JPS63266153A - エンジンの制御装置 - 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、エンジンのシリンダに吸入される実空気量
または充填効率を算出することによシ。

エンジンの最適制御を行うエンジンの制御装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

第４図はエンジンの吸入空気量を検出するＡＦＳ（２２
！気ｆ１．ｉｉセン″ｙ″）を用いた燃料噴射装置の一
般的な構成を示す図であシ、図中の１はエアクリーナ、
２はホットワイヤ式ＡＦＳ、３はエンシンの吸入空気量
を制御するスロットル弁、４はサージタンク、５はイン
テーク（吸気）マニホールドである。また、６は図示し
ないカムによりｊＫ動される吸気弁、７はシリンダ（気
筒）を示す。

図では簡略化のため、エンジンの１気筒部分だけが示さ
れているが、実際には複数気筒で構成される。各気筒７
毎にインジェクタ８が取シ付けられておシ、このインジ
ェクタ８の燃料噴射量を各シリンダ７に吸入される空気
量に対して所定の空燃（Ａ／Ｆ）比となるように電子制
御ユニット９（以後、ＥＣＵ　と呼ぶ）で制御するよう
になっている。

このＥＣＵ９ａＡＦＳ２およびクランク角センサ１０、
始動スイッチ１１およびエンジンの冷却水温センサ１２
（ＺＪ出力信号に基づき燃料噴射量を決足し、かつクラ
ンク角センサ１０の信号に同期してインジェクタ８の燃
料噴射ノぞルスのパルスＩＩＩｋ制飢する。

なお、クランク角センサ１０はエンジンの回転に伴ない
、ＴＤＣ（上死点）で立ち下り、ＢＤＣＣ下死点）で立
ち上る方形？ＢＬ信号を発生する周知のものでよい。

第５図はＥＣＵ９の構成をさらに詳細に説明するための
ブロック図である。回転数検出部９ａでは、クランク角
センサ１０からの方形波信号のＴＤＣ間の周期を測定す
ることによシ回転数を求め、平均空気量検出部９ｂでは
ＡＦＳ２の出力信号：ｒクランク角センｖ１０の方形波
出力信号のＴＤＣ間で平均し、基本・ぞルス幅演算部９
Ｃでは平均空気量検出部９ｂの平均空気量出力を回転数
検出部９ａの回転数出力で除して基本・母ルス幅を求め
ている。

また、暖機補正部９ｄでは水温センサ１２の出力が示す
エンジンの水温に対した補正係数を決足し、基本・にル
ス幅演算部９Ｃで得られた基本・ぞルヌ幅に加算あるい
は乗算による補正が補正演算部９ｅで行なわれ、噴射パ
ルス幅が得られる。

一方、検出されたエンジンの冷却水温に依存した始動ノ
ぐルヌ幅が始動パルス幅演算部９ｆによシ得られる。そ
して、スイッチ９ｇが始動時を検出する始動スイッチ１
１の出力信号に応答して噴射パルス幅または始動ノイル
１幅のいずれかを選択する。

タイマ９ｈはクランク角センサ１０の出力信号における
ＴＤＣ立下シ時点のタイミングで上記の・９ルス幅をワ
ンショット動作させるタイマであり。

インソエクタ駆動回路９１によシインソエクタ８が駆動
される。

インゾェクタ８の基本噴射量は周知のごと〈エンジンの
１回転あたシの吸入空気量または充填効率に応じたもの
で、この基本演算過程を第６因で説明する。

第６図（ａ）に示すクランク角センサ１０からのクラン
ク角信号は、上述のごとく立ち下がり時はＴＤＣ％■ち
上がり時はＢＤＣ’！ｒ示し、ＴＤＣ間はクランク角で
１８０となる。

第６図（ｂ）は加速時の吸入空気量の変化を示し。

このうち実線曲線ＡはＡＦＳ２の出力信号に対応し、二
点＠線曲線ＢはＡＦＳ信号Ａ　１ｋＴＤＣ間で平均した
もので平均空気量検出部９ｂの出力信号に対応し、この
信号に基づき燃料噴射量を計算する。

