JPH04171248A - 燃料噴射弁制御装置 - 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、エンジンに吸入される空気の容量を検出し、
これを吸気温によって補正したうえで必要燃料量を算出
し、算出された必要燃料量に基づいて燃料噴射弁を制御
するシステムの改良に関する。

［従来の技術］ 前記した制御システム、すなわち吸気容量を吸気温で補
正した上で燃料噴射量を決定するシステムの一例が特公
昭５４−３５２５９号公報や特公昭５！Ｊ−４９４１４
号公報に示されている。これらシステムでは吸気温を検
出するために、吸気温センサを利用している。

一方これら技術とは目的か異なるか、冷却水温から外気
温を推定し、これによってエンジン制御を良好ならしめ
る技術が特開昭６２−１０１８６９号公報に開示されて
いる。

［発明が解決しようとする課題］ 前者の従来技術では、吸気質量を算出するために必ず吸
気温センサを必要とするため、センサ自体のコスト、そ
のセンサに関連する回路のコスト、ならびにセンサ信号
を処理するためのプログラム開発費用が必要となる。ま
た吸気温センサ故障時には良好な制御が実行できない。

そこで前者の従来技術に後者の従来技術、すなわちエン
ジンの冷却水温から外気温を推定する技術を組み合わせ
ることにより、上記問題を解決できるように思われる。

しかしながら吸気容量を検出する部位はエンジンの発熱
により外気温より温度が高くなっており、外気温を用い
て吸気容量を補正しても吸気質量にはならない。吸入容
量検出部付近の吸気温はエンジン発熱により外気温より
高（なっており、吸入空気は熱的に膨張して密度が低下
している。この事実を無視して外気温で補正すると、実
際の吸気質量より大きな質量を求めてしまうのである。

そこで本発明では外気温を推定するのみならず、さらに
吸入容量検出部付近における吸気温度をも推定し、外気
温ではなく吸気温に基づいた補正をしたうえで必要燃料
量が演算されるようにするのである。

このようにすれば吸気温センサを不要とできるし、また
吸気温センサを有するシステムではフェイルセーフ機能
を確保できることになるのである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために本発明者は、第１図にその概
念が模式的に示される燃料噴射弁制御装置、すなわち、
エンジン冷却水の温度ＴＨＷを検出する水温センサ３と
、エンジン吸入空気の容量に関するパラメータを検出す
る吸気容量検出センサ２と、上記両センサ２，３の信号
を入力してエンジンを制御するエンジン制御手段１１を
備えたエンジンシステムにおいて、該エンジン制御手段
１１が、該水温センサ３の信号とイグニッションスイッ
チ５の状態に基づいてエンジン始動時の冷却水温ＴＨＷ
Ｓを検出する始動時水温検出手段４と、該始動時水温検
出手段４の検出値に基づいて外気温ＴＨＯを推定する外
気温推定手段６と、該水温センサ３の信号に基づいて現
在の冷却水温ＴＨＷを検出する現在水温検出手段７と、
該外気温推定手段６の推定値と該現在水温検出手段７の
検出値に基づいて、該吸気容量検出センサ２付近の吸気
温ＴＨＡを推定する吸気容量検出部吸気温推定手段８と
、該吸気容量検出部吸気温推定手段８の推定値と該吸気
容量検出センサ２の信号に基づいて、必要燃料量ＴＩＮ
Ｊを演算する燃料噴射量演算手段９と、該燃料噴射量演
算手段９の演算値に基づいて燃料噴射弁ｌに対して開弁
信号を出力する開弁信号出力手段ｌＯを備えたことを特
徴とする燃料噴射弁制御装置を創出した。

［作　用］ 上記各構成を備えていると、エンジン始動時の冷却水温
ＴＨＷＳに基づいて外気温ＴＨＯが推定される。一方現
在水温検出手段７により現在の冷却水温ＴＨＷが検出さ
れる。吸入空気は外気温ＴＨＯの状態から吸気系統を流
れている間に冷却水温ＴＨＷの影響を受けて温度上昇す
ることになり、吸気容量はこの途中段階で測定される。

