JPH0612233Y2

JPH0612233Y2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH0612233Y2
Application number: JP4064988U
Authority: JP
Inventors: 初雄永石
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1988-03-28
Filing date: 1988-03-28
Publication date: 1994-03-30
Anticipated expiration: 2003-03-28
Also published as: JPH01144445U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、自動車等内燃機関の空燃比制御装置に係り、
詳しくは加速時に気筒別に空燃比を補正する空燃比制御
装置に関する。

〔従来の技術〕

近時、自動車等内燃機関に対する要求が高度化してお
り、有害な排出ガスの低減、高出力、低燃費等の互いに
相反する課題について何れも高レベルでその達成が求め
られる傾向にある。また、このような要求は加速時につ
いても同様であり、加速安定度の向上が望まれる。

従来のこの種の内燃機関の空燃比制御装置としては、例
えば昭和63年３月発行の内燃機関84頁〜85頁に記載のも
のがある。この装置では絞弁上流側に設けたエアフロー
メータの出力からエンジンの単位回転当たりの要求負荷
を求め、これから燃料噴射量を演算している。また、過
渡時には燃料噴射量を補正することで、対処している。

〔考案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
装置にあっては、加速時のトルク要求に対して空燃比が
全気筒共一律に変化する構成となっていたため、レスポ
ンスのよいエンジンでは加速ショックやガクガク振動力
が大きく、運転性が損わなれるという問題点があった。

すなわち、第12図に加速時のタイミングチャートを示す
ように、加速時に絞弁開度ＴＶＯがステップ的に変化す
ると、やや遅れて空気量Ｑａが増大し燃料が増大する。
このとき、空燃比は一時的にリーンとなるが（空気流量
の増大が先に訪れるから）、燃料の増大に伴いその後全
気筒共一律に目標空燃比に移行し、シリンダの燃焼圧力
Ｐｉは急激に増加する。これにより、発生トルクが急激
に立ち上がって変動し、加速ショックいわゆるガクガク
振動が発生する。また、加速直後に壁流やコントロール
ユニットの演算遅れにより空燃比が全気筒共一時的にリ
ーンになると、燃料の性状あるいはデポジットの付着に
より失火することもあり得る。さらに、リーンになった
場合、三元触媒ではＮＯｘが転化せず、エミッション特
性が悪化する。

〔考案の目的〕

そこで本考案は、エンジンが所定の加速状態に移行する
と、負荷変化量が大きくなるに従って相対的にリッチ側
の気筒の空燃比と相対的にリーン側の気筒の空燃比との
差が大きくなるように基準燃料供給量を補正し、その補
正された燃料供給量に基づいて所定間隔で気筒毎に空燃
比を相対的にリッチ側または相対的にリーン側に切り換
えることにより、加速時における全気筒一律のトルクや
空燃比の急激な変動を抑えて、運転性および排気特性を
向上させることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本考案による内燃機関の空燃比制御装置は上記目的達成
のため、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手
段ａと、エンジンの運転状態および目標空燃比に基づい
て気筒毎の基準燃料供給量を演算する基準燃料量演算手
段ｂと、エンジンが所定の加速状態に移行すると、負荷
変化量が大きくなるに従って相対的にリッチ側の気筒の
空燃比と相対的にリーン側の気筒の空燃比との差が大き
くなるように基準燃料供給量を補正する複数の補正係数
を演算する補正係数演算手段ｃと、エンジンが所定の加
速状態に移行すると、前記基準燃料供給量を複数の補正
係数に基づいて補正し、その補正された燃料供給量に基
づいて所定間隔で気筒毎に相対的にリッチ側または相対
的にリーン側に切り換える供給演算手段ｄと、供給演算
手段ｄの出力に基づいて気筒別に燃料を供給する燃料供
給手段ｅと、を備えている。

（作用）本考案では、エンジンが所定の加速状態に移行すると、
負荷変化量が大きくなるに従って相対的にリッチ側の気
筒の空燃比と相対的にリーン側の気筒の空燃比との差が
大きくなるように基準燃料供給量が補正され、その補正
された燃料供給量に基づいて所定間隔で気筒毎に空燃比
が相対的にリッチ側または相対的にリーン側に切り換え
られる。

