JPH041437A - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - 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】 〔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か予め定められた目標空燃比にな
るようにフィー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か上
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（タライテリア）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
応は空燃比か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か低下す
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、この推定温度か
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燃料噴射装置か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
であるか、排気系の温度か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か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
回転数に応して備えてない前記従来技術では排気系温度
か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○ＴＰ増量）を実行してしまうことかあるという問題
かある。

本発明は上記の点に鑑みなされたちのて、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Ｉ２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
排気系温度か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
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
系温度か、高過ぎる値に推定されてしまうことを防止す
ることかできる。

〔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である。本実施例は内燃機関１０と
して４気筒４サモ点火式内燃機関（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か取付けられ、またスロットルバルブ２
３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ずるバイパス通
路２８か設けられ、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か取付けられ
ている。このｌ５ＣＶ２９に流れる電流をデユーティ比
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、アイドリング回
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及び吸気ボート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）か配設されており、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か噴射される
。

燃焼室３３は排気ボート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３
７（第１図の１４に相当）に連通されている。また、３
８は点火プラグで、一部か燃焼室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は水温センサて、エンジンブロック４４を貫
通して一部か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、酸素濃度検出サンセ（０２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
）５Ｉ、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ース回路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、０２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。

入出力インタフェース回路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ｌ５ＣＶ２９、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４ｏ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ピュータ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２ｏをソフトウェアで実現す
るもので、ＲＯＭ５１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３２ｍ５〜６０ｍ５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数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とに基つき、
ＲＯＭ５１に予め記憶されている第１の二次元マツプを
参照してカウントアツプ値ＭＯＴＰを算出し、続いてス
テップ１０３へ進んでＲＯＭ５１に予め記憶されている
第２の二次元マツプを参照してからカウンタ上限値ＣＯ
Ｔ　Ｐ　ＭＡＸを算出する。すなわち、ステップ１０３
は前記上限（ａｔ設定手段２０を実現する。ここで、上
記の第１の二次元マツプは第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かとるよう
に設定されている。また、上記の第２の二次元マツプも
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かとるように設定されており、
最小値はゼロである。なお、カウントアツプ値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Ｃ０ＴＰ　（初期値はゼロ）とステップ１０３
て算出したカウンタ上限値ＣＯＴＰＭＡＸとの大小比較
か行われ、Ｃ０ＴＰ＜ＣＯＴＰＭＡＸのときはステップ
１０５へ進んて、前回のＣ０ＴＰの値に上記ステップ１
０２て算出した、カウントアツプ値ＭＯＴＰを加算した
値を今回のＣ０ＴＰ値として算出する。

一方、ステップ＋０４において、Ｃ０ＴＰ≧ＣＯＴＰＭ
ＡＸの判定結果か得られたときはステップ１０６へ進み
、 Ｃ０ＴＰ　４−ＣＯＴＰ−（ＣＯＴＰ−ＣＯＴＰＭＡＸ
）Ｘｏ、１ なる式に基づき、カウンタ値Ｃ０ＴＰを減衰させる。す
なわち高回転、高負荷運転てカウンタ上限値ＣＯＴＰＭ
ＡＸ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Ｃ０ＴＰはステップ
１０３で算出されるＣＯＴＰＭＡＸに比へ運転状態の変
化にただちに追従しないから、Ｃ０ＴＰかカウンタ上限
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か排気系温
度か低いと推定され、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Ｃ０ＴＰ
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（ＣＯＴＰ−ＣＯ
ＴＰＭＡＸ）の１０％の値を現在のカウンタ値Ｃ０ＴＰ
から差し引く。これにより、カウンタ値Ｃ０ＴＰはカウ
ンタ上限値ＣＯＴＰＭＡＸに徐々に近付いていくか、Ｃ
ＯＴＰＭＡＸか小さい値のときほど早＜　Ｃ０ＴＰは減
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に相当する処理か終了すると、カウンタ値Ｃ
０ＴＰ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１０８）。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か判定値以上のときはカウンタ値Ｃ０Ｔ
Ｐか判定値以上か否か判定しくステップ１０９）　、Ｃ
０ＴＰも判定値以上のときに初めて排気系温度かタライ
テリア（例えば８５０°Ｃ）に達したと判断し、燃料増
量値ＦＯＴＰの算出か行われる（ステップ１１０）。

二〇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２５　ｒ　ｐｍ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ｌ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＜シ（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〜ｚｉが前記絆富手段
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Ｃ０ＴＰが０又
は負と判定されたときはステップ１１２へ進んてカウン
タ値Ｃ０ＴＰがゼロ（下限ガード値）にセットされた後
、ステップ１１３て燃料増量値ＦＯＴＰカ月　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ＣＯＴＰＭＡＸ、カウンタ値Ｃ０ＴＰが判定値未満の
ときはステップ１１３へ進みＯＴＰ増量を停止する。す
なわち、カウンタ値Ｃ０ＴＰか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１１
３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ＣＯＴ
ＰＭＡＸによって上限ガード処理され、推定値が高い値
をとることかなくなる。

このように本実施例によれば、カウンタ上限値ＣＯＴＰ
ＭＡＸと判定値の差分たけ○ＴＰ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Ｐ
Ｍ及びＮＥによって変わるのて、丁度、排気系温度がタ
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Ｃ０ＴＰ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）に応じた減衰をステップ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か得ら
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か上昇したときでも、カウンタ値Ｃ
０ＴＰは前条件に見合った値からカウントアツプするこ
ととなり、常に適切なＯＴＰ増量の実行か行われる。

すなわち、本実施例では高負荷、高回転運転時はカウン
トアツプ値ＭＯＴＰか正の値でカウンタ値Ｃ０ＴＰはカ
ウントアツプされるのに対し、低負荷、低回転運転時は
ＭＯＴＰか負の値でＣ０ＴＰはカウントダウンされるか
ら、軽負荷運転時間か短くて高負荷運転に移行した場合
はカウンタ値Ｃ０ＴＰ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か上昇してもタライテリアに
達する時にＯＴＰ増量が実行され、一方、軽負荷運転時
間か長いときはカウンタ値Ｃ０ＴＰ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増量か実行されるから、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て排気系温度を推定していたのでＯ
ＴＰ増量を実行してしまっていたが、本実施例ては上記
の場合は機関回転数が低いことから排気系温度はタライ
テリアに達していないと上限カウンタ値ＣＯＴＰＭＡＸ
と判定値との大小比較から判定できるため、無駄にＯＴ
Ｐ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、排気系温度か実
際には上昇していないにもかかわらず、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
ることかでき、よって触媒装置の過熱防止とともに燃費
を向上することかできる等の特長を有するものである。

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、１
８・・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。

【図面の簡単な説明】

第１０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
ドウェア構成図、 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。 特許出願人　トヨタ自動車株式会社 第３図 第１図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   制御装置におい推定された前記排気系温度に、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。