JPS63154834A - 多気筒内燃機関の電子制御燃料噴射装置 - 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） 本発明は多気筒内燃機関の電子制御燃料噴射装置に関し
、詳しくは空燃比フィードバック制御の改善技術に関す
る。

（従来の技術〉 多気筒内燃機関の電子制御燃料噴射装置としては従来以
下に示すようなものがある（特開昭５９−２０３８２８
号公報等参照）。

即ち、エアフローメータにより検出される吸入空気流ｌ
ｉＱとクランク角センサや点火コイル等によって検出さ
れる機関回転速度Ｎとから基本燃料噴射１ｔＴｐ　（＝
ＫｘＱ／Ｎ　；　Ｋは定Ｂ）　をｉ％ＷＬ、更に、機関
温度等の機関運転状態に応じた各種補正係数Ｃ０ＥＦと
空燃比フィードバック補正係数αとバッテリ電圧による
補正分子ｓとをそれぞれ演算した後、前記基本燃料噴射
ＩＴｐをこれらにより補正演算して最終的な燃料噴射ｆ
ｆｉＴｉ（＝ＴｐＸＣ０ＥＦＸα＋Ｔｓ）を設定する。

そして、このように設定された燃料噴射量Ｔｉに相当す
るパルス巾の噴射パルス信号を各気筒に備えられた電磁
式燃料噴射弁に所定のタイミングで出力することにより
、機関に所定量の燃料を噴射供給するようにしていた。

前記空燃比フィードバック補正係数αは、機関吸入混合
気の空燃比を所定の目標空燃比に制御するためのもので
あり、この空燃比フィードバック補正係数αの値は、比
例積分制御により変化させることにより安定した制御と
している。

即ち、第６図に示すように、各気筒の燃焼排気が混合さ
れて導出される排気マニホールド集合部に装着されて排
気中の酸素濃度に対応した電圧Ｖを出力する酸素センサ
からの出力電圧と所定のスライスレベル電圧Ｖｓとを比
較して、機関吸入混合気の空燃比が所定の目標空燃比（
通常この目標空燃比は理論空燃比であり、このとき前記
スライスしくルミ圧は理論空燃比における酸素濃度に対
応させる）に対してリッチかリーンかを判定し、例えば
空燃比がリーン（リッチ）の場合には、空燃比フィード
バック補正係数αを所定積分分（１分）ずつ徐々に上げ
て（下げて）いき、空燃比を目標空燃比に制御する。尚
、空燃比のリッチ・リーン判定の反転時には、制御速度
を早めるため空燃比フィードバック補正係数αを所定比
個分（Ｐ分）だけ変化させるようにしである（特開昭６
０−２４０８４０号公報等参照）。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、上記のような空燃比フィードバック制御にお
ける制御周期（空燃比のリッチ・リーン反転周期）は、
空燃比フィードバック制御した混合気の燃焼排気が酸素
センサに到達するまでの時間に応じて一義的に決定され
るものであるため、各気筒の排気ポートから酸素センサ
までの距離が異なるときには平均距離によって制御１周
期が決定されることになる。

即ち、例えば単気筒機関に空燃比フィードバック制御を
適応した場合には、酸素センサが排気中の酸素濃度に基
づき機関吸入混合気の空燃比の反転（リッチ−リーンＯ
ｒリーンーリッチ）を判定して、この判定結果に基づい
て空燃比フィードバック補正係数αを比例制御して燃料
噴射量Ｔｉをリッチ若しくはリーン補正設定しても、こ
の補正設定した燃料噴射量Ｔｉの燃焼排気が酸素センサ
に到達するまでには、排気ポートと酸素センサとの距離
及び排気流速によって決定される時間Ｔｏを必要とする
ため、燃料噴射量Ｔｉのリッチ・リーン補正制御の周期
は噴射量の演算時間等を無視すれば上記時間Ｔ０と略一
致することになり、排気ポートから酸素センサまでの距
離が長くなるほど制御周期が増大し、この周期の増大に
伴って空燃比変化に対する応答性が悪化することになる
。