したがって、加速時における全気筒一律のトルクや空燃
比の急激な変動が抑えられ、運転性および排気特性が向
上する。

〔実施例〕

以下、本考案を図面に基づいて説明する。

第２〜11図は本考案に係る内燃機関の空燃比制御装置の
一実施例を示す図である。まず、構成を説明する。第２
図は本装置の全体的構成を示す図である。第２図におい
て、１はエンジンであり、吸入空気はエアクリーナ２か
ら吸気管３を通り、燃料は噴射信号Ｓｉに基づきインジ
ェクタ（燃料供給手段）４から噴射される。そして、気
筒内で燃焼した排気は排気管５を通して触媒コンバータ
６に導入され、触媒コンバータ６内で排気中の有害成分
（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ）を三元触媒により清浄化して排
出される。

吸入空気の流量Ｑａはホットワイヤ式のエアフローメー
タ７により検出され、吸気管３内の絞弁８によって制御
される。なお、エアフローメータ７のタイプとしては、
ホットフィルム式でもよく、要は吸入空気の流量を測定
するものであればよい。フラップ式のものでもよいが、
負圧センサは除かれる。

絞弁８の開度ＴＶＯは絞弁開度センサ（加速検出手段）
９により検出され、エンジン１の回転数Ｎはクランク角
センサ10により検出される。また、ウオータジャケット
を流れる冷却水の温度Ｔｗは水温センサ11により検出さ
れ、排気中の酸素濃度は酸素センサ12により検出され
る。酸素センサ12は理論空燃比でその出力Ｖｓが急変す
る特性をもつもの等が用いられる。さらに、変速機のニ
ュートラル状態はニュートラルスイッチ13により検出さ
れる。

上記エアフローメータ７、クランク角センサ10、水温セ
ンサ11、酸素センサ12およびアイドルスイッチ13は運転
状態検出手段14を構成しており、運転状態検出手段14お
よび絞弁開度センサ９からの出力はコントロールユニッ
ト20に入力される。

コントロールユニット20は基準燃料量演算手段、補正係
数演算手段および供給演算手段としての機能を有し、Ｃ
ＰＵ21、ＲＯＭ22、ＲＡＭ23およびＩ／Ｏポート24によ
り構成される。ＣＰＵ21はＲＯＭ22に書き込まれている
プログラムに従ってＩ／Ｏポート24より必要とする外部
データを取り込んだり、またＲＡＭ23との間でデータの
授受を行ったりしながら噴射制御に必要な処理値を演算
処理し、必要に応じて処理したデータをＩ／Ｏポート24
へ出力する。Ｉ／Ｏポート24にはセンサ群14、９からの
信号が入力されるとともに、Ｉ／Ｏポート24からは噴射
信号Ｓｉが出力される。ＲＯＭ22はＣＰＵ21における演
算プログラムを格納しており、ＲＡＭ23は演算に使用す
るデータをマップ等の形で記憶している。

次に、作用を説明する。

本実施例のメインプログラムは第５図のように示される
が、このメインプログラムにおいて演算されるＡｖＴｐ
はサブルーチンで演算される。説明の都合上、最初にＡ
ｖＴｐを求めるサブルーチンから述べる。

第３図は平滑噴射量ＡｖＴｐを求めるサブルーチンであ
る。まず、Ｐ₁でエアフローメータ７の出力を読み込ん
で吸入空気量Ｑａを求める。これは、例えばテーブルル
ックアップによる。次いで、Ｐ₂で次式に従って平滑
前具体パルス幅Ｔｐｏを演算する。

次いで、Ｐ₃でＴｐｏを加重平均して基本パルス幅Ｔｐ
を演算する。これにより、エアフローメータ７の出力に
基づく脈動が平滑化される。Ｐ₄では次式に従ってフ
ラット修正基本パルス幅ＴｒＴｐを求める。

