JPS62218633A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関する。

〈従来の技術） 従来、電子制御燃料噴射装置を備えた内燃機関の空燃比
制御装置にあっては、機関の始動性改善及び始動後の安
定回転確保のため、始動時及び始動後に燃料噴射量を増
量補正して空燃比を濃側に補正している。

具体的には、始動（クランキング）時に機関冷却水温度
に応じた増量補正を行うと共に、始動直後から機関の所
定回転（例えば５回転）毎に増量補正係数を減少させる
補正制御が行われている。

また、加速時にも応答性向上のため燃料増量補正を行っ
ている（特開昭５８−１４４６３２号、特開昭５８−１
４４６３号等参照）。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、このような従来の空燃比制御装置にあっ
ては、吸気通路の上流位置に設けられた燃料噴射弁から
下流側の吸気マニホールド方向へ向けて燃料を噴射する
いわゆるシングルポイントインジェクション方式の燃料
噴射装置の場合、機関停止直前の運転状態により吸気系
（吸気マニホールド及び吸気ポート）に付着及び浮遊し
ている燃料量がかなり異なり、例えばアイドリングや減
速運転時間が殆ど無い運転状態で機関停止された後の再
始動時においては、吸気系に付着、浮遊している燃料が
始動及び始動後増量補正された噴射燃料と共に機関燃焼
室内へ供給されるため、燃料の過剰供給によりＨＣ，Ｃ
ｏ等未燃焼排出物が増加したり点火栓のくすぶりを生じ
、再始動が困難になる等の問題を生じていた。

また、各気筒の吸気ポートに燃料噴射弁を備えたものに
あっても吸気の吹き返し現象により吸気系に燃料が残留
するため、上記傾向は免れなかった。

また、加減速後にも吸気系内に残留する燃料量は変化す
るが、従来、これに見合った燃料量の補正は行われてい
ないため、加・減速時の燃料量は良好に設定されておら
ず、加・減速性能を損ねていた。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもの
で、機関の運転中のみならず停止後も吸気系に付着及び
浮遊する燃料量を常に予測演算することにより、再始動
時や加減速時の燃料補正量を適切に設定し、もって良好
な空燃比に制御して始動性能、加減速性能を向上できる
と共に、ＨＣ。

ＣＯ等の排出量も低減できるようにした内燃機関の空燃
比制御装置を提供することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 このため、本発明は第１図に示すように、機関運転状態
に応じて当該運転状態を定常状態としたときに吸気系に
残留する燃料量を演算する定常燃料残留量演算手段Ａと
、該演算手段により演算された定常燃料残留量と、運転
状態の変化に対応して吸気系内に残留すると予測される
予測燃料残留量との偏差を演算する燃料残留量偏差演算
手段Ｂと、前記燃料残留量の偏差に機関運転状態に応じ
て設定される補正割合を乗じて前記予測燃料残留量の補
正量を演算する予測燃料残留量補正量演算手段Ｃと、機
関運転時及び停止後に前記予測燃料残留量の補正量を前
回求めた予測燃料残留量に加算することにより予測燃料
残留量を更新する予測燃料残留量演算手段りと、前記予
測燃料残留量の補正量に基づいて機関に供給される混合
気の空燃比を補正する空燃比補正手段Ｅと、を備えた構
成とする。

く作用〉 定常運転状態では、燃料残留量は一定であるため、予測
燃料残留量と一致し、燃料残留量による空燃比補正は行
われない。

過渡運転状態では、運転状態の変化により定常燃料残留
量演算手段により演算される定常燃料残留量が変化し、
予測燃料残留量との間に偏差を生じ、この偏差が燃料残
留量演算手段により演算される。

次いで、予測燃料残留量補正量演算手段により前記偏差
に補正割合を乗じて予測燃料残留量補正量が演算される
。

予測燃料残留量演算手段は、前回求められた予測燃料残
留量に前記補正量を加算することにより運転状態に応じ
て変化する予測燃料残留量を補正する。

一方、前記補正量は吸気系内の燃料残留量の変化量に対
応する値であるから、この値に基づき空燃比補正手段に
より空燃比が補正される。

機関停止後も予測燃料残留量は周期的に更新して求めら
れる。

この場合、定常燃料残留量は燃料供給停止により０近傍
に演算され、予測燃料残留量との間に負の偏差を生じて
予測燃料残留量は徐々に減少し、実際に吸気系に残留す
る燃料量に良く対応するため、短時間停止後の再始動時
に燃料が残留している場合は始動時の燃料補正増量を減
少できる。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