従って、多気筒内燃機関において、各気筒の排気ポート
から酸素センサまでの距離が異なり、各気筒の混合排気
の酸素濃度に基づき各燃料噴射弁から噴射供給される燃
料を空燃比フィードバック制御するものにおいては、上
記時間Ｔ０は各気筒と酸素センサとの平均距離及びその
ときの運転状態における排気流速によって決定されるこ
とにな。

る、このため、酸素センサまでの距離が短く本来短い制
御周期で空燃比フィードバック制御が行える気筒の制御
周期が、酸素センサまで−の距離が長い気筒の影響を受
けて増大し、空燃比変化に対する応答性を悪化させると
共に、空燃比制御の巾が拡大して排気浄化装置の触媒に
よる排気転化率が低下する原因となっていた。

また、多気筒内燃機関において、排気マニホールドの集
合部に酸素センサを装着して、各気筒からの排気が混合
された排気中のμ素濃度を検出するようにした場合、各
気筒における燃料噴射弁の噴射特性にバラツキがあり、
然も、各気筒の排気ポートから酸素センサまでの距離が
異なるときには、各気筒からの排気を混合した排気の酸
素濃度即ち空燃比が第７図に示すような全体の平均空燃
比変化の周期を乱すような変動を示す部分が表れること
があり、この部分（図中Ａ部）における空燃比のリッチ
・リーン反転に従って空燃比フィードバック制御を行っ
た場合には、平均空燃比に対する制御（排気ポートから
酸素センサまでの平均距離に基づく時間Ｔ０を制御単位
時間とする制御であり、第７図中点線示）からのズレを
生じ、所望の空燃比制御が行えなくなる惧れがあった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、多気筒
内燃機関における空燃比フィードバック制御の制御周期
を短縮すると共に、混合排気における空燃比変化の乱れ
を回避できるようにした電子制御燃料噴射装置を提供す
ることを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 そのため本発明では、第１図に示すように、各気筒毎に
燃料噴射弁を備えた多気筒内燃機関の電子制御燃料噴射
装置であって、機関の運転状態に応じて燃料噴射量を設
定する燃料噴射量設定手段と、各気筒からの混合排気を
導出する排気管に装着されて排気中の酸素濃度を検出す
る酸素濃度検出手段と、これにより検出された排気中の
酸素濃度に基づき求めた機関吸入混合気の空燃比と所定
の目標空燃比とを比較して実際の空燃比を前記所定の目
標空燃比に制御すべく空燃比フィードバック補正係数を
設定する空燃比フィードバック補正係数設定手段と、燃
料噴射される気筒を判別する気筒判別手段と、この気筒
判別手段により判別された特定気筒の燃料噴射量を前記
空燃比フィードバック補正係数で補正演算して設定する
燃料噴射量補正設定手段と、前記燃料噴射量設定手段若
しくは燃料噴射量補正設定手段により設定された燃料噴
射量に応じて対応する燃料噴射弁を駆動制御する燃料噴
射弁駆動制御手段と、を備えるようにした。

〈作用〉 かかる構成により、各気筒からの混合排気の酸素濃度が
所定目標空燃比に対応するものとなるように特定の気筒
のみを空燃比フィードバック制２１８し、その他の気筒
についてはたとえ燃料噴射弁の噴射特性のバラツキ等に
よってその空燃比が所定目標空燃比となっていなくとも
空燃比フィードバック制御しない。

従って、空燃比フィードバック制御の周期を決定する気
筒が前記特定気筒のみとなるため、例えば空燃比フィー
ドバック制御を行う特定気筒を酸素センサからの距離が
最も短い気筒に設定すれば、制御の結果が最も早く酸素
センサによって検出されるため空燃比フィードバック制
御の周期が最も短くなる。

また、空燃比フィードバック制御にょる空燃比の変動が
特定気筒のみに現れるため、特定気筒を少数とすること
により酸素センサによって検出される空燃比の変動を滑
らがとして、所定制御周期に従った空燃比フィードバッ
ク制御を行わせることができる。

〈実施例〉 以下に本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第２図及び第３図において、４気筒（＃ｌ〜＃４）内燃
機関１にはエアクリーナ２．吸気ダクト３、スロットル
チャンバ４．吸気マニホールド５及び吸気弁６を介して
空気が吸入される。

