(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気に連通する側及び内燃機関に連通する側の各々に配置された絞り弁によって区画される空間を有する吸気管と、前記空間に導入される燃料ガスと空気の混合気の混合比を調整するエアブリードバルブと、を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記制御装置は、前記燃料ガスと前記空気との混合比を求める手段と、前記空間の圧力を算出することにより前記内燃機関に対する前記燃料ガスを導入するための主因を推定する手段と、前記混合比及び前記推定された主因に基づいて空燃比を計算し、該空燃比が所望の空燃比となるべく、前記混合比を補正する手段と、該混合比を補正する手段の補正信号に基づいて前記エアブリードバルブの開度を制御する手段と、を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃料ガスを導入するための主因を推定する手段は、前記混合気が導入される前記空間に流入する流体の流量及び前記混合気が導入される前記空間から流出する流体の流量に基づく前記空間内の圧力勾配から、前記主因を推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記混合気が導入される空間に流入する流体の流量は、前記大気に連通する側の絞り弁の流量と、前記混合気の流量とからなることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記混合気が導入される前記空間から流出する流体の流量は、前記内燃機関に連通する側の絞り弁の流量と、該絞り弁をバイパスした通路の流量とからなることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記混合気が導入される前記空間は、ベンチュリ室であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関は、前記燃料ガスを内燃機関に供給する手段を有し、前記燃料ガスと空気との混合比を求める手段は、前記内燃機関に前記燃料ガスを供給する手段を調整するべく、前記燃料ガスと前記空気との供給比を決定する手段を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関に前記燃料ガスを供給する手段は、レギュレータであることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、気体燃料を用いる燃料制御システムの空燃比及びアイドル回転数を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、液化石油ガス（ＬＰＧ）等は、オクタン価が高く、排気もきれいであることから、自動車用の気体燃料として用いられており、気体燃料を用いる内燃機関の制御装置においても、ガソリン等の液体燃料を用いる場合と同様に、吸気管のスロットルバルブの開度調整によって燃料と空気との混合気流量が調整されるとともに、排気管の空燃比センサの出力信号に基づくエアブリードバルブの開度調整によって燃料流量が調整され、燃料量のフィードバック制御が行われている。
【０００３】
ここで、大気圧、気温及び湿度等の条件変化によっては、実際の空燃比が理論空燃比から外れて前記エアブリードバルブによる制御範囲を越えてしまい、空燃比制御を行えなくなるという状況を打開するべく、空燃比を自動的に調整することができる燃料ガスを用いた内燃機関の制御装置の技術が提案されている（例えば、特開平９−２１３５５号公報参照）。
【０００４】
該提案の技術は、燃料ガスを供給圧に減圧するレギュレータと、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、エンジンのアイドル状態を検出するアイドル状態検出手段と、アイドル状態が検出され且つ酸素濃度センサの出力値が所定の範囲から外れた場合に前記供給圧を調整する供給圧調整手段とを設ける気体燃料を用いた内燃機関の制御装置に関するものである。
また、前記気体燃料を用いた内燃機関の制御装置の他の一例としては、例えば、特開平８−３０３２７３号公報、特開平７−１０９９４４号公報、並びに特開平７−１８９８１１号公報の技術が各種提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の技術のうち、特に、前記特開平９−２１３５５号公報所載の内燃機関の制御装置の技術は、アイドル時の空燃比がずれた場合は、酸素濃度センサによりそれを検出し、リッチ／リーンの何れかの空燃比を燃料ガス供給圧により補正するものであり、アイドル時の空燃比が経時劣化等によって徐々にずれてきたときは、空燃比補正の中心値を保たせている。
【０００６】
しかし、燃料ガスの供給量は、前記混合気が導入される空間である、燃料ガスが供給される供給口の圧力変化に大きく影響されるものである。つまり、例えば、目標アイドル回転数が大きく変化してＩＳＣバルブの流量が増えた場合には、前記供給口の圧力も変化して空燃比に影響を与え、エンジン回転変動等に表れることとなり、これは、最悪の場合には燃料ガスの過リッチによってエンジン回転数が上昇せず、ＩＳＣ補正量の発散を招きかねないという問題がある。
【０００７】
