JP3331118B2 - 内燃機関のスロットル弁制御装置 - Google Patents

内燃機関のスロットル弁制御装置

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JP3331118B2
JP3331118B2 JP10589896A JP10589896A JP3331118B2 JP 3331118 B2 JP3331118 B2 JP 3331118B2 JP 10589896 A JP10589896 A JP 10589896A JP 10589896 A JP10589896 A JP 10589896A JP 3331118 B2 JP3331118 B2 JP 3331118B2
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throttle valve
air
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憲一 町田
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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のスロッ
トル弁制御装置に関し、特にスロットル弁を目標空気量
が得られるように高精度に制御する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、機関の運転条件、例えばアクセル
操作量 (アクセルペダル踏込み量) あるいはそれと機関
回転速度とに基づいて、目標空気量が得られるようにス
ロットル弁の開度を電子制御するようにした技術があ
る。また、前記電子スロットル弁制御装置を備えたもの
で、機関の目標トルクを設定し、該目標トルクが得られ
るように機関への燃料供給量と目標空気量とを設定する
ようにした技術もある。
【0003】一方、機関運転条件に基づいて、空燃比を
広範囲に変化させつつ制御するものが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スロットル弁制御装置においては、前記目標空気量が得
られるようにスロットル弁の目標開度を設定しても、該
目標開度と目標空気量とを正確に対応させることは実際
には難しく、初期には対応していても経時変化によって
対応しなくなることもあるが、それを検出することがで
きないため、スロットル弁開度を補正することができ
ず、スロットル弁制御による機関性能の向上を十分発揮
することができていなかった。
【0005】特に、前記目標トルクを設定して機関のト
ルクを制御しようとするものでも、スロットル弁による
目標空気量の制御が精度良く行われないと、機関を目標
トルクに応答性良く制御することができず、さらに、前
記空燃比を広範囲に可変制御するものに適用する場合で
も、同様に空気量制御精度が良くないと、目標空燃比へ
応答性良く追従させることができない。
【0006】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
なされたもので、機関運転条件に基づいてスロットル弁
開度を制御するものにおいて、スロットル弁を精度良く
目標空気量が得られる開度に精度良く制御することがで
きるようにすることを目的とする。また、それによっ
て、機関を設定された目標トルクに制御するものにおい
て、該トルク制御精度を高めることができるようにする
ことを目的とする。
【0007】また、同様に、空燃比を広範囲に可変制御
するものにおいて、該空燃比制御精度を高めることがで
きるようにすることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】このため、請求項1に係
る発明は、図1に実線で示すように、機関運転条件に基
づいて吸気系に介装されたスロットル弁の開度を制御す
る内燃機関のスロットル弁制御装置において、燃焼混合
気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、 機関に供給さ
れる目標燃料量と目標空燃比とに基づいて機関に吸入さ
れる目標空気量を設定する目標空気量設定手段と、 前記
目標空気量設定手段によって設定される目標空気量が得
られるようにスロットル弁の目標開度を設定する目標開
度設定手段と、 機関へ供給される燃料量と検出された空
燃比とに基づいて実際に機関に吸入される実空気量を推
定する実空気量推定手段と、 前記目標空気量と実空気量
との偏差を無くす方向に、前記スロットル弁の目標開度
を補正して得られた補正開度にスロットル弁を制御する
スロットル弁制御手段と、を含んで構成したことを特徴
とする。
【0009】
【0010】また、請求項2に係る発明は、図1に一点
鎖線で示すように、機関の目標トルクを設定する目標ト
ルク設定手段と、機関回転速度を検出する機関回転速度
検出手段と、前記設定された目標トルクと検出された機
関回転速度とに基づいて機関へ供給される目標燃料量を
設定する目標燃料量設定手段と、を含んで構成され、前
記目標空気量設定手段は、前記設定された目標燃料量と
目標空燃比とに基づいて目標空気量を設定し、前記目標
開度設定手段は、前記設定された目標空気量と検出され
た機関回転速度とに基づいて目標開度を設定することを
特徴とする。
【0011】また、請求項3に係る発明は、図1に二点
鎖線で示すように、アクセル操作量を検出するアクセル
操作量検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、を
含んで構成され、前記目標トルク設定手段は、前記検出
されたアクセル操作量と車速とに基づいて機関の目標ト
ルクを設定することを特徴とする。
【0012】また、請求項4に係る発明は、図1に二重
の線で示すように、機関運転条件に基づいて、前記目標
