JPH0524341B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ 技術分野 本発明は内燃機関の制御装置、更に詳細には回
転数、吸気管内の空気流量、絞り弁位置、吸気管
圧力、大気圧あるいは温度等のパラメータに基づ
き内燃機関の動作特性量、特にアイドリング回転
数あるいは供給すべき燃料の量を電子的に制御す
る内燃機関の制御装置に関する。

ロ 従来技術 内燃機関の制御は種々の要件に基づいて行なわ
れる。これらの要件とは例えば内燃機関を装備し
た自動車の走行特性であつたり、排気ガスの組成
を最適にすること及び燃料消費量を最少にするこ
と等があげられる。外部点火式内燃機関（例えば
ガソリンエンジン）の吸気混合気の値を化学量的
な値並びにそれに近い値に制御する場合吸気管内
の空気流量を求めることが必要である。そのため
に今日の制御装置では弁型の空気量測定器あるい
は熱線型の空気量測定器が用いられている。この
ようにして求められた空気流量に基づき燃料供給
量信号が形成される。

アイドリング時燃料消費量を出来るだけ少なく
するために突然負荷の値が変動した場合でも一定
の最小アイドリング回転数を保持できるアイドリ
ング回転数制御装置が用いられている。このよう
なアイドリング制御装置の例はドイツ特許公開公
報第3039435号に示されている。回転数の変動は
最終的には内燃機関の外部の要因に対する結果で
あり、回転数信号は一連の制御回路の最後の制御
素子から得られるものであるので、内燃機関にあ
る作用が働いてからその結果が現われる迄に必然
的にある時間が経過する。従つてアイドリング時
非常に低い回転数をもつた内燃機関では回転数の
下方限界値で制御が行なわれる場合には回転が円
滑でなくなるという危険が発生する。

このような不確実な要素を避けるために他のア
イドリング制御装置では外部の要因に早く反応す
るパラメータを検出し制御に用いる試みが成され
ている。

空気流量を用いて燃料供給量を制御する場合、
特に回転数が低く空気流量が少なくなるアイドリ
ング領域では、漏れ空気量があるため測定が不正
確になるので、吸気管圧力を測定し圧力信号を処
理して燃料供給量を制御しアイドリング回転数を
制御するのが好ましいことが判明している。しか
し、別個のセンサを設けて吸気管圧力を測定する
ことは、付加的なコストがかかり欠点となる。

ハ 目的 従つて、本発明はこのような点に鑑みてなされ
たもので、特に付加的なコストをかけることな
く、正確なアイドリング時の燃料供給量制御が可
能になる内燃機関の制御装置を提供することを目
的とする。

本発明は、この目的を達成するために、少なく
とも回転数並びに吸気管内の空気流量に従つて内
燃機関に供給すべき燃料の量を電子的に制御し、
燃料供給装置と吸気管のバイパス断面調節器とを
駆動する信号を形成する電子制御装置を備えた内
燃機関の制御装置において、内燃機関の回転数を
測定する手段と、吸気管の空気流量を検出する手
段と、測定された回転数並びに前記空気流量検出
手段により検出された空気流量から吸気管圧力を
計算する手段とを設け、空気流量が少なくなるア
イドリング時には、前記計算された吸気管圧力に
従つて内燃機関に供給すべき燃料の量を電子的に
制御する構成を採用した。

また本発明では、少なくとも回転数並びに吸気
管内の空気流量に従つて内燃機関に供給すべき燃
料の量を電子的に制御し、燃料供給装置と吸気管
のバイパス断面調節器とを駆動する信号を形成す
る電子制御装置を備えた内燃機関の制御装置にお
いて、内燃機関の回転数を測定する手段と、吸気
管の空気流量を絞り弁角度を介して検出する手段
と、測定された回転数並びに絞り弁角度を介して
検出された空気流量から吸気管圧力を計算する手
段とを設け、空気流量が少なくなるアイドリング
時には、前記計算された吸気管圧力に従つて内燃
機関に供給すべき燃料の量を電子的に制御する構
成も採用している。

