JP2657711B2

JP2657711B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2657711B2
Application number: JP2211562A
Authority: JP
Inventors: 尚己冨澤; 伸平中庭
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1990-08-13
Filing date: 1990-08-13
Publication date: 1997-09-24
Anticipated expiration: 2012-09-24
Also published as: JPH04101040A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関し、詳しく
は、無駄な空燃比のリッチ化を抑止しつつサージトルク
を減少させ得る空燃比制御装置に関する。

〈従来の技術〉従来から、内燃機関のおける排気浄化方法の１つとし
て排気還流（Exhaust Gas Recirculation;EGR）制御装
置が良く知られている（実開昭58−146064号公報等参
照）。

かかる排気還流装置は、吸気系に排気を還流させるこ
とによって燃焼温度を下げ、以て、NOxの排出量を低減
させようとするものである。

ところで、上記の排気還流は、燃焼室内の不活性ガス
を増大させることになるから燃焼が不安定になり易く、
サージトルクの発生を招く原因となっており、かかるサ
ージトルクの発生を抑止するために燃料供給量を増大さ
せて空燃比をリッチ化させることで燃焼の安定化を図
り、サージトルクを抑止するようにしている。

また、冷機時には、燃料の気化・混合が良好に行われ
ないために、燃料が不安定になるから、この場合にも燃
料を増大させることで、燃料の安定化を図り、サージト
ルクの発生を抑止するようにしている。

〈発明が解決しようとする課題〉このように、従来では、排気還流時や冷機時などで燃
焼が不安定になってサージトルクが発生する運転条件で
は、空燃比をリッチ化させることで燃焼の安定化を図っ
てサージトルクの発生を抑止するようにしており、空燃
比のリッチ化によるサージトルク抑止が確実に行えるよ
うに燃料性状の変化などを見込んで燃料を余分に増量さ
せるようにしている。

このため、冷機時や排気還流時などのサージトルク発
生運転条件では、余分な燃料増量が燃費や排気性状に悪
影響を与えており、また、特に排気性状の悪化のために
触媒における貴金属使用量を増大させる必要が生じるな
どコスト面でも不利となっていた。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、空燃
比をリッチ化させて燃料の安定化を図り、以て、サージ
トルクの発生を抑止するに当たって、無駄に空燃比がリ
ッチ化されることを回避できるようにすることを目的と
する。

〈課題を解決するための手段〉そのため本発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は
第１図に示すように構成される。

第１図において、筒内圧検出手段は内燃機関の筒内圧
を検出し、図示平均有効圧演算手段は、前記検出された
筒内圧に基いて図示平均有効圧を所定サイクル毎に演算
する。

そして、特定周波数成分抽出手段は、前記所定サイク
ル毎に演算される図示平均有効圧の特定周波数成分を抽
出し、空燃比調整手段は、前記特定周波数成分抽出手段
で抽出された特定周波数成分のレベルが所定値に近づく
方向に機関吸入混合気の空燃比を調整する。

〈作用〉かかる構成によると、図示平均有効圧の変動周波数の
特性周波数成分が所定レベルに近づく方向に機関吸入混
合気の空燃比が調整されるから、特定周波数成分をサー
ジトルクのレベルを表す周波数（例えば車両駆動系のね
じり振動の固有振動数に対応する１〜10Hzの低周波数
域）に設定すれば、サージトルクの発生を検出すること
ができ、サージトルクの発生時（特定周波数成分が所定
レベルを超えるとき）には燃焼を安定させるように空燃
比をリッチ化させ、また、サージトルクの非発生時（特
定周波数成分が所定レベルを下回るとき）には空燃比を
リーン化させて、無駄に燃料が増量されることを回避で
きる。

〈実施例〉以下に本発明の実施例を説明する。

一実施例を示す第２図において、４サイクル４気筒内
燃機関１には、エアクリーナ2,スロットルチャンバ3,吸
気マニホールド４を介して空気が吸入される。そして、
燃焼排気は、排気マニホールド5,排気ダクト6,三元触媒
7,マフラー８を介して大気中に排出される。

前記スロットルチャンバ３には、図示しないアクセル
ペダルに連動して開閉するスロットル弁９が設けられて
おり、このスロットル弁９によって機関１の吸入空気量
が制御されるようになっている。

