JPH10274079A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エンジンの運転状態を的確に判断して吸入吸気
量予測を行うことによって、適正な燃料噴射制御等のエ
ンジン制御を達成する。 【解決手段】ＥＣＵ４０は、加速判定フラグＦが１であ
るかどうかを判定する。そして、加速判定フラグＦが１
あって加速判定されている場合には、ＥＣＵ４０は、燃
料噴射量を決定するための基準吸気量Ｑａとして加速判
定ルーチンで算出した吸入吸気予測量Ｑｆを採用する。
加速判定フラグＦが０である場合には、ＥＣＵ４０は、
基準吸気量Ｑａを吸入吸気量算出ルーチンで算出した最
新吸入吸気量の値Ｑを採用する。そして、上記の吸入吸
気量の予測値あるいは最新吸入吸気量である基準吸気量
Ｑａに基づいて、基本燃料噴射量Ｔ_base＝Ｋ・Ｑａ／Ｎ
ｅによって算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの制御、特
に、エアーフローセンサあるいはスロットル開度開度セ
ンサ等の出力に基づいて吸気量を検出する手段を備えた
エンジンの制御に関する。

【０００２】

【従来技術】エンジンの出力は、基本的に吸入吸気量と
燃料量によって決まる。自然吸気エンジンの場合には、
吸気負圧によって自動的に燃料量は定まるが、燃料噴射
式エンジンの場合においては、吸入吸気量を検出してこ
れに対応する適当な燃料噴射量を設定することによって
エンジンの出力の制御を行うようになっている。この場
合、吸入吸気量はエアーフローセンサからの出力に基づ
いて算出され、この吸入吸気量の算出値に基づいてエン
ジンの運転状態に応じた所定の空燃比となるように燃料
噴射量が決定される。しかし、エアーフローセンサの出
力は実際にエンジンに導入される吸入吸気量とは必ずも
対応しない。また、燃料噴射量はエアーフローセンサの
出力に基づくが、燃料噴射実行に先立って燃料噴射量の
演算時間を要する。このような理由から、エアーフロー
センサに出力と当該燃料噴射タイミングにおける実際の
吸入吸気量とは符号しない。このため、エアーフローセ
ンサの出力に基づいて燃料噴射量を設定するに当たって
は、エアーフローセンサの出力を実際に燃焼室に充填さ
れる吸入吸気量に置き換えて燃料噴射量の算出を行う必
要がある。

【０００３】この場合エンジンの運転状態が定常状態で
ある場合すなわち、スロットル開度の変化が実質的に生
じていない場合には、吸入吸気量は変化しないのでエア
ーフローセンサの出力をそのまま燃料噴射量の算出に採
用しても問題は生じない。しかし、エンジンの運転状態
が非定常状態すなわちスロットル開度が変化する状態に
ある加減速状態では、エアーフローセンサの出力と実際
に燃焼室内に充填される吸入吸気量とのずれが顕著とな
り、適正な燃料噴射制御が達成できなくなる。特公平３
−６４６９３には、エンジンの加速状態における加速度
を算出して該加速度に応じた燃料増量補正を行うように
したエンジンの制御装置を開示している。また、エアー
フローセンサあるいは、スロットル開度センサ等の出力
から把握される吸入吸気量に基づいて、加減速時には、
当該出力に対応する運転状態における実際に燃焼室に充
填される吸入吸気量を予測し、この吸入吸気量の予測値
に基づいて燃料噴射量を算出することが知られている。