すなわち吸気容量検出センサ２付近における吸気温ＴＨ
Ａは外気温ＴＨＯと現在水温ＴＨＷによって決まること
から、吸気容量検出部吸気温推定手段８により正確な吸
気温ＴＨＡが推定される。

燃料噴射量演算手段９は、吸気容量検出センサ２の信号
と回転数等によって求められる必要燃料量にさらに吸気
温ＴＨＡに基づいた補正をして必要燃料量を演算するか
ら、正確な密度補正が行われ、正確な必要燃料量が演算
される。このため燃料噴射弁１は正確に演算された必要
燃料量に基づいて制御されることになる。

［発明の効果コ 本発明によると吸気容量に関する信号か、その信号を得
る際の吸気温によって補正されるため、正確な必要燃料
量が推定され、これに基づいて燃料噴射弁が適確に制御
されることになる。

このとき吸気温センサを用いる必要がなくなり、システ
ムを簡素化できる。また吸気温センサを用いるシステム
では、本発明を用いることにより吸気温センサが故障し
たときのバックアップを確保することができ、フェイル
セーフ機能を付与することができる。

［実施例コ 次に本発明を具現化した一実施例について説明する。

第２図は本発明を具現化したエンジン制御システムのハ
ードウェア構成例を示したものである。

図中１６はエンジンを示し、エンジン１６に吸入される
空気は吸気管１４を通って流れる。吸気管１４にはスロ
ットルバルブ１３が設置されており、スロットルバルブ
１３の開度調整により吸気量が調整される。

吸気管１４には各気筒毎に分岐する部位でサージタンク
１５が設けられており、サージタンク１５内の圧力が吸
気圧センサ２０で検出される。サージタンク１５はスロ
ットルバルブ１３の下流に位置している。

エンジン１６の側壁には水温センサ３が取付けられてお
り、冷却水温度が検出される。またエンジン１６のシリ
ンダヘッドにクランクシャフトが点火時期に相当する角
度となるごとにパルスを出力するクランク角センサ１２
が設けられている。

クランク角センサ１２、水温センサ３、吸気圧センサ２
０の信号はエンジン制御手段１１に入力され、燃料噴射
弁１はこれら信号に基づいて制御される。

第３図はエンジン制御手段１１を中心として構成すれる
制御システムのハードウェア構成の一例を示すものであ
る。

吸気圧センサ２０、水温センサ３のアナログ信号は入力
インターフェイス回路１１１を介してＡ／Ｄコンバータ
兼マルチプレクサ１１２で逐次ディジタル信号に変換さ
れＣＰＵ１１３に入力される。クランク角センサ１２か
らの点火信号は波形整形回路１１４で波形整形された後
ＣＰＵ１１３に入力される。

ＣＰＵ１１３はＲＯＭ１１５に記憶されているプログラ
ムに従って前記信号を入力し、プログラムに従って信号
を処理し、燃料噴射弁ｌを開弁するタイミングと開弁時
期を算出して開弁信号を駆動回路１１７に送る。駆動回
路１１７は開弁信号に基づいて燃料噴射弁１を実際に駆
動する。

なお上記処理においてＲＡＭ１１６が利用される。また
ＲＡＭ１１６の一部は不揮発性メモリであって、イグニ
ッションスイッチ５がオフされた後も記憶されたデータ
を記憶し続ける。なおエンジン制御手段１１はイグニッ
ションスイッチ５のオンとともに上記作動を開始する。

次に第４図、第６図を参照してＲＯＭ１１５に記憶され
ているプログラムによって実行される処理を説明する。

第４図は吸気温ＴＨＡを推定するまでの処理手順を示す
ものであり、第１図中手段４，６，７゜８によっＣ営ま
れる処理に対応する。この処理は所定時間間隔で繰り返
し実行される。なお所定時間間隔毎に実行するかわりに
、例えばメインルーチンが１回実行される毎、あるいは
Ａ／Ｄ変換の周期等に一致させたタイミングで実行され
てもよい。要は短周期で繰り返し実行されればよい。

さて第４図のステップＳｌでは、ＣＰＵＩ　１３に水温
センサ３の信号が入力され、これが変数名ＴＨＷとして
記憶される。すなわちＴＨＷには冷却水温に対応する値
が記憶されている。

