JP2811667B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
内燃機関の空燃比制御装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、内燃機関に供給する混合気の空燃比を制
御する内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。 〔従来の技術〕 従来の燃料制御装置の例としては種々のものがある
が、ここでは、特開昭60−212643号公報に開示された従
来例を例にとり説明する。第８図は、従来の燃料制御装
置の構成図である。第８図において、１はエアークリー
ナ、２は吸入空気量を計測するエアーフローメータ、３
はスロットル弁、４は吸気マニホールド、５はシリン
ダ、６は機関の冷却水温を検出する水温センサ、７はク
ランク角センサ、８は排気マニホールド、９は排気ガス
成分濃度（例えば酸素濃度）を検出する排気センサ、10
は燃料噴射弁、11は点火プラグ、12は制御装置である。 クランク角センサは、例えばクランク角の基準位置毎
（４気筒機関では180度毎、６気筒機関では120度毎）に
基準位置パルスを出力し、また単位角度毎（例えば１度
毎）に単位角パルスを出力する。そして、制御装置12内
において、この基準位置パルスが入力された後の単位角
パルスの数を計算することによって、そのときのクラン
ク角を知ることができる。また、単位角パルスの周波数
または周期を計測することによって、機関の回転速度を
知ることもできる。 なお、第８図の例においては、デイストリビュータ内
にクランク角センサ７が設けられている場合を例示して
いる。 制御装置12は、例えば、CPU、RAM、ROM、入出力イン
ターフェースなどからなるマイクロコンピュータで構成
され、上記エアーフローメータ２から与えられる吸入空
気量信号S1、水温センサ６から与えられる水温信号S2、
クランク角センサから与えられるクランク角信号S3、排
気センサ９から与えられる排気信号S4、および図示しな
いバッテリ電圧信号やスロットル全閉信号などを入力
し、それらの信号に応じた演算を行って機関に供給すべ
き燃料噴射量を算出し、噴射信号S5を出力する。この噴
射信号S5によって、燃料噴射弁10が作動し、機関に所定
量の燃料を供給する。 上記の制御装置12内における燃料噴射量Tiの演算は、
例えば次の式によって行われる。 Ti＝Tp×（１＋Ft＋KMR/100）＋β＋Ts …（１） 上記の（１）式において、Tbは基本噴射量であり、例
えば、吸入空気量をＱ、機関の回転速度をＮ、定数をＫ
とした場合にTp＝Ｋ×Q/Nで求められる。 また、Ftは、機関の冷却水温に対応した補正計数であ
り、例えば冷却水温度が低いほど大きな値となる。KMR
は高負荷時における補正係数であり、例えば第９図に示
すごとく、基本噴射量Tpと回転速度Ｎとに応じた値とし
てあらかじめデータテーブルに記憶されていた値からテ
ーブル・ルックアップによって読み出して用いる。 Tsは、バッテリ電圧による補正係数であり、燃料噴射
弁10を駆動する電圧の変動を補正するための係数であ
る。また、βは排気センサ９からの排気信号S4に応じた
補正係数であり、この補正係数βを用いることによって
混合気の空燃比を所定の値、例えば理論空燃比14.6近傍
の値にフィードバック制御することができる。 但し、この排気信号S4によるフィードバック制御を行
っている場合には、常に混合気の空燃比が一定の値とな
るように制御されるので、上記の冷却水温による補正
や、高負荷による補正が無意味になる。 したがって、排気信号S4によるフィードバック制御
は、水温による補正係数Ftや高負荷における補正係数KM
Rが零の場合にのみ行われる。上記の各補正の演算とセ
ンサ類との関係を示すと、第10図のようになる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の燃料制御装置は以上のように構成されているの
で、排気センサの信号に応じたフィードバック制御は行
われるが、高負荷条件による補正は基本噴射量Tpと回転
速度Ｎ、すなわち吸入空気量Ｑと回転速度Ｎとによって
決定される構成になっており、その補正は全くオープン
ループ制御で行われている。 そのため、エアーフローメータや燃料噴射弁などのば
らつきや経時変化などによって高負荷時の空燃比が適量
空燃比（これは発生トクルを最大にする空燃比であり、
例えば13前後の値を取ることが多く、一般に空燃比のフ
ィードバック値とは異なる）からはずれてトルクが低下
したり、安定性が悪化したりするおそれがある。 また、過渡時においては、エアーフローメータが機関
に吸入される空気量ばかりでなく、吸気管内にたまる空
気量も合わせて計測してしまうため、たとえ空燃比のフ
ィードバックがなされていても実際の空燃比は所定の値
になっていないことが多いという問題点を有していた。 この発明は、上記のような従来の問題点を解決するた
めになされたもので、機関の状態に無関係にその空燃比
を所定の値に制御できる内燃機関の空燃比制御装置を得
ることを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明に係る内燃機関の空燃比制御装置は、内燃機
関の吸入空気流量と回転数を計測し、吸入空気量と回転
数から基本の燃料噴射量を算出して所定の噴射量の燃料
を噴射する基本燃料噴射手段と、内燃機関のシリンダ内
圧力を検出する圧力検出手段と、内燃機関のクランク角
を検出するクランク角検出手段と、圧力検出手段の検出
出力とクランク角検出手段の検出出力を入力するととも
に内燃機関の点火サイクル内の圧力上昇割合の最大値に
応じて燃料噴射量を演算する演算手段と、最大値と内燃
機関の空燃比との特性曲線において空燃比の増加に応じ
て最大値が単調減少する領域に対応して設定された最大
値の範囲と最大値とを比較して最大値が範囲にあるか否
かを判定する判定手段と、この判定手段が範囲にあると
判定したとき演算手段で演算した燃料噴射量を内燃機関