すなわち、本発明者は、気体燃料を用いる内燃機関の制御装置において、燃料量のフィードバック制御を行うには、燃料ガスを適切に導入させるべく、その導入主因を推定し、例えば、燃料ガスと空気との混合気が導入される空間の圧力を算出し、この推定値に基づいて行うことにより、頑丈なシステムを構築できるとの新たな知見を得たものであるが、前記従来の技術は、この点についていずれも格別な配慮がなされていない。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、気体燃料を用いる内燃機関の制御装置において、システム構築に対するコスト削減及び制御ロバスト性の向上を図ることができる空燃比の制御方法を備えた内燃機関の制御装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明に係る内燃機関の制御装置は、大気に連通する側及び内燃機関に連通する側の各々に配置された絞り弁によって区画される空間を有する吸気管と、前記空間に導入される燃料ガスと空気の混合気の混合比を調整するエアブリードバルブと、を備えた内燃機関の制御装置であって、前記制御装置は、前記燃料ガスと前記空気との混合比を求める手段と、前記空間の圧力を算出することにより前記内燃機関に対する前記燃料ガスを導入するための主因を推定する手段と、前記混合比及び前記推定された主因に基づいて空燃比を計算し、該空燃比が所望の空燃比となるべく、前記混合比を補正する手段と、該混合比を補正する手段の補正信号に基づいて前記エアブリードバルブの開度を制御する手段と、を有することを特徴としている。
【００１０】
前記の如く構成された本発明の内燃機関の制御装置は、燃料ガス導入の主因、特に、燃料ガスと空気との混合気が導入される空間の圧力を推定し、混合比と前記主因とに基づいて前記混合比を制御しているので、従来よりも少ない補機類でシステムを成立させることができ、システム構築に関するコストの低減を図ることができる。しかも、例えば、目標アイドル回転数が大きく変化してＩＳＣバルブの流量が増えた場合にも制御性を失うことがなく、ロバスト性の向上を図ることができる。
【００１１】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置の具体的態様は、前記混合気が導入される空間は、大気に連通する側及び前記内燃機関に連通する側の各々に配置された絞り弁によって区画される空間であること、若しくは前記燃料ガスを導入するための主因を推定する手段は、前記混合気が導入される空間に流入する流体の流量及び前記混合気が導入される空間から流出する流体の流量に基づく前記混合気が導入される空間の圧力勾配から、前記主因を推定していること、又は前記混合気が導入される空間に流入する流体の流量は、前記大気に連通する側の絞り弁の流量と、前記混合気の流量とからなること、若しくは前記内燃機関に連通する側の絞り弁の流量と、該絞り弁をバイパスした通路の流量とからなることを特徴としている。
【００１２】
さらに、本発明に係る内燃機関の制御装置の他の具体的態様は、前記混合気が導入される空間は、ベンチュリ室であること、若しくは前記内燃機関は、前記燃料ガスを内燃機関に供給する手段を有し、前記燃料ガスと空気との混合比を求める手段は、前記燃料ガスを内燃機関に供給する手段を調節するべく、前記燃料ガスと前記空気との供給比を決定する手段を有すること、又は前記燃料ガスを内燃機関に供給する手段は、レギュレータであることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態の制御装置を備えた内燃機関全体のシステム構成を示しており、ベンチュリ式燃料供給装置の空燃比補正方法を備えた燃料制御装置が制御するエンジン回りの一例を示している。
エンジン２０１は、吸気管２０４に吸入される空気量を調整するスロットルバルブ２０２を有し、これがエンジン２０１に連通する側の絞り弁として配置されている。
【００１５】
そして、エンジン２０１は、前記スロットルバルブ２０２の上流側において、スロットルバルブ２０２と機械的なリンク機構よって開度が調整されるチョークバルブ２０３を有し、これが大気に連通する側の絞り弁として配置されているとともに、内燃機関に燃料ガスを供給する手段の一態様であり、エンジン２０１に供給される燃料ガスの圧力を調整するレギュレータ２０７と、レギュレータ２０７の下流に設置され、大気開放された通路の流路面積を制御するエアブリードバルブ２０８とを各々の適宜位置に有しており、チョークバルブ２０３とスロットルバルブ２０２とによって区画されるベンチュリ室２００が、燃料ガスと空気との混合気が導入される空間とされ、このベンチュリ室２００内にエアブリードバルブ２０８からの混合気が導入される。
【００１６】
また、エンジン２０１は、スロットルバルブ２０２をバイパスして、吸気管２０４へ接続された流路の流路面積を制御し、エンジン２０１のアイドル時の回転数を制御するアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）２０５を有するとともに、吸気管２０４内の圧力を検出する吸気管圧力センサ２０６、エンジン２０１の所定のクランク角度位置を検出するクランク角度センサ２０９、エンジン２０１内に供給された混合気に対して点火エネルギを供給する点火モジュール２１０、エンジン２０１の冷却水温を検出する水温センサ２１１、排気管に設定され排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２１２、エンジン２０１の運転・停止のメインスイッチであるイグニッションＳＷ２１３が各々の適宜位置に配置されている。
【００１７】
そして、前記エンジン２０１は、制御装置２１５を備えており、該制御装置２１５は、前記各種センサからの信号を受けて演算を行い、各出力制御部に制御信号を出力する。
なお、酸素濃度センサ２１２は、本実施形態では、排気空燃比に対して比例的な信号を出力するものを示しているが、排気ガスが理論空燃比に対してリッチ側／リーン側の２つの信号を出力するものでも差し支えなく、また、本実施形態では、吸気管圧力を検出して燃料制御を成立させているが、エンジン２０１の吸入空気量を検出しても空燃比制御は成立するものである。
【００１８】
図２は、前記ベンチュリ室２００の構成図である。
