JPH0510494B2

JPH0510494B2 -

Info

Publication number: JPH0510494B2
Application number: JP57067201A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamaguchi; Yoshitaka Hata; Kuniaki Sawamoto; Hiroshi Miwakeichi; Satoru Takizawa; Tatsuro Morita
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-04-23
Filing date: 1982-04-23
Publication date: 1993-02-09
Also published as: JPS58185945A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の利用分野）この発明は、内燃機関の空燃比（すなわち空気
と燃料の混合比）制御装置に関し、より詳細に
は、機関の燃焼の安定を確保する範囲内で空燃比
を可能な限り希薄にし燃費の向上を図つた、内燃
機関の空燃比制御装置に関する。

（従来の技術）従来の内燃機関の空燃比制御装置としては、例
えば第１図の燃料系統、第２図の空気系統、およ
び電子制御系統を組み合わせたものが知られてい
る。

第１図の燃料系統においては、燃料はフユエル
タンク１よりフユエルポンプ２で吸入され、加圧
されて圧送される。次にフユエルダンパ３により
フユエルポンプ２で生ずる燃料の脈動が減衰さ
れ、次いでフユエルフイルタ４でゴミや水分が取
り除かれ、プレツシヤレギユレータ５で一定の燃
料圧力に調整された燃料が、機関６の各気筒７の
吸気弁８近傍においてインテークマニホールド９
に取り付けられたインジエクタ（燃料噴射弁）１
０から、所定の時期に、後述するようにコントロ
ールユニツト２２で演算された所定の噴射量Ｔ
（噴射時間）だけ、噴射される。余剰燃料はプレ
ツシヤレギユレータ５からフユエルタンク１に戻
される。図中、１１はシリンダブロツク、１２は
シリンダブロツク１１の冷却水温度を検出する水
温センサ、１３は冷却水温度が低温の時に機関を
始動する際に開いて燃料供給量を増量するための
コールドスタートバルブである。

空気系統は第２図に示すように、空気はエアク
リーナ１４から吸い込まれて除塵され、エアフロ
ーメータ１５により吸入空気量Ｑが計量され、ス
ロツトルチヤンバ１６においてスロツトルバルブ
１７により吸入空気量Ｑが加減され、インテーク
マニホールド９において、上述したインジエクタ
１０から噴射される燃料と混合され、混合気が各
気筒７に供給される。スロツトルチヤンバ１６に
は、スロツトルバルブ１７が開の時にオフ（ロ
ー）信号、閉の時にオン（ハイ）信号を出すスロ
ツトルスイツチ１８がり付けられ、１９はスロツ
トルバルブ１７が閉（すなわち、アイドリング）
の時の吸入空気のバイパス通路、２０はそのバイ
パス通路１９の空気流量を調整するアイドルアジ
ヤストスクリユー、２１はエンジン始動時および
その後の暖機運転中に補助的に空気量を調整する
エアレギユレータである。

次に電子制御系統は、コントロールユニツト２
２（第２図）において、エアフローメータ１５か
らの吸入空気量Ｑ信号と、機関６のクランク軸に
取り付けられたクランク角センサなどの機関回転
数検出器（図示しない）からの機関回転数Ｎ信号
とを受けて、基本噴射量T_P T_P＝Ｋ（Ｑ／Ｎ）（但し、Ｋは定数） (1) を演算する。さらに機関や車両各部位の状態を検
出した各種情報を入力して、噴射量の補正を演算
して、実際の燃料噴射量Ｔを求め、このＴにより
インジエクタ１０を各気筒同時に機関１回転につ
き１回駆動する。

各種補正を詳述すると、インジエクタ１０の駆
動電圧の変動による補正としてのバツテリ電圧補
正T_Sは、第３図に示すように、バツテリ電圧V_B
に応じて、 T_S＝ａ＋ｂ（14−V_B） (2) （但し、ａ、ｂは定数）で与えられる。

