JPH01285641A - エンジンの制御方法 - 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、自動車等におけるエンジンの出力効率を常に
最大とするための制御方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、エンジンにおける燃料経済性の向上および排ガス
規制の要求に応える目的で、空燃比（燃料噴射量）およ
び点火時期の制御、すなわちキャリブレーションに係る
種々の電子′Ｍ１１システムが開発されている。

たとえば、公知のようにエンジンの点火については、燃
料を完全燃焼させて出力効率の向上を図るために、ピス
トンが圧縮行程における上死点（↑ＤＣ）に達する直前
の時点で点火し、かつエンジンの回転数の上昇に応じて
点火時期を早めてやる点火進角制御が行なわれている。

また、燃料の噴射量についても、出力効率の向上および
窒素酸化物（ＮＯ，）等の排ガス中の有害成分の減少を
図るため、エンジンの運転状態に応じて空燃比を常に理
論混合比に近付ける限界制御が行なわれている。

そしてこれらの制御では、ピストンの位置（クランク角
）、エンジン回転速度、吸入空気値、エンジンや吸入空
気の温度および排ガス中の酸素濃度等を各種センサで検
出し、エンジンの運転状態を示すこれらの測定データに
基いて、マイクロコンピュータがあらかじめリードオン
リーメモリ（ＲＯＭ）にストアされた燃料噴射量や点火
クランク角（進角）を求めている。

すなわち、従来のエンジン制御システムはその設計段階
において、コンピュータで制御される種々の測定装置を
有するエンジン試験室で５回転速度や負荷を広範囲に変
化させながらエンジンの性能試験（エンジンマツピング
）を行ない、そのデータをもとに、回転速度、吸気マニ
ホールド圧力、エンジン温度および排ガス中酸素濃度等
の各種変数で表わされる運転状態の変化に応じて、最大
の出力効率が得られると思われる最適な燃料噴射量や点
火クランク角が決定され、マツプの形で前記ＲＯＭに記
憶されたこれらの制御変数によって１画一的に制御が行
なわれている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、エンジンの性能を支配する重要なパラメータと
なるたとえばピストンのボア（直径）やストローク、燃
焼室の形状、バルブやその他各パーツの寸法、摩擦の大
きさなどは、実際には量産品個々の加工精度によって微
妙な差異があり、また、運転中のピストン、シリンダ内
壁、バルブおよびその他各部の摩耗によっても、長期間
にわたる使用のうちに経時的に変化し、これに伴ないエ
ンジンの性能も変化して行く。

したがって、Ｅ記したような従来の画一的な制御方法で
は、個々のエンジンおよびその各気筒が必ずしも最適な
状態で運転されているとは言えず、しかも前記摩耗によ
る機械的経時変化も考慮されていないため、エンジン固
有の最大の仕’［を発揮していないのが現状である。と
くに２点火時期の制御については殆どオープンループで
行なわれており、外乱や、長期間の使用による前記経時
変化をモニタして、常に該変化に対応した最適な点火ク
ランク角に補正することができない。

そこで本発明は、自動車等におけるエンジンの各気筒の
微妙な加工精度の違いによる特性のばらつきや、あるい
は機械的経時変化にも拘らず、常に最大の出力効率が得
られるように、燃料噴射量および点火時期を制御する方
法を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明に係るエンジンの制御
方法は、一定の回転数に達したときに該回転数に応じた
燃料噴射量および点火時期の初期値を設定するとともに
、該燃料噴射量および点火時期を漸次変化させながら、
ピストンの仕哀量をサンプリングし、該仕事量が最大と
なる燃料噴射量および直火時期を選定してそのデータを
ＲＡＭにマツプとして書き込み、該マツプのデータをも
とに、回転数に応じた適切な燃料噴射量および点火時期
を決定し、すなわち運転の都度、前記ＲＡＭに記憶され
る燃料噴射量および点火時期等のデータをリフレッシュ
して、該データに基いて制御を行ない、常にエンジンの
特性に応じた最適な運転状態とするものである。

〔作　用〕

未発明方法によれば、エンジンが一定の回転数に達した
ときに、まず該回転数に対応した燃料噴射量（噴射時期
）および点火時期の初期値を設定し、つぎに該噴射量お
よび点火時期を漸次変化さ第３図はエンジンの吸入行程
から圧縮行程、膨張行程を経て排気行程に到るまでのク
ランク角とシリンダ内圧力の関係を示す圧力−行程線図
で。

クランク角θ１において排気弁が閉弁、θ２において吸
気弁が閉弁、　ＣＡにおいて点火、θ３において排気弁
が開弁、θ４において吸気弁が開弁する。　丁ＤＣは圧
縮行程における上死点である。