次にステップＳ２では本処理の実行がイグニッションス
イッチ５が入力された直後の最初の実行時のものか否か
を判断する。２回目以後はステップＳ３〜Ｓ７ないしＳ
３〜Ｓ８をスキップし、ステップＳ９に直接移行する。

さてここで最初の実行時であることが判別されると、ス
テップ＄３が実行される。ここでＴＨΦはそれ以前にエ
ンジンが運転されていた間に求められた推定外気温に相
当する値であり、これは不揮発性メモリ中に記憶されて
いるものである。

前回の運転中に推定された外気温ＴＨＯに対して、今回
の始動時水温ＴＨＷ　（これらはＳ３におけるＴＨＷで
あり、Ｓ３は始動直後にしか実行されないことから８３
のＴＨＷが始動時水温ＴＨＷＳに相当する）が低い場合
には、すなわちエンジン停止中に外気温が下がり、冷却
水温が低下した場合には、始動時冷却水温が現在の外気
温にほぼ等しいとできることから、推定外気温ＴＨＯに
始動時の冷却水温ＴＨＷを入力し、外気温推定値ＴＨΦ
を更新する（ステップ８４）。

ステップＳ３において、今回の始動時水温ＴＨＷが前回
の運転中に推定された外気温ＴＨＯよりも上昇している
場合には、ステップＳ５の処理が実行される。

ステップＳ５は今回の始動時水温ＴＨＷが３０度以下か
否かを判別する。ここで始動時水温が３０度以上である
場合には、日本で使用されている場合外気温が上昇して
３０度以上に達したというよりも、先の運転停止から充
分に冷却される以前に再始動されたと推定できることか
ら、外気温ＴＨＯを更新せず、前回運転中に推定された
外気温をそのまま今回の外気温とする（Ｓ５からＮｏと
されるループ）。

一方始動時水温ＴＨＷが３０度以下の場合には、さらに
ステップＳ６の処理が実施される。ここでは前回運転中
に推定された外気温ＴＨＯに対し、今回の始動時冷却水
温が２０度以上上昇したかどうかを判別する。

温度上昇幅が２０度以下の場合にはエンジン停止後充分
に時間が経過しているにもかかわらず、エンジン停止中
に外気温が上昇したと推定してよいことが多いから、推
定外気温ＴＨＯを前回の推定値よりも１度だけ上昇させ
る（ステップＳ７）。

２０度以上上昇したときには、エンジン冷却水が充分に
冷却されないで再始動される場合でありえることから、
推定値の更新幅は０．５度にとどめる（Ｓ８）。

このようにしてステップ８３〜Ｓ８までの処理により現
在の外気温ＴＨＯが推定され、必要に応じて更新がなさ
れる。８３〜Ｓ８までの処理は外気温推定手段６によっ
て実行される処理である。

なお以上の外気温推定方式は一例であり、これに代えて
特開昭６２−１０１８６９号公報記載の推定方法を用い
てもよい。

さて、次に吸気流がサージタンク１５内に達するときの
吸気温ＴＨＡを推定する処理が実行される（Ｓ９）。こ
こではエンジン始動時の冷却水温から推定された外気温
ＴＨΦの吸入空気が、ステップＳ１で毎回更新されるこ
とによって検出される現在の冷却水温ＴＨＷの温度にな
っているエンジン１６に達するまでの間に、加熱される
程度を予め計測しておくことにより、推定吸気温ＴＨＡ
が求められる。第５図はステップＳ９で参照されるマツ
プ特性を示すものであり、同マツプは現在の冷却水温Ｔ
ＨＷと推定外気温ＴＨΦをパラメータとして推定吸気温
ＴＨＡが続出可能となっている。

