JPS6345448A - 内燃機関の燃料噴射量および点火時期制御方法 - 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噴射量および点火時期制御方法
に係り、特に機関高負荷域の燃料噴射量および点火時期
を制御する内燃機関の燃料噴射量および点火時期制御方
法に関する。

［従来の技術］ 従来より、圧力センサで検出した吸気管絶対圧力（以下
吸気管圧力という）ＰＭｏと機関回転速度ＮＥとに基づ
いて燃料噴射量および点火時期を制御する内燃機関の燃
料噴射量および点火時期制御方法が知られている。この
制御方法において燃料噴射量を制御する場合には、吸気
管圧力ＰＭ０と機関回転速度ＮＥとに基づいて基本燃料
噴射時間ＴＰを演算し５．吸気温や機関冷却水温等でこ
の基本燃料噴射時間ＴＰを補正して燃料噴射時間ＴＡＵ
を求め、この燃料噴射時間ＴＡＵに相当する時間燃料噴
射弁を開弁することにより燃料噴射量が制御されている
。またこの制御方法で点火時期を制御する場合には、吸
気管圧力ＰＭｏと機関回転速度ＮＥとで基本点火進角０
８ＡｓＥを求め、この基本点火進角０日６５日を吸気温
や１１関冷却水温等で補正して実行点火進角θを求め、
所定時間前にイグナイタをオンして実行点火進角θに相
当するクランク角度となったときにイグナイタをオフす
ることにより点火時期が制御されている。

このように吸気管圧力と機関回転速度とで内燃機関を制
御する場合には、圧力センサで検出された圧力信号の脈
動成分を除去すると同時に過渡時の応答性を向上させる
ために２つのローパスフィルタを備えた信号処理回路を
介して圧力信号をマイクロコンピュータに入力し、入力
された信号に基づいてマイクロコンピュータで上記のよ
うに燃料噴射量および点火時期を制御している（特開昭
５９−２０１９３８号公報）、シかしながら、かかる信
号処理回路では２つのローパスフィルタを必要とするた
め構造が複雑になると共にコストが高くなるという問題
があった。

このため近時では、上記信号処理回路に代えて抵抗とコ
ンデンサとで構成された構造簡単な単一のＣＲフィルタ
を用いると共に、このＣＲフィルタの時定数を脈動成分
が除去できる程度の値として用いることが提案されてい
る。このように時定数を脈動成分が除去できる程度の値
とすることにより全運転領域で完全に機（５８脈動成分
を除去することはできないが、吸気管圧力の検出感度を
良好にして応答性を向上することができる。しかしなが
ら機関高負荷域の定常運転状態では機関回転速度が高く
なることからＣＲフィルタによって機関脈動成分を完全
に除去できなくなり入力信号が変動して燃料噴射量や点
火時期が変動するという問題が発生する。このため、入
力信号を以下の式に従って平均した平均値ＰＭを用いて
機関高負荷域の燃料噴射量および点火時期を制御するよ
うにしている。

ＰＭＬ＋ＰＭｂ−＋ ＰＭ＝□　・・・（１） ？ ただし、Ｐ　Ｍ　Ｌはマイクロコンピュータで今回Ａ／
Ｄ変換した入力信号のデジタル値、ＰＭＬ−＋はマイク
ロコンピュータで前回（１２ｍ５ｅｃ１ｉ７　）Ａ／Ｄ
変換したデジタル値である。

なお、本発明に関連する技術としては、特開昭６０−１
５６９４６号公報、特開昭６１−４３２３４５号公報に
記載されたものがある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記のように平均値ＰＭを用いる場合に
は、高負荷域の過渡時すなわち運転状態が中負荷域から
高負荷域に入った直後では、平均値ＰＭが実際の吸気管
圧力より過渡的に小さくなるため、燃料噴射量が要求量
よりも少なくなって空燃比がリーンになり排気エミッシ
ョンが悪化するという問題がある。また、上記のように
平均値ＰＭが実際の吸気管圧力よりも小さくなるため機
関高負荷域の過渡時において点火時期が進角しノッキン
グの発生の虞れが生ずるという問題がある。