また、吸気マニホールド４の各ブランチ部には、各気
筒別に燃料を噴射供給するための電磁式燃料噴射弁10a
〜10dがそれぞれ装着されており、マイクロコンピュー
タを内蔵したコントロールユニット11からの噴射パルス
信号に応じてそれぞれ独立して開制御されるようになっ
ている。前記電磁式燃料噴射弁10a〜10dには、図示しな
い燃料ポンプから圧送され、プレッシャレギュレータで
所定圧力に調整された燃料が供給されるようになってお
り、その開弁時間として燃料噴射量が制御できるように
してある。

更に、各気筒（＃１〜＃４）毎に筒内圧を検出する筒
内圧検出手段としての筒内圧センサ12a〜12dを設けてあ
る。

尚、上記筒内圧センサ12a〜12dは、実開昭63−17432
号公報等に開示されるように点火栓の座金として装着さ
れるタイプのものであっても良いが、センサ部を直接燃
焼室内に臨ませて筒内圧を絶対圧として検出するタイプ
のセンサの使用がより望ましい。

また、機関１の図示しないカム軸には、カム軸の回転
を介してクランク角を検出するクランク角センサ13が設
けられており、気筒間の行程位相差に相当するクランク
角180゜毎（例えばBTDC70゜毎）の基準角度信号REFと、
単位クランク角毎の単位角度信号POSとをそれぞれ出力
する。

更に、前記スロットル弁９に、ポテンショメータによ
って該スロットル弁９の開度TVOを検出するスロットル
センサ14が付設され、スロットル弁９の上流側には、機
関１の吸入空気流量Ｑを検出する熱線式などのエアフロ
ーメータ15が設けられている。

また、排気ダクト６には、排気中の酸素濃度を検出す
る酸素センサ16が設けられており、これにより空燃比に
よって変動する排気中の酸素濃度を検出して、機関吸入
混合気の空燃比を間接的に検出できるようになってい
る。

コントロールユニット11は、前記燃料噴射弁10a〜10d
による燃料噴射量（燃料供給量）Tiを、エアフローメー
タ15で検出される吸入空気流量Ｑとクランク角センサ13
からの検出信号に基づいて算出される機関回転速度Ｎと
に基づき演算した基本燃料噴射量Tp（←Ｋ×Q/N;Kは定
数）に各種の補正を施すことによって設定するが、第３
図のフローチャートに示すようにサージトルク吸収のた
めにかかる燃料噴射量Tiの増減補正（機関吸入混合気の
空燃比調整）を行うようになっている。

尚、本実施例において、図示平均有効圧演算手段，特
定周波数成分抽出手段，空燃比調整手段としての機能
は、前記第３図のフローチャートに示すように前記コン
トロールユニット11がソフトウェア的に備えている。

第３図のフローチャートに示すプログラムにおいて、
まず、ステップ１（図中ではS1としてある。以下同様）
では、筒内圧センサ12a〜12dで検出される筒内圧Ｐを、
前記クランク角センサ13で検出される単位クランク角毎
にA/D変換して読み込む。

そして、ステップ２では、前記読み込んだ筒内圧Ｐに
基づいて１サイクル当たりの図示平均有効圧Pi（＝∫Pd
V;V＝容積）を演算する。

次のステップ３では、このようにして１サイクル毎に
演算される図示平均有効圧Piの過去何回かに渡ってのデ
ータを記憶する。

そして、ステップ４では、ステップ３で記憶されてい
る複数の図示平均有効圧Piのデータに基づいてフーリエ
変換演算によって図示平均有効圧Piの変動周波数をスペ
クトル分析し、特定周波数成分として１〜10Hzの周波数
成分を抽出する。機関１においてサージトルクが発生す
ると、車両駆動系のねじり振動が発生し、この振動の主
成分が１〜10Hz程度であり、この周波数域が乗員が最も
敏感に感じる周波数域と重なるために、出力変動から１
〜10Hzの周波数成分を特に抽出するようにしてあるもの
であり、この１〜10Hzの周波数成分のレベルが高いとき
には、サージトルクによって乗員に不快な振動が伝わっ
ているものと推測できる。

次のステップ５では、機関１が定常運転状態であるか
否かを判定する。機関１の定常運転は、例えばスロット
ルセンサ14で検出されるスロットル弁９の開度TVOが略
一定で、かつ、クランク角センサ13から出力される検出
信号に基づいて演算される機関回転速度Ｎが略一定であ
るときとする。

