JPH0658087B2 - 内燃機関の燃料供給量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関の燃料供給量制御装置に関し、特に吸
入空気量の検出が不可能となった場合の燃料供給量制御
に関する。

［従来の技術］ 内燃機関の精密に制御し、出力・燃費向上、排ガス清浄
化に寄与する制御装置が提案されている。その代表的な
ものとして、内燃機関の吸入空気量を検出し、その量に
応じて燃料供給量を精密に調節する装置がある。

ところで、上記装置は吸気量センサの出力値に基づい
て、必要な燃料供給量を決定している。そのため、吸気
量センサが故障した場合、センサは現実の吸入空気量と
は異なった異常な出力を行ない、燃料供給量も異常とな
って機関停止や異常出力による運転性の低下の恐れがあ
った。

これを解決するものとして、吸気量センサの出力が異常
となった場合、燃料供給量を一定の値に固定してしまう
装置が提供されている（特開昭５５−１６４７３８）。

［本発明が解決しようとする問題点］ ところが、センサ異常発生時に直ちに燃料供給量が一定
値に変化した場合、又はその逆の変化の場合に、センサ
出力値に応じて算出した燃料供給量と一定量との差が大
きく、内燃機関にショックを生じることがあり、その運
転性の低下、自動車の場合の乗り心地の悪化等の問題を
生じた。

［問題点を解決するための手段］ 上記燃料供給量を一定値に保持する装置の問題点を解決
するための手段として本発明の次の様な手段を採用し
た。

即ち、本発明は第１図に示すごとく、 吸入空気量データを含む、内燃機関の運転状態を検出す
る運転状態検出手段と、該運転状態検出手段により検出
された内燃機関の運転状態データの内少なくとも上記吸
入空気量データを用いて内燃機関の燃料供給量を設定す
る燃料供給量設定手段と、上記運転状態検出手段にて検
出される吸入空気量データが異常データの場合に、上記
燃料供給量設定手段にて設定される燃料供給量を所定量
に固定するフェイルセーフ手段と、を備えた、内燃機関
の燃料供給量制御装置において、更に、上記フェイルセ
ーフ手段にて燃料供給量を所定量に固定する処理が行な
われる際、又は該固定する処理が解除された際に、上記
燃料供給量を徐々に変化させるなまし手段と、スロット
ルバルブがほぼ全閉の状態を判別する判別手段とを備
え、該判別手段にてスロットルバルブがほぼ全閉の状態
であると判別された時は、そうでない時にくらべて前記
フェイルセーフ手段にて設定される燃料供給量の所定量
を小さい値に設定すると共に前記なまし手段にて変化さ
せる燃料供給量の変化速度を大きくしたことを特徴とす
る内燃機関の燃料供給量制御装置を要旨とする。

ここで運転状態検出手段とは、吸入空気量以外に、例え
ば内燃機関の回転速度、冷却水温度、吸入空気温度等を
検出するものである。上記吸入空気量とは単に吸入空気
の流入体積のみを指すのではなく、流入量を間接的に表
わすデータ、例えば吸入空気の圧力等も含むものとす
る。この吸入空気量を検出するものとしては、エアフロ
メータ、吸気圧センサがあり、エアフロメータには、ウ
ィンドベーン型，ヒートワイヤ型，カルマン渦型のもの
が挙げられる。

燃料量設定手段とは、運転状態データから内燃機関にて
必要とされる燃料供給量を算出設定するので、少なくと
も吸入空気量データに基づいて設定している。通常、電
子回路で構成される。

フェイルセーフ手段とは、例えば、吸入空気量データ
が、あり得ない値を取っている場合を異常と判断し、上
記燃料量設定手段にて設定される燃量供給量を所定量に
固定する手段である。具体的には吸入空気量データを表
わす電圧値等が上下限を越えていたりした場合、あるい
は、カルマン渦型のセンサのパルス信号のエッジが全く
検出されない場合に吸入空気量データを異常と判断する
等である。通常、電子回路で構成される。

なまし手段とは、吸入空気量データが異常と判断された
場合、直ちに燃量供給量を所定量にするのではなく、徐
々に直前の設定値から所定値へと変化させてゆく手段で
ある。通常、電子回路で構成される。判別手段とは、例
えばアイドルスイッチを用いてスロットルバルブのほぼ
全閉状態を判別するものであり、本発明では、スロット
ルバルブがほぼ全閉状態であると判別された時はそうで
ない時にくらべてフェイルセーフ手段にて設定される燃
料供給量の所定量を小さく、なまし手段にて変化される
燃料供給量の変化速度を大きくしてある。

