JPS62258150A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御に関
する。

［従来の技術］ 従来より内燃機関を運転するに際して、該内燃機関に供
給丈る燃料量を吸入空気量に比較して可能な限り減少さ
せ、空燃比の大きな混合気（以下、希薄混合気という）
の下で燃料の燃焼を実行する空燃比制御Ｉｌ装置が多数
提案されている。この希薄混合気により内燃機関を運転
するならば、内燃機関の燃費が大幅に向上することはも
らろんのこと、排ガス中のＮＯＸ、Ｇｏ、ＨＣ含有巾が
抑制される等の優れた効果があるからである。

しかし、上記希薄混合気による内燃機関の運転にあって
は、その空燃比が何らかの外乱、例えば、内燃機関の気
筒間差、路面から伝わるトルク変動等により僅かに大き
く変動したとしても内燃機関の失火を招くことがおり、
希薄混合気による安定した内燃機関の運転を確保するこ
とは技術的に難しい点がおった。

そこで、特開昭５８−２７８３７号公報に開示される空
燃比制御装置によれば、内燃機関の燃焼変動を直接検出
し、この燃焼変動が大きいとき、すなわち、失火を招く
程に空燃比が過大となっているときには内燃機関に供給
する燃料量を増加制御し、逆に燃焼変動が安定している
ときには空燃比を大きくすべく燃料量を減少するように
作動する、いわゆるフィードバック制御を採用して内燃
機関の安定向上を図っている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記のごときフィードバック制御を採用する空
燃比制御装置にあっても次のような問題点を包含してあ
り、未だに充分なものではなかった。

いかにフードバック制御を利用しようとも、内燃機関に
燃焼変動、すなわち、失火が発生した後にその失火回Ｍ
策として燃料増量を実行するのであり、恨本的に内燃機
関の失火を防止するものではない。

しかも、フィードバック制御により空燃比は失火限界の
近傍となるように常に制御されていることから、前述し
た各種外乱により失火に至る頻度は高くなる。

このようにして内燃機関に一旦失火が発生するならば、
内燃機関の運転性能が低下するばかりかエミッションま
でも悪化してしまい、希薄混合気による内燃機関運転の
目的達成も不能となる。

本発明は、上記問題に鑑みなされたもので、内燃機関を
安定して希薄混合気により運転することができ、燃費お
よびエミッションを良好とすることのできる優れた空燃
比制御装置を提案することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために本発明の構成した手段は、
第１図の基本的構成図に示すごとく、多気筒内燃機関Ｅ
Ｇの燃焼状態を検出し、その検出結果に基づいて噴射供
給する燃料量を制御して前記多気筒内燃機関を失火限界
で運転する空燃比制御装置において、 前記多気筒内燃機関ＥＧの特定気筒ＣＡの燃焼状態を検
出する燃焼状態検出手段Ｃ１と、該燃焼状態検出手段Ｃ
１の検出結果に基づいて前記多気筒内燃機関ＥＧに供給
する燃料ｍを決定する燃料量決定手段Ｃ２と、 該燃料量決定手段Ｃ２の決定した燃料量に従って、前記
特定気筒ＣＡに対しては失火限界の燃料量で燃料の供給
を行い、他の気筒に対しては前記特定気筒ＣＡの燃料量
よりも所定量だけ憎口した燃料の供給を実行する燃料量
決定手段Ｃ３とを備えることを特徴とする空燃比制御装
置をその要旨としている。

［作用］ 本発明における燃焼状態検出手段Ｃ１とは、多気筒内燃
機関ＥＧの中のある特定気筒ＣＡの燃焼状態を検出する
。燃焼状態とは、特定気筒ＣＡが通常の燃料燃焼を生じ
ているか、あるいり失火しているかを表わす状態のこと
であり、従って燃焼状態検出手段Ｃ１は特定気筒ＧＡ中
の燃焼圧力の変動、最大値等を検出する圧力センサ、ま
たは特定気筒ＣＡ中の火炎伝搬速度等を検出するイオン
プローブや光センサ等により構成される。

