JPS5993945A - 内燃機関のアイドル運転制御方法 - 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】 本発明は内燃機関のアイドル運転制御方法に関する。本
発明による内燃機関のアイドル運転制御方法は、例えば
、電子燃料噴射燃料付き内燃機関の制御において、アイ
ドル時および極低速走行時などアイドル運転時の内燃機
関回転速度を、燃料噴射量、点火時期、空気量等により
制御する場合などに用いられる。

一般に、スピードテンシティ方式の電子燃料噴射装置付
き内燃機関の燃料噴射量は、内燃機関回転数と吸気管圧
力との２次元マツプにより定められた燃料噴射量又は吸
気管圧力に応じて定められた燃料噴射量に回転速度補正
を加えて求められる燃料基本噴射量が理論混合比をほぼ
実現しうるように決定され、該決定された燃料基本噴射
量を冷却水温、吸気温、バッテリ電圧等による補正を施
した上で制御に用いている。該燃料基本噴射量は吸気管
圧力によりほぼ一義的に決定され、内燃機関回転速度の
影響は吸気管圧力の影響に比較して小である。

前述のスピードデンシティ方式の電子燃料噴射装置付き
内燃機関においては、無負荷で運転されている内燃機関
に外乱が加わると内燃機関回転速度と吸気管の両者がと
もに変動するが、燃料噴射量は吸気管圧力とほぼ同位相
で変動する。また、内燃機関が過渡状態にあるとき空気
と燃料の移動スピードの差により生じるシリンタ″内を
昆合気の空燃比変動、及び吸気管圧力が変動すること番
こより生じる混合気量の変動のＡ４こ生じる内燃機関発
生トルク変動は、噴射された燃料カベ燃焼してトルりを
発生するまでに時間遅れを生じるＡ４こ吸気管圧力との
間に位相差が生じる。

ところで、スピードデンシティ方式の電子燃料噴射装置
付き内燃機関におし）て番よ、吸気系６二大容積のサー
ジタンクを有するため、内燃機関回転速度変動と吸気管
圧力変動との間にイ立相差を生ずる。

そのため、内燃機関回転速度変動と内燃機関発生トルク
変動との間に位相差が生ずる。その（立ヰ目差により、
回転速度が低下するときトルり力＜減少し、そのため回
転速度は一層低下し、逆Ｇこ、回転速度が上昇するとき
トルク発生特性となり、回転速度の変動が助長されるこ
とになり、それ番こより、内燃機関回転速度が不安定に
なると（為う現象カベある。

上記問題を解決するため、例え（ｆ特開■召５７−３８
６４２号公報に示される如く各点火間隔又Ｃす噴射間隔
における機関回転速度変動量及び吸気管圧力変動量を検
出し、これら変動量番こ基づし）で機関の発生トルク変
動を抑えるべく、点火時期及び燃料量の補正係数を求め
るよう番こしたもの力く提案されている。

しかしながら、上記の方法では機関回転速度変動と機関
発生トルク変動との間の位相差６二つむ１てはまだ十分
検討、対策されておらず、アイドル運転時の機関回転速
度変動が十分抑えられてし）な１７）。

本発明は上記した点に鑑み、アイドル運転時の機関回転
速度を所定値に安定して制御できる内燃機関のアイドル
運転制御方法の提供を目的とするものである。

また、本発明は機関回転速度情報を用（、ｓて機関発生
トルクの状態を検出するようＧこし、その状態に応じて
点火時期や燃料供給量などの少なくとも１つの制御量を
修正して機関発生トルり変動を効果的に抑えることがで
きる内燃機関のアイドル運転制御方法の提供を目的とす
るものである。