スロットルチャンバ４には、図示しないアクセルペダル
と連動するスロットル弁７が設けられていて、吸入空気
流量Ｑを制御する。

吸気マニホールド５には、各気筒毎に燃料噴射弁８が設
けられている。この燃料噴射弁８は、ソレノイドに通電
されて開弁じ、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射
弁で為って、コントロールユニット９からの駆動パルス
信号によりソレノイドに通電されて開弁じ、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により
所定圧力に調整された燃料を機関１に噴射供給する。

コントロールユニット９は、各種のセンサからの入力信
号を受け、内蔵のマイクロコンピュータにより後述の如
（演算処理（空燃比フィードバック制御を含む）して燃
料噴射量（噴射時間）Ｔ＋を設定し、これに従って駆動
パルス信号を燃料噴射弁８に出力する。即ち、本実施例
において、コントロールユニット９は、燃料噴射量設定
手段。

空燃比フィードバック補正係数設定手段、気筒判別手段
、燃料噴射量補正設定手段及び燃料噴射弁駆動制御手段
を兼ねるものである。

前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３に熱線式のエ
アフローメータ１０が設けられていて、吸大空気流量Ｑ
に応じた信号を出力する。また、図示しないディストリ
ビュータに内蔵させてクランク角センサ１１が設けられ
ていて、所定クランク角毎（単位角である２°及び４気
筒の場合１８０’）に信号（単位角度信号及び基準角度
信号）を出力する。スロットルチャンバ４に設けられた
スロットル弁７には、ボテンシッメータ式のスロットル
センサ１２が設けられていて、スロットル弁７の開度θ
に応じた信号を出力する０機関１のウォータジャケット
には、水温センサ１３が設けられていて、冷却水温度Ｔ
Ｗに応じた信号を出力する。更に、排気マニホールド１
４の集合部には排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検
出手段としての酸素センサ１５が設けられていて、各気
筒からの混合排気中の酸素濃度に応じた信号（電圧）を
出力する。

尚、第３図において、１６は触媒を備えた排気浄化装置
を示す。

次にコントロールユニット９内のマイクロコンピュータ
による燃料噴射量制御を第４図のフローチャート及び第
５図のタイムチャートに従って説明する。

第４図のフローチャートに示すルーチンは、各燃料噴射
弁８から機関１に噴射供給する燃料噴射量Ｔｉの設定制
御を示すものである。

まず、ステップ（図中では「Ｓ」としてあり、以下同様
とする）ｌでは、クランク角センサ１１から出力される
信号に基づき算出される機関回転速度Ｎ、吸入空気流量
Ｑ、冷却水温度Ｔｗ、スロットル弁開度θ及び酸素セン
サ１５によって検出される各気筒の混合排気中における
酸素濃度をそれぞれ入力する。

ステップ２では、ステップ１で入力した機関回転速度Ｎ
及び吸入空気流！ｔＱによって基本燃料噴射量’ｒｐ　
（＝ＫＸＱ／Ｎ：には定数）を演算する。

ステップ３では、今回の燃料噴射ｆｉＴｉの設定が４気
筒（＃工〜＃４）の何れに適応されるものであるかをク
ランク角センサ１１から出力される基準角度信号から判
定する。

ここで、今回の燃料噴射１１Ｔｉの設定が＃４気筒に適
応されるものであるときには、ステップ４へ進み空燃比
フィードバック制御をするための空燃比フィードバック
補正係数αを設定し、＃４気筒以外の気筒（＃ｌ〜＃３
）に適応されるものであるときには、ステップ６へ進ん
で空燃比フィードバック制御を行うことなく最終的な燃
料噴射量Ｔｉを設定する。

即ち、本実施例においては、＃４気筒にのみ空燃比フィ
ードバック制御を行うようにしたものである。これは、
第３図に示すように、＃４気筒の排気ボートから酸素セ
ンサ１５までの距離が最も短く、酸素センサ１５の検出
結果に基づいて空燃比フィードバック制御された混合気
の燃焼排気が最も早く酸素センサ１５に到達する気筒が
＃４気筒であり、＃４気筒の燃料噴射に空燃比フィード
バック制御を行えば、最も短い制御周期での実行が可能
となるためである。

