JP3055378B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

内燃機関の制御装置

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JP3055378B2 JP5281568A JP28156893A JP3055378B2 JP 3055378 B2 JP3055378 B2 JP 3055378B2 JP 5281568 A JP5281568 A JP 5281568A JP 28156893 A JP28156893 A JP 28156893A JP 3055378 B2 JP3055378 B2 JP 3055378B2
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  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、所定の運転条件のと
きにリーン燃焼を行うようにした内燃機関に関し、特
に、高地における補正を与えるようにした制御装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来から、主に燃料消費率の向上を図る
ために、所定の運転条件のときに、空燃比(A/F)が
20〜22程度のリーン燃焼を行わせるようにした内燃
機関の制御装置が知られている。例えば、特開平2−7
0959号公報には、スワールコントロールバルブによ
りシリンダ内に強いスワールを与えることでリーン燃焼
を安定化させるとともに、排気系に設けた空燃比センサ
により、目標とするリーン空燃比に沿って実際の空燃比
をクローズドループ制御するようにした内燃機関が示さ
れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなリーン燃
焼を安定的に行わせるためには、スワール比や点火時期
等の種々の要素が正しく制御されている必要があるが、
気圧が低い高地においては、大気圧低下に伴う筒内圧力
の低下によって、噴射弁から供給された燃料の霧化が悪
化し、その結果、リーン燃焼が不安定化するという問題
がある。
【0004】また、高地において、単に空燃比を理論空
燃比に近づくように補正すると、ノッキングが生じやす
くなる。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
の制御装置は、図1に示すように、内燃機関の運転条件
を検出する運転条件検出手段1と、所定の運転条件下で
リーン空燃比となるように、検出した運転条件に応じて
目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段2と、大気圧
を検出する大気圧検出手段3と、検出した大気圧に応じ
、大気圧が低いほど空燃比が小となるようにリーン側
の限界空燃比を設定する限界空燃比設定手段4と、運転
条件に対応する目標空燃比がこの限界空燃比よりリーン
である場合に、限界空燃比を目標空燃比として与えて該
目標空燃比を相対的にリッチ側へ補正する空燃比補正手
段5と、この目標空燃比の補正量に応じて、該補正量が
大なほど遅角側となるように点火時期を補正する点火時
期補正手段6と、を備えたことを特徴としている。
【0006】
【作用】定常走行域のような運転条件下では、目標空燃
比がリーン側に設定され、リーン燃焼が行われるが、限
界空燃比設定手段4は、大気圧検出手段3により検出さ
れた大気圧に応じて、大気圧が低いほど理論空燃比に近
づくようにリーン側の限界空燃比を設定する。そして、
運転条件に対応する目標空燃比がこの限界空燃比よりリ
ーンである場合には、空燃比補正手段5により、目標空
燃比がこの限界空燃比に沿って補正される。つまり、限
界空燃比よりもリーンとならないように目標空燃比が制
限される。従って、高地においては、安定した燃焼が維
持できる範囲内となるように、気圧低下に応じた形で空
燃比のリーン化が抑制される。また、このように空燃比
が大気圧に対応して補正されている場合には、同時に、
その補正量に応じて点火時期補正手段6により点火時期
が遅角側に補正される。これにより、ノッキング発生が
抑制される。
【0007】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。
【0008】図2は、この発明に係る制御装置の機械的
構成を示す構成説明図であって、11は内燃機関、12
はその吸気通路、13は排気通路を示している。上記吸
気通路12には、各吸気ポートへ向けて燃料を供給する
電磁式燃料噴射弁14が配設されているとともに、スロ
ットル弁15が介装されている。このスロットル弁15
の開度は、ポテンショメータからなるスロットル開度セ
ンサ16にて検出される。スロットル弁15の上流側に
は、吸入空気量を検出する例えば熱線式のエアフロメー
タ17が配設されている。また、吸気通路12の吸気ポ
ート近傍位置に、弁体の一部に切欠を設けたバタフライ
バルブからなるスワールコントロールバルブ18が配設
されている。このスワールコントロールバルブ18は、
その閉時に、吸気の流入方向を片寄らせることにより、
筒内に強いスワールを生成するものであり、ダイヤフラ
ム式負圧アクチュエータ19により開閉駆動されるよう
になっている。この負圧アクチュエータ19は、吸気通
路12のスロットル弁15下流側の負圧を作動源とし、
かつ三方電磁式20を介してON,OFF的に制御され
