JPS6223541A - 機械式過給機付き内燃機関の燃料噴射装置 - 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〕 この発明は過給機を備えた燃料噴射内燃機関における燃
料噴射制御装置に関する。

〔従来の技術〕

マイクロコンピュータ等により燃料噴射量を制御するよ
うに構成された内燃機関においてはエアフローメータ等
からの信号により吸入空気量を計測し、その計測された
吸入空気量より燃料噴射量を計算し、その計算された量
の燃料を噴射するようにしている。エアフローメータは
、通常はマスフロー型のものが採用されており、吸気管
内に位置するメジャリングプレートと、このメジャリン
グプレートの回転角に応じた信号を出力するポテンショ
メータとより構成される。ポテンショメータよりメジャ
リングプレートの回転角度に応じたレベルの信号が出力
され、これにより吸入空気量を知ることができる。

このタイプのエアフローメータでは過渡時にはオーバシ
ュートによって吸入空気量計測値が実際の値より多めに
なり、エアフローメータからの信号によって計算される
燃料噴射量はエンジンが要求する燃料噴射量より多めに
なる。そのため、混合気は過濃になることがある。

これを防止するため吸入空気量の最大値を予め設定し、
エアフローメータによって計測される吸入空気量がこの
設定最大値を超えたときはこの最大値をもって吸入空気
量の計測値に置換えるようにガードをかけるものが知ら
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

内燃機関が過給機を存する場合、その過給状態はエンジ
ン運転条件に応じて変化する。即ち、低負荷時は実質的
には非過給であり、高負荷時に過給状態となる。過給機
が作動しているか否かでは同じ回転数でも空気流量が違
ってくる。そのため、過給機が作動と停止とで共通のガ
ード値では空燃比を適正に制御することができない。例
えば、過給機停止状態のガード値を過給機作動時に使用
するとすると、ガード値が過大となり混合気が過濃とな
ることがある。

以上は、過給機が作動か停止かで最適なガード値が違っ
てくるという説明であったが、過給機が作動又は停止に
固定した状態を想定しても機関が過渡状態か定常状態か
で、同一回転数においても吸入空気量は違ってくる。例
えば、定常状態において最適なガード値を過渡状態に使
用すると、ガード値が過大となり、混合気が過濃となる
ことがある。

この発明はこのような問題点を解決するためなされたも
のであり、過給機の作動と停止とにかかわらず、更に機
関が過渡状態にあるか定常状態にあるかにかかわらず常
に最適なガード値を得ることができるようにすることに
ある。

尚、この発明の関連技術として先願であるが特願昭６０
−３２８６５号がある。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図に示すようにこの発明の内燃機関は過給機５を備
えている。燃料噴射制御装置は内燃機関１の吸気管２に
配設される燃料インジェクタ手段３と、燃料インジェク
タ手段３からの燃料噴射の制御を行なう燃料噴射制御手
段４と、過給機５が過給作動をしているか否かを検知す
る過給状態検知手段６ａと、機関が過渡状態にあるか否
かを検知する過渡状態検知手段６ｂと、過給機５の作動
時に適した最大燃料噴射量の設定を行なう第１噴射量設
定手段７ａと、過給機５の不作動時で過渡状態に適した
最大燃料噴射量の設定を行なう第２噴射量設定手段７ｂ
と、過給機５の作動時で定常状態に適した最大燃料噴射
量の設定を行なう第３噴射量設定手段７ｃと、過給機５
の不作動時で定常状態に適した最大噴射量の設定を行な
う第４噴射量設定手段７ｄと、過給状態検知手段６ａ及
び過渡状態検知手段６ｂからの信号に応じて第１噴射量
設定手段７ａ、第２噴射量設定手段７ｂ、第３噴射量設
定手段７ｃ、又は第４噴射量設定手段７ｄを燃料噴射制
御手段４に切替え的に接続する切替え手段８とより成る
。

〔作　用〕

過給機５の作動中を検知手段６ａが検知し、機関が過渡
状態か否かを検知手段６ｂが検知する。

切替え手段８は検知手段６ａ、６ｂにより検知される状
態に適合した噴射量設定手段７ａ−７ｄのどれかを燃料
噴射制御手段４に連結されるように切り替える。したが
って各作動条件に適合した最大噴射量の設定が行われる
。

