JPS63195362A - 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、ＥＧＲ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。

そこで、吸気管に所謂リーンセンサと同様な構造の酸素
センサを配置し、酸素分圧を知ることが本出願人により
提案されている。この場合、酸素分圧より新気量そのも
のを知ることができるが、酸素センサの出力は吸入空気
温度の変化により空気密度が変化し、これが出力値に影
響を及ぼし、これが空燃比制御精度に影響を与えること
が考えられる。この発明はこの問題点を解決するもので
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の下流の吸呑系ＩＡに設置さ
れ、内燃機関に導入される吸気の酸素分圧より新気量に
応じた出力レベルを持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、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、内燃機関に導入される吸入空気の温度に応じ
て補正する補正手段４と、補正手段４により補正された
後の前記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５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、例えば燃料供給量の値を算出する。補正手
段４は、燃料供給量を内燃機関に導入される吸入空気の
温度に応じて補正し、機関制御因子制御手段５は、内燃
機関の新気に応じて制御される因子が、補正手段４によ
り補正された値となるように内燃機関１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３８ａ１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、入カポ−）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。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７２０”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
０．センナであり、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Ｍ７６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Ｅ１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Ｏ！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）ｌｌは、 Ｉ　ｌｌ−（（４Ｆｘ　Ｓ　ＸＤＯｚ　Ｘ　Ｐ）／（Ｒ
ＸＴｘ　Ｉｔ））Ｘ　（ｉｎ（１／（Ｉ　　ＰＯｚ／　
Ｐ）））　　・・・（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 Ｔ；温度 ｌ：拡散抵抗層有効長 Ｐ：全圧 ＰＯ□：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、出力ポート５４ｄにセ
ットする。出力ポート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３０９Ｃ
Ａ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ＮＢと吸気側酸素センサ７０の出力
値Ｐ　Ｏｚ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４２０
開弁時間をいう。そして、回転数の変化により吸気効率
が変化するので、新気量と回転数との組合せによって燃
料噴射量が決まる。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
めるでいるのであるが、この代わりにこの発明では回転
数と吸気側酸素センサ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Ｎ
Ｅと酸素センサ７０の出力値ｐｏｔ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。

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ＮＥと、
第２酸素濃度センサ７０の現在の出力ＰＯ□Ｏ値とによ
り周知の補間計算を実行し、これによって基本燃料噴射
時間Ｔｐの算出を行うことになる。

ステップ１０１ではステップ１００で算出された基本燃
料噴射時間Ｔｐを吸入空気温度Ｔ　ＨＡにより補正する
ための補正係数ＦＴＨＡの算出が行われる。Ｌ−Ｊ型の
燃料噴射システムではエアーフローメータは吸入空気量
をその体積で検出している。

そのため、吸入空気温度が変化しその体積が変化した場
合の計測値を補正し正確な新気量を知るために補正が吸
入空気温度に応じた補正が必要である。この発明におけ
る吸入空気温度に応じた補正はＬ−Ｊ式燃料噴射システ
ムにおける吸入空気温度補正とは意味が若干相違する。

即ち、この発明では酸素センサ７０は酸素分圧を検出し
ているので、本来的には酸素センサ７０の計測値は吸入
空気温度の影響を受けない筈である。即ち、吸入空気温
度が変化してその密度が変化するとその分出力値が変化
し、燃料噴射量に自動的に反映する筈である。ところが
、実際は吸入空気温度が変化してもその分酸素センサ７
０の出力値は変化してくれない。この理由はなにかとい
うと色々な原因が考えられるが、次のことはいえる。即
ち、酸素センサ７０はその活性状態では電極近傍が７０
０℃Ｃ程度の温度になっていなければならない。一方、
大気の温度が少しぐらい変化しても、それは例えば１０
＠から３０″′といった程度の変化で、電極近傍の温度
に対する影響は少ない。従って、吸入空気温度が変化し
てもセンサ出力値ＰＯ□は吸入空気温度の変化はどには
変化しないのである。そのため、吸入空気温度の変化に
より実際に燃焼室にはいる新気量は変化しているのにそ
の変化に見合った量の燃料が噴射されないことになり、
空燃・比が制御目標からずれることになる。そこで、こ
の発明では吸入空気温度に応じた補正係数を設定し、こ
れを基本燃料噴射量Ｔｐに乗算することで吸入空気温度
に応じた補正を行うものである。第７図は補正係数ＦＴ
ＨＡの設定のグラフを示し、吸入空気温度ＴＨＡの増加
即ち、密度低下と共に値が小さくなる。ＭＰＵ５４ａは
温度センサ６０により実測される吸入空気温度ＴＨＡに
応じた補正係数ＦＴＨＡの算出を補間により行うことに
なる。尚、特開昭５７−６８５３３号ではＤ−Ｊシステ
ムにおいて吸入空気温度により燃料噴射量の補正を行う
ものを提案している。しかしながら、この補正は吸入空
気の密度変化による吸気管圧力の変化により燃料噴射量
が影響され、空燃比がずれるのを補償するものであり、
この発明とは違った問題に対するものである。

第５図に戻り、ステップ１０２では最終燃料噴射量Ｔ　
ａ　ｕの算出が Ｔａｕ＝ＴｐＸＦＴＨＡＸｃｒ＋β により行われる。ここにα、βはこの発明に直接関係し
ないため詳細説明を省略する他の補正係数、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’
ｒｐ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１０４では燃料噴射開始時刻ｔ、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、吸気側酸素センサ
７０の出力ＰＯ２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１．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ｔ１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１１４で燃料噴
射終了時刻ｔ０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ｔ０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。

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ＥＧ’Ｒ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。＃４＃；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ＳＡ０
が機関回転数ＮＥと吸気側酸素センサ７０からの出力Ｐ
Ｏ０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（ＭＢＴ）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ＳＡ、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ＳＡ、のマツ
プを採用するのである。ＳＡｏマツプより点火制御を行
うルーチン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、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、かつそのヰ★出値を吸入空気
温度により補正して、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
制御しているヵ新気量を直接正確に検出しているため、
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図は吸入空気温度（ＴＨＡ）と吸入空気温度補正係
数（ＦＴ！（Ａ）の関係線図。 第８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。 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 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 Ｅ、　　Ｅ２ 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図

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、内燃
   機関に導入される吸気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、 機関制御因子値算出手段が算出する機関制御因子値を、
   内燃機関に導入される吸入空気の温度に応じて補正する
   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。