JP2981062B2 - 希薄燃焼における燃料噴射制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、理論空燃比より大なる
空燃比で運転するための希薄燃焼における燃料噴射制御
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃料噴射式の内燃機関において
は、常に理論空燃比となるように、空気量の変化に応じ
て、燃料の増減を行って空燃比を制御する方法を採用し
ている。また、一般的には、スロットルバルブの開閉度
合は、アクセルペダルの踏込量と比例しており、スロッ
トルバルブの全開位置はアクセルペダルをそれ以上踏み
込めないところまで踏み込んだ位置に対応させてある。
ところで近時、理論空燃比より高い空燃比において内燃
機関を運転する方法が普及し始めている。そのような希
薄燃焼における燃料噴射制御方法としては、例えば特開
昭６０−１３５６３４号公報の内燃機関の空燃比制御装
置において行われるもののように、失火が発生しそうな
状態まで空燃比を高くし、その際の内燃機関の不安定度
合を検出して、その不安定度合に応じて燃料量を増減す
るものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成に
あっては、希薄燃焼中にアクセルペダルが踏み込まれた
場合には、その際のエンジン回転数と吸入空気量とによ
り燃料噴射量を決定して運転するものであるが、スロッ
トルバルブ全開状態まで燃料希薄で運転していると、ア
クセルペダルの踏度と吸入空気量を求めるための吸気管
圧力とが必ずしも整合しているとは限らないことがあ
り、したがってアクセルペダルを踏み込んだ際の適切な
過渡時の運転状態を得ることができない場合があった。

【０００４】本発明は、このような不具合を解消するこ
とを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような手段を講じたものであ
る。すなわち、本発明に係る希薄燃焼における燃料噴射
制御方法は、スロットルバルブ全開となるまでのアクセ
ルペダル領域では希薄燃焼を行い、それ以降のアクセル
ペダル領域では、少なくともエンジン回転数とアクセル
ペダルの踏度とに基づいて燃料噴射量を決定するものに
おいて、始動後であることを検出し、その始動後に少な
くとも連続してアクセルペダルの単位時間当たりの踏度
の変化量が所定値以上になったことを検出し、始動後に
少なくとも連続してアクセルペダルの単位時間当たりの
踏度の変化量が所定値以上になった場合には少なくとも
エンジン回転数とアクセルペダルの踏度とに基づいて燃
料噴射量を演算することを特徴とする。

【０００６】

【作用】このような構成のものであれば、始動後の状態
でアクセルペダルの単位時間当たりの踏度の変化量が所
定値以上になると、エンジン回転数とアクセルペダルの
踏度とに基づいて燃料噴射量を演算するので、希薄燃焼
による運転でありながら過渡時すなわちアクセルペダル
踏込時の応答をスムーズに行える。すなわち、所定の運
転領域において希薄燃焼による運転を行っていても、ア
クセルペダルの踏度が所定条件を満たして増加すると、
それに応じてエンジン出力が増加される。したがって、
希薄燃焼による運転領域においての過渡時の燃料噴射量
の変化をスムーズに行え、安定したドライバビリティを
得ることができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照して
説明する。

【０００８】図１に概略的に示したエンジン１００は自
動車用のもので、その吸気系１には図示しないアクセル
ペダルに応動して開閉するスロットルバルブ２が配設さ
れ、その下流側にはサージタンク３が設けられている。
アクセルペダルには、例えば回転角を検知するセンサの
一つである回転型ポテンショメータが、アクセルペダル
センサ（以下、ペダルセンサと称す）として取り付けら
れており、アクセルペダルの角度に対応して電圧信号を
出力する。この電圧信号は、後述する電子制御装置６に
入力され、この電圧信号に基づいてスロットルバルブ２
を駆動する例えばステッピングモータの駆動信号が作成
される。つまり、アクセルペダルが踏まれると、その踏
度に応じて出力されるポテンショメータからの電圧信号
に基づいて電子制御装置６から駆動信号が出力され、そ
の駆動信号に応じてステッピングモータが正逆回転して
スロットルバルブ２が開閉されるものである。なお、ア
クセルペダルの踏度は、スロットルバルブ２が１００％
の開度となっても１００％にはならず、スロットル開度
１００％の位置よりさらに踏み込んだ位置において１０
０％になるように設定してある。

