JPS58113555A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関する。

一般に、燃料の供給を電子制御する内燃機関にあっては
、常に一定の空燃比（環１Ｉｉｉｉｌ空燃比）の混合気
を得て、燃費の向上や触媒による排気の浄化を良好に維
持するために、例えば第１図に示すように、吸気通路ｌ
に設置したエアフローメータ２によって吸入空気の流量
を検出し、また点火信号からエンジン回転連間を検出し
これらの検出値に基づいて吸気ポート３に開口した燃料
噴射弁４がらの基本的な燃料噴射量を定め、さらにこの
基本噴射ｔ’を排気通路５に設けた酸素濃変センサ６が
らの検出信号に応じてフィードバック補正することによ
り、愼関（／？！ｒ気筒）へ供給される混合気の空燃比
が適確に目標源となるようにコントロールしている。

実際には、上記雨検出信号は制御回路７に人力され、こ
の制御回路７からの指令によって燃料噴射弁４の開弁時
間がコントロールされる。また、空燃比の制御には、こ
のほか温度センサ９からのエンジン冷却水温、絞弁スイ
ッチ１０からＯ絞弁１１の開度またバッテリ電圧等の運
転条件もフィードバックされる。

なお、図中１２は燃料供給系を示している。

ところで、この装置では、酸素一度センサ６として菖２
図に示すような管型のジルコニア０３センサが用いられ
る。図で１３，１４ｕ白金電極、１５は固体電解質（ツ
ルフェア）、１６Ｉ／ｉ出力端子であ）、内部電極１３
には大気が、外部電極１４には排気ガスが接触するよう
になっている。排気ガス中においては第３図のようｔ出
力電圧特性を示し、理論空燃比（λ；１）点において出
力電圧は急激に０Ｎ−ＯＦＦ％性となる。

したがって、このようなセンサ特性から、空燃比の制御
は、ｍ細空燃比点またはその近傍のきわめて狭い範囲で
しか正確に行なうことができず、限られ丸ものとなって
いる。

このため、従来例にあっては、機関の燃料消費を低減す
る目的で、例えば理論空燃比より薄いいわゆる希薄空燃
比に制御しようとしても、バラツキが大きくて適確な制
御は困難であシ、期待するように燃費やあるーは排気浄
化の一層の改善を図ることはできなかった。

また、機関の一部の気筒にのみ酸素センナを設けて、理
論空燃比にフィードバック制御し、残シの気筒には、こ
れよシ薄−混合気を供給して、全体として、希薄空燃比
に制御しようとするｔのがおるが、これは、供給空燃比
の相異によるトルク変動が大きいとｉう欠点があった。

（特公昭５６−３２４５１号） この発明は、このような従来の間廟点に層目してなされ
たもので、機関のある特定の気筒からの排気管に空燃比
セ／すとしての＃Ｒ素１１１度センナを設置し、このセ
ンナの検出信号に応じて核気筒の空燃比を理論空燃比に
フィードバック制御し、同時にこの７フイ一ドバツク信
号もしくはこれに比例する信号を用いて残ルの気筒の燃
料噴射瀘を、理論空燃比よシも相対的に薄い所定の空燃
用となるようにいわば擬制（疑似的）フィードバック制
御する一方、該特定気筒の吸排気弁の開閉タイミングを
ずらし、その気筒内における残留ガス量を残シの気筒の
場合よシいくらか増加させるように構成して、各気筒間
の出力均衡を良好に維持しつつ。

全体として精度良く所定の希薄空燃比が得られるように
した４のである。

以下、この発明を図面に基づいて説明する。

菖４図、第５１１は、この発明の一実施例を示す図で６
９．４気筒エンジンに適用した例である。

まず構成を説明すると、機関本体１７の吸気弁１８、排
気弁１９をロッカーアーム２０を介して開閉駆動するカ
ムシャツ）２１のカム２２　、２３のカムグロフィルを
、それぞれ気筒すｌと他の気筒φ２〜す４とで異なる特
性となるように形成し、気筒す１の吸、排気弁１８ｍ、
１９ｍの吸気上死点におけるパルプオーバラップが他の
気筒す２〜φ４のものよシ長くなるようにしである。

この場合、気筒◆２（す３．す４も同様）のパルプオー
バラップは、第６図の６：Ｉ）に示すように、その吸排
気作用が機関の運転性能を基準にして最良となるように
設定される。

これに対して、気筒すｌのパルプオーバラッグは、第６
図の（イ）に示すように上記最良値を越えていくらか長
期間（クランク角では広角度）に設定され、即ち排気行
程において燃焼がスが気筒φｌ内に若干量逆流（残留）
するようにしている。

