JP2002276456A - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】リーン燃焼時におけるサイクル毎の燃焼圧力の
変動を抑制し、リーン限界空燃比をリーン側に拡大す
る。 【解決手段】リーン燃焼時に、各気筒毎に筒内圧に基づ
いて図示平均有効圧又は発生熱量を演算する。前記図示
平均有効圧又は発生熱量が判定レベルＳ／Ｌよりも小さ
いときには、前記図示平均有効圧又は発生熱量の基準値
に対する低下割合が大きいほど、より大きな補正値を設
定する。そして、当該気筒の次のサイクルにおける燃料
噴射量Ｔｐを前記補正値で除算して補正することで、不
完全な燃焼によって次のサイクルまで未燃ガスが残留し
ても、該残留ガスの影響で燃焼圧が正常値を超えて大き
くなることを回避する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼制
御装置に関し、詳しくは、サイクル毎の燃焼圧力のばら
つきを抑制する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、理論空燃比よりも大幅にリー
ンな空燃比の混合気を燃焼させるリーン燃焼機関が知ら
れている（特開平９−０４９４５２号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、リーン限界
付近で燃焼させる場合、燃焼が不安定になるため、燃焼
圧が高いサイクルと低いサイクルとがランダムに発生す
る（図３参照）。このため、従来では、上記のようなサ
イクル毎の燃焼圧変動を燃焼の安定化によって抑制すべ
く、リーン限界空燃比がリッチ側に狭められてしまうと
いう問題があった。

【０００４】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、リーン限界付近での燃焼時における燃焼圧のサイ
クル変動を低減でき、以って、リーン限界空燃比をより
リーン側に拡大できる内燃機関の燃焼制御装置を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そのため、請求項１記載
の発明は、各気筒毎に燃焼状態を判定し、不完全な燃焼
の発生が判定されたときに、当該気筒の次のサイクルに
おいて燃焼圧力を低下させるべく燃料噴射量及び／又は
点火時期を補正する構成とした。かかる構成によると、
ある気筒において不完全な燃焼が発生すると、この不完
全な燃焼が発生した気筒の次のサイクルにおける燃焼圧
力を低下させるべく、その気筒の次のサイクルにおける
燃料噴射量及び／又は点火時期を補正する。

【０００６】不完全な燃焼をすると、そのサイクルでの
未燃ガスが次のサイクルまで一部残留することで、次の
サイクルにおいて通常に燃料噴射及び点火を行わせる
と、次のサイクルにおける燃焼圧が通常時よりも高くな
る。そこで、不完全な燃焼の発生が判定されると、未燃
ガスの残留を見込んで次のサイクルで燃料噴射量の補正
（減量補正）及び／又は点火時期の補正（遅角補正）を
行うことで、未燃ガスの残留による影響が相殺されるよ
うにする。

【０００７】請求項２記載の発明では、燃焼の悪化度合
いが大きいときほど、次のサイクルにおける燃焼圧力を
より大きく低下させるべく、燃料噴射量及び／又は点火
時期を補正する構成とした。かかる構成によると、燃焼
の悪化度合いが大きいほど、次のサイクルに残留する未
燃ガスの量が多いものと推定し、より大きく燃料噴射量
及び／又は点火時期を補正する。

【０００８】請求項３記載の発明では、前記燃焼状態を
判定する状態量として、各気筒毎に筒内圧に基づいて図
示平均有効圧又は発生熱量を演算し、該図示平均有効圧
又は発生熱量が判定レベルよりも低いときに、不完全な
燃焼の発生を判定する構成とした。かかる構成による
と、不完全な燃焼による燃焼圧の低下を、図示平均有効
圧又は発生熱量が判定レベルよりも低い状態として判断
する。

【０００９】請求項４記載の発明では、各気筒毎の図示
平均有効圧又は発生熱量の運転条件に応じた基準値に対
する低下割合に応じて、次のサイクルにおける燃料噴射
量及び／又は点火時期を補正する構成とした。かかる構
成によると、図示平均有効圧又は発生熱量の運転条件に
応じた基準値（正常燃焼時の値）に対する実際値の低下
割合が大きいときには、それだけ次のサイクルまで残留
する未燃ガスの量が多くなるものと推定されるので、残
留する未燃ガスによる燃焼圧の増大を抑制するための燃
料噴射量及び／又は点火時期の補正レベルを、前記低下
割合に応じて決定する。

