JPH0814263B2 - 内燃機関の燃料供給制御装置 - 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供給制御装置に関し、詳しく
は、機関高負荷運転時の燃料増量補正制御の改善技術に
関する。

＜従来の技術＞ 内燃機関、特に、過給機を備えた機関においては、高
回転・高負荷運転時に燃焼温度が異常上昇してノッキン
グ，デトネーション等が発生したり、更には焼き付きな
どの機械的な不具合に至らないようにするために、従来
から、燃料を高負荷時に増量補正して第４図に示すよう
に空燃比を最大出力トルクが得られる空燃比よりもオー
バーリッチ化させることによって燃焼温度を低下させる
ようにしている（実開昭63−26736号公報等参照）。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、かかる高負荷時の増量補正によって燃
焼温度を低下させることはできるものの、高回転・高負
荷運転されるときには、空燃比のオーバーリッチ化によ
って極端な燃費悪化と排気性状の悪化が避けられないと
いう問題があり、更に、前記オーバーリッチ化の設定
は、長時間に渡って高回転・高負荷運転が続けられる場
合であっても、燃焼温度の異常上昇を抑止できる程度に
設定されるから、高回転・高負荷運転が短時間である場
合にも、同様な増量補正が実施されることになってしま
い、無駄な増量補正が施されることになってしまってい
た。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、高負
荷時の燃焼温度の異常上昇を抑止するための燃料増量補
正を、必要量だけ施すことができ、燃焼温度の異常上昇
を抑止しつつ高負荷時の燃費や排気性状を改善できる燃
料供給制御装置を提供することを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞ そのため請求項１記載の発明にかかる内燃機関の燃料
供給制御装置は第１図に示すように構成される。

第１図において、高負荷時燃料増量補正手段は、機関
高負荷運転時に機関への燃料供給量を増量補正するもの
であり、また、筒内圧検出手段は、機関の筒内圧を検出
する。

一方、熱発生率推定手段は、筒内圧検出手段によって
燃焼中に検出された筒内圧と該筒内圧のクランク角につ
いての微分値とに基づいて熱発生率を推定し、目標値設
定手段は、機関負荷と機関回転速度とに基づいて前記熱
発生率の目標値を設定する。

そして、熱発生率による増量補正手段は、前記熱発生
率推定手段で推定された熱発生率と前記目標値設定手段
で設定された目標値とを比較して前記高負荷時燃料増量
補正手段による燃料供給量の増量補正量を増減補正す
る。

請求項２記載の発明では、増量補正記憶手段は、熱発
生率による増量補正手段により補正された燃料増量補正
量を運転条件別に更新記憶するものであり、前記高負荷
時燃料増量補正手段がこの増量補正量記憶手段から当該
運転条件に対応する増量補正量を検索して燃料供給量の
増量補正を行う構成とした。

＜作用＞ かかる構成によると、燃焼中の筒内圧と該筒内圧のク
ランク角についての微分値とに基づいて熱発生率を推定
し、機関負荷と機関回転速度とに基づく目標値と前記推
定値とを比較して高負荷時の増量補正量を増減補正する
から、そのときの運転条件に応じて燃焼温度が異常上昇
しない範囲で高負荷時の燃料増量補正量を減少させるこ
とができ、無駄に空燃比をオーバーリッチ化させる増量
補正が施されることがなく、高負荷時の燃費・排気性状
を改善できるものである。

また、熱発生率を監視しつつ補正した燃料の増量補正
量を運転条件別に記憶させておけば、過大又は過少な初
期設定補正量から徐々に最適値にまで補正させる応答性
の悪さを回避でき、その機関の通常運転パターンに略応
じた増量補正量によって増量補正を施すことができるよ
うになる。

＜実施例＞ 以下に本発明の実施例を説明する。

一実施例を示す第２図において、４サイクル４気筒内
燃機関１には、エアクリーナ2,スロットルチャンバ3,吸
気マニホールド４を介して空気が吸入される。そして、
燃料排気は、排気マニホールド5,排気ダクト6,三元触媒
7,マフラー８を介して大気中に排出される。

