JP2991127B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の制御装置
に関し、特に、電子制御スロットル弁を備えた内燃機関
において吸入空気量を先行させ、燃料供給量をこれに追
従させて空燃比を制御する方式の内燃機関の制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子制御燃料噴射制御方式の内燃
機関においては、吸入空気量を計測し、それに見合う燃
料噴射量を演算して空燃比を調節している。この空燃比
の調節方法は、吸入空気量はアクセルペダルの踏込み量
に応じて決まるという考え方に基づいている。このた
め、機関の加速時や減速時等のように吸入空気量の変化
が大きい時には、機関を制御するコンピュータにおける
吸入空気量の計測誤差が生じるという問題があった。

【０００３】そこで、アクセルペダルの踏込み量に応じ
てスロットル弁を電気的なアクチュエータを用いて制御
する電子制御スロットル弁を使用し、噴射燃料量を先に
決定し、後から吸入空気量を追従させる燃料供給量先
行、空気量追従制御方式のエンジン制御装置がある（特
公平７−３３７８１号公報参照）。特公平７−３３７８
１号公報に記載のエンジン制御装置には、アクセルペダ
ルの操作位置に応じて燃料供給量とスロットル弁開度を
調節するようにした燃料供給量先行、空気量追従制御方
式のエンジンにおいて、燃料供給量の制御に対して、ア
クセルペダルの操作位置とエンジンの回転速度に応じ
て、燃料が実際にシリンダに吸入されるまでの時間を所
定遅れ時間として、スロットル弁の開度制御にこの所定
時間の遅れ時間を設定する技術が開示されている。

【０００４】この遅れ時間の設定により、噴射された燃
料が実際にシリンダ内に吸入されるまでの時間が考慮さ
れ、シリンダ内における燃料量と吸入空気量とが精密に
制御されることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公平
７−３３７８１号公報に記載のエンジン制御装置におい
ては、実際には、頻繁にエンジンの運転条件が変化する
ため、前述のように演算された遅れ時間はエンジン回転
数、燃料噴射量の変化によって変動する時間であり、特
に急激なアクセルペダルの操作時には変動量が過大であ
るため、スロットル弁が応答しきれない場合が発生し、
毎回のスロットル弁開度制御に当てはめてスロットル弁
開度を目標値に制御することが困難であり、正確な空燃
比を常に得ることができないという問題点があった。

【０００６】そこで、本発明は、吸入空気量を先に決定
し、燃料供給量をこれに追従させて空燃比を制御する空
気量先行、燃料供給量追従制御方式を採用し、電子制御
スロットル弁装置に本質的に内在するスロットル弁開度
の目標値に対する実際の制御値の遅れ、或いはスロット
ル弁開度の目標値に対して積極的に設定した制御の遅れ
を利用し、この遅れに対して燃料供給時期を対応させる
ことにより、常に正確な空燃比を得ることができる内燃
機関の制御装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の第１の発明の構成が図１に示される。第１の発明に
記載の内燃機関の制御装置は、アクセルペダルの操作位
置に応じてスロットル弁開度と燃料供給量を制御するよ
うにした空気量先行燃料追従制御方式の内燃機関の制御
装置であって、入力された信号に応じてスロットル弁を
開閉駆動するスロットル弁の駆動装置と、アクセルペダ
ルの操作位置に応じたスロットル弁開度の目標値を演算
するスロットル弁開度目標値演算手段と、所定の開度目
標値に対応してスロットル弁がこの開度目標値に到達制
御されるまでの応答特性を記憶したスロットル弁の応答
特性記憶手段と、内燃機関の運転状態に応じて、燃料噴
射気筒の吸気弁閉弁時期を演算する吸気弁閉弁時期演算
手段と、スロットル弁開度目標値演算手段からのスロッ
トル弁開度の目標値と、スロットル弁の応答特性記憶手
段の記憶値とから、スロットル弁開度がこの目標値に到
達するのに必要な時間を演算する目標値到達時間の演算
手段と、演算されたスロットル弁の目標値到達時間と燃
料噴射気筒の吸気弁閉弁時期とから、吸気弁閉弁時期に
おけるスロットル弁開度を演算する吸気弁閉弁時のスロ
ットル弁開度演算手段と、吸気弁閉弁時期におけるスロ
ットル弁開度に応じた吸入空気量と目標空燃比とから、
目標空燃比となる燃料供給量を演算する燃料供給量演算
手段と、演算された燃料供給量の燃料を供給する燃料供
給手段とから構成されることを特徴としている。

