JPH0571403A

JPH0571403A - エンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH0571403A
Application number: JP23060591A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sato; 博佐藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1991-09-10
Filing date: 1991-09-10
Publication date: 1993-03-23
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: JP2715732B2

Abstract

(57)【要約】【目的】図示平均有効圧力相当値にもとづいて噴射量
を気筒別に補正することにより、運転条件が相違しても
すべての気筒で混合気の空燃比を同じにし、かつ燃焼不
良時になると正規化値に代えて正規化値の平均値を選択
することにより、特に過渡時などにおける燃料補正精度
の悪化を防止する。【構成】燃焼圧力センサ検出値とシリンダ容積変化量
との積を積分手段４５が所定のクランク角範囲にわたっ
て積分し、この積分値を正規化手段４６が爆発行程にお
ける所定クランク角位置での燃焼圧力相当値で割ること
によって正規化する。一方、燃焼状態の判定結果にもと
づき選択手段４９が燃焼良好時に正規化値を、燃焼不良
時になると正規化値の平均値を選択する。計算手段５０
ではこの選択値と理論空燃比相当値のずれに応じた噴射
弁補正量を計算し、この噴射弁補正量で全気筒に共通の
基本噴射パルス幅Ｔｐを補正手段５１が補正する。こう
した補正が気筒別に行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はエンジンの空燃比制御
装置、とくに吸気管に装着される燃料噴射弁の噴射特性
の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】空燃比フィードバック補正は、三元触媒
を有効に機能させるために、フィードバック制御域にお
いて常に空燃比を理論空燃比付近に維持するための補正
である（「自動車工学」・１９９１年６月号第４３頁な
いし第４７頁参照）。

【０００３】この補正では、排気管に設けたＯ₂センサ
からの信号に対応して燃料の噴射量を増量したり減量し
たりする。刻々と変化するエンジンの運転条件に対し、
一発で理論空燃比の状態に維持することは不可能である
ため、インジェクタからの燃料噴射量の増量と減量の動
作を一定の周期で繰り返す。この繰り返しによって実空
燃比が一定の周期で理論空燃比を横切り、その平均の空
燃比が理論空燃比に落ち着くのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料噴射量
の調整は、燃料噴射弁が開いている時間の長さを変える
ことによって行っている。燃料の供給圧が変化してたと
えば高くなると、同じ開弁時間でもシリンダへの噴射量
が多くなり、シリンダへの供給燃料量のコントロールを
開弁時間だけで行うことができないのであるが、どのよ
うな運転条件になっても、常に噴射圧が吸気マニホール
ド負圧より一定値だけ高くなるようにすることで、開弁
時間だけによって燃料噴射量の制御が可能となるのであ
る。

【０００５】しかしながら、燃料噴射量には図８で示し
たように平均値を中心にして上下にそれぞれ数パーセン
トの誤差があるため、同じ指令値を噴射弁に与えて駆動
しても、上限値特性の噴射弁からは燃料が多めに噴か
れ、逆に下限値特性の噴射弁からは燃料が少なめに噴か
れるのであり、シリンダに吸入される混合気の空燃比が
気筒間でバラツク。

【０００６】排気管に１つだけ設けた上記のＯ₂センサ
によれば、全気筒平均の空燃比が理論空燃比を基準にし
てリッチかリーンのいずれにあるかがわかるだけである
ので、たとえばリッチ側にずれたことがわかっても、１
番気筒だけで多く噴かれているのか、すべての気筒で多
く噴かれているのかといった、どの気筒の噴射弁から多
く噴かれているのかはまったくわからないのである。