燃料■決定手段Ｃ２は、上記燃焼状態検出手段Ｃ１の検
出結果に基づいて多気筒内燃機関ＥＧへ噴射供給する燃
料量の決定を実行する。すなわち、失火状態を燃焼状態
検出手段Ｃ１が検出しているならば噴射する燃料量を増
加するように、充分な燃焼状態を検出しているならば燃
料量を減少するようにリアルタイムによる燃料量の増減
を行う。

燃焼状態と燃料量との関係は内燃機関の特性により定ま
るものであるから、予めその特性を定り化したマツプ、
あるいは両者間の関係式から燃料量を詐出する演算回路
等から構成され、必要に応じ過去の脂層を学習する学習
制御を採用する等、各種態様で実現される。

燃料量決定手段Ｃ３とは、上記のようにして燃料量決定
手段Ｃ２で決定された燃料量に従い前記多気筒内燃機関
ＥＧに燃料の噴射供給を行うものでおる。そして、その
燃料噴射に際して、前記特定気筒ＣＡに対しての燃料噴
射■は伯の気筒に対して実行する燃料噴射量よりも減少
して実行するところに特徴がある。特定気筒ＣＡのみ他
の気筒に比較してより希薄な混合気で運転させるのであ
り、他の気筒には所定１だけ増■した燃料…が常に供給
される。ここで、他の気筒への燃ＩＩの増ｍ値でおる所
定母とは、本空燃比制御装置の設計目的および目標に基
づいて適宜選択される値で、より稀薄な混合気により多
気筒内燃機関ＥＧを運転したいときには小さな値とされ
、より安定した運転を多気筒内燃機関ＥＧに要求すると
き、あるいは大きな外乱が予想されるとぎには大きな値
とされる。

なお、通常、内燃機関への燃料噴射Ｍの制御は燃料噴射
弁の開弁時間を制御することで実行されているため、こ
の様な場合には前記特定気筒ＣＡに設けられた燃料噴射
弁の開弁時間のみを短くする制御プログラムを作成する
ことで燃料量決定手段Ｃ３が構成される。また、この様
なソフト的対応によらずとも、全ての気筒の燃Ｔｊ１噴
射弁を同−開弁時間で制御し、特定気筒ＣＡの燃料噴射
弁の燃ｒ１流ω特性を伯の気筒の燃料噴射弁のそれより
も低く設計する等のハード的構成により燃１１噴射手段
Ｃ３を構築してもよい。

なお、従来上記のように多気筒内燃機関ＥＧの気筒間で
、制御量を相違させるものとして点火時期制ｇＤ装置（
特公昭５６−３６３０４号）がある。

これは、多気筒内燃機関のノッキング発生頻度を押える
ことを目的として点火時期の進角制御を実行するもので
本発明とはその目的、構成、効果共に相違するものであ
る。

以下、本発明をより詳細に説明するために実施例を挙げ
て解説する。

［実施例］ 第２図は本発明の一実施例である空燃比制御装置を搭載
する６気筒内燃は関１のシステム構成ブロック図である
。図のように内燃機関１の吸入空気は、エアクリーナ３
によって濾過されつつシステム内へ取り入れられ、その
取り込み量に従ったアナログ信号を出力するポテンショ
メータ式の吸気量センサ５、吸気温を計測するサーミス
タ式の吸気温センサ７によって吸入の状況を把握されつ
つ、スロットル弁９の内設される吸気管１１に導かれる
。このスロットル弁９を内燃機関１の使用者が所望の開
度に制御することで、吸入空気量の調節が行われる。こ
うした、空気量の調節および計測を受りる吸入空気は各
気筒毎の吸入ポートに分かれ、図示しないシリンダ内部
での燃料の燃焼に利用される。そして、燃焼後の排ガス
は排気管１５で再び統一され、公知のマフラ１７を経て
排出される。また、上記スロットル弁９の操作量を検出
するため、スロットル弁９の開度に応じたアナログ出力
を発生するスロットルセンサ１９が備えられている。

