JPH0559266B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、
特にリーンバーン実施時において燃料噴射の開始
時期を制御する燃料噴射制御装置に関する。

［従来技術］ 近年、内燃機関制御の電子化が進み、内燃機関
への吸入空気量とその回転数とから燃料噴射量を
求め、気筒毎に燃料噴射弁の開弁時間を電気的に
制御する燃料噴射制御装置が広く用いられるよう
になつてきた。こうした燃料噴射制御装置では内
燃機関の空燃比を吸入空気量や内燃機関の回転数
といつた運転状態に応じて緻密に制御できること
から、定常走行時には燃費を向上させる為に空燃
比をリーン（空気過剰率λ＞１）とする所謂リー
ンバーンを行なわせるといつた燃料噴射制御も提
案・実現されている。

一般にリーンバーン制御を行なう場合、内燃機
関排気中の窒素酸化物（NOx）に対する三元触
媒による浄化効率は低下するので、車両から最終
的に排出されるNOxは増加する。ここで、内燃
機関排気中のNOxは燃料の噴射時期によつて増
減し、噴射時期を早めればNOxの排出は低減で
きることが知られているが、燃料噴射時期を早め
るとエンジントルクの変動が増加し、ドライバビ
リテイが悪化するという相反した特性を有する。
第１図はリーンバーン制御を行なつた時（空燃比
を所定の値に定めた時）の、燃料噴射時期と
NOxの発生、燃料噴射時期とトルク変動の関係
を示したものである。従来の燃料噴射制御装置は
制御の応答性を確保する為に、燃料噴射の終了が
噴射を行なつている気筒の吸気行程の終了前とな
るような制御を行なつているにすぎず、リーンバ
ーンを実施した際、運転状態が変化して燃料噴射
量が増加した時には噴射開始時期が早まつてトル
ク変動が増加する為にドライバビリテイの悪化を
招き、燃料噴射量が減少した場合には噴射開始時
期が遅くなつてNOxの発生が増加し排ガス浄化
が不十分となるという問題が存在した。

［発明の目的］ 本発明の目的は、リーンバーン制御を行なつた
際に、NOxの発生を低減し、かつドライバビリ
テイを良好とするような内燃機関の燃料噴射時期
制御装置を提供することにある。

［発明の構成］ かかる目的を達成する為になされた本発明の構
成は、第２図に図示する如く、 内燃機関Ｍ１の回転数を検出する回転数検出手
段Ｍ２と、 内燃機関Ｍ１の吸入空気量検出手段Ｍ３と、 気筒毎に燃料を噴射できる燃料噴射手段Ｍ４
と、 回転数検出手段Ｍ２によつて検出された機関回
転数と吸入空気量検出手段Ｍ３によつて検出され
た吸入空気量とから目標空燃比となるよう燃料噴
射量を求め、該燃料噴射量に基づいて、燃料噴射
量手段Ｍ４を制御し、各気筒の吸気行程に合わせ
て燃料を噴射させる噴射量制御手段Ｍ５と、 を備える内燃機関の燃料噴射制御装置において、 前記制御手段Ｍ５により、目標空燃比がリーン
側に制御されている時、該目標空燃比と、内燃機
関Ｍ１の回転数、および吸入空気量とに応じて燃
料噴射開始時期を設定し、該燃料噴射開始時期に
従つて燃料噴射を開始するよう構成されたことを
特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置を要旨と
している。

以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。

［実施例］ まず第３図は実施例における内燃機関及びその
周辺装置を表わす概略構成図である。

１は内燃機関本体、２はピストン、３は点火プ
ラグ、４は排気マニホールド、５は排気マニホー
ルド４に備えられた排ガス中の残存酸素濃度をア
ナログ的に検出する酸素センサ（リーンセンサ）、
６は内燃機関本体１の吸入空気中に燃料を噴射す
る燃料噴射手段としての燃料噴射弁、７は吸気マ
ニホールド、８は内燃機関本体１に送られる吸入
空気の温度を検出する吸気温センサ、９は内燃機
関冷却水の水温を検出する水温センサ、１０はス
ロツトルバルブ、１４は吸入空気の脈動を吸収す
るサージタンク１５内の吸気圧を測定する吸入空
気量検出手段としての吸気圧センサをそれぞれ表
わしている。

そして１６は点火に必要な高電圧を出力するイ
グナイタ、１７は図示していないクランク軸に連
動し上記イグナイタ１６で発生した高電圧を各気
筒の点火プラグ３に分配供給するデイストリビユ
ータ、１８はデイストリビユータ１７内に取り付
けられ、デイストリビユータ１７の１回転、即ち
クランク軸２回転に24発のパルス信号を出力する
回転数検出手段としての回転数センサを兼ねた回
転角センサ、１９はデイストリビユータ１７の１
回転に１発のパルス信号を出力する気筒判別セン
サ、２０は制御手段としての電子制御回路、２１
はキースイツチ、２２はキースイツチ２１を介し
て電子制御回路２０に電力を供給するバツテリ、
を各々表わしている。

