JPH01219329A - 内燃機関の制御装置 - 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〕 本発明は、内燃機関において燃料噴射制御あるいは点火
時期制御等の制御を行なう装置に関する。

〔従来の技術〕

燃料噴射制ＪＲは、例えば混合気の空燃比を所定の値に
するために行なわれ、この制御のためシリンダボアに導
入される酸素重量を正確に求めなければならない。本出
願人は特願昭６２−２４８２４号において、吸気系にお
ける酸素分圧を検出する酸素センサを吸気系のサージタ
ンク内に設け、酸素分圧から新気中の酸素重量を求めて
エンジン制御を行なう構成を提案した。この酸素センサ
の出力値は例えば第２図に示すように、サージタンク内
の圧力の影響をうけ、圧力が高くなるほど太き（なる。

すなわち、同一酸素濃度であっても、酸素分圧は、サー
ジタンクの内圧力が上昇するのに伴ない上昇するので、
センサ出力はサージタンク内圧力が変化すれば変化する
。またこのセンサ出力値は、酸素センサの素子温度が低
い場合、圧力が高（なってもそれほど太き（ならず、酸
素センサが活性化して素子温度が高くなると太き（なる
。酸素センサが活性化していないと正確な酸素重量は得
られず、このため酸素センサの活性化を判別する手段が
必要となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら従来、吸気系の酸素センサの正確な活性判
定はなされておらず、特に吸気系の全圧を考慮していな
いため活性判定時点に誤差が生じやすく、従って酸素重
量による精密なエンジン制御を十分活用できず、運転性
および排気ガスエミッションを良好に保つことができな
（なる、というおそれがあった。

本発明は、吸気系の全圧の大きさに関係なく酸素センサ
の活性化を判定し、正確な酸素重量を求めて高精度なエ
ンジン制御を行なうことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る内燃機関の制御装置は、第１図の発明の構
成図に示すように、内燃機関の吸気系に設けられ、吸入
空気中の酸素分圧に応じた信号を出力し、かつ信号が吸
入空気の全圧の影響を受ける酸素センサ７０と、機関が
アイドル運転されている間における上記酸素センサ７０
の出力信号の値が、酸素センサが活性化していれば前記
所定値の全圧下で発生すべき基準値より大きいか否かを
判別する手段Ａと、上記出力信号の値が基準値より大き
いと判別された後、上記酸素センサの出力信号を用いて
機関制御を行なう手段Ｂとを備えることを特徴としてい
る。

〔実施例〕

以下図示実施例に基づいて本発明を説明する。

第３図において、１０はシリンダブロック、１２はピス
トン、１４はコネクティングロッド、１６はシリンダヘ
ッド、１８は燃焼室、２０は点火栓、２２は吸気弁、２
４は吸気ボート、２６は排気弁、２８は排気ボート、２
９はディストリビュータ、３０は点火装置（イグナイタ
３０ａ及び点火コイル３０ｂより成る）である。吸気ポ
ート２４は、吸気管３１、サージタンク３２、スロット
ル弁３４、吸気管３６を介してエアクリーナ４０に接続
される。サージタンク３２には、スロットル弁３４の下
流の吸気圧力（吸入空気の全圧）を検出する圧力センサ
７６が設けられる。なおこの圧力センサ７６は、必ずし
も必要ではなく、圧力センサ出力を用いないで酸素セン
サ７０の活性を判定する場合には省略することもできる
。吸気ポート２４に近接した吸気管　３１に燃料インジ
ェクタ４２が配置される。排気ボート２８は排気マニホ
ルド４４に接続される。

排気ガス再循環通路（ＨＧＲ通路）４５は排気マニホル
ド４４とサージタンク３２を接続するように設けられる
。排気ガス再循環制御弁（ｆｉＧＲ弁）４６はＥＧＲ通
路４５上に排気ガス再循環率（ｆｒＧＲ率）の制御のた
め設けられる。この実施例ではＥＧＲ弁４６は負圧作動
ダイヤフラム機構４７を備える。ダイヤフラム機構４７
はスロットル弁３４のアイドル位置の少し上流に穿設さ
れたＥＧＲポート４８に接続される調圧弁４９は、圧力
導管５０によってＥＧＲ通路４５における定圧絞り５１
の下流に形成される定圧室５２に接続される。そのため
、調圧弁４９は定圧室５２の圧力が略一定となるように
、ＥＧＲボート４８からＥＧＲ弁４６の負圧作動機構４
７に導入される負圧を制御する。そして、調圧弁４９の
ダイヤフラム４９ａはＥＧＲボート４８の少し上流の負
圧ボート５３に接続され、負荷に応じた負圧がダイヤフ
ラム４９ａに排圧と対抗するように作用し、ＨＧＲ率を
負荷に応じて制御する。このＥＧＲ装置の構成及び作用
は周知であることから、これ以上の説明はしない。

