JPS63189654A - 燃料噴射制御装置 - 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】 発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関への燃料供給量をその内燃機関の吸
入空気量に応じて可変調節する電子制御式の燃料噴射制
御装置であって、特に、吸入空気量を検出するセンサの
異常時にあっても内燃機関の運転を安定に継続すること
のできる燃料噴射制御装置に関する。

［従来の技術］ 従来より内燃機関へ供給する燃料量をその内燃機関の吸
入空気量に応じて可変調節する電子制御式の燃料噴射制
御装置が知られている。この燃料噴射制御装置を大別す
れば、内燃機関の吸入空気量をエアフロメータ等を用い
て実測するいわゆるＬ−Ｊ方式のもの、および内燃機関
の吸気管圧力から吸入空気量を算出するいわゆるＤ−Ｊ
方式のもの、に分類される。これらの制御装置によれば
内燃機関の吸入空気量に応じた燃料の供給が行われるた
め、エミッションが良好となり、また燃費が向上する等
の利点がある。

しかし反面、エアフロメータや圧力センサ等の吸入空気
量を検出するセンサに何らかの故障が発生したとき、例
えば車両が何物かに衝突してセンサが破損したとき等に
は、内燃機関に供給する燃料量が理憩的な値から大幅に
ずれ、内燃機関の運転状態を維持することさえも困難と
なることが考えられる。

そこで従来は、センサの異常が検出されると燃料噴射量
を内燃機関の運転状態が維持し得るような平均的な値に
固定し、内燃機関の運転を継続可能とするような、セン
サ異常時のフェイルセイフ機能を兼ね備えているのが通
常である。

一方、上記した吸入空気量を検出するセンサの検出出力
が、大気圧力の変化によって現実の値からずれる現象が
知られている。これに対処するために、従来からセンサ
出力のずれの発生要因である大気圧力の変動を他のセン
サによって検出し、この検出結果に基づいて吸入空気量
を検出するセンサの検出出力を補正する機能を備えた装
置が提案されている（特開昭５９−１９０４３１号）。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記のようなフェイルセイフ機能を兼ね備える
燃料噴射制御装置にあっても次のような問題点を内包し
ていた。

吸入空気量を検出するセンサの異常時に燃料量１）ｉｉ
ｔを固定するため、実際には内燃機関の空燃比は理想的
な値からずれて運転を行っていることになる。これは異
常時の緊急的な措置でおり、センサの異常を運転者に報
知することで可能な限り短時間であることが望ましい。

一方、車両等に搭載される内燃機関等にあっては、この
ような異常がどの様な条件下で発生しても車両の運転を
最低限確保しておかなければ異常を来たしたセンサの修
理さえも不能となることが想定され、異常時下での長時
間の運転を確実に保証する必要がある。

しかし、空燃比のずれが予想よりも大きいとき、例えば
車両が高地を走行時にエアフロメータが故障したとき等
は、平地を想定して定められた燃料噴射量の固定値は高
地での希薄な大気に対しては極めて過濃な値となり、走
行不能あるいは排ガスの触媒過熱等の不具合を招来する
ことがあった。

また、前述したような大気圧力の変動によりエアフロメ
ータの出力を補正する装置にあっても、その補正は正常
に動作するエアフロメータの出力に対しては有効である
ものの、正常時とは大きく異なるフェイル時のエアフロ
メータ出力を適正な値にまで補正する機能はなく、上述
した問題点を解決することはできなかった。

上記問題点は燃料噴射量を固定した際に空燃比が予想以
上にずれることに起因して発生するものであり、特に内
燃機関の吸入空気量のダイナミックレンジの大きなシス
テム、例えばターボチャージャーを搭載するシステムに
おいては燃料噴射量の固定値の選択が難しく、大きな問
題となっていた。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
吸入空気量を検出するセンサの異常時にあって、大気圧
力の変動等によっても内燃機関に安定した運転状態を保
証することのできる燃料噴射制御装置を提供することを
目的としている。

発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために本発明の構成した手段は、
第１図の基本的構成図に例示するように、内燃機関ＥＧ
の吸入空気量を検出する吸気量検出手段Ｃ１と、 該吸気量検出手段Ｃ１の検出結果に基づいて前記内燃機
関ＥＧに供給する燃料量を可変調節する燃料量決定手段
Ｃ２と、 前記吸気量検出手段Ｃ１の異常時に、前記燃料量決定手
段Ｃ２に優先して前記内燃機関ＥＧに供給する燃料量を
予め定められる固定値に設定する異常時燃料量決定手段
Ｃ３と、 を有する燃料噴射制御装置において、 前記異常時燃料量決定手段Ｃ３が、大気圧力を検出する
大気圧検出部ＣＡと、 該大気圧検出部ＣＡの検出結果に基づいて前記固定値を
補正する大気圧補正部ＣＢと、を備えることを特徴とす
る燃料噴射制御装置をその要旨としている。