［作用］ 通常内燃機関の燃料供給量として運転状態検出手段によ
り検出された吸入空気量データに基づいて、燃料量設定
手段が燃料供給量を設定し、その量の燃料が内燃機関に
供給される。しかし、フェイルセーフ手段により吸入空
気量データが異常とされた場合、燃料供給量として所定
量に移行し固定されるところ、なまし手段により、燃料
供給量は急変せず、徐々に設定値から所定量へ変化して
ゆく。

更に判別手段にてスロットルバルブがほぼ全閉と判別さ
れた時は、そうでない時にくらべてこの所定量が小さい
値とされると共に燃料供給量の変化の度合いが急激とな
る。

［実施例］ まず第２図は本発明の一実施例を示す内燃機関とその燃
料供給量制御装置を表わす説明図である。

１は内燃機関本体、２はピストン、３は点火プラグ、４
は排気マニホールド、５は排気マニホールド４に備えら
れ、排ガス中の残存酸素濃度を検出する酸素センサ、６
は内燃機関本体１の吸入空気中に燃料を噴射する燃料噴
射弁、７は吸気マニホールド、８は内燃機関本体１に送
られる吸入空気の温度を検出する吸気温センサ、９は内
燃機関冷却水の温度を検出する水温センサ、１０はスロ
ットルバルブ、１１はスロットルバルブ１０に連動し、
スロットルバルブ１０の開度を検出して信号を出力する
とともにスロットルバルブ１０がほぼ全閉状態ではアイ
ドルスイッチＩＤＬとしてのオン信号を出力するスロッ
トル開度センサ、１４は吸入空気量を測定するカルマン
渦型流量センサ、１５は吸入空気の脈動を吸収するサー
ジタンクをそれぞれ表わしている。

そして１６は点火に必要な高電圧を出力するイグナイ
タ、１７は図示していないクランク軸に連動し上記イグ
ナイタ１６で発生した高電圧を各気筒の点火プラグ３に
分配供給するディストリビュータ、１８はディストリビ
ュータ１７内に取り付けられ、ディストリビュータ１７
の１回転、即ちクランク軸２回転に２４発のパルス信号
を出力する回転角と回転速度とを検出する回転角セン
サ、１９はディストリビュータ１７の１回転に１発のパ
ルス信号を出力する気筒判別センサ、２０は電子制御回
路、２１はキースイッチ、２２はスタータモータをそれ
ぞれ表わしている。２６は車軸に連動し、車速に応じた
パルス信号を発信する車速センサを表わす。

次に第３図は電子制御回路２０の例とその関連部分との
ブロック図を表わしている。

３０は各センサにより出力されるデータを制御プログラ
ムに従って入力及び演算すると共に、各種装置を作動制
御等するための処理を行うセントラルプロセシングユニ
ット（以下単にＣＰＵと呼ぶ）、３１は制御プログラム
及び初期データが格納されるリードオンリメモリ（以下
単にＲＯＭと呼ぶ）、３２は電子制御回路２０に入力さ
れるデータや演算制御に必要な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（以下単にＲＡＭと呼
ぶ）、３３はキースイッチ２１がオフされても以後の内
燃機関作動に必要なデータを保持するよう、バッテリに
よってバックアップされた不揮発性メモリとしてのバッ
クアップランダムアクセスメモリ（以下単にバックアッ
プＲＡＭと呼ぶ）、３５〜３７は各センサの出力信号の
バッファ、３８は各センサの出力信号をＣＰＵ３０に選
択的に出力するマルチプレクサ、３９はアナログ信号を
デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、４０はバッファ
を介してあるいはバッファ、マルチプレクサ３８及びＡ
／Ｄ変換器３９を介して各センサ信号をＣＰＵ３０に送
ると共にＣＰＵ３０からのマルチプレクサ３８、Ａ／Ｄ
変換器３９のコントロール信号を出力する入出力ポート
を表わしている。

そして４１は酸素センサ５の出力信号をコンパレータ４
２へ送るバッファ、４３はカルマン渦型流量センサ１
４，回転角センサ１８及び気筒判別センサ１９の出力信
号の波形を整形する整形回路を表わし、スロットル開度
センサ１１等の各センサ信号は直接に、あるいはバッフ
ァ４１等を介して入出力ポート４６によりＣＰＵ３０に
送られる。

更に、４７、４８は出力ポート４９，５０を介てＣＰＵ
３０からの信号によって燃料噴射弁６、イグナイタ１６
を駆動する駆動回路をそれぞれ表わしている。また５１
は信号やデータの通路となるバスライン、５２はＣＰＵ
３０を始めＲＯＭ３１、ＲＡＭ３２等へ所定の間隔で制
御タイミングとなるクロック信号を送るクロック回路を
表わしている。

