JPH0778372B2 - 過給機付内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、機関回転数及び吸入空気量に基づき得られる
機関負荷に応じて、燃料噴射量を制御する過給機付内燃
機関の制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より過給機付内燃機関においては、過給機が高回転
で動作される高負荷運転からスロットル全閉となるよう
な低負荷運転に切替えられた場合に、過給機が慣性で回
転し、空気がスロットルバルブ側へ流れ込んだり、ある
いはその反作用で上流側に吹き返されるといったことが
ある。

ところで、内燃機関制御装置の一つとして、従来より、
機関回転数と吸入空気量とから得られる機関負荷に応じ
て内燃機関への燃料噴射量や点火時期を制御するものが
知られているが、この種の装置の場合、上記のように過
給機が慣性で回転すると吸入空気量が正確に検出でき
ず、精度よい機関制御ができないとった問題がある。つ
まり従来より吸入空気量を検出するセンサにはベーン
式、カルマン渦式、あるいは熱線式等のエアフロメータ
が用いられ、過給機上流の吸気通路内で内燃機関側に吸
入される吸気の量を検出するようにされているが、第７
図（イ）に示す如くスロットルバルブが急閉されて内燃
機関の負荷が小さくなった場合に、第７図（ロ）に示す
如く過給機の回転が内燃機関の減速状態に応じて低下せ
ず、慣性で徐々に低下されることとなり、第７図（ハ）
に示す如くエアフロメータで検出される吸入空気量が、
実際に内燃機関に吸入される値（点線で示す）に比べ大
きくなって、良好な機関制御が実行できなくなってしま
うのである。尚、この問題は、上記各種エアフロメータ
の内でもカルマン渦式や熱線式の応答性の優れたエアフ
ロメータを用いた装置程顕著に表れる。

そこで、近年では、この問題の対策の為、例えば、特開
昭59−84115号公報に記載の如く、エアフロメータを過
給機の慣性回転により生ずる渦発生に伴う流速上昇の影
響を比較的受け難い吸気通路の壁面近傍の設けるとか、
あるいは実開昭60−58833号公報に記載の如く、過給機
が慣性で回転するような運転状態ではスロットルバルブ
を急閉せず、その慣性回転により吸入される空気が内燃
機関側に供給されるようスロットルバルブを徐々に閉じ
る、といったことが考えられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが上記前者の場合、過給機の慣性回転による渦発
生に伴う流速上昇を検出してしまう故のエアフロメータ
検出結果の上昇はある程度改善できるものの、スロット
ル弁が閉じられる為にスロットル弁と過給機との間に入
り切らない吸入空気の吸入−吹き返しによる検出結果の
脈動を抑えることはできず、これにより精度より機関制
御を実行できないといった問題があり、また上記後者の
場合、スロットルバルブが運転者の意志に反してゆっく
りと閉じられることから、運転者を要求するエンジンブ
レーキによる減速を実現できず、運転性が悪くなるとい
った問題があった。

そこで本発明は、上記のように内燃機関の運転状態が高
負荷運転から低負荷運転に切替わった場合に生ずる過給
機の慣性回転に影響されない、機関の実吸入空気量に見
合った吸入空気量で以て内燃機関を制御することのでき
る過給機付内燃機関の制御装置を提供することを目的と
してなされたものであって、以下の如き構成をとった。

〔問題点を解決するための手段〕

即ち上記問題点を解決するための手段としての本発明の
構成は、例えば、第１図に示す如く、 吸入空気量を含む内燃機関M1の運転状態を検出する運転
状態検出手段M2と、 該運転状態検出手段M2で検出された吸入空気量を一つの
パラメータとして当該内燃機関M1の制御量を算出し、該
制御量に応じて当該内燃機関を算出する制御手段M3と、 を備えた過給機付内燃機関の制御装置において、上記運
転状態検出手段M2の検出結果に応じて、当該内燃機関M1
の高負荷運転域からの減速運転を検出する減速運転検出
手段M4と、 該減速運転検出手段M4で当該内燃機関M1の減速運転が検
出された後所定期間は、上記制御手段M3で当該内燃機関
を制御するのに用いる吸入空気量を、上記運転状態検出
手段M2の検出結果に応じて予め定常運転時に学習した吸
入空気量の値に変更する吸入空気量変更手段M5と、 を備えたことを特徴とする過給機付内燃機関の制御装置
を要旨としている。