に供給するとともに、判定手段が範囲にないと判定した
とき基本燃料噴射手段で演算した所定の噴射量の燃料を
内燃機関に供給する制御手段とを備えたものである。 また、この発明に係る内燃機関の空燃比制御装置は、
内燃機関の吸入空気流量と回転数を計測し、吸入空気流
量と回転数から基本の燃料噴射量を算出して所定の噴射
量の燃料を噴射する基本燃料噴射手段と、内燃機関のシ
リンダ内圧力を検出する圧力検出手段と、内燃機関のク
ランク角を検出するクランク角検出手段と、圧力検出手
段の検出出力とクランク角検出手段の検出出力を入力す
るとともに内燃機関の点火サイクル内の圧力上昇割合の
最大値の所定サイクルの平均値に応じて燃料噴射量を演
算する演算手段と、最大値と内燃機関の空燃比との特性
曲線において空燃比の増加に応じて最大値が単調減少す
る領域に対応して設定された最大値の範囲と平均値とを
比較して平均値が範囲にあるか否かを判定する判定手段
と、この判定手段が範囲にあると判定したとき演算手段
で演算した燃料噴射量を内燃機関に供給するとともに、
判定手段が範囲にないと判定したとき基本燃料噴射手段
で演算した所定の噴射量の燃料を内燃機関に供給する制
御手段とを備えたものである。 〔作用〕 この発明においては、内燃機関の点火サイクル内の圧
力上昇割合の最大値あるいは最大値の所定サイクルの平
均値に応じて燃料噴射量を演算するとともに、最大値と
内燃機関の空燃比との特性曲線において空燃比の増加に
応じて最大値が単調減少する領域に対応して設定された
最大値の範囲と上記最大値あるいは上記平均値とを比較
し、上記最大値あるいは上記平均値が上記範囲にあると
きは上記最大値あるいは上記平均値に応じて演算された
燃料噴射量を内燃機関の供給するとともに、上記最大値
あるいは上記平均値が上記範囲にないときは基本燃料噴
射手段で演算した所定の噴射量の燃料を内燃機関に供給
する。 〔実施例〕 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図において、第８図と第一部分には同一符号を付して
その重複説明を避け、第８図とは異なる部分を主体に述
べる。第１図においては、符号１〜12で示す部分は第８
図と同様であり、13はシリンダ内圧力を検出する圧力セ
ンサである。この圧力センサ13は点火プラグ11の座金の
代わりに用いられており、シリンダ内圧力の変化を電気
信号として取り出すものである。 また制御装置12は、例えばマイクロコンピュータで構
成されており、エアーフローメータ２から与えられる吸
入空気信号S1、水温センサ６から与えられる水温信号S
2、クランク角センサ７から与えられるクランク角信号S
3、排気センサ９から与えられる排気信号S4、および圧
力センサ13から与えられる圧力信号S6などを入力とし、
所定の演算を行って噴射信号S5を出力し、それによって
燃料噴射弁10を制御する。 第２図は圧力センサ13の一例図で、第２図（Ａ）はそ
の正面図、第２図（Ｂ）は第２図（Ａ）の断面図であ
り、図中の13Aは圧電素子、13Bはマイナス電極、13Cは
プラス電極である。また、第３図は上記圧力センサ13の
取付け図であり、シリンダーヘッド14に点火プラグ11に
よって締め付けられて取り付けられている。 第４図はこの発明の本質である１サイクル内のシリン
ダ内の圧力上昇割合dP/dθの最大値と空燃比の関係を示
す。すなわち、縦軸が１サイクル内のシリンダ内の圧力
上昇割合の最大値（dP/dθ）maxで、横軸が空燃比で、
負荷や回転数に無関係に（dP/dθ）maxは空燃比に対し
てほぼ一つの曲線で表されることがわかる。 発明者らは多数回の実験の結果この事実を発見した。
これは、空燃比が濃いときは燃焼が遠く圧力上昇割合の
最大値は大きく、空燃比が薄くなると燃焼が遅く、圧力
上昇割合の最大値は小さくなるという一般的な傾向を表
しているものと考えることができる。 したがって、１サイクル内のシリンダ内の圧力上昇割
合の最大値（dP/dθ）maxは負荷や回転数に無関係に空
燃比とほぼ１対１に対応し、特に、理論空燃比近傍では
この傾向が著しい。 このことから、第４図の特性を利用すると、１サイク
ル内のシリンダ内の圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）ma
x、または、所定サイクル間の平均（dP/dθ）max値を検
出することによって、１サイクル内、または、所定サイ
クル間の空燃比でわかるので、１サイクル内、または、
所定サイクル間の圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）max
またはその平均値をモニタすることによって、サイクル
毎の、または、所定サイクル間空燃比を制御することが
可能になる。 クランク角θと時間ｔとの間にはθ＝6Ntの関係があ
るから、ｄθ＝6Ndtが成立する。したがって、機関回転
数Ｎが変化しなければ（dP/dθ）max＝（dP/dt）max/
（6N）となるから（dP/dθ）maxの代わりに（dP/dt）ma
xを検出することによっても、サイクル毎の空燃比を制
御することが可能である。 したがって、（dP/dt）maxを検出することによって、
高負荷ばかりでなく、アクセルHz踏込み時の過渡時にお
いても空燃比を制御することが可能となる。 １サイクル内のシリンダ内の圧力を検出することによ
る空燃比の制御は、上記のような（dP/dθ）maxばかり
でなく、例えば図示平均有効圧Piや１サイクル内のシリ
ンダ内の最高圧力Pmaxを計測することによっても可能で
ある。 第５図および第６図は図示平均有効圧力Piと空燃比お
よび最高圧力Pmaxと空燃比の関係をそれぞれ表してい
る。これらの図から図示平均有効圧力Piや１サイクル内
のシリンダ内の最高圧力Pmaxを計測することによって空
燃比制御する方法も考えられる。 しかし、図示平均有効圧力Piや最高圧力Pmaxは空燃比
に対して単峰特性であるため、実際の制御に当たって
は、リーンまたはリッチの判断が別途必要である。 これに対して、（dP/dθ）maxと空燃比との関係には
単峰特性がないから、この発明ではリーンまたはリッチ