【０００８】また、前記目的を達成する本発明の第２の
発明の構成が図２に示される。第２の発明に記載の内燃
機関の制御装置は、アクセルペダルの操作位置に応じて
スロットル弁開度と燃料供給量を制御するようにした空
気量先行燃料追従制御方式の内燃機関の制御装置であっ
て、アクセルペダルの操作位置に応じたスロットル弁開
度の目標値を演算するスロットル弁開度目標値演算手段
と、演算されたスロットル弁開度目標値を所定時間の間
記憶するスロットル弁開度目標値記憶手段と、記憶され
たスロットル弁開度目標値を所定時間の経過後にスロッ
トル弁開度制御値として出力するスロットル弁開度制御
値出力手段と、このスロットル弁開度制御値に従ってス
ロットル弁を開閉駆動するスロットル弁駆動手段と、機
関の運転状態に応じた燃料噴射気筒の吸気弁閉弁時期を
演算する吸気弁閉弁時期演算手段と、記憶されたスロッ
トル弁開度目標値と、燃料噴射気筒の吸気弁閉弁時期と
から、吸気弁閉弁時期におけるスロットル弁開度を演算
する吸気弁閉弁時のスロットル弁開度演算手段と、吸気
弁閉弁時期におけるスロットル弁開度に応じた吸入空気
量と目標空燃比とから、目標空燃比となる燃料供給量を
演算する燃料供給量演算手段と、演算された燃料供給量
の燃料を供給する燃料供給手段とから構成されることを
特徴としている。

【０００９】また、第２の発明の内燃機関の制御装置に
おいて、スロットル弁開度制御値出力手段から出力され
たスロットル弁開度制御値に対して、スロットル弁のこ
の制御値に対する機械的な追従遅れを補償するために、
制御値に対して位相進み補償を行って、スロットル弁を
駆動するスロットル弁開度制御値の位相進み補償手段を
更に設けても良い。

【００１０】更に、第１、又は第２の発明の内燃機関の
制御装置において、燃料供給量演算手段に入力されるス
ロットル弁開度に対して、微分逆補償を行うスロットル
弁開度目標値の微分逆補償手段を更に設けても良い。本
発明の第１の発明の内燃機関の制御装置によれば、所定
の開度目標値が設定された入力信号でスロットル弁がこ
の開度目標値に到達制御されるまでの応答特性が記憶さ
れ、アクセルペダルの操作位置に応じたスロットル弁開
度の目標値が演算され、内燃機関の運転状態に応じてた
燃料噴射気筒の吸気弁閉弁時期が演算され、スロットル
弁開度の目標値とスロットル弁の応答特性の記憶値とか
らスロットル弁開度がこの目標値に到達するのに必要な
時間が演算され、演算されたスロットル弁の目標値到達
時間と吸気弁閉弁時期とから吸気弁閉弁時期におけるス
ロットル弁開度が演算され、吸気弁閉弁時期におけるス
ロットル弁開度に応じた吸入空気量と目標空燃比とから
目標空燃比となる燃料供給量が演算され、演算された燃
料供給量の燃料が供給される。

【００１１】本発明の第２の発明の内燃機関の制御装置
によれば、アクセルペダルの操作位置に応じたスロット
ル弁開度の目標値が演算され、演算されたスロットル弁
開度目標値が所定時間の間記憶され、記憶されたスロッ
トル弁開度目標値が所定時間の経過後にスロットル弁開
度制御値として出力され、機関の運転状態に応じた吸気
弁閉弁時期が演算され、記憶されたスロットル弁開度目
標値と燃料噴射気筒の吸気弁閉弁時期とから吸気弁閉弁
時期におけるスロットル弁開度が演算され、吸気弁閉弁
時期におけるスロットル弁開度に応じた吸入空気量と目
標空燃比とから目標空燃比となる燃料供給量が演算さ
れ、演算された燃料供給量の燃料が供給される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下添付図面を用いて本発明の実
施例を詳細に説明する。図３には本発明の一実施例の制
御装置を備えた電子制御燃料噴射式の多気筒内燃機関１
が概略的に示されている。図３において、内燃機関１の
吸気通路２には図示しないエアクリーナの下流側にスロ
ットル弁３が設けられており、このスロットル弁３の軸
の一端にはこのスロットル弁３を駆動するアクチュエー
タ４が設けられており、他端にはスロットル弁３の開度
を検出するスロットル開度センサ５が設けられている。
即ち、この実施例のスロットル弁３はアクチュエータ４
によって開閉駆動される電子制御スロットルである。

【００１３】スロットル弁３の下流側の吸気通路２には
サージタンク６があり、このサージタンク６内には吸気
の圧力を検出する圧力センサ７が設けられている。更
に、サージタンク６の下流側には、各気筒毎に燃料供給
系から加圧燃料を吸気ポートへ供給するための燃料噴射
弁８が設けられている。スロットル開度センサ５の出力
と圧力センサ７の出力は、マイクロコンピュータを内蔵
したＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）１０
に入力される。

【００１４】また、内燃機関１のシリンダブロックの冷
却水通路９には、冷却水の温度を検出するための水温セ
ンサ１１が設けられている。水温センサ１１は冷却水の
温度に応じたアナログ電圧の電気信号を発生する。排気
通路１２には、排気ガス中の３つの有害成分ＨＣ，Ｃ
Ｏ，ＮＯｘを同時に浄化する三元触媒コンバータ（図示
せず）が設けられており、この触媒コンバータの上流側
の排気通路１２には、空燃比センサの一種であるＯ₂ セ
ンサ１３が設けられている。Ｏ₂ センサ１３は排気ガス
中の酸素成分濃度に応じて電気信号を発生する。これら
水温センサ１１及びＯ₂ センサ１３の出力はＥＣＵ１０
に入力される。