上述のように、ベンチュリ室２００は、燃料ガスと空気との混合気が導入される空間であり、吸気管２０４においてチョークバルブ２０３とスロットルバルブ２０２とによって区画されている。
図示のように、チョークバルブ２０３とスロットルバルブ２０２は機械的リンク４０３により連動している。前記機械的リンクの特性は、各バルブの流量特性、ベンチュリ負圧特性により設定される。
【００１９】
また、ベンチュリ室２００には、チョークバルブ２０３の下流側において、燃料ガスと空気との混合比に応じた混合気を内燃機関に供給する手段の一態様であるエアブリードバルブ２０８を備えた通路の開口部が設けられ、さらに、スロットルバルブ２０２をバイパスするＩＳＣバルブ２０５によって流路面積が制御される通路が設けられている。
【００２０】
そして、本実施形態の制御装置２１５は、燃料量のフィードバック制御を行うにあたり、後述する燃料ガスを導入するための主因を推定する手段１０８が、燃料ガスが導入されるための主因として、ベンチュリ室２００の圧力を算出し、推定された圧力値に応じて混合比の調整が行われている。
【００２１】
具体的には、ベンチュリ室２００に流入する流体の流量は、エアブリードバルブ２０８の流量（燃料混合ガス流量）Ｑａと、チョークバルブ２０３の流量（ベンチュリ通過空気流量）Ｑｂとからなり、一方、ベンチュリ室２００から流出する流体の流量は、スロットルバルブ２０２の流量（スロットル通過流量）Ｑｔと、ＩＳＣバルブ２０５の流量（ＩＳＣ通過流量）Ｑｉとからなり、ベンチュリ通過空気流量Ｑｂ及び燃料混合ガス流量Ｑａはベンチュリ負圧Ｐｂに依存し、スロットル通過流量Ｑｔ及びＩＳＣ通過流量Ｑｉは吸気管圧力Ｐｍに依存するので、ベンチュリ室２００回りのそれぞれの状態量は、式（１）〜（６）に示す関係となる。式（１）は、ベンチュリ室２００の単位時間当たりの圧力変動ΔＰｂを、式（２）は、ベンチュリ室２００の圧力Ｐｂを、式（３）は、ベンチュリ通過空気流量Ｑｂを、式（４）は、燃料混合ガス流量Ｑａを、また、式（５）は、スロットル通過流量Ｑｔを、式（６）は、ＩＳＣ通過流量Ｑｉを求めるものである。
【００２２】
【数１】
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【００２３】
ここで、Ｐａは大気圧、Ｐｂはベンチュリ圧、Ｐｍはインマニ圧、Ａｂはチョークバルブ開度、Ａｇは燃料混合ガス供給口開口面積、Ａｔはスロットル開口面積、ＡｉはＩＳＣ開口面積、Ｒは気体定数、Ｔは吸気温度、Ｖｂはスロットル−チョーク間体積、κは比熱比である。なお、本式の大気圧Ｐａは、燃料制御装置で計算するときには１気圧として計算するが、始動前の吸気管圧力を大気圧として計算しても差し支えはない。
【００２４】
このように、本実施形態の制御装置２１５は、ベンチュリ室２００に流入する流体の流量（Ｑｂ＋Ｑａ）及びベンチュリ室２００から流出する流体の流量（Ｑｔ＋Ｑｉ）に基づくベンチュリ室２００の圧力勾配を積算して、ベンチュリ室２００内の負圧Ｐｂを推定し、これを燃料ガスが導入されるための主因として推定している。
【００２５】
図３は、本実施形態の制御装置２１５の内部構成を示したものである。
該制御装置２１５は、エンジン２０１に設置された前記各種センサからの電気的信号をデジタル演算処理用の信号に変換し、デジタル演算用の制御信号を実際のアクチュエータの駆動信号に変換するＩ／Ｏドライバ３０１、該Ｉ／Ｏドライバ３０１のデジタル演算処理用の信号からエンジン２０１の状態を判断し、該エンジンの要求する燃料量や点火時期等を予め定められた手順に基づいて計算し、その計算された値を前記Ｉ／Ｏドライバ３０１に送る演算装置３０２、該演算装置３０２の制御手順及び制御定数が格納された不揮発性のメモリ３０３、前記演算装置３０２の計算結果等が格納される揮発性のメモリ３０４から構成される。揮発性メモリ３０４には、前記イグニッションＳＷ２１３がＯＦＦで、制御装置２１５に電源が供給されない場合でも、メモリ内容を保存することを目的としたバックアップ電源が接続されることもある。
【００２６】
また、本実施形態の制御装置２１５では、水温センサ２１１、クランク角度センサ２０９、酸素濃度センサ２１２、吸気管圧力センサ２０６、イグニッションＳＷ２１３、スロットル開度センサ、チョーク開度センサからの出力信号が入力され、エアブリードバルブ開度指令値３１２〜３１５、ＩＳＣ開度指令値３１６〜３１９、点火信号３２０、及びレギュレータバルブ駆動信号３２１が出力されている例である。
【００２７】
図４は、本実施形態の制御装置２１５の制御ブロック図である。
エンジン回転数計算手段１０１は、エンジン２０１の所定のクランク角度位置に設定されたクランク角度センサ２０９の電気的な信号、おもにパルス信号の変化の単位時間当たりの入力数をカウントして演算処理することで、エンジン２０１の単位時間当りの回転数を計算する。そして、この回転数は、前記燃料ガスと前記空気との混合比を求める基本開度計算手段１０２、ＩＳＣ帰還制御手段１０３、基本点火時期計算手段１０４、排気管の実空燃比を目標空燃比に保持する空燃比帰還制御係数計算手段１０５、開度学習手段１０６、混合比を補正する開度補正値計算手段１０７に出力される。
【００２８】
基本開度計算手段１０２は、エンジン回転数、センサ２１１より検出されたエンジン水温、エンジン２０１の吸気管２０４に設置されたセンサ２０６より検出された吸気管圧力をエンジン負荷として取り込み、図示しない燃料ガスと空気との供給比を決定する手段を介して、各領域におけるエンジン２０１の最適な空燃比となるエアブリードバルブ２０８の基本開度（エアブリード基本開度）を計算し、開度補正値計算手段１０７に出力する。なお、本実施形態では、エンジン負荷を吸気管の圧力で代表させているが、エンジン２０１が吸入する空気量で代表させてもよい。
【００２９】