の判断は不必要であるという大きな特性を有している。 また、図示平均有効圧力Piや最高圧力Pmaxは図示した
ように同一空燃比であっても、負荷によってその値が変
化するため、図示平均有効圧力Piや最高圧力Pmaxを負荷
によって正規化しないといけないが、（dP/dθ）maxを
用いる場合にはその必要がないという特徴も有してい
る。 第７図（ａ）はこの発明の一実施例の動作の流れを示
すフローチャートで、特に１サイクル内の（dP/dθ）ma
xを求めるフローチャートである。この例ではクランク
角として一度毎にシリンダ圧力をサンプリングし、所定
サイクルとして１サイクルとし、図示した演算をコプロ
セッサ内で実行する（詳細は後述する）としたときのフ
ローチャートを示している。 メインルーチン（ホストプロセッサ）から第７図
（ａ）に示すルーチン（コプロセッサ）に入ると、ステ
ップ100でクランク角を読み込み。ステップ101では、ス
テップ100のクランク角データが圧縮行程か燃焼行程
（膨張行程）にあるかどうかを判断し、「YES」なら
ば、ステップ102でシリンダ圧力Ｐ（θ）を読み込んだ
後、ステップ103に進む。「NO」ならばステップ100に戻
り、次のクランク角を待つ。 ステップ103では、前記のクランク角が吸気BDCかどう
かの判定を行い、吸気BDCならば前記筒内圧データＰ
（θ）を用いて、P1＝Ｐ（θ）、△Ｐ＝０としてP1と△
Ｐをメモリにいれ（ステップ104）、ステップ100に戻
る。 一方吸気BDCでなければ、ステップ105でさらに燃焼
（膨脹）BDCかどうかの判断を行う。もし燃焼（膨脹）B
DCでなければステップ106へ進み、△P2＝Ｐ（θ）−P1
および△Ｐ＝△P2−△P1を計算し△P2と△Ｐを記憶する
とともにステップ107に進む。また、もし燃焼（膨脹）B
CDならば、第７図（ｂ）にリターンする。 ステップ107では、△Ｐ≧０かどうか判断する。「YE
S」ならば△P1＝△P2とし△P1の記憶内容を更新して
（ステップ108）、「NO」の場合と同様にステップ100に
戻る。 以上の過程でシリンダ内の圧力上昇割合の最大値（dP
/dθ）maxを求めることができる。すなわち、ステップ1
05の「YES」では、△P1の記憶内容としてシリンダ内の
圧力上昇割合の最大値が求まっているわけである。この
例では、クランク角が１度毎のサンプリングだから、サ
ンプリング毎の圧力差dPと圧力勾配（dP/dθ）の値が一
致するから、圧力差dPをクランク角のサンプリング間隔
で割る必要はない。 もし、機関が高速になり、１度毎のサンプリングがで
きない場合には、（例えば、300rpm以上では２度毎のサ
ンプリング）、ステップ106,107,108の△P1,△P2,△Ｐ
のそれぞれの値をクランク角のサンプリング間隔で割っ
たものに置換えれば、クランク角が１度毎のサンプリン
グの場合と全く同様に（dP/dθ）maxを求めることがが
できる。 このような演算は極めて高速に行わなければならない
が（例えば、クランク角１度の時間内で第７図（ａ）の
ルーチンを実行してしまう必要がある）、このような計
算は例えばデータフロー形プロセッサ（例えば日本電気
株式会社製μPD7281）をコプロセッサとして用いて上記
の計算を行わせることによって可能となる。そして、ホ
ストプロセッサ（従来のノイマン形プロセッサで可）で
は、例えば燃料噴射量Tiや第７図（ｂ）の計算、機関動
作点の判断、空燃比の制御動作、第７図（ａ）のルーチ
ンに行く流れの制御などを行わせればよい。 すなわち、データフロー形プロセッサは、演算がデー
タによって駆動される特徴を持っているから、この特徴
を利用して第７図（ａ）のルーチンに行く流れの制御を
次のようにすることができる。例えば、ホストプロセッ
サにクランク角度の信号が入力されたとき、ホストプロ
セッサは第７図（ａ）の演算プログラムが格納されたコ
プロセッサにクランク角度とそのときの筒内圧Ｐ（θ）
のデータを送ることで、第７図（ａ）のルーチンに行く
流れの制御が可能となる。 何故なら、データフロー形プロセッサは必要なデータ
が揃えば自動的に演算を実行するからである。そして、
第７図（ａ）の演算プログラムのR1に達すれば、データ
フロー形プロセッサ△P1内に格納されているシリンダ内
圧力の圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）maxデータをホ
ストプロセッサに送り返せばよい。このデータを受け取
ったホストプロセッサ側では後述する第７図（ｂ）のフ
ローチャートで示される空燃比制御を実施するのであ
る。 もし、自立形のデータフロー形プロセッサならば、こ
れをホストプロセッサとして利用することによって、ク
ランク角度データによって駆動される第７図（ａ）の演
算プログラムを実行することによって、シリンダ内圧力
の圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）maxを求めることが
できるのは言うまでもない。 以上は圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）maxをプログ
ラム上で求める場合の説明であるが、一方、例えばピー
ク値ホールド回路など用いることによって、回路的にシ
リンダ内の圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）maxを求め
ることもできる。 第７図（ｂ）のフローチャートは、ホストプロセッサ
で実行されるべき空燃比制御のフローチャートを示して
いる。すなわち、まずステップ109では、第７図（ａ）
で求めた圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）maxが所定の
範囲内にあるかどうかの判断をする。 もし、範囲内にあればステップ110に進む。範囲外な
らばステップ116で燃料噴射量を基本燃料噴射量に設定
し、空燃比制御は実施しない。ステップ110では、機関
回転数Ｎと吸入空気量Ｑまたは吸気管圧力Pbから機関動