【００１５】更に、このＥＣＵ１０には、アクセルペダ
ル１４に取り付けられたアクセル踏込量センサ１５から
のアクセル踏込量信号や、図示しないディストリビュー
タに取付けられたクランク角センサからの機関回転数Ｎ
ｅが入力される。以上のような構成において、図示しな
いキースイッチがオンされると、ＥＣＵ１０が通電され
てプログラムが起動し、各センサからの出力を取り込
み、スロットル弁３を開閉するアクチュエータ４や燃料
噴射弁８、或いはその他のアクチュエータを制御する。
ＥＣＵ１０には、各種センサからのアナログ信号をディ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器が含まれ、各種セン
サからの入力ディジタル信号や各アクチュエータを駆動
する信号が出入りする入出力インタフェース１０１、演
算処理を行うＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０３やＲＡＭ１０
４等のメモリや、クロック１０５等が設けられており、
これらはバス１０６で相互に接続されている。ＥＣＵ１
０の構成については公知であるので、これ以上の説明を
省略する。

【００１６】以上のように構成された内燃機関の制御装
置において、本発明の第１の発明では、アクセルペダル
の踏込量に応じた燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時期にお
けるスロットル弁３の開度を予測し、この予測開度に応
じて燃料噴射を行って空燃比を機関の運転状態に合わせ
る制御を行っている。このように、アクセルペダルの踏
込量に応じた燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時期における
スロットル弁３の開度を予測するのは、アクセルペダル
の踏込量に対するスロットル弁３の開度には機械的な遅
れがあるからである。そして電子制御スロットルは、ア
クセル開度（アクセルペダルの踏込量）をＥＣＵ１０に
おいてＡ／Ｄ変換し、運転者の意図を読み取り、各種の
制御によってアクチュエータ（モータ）４に目標開度を
与えてスロットル弁３を開閉駆動している。このように
電子制御スロットルでは予め目標開度が定まっているの
であるから、そこからモータの駆動制御、駆動方式に応
じてモータの応答予測を行うこと、即ち、モータの逆モ
デルによって吸気弁閉弁時刻のスロットル開度を予測す
ることは可能である。

【００１７】モータがステップモータの場合は、これか
ら先のステップ変化時間が分かり、位置（スロットル弁
の開度）はＥＣＵ１０でカウントしているため、全ての
ステップにおいて、時刻は既知であるため、吸気弁閉弁
時刻に最も近いステップ位置を読み取れば良い。一方、
モータが直流モータの場合は、制御方法にもよるが、通
常制御時はスロットル速度から吸気弁閉弁時刻でのスロ
ットル開度が求められる。減速運転領域になる場合は
（目標位置との偏差が一定値以上であれば）減速のルッ
クアップテーブルを用いてスロットル開度を求めること
ができる。

【００１８】例えば、簡単な逆モデルとしては、吸気弁
閉弁時刻までの時間を演算して求め、次に、スロットル
弁３の目標開度と現在の開度によりスロットル弁３が目
標開度に到達する時間を求める。そして、この到達時間
と吸気弁閉弁時刻までの時間を比較し、スロットル弁３
の目標開度への到達時刻が吸気弁閉弁時刻の前であれ
ば、吸気弁閉弁時刻のスロットル弁３の開度は目標開度
となる。一方、スロットル弁３の目標到達時刻が吸気弁
閉弁時刻より後であれば、吸気弁閉弁時刻のスロットル
弁３の開度は、スロットル弁３が目標開度に到達する時
間と吸気弁が閉弁するまでの時間との比例配分でスロッ
トル弁３の開度特性から求めることができる。このよう
にして、吸気弁閉弁時刻のスロットル弁３の開度を予測
すれば、スロットル弁の動きによって燃料量を増加する
制御である公知のスロットル開度非同期噴射制御や、ス
ロットル開度によるフィードフォーワード制御を用いる
ことにより、シリンダ内の空燃比の悪化が避けられ、エ
ミッション効果が得られることになる。

【００１９】以上のような空燃比の制御手順の一例を、
図４に示すフローチャートにより説明する。この制御ル
ーチンは所定クランク角毎に実行される。ステップ４０
１ではまず、内燃機関１の運転状態の検出を行う。この
運転状態の検出は、機関回転数Ｎｅ、吸気圧力Ｐ、アク
セルペダルの踏込み量（操作位置）等の運転状態パラメ
ータを各種センサからＥＣＵ１０に取り込むことによっ
て行うことができる。続くステップ４０２では、アクセ
ルペダルの現在の操作位置を読み込み、次のステップ４
０３においてこのアクセルペダルの操作位置からスロッ
トル弁開度の目標値を演算する。