ＴｒＴｐ＝Ｔｐ×Ｋｆｌａｔ…… 式において、ＫｆｌａｔはフラットＡ／Ｆ補正係数で
あり、回転数Ｎとα−Ｎ流量Ｑｈｏとにより割り付けら
れたマップから補間計算付きで求める。なお、α−Ｎ流
量とは絞弁開度ＴＶＯと回転数Ｎから空気流量を求める
ものであり、既に公知のものである。

次いで、Ｐ₅でＴｒＴｐを所定の最大リミット値Ｔ_pmax
と比較し、ＴｒＴｐ＞Ｔ_pmaxのときはＰ₆でＴｒＴｐを
Ｔ_pmaxに制限してＰ₇に進み、ＴｒＴｐ≦Ｔ_pmaxのとき
はＰ₆をジャンプしてＰ₇に進む。Ｐ₇ではα−Ｎ先取り
補正パルス幅としての遅れ修正パルス幅ＴＨＳＴＰを求
める。これは、α−Ｎ流量Ｑｈｏに基づき補間計算付き
テーブルからルックアップした値ＴＨＳＴＰの10ｍｓ毎
の変化量として求める。但し、該変化量が補正判定レベ
ル以下であれば、ＴＨＳＴＰ＝０とし、変化量が負（減
速）の場合は変化量に所定の減速補正率を乗じて求め
る。ＴＨＳＴＰは絞弁８の変化を先取りして噴射量を応
答性良く補正する項である。次いで、Ｐ₈で次式に従
って平滑噴射量ＡｖＴｐ（平滑吸気量に対応）を求め
る。

ＡｖＴｐ＝ＴｒＴｐ×ＦＬＯＡＤ＋ＡｖＴｐ_-1 ×（１−ＦＬＯＡＤ）＋ＴＨＳＴＰ …… 式において、ＦＬＯＡＤは加重平均係数であり、ＦＬ
ＯＡＤ＝ＴＦＬＯＡＤ＋Ｋ２Ｄ（減速のみ）によって与
えられる。ＴＦＬＯＡＤは吸気ボリウムのみの関数とす
るため、絞弁８によって決まる流路面積ＡＡと（排気量
×回転数）ＮＶＭとからマップにより求める。したがっ
て、式の第１項および２項はエアフローメータ７の出
力を脈動修正した値に基づいて演算されたフラット修正
基本パルス幅ＴｒＴｐについて、ＦＬＯＡＤを用いて荷
重平均した値、言い換えれば、ＴｒＴｐの一次遅れを計
算により（ソフトにより）算出する部分に相当する。ま
た、式の第３項は絞弁開度ＴＶＯによる先取り補正の
部分であり、この部分は、本実施例で初めて開示するも
のである。

このような第３項のＴＨＳＴＰを加えた効果は第４図の
ように示される。第４図において、あるタイミングで加
速した場合、絞弁開度の変化にやや遅れて基本パルス幅
Ｔｐｏ、Ｔｐが変化し、Ｔｐｏ、Ｔｐを修正した波形は
フラット修正基本パルス幅ＴｒＴｐとして第４図のよう
に変化する。一方、α−Ｎ流量は絞弁８の開き具合に応
じてステップ的に変化しており、この開度変化量により
遅れ修正パルス幅ＴＨＳＴＰが演算される。一方、平滑
噴射量ＡｖＴｐはＴｒＴｐの一次遅れで与えられ、ＴＨ
ＳＴＰなしの従来の位相制御の場合は図中の一点鎖線で
示す変化となり、応答性に欠ける。このとき、吸入負圧
は破線で示され、噴射弁部（運転状態検出手段14部）の
空気流量に略等しいが、これとて絞弁８の開度変化に遅
れなく追随できるものではない。また、吸気ボリウムに
より吸入管３の壁面への燃料付着量にも影響を与える。

これに対して、本実施例のＡｖＴｐは図中実線で示すよ
うに、ＴＨＳＴＰなる補正項がα−Ｎの先取り補正（10
ｍｓの先取り補正）として加えられているから、極めて
応答性が良く、実際の空気流量変化にマッチしたものと
なる。なお、高地の例も図示している。