【０００９】サージタンク３に連通する吸気系１の吸気
マニホルド４の一方の端部近傍には、さらに燃料噴射弁
５が設けてあり、この燃料噴射弁５を、電子制御装置６
により制御するようにしている。すなわち燃料噴射弁５
は、吸入される空気量に基づいて演算される噴射時間だ
け開弁して、その時の空気量に見合った燃料を供給する
ものである。この実施例では、吸入空気量は吸気圧から
算出されるものである。また排気系２０には、排気ガス
中の酸素濃度を理論空燃比の場合から希薄燃焼の場合ま
で連続して測定するための空燃比（リーン）センサ２１
が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された三
元触媒２２の上流の位置に取り付けられている。この空
燃比センサ２１は、通常のＯ_２センサとほぼ同様の構成
を有しており、大気側電極と排気側電極との間に一定電
圧を印加することによって、フィードバック制御時の理
論空燃比の場合から希薄燃焼における空燃比の場合に亘
って、排気ガス中の酸素濃度に応じて電流を出力するも
のである。

【００１０】電子制御装置６は、中央演算処理装置７
と、記憶装置８と、入力インターフェース９と、出力イ
ンターフェース１１とを具備してなるマイクロコンピュ
ータシステムを主体に構成されており、その入力インタ
ーフェース９には、サージタンク３内の圧力を検出する
ための吸気圧センサ１３からの吸気圧信号ａ、エンジン
回転数ＮＥを検出するための回転数センサ１４からの回
転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ１５から
の車速信号ｃ、スロットルバルブ２の開閉状態を検出す
るためのスロットルセンサ１６からの開閉信号ｄ、エン
ジンの冷却水温を検出するための水温センサ１７からの
水温信号ｅ、上記した空燃比センサ２１からの電流信号
ｈなどが入力される。一方、出力インターフェース１１
からは、燃料噴射弁５に対して燃料噴射信号ｆが、また
スパークプラグ１８に対してイグニッションパルスｇが
出力されるようになっている。なお、スロットルセンサ
１６は、少なくともアイドルスイッチ信号と、スロット
ル開度信号とを出力するものであればよく、アイドルス
イッチ信号はアイドル域か出力域かをＯＮ，ＯＦＦ信号
として出力し、スロットル信号はスロットルバルブ２の
設定された全開開度でＯＮ，ＯＦＦ信号を出力するもの
である。

【００１１】電子制御装置６には、吸気圧センサ１３か
ら出力される吸気圧信号ａと回転数センサ１４から出力
される回転数信号ｂとを主な情報とし、エンジン状況に
応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間を補正して
燃料噴射弁開成時間すなわちインジェクタ最終通電時間
を決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁５
を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を該燃料噴射弁
５から吸気系１に噴射させるためのプログラムが内蔵し
てある。このプログラムにおいては、始動後であること
を検出し、その始動後に少なくとも連続してアクセルペ
ダルの単位時間当たりの踏度の変化量が所定値以上にな
ったことを検出し、始動後に少なくとも連続してアクセ
ルペダルの単位時間当たりの踏度の変化量が所定値以上
になった場合には少なくともエンジン回転数とアクセル
ペダルの踏度とに基づいて燃料噴射量を演算するように
プログラミングされているものである。

【００１２】この燃料噴射制御プログラムの概要は図２
に示すようなものである。ただし、スロットルバルブ２
が全開となるまでの希薄燃焼制御、すなわち種々の補正
係数を考慮して有効噴射時間を算出し、その後希薄燃焼
におけるインジェクタ最終通電時間を演算するプログラ
ムそれ自体は、従来知られているものを利用できるので
図示及び説明を省略する。

【００１３】制御を説明する前に、制御において使用さ
れるマップについて説明する。マップは、基本噴射時間
を演算するための各数値を規定するもので、エンジン回
転数に対する応答遅れ補正係数ＴＡＵＸをマッピングす
るとともに、ペダルセンサ出力ＴＡ（Ｖ）とエンジン回
転数ＮＥ（スピード）とで規定される燃料噴射定数ＴＴ
ＡＭＡＩＮと、これとは別の基本噴射時間とがマッピン
グしてある。ペダルセンサ出力は、図３に示すように、
アクセル踏度（踏み込み量）に対して比例しているもの
で、スロットルバルブ２が全開（ＷＯＴ）になるまでの
所定の運転領域であるリーン域Ａと、全開以上でアクセ
ルペダルの踏み代がなくなるまでの領域であるリッチ域
Ｂとは、連続しているものである。基本噴射時間のマッ
プは、リーン域Ａとリッチ域Ｂとの両方において共通に
利用される。