これによシ、気筒φ２〜φ４に対して気筒φｌ内での残
留がスミを増加させる手段を構成する。

残留ガス飯は、第７図に示すようにパルプオーパラツゾ
期間に比例する。

一方、この気筒す１の排気ポート２４に接続すル排気通
路５の排気マニホールドブランチ２８は、他の気筒φ２
〜φ４の排気ポート２５　、２６　、２７に接続する排
気マニホールドフランチ２９と途中まで独立して形成さ
れる。

そし王、この独立した排気マニホールドブランチ２８の
途中に、酸素績度センサ６が設置され、その検出信号は
ＩｔｌｌＪ　Ｉ＃回路３０に入力される。

ナオ、両排気マニホールドブランチ２８，２９の合流部
下流には、排気浄化用の酸化触媒３１が設けられる。

また、吸気通路１からの吸気を各気筒φ１〜す４に均等
に分配する吸気マニホールド！ランチ３２の各吸気ポー
ト３３，３４，３５．３６との接合部付近には、それぞ
れ各気筒す１〜す４に対応して燃料を吹射供給するＩＥ
砿式の燃料噴射弁ａ。

ｂ、ｃ、ｄが設置される。

このうち、気筒φ１に対応する燃料噴射弁ａは、同一開
弁時間に対しての燃料噴射量が他のす２〜φ４気筒に対
応して設置された燃料噴射弁ｂ−ｄと比べてα倍（α〉
１）となる流量特性を有するものが使用される。

そして、これらの燃料噴射弁ａ〜ｄは、前述の制御回路
３０から与えられるノ９ルス信号により駆動開閉され、
開弁時間比（デユーティ比）がコントロールされるよう
になっている。

即ち、制御回路３０から各燃料噴射弁ａ　％　ｄに同一
のパルス信号を与えると、噴射弁ａの燃料噴射量は他の
噴射弁ｂ−ｄの燃料噴射量のα倍となり、また気筒φ１
に供給される吸気量は他の気筒φ２〜＋４よシ若干（残
留ガス分）少ないか゛　、気筒す１での空燃比は気筒φ
２〜す４の空燃比より一く（α倍）なる。したがって、
気筒す１での空燃比が理論空燃比となるように噴射弁ａ
を開閉制御し、その一方で同一パルス信号により噴射弁
ｂ−ｄを開閉制御すれば、気筒す２〜÷４での空燃比を
希薄にコント筒−ルすることができる。

具体的には、制御回路３０が、まずエアフローメータ２
からの吸気量信号と点火装置３７からの点火信号（回転
信号）轡にもとづ１！燃料噴射弁ａの基本燃料噴射量を
演算し、これを前記酸＊＊度センサ６から検出される空
燃比信号に応じて補正し、気筒す１で理論空燃比の混合
気が得られるように／？ルス信号を出力して燃料噴射弁
ａの燃料噴射量をフィードバック制御する。

そして、同時にこのノ母ルス信号によ多燃料噴射弁ｂ−
ｄを開閉し、気筒す２〜φ４に供給される□ 燃料噴射量をコントロールするのである。

これによシ、各気筒す１〜す４での空燃比が１確に制御
されると共に、全体として所定の希薄空燃比の混−合気
を得ることができ、その最適制御を可能にしている。

ここで、燃料噴射弁ｂ−ｄの単位時間当シの燃料噴射量
ヲｑｂとすると燃料噴射弁ａの同じく噴射量ｔ′１ｑａ
＝α・ｑｂとなシ、気筒す１での理論空燃比（λ＝１）
を１４．７とすると気筒す２〜φ４での空燃ｙヒは１４
．７　Ｘαとなる。し友がって、例えばα＝１．４の流
量特性の噴射弁ａを用ｉれば気筒φ２〜φ４では１４．
７　Ｘ　１．４　＝　２０．５８の空燃比の混合気が得
られる。そして、このとき機関の見かけ上の空燃比は、
（１４，７Ｘ　４　）　／（１＋３Ｘ１／１．４　）＝
１８．７１とな夛、全体として１８．７１の希薄空燃比
の混合気を供給する場合と同等となる。

ｔｆｌ：、、この場合気筒φ１以外の気筒◆２〜す４へ
供給される混合気の空燃比（＝２０．５８）は、理論空
燃比に制御されるときの空燃比制御精度に比べ、その１
／ａの精度で制御されることになる。

