JPH01125538A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光匪ｑ旦句 ［産業上の利用分野１ 本発明は内燃機関の制御装置に関し、詳しくは吸入空気
流量を、アクチュエータによって駆動される吸入空気調
整手段によって制御するいわゆるリンクレススロットル
を備えた内燃機関の制御装置に関する。

［従来の技術］ 内燃機関の吸入空気量を調整するスロットルバルブをア
クセルに直結した旧来の構成に替えて、近年、ステッピ
ングモータ等のアクチュエータによりスロットルバルブ
を駆動するいわゆるリンクレススロットルの構成を用い
た内燃機関の制御装置が提案されている。かかる制［装
置では５．通常アクセルセンサによりアクセルの操作量
を検出し、この操作量から目標スロットル開度のベース
値ＡＡを求める。このベース値ＡＡに、内燃機関の運転
状態を反映した種々のパラメータ、例えば内燃機間の回
転数Ｎｃ、内燃機関冷却水水温ＴＨＷ等から定まる補正
係数ｆ　（ＴＨＷ、Ｎｅ）を乗じて目標スロットル開度
Ｔｔを求め、アクチュエータ制御手段により、スロット
ルバルブを目標スロットル開度艦こ制御している。ここ
で、目標スロットル開度を冷却水温ＴＨＷにより補正す
るのは、暖機時のアイドルアップのためであり、回転数
Ｎｅで補正するのは内燃機関の低回転時にスロットル開
度変化に対してトルクの変化が大きいのを補正するため
である。

［発明が解決しようとする問題点］ こうした内ｆｆ１間の制ＶＩＪ装置では、アクセル操作
量のみならず種々の運転状態を反映したスロットル開度
を実現することができる。しかしながら、スロットル開
度が調整するのは、吸入空気体積流量であって、燃焼ζ
こ反映する質ｆｆｉ流量ではないため、同一のスロット
ル開度でも吸入空気の密度が異なると、内燃機関トルク
の出力が変動し、運転性は（ドライバビリティ）が変化
するという問題があった。例えば、高地での山岳走行ζ
こおいては、高度が高いほど大気圧が低いため吸入空気
の密度が低下し、平地と同じアクセル踏込量では内燃機
関のトルクは低下してしまう。一方、寒冷地を走行する
場合には、気温が低いほど大気密度が高くなり、通常よ
り大きなトルクが発生してしまう。

この結果、前者にあっては加速不足や息切れ惑といった
問題を生じ、後者にあっては特に雪上や氷上で、トルク
過多となって走行が困難になるという問題を招致する。

本発明の内燃機関の制御ｎ装置は上記問題点を解決し、
大気の状態によらず同一のドライバビリティを得ること
を目的としてなされた。

え咀ｑ講戒 かかる目的を達成する本発明の構成について以下説明す
る。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の内燃機関の制御装置は、第１図に例示するよう
に、 アクセルＭ１の操作量を検出するアクセル操作量検出手
段Ｍ２と、 アクチュエータＭ３によって駆動され、内燃機関Ｍ４の
吸入空気流量を調整する吸入空気流量調整手段Ｍ５と、 前記検出されたアクセル操作量に基づいて前記吸入空気
流量調整手段Ｍ５の目標操作量を求め、該目標駆動量に
応じた駆動信号を、前記アクチュエータＭ３に出力する
アクチュエータ制御手段Ｍ６と を備えた内燃機関の制御装置において、吸入空気の密度
を検出する空気密度検出手段Ｍ７を備えると共に、 前記アクチュエータ制御手段Ｍ６は、該検出された吸入
空気の密度に応じて、前記吸入空気流量調整手段Ｍ５の
目標駆動量を補正する補正手段Ｍ８を備えたこと を特徴とする。

ここで、アクセル操作量検出手段Ｍ２とは、アクセルＭ
１の操作量（通常は踏込量）を検出するものであり、例
えばアクセルの動きに応じて駆動されるポテンショメー
タやエンコーダ等により構成することができる。また、
アクセルＭ１に加わる荷重により検出する構成としても
よい。

