JPH0433976B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は１個の排気センサの出力に基いてエン
ジンの気筒毎の空燃比を目標空燃比にフイードバ
ツク制御するようにした多気筒エンジンの空燃比
制御装置に関するものである。

従来、多気筒エンジンの空燃比制御装置は、排
気多岐管の集合部下流に１個の排気センサを配設
し、該排気センサによる検出排気ガス濃度に基い
て各気筒への燃料噴射量を一律に制御し、エンジ
ン全体の空燃比を目標空燃比にフイードバツク制
御するようにしている。

ところが各気筒への吸入空気量には各気筒間で
バラツキがあるものであり、このような吸入空気
量にバラツキを有する各気筒への燃料噴射量を一
律に制御したのでは各気筒の空燃比を目標空燃比
に制御することはできない。そこでこのような問
題を解決するため、本件出願人は、エンジンの排
気ガスが排気多岐管集合部下流では管路方向に層
状をなして流れることに着目して気筒毎の排気ガ
ス濃度を検出し、該検出排気ガス濃度に基いて気
筒毎の空燃比制御ができるようにした多気筒エン
ジンの空燃比制御装置についてすでに出願してい
る（特開昭59−23046号参照）。

しかしながらエンジンの高速回転域において
は、排気ガスの流速が速くなるが、排気センサが
排気ガスを検出して出力を示すまでのセンサ自体
の時間遅れがあるため、この時間内に気筒毎の排
気ガス濃度を検出するのは困難となる。

なお、このような問題を解決するために気筒毎
に排気センサを設けることも考えられるが、この
ようにすると今度はコスト高になるという問題が
生ずる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもの
で、エンジン回転数の全範囲において排気センサ
による検出排気ガス濃度がどの気筒からのものか
を判別し、さらにエンジン回転数が所定値以下の
時は上記検出排気ガス濃度に基いて当該気筒への
燃料供給量を補正制御する一方、エンジン回転数
が所定値以上の時は上記検出排気ガス濃度の変化
から該濃度の平衡値を予測し、該予測値に基いて
当該気筒への燃料供給量を補正制御することによ
り、排気センサの数量を増加することなくエンジ
ンの高速回転域においても気筒毎の空燃比制御が
精度よくできる多気筒エンジンの空燃比制御装置
を提供せんとするものである。

以下本発明の実施例を図について説明する。

第１図は本発明の一実施例を示し、図において
１は第１ないし第４の気筒１ａ〜１ｄを有する４
気筒エンジンで、該エンジン１は第１，第３，第
４，第２の気筒の順序で点火されるようになつて
いる。２は主通路２ｅと第１ないし第４の分岐通
路２ａ〜２ｄからなる吸気通路であり、上記主通
路２ｅには、該通路２ｅの吸入空気量を制御する
スロツトル弁３が設けられ、また上記主通路２ｅ
のスロツトル弁３上流側には上記吸入空気量を検
出するエアフローセンサ４が設けられ、さらに上
記主通路２ｅの上流端にはエアクリーナ５が設け
られている。また上記第１ないし第４の分岐通路
２ａ〜２ｄは上記第１ないし第４の気筒１ａ〜１
ｄに接続されており、この各分岐通路２ａ〜２ｄ
には燃料噴射弁１６ａ〜１６ｄが設けられてい
る。

そして８は第１ないし第４の枝管８ａ〜８ｄと
主管８ｅとからなる排気多岐管であり、該排気多
岐管８の上記各枝管８ａ〜８ｄは上記第１ないし
第４の気筒１ａ〜１ｄに接続されており、該各枝
管８ａ〜８ｄが集合した集合部８ｆ下流における
上記主管８ｅには、該主管８ｅを通過する排気ガ
ス濃度を検出するための排気センサ９が取付けら
れており、該排気センサ９は、例えばO₂センサ
からなり、上記排気ガス濃度に対応してリニアな
出力を発生するようになつている。なお１０は上
記主管８ｅの排気センサ９下流に配設された排気
ガス浄化装置である。