圧縮および膨張行程において燃焼ガスがピストンに対し
て実際に与えた仕事量は１図中斜線で示す面積（図示仕
事量ＰＳ）で示され、この図示仕事量ＰＳは、空燃比や
点火時期によって変化する。

そこで、前記したように、燃料噴射量および点火時期を
漸次変化させながら図示仕事、ＩＰＳを積分計算すると
ともに、該仕事量ＰＳが最大となる燃料噴射量および点
火時期を求め、これをマツプの形でＲＡＭにストアし、
＃マツプを読み出すことによって回転数に応じた燃料噴
射量および点火時期が制御される。

ＲＡｌ’ｌに書き込まれたこれらの変数データは運転を
停止し電源を切れば消滅するため、−見不合理のように
見えるがピストン、シリンダ内壁、バルブその他の接触
動作を行なう箇所の摩耗等による機械精度の変化は避け
られず、しかも個々のエンジン毎に加工精度の微妙な差
異があるため、運転開始の都度、前記精度変化等に応じ
た最適な変数データを補正更新して求めるほうがむしろ
遥かに合理的であると言える。

〔実　施　例〕

以下１本発明方法を１図示の実施例に基いて説明する。

ｙＳｆ図はエンジンの概略図、第２図は制御システムの
基本構成を示す概略的なブロック図で、符号（１）はエ
ンジン（１１）のクランクシャフト（１４）または図示
しないディストリビュータシャフトに設けられたクラン
ク角センサ、（２）はシリンダ（１２）内の圧力を検出
する圧力センサ、（３）はエンジン冷却水の流路中に設
けられた温度センサ、（４）は吸気マニホールド（１５
）に設けられた空気流量センサ、（５）は排気マニホー
ルド（１８）に設けられ排ガス中の酸素濃度を検出する
９センサである。　（１３）はピストン、　（１７）は
点火プラグ、（１８）は吸気弁、（１８）は排気弁、　
（２０）は燃料噴射装置を示す。

（６）は電子制御ユニットで、中央演算処理装置すなわ
ちＣＰＵ　（８１）と、回転数Ｎに対応して燃料噴射Ｑ
Ｑや点火クランク角ＣＡ等の初期値が設定されたリード
オンリーメモリすなわちＲＯＭ　（６２）と、ＣｐＩＪ
（６１）による演算内容等を一時的に格納するランダム
アクセスメモリすなわちＩＩＩＡ）Ｉ　（８３）と、ク
ランク角センサ（１）からのパルスを入力してこれを２
進数の計測データに変換しＣＰｔ１　（６１）および後
記するコンパレータ（［１７）（６８）へ該計測データ
を出力する２進数カウンタ（６４）と、圧力センサ（２
）、温度センサ（３）、空気流量センサ（４）およびう
センサ（５）から入力したアナログ検出信号をディジタ
ル信号に変換してＣＰＵ（８１）へ出力するへ／Ｄ変換
回路（６５）と、ＣＰＵ（６１）で演算決定された制御
値としての燃料噴射ＩＱ（噴射クランク角）および点火
クランク角ＣＡ等のデータをラッチするラッチ回路（６
Ｇ）と、該ラッチ回路（８Ｂ）から出力された燃料噴射
ＩＱの２進データを所定のパルス幅の噴射パルスに変換
するとともに２進数カウンタ（８４）からのクランク角
計測データによって噴射タイミングを検出し、燃料噴射
駆動回路（７）へ前記噴射パルスを出力するフンパレー
タ（θ７）と、ラッチ回路（６Ｇ）から出力された点火
クランク角ＧＡの２進データと２ａ数カウンタ（６４）
からのクランク角計測データが一致したときに点火駆動
回路（８）をトリガするコンパレータ（６８）と、これ
ら各要素間を結ぶパスラインから構成されている。

第５図は上記制御システムによる処理ルーチンを示すフ
ローチャートである。

まず（１００）および（＋０１）は初期化のステップを
示し、すなわちクランク角センサ（１）および２進数カ
ウンタ（６４）からのデータにより、　ｃｐｕ（ｓ＋）
で算出されるエンジン（１１）の回転数Ｎがある一定の
回転数Ｎ、に達すると、ステップ（１００）において、
このときのエンジン温度や吸気温度等の測定データから
燃料噴射量Ｑの初期値が設定されるとともに、ステップ
（［０１）で点火クランク角ＧＡの初期値が設定される
。これらの初期値は、設計時のエンジンマツピングによ
って決められ、マツプ化されて、ＲＯＭ（８２）の製造
過程においてその回路パターンを作り込むことにより、
該ＲＯＭ（６２）に常時ストアされているものである。

