JPH01267338A - 内燃機関の適応空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、内燃機関に供給する混合気の空燃比を制御
する内燃機関の適応空燃比制御装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来の燃料制御装置の例としては種々のものがあるが、
ここでは、特開昭６０−２１２６４３号公報により開示
された従来例を例にとり説明する。第６図は、従来の内
燃機関の空燃比制御装置の構成図である。

第６図において、１はエアークリーナ、２は吸入空気量
を計測するエアーフローメータ、３はスロットル弁、４
は吸気マニホールド、５はシリンダ、６は機関の冷却水
温を検出する水温センサ、７はクランク角センサ、８は
排気マニホールド、９は排気ガス成分濃度（たとえば酸
素濃度）を検出する排気センサ、１０は燃料噴射弁、１
１は点火プラグ、１２は制御装置である。

り′ランク角センサ７は、たとえばクランク角の基準位
置ごと（４気筒機関では１８０度毎、６気筒機関では１
２０度毎）に基準位置パルスを出力し、また単位角度ご
とくたとえば１度ごと）に単位角パルスを出力する。そ
“して、制御装置１２内において、この基準位置パルス
が入力された後の単位角パルスの数を計算することによ
って、そのときのクランク角を知ることができる。

また、単位角パルスの周波数または周期を計測すること
によって、機関の回転速度を知ることも出来る。

なお、第６図の例においてはディストリビュータ内にク
ランク角センサが設けられている場合を例示している。

制御装置１２は、たとえば、ＣＰＵ、ＲＡＭ。

ＲＯＭ、入出力インターフェースなどからなるマイクロ
コンピュータで構成され、上記エアーフローメータ２か
ら与えられる吸入空気量信号Ｓ１、水温センサ６から与
えられる水温信号Ｓ２、クランク角センサ７から与えら
れるクランク角信号Ｓ３、排気センサ９から与えられる
排気信号Ｓ４、および図示しないバフテリ電圧信号やス
ロットル全閉信号などを入力し、それらの信号に応じた
演算を行って機関に供給すべき燃料噴射量を算出し、噴
射信号Ｓ５を出力する。この噴射信号Ｓ５によって、燃
料噴射弁１０が作動し、機関に所定量の燃料を供給する
。

上記の制御装置１２内における燃料噴射量Ｔｉの演算は
、たとえば次の式によって行われる。

Ｔｉ　＝　Ｔｐ　Ｘ　（１＋　Ｆｔ　＋　ＫＭＲ／１０
０）　Ｘβ＋Ｔｓ　　・・・（１）上記のｉｌ１式にお
いて、Ｔｐは基本噴射量であり、たとえば、吸入空気量
をＱ、機関の回転速度をＮ、定数をＫとした場合にＴｐ
＝ＫＸＱ／Ｎで求められる。

また、ｐｔは機関の冷却水温に対応した補正係数であり
、たとえば冷却水温度が低いほど大きな値となる。

ＫＭＲは高負荷時における補正係数であり、たとえば第
７図に示すごとく、基本噴射量Ｔｐと回転速度Ｎとに応
じた値としてあらかじめデータテーブルに記憶されてい
た値からテーブル・ルックアンプによって読み出して用
いる。

Ｔｓはパンテリ電圧による補正係数であり、燃料噴射弁
１０を駆動する電圧の変動を補正するための係数である
。また、βは排気センサ９からの排気信号Ｓ４に応じた
補正係数であり、このβを用いることによって混合気の
空燃比を所定の値、たとえば理論空燃比１４．６近傍の
値にフィードバック制御することができる。

但し、この排気信号Ｓ４によるフィードバック制御を行
っている場合には、常に混合気の空燃比が一定の値とな
るように制御されるので、上記の冷却水温による補正や
、高負荷による補正が無意味になる。

したがって、排気信号Ｓ４によるフィードバック制御は
、水温による補正係数Ｆｔや高負荷における補正係数Ｋ
ＭＲが零の場合にのみ行われる。上記の各補正の演算と
センサ類との関係を示すと、第８図のようになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように、従来の内燃機関の空燃比制御装置におい
ては、排気センサの信号に応じたフィードバック制御は
行われるが、高負荷条件による補正は基本噴射量Ｔｐと
回転速度Ｎ、すなわち吸入空気量Ｑと回転速度Ｎとによ
って決定される構成になっており、その補正は全くオー
プンループ制御で行われている。

