JP3422250B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンの制御装置、特
にドライバのアクセル操作と独立して開閉駆動されるス
ロットル弁により吸入空気量を制御するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のエンジンの制御装置としては、例
えば特開平４−１０１０３７号に開示されたものがあ
る。この従来装置においては、ドライバによるアクセル
操作量から所定のマップを参照して目標トルクを演算
し、この目標トルクに基づいてスロットル弁の基本操作
量と燃料噴射量を設定するとともに、アクセル開度に見
合ったトルクを発生するのに必要な吸気量と実吸気量の
差を理論空燃比補正フィードバック係数の偏差によって
検出し、スロットル弁の基本操作量を補正して吸気量を
補正し、目標トルクの実現を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとしている問題点】しかしながら、
スロットル弁開度に対するトルク特性がエンジン回転数
により大きく異なるため、この従来技術のように目標ト
ルクをマップを参照して演算すると誤差を生じやすく、
演算された目標トルクがわずかでも誤差を持つとそれ以
降の演算過程でその誤差が相乗してしまい、ドライバが
要求した通りのトルクが得られないという問題があっ
た。

【０００４】本発明は、このような従来技術の問題を鑑
みてなされたものであり、ドライバの要求したトルクを
精度よく実現するエンジンの制御装置を提供することを
目的とする。

【０００５】

【問題点を解決するための手段】このため、第１の発明
に係るエンジンの制御装置は、ドライバのアクセル操作
と独立して開閉駆動されるスロットル弁により吸入空気
量を制御するエンジンの制御装置において、図１に示す
ように、ドライバのアクセルペダル操作量を検出する手
段２１と、検出されたアクセル操作量に基づきドライバ
が要求するスロットル弁の開口面積を演算する手段２２
と、アイドル時の回転数を安定化するために必要な吸気
量を演算する手段２３と、このアイドル要求吸気量をス
ロットル弁の開口面積に換算する手段２４と、これら２
つの開口面積を合計して要求総開口面積を演算する手段
２５と、この要求総開口面積をエンジン排気量と回転数
で除して正規化した開口面積を演算する手段２６と、こ
の正規化した開口面積を基に基準吸気量比を演算する手
段２７と、この基準吸気量比を基に目標吸気量比を演算
する手段２８と、この目標吸気量比を基に目標正規化開
口面積を演算する手段２９と、この目標正規化開口面積
にエンジン排気量と回転数を乗じてスロットル弁の目標
開口面積を演算する手段３０と、この目標開口面積に対
応する目標スロットル弁開度を演算する手段３１とを備
える。

【０００６】また、第２の発明は、第１の発明におい
て、図１に示すように、運転条件に応じて目標空燃比を
演算する手段３３を備え、前記目標吸気量比を演算する
手段２８が、目標空燃比に応じて前記基準吸気量比を補
正するように構成される。

【０００７】また、第３の発明は、第１の発明におい
て、図１に示すように、運転条件に応じて目標空燃比を
演算する手段３３と、演算された空燃比等を基に燃費率
を演算する手段３４とを備え、前記目標吸気量比を演算
する手段２８が、目標空燃比と燃費率に応じて前記基準
吸気量比を補正するように構成される。

【０００８】また、第４の発明は、第１から第３の発明
において、前記アイドル時の回転数を安定化するために
必要な吸気量を演算する手段２３を、図２に示すよう
に、アイドル時の目標回転数を演算する手段３５と、こ
の目標回転数を維持するために必要な吸気量を演算する
手段３６と、現在の回転数と目標値との偏差に応じて吸
気量のフィードバック補正量を演算する手段３７と、補
機負荷分の吸気量を演算する手段３８と、これら３つの
吸気量を合計し要求吸気量を演算する手段３９とで構成
する。

【０００９】

【作用及び効果】第１の発明によると、ドライバの操作
したアクセル開度と、アイドル時の回転数を安定化する
ために要求される吸気量とを合成してスロットル弁の要
求総開口面積を求め、この要求総開口面積を正規化した
値を基に目標とするスロットル弁開度を求めるので、演
算過程でエンジン回転数の変化を受けて誤差が生じにく
く、ドライバの要求する吸気量とアイドル安定性から要
求される吸気量を全回転数において精度よく実現でき
る。