【００２０】一方、ステップ４０４ではステップ４０１
で検出した機関の運転状態から、次の噴射気筒の吸気弁
閉弁時刻Ｔを演算する。また、ステップ４０５では予め
ＥＣＵ１０のメモリ（ＲＯＭ１０３）に記憶されている
アクセルペダルの操作位置に対するスロットル弁の応答
特性を読み込み、次のステップ４０６で現在のスロット
ル弁３の開度を読み込んで、続くステップ４０６におい
てスロットル弁３の開度がアクセルペダルの操作位置に
対応する目標値に到達する迄に必要な時間ｔを演算す
る。

【００２１】このようにして、スロットル弁開度が目標
値に到達するまでの時間ｔを演算した後は、ステップ４
０８において、スロットル弁開度が目標値に到達する時
刻が吸気弁の閉弁時刻Ｔより前か後かを判定する。スロ
ットル弁開度が目標値に到達する時刻は、現在の時刻ｔ
ｏにスロットル弁３の開度がアクセルペダルの操作位置
に対応する目標値に到達する迄に必要な時間ｔを加算す
ることによって求めることができる。従って、ステップ
４０８では（ｔｏ＋ｔ）≦Ｔを判定する。

【００２２】ステップ４０８で（ｔｏ＋ｔ）≦Ｔの場合
は、スロットル弁３の目標到達時刻が吸気弁閉弁時刻Ｔ
の前であるので、ステップ４０９に進み、吸気弁閉弁時
刻Ｔのスロットル弁３の開度をスロットル弁開度の目標
開度とする。一方、（ｔｏ＋ｔ）＞Ｔの場合は、スロッ
トル弁３の目標到達時刻が吸気弁閉弁時刻Ｔよりも後で
あるので、ステップ４１０に進む。ステップ４１０で
は、吸気弁閉弁時刻Ｔのスロットル弁３の開度を、スロ
ットル弁３が目標開度に到達する時間ｔと吸気弁が閉弁
するまでの時間（Ｔ−ｔｏ）との比例配分でスロットル
弁３の開度特性から求める。

【００２３】このようにして、吸気弁閉弁時刻Ｔにおけ
るスロットル弁３の開度を演算した後は、ステップ４１
１において、機関の運転状態からこの開度に応じた目標
空燃比となる燃料供給量を求める。そして、演算された
燃料供給量の燃料をステップ４１２において燃料噴射弁
８から噴射してこのルーチンを終了する。この制御によ
り、シリンダ内の空燃比の悪化が避けられ、エミッショ
ン効果が得られることになる。

【００２４】次に、図３のように構成された内燃機関の
制御装置における本発明の第２の発明の制御について説
明する。第２の発明では、運転者による現在のアクセル
ペダルの操作量に対して、電子制御スロットルにおける
スロットル弁のこのアクセルペダルの操作量に対する開
度を所定時間だけ記憶してその出力を保留し、所定時間
後に電子制御スロットルのアクチュエータに出力するよ
うにする。従って、現在のアクセルペダルの操作量は、
極僅かな所定時間だけ意図的に遅延させられて電子制御
スロットルのアクチュエータに伝えられ、スロットル弁
はこの所定時間だけ遅れてアクセルペダルの操作量に追
従する。

【００２５】第２の発明では、この出力の保留中に次の
燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時刻を演算する。吸気弁の
閉弁時刻は現在の時間より所定時間が経過する前であ
る。そこで、演算した吸気弁の閉弁時刻におけるスロッ
トル弁のアクセル操作量に対する開度を、記憶したスロ
ットル弁の開度値の中から読み出し、このスロットル弁
開度に応じた燃料噴射量を演算する。そして、演算した
この燃料噴射量を、吸気弁の閉弁時刻よりも前の所定の
タイミングにおいて、つまり所定のクランク角位置であ
ることを検出して、噴射している。

【００２６】即ち、空気量先行、燃料追従方式の空燃比
の制御方式では、スロットル弁３のアクセルペダルの操
作量に対する追従を意図的に遅らせた分だけ、これから
スロットル弁３がどのように動くかが把握でき、それに
合わせて吸入空気量がどのように推移するかを計算で求
めることができる。この結果、次の燃料噴射気筒の吸気
弁の閉弁時期におけるスロットル弁３の開度から吸入空
気量が分かるので、この吸入空気量に合わせた燃料を、
次の燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時刻を演算した時点で
算出することができ、この算出した燃料を吸気弁の閉弁
時刻よりも前の所定のタイミング、つまり所定のクラン
ク角位置であることを検出して噴射できるのである。な
お、この場合、意図的な遅延時間は、現在から次の燃料
噴射気筒の吸気弁が閉弁する時刻迄の時間よりも長く設
定してある。

【００２７】この意図的な遅延時間は、内燃機関１の回
転数Ｎｅに応じて、燃料噴射量を演算する時点から次の
燃料噴射気筒の吸気弁が閉弁する時刻迄の時間よりも長
くなるような値を予め計算しておき、マップの形でＥＣ
Ｕ１０のメモリ内に格納しておいて、機関の回転数Ｎｅ
に応じて読み出せば良い。以下に、この第２の発明の制
御手順の一例を図５(a) ，(b) に示すフローチャートを
用いて説明する。図５(a) の燃料噴射演算ルーチンは所
定クランク角毎に実行され、図５(b) の噴射制御ルーチ
ンは所定時間毎に実行される。なお、説明を簡単にする
ために、図５における制御手順においては、スロットル
弁開度の制御値に対して、スロットル弁３を駆動するア
クチュエータ４の応答性が良く、スロットル弁開度の制
御値に対するスロットル弁３の応答遅れは考えないもの
とする。

