JPH06241097A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸気タイミングに応じた適切な上限ガード値
を設定して、高精度の空燃比制御を実現する。 【構成】 ＶＶＴにて制御された４段階の吸気タイミン
グ毎に上限ガード値ＧＮＭＡＸを記憶し、現在の吸気タ
イミングに応じて上限ガード値ＧＮＭＡＸを算出して、
熱式ＡＦＭにて計測された計測空気量ＧＮβを上限ガー
ド値ＧＮＭＡＸにより制限するため、吸気タイミングの
変更に伴い内燃機関１の充填効率が変化して実際の吸入
空気量ＧＮαの最大値が増減したときには、それに応じ
た適切な上限ガード値ＧＮＭＡＸが設定されて、常に正
確な計測空気量ＧＮβを得ることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱線式エアフローメー
タ（以下、単に「熱式ＡＦＭ」という）等により計測さ
れた内燃機関の吸入空気量に基づいて燃料供給量を制御
する内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の吸入空気量を計測するセンサ
の一つとして、吸気通路に熱線を設けて通電し、吸入空
気で熱線が冷却されたときの抵抗値変化に基づいて吸入
空気量を算出する熱式ＡＦＭを挙げることができる。こ
の熱式ＡＦＭでは原理上、吸入空気の正流と逆流が判別
できないため、逆流が発生したときに吸入空気量を過大
計測する場合があった。

【０００３】図６は従来の内燃機関の空燃比制御装置の
スロットル開度に対する１回転当たりの吸入空気量の特
性を示す説明図である。

【０００４】即ち、図に実線で示すように、内燃機関の
１回転当たりの吸入空気量ＧＮαはスロットルバルブの
小開度領域で急激に増加し、それ以上の領域では一定値
を保つ特性を有する。ここで、周知のように吸入空気は
脈動しながら機関に供給されており、スロットル開度が
ある程度大きくなると、脈動振幅が増大して吸入空気の
逆流が生じることがある。このときの逆流を熱式ＡＦＭ
では正流と同様に計測してしまうため、図に二点鎖線で
示すように、計測空気量ＧＮβは実際の吸入空気量ＧＮ
αに比較して増大してしまい、その計測空気量ＧＮβに
基づき過大な燃料供給量が算出されて、空燃比がリッチ
側に乱れる場合があった（図にＡで示す領域）。

【０００５】図７は従来の内燃機関の空燃比制御装置の
上限ガード値を算出するためのマップを示す説明図であ
る。

【０００６】そこで、従来は図６及び図７に示すよう
に、予め求めた実際の吸入空気量ＧＮαの最大値より若
干大きな値として、機関の回転域毎に上限ガード値ＧＮ
ＭＡＸを設定し、計測空気量ＧＮβが上限ガード値ＧＮ
ＭＡＸを越えたときには逆流による過大計測であると見
做して、計測空気量ＧＮβを上限ガード値ＧＮＭＡＸに
制限する処理を実施していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、内燃
機関の高出力化や中低速トルクの向上及びアイドルの安
定化を目的として、可変バルブタイミングシステム（以
下、単に「ＶＶＴ」という）等のように機関のバルブタ
イミングやバルブリフトを制御する技術が実用化されて
いる。

【０００８】図８は従来の内燃機関の空燃比制御装置の
ＶＶＴによる吸気タイミングの制御状態を示すタイムチ
ャートである。

【０００９】前記したＶＶＴでは機関回転数や負荷状態
等に応じてクランクシャフトに対する吸気側カムシャフ
トの位相を変更し、吸気タイミング（吸気バルブの開閉
タイミング）を制御している。例えば、機関の高回転域
では、図の左側に示すように吸気タイミングをＡＢＤＣ
２０°ＣＡ（以下、全て吸気バルブの閉時期で表す）ま
で進角させ、吸気と排気のオーバーラップを最大として
高出力化を計る。また、アイドルを含めた低回転域で
は、図の右側に示すようにＡＢＤＣ１１０°ＣＡまで遅
角し、オーバーラップさせずに中低速トルクの向上やア
イドルの安定化を計る。更に、中間の回転域では図の中
央に示すようにＡＢＤＣ４０°ＣＡに制御する。

【００１０】しかしながら、ＶＶＴにより吸気タイミン
グを変更すると吸入空気の充填効率が変化するため、図
６における実際の吸入空気量ＧＮαの最大値も増減する
ことになる。したがって、吸気タイミングの制御状態に
よっては上限ガード値ＧＮＭＡＸが不適切となって、計
測空気量ＧＮβの過大計測を防止しきれなかったり、逆
に計測空気量ＧＮβを過剰に制限してしまうという不具
合があった。