一実施例の全体構成を示す第２図において、後述する各
種演算制御を行うためのマイクロコンピュータｌは、Ｃ
ＰＵＩＡ、ＲＯＭＩＢ、ＲＡＭＩＣ，Ｉ１０ボートＩＤ
により構成される。Ｉ１０ボートＩＤには、機関運転状
態の検出信号として機関の吸気通路２上流部に装着され
たエアフロメータ３からの吸入空気流量信号Ｑａ、絞り
弁４の支軸に装着されたスロットルセンサ５からのスロ
ットル位置（絞り弁開度）信号θ及びスロットル、スピ
ード（開閉速度）信号■θ、クランク軸近傍に設けられ
たクランク角センサ６からの機関回転速度信号Ｎ、ウォ
ータジャケット７に設けられた水温センサ８からの冷却
水温度信号ＴＷ、吸気マニホールド９壁に装着された温
度センサ９からの吸気通路壁温度信号Ｔｉ、排気マニホ
ールド１０に設けられた空燃比センサ１１からの空燃比
信号等が入力さる。絞り弁４の上流近傍には燃料噴射弁
１２が装着され、該燃料噴射弁Ｉ２には前記Ｉ１０ポー
トＩＤから燃料噴射信号Ｔ１が出力され、ＣＰＵＩＡに
よって演算された量の燃料が機関回転と同期して噴射供
給される。また、吸気マニホールド２Ａには、機関の冷
却水を循環させる吸気加熱用ウォータジャケット１３が
設けられ、前記燃料噴射弁１２から噴射された燃料を吸
気マニホールド２Ａ内を通過して燃焼室１４を流入する
までの間加熱し、微粒化を促進する。排気マニホールド
１ｏには、排気浄化用触媒１５が介装される。

次に、マイクロコンピュータ１にょる空燃比（燃料噴射
量）制御を第３図〜第６図に示したフローチャートに従
って演算する。

第３図は、基本噴射量ＴＰと該基本噴射量ＴＰを補正す
るための定常燃料残留ｆｔＭｏ、補正割合ＤＫ、予測燃
料残留量補正量ＤＭを演算するルーチンを示す。

まずステップｌ　（図ではｓｌと記す。以下同様）では
、エアフロメータ３から読み込んだ吸入空気流量Ｑａと
、クランク角センサ６によって検出された機関回転速度
Ｎとに基づいて燃料の基本噴射量ＴＰを次式により演算
する。

ＴＰ＝Ｑａ／ＮＸＫ　　　（但し、Ｋは定数）次に、ス
テップ２では、機関の代表温度Ｔを演算する。

これは水温センサ８により検出される冷却水温度Ｔ　ｗ
　トｆＪｃ度センサ９により検出される吸気通路壁温度
Ｔｉとに基づいて次式により求められる。

Ｔ＝ＴｗＸＫ１＋Ｔｉ　　（１−Ｋｌ）（Ｋｌは定数、
Ｋｌ＜１） ステップ３では、機関運転状態に応じて、当該運転状態
を定常状態としたときに燃料噴射弁１２下流の吸気マニ
ホールド２Ａ、吸気ボート２Ｂ（以下吸気系という）に
付着及び浮遊する燃料量（以下定常燃料残留量という）
ＭＯを演算する。即ち、このステップ３の機能が定常燃
料残留量演算手段に相当する。

前記定常燃料残ＶＩｌ量ＭＯの演算は、例えば第４図に
示すフローチャートに従って行われる。

ここで、マイクロコンピータ１のＲＯＭＩＢには夫々異
なる機関の代表温度ＴＯ〜Ｔ４に対し実験で求められた
定常燃料残留ＩＭＯＩ〜ＭＯ４の二次元のテーブルが記
憶されている（第７図参照）。

そして、ステップ１１．１５．１９によってステップ２
で決めた代表温度ＴがＴ　Ｏ−Ｔ　４で区画される４つ
の領域のいずれに属しているかを判別し、属している領
域を区画する大小２つの代表温度に相当するテーブルか
ら機関回転速度Ｎと基本噴射量ＴＰに応じた定常燃料残
留量を検索し、実際の代表温度Ｔと、検索した２つのテ
ーブルの相当代表温度とから直線近似の補間計算を行っ
て定常燃料残量量ＭＯを演算する。

