JP2596025B2

JP2596025B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2596025B2
Application number: JP31746887A
Authority: JP
Inventors: 啓介塚本; 泰一目黒
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-12-17
Filing date: 1987-12-17
Publication date: 1997-04-02
Anticipated expiration: 2012-04-02
Also published as: JPH01163438A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、吸気制御弁即ちスロットバルブ下流かつ
吸気弁上流に吸気を制御する絞り弁を備えた機関の空燃
比制御装置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関では空燃比は基本的には理論空燃比に制御さ
れ、そのため例えば電子制御燃料噴射式の内燃機関で
は、空燃比を理論空燃比にする基本燃料噴射量を回転数
と負荷因子としての吸気関圧力とにより算出している。
そして、加速運転時等の過渡運転時に空燃比が荒れるの
を防止するため、基本燃料噴射量に増量又は減量補正を
加えるのが普通である。一方、空燃比が理論空燃比より
極端に希薄な混合気で燃焼を可能とする内燃機関として
吸気制御弁を使用したものが公知である。例えば、特開
昭60−62640号参照。かかる、希薄燃焼内燃機関では吸
気制御弁の開閉によって同じ吸気管圧力であっても吸入
空気量は変化する。従って、過渡時の空燃比の荒れを防
止するための燃料増量補正因子（基本燃料噴射量を補正
するための補正係数や、補正量）は吸気制御弁の開か、
閉かで最適値は変化する筈である。ところが、従来技術
では同一の加減速状態である限りは吸気制御弁の開か閉
かに関わらず増量補正因子は同じ値を採用していた。そ
の値を吸気制御弁の閉鎖時に最適な値とすれば、吸気制
御弁開放時に空燃比に荒れが発生し、逆に吸気制御弁の
開放時に最適な値とすれば、吸気制御弁閉鎖時に空燃比
に荒れが発生する。

この発明では吸気制御弁の開か閉かに関わらず、過渡
運転時に空燃比の荒れを防止することができるようにす
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図においてこの発明の希薄燃焼内燃機関の空燃比
制御装置は、一つの気筒に２分して設けられる二つの吸
気ポート12a,12bのうちの一つの吸気ポート12bを開閉す
るように吸気管負圧によって駆動される吸気制御弁32
と、燃料供給手段26と、燃料供給手段から機関に導入さ
れる燃料量を吸気管圧力に応じて算出する燃料供給量算
出手段１と、内燃機関の加速又は減速状態を検出する手
段２と、燃料供給量算出手段により算出される燃料供給
量を検出される加速状態に応じ増量し又は減速状態に応
じ減量するように加速状態又は減速状態及び補正因子に
よって補正する燃料供給量補正手段３と、吸気制御弁32
が開状態にあるか閉状態にあるかを判別する吸気制御弁
状態判別手段４と、吸気制御弁32が開と判別されたとき
その加速状態での増量又は減速状態での減量は、吸気制
御弁32が閉と判別されたときのその加速状態での増量又
は減速状態での減量より多くなるように前記補正因子を
変更する補正因子変更手段５とから構成される〔実施例〕第２図において、10はシリンダブロック、12はシリン
ダボアである。12a,12bは吸気ポート、14a,14bは排気ポ
ートであり、夫々のポートのため吸気弁16a,16b、排気
弁18a,18bが設けられた所謂４バルブ構成である。第１
の吸気ポート12aは所謂ヘリカル型であり、吸気スワー
ルの形成に好都合な形状に構成されている。第２の吸気
ポート12bはストレート型である。吸気ポート12a,12bは
吸気管20、サージタンク22を介してスロットルボディ23
に接続される。スロットルボディ23内にスロットル弁24
が設置される。各気筒の吸気ポート12a及び12bに近接し
て吸気管20に燃料インジェクタ26が配置される。排気ポ
ート14a,14bは排気マニホルド28に接続される。尚、30
はディストリビュータである。

