JPH07310570A - 内燃機関のリーンバーン制御装置 - Google Patents

内燃機関のリーンバーン制御装置

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JPH07310570A
JPH07310570A JP6106627A JP10662794A JPH07310570A JP H07310570 A JPH07310570 A JP H07310570A JP 6106627 A JP6106627 A JP 6106627A JP 10662794 A JP10662794 A JP 10662794A JP H07310570 A JPH07310570 A JP H07310570A
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internal combustion
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジンの燃焼状態を検出することにより、
安定燃焼限界での運転を可能にした内燃機関のリーンバ
ーン制御装置を提供する。 【構成】 ECU23は、クランク角センサ18からの
入力信号により、各気筒の燃焼行程における回転変動瞬
時値Vmnから回転変動指数ΔVmnを算出する。そして、
その値が閾値ΔVX を超える状態が所定制御周期中に所
定回数以上あったら、当該気筒の空燃比がすでに安定燃
焼限界を超えてリーン側に突入し、燃焼異常が発生した
と判定する。この場合、ECU23は気筒別変動積算値
ΣΔVmに対応する気筒別増量補正値Kamを設定し、気
筒別燃料補正係数KLmを算出した後、所定の補正領域で
当該気筒の目標空燃比OAFを補正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のリーンバー
ン制御装置に係り、詳しくは安定燃焼限界での運転を可
能にする技術に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車用ガソリンエンジン等で
は、HCやCO等の有害排出ガス成分の低減や燃費の向
上等を図るため、混合気の空燃比を理論空燃比(14.7)
より遙かに薄めたリーンバーン(希薄燃焼)エンジンが
提案されている。リーンバーンエンジンでは、点火プラ
グ近傍を流れる混合気をリッチにする層状給気や、燃焼
室内での混合気の乱れを強化するスワールやタンブル等
により、着火・燃焼性能を向上させている。また、希薄
領域においては窒素酸化物(NOx )が三元触媒では還
元できず、その排出量が空燃比16付近で最大となり、こ
れよりリーン側では減少することと、安定燃焼限界(空
燃比22〜23程度)よりリーン側ではトルク変動が許容限
度を超えることとから、空燃比を安定燃焼限界近傍の狭
い範囲に制御する必要がある。そのため、理論空燃比を
一義的に検出するO2 センサに代えて、空燃比を連続的
に検出できる空燃比センサ(LAFS:リニアA/Fセ
ンサ)を用い、エンジン回転数と体積効率とにより決定
された目標空燃比となるように、燃料噴射量をフィード
バック制御している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した空燃比フィー
ドバック制御では、空燃比センサにより混合気が目標空
燃比に制御されるが、これは単に燃料噴射量と吸入空気
量との当量比を制御するだけであり、混合気の燃焼状態
を制御するものではない。また、空燃比センサには、空
燃比がリーン側に大きくシフトした場合、検出精度がや
や悪化する特性がある。そのため、目標空燃比を安定燃
焼限界近傍に設定した場合、外気温や湿度等の変動によ
り混合気の燃焼に異常が発生し、断続的な失火に至るこ
とがあった。この場合、当然のことながら、燃費の悪化
や有害排出ガスの増加がもたらされると共に、エンジン
振動やトルク変動も頻発し、乗員に著しい不快感を与え
る。したがって、従来は、燃焼変動や失火に対する余裕
を与えるために目標空燃比を安定燃焼限界よりリッチ側
に設定せざるを得ず、NOx 排出量の低減や燃費の向上
を極限まで追求することができなかった。
【0004】本発明は上記状況に鑑みなされたもので、
内燃機関の回転変動を検出することにより、安定燃焼限
界での運転を可能にした内燃機関のリーンバーン制御装
置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明の請求項
1では、所定の運転条件下で、予め記憶装置に記憶され
た目標空燃比に基づき、内燃機関に供給される混合気の
空燃比を理論空燃比より希薄な状態にフィードバック制
御するリーンバーン制御装置において、前記混合気の空
燃比を検出する空燃比検出手段と、この空燃比検出手段
の出力結果と前記目標空燃比との偏差に基づき、燃料供
給量を決定する燃料供給量決定手段と、前記内燃機関の
燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、この燃焼状態
検出手段の検出結果に基づき、前記目標空燃比を補正す
る空燃比補正手段とを具えたことを特徴とするリーンバ
ーン制御装置を提案する。
【0006】また、本発明の請求項2では、請求項1記
載のリーンバーン制御装置において、前記燃焼状態検出
手段が、前記内燃機関のクランク角度を検出するクラン
ク角検出手段と、前記クランク角検出手段の検出結果に
基づき、各気筒の燃焼行程における回転変動瞬時値を算
出する回転変動瞬時値算出手段と、第1の気筒の回転変
動瞬時値とその平均値との偏差から、第1の気筒の前に
燃焼行程にあった第2の気筒の回転変動瞬時値とその平
均値との偏差を減ずることにより、当該第1の気筒の回
転変動指数を算出する回転変動指数算出手段と、この回
転変動指数算出手段の検出結果を所定の閾値と比較する
ことにより、前記第1の気筒の燃焼状態を判定する判定
手段とを具えたことを特徴とする内燃機関のリーンバー
ン制御装置を提案する。
【0007】また、本発明の請求項3では、請求項2記
載のリーンバーン制御装置において、前記判定手段は、
前記回転変動指数算出手段の検出結果が前記閾値を超え
た回数が、所定サンプリング区間内で第1所定回数以上
であったとき、前記第1の気筒が燃焼異常状態であると
判定することを特徴とする内燃機関のリーンバーン制御
装置を提案する。
【0008】また、本発明の請求項4では、請求項2記
載のリーンバーン制御装置において、前記判定手段は、
前記回転変動指数算出手段の検出結果が前記閾値を超え
た回数が所定のサンプリング区間内で第2所定回数以上
かつ第1所定回数未満であったとき、前記第1の気筒が
安定燃焼限界であると判定することを特徴とする内燃機
関のリーンバーン制御装置を提案する。
【0009】また、本発明の請求項5では、請求項2記
載のリーンバーン制御装置において、前記判定手段は、
前記回転変動指数算出手段の検出結果が所定サンプリン
グ区間内で前記閾値を超えなかったとき、前記第1の気
筒が安定燃焼状態であると判定することを特徴とする内
燃機関のリーンバーン制御装置を提案する。また、本発
明の請求項6では、請求項2記載のリーンバーン制御装
置において、前記空燃比補正手段は、前記燃焼状態検出
手段が燃焼異常状態を検出したとき、前記目標空燃比を
リッチ側に補正することを特徴とする内燃機関のリーン
バーン制御装置を提案する。
【0010】また、本発明の請求項7では、請求項4記
載のリーンバーン制御装置において、前記空燃比補正手
段は、前記燃焼状態検出手段が安定燃焼限界であると判
定したとき、前記目標空燃比を前サンプリング区間での
目標空燃比に保持することを特徴とする内燃機関のリー
ンバーン制御装置を提案する。また、本発明の請求項8
では、請求項2記載のリーンバーン制御装置において、
前記空燃比補正手段は、前記燃焼状態検出手段が安定燃
焼状態を検出したとき、前記目標空燃比をリーン側に補
正することを特徴とする内燃機関のリーンバーン制御装
置を提案する。
【0011】また、本発明の請求項9では、請求項6記
載のリーンバーン制御装置において、前記空燃比補正手
段は、リッチ側への補正を前記燃焼状態検出手段が検出
した燃焼異常状態の積算値に応じて行うことを特徴とす
る内燃機関のリーンバーン制御装置を提案する。また、
本発明の請求項10では、請求項8記載のリーンバーン
制御装置において、前記空燃比補正手段は、リーン側へ
の補正を所定量ずつ行うことを特徴とする内燃機関のリ
ーンバーン制御装置を提案する。
【0012】また、本発明の請求項11では、請求項4
記載のリーンバーン制御装置において、前記第2所定回
数が1であることを特徴とする内燃機関のリーンバーン
制御装置を提案する。
【0013】
【作用】本発明の請求項1のリーンバーン制御装置で
は、通常の希薄運転領域では、記憶装置内に記憶した目
標空燃比と空燃比検出手段の検出値との偏差に基づいて
空燃比フィードバック制御を行う一方、所定の希薄運転
領域では、例えば回転変動に基づく燃焼状態検出手段等
により燃焼状態を検出し、燃焼変動等に起因する燃焼異
常状態が検出された場合には目標空燃比をリッチ側に補
正してこれを防止する一方、全く検出されなかった場合
には目標空燃比をリーン側に補正し、運転状態を安定燃
焼限界に近づけてゆく。
【0014】また、請求項2のリーンバーン制御装置で
は、失火等の燃焼異常が起きると、回転変動瞬時値およ
びその変化を示す回転変動指数が変動し、これを閾値と
比較することにより燃焼異常が検出される。その際、第
1の気筒の回転変動瞬時値とその平均値との偏差から、
第1の気筒の前に燃焼行程にあった第2の気筒の回転変
動瞬時値とその平均値との偏差を減ずることにより、回
転変動指数が算出されるため、各気筒間およびサイクル
間のばらつきが除去される。
【0015】また、請求項3のリーンバーン制御装置で
は、所定サンプリング区間内で回転変動指数が閾値を第
