JP2006342702A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バイパス通路の空気による空燃比の狂いを防止すると共に、テスト工数および制御の負荷を低減する内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】吸気通路１３内のスロットルバルブ７の開度に対応した空気量を求めるスロットル空気量変換手段２２と、ＩＳＣバルブ１０の開度に対応したバイパス通路９の空気量を求めるバイパス空気量変換手段２４と、スロットル空気量とバイパス空気量とを加算して内燃機関１への吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段２５と、前記スロットル空気量から吸入空気量に対応するスロットル開度を仮想スロットル開度として設定する仮想スロットル開度設定手段２６と、仮想スロットル開度に対応して燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段２７とを具備する。仮想スロットル開度の設定により、バイパス通路９の空気量を考慮した燃料噴射量マップ等を用いることなく空燃比の適正化を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に係り、特に、スロットルバルブを迂回するバイパス通路の空気量を制御バルブで制御する内燃機関における内燃機関の燃料噴射装置に関する。

従来から、現在のスロットル開度およびエンジン回転数をパラメータとして、これに対応する燃料噴射量を、事前のテストで決定された燃料噴射量マップから取り出し、常に最適な空燃比で内燃機関を運転制御しようとする構成が知られている。しかしながら、特にアイドリング時の吸気量制御を、スロットルバルブの回動動作ではなく、スロットルバルブを迂回するバイパス通路および該バイパス通路上のアイドル・スピード・コントロール・バルブ（以下、ＩＳＣバルブと示す）で行う構成においては、ＩＳＣバルブでバイパス通路の断面積を変化させて吸気量を変えると、前記燃料噴射量マップが想定している吸気量と実際の吸気量とに差異が生じるので、特にスロットルバルブの低開度域での空燃比が狂ってしまうという課題があった。具体的には、燃料噴射量マップの想定値より実際の吸入空気量が多くなって、スロットルバルブの低開度域で混合気が薄くなってしまうことがあった。

特許文献１には、前記ＩＳＣバルブの開度に応じた燃料噴射量の補正量を事前のテストで決定された関数から求め、これを燃料噴射量マップによる基本燃料噴射量に加算することで、スロットルバルブの低開度域にも適切な空燃比を保てるようにした技術が開示されている。
特開平１−１３４０４５号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、基本の燃料噴射量マップとは別に、ＩＳＣバルブの開度に応じた燃料噴射量の補正量もテストで決定する必要があるので、事前のテスト工数が増大してしまうという課題があった。また、制御に必要なデータの処理数が増えるので、制御フローの複雑化やＥＣＵの負荷増大を招くという課題があった。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、バイパス通路の空気による空燃比の狂いを防止すると共に、テスト工数および制御の負荷を低減することができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

前記した目的を達成するために、本発明は、吸気通路内に設けられるスロットルバルブと、該スロットルバルブを迂回するバイパス通路内に設けられる制御バルブとを開閉制御して吸入される空気量を制御する内燃機関において、前記スロットルバルブの開度に対応した吸気通路の空気量データを備え、スロットルバルブの開度に対応したスロットル空気量を求めるスロットル空気量変換手段と、前記制御バルブの開度に対応したバイパス通路のバイパス空気量を求めるバイパス空気量変換手段と、前記スロットル空気量とバイパス空気量とを加算して、内燃機関に吸入される全体の吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段と、前記スロットル空気量のデータから前記全体の吸入空気量に対応するスロットル開度を仮想スロットル開度として設定する仮想スロットル開度設定手段と、前記仮想スロットル開度に対応して燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段とを具備するようにした点に第１の特徴がある。

また、前記燃料噴射量設定手段は、前記仮想スロットル開度とエンジン回転数をパラメータとして、燃料噴射量マップから前記燃料噴射量を求めるようにした点に第２の特徴がある。

また、前記スロットルバルブの開度が所定開度以上に達すると、前記仮想スロットル開度に代えて、実際のスロットルバルブの開度によって燃料噴射量を設定するようにした点に第３の特徴がある。

また、前記制御バルブは、ステッピングモータにより開閉駆動され、前記制御バルブの開度は、ステッピングモータの駆動信号のステップ数で代用され、前記バイパス空気量変換手段は、前記ステップ数に対応したバイパス空気量のデータを備え、該データからバイパス空気量が求められるようにした点に第４の特徴がある。