【０００７】そこでこの発明は、図示平均有効圧力相当
値にもとづいて噴射量を気筒別に補正することにより、
運転条件が相違してもすべての気筒で混合気の空燃比を
同じにし、かつ燃焼不良時になると正規化値に代えて所
定の燃焼サイクルにわたる正規化値の平均値を選択する
ことにより、特に過渡時や低負荷低回転時などにおける
燃料補正精度の悪化を防止することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、図１に示す
ように、噴射パルス幅に応じて吸気管に燃料を供給する
噴射弁４１を気筒ごとに備える一方で、運転条件に応じ
て全気筒に共通する基本噴射パルス幅Ｔｐを計算する手
段４２と、この基本噴射パルス幅Ｔｐを駆動信号に変え
て前記噴射弁４１に出力する手段４３とを備えるエンジ
ンの空燃比制御装置において、シリンダ内の燃焼圧力を
気筒ごとに検出するセンサ４４と、このセンサ検出値と
微小クランク角度当たりのシリンダ容積変化量との積を
少なくとも爆発行程を含む所定のクランク角範囲にわた
って気筒ごとに積分する手段４５と、この積分値を爆発
行程における所定クランク角位置での燃焼圧力相当値で
割ることによって気筒ごとに正規化する手段４６と、所
定の燃焼サイクルにわたってこの正規化値の平均値を気
筒ごとに計算する手段４７と、前記センサ検出値にもと
づいて燃焼状態が良好であるか不良であるかを気筒ごと
に判定する手段４８と、この判定結果にもとづき燃焼良
好時には前記正規化値を、燃焼不良時になると前記正規
化値の平均値を気筒ごとにそれぞれ選択する手段４９
と、この気筒ごとの選択値と理論空燃比相当値との比較
により選択値が理論空燃比相当値よりも小さいと供給燃
料を増量し、大きいと減量する値を噴射弁補正量として
気筒別に計算する手段５０と、この気筒別の噴射弁補正
量で前記基本噴射パルス幅Ｔｐをそれぞれ補正する手段
５１と、この補正された気筒別の基本噴射パルス幅を前
記噴射弁４１に対応づける手段５２とを設けた。

【０００９】

【作用】標準特性の噴射弁により形成される混合気の空
燃比をベース空燃比として、かりに１番気筒の噴射弁
が、標準より多く噴射する特性のものだったとすると、
この噴射弁により１番気筒では空燃比がベース空燃比よ
りもリッチ側にずれる。

【００１０】このとき、供給燃料を減量する噴射弁補正
量が計算され、この補正量で全気筒に共通な基本噴射パ
ルス幅Ｔｐが減量補正されると、１番気筒では供給燃料
量が少なくされ、これにより１番気筒ではシリンダに流
入する混合気がベース空燃比の混合気と同一にされる。

【００１１】この逆に、１番気筒の噴射弁から標準より
少ない燃料しか噴かれないときは、今度は噴射弁補正量
により供給燃料量が多くされ、これによりベース空燃比
の混合気と同一にされる。

【００１２】こうした噴射弁補正量による補正が他の噴
射弁についても気筒ごとに行われると、どの気筒でもベ
ース空燃比の混合気がシリンダに供給される。

【００１３】一方、燃焼圧力センサ検出値と微小クラン
ク角度当たりのシリンダ容積変化量との積を少なくとも
爆発行程を含む所定のクランク角範囲にわたって積分し
た値は、図示平均有効圧力相当であり、この値は、吸気
温度や冷却水温が低下するなど運転条件の変化に応じて
変化し、この値から計算する噴射弁補正量が同じになら
ない。

【００１４】このとき、図示平均圧力相当の上記積分値
が、爆発行程における所定クランク角位置での燃焼圧力
相当値で割られることによって正規化されると、正規化
値は運転条件が変化しても同じ値になる。たとえば、吸
気温度が低下すると積分値が大きくなるが、吸気温度の
低下により爆発行程における所定クランク角位置での燃
焼圧力相当値も同じ割合で大きくなるため、両者の商で
ある正規化値は変わらないのである。

【００１５】また、過渡時や低負荷低回転時など、燃焼
状態がきわめて悪くなる運転状態では、図示平均有効圧
力相当の上記積分値が不安定となるため、噴射弁補正量
を正確に推定することができなくなる。