また上記エンジン１のクランクシヤフト（図示
せず）には第１歯車１１が連結され、該第１歯車
１１にはこれの２倍の歯数を有する第２歯車１２
が噛合しており、そのためこれはエンジン１の1/
２の回転速度で回転し、該第２歯車１２の図示左
方には基準タイミング検出センサ１３が配設され
ている。そして該基準タイミング検出センサ１３
はエンジン１の動作の基準となるタイミングを検
出するためのもので、例えば第１の気筒１ａのピ
ストンが圧縮上死点にあるタイミングを検出す
る。

また、上記第１歯車１１付近にはエンジン回転
数を検出する回転センサ１８が設けられており、
該回転センサ１８及び上記エアフローセンサ４の
出力はエンジン１の運転状態を表わす運転情報と
なつている。

また１４は記憶装置であり、これには予め実験
によつて求めた各運転状態における各気筒１ａ〜
1dの遅れ時間t_o,n（以下すべてｎは運転領域番号で
ｎ＝１〜16，ｍは気筒番号でｍ＝１〜４である）
が記憶されており、ここで遅れ時間というのは上
記基準タイミングから上記排気センサ９が各気筒
１ａ〜１ｄの排気ガス濃度を検出するタイミング
までに経過する時間であり、また運転領域は第２
図ａに示すように吸入空気量Ｑとエンジン回転数
Ｎの値に対応した16の領域A₁〜A₁₆に区分されて
いる。

また該記憶装置１４にはマツプＡに示すように
吸入空気量Ｑとエンジン回転数Ｎとで定まる上記
運転領域毎に各気筒とも等しい値の目標空燃比
MAnが記憶されている（第２図ｂ参照）。

また１６ｅは上記各燃料噴射弁１６ａ〜１６ｄ
を開閉駆動する駆動回路であり、該駆動回路１６
ｅと上記各燃料噴射弁１６ａ〜１６ｄとで各気筒
１ａ〜１ｄに供給する燃料量を気筒毎に調整する
燃料調整装置１６が構成されている。

そして１７は制御回路であり、これは上記排気
センサ９，エアフローセンサ４，回転センサ１８
及び基準タイミング検出センサ１３の出力を受け
て上記燃料調整装置１６による各気筒への燃料噴
射量を補正制御するためものである。そしてより
詳細には該制御回路１７は、現時点での上記排気
センサ９による検出排気ガス濃度が上記各気筒１
ａ〜１ｄのいずれの気筒からの排気ガスの濃度で
あるかを判別し、エンジン回転数が所定値以下の
時は上記検出排気ガス濃度に基いて当該気筒への
燃料噴射量を補正制御するとともに、エンジン回
転数が所定値以上の時は上記検出排気ガス濃度の
変化から該濃度の平衡値を予測し、該予測値に基
いて当該気筒への燃料噴射量を補正制御するよう
になつている。

第４図は上記制御回路１７の演算処理のフロー
チヤートを示し、図において、２０は上記基準タ
イミング検出センサ１３の出力を読み込むととも
に、上記エアフローセンサ４及び回転数センサ１
８の出力を運転領域を特定するための運転情報と
して読み込むステツプ、２１はその運転領域にお
ける目標空燃比MAnを上記記憶装置１４から読
み出し、また、基本燃料噴射量TBnを、TBn−
Ｋ×Ｑ／Ｎにより演算して求めるステツプであ
る。ここでＫは予め実験により求めた定数である
が、運転領域に応じた変数とすることもできる。