ここで、減速運転検出手段M4は、内燃機関M1が、過給機
が高回転で動作される高負荷運転から減速運転に切替わ
ると、過給機が慣性で回転し、運転状態検出手段M2で検
出される吸入空気量の検出結果が実際に内燃機関M1に吸
入される空気量が対応しない値になることから、この状
態を内燃機関の減速状態から検出しようとするものであ
って、具体的には内燃機関M1の吸入空気量と機関回転数
とから求められる機関負荷の過度的変化から検知するこ
とができる。

また、吸入空気量変更手段M5は、上記のように減速運転
検出手段M4で内燃機関M1の減速運転が検出されたとき
に、内燃機関M1を制御するのに用いる吸入空気量を予め
定常運転時に学習した吸入空気量の値に変更すること
で、制御が実際の吸入空気量により近い値で以て実行で
きるようにするためのものである。

〔作用〕

このように構成された本発明の過給機付内燃機関の制御
装置においては、内燃機関M1が高負荷運転域から減速運
転され、過給機が慣性で回転するような場合、その旨が
減速運転検出手段M4で検出され、吸入空気量変更手段M5
の動作によって、制御に用いる吸入空気量が、運転状態
検出手段M2の検出結果に応じて予め定常運転時に学習し
た吸入空気量の値に変更されることとなる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。

まず、第２図は本実施例の制御装置が搭載された過給機
付内燃機関の概略構成図である。

図において１は内燃機関の本体、２は排ガスの流速を利
用して排気流路3aに設けられたタービン2aを回し吸気流
路3bに設けられたコンプレッサ2bによって吸入空気を過
給する過給機、４は吸入空気を冷却する吸気冷却手段と
してのインタクーラ、６はタービン2aをバイパスするバ
イパス通路８に設けられ過給圧を調節する周知のウエス
トゲートバルブ、10は内燃機関１の冷却水温Thwを検出
する水温センサを各々表している。また、11は排ガスの
酸素濃度を検出する酸素センサ、12は電子制御回路14か
らの制御信号を受けて高電圧を発生するイグナイタ、15
は電子制御回路14からの駆動信号に応じた燃料を噴射す
る燃料噴射弁、16はクランク角に同期して該高電圧を内
燃機関１の各気筒に配電するディストリビュータ、18は
各シリンダ20の上部に螺嵌されて電気火花を発生して混
合気への着火を行なう点火プラグを各々表わしている。
また、21はディストリビュータ16に取付けられ、ロータ
16aの回転から内燃機関１の回転数を検出する回転角セ
ンサ、22は内燃機関１の２回転につき１個のパルス出力
をする気筒判別センサ、26は吸入空気量を検出する、応
答性の優れたカルマン渦式方式のエアフロメータであ
る。

ウエストゲートバルブ６は過給圧によって作動するアク
チュエータ30によって制御されており、そのダイヤフラ
ム32が過給圧を受圧して変位することにより駆動用の伝
達機構34を介してウエストゲートバルブ６の開度を調整
し、過給圧を設定された上限値以下に、制限・保持する
よう構成されている。又、36はスロットバルブ28の開度
（スロットル開度）TAを検出する、前記スロットル開度
検出手段M4としてのスロットルセンサである。

