JPS6255431A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - 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 本発明は、内燃機関の加速時または減速時に吸気脈動に
伴い誤って計測される吸入空気量信号を修正するように
した燃料噴射制御装置に関する。

従来の技術 流体の流出を計測する手段としてカルマン渦式流量計が
知られているが（特公昭５１−１３４２８号）、このカ
ルマン渦式流量計によると、流吊変化に対する流量計測
のレスポンスが良く、流体の通路抵抗が小さい等、ベー
ン式流堡計に比し相対的に多くの利点を有している。

このカルマン渦式流量計を吸気通路に介装した内燃機関
にあっては、吸入空気量に比例しτ発生ずる力□ルマン
渦の数を超音波変調により検出し、このカルマン渦の数
から計測した吸入空気量計測値に基づいて燃料噴射弁か
ら噴出する燃料量を演算することにしている（特公昭６
０−１０１７１号）。

具体的には、吸気通路に柱状体の物体からなるカルマン
渦発生装置を設け、この装置の下流で発生するカルマン
渦に基づいて一定のパルスを発生するパルス発生器を駆
動し、パルス発生器の出力周波数に比例した燃料を供給
するようにしている。

吸入空気量計測手段としては他にホットワイヤ式流量計
が知られているが、このホットワイヤ式流量計を用いた
機関では、吸気通路に設けた例えば白金熱線に所定の電
流を流しておいて吸入空気がこの白金熱線を通過すると
きに冷却される熱線の抵抗の変化量に基づいて吸入空気
量を計測し、この計測吸入空気１に応じて決定される燃
料量をＴａ藺に供給するようにしている。

これらのカルマン渦式流量計、ホットワイヤ式流量計等
は、ともにほぼ単なる筒状とみなされる吸気通路に介装
されている。

発明が解決しようとする問題点 このように従来のカルマン渦式流量計、ホットワイヤ式
流ご計が介装される吸気通路は筒状に形成されており、
この筒状吸気通路に吸入空気量計測手段を備えた内燃機
関では、吸入空気量を計測する際に吸気脈動の影響を受
けやすく、とくに急減速時又は急加速時のスロットル急
閉又は急開直後に吸入空気が大きく脈動することから、
前記流量計により検出される吸入空気は信号が過渡運転
時に正しく計測されないことが多い。

このため、過渡運転時に吸入空気量信号に基づいて演算
される燃料量ｒＪＪｆｆｉに誤差を生じやすく、オーバ
ーリッチやオーバーリーンになるという問題を生じる。

本発明の目的は、このような問題点を解決し、加速時ま
たは減速時のスロットル急開または急閉直接の吸気脈動
に起因した吸入空気量信号の荒れを修正し、過渡運転時
のオーバーリッチまたはオーバーリーンを防止すること
にある。

問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明の内燃線間の燃料噴
射制御装置は、吸入空気間Ｑを計測する吸入空気ｍ計測
手段と、機関回転数Ｎを検出する回転数検出手段と、前
記吸入空気ｍ計測手段が発生した吸入空気量信号及び前
記回転数検出手段が発生した機関回転数信号に基づいて
基本燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段と、機関
の加速開始時又は減速開始時を検出する過渡運転量始時
検出手段と、過渡運転開始時から所定の機関回転数を計
測する機関回転数計測手段又は過渡運転開始時から所定
の時間経過を計測する時間計測手段と、スロットル開度
が設定範囲外にあることを検出するスロットル開度設定
範囲外検出手段と、前記機関回転数計測手段が前記所定
の機関回転数を計測又は前記時間計測手段が前記所定の
時間を計測するまでの間で前記ス［１ットル聞度設定範
囲外検出手段がスロットル開度設定範囲外信号を発生し
ているとぎ、前記吸入空気量信号及び前記機関回転数信
号から算出されるＱ　／　Ｎ　ｆｄｌｉに上限値及び／
又は下限値を設定する手段とを有して構成されている。

本発明の実施態様における吸入空気量計測手段は、カル
マン渦式流量計あるいはホットワイヤ式流量計を採用す
るのが望ましい。

作　　　用 一般に加速時のスロットル急開直後あるいは減速時のス
Ｉ」ットル急閉直後には、吸入空気が脈動するというい
わゆる吸気脈動に起因して吸入空気か検出手段により計
測される吸入空気量が誤って計測されることがある。