［作用］ 本発明における吸気量検出手段Ｃ１とは、内燃は関ＥＧ
に吸入される吸入空気量を検出するものであり、エアフ
ロメータ等のように吸入空気量を実測するもの、おるい
は吸気管圧力センサ等のように内燃機関ＥＧの回転数を
利用して吸入空気量を推定するもの等、その構成はどの
様なものであってもよい。

燃料量決定手段Ｃ２は、吸気量検出手段Ｃ１の検出結果
に基づいて内燃機関ＥＧに供給する燃料量を決定する作
用を奏する。公知のごとく、内燃機関ＥＧは吸入空気量
に対して一定比率の燃料を供給するとき、良好な運転特
性を示す。そこで、吸気■検出手段・Ｃ１の検出結果に
応じて供給する燃料量を増減調整するのである。なお、
従来より内燃機関ＥＧをより良好な条件で運転するため
に空燃比のフィードバック制御や、パワー増量等の各種
の燃料制御が提案されているが、本燃料量決定手段Ｃ２
もこれらの各種制御を併用する。ものであってもよい。

異常時燃料量決定手段Ｃ３は、吸気量検出手段Ｃ１の異
常時に燃料量決定手段Ｃ２に優先して作動し、内燃機関
ＥＧに供給する燃料量を以下のごとくして決定する。内
燃機関ＥＧを安定に運転するために、一定の平均的な燃
料量を基準として最終的な供給燃料量を決定するのであ
るが、そのとき大気圧検出部ＣＡによって現在の大気圧
力を検出し、平均値な燃料量をその検出値に基づき大気
圧補正部ＣＢにより補正するのである。換言するならば
、一定の平均的な燃料量が従来の固定値に相当するもの
であり、これを大気圧力に応じて増減補正するのである
。例えば、一定の平均的な燃料量が少なくとも平地にお
ける内燃機関ＥＧの安定な運転に必要な燃料量であると
すれば、大気圧力が低下する高地においてはその平均的
な燃料量では過多となる。従って、大気圧検出部ＣＡの
検出結果が高地を示すときには燃料量を減少させる補正
が必要となる。逆に、基準となる平均的な燃料量が高地
での内燃機関ＥＧの安定運転に必要なものであれ、ば、
大気圧検出部ＣＡが平地を検出しているときに大気圧補
正部ＣＢによる燃料の増量補正が行われるのである。

以下、本発明をより具体的に説明するために実施例を挙
げて詳述する。

［実施例］ 第２図は本実施例の燃料噴射制御装置が搭載された過給
機付内燃機関及びその周辺装置を表す概略構成図である
。

図において１は内燃機関本体を表し、この内燃機関１に
は、排気の流速を利用して排気通路２ａに設けられたタ
ービン４ａを回し、吸気通路２ｂに設けられたコンプレ
ッサ４ｂによって吸気を過給する過給機４、吸入空気を
冷却するため吸気通路２ｂに設けられたインタークーラ
６、及び、過給圧を調節するためタービン４ａをバイパ
スするバイパス通路７に設けられたウェストゲートバル
ブ８、が備えられている。

また内燃機関１には、その運転状態を検出するために冷
却水温を検出する水温センサ１０、排気中の酸素濃度か
ら内燃機関１に供給された燃料混合気の空燃比を検出す
る空燃比センサ１２、排気温度を検出する排気温センサ
１４、吸気温度を検出する吸気温センサ１６、吸入空気
量を検出するエアフロメータ１８、スロットルバルブ２
０の開度を検出するスロットルセンサ２２、ディストリ
ビュータ２４のロータ２４ａの回転から内燃機関１の回
転数を検出する回転数センサ２６、及び、ディストリビ
ュータ２４のロータ２４ａの１回転に１回、即ち内燃機
関１のクランク軸２回転に１回パルス信号を出力する気
筒判別センサ２８、が備えられている。

また、ディストリビュータ２４はイグナイタ３０から出
力される高電圧を内燃機関１のクランク角に同期して各
気筒の点火プラグ３２に分配するためのもので、点火プ
ラグ３２の点火タイミングはイグナイタ３０からの高電
圧出力タイミングにより決定される。