1所定回数以上超えたときに回転変動が生じたと判定す
るため、路面の変化の影響等によって生じる閾値以上の
回転変動指数すなわちノイズが除去される。また、請求
項4のリーンバーン制御装置では、所定サンプリング区
間内で回転変動指数が閾値を超えた回数が第2所定回数
と第1所定回数との間にある場合には、安定燃焼限界で
あると判定するため、目標空燃比の補正を行わずに現状
の運転状態を維持する。
【0016】また、請求項5のリーンバーン制御装置で
は、所定サンプリング区間内で回転変動指数が閾値を超
えなかったときには、安定燃焼状態であると判定するた
め、目標空燃比のリーン化を図ることが可能となる。ま
た、請求項6のリーンバーン制御装置では、燃焼異常を
検出したときには、目標空燃比をリッチ側に補正するた
め、燃焼異常が解消される。
【0017】また、請求項7のリーンバーン制御装置で
は、安定燃焼限界であると判定したときには、前サンプ
リング区間での目標空燃比を保持するため、次に燃焼異
常が発生するまで、安定燃焼限界での運転が実現され
る。また、請求項8のリーンバーン制御装置では、安定
燃焼状態であると判定した場合には、目標空燃比をリー
ン側に補正するため、運転状態が安定燃焼限界に近づ
く。
【0018】また、請求項9のリーンバーン制御装置で
は、目標空燃比のリッチ側への補正を燃焼異常状態の積
算値に応じて行うため、燃焼異常が速やかに解消され
る。また、請求項10のリーンバーン制御装置では、安
定燃焼状態であると判定した場合には、目標空燃比のリ
ーン側への補正を所定量ずつ行うため、運転状態が徐々
に安定燃焼限界に近づくようになる。
【0019】また、請求項11のリーンバーン制御装置
では、所定サンプリング区間内で回転変動指数が閾値を
1回でも超えた場合には、安定燃焼限界に突入したと判
定するため、制御応答性が向上する。
【0020】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例を
詳細に説明する。図1は、本発明に係る回転変動検出方
法を適用したエンジン制御系の概略構成図である。図1
において、1は自動車用の直列4気筒ガソリンエンジン
(以下、単にエンジンと記す)であり、燃焼室を始め吸
気系や点火系等がリーンバーン用に設計されている。エ
ンジン1の吸気ポート2には、各気筒毎に燃料噴射弁3
が取り付けられた吸気マニホールド4を介し、エアクリ
ーナ5,エアフローセンサ6,スロットルバルブ7,I
SC(アイドルスピードコントローラ)8等を具えた吸
気管9が接続している。また、排気ポート10には、排
気マニホールド11を介し、空燃比センサ12,三元触
媒13,図示しないマフラー等を具えた排気管14が接
続している。エンジン1には、燃焼室15に点火プラグ
16が配置されると共に、クランクシャフト25に直付
けされたロータプレート17の回転を検出するクランク
角センサ18が取り付けられている。尚、図2に示した
ように、ロータプレート17には角度幅70°の2個の
ベーン17a,17bが180°間隔で形成されてお
り、図3に示したように、各気筒の上死点(TDC)を
含む110°(BTDC5°〜ATDC105°)の区
間αと、それに続く70°(ATDC105°〜ATD
C175°)の区間βとが検出される。図1中、19は
スロットルバルブ7の開度θTHを検出するスロットルセ
ンサ、20は冷却水温TW を検出する水温センサ、21
は大気圧Ta を検出する大気圧センサ、22は吸気温度
Ta を検出する吸気温センサである。
【0021】車室内には、図示しない入出力装置,多数
の制御プログラムを内蔵した記憶装置(ROM,RA
M,BURAM等),中央処理装置(CPU),タイマ
カウンタ等を具えた、ECU(エンジン制御ユニット)
23が設置されており、エンジン1の総合的な制御を行
う。ECU23の入力側には、上述した各種のセンサ類
からの検出情報が入力する。ECU23は、これらの検
出情報から燃料噴射量や点火時期等の最適値を演算し、
燃料噴射弁3や点火プラグ16等を駆動する。図中、2
4は、ECU23からの指令により点火プラグ16に高
電圧を出力する点火ユニットである。
【0022】以下、図4〜図7の制御フローチャートお
よび図8〜図11のマップやグラフを用いて、本実施例
における制御の手順を説明する。運転者がイグニッショ
ンキーをONにしてエンジン1がスタートすると、EC
U23は、図4のフローチャートに示した燃料噴射制御
サブルーチンを繰り返し実行する。
【0023】このサブルーチンを開始すると、ECU2
3は先ずステップS1で、上述した各センサからの運転
情報をRAMに読み込む。次に、ECU23は、ステッ
プS2で、スロットル開度θTHやその時間変化率,体積
効率EV ,エンジン始動後の経過時間,冷却水温TW 等
からフィードバック制御を行うべきか否かを判定する。
尚、体積効率EV は、エアフローセンサ6により検出さ
れた空気流量とエンジン回転数Ne から一吸気行程当た
