JPH10205370A - 内燃機関のスロットル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の過渡運転途中におけるＡ／Ｆ（空
燃比）の乱れを改善すること。 【解決手段】 ＥＣＵ（電子制御装置）２０にて、アク
セル開度センサ９で検出されたアクセル開度ＡＰに応じ
て内燃機関１の負荷としての吸気圧が推定され、その推
定された吸気圧がリニア化され、リニア化吸気圧が算出
される。このリニア化された吸気圧に基づきスロットル
バルブ３のスロットル開度が制御され内燃機関１に空気
量が供給される。更に、リニア化された吸気圧に見合う
燃料量が算出され、インジェクタ１７の燃料噴射時間が
制御され内燃機関１に燃料量が供給される。これによ
り、内燃機関１の過渡運転途中においてもＡ／Ｆの乱れ
を改善することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクセル操作量等
に応じてモータを駆動しスロットルバルブの開度を制御
する内燃機関のスロットル制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、アクセル操作量等に応じてモータ
を駆動しスロットルバルブの開度を制御する『電子スロ
ットルシステム』と称する内燃機関のスロットル制御装
置が知られている。このようなスロットル制御装置にお
いては、例えば、アクセルペダルの踏込量に対応するア
クセル開度を検出するアクセル開度センサからの信号に
応じてモータに電流を流し、モータが駆動されることで
スロットルバルブが開閉され内燃機関に供給される空気
量が制御される。このとき、スロットルバルブのスロッ
トル開度を検出するスロットル開度センサからの信号と
アクセル開度センサからの信号との偏差がなくなるよう
にモータに対して比例・積分・微分制御（ＰＩＤ制御）
によるフィードバック制御が実行されている。

【０００３】これに関連する先行技術文献としては、特
開平４−１０１０３１号公報にて開示されたものが知ら
れている。このものでは、アクセル操作に応じてスロッ
トル開度を所定時間だけ遅らせて、内燃機関に供給され
る所定の燃料量に見合った空気量を供給することで過渡
運転時のＡ／Ｆ（空燃比）を改善する技術が示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のもの
では、内燃機関に供給される所定の燃料量に見合った空
気量が供給されることで内燃機関の過渡運転時のＡ／Ｆ
のある程度の改善が期待できるが、過渡運転途中では未
だＡ／Ｆの乱れが残存しており最終的なＡ／Ｆの合わせ
込みが不十分であった。

【０００５】そこで、この発明はかかる不具合を解決す
るためになされたもので、内燃機関の過渡運転途中にお
いても空気量の立上がり特性を考慮した空気量とそれに
対応する燃料量とを内燃機関に供給することでＡ／Ｆの
乱れを改善することができる内燃機関のスロットル制御
装置の提供を課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の内燃機関のス
ロットル制御装置によれば、負荷推定手段ではアクセル
開度に基づいて内燃機関の負荷、例えば、吸気圧や吸入
空気量が推定され、この推定された負荷が推定負荷補正
手段で補正される。また、燃料量演算手段では補正され
た負荷に基づいて内燃機関に供給される燃料量が算出さ
れる。そして、スロットル開度制御手段では補正された
負荷となるように目標スロットル開度が算出され、制御
信号が出力される。このように、推定された負荷が補正
され、補正された負荷に基づいて燃料量が算出されるた
め、過渡運転途中のＡ／Ｆ（空燃比）の乱れを改善する
ことができる。

【０００７】請求項２の内燃機関のスロットル制御装置
によれば、アクセル開度検出手段で検出されたアクセル
開度に基づいて負荷推定手段では内燃機関の負荷、例え
ば、吸気圧や吸入空気量が推定され、この推定された負
荷が推定負荷補正手段で補正される。また、燃料量演算
手段では補正された負荷に基づいてインジェクタから内
燃機関に供給される燃料量が算出される。そして、スロ
ットル開度制御手段では補正された負荷となるようにス
ロットルバルブの目標スロットル開度が算出され、制御
信号が出力される。このように、推定された負荷が補正
され、補正された負荷に基づいて燃料量が算出されるた
め、過渡運転途中のＡ／Ｆ（空燃比）の乱れを改善する
ことができる。

【０００８】請求項３の内燃機関のスロットル制御装置
では、推定負荷補正手段がリニア化補正手段を具備して
おり、推定負荷補正手段で推定された負荷が変化時の立
上がり点と収束点とを結ぶ直線となるように補正され
る。このように、推定された負荷が正確な燃料量の算出
が容易な負荷となるように補正されることで、過渡運転
途中のＡ／Ｆ（空燃比）の乱れを改善することができ
る。

【０００９】請求項４の内燃機関のスロットル制御装置
によれば、内燃機関に供給される燃料量がアクセル開度
から推定された負荷に基づいて算出され、燃料量に基づ
いて推定された負荷が燃料量に基づいて遅延された負荷
によって目標スロットル開度が算出され、制御信号が出
力される。よって、負荷変化に対する燃料噴射の遅れを
なくすことができ、Ａ／Ｆ（空燃比）の乱れを改善する
ことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。

【００１１】図１は本発明の実施の形態の一実施例にか
かる内燃機関のスロットル制御装置の全体構成を示す概
略図である。

【００１２】図１において、内燃機関１には吸気通路２
を通って空気が供給される。スロットルバルブ３は吸気
通路２の途中に設けられ、アクチュエータとしてのＤＣ
モータ（スロットルバルブ駆動手段）４により開閉され
スロットルバルブ３を通過する空気流量が調節される。
このスロットルバルブ３にはスロットル開度を検出する
スロットル開度センサ５が設けられている。アクセルペ
ダル８にはアクセル開度を検出するアクセル開度センサ
（アクセル開度検出手段）９が設けられている。また、
内燃機関１のクランクシャフト１０には、その回転角の
遷移状態から機関回転速度を検出する回転角センサ１１
が配設されている。そして、内燃機関１の吸気通路２に
はその通路内を通過する空気量に対応する吸気圧を検出
する吸気圧センサ１２が設けられ、内燃機関１の排気通
路１３にはその通路内の酸素濃度を検出する酸素濃度セ
ンサ１４が設けられている。更に、内燃機関１には冷却
水温を検出する水温センサ１５、吸気通路２内でスロッ
トルバルブ３の上流側にはその通路内に取込まれた吸気
温を検出する吸気温センサ１６がそれぞれ設けられてい
る。１７は内燃機関１の吸気通路２内に燃料を供給する
インジェクタ（燃料噴射弁）である。