また２２はエンジン１の回転数Ｎが所定値N₀
以下のとき低回転領域（第２図ａの領域A₁〜
A₁₂）を判定し、所定値N₀以上のとき高回転領域
（同図の領域A₁₃〜A₁₆）を判定するステツプであ
り、２３はエンジン１が低回転領域にある場合
に、各気筒１ａ〜１ｄの現時点での実際空燃比
MAn，ｍを求めるステツプであり、例えば運転
領域A₁で第１の気筒１ａの実際空燃比MA₁，₁を
求める場合は、上記基準タイミング検出センサ１
３の出力を受けてから上記記憶装置１４に記憶さ
れている第１の気筒１ａの、エンジンから排出さ
れた排気ガスが排気センサ９に到達するまでの遅
れ時間t₁，₁（第３図参照）が経過すると、この時
点における上記排気センサ９の出力を第１の気筒
１ａの検出排気ガス濃度として読み込み、該濃度
に基いて上記実際空燃比MA₁，₁を求める。また
２４はステツプ２３で求めた実際空燃比MAn，
ｍをλ₀（ｎ，ｍ）としてλレジスタにストアする
ステツプである。

また２５は現時点における各気筒１ａ〜１ｄの
上記実際空燃比MAn，ｍと目標空燃比MAnとの
空燃比ずれ率EMn，ｍ＝MAn，ｍ／MAnを求め
るステツプ２６は気筒毎の燃料噴射量TIn，ｍを
求めるステツプであり、これは上記ステツプ２５
で求めた空燃比ずれ率EMn，ｍを用いてTIn，ｍ
＝TBn×EMn，ｍより求める。２７は気筒毎の
燃料噴射量TIn，ｍを出力するステツプで、これ
は噴射タイミング時点で割り込み処理されるよう
になつている。

２８はエンジン１が高回転領域にある場合に、
検出排気ガス濃度の変化から該濃度の平衡値を予
測し、これから気筒毎の予測空燃比MMn，ｍを
求めるステツプで、より詳細にはステツプ２８ａ
ないしステツプ２８ｈからなる。さらに第３図を
参照しつつ説明すると、ステツプ２８ａは基準タ
イミング時か否かを判定するステツプ、２８ｂは
基準タイミング時から遅れ時間t₁ないしt₄経過後
の排気センサ９の出力をＡ／Ｄ変換して得られる
空燃比λ₀（ｎ，ｍ）をλレジスタにストアするス
テツプ、ステツプ２８ｃは上記基準タイミング検
出センサ１３の出力時点から遅れ時間t₁ないしt₄
が経過し、点火順序の連続する気筒間のサイクル
の境目となる気筒毎基準時間から待ち時間T₁が
経過したか否かを判定するステツプ、ステツプ２
８ｄは上記待ち時間T₁が経過した時点での排気
センサ９の出力をＡ／Ｄ変換して得られる空燃比
λ₁（ｎ，ｍ）をλレジスタにストアするステツプ、
ステツプ２８ｅは上記基準時点から待ち時間T₂
が経過したか否かを判定するステツプ、２８ｆは
上記待ち時間T₂経過時点での排気センサ９の出
力をＡ／Ｄ変換して得られる空燃比λ₂（ｎ，ｍ）
をλレジスタにストアするステツプ、ステツプ２
８ｇは予測空燃比λ_o（ｎ，ｍ）をλ_o（ｎ，ｍ）＝λ₀
（ｎ，ｍ）＋Ｋ｛λ₂（ｎ，ｍ）−λ₁（ｎ，ｍ）｝より
求
めるステツプ、ステツプ２８ｈは上記予測空燃比
λ_oがどの気筒のものであるかを判別して上記ステ
ツプ２５前段に出力するステツプである。

次に動作について説明する。

エンジン１の作動中、吸気通路２にはスロツト
ル弁３の開度に応じた量の空気が吸入され、その
吸入空気量はエアフローセンサ４により検出さ
れ、また各気筒１ａ〜１ｄからの排気ガスはその
点火順序に従つて第１，第３，第４，第２の気筒
の排気ガスの順に層をなして上記排気多岐管８の
主管８ｅ内を流れており、該主管８ｅ内の排気ガ
ス濃度は排気センサ９により検出され、またエン
ジン１の基準タイミング、即ち第１の気筒１ａの
ピストンがその圧縮上死点にあるタイミングは基
準タイミング検出センサ１３により検出され、さ
らにエンジン回転数は回転センサ１８により検出
され、これらの各センサ４，９，１３及び１８の
出力は上記制御回路１７に加えられる。また上記
記憶装置１４には、マツプＡに示す運転領域毎の
目標空燃比MAn及び運転領域毎、気筒毎の遅れ
時間tn，ｍが記憶されている。