りの吸気量A/N を算出し、これに大気圧Pa ,吸気温度
Ta 等による補正を行うことにより求められる。そし
て、この判定が肯定(Yes)の場合には、ECU23
は、ステップS3で体積効率EV やエンジン回転数Ne
等から、現在の運転状態が所定のリーンバーン制御領域
にあるか否かを判定する。尚、リーンバーン制御は、ア
イドル運転時や定速走行時等の要求トルクの小さい運転
領域で行われる。
【0024】そして、ステップS3の判定がYesである
場合には、ECU23は、ステップS4で、体積効率E
V とエンジン回転数Ne とに基づき、図8のリーン空燃
比マップに基づき目標空燃比OAFを設定する。次に、
ECU23は、ステップS5で、後述する安定燃焼限界
制御サブルーチンにより、燃料噴射弁3の噴射量(開弁
時間TINJ )を制御する。
【0025】一方、ステップS3での判定がNoである
場合、ECU23は、ステップS6で、体積効率EV と
エンジン回転数Ne とに基づき、図9のストイキオ/リ
ッチ空燃比マップに基づき目標空燃比OAFを設定し、
ステップS7で、空燃比センサ12の出力信号に基づい
て燃料噴射弁3の開弁時間TINJ をフィードバック制御
する。また、ステップS2での判定がNoである場合、
ECU23は、ステップS8で、ストイキオ/リッチ空
燃比マップに基づき目標空燃比OAFを設定する。次
に、ECU23は、ステップS9で、目標空燃比OAF
と吸気量A/N とから基本噴射量TINJBを算出した後、加
速時増量や冷機時増量等の補正を行い、ステップS10
で、燃料噴射弁3の開弁時間をオープンループ制御す
る。
【0026】さて、上述した安定燃焼限界制御サブルー
チンは、クランク割込信号SGTが入力する毎に、以下
の手順で繰り返し実行される。このサブルーチンを開始
すると、ECU23は、先ず図5のステップS20で、
現在の運転状態が所定の学習領域にあるか否かを判定す
る。この判定は、例えば現在の運転状態が図8のリーン
空燃比マップにクロスハッチングで示した学習領域にあ
るか否かによって行われ、この判定がNoである場合に
は、後述する図6のステップS36に進み、以下のステ
ップを実行して燃料噴射弁3を駆動制御する。尚、本実
施例においては、体積効率EV がEVAとEVBとの間で、
かつエンジン回転数Ne がNeAとNeBとの間の範囲が上
述した所定の学習領域となっている。
【0027】ステップS20の判定がYesであった場
合、ECU23は、ステップS22で、所定値TCDX
(本実施例では、128)を初期値とするカウントダウ
ンタイマTCDから1を減算した後、ステップS23で、
下式により点火順序でのm番目の気筒のn回目の燃焼行
程における回転変動瞬時値Vmnを算出する。尚、本実施
例の場合、TCDX (128サイクル)を1サンプリング
区間としたが、その値は任意に設定可能である。また、
本実施例のエンジン1における、各気筒の点火順序は1
−3−4−2である。
【0028】Vmn=(β/α−Tβ/Tα)・K ここで、α(固定値)はクランク角センサ18がOFF
となる区間(圧縮上死点を含む110°),β(固定
値)はクランク角センサ18がONとなる区間(βに続
く70°)であり、Tα,Tβはクランクシャフト25
が区間α,区間βを回転するのに要する時間,Kは体積
効率EV とエンジン回転数Ne とをパラメータとするマ
ップに基づき設定される補正係数(>0)である。そし
て、燃焼が正常に行われている場合には、圧縮行程の影
響を受けかつ燃焼が未だ不十分な燃焼行程前期(区間
α)では、クランクシャフト25の回転が比較的遅く、
また、燃焼が完全に行われた燃焼行程後期(区間β)で
は、クランクシャフト25の回転が比較的速いため、β
/α>Tβ/Tαとなり、回転変動瞬時値Vmnは正の値
となる。また、失火が起こった場合には、燃焼による仕
事なしに他気筒の圧縮仕事をする必要があるため、クラ
ンクシャフト25の回転が次第に遅くなってβ/α<T
β/Tαとなり、回転変動瞬時値Vmnは負の値となる。
【0029】ステップS23での回転変動瞬時値Vmnの
算出を終えると、ECU23は、次に各気筒間のばらつ
きおよびサイクル間のばらつきを排除するべく、ステッ
プS24で、前回燃焼行程にあったm−1番目の気筒の
回転変動瞬時値Vm-1,n との差から、気筒別回転変動指
数ΔVmnを算出する。 ΔVmn=(Vmn−Emn)−(Vm-1,n −Em-1,n ) ここで、Emnはローパスフィルタ的平均値であり、下式
を用いて演算される。尚、下式中のKF はフィルタ係数
であり、本実施例では0.95とする。
【0030】 Emn=KF ・Em,n-1 +(1−KF )・Vmn 気筒別回転変動指数ΔVmnを算出したら、ECU23
は、次にステップS25で、気筒別回転変動指数ΔVmn
が所定の閾値ΔVxを下回ったか否かを判定し、この判
定がNoである場合には、図6のステップS30に進