【０００４】この場合において、エンジンが定常運転状
態にある場合であっても、エアーフローセンサ等の吸入
吸気量を検出する手段の出力値は、吸気脈動等によって
僅かに変動する。したがって、従来のエンジン制御にお
いては、吸気脈動を非定常運転状態と判断しないように
吸入吸気量検出手段の出力値の変動が所定範囲内である
場合には、エンジンは定常状態にあるとして上記の吸入
吸気量予測制御は行わないこととしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の吸入吸気
量予測制御においては、吸入吸気量の検出手段の出力値
の一定範囲内の変動については、運転状態は定常状態で
あるとみなして、吸入吸気量予測を行わないようにして
いたため、運転状態が僅かに変化するような状態たとえ
ば緩加速、緩減速等の状態の場合においても、出力値の
変動が設定範囲内である場合には、定常状態であると判
断され、適正な吸入吸気量予測が行われれないという問
題がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記事情に鑑み
て構成されたものであり、エンジンの運転状態を的確に
判断することができ、したがって、適正な燃料噴射制御
等のエンジン制御を達成することができるエンジン制御
装置を提供することを目的とする。上記本発明の目的
は、吸入吸気量を表す信号を発生する吸気量検出手段
と、該吸気量検出手段の出力に応じて所定時間毎にエン
ジンの吸入吸気量を算出する第１吸入吸気量算出手段
と、該第１吸入吸気量算出手段によって算出された吸入
吸気量に基づいてその後のエンジン制御のための基準吸
入吸気量を予測する基準吸気量予測手段と、前記第１吸
入吸気量算出手段よりも長い所定時間毎にエンジンの吸
入吸気量を算出する第２吸入吸気量算出手段と、該第２
吸入吸気量算出手段の出力に基づいてエンジンの加減速
を判定する加減速判定手段と、を備え、該加減速判定手
段によってエンジンが加減速状態でないと判定された場
合には前記基準吸気量予測手段による基準吸入吸気量の
予測を無効化するようになったことを特徴とする。

【０００７】この場合において、好ましくは、前記第２
吸入吸気量算出手段は、エンジン回転に対応して回転す
る回転軸の所定の回転角度ごとに吸入吸気量を算出する
ようになっている。上記の吸気量検出手段には、エアー
フローセンサ、スロットル開度センサ等の直接あるいは
間接的に吸入吸気量に対応する出力を発生する任意の手
段が含まれる。また、好ましくは、前記第１吸入吸気量
算出手段による吸入吸気量を算出するために吸気量検出
手段が信号を発生した後に、吸気行程となる気筒の燃焼
室内に充填される吸入吸気量を予測するようになってい
る。上記基準吸気量予測手段は、通常は、第１吸入吸気
量算出手段によって算出された最新の値に基づいて、基
準吸気量を予測する。基準吸気量は、たとえば、燃料噴
射量を算出するための基準となるものである。

【０００８】

【発明を実施の形態】本発明の実施においては、エアー
フローセンサあるいはスロットル開度センサ等の任意の
吸気量検出手段からの信号が、好ましくは、マイクロコ
ンピュータを含んで構成される電子制御ユニット（ＥＣ
Ｕ）に連続的に入力される。ＥＣＵでは、第１吸入吸気
量算出手段がこの信号を所定時間ごとに処理して、吸気
量検出手段に基づくエンジンの吸入吸気量を算出する。
この場合に第１吸入吸気量算出手段が演算を行う所定間
隔は、吸気量検出手段からの吸気脈動等に起因する出力
変動の影響を受けない範囲で適当に設定されているとと
もに、出力変動を排除するように演算処理して吸入吸気
量を算出する。次に、基準吸気量予測手段が、通常は最
新の吸入吸気量の算出値及びその変化量に基づいてつぎ
の噴射タイミングの燃料噴射量等のその後のエンジン制
御のための基準吸入吸気量を予測するようになってい
る。最新の吸入吸気量とは、前記第１吸入吸気量算出手
段によって算出された、当該気筒における燃料噴射量計
算が開始される直前の吸入吸気量という意味である。