【００１０】また、空燃比が異なると必要とされる空気
量が変わってくるが、第２の発明によると、空燃比に応
じて目標吸気量比を補正し、これに基づきスロットル弁
の目標開度を求めるので、空燃比変更時にドライバが意
図しないトルク変動が生じるのを防止することができ
る。

【００１１】また、空燃比が異なると燃費率も変わって
くるが、第３の発明によると空燃比に加え燃費率に応じ
ても吸気量比を補正するので、より一層トルク変動を抑
えることができる。

【００１２】また、第４の発明によると、エアコン、パ
ワーステアリング等の補機作動状態を検出し、補機の作
動状態に応じて吸気量の補正を行うので、アイドル時の
安定性がさらに向上する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１４】図３は本発明が適用されるエンジンの概略
構成を示し、エンジン１には、燃料噴射信号に基づき燃
焼室に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁２と、燃焼室
に装着され点火信号に基づいて点火を行う点火プラグ３
が備えられる。燃料噴射弁２は燃焼室ではなく吸気通路
４（吸気ポート又は吸気マニホールド）に燃料噴射する
ものでも構わない。

【００１５】エンジン１の吸気通路４には、アクセル操
作とは独立して開閉駆動されエンジン１への吸入空気量
を制御するスロットル弁５が介装され、スロットル弁５
にはそれを駆動するためのＤＣモータ等からなるスロッ
トル弁駆動装置６と、その開度を検出するためのスロッ
トル開度センサ７が接続されている。

【００１６】エンジン１の排気通路８には、排気ガス中
の酸素濃度を検出し混合気の空燃比を求める酸素センサ
９と、図示しない排気ガスを浄化するための触媒が備え
られる。また、排気ガスの一部を排気通路８から吸気通
路４に還流するためのＥＧＲ通路１０を備え、ＥＧＲ通
路１０にはＥＧＲ率（排気還流率）をコントロールする
ためのＥＧＲバルブ１１が介装される。

【００１７】ドライバによって操作されるアクセルペダ
ルの開度を検出するアクセル開度センサ１２を備えると
ともに、エンジン１の運転条件を検出する手段として、
エンジン１への吸入空気量を検出するエアフロメータ１
３、単位クランク毎に信号を発生するクランク角センサ
１４を備える。このクランク角センサ１４からの単位時
間当たりの発生信号数を計測することにより、あるいは
信号の発生周期を計測することによりエンジン１の回転
数を検出できる。他にエンジン冷却水の温度を検出する
水温センサ１５を備え、これら各種センサから出力され
る信号はコントロールユニット１６へ入力される。

【００１８】コントロールユニット１６は、各種センサ
からの信号に基づいて検出される運転条件に応じて目標
とする吸気量、燃料噴射量、点火時期やＥＧＲ率を設定
し、設定された吸気量が得られるように前記スロットル
弁駆動装置６を介して前記スロットル弁５の開度を制御
し、また、設定された燃料噴射量、点火時期、ＥＧＲ率
が得られるよう前記燃料噴射弁２、点火プラグ３、ＥＧ
Ｒバルブ１１をそれぞれ制御する。

【００１９】以下、このコントロールユニット１６で実
行されるスロットル開度制御の内容について説明する。

【００２０】図４は、スロットル弁５の目標開度Θｔｈ
の演算ルーチンのフローチャートで、一定時間毎（例え
ば１０ｍｓ毎）に実行される。

【００２１】まず、ステップＳ１でアクセル開度センサ
１２によって検出されたアクセル操作量Θａｐを読み込
み、ステップＳ２でそのアクセル操作量Θａｐから図５
を内容とするテーブルを検索してアクセル要求開口面積
Ａａを求める。

【００２２】ステップＳ３ではアイドル時の回転数を安
定化するために必要な吸気量Ｑｉを演算する。この部分
の処理は図１２に示すフローチャートに従って行われる
が、これについては後述する。