第５図は燃料噴射制御のメインプログラムを示すフロー
チャートであり、本プログラムは、例えば10ｍｓ毎に一
度実行される。

まず、Ｐ₁₁で変速機がニュートラルであるか否かを判別
し、ニュートラルでないときはＰ₁₇に分岐し、ニュート
ラルのときはＰ₁₂に進む。Ｐ₁₂ではニュートラルから所
定時間ＤＮＫＳＭ〔ｓｅｃ〕以上経過したか否かを判別
する。これは、ギヤチェンジを考慮したものである。経
過していなければＰ₁₇に分岐し、経過していればＰ₁₃で
回転数Ｎが補正上、下限値ＮＳＭＵ、ＮＳＭＬの範囲内
にあるか否かを判別する。ＮＳＭＬ＜Ｎ≦ＮＳＭＵのと
きはＰ₁₄に進み、そうでないとき（この範囲外のとき）
はＰ₁₇に分岐する。Ｐ₁₄では冷却水温Ｔｗが補正下限値
ＬＳＭＴＷ以上であるか否かを判別し、Ｔｗ≧ＬＳＭＴ
ＷのときはＰ₁₅に進み、Ｔｗ＜ＬＳＭＴＷのときはＰ₁₇
分岐する。Ｐ₁₅では平滑噴射量ＡｖＴｐが補正下限値Ｌ
ＳＡＶＴＰを超えているか否かを判別し、ＡｖＴｐ＞Ｌ
ＳＡＶＴＯのときはＰ₁₆に進み、ＡｖＴｐ≦ＬＳＡＶＴ
ＰのときはＰ₁₇に分岐する。Ｐ₁₆では負荷変化量ＳＭＱ
ＣＹＬが補正下限値ＬＳＭＤＱ以上であるか否かを判別
し、ＳＭＱＣＹＬ≧ＬＳＭＤＱのときはＰ₁₈に進み、Ｓ
ＭＱＣＹＬ＜ＬＳＭＤＱのときはＰ₁₇に分岐する。以上
のＰ₁₁〜Ｐ₁₆のステップで空燃比のリッチ・リーンの気
筒別の切換をする加速状態であるか否かが判別されるこ
とになる。

加速状態でないときはＰ₁₇でスムーズトルク補正係数Ｋ
ＳＭを1.0とし、Ｐ₁₉で気筒別の最終噴射量Ｔｉを演算
した後、Ｐ₂₀でＴｉを出力ポートにセットし、所定の噴
射タイミングになるとＰ₂₁で噴射を実行する。

ここで、スムーズトルク補正係数ＫＳＭは第６図のサブ
ルーチンで演算される。第６図において、まず、Ｐ₄₁で
負荷変化量ＳＭＱＣＹＬを次式に従って演算する。

ＳＭＱＣＹＬ＝ＳＭＱＣＹＬ_-1＋（ＡｖＴｐ− ＡｖＴｐ_-1）−ＤＱＣＹＧＮ …… 但し、ＤＱＣＹＧＮ；減少速度式によるＳＭＱＣＹＬの演算は、平滑演算量ＡｖＴｐ
が急激に立上がった場合に、トルクをスムーズに補正す
るために行われるものである。すなわち、ＳＭＱＣＹＬ
はＡｖＴｐの立上がりに応じて立上がり、以後はＤＱＣ
ＹＧＮなる減少速度で順次減少していく。次いで、Ｐ₄₂
で負荷変化量ＳＭＱＣＹＬに基づきテーブルからリッチ
側係数ＫＳＭＲをルックアップする。また、Ｐ₄₃では同
様にＳＭＱＣＹＬに基づきテーブルからリーン側係数Ｋ
ＳＭＬをルックアップする。

このようにスムーズトルク補正係数ＫＳＭはＫＳＭＲあ
るいはＫＳＭＬとして演算され、具体的には、この補正
係数ＫＳＭは第８図に示すように、負荷変化量が大きく
なるに従って相対的にリッチ側係数ＫＳＭＲと相対的に
リーン側係数ＫＳＭＬとの差が大きくなるように演算さ
れる。

一方、メインプログラムのＰ₁₉では最終噴射量Ｔｉは次
式に従って演算される。

Ｔｉ＝Ｔｉｐ×ＫＳＭ＋Ｔｓ…… 但し、Ｔｓ；むだ時間式中、Ｔｉｐは全気筒一律の負荷量に相当し、第７図
に示すサブルーチンにおけるステップで次式に従って
演算される。