ストレートの吸気ポート12bに蝶型弁としての吸気制
御弁32が設けられる。吸気制御弁32の閉鎖状態ではヘリ
カル型の吸気ポート12aのみから吸入空気の導入が行わ
れ、シリンダボア12内にスワールＳが形成され、超希薄
混合気の燃焼が実現される。吸気制御弁32が開放される
と双方の吸気制御弁12a,12bより空気が導入され、スワ
ールが解消される。各気筒の吸気制御弁32の弁軸にレバ
ー34が取付られ、ロッド36を介して負圧アクチュエータ
38に連結される。負圧アクチュエータ38はダイヤフラム
40とスプリング41とから構成される。ダイヤフラム40に
負圧がかかっていないときはスプリング41の働きでダイ
ヤフラム40は図の下方に押され、吸気制御弁32は開放位
置とされる。ダイヤフラム40に負圧が加わるとダイヤフ
ラム40はスプリング41に抗して引っ張られ、吸気制御弁
32は吸気ポート12bを閉鎖する位置をとる。ダイヤフラ
ム40は、負圧遅延弁42、電磁３方弁44、及び負圧保持チ
ェック弁46を介してサージタンク22の負圧取出ポート22
aに接続される。負圧遅延弁42はオリフィス42aとチェッ
ク弁42bとを並列配置して構成され、ダイヤフラム40へ
の大気圧導入速度、速ち吸気制御弁32の開放速度を適当
な値にコントロールするものである。一方、チェック弁
46はダイヤフラム40に加わる負圧を保持するものであ
る。電磁弁44は３つのポート44a,44b,44cを具備してお
り、除電時はポート44aと44bとが連通されてダイヤフラ
ム40は負圧ポート22aに連通され、通電時はポート44aと
44cとが連通され、ダイヤフラム40は大気（フィルタ4
8）に連通される。電磁弁44は制御回路50によって駆動
され、吸気制御弁32の作動を制御する。

制御回路50は、例えば、マイクロコンピュータシステ
ムとして構成され、インジェクタ26及び電磁弁44をこの
発明に従って制御するものである。吸気管圧力センサ52
はサージタンク22に設置され、吸気管圧力PMに応じた信
号を発生する。クランク角度センサ54,56はディストリ
ビュータ30に設けられ、第１のクランク角度センサ54は
基準位置検出用で、例えば、機関のクランク軸の720度
毎に信号を発生し、第２のクランク角度センサ56は、ク
ランク角度で例えば30度毎の信号を発生し、機関回転数
NEを知るのに役立つ。水温センサ57は機関冷却水温THW
に応じた信号を発生する。また、所謂リーンセンサ等の
空燃比センサ58が排気マニホルド28に設けられ、空燃比
Oxに応じた信号が得られる。59はスロットル弁広開度ス
イッチ（VLスイッチ）であり、スロットル弁24が全負荷
に相当する開度まで踏み込まれたときONとなり、通常は
OFFである。制御回路50はこれらのセンサからの信号に
基づいて必要な演算処理を実行し、インジェクタ及び電
磁弁の駆動制御を行うことになる。

以下の制御回路50の作動をフローチャートによって説
明する。第３図は吸気制御弁（SCV）32の駆動のための
ルーチンを示している。このルーチンはメインルーチン
の中に位置させても良い。ステップ70では吸気制御弁32
の開閉条件の判別が行われる。吸気制御弁32は、周知の
ように、機関の部分負荷低回転時において閉弁され、こ
のとき空燃比はリーン側に制御される。そして機関の高
負荷又は高回転では吸気制御弁は開放され、このとき空
燃比は吸気制御弁32が閉のときに比べてリッチ側に制御
される。吸気制御弁32の開閉域の詳細はこの発明と直接
関係しないので、その説明は省略する。ステップ72では
ステップ70で判別した吸気制御弁の作動域が閉鎖域にあ
るか否か判別される。吸気制御弁の閉鎖域とすれば、ス
テップ74に進み、YSCV＝１とセットされる。ここでYSCV
は吸気制御弁32の閉（１）が開（０）かの状態を示すフ
ラグである。ステップ76では電磁弁44をOFFとすべき信
号が出力される。そのため、電磁弁44は黒塗りのポート
位置をとり、サージタンク22の負圧ポート22aの負圧が
チェック弁46,負圧遅延弁42のチェック弁42bを介してダ
イヤフラム40に印加され、ダイヤフラム40はスプリング
42に抗して吸引され、吸気制御弁32は閉弁される。尚、
吸気制御弁32を閉弁せしめる負圧が一旦発生すると、チ
ェック弁46の働きでこの負圧は保持され、ポート22aの
負圧が閉弁には足りなくても吸気制御弁32を閉弁保持す
ることができる。

吸気制御弁32の開放領域にあるとすれば、ステップ72
よりステップ72よりステップ78に進み、YSCV＝０とリセ
ットされ、電磁弁44をOFFとすべき信号が出力される。
そのため、電磁弁44は白抜きのポート位置をとり、空気
フィルタ48から大気圧が負圧遅延弁のオリフィス42aを
介してダイヤフラム40に印加され、ダイヤフラム40はス
プリング42によって下降され、吸気制御弁32は開弁され
る。オリフィス42aは吸気制御弁32の開弁速度を適正に
規制する。