吸入空気を各気筒に分離する吸入ポートには、図示しな
い燃料タンクから圧送されてくる燃料を所定時間だけ開
弁じて噴出する燃料噴射弁２０Ａないし２０Ｆが配設さ
れており、前述のように各気筒に吸入される空気に開弁
時間に応じた量の燃料を混合する。従って、この燃料噴
射弁２ＯＡないし２０Ｆの開弁時間、いわゆる燃料噴射
時間ＴＯを調節することで内燃機関１の空燃比を所望値
に制御することができる。内燃機関１のクランク軸には
回転数センサ２２が設けられてあり、クランク軸の１回
転毎に出力されるパルス信号の周期から容易に回転数を
検出することができる。なお、各気筒には点火プラグ２
４Ａないし２４Ｆが燃焼空に突出するように嵌合されて
おり、所定の位相差を保らつつ火花点火を実行して内燃
機関１のクランク軸をスムースに回転させる。また、内
燃機関１の冷却水温は、水温センサ２６によって検出さ
れている。

第３図は上記した６つの燃料噴射弁２ＯＡないし２０Ｆ
の燃利流母特性の説明図である。図のように、燃料噴射
時間Ｔｏと噴出燃料ｍは比例関係にあり、燃料噴射時間
Ｔｏの制御によって内燃機関１の空燃比が制御可能であ
ることが分かる。また、燃γ１噴射弁２０Ｆは他の燃料
噴射弁２ＯＡないし２０Ｅよりも燃料流量特性が僅かに
低く、同一燃料噴射時間ＴＯの下で噴出燃料量は５％少
なくなるように設計されている。

このように、燃料噴射弁の特性に起因して燃料噴射徂が
伯の気筒に比較して少なくなる気筒（以下、特定気筒と
いう）には、第２図に示すように燃焼状態を検出するた
めの圧力センサ２８が配置しており、気筒内部での燃焼
圧力が常に監視される。

上記した内燃機関システムに備えられる各種のセンυ、
吸気量センサ５．吸気温センサ７、スロットルセンサ１
９２回転数センサ２２．水温センサ２６および圧力セン
サ２８の検出出力は全て電子制ｔｌｌ’装置３０に入力
されてあり、ここでその検出結果に基づいて後述のよう
な燃お１噴射時間決定処理および燃料噴射実行処理が実
行されると燃料噴射弁２ＯＡないし２０Ｆから所定量、
所定タイミングでの燃料噴射がなされ、内燃機関１を所
望空燃比で運転することが可能となる。

第４図がその電子制御装置３０のより詳細なブロック図
でおる。電子制御装置３０は、周知のマイクロコンピュ
ータを中心とする論理演算回路で、演綿を実行するＣＰ
Ｕ３２、後述する制御プログラム等を予め記憶している
ＲＯＭ３４、一時的情報の記憶を行うＲＡＭ３６、外部
機器との情報伝達を受は持つ入出カポ−１〜３８および
駆動回路４０から構成される。前記圧力センサ２Ｂの検
出回路はピークホールド回路４２の入力端子に接続され
、このピークホールド回路４２の出力が入出力ポート３
８へ入力される。また、回転数セン９２２の出力は直接
入出力ボート３８へ入力されるとともに、１／２分周を
行う分周回路４４にも入力されそおり、分周回路４４の
出力に従ってピークホールド回路４２のサンプリング周
期を決定するために、ぞの出力はピークホールド回路４
２および入出力ポート３８へ出力される。

第５図が、このピークホールド回路４２を介した圧力セ
ンサ２８出力の取込みを説明するためのタイミングチャ
ートでおる。回転数センサ２２の出力（（ａ）図）を１
／２分周する分周回路４４出力（（ｂ）図）の立上がり
エッチ間がピークホールド回路４２のシンプリング間隔
であり、圧力センサ２８出力（（Ｃ）図）は特定気筒の
一行程（７２０’　ＣＡ）中の圧力変化毎にピークホー
ルド回路４２に取込まれる結果となる。従って、ピーク
ホールド回路４２の出力（（ｄ）図〉は特定気筒−行程
中の最大圧力、すなわら、燃圧ＰｍａＸを与えることに
なる。