【００２８】図５(a) のステップ５０１ではまず、内燃
機関１の運転状態の検出を行う。この運転状態の検出
は、機関回転数Ｎｅ、吸気圧力Ｐ、アクセルペダルの踏
込み量（操作位置）等の運転状態パラメータを各種セン
サからＥＣＵ１０に取り込むことによって行うことがで
きる。続くステップ５０２では、アクセルペダルの操作
位置を読み込み、次のステップ５０３においてこのアク
セルペダルの操作位置に対応するスロットル弁開度の目
標値を演算する。そして、ステップ５０４ではステップ
５０３で演算したスロットル弁開度の目標値をＥＣＵ１
０のＲＡＭ１０４に記憶し、ステップ５０５ではステッ
プ５０１で検出した機関の運転状態から、次の燃料噴射
気筒の吸気弁閉弁時刻Ｔを演算する。

【００２９】続くステップ５０６では、ステップ５０３
で記憶したスロットル弁開度の目標値と吸気弁閉弁時刻
Ｔとから、燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時におけるスロ
ットル弁３の開度を演算する。即ち、吸気弁閉弁時刻Ｔ
から所定遅延時間Ｄだけ前の時刻を演算して求め、この
時刻におけるスロットル弁開度の目標値を、吸気弁閉弁
時刻Ｔにおけるスロットル弁開度とする。このようにし
て、吸気弁閉弁時刻Ｔにおけるスロットル弁３の開度を
演算した後は、ステップ５０７において、スロットル弁
開度に応じた燃料噴射量を演算する。この燃料噴射量
は、説明は省略するが、機関の運転状態に応じて他のル
ーチンで演算によって求められる目標空燃比になるよう
に、スロットル弁開度から求められる吸入空気量に基づ
いて演算することができる。

【００３０】続くステップ５０８では演算した吸気弁の
閉弁時刻Ｔとこれに対応する燃料噴射量をＥＣＵ１０内
のＲＡＭ１０４に記憶してこのルーチンを終了する。一
方、図５(b) に示す噴射制御ルーチンでは、ステップ５
５１において所定時間毎に吸気弁の閉弁時刻よりも前の
所定タイミングを表す所定クランク角位置か否かが判定
される。そして、所定クランク角位置である時にはステ
ップ５５２に進み、この所定クランク角位置に対応する
燃料噴射量をＥＣＵ１０のＲＡＭ１０４から読み出し、
この燃料噴射量を噴射弁８から噴射してステップ５５３
に進む。一方、ステップ５５１で所定クランク角位置で
はない時にはそのままステップ５５３に進む。

【００３１】ステップ５５３では、現在の時刻から所定
時間Ｄだけ前にＥＣＵ１０のＲＡＭ１０４に記憶したス
ロットル弁開度の目標値を読み出し、これをスロットル
弁開度の制御値としてアクチュエータ４に出力する。ア
クチュエータ４はこのスロットル弁開度の制御値に基づ
いてスロットル弁３を開閉駆動する。図６は、図５の制
御手順におけるアクセル開度の目標値、スロットル開
度、及び吸気弁の閉弁時期の関係を時間の経過と共に示
す説明図である。

【００３２】ここでは、機関の第１気筒♯１の燃料噴射
量を算出する時点を現在の時刻ｔｏとし、スロットル弁
開度の目標値を遅延する時間をＤ、機関の第１気筒♯１
の吸気弁の閉弁時刻をＴとする。現在の時刻ｔｏでは、
内燃機関１の機関回転数Ｎｅ、吸気圧力Ｐ、アクセルペ
ダルの踏込み量（操作位置）等の運転状態パラメータは
各種センサからＥＣＵ１０に取り込まてれおり、現在の
アクセルペダルの操作位置に応じたスロットル弁の目標
開度（目標値）を演算すると共に、機関の運転状態から
第１気筒♯１の吸気行程の終了時点、即ち、吸気弁の閉
弁時刻Ｔを演算する。演算したスロットル弁の目標開度
はＥＣＵ１０のＲＡＭ１０４に記憶しておく。

【００３３】更に、現在の時刻ｔｏでは、機関回転数Ｎ
ｅに応じて第１気筒♯１の閉弁時刻Ｔを演算する。この
閉弁時刻Ｔを求めた後は、時刻Ｔから所定遅延時間Ｄだ
け前の時刻ｔｎを演算し、この時刻ｔｎにおけるスロッ
トル弁の目標開度を演算する。時刻ｔｎにおけるスロッ
トル弁の目標開度が時刻Ｔにおけるスロットル弁の目標
開度である。そして、吸気弁の閉弁時刻Ｔにおけるスロ
ットル弁の目標開度が分かると、それに応じた空気量か
ら燃料噴射量を演算することができる。時刻ｔ１におけ
る第２気筒♯２についても、第１気筒♯１と同様の方法
で、第２気筒♯２の吸気弁の閉弁時刻Ｔ１における燃料
噴射量を演算することができる。

