JP2855227B2 - 希薄燃焼式内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

希薄燃焼式内燃機関の燃料噴射制御装置

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JP2855227B2 JP3498690A JP3498690A JP2855227B2 JP 2855227 B2 JP2855227 B2 JP 2855227B2 JP 3498690 A JP3498690 A JP 3498690A JP 3498690 A JP3498690 A JP 3498690A JP 2855227 B2 JP2855227 B2 JP 2855227B2
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俊夫 高岡
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【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 燃費を改善する希薄燃焼式内燃機関の燃料噴射制御装
置に関し、 空燃比を検出するリーンセンサの保護を目的とし、 内燃機関の排ガスから空燃比を検出するリーンセンサ
を用いて該内燃機関に供給する混合気の空燃比を理論空
燃比より希薄な領域でフィードバック制御すると共に、
高回転または高負荷域の間、および高回転または高負荷
域から低回転または低負荷域に移行してから所定時間の
間は該フィードバック制御を停止し、該リーンセンサを
加熱するヒータの電力を高回転または高負荷域で小さく
し、低回転または低負荷域で大きく制御する希薄燃焼式
内燃機関の燃料噴射制御装置において、高回転または高
負荷域から低回転または低負荷域に運転状態が移行した
ときには、前記リーンセンサを加熱するヒータの電力
を、前記低回転または低負荷域で制御される通常のヒー
タの電力よりも低減し、フィードバック制御の開始より
も先に前記通常のヒータの電力に戻すよう構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、燃費を改善する希薄燃焼式内燃機関の燃料
噴射制御装置に関する。
内燃機関(エンジン)で燃焼する混合気を理論空燃比
より希薄にする希薄燃焼(リーンバーン)システムは、
燃料の消費を節約しながら希望速度での走行を可能にす
る。燃料噴射制御装置は、基本噴射量に各種の補正係数
を乗じて実際の燃料噴射量を決定するが、希薄燃焼シス
テムでは空燃比を希薄にする補正係数を使用して燃料噴
射量を制御する。
〔従来の技術〕
電子式の燃料噴射装置はインジェクタから噴射する燃
料の量を、間欠的な燃料噴射時間の長さで制御する。こ
のとき希薄燃焼システムでは排気管内に設置されたリー
ンセンサ(リーンミクスチャセンサ)を用いて空燃比を
リーン側で制御して燃費を改善する。
この希薄燃焼システムの空燃比は各種の補正係数を用
いて制御される。1つは回転数NEと負圧PMからマップ計
算される補正係数KAFである。この補正係数KAFは基本噴
射量(時間)への乗算項とした場合、1.0(理論空燃
比)以下の範囲内に設定されている。希薄燃焼はKAF<
1.0の領域で行われる。
この補正係数KAFを用いると、第3図のようにスロッ
トル開度TAを全閉からIDL(アイドルSW)ON→一定値x
゜→VL(パワーSW)ON→全開へと変化させた場合、TA<
x゜ではPMの変化に応じてKAFが変化しそれに応じて空
燃比も変化するため空燃比は負圧PMの変化に追従する
が、TA>x゜になると負圧PMがさほど変化しなくなるた
め空燃比は20〜21程度で安定する。この状態でドライバ
に加速意志があるとアクセルを踏み込むため、やがてVL
(パワーSW)がONになる。VL ONになると強制的に燃料
が増量されるため空燃比は14.5を越えてリッチ側にな
る。
上述した補正係数KAFの他に、空燃比をフィードバッ
ク(FB)制御する補正係数FAFがある。これはリーンセ
ンサ出力(電流)がその時のKAFより求まる目標リーン
センサ出力と一致する様に燃料を増減する制御である。
上述したリーンセンサは素子温が低いと出力が低下す
るためヒータで加熱して使用する。このヒータを加熱す
る電力は第4図(a)に示すように高回転、高負荷域
(NE大、PM大)で小さく、低回転、低負荷域(NE小、PM
小)で大きくなるよう制御する。これは排ガスによる素
子の加熱差を考慮しているからである。つまり、ヒータ
電力を一定とすればNE大、PM大では排ガス温が700℃程
度にも上昇するので素子温も高くなるが、NE小、PM小で
は排ガス温が200℃程度に低下するので素子温も低くな
る。そこで、これを補償するために同図(a)のような
ヒータ電力の制御(マップ計算)を行う。(特開昭60−
235046号公報参照) 〔発明が解決しようとする課題〕 ところが、エンジン状態がNE大、PM大からNE小、PM小
へと急変したとき、排ガス温は急低下しても素子温は急
に低下しないので、第4図(a)のマップだけでヒータ
電力を計算すると過大なヒータ電力となり、素子温のク
ライテリアを越えてしまうことがある。この状態のリー
ンセンサは出力の信頼性が低下するだけでなく、最悪ケ
ースでは素子破壊に至る。
本発明はヒータ電力の適正化を図ることで、リーンセ
ンサを保護しようとするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、内燃機関の排ガスから空燃比を検出するリ
ーンセンサを用いて該内燃機関に供給する混合気の空燃
比を理論空燃比より希薄な領域でフィードバック制御す
ると共に、高回転または高負荷域の間、および高回転ま
たは高負荷域から低回転または低負荷域に移行してから
所定時間の間は該フィードバック制御を停止し、該リー
ンセンサを加熱するヒータの電力を高回転または高負荷
域で小さくし、低回転または低負荷域で大きく制御する
希薄燃焼式内燃機関の燃料噴射制御装置において、高回
転または高負荷域から低回転または低負荷域に運転状態
が移行したときには、前記リーンセンサを加熱するヒー
タの電力を、前記低回転または低負荷域で制御される通
常のヒータの電力よりも低減し、フィードバック制御の
開始よりも先に前記通常のヒータの電力に戻すことを特
徴とするものである。
〔作用〕
リーンセンサを用いた空燃比のFB制御は常に行うので
はなく、例えば高回転が所定時間以上継続すると停止
し、その後低回転に低下してもそれが一定時間以上経過
するまでは再開しないという論理をとるころがある。こ
れは高回転が継続する運転条件ではリーンセンサの素子
温が異常に高くなり、そのときのセンサ出力の信頼性が
低下するため、この期間にFB制御をすることはむしろ有
害と考えるからである。
そこで本発明では、この様なFB制御の停止中はリーン