本文明は上記問題点を解決すべく成されたちので、機関
高負荷域の過渡時の応答性を良好にした内燃機関の燃料
噴射量および点火時期制御方法を提供することを目的と
する。

［問題点を解決するための手段］　（その１）上記目的
を達成するために第１の発明は、吸気管圧力を電気信号
として検出すると共に機関脈動成分を除去できる程度の
時定数を備えたフィルタを介して前記電気信号を入力し
、機関高負荷域で機関高負荷時から所定時間経過するま
では入力信号に基づいて燃料噴射量および点火時期を制
御し、機関高負荷域で前記所定時間経過後は入力信号の
平均値に基づいて燃料噴射量および点火時期を制御する
ことを特徴とする。

［作　用］ 第１の発明によれば吸気管圧力が電気信号として検出さ
れ、この電気信号が機関脈動成分を除去できる程度の時
定数を備えたフィルタを介して入力されるため機関脈動
成分の大部分が除去される０機関高負荷域で機関高負荷
時から所定時間経過するまでの間、すなわち機関高負荷
域の過渡時には、上記入力信号に基づいて燃料噴射量お
よび点火時期が制御される。この入力信号は機１５８＠
動成分を完全に除去していないためある程度機関脈動成
分を含んでいるが吸気管圧力の実際の変化を忠実に示し
ている。このため、この入力信号によって燃料噴射量お
よび点火時期を制御することにより燃料噴射量および点
火時期は機関の要求値と略等しくなり、過渡時の応答性
を良好にすることができる。一方１機関高負荷域で前記
所定時間経過した後、すなわち機関高負荷域の定常運転
状態では、入力信号の平均値が求められ、この平均値に
基づいて燃料噴射量および点火時期が制御される。入力
信号を平均することにより機関脈動成分が完全に除去さ
れるためこの領域において機関脈動成分を原因とする燃
料噴射量の変動や点火時期の変動が発生するのが防止さ
れる。

［発明の効果］ 以上説明したように第１の発明によれば、高負荷域の過
渡時に入力信号を処理することなく用いて実際の吸気管
圧力に対応した要求値に内燃機関を制御しているため機
関高負荷域における過渡時の応答性を良好にすることが
できると共に１機関高負荷域の定常運転時には脈動成分
を原因とする燃料噴射量や点火時期の変動を防止するこ
とができる、という効果が得られる。

［問題点を解決するための手段］　（その２）上記目的
を達成するために第２の発明は、吸気管圧力を電気信号
として検出し、機関高負荷域で機関高負荷時から所定時
間経過するまでは重み付け係数を小さくした前記電気信
号の重み付き平均値に基づいて燃料噴射量および点火時
期を制御し、機関高負荷域で前記所定時間経過後は重み
付け係数を大きくした前記電気信号の重み付き平均値に
基づいて燃料噴射量および点火時期を制御することを特
徴とする。