作点を求め、次に機関動作点に応じた目標空燃比をテー
ブル・ルックアップより求め（ステップ111）、さらに
目標空燃比を圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）maxに書
き替える（ステップ112）。 このステップ1112で書き替えた圧力上昇割合の最大値
（dP/dθ）maxをステップ113で記憶して、次のステップ
114でｅ＝ｒ−△P1を計算してフィードバック制御に必
要な誤差信号を作り、ステップ115でPI（比例、積分）
またはPID（比例、積分、微分）制御を行う。 なお、この実施例では、シリンダ内圧力の絶対値が測
定できる場合について説明したが、圧力の変化割合が測
定できる場合には上記のことがより容易に可能であるの
は明らかである。 〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、１サイクル内のシ
リンダ内の圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）maxまたは
この最大値の所定サイクルの平均値を検出することによ
って、空燃比を制御するように構成したので、機関への
負荷や機関回転数に無関係にサイクル毎、または所定サ
イクル間の空燃比を正確に制御できるという著しい効果
がある。 また、最大値と内燃機関の空燃比との特性曲線におい
て空燃比の増加に応じて最大値が単調減少する領域に対
応して設定された最大値の範囲に上記最大値あるいは上
記平均値があるか否かにより、上記最大値あるいは上記
平均値に応じて演算された燃料噴射量を供給するか、も
しくは基本の燃料噴射量に基づいて定まる所定の噴射量
の燃料を内燃機関に供給するようにしたので、簡単な構
成で空燃比な広範な範囲で制御することができる。
御する内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。 〔従来の技術〕 従来の燃料制御装置の例としては種々のものがある
が、ここでは、特開昭60−212643号公報に開示された従
来例を例にとり説明する。第８図は、従来の燃料制御装
置の構成図である。第８図において、１はエアークリー
ナ、２は吸入空気量を計測するエアーフローメータ、３
はスロットル弁、４は吸気マニホールド、５はシリン
ダ、６は機関の冷却水温を検出する水温センサ、７はク
ランク角センサ、８は排気マニホールド、９は排気ガス
成分濃度（例えば酸素濃度）を検出する排気センサ、10
は燃料噴射弁、11は点火プラグ、12は制御装置である。 クランク角センサは、例えばクランク角の基準位置毎
（４気筒機関では180度毎、６気筒機関では120度毎）に
基準位置パルスを出力し、また単位角度毎（例えば１度
毎）に単位角パルスを出力する。そして、制御装置12内
において、この基準位置パルスが入力された後の単位角
パルスの数を計算することによって、そのときのクラン
ク角を知ることができる。また、単位角パルスの周波数
または周期を計測することによって、機関の回転速度を
知ることもできる。 なお、第８図の例においては、デイストリビュータ内
にクランク角センサ７が設けられている場合を例示して
いる。 制御装置12は、例えば、CPU、RAM、ROM、入出力イン
ターフェースなどからなるマイクロコンピュータで構成
され、上記エアーフローメータ２から与えられる吸入空
気量信号S1、水温センサ６から与えられる水温信号S2、
クランク角センサから与えられるクランク角信号S3、排
気センサ９から与えられる排気信号S4、および図示しな
いバッテリ電圧信号やスロットル全閉信号などを入力
し、それらの信号に応じた演算を行って機関に供給すべ
き燃料噴射量を算出し、噴射信号S5を出力する。この噴
射信号S5によって、燃料噴射弁10が作動し、機関に所定
量の燃料を供給する。 上記の制御装置12内における燃料噴射量Tiの演算は、
例えば次の式によって行われる。 Ti＝Tp×（１＋Ft＋KMR/100）＋β＋Ts …（１） 上記の（１）式において、Tbは基本噴射量であり、例
えば、吸入空気量をＱ、機関の回転速度をＮ、定数をＫ
とした場合にTp＝Ｋ×Q/Nで求められる。 また、Ftは、機関の冷却水温に対応した補正計数であ
り、例えば冷却水温度が低いほど大きな値となる。KMR
は高負荷時における補正係数であり、例えば第９図に示
すごとく、基本噴射量Tpと回転速度Ｎとに応じた値とし
てあらかじめデータテーブルに記憶されていた値からテ
ーブル・ルックアップによって読み出して用いる。 Tsは、バッテリ電圧による補正係数であり、燃料噴射
弁10を駆動する電圧の変動を補正するための係数であ
る。また、βは排気センサ９からの排気信号S4に応じた
補正係数であり、この補正係数βを用いることによって
混合気の空燃比を所定の値、例えば理論空燃比14.6近傍
の値にフィードバック制御することができる。 但し、この排気信号S4によるフィードバック制御を行
っている場合には、常に混合気の空燃比が一定の値とな
るように制御されるので、上記の冷却水温による補正
や、高負荷による補正が無意味になる。 したがって、排気信号S4によるフィードバック制御
は、水温による補正係数Ftや高負荷における補正係数KM
Rが零の場合にのみ行われる。上記の各補正の演算とセ
ンサ類との関係を示すと、第10図のようになる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の燃料制御装置は以上のように構成されているの
で、排気センサの信号に応じたフィードバック制御は行
われるが、高負荷条件による補正は基本噴射量Tpと回転
速度Ｎ、すなわち吸入空気量Ｑと回転速度Ｎとによって
決定される構成になっており、その補正は全くオープン
ループ制御で行われている。 そのため、エアーフローメータや燃料噴射弁などのば
らつきや経時変化などによって高負荷時の空燃比が適量
空燃比（これは発生トクルを最大にする空燃比であり、
例えば13前後の値を取ることが多く、一般に空燃比のフ
ィードバック値とは異なる）からはずれてトルクが低下