【００１３】ＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制
御装置）２０にはスロットル開度センサ５からのスロッ
トル開度ＴＡ信号、アクセル開度センサ９からのアクセ
ル開度ＡＰ信号、回転角センサ１１からの機関回転速度
ＮＥ信号、吸気圧センサ１２からの吸気圧ＰＭ信号、酸
素濃度センサ１４からの酸素濃度Ｏx 信号、水温センサ
１５からの冷却水温ＴＨＷ信号、吸気温センサ１６から
の吸気温ＴＨＡ信号が入力されている。

【００１４】次に、ＥＣＵ２０内の電気的構成について
図２を参照して説明する。

【００１５】図２において、ＥＣＵ２０は、周知の中央
処理装置としてのＣＰＵ２１、制御プログラムを格納し
たＲＯＭ２２、各種データを格納するＲＡＭ２３、スロ
ットル開度センサ５からのスロットル開度ＴＡ信号、ア
クセル開度センサ９からのアクセル開度ＡＰ信号、吸気
圧センサ１２からの吸気圧ＰＭ信号、酸素濃度センサ１
４からの酸素濃度Ｏx 信号、水温センサ１５からの冷却
水温ＴＨＷ信号、吸気温センサ１６からの吸気温ＴＨＡ
信号の各アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／
Ｄ変換回路２４、回転角センサ１１からの機関回転速度
ＮＥ信号を波形整形する波形整形回路２５、これら各種
情報に基づきＣＰＵ２１で算出される後述のスロットル
バルブ目標開度ＴＡＥＸ及び燃料噴射時間ＴＡＵによっ
てスロットルバルブ３のＤＣモータ４を駆動するための
電流ＩTAEX及びインジェクタ１７を駆動するための電流
ＩTAU を供給する出力回路２６等から構成されている。

【００１６】次に、本発明の実施の形態の一実施例にか
かる内燃機関のスロットル制御装置で使用されているＥ
ＣＵ２０内のＣＰＵ２１におけるベースルーチンの処理
手順を示す図３のフローチャートに基づき説明する。

【００１７】図３において、まず、イグニッションスイ
ッチ（図示略）のＯＮによる電源投入と同時（電源起動
時）に、ステップＳ１００で初期化が実行される。この
初期化では、例えば、ＲＡＭ２３等の変数記憶領域が初
期値に設定されたり、各種センサからの入力信号がチェ
ックされる。ステップＳ１００の初期化後、以下のルー
プ内の本格的な制御処理が繰返し実行される。

【００１８】ステップＳ２００では、吸気圧推定処理
（負荷推定手段）として、アクセル開度ＡＰや機関回転
速度ＮＥ等をパラメータとしてスロットルバルブ３が操
作される前に、吸気圧ＰＭが推定される。次にステップ
Ｓ３００に移行して、吸気圧リニア化処理（推定負荷補
正手段）として、推定された吸気圧ＰＭに基づきリニア
な立上がりの目標吸気圧ＰＭが算出される。次にステッ
プＳ４００に移行して、スロットルバルブ目標開度演算
処理（スロットル開度制御手段）として、リニア化され
た吸気圧ＰＭを実現するため、目標吸気圧ＰＭに基づく
スロットルバルブ３のスロットル開度の最適なスロット
ルバルブ目標開度ＴＡＥＸが算出される。次にステップ
Ｓ５００に移行して、燃料系演算処理（燃料量演算手
段）として、リニア化された吸気圧ＰＭに見合う燃料量
が算出され、以降、ステップＳ２００〜ステップＳ５０
０が繰返し実行される。

【００１９】次に、上述の各ルーチンについて詳細に説
明する。

【００２０】まず、図３のステップＳ２００における吸
気圧推定のサブルーチンを図４に基づき、図５のルーチ
ンを参照して説明する。なお、この吸気圧推定のサブル
ーチンは８ｍｓ毎にＣＰＵ２１にて実行される。ここ
で、吸気圧ＰＭの推定には、気体の状態方程式を用いた
方法を、一例として説明する。

【００２１】図４において、まず、ステップＳ２０１
で、アクセル開度ＡＰ、機関回転速度ＮＥ、吸気温ＴＨ
Ａ等のパラメータが読込まれる。次にステップＳ２０２
に移行して、サージタンク通過空気量Ｇin算出処理が実
行される。このサージタンク通過空気量Ｇin算出処理
は、図５に示すサブルーチンのステップＳ２１１で、ま
ず、スロットルバルブ通過空気量Ｇinα〔ｋｇ／ｓｅ
ｃ〕が次式（１）により算出される。

【００２２】

【数１】

【００２３】ここで、ＰＡ：大気圧〔Ｐa 〕、Ｓ：流通
断面積〔ｍ² 〕、κ：比熱比、Ｒ：気体定数〔Ｊ／（ｋ
ｇ・Ｋ）〕、Ｔ：吸気温〔Ｋ〕とする。

【００２４】次にステップＳ２１２に移行して、スロッ
トルバルブ通過空気量Ｇinαにもれ空気量Ｃ2 〔ｋｇ／
ｓｅｃ〕が加算されてサージタンク通過空気量Ｇin〔ｋ
ｇ／ｓｅｃ〕が求められたのち、図４のサブルーチンに
戻り、ステップＳ２０３で、シリンダ内流入空気量Ｇou
t 〔ｋｇ／ｓｅｃ〕が次式（２）により算出される。

