JPS59113244A

JPS59113244A - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPS59113244A
Application number: JP22211182A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Morita; 森田　達郎; Kuniaki Sawamoto; 沢本　国章
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-12-20
Filing date: 1982-12-20
Publication date: 1984-06-29

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】本発明は、内燃機関の空燃比（すなわち空気と燃料の混
合比）制御装置に関し、より詳細には、機関の燃焼の安
定を確保する範囲内で空燃比を可能な限り希薄にして燃
費の向」二を図った、内燃機関の空燃比制御装置に関す
る。

従来の内燃機関の空燃比制御装置としては、例えば第１
図の燃料系統、第２図の空気系統および電子制御系統を
組み合わせたものが知られている。

第１図の燃料系統においては、燃料はツユエルタンク１
よりツユエルポンプ２で吸入され、加圧されて圧送され
る。次にツユエルダンパ３によりツユエルポンプ２で生
ずる燃料の脈動が減衰され、さらにツユエルフィルタ４
で塵埃や水分が取り除かれた後、プレッシャレギュレー
タ５で一定の燃料圧力に調整された燃料が、機関６の各
シリンダ７の吸気弁８近傍においてインテークマニホー
ルド９に取り付けられたインジェクタ（燃料噴射弁）１
０から、所定の時期に後述するようにコントロールユニ
ソ目１で演算された所定の噴射量Ｔ（噴射時間）だけ、
噴射される。

尚、余剰燃料はプレッシャレギュレータ５がらツユエル
タンク１に戻される。１２は冷却水温度を検出する水温
センサ、１３は冷却水温度が低温の時に機関を始動する
際に開いて燃料供給量を増量するためのコールドスター
トパルプである。

空気系統は第２図に示すように、空気はエアクリーナ１
４から吸い込まれてｋｍされ、エアフロメータ１５によ
り吸入空気量Ｑが計量されると共に、スロットルチャン
バ１６においてスロットルバルブ１７により吸入空気量
Ｑが加減され、インテークマニホールド９において、上
述したインジェクタ１０から噴射される燃料と混合され
た後混合気が各シリンダ７に供給される。スロットルチ
ャンバ１６にはスロットルバルブ１７が開の時にオフ（
ロー）信号、閉の時にオン（ハイ）信号を出すスロット
ルスイッチ１８が取り付けられている。１９はスロ・ノ
トルハルブ１７が閉（すなわち、アイドリング）の時の
吸入空気のバイパス通路、２０はそのバイパス通路１９
の空気流量を調整するアイドルアジャストスクリュー、
２１はエアレギュレータで始動及びその後の暖機運転中
に補助空気弁として空気の増量を行うものである。

次に電子制御系統はコントロールユニソ目１において、
エアフロメータ１５からの吸入空気量Ｑ信号と機関６の
クランク軸に取り付けられたクランク角センサ２２から
の機関回転数Ｎ信号とを受けて基本噴射量ＴｐＴｐ＝Ｋ　（Ｑ／Ｎ）（但し、Ｋは定数）・・・・・・
（１）を演算する。さらに機関や車両各部位の状態を検
出した各種情報を入力して、噴射量の補正を演算して、
実際の燃料噴射ｉＬＴを求め、このＴによりインジェク
タ１０を各シリンダ同時に機関１回転につき、１回駆動
する。

各種補正を詳述すると、インジェクタ１０の駆動電圧の
変動による補正としてのバッテリ電圧補正Ｔｓは、第３
図に示すように、バッテリ電圧ＶＢに応じて、Ｔｓ　＝　ａ＋　ｂ（１４Ｖ　Ｂ）　−・＝［２１（但
しａ、ｂは定数）で与えられる。

機関が充分暖機されていない時の水温増量補正Ｆｔは、
水温に応じて第４図に示す特性図から求める。

円滑な始動性を得るため、及び始動からアイドリングへ
のつなぎを円滑に行うための始動後増量補正ＫＡｓは、
スタータモータがオンになった時の初期値ＫＡｓｏが、
その時の水温に応じて第５図に示す特性図から求められ
、以後、時間の経過と共に０に減少していく。

暖機が充分に行われていない時の発進を円滑にするため
のアイドル後増量補正ＫＡｉは、スロットルスイッチ１
８がオフとなった時の初期値ＫＡｉ。

がその時の水温に応じて第６図に示す特性図から求めら
れ、以後、時間の経過と共に０に減少していく。

その他に、排気センサによる補正等を行う場合もある。

また、機関の始動時には次のような制御を行う。

Ｔ＋＝ＴｐＸ　（１＋ＫＡｓ）Ｘｌ、３＋Ｔｓ・・・（
３）Ｔ　２　＝ＴＳＴＸ　ＫＮＳＴ　Ｘ　ＫＴ　Ｓ　Ｔ
”−−・・（４１の２つの値を演算し、大きい方を始動
時の燃料噴射量とする。