【００１６】このとき、燃焼不良が判定手段４８によっ
て判定され、選択手段３１で上記の正規化値に代えてそ
の平均値が選択されると、平均値は、燃焼が不良となる
前の燃焼良好時のデータであるため、燃焼不良時におい
ても、燃料補正精度が悪くなることがない。

【００１７】

【実施例】図２において、１はエンジンの回転数Ｎeを
検出するセンサ、２はエアクリーナから吸入される空気
量Ｑaを検出するエアフローメータで、これらはマイコ
ンからなるコントロールユニット１１に入力されてい
る。

【００１８】燃料の噴射は、量が多いときも少ないとき
も、各気筒の吸気ポートに設けた一か所のインジェクタ
８ａ〜８ｄ（図は４気筒）から供給するので、量の調整
はコントロールユニット１１によりその噴射時間で行
う。噴射時間が長くなれば噴射量が多くなり、噴射時間
が短くなれば噴射量が少なくなる。混合気の濃さつまり
空燃比は、一定量の吸入空気に対する燃料噴射量が多く
なればリッチ側にずれ、燃料噴射量が少なくなればリー
ン側にずれる。

【００１９】したがって、吸入空気量との比が一定とな
るように燃料の基本噴射量を決定してやれば運転条件が
相違しても同じ空燃比の混合気が得られる。ただし、燃
料の噴射はエンジンの１回転について１回行われるの
で、基本噴射パルス幅計算手段５では１回転で吸い込ん
だ空気量に対して１回転当たりの基本噴射パルス幅Ｔp
(＝Ｋ・Ｑa／Ｎe、ただしＫは定数)を、そのときの吸入
空気量Ｑaとエンジン回転数Ｎeとから求めるのである。
通常、標準特性の噴射弁を用いてこの基本噴射パルス幅
Ｔpにより決定される空燃比をベース空燃比といい、ベ
ース空燃比は理論空燃比付近になっている。

【００２０】排気管にはエンジンから排出されてくるＣ
Ｏ，ＨＣ，ＮＯxといった三つの有害成分を処理する三
元触媒が設けられる。この三元触媒が三成分を同時に処
理できるのは、シリンダに供給している混合気の空燃比
が理論空燃比を中心とする狭い範囲にあるときだけであ
る。この範囲より実空燃比が少しでもリッチ側にずれる
とＣＯ，ＨＣの排出量が増し、逆にリーン側にずれると
ＮＯxが多く排出される。

【００２１】ところが、同じ値の基本噴射パルス幅Ｔｐ
ですべての噴射弁８ａ〜８ｄを駆動しても、これら噴射
弁８ａ〜８ｄに図８で示した噴射特性のバラツキがあっ
たり、経時変化によって噴射特性のバラツキがあらたに
生じると、実際にシリンダに供給される燃料量が気筒間
で相違し、多く噴射された気筒では空燃比が理論空燃比
よりもリッチ側に、少なく噴射された気筒では空燃比が
理論空燃比よりもリーン側に傾く。

【００２２】こうした噴射弁特性のバラツキの影響を受
けないようにするには、まず各気筒に供給される混合気
の空燃比が実際にリッチ、リーンのいずれの側になって
いるかを知らなければならない。

【００２３】さて、所定のクランク角度位置θにおける
筒内圧とシリンダ容積をθの関数としてそれぞれＰ
（θ），Ｖ（θ）としたとき、次の式

【数１】で与えるβは、図示平均有効圧力（積分範囲はクランク
角度で７２０度）に比例するが、ここでは図４で示した
ように、θ₁を圧縮上死点前１８０度、θ₄を圧縮上死点
後１８０度とすることによって燃焼に起因する有効圧力
だけを用いることとし、ポンピング損失は考えない。な
お、θ₁，θ₄を上記以外の値にすると、後述する（２）
式のβがオフセット量をもつなど誤差が生じることを確
認している。