【００２５】

【数２】

【００２６】ここで、ＮＥ：機関回転速度〔ｒｐｍ〕、
ＰＥ：排気圧力＝大気圧〔Ｐa ，Ｎ／ｍ² 〕、ε：圧縮
比、κ：比熱比、Ｃ３：Ｖc ／（２×６０×Ｒ×Ｔ），
Ｖc：総排気量〔ｍ³ 〕とする。

【００２７】次にステップＳ２０４に移行して、サージ
タンク通過空気量Ｇin及びシリンダ内流入空気量Ｇout
を用い、次式（３）により吸気圧変化量ΔＰＭ（吸気圧
ＰＭの微分値）が算出される。

【００２８】

【数３】 ΔＰＭ＝ｄＰＭ／ｄｔ＝｛（Ｇin−Ｇout ）／Ｖ｝κＲＴ ・・・（３） ここで、ＰＭ：吸気圧〔Ｐa ，Ｎ／ｍ² 〕、ｔ：時間
〔ｓｅｃ〕、Ｇin：サージタンク通過空気量〔ｋｇ／ｓ
ｅｃ〕、Ｇout ：シリンダ内流入空気量〔ｋｇ／ｓｅ
ｃ〕、Ｖ：サージタンク容積〔ｍ³ 〕、κ：比熱比、
Ｒ：気体定数〔Ｊ／（ｋｇ・Ｋ），Ｎｍ／（ｋｇ・
Ｋ）〕、Ｔ：吸気温〔Ｋ〕とする。

【００２９】次にステップＳ２０５に移行して、吸気圧
変化量ΔＰＭが（微小時間Δｔ毎に）積算され、推定吸
気圧ＰＭＳＹＭが算出され、本サブルーチンを終了す
る。

【００３０】次に、図３のステップＳ３００における吸
気圧リニア化処理のサブルーチンを図６に基づき、図
７、図８及び図９の各ルーチン、図１２のタイムチャー
トを参照して説明する。なお、この吸気圧リニア化のサ
ブルーチンは８ｍｓ毎にＣＰＵ２１にて実行される。

【００３１】図６において、ステップＳ３０１で、アク
セル開度変化量ΔＡＰが所定値αを越えているかが判定
される。ここで、所定値αは例えば、吸気圧ＰＭのリニ
ア化が必要な吸気圧立上がり挙動であるかを判定する指
数である。ステップＳ３０１の判定条件が成立しないと
きには、何もすることなく本サブルーチンを終了する。
一方、ステップＳ３０１の判定条件が成立するときに
は、ステップＳ３０２に移行し、吸気圧リニア化処理許
可フラグＸＡＣＣがセット（ＸＡＣＣ＝１）される。次
にステップＳ３０３に移行して、飽和吸気圧ＰＭＭＡＸ
算出処理としてアクセル開度ＡＰに対応したスロットル
開度ＴＡとなったとき、吸気圧ＰＭが収束すると予測さ
れる飽和吸気圧ＰＭＭＡＸが算出される。

【００３２】この飽和吸気圧ＰＭＭＡＸ算出のサブルー
チンを示す図７に基づき説明する。

【００３３】図７において、ステップＳ３１１で、アク
セル開度ＡＰと機関回転速度ＮＥとをパラメータとして
定常状態にて安定する吸気圧ＰＭＣＮＴがマップ検索し
て求められる。次にステップＳ３１２に移行して、吸気
圧ＰＭＣＮＴが微分された吸気圧ＰＭＣＮＴの変化量Δ
ＰＭＣＮＴがγ以下でありアクセル開度ＡＰが安定状態
であるかが判定される。ステップＳ３１２の判定条件が
成立せず、加速指示中であるときにはステップＳ３１３
に移行し、アクセル指示状態フラグＣを「０」とし、本
サブルーチンを終了する。

【００３４】一方、ステップＳ３１２の判定条件が成立
し、アクセル開度ＡＰが安定状態（吸気圧ＰＭＣＮＴも
安定状態）と判定されたときにはステップＳ３１４に移
行し、前回のアクセル指示状態フラグＣの状態より今回
始めて安定状態（Ｃ＝０）となったかが判定される。ス
テップＳ３１４の判定条件が成立しないときには、本サ
ブルーチンを終了する。一方、ステップＳ３１４の判定
条件が成立し、アクセル指示状態フラグＣ＝０であり今
回始めて加速指示から安定指示に切換わったときにはス
テップＳ３１５に移行し、吸気圧ＰＭＣＮＴから加速指
示前の吸気圧ＰＭＩＮＴが減算されて飽和吸気圧ＰＭＭ
ＡＸが算出される。次にステップＳ３１６に移行して、
アクセル指示状態フラグＣをセット（Ｃ＝１）の安定状
態とし、本サブルーチンを終了する。

【００３５】次に、図６に戻ってステップＳ３０４で、
リニア化係数算出処理が実行される。このリニア化係数
算出のサブルーチンを示す図８に基づき、図１１を参照
して説明する。

【００３６】図８において、ステップＳ３２１で、吸気
圧リニア化処理許可フラグＸＡＣＣがセット（ＸＡＣＣ
＝１）されているかが判定される。ステップＳ３２１の
判定条件が成立しないときには、本サブルーチンを終了
する。一方、ステップＳ３２１の判定条件が成立すると
きには、吸気圧ＰＭのリニア化処理が許可されていると
してステップＳ３２２に移行し、加速点からの経過時間
を示す加速後経過カウンタｔが「＋１」インクリメント
される。次にステップＳ３２３に移行して、吸気圧ＰＭ
が加速後収束すると予測される飽和吸気圧ＰＭＭＡＸの
中間点に加速指示前の吸気圧ＰＭＩＮＴ（このときの吸
気圧ＰＭＩＮＴはオフセット値）が加算された吸気圧値
がレジスタＡに格納される。ここで、飽和吸気圧ＰＭＭ
ＡＸの中間点は、実際にスロットルバルブ３がリニアに
変化したとき、吸気圧ＰＭの立上がり曲線は正規のサイ
ンカーブに近似して遷移することから、吸気圧ＰＭの立
上がり曲線の中間点はリニア化された吸気圧ＰＭと唯一
一致するポイントであり、その点と加速点とを結ぶこと
でリニア化吸気圧ＰＭＲＮＡの立上がり速度を求めるこ
とができる（図１１参照）。