〔実施例〕

第２図に実施例の全体構成を示す。１０はシリンダブロ
ック、１１はピストン、１２はコネクティングロッド、
１３はクランク軸、１４は燃焼室、１５はシリンダヘッ
ド、１６は吸気弁、１７は吸気ポート、１８は排気弁、
１９は排気ポートである。吸気ボート１７は吸気管２０
、インタークーラ２１、機械式過給機２２を介してスロ
ットルボディ２３に接続される。スロットルボディ２３
内にスロットル弁２４が配置され、その上流にエアフロ
ーメータ２５、エアクリーナ２６が位置する。

機械式過給機２２はスロットル弁２４の下流でインター
クーラ２１の上流に位置する。機械式過給機２２はこの
実施例ではルーツポンプであり、一対のロータ３１．３
２を備え、同ロータ３１．３２がハウジング３３に対し
て微小間隙を維持しながら回転することにより圧縮作動
が行われる。一対のロータのうちの一方のロータ３２の
回転軸３２Ａ上にクラッチ機構３４を介してプーリ３４
°が設けられ、このプーリ３４′　はベルト３５を介し
てクランク軸１６上のプーリ３６に連結される。第２図
に模式的に示すようにこのクラッチ機構は電磁式のクラ
ッチであり、一対の摩擦板３７．３８とソレノイド３９
とより成り、ソレノイド３９を通電制御することにより
摩擦板３７．３８の係合を制御するものである。一方の
摩擦板３７は回転軸３２Ａに連結され、他方の摩擦板３
日はハウジングに対してフリーに回るようになっており
、かつその外周が前記のプーリ３４“をなしている。

過給機２２をバイパスするようにバイパス通路４１が配
置され、同バイパス通路４１の一端はスロットル弁２４
の下流で過給機２２の上流の吸気管２３に接続され、バ
イパス通路４１の他端はインタークーラ２１の下流の吸
気管２０に接続される。バイパス通路４１にバイパス制
御弁４２が配置される。バイパス制御弁４２は電磁駆動
式であり、制御回路からの電気信号によって開閉制御さ
れ、バイパス通路４１を流れるバイパス空気量の制御を
行なう。

４４は燃料インジェクタであり、吸気ポート１７に近接
して吸気管２０に設置される。燃料インジェクタ４４は
制御回路からの駆動信号によって開閉され、所期の量の
燃料が噴射される。

５０はクラッチ３４、バイパス制御弁４２、燃料インジ
ェクタ４４の作動を制御する制御回路であり、マイクロ
コンピュータシステムとして構成される。制御回路５０
はマイクロプロセシングユニット　（ＭＰＵ）５１と、
メモリ５２と、入カポ−Ｉ−５３と、出力ポート５４と
、これらを相互に連結するバス５５とより成る。入力ポ
ート５３には各センサからの信号が入力される。前記エ
アフローメータ２５からは吸入空気量Ｑに関する信号が
得られる。また、回転数センサ６１からはクランク軸１
３の回転数Ｎに関する信号が得られる。

スロットルセンサ６２からはスロットル弁２４の開度Ｔ
Ａに応じた信号が得られる。出力ポート５４からはメモ
リ５２に格納されている制御プログラムに従ってクラッ
チ３４のソレノイド３９、バイパス制御弁４２及び燃料
インジェクタ４４に駆動信号が送られる。以下その制御
プログラムの内容を第３図から第６図のフローチャート
によって説明する。

第３図は負荷代表値である吸入空気量一回転数比Ｑ／Ｎ
の演算ルーチンを示し、このルーチンはメインルーチン
内で実行される。８０でプログラムが起動され、８１で
初期化が実行され、８２ではエアフローメータ２５から
の吸入空気量Ｑの信号の入力が行われる。そのため、入
力ポート５３は図示しないＡ／Ｄ変換器を備えている。