さらに、前記制御バルブの開度と、該制御バルブの開度に対応するバイパス空気量のデータは、低開度ほどデータ数を漸増させるようにした点に第５の特徴がある。

請求項１の発明によれば、制御バルブの開度に応じた補正用の燃料噴射量マップ等を用いることなく、バイパス通路の空気による空燃比の狂いを防止することができるようになる。このため、補正用の燃料噴射量マップ等を決定するための事前のテスト工数を削減することができるようになり、さらに、制御に必要なデータ処理の増加による制御の複雑化を防ぎ、制御の負荷を低減することができるようになる。

請求項２の発明によれば、従来と同様の燃料噴射量マップによって補正後の燃料噴射量を決定することができるので、制御フローの複雑化を招くことなく適正な空燃比を得ることができるようになる。

請求項３の発明によれば、バイパス通路の影響が小さくなる高開度領域で補正量の算出処理を行わないようにしたので、燃料噴射量制御の精度を下げることなく、制御装置の負担を低減することができるようになる。

請求項４の発明によれば、制御バルブの開度を検出するセンサ等の追加が不要となって、装置の簡素化を図ることができるようになる。

請求項５の発明によれば、バイパス通路の影響が大きな低開度寄りにあるほどデータ数が多くなるようにしたので、制御装置へ不要な負担をかけることなく、低開度域においてより理想的な燃料噴射量制御を行うことができるようになる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の一実施形態のブロック図である。内燃機関１は、吸気管３の近傍に設けられたインジェクション４によって燃焼室２内に燃料を供給する４サイクルのガソリンエンジンである。前記吸気管３の上流側にはスロットルボディ６が連結されており、その内部には、吸気通路を通過する空気量を制御するスロットルバルブ７が回動自在に軸着されている。該スロットルバルブ７は、搭乗者が操作するスロットルグリップ（不図示）の操作量に応じて回動され、その回動軸近傍には、スロットルバルブ７の開度を検知するスロットル開度センサ８が設けられている。なお、スロットルバルブ７には、搭乗者の操作とは無関係にエンジン回転数や車速等に基づいて自動制御を行うＤＢＷ（ドライブ・バイ・ワイヤ）システムを搭載してもよい。

スロットルボディ６には、エアクリーナ１２および連結パイプ１１と直結される吸気通路１３の他に、前記スロットルバルブ７を迂回してその上流側と下流側の吸気通路１３を連通させるバイパス通路９が設けられている。このバイパス通路９は、スロットルバルブ７が全閉の状態でもアイドリング運転に必要な空気を供給することが可能で、バイパス通路９の途中に設けられた制御バルブとしてのＩＳＣバルブ１０によってその空気量を調整することができる。このバイパス通路９の断面積は吸気通路に比して小さく、また、ＩＳＣバルブ１０は、ステップ数を伴うパルス信号によって任意の回転角度で停止することができるステッピングモータで駆動されるため、微細な空気量調整を容易に行うことができる。

ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）２０は、スロットルバルブ７のスロットル開度センサ８からの信号を検出するスロットル開度検出手段２１と、スロットル開度に対応する吸気通路１３の空気量を求めるスロットル空気量変換手段２２と、前記ＩＳＣバルブ１０を駆動するパルス信号を発するＩＳＣバルブ駆動手段２３と、ＩＳＣバルブ１０のステップ数に対応するバイパス通路９の空気量を求めるバイパス空気量変換手段２４と、前記スロットル空気量とバイパス空気量とを加算して全体の吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段２５と、前記吸入空気量に基づいて仮想スロットル開度を設定する仮想スロットル開度設定手段２６と、仮想スロットル開度およびエンジン回転数センサ５の信号によって燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段２７とを含んでいる。燃料噴射量設定手段２７には、図７に示すように、スロットル開度とエンジン回転数とをパラメータとする燃料噴射量マップ２７ａが格納されている。この燃料噴射量マップ２７ａは、バイパス通路９およびＩＳＣバルブ１０の適用が考慮されていなくてもよく、従来と同様のテスト工数で求めることができる。そして、インジェクション４は、燃料噴射量設定手段２７が仮想スロットル開度と現在のエンジン回転数とから求めた燃料噴射量に基づいて駆動制御される。

図２（ａ）は、前記スロットル空気量変換手段２２に係るグラフである。該グラフは、スロットルバルブ７（図１参照）のスロットル開度Ｔｈと吸気通路１３におけるスロットル空気量Ｇａ１との関係を示しており、内燃機関１の運転中は、スロットル開度センサ８からの信号に基づいて、前記スロットル空気量Ｇａ１が求められる。該グラフは、スロットル開度とエンジン回転数とをパラメータとした燃料噴射量マップを作成することに比して少ないテスト工数で求めることができる。

