(57)【要約】【課題】内燃機関の過渡運転途中におけるＡ／Ｆ（空燃比）の乱れを改善すること。【解決手段】ＥＣＵ（電子制御装置）２０にて、アクセル開度センサ９で検出されたアクセル開度ＡＰに応じて内燃機関１の負荷としての吸気圧が推定され、その推定された吸気圧がリニア化され、リニア化吸気圧が算出される。このリニア化された吸気圧に基づきスロットルバルブ３のスロットル開度が制御され内燃機関１に空気量が供給される。更に、リニア化された吸気圧に見合う燃料量が算出され、インジェクタ１７の燃料噴射時間が制御され内燃機関１に燃料量が供給される。これにより、内燃機関１の過渡運転途中においてもＡ／Ｆの乱れを改善することができる。【選択図】図１１
2006258103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセル開度に応じて内燃機関の負荷を推定する負荷推定手段と、
前記負荷推定手段により推定された負荷を補正する推定負荷補正手段と、
前記推定負荷補正手段により補正された負荷に基づいて前記内燃機関に供給される燃料量を算出する燃料量演算手段と、
前記推定負荷補正手段により補正された負荷となる目標スロットル開度を算出し、制御信号を出力するスロットル開度制御手段とを具備することを特徴とする内燃機関のスロットル制御装置。
【請求項２】
内燃機関に吸入される空気流量を調節するスロットルバルブと、
前記内燃機関に燃料を供給するインジェクタと、
アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度に応じて前記内燃機関の負荷を推定する負荷推定手段と、
前記負荷推定手段により推定された負荷を前記内燃機関の運転状態に応じて補正する推定負荷補正手段と、
前記推定負荷補正手段により補正された負荷に基づいて前記インジェクタから前記内燃機関に供給される燃料量を算出する燃料量演算手段と、
前記推定負荷補正手段により補正された負荷となる前記スロットルバルブの目標スロットル開度を算出し、制御信号を出力するスロットル開度制御手段とを具備することを特徴とする内燃機関のスロットル制御装置。
【請求項３】
前記推定負荷補正手段は、前記負荷推定手段により推定された負荷の変化時における負荷の変化開始点と変化収束点とを結び直線的に負荷が変化するように補正するリニア化補正手段を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関のスロットル制御装置。
【請求項４】
アクセル開度に応じて内燃機関の負荷を推定する負荷推定手段と、
前記負荷推定手段により推定された負荷に基づいて前記内燃機関に供給される燃料量を算出する燃料量演算手段と、
前記負荷推定手段により推定された負荷を前記燃料量演算手段により算出された燃料量に基づいて遅延する推定負荷補正手段と、
前記推定負荷補正手段により遅延された負荷となる目標スロットル開度を算出し、制御信号を出力するスロットル開度制御手段とを具備することを特徴とする内燃機関のスロットル制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクセル操作量等に応じてモータを駆動しスロットルバルブの開度を制御する内燃機関のスロットル制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アクセル操作量等に応じてモータを駆動しスロットルバルブの開度を制御する『電子スロットルシステム』と称する内燃機関のスロットル制御装置が知られている。このようなスロットル制御装置においては、例えば、アクセルペダルの踏込量に対応するアクセル開度を検出するアクセル開度センサからの信号に応じてモータに電流を流し、モータが駆動されることでスロットルバルブが開閉され内燃機関に供給される空気量が制御される。このとき、スロットルバルブのスロットル開度を検出するスロットル開度センサからの信号とアクセル開度センサからの信号との偏差がなくなるようにモータに対して比例・積分・微分制御（ＰＩＤ制御）によるフィードバック制御が実行されている。
【０００３】
これに関連する先行技術文献としては、特許文献１にて開示されたものが知られている。このものでは、アクセル操作に応じてスロットル開度を所定時間だけ遅らせて、内燃機関に供給される所定の燃料量に見合った空気量を供給することで過渡運転時のＡ／Ｆ（空燃比）を改善する技術が示されている。
【特許文献１】特開平４−１０１０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述のものでは、内燃機関に供給される所定の燃料量に見合った空気量が供給されることで内燃機関の過渡運転時のＡ／Ｆのある程度の改善が期待できるが、過渡運転途中では未だＡ／Ｆの乱れが残存しており最終的なＡ／Ｆの合わせ込みが不十分であった。
【０００５】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、内燃機関の過渡運転途中においても空気量の立上がり特性を考慮した空気量とそれに対応する燃料量とを内燃機関に供給することでＡ／Ｆの乱れを改善することができる内燃機関のスロットル制御装置の提供を課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の内燃機関のスロットル制御装置によれば、負荷推定手段ではアクセル開度に基づいて内燃機関の負荷、例えば、吸気圧や吸入空気量が推定され、この推定された負荷が推定負荷補正手段で補正される。また、燃料量演算手段では補正された負荷に基づいて内燃機関に供給される燃料量が算出される。そして、スロットル開度制御手段では補正された負荷となるように目標スロットル開度が算出され、制御信号が出力される。このように、推定された負荷が補正され、補正された負荷に基づいて燃料量が算出されるため、過渡運転途中のＡ／Ｆ（空燃比）の乱れを改善することができる。