但し、（４）式中のＴＳＴ、ＫＮＳＴ、ＫＴＳＴはそれ
ぞれ、水温１機関回転数、始動後経過時間に応じて、そ
れぞれ第７図、第８図、第９図の特性から求められる。

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、機関に与える空燃比を理論空燃比の近
くで制御する限りでは、燃焼状態の良好な安定した制御
を行うことができるが、その場合には燃費の向上に限界
がある。燃費を更に向上させるためには空燃比を希薄に
して燃焼を行うとよいが、第１０図に示すように、空燃
比を薄くする程、燃焼のバラツキ度合が大きくなり、燃
焼の安定性が悪くなるので、この安定性が許容範囲内に
あるように空燃比を設定する必要がある。しかし、従来
の空燃比制御装置では、実質的に機関回転数Ｎと吸入空
気量Ｑだけに基づいて空燃比を設定しているので機関や
エアフローメータ等の製造上の精度や誤差を考慮すると
、機関安定領域の限界近傍まで空燃比を可能な限り薄く
設定することができないという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた
もので、機関の安定性と相関の深い気筒内圧力が最大と
なるクランク角位置θｐｍａｘを検出し、所定期間内に
おいてこのクランク角位置θｐｍａｘが予め定めた設定
位置以後となった気筒の数及び各気筒毎の数を演算して
、これらの演算結果に応じて燃料供給量を調整すること
により、上記問題点を解消することを目的としている。

以下本発明を図面に基づいて説明する。

まず、本発明の具体的な構成を説明する前に機関の安定
性と筒内圧力との関係について述べる。

第１１図は同一運転条件（エンジン回転とトルクが同じ
）でかつ点火時期が最適の状態で空燃比を変えた場合の
筒内圧力の違いを示したものである（ただしＡ／Ｆ　（
空燃比）＝１５以上）。点火時期が最適状態の時の筒内
圧が最大となるクランク角位置θｐｉａには理論上運転
条件と関係なくほぼ一定値θｔ（１６°〜２０°ＡＴＤ
Ｃ）である。ところが、空燃比が小さい（燃料が濃い）
場合は、θｐｍａｘの値は理論値近傍の狭い範囲に集中
しているが、空燃比が大きくなるほど理論値からずれる
割合が多くなりθｐｍａｘのとる範囲が広くなっていく
。そして、ある程度以上大きくなると燃焼が遅れるひん
度が多くなるため、θｐｍａ×の値が大きくなる場合が
発生するようになる。この様子を第１２図に示す。

このようにθｐｍａｘの値が大きくなる燃焼のびん度が
増加すると機関は不安定となる。

第１３図は２５”ＡＴＤＣ以上のθｐＨｌａに発生ひん
度の空燃比による変化を示したものである。このような
ことから安定限界としであるクランク角位置以後におけ
るθｐｍａに発生ひん度を定めることにより、機関の安
定度を一定に保つことができ、この安定度を保つように
空燃比を制御すれば可能な限り空燃比を薄くすることが
できる。

次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１４図は、４気筒内燃機関に適用した本発明の一実施
例を示すブロック図である。同図において、機関の各気
筒にはそれぞれ筒内圧力Ｐを検出する圧力センサ２３〜
２６を設ける。該圧力センサ２３〜２６は例えば各気筒
に取り付けられる点火プラグの座金として圧電素子を用
いたもの又はシリンダへ・２ドとシリンダブロックの間
に介装されるガスケットに圧電素子を用いたものなどが
使用される。２７はマルチプレクサで、クランク角位置
θに応じて４個の圧力センサ２３〜２６のいずれか１つ
を選択し、選択した圧力センサのアナログ検出信号を通
過させ出力する。２８はＡ／Ｄ変換器で、マルチプレク
サ２７により選択された圧力センサの筒内圧力Ｐのアナ
ログ値をディジタル値に変換する。この変換操作はクラ
ンク角１°毎に行う。２９はメモリＡで、Ａ／Ｄ変換器
２８でディジタル値に変換されたクランク角１゛毎の筒
内圧力Ｐを記憶する。３０は演算回路Ａで、１サイクル
分の筒内圧力の検出を終えた時点でメモリＡ２９に記憶
されている筒内圧力Ｐのデータを読み出し、筒内圧力Ｐ
が最大となった時のクランク角位置θｐｍａｘを計測し
、所定値（例えば２５°ＡＴＤＣ）と比較する。３１は
メモリＢで各気筒別に割り当てられたカウンタになって
おり、ある気筒におけるθｐｍａにが所定値を上まわっ
た（２５°ＡＴＤＣ以後）場合、その気筒のカウント数
を１つ増やす。各気筒のカウンタの値をここではＵｌ、
Ｕ２．Ｕ３．Ｕ４とする（４気筒の場合）。