【００２３】ステップＳ４では、アイドル要求吸気量Ｑ
ｉから図６を内容とするテーブルを検索してステップＳ
３で求めたアイドル要求吸気量Ｑｉをアイドル要求開口
面積Ａｉに換算する。

【００２４】ステップＳ５では、ステップＳ２で求めた
アクセル要求開口面積Ａａと、ステップＳ４で求めたア
イドル要求開口面積Ａｉを合計し、それをスロットル弁
５の要求総開口面積Ａｓとする。

【００２５】ステップＳ６では、この要求総開口面積Ａ
ｓをエンジン回転数Ｎｅと排気量Ｖｅで除して基準正規
化開口面積ＡＤＮＶを演算する。ここで、一般にスロッ
トル弁５の開口面積と時間当たりの吸気量の間には図７
に示すような相関があり、エンジン回転数によってその
傾向が大きく異なる。しかしながら、この図７に示す特
性を基に、開口面積をエンジン回転数と排気量で除した
ものを正規化開口面積として横軸にとり、吸気量をその
吸気量を得た時の回転数における最大吸気量で除した値
を基準吸気量比として縦軸にとると、図８に示すよう
に、回転数や排気量によらず正規化開口面積と基準吸気
量比の相関が一定に決まる。

【００２６】そこでステップＳ７では、ステップＳ６で
演算した正規化開口面積ＡＤＮＶを基に、図８に示した
相関をそのままテーブル設定して基準吸気量比ＱＨ０ｓ
ｔを演算する。上述の通り基準吸気量比ＱＨ０ｓｔはエ
ンジン回転数によらず正規化開口面積ＡＤＮＶに対して
一義的に定まるので、演算時にエンジン回転数の変化を
受けて誤差が生じることはない。なお、ここで演算され
た基準吸気量比ＱＨ０ｓｔはスロットル弁５の開口度合
いを表す。

【００２７】ステップＳ８へ進み、クランク角センサ１
４からの信号を基にエンジン１の回転数Ｎｅを検出す
る。そして、ステップＳ９では、このエンジン回転数Ｎ
ｅとステップＳ７で求めた基準吸気量比ＱＨ０ｓｔとか
ら図９を内容とするテーブルを検索して運転条件に応じ
た目標空燃比を演算する。

【００２８】さらに、空燃比やＥＧＲ率によって燃費率
が異なるため、ステップＳ１０では燃費率の違いを補正
するための燃費率補正値ηｆを演算する。この部分の処
理は図１３に示すフローチャートに従って行われるが、
これについては後述する。

【００２９】ステップＳ１１では、前記基本吸気量比Ｑ
Ｈ０ｓｔに対して目標空燃比と燃費率による補正を施
し、実際に必要な目標吸気量比ｔＱＨ０を演算する。目
標吸気量比ｔＱＨ０は次式、 ｔＱＨ０＝ＱＨ０ｓｔ・λ・ηｆ により演算される。ここでλは空気過剰率で理論空燃比
に対する目標空燃比の割合、ηｆはステップＳ１０で求
めた燃費率補正値である。

【００３０】なお、基本吸気量比ＱＨ０ｓｔに対して実
際の吸気量が全負荷近傍でずれる場合には、基本吸気量
比ＱＨ０ｓｔに対する実吸気量を求め、この実吸気量に
対して空燃比や燃費率による補正を行えばよい。前記基
準吸気量比ＱＨ０ｓｔと実吸気量の相関をマップで記述
すれば、ほぼ直線的な特性のマップが得られるので、基
準吸気量比ＱＨ０ｓｔから実吸気量を容易に求めること
ができる。

【００３１】ステップＳ１２ではこの目標吸気量比ｔＱ
Ｈ０を基に目標正規化開口面積ｔＡＤＮＶを演算する。
これは前述の図８に示した相関の逆変換であり、目標正
規化開口面積ｔＡＤＮＶは目標吸気量比ｔＱＨ０から図
１０を内容とするテーブルを検索して求められる。