【０００７】
請求項２の内燃機関のスロットル制御装置によれば、アクセル開度検出手段で検出されたアクセル開度に基づいて負荷推定手段では内燃機関の負荷、例えば、吸気圧や吸入空気量が推定され、この推定された負荷が推定負荷補正手段で補正される。また、燃料量演算手段では補正された負荷に基づいてインジェクタから内燃機関に供給される燃料量が算出される。そして、スロットル開度制御手段では補正された負荷となるようにスロットルバルブの目標スロットル開度が算出され、制御信号が出力される。このように、推定された負荷が補正され、補正された負荷に基づいて燃料量が算出されるため、過渡運転途中のＡ／Ｆ（空燃比）の乱れを改善することができる。
【０００８】
請求項３の内燃機関のスロットル制御装置では、推定負荷補正手段がリニア化補正手段を具備しており、推定負荷補正手段で推定された負荷が変化時の立上がり点と収束点とを結ぶ直線となるように補正される。このように、推定された負荷が正確な燃料量の算出が容易な負荷となるように補正されることで、過渡運転途中のＡ／Ｆ（空燃比）の乱れを改善することができる。
【０００９】
請求項４の内燃機関のスロットル制御装置によれば、内燃機関に供給される燃料量がアクセル開度から推定された負荷に基づいて算出され、燃料量に基づいて推定された負荷が燃料量に基づいて遅延された負荷によって目標スロットル開度が算出され、制御信号が出力される。よって、負荷変化に対する燃料噴射の遅れをなくすことができ、Ａ／Ｆ（空燃比）の乱れを改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置の全体構成を示す概略図である。
【００１２】
図１において、内燃機関１には吸気通路２を通って空気が供給される。スロットルバルブ３は吸気通路２の途中に設けられ、アクチュエータとしてのＤＣモータ（スロットルバルブ駆動手段）４により開閉されスロットルバルブ３を通過する空気流量が調節される。このスロットルバルブ３にはスロットル開度を検出するスロットル開度センサ５が設けられている。アクセルペダル８にはアクセル開度を検出するアクセル開度センサ（アクセル開度検出手段）９が設けられている。また、内燃機関１のクランクシャフト１０には、その回転角の遷移状態から機関回転速度を検出する回転角センサ１１が配設されている。そして、内燃機関１の吸気通路２にはその通路内を通過する空気量に対応する吸気圧を検出する吸気圧センサ１２が設けられ、内燃機関１の排気通路１３にはその通路内の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１４が設けられている。更に、内燃機関１には冷却水温を検出する水温センサ１５、吸気通路２内でスロットルバルブ３の上流側にはその通路内に取込まれた吸気温を検出する吸気温センサ１６がそれぞれ設けられている。１７は内燃機関１の吸気通路２内に燃料を供給するインジェクタ（燃料噴射弁）である。
【００１３】
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：電子制御装置）２０にはスロットル開度センサ５からのスロットル開度ＴＡ信号、アクセル開度センサ９からのアクセル開度ＡＰ信号、回転角センサ１１からの機関回転速度ＮＥ信号、吸気圧センサ１２からの吸気圧ＰＭ信号、酸素濃度センサ１４からの酸素濃度Ｏｘ信号、水温センサ１５からの冷却水温ＴＨＷ信号、吸気温センサ１６からの吸気温ＴＨＡ信号が入力されている。
【００１４】
次に、ＥＣＵ２０内の電気的構成について図２を参照して説明する。
【００１５】
図２において、ＥＣＵ２０は、周知の中央処理装置としてのＣＰＵ２１、制御プログラムを格納したＲＯＭ２２、各種データを格納するＲＡＭ２３、スロットル開度センサ５からのスロットル開度ＴＡ信号、アクセル開度センサ９からのアクセル開度ＡＰ信号、吸気圧センサ１２からの吸気圧ＰＭ信号、酸素濃度センサ１４からの酸素濃度Ｏｘ信号、水温センサ１５からの冷却水温ＴＨＷ信号、吸気温センサ１６からの吸気温ＴＨＡ信号の各アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路２４、回転角センサ１１からの機関回転速度ＮＥ信号を波形整形する波形整形回路２５、これら各種情報に基づきＣＰＵ２１で算出される後述のスロットルバルブ目標開度ＴＡＥＸ及び燃料噴射時間ＴＡＵによってスロットルバルブ３のＤＣモータ４を駆動するための電流ＩＴＡＥＸ及びインジェクタ１７を駆動するための電流ＩＴＡＵを供給する出力回路２６等から構成されている。
【００１６】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置で使用されているＥＣＵ２０内のＣＰＵ２１におけるベースルーチンの処理手順を示す図３のフローチャートに基づき説明する。
【００１７】