【００２４】ここで、筒内圧センサ検出値を微小なクラ
ンク角度間隔δθごとにサンプリングすると、ｉ番めの
測定点に当たるクランク角度位置での筒内圧Ｐ_iと同じ
クランク角度位置でのδθ当たりのシリンダ容積変化量
（ｄＶ／ｄθ）_iはＰ_i＝Ｐ（θ₁＋ｉ・δθ）（ｄＶ／ｄθ）_i＝（Ｖ_i+1−Ｖ_i）／δθ と近似できるので、台形積分法を用いれば

【数２】によりβを計算することができる。もちろんこのβは図
示平均有効圧力相当である。

【００２５】ただし、（２）式においてＶ_i+1，Ｖ_iはＶ_i+1＝Ｖ（θ₁＋（ｉ＋１）・δθ），Ｖ_i＝Ｖ
（θ₁＋ｉ・δθ）である。また、ｎはサンプル総数でｎ＝（θ₄−θ₁）／
δθである。

【００２６】一方、シリンダ容積Ｖそのものはエンジン
の設計寸法から

【数３】で計算することができる。

【００２７】ただし、（３）式においてＶＳＴは行程容
積、ＣＲは圧縮比、Ｂはコンロッド長／ストローク長の
２倍である。

【００２８】（２）式の図示平均有効圧力相当値βは空
燃比と相関関係を有する。たとえば、空燃比を理論空燃
比よりリッチ側にすると燃焼圧力が高くなるためβが大
きくなり、この逆に空燃比をリーン側にするとβが小さ
くなる。したがって、βを用いて各気筒の空燃比がリッ
チ、リーンのいずれにあるかを判断し、その結果に応じ
て気筒別に供給燃料量を補正することにより、各気筒の
空燃比を同じ値にすることができる。こうした提案は数
多くされている。

【００２９】しかしながら、このβは空燃比だけでなく
吸気温度や冷却水温あるいは回転数や負荷といったエン
ジンの運転条件によってその値が変わるため、βそのも
のから補正量を求めたのでは、補正量が大きくなったり
小さくなったりして安定しないのである。

【００３０】この点を解決するため、次式 α＝β／γ…（４）のようにβを圧力ゲインγによって割った値を考える。

【００３１】γは図４に示した爆発行程におけるθ₂か
らθ₃までのクランク角度範囲における微小間隔δθご
との筒内圧サンプル値とシリンダ容積を用いて以下のよ
うにして求めるものである。なお、発明者の実験によれ
ば、θ₂が上死点後６０度、θ₃が上死点後１００度程度
が望ましいことを確認している。

【００３２】爆発行程にあるθ₂からθ₃のあいだではシ
リンダ内の燃焼ガスがポリトロープの関係、すなわちＰ・Ｖ^C＝一定値を保ちつつ膨張すると仮定することができ（Ｃ≒１．
３）、各測定点での筒内圧サンプル値Ｐ_jとシリンダ容
積Ｖ_jからＣ_j＝Ｐ_j・Ｖ_j ^1・3 によってＣ_jをそれぞれ計算し、その平均値を

【数４】によって求める。

【００３３】ただし、（５）式のｋはθ₂からθ₃までの
サンプル数でｋ＝（θ₃−θ₂）／δθである。

【００３４】（５）式の平均値を用いて所定のクランク
角度位置、たとえばθ₂における圧力ゲインγを

【数５】によって定義すると、γは燃焼圧力に相当する。

【００３５】しかも、燃焼圧力Ｐには、ＰＶ＝ｍＲＴの関係があることが知られているため、γも燃焼ガス量
と燃焼温度の積に比例する。ただし、ｍはガス量、Ｒは
ガス定数、Ｔはガス温度である。

【００３６】このようにして求めたγとβからαを
（４）式により計算し、所定の運転条件において、空燃
比とαの関係を発明者の実験により確認したところ、図
５に示す関係があり、しかもこの理論空燃比を中心にし
て線形となる関係は、エンジンが同一である限り運転条
件を相違させても変わらないことがわかった。これは、
燃焼ガス量当たりの発生エネルギが空燃比によって所定
の値になることによって説明され、それが運転条件に依
存せずエンジンの構成が同一であれば同じ値を示すこと
によるものである。つまり、図示平均有効圧力相当値β
が圧力ゲインγにより運転条件に関して正規化されたわ
けである。