【００３４】次に、スロットル弁開度の制御値に対し
て、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ４の応答
性が悪い場合の制御について説明する。アクチュエータ
４の応答性が悪い場合には、図８に示すように、アクセ
ルペダルの踏込量（アクセル開度目標値）が直線的に変
化しても、スロットル弁の目標開度がこれに遅れて追従
するような場合である。この場合には、所定時間Ｄだけ
遅延させたスロットル弁開度は、アクチュエータ４の応
答性が良い場合に比べて小さくなる。よって、この場合
には、燃料噴射気筒（第１気筒）♯１の吸気弁閉弁時に
おけるスロットル弁の開度を小さめに推定する必要があ
る。一方、時刻Ｔにおけるアクチュエータ４の駆動は、
アクセルペダルの踏込量に対して遅れのない目標値によ
って行わねばならない。

【００３５】この場合の制御手順を図７に示すフローチ
ャートを用いて説明する。なお、図７における制御手順
において、図５で説明した制御手順と同じ手順を示すも
のには、同じ符号を付してその説明を簡略化する。ステ
ップ５０１では内燃機関１の運転状態の検出を行い、ス
テップ５０２ではアクセルペダルの操作位置を読み込
み、ステップ５０３ではこのアクセルペダルの操作位置
に対応するスロットル弁開度の目標値を演算し、ステッ
プ５０４ではステップ５０３で演算したスロットル弁開
度の目標値をＥＣＵ１０のＲＡＭ１０４に記憶する。こ
れまでの手順は図５のフローチャートと全く同じであ
る。

【００３６】続くステップ７０１では、ステップ５０３
で演算したスロットル弁開度の目標値に基づいて、アク
チュエータの応答特性からスロットル弁開度の推定値
（推定開度）を演算して求める。そして、ステップ７０
２においては演算したスロットル弁開度の推定開度をＥ
ＣＵ１０のＲＡＭ１０４に記憶する。ステップ５０５で
はステップ５０１で検出した機関の運転状態から、次の
燃料噴射気筒の吸気弁閉弁時刻Ｔを演算する。

【００３７】続くステップ７０３では、ステップ７０２
で記憶したスロットル弁開度の推定開度と吸気弁閉弁時
刻Ｔとから、燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時におけるス
ロットル弁３の開度を演算する。即ち、吸気弁閉弁時刻
Ｔから所定遅延時間Ｄだけ前の時刻を演算して求め、こ
の時刻におけるスロットル弁開度の推定値を、吸気弁閉
弁時刻Ｔにおけるスロットル弁開度とする。このように
して、吸気弁閉弁時刻Ｔにおけるスロットル弁３の開度
を演算した後は、ステップ５０７において、スロットル
弁開度に応じた燃料噴射量を演算し、ステップ５０８で
は演算した吸気弁の閉弁時刻Ｔとこれに対応する燃料噴
射量をＥＣＵ１０内のＲＡＭ１０４に記憶してこのルー
チンを終了する。

【００３８】スロットル弁開度の制御値に対して、スロ
ットル弁３を駆動するアクチュエータ４の応答性が悪い
場合でも噴射制御ルーチンは、図５(b) で説明したもの
をそのまま使用することができる。更に、スロットル弁
開度の制御値に対して、スロットル弁３を駆動するアク
チュエータ４の応答性が悪い場合の別の制御を説明す
る。

【００３９】いま、図９(a) に示すように、スロットル
弁３を駆動するアクチュエータ４に対して実線Ｃのよう
な特性のスロットル弁開度の制御値が出力されたとす
る。そして、スロットル弁開度の制御値Ｃに対して、ス
ロットル弁３を駆動するアクチュエータ４の応答性が悪
い場合は、スロットル弁３の開度は図に実線Ｐで示すよ
うに遅れ、スロットル弁開度の制御値Ｃに対してズレが
生じてしまう。

【００４０】そこで、図９(b) に実線Ｅで示すように、
スロットル弁開度の制御値の大きさを増大した補償を行
っている。従って、この大きなスロットル弁開度の制御
補償値に対して、アクチュエータ４の応答性が悪くて
も、遅れた結果が正規のスロットル弁開度の制御値Ｃに
なり、結果的に遅れないのと同じになる。図１０(a) は
スロットル弁開度の制御値を補償しない場合のＰＩＤ制
御の制御手順の機能線図を示すものであり、図９(a) の
ようなスロットル弁開度の制御値Ｃが得られる場合であ
る。ここでは、アクセルセンサ値からスロットル開度の
目標値が求められ、この目標値に対してＰＩＤ制御が実
施例された後に、目標値が電圧デューティ比に変換され
てアクチュエータであるスロットルモータに出力されて
いる。スロットルモータの駆動はスロットルセンサによ
って検出され、スロットルセンサ値としてＰＩＤ制御部
にフィードバックされる。

