JPH09287507A

JPH09287507A - 内燃機関のスロットル弁制御装置

Info

Publication number: JPH09287507A
Application number: JP8105899A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Machida; 憲一町田; Masayuki Yasuoka; 正之安岡
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1996-04-25
Filing date: 1996-04-25
Publication date: 1997-11-04
Anticipated expiration: 2016-04-25
Also published as: JP3284395B2

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関のスロットル弁制御性能を向上する。【解決手段】機関運転条件に応じて目標トルクｔＴｅを
演算し (Ｓ１) 、該目標トルクｔＴｅと機関回転速度Ｎ
ｅとに基づいて目標燃料量ｔＱｆを演算し (Ｓ２) 、目
標トルクｔＴｅと機関回転速度Ｎｅとに基づいて目標空
燃比ｔＡ／Ｆを演算し (Ｓ３) 、目標燃料量ｔＱｆと目
標空燃比ｔＡ／Ｆとから目標空気量ｔＱａを演算し (Ｓ
４) 、大気圧による補正係数Ｋ１を演算し (Ｓ５) 、吸
気温度による補正係数Ｋ２を演算し (Ｓ６) 、以下ＥＧ
Ｒガス温度による補正係数Ｋ３を演算し、前記目標空気
量ｔＱａと機関回転速度Ｎｅから求めたスロットル弁の
目標開度にＫ１、Ｋ２、Ｋ３を乗じてスロットル弁開度
の制御量を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のスロッ
トル弁制御装置に関し、特にスロットル弁を目標空気量
が得られるように高精度に制御する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、機関の運転条件、例えばアクセル
操作量 (アクセルペダル踏込み量) あるいはそれと機関
回転速度とに基づいて、目標空気量が得られるようにス
ロットル弁の開度を電子制御するようにした技術があ
る。また、前記電子スロットル弁制御装置を備えたもの
で、機関の目標トルクを設定し、該目標トルクが得られ
るように機関への燃料供給量と目標空気量とを設定する
ようにした技術もある。

【０００３】一方、機関運転条件に基づいて、空燃比を
広範囲に変化させつつ制御するものが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スロットル弁制御装置においては、吸入空気の密度によ
って同一のスロットル弁開度でも吸入空気量が変化する
ことを考慮していなかったため、高地走行時に大気圧が
減少して吸入空気の密度が小さくなってきたような場
合、目標空気量が得られるスロットル弁開度に速やかに
制御することができなかった。

【０００５】このため、特に、目標トルクを設定して該
目標トルクが得られるように供給燃料量と空気量とを同
時に速やかに制御する方式を採用しても、該目標トルク
に速やかに制御することができず、該方式のメリット特
に過渡運転性能の向上を十分に引き出すことができなか
った。本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされ
たもので、吸入空気の密度変化に対応して高精度にスロ
ットル弁制御を行えるようにすることを目的とする。

【０００６】また、前記吸入空気の密度を高精度に推定
することにより、より高精度にスロットル弁制御を行え
るようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明は、図１に実線で示すように、機関運転条件に基
づいて吸気系に介装されたスロットル弁の開度を制御す
る内燃機関のスロットル弁制御装置において、吸入空気
の密度を推定する空気密度推定手段と、機関運転条件に
基づいて設定されるスロットル弁の目標開度を、前記推
定された吸入空気の密度に基づいて補正して制御するス
ロットル弁制御手段と、を含んで構成したことを特徴と
する。

【０００８】また、請求項２に係る発明は、前記空気密
度推定手段は、大気圧を検出又は推定し、該大気圧に基
づいて大気密度を推定するものであることを特徴とす
る。また、請求項３に係る発明は、前記空気密度推定手
段は、吸入空気の温度を検出する手段を含み、前記検出
又は推定された大気圧と前記検出された吸入空気温度と
に基づいて、吸入空気の密度を推定するものであること
を特徴とする。

