JPH0526932B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は内燃機関に供給する混合気の空燃比を
制御する装置に関し、特に高負荷条件における空
燃比を制御する装置に関するものである。

〔従来技術〕

第１図は、従来の燃料制御装置の一例図であ
る。

第１図において、１はエアクリーナ、２は吸入
空気量を計測するエアフローメータ、３はスロツ
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
機関のクランク軸の回転角度を検出するクランク
角センサ、８は排気マニホールド、９は排気ガス
成分濃度（例えば酸素濃度）を検出する排気セン
サ、１０は燃料噴射弁、１１は点火プラグ、１２
は制御装置である。

クランク角センサ７は、例えばクランク角の基
準位置毎（４気筒機関では180°毎、６気筒機関で
は120°毎）に基準位置パルスを検出し、また単位
角度毎（例えば1°毎）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数
することによつて、その時のクランク角を知るこ
とが出来る。

また単位角パルスの周波数又は周期を計測する
ことによつて、機関の回転速度を知ることも出来
る。

なお第１図の例においては、デイストリビユー
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、例えばCPU、RAM、ROM、
入出力インターフエース等からなるマイクロコン
ピユータで構成され、上記のアフローメータ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
ないバツテリ電圧信号やスロツトル全開スイツチ
の信号等を入力し、それらの信号に応じた演算を
行なつ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によつて燃料噴射弁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、例えば次の式によつて行なわれる（例
えば日産技術解説書1979 ECCS Ｌ系エンジンに
記載）。

Ti＝Tp×（１＋Ft＋KMR／100） ×β＋Ts ……(1) 上記の(1)式において、Tpは基本噴射量であり、
例えば吸入空気量をＱ、機関の回転速度をＮ、定
数をＫとした場合にTp＝Ｋ・Ｑ／Ｎで求められ
る。

またFtは機関の冷却水温に対応した補正係数
であり、例えば冷却水温度が低い程大きな値とな
る。

またKMRは高負荷時における補正係数であ
り、例えば第３図に示す如く、基本噴射量Tpと
回転速度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・ルツク
アツプによつて読み出して用いる。

またTsはバツテリ電脱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を用いることによつ
て混合気の空燃比を所定の値、例えば理論空燃比
14.8近傍の値にフイードバツク制御することが出
来る。

ただし、この排気信号Ｓ４によるフイードバツ
ク制御を行なつている場合には、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
意味になつてしまう。

そのためこの排気信号Ｓ４によるフイードバツ
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KMRが零の場合にのみ行なわれ
る。

上記の各補正の演算とセンサ類との関係を示す
と、第２図のようになる。

上記のように、従来の燃料制御装置において
は、排気センサの信号に応じたフイードバツク制
御は行なつているが、高負荷条件による補正は基
本噴射量と回転速度、即ち吸入空気量と回転速度
とによつて決定されるような構成となつており、
その補正は全くオープンループ制御で行なわれて
いる。

そのためエアフローメータや燃料噴射弁等のば
らつきや経時変化等によつて高負荷時の空燃比が
最適空燃比（LBT…Leanest Mixture for Best
Torque、なおこの値は発生トルクを最大にする
ための空燃比であり、前記の排気センサ信号によ
る空燃比フイードバツクの値とは異なつた値とな
つている）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。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の如き従来技術の問題点を解決
するためになされたものであり、機関のシリンダ
内圧力を検出し、その値から機関の空燃比を常に
LBTとするようにフイードバツク制御する空燃
比制御装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要］ 第４図はクランク角とシリンダ内圧力の関係図
であり、また第５図は空燃比と発生トルクとの関
係図であり、一定回転速度でスロツトル弁全開の
条件における値を示している。

第４図から判るように、シリンダ内圧力は圧縮
上死点（TDC）から10°乃至20°後、即ちATD10°
乃至20°において最大となる。

またその最大値は、空燃比Ａ／Ｆに応じて変化
し、Ａ／Ｆが13付近で最大となる。

また第５図から判るように、機関の発生トルク
もこの空燃比が13付近の時に最大となり、これを
LBTと呼んでいる。

従つてシリンダ内圧力を最大にするようにフイ
ードバツク制御すれば、高負荷時における空燃比
を常に最適空燃比LBTに制御することが出来る。

第６図は、本発明の構成を示すブロツク図であ
る。

まず、第６図Ａにおいては、５１はシリンダ内
圧力を検出する検圧手段であり、例えば後記第７
図の圧力センサ１３である。

また、５２はクランク角を検出するクランク角
検出手段であり、例えば前記第１図のクランク角
センサ７である。

また演算手段５３は例えばマイクロコンピユー
タで構成されており、１回の点火サイクル内にお
ける圧縮上死点後10°〜20°の範囲のクランク角で
のシリンダ内圧力Pbと圧縮上死点でのシリンダ
内圧力Ptとを検出し、両者の比Pb／Ptを算出し、
その値に基づいた制御信号を出力する。