ている。
【0009】排気通路13には、例えば三元触媒を用い
た触媒コンバータ21が介装されているとともに、該触
媒コンバータ21よりも上流側に空燃比センサ22が配
設されている。この空燃比センサ22は、酸素ポンプ型
センサ等の広域型空燃比センサからなり、リーン領域を
含め、空燃比の値に対応した出力が得られるようになっ
ている。
【0010】また、23は内燃機関11の冷却水温を検
出する水温センサ、24は機関回転数を検出するように
所定クランク角毎にパルス信号を発するクランク角セン
サを示している。
【0011】上述した各種センサの検出信号が入力され
るコントロールユニット25は、いわゆるマイクロコン
ピュータシステムを用いたもので、CPU26、ROM
27、RAM28、I/Oポート29等を主体として構
成されている。このコントロールユニット25は、エア
フロメータ17が検出する吸入空気量や空燃比センサ2
2の検出信号等に基づき燃料噴射弁14の噴射量や噴射
時期を制御しているほか、点火プラグ30の点火時期等
を総合的に制御している。また、この実施例では、コン
トロールユニット25内に、大気圧センサ31が内蔵さ
れており、内燃機関11が運転されている場所での実際
の大気圧を検出している。
【0012】上記構成の制御装置の基本的な作用を説明
すると、先ず、空燃比制御としては、吸入空気量と機関
回転数とから所定のマップに基づいて目標空燃比AFT
が逐次設定され、それに沿うように、燃料噴射量が制御
される。図4は、目標空燃比AFTの特性を示す特性図
であって、この図4に示すように、所定の中速中負荷領
域で最も空燃比が大となるように目標空燃比AFTの特
性が定められている。そして、この目標空燃比AFTに
応じて、燃料噴射弁14に印加される噴射パルス幅が制
御される。また、空燃比センサ22は、排気組成から実
際の空燃比を検出しており、この検出信号に基づいて算
出されるフィードバック補正係数を基本噴射パルス幅に
乗じることで、実際の空燃比が精度よく目標空燃比AF
Tに保たれるようになっている。なお、理論空燃比のと
きにはスワールコントロールバルブ18は開弁している
が、リーン燃焼を実行する運転領域では、三方電磁弁2
0を介してスワールコントロールバルブ18が閉じら
れ、筒内に強いスワールが生成される。
【0013】一方、高地のように気圧が低い場所におい
ては、前述したように、燃料の霧化が悪化するので、大
気圧値に応じたリーン側の限界空燃比AFLでもって目
標空燃比AFTが制限され、それ以上のリーン化が阻止
される。
【0014】また、点火時期は、やはり吸入空気量と機
関回転数とから所定のマップに基づいて進角値ADVが
逐次設定されるようになっているが、スワールコントロ
ールバルブ18が閉じているときと開いているときとで
は、空燃比の差異とも相俟って、要求点火時期が異なる
ものとなるので、予め2種類のマップが与えられてお
り、スワールコントロールバルブ18が開となる非リー
ン領域、およびスワールコントロールバルブ18が閉と
なるリーン領域のそれぞれで、マップを切り換えるよう
になっている。そして、上記のように高地等でリーン空
燃比が限界空燃比AFLに制限されたときには、このマ
ップに設定されている点火時期に対し実際の要求点火時
期がずれるので、空燃比の補正量に応じて、点火時期が
遅角側に補正される。図7は、ある運転条件下における
空燃比と要求点火時期との関係を示したもので、図示す
るように、リーンであるほど要求点火時期は進み側とな
り、逆に、理論空燃比に近づくと、相対的に遅れ側とな
る。従って、高地等で空燃比を小さく補正すると、リー
ン燃焼時の通常の点火時期では、ノッキングが生じやす
くなるのである。
【0015】図3のフローチャートは、上述した大気圧
に対する補正制御の具体的な処理の流れを示しており、
以下、これを説明する。なお、この図3の処理は、例え
ば一定時間毎に繰り返し実行される。
【0016】先ず、ステップ1では、機関運転条件、具
体的には機関回転数と吸入空気量とに基づいて、目標空
燃比AFTを設定する。これは、前述したように、図4
に示すような特性のマップから検索される。そして、ス
テップ2では、この目標空燃比AFTの値からリーン領
域であるか否かが判定される。非リーン領域つまり理論
空燃比もしくはリッチ空燃比である場合には、大気圧に
よる悪影響が生じないので、大気圧補正は行わない。
【0017】ステップ2でリーン領域であると判定した
場合には、ステップ3へ進み、大気圧センサ31が検出
する大気圧の値を読み込む。そして、ステップ4で、こ
の大気圧の値に基づき、リーン側の限界空燃比AFLを
設定する。この限界空燃比AFLは、安定した燃焼が維
持しうる限界の空燃比として、図6のような特性のテー
ブルの形で予め与えられており、そのときの大気圧に対
応する値を検索することで設定される。
【0018】次に、ステップ5において、運転条件から
求めた目標空燃比AFTと上記限界空燃比AFLとを比
較する。このステップ5で、目標空燃比AFTが限界空
燃比AFL以下であれば、そのままで安定したリーン燃
焼が可能であるので、ステップ6以降の補正は行わな
い。この場合には、目標空燃比AFTに沿って空燃比が
制御され、かつリーン時の点火時期マップから求めた進
角値により点火時期が制御される。ステップ5で、目標
空燃比AFTが限界空燃比AFLより大きい場合には、
大気圧低下による燃焼の悪化が生じるので、ステップ6
以降へ進んで補正を行う。ステップ6では、空燃比補正