【００１４】またこの実施例にあっては、希薄燃焼によ
る運転領域の上限を、スロットルバルブ２の全開位置に
設定している。すなわちこのスロットルバルブ２の全開
位置は、アクセルペダルの踏込限界とは一致しておら
ず、この位置からさらにアクセルペダルが踏み込めるよ
うに設定してある。しかして、この希薄燃焼による運転
領域とアクセルペダルが限界まで踏み込まれた場合の燃
料噴射の制御を、以下のようにして行っている。まず、
スロットルセンサ１６からの開閉信号ｄに基づいて、ス
ロットルバルブ２が全開で、かつアクセルペダルがスロ
ットルバルブ２の全開位置よりさらに踏み込まれた位置
である（以下全開以上と記す）か否かを判定し、全開で
なければエンジン回転数と吸気圧とにより、通常の演算
により得られた噴射時間に基づいて希薄燃焼における燃
料噴射を実行する。全開以上であれば、全開以上と判定
された時のアクセルペダルの踏度に対するペダルセンサ
出力ＴＡとエンジン回転数ＮＥとを読み込み、読み込ん
だペダルセンサ出力ＴＡとエンジン回転数ＮＥとで特定
される基本噴射時間をマップから読みだし、その基本噴
射時間に基づいて燃料噴射を実行する。

【００１５】以上の制御の基に、まず、ステップ５１で
は、その時点のエンジン回転数ＮＥとアクセルペダルの
踏度に対応するペダルセンサ出力ＴＡとを、回転数セン
サ１４からの回転数信号ｂ及びアクセルペダルのペダル
センサからの出力信号に基づいて読み込む。ステップ５
２では、アクセルペダルの踏度のペダルセンサ出力ＴＡ
の単位時間当りの変化量ΔＴＡが所定値以上に、例えば
連続して２回以上なったか否かを判定し、所定の条件を
満足している場合にはステップ５３に移行し、そうでな
い場合はステップ６１に進む。このステップ５２では、
アクセルペダルが踏み込まれたあるいはアクセルペダル
が戻された場合に、その変化量ΔＴＡが２回以上連続し
て所定値以上にならなければならないので、比較的小さ
いアクセルペダルの踏込あるいは戻しではこのステップ
における条件を満足することはなく、大きく踏み込んだ
あるいは戻した場合に条件を満足するものとなる。ステ
ップ５３では、始動後であるか否かを判定し、始動後で
あればステップ５４に移行し、始動後でなければステッ
プ６１に進む。ステップ５４では、ステップ５１で読み
込まれたエンジン回転数ＮＥとペダルセンサ出力ＴＡの
変化量ΔＴＡに基づいて、下記の式により燃料噴射時間
Ｔを演算する。

【００１６】 Ｔ_ｉ＋１＝Ｔ_ｉ×ＤＴＴＡＭＡＩＮ×ＴＡＵＸ （１） ＤＴＴＡＭＡＩＮ＝ＴＴＡＭＡＩＮ_ｉ÷ＴＴＡＭＡＩＮ_ｉ−１ （２） なお、ｉは正の整数で、燃料噴射時間Ｔを計算する際に
計数され、上式（１）及び（２）においてはそれぞれの
係数の時間関係を示している。また、ＴＡＵＸは応答遅
れ補正係数で、スロットルバルブ２が開成されてから実
際に空気が吸入されるまでの間の空気の応答の遅れを補
正するためのもので、マップにエンジン回転数に応じた
値が規定されている。

【００１７】ステップ６１では、エンジン回転数と吸気
圧とから、通常の演算により得られた噴射時間に基づい
て希薄燃焼における燃料噴射を実行する。なお、ステッ
プ５４を実行して燃料噴射時間Ｔが演算され、その結果
に基づいて燃料噴射が行われた後、通常の燃料噴射に復
帰する場合には、燃料噴射時間Ｔは前回の燃料噴射時間
Ｔ_ｉ−１と今回の燃料噴射時間Ｔ_ｉとの平均をとってな
ま処理したものを使用する。

【００１８】このような構成において、スロットルバル
ブ２が全開となるまでの運転領域でアクセルペダルの踏
度つまり踏み込み量が変化しない場合には、制御はステ
ップ５１→５２→６１と進み、通常の燃料噴射が実行さ
れて希薄燃焼による運転が行われる。また、徐々にアク
セルペダルの踏度が増加される場合にも同様に、制御は
ステップ５１→５２→６１と進み、通常の燃料噴射が実
行される。この時、図４に示すように、スロットルバル
ブ２の全開までの制御では、空燃比は理論空燃比から希
薄燃焼における値までをカバーしており、スロットルバ
ルブ２のスロットル開度に対応して、トルク、燃料噴射
及び空気量ともスロットル開度が大きくなるに伴って増
加する。定常状態にあっては、スロットルバルブ２が全
開になるまで、空燃比が理論空燃比より高い希薄燃焼が
実行される。