［作用］ 第１の発明の電気信号の重み付き平均値は、次の（２）
式または　（３）式に示す一般式で表わすことができる
。

ただし、ＰＭ３は重み付き平均値、ＷＩは重み付け係数
、ＰＭｓＬは現在の電気信号の値、ＰＭｓＬ−＋は現在
より所定時間前の過去の電気信号の値である。

・・・（３） ただし、ＰＭＤ５Ｌは電気信号の現在の重み付き平均値
、Ｗ２は重み付け係数、Ｐ　Ｍ　Ｄ　３　Ｌ−＋は現在
より所定時間前の過去の重み付平均値である。

上記（２）式または　（３）式において重み付け係数Ｗ
１またはＷ２を小さくした重み付き平均値は、電気信号
に対して略追従し、吸気管圧力の実際の変化を忠実に示
すことになる。このため、この重み付け係数を小さくし
た重み付き平均値によって機関高負荷域で機関高負荷時
から所定時間経過するまでの燃料噴射量および点火時期
を制御することにより燃料噴射量および点火時期は機関
の要求値と略等しくなり、過渡時の応答性を良好にする
ことができる。一方、上記重み付け平均値Ｗ１またはＷ
２を上記の場合よりも大きくすることにより、電気信号
の中に含まれている機関脈動成分を完全に除去すること
ができ、この重み付け係数を大きくした重み付き平均値
によって上記所定時間経過後の燃料噴射量および点火時
期を制御することによって機関脈動成分を原因とする燃
料噴射量の変動や点火時期の変動を防止することができ
る。

［発明の効果］ 以上説明したように第２の発明によれば、フィルタを用
いることなく圧力センナから出力される電気信号の重み
付き平均値によって燃料噴射量および点火時期を制御し
ているため、更に構造を簡単にして機関高負荷時におけ
る過渡時の応答性を良好にすることができると共に、機
関高負荷域の定常運転時には脈動成分を原因とする燃料
噴射量や点火時期の変動を防止することができる、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俺な内燃機関（エンジン）を示
すもので、エアクリーナ（図示せず）の下流側には、ス
ロットル弁８が配とされ、このスロットル弁８にスロッ
トル弁全閉状態（アイドル位置）でオンするアイドルス
イッチ１０が取付けられ、スロットル弁８の下流側にサ
ージタンク１２が設けられている。このサージタンク１
２には、時定数が３〜５　ｍ５ｅｃ程度のＣＲフィルタ
７（第３図）に接続された半導体ひずみ抵抗式の圧力セ
ンサ６が取付けられている。また、スロットル弁８を迂
回しかつスロットル弁北流側とスロットル弁下流側のサ
ージタンク１２とを連通ずるようにバイパス路１４が設
けられている。このバイパス路１４には４極の固定子を
備えたパルスモータ１６Ａによって開度が：Ａ１１１さ
れるアイドルスピードコントロール（ＩＳＯ）バルブ１
６Ｂが取付けられている。サージタンク１２は、インテ
ークマニホールド１８及び吸気ボート２２を介してエン
ジン本体２０の燃焼室に連通されている。そして、この
インテークマニホールド１８の分岐管には、インテーク
マニホールド内に突出するよう各気筒毎に、又は気筒グ
ループ毎に燃料噴射弁２４が取付けられている。

エンジン本体２０の燃焼室は、排気ボート２６及びエキ
ゾーストマニホールド２８を介して三元触媒を充填した
触媒装置（図示せず）に連通されている。このエキゾー
ストマニホールド２８には、理論空燃比に対応する排ガ
ス中の残留酸素濃度を境に反転した空燃比信号を出力す
る０２センサ３０が取付けられている。エンジンブロッ
ク３２には、このエンジンブロック３２を貫通してウォ
ータジャケット内に突出するよう冷却水温センサ３４が
取付けられている。この冷却水温センサ３４は、エンジ
ン冷却水温を検出して水温信号を出力する。

エンジン本体２０のシリンダヘッド３６を貫通して燃焼
室内に突出するように各気筒毎に点火プラグ３８が取付
けられている。この点火プラグ３８は、ディストリビュ
ータ４０及びイグナイタ４２を介して、マイクロコンピ
ュータ等で構成された電子制御回路４４に接続されてい
る。このディストリビュータ４０内には、ディストリビ
ュータシャフトに固定されたシグナルロータとディスト
リビュータハウジングに固定されたピックアップとで各
々構成された気筒判別センサ４６及び回転角センサ４８
が取付けられている。６気筒エンジンの場合、気筒判別
センサ４６は例えば７２０’ＣＡ（クランク軸角度）毎
に気筒判別信号を出力し、回転角センサ４８は例えば３
０’ＣＡ毎にエンジン回転数信号を出力する。