空燃比を可変に設定する目標空燃比設定手段を含んで構
成したことを特徴とする。
【0013】
【発明の効果】請求項1に係る発明によれば、機関へ供
給される燃料量と目標空燃比とに基づいて機関に吸入さ
れる目標空気量を設定し、該目標空気量が得られるよう
にスロットル弁の目標開度を設定する一方、燃料量と検
出された空燃比とに基づいて推定される実際に機関に吸
入される空気量と前記目標空気量との偏差を無くす方向
に前記スロットル弁の目標開度を補正することで、スロ
ットル弁の補正開度を正確に求めることができ、このよ
うにして得られた補正開度にスロットル弁を制御するこ
とにより、実際の空気量を応答性良く目標空気量に近づ
けるようにフィードバック制御することができる。
【0014】
【0015】また、請求項2に係る発明によれば、機関
の目標トルクと機関回転速度とに基づいて設定された目
標燃料量と目標空燃比とに基づいて、該目標トルクが得
られるような目標空気量が設定され、該目標空気量と機
関回転速度とに基づいて、該目標空気量が得られるよう
にスロットル弁の目標開度を設定することができる。
【0016】したがって、空燃比検出によるスロットル
弁開度の補正制御により、目標空燃比を満たしつつ目標
トルクが得られるように応答性良く制御することができ
る。また、請求項3に係る発明によれば、運転者の意志
によって操作されるアクセルの操作量と、検出された車
速とに基づいて、車両の目標駆動力を得るのに要求され
る目標トルクを適切に設定することができる。
【0017】また、請求項4に係る発明によれば、空燃
比を可変に設定される目標空燃比に制御しつつ、空気量
を目標空気量に応答性良く制御することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。図2は、本発明の一実施形態のシステ
ム構成 (後述する各制御の実施形態に共通) を示す。ア
クセル操作量検出手段としてのアクセル開度センサ1
は、ドライバによって踏み込まれたアクセルペダルの踏
込み量を、ドライバが所望する機関負荷 (機関トルク)
として検出する。
【0019】機関回転速度検出手段としてのクランク角
センサ2は、単位クランク角毎のポジション信号及び気
筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信
号の単位時間当りの発生数を計測することにより、ある
いは前記基準信号発生周期を計測することにより、機関
回転速度を検出できる。エアフローメータ3は、機関4
への吸入空気量 (単位時間当りの吸入空気量=吸入空気
流量) を検出する。
【0020】水温センサ5は、機関の冷却水温度を検出
する。機関4には、燃料噴射信号によって駆動し、燃料
を直接燃焼室内に噴射供給する燃料噴射弁6、燃焼室に
装着されて点火を行う点火栓7が設けられる。該燃焼室
内への直接噴射方式により、層状燃焼によるリーン化が
可能となり、空燃比を広範囲に可変制御することができ
る。また、機関4の吸気通路8には、スロットル弁9が
介装され、該スロットル弁9の開度を電子制御可能なス
ロットル弁制御装置10が備えられている。また、排気通
路11には、排気中の特定成分例えば酸素の濃度を検出す
ることにより、燃焼混合気の空燃比を検出する空燃比検
出手段としての空燃比センサ12が備えられる。
【0021】さらに、車速を検出する車速センサ13が備
えられる。前記各種センサ類からの検出信号は、コント
ロールユニット14へ入力され、該コントロールユニット
14は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運
転状態に応じて前記スロットル弁制御装置10を介してス
ロットル弁9の開度を制御し、前記燃料噴射弁6を駆動
して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期を設
定して該点火時期で前記点火栓7を点火させる制御を行
う。
【0022】次に、スロットル弁制御の一実施形態を、
図3のフローチャートに従って説明する。ステップ1で
は、前記アクセル開度センサ1によって検出されたアク
セル操作量 (アクセルペダル踏込み量) Accと、車速
センサ2によって車速VSPとに基づいて、車両の目標
駆動力を得るのに要求される機関の目標トルクtTeを
演算する。
【0023】ステップ2では、前記機関の目標トルクt
Teと、クランク角センサ2からの検出信号に基づいて
算出された機関回転速度Neとに基づいて、図示のよう
なマップからの検索等により、目標燃料量tQfを演算
する。ステップ3では、前記目標トルクtTeと、機関
回転速度Neとに基づいて、図示のようなマップからの
検索等により、目標空燃比tA/Fを演算する。
【0024】ステップ4では、前記目標燃料量tQf
と、前記目標空燃比tA/Fとを乗算して、シリンダに
吸入される目標空気量tQaを算出する。ステップ5で
は、前記機関回転速度Neと、前記目標空気量tQaと
に基づいて、図示のようなマップからの検索等により、
スロットル弁の目標開口面積tAaが演算する。
【0025】ステップ6では、前記目標開口面積tAa
に、後述するように空燃比の検出値に基づいて目標空気
量を補正するために設定された補正係数K1を乗じて、
該補正された目標空気量に対応する補正目標開口面積t
ETCを算出する。ステップ7では、前記補正目標開口
面積tETCが得られるスロットル弁の開度制御量tT
VOを、図示のようなマップからの検索等により演算す
る。
【0026】ステップ8では、このようにして求められ
た開度制御量tTVOの信号をスロットル弁制御装置10
に出力する。これにより、スロットル弁9が設定された
開度tTVOに制御され、目標空気量が得られる。次
に、前記空燃比の検出値に基づいて補正係数K1を求め
るルーチンを、図4のフローチャートに従って説明す
る。
【0027】ステップ11では、前記空燃比センサ12によ
