JPS63159648A - 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） 本発明は内燃機関の電子制ｍ燃料噴射装置に関する。

（従来の技術） 内燃機関の電子制御燃料噴射装置として、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、熱線式流量計等のエアフローメータにより検出さ
れる吸入空気流ｉｔＱ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トカラ５本燃料ｕ
Ｘ射量Ｔ　ｐ　（＝　Ｋ　ｘ　Ｑ／Ｎ　ＨＫは定数）を
演算し、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とを演算した後、前記基
本燃料噴射量Ｔｐをこれらにより補正演算して、最終的
な燃料噴射’ｔｒｉ　　（＝ＴｐＸＣＯＥＦｘα＋７’
ｓ）を設定する。

そして、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電磁式燃料噴射弁に出力することに
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。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、吸入空気流ｉｔＱを検出する熱線式流量計の
熱線が劣化するなどして実際の吸入空気流１ｉＱよりも
少ない量を検出値として出力する場合や燃料供給遅れな
どの要因によって、本来安定した所望リッチ空燃比状態
となるべき機関加速後の高負荷状ＢＣｍｔ関の加速初期
には過渡応答遅れ等により断続的に空燃比がリーン化す
ることがある）において機関吸入混合気の空燃比が理論
空燃比よりもリーン化することがあった。上記のように
機関加速後の高負荷状態において継続的に空燃圧がリー
ン化する場合には、排気中の窒素酸化物（ＮＯＸ）濃度
が高くなり、また、高負荷状態であるが故に燃焼温度が
異常上昇（燃焼温度が高いほど窒素酸化物の濃度は高く
なる）して、点火栓の電極部が溶損したりプレイグニツ
シヨンの発生の惧れがあり、最悪の場合には機関の焼付
きが発生する惧れもあった。

即ち、第６図に示すように、機関吸入混合気の空燃比が
理論空燃比よりもリーン化すると、排気中に含まれる窒
素酸化物（ＮＯｘ）の濃度が増大すると共に、排気を浄
化するための触媒装置による窒素酸化物（Ｎｏ、）の転
化率が低下し、許容値を越えた高濃度の窒素酸化物（Ｎ
ＯＸ）が排出されることになる。また、燃焼温度は空燃
比が理論空燃比よりも僅かにリーンである状態で最も高
くなり、然もその温度は機関の全負荷状態で点火栓が溶
損する温度（例えば８５０℃）を越える温度にまで上昇
するため、点火栓の電極部がこの燃焼温度によって溶損
したり、プレイグニツシヨンが発生したりする惧れがあ
ったものである。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、機関加
速後の高負荷時における空燃比リーン化による燃焼温度
の異常上昇と窒素酸化物（ＮＯＸ）濃度の増大を回避で
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。

く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、機関運転状
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
、これにより設定された燃料噴射量に応じて燃料噴射弁
を駆動制御する燃料噴射弁駆動制御手段と、を備えると
共に、点火栓による点火時期を制御する点火制御手段を
備えてなる内燃機関の電子制御燃料噴射装置において、
機関加速状態を検出する機関加速状態検出手段と、機関
吸入混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、機関
負荷を検出する機関負荷検出手段と、これらの検出手段
により機関の加速状態が検出されてから所定時間経過後
の所定機関高負荷状態において機関吸入混合気の空燃比
が理論空燃比よりもリーンであることが検出されたとき
に前記点火制御手段による点火時期を遅角補正又は前記
燃料噴射量設定手段によって設定された燃料噴射量を増
量補正して設定する加速時リーン補正手段と、を設ける
ようにした。

く作用〉 かかる構成により、機関加速状態が検出されてから所定
時間経過後の所定高負荷状態において、機関吸入混合気
の空燃比が理論空燃比に対してリーン化しているときに
は、点火時期を遅角させるか、又は、燃料噴射量を増量
させて、燃焼温度と窒素酸化物（Ｎｏｗ）ｔＥ１度の低
下を図る。即ち、第７図に示すように、燃焼温度と窒素
酸化物（ＮＯＸ）の濃度は、点火時期を遅角すれば共に
低下するので、燃焼温度及び窒素酸化物（ＮＯＸ）の濃
度の上昇が見込まれる空燃比リーン状態において点火時
期を遅角させることによってそれぞれを低下させること
ができる。また、燃料噴射量を増量することによりリー
ン化している空燃比を理論空燃比に近似させることによ
り、第６図に示すように燃焼温度と窒素酸化物（Ｎｏ□
）の濃度との低下を図れると共に、触媒装置による窒素
酸化物（ＮＯＩ＋）の転化率を確保できるものである。