ニ 実施例 以下図面に示す実施例に従い、本発明を詳細に
説明する。

第１図には外部点火式内燃機関の構成並びに混
合気を形成するための主要な素子の概略構成が図
示されている。符号１０で示すものは内燃機関で
あり、１１は吸気管、１２は排気管を示す。吸気
管１１内には空気量センサ１３、絞り弁１４、圧
力センサ１５並びに燃料供給ノズル１６が配置さ
れる。絞り弁１４にはバイパス管１８が設けられ
ている。このバイパス管１８の断面制御は弁とし
て図示されたバイパス断面調節器１９によつて行
なわれる。電子制御装置２０においては回転数
（ｎ）、吸気管内の空気重量すなわち空気流量（ｍ・
zu）、絞り弁の開放量（αDK）、大気圧（po）、温
度（θ）等の入力量ないしパラメータに基づき燃
料供給ノズル１６を駆動する信号並びにバイパス
断面調節器１９を駆動する信号が形成される。回
転数信号は回転数センサ２１から得られ、一方空
気流量信号ｍ・zuは空気流量センサ１３あるいは
圧力センサ１５から得られる。いずれのセンサか
ら得られるかは切り換えスイツチ２２によつて決
められる。絞り弁の位置は良く知られているよう
にアクセルペダル２３によつて求められる。電子
制御装置２０にはアクセルペダルの位置に従つて
少くとも３段階の絞り弁位置信号、即ちアイドリ
ング、部分負荷、全負荷の信号が供給される。

第１図に図示した混合気形成の基本的な構造そ
れ自体は知られているものであるが、ここで重要
なことは内燃機関１０に各駆動状態において最適
な混合気が供給されることである。即ち動作領域
に従い異なるλ値が求められ、その値に正確に制
御されることである。λ値は空気量の燃料に対す
る比ないし空気比（空気過剰率）を示す。内燃機
関に供給される空気重量を求める手段としては例
えば弁型の空気量センサあるいは熱線型の空気量
センサが用いられる。通常これらのセンサは良好
に作動するけれども、例えば回転数が低い領域で
は弁を通過する洩れ空気があるために測定が不正
確になることから空気流量が少ない領域では問題
が発生する。このような空気流量が少ない領域で
は吸気管内の圧力を測定する方がより正確で信頼
性のあるものとなる。このような圧力測定は既に
従来から種々の形で行なわれている。例えば本出
願人によつて製造されているＤジエトロニツクが
そうであり、同装置では吸気管内の圧力信号に基
づいて噴射量が定められている。純粋な圧力信号
を処理する場合の問題点も良く知られており、そ
れらは主に負荷が大きくなつた場合に現われる吸
気管の脈動が原因となつている。

内燃機関に対しては吸気管圧力ps、流入する空
気重量（流量）ｍ・zu、流出する空気重量（流量）
ｍ・abに対して下記のような関係が当てはまる。
（これに関しては第１図に図示したｐ，ｍ・zu、ｍ・
abも参照のこと。） ps＝Ｒ（273゜＋θLS）／Vs ∫（ｍ・zu（ｔ）−ｍ・ab（ｔ））dt ……(1) ｍ・ab（ｔ）＝VH・ｎ・λL／2R（273゜＋θLS） ・ｋ（ε−１）＋１／ｋ（ε−１）・（ps−pa／ｋ（
ε−１）＋１） ……(3) 但しｃは定数、Ｒはガス定数、θLSは吸気温度
Vsは吸気管体積、ｍ・zuは流入する空気重量、ｍ・
abは流出する空気重量、ｋは断熱指数、poは大
気圧、paは排気ガス背圧、VHはエンジンのスト
ローク体積、εはエンジンの圧縮比、λLはエン
ジンの体積効率、SGは操作量、αDKは絞り弁の
開放角度、ｎはエンジンの回転数をそれぞれ示
す。

これらの式は圧力を測定することによつて内燃
機関に供給される空気重量を計算できることを示
している。一方例えば熱線型の空気量センサ等を
用いて供給された空気重量を測定することにより
特にアイドリング制御に用いられる圧力値を計算
できることも示している。更にこれらの式によつ
て個々のパラメータを介し大気圧も計算できるこ
とが明らかになる。このようにしてある量を測定
することにより他の量を計算により定めることが
できそれによつて特別なセンサを省略することが
でき、内燃機関の制御装置を安価に製造すること
ができる。

第２ａ図、第２ｂ図及び第３図に示す例は吸気
管の圧力を他の入力量から計算する実施例であ
り、又第５図、第６図、第７図に示すものは所定
の入力量から大気圧を計算するためのものであ
る。