前記スロットルチャンバ３には、図示しないアクセル
ペダルに連動して開閉するスロットル弁９が設けられて
おり、このスロットル弁９によって機関１の吸入空気量
が制御されるようになっている。

また、吸気マニホールド４の各ブランチ部には、各気
筒別に燃料を噴射供給するための電磁式燃料噴射弁10a
〜10dがそれぞれ装着されており、マイクロコンピュー
タを内蔵したコントロールユニット11からの噴射パルス
信号に応じてそれぞれ独立して開制御されるようになっ
ている。前記電磁式燃料噴射弁10a〜10dには、図示しな
い燃料ポンプから圧送され、プレッシャレギュレータで
所定圧力に調整された燃料が供給されるようになってお
り、その開弁時間として燃料噴射量が制御できるように
してある。

更に、各気筒（＃１〜＃４）毎に筒内圧を検出する筒
内圧検出手段としての筒内圧センサ12a〜12dを設けてあ
る。

尚、上記筒内圧センサ12a〜12dは、実開昭63−17432
号公報等に開示されるように点火栓の座金として装着さ
れるタイプのものであっても良いが、センサ部を直接燃
焼室内に臨ませて筒内圧を絶対圧として検出するタイプ
のセンサの使用がより望ましい。

また、機関１の図示しないカム軸には、カム軸の回転
を介してクランク角を検出するクランク角センサ13が設
けられており、気筒間の行程位相差に相当するクランク
角180゜毎の基準角度信号REFと、単位クランク角毎の単
位角度信号POSとをそれぞれ出力する。

更に、排気ダクト６には、排気中の酸素濃度を検出す
る酸素センサ14が設けられており、これにより空燃比に
よって変動する排気中の酸素濃度を検出して、機関吸入
混合気の空燃比を間接的に検出できるようになってい
る。

コントロールユニット11は、前記燃料噴射弁10a〜10d
による燃料噴射量（燃料供給量）Tiを以下のようにして
設定する。

即ち、図示しないエアフローメータやブーストセンサ
の検出信号に基づいて、まず、吸入空気量に見合った基
本燃料噴射量Tpを演算する一方、後述する高負荷増量補
正係数K_HOTや水温増量補正係数K_TWを含む各種補正係数C
OEF（＝１＋K_HOT＋K_TW＋・・・・）、前記酸素センサ14
によって検出される空燃比を目標空燃比にフィードバッ
ク制御するための空燃比フィードバック補正係数LMD、
バッテリ電圧の変化による前記燃料噴射弁10a〜10dの有
効開弁時間の変化を補正するための補正分Tsなどを演算
し、以下の式に従って最終的な燃料噴射量Tiを設定す
る。

Ti←Tp×COEF×LMD＋Ts そして、かかる燃料噴射量Tiに相当するパルス幅の駆
動パルス信号を機関回転に同期させて前記燃料噴射弁10
a〜10dに出力することで、燃料噴射弁10a〜10dによる燃
料供給量が制御される。

ここで、本発明にかかる前記高負荷増量補正係数K_HOT
の設定制御を、第３図のフローチャートに示すプログラ
ムに従って説明する。

尚、本実施例において、熱発生率推定手段，目標値設
定手段，熱発生率による増量補正手段，高負荷時燃料増
量補正手段としての機能は、前記コントロールユニット
11がソフトウェア的に備えており、増量補正量記憶手段
は前記コントロールユニット11に内蔵されているマイク
ロコンピュータの図示しないメモリが相当するものとす
る。

まず、ステップ１（図中ではS1としてある。以下同
様）では、クランク角センサ13で検出されるクランク角
位置に基づいて燃焼中である気筒を検出し、その気筒に
設けられている筒内圧センサ12a〜12dの検出信号を燃焼
中の異なる２つのクランク角位置（例えばBTDC5゜及びT
DC）でそれぞれサンプリングする。