８４のステップでは回転数センサ６１からのパルス信号
の処理によって回転数Ｎの計算が行われる。８６ではＱ
／Ｎが演算され、メモリ５２の所定領域に格納される。

８８はメインルーチンで実行される他の処理を概括的に
表している。

第４図はクラッチ３４及びバイパス制御弁４２の駆動ル
ーチンのフローチャートであり、一定時間例えば５０ｍ
秒毎に実行される時間割り込みルーチンとする。１００
のステップでエンジン回転数Ｎが所定値ａ以上か否か判
定される。１０４のステップではＱ／Ｎが所定値す以上
か否か判定される。

回転数Ｎが所定値ａ以下で、かつＱ／Ｎが所定値す以下
のときは非過給域であり（第７図参照）、１００より１
０４を経て１０６に進み出力ポート５４よリフラッチ３
４のソレノイド３９を消磁する指令が出され、そのため
クラッチの摩擦板３７及び３８は離れ、クランク軸１３
の回転は過給機２２のロータに伝達されない。そのため
過給は行われない。また、次の１０８のステップでは出
力ポート５４よりバイパス制御弁４２に、同制御弁４２
を開放する指令が出され、そのためバイパス通路４１は
開放され、吸入空気の一部はバイパス通路４１を介して
エンジンに導入される。１１０は過給フラグＦＳＣのリ
セットを示す。

１００で回転数Ｎが所定値ａ以上又はＱ／Ｎが所定値ａ
以下でも１０４でＱ／Ｎが所定値以上のときは過給域で
あり（第７図参照）　、１１２に流れ、出力ポート５４
よりクラッチ軸３４のソレノイド３９を励磁する指令が
出され、クラッチの摩擦板３７と３８とは係合するに至
り、クランク軸１３の回転はプーリ３６、ベルト３５、
プーリ３４１を介して過給機２２の回転軸に伝達され、
ロータ３１及び３２は回転される。次に、１１４に進み
、出力ポート５４よりバイパス制御弁４２に閉鎖指令が
出され、バイパス通路４１は閉鎖されるそのため過給機
２２からの空気はバイパスされることなくエンジンに導
入される。１１６は過給フラグＥＳＣのセットを示す。

第５図はタイマ制御ルーチンを示し、このルーチンは所
定時間毎に実行される時間割り込みルーチンである。１
２０のステップでは前回このルーチンを実行したときの
フラグＦＳＣの値であるＦＳＣＯがＯか否か判定する。

１２２のステップでは現在のフラグＦＳＣの値が１か否
か判定する。フラグがＯから１に変化した時点は過給機
の停止から作動への切り替わり時点を示す。１２４では
タイマ下がリセットされる。このタイマＴは過給機の停
止から作動への切り替わりから所定の時間を検知する機
能を持つ。

過給機の停止から作動への切り替わり以外には１２０ま
たは１２２より１２６に進み、スロットルセンサ６２に
より検知されるスロットル弁の開度の変化割合Δθが所
定値Ａより大きいか否か判定される。Δθが所定値Ａよ
り大きい急加速時は１２４に進へ、タイマがリセットさ
れる。即ち、この実施例では過給機の停止から作動への
切り替わり時点、または停止から作動への切り替わり時
点ではなくてもスロットル弁２４の開度の変化割合Δθ
が所定値Ａより大きいときは過渡運転への移行と解釈し
、過渡状態の判定用のタイマＴのリセットが実行される
。

過渡状態への切り替わり点でない場合は１２８のステッ
プでタイマＴのインクリメントが実行される。従って、
過渡状態に入ってからこのルーチンを実行する度にタイ
マＴの値は大きくなる。

１３０のステップではフラグＦＳＣを格納するメモリエ
リヤの内容がＦＳＣＯを格納するメモリエリヤに転送さ
れる。

第６図は燃料噴射制御ルーチンを示し、このルーチンは
クランク各センサ６１によって検知される所定のクラン
ク角毎に実行される。１５０のステップではタイマＴの
値が所定値Ｂより小さいか否か判定される。この値はエ
ンジンの過渡状態と考えられる適当な値に選定される。

ＴがＢより小さいときは過渡状態と判断され、１５１の
ステップに流れ、過給フラグＦＳＣが１か否か判定され
る。

過給機２２が作動中にはＦＳＣ＝１であり、１５２に流
れ、過給機作動時における過渡状態に適した吸入空気量
一回転数比の最大値（Ｑ　／　Ｎ　）　ｍａｘｉ“がＣ
レジスタにロードされる。