【００１０】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、不完全な
燃焼により未燃ガスが次のサイクルまで残留しても、こ
の残留する未燃ガスによって燃焼圧力が正常時よりも高
くなることが回避され、これによってサイクル毎の燃焼
圧力変動を小さくできるので、リーン限界空燃比をより
リーン側に拡大でき、以って、機関の燃費・排気性能を
向上させることができるという効果がある。

【００１１】請求項２記載の発明によると、不完全な燃
焼の発生により次のサイクルまで残留する未燃ガスの量
に対応して、燃料噴射量及び／又は点火時期が補正さ
れ、前記未燃ガスの影響を精度良く相殺できるという効
果がある。請求項３記載の発明によると、不完全な燃焼
の発生を、図示平均有効圧又は発生熱量に基づいて精度
良く判定できるという効果がある。

【００１２】請求項４記載の発明によると、残留する未
燃ガスの影響を相殺できる燃料噴射量及び／又は点火時
期の補正量を精度良く設定できるという効果がある。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図１は実施の形態における内燃機関のシステム構
成図である。この図１において、車両に搭載される内燃
機関１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２，吸気通
路３，モータで開閉駆動される電子制御式スロットル弁
４を介して空気が吸入される。

【００１４】各気筒の燃焼室内に燃料（ガソリン）を直
接噴射する電磁式の燃料噴射弁５が設けられており、該
燃料噴射弁５から噴射される燃料と前記吸入される空気
とによって燃焼室内に混合気が形成される。燃料噴射弁
５は、コントロールユニット２０から出力される噴射パ
ルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧
力に調圧された燃料を噴射する。

【００１５】そして、噴射された燃料は、吸気行程噴射
の場合は燃焼室内に拡散して均質な混合気を形成し、ま
た、圧縮行程噴射の場合は点火栓６回りに集中的に層状
の混合気を形成する。燃焼室内に形成される混合気は、
点火栓６により着火燃焼する。但し、内燃機関１を上記
の直接噴射式ガソリン機関に限定するものではなく、吸
気ポートに燃料を噴射する構成の機関であっても良い。

【００１６】機関１からの排気は排気通路７より排出さ
れ、該排気通路７には排気浄化用の触媒８が介装されて
いる。コントロールユニット２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，
ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を
含んで構成されるマイコンを備え、各種センサからの入
力信号を受け、これらに基づいて演算処理して、燃料噴
射弁５，点火栓６などの作動を制御する。

【００１７】前記各種センサとして、機関１のクランク
角を検出するクランク角センサ２１、カム軸から気筒判
別信号を取り出すカムセンサ２２が設けられており、前
記クランク角センサ２１からの信号に基づき機関の回転
速度Ｎｅが算出される。この他、吸気通路３のスロット
ル弁４上流側で吸入空気流量Ｑ（質量流量）を検出する
エアフローメータ２３、アクセルペダルの踏込み量（ア
クセル開度）ＡＰＳを検出するアクセルセンサ２４、ス
ロットル弁４の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ
２５、機関１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ２
６、排気中の酸素濃度に応じて燃焼混合気の空燃比を検
出する空燃比センサ２７、車速ＶＳＰを検出する車速セ
ンサ２８、各気筒の点火栓６それぞれに対して座金とし
て装着される圧電素子からなる筒内圧センサ２９などが
設けられている。

【００１８】前記コントロールユニット２０は、機関負
荷，機関回転速度，冷却水温度，始動後時間などに基づ
いて目標空燃比を設定すると共に、吸気行程噴射による
均質燃焼と、圧縮行程噴射による成層燃焼とのいずれか
を選択する。そして、前記目標空燃比に相当する燃料噴
射量Ｔｐを演算する一方、目標空燃比として理論空燃比
よりもリーンな空燃比が設定されるときには、サイクル
毎の燃焼圧力ばらつきを抑制するための補正を前記燃料
噴射量Ｔｐに対して施す。

【００１９】ここで、サイクル毎の燃焼圧力ばらつきを
抑制するための噴射量の補正制御を、図２のフローチャ
ートに従って詳細に説明する。尚、図２のフローチャー
トに示すルーチンは、＃１気筒における処理を示すが、
他の気筒においても同様な処理が並行して行われるよう
になっている。図２のフローチャートにおいて、ステッ
プＳ１では、リーン燃焼状態であるか否かを判別する。

【００２０】そして、リーン燃焼時であるときには、ス
テップＳ２へ進み、＃１気筒に設けられた筒内圧センサ
２９の検出信号に基づいて、＃１気筒の筒内圧（燃焼
圧）を検出する。ステップＳ３では、前記検出された筒
内圧に基づいて＃１気筒における今回のサイクルにおけ
る図示平均有効圧又は発生熱量を演算する。