図３において、まず、イグニッションスイッチ（図示略）のＯＮによる電源投入と同時（電源起動時）に、ステップＳ１００で初期化が実行される。この初期化では、例えば、ＲＡＭ２３等の変数記憶領域が初期値に設定されたり、各種センサからの入力信号がチェックされる。ステップＳ１００の初期化後、以下のループ内の本格的な制御処理が繰返し実行される。
【００１８】
ステップＳ２００では、吸気圧推定処理（負荷推定手段）として、アクセル開度ＡＰや機関回転速度ＮＥ等をパラメータとしてスロットルバルブ３が操作される前に、吸気圧ＰＭが推定される。次にステップＳ３００に移行して、吸気圧リニア化処理（推定負荷補正手段）として、推定された吸気圧ＰＭに基づきリニアな立上がりの目標吸気圧ＰＭが算出される。次にステップＳ４００に移行して、スロットルバルブ目標開度演算処理（スロットル開度制御手段）として、リニア化された吸気圧ＰＭを実現するため、目標吸気圧ＰＭに基づくスロットルバルブ３のスロットル開度の最適なスロットルバルブ目標開度ＴＡＥＸが算出される。次にステップＳ５００に移行して、燃料系演算処理（燃料量演算手段）として、リニア化された吸気圧ＰＭに見合う燃料量が算出され、以降、ステップＳ２００〜ステップＳ５００が繰返し実行される。
【００１９】
次に、上述の各ルーチンについて詳細に説明する。
【００２０】
まず、図３のステップＳ２００における吸気圧推定のサブルーチンを図４に基づき、図５のルーチンを参照して説明する。なお、この吸気圧推定のサブルーチンは８ｍｓ毎にＣＰＵ２１にて実行される。ここで、吸気圧ＰＭの推定には、気体の状態方程式を用いた方法を、一例として説明する。
【００２１】
図４において、まず、ステップＳ２０１で、アクセル開度ＡＰ、機関回転速度ＮＥ、吸気温ＴＨＡ等のパラメータが読込まれる。次にステップＳ２０２に移行して、サージタンク通過空気量Ｇｉｎ算出処理が実行される。このサージタンク通過空気量Ｇｉｎ算出処理は、図５に示すサブルーチンのステップＳ２１１で、まず、スロットルバルブ通過空気量Ｇｉｎα〔ｋｇ／ｓｅｃ〕が次式（１）により算出される。
【００２２】
［数１］
2006258103.tif 000003
ここで、ＰＡ：大気圧〔Ｐａ〕、Ｓ：流通断面積〔ｍ2〕、κ：比熱比、Ｒ：気体定数〔Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）〕、Ｔ：吸気温〔Ｋ〕とする。
【００２３】
次にステップＳ２１２に移行して、スロットルバルブ通過空気量Ｇｉｎαにもれ空気量Ｃ２〔ｋｇ／ｓｅｃ〕が加算されてサージタンク通過空気量Ｇｉｎ〔ｋｇ／ｓｅｃ〕が求められたのち、図４のサブルーチンに戻り、ステップＳ２０３で、シリンダ内流入空気量Ｇｏｕｔ〔ｋｇ／ｓｅｃ〕が次式（２）により算出される。
【００２４】
［数２］
2006258103.tif 000004
ここで、ＮＥ：機関回転速度〔ｒｐｍ〕、ＰＥ：排気圧力＝大気圧〔Ｐａ，Ｎ／ｍ2〕、ε：圧縮比、κ：比熱比、Ｃ３：Ｖｃ／（２×６０×Ｒ×Ｔ），Ｖｃ：総排気量〔ｍ3〕とする。
【００２５】
次にステップＳ２０４に移行して、サージタンク通過空気量Ｇｉｎ及びシリンダ内流入空気量Ｇｏｕｔを用い、次式（３）により吸気圧変化量ΔＰＭ（吸気圧ＰＭの微分値）が算出される。
【００２６】
［数３］
ΔＰＭ＝ｄＰＭ／ｄｔ＝｛（Ｇｉｎ−Ｇｏｕｔ）／Ｖ｝κＲＴ・・・（３）
ここで、ＰＭ：吸気圧〔Ｐａ，Ｎ／ｍ2〕、ｔ：時間〔ｓｅｃ〕、Ｇｉｎ：サージタンク通過空気量〔ｋｇ／ｓｅｃ〕、Ｇｏｕｔ：シリンダ内流入空気量〔ｋｇ／ｓｅｃ〕、Ｖ：サージタンク容積〔ｍ3〕、κ：比熱比、Ｒ：気体定数〔Ｊ／（ｋｇ・Ｋ），Ｎｍ／（ｋｇ・Ｋ）〕、Ｔ：吸気温〔Ｋ〕とする。
【００２７】
次にステップＳ２０５に移行して、吸気圧変化量ΔＰＭが（微小時間Δｔ毎に）積算され、推定吸気圧ＰＭＳＹＭが算出され、本サブルーチンを終了する。
【００２８】
次に、図３のステップＳ３００における吸気圧リニア化処理のサブルーチンを図６に基づき、図７、図８及び図９の各ルーチン、図１２のタイムチャートを参照して説明する。なお、この吸気圧リニア化のサブルーチンは８ｍｓ毎にＣＰＵ２１にて実行される。
【００２９】
図６において、ステップＳ３０１で、アクセル開度変化量ΔＡＰが所定値αを越えているかが判定される。ここで、所定値αは例えば、吸気圧ＰＭのリニア化が必要な吸気圧立上がり挙動であるかを判定する指数である。ステップＳ３０１の判定条件が成立しないときには、何もすることなく本サブルーチンを終了する。一方、ステップＳ３０１の判定条件が成立するときには、ステップＳ３０２に移行し、吸気圧リニア化処理許可フラグＸＡＣＣがセット（ＸＡＣＣ＝１）される。次にステップＳ３０３に移行して、飽和吸気圧ＰＭＭＡＸ算出処理としてアクセル開度ＡＰに対応したスロットル開度ＴＡとなったとき、吸気圧ＰＭが収束すると予測される飽和吸気圧ＰＭＭＡＸが算出される。
【００３０】
この飽和吸気圧ＰＭＭＡＸ算出のサブルーチンを示す図７に基づき説明する。
【００３１】
図７において、ステップＳ３１１で、アクセル開度ＡＰと機関回転速度ＮＥとをパラメータとして定常状態にて安定する吸気圧ＰＭＣＮＴがマップ検索して求められる。次にステップＳ３１２に移行して、吸気圧ＰＭＣＮＴが微分された吸気圧ＰＭＣＮＴの変化量ΔＰＭＣＮＴがγ以下でありアクセル開度ＡＰが安定状態であるかが判定される。ステップＳ３１２の判定条件が成立せず、加速指示中であるときにはステップＳ３１３に移行し、アクセル指示状態フラグＣを「０」とし、本サブルーチンを終了する。
【００３２】