上記した圧力センＦｊ′２８や回転数センサ２２以外の
他のセンサ出力は直接入出力ボート３８へ入力され、こ
こで周知の増幅、Ａ／Ｄ変換、波形整形処理等が施され
論理演算回路の取扱い得る情報に変換されると、ＣＰＵ
３２からの要求に応じて適宜タイミングを取りつつ出力
される。

駆動回路４０は、ＣＰＵ３２から後述のごとくして決定
される燃料噴射時間ＴＯの情報および現在の内燃機関１
のクランク角度情報が入力されると、各燃料噴射弁２Ｏ
Ａないし２０Ｆに所定クランク角度に同期して燃料噴射
時間Ｔｏだけの駆動信号を出力する。周知のように、同
期噴射には各気筒一斉に燃料噴射を行う一斉噴射（第６
図（Ａ）参照）、予め定められたグループ毎に別けて行
うグループ噴射（第６図（Ｂ）参照）、更には各気筒個
別に行う独立噴射（第６図（Ｃ）参照）等各種のものが
提案されているが、本実施例の駆動回路４０としては上
記いずれのタイプの同期噴射を実行するものでもよい。

上記のように構成される実施例の空燃比制御装置におい
て、ＲＯＭ３４に記憶されており、ＣＰＵ３２にて所定
クランク角毎に割込み処理されて燃料噴射時間Ｔｏを決
定する燃料噴射時間決定ルーチンは、第７図および第８
図に示すフローチャー１へのごとく表わされる。第８図
は、第７図中の第２補正係数に２を算出するため処理を
より詳細に記述したのである。

まず、第７図に基づいて燃料噴射時間決定ルーチンの全
体的処理につき説明する。内燃機関１のクランク角が所
定値になるとＣＰＵ３２は本ルーチンの割込みをｒ［可
して処理を開始し、回転数センザ２２および吸気■セン
１ノ５の検出出力より現在の内燃機関１の回転数Ｎ１吸
入空気ＩＱａを求める（ステップ１００）。続いて、そ
の値から負荷（Ｑａ／Ｎ）を算出し、該負荷に見合った
燃料を内燃機関１の各気筒に供給するに必要な燃料噴射
時間、いわゆる基本燃料噴射時間Ｔを演算する（ステッ
プ１１０）。そして、基本燃料噴射時間下に補正を加え
なければならないような状況下で内燃機関１が運転され
ていないかどうかを判断するために、吸気温センサ７、
水温センサ２６およびスロットルセンサ１９等の出力を
入力しくステップ１２０）　、その結果に応じた第１の
燃料補正係数に１の計算を行う（ステップ１３０）。従
来より行われている冷間時増Ｍ、パワー増ｍ等である。

次いで、処理はステップ１４０へと進み、ここで希薄混
合気で内燃機関１を運転するのに必要なもう１つの燃料
補正係数、第２補正係数に２を後述（第８図）のごとく
計算し、以上計算された基本燃料噴射時間Ｔ、第１補正
係ＦＩＫ１、第２補正係数に２とを用いて実際の燃料噴
射時間Ｔｏを次式より算出する（ステップ１５０）。

ＴＯ＝ＴＸＫＩ　ＸＮ２ こうして最終的目的でおる燃料噴射時間Ｔｏが求められ
ると、その値は前記駆動回路４０へ出力され（ステップ
１６０）　、前述した同期噴射に用いられる。

以上の処理が終了するとＣＰＵ３２は本割込ルーヂンが
割込む以前の処理を再開し、再度本ルーチンのｖ１込み
が所定クランク角度で行われるまでその他の処理を実行
する。

次に、第８図のフローチＰ−トを用いて、前記ステップ
１４０での処理、すなわち第２補正係数の計算処理につ
いて詳述する。

ステップ１４０の処理が開始されるとＣＰＵ３２は、ま
ず分周回路４４の出力を検出して現在その出力信号の立
上がりエッチであるか否かを判断する（ステップ１４１
）。第５図で前述したように、分周回路４４の立上がり
エッチがピークホールド回路４２の出力を取込むタイミ
ングであるため、この条件が成立するか否かを判断する
ためである。もし、この判断により未だにピークホール
ド回路４２の出力、すなわら圧力センサ２８の検出した
最新の燃圧情報、の取込みタイミングでないと判断され
たときは以前までの第２補正係数に２の値に変更を加え
る必要性がないため直ちに前述ステップ１５０以下の処
理へ入る。