そのため、エアーフローメータや燃料噴射弁などのばら
つきや経時変化などによって高負荷時の空燃比が最適空
燃比（これは発生トルクを最大にする空燃比であり、た
とえば１３前後の値を取ることが多く、一般に空燃比の
フィードバック値とは異なる）からはずれてトルクが低
下したり、安定性が悪化したりするおそれがある。

また、過渡時においては、エアーフローメータが機関に
吸入される空気量ばかりでなく、吸気管内にたまる空気
量も合わせて計測してしまうため、たとえ空燃比のフィ
ードバックがなされていても実際の空燃比は所定の値に
なっていないことが多いという問題点を有していた。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、機関の状態に無関係にその空燃比を所定の
値に制御することができる内燃機関の適応空燃比制御装
置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る内燃機関の適応空燃比制御装置は、１点
火サイクル内のクランク角または時間に関するシリンダ
内圧力上昇割合の最大値およびシリンダ内圧力最大値を
検出し、両最大値の所定サイクルもしくは所定時間の平
均値を算出し、両最大値の比を算出して空燃比に対応す
るデータを算出してフィードバック制御する制御装置を
設けたものである。

〔作　用〕

この発明における制御装置は、１点火サイクル内のクラ
ンク角または時間に関して求められるシリンダ内圧力上
昇割合の最大値とシリンダ内圧力最大値を検出し、この
両最大値の所定サイクルもしくは所定時間の平均値を算
出し、両最大値の平均値を演算することにより、空燃比
に対応するデータを算出して、所定サイクル間もしくは
所定時間平均値の比に応じてフィードバック制御を行い
、シリンダ内の圧力センサの出力オフセットやゲインの
ばらつきまたは温度ドリフト等の影響を除去して機関の
機関動作条件適用して空燃比を制御する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、符号１〜１２で示す部分は第６図と同様で
あり、その詳述を避ける。１３はシリンダ５内圧力を検
出する圧力センサである。

この圧力センサ１３は点火プラグ１１の座金の代わりに
用いられており、シリンダ内圧力の変化を電気信号とし
て取出すものである。

また制御装置ｆ１２は、たとえばマイクロコンピュータ
で構成されており、エアーフローメータ２から与えられ
る吸入空気量信号Ｓ１、水温センサ６から与えられる水
温信号Ｓ２、クランク角センサから与えられるクランク
角信号Ｓ３、排気センサ９から与えられる排気信号Ｓ４
、および圧力センサ１３から与えられる圧力信号８６な
どを入力とし、所定の演算を行って噴射信号Ｓ５を出力
し、それによって燃料噴射弁１０を制御するようにして
いる。その他は第６図と同じである。

第２図は圧力センサ１３の一実施例を示す図で、第２図
（Ａ）は正面図、第２図（Ｂ）は断面図を示す。

この第２図ＣＢ）の１３Ａは圧電素子、１３Ｂはマイナ
ス電極、１３Ｃはプラス電極である。

第３図は、上記の圧力センサ１３の取付は図であり、シ
リンダーヘッド１４に点火プラグ１１によって締付けら
れて取付けられている。

第４図はこの発明の特徴である所定期間におけるシリン
ダ内圧力上昇割合の最大値（ｄＰ／ｄθ）ｓ＋ａｘと、
シリンダ内圧力最大値Ｐｍａｘとの比、すなわち、（ｄ
Ｐ／ｄθ）ＩＩｌａｘ／Ｐｓａｘ　と空燃比の関係を示
す。

（ｄＰ／ｄθ）ｔｅａに／Ｐｓａｘの値は空燃比に対し
て回転数で決まる一つの曲線で表されることがわかる。

すなわち第４図の関係を用いれば、回転数が検出できれ
ば負荷の変化は無視して、（ｄＰ／ｄθ）ｍａｘ／Ｐｍ
ａｘの値がら空燃比を算出することができ、機関動作点
に対応して設定された最適空燃比との誤差を、制御装置
にフィードバックすることによって空燃比制御が可能と
なる。