一方、ステップＳ３１２の判定条件が成立し、アクセル開度ＡＰが安定状態（吸気圧ＰＭＣＮＴも安定状態）と判定されたときにはステップＳ３１４に移行し、前回のアクセル指示状態フラグＣの状態より今回始めて安定状態（Ｃ＝０）となったかが判定される。ステップＳ３１４の判定条件が成立しないときには、本サブルーチンを終了する。一方、ステップＳ３１４の判定条件が成立し、アクセル指示状態フラグＣ＝０であり今回始めて加速指示から安定指示に切換わったときにはステップＳ３１５に移行し、吸気圧ＰＭＣＮＴから加速指示前の吸気圧ＰＭＩＮＴが減算されて飽和吸気圧ＰＭＭＡＸが算出される。次にステップＳ３１６に移行して、アクセル指示状態フラグＣをセット（Ｃ＝１）の安定状態とし、本サブルーチンを終了する。
【００３３】
次に、図６に戻ってステップＳ３０４で、リニア化係数算出処理が実行される。このリニア化係数算出のサブルーチンを示す図８に基づき、図１１を参照して説明する。
【００３４】
図８において、ステップＳ３２１で、吸気圧リニア化処理許可フラグＸＡＣＣがセット（ＸＡＣＣ＝１）されているかが判定される。ステップＳ３２１の判定条件が成立しないときには、本サブルーチンを終了する。一方、ステップＳ３２１の判定条件が成立するときには、吸気圧ＰＭのリニア化処理が許可されているとしてステップＳ３２２に移行し、加速点からの経過時間を示す加速後経過カウンタｔが「＋１」インクリメントされる。次にステップＳ３２３に移行して、吸気圧ＰＭが加速後収束すると予測される飽和吸気圧ＰＭＭＡＸの中間点に加速指示前の吸気圧ＰＭＩＮＴ（このときの吸気圧ＰＭＩＮＴはオフセット値）が加算された吸気圧値がレジスタＡに格納される。ここで、飽和吸気圧ＰＭＭＡＸの中間点は、実際にスロットルバルブ３がリニアに変化したとき、吸気圧ＰＭの立上がり曲線は正規のサインカーブに近似して遷移することから、吸気圧ＰＭの立上がり曲線の中間点はリニア化された吸気圧ＰＭと唯一一致するポイントであり、その点と加速点とを結ぶことでリニア化吸気圧ＰＭＲＮＡの立上がり速度を求めることができる（図１１参照）。
【００３５】
次にステップＳ３２４に移行して、推定吸気圧ＰＭＳＹＭがレジスタＡに格納されている吸気圧以上であるかが判定される。ステップＳ３２４の判定条件が成立せず、推定吸気圧ＰＭＳＹＭが中間点に達していないときには、ステップＳ３２５に移行し、吸気圧立上がりリニア化のためのリニア化係数ｆＲＮＡが「１」とされ、ステップＳ３２６に移行し、吸気圧ＰＭのリニア化タイマＣＲＮＡが初期化として「０」リセットされ、本サブルーチンを終了する。
【００３６】
一方、ステップＳ３２４の判定条件が成立し、推定吸気圧ＰＭＳＹＭが中間点に達しているときにはステップＳ３２７に移行し、中間点の吸気圧ＰＭ偏差ＰＭＭＡＸ／２が加速後経過カウンタｔで除算されリニア化係数ｆＲＮＡが算出される。次にステップＳ３２８に移行して、加速後経過カウンタｔが「−１」デクリメントされ（ＰＭＳＹＭ≧Ａとなったのちｔ値をホールド）、本サブルーチンを終了する。
【００３７】
次に、図６に戻ってステップＳ３０５で、リニア化吸気圧ＰＭＲＮＡ算出処理が実行される。このリニア化吸気圧ＰＭＲＮＡ算出のサブルーチンを示す図９に基づき、図１１を参照して説明する。
【００３８】
図９において、ステップＳ３３１で、飽和吸気圧ＰＭＭＡＸに加速指示前吸気圧ＰＭＩＮＴが加算され、加速後収束すると予測される推定吸気圧ＰＭＳＹＭ（図１１参照）がレジスタＡに格納される。次にステップＳ３３２に移行して、リニア化タイマＣＲＮＡにリニア化係数ｆＲＮＡが乗算され、それに加速前指示前吸気圧ＰＭＩＮＴが加算されてオフセットされリニア化吸気圧ＰＭＲＮＡが算出される。次にステップＳ３３３に移行して、リニア化タイマＣＲＮＡが「＋１」インクリメントされる。このリニア化タイマＣＲＮＡはリニア化係数ｆＲＮＡが算出されるとき（推定吸気圧ＰＭＳＹＭの中間点）からカウントアップされる（図１２のタイムチャート参照）。
【００３９】
次にステップＳ３３４に移行して、リニア化吸気圧ＰＭＲＮＡがステップＳ３３１で算出されレジスタＡに格納されている加速後収束すると予測される推定吸気圧ＰＭＳＹＭ未満であるかが判定される。ステップＳ３３４の判定条件が成立し、リニア化吸気圧ＰＭＲＮＡが推定吸気圧ＰＭＳＹＭに到達していないときには、このまま本サブルーチンを終了する。一方、ステップＳ３３４の判定条件が成立せず、リニア化吸気圧ＰＭＲＮＡが推定吸気圧ＰＭＳＹＭに到達しているときにはステップＳ３３５に移行し、吸気圧リニア化処理許可フラグＸＡＣＣが「０」クリアされたのち、ステップＳ３３６でリニア化タイマＣＲＮＡが「０」リセットされ、本サブルーチンを終了する。こののち、図６に戻り本サブルーチンを終了する。
【００４０】
次に、図３に戻ってステップＳ４００で、スロットルバルブ目標開度演算処理が実行される。このスロットルバルブ目標開度ＴＡＥＸ演算のサブルーチンを示す図１０に基づき説明する。なお、このスロットルバルブ目標開度ＴＡＥＸ演算のサブルーチンは８ｍｓ毎にＣＰＵ２１にて実行される。
【００４１】
図１０において、ステップＳ４０１で、吸気圧リニア化処理許可フラグＸＡＣＣが「１」でセットされているかが判定される。ステップＳ４０１の判定条件が成立せず、吸気圧リニア化処理が許可されていないときには、ステップＳ４０２に移行し、通常のアクセル開度ＡＰに基づき変換テーブルを用いてスロットル開度ＴＡＯが算出される。次にステップＳ４０３に移行して、スロットル開度ＴＡＯがスロットルバルブ目標開度ＴＡＥＸに格納され、本サブルーチンを終了する。