３２はＡ’／Ｄ変換器で、エアフロメータ１５が出力す
る吸入空気量Ｑのアナログ値をディジタル値に変換する
。３４はクランク角センサ２２からのクランク角信号を
カウントして機関回転数Ｎを出力するカウンタである。

３５は演算回路Ｂで、先ずエアフロメータ１５による吸
入空気量Ｑとクランク角センサ２２による機関回転数Ｎ
とから、従来と同じく前述した（１）式に従って基本噴
射量（燃料噴射パルス中）Ｔｐ＝Ｋ（Ｑ／Ｎ）を演算す
る。次に演算回路Ｂ３５は、上述したメモリＢ３１に記
憶された各気筒毎のθｐｍａＸ＞（または≧）２５°Ａ
ＴＤＣとなった爆発数Ｕ１〜Ｕ４の値のどれか−っ以上
が所定計測期間中（例えば機関の２４回転）に所定の値
（例えば３爆発）となった場合、または、Ｕ１〜Ｕ４が
１以上となるものの数、すなわち、θｐｍａｘ＞　（ま
たは≧）２５゜Ａ’ＴＤ’Ｃとなる爆発のあった気筒数
Ｃが所定の値（例えば２気筒）となった場合、機関の安
定度は悪化している（安定度限界に近付いている）とし
て、補正係数α（例えば初期値α−１）を空燃比を濃側
に調整すべくα−α＋Ｋｒとする。一方、前述のＴＪ　
Ｉ”　Ｕ　ａ又はＣが所定値より下まわっている場合は
機関は安定であるとし、空燃比を更に希薄側に調整する
ためにα−α−Ｋｌとする。

そして、このようにして求めた係数αを前述の基本噴射
量’ｒｐに１４）け、実際の燃料噴射量（燃料噴射パル
ス中）Ｔａを求めて、これを出力する。

３６は燃料噴射制御回路で、演算回路Ｂ３５で演算され
出力される補正された実際の燃料噴射パルス巾Ｔａに応
じて、各気筒に燃料を噴射・供給する。

第１５図は燃料噴射制御回路３６の詳細を示す。同図に
あって、３７はレジスタで、演算回路Ｂ３５から転送さ
れてくる燃料噴射パルス巾ＴａＯ値を一時格納する。３
８はクロックカウンタで、レジスタ羽に燃料噴射パルス
巾Ｔａのデータが格納されると同時にリセットされ（０
になり）、クロックパルス発生器（図示しない）からの
クロックパルスを計数する。３９は比較器、４０はトラ
ンジスタ、４１〜４４は各気筒毎に装着されるインジェ
クタ（燃料噴射弁）である。比較器３９は燃料噴射パル
ス中Ｔａのデータがレジスタ３７に転送されクロックカ
ウンタ３８がリセットされると、トランジスタ４０のヘ
ースに出力しトランジスタ４０をオンにする。

これにより、インジェクタ４１〜４４へ通電され、当該
インジェクタ４１〜４４が開いて燃料噴射を開始し、レ
ジスタ３７の値（Ｔａ）とクロックカウンタ３８の値が
等しくなった所で、比較器３９の出力が止まりトランジ
スタ４０がオフとなってインジェクタ４１〜４４が閉じ
て燃料噴射が終了し、クロックカウンタ３Ｂの計数が止
る。