制御回路５４はマイクロコンピュータ・システムとして
構成され、燃料噴射制御、点火時期制御及びその他のエ
ンジン作動制御を行うものである。

制御回路５４はマイクロ・プロセシング・ユニッ）　（
ＭＰＵ）５４ａと、メモリ５４ｂと、入力ポート５４ｃ
と、出カポ−）５４ｄと、これらの各要素を接続するバ
ス５４ｅとから成る。入力ポート５４ｃは各センサ接続
されエンジン運転条件信号が入力される。

クランク角度センサ５６　、５Ｂがディストリビュータ
２９に設置される。第１のクランク角度センサ５６は、
ディストリピユータ軸２９ａ上のマグネシト片６０と対
向して設置され、クランク軸の７２０゜回転毎、即ち機
関の１サイクル毎にパルス信号を発生し、これは基準信
号となる。第２のクランク角度センサ５８はディストリ
ピユータ軸２９ａ上のマグネット片６２と対向して設置
され、クランク軸の３０°毎の信号を発生し、これは燃
料噴射制御や点火時期制御のトリガ信号となる。水温セ
ンサ６４はシリンダブロックＩＯの冷却水ジャケット１
０ａ内の冷却水温度を検出する。排気側酸素センサ６８
は排気マニホルド４４に設けられる。この排気側酸素セ
ンサ６８は空燃比フィードバック制御用であり、空燃比
を理論空燃比に制御するシステムでは０□センサであり
、空燃比を理論空燃比よりリーン側に制御するシステム
ではいわゆるリーンセンサより構成することができる。

サージタンク３２には吸気側酸素センサ７０が設けられ
る。吸気側酸素センサ７０は、吸入空気中の酸素分圧に
応じた信号を出力して、機関に導入される新気量を検出
し、燃料噴射量や点火時期を算出するために使用される
。この酸素センサ７０の出力信号は、サージタンク３２
内の全圧の影響を受け、第２図に示すように圧力が高い
ほど大きくなり、また素子温度が低く酸素センサ７０が
活性化していない時、活性化している時よりも小さい値
をとる。スロットル弁３４の軸にはスロットルセンサ７
２が設けられ、このスロットルセンサ７２はスロットル
弁３４の開度の大きさに対応した信号を出力する。ＥＧ
Ｒ弁４６にはＥＧＲセンサ７４が設けられ、ＥＧＲセン
サ７４はＥＧＲ弁４６の開閉に対応した信号を出力する
。また図示しないトランスミツシランに設けられたレバ
ー位置センサ７６はシフトレバ−の位置を示す信号を出
力する。

ＭＰＵ５４ａは、メモリ５４ｂに格納されるプログラム
、データに従って演算を実行し、出力ポート５４ｄに制
御信号をセットする。出力ポート５４ｄは、燃料インジ
ェクタ４２、イグナイタ３０ａ及びその他の制御装置に
接続され、これらに制御信号を出力する。

以下、制御回路５４の作動における燃料噴射制御及び酸
素センサ７０の活性化の判定をフローチャートによって
説明する。

第４図は燃料噴射ルーチンのフローチャートを示すもの
であり、これから燃料噴射を行う気筒の燃料噴射の手前
の成るクランク角度を検出して実行される。例えば、吸
気行程中に燃料噴射を行うとすれば、吸気上死点手前の
６０°を検出して実行される。この検出は、第１クラン
ク角度センサ５６からの７２０°ＣＡ信号の到来によっ
てクリヤされ、第２クランク角度センサ５８からの３０
”ＣＡ信号の到来毎にインクリメントされるカウンタの
値により知ることができる。

ステップ１００では、スロットル開度ＴＡ１エンジン回
転数Ｎ２、および酸素センサ７０の出力値■を読込む、
ステップ１０２では活性フラグｆが１か否かを判別する
。活性フラグｆは、例えば第５図に示す活性判別ルーチ
ンにおいて、酸素センサ７０が活性化している場合ｌに
定められ、酸素センサ７０が活性化していない場合Ｏに
定められる。

