JP3338195B2 - 内燃機関の吸入空気量制御装置 - Google Patents

内燃機関の吸入空気量制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スロットル弁を駆動制
御するスロットル開度制御手段を備えた内燃機関におけ
るスロットル開度の制御による吸入空気量の調整に関す
る。
【０００２】
【従来技術】このスロットル開度制御手段を備えた内燃
機関においては、主にアクセルペダルの踏み込み量等の
アクセル操作量に基づき目標スロットル開度が設定さ
れ、同目標スロットル開度にスロットル弁を駆動し吸入
空気量の調整を行っている。
【０００３】
【解決しようとする課題】スロットル開度θTHに対する
吸入空気量ＧAIR の関係は図１に図示するように直線的
な比例関係にはなく、上に開いた特性曲線をなし、スロ
ットル開度が大きくなればなる程吸入空気量は急激に上
昇する関係にある。
【０００４】かかるθTH−ＧAIR 特性のためスロットル
弁の周囲やバイパスエア通路のカーボン詰まり等がある
とスロットル開度θTHの小さいアイドル状態でスロット
ル開度θTHの変化量に対して吸入空気量ＧAIR の変化量
は極めて小さく適切な値に維持しにくかったり、一方で
エアコン等の電気負荷のON/OFFにより低エンジン水温や
低吸気絶対圧時においてスロットル開度θTHが大きくな
るにつれて吸入空気量ＧAIR が多くなり過ぎる傾向にあ
る（特にアイドルフィードバック制御時には目標エンジ
ン回転数近辺で電気負荷のON/OFFによりエンジン回転数
の変動（ショック）が激しい）等の問題があった。
【０００５】本発明はかかる点に鑑みなされたもので、
その目的とする処は耐久劣化等の特性変化や、エンジン
水温や吸気絶対圧の変化等に影響されず吸入空気量を適
切に調整することができる内燃機関の吸入空気量制御装
置を供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、本発明は、内燃機関の吸気系に設けられ
たスロットル弁を駆動し吸入空気量を調整するスロット
ル開度制御手段を備えた内燃機関の吸入空気量制御装置
において、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセル
センサと、前記アクセルセンサにより検出されたアクセ
ルペダル踏込量に基づいて第１目標スロットル開度を設
定する第１目標スロットル開度設定手段と、内燃機関の
外部負荷状態より目標吸入空気量を演算する目標吸入空
気量演算手段と、前記目標吸入空気量演算手段により演
算された目標吸入空気量に基づいて、目標吸入空気量が
大きくなるほどスロットル開度の上昇率が小さくなるテ
ーブルを検索して第２目標スロットル開度を設定する第
２目標スロットル開度設定手段とを備え、前記スロット
ル開度制御手段は前記第１目標スロットル開度に前記第
２目標スロットル開度を加えて最終目標スロットル開度
を演算し、同最終目標スロットル開度に前記スロットル
弁を駆動制御する内燃機関の吸入空気量制御装置とし
た。
【０００７】アクセルペダル踏込量に基づく第１目標ス
ロットル開度に加えて最終目標スロットル開度を決める
第２目標スロットル開度を内燃機関の外部負荷状態から
演算された目標吸入空気量に基づき目標吸入空気量が大
きくなるほどスロットル開度の上昇率が小さくなるテー
ブルを検索して適切な値に設定されることで、θTH−Ｇ
AIR 特性を補正して耐久劣化等の特性変化や、エンジン
水温や吸気絶対圧の変化等に対しても常に適切な吸入空
気量の調整をすることができる。
【０００８】内燃機関の吸気系に設けられたスロットル
弁を駆動しスロットル弁開度により吸入空気量を調整
し、内燃機関のアイドル回転数を目標回転数に制御する
アイドル回転数フィードバック制御手段を備える内燃機
関の吸入空気量制御装置において、特にアイドルフィー
ドバック制御時に目標エンジン回転数近辺で外部負荷の
変化によりエンジン回転数が大きく変動するのを防止で
きる。
【０００９】
【実施例】以下図２ないし図５に図示した本発明の一実
施例について説明する。本実施例は車載内燃エンジンに
適用したもので、図２は該内燃エンジンの燃料供給制御
システムの全体概略図である。
【００１０】該内燃エンジン１に燃料を供給する吸気路
２は、その上流端にエアクリーナ３を備え、途中にスロ
ットル弁４が吸気路２を開閉自在に配設され、下流側に
は燃料噴射弁５が設けられ、エアクリーナ３を介して吸
気路２に導入された空気は、スロットル弁４によって流
量を調節されてインテークマニホールド６に入り、燃料
噴射弁５より噴射される燃料とともに吸気弁７が開閉す