次に第３図は電子制御回路14とその関連部分とのブロッ
ク図を表している。

図において40は各センサより出力されるデータを制御プ
ログラムに従って入力及び演算すると共に、各種装置を
作動制御等するための処理を行なうセントラルプロセシ
ングユニット（CPU）、41は制御プログラム及び初期デ
ータが格納されるリードオンメモリ（ROM）、42は電子
制御回路14に入力されるデータや演算制御に必要なデー
タが一時的に読み書きされるランダムアクセスメモリ
（RAM）、44〜46は各センサの出力信号のバッファ、48
は各センサの出力信号をCPU40に選択的に出力するマル
チプレクサ、49はアナログ信号をデジタル信号に変換す
るA/D変換器、50はバッファを介してあるいはバッフ
ァ、マルチプレクサ48及びA/D変換器49を介して各セン
サ信号をCPU40に送ると共にCPU40からのマルチプレクサ
48、A/D変換器49のコントロール信号を出力する入出力
ポートを表している。

また、51は酸素センサ11の出力信号をコンパレータ52へ
送るバッファ、53は回転角センサ21及び気筒判別センサ
22の出力信号の波形を整形する整形回路を表し、コンパ
レータ52及び整形回路53の出力は入力出力ポート56によ
りCPU40に送られる。

更に、57、56は出力ポート59、60を介してCPU40からの
信号によって燃料噴射弁15、イグナイタ12を駆動する駆
動回路、61は信号やデータの通路となるバスライン、62
はCPU40を始めROM41、RAM42等へ所定の間隔で制御タイ
ミングとなるクロック信号を送るクロック回路、を夫々
表している。

以上のように構成された電子制御回路14では、回転角セ
ンサ21及びエアフロメータ26により検出された機関回転
数及び吸入空気量を用いて燃料噴射弁15から内燃機関１
に供給される基本となる燃料量（基本燃料噴射量）Tpを
算出し、この値を水温センサやスロットルセンサ36、あ
るいは酸素センサ11等の検出結果に応じて補正して燃料
噴射量Ｔを求め、燃料噴射弁15を駆動制御する、といっ
た燃料噴射量制御が実行されることとなるのであるが、
以下にこの燃料供給制御で実行される本発明に係わる主
要な処理である内燃機関の減速運転検出処理、及び燃料
噴射量算出処理について第４図ないし第６図のフローチ
ャートに沿って詳しく説明する。

まず、第４図は所定時間（例えば４〔msec〕毎）に実行
され、エアフロメータ26からの検出信号Qtに基づき吸入
空気利用Qxを算出すると共に、内燃機関アイドル運転時
の吸入空気量Qxを学習する吸入空気量算出処理を表して
いる。この処理が開始されるとまずステップ401が実行
され、エアフロメータ26からの検出信号Qtが読み込まれ
る。そして次ステップ402では上記読み込んだ検出信号Q
tをなまして吸入空気量Qxを算出する前述の処理がなさ
れ、次ステップ403に移行する。

ステップ403では、スロットルセンサ36からの検出信号
に基づき求められるスロットル開度TAが「０」で全閉状
態となっているか否かを判断し、スロットル全閉でなけ
れば、ステップ404にて後述の処理で用いるカウンタＣ
の値をクリアした後、本ルーチンの処理を終了する。

一方ステップ403にてスロットル全閉であると判断され
るとステップ405に移行して、今度は回転角センサ21か
らの検出信号に基づき求められる機関回転数NEが所定範
囲（例えば500〜700〔rpm〕）内にあるか否かを判断す
る。そして機関回転数NEが所定範囲内にあれば現在内燃
機関がアイドル状態であると判断して次ステップ406に
移行し、そうでなければステップ404を実行してそのま
ま本ルーチンの処理を終了する。