つぎに、ステップ（１０２）で点火クランク角ＣＡをサ
ンプリング輻Ｉ−Δθだけ変化させ、ステップ（１０３
）で、これに伴ない変化するエンジン出力（図示仕事ｉ
　ｐｓ）を積分計算する。ここで、たとえば第４図に示
す圧力−行程線図において、クランク角θ、からθ、＋
３までの図示仕事量ＰＳ’　を計算する場合を例として
計算法を説明すると、圧縮された混合ガスが燃焼するこ
とによってピストン（１３）に与えられる仕事量は、圧
縮行程における仕事ＰＳ、と膨張行程における仕事ＰＳ
ｂとの差であるから、クランク角θ、、θ１．ｅ・・、
θｉや３．θｊや３におＪ けるシリンダ内圧力ｐ、　　ｐ、’、−・・２１゜２”
　ｉ’＋２１′１ をデータとしてサンプリングし１次式によって求める。

阿°＝（θ１゜１−０１）・ｐ、−（６，３−５゜２）
・Ｐｉ゛＋　鴨＋２−’ｉ＋１）　”国−（ＯＪ＋２　
　　”、、１）　　−ｐ鵞°・１＋　（ｑ　、３−ｏｉ
＋２）　１１　ｐ、２−　（ら・１−５）”ｉ’＋２＝
Δθ巨Ｐ、−Ｐ、°）＋　（Ｐ、。１−Ｐｉ’。、）＋
（Ｐ、。２−’ｉ’。２））（，°θ１゜１−θ１＝ら
。３−　ｏＪ。２＝・・・−Δθ）なお、θ、θ、　　
・・φは２進数に変換されたＩ　　　Ｉ◆１１ クランク角で、サンプリング幅Δθはたとえばｓ’、ｉ
’、あるいは０．１’など任意の幅に設定６丁能である
が、サンプリング幅Δθが大き過ぎる場合は仕事量ＰＳ
の計算値の精度が低くなり、また過小である場合は計算
速度が問題となるため、この点を考慮して適宜に設定す
る。

つぎにステップ（１０４）で、らセンサ（５）によって
検出された排ガス中の酸素１Ｍ度が規定内にあるか否か
を判定し、規定内になければ（ＮＯであれば）処理はス
テップ（１０５）に移行してサンプリング幅Ｉ・Δθの
係数■に１を加え、ステップ（＋０２）ヘリターンする
。また、排ガス中の酸素濃度が規定内にあれば（ＹＥＳ
であれば）処理はステップ（１０Ｂ）へ進み、前記ステ
ップ（１０１）ないしく＋０３）で得られたデータ、た
とえば燃料噴射量Ｑ１示仕を量ｐｓ）がＰ　Ｓ　１ｒで
あった場合のこれら各変数を、つぎに示すようなＲＡＩ
Ｉ（８３）のマツプＡの所定のアドレスに順次書き込む
。

くマツプＡ〉 そしてステップ（１０７）で前記係数Ｉに１を加え、次
いでステップ（＋０８）ではサンプリング幅Ｉ−Δθが
たとえば燃料噴射量ＱがＱｌである場合のサンプリング
に必要な所定の角度に達したか（Ｉが終りか）を判定し
、　ＮＯであればステップ（＋０２）ヘリターンして変
更された点火クランク角ＣＡ＋Ｉ・Δθにおける出力測
定および前記書き込みが繰り返され、ＹＥＳであれば次
ステツプ（＋０９）へ進む。

ステー、プ（１０９）では、燃料噴射量Ｑにおけるサン
プリング幅Ｊ・ΔＱの係数Ｊに１を加えてステシブ（１
１０）で該燃料噴射量ＱをたとえばＱｌから侍へ変化さ
せ、さらに次のステップ（＋１２）では前記サンプリン
グ幅Ｊ・ΔＱが、たとえばエンジン回転数ＮがＮ１であ
る場合のサンプリングに必要な所定の晴に達したか（Ｊ
が終りか）を判定し、ＮＯであればステップ（１０１）
ヘリターンして、変更された燃料噴射量（たとえばＱ２
）に基いて該ステップ（＋０１）からの処理が鰻り返さ
れ、ＹＥＳであれば次ステツプ（１１２）へ進む。

ステップ（＋１２）では前記マー、プＡにストアされた
たとえば回転数Ｎ１における変数データから出力として
の図示仕事量ＰＳが最大となる燃料噴射量Ｑおよび点火
クランク角ＣＡを選定し、ステップ（１１３）でこれを
つぎに示すような、ＲＡＭＣ８３）のでｌプＢの所定ア
ドレスに書き込む。

くマツプＢ〉 そしてステップ（１１４）において、このマツプＢの同
一アドレスのデータをＣＰＵ（６１）が読み出し、これ
によって燃料噴射量Ｑ（燃料噴射クランク角）および点
火クランク角ＣＡを、ＴＪＩ　ｍする。すなわち回転数
Ｎ　＝　Ｎ、であれば燃料噴射ＩＱを％、点火クランク
角ＣＡをＣＡ２゜とすることにより、前記回転数Ｎ、に
おける最大の出力ＰＳ２２が得られるものである。

