JPS63263242A - 内燃機関の燃料増量制御装置 - 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燃料増量制御装置に係り、特に基本
点火進角に対して点火時期を遅角制御したとき燃料噴射
量を増量する遅角増量と機関の過熱を防止するために燃
料噴射量を増量する過熱防止増量とを行なう内燃機関の
燃料増量制御装置に関する。

〔従来の技術］ 従来より、機関負荷（吸入空気量、吸気管絶対圧力また
は機関１回転当りの吸入空気量）と機関回転速度とに基
づいて基本点火進角を演算し、この基本点火進角を吸気
温や機関冷却水温等で補正して点火時期が制御される内
燃機関が知られている。この内燃機関においては、機関
負荷と機関回転速度とに基づいて基本燃料噴射時間を演
算し、この、基本燃料−噴射時間を吸気温や機関冷却水
温等で補正して補、正された時間燃料噴射弁を開弁する
ことにより燃料噴射量の制御が行なわれている。

かかる内燃機関においては、点火時期を制御することに
よってノッキングの発生を防止することが行なわれてお
り、各気筒点火後の所定クランク角度範囲（例えば、ｌ
ＯｏＣＡ　　ＡＴＤＣ〜５０＠ＣＡ　　ＡＴＤＣ）にお
ける機関振動のピーク値ａと、ノッキングによらない機
関振動のレベルすなわちバックグラウンドレベルｂに定
数ｋを乗算して求めた判定レベルｋｂと、を比較してノ
ッキングが発生したか否かを判定するようにしている。

上記ピーク値ａは機関振動を電気信号に変換する圧電素
子や磁歪素子等で構成されたノッキングセンサをシリン
ダブロック”に取付け、ノッキング固有の周波数帯域（
６〜８ｋｋ）の信号が通過可能なバンドパスフィルタを
介して電気信号をピークホールド回路に入力し、所定ク
ランク角度範囲におけるピーク値をホールドすることに
より得られる。また、判定レベルｋｂはノッキングによ
らない機関振動に対応する電気信号を積分回路によって
積分した値（バックグラウンドレベル）に定数ｋを乗算
することにより求められる。そして、ノッキングが発生
したと判断されたときはノッキングの発生が判定される
毎に点火時期を所定量遅角し所定点火回数の間ノッキン
グが発生しないと判断されたときには点火時期を進角し
て、ノッキングが発生しない最大進角（ノッキング限界
）に点火時期を制御するようにしている。このように点
火時期を遅角したときには、排気温が上昇するため遅角
量に応じて燃料噴射量を増量する遅角増量が行なわれて
いる。

一方、機関高負荷時または機関高回転かつ機関高負荷時
には、機関本体または排ガスを浄化するための触媒装置
が過熱して損傷しやすい状態になるため、上記の燃料噴
射量に対して燃料を増量噴射することにより気化熱によ
って燃焼時に発生する発熱を吸収して過熱を防止する過
熱増量（ＯＴｐ重量）が行なわれている。

上記のように遅角増量またはＯＴＰ増量を行なう内燃機
関においては、特に機関高負荷時においてはノッキング
が発生し易くかつ機関が過熱し易いため遅角増量とＯＴ
Ｐ増量とを同時に行なうようにしている（トヨタ技術公
開集、昭和６０年１１月２９日発行、発行番号０３７Ｂ
）。

゛〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上記のように遅角増量とＯＴＰ増量とを
同時に行なう場合には、燃料の増量分が多くなって、空
燃比が出力空燃比以上にリッチになり、運転状態が失火
域に入って失火が発生する、という問題がある。

本発明は上記問題点を解決す゛べく成されたもので、遅
角増量とＯＴＰ増量とを同時に行なう場合においても失
火が発生しないようにした内燃機関の燃料増量制御装置
を提供することを目的とする。