破線曲線Ｃはインテークマニホールド５内の負圧信号を
示し、シリンダ７に実際に吸入さｎる空気量に近い値を
示す。

このように加速時のような過渡時はＡＦＳ２で計測した
空気量（曲線Ａ）は実際にシリンダ７に吸入される空気
ｉｔ（曲？ｆＭｃ）よフ過大になってしまうことがわか
る。

こｎはＡＦＳ２が計測する空気量が、シリンダ７に供給
する空気の他にスロットル弁３の下流の吸気進路（サー
ソタンク４およびインテークマニホールド５）内を充填
する仝気鼠も富むためである。

そして、これはクリップ７の容積に比しでプーソメンク
４の容積が大きい吸気レイアウトでは特に顯著となる。

このような問題点に対して従来性なわ扛ている対策を第
６図により説明する。

第６図（ｅ）〜第６図（ｆ）は４気筒エンジンで同時噴
射をしたときの噴射パルスを示し、それぞれ１気筒〜４
気筒の噴射ノ＃ルスであり、実線はエンジンが実際に吸
入した空気量に基づいたノＩルスを示し、破線はＡＦＳ
２が計測した空気量（曲線Ａ）に対して第６図（ｂ）の
一点鎖線りで示すようなスロットル全開時の空気量でク
リップした空気量に基づいたパルスを示しておシ、この
ような方法でＡｔ；’Ｓ２の計測空気量（曲線Ａ）から
直接求めた・セルス幅の過大量を押えていた。

他の対策例としては、特公昭６０−６００２５号公報に
示される方法がある。この方法は係数αを用いる方法で
あって、ＡＦＳ２が今回ｉ１°測した値にαを乗じ、既
に保持しているｔＪｉＴ回の値に（１−α）を乗じたも
のと平均化するものである。

この方法によれは、ＡＦＳ２の計測値にな捷しフィルタ
が適用されるので、過大な計測値が緩和される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来ＯＬ−ソエトロの燃料噴射制御は以上のようにＡＦ
Ｓが計測した空気量を回転数で除した値を基本噴射量と
して用いているため、加速時などの過渡状態においては
、エンジンの実シリンダ吸入空気量に見合った制御がで
きなかった。

すなわち、ＡＦＳ２の出力をシリンダする方法において
は、クリップ値そのものが過渡時におけるシリンダの真
の吸入璧気量よυ過大であシ、十分な対策となっていな
い。

また、特公昭６０−６００２５号公報の方法においては
、エンジンの株々の状態に普遍的に対応できない。伺故
なら真のフィルタの時定数はエンジンの回転数（ストロ
ーク）あるいはそのときの体積効率によって大きく変動
し、−律の係数αで普遍的に真のシリンダ吸入空気に算
出することができないからである。

この発明は、かかる問題点を解決するため罠なされたも
ので、普遍的にシリンダが吸入するを気量をｉＥ確に求
める仁とができるエンジンの制御装置を得ることを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るエンジンの制御装置は、シリンダに吸入
ぜれる空気量を知るためにＡＦＳの出力信号の他にエン
ジン回転周期、シリンダ容積とスロットル弁下流の吸気
ＪｔＸｉ路容積と圧縮比などのエンジンのｋａ元に基づ
き空気量を演ｊ象により求める手段を設けたものである
。

〔作　用〕

この発明においては、エンジンに固有のスロットル弁下
流通路容積、圧縮比およびシリンダ容積と、ＡＦ８出力
信号から得られた平均空気ｉ　％％よびクランク角セン
プからのエンジン回転周期とを系にＡ　ｔｒ”　ｓ出力
信号を補正し、求められた実シリング吸入空気ｉｎ−エ
ンジンの負荷をｋわす・９ラメータとじて用いている。

〔実施例〕

以下、この発明のエンジンの制御装置の実施例について
図面に基づき説明する。この発明にお・いても、第４図
の一般的な構成が用いられるが、この発１５１において
は、第１図のハードヮエア構成と第２図および第３図の
ソフト９エア構成を有する別の制御方式を採用したＥＣ
Ｕ９０（＋−用いた点が従来の場合と異なっている。

第１図において、ＥＣＵ９０内の９０１はクランク角セ
ンプ１０．始動スイッチ１１のディジタル入力のインタ
ーフェース回路、９０２はＡＦＳ２、水温センサ１２の
アナログ入力のづンターフェース回路％　９０３はマル
チプレクサであシ、このマルチプレクサ９０３を介して
アナログインターフェース回路９０２の出力はＡ／ＤＫ
換器９０４により逐次デイジタル値に変換される。