Ｔｉｐ＝（ＡｖＴｐ×αｍ＋ＫＡＴＨＯＳ）× α＋ＡＤＯＨＳｎ…… 式中、αｍは混合比学習補正係数であり、αはλ制御
補正係数（空燃比のフィードバック補正係数）である。
また、ＫＡＴＨＯＳは壁流補正係数であり、ＡＤＨＯＳ
ｎは気筒別の壁流補正項（ｎは気筒番号）である。

一方、メインプログラムの上記ステップＰ₁₆からＹＥＳ
分岐に従うときは、Ｐ₁₈で今回が初めての分岐であるか
否かを判別する。初めてであるときＰ₂₂でスムーズ補正
カウンタＣＮＴＳＭを１にセットし、Ｐ₂₃で回転数Ｎに
応じてリッチ・リーン切換フラグＦＬＧＳＭを別表第１
に従って選定する。

スムーズ補正カウンタＣＮＴＳＭはＰ₁₁〜Ｐ₁₆で各条件
が設立した後の全気筒分の噴射回数をカウントするもの
であり、ＣＮＴＳＭ≧64になると、ＫＳＭ＝1.0とす
る。また、リッチ・リーン切換フラグＦＬＧＳＭは０又
は１の値を有し、気筒別の空燃比を目標値に対してリッ
チ側あるいはリーン側に補正するための指令を表すもの
で、回転数Ｎに応じて切換の間隔を区別しているのは、
例えば車両の共振周波数との関係で最適な切換を確保し
て乗心地を損なわないようにするためである。

Ｐ₁₈で今回が初めてでないときは、Ｐ₂₄でスムーズ補正
カウンタＣＮＴＳＭを１だけインクリメント（ＣＮＴＳ
Ｍ＝ＣＮＴＳＭ＋１）し、Ｐ₂₂、Ｐ₂₃をジャンプしてＰ
₂₅に進む。Ｐ₂₅ではスムーズ補正カウンタＣＮＴＳＭの
値に対応するリッチ・リーン切換フラグＦＬＧＳＭの値
をテーブルから読み出す。ＦＬＧＳＭは１のときリッチ
側への切換を、０のときリーン側への切換を表し、切換
の程度はスムーズトルク補正係数ＫＳＭの大きさで表さ
れる。なお、リーン側へ最大シフトしたときはフュエル
カット状態となる。一例として、低回転と高回転との２
つの区分でＦＬＧＳＭの値を表わすと別表第２のように
示される。

次いで、Ｐ₂₆でＦＬＧＳＭの値を判別し、結果が１のと
き（ＦＬＧＳＭ＝１のとき）はリッチ側の切換であると
判断し、Ｐ₂₇でＫＳＭ＝ＫＳＭＲとした後、Ｐ₁₉以降の
ステップに移行する。一方、ＦＬＧＳＭ＝０のときリー
ン側への切換であると判断して、Ｐ₂₈でステップ補正カ
ウンタＣＮＴＳＭの値をフュエルカット値ＳＭＦＣと比
較する。ＣＮＴＳＭ≧ＳＭＦＣのときはＰ₂₉でＫＳＭ＝
ＫＳＭＲＬとしてＰ₁₉に進み、ＣＮＴＳＭ＜ＳＭＦＣの
ときはＰ₃₀でＫＳＭ＝０、すなわちフュエルカットを指
令してＰ₁₉に進む。

したがって、上記メインプログラムの実行による空燃比
のリッチ、リーン切換の一例は、第８図のように示され
る。第８図に示す例では、スムーズ補正カウンタＣＮＴ
ＳＭのカウント値に対応してリッチ・リーン切換フラグ
ＦＬＧＳＭがリッチ側の値ＫＳＭＲとリーン側の値ＫＳ
ＭＬとに燃焼気筒毎に交互に切り換わり、特にＣＮＴＳ
Ｍ＝２回目のときはリーン側がフュエルカット状態とな
っている。

