JPS6357852A - 内燃機関制御装置 - 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】 発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関制御装置に関し、詳しくは吸入空気量
に基づいて定まるパラメータを用いて内燃機関の運転条
件、例えば点火時期、空燃比、過給圧等を制御する内燃
機関制御装置に関する。

［従来の技術］ 内燃機関にとって吸入空気量は基本的な制御恒であって
、内燃機関の制御装置では、例えば燃料噴射量の算定、
混合気の空燃比の推定あるいは点火時期の決定等を行な
うために、その吸入空気量を検出する手段を描えている
（例えば、特開昭５７−２８８６５号等）。内燃機関の
気筒内における燃焼に関与する吸入空気量を検出する最
も望ましい構成は、吸気管を流れる空気の質量流速を吸
気行程に亘って時間積分して、吸入空気量を質量として
１ｑるものである。こうした吸入空気量の検山手段とし
ては、吸気管内の流速の均一な部位に通電により自己発
熱する白金等の熱線やシリコン半導体を設け、吸入空気
による熱線等の冷却の度合により吸入空気量を質量とし
て検出するものが提案されており、これを用いた内燃機
関制御装置も検討されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、こうした内燃機関制御装置では、質量流
量として吸入空気量を計測する検出手段の構成が複雑化
・大型化してしまい、実用化が困難であるという問題が
あった。また、内燃機関制御装置がマイクコンピュータ
を用い、検出された微小区間での質量流量を吸気行程に
亘って積分する構成をとる場合には、マイクロコンピュ
ータはその計測に専有されてしまうという問題があった
。

更に、吸気行程に亘る積分によってようやく吸入空気量
が検出されるので、吸入空気量を用いた制御に直らに反
映することが困難な場合も考えられた。本発明は、こう
した問題を解決することを目的としてなされたものであ
る。

発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成すべく、本発明は問題点を解決するた
めの手段として次の構成をとった。即ら、第１図に例示
するように、 内燃機関Ｍ１の気筒に吸入される空気量に基づいて定ま
るパラメータを用いて、該内燃機関の運転条件を制御す
る運転条件制御手段Ｍ２を協えた内燃機関制御装置にお
いて、 前記気筒の吸気行程において、吸入空気の流速が略零の
時、吸気管圧力を検出する吸気管圧力検出手段Ｍ３と、 該検出された吸気管圧力に基づいて該気筒への吸入空気
量を求める吸入空気量演算手段Ｍ４とを備えることを′
ｖＩｍとする内燃機関制御装置の構成がそれである。

ここで、吸気管圧力検出手段Ｍ３とは、ある気筒の吸気
行程において、吸入空気の流速が略零の時の吸気管圧力
を検出するものであり、吸気系のサージタンク等に半導
体型あるいはストレインゲージタイプ等の圧力センサを
設け、吸入空気の流速がほぼ零となるタイミングで圧力
を検出する構成が考えられる。このようなタイミングは
、例えば流速センサの出力により判別してもよいし、吸
気行程終了時の近傍の所定クランク角度として予め定め
ておいてもよい。

吸入空気量演算手段Ｍ４とは、吸気管圧力検出手段Ｍ３
によって検出された吸気管圧力に基づいて、吸入空気量
を演算する手段であって、単に換粋表や換綽式を用いて
演算してもよいし、吸気温等により更に補正する構成と
してもよい。尚、吸入空気量演算手段Ｍ４は、算術論理
演算回路とし、　て構成してもよく、更に運転条件制御
手段Ｍ２と一体に構成してもよい。

運転条件制御手段Ｍ２は、上述した吸入空気量演算手段
Ｍ４によって求められた吸入空気量に基づいて定まるパ
ラメータ、例えば吸入空気ｍそのものや空燃比等あるい
は内燃機関の負荷等を用いて、内燃機関の運転条件を制
御するものである。

こうした制御の行なわれる運転条件としては、最終的に
燃焼に関与する混合気の空燃比０点火時期。

過給圧あるいは排気還流量等様々のものを考えることが
できる。

［作用］ 上記構成を有する本発明の内燃機関制御装置は、内燃機
関Ｍ１の所定気筒の吸気行程において吸入空気の流速が
略零の時の吸気管圧力を吸気管圧力検出手段Ｍ３によっ
て検出し、この吸気管圧力に基づいて吸入空気量演算手
段Ｍ４によって吸入空気量を求め、こうして求められた
吸入空気量に基づいて定まるパラメータを用いて、運転
条件制御手段Ｍ２により、内燃機関の運転条件を制り■
する。