【００２１】前記図示平均有効圧・発生熱量は公知の方
法によって演算することができ、例えば、所定のクラン
ク角範囲で筒内圧（燃焼圧）の検出結果を積分し、これ
を前記図示平均有効圧に相当する値として用いることが
でき、また、発生熱量は、クランク角毎の熱発生率の燃
焼期間における積算値として求めることができ、前記熱
発生率は、筒内圧の検出値及びモータリング時の筒内圧
から算出できる（特開平７−１８０６４５号公報参
照）。

【００２２】ステップＳ４では、前記ステップＳ３で演
算した図示平均有効圧又は発生熱量と所定の判定レベル
Ｓ／Ｌとを比較する。前記判定レベルは、正常燃焼時の
値よりも低い値であって、次のサイクルで図示平均有効
圧又は発生熱量が正常燃焼時の値を超えて大きくなる傾
向を示す上限値として設定される。

【００２３】リーン空燃比の燃焼は不安定であり、不完
全な燃焼がランダムに発生するが、この不完全な燃焼で
発生した未燃ガスが次のサイクルまで一部残留すること
で、次のサイクルにおいて通常に燃料噴射及び点火を行
わせると、燃焼圧が通常時よりも高くなり、燃焼圧力が
サイクル毎に大きく乱高下することになる（図３参
照）。

【００２４】そこで、前記判定レベルＳ／Ｌよりも実際
の図示平均有効圧又は発生熱量が低いか否かを判別する
ことで、次のサイクルで図示平均有効圧又は発生熱量が
正常燃焼時の値を超えて大きくなるような不完全な燃焼
が行われたか否かを判別するものである。ステップＳ４
で図示平均有効圧又は発生熱量が所定の判定レベルＳ／
Ｌよりも小さいと判別されると、ステップＳ５へ進む。

【００２５】ステップＳ５では、今回の図示平均有効圧
又は発生熱量に基づいて、次のサイクルで＃１気筒の燃
料噴射量を補正するための補正値を決定する。前記補正
値は、今回の図示平均有効圧又は発生熱量が、そのとき
の運転条件に対応する正常時の値である基準値以上であ
れば１に設定され、今回の図示平均有効圧又は発生熱量
が前記基準値よりも低くなるほど（基準値に対する低下
割合が大きいほど）、より大きな値として設定される。

【００２６】即ち、前記補正値は、今回の図示平均有効
圧又は発生熱量が不完全な燃焼のため正常時の値よりも
低くなったことに基づいて、次のサイクルで正常時に対
してどれだけ図示平均有効圧又は発生熱量が大きくなる
かを示す値であり、図４に示すように、今回のサイクル
での図示平均有効圧又は発生熱量と次のサイクルでの図
示平均有効圧又は発生熱量との相関を実験的に求め、こ
の傾向に従って前記補正値の傾向が決定される。

【００２７】ステップＳ６では、次のサイクルにおける
＃１気筒の燃料噴射量Ｔｐを、前記補正値で除算した結
果を最終的な噴射量Ｔｉにセットすることで（Ｔｉ←Ｔ
ｐ／補正値）、今回の図示平均有効圧又は発生熱量が基
準値よりも小さいときほど、次の燃料噴射量Ｔｉをより
大きく減量補正する。これは、今回の図示平均有効圧又
は発生熱量が基準値よりも小さいときほど（燃焼の悪化
度合いが大きいときほど）、次のサイクルにまで残留す
る未燃ガスが多くなり、次のサイクルで燃焼圧力が基準
値をより大きく超える燃焼状態となるためである。

【００２８】上記のように、次のサイクルにまで残留す
る未燃ガスの発生が見込まれるときに、燃料噴射量を減
量補正することで、次のサイクルにまで残留する未燃ガ
ス分の影響が相殺され、燃焼圧力（トルク）が基準値を
大きく超えることが回避される。このため、リーン燃焼
時におけるサイクル毎の燃焼圧力変動が抑制され、リー
ン限界空燃比をよりリーン側に拡大することが可能とな
る。

【００２９】一方、ステップＳ４で図示平均有効圧又は
発生熱量が所定の判定レベルＳ／Ｌ以上であると判別さ
れたときには、次のサイクルで燃焼圧力の増大を招くよ
うな未燃ガスの発生がない良好な燃焼が行われたものと
判断し、ステップＳ７へ進む。ステップＳ７では、通常
の燃料噴射量Ｔｐをそのまま最終的な噴射量Ｔｉにセッ
トする。