このようにして内燃機関１のアイドル運転が検出される
とステップ406では、カウンタＣの値をインクリメント
する。このカウンタＣは以降の処理で所定時間（例えば
1.6〔msec〕）内に検出された吸入空気量Qxの値をサン
プリングし、その後サンプリングした吸入空気量Qxの平
均値Qaをとり、吸入空気量の学習値Qgを求める処理を実
行するため、吸入空気量Qxのサンプリング時間を計時す
るのに用いられるカウンタであって、上記ステップ406
でこのカウンタＣの値がインクリメントされると次ステ
ップ407が実行され、このカウンタＣの値が所定値Coを
越えたか否か、即ちアイドル運転検出後所定時間経過し
たか否かが判断される。

そしてステップ407にてＣ≦Coである旨判断されるとス
テップ408が実行され、ステップ402で求められた吸入空
気量Qxをサンプリングして、本ルーチンの処理を終了
し、逆にＣ＞Coである旨判断されると、即ち所定時間継
続してアイドル運転状態が続き、Coの値で決定される数
だけ吸入空気量Qxがサンプリングされると、ステップ40
9が実行される。

ステップ409ではカウンタＣの値がクリアされ、続くス
テップ410で上記ステップ408にてサンプリングされた吸
入空気量Qxの平均値Qaが算出される。そして続くステッ
プ411ではこの求められた吸入空気量の平均値Qaを次式 Qg＝Qg＋（Qa−Qg）/64 で以て更になまし、アイドル運転時における吸入空気量
の学習値Qgを算出する。尚、ステップ403,405にて始め
て所定アイドル状態が検出された時には吸入空気量のサ
ンプリング開始を遅らせて開始することもできる。これ
は減速後のアイドルでは吸入空気量が十分安定していな
い場合があるからである。

次に第５図は所定時間（例えば４〔msec〕）毎に実行さ
れる減速運転検出処理を表し、本実施例では上記吸入空
気量算出処理で求められた吸入空気量Qxと機関回転数NE
とから得られる機関負荷Qx/NE、及び機関回転数NEに基
づき内燃機関の減速運転を検出し、更にそのときスロッ
トルバルブ28が全閉であれば減速検出フラグFxをセット
し、タイマの計時を開始するようにされている。

即ち図に示す如く処理が開始されるとまずステップ501
が実行され、吸入空気量Qxと機関回転数NEとから機関負
荷Qx/NEが求められ、続くステップ502にてその変化量Δ
Qx/NEが算出される。そして続くステップ503では上記読
み込まれた機関負荷のなまし値（Qx/NE）smが算出され
る。この処理は、現在求められているなまし値（Qx/N
E）smと今回読み込まれた機関負荷Qx/Nとをパラメータ
とする次式 （Qx/NE）sm＝（Qx/NE）sm＋（Qx/NE−Qx/NE）/256 を用いて実行される。

ステップ504においては内燃機関１の高負荷状態からの
減速運転を検出するため機関回転数NEが所定値NE0（例
えば1500〔rpm〕）以上であるか否かを判断し、NE＜NE0
であればそのまま本ルーチンの処理を終了する。

一方上記ステップ504にてNE≧NE0である旨判断されると
次ステップ505に移行して、上記ステップ503にて求めら
れた機関負荷の変化量ΔQx/NEが所定値ΔQN（例えば−
１〔l/rev.〕）以下であるか否かを判断する。そしてΔ
Qx/NE＞ΔQN0であればそのまま本ルーチンを終了し、そ
うでなければ次ステップ506に移行する。

ステップ506では今度は上記ステップ503で求めた機関負
荷のなまし値（Qx/NE）smが所定値QN0（例えば0.4〔l/r
ev.〕）以上であるか否かを判断する。そして（ΔQx/N
E）sm≧QN0であれば内燃機関が高負荷運転からの減速運
転であると判断して次ステップ507に移行し、そうでな
ければそのまま本ルーチンの処理を終了する。

次にステップ507ではスロットル開度TAが「０」以下で
あるか否か、即ちスロットル全閉であるか否かを判断す
る。そしてTA≦０でなければそのまま本ルーチンの処理
を終了し、TA≦０であればステップ508に移行する。

