JP2947065B2 - 内燃機関のリーンバーン制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のリーンバー
ン制御装置に係り、詳しくは安定燃焼限界での運転を可
能にする技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車用ガソリンエンジン等で
は、ＨＣやＣＯ等の有害排出ガス成分の低減や燃費の向
上等を図るため、混合気の空燃比を理論空燃比（14.7）
より遙かに薄めたリーンバーン（希薄燃焼）エンジンが
提案されている。リーンバーンエンジンでは、点火プラ
グ近傍を流れる混合気をリッチにする層状給気や、燃焼
室内での混合気の乱れを強化するスワールやタンブル等
により、着火・燃焼性能を向上させている。また、希薄
領域においては窒素酸化物（ＮＯx ）が三元触媒では還
元できず、その排出量が空燃比16付近で最大となり、こ
れよりリーン側では減少することと、安定燃焼限界（空
燃比22〜23程度）よりリーン側ではトルク変動が許容限
度を超えることとから、空燃比を安定燃焼限界近傍の狭
い範囲に制御する必要がある。そのため、理論空燃比を
一義的に検出するＯ₂ センサに代えて、空燃比を連続的
に検出できる空燃比センサ（ＬＡＦＳ：リニアＡ／Ｆセ
ンサ）を用い、エンジン回転数と体積効率とにより決定
された目標空燃比となるように、燃料噴射量をフィード
バック制御している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した空燃比フィー
ドバック制御では、空燃比センサにより混合気が目標空
燃比に制御されるが、これは単に燃料噴射量と吸入空気
量との当量比を制御するだけであり、混合気の燃焼状態
を制御するものではない。また、空燃比センサには、空
燃比がリーン側に大きくシフトした場合、検出精度がや
や悪化する特性がある。そのため、目標空燃比を安定燃
焼限界近傍に設定した場合、外気温や湿度等の変動によ
り混合気の燃焼に異常が発生し、断続的な失火に至るこ
とがあった。この場合、当然のことながら、燃費の悪化
や有害排出ガスの増加がもたらされると共に、エンジン
振動やトルク変動も頻発し、乗員に著しい不快感を与え
る。したがって、従来は、燃焼変動や失火に対する余裕
を与えるために目標空燃比を安定燃焼限界よりリッチ側
に設定せざるを得ず、ＮＯx 排出量の低減や燃費の向上
を極限まで追求することができなかった。

【０００４】本発明は上記状況に鑑みなされたもので、
内燃機関の回転変動を検出することにより、安定燃焼限
界での運転を可能にした内燃機関のリーンバーン制御装
置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の請求項
１では、所定の運転条件下で、予め記憶装置に記憶され
た目標空燃比に基づき、内燃機関に供給される混合気の
空燃比を理論空燃比より希薄な状態にフィードバック制
御するリーンバーン制御装置において、前記混合気の空
燃比を検出する空燃比検出手段と、この空燃比検出手段
の出力結果と前記目標空燃比との偏差に基づき、燃料供
給量を決定する燃料供給量決定手段と、前記内燃機関の
燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、この燃焼状態
検出手段の検出結果に基づき、前記目標空燃比を補正す
る空燃比補正手段とを備えたリーンバーン制御装置を提
案する。

【０００６】より詳しくは、上述した請求項１のリーン
バーン制御装置における燃焼状態検出手段は、前記内燃
機関のクランク角度を検出するクランク角検出手段と、
前記クランク角検出手段の検出結果に基づき、各気筒の
燃焼行程における回転変動瞬時値を算出する回転変動瞬
時値算出手段と、第１の気筒の回転変動瞬時値とその平
均値との偏差から、第１の気筒の前に燃焼行程にあった
第２の気筒の回転変動瞬時値とその平均値との偏差を減
ずることにより、当該第１の気筒の回転変動指数を算出
する回転変動指数算出手段と、この回転変動指数算出手
段の検出結果を所定の閾値と比較することにより、前記
第１の気筒の燃焼状態を判定する判定手段とを含むこと
を特徴とする。

【０００７】また、本発明の請求項２では、請求項１に
記載のリーンバーン制御装置において、前記判定手段
は、前記回転変動指数算出手段の検出結果が前記閾値を
超えた回数が、所定サンプリング区間内で第１所定回数
以上であったとき、前記第１の気筒が燃焼異常状態であ
ると判定することを特徴とする内燃機関のリーンバーン
制御装置を提案する。

【０００８】また、本発明の請求項１の好ましい態様と
して、前記判定手段は、前記回転変動指数算出手段の検
出結果が前記閾値を超えた回数が所定のサンプリング区
間内で第２所定回数以上かつ第１所定回数未満であった
とき、前記第１の気筒が安定燃焼限界であると判定する
のがよい。