〈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図において、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及び吸気マニホールド５を
介して空気が吸入される。

吸気ダクト３には、熱線式流量計６が設けられていて、
機関１の吸入空気流量Ｑに対応する信号を出力する。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。スロットル弁７には、その開度θを検
出するスロットル弁開度センサ８が付設されている。排
気マニホールド２１には、空燃比検出手段としての酸素
センサ２０が設けられていて、排気中の酸素濃度に対応
した信号をコントロールユニット３０に出力し、コント
ロールユニット３０は入力された酸素濃度に基づき吸入
混合気の空燃比を検出する。

吸気マニホールド５には、各気筒毎に燃料噴射弁９が設
けられていて、マイクロコンピュータを内蔵したコント
ロールユニット３０からの駆動パルス信号により開弁し
、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制御された燃料を吸気マニホー
ルド５内に噴射供給する。即ち、本実施例においてコン
トロールユニット３０は、燃料噴射量設定手段、燃料噴
射弁駆動制御手段を兼ねると共に、後述するように加速
時リーン補正手段をも兼ね、スロットル弁開度センサ８
とによって機関加速状態検出手段を構成し、また、スロ
ットル弁開度センサ８とクランク角センサ１４とによっ
て機関負荷検出手段を構成する。

一方、機関１の各気筒には点火栓１０が設けられていて
、これらには、点火コイル１１にて発生する高電圧がデ
ィストリビュータ１２を介して順次印加され、これによ
り火花点火して混合気を着火燃焼させる。点火コイル１
１は、それに付設されたパワートランジスタ１３を介し
て高電圧の発生時期を制御される。従って、点火時期の
制御は、パワートランジスタ１３のＯＮ・ＯＦＦ時期を
コントロールユニッ）３０からの点火制御信号で制御す
ることにより行う。このように、本実施例における点火
制御手段とは、点火栓１０．点火コイル１１．ディスト
リビュータ１２．パワートランジスタ１３及びコントロ
ールユニット３０で構成されるものである。

ディストリビュータ１２には、光電式クランク角センサ
１４が内蔵されている。光電式クランク角センサ１４は
、ディストリビュークシャフト１５と一体に回転するシ
グナルディスクプレート１６と検出部１７とによりなる
。シグナルディスクプレート１６には、１８０個のポジ
ション信号Ｐｏ５（２”信号）用スリット１８と、４気
筒の場合４個のリファレンス信号Ｒｅｆ　（１８０”信
号）用スリット１９とが形成されており、４個のリファ
レンス信号Ｒｅｆ用スリット１９のうち１個は気筒判別
用でもある。

検出部１７は、これらのスリット１８．１９を検出し、
ポジション信号と気筒判別信号を含むリファレンス信号
Ｒｅｆとを出力する。ここで、単位時間当たりのポジシ
ョン信号Ｐｏｓの入力数をカウントするか、リファレン
ス信号Ｒｅｆの周期を測定することによって機関回転速
度Ｎを検出することが可能である。従って、光電式クラ
ンク角センサ１４は、クランク角のみならず機関回転速
度Ｎの検出も行う。

次にコントロールユニット３０による燃料噴射量Ｔｉの
設定制御と点火時期制御について第３図〜第５図のフロ
ーチャートに従って説明する。

第３図のフローチャートに示すルーチンは、所定時間毎
（例えば１０ｍ５毎）に実行されるものであり、本発明
にかかる機関１加速時の燃料噴射増量補正及び点火時期
の遅角補正を行う運転状態であるか否かを判定するもの
である。