ステー／　’７’　（＋１５）　テハＣＰＵ（６１）　
カ２　ｉｆ！数カ数カメンタ４）からのデータによって
算出した回転数Ｎの変化を判定し１判定結果、該回転数
Ｎが不変（ＮＯ）であれば処理はステップ（＋１４）ヘ
リターンする。すなわち、継続的に測定されている回転
数Ｎが変化しなければマツプＢの同一アドレスからの読
み出しが行なわれ、燃料噴射ＩＱ（燃料噴射クランク角
）および点火クランク角Ｃ＾の制御値は変わらない、ま
た、計測された回転数Ｎのデータが一定値以上に変化（
たとえばＮ１からＮ２へ変化）したと判定（ＹＥＳ）さ
れれば、処理はステー、プ（＋００）ヘリターンし１回
転数Ｎ２での燃料噴射ＪｔＱおよび点火クランク角ＣＡ
の制御値の初期化が行なわれ、以下、上述した一連の処
理を鰻り返す、そして、これらの処理はきわめて短時間
で行なわれるものであり、またたとえば回転数Ｎが再び
Ｎ１となったときは上述の一連の処理を行なう必要はな
く、マツプＢから該回転数Ｎ１と同一のアドレスにより
制御値（燃料噴射量％、点火クランク角ＣＡ２２）を決
定する。

この実施例はエンジンの運転状態がある一定の条件を満
たしている場合（安定走行時）、エンジンの出力効率を
最大（燃料経済性を岐良）とするためにきわめて有効で
ある。しかも、ｑセンサ（５）によって検出された排ガ
ス中の醜素濃度が規定された許容範囲にない運転状態で
得られた変数データは、マツプＡに古き込まれない（ス
テップ＋０４参照）ため、政府規制の対象である窒素酸
化物（Ｎｏ□）等の排出量の減少の要求に応えるもので
ある。

なお、ＲＡＭ（６３）に書き込まれたデータは、電源を
切れば消滅し１次回の運転時に上記一連の処理によって
新たなデータが書き込まれる。

また、初期化ステップ（＋００）および（１０１）にお
いて設定される燃料噴射ＩＱおよび点火クランク角ＣＡ
の初期値は、既述したようにあらかじめエンジンマツピ
ングによって、通常走行時の平均的なイ１が選定され固
定されたもので、万−ＲＡ１１（８３）がダウンしたよ
うな場合はこの初期値によって制御がなされるようにな
っており、すなわちバックアップ機能を果たすものであ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係るエンジンの制御方法
は、回転数の変化に応じたエンジンの出力効率が最大と
なる燃料噴射量および点火時期のデータを、運転の都度
測定してＲＡｌ’ｌにマツプの形で記憶し、該データに
よって制御を行なうもので、すなわち制御値は運転の都
度補正されるため、エンジンの初期特性のばらつきや経
時変化に対応した最適な、ｖＩ御値で出力制御を行なう
ことができ、排ガス規制の要求も満足させ得るものであ
る。

また、前記マツプのデータは、たとえば電子制御された
オートマチック変速機におけるギア比の選択や、その他
ブレーキ制御、ステアリング制御、サスペンション制御
等への有効な情報として活用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図はエンジ
ンの概略図、第２図は制御システムの概略的なブロック
図、第３図はエンジンの圧力−行程線図、第４図はエン
ジン出力計算方法を示す圧力−行程線図、第５図は処理
を示すフローチャートである。 （１）クランク角センサ　　（２）圧力センサ（３）温
度センサ　　（４）空気流量センサ（５）０２センサ　
　（６）電子制御ユニー／　ト（８１）ＣＰＵ　　　　
　（８２）ＲＯＭ　　　　　（８３）ＲＡＭ（６４）Ｚ
ｉｉ数カ数カメンタ（７）燃料噴射駆動回路（８）へ火
駆動回路 特許出願人　　イーグル工業株式会社 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、クランク角および回転数の検出手段、シリンダ内圧
   力検出手段、吸気温度およびエンジン温度の検出手段、
   吸気量検出手段、排ガス中の酸素濃度検出手段等からの
   検出データに基いて電子制御ユニットによりキャリブレ
   ーションを行なうエンジンの制御方法において、一定の
   回転数に達したときに該回転数に応じた燃料噴射量およ
   び点火時期の初期値を設定するとともに、該燃料噴射量
   および点火時期を漸次変化させながら、ピストンの仕事
   量をサンプリングし、該仕事量が最大となる燃料噴射量
   および点火時期を選定してそのデータをＲＡＭにマップ
   として書き込み、該マップのデータをもとに、回転数に
   応じた適切な燃料噴射量および点火時期を決定すること
   を特徴とするエンジンの制御方法。