【０００９】また、前記判定手段は、前記回転変動指数
算出手段の検出結果が所定サンプリング区間内で前記閾
値を超えなかったとき、前記第１の気筒が安定燃焼状態
であると判定するのがよい。また、前記空燃比補正手段
は、前記燃焼状態検出手段が燃焼異常状態を検出したと
き、前記目標空燃比をリッチ側に補正するのがよい。

【００１０】また、好ましくは、前記空燃比補正手段
は、前記燃焼状態検出手段が安定燃焼限界であると判定
したとき、前記目標空燃比を前サンプリング区間での目
標空燃比に保持するのがよい。また、本発明の請求項１
の好ましい態様として、前記空燃比補正手段は、前記燃
焼状態検出手段が安定燃焼状態を検出したとき、前記目
標空燃比をリーン側に補正するのがよい。

【００１１】また、さらに好ましい態様として、前記空
燃比補正手段は、リッチ側への補正を前記燃焼状態検出
手段が検出した燃焼異常状態の積算値に応じて行うのが
よく、前記空燃比補正手段は、リーン側への補正を所定
量ずつ行うのがよい。

【００１２】また、前記第２所定回数が１であるのが好
ましい。

【００１３】

【作用】本発明の請求項１のリーンバーン制御装置で
は、通常の希薄運転領域では、記憶装置内に記憶した目
標空燃比と空燃比検出手段の検出値との偏差に基づいて
空燃比フィードバック制御を行う一方、所定の希薄運転
領域では、例えば回転変動に基づく燃焼状態検出手段等
により燃焼状態を検出し、燃焼変動等に起因する燃焼異
常状態が検出された場合には目標空燃比をリッチ側に補
正してこれを防止する一方、全く検出されなかった場合
には目標空燃比をリーン側に補正し、運転状態を安定燃
焼限界に近づけてゆく。

【００１４】より詳しくは、上述した請求項１のリーン
バーン制御装置によれば、失火等の燃焼異常が起きる
と、回転変動瞬時値およびその変化を示す回転変動指数
が変動し、これを閾値と比較することにより燃焼異常が
検出される。その際、第１の気筒の回転変動瞬時値とそ
の平均値との偏差から、第１の気筒の前に燃焼行程にあ
った第２の気筒の回転変動瞬時値とその平均値との偏差
を減ずることにより、回転変動指数が算出されるため、
各気筒間およびサイクル間のばらつきが除去される。

【００１５】また、請求項２のリーンバーン制御装置で
は、所定サンプリング区間内で回転変動指数が閾値を第
１所定回数以上超えたときに回転変動が生じたと判定す
るため、路面の変化の影響等によって生じる閾値以上の
回転変動指数すなわちノイズが除去される。また、請求
項１に係るリーンバーン制御装置の好ましい態様では、
所定サンプリング区間内で回転変動指数が閾値を超えた
回数が第２所定回数と第１所定回数との間にある場合に
は、安定燃焼限界であると判定するため、目標空燃比の
補正を行わずに現状の運転状態を維持する。

【００１６】また、所定サンプリング区間内で回転変動
指数が閾値を超えなかったときには、安定燃焼状態であ
ると判定するため、目標空燃比のリーン化を図ることが
可能となる。また、燃焼異常を検出したときには、目標
空燃比をリッチ側に補正するため、燃焼異常が解消され
る。

【００１７】また、安定燃焼限界であると判定したとき
には、前サンプリング区間での目標空燃比を保持するた
め、次に燃焼異常が発生するまで、安定燃焼限界での運
転が実現される。また、安定燃焼状態であると判定した
場合には、目標空燃比をリーン側に補正するため、運転
状態が安定燃焼限界に近づく。

【００１８】また、さらに好ましい態様では、目標空燃
比のリッチ側への補正を燃焼異常状態の積算値に応じて
行うため、燃焼異常が速やかに解消される。また、安定
燃焼状態であると判定した場合には、目標空燃比のリー
ン側への補正を所定量ずつ行うため、運転状態が徐々に
安定燃焼限界に近づくようになる。

