JPS63195360A - 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？ＩＩ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
噴射システムで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
小さい利点がある。

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）やブローバ
イガスの導入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５８−２７８１９号では、排気管に設置され
る酸素センサによる空燃比フィードバック制御における
制御量の基準値からのずれに応じて補正係数を算出し、
燃料噴射量の補正を行っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来技術では燃料噴射量の補正を排気側のセンサによっ
て行っているため、遅れ等の要因により迅速な空燃比補
正ができない。また、排気側のセンサによる補正はアイ
ドル時や定常時といった特定な運転時しかできないので
、十分な補正ができない恐れがある。

〔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下流の吸入系ＩＡに設置さ
れ、吸気管圧力に応じた信号を発生する吸気管圧力検出
手段２と、前記吸気管圧力検出手段２の出力に基づき内
燃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、機関に導入される全ガス中の新気の分圧に応じた
信号を発生する手段４と、機関制御因子値算出手段３が
算出する機関制御因子値を酸素分圧に応じて補正する補
正手段５と、補正手段５により補正された後の機関制御
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６とから構成される。

〔実施例〕

第２図において、ＩＯ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・　エータ、３０は点火装置（イグナ
イタ３０ａ及び点火コイル３０ｂよりなる）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
、ターボチャージャ３８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４４６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ポート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４
９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。

尚、ＥＧＲ装置は図示タイプでなくてもかまわない。

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−ト５４ｃと
、出力ボート５４ｄ１これらの各要素を接続するバス５
４ｅ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。吸気管圧力センサ
５５はサージタンク３２に設置され、スロットル弁３４
の下流の吸気管圧力ＰＭを検出する。クランク角度セン
サ５６．５８がディストリビュータ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７２０６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上のマグネッ
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０！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
導入される全ガスの内の酸素の分圧を検出し、後述のよ
うにＥＧＲガスやブローバイガスによる吸気管圧力セン
サの検出値への影響を除去し、純粋に新気量のみ検出で
きるようにするものである。吸気側酸素センサ７０は所
謂り一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′
ｆｉｉ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７８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Ｅ２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。

陽掻としての内側電極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）ｒａは、 １１　＝（（４Ｆｘ　Ｓ　ｘＤＯｚｘ　Ｐ）バＲｘｒｘ
ｆ））Ｘ（Ｉｎ（１／（１ｐｏｔ／ｐ）））　　ｌ　＃
　＃　（１）ここに、Ｆ：ファラデ一定数 Ｓ：電極面積 Ｄ０２：ガス拡散定数 ′Ｒ：気体定数 Ｔ：温度 １：拡散抵抗層有効長 Ｐ＝全全 圧Ｏ８：酸素分圧 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。

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、出カポ−）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の部分
をフローチャートによって説明する。第５図は燃料噴射
ルーチンを示し、このルーチンは、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７２
０＠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３６°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ＮＥ
と吸気管圧力ＰＭ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。新気量は吸気管圧力ＰＭに対応
しているので、吸気管圧力により燃料噴射量が一意的に
決まるのである。メモリ５４ｂには機関回転数Ｎ！と吸
気管圧力ＰＭ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。ＭＰＵ５４ａは、第２クランク角度センサ５８の
３０”ＣＡ信号の間隔から知られる現在の機関回転数Ｎ
Ｅと、吸気管圧力ＰＭの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１０１では吸気管圧力ＰＭと回転数ＮＥとから
酸素分圧ＰＯ，の目標値の算出が行われる。ＶＢ関に新
気のみが導入され、ＥＧＲガスが入っていない状態では
吸気管圧力ＰＭと回転数ＮＢとが決まると酸素分圧はき
まる。メモリには吸気管圧力と回転数との多数の組合せ
に対するＰＯ□の値が格納されてあり、補間演算により
現在実測される吸気管圧力ＰＭと機関回転数ＮＥとの組
合せに対応する分圧ｐｏｔの値が算出される。

ステップ１０２では分圧のマツプ値Ｐ０８と酸素センサ
７０により実測される現在の分圧値ＰＯ□。との差ΔＰ
０３が算出される。この値は機関に現在導入されている
新気以外のＥＧＲガスやブローバイガスの量に相当する
。ステップ１０３ではΔＰＯ□より燃料噴射量の補正係
数ＦＰＯ，が算出される。この補正係数ＦＰＯ□は、新
気以外のガス量に応じて、燃料噴射量を補正して、これ
らの影響に関わらす空燃比を設定値に維持するためのも
のである。ΔＰＯ□とＰＰ０ｚとの関係は第７図のよう
であり、その関係はメモリにマツプとして格納され、補
間演算によって現在の酸素分圧に応じた補正係数ＦＰＯ
オの算出が行われることになる。

ステップ１０４では最終燃料噴射量７’ａｕが次の式、 Ｔａｕ＝ＴｐＸＦＰＯ，Ｘα＋β によって算出される。ここにＦＰＯｇを乗算することに
よりＥＧＲ等の影響が排除されることになる。

α、βはこの発明と直接関係しないため詳細説明を省略
する補正係数、補正量であり、吸気酸素センサ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
算処理を示している。

ステップ１０５では燃料噴射開始時刻１１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ＮＥと、吸気管圧力ＰＭ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。ＭＰＵ５
４ａは吸気管圧力センサ５５の出力ＰＭ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ｔ
１を現在の時刻ｔ、からの時間として算出する（第８図
参照）。

ステップ１０６では噴射終了時刻ｔ、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１０Ｂ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
レジスタにセットされる。

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ッ
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。

以上は燃料噴射へのこの発明の詳細な説明したが、点火
時期制御にもこの発明は応用することができる。即ち、
基本点火時期ＳＡｏが機関回転数ＮＥと吸気管圧力ＰＭ
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ＥＧＲにより
変化すると吸気管圧力は同一でもＭＢＴが違ってくるが
、酸素分圧ＰＯ□に応じて点火時期を修正することで最
適点火時期を得ることができる。点火制御の方法は当業
者には明らかであるから説明を省略する。

〔発明の効果〕

この発明によれば、Ｄ−Ｊシステムにおいて、吸気管に
酸素分圧を検出するためのセンサを設け、その出力値に
よって燃料噴射量や、点火時期等の、新気量によって制
御される機関因子を補正することで、新気以外のガスの
影響に関わらず正確なエンジン制御を行うことができる
。

【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図は吸気管の酸素分圧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図の酸素センサの全圧に対する酸素分圧の
特性、及び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図は酸素分圧と燃料噴射量補正係数との関係グラフ
。 第８図は燃料噴射作動のタイミングを説明する図。 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・・・ターボチャージャ ４２・・・燃料インジェクタ ４４・・・排気マニホルド ４８・・・ＥＧＲ弁 ５４・・・制御回路 ５５・・・吸気管圧力センサ ６４・・・水温センサ ６６・・・吸入空気温度センサ ６８・・・排気側酸素センサ ７０・・・吸気側酸素センサ 第１＠ Ｅ、　　Ｅ２ 第３図 第４図 吸気ＴＤＣ吸気ＢＤＣ イ）クランク位置 第８目

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、吸気
   管圧力に応じた信号を発生する吸気管圧力検出手段、 前記吸気管圧力検出手段の出力に基づき内燃機関制御因
   子の値を算出する機関制御因子値算出手段、 機関に導入される全ガス中の酸素の分圧に応じた信号を
   発生する手段、 機関制御因子値算出手段が算出する機関制御因子値を酸
   素分圧に応じて補正する補正手段と、補正手段により補
   正された後の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。