【００３７】この関係を用いて気筒ごとに空燃比を理論
空燃比（１４．６）の近くに制御するには、各気筒で燃
焼ごとにαを計算し、これが理論空燃比相当値α₀より
も大きいと、燃料噴射量の前回補正量を一定値だけ減ら
し、この逆にα₀より小さければ前回補正量を一定値だ
け増やすように補正してやればよい。

【００３８】こうした燃料補正を行うため、図２で示し
たように、クランク角度センサ３とシリンダ内の燃焼圧
力（筒内圧）を検出するセンサ（たとえば点火プラグの
座金状に形成される）４ａ〜４ｄからの検出値にもとづ
いて噴射弁補正量計算手段６が気筒別に噴射弁補正量Δ
Ｔａ〜ΔＴｄを計算し、これらを噴射量補正手段７ａ〜
７ｄが上記基本噴射パルス幅Ｔｐに気筒別に加算してい
る。なお、図には４気筒の例を示すが、これに限られる
ものではない。

【００３９】また、噴射弁補正量計算手段６では、各気
筒に対して同じように動作するので、ここでは１番気筒
で代表させて述べると、１番気筒に対して図３に示した
回路が組まれている。なお、各回路の機能は実際にはソ
フトウエアで果たされている。

【００４０】図３において、サンプリング手段２１で
は、θ₁からθ₄までのあいだδθごとに１番気筒の筒内
圧センサ検出値がサンプリングされ、Ｐ₀からＰ_nまでの
合計ｎ＋１個のデータがメモリに格納される。δθ当た
りのシリンダ容積変化量についても、シリンダ容積変化
量計算手段２３からの信号を受けて、（ｄＶ／ｄθ）₀
から（ｄＶ／ｄθ）_nまでの合計ｎ＋１個の値がメモリ
に記憶される。

【００４１】これら２つのデータサンプリングが終了し
た時点、つまりθ₄を過ぎた時点で、掛算器２４、積算
手段２５により（２）式によって図示平均有効圧力相当
値βが計算される。

【００４２】一方、シリンダ容積計算手段２２によりθ
₂からθ₃までのあいだδθごとに計算されたシリンダ容
積Ｖ₀からＶ_kまでの合計ｋ＋１個のデータもメモリに記
憶されており、平均値計算手段２６ではこのシリンダ容
積データとメモリ内のθ₂からθ₃までの筒内圧データと
を用いて、（５）式により平均値が求められる。さら
に、除算器２７で（６）式により圧力ゲインγが、除算
器２８で上記のβをγで割ることによって正規化値αが
求められる。

【００４３】こうして求められた正規化値αは、比較器
３２で理論空燃比相当値α₀と比較され、α＞α₀であれ
ば空燃比がリッチ側にあると判断され、補正量計算手段
３３でメモリに格納している補正量ΔＴａが一定値ΔＴ
だけ減じられる。この逆にα＜α₀であれば空燃比がリ
ーン側にあるとして補正量ΔＴａが一定値ΔＴだけ増さ
れる。このΔＴだけ増減した値はふたたびメモリに格納
しておく。つまり、ここでの補正量ΔＴａは学習値とし
て構成され、ΔＴａは正負のいずれの値もとることにな
る。

【００４４】残りの気筒についても、気筒ごとに求めた
図示平均有効圧力相当値が上記のようにして正規化さ
れ、その正規化値から残りの気筒の噴射弁補正量ΔＴｂ
〜ΔＴｄが求められる。

【００４５】ここで、この例の作用を説明すると、１番
気筒の噴射弁８ａが図８において、かりに上限値の特性
をもつ噴射弁だったとすると、この噴射弁によれば多く
の燃料が噴射されるため、１番気筒では空燃比がベース
空燃比よりもリッチ側にずれる。