本発明によれば、吸入空気ｍ計測手段によりＪ１測され
た吸入空気量Ｑと回転数検出手段により検出された機関
回転数Ｎとに基づいて基本燃料量）１量を演算し、加速
開始時を加速開始時検出手段がとらえたとき、この加速
開始時点から始まる吸気脈動の大きな期間を機関回転数
計測手段又は時間計測手段により計測すると共に、この
期間にスＬ１ットル間度が所定の設定範囲外にあるか否
かをスロットル開度設定範囲外検出手段により判別する
。

そしてスロットル開度設定範囲外検出手段がスロットル
開度設定範囲外信号を発生している間、吸入空気量信号
及び機関回転数信号に基づいて算出されるＱ／Ｎ値に上
限値及び／又は下限値を設定する。

同様に減速開始時を減速開始時検出手段がとらえたとぎ
、吸入空気渚計測手段により計測される吸入空気量Ｑと
回転数検出手段により検出される機関回転数Ｎ１．：基
づいて基本燃料噴射渚を演算し、このとき減速開始時か
ら始まる吸気脈動の大きな期間を機関回転数計測手段又
は時間計測手段により計測し、この吸気脈動の大の１旧
間中にスロットル開度が所定の設定範囲外にあることを
スロットル設定開度範囲外検出手段が検出している間、
吸入空気量信号及び機関回転数信号に基づいて算出され
るＱ／Ｎ値に上限値及び／又は下限値を設定する。

この結果、スロットル急開直後あるいはスロットル急閉
直後などのように吸気脈動が起こり易いとき、スロット
ル急ｍ急罰直後の吸気脈動の大きな期間、本来の吸入空
気ａと異なり誤って計測された吸入空気量信号に上限値
及び／又は下限値を設けたので、この上限値及び／又は
下限値により修正された吸入空気量信号に基づいて燃料
噴射量を算定することができ、従って過渡運転時のオー
バーリッチ又はオーバーリーンを確実に防止することが
できる。

実　　施　　例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の燃料噴射制御装置を適用する内燃機関
の概略構成の一例を表わしている。

図中、１は内燃ＩａｌＮ１本体、２はシリンダブロック
、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６
は点火プラグ、７は吸気バルブ、８は排気バルブ、９は
排気マニホールド１０内の排気中の酸素濃度を検出する
酸素センサ、１５は冷却水温を計測する水温センサ、１
６はイグニッションスイッチ、２１はバッテリ電源をそ
れぞれ表わす。

吸気系では、エアクリーナ２４から取入れた吸入空気量
をカルマン渦式流量計２５により計測すると共に、吸気
温センサ２６により吸気温を計測し、アクレルベダル２
７の踏み代に応じて開閉するス［コツドルバルブ２８に
より吸入空気を所定量だけ吸気マニホールド３０へと送
るようになっている。ス［］ットルボディ３１には、そ
の内部に介装したスｌコツドルバルブ２８の開度を検出
するスロットルセンサ３３及び全閉位置を検出するアイ
ドルスイッチ３２が設けられている。さらに吸気マニホ
ールド３０の吸気バルブ７の近傍には、燃料タンク３５
から通路３６を介して燃料ポンプ３７により圧送される
燃料を所定量だけ噴射供給する燃料噴射弁３８が取付け
られている。

そして点火系では、イグニッション−１イル４０で発生
した高電圧をディストリビュータ４１に供給し、ディス
トリビュータ４１で所定の点火時期制御を行ないながら
該高電圧を所定のタイミングで各気筒の点火プラグ６に
分配供給するようにしている。ディストリビュータ４１
には、図示しないクランクシャフトと同期して回転する
ディストリビ１−タシ１１フト４２の回転位置から回転
角及び回転数を検出する回転数センサ４３が設けられＣ
おり、具体的には、この回転数セン１ｙ４３によりクラ
ンクシ１１フトの２回転毎に２４回のパルス信号を出力
すると共にクランクシャフトの１回転毎に所定角で１回
のパルス信号を出力するようにしている。