なお、本発明に関連する技術としては、特開昭６０−３
６７５０号公報記載の技術がある。

（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は、機関負荷と機関回
転速度とで定まる基本点火進角に基づいて点火時期が制
御されると共に機関負荷と機関回転速度とに基づいて燃
料噴射量が制御される内燃機関の燃料噴射量を増量制御
する内燃機関の燃料増量制御装置において、前記基本点
火進角に対して点火時期が遅角制御されたときに燃料噴
射量を増量する遅角増量と機関の過熱を防止するために
燃料噴射量を増量する過熱防止増量とを行なう燃料増量
手段と、前記遅角増量と前記過熱防止増量との和で表わ
される総増量値が所定値を越えないように制限する制限
手段と、を設けたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明によれば、機関負荷と機関回転速度とで定まる基
本点火進角に基づいて点火時期が制御されると共に機関
負荷と機関回転速度とに基づいて燃料噴射量が制御され
る。そして、基本点火進角に対して点火時期を遅角制御
したときには、燃料増量手段によって遅角増量が実行さ
れる。また、機関高負荷時等のように機関の過熱状態が
発生しやすい運転域では、過熱を防止するための過熱防
止増量が実行される。一方、制限手段は、遅角増量と過
熱増量との和で表わされ１総増量値が所定値を越えない
ように制限する。この結果、燃料噴射量の増量過多が防
止され、これによって運転域が失火域に入ることが防止
され、失火の発生が防止される。なお、制限手段による
総増量値の制限は、遅角増量が所定値以上にならないよ
うに制限し、または０ＴＩｌｆｉｌが所定値以上になら
ないように制限し、ま′たは過熱防止増量と遅角増量と
の和が所定値以上にならないように制限することによっ
て制限することができる。

（発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、燃料噴射量の増量
値が所定値を越えないように制限しているため、運転状
態が失火域に入ることがなく、これによって失火の発生
が防止される、という効果が得られる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第２図は本発明が適用可能な、点火時期制御装置と燃料
噴射量制御装置とを備えた６気筒火花点火内燃機関（エ
ンジン）の概略を示すものである。エアクリーナ８の下
流側にはエアフロメータ１０が配置されている。このエ
アフロメータエ０は、ダンピングチャンバ内に回動可能
に配置されたコンペンセーションプレートとコンペンセ
ーションプレートに固定されたメジャリングプレートと
メジャリングプレートの開度変化から吸入空気量を検出
するポテンショメータとから構成された可動ベーン式セ
ンサが採用されている。なお、エアフロメータとしては
、カルマン渦流量センサや熱線式ｍｆｆｔセンサ等を採
用することもできる。

エアフロメータ１０は、吸気通路１４及びインテークマ
ニホールド１８を介してエンジン本体２゜（Ｄ吸気；Ｈ
−）２２に連通されている。インテーク７　二ｆ、　−
ｔＬｔド１８の上流側にはスロットル弁２４が配置され
、このスロットル弁２４にはスロットル弁の開度を検出
するポテンショメータ式のスロットル開度センサ２４Ａ
が取付けられており、またインテークマニホールド１８
には各気筒毎に突出するように燃料噴射弁２６が配置さ
れている。

吸気ボート２２は吸気バルブ２ＯＡを介してエンジン本
体２０内に形成された燃焼室２８に連通されている。こ
の燃焼室２８は、排気バルブ２０Ｂ、排気ポート３０．
エキゾーストマニホールド３２を介して排ガスを浄化す
る触媒装置３３を備えた排気通路３４に連通されている
。このエキゾーストマニホールド３２には、排ガス中の
残留酸素濃度を検出して理論空燃比に対応する濃度を境
に反転する空燃比信号を出力する０８センサ１６が取付
けられている。