ステップ３で、今回の燃料噴射量Ｔｔの設定が＃４気筒
に適応されるものではないことが判定されたときには、
ステップ６において空燃比フィードバック補正係数αを
用いずに（若しくは空燃比フィードバック補正係数αを
１にクランプして）最終的な燃料噴射量Ｔｉを設定する
。即ち、スロットル弁開度θや冷却水温度Ｔｗに応じた
各種補正係数Ｃ０ＥＦとバフテリ電圧に基づく補正分子
Ｓとを演算し、これらによりステップ２で演算した基本
燃料噴射量’ｒｐを補正演算することによって燃料噴射
量Ｔｉ　　（＝ＴｐＸＣＯＥＦ＋Ｔｓ）を設定する。そ
して、ステップ７において、適応される気筒の燃料噴射
弁８に対する燃料噴射量Ｔｉのセットを行う。

一方、ステップ３で今回の燃料噴射量Ｔｉの設定が＃４
気筒に適応されるものであると判定されたときには、ス
テップ４で空燃比フィードバック補正係数αの設定を比
例積分制御によって行い、次のステップ５では、ステッ
プ４で設定した空燃比フィードバック補正係数αと、ス
テップ６と同様にして設定される各種補正係数Ｃ０ＥＦ
及びバフテリ補正分子ｓとによって基本燃料噴射ＮＴｐ
を補正演算することにより、＃４気筒に適応される燃料
噴射１ＪＴｉ　　（＝ＴｐＸＣＯＥＦＸα＋Ｔｓ）を設
定する。そして、ステップ５からステップ７への進んだ
ときには、ステップ７で＃４気筒の燃料噴射弁８に対す
る燃料噴射量Ｔｉのセットを行う。

ステップ４における空燃比フィードバック補正係数αの
設定は、従来と同様に酸素センサ１５の曳力電圧と目標
空燃比である理論空燃比に相当する電圧（スライスレベ
ル電圧）と比較して、実際の空燃比が目標空燃比である
理論空燃比に対して反転したとき、即ち、リフチーリー
ン若しくはり−ンーリ・ソチに変化したときには、所定
の比例分（Ｐ分）だけ空燃比フィードバック補正係数α
を増減させ、また、実際の空燃比が目標空燃比である理
論空燃比に対してリンチ若しくはリーンであるときには
所定積分分（１分）ずつ空燃比フィードバック補正係数
αを増減させて行く。

ここで、前記比例制御の間隔、即ち、空燃比の反転に基
づくリッチ若しくはリーン補正制御の結果が酸素センサ
Ｉ５によって検出されるまでの時間Ｔ０　（尚、この時
間Ｔ０は制御周期若しくは制御速度とも言える）は、＃
４気筒の排気ボートがら酸素センサ１５までの距離と、
そのときの運転状態における排気流速とによって決定さ
れる。

なぜなら、本実施例の場合、＃４気筒の燃料噴射量Ｔｉ
のみを比例積分制御される補正係数αによって空燃比フ
ィードバック制御するため、他の気筒（＃１〜＃３）の
空燃比は、＃４気筒のように所定周期の変動を示すこと
なく、機関の運転状態が一定であれば第５図に示すよう
に一定の空燃比を保つ（但し、燃料噴射弁８の噴射特性
のバラツキ等によって、その一定空燃比は必ずしも目標
空燃比付近とはならない）。このため、混合排気の空燃
比変化特性は＃４気筒における空燃比変化特性と一致し
、換言すれば、混合排気の空燃比変化は＃４気筒に対す
る空燃比フィードバック制御の結果として現れることに
なり、酸素センサ１５までの距離が遠い他の気筒（＃１
〜＃３）の影響を受けることなく、他の気筒（＃ｌ〜＃
３）に比べ最も短い＃４気筒と酸素センサ１５との距離
と、排気流速とに基づ（制御周期で空燃比フィードバッ
ク制御が行われる。

