(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気系に設けられたスロットル弁を駆動して運転状態に応じて設定された目標スロットル開度にスロットル開度を制御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、
運転状態に基づき前記スロットル開度制御手段の目標スロットル開度に対する吸入空気量を推定する吸入空気量推定手段と、
前記吸入空気量推定手段が推定する吸入空気量の変動から吸入空気量の急増判定を行う吸入空気量急増判定手段と、
前記吸入空気量急増判定手段が吸入空気量の急増を判定したときに前記目標スロットル開度を制限的に修正する目標スロットル開度修正手段とを備え、
前記吸入空気量急増判定手段は、前記吸入空気量推定手段が推定した吸入空気量の現在値とその一次遅れ値の比と、変速ギアのギア比または駆動トルクに基づいて吸入空気量の急増判定を行うことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。
【請求項２】
前記吸入空気量急増判定手段が吸入空気量の急増を判定したときに、スロットル弁の駆動速度を修正するスロットル駆動速度修正手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気系に設けられたスロットル弁を駆動制御して吸入空気量を調整する吸入空気量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関においては、スロットル弁が急激に駆動されて急開したような場合には、スロットル弁の前後の差圧により、吸入空気が一気に流れて一時的にオーバーシュートが発生し、内燃機関の出力トルクが急増して車両が加速され、その後吸入空気量は飽和状態となって出力トルクは低下して減速されるが、この加速と減速が短時間のうちに起きるので、ギクシャクした走りとなる。
【０００３】
そこで従来でもアクセルペダルとスロットル弁との間に偏心スロットルドラムを介在させて、アクセルペダルの踏み込み量を偏心スロットルドラムにより所要のスロットル特性を得るように変化させる機械的構成の例があるが、スロットル特性は偏心スロットルドラムの形状によって決められる一義的なものであった。
【０００４】
またコンピュータ制御されるモータによりスロットル弁を駆動する方式では、スロットル弁の駆動の目標を示す目標スロットル開度の変化量を見て変化が大きい場合は、変化量に一定の制限を加える例（同じ出願人に係る特願平６−２０２９１１号）がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前者のようにスロットル特性を一義的に決めても、吸入空気量は一義的に決まるものではなく、オーバーシュートのおそれは依然存在する。
また後者のように目標スロットル開度だけを見ても吸気圧等他の要因もあって吸入空気量は容易には推し量れず、オーバーシュートの発生を予め検知することは困難であった。
【０００６】
したがってスロットル弁の急開時のオーバーシュートに基づくギクシャクした走りを未然に防止することは難しかった。
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、吸入空気量を推定してオーバーシュートの発生を未然に防止し円滑な走行を実現する内燃機関の吸入空気量制御装置を供する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用効果】
上記目的を達成するために、本発明は、吸気系に設けられたスロットル弁を駆動して運転状態に応じて設定された目標スロットル開度にスロットル開度を制御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、運転状態に基づき前記スロットル開度制御手段の目標スロットル開度に対する吸入空気量を推定する吸入空気量推定手段と、前記吸入空気量推定手段が推定する吸入空気量の変動から吸入空気量の急増判定を行う吸入空気量急増判定手段と、前記吸入空気量急増判定手段が吸入空気量の急増を判定したときに前記目標スロットル開度を制限的に修正する目標スロットル開度修正手段とを備え、前記吸入空気量急増判定手段は、前記吸入空気量推定手段が推定した吸入空気量の現在値とその一次遅れ値の比と、変速ギアのギア比または駆動トルクに基づいて吸入空気量の急増判定を行う内燃機関の吸入空気量制御装置とした。
【０００８】
運転状態に基づき目標スロットル開度に対する吸入空気量を推定し、この推定吸入空気量の急増判定を行うので、予めオーバーシュートの発生を略確実に検知することができ、目標スロットル開度を制限的に修正することで、吸入空気量を適切に抑制してオーバーシュートの発生を未然に防止し内燃機関の円滑な運転を可能とし、加速時のギクシャクした走行を回避することができる。
運転状態を考慮して吸入空気量の急増をより正確に判定し、オーバーシュートの発生を確実に防止することができる。
【０００９】
前記吸入空気量急増判定手段が吸入空気量の急増を判定したときに、スロットル弁の駆動速度を修正するスロットル駆動速度修正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とすることで、吸入空気量を一層適切に抑制して内燃機関のより円滑な運転を可能とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図１ないし図６に図示し説明する。
本実施例は車載内燃エンジンに適用したもので、図１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。
【００１３】
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が備えられ、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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
図１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ＥＣＵ20からの駆動信号によって動作するようになっている。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
また内燃エンジン１の燃焼室８付近適宜位置には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、またエンジン回転数センサ26、車速センサ27、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。
【００２０】