【００１１】そこで、本発明は、吸気タイミング等が変
更された場合であっても適切な上限ガード値を設定し
て、高精度の空燃比制御を実現することができる内燃機
関の空燃比制御装置の提供を課題とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる内燃機関
の空燃比制御装置は、図１に示すように、内燃機関Ｍ１
の運転状態に応じてバルブタイミング及び／またはバル
ブリフトを制御するとともに、吸入空気量計測手段Ｍ２
にて計測した吸入空気量に基づいて燃料供給量制御手段
Ｍ３により内燃機関Ｍ１への燃料供給量を制御する内燃
機関の制御装置において、前記バルブタイミング及び／
またはバルブリフトの予め区分された制御領域毎に上限
ガード値を記憶するガード値記憶手段Ｍ４と、前記バル
ブタイミング及び／またはバルブリフトの現在の制御領
域を判定して対応する上限ガード値を選択し、前記吸入
空気量計測手段Ｍ２にて計測される吸入空気量または燃
料供給量制御手段Ｍ３にて制御される燃料供給量を上限
ガード値により制限する上限ガード手段Ｍ５とを具備す
るものである。

【００１３】

【作用】本発明においては、バルブタイミングやバルブ
リフトの現在の制御領域に応じて、上限ガード手段Ｍ５
によりガード値記憶手段Ｍ４から上限ガード値が選択さ
れ、その上限ガード値によって吸入空気量計測手段Ｍ２
の吸入空気量或いは燃料供給量制御手段Ｍ３の燃料供給
量が制限されて、吸入空気の逆流による吸入空気量計測
手段Ｍ２の過大計測が防止される。

【００１４】そして、このようにバルブタイミングやバ
ルブリフトの制御領域に応じて上限ガード値が選択され
るため、バルブタイミングやバルブリフトの変更に伴い
内燃機関Ｍ１の充填効率が変化して吸入空気量の最大値
が増減したときには、それに応じた適切な上限ガード値
が設定されて、常に正確な吸入空気量や燃料供給量を得
ることが可能である。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例の内燃機関の空燃比制
御装置について説明する。

【００１６】図２は本発明の一実施例である内燃機関の
空燃比制御装置を示す全体構成図である。

【００１７】図に示すように、本実施例の内燃機関１
は、吸気側及び排気側の一対のカムシャフト２ａ，２ｂ
を備えたダブルオーバーヘッドカムシャフト（ＤＯＨ
Ｃ）式機関として構成されている。内燃機関１の吸気通
路３は吸気バルブ４ａを介して燃焼室５と連通し、上流
側よりエアクリーナ６、吸入空気量を計測する熱式ＡＦ
Ｍ７、吸入空気量を調整するスロットルバルブ８、吸入
空気中に燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）９
が設けられている。また、内燃機関１の排気通路１０は
排気バルブ４ｂを介して燃焼室５と連通し、その下流側
には図示しない三元触媒と消音器が設けられている。

【００１８】前記吸気側カムシャフト２ａ及び排気側カ
ムシャフト２ｂはクランクシャフト１１により図示しな
いタイミングベルトを介して駆動され、その回転に伴っ
て前記吸気バルブ４ａと排気バルブ４ｂをそれぞれ開閉
駆動する。吸気側カムシャフト２ａにはＶＶＴ１２（可
変バルブタイミングシステム）が備えられ、このＶＶＴ
１２によりクランクシャフト１１に対する吸気側カムシ
ャフト２ａの位相が変更される。

【００１９】内燃機関１を制御する電子制御ユニット
（以下、単に「ＥＣＵ」という）２１には、前記した熱
式ＡＦＭ７、燃料噴射弁９及びＶＶＴ１２が接続される
とともに、クランクシャフト１１の回転に伴って所定周
期でパルスを出力するクランク角センサ２２が接続され
ている。

【００２０】図３は本発明の一実施例である内燃機関の
空燃比制御装置の上限ガード値を算出するためのマップ
を示す説明図である。

【００２１】そして、ＥＣＵ２１はクランク角センサ２
２のパルスから算出した機関回転数Ｎｅや図示しない吸
気圧センサにて検出された吸気負圧等に応じてＶＶＴ１
２を駆動し、吸気側カムシャフト２ａの位相を変更して
吸気タイミングを制御する。図に示すように、本実施例
では吸気タイミングがＡＢＤＣ２０°ＣＡ，５０°Ｃ
Ａ，８０°ＣＡ，１１０°ＣＡ（共に吸気バルブ４ａの
閉時期で表す）の４段階に制御され、例えば、内燃機関
１の高回転域では、吸気タイミングを小さな値に制御し
てオーバーラップを増加させ、低回転域では、大きな値
に制御してオーバーラップを減少させる。