次のステップ２では、上記ステップ１でサンプリング
した２つの筒内圧データのうち最近にサンプリングした
筒内圧Ｐからその前にサンプリングされている筒内圧P
_-1を減算することによって、所定クランク角間の筒内圧
Ｐの変化量を求め、その値を筒内圧Ｐのクランク角θに
ついての微分値としてdP/dθにセットする。

ステップ３では、ステップ２で求めたdP/dθと、dP/d
θの演算に用いた筒内圧Ｐとに基づき、予め設定されて
いるマップから熱発生率dQ/dθ（Q:発生熱量）を検索し
て求める。

前記熱発生率dQ/dθは、詳細には以下の式によって演
算される値である。

ここで、Ａは仕事の熱当量、Ｋは圧縮指数、Ｖは容積
であり、上記熱発生率dQ/dθの演算式において変数が微
分値dP/dθ及び筒内圧Ｐであるから、これら２つのパラ
メータによって熱発生率dQ/dθがマップから検索される
ようにしてあるもので、上記演算式に従って演算させる
ようにしても良い。

熱発生率dQ/dθを上記のように筒内圧Ｐに基づいて設
定すると、ステップ４でかかる熱発生率dQ/dθの目標値
である目標dQ/dθを、運転条件に応じたマップから検索
して求める。前記目標dQ/dθは、そのときの運転条件で
許容される熱量のしきい値に相当するものであり、予め
機関負荷を代表する基本燃料噴射量Tpと機関回転速度Ｎ
とによって区分される運転領域毎に設定されている。

熱発生率dQ/dθの目標を設定すると、次のステップ５
では、前記高負荷増量補正係数K_HOTをマップから検索し
て求める。前記高負荷増量補正係数K_HOTは、前記目標dQ
/dθと同様に基本燃料噴射量Tpと機関回転速度Ｎとで区
分される運転領域毎に予め記憶されており、かかる高負
荷増量補正係数K_HOTによって第５図に示すような高回転
・高負荷運転領域で燃料を増量補正することにより、空
燃比をオーバーリッチ化させて高回転・高負荷の耐久的
運転条件でも燃焼温度が異常上昇することを抑止できる
ように初期設定されている（第４図参照）。

次のステップ６では、ステップ３で設定した熱発生率
dQ/dθと目標dQ/dθとの差を求め、誤差をΔdQ/dθにセ
ットする。

そして、ステップ７では、前記ステップ６で求めた目
標に対する実熱発生率dQ/dθの偏差ΔdQ/dθがマイナス
の値であるか、プラスの値であるかを判別する。ここ
で、偏差ΔdQ/dθがゼロ以下であると判別され、目標を
実熱発生率dQ/dθが下回っているときには、ステップ８
へ進み、ステップ５で検索して求めた高負荷増量補正係
数K_HOTから所定値αを減算して、増量割合が減少するよ
うにする。一方、偏差ΔdQ/dθがゼロを越えていて、目
標よりも実熱発生率dQ/dθが上回っているときには、ス
テップ９へ進み、ステップ５で検索して求めた高負荷増
量補正係数K_HOTに所定値αを加算して、増量割合が増大
するようにする。

即ち、実熱発生率dQ/dθが目標を下回っているときに
は、燃焼温度が異常上昇する状況ではなく燃焼温度を下
げるための燃料増量は不要であるから、燃料増量割合を
減少させて燃費や排気性状の改善を図り、実熱発生率dQ
/dθが目標を上回っているときには、燃焼温度の上昇に
よってノッキングなどの不具合が発生する惧れがあり、
燃料を現状以上に増量させて燃料温度の低下を図る必要
があるから、燃料増量割合を増大させるものである。

このように、熱発生率dQ/dθを監視しながら高負荷増
量補正係数K_HOTを増減補正すれば、燃料温度の異常上昇
を抑止するための燃料増量が無駄に付加されることを抑
止でき、真に燃焼温度の低下のために必要な増量だけを
施すことができるので、燃焼温度の異常上昇によるノッ
キングや焼き付きの発生を抑止しつつ、高負荷時の燃費
・排気性状をを改善できるものである。