電子制御回路４４は第３図に示すように、中央処理袋２
７　（ＭＰＵ）　６０　、リードφオンリ・メモリ（Ｒ
ＯＭ）６２．ランダムｅアクセス会メモリ（ＲＡＭ）６
４．バックアップラム（ＢＵ−ＲＡＭ）６６、入出カポ
−トロ８．入力ポードア０゜出カポ−）７２，７４．７
６及びこれらを接続するデータバスやコン）Ｏ−ルバス
等のバス７８を含んで構成されている。入出カポ−トロ
８には、アナログ−ディジダル（Ａ／Ｄ）変換器７８．
マルチプレクサ８０及びバッファ８２．８４を介して抵
抗ＲとコンデンＣとで構成されたＣＲフィルタ７、圧力
センサ６及び冷却水温センサ３４が接続されている。Ｍ
ＰＵ６０は、マルチプレクサ８０およびＡ／Ｄ変換器７
８を所定時間毎に制御して、ＣＲフィルタ７を介して入
力される圧力センサ６から出力される電気信号および水
温センサ３４出力を順次ディジタル信号に変換してＲＡ
Ｍ６４に記憶させる。圧力センサから出力されるデジタ
ル変換周期は１例えば、１２１ｓｅｃである。入力ポー
ドア０には、コンパレータ８８及びバッファ８６を介し
てｏ２センサ３０が接続されると共に波形整形回路９０
を介して気筒判別センサ４６及び回転角センサ４８が接
続され、またアイドルスイッチ１０が接続されている。

出力ポードア２は駆動回路９２を介してイグナイタ４２
に接続され、出力ポードア４は駆動回路９４を介して燃
料噴射弁２４に接続され、そして出力ポードア６は駆動
回路９６を介してＩＳＯバルブのパルスモータ１６Ａに
接続されている。なお、９８はクロック、９９はタイマ
である。上記ＲＯＭ６２には、以下で説明する制御ルー
チンのプログラム等が予め記憶されている。

次に上記エンジンに本発明を適用した実施例の制御ルー
チンについて説明する。なお、以下の実施例では本発明
に支障のない数値を用いて説明するが、本発明の適用範
囲はこれらの数値に限定されるものではなく内燃機関に
応じて最適な数値が選択される。

第１図は１本実施例の圧力センサからＣＲフィルタを介
して入力される電気信号のＡ／Ｄ変換（例えば、１２ｍ
５ｅｃ毎に変換される）が終了する度に割込まれるＡ／
Ｄ変換割込みルーチンを示すもので、ステップ１１０に
おいて今回Ａ／Ｄ変換が終了された吸気管圧力のデジタ
ル値Ｐ　Ｍ　＆を取込み、ステップ１１２においてデジ
タル値Ｐ　Ｍ　Ｌが所定値（例えば、５５０１１１＋１
Ｈｇ）以上か否かを判断することにより機関高負荷域か
否かを判断する０機関高負荷域と判断されたときには、
ステップ１１４においてレジスタＤにデジタル値Ｐ　Ｍ
　ｔを記憶し、ステップ１１６でデジタル値Ｐ　Ｍ　ｔ
が所定値（例えば、５５０ｍ■Ｈｇ）以上になってから
の時間を表わすカウント値ＣＰＭＡＹが８以上か否かを
判断する。カウント値ＣＰＭＡＹが８以上のときはステ
ップ１１８で前回Ａ／ＤＶＬ換されてＲＡＭに記憶され
ているデジタル値Ｐ　Ｍ　Ｌ−＋をレジスタＤに記憶し
てステップ１２０に進み、カウント値ＣＰＭＡＹが８未
満のときはそのままステラ：／１２０に進む、ステップ
１２０ではレジスタＤに記憶されている値に今回のデジ
タル値Ｐ　Ｍ　Ｌを加算し、ステップ１２２でレジスタ
Ｄに記ｔａされている値を２で除した値を平均値ＰＭと
する。

