JPH0315645A - エンジン制御装置 - 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、マイコン（マイクロコンピュータ）を用いた
内燃機関の制御装置に係り、特に、自動車用ガソリンエ
ンジンに好適なエンジン制御装置に関する． 〔従来の技術〕 自動車用のエンジン、特に自動車用ガソリンエンジンで
は、厳しい排ガス規制をクリアしながら、なおかつ、さ
らに充分に高い性能が要求されるため、近年、エンジン
の給気流量や回転速度など、エンジンの運転状態を表わ
す各種のデータを逐次取り込み、これに基づいて各シリ
ンダごとに所定の制御データを算定し、この制御データ
により各シリンダごとに独立に燃料供給量や点火時期な
どを制御する方式の制御装置が使用されるようになって
きており、その例を、例えば特開昭５８−１８５９７３
号、特開昭５９−４９３７２号、それに特開昭５９−２
０１９７２号の各公報に見ることが出来る。

ところで、このような制御装置ではエンジンの回転速度
を表わすデータが必要であるが、上記従来技術では、ク
ランク軸が、例えば１８０度などの所定角度位置に達す
る毎に発生されてくる、いわゆる基準角度位置信号（Ｒ
ＥＦ信号）の周期から検出した回転速度を、エンジン制
御用データ算定のための回転速度データとして、共通に
使用していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、エンジンの回転速度が不規則な脈動を
含み、検出技法によりかなり異なった検出データを示す
点、及び回転速度の検出に、上記した基準角度位置信号
の少なくとも１周期期間の遅れを伴なう点について配慮
がされておらず、このため、特に回転慣性の小さい高速
型のエンジンなどではシリンダ間での燃焼状態の違いな
どを充分に反映した制御データを得ることが出来ずシリ
ンダ毎に独立して制御用データを作成する方式を採用し
たにもかかわらず、不整燃焼の抑制や最適点火時期制御
が充分に得られないという問題があった． 本発明の目的は、エンジンの運転状態を表わす各種のデ
ータを逐次取り込み、これに基づいて各シリンダごとに
所定の制御データを算定し、この制御データにより各シ
リンダごとに独立に燃料供給量や点火時期などを制御す
る方式の利点が充分に活かされ、不整燃焼の抑圧や最適
点火時期の制御などが充分に得られるようにしたエンジ
ン制御装置を提供することにある． 〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するため，本発明は、複数のシリンダの
各ピストンが夫々同一の所定のストローク位置にあると
きでのクランク軸の回転角速度を逐次独立に検出し、こ
のクランク回転角速度に基づいて各シリンダごとの回転
速度データをそれぞれ算定するようにしたものである。

〔作用〕

エンジンのクランク軸の回転角速度は、各シリンダの燃
焼状態により変化し、脈動を示しているが、各シリンダ
のピストンが同一のストローク位置にあるときでのクラ
ンク軸回転角速度から、夫々独立に回転速度データを検
出すれば、夫々の回転速度データは充分に各シリンダの
燃焼状態に対応したものとなり、この夫々の回転速度デ
ータにも基づいて独立に各シリンダ毎の制御データが作
成されるので、充分に精度の良いエンジン制御が可能に
なる。

〔実施例〕

以下、本発明によるエンジン制御装置について，図示の
実施例により詳細に説明する． 第３図は本発明が適用された、電子式燃料噴射方式のエ
ンジンシステムの一例を示したもので、図において、エ
ンジンが吸入すべき空気はエアクリーナ１の入口部２か
ら取り入れられ、吸気流量を検出する熱線式空気流量計
３、ダクト４、吸気流量を制御する絞り弁が収容された
絞り弁ボデイ５を通り、コレクタ６に入る．そして、こ
こで吸気は、エンジン７の各シリンダに接続された各吸
気管８に分配され、シリンダ内に導かれる。