【０００９】これにによって、予測吸入吸気量と、噴射
タイミングにおける実際の吸入吸気量との時間的な差を
最小限に止めることができ、可能な限りの最適な基準吸
気量を予測することができる。この場合の基準吸気量
は、エンジンの運転状態、すなわちエンジンの加減速状
態を評価して算出された最新の吸入吸気量のから吸気弁
が閉弁するまでの吸入吸気量変動量を考慮して予測され
た実際に燃焼室に充填される吸入吸気量である。この基
準吸気量予測手段の演算サイクルは、吸入きゅう基準吸
気量予測演算の演算時間にを確保する範囲内において可
能な限り短く設定される。本発明では、エンジンの運転
状態をさらに精密に判断するための第２吸入吸気量算出
手段を備えている。第２吸入吸気量算出手段の演算周期
は、第１吸入吸気量算出手段よりも長く設定されてい
る。したがって、第２吸入吸気量算出手段は第１吸入吸
気量算出手段にくらべて短周期では変動幅が少ないが、
大きな周期の変化を的確に把握することができる。した
がって、第１吸入吸気量算出手段においては、定常運転
と判断されるように非定常運転であっても適正に検出す
ることができる。本発明では、第１吸入吸気量算出手段
による演算周期はたとえば、２ｍｓ〜〜１０ｍｓ程度
に、好ましくは、エンジン回転に同期して設定され第２
吸入吸気量算出手段の演算周期をたとえば、２０〜１０
０ｍｓに設定される。

【００１０】また、第１吸入吸気量算出手段の演算サイ
クルを吸気脈動を排除できかつ運転状態の変動を極力正
確に把握できるように設定し、第２吸入吸気量算出手段
と組み合わせてエンジンの非定常状態を判断するように
構成してもよい。

【００１１】

【実施例の説明】以下本発明の実施例を図面を参照して
説明する。図１は、本発明にかかる多気筒エンジンの概
略構成図を示すものである。本例のエンジンは、４気筒
サイクルエンジン１であり、各気筒には、ピストン２が
摺動するシリンダボアの該ピストン２の上方空間は燃焼
室３を構成する。燃焼室３は、吸気ポート及び排気ポー
ト５が開口しており、このポート４及び５には吸気弁６
及び排気弁７が組み合わされている。さらに、点火プラ
グ８が燃焼室３に望むようにエンジン１のシリンダヘッ
ドに取り付けられている。この点火プラグ８は、電子制
御によって所定の点火時期においてイグナイタを起動す
る点火回路９に接続されている。

【００１２】エンジン１の各気筒のピストン２は、エン
ジン出力手段としての１本の共通のクランク軸に取り付
けられている。クランク軸の端部には、外周の所定の位
置に突起１２を有するクランク角検出部材１１が取り付
けられている。この検出部材１１に対応する箇所に電磁
ピックアップ等からなるクランク角センサ１３が配置さ
れている。エンジン動作中において突起１２がクランク
角センサ１３を通過することによる磁界変化を検出する
ことによってパルス信号を発生するようになっている。
エンジン１には、水温センサ１４が取り付けられてい
る。エンジンの吸気系はエアクリーナ１５を介して導入
した吸気をエンジン１に導入する吸気通路１６を備えて
おり、この吸気通路には、上流側の共通吸気通路１７
と、その下流に位置するサージタンク１８と、このサー
ジタンクから各気筒の吸気ポート４に至る気筒別吸気通
路１９とを有している。上記共通吸気通路１７には、吸
入空気量を検出するエアフローメータ２１及び吸入空気
量調節用のスロットル弁２２が配設され、またスロット
ル弁２２をバイパスするアイドルスピードコントロール
（ＩＳＣ）通路２３及びこの通路２３を開閉するＩＳＣ
バルブ２４が具備されている。さらに、吸気温度を検出
する吸気温センサ２５、スロットル弁２２の全閉を検出
するアイドルスイッチ２６、スロットル開度を検出する
スロットル開度センサ２７等が取り付けられている。