ＩＳＣ帰還制御手段１０３は、エンジン回転数、エンジン負荷、及びエンジン水温を取り込み、エンジン２０１のアイドリング時の目標とする回転数を定め、定められたエンジン回転数となるようにＩＳＣバルブ２０５の開度を帰還制御によって決定し、ベンチュリ負圧補正値算出手段１０８及びＩＳＣバルブ開度制御手段１１０に出力する。
【００３０】
基本点火時期計算手段１０４は、エンジン回転数、エンジン水温、及びエンジン負荷を取り込み、エンジン２０１の各領域における最適な点火時期をマップ検索等で決定し、点火手段１１１に出力する。
【００３１】
空燃比帰還制御係数計算手段１０５は、エンジン回転数、エンジン負荷、エンジン水温、及び酸素濃度センサ２１２より検出された信号を取り込み、エンジン２０１に供給される燃料と空気との混合気が後述する目標空燃比に保たれるように空燃比帰還制御係数を計算し、開度学習手段１０６に出力する。
【００３２】
開度学習手段１０６は、エンジン回転数、エンジン負荷、エンジン水温、及び空燃比帰還制御係数計算手段１０５で計算された空燃比帰還制御係数を取り込み、目標空燃比からのずれ分のエアブリードバルブ２０８の開度を、開度学習値として計算し、計算された値を学習値として格納する。そして、開度補正値計算手段１０７に出力する。
【００３３】
開度補正値計算手段１０７は、燃料ガスと空気との混合比と、後述する推定された主因による燃料混合ガス流量と、ベンチュリ室２００から流出する空気量とに基づいて空燃比を計算し該空燃比が所望の空燃比となるべく、基本開度計算手段１０２で演算されたエアブリード基本開度による混合比を補正するものであり、エンジン回転数、エンジン負荷、開度学習手段１０６の開度学習値、及びブロック１０８のベンチュリ負圧補正値により補正を施してベンチュリ負圧補正値算出手段１０８及びエアブリード開度制御手段１０９に出力する。
【００３４】
ベンチュリ負圧補正値算出手段１０８は、エンジン２０１に対する燃料ガスを導入するための主因を推定するとともに、ベンチュリ負圧補正値を算出するものであり、ＩＳＣ帰還制御手段１０３で計算されたＩＳＣバルブ開度、開度補正値計算手段１０７で計算されたエアブリードバルブ２０８の開度補正値、スロットルバルブ２０２の開度、及びこれに連動するチョークバルブ２０３の開度を取り込み、ベンチュリ室２００の負圧Ｐｂを求め、これをエンジン２０１に燃料ガスを導入するための主因として推定し、これに基づいて計算されたエアブリードバルブ２０８のベンチュリ負圧開度補正値を開度補正値計算手段１０７に出力する。
【００３５】
エアブリード開度制御手段１０９は、開度補正値計算手段１０７で補正されたエアブリードバルブ２０８の開度に基づいて実際のエアブリードバルブ２０８の開度を制御する。
ＩＳＣバルブ開度制御手段１１０は、ＩＳＣ帰還制御手段１０３にて帰還制御されたＩＳＣバルブ２０５の開度に基づいて実際のＩＳＣバルブ２０５の開度を制御する。
点火手段１１１は、基本点火時期計算手段１０４で決定された点火時期に基づいてシリンダに流入された燃料混合気を点火する点火手段である。
【００３６】
図５は、基本開度計算手段１０２によるエアブリード基本開度の計算ブロックの一例である。
ブロック５０１では、検出されたエンジン回転数とエンジン負荷により基本となるエアブリード開度をマップ検索する。また、ブロック５０２では、ブロック５０１とは別に、エンジン回転数による回転補正分の開度をテーブル検索し、ブロック５０３では、エンジン水温による水温補正分をテーブル検索し、加算器５０４にて前記２つの補正分を加算する。
【００３７】
そして、ブロック５０６のエンジン完爆及び非完爆の判定により、スイッチ５０５を切換えて、前記基本となるエアブリード開度のマップ検索分、又は前記２つの補正分の加算値の何れかをエアブリード基本開度として計算し、この燃料ガスと空気との混合比を開度補正値計算手段１０７に出力する。
【００３８】
図６は、ベンチュリ負圧補正値算出手段１０８によるベンチュリ負圧推定値及びベンチュリ負圧開度補正値を計算するブロックの一例である。
ブロック６０１では、チョークバルブ２０３の開度からチョークバルブ開口面積Ａｂをテーブル検索する。ブロック６０２では、燃料ガス供給口開口面積Ａｇを得る。ブロック６０３においては、後述するベンチュリ負圧推定値Ｐｂから、ベンチュリ室２００に流入する気体の単位開口面積当りの流量をテーブル検索する。そして、乗算器６０４、及び６０５により前記チョークバルブ開口面積Ａｂと燃料ガス供給口開口面積Ａｇに前記単位開口面積当たりの流量を乗じることにより、燃料混合ガス流量Ｑａ及びチョークバルブ通過空気流量Ｑｂを計算する。
【００３９】
ブロック６０６では、スロットルバルブ２０２の開度からスロットル通過流量Ｑｔをテーブル検索する。ブロック６０７では、ＩＳＣバルブ２０５の開度からＩＳＣ通過流量Ｑｉをテーブル検索する。ブロック６０８においては、前記得られたチョークバルブ通過空気流量Ｑｂと燃料混合ガス流量Ｑａ、及びスロットル通過流量ＱｔとＩＳＣ通過流量Ｑｉから、ベンチュリ室２００に流入する流量とベンチュリ室２００から流出する流量の差分を求め、前記差分にベンチュリ室２００の圧力勾配定数を乗じて圧力変化分ΔＰｂを計算し、圧力変化分を積算していくことでベンチュリ負圧推定値Ｐｂを求めている（式（２））。なお、ブロック６０８において求められたベンチュリ負圧推定値Ｐｂは、前述のブロック６０３におけるベンチュリ室２００に流入する気体の単位開口面積当りの流量のテーブル検索に用いられる。
【００４０】
ブロック６０９では、前記エアブリードバルブ２０８の開度から燃料ガスと空気の比であるエアブリード分流比Ｒｇをテーブル検索する。ブロック６１０では、エンジン負荷からベンチュリ負圧帰還のゲインをテーブル検索する。そして、ブロック６１１において、エンジン２０１に吸入される流量（ベンチュリ室２００から流出する流量）分のスロットル通過流量及びＩＳＣ通過流量の合計流量（Ｑｔ＋Ｑｉ）と、現在のエアブリードバルブ２０８の開度で所望の空燃比を得るために必要な流量である必要燃料混合ガス流量（空燃比定数Ｋａ／ｆ×Ｑａ×Ｒｇ）との差分を計算する。