【００４６】このとき、正規化値αはα₀より小さくな
り、補正量ＴａがΔＴだけ減量されると、供給燃料量が
少なくされる。これにより１番気筒ではシリンダに流入
する混合気がベース空燃比の混合気と同一にされる。

【００４７】この逆に、１番気筒の噴射弁６ａが図８で
下限値特性の噴射弁であったとしても、今度はαａ＞α
₀より供給燃料量が多くされ、これによりベース空燃比
の混合気と同一にされる。

【００４８】つまり、噴射弁補正量ΔＴａ〜ΔＴｄは理
論空燃比からのずれに応じた値であり、このΔＴａ〜Δ
ＴｄによってＴｐを増減することで、どの気筒にも同量
の燃料量を供給するのである。いいかえると、噴射弁に
より噴射量が多いもの、少ないものがあるなど各気筒で
噴射量がバラツクことがあっても、また長期の使用に伴
う噴射弁の目づまりなどによってその後に気筒間で噴射
量のバラツキが生じたときにも、そうしたことに関係な
く、すべての気筒の空燃比を同じにすることができるの
である。

【００４９】ところで、（２）式のβそのものは、運転
条件が変化すると、その値が異なってくるので、βにも
とづいて噴射弁補正量を求めるのでは補正量が不安定と
なって、空燃比制御精度がおちる。たとえば、ある吸気
温度や冷却水温のときβが理論空燃比相当値と一致して
いても、その温度より吸気温度が低いときには、空気の
充填効率がよくなるので、その分βの値が大きくなる。
しかしながらこのβの増加を抑えようと燃料が減量され
る結果、空燃比がリーン側にずれてしまうのである。

【００５０】これに対して、この例によれば、上記のよ
うに吸気温度の低下により図示平均有効圧力相当値βが
大きくなると、これに合わせて圧力ゲインγも同じ割合
で大きくなるため、β／γの値（αの値）は変わらな
い。つまり、βは吸気温度や冷却水温に応じて変化する
のであるから、同じように変化する別の圧力相当値γを
分母にもってくることによって、温度の影響を除いたの
である。

【００５１】この結果、エンジンの設計寸法、燃焼室形
状が同一であるかぎり、吸気温度や冷却水温が変わろう
と、噴射弁補正量を同じにして、ベース空燃比への制御
精度を高めることができるのである。

【００５２】なお、温度の影響を除く意味からは、爆発
行程の筒内圧から求めた圧力ゲインγのかわりに、同様
の計算方法で圧縮行程の圧力を用いてβを正規化するこ
とが考えられる。しかしながら、圧縮行程の圧力は燃焼
前のガス温度に比例するため燃焼温度による変化を正規
化できず、気筒間で空燃比と正規化値の関係が異なるこ
と、また冷却水温、吸気温度などによってその関係が変
わることが発明者の実験によってわかっており、圧力ゲ
インγはあくまで爆発行程の筒内圧から求めなければな
らない。

【００５３】また、βから求めた噴射弁補正量により定
常時は理論空燃比付近に制御されていても、過渡時にな
ると空燃比がリッチあるいはリーン側へとずれることが
あるのに対して、正規化値αから求めた噴射弁補正量に
よれば過渡時の理論空燃比への制御精度も高い。

【００５４】さらに、Ｏ₂センサや広域空燃比センサを
用いた空燃比補正では、センサ位置への排気ガス到達遅
れ、センサ自体の応答遅れなどによって特に３０００回
転以上の高回転時や過渡時に空燃比が理論空燃比からず
れやすいのであるが、この例では燃焼圧力を直接用いて
αを求めているので、高回転時や過渡時の応答性もよい
のである。

【００５５】ところで、過渡時や低負荷低回転時など、
燃焼状態がきわめて悪くなる運転状態では、図示平均有
効圧力相当値βが不安定となって、図５のαが上下に変
動してしまうので、空燃比がリッチ、リーンのいずれの
側にあるのかを正確に推定することができず、気筒別の
燃料補正精度が悪くなる。