【００４１】図１０(b) はスロットル弁開度の制御値を
補償する場合のＰＩＤ制御の制御手順の機能線図を示す
ものであり、図９(b) の特性図に対応する。この構成で
はＰＩＤ制御部の前段に位相進み補償部が設けられてい
る。図１１は、燃料供給量の演算に用いるスロットル弁
開度の目標値を補償する場合のＰＩＤ制御の制御手順の
機能線図を示すものである。この構成では、スロットル
目標値に位相進み逆補償部を設けており、補償後のスロ
ットルセンサ推定値を用いて燃料供給量を演算するよう
にしている。

【００４２】なお、以上説明した実施例では、特定の時
期の値のみで制御を行う技術に基づいた構成について説
明したが、スロットル弁の変化に対する吸入空気量の変
化には応答遅れが存在するために、より厳密な吸入空気
量を演算するには、吸気弁の閉弁時期におけるスロット
ル弁開度のみではなく、吸気弁の閉弁時期までにおける
スロットル弁開度の推移をも考慮することが好ましいた
め、スロットル弁開度目標値の推移を把握するように
し、吸気弁閉弁時期までにおけるスロットル弁の開度推
移を演算し、この推移に応じた吸入空気量を演算し、こ
の空気量に従って燃料供給量を演算するようにしても良
い。

【００４３】以上説明したように、本発明の第１の発明
によれば、スロットル弁が開度目標値に到達する時間と
吸気弁の閉弁時期との対比により、吸気弁閉弁時期にお
けるスロットル弁開度を演算することにより、吸気弁閉
弁時における空気量を求めることにより、必要な燃料供
給量が把握でき、正確な空燃比制御を得ることができ
る。

【００４４】また、本発明の第２の発明によれば、スロ
ットル弁開度の制御に所定の遅延時間を設定することに
より、逆に所定時間の間のスロットル弁開度の挙動を先
に把握できることになり、吸気弁閉弁時における空気量
を求めることにより、必要な燃料供給量が把握でき、正
確な空燃比制御を得ることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、スロットル弁が開度目標値に到達する時
間と吸気弁の閉弁時期との対比により、吸気弁閉弁時に
おけるスロットル弁開度を演算することにより、吸気弁
の閉弁時における吸気量を求めることができるので、必
要な燃料供給量が把握でき、正確な空燃比制御を得るこ
とができる。

【００４６】また、請求項２に記載の発明によれば、ス
ロットル弁開度の制御に所定の遅延時間を設定すること
により、逆に所定時間の間のスロットル弁開度の挙動を
先に把握できることになり、更に吸気弁の閉弁時におけ
る空気量を求めることにより、必要な燃料供給量が把握
でき、正確な空燃比制御を得ることができる。また、請
求項３に記載の発明によれば、スロットル弁開度制御値
に対して位相進み補償を加えることにより、制御値の変
化の大きさが加味されるため、スロットル弁開度の応答
遅れが低減され、特に過渡時に一層の空燃比制御精度が
得られる。

【００４７】更に、請求項４に記載の発明によれば、燃
料供給量を演算する側に用いられるスロットル弁開度目
標値のみに微分逆補償を加えることにより、スロットル
弁開度制御に含まれる微分補償の影響を考慮することな
く簡単に吸気弁閉弁時におけるスロットル弁開度の演算
を行うだけで、燃料とスロットル弁開度とを整合させる
ことができる。

【００４８】更にまた、請求項５の発明によれば、アク
セル開度の目標値を遅延させる所定時間が期間の回転数
に応じて変更されるので、機関の運転状態に合わせた制
御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の発明の内燃機関の制御装置の構
成を示す原理構成図である。

【図２】本発明の第２の発明の内燃機関の制御装置の構
成を示す原理構成図である。

【図３】本発明の内燃機関の制御装置の一実施例の全体
構成を示す構成図である。

【図４】本発明の第１の発明の内燃機関の制御装置にお
ける制御手順の一例を示すフローチャートである。

【図５】(a) は本発明の第２の発明の内燃機関の制御装
置における燃料噴射量の演算手順の一例を示すフローチ
ャート、(b) は噴射制御手順を示すフローチャートであ
る。

【図６】図５の制御手順におけるアクセル開度、スロッ
トル開度、及び吸気弁の閉弁時期の関係を時間の経過と
共に示す説明図である。

【図７】本発明の第２の発明の内燃機関の制御装置にお
ける制御手順の別の例を示すフローチャートである。

【図８】図７の制御手順におけるアクセル開度、スロッ
トル開度、及び吸気弁の閉弁時期の関係を時間の経過と
共に示す説明図である。

【図９】(a) はスロットル弁開度の目標値と実際のスロ
ットル開度のずれの関係を示す特性図、(b) はスロット
ル弁開度の目標値を補償した場合のスロットル弁開度の
目標値と実際のスロットル開度のずれの関係を示す特性
図である。

【図１０】(a) はスロットル弁開度の制御値を補償しな
い場合のＰＩＤ制御の制御手順の機能線図、(b) はスロ
ットル弁開度の制御値を補償する場合のＰＩＤ制御の制
御手順の機能線図である。