センサのヒータ電力をマップ計算される通常値より低く
補正することで素子温の低下を促進し、エンジンが高回
転、高負荷域から低回転、低負荷域に急変した場合でも
リーンセンサの素子温がクライテリアを越えないように
する。そしてこのヒータ電力の低減はFB制御開始の前に
停止し、素子温の低下し過ぎを回避する。
〔実施例〕
第2図は電子式燃料噴射方式の希薄燃焼システムで、
スロットルバルブを通過した空気は吸気管を通してエン
ジンに流入する。このときインジェクタ(INJ)から噴
出された燃料が霧化して流入空気中に混合し、所望空燃
比の混合気となる。この混合気の空燃比は排気管内に設
置されたリーンセンサ(リーンミクスチャセンサ)によ
り検出される。このリーンセンサはセンサの電極の両端
にある一定電圧を印加すると空燃比に比例した出力電流
が発生する特性をもつ、電子制御ユニット(ECU)はマ
イクロコンピュータを使用し、水温センサから得られる
エンジン冷却水温、圧力センサから得られる吸気管内負
圧PM、スロットルセンサから得られるスロット開度TA、
E/G(エンジン)回転数NE、スタータ状態、車速等を入
力として噴射制御、点火制御、無負荷回転制御等を行
う。噴射制御はインジェクタ(INJ)の開弁時間の制御
であり、また点火制御はイグナイタ、IG(イグニッショ
ン)コイル、ディストリビュータを通しての点火プラグ
(図示せず)の点火時期制御である。
第1図は本発明の一実施例を示すフローチャートで、
(a)は1s毎に起動されるFB停止条件判定ルーチン、
(b)はヒータ電力計算ルーチンである。
先ず(a)のFB停止条件判定ルーチンを説明する。こ
こでは経過時間を計時するタイマ(カウンタ)CLと、高
回転時にセットされる高回転フラグXO、それにFB停止条
件が成立するとセットされるFB停止中フラグXLを使用す
る。タイマCLが計時する経過時間には2通りある。1つ
は高回転になってからの経過時間であり、他の1つは高
回転でなくなってからの経過時間である。
ステップS1でタイマCLをカウントUPしたらステップS2
で高回転か否かを判定する。判定する基準値は4050rpm
であり、これより回転数NEが高ければステップS3で高回
転フラグXOをセットするとともに、初めてステップS3に
入ったときにはCLをクリアする。次いでステップS4でタ
イマCLの値を所定時間40sと比較し、CL大であればステ
ップS5でFB停止中フラグXLをセットする。これで空燃比
のFB制御が禁止される。
一方、ステップS2で高回転でないと判定されたら、ス
テップS6で高回転フラグXOの値を調べる。これが1であ
ったらステップS7でクリアし、更にステップS8でタイマ
CLをクリアする。これは、高回転になってからの経過時
間計測から、高回転でなくなってからの経過時間計測に
切替えるためである。
ステップS6でXO=1でないと判定されたらステップS9
でタイマCLの値を一定時間180sと比較する。この180sは
FB制御再開の適否を判定する時間である。ここでCL大と
判定されたらステップS10でFB停止中フラグXLをクリア
してFB制御を再開する。
以上の処理をしてこのルーチンを抜けるときはステッ
プS11でタイマCLの値をメモリにストアし、次の起動(1
s後)に備える。
第1図(b)のヒータ電力計算は、ステップS21でヒ
ータ電力Pmapのベース値Pmapbをマップ計算し、これに
一定条件下では減算値KLによる補正を加える。下表はPm
apbの一例であり、これは第4図(a)の特性に準じて
いる。
ステップS21でPmapbを計算したらステップS22でFB停
止中フラグXLを調べる。これが0であればFB制御中なの
でステップS27でPmapbをそのままヒータ電力Pmapとして
使用する。しかし、XL=1であったらFB停止中なので、
他の例外条件を見る。先ずステップS23でFC(フェーエ
ルカット)フラグXFを判定する。FCは安定走行可能な運
転条件下で燃料の供給をカットして燃費を改善するモー
ドであり、このモードのある車両ではFCで排ガス温が低
下しているので、XF=0であればXL=1でもヒータ電力
Pmapを減少する必要はない。従って、このときはステッ
プS27で通常の計算を行う。尚、フラグXFは例えば過去6
0s間のFC実施時間の割合いが一定率を越えたら1(カッ
ト中)にするという性質のものである。
一方、ステップS23でXF=0(カット中でない)と判
定されたらステップS24で高回転フラグXOを判定する。
これが1(高回転)であるとき、および1でなくなって
から128s経過していないとステップS25で判定されたと
きはステップS26でベース値Pmapbから減算値KLを引いた
ヒータ電力Pmapを求める。この減算値KLは固定値だけで
なくマップ計算される変数でもよい。
ステップS25で使用する128sは(a)のステップS9で
使用する180sより短かい。これは、FB制御を再開するま
での時間180sを待つと素子温が低下し過ぎると仮定した
場合の措置である。従ってこのときはXO=0になってか
ら128sを経過したらXL=1(停止中)でもステップS27
で通常の計算を行う。
以上のように本例ではXL=1(FB停止中)になると、
XF=1(FC中)または、XO=1(高回転)でなくな
ってからCL>128(128s経過)となるまでの例外期間を
除き、基本的にはマップ計算されるベース値Pmapbから
所定の減算値KLを引いてヒータ電力Pmapを算出するの
で、リーンセンサの素子温が運転条件の急変によってク
ライテリアを越える異常な高さに上昇することを未然に
防止できる。尚、この例外期間はシステムにより異
なり、必ずしも必要であるとは限らない。
〔発明の効果〕 以上述べたように本発明によれば、ヒータによって加
熱するリーンセンサの素子温を、運転条件の急変によっ
てクライテリアを越えることがないようにすることがで
きる利点がある。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例を示すフローチャート、 第2図は希薄燃焼システムの構成図、 第3図は希薄燃焼の特性図、 第4図はリーンセンサの加熱特性図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚本 啓介 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 高岡 俊夫 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 福間 隆雄 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−235046(JP,A) 特開 昭62−184347(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02D 41/14