【００４１】
そして、この差分にさらに乗算器６１２により前記ベンチュリ負圧帰還のゲインの乗算を施し、エアブリード基本開度の負圧補正分であるベンチュリ負圧開度補正値６１３として、開度補正値計算手段１０７に出力する。なお、前記負圧帰還のゲインは、適合の利便を図るため設定したものであり、本ゲインは施さなくても差し支えはない。
【００４２】
図７は、開度補正値計算手段１０７によるベンチュリ負圧開度補正を施すブロックの一例である。
ブロック１２０２では、エンジン回転数とエンジン負荷によりエアブリードバルブ２０８の開度学習値をマップ検索する。そして、加算器１２０１、１２０３、及び１２０４により、エアブリードバルブ２０８の負圧補正値、開度学習値、及び空燃比帰還補正分に基づいてエアブリード基本開度に補正を施し、ベンチュリ負圧補正値算出手段１０８及びエアブリード開度制御手段１０９に出力する。
【００４３】
なお、本実施形態では、ベンチュリ負圧推定値に用いられるエアブリード開度として、空燃比帰還補正分を施す前の値を出力するようにしている。また、図８に示すように、ベンチュリ負圧推定に用いられるエアブリード開度は、空燃比帰還補正分を施した後の値を出力しても良いものである。
【００４４】
図９は、前記制御装置２１５におけるベンチュリ負圧推定値及びベンチュリ負圧開度補正値の計算、並びに開度補正に至るまでのフローチャートの一例である。
ステップ１６０１では、エンジン回転数計算手段１０１にてクランク角度センサ２０９の信号からエンジン回転数を計算する。
ステップ１６０２では、エンジン負荷を読み込み、ステップ１６０３では、前記エンジン回転数、エンジン負荷により、基本開度計算手段１０２にてエアブリード基本開度を計算し、これを前記燃料ガスと前記空気との混合比とする。
【００４５】
ステップ１６０４では、エンジン水温を読み込み、ステップ１６０５では、基本点火時期計算手段１０４にてエンジン２０１の要求する基本点火時期を計算し、ステップ１６０６では、ＩＳＣバルブ２０５の目標回転数を設定する。
ステップ１６０７では、ＩＳＣ帰還制御手段１０３にてエンジン回転数が前記ＩＳＣの目標回転数となるようＩＳＣバルブ開度の帰還制御を行い、ステップ１６０８では、前記帰還制御後のＩＳＣバルブ２０５の開度の指令値を出力する。
【００４６】
ステップ１６０９では、酸素濃度センサ２１２の出力を読み込み、ステップ１６１０では、エンジン２０１の空燃比が目標の空燃比となるようエアブリードバルブ２０８の開度の空燃比帰還制御を行う。
ステップ１６１１では、開度学習手段１０６にて前記エアブリードバルブ開度の空燃比帰還の値から開度学習値の計算及び学習値の格納を行い、ステップ１６１２では、スロットルバルブ２０２の開度を読み込む。
【００４７】
ステップ１６１３では、ベンチュリ負圧補正値算出手段１０８にて、前記ＩＳＣバルブ２０５、エアブリードバルブ２０８、及びスロットルバルブ２０２の各開度からベンチュリ室２００の負圧推定値Ｐｂを計算し、これをエンジン２０１に対する燃料ガスを導入させるための主因を推定し、負圧推定値Ｐｂからベンチュリ負圧開度補正値を計算する。
ステップ１６１４では、開度補正値計算手段１０７にてエアブリード基本開度に前記負圧補正値の補正を施し、混合比を補正する。ステップ１６１５では、エアブリード開度制御手段１０９にて最終的なエアブリード開度指令値を出力する。
【００４８】
図１０は、前述の基本開度計算手段１０２によるエアブリード基本開度計算のフローチャートの一例である。
ステップ１７０１では、エンジン回転数を読み込み、ステップ１７０２では、エンジン負荷を読み込み、ステップ１７０３では、エンジン２０１が完爆後か否かを判断する。
【００４９】
そして、完爆後である場合、すなわちＹＥＳのときには、ステップ１７０４に進み、前記エンジン回転数とエンジン負荷により基本となるエアブリード開度をマップ検索し、ステップ１７０９にて最終的なエアブリード基本開度指令値として出力し、一連の動作を終了する。
【００５０】
一方、ステップ１７０３にて完爆否と判断されたときには、まず、ステップ１７０５に進み、エンジン回転数による回転数補正テーブルを検索し、次に、ステップ１７０６にてエンジン水温を読み込み、ステップ１７０７にて前記エンジン水温による水温補正分をテーブル検索し、そして、ステップ１７０８にて前記回転補正分と水温補正分を加算してステップ１７０９に進み、完爆前のエアブリード基本開度指令値として出力し、一連の動作を終了する。
【００５１】
図１１は、前述のベンチュリ負圧補正値算出手段１０８によるベンチュリ負圧補正値演算のまでのフローチャートの一例である。
ステップ１８０１では、ベンチュリ室２００の負圧勾配及びベンチュリ負圧Ｐｂの演算を行い、ステップ１８０２では、チョークバルブ２０３の開度を読み込み、ステップ１８０３では、前記チョークバルブ２０３の開度からチョーク弁開口面積Ａｂをテーブル検索する。
【００５２】
ステップ１８０４では、燃料混合ガス供給口の開口面積Ａｇを読み込み、ステップ１８０５では、前回に計算されたベンチュリ負圧Ｐｂを読み込み、ステップ１８０６では、前記ベンチュリ負圧Ｐｂに対するベンチュリ室２００への単位開口面積当たりの気体流量をテーブル検索する。
【００５３】
ステップ１８０７では、前記チョーク弁開口面積と前記単位開口面積当たりの気体流量からチョークバルブ２０３の流量たるベンチュリ通過空気流量Ｑｂを計算し、ステップ１８０８では、前記燃料混合ガス供給口の開口面積Ａｇと前記単位開口面積当たりの気体流量とから燃料混合ガス流量Ｑａを計算する。
【００５４】
ステップ１８０９では、スロットルバルブ２０２の開度を読み込み、ステップ１８１０では、前記スロットル開度に対するスロットル通過空気量Ｑｔをテーブル検索する。