次に本実施例の要部となる制御プログラムについて説明
する。

第４図乃至第６図は、制御プログラムのフローチャート
を表わしている。これらの制御プログラムは、機関１回
転毎に実行されている。

第４図は、カルマン渦型流量センサ１４の出力値が異常
か否かをチェックする異常チェックルーチンを表わす。
まずその処理が開始されると、ステップ１１０にて流量
センサの出力値が読み込まれる。次にステップ１２０に
て、その出力値が所定範囲内か否かが判定される。この
所定範囲は流量センサ１４が正常な状態で取り得る値の
範囲を示している。それ故、流量センサ１４の出力値が
所定範囲内であれば「ＹＥＳ」と判定されて、ステップ
１３０にて異常フラグＦがリセットされる。一方ステッ
プ１２０にて、流量センサ１４の出力が所定範囲外であ
れば「ＮＯ」と判定されて、ステップ１４０にてフラグ
Ｆがセットされる。こうして本処理を一旦終了し、他の
ルーチンの処理に移る。上記ステップ１２０の判定は、
パルス信号のエッジを全く検出しない場合を「ＮＯ」と
する判定でもよい。

第５図は点火時期及び燃料噴射量を算出する制御ルーチ
ンを表わす。

まず、処理が開始されると、ステップ２１０にて、フラ
グＦがセットされているか否かが判定される。流量セン
サ１４が正常である場合は、「ＮＯ」と判定されて、次
にステップ２２０にて点火時期が算出される。点火時期
は吸入空気量，機関回転速度，冷却水温等の値から公知
のマップを用いて算出される。次にステップ２３０にて
流量センサ１４の異常からの復帰後３秒経過しているか
否かが、Ｆ＝１→Ｆ＝０の時点でセットされたタイマの
値から判断される。最初からＦ＝０であれば「ＹＥＳ」
と判定されて次にステップ２３５にて機関始動時か否か
が判定される。始動時であれば、ステップ２７０にて始
動時用の噴射量が冷却水温等をパラメータにして算出さ
れる。始動時でなければ、ステップ２４０にて燃料の噴
射量が算出される。燃料の噴射量は、吸入空気量，機関
回転速度，その他冷却水温，酸素濃度，吸気温等の値に
よって公知のマップ等から算出される。ステップ２３０
にて復帰後３秒経過していなければステップ２３１に進
み、始動時か否かを判定し「ＹＥＳ」と判定されてステ
ップ２３３にて始動時用の噴射量が算出される。ステッ
プ２３１で「ＮＯ」を判定された場合ステップ２３２に
進み、定常状態の噴射量を算出しステップ２３４に進
む。ステップ２３４では目標噴射量の変数τＬに算出し
た噴射量値を入れて、ステップ３１０のなまし処理に移
る。この処理については後述する。こうして一旦処理を
終了する。

次に、前出の異常チェックルーチンにＦ＝１とされてい
る場合、制御ルーチンにては、まずステップ２１０に
て、「ＹＥＳ」と判定される。次にステップ２５０にて
点火時期が所定時期に固定される処理がなされる。次に
ステップ２６０にて現在始動時か否かがキースイッチ２
１の信号及び機関回転速度から判定される。始動時であ
れば「ＹＥＳ」と判定されて、ステップ２７０にて始動
時用の噴射量が算出される。始動時でなければステップ
２６０にては「ＮＯ」と判定されて次にステップ２８０
の処理がなされる。

ステップ２８０にては、アイドルスイッチＩＤＬがオン
か否か、即ちスロットルバルブ１０がほぼ全閉か否かが
判定される。オンであれば「ＹＥＳ」と判定されて、噴
射量固定値（３ｍｓ）が目標とする燃料噴射量を量わす
変数τＬに設定される。オンでなければ「ＮＯ」と判定
されてτＬには他の固定値（５ｍｓ）が設定される。ス
テップ２９０又はステップ３００の処理の後はステップ
３１０にてなまし処理が行われる。前述したステップ２
３０にて「ＮＯ」と判定された場合もステップ３１０の
なまし処理が行なわれる。

このなまし処理の詳細を第６図のフローチャートに示
す。まずステップ４１０にてフラグＦ＝１か否かが判定
される。Ｆ＝１でなければ「ＮＯ」と判定され、ステッ
プ４２０にて係数ＫにＫ３の値が設定される。係数Ｋは
なましの程度を決定する係数であり、「１」を越えた値
を設定する。Ｆ＝１であればステップ４１０にて「ＹＥ
Ｓ」とされて、ステップ４３０が処理される。ステップ
４３０ではアイドルスイッチオンか否かが判定される。
オンであれば、ステップ４４０にて係数ＫにＫ１が設定
され、オンでなければ、ステップ４５０にて係数ＫにＫ
２が設定される。Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の値は、固定値又は
内燃機関の運転状態によって決定される値である。例え
ばＫ１とＫ２とは水温をパラメータとして、Ｋ３は機関
回転速度をパラメータとして算出される。処理やメモリ
の簡素化のためＫ１，Ｋ２，Ｋ３を固定値としてもよ
い。この場合、その相対的な大小関係は、Ｋ１＜Ｋ２≒
Ｋ３にしておくと、内燃機関の円滑な運転上好ましい。

