JP2887351B2 - 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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JP2887351B2 JP3498890A JP3498890A JP2887351B2 JP 2887351 B2 JP2887351 B2 JP 2887351B2 JP 3498890 A JP3498890 A JP 3498890A JP 3498890 A JP3498890 A JP 3498890A JP 2887351 B2 JP2887351 B2 JP 2887351B2
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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、 エンジンの回転数とスロットル開度の関係からマップ
計算される補正係数KAFTAと、エンジン回転数と吸気管
内負圧の関係からマップ計算される補正係数KAFとを運
転状態に応じて選択的に使用して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に制御する一方、該
空燃比をリーンセンサで排ガスから検出してその値をフ
ィードバック制御で希望値に修正する希薄燃焼式内燃機
関の燃料噴射制御装置において、前記リーンセンサを加
熱するヒータのベース電力を吸気管内負圧とエンジン回
転数からマップ計算すると共に、スロットル開度とエン
ジン回転数から減算項をマップ計算し、前記補正係数KA
FTAを用いて燃料噴射量を補正しているときには、該ベ
ース電力から該減算項を減算したヒータ電力でリーンセ
ンサを加熱するよう構成する。
〔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とスロットル開度TAか
らマップ計算される補正係数KAFTAである。この補正係
数KAFTAは1.0(理論空燃比)以下の範囲内でTAが大きい
ほど、またNEが高いほど大きな値をとる。この補正係数
KAFTAを用いると、第5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、全域でトルクを変
化させることができる。
この補正係数KAFTAは、回転数NEと負圧PMからマップ
計算される同種の補正係数KAFの欠点、つまりTA>x°
でPMがさほど変化しなくなることによる加速感不足と、
VL ON時のトルク急増に伴なうショックを軽減するため
に本発明者等により提案されたものである。
上述した補正係数KAFTA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よう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650〜750℃に加熱して使用する。このリ
ーンセンサはヒータだけでなく排ガスによっても加熱さ
れるため、加熱し過ぎて素子温が許容限界値を越えない
ように、ヒータ加熱電力を高回転、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。(特開昭60-235046号公報参照) 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、リーンバーン制御の補正係数に前述し
たKAFTAを用いると、TA>x°で空燃比が減少するため
第6図(a)のように排気温が上昇する。このため、同
じヒータ電力でも(b)のようにリーンセンサの素子温
が上昇し、遂には許容限界温度を越える可能性がある。
本発明は、希薄燃焼システムで加速感を増すために、
スロットル開度TAをパラメータとした補正係数舳KAFTA
を用いた場合でも、リーンセンサの素子温が許容限界を
越えないようにヒータ電力を補正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、エンジン回転数とスロットル開度の関係か
らマップ計算される補正係数KAFTAと、エンジン回転数
と吸気管内負圧の関係からマップ計算される補正係数KA
Fとを運転状態に応じて選択的に使用して内燃機関に供
給する混合気の空燃比を理論空燃比より希薄に制御する
一方、該空燃比をリーンセンサで排ガスから検出してそ
の値をフィードバック制御で希望値に修正する希薄燃焼
式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記リーンセ
ンサを加熱するヒータのベース電力を吸気管内負圧とエ
ンジン回転数からマップ計算すると共に、スロットル開
度とエンジン回転数から減算項をマップ計算し、前記補
正係数KAFTAを用いて燃料噴射量を補正しているときに
は、該ベース電力から該減算項を減算したヒータ電力で
リーンセンサを加熱することを特徴とする。
〔作用〕
第1図は本発明の要部を示す原理図で、(a)はヒー