【００１９】また、所定サンプリング区間内で回転変動
指数が閾値を１回でも超えた場合には、安定燃焼限界に
突入したと判定するため、制御応答性が向上する。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例を
詳細に説明する。図１は、本発明に係る回転変動検出方
法を適用したエンジン制御系の概略構成図である。図１
において、１は自動車用の直列４気筒ガソリンエンジン
（以下、単にエンジンと記す）であり、燃焼室を始め吸
気系や点火系等がリーンバーン用に設計されている。エ
ンジン１の吸気ポート２には、各気筒毎に燃料噴射弁３
が取り付けられた吸気マニホールド４を介し、エアクリ
ーナ５，エアフローセンサ６，スロットルバルブ７，Ｉ
ＳＣ（アイドルスピードコントローラ）８等を具えた吸
気管９が接続している。また、排気ポート１０には、排
気マニホールド１１を介し、空燃比センサ１２，三元触
媒１３，図示しないマフラー等を具えた排気管１４が接
続している。エンジン１には、燃焼室１５に点火プラグ
１６が配置されると共に、クランクシャフト２５に直付
けされたロータプレート１７の回転を検出するクランク
角センサ１８が取り付けられている。尚、図２に示した
ように、ロータプレート１７には角度幅７０°の２個の
ベーン１７ａ，１７ｂが１８０°間隔で形成されてお
り、図３に示したように、各気筒の上死点（ＴＤＣ）を
含む１１０°（ＢＴＤＣ５°〜ＡＴＤＣ１０５°）の区
間αと、それに続く７０°（ＡＴＤＣ１０５°〜ＡＴＤ
Ｃ１７５°）の区間βとが検出される。図１中、１９は
スロットルバルブ７の開度θTHを検出するスロットルセ
ンサ、２０は冷却水温ＴW を検出する水温センサ、２１
は大気圧Ｔa を検出する大気圧センサ、２２は吸気温度
Ｔa を検出する吸気温センサである。

【００２１】車室内には、図示しない入出力装置，多数
の制御プログラムを内蔵した記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡ
Ｍ，ＢＵＲＡＭ等），中央処理装置（ＣＰＵ），タイマ
カウンタ等を具えた、ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）
２３が設置されており、エンジン１の総合的な制御を行
う。ＥＣＵ２３の入力側には、上述した各種のセンサ類
からの検出情報が入力する。ＥＣＵ２３は、これらの検
出情報から燃料噴射量や点火時期等の最適値を演算し、
燃料噴射弁３や点火プラグ１６等を駆動する。図中、２
４は、ＥＣＵ２３からの指令により点火プラグ１６に高
電圧を出力する点火ユニットである。

【００２２】以下、図４〜図７の制御フローチャートお
よび図８〜図１１のマップやグラフを用いて、本実施例
における制御の手順を説明する。運転者がイグニッショ
ンキーをＯＮにしてエンジン１がスタートすると、ＥＣ
Ｕ２３は、図４のフローチャートに示した燃料噴射制御
サブルーチンを繰り返し実行する。

【００２３】このサブルーチンを開始すると、ＥＣＵ２
３は先ずステップＳ１で、上述した各センサからの運転
情報をＲＡＭに読み込む。次に、ＥＣＵ２３は、ステッ
プＳ２で、スロットル開度θTHやその時間変化率，体積
効率ＥV ，エンジン始動後の経過時間，冷却水温ＴW 等
からフィードバック制御を行うべきか否かを判定する。
尚、体積効率ＥV は、エアフローセンサ６により検出さ
れた空気流量とエンジン回転数Ｎe から一吸気行程当た
りの吸気量A/N を算出し、これに大気圧Ｐa ，吸気温度
Ｔa 等による補正を行うことにより求められる。そし
て、この判定が肯定（Ｙes）の場合には、ＥＣＵ２３
は、ステップＳ３で体積効率ＥV やエンジン回転数Ｎe
等から、現在の運転状態が所定のリーンバーン制御領域
にあるか否かを判定する。尚、リーンバーン制御は、ア
イドル運転時や定速走行時等の要求トルクの小さい運転
領域で行われる。

【００２４】そして、ステップＳ３の判定がＹesである
場合には、ＥＣＵ２３は、ステップＳ４で、体積効率Ｅ
V とエンジン回転数Ｎe とに基づき、図８のリーン空燃
比マップに基づき目標空燃比ＯＡＦを設定する。次に、
ＥＣＵ２３は、ステップＳ５で、後述する安定燃焼限界
制御サブルーチンにより、燃料噴射弁３の噴射量（開弁
時間ＴINJ ）を制御する。