活性フラグｆが１の場合、ステップ１０４へ進み、酸素
センサ７０の出力値（吸入空気中の酸素重量）■とエン
ジン回転数Ｎ□をパラメータとするマツプを参照し、基
本燃料噴射時間Ｔ、を求める。これに対し、活性フラグ
ｆが０の場合、ステップ１０６へ進み、スロットル開度
ＴＡとエンジン回転数Ｎ芝をパラメータとするマツプを
参照し、基本燃料噴射時間ＴＰを求める。ステップ１０
４あるいは１０６により基本燃料噴射時間Ｔ、を求めた
後、ステップ１０８において、この基本燃料噴射時間Ｔ
Ｐに係数αを乗じるとともに係数βを加え、実際の燃料
噴射時間ＴＡＵを計算する。そしてステップ１１Ｏにお
いて燃料噴射を実行し、このルーチンを終了する。

第５図は活性判定ルーチンのフローチャートを示し、こ
のルーチンは所定時間毎（例えば５　ｍ５ｅｃ毎）に実
行される。ステップ２００では、例えば第２のクランク
角度センサ５８の出力信号からエンジンが始動したか否
かを判別し、エンジンの始動前であれば直ちにこのルー
チンを終了するが、エンジンが始動していればステップ
２０２へ進み、排気ガス再循環を行なっているか否か、
つまりＥＧＲ弁４６が開弁しているか否かを判別する。

ＥＧＲ弁４６の開閉はＥＧＲセンサ７４から得られる。

ＥＧＲ弁４６が開弁している時、酸素センサ７０の出力
値が排気ガスの影響を受けるためステップ２０４以下を
実行せずにこのルーチンを終了し、ＥＧＲ弁４６が閉弁
している時、ステップ２０４へ進み、酸素センサ７０の
活性化を判定する。

ステップ２０４では、酸素センサ７０の出力信号のＡＤ
変換値を出力値Ｉに置換え、ステップ２０６ではカウン
タＣを１だけインクリメントする。カウンタＣは予め０
にクリアされており、このステップ２０６を実行する毎
、すなわち酸素センサ７０の活性化を判定している開所
定時間毎に、１ずつ増加する（第６図参照）、ステップ
２０８では、カウンタＣが最大値Ｃｖｇａｘを越えたか
否かを判別する。この最大値Ｃ５ｅａｘは、アイドル運
転の頻度を考慮して定められ、エンジンの運転中にアイ
ドル運転状態が少な（とも１度行なわれるような時間に
対応する。

ステップ２０８においてカウンタＣがまだ最大値Ｃｗａ
ｘに達していないと判別した時、ステップ２１０へ進み
、酸素センサ７０の出力値Ｉが最小値Ｉ　５ｈｉｎより
小さいか否かを判別する。第６図に示すように、最小値
１　ｓｉｎは最初０に定められており、したがって初め
てステップ２１０を実行した時、出力値Ｉは最小値１　
ｗｉｎよりも大きいため、ステップ２１２を飛ばしてこ
のルーチンを終了する。その後、もし最小値１　ｍｔｎ
にＯよりも大きい値が設定されており、かつ出力値Ｉが
この最小値１５ｈｉｎよりも小さければ、ステップ２１
２においてこの時の出力値Ｉを最小値１　ｓｉｎに置換
える。

ステップ２０８においてカウンタＣが最大値Ｃｒａａｘ
を越えたと判別した時、ステップ２１４においてカウン
タＣを０にクリアした後、ステップ２１６へ進み、最小
値１　＋＊ｉｎが基準値Ｉｓ以上であるか否かを判別す
る。基準値Ｉｇは、酸素センサ７０が活性化したことを
示すものである。このルーチンを実行して初めてステッ
プ２１６へ進んだ時、最小値Ｉ　ｏｒｉｎは上述したよ
うに０であるので、基準値Ｉｓよりも小さく、したがっ
てステップ２１８へ進み設定値Ｉ、を最小値１ｅａｉｎ
に置換える。この結果最小値１　ｓｉｎは、第６図に示
すように急激に大きくなる。なお設定値ＩＬは出力値Ｉ
のとり得る範囲の値よりも大きい値に定められている。

ステップ２１６において、もし最小値Ｉ　ｓｉｎが基準
値Ｉｓ以上であれば、酸素センサ７０は活性化している
ので、ステップ２２０において活性フラグｆを１にセッ
トし、このルーチンを終了する。なお活性フラグｆは予
め０に定められている。