この制御信号は、例えば上記の比Pb／Ptを最
大とするように制御する値をもつている。

次に混合気調量手段５４は、上記の演算手段５
３から与えられる制御信号に応じて機関の供給す
る混合気の空燃比を制御するものである。

この混合気調量手段５４は、例えば前記第１図
の燃料噴射弁１０や電気信号によつて空燃比を調
整することの出来る気化器（例えば公開特許公報
昭和51年132326号）を用いることが出来る。

次に第６図Ｂにおいて、演算手段５５は、１回
の点火サイクル内におけるシリンダ内圧力の最大
値Pmと圧縮上死点でのシリンダ内圧力Ptとを検
出し、両者の比Pm／Ptを算出し、その値に基づ
いた制御信号を出力する。

この制御信号は、例えば上記の比Pm／Ptを最
大とするように制御する値を持つている。その他
の部分はＡと同一である。

上記のＡにおいては、圧縮上死点後10°〜20°の
範囲の所定クランク角（例えばATDC15°）での
シリンダ内圧力Pbを圧縮上死点でのシリンダ内
圧力Ptで正規化した値に応じて空燃比を制御し、
またＢにおいては、シリンダ内圧力の最大値Pm
を圧縮上死点でのシリンダ内圧力Ptで正規化し
た値に応じて空燃比を制御するように構成してい
ることにより、空燃比を常に最適空燃比LBTに
制御することが可能となる。

なお、本発明は空燃比を最適空燃比LBTにす
るようにフイードバツク制御する装置、即ち発生
トルクを最大とするように制御する装置であるか
ら、前記第１図のように排気センサの出力に応じ
て排気浄化性能を満足するようにフイードバツク
制御する装置と共用する場合には、上記の構成の
他に高負荷時を検出する装置（例えばスロツトル
弁開度や吸入負圧から検出）を設け、高負荷時に
のみ本装置を作動させるように構成すれば良い。

〔発明の実施例〕

以下実施例に基づいて本発明を詳細に説明す
る。

第７図は、本発明の一実施例である。

第７図において、１３はシリンダ内圧力を検出
する圧力センサである。

この圧力センサ１３は、点火栓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
電気信号として取り出すものである。

また制御装置１５は、例えばマイクロコンピユ
ータで構成されており、エアフローメータ２から
与えられる吸入空気信号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及び圧力センサ１３
から与えられる圧力信号Ｓ６等を入力し、所定の
演算を行なつて噴射信号Ｓ５を出力し、それによ
つて燃料噴射弁１０を制御する。その他第１図と
同符号は同一物を示す。

次に第８図は、圧力センサ１３の一例図であ
り、Ａは正面図、Ｂは断面図を示す。

第８図において、１３Ａはリング状の圧電素
子、１３Ｂはリング状のマイナス電極、１３Ｃは
プラス電極である。

また第９図は、上記の圧力センサ１３の取付け
図であり、シリンダヘツド１４の点火栓１１によ
つて締付けられて取付けられている。

次に、制御装置１５内における演算について説
明する。

第１０図は、制御装置１５内における演算の一
実施例を示すフローチヤートである。

第１０図において、まずＰ１では、クランク角
を読み込む。

次にＰ２では、その時のクランク角が爆発行程
の気筒の圧縮上死点TDCであるか否かを判断す
る。

Ｐ２でYESの場合には、Ｐ３へ行き、圧縮上
死点におけるシリンダ内圧力Ptを測定して記憶
する。

Ｐ２でNOの場合には、直ちにＰ４へ行く。

Ｐ４では、クランク角が圧縮上死点後15°であ
るか否かを判定する。

この圧縮上死点後15°という値は、前記第４図
から判るようにシリンダ内圧力が最大となるクラ
ンク角の値であり、10°乃至20°付近の値を用いれ
ば良い。

Ｐ４でNOの場合には、Ｐ１に戻り、再び上記
の操作を繰り返す。

Ｐ４でYESの場合には、Ｐ５へ行き、その時
のシリンダ内圧力、即ち圧縮上死点後15°におけ
るシリンダ内圧力Pbを測定して記憶する。

次にＰ６では、上記のPbとPtとの比、即ち
Pb／Ptを演算して記憶する。

なお、第１０図のフローチヤートの全体の演算
は１点火サイクル毎に１回繰り返されるものであ
り、Ｐ６の（Pb／Pt）_oの添字_oは今回の演算にお
ける値である事を示している。