他方、ガソリンなどの燃料は、燃料タンク９から燃料ボ
ンブ１０により吸引、加圧された上で、燃料ダンパ１１
．燃料フィルタ１２、燃料噴射弁（インジェクタ）１３
、それに燃圧レギュレータ１４が配管されている燃料系
に供給される。そして、この燃料は、上記した燃圧レギ
ュレータ１４によリ一定の圧力に調圧され、それぞれの
シリンダの吸気管８にに設けられている燃料噴射弁ｌ３
から吸気管８の中に噴射される． また、上記空気流量計３からは吸気流量を表わす信号が
出力され、コントロールユニット１５に入力されるよう
になっている． さらに、上記絞り弁ボデイ５には絞り弁５の開度を検出
するスロットルセンサ１８が取付けてあり、その出力も
コントロールユニット１５に入力されるようになってい
る． 次に、１６はデイスト（ディストリビュータ）で、この
デイスト１６にはクランク角センサが内蔵されており、
クランク軸の基準回転角位置を表わす基準角信号ＲＥＦ
と、微小角度、例えば２度毎の回転角位置検出用の角度
信号ＰＯＳとが出力され、これらの信号もコントロール
ユニット１５に入力されるようになっている． コントロールユニット１５の主要部は、第４図に示すよ
うに、ＭＰＵ％　ＲＯＭと、Ａ／Ｄ変換器、人出力回路
などを含むＬＳＩとからなるマイコンで構成されており
、上記した空気流量計３やデイストｌ６、さらにはスロ
ットルセンサ１８などのエンジンの運転状態を検出する
各種のセンサなどからの信号を入力として取り込み、所
定の演算処理を実行し、この演算結果として算定された
各種の制御信号を出力し、上記した燃料噴射弁ｌ３や点
火コイル１７に所定の制御信号を供給し、燃料供給量と
点火時期とを制御する。

次に、これらの制御の詳細について説明する。

まず、クランク角センサから出力されるＰＯＳ信号につ
いてみると、この信号は、そもそも、そのパルス数のカ
ウントにより角位置を検出するためのものなので、それ
らのパルス位置精度については特に考慮されてはいない
ため、通常、そのバルス伺生間隔にかなりの誤差を持つ
上、エンジンのストローク間でのトルク変動などによる
回転伝達系に存在するガタや歪などにより、このＰＯＳ
信号の間隔をＦ／Ｖ変換してみると、第５図（ａ）に示
すように、極めて細かな、不規則な変動を伴った、比較
的周期的な大きな変動を示すものとなる．従って、この
第５図（ａ）から容易に理解されるように、このＰＯＳ
信号からそのままエンジン回転数（以下、回転速度を回
転数という）を検出したのでは、上記したシリンダ別の
制御データを用いる方式のエンジン制御に適用しても充
分な結果は得られない しかしながら、このＰＯＳ信号も、第５図（ｂ）、（Ｃ
）に示すように、分周してやることによりフィルタ効果
が現われ、不規則な変動が取り除かれて比較的きれいな
波形となり、シリンダ別の制御にも使用可能になること
が分かる．なお、この図で（ｂ）は５分周、（ｃ）は１
０分周である。つまり、クランク軸の回動角度の所定範
囲にわたる回転角速度を平均化して検出してやれば、良
いことが分かる。

そこで、本開明では、この変動の影響を除くため、エン
ジンストロークの、所定の同一時点の所定の範囲内でク
ランク軸の回転角速度を検出するようにしたものである
。

ところで、この所定の範囲は任意に定めてよいが、しか
し、この範囲としては、エンジンのクランク軸の回転角
速度がピークを示す時点を含むようにするのが望ましく
、以下、この点について第６図により説明する． 周知のように、本発明が主として適用される自動車用ガ
ソリンエンジンなどでは、４サイクル方式であり、この
４サイクルエンジンでは、第６図の（ａ）〜（ｄ）に示
すように、各気筒（シリンダ）毎に吸気、圧縮、燃焼、
排気の各行程（ストローク）を繰り返えすから、エンジ
ン全体では、クランク軸が２回転する角度、すなわち７
２０度を気箇数で割った角度、例えば４気筒エンジンで
は１８０度、クランク軸が回転する毎に燃焼が起こって
いる。

そして、このとき、その燃焼圧力にも変動があるので，
結局、エンジンのクランク軸に現われる回転角速度は、
第６図（ｅ）に示すようになり、エンジンのクランク軸
の回転角加速度は、同図（ｆ）に示すようになる． この第６図から容易に理解されるように、クランク軸の
回転角加速度が正から負に反転する時点、つまり燃焼行
程での上死点と下死点との、ほぼ中間の時点が回転角速
度のピーク時点となる。

そして、このクランク軸の回転角速度のピーク値は、そ
のとき燃焼行程にある気筒で発生したトルクによるもの
であるから、結局、各気簡の燃焼行程でクランク軸に現
われている回転角速度のピーク値は，その気簡の燃焼状
態を反映していることになり、従って、このクランク軸
の回転角速度がピーク値を示す時点でエンジンの回転数
を検出するのが、最もエンジンの燃焼状態を正確に表わ
すことになるのである． 以上のことを前提として、次に、本Ｊ？！明の一実施例
によるエンジン回転数検出動作について説明する。