［実施例］ 以上説明した本発明の構成を一層明らかにする為に、次
に本発明の好適な実施例としての内燃機関制御装置につ
いて説明する。第２図はこの内燃機関制御装置を内燃機
関と共に示す概略構成図である。

図示するように、この内燃機関１において吸入空気は、
エアクリーナ１ａから吸入され、運転者により操作され
る図示しないアクセルペダルに連動するスロットル弁２
により流用が制御され、サージタンク３．吸気管４を介
して吸気ポート５に導びかれる。吸気系にはスロットル
弁２をバイパスするバイパス通路６が設けられており、
このバイパス通路６の途中にはバイパス通路６を通過す
る空気量をモータにより駆動される図示しない弁体によ
って制御する空気制御弁６ａが設けられている。この空
気制御弁６ａは、通常、アイドル状態における内燃機関
１の吸入空気量を制御して所謂アイドルスピードコント
ロールを実行するのに用いられる。

一方、吸気管４には燃料噴射弁７が設けられており、こ
の燃料噴射弁７には図示しない燃料タンクから図示しな
い燃料配管を介して燃料が供給されている。この燃料配
管の途中には図示しないプレッシャレギュレータが設け
られているので、燃料圧力は一定−に保たれる。従って
、燃料噴射弁７に噴射パルスを与えてこれを開弁すると
、有効パルス幅ｔに正確に比例した苗の燃料が、吸気ポ
ート５に噴射される。吸気ポート５にて生成された混合
気は吸気弁８を介して内燃機関１の燃焼室９に導入され
、所定のタイミングで点火プラグ１０に形成される火花
によって点火される。燃焼室９はピストン１１により区
画されており、混合気の燃焼により生成された排気は排
気弁１２、排気管１３および三元触媒を有する触媒コン
バータ１３ａを介して大気に放出される。

また、この内燃は関１には、その運転状態を検出する各
種セン°りとして、吸気管圧力センサ１４゜吸気温セン
１ノー１５．スロットルセンサ１６．空燃比センサ１７
．水温センサ１８．クランク角セン＋Ｊ１９等が設けら
れている。吸気管圧力センサ１４は、半導体圧力センサ
の一種であってサージタンク３に設けられ、吸気管内の
圧力ｐｍを検出し、これに応じたアナログ信号を出力す
る。吸気温センサ１５は、エアクリーナ１内に設けられ
、吸気温Ｔａｍに応じたアナログ信号を出力する。スロ
ットルセンサ１６はスロットル弁２の回転軸に連結して
設けられており、スロットル弁２の開度ψに応じたアナ
ログ信号を出力する。このスロットルセンサ１６には、
アイドルスイッチ１６ａが内蔵されており、スロットル
弁２の仝閉−非全閉に対応して０Ｎ−ＯＦＦ信号を出力
する。空燃比センサ１７は排気管１３に取付けられてお
り、排気中の残存酸素濃度λに応じたアナログ信号を出
力する。水温センサ１８は内燃機関１のウォータジャケ
ットに取付けられ、機関冷却水温Ｔｈｗに応じたアナロ
グ信号を出力する。クランク角センサ１９は内燃機関１
のクランク軸に結合するディストリビュータ２０のシャ
フトに形成されたリングギアに対向して設けられており
、所定クランク角毎にパルス信号を出力する。尚、ディ
ストリビュータ２０は、周知のように、イグナイタ２２
によって所定のタイミングで生成された高電圧を、各気
筒の点火プラグ１０に分配する。

上述した各センサは、内燃機関１の燃料噴ｔＡｆｆｉを
制御する電子制御装置（以下ＦＣＵという）２５に接続
されている。Ｅ　ＣＵ　２５は、バッテリ２７から電力
の供給をうけて作動するが、上記各センサからの信号を
入力し、予め定められた手順に従って燃料噴射弁７を駆
動し、スロットル弁２の開度ψによって定まる吸入空気
量に応じた燃料を噴射する。