したり、安定性が悪化したりするおそれがある。 また、過渡時においては、エアーフローメータが機関
に吸入される空気量ばかりでなく、吸気管内にたまる空
気量も合わせて計測してしまうため、たとえ空燃比のフ
ィードバックがなされていても実際の空燃比は所定の値
になっていないことが多いという問題点を有していた。 この発明は、上記のような従来の問題点を解決するた
めになされたもので、機関の状態に無関係にその空燃比
を所定の値に制御できる内燃機関の空燃比制御装置を得
ることを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明に係る内燃機関の空燃比制御装置は、内燃機
関の吸入空気流量と回転数を計測し、吸入空気量と回転
数から基本の燃料噴射量を算出して所定の噴射量の燃料
を噴射する基本燃料噴射手段と、内燃機関のシリンダ内
圧力を検出する圧力検出手段と、内燃機関のクランク角
を検出するクランク角検出手段と、圧力検出手段の検出
出力とクランク角検出手段の検出出力を入力するととも
に内燃機関の点火サイクル内の圧力上昇割合の最大値に
応じて燃料噴射量を演算する演算手段と、最大値と内燃
機関の空燃比との特性曲線において空燃比の増加に応じ
て最大値が単調減少する領域に対応して設定された最大
値の範囲と最大値とを比較して最大値が範囲にあるか否
かを判定する判定手段と、この判定手段が範囲にあると
判定したとき演算手段で演算した燃料噴射量を内燃機関
に供給するとともに、判定手段が範囲にないと判定した
とき基本燃料噴射手段で演算した所定の噴射量の燃料を
内燃機関に供給する制御手段とを備えたものである。 また、この発明に係る内燃機関の空燃比制御装置は、
内燃機関の吸入空気流量と回転数を計測し、吸入空気流
量と回転数から基本の燃料噴射量を算出して所定の噴射
量の燃料を噴射する基本燃料噴射手段と、内燃機関のシ
リンダ内圧力を検出する圧力検出手段と、内燃機関のク
ランク角を検出するクランク角検出手段と、圧力検出手
段の検出出力とクランク角検出手段の検出出力を入力す
るとともに内燃機関の点火サイクル内の圧力上昇割合の
最大値の所定サイクルの平均値に応じて燃料噴射量を演
算する演算手段と、最大値と内燃機関の空燃比との特性
曲線において空燃比の増加に応じて最大値が単調減少す
る領域に対応して設定された最大値の範囲と平均値とを
比較して平均値が範囲にあるか否かを判定する判定手段
と、この判定手段が範囲にあると判定したとき演算手段
で演算した燃料噴射量を内燃機関に供給するとともに、
判定手段が範囲にないと判定したとき基本燃料噴射手段
で演算した所定の噴射量の燃料を内燃機関に供給する制
御手段とを備えたものである。 〔作用〕 この発明においては、内燃機関の点火サイクル内の圧
力上昇割合の最大値あるいは最大値の所定サイクルの平
均値に応じて燃料噴射量を演算するとともに、最大値と
内燃機関の空燃比との特性曲線において空燃比の増加に
応じて最大値が単調減少する領域に対応して設定された
最大値の範囲と上記最大値あるいは上記平均値とを比較
し、上記最大値あるいは上記平均値が上記範囲にあると
きは上記最大値あるいは上記平均値に応じて演算された
燃料噴射量を内燃機関の供給するとともに、上記最大値
あるいは上記平均値が上記範囲にないときは基本燃料噴
射手段で演算した所定の噴射量の燃料を内燃機関に供給
する。 〔実施例〕 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図において、第８図と第一部分には同一符号を付して
その重複説明を避け、第８図とは異なる部分を主体に述
べる。第１図においては、符号１〜12で示す部分は第８
図と同様であり、13はシリンダ内圧力を検出する圧力セ
ンサである。この圧力センサ13は点火プラグ11の座金の
代わりに用いられており、シリンダ内圧力の変化を電気
信号として取り出すものである。 また制御装置12は、例えばマイクロコンピュータで構
成されており、エアーフローメータ２から与えられる吸
入空気信号S1、水温センサ６から与えられる水温信号S
2、クランク角センサ７から与えられるクランク角信号S
3、排気センサ９から与えられる排気信号S4、および圧
力センサ13から与えられる圧力信号S6などを入力とし、
所定の演算を行って噴射信号S5を出力し、それによって
燃料噴射弁10を制御する。 第２図は圧力センサ13の一例図で、第２図（Ａ）はそ
の正面図、第２図（Ｂ）は第２図（Ａ）の断面図であ
り、図中の13Aは圧電素子、13Bはマイナス電極、13Cは
プラス電極である。また、第３図は上記圧力センサ13の
取付け図であり、シリンダーヘッド14に点火プラグ11に
よって締め付けられて取り付けられている。 第４図はこの発明の本質である１サイクル内のシリン
ダ内の圧力上昇割合dP/dθの最大値と空燃比の関係を示
す。すなわち、縦軸が１サイクル内のシリンダ内の圧力
上昇割合の最大値（dP/dθ）maxで、横軸が空燃比で、
負荷や回転数に無関係に（dP/dθ）maxは空燃比に対し
てほぼ一つの曲線で表されることがわかる。 発明者らは多数回の実験の結果この事実を発見した。
これは、空燃比が濃いときは燃焼が遠く圧力上昇割合の
最大値は大きく、空燃比が薄くなると燃焼が遅く、圧力
上昇割合の最大値は小さくなるという一般的な傾向を表
しているものと考えることができる。 したがって、１サイクル内のシリンダ内の圧力上昇割
合の最大値（dP/dθ）maxは負荷や回転数に無関係に空
燃比とほぼ１対１に対応し、特に、理論空燃比近傍では
この傾向が著しい。 このことから、第４図の特性を利用すると、１サイク
ル内のシリンダ内の圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）ma
x、または、所定サイクル間の平均（dP/dθ）max値を検
出することによって、１サイクル内、または、所定サイ
クル間の空燃比でわかるので、１サイクル内、または、
所定サイクル間の圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）max