し次がって、α＝１．４の場合に、気筒す１の空燃比が
例えば±１−の精度で制御されているとすれば、他の気
筒φ２〜φ４の空燃比は±１％／１．４＝±０．７％の
制御精度となシ、空燃比２０．４３〜２０、７３と非常
に小さな幅で制御が可能となっている。

本実施例では、このように特定の気筒◆１（任意に選定
される）の燃料噴射弁ａと、他の残りの気筒す２〜す４
（同じく任意に選定される）の燃料噴射弁ｂ−ｄの流量
特性（流量比）を変え、気筒す１の排気中に酸素Ａ度セ
ンサ６を設置し、その検出信号に応じて気筒φ１の空燃
比を理論空燃比に、同時に他の気筒φ２〜φ４の空燃比
を薄い空燃比に制御することによシ、適確に所定の希薄
空燃比の混合気を得ることができるのであり、したがっ
て燃費や排気組成の一層の向上が図られる。

ところで、本実施例では気筒すｌの吸排気弁１８ｇ、１
９ａの開閉タイミングをずらし、その吸気上死点におけ
るパルプオーバラッグが他の気筒す２〜φ４のものよシ
長く設定しであるが、この場合各気筒φｌ〜φ４での該
開閉タイミングが同一であるとすると、気筒φｌの空燃
比のみが理論空燃比（λ＝１）である丸め、例えば第８
図（空燃比と図示平均有効圧との関係を表わすグラフ）
に示すように、気筒φ１の出方（平均有効圧による）が
残りの気筒す２〜す４の出方より相当大きくなって、機
関のトルク変動を増大させ、運転性が感化するという不
具合を生ずる。また、第９図（空燃比と排気中のＮＯｘ
　濃度との関係を表わすグラフ）に示すように、気筒内
の燃焼温度が高い理論空燃比近傍ｔ１ど排気中のＮ　Ｕ
　Ｘ　濃度が増大することから、気筒φ１のＮＯｘ　の
排出量が増えて排気組成に悪影譬を及はしかねない。

そこで前述したように、気筒すｌにおける吸排ｆｉ弁１
８ａ、１９ａのパルプオーパラッグヲ他ノ気筒す２〜す
４のものよシ長く設定し、即ち気筒す１内の残留ガス量
を増加させて該気筒す１での点火後の燃焼速度を遅らせ
、燃焼最高温度を下げるのである。これにょ↓、気筒す
ｌと他の気筒す２〜φ４との出力差が減少し、機関の出
方変動を低減することができる。まえ、気筒φ１のＮＯ
ｘ排出量も減少して全体のＮＯｘ　排出量は極めて少な
いものとなる。例えば、気筒φ１の出方は、謔８図の曲
細工のＡ点から曲線■の０点に下がシ、気筒＋２〜す４
の出力（Ｂ点）との差は小さい。

また、気筒す１の排気中のＮＯｘ　　濃度は、第９図の
曲＠ＩのＡ点から曲ａｎの０点になシ、気筒す２〜φ４
の排気中のＮＯｘ　濃度をＢ点としてこれらを換算する
と総合ＮＯｘ　濃度はＤ点で示されるように大幅に低減
される。

このようにして、機関の希薄空燃比の最適制御を可能に
し、各性能の向上を図っているのである。

第１０図の（イ）、（ロ）は、本発明の他の実施例であ
〕、理論空燃比にコントロールされる気筒すｌでの残留
ガス量を増加させる手段として、その吸排気弁１８ａ　
、１９ａのパルプオーバラップを他の気筒φ２〜す４の
ものよシ短かくシ、かつそのオーパラツゾ時期を吸気上
死点（排気上死点）後、即ち吸気弁１８ｇの開弁時期、
排気弁１９ａの閉弁時期共に吸気上死点後となるように
設定しである。

また、第１１図の（イ）、（ロ）に示す他の実施例では
、気筒す１の吸排気弁１８ａ　、１９ａのバルブオ−パ
ラツゾ番無くし、吸気弁１８ｇの開弁時期を吸気上死点
後、排気弁１９ａの閉弁時期を排気上死点（吸気上死点
）前となるようにしている。

これらの実施例社、いずれ一本前記第５図のカム２２．
２３の取付は位置あるいはそのカムプロフィル　の形状
を上述したように選定することにょシ、容易に構成され
設定される。

そして、この両実施例によれば、共に気筒＋１内の残留
ガス量を増加させ、しかも比較的高温ガスが残留するの
に加えて、絞弁１１によるポンピンダ四スが低減される
ため、気筒す１の燃料消費を悪化させることなく効果的
に気筒φ１〜す４の出力を均衡することができ、ＮＯｘ
　の排出量を低下することができるのである。