吸入空気流量調整手段Ｍ５とは、スロットルバルブのよ
うに、吸入空気の体積流量を調整するものならば、どの
ような構成でもよい。

この吸入空気流量調整手段Ｍ５を駆動するアクチュエー
タＭ３は、ステッピングモータやＤＣモータ、あるいは
ソレノイドのような電気的なものでもよく、吸気管負圧
等を用いた空圧式のものでもよい。

アクチュエータ制御手段Ｍ６は、アクセル操作量に基づ
いて吸入空気流量調整手段Ｍ５の目標駆動量を求めてア
クチュエータＭ３を駆動するものであり、マイクロコン
ピュータ等を用いた算術論理演算回路として構成しても
よいし、ディスクリートな回路構成により実現してもよ
い。制御の手法は、いわゆるオーブン制御でもよいし、
フィードバック制御でもよい。また、近年実用化の目ざ
ましい現代制御理論に基づく制御手段として構成しても
よい。

空気色度検出手段Ｍ７は、吸入空気の密度を検出するも
のであれば、どのような構成でもよく、例えば、吸入空
気の温度および／または大気圧を検出し、吸気温もしく
は大気圧の少なくとも一方から、吸入空気の密度を求め
る構成とすることができる。尚、大気圧の検出は、内燃
機間の負荷を検出する吸気管圧力検出手段によって行な
うものとし、吸気管圧力の検出を行なうその圧力室を、
所定のタイミングで、吸気管に代えて大気に連通ずる構
成とすることも、部品点数の低減等から好適である。

アクチュエータ制御手段Ｍ６に備えられた補正手段Ｍ８
は、検出された吸入空気の密度に応じて吸入空気流量調
整手段Ｍ５の目標駆動量を補正する手段であり、アクチ
ュエータ制御手段Ｍ６が算術論理演算回路として構成さ
れている場合には、そのハードウェアを共用するものと
し、ソフトウェアにより目標駆動中を補正することによ
り実現することができる。また、補正は、目標駆動量を
補正するマツプ等を予め用意して行なってもよいし、数
式によって行なってもよい。もとより、目標駆動量に応
じてアクチュエータＭ３に出力される信号を電気的に補
正する構成とすることも差し支えない。

［作用コ 上記構成を有する本発明の内燃機関の制Ｓ装置は、アク
セル操作量検出手段Ｍ２により検出したアクセルＭ１の
操作量に基づき、吸入空気流量調整手段Ｍ５の目標駆動
量を、アクチュエータ制御手段Ｍ６により求め、この目
標駆動量に応じた駆動信号をそのアクチュエータＭ３に
出力し、内燃機関Ｍ４の吸入空気量か制御する。しかも
、この制御装置は、吸入空気の密度を空気密度検出手段
Ｍ７により検出しこの空気密度に応じで、アクチュエー
タ制御手段Ｍ６に備えられた補正手段Ｍ８により、吸入
空気流量調整手段Ｍ５の目標駆動量を補正する。

従って、本発明の内燃機関の制御装置は、アクセルＭ２
の操作量に応じて、吸入空気の質量流量を所望に制御す
る。

［実施例］ 以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするた
めに、次に、本発明の内燃機関の制＆ｉｌｌ装置の好適
な実施例について説明する。第２図は、この内燃機関の
制ｆｌ装置の概略を示す構成図である。

図示するように、内燃機関１は、大気より空気を吸入す
ると共に燃料噴射弁３から噴射される燃料と空気とを混
合して吸気ボート５に導く吸気系７と、点火プラグ９に
形成される電気火花によって点火された混合気の燃焼の
エネルギをピストン１０を介して回転運動として取り出
す燃焼室１１と、燃焼後のガスを排気ボート１２を介し
て排出する排気系１３とを備えて構成されている。

吸気系７には、上流から、エアクリーナ１１１゜吸入空
気量を制御するスロットルバルブ１６．吸入空気の脈流
を平滑化するサージタンク１日が設けられており、更に
吸気管負圧ＰＦおよび大気圧ＰＡを検出する圧力センサ
１９が、切換弁２０を介して設けられでいる。切換弁２
０は、フロ・リトルバルブ１６上流もしくはサージタン
ク１日のいずれかの圧力を、導圧管２１．２２を介して
導くよう切り換えるものであり、非通電状態では、圧力
センサ１９をサージタンク１８に連通ずる。