【図１１】燃料供給量の演算に用いるスロットル目標値
を補償する場合のＰＩＤ制御の制御手順の機能線図であ
る。

【符号の説明】

１…内燃機関 ２…吸気通路 ３…スロットル弁 ４…アクチュエータ ５…スロットル開度センサ ７…圧力センサ ８…燃料噴射弁 １０…ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット） １１…水温センサ １２…排気通路 １３…Ｏ₂ センサ １４…アクセルペダル １５…アクセル踏込量センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 岩夫 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 樵 茂男 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 呉竹 健 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−193539（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−88676（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−189786（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−285640（ＪＰ，Ａ) 特公 平７−33781（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 45/00 364 F02D 9/02 F02D 9/02 351 F02D 41/14 320

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクセルペダルの操作位置に応じてスロ
   ットル弁開度と燃料供給量を制御するようにした空気量
   先行燃料追従制御方式の内燃機関の制御装置であって、 入力された信号に応じてスロットル弁を開閉駆動するス
   ロットル弁の駆動装置と、 アクセルペダルの操作位置に応じたスロットル弁開度の
   目標値を演算するスロットル弁開度目標値演算手段と、 所定の開度目標値に対応して、前記スロットル弁がこの
   開度目標値に到達制御されるまでの応答特性を記憶した
   スロットル弁の応答特性記憶手段と、 内燃機関の運転状態に応じて、燃料噴射気筒の吸気弁閉
   弁時期を演算する吸気弁閉弁時期演算手段と、 前記スロットル弁開度目標値演算手段からのスロットル
   弁開度の目標値と、前記スロットル弁の応答特性記憶手
   段の記憶値とから、スロットル弁開度がこの目標値に到
   達するのに必要な時間を演算する目標値到達時間の演算
   手段と、 演算されたスロットル弁の目標値到達時間と前記燃料噴
   射気筒の吸気弁閉弁時期とから、吸気弁閉弁時期におけ
   るスロットル弁開度を演算する吸気弁閉弁時のスロット
   ル弁開度演算手段と、 前記吸気弁閉弁時期におけるスロットル弁開度に応じた
   吸入空気量と目標空燃比とから、目標空燃比となる燃料
   供給量を演算する燃料供給量演算手段と、 演算された燃料供給量の燃料を供給する燃料供給手段
   と、 を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 【請求項２】 アクセルペダルの操作位置に応じてスロ
   ットル弁開度と燃料供給量を制御するようにした空気量
   先行燃料追従制御方式の内燃機関の制御装置であって、 アクセルペダルの操作位置に応じたスロットル弁開度の
   目標値を演算するスロットル弁開度目標値演算手段と、 演算されたスロットル弁開度目標値を所定時間の間記憶
   するスロットル弁開度目標値記憶手段と、 記憶されたスロットル弁開度目標値を前記所定時間の経
   過後にスロットル弁開度制御値として出力するスロット
   ル弁開度制御値出力手段と、 このスロットル弁開度制御値に従ってスロットル弁を開
   閉駆動するスロットル弁駆動手段と、 機関の運転状態に応じて燃料噴射気筒の吸気弁閉弁時期
   を演算する吸気弁閉弁時期演算手段と、 前記記憶されたスロットル弁開度目標値と、燃料噴射気
   筒の吸気弁閉弁時期とから、吸気弁閉弁時期におけるス
   ロットル弁開度を演算する吸気弁閉弁時のスロットル弁
   開度演算手段と、 前記吸気弁閉弁時期におけるスロットル弁開度に応じた
   吸入空気量と目標空燃比とから、目標空燃比となる燃料
   供給量を演算する燃料供給量演算手段と、演算された燃
   料供給量の燃料を供給する燃料供給手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の内燃機関の制御装置で
   あって、 前記スロットル弁開度制御値出力手段から出力されたス
   ロットル弁開度制御値に対して、スロットル弁のこの制
   御値に対する機械的な追従遅れを補償するために、前記
   制御値に対して位相進み補償を行って、前記スロットル
   弁を駆動するスロットル弁開度制御値の位相進み補償手
   段を更に設けたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載の内燃機関の制御
   装置であって、 前記吸気弁閉弁時のスロットル弁開度演算手段に入力さ
   れるスロットル弁開度目標値に対して微分逆補償を行
   う、スロットル弁開度目標値の微分逆補償手段を更に設
   けたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 【請求項５】 請求項２に記載の内燃機関の制御装置で
   あって、 更に前記所定時間の格納手段を備え、この所定時間の格
   納時間には、燃料噴射量を演算する時点から次の燃料噴
   射気筒の吸気弁が閉弁する時刻迄の時間よりも長くなる
   ような所定時間を、少なくとも内燃機関の回転数に応じ
   て予め計算して記憶させておき、前記スロットル弁開度
   制御値出力手段は機関の回転数に応じた所定時間後に、
   記憶されたスロットル弁開度目標値をスロットル弁開度
   制御値として出力することを特徴とする内燃機関の制御
   装置。