タ電力計算のフローチャート、(b)はその中で使用す
るベース電力Pmapbのマップ、(c)は本発明に係わる
減算項PmapTAのマップである。
(a)のフローでは、ステップS1で(b)のPmapbマ
ップを用いてそのときの回転数NEと負圧PMからベース電
力Pmapbを計算する。一般には他の補正項Pmapfもあるの
で、ステップS2でこれを計算し、次のステップS3では本
発明によるアクセル高開度減算項を求める。これは
(c)のPmapTAマップを用いてそのときの回転数NEとス
ロットル開度TAから減算項PmapTAを計算する処理であ
る。最後のステップS4はベース電力Pmapbに補正項Pmapf
を加え、そこから減算項PmapTAを減算してヒータ電力Pm
apを計算する処理であり、Pmapが負になるときは0wに抑
える。
前述したように吸気管内負圧PMはTA<x°ではスロッ
トル開度TAに対応して変化する。従って、ヒータ電力Pm
apもTA<x°では第2図(a)に示すようにPmapbに対
応して変化する。しかし、TA>x°ではPMが変化しなく
なるためPmapbが一定になり、このままではPmapも一定
になる。このとき本発明ではスロットル開度TAの増加に
伴って増加する減算項PmapTAを導入し、これをPmapbか
ら減算する。この結果、Pmapbが一定でもTAの増加に伴
ないヒータ電力Pmapが減少し、排ガス温が上昇してもリ
ーンセンサの素子温を(b)の実線のように許容限界未
満に保つことができる。
〔実施例〕
第4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入し、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。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。ここで本発明の実施例を説
明する前にまず前述の本発明者等により提案されたKAFT
Aを用いた制御について説明する。
第7図(a)(b)は2つの実施例を示すフローチャ
ートである。同図(a)は第1の実施例で、そのステッ
プS1は回転数NEと負圧PMをパラメータとして従来の補正
係数KAFをマップ計算する処理である。これに対し、次
のステップS2は回転数NEとスロットル開度TAをパラメー
タとして補正係数KAFTAをマップ計算する処理である。
このようにして2種類の補正係数KAF,KAFTAが計算され
たらステップS3で両者を比較し、ステップS4,S5で値の
大きい方を制御用のメモリKAFMに記憶する。
以下にKAFとKAFTAのマップ例を示す。但し、KAFにつ
いてはフィードバック制御時の値である。
燃料噴射量の計算は下式による。
噴射量=基本噴射量*KAFM*他の補正係数 上式のKAFMは第7図(a)の例では KAFM=max{KAF,KAFTA} であるが、同図(b)の第2の実施例のように最初のス
テップS6でTA>x°という判断をしてからステップS1ま
たはS2でKAF計算かKAFTA計算の一方だけを行うようにし
てもよい。ここで、両者の値の内、大きい方を用いる理
由にこついて述べる。補正係数KAFに関しては、そのと
きのリーン限界付近に空燃比がなるように設定してあ
り、その空燃比となるようにフィードバック制御を実行
する。ところが、制御がオープンループとなったときに
は、そのような空燃比で制御することが困難となるの
で、オープンループ時の補正係数KAFはフィードバック
時の値より大きな値としてある。それに対して、スロッ
トル開度がx°以上の領域では補正係数KAFTAによって
設定される空燃比とリーン限界との間には余裕があるの
で、補正係数KAFTAはフィードバック時とオープンルー
プ時とでは同じ値となっている。
このように補正係数KAFは、運転状態によってさまざ
まに変化する。よって、スロットル開度がx°における
補正係数KAFと補正係数KAFTAとの大小関係も運転状態に
よって変化するので、単に、スロットル開度がx°と成
った時点で補正係数を切り換えるのでは空燃比の段差が
発生してドラビリが悪化する問題がある。それを防止す
るために、本実施例では上述のような構成をとってい
る。この例では同図(a)のステップS3の代りにステッ
プS6を導入しているため、ステップS1の次はステップS5
を、またステップS2の次はステップS4を実行して終了す
る。但し、オープンループ時はKAFはKAF+αになる。
第7図(a)(b)の改良例として、KAFとKAFTAの切
換えを安定させるために、一定のヒステリシスを持たせ
てもよい。尚、スロットル開度TAの一定値x°は回転数
NEによって異なるため、TA<x°でKAFTA<KAFとなるよ
うに設定しておくとよい。
補正係数KAFTAは第8図のようにスロットル開度TAが
増加するにつれ増大するので、第5図のトルク(KAFT
A)はTA>x°においても増加できる。しかも、VL ONの
直前までに充分にトルクが上昇しているので、VL ONと
なってもショックは殆んど発生しない。