【０００９】また、請求項４に係る発明は、前記空気密
度推定手段は、少なくとも大気圧に基づいて推定される
吸入空気の密度を、ＥＧＲ制御時にＥＧＲガスによる温
度上昇に基づいて補正して推定するものであることを特
徴とする。また、請求項５に係る発明は、図１に一点鎖
線で示すように、アクセル操作量を検出するアクセル操
作量検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記
検出されたアクセル操作量と車速とに基づいて機関の目
標トルクを設定する目標トルク設定手段と、機関回転速
度を検出する機関回転速度検出手段と、前記設定された
目標トルクと検出された機関回転速度とに基づいて機関
へ供給される目標燃料量を設定する目標燃料量設定手段
と、燃焼混合気の目標空燃比を設定する目標空燃比設定
手段と、前記設定された目標燃料量と目標空燃比とに基
づいて目標空気量を設定する目標空気量設定手段と、前
記設定された目標空気量と検出された機関回転速度とに
基づいて目標開度を設定する目標開度設定手段と、を含
んで構成されていることを特徴とする。

【００１０】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、機関運転
条件に応じて設定されるスロットル弁の目標開度を、推
定された吸入空気の密度によって補正して制御すること
により、高地走行時等で吸入空気の密度が変化して同一
のスロットル弁開度に対する吸入空気量が変化する場合
でも、該吸入空気密度の変化による影響を補正して、目
標空気量が得られる開度に制御することができる。

【００１１】また、請求項２に係る発明によれば、吸入
空気の密度は、大気圧変化による影響が最も大きいた
め、大気圧を検出又は推定することにより、吸入空気密
度を推定することができる。また、請求項３に係る発明
によれば、吸入空気の密度は、前記大気圧の他、吸入空
気の温度の変化によっても変化するので、大気圧に基づ
いて推定された吸入空気の密度を、検出された吸入空気
温度で補正して推定することにより、より高精度に推定
することができる。

【００１２】また、請求項４に係る発明によれば、ＥＧ
Ｒ制御時は、ＥＧＲガスが新気と共に吸入されて空気温
度が上昇することによって空気密度が減少する。したが
って、該ＥＧＲガスによる温度上昇に基づく補正を行う
ことにより、ＥＧＲによる影響を除去して吸入空気の密
度を精度良く推定することができる。

【００１３】また、請求項５に係る発明によれば、機関
の目標トルク及び目標空燃比を設定して、該目標トルク
及び目標空燃比が満たされるようにスロットル弁開度を
制御するものにおいて、吸入空気密度による補正が行わ
れることにより、運転性能と排気浄化性能との両立性を
高地走行時等においても、可及的に高めることができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。図２は、本発明の一実施形態のシステ
ム構成 (後述する各制御の実施形態に共通) を示す。ア
クセル操作量検出手段としてのアクセル開度センサ１
は、ドライバによって踏み込まれたアクセルペダルの踏
込み量を検出する。

【００１５】機関回転速度検出手段としてのクランク角
センサ２は、単位クランク角毎のポジション信号及び気
筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信
号の単位時間当りの発生数を計測することにより、ある
いは前記基準信号発生周期を計測することにより、機関
回転速度を検出できる。エアフローメータ３は、機関４
への吸入空気量 (単位時間当りの吸入空気量＝吸入空気
流量) を検出する。

【００１６】水温センサ５は、機関の冷却水温度を検出
する。機関４には、燃料噴射信号によって駆動し、燃料
を直接燃焼室内に噴射供給する燃料噴射弁６、燃焼室に
装着されて点火を行う点火栓７が設けられる。該燃焼室
内への直接噴射方式により、層状燃焼によるリーン化が
可能となり、空燃比を広範囲に可変制御することができ
る。また、機関４の吸気通路８には、スロットル弁９が
介装され、該スロットル弁９の開度を電子制御可能なス
ロットル弁制御装置10が備えられている。また、吸気通
路８には、スロットル弁９の上流側に大気圧を検出する
大気圧センサ11及び吸入空気の温度を検出する吸気温度
センサ12が備えられる。なお、大気圧は機関運転条件か
ら推定してもよく、例えば、同一の目標トルクに対して
制御されるスロットル弁の開度を記憶しておき、開度変
化から大気圧を推定することが可能である。また、目標
燃料量を吸気圧の検出値に応じて算出する方式に適用す
る場合には、スロットル弁下流側に設けられる吸気圧セ
ンサの値を、機関の停止時やスロットル弁開度が所定値
以上のときの検出値を大気圧検出値として用いることが
できる。

【００１７】さらに、車速を検出する車速センサ13が備
えられる。前記各種センサ類からの検出信号は、コント
ロールユニット14へ入力され、該コントロールユニット
14は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運
転状態に応じて前記スロットル弁制御装置10を介してス
ロットル弁９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６を駆動
して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期を設
定して該点火時期で前記点火栓７を点火させる制御を行
う。