スロットルバルブ１６は、ステッピングモータ２５に直
結され、ステッピングモータ２５によってその開度が調
整される構成とされている。ステッピングモータ２５は
、スロットルバルブ１６の開度を制御するスロットルＥ
ＣＵ３Ｏによって制御される。即ち、本実施例の内燃機
関の制御装置は、アクセル３１の操作量ＡＡに基づいて
、スロットルバルブ開度を制御するいわゆるリンクレス
スロットルの構成を採っている。尚、アクセル３１には
、アクセルの操作量を連続的に検出するアクセルセンサ
３３と、アクセル３１が踏み込まれていないことを検出
するアクセルスイッチ３５とが設けられている。

こうして内燃機関１の吸入空気量を調整する手段として
のスロットルバルブ１６には、その開度Ｔｐを検出する
スロットルセンサ３７が、一方モータ２５には、モータ
２５の回転によってスロットルバルブ１６が全閉状態と
なったことを検出する全開スイッチ３８が、各々設けら
れている。また、吸気系７には、これらのセンサ、スイ
ッチ等の他に、内燃機関１に吸入される空気の温度Ｔ　
ＨＡをを検出する吸気温センサ３９等が設けられている
。

ス［：ｌットルバルブ１６を介して吸入される空気と燃
料噴射弁３より噴射された惺料との混合気は、吸気系７
から燃焼室１１に吸入され、ピストン１０により圧縮さ
れた後、点火プラグ９に形成される電気火花によって着
火される。着火された混合気は、爆発的に燃焼してピス
トン１０を駆動した後、排ガスとなって排気系１３に排
出され、図示しない触媒装置により浄化された後、大気
に放出される。

内燃機関１の各気筒に設けられた点火プラグ９は、図示
しないクランク軸の回転に同門してイグナイタ４１に生
成される高電圧を配電するディストリビュータ４３に、
高耐圧コード（図示せず）により接続されている。この
ディストリビュータ４３内には、内燃機関１の回転数Ｎ
ｅに応じたパルスを発生ずる回転数センサ４５が設けら
れている。尚、内燃機関１のシリンダブロック４日は、
循環する冷却水によって冷却されており、内燃機関１の
運転状態のひとつであるこの冷却水の温度ＴＨＷは、シ
リンダブロック４日に設けられた冷却水温センサ４９に
より検出される。

内燃機関の運転状態を検出する各センサの出力信号は、
スロットルＥ　Ｃ［１３０および燃料噴射ＥＣＵ３Ｏに
人力され、スロットルバルブ開度の制御や、燃料噴射量
制御９八火時期制御等に用いられる。このフロットノし
ＥＣＵ３Ｏは、周知のＣＰＯ５１、ＲＡＭＦ；２．ＲＯ
Ｍ５３．タイマ５５等を中心とする算術論理演算回路と
して構成されており、これらはバス５６によって相互に
接続されている。このバス５６には、回転数センサ４５
からの信号を受けてタイマ５５の値を取り込む人力カウ
ンタ５８、人力カウンタ５８のカウント１直もしくはタ
イマ５５の値によってＣＰＵ５１に割込を起動する割込
制御部５９と共に、パルス人力ボート０１．　　アナロ
グ人力ポートロ２．電磁弁駆動回路６４およびモータ駆
動回路６６が接続されている。

パルス人カポートロ１は、パルスもしくはレベル信号を
人力するものであり、アクセルスイッチ３５、全開スイ
ッチ３８および燃料噴射ＥＣＵ３Ｏに接続されている。

燃料噴射ＥＣＵ３Ｏは、吸気管負圧ＰＦをスロットルＥ
ＣＵ３Ｏから受は取るよう構成されているが、燃料カッ
ト中のように吸気管負圧を知る必要がない場合には、こ
のボートに信号を出力しで、スロットルＥＣＬＩ３０に
これを報知する。スロットルＥＣＵ３ＯのＣＰＵ５１は
、このパルス入力ポートロ１を介して、かかる要求の有
無と共に、アクセル３１が踏み込まれていないことおよ
びステッピングモータ２５がスロットルバルブ２５を全
閉状態にしていることを、知ることができる。