TA>x°において空燃比(KAFTA)はスロットル開度T
Aに反比例して減少し、理論空燃比(14.5)に近づく。
そして、VL ONになると空燃比12.5程度のリッチ状態に
なり、トルクの大きなパワーモードになる。
第3図は本発明の一実施例を示すフローチャートで、
第1図のステップS1をS11,S12、S3をS31〜S34、S4をS41
〜S43にそれぞれ細分化して示してある。
ステップS11で第1図(b)のPmapbマップを用いてベ
ース電力を計算したら、ステップS12でその計算マップ
値をメモリPmapbに書込む。次にステップS2でその他の
補正項Pmapfを計算する。この補正項には始動時増量項P
cold、発信素子冷え補正項Prh、センサOTP防止補正項P
OTP等が含まれる。
次にステップS31でアクセル高開度制御判定フラグXK
を調べる。このフラグXKは補正係数KAFTAを使用してい
るとき(アクセル高開度制御中)は1であるが、補正係
数KAFを使用しているときは0である。KAFTAを用いるか
KAFを用いるかは、単純にTA=x°を基準に決定される
こともあるが、両者の中から大きい方を選択する場合も
ある。いずれにしても、XK=1のときはステップS32で
第1図(c)のPmapTAマップを用いて減算項の計算を行
う。これに対しXK=0のときはPmapTAを0wにし、いずれ
もステップS34でメモリPmapTAに計算値を書込む。
次にステップS41で大気圧を判定する。これが651mmHg
以上のときはステップS42で減算項PmapTAを用いたヒー
タ電力Pmapの計算をするが、651mmHgに満たないときは
ステップS43でPmapTAを用いないヒータ電力計算を行
う。これは同じ運転条件でも大気圧の低い高地では大気
圧の高い平地より排ガス温が低いため、PmapTAを用いて
補正すると素子温が低下し過ぎることを考慮したもので
ある。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、希薄燃焼システム
で加速感を増すために、スロットル開度TAをパラメータ
とした空燃比補正係数KAFTAを用いた場合でも、リーン
センサの素子温が許容限界を越えないようにすることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理図、 第2図は本発明のリーンセンサの温度特性図、 第3図は本発明の実施例のフローチャート、 第4図は希薄燃焼システムの構成図、 第5図は希薄燃焼の制御特性図、 第6図は従来のリーンセンサの温度特性図、 第7図は本発明の実施例のフローチャート、 第8図は本発明の補正係数の特性図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 平1−147138(JP,A) 特開 昭62−247146(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02D 41/14 310 F02D 45/00 301 F02D 45/00 368

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンジン回転数(NE)とスロットル開度
    (TA)の関係からマップ計算される補正係数(KAFTA)
    と、エンジン回転数(NE)と吸気管内負圧(PM)の関係
    からマップ計算される補正係数(KAF)とを運転状態に
    応じて選択的に使用して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に制御する一方、該空燃比を
    リーンセンサで排ガスから検出してその値をフィードバ
    ック制御で希望値に修正する希薄燃焼式内燃機関の燃料
    噴射制御装置において、 前記リーンセンサを加熱するヒータのベース電力(Pmap
    b)を吸気管内負圧(PM)とエンジン回転数(NE)から
    マップ計算すると共に、スロットル開度(TA)とエンジ
    ン回転数(NE)から減算項(PmapTA)をマップ計算し、
    前記補正係数(KAFTA)を用いて燃料噴射量を補正して
    いるときには、該ベース電力(Pmapb)から該減算項(P
    mapTA)を減算したヒータ電力でリーンセンサを加熱す
    る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。
JP3498890A 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 JP2887351B2 (ja)

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EP91102197A EP0446646B1 (en) 1990-02-15 1991-02-15 Lean burn internal combustion engine
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