ＣＰＵ９０５はＲＯＭ９０５ａ、ＲＡＭ９０５ｂ、ｌイ
マ９０５Ｃおよびシリンダ９０５ｄ’に内蔵しておシ、
このＣＰＵ９０５は上記デイソタルインターフェース回
路９０１および！ＶＤＫ挾器９０４　力為ら入力される
信号に基づき、第２図および第３図に示す後述のプログ
ラム動作により燃料噴射ノゼルス幅ヲ８１算する。

駆動回路９０６は上記パルス幅でインジェクタを駆１ｉ
するインジェクタ駆動回路でおる。このインジェクタ駆
動回路９０６は第５図のインジェクタ駆動回路９１と同
じものでよい。

次にこの発明の実施例の動作を説明する前に、この発明
の動作原理について以下に説明する。

まず、ＴＤＣ間を１サイクルとしてｎサイクル目の事象
を扱うものとして次のように定義する。

ＴＤＣ間の周期　　　　　　　　　Ｔｉｎ）　　［８３
ＴＤＣ間０ＡＦＳ計測空気世 平均値　　　Ａ（ｎ）　　（シＳ〕 ＴＤＣ間のスロットル弁下流 ブースト平均値　　　Ｐ　［ｎ）　　［ａ　ｔｍ］ＴＤ
Ｃ間のシリンダに吸入さ れる仝気量　　　　　　Ｅ　（ｎ）　　口４〕ＴＤＣ間
のシリンダ入口Ｓ（インテークマニホールド）温度平均
値　　ｔｉｔｎｌ　　ｃ’ｋ〕ＴＤＣ間の排気温度平均
値　　　　ｔｒ４ｎｌ　［’ｋ〕ＴＤＣ間の排圧平均値
　　　　　　Ｐｒ　（ｎｌ　〔ａ　ｔｍ〕また、この場
合の定収として次のものが必要である。

スロットル弁上流通′に′？！！（サージタンクインテ
ークマニホールド）容Ｊ’ｊｉ　　　　Ｖｓ　　　ＣＬ
）１気筒シリンダ行程容槓　　　　　　Ｖｈ　　　（ｚ
）標準大気密度Ｃｌａｔｍ、　２９３°に、ｌｔ〕　ρ
ｏ　　Ｃ’／ｌ：）圧縮比　　　　　　に のような場合、ｎサイクル目にシリンダに吸入される空
気量Ｅｆｎｌは次のようになる。

ここで、ηＶは体積効率であり次式で示される。

次に、ｎサイクル目のスロットル升下流悪路谷槓Ｖ３げ
空気量の増分はＡＦ’Ｓ計測空気量平均値Ａ（ｎ）から
シリンダ吸入墾気量Ｅｆｎｌｋ差し引いたものであるか
ら、 （１１、＋２＋式からｐｉｎ）について解くと（ｎ−ｘ
　）サイクル目のとき（４）式は次式となる。

（４）　、　＋５１式を（３）式へ代入して整理すると
、空気量Ｅ　（ｎ）は次のようになる。

Ｔｌ）Ｃ間のサイクルでの温度変化率は仝気ｆｉｘ　Ａ
（ｎｌ　。

Ｐ（ｎ、）　、　Ｅ（ｎ）　、周期Ｔ　（ｎ）などに比
べ十分小さいので（６）式ではｔｌ　（ｎ−ｘ）キＩ（
ｎｌ　）　ｔｒ　（ｎ−ｉ）牛ｔｒ（ｎ）である。

１ｉ　（ｎｌ　＝　ｒ　・Ｅｎ−ｍ　・Ｔｎ−ｍなる関
係がある。

ｍの値は４気筒エンジンの場合ｍ＝４　．５気筒エンジ
ンの場合ｍ　＝　５の値が基準になることは自明である
。

また、γの１１Ｍは吸気されｌこ窒気が燃焼膨張する過
程で定まる値であり、さらには排気管を含めたエンジン
谷部の溝造の影４を受けるので、一般的には、実験によ
り求めるのが現実的な定数である。