そしてエンジン１の運転状態が低回転領域Ai
（ｉ＝１〜12）にある場合は、制御回路１７は第
４図ａに示すように、ステツプ２０でエアフロー
センサ４及び回転センサ１８の出力、即ち吸入空
気量Ｑ及びエンジン回転数Ｎを運転情報として読
み込み、ステツプ２１で記憶装置１４から上記読
み込んだ運転情報に基いてその運転状態における
目標空燃比MAiを読み出し、また、運転情報に
基いてその運転状態における基本燃料噴射量TBi
を求める。またステツプ２２でエンジン回転数Ｎ
が所定値N₀より高いか否かを判定し、この場合
Ｎ＜N₀であるのでステツプ２２からステツプ２
３〜２７の経路で進む。

そして上記制御回路１７はステツプ２３で、上
記基準タイミング検出センサ１３の出力が入力さ
れてから記憶装置１４からその運転状態に応じて
読み出した気筒毎の遅れ時間t_i,1、t_i,3、t_i,4、t_i,2が
各々経過すると、この時点における上記排気セン
サ９の出力を各々第１，第３，第４，第２の気筒
１ａ，１ｃ，１ｄ，１ｂの検出排気ガス濃度とし
て読み込み、該各検出排気ガス濃度から各気筒１
ａ〜１ｄの実際空燃比MAi，₁〜MAi，₄を求め、
ステツプ２４で上記実際空燃比MAn，ｍをλ₀
（ｎ，ｍ）としてλレジスタにストアし、ステツ
プ２５で上記実際空燃比MAi，₁〜MAi，₄と上記
ステツプ２１で読み込んだ目標空燃比MAiとの
空燃比ずれ率EMi，₁〜EMi，₄を求め、ステツプ２
６で上記空燃比ずれ率EMi，₁〜EMi，₄を用いて気
筒毎の燃料噴射量TIi，₁〜TIi，₄を求める。そして
上記制御回路１７はステツプ２７で上記気筒毎の
燃料噴射量TIi，ｍを駆動回路１６ｅおよび燃料
噴射弁１６ａ〜１６ｄをして気筒毎の噴射タイミ
ングで噴射せしめ、ステツプ２０に戻りステツプ
２０〜２７の経路を循環する。

次にエンジン１が高回転領域Aj（ｊ＝13〜16）
にある場合は、上記制御回路１７はステツプ２２
でエンジン回転数Ｎ＞N₀であるため高速運転領
域にあると判定してステツプ２８ａに進み、第３
図ａに示すように該ステツプ２８ａで基準時点か
否かが判定され、ステツプ２８ｂで基準タイミン
グ時から遅れ時間t₁ないしt₄経過後の排気センサ
９の出力をＡ／Ｄ変換し、これを空燃比λ₀（ｊ，
ｍ）としてλレジスタにストアする。そしてステ
ツプ２８ｃで基準時点から待ち時間T₁が経過し
たか否かを判定し、該待ち時間T₁が経過すると
ステツプ２８ｄでその時点での上記排気センサ９
の出力をＡ／Ｄ変換し、これを空燃比λ₁（ｊ，ｍ）
としてλレジスタにストアする。またステツプ２
８ｅで上記基準時点から待ち時間T₂が経過した
か否かを判定し、該待ち時間T₂が経過するとス
テツプ２８ｆでその時点の排気センサ９の出力を
Ａ／Ｄ変換し、これを空燃比λ₂（ｊ，ｍ）として
λレジスタにストアする。そしてステツプ２８ｇ
でλレジスタにストアしてある空燃比λ₀，λ₁，λ₂
から予測空燃比λ_o（ｊ，１）を求め、ステツプ２
８ｈで上記ステツプ２８ｄ，２８ｆで読み込んだ
排気センサ９出力がどの気筒からの排気ガスによ
るものかを判別する。