例えば、代表温度ＴがＴ、以上であれば、まずＴｏ相当
のテーブル（ＭＯＯ）からＮ、ＴＰに応じたＭＯＯを検
索し、次にＴ、相当のテーブル（Ｍｏｌ）から、Ｎ、Ｔ
Ｐに応じた値Ｍｏｌを検索する。次に、定常燃料残量ｆ
ｆｉＭｏを次式により補間演算する。

他の代表温度範囲の場合も同様にして求める。

このようにして、ＭＯの演算を終えると、第３図のステ
ップ４へ進んで、補正割合ＤＫを演算する。

補正割合ＤＫの演算は、第５図に示すフローチャートに
従って行われる。

まず、ステップ３１では、第３図に示すフローチヤード
のステップ２で求めた代表温度Ｔと、同じく前回のフロ
ーのステップ５で求めたＤＭを用いてＲＯＭＩＢに記憶
されたＤＫ−Ｎテーブル（第８図参照）から、第１補正
割合ＤＫ−Ｔを求める。

次に、ステップ３２では、機関回転速度Ｎ及び基本噴射
量ＴＰを用いて同じ＜ＲＯＭに記憶されたテーブルから
第２補正割合ＤＫ−Ｎ（第９図参照）を求め、ステップ
３３で、最終的に補正割合ＤＫを次式により演算する。

ＤＫ＝ＤＫ　−ＴｘＤＫ　−Ｎ このようにして、補正割合ＤＫを求めた後、第３図のス
テップ５へ進んで予測燃料残留量補正量（以下単に補正
量という）ＤＭを次式により求める。

ＤＭ＝ＤＫ　（ＭＯ−Ｍ） このステップ４，５の機能が予測燃料残留量補正量演算
手段に相当する。

ここで、上記Ｍは現在吸気系に付着及び浮遊していると
予測される残留燃料量（以下予測燃料残留量という）を
示す。この予測燃料残留量Ｍは、第６図のステップ４４
において、Ｍ−旧Ｍ＋ＤＭなる演算式で逐次更新される
。この式で明らかなように、定常状態ではＭはＭＯに一
致するが、加減速等過渡運転時はＭＯの変化に応じて変
化する。

次に、機関回転に同期して行われる燃料噴射パルス幅Ｔ
Ｉ演算ルーチンを第６図に示したフローチャートに従っ
て説明する。

ステップ４１では、第３図のステップ１で求めた基本噴
射ｉＴＰにステップ５で求めた補正量ＤＭを加算するこ
とにより、補正した基本噴射パルス幅ＴＰＦを演算する
。

次いで、ステップ４２において、空燃比センサ１１から
検出される実際の空燃比に基づいて増減して求められた
フィードバック補正係数αと、冷却水温度等各種運転条
件に応じて求められる補正係数の総和である各種補正係
数Ｃ０ＥＦと、バッテリ電圧に応じて燃料噴射弁の立ち
上がりと立ち下がりに要する無効パルス幅Ｔｓとにより
、燃料噴射弁１２に出力される最終的な燃料噴射パルス
幅ＴＩを次式により演算する。

７Ｍ＝ＴＰ　　・　α　・　ｃＯＥＦ＋Ｔｓステップ４
３では、上記のようにして求められたＴＩがＩ１０ボー
トＩＤの出力レジスタにストアされ、噴射開始が命令さ
れる。その結果、燃料噴射弁１２から演算値に対応した
量の燃料が噴射される。

次いで、ステップ４４でＭの値を前回のＭの値（旧Ｍ）
に補正量ＤＭを加算して更新する。

このようにすれば、加減速時には運転状態の変化に応じ
て吸気系に残留する燃料量を予測し、その変化に応じて
燃料噴射量が補正される。例えば、加速時はまず運転条
件の変化によりステップ３にて検索されるＭＯが増大し
、これに伴って加速前の予測燃料残留量Ｍとの間に正の
偏差ΔＭを生じ、これに補正割合ＤＫを乗じて得られる
補正量ＤＭが燃料残留量の増加に見合って増量される。

この結果、燃焼室１４に供給される燃料量が燃料残留量
の増加によって不足することを防止でき、空燃比のリー
ン化を防止して加速応答性が向上する。

減速時は、同様にしてＭＯが減少し、Ｍとの間に負の偏
差を生じて燃料噴射量が減少補正される。

この場合も燃料残留量の減少分に相当する燃料が燃焼室
に流入するため、これに見合った量の燃料を減少補正す
ることにより、減速応答性が向上すると共に、空燃比の
リンチ化を防止して失火やＣＯ，ＨＣ等未燃排出物の増
大を防止できる。