またはその平均値をモニタすることによって、サイクル
毎の、または、所定サイクル間空燃比を制御することが
可能になる。 クランク角θと時間ｔとの間にはθ＝6Ntの関係があ
るから、ｄθ＝6Ndtが成立する。したがって、機関回転
数Ｎが変化しなければ（dP/dθ）max＝（dP/dt）max/
（6N）となるから（dP/dθ）maxの代わりに（dP/dt）ma
xを検出することによっても、サイクル毎の空燃比を制
御することが可能である。 したがって、（dP/dt）maxを検出することによって、
高負荷ばかりでなく、アクセルHz踏込み時の過渡時にお
いても空燃比を制御することが可能となる。 １サイクル内のシリンダ内の圧力を検出することによ
る空燃比の制御は、上記のような（dP/dθ）maxばかり
でなく、例えば図示平均有効圧Piや１サイクル内のシリ
ンダ内の最高圧力Pmaxを計測することによっても可能で
ある。 第５図および第６図は図示平均有効圧力Piと空燃比お
よび最高圧力Pmaxと空燃比の関係をそれぞれ表してい
る。これらの図から図示平均有効圧力Piや１サイクル内
のシリンダ内の最高圧力Pmaxを計測することによって空
燃比制御する方法も考えられる。 しかし、図示平均有効圧力Piや最高圧力Pmaxは空燃比
に対して単峰特性であるため、実際の制御に当たって
は、リーンまたはリッチの判断が別途必要である。 これに対して、（dP/dθ）maxと空燃比との関係には
単峰特性がないから、この発明ではリーンまたはリッチ
の判断は不必要であるという大きな特性を有している。 また、図示平均有効圧力Piや最高圧力Pmaxは図示した
ように同一空燃比であっても、負荷によってその値が変
化するため、図示平均有効圧力Piや最高圧力Pmaxを負荷
によって正規化しないといけないが、（dP/dθ）maxを
用いる場合にはその必要がないという特徴も有してい
る。 第７図（ａ）はこの発明の一実施例の動作の流れを示
すフローチャートで、特に１サイクル内の（dP/dθ）ma
xを求めるフローチャートである。この例ではクランク
角として一度毎にシリンダ圧力をサンプリングし、所定
サイクルとして１サイクルとし、図示した演算をコプロ
セッサ内で実行する（詳細は後述する）としたときのフ
ローチャートを示している。 メインルーチン（ホストプロセッサ）から第７図
（ａ）に示すルーチン（コプロセッサ）に入ると、ステ
ップ100でクランク角を読み込み。ステップ101では、ス
テップ100のクランク角データが圧縮行程か燃焼行程
（膨張行程）にあるかどうかを判断し、「YES」なら
ば、ステップ102でシリンダ圧力Ｐ（θ）を読み込んだ
後、ステップ103に進む。「NO」ならばステップ100に戻
り、次のクランク角を待つ。 ステップ103では、前記のクランク角が吸気BDCかどう
かの判定を行い、吸気BDCならば前記筒内圧データＰ
（θ）を用いて、P1＝Ｐ（θ）、△Ｐ＝０としてP1と△
Ｐをメモリにいれ（ステップ104）、ステップ100に戻
る。 一方吸気BDCでなければ、ステップ105でさらに燃焼
（膨脹）BDCかどうかの判断を行う。もし燃焼（膨脹）B
DCでなければステップ106へ進み、△P2＝Ｐ（θ）−P1
および△Ｐ＝△P2−△P1を計算し△P2と△Ｐを記憶する
とともにステップ107に進む。また、もし燃焼（膨脹）B
CDならば、第７図（ｂ）にリターンする。 ステップ107では、△Ｐ≧０かどうか判断する。「YE
S」ならば△P1＝△P2とし△P1の記憶内容を更新して
（ステップ108）、「NO」の場合と同様にステップ100に
戻る。 以上の過程でシリンダ内の圧力上昇割合の最大値（dP
/dθ）maxを求めることができる。すなわち、ステップ1
05の「YES」では、△P1の記憶内容としてシリンダ内の
圧力上昇割合の最大値が求まっているわけである。この
例では、クランク角が１度毎のサンプリングだから、サ
ンプリング毎の圧力差dPと圧力勾配（dP/dθ）の値が一
致するから、圧力差dPをクランク角のサンプリング間隔
で割る必要はない。 もし、機関が高速になり、１度毎のサンプリングがで
きない場合には、（例えば、300rpm以上では２度毎のサ
ンプリング）、ステップ106,107,108の△P1,△P2,△Ｐ
のそれぞれの値をクランク角のサンプリング間隔で割っ
たものに置換えれば、クランク角が１度毎のサンプリン
グの場合と全く同様に（dP/dθ）maxを求めることがが
できる。 このような演算は極めて高速に行わなければならない
が（例えば、クランク角１度の時間内で第７図（ａ）の
ルーチンを実行してしまう必要がある）、このような計
算は例えばデータフロー形プロセッサ（例えば日本電気
株式会社製μPD7281）をコプロセッサとして用いて上記
の計算を行わせることによって可能となる。そして、ホ
ストプロセッサ（従来のノイマン形プロセッサで可）で
は、例えば燃料噴射量Tiや第７図（ｂ）の計算、機関動
作点の判断、空燃比の制御動作、第７図（ａ）のルーチ
ンに行く流れの制御などを行わせればよい。 すなわち、データフロー形プロセッサは、演算がデー
タによって駆動される特徴を持っているから、この特徴
を利用して第７図（ａ）のルーチンに行く流れの制御を
次のようにすることができる。例えば、ホストプロセッ
サにクランク角度の信号が入力されたとき、ホストプロ
セッサは第７図（ａ）の演算プログラムが格納されたコ
プロセッサにクランク角度とそのときの筒内圧Ｐ（θ）
のデータを送ることで、第７図（ａ）のルーチンに行く
流れの制御が可能となる。 何故なら、データフロー形プロセッサは必要なデータ
が揃えば自動的に演算を実行するからである。そして、
第７図（ａ）の演算プログラムのR1に達すれば、データ
フロー形プロセッサ△P1内に格納されているシリンダ内
圧力の圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）maxデータをホ
ストプロセッサに送り返せばよい。このデータを受け取
ったホストプロセッサ側では後述する第７図（ｂ）のフ
ローチャートで示される空燃比制御を実施するのであ