エンジン本体２０のシリンダブロックには、圧電素子や
磁歪素子等で構成されたノッキングセンサ３６が取付け
られている。また、エンジン本体２０には、シリンダブ
ロックを貫通してウォータジャケット内に突出するよう
に冷却水温センサ３８が取付けられている。エンジン本
体２０の燃焼室２８内に突出するように各気筒毎に点火
プラグ４０が取付けられており、この点火プラグ４０は
ディストリビュータ４２及び点火コイルを備えたイグナ
イタ４４を介してマイクロコンピュータを含んで構成さ
れた制御回路４５に接続されている。そして、エンジン
本体２０には、カムシャフト４８に固定されたシグナル
ロータ（図示せず）とロッカカバーに固定されたピック
アップ４７とで構成されたクランク角センサ４６が取付
けられている。このクランク角センサ４６は、例えば、
３０°ＣＡ毎にクランク角信号を出力する。

マイクロコンピュータを含んで構成された制御回路４５
は第３図に示すように、ランダムアクセスメモリ　（Ｒ
ＡＭ）５Ｂ、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）６０、マイ
クロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）６２、第１の入
出カポ−トロ４、第２の入出カポ−トロ６、第１の出力
ポートロ８、第２の出力ポードア０及びこれらを接続す
るデータバスやコントロールバス等のバス７２を備えて
いる。第１の入出カポ−トロ４はアナログ−デジタル（
Ａ／Ｄ）変換器７４、マルチプレクサ７６及ヒハツフア
７８Ａ、７８Ｂを各々介してエアフロメータ１０及び冷
却水温センサ３８に接続されている。また、第１の入出
カポ−トロ４は、Ａ／Ｄ変換器７４及びマルチプレクサ
７６に制御信号を供給するように接続されている。上記
第２の入出カポ−トロ６は、波形整形回路８ｏを介して
クランク角センサ４６に接続されると共に、入力回路８
２を介してノッキングセンサ３６に接続され、コンパレ
ータ８４を介して０．センサ５ｏに接続され、また図示
しないバッファを介してスロットル開度センサ２４Ａに
接続されている。

上記入力回路８２は、第４図に示すように、一端がノッ
キングセンサ３６に接続されたノックゲート回路８２Ａ
５バンドパスフイルタ（図示せず）およびピークホール
ド回路８２Ｂからなる直列回路と、この直列回路に対し
て並列に接続さ　、れた積分回路８２Ｅと、直列回路及
び積分回路８２已に接続されたマルチプレクサ８２Ｃと
、マルチプレクサ８２Ｃに接続されたＡ／Ｄ変換器８２
Ｄとから構成されている。そして、ノックゲート回路８
２Ａ、マルチプレクサ８２Ｃ及びＡ／Ｄ変換器８２Ｄは
、第２の入出カポ−トロ６からの制御信号によって制御
されるように接続されている。

上記第１の出力ポートロ８は駆動回路８６を介してイグ
ナイタ４４に接続され、第２の出力ポードア０は駆動回
路８８を介して燃料噴射弁２６に接続されている。なお
、９０はクロック、９２はタイマである。上記ＲＯＭ６
０には、以下で説明する制御ルーチンのプログラム、第
９図に示すオーバヒート補正遅角量のマツプ及び第１０
図に示すＯＴＰ増量係数のマツプ等が予め記憶されてい
る。

次に、上記制御ルーチンを説明しながら本発明の実施例
の作用を詳細に説明する。以下では説明を節単にするた
めに本発明に支障のない数値を用いて説明するが、本発
明はこれらの数値に限定されるものではない。

第５図は本実施例の所定クランク角毎に実行される割込
みルーチンを示すもので、ステップ１０６において、ク
ランク角信号に基づいて現在のピストン位置が上死点（
ＴＤＣ）か否かを判断する。