【００１８】また、機関１の排気通路21と吸気通路８と
を接続するＥＧＲ通路22と、該ＥＧＲ通路22に介装され
るＥＧＲ弁23とが設けられ、前記コントロールユニット
13により、機関回転速度Ｎｅと機関負荷 (燃料噴射量等
で代表される) とで表される所定の領域でＥＧＲを行
い、目標ＥＧＲ率 (ＥＧＲ量／吸入空気流量) が得られ
るようにＥＧＲ弁22の開度を制御する。また、前記ＥＧ
Ｒ弁23下流のＥＧＲ通路22に、ＥＧＲガス温度を検出す
るＥＧＲガス温度センサ24が設けられ、後述するよう
に、ＥＧＲ制御時には、ＥＧＲによる温度上昇分による
スロットル弁開度の補正を行う。

【００１９】次に、本発明に係るスロットル弁制御の一
実施形態を、図３及び図４のフローチャートに従って説
明する。ステップ１では、前記アクセル開度センサ１に
よって検出されたアクセル操作量 (アクセルペダル踏込
み量) Ａｃｃと、車速センサ２によって車速ＶＳＰとに
基づいて、車両の目標駆動力を得るのに要求される機関
の目標トルクｔＴｅを演算する。

【００２０】ステップ２では、前記機関の目標トルクｔ
Ｔｅと、クランク角センサ２からの検出信号に基づいて
算出された機関回転速度Ｎｅとに基づいて、図示のよう
なマップからの検索等により、目標燃料量ｔＱｆを演算
する。ステップ３では、前記目標トルクｔＴｅと、機関
回転速度Ｎｅとに基づいて、図示のようなマップからの
検索等により、目標空燃比ｔＡ／Ｆを演算する。

【００２１】ステップ４では、前記目標燃料量ｔＱｆ
と、前記目標空燃比ｔＡ／Ｆとを乗算して、シリンダに
吸入される目標空気量ｔＱａを算出する。ステップ５で
は、前記大気圧センサ11により検出された大気圧に基づ
いて、吸入空気密度に応じたスロットル弁開度を補正す
るための第１の補正係数Ｋ１を、図示のようなマップか
らの検索等により演算する。

【００２２】ここで、補正係数Ｋ１は、図示のように大
気圧の増大に応じて空気密度が増大するため、スロット
ル弁開度を減少補正すべく、小さくなるように設定され
ている。ステップ６では、前記吸気温度センサ12によっ
て検出された吸入空気の温度に基づいて、スロットル弁
開度を補正するための第２の補正係数Ｋ１を、図示のよ
うなマップからの検索等により演算する。

【００２３】ここで、補正係数Ｋ２は、図示のように吸
気温度が高くなるにつれて空気密度が減少するため、ス
ロットル弁開度を増大補正すべく、大きくなるように設
定されている。ステップ７では、前記ＥＧＲガス温度セ
ンサ24により検出されるＥＧＲガス温度に基づいて、ス
ロットル弁開度のＥＧＲガスによる温度上昇分を補正す
るための第３の補正係数Ｋ３を、図示のようなマップか
らの検索等により演算する。

【００２４】ここで、ＥＧＲガス温度が高くなるにつれ
てＥＧＲガスによる吸入空気の温度上昇分が増大して空
気密度が減少するため、スロットル弁開度を増大補正す
べく、大きくなるように設定されている。ステップ８で
は、前記機関回転速度Ｎｅと、前記目標空気量ｔＱａと
に基づいて、図示のようなマップからの検索等により、
スロットル弁の目標開口面積ｔＡａが演算する。

【００２５】ステップ９では、前記目標開口面積ｔＡａ
に、前記のようにして設定された吸入空気の密度推定に
よるスロットル弁開度を補正するための第１の補正係数
Ｋ１、第２の補正係数Ｋ２、第３の補正係数Ｋ３を乗じ
て、補正目標開口面積ｔＥＴＣを算出する。ステップ10
では、前記補正目標開口面積ｔＥＴＣが得られるスロッ
トル弁の開度制御量ｔＴＶＯを、図示のようなマップか
らの検索等により演算する。