【００２５】一方、ステップＳ３での判定がＮｏである
場合、ＥＣＵ２３は、ステップＳ６で、体積効率ＥV と
エンジン回転数Ｎe とに基づき、図９のストイキオ／リ
ッチ空燃比マップに基づき目標空燃比ＯＡＦを設定し、
ステップＳ７で、空燃比センサ１２の出力信号に基づい
て燃料噴射弁３の開弁時間ＴINJ をフィードバック制御
する。また、ステップＳ２での判定がＮｏである場合、
ＥＣＵ２３は、ステップＳ８で、ストイキオ／リッチ空
燃比マップに基づき目標空燃比ＯＡＦを設定する。次
に、ＥＣＵ２３は、ステップＳ９で、目標空燃比ＯＡＦ
と吸気量A/N とから基本噴射量ＴINJBを算出した後、加
速時増量や冷機時増量等の補正を行い、ステップＳ１０
で、燃料噴射弁３の開弁時間をオープンループ制御す
る。

【００２６】さて、上述した安定燃焼限界制御サブルー
チンは、クランク割込信号ＳＧＴが入力する毎に、以下
の手順で繰り返し実行される。このサブルーチンを開始
すると、ＥＣＵ２３は、先ず図５のステップＳ２０で、
現在の運転状態が所定の学習領域にあるか否かを判定す
る。この判定は、例えば現在の運転状態が図８のリーン
空燃比マップにクロスハッチングで示した学習領域にあ
るか否かによって行われ、この判定がＮｏである場合に
は、後述する図６のステップＳ３６に進み、以下のステ
ップを実行して燃料噴射弁３を駆動制御する。尚、本実
施例においては、体積効率ＥV がＥVAとＥVBとの間で、
かつエンジン回転数Ｎe がＮeAとＮeBとの間の範囲が上
述した所定の学習領域となっている。

【００２７】ステップＳ２０の判定がＹesであった場
合、ＥＣＵ２３は、ステップＳ２２で、所定値ＴCDX
（本実施例では、１２８）を初期値とするカウントダウ
ンタイマＴCDから１を減算した後、ステップＳ２３で、
下式により点火順序でのｍ番目の気筒のｎ回目の燃焼行
程における回転変動瞬時値Ｖmnを算出する。尚、本実施
例の場合、ＴCDX （１２８サイクル）を１サンプリング
区間としたが、その値は任意に設定可能である。また、
本実施例のエンジン１における、各気筒の点火順序は１
−３−４−２である。

【００２８】Ｖmn＝（β／α−Ｔβ／Ｔα）・Ｋ ここで、α（固定値）はクランク角センサ１８がＯＦＦ
となる区間（圧縮上死点を含む１１０°），β（固定
値）はクランク角センサ１８がＯＮとなる区間（βに続
く７０°）であり、Ｔα，Ｔβはクランクシャフト２５
が区間α，区間βを回転するのに要する時間，Ｋは体積
効率ＥV とエンジン回転数Ｎe とをパラメータとするマ
ップに基づき設定される補正係数（＞０）である。そし
て、燃焼が正常に行われている場合には、圧縮行程の影
響を受けかつ燃焼が未だ不十分な燃焼行程前期（区間
α）では、クランクシャフト２５の回転が比較的遅く、
また、燃焼が完全に行われた燃焼行程後期（区間β）で
は、クランクシャフト２５の回転が比較的速いため、β
／α＞Ｔβ／Ｔαとなり、回転変動瞬時値Ｖmnは正の値
となる。また、失火が起こった場合には、燃焼による仕
事なしに他気筒の圧縮仕事をする必要があるため、クラ
ンクシャフト２５の回転が次第に遅くなってβ／α＜Ｔ
β／Ｔαとなり、回転変動瞬時値Ｖmnは負の値となる。

【００２９】ステップＳ２３での回転変動瞬時値Ｖmnの
算出を終えると、ＥＣＵ２３は、次に各気筒間のばらつ
きおよびサイクル間のばらつきを排除するべく、ステッ
プＳ２４で、前回燃焼行程にあったｍ−１番目の気筒の
回転変動瞬時値Ｖm-1,n との差から、気筒別回転変動指
数ΔＶmnを算出する。 ΔＶmn＝（Ｖmn−Ｅmn）−（Ｖm-1,n −Ｅm-1,n ） ここで、Ｅmnはローパスフィルタ的平均値であり、下式
を用いて演算される。尚、下式中のＫF はフィルタ係数
であり、本実施例では0.95とする。

【００３０】 Ｅmn＝ＫF ・Ｅm,n-1 ＋（１−ＫF ）・Ｖmn 気筒別回転変動指数ΔＶmnを算出したら、ＥＣＵ２３
は、次にステップＳ２５で、気筒別回転変動指数ΔＶmn
が所定の閾値ΔＶｘを下回ったか否かを判定し、この判
定がＮｏである場合には、図６のステップＳ３０に進
む。尚、閾値ΔＶｘは、失火が生じた場合にのみ気筒別
回転変動指数ΔＶmnが下回るように、通常の燃焼に伴う
回転変動に対して十分低い値に設定されている。