ステップ508では減速検出フラグFxをセットし、次ステ
ップ509に移行する。そしてステップ509においてタイマ
の計時を開始して、本ルーチンの処理を終了する。

第６図は上記減速運転検出処理でセットされている減速
検出フラグFxに基づき基本燃料噴射量の算出に用いる吸
入空気量を切替え、燃料噴射量を算出する燃料噴射量算
出処理を表している。

第６図は、回転角センサ21及びエアフロメータ26で検出
された機関回転数NE及び吸入空気量Qxを用いて基本燃料
噴射量Tpを算出し、水温センサ10や酸素センサ11の検出
結果に応じて基本燃料噴射量Tpを補正して、燃料噴射弁
15から内燃機関１に供給する燃料噴射量Ｔを算出する、
といった従来より周知の燃料噴射量算出処理を実行する
とともに、上記減速運転検出処理で、内燃機関１の高負
荷状態からの減速運転が検出されたときには、所定時間
（例えば5msec）だけ基本燃料噴射量Tpの算出に用いる
吸入空気量Qyを予め定常運転時に学習した吸入空気量Qg
に変更するといった本発明に係わる主要な処理である吸
入空気量変更処理を実行する、前記吸入空気量変更手段
M5としての燃料噴射量算出処理を表している。

図に示す如く、この処理が開始されるとまずステップ60
1を実行し、上記減速運転検出処理で内燃機関１の減速
運転が検出されたときセットされるフラグFxがセット状
態であるか否かを判断する。そしてFx＝１で内燃機関１
の減速運転が検出されていると判断されると、続くステ
ップ602に移行して、スロットルセンサ36からの検出信
号に基づき求められるスロットル開度TAが「０」で全閉
状態となっているか否かを判断する。上記ステップ602
でスロットル全閉と判断すると、ステップ603に移行し
て、今度は上記減速運転検出処理で内燃機関１の減速運
転を検出したとき計時開始されるタイマを用いて減速運
転検出後所定時間（例えば５〔sec〕）経過したか否か
を判断する。尚、この処理は内燃機関１の減速開始後、
ある程度時間が経過すれば過給機２の慣性による回転は
抑えられ、エアフロメータ26の検出結果は正常になると
考えられることから、減速運転検出後の経過時間が所定
時間以上となったときには、後述の処理によって基本燃
料噴射量Tpの算出に用いる吸入空気量をエアフロメータ
26により得られる値を用いるようにするための処理であ
る。

次に上記ステップ603にて内燃機関１の減速運転検出後
の経過時間が所定時間内にあると判断されると、次ステ
ップ604が実行される。ステップ604では、上記吸入空気
量算出処理で求められた学習値Qgを読み込み、ステップ
606に移行する。

そして次ステップ606では、この求められた学習値Qgと
図示しない吸入空気量算出処理にてエアフロメータ26の
検出信号に基づき求められた吸入空気量Qxとを大小比較
し、Qx＞Qgであるときステップ607に移行して、基本燃
料噴射量Tpを算出するのに用いる吸入空気量Qyとして上
記ステップ604で求めた学習値Qgを限定する。

次に上記ステップ602にて、スロットル開度が全閉でな
いと判断した場合、あるいはステップ603にて減速運転
検出後所定時間経過したと判断された場合には、過給機
２は慣性で回転しておらず、エアフロメータ26からの検
出信号により求められる吸入空気量Qxは実際の値に対応
していると考えられることから、ステップ608に移行し
て減速検出フラグFxをリセットし、ステップ609に移行
する。

ステップ609は、上記ステップ608が実行された場合の
他、ステップ601にて減速検出フラグFxがリセット状態
である旨判断された場合や、ステップ606にてQx＜Qgで
ある旨判断された場合にも実行され、基本燃料噴射量Tp
の算出に用いる吸入空気量Qyとして、エアフロメータ26
からの検出信号に基づき得られる吸入空気量Qxを設定す
る。