【００３７】次にステップＳ３２４に移行して、推定吸
気圧ＰＭＳＹＭがレジスタＡに格納されている吸気圧以
上であるかが判定される。ステップＳ３２４の判定条件
が成立せず、推定吸気圧ＰＭＳＹＭが中間点に達してい
ないときには、ステップＳ３２５に移行し、吸気圧立上
がりリニア化のためのリニア化係数ｆRNA が「１」とさ
れ、ステップＳ３２６に移行し、吸気圧ＰＭのリニア化
タイマＣＲＮＡが初期化として「０」リセットされ、本
サブルーチンを終了する。

【００３８】一方、ステップＳ３２４の判定条件が成立
し、推定吸気圧ＰＭＳＹＭが中間点に達しているときに
はステップＳ３２７に移行し、中間点の吸気圧ＰＭ偏差
ＰＭＭＡＸ／２が加速後経過カウンタｔで除算されリニ
ア化係数ｆRNA が算出される。次にステップＳ３２８に
移行して、加速後経過カウンタｔが「−１」デクリメン
トされ（ＰＭＳＹＭ≧Ａとなったのちｔ値をホール
ド）、本サブルーチンを終了する。

【００３９】次に、図６に戻ってステップＳ３０５で、
リニア化吸気圧ＰＭＲＮＡ算出処理が実行される。この
リニア化吸気圧ＰＭＲＮＡ算出のサブルーチンを示す図
９に基づき、図１１を参照して説明する。

【００４０】図９において、ステップＳ３３１で、飽和
吸気圧ＰＭＭＡＸに加速指示前吸気圧ＰＭＩＮＴが加算
され、加速後収束すると予測される推定吸気圧ＰＭＳＹ
Ｍ（図１１参照）がレジスタＡに格納される。次にステ
ップＳ３３２に移行して、リニア化タイマＣＲＮＡにリ
ニア化係数ｆRNA が乗算され、それに加速前指示前吸気
圧ＰＭＩＮＴが加算されてオフセットされリニア化吸気
圧ＰＭＲＮＡが算出される。次にステップＳ３３３に移
行して、リニア化タイマＣＲＮＡが「＋１」インクリメ
ントされる。このリニア化タイマＣＲＮＡはリニア化係
数ｆRNA が算出されるとき（推定吸気圧ＰＭＳＹＭの中
間点）からカウントアップされる（図１２のタイムチャ
ート参照）。

【００４１】次にステップＳ３３４に移行して、リニア
化吸気圧ＰＭＲＮＡがステップＳ３３１で算出されレジ
スタＡに格納されている加速後収束すると予測される推
定吸気圧ＰＭＳＹＭ未満であるかが判定される。ステッ
プＳ３３４の判定条件が成立し、リニア化吸気圧ＰＭＲ
ＮＡが推定吸気圧ＰＭＳＹＭに到達していないときに
は、このまま本サブルーチンを終了する。一方、ステッ
プＳ３３４の判定条件が成立せず、リニア化吸気圧ＰＭ
ＲＮＡが推定吸気圧ＰＭＳＹＭに到達しているときには
ステップＳ３３５に移行し、吸気圧リニア化処理許可フ
ラグＸＡＣＣが「０」クリアされたのち、ステップＳ３
３６でリニア化タイマＣＲＮＡが「０」リセットされ、
本サブルーチンを終了する。こののち、図６に戻り本サ
ブルーチンを終了する。

【００４２】次に、図３に戻ってステップＳ４００で、
スロットルバルブ目標開度演算処理が実行される。この
スロットルバルブ目標開度ＴＡＥＸ演算のサブルーチン
を示す図１０に基づき説明する。なお、このスロットル
バルブ目標開度ＴＡＥＸ演算のサブルーチンは８ｍｓ毎
にＣＰＵ２１にて実行される。

【００４３】図１０において、ステップＳ４０１で、吸
気圧リニア化処理許可フラグＸＡＣＣが「１」でセット
されているかが判定される。ステップＳ４０１の判定条
件が成立せず、吸気圧リニア化処理が許可されていない
ときには、ステップＳ４０２に移行し、通常のアクセル
開度ＡＰに基づき変換テーブルを用いてスロットル開度
ＴＡＯが算出される。次にステップＳ４０３に移行し
て、スロットル開度ＴＡＯがスロットルバルブ目標開度
ＴＡＥＸに格納され、本サブルーチンを終了する。

【００４４】一方、ステップＳ４０１の判定条件が成立
し、吸気圧リニア化処理が許可されているときには、ス
テップＳ４０４に移行し、上述のベースルーチンのステ
ップＳ３００で処理されたリニア化吸気圧ＰＭＲＮＡを
読込んで推定吸気圧ＰＭＳＹＭを算出した気体の状態方
程式を用い逆の要領で算出してリニア化吸気圧ＰＭＲＮ
Ａとなるように、即ち、リニア化吸気圧ＰＭＲＮＡ→サ
ージタンク通過空気量Ｇin→スロットルバルブ通過空気
量Ｇinα→流通断面積Ｓ→スロットルバルブ目標開度Ｔ
ＡＥＸの手順によってスロットルバルブ目標開度ＴＡＥ
Ｘが算出され、本サブルーチンを終了する。なお、出力
回路２６にてスロットルバルブ目標開度ＴＡＥＸとなる
ようにスロットル開度センサ５からのスロットル開度Ｔ
Ａ信号に基づきフィードバック制御しながらスロットル
バルブ３のＤＣモータ４が駆動される。

【００４５】次に、図３に戻ってステップＳ５００で、
燃料系演算処理が実行される。まず、Ａ／Ｆ（空燃比）
制御において必要となる燃料噴射時間ＴＡＵ演算のサブ
ルーチンを示す図１３に基づき、図１４、図１５及び図
１６を参照して説明する。