ＴＤＣのときはステップ１１４においてマルチプレクサ
８２Ｃを制御してノッキングセンサ３６出力を積分回路
８２Ｅ及びマルチプレクサ８２Ｃを介してＡ／Ｄ変換器
８２Ｄに入力し、積分回路８２Ｅ出力すなわちバックグ
ラウンドレベルｂのＡ／Ｄ変換を開始する。これにより
、ノッキングによらない機関振動のレベルすなわちバッ
クグラウンドレベルｂのデジタル値が求められ、Ａ／Ｄ
変換終了時にこのデジタル値がＲＡＭの所定エリアに記
憶される。一方、ステップ１０６でＴＤＣでないと判断
されたときは、ステップ１０８において現在のピストン
位置が１５”ｃＡ　　ＡＴＤＣか否かを判断し、ステッ
プ１０Ｂの判断が肯定のときはステップ１１０において
第２の入出カポ−トロ６からノックゲート回路８２Ａに
制御信号を出力してノックゲート回路８２Ａをオープン
し、ノッキングセンサ３６からノックゲート回路８２Ａ
１ピークホールド回路８２Ｂ１マルチプレクサ８２Ｃを
介してノッキングセンサ３６出力をＡ／Ｄ変換器８２Ｄ
に入力させる６次のステップ１１２では現在時刻と予め
定められている所定クランク角度範囲に対応する時間と
からノックゲート回路８２Ａをクローズする時刻ｔ　（
９０”　ＣＡ　　ＡＴＤＣに対応する）を算出してコン
ベアレジスタにセットする。

第６図はステップｌ゛１２にセットされた時刻ｔになっ
たときに割込まれる時刻一致割込ルーチンを示すもので
、現在時刻がコンベアレジスタにセットされた時刻と一
致するとステップ１１６において第２の入出カポ−トロ
６からＡ／Ｄ変換Ｈ８２Ｄに制御信号を出力してピーク
ホールド回路８２Ｂ出力のＡ／Ｄ変換を開始してメイン
ルーチンにリターンする。

第７図は積分回路８２Ｅ出力のＡ／Ｄ変換が終了したと
きのＡ／Ｄ変換器８２ＤからのＡ／Ｄ変換終了信号によ
って割込まれる割込ルーチンを示すもので、ステップ１
１ＢにおいてＡ／Ｄ値をピーク値ａとしてＲＡＭの所定
エリアに記憶し、ステップ１２０において第２の入出カ
ポ−トロ６からノックゲート回路８２Ａに制御信号を出
力してノックゲート回路８２Ａをクローズする。

第８図は、９０＠ＣＡ　　ＢＴＤＣ毎（１２０゜ＣＡ毎
）に実行される点火進角演算ルーチンを示すもので、ス
テップ１２４においてエンジン回転速度Ｎ及び負荷Ｑ／
Ｎを取込み、エンジン回転速度Ｎと負荷Ｑ／Ｎとから基
本点火進角θ１Ａｓｆを求める０次のステップ１２６で
は、負荷Ｑ／Ｎが所定値（０，８（ｆｆｉ　／、、ｖ）
　）を超えているが否かを判断することによりノッキン
グ制御領域か否かを判断する。負荷Ｑ’／Ｎが所定値以
下のとき、すなわちノッキング制御ａ域でないときは、
軽負荷であることからノッキングが発生しないためステ
ップ１２８でノッキングに関する補正遅角量θ、の値を
Ｏとしてステップ１４０へ進む。一方、ステップ１２６
で負荷Ｑ／Ｎが所定値を超えていると判断されたとき、
すなわちノッキング制御領域と判断されたときは、ステ
ップ１３０においてステップ１１６でＡ／Ｄ変換されて
ＲＡＭに記憶されているバックグラウンドレベルｂとス
テップ１１８でＲＡＭに記憶したピーク値ａとを取込み
、ステップ１３２においてバックグラウンドレベルｂに
定数ｋを乗算した積を判定レベルとしてこの判定レベル
とピーク値ａとを比較することによりノッキングが発生
したか否かを判断する。ピーク値ａが判定レベルに−ｂ
を超えているとき、すなわちノッキングが発生したと判
断されたときはステップ１３４においてノッキングに関
する補正遅角量θ、をｌ＠ｃＡ大きくする。一方、ステ
ップ１３２でピーク値ａが判定レベルに−ｂ以下と判断
されたときすなわちノッキングが発生していないと判断
されたときは、ステップ１３６において１００点火経過
したか否かを判断する。１００点火経過したと判断され
たときすなわち所定点火回数の間ノッキングが発生して
いないと判断されたときは、ノッキング限界より遅角側
で点火時期が制御されていると判断してステップ１３８
で補正遅角量θ１を１°ＣＡ小さくした後ステップ１４
０へ進む、一方、ステップ１３６で所定点火回数経過し
ていないと判断されたときはそのままステップ１４０に
進む。