【００１９】次に、始動後の希薄燃焼による運転状態か
らトルクを必要とするべく、アクセルペダルが踏み込ま
れ、その踏度の変化量ΔＴＡが所定の条件を満足する場
合には、制御はステップ５１→５２→５３→５４と進
み、上記式（１）及び式（２）により燃料噴射時間Ｔが
演算されて、アクセルペダルの踏度に応じた過渡時の燃
料噴射が行われる。そしてさらに、スロットルバルブ２
が全開になりそれ以上にアクセルペダルが踏み込まれた
場合には、アクセル踏度とエンジン回転数に応じた基本
噴射時間をマップより読みだし、読み出された基本噴射
時間に基づいて燃料噴射を実行する。この時には、空気
量はスロットルバルブ２が全開の場合から増加すること
はないが、燃料噴射量はアクセルペダルの踏度の増加に
応じて増加する。ここで、空気量は増加しないため、空
燃比は燃料噴射量の増加に伴って低下し（リッチにな
り）、したがってトルクもアクセルペダルの踏度に応じ
て大きくなる。

【００２０】このように、アクセルペダルが設定された
所定の条件を満足する状態に踏み込まれた場合には、エ
ンジン回転数及び吸気圧（吸入空気量）により燃料噴射
を行うのではなく、その時のエンジン回転数とアクセル
ペダルの踏度とで定められた燃料噴射定数を用いて燃料
噴射時間Ｔを演算するので、過渡時の燃料噴射量の変化
をスムーズに行うことができ、安定したドライバビリテ
ィを得ることができる。また、希薄燃焼のための運転領
域の上限を超える運転領域にあっては、その際のアクセ
ルペダルの踏度とエンジン回転数とに基づいて燃料噴射
量を決定するので、上記上限を超える場合であってもエ
ンジン出力の増加が可能になることで、希薄燃焼による
運転領域の上限を高くすることができ、したがって、燃
費を向上することができる。とくに、比較的中高負荷域
を多用する小排気量エンジンにあっては、所定の運転領
域の拡大による燃費の向上効果が大となる。

【００２１】なお、本発明は以上説明した実施例に限定
されるものではなく、例えば、所定の運転領域の上限を
超えた際のアクセルペダルの踏度に応じた基本噴射時間
の決定の方法として、上記実施例のようにマップを使用
することに代えて、ペダルセンサの出力とエンジン回転
数とから演算するものであってもよい。

【００２２】また、過給機を有するエンジンにおいて、
スロットルバルブ２が全開になった状態からさらにアク
セルペダルが踏み込まれた際に過給機を作動させ、燃料
噴射量が増加したのに対応して空気量を増加するもので
あってもよい。

【００２３】その他、各部の構成は図示例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変
形が可能である。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、以上に詳述したように、過渡
時における燃料噴射時間を、少なくとも連続してアクセ
ルペダルの単位時間当たりの踏度の変化量が所定値以上
になった場合には少なくともエンジン回転数とアクセル
ペダルの踏度とに基づいて演算しているので、燃料噴射
量の変化をスムーズに行え、安定したドライバビリティ
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す概略構成説明図。

【図２】同実施例の制御手順を示すフローチャート。

【図３】同実施例のアクセルペダルの踏み込み量とアク
セルペダルセンサ出力との関係を示すグラフ。

【図４】同実施例の作動説明図。

【符号の説明】

２…スロットルバルブ ６…電子制御装置 ７…中央演算処理装置 ８…記憶装置 ９…入力インターフェース １１…出力インターフェース １３…吸気圧センサ １４…回転数センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/02 325 F02D 41/04 330

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スロットルバルブ全開となるまでのアクセ
   ルペダル領域では希薄燃焼を行い、それ以降のアクセル
   ペダル領域では、少なくともエンジン回転数とアクセル
   ペダルの踏度とに基づいて燃料噴射量を決定するものに
   おいて、 始動後であることを検出し、 その始動後に少なくとも連続してアクセルペダルの単位
   時間当たりの踏度の変化量が所定値以上になったことを
   検出し、 始動後に少なくとも連続してアクセルペダルの単位時間
   当たりの踏度の変化量が所定値以上になった場合には少
   なくともエンジン回転数とアクセルペダルの踏度とに基
   づいて燃料噴射量を演算することを特徴とする希薄燃焼
   における燃料噴射制御方法。