図２（ｂ）は、前記バイパス空気量変換手段２４に係るグラフである。該グラフは、ＩＳＣバルブ１０（図１参照）の開度に対応するステップ数Ｓｔと、バイパス通路９の空気量Ｇａ２との関係を示しており、内燃機関１の運転中は、ＩＳＣバルブ１０に与える駆動信号のステップ数に基づいて、前記バイパス空気量Ｇａ２が求められる。このグラフも図２（ａ）に示したグラフと同様に、ＩＳＣバルブ１０のステップ数とエンジン回転数とをパラメータとした燃料噴射量マップを作成することに比して少ないテスト工数で求めることが可能である。なお、本実施形態において、ＩＳＣバルブ１０のステップ数Ｓｔは、わずかな流量を発生する初期開度状態の際にゼロ、開度１００％の際に約６４０となるように設定されている。前記バイパス空気量設定手段２４は、ＩＳＣバルブ１０の開度を、ＩＳＣバルブ駆動手段２３が発する駆動信号のステップ数で代用するため、ＩＳＣバルブ１０に開度を検出するセンサ等が不要となって装置の簡素化を図ることができる。

図３は、前記吸入空気量算出手段２５による、吸入空気量Ｇａ３とスロットル開度Ｔｈとの関係を示すグラフである。吸入空気量Ｇａ３は、前記したスロットル空気量Ｇａ１およびバイパス空気量Ｇａ２とを、スロットル開度Ｔｈを基準にして足し合わせた計算値である。また、該グラフには、前記仮想スロットル開度設定手段２６によって、実スロットル開度Ｔｈ１とは異なる仮想スロットル開度Ｔｈ２を設定するため、前記スロットル空気量Ｇａ１（図示破線）のグラフが併記されている。このスロットル空気量Ｇａ１のグラフによって、例えば、実スロットル開度がＴｈ１であり、吸入空気量Ｇａ３がＡと求められる際に、Ａの値とスロットル空気量Ｇａ１のグラフとが交わる点から、仮想スロットル開度Ｔｈ２を求めることができる。このように求められた仮想スロットル開度Ｔｈ２は、前記燃料噴射量設定手段２７へ伝達され、現在のエンジン回転数とともに燃料噴射量マップ２７ａに適用するパラメータとして使用される。仮想スロットル開度Ｔｈ２は、仮想スロットル開度が設定される範囲において、常に実スロットル開度Ｔｈ１より大きな値となる。したがって、燃料噴射量マップ２７ａには実際より大きなスロットル開度の値が適用され、インジェクション４からの燃料噴射量が増大することで空燃比の適正化が図られることになる。

上記したような構成によれば、ＩＳＣバルブの開度に応じた補正用の燃料噴射マップ等を不要とするので、バイパス通路の空気による空燃比の狂いを防止すると共に、事前のテスト工数を削減することができるようになる。また、複数のデータマップの組み込み等による制御の複雑化を防ぎ、ＥＣＵの負荷を低減することができるようになる。

図４は、スロットル開度の全域における、仮想スロットル開度および実スロットル開度の適用範囲を示したグラフである。本実施形態では、Ｂ点（例えば、６０°）より左側の低中開度域において仮想スロットル開度を適用し、Ｂ点より右側の高開度域では実スロットル開度を適用することによって、仮想スロットル開度を算出する際の制御負担を低減させている。このように設定することができるのは、スロットル開度が低開度寄りにあるほど、バイパス通路の空気量Ｇａ２が全体の吸入空気量Ｇａ３に与える影響が大きく、高開度寄りにあるほど影響が小さくなるためである。ここで、ＩＳＣバルブ１０が全体の空気量に与える影響の度合いを、図５を参照して確認する。

図５は、本実施形態におけるスロットルバルブ７（図１参照）のスロットル開度と、空気量差Ｇａ４との関係を示すグラフである。ここで、空気量差Ｇａ４は、スロットル開度の変更に伴う吸気量変化において、前記ＩＳＣバルブ１０を全開固定とした場合と全閉固定とした場合との空気量の差を示している。該グラフを見ると、スロットル開度が０°の際の空気量差は約３．２ｇ／ｓである。この数値は、バイパス通路９のみを通過する空気量と見ることができる。そして、スロットル開度が増すとともに空気量差Ｇａ４は減少し、開度４０°で約１．１ｇ／ｓ、開度６０°で約０．４ｇ／ｓ、全開開度となる８０°ではほぼゼロとなる。これは、本実施形態のスロットルボディ６において、バイパス通路９のみの空気量が約３．２ｇ／ｓであるのに対し、スロットルバルブ全開時の吸入空気量は７０ｇ／ｓ超とその差が大きいことを一因とする。