【００４６】Ａ／Ｆ制御では、機関回転速度ＮＥと吸気
圧ＰＭとに基づき基本的な燃料噴射時間ＴＡＵを算出
し、燃焼状況に影響を及ぼす水温や気温等に基づく補正
と、燃焼後の排気通路１３内における酸素濃度に基づく
フィードバック制御が実行される。なお、フィードバッ
ク制御は内燃機関１の固体差や経時変化等によるばらつ
きを補正するために実行される。本実施例においては、
まず、排気通路１３内における酸素濃度センサ１４によ
るフィードバック制御が可能な状態にあるかが判定され
る。即ち、酸素濃度センサ１４は一定の温度以上で活性
化されるため、内燃機関１の始動直後では酸素濃度セン
サ１４の酸素濃度Ｏx 信号検出結果をＡ／Ｆ制御に利用
することができないからである。この酸素濃度センサ１
４が活性化しているかを表すために活性化フラグＸＡＣ
Ｔが用いられ、この活性化フラグＸＡＣＴが初期化によ
って「０」、活性化された時点で「１」とされる。

【００４７】図１３において、まず、ステップＳ５０１
で、排気通路１３内に配設された酸素濃度センサ１４の
活性化フラグＸＡＣＴが「０」であるかが判定される。
未だ酸素濃度センサ１４が活性化されていないときはス
テップＳ５０１の判定条件が成立し、ステップＳ５０２
に移行し、酸素濃度センサ１４からの酸素濃度Ｏx 信号
が０．５Ｖ以上であるかが判定される。ここで、酸素濃
度センサ１４からは酸素濃度Ｏx 信号として、活性化さ
れるまでは概ね０Ｖが出力されており、図１４に示すよ
うに、活性化後で空気過剰率λが所定の基準値未満であ
ると判定（リッチ判定〔λ＝１未満〕）されると概ね
１．０Ｖが出力され、所定の基準値以上であると判定
（リーン判定〔λ＝１以上〕）されると概ね０Ｖが出力
される。なお、λ＝１とは理論空燃比のことである。し
たがって、低温始動状態のときには空燃比がリッチ側に
制御されるため、酸素濃度センサ１４の活性化判定は、
酸素濃度Ｏx 信号が活性化判定値である０．５Ｖ以上で
あるか否かにより行うことができる。

【００４８】ステップＳ５０２の判定条件が成立すると
きには、ステップＳ５０３に移行し、酸素濃度Ｏx 信号
がＯ．５Ｖ以上となっていても未だ安定しているとは限
らないため、安定化時間を計測する活性化カウンタＣＡ
ＣＴが「＋１」インクリメントされる。次にステップＳ
５０４に移行して、活性化カウンタＣＡＣＴが安定化時
間に対応した設定値ＫＡＣＴ以上であるかかが判定され
る。ステップＳ５０４の判定条件が成立するときには、
酸素濃度センサ１４が活性化されたものとして、ステッ
プＳ５０５に移行し、活性化フラグＸＡＣＴが「１」と
される。ステップＳ５０１において酸素濃度センサ１４
が既に活性化されており、活性化フラグＸＡＣＴが１で
あるときには、ステップＳ５０２〜ステップＳ５０５が
スキップされる。

【００４９】次に、ステップＳ５０６では、酸素濃度セ
ンサ１４が活性化されていてもそれだけではフィードバ
ック制御可能ではない。他のフィードバック制御の実行
条件として、本実施例では内燃機関１に配設された水温
センサ１５により検出された冷却水温ＴＨＷが２０℃以
上となっているかが判定される。ステップＳ５０６の判
定条件が成立するときには、ステップＳ５０７に移行
し、フィードバック許可フラグＸＦＢが「１」とされ
る。一方、ステップＳ５０２の判定条件が成立しない、
またはステップＳ５０４の判定条件が成立しない場合
は、確認の意味でステップＳ５０８で活性化フラグＸＡ
ＣＴが「０」とされる。このステップＳ５０８の後、ま
たはステップＳ５０６の判定条件が成立しないときに
は、ステップＳ５０９に移行し、フィードバック許可フ
ラグＸＦＢが「０」とされる。

【００５０】ステップＳ５０７またはステップＳ５０９
でフィードバック許可フラグＸＦＢ設定ののち、ステッ
プＳ５１０で機関回転速度ＮＥ、ステップＳ５１１でリ
ニア化吸気圧ＰＭＲＮＡが読込まれる。次にステップＳ
５１２に移行して、図１５に示すマップにより、機関回
転速度ＮＥとリニア化吸気圧ＰＭＲＮＡとをパラメータ
として予め実験にてλ＝１となるように求められている
基本燃料噴射時間ＴＰが算出される。次にステップＳ５
１３に移行して、冷却水温ＴＨＷに基づき冷却水温補正
係数ＦＴＨＷ、吸気温ＴＨＡに基づき吸気温補正係数Ｆ
ＴＨＡ等が算出される。次にステップＳ５１４に移行し
て、基本燃料噴射時間ＴＰに冷却水温補正係数ＦＴＨＷ
や吸気温補正係数ＦＴＨＡ等が乗算され燃料噴射時間Ｔ
ＡＵとされる。なお、これらの補正係数は実験にて得ら
れた最適値を用いているが、マップや所定の算出式を用
いて求めてもよい。次にステップＳ５１５に移行して、
フィードバック許可フラグＸＦＢが「１」であるかが判
定される。フィードバック制御の実行条件が成立してい
るときにはステップＳ５１５の判定条件が成立し、ステ
ップＳ５１６に移行する。ステップＳ５１６では、ステ
ップＳ５１４で算出された燃料噴射時間ＴＡＵにフィー
ドバック補正値（空燃比補正係数）ＦＡＦが乗算され最
終的な燃料噴射時間ＴＡＵとされ、本サブルーチンを終
了する。一方、ステップＳ５１５の判定条件が成立しな
いときには、ステップＳ５１４で算出された燃料噴射時
間ＴＡＵを最終的な燃料噴射時間ＴＡＵとして本サブル
ーチンを終了する。