む。尚、閾値ΔVxは、失火が生じた場合にのみ気筒別
回転変動指数ΔVmnが下回るように、通常の燃焼に伴う
回転変動に対して十分低い値に設定されている。
【0031】一方、ステップS25の判定がYesである
場合には、ステップS26で失火回数カウンタCMFに1
を加算した後、ステップS27で、気筒別変動積算値Σ
ΔVmに今回の気筒別回転変動指数ΔVmnを加算し、図
6のステップS30に進む。尚、失火回数カウンタCMF
および気筒別変動積算値ΣΔVmは、図10に示した通
り、カウントダウンタイマTCDが初期値にリセットされ
る毎に、それぞれ初期値0にリセットされる。
【0032】ECU23は、図6のステップS30で、
カウントダウンタイマTCDが0となったか否か、すなわ
ち学習領域内でTCDX (128)サイクルの運転が行わ
れたか否かを判定し、この判定がNoである場合には後
述するステップS36に進む。尚、本実施例において
は、運転状態が学習領域から一旦外れた場合にも、失火
回数カウンタCMF,気筒別変動積算値ΣΔVm、および
カウントダウンタイマ値TCDはRAMに保存され、再度
学習領域に入った時点でECU23は各値の積算や減算
を継続して行う。
【0033】学習領域でTCDX サイクルの運転が行わ
れ、ステップS30の判定がYesとなった場合、ECU
23は、ステップS31で、失火回数カウンタCMFの値
が0か否かを判定する。そして、この判定がYesである
場合、ECU23は、ステップS32でリーンカウンタ
CLMに1を加算した後、ステップS33でリーンカウン
タCLMの値が2であるか否かを判定する。そして、この
判定がNoである場合には、後述するステップS39に
進んで運転を継続させる。尚、リーンカウンタCLMの初
期値は0である。
【0034】また、ステップS33の判定がYes、すな
わち、2サンプリング区間(256サイクル)に亘って
失火回数カウンタCMFの値が0であった場合、ECU2
3は、当該気筒の空燃比が安定燃焼限界に対して未だリ
ッチ側にあると判断する。そして、ステップS34でリ
ーンカウンタCLMをリセットした後、ステップS35
で、所定の減量補正値KD (本実施例では、0.2%)
を用いて、下式により気筒別燃料補正係数KLmをリーン
側に補正する。尚、本実施例の場合、気筒別燃料補正係
数KLmは、0%から10%の範囲の値をとり、BURA
M等の不揮発性メモリーに記憶される。
【0035】KLm=KLm−KD 一方、ステップS31の判定がNoである場合、ECU
23は、ステップS36で、先ずリーンカウンタCLMを
リセットする。これにより、上述した気筒別燃料補正係
数KLmのリーン側への補正は、2サンプリング区間(2
56サイクル)連続して失火回数カウンタCMFの値が0
であった場合にのみ行われることになり、空燃比制御の
安定性が向上する。リーンカウンタCLMのリセットを終
えると、ECU23は、次に、ステップS37で、失火
回数カウンタCMFの値が閾値CMFX (本実施例では3
回)以上であるか否かを判定する。そして、この判定が
Noである場合、ECU23は、当該気筒の空燃比が安
定燃焼限界にあると判断し、燃料噴射弁3の気筒別燃料
補正係数KLmを現状でホールドし、ステップS39に進
んで安定燃焼限界での運転を継続させる。
【0036】また、ステップS37の判定がYesである
場合、ECU23は、当該気筒の空燃比がすでに安定燃
焼限界を超えてリーン側に突入したと判断する。そし
て、ステップS38で、図11のマップに基づき気筒別
変動積算値ΣΔVmに対応する気筒別増量補正値Kamを
設定し、下式により気筒別燃料補正係数KLmをリッチ側
に更新する。すなわち、リッチ側への補正は、1サンプ
リング区間(128サイクル)における失火回数カウン
タCMFの値をもって行われるため、燃焼異常に対する空
燃比制御の応答性がよくなるのである。尚、気筒別増量
補正値Kamは、図11に示したように、気筒別変動積算
値ΣΔVmの増加に伴ってリニアに増加する。これによ
り、燃焼異常が発生した場合には、リッチ側への補正が
一度に行われ、運転状態が迅速に安定燃焼領域に復帰す
る。
【0037】KLm=KLm+Kam ステップS35あるいはステップS38で気筒別燃料補
正係数KLmを更新すると、ECU23は、ステップS3
9で、失火回数カウンタCMF,気筒別変動積算値ΣΔV
mおよびカウントダウンタイマTCDの値をリセットす
る。ステップS35でのカウンタやタイマ等のリセット
が終了すると、ECU23は、ステップS40で、現在
の運転状態が所定の補正領域にあるか否かを図8のリー
ン空燃比マップから判定する。尚、本実施例において
は、体積効率EV がEVCとEVDとの間で、かつエンジン
回転数Ne がNeCとNeDとの間の範囲が上述した所定の
補正領域となっている。補正領域は学習領域より大きく
設定されており、EVC<EVA<EVB<EVDで、NeC<N
eA<NeB<NeDとなっている。そして、補正領域を外れ