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関の排ガスから空燃比を検出するリ
    ーンセンサを用いて、該内燃機関に供給する混合気の空
    燃比を理論空燃比より希薄な領域でフィードバック制御
    すると共に、高回転または高負荷域の間、および高回転
    または高負荷域から低回転または低負荷域に移行してか
    ら所定時間の間は該フィードバック制御を停止し、該リ
    ーンセンサを加熱するヒータの電力を高回転または高負
    荷域で小さくし、低回転または低負荷域で大きく制御す
    る希薄燃焼式内燃機関の燃料噴射制御装置において、 高回転または高負荷域から低回転または低負荷域に運転
    状態が移行したときには、前記リーンセンサを加熱する
    ヒータの電力を、前記低回転または低負荷域で制御され
    る通常のヒータの電力よりも低減し、フィードバック制
    御の開始よりも先に前記通常のヒータの電力に戻すこと
    を特徴とする希薄燃焼式内燃機関の燃料噴射制御装置。
JP3498690A 1990-02-15 1990-02-15 希薄燃焼式内燃機関の燃料噴射制御装置 Expired - Lifetime JP2855227B2 (ja)

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US07/655,646 US5067465A (en) 1990-02-15 1991-02-14 Lean burn internal combustion engine
DE69104873T DE69104873T2 (de) 1990-02-15 1991-02-15 Brennkraftmaschine mit Verbrennung eines mageren Gemisches.
EP91102197A EP0446646B1 (en) 1990-02-15 1991-02-15 Lean burn internal combustion engine

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