次に動作を説明する。

クランク角センサ２２からは、第１６図に示すような、
例えば１番気筒の圧縮上死点を示す基準パルスｔａ＋と
、クランク角１°毎のパルス（ｂｌが出力される。

第１７図のフローチャートにおいて、例えば１番気筒の
圧縮上死点をサイクルの基準（０°）として、１サイク
ル（機関の２回転＝クランク角７２０゜の回転）毎に、
演算回路Ａ３０において、クランク角センサ２２の出力
に基づきクランク角位置θが判別され（ステップ５０）
、θ＝０°〜（イ）°の範囲では１番気筒が選択され（
ステップ５１）、１番気筒を選択したことがメモリＡ２
９に記憶さ゛れる（ステップ５５）。また、この演算回
路Ａ３０の選択に基づいてマルチプレクサ２７が１番気
筒の圧力センサ２２を選択し、１番気筒の筒内圧力Ｐが
クランク角１゜毎に検出され、Ａ／Ｄ変換器２８でディ
ジタル値に変換されそのディジタル値がやはりメモリＡ
２９に記憶される（ステップ５５）。更に、演算回路Ａ
３０はクランク角位置θが６１°に到達したが否かを判
別しくステップ５６）、θ＝６１゛　となるとθ−０゜
〜６０’の範囲における１番気筒の筒内圧力Ｐの検出を
終了し、１番気筒における筒内圧力が最大であったクラ
ンク角位置θｐｍａｘを計測しくステップ５７）、θｐ
ｍａｘが２５°ＡＴＤＣ以上が否がを判別しくステップ
５８）、その値がδ’　ＡＴＤＣ以上の場合はメモリＢ
３１の１番気筒に割り合てられた場所のカウンタを１つ
増す（ステップ５９）。そして、θ＝　１８０　”　〜
２４０°では３番気筒がθ−３６０°〜４２０°では４
番気筒がθ−５４ｏ°〜６００　’では２番気筒がそれ
ぞれ選択され（ステップ５２〜５４）、同様の手順で、
各気筒毎のそのサイクル（１＃Ａ発）分の筒内圧力最大
クランク角位置θｐｍａにを計測してθｐｍａχが２５
°ＡＴＤＣ以上になった数をメモリＢ３１に記憶する。

一方、第１８図のフローチャートにおいて、演算回路Ｂ
３５は、エアフロメータ１５からの吸入空気量Ｑとクラ
ンク角センサ２２からの機関回転数Ｎに基づいて、＋１
１式に従って基本噴射量’ｒｐを演算する（ステップ６
０）。

次にメモリＢ３１から各気筒に割り当てられたカウンタ
の値Ｕ１〜Ｕ４各気筒毎のθｐｍａｘが２５°ＡＴＤＣ
以上となった数）を読み出し、それぞれの値が例えば１
以上となっているカウンタの数即ち気筒数Ｃを数える（
ステップ６１）。

次に気筒数Ｃが所定の数以上（例えば２）か否かを判定
しくステップ６２）、所定数より少ない場合は次にＵ１
〜Ｕ４の値が所定の値以上（例えば３）か否かを判定す
る（ステップ６３）。そして、ステップ６２．６３のど
ちらかでＣ，Ｕ＋〜Ｕ４の数が所定値以上となった場合
には、機関不安定と判断して燃料の補正係数αをα−α
十Ｋｒとし、空燃比を濃側にしくステップ６４）、メモ
リＢ３１にあるカウンタの値をすべてＯとする（ステッ
プ６５）。

一方、機関不安定と判断されなかった場合は、機関は安
定であるとし、空燃比を希薄側にするため係数α−α−
Ｋｌとしさらに所定期間を計測するカウンタ（例えば回
転カウンタ）を１つふやす（ステップ６６）。つづいて
、前記回転カウンタの数が所定数（例えば２４回転）以
上になったか否かを判定しくステップ６７）、所定数以
上になった時には、メモリＢ３１にあるカウンタの値を
すべてＯとする（ステップ６７）。尚、メモリＢ３１の
カウンタの値が０となった時に回転カウンタの数もＯと
なる。

このようにして、筒内圧力が最大となるクランク角位置
θｐ＋ｎａｘが所定の値以上となるひん度に応じて燃料
供給量の補正係数αを求め、このαを基本噴射量’ｒｐ
に掛けて、実際の燃料噴射量Ｔａを演算しくステップ６
８）、演算回路Ｂ３５よりこの燃料噴射量Ｔａのデータ
を燃料噴射制御回路３６のレジスタ３７へ転送する（ス
テップ６９）。

燃料噴射制御回路３６の作用を第１９図のタイミングチ
ャートに従って説明すると、演算回路Ｂ３５の演算結果
に応じて、レジスタ３７に書き込まれる燃料噴射パルス
中Ｔａは、転送の都度変化しく第１９図（ａｌ）、クロ
ックカウンタ３Ｂはレジスタ３７への燃料噴射パルス巾
Ｔａの転送からクロックカウンタ３日の値とレジスタ３
７の値とが等しくなるまでクロックパルスをカウントし
く同図ｆｂ））、この間比較器３９からの出力によって
トランジスタ４０がオンしておりインジェクタ４１〜４
４はクロックカウンタ３８のカウント期間中開弁する（
同図（Ｃ））。かくして、θｐｍａにが所定値以上とな
るひん度に応じて調整された燃料量Ｔａが各気筒に与え
られ、空燃比が制御されることになる。即ち、θｐｍａ
ｘが２５°ＡＴＤＣ以上となるびん度が少ない状態から
、燃料供給量を徐々に少なくして行き、機関の燃焼の安
定限界における前記ひん度を保つように制御しているの
で、機関を安定状態に保つことのできる最低の燃料供給
量に制御することができる。

