JPH03229935A - 車両用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、吸入空気量を制限する装置をサーボコントロ
ールすることにより制御する車両用内燃機関の制御装置
に関する。

〈従来の技術〉 従来の車両用内燃機関の制御装置としては、特開昭５８
−１５５２３５号公報に示されるように吸入空気量を検
出し、この吸入空気量に応じて燃料供給量と点火時期と
を決定する方式（空気量主導方式）が主流であったが、
この方式では過渡の運転状態において時々刻々変化する
空気量に対応して吸入空気量検出の遅れを生じる等のた
め、最適な燃料量を与えることができない。

一方、特願昭６３−１４４７９７号に示されるように車
両の制御に直接作用する物理量である機関出力軸トルク
を制御の基準量として燃料量と空気量とを決定する方式
（トルク主導方式）が提案されている。

即ち機関出力軸トルクの目標値を、アクセル操作量と機
関回転速度等から設定し、該目標トルクに応じて燃料噴
射弁からの燃料供給量を制御すると共にアクチュエータ
によりスロットル弁開度を制御して吸入空気量を制御す
るものである。このものでは、前記空気量主導方式にお
ける吸入空気量検出の遅れの問題は生じない。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、上記トルク主導方式を採用した従来の車両用
内燃機関の制御装置にあっては、燃料量と空気量とを一
体に制御するために、吸入空気量の計量をスロットル弁
開度制御に依存している。

しかしながら、低負荷領域においては、アイドル制御等
のためにスロットル弁をバイパスして設けられるバイパ
ス通路からのバイパス空気量やスロットル弁の漏れ空気
等の影響によって、スロットル弁開度制御だけでは空気
流量の計量の精度が確保できない。

さらに低負荷領域以外の運転領域において、バイパス通
路を全閉としてバイパス空気量をＯにするように制御す
るとしても、例えばアイドル時からのアクセル踏み込み
時のように急激にスロットル弁を動作させた場合には、
バイパス制御弁の応答遅れによるバイパス空気量の遅れ
分だけ目標空気流量に対して実空気流量が多くなってし
まい、空燃比がリーン側にずれ、エミッションの悪化、
失火等による運転性の悪化が生じていた。

本発明は、このような従来の実情に鑑みなされたもので
、スロットル弁制御の難しい低負荷領域では空気量検出
に基づく空気主導方式、それ以外の領域ではトルク主導
方式を採用する一方、これら領域間を移行する過渡時に
はバイパス空気量に見合った吸入空気補正を行うことに
より、上記問題点を解決した車両用内燃機関の制御装置
を提供することを目的としている。

〈課題を解決するための手段〉 このため本発明は第１図に示すように、アクセル操作量
を検出するアクセル操作量検出手段ａと、 機関の回転速度を検出する回転速度検出手段すと、 前記検出されたアクセル操作量に基づいて機関の目標ト
ルクを演算する目標トルク演算手段Ｃと、前記演算され
た目標トルクに応じた機関への吸入空気量を制限する装
置の操作量相当値を演算する吸入空気量制限装置操作量
相当値演算手段ｄと、前記機関への吸入空気量を制限す
る装置をバイパスする通路を通過するバイパス空気量を
制限する装置の操作量を、機関運転条件に基づいて演算
するバイパス空気量制限装置操作量演算手段ｅと、前記
バイパス空気量制限装置操作量に基づいて前記吸入空気
量制限装置操作量相当値を補正する吸入空気量制限装置
操作量相当値補正手段ｆと、前記補正された吸入空気量
制限装置操作量相当値に基づいて吸入空気量制限装置を
制御する吸入空気量制限装置制御手段ｇと、 前記演算されたバイパス空気量制限装置操作量に基づい
てバイパス空気量を制限するバイパス空気量制限装置を
制御するバイパス空気量制限装置制御手段りと、 前記演算された目標トルクに基づいて第１燃料供給量を
演算する第１燃料供給量演算手段ｉと、機関の吸入空気
量を検出する吸入空気量検出手段ｊと、 前記検出された吸入空気量に基づいて第２燃料供給量を
演算する第２燃料供給量演算手段にと、前記検出された
機関回転速度と前記演算された目標トルクとに応じて最
終燃料供給量として低負荷時以外は前記第１燃料供給量
を選択し、低負荷時には第２燃料供給量を選択する最終
燃料供給量決定手段Ｊと、 前記決定された最終燃料供給量に基づいて機関に燃料供
給を行う燃料供給手段ｍと、 を含んで構成した。