り検出された実際の燃焼混合気の空燃比A/Fを読み込
む。ステップ12では、現在設定され、制御に供されてい
る燃料量Tiを読み込む。ステップ13では、ステップ11
で求められた実際の空燃比A/Fに、ステップ12で読み
込まれた現在の燃料量Tiを乗じることにより、実際に
シリンダに吸入されている空気量Qacylを算出す
る。
【0028】ステップ14では、前記実際の空気量Qac
ylを前記目標空気量tQaに近づけるようにスロット
ル弁9の開度を補正するために、補正係数K1を次式に
より演算する。 K1=目標空気量tQa/実際の空気量Qacyl 空気量はスロットル弁の開口面積に略比例するので、上
記のようにして得られた補正係数K1が、前記図3のス
テップ6で目標開口面積の補正として使用されることに
より、目標空気量が高精度に補正される。
【0029】また、このようにして補正された目標空気
量を前記目標空燃比tA/Fで除することにより、燃料
量が設定される。その結果、常に目標空燃比tA/Fを
満たしつつ、目標トルクtTeが確保されるように空気
量と燃料量とを応答性良く修正しつつ高精度に制御する
ことができ、機関の排気浄化性能と運転性能との両立性
を可及的に高めることができる。
【0030】なお、本実施形態のように目標トルクを設
定するものでは、機関運転性能特に過渡運転性能をより
高めることができるが、本発明は、目標トルクを設定し
ないものに適用しても十分効果的である。また、目標空
燃比を可変制御するもの、特に直接燃料噴射式により空
燃比を広範囲に可変制御するものにおいて、実際の空燃
比を可変される目標空燃比に高精度に追従させることが
できる点で特に有利であるが、空燃比の制御範囲が限ら
れたものに適用しても十分効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図2】本発明の一実施形態のシステム構成を示す図。
【図3】同上実施形態のスロットル弁制御ルーチンを示
すフローチャート。
【図4】同じく補正係数K1を演算するルーチンを示す
フローチャート。
【符号の説明】
1 アクセル操作量センサ 2 クランク角センサ 3 エアフローメータ 4 機関 5 水温センサ 6 燃料噴射弁 9 スロットル弁 10 スロットル弁制御装置 12 空燃比センサ 13 車速センサ 14 コントロールユニット
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F02D 45/00 362 F02D 45/00 362Q 366 366Z (56)参考文献 特開 平5−288096(JP,A) 特開 平2−185635(JP,A) 特開 平6−129273(JP,A) 特開 昭60−47831(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02D 41/14 320 F02D 41/14 310 F02D 9/02 F02D 41/04 305 F02D 41/04 310 F02D 45/00 362 F02D 45/00 366

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】機関運転条件に基づいて吸気系に介装され
    たスロットル弁の開度を制御する内燃機関のスロットル
    弁制御装置において、燃焼混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、 機関に供給される目標燃料量と目標空燃比とに基づいて
    機関に吸入される目標空気量を設定する目標空気量設定
    手段と、 前記目標空気量設定手段によって設定される目標空気量
    が得られるようにスロットル弁の目標開度を設定する目
    標開度設定手段と、 機関へ供給される燃料量と検出された空燃比とに基づい
    て実際に機関に吸入される実空気量を推定する実空気量
    推定手段と、 前記目標空気量と実空気量との偏差を無くす方向に、前
    記スロットル弁の目標開度を補正して得られた補正開度
    にスロットル弁を制御するスロットル弁制御手段と、 を含んで構成したことを特徴とする内燃機関のスロット
    ル弁制御装置。
  2. 【請求項2】 機関の目標トルクを設定する目標トルク設
    定手段と、 機関回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、 前記設定された目標トルクと検出された機関回転速度と
    に基づいて機関へ供給される目標燃料量を設定する目標
    燃料量設定手段と、 を含んで構成され、 前記目標空気量設定手段は、前記設定された目標燃料量
    と目標空燃比とに基づいて目標空気量を設定し、 前記目標開度設定手段は、前記設定された目標空気量と
    検出された機関回転速度とに基づいて目標開度を設定す
    ることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のスロッ
    トル弁制御装置。
  3. 【請求項3】 アクセル操作量を検出するアクセル操作量
    検出手段と、 車速を検出する車速検出手段と、 を含んで構成され、 前記目標トルク設定手段は、前記検出されたアクセル操
    作量と車速とに基づいて機関の目標トルクを設定するこ
    とを特徴とする請求項2に記載の内燃機関のスロットル
    弁制御装置。
  4. 【請求項4】 機関運転条件に基づいて、前記目標空燃比
    を可変に設定する目標空燃比設定手段を含んで構成した
    ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに
    記載の内燃機関のスロットル弁制御装置。
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