図４に戻って、前記したように、バイパス通路９の空気量は、スロットル開度が低開度寄りにあるほど全体の吸入空気量Ｇａ３に与える影響が大きく、全開付近の高開度領域ではその影響が無視できるほどに小さくなる。したがって、仮想スロットル開度設定手段２６によって仮想スロットル開度を算出するのは低中開度域のみとして、高開度領域ではスロットル開度センサ８からの情報をそのまま適用することで、燃料噴射量制御の精度を下げることなくＥＣＵの負担を低減することができるようになる。

図６は、前記バイパス空気量Ｇａ２とＩＳＣバルブ１０を駆動するステッピングモータのステップ数Ｓｔとの関係を詳細に示したグラフである。前記したように、ＩＳＣバルブ１０に使用されるステッピングモータは、パルス信号で作動するデジタル式モータであり、任意に設定したステップ幅での駆動制御も可能である。しかしながら、バイパス通路が吸入空気量に与える影響が小さな高開度域では、必要以上に細かいステップ幅を設定してもＣＰＵの負担を増やすだけであるため、本実施形態では、バイパス通路の影響が大きな低開度寄りにあるほどデータ数が多くなるように、ステップ数０〜４０Ｓｔは５ステップ刻み、４０〜２００Ｓｔは２０ステップ刻み、２００Ｓｔ以上は５０ステップ刻みに設定されている。これによって、ＥＣＵへ不要な負担をかけることなく、低開度域でより緻密な制御が行われることで理想的な空燃比が実現されるようになる。

上記したように、本発明によれば、ＩＳＣバルブの開度に応じた補正用の燃料噴射量マップ等を用いずに、バイパス通路の空気による空燃比の狂いを防止することができるようになる。このため、補正用の燃料噴射量マップ等を決定するための事前のテスト工数を削減することができるようになり、さらに、制御に必要なデータ処理の増加による制御の複雑化を防ぎ、ＥＣＵの負荷を低減することができるようになる。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置のブロック図である。 スロットル空気量とスロットル開度の関係を示すグラフ（ａ）と、バイパス空気量とステップ数の関係を示すグラフ（ｂ）である。 吸入空気量とスロットル開度との関係を示すグラフである。 仮想スロットル開度と実スロットル開度の適用範囲を示すグラフである。 バイパス通路の開閉による吸入空気量差とスロットル開度との関係を示すグラフである。 図２（ｂ）の詳細を示すグラフである。 燃料噴射量設定手段に格納される燃料噴射量マップである。

符号の説明

１…内燃機関、３…吸気管、４…インジェクタ、５…エンジン回転数センサ、６…スロットルボディ、７…スロットルバルブ、８…スロットル開度センサ、９…バイパス通路、１０…ＩＳＣバルブ、１３…吸気通路、２０…ＥＣＵ、２１…スロットル開度検出手段、２２…スロットル空気量変換手段、２３…ＩＳＣバルブ駆動手段、２４…バイパス空気量変換手段、２５…吸入空気量算出手段、２６…仮想スロットル開度設定手段、２７…燃料噴射量設定手段

Claims (5)

1. 吸気通路内に設けられるスロットルバルブと、該スロットルバルブを迂回するバイパス通路内に設けられる制御バルブとを開閉制御して吸入される空気量を制御する内燃機関において、
   前記スロットルバルブの開度に対応した吸気通路の空気量データを備え、スロットルバルブの開度に対応したスロットル空気量を求めるスロットル空気量変換手段と、
   前記制御バルブの開度に対応したバイパス通路のバイパス空気量を求めるバイパス空気量変換手段と、
   前記スロットル空気量とバイパス空気量とを加算して、内燃機関に吸入される全体の吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段と、
   前記スロットル空気量のデータから前記全体の吸入空気量に対応するスロットル開度を仮想スロットル開度として設定する仮想スロットル開度設定手段と、
   前記仮想スロットル開度に対応して燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段とを具備することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記燃料噴射量設定手段は、前記仮想スロットル開度とエンジン回転数をパラメータとして、燃料噴射量マップから前記燃料噴射量を求めることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記スロットルバルブの開度が所定開度以上に達すると、前記仮想スロットル開度に代えて、実際のスロットルバルブの開度によって燃料噴射量を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記制御バルブは、ステッピングモータにより開閉駆動され、
   前記制御バルブの開度は、ステッピングモータの駆動信号のステップ数で代用され、
   前記バイパス空気量変換手段は、前記ステップ数に対応したバイパス空気量のデータを備え、該データからバイパス空気量が求められることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 前記制御バルブの開度と、該制御バルブの開度に対応するバイパス空気量のデータは、低開度ほどデータ数を漸増させたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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