又、電子制御回路２０の内部構成について説明
すると、図中、３０は各センサより出力されるデ
ータを制御プログラムに従つて入力及び演算する
と共に、各種装置を作動制御等するための処理を
行なうセントラルプロセシングユニツト
（CPU）、３１は制御プログラム及び初期データ
が格納されるリードオンリメモリ（ROM）、３
２は電子制御回路２０に入力されるデータや演算
制御に必要なデータが一時的に読み書きされるラ
ンダムアクセスメモリ（RAM）、３３はキース
イツチ２１がオフされても以後の内燃機関作動に
必要なデータを保持するようバツテリによつてバ
ツクアツプされた不揮発性メモリとしてのバツク
アツプランダムアクセスメモリ（バツクアツプ
RAM）、３６は各センサからの信号を入力する
入力ポート、３８はイグナイタ１６及び各気筒に
備えられた燃料噴射弁６を駆動する出力ポート、
３９は上記各素子を相互に接続するコモンバスで
ある。入力ポート３６は、酸素センサ５、吸気温
センサ８、水温センサ９、吸気圧センサ１４から
のアナログ信号をＡ／Ｄ変換して入力する図示し
ないアナログ入力部と、回転角センサ１８、気筒
判別センサ１９からのパルス信号を入力する図示
しないパルス入力部とからなつている。又、出力
ポート３８内には燃料噴射量（燃料噴射時間）を
セツトするカウンタが備えられており、CPU３
０によつて燃料噴射開始の処理が行なわれると、
既にカウンタに設定された値に対応する時間だ
け、燃料噴射を行なう気筒に設置された燃料噴射
弁６を開弁するような駆動信号が出力され、燃料
噴射量の制御が行なわれる。

次に、本実施例の電子制御回路２０が行なう制
御について、第４図Ａ，Ｂに示すフローチヤート
に従つて説明する。第４図Ａは内燃機関の燃料噴
射量と燃料噴射の開始時期を定めるメインルーチ
ンを、第４図Ｂはクランクの30°毎に起動される
割込ルーチンを表わしている。

キースイツチ２１がオンとされ内燃機関が始動
されると、制御は第４図ＡのＳよりはいり、まず
ステツプ100では、内燃機関の吸気管圧力Pmを
吸気圧センサ１４より、吸入空気の温度Taを吸
気温センサ８より、回転数Neを回転角センサ１
８より読み込む処理が行なわれる。内燃機関の回
転数はクランク角の30°毎に起動される割込が発
生する間隔をRAM３２に記憶しておき、その逆
数から算出される。次のステツプ110では、ステ
ツプ100で読み込んだ吸気管圧力Pmと吸気温Ta
とから吸入空気量を知り、これに応じて基本燃料
噴射量Tpを演算する。ステツプ120では、入力ポ
ート３６を介して酸素センサ（リーンセンサ）か
らの空燃比のフイードバツク信号Lsや内燃機関
の冷却水の水温Tw等を読み込む処理が行なわ
れ、続くステツプ130では、ステツプ100、ステツ
プ120で読み込んだ各信号に基づき、リーンバー
ン実施時に目標空燃比とする為ののリーン補正係
数KLEANや暖機増量補正係数FWLなど燃料噴
射量を補正する種々の補正係数を演算する処理が
行なわれる。ここでリーン補正係数KLEANは内
燃機関の回転数Neと吸気管圧力Pmとから定めら
れる。ステツプ110で求めた基本燃料噴射量Tp
に、ステツプ130で求めた補正係数を乗じて燃料
噴射量（燃料噴射時間）τを求める演算がステツ
プ140では行なわれ、 τ＝Tp×f₀（t₁，t₂，…tm） ×［１＋KLEAN＋f₁（u₁，u₂，…un）］＋Tv
……(1) としてτが算出される。ここでf₀（t₁，t₂，…
tm）、f₁（u₁，u₂，…un）は、暖機時増量や特に
説明しない吸入空気温補正など、燃料噴射量を演
算するに当つて用いられる周知の補正係数を代表
して表現したものである。又、Tvは燃料噴射弁
の作動遅れを補正する為の無効噴射時間である。

ステツプ140で燃料噴射量（燃料噴射時間）τ
を求め、この値を出力ポート３８内のカウンタに
セツトした後、処理はステツプ150に進み、燃料
噴射の開始時間Tinjを求める処理が行なわれる。