ウェイストゲートバルブ８は過給圧によって作動するア
クチュエータ３４によって制御される。

即ちアクチュエータ３４はそのダイアフラム３４ａが過
給圧を受圧して変位することにより駆動用の伝達機構３
４ｂを介してウェイストゲートバルブ８を調整するよう
構成されており、これによってウェストゲートバルブ８
は過給圧を設定された上限値以下に制限・保持すること
となる。

更にスロットルセンサ２２には、スロットルバルブ２０
が全閉もしくはほぼ全開になった時ＯＮ状態となるアイ
ドルスイッチが備えられ、内燃機関１のアイドル運転状
態が検出できるようされている。また、内燃機関１の運
転を行っている環境を測定するために大気圧センサ３５
が備えられ、大気圧力（絶対圧）が実測される。

上記各センサからの検出信号は電子制御回路３６に出力
される。電子制御回路３６は、各センサからの検出信号
に基づき燃料噴射量及び点火時期を求め、その算出結果
に応じて燃料噴射弁３８及びイグナイタ３０を駆動制御
することで、内燃機関１の燃料噴射量及び点火時期を制
御するためのものであって、従来より周知のように、マ
イクロコンピュータを中心とする論理演算回路として構
成されている。

すなわち、電子制御回路３６は、第３図に示すように、
予め設定された制御プログラムに従って内燃機関１の燃
料噴射制御及び点火時期制御のための各種演算処理を実
行するセントラルプロセシングユニット（ＣＰＵ）４０
．ＣＰｔＪ４０で各種演算処理を実行するための制御プ
ログラムや初期データが記録されたリードオンリメモリ
（ＲＯＭ）４２、同じ＜ＣＰＵ４０で各種演算処理を実
行するための各種データが一時的に読み書きされるラン
ダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４４、及びＣＰＵ４０で
演算処理を実行するのに必要な制御タイミングを決定す
るクロック信号を発生するクロック信号発生回路４６、
を中心に構成され、水温センサ１０．排気温センサ１４
．吸気温センサ１６゜エアフロメータ１８．および大気
圧センサ３５ｈ）らのアナログ検出信号を、バッファ回
路４８〜５５、マルチプレクサ５６．Ａ／Ｄ変換器５８
．及び入力ポートロ０を介して、デジタル信号に変換し
て順次選択的に入力すると共に、空燃比センサ１２、ス
ロットルセンサ２２１回転数センサ２６゜及び気筒判別
センサ２８からの検出信号を、バッフ１回路６２，６４
．コンパレータ６６、波形整形回路６８．及び入力ポー
ドア０等を介して入力し、上記各センサからの検出信号
をＣＰＵ４０に伝達すると共に、ＣＰＵ４０から出力さ
れる制御信号を出力ポードア２及び７４を介して駆動回
路７６及び７８に出力することで、駆動回路７６及び７
８を用いて燃料噴射弁３８及びイグナイタ３０を夫々駆
動制御できるようされている。

次に本実施例の電子制御装置３６が実行する制御につい
て詳述する。

第４図に示すフローチャートが制御のメインルーチンで
ある。本ルーチンは、図示しないキースイッチがオンさ
れると起動されて、まずＣＰＵ４０の内部レジスタのク
リア等の初期化を行い（ステップ１００）、次に内燃機
関１の制御に用いるデータの初期値の設定、例えば空燃
比フィードバックの学習値ＭＫｔを所定の記憶領域から
読み出すといった処理を行う（ステップ１１０）。続い
て内燃機関１の運転状態、例えばエアフロメータ１８、
回転数センサ２６．水温センサ１０等からの信号を読み
込み、こうして読み込んだ諸データから、内燃機関１の
吸入空気量Ｑや回転■Ｎ、およびこれらの吸入空気量Ｑ
および回転数Ｎの関数として算出される基本燃料噴射時
間Ｔ８等内燃機関１の制御の基本となる諸量を計算する
処理を行う（ステップ１２０）。以下、ステップ１２０
で求めた諸量に基づいて、周知の点火時期制御（ステッ
プ１３０）が行われ、次いで内燃機関１の運転状態に応
じて噴射供給する燃料量を補正するための処理へ移るの
である。ここでは、まず内燃機関１の運転状態に適した
空燃比補正ｆｉＫｔが空燃比センサ１２の出力に基づき
決定され（ステップ１４０）だ後に、更にステップ１５
０の処理では大気圧センサ３５の出力信号に基づいた大
気圧補正量Ｋｐ　　（１）、Ｋｐ　　（２）の算定（後
述）が行われ、最終的に続くステップ１６０の燃料噴射
時間ＴＡＵの算出処理が実行され、実際に内燃機関１に
燃料を供給する噴射時間の決定が行われるのであり、こ
の処理の後再びステップ１２０へ戻って以上の処理が繰
り返し実行される。