【００３０】ところで、上記実施形態では、不完全燃焼
により次のサイクルにまで残留する未燃ガスによる燃焼
圧力（トルク）の増大を抑制すべく、燃料噴射量の減量
補正を行わせたが、代わりに点火時期の遅角補正を行わ
せる構成としても良い。図５のフローチャートは、点火
時期の遅角補正を行う第２の実施形態を示すものであ
り、ステップＳ１１〜１４までは、前記図２のフローチ
ャートにおけるステップＳ１〜ステップＳ４と同様な処
理を行う。

【００３１】ステップＳ１４で、図示平均有効圧又は発
生熱量が所定の判定レベルＳ／Ｌよりも小さいと判別さ
れ、ステップＳ１５へ進むと、今回の図示平均有効圧又
は発生熱量が、そのときの運転条件に対応する正常時の
値である基準値よりも低くなるほど（基準値に対する低
下割合が大きいほど）、より大きな遅角補正値を設定す
る。

【００３２】そして、ステップＳ１６では、機関負荷及
び機関回転速度に応じて設定される通常の点火時期（点
火進角値）を、前記遅角補正値だけ遅角補正した結果
を、最終的な点火時期ＡＤＶにセットする。また、ステ
ップＳ１４で、図示平均有効圧又は発生熱量が所定の判
定レベルＳ／Ｌ以上であると判別され、ステップＳ１７
へ進むと、前記機関負荷及び機関回転速度に応じて設定
される通常の点火時期（点火進角値）を、そのまま最終
的な点火時期ＡＤＶにセットする。

【００３３】尚、燃料噴射量の減量補正と点火時期の遅
角補正とを同時に行わせる構成としても良い。また、上
記実施形態では、燃焼状態を判定するパラメータとして
図示平均有効圧又は発生熱量を用いる構成としたが、最
大燃焼圧力，燃焼圧力の微分値，所定クランク角位置で
の燃焼圧など、他のパラメータを用いて燃焼状態を判定
させることができることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態における内燃機関のシステム構成
図。

【図２】燃焼制御の第１実施形態を示すフローチャー
ト。

【図３】リーン燃焼状態におけるサイクル毎の図示平均
有効圧の変動を示す線図。

【図４】今回サイクルにおける図示平均有効圧と次のサ
イクルにおける図示平均有効圧との相関を示す線図。

【図５】燃焼制御の第２実施形態を示すフローチャー
ト。

【符号の説明】

１…内燃機関 ４…スロットル弁 ５…燃料噴射弁 ６…点火栓 ２０…コントロールユニット ２９…筒内圧センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G022 AA07 DA02 EA07 EA08 FA03 GA02 GA05 GA06 GA08 GA09 GA15 3G084 AA04 BA05 BA13 BA17 DA02 DA10 DA11 EA11 EB22 EC02 FA07 FA10 FA20 FA21 FA26 FA38 FA39 3G301 HA04 HA16 JA02 JA05 JA21 LA00 LA03 LB04 MA11 NA04 NA05 NA06 NA08 NE01 NE15 PA01Z PA11Z PA17Z PC02B PC02Z PD03A PE01Z PE04Z PE05Z PE08Z PF01Z PF03Z

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各気筒毎に燃焼状態を判定し、不完全な燃
   焼の発生が判定されたときに、当該気筒の次のサイクル
   において燃焼圧力を低下させるべく燃料噴射量及び／又
   は点火時期を補正することを特徴とする内燃機関の燃焼
   制御装置。
2. 【請求項２】燃焼の悪化度合いが大きいときほど、次の
   サイクルにおける燃焼圧力をより大きく低下させるべ
   く、燃料噴射量及び／又は点火時期を補正することを特
   徴とする請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置。
3. 【請求項３】前記燃焼状態を判定する状態量として、各
   気筒毎に筒内圧に基づいて図示平均有効圧又は発生熱量
   を演算し、該図示平均有効圧又は発生熱量が判定レベル
   よりも低いときに、不完全な燃焼の発生を判定すること
   を特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の燃焼制御
   装置。
4. 【請求項４】各気筒毎の図示平均有効圧又は発生熱量の
   運転条件に応じた基準値に対する低下割合に応じて、次
   のサイクルにおける燃料噴射量及び／又は点火時期を補
   正することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の燃焼
   制御装置。