第２ａ図、第２ｂ図、第３図、第５図〜第７図
はそれぞれブロツク図として計算の流れ、即ち上
述した式を技術的に実現するため必要な計算ステ
ツプを示すものである。

第２ａ図において符号３０で示すものは空気重
量信号ｍ・zuが入力される端子であり、３１は回
転数信号（ｎ）の入力端子、３２は吸気管圧力信
号出力端子をそれぞれ示す。各ブロツクは上述し
た数式(1)，(3)を実現するためのものであり、その
場合簡単にするためにアナログによる計算方法の
原理が示されている。入力端子３０の後に減算点
３４が設けられており、その後に積分素子３５が
接続される。この流れはほぼ数式(1)に対応するも
のである。

吸気管から流出する数式(3)で示した空気重量ｍ・
abはほぼ回転数、吸気管圧力、排気ガス背圧の
各量に基づいて形成される。比例素子３６によつ
て得られる吸気管圧力信号並びに排気ガス背圧に
比例する信号ｐａ☆並びに他の比例素子３７を介し
て得られる回転数信号は加算点３８に導かれ、こ
の加算点の出力は掛算回路３９に導かれる。この
掛算回路には更に回転数信号が供給される。掛算
回路３９の出力と減算点３４の第２の入力間には
更に比例素子４０が接続される。各計算回路を設
計する場合両式(1)，(3)に含まれている各量を考慮
するようにする。これらを介し内燃機関モデルに
対して適用される経験的に求められた補正量を入
れるようにすることができる。

信号ｍ・zuは空気重量信号を表わす。利用目的
に従い空気重量そのものを処理するのではなくピ
ストンストロークに関連した空気重量を処理する
方のが好ましい。これは例えば本出願人によつて
製造されているＬジエトロニツクでは未補正の噴
射時間tLに対応する。このストローク当りの空
気重量を用いる場合には減算点３４の入力端子に
ストローク当りのｍ・ab信号（ｍ・zu／ｎ）を供給
するようにする。これは第２ａ図に図示した掛算
回路３９を他の場所に移動することによつて行な
われ、この例が第２ｂ図に図示されている。即ち
第２ｂ図では掛算回路３９は第２ａ図に図示した
場所ではなく減算点３４と積分素子３５間に接続
される。

式(2)に従えば流入する空気重量は絞り弁の開放
角度、大気圧並びに吸気管圧力と大気圧の比の関
数となる。このことは各圧力値並びに絞り弁の特
性を知ることにより供給される空気重量を計算し
て求めるように出来ることを示している。アナロ
グ技術を用いて絞り弁の位置に従い吸気圧力を求
めるための構成がブロツク図として第３図に図示
されている。入力端子４５には絞り弁の位置に関
した信号（αDK）が入力され、その後に信号発
生器４６が接続されており、この信号発生器によ
り絞り弁開放角度に関係した大気圧poRefに対す
る流入空気重量信号が得られる。更にその後に掛
算回路４７が接続され、その出力は第２ａ図の入
力端子３０に接続される。

式(2)では大気圧信号並びに吸気管圧力と大気圧
の商が処理されるので、それに従い圧力信号を処
理するブロツク４８が設けられる。このブロツク
４８からの出力信号は掛算回路４９を介して掛算
回路４７に導かれる。又掛算回路４９にはpo信
号が入力される。

式(2)は を有する。上述の式をｂで表わすと、ｆ＝ｃ・ｂ
の値をps／poに関連して図示することができる。
その例が第４図に図示されている。第４図から
ps／po＝0.52828の値になる迄はｆは１の値とな
り、この圧力比がそれ以上になると特性はほぼ放
物線状に下降する。その場合ps／poの下方の値
はアイドリング時に対応し、一方１よりも小さい
領域での値は上方部分負荷ないし全負荷領域に対
応する。

本発明の好ましい実施例では式(1)に従い圧力信
号を計算しアイドリング制御に用いるようにして
いる。このアイドリング時では第４図に図示した
ようにｆの値は１に等しくなるので、第３図に従
つた計算の流れをかなり簡単化できる。というの
はその場合圧力信号処理ブロツク４８は式(2)に従
い単に大気圧信号を処理すればよいだけだからで
ある。即ちアイドリング時において吸気管圧力を
計算する場合大気圧は一定とみなされる。ｂ＝１
並びにpo＝一定なので、ブロツク４８，４９を
省略することができる。このような処理では勿論
高度がある場合の吸気管圧力を計算する場合にあ
る種の誤差が発生することになる。