【００３２】ステップＳ１３ではこの目標正規化開口面
積ｔＡＤＮＶにエンジン回転数Ｎｅと排気量Ｖｅを乗算
し、スロットル弁５の目標開口面積Ａｔｈを求める。目
標開口面積Ａｔｈは次式、 Ａｔｈ＝ｔＡＤＮＶ・Ｎｅ・Ｖｅ により演算される。

【００３３】ステップ１４ではこの目標開口面積Ａｔｈ
に応じてスロットル弁５の目標開度Θｔｈを演算する。
スロットル弁５の開口面積と開度の関係はスロットルボ
ディや弁の形状や寸法で決まり、目標開口面積Ａｔｈか
ら図１１を内容とするテーブルを検索して求められる。
演算された目標スロットル弁開度Θｔｈはスロットル弁
駆動装置６へと出力され、スロットル弁駆動装置６はこ
れに基づきスロットル弁５を開閉駆動する。

【００３４】続いて、先のステップＳ３において実行さ
れるアイドル要求吸気量Ｑｉの演算ルーチンを図１２に
示すフローチャートに基づき説明する。

【００３５】まず、ステップＳ２１では各種センサから
の信号に基づきエンジン１の運転条件を検出する。そし
て、検出されたエンジン１の運転条件からステップＳ２
２でアイドル時の目標回転数を演算し、ステップＳ２３
ではこの目標回転数を維持するのに必要な吸気量を演算
する。これは、例えばエンジン回転数と冷却水温に対す
る目標吸気量を所定のテーブルを検索して求めることが
できる。

【００３６】ステップＳ２４では実回転数と目標回転数
との偏差を演算し、ステップＳ２５ではこの偏差に基づ
きエンジン回転数が目標回転数となるように吸気量のフ
ィードバック補正量を演算する。

【００３７】ステップＳ２６では、エアコン、パワース
テアリング、各種電気負荷等の補機が作動しているかど
うかを検出し、補機が作動中ならばステップ２７へ進
み、補機負荷分に費やされるトルクを補うために増量す
る吸気量を演算する。これに対して、補機が作動中でな
ければそのままステップ２８へ進む。

【００３８】ステップＳ２８では、ステップＳ２３で求
めたアイドル時の目標回転数維持に必要な空気量に、ス
テップＳ２５、Ｓ２７で求めたフィードバック補正量と
補機負荷分の吸気量を加え、アイドル時の回転数を安定
化するために要求される吸気量を演算する。

【００３９】続いて、先のステップＳ１０において行わ
れる燃費率補正値ηｆの演算ルーチンを図１３に示すフ
ローチャートに基づき説明する。

【００４０】まず、ステップＳ３１、Ｓ３２で目標空燃
比と設定ＥＧＲ率を読み込み、ステップＳ３３では目標
空燃比と設定ＥＧＲ率を基に図１４を内容とするマップ
から基準燃費率補正値（理論混合比時の燃費率を１とし
たときの比率）を演算する。一般に、空燃比がリーンの
場合にはポンプ損失低減と熱損失低減により燃費率が向
上し、燃焼安定限界（リーン限界）までは燃費率は向上
する。また、ＥＧＲも同様にポンプ損失と熱損失を低減
させるが、空燃比によっては燃焼を悪化させ燃費率が低
下することもある。

【００４１】次に、エンジンの運転条件によって燃費率
が変わる場合もあるため、ステップＳ３４ではエンジン
運転条件（負荷と回転数）に応じた燃費率補正係数を求
める。燃費率補正係数は図１５に示すように回転数と基
準吸気量比に対して燃費率補正係数を割り付けるマップ
を参照して求める。そして、ステップＳ３５ではこの燃
費率補正係数でステップＳ３３で求めた基準燃費率補正
値を補正し燃費率補正値ηｆを演算する。

【００４２】したがって、この実施形態によると、コン
トロールユニット１６は、まず、ドライバのアクセル操
作量Θａｐに対応するスロットル弁の開口面積Ａａと、
アイドル時回転数を安定させるために必要な開口面積Ａ
ｉを演算し、これらを合計して要求総開口面積Ａｓを演
算する。