【００５１】ここで、図１６を参照して、上述のフィー
ドバック補正値ＦＡＦの算出手順を説明する。基本的に
は、排気通路１３内の酸素濃度Ｏx 信号を参照しながら
例えば、空燃比がリーンのときには燃料噴射時間ＴＡＵ
を増加させていき、リーン側からリッチ側に反転したら
燃料噴射量を減少させ始め、再びリッチ側からリーン側
に反転したら燃料噴射量を増加させ始めるという制御が
繰返される。

【００５２】具体的には、値として１．０を基点とした
フィードバック補正値ＦＡＦを作るため、まず、酸素濃
度センサ１４からの酸素濃度Ｏx 信号が０．５Ｖ以上の
リッチ側であるかに基づきフラグＸＯx を作り、このフ
ラグＸＯx の反転ポイントより立上がり側ではディレイ
値ＴＤＬ１、立下がり側ではディレイ値ＴＤＬ２を与え
てフラグＸＯx Ｍが操作される。このフラグＸＯx Ｍに
基づきリーン側ではフィードバック補正値ＦＡＦを大き
くするため所定の積分値ＩＮＴ１が加算され、リッチ側
ではフィードバック補正値ＦＡＦを小さくするため所定
の積分値ＩＮＴ２が加算される。なお、レスポンスを向
上させると共に空燃比の振動を防止するため、フラグＸ
Ｏx Ｍが立上がり側へ反転するときにはフィードバック
補正値ＦＡＦにスキップ値ＳＫＰ１が加算され小さくな
る側へスキップさせ、逆にフラグＸＯx Ｍが立下がり側
へ反転するときにはスキップ値ＳＫＰ２が加算され大き
くなる側へスキップさせる。

【００５３】これらのディレイ値ＴＤＬ１，ＴＤＬ２、
積分値ＩＮＴ１，ＩＮＴ２及びスキップ値ＳＫＰ１，Ｓ
ＫＰ２は、上述した内燃機関１の固体差や経時変化等に
よるばらつき要因を解消できるようにそれぞれ実験によ
って容易に求められる適合値である。一方、フィードバ
ック制御を許可されていないときには、図１３で述べた
ように、ステップＳ５１４で算出された燃料噴射時間Ｔ
ＡＵをそのまま最終的な燃料噴射時間ＴＡＵとして用い
る。このように、フィードバック補正値ＦＡＦが積算さ
れない燃料噴射時間ＴＡＵを用いるということは、オー
プンループ制御を実行することを意味している。

【００５４】次に、インジェクタ１７の駆動制御につい
て図１７に基づき、図１８のマップ、図１９及び図２０
のタイミングチャートを参照して説明する。

【００５５】インジェクタ１７に対して噴射開始タイミ
ングと噴射終了タイミングとが設定され、その期間中に
インジェクタ１７に燃料噴射が指示される。燃料噴射は
内燃機関１の燃焼サイクルに対応して噴射終了タイミン
グを先に決定する必要があり、噴射開始タイミングはこ
の噴射終了タイミングから遡って設定される。

【００５６】図１７において、ステップＳ６０１で機関
回転速度ＮＥ、ステップＳ６０２でリニア化吸気圧ＰＭ
ＲＮＡが読込まれたのち、ステップＳ６０３に移行し、
インジェクタ１７の閉弁時間ＰＩＮＪＣＬが図１８に示
すマップに基づき算出される。次にステップＳ６０４に
移行して、閉弁時間ＰＩＮＪＣＬに燃料噴射時間ＴＡＵ
分が加算され開弁時間ＰＩＮＪＯＰとされる。図１９に
タイミングチャートを示すように、各気筒毎の基準信号
Ｔ１８０の信号間隔である１８０°ＣＡ（クランク角）
を時間で表したＴ１８０を用いて、Ｔ１８０間から開弁
時間ＰＩＮＪＯＰを減算した時間が開弁タイミングＴＯ
Ｐとされる。

【００５７】次にステップＳ６０５に移行して、何れか
の気筒におけるインジェクタ１７の基本タイミングかが
判定される。ステップＳ６０５の判定条件が成立しない
ときには、本サブルーチンを終了する。一方、何れかの
気筒の基本タイミングであるときにはステップＳ６０５
の判定条件が成立し、図２０に各気筒毎の基準信号とそ
れに対応したインジェクタ１７の駆動シーケンシャルを
示すように、その気筒に対応したインジェクタ１７が選
択されたのち、ステップＳ６０６に移行し、基準信号Ｔ
１８０から開弁時間ＰＩＮＪＯＰが減算され開弁タイミ
ングＴＯＰが算出される。次に、ステップＳ６０７でイ
ンジェクタ１７を開駆動するための開弁タイマ、ステッ
プＳ６０８でインジェクタ１７を閉駆動するための閉弁
タイマがそれぞれセットされ、本サブルーチンを終了す
る。このようにして、時間割込みによって開弁タイミン
グＴＯＰから燃料噴射時間ＴＡＵに対応する燃料分がイ
ンジェクタ１７から内燃機関１の吸気通路２内に噴射さ
れる。

【００５８】上述したような制御が実行され、加速開始
から加速終了の間にサインカーブを描いて立上がる吸気
圧の変化をリニア化した変化に加工し、それを目標の吸
気圧としてスロットルバルブ３が駆動制御される（図１
１参照）。よって、予測では図１１中に示す中間点にお
ける吸気圧の最大変化速度が軽減され、この最大変化速
度に比例して過渡時等のＡ／Ｆずれが生じることから、
Ａ／ＦずれとしてのΔＡ／Ｆが抑制され、エミッション
が改善される。