発明者らは多数の実験の結果この事実を発見した。これ
は、（ｄＰ／ｄθ）ＩＩｌａｘとＰ曽ａＸは両者とも回
転数、負荷に依存する値であり、中でも負荷については
その依存割合が同等であるため、両者の比をとることに
よって負荷の影響を無視でき得ることを示す。

また、クランク角θと時間ｔとの間にはθ−６Ｎｄｔが
成立する。したがって、機関回転数Ｎが変化しなければ
（ｄＰ／ｄθ）ｍａｙ＝　（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘ／（６
Ｎ）となるから、（ｄＰ／ｄθ）ａ＋ａｘ／Ｐ＋＊ａｘ
の代わりに（ｄＰ／ｄｉ　）ｍａｘ／Ｐ＋ｗａｘを検出
することによっても、サイクル毎の空燃比を制御するこ
とが可能である。

これにより、（ｄＰ／ｄ　ｔ＞ｗａｘを検出することに
よって、高負荷ばかりでなく、アクセル踏込み時の過渡
時においても空燃比を制御することが可能となる。

第５図（ａｌは、この発明の一実施例の動作の流れを示
すフローチャートで、特に１点火サイクル内の（ｄＰ／
ｄθ）ｍａｘおよびｐｍａｘを求め、それらの比を演算
するフローチャートである。この例ではクランク角とし
て一度毎にシリンダ圧力をサンプリングし、所定サイク
ルとして１サイクルとし、図示−した演算をコプロセッ
サ内で実行する（詳細は後述する）としたときのフロー
チャートを示している。

メインルーチン（ホストプロセッサ）から第５図（ａｌ
に示すルーチン（コプロセッサ）に入ると、ステップ１
００でクランク角を読み込む。

ステップ１０１では、ステップ１００のクランク角デー
タが圧縮行程か燃焼行程（膨張行程）にあるかどうかを
判断し、ＹＥＳならば、ステップ１０２でシリンダ圧力
Ｐ（θ）を読み込んだ後、ステップ１０３に進む、また
、ステップ１０１でＮＯならばステップ１００に戻り次
のクランク角を待つ。

ステップ１０３では、前記のクランク角が吸気ＢＤＣ（
下死点）かどうかの判定を行い、吸気ＢＤＣならば前記
筒内圧データＰ（θ）を用いて、Ｐ１＝Ｐ（θ）、ΔＰ
−０として、ＰｌとΔＰをメモリにいれ（ステップ１０
４）、次のステップ１０５ではＰｌをｐｍａｘの初期値
として、ステップ１００に戻る。

一方、ステップ１０３で吸気ＢＤＣでなければ、ステッ
プ１０６でさらに燃焼（膨脹）ＢＤＣかどうかの判断を
行う、もし燃焼（膨脹）ＢＤＣでなければ、ステップ１
０７へ進み、ΔＰ２・Ｐ（θ）−ＰＬおよびΔＰ−ΔＰ
２−ΔＰ１を計算し、ΔＰ２とΔＰを記憶するとともに
、ステップ１０８に進む。

ステップ１０８では、△Ｐ≧０かどうか判断する。ＹＥ
ＳならばΔｐｉ＝ΔＰ２とし、Ｐｌの記憶内容を更新し
て（ステップ１０９）、Ｎｏの場合と同様にステップ１
１０へ進む。

ステップ１１０では、Ｐ（θ）　＞　Ｐｍａｘかどう力
）判断し、ＹＥＳならば、ステップ１１１に進み、Ｐｍ
ａｘ＝Ｐ（θ）としてＰＩｌａｘ・の記憶内容を更新し
て、Ｎｏの場合と同様にステップ１００に戻る。

ステップ１０６でＹＥＳ　（燃焼ＢＤＣ）ならば、ステ
ップ１１２に進み、△Ｐ／Ｐｍａｙの演算を行う。

すなわち、ステップ１０６でＹＥＳとなるまでの過程で
、１点火サイクル内のシリンダ内圧力の上昇割合の最大
値（ｄＰ／ｄθ）ｍａｘはΔＰＩとして、またシリンダ
内圧力最大値はＰ＋ｇａｘとして求められているわけで
ある。