したがって、この定数γはエンジンの負荷状態に対応し
て予め実験により求めた匝全記憶しておくのがよい。以
上の条件全加味すると（６）式は（７）式に近似できる
。

−Ｋ−ｒ　−（Ｅ（ｎ−ｍ）　・Ｔ（ｎ−ｍ）−Ｅ（ｎ
−ｍ−ｉ）　−Ｔ（ｎ−ｍ−ｘ）　）の諸元によって定
まる定数である。

したがって、シリンダに吸入される空気量Ｅ［ｎｌはこ
の定数■（とＡＦＳの計測する仝気量平均値Ａ（ｎ）と
エンジン回）吠周期Ｔｆｎｌとから’１４１・られるこ
とが（７）式によって示されている。

次に、シリンダ吸入窒気斌Ｅｔｎｌの代わりに充填効率
ＣＥ　ＶＣ７Ｕ目すると、これは式（８）で表わせるか
ら、これケ（７）式へ代入して（９）式を得る。

（９）式で表わ、される充填効率ＣＥＩ口）は（７）式
のような除算を含まないので、処理速度の点で好都合で
ある。ま友、この充填効率というパラメータはエンジン
負荷を表わすパラメータとしても使えるので、たとえば
燃料噴射装置では基本全燃比マツプ全回転数と充填効率
の２次元マツプとして用いることができる。

次に、この発明の動作を第２図および第３図に示し比フ
ローチャートにより説明する。

第２図はｌ　ｒｎｓ毎の割込処理ルーチンで、ステップ
５６０１でＡＰ’Ｓ２の出カーｉｇ号をインターフェー
ス回路９０２およびマルチプレク′Ｖ″９０３　を介し
てＡ／ｐ変換器９０４によりＡ／ｐ変換して電圧値Ｖｉ
を得る。

次に、ステップ５６０２で電圧値Ｖｉをかこ量Ｑｉに、
ＲＯＭ９０５ａにｈ己憶された変換ケーブルの索引によ
り求める。

ステップ５６０３では、１ｍｓ毎の流量値Ｑｉヲ積算し
てその結果’ｋＲＯＭ９０５ｂ内に「Ｓ」としてセーブ
するとともに、槓其回数全ＲＯＭ９０５ｂ内に「ｉ」と
してセーブする。

なお、ステップ５６０４および５６０５はＡｆ’Ｓ信号
以外のアナログ入力である冷却水温信号を４勺変換する
ステップである。

第３図はクランク角１ば号のＴＤＣ毎の割込処理ルーチ
ンであり、ステップ５７０１でＴｌ）０間の周期Ｔ　ｔ
ｎｌを計算する。ステップ５７０２では第２図のステッ
プ５６０３のｌ　ｍｓ割込処理ルーチンで積算した空気
量「ＳＪを積算回数Ｆｉ」で除してＴＤＣ間の平均空気
、ｔ　Ａ（ｎ）を求め、その後、これらの値Ｓ、ｉｋセ
ーブしているＲＡＭ９０５ｂ内にメモリをリセットする
。

次に、ステップ５７０３でキーオン後、がＴ定時間経過
したか否かを判定し、未経過時はステップ５７０４に進
み、シリンダ吸入空気ｆ　Ｅ［ｎ）ｆｊＩ：ＡＦＳ計測
空気ｉ　Ａ（ｎ）とすることによって初期化する。

ステップ５７０４で既に経過していると判断され友とき
は、ステップ５７０５に進み、実吸入空気量Ｅ（ｎ）ｋ
　Ａ（ｎ）　、　Ｅ（ｎ−ｉ）・、　Ｅ（ｎ−ｍ）　、
　Ｅ（ｎ−ｍ−１）　、　’ｌ’（ｎｌ　。

Ｔ（ｎ−ｚ）　＊　Ｔ（ｎ−ｍ）　、　Ｔ（ｎ−ｍ−ｘ
）　、　ｒ　、　Ｋから上記の（７）式にしたがって求
める。

ステップ８７０８で基本パルス幅演算τＢ　＝　Ｅ（ｒ
＋Ｊ・Ｔ　ｔｎｌ・ＫＦ　ｋ行なう。ただし、ＫＦはイ
ンジェクタ８の吐出量特性により決まる定数である。

次にステップ５７０９では、第５図の暖磯補正都９ｄと
同様にτ＝τＢ−Ｃ（Ｃは定数）として噴射パルス暢τ
を求める。

ステップ８７１０は同時噴射の場合で、ＴＤＣ割込２回
に１回の割合で全気筒に噴射するため、奇偶判定を行な
う。

ステップ５７１１では、パルス幅τをＣＰＵ９０５内の
タイマ９０５Ｃにセットする。

次に、ステップ５７１２では、今回のＥ（ｎ）およびＴ
（ｎ）を次回のＴＤＣの割込時のＥ（ｎ−ｉ）およびＴ
（ｎ−１）として、それぞれＲＡＭ　９０５　ｂ内にセ
ットする。