【００５６】こうした影響を避けるため、この例では、
図３に示したように、所定の燃焼サイクル（たとえば過
去の１０燃焼サイクル）にわたって正規化値αの平均値
を計算する手段２９を設けておき、燃焼状態が不良にな
ると、選択手段３１により正規化値αに代えて、αの平
均値に切換えるのである。

【００５７】このとき、比較器３２ではαの平均値がα
₀より大きいと、ΔＴａ＝ΔＴａ−ΔＴとし、逆に小さ
ければΔＴａ＝ΔＴａ＋ΔＴとして補正量を決定する。

【００５８】燃焼状態判定手段３０による燃焼良好か燃
焼不良かの判定は、図４において筒内圧からポンピング
圧力を差し引き、この差圧ΔＰ_maxが最大となるクラン
ク角度θΔ_pmaxと、筒内圧そのものが最大となるクラン
ク角度θ_pmaxをそれぞれ検出し、両検出値の角度差δ
（＝θΔ_pmax−θ_pmax）と所定値δ₀とを比較すること
によって行う。

【００５９】燃焼状態が不良になったときの筒内圧波形
は、図６に示したように筒内圧波形のピーク位置はその
ままでピーク値が小さくなるケースと、図７のように筒
内圧波形がゆがんだかたちになるかのいずれかしかな
く、燃焼不良により燃焼良好時の筒内圧波形がそのまま
右にずれるケースはない。

【００６０】これら２つのケースに対応して、差圧ΔＰ
_maxの波形を重ねて示すと、これが図６と図７で下側に
位置する２つの波形である。

【００６１】図６からみてみると、燃焼良好時の角度差
δ₁₀（＝θΔ_pmax1−θ_pmax）と燃焼不良時の角度差δ
₂₀（＝θΔ_pmax2−θ_pmax）の大小関係は、δ₁₀＜δ₂₀
となるので、δ₁₀とδ₂₀のあいだに所定値δ₀を設ける
ことによって、δ₁₀＜δ₀のときは燃焼状態が良好にあ
ると、δ₀＜δ₂₀のときは燃焼状態が不良であると判断
できる。

【００６２】同様にして図７においても、常に燃焼良好
時の角度差δ₁₁（＝θΔ_pmax1−θ_pmax1）についてδ₁₁
＜δ₀となり、燃焼不良時の角度差δ₂₁（＝θΔ_pmax2−
θ_pmax2）についてδ₀＜δ₂₁となることを実験により確
認している。

【００６３】このようにして、燃焼状態の良、不良を判
断し、その結果より燃焼良好時は正規化値αをそのまま
用い、燃焼不良時になると所定の燃焼サイクルにわたっ
てαを平均した値を用いることにより、空燃比がリッ
チ、リーンのいずれの側にあるのかを推定するときの信
頼性が増し、特に過渡時や低負荷低回転時など燃焼状態
がきわめて悪い運転状態で燃料補正精度が悪くなること
を防止できるのである。

【００６４】また、燃焼不良時に平均値を使うことの意
義は以下のようなものである。

【００６５】たとえばエアフローメータの故障により基
本噴射パルス幅の設定がくるって空燃比が１０％リーン
になったときを考え、故障後数サイクルはリーンである
状態が続くように筒内圧信号による燃料補正の速度を設
定したとする。このとき燃焼不良によるあいまい情報を
切り捨てて気筒別の燃料補正をしないとするよりも、燃
焼良好時にリーンと判断した過去のデータによる平均値
を用いることによって補正速度を維持することができ
る。つまり、燃焼不良時においても、燃焼良好時のデー
タである平均値を用いて燃料補正を継続するほうが過渡
時の応答性がよく、制御上も好ましいのである。なお、
補正速度を早めるための一般的な方法である制御ゲイン
を高めることは、定常状態で空燃比の微小変化に対する
制御変動が大きくなるので好ましくない。