このΔＰ／Ｐｍａｘの演算を行うことによって、たとえ
ば、シリンダ内圧力センサの出力が経時変化などでオフ
セントしたり、ゲインがばらついたり、温度変化により
ドリフトしたりしても、その影響は相殺され、制御精度
の低下を防止できる。

この例では、クランク角が一度毎のサンプリングだから
、サンプリングごとの圧力差ｄＰと圧力勾配（ｄＰ／ｄ
θ）の値が一敗するから、圧力差ｄＰをクランク角のサ
ンプリング間隔で割る必要は無い。

もし、機関が高速になり、−度毎のサンプリングができ
ない場合には（たとえば、３０００ｒｐｍ以上では２度
ごとのサンプリング）、ステップ１０７゜１０８．１０
９のΔＰＩ、△Ｐ２．ΔＰの夫々の値をクランク角のサ
ンプリング間隔で割ったものに置き換えれば、クランク
角が一度毎のサンプリングの場合と全く同様に（ｔｌＰ
／ｄθ）ｍａｘを求めることができる。

このような演算は極めて高速に行われなければならない
が（たとえば、クランク角−度の時間内で第５図（ａｌ
のルーチンを実行してしまう必要がある）、こういった
計算はたとえば、データフロー形プロセッサをコプロセ
ッサとして用いて上記の計算を行わせることによって可
能となる。

ホストプロセッサ（従来のノイマン形プロセッサで可）
では、たとえばＴｉや第５図（ｂｌの計算、機関動作点
の判断、空燃比の制御動作、第５図（ａｌのルーチンに
行く流れの制御などを行わせればよい。

すなわち、データフロー形プロセッサは、演算がデータ
によって駆動される特徴を持っているから、このｖＦ散
を利用して第５図ｆａｔのルーチンに行く流れの制御を
次のようにすることができる。たとえば、ホストプロセ
ッサにクランク角の信号が人力されたとき、ホストプロ
セッサは第５図ｆａｔの演算プログラムが格納されたプ
ロセッサにクランク角度とそのときの筒内圧Ｐ（θ）の
データを送ることで、第５図＋ａｌのルーチンに行（流
れの制御が可能となる。

何故なら、データフロー形プロセッサは必要なデータが
揃えば、自動的に演算を実行するからで−ある、そして
、第５図（ａｌの演算プログラムのリターンでは、単に
ホストプロセッサに戻ればよく、第５図（ａｌの演算プ
ログラムのＲ１に達すれば、データフロー形プロセッサ
はΔＰＩ／Ｐｍａｘの値をホストプロセッサに送り返せ
ばよい。

このデータを受は取ったホストプロセッサ側では後述す
る第５図中）のフローチャートで示される空燃比制御を
実施する。

もし、自立形のデータフロー形プロセッサならば、これ
をホストプロ、セッサとして利用することによって、ク
ランク角度データによって駆動される第５図＋ａ＋の演
算プログラムを実行し、シリンダ内圧力の圧力上昇割合
の最大値（ｄＰ／ｄθ）ｍａｘおよびシリンダ内圧力最
大（１ｉＰｍａｘを求めることができるのは言うまでも
ない。

以上は圧力上昇割合の最大値（ｄＰ／ｄθ）ｍａｘおよ
びシリンダ内圧力最大値ｐｍａｘをプログラム上で求め
る場合の話であるが、一方、たとえばピーク値ホールド
回路などを用いることによって、回路的に両者を求める
こともできる。

第５図（ｂｌのフローチャートは、ホストプロセッサで
実行されるべき空燃比制御のフローチャートを示してい
る。すなわち、まずステップ１１３では、第５図（ａｌ
で求めた△Ｐｉ／Ｐｍａｘが所定の範囲内にあるかどう
かの判断をする。

もし、範囲内にあれば、ステップ１１４に進む。

範囲外ならば、燃料噴射量を基本燃料噴射量に設定し、
空燃比制御は実施しない（ステップ１２０）。

ステップ１１５では、機関回転数Ｎと吸入空気１ｉＱま
たは吸気管圧力ｐｂから機関動作点を求め、次に機関動
作点に応じた目標空燃比をテーブル・ルックアップより
求める（ステップ１１６）。