このルーチンを実行して初めてステップ２１８へ進み、
最小値１５ｈｉｎに設定値ｌ、が置換えられた場合、そ
の後、ステップ２１０　、２１２の実行により、第６図
に示すように最小値１　ｔａｓｎは更新されて小さくな
る。そしてこの最小値１　ｓｉｎが基準値Ｉｓ以上にな
ると、ステップ２１６　、２１８の実行により活性フラ
グｆは１に定められる。

しかして本実施例は、カウンタＣが最大値Ｃｍａｘに達
する前に最低１回はアイドル運転が行なわれるであろう
と仮定し、その間における酸素センサ７０の出力値■の
極小値（ｗ　ｌ　ｇｉｉｎ）はアイドル運転における酸
素センサ７０の出力値であり、この極小値が基準値Ｉｓ
以上であれば酸素センサ７０は活性化していると判断す
るものである。すなわち、酸素センサ７０の活性化の判
断のために吸気系の圧力を検出する必要がない。したが
って、圧力センサを設けることなく、酸素センサ７０の
活性化を判断でき、かつ正確な酸素重量を求めることが
可能となる。

第７図は酸素センサ７０の活性判定ルーチンの第２実施
例のフローチャートを示す。この第２実施例はアイドル
運転時における酸素センサ７０の出力値Ｉを基準値Ｉｓ
と比較して活性判定を行なうものである。すなわち、ス
テップ３００ではトランスミツシランにおいてシフトレ
バ−が中立位置にあるか否かを判別し、ステップ３０２
ではスロットル弁３４が全開しているか否かを判別し、
ステップ３０４ではエンジン回転数Ｎｔが６５Ｏｒｐｍ
と７５０ｒｐａｅＯ間の値をとるか否かを判別する。こ
れらのステップ３００　、３０２　、３０４において、
いずれか１つでも否定判定されると、このルーチンは直
ちに終了するが、これらのステップ３００　、３０２　
、３０４の全てにおいて肯定判定された場合、現在エン
ジンはアイドル運転していることを意味し、ステップ３
２０へ進み、酸素センサ７０の活性化を判別する。

すなわちステップ３２０では酸素センサ７０の出力値Ｉ
が基準値Ｉｓ以上であるか否かを判別する。

出力値ｌが基準値Ｉｓ以上の場合、酸素センサ７０は活
性化しており、ステップ３２２において活性フラグｆを
１に設定し、また出力値Ｉが基準値Ｉｓより小さい場合
、酸素センサ７０は活性化しておらず、ステップ３２４
において活性フラグｆを０に設定して、このルーチンを
終了する。

第８図は活性判定ルーチンの第３実施例のフローチャー
トを示す、ステップ３００　、３０２　、３０４により
アイドル運転中であると判別した場合、ステップ３１０
において、現在排気ガス再循環を行なっているか否か、
すなわちＨＧＲ弁４６が開弁じているか否かを判別する
。ＥＧＲ弁４６が開弁していない場合、ステップ３２０
以下を実行して酸素センサ７０の活性を判定するが、Ｅ
ＧＲ弁４６が開弁している場合、酸素センサ７０の活性
を判定することなくこのルーチンを終了する。このよう
にＥＧＲ弁４６の開閉を判別するのは、排気ガス再循環
を行なうことにより酸素センサ７０の活性判定が不正確
になることを防止するためである。なお、その他のステ
ップは第７図のフローチャートと同様であり、その説明
を省略する。

第９図は活性判定ルーチンの第４実施例のフローチャー
トを示す。ステップ３００　、３０２　、３０４により
アイドル運転中であると判別した場合、ステップ３１２
において活性フラグｆが０であるか否かを判別する。酸
素センサ７０が既に活性化しており、活性フラグｆが１
に設定されている場合、ステップ３１６を実行し、図示
しない開閉弁によりＥＧＲ通路４５を開放して排気ガス
再循環を許可する。この場合、酸素センサ７０の活性を
判別する必要がないので、このルーチンはこのまま終了
する。これに対し、酸素センサ７０がまだ活性化してお
らず活性フラグｆが０に設定されている場合、ステップ
３１４においてＥＧＲ通路４５の開閉弁を閉塞し、排気
ガス再循環を禁止する。そしてステップ３２０以下を実
行し、酸素センサ７０の活性化を判別してこのルーチン
を終了する。しかして酸素センサ７０の活性化を判別す
る場合、排気ガス再循環による活性化の誤判定が防止さ
れる。なお、開閉弁はＥＧＲ通路４５に設けられ、例え
ば負圧あるいは大気圧を選択的に導かれて開閉駆動され
る弁である。