一方、分周回路４４の立上がりエッヂであると判断され
たときは、その時のピークホールド回路４２の出ノ）ｐ
ｍａｘを取込むと同時にピークホールド回路４２をリセ
ットして次回の処理に供する（ステップ１４２）。そし
て、今回のデータｐｍａＸをｐｍａｘｎに、前回のデー
タｐｍａｘｎををｐｍａＸｎ−１にと順次ＰｍａＸに関
するｎ個のデータを最新データに基づいて更新しくステ
ップ１４３）、これら連続する燃圧のｎ個のデータから
燃圧のバラツキ度合Ｂを次式により算出する（ステップ
１４４）。

Ｂミσｐ／ＰｍａＸ ただしσｐはｎ個のｐｍａｘ データの標準備差 ｐｍａＸはｎ個のｐｍａｘデ ータの平均値。

こうして燃圧ｐｍａｘがどの程度のバラツキで変化して
いるかを定量化した後には、ステップ１４５が実行され
、バラツキ度合Ｂが所定値ＢＢに比較して大、小いずれ
であるかが判断される。ここでＢ≦ＢＢであると判断さ
れたとき、すなわち、燃圧ｐｒｎａｘの変動が小さいと
きは、内燃機関１は安定した運転を継続していると推定
されるため、第２補正係数に２から所定値Δに２が減痺
された値（Ｎ２−Δに２）が新たな第２補正係数に２と
して設定される（ステップ１４６）。また、Ｂ〉８Ｂで
おるとステップ１４５にて判断されたとぎは、逆に燃焼
状態が不安定であると推定されることから第２補正係数
に２に所定値Δに２が加算され、その１ａ（Ｎ２＋Δに
２）が新たな第２補正係数に２として設定される（ステ
ップ１４７〉。そして、この場合には、第２補正係数に
２が「１゜０」より大きな値となることのないように周
知のガード処理を実行するため、Ｎ２とｒｌ、ＯＪとの
大小比較を行い（ステップ１４８）、Ｋ２≦１゜０でお
ればそのままステップ１５０以下の処理へ移行し、Ｋ２
＞１．０であればに２をＭ、ＯＪに再設定した後に（ス
テップ１４９）、ステップ１５０以下の処理へ移行する
。

こうして、第２補正係数に２としてｒｌ、ＯＪよりも小
さなおる値が特定気筒の燃焼状態から決定されると、前
述したステップ１５０の燃料噴射時間ＴＯの粋式に用い
られ燃料噴射時間の短縮、すなわち、燃料量の減少処理
が行われるのである。

以上詳述したように構成、動作する本実施例の空燃比制
御装置によれば、次のような優れた効果を奏することが
明らかである。

まず、特定気筒の燃料噴射弁２０Ｆの流量特性は他の燃
料噴射弁２ＯＡないし２０Ｅに比較して僅かに低く設定
されているため、駆動回路４０から同一燃料噴射時間Ｔ
　ｏで駆動しようとも特定気筒のみが他の気筒に比べて
より希薄な混合気で運転されることが分かる。このより
希薄な混合気により運転される特定気筒に仮に失火が生
じたとする。この場合には本空燃比制御装置は直らに第
２補正係数に２を大ぎな値に変更して失火状態から脱出
するが、この様な場合であっても池の５つの気筒は常に
特定気筒よりも過濃な混合気で運転されているのであり
、失火を生じることはない。しかも、他の５つの気筒は
、失火を回避するために不必要な燃料量の供給を受けて
いるのではなく、失火限界で運転している特定気筒に比
べて僅か５％の燃料増量がなされているのであり、失火
限界の極めて近傍で運転され続けるのである。