、このテーブルは、負荷に依存せず、回転数の変化にの
み対応するようにマツプ化されているので、メモリ容量
を大幅に削減できる。

次のステップ１１７では、目標空燃比を△Ｐｉ／Ｐｍａ
ｘに書き替える。ステップ１１８でｅｗｒ−△Ｐ１を計
算して、フィードバンク制御に必要な誤差信号を作り、
Ｐｌまたは■ＩＤ＠ｉｌｌを行う（ステップ１１９）　
。

なお、この実施例では、シリンダ内圧力の絶対値が測定
できる場合について説明したが、圧力の変化割合いが測
定できる場合には上記のことがより容易に可能であるの
は明らかである。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、１点火サイクル内の
クランク角、または時間に関して求められる（ｄＰ／ｄ
θ）ｍａｙと？ａｘを検出し、両者の所定サイクルもし
くは所定時間の平均値の比を算出することによって空燃
比を制御するように構成したので、機関への負荷に無関
係にサイクルごと、または所定サイクル間の空燃比を正
確に制御できるという著しい効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による内燃機関の適応空燃
比制御装置の全体の構成図、第２図（Ａ）は同上実施例
における圧力センサの正面図、第２図（Ｂ）は第２図（
Ａ）の断面図、第３図は同上実施例における圧力センサ
の取付は状態を示す断面図、第４図は同上実施例を説明
するためのシリンダ内圧力上昇割合の最大値とシリンダ
内圧力最大値との比（ｄＰ／ｄθ）ｍａｘ／Ｐｍａｘの
値と空燃比の関係を示す説明図、第５図＋ａ＋および第
５図（ｂｌはそれぞれ同上実施例の動作を説明するため
のフローチャート、第６図は従来の内燃機関の空燃比制
御装置の全体を示す構成図、第７図はＫＭＲのダークテ
ーブル、第８図は従来の内燃機関の空燃比制御装置にお
ける各補正の演算とセンサ類との関係を示す図である。 １・・・エアークリーナ、２・・・エアーフローメータ
、３・・・スロットル弁、４・・・吸気マニホールド、
５・・・シリンダ、６・・・水温センサ、７・・・クラ
ンク角センサ、８・・・排気マニホールド、９・・・排
気センサ、ｌＯ・・・燃料噴射弁、１１・・・点火プラ
グ、１３・・・圧力センサ、１２・・・制御装置。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。 代理人　　　　大　　岩　　増　　雄 第２図 第３図 第４図 会砺尤、４／Ｆ 第５図（０） 第５図（ｂ） 第７図 ＠関口転鯨（ｒｐｍ） 手続補正書（自発） ’ｊ３２２ 平成　　年　　月　　日 −ｌ事件の表示　　特願昭６３−９７８６５号２、発明
の名称 内燃機関の適応空燃比制御装置 ３、補正をする者 代表者　志　岐　守　哉 ４、代理人 ５、　補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、　補正の内容 （＋）　　明細書７頁２０行の「機関の機関動作条件通
用」を「機関の動作条件に適応」と訂正する。 （２）　　同１０頁１２行の「踏込み時の」を「踏込み
時等の」と訂正する。 （３）同１０頁１９行の「シリンダ圧力」を「シリンダ
内圧力」と訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の吸入空気量を計測するエアーフローメータと
   、シリンダ内圧力を検出する圧力センサと、上記内燃機
   関のクランク角を検出するクランク角センサと、所定期
   間におけるシリンダ内圧力上昇割合の最大値（ｄＰ／ｄ
   θ）＿ｍ＿ａ＿ｘと上記シリンダ内圧力最大値Ｐ＿ｍ＿
   ａ＿ｘとの比を演算しこの比を上記内燃機関の要求する
   所定値に設定するように空燃比制御信号を生成しこの空
   燃比制御信号に応じた混合気を上記内燃機関に供給する
   ようにフィードバック制御する制御装置と、この制御装
   置の出力により上記内燃機関に所定の燃料を噴射する燃
   料噴射弁とを備えた内燃機関の適応空燃比制御装置。