第３図は、このＥＣＵ２５の構成を示すブロック図でお
り、図示するように、ＥＣＵ２５は、周知のＣＰＵ４０
．ＲＯＭ４１．ＲＡＭ４２等を中心に粋術論理演算回路
として構成されている。ＣＰＵ４０等は、さらにディジ
タル入力ポート４３゜アナログ入力ポート４４．燃料噴
射弁駆動回路４５、空気制御弁駆動回路４６．イグナイ
タ駆動回路４７等の入出力ポートと、バス４９を介して
、相互に接続されている。

ディジタル入力ポート４３には、アイドルスイッチ１６
ａ、クランク角セン４ノ１９が接続されており、ＣＰＵ
４０は、この入力ポート４３を介して、スロットル弁２
の仝閉状態やクランク軸の回転角度、即ら内燃別間の回
転数Ｎを読み込むことができる。アナログ入力ポート４
４は、吸気管圧力センサ１４．吸気湿センサ１５．スロ
ットルセフサ１６．空燃比センサ１７．水温センザ１８
が接続されており、各センサの出力信号をアナログ・デ
ィジタル変換する機能を漸える。従って、ＣＰＵ４０は
、この入力ポート４４を介して、内燃機１３０１の吸気
管圧力Ｐｍ、吸気渦丁ａｍ、排気中の酸素濃度λ、冷却
水温ｌｈｗ、スロットル弁２゛の開度ψを、逐次読み込
むことができる。

燃料噴射弁駆動回路４５は、図示しないコンベアレジス
タとタイマとを備え、タイマが胴側する時刻が、コンベ
アレジスタに書き込まれた時刻になった時、燃料噴射弁
７を閉弁する機能を有する。

従って、ＣＰＵ４０により燃料噴射弁７を開弁する制御
信号を出力すると共に、閉弁時刻をコンベアレジスタに
書き込んでおけば、燃料噴射弁駆動回路４５はその時刻
に燃料噴射弁７を開弁することから、ＣＰｔＪ４０は閉
弁のタイミングを気にすることなく燃料噴射制御を行な
うことができる。

一方、空気制御弁駆動回路４６は、空気制御弁６ａのモ
ータを所定量だけ正逆転する機能を有する。

従ってＣＰＵ４０は、この回路４６を介して、空気制御
弁６ａのモータを必要量だけ回転し、アーイドル時のみ
ならず走行時においても、内燃機関１の吸入空気量を増
減することができる。イグナイタ駆動回路４７は、バッ
テリ２７の電圧をイグナイタ２２の図示しない昇圧トラ
ンスの１次コイルに断続するスイッチング素子（図示せ
ず〉を有し、イグナイタ２２の１次側回路を高速に入切
するものである。従って、ＣＰＵ４０は、この回路４７
のスイッチング素子をオン・オフすることによって、所
望のタイミングでイグナイタ２２の２次側回路に高電圧
を発生させることができ、ディストリビュータ２０を介
して印加されるこの高電圧によって各気筒の点火プラグ
１０に形成される火花により、内燃機関１の点火時期θ
を自由に進角・遅角制御することができる。

以上の構成を有する内燃機関制御装置において、ＥＣＵ
２５が行なう制御について次に説明する。

ＥＣｔＪ２５は、クランク角に応じたパルス信号が入力
される毎に、第４図に示す点火時期補正ルーチンを割込
により実行する。点火時期θは、第４図のルーチンとは
別個に行なわれる周知の点火時期算出ルーチンにおいて
、内燃機関１の負荷（Ｑ／Ｎ）２回転数Ｎ及び空燃比Ａ
／Ｆに基づいて基本点火時期θｂａｓｅ定められており
、この基本点火時期θｂａｓｅを第４図に示す点火時期
補正ルーチンによって補正することにより最終的に決定
される。

クランク角センサ１９から３０　［’　ＣＡ］毎に出力
されるパルス信号がディジタル入力ポート４３を介して
入力されると、まず現在のクランク角度が所定気筒の吸
気行程終了時の下死点であるか否かの判断を行なう（ス
テップ１００）。吸気行程終了時の下死点にあたる場合
だけステップ１１０以下の処理が行なわれるが、ステッ
プ１１０では気筒に吸入される空気ｆｆ１Ｑを求めるた
めに、アナログ入力ボート４４を介して吸気管圧力セン
サ１４より吸気管圧力Ｐｍを読み込む処理を行なう。