アナログ人力ポートロ２は、アナログ−ディジタル変換
器を内蔵しており、圧力センサ１９．アクセルセンサ３
３．スロットルセンサ３７．吸気温センサ３９および冷
却水温センサ４９に接続されている。従って、ＣＰＵ５
１は、このアナログ人力ポートロ２を介して、内燃機関
１の運転状態を反映した吸気管圧力ＰＦ、大気圧ＰＡ、
　　アクセルの踏込量、スロットルの実開度Ｔｐ、吸気
温ＴＨＡおよび冷却水温ＴＨＷを常時読み込むことがで
きる。

電磁弁駆動回路６４には、切換弁２０が接続され、切換
弁２０は、この回路６４を介してオンもしくはオフ状態
に切り換えられる。切換弁２０がオンの場合には、サー
ジタンク１日の圧力が圧力センサ１９に導かれ、切換弁
２０がオフの場合には、大気圧が圧力センサ１９に導か
れる。

モータ駆動回路６６には、ステッピングモータ２５が接
続される。このモータ駆動回路６６は、ＣＰＵ５１から
コマンドおよびデータを受けて、モータ２５の各相に通
電を行ない、ステッピングモータ２５ｆ？回転してスロ
ットルバルブ１６を所望の開度に駆動する。

こうした構成を有するスロットルＥＣＵ３Ｏは、アクセ
ル２０の踏込量と内燃機関１の運転状態とを読み込んで
スロットルバルブ１６の開度を制御し、内燃機関の吸入
空気量を調整する。次に、かかる働きに付いて説明する
。第３図は、およそ１０　［ｍ５ｅｃ］ごとに起動され
るスロットルバルブ駆動ルーチンを示すフローチャート
である。図示するように、本ルーチンが開始されると、
まずアナログ人力ポートロ２を介してアクセルセンサ３
３からの信号の値を読み込む処理を行なう（ステップ１
００）。

続くステップ１１０では、アクセルセンサ３３からの信
号を処理してア々セル挿作ＩＩ−ＡＡを求める処理を行
なう。これは、運転者の不随意の足の動きの影響を取り
除くためのヒステリシス処理と、ノイズなどの誤検出に
起因してスロットルバルブ１６を急激に動かすことを防
ぐ抑制の処理とである。

こうしてアクセル操作量ＡＡを求めた後、アナログ人力
ポートロ２を介して、吸気温センサ３９から吸気温ＴＨ
Ａを読み込む処理を行ない（ステップ１２０）、この吸
気温ＴＨＡと大気圧ＰＡとから大気密度補正係数ｆ２　
（ＴＨＡ、ＰＡ）を求める処理を行なう（ステップ１３
ｏ）。ここで、大気圧ＰＡは、第４図（Ａ）に示すよう
に、内燃機関１が回転していないとき（Ｎｅ＝Ｏ）もし
くは燃料噴射ＥＣＵ３Ｏからの吸気圧検出要求がないと
き（ステップ１３２．１３３）、切換弁２０をオフ状態
として（ステップ１３４，１３５）、圧力センサ１９に
大気圧を導き、圧力センサ１９の出力を読み取ることに
よって行なわれる（ステップ１３６）。尚、内燃機関１
が運転されておりかつ吸気管負圧検出の要求がある場合
（ステップ１３２．１３３）には、切換弁２０をオン状
態としくステップ１３７，１３８）、圧力センサ１９に
サージタンク１８の圧力を導入して吸気管負圧の測定を
行なう。

ステップ１３０で算出される大気密度補正係数は、気体
の密度が絶対温度に反比例し圧力に比例するボイル・シ
ャルルの法則に従うことから、その数式に従って求めて
もよいが、本実施例では、ＣＰＵ５１の負担を減らすた
めに、予めＲＯＭ５３に用意した二次元マツプに基づい
て算出する。