機関が充分暖機されていない時の水温増量補正
F_tは、水温に応じて第４図に示す特性図から求め
る。

円滑な始動性を得るため、および始動からアイ
ドリングへのつなぎを円滑に行うための始動後増
量補正KA_Sは、スタータモータがオンになつた時
の初期値KA_S0が、その時の水温に応じて第５図
に示す特性図から求められ、以後、時間の経過と
共に０に減少していく。

暖機が充分行われていない時の発進を円滑にす
るためのアイドル後増量補正KA_iは、スロツトル
スイツチ１８がオフとなつた時の初期値KA_i0が、
その時の水温に応じて第６図に示す特性図から求
められ、以後、時間の経過と共に０に減少してい
く。

その他に、排気センサによる補正等を行う場合
もある。

また、機関の始動時には次のような制御を行
う。

T₁＝T_P×（１＋KA_S）×1.3＋T_S (3) T₂＝TST×KNST×KTST (4) の２つの値を演算し、大きい方を始動時の燃料噴
射量とする。但し、(4)式中のTST、KNST、
KTSTはそれぞれ水温、機関回転数、始動後経
過時間に応じて、それぞれ第７図、第８図、第９
図の特性図から求められる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような従来の内燃機関の空
燃比制御装置にあつては、機関に与える空燃比を
理論空燃比の近くで制御する限りでは、燃焼状態
の良好な安定した制御を行なうことができるが、
その場合には燃費の向上に限界がある。燃費を向
上させるために空燃比を希薄にして燃焼を行う
と、第１０図に示すように、空燃比を薄くする
程、燃焼のバラツキ度合が大きくなり、燃焼の安
定性が悪くなるので、安定性が許容範囲内にある
ように空燃比を設定する必要がある。しかし、各
気筒毎の製造誤差や経時変化の差異等によつて各
気筒毎に燃焼の安定性悪化の度合は異なるので、
燃焼の安定性悪化の程度を如何にして判断し、燃
料量を如何に制御すれば良いかが不明であり、し
たがつて機関を安定領域内で運転しながら空燃比
を可能な限り薄く設定することが困難である、と
いう問題があつた。特に、複数気筒同時噴射方式
の内燃機関においては、燃料供給量を各気筒毎に
調節することが出来ないので、上記の問題が重要
な課題となつている。

本発明は上記のごとき従来技術の問題を解決す
るためになされたものであり、複数気筒内燃機関
において、燃焼の安定限界内で出来るだけ希薄な
燃焼を行なうことの出来る内燃機関の空燃比制御
装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するため、本発明において
は、特許請求の範囲に記載するように構成してい
る。

すなわち、本発明においては、複数気筒内燃機
関において、各気筒内圧力に相関する量Ｐが最大
となつたクランク角位置θpmaxを計測し、各気
筒毎に該θpmaxのバラツキ度合の大きさを演算
し、該θpmaxのバラツキ度合が予め定めた所定
値を越えた気筒の数Ｒを求め、該気筒の数Ｒが所
定数未満のときは燃料量を減少させ、所定数以上
のときは燃料量を増加させるように燃料供給量を
制御するように構成したものである。

（作用）前記第１０図で説明したように、燃費を向上さ
せるために空燃比を希薄にすると、安定性が悪化
するのに伴つてθpmaxのバラツキの度合が大き
くなる。その際、製造誤差や経時変化によつて状
態の悪い気筒からθpmaxのバラツキが大きくな
り、空燃比を希薄にすればするほどθpmaxのバ
ラツキの度合が限界を越える気筒の数が多くな
る。したがつてθpmaxのバラツキの度合が限度
を越えた気筒の数を基準として燃焼状態を判定す
ることが出来る。そのため本発明においては、
θpmaxのバラツキの度合に所定の基準値を設け、
その基準値を越えた気筒の数Ｒを求め、その気筒
数Ｒに応じて燃料量を制御するようにしている。
すなわち、上記の気筒数Ｒが所定数未満の場合に
は、内燃機関全体として燃焼が安定であると判断
して燃料量を減少させ、所定数以上の場合には燃
焼が不安定であると判断して燃料量を増加させる
ように構成している。