【００１３】気筒別吸気通路１９の下流端近傍には、燃
料を噴射供給するインジェクタ２８が装備されている。
このインジェクタ２８は、図外の燃料ポンプにより燃料
通路を介して供給される燃料を吸気ポート４に向けて噴
射する。気筒別吸気通路１９の下流側には、リーンバー
ン運転時等に使用されるセカンダリ通路１９ａが設けら
れ、該セカンダリ通路１９ａには、スワールコントロー
ル弁２９が設けられる。エンジンの排気系は、各気筒の
排気ポート５に通じる排気通路３１を備えており、この
排気通路３１には、λＯ2 センサ３２が設けられるとと
もに、その下流側には、排気浄化用の触媒装置３３が設
けられている。λＯ2 センサ３２は理論空燃比での運転
状態を検出できるようになっている。

【００１４】本例のエンジンの制御のために電子コント
ロールユニット（ＥＣＵ）４０が設けられる。マイクロ
コンピュータ等で構成される。ＥＣＵ４０には、上記ク
ランク角センサ１３、水温センサ１４、エアフローメー
タ、２１、吸気温センサ２５、アイドルスイッチ２６、
スロットル開度センサ２７、λＯ2 センサ３２等からの
信号が入力ささる。このＥＣＵ４０からは、上記インジ
ェクタ２８に対する燃料噴射信号を発生する。また、点
火回路９に対して点火時期制御信号を発生する。さらに
ＩＳＣバルブ２４のアクチュエータ２４ａ及びスワール
コントロール弁２９のアクチュエータ等にも制御信号を
出力する。図２ないし図４を参照して本発明の１実施例
にかかるエンジン制御について説明する。

【００１５】図２を参照すると、吸入吸気量算出手順の
フローチャートが示されている。この吸入吸気量算出
は、４ｍｓサイクルで行われる。ＥＣＵ４０は、まず、
吸入吸気量を算出するに際してエアーフローセンサの信
号ｑを読み込む（ステップＳ１）。つぎに、ＥＣＵ４０
は、上記信号ｑに基づいて、検出した値のクランク角１
８０°つまり、吸気弁が開弁している期間にほぼ一致す
るクランク角分の吸入吸気量Ｑ_(n) を算出する（ステッ
プＳ２）。なお、この算出は、ｑが変化しないものとし
て算出されている。そして、前回算出した吸入吸気量Ｑ
をＱ_1ST に置き換え、今回の値Ｑ_(n) を前回値Ｑとして
格納する（ステップＳ３）。すなわち、吸入吸気量算出
ルーチンが実行されるごとに所定の記憶場所の吸入吸気
量の値を更新する。

【００１６】つぎに、本発明の１実施例にかかる加減速
判定ルーチンを図３を参照して説明する。この加減速判
定ルーチンは、１８０°クランク角（ＣＡ）ごとに実行
されるようになっている。ルーチン開始タイミングは、
当該圧縮行程のＢＴＤＣ３６０°である。ＥＣＵ４０
は、まず上記吸入吸気量算出ルーチンによって得られた
吸入吸気量Ｑを読み込む（ステップＳ１１）。つぎに、
吸入吸気量変化ΔＱ_L を算出する（ステップＳ１２）。
この場合、吸入吸気量変化ΔＱ_L は、吸入吸気量子算出
ルーチンによって算出された最新の値Ｑと前回の加速判
定ルーチン（エンジン回転角に同期する）で最新の吸入
吸気量として使用した値Ｑ₁ との差の絶対値である。つ
ぎに、ＥＣＵ４０は、吸入吸気量変化ΔＱ_L が所定値α
より大きいかどうか判定する（ステップＳ１３）。所定
値αより大きい場合には、ＥＣＵ４０は、エンジンの回
転角同期タイミングりよ短い周期でサンプリングされる
吸入吸気量算出ルーチンで求めた吸入吸気量算出ルーチ
ンの前回実行時の吸入吸気量の値Ｑ_{IS T} を読み込む（ス
テップＳ１４）。つぎに、ＥＣＵ４０は、吸気行程にお
いて気筒に導入される吸気量Ｑｆを予測する（ステップ
Ｓ１５）。