〈作用〉 アクセル操作量検出手段ａによって検出されたアクセル
操作量Ａｃｃに基づいて目標トルク演算手段Ｃが機関の
目標トルクＴＲＯを演算する。

吸入空気量制限装置操作量相当値演算手段ｄは、前記演
算された目標トルクＴＲ０に応じて機関への吸入空気量
を制限する装置（例えばスロットル弁とその駆動機構）
の操作量（例えば該吸入空気量を制限する装置の通過面
積）に相当する相当値θ”（スロットル弁開度）を演算
する。

バイパス空気量制限装置操作量演算手段ｅは、前記吸入
空気量を制限する装置をバイパスする通路を通過するバ
イパス空気量を制限する装置（例えばＩＳＣバルブとそ
の駆動機構）の操作量■（ＩＳＯバルブ開度）を、例え
ば機関回転速度Ｎに基づいて演算する。

吸入空気量制限装置操作量相当値補正手段ｆは、前記バ
イパス空気量制限装置操作量■に基づいて前記演算され
た吸入空気量制限装置操作量相当値θ”を補正して、吸
入空気量制限装置操作量補正値θを得る。

そして、吸入空気量制限装置制御手段ｇが、前記得られ
た吸入空気量制限装置操作量補正値θに基づいて吸入空
気量制限装置を制御し、またバイパス空気量制限装置制
御手段りが、前記演算されたバイパス空気量制限装置操
作量■に基づいてバイパス空気量を制限するバイパス空
気量制限装置を制御する。

一方、燃料供給量に関しては、第１燃料供給量演算手段
ｉが、前記演算された目標トルクＴＲＯに基づいて第１
燃料供給量Ｔｉを演算し、また、吸入空気量検出手段ｊ
により検出された機関の吸入空気量Ｑに基づいて、第２
燃料供給量演算手段ｋが第２燃料供給量Ｔｉ’を演算す
る。

そして、最終燃料供給量決定手段ｌが、前記検出された
機関回転速度Ｎと前記演算された目標トルクＴＲＯとに
応じて、最終燃料供給量として低負荷時以外は前記第１
燃料供給量Ｔｉを選択し、低負荷時には第２燃料供給量
Ｔｉ’を選択する。

前記決定された最終燃料供給量に基づいて、燃料供給手
段ｍにより機関に燃料供給が行なわれる。

よって、低負荷領域では検出した吸入空気量Ｑに基づい
て制御が行なわれ、それ以外の領域では機関の目標トル
クＴＲ６とバイパス空気量を制限する装置の操作量■と
に応じて制御が行われる。

〈実施例〉 以下に本寧明の一実施例を図面に基づいて説明する。

本実施例のシステム構成を示す第２図において、内燃機
関１には図示しないエアクリーナ、吸気ダクト２．スロ
ットルチャンバ３及び吸気マニホールド４を介して空気
が吸入−される。スロットルチャンバ３には、吸入空気
量制限装置としてのスロットル弁５が設けられており、
主空気量を制御する。また、前記スロットルチャンバ３
のスロットル弁５をバイパスしてバイパス通路６が設け
られており、該バイパス通路６にはバイパス空気量制限
装置としてのＩＳＣバルブ７が設けられていて、バイパ
ス空気量を制御している。

アクセル開度センサ２１は、アクセル開度（アクセル操
作量）ＡＣＣをポテンショメータの出力電圧によって検
出する。尚、アクセル開度センサ２１はアクセル操作量
検出手段ａを構成する。

クランク角センサ２２は、クランク角の微小単位角毎の
信号と基準位置毎の信号とを出力する。尚、この信号に
基づいて機関回転速度Ｎが検出される０ ので、クランク角センサ２２は回転速度検出手段すを構
成する。