ステップ１４０では、エンジン冷却水ｍＴＨＷを取込み
、次のステップ１４２において第９図に示すマツプから
現在のエンジン冷却水温ＴＨＷに対応するオーバヒート
補正遅角量θ１．。７を演算する。そして、次のステッ
プ１４４において以下の式に従って実行点火進角θを演
算し、図示しない点火時期制御ルーチンにおいて実行点
火進角θより所定時間前にイグナイタをオンし実行点火
進角θになった時点でイグナイタをオフすることにより
点火が実行される。

θ＝θ□、Ｅ−（θ、十〇□。Ｔ）・・・（１）以上の
ように点火時期を制御する結果、ノッキングが発生しな
い最大進角付近で点火時期が制御されると共Ｇト、エン
ジン冷却水温が高くオーバヒートが予測される運転域で
は点火時期が遅角されてノッキングを回避しエンジン耐
久性を向上している。

第１図は上記実施例のメインルーチンを示すもので、ス
テップ１５０においてエンジン回転速度Ｎ、吸入空気Ｎ
Ｑ、ノッキングに関する補正遅角量θ、及びオーバヒー
ト補正遅角量θ工。Ｔを取込み、ステップ１５２におい
てエンジン回転速度Ｎと吸入空気量Ｑとから基本燃料噴
射時間ＴＰ（＝Ｋ　−Ｑ／Ｎ、ただしＫは定数である）
を演算する。

次のステップ１５４では、ノッキングに関する補正遅角
量θ、とオーバヒート補正遅角量θ工。Ｔとに基づいて
以下の式に従って遅角増量係数を演算する。

遅角増量係数＝ａ（θ、十〇□。、）・・・（２）ただ
し、ａは定数である。

次のステップ１５６では、第１０図に示すＯＴＰ増量係
数を示すマツプから現在のエンジン負荷Ｑ／Ｎに対応す
るＯＴＰ増量係数を演算する。このＯＴＰ増量係数は、
一般的にはエンジン負荷Ｑ／Ｎが高くなるに従って大き
くなるように定められている。なお、ＯＴＰ増量係数を
エンジン回転速度Ｎとエンジン負荷Ｑ／Ｎとで定め、エ
ンジン回転速度Ｎ及びエンジン負荷Ｑ／Ｎが大きくなる
に従って大きくなるように定めるようにしてもよく、車
速か太き（なるに従って大きくなるように定めてもよい
。

次のステップ１５Ｂでは、ＯＴＰ増量係数が０．４５以
上（空燃比で１０．０以下）か否かを判断することによ
り遅角増量を行なった場合に失火余裕がなくなるか否か
を判断する。ステップ１５８でＯＴＰ増量係数が０．４
５以上と判断され　−たときには、ステップ１６０にお
いて遅角増量係数を０とした後ステップ１６２に進む、
一方、スチップ１５８でｏＴＰｉＩＩ量係数が０．４５
未満と判断されたときには、遅角増量を行なっても失火
余裕が充分にあると判断してそのままステップ１６２へ
進む、ステップ１６２では、遅角増量係数とＯＴＰ増量
係数とを加算して総増量係数Ｆｋを求め、次のステップ
１６４において基本燃料噴射時間ＴＰに総増量係数Ｆｋ
及び吸気温やエンジン冷却水温で定まる補正係数Ｃを乗
算して燃料噴射時間ＴＡＵを演算する。そして、図示し
ない燃料噴射制御ルーチンにおいて燃料噴射タイミング
になったときに燃料噴射時間ＴＡＵに相当する時間燃料
噴射弁を開弁して燃料噴射を実行する。

