JPS63195359A - 内燃機関の制御装置 - 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〕 この発明は内燃機関の制御装置に関し、燃料噴射制御や
、点火時期制御に好適に使用できるものである。

〔従来の技術〕

内燃機関の燃料噴射システムとして所謂Ｄ−Ｊ型の燃料
噴射システムモは内燃機関の吸入系のスロットル弁下流
の吸気マニホルド（又はサージタンク）に圧力センサを
設置し、負荷因子としての吸気管圧力を検出し、吸気管
圧力と機関回転数とからシリンダボアに導入される新気
の流量を知り所定空燃比とするための燃料噴射量を算出
し、インジェクタより燃料噴射を行っている。このＤ−
Ｊ型のシステムは、所謂Ｌ−Ｊ型燃料噴射システムに使
われるエアフローメータと比較して、センサの大きさ自
体が小型化し、センサの装着にともなう吸気抵抗の増加
が小さく、新気の質量を計測していてエアフローメータ
のように体積流量を計測しているのでないことから空気
密度の補正が不用である等の利点がある。

Ｌ−Ｊ型の燃料噴射システムにおけるエアフロ−メータ
と違ってこのＤ−Ｊ型の燃料噴射システムでは内燃機関
に入る新気の量は吸気管圧力により知るものである。そ
のため、吸気管圧力が排気ガス再循環（ＥＧＲ）により
変化すると新気の量を知るためにはセンサ出力値に対し
補正を加える必要が出てくる。例えば、特開昭５５−７
５５４８号では、ＢＧＲ通路の固定オリフィスの前後の
圧力差を知る差圧センサを設け、差圧センサからの差圧
信号により圧力センサの出力を補正し、ＥＧＲに関わら
ず新気量を知ることができるようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のＤ−Ｊ型の燃料噴射システムでは圧力センサは新
気量だけでなくＥＧＲガスやブローバイガス等の機関に
導入される全ガスの流量を計測している。そして、ＥＧ
Ｒガスやブローバイガス等についてはこれらによる吸気
管圧力への寄与分を検出し、補正することにより機関に
導入される新気の量を知ろうとするものである。新気の
量を直接測定していないため、検出精度が劣り、正確な
空燃比制御に影響を与えることがある。

この発明では、従来のＤ−Ｊ型のシステムの前記利点は
生かしつつ新気の量を直接検出し、もって空燃比制御精
度の向上を図ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図において、この発明の内燃機関の制御装置は内燃
機関１のスロットル弁３４の下流の吸入系ＩＡに設置さ
れ、吸入されるガスの酸素分圧より新気量に応じた出力
レベルをもった信号を発生する新気量検出手段２と、前
記新気量検出手段２の出力に基づき得られる新気量より
、内燃機関に導入される新気に応じて制御される機関制
御因子の値を算出する機関制御因子値算出手段３と、前
記機関制御因子値算出手段３により算出される機関制御
因子値より内燃機関のその制御因子を制御する機関制御
因子制御手段４とから構成される。

〔作　用〕

新気量検出手段２は内燃機関に導入される吸入空気中の
新気量を検出し、機関制御因子値算出手段３は検出され
た新気量より、内燃機関に導入される新気に応じて制御
される因子、例えば燃料供給量や点火時期、の値を算出
する０機関制御因子制御手段４は、内燃機関の新気に応
じて制御される因子が、算出手段３により算出された値
となるように内燃機関ｌを制御する。

〔実施例〕

第２図において、１０はシリンダブロック、１２はピス
トン、１４はコネクティングロッド、１６はシリンダヘ
ッド、１８は燃焼室、２０は点火栓、２２は吸気弁、２
４は吸気ボート、２６は排気弁、２８は排気ボート、２
９はディストリビュータ、３０は点火装置（イグナイタ
３０ａ及び点火コイル３０ｂより成る）である、吸気ボ
ート２４は、吸気管３１、サージタンク３２、スロット
ル弁３４、吸気管３６、ターボチャージャ３８のコンプ
レッサハウジング３８ａ、吸気管３９を介してエアクリ
ーナ４０に接続される。吸気ボート２４に近接した吸気
管３１に燃料インジェクタ４２が設置される。排気ボー
ト２８は排気マニホルド４４を介してターボチャージャ
３８のタービンハウジング３８ｂに接続される。尚、タ
ーボチャージ中の代わりに機械式過給機を採用したシス
テムであっても良い。