上記したように、特に何も配慮しない限り、エンジンに
は、気筒毎に燃焼のバラツキがあり、常に燃焼の良い気
筒と悪い気筒とが存在し、この結果、エンジンの（クラ
ンク軸）回転角速度のピーク値には、第１図（ａ）に示
すように、かなりの変動があり、これが上記したように
、各気筒毎の燃焼状態を表わすが、これを検出するため
、同図（ｂ）に示すような角速度計測位置を設定し、こ
の位置毎に角速度データＮ（Ｎ．，Ｎ，，Ｎ１・・・・
・Ｎ．）を、同じ＜（Ｃ）に示すようにして計測し、順
次記憶して行く。

これを第２図により詳細に説明すると、まず、第２図（
ｅ）に示すように、例えば上死点（ＴＤＣ）からクラン
ク軸角度が８０〜１００度の区間だけオンになる角度計
測用区間信号が開生されるようにし、この区間計測用信
号の継続時間（オン時間）を計測して，その逆数から角
速度データを演算するのである。なお、このため、第３
図では説明しなかったが、ディスト１６に内蔵されてい
るクランク角センサは、この角度計測用区間信号も允生
ずるように構成されている． 一方、これに代えて、ＰＯＳ信号を用い、ＲＥＦ信号か
ら所定個数、例えば８０個のＰＯＳ信号パルスが検出さ
れた後、所定個数、例えば２０個のＲＥＦ信号パルスが
計数されるまでの時間を測定し、上記した角速度データ
Ｎを求めるようにしてもよい。

ンジンの吸気負圧Ｐｃや、負荷を直接表わすデータＬ　
ＤＡＴＡを用いてマップ検索するようにしても良い。

このようにして演算した角速度データＮは、第１図（ａ
）に示す気筒判別信号を用い、各気筒ごとに用意してあ
るＮテーブルに格納して行く．そして、金気筒のＮデー
タが揃う毎に、第１図で示すと、データＮ１が演算され
た時点で、今度は気筒別Ｎ平均テーブルに格納して行く
。なお、これは、燃焼が不安定なときでも誤差を少なく
するための処理であり、平均化するためのデータの個数
は、必ずしも上記した場合の８個とは限らない。この第
１図では、データＮ，が取り込まれたところで規定平均
個数に達したとして平均化テーブルに格納し、データＮ
，が現われた時点から制御量の補正を行ない、各気簡の
角速度ピーク値を揃えてゆくようにしたものである。

ここで、時々発生する大きな不整燃焼（ラフ）の問題が
ある。例えば、第８図に示すように、ラフの発生により
データＮ，の後で、第８図（ｂ）に示すように、エンジ
ン回転角速度が大きく落ちこむと、速度の連続性のため
、その後に続くデータＮ３、Ｎ４も、同図（ｅ）に示す
ように、大きく落ちこんで見える。しかし、このときに
は、別に燃焼が悪くて落ちこんだ訳ではないから、この
ままでＮデータとして取り込むと大きな誤差となって現
われてしまう。

そこで、この実施例では、このようなラフの允生による
誤差を防止するため、第８図（ｄ）に示すように、或る
データＮ．を取り込むと同時に、それとｌ時点前のデー
タＮ　＋−＋との差ΔＮ，を計測し、二の差ΔＮ１が所
定の判定値Ｘを超えたか否かによりラフの発生を判定し
、ラフ発生と判断したときには、その気筒以降のＮデー
タの取り込みをしばらく中止するようにする．そして、
このときの、次のデータ取り込み開始区間を、ラフが発
生した気簡の次の気筒からとすることにより、データの
欠落が最小限に抑えられるようにしている。

ΔＮ　ｌ＝　Ｎ　ｒ　　Ｎ　＋　−　ｒΔＮｌ≧Ｘ ただし　ｉ：データ番号 従って、この実施例によれば、不整燃焼（ラフ）などに
よる誤差の発生が充分に低く抑えられ、精度の良い制御
を得ることができる。

ところで、以上の制御動作は、コントロールユニット１
５（第４図）により実行されるエンジン制御処理の一部
として実行されるのであるが、以下、エンジン制御を含
めての制御処理動作について説明する。

まず、この実施例では、第９図に示すように、エンジン
がアイドル状態か否かによって、エンジン制御の内容が
、かなり異なったものとなり、このため、まず、ステッ
プ９０でエンジンがアイドル状態か否かを調べている。

そして、アイドル状態では、ステップ９２による判断を
行い、点火時期制御とアイドルスピードコントロール、
それに空燃比制御が行われていないことが、本発明によ
る制御が実行されるための条件となるようにしている．
つまり、これらの制御が行われていると、それらの制御
が互いに影響して、上記したデータＮが不正確になるか
らである。