第３図において符号４６で示すものは絞り弁の
位置が与えられた場合の空気重量信号を発生する
ための信号発生器である。この特性において第１
図の装置に対応して絞り弁１４に対するバイパス
管１８におけるバイパス断面調節器１９の影響も
考慮するようにできることは勿論である。

内燃機関の種々の動作特性量を計算する場合大
気圧を知ることは重要な要素となる。これは大気
圧が空気密度に対する尺度となつておりそれに従
つて種々の量が定められるからである。

第５図〜第７図に示した実施例は上述した式(2)
に基づいて大気圧を求めるためのアナログ手段に
よるモデルが図示されている。

念の為にここで式(2)をもう一度書いてみると、 となる。

第５図の例では大気圧を計算するために絞り弁
位置信号が入力される入力端子４５の後に信号発
生器（関数発生器）４６が設けられ、その出力に
は一定の大気圧poRefに対する空気重量信号
mDKが得られる。この信号は入力端子３０から
の空気重量信号と共に割算回路５０に入力され
る。この割算回路５０の出力は の式に対応する。

今ｆの値がほぼ１であると仮定すると、割算回
路５０は大気圧poを発生することになる。この
仮定が正しいかどうか調べてみなければならない
ので、po・ｆは入力端子５３から得られる吸気
管圧力信号psと共に他の割算回路５４に導かれ
る。割算回路５４で得られた信号は次の比較ユニ
ツト５１に入力され、そこでps／（po・ｆ）の
圧力比と、例えば0.7の固定値ａとが比較される。
このａが0.7に選んだ理由はps／poが0.7より小さ
い値では第４図の特性からｆの値がほぼ１になる
からである。出力端子５５の前にスイツチ５６が
設けられる。このスイツチ５６は比較ユニツト５
１からの出力（nein）の信号によつて駆動され
る。この信号（nein）が発生するとスイツチ５６
は開放する。これは第４図に図示した特性から明
らかなようにps／poの値が0.7より大きいとｆが
ほぼ１であるという仮定が当てはまらなくなりこ
の場合には計算結果にエラーが発生するからであ
る。

第５図の例では吸気管圧力psに関する信号が必
要であるが、第６図では絞り弁位置、空気重量、
回転数だけに基づいて大気圧を計算する手段が図
示されている。第６図の例では第２図に対応した
構成により吸気管圧力が得られるので、第６図の
構成は第２図及び第５図の構成を結合したものと
なる。この理由でそれぞれ符号が一致させてあ
る。

第７図の第６図の変形例が図示されている。第
７図の実施例では第１図のバイパス断面調節器１
９の駆動信号が圧力信号を計算する基礎となつて
おり、圧力値をできるだけ正確に計算するために
絞り弁が閉じた場合の絞り弁における洩れ空気成
分も考慮するように構成されている。そのために
しきい値が所定の値（例えば350mbar）以下の吸
気圧圧力になるアイドリング時において基準圧力
poRefで割つた空気重量並びにバイパスを流れる
所定のデユーテイ比で計算された空気重量
（poRefに対する）からpoRefで割つた洩れ空気
ｍ・DK／poRefが求められそれが記憶される。

第７図の構成を更に詳細に述べると入力端子６
０にはバイパス断面調節器１９のデユーテイ比
（τ）が入力され、その入力端子の後に信号発生
器（関数発生器）６１が設けられる。その出力に
はバイパス管を通つて流れるpoRefに対する空気
重量ｍ・Byp／poRefの信号が得られる。

次の減算点６２において全体の空気重量信号ｍ・
zu／poRefと上述した信号の差が形成されるの
で、減算点６２の出力信号は絞り弁を通つて流れ
るpoRefに対する洩れ空気重量に関する信号とな
る。又減算点６２の後段には例えばアイドリング
時にのみ閉じるスイツチ６３が接続され、その後
に絞り弁が閉じた場合絞り弁を介して流れる
poRefに関連した洩れ空気重量を記憶するメモリ
６４が設けられる。その出力信号ｍ・DK／poRef
は次の加算点においてｍ・Byp／poRefと加算さ
れ、第５図の割算回路５０に入力される。その他
の回路は第６図に図示した回路に対応する。