排気ガス再循環通路（ＥＧＲ通路）４５が排気マニホル
ド４４とサージタンク３２を接続するように設けられる
。排気ガス再循環制御弁（ＥＧＲ弁）４６がＥＧＲ通路
４５上に排気ガス再循環率（ＥＧＲ率）の制御のため設
けられる。この実施例ではＥＧＲ弁４６は負圧作動ダイ
ヤフラム機構４７を備える。ダイヤフラム機構４７はス
ロットル弁３４のアイドル位の少し上流に設置されるＥ
ＧＲボート４８に接続される。調圧弁４９は、圧力導管
５０によってＥＧＲ通路４５における定圧絞り５１の下
流に形成される定圧室５２に接続される。そのため、調
圧弁４９は定圧室５２の圧力が略一定となるように、Ｅ
ＧＲボート４８からＥＧＲ弁４６の負圧作動機構４７に
導入される負圧を制御する。そして、調圧弁４９のダイ
ヤフラム４９ａはＥＧＲボート４８の少し上流の負圧ボ
ート５３に接続され、負荷に応じた負圧がダイヤフラム
４９ａに排圧と対抗するように作用し、ＥＧＲ率を負荷
に応じて制御する。このＥＧＲ装置の構成及び作用は周
知であることから、これ以上の説明はしない。

制御回路５４はマイクロコンピュータ・システムとして
構成され、燃料噴射制御、点火時期制御及びその他のエ
ンジン作動制御を行うものである。

制御回路５４はマイクロ・プロセシング・ユニット（Ｍ
ＰＵ）５４ａと、メモリ５４ｂと、入力ボート５４Ｃと
、出力ボート５４ｄと、これらの各要素を接続するバス
５４６とから成る。入力ボート５４ｃは各センサ接続さ
れエンジン運転条件信号が入力される。クランク角度セ
ンサ５６，５８がディストリビユータ２９に設置される
。第１のクランク角度センサ５６は、ディストリビュー
タ軸２９ａ上のマグネット片６０と対抗設置され、クラ
ンク軸の７２００回転毎、即ち機関の１サイクル毎にパ
ルス信号を発生し、基準信号となる。

第２のクランク角度センサ５８はディストリビュータ軸
２９ａ上のマ）゛ネット片６２と対抗設置され、クラン
ク軸の３０″毎の信号を発生し、燃料噴射制御や点火時
期制御のトリガ信号となる。水温センサ６４はシリンダ
ブロック１０の冷却水ジャケラ）１０ａ内の冷却水温度
を検出する。吸入空気温度センサ６６は、吸気管に機関
に導入される吸入空気の温度を検出することができる。

排気側酸素センサ６８が排気マニホルド４４に設けられ
る。この排気側酸素センサ６８は空燃比フィードバック
制御用であり、空燃比を理論空燃比に制御するシステム
ではＯｔセンサであり、空燃比を理論空燃比よりリーン
側に制御するシステムでは所謂リーンセンサより構成す
ることができる。

この発明によれば、吸気側酸素センサ７０がサージタン
ク３２に設置される。吸気側酸素センサ７０は、機関に
導入される新気量を検出し、燃料噴射量や、点火時期を
算出するために使用される。

吸気側酸素センサ７０は所謂リーンセンサと同様の構造
のもので、全吸入空気中の酸素の分圧の変化によって連
続的に変化する電圧を取り出すことができる。第３図に
おいて、吸気側酸素センサ７０は、ジルコニアから成る
固体電解質で作られた有底筒状体７２と、その内面及び
外面に形成される通気性薄膜状白金電極７４−１．７４
−２と、外側の電極７４−２の回りにスピネル等のセラ
ミックス材料のプラズマ溶射にて形成される多孔層とし
ての拡散層７６と、多孔板にて形成される外套ケース７
８と、筒状体７２の中心空間に配置されるセラミック・
ヒータ８０とを基本的な構成要素とする。ヒータ８０は
電源Ｅ８に接続され、センサ７０の活性化に役立たせる
ことができる。筒状体７２の中央空間はヒータ８０の中
心通路８０ａによって大気と連通されている。陽極とし
ての内側電極７４−１と陰極としての外側電極７４−２
との間には電源Ｅ、が接続される。所謂ポンプ作用によ
って外側電極７４−２から内側電極７４−１に向かって
拡散層によって規制される速度で被検出ガス中の０２イ
オンが流れることができ、電源Ｅ１の成る電圧において
、イオン電流（限界電流）１１は、 Ｉ　Ｊ　−（（４ＦＸ　Ｓ　ｘＤＯｚ　Ｘ　Ｐ）バＲＸ
Ｔ）ｊり）Ｘ（Ｉｎ（１／（１−ＰＯｚ／Ｐ）））　　
ｌ　ｌ　＋　（１）ここに、Ｆ：ファラデ一定数 Ｓ：電極面積 ＤＯ８：ガス拡散定数 Ｒ：気体定数 Ｔｉ温度 ！；拡散抵抗層有効長 Ｐ：全圧 ＰＯ雪：＃案分圧 によって表される。第４図は全圧力に対する酸素分圧、
センサ出力との実測特性を示し、全圧が変わると分圧が
変化し、これに準じてセンサ出力が変化し、センサ出力
より酸素分圧を知ることができる。尚、センサの構成と
して、大気導入がない、平板素子と、その両面に白金電
極７４−１．７４−２を形成した簡単なものでも良い。