【００２２】また、ＥＣＵ２１は熱式ＡＦＭ７の出力電
圧Ｖから吸入空気量Ｑａを算出し、その吸入空気量Ｑａ
や機関回転数Ｎｅ等に基づいて燃料噴射量ＴＡＵを算出
する。そこで、以下にこの燃料噴射量ＴＡＵの算出処理
を詳述する。

【００２３】図４は本発明の一実施例である内燃機関の
空燃比制御装置のＥＣＵが実行する燃料噴射量算出ルー
チンを示すフローチャート、図５は本発明の一実施例で
ある内燃機関の空燃比制御装置の吸入空気量に対する上
限ガード値の設定状態を示す説明図である。

【００２４】なお、従来技術で説明したように、ＶＶＴ
１２により吸気タイミングを変更すると内燃機関１の充
填効率が変化するため、図５に示すように、実際の吸入
空気量ＧＮα（実線で示す）と熱式ＡＦＭ７にて計測さ
れた計測空気量ＧＮβ（二点鎖線で示す）とは４段階に
増減する。

【００２５】図に示すルーチンは内燃機関１を制御する
ためのメインルーチンでコールされたときに実行され
る。ＥＣＵ２１はステップＳ１で熱式ＡＦＭ７の出力電
圧Ｖを取り込み、予め図示しないＲＯＭに記憶されたマ
ップに基づいて、出力電圧Ｖからその時点の吸入空気量
Ｑａを算出する。次いで、吸入空気量Ｑａの総和ΣＱａ
を機関回転数Ｎｅで除算して平均化し、１回転当たりの
補正前計測空気量ＧＮγを求める。更に、ステップＳ３
で補正前吸入空気量ＧＮγに補正係数ＫＦＬＣを加算し
て計測空気量ＧＮβを求める。周知のようにこの補正係
数ＫＦＬＣは、熱式ＡＦＭ７の特性による計測空気量Ｇ
Ｎβの落込み（図５にＢで示す領域）を補正するための
ものである。

【００２６】その後、ＥＣＵ２１はステップＳ４で機関
回転数Ｎｅと現在の吸気タイミングとを取り込み、ステ
ップＳ５でこれらの機関回転数Ｎｅ及び吸気タイミング
からＲＯＭに記憶された図３に示すマップにしたがって
上限ガード値ＧＮＭＡＸを算出する。つまり、この図３
のマップでは、図５に示すようにＶＶＴ１２により制御
された４段階の吸気タイミング毎にそれぞれ上限ガード
値ＧＮＭＡＸが設定されており、ステップＳ５でその時
点の吸気タイミングに対応する上限ガード値ＧＮＭＡＸ
が算出されるのである。

【００２７】次いで、ステップＳ６で計測空気量ＧＮβ
が上限ガード値ＧＮＭＡＸ以上（ＧＮβ≧ＧＮＭＡＸ）
であるか否かを判定し、上限ガード値ＧＮＭＡＸ以上の
ときにはステップＳ７で計測空気量ＧＮβを上限ガード
値ＧＮＭＡＸに制限してステップＳ８に移行する。ま
た、計測空気量ＧＮβが上限ガード値ＧＮＭＡＸ未満の
ときには直接ステップＳ８に移行する。更に、ステップ
Ｓ８で計測空気量ＧＮβに補正係数ＫＴｐを乗算して基
本燃料噴射量Ｔｐを求め、ステップＳ９で基本燃料噴射
量Ｔｐに各種補正係数のトータル値ＦＴＯＴＡＬを乗算
して最終的な燃料噴射量ＴＡＵを求める。そして、算出
された燃料噴射量ＴＡＵに基づきＥＣＵ２１により燃料
噴射弁９の噴射量が制御され、内燃機関１が運転され
る。

【００２８】このように吸気タイミングに応じて上限ガ
ード値ＧＮＭＡＸが算出されるため、吸気タイミングの
変更に伴い内燃機関１の充填効率が変化して実際の吸入
空気量ＧＮαが増減したときには、それに応じた適切な
上限ガード値ＧＮＭＡＸが設定される。したがって、上
限ガード値ＧＮＭＡＸが過大に設定されて計測空気量Ｇ
Ｎβの過大計測を防止しきれなかったり、逆に、上限ガ
ード値ＧＮＭＡＸが過小に設定されて計測空気量ＧＮβ
を過剰に制限してしまうという事態を防止でき、常に正
確な計測空気量ＧＮβを得ることが可能である。

【００２９】しかも、吸気タイミングに応じて適用する
上限ガード値ＧＮＭＡＸを変更するだけのため、簡単な
制御で実現可能である。

【００３０】以上のように本実施例では、内燃機関Ｍ１
として内燃機関１が機能し、吸入空気量計測手段Ｍ２と
して熱式ＡＦＭ７が、燃料供給量制御手段Ｍ３としてス
テップＳ８及びステップＳ９の処理を実行するＥＣＵ２
１が、ガード値記憶手段Ｍ４としてＲＯＭが、上限ガー
ド手段Ｍ５としてステップＳ４乃至ステップＳ７の処理
を実行するときのＥＣＵ２１がそれぞれ機能する。