制御装置５０は、バッテリ電源２１により作動するマイ
クロコンピュータであり、このマイクＩ」コンピュータ
内には、第３図に示すように、中央処理ユニット（Ｃ’
ＰＵ）５１と、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）５２と、
ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５３と、イグニッシ
ョンスイッチ１６のオフ時にも記憶を保持するバックア
ップランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５４とを含んで
いる。

このうちのＲＯＭ５２には、メインルーヂン、燃料噴射
量制御ルーチン、点火時期制御ルーチン等のプログラム
、これらの処理に必要な種々の固定データ、定数等が格
納されている。さらにマイクロコンピュータ内には、マ
ルチプレクサを有するＡ／Ｄ変換器５５と、バッファメ
モリを有するＩ１０装置５６とが組込まれ、これらの５
５と５６は前記５１〜５４とコモンバス５７により互い
に接続されている。

Ａ／Ｄ変換器５５においては、スロットル開度を検出す
るスロットルセンナ３３、吸気温センサ２６等の各セン
サの出力信号をバッファを介してマルチプレクサに入力
し、これらのデータをＡ／Ｄ変換してＣＰＵ５１の指令
により所定の時期にＣＰＵ５１及びＲＡＭ５３あるいは
５４へ出力するようにしている。これによりＲＡＭ５３
に吸入空気伍、吸気温、水温等の最新検出データを取込
み、その所定領域にこれらのデータを格納する。

またＩ１０装置５６においては、スロットル全開を検出
するアイドルスイッチ３２、回転数センサ４３、カルマ
ン渦式流ｆｆｉ　ｉ＋　２５等の各センサの検出信号を
入力し、これらのデータをＣＰＵ５１の指令により所定
の時期にＣＰＵ５１及びＲＡＭ５３あるいは５４へ出力
するようにしている。具体的には、カルマン渦信号に関
してはカルマン渦式流量計２５からのパルス信号の立上
がりエツジまたは立下がりエツジをとらえ、パルス周期
を計測することにより吸入空気量を計算する。

ＣＰＵ５１はＲＯＭ５２に記憶されているブ１コグラム
に従って前記各センサにより検出されたデータに基づい
て燃料噴射ａを計算し、これに基づくパルス信号をＩ１
０装置５６を経て燃料噴射弁３８に出力する。すなわち
、基本的には、カルマン渦式流量計２５が計測する吸入
空気ｍと回転数センサ４３が検出する機関回転数により
基本燃料量を算出し、これを検出吸気温と冷却水温に応
じて補正し、この補正燃料量に対応するパルス信号をＩ
１０装置５６内の図示しない駆動回路から燃料噴射弁３
８に送るようになっている。

次に第４図及び第５図に示すフローチャートを参照して
制御装置５０による本発明の燃料噴射制御の一例につい
て説明する。

第４図は、燃料噴射量制御のメインルーチンを示してい
る。このメインルーチンにおいては、最初のステップ４
０１にてカルマン渦式流量計２５、回転数センサ４３、
吸気温センサ２６、水温センサ１５、スロットルセンサ
３２の夫々が検出したデータが読込まれ、これらデータ
がＲＡＭ５３に書込まれる。

次のステップ４０２にてカルマン渦式流量計２５により
検出された信号を基に吸入空気ｍＱを計算し、この吸入
空気量Ｑと回転数センサ４３により検出された機関回転
数Ｎとを用いてステップ４０３でＱ／Ｎなる演算が行な
われる。なお、基本燃料噴射ｆｆ１ＴＰはＱ／Ｎ　ｘ　
ｋ　ｃ表わされ、符号には燃料噴射弁の容量及び設定空
燃比により決まる定数である。

次にステップ４０４及び４０５にて過渡運転開始時とし
ての加速開始時又は減速開始時を検出する。ステップ４
０４では、例えばスロットルセンサ３２の定時間あたり
のスロワ１−ル開変化化徂の絶対値１ΔＴΔ１がある設
定値以上になったときを過渡状態と判定し、過渡状態と
判定されると次のステップ４０５にて前回は定常状態か
つまり１ΔＴΔ１がある設定値より小さいか否かを判定
する。ステップ４０５にてＩΔＴＡ＋がある設定値より
小さいとき、加速又は減速開始時と判定され次のステッ
プ４０６に進みクランク角カウンタをクリアする。