この場合のタイミングチャートは第９図のように示され
る。第９図から明らかであるように燃料噴射量が気筒別
に適切に調整され、Ｐｉの平均立上がりが緩やかなもの
となって加速時のトルクショックやガクガク振動が有効
に防止される。また、リッチとリーンの平均空燃比をλ
＝１となるように与えることで、平均空燃比のλ＝１か
らのずれを少なくして三元触媒の転化効率を落とすこと
なく、排気特性を向上させることができる。

なお、上記において、Ｐｉの変化は大きくなっている
が、パワートレインの共振周波数に比べて高周波である
ため、車両のガクガク振動は抑制され、ショックは発生
しない。因に、ガクガク振動はパワートレインのねじれ
共振の影響が大である。

また、上記実施例ではリーン側への切換補正にフュエル
カットを組入れているが、これに限らず、単にリッチ・
リーンの切換補正を行う態様であってもよい。

第10図は第１、第３、第５気筒（図中では、気筒番号に
＃をつけて表す）をリーンとし、第２、第４、第６気筒
をリッチに交互に補正する例である。このようにする
と、Ｐｉは気筒毎に交互に緩やかに立上がり、特にエミ
ッション特性が最良となる。

また、第11図は第１、第３、第５気筒をλ＝１に補正
し、第２、第４、第６気筒をリーンに交互に補正する例
である。このようにすると、特に速やかに目標空燃比
（λ＝１）に移行しつつ、トルクの急激な立上がりを抑
制することができる。

〔効果〕

本考案によれば、エンジンが所定の加速状態に移行する
と、負荷変化量が大きくなるに従って相対的にリッチ側
の気筒の空燃比と相対的にリーン側の気筒の空燃比との
差が大きくなるように基準燃料供給量を補正し、その補
正された燃料供給量に基づいて所定間隔で気筒毎に空燃
比を相対的にリッチ側または相対的にリーン側に切り換
えているので、加速時における全気筒一律のトルクや空
燃比の急激な変動を抑制することができ、運転性および
排気特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の基本概念図、第２〜11図は本考案に係
る内燃機関の空燃比制御装置の一実施例を示す図であ
り、第２図はその全体構成図、第３図はその平滑噴射量
を演算するサブルーチンを示すフローチャート、第４図
はその平滑噴射の作用を説明するタイミングチャート、
第５図はその噴射量演算のメインプログラムを示すフロ
ーチャート、第６図はそのＫＳＭを演算するサブルーチ
ンを示すフローチャート、第７図はそのＴｉｐを演算す
るサブルーチンを示すフローチャート、第８図はそのＫ
ＳＭを用いた空燃比の切換状況を示す図、第９図はその
フュエルカット気筒がある場合のタイミングチャート、
第10図はそのリッチ、リーンを交互に切換える場合のタ
イミングチャート、第11図はそのλ＝１にする気筒とリ
ーン気筒とがある場合のタイミングチャート、第12図は
従来の内燃機関の空燃比制御装置の作用を説明するタイ
ミングチャートである。１……エンジン、４……インジェクタ（燃料供給手段）、 14……運転状態検出手段、 20……コントロールユニット（基準燃料量演算手段、補
正係数演算手段、供給演算手段）。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ａ）エンジンの運転状態を検出する運転状
態検出手段と、ｂ）エンジンの運転状態および目標空燃比に基づいて気
筒毎の基準燃料供給量を演算する基準燃料量演算手段
と、ｃ）エンジンが所定の加速状態に移行すると、負荷変化
量が大きくなるに従って相対的にリッチ側の気筒の空燃
比と相対的にリーン側の気筒の空燃比との差が大きくな
るように基準燃料供給量を補正する複数の補正係数を演
算する補正係数演算手段と、ｄ）エンジンが所定の加速状態に移行すると、前記基準
燃料供給量を複数の補正係数に基づいて補正し、その補
正された燃料供給量に基づいて所定間隔で気筒毎に空燃
比を相対的にリッチ側または相対的にリーン側に切り換
える供給演算手段と、ｅ）供給演算手段の出力に基づいて気筒別に燃料を供給
する燃料供給手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。