既に第１図を説明する時に述べたように、リー
ンバーン実施時には、燃料噴射の開始時期を遅ら
せればNOxの発生が増加し、開始時期を早めれ
ば、エンジントルクの変動の増加を招く。このこ
とから、NOxの発生量とエンジントルクの変動
との各々許容値を設定し、NOxの発生量が許容
値以下となるような燃料噴射の開始時期（第１図
のθ₁）とエンジントルクの変動が許容値以下とな
るような燃料噴射の開始時期（第１図のθ₂）とを
実験的に求め、燃料噴射の開始時期Tinjがθ₁〜θ₂
の間になるように、Tinjを定めればよいが、
NOxの発生量とエンジントルクの変動は内燃機
関の運転状態、即ち内燃機関の空燃比に加えて回
転数と吸入空気量とによつて変化する。（当然θ₁、
θ₂もそれに応じて変化する。）ここで、式(1)にお
いて補正係数f₀（t₁，t₂，…tm）、f₁（u₁，u₂，…
un）が一定であれば、燃料噴射量（燃料噴射時
間）τは内燃機関の回転数Neと吸気管圧力Pmと
によつて定められたリーン補正係数KLEANによ
つて決まるから、即ち内燃機関の回転数Neと吸
気管圧力Pmとによつて空燃比（目標空燃比）が
決まることから、燃料噴射開始時期Tinjは回転
数Neと吸気管圧力Pmとによつて定めればよいこ
とがわかる。従つて、燃料噴射の開始時期Tinj
を求めるステツプ150では、具体的には、ステツ
プ100で読み込んだ内燃機関の回転数Neの吸気管
圧力Pmとから燃料噴射の開始時期Tinjを定める
処理が行なわれることになる。ここでTinjは、
例えば第５図にその一例を示すようなマツプより
算出することができる。つまり、回転数Neと吸
気管圧力Pmとを変数とするようなマツプを
ROM３１内に予め記憶させておき、例えば回転
数Neが1000rpm〜1500rpmの間にあり、吸気管
圧力Pmが500mmHg〜600mmHgの間にあれば設定
すべき燃料噴射の開始時期TinjはATDC20°であ
るという様に、燃料噴射の開始時期Tinjを求め
る。ATDCは言うまでもなく燃料噴射を行なお
うとする気筒の排気行程完了時の上死点（換言す
れば吸気始めの上死点）以降を意味し、吸入行程
に移つてからクランク角で何度の時点から燃料噴
射を開始するかという形でTinjは表現される。
ステツプ150で燃料噴射の開始時期Tinjを算出
し、RAM３２の所定のエリアに格納した後、制
御はステツプ100へ戻つて、上述の一連の処理、
ステツプ100ないしステツプ150を繰り返す。

次に、第４図Ｂに示した割込ルーチンについて
説明する。本ルーチンは、クランク角の30°毎に
入力される回転角センサ１８からの信号によつて
遅滞なく起動され、既に説明したメインルーチン
より制御を移行して実行される。割込の起動後、
割込の発生間隔をRAM３２の所定のエリアに格
納したり、使用中の内部レジスタを退避する等の
所定の処置を行なつた後、割込ルーチンの処理
は、第４図ＢのINTよりはいり、まずステツプ
200で割込が発生したクランク角において吸気始
めの上死点を迎えた気筒があるか否かを判断す
る。これは気筒判別センサ１９の出力と回転角セ
ンサ１８の出力とから知ることができるが、４気
筒４サイクルの内燃機関では180°CA毎に、６気
筒４サイクルの場合には120°CA毎にいずれかの
気筒が燃料噴射に行なわれるべき吸気行程を迎え
ることになる。吸気始めの上死点を迎えた気筒が
ないと判断される場合には、その後の処理は何も
行なわれず、制御はRTNへ抜けて、メインルー
チンに復帰する。一方ステツプ200での判断が
「YES」、即ち燃料噴射を開始すべき気筒が存在
する場合には、制御はステツプ210の処理に移行
し、メインルーチンで設定しRAM３２の所定の
エリアに格納された燃料噴射の開始時期Tinjを
読み出し、上死点からのクランク角で表現された
Tinjに相当する時間Dtだけ待つようなタイマを
起動する。この時、時間Dtは内燃機関の回転数
Neに応じてTinjより定められる。クランク角の
Tinjに相当する時間Dtが経過した後、処理はス
テツプ220に進み、出力ポート３８に対して燃料
噴射を開始する処理が行なわれる。この結果、既
にメインルーチンで出力ポート３８内のカウンタ
にセツトされた燃料噴射量（燃料噴射時間）τに
従つて、燃料噴射を行なう気筒の燃料噴射弁６に
対してこれを開弁する駆動信号が出力される。ス
テツプ220の終了後、制御はRTNへ抜けて、
30°CA割込が発生した時点で処理が行なわれてい
たメインルーチンのステツプへ復帰する。