上記ステップ１５０で実行される２つの大気圧補正量Ｋ
ｐ　　（１）、Ｋｐ　　（２＞とは次のようなものであ
る。

まず大気圧補正ｆｆ１Ｋｐ（１）とは、通常のし−Ｊ式
の燃料噴射制御装置に備えられる大気圧補正量と同一の
ものである。すなわち、エアフロメータ１８で計測した
吸入空気量Ｑも現実には高地であるほど酸素濃度の低い
空気であることを考慮して燃料噴射時間を短く補正する
必要がある等のように、大気圧力に基づく補正が不可欠
である。そこで、従来より大気圧補正量の算出を行う内
燃機関システムがあるが、これと同一の補正量を算出す
るのであり、従来同様の算出式あるいは検索テーブルを
用いて決定される。

一方、大気圧補正ＩＫｐ　　（２）は本実施例の燃料噴
射制御装置に特有のものであり、後述するごとくエアフ
ロメータ１８の故障時における燃料噴射時間ＴＡＵの算
出に限って使用されるものである。

次に、この大気圧補正ＩＫｐ　　（２＞を利用する上記
ステップ１６０の燃料噴射時間ＴＡＵの算出処理につい
て詳細に説明する。

第５図が、そのステップ１６０の処理をより詳細に表わ
したフローチャートである。図示のごとく、本ステップ
１６０の処理に入るとまずエアフロメータ１８が正常に
動作しているか否かの判断がなされる（ステップ１６１
）。これは、エアフロメータ１８からの出力信号が正常
ではあり得ない異常な電圧値を示すとき、あるいは内燃
機関１の回転数Ｎから判断して吸入空気ｆｆ１Ｑが明ら
かに変化していると推定されるにも拘らずエアフロメー
タ１８の出力が一定値を維持し続けるとき等の公知の異
常判定ルーチンを実行することで達成される。この判定
によりエアフロメータ１８が正常に動作しているときに
は、続いてステップ１６２が実行され、通常のごとくス
テップ１２０で算出した基本燃料噴射時間ＴＢに空燃比
学習値ＭＫｔ、空燃比補正ｆｆ１Ｋｔ　、前述した大気
圧補正量Ｋｐ（１）、その他の補正ＩＫｈを乗算した補
正量に無効噴射時間ＴＡＬＪＶを加算した最終的な燃料
噴射時間ＴＡｔＪが算出されて本ステップ１６０の全処
理を終了する。

一方、ステップ１６１の処理によりエアフロメータ１８
が異常であると判断されたときには、続いて図示しない
スタータスイッチがＯＮ状態であるか否かの判断がなさ
れる（ステップ１６３）。

これは、スタータスイッチがＯＮされる内燃機関１の起
動状態にあっては、始動時特有の燃料噴射時間Ａ１を選
択する必要があることから設けられる処理であり、スタ
ータスイッチがＯＮであると判断されるとステップ１６
４の処理で変数ＴＡに上記特有の燃料噴射時間Ａ１が設
定される。そして、この変数ＴＡにエアフロメータ１８
異常時の大気圧補正ＩＫｐ　　（２＞を乗算し、無効噴
射時間ＴＡＵＶを加算して最終的な燃料噴射時間ＴＡＬ
Ｊが算出される（ステップ１６５）。

第６図が大気圧補正１ｉＫｐ　　（２）の検索に用いら
れる検索テーブルの説明図である。図のように、本テー
ブルは大気圧センサ３５の検出値から大気圧補正量Ｋｐ
　　（２＞を検出するためのもので、前述した起動待特
有の燃料噴射時間Ａ１が平地の大気圧を基準として定め
られるものであるため、大気圧が低下する高地になるほ
どＫｐ（２＞として小さな値が検索されるように設定さ
れている。従って、大気圧力が低下したとき、前記燃料
噴射時間Ａ１に基づく燃料噴射量により空燃比が過濃と
なる事態が回避されることになる。

上記ステップ１６３の判断によりスタータスイッチがＯ
ＦＦである通常の運転状態にあると判断されたときには
、更にステップ１６６によって内燃機関１がアイドル運
転状態であるか否かの判断が行われる。これは、アイド
ル運転状態にあるとき、すなわちスロットルバルブ２０
が全閉に近い状態にあるときには、内燃機関１の吸入空
気量が大気圧力による影響を受けることがなく、大気補
正を実行する必要がないことから設けられる判断ステッ
プである。従って、このステップ１６６でアイドル運転
状態であると判断されたときには、アイドル運転用の燃
料噴射時間Ａ２が変数ＴＡに設定され（ステップ１６７
）、この変数ＴＡに無効噴射時間ＴＡＵＶが加算されて
最終的な燃料噴射時間ＴＡＵが決定された（ステップ１
６８）、総ての処理を終了する。