電極７４−２にはＯｔの拡散を比例する多孔層としての
拡散層７６で素子を加熱するヒータは必要である。

ＭＰＵ５４ａは、メモリ５４ｂに格納されるプログラム
、データに従って演算を実行し、出力ボート５４ｄにセ
ットする。出力ボート５４ｄは、燃料インジェクタ４２
、イグナイタ３０ａ及びその他の制御装置に接続され、
制御信号が印加される。

以下、制御回路５４の作動における燃料噴射制御及び点
火時期制御の部分をフローチャートによって説明する。

第５図及び第６図は燃料噴射ルーチンのフローチャート
を示すものであり、第５図。

のルーチンは、これから燃料噴射を行う気筒の燃料噴射
の手前の成るクランク角度を検出して実行される。例え
ば、吸気行程中に燃料噴射を行うとすれば、吸気上死点
手前の６０＠を検出して実行される。この検出は、第１
クランク角度センサ５６からの７２０＠ＣＡ信号の到来
によってクリヤされ、第２クランク角度センサ５８から
の３０″ＣＡ信号の到来毎にインクリメントされるカウ
ンタの値により知ることができる。ステップ１００では
基本噴射時間Ｔｐが機関回転数Ｎ、Ｅと吸気側酸素セン
サ７０の出力値ＰＯ□より算出される。

ここに基本噴射時間とは内燃機関に導入される新気量に
対して空燃比を理論空燃比とするような燃料噴射量を得
るためインジェクタ４２の開弁時間をいう、そして、機
関回転数の変化により吸気効率が変化するので、吸気効
率の変化を補償するため、燃料噴射量は新気量とエンジ
ン回転数とで決められる。従来のＤ−Ｊシステムにおい
ては吸気管圧力を計測することにより間接的に新気量を
知り、回転数と吸気管負圧との組合せから基本燃料噴射
量を決めるているのであるが、この代わりにこの発明で
は回転数と、新気量を表わす吸気側酸素センサ７０の出
力値とより基本燃料噴射量を決めるものである。メモリ
５４ｂには機関回転数ＮＥと酸素センサ７０の出力（１
ｉ　Ｐ　Ｏｚとの各組合せに対し、理論空燃比を得るた
めの基本燃料噴射時間Ｔｐのデータのマツプが構成され
ている。

Ｍ　Ｐ　Ｕ　５４　ａは、第２クランク角度センサ５８
の３０”ＣＡ倍信号間隔から知られる現在の機関回転数
ＮＥと、吸気側酸素センサ７０の現在の出力ＰＯｔＯ値
とにより周知の補間計算を実行し、これによって基本燃
料噴射時間’ｒｐの算出を行うことになる。

ステップ１０２ではステップ１００で算出された基本燃
料噴射時間’ｒｐの補正により最終噴射量Ｔａｕの算出
が実行される。この補正演算は排気側酸素センサ６８か
らの信号によるフィードバック補正係数の算出や、水温
センサ６４からの水温信号による水温補正係数や、加速
補正等の基本燃料噴射時間Ｔｐに加えられる種々の補正
演算処理を含む。この補正演算のやり方自体は周知であ
り、またこの発明と直接関係しないので説明を省略する
。

ステップ１０４では燃料噴射開始時刻ｔｉの算出が行わ
れる。燃料噴射開始時期は機関の特性により種々法めら
れるが、例えば、燃料噴射が吸気行程の終了と略同期し
て終了するよう４に燃料噴射開始時期を決める必要があ
る。従って、燃料噴射開始時期は新気量、回転数で変化
することになる。

メモリ５４ｂには機関回転数ＮＢと、吸気側酸素センサ
７０の出力Ｐｏｔとの組合せ対して燃料噴射を開始する
吸気上死点からのクランク角度のデータマツプが格納さ
れている。ＭＰＵ５４ａは吸気側酸素センサ７０の出力
値ＰＯ□と、第２クランク角度センサ５８の３０°ＣＡ
パルス信号の間隔より実測される機関回転数ＮＥとから
、燃料噴射開始時刻１．を現在の時刻ｔ０からの時間と
して算出する（第７図参照）。