前記スロットル弁５の下流の吸気マニホールド４には吸
気圧センサ２ａが設けられており、吸気圧力ＰＢを検出
する。

また、前記スロットル弁５の実際のスロットル弁開度θ
７及びＩＳＣバルブ７の実際のＩＳＣＳＣパルプｖＲを
検出するために、スロットルセンサ２４及びＩＳＣバル
ブ開度検出センサ２５が設けられている。

さらに、冷却水温度を検出する水温センサ２６、エアコ
ンスイッチ２７、バッテリの電圧を検出するバッテリセ
ンサ２８が設けられている。

そして、以上説明した各センサ２１〜２８からの検出信
号がマイクロコンピュータのＣＰＵ３１に入力され、該
ＣＰ　Ｕ３１は第３図〜第５図に示す動作を行って、ア
クセル開度ＡＣＣ，機関回転速度Ｎに基づいてスロット
ル弁開度指令値θ及びＩＳＣＳＣパルプ指令値Ｖを算出
し、スロットル弁駆動装置８及びＩＳＣバルブ駆動装置
９に各指令値θ及１ びＶを出力する。

ここで、スロットル弁駆動装置８は、スロットルセンサ
２４により検出された実際のスロットル弁開度θ８と前
記ＣＰ　Ｕ３１より入力されたスロットル弁開度指令値
θとの偏差に応じてスロットル弁５の開度を指令値θに
追従させるようになっている。同様に、前記ｒｓｃパル
プ駆動装置９は、ＩＳＣバルブ開度検出センサ２５によ
り検出された実際のＩＳＣＳＣパルプ■８と前記ＩＳＣ
バルブ開度指令値Ｖとの偏差に応じてＩＳＣバルブ７の
開度を指令値Ｖに追従させる。

また前記ＣＰ　Ｕ３１は、低負荷時は検出された機関の
吸入空気量Ｑと機関回転速度Ｎとに基づき、また低負荷
時以外は機関回転速度Ｎと目標トルクＴＲＯとに応じて
燃料噴射量を演算し、これに相当するパルス幅を有する
燃料噴射パルスを吸気マニホールド４に設けた燃料噴射
弁ＩＯに出力して、燃料供給制御を行う。

更に、前記ＣＰ　０３１は、クランク角センサ２２から
の信号に基づいて、設定点火時期にイグニッシ２ ョンコイル１１に点火信号を出力する。

ＣＰＵ３１の行う制御動作を第３図〜第５図に示したフ
ローチャートに従って説明する。第３図に示すメインル
ーチンは一定の周期（例えば１０ｍ５）毎に実行される
。

ステップ（図ではＳと記す。以下同様）３１では、アク
セル開度センサ２１からアクセル開度（アクセル操作量
）ＡＣＣを読み込む。

ステップ３２では、クランク角センサ２２からの微小単
位角毎の信号に基づいて機関回転速度Ｎを演算する。

ステップ３３では吸気圧センサ２３からの信号に基づい
て吸気圧力ＰＢを計測し、次式により吸入空気量Ｑを演
算する。

Ｑ＝に−ＰＢ 但し、Ｋは機関の特性によって決まる定数である。即ち
このステップ３３の部分及び吸気圧センサ２３が吸入空
気量検出手段ｊを構成する。

ステップ３４では、内燃機関１がアイドル回転速度のフ
ィードバック制御を行う領域であるか否か３ を判断する。

即ち、アクセル開度ＡＣＣ１機関回転速度Ｎ及び吸気圧
力ＰＢが夫々所定値以下の場合にはアイドル回転速度の
フィードバック制御を行う領域（以下低負荷領域と称す
る）であるとして、ステップ３６に進んでサブルーチン
２を実行し、また低負荷以外の領域であると判断された
場合はステップ３５に進んでサブルーチン１を実行する
。

ここで、第４図に基づいてサブルーチンｌを説明する。

ステップ４１では、目標トルクＴＲＯを演算する。

ＴＲＯはそ′のときの車両の運転条件に対して要求され
るトルクであり、車両の運転条件に応じて与えられるも
のである。尚、車両の運転条件に応じて特性を変える必
要が無ければ、簡単にトルクテーブルに設定された出力
トルク特性に従って、アクセル開度ＡＣＣから検索等に
より求めても構わない。このステップ４１の部分で、目
標トルク演算手段Ｃの機能が果たされる。