一方、ステップ１１２で機関高負荷域でないと判断され
たときはステップ１３８でカウント値ＣＰＭＡＹをクリ
アし、ステップ１４０で今回のデジタル値Ｐ　Ｍ　Ｌを
平均値ＰＭとする。

以上のように制御する結果、カウント値ＣＰＭＡＹは、
デジタル値Ｐ　Ｍ　Ｌが所定値未満で常にクリアされて
いるためデジタル値Ｐ　Ｍ　Ｌが所定値具」二になった
時点からの経過時間をカウントすることになる。このた
めデジタル値Ｐ　Ｍ　Ｌが所定値になった時点から所定
時間経過するまですなわち機関高負荷域で機関高負荷時
から所定時間経過するまでは平均値ＰＭが今回のデジタ
ル値Ｐ　Ｍ　Ｌと等しくなり、デジタル値ＰＭ＆が所定
値以上となって上記所定時間を経過した後は、平均値Ｐ
Ｍは上記（１）式で示した値と等しくなる。このように
処理したときの平均値ＰＭの変化を第５図に示す。

次のステップ１２４では機関回転速度ＮＥを取込み、ス
テップ１２６で平均値ＰＭと機関回転速度ＮＥとに基づ
いて従来と同様に基本燃料噴射時間ＴＰを演算する。そ
して、次のステップ１２８で以下の（４）式に基づいて
吸気管圧力の重み付き平均値Ｐ　Ｍ　Ｄ　Ｌを演算する
。

ただし、Ｎは重み付け係数、ｐＭＤＬ−＋は前回演算し
た重み付き平均値である。

次のステップ１３０では次の　（５）式に基づいて加減
速増減量補正係数ＦＴＣを演算する。

ＦＴＣ４−ＰＭ−ＰＭＤ番　・・・（５）次のステップ
１３２では次の（６）式に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵ
を演算する。

ＴＡＵ　４−ＴＰ　（ＦＡＦ＋ＦＴＣ）−Ｋ・・・　（
６）ただし、ＦＡＦは０２センサ出力から得られる空燃
比をフィードバック制御するための補正係数、Ｋは吸気
温や機関冷却水温等に応じた増量係数である。

ステップ１３４では平均値ＰＭと機関回転速度ＮＥとに
基づいて基本点火進角θＢＡ３Ｅを演算し、次のステッ
プ１３６でこの基本点火進角０ｅｐＳεを補正して実行
点火進角θを演算する。

そして、上記のように燃料噴射時間ＴＡＵと実行点火進
角θを演算した後図示しない燃料噴射時間御ルーチンと
点火時期制御ルーチンにおいて燃料噴射量を制御すると
共に点火時期を制御する。

第４図は、本実施例の３２１Ｉｓｅｃ毎に実行される割
込みルーチンを示すもので、ステップ１００においてカ
ラントイ直ＣＰＭＡＹがインクリメントされ、ステップ
１０２においてカウント値ＣＰＭＡＹが８（０，２５６
ｓｅｃに対応する）以上か否かが判断され、カウント（
ａ　ＣＰ　Ｍ　Ａ　Ｙが８以りであればカウンタのオー
バーフローを防止するためにステップ１０４においてカ
ウント値ＣＰＭＡＹを８にセットする。

ここで、加減速増減量補正係数ＦＴＣについて平均値Ｐ
Ｍとして上記（１）式の値を用いた比較例と本実施例と
を比較して説明する。比較例では、機関高負荷域の全域
について入力信号の平均値ＰＭ（北記　（１）式の値）
を用いて加減速増減量補正係数ＦＴＣを演算しているた
め、第６図に示すように今回のデジタル値Ｐ　Ｍ　Ｌと
前回のデジタル値Ｐ　Ｍ　Ｌ−＋どの偏差をΔＰＭ（＝
　ＰＭレーＰＭｃ−＋）とすると、現在の吸気管圧力は
今回のデジタル値に等しいため、比較例では現在の吸気
管圧力に対してΔＰＭ／２小さし）値を用いて上記（５
）式に従って加減速増減量補正係数ＦＴＣが以下の　（
７）式に示すように演算されることになる。ただし、重
みに関する係数Ｎを４とした。