ステップ（図中では「Ｓ」としてあり、以下同様とする
）１では、スロットル弁開度センサ８によって検出され
るスロットル７の開度θを入力する。

そして、次のステップ２では、機関１が加速状態である
否かを判定する。具体的には、ステップ１において入力
した開度θと前回の入力値とからスロットル弁７の開度
変化率Δθを求め、この変化率Δθによってスロットル
弁７が所定以上の割合で開かれていることが検出された
ときには、機関１が加速状態であると判定する。

ステップ２で機関１が加速状態であると判定されたとき
にはステップ３へ進み、加速判定が初回であるか否かを
判定する。そして、加速判定が初回であると判定された
ときには、ステップ４へ進んで加速判定の初回から燃料
噴射１１Ｔｉの増量補正及び点火時期の遅角制御を行う
補正運転領域までの時間Ｔを計測するタイマーをスター
トさせる。

ステップ２で機関１が加速状態でないと判定されたとき
と、ステップ３で機関１の加速判定が初回でないと判定
されたときには、ステップ５へ進み加速判定の初回にス
タートさせたタイマーによって計測された時間Ｔと所定
時間Ｔ１とを比較して、加速検出の初回からの時間Ｔが
所定時間Ｔ。

以上経過しているか否かを判定する。前記所定時間Ｔ１
は、加速初期において空燃比のリーン化が応答遅れ等に
より断続的に発生する傾向を示すため、このような領域
（加速検出の初回から所定時間Ｔ１）を避けて、継続的
に空燃比がリーン化する慣れのある（燃焼温度の上昇や
窒素酸化物Ｎｏ。

の増大が問題となる）領域において補正を実施するため
のものであり、加速検出の初回から所定時間Ｔ、が経過
していないときには、機関１が所定以上の高負荷状態で
然も空燃比がリーン化していても補正制御は行わない。

ここで、タイマーによる計測時間Ｔが所定時間７．以上
であると判定されたときには、ステップ６へ進んで現在
の運転状態が所定以上の機関負荷状態である補正領域で
あるか否かを判定する。前記補正領域とは、例えばスロ
ットル弁開度センサ８によって検出されるスロットル弁
開度θとクランク角センサ１４によって検出される機関
回転速度Ｎとによって区分される運転領域でスロットル
弁開度θが変化しても吸入空気流ＩＱが変化しない運転
領域であり、また７、機関回転速度Ｎと吸入空気流量Ｑ
とによって演算される基本燃料噴射ｆＴｐが所定以上で
ある運転領域としても良い。

ステップ６で現在の運転状態が補正領域であると判定さ
れたときには、ステップ７へ進んで補正領域フラグを１
に設定する。この補正領域フラグが１であるということ
は、加速検出の初回から所定時間Ｔ５以上経過していて
然も現在の機関１が所定以上の高負荷状態であることを
示す。

一方、ステップ５においてタイマーによる計測時間Ｔが
所定時間Ｔ、に達していない（空燃比が断続的にリーン
化する運転領域）と判定されたときと、ステップ６にお
いて現在の運転状態が補正領域でない（機関１の負荷状
態が所定以下）と判定されたときには、ステップ８へ進
んで補正領域フラグをＯに設定する。従って、補正領域
フラグが０であるときには、後述する点火時期の遅角補
正と燃料噴射量Ｔｉの増量補正は行われない。

第４図のフローチャートに示すルーチンは、クランク角
センサ１４から出力され点火の基準信号となるリファレ
ンス信号Ｒｅｆの入力時に実行されるものであり、前記
補正領域フラグと酸素センサ２０によって検出される排
気中の酸素濃度とに基づき点火時期の遅角制御を行う。

即ち、ステップ１１において、酸素センサ２０によって
検出された排気中の酸素濃度を入力し、この酸素濃度に
基づき後述するステップ１３で機関１の吸入混合気の空
燃比がリーン状態であるか否かを判定する。