る領域では失火の虞はなく、学習補正を必要としない。
【0038】ステップS40の判定がYesである場合に
は、ECU23は、ステップS41でリーン空燃比マッ
プから検索した目標空燃比基本値OAFBから、下式に
より目標空燃比OAFを算出する。尚、下式において、
ΣKL は各気筒の気筒別燃料補正係数KLmの総和であ
り、Nはエンジン1の気筒数である。 OAF=OAFB・(1+ΣKL /N) 一方、ステップS40の判定がNoである場合には、E
CU23は、ステップS42で目標空燃比基本値OAF
Bをそのまま目標空燃比OAFとする。
【0039】ステップS41あるいはステップS42で
目標空燃比OAFを求めたら、ECU23は、図7のス
テップS43で、空燃比センサ12の出力信号から実空
燃比RAFを算出する。しかる後、ECU23は、ステ
ップS44で目標空燃比OAFと実空燃比RAFとの偏
差ΔAFを算出し、ステップS45で偏差ΔAFに基づ
き公知のPID制御を行ってフィードバック補正係数K
FBを算出する。次に、ECU23は、ステップS46
で、下式により設定空燃比SAFを算出する。
【0040】SAF=OAF・(1+KFB) 設定空燃比SAFを算出したら、ECU23は、ステッ
プS47で、インジェクタゲインα,体積効率EV ,理
論空燃比(14.7)に基づき、下式により燃料噴射弁3の
基本噴射時間TB を算出する。 TB =α・EV ・14.7/SAF 基本噴射時間TB を算出したら、ECU23は、ステッ
プS48で、冷却水温TW ,大気圧Ta ,吸気温度Ta
等に応じた空燃比補正係数KDTと無効噴射時間TD とを
用いて、下式により開弁時間TINJ を算出し、ステップ
S49で燃料噴射弁3を駆動する。
【0041】TINJ =KDT・TB +TD 以上述べたように、補正領域においては、目標空燃比O
AFがリッチ過ぎた場合、2サンプリング周期(256
サイクル)毎に徐々にリーン化され、安定燃焼限界に近
づいてゆく。また、安定燃焼限界を超えてリーン側に突
入した場合には、当該気筒の目標空燃比OAFが1サン
プリング周期(128サイクル)でリッチ化され、失火
が即座に解消される。そして、安定燃焼限界にある場合
には、リーン化もリッチ化も行われず、目標空燃比OA
Fが現状で保持される。したがって、本実施例のエンジ
ンでは、空燃比が常に安定燃焼限界近傍になるように制
御されることになり、燃費の向上と共にNOx 排出量の
大幅な低減を実現できた。尚、上述した制御は各気筒毎
に行われるが、これは安定燃焼限界近傍での空燃比が個
々の気筒で異なるためである。
【0042】以上で、具体的実施例の説明を終えるが、
本発明の態様はこの実施例に限るものではない。例え
ば、上記実施例は本発明を直列4気筒エンジンに適用し
たものであるが、V型6気筒エンジン等に適用してもよ
い。また、更に、上記制御における各閾値や各カウンタ
の初期値等は適宜設定可能であるし、制御手順について
も本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更してもよい。
【0043】
【発明の効果】本発明の請求項1のリーンバーン制御装
置によれば、所定の運転条件下で、予め記憶装置に記憶
された目標空燃比に基づき、内燃機関に供給される混合
気の空燃比を理論空燃比より希薄な状態にフィードバッ
ク制御するリーンバーン制御装置において、前記混合気
の空燃比を検出する空燃比検出手段と、この空燃比検出
手段の出力結果と前記目標空燃比との偏差に基づき、燃
料供給量を決定する燃料供給量決定手段と、前記内燃機
関のクランク角度を検出するクランク角検出手段と、こ
のクランク角検出手段の検出結果に基づき、当該内燃機
関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、この燃焼
状態検出手段の検出結果に基づき、前記目標空燃比を補
正する空燃比補正手段とを具えたため、例えば、燃焼変
動等に起因する燃焼異常状態が検出された場合には目標
空燃比をリッチ側に補正してこれを防止し、全く検出さ
れなかった場合には目標空燃比をリーン側に補正するこ
とにより、安定燃焼限界でのリーンバーン運転が可能と
なり、NOx 排出量の低減や燃費の大幅な向上を図るこ
とができる。
【0044】また、請求項2のリーンバーン制御装置で
は、通常の希薄運転領域では、記憶装置内に記憶した目
標空燃比と空燃比検出手段の検出値との偏差に基づいて
空燃比フィードバック制御を行う一方、所定の希薄運転
領域では、例えば回転変動に基づく燃焼状態検出手段等
により燃焼状態を検出し、燃焼変動等に起因する燃焼異
常状態が検出された場合には目標空燃比をリッチ側に補
正してこれを防止し、全く検出されなかった場合には目
標空燃比をリーン側に補正して安定燃焼限界での運転が
実現できる。
【0045】また、請求項2のリーンバーン制御装置で
は、請求項1記載のリーンバーン制御装置において、前
記燃焼状態検出手段が、前記内燃機関のクランク角度を