第１０図は所定時間毎に実行される活性判定ルーチンの
第５の実施例のフローチャートを示す。

本実施例は、吸気圧力が所定値の範囲内においてＥＧＲ
弁４６が閉弁されている状態が所定時間以上継続した場
合、酸素センサ７０の出力値が、基準値以上であれば、
酸素センサ７０が活性したとみなすものである。

すなわちステップ４００で、第３図の吸気圧力（吸入空
気の全圧）センサ７６から全圧Ｐを読込み、ステップ４
０２で、この全圧Ｐが所定範囲内か否か、すなわち×±
２Ｑ＋ｕ＋Ｈｇの範囲内か否かを判定する。所定範囲内
の場合、排気ガス再循環が行なわれていない場合（ステ
ップ４０４）に限りステップ４０６にてカウンタＣ０Ｕ
ＮＴを１だけインクリメントする。ステップ４０８では
カウンタＣＯυＮＴが所定値（Ｚ）以上となったか否か
、すなわち吸気圧力が、所定範囲内であり排気ガス再循
環が行なわれていない状態が所定時間以上継続したか否
かを判定し、この条件が成立していればステップ４１０
へ進む。ステップ４１０では、酸素センサ７０の出力値
が、全圧が所定範囲内であり、排気ガス再循環がない場
合に、酸素センサが活性化していれば発生するはずの出
力である基準値以上か否かを判別する。酸素センサ７０
の出力値が基準値以上であれば、酸素センサ７０は活性
化したと判断し、ステップ４１２において活性フラグｆ
を１とする。酸素センサ７０の出力命が基準値よりも小
さければ、酸素センサ７０は活性していないので、ステ
ップ４１４において活性フラグｆを０とする。

一方、ステップ４０２．４０４で、吸気圧力が所定範回
外又は排ガス再循環中であればステップ４１６にてカウ
ンタＣＯυＮＴをクリアし、このルーチンを終了する。

また、ステップ４０８においてカウンタＣ０ＩＪＮＴが
所定値（Ｚ）以下の場合は、何の処理も行なわずこのル
ーチンを終了する。本実施例によれば、所定の全圧下で
精度よく酸素センサの活性判定ができる。活性判定ルー
チンの第６実施例として、全圧Ｐの大きさに応じて酸素
センサが活性化していると判定される時発生する出力（
基準値）を予め記憶しておき、読込まれた全圧Ｐに対応
する基準値と酸素センサ出力とを比較し、酸素センサ７
０の活性判定することも可能であり、これを第１１図に
示す。

本発明に適用される酸素センサは、その出力が全圧（吸
気圧力）をＰ、吸気酸素分圧をＰＯｚとした時（Ｐ／Ｐ
Ｏ１）のみに比例するものでなく、ＰＯ，（７）み、も
しくはＰ’−ＰＯ，、Ｐ’−ＰＯｌ”に比例する構造の
ものである。

〔発明の効果］ 以上のように本発明によれば、酸素センサが吸気系の全
圧の大小により変化しても、酸素センサの活性化を判別
することができ、吸気中の酸素重量を正確に求めた、エ
ンジン制御を行なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、 第２図は吸気系の圧力と酸素センサの出力値の関係を示
すグラフ、 第３図は本発明の実施例を適用した内燃機関の断面図、 第４図は燃料噴射ルーチンのフローチャート、第５図は
活性判定ルーチンの第１実施例のフローチャート、 第６図はカウンタ、センサ出力値、およびセンサ出力値
の最小値の時間的変化を示すグラフ、第７図は活性判定
ルーチンの第２実施例のフローチャート、 第８図は活性判定ルーチンの第３実施例のフローチャー
ト、 第９図は活性判定ルーチンの第４実施例のフローチャー
ト、 第１０図は活性判定ルーチンの第５実施例のフローチャ
ート、 第１１図は活性判定ルーチンの第６実施例のフローチャ
ートである。 ５４・・・制御回路 ７０・・・酸素センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、内燃機関の吸気系に設けられ、吸入空気中の酸素分
   圧に応じた信号を出力し、かつ該信号が吸入空気の全圧
   の影響を受ける酸素センサと、機関の吸入空気の全圧が
   所定値の状態で運転されている間における上記酸素セン
   サの出力信号の値が、該所定値の全圧下で酸素センサが
   活性時に出力すべき基準値より大きいか否かを判別する
   手段と、上記内燃機関の運転を制御する手段とを備え、
   上記制御手段は、上記出力信号の値が基準値より大きい
   と判別された後、機関制御のために上記酸素センサの出
   力信号を用いることを特徴とする内燃機関の制御装置。