第４図は燃料噴射ルーチンを示し、このルーチンはク
ランク角度における各気筒の燃料噴射時期の幾分手前を
クランク角度センサ54及び56により検出することにより
実行開始される。即ち、４気筒の内燃機関ではクランク
角度にして180゜毎に実行される。ステップ90では非常
に短い間隔（例えば１−2msec）毎にAD変換される圧力
センサ52によって計測される吸気管圧力の現在値PMから
前回（即ちクランク角度で180゜前）に計測された吸気
管圧力計測値PM0の差DLPM、即ち過渡的な圧力変化分が
算出される。尚、圧力センサ52の計測値PMは図示しない
フィルタ回路又はソフトウエア上の処理により鈍化（な
まし）処理がされている。ステップ92では圧力変化によ
る燃料増量分を検出するときの重み係数K1におけるエン
ジン水温寄与分K1THWが算出される。このK1THWの値は水
温THWに応じて変化するもので、制御回路50のメモリ内
にTHWに対するK1THWの値のマップが格納されており、水
温センサ57により実測される水温THWに対応するK1THWの
値が補間により演算される。

ステップ94では圧力変化による燃料増量分を算出する
ときの重み係数K1におけるエンジン回転数寄与分K1NEが
算出される。このK1NEの値は回転数NEに応じて変化する
もので、制御回路50のメモリ内にNEに対するK1NEの値の
マップが格納されてあり、クランク角度センサの30゜パ
ルスの時間間隔より実測されるエンジン回転数NEに対応
するK1NEの値が同様に補間により演算される。ステップ
96ではステップ92で算出されるK1THWとステップ94で算
出されるK1NEの和が圧力変化による燃料増量分算出層重
み係数K1とされる。

ステップ98では圧力変化DLPMの時間積分項による燃料
増量分を算出するときの重み係数におけるエンジン水温
寄与分K2THWが算出される。同様にTHW−K2THWのマップ
があり、補間演算が実行される。ステップ100では圧力
変化DLPMの時間積分項による燃料増量分を算出するとき
の重み係数における回転数寄与分K2NEが算出される。NE
−K2NEのマップがあり、同様な補間演算が実行されるこ
とになる。ステップ102では、ステップ98で算出されるK
2THWと、ステップ100で算出されるK2NEとの積が圧力変
化DLPMの時間減衰に伴った積分項による燃料増量分算出
用重み係数K2となる。

ステップ104では、圧力差積分値DLPM_iが DLPM_i＝DLPM＋K3×DLPM_i-1 によって算出される。K3は前回までの積分値のための重
み係数であり、0.9位の大きさである。この式は物理的
には前回までの圧力変化（即ち吸入空気量変化）の総和
の意味をもっている。即ち、第５図（イ）において実線
は過渡状態における吸気管圧力の実際の変化を示してお
り、破線はなまし後の吸気管圧力PMを示す。このなまさ
れた吸気管圧力値により燃料噴射量の算出が行われるこ
とになる。従って、なまし値により燃料噴射量を算出す
ると過渡的には空燃比が荒れることになる。そこで、実
際の吸気管圧力となまし値の差の分だけ増量する必要が
ある。第５図（ロ）が補正量になる。この発明の実施例
では加算方式の増量を行っている。即ち、吸気管圧力の
変化分を算出しこれによって基本噴射量に加算すべき補
正量を算出しているのである。第５図（ハ）においてDL
PMは今回と前回との吸気管圧力の差を示し、これは前回
の噴射と今回の噴射とでの噴射量の増加に対応する。一
方、DLPM_iは前回までの圧力変化の総和であり，前回ま
での燃料噴射量の総和に相当する。従って、DLPM,DLPM_i
の夫々に対応する重み係数K1,K2を掛算したものの和、 K1×DLPM＋K2×DLPM_i が過渡時におけるそれまでの全圧力変化となる。そし
て、吸気管圧力から燃料噴射量への変換係数をＣとすれ
ば、Ｃ×（K1×DLPM＋K2DLPM_i）が過渡増量値となる。

ここで問題となるのは、この発明のような吸気制御弁
32を備えた内燃機関では吸気制御弁32の開か、閉かによ
って同じ吸気管圧力では吸入空気量は同じではない。即
ち、第６図はこの状況を説明するもので、（イ）はPMの
変化、（ロ）は吸入空気量の変化を実線は吸気制御弁32
が開のとき、破線は吸気制御弁32が閉のときで示す。従
って、吸気管圧力−燃料噴射量の変換係数Ｃを吸気制御
弁32の開閉で同じ値とすると、かりに吸気制御弁32が閉
の状態で最適なＣの値に設定したとすれば、吸気制御弁
32が閉の状態では（ハ）に示すように過渡的な空燃比の
荒れは殆ど抑制されるが、吸気制御弁32が開の状態では
実線で示すように空燃比の荒れは大きくなる。この発明
では吸気管圧力−燃料噴射量の変換係数Ｃを吸気制御弁
の開か閉かにより切替を行うことにより吸気制御弁の開
か閉かに関わらず空燃比の荒れを防止するものである。

