JPH04179844A - エンジンの燃料制御装置 - 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］ 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＃ＦＪｗ４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
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、（１
１）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制御装置の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ＴＤ
Ｃ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近傍で閉しるよ
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回転側で遅れ側に制
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
制御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Ｓ（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
ロータイブ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方式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７０−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。このような吹返しゃ脈動による誤
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）（２１エンジンの場合で３０
１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。

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燃料制御装置は、エンジンの
運転状態に応じて吸気弁及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回転センサ
と、上記エンジンの筒内圧力に対応した電気信号を発生
する筒内圧センサと、上記回転センサの出力信号に基づ
き圧縮工程中の所定クランク力位１を検出るとともに、
この時の上記筒内圧センサの出力信号を読み込み記憶す
る手段と、上記筒内圧センサの出力信号を主パラメータ
として必要燃料量を演算により求める手段と、この演算
結果をエンジン回転数、上記筒内圧信号もしくは上記弁
制御手段の弁開閉時期情報によって補正した結果に基づ
き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。

［作　用］ この発明においては、圧縮工程中における所定クランク
位置の管内圧を検出し、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管内圧センサ（
１２）を設けると共に吸気管（２）の上流に吸気温セン
サ（１３）を設けたところにあり、この管内圧センサ（
１２）の出力に基づいて負荷情報を得るよう構成してい
る。

この管内圧センサ（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図に示すように管内圧力に比例した出
力電圧が得られるものである。

また、このような管内圧センサ（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、要求精度によっては１気筒に
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（１０＾）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、まずカム角七ン
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ＢＤＣ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。）が得られたが否がを判定する。クランク角信号
（θ。）が得られると、ステップ（１０１）でこのとき
の管内圧センサ（１２）の出力信号（Ｐｃ）を読み込み
、この圧力値（Ｐｃ）をＲＡＭ　（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ＲＡ　Ｍ　（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（Ｃａ　ｔ　）と、予め決められたク
ランク角（θ。）点におけるシリンダ容Ｗ（Ｖθ。）と
を圧力値（Ｐｃ）に乗算し、管内空気量（Ｑａ）を求め
る。

次にステップ（１０４）で回転センサ（６）の出方がち
エンジン回転数（Ｈｅ）を求め、ステップ（１０５）で
、このエンジンの回転数（Ｎｅ）と管内空気量（Ｑａ＞
との二元関数として決定される充填補正係数Ｋ　ｏ　（
Ｎｅ。

Ｑａ）をステップ（１０３）で求めた管内空気量（Ｑａ
）に乗じ、真の空気量（Ｑａ）とする、この充填補正係
数Ｋ　ｏ　（Ｈｅ、　Ｑａ）はエンジンの作動状態によ
って決まるシリンダ（１ａ）内の残留排ガスが真の空気
量に対する誤差となるのを防止するためのものである。

この補正は管内空気量（Ｏａ）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（＾／Ｆ）や、インジェクタ（５）の
流量ゲイン（Ｋ、）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ＲＡ　Ｍ　（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、各気筒毎に管内圧センサ（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。

このように管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り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情
報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
、管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区に示され
た波形に限定されるものでなく、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、しがも応答性、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
に応じて吸気弁及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回転センサと、上記エ
ンジンの筒内圧力に対応した電気信号を発生する筒内圧
センサと、上記回転センサの出力信号に基づき圧縮工程
中の所定クランク角位置を検出るとともに、この時の上
記筒内圧センサの出力信号を読み込み記憶する手段と、
上記筒内圧センサの出力信号を主パラメータとして必要
燃料量を演算により求める手段と、この演算結果をエン
ジン回転数、上記筒内圧信号もしくは上記弁制御手段の
弁開閉時期情報によって補正した結果に基づきエンジン
に供給する燃料量を制御する手段とを備えたので、エア
フローセンサと大容量サージタンクが不要となり搭載性
が向上しかつ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図は管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ヤード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、第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）排気弁開閉
装置、（１０＾）はコンピュータユニット、（１２）は
管内圧センサである。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エンジンの運転状態に応じて吸気弁及び又は排気弁の開
   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回転センサと、上記エンジンの筒内
   圧力に対応した電気信号を発生する筒内圧センサと、 上記回転センサの出力信号に基づき圧縮工程中の所定ク
   ランク角位置を検出るとともに、この時の上記筒内圧セ
   ンサの出力信号を読み込み記憶する手段と、 上記筒内圧センサの出力信号を主パラメータとして必要
   燃料量を演算により求める手段と、この演算結果をエン
   ジン回転数、上記筒内圧信号もしくは上記弁制御手段の
   弁開閉時期情報によつて補正した結果に基づきエンジン
   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。