このようにして吸入空気量Qyが設定されると続くステッ
プ610が実行され、上記設定された吸入空気量Qyと、回
転角センサ21からの検出信号に基づき得られる機関回転
数NEと、をパラメータとして基本燃料噴射量Tpが算出さ
れる。そして続くステップ611では、この求められた基
本燃料噴射量Tpを、水温センサ10や酸素センサからの検
出信号に応じて求められる補正値により補正することで
燃料噴射弁15から内燃機関１に供給する燃料量、即ち燃
料噴射量Ｔを算出し、、燃料噴射量算出処理ルーチンを
終了する。

このように本実施例では、内燃機関１が高負荷状態から
減速され、かつ減速の程度がスロットル全閉とされるよ
うな急減速の場合にのみ基本燃料噴射量の算出に用いる
吸入空気量を変更するようにしているが、過給機２の慣
性回転により吸入空気が脈動し、エアフロメータ26によ
る吸入空気量の検出結果が異常に高い値となるのはスロ
ットル全閉となったときに著しいので、これによって過
給機２の慣性回転による燃料噴射量の誤制御を大幅に改
善することができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の過給機付内燃機関の制御
装置によれば、内燃機関が高負荷運転から減速され、過
給機が慣性で回転されて、運転状態検出手段で検出され
る吸入空気量が実際の値とは大きく異なる値となるよう
な場合であっても、機関制御は実際の値により近い値の
吸入空気量を用いて行なうことができ、制御の精度を向
上することが可能となる。

また本発明では過給機の慣性回転時に制御に用いる吸入
空気量を所定の値に切り替えることから、吸入空気量を
検出するエアフロメータの取り付け位置は従来の通りで
よく、特別の計測通路を設け、その取り付け位置を変更
する必要はない。更に過給機の慣性回転に応じてスロッ
トルバルブの閉じ速度を遅延することなく機関制御を良
好に実行できるので、運転者に意志に応じた減速運転を
実現でき、運転性を向上することができる。また更に本
発明によれば、吸入空気量を検出するためのセンサとし
て、反応性の優れたカルマン渦式、あるいは熱線式のエ
アフロメータを用いても良好に機関制御を実行させるこ
とができるので、制御の応答性が低下するといったこと
もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を表すブロック図、第２図は過給
機付内燃機関及びその周辺装置を表す概略構成図、第３
図は電子制御回路14の構成を表すブロック図、第４図乃
至第６図は本発明の一実施例を示し、第４図は本実施例
の吸入空気量算出処理を表すフローチャート、第５図は
減速運転検出処理を表すフローチャート、第６図は燃料
噴射量算出処理を表すフローチャート、第７図は従来の
過給機の慣性回転による問題点を表す説明図、である。 M1,1……内燃機関 M2……運転状態検出手段 M3……制御手段 M4……減速運転検出手段 M5……吸入空気量変更手段 ２……過給機 14……電子制御回路 21……回転角センサ 26……エアフロメータ 36……スロットルセンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸入空気量を含む内燃機関の運転状態を検
   出する運転状態検出手段と、 該運転状態検出手段で検出された吸入空気量を一つのパ
   ラメータとして当該内燃機関の制御量を算出し、該制御
   量に応じて当該内燃機関を制御する制御手段と、 を備えた過給機付内燃機関の制御装置において、 上記運転状態検出手段の検出結果に応じて、当該内燃機
   関の高負荷運転域からの減速運転を検出する減速運転手
   段と、 該減速運転検出手段で当該内燃機関の減速運転が検出さ
   れた後所定期間は、上記制御手段で当該内燃機関を制御
   するのに用いる吸入空気量を、上記運転状態検出手段の
   検出結果に応じて予め定常運転時に学習した吸入空気量
   の値に変更する吸入空気量変更手段と、 を備えたことを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装
   置。