クランク角カウンタがクリアされると、第５図に示す定
りランク角毎ルーヂンに従ってステップ５０１からステ
ップ５０２に進み、このルーチンでクランク角カウンタ
値３０’　ＣＡ毎に＋１づつ加算し、こうして加速開始
時又は減速開始時からの機関回転数を計測する。

第５図に示す定りランク角毎ルーチンは、第４図に示す
ステップ４０７〜４１２にて割込みルーチンとして用い
られる。

ステップ４０７では、スロットル開度ＴＡが所定値α例
えば６０゛より大きいか否かを判別し、ＴＡ＞αであれ
ばステップ４０８に進む。スデッブ４０８では、加速開
始後機関回転数がβ回転しているか否かを判別する。加
速開始後機関回転数がβ回転以内であれば、ステップ４
０８からステップ４０９に進む。

ステップ４０９では、ステップ４０３で算出された機関
１回転当りの吸入空気ωＱ／Ｎ値に上下限ガードを設定
するようになっている。

すなわち、第６図に示すように、基本燃料噴射量を算出
づ−るためのＱ／Ｎ値に上限値ａ及び下限値すを設定す
るようになっている。スロットル開度ＴＡが例えば５°
　（全開近傍状態）から８０’（全開状態）に急開する
と機関回転数１回転当りの吸入空気量Ｑ／Ｎ値の立ち上
がりが急になり、スロットル急開後のしばらくの間Ｑ／
Ｎ値の変動が大きくなるが、この場合のＱ／Ｎ値に上限
値ａ及び下限値すのガードを設定するようになっている
。このガードは、加速開始後クランク角カウンタにより
機関回転数がβ回転するまで継続される。

ステップ４０７にてスロットル開度ＴＡ≦αであれば、
ステップ４１０に進みここでスロットル開度ＴＡが所定
値γ例えば５°より小さいか否かを判別し、ＴＡ≧γで
あればこのルーチンを終了する。ステップ４１０にてＴ
Ａ＜γであればステップ４１１に進み、ここで減速開始
後機関回転数がβ回転以内か否かが判別される。このと
き機関回転数がβ回転を越えていればこのルーチンを終
了する。

機関回転数がβ回転以内の範囲であれば、ステップ４１
２に進みここでＱ／Ｎ値に上下限ガードが設定される。

つまり、減速開始後機関回転数がβ回転するまでの間、
Ｑ／Ｎ値の上下限値が上限値Ｃ及び下限値ｄに設定され
る。減速開始後機関回転数が所定回転数δを越えると、
次の過渡運転状態に移行するまでＱ／Ｎ値の上下限ガー
ドは除かれた状態にある。

このようにして、加速開始後あるいは減速開始後機関回
転数が所定回転数まで回るまでの間Ｑ／Ｎ値に上下限ガ
ードを設け、吸気脈動に伴うオーバーリッチあるいはオ
ーバーリーンを回避している。

本実施例では、定時間あたりのスロットル開度変化量の
絶対値により過渡運転時を判別しているが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、定クランク角毎に算出す
るス１コツドル開度の差　ＴＡ　　−ＴＡ、１の値に基
づいて過渡運転時か否かを判別してもよい。また、加速
の場合だけなら、スロットル全開を示すアイドルスイッ
チ３２のオンからオフへの変化を用いても良い。

本実施例では、第６図に示す上限値ａ及び下限値すは加
速直後の定常状態のスロットル開度に応じたＱ　／Ｎ１
値との間で ａ−Ｑ　　／Ｎ　　≧Ｑ１／Ｎ１−ｂ の関係が成立し、また上限値Ｃ及び下限値ｄは減速直後
の定常状態のスロットル開度に応じたＱ２／Ｎ２値との
間で Ｃ−Ｑ　　／ｌ’ｊ２≦Ｑ２／Ｎ２−ｄの関係が成立し
ている。