なお、θpmaxのバラツキの度合としては、例
えばθpmaxの分散値を用いることが出来る。

上記のように構成したことにより、燃焼が安定
な場合には可能な限り燃料を希薄にすることが出
来る。また、燃焼が不安定になつた気筒が増加し
た場合には燃料量が増加させるので、第１０図の
特性からもわかるように、直ちに安定方向へ移行
する。したがつて燃焼の安定限界内で可能な限り
燃料を希薄にすることが出来る。

（実施例）以下、この発明を図面に基づいて説明する。

第１１図は、４気筒内燃機関を例としたこの発
明の一実施例を示すブロツク図である。同図にお
いて、２３〜２６は各気筒にそれぞれ装着され、
各気筒の気筒内圧力Ｐを検出する圧力検出器で、
例えば各気筒に取り付けられる点火プラグの座金
として圧電素子を用いたもの、又はシリンダヘツ
ドとシリンダブロツクの間のガスケツトに圧電素
子を用いたものなどが使用される。２７はマルチ
プレクサで、クランク角位置θに応じて４個の圧
力検出器２３〜２６のいずれか１つを選択し、選
択した圧力検出器のアナログ検出信号を通過させ
出力する。２８はＡ／Ｄ変換器で、マルチプレク
サ２７により選択された圧力検出器の気筒内圧力
Ｐのアナログ値をデイジタル値に変換し、その
Ａ／Ｄ変換はクランク角1°毎に行なう。２９はメ
モリで、Ａ／Ｄ変換器２８でデイジタル値に変換
されたクランク角1°毎の気筒内圧力Ｐを記憶す
る。３０は演算回路で、１サイクル分のＡ／Ｄ変
換を終えた時点でメモリ２９に記憶されている気
筒内圧力Ｐのデータを読み出し、気筒内圧力Ｐが
最大となつた時のクランク角位置θpmaxを計測
する。３１はメモリで、演算回路３０で計測され
たθpmaxの値をｎサイクル（例えば32回）分、
各気筒毎に各気筒別に割り当てられた場所に記憶
する。

１５はエアフローメータで、機関に吸入される
空気量Ｑを検出し、３２はＡ／Ｄ変換器で、吸入
空気量Ｑのアナログ値をデイジタル値に変換す
る。３３は例えばクランク角センサなどの機関回
転数検出器、３４はカウンタで機関回転数Ｎを出
力する。

３５は演算回路で、先ず、エアフローメータ１
５による吸入空気量Ｑと機関回転数検出器３３に
よる機関回転数Ｎとから、従来と同じく前述した
(1)式に従つて基本噴射量（燃料噴射パルス巾）
T_P＝Ｋ（Ｑ／Ｎ）を演算する。次に演算回路３５
は、上述したメモリ３１に記憶された各気筒毎の
ｎサイクル（例えば32サイクル）分のθpmaxの
データを読み出し、このデータθpmaxのバラツ
キ度合を示す値を演算する。このバラツキ度合と
しては例えば統計的な分散の値を用いる。すなわ
ちｉ番目（ｉ＝１〜４）の気筒に対するｉ番目
（ｉ＝１〜ｎ：ｎは例えば32サイクル）のサイク
ルの（θpmax）ijの値から、ｉ番気筒に対する平
均値（）_iを、（）_i＝（１／ｎ）_o 〓^j=1 （θpmax）_ij ……(5) で求め、次いでｉ番気筒についての分散σ² _iの値
を、 σ² _i＝（１／ｎ）〓｛（θpmax）ij−（）_i
｝²
……(6) で求め、ｉ＝１〜４の各気筒についての各分散
σ₁ ²，σ₂ ²，σ₃ ²，σ₄ ²の値をそれぞれ求める。次に
演算回路３５は、上記分散について予め定めた所
定値σ₁ ²（例えば16）と、上述のようにして演算さ
れた実際の分散値σ₁ ²〜σ₄ ²とを比較し、実際の分
散値σ₁ ²〜σ₄ ²が所定値σ₀ ²を越えた気筒の数Ｒ（Ｒ
＝０または１〜４）により、前述の基本噴射量
T_Pを調整するための係数αを求める。