吸気行程における吸入空気流量Ｖ、吸入空気ｆｆｉ　Ｑ
。

吸気管圧力Ｐｍおよび気筒内圧力Ｐｉの関係をグラフに
した第５図に示すように、吸気行程終了間際の下死点の
近傍では、吸入空気の流速Ｖはほぼ零となり、吸気管圧
力Ｐｍ（第５図実線Ｍ）と気筒内の圧力Ｐｊ　（第５図
破線Ｉ）とはほぼ等しくなる。即ら、この時、吸気管圧
力Ｐｍを測定することによって気筒内圧力Ｐｉを知るこ
とができ、気筒内圧力Ｐｉが、吸気行程にある気筒での
空気の充填効率を最もよく反映していることから、吸入
空気ｆｆ１Ｑを最も正確に知ることができるのである。

そこで、ステップ１２０では、ステップ１１０で読み込
んだ吸気管圧力Ｐｍから、ＲＯＭ４１内に記憶されたマ
ツプ等を用いて、吸入空気量Ｑを算出する。

続くステップ１３０では、気筒に吸入される仝燃わｌ量
τを推定する処理を行なう。全燃料量τの推定は、前回
の吸入行程の完了後からこれまでの間に行なわれた燃料
噴射による燃料量の合計を求めることによってなされ、
具体的にＬ、燃料噴射パルスの有効噴射パルス幅ｔと燃
料噴射りとは比例することから、第６図に示すように、
同期噴射実行ｎ４の燃料噴射パルスの有効噴射パルス幅
ｔ１゜ｔ２や非同期噴射実行時の燃料噴射パルスの有効
噴射パルス幅ｔｘ等を加算すること（Σｔ）によって行
なわれる。推定された燃料噴射量τはＲＡＭ４２内の所
定の領域に格納される。

続くステップ１４０では、ステップ１３０で推定した全
燃料量τによってステップ１２０で算出した全吸入空気
ｆｆ１Ｑを除して（Ｑ／τ）、空燃比推定値Ａ／Ｆｏｂ
ｓを求める処理を行なう。この空燃比推定値Ａ／Ｆｏｂ
ｓは、吸気行程完了後に燃焼に関与する混合気の空燃比
として推定された値である。従って、この空燃比推定値
Ａ／Ｆｏｂｓに随れば、燃焼後の排ガス中の酸素濃度λ
の検出を俟つことなく、混合気の空燃比を知ることがで
きる。

そこで、続くステップ１５０では、この空燃比推定値Ａ
／Ｆｏｂｓの値に基づいて、点火時期補正値θｋを求め
る９８浬を行ない、更にステップ１６０では他の点火時
期算出ルーチンで求めた基本点火時期θｂａｓｅにこの
点火時期補正値θｋを加えて、点火時期θを最終的に求
める処理を行なう。

内燃機関の基本点火時期θｂａｓｅは、点火時期算出ル
ーチンにおいて、空燃比センサ１７によって検出された
内燃機関１の空燃比Ａ／Ｆ、内燃■関１の回転数Ｎ及び
内燃機関１の負荷から定められているが、その場合に用
いた空燃比Ａ／Ｆは、既に燃焼が行なわれた混合気の空
燃比に対応しているに過ぎない。一方、本ルーチンで推
定した空燃比Ａ／Ｆｏｂｓは、これから点火される混合
気の空燃比である。そこで、ステップ１５０では、雨空
燃比の偏差に基づいて補正値θｋを求め、点火時期θを
、気筒内に吸入された混合気の空燃比に一層適合したも
のとするのである。混合気への点火までには圧縮行程が
あることから、点火時期θを補正する時間的余裕は十分
に存在する。

上記の各処理（ステップ１００ないし１６０）の終了後
、ｒＲＴＮＪへ扱けて、本ルーチンは終了する。

以上説明した本実施例の内燃機関制御装置によれば、吸
気行程終了時下死点における吸気管圧力Ｐｍを用いて吸
入空気ＩＱを求めるので、吸入空気量Ｑを極めて精度よ
く求めることができ、燃焼前の混合気の空燃比を正確に
推定して（Ａ／ＦｏｂＳ）、この混合気に対する点火時
期を好適に制御することができる。従って、点火時期制
御によるノッキングコントロールや排気対策等を十分に
行なうことができる。また、本実施例においては、基本
点火時期θｂａｓｅと点火時期補正値θにとを別々のル
ーチンで求めて点火時期θを算出しているで、吸気行程
直後の点火時期θの決定に時間を要さず、点火までに圧
縮行程があることも相俟って、余裕のある点火時期制御
が可能となっている。