検出するクランク角検出手段と、前記クランク角検出手
段の検出結果に基づき、各気筒の燃焼行程における回転
変動瞬時値を算出する回転変動瞬時値算出手段と、第1
の気筒の回転変動瞬時値とその平均値との偏差から、第
1の気筒の前に燃焼行程にあった第2の気筒の回転変動
瞬時値とその平均値との偏差を減ずることにより、当該
第1の気筒の回転変動指数を算出する回転変動指数算出
手段と、この回転変動指数算出手段の検出結果を所定の
閾値と比較することにより、前記第1の気筒の燃焼状態
を判定する判定手段とを具えたため、失火等の燃焼異常
を検出する際における各気筒間およびサイクル間のばら
つきが除去され、リーンバーン制御を高い精度で行うこ
とができる。
【0046】また、請求項3のリーンバーン制御装置で
は、請求項2記載のリーンバーン制御装置において、前
記判定手段は、前記回転変動指数算出手段の検出結果が
前記閾値を超えた回数が、所定サンプリング区間内で第
1所定回数以上であったとき、前記第1の気筒が燃焼異
常状態であると判定するようにしたため、路面の変化の
影響等によって生じる閾値以上の回転変動指数すなわち
ノイズが除去され、リーンバーン制御をより高い精度で
行うことができる。
【0047】また、請求項4のリーンバーン制御装置で
は、請求項2記載のリーンバーン制御装置において、前
記判定手段は、前記回転変動指数算出手段の検出結果が
前記閾値を超えた回数が所定のサンプリング区間内で第
2所定回数以上かつ第1所定回数未満であったとき、前
記第1の気筒が安定燃焼限界であると判定するようにし
たため、例えば、燃焼異常がごく少ない頻度で発生する
ような場合には、現状の運転状態を維持するべく目標空
燃比の補正を行わず、安定燃焼限界での運転を続行する
ことができる。
【0048】また、請求項5のリーンバーン制御装置で
は、請求項2記載のリーンバーン制御装置において、前
記判定手段は、前記回転変動指数算出手段の検出結果が
所定サンプリング区間内で前記閾値を超えなかったと
き、前記第1の気筒が安定燃焼状態であると判定するよ
うにしたため、目標空燃比のリーン化を図ることによ
り、運転状態を安定燃焼限界に近づけてゆくことができ
る。
【0049】また、請求項6のリーンバーン制御装置で
は、請求項2記載のリーンバーン制御装置において、前
記空燃比補正手段は、前記燃焼状態検出手段が燃焼異常
状態を検出したとき、前記目標空燃比をリッチ側に補正
するようにしたため、燃焼異常に起因する燃費の悪化や
有害排出ガスの増加を防止することができる。また、請
求項7のリーンバーン制御装置では、請求項4記載のリ
ーンバーン制御装置において、前記空燃比補正手段は、
前記燃焼状態検出手段が安定燃焼限界であると判定した
とき、前記目標空燃比を前サンプリング区間での目標空
燃比に保持するようにしたため、次に燃焼異常が発生す
るまでは安定燃焼限界での運転を継続することができ
る。
【0050】また、請求項8のリーンバーン制御装置で
は、請求項2記載のリーンバーン制御装置において、前
記空燃比補正手段は、前記燃焼状態検出手段が安定燃焼
状態を検出したとき、前記目標空燃比をリーン側に補正
するようにしたため、運転状態を安定燃焼限界に近づけ
て、NOx 排出量の低減や燃費の向上を図ることができ
る。
【0051】また、請求項9のリーンバーン制御装置で
は、請求項6記載のリーンバーン制御装置において、前
記空燃比補正手段は、リッチ側への補正を前記燃焼状態
検出手段が検出した燃焼異常状態の積算値に応じて行う
ようにしたため、燃焼異常を速やかに解消して、燃費の
悪化や有害排出ガスの増加を未然に防止することができ
る。
【0052】また、請求項10のリーンバーン制御装置
では、請求項8記載のリーンバーン制御装置において、
前記空燃比補正手段は、リーン側への補正を所定量ずつ
行うようにしたため、運転状態も徐々に安定燃焼限界に
近づくことになり、空燃比制御のオーバシュートによる
燃焼異常を防止できる。また、請求項11のリーンバー
ン制御装置では、請求項4記載のリーンバーン制御装置
において、前記第2所定回数を1としたため、制御応答
性の向上により、安定燃焼限界での運転時間を長くする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る回転変動検出方法を適用したエン
ジン制御系の一実施例を示した概略構成図である。
【図2】ロータプレートとクランク角センサとを示した
斜視図である。
【図3】クランク角センサの出力信号を示したグラフで
ある。
【図4】燃料噴射制御サブルーチンの手順を示したフロ
ーチャートである。
【図5】安定燃焼限界制御サブルーチンの手順を示した
フローチャートである。
【図6】安定燃焼限界制御サブルーチンの手順を示した
フローチャートである。
【図7】安定燃焼限界制御サブルーチンの手順を示した
フローチャートである。
【図8】体積効率とエンジン回転数とをパラメータとす