【００４２】
一方、ステップＳ４０１の判定条件が成立し、吸気圧リニア化処理が許可されているときには、ステップＳ４０４に移行し、上述のベースルーチンのステップＳ３００で処理されたリニア化吸気圧ＰＭＲＮＡを読込んで推定吸気圧ＰＭＳＹＭを算出した気体の状態方程式を用い逆の要領で算出してリニア化吸気圧ＰＭＲＮＡとなるように、即ち、リニア化吸気圧ＰＭＲＮＡ→サージタンク通過空気量Ｇｉｎ→スロットルバルブ通過空気量Ｇｉｎα→流通断面積Ｓ→スロットルバルブ目標開度ＴＡＥＸの手順によってスロットルバルブ目標開度ＴＡＥＸが算出され、本サブルーチンを終了する。なお、出力回路２６にてスロットルバルブ目標開度ＴＡＥＸとなるようにスロットル開度センサ５からのスロットル開度ＴＡ信号に基づきフィードバック制御しながらスロットルバルブ３のＤＣモータ４が駆動される。
【００４３】
次に、図３に戻ってステップＳ５００で、燃料系演算処理が実行される。まず、Ａ／Ｆ（空燃比）制御において必要となる燃料噴射時間ＴＡＵ演算のサブルーチンを示す図１３に基づき、図１４、図１５及び図１６を参照して説明する。
【００４４】
Ａ／Ｆ制御では、機関回転速度ＮＥと吸気圧ＰＭとに基づき基本的な燃料噴射時間ＴＡＵを算出し、燃焼状況に影響を及ぼす水温や気温等に基づく補正と、燃焼後の排気通路１３内における酸素濃度に基づくフィードバック制御が実行される。なお、フィードバック制御は内燃機関１の固体差や経時変化等によるばらつきを補正するために実行される。本実施例においては、まず、排気通路１３内における酸素濃度センサ１４によるフィードバック制御が可能な状態にあるかが判定される。即ち、酸素濃度センサ１４は一定の温度以上で活性化されるため、内燃機関１の始動直後では酸素濃度センサ１４の酸素濃度Ｏｘ信号検出結果をＡ／Ｆ制御に利用することができないからである。この酸素濃度センサ１４が活性化しているかを表すために活性化フラグＸＡＣＴが用いられ、この活性化フラグＸＡＣＴが初期化によって「０」、活性化された時点で「１」とされる。
【００４５】
図１３において、まず、ステップＳ５０１で、排気通路１３内に配設された酸素濃度センサ１４の活性化フラグＸＡＣＴが「０」であるかが判定される。未だ酸素濃度センサ１４が活性化されていないときはステップＳ５０１の判定条件が成立し、ステップＳ５０２に移行し、酸素濃度センサ１４からの酸素濃度Ｏｘ信号が０．５Ｖ以上であるかが判定される。ここで、酸素濃度センサ１４からは酸素濃度Ｏｘ信号として、活性化されるまでは概ね０Ｖが出力されており、図１４に示すように、活性化後で空気過剰率λが所定の基準値未満であると判定（リッチ判定〔λ＝１未満〕）されると概ね１．０Ｖが出力され、所定の基準値以上であると判定（リーン判定〔λ＝１以上〕）されると概ね０Ｖが出力される。なお、λ＝１とは理論空燃比のことである。したがって、低温始動状態のときには空燃比がリッチ側に制御されるため、酸素濃度センサ１４の活性化判定は、酸素濃度Ｏｘ信号が活性化判定値である０．５Ｖ以上であるか否かにより行うことができる。
【００４６】
ステップＳ５０２の判定条件が成立するときには、ステップＳ５０３に移行し、酸素濃度Ｏｘ信号が０．５Ｖ以上となっていても未だ安定しているとは限らないため、安定化時間を計測する活性化カウンタＣＡＣＴが「＋１」インクリメントされる。次にステップＳ５０４に移行して、活性化カウンタＣＡＣＴが安定化時間に対応した設定値ＫＡＣＴ以上であるかかが判定される。ステップＳ５０４の判定条件が成立するときには、酸素濃度センサ１４が活性化されたものとして、ステップＳ５０５に移行し、活性化フラグＸＡＣＴが「１」とされる。ステップＳ５０１において酸素濃度センサ１４が既に活性化されており、活性化フラグＸＡＣＴが１であるときには、ステップＳ５０２〜ステップＳ５０５がスキップされる。
【００４７】
次に、ステップＳ５０６では、酸素濃度センサ１４が活性化されていてもそれだけではフィードバック制御可能ではない。他のフィードバック制御の実行条件として、本実施例では内燃機関１に配設された水温センサ１５により検出された冷却水温ＴＨＷが２０℃以上となっているかが判定される。ステップＳ５０６の判定条件が成立するときには、ステップＳ５０７に移行し、フィードバック許可フラグＸＦＢが「１」とされる。一方、ステップＳ５０２の判定条件が成立しない、またはステップＳ５０４の判定条件が成立しない場合は、確認の意味でステップＳ５０８で活性化フラグＸＡＣＴが「０」とされる。このステップＳ５０８の後、またはステップＳ５０６の判定条件が成立しないときには、ステップＳ５０９に移行し、フィードバック許可フラグＸＦＢが「０」とされる。
【００４８】