【００１７】予測吸気量Ｑｆは、上記吸入吸気量算出ル
ーチンによって算出された最新（今回実行時）の吸入吸
気量Ｑ（Ｑ_(n) ）及び吸入吸気量算出ルーチンの前回実
行時の吸入吸気量の値Ｑ_1ST 、クランク軸回転速度ａ
（クランク角が１８０°進むのに要する時間）、燃料噴
射開始から吸気弁が閉じるまでの時間、ＳＧＴ信号の周
期クランク角ｃ（本例では１８０°）、吸入吸気量算出
ルーチンの実行周期ｄ（本例では４ｍｓ）及び補正係数
ｅを用いて算出される。本例では、Ｑｆは以下の式で表
される。 Ｑｆ＝Ｑ＊rvef ここでrvef＝（Ｑ／Ｑ_1ST ）^K Ｋ＝｛（ａ＊ｂ）／（ｂ＊ｄ）＋ｅ｝ なお、上記値Ｑ₁ 、Ｑ_1ST 、ΔＱ_L 及びＱの関係はたと
えば、図５に示すようになる。

【００１８】すなわち、本例の加速判定は複数回の吸入
吸気量算出ルーチンの結果に基づいて行われる。図３に
おいて、予測吸入吸気量Ｑｆを算出したのち、加速状態
が検出されたことを示す加速判定フラブＦを１にする
（ステップＳ１６）。なお、ステップＳ１３において加
速判定がされない場合には、ＥＣＵ４０は、加速判定フ
ラグＦを０にする（ステップＳ１７）。そして最新の吸
入吸気量Ｑを前回の吸入吸気量Ｑ₁置き換える（ステッ
プＳ１８）。つぎに、図４を参照して燃料噴射制御につ
いて説明する。図４の燃料噴射制御ルーチンは、上記の
加速判定ルーチンに引き続いて行われるクランク角同期
実行制御ルーチンである。

【００１９】ＥＣＵ４０は、加速判定フラグＦが１であ
るかどうかを判定する（ステップＳ２１）。そして、加
速判定フラグＦが１あって加速判定されている場合に
は、ＥＣＵ４０は、燃料噴射量を決定するための基準吸
気量Ｑａとして加速判定ルーチンで算出した吸入吸気予
測量Ｑｆを採用する（ステップＳ２２）。加速判定フラ
グＦが０である場合には、ＥＣＵ４０は、基準吸気量Ｑ
ａを吸入吸気量算出ルーチンで算出した最新吸入吸気量
の値Ｑを採用する（ステップＳ２３）。次にＥＣＵ４０
は、エンジンの運転状態、たとえば、エンジン回転数Ｎ
ｅ、エンジン水温等の検出値を読み込む（ステップＳ２
４）。そして、上記の吸入吸気量の予測値あるいは最新
吸入吸気量である基準吸気量Ｑａに基づいて、基本燃料
噴射量Ｔ_base＝Ｋ・Ｑａ／Ｎｅ（Ｋ：係数）によって算
出する（ステップＳ２５）。つぎに、運転状態に応じて
空燃比フィードバック補正係数Ｔ_CFB 、加速増量補正Ｔ
ｃ等を設定する（ステップＳ２６）。上記の制御のステ
ップＳ２６において、外部負荷のオン／オフ切り換えの
あった後所定期間は空燃比フィードバック制御量を大き
くする。これによって制御の追従性を向上させることが
できる。また、吸気温度とエンジン水温とから推定した
ポート吸気温度に基づいてエアーフローセンサ等からの
検出吸入吸気量を補正する。また点火時期制御において
は、空燃比がリッチの場合には、燃焼性が安定であるた
めに、ノックリタードを制限する。また、始動後におい
て燃料増量中及び高負荷燃料増量中は、ノックリタード
同様に制限する。