過給機２２が停止しているときはフラグＦＳＣ＝０であ
り、１５１より１５３に流れ、非過給時における過渡状
態に適した吸入空気量一回転数比の最大値（Ｑ／Ｎ）　
ＩＩＩａｘ　２　’がＡレジスタにロードされる。過給
時と非過給時とを比較すると前者が同一回転数でも吸入
空気量が多いことから（Ｑ／Ｎ）ｍａｘｉ’　＞　（Ｑ
／Ｎ）　ｍａｘ２’　となっていることは言うまでもな
い。

ＴがＢより小さくないとき即ち定常時は１５０より１５
４に流れ、フラグＥＳＣが１か否か判定される。

過給機作動中にはＦＳＣ＝１であり、１５５に流れ、過
給機作動時における定常状態に適した吸入空気量一回転
数比の最大値（Ｑ／Ｎ）ｍａｘｉがＣレジスタにロード
される。

過給機２２が停止しているときはフラグＦＳＣ＝０であ
り、１５４より１５６に流れ、非過給時における定常状
態に適した吸入空気量一回転数比の最大値（Ｑ／Ｎ）ｍ
ａｘ２がＡレジスタにロードされる。定常時と過度時と
を比較すると前者が同一回転数でも吸入空気量が多いこ
とから、夫々過給機作動か停止かで（Ｑ／　Ｎ）　ｍａ
ｘｉ＞　（Ｑ／　Ｎ）　ｍａｘｉ’（Ｑ／　Ｎ）　ｍａ
ｘ２＞　（Ｑ／　Ｎ）　ｍａｘ２’　となっている。

このようにして過給時、又は非過給時、過渡時、又は定
常時に適した吸入空気量一回転数比の最大値がＡに設定
された後、１５７に進み回転数センサ２６及び吸入空気
量センサ６１によって実測される吸入空気量一回転数比
Ｑ／ＮとＣレジスタ内に格納されている最大値との大小
判断か行われる。

Ｑ／ＮがＣレジスタの内容より大きい場合は１５８に進
みＱ／Ｎの値にこの最大値を入れる。Ｑ／Ｎが最大値に
達していないときは１５８のステップを迂回する。この
ような処理によってＱ／Ｈの値は最大値を超えたときは
この最大値に置換えられこの値を超えないようにガード
されていることになる。

１６０のステップではこのようにしてガードをかけられ
た吸入空気量一回転数比Ｑ／Ｎより基本噴射ＩＴｐが演
算される。この演算は、 ’ｒｐ＝　（Ｑ／Ｎ）ＸＫＴＰ によって実行される。ここにＫＴＰは定数である。

１６２のステップでは次の式によって最終噴射量の演算
が実行される。

ＴＡＵ＝Ｔｐ　（１＋α）β＋γ ここにα、β、γは種々の補正係数、例えばフィードバ
ック補正、加速補正、学習補正、始動補正その他の補正
を代表している。

１６４ではＴＡＵが出力ポート５４の図示しない燃料噴
射制御回路にセットされ、ＴＡＵに応じた噴射量が得ら
れるように燃料インジェクタ４４が駆動される。

第８図の実施例では吸入空気量一回転数比の最大値を回
転数に応じて変化するように設定するものである。機械
式過給機付きの内燃機関では通常のエンジンやターボチ
ャージャ付きエンジンと比較して回転数増大に伴う吸入
空気量の増幅率が大きいため、吸入空気量一回転数比の
最大値を回転数に応じて変化させることによって空燃比
をより適正に制御することができる。第９図は各回転数
Ｎに対する吸入空気量一回転数比の最大値（Ｑ／Ｎ）ｍ
ａｘの最適特性を過給機作動中における定常時を１１で
、過渡時を１１゛で夫々示し、過給機停止時における定
常時を１２で過渡時を１２′で夫々示す。第９図の各特
性はメモリ５２内にマツプＭａｐ１．　Ｍａｐｌ’　％
　Ｍａｐ２．　Ｍａｐ２’　として格納される。