ステップ１０６では噴射終了時刻ｔ０が、噴射開始時刻
１．に、ステップ１０２で算出される燃料噴射時間Ｔａ
ｕを加えたものとされる。ステップ１０８は時刻一致割
り込みルーチンの許可を示し、ステップ１１０では燃料
噴射開始時刻ｔ、が図示しない燃料噴射制御用コンベア
レジスタにセ・ノドされる。

第６図は時刻一致割り込みルーチンであり、コンベアレ
ジスタが現在時刻が燃料噴射開始時刻ｔ。

に一致したと判断すると実行開始される。ステップはコ
ンベアレジスタによる割り込み禁止を示し、ステップ１
１４で燃料噴射終了時刻ｔ、がコンベアレジスタにセン
トされる。従って、現在時刻が燃料噴射終了時刻ｔ、に
一致するとインジェクタ４２による燃料噴射は停止され
る。

第８図及び第９図は点火制御ルーチンを示す。

第８図のルーチンは第２クランク角度センサ５８からの
３０°ＣＡ毎のパルス信号の到来毎に実行されるクラン
ク角度割り込みルーチンのなかに位置していて、各気筒
の圧縮上死点手前の点火が行われるクランク角度より十
分手前の成るクランク角度を検出して実行される。この
クランク角度の検出は噴射演算と同様に行われる。ステ
ップ１２０では基本点火時期ＳＡ、が機関回転数ＮＢと
吸気側酸素センサ７０からの出力ＰＯ３より算出される
。ここに基本点火時期とは回転数を固定したとき内燃機
関に導入される新気量に対して最大トルクが得られる点
火時期（Ｍ　Ｂ　Ｔ）を圧縮上死点からの角度として表
したものである。新気量が同一で゛も機関回転数が変化
するとＭＢＴは変化するので、新気量と回転数とによっ
て、ＭＢＴを得るための点火時期がきまる。従来のＤ−
ＪシステムではＮＥ−ＰＭの組合せに対するＳ　Ａ　ｅ
のマツプが構成されていたが、この発明ではこの代わり
にＮＥ−ＰＯ□の組合せに対するＳ　Ａ　ｏのマツプを
採用するのである。メモリ５４ｂには機関回転数ＮＥと
吸気側酸素センサ７０の出力値ＰＯ！との各組合せに対
する基本点火時期Ｓ　Ａ　（ｌのデータのマツプが構成
されている。ＭＰＵ５４ａは、第２クランク角度センサ
５８の３０６ＣＡ信号の間隔から知られる現在の機関回
転数ＮＥと、吸気側酸素センサ７０の現在の出力値ＰＯ
□Ｏ値とにより周知の補間計算を実行し、これによって
基本点火時期ＳＡ、の算出を行うことになる。

ステップ１２２ではステップ１２０で算出された基本点
火時期ＳＡ６の補正が行われる。この補正は水温センサ
６４からの水温信号による遅角補正や、ノンキングによ
る遅角補正をいい、これらの補正により基本点火時期よ
り遅角側の補正進角値ＳＡが得られる。ステップ１２４
では点火信号の立ち上がり時刻ｔｉ　　／及び立ち下が
り時刻ｔ、′の算出が行われる。所期の点火エネルギを
得るため点火コイル３０ｂへの点火信号の継続時間（即
ちイグナイタ３０ａの通電時間Ｔ）は決まっており、そ
の通電時間が丁度完了したとき圧縮上死点からクランク
角度でＳＡだけ遅れるように１ｉ　／及び時刻ｔ、′が
算出される（第１０図参照）。

ステップ１２６では点火用時刻一致割り込みルーチンの
許可を示し、ステップ１２８では点火信号立ち上がり時
刻ｔ、Ｉが図示しない点火制御用コンベアレジスタにセ
ットされる。

点火制御用コンベアレジスタのセット時刻が一敗すると
、即ち時刻１．／が到来すると、点火、信号が立ち上が
る（第１０図（ハ））と共に、第９図のルーチンが実行
開始される。ステップ１３０では点火制御用コンベアレ
ジスタによる割り込み禁止を示し、ステップ１３２で点
火信号立ち下がり時刻ｔ、′がコンベアレジスタにセッ
トされる。

従って、現在時刻が２１に一致すると点火信号かたちさ
がり、この瞬間に点火栓電極に高電圧が発生し点火が行
われ、これが上死点から測ってＳＡの点火時期となって
いる。