この場合、Ｑ／Ｎ値の上下限規制範囲を機関回転数β、
δにより特定したが、本発明としては、機関回転数に代
えてタイマにより計数する時間により特定してもよい。

一般に、はぼ単なる筒状とみなされる吸気通路に介装さ
れる吸入空気量検出手段、例えばカルマン渦式流量計ま
たはホットワイヤ式流吊計等を使用している機関におい
て、吸気脈動がＱ／Ｎ値信号に大きな影響を及ぼしやす
いが、このような吸気脈動の影響を受けやすい吸入空気
量流ｍ計をもつ機関に本発明を適用すれば、加速時や減
速時などの過渡運転状態に前述のとおり上限値および下
限値を設定して修正したＱ／Ｎ値に基づいて燃料噴射量
を算定し、そのときの過渡運転状況に応じた適正な燃料
量を機関に供給することができる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、加速時及び減速時のスロ
ットル急開及び急閉直後、吸入空気量検出手段により計
測された吸入空気量信号に上限ガード及び／又は下限ガ
ードを設けたので、過渡運転時の吸気脈動に伴う吸入中
気品計測値を修正し、この修正吸入空気量信号に基づい
て的確な燃ｔ１噴ｒＪＪｆｆｉを機関に供給することが
できる。

したがって、加減速時などの過渡運転状態に発生しやす
いオーバーリッチやオーバーリーンを回避し、とくに加
速時には機関の吹き上がりを良好にすると共に減速時に
はエンジンストールを確実に防止しドライバビリティを
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を表す概略構成図、第２図
は本発明の燃料噴射制御装置が適用される内燃機関の一
実施例を表す概略構成図、第３図は燃料噴射制御装置の
一実施例を表すブロック線図、 第４図は本発明の一実施例における処理ルーチンを表１
フローチｉ？−ト、 第５図は第４図に示すルーチンで用いられる割込みルー
チンを表すフローチャート、 第６図は本発明の一実施例における修正Ｑ／Ｎ値を表す
グラフである。 １・・・内燃鍬関本体、　　　２・・・シリンダブロッ
ク、３・・・シリンダヘッド、　　６・・・点火プラグ
、９・・・酸素センサ、　　　　　２１・・・バッテリ
電源、２５・・・カルマン渦式流量計、 ２８・・・ス１コツドルバルブ、 ３２・・・アイドルスイッチ、 ３３・・・スロットルセンサ、 ３８・・・燃料噴射弁、　　　５０・・・制御装置、５
１・・・中央処理ユニット（ＣＰＵ）、５２・・・リー
ドオンリメモリ（ＲＯＭ）、５３．５４・・・ランダム
アクセスメモリ（ＲＡＭ）、５５・・・へ／Ｄ変換器、
　　５６・・・Ｉ１０装置。 出願人：　トヨタ自動車株式会社 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸入空気量Ｑを計測する吸入空気量計測手段と、
   機関回転数Ｎを検出する回転数検出手段と、前記吸入空
   気量計測手段が発生した吸入空気量信号及び前記回転数
   検出手段が発生した機関回転数信号に基づいて基本燃料
   噴射量を設定する燃料噴射量設定手段とを備えた内燃機
   関において、機関の加速開始時又は減速開始時を検出す
   る過渡運転開始時検出手段と、過渡運転開始時から所定
   の機関回転数を計測する機関回転数計測手段又は過渡運
   転開始時から所定の時間経過を計測する時間計測手段と
   、スロットル開度が設定範囲外にあることを検出するス
   ロットル開度設定範囲外検出手段と、前記機関回転数計
   測手段が前記所定の機関回転数を計測又は前記時間計測
   手段が前記所定の時間を計測するまでの間で前記スロッ
   トル開度設定範囲外検出手段がスロットル開度設定範囲
   外信号を発生しているとき、前記吸入空気量信号及び前
   記機関回転数信号から算出されるＱ／Ｎ値に上限値及び
   ／又は下限値を設定する手段とを有していることを特徴
   とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. （２）吸入空気量計測手段は、カルマン渦式流量計であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内燃機
   関の燃料噴射制御装置。
3. （３）吸入空気量計測手段は、ホットワイヤ式流量計で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内燃
   機関の燃料噴射制御装置。