こうして求めた大気密度補正係数をステップ１１０で求
めたアクセル操作量ＡＡに乗算してこれを補正【ハアク
セル操作ｊｌＡ　Ａ　＊を求める処理を行なう（ステッ
プ１４０）。こうして求めたアクセル操作量ＡＡ＊は、
スロットルバルブ１６の開度制御の基礎となるから、例
えば冷間時のように吸気温ＴＨＡが低くて大気密度が高
い場合には、第５図に磁線Ｂとして示すように、吸気温
ＴＨＡおよび大気圧ＰＡが平常の場合（第５図実線Ｊ）
と較べて、フロ・ントル開度Ｔｔは小さく制御される。

また、高地を走行する場合のように大気圧ＰＡが低くて
大気密度が低いときには、第５図に一点鎖線１〕としで
示すようζ７、スロットル開度Ｔｔは、平常より高＜＃
ＪＶＭされることになる。

ステップ１４０でアクセル操作量の補正を行なった後、
冷却水温センサ４９から冷却水温ＴＨＷを人力しくステ
ップ１５０）、この冷却水温ＴＨＷと内燃機関１０回転
数Ｎｅとから暖機低速補正係数ｆ　１　（ＴＨＷ、　　
Ｎ　ｅ）を算出する処理を行なう（ステップ１６０）。

これは、内燃機関１の暖機が完了前、もしくは内燃機関
１の低回転時に内燃機関１の吸入空気量を増加するため
のものである。ここで、内燃機関１の回転数Ｎｅは、第
４図（Ｂ）に示すように、回転数センサ４５からの信号
によって起動される回転数算出割込ルーチンによって求
められる。即ち、この割込ルーチンが起動されたときζ
ごは、人力カウンタ５８に退避されるタイマの値に基づ
いて前回割込が起動された時点（ｎ−１）からの経過時
間Ｔを求め（ステップ１６２）、その逆数Ｎｉを求め（
ステップ１６４）、この値Ｎｉと前回求めた回転数Ｎｅ
（ｎ−１）との平均値として内燃機間１の回転数Ｎｅを
求めるのである（ステップ１６６）。

こうして求めた暖機低速補正係数ｆｌ（ＴＨＷ。

Ｎｅ）を、ステップ１４０で算出したアクセル操作量Ａ
Ａ木に乗算し、スロットルバルブ１６の目標開度Ｔｔを
算出する処理を行ない（ステップ１７０）、「ＮＥｘＴ
」に抜けて本ルーチンを終了する。

尚、スロットルバルブ１６を駆動するステッピングモー
タ２５の実際の制御は、ステッピングモータ２５に励磁
パルスを出力するタイミング毎に起動される割込ルーチ
ンによって行なわれる。即ち、第６図に示すように、ス
ロットルセンサ３７によって検出されるスロットルバル
ブ１６の実開度Ｔｐと上述したスロットルバルブ駆動ル
ーチン（第３図）によって求められたスロットルバルブ
１６の目標開度Ｔｔとから、ステッピングモータ２５の
各相の励磁パターンを求め（ステップ１８０）、ステッ
ピングモータ２５の現在の回転数に基づいて次にステッ
ピングモータ２５の励磁を行なうべき時刻を割込時刻と
してタイマ５５にセットすると共に、励磁する巻線をモ
ータ駆動回路６６に設定する処理（ステップ１９０）を
行なうのである。

以上説明した構成を有する本実施例の内燃機関の制御装
置によれば、内燃機関１が吸入する空気の密度に応じて
アクセル３１の踏込量に対するスロットルバルブ１６の
開度を制御して、アクセル踏込量に応じた質量流量の吸
入空気を得ることができる。従って、スロットルバルブ
１の全開から全開に対応したアクセルの広い操作範囲に
亘り、同様のアクセル操作に対して内燃機関トルクの出
力変動を生じることがない。この結果、冷間時であって
も高地走行の場合でも、アクセル３１の踏込に対する内
燃機関トルクの出力は同一となり、良好な運転性（ドラ
イバビリティ）を得ることができる。

また、本実施例の内燃機関の制御装置では、大気圧ＰＡ
の検出と吸気管負圧ＰＦの検出とをひとつの圧力センサ
１９で行なうことができ、部品点数の低減や調整の簡素
化等を図ることができる。