る吸気ポートを通じて燃焼室８に流入する。
【００１１】流入した混合気は、燃焼してピストン９を
駆動し、排気弁10で開閉される排気ポートを通ってエキ
ゾーストマニホールド11から排気路を経てエンジン外に
排出される。
【００１２】また該内燃エンジン１が搭載される車両の
運転室床面にはアクセルペダル12が配設されており、同
アクセルペダル12はスプリングによりアイドル位置に付
勢され運転者の踏込動作に応じて揺動する。
【００１３】図２に示すようにアクセルペダル12とスロ
ットル弁４とは機械的に連結されておらず、アクセルペ
ダル12の踏込量はアクセルペダル12の揺動軸に設けられ
たポテンショメータからなるアクセルセンサ13によって
検出され、スロットル弁４はステップモータ15によって
開閉駆動され、ステップモータ15は電子制御ユニットＥ
ＣＵ20からの駆動信号によって動作するようになってい
る。
【００１４】ステップモータ15の駆動軸15ａは、スロッ
トル弁４の弁軸４ａと同軸にあって、ギア等の変速連結
具を一切介さずに直接連結部16で連結されている。ステ
ップモータ15の正逆回転角度は、そのままスロットル弁
４の開閉角度となる。このスロットル弁４の開閉角度は
ポテンショメータ等からなるスロットルセンサ17によっ
て検出され、その検出信号はＥＣＵ20に入力される。
【００１５】吸気路２において、上流側には大気圧セン
サ21が配設され、スロットル弁４の下流には吸入空気の
絶対圧を検出する吸気圧センサ22が設けられ、さらに下
流側には吸入空気の温度を検出する吸気温センサ23が設
けられている。
【００１６】また内燃エンジン１の燃焼室８付近適宜位
置には本発明における第２センサに相当する冷却水温を
検出する水温センサ24、ディストリビュータ内にはクラ
ンク角センサ25が設けられ、また本発明における第１セ
ンサに相当するエンジン回転数センサ26、車速センサ2
7、駆動輪速度センサ28が適宜位置に設けられている。
以上の各センサの検出信号はＥＣＵ20に入力される。
【００１７】その他本制御装置においては、バッテリ電
圧を検出するバッテリ電圧センサ29等の各種センサから
の検出信号がＥＣＵ20に出力されるようになっている。
ここにステップモータ15は、ハイブリッド型の４相ステ
ッピングモータで、２相励磁駆動方式で駆動される。
【００１８】本制御系の概略ブロック図を図３に示す。
ＥＣＵ20内において燃料供給制御の方はＦＩ−ＣＰＵ40
が行っており、ＦＩ−ＣＰＵ40は内燃機関の運転状態を
検出する前記各種センサーからの検出信号が入力され、
例えば吸気管内絶対圧ＰB ，吸気温ＴA ，エンジン水温
ＴW ，エンジン回転数ＮE ，車速Ｖその他前記アクセル
センサ13からのアクセルペダル角度ＡＰS ，スロットル
センサ17からのスロットル弁開度ＴＨS 等が入力され、
運転状態に基づき燃料噴射弁５を制御するＩＮＪ信号お
よび点火時期を制御するＩＧ信号がゲート41を介して出
力される。
【００１９】ステップモータ15によるスロットル弁４の
開度制御はＤＢＷ−ＣＰＵ45が行っており、前記アクセ
ルセンサー13およびスロットルセンサ17が検出するアク
セルペダル角度ＡＰS ，スロットル弁開度ＴＨS の信号
が入力され、ステップモータ15を駆動する励磁相φおよ
びデューティＤの信号がステップモータ駆動回路46に出
力され、ステップモータ駆動回路46によりステップモー
タ15が駆動される。
【００２０】ＦＩ−ＣＰＵ40には、運転状態を検出する
センサのほかアクセルセンサー13やスロットルセンサ17
の検出信号も入力されており、各検出信号を基にした目
標スロットル開度がそれぞれ演算され、これらの情報は
ＦＩ−ＣＰＵ40とＤＢＷ−ＣＰＵ45との間で信号のやり
取りを行っているＤＰ−ＲＡＭ42を介してＤＢＷ−ＣＰ
Ｕ45に送信されるようになっている。
【００２１】ＤＢＷ−ＣＰＵ45は、これらの情報を基に
して途中各種補正を加えて最終的な目標スロットル開度
ＴＨO を決定し、スロットル弁４のスロットル開度を最
終目標スロットル開度ＴＨO にすべくステップモータ15
に供給する電流の前記励磁相φおよびデューティＤを設
定して出力する。なお運転状況あるいは異常状態によっ
てはＦＩ−ＣＰＵ40側がＤＰ−ＲＡＭ42に介入してバッ
クアップに入ることができ、このときはＤＰ−ＲＡＭ42
による送受信は停止する。
【００２２】最終目標スロットル開度ＴＨO は、次の
(1) 式のように前記アクセルセンサ13が検出するアクセ
ルペダル角度ＡＰS を主として演算される第１目標スロ
ットル開度ＴＨAPに加算項として第２目標スロットル開
度であるアイドルスロットル開度ＴＨIDL が加算されて