推定外気温ＴＨＯが高いほど推定吸気温ＴＨＡも高いは
ずであり、また現在の冷却水温ＴＨＷか高い′ときほど
、推定吸気温ＴＨＡは上昇している。

なおこのマツプを予めエンジン機種毎に計測しておくこ
とにより精度の高い吸気温ＴＨＡが推定される。

さて第６図は燃料噴射弁１の作動直前に実行される処理
を示しており、クランク角センサ１２の点火信号に基づ
いて割り込み処理される。

ステップＳｌｌは吸気圧センサ２０の吸気圧ＰＭとクラ
ンク角センサ１２の点火信号間隔から演算される回転数
信号ＮＥに基づいて基本噴射量ＴＢＡＳＥを算出する処
理を示す。吸気圧ＰＭと回転数信号ＮＥとによりエンジ
ンの一吸気行程中に吸入される空気の容積（量）に相当
する値が求められることから、ここで求められる基本噴
射量は吸入空気の容量に基づいて計算されたものとなる
。

次にステップＳ１２で、第４図ステップＳ９で求められ
た推定吸気温ＴＨＡに基づく補正係数ＦＴＨＡを算出す
る。これは吸気の密度変化を補正するものであり、同一
吸気容量が吸入されても吸気温か低くて吸入空気の密度
が大きい場合には吸入空気質量が大きく、吸気温が高け
れば質量は小さくなるためである。燃料量は吸気容量に
基づいて決定されるべきものでなく吸気質量に基づくも
のだから、この補正は重要である。

ステップ８１３ではステップ８１１で求められた基本噴
射量ＴＢＡＳＥをステップ８１２で求められた補正係数
ＦＴＨＡで補正し、実際の噴射量ＴＩＮＪを演算する。

燃料噴射弁１はステップ８１３で求められた噴射量ＴＩ
ＮＪに基づいて開弁時間が制御される。

ＣＰＵ１１３はこのために駆動回路１１７に対して開弁
信号を出力する。

第７図は推定吸気温ＴＨＡにより燃料噴射弁１の作動周
期を切換えるものであり、推定吸気温ＴＨＡが所定値以
下ならばｌ吸入行程に１回燃料噴射弁１を開弁させ（Ｓ
２３）、高温時には１吸入行程中に燃料噴射弁を２回開
弁させる（Ｓ２２）。

後者の場合には２回の合計で第６図ステップＳ１３で演
算される燃料量ＴＩＮＪが噴射されるようにする。

第８図は吸気温センサがサージタンク１５に設置されて
いる場合の例を示し、吸気温センサで読み込まれる吸気
温ＴＨＡＡＤが実際にあり得る値であれば検出された値
を吸気温ＴＨＡ’　とし、第６図、第７図の処理を実行
する。ステップＳ３２で吸気温センサが異常な値を示し
ていることが判別されると、吸気温ＴＨＡ’　を第５図
で推定された推定吸気温ＴＨＡとして、第６図、第７図
の処理を実行する。このようにすると、吸気温センサが
故障してもほぼ正しい吸気温に基づく密度補正が実施さ
れる。

次に第９図を参照して吸気温ＴＨＡを推定する別処理方
式を示す。これは第４図ステップＳ９の処理をより正確
化したものである。

第９図ステップＳ４１は第４図のステップＳ４゜Ｓ７．
Ｓ８及びＳ５でノーの場合に実行される処理であり、第
４図のステップＳ９及び第５図を用いて説明したのと全
く同様の手法で吸気温を推定する。この実施例ではこの
ようにして推定された吸気温をさらに補正して正確な吸
気温を推定するため、ステップＳ４１で推定される吸気
温は推定吸気温のベース値として扱われるＴＨＡＢに記
憶する。ステップＳ４２以後は、外気温ＴＨＯと冷却水
温ＴＨＷが同一でも車両が高速で走行しているとサージ
タンク１５近傍が冷却されるために低く、低速で走行し
ているとサージタンク近傍が充分冷却されないために高
くなることから、これを修正するための処理を実施する
。

ステップＳ４２は車速が４０ｋｍ／ｈ以上か否かを判断
するものであり、４０ｋｍ以上の場合には補正係数に１
から０．００１を減じる（Ｓ４４）。ここでこの補正係
数は乗算して補正するものであり、ステップ８４１で推
定されたベース値を補正する必要がない場合には１．０
の値をもつ。ステップＳ４１の推定ベース値よりサージ
タンク付近の温度が低い条件下では１．０以下の値をも
つ。