そのため本発明では、アイドル運転時（こ少なくとも１
つの機関制御量を修正して機関回転速度を所定値に制御
するにあたり、機関回転速度及びこの機関回転速度の変
動特性を求め、この機関回転速度の変動特性に基づいて
機関のトルク変動特性を検出すると共に、機関回転速度
に基づいて両特性間の位相差を検出するようにし、前記
トルク変動特性及び前記位相差の画情報から現時点の機
関トルク変動状態を判定し、この機関トルク変動が最小
となる方向に少なくとも１つの機関制御量を修正するこ
とを特徴とする。

ここで、本発明の一実施例について説明をする前に本発
明の基本的な制御原理について説明してお（。第１図（
Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、スピードデンシティ
方式の電子燃料噴射装置付き内燃機関において吸気系に
比較的大容量のサージタンクを有する場合の、機関回転
速度Ｎ（特性イ）、機関回転速度変動Ｎ（特性口、つま
りｄＮ／ｄθ又はｄＮ／ｄｔのことで、θはクランク角
度を示す）、吸気管負圧Ｐｍ又は噴射パルス時間幅Ｔｐ
（特性ハ）、機関発生トルク変動（特性二）を示してい
る。このトルク変動はアイドル運転時０．５〜２秒程度
の周期で変動している。ここで着目すべきことは、機関
のトルク変動特性は機関回転速度の変動特性により近似
され、かつ所定の位相差φ１をもつことである。そこで
、機関回転速度の変動特性Ｎ及び位相差φｌを検出する
ことによって現時点及びその直後における機関のトルク
変動状態を推測（検出）することが可能である。そして
、このトルク変動量に応じて点火時期や燃料噴射量など
の少な（とも１つの機関制御量を修正し、機関トルク変
動が最小となるように効果的に制御することが可能であ
る。

具体的には、第１図（Ｄ）に示されるように、位相差φ
１より十分広いクランク角度範囲で過去の経過、つまり
各クランク角度位置（例えばクラ、　　ンク各１８０°
毎）で求めた機関回転速度の変動最前（つまりトルク変
動量として近似される値）に対してトルク変動を最小と
するための例えば点火時期補正量を予め記憶しておく。

そして例えばクランク角度位置θ１において、現時点で
トルク変動を最小とする点火時期補正量を求めるには、
その時点ての機関回転速度Ｎから位相差φ１を求め、こ
の位相差φｌ以前の機関回転速度変動量Ｎ（つまり近似
されたトルク変動量）が、現時点でのトルク変動ｉｔＴ
＋にほぼ等しいとして推測することができる。この場合
第１図（Ｄ）のグラフよりほぼクランク角度位置θ９の
ときの機関回転速度変動量が現時点のトルク変動量ＴＩ
にほぼ等しい。そこで、このクランク角度位置θ９のと
きに求めた点火時期補正量を取り出して用いれば、現時
点のトルク変動量に見合った制御量を得ることができる
。この場合、クランク角度位置θｌ〜θの各間隔が一定
（例えば１８０°）であるため、位相差φ１をこの一定
角度で割算してやれば、該当するクランク角度位置が分
かる。また補間計算してやれば細部まで検出できる。な
お、機関発生トルク変動と回転速度変動との位相差φｌ
は機関回転速度Ｎ及び吸気系容量等で決定されるもので
あり、予め実験により求めておく必要がある。

また、クランク角度位置θ１の時点で求めた点火時期補
正量などの制御量・は、次のクランク角度位置θ０のと
きに使用する値であり、θ０の時点では図の如く若干ト
ルク変動量にずれを生じてむ）るため、これを考慮して
点火時期補正量などの制御量設定マツプ内のメモリ値を
設定するか、又は制御量算出式中にずれを補償する項を
含めておくのが好ましい。