以上説明したように、本発明によれば、筒内圧力が最大
となるクランク角位置θｐｍａにを求め、このθｐｍａ
ｘが所定値以上となる爆発が所定期間中に発生するひん
度を演算し、このひん度に応じて燃料供給量を調整し、
空燃比を制御することとしたため、機関の燃焼を安定限
界を保った状態で行うことができ、可能な限り空燃比を
薄くできるので燃費の良い運転を行うことができるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の内燃機関の空燃比制御装置の燃料系統の
構成図、第２図は従来装置の空気系統の構成図、第３図
はバッテリ電圧とバッテリ電圧補正値の関係を示す特性
図、第４図は水温と水温増量補正値の関係を示す特性図
、第５図は水温と始動後増量補正の初期値の関係を示す
特性図、第６図は水温とアイドル後増量補正の初期値の
関係を示す特性図、第７図は水温と補正値ＴＳＴの関係
を示す特性図、第８図は機関回転数と補正値ＫＮＳＴの
関係を示す特性図、第９図は始動後経過時間と補正値Ｋ
ＴＳＴの関係を示す特性図、第１０図は空燃比と燃焼の
バラツキ度合および安定性との関係を示す特性図、第１
１図及び第１２図は空燃比を変えた場合においてそれぞ
れクランク角に対する筒内圧力の違い及びθｐｍａχ発
生ひん度を示すグラフ、第１３図は２５°ＡＴＤＣ以上
のθｐｍａに発生ひん度と空燃比の関係図、第１４図は
、本発明による内燃機関の空燃比制御装置の一実施例の
ブロック図、第１５図は第１４図の燃料噴射制御回路の
詳細を示すブロック図、第１６図は第１４図のクランク
角センサにより得られる信号の波形図、第１７図および
第１８図は第１４図の装置におけるそれぞれ演算回路へ
と演算回路Ｂにおいて実行される動作を説明するフロー
チャート、第１９図は第１５図の燃料噴射制御回路の主
要部のタイミングチャートである。１５・・・エアフロメータ　　２２・・・クランク角セ
ンサ２３〜２６・・・圧力センサ　　２７・・・マルチ
プレクサ２９・・・メモリ八　　３０・・・演算回路Ａ
　　　３１・・・メモリＢ　　　３５・・・演算回路Ｂ
　　　３６・・・燃料噴射制御回路３７・・・レジスタ
　　３８・・・クロックカウンタ３９・・・比較器　　
４０・・・トランジスタ　　４１〜４４・・・インジェ
クタ　　Ｎ・・・機関回転数　　Ｐ・・・筒内圧力Ｑ・
・・吸入空気量　　Ｔｐ・・・基本噴射量　　Ｔａ・・
・実際の燃料噴射量　　α・・・補正係数　　θ・・・
クランク角位置　　θｐｍａに・・・気筒内圧力が最大
となったクランク角　　Ｃ・・・θｐｍａにが所定値以
上となった気筒数　　ＵＩ−Ｕ４・・・各気筒のθｐｍ
ａｘが所定値以上となった数特許出願人　　日産自動車株式会社代理人　　弁理士　笹　島　富二雄１１！＋１第１図＜［ｓｃＥ：ｑ！　　±郷冶汐　星促９ −）＜−Ｂ田に＋ｈ＝ヤ槌如→壬・ズＣ−斡貰ｑ嶽蝉塑　→荀５〆１−　　　　　　　メーｈ（′Ｉ５　　　　ＤＶ　　　　　　　　％−）（ｊ’耶τ○０１ＶＯ９ＺＸ”Ｌｉ１ｄｅ（〆Ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

機関の各筒内圧力に相関する値を検出する手段と、機関
のクランク角位置を検出する手段と、これら検出手段の
検出結果に基づいて筒内圧力が最大となった時のクラン
ク角位置θｐｍａｘを計測する手段と、予め定めた所定
期間内に前記クランク角位置θｐｍａｘが予め定めた設
定位置以後となった気筒の数を演算する手段と、前記所
定期間内に各気筒毎の前記クランク角位置θｐｍａｘが
前記設定位置以後となった数を演算する手段と、両演算
手段の演算結果に応じて燃料供給量を補正制御する手段
と、を設けて構成したことを特徴とする内燃機関の空燃
比制御装置。