以上のように制御する結果、ＯＴＰ増量係数が所定量以
上となり遅角増量を行なうと失火余裕がなくなる運転域
では、遅角増量が減少″されて総増量値が所定値を越え
ないように制限され、これによって失火の発生が防止さ
れる。なお、ＯＴＰ増量係数を基準として遅角増量を減
少させるのは高負荷域ではＯＴＰ増量係数が常に実行さ
れているのに対し遅角増量はノッキングの発生に伴って
変化するためである。

次に本発明の第２の実施例を説明する。第２の実施例は
、遅角増量係数とＯＴＰ増量係数との和で表わされる総
増量係数が所定値以上にならないようにして失火の発生
を防止するようにしたものである。第１１図は、第２の
実施例のメインルーチンを示すもので、第１図と対応す
る部分には同一符号を付して説明を省略する。ステップ
１５４とステップ１５６とで遅角増量係数とｏ　’ｒ　
ｐ増量係数を演算した後、ステップ１６６において遅角
増量係数とＯＴＰ増量係数とを加算することにより総増
量係数Ｆｋを演算する０次のステップ１６日では、総増
量係数Ｆｋが０．５以上になったか否かを判断すること
により、失火域の限界付近で運転されているか否かを判
断する。総増量係数Ｆｋが０．５以上のときは、失火域
の限界付近で運転されていると判断してステップ１７０
において総増量係数Ｆｋを０．５とした後ステップ１７
２へ進む、一方、総増量係数Ｆｋが０．５未満のときは
失火の発生する虞れのない領域で運転していると判断し
てステップ１７２へ進む。

なお、上記ではエンジン回転速度と吸入空気量とで基本
燃料噴射時間を演算するエンジンについて説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、エンジン回転
速度と吸気管圧力とで基本燃料噴射時間を演算するエン
ジンにも適用することができる。またＯＴＰ増量係数は
スロットル開度が所定開度（例えば、５０＠）以上のと
き実行するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のメインルーチンを示す
流れ図、第２図は本発明が適用可能なエンジンの概略図
、第３図は第２図の制御回路の詳細を示すブロック図、
第４図は第３図の入力回路の詳細を示すブロック図、第
５図は所定クランク角毎に実行される割込みルーチンを
示す流れ図、第６図は時刻一致割込みルーチンを示す流
れ図、５シ 第７図はＡ／Ｄ変換終了時に割込まれる割込みルーチン
示す流れ図、第８図は点火進角演算ルーチンを示す流れ
図、第９図はオーバヒート補正遅角量のマツプを示す線
図、第１０図はＯＴＰ増量係数のマツプを示す線図、第
１１図は本発明の第２の実施例のメインルーチンを示す
流れ図である。 ２６・・・燃料噴射弁、 ３６・・・ノッキングセンサ、 ４６・・・クランク角センサ、 ４５・・・制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）機関負荷と機関回転速度とで定まる基本点火進角
   に基づいて点火時期が制御されると共に機関負荷と機関
   回転速度とに基づいて燃料噴射量が制御される内燃機関
   の燃料噴射量を増量制御する内燃機関の燃料増量制御装
   置において、前記基本点火進角に対して点火時期が遅角
   制御されたときに燃料噴射量を増量する遅角増量と機関
   の過熱を防止するために燃料噴射量を増量する過熱防止
   増量とを行なう燃料増量手段と、前記遅角増量と前記過
   熱防止増量との和で表わされる総増量値が所定値を越え
   ないように制限する制限手段と、を設けたことを特徴と
   する内燃機関の燃料増量制御装置。