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。
【００２１】
本制御系の概略ブロック図を図２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 、その他変速装置のギヤ比等の情報信号等が入力され、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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−ＣＰＵ45に送信されるようになっている。
【００２４】
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。
【００２５】
以上の制御系ブロック図に基づく最終目標スロットル開度ＴＨO を算出する過程を示す機能的ブロック図を図３に示す。
【００２６】
まず第１目標スロットル開度θTHO が、前記アクセルセンサ13の検出するアクセルペダル角度ＡＰS を主として演算される基本目標スロットル開度ＴＨNML に加算項としてアイドルスロットル開度ＴＨIDL を加算して算出される。
なお基本目標スロットル開度ＴＨNML は、アクセルペダル角度ＡＰS を主にしアイドルスロットル開度ＴＨIDL を考慮して決定され、予め設定されたマップを検索して求めるようにしている。
【００２７】
次に第１目標スロットル開度θTHO から予め設定した特性に従ってスロットルの投影面積Ｓを求めるとともに、第１目標スロットル開度θTHO と吸気圧力Ｐｂについて予め設定した別の特性に従って係数Ｃ（流量係数αと気体の膨張補正係数εの積）を求め、両者を乗じてスロットルの有効開口面積Ａ（＝Ｃ×Ｓ）を求める。
【００２８】
このスロットルの有効開口面積Ａは、スロットル通過空気量ＧTHと次式に示すように比例関係にある。
ＧTH＝Ａ・ρ1 ・〔２ｇ（Ｐａ−Ｐｂ）／γ1 〕1/2 
ρ1 ：上流側空気密度
ｇ  ：重力加速度
Ｐａ：大気圧
Ｐｂ：吸気圧力
γ1 ：上流側空気比重量（＝ρ1 ・ｇ）
【００２９】
また有効開口面積は、スロットル開度の変化にほぼ追随して変化すると考えられ、前記した第１目標スロットル開度θTHO の一次遅れ値θTHODは、現象的には有効開口面積の一次遅れにほぼ等価的に対応するはずである。
そこで第１目標スロットル開度θTHO の一次遅れ値θTHOD（図３の（１−Ｂ）／（Ｚ−Ｂ）は離散系の伝達関数で一次遅れを意味する）から、前記と同様の手順により有効開口面積の一次遅れ値ＡD を算出する。
【００３０】
過渡運転状態における吸入空気量Ｇair の変化は、スロットルの有効開口面積の現在値Ａとその一次遅れ値ＡD との比ＲA （＝Ａ／ＡD 、比ＲA は現在吸入空気量とその一次遅れの吸入空気量との比に相当する）で表現される。
そこでこの比ＲA をもとに吸入空気量Ｇair の急増を判定する。
このＧair 急増判定ブロックでは、図４に示す手順に従って急増が判定される。
【００３１】
まず現在の運転状態の変速ギアのギヤ比に基づいて予め設定したマップから比ＲA の上限値ＲAJを検索する（ステップ１）。
図５は、このマップをグラフに表したものであり、ギヤ比が１速，２速，３速度，４速の順に段階的に上限値ＲAJは大きな値となっている。
【００３２】
そして次のステップ２では算出された比ＲA がこの検索された上限値ＲAJを越えているか否かを判別し、上限値ＲAJ以下であればステップ３に進み急増フラグＦG を０とし、上限値ＲAJを越えていればステップ４に飛んで急増フラグＦG に１を立てる。
【００３３】
こうして吸入空気量Ｇair の急増判定を終えると、次に最終目標スロットル開度ＴＨO を決定するブロックに入る。
図６は、同最終目標スロットル開度ＴＨO の決定手順を示すフローチャートであり、まず急増フラグＦG に１が立っているか否かを判別する（ステップ11）。
【００３４】
急増フラグＦG が０の場合は、ステップ12に進み、最終目標スロットル開度ＴＨO に前記第１目標スロットル開度θTHO を入れ、第１目標スロットル開度θTHO をそのまま最終目標スロットル開度ＴＨO とする。
【００３５】
一方急増フラグＦG に１が立っていて比ＲA が上限値ＲAJを越えていると判定されている場合は、ステップ13に飛び、比ＲA が上限値ＲAJとなるような目標スロットル開度ＴＨOOS を逆算によって求める。
そして次のステップ14で、この逆算で求めた目標スロットル開度ＴＨOOS を最終目標スロットル開度ＴＨO とする。
【００３６】
以上のように前記比ＲA が上限値ＲAJを越え、吸入空気量Ｇair の急増が予想されるときは、比ＲA が上限値ＲAJとなるような目標スロットル開度ＴＨOOS に最終目標スロットル開度ＴＨO が制限的に設定されるので、吸入空気量を適切に抑制してオーバーシュートの発生を未然に防止し内燃機関の円滑な運転を可能とする。
さらにギア比の小さい程上限値ＲAJを小さく制限しているので、一層加速時のギクシャクした走行を回避することができる。
【００３７】
以上の実施の形態では、吸入空気量Ｇair の急増が予想される場合は最終目標スロットル開度ＴＨO の値を制限した値に設定するものであったが、その最終目標スロットル開度ＴＨO へのスロットル弁の駆動速度も抑制するよう制御してもよい。
【００３８】
また上記実施の形態の吸入空気量Ｇair の急増判定において、比ＲA の上限値ＲAJを検索するのに、ギヤ比に基づいて決定していたが、駆動輪トルクに基づいて決定してもよい。
すなわち駆動輪トルクが大きい程、比ＲA の上限値ＲAJを小さい値に設定する。
【００３９】
なお駆動輪トルクは、エンジン回転数ＮE および吸気圧力Ｐｂ等よりエンジントルクを導き、これにギヤ比×伝達効率を乗算して求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る一実施の形態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２】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３】同制御系に基づく最終目標スロットル開度ＴＨO を算出する過程を示す機能的ブロック図である。
【図４】Ｇair 急増判定の手順を示すフローチャートである。
【図５】変速ギアのギヤ比に対応する比ＲA の上限値ＲAJを表すグラフである。
【図６】最終目標スロットル開度ＴＨO の決定手順を示すフローチャートである。
【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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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