実施例ではＥＧＲ装置を備えたものについてこの発明は
適用されるが、必ずしもＥＧＲ装置は備えなくてもよい
。ＥＧＲ装置を備えたものに適用する利点として、ＥＧ
Ｒ率に応じて燃料噴射量を補正する必要がなく、燃料噴
射制御が簡単になる利点がある。即ち、通常のＤ−Ｊシ
ステムにおいて燃料噴射量等は吸気管圧力と回転数のマ
ツプで決まる。ＥＧＲガスが入ると同一の吸気管圧力で
も新気量は減っているから燃料量はその分減少させる必
要がある。ところが、この発明ではＬ−Ｊシステムのエ
アーフローメータと同じように新気量そのものを検出し
ているので基本的に燃料噴射量の補正を行う必要はない
、厳密にいうと吸気側酸素センサ７０の計測値には、圧
力に対する非線型性があり、この影響を排除して精密な
空燃比制御を行うために燃料噴射量をＥＧＲ率に応じて
補正することもできる。ＥＧＲ率に応じて燃料噴射量を
補正するとしても、吸気管圧力が新気量の計測値に与え
る影響は小さいので、ＥＧＲ率による燃料補正が極めて
僅かで済む利点がある。第１１図は設定空燃比を得るた
めの燃料補正量βのＥＧＲ率に対する変化の実測特性で
あり、この発明により同−ＥＧＲ率に対する燃料補正量
を従来と比較して小さくすることができる。この場合に
おいて、吸気側酸素センサ７０の出力Ｖは次の実験式、
Ｖ＝ａＸＰ”　Ｘｂ　　　　　　　　−・・（２）によ
って近位している。ここにａ、ｂは定数である。そして
、ＥＧＲ率をＸとすると、ＥＧＲがセンサ値出力に与え
る影響は圧力センサによる従来の場合は、明らかに （１−ｘ）　　　　　　　　　　　　　・・・（３）と
なり、この発明の場合は （ａＸｐＯ・口　ｘｂ（１−ｘ））／ （ａＸ　（Ｐ　（１−ｘ））”　ｘｂ）−（１−Ｘ）　
−””　　　　　　　　　−・・（４１となり、従来（
（３）式）より小さくなることが分かる。

また、当然のことであるが、この発明によればＥＧＲ通
路やブローバイガス通路のデポジット等に原因する経時
的な流量変化があっても燃料噴射や点火時期等のエンジ
ン制御因子の制御性を新品時と同様に維持することが可
能である。

〔発明の効果〕

この発明によれば、吸気管の酸素分圧を検出することに
より新気量を直接検出して、燃料噴射や、点火時期等の
、機関に導入される新気により決定されるエンジン制御
因子を制御している。新気量を直接検出しているため、
従来の吸気管負圧によるＤ−Ｊシステムのように吸気管
圧力から新気量を検出するものと比較して、エンジン制
御の精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示す図。 第２図はこの発明の実施例の全体構成図。 第３図は新気量を計測するための吸気側酸素センサの断
面図。 第４図は第３図の酸素センサの酸素分圧に対する限界電
流特性図。 第５図及び第６図は燃料噴射ルーチンのフローチャート
図。 第７図は燃料噴射信号の形成の仕方を説明するタイミン
グ図。 第８図及び第９図は点火制御ルーチンのフローチャート
図。 第１０図は点火信号の形成の仕方を説明するタイミング
図。 第１１図はこの発明においてＥＧＲ率の変化が燃料補正
量に及ぼす影響の実測結果を従来との比較で示すグラフ
。 １８・・・燃焼室 ２０・・・点火栓 ３０・・・点火装置 ３１・・・吸気管 ３２・・・サージタンク ３４・・・スロットル弁 ３８・・・ターボチャージ中 ４２・・・燃料インジェクタ ４４・・・排気マニホルド ４６・・・ＥＧＲ弁 ５４・・・制御回路 ６４・・・水温センサ ６８・・・排気側酸素センサ ７０・・・吸気側酸素センサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 以下の各要素より構成される内燃機関の制御装置、 内燃機関のスロットル弁下流の吸入系に設置され、吸入
   されるガスの酸素分圧より新気量に応じた出力レベルを
   もった信号を発生する新気量検出手段、 前記新気量検出手段の出力に基づき得られる新気量より
   、内燃機関に導入される新気に応じて制御される機関制
   御因子の値を算出する機関制御因子値算出手段、 前記機関制御因子値算出手段により算出される機関制御
   因子値より内燃機関のその制御因子を制御する機関制御
   因子制御手段。