量ΔAFとして、目標空燃比AFTと限界空燃比AFL
との差(AFT−AFL)を算出する。そして、ステッ
プ7では、この空燃比補正量ΔAFに応じた点火時期補
正量ΔADVを求める。詳しくは、上記空燃比補正量Δ
AFと、運転条件から求めたそのときの目標空燃比AF
Tとに基づいて、図8に示したような特性のマップから
決定される。尚、この点火時期補正量ΔADVは、遅角
側への補正量として与えられるもので、その値が大きい
ほど、点火時期が遅れることになる。つまり、図7に示
すように、同一の空燃比補正量ΔAFであっても、ベー
スとなる空燃比が異なっていれば、要求点火時期の変化
は異なるので、これを考慮した形で図8のマップの特性
が設定されている。
【0019】このようにして点火時期補正量ΔADVを
決定した後、ステップ8において、目標空燃比AFTを
補正するとともに、ステップ9において、点火時期の補
正を行う。つまりステップ8では、目標空燃比ΔAFT
として、運転条件から求めた値に代えて、限界空燃比A
FLの値が与えられる。これにより、図5に例示するよ
うに、目標空燃比AFTが限界空燃比AFLに制限され
ることになり、燃焼の悪化を生じない範囲内で最もリー
ンとなる限界の空燃比に保たれる。また、ステップ9で
は、所定のマップに基づいて検索した進角値から点火時
期補正量ΔADVを減算することで、点火時期が遅角側
に補正される。尚、図5は、機関回転数を一定値N1
(図4参照)とした場合の負荷と空燃比との関係を示し
ている。
【0020】従って、上記実施例によれば、高地等の大
気圧が低下する場所において、常に限界空燃比AFL以
下となることにより空燃比の過度のリーン化が抑制さ
れ、燃焼の悪化が確実に回避される。そして、図5で明
らかなように、運転条件から求まる目標空燃比AFTが
限界空燃比AFL以下の領域では、大気圧による補正が
なされないので、十分にリーンな空燃比を維持できるこ
とになり、燃焼の悪化を回避しつつ、最大限に燃料消費
率の向上が図れる。また、空燃比補正時には同時に点火
時期が遅角側に補正されるため、ノッキングを確実に防
止できる。
【0021】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関の制御装置によれば、高地等で大気圧が
低下した場合に、空燃比の過度のリーン化が抑制され、
燃焼の悪化が確実に回避される。特に、目標空燃比が限
界空燃比を越える場合にのみその補正がなされ、運転条
件から求まる目標空燃比が限界空燃比以下の領域では、
大気圧による補正がなされないので、安定燃焼し得る範
囲内で最もリーンな空燃比を維持できることになり、燃
焼の悪化を回避しつつ、最大限に燃料消費率の向上が図
れる。また、空燃比補正時には同時に点火時期が遅角側
に補正されるため、ノッキングを確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の構成を示すクレーム対応図。
【図2】この発明に係る制御装置の一実施例を示す構成
説明図。
【図3】この実施例の大気圧補正の流れを示すフローチ
ャート。
【図4】運転条件に対する目標空燃比の特性を示す特性
図。
【図5】一定回転数における空燃比の特性を示す特性
図。
【図6】大気圧に対する限界空燃比の特性を示す特性
図。
【図7】空燃比と要求点火時期との関係を示す特性図。
【図8】点火時期補正量の特性を示す特性図。
【符号の説明】
1…運転条件検出手段 2…目標空燃比設定手段2 3…大気圧検出手段3 4…限界空燃比設定手段 5…空燃比補正手段 6…点火時期補正手段
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−55339(JP,A) 特開 昭60−27748(JP,A) 特開 昭63−170537(JP,A) 特開 昭57−44767(JP,A) 特開 平1−224428(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02D 41/00 - 41/40 F02P 5/15 F02D 43/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の運転条件を検出する運転条件
    検出手段と、 所定の運転条件下でリーン空燃比となるように、検出し
    た運転条件に応じて目標空燃比を設定する目標空燃比設
    定手段と、 大気圧を検出する大気圧検出手段と、 検出した大気圧に応じて、大気圧が低いほど空燃比が小
    となるようにリーン側の限界空燃比を設定する限界空燃
    比設定手段と、 運転条件に対応する目標空燃比がこの限界空燃比よりリ
    ーンである場合に、上記限界空燃比を目標空燃比として
    与えて該目標空燃比を相対的にリッチ側へ補正する空燃
    比補正手段と、 この目標空燃比の補正量に応じて、該補正量が大なほど
    遅角側となるように点火時期を補正する点火時期補正手
    段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
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JP5494553B2 (ja) * 2011-04-15 2014-05-14 トヨタ自動車株式会社 火花点火式内燃機関
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