次のステップ１２では、既に説明した第３図のフローチ
ャートに示したルーチンで設定される補正領域フラグの
１０ｒＯを判定する。ここで、補正領域フラグが１であ
ると判定さたとき、即ら、加速検出の初回から所定時間
７．以上経過していて然も現在の機関１が所定以上の高
負荷状態であるときには、ステップ１４へ進んで点火時
期の遅角補正制御を行う。通常の点火時期制御は、例え
ば機関回転速度Ｎと基本燃料噴射ＩＴｐとによって区分
される運転領域毎に記憶されている点火時期のデータ（
例えば圧縮上列点前何度という数字をそのまま記憶しで
ある）の中から、現在の運転状態に対応する点火時期の
データを検索し、その検索データに基づく点火時期に点
火されるようにパワートランジスタ１３のＯＮ・ＯＦＦ
時期をコントロールユニット３０からの点火制御信号で
制御するが、ステップ１４では検索された点火時期のデ
ータに基づく点火時期を所定角度だけ遅角させて点火時
期を設定する。

ステップ１４で点火時期の遅角補正制御を行うと、次の
ステップ１５で空燃比リーンフランｉ”ｊ′＼に設定す
る。この空燃比リーンフラグ１は現在の機関１の運転状
態が補正領域であって然も機関ｌの吸入混合気の空燃比
が理論空燃比よりもリーンの状態であることを示すもの
である。

一方、第３図のフローチャートに示したルーチンで補正
領域フラグが１に設定されずにステップ１２での判定が
補正領域フラグ−〇であるとき、又は、ステップ１３に
おける吸入混合気の空燃比判定がリーンでなく吸入混合
気の空燃比が理論空燃比であるかリッチ状態であるとき
には、ステソ′ブ１６へ進んで空燃比リーンフラグを０
に設定する。

第５図のフローチャートに示すルーチンは、所定時間毎
（例えば１０ｍ５毎）に実行されるものであり、第４図
のフローチャートに示したルーチンで設定される空燃比
リーンフラグに基づき燃料噴射量Ｔｉの設定を行う。

ステップ２１では、前記空燃比リーンフラグの判定を行
い、フラグが１であるときにはステップ２２へ進み、フ
ラグがＯであるときにはステップ２３へ進む。

ステップ２３では、燃料噴射量Ｔｉの演算に用いられる
各種補正係数Ｃ０ＥＦを以下に示す通常の式に従って設
定する。

Ｃ０ＥＦ−１＋Ｋｙｗ＋Ｋａｓ＋Ｋａ＋＋ＫＭ＊ここで
、Ｋ１は水温補正係数、ＫＡｆｆｉは始動補正係数、Ｋ
ＡＩはアイドル後増量補正係数、ＫＭｌｌは空燃比補正
係数をそれぞれ示す。

水温補正係数に７ｏは、冷機時に燃料噴射量Ｔｉを増量
して機関の運転性を向上させるためのものであり、冷却
水温度Ｔｗが低いときほど大きく設定されるようにしで
ある。始動補正係数にわけ、機関の始動性を向上させる
ためにやはり冷却水温度Ｔｗが低いときほど大きく設定
されるようにしてあり、イグニッションスイッチのＯＮ
時から一定割合で増量補正量を減量していくようにしで
ある。アイドル後増量補正係数ＫＡＩは、発進を滑らか
にするため、発進直後（スロットル弁がアイドル位置か
ら開かれたとき）に冷却水温度ＴＷが低いときほど大き
く設定されるようにしてあり、始動補正係数ＫＡ！と同
様に発進直後から一定割合で減量されるようにしである
。空燃比補正係数に□は、基本燃料噴射量Ｔｐと機関回
転速度Ｎとに対応させて記憶されており、機関の高速・
高負荷時はど大きく設定されて機関の運転状態に見合っ
た空燃比補正がなされるようにしである。

ステップ２３で各種補正係数Ｃ０ＥＦが設定されると、
ステップ２４でこの各種補正係数Ｃ０ＥＦと、酸素セン
サ２０によって検出される機関吸入混合気の空燃比に基
づき設定される空燃比フィードバック補正係数α（前記
空燃比補正係数ＫＨＮの値が所定の高速・高負荷時に用
いられる値となったとき即ち本実施例の補正領域におい
てはクランプされる）と、バッテリ電圧の変化による燃
料噴射弁９の有効開弁時間の変化を補正する補正分子ｓ
とによって基本燃料噴射量’ｒｐ　（＝ＫＸＱ／Ｎ　；
　Ｋは定数）を補正演算して最終的な燃料噴射量Ｔｉ（
−Ｔ　ｐ　ｘ　ＣＯＥ　Ｆ　Ｘ　ｏｒ　＋　Ｔ　ｓ　）
を演算する。