バイパス断面調節器１９を駆動する駆動信号の
デユーテイ比とpoRefに対する流入空気重量と関
係は信号発生器６１内に格納されている。psM／
（po・ｆ）の比がａよりも大きい場合には第７図
の実施例においても大気圧は計算されない。しか
しその比がａよりも小さい場合には割算回路５０
において得られた値が大気圧として得られる。

空気重量ｍ・zuの代りに空気体積ｍｍ・zuを測定
する時大気圧の計算は特に好ましいものとなる。
今日用いられている弁型の空気量センサの場合に
は密度に基づくエラーが発生する。即ちｍ・zu＝
√・ｍｍ・zuの関係となる。この場合混合気形
成装置において大気圧を計算しそれを制御するこ
とにより空気密度センサを省略することができ、
その場合いわゆる高度エラーを目立たないものに
することができる。そのために第５図〜第７図の
例では空気体積信号ｍｍ・zuを端子３０に入力す
るようにし割算回路５０において次の計算が行な
われる。

（ｍｍ／・zu／ｍ／・DK）²・poRef＝po・ｆ このように２乗をとることにより空気重量と空
気体積の差が明瞭となる。

ホ 効果 以上説明したように、本発明では、空気流量が
少なくなるアイドリング時には測定された回転数
と空気流量を用いて吸気管圧力を計算し、この計
算された吸気管圧力を用いて内燃機関に供給すべ
き燃料の量を制御するようにしているので、更に
特別なすなわち吸気管圧力を測定する別個なセン
サを用いることなく、吸気管圧力を求めることが
でき、特にアイドリング時の燃料供給量の制御を
安価な構成で正確に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

各図はいずれも本発明の実施例を説明するもの
で、第１図は本発明装置の概略構成を示した構成
図、第２ａ図及び第２ｂ図は回転数と空気重量か
ら吸気管圧力を計算するための構成を示したブロ
ツク図、第３図は空気量信号の代りに絞り弁角度
を用いるようにした例のブロツク図、第４図の吸
気管圧力と大気圧の比に関連した数式の量を示し
た特性図、第４図は吸気管内の圧力比に対する特
性を示した特性図、第５図は大気圧を計算するた
めのステツプを示したブロツク図、第６図は第３
図と第６図の構成を結合した実施例を示すブロツ
ク図、第７図は第６図の実施例の変形例を示した
ブロツク図である。 １０…内燃機関、１１…吸気管、１２…排気
管、１３…空気量センサ、１４…絞り弁、１５…
圧力センサ、１６…燃料供給ノズル、１８…バイ
パス管、１９…バイパス断面調節器、２０…電子
制御装置、２１…回転数センサ、２３…アクセン
ペダル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なとも回転数並びに吸気管内の空気流量に
   従つて内燃機関に供給すべき燃料の量を電子的に
   制御し、燃料供給装置と吸気管のバイパス断面調
   節器とを駆動する信号を形成する電子制御装置を
   備えた内燃機関の制御装置において、 内燃機関の回転数を測定する手段と、 吸気管の空気流量を検出する手段と、 測定された回転数並びに前記空気流量検出手段
   により検出された空気流量から吸気管圧力を計算
   する手段とを設け、 空気流量が少なくなるアイドリング時には、前
   記計算された吸気管圧力に従つて内燃機関に供給
   すべき燃料の量を電子的に制御することを特徴と
   する内燃機関の制御装置。 ２ 少なくとも回転数並びに吸気管内の空気流量
   に従つて内燃機関に供給すべき燃料の量を電子的
   に制御し、燃料供給装置と吸気管のバイパス断面
   調節器とを駆動する信号を形成する電子制御装置
   を備えた内燃機関の制御装置において、 内燃機関の回転数を測定する手段と、 吸気管の空気流量を絞り弁角度を介して検出す
   る手段と、 測定された回転数並びに絞り弁角度を介して検
   出された空気流量から吸気管圧力を計算する手段
   とを設け、 空気流量が少なくなるアイドリング時には、前
   記計算された吸気管圧力に従つて内燃機関に供給
   すべき燃料の量を電子的に制御するこを特徴とす
   る内燃機関の制御装置。