次にＰ７では、上記の今回の演算における値と
（Pb／Pt）_o-1即ち前回の演算における値との大き
さを比較する。

Ｐ７で今回の演算における値の方が大きかつた
場合には、Ｐ８に行き、リツチフラグが１か否か
を判断する。

このリツチフラグは空燃比をリツチ化即ち濃く
している場合には１であり、リーン化即ち薄くし
ている場合には零である。

Ｐ８でYESの場合には、Ｐ９へ行き、空燃比
補正係数αをα＝α＋△αとする。

即ち、空燃比をリツチ化している状態において
Pb／Ptの値が増加している場合には、さらに空
燃比をリツチの方向に変化させるようにする。

Ｐ８でNOの場合には、Ｐ１０に行き、αをα
＝α−△αとする。

即ち、空燃比をリツチ化している字にPb／Pt
が減少している場合には、空燃比をリーン化する
ように制御する。

一方、Ｐ７でNOの場合には、Ｐ１１に行き、
リツチフラグが１か否かを判定する。

Ｐ１１でYESの場合には、Ｐ１２に行き、リ
ツチフラグを零にした後、Ｐ１３でα＝α−△α
とする。

即ち、空燃比をリツチ化している時に、Pb／
Ptが減少している場合には、空燃比をリーン化
する必要があるので、Ｐ１２でリツチフラグを零
にした後、Ｐ１３でαを一定量△αだけ減少させ
る。

Ｐ１１でNOの場合には、Ｐ１４へ行き、リツ
チフラグを１にした後、Ｐ１５でα＝α＋△αに
する。

即ち、空燃比をリーン化している時にPb／Pt
が減少しているには、空燃比をリツチ化する必要
があるので、リツチフラグを１にした後、αを△
αだけ増加させるように制御する。

次にＰ１６では、上記のようにして演算した空
燃比補正係数αを用いて、燃料噴射量Ti＝Tp・
α＋Tsを演算して出力する。

上記のように第１０図のフローチヤートにおい
ては、シリンダ内圧力が最大値になると思われる
クランク角におけりる値Pbを圧縮上死点におけ
るシリンダ内圧力Ptで正規化した値が最大とな
るように空燃比を制御することが出来る。

これによつて最適空燃比LBTを実現すること
が出来る。

次に第１１図は、本発明の演算の第２の実施例
を示すフローチヤートである。

第１１図において、Ｐ１でクランク角を読み込
み、Ｐ２で圧縮上死点TDCか否かを判定し、Ｐ
３で圧縮上死点におけるクランク角Ptを測定記
憶するとろは、前記第１０図と同様である。

次にＰ２０では、各クランク角におけるシリン
ダ内圧力Ｐを測定して記憶する。

次にＰ２１では、それまで測定したシリンダ内
圧力の最大値Pmと今回測定したＰとを比較す
る。

なお、最大値Pmの初期値としては、前記のPt
を用いる。

Ｐ２１でYESの場合には、Ｐ２２に行き、新
しいＰを最大値Pmとして記憶する。

Ｐ２１でNOの場合には、直ちにＰ２３へ行
く。

Ｐ２３ではクランク角が圧縮上死点後40°であ
るか否かを判定する。

Ｐ２３でNOの場合には、Ｐ２０に戻り、上記
の演算を繰り返す。

Ｐ２３でYESの場合には、Ｐ２４に行き、そ
れまでに求められたPmの値とPtとの比を演算し
て記憶する。

即ち、圧縮上死点Ptから圧縮上死点後40°まで
の範囲におけるシリンダ内圧力の最大値Pmの値
を、圧縮上死点におけるシリンダ内圧力Ptで正
規化した値が求められる。

次にＰ２５では、今回の演算における値と前回
の演算における値との大小を比較する。

それ以降のＰ８乃至Ｐ１６の演算は、前記第１
０図と同様である。

上記のように、第１１図の演算においては、圧
縮上死点TDCから圧縮上死点40°までの範囲にお
けるシリンダ内圧力の実際の最大値を求めている
ので、前記第１０図の演算よりも正確な制御を行
なうことが出来る。