る。 もし、自立形のデータフロー形プロセッサならば、こ
れをホストプロセッサとして利用することによって、ク
ランク角度データによって駆動される第７図（ａ）の演
算プログラムを実行することによって、シリンダ内圧力
の圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）maxを求めることが
できるのは言うまでもない。 以上は圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）maxをプログ
ラム上で求める場合の説明であるが、一方、例えばピー
ク値ホールド回路など用いることによって、回路的にシ
リンダ内の圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）maxを求め
ることもできる。 第７図（ｂ）のフローチャートは、ホストプロセッサ
で実行されるべき空燃比制御のフローチャートを示して
いる。すなわち、まずステップ109では、第７図（ａ）
で求めた圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）maxが所定の
範囲内にあるかどうかの判断をする。 もし、範囲内にあればステップ110に進む。範囲外な
らばステップ116で燃料噴射量を基本燃料噴射量に設定
し、空燃比制御は実施しない。ステップ110では、機関
回転数Ｎと吸入空気量Ｑまたは吸気管圧力Pbから機関動
作点を求め、次に機関動作点に応じた目標空燃比をテー
ブル・ルックアップより求め（ステップ111）、さらに
目標空燃比を圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）maxに書
き替える（ステップ112）。 このステップ1112で書き替えた圧力上昇割合の最大値
（dP/dθ）maxをステップ113で記憶して、次のステップ
114でｅ＝ｒ−△P1を計算してフィードバック制御に必
要な誤差信号を作り、ステップ115でPI（比例、積分）
またはPID（比例、積分、微分）制御を行う。 なお、この実施例では、シリンダ内圧力の絶対値が測
定できる場合について説明したが、圧力の変化割合が測
定できる場合には上記のことがより容易に可能であるの
は明らかである。 〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、１サイクル内のシ
リンダ内の圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）maxまたは
この最大値の所定サイクルの平均値を検出することによ
って、空燃比を制御するように構成したので、機関への
負荷や機関回転数に無関係にサイクル毎、または所定サ
イクル間の空燃比を正確に制御できるという著しい効果
がある。 また、最大値と内燃機関の空燃比との特性曲線におい
て空燃比の増加に応じて最大値が単調減少する領域に対
応して設定された最大値の範囲に上記最大値あるいは上
記平均値があるか否かにより、上記最大値あるいは上記
平均値に応じて演算された燃料噴射量を供給するか、も
しくは基本の燃料噴射量に基づいて定まる所定の噴射量
の燃料を内燃機関に供給するようにしたので、簡単な構
成で空燃比な広範な範囲で制御することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例による内燃機関の空燃比制
御装置の全体の構成を示す構成図、第２図（Ａ）は同上
実施例における圧力センサの一実施例を示す正面図、第
２図（Ｂ）は第２図（Ａ）の断面図、第３図は同上圧力
センサの取付け状態を示す一部を断面して示す正面図、
第４図は同上実施例を説明するための１サイクル内のシ
リンダ内の圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）maxと空燃
比の関係を示す特性図、第５図は同上実施例を説明する
ための図示平均有効圧Piと空燃比の関係を示す特性図、
第６図は同上実施例を説明するための１サイクル内のシ
リンダ内圧力の最大値Pmaxと空燃比の関係を示す特性
図、第７図（ａ）および第７図（ｂ）は同上実施例の動
作の流れを示すフローチャート、第８図は従来の空燃比
制御装置の構成を示す構成図、第９図は第８図の空燃比
制御装置を説明するための機関回転速度対基本噴射量の
関係のデータテーブルを示す説明図、第10図は従来の空
燃比制御装置における各補正の演算とセンサ類との関係
を示す説明図である。 １……エアークリーナ、２……エアーフローメータ、３
……スロットル弁、４……吸気マニホールド、５……シ
リンダ、６……水温センサ、７……クランク角センサ、
８……排気マニホールド、９……排気センサ、10……燃
料噴射弁、11……点火プラグ、12……制御装置、13……
圧力センサ。 なお、図中同一符号は同一または担当部分を示す。
御装置の全体の構成を示す構成図、第２図（Ａ）は同上
実施例における圧力センサの一実施例を示す正面図、第
２図（Ｂ）は第２図（Ａ）の断面図、第３図は同上圧力
センサの取付け状態を示す一部を断面して示す正面図、
第４図は同上実施例を説明するための１サイクル内のシ
リンダ内の圧力上昇割合の最大値（dP/dθ）maxと空燃
比の関係を示す特性図、第５図は同上実施例を説明する
ための図示平均有効圧Piと空燃比の関係を示す特性図、
第６図は同上実施例を説明するための１サイクル内のシ
リンダ内圧力の最大値Pmaxと空燃比の関係を示す特性
図、第７図（ａ）および第７図（ｂ）は同上実施例の動
作の流れを示すフローチャート、第８図は従来の空燃比
制御装置の構成を示す構成図、第９図は第８図の空燃比
制御装置を説明するための機関回転速度対基本噴射量の
関係のデータテーブルを示す説明図、第10図は従来の空
燃比制御装置における各補正の演算とセンサ類との関係
を示す説明図である。 １……エアークリーナ、２……エアーフローメータ、３
……スロットル弁、４……吸気マニホールド、５……シ
リンダ、６……水温センサ、７……クランク角センサ、
８……排気マニホールド、９……排気センサ、10……燃