そして上記制御回路１７は上記ステツプ２８ｈ
からステツプ２５〜２７に進み、上記低速回転域
の場合と同様に気筒毎の燃料噴射量が出力され、
噴射が行なわれる。

このように本実施例装置では、低速回転域では
検出排気ガス濃度に基いて燃料噴射量を補正制御
するとともに、高速回転域では検出排気ガス濃度
の変化に基いて該濃度の平衡値を予測し、該予測
値に基いて燃料噴射量を補正制御するようにした
ので、排気センサの数量を増加することなく高速
回転域においても気筒毎の空燃比制御を精度よく
行なうことができる。

なお、上記実施例では目標空燃比MAnは各運
転状態においてはすべての気筒について同じ値に
したが、これは気筒毎に異なる値にしてもよい。
また排気センサ出力の基準時を第１気筒の圧縮上
死点としたが、例えばこの基準時は他の気筒の圧
縮上死点や圧縮下死点等の所定のタイミングであ
つてもよい。

以上のように本発明に係る多気筒エンジンの空
燃比制御装置によれば、エンジン回転数の全範囲
において排気センサによる検出排気ガス濃度がど
の気筒からのものかを判別し、さらにエンジン回
転数が所定値以下の時は上記検出排気ガス濃度に
基いて当該気筒への燃料供給量を補正制御する一
方、エンジン回転数が所定値以上の時は上記検出
排気ガス濃度の変化から該濃度の平衡値を予測
し、該予測値に基いて当該気筒への燃料供給量を
補正制御するようにしたので、高速回転域におい
ても気筒毎の空燃比制御を精度よく行なえる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による多気筒エンジ
ンの空燃比制御装置の概略構成図、第２図ａはそ
の運転領域を説明するための特性図、第２図ｂは
そのマツプを示す図、第３図は排気センサの出力
を示す特性図、第４図ａ，ｂはその制御回路の処
理手順のフローチヤートを示す図である。 １…エンジン、４…運転状態検出センサ（エア
フローセンサ）、８…排気多岐管、８ｆ…集合部、
９…排気センサ、１３…基準タイミング検出セン
サ、１４…記憶装置、１６…燃料調整装置（駆動
回路、燃料噴射弁）、１７…制御回路、１８…回
転センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 排気多岐管の集合部下流に配設され吸入混合
   気の空燃比に対応したリニアな出力を出す排気セ
   ンサと、エンジンの運転状態を検出する運転状態
   検出センサと、エンジンの基準タイミングを検出
   する基準タイミング検出センサと、エンジン回転
   数を検出する回転センサと、上記基準タイミング
   から上記排気センサによる各気筒の排気ガス濃度
   を検出するタイミングまでの遅れ時間を予めエン
   ジンの各運転状態に対応して記憶している記憶装
   置と、各気筒に供給する燃料を気筒毎に調整する
   燃料調整装置と、上記排気センサ、運転状態検出
   センサ，基準タイミング検出センサ及び回転セン
   サの各出力を受け、エンジン回転数の全範囲にお
   いて上記基準タイミングと上記記憶装置に記憶し
   ている現時点の運転状態に対応する各気筒の遅れ
   時間データとから現時点での排気センサの検出排
   気ガス濃度がどの気筒からのものかを判別し、さ
   らにエンジン回転数が所定値以下の時は上記検出
   排気ガス濃度に基いて上記燃料調整装置による当
   該気筒への燃料供給量を補正制御する一方、エン
   ジン回転数が所定値以上の時は上記排気センサの
   検出排気ガス濃度の変化から該濃度の平衡値を予
   測し該予測値に基いて上記燃料調整装置による各
   気筒への燃料供給量を補正制御する制御回路とを
   備えたことを特徴とする多気筒エンジンの空燃比
   制御装置。