ステップＳ５０７またはステップＳ５０９でフィードバック許可フラグＸＦＢ設定ののち、ステップＳ５１０で機関回転速度ＮＥ、ステップＳ５１１でリニア化吸気圧ＰＭＲＮＡが読込まれる。次にステップＳ５１２に移行して、図１５に示すマップにより、機関回転速度ＮＥとリニア化吸気圧ＰＭＲＮＡとをパラメータとして予め実験にてλ＝１となるように求められている基本燃料噴射時間ＴＰが算出される。次にステップＳ５１３に移行して、冷却水温ＴＨＷに基づき冷却水温補正係数ＦＴＨＷ、吸気温ＴＨＡに基づき吸気温補正係数ＦＴＨＡ等が算出される。次にステップＳ５１４に移行して、基本燃料噴射時間ＴＰに冷却水温補正係数ＦＴＨＷや吸気温補正係数ＦＴＨＡ等が乗算され燃料噴射時間ＴＡＵとされる。なお、これらの補正係数は実験にて得られた最適値を用いているが、マップや所定の算出式を用いて求めてもよい。次にステップＳ５１５に移行して、フィードバック許可フラグＸＦＢが「１」であるかが判定される。フィードバック制御の実行条件が成立しているときにはステップＳ５１５の判定条件が成立し、ステップＳ５１６に移行する。ステップＳ５１６では、ステップＳ５１４で算出された燃料噴射時間ＴＡＵにフィードバック補正値（空燃比補正係数）ＦＡＦが乗算され最終的な燃料噴射時間ＴＡＵとされ、本サブルーチンを終了する。一方、ステップＳ５１５の判定条件が成立しないときには、ステップＳ５１４で算出された燃料噴射時間ＴＡＵを最終的な燃料噴射時間ＴＡＵとして本サブルーチンを終了する。
【００４９】
ここで、図１６を参照して、上述のフィードバック補正値ＦＡＦの算出手順を説明する。基本的には、排気通路１３内の酸素濃度Ｏｘ信号を参照しながら例えば、空燃比がリーンのときには燃料噴射時間ＴＡＵを増加させていき、リーン側からリッチ側に反転したら燃料噴射量を減少させ始め、再びリッチ側からリーン側に反転したら燃料噴射量を増加させ始めるという制御が繰返される。
【００５０】
具体的には、値として１．０を基点としたフィードバック補正値ＦＡＦを作るため、まず、酸素濃度センサ１４からの酸素濃度Ｏｘ信号が０．５Ｖ以上のリッチ側であるかに基づきフラグＸＯｘを作り、このフラグＸＯｘの反転ポイントより立上がり側ではディレイ値ＴＤＬ１、立下がり側ではディレイ値ＴＤＬ２を与えてフラグＸＯｘＭが操作される。このフラグＸＯｘＭに基づきリーン側ではフィードバック補正値ＦＡＦを大きくするため所定の積分値ＩＮＴ１が加算され、リッチ側ではフィードバック補正値ＦＡＦを小さくするため所定の積分値ＩＮＴ２が加算される。なお、レスポンスを向上させると共に空燃比の振動を防止するため、フラグＸＯｘＭが立上がり側へ反転するときにはフィードバック補正値ＦＡＦにスキップ値ＳＫＰ１が加算され小さくなる側へスキップさせ、逆にフラグＸＯｘＭが立下がり側へ反転するときにはスキップ値ＳＫＰ２が加算され大きくなる側へスキップさせる。
【００５１】
これらのディレイ値ＴＤＬ１，ＴＤＬ２、積分値ＩＮＴ１，ＩＮＴ２及びスキップ値ＳＫＰ１，ＳＫＰ２は、上述した内燃機関１の固体差や経時変化等によるばらつき要因を解消できるようにそれぞれ実験によって容易に求められる適合値である。一方、フィードバック制御を許可されていないときには、図１３で述べたように、ステップＳ５１４で算出された燃料噴射時間ＴＡＵをそのまま最終的な燃料噴射時間ＴＡＵとして用いる。このように、フィードバック補正値ＦＡＦが積算されない燃料噴射時間ＴＡＵを用いるということは、オープンループ制御を実行することを意味している。
【００５２】
次に、インジェクタ１７の駆動制御について図１７に基づき、図１８のマップ、図１９及び図２０のタイミングチャートを参照して説明する。
【００５３】
インジェクタ１７に対して噴射開始タイミングと噴射終了タイミングとが設定され、その期間中にインジェクタ１７に燃料噴射が指示される。燃料噴射は内燃機関１の燃焼サイクルに対応して噴射終了タイミングを先に決定する必要があり、噴射開始タイミングはこの噴射終了タイミングから遡って設定される。
【００５４】
図１７において、ステップＳ６０１で機関回転速度ＮＥ、ステップＳ６０２でリニア化吸気圧ＰＭＲＮＡが読込まれたのち、ステップＳ６０３に移行し、インジェクタ１７の閉弁時間ＰＩＮＪＣＬが図１８に示すマップに基づき算出される。次にステップＳ６０４に移行して、閉弁時間ＰＩＮＪＣＬに燃料噴射時間ＴＡＵ分が加算され開弁時間ＰＩＮＪＯＰとされる。図１９にタイミングチャートを示すように、各気筒毎の基準信号Ｔ１８０の信号間隔である１８０°ＣＡ（クランク角）を時間で表したＴ１８０を用いて、Ｔ１８０間から開弁時間ＰＩＮＪＯＰを減算した時間が開弁タイミングＴＯＰとされる。
【００５５】
次にステップＳ６０５に移行して、何れかの気筒におけるインジェクタ１７の基本タイミングかが判定される。ステップＳ６０５の判定条件が成立しないときには、本サブルーチンを終了する。一方、何れかの気筒の基本タイミングであるときにはステップＳ６０５の判定条件が成立し、図２０に各気筒毎の基準信号とそれに対応したインジェクタ１７の駆動シーケンシャルを示すように、その気筒に対応したインジェクタ１７が選択されたのち、ステップＳ６０６に移行し、基準信号Ｔ１８０から開弁時間ＰＩＮＪＯＰが減算され開弁タイミングＴＯＰが算出される。次に、ステップＳ６０７でインジェクタ１７を開駆動するための開弁タイマ、ステップＳ６０８でインジェクタ１７を閉駆動するための閉弁タイマがそれぞれセットされ、本サブルーチンを終了する。このようにして、時間割込みによって開弁タイミングＴＯＰから燃料噴射時間ＴＡＵに対応する燃料分がインジェクタ１７から内燃機関１の吸気通路２内に噴射される。
【００５６】
上述したような制御が実行され、加速開始から加速終了の間にサインカーブを描いて立上がる吸気圧の変化をリニア化した変化に加工し、それを目標の吸気圧としてスロットルバルブ３が駆動制御される（図１１参照）。よって、予測では図１１中に示す中間点における吸気圧の最大変化速度が軽減され、この最大変化速度に比例して過渡時等のＡ／Ｆずれが生じることから、Ａ／ＦずれとしてのΔＡ／Ｆが抑制され、エミッションが改善される。
【００５７】