ステップ１８１１では、前回のＩＳＣバルブ２０５の開度を読み込み、ステップ１８１２では、前記ＩＳＣバルブ２０５の開度に対するＩＳＣ通過流量Ｑｉをテーブル検索する。
【００５５】
ステップ１８１３では、エンジン負荷を読み込み、ステップ１８１４では、前記エンジン負荷に対するベンチュリ負圧帰還ゲインをテーブル検索し、ステップ１８１５では、前記エアブリードバルブ基本開度から、燃料混合ガスに対する燃料ガスの比をテーブル検索し、ステップ１８１６では、前記スロットル通過空気量、ＩＳＣ空気量、空燃比定数、燃料混合ガス流量、及び燃料ガスの比からエアブリード基本開度に対するベンチュリ負圧補正値を演算する。
ステップ１８１７では、前記ベンチュリ負圧補正値に負圧帰還ゲインを乗算し、ステップ１８１８でベンチュリ負圧補正値として出力する。
【００５６】
なお、今回計算されたスロットル通過空気量、ＩＳＣ空気量、燃料混合ガス流量、及びチョークバルブ流量は次回のブロック１８０１のベンチュリ負圧計算で用いられることとなる。また、本計算はアイドル時と限定し、スロットル通過空気量及びＩＳＣ通過流量計算の差圧は臨界圧となるため、テーブル検索としているが、実際に吸気管圧力を計測しているため、その大気圧と吸気管圧力との差圧を用いて演算しても差し支えはない。
【００５７】
図１２は、前述のベンチュリ負圧補正値算出手段１０８によるベンチュリ室２００の負圧勾配及びベンチュリ負圧Ｐｂ計算のフローチャートの一例である。
ステップ２００１では、燃料混合ガス流量Ｑａを読み込み、ステップ２００２では、ベンチュリ通過空気流量Ｑｂを読み込み、ステップ２００３では、前記燃料混合ガス流量Ｑａと前記ベンチュリ通過空気流量Ｑｂとを加算し、ベンチュリ室流入分を計算する。
【００５８】
ステップ２００４では、上記と同様にスロットル通過流量ＱｔとＩＳＣ通過流量Ｑｉとを加算し、ベンチュリ室流出分を計算する。
ステップ２００５では、前記ベンチュリ室流入分（Ｑａ＋Ｑｂ）とベンチュリ室流出分（Ｑｔ＋Ｑｉ）とからベンチュリ室流量変動を計算し、ステップ２００６では、前記ベンチュリ室流量変動分に圧力勾配を乗じることにより、ベンチュリ室２００の圧力変動分ΔＰｂを計算する。
【００５９】
そして、ステップ２００７では、前回のベンチュリ負圧推定値を読み込み、ステップ２００８では、このベンチュリ負圧推定値と前記圧力変動分とを加算し、ステップ２００９にてベンチュリ負圧推定値Ｐｂとして出力し、エンジン２０１に対する燃料ガスを導入させるための主因として推定する。
【００６０】
図１３は、前述のベンチュリ負圧補正値算出手段１０８によるベンチュリ負圧補正値の計算のフローチャートの一例である。
ステップ２１０２では、スロットル通過空気量ＱｔとＩＳＣ通過流量Ｑｉによりエンジン２０１に吸入される流量（ベンチュリ室２００から流出する流量）を計算する。
【００６１】
ステップ２１０２では、燃料混合ガス流量Ｑａ及び燃料混合ガス流量に対する燃料ガスの比Ｒｇから燃料ガス流量（Ｒｇ×Ｑａ）を計算し、ステップ２１０３では、前記燃料ガス流量と空燃比定数Ｋａ／ｆとにより、所定の空燃比を得るための必要燃料混合ガス流量を計算する。
ステップ２１０４では、前記必要燃料混合ガス流量と前記エンジン流入分の差分を計算し、ブロック２１０５では、前記差分等をベンチュリ負圧補正分として出力する。
【００６２】
以上のように、本発明の前記実施形態は、上記の構成としたことによって次の機能を奏するものである。
すなわち、前記実施形態の内燃機関の制御装置２１５は、ベンチュリ負圧補正値算出手段１０８が、燃料ガス導入の主因として、ベンチュリ室２００の圧力Ｐｂを推定してエアブリードバルブ２０８から供給される燃料混合ガス流量Ｑａの変化を検出し、この燃料混合ガス流量Ｑａ及びエアブリード分流比Ｒｇとから燃料ガス自体の燃料ガス流量（Ｒｇ×Ｑａ）を求め、該流量とベンチュリ室２００からの流出分（Ｑｔ＋Ｑｉ）とに基づいて空燃比を計算し、開度補正値計算手段１０７が、該空燃比を所望の空燃比にするべく、ベンチュリ負圧補正値算出手段１０８によるエアブリードバルブ２０８の開度補正値に基づいて、該バルブ２０８による混合比を制御しているので、従来に比して補機類の数を減らしたシステムを構築することができ、コストの低減を図ることができる。しかも、目標アイドル回転数が大きく変化し、ＩＳＣバルブの流量が増えた場合にも制御性を失うことがなくなり、ロバスト性の向上を図ることができる。
【００６３】
図１４は、従来の内燃機関の制御装置による排気空燃比とエンジン回転数の挙動について示したものであり、ベンチュリ負圧補正が施されていない場合のタイミングチャートである。
チャート１４０１は、エンジン回転数の挙動であり、チャート中の破線部からＩＳＣの目標回転数が上昇していることを示し、チャート１４０２は、ＩＳＣバルブの開度であり、前述のＩＳＣの目標回転数が上昇することによって、エンジン回転数を上昇させるべく、ＩＳＣバルブが開いていくことが分かる。また、チャート１４０３は、エアブリードバルブの開度を示している。
つまり、ベンチュリ負圧補正が施されていない場合には、前記ＩＳＣバルブの挙動に対する開度の補正は行われずに上昇したままである。
【００６４】
そして、チャート１４０４は、エンジンの排気空燃比の挙動を示しており、チャート１４０５に示すように、ベンチュリ負圧の低下に従って燃料混合ガスの供給量が増加することから、過リッチとなっているのが分かる。このような過リッチにより、エンジンの燃焼が悪化してエンジンの回転数は目標回転数に達しないことが分かる。
【００６５】
一方、図１５は、本実施形態の制御装置２１５による排気空燃比とエンジン回転数とのタイミングチャートである。