ステップ４２では、機関回転速度Ｎと目標トルク４ Ｔ　Ｒｏとにより、目標トルクを実現するのに必要な吸
入空気通路開口面積Ｓを算出する。具体的には機関回転
速度Ｎと目標トルクＴ　Ｒｅに割り付けた吸入空気通路
開口面積Ｓのテーブルを用いて、検索等により求める。

ステップ４３ではＩＳＣＳＣパルプ指令値Ｖの設定を行
う。即ち、後述するルーチンで設定された開度指令値の
最終値から、経過時間または累積回転回数に応じて０と
なるまで漸減して設定する。

ステップ４４ではＩＳＣバルブ開度検出センサ２５の出
力より実際のＩＳＣＳＣパルプ■、を検出する。尚、Ｉ
ＳＣバルブ駆動装置９がステップモータ、デユーティ制
御弁等を使用している場合は、ＩＳＣＳＣパルプ指令値
■を用いて実際のＩＳＣＳＣパルプＶＲを演算しても良
い。

ステップ４５では、実際のＩＳＣＳＣパルプ■３より、
バイパス通路６の開口面積Ｓ、を算出する。

具体的には、予め第６図に示すようなＩＳＣＳＣパルプ
■８と開口面積Ｓｂとの関係を示すテーブルを用意して
おき、ＩＳＣＳＣパルプ■７から読５ み出す。

即ち、ステップ４４及び４５によりバイパス空気量制限
装置操作量演算手段ｅの機能が果たされる。

ステップ４６では、前記吸入空気通路開口面積Ｓと前記
開口面積Ｓｂとから、スロットル弁開口面積Ｓ、、を以
下の式に従って算出する。

Ｓ、＝　　Ｓ　　−Ｓ。

ステップ４７では、前記スロットル弁開度面積Ｓ５から
、スロットル弁開度指令値θを算出する。具体的には、
予め第７図に示すようなスロットル弁開度面積ＳＳとス
ロットル弁開度指令値θとの関係を示すテーブルを用意
しておき、スロットル弁開度面積Ｓ５から読み出す。こ
こで、このスロットル弁開度指令値θは、実際のＩＳＣ
ＳＣパルプ■、より算出したバイパス通路６の開口面積
Ｓｂ、即ちバイパス空気量により補正された値となって
いるので、スロットルチャンバ３を通過する主空気量と
前記バイパス空気量との両者により、目標トルクＴＲＯ
に相当する吸入空気量が確保できる。

即ち、ステップ４２の機能が吸入空気量制限装置６ 操作量相当値演算手段ｄに相当し、ステップ４３〜ステ
ツプ４７の機能が吸入空気量制限装置操作量相当値補正
手段ｆに相当する。

次にステップ４８では、燃料噴射パルスＴｉを算出する
。具体的には、前記目標トルクＴ’＋ｔｏと機関回転速
度Ｎとから燃料噴射パルステーブルを参照して基本燃料
噴射パルスＴｐを読み出す。ここでのデータも車両に搭
載された機関性能から定まるデータである。

そして、基本燃料噴射パルスＴＰに対して機関の運転状
態に応じて定まる各種の補正（冷却水温に応じた増量補
正、始動時の増量補正、排気中の酸素濃度の検出値に基
づく空燃比フィードバック補正等の公知のもの）を行っ
て（補正係数Ｃ）、燃料噴射パルスＴｉを演算する。

即ち、ステップ４８の機能が第１燃料供給量演算手段ｉ
に相当する。

つぎに、第５図に基づいて、アイドル回転速度のフィー
ドバック制御を行う領域（以下低負荷領域と称する）で
あると判断された場合に実行され７ るサブルーチン２を説明する。

ステップ５１では、スロットル弁開度指令値θを算出す
るが、当該サブルーチン２はアイドル回転速度のフィー
ドバック制御を行う領域であるときに実行されるルーチ
ンであるので、もって吸入空気の制御はＩＳＣバルブ７
を用いて行われることとなり、従ってスロットル弁５が
全開となるようにスロットル弁開度指令値θを算出する
。