さて、本発明の一実施例としての内燃機関制御方法を行
う装置が第２図に示される。第２図装置においては内燃
機関として４気筒型内燃機関１が用いられる。第１図装
置においては吸気マニホールド２の圧力を検出する半導
体圧力センサ３が設けられる。内燃機関１に燃料圧力を
一定に調整した燃料が圧送されるように、電磁作動式の
燃料噴射弁機構４が、吸気マニホールド１３の各シリン
ダ吸気ボート近傍に設けられる。点火系統として、点火
コイル５およびディストリビュータ６が設けられる。内
燃機関のクランク軸２回転で１回転するディストリビュ
ータ６はその内部に内燃機関回転角を検出する回転角セ
ンサ７を備えている。吸気マニホールドにおける圧力を
検出する圧力センサ３、スロットル弁９の全閉またはほ
ぼ全開を検出するスロットルセンサ１０、吸入空気温度
を検出する吸入気温センサ１１、内燃機関の暖機状態を
検出、する冷却水温センサ１２が設けられる。

前述の各センサの検出信号に基づいて所望の内燃機関制
御を行うために計算回路８が設けられる。

計算回路８はセンサ信号入力回路７１．’７２を経てセ
ンサ信号を受入れる。計算回路８は中央処理ユニット８
００、コモンパス８１０　、　割込指令ユニット８０１
１回転数用カウンタユニット８ｏ２゜ＡＤ変換部８１１
．８１２．８１３、メモリユニット８０５、点火時期制
御用レジスタおよび計数ユニット８０６、燃料噴射時期
制御用レジスタおよび計数ユニット８０８、電力増幅器
８０７，８０９を具備する。

回転角センサ７からの信号は、３個の信号を含み、この
３個の信号がセンサ信号入力回路７１を通って割込指令
ユニソ）８０１および回転数用力“ウンタユニソト８０
２にそれぞれ供給される。冷却水温センサ１２、スロッ
トルセンサ１０１圧力センサ３、および、吸入気温セン
サ１１がらの信号は、・センサ信号入力回路７２を通っ
てＡＤ変換部８１１．．８’１２．　８１３に供給され
る。割込指令ユニ。ソド８０１において、回転角センサ
７からの回転角信号に基づいて、燃料噴射量の演算およ
び点火時期の演算の割込み処理を、中央処理ユニット８
００にコモンパス８１０を通して指令し、また、作動開
始時期側御用タイミング信号を点火時期制御用レジスタ
および計数ユニット８０６および燃料噴射時間制御用レ
ジスタおよび計数ユニット８０８に供給する。１転数用
カウンタユニツト８０２は回転角センサ７からの回転信
号を受け、中央処理ユニット８００からの所定周波数の
クロック信号を用いて所定回転角の周期を計数し内燃機
関回転数を算出する。冷却水温センサ１２、スロットル
センサ１０、圧力センサ３、および吸入気温センサ１１
からの信”号はＡＤ変換部８１１゜８１２．８１３にお
いてＡＤ変換されて中央処理ユニット８００にコモンパ
ス８１０を通して読み込まれる。メモリユニット８０５
には中央処理ユニットの制御プログラムが記憶され、ま
た、ユニット８０１，８０２，８１１，８１２および８
１３からのデータが記憶される。

点火時期制御用レジスタおよび計数ユニット８０６にお
いては、中央処理ユニット８００において計算された点
火コイル通電時間および通電遮断時点をあられすディジ
タル信号が、内燃機関回転角に対応する時間及び時点と
して算出される。ユニット８０６の出力は電力増幅器８
０７において増幅され、該電力増幅器の出力は点火コイ
ル５に通電されるとともに点火コイル５の通電遮断時点
の制御を行う。燃料噴射時間制御用レジスタおよび計数
ユニット８０８においては、同一機能の２個のダウンカ
ウンタにより、中央処理ユニット８００により計算され
た燃料噴射弁４の開弁時間、すなわち燃料噴射量をあら
れすディジタル信号が、燃料噴射弁４の開弁時間を与え
るパルス時間幅を有するパルス信号に変換される。ユニ
ット８０８の出力は電力増幅器８０９において増幅され
、該電力増幅器の出力は燃料噴射弁４に供給される。