【００２６】ステップ11では、このようにして求められ
た開度制御量ｔＴＶＯの信号をスロットル弁制御装置10
に出力する。これにより、スロットル弁９が設定された
開度ｔＴＶＯに制御され、目標空気量が得られる。この
ようにすれば、高地走行時等に吸入空気の密度が変化し
てきても、該密度に応じた補正を行うことにより、目標
空気量が高精度に補正され、該補正された空気量が得ら
れるスロットル弁開度に速やかに補正制御することがで
きる。

【００２７】また、このようにして補正された目標空気
量を前記目標空燃比ｔＡ／Ｆで除することにより、燃料
量が設定される。その結果、常に目標空燃比ｔＡ／Ｆを
満たしつつ、目標トルクｔＴｅが確保されるように空気
量と燃料量とを空気密度に応じて修正しつつ高精度に制
御することができ、機関の排気浄化性能と運転性能との
両立性を可及的に高めることができる。

【００２８】なお、本実施形態のように目標トルクを設
定するものでは、機関運転性能特に過渡運転性能をより
高めることができるが、本発明は、目標トルクを設定し
ないものに適用しても十分効果的である。また、目標空
燃比を可変制御するもの、特に直接燃料噴射式により空
燃比を広範囲に可変制御するものにおいて、実際の空燃
比を可変される目標空燃比に高精度に追従させることが
できる点で特に有利であるが、空燃比の制御範囲が限ら
れたものに適用しても十分効果的である。

【００２９】また、本実施形態では、ＥＧＲガスによる
スロットル弁開度の補正分をＥＧＲガス温度を検出して
設定したので、ＥＧＲガスによる吸入空気の温度上昇を
高精度に推定して、良好な補正を行うことができるが、
簡易的には、ＥＧＲ制御時に一律の補正係数を乗じて補
正するような構成としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施形態のシステム構成を示す図。

【図３】同上実施形態のスロットル弁制御ルーチンの前
段を示すフローチャート。

【図４】同上のルーチンの後段を示すフローチャート。

【符号の説明】

１アクセル操作量センサ２クランク角センサ３エアフローメータ４機関５水温センサ６燃料噴射弁９スロットル弁 10 スロットル弁制御装置 11 大気圧センサ 12 吸気温度センサ 13 車速センサ 14 コントロールユニット 22 ＥＧＲ通路 23 ＥＧＲ弁 24 ＥＧＲガス温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｄ 41/04 ３１０Ｆ０２Ｄ 41/04 ３１０Ｚ３３０３３０Ａ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２Ｐ３６０３６０ＥＦ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｒ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関運転条件に基づいて吸気系に介装され
たスロットル弁の開度を制御する内燃機関のスロットル
弁制御装置において、吸入空気の密度を推定する空気密度推定手段と、機関運転条件に基づいて設定されるスロットル弁の目標
開度を、前記推定された吸入空気の密度に基づいて補正
して制御するスロットル弁制御手段と、を含んで構成したことを特徴とする内燃機関のスロット
ル弁制御装置。
【請求項２】前記空気密度推定手段は、大気圧を検出又
は推定し、該大気圧に基づいて大気密度を推定するもの
であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のス
ロットル弁制御装置。
【請求項３】前記空気密度推定手段は、吸入空気の温度
を検出する手段を含み、前記検出又は推定された大気圧
と前記検出された吸入空気温度とに基づいて、吸入空気
の密度を推定するものであることを特徴とする請求項２
に記載の内燃機関のスロットル弁制御装置。
【請求項４】前記空気密度推定手段は、少なくとも大気
圧に基づいて推定される吸入空気の密度を、ＥＧＲ制御
時にＥＧＲガスによる温度上昇に基づいて補正して推定
するものであることを特徴とする請求項１〜請求項３の
いずれか１つに記載の内燃機関のスロットル弁制御装
置。
【請求項５】アクセル操作量を検出するアクセル操作量
検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記検出されたアクセル操作量と車速とに基づいて機関
の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、機関回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、前記設定された目標トルクと検出された機関回転速度と
に基づいて機関へ供給される目標燃料量を設定する目標
燃料量設定手段と、燃焼混合気の目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段
と、前記設定された目標燃料量と目標空燃比とに基づいて目
標空気量を設定する目標空気量設定手段と、前記設定さ
れた目標空気量と検出された機関回転速度とに基づいて
目標開度を設定する目標開度設定手段と、を含んで構成されていることを特徴とする請求項１〜請
求項４のいずれか１つに記載の内燃機関のスロットル弁
制御装置。