機関１が定常運転されてなく過渡運転状態であるとき
には、サージトルクに対する要求レベルが一定速度走行
時よりも厳しくないので、本発明にかかる空燃比調整を
施すことなくそのまま本プログラムを終了させる。

一方、機関１が定常運転されているときには、僅かの
サージトルク発生でも乗員に不快感を与える惧れがある
ので、空燃比調整によるサージトルクの吸収制御を行う
べくステップ６へ進む。

ステップ６では、図示平均有効圧Piの変動周波数を分
析して得た１〜10Hzの周波数成分のレベルPi（ｆ）と所
定値とを比較する。

前記所定値は、許容されるサージトルクレベルを規定
するものであり、１〜10Hzの周波数成分レベルPi（ｆ）
がこの所定値を越える場合には、許容レベルを越えるサ
ージトルクが発生しているものと判断し、ステップ７へ
進んで空燃比リッチ化させるべく燃料噴射量Tiを増量補
正して、燃焼の安定化によるサージトルクの回避を図
る。

一方、１〜10Hzの周波数成分レベルPi（ｆ）が前記所
定値を下回るときには、乗員に不快感を与えるようなサ
ージトルクが発生していないものと判断し、空燃比をリ
ーン化させるべく燃料噴射量Tiを減量補正して、無駄な
増量が極力行われないようにする。

また、１〜10Hzの周波数成分レベルPi（ｆ）と前記所
定値とを略同一である場合には、サージトルクの発生・
非発生の境界域であるから、空燃比調整を実行すること
なく本プログラムをそのまま終了させる。

従って、本実施例によれば、燃料の不安定化によるサ
ージトルクの発生を監視しつつ、空燃比を調整すること
ができるから、サージトルクの発生を回避するための空
燃比リッチ化を無駄なく行え、サージトルク抑止のため
の燃料増量による燃費・排気特性の悪化を最小限に抑え
ることができるものである（第４図参照）。

ここで、上記サージトルク吸収制御に関わる空燃比調
整のための燃料噴射量Tiの増減補正は、例えば以下のよ
うにして行われる。

即ち、前記燃料噴射量Tiは、前述のように基本燃料噴
射量Tpに各種の補正を施すことによって設定されるよう
になっており、かかる補正には所定フィードバック運転
領域における空燃比フィードバック補正，バッテリ電圧
補正，水温補正などが含まれており、前記水温補正は、
冷却水温度（機関温度）が低く燃焼が不安定であるとき
ほど（サージトルクが発生し易いときほど）燃料を増量
補正するためのものであるから、かかる水温補正をサー
ジトルクの発生レベルに応じて増減補正することで空燃
比の調整を図れば、冷機時のサージトルク回避のための
燃料増量を無駄なく行わせることができる。

また、EGR装置を備える機関では、前述のように筒内
圧に基づいて演算した図示平均有効圧の特定変動周波数
成分のレベルに基づいてサージ発生の有無を判断し、か
かる判断に従ってEGR運転領域における燃料噴射量Tiの
増量割合を補正して空燃比を調整するようにすれば、EG
Rによって燃焼が不安定になることによるサージトルク
の発生を最小限の燃料増量で抑止できるようになる。

〈発明の効果〉以上説明したように本発明によると、サージトルクの
発生レベルを監視しつつ、空燃比を調整することで、サ
ージトルクの発生を抑止しつつ無駄な空燃比のリッチ化
が回避できるので、サージトルクを回避するための空燃
比のリッチ化を無駄なく行わせ、燃費・排気特性を改善
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例を示すシステム概略図、第３図は同上実施
例における空燃比調整制御の内容を示すフローチャー
ト、第４図は同上実施例における空燃比調整の様子を示
す線図である。１……内燃機関、９……スロットル弁、10a〜10d……燃
料噴射弁、11……コントロールユニット、12a〜12d……
筒内圧センサ、13……クランク角センサ、14……スロッ
トルセンサ、15……エアフローメータ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手
段と、該筒内圧検出手段によって検出された筒内圧に基づいて
機関の図示平均有効圧を所定サイクル毎に演算する図示
平均有効圧演算手段と、該図示平均有効圧演算手段で所定サイクル毎に演算され
る図示平均有効圧の特定周波数成分を抽出する特定周波
数成分抽出手段と、該特定周波数成分抽出手段で抽出された特定周波数成分
のレベルが所定値に近づく方向に機関吸入混合気の空燃
比を調整する空燃比調整手段と、を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の空燃比
制御装置。