【００２０】そして、最終燃料噴射量Ｔ_TOTAL を算出す
る（ステップＳ２７）。そして、燃料噴射タイミングか
どうかを判定したのち（ステップＳ２８）、所定のタイ
ミングで燃料噴射命令を出力する（ステップＳ２９）。
上記の制御のステップＳ２６において、外部負荷のオン
／オフ切り換えのあった後所定期間は空燃比フィードバ
ック制御量を大きくする。これによって制御の追従性を
向上させることができる。本例の制御によれば、加速判
定がされた場合には、吸入吸気予測値を採用して燃料噴
射量を決定し、加速判定がされない場合には、通常の吸
入吸気量算出値の最新の値を用いて燃料噴射量を算出す
るようになっているので、エンジンの運転状態に応じた
適正な燃料噴射制御を行うことができる。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、エン
ジンの加減速判定を極力長い判定サイクルに設定したの
で、大きな周期の緩加減速状態であっても的確にエンジ
ンの運転状態を判定することができ、この的確な判断に
基づいて吸入吸気量予測を行うことができる。そして、
この的確なエンジン運転状態の判断による吸入吸気量予
測に基づく値を基準として燃料噴射量等のエンジン制御
量を算出するようにしたので適正なエンジン制御を行う
ことができる。また、本発明において、加減速判定を極
力長い判定サイクルに設定したが、加減速の判定を、回
転軸の所定の回転角ごとの吸入吸気量に基づいて判定す
ることで、吸気弁の開閉弁動作に同期して発生する吸気
脈動の影響を受けずに、正確に判定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用することができる多気筒エンジン
の概略図、

【図２】本発明のエンジン制御にかかる吸入吸気量算出
ルーチンのフローチャート、

【図３】本発明の１実施例にかかる加速判定ルーチンの
フローチャート、

【図４】本発明のエンジン制御にかかる燃料噴射量制御
ルーチンのフローチャート、

【図５】本発明のエンジン制御における吸入吸気量の演
算値の関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１ エンジン ２ ピストン ３ 燃焼室 ４ 吸気ポート ５ 排気ポート ６ 吸気弁 ７ 排気弁 ８ 点火プラグ １２ 突起 １３ クランク角センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山岡 利志光 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 大泉 豊 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸入吸気量を表す信号を発生する吸気量検
   出手段と、 該吸気量検出手段の出力に応じて所定時間毎にエンジン
   の吸入吸気量を算出する第１吸入吸気量算出手段と、 該第１吸入吸気量算出手段によって算出された吸入吸気
   量に基づいてその後のエンジン制御のための基準吸入吸
   気量を予測する基準吸気量予測手段と、 前記第１吸入吸気量算出手段よりも長い所定時間毎にエ
   ンジンの吸入吸気量を算出する第２吸入吸気量算出手段
   と、 該第２吸入吸気量算出手段の出力に基づいてエンジンの
   加減速を判定する加減速判定手段と、を備え、 該加減速判定手段によってエンジンが加減速状態でない
   と判定された場合には前記基準吸気量予測手段による基
   準吸入吸気量の予測を無効化するようになったことを特
   徴とするエンジンの制御装置。
2. 【請求項２】前記第２吸入吸気量算出手段は、エンジン
   回転に対応して回転する回転軸の所定の回転角度ごとに
   吸入吸気量を算出するようになっていることを特徴とす
   る請求項１記載のエンジンの制御装置。
3. 【請求項３】前記第１吸入吸気量算出手段による吸入吸
   気量を算出するために吸気量検出手段が信号を発生した
   後に、吸気行程となる気筒の燃焼室内に充填される吸入
   吸気量を予測するようになった請求項１または２記載の
   エンジンの制御装置。