【００６６】

【発明の効果】この発明では、各気筒について、爆発行
程を含んだ燃焼圧力の検出値にもとづいて図示平均有効
圧力相当値を求め、この値を爆発行程における所定クラ
ンク角位置での燃焼圧力相当値で割ることによって正規
化する一方で、燃焼状態を判定し、燃焼良好時はこの正
規化値を、燃焼不良時になると所定の燃焼サイクルにわ
たる正規化値の平均値を選択し、この選択値と理論空燃
比相当値とのずれに応じた噴射弁補正量で全気筒に共通
の基本噴射パルス幅を補正するため、噴射弁特性に気筒
間バラツキがあっても各気筒の空燃比を同一にすること
ができるとともに、吸気温度や冷却水温などの運転条件
が相違しても空燃比補正精度を高めることができ、かつ
特に過渡時や低負荷低回転時などにおける燃料補正精度
の悪化を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のクレーム対応図である。

【図２】一実施例のシステム図である。

【図３】噴射弁補正量計算手段のブロック図である。

【図４】筒内圧センサによる燃焼圧力の波形図である。

【図５】正規化値αと空燃比の相関を示す特性図であ
る。

【図６】筒内圧と差圧ΔＰ_maxの各波形図である。

【図７】筒内圧と差圧ΔＰ_maxの各波形図である。

【図８】燃料噴射弁の噴射量特性図である。

【符号の説明】

１エンジン回転数センサ２エアフローメータ３クランク角度センサ４ａ〜４ｄ筒内圧センサ（燃焼圧力センサ）５基本噴射パルス幅計算手段６噴射弁補正量計算手段７ａ〜７ｄ噴射量補正手段８ａ〜８ｄ燃料噴射弁１１コントロールユニット２１サンプリング手段２２シリンダ容積計算手段２３シリンダ容積変化量計算手段２４掛算器２５積算手段２６平均値計算手段２７除算器２８除算器２９平均値計算手段３０燃焼状態判定手段３１選択手段３２比較器３３補正量計算手段４１燃料噴射弁４２基本噴射パルス幅計算手段４３駆動信号出力手段４４燃焼圧力センサ４５積分手段４６正規化手段４７平均値計算手段４８燃焼状態判定手段４９選択手段５０噴射弁補正量計算手段５１噴射量補正手段５２気筒別対応づけ手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】噴射パルス幅に応じて吸気管に燃料を供
給する噴射弁を気筒ごとに備える一方で、運転条件に応
じて全気筒に共通する基本噴射パルス幅を計算する手段
と、この基本噴射パルス幅を駆動信号に変えて前記噴射
弁に出力する手段とを備えるエンジンの空燃比制御装置
において、シリンダ内の燃焼圧力を気筒ごとに検出する
センサと、このセンサ検出値と微小クランク角度当たり
のシリンダ容積変化量との積を少なくとも爆発行程を含
む所定のクランク角範囲にわたって気筒ごとに積分する
手段と、この積分値を爆発行程における所定クランク角
位置での燃焼圧力相当値で割ることによって気筒ごとに
正規化する手段と、所定の燃焼サイクルにわたってこの
正規化値の平均値を気筒ごとに計算する手段と、前記セ
ンサ検出値にもとづいて燃焼状態が良好であるか不良で
あるかを気筒ごとに判定する手段と、この判定結果にも
とづき燃焼良好時には前記正規化値を、燃焼不良時にな
ると前記正規化値の平均値を気筒ごとにそれぞれ選択す
る手段と、この気筒ごとの選択値と理論空燃比相当値と
の比較により選択値が理論空燃比相当値よりも小さいと
供給燃料を増量し、大きいと減量する値を噴射弁補正量
として気筒別に計算する手段と、この気筒別の噴射弁補
正量で前記基本噴射パルス幅をそれぞれ補正する手段
と、この補正された気筒別の基本噴射パルス幅を前記噴
射弁に対応づける手段とを設けたことを特徴とするエン
ジンの空燃比制御装置。