【００３１】一方、ステップＳ２５の判定がＹesである
場合には、ステップＳ２６で失火回数カウンタＣMFに１
を加算した後、ステップＳ２７で、気筒別変動積算値Σ
ΔＶｍに今回の気筒別回転変動指数ΔＶmnを加算し、図
６のステップＳ３０に進む。尚、失火回数カウンタＣMF
および気筒別変動積算値ΣΔＶｍは、図１０に示した通
り、カウントダウンタイマＴCDが初期値にリセットされ
る毎に、それぞれ初期値０にリセットされる。

【００３２】ＥＣＵ２３は、図６のステップＳ３０で、
カウントダウンタイマＴCDが０となったか否か、すなわ
ち学習領域内でＴCDX （１２８）サイクルの運転が行わ
れたか否かを判定し、この判定がＮｏである場合には後
述するステップＳ３６に進む。尚、本実施例において
は、運転状態が学習領域から一旦外れた場合にも、失火
回数カウンタＣMF，気筒別変動積算値ΣΔＶｍ、および
カウントダウンタイマ値ＴCDはＲＡＭに保存され、再度
学習領域に入った時点でＥＣＵ２３は各値の積算や減算
を継続して行う。

【００３３】学習領域でＴCDX サイクルの運転が行わ
れ、ステップＳ３０の判定がＹesとなった場合、ＥＣＵ
２３は、ステップＳ３１で、失火回数カウンタＣMFの値
が０か否かを判定する。そして、この判定がＹesである
場合、ＥＣＵ２３は、ステップＳ３２でリーンカウンタ
ＣLMに１を加算した後、ステップＳ３３でリーンカウン
タＣLMの値が２であるか否かを判定する。そして、この
判定がＮｏである場合には、後述するステップＳ３９に
進んで運転を継続させる。尚、リーンカウンタＣLMの初
期値は０である。

【００３４】また、ステップＳ３３の判定がＹes、すな
わち、２サンプリング区間（２５６サイクル）に亘って
失火回数カウンタＣMFの値が０であった場合、ＥＣＵ２
３は、当該気筒の空燃比が安定燃焼限界に対して未だリ
ッチ側にあると判断する。そして、ステップＳ３４でリ
ーンカウンタＣLMをリセットした後、ステップＳ３５
で、所定の減量補正値ＫD （本実施例では、０．２％）
を用いて、下式により気筒別燃料補正係数ＫLmをリーン
側に補正する。尚、本実施例の場合、気筒別燃料補正係
数ＫLmは、０％から１０％の範囲の値をとり、ＢＵＲＡ
Ｍ等の不揮発性メモリーに記憶される。

【００３５】ＫLm＝ＫLm−ＫD 一方、ステップＳ３１の判定がＮｏである場合、ＥＣＵ
２３は、ステップＳ３６で、先ずリーンカウンタＣLMを
リセットする。これにより、上述した気筒別燃料補正係
数ＫLmのリーン側への補正は、２サンプリング区間（２
５６サイクル）連続して失火回数カウンタＣMFの値が０
であった場合にのみ行われることになり、空燃比制御の
安定性が向上する。リーンカウンタＣLMのリセットを終
えると、ＥＣＵ２３は、次に、ステップＳ３７で、失火
回数カウンタＣMFの値が閾値ＣMFX （本実施例では３
回）以上であるか否かを判定する。そして、この判定が
Ｎｏである場合、ＥＣＵ２３は、当該気筒の空燃比が安
定燃焼限界にあると判断し、燃料噴射弁３の気筒別燃料
補正係数ＫLmを現状でホールドし、ステップＳ３９に進
んで安定燃焼限界での運転を継続させる。

【００３６】また、ステップＳ３７の判定がＹesである
場合、ＥＣＵ２３は、当該気筒の空燃比がすでに安定燃
焼限界を超えてリーン側に突入したと判断する。そし
て、ステップＳ３８で、図１１のマップに基づき気筒別
変動積算値ΣΔＶｍに対応する気筒別増量補正値Ｋamを
設定し、下式により気筒別燃料補正係数ＫLmをリッチ側
に更新する。すなわち、リッチ側への補正は、１サンプ
リング区間（１２８サイクル）における失火回数カウン
タＣMFの値をもって行われるため、燃焼異常に対する空
燃比制御の応答性がよくなるのである。尚、気筒別増量
補正値Ｋamは、図１１に示したように、気筒別変動積算
値ΣΔＶｍの増加に伴ってリニアに増加する。これによ
り、燃焼異常が発生した場合には、リッチ側への補正が
一度に行われ、運転状態が迅速に安定燃焼領域に復帰す
る。