るリーン空燃比マップである。
【図9】体積効率とエンジン回転数とをパラメータとす
るストイキオ/リッチ空燃比マップである。
【図10】回転変動と燃料噴射量等との関係を示したグ
ラフである。
【図11】変動積算値と燃料噴射増量係数との関係を示
したグラフである。
【符号の説明】
1 エンジン 3 燃料噴射弁 12 空燃比センサ 17 ロータプレート 18 クランク角センサ 21 ECU 25 クランクシャフト
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02D 45/00 362 J

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の運転条件下で、予め記憶装置に記
    憶された目標空燃比に基づき、内燃機関に供給される混
    合気の空燃比を理論空燃比より希薄な状態にフィードバ
    ック制御するリーンバーン制御装置において、 前記混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、 この空燃比検出手段の出力結果と前記目標空燃比との偏
    差に基づき、燃料供給量を決定する燃料供給量決定手段
    と、 前記内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段
    と、 この燃焼状態検出手段の検出結果に基づき、前記目標空
    燃比を補正する空燃比補正手段とを具えたことを特徴と
    する内燃機関のリーンバーン制御装置。
  2. 【請求項2】 前記燃焼状態検出手段が、 前記内燃機関のクランク角度を検出するクランク角検出
    手段と、 前記クランク角検出手段の検出結果に基づき、各気筒の
    燃焼行程における回転変動瞬時値を算出する回転変動瞬
    時値算出手段と、 第1の気筒の回転変動瞬時値とその平均値との偏差か
    ら、第1の気筒の前に燃焼行程にあった第2の気筒の回
    転変動瞬時値とその平均値との偏差を減ずることによ
    り、当該第1の気筒の回転変動指数を算出する回転変動
    指数算出手段と、 この回転変動指数算出手段の検出結果を所定の閾値と比
    較することにより、前記第1の気筒の燃焼状態を判定す
    る判定手段とを具えたことを特徴とする請求項1記載の
    内燃機関のリーンバーン制御装置。
  3. 【請求項3】 前記判定手段は、前記回転変動指数算出
    手段の検出結果が前記閾値を超えた回数が、所定サンプ
    リング区間内で第1所定回数以上であったとき、前記第
    1の気筒が燃焼異常状態であると判定することを特徴と
    する請求項2記載の内燃機関のリーンバーン制御装置。
  4. 【請求項4】 前記判定手段は、前記回転変動指数算出
    手段の検出結果が前記閾値を超えた回数が所定のサンプ
    リング区間内で第2所定回数以上かつ第1所定回数未満
    であったとき、前記第1の気筒が安定燃焼限界であると
    判定することを特徴とする請求項2記載の内燃機関のリ
    ーンバーン制御装置。
  5. 【請求項5】 前記判定手段は、前記回転変動指数算出
    手段の検出結果が所定サンプリング区間内で前記閾値を
    超えなかったとき、前記第1の気筒が安定燃焼状態であ
    ると判定することを特徴とする請求項2記載の内燃機関
    のリーンバーン制御装置。
  6. 【請求項6】 前記空燃比補正手段は、前記燃焼状態検
    出手段が燃焼異常状態を検出したとき、前記目標空燃比
    をリッチ側に補正することを特徴とする請求項2記載の
    内燃機関のリーンバーン制御装置。
  7. 【請求項7】 前記空燃比補正手段は、前記燃焼状態検
    出手段が安定燃焼限界であると判定したとき、前記目標
    空燃比を前サンプリング区間での目標空燃比に保持する
    ことを特徴とする請求項4記載の内燃機関のリーンバー
    ン制御装置。
  8. 【請求項8】 前記空燃比補正手段は、前記燃焼状態検
    出手段が安定燃焼状態を検出したとき、前記目標空燃比
    をリーン側に補正することを特徴とする請求項2記載の
    内燃機関のリーンバーン制御装置。
  9. 【請求項9】 前記空燃比補正手段は、リッチ側への補
    正を前記燃焼状態検出手段が検出した燃焼異常状態の積
    算値に応じて行うことを特徴とする請求項6記載の内燃
    機関のリーンバーン制御装置。
  10. 【請求項10】 前記空燃比補正手段は、リーン側への
    補正を所定量ずつ行うことを特徴とする請求項8記載の
    内燃機関のリーンバーン制御装置。
  11. 【請求項11】 前記第2所定回数が1であることを特
    徴とする請求項4記載の内燃機関のリーンバーン制御装
    置。
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