第８図の処理において各状態に適合したマツプが選択さ
れ、ガード値の演算が実行される。

第８図のフローチャートを第６図と相違するところのみ
説明する。過渡状態において過給Ｊａ２２が作動中（Ｆ
ＳＣ＝１）には１５１より１７０のステップに流れ、過
渡状態における過給機作動に適したエンジン回転数Ｎに
応じた吸入空気量一回転数比Ｑ／Ｎの最大値のマツプ演
算が実行される。即ち、メモリ５２内には回転数Ｎに対
する吸入空気量一回転数比の最大値（Ｑ／Ｎ）ｍａｙの
マツプ（Ｍａｐｌ’　）があり、ＭＰＵ　５１は実測さ
れるＮの値より（Ｑ／Ｎ）ｍａｘの補完演算を実行する
。

過渡状態で過給機２２が停止しているとき（ＦＳＣ＝Ｏ
）は１５１より１７１に流れ、Ｍａｐ２’　により過渡
時における過給機停止に適した（Ｑ／Ｎ）ｍａｘの補完
演算が実行される。

定常状態で過給機が作動しているときには１５０より１
５４を経て１７２に流れ、定常状態における過給機作動
に適したエンジン回転数Ｎに応じた吸入空気量一回転数
比Ｑ／Ｎの最大値のマツプ演算が実行される。即ち、メ
モリ５２内には回転数Ｎに対する吸入空気量一回転数比
の最大値（Ｑ／Ｎ）ｍａｘのマツプ（Ｍａｐｌ）があり
、ＭＰＵ　５１は実測されるＮの値より（Ｑ／Ｎ）ｍａ
ｘの補完演算を実行する。

定常状態で過給機２２が停止しているとき（ＦＳＣ＝Ｏ
）は１５４より１７３に流れ、Ｍａｐ２により定常時に
おける過給機停止に適した（Ｑ／Ｎ）ｍａｙの補完演算
が実行される。

このようにして過給時、又は非過給時、過渡時、又は定
常時の各状態に適した（Ｑ／Ｎ）ｍａｘの演算が実行さ
れると、１７４に進み回転数センサ２６及び吸入空気量
センサ６１によって実測される吸入空気量一回転数比Ｑ
／Ｎと最大値（Ｑ／Ｎ）ｍａｘとの大小判断が行われる
。Ｑ／Ｎが（Ｑ／Ｎ）ｍａｘより大きい場合は１７６に
進みＱ／Ｎの値にこの最大値（Ｑ／Ｎ）ｌｌｌａｘを入
れる。Ｑ／Ｎが最大値に達していないときは１７６のス
テップを迂回する。

このような処理によってＱ／Ｎの値は最大値を超えたと
きはこの最大値に置換えられこの値を超えないようにガ
ードされていることになる。

この発明の、機械式過給機制御への応用を説明する以上
の実施例ではＱ／Ｎをガードしているが、この代わりに
Ｑをガードするようにしても、また基本噴射量そのもの
をガードすることもできる。

要するに、燃料噴射量を決める因子が、最大噴射量を超
えないように、かつそのガードすべき値が過給機が作動
中か否かで最適に定められないるものはこの発明の範囲
に包含されるものである。

第１０図は本発明のターボチャージャ式の過給機への応
用を示す。ターボチャージャ２００は吸気管内のコンプ
レッサ２０１　と排気管内のタービン２０２とを有して
いる。過給機の制御のためタービン２０２（又はコンプ
レッサ２０１）をバイパスするようにバイパス通路２０
３があり、バイパス制御弁２０４が設置される。バイパ
ス制御弁２０４はダイヤフラム式のアクチュエータ２０
５に連結される。ばね２０６によってバイパス制御弁２
０６は通常は閉に保持される。ダイヤフラム室２０７は
過給圧通路２０８によってコンプレッサ２０１の下流の
過給圧ボート２０９に連通される。過給圧かばね２０６
の設定を超えるとバイパス制御弁２０４はばねに抗して
開弁じ、過給圧かばね２０６の設定より小さくなるとバ
イパス制御弁は閉鎖される。このような制御によって過
給圧は設定値に保持される。２１０はバイパス制御弁が
開放しているか、閉鎖しているかを検知するスイッチで
ある。エンジン低回転時等の非過給条件ではスイッチ２
１０はＯＦＦであり、エンジン回転数が増大し過給状態
に入るとスイッチ２１０はＯＮとなる。従ってスイッチ
のＯＮ、ＯＦＦによって過給機が作動しているか否かの
判断の基準となる。