回転角センサ７からの角度信号は割込指令ユニット８０
１に入力され、該割込指令ユニットは点火時期の演算の
割込指令、燃料噴射量の演算の割込指令を行う信号を出
力する。すなわち、角度信号には基準クランク角度位置
を示す信号と例えば３０“毎の単位クランク角度を示す
信号があり、基準となる位置信号に応じて単位クランク
角度信号を分周処理することにより所定クランク角度を
示す信号を形成している。例えば４気筒機関の場合には
クランク角１８０°毎に１回出力され、この信号（割込
み指令信号）は中央処理ユニット８００に対し点火時期
の演算割込みを指令する。またクランク角３６０°毎に
は燃料噴射量の演算の割込み指令を与える信号を出力す
る。勿論これは１回の燃焼に対する燃料噴射量を２分割
供給し、かつ各気筒同時（又はグループ）噴射する場合
を想定しているものであり、本発明はこの方式以外の燃
料供給方式にも適用は可能である。

次に第２図装置の動作を第３図ｉａ）、ｆｂ）の論理流
れ図を用いて説明する。エンジンが始動し、割込み指令
ユニット８０１より点火時期又は燃料噴射量演館の割込
み指令用の信号（Ｄ）（Ｅ）が入力されると中央プロセ
ッサユニット８００はメインルーチンの処理中であって
も直ちにその処理を中断しステップａＱの割込処理ルー
チンに移る。点火時期の割込処理の指令信号（Ｄ）が入
力されたときはステップａ１よりステップａ２に進み回
転速度カウンタユニット８０２で得られたエンジン回転
速度を表わす信号ＮとＡＤ変換処理ユニット８１１〜８
１３で得られた吸気管圧力Ｐｍをメモリュニソ）−８０
５のＲＡＭ領域から取り込む。ステツ７”ａ３でＮＸＰ
ｍの２次元マツプとしてメモリュニソ）８０５に収納さ
れている基本点火時期を求める。

ステップａ４．　ａ５．　　ａ５．およびａ７で、内燃
機関の制御量（点火時期、燃料噴射量）の修正を行う条
件が整っているか否かを判別する。

該条件が整っていなければステップａ２１の処理へ進む
。該条件が整っていればステップａ８で、内燃機関の制
御量の修正の可否を表わす補正フラグＡを修正可能の方
ヘセソトする。ステップａ９で、前回点火時期割込処理
をしたときに、メモリュニッ）　８０５１７）ＲＡＭ領
域からエンジン回転速度を表わす信号Ｎを中央プロセッ
サユニッ）８００へ取り込み、ステップａｌＯで、ステ
ップａ２で取り込んだＮをメモリュニソ）のＲＡＭ領域
へ書込む。この書き込まれてＮが次回の点火時期割込処
理でＮ′として使用される。　” ステップａｌｌで、エンジン回転速度の変動ΔＮ＝Ｎ−
Ｎ’　を求め、ステップａｌ、２でエンジン回転速度変
動ΔＮ（っまりＮ）、つまりほぼ機関トルクの変動量に
相当する点火時期補正量をメモリユニット８０５のＲＯ
Ｍ領域の補正量マツプ（第６図参照）から読み出す。

ステップａ１３．ａ１４．ａ１５．ａ１６では、まず゛
第４図に示されるように過去１ｏ回の点火時期演算割込
み処理で求めた点火時期補正量α１〜α１０を記憶する
ようにしてお（。このことは前述したように機関のトル
ク変動特性が機関回転速度の変動特性によって近似され
ること、及びこのトルク変動量を推測するには位相差φ
より広いクランク角度範囲での機関回転速度変動量の過
去の経過データが必要であることから決定されている。

そして過去１０回分の点火時期補正量α！〜α１ｏのア
ドレスを順次移動させ、最も古い補正量α１０は消去さ
れる。そしてステップａ１７ではステップａ１２で求め
た補正量α１がアドレスＡ１に書き込まれる。