実際の分散値σ₁ ²〜σ₄ ²が所定値σ₀ ²を越えた気筒
の数Ｒは、所定値σ₀ ²の設定の仕方にもよるが、
本実施例ではＲ＝１の時に機関の燃焼状態が安定
性の許容限界にあるとして、α＝α（例えばα＝
１）とする。そしてＲ＝０の時は、燃焼は極めて
安定であるが、燃費の面では損であるとして、燃
料供給量を少なくし、空燃比を希薄側に調整すべ
く、α＝α−K₁とする。一方、Ｒ＝２の時は、
燃焼状態は安定限界を越えて不安定領域に入つて
いると限定し、空燃比を濃側に調整すべく、α＝
α＋K₁とする。Ｒ＝３の時はさらに不安定であ
るとして、α＝α＋2K₁とし、Ｒ＝４の時は極め
て不安定として、α＝α＋3K₁とする。（但し、
K₁は予じめ定めた値である。）演算回路３５は、このようにして求め係数αを
前述の基本噴射量T_Pに掛け、実際の燃料噴射量
（噴射パルス巾）T_Aを T_A＝T_P×α ……(7) で求めて、これを出力する。３６は燃料噴射装置
で、演算回路３５で演算され出力される燃料噴射
パルス巾T_Aに応じて、各気筒に燃料を噴射・供
給する。

第１２図は燃料噴射装置３６の詳細を示すが、
同図において、３７はレジスタで、演算回路３５
から転送されてくる燃料噴射パルス巾T_Aの値を
一時格納する。３８はクロツクカウンタで、レジ
スタ３７にT_Aが格納されると同時にリセツトさ
れ（０になり）、クロツクパルス発生器（図示し
ない）からのクロツクパルスを計数する。３９は
比較器、４０はトランジスタ、４１〜４４は各気
筒毎に装着されるインジエクタ（燃料噴射弁）で
ある。比較器３９はT_Aがレジスタ３７に転送さ
れ（かつクロツクカウンタ３８がリセツトされ）
ると、トランジスタ４０をオンにし、インジエク
タ４１〜４４を開いて燃料噴射を開始し、レジス
タ３７の値（T_A）とクロツクカウンタ３８の値
が等しくなつた所で、トランジスタ４０をオフに
し、インジエクタ４１〜４４を閉じて燃料噴射を
終了させ、さらにクロツクカウンタ３８の計数を
止める。

次に動作を説明する。

機関回転数検出器３３からは、第１３図ａに示
すような、例えば１番気筒の上死点を示す基準パ
ルスと、第１３図ｂに示すような、クランク角1°
毎のパルスが出力される。