図２１は吸気圧変化量ΔＰＭに対するλ＝１（基準）からのＡ／ＦずれであるΔＡ／Ｆを示す特性図である。図１１の加速開始から加速終了の間の吸気圧変化量ΔＰＭは、図２１に示すように、本来の使用域では０〜５０〔ｍｍＨｇ／８ｍｓ〕間に分布する。よって、最大Ａ／ＦずれΔＡ／Ｆは約２．５発生するのに対し、吸気圧ＰＭのリニア化補正により吸気圧変化量ΔＰＭは、約２５〔ｍｍＨｇ／８ｍｓ〕まで抑制され、最大Ａ／ＦずれΔＡ／Ｆも約２．０に抑制され、その低減率２０％がエミッションに反映されることとなる。
【００５８】
上述したように、吸気圧ＰＭの立上がりがリニア化され、内燃機関１のシリンダ内に充填される吸気圧ＰＭが予測し易くなり、燃料噴射時間ＴＡＵの演算が容易となるため、Ａ／Ｆのずれを小さくできる。また、吸気圧変化量ΔＰＭが平均化されるため、最大の吸気圧変化量ΔＰＭが低減され、Ａ／Ｆ変動を抑制することができる。
【００５９】
このような制御によって、燃料系演算における吸気圧ＰＭとシリンダ内へ充填される吸気圧ＰＭとの吸気圧ずれΔＰＭを目標吸気圧ＰＭとして解消でき、吸気圧ずれΔＰＭによる計測誤差をなくすことでλ＝１からのＡ／ＦずれであるΔＡ／Ｆを抑制できるためエミッションが低減できる。
【００６０】
このように、本実施例の内燃機関のスロットル制御装置によれば、図３のステップＳ２００の吸気圧推定処理においては、推定吸気圧ＰＭＳＹＭがアクセル開度ＡＰに応じ推定される。ステップＳ３００の吸気圧リニア化処理においては、推定吸気圧ＰＭＳＹＭに基づいて吸気圧がリニアに変化するよう補正されたリニア化吸気圧ＰＭＲＮＡが算出される。具体的には推定吸気圧ＰＭＳＹＭの変化開始点（加速開始点）と変化収束点とを結ぶ直線となるよう推定吸気圧ＰＭＳＹＭを補正し、リニア化吸気圧ＰＭＲＮＡとしている。続くステップＳ４００のスロットルバルブ目標開度演算処理においては、スロットルバルブ目標開度ＴＡＥＸがリニア化吸気圧ＰＭＲＮＡに基づいて算出される。つまり、実際の吸気圧がリニア化吸気圧ＰＭＲＮＡとなる目標スロットル開度がスロットルバルブ目標開度ＴＡＥＸとして算出される。また、ステップＳ５００の燃料系演算処理においては、燃料噴射時間ＴＡＵがリニア化吸気圧ＰＭＲＮＡに基づいて算出される。
【００６１】
よって、燃料系演算処理においては、図１１に示すように、リニア化（補正された吸気圧）に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵを算出すればよいため、リニア化つまり、補正前の吸気圧のような急峻な吸気圧の変化がなく、空燃比のずれを小さくすることができる。
【００６２】
次に、上述した図２のＥＣＵ２０におけるスロットル制御の変形例について、図２２のタイムチャートに基づき説明する。
【００６３】
上述の実施例と同様に、吸気圧ＰＭを推定した推定吸気圧ＰＭＳＹＭが算出される。次に、次式（４）により、吸気圧ディレイ補正時間ＴＤＬＹが算出される。
【００６４】
［数４］
ＴＤＬＹ〔ｍｓ〕＝ＴＡＵ＋（インジェクタ閉弁からＩＮバルブ閉弁までの所要時間）＋（無効噴射時間）＋（閉弁遅れ時間）＋（噴霧飛行時間）・・・（４）
次に、推定吸気圧ＰＭＳＹＭに吸気圧ディレイ補正時間ＴＤＬＹ分だけ遅らせたディレイ吸気圧ＰＭＳＹＭ２が算出される。そして、上述の実施例と同様に、スロットルバルブ目標開度ＴＡＥＸが算出され、スロットルバルブ３を駆動するＤＣモータ４に対する出力処理が実行される。上述の実施例における燃料系演算では、リニア化された吸気圧ＰＭ値に基づき基本燃料噴射時間を算出していたが、ここでは、補正する前の推定吸気圧ＰＭＳＹＭに基づいて実行される（図２２参照）。よって、本実施例においては、図３のステップＳ４００のスロットルバルブ目標開度演算処理よりも、ステップＳ５００の燃料系演算処理のほうが先に実行される。また、燃料系演算処理が実行された後、ステップＳ３００の吸気圧リニア化処理に相当する吸気圧ディレイ処理実行されることになる。以下、上述の実施例と同様である。
【００６５】
このように、本実施例の内燃機関のスロットル制御装置によれば、図３のステップＳ３００にて実行される吸気圧リニア化処理の代わりに吸気圧推定処理により推定された吸気圧を吸気圧ディレイ補正時間ＴＤＬＹ分遅延させる補正が実行される。ここで、吸気圧ディレイ補正時間は実際の吸気圧変化に対する燃料系の遅れ時間である。燃料系演算処理においては、燃料噴射量が吸気圧推定処理により推定された吸気圧に基づいて算出される。また、スロットルバルブ目標開度演算処理はディレイ補正された推定吸気圧ＰＭＳＹＭに基づいてスロットルバルブ目標開度ＴＡＥＸが算出される。よって、実際は吸気圧の変化に所定時間遅れてから燃料が噴射されるが、スロットルバルブ目標開度に燃料噴射遅れに相当する所定時間のディレイを与えるため空燃比の乱れを改善することができる。
【００６６】
なお、本実施例では、負荷として吸気圧を推定・補正するようにしているが、必ずしもこれに限られることはなく、例えば、吸入空気量を推定し、その推定吸入空気量を補正した補正推定吸入空気量に基づいてスロットルバルブ目標開度を算出するようにしてもよい。
【００６７】