尚、本実施例では、吸入空気ｆｆ１Ｑ算出の基礎となる
吸気管圧力Ｐｍの検出を吸気行程終了時の下死点で行な
っているが、吸入空気の流速がほぼ零の状態は、下死点
俊吸気弁が閉じるまでの区間継続するので、下死点に限
定されるものではなく、この区間内でおれば、どのタイ
ミングで行なってもよい。また、複数回１ノンプリング
して平均値を求めて吸気管圧力Ｐｍとすることも外乱等
に対する対策として望ましい。

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は
こうした実施例に何等限定されるものではなく、例えば
、点火時期制御に替えて次に吸気行程を迎える気筒の吸
入空気りもしくは燃料噴射量の制御を行なう構成や、空
燃比Ａ／Ｆに替えて、吸気管圧力ｐｍを基づいて求めた
吸入空気ωＱと回転数Ｎとから内燃機関の負荷（Ｑ／Ｎ
）を求め、これをパラメータとする内燃機関の運転条件
の制御を行なう構成など、本発明の要旨を逸脱しない範
囲において種々なる態様で実施しえることは勿論である
。

発明の効果 以上詳述したように、本発明の内燃機関１１１Ｊ御装置
によれば、極めて簡易な構成によって、吸入空気量を正
確に検出することができ、この吸入空気量に基づいで定
まるパラメータ（例えば、吸入空気量、空燃比、負荷等
）を用いて、内燃機関の運転条件を好適に制御すること
ができるという乃れた効果を奏する。また、吸入空気量
の検出は、その気筒の吸気行程終了とほぼ同時になされ
るので、吸入空気量に基づいて定まるパラメータに応じ
た制御を極めて早い時点で行なうことができる。例えば
空燃比をパラメータのひとつとする点火時期制御であれ
ば、燃焼前に空燃比を推定することができ、混合気に対
し最適の点火時期で点火することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を例示するブロック図、第
２図は本発明一実施例としての内燃機関制御装置を内燃
機関の構成と共に示す概略溝成図、第３図は同じく電子
制御装置（ＥＣＵ）を中心に示すブロック図、第４図は
電子制御装置２５が実行する点火時期補正ルーチンを示
すフローチャート、第５図は吸入空気流速■、吸入空気
ｆｆ１Ｑ、圧力Ｐｍ　（Ｐ　ｉ　）等の関係を示すグラ
フ、第６図は全燃料噴ｔＡ最τを求める様子を示す説明
図、である。 １・・・内燃機関 ２・・・スロットル弁 ６ａ・・・空気制御弁 ７・・・燃料噴射弁 １０・・・点火プラグ １４・・・吸気管圧力センサ １５・・・吸気温センサ １６・・・スロットルセン１ノ １６ａ・・・アイドルスイッチ １７・・・空燃比センサ １８・・・水温センサ １９・・・クランク角センサ ２２・・・イグナイタ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内燃機関の気筒に吸入される空気量に基づいて定ま
   るパラメータを用いて、該内燃機関の運転条件を制御す
   る運転条件制御手段を備えた内燃機関制御装置において
   、 前記気筒の吸気行程において、吸入空気の流速が略零の
   時、吸気管圧力を検出する吸気管圧力検出手段と、 該検出された吸気管圧力に基づいて該気筒への吸入空気
   量を求める吸入空気量演算手段と を備えることを特徴とする内燃機関制御装置。 ２　吸気管圧力検出手段は、吸気行程終了時の近傍にお
   ける吸気管圧力を検出するよう構成された特許請求の範
   囲第１項記載の内燃機関制御装置。 ３　運転条件制御手段は、吸入空気量に基づいて推定さ
   れる混合気の空燃比、内燃機関の負荷及び内燃機関の回
   転数に基づいて点火時期を制御するよう構成された特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の内燃機関制御装置
   。