ただし補正係数Ｋｌは最低値ＫＩＭＩＮを下回らないよ
うに、ＫＩＭＩＮに達したときは減算されない（８４３
）。この結果車速が４０１ａｎ／ｈを超えだすと冷却作
用を加味した補正幅が徐々に増大し、ＫＩＭＩＮに達す
ると以後その値で補正が行われる。

次に車速か４０ｋｍ以下になるとこの補正係数は０、　
ＯＯｌずつ増大される（８４６）。ただし１．０以上に
はならない（ステップ５４５）。この結果車速が４０ｋ
ｍ以下になると冷却作用を考慮した補正幅が徐々に減じ
られ、長時間低速走行すると補正されなくなる。

ステップＳ４７以後は過給機が作動すると吸気温が上昇
する現象に対応する補正を行うものである。

過給機が作動を開始すると補正係数は所定期間毎にｏ、
　ｏ　ｏ　ｓずつ増大してゆき（８４９）、Ｋ２ＭＡＸ
となるとその値が維持される（３４８）。

一方過給機の運転が中止されると補正係数から０、００
５ずつ減じられるが（８５１）、１．０以下には減じら
れない（Ｓ　５０’）。

ステップＳ５２はこのようにして求められた補正係数Ｋ
ｌ、に２を用いて推定ベース値ＴＨＡＢを補正し、実際
の吸気温推定値ＴＨＡを推定する処理を実行する。

この実施例の方式を用いると、外気温ＴＨＯと冷却水温
ＴＨＷからより一層正確に吸気温ＴＨＡが演算されるこ
とになり、より適確な燃料量制御が確保される。

以上の説明から理解されるように第４図のステップＳ１
とステップ＄２とそれを実行するプログラムとそのプロ
グラムの実行に関与するＣＰＵｌ１３、ＲＯＭＩ　１５
により始動時水温検出手段４が構成されている。また８
３〜Ｓ８により外気温推定手段６が構成されている。さ
らにステップＳｌとそれを短周期で繰り返すプログラム
実行条件により現在水温検出手段７が構成されている。

さらにステップＳ９ないし８４１からＳ５２の処理によ
り吸気容量検出部吸気温推定手段８が構成されている。

また第６図の処理とこれを実行するＣＰＵ１１３等によ
り燃料噴射量演算手段９が構成されている。これら手段
はまたＣＰＵＩ　１３．ＲＯＭ１１５によっても構成さ
れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概念を模式的に示す図、第２図は本発
明を具現化したエンジンシステムの一実施例に係わるシ
ステム構成を示す図、第３図はエンジン制御手段を中心
とする制御システムの一構成例を示す図、第４図は外気
温と吸気温を推定するための処理手順を示す図、第５図
は外気温と冷却水温に対する吸気温度の関係を示す図、
第６図は推定吸気温に基づいて燃料噴射量を制御する処
理手順を示す図、第７図は推定吸気温に基づいて燃料噴
射弁の開弁周期モードを切換える手順を示す図、第８図
は吸気温センサを備えるシステムに本発明を組み込むた
めの処理方式を示す図、第９図は吸気温を推定する別実
施例を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エンジン冷却水の温度を検出する水温センサと、エンジ
   ン吸入空気の容量に関するパラメータを検出する吸気容
   量検出センサと、 上記両センサの信号を入力してエンジンを制御するエン
   ジン制御手段を備えたエンジンシステムにおいて、 該エンジン制御手段は、 該水温センサの信号とイグニッションスイッチの状態に
   基づいてエンジン始動時の冷却水温を検出する始動時水
   温検出手段と、 該始動時水温検出手段の検出値に基づいて外気温を推定
   する外気温推定手段と、 該水温センサの信号に基づいて現在の冷却水温を検出す
   る現在水温検出手段と、 該外気温推定手段の推定値と該現在水温検出手段の検出
   値に基づいて、該吸気容量検出センサ付近の吸気温を推
   定する吸気容量検出部吸気温推定手段と、 該吸気容量検出部吸気温推定手段の推定値と該吸気容量
   検出センサの信号に基づいて、必要燃料量を演算する燃
   料噴射量演算手段と、 該燃料噴射量演算手段の演算値に基づいて燃料噴射弁に
   対して開弁信号を出力する開弁信号出力手段を備えたこ
   とを特徴とする燃料噴射弁制御装置。