算出される。 ＴＨO ＝ＴＨAP＋ＴＨIDL ………… (1) 同(1) 式よりアイドルスロットル開度ＴＨIDL は通常ア
クセルペダル12が踏まれていないアイドル状態（ＴＨAP
＝０）において最終目標スロットル開度ＴＨOになるも
ので、内燃機関の種々の外部負荷より求められ、アクセ
ルペダル12を踏み始めるとこのアイドルスロットル開度
ＴＨIDL から作用してアクセルペダル12によるスロット
ル弁４の開きが始まる。
【００２３】図４はこのアイドルスロットル開度ＴＨ
IDL を算出する手順を示すフローチャートであり、以下
同フローチャートに従って説明する。まずステップ１で
クランキングが終了したか否かすなわちスタータモータ
によりエンジンが始動したか否かを判別し、クランキン
グ中ならばステップ５に飛びクランキングモードにおけ
る目標吸入空気量ＱIDL が演算され、クランキングが終
了していれば次のステップ２に進みアイドル状態にある
か否かを判別し、アイドル状態にあればステップ３に進
みフィードバックモードにおける目標吸入空気量ＱIDL
が演算され、アイドル状態でなければステップ４に進み
オープンモードにおける目標吸入空気量ＱIDL が演算さ
れる。
【００２４】各モードにおける目標吸入空気量ＱIDL は
それぞれのモードにおける外部負荷状態より算出され、
ステップ３のフィードバックモードでは次の(2) 式によ
り、 ＱIDL ＝（ＱFBN ＋ＱLOAD＋ＱSA）＊ＫPAD ＋ＱPA ……(2) ステップ４のオープンモードでは次の(3) 式により、 ＱIDL ＝（ＱXREF＋ＱTW＋ＱLOAD＋ＱSA）＊ＫPAD ＋ＱDEC ＋ＱPA ……(3) ステップ５のクランキングモードでは次の(4) 式によ
り、 ＱIDL ＝（ＱXREF＋ＱCRST）＊ＫPAD ＋ＱPA ……(4) 目標吸入空気量ＱIDL が求められる。
【００２５】ここにＱFBN はフィードバック吸入空気
項、ＱLOADは電気負荷項、ＱSAはショットエア項、Ｑ
XREFはフィードバック項の学習値、ＱTWは水温補正項、
ＱCRSTは始動時水温補正項であり、ＫPAD は大気圧補正
乗算項であり、ＱPAは大気圧補正加算項、ＱDEC は減速
補正加算項である。
【００２６】こうして目標吸入空気量ＱIDL が算出され
るとステップ６においてＱIDL のリミットチェックがな
され、限界値を越えるようなときはその限界値を目標吸
入空気量ＱIDL とする。次のステップ７では目標吸入空
気量ＱIDL に基づきアイドルスロットル開度ＴＨIDL を
テーブル検索する。
【００２７】このテーブル検索におけるテーブルは、グ
ラフで示すと図５の如くであり、横軸を目標吸入空気量
ＱIDL とし縦軸をアイドルスロットル開度ＴＨIDL と
し、目標吸入空気量ＱIDL に対して検索されるアイドル
スロットル開度ＴＨIDL は折れ線で示すように右上がり
で、目標吸入空気量ＱIDL が大きくなる程アイドルスロ
ットル開度ＴＨIDL の上昇率は小さくなっている。
【００２８】したがって目標吸入空気量ＱIDL が小さい
うちはアイドルスロットル開度ＴＨIDL の値も小さいが
変化率は大きく、目標吸入空気量ＱIDL が大きくなると
アイドルスロットル開度ＴＨIDL の値も大きくなるがそ
の変化率は小さく、そのため前記図１に示すθTH−Ｇ
AIR 特性の曲線特性を直線特性に補正して使用すること
になる。
【００２９】なお次のステップ８では、検索されたアイ
ドルスロットル開度ＴＨIDL をモータのステップ数に換
算している。以上のようにして算出されたアイドルスロ
ットル開度ＴＨIDL は前記(1) 式に示すようにアクセル
ペダル角度ＡＰS を主として演算される第１目標スロッ
トル開度ＴＨAPに加算されて最終的な目標スロットル開
度ＴＨO が求められ、同最終目標スロットル開度ＴＨO
にすべくスロットル弁４を駆動する。
【００３０】第１目標スロットル開度ＴＨAPに加算され
て最終的な目標スロットル開度ＴＨO が求められるアイ
ドルスロットル開度ＴＨIDL は目標吸入空気量ＱIDL に
基づき図５に示すテーブルより検索で求められたもので
あるから前記図１のθTH−ＧAIR 特性を補正して使用す
ることになり、スロットル弁の周囲やバイパスエア通路
のカーボン詰まり等の耐久劣化による特性変化あるいは
水温や吸気絶対圧の変化に対しても常に適切な吸入空気
量の調整をすることができる。
【００３１】特にアイドルフィードバック制御時に目標
エンジン回転数近辺で電気負荷の0N/0FF等の外部負荷の
変化があってもエンジン回転数が激しく変動するのを防
止することができる。
【００３２】
