JPS59162341A - 内燃機関の制御装置 - 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】 イ）技術分野 本発明は内燃機関の動作特性量制御装置、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、特にアイドリンク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動作特性量
制御装置に関する。

口）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
特性であったり、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。そのだめ
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。この上うにして求
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
。

アイドリンク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
ンク回転数を保持できるアイドリンク回転数制御装置が
用いられている。このようなアイドリンク制御装置の例
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。従ってアイドリンク時非常に低い
回転数をもっ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
ク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。

例・えばＷＯ−Ａｌ−８１１０１５９１ではアイドリン
グ制御のために内燃機関の吸気圧を用いる方法が行なわ
れている。しかしこの従来の装置では単に吸気圧を利用
しているだけなので、アイドリンク回転数を確実に維持
することができない。

一方アイドリンク制御に関しては特に圧力信号を処理す
ることが好捷しいことが判明している。

ハ）目　　的 従って本発明はこのような点に鑑み成されたもので、特
に付加的なコストをかけることなく急速に、しかも確実
な１イドリング回転数等の動作特性量を電子的に制御す
ることが可能な内燃機関の動作特性量制御装置を提供す
ることを目的とする。

二）実　施　例 以下図面に示す実施例に従い、本発明の詳細な説明する
。

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
成するだめの主要な素子の概略構成が図示されている。

符号１ｏ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１
３、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１
．７て図示されたバイパス断面調節器１９によって行な
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（ｍｚｕ）、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、−実空気流量信号ｍｚｕ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ッチ２２によって決
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によって求められる。電子制御装置２０
にはアクセルペダルの位置に従って少くとも３段階の絞
り弁位置信号、即ちアイドリンク、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
によって製造されているＤジェトロニックがそうであり
、同装置では吸気管内の圧力信号に基づいて噴射滑か定
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った
場合に現われる吸気管の脈動が原因となっている。

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）　ｍｚｕ、流出する空気重量（流量）ｍａｂ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、ｍｚｕ、　ｍａ
ｂも参照のこと。） （ｐ・−ｋ（１−１）。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、ｍＺｕは流入する空気重量、ｍａｂは流
出する空気重量、ｋは断熱指数、ｐｏは大気圧、ｐａハ
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って内燃機関に供
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ク制御に用い
られる圧力値を計算できることも示している。更にこれ
らの式によっ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。このようにしである量を測定
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
れによっ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
算するだめのものである。

第２ａ図、第２ｂ図、第３図、第５図〜第７図はそれぞ
れブロッ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ッ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。各ブロックは上述した数式（１）　、　（３）を
実現するだめのものであり、その場合簡単にするだめに
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ｍａｂ
はほぼ回転数、吸気管圧力、排気ガス背圧の重量に基づ
いて形成される。比例素子３６によって得られる吸気管
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）に含まれている重量を考慮す
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ｍｚｕ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ビストンストロー
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って製造されているＬジェトロニ
ックでは未補正の噴射時間【Ｌ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ｍａｂ信号（品ｕ／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３
９を他の場所に移動することによって行なわれ、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だめの構成がブロック図として第
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ｐｏＲｅ　ｆ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
ック４８が設けられる。このブロック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倍信号入力される。

式（２）　ＬｃＩ を有する。上述の式をｂで表わすと、ｆ　＝　ｃ　−ｂ
の値をｐ　ｓ／ｐ　ｏ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１）Ｓ／
Ｉ）Ｏ＝　０．５２８２８の値に々る迄は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ｐ　ｓ／ｐ　ｏの下方の値はア
イドリンク時に対応し、一方１よシ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
計算しアイドリンク制御に用いるようにしている。この
アイドリンク時では第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図に従っ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ッ
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。即ちアイドリンク時において吸気
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、ブロック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だめの信号発生
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
対する尺度となっておりそれに従っ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だ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だめに絞シ弁位置信号
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ｐｏＲ
ｅ　ｆに対する空気重量信号ｍ’ＤＫが得られる。この
信号は入力端子３ｏからの空気重量信号と共に割算回路
５ｏ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が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
次の比較ユニット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の前にスイッチ５６が設
けられる。このスイッチ５６は比較ユニット５１からの
出力（ｎｅｉｎ）の信号によって駆動される。この信号
（ｎｅｉｎ）が発生するとスイッチ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ｐ　ｓ／
ｐ　ｏの値が０．７よシ大きいとｆがほぼ１であるとい
う仮定が当てはまらなくなシ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図では絞シ弁位置、“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
させである。

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１９の駆動信号が
圧力信号を計算する基礎となっておシ、圧力値をできる
だけ正確に計算するだ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、だめにしきい値が所定の値（碗えば３５０ｍｂ
ａｒ）以下の吸気圧圧力になるアイドリンク時において
基準圧力ｐｏＲｅｆで割った空気重量並びにバイパスを
流れる所定のデユーティ比で計算された空気重量（Ｊ）
ｏＲｅ　ｆに対する）からｐｏＲｅｆで割った洩れ空気
ふＤＶｐＯＲｅｆ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６０にはバ
イパスｉ面調節器１９のデー−ティ比（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って流れるｐ
ＯＲｅｆに対する空気重量ｍ１３ｙｐ／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ｍｚｕ／ｐ
ＯＲｅｆと士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って流れるｐｏＲｅｆ　　
に対する洩れ空気重量に関する信号となる。又減算点６
２の後段には例えばアイドリンク時にのみ閉じるスイッ
チ６３が接続され、その後に絞シ弁が閉じた場合絞シ弁
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ｍＤＫ／
ｐ　ＯＲｅ　ｆは次の加算点においてｍＢＶｐ／ｐｏＲ
ｅｆ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
ィ比とｐｏＲｅ　ｆに対する流れ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ｍｚｕの代りに空気体積ｍｍｚｕ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ｎ１ＺＬＩ−＄・ｍｍｚｕ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の例で
は空気体積信号ｍｍｚｕ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。