【００３７】ＫLm＝ＫLm＋Ｋam ステップＳ３５あるいはステップＳ３８で気筒別燃料補
正係数ＫLmを更新すると、ＥＣＵ２３は、ステップＳ３
９で、失火回数カウンタＣMF，気筒別変動積算値ΣΔＶ
ｍおよびカウントダウンタイマＴCDの値をリセットす
る。ステップＳ３５でのカウンタやタイマ等のリセット
が終了すると、ＥＣＵ２３は、ステップＳ４０で、現在
の運転状態が所定の補正領域にあるか否かを図８のリー
ン空燃比マップから判定する。尚、本実施例において
は、体積効率ＥV がＥVCとＥVDとの間で、かつエンジン
回転数Ｎe がＮeCとＮeDとの間の範囲が上述した所定の
補正領域となっている。補正領域は学習領域より大きく
設定されており、ＥVC＜ＥVA＜ＥVB＜ＥVDで、ＮeC＜Ｎ
eA＜ＮeB＜ＮeDとなっている。そして、補正領域を外れ
る領域では失火の虞はなく、学習補正を必要としない。

【００３８】ステップＳ４０の判定がＹesである場合に
は、ＥＣＵ２３は、ステップＳ４１でリーン空燃比マッ
プから検索した目標空燃比基本値ＯＡＦＢから、下式に
より目標空燃比ＯＡＦを算出する。尚、下式において、
ΣＫL は各気筒の気筒別燃料補正係数ＫLmの総和であ
り、Ｎはエンジン１の気筒数である。 ＯＡＦ＝ＯＡＦＢ・（１＋ΣＫL ／Ｎ） 一方、ステップＳ４０の判定がＮｏである場合には、Ｅ
ＣＵ２３は、ステップＳ４２で目標空燃比基本値ＯＡＦ
Ｂをそのまま目標空燃比ＯＡＦとする。

【００３９】ステップＳ４１あるいはステップＳ４２で
目標空燃比ＯＡＦを求めたら、ＥＣＵ２３は、図７のス
テップＳ４３で、空燃比センサ１２の出力信号から実空
燃比ＲＡＦを算出する。しかる後、ＥＣＵ２３は、ステ
ップＳ４４で目標空燃比ＯＡＦと実空燃比ＲＡＦとの偏
差ΔＡＦを算出し、ステップＳ４５で偏差ΔＡＦに基づ
き公知のＰＩＤ制御を行ってフィードバック補正係数Ｋ
FBを算出する。次に、ＥＣＵ２３は、ステップＳ４６
で、下式により設定空燃比ＳＡＦを算出する。

【００４０】ＳＡＦ＝ＯＡＦ・（１＋ＫFB） 設定空燃比ＳＡＦを算出したら、ＥＣＵ２３は、ステッ
プＳ４７で、インジェクタゲインα，体積効率ＥV ，理
論空燃比（14.7）に基づき、下式により燃料噴射弁３の
基本噴射時間ＴB を算出する。 ＴB ＝α・ＥV ・14.7／ＳＡＦ 基本噴射時間ＴB を算出したら、ＥＣＵ２３は、ステッ
プＳ４８で、冷却水温ＴW ，大気圧Ｔa ，吸気温度Ｔa
等に応じた空燃比補正係数ＫDTと無効噴射時間ＴD とを
用いて、下式により開弁時間ＴINJ を算出し、ステップ
Ｓ４９で燃料噴射弁３を駆動する。

【００４１】ＴINJ ＝ＫDT・ＴB ＋ＴD 以上述べたように、補正領域においては、目標空燃比Ｏ
ＡＦがリッチ過ぎた場合、２サンプリング周期（２５６
サイクル）毎に徐々にリーン化され、安定燃焼限界に近
づいてゆく。また、安定燃焼限界を超えてリーン側に突
入した場合には、当該気筒の目標空燃比ＯＡＦが１サン
プリング周期（１２８サイクル）でリッチ化され、失火
が即座に解消される。そして、安定燃焼限界にある場合
には、リーン化もリッチ化も行われず、目標空燃比ＯＡ
Ｆが現状で保持される。したがって、本実施例のエンジ
ンでは、空燃比が常に安定燃焼限界近傍になるように制
御されることになり、燃費の向上と共にＮＯx 排出量の
大幅な低減を実現できた。尚、上述した制御は各気筒毎
に行われるが、これは安定燃焼限界近傍での空燃比が個
々の気筒で異なるためである。