以上のように構成された本実施例においては、
内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射量を定める
ばかりでなく、リーンバーン実施時において、内
燃機関の回転数と吸気管圧力とからマツプによつ
て燃料噴射の最適開始時期Tinjを求めて燃料噴
射を行なつている。従つて、燃料噴射量の増減に
よつて、燃料噴射開始時期が遅くなつてNOxの
発生が増加して排ガスの浄化が十分に行なえなく
なつたり、燃料噴射の開始時期が早まつてエンジ
ントルクの変動が増大しドライバビリテイが悪化
したり、といつた問題を生じることはなく、リー
ンバーン実施時においてNOxの排出を押さえ良
好なドライバビリテイを確保することができる。
このことは、リーンバーンを実施できるような運
転状態の幅が広がつたことを意味し、燃費の向上
を計ることも可能となる。又、本実施例において
は、内燃機関の回転数Neと吸気管圧力Pmとから
マツプにより燃料噴射時期Tinjを求めているで、
定常運転時では空燃比が変化しても、同一のマツ
プにより燃料噴射開始時期を定めることができ
る。暖機時増量等により燃料の増量補正等が行な
われる場合には、その補正に応じて燃料噴射開始
時期Tinjを補正すればよい。

尚、本実施例においては、吸入空気量を検出す
るのに吸気管圧力センサ１４を用いているが、吸
入空気の流量を検出するエアフロメータを用いて
吸入空気量を検出しても何ら差し支えない。

また、本実施例では酸素センサ（リーンセン
サ）５の検出値に基づいて、目標空燃比にフイー
ドバツク制御を行う内燃機関に適応しているが、
本発明は、このような制御をしている内燃機関に
限らず、目標空燃比をリーン側に制御する時に
は、オープン制御とする内燃機関に適応しても何
ら差し支えない。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の内燃機関の燃料
噴射制御装置は内燃機関の運転状態に応じて、つ
まり機関回転数と吸入空気量から目標空燃比とな
るように燃料噴射量を求めて燃料噴射制御を行う
ばかりでなく、目標空燃比がリーン側に制御され
るような燃料噴射制御を実施する場合には、目標
空燃比と、機関の回転数、および吸入空気量とに
応じて燃料噴射の開始時期を設定し、この開始時
期に従つて燃料噴射を開始・実行するよう構成さ
れている。

従つて、本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置
によれば、燃料噴射量が変化したとしても、燃料
噴射の開始時期が遅くなつて窒素酸化物（NOx）
の発生量が増加して排ガスの浄化が十分に行なえ
なくなつたり、燃料噴射の開始時期が早くなつて
エンジントルクの変動が増大しドライバビリテイ
（運転性能）が悪化したり、といつた問題は生じ
ることはなく、リーンバーン実施時において
NOx排出を押さえ良好なドライバビリテイを確
保することができるという優れた効果が得られ
る。又、幅広い運転条件においてリーンバーンを
実施できるようになる結果、燃費を向上させるこ
とができるという副次的な効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はリーンバーン実施時における燃料噴射
開始時期とNOxの発生量及びエンジントルクの
変動との関係を示す説明図、第２図は本発明の基
本的構成図、第３図は実施例の概略構成図、第４
図はＡは実施例における制御のメインルーチンを
表わすフローチヤート、第４図Ｂは同じく割込ル
ーチンを表わすフローチヤート、第５図は内燃機
関の回転数と吸気管圧力とから燃料噴射の開始時
期を求めるマツプである。 １……内燃機関本体、５……酸素センサ、６…
…燃料噴射弁、１４……吸気圧センサ、１８……
回転角センサ、２０……電子制御回路、３０……
CPU、３６……入力ポート、３８……出力ポー
ト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段
   と、 内燃機関の吸入空気量検出手段と、 気筒毎に燃料を噴射できる燃料噴射手段と、 回転数検出手段によつて検出された機関回転数
   と吸入空気量検出手段によつて検出された吸入空
   気量とから目標空燃比となるよう燃料噴射量を求
   め、該燃料噴射量に基づいて、燃料噴射手段を制
   御し、各気筒の吸気行程に合わせて燃料を噴射さ
   せる噴射量制御手段とを備える内燃機関の燃料噴
   射制御装置において、 前記制御手段により、目標空燃比がリーン側に
   制御されている時、該目標空燃比と、内燃機関の
   回転数、および吸入空気量とに応じて燃料噴射開
   始時期を設定し、該燃料噴射開始時期に従つて燃
   料噴射を開始するよう構成されたことを特徴とす
   る内燃機関の燃料噴射制御装置。