【００４３】次に、この総要求開口面積Ａｓをエンジン
排気量Ｖｅと回転数Ｎｅで除して正規化開口面積ＡＤＮ
Ｖを演算し、この正規化開口面積ＡＤＮＶを基に基準吸
気量比ＱＨ０ｓｔを演算する。このとき、基準吸気量比
ＱＨ０ｓｔは正規化開口面積に対してエンジン回転数に
関係なく一義的に定まるので、演算時（テーブル参照
時）にエンジン回転数の変化を受けて誤差が生じること
がない。

【００４４】そして、この基準吸気量比ＱＨ０ｓｔに対
して空燃比や燃費率の補正を施し目標吸気量ｔＱＨ０を
演算子、それを基に上記と逆の演算により目標正規化開
口面積ｔＡＤＮＶを演算する。そして、この目標正規化
開口面積ｔＡＤＮＶを基に目標開口面積Ａｔｈを演算
し、この目標開口面積Ａｔｈに対応する目標スロットル
弁開度Θｔｈをバルブ駆動装置６に出力する。

【００４５】このように本実施形態では、アイドル時に
要求される吸気量を開口面積Ａｉに換算し、アクセル要
求開口面積Ａａに加算するので、ドライバの要求する吸
気量とアイドル安定性からの要求吸気量を全回転数にお
いて精度よく実現でき、ドライバの意図、アイドル時の
安定性を全て満足することができる。アイドル要求開口
面積Ａｉは補機負荷の作動を考慮して演算されるので、
エアコン、パワーステアリング等の補機負荷が作動して
いる状態でも安定したアイドル回転数を維持できる。

【００４６】また、目標空燃比と燃費率に応じてスロッ
トル開度を決めるので、空燃比設定の変更に伴いドライ
バの意図しないトルク変動が生じることがない。例え
ば、図１６に示すようにドライバがある瞬間にアクセル
を踏み増して要求トルクを増加させ、空燃比設定がリー
ン設定から理論混合比設定に変化したとしても、空燃比
切り換えと同時にスロットル開度が小側に補正され吸入
空気量を調整するので、トルクの変動を生じることなく
ドライバが要求したトルクを精度よく実現することがで
きる。

【００４７】スロットル弁開度に対する吸気量、トルク
特性はエンジン回転数毎に大きく異なるが、本発明では
エンジン回転数により正規化した開口面積を用いている
ので、回転数の変化に伴う演算誤差が演算過程で入り込
むのを抑えられ、従来装置のように回転数のわずかな変
化を受けて全開近くのスロットル弁開度が急変したりす
るのを防止できる。

【００４８】なお、本発明と同様にスロットル弁開口面
積を回転数と排気量で除した正規化開口面積を基にエン
ジンの吸気量比を求める従来装置もある。しかしなが
ら、これらは実測の吸気量に基づいて正規化開口面積と
吸気量比の特性を表しており、エンジンの吸気（体積割
合）特性によってその特性が変わり、特にアクセル開度
が大の領域でエンジンスペックによる特性差が著しいた
め、エンジン機種毎にこの特性を求める必要があった。
これに対して本発明ではあくまで理論的な開口面積と吸
気量の特性に基づいて正規化開口面積と吸気量比の特性
を表しているので、エンジンスペックによる影響はなく
機種毎に特性を求める必要がない。

【００４９】以上、本発明の実施の形態をスロットル弁
をＤＣモータ等によって駆動する電子制御スロットル弁
の例で説明したが、スロットル弁をアクセル操作に機械
的に連動させる機械式スロットル弁であっても本発明は
適用可能である。この場合、スロットル弁をバイパスし
て空気通路に接続する補助空気通路を設け、この補助空
気通路に補助空気弁を介装し、上記実施形態と同様に演
算された目標吸気量を実現するための総開口面積と実際
の機械式スロットル弁開口面積との差を前記補助空気弁
を制御して与えれば、機械式スロットル弁であっても電
子制御スロットル弁の場合と同様な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】同じく本発明の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の実施の形態の概略構成を示す図であ
る。