【００５９】図２１は吸気圧変化量ΔＰＭに対するλ＝
１（基準）からのＡ／ＦずれであるΔＡ／Ｆを示す特性
図である。図１１の加速開始から加速終了の間の吸気圧
変化量ΔＰＭは、図２１に示すように、本来の使用域で
は０〜５０〔ｍｍＨｇ／８ｍｓ〕間に分布する。よっ
て、最大Ａ／ＦずれΔＡ／Ｆは約２．５発生するのに対
し、吸気圧ＰＭのリニア化補正により吸気圧変化量ΔＰ
Ｍは、約２５〔ｍｍＨｇ／８ｍｓ〕まで抑制され、最大
Ａ／ＦずれΔＡ／Ｆも約２．０に抑制され、その低減率
２０％がエミッションに反映されることとなる。

【００６０】上述したように、吸気圧ＰＭの立上がりが
リニア化され、内燃機関１のシリンダ内に充填される吸
気圧ＰＭが予測し易くなり、燃料噴射時間ＴＡＵの演算
が容易となるため、Ａ／Ｆのずれを小さくできる。ま
た、吸気圧変化量ΔＰＭが平均化されるため、最大の吸
気圧変化量ΔＰＭが低減され、Ａ／Ｆ変動を抑制するこ
とができる。

【００６１】このような制御によって、燃料系演算にお
ける吸気圧ＰＭとシリンダ内へ充填される吸気圧ＰＭと
の吸気圧ずれΔＰＭを目標吸気圧ＰＭとして解消でき、
吸気圧ずれΔＰＭによる計測誤差をなくすことでλ＝１
からのＡ／ＦずれであるΔＡ／Ｆを抑制できるためエミ
ッションが低減できる。

【００６２】このように、本実施例の内燃機関のスロッ
トル制御装置によれば、図３のステップＳ２００の吸気
圧推定処理においては、推定吸気圧ＰＭＳＹＭがアクセ
ル開度ＡＰに応じ推定される。ステップＳ３００の吸気
圧リニア化処理においては、推定吸気圧ＰＭＳＹＭに基
づいて吸気圧がリニアに変化するよう補正されたリニア
化吸気圧ＰＭＲＮＡが算出される。具体的には推定吸気
圧ＰＭＳＹＭの変化開始点（加速開始点）と変化収束点
とを結ぶ直線となるよう推定吸気圧ＰＭＳＹＭを補正
し、リニア化吸気圧ＰＭＲＮＡとしている。続くステッ
プＳ４００のスロットルバルブ目標開度演算処理におい
ては、スロットルバルブ目標開度ＴＡＥＸがリニア化吸
気圧ＰＭＲＮＡに基づいて算出される。つまり、実際の
吸気圧がリニア化吸気圧ＰＭＲＮＡとなる目標スロット
ル開度がスロットルバルブ目標開度ＴＡＥＸとして算出
される。また、ステップＳ５００の燃料系演算処理にお
いては、燃料噴射時間ＴＡＵがリニア化吸気圧ＰＭＲＮ
Ａに基づいて算出される。

【００６３】よって、燃料系演算処理においては、図１
１に示すように、リニア化（補正された吸気圧）に基づ
いて燃料噴射時間ＴＡＵを算出すればよいため、リニア
化つまり、補正前の吸気圧のような急峻な吸気圧の変化
がなく、空燃比のずれを小さくすることができる。

【００６４】次に、上述した図２のＥＣＵ２０における
スロットル制御の変形例について、図２２のタイムチャ
ートに基づき説明する。

【００６５】上述の実施例と同様に、吸気圧ＰＭを推定
した推定吸気圧ＰＭＳＹＭが算出される。次に、次式
（４）により、吸気圧ディレイ補正時間ＴＤＬＹが算出
される。

【００６６】

【数４】 ＴＤＬＹ〔ｍｓ〕＝ＴＡＵ＋（インジェクタ閉弁からＩＮバルブ閉弁までの所 要時間）＋（無効噴射時間）＋（閉弁遅れ時間） ＋（噴霧飛行時間） ・・・（４） 次に、推定吸気圧ＰＭＳＹＭに吸気圧ディレイ補正時間
ＴＤＬＹ分だけ遅らせたディレイ吸気圧ＰＭＳＹＭ２が
算出される。そして、上述の実施例と同様に、スロット
ルバルブ目標開度ＴＡＥＸが算出され、スロットルバル
ブ３を駆動するＤＣモータ４に対する出力処理が実行さ
れる。上述の実施例における燃料系演算では、リニア化
された吸気圧ＰＭ値に基づき基本燃料噴射時間を算出し
ていたが、ここでは、補正する前の推定吸気圧ＰＭＳＹ
Ｍに基づいて実行される（図２２参照）。よって、本実
施例においては、図３のステップＳ４００のスロットル
バルブ目標開度演算処理よりも、ステップＳ５００の燃
料系演算処理のほうが先に実行される。また、燃料系演
算処理が実行された後、ステップＳ３００の吸気圧リニ
ア化処理に相当する吸気圧ディレイ処理実行されること
になる。以下、上述の実施例と同様である。

【００６７】このように、本実施例の内燃機関のスロッ
トル制御装置によれば、図３のステップＳ３００にて実
行される吸気圧リニア化処理の代わりに吸気圧推定処理
により推定された吸気圧を吸気圧ディレイ補正時間ＴＤ
ＬＹ分遅延させる補正が実行される。ここで、吸気圧デ
ィレイ補正時間は実際の吸気圧変化に対する燃料系の遅
れ時間である。燃料系演算処理においては、燃料噴射量
が吸気圧推定処理により推定された吸気圧に基づいて算
出される。また、スロットルバルブ目標開度演算処理は
ディレイ補正された推定吸気圧ＰＭＳＹＭに基づいてス
ロットルバルブ目標開度ＴＡＥＸが算出される。よっ
て、実際は吸気圧の変化に所定時間遅れてから燃料が噴
射されるが、スロットルバルブ目標開度に燃料噴射遅れ
に相当する所定時間のディレイを与えるため空燃比の乱
れを改善することができる。