ステップ５２では、水温センサ２６、エアコンスイッチ
２７、バッテリセンサ２８により検出される冷却水温度
、エアコンの作動状態、バッテリ電圧から目標回転数Ｎ
０を検索或いは演算によって設定する。

ステップ５３では、機関回転速度Ｎと前記目標回転数Ｎ
。との差を演算して、変数ＮｖＡＲに代入する。

ステップ５４では、前記回転差の積分分を得るため、変
数（回転積分）の旧データＮＶＡＲＯＬＤにＮＶＡＲを
足したものをＮＶＡＲＮＥＩＩ＋として演算する。

さらに、該積分分ＮＶＡＲＮＥＷに定数ＫＩを乗算し８ た積分分と変数ＮＶＡＲに定数ＫＰを乗じた比例骨とを
加算し、回転差の比例・積分分定数Ｎ　ｐ　＋として次
式に従って求める。

ＮＦｌ＝　Ｋ　Ｉ　Ｘ　ＮＶＡＩＩ　ＮＥｗ　＋　Ｋ　
Ｐ　Ｘ　Ｎｖｈ＊ステップ５５では、ＩＳＣバルブ７の
開度指令値Ｖを前記回転差の比例・積分分定数ＮＰＩに
定数Ｋｂを乗じて求める。即ち、 Ｖ＝ＫｂＸＮ□ 即ちステップ５５によってもバイパス空気量制限装置操
作量演算手段ｅの機能が果たされる。

ステップ５６では、まず前述のステップ３３で演算した
吸入空気量Ｑ　（＝Ｋ　−ＰＢ）と機関回転速度Ｎとに
基づいて基本燃料噴射パルスＴｐを演算する。

そして、基本燃料噴射パルスＴｐに対して機関の運転状
態に応じて定まる各種の補正（冷却水温に応じた増量補
正、始動時の増量補正、排気中の酸素濃度の検出値に基
づく空燃比フィードバック補正等の公知のもの）を行っ
て（補正値Ｃ）、燃料噴射パルスＴｉを演算する。

９ 即ち、ステップ５６の機能が第２燃料供給量演算手段ｋ
に相当する。

以上説明したように、低負荷以外の領域（非アイドル時
）においては、バイパス空気量が０となるまでの間、ス
ロットルチャンバ３を通過する主空気量と前記バイパス
空気量との両者を考慮して目標トルクＴＲＯに相当する
吸入空気量を確保し、さらに燃料噴射パルスＴｉを算出
する一方、低負荷領域（アイドル時）においては、吸気
負圧より求めた吸入空気量Ｑに基づいて燃料噴射量を求
め、アイドル回転速度のフィードバック制御を行う。

尚、本実施例では非アイドル時にバイパス空気量を最終
的にＯとしたが、これに限るものでは無く、例えばアイ
ドル時の最終値に保持するようにしてもよい。この場合
も主空気量は、そのバイパス空気量を考慮して設定すれ
ばよい。

ステップ３７では、前記サブルーチン中のステップ４７
で算出したスロットル弁開度指令値θ、またはステップ
５１で算出したスロットル弁開度指令値θをスロットル
弁駆動装置８へ出力する。これに０ より、スロットル弁５は該スロットル弁開度指令値θに
一致するようにフィードバック制御される。

即ち、スロットルセンサ２４．スロットル弁駆動装置８
と共にステップ３７の機能が、吸入空気量制限装置制御
手段ｇに相当する。

ステップ３８では、前記サブルーチン中のステップ４８
または、ステップ５６で算出した燃料噴射パルスＴｉを
ＣＰＵ３１の出力ポートにセットする。これにより、ク
ランク角センサ２２からのクランク角信号によりトリガ
される所定のタイミングで前記Ｔｉのパルス幅を有する
燃料噴射パルスＴｉが燃料噴射弁１０に出力され、燃料
が噴射供給される。