【図４】目標スロットル弁開度の演算ルーチンのフロー
チャートである。

【図５】アクセル操作量とアクセル要求開口面積の関係
を表す特性図である。

【図６】アイドル要求吸気量とアイドル要求開口面積の
関係を表す特性図である。

【図７】開口面積と吸気量の関係を表す特性図である。

【図８】基準正規化開口面積と基準吸気量比の関係を表
す特性図である。

【図９】エンジンの運転条件と目標空燃比の関係を表す
特性図である。

【図１０】目標吸気量比と目標正規化開口面積の関係を
表す特性図である。

【図１１】目標開口面積と目標スロットル弁開度の関係
を表す特性図である。

【図１２】アイドル要求吸気量の演算ルーチンのフロー
チャートである。

【図１３】燃費率補正値の演算ルーチンのフローチャー
トである。

【図１４】目標空燃比と設定ＥＧＲ率に対する基準燃費
率補正値の関係を表す特性図である。

【図１５】エンジンの運転状態と燃費率補正係数の関係
を表す特性図である。

【図１６】本発明の作用効果を示すタイミングチャート
である。

【符号の説明】

１ エンジン ５ スロットル弁 ６ スロットル弁駆動装置 ７ スロットル開度センサ １２ アクセル開度センサ １３ エアフロメータ １４ クランク角センサ １６ 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 11/10 Ｆ０２Ｄ 11/10 Ｈ 41/08 ３１０ 41/08 ３１０ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ｐ 41/16 41/16 Ｐ (56)参考文献 特開 平９−287513（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−240322（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−291841（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−291437（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−101037（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−62659（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−339205（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−208212（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−128348（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−73037（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ドライバのアクセル操作と独立して開閉駆
   動されるスロットル弁により吸入空気量を制御するエン
   ジンの制御装置において、 ドライバのアクセルペダル操作量を検出する手段と、 検出されたアクセル操作量に基づきドライバが要求する
   スロットル弁の開口面積を演算する手段と、 アイドル時の回転数を安定化するために必要な吸気量を
   演算する手段と、 このアイドル要求吸気量をスロットル弁の開口面積に換
   算する手段と、 これら２つの開口面積を合計して要求総開口面積を演算
   する手段と、 この要求総開口面積をエンジン排気量と回転数で除して
   正規化した開口面積を演算する手段と、 この正規化した開口面積を基に基準吸気量比を演算する
   手段と、 この基準吸気量比を基に目標吸気量比を演算する手段
   と、 この目標吸気量比を基に目標正規化開口面積を演算する
   手段と、 この目標正規化開口面積にエンジン排気量と回転数を乗
   じてスロットル弁の目標開口面積を演算する手段と、 この目標開口面積に対応する目標スロットル弁開度を演
   算する手段と、を備えたことを特徴とするエンジンの制
   御装置。
2. 【請求項２】運転条件に応じて目標空燃比を演算する手
   段を備え、前記目標吸気量比を演算する手段が、目標空
   燃比に応じて前記基準吸気量比を補正するように構成さ
   れることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御
   装置。
3. 【請求項３】運転条件に応じて目標空燃比を演算する手
   段と、演算された目標空燃比等を基に燃費率を演算する
   手段とを備え、前記目標吸気量比を演算する手段が、目
   標空燃比と燃費率に応じて前記基準吸気量比を補正する
   ように構成されることを特徴とする請求項１に記載のエ
   ンジンの制御装置。
4. 【請求項４】前記アイドル時の回転数を安定化するため
   に必要な吸気量を演算する手段を、 アイドル時の目標回転数を演算する手段と、 この目標回転数を維持するために必要な吸気量を演算す
   る手段と、 現在の回転数と目標値との偏差に応じて吸気量のフィー
   ドバック補正量を演算する手段と、 補機負荷分の吸気量を演算する手段と、 これら３つの吸気量を合計し要求吸気量を演算する手段
   と、で構成したことを特徴とする請求項１から３のいず
   れか一つに記載のエンジンの制御装置。