上記のように熱発生率dQ/dθに基づいて高負荷増量補
正係数K_HOTを増減補正すると、次のステップ10では、こ
の補正された高負荷増量補正係数K_HOTに基づいて補正係
数K_HOTのマップ値書き換えを行い、次回の同じ運転領域
ではこの書き換えられた補正係数K_HOTを初期値として増
量補正が制御されるようにする。

このようにマップ値を書き換えれば、耐久使用を考慮
しリッチ失火空燃比の近傍までオーバーリッチ側に設定
されている高負荷増量補正係数K_HOTを、その都度徐々に
減少させる必要がなくなり、通常の運転パターンに合致
した高負荷増量補正係数K_HOTをマップ値として増量制御
を行わせることができ、高負荷増量補正係数K_HOTの減少
補正の応答遅れの間に過剰にオーバーリッチ化されるこ
とを抑止できる。

尚、本実施例では、燃焼中にサンプリングした筒内圧
に基づく熱発生率dQ/dθによって、高負荷増量補正係数
K_HOTを補正するようにしたが、前記熱発生率dQ/dθを同
じ燃焼中に複数個サンプリングするようにして、該熱発
生率dQ/dθの累積値に基づき、上記実施例と同様にして
高負荷増量補正係数K_HOTを増減補正することもできる。

また、本実施例では、各気筒毎に筒内圧センサ12a〜1
2dを設けたが、特定１気筒にのみ筒内圧センサを設けて
上記の制御を同様にして行わせるようにしても良い。

更に、筒内圧センサ12a〜12dによって圧縮行程中の点
火前に検出される筒内圧に基づいて基本燃料噴射量Tpの
設定を行わせるようにしても良く、基本燃料噴射量Tpの
設定制御を限定するものではない。

また、本実施例における機関１が過給機付きの機関で
あれば、より一層の効果があることは明らかである。

＜発明の効果＞ 以上説明したように本発明によると、高負荷時に燃焼
温度が異常上昇することを回避するための燃料の増量補
正を、熱発生率から検出される必要量だけ施すことがで
きるようになり、燃焼温度の異常上昇を抑止しつつ、無
駄な増量補正を回避して高負荷時の燃費・排気性状を改
善できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例を示すシステム概略図、第３図は同上実施
例における高負荷増量補正の補正制御の内容を示すフロ
ーチャート、第４図は高負荷増量補正による空燃比のオ
ーバーリッチ化を示す線図、第５図は同上実施例におけ
る高負荷燃料増量領域を示す線図である。 １……内燃機関、４……吸気マニホールド、10a〜10d…
…燃料噴射弁、11……コントロールユニット、12a〜12d
……筒内圧センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関高負荷運転時に機関への燃料供給量を
   増量補正する高負荷時燃料増量補正手段を備えた内燃機
   関の燃料供給制御装置において、 機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、 該筒内圧検出手段によって燃焼中に検出された筒内圧と
   該筒内圧のクランク角についての微分値とに基づいて熱
   発生率を推定する熱発生率推定手段と、 機関負荷と機関回転速度とに基づいて前記熱発生率の目
   標値を設定する目標値設定手段と、 前記熱発生率推定手段で推定された熱発生率と前記目標
   値設定手段で設定された目標値とを比較して前記高負荷
   時燃料増量補正手段による燃料供給量の増量補正量を増
   減補正する熱発生率による増量補正手段と、 を設けたことを特徴とする内燃機関の燃料供給制御装
   置。
2. 【請求項２】前記熱発生率による増量補正手段により補
   正された燃料増量補正量を運転条件別に更新記憶する増
   量補正量記憶手段を備え、前記高負荷時燃料増量補正手
   段が該増量補正量記憶手段から当該運転条件に対応する
   増量補正量を検索して燃料供給量の増量補正を行うよう
   構成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃
   料供給制御装置。