【００６８】なお、本実施例では、負荷として吸気圧を
推定・補正するようにしているが、必ずしもこれに限ら
れることはなく、例えば、吸入空気量を推定し、その推
定吸入空気量を補正した補正推定吸入空気量に基づいて
スロットルバルブ目標開度を算出するようにしてもよ
い。

【００６９】ところで、上記実施例では、スロットルバ
ルブ３を開閉するためのアクチュエータとしてＤＣモー
タ４を用いているが、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、ステップモータ等を用いる
こともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関のスロットル制御装置の全体構成を示す概略
図である。

【図２】 図２は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関のスロットル制御装置におけるＥＣＵ内の電
気的構成を示すブロック図である。

【図３】 図３は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関のスロットル制御装置で使用されているＥＣ
Ｕ内のＣＰＵにおけるベースルーチンの処理手順を示す
フローチャートである。

【図４】 図４は図３における吸気圧推定の処理手順を
示すフローチャートである。

【図５】 図５は図４のサージタンク通過空気量算出の
処理手順を示すフローチャートである。

【図６】 図６は図３における吸気圧リニア化の処理手
順を示すフローチャートである。

【図７】 図７は図６の飽和吸気圧算出の処理手順を示
すフローチャートである。

【図８】 図８は図６のリニア化係数算出の処理手順を
示すフローチャートである。

【図９】 図９は図６のリニア化吸気圧算出の処理手順
を示すフローチャートである。

【図１０】 図１０は図３におけるスロットルバルブ目
標開度演算の処理手順を示すフローチャートである。

【図１１】 図１１は本発明の実施の形態の一実施例に
かかる内燃機関のスロットル制御装置におけるアクセル
開度と吸気圧との関係を示す特性図である。

【図１２】 図１２は本発明の実施の形態の一実施例に
かかる内燃機関のスロットル制御装置における各信号の
遷移状態を示すタイムチャートである。

【図１３】 図１３は図３における燃料系演算の処理手
順を示すフローチャートである。

【図１４】 図１４は本発明の実施の形態の一実施例に
かかる内燃機関のスロットル制御装置で用いられている
酸素濃度センサの出力状態を説明する特性図である。

【図１５】 図１５は図１３における基本燃料噴射時間
を算出するマップである。

【図１６】 図１６は図１３のフィードバック補正値の
算出手順を示すタイムチャートである。

【図１７】 図１７は本発明の実施の形態の一実施例に
かかる内燃機関のスロットル制御装置で用いられている
インジェクタの駆動制御の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図１８】 図１８は図１７におけるインジェクタの閉
弁時間を算出するマップである。

【図１９】 図１９は本発明の実施の形態の一実施例に
かかる内燃機関のスロットル制御装置における各気筒毎
の基準信号に対するインジェクタ駆動信号を示すタイミ
ングチャートである。

【図２０】 図２０は本発明の実施の形態の一実施例に
かかる内燃機関のスロットル制御装置における各気筒毎
の基準信号に対するインジェクタの駆動制御を示すタイ
ミングチャートである。

【図２１】 図２１は本発明の実施の形態の一実施例に
かかる内燃機関のスロットル制御装置における吸気量変
化量に対する空燃比ずれを示す特性図である。

【図２２】 図２２は本発明の実施の形態の一実施例に
かかる内燃機関のスロットル制御装置で使用されている
ＥＣＵにおけるスロットル制御の変形例を示すタイムチ
ャートである。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ２ 吸気通路 ３ スロットルバルブ ４ ＤＣモータ ５ スロットル開度センサ ８ アクセルペダル ９ アクセル開度センサ １１ 回転角センサ １２ 吸気圧センサ １３ 排気通路 １４ 酸素濃度センサ １７ インジェクタ ２０ ＥＣＵ（電子制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｈ 45/00 ３５８ 45/00 ３５８Ｂ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクセル開度に応じて内燃機関の負荷を
   推定する負荷推定手段と、 前記負荷推定手段により推定された負荷を補正する推定
   負荷補正手段と、 前記推定負荷補正手段により補正された負荷に基づいて
   前記内燃機関に供給される燃料量を算出する燃料量演算
   手段と、 前記推定負荷補正手段により補正された負荷となる目標
   スロットル開度を算出し、制御信号を出力するスロット
   ル開度制御手段とを具備することを特徴とする内燃機関
   のスロットル制御装置。
2. 【請求項２】 内燃機関に吸入される空気流量を調節す
   るスロットルバルブと、 前記内燃機関に燃料を供給するインジェクタと、 アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、 前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開
   度に応じて前記内燃機関の負荷を推定する負荷推定手段
   と、 前記負荷推定手段により推定された負荷を前記内燃機関
   の運転状態に応じて補正する推定負荷補正手段と、 前記推定負荷補正手段により補正された負荷に基づいて
   前記インジェクタから前記内燃機関に供給される燃料量
   を算出する燃料量演算手段と、 前記推定負荷補正手段により補正された負荷となる前記
   スロットルバルブの目標スロットル開度を算出し、制御
   信号を出力するスロットル開度制御手段とを具備するこ
   とを特徴とする内燃機関のスロットル制御装置。
3. 【請求項３】 前記推定負荷補正手段は、前記負荷推定
   手段により推定された負荷の変化時における負荷の変化
   開始点と変化収束点とを結び直線的に負荷が変化するよ
   うに補正するリニア化補正手段を具備することを特徴と
   する請求項１または請求項２に記載の内燃機関のスロッ
   トル制御装置。
4. 【請求項４】 アクセル開度に応じて内燃機関の負荷を
   推定する負荷推定手段と、 前記負荷推定手段により推定された負荷に基づいて前記
   内燃機関に供給される燃料量を算出する燃料量演算手段
   と、 前記負荷推定手段により推定された負荷を前記燃料量演
   算手段により算出された燃料量に基づいて遅延する推定
   負荷補正手段と、 前記推定負荷補正手段により遅延された負荷となる目標
   スロットル開度を算出し、制御信号を出力するスロット
   ル開度制御手段とを具備することを特徴とする内燃機関
   のスロットル制御装置。