従って、４気筒（＃１〜＃４）全てに空燃比フィードバ
ック制御を行った場合（制御周期は、各気筒から酸素セ
ンサ１５までの平均距離に基づき決定される）に比べ、
制御周期を短くして空燃比変化に対する応答性を改善で
きる。また、空燃比フィードバック補正係数αの比例積
分制御における比例分（Ｐ分）及び積分分（１分）が一
定であるとすれば、制御周期が長くなるに従って制御周
期の間における空燃比の変化が太き（なって空燃比制御
中が拡大されるため、上記のように制御周期を短くする
ことにより空燃比制御中の縮小を図ることができ、排気
浄化装置１６の触媒による排気転化率が最も良い理論空
燃比付近に空燃比を制御することが可能となる。尚、第
５図に示すように空燃比フィードバック制御を行わない
気筒（＃１〜＃３）の混合排気がリンチ側にズしている
ときには、＃４気筒の空燃比をリーン側にフィードバッ
ク制御することにより、全気筒（＃１〜＃４）の混合排
気の空燃比を理論空燃比に制御する。

一方、第５図に示すように、空燃比フィードバック制御
を行う特定気Ｍ（本実施例の場合には＃４気筒）のみが
所定周期で空燃比変化を示すことになる（但し、機関１
の運転状態が一定とした場合）ため、各気筒（＃１〜＃
４）からの排気を混合させても、第７図に示すような所
定制御周期を乱すような空燃比変化となることがなく、
空燃比フィードバック制御を行う気筒を限定するほど混
合排気の空燃比変化を滑らかなものとして、空燃比フィ
ードバック補正係数αの比例積分制御の誤動作を回避で
きる。

尚、本実施例においては、各気筒＃１〜＃４から酸素セ
ンサまでの距離が異なる４気筒内燃機関について述べた
が、各気筒から酸素センサまでの距離が同じ内燃機関で
あっても混合排気の空燃比変化を滑らかとして空燃比フ
ィードバック制御の誤動作を回避できることは明らかで
あるゆ〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によると、多気筒内燃機関に
おける空燃比フィードバック制御の制御周期を短くして
、空燃比変化に対する応答性の向上と空燃比制御中の縮
減を図ることができ、また、各気筒からの混合排気の空
燃比変化を滑らかとしてフィードバック制御の誤動作を
回避できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は本発明の一実施例を
示すシステム図、第３図は第２図の部分簡略図、第４図
は同上実施例における噴射量制御を示すフローチャート
、第５図は同上実施例の効果を説明するためのタイムチ
ャート、第６図は空燃比フィードバック制御の従来例を
説明するためのタイムチャート、第７図は従来の問題点
を説明するためのタイムチャートである。 １・・・機関　　８・・・燃料噴射弁　　９・・・コン
トロールユニット　　１０・・・エアフローメータ１１
・・・クランク角センサ　　１２・・・スロットルセン
サ１３・・・水温センサ　　１４・・・排気マニホール
ド１５・・・酸素センサ 第１図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 各気筒毎に燃料噴射弁を備えた多気筒内燃機関の電子制
   御燃料噴射装置であって、機関の運転状態に応じて燃料
   噴射量を設定する燃料噴射量設定手段と、各気筒からの
   混合排気を導出する排気管に装着されて排気中の酸素濃
   度を検出する酸素濃度検出手段と、検出された排気中の
   酸素濃度に基づき求めた機関吸入混合気の空燃比と所定
   の目標空燃比とを比較して実際の空燃比を前記所定の目
   標空燃比に制御すべく空燃比フィードバック補正係数を
   設定する空燃比フィードバック補正係数設定手段と、燃
   料噴射される気筒を判別する気筒判別手段と、該気筒判
   別手段により判別された特定気筒の燃料噴射量を前記空
   燃比フィードバック補正係数で補正演算して設定する燃
   料噴射量補正設定手段と、設定された燃料噴射量に応じ
   て対応する燃料噴射弁を駆動制御する燃料噴射弁駆動制
   御手段と、を備えてなる多気筒内燃機関の電子制御燃料
   噴射装置。