次に、ステップａ１８ではステップａ２で取り込まれた
機関回転速度Ｎに相当する位相差φを示す値を第５図に
示す設定マツプより求め、ステップａ１９で次式を用い
て基本点火時期の修正量αを求める。

ｉ〈φ＜ｉ＋ｌ　（ｉは整数） α＝（ｉ＋１−φ）×αｉ＋（φ−１）Ｘαｉ＋１つま
り、機関発生トルク変動と機関回転速度変動の位相差φ
は機関回転速度Ｎに比例するため、このＮより現時点の
位相差φは容易に求められる。

そこで、前述したように現時点でのトルク変動量はその
位相差φ以前の機関回転速度変動量とほぼ等しいとして
推測することができる。そのため、位相差φ前において
求めた点火時期補正量αを補間計算して取り出してやれ
ば、現時点のトルク変動量に見合った制御量を得ること
ができる。

そしてステップａ２０では先に求めた基本点火時期にこ
の修正量αを加算し、さらにステップａ２１で機関冷却
水温や吸気温による補正を行ない、その演算結果のデー
タをステップａ２２で点火時期制御用カウンタユニット
８０６のレジスタにセットし、この割込み処理を終了（
ステップａ２３）する。

次に、燃料噴射量の割込み指令信号（Ｅ）が入力された
ときは、ステップａ１からステップｂ１へ進み、ステッ
プｂ１でステップａ２と同様の処理を行い、Ｎ、Ｐｍを
取り込む。ステップｂ２でステップｂ１で取り込まれた
Ｎ、Ｐｍを用い、基本噴射量の演算を行う。ステップｂ
３で最新の点火時期割込み処理によって補正フラグＡが
セントされていれば、ステップｂ４へ進み補正フラグＡ
をリセットする。ステップｂ５．ｂ６．ｂ７．ｂ８では
ステップａ９．ａｌＯ，ａｌｌ、ａ１２と同様な処理を
行い基本噴射量補正係数に＋を求める。ΔＮに対する補
正係数の設定マツプを第７図に示す。ステップｂ９．ｂ
ｌｏ、ｂｌｌ、ｂ１２゜ｂ１３ではステップａ１３．ａ
１４．ａ１５’、ａ１６、ａ１７と同様な処理を行い、
第８図に示す如＜ＲＡＭ上のＫｉのデータを更新する。

ここで噴射割込みの場合、ステップｂ９でｉ＝５となっ
ているのは、４気筒エンジンの場合噴射割込は点火割込
の１／２の周期となるためである。

ステップＭ４．ｂ１５ではａｌＢ、ａ１９と同様の処理
で補正係数Ｋを求める。Ｋを求める演算式を示す。

ｉくφ′くｉ＋１のとき（ｉは整数） Ｋ＝（ｉ＋１−φ’）ＸＫｉ＋　（φ’−１）ＸＫｉ＋
１ ステップｂ１６で基本燃料噴射量に補正量Ｋをかけ合わ
せ、更にステップｂ１７で冷却水温、吸気温、バッテリ
電圧等の補正を加え、その演算結果のデータをステップ
ｂ１８で燃料噴射制御用カウンタユニット８０Ｂのレジ
スタにセットする。