また、エンジンがアイドル状態でないときでも、低負荷
運転領域にある場合には、やはりＮデータの取り込みを
正確にするため、ステップ９４でスロットル開度変化と
、吸入空気量変化とを調べ、それらが所定の判定値ｘ１
、ｘ２以内であることが条件となるようにしている。

ステップ９２による処理Ａは、第１０図に、そしてステ
ップ９６による処理Ｂは第１１図にそれぞれ示されてお
り、これらにより、上記した各気筒毎のエンジン回転数
データの演算が実行される．これらの処理Ａ，　Ｂにお
ける処理Ｃの詳細を示したのが第１２図で、まずステッ
プ１２０で、Ｎ平均値テーブルから全気筒の平均Ｎデー
タＮ，を算出する． 次に、ステップ１２２で、各気筒毎の偏差Ｏ，を算定す
る． σ＋＝Ｎ＋　　ＮＪ ステップ１２４では、この偏差σが所定の判定値ｘ４を
超えているか否かを調べ、超えていると判断されたとき
に、気筒間でのバラツキが大きくなったものとして、ス
テップ１２６，１２８による制御量の補正処理を実行す
るのである。

まず、ステップ１２６では、偏差σ１に対応した補正値
をテーブル検索により求め、これによりステップ１２８
で、処理Ａでのアイドル制御のときには補正値テーブル
の書き換えを、そして処理Ｂでの低負荷運転領域での場
合には補正値マップの書き換えをそれぞれ実行するので
ある。

なお、ステップ１２０による全気筒の平均ＮデータＮ，
の算出処Ｄ理は、第１３図に示す処理Ｄに代えてもよい
．つまり、テーブル検索したデータの最大値と最小値を
除いてから平均化するのである。

次に、制御量として適用すべき対象について説明する。

エンジンの制御対象としては、第７図に示すように、ト
ルクに主として変化を与えるパラメータとなる点火時期
ＡＤＶと、燃料噴射量Ｆｕｅｌとがある。

しかしながら、これらに優先順位を付すとすれば、排ガ
スへの影響をあまり与えないで大きなトルク制御が可能
な点で、点火時期制御が効果的であり、この点火時期制
御だけでは効果が充分に得られないときに燃料噴射量の
制御を付加するようにするのが良い。なお、勿論、本開
明は、これらに限定されるものではない。

ところで、この実施例による制御は、アイドル時だけで
はなく、低速走行時の制御にも適用可能であるが、この
ときには、スロットル開度Ｏｔｈと吸気流量Ｑａが、或
る所定の時間（少なくともｌサイクルが経過する時間）
は一定に保たれているという条件で制御するようにする
と、アイドルから低速走行に移行するときに発生しやす
いサージングの抑圧に効果的である。

一方、アイドル時での制御だけに限定して実施した場合
には、コントロールユニット１５内のマイコンによる処
理に余裕が生じる場合には、エンジン制御用の目標回転
数の設定の仕方として、各気筒毎に何回かサンプリング
した値の平均値を求め、この平均値の最大値と最小値を
除いてから再び平均化してもとめる方法を適用しても良
い。

この方法によれば、極めて安定した判定基準が得られる
ので、さらに適切な制御を与えることができる． さらに、このようにしても、低速走行中にサージングが
発生してしまう場合には、エンジン回転角の１８０度毎
に求まるエンジン回転数Ｎｅを、順次、その前回での値
との差ΔＮｅを見て、その変曲点を検出することにより
サージングの共振周波数が、その車両の固有値として予
測できるので、これを検出し、このサージングによるト
ルク変動と逆位相のトルクがエンジンから発生されるよ
うに点火時期を制御してやれば、効果的にサージングを
抑えることが出来る．なお、このときには、気箇別の制
御の必要はないから、順次、トルクを制御してゆくだけ
でよい。

ところで、上記実施例では、各種のデータをテーブル化
して使用しているが、これは第１４図に示すように、バ
ックアップＲＡＭに格納し、順次書き換えられて使用さ
れるようになっている．従って、この実施例によれば、
エンジンの運転を再開する毎に、前回までに補正されて
いた制御データによる学習制御が得られるので、常に的
確な制御が確実に期待できる． なお、このとき、気箇別の制御量は、予め、その車両毎
に定められたデータを基本値とし、それに本発明により
演算されてくるデータを補正値として扱い、且つ、アイ
ドル制御用と低速走行制御用とを別のマップに分けて格
納して行くのである。

