバルブ自体無いため
大容量のサージタンクが不要となり、以て、搭載性が向
上し、更に、弁駆動装置の作動を検出し、筒内圧と回転
数で空気量を補正するため補正機能のない装置に対して
吸入空気量の検出精度が優れ、エンジンの制御精度を向
上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明によるエンジンの燃料制御装置の一実
施例を示す構成図、第2図は筒内圧センサの出力特性を
示す図、第3図、第4図はこの発明の一実施例の動作説
明に供するためのフローチャート及びタイムチャート、
第5図はこの発明で使用されるコンピュータユニットの
詳細を示す構成図、第6図は従来の燃料制御装置を示す
構成図、第7図は従来および本発明に関する吸排気弁の
動作図、愛8図、第9図は吸排気弁の開閉時期を特性を
示す図、第10図は従来装置に用いられるエアフローセン
サの特性図である。 図中、(1)はエンジン、(2)は吸気管、(6)は回
転センサ、(8)は吸気弁開閉装置、(9)は吸気弁開
閉装置、(10A)はコンピュータユニット、(12)は筒
内圧センサである。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンジンの運転状態に応じて吸気弁および
    又は排気弁の開閉時期を制御する弁制御手段と、 上記エンジンの回転に同期して気筒識別信号とクランク
    角信号と発生する発生する第1の検出手段と、 上記エンジンの筒内圧力を検出し、該筒内圧力に対応し
    た電気信号を発生する第2の検出手段と、 上記エンジンの吸気管を流れる吸気温度を検出する第3
    の検出手段と、 圧縮工程中の上記第1の検出手段からの気筒識別信号に
    基づき所定クランク角位置を検出し、この時の上記第2
    の検出手段からの筒内圧力値を読み込み記憶する手段
    と、 該記憶された筒内圧力値、上記吸気温度および上記エン
    ジンの気筒の容積に基づいて筒内空気量を演算する手段
    と、 上記筒内空気量をエンジン回転数と該筒内空気量に基づ
    く充填補正係数を乗じることによって補正するか、また
    は上記筒内空気量を上記弁制御手段の開閉時期情報によ
    って補正する手段と、 上記補正手段によって補正された筒内空気量に基づいて
    エンジンに供給する燃料量を制御する手段と を備えたことを特徴とするエンジンの燃料制御装置。
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