そこでこの割込み処理を終了（ステップａ２３）する。

メモリユニット８０５のＲＯＭ領域の指定した番地に収
納される内燃機関回転速度変化量による点火時期、燃料
噴射の補正量の特性が第６図および第７図に示される。

内燃機関回転速度変動量（ｒｐｍであられす）による燃
料噴射量補正比には、第７図に示されるような特性をも
って、メモリユニット８０５のＲＯＭ領域の所定番地に
収納される。すなわち、回転速度が低下し、回転速度変
動量が負側にあるときは、燃料噴射量を増大する方向へ
の修正が行われ、内燃機関トルクを増大させ、回転速度
の低下を防止する。逆に、回転速度が増大し、回転速度
変動量が正側にあるときは、燃料噴射量を減少する方向
への修正が行われ、内燃機関トルクを減少させ、回転速
度の上昇を防止する。なお、理論空燃比近傍のトルク特
性は、理論空燃比よりリーン、リッチ側に同じ空燃比変
動があっても、リッチ側のトルク増大よりもリーン側の
トルク減少の方が大であるため、回転速度変動の正側よ
り負側の修正量を大に設定する。また、回転速度変化量
（ｒ　ｐｍであられす）による点火時期補正量α（’Ｃ
Ａであられす）は第６図に示されるような特性をもって
メモリユニット８０５のＲＯＭ領域の所定番地に収納さ
れる。すなわち、回転速度が減少し、回転速度変動量が
負側にあるときは点火時期を進角側へ補正し、内燃機関
トルクを増大させ１回転速度の減少を防止する。逆に回
転速度が増大し、回転速度変動量が正側にあるときは点
火時期を遅角側へ補正し、内燃機関トルクを減少させ、
回転速度の増大を防止する。

なお、前述の実施例においては、スピード・デンシティ
一方式の電子燃料噴射装置付き４気筒内燃機関について
述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、６
気筒、８気筒等の多気筒内燃機関についても、また、マ
スフロ一方式の電子燃料噴射装置付き多気筒内燃機関に
ついても適用することができる。

また、前述の実施例においては、主として電子燃料噴射
装置付き内燃機関の制御について述べたが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、電子制御気化器付き内燃
機関の制御にも適用することができる。

以上述べた如く本発明によれば、極低速走行時を含むア
イドル運転時に機関回転速度を所定値に安定的に制御で
きるもので、特に機関回転速度情報を用いて機関発生ト
ルク変動の状況を検出し、このトルク変動が最小となる
方向に点火時期や燃料供給量などの少なくとも１つの機
関制御量を修正することによって機関発生トルク変動を
効果的に抑え機関回転速度を安定にできるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ５〜（Ｄ）は本発明の基本的制御方法を説明
するための特性図、第２図は本発明を実現する装置の全
体構成図、第３図（ａ）、（ｂ）は本発明の作動説明に
供するフローチャート、第４図、第８図はそれぞれ点火
時期補正量α、又は燃料噴射量補正係数にの記憶状況を
示すデータ図、第５図は機関回転速度Ｎと位相差φとの
関係を示す特性図、第６図、第７図はそれぞれ機関回転
速度変動量ΔＮと点火時期補正量α、又は燃料噴射量補
正係数にとの関係を示す特性図である。 １・・・内燃機関、２・・・吸気マニホールド、３・・
・半導体圧力センサ、４・・・燃料噴射弁機構、７・・
・回転角センサ、８・・・δ１算回路、９・・・スロッ
トル弁、１０・・・スロットルセンサ、７１．７２・・
・センサ信号入力回路、８００・・・中央処理ユニット
、８０１・・・割込指令ユニット、８０２・・・回転数
用カウンタユニット、８０５・・・メモリユニット。 代理人弁理士　岡　部　　　隆 第１図 第３図 （ｂ） 第４図 第５図 Ｎ　（ｒｐｍ） 第６図 第７図 ２８６− 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アイドル運転時に少なくとも１つの機関制御量を修正し
   て機関回転速度を所定値に制御する方法であって、機関
   回転速度及びこの機関回転速度の変動特性を求め、この
   機関回転速度の変動特性に基づいて機関のトルク変動特
   性を検出すると共に、機関回転速度に基づいて両特性間
   の位相差を検出するようにし、前記トルク変動特性及び
   前記位相差の画情報から現時点の機関トルク変動状態を
   判定し、この機関トルク変動が最小となる方向に少なく
   とも１つの機関制御量を修正することを特徴とする内燃
   機関のアイドル運転制御方法。