【発明の効果】本発明は、第１目標スロットル開度に加
えて最終目標スロットル開度を決める第２目標スロット
ル開度を内燃機関の外部負荷状態から演算された目標吸
入空気量に基づき適切な値に設定されることで、耐久劣
化等の特性変化や、エンジン水温や吸気絶対圧の変化等
に対しても常に適切な吸入空気量の調整をすることがで
きる。
【００３３】内燃機関のアイドル回転数を目標回転数に
制御するアイドル回転数フィードバック制御手段を備え
る内燃機関の吸入空気量制御装置において、特にアイド
ルフィードバック制御時に目標エンジン回転数近辺で外
部負荷の変化によりエンジン回転数が大きく変動するの
を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スロットル開度θTHに対する吸入空気量ＧAIR
の関係を示す図である。
【図２】本発明に係る一実施例の内燃エンジンの燃料供
給制御システムの全体概略図である。
【図３】同燃料供給制御システムの制御系の概略ブロッ
ク図である。
【図４】同制御系におけるアイドルスロットル開度ＴＨ
IDL を算出する手順を示すフローチャートである。
【図５】目標吸入空気量ＱIDL よりアイドルスロットル
開度ＴＨIDL を検索するテーブルをグラフ化した図であ
る。
【符号の説明】
１…内燃エンジン、２…吸気路、３…エアクリーナ、４
…スロットル弁、５…燃料噴射弁、６…インテークマニ
ホールド、７…吸気弁、８…燃焼室、９…ピストン、10
…排気弁、11…エキゾーストマニホールド、12…アクセ
ルペダル、13…アクセルセンサ、15…ステップモータ、
16…連結部、17…スロットルセンサ、20…ＥＣＵ、21…
大気圧センサ、22…吸気圧センサ、23…吸気温センサ、
24…水温センサ、25…クランク角センサ、26…エンジン
回転数センサ、27…車速センサ、28…駆動輪速度セン
サ、29…バッテリ電圧センサ、40…ＦＩ−ＣＰＵ、41…
ゲート、42…ＤＰ−ＲＡＭ、45…ＤＢＷ−ＣＰＵ、46…
ステップモータ駆動回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−185840（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−253740（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−187547（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−11644（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 41/14 320 F02D 9/02 305 F02D 41/08 310 F02D 41/16

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の吸気系に設けられたスロット
    ル弁を駆動し吸入空気量を調整するスロットル開度制御
    手段を備えた内燃機関の吸入空気量制御装置において、 アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルセンサと、 前記アクセルセンサにより検出されたアクセルペダル踏
    込量に基づいて第１目標スロットル開度を設定する第１
    目標スロットル開度設定手段と、 内燃機関の外部負荷状態より目標吸入空気量を演算する
    目標吸入空気量演算手段と、 前記目標吸入空気量演算手段により演算された目標吸入
    空気量に基づいて、目標吸入空気量が大きくなるほどス
    ロットル開度の上昇率が小さくなるテーブルを検索して
    第２目標スロットル開度を設定する第２目標スロットル
    開度設定手段とを備え、 前記スロットル開度制御手段は前記第１目標スロットル
    開度に前記第２目標スロットル開度を加えて最終目標ス
    ロットル開度を演算し、同最終目標スロットル開度に前
    記スロットル弁を駆動制御することを特徴とする内燃機
    関の吸入空気量制御装置。
  2. 【請求項２】 内燃機関の吸気系に設けられたスロット
    ル弁を駆動しスロットル弁開度により吸入空気量を調整
    し、内燃機関のアイドル回転数を目標回転数に制御する
    アイドル回転数フィードバック制御手段を備えた請求項
    １記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
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