第１４図のフローチヤートにおいて、例えば１
番気筒の上死点をサイクルの基準（0°）として、
１サイクル（機関の２回転＝クランク角720°の回
転）毎に、演算回路３０において、クランク角位
置θが判別され（ステツプ50）、θ＝0°〜60°の範
囲は１番気筒が選択され（ステツプ51）、１番気
筒を選択したことがメモリ２９に記憶され（ステ
ツプ55）、マルチプレクサ２７が１番気筒の圧力
検出器２３を選択し、１番気筒の気筒内圧力Ｐが
クランク角1°毎に検出され、そのデイジタル値が
メモリ２９に記憶される（ステツプ55）。次いで
クランク角位置θが61°に到達したか否かを判別
し（ステツプ56）、θ＝61°となるとそのサイクル
における１番気筒のＰの検出を終了し、そのサイ
クルにおいて気筒内圧力が最大であつたクランク
角位置（θpmax）_1jを計測し（ステツプ57）、その
値をメモリ３１の１番気筒に割り当てられた場所
に記憶する（ステツプ58）。θが180°〜240°では
３番気筒が選択され（ステツプ52）、３番気筒で
あることとそのクランク角範囲における３番気筒
の気筒内圧力Ｐがメモリ２９に記憶され（ステツ
プ55）、θ＝241°に到達すると（ステツプ56）、３
番気筒の（θpmax）_3jが計測され（ステツプ57）、
メモリ３１の所定場所に記憶される（ステツプ
58）。同様の手順で、θ＝360°〜420°では４番気
筒の（θpmax）_4j、θ＝540°〜600°では２番気筒の
（θpmax）_2jがそれぞれメモリ３１に記憶される。

このサイクルはｎ回（例えば32回）についてく
りかえし実行され、従つてメモリ３１の所定場所
には、ｉ番気筒（ｉ＝１〜４）についてｊ番サイ
クル（ｊ＝１〜ｎ）の（θpmax）_ijが記憶される。

第１５図のフローチヤートにおいて、演算回路
３５は、エアフローメータ１５からの吸入空気量
Ｑと機関回転数検出器３３からの機関回転数Ｎに
基づいて、(1)式に従つて基体噴射量T_Pを演算す
る（ステツプ60）。次に、メモリ３１から上述の
（θpmax）_ijを読み出し、ｉ番気筒毎に、(5)式に従
つてその平均値（）_i、続いて(6)式に従つて
分散値σ₁ ²〜σ₄ ²を演算する（ステツプ61）。次に、
この分散σ₁ ²〜σ₄ ²を所定値σ₀ ²（例えば16）と比較
し、所定値σ₀ ²を越えた気筒の数Ｒを判別する
（ステツプ62）。Ｒ＝０であれば、燃焼は極めて安
定であると判定し、燃費を向上させるべく、空燃
比を希薄側に設定し、すなわち燃料供給量を減量
させるように計数α＝α−K₁とする（ステツプ
63）。Ｒ＝１であれば、燃焼は安定性の許容限界
であると判定して、計数α＝αとする（ステツプ
64）。Ｒ＝２の場合は、燃焼は不安定領域に入つ
たと判定し、計数α＝α＋K₁として、空燃比を
濃くし（ステツプ65）、Ｒ＝３の場合は、燃焼は
さらに不安定であると判定し、α＝α＋2K₂とし
て、空燃比をさらに濃くし（ステツプ66）、Ｒ＝
４の場合は、燃焼は極めて不安定であると判定
し、α＝α＋3K₂として、空燃比をさらに濃くす
る（ステツプ67）。

このようにして、気筒内圧力が最大となるクラ
ンク角位置θpmaxのバラツキ度合（すなわち分
散の値）に応じて変化するＲの値に応じて燃料供
給量の補正計数αを求め、このαを基本噴射量
T_Pに掛けて、燃料噴射量T_Aを演算（該T_Aは前記
した各種補正がなされたもの）し（ステツプ68、
(7)式）、演算回路３５はこのT_Aを燃料噴射装置３
６のレジスタ３７へ転送する（ステツプ69）。

第１６図のタイミングチヤートに示すように、
演算回路３５の演算結果に応じて、レジスタ３７
に書き込まれる燃料噴射パルス巾T_Aが転送の都
度変化し（第１６図ａ）、クロツクカウンタ３８
はレジスタ３７へのT_Aの転送からクロツクカウ
ンタ３８の値＝レジスタ３７の値となるまでクロ
ツクパルスをカウントしｂ、インジエクタ４１〜
４４はクロツクカウンタ３８のカウント機関中開
弁しｃ、かくして、θpmaxのバラツキ度合に応
じて調整された燃料量T_Aが各気筒に与えられ、
空燃比が制御されることになる。