従って、６気筒の内燃機関１仝体を眺めるならば、本実
施例の空燃比制御装置による燃料噴射時間ＴＯの制御の
ため何ら失火することなく、かつ、失火限界の極めて近
傍で、エミッションや燃費が最良となる空燃比で継続的
運転がなされていることになる。また、特定時節のみが
より希薄な混合気で運転され、他の多くの気筒は失火を
生じることなく運転するため、内燃機関１の回転変動や
トルクの変動等は僅かなものとなり、運転特性も良好に
維持される。

更に、本実施例では特定気筒に供給する燃料量を他の気
筒のそれよりも僅かに減少させる手段として、燃料噴射
弁２０Ｆの燃料流量特性を利用している。従って設計、
製作に長時間を要する電子制御装置３０の制御プログラ
ムは従来と同様のものが採用され、また、前述した一斉
噴射やグループ噴射のように他の燃お１噴射弁と同−燃
料噴射時間Ｔｏの出力をそのまま利用する同期噴射方式
にも簡単に採用できる等の効果がある。

なお、上記実施例に限定されるものでなく、燃料噴射時
間Ｔｏそのものを特定気筒に対してはｒｌ、ＯＪ以下の
係数を乗算して短かな値とするソフ（へ的構成としても
よいことはもらろんである。

［発明の効果］ 以上実施例を挙げて詳述したように、本発明の空燃比制
御装置は、特定気筒のみを他の気筒Ｊ、りも僅かに希薄
な混合気で運転するとともに、該特定気筒の燃焼状態を
フィードバックして供給する燃料値を増減するものであ
る。

従って、上記特定気筒は常に失火限界近傍で運転され、
他の気筒はその失火限界より僅かに過濃な混合気で運転
されることになる。このため、内燃機関全体を眺めると
き、安定した希薄混合気による大きな空燃比の運転状態
が継続してあり、燃費、エミッションをＲ良とする目的
が達成される。

また、内燃機関の回転数、トルクも安定し、良好な運転
性能が確保される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成図、第２図は実施例の空燃
比制御装置を搭載する内燃機関システムのブロック図、
第３図はその実施例で使用する燃料噴射弁の燃料流量特
性図、第４図は同実施例の電子制御装置のブロック図、
第５図は該電子制御装置のデータサンプリングのタイミ
ングチＶ−ト、第６図（Ａ＞、（Ｂ）、（Ｃ）は同実施
例の同期噴射のタイミングを説明する説明図、第７図は
同実施例にて処理される燃料噴射口４量決定ルーヂンの
フローチャー１〜、第８図は該燃料噴射時間決定ルーチ
ン中の第２補正係数計紳過程を詳述するフローチャート
示す。 ＥＧ・・・内燃機関 ＣＡ・・・特定気筒 Ｃ１・・・燃焼状態検出手段 Ｃ２・・・燃料Ｅ■決定手段 Ｃ３・・・燃料量決定手段 ２０Ａ〜２０Ｆ・・・燃１’Ｅ＋噴射弁２８・・・圧力
センサ ３０・・・電子制御装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　多気筒内燃機関の燃焼状態を検出し、その検出結果
   に基づいて噴射供給する燃料量を制御して前記多気筒内
   燃機関を失火限界で運転する空燃比制御装置において、 前記多気筒内燃機関の特定気筒の燃焼状態を検出する燃
   焼状態検出手段と、 該燃焼状態検出手段の検出結果に基づいて前記多気筒内
   燃機関に供給する燃料量を決定する燃料量決定手段と、 該燃料量決定手段の決定した燃料量に従って、前記特定
   気筒に対しては失火限界の燃料量で燃料の供給を行い、
   他の気筒に対しては前記特定気筒の燃料量よりも所定量
   だけ増量した燃料の供給を実行する燃料噴射手段と を備えることを特徴とする空燃比制御装置。 ２　前記燃料噴射手段が、各気筒に設けられた燃料噴射
   弁および該燃料噴射弁の開弁時間を制御する制御部より
   なり、前記特定気筒に設けられる燃料噴射弁のみが他の
   気筒に設けられる燃料噴射弁に比較して燃料流量特性が
   低いものである特許請求の範囲第１項記載の空燃比制御
   装置。