【００３１】このように本実施例の内燃機関の空燃比制
御装置は、ＶＶＴ１２にて制御された４段階の吸気タイ
ミング毎に上限ガード値ＧＮＭＡＸを記憶するＲＯＭ
と、現在の吸気タイミングを判定して対応する上限ガー
ド値ＧＮＭＡＸをＲＯＭから選択し、熱式ＡＦＭ７にて
計測された計測空気量ＧＮβを上限ガード値ＧＮＭＡＸ
により制限するＥＣＵ２１を具備している。

【００３２】したがって、吸気タイミングに応じた適切
な上限ガード値ＧＮＭＡＸを設定して、常に正確な計測
空気量ＧＮβを得ることができ、高精度の空燃比制御を
実現することができる。しかも、吸気タイミングに応じ
て適用する上限ガード値ＧＮＭＡＸを変更するだけの簡
単な制御で実現でき、極めて安価なコストで製造するこ
とができる。

【００３３】ところで、上記実施例では、ＶＶＴ１２に
て吸気タイミングを制御する内燃機関１に適用される空
燃比制御装置として具体化したが、バルブタイミングや
バルブリフトの変更により充填効率が変化して吸入空気
量ＧＮαが増減する内燃機関であれば、その適用対象は
限定されない。したがって、例えばカムシャフトに設け
られた形状の異なる複数のカムを選択的に用いてバルブ
を駆動し、バルブタイミングとバルブリフトを同時に変
更する形式の内燃機関に適用することも可能である。

【００３４】また、上記実施例では、熱式ＡＦＭ７にて
計測された計測空気量ＧＮβを上限ガード値ＧＮＭＡＸ
にて制限したが、本発明を実施する場合には、これに限
定されるものではなく、熱式ＡＦＭの過大計測が最終的
な制御量である燃料噴射量ＴＡＵに影響するのを防止で
きればよい。したがって、計測空気量ＧＮβに基づいて
算出される基本燃料噴射量Ｔｐや燃料噴射量ＴＡＵを上
限ガード値により制限して、過大計測の影響を防止する
ことも可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明の内燃機関の空燃
比制御装置によれば、バルブタイミングやバルブリフト
の現在の制御領域に応じて、ガード値記憶手段から上限
ガード値が選択され、そのバルブタイミングやバルブリ
フトに応じた適切な上限ガード値を設定して、常に正確
な吸入空気量や燃料供給量を得ることができ、高精度の
空燃比制御を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例の内容を概念的に示し
たクレーム対応図である。

【図２】図２は本発明の一実施例である内燃機関の空燃
比制御装置を示す全体構成図である。

【図３】図３は本発明の一実施例である内燃機関の空燃
比制御装置の上限ガード値を算出するためのマップを示
す説明図である。

【図４】図４は本発明の一実施例である内燃機関の空燃
比制御装置のＥＣＵが実行する燃料噴射量算出ルーチン
を示すフローチャートである。

【図５】図５は本発明の一実施例である内燃機関の空燃
比制御装置の吸入空気量に対する上限ガード値の設定状
態を示す説明図である。

【図６】図６は従来の内燃機関の空燃比制御装置のスロ
ットル開度に対する１回転当たりの吸入空気量の特性を
示す説明図である。

【図７】図７は従来の内燃機関の空燃比制御装置の上限
ガード値を算出するためのマップを示す説明図である。

【図８】図８は従来の内燃機関の空燃比制御装置のＶＶ
Ｔによる吸気タイミングの制御状態を示すタイムチャー
トである。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ７ 熱式ＡＦＭ ２１ ＥＣＵ Ｍ１ 内燃機関 Ｍ２ 吸入空気量計測手段 Ｍ３ 燃料供給量制御手段 Ｍ４ ガード値記憶手段 Ｍ５ 上限ガード手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の運転状態に応じてバルブタイ
   ミング及び／またはバルブリフトを制御するとともに、
   吸入空気量計測手段にて計測した吸入空気量に基づいて
   燃料供給量制御手段により内燃機関への燃料供給量を制
   御する内燃機関の制御装置において、 前記バルブタイミング及び／またはバルブリフトの予め
   区分された制御領域毎に上限ガード値を記憶するガード
   値記憶手段と、 前記バルブタイミング及び／またはバルブリフトの現在
   の制御領域を判定して対応する上限ガード値を選択し、
   前記吸入空気量計測手段にて計測される吸入空気量また
   は燃料供給量制御手段にて制御される燃料供給量を上限
   ガード値により制限する上限ガード手段とを具備するこ
   とを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。