また、変速機のギアチェンジ時は、減速した後加速が行
われるため、前記減速時の燃料減量補正と加速時の増量
補正とが連続的に行われ、変速機のトルク変化を減少で
き、滑らかな変速切換が行われる。

これら加速、減速、ギアチェンジ時の各状態量は、第１
Ｏ図で示されるように変化する。

次に、機関停止中に再始動のために行われる制御を第１
１図に示したフローチャートに従って説明する。

まず、機関停止後もしばらくの間マイクロコンピュータ
１に電流を供給し続けておく。このルーチンは、エンジ
ンキースイッチをＯＦＦとすることにより開始され、マ
イクロコンピュータ１の内部タイマにより一定時間毎に
繰り返され、設定時間内に終了する。

ステップ５１では、機関の代表温度Ｔを算出し、ステッ
プ５２では、定常燃料残留量ＭＯをＯにセットする。こ
の機能も機関停止時の定常燃料残留量演算手段に相当す
る。

ステップ５３では、ステップ５Ｉで求めた代表温度Ｔに
基づき、第１２図に示した特性を記憶したＲＯＭ　Ｉ　
Ｂから補正ｉＤＭを検索して求める。このＤＭはＭＯ−
Ｍ＜０であるため負の値に設定してあり、精度を良くす
るため実験値を使用する。

ステップ５４では、予測燃料残留量ＭをＭ＝旧Ｍ＋ＤＭ
なる式で求め、ＲＡＭ　（バックアップ機能付き）に記
憶する。この機能は、機関停止時の予測燃料残留量演算
手段に相当する。

ステップ５５では、ステップ５４で求めたＭの値が０に
なったか否かを判定し、ＹＥＳの場合は、ステップ５６
へ進んで内部タイマをストップさせると同９時に演算を
終了する。

第１３図は、演算中の予測燃料残留量Ｍと補正量ＤＭと
の変化を示す。演算周期ｔは、マイクロコンピュータの
電流消費量を考慮して１〜５分程度に設定する。

かかる制御において、機関の停止直後からＭＯ−〇とさ
れることにより、予測燃料残留量Ｍはｔ時間毎に段階的
にＯに近づいていく。予測燃料残留量ＭがＯとなる前、
つまり吸気系に燃料が残留している間に機関を再始動す
ると、始動前の状態に基づいて設定されるＭＯと始動直
前のＭの値とに基づいてＭが補正更新され、第１３図に
点線に示す如く変化する。

一方、機関停止時間が長く、Ｍ＝Ｏとなってから始動す
る場合は、一点鎖線で示すように変化する。

点線と１￥線との間に挿まれた斜線で示す部分、つまり
吸気系に残留する燃料量が多い分だけ燃料消費を節約で
きる。

第１４図は、始動時における各種波形を示し、機関停止
時間が短＜Ｍｈｏの間に再始動する場合（鎖線図示）は
、Ｍ＝Ｏで始動する場合（点線図示）に比較し、ＭＯと
の差が小さいのでＤＭが小さく始動前の補正増量が小さ
くて済むため、燃料を節約でき、しかも燃料の過剰供給
による始動性不良やＨＣ，Ｃｏ等未燃排出物の排出量の
低減をできるのである。

また、本発明に係る燃料補正制御を所定の減速条件で燃
料カット（供給停止）を行い、その後燃料供給を再開す
るものに適用した実施例の制御動作を第１５図のフロー
チャートに示す。

第３図に示したものとの相違は、ステップ６２において
燃料カット中か否かの判定を行い、カット中はステップ
６３へ進んで、定常燃料残留ｉＭＯを一定値ＭＦＣに保
持して燃料供給再開時に備えるようにした点であり、そ
れ以外の場合はステップ６４で第３図と同様にＭＯを演
算する。

ここで、前記ＭＦＣの値は、０か又は通常のＭＯの値に
比べてはるかに小さな値に選定されている。

このものの作用について説明する。通常燃料カット後の
燃料供給再開時においては、空燃比がリーン方向に誤差
を生じる。これは、吸気系に残留する燃料が燃料カット
中に機関の燃焼室に流入されてしまうため、燃料供給再
開時に吸入空気流量Ｑａに対する燃料噴射量では、吸気
系に再度付着したり浮遊する残留分だけ燃料供給量が不
足し、空燃比がリーン化されてしまうためである。