（発明の効果）以上説明したように、この発明によれば、気筒
内圧力が最大となるクランク角位置θpmaxを求
め、このθpmaxのバラツキ度合（例えばその分
散値）を演算し、このバラツキ度合に応じて燃料
供給量を調整し、空燃比を制御することとしたた
め、機関の燃焼が安定限界を保つた状態で、燃費
の良い運転を行なうことができるという効果が得
られる。

また、本発明において、バラツキ度合の大きく
なつた気筒を数を基準として内燃機関全体の安定
度を判断し、全体の燃料供給量を制御するように
構成しているので、燃料供給量を各気筒ごとに調
節することが出来ない複数気筒同時噴射方式の内
燃機関においても、安定限界内で可能な限り希薄
な混合気で運転することが可能になる、という効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の内燃機関の空燃比制御装置の燃
料系統の構成図、第２図は従来装置の空気系統の
構成図、第３図はバツテリ電圧とバツテリ電圧補
正値の関係を示す特性図、第４図は水温と水温増
量補正値の関係を示す特性図、第５図は水温と始
動後増量補正値の初期値の関係を示す特性図、第
６図は水温とアイドル後増量補正の初期値の関係
を示す特性図、第７図は水温と補正値TSTの関
係を示す特性図、第８図は機関回転数と補正値
KNSTの関係を示す特性図、第９図は始動後経
過時間と補正値KTSTの関係を示す特性図、第
１０図は空燃比と燃焼のバラツキ度合および安定
性との関係を示す特性図、第１１図はこの発明に
よる内燃機関の空燃比制御装置の一実施例のブロ
ツク図、第１２図は第１１図の燃料噴射装置の詳
細を示すブロツク図、第１３図は第１１図の機関
回転数検出器により得られる信号の波形図、第１
４図および第１５図は第１１図の装置の動作を説
明するフローチヤート、第１６図は第１２図の燃
料噴射装置の主要部品のタイミングチヤートであ
る。１５……エアフローメータ、２３〜２６……圧
力検出器、２７……マルチプレクサ、２９……メ
モリ、３０……演算回路、３１……メモリ、３３
……機関回転数検出器、３５……演算回路、３６
……燃料噴射装置、３７……レジスタ、３８……
クロツクカウンタ、３９……比較器、４０……ト
ランジスタ、４１〜４４……インジエクタ、Ｎ…
…機関回転数、Ｐ……気筒内圧力、Ｑ……吸入空
気量、Ｒ……気筒数、T_P……基本噴射量、T_A…
…実際の燃料噴射量、α……補正係数、θ……ク
ランク角位置、θpmax……気筒内圧力が最大と
なつたクランク角、σ₁ ²〜σ₄ ²……実際のθpmaxの
分散、σ₀ ²……所定値。

Claims

【特許請求の範囲】１複数気筒内燃機関の各気筒内圧力に相関する
量Ｐを検出する手段と、クランク各位置θを検出する手段と、前記Ｐが最大となつたクランク角位置θpmax
を計測する手段と、各気筒毎に該θpmaxのバラツキ度合の大きさ
を演算する手段と、該θpmaxのバラツキ度合が予め定めた所定値
を越えた気筒の数Ｒを演算する手段と、該気筒の数Ｒが所定数未満のときは燃料量を減
少させ、所定数以上のときは燃料量を増加させる
ように燃料供給量の調整値を演算する手段と、該調整された燃料量を各気筒に供給する燃料噴
射装置と、を備えたことを特徴とする内燃機関の
空燃比制御装置。２Ｐが最大となつたクランク角位置θpmaxの
バラツキ度合として、該θpmaxの分散の値を用
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の内燃機関の空燃比制御装置。