第１１図はフラグＦＳＣの制御ルーチンであり、所定時
間間隔で実行される時間割り込みルーチンである。３０
０ではバイパススイッチ２１０がＯＮか否か検知される
。バイパススイッチがＯＮのときは３０１に進みフラグ
ＦＳＣがセットされる。バイパススイッチがＯＦＦのと
きは３０２に進み、フラグＦＳＣがリセットされる。燃
料噴射ルーチンは第６図又は第８図と同じである。従っ
て、バイパススイッチがＯＦＦのときはフラグＦＳＣ＝
１であることから最大噴射量は非過給条件に適合するよ
う計算すれ、一方バイパススイッチ２１０がＯＮのとき
は最大噴射量は過給条件に適合するよう決定される。

〔発明の効果〕

この発明によれば、過給機が作動中か非作動か、さらに
定常か過渡かの各状態に応じて燃料噴射量の最大値の設
定が変化され、これにより過給機の各作動状態に適合し
た燃料噴射量が設定され、拳給機の作動と否とにかかわ
らずまた過渡状態と定常状態とにかかわらず混合気の空
燃比を最適に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成図。 第２図はこの発明の構成全体概略図。 第３図から第６図はこの発明の制御作動を説明するフロ
ーチャート図。 第７図は過給機の作動領域を説明するための線図。 第８図は第２実施例を説明するフローチャート図。 第９図は第２実施例における各運転状態における回転数
と吸入空気量一回転数比の最大値との関係を示す線図。 第１０図はこの発明をターボチャージャ式過給機におけ
る燃料噴射制御に応用する場合の構成を示す図。 第１１図は第１０図の実施例におけるフラグ制御ルーチ
ンのフローチャート図。 １３・・・クランク軸、 ２２・・・過給機、 ２４・・・スロットル弁、 ２５・・・エアフローメータ、 ３４・・・クラッチ、 ４１・・・バイパス通路、 ４２・・・バイパス制御弁、 ４４・・・インジェクタ、 ５０・・・制御回路、 ６１・・・回転数センサ、 ６２・・・スロットルセンサ、 ２００・・・ターボチャージャ、 ２０４・・・バイパス制御弁、 ２１０・・・バイパス検知スイッチ。 １・・・内燃機関 第３図 第４図 第５図 第７図 □定常時 一一一　過渡時 手′ｆｆ、補正書（方式） ％式％ ■、事件の表示 昭和６０年特許願第１６１０８６号 ２、発明の名称 機械式過給機付き内燃機関の燃料噴射装置３、補正をす
る者 事件との関係　　特許出願人 名称　（３２０）　）ヨタ自動車株式会社４、代理人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号５、
補正命令の日付 ６、　補正の対象 明細書の「発明の名称」の欄 ７、補正の内容 発明の名称を「機械式過給機イすき内燃機ｙ１の燃料噴
射装置」と補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 以下の要素より成る過給機付き内燃機関の燃料噴射制御
   装置、 内燃機関の吸気管に配設される燃料インジェクタ手段、 燃料インジェクタ手段からの燃料噴射の制御を行なう燃
   料噴射制御手段、 過給機が過給作動をしているか否かを検知する過給状態
   検知手段、 内燃機関が過渡状態にあるか否かを検知する過渡状態検
   知手段、 過給状態でかつ過渡状態に適した最大燃料噴射量の設定
   を行なう第１噴射量設定手段、 非過給状態でかつ過渡状態に適した最大燃料噴射量の設
   定を行なう第２噴射量設定手段、 過給状態でかつ定常状態に適した最大燃料噴射量の設定
   を行なう第３噴射量設定手段、 非過給状態でかつ定常状態に適した最大噴射量の設定を
   行なう第４噴射量設定手段、 過給状態検知手段及び過渡状態検知手段からの信号に応
   じて第１噴射量設定手段、第２噴射量設定手段、第３噴
   射量設定手段、又は第４噴射量設定手段を燃料噴射制御
   手段に切替え的に接続する切替え手段。