なお、各実施例では、気筒すｌの燃料噴射弁ａと残りの
気筒φ２〜す４の燃料噴射弁ｂ−，ｄとで流量特性（流
量比）の異なるものを使用したが、双方の流量特性を一
一とし、制御回路３．０から噴射弁８に与えるノ９ルス
信号の巾を、他の噴射弁ｂ〜ｄに与えるノ臂ルス偏号９
巾のα倍となるよう構成しても、同様の効果が得られる
ことは明らかである。

以上説明した通り、本発明によれば、機関の各気筒のう
ち特定気筒の排気中に酸系濃度センサを設け、この検出
信号に応じてモニター的に該気筒の空燃比のフィードバ
ックを行い理−空燃比に制御すると同時に、これを利用
してそのフィードバック信号もしくはこれに比例する信
号によシ、残シの気筒の空燃比を相対的に博い空燃比と
なるように制御し、その−万該特定気筒の吸排気弁の開
閉時期を残りの気筒のものとずらし、特定気筒内の残留
ガスｔを増加させる手段ｔ−備えたので、機関のトルク
変動を抑え、ＮＯｘ　　の排出ＩＩＩを増大させること
なく総合空燃比を精度良く所定の希薄空２然比にフィー
ドバック制御することができ、燃費や排気性能を大幅に
向上することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装−の構成断面図、第２図は酸素濃度セン
サの部分断面図、第３図は酸木一度センサの出刃物性図
、第４図は本発明の実施例を示す構成図、第５図は第４
図の部分詳細断面図、第６図の（イ）、（０）は吸排気
知開閉時期を示す特性凶、第７図はパルグオーパラツデ
と残留ガスの割合との関係を示すグラフ、第８図は空燃
比と図示平均有効圧との関係を示すグラフ、第９図は空
燃比と排気中のＮＬＪｘ　皺度との関係を示すグラフ、
第１０図ＱＪ（イ）、（ロ）は本発明の他の実施例にお
ける吸排気弁の開閉時期を示す特性図、第１１図の（イ
）、（ロ）は同じく他の実施例における吸排気弁の開閉
時期を示す特性図である。 ２・・・エアフローメータ、６・・・ａｌＥ素ｍｉセン
サ、１８・・・吸気弁、１９・・・排気弁、２２．２３
・・・カム、２８．２９・・・排気マニホールドブラン
チ、３０・・・制御回路、３２・・・吸気マニホールド
ブランチ、ａ〜ｄ・・・燃料噴射弁。 特許出願人　　日産自動車体式会社 第１図 を 第２図 □　゛ヨ１Ｕ手 （’Ｊ 「０′ 第５図 第７図 （ｕｌｄｄρＬｙ）菖１く＾ＯＮ 第１０図（４） 第１１図（ロ） ＤＣ 手続補正書（自発） 昭和５７年３月３０日 特許庁長音　島　１）春　樹　殿 １、　事件の表示 昭和５６年特許願第２１５９０９号 ２、　発明の名称 ８蟻機関の空燃比制御装置 ３、　補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　神奈川県横浜市神奈用区宝町二番地氏　名　（
３９９３日童自動単株式会社４、代理人 住　所　〒１０４東夏都中央区銀座８−１０−８銀座８
−１Ｏビル３階　（５７４３８４６４自　　　発 ６、補正の対象 ７、　補正の内容 明細書第１２頁の第１０行目に「第１０図の」とあるの
を「第１１図の」と補正し、第１９行目Ｋ「第１１図の
」とあるのを「第１０図の」と補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 各気筒の吸気系に配設した燃料噴射弁と、機関の運転状
   態に応じて燃料噴射弁の開弁時間を制御する制御回路と
   を備えた多気筒内燃機関において、特定気筒の排気路に
   のみ空燃比を検出する空燃比センサを設け、前記制御回
   路によシ空燃比センサの出力信号に応じて当該気筒の空
   燃比が理論空燃比となるよう燃料噴射量をフィードバッ
   ク制御すると同時に、残シの気筒の燃料噴射量をこのフ
   ィードバック信号またはこれに比例する信号によシ所定
   の希薄空燃比に制御し、かつ前記特定気筒の吸排気弁の
   開閉時期を残シの気筒の吸排気弁の開閉時期よシ進遅嘆
   せて前記特定気筒内における残留ガス量を増加させる手
   段を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置
   。