【００４２】以上で、具体的実施例の説明を終えるが、
本発明の態様はこの実施例に限るものではない。例え
ば、上記実施例は本発明を直列４気筒エンジンに適用し
たものであるが、Ｖ型６気筒エンジン等に適用してもよ
い。また、更に、上記制御における各閾値や各カウンタ
の初期値等は適宜設定可能であるし、制御手順について
も本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更してもよい。

【００４３】

【発明の効果】本発明の請求項１のリーンバーン制御装
置によれば、所定の運転条件下で、予め記憶装置に記憶
された目標空燃比に基づき、内燃機関に供給される混合
気の空燃比を理論空燃比より希薄な状態にフィードバッ
ク制御するリーンバーン制御装置において、前記混合気
の空燃比を検出する空燃比検出手段と、この空燃比検出
手段の出力結果と前記目標空燃比との偏差に基づき、燃
料供給量を決定する燃料供給量決定手段と、前記内燃機
関のクランク角度を検出するクランク角検出手段と、こ
のクランク角検出手段の検出結果に基づき、当該内燃機
関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、この燃焼
状態検出手段の検出結果に基づき、前記目標空燃比を補
正する空燃比補正手段とを具えたため、例えば、燃焼変
動等に起因する燃焼異常状態が検出された場合には目標
空燃比をリッチ側に補正してこれを防止し、全く検出さ
れなかった場合には目標空燃比をリーン側に補正するこ
とにより、安定燃焼限界でのリーンバーン運転が可能と
なり、ＮＯx 排出量の低減や燃費の大幅な向上を図るこ
とができる。

【００４４】より詳しくは、請求項１のリーンバーン制
御装置によれば、通常の希薄運転領域では、記憶装置内
に記憶した目標空燃比と空燃比検出手段の検出値との偏
差に基づいて空燃比フィードバック制御を行う一方、所
定の希薄運転領域では、例えば回転変動に基づく燃焼状
態検出手段等により燃焼状態を検出し、燃焼変動等に起
因する燃焼異常状態が検出された場合には目標空燃比を
リッチ側に補正してこれを防止し、全く検出されなかっ
た場合には目標空燃比をリーン側に補正して安定燃焼限
界での運転が実現できる。

【００４５】また、請求項１のリーンバーン制御装置に
よれば、前記燃焼状態検出手段が、前記内燃機関のクラ
ンク角度を検出するクランク角検出手段と、前記クラン
ク角検出手段の検出結果に基づき、各気筒の燃焼行程に
おける回転変動瞬時値を算出する回転変動瞬時値算出手
段と、第１の気筒の回転変動瞬時値とその平均値との偏
差から、第１の気筒の前に燃焼行程にあった第２の気筒
の回転変動瞬時値とその平均値との偏差を減ずることに
より、当該第１の気筒の回転変動指数を算出する回転変
動指数算出手段と、この回転変動指数算出手段の検出結
果を所定の閾値と比較することにより、前記第１の気筒
の燃焼状態を判定する判定手段とを含むため、失火等の
燃焼異常を検出する際における各気筒間およびサイクル
間のばらつきが除去され、リーンバーン制御を高い精度
で行うことができる。

【００４６】また、請求項２のリーンバーン制御装置に
よれば、前記判定手段により、前記回転変動指数算出手
段の検出結果が前記閾値を超えた回数が、所定サンプリ
ング区間内で第１所定回数以上であったとき、前記第１
の気筒が燃焼異常状態であると判定するようにしたた
め、路面の変化の影響等によって生じる閾値以上の回転
変動指数すなわちノイズが除去され、リーンバーン制御
をより高い精度で行うことができる。

【００４７】また、請求項１に係るリーンバーン制御装
置の好ましい態様によれば、前記判定手段は、前記回転
変動指数算出手段の検出結果が前記閾値を超えた回数が
所定のサンプリング区間内で第２所定回数以上かつ第１
所定回数未満であったとき、前記第１の気筒が安定燃焼
限界であると判定するようにするのがよく、これによ
り、例えば、燃焼異常がごく少ない頻度で発生するよう
な場合には、現状の運転状態を維持するべく目標空燃比
の補正を行わず、安定燃焼限界での運転を続行すること
ができる。

【００４８】また、前記判定手段は、前記回転変動指数
算出手段の検出結果が所定サンプリング区間内で前記閾
値を超えなかったとき、前記第１の気筒が安定燃焼状態
であると判定するのがよく、これにより目標空燃比のリ
ーン化を図り、運転状態を安定燃焼限界に近づけてゆく
ことができる。