なお、ステップ８７０１．８７０２．５７０６〜５７０
９の動作は第５図の場合と同様である。

以上に述べ′ｆｃ、第３図の実施例では、エンジン負荷
のパラメータとしてシリンダ吸入空気量を扱ったが、動
作原理でも述べたごとく、吸入空気波の代わりに充填効
率に着目して、燃料噴射量を決定することもできる。

なお、上記実施例ではエンジンの諸元を表わす項目とし
て（７）式の通りシリンダ容積礪、スロットル弁下流通
路容積狗、圧縮比ε、定数γを示したが、より正確なモ
デルとして（６）式に示す通りインテークマニホールド
温度’１（ｎｌ　＊排気温度ｔｒｔｎ）を含めて考えて
もよい。

また、上記実施例では、ＴＩ）０間で処理を行なったが
、これは点火周期でも同様の効果がイ４）られる。

さらに、ＡＦＳとして実施例ではホットワイヤ式のもの
を用いたが、ベーン式、カルマン式などを用いても同様
の効果を奏する。

ま几、シングルポイントインジェクションのようにサー
ジタンクのない場合もスロットル弁下流の通路各棟がシ
リンダ容積に対し無視できないものでは同体の効果を奏
する。

さらに、上記実施例では、燃料噴射装置全例にとって説
明したが、点火制御（点火進角値をＥ（ｎｌとＴ（ｎｌ
との関数とした制御）、過給圧制御（Ｅ（ｎ）に基づい
た過給圧の最適化）などのエンジン制御にも適用できる
。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明し友とおり、シリンダに人際に吸入
される空気量、または充填効率全演算で求める為、加速
時等のエンジンの過渡時においても正確で最適な制御か
でさる効果がある。

また、低速高負荷運転領域において加速等の過渡状態を
呈してもクリップ動作することなく対処しているので、
過渡時においても正確な仝気量が得られ、最適なエンジ
ン制御ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のエンジンの制御＠Ｉ装置の一実施例
に用いられるＥＣＵのハードウェアブロック図、第２図
は第１図のＥＣＵ’＆動作させるプログラムのフローチ
ャート、第３図はこの発明全実行するためのＴｌ）Ｃ割
込ルーチンを示すプログラムのフローチャート、第４図
は従来およびこの発明のエンジンの制御装置が適用可能
なＡＦＳを用いｆｃ燃料噴射装置のハードウェア構成を
一部を断面して示す図、第５図は第４図に用いられる従
来のＥＣＵのハードウェアブロック図、第６図はインジ
ェクタの基本噴射斌演算全説明するための波形図である
１゜２・・・ＡＦＳ、　３・・・スロットル弁、４・・
・サージタンク、５・・・インテークマニホールド、７
・・・シリンダ、８・・・インジェクタ、１０・・・ク
ランク角センサ、１１・・・始動スイッチ、１２・・・
水温センサ、９０・・・ＥＣＵ。 ９０５・・・ＣＰＵ。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンの空気量を検出するセンサと、エンジンの回転
   周期Ｔ＿ｎを検出するセンサと、上記エンジンの回転周
   期で上記空気量をサンプリングし平均空気量Ａ＿ｎを求
   める手段と、上記平均空気量Ａ＿ｎとエンジン固有の定
   数とにより平均空気量Ａ＿ｎとエンジンの真の吸入空気
   量Ｅ＿ｎの前回の吸入空気量Ｅ＿ｎ＿−＿１と真の吸入
   空気量Ｅ＿ｎのｍ回前の吸入空気量Ｅ＿ｎ＿−＿ｍとこ
   の吸入空気量Ｅ＿ｎ＿−＿ｍの前回値とによつて真の吸
   入空気量Ｅ＿ｎを演算する手段とを備えてなることを特
   徴とするエンジンの制御装置。