本実施形態の制御装置２１５は、上述のように、ベンチュリ負圧補正値算出手段１０８によってベンチュリ室２００の圧力が推定され、開度補正値計算手段１０７によってベンチュリ負圧補正による混合比の制御が行われているので、前述の図１４の例と異なり、チャート１５０２に示すようにＩＳＣバルブ２０５が開くことに対応してエアブリードバルブ２０８の開度が燃料混合ガスの減少側に移行していることが分かる。このことにより、チャート１５０４に示される排気空燃比は過リッチとなることはなく、また、チャート１５０１に示されるエンジン回転数も、ＩＳＣバルブ２０５の目標回転数上昇に応じて目標回転数に達することができる。
【００６６】
以上、本発明の一実施形態について詳説したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。
【００６７】
例えば、前記実施形態では、ベンチュリ負圧補正値算出手段１０８によるベンチュリ負圧推定値及びベンチュリ負圧開度補正値を計算するブロックの一例として図６を示しているが、本発明はこの形態に限られるものではなく、例えば、図１６に示すようなベンチュリ負圧推定値及びベンチュリ負圧開度補正値の計算でも良く、この場合にも前記と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
図１６は、前述の図６の例に比してブロック７１１〜７１６が異なるものであり、前述の図６の例では、エンジン２０１に吸入される流量と、現在のエアブリード開度で所望の空燃比を得るために必要な流量の差分とからエアブリード開度の負圧補正分を得ていたが、本図の実施形態では、現在の空燃比を計算し、目標とする空燃比となるようにエアブリード開度の負圧補正分を計算する構成としている。
【００６９】
つまり、ブロック７１１では、エンジンに吸入される流量を燃料ガス流量（Ｒｇ×Ｑａ）で除することにより、現在の空燃比を演算し、ブロック７１２では、エンジン回転数、エンジン負荷及びエンジン水温から目標空燃比を決定する。
ブロック７１３〜７１６においては、前述の得られた目標空燃比と現在の空燃比でＰＩＤ制御を行い、エアブリード開度の負圧補正分を出力している。
【００７０】
図１７は、前述の図１６のＰＩＤ制御のＩ分計算のブロックの一例である。
加算器８０１にて現在の目標空燃比ＧＡＦと前述の目標空燃比との差分値を計算し、差分値は、加算器８０２と遅延器８０３により積算される。
ブロック８０４では、エンジン回転数とエンジン負荷によりＩ分ゲインをマップ検索し、前記の積算値と前記のＩ分ゲインをブロック８０５で乗じることによりＰＩＤ制御のＩ分値として出力している。
【００７１】
図１８は、前述の図１６のＰＩＤ制御のＰ分計算のブロックの一例である。
加算器９０１にて現在の目標空燃比ＧＡＦと前述の目標空燃比との差分値を計算し、ブロック９０２では、エンジン回転数とエンジン負荷によりＰ分ゲインをマップ検索する。
そして、前記の積算値と前記のＩ分ゲインをブロック９０３で乗じることによりＰＩＤ制御のＰ分値として出力している。
【００７２】
図１９は、前述の図１６のＰＩＤ制御のＤ分計算のブロックの一例である。
加算器１００１では、現在の目標空燃比ＧＡＦと前述の目標空燃比との差分値を計算し、加算器１００２と遅延器１００３により前記差分値の単位時間当たりの変化量を計算する。
ブロック１００４では、エンジン回転数とエンジン負荷によりＤ分ゲインをマップ検索し、前記差分値の単位時間当たりの変化量と前記のＤ分ゲインをブロック１００５で乗じることによりＰＩＤ制御のＤ分値として出力している。
【００７３】
図２０は、前述の図１６の目標空燃比を設定するブロックの一例である。
ブロック１１０１では、エンジン回転数とエンジン負荷により目標空燃比をマップ検索し、ブロック１１０２では、エンジン水温により水温補正値をテーブル検索し、前記目標空燃比に加算器１１０３で前記水温補正値を加算することにより、目標空燃比として出力している。
【００７４】
図２１は、前述の図１６のベンチュリ負圧補正値演算までのフローチャートである。
前述の図１１の例と異なるのは、ステップ１９１６〜１９２０でガス空燃比と目標空燃比を計算してＰＩＤ制御を行う点である。
つまり、ステップ１９１６では、スロットル通過空気量、ＩＳＣ空気量、燃料混合ガス流量及び燃料混合ガス流量に対する燃料ガスの比からガス空燃比を計算してステップ１９１７に進む。
【００７５】
ステップ１９１７では、エンジン水温を読み込み、ステップ１９１８では、エンジン回転数、エンジン負荷及び前記エンジン水温から目標ガス空燃比を計算し、ステップ１９１９では、目標ガス空燃比となるようＰＩＤ分を計算し、帰還制御を行い、ステップ１９２０では、前記Ｐ、Ｉ、Ｄ分を加算し、ベンチュリ負圧補正分を出力している。
【００７６】
図２２は、前述の図２１のガス空燃比計算のフローチャートである。
ステップ２２０１では、スロットル通過空気量とＩＳＣ流量によりエンジン流入量を計算し、ステップ２２０２では、燃料混合ガス流量と燃料混合ガス流量に対する燃料ガスの比から燃料ガス流量を計算する。
ステップ２２０３では、前記エンジン流入量と前記燃料ガス流量からガス空燃比を計算し、ステップ２２０４にて前記ガス空燃比を出力している。
【００７７】
図２３は、前述の図２１のガス空燃比と目標空燃比のＰＩＤ制御のＩ分を計算のフローチャートである。
ステップ２３０１にて現在のガス空燃比と目標空燃比の差分を計算し、ステップ２３０２にて前回の空燃比の差分の積算値と今回の差分を加算し、ステップ２３０３にてエンジン回転数を読み込み、ステップ２３０４にてエンジン負荷を読み込み、ステップ２３０５にて前記エンジン回転数と前記エンジン負荷でＩ分ゲインをマップ検索し、ステップ２３０６にて前記Ｉ分ゲインと前記今回までの差分の積算値を乗算し、その値をステップ２３０７にてＩ分として出力している。
【００７８】
図２４は、前述の図２１のガス空燃比と目標空燃比のＰＩＤ制御のＰ分を計算のフローチャートである。