【００４９】また、前記空燃比補正手段は、前記燃焼状
態検出手段が燃焼異常状態を検出したとき、前記目標空
燃比をリッチ側に補正するのがよく、これにより燃焼異
常に起因する燃費の悪化や有害排出ガスの増加を防止す
ることができる。また、前記空燃比補正手段は、前記燃
焼状態検出手段が安定燃焼限界であると判定したとき、
前記目標空燃比を前サンプリング区間での目標空燃比に
保持するのがよく、これにより次に燃焼異常が発生する
までは安定燃焼限界での運転を継続することができる。

【００５０】また、前記空燃比補正手段は、前記燃焼状
態検出手段が安定燃焼状態を検出したとき、前記目標空
燃比をリーン側に補正するのがよく、これにより運転状
態を安定燃焼限界に近づけて、ＮＯ _X 排出量の低減や燃
費の向上を図ることができる。

【００５１】また、さらに好ましい態様によれば、前記
空燃比補正手段は、リッチ側への補正を前記燃焼状態検
出手段が検出した燃焼異常状態の積算値に応じて行うよ
うにするのがよく、これにより燃焼異常を速やかに解消
して、燃費の悪化や有害排出ガスの増加を未然に防止す
ることができる。

【００５２】また、前記空燃比補正手段は、リーン側へ
の補正を所定量ずつ行うのがよく、これにより運転状態
も徐々に安定燃焼限界に近づくことになり、空燃比制御
のオーバシュートによる燃焼異常を防止できる。また、
前記第２所定回数を１とするのがよく、これにより制御
応答性の向上により、安定燃焼限界での運転時間を長く
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回転変動検出方法を適用したエン
ジン制御系の一実施例を示した概略構成図である。

【図２】ロータプレートとクランク角センサとを示した
斜視図である。

【図３】クランク角センサの出力信号を示したグラフで
ある。

【図４】燃料噴射制御サブルーチンの手順を示したフロ
ーチャートである。

【図５】安定燃焼限界制御サブルーチンの手順を示した
フローチャートである。

【図６】安定燃焼限界制御サブルーチンの手順を示した
フローチャートである。

【図７】安定燃焼限界制御サブルーチンの手順を示した
フローチャートである。

【図８】体積効率とエンジン回転数とをパラメータとす
るリーン空燃比マップである。

【図９】体積効率とエンジン回転数とをパラメータとす
るストイキオ／リッチ空燃比マップである。

【図１０】回転変動と燃料噴射量等との関係を示したグ
ラフである。

【図１１】変動積算値と燃料噴射増量係数との関係を示
したグラフである。

【符号の説明】

１ エンジン ３ 燃料噴射弁 １２ 空燃比センサ １７ ロータプレート １８ クランク角センサ ２１ ＥＣＵ ２５ クランクシャフト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６２ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６２Ｊ (56)参考文献 特開 平５−231210（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−248281（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−18297（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−227937（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−74079（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−125739（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−27748（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−308949（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−117291（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−81699（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−63096（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−19091（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−272591（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の運転条件下で、予め記憶装置に記
   憶された目標空燃比に基づき、内燃機関に供給される混
   合気の空燃比を理論空燃比より希薄な状態にフィードバ
   ック制御するリーンバーン制御装置において、 前記混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、 この空燃比検出手段の出力結果と前記目標空燃比との偏
   差に基づき、燃料供給量を決定する燃料供給量決定手段
   と、 前記内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段
   と、 この燃焼状態検出手段の検出結果に基づき、前記目標空
   燃比を補正する空燃比補正手段とを備え、 前記燃焼状態検出手段は、 前記内燃機関のクランク角度を検出するクランク角検出
   手段と、 前記クランク角検出手段の検出結果に基づき、各気筒の
   燃焼行程における回転変動瞬時値を算出する回転変動瞬
   時値算出手段と、 第１の気筒の回転変動瞬時値とその平均値との偏差か
   ら、第１の気筒の前に燃焼行程にあった第２の気筒の回
   転変動瞬時値とその平均値との偏差を減ずることによ
   り、当該第１の気筒の回転変動指数を算出する回転変動
   指数算出手段と、 この回転変動指数算出手段の検出結果を所定の閾値と比
   較することにより、前記第１の気筒の燃焼状態を判定す
   る判定手段とを含む ことを特徴とする内燃機関のリーン
   バーン制御装置。
2. 【請求項２】 前記判定手段は、前記回転変動指数算出
   手段の検出結果が前記閾値を超えた回数が、所定サンプ
   リング区間内で第１所定回数以上であったとき、前記第
   １の気筒が燃焼異常状態であると判定することを特徴と
   する請求項１に記載の内燃機関のリーンバーン制御装
   置。