また、ステップ１６６の判断が否定的であり、スロット
ルバルブ２０が開放操作されていると判断されたときに
は、スロットルバルブ開放時の燃料噴射時間Ａ３が変数
ＴＡに設定され（ステップ１６９）、続いて前述したス
テップ１６５の処理によりこの変数ＴＡに大気圧補正お
よび無効噴射時間の加算が行われて総ての処理を終了す
る。

以上、詳述したようにしてステップ１６０の処理で最終
的な燃料噴射時間ＴＡＵが決定されると、公知のように
内燃機関１のクランク角度に同期しつつ燃料噴射時間Ｔ
ＡＵに基づいた燃料噴射の実行が行われ、内燃機関１は
安定した運転を継続することができる。

このように動作する本実施例の燃料噴射制御装置によれ
ば、次のような効果が明らかである。

まず、エアフロメータ１８が正常に動作するときには通
常の空燃比フィードバック補正および大気補正が行われ
、内燃機関１を所望の空燃比で運転することができ、エ
ミッションおよび燃費を良好に維持することができる。

更に、エアフロメータ１８が何らかの原因で故障したと
き、このときには内燃機関１の燃料噴射量として特徴あ
るスタート時、アイドル時、および通常運転時の３種の
運転状態に適合した燃料噴射時間Ａ１．Ａ２あるいはＡ
３が選択され、しがもその燃料噴射時間が大気圧力の変
化に起因して現実の内燃機関１に必要な燃料量から大き
くずれを生じるときには確実に大気圧補正が実行される
ことになる。

従って、内燃機関１がいかに高地、低地と大気圧力の変
動が発生する走行を行う車両に搭載されるものであって
も、内燃機関１の空燃比が過濃あるいは希薄となって運
転性能が極端に低下したり、排気温の上昇により触媒を
過熱したり等の不具合を回避することができる。このた
め、いかなる状況下でエアフロメータ１８が故障しよう
とも内燃機関１は長時間にわたる走行が可能となり、極
めて優れたフェイルセイフ機能を発揮することができる
のである。

なお、上記実施例ではエアフロメータ１８の故障時にあ
って少なくとスタート時、アイドル時、通常運転時の３
種の運転状態時に基づく燃料噴射時間Ａ１．Ａ２．Ａ３
を予め用意するものについて説明したが、更に、過給機
の作動時と非作動時とに分けて燃料噴射時間Ａ４を用意
したりあるいは補正係数を新たに設けて燃料噴射時間Ｔ
ＡＵを算出する等の他の実施の態様としてもよい。

発明の効果 以上、実施例を挙げて詳述したように本発明の燃料噴射
制御装置は、内燃機関の吸入空気量を検出する吸気量検
出手段が故障したときでも、大気圧力に基づき内燃機関
に供給する燃料量を調節することができる。

従って、いかに大気圧力が変動しようとも内燃機関の空
燃比が大きくずれる異常な運転状態が発生することはな
く、内燃機関は常に運転状態を継続することができると
ともに排気温の上昇による排気触媒の異常過熱を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成図、第２図は実施例の燃料
噴射制御装置を搭載した内燃機関システムの概略構成図
、第３図は同実施例の電子制御回路を中心としたブロッ
ク図、第４図は同実施例の実行する制御の概略フローチ
ャート、第５図はその制御の燃料噴射時間算出の詳細な
フローチャート、第６図はその制御に用いられる大気圧
補正旦の検索テーブル説明図、を示す。 １・・・内燃機関　　　　　４・・・過給機１８・・・
エアフロメータ ２０・・・スロットルバルブ ３６・・・電子制御回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の吸入空気量を検出する吸気量検出手段と、 該吸気量検出手段の検出結果に基づいて前記内燃機関に
   供給する燃料量を可変調節する燃料量決定手段と、 前記吸気量検出手段の異常時に、前記燃料量決定手段に
   優先して前記内燃機関に供給する燃料量を予め定められ
   る固定値に設定する異常時燃料量決定手段と、 を有する燃料噴射制御装置において、 前記異常時燃料量決定手段が、大気圧力を検出する大気
   圧検出部と、 該大気圧検出部の検出結果に基づいて前記固定値を補正
   する大気圧補正部と、 を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。