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 以上詳細に説明したように所望の信号を二次的に求める
ことができるのでそれらの信号を測定するセンサを省略
することができる。即ち例えば吸気管内の圧力比から数
学式を用いることにより吸入された空気重量を正確に求
めることができ、又例えば吸入された空気重量が既にわ
かっている場合にはアイドリンク制御に重要な吸気管圧
力を求めることができる。

又図示した例ではアナログ手段を用いて解決するように
しているが、これをデジタル的な方法で行なうことも勿
論可能である。

【図面の簡単な説明】

各図はいずれも本発明の詳細な説明するもので、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
だめの構成を示したブロック図、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ック図、
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
を示しだ特性図、第５図は大気圧を計算するだめのステ
ップを示したブロック図、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ック図、第７図は第６図
の実施例の変形例を示したブロック図である。 １０・・内燃機関　　　　１１・・吸気管１２　　排気
管　　　　　１３・・・空気量センサ１４　　絞シ弁　
　　　１５・・・圧カセンザ１６　・燃料供給ノズル　
　１８・・バイパス管１９　　バイパス断面調節上）２
０　・・電子制御装置２１・・・回転数センサ　　２３
　・アクセンペダル。 手続補正書（旗 昭和５９年　４月１２日 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和　５８　年　特許願　第　１７９４６３　　号２、
発明の名称 内燃機関の動作特性量制御装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 名　　称　　　ローベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト
・ミツト・ベシュレンクテル・ハフラング４、代理人　
　　　　電話　０３　（２６８）２４８１　（イリ５、
補正命令の日付　　　昭和５９年　３月２７日（イ）送
日）６、補正の対象 図面 ７、補正の内容 ｊｉ　　ｒスｒ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　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を電子的に制御する内燃機関の動作
   特性量制御装置において、制御に必要なパラメータを補
   助量を介して求めるようにしたことを特徴とする内燃機
   関の動作特性量制御装置。 ２）　吸気管圧力を少くとも空気取量の値並びに回転数
   信号を介して決めるようにした特許請求の範囲第１項に
   記載の内燃機関の動作特性量制御装置。 ３）　空気重量の値を絞り弁の位置あるいはバイパス管
   の開口量に関する信号を介して求めるようにした特許請
   求の範囲第２項に記載の内燃機関の動作特性量制御装置
   。 ４）　大気圧の値を吸気管圧力、吸気管内の空気流量及
   び絞シ弁位置に関する信号を介して求めるようにした特
   許請求の範囲第１項に記載の内燃機関の動作特性量制御
   装置。 ５）　吸気管圧力を同様に補助量を介して求めるように
   した特許請求の範囲第４項に記載の内燃機関の動作特性
   量制御装置。 ６）　絞り弁が閉じだ状態にある時の絞り弁の洩れ空気
   量を考慮して大気圧を計算できるようにし、そのだめに
   洩れ空気量の測定をアイドリンク時に行なうようにし続
   いてその値を記憶するようにした特許請求の範囲第１項
   から第５項迄のいずれか１項に記載の内燃機関の動作特
   性量制御装置。 ７）　内燃機関に供給される空気重量を吸気管圧力及び
   大気圧に関する信号を介して求めるようにした特許請求
   の範囲第１項に記載の内燃機関のるようにした特許請求
   の範囲第１項から第７項迄のいずれか１項に記載の内燃
   機関の動作特性量制御装置。 ９）　　ｃを定数、Ｒをガス定数、θＬｓを吸気温度、
   Ｖｓを吸気管の体積、ｍｚｕを流入する空気重量ｍａｂ
   を流出する空気重量、ｋを断熱指数、ｐｏをを大気圧、
   ｐａを排気ガスの背圧、ＶＨをエンジンスのストローク
   体積、εをエンジンの圧縮比、λレニンジンの体積効率
   、αＤＫを絞り弁の開放角度、ｎをエンジンの回転数、
   ｐｓを吸気管圧力としてｐｓ−”　”””　””　ｆ　
   （ｍｚｕ（ｔ）−ｍａｂ（ｔ））　ｄ　ｔｓ ；　、　ｂ　＜１）　ＶＨ’　ｎ’　”λＬ　　　、−
   ｋ（ｇ−１）＋１　　。 ２Ｒ（２７３°＋−θＬＳ）　　　ｋ（ε−１）（ｐ’
   　　ｋ（ｇ−□）。□） の関係を用いるよしにした特許請求の範囲第１項から第
   ８項迄のいずれが１項に記載の内燃機関の動作特性量制
   御装置。