ところで、上記実施例では、スロットルバルブ３を開閉するためのアクチュエータとしてＤＣモータ４を用いているが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、ステップモータ等を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置におけるＥＣＵ内の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおけるベースルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は図３における吸気圧推定の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は図４のサージタンク通過空気量算出の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は図３における吸気圧リニア化の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は図６の飽和吸気圧算出の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】図８は図６のリニア化係数算出の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】図９は図６のリニア化吸気圧算出の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は図３におけるスロットルバルブ目標開度演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置におけるアクセル開度と吸気圧との関係を示す特性図である。
【図１２】図１２は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置における各信号の遷移状態を示すタイムチャートである。
【図１３】図１３は図３における燃料系演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置で用いられている酸素濃度センサの出力状態を説明する特性図である。
【図１５】図１５は図１３における基本燃料噴射時間を算出するマップである。
【図１６】図１６は図１３のフィードバック補正値の算出手順を示すタイムチャートである。
【図１７】図１７は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置で用いられているインジェクタの駆動制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は図１７におけるインジェクタの閉弁時間を算出するマップである。
【図１９】図１９は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置における各気筒毎の基準信号に対するインジェクタ駆動信号を示すタイミングチャートである。
【図２０】図２０は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置における各気筒毎の基準信号に対するインジェクタの駆動制御を示すタイミングチャートである。
【図２１】図２１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置における吸気量変化量に対する空燃比ずれを示す特性図である。
【図２２】図２２は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のスロットル制御装置で使用されているＥＣＵにおけるスロットル制御の変形例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
１  内燃機関
２  吸気通路
３  スロットルバルブ
４  ＤＣモータ
５  スロットル開度センサ
８  アクセルペダル
９  アクセル開度センサ
１１  回転角センサ
１２  吸気圧センサ
１３  排気通路
１４  酸素濃度センサ
１７  インジェクタ
２０  ＥＣＵ（電子制御装置）
【図１】
2006258103.tif 000005
【図２】
2006258103.tif 000006
【図３】
2006258103.tif 000007
【図４】
2006258103.tif 000008
【図５】
2006258103.tif 000009
【図６】
2006258103.tif 000010
【図７】
2006258103.tif 000011
【図８】
2006258103.tif 000012
【図９】
2006258103.tif 000013
【図１０】
2006258103.tif 000014
【図１１】
2006258103.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
2006258103.tif 000017
【図１４】
2006258103.tif 000018
【図１５】
2006258103.tif 000019
【図１６】
2006258103.tif 000020
【図１７】
2006258103.tif 000021
【図１８】
2006258103.tif 000022
【図１９】
2006258103.tif 000023
【図２０】
2006258103.tif 000024
【図２１】
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【図２２】
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