ステップ106でYSCV＝０か否かの判別が行われる。YSC
V＝０のとき、即ち吸気制御弁32が開のときはステップ1
08に進み、Ｃ＝52とされ、YSCV＝１のとき、即ち吸気制
御弁32が閉のときはステップ110に進み、Ｃ＝35とされ
る。ここの、Ｃの具体的な数値に意味はなく、吸気制御
弁32が開放時は閉鎖時より吸入空気量が多いから吸気管
圧力−燃料噴射量の変換係数Ｃも吸気制御弁32が開放時
は閉鎖時より大きくしたにすぎず、適合定数である。

ステップ112では加算増量補正値TPAEWが、 TPAEW＝Ｃ×（K1×DLPM＋K2×DLPM_i）によって算出される。ステップ114では基本燃料噴射量T
pが算出される。周知のように基本燃料噴射量吸気管圧
力と回転数により決まり空燃比を理論空燃比とする値で
ある。制御回路50のメモリには吸気管圧力と回転数との
組合せに対する基本燃料噴射量のマップがあり、補間に
よりそのときの吸気管圧力と回転数とに対する基本燃料
噴射量の算出が行われる。この時、基本噴射量もSVC32
の開又は閉の状態に応じ各々のマップから求めて良い。

ステップ116では最終燃料噴射量TAUが、 TAU＝（Tp＋TPAEW）×α＋β によって算出される。ここでα，βはこの発明と直接関
係しないため説明を省略する色々な補正係数、補正量を
総括的に表す。例えばαとしてはSCV閉時に空燃比を超
リーンとするための、PM−NEから求められるリーン補正
係数を含むものである。ステップ118では、燃料噴射信
号が形成され、この燃料噴射信号はステップ116で算出
される燃料噴射量が得られるような継続時間を持ってい
る。ステップ120では現在のPM値がPM0に移され、ステッ
プ122では次回の処理のため現在のDLPM_iがDLPM_i-1に入
れられる。

実施例では加算式の過渡増量補正を説明したが、比例
式の過渡増量補正を行っているシステムについてもこの
発明のアイディアを利用することができる。この比例式
の増量補正では基本燃料噴射量に増量補正係数を掛算す
ることにより過渡増量補正を行うものである。

この実施例はリーンゾーンについて説明したが、これ
に限定されず、通常の空燃比で運転する内燃機関にも適
用することができる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、吸気制御弁が開か閉かに応じて過
渡時の燃料供給量の補正因子を変化させることにより吸
気制御弁の開か閉かにかかわらず過渡運転時における空
燃比の荒れを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示す図。第２図はこの発明の実施例の全体概略図。第３図及び第４図はこの発明の制御回路の作動を説明す
るフローチャート。第５図はこの発明の加算式過渡増量補正の原理を説明す
る図。第６図はこの発明による過渡時空燃比の制御特性を説明
する図。 12a,12b……吸気ポート 22……サージタンク 26……燃料インジェクタ 32……吸気制御弁 38……負圧アクチュエータ 44……３方電磁弁 46……負圧保持用チェック弁 50……制御回路 52……吸気管圧力センサ 54,56……クランク角度センサ 59……スロットル弁広開度スイッチ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一つの気筒に２分して設けられる二つの吸
気ポートのうちの一つの吸気ポートを開閉するように吸
気管負圧によって駆動される吸気制御弁と、燃料供給手
段と、燃料供給手段から機関に導入される燃料量を吸気
管圧力に応じて算出する燃料供給量算出手段と、内燃機
関の加速又は減速状態を検出する手段と、燃料供給量算
出手段により算出される燃料量を検出される加速状態に
応じ増量し又は減速状態に応じ減量するように加速状態
又は減速状態及び補正因子によって補正する燃料供給量
補正手段と、吸気制御弁が開状態にあるか閉状態にある
かを判別する吸気制御弁状態判別手段と、吸気制御弁が
開と判別されたときその加速状態での増量又は減速状態
での減量は、吸気制御弁が閉と判別されたときのその加
速状態での増量又は減速状態での減量より多くなるよう
に前記補正因子を変更する補正因子変更手段とから構成
される内燃機関の空燃比制御装置。