燃料カット中にＭＯを０とすることでＭは少しずつ減少
し、ＭＯ即ち０に近づく。この結果、燃料供給再開時に
ＭＯが増大すると、ＭＯ−Ｍが大きくなって、燃料が供
給系に残留する分増量補正がなされる。

これは、燃料カットの定常状態を考えれば燃料残留量は
当然Ｏであるから、特別な例ではなく、予測燃料残留ｆ
ｆ１Ｍも燃料カット後次第に減少する実際の残留量を良
好に予測した値となっているため、燃料カット時間が短
く、ＭＯとの差がまだ大きい場合には、補正量ＤＭも小
さくなってこの場合でも良好な制御を行えるのである。

尚、第３図で示した第１の実施例において、ＲＯＭＩＢ
に記憶されるＭＯのマツプにＴＰ＝（＠料カット）に対
応するＭＯのデータを０またはＯに近い値に設定するよ
うにしてもよい。

尚、燃料噴射弁を各気筒の吸気ポートに装着したマルチ
インジェクションタイプのものにも本発明を適用できる
。また、基本噴射量を吸気圧力や絞り弁開度と機関回転
速度とに基づいて設定するものにも適用できることは勿
論である。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば機関運転時及び停
止後も吸気系に残留する燃料量を予測し、該残留燃料量
に応じた空燃比補正を行う構成としたため、再始動時に
燃料の過剰供給を防止して良好な始動性能が得られると
共に、燃料消費量を節約でき、Ｃｏ、８０等未燃排出物
の排出量も低減できる。

また、加・減速時も残留燃料量の変化に応じた空燃比補
正が行われ、加・減速性能が向上する。

【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
明の一実施例の構成を示す構成図、第３図は同上実施例
の空燃比制御における基本噴射量演算ルーチンを示すフ
ローチャート、第４図は同じく定常燃料残留量演算ルー
チンを示すフローチャート、第５図は同じく補正割合演
算ルーチンを示すフローチャート、第６図は同じ（燃料
噴射パルス幅演算ルーチンを示すフローチャート、第７
図は同上制御に用いる定常燃料残留量のテーブルマツプ
の一例を示す線図、第８図は同じく第１補正割合テーブ
ルマツプを示す線図、第９図は同じく第２補正割合テー
ブルマツプを示す線図、第１０図は同上実施例の加速、
減速、ギアチェンジ時の各柵状！ＩＭＮの変化を示すタ
イムチャート、第１１図は同上実施例の機関停止時の制
御を示すフローチャート、第１２図は同上制御に使用す
る補正量特性を示す線図、第１３図は同上制御中の定常
燃料残留量と、予測燃料残留量の変化を示す線図、第１
４図は同上制御中の各種状Ｂ量の変化を示す線図、第１
５図は本発明の第２の実施例の制御を示すフローチャー
ト、第１６図は同上制御中の各種状態量の変化を示す線
図である。 ｌ・・・マイクロコンピュータ　　２・・・吸気通路３
・・・エアフロメータ　　６・・・クランク角センサ８
・・・水温センサ　　９・・・温度センサ　　１１・・
・空燃比センサ　　１２・・・燃料噴射弁 特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　冨二雄 エンジン回転速度同期 第７図 ギアチェンジ 第１５図 第１６図 工ＩＯ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関運転状態に応じて当該運転状態を定常状態としたと
   きに吸気系に残留する燃料量を演算する定常燃料残留量
   演算手段と、該演算手段により演算された定常燃料残留
   量と、運転状態の変化に対応して吸気系内に残留すると
   予測される予測燃料残留量との偏差を演算する燃料残留
   量偏差演算手段と、前記燃料残留量の偏差に機関運転状
   態に応じて設定される補正割合を乗じて前記予測燃料残
   留量の補正量を演算する予測燃料残留量補正量演算手段
   と、機関運転時及び停止後に前記予測燃料残留量の補正
   量を前回求めた予測燃料残留量に加算することにより予
   測燃料残留量を更新する予測燃料残留量演算手段と、前
   記予測燃料残留量の補正量に基づいて機関に供給される
   混合気の空燃比を補正する空燃比補正手段と、を備えた
   ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。