即ち、ステップ３８の機能が最終燃料供給量決定手段Ｉ
に相当すると共に、ステップ３８の機能と燃料噴射弁１
０等のハードウェアが燃料供給手段ｍに相当する。

ステップ３９では、前記サブルーチン中のステップ４４
または、ステップ５５で算出したＩＳＣバルブ７の開度
指令値■をＩＳＣバルブ駆動装置９に出力する。これに
よりＩＳＣバルブ７は該指令値Ｖ１ に一致するようにフィードバック制御される。

即ち、ステップ３９０機能がＩＳＣバルブ開度検出セン
サ２５．ＩＳＣバルブ駆動装置９と共にバイパス空気量
制限装置制御手段りに相当する。

従って以上説明したように本実施例によれば、ＣＰ　Ｕ
３１によりスロットル弁開度指令値θ及び■ＳＣＳＣパ
ルプ指令値Ｖが算出されると、第８図に示すように、ア
イドル状態から時刻ｔ。から時刻ｔ、にかけてアクセル
を踏み込んだときに、実際のＩＳＣＳＣパルプ■７に基
づいてスロットル弁開度指令値θが補正される。よって
この間バイパス通路６がら空気が吸入されても、スロッ
トルチャンバ３を通過する主空気量とバイパス通路６を
通過するバイパス空気量との両者により、目標トルクＴ
Ｒ０に相当する吸入空気量が確保できる。

従って吸入空気量が適性値となり、運転性が良好となる
。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、低負荷領域では
検出した吸入空気量に基づいて制御を行２ い、それ以外の領域では機関の目標トルクとバイパス空
気量を制限する装置の操作量とに応じて機関への吸入空
気量を制限する装置の操作量を算出し、制御を行うよう
にしたので、吸入空気量が適性値となり、もってエミッ
ションの悪化が防止でき、また失火等による運転性の悪
化も防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明に係る一実施例のシステム構成図、第３〜５図は同上
実施例にの制御動作を示すフローチャート、第６図はＩ
ＳＣバルブにおけるバルブ開度■、とバイパス通路の開
口面積Ｓ、との特性図、第７図はスロットル弁における
バルブ開度θと主通路の開口面積Ｓ３との特性図、第８
図は同上実施例に係るタイムチャートである。 １・・・内燃機関　　５・・・スロットル弁　　７・・
・ＩＳＣバルブ　　１０・・・燃料噴射弁　　２１・・
・アクセル開度センサ　　２２・・・クランク角センサ
　　２３・・・吸気圧センサ　　２４・・・スロットル
センサ　　２５・・・Ｉ３ ＳＣバルブ開度検出センサ ３１・・・ＣＰＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、 機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記検
   出されたアクセル操作量に基づいて機関の目標トルクを
   演算する目標トルク演算手段と、前記演算された目標ト
   ルクに応じた機関への吸入空気量を制限する装置の操作
   量相当値を演算する吸入空気量制限装置操作量相当値演
   算手段と、前記機関への吸入空気量を制限する装置をバ
   イパスする通路を通過するバイパス空気量を制限する装
   置の操作量を、機関運転条件に基づいて演算するバイパ
   ス空気量制限装置操作量演算手段と、前記バイパス空気
   量制限装置操作量に基づいて前記吸入空気量制限装置操
   作量相当値を補正する吸入空気量制限装置操作量相当値
   補正手段と、前記補正された吸入空気量制限装置操作量
   相当値に基づいて吸入空気量制限装置を制御する吸入空
   気量制限装置制御手段と、 前記演算されたバイパス空気量制限装置操作量に基づい
   てバイパス空気量を制限するバイパス空気量制限装置を
   制御するバイパス空気量制限装置制御手段と、 前記演算された目標トルクに基づいて第１燃料供給量を
   演算する第１燃料供給量演算手段と、機関の吸入空気量
   を検出する吸入空気量検出手段と、 前記検出された吸入空気量に基づいて第２燃料供給量を
   演算する第２燃料供給量演算手段と、前記検出された機
   関回転速度と前記演算された目標トルクとに応じて、最
   終燃料供給量として低負荷時以外は前記第１燃料供給量
   を選択し、低負荷時には第２燃料供給量を選択する最終
   燃料供給量決定手段と、 前記決定された最終燃料供給量に基づいて機関に燃料供
   給を行う燃料供給手段と、 を備えることを特徴とする車両用内燃機関の制御装置。