一方、空燃比リーンフラグが１であってステップ２２へ
進んだときには、前記空燃比補正係数ＫＭｊ１を２倍と
して各種補正係数Ｃ０ＥＦ　（＝１＋Ｋｔｗ”ＫＡｓ”
ＫＡＩ＋２に□）を設定し、ステップ２４でこの各種補
正係数Ｃ０ＥＦを用い前述のように燃料噴射ＩＴｉ　　
（＝ＴｐＸＣＯＥＦＸｃｒ＋Ｔｓ）を演算する。

即ち、加速検出の初回から所定時間Ｔ１以上経過してい
て機関１が所定の高負荷状態であり、然も、酸素センサ
２０によって検出される空燃比がリーン状態であるとき
、換言すれば、機関１の高負荷状態で空燃比がリーンと
なっていて燃焼温度の異常上昇と窒素酸化物（ＮＯｘ）
排出量の増大が見込まれるときには、第４図のフローチ
ャートに示したルーチンに従って点火時期の遅角補正制
御をすると共に、ステップ２２で各種補正係数Ｃ０ＥＦ
に含まれる空燃比補正係数に□を倍増させることにより
燃料噴射量Ｔｉを増量補正する。このようにして、点火
時期の遅角補正と燃料噴射ｉＴｉの増量補正を行えば、
燃焼温度の異常上昇と窒素酸化物（ＮＯＸ）の排出量の
増大を回避できる。

なぜなら、第７図に示したように、点火時期を遅角させ
れば燃焼温度が低下し、然も、窒素酸化物（Ｎｏｗ）濃
度が低下する。一方、第６図に示したように、機関１の
吸入混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン状態から
リッチ側に補正することによりやはり燃焼温度が低下し
、また、窒素酸化物（ＮＯＸ）濃度も低下し、然も、触
媒装置による窒素酸化物（Ｎｏ、）の転化率を向上させ
ることができる。このため、燃焼温度の異常上昇が回避
されて点火栓１０の電極部の溶損やプレイグニツシヨン
の発生を防止できると共に、窒素酸化物（ＮＯＸ）の排
出量を許容範囲内とすることができるものである。

尚、本実施例においては、燃料噴射１ｉＴｉの増量補正
を空燃比補正係数ＫＭｊｌを倍増させることによって行
ったが、吸入空気流ｆｉＱの検出値を増量補正するなど
しても良く、増量補正は本実施例に限るものではない。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によると、加速後の高負荷状
態における空燃比リーン状態による燃焼温度の上昇と窒
素酸化物（ＮＯＸ）排出量の増大を回避できるため、点
火栓の溶損やプレイグニツシヨンの発生を防止できると
共に、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を許容範囲内とす
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〜第５図は同上実施例における
制御を示すフローチャート、第６図は燃焼温度、ＮＯＸ
濃度及び転化率と空燃比との関係を示すグラフ、第７図
は燃焼温度及びＮ　ＯＸ濃度と点火時期との関係を示す
グラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関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、設定された燃料噴射量に応じて燃料噴射弁
   を駆動制御する燃料噴射弁駆動制御手段と、を備えると
   共に、点火栓による点火時期を制御する点火制御手段を
   備えてなる内燃機関の電子制御燃料噴射装置において、
   機関加速状態を検出する機関加速状態検出手段と、機関
   吸入混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、機関
   負荷を検出する機関負荷検出手段と、機関の加速状態が
   検出されてから所定時間経過後の所定機関高負荷状態に
   おいて機関吸入混合気の空燃比が理論空燃比よりもリー
   ンであることが検出されたときに前記点火制御手段によ
   る点火時期を遅角補正又は前記燃料噴射量設定手段によ
   って設定された燃料噴射量を増量補正して設定する加速
   時リーン補正手段と、を設けたことを特徴とする内燃機
   関の電子制御燃料噴射装置。