ステップ４６０にては実際の燃料噴射量の基本値となる
τの値のなまし処理による算出が行なわれる。即ち、Ｋ
とτＬと前回決定された噴射量τから、今回噴射される
量τを次の式により算出する。

Ｋの値は、大きいほどなましが大きく、τの値は急変し
にくくなる。

こうして第５図に示したステップ３１０のなまし処理を
終了し、この後、τの値は図示していない噴射ルーチン
にて用いられτ分の燃料が吸入空気中に噴射弁６から噴
射される。こうしてフラグＦの変化に伴う燃料噴射量の
急変に、なまし処理を施すことができる。

上記処理動作の代表的な例を第７図に示す。時点ｔ１に
て、フラグＦが「０」→「１」に変化すると、なまし処
理のため噴射量τは急変な変化をせず、時点ｔ２までか
かって目的の固定値と一致する。一方、点線で示した従
来装置では時点ｔ１で瞬時にして固定値となる。

フラグＦが「１」→「０」になった場合も同様であり、
時点ｔ３にてＦ＝０となると、τは時点ｔ４までかかっ
て正常時のτの値となる。点線で示した従来装置では時
点ｔ３で瞬時に正常値のτの値が設定される。

フラグＦの振動によるτのハンチングを防止するため時
点ｔ１，ｔ３において、ディレーを設け、フラグＦが変
化した後、直後にはなまし処理を行なわず、所定時間後
になまし処理を行なうようにしてもよい。

［発明の効果］ 本発明は吸入空気量データが異常となった場合、又は異
常から復帰した場合に、燃料供給量を徐々に所定値に又
は所定値から通常の算出値に変化させるなまし手段を具
備しているため、燃料供給量の設定値の差が大きくて
も、内燃機関にショックを生ずることがなく、運転性，
乗り心地性を良好に保持できるものである。さらに、ス
ロットルバルブがほぼ全閉の状態ではフェイル時の燃料
供給量を小さめの値とすると共に燃料供給量切換時の収
束速度を高めているので、もともと切換時のショックの
小さないアイドル時における制御の移行速度を上げ、運
転者の低出力要求を速やかに満たすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例としての基本的構成図、第２図は
本発明の一実施例の構成図、第３図はその電子制御回路
のブロック図、第４図は電子制御回路にて実行される異
常チェックルーチンのフローチャート、第５図は同じく
制御ルーチンのフローチャート、第６図は同じくなまし
処理ルーチンのフローチャート、第７図は処理のタイミ
ングチャートを表わす。 １……内燃機関、６……燃料噴射弁 ８……吸気温センサ、９……水温センサ １０……スロットルバルブ １１……スロットル開度センサ １４……カルマン渦型流量センサ １８……回転角センサ、２０……電子制御回路 ２１……キースイッチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸入空気量データを含む、内燃機関の運転
   状態を検出する運転状態検出手段と、 該運転状態検出手段により検出された内燃機関の運転状
   態データの内少なくとも上記吸入空気量データを用いて
   内燃機関の燃料供給量を設定する燃料供給量設定手段
   と、 上記運転状態検出手段にて検出される吸入空気量データ
   が異常データの場合に、上記燃料供給量設定手段にて設
   定される燃料供給量を所定量に固定するフェイルセーフ
   手段と、 を備えた、内燃機関の燃料供給量制御装置において、 更に、上記フェイルセーフ手段にて燃料供給量を所定量
   に固定する処理が行なわれる際、又は該固定する処理が
   解除された際に、上記燃料供給量を徐々に変化させるな
   まし手段と、 スロットルバルブがほぼ全閉の状態を判別する判別手段
   とを備え、 該判別手段にてスロットルバルブがほぼ全閉の状態であ
   ると判別された時は、そうでない時にくらべて前記フェ
   イルセーフ手段にて設定される燃料供給量の所定量を小
   さい値に設定すると共に前記なまし手段にて変化させる
   燃料供給量の変化速度を大きくしたことを特徴とする内
   燃機関の燃料供給量制御装置。
2. 【請求項２】前記吸入空気量データが吸気圧であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内燃機関の燃
   料供給量制御装置。