次に、第１２図は本発明の第３の演算を示す実
施例のフローチヤートである。

第１２図において、Ｐ１からＰ３までは、前記
第１０図と同様である。

次に、Ｐ２０で各クランク角におけるシリンダ
内圧力Ｐを測定して記憶する。

次に、Ｐ３０においては、その時のクランク角
が排気下死点BDCであるか否かを判定する。

Ｐ３０でNOの場合には、Ｐ１に戻り、再び上
記の操作を繰り返す。

Ｐ３０でYESの場合には、Ｐ３１に行き、図
示平均有効圧力Piを演算する。

この図示平均有効圧力Piは、１サイクル中に燃
焼ガスがピストンにする仕事を行程容積で割つた
値であり、各クランク角におけるシリンダ内圧力
をＰ、クランク角が単位角度（例えば1°）変化す
る毎の行程容積の変化分をΔV、行程容積をＶと
した場合にPi＝〓（Ｐ×Δ）／Ｖで求められる。

次に、Ｐ３２で上記のPiとPtとの比を演算し
て記憶する。

次にＰ３３では、今回の値と前回の値との大小
を比較する。

それ以後のＰ８乃至Ｐ１６の演算は、前記第１
０図の場合と同様である。上記のように第１２図
の演算においては、図示平均有効圧力Piを機関の
負荷を代表する圧縮上死点におけるシリンダ内圧
力Ptで正規化した値が最大となるように空燃比
を補正するように制御するので、最適空燃比
LBT条件を正確に実現することが出来る。

なお、第７図の実施例においては、シリンダを
１個のみ表示しているが、多気筒機関の場合には
各気筒に取付けた圧力センサの信号に応じて各気
筒毎に燃料噴射量を補正して制御することが可能
である。

また、圧力センサは各気筒ごとに取付けてシリ
ンダ内圧力を測定するが、燃料噴射は全気筒同一
噴射での補正も可能である。

また、いつかの気筒のうちの１個のみを圧力セ
ンサを設け、その圧力センサの出力によつて全気
筒同一の噴射量の補正も可能である。

また、これまでの説明では混合気調量装置とし
て燃料噴射弁を用いた場合のみを説明したが、気
化器を用いた場合においても同様に制御すること
が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したごとく、本発明においては、圧力
センサを用いてシリンダ内圧力を検出し、その値
から粒径内圧力の最大値等を求め、それらの値を
圧縮上死点におけるシリンダ内圧力で正規化した
値が最大となるように空燃比をフイードバツク制
御するようにして構成しているので、部品のばら
つきや経時変化等があつても常に最適空燃比
LBTを実現することが出来、最高のトルクを得
ることが出来る。

従つて、トルク不足になつたり、あるいは動作
が不安定になつたりするおそれが無くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の燃料制御装置の一例図、第２図
は第１図の装置における演算内容とセンサ類との
関係図、第３図は高負荷時補正係数の特性図、第
４図はクランク角とシリンダ内圧力の特性図、第
５図は空燃比とトルクの特性図、第６図は本発明
の構成を示すブロツク図、第７図は本発明の一実
施例図、第８図は本発明に用いる圧力センサの一
例図、第９図は圧力センサの取付け図、第１０図
乃至第１２図はそれぞれ本発明の演算を示すフロ
ーチヤートの実施例図である。 符号の説明、１……エアクリーナ、２……エア
フローメータ、３……スロツトル弁、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、１０……燃料噴射
弁、１１……点火プラグ、１２……制御装置、１
３……圧力センサ、１３Ａ……圧電素子、１３Ｂ
……マイナス電極、１３Ｃ……プラス電極、１４
……シリンダヘツド、５１……検圧手段、５２…
…クランク角検出手段、５３……演算手段、５４
……混合気調量手段、５５……演算手段、５６…
…演算手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリンダ内圧力を検出する検出手段と、 クランク角を検出するクランク角検出手段と、 上記両手段の信号を入力し、１回の点火サイク
   ル内における圧縮上死点後10°〜20°の範囲の所定
   クランク角でのシリンダ内圧力Pbと圧縮上死点
   でのシリンダ内圧力Ptとを検出し、両者の比
   Pb／Ptを算出し、その値を最大とするように空
   燃比を制御する制御信号を出力する演算手段と、 機関に供給する混合気の空燃比を上記制御信号
   に応じて制御する混合気調量手段と、 を備えた内燃機関の空燃比制御装置。 ２ シリンダ内圧力を検出する検圧手段と、 クランク角を検出するクランク角検出手段と、 上記両手段の信号を入力し、１回の点火サイク
   ル内におけるシリンダ内圧力の最大値Pmと圧縮
   上死点でのシリンダ内圧力Ptとを検出し、両者
   の比Pm／Ptを算出し、その値を最大とするよう
   に空燃比を制御する制御信号を出力する演算手段
   と、 機関に供給する混合気の空燃比を上記制御信号
   に応じて制御する混合気調量手段と、 を備えた内燃機関の空燃比制御装置。