尚、以上説明した実施例では、アクセル操作量ＡＡを、
大気密度補正係数により補正する構成としたが、第７図
に示すように、アクセルセンサ３３からの信号を人力・
処理してアクセル操作′ＲＡＡを求めた後（ステップ２
００，２１０）、冷却水温ＴＨＷと回転数Ｎｅとから求
めた暖機低速補正係数によってアクセル操作量ＡＡを補
正して基本スロットル開度ＴＯを求め（ステップ２２０
゜２３０．２４０）、その後、吸気温ＴＨＡと大気圧Ｐ
Ａとから求めた大気密度補正係数によってスロットルバ
ルブ１６の目標開度Ｔｔを算出する（ステップ２５０，
２６０．２７０）構成とすることもできる。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこう
した実施例に同等限定されるものではなく、例えばアク
セル操作量により燃料噴射量を先に定めるいわゆる燃料
優先システムにおいて大気密度によりスロットルバルブ
開度を補止する構成等、本発明の要旨を逸脱しない範囲
において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である
。

λ町度効深 以上詳述したように、本発明の内燃機関の制御装置によ
れば、寒冷地や高地を走行する場合のように内燃機関が
吸入する空気の密度が異なっても、アクセル操作に対す
る内燃機関トルクの出力の変動が抑制されるという極め
て優れた効果を奏する。

従って、同一のアクセル操作に対して得られる内燃機関
トルクの出力が変化せず、運転性能が向上する。この結
果、例えば雪上や氷上でも過大なトルクが発生するとい
ったことがなく、車両運転上の安全性も向上し、運転も
容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を例示するブロック図、第
２図は本発明一実施例としての内燃機関の制御装置の概
略構成図、第３図は同じくそのスロットルＥＣＵが実行
するスロットルバルブ駆動ルーチンを示すフローチャー
ト、第４図（Ａ）。 （Ｂ）は各々大気圧ＰＡと回転数Ｎｅを求めるための割
込ルーチンを示すフローチャート、第５図は実施例にお
けるアクセル操作量ＡＡとスロットル開度との関係を示
すグラフ、第６図はスロットルバルブ１６を駆動するス
テッピングモータを駆動する割込ルーチンを示すフロー
チャート、第７図は本発明の他の実施例の要部を示すフ
ローチャート、である。 １　・・・　内燃機関 １６　・・・　スロットルバルブ １９　・・・　圧力センサ ２０　・・・　切換弁 ２５　・・・　ステッピングモータ ３０　・・・　スロットルＥＣＵ ３１　・・・　アクセル ３３　・・・　アクセルセンサ ３７　・・・　スロットルセンサ ３９　・・・　吸気温センサ ４５　・・・　回転数センサ ５０　・・・　燃料噴射ＥＣＵ 代理人　弁理士　定立　勉（ほか１名）第３図 第５図 ｒ’ｉ、ノ アクセル壕作１１ＡＡ（％） （Ａ） 第４図 （Ｂ） 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　アクセルの操作量を検出するアクセル操作量検出手
   段と、 アクチュエータによって駆動され、内燃機関の吸入空気
   流量を調整する吸入空気流量調整手段と、前記検出され
   たアクセル操作量に基づいて、前記アクチュエータに駆
   動信号を出力するアクチュエータ制御手段と を備えた内燃機関の制御装置において、 吸入空気の密度を検出する空気密度検出手段を備えると
   共に、 前記アクチュエータ制御手段は、該検出された吸入空気
   の密度に応じて、前記アクチュエータの駆動信号を補正
   する補正手段を備えたこと を特徴とする内燃機関の制御装置。 ２　空気密度検出手段は、 吸入空気の温度を検出する吸気温度検出手段および／ま
   たは大気圧を検出手段する大気圧検出手段と、 該検出された吸気温もしくは大気圧の少なくとも一方か
   ら、吸入空気の密度を求める算出手段と を備えた特許請求の範囲第１項記載の内燃機関の制御装
   置。 ３　大気圧検出手段は、 内燃機関の負荷を検出する吸気管圧力検出手段と、 圧力検出を行なう該吸気管圧力検出手段の圧力室を、吸
   気管に代えて大気に連通する圧力切替手段と を備えた特許請求の範囲第２項記載の内燃機関の制御装
   置。