そして、Ｎデータから演算した制御量は、順次、このマ
ップに加算して行くようにするのである．また、上記し
たサージング共振周波数の検出に際しては、Ｎデータを
時系列データとして取り込み、変曲点が検出されたら、
極大値と極小値として取り込むと同時に、その位置をデ
ータ数のカウント値として記憶しておく．そして、これ
らの差極大値一極小値 を間隔データ数で割った値が、或る規定値以上になった
とき，Ｎデータの変化は周期的変動であると判断するよ
うにし、これによりサージング抑制用の逆位相のトルク
が得られるように点火時期制御するのである． ところで、エンジンの性能を極限まで引き出すためには
、その点火時期をノック発生の限界まで進める必要があ
る．しかしながら、従来は、気筒間での燃焼状態のバラ
ツキなどを考慮して、点火進角値に、第１５図に示すよ
うに、余裕を持たせておく必要があったが、上記実施例
によれば、各気筒毎に、その燃焼状態に対応した制御が
可能になるため、第１５図に示すように、ノックの発生
などを考慮した点火時期の余裕度の設定が少なくて済む
ため、エンジン性能の極限までの向上を容易に行うこと
ができる． 〔発明の効果〕 本発明によれば、気筒間での燃焼のバラツキなどにも充
分に対応でき、常に適切な制御が可能になるので、エン
ジンの性能を充分に引き出すことが出来る上、アイドル
運転時での安定性を大いに改善することができる． また、低速走行時での燃焼のバラツキが抑えられるので
、サージングの抑制が充分に得られるという効果がある
．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるエンジン制御装置の一実施例の動
作を説明するタイミングチャート第２図は同じく動作説
明用の波形図、第３図は本開明の一実施例が適用された
エンジンシステムの一例を示す構成図、第４図はコント
ロールユニットの一実施例を示すブロック図、第５図は
エンジン回転数の変動状態を説明する波形図、第６図は
エンジン回転数と動作行程の関係を示す説明図、第７図
はエンジン制御量の説明図、第８図はデータ取り込み動
作を説明するタイミングチャート、第９図、第１０図、
第１１図、第１２図、第１３図ははそれぞれ動作説明用
のフローチャート、第１４図はバックアップＲＡＭの説
明図、第１５図は本開明の効果を説明する特性図である
． ｌ・・・・・・エアクリーナ、２・・・・・・エアクリ
ーナの入口部、３・・・・・・熱線式空気流量計、４・
・・・・・ダクト、５・・・・・・絞り弁ボディ、６・
・・・・・コレクタ、７・・・・・・エンジン、８・・
・・・・吸気管、９・・・・・・燃料タンク、１０・・
・・・・燃料ポンプ、１ｌ・・・・・・燃料ダンパ、ｌ
２・・・・・・燃料フィルタ、ｌ３・・・・・・燃料噴
射弁（インジエクタ）、１４・・・・・・燃圧レギュレ
ータ、１５・・・・・・コントロールユニット． 第 ８ 図 第２図 第４図 第５図 第６図 第７図 Ｒ：角連戻の平の値 σｊ：ｆＬ′ＩｔＩ１ヌリ角遼膚の平均イ直との差（ｉ
＝気笥Ｎｏ．） χ４：４’ｌ枦ｔｔＬ！！＋補正するかの中１定儂第９
図 ＡＤＶ：β．火ａ！期 ｒｓｃ　：μドルスご−ドコ）１口ールＡＱ竃ｈ：規．
ｍｒａ内のスロットル聞崖妥１ヒＡＱａ：規え瞬間内の
暁天空気量受イ乙入：２３！！．看ｖ１櫛 第１０図 第１２図 第１３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エンジンの制御に必要な制御用データを複数のシリ
   ンダの夫々毎に計算する方式のエンジン制御装置におい
   て、複数のシリンダの各ピストンが夫々同一の所定のス
   トローク位置にあるときでのクランク軸の回転角速度を
   逐次独立して検出する回転角速度検出手段と、この回転
   角速度検出手段による検出結果に基づいて各シリンダご
   との回転速度データを算定する回転速度演算手段を設け
   、この各シリンダ毎の回転速度データを用いて上記エン
   ジン制御用データを計算するように構成したことを特徴
   とするエンジン制御装置。 ２、請求項１の発明において、上記所定のストローク位
   置が、燃焼行程の上死点と下死点のほぼ中間位置である
   ことを特徴とするエンジン制御装置。 ３、請求項１の発明において、上記制御用データが、エ
   ンジンの点火時期及び燃料供給量の少なくとも一方を制
   御するデータであることを特徴とするエンジン制御装置
   。