ステップ２４０１にて現在のガス空燃比と目標空燃比の差分を計算し、ステップ２４０２にてエンジン回転数を読み込み、ステップ２４０３にてエンジン負荷を読み込み、ステップ２３０４にて前記エンジン回転数と前記エンジン負荷でＰ分ゲインをマップ検索し、ステップ２３０５にて前記Ｐ分ゲインと前記空燃比の差分を乗算し、その値をステップ２３０６でＰ分として出力している。
【００７９】
図２５は、前述の図２１のガス空燃比と目標空燃比のＰＩＤ制御のＤ分を計算のフローチャートである。
ステップ２５０１にて現在のガス空燃比と目標空燃比の差分を計算し、ステップ２５０２にて前回の空燃比の差分と今回の差分の更なる差分を計算し、ステップ２５０３にてエンジン回転数を読み込み、ステップ２５０４にてエンジン負荷を読み込み、ステップ２５０５にて前記エンジン回転数と前記エンジン負荷でＤ分ゲインをマップ検索し、ステップ２５０６にて前記Ｄ分ゲインと前記更なる差分を乗算し、その値をステップ２５０７でＤ分として出力している。
【００８０】
図２６は、前述の図２１の目標空燃比の計算のフローチャートである。
ステップ２６０１にてエンジン回転数を読み込み、ステップ２６０２にてエンジン負荷を読み込み、ステップ２６０３にて前記エンジン回転数と前記エンジン負荷により目標空燃比をマップ検索し、ステップ２６０４でエンジン水温を読み込む。
そして、ステップ２６０５にて前記エンジン水温に対する目標空燃比の水温補正値をテーブル検索し、ステップ２６０６にて目標空燃比への水温補正を施し、最終の目標空燃比として出力している。
【００８１】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明の内燃機関の制御装置は、エンジンに対して安定したアイドル回転数とアイドル空燃比とを供給することができ、しかも、システム変更によってＩＳＣバルブ又はエアブリードバルブの流量特性が変更されても、制御装置のデータ設定の変更で対応することできるため、システムの適合を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の制御装置を備えるエンジンシステムの構成図。
【図２】図１のシステムにおけるベンチュリ室の構成図。
【図３】図１の制御装置の内部構成図。
【図４】図１の制御装置の制御ブロック図。
【図５】図４のエアブリードの基本開度計算手段のブロック図。
【図６】図４のベンチュリ負圧補正値計算手段のブロック図。
【図７】図４の開度補正値計算手段のブロック図。
【図８】図７の開度補正値計算手段の他のブロック図。
【図９】図１の制御装置によるベンチュリ負圧の推定及びベンチュリ負圧開度補正値の計算のフローチャート。
【図１０】図４の基本開度計算手段の動作フローチャート。
【図１１】図４のベンチュリ負圧補正値計算手段の動作フローチャート。
【図１２】図４のベンチュリ負圧補正値計算手段の動作フローチャート。
【図１３】図４の開度補正値計算手段の動作フローチャート。
【図１４】従来の制御装置によるタイミングチャート。
【図１５】図１の制御装置によるタイミングチャート。
【図１６】図１の制御装置における他のベンチュリ負圧補正値計算手段のブロック図。
【図１７】図１６のＰＩＤ制御のＩ分計算のブロック図。
【図１８】図１６のＰＩＤ制御のＰ分計算のブロック図。
【図１９】図１６のＰＩＤ制御のＤ分計算のブロック図。
【図２０】図１６の目標空燃比を設定するブロック図。
【図２１】図１６の制御装置によるベンチュリ負圧の推定及びベンチュリ負圧開度補正値の計算のフローチャート。
【図２２】図１６の制御装置による他のベンチュリ負圧補正値計算手段の動作フローチャート。
【図２３】図１６のＰＩＤ制御のＩ分を計算する動作フローチャート。
【図２４】図１６のＰＩＤ制御のＰ分を計算する動作フローチャート。
【図２５】図１６のＰＩＤ制御のＤ分を計算する動作フローチャート。
【図２６】図１６の目標空燃比の計算のフローチャート。
【符号の説明】
１０２  燃料ガスと空気との混合比を求める手段（基本開度計算手段）
１０８  燃料ガスの導入主因を推定する手段（ベンチュリ負圧補正値計算手段）
１０７  混合比を補正する手段（開度補正値計算手段）
２００  ベンチュリ室
２０１  内燃機関
２０２  絞り弁（スロットルバルブ）
２０３  絞り弁（チョークバルブ）
２０５  ＩＳＣバルブ
２０７  燃料ガスを内燃機関に供給する手段（レギュレータ）
２０８  混合気を内燃機関に供給する手段（エアブリードバルブ）
２１５  内燃機関の制御装置
【図１】
0003883828.tif 000003
【図２】
0003883828.tif 000004
【図３】
0003883828.tif 000005
【図４】
0003883828.tif 000006
【図５】
0003883828.tif 000007
【図６】
0003883828.tif 000008
【図７】
0003883828.tif 000009
【図８】
0003883828.tif 000010
【図９】
0003883828.tif 000011
【図１０】
0003883828.tif 000012
【図１１】
0003883828.tif 000013
【図１２】
0003883828.tif 000014
【図１３】
0003883828.tif 000015
【図１４】
0003883828.tif 000016
【図１５】
0003883828.tif 000017
【図１６】
0003883828.tif 000018
【図１７】
0003883828.tif 000019
【図１８】
0003883828.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
0003883828.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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