従って、機関高負荷域の全域について入力信号を平均す
る場合には３ΔＰＭ／８だけ加減速増減量補正係数ＦＴ
Ｃが要求値より小さくなる。これに対して本実施例では
平均値ＰＭとして現在のデジタル値Ｐ　Ｍ　ｂの値をそ
のまま用いているため実際の吸気管圧力に対するデジタ
ル値の変化分はなく上記（７）式の３ΔＰＭ／８に相当
する量が存在しない、従って、機関負荷が所定値以上の
高負荷になって所定時間経過するまでは加減速増減量補
正係数は要求値と等しくなり応答性が向トされる。

また、機関高負荷域の上記所定時間の間は実際の吸気管
圧力に対応するデジタル（（ｉ　Ｐ　Ｍ　Ｌを用いて点
火時期が制御されるため高負荷域の点火時期が軽負荷域
の点火時期より遅角側に制御されることになり、これに
よりノッキングの発生も防止される。

なお、上記では　（１）式に示すようにデジタル値を相
加平均して平均値ＰＭを求める例について説明したが、
以下の式に示すように刊み付けを行なって平均［ＰＭを
求めるようにしてもよい。

この場合には機関高負荷域の上記所定時間内ではｎ＝１
にされる。

（ｎ　−１）ＰＭＬ−、＋　ＰＭＬ ＰＭ＝□　・・・　（８） ただし、ｎは重み付け係数である。

また、上記では圧力センサ出力をＣＲフィルタを介して
信号処理した例について説明したが、ＣＲフィルタを省
略して上記（２）、（３）式に基づいて重み付き平均値
を演算して燃料噴射量および点火時期を制御するように
していもよい、上記（２）式を用いる場合には、機関高
負荷域で機関高負荷時から所定時間経過するまで重み付
け係数Ｗ、が小さく（例えば、ｗ１＝ｉ）され、所定時
間経過後に大きくされる。また、上記（３）式を用いる
場合にも上記の所定時間経過するまでは重み付け係数Ｗ
２が小さくされ、所定時間経過後に大きくされる（ただ
し、ｗ、、＜Ｎ）。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るＡ／Ｉ）変換終了割込
みルーチンを示す流れ図、第２ｒＡは本発明が適用可能
な制御装置を備えた内燃機関の概略図、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３２　ｍ
５ｅｃ毎に割込まれるルーチンを示す流れ図、第５図は
平均値ＰＭの変化を示す線図、第６図はデジタル値の偏
差ΔＰＭを示す線図である。 ６・・・圧力センサ。 ７・・・ＣＲフィルタ、 ３８・・・点火プラグ、 ４２・・・イグナイタ、 ４４・・・制御回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気管圧力を電気信号として検出すると共に機関
   脈動成分を除去できる程度の時定数を備えたフィルタを
   介して前記電気信号を入力し、機関高負荷域で機関高負
   荷時から所定時間経過するまでは入力信号に基づいて燃
   料噴射量および点火時期を制御し、機関高負荷域で前記
   所定時間経過後は入力信号の平均値に基づいて燃料噴射
   量および点火時期を制御する内燃機関の燃料噴射量およ
   び点火時期制御方法。
2. （２）吸気管圧力を電気信号として検出し、機関高負荷
   域で機関高負荷時から所定時間経過するまでは重み付け
   係数を小さくした前記電気信号の重み付き平均値に基づ
   いて燃料噴射量および点火時期を制御し、機関高負荷域
   で前記所定時間経過後は重み付け係数を大きくした前記
   電気信号の重み付き平均値に基づいて燃料噴射量および
   点火時期を制御する内燃機関の燃料噴射量および点火時
   期制御方法。