料噴射弁、11……点火プラグ、12……制御装置、13……
圧力センサ。 なお、図中同一符号は同一または担当部分を示す。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
F02D 41/00 - 41/40
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．内燃機関の吸入空気流量と回転数を計測し、上記吸
入空気流量と上記回転数から基本の燃料噴射量を算出し
て所定の噴射量の燃料を噴射する基本燃料噴射手段と、
上記内燃機関のシリンダ内圧力を検出する圧力検出手段
と、上記内燃機関のクランク角を検出するクランク角検
出手段と、上記圧力検出手段の検出出力と上記クランク
角検出手段の検出出力を入力するとともに上記内燃機関
の点火サイクル内の圧力上昇割合の最大値に応じて燃料
噴射量を演算する演算手段と、上記最大値と上記内燃機
関の空燃比との特性曲線において上記空燃比の増加に応
じて上記最大値が単調減少する領域に対応して設定され
た上記最大値の範囲と上記最大値とを比較して上記最大
値が上記範囲にあるか否かを判定する判定手段と、この
判定手段が上記範囲にあると判定したとき上記演算手段
で演算した燃料噴射量を上記内燃機関に供給するととも
に、上記判定手段が上記範囲にないと判定したとき上記
基本燃料噴射手段で演算した上記所定の噴射量の燃料を
上記内燃機関に供給する制御手段とを備えたことを特徴
とする内燃機関の空燃比制御装置。 ２．内燃機関の吸入空気流量と回転数を計測し、上記吸
入空気流量と上記回転数から基本の燃料噴射量を算出し
て所定の噴射量の燃料を噴射する基本燃料噴射手段と、
上記内燃機関のシリンダ内圧力を検出する圧力検出手段
と、上記内燃機関のクランク角を検出するクランク角検
出手段と、上記圧力検出手段の検出出力と上記クランク
角検出手段の検出出力を入力するとともに上記内燃機関
の点火サイクル内の圧力上昇割合の最大値の所定サイク
ルの平均値に応じて燃料噴射量を演算する演算手段と、
上記最大値と上記内燃機関の空燃比との特性曲線におい
て上記空燃比の増加に応じて上記最大値が単調減少する
領域に対応して設定された上記最大値の範囲と上記平均
値とを比較して上記平均値が上記範囲にあるか否かを判
定する判定手段と、この判定手段が上記範囲にあると判
定したとき上記演算手段で演算した燃料噴射量を上記内
燃機関に供給するとともに、上記判定手段が上記範囲に
ないと判定したとき上記基本燃料噴射手段で演算した所
定の噴射量の燃料を上記内燃機関に供給する制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62246562A JP2811667B2 (ja) | 1987-09-29 | 1987-09-29 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
| KR1019880011764A KR940002956B1 (ko) | 1987-09-29 | 1988-09-12 | 내연기관의 공연비 제어장치 |
| US07/250,244 US4903665A (en) | 1987-09-29 | 1988-09-28 | Air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine |
| DE3833122A DE3833122A1 (de) | 1987-09-29 | 1988-09-29 | Vorrichtung zur ueberwachung des luft/kraftstoff-verhaeltnisses in einer brennkraftmaschine mit innerer verbrennung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62246562A JP2811667B2 (ja) | 1987-09-29 | 1987-09-29 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6487841A JPS6487841A (en) | 1989-03-31 |
| JP2811667B2 true JP2811667B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=17150259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62246562A Expired - Fee Related JP2811667B2 (ja) | 1987-09-29 | 1987-09-29 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2811667B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04258156A (ja) * | 1991-02-13 | 1992-09-14 | Sharp Corp | 半導体装置 |
| JP2011226328A (ja) * | 2010-04-16 | 2011-11-10 | Nikki Co Ltd | エンジンの空燃比制御装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58107826A (ja) * | 1981-12-22 | 1983-06-27 | Nissan Motor Co Ltd | エンジンの電子制御燃料噴射装置 |
-
1987
- 1987-09-29 JP JP62246562A patent/JP2811667B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6487841A (en) | 1989-03-31 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |