JPS6321339A - 内燃機関の燃料供給制御装置 - Google Patents

内燃機関の燃料供給制御装置

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JPS6321339A
JPS6321339A JP16727686A JP16727686A JPS6321339A JP S6321339 A JPS6321339 A JP S6321339A JP 16727686 A JP16727686 A JP 16727686A JP 16727686 A JP16727686 A JP 16727686A JP S6321339 A JPS6321339 A JP S6321339A
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JP
Japan
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cylinder
air
fuel
fuel ratio
crank angle
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JP16727686A
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English (en)
Inventor
Hiromichi Miwa
博通 三輪
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

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、自動車等の内燃機関において、排気中の酸素
濃度を検出して、各気筒への燃料分配量を適正に維持す
る内燃機関の燃料供給制御装置に関する。
(従来の技術) 一般に、内燃機間の負荷変動に対しては応答性良く燃料
量を制御することが必要であり、この応答性の面で燃料
噴射装置(インジェクタ)は最適である。ところで、イ
ンジェクタはその作動に伴ってメカニカルノイズを発生
するため、インジェクタの設置個数が増すほど静粛性が
悪化するという問題があった。
このようなことから、近時、単一のインジェクタによる
、いわゆるシングルポイントインジェクション(SPi
)方式のものが採用されている。
従来のこの種のSPi方式を適用した内燃機関の燃料供
給制御装置としては、例えば実開昭60−41577号
公報に記載のものがある。この装置では、インテークマ
ニホールドの集合部に連結されたスロットルチャンバ内
にスロットル弁を設け、そのスロットル弁の上流側に単
一のインジェクタが配設される。燃料は各気筒の点火時
期に対応した噴射信号によってインジェクタから噴射さ
れ、スロットル弁の開度に応じた吸入空気量と混合され
て混合気となる。この混合気はインテークマニホールド
の各ブランチを介して各気筒に供給され、点火プラグに
より着火、燃焼する。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような従来の内燃機関の燃料供給制
御装置にあっては、スロットル弁の上流側から燃料が噴
射され、この燃料はスロットル弁の開口部を通過する空
気流によって生ずるスロットル弁前後の負圧差により微
粒化される構成となっていたため、全開時等においては
燃料噴射量が増加するとともにスロ・7トル弁が全開さ
れ、これにより上述した負圧差が減少し、その結果、微
粒化されない燃料、いわゆる液状燃料が増加してインテ
ークマニホールド内に壁面付着燃料や飛翔燃料を生ずる
。また、低温始動時においては燃料噴射量の増加ととも
にインテークマニホールドの壁面温度が低いため燃料の
気化が促進されず、一部が壁面付着燃料となって滞留す
る。
これら壁面付着燃料等の発生は、各気筒の燃焼室に気化
状態で直接供給される燃料を減少させ、インテークマニ
ホールドのブランチ部分の形状等により決定される各気
筒に流入する壁面付着燃料等の量を増大させる。すなわ
ち、壁面付着燃料等の発生により各気筒の燃焼室に流入
する燃料の分配が均一に行われなくなり、その結果気筒
毎の空燃比が変動して、エンジンの運転性が悪化すると
いう問題点があった。
(発明の目的) そこで本発明は、排気中の酸素濃度から気筒毎の空燃比
を検出し、この検出値に基づいて各気筒に対応したタイ
ミングでの燃料供給量を補正することにより、気筒毎の
空燃比を均一なものとし、エンジンの運転性を安定させ
ることを目的としている。
(問題点を解決するための手段) 本発明による内燃機関の燃料供給制御装置は上記目的達
成のため、その基本概念図を第1図に示すように、エン
ジンの運転状態を検出する運転状態検出手段aと、エン
ジンのクランク角を検出するクランク角検出手段すと、
排気中の酸素濃度を検出する酸素センサCと、クランク
角検出手段すおよび酸素センサCの出力に基づいて各気
筒の空燃比を判別する空燃比判別手段dと、空燃比判別
手段dの出力に基づいて各気筒の空燃比が均一となるよ
うに燃料供給量を補正する気筒補正値を演算する補正値
演算手段eと、エンジンの運転状態に基づいて1燃焼サ
イクルにエンジンに供給する燃料の基本供給量を補正し
、これを前記気筒補正値に応じて補正して各気筒に対応
した供給タイミングでの燃料供給量を求め、気筒毎の供
給タイミングで供給信号を出力する供給量決定手段fと
、供給量決定手段fからの供給信号に基づいて気筒毎の
供給タイミングで吸気マニホールドの上流側に燃料を供
給する燃料供給手段gと、を備えている。
(作用) 本発明では、排気中の酸素濃度から検出された空燃比と
クランク角度により気筒毎の空燃比が求められ、これに
基づいて各気筒の空燃比が均一になるように燃料供給量
が補正される。したがって、各気筒への燃料の分配が均
一となり、エンジンの運転性が向上する。
(実施例) 以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第2〜12図は本発明の一実施例を示す図であり、本発
明をシングルポイントインジェクション(SPi)方式
の4気筒エンジンに適用した例である。
まず、構成を説明する。第2図において、■はエンジン
であり、吸入空気はエアクリーナ2からスロットルチャ
ンバ3を経て、ヒータ制御信号SHによりON10 F
 FするPTCヒータ4で加熱された後、インテークマ
ニホールド5の各ブランチより各気筒に供給され、燃料
は噴射信号Siに基づきスロットル弁6の上流側に設け
られた単一のインジェクタ(燃料供給手段)7により噴
射される。
各気筒には点火プラグ10が装着されており、点火プラ
グ10にはディストリビュータ11を介して点火コイル
12からの高圧パルスPULSEが供給される。気筒内
の混合気は高圧パルスPULSEによる点火プラグ10
の放電によって着火、爆発し、排気となって排気管14
を通して触媒コンバータ15で排気中の有害成分(Co
、HC,N0X)を触媒により清浄化してマフラ16か
ら排出される。
ここで、吸入空気の流れはアクセルペダルに連動スるス
ロットルチャンバ3内のスロットル弁6により制御され
、アイドリング時にはスロットル弁6はほとんど閉じて
いる。アイドリング時の空気の流れはバイパス;m路2
0を通り、開度信号5ISCに基づいてISCバルブ(
Idle 5peed ControlValve  
:アイドル制御弁)21により適宜必要な空気が確保さ
れる。
また、各気筒の吸気ポート近傍にはスワールコントロー
ル弁22が配設されており、スワールコントロール弁2
2はロッド23を介してサーボダイヤフラム24に連結
される。サーボダイヤフラム24には電磁弁25から所
定の制御負圧が導かれており、電磁弁25にはデユーテ
ィ値D scvを有するスワール制御信号s scvが
入力され、電磁弁25はこの信号に基づいてインテーク
マニホールド5から供給される負圧を大気に漏出(リー
ク)することによって、サーボダイヤフラム24に導入
する制御負圧を連続的に可変する。サーボダイヤフラム
24はこの制御負圧に応動し、ロッド23を介してスワ
ールコントロール弁22の開度を調整する。
スロットル弁6の開度TVOはスロットルセンサ30に
より検出され、冷却水の温度Twは水温センサ31によ
り検出される。また、エンジンのクランク角度はディス
トリビュータ11に内蔵されたクランク角センサ(クラ
ンク角検出手段)32により検出され、気筒判別信号(
REF信号)およびクランク角信号(PO3信号)を出
力する。REF信号は180°毎に1つ変化するパルス
信号であり、そのパルス幅(立上りから立下りまでのク
ランク角度)は気筒毎に異なる。一方、pos信号は所
定のクランク角度毎(例えば、2°)に立上りまたは立
下りを有するパルスであり、このパルスを計数すること
によりエンジン回転数Nを知ることができる。
排気管14には酸素センサ33が取り付けられており、
酸素センサ33は空燃比検出回路34に接続される。空
燃比検出回路34は酸素センサ33にポンプ電流を供給
するとともに、このポンプ電流の値から排気中の酸素濃
度がリンチからリーンまでの広範囲に亘って検出される
。この酸素濃度は空燃比と一義的に対応しており、空燃
比検出回路34がら空燃比信号1pとして出力される。
一方、変速機の操作位置は位置センサ36により検出さ
れ、車両の速度S VSPは車速センサ37により検出
される。また、エアコンデソショナの作動はエアコンス
イッチ38により検出され、パワステアリングの作動は
パヮテス検出スイッチ39により検出される。
上記各センサ30.31.32.34.36.37.3
8.39からの信号はコントロールユニソ)50に入力
されており、コントロールユニット50はこれらのセン
サ情報に基づいてエンジンの燃焼制御(燃料供給制御、
点火時期制御等)を行う。
すなわち、コントロールユニット5oは空燃比判別手段
、補正値演算手段および供給量決定手段としての機能を
有し、CP U51、ROM52、RAM53およびI
10ポート54により構成される。
CP U51はROM52に書き込まれているプログラ
ムに従ってI10ポート54より必要とする外部データ
を取り込んだり、またRAM53との間でデータの授受
を行ったりしながらエンジンの燃焼制御に必要な処理値
を演算し、必要に応じて処理したデータをI10ポート
54へ出力する。I10ポート54には上記各センサ3
0.31.32.34.36.37.38.39からの
信号が入力されるとともに、I10ボート54からは前
記各信号STi、5IGN −、S+5cSscv −
、SHが出力される。ROM52はCP U51におけ
る演算プログラムを格納しており、RAM53はその一
部が不揮発性メモリからなり、演算に使用するデータを
マツプ等の形で記憶している。
したがって、エンジン停止後もその記憶内容が保持され
る。
次に作用を説明するが、最初に空気流量の算出システム
について説明する。
本実施例では空気流量の検出に際して従来のようなエア
フローメータ等を設けておらず、スロットル開度TVO
およびエンジン回転数Nをパラメータとしてインジェク
タ7部を通過する空気量QAinj (以下、インジェ
クタ部空気量という)を算出するという方式(以下、単
にα−Nシステムという)を採っている。
このようなα−Nシステムによってインジエク夕部通過
空気量Q A t n =を算出しているのは、次のよ
うな理由による。
すなわち、上記従来のセンサによると、(イ)吸気脈動
によるセンサ出力の変動が大きく、これは燃料の噴射量
の変動を引き起こし、トルク変動を生じさせる、 (ロ)センサの応答性の面で過渡時に検出誤差が大きく
なる、 (ハ)上記センサはコストが比較的高い、という面があ
るためで、本実施例ではかかる観点から低コストで応答
性、検出精度に優れたα−Nシステムを採用している。
また、特にSPi方式のエンジンにあっては、このα−
Nシステムを採用することで、空燃比の制御精度が格段
と高められる。
以下、本システムによるインジェクタ部通過空気量QA
L□の算出を説明する。
第3図はシリンダ空気量QAcy、の算出プログラムを
示すフローチャートである。まず、PoでQAcyLを
Q、c、L’とし、Plで必要なデータ、すなわちスロ
ットルf1M度T V O、A A Cバルブ21への
開度信号5ISCのデユーティ(以下、ISCデユーテ
ィという) Disc 、エンジン回転数Nを読み込む
。次いで、P2でスロットル開度TVOに基づいてスロ
ットル弁6が装着されている部分における流路面積(以
下、スロットル弁流路面積という)ATVOを算出する
。これは、例えば第4図に示すテーブルマツプから該当
するATVOの値をルックアップして求める。P、では
同様にISOデユーティD18.に基づき第5図のテー
ブルマツプからバイパス路面積A8を算出し、P4で次
式〇に従って総流路面積Aを求める。
A = A T V O+ A m  ・・・・・・■
次いで、P、で定常空気量Qllを算出する。この算出
は、まず総流路面積Aをエンジン回転数Nで除してA/
Nを求め、このA/Nとエンジン回転数Nをパラメータ
とする第6図に示すようなテーブルマツプから該当する
定常空気量QHの値をルックアップして行う。
次いで、P6でA、Nをパラメータとして第7図に示す
テーブルマツプからインテークマニホールド5の容積を
考慮した遅れ係数に2をルックアップし、P7で次式■
に従ってシリンダ空気量QAcylを算出しルーチンを
終了する。
QAcyt=Qacyt’ X (1−に2) +Q、
 xK2・・・・・・■ 但し、QAcy、 ’ :前回の値 このようにして求めたシリンダ空気量QACyLは、例
えば吸気ポート近傍に燃料を噴射するEGi方式の機関
にはそのまま適用することができる。しかし、本実施例
はSPi方式であるから、インジェクタ空気量QA、ア
jを求める必要があり、この算出を第8図に示すプログ
ラムで行っている。
同プログラムでは、まず、P、で次式〇に従って吸気管
内空気変化量DCMを求める。このDCMはシリンダ空
気量QAcy、に対して過渡時にスロットルチャンバ3
内の空気を圧力変化させるための空気量を意味している
DCM=KMANiX (QAcyt  QAcyt ’ ) / N・・・・
・・■0式において、KMANiはインテークマニホー
ルド5の容積に応じて決定される定数であり、エンジン
1の機種等に応じて最適値が選定される。
次いで、PI2で次式〇に従ってインジェクタ空気量Q
A1イ、を算出する。
QAinj=QAcyL+DCM  ・・・・”■この
ようにして求めたインジェクタ空気量QAI。、はスロ
ットル弁開度TVOを情報パラメータの一つとしている
ことから応答性が極めて高く、また実験データに基づく
テーブルマツプによって算出しているので、実際の値と
正確に相関し検出精度が高い(分解能が高い)。さらに
、既設のセンサ情報を利用し、マイクロコンピュータに
よるソフトの対応のみでよいから低コストなものとなる
特に、SPi方式のようにスロットルチャンバ3の上流
側で燃料を噴射するタイプに適用することは極めて好都
合である。
次に、本題である問題点解決の作用について述べる。
一般に、シングルインジェクション(SPi)方式等に
代表されるような燃料を一個所から供給して各気筒に分
配するタイプのものにあっては、その分配を均一に保つ
ことが要求される。すなわち、インジェクタ等で均一な
混合気が作られても各気筒にはブランチされたインテー
クマニホールドを介して分配されるので、種々の要因か
らそれぞれの気筒の空燃比は異なったものとなる。した
がって、希薄な気筒の失火や、出力低下などからくるヘ
ジテーション、スタンプル、サージ等の不具合が発生し
、また、エンジンの作動状態は最も希薄な気筒により決
定されるため、空燃比は全体として濃いめに設定しなけ
ればならず、燃費および排気浄化の面で問題となる。
従来行われていた燃料の分配特性を改善する主な方法と
しては、周知のとおりインテークマニホールドの形状に
関するものであった。
しかしながら、実際に気筒内に流入する燃料量はスロッ
トル弁で微粒化、気化され、吸気によって直接気筒内に
流入する量と、インテークマニホールド等の内部に滞留
し、マニホールドの形状等により、各気筒に流入する壁
面付着燃料及び壁面からの気化燃料の和の量であり、壁
面付着燃料の量はインテークマニホールド等の形状や環
境温度および吸入負圧等により決定される。したがって
、各気筒に接続されるそれぞれのインテークマニホール
ド形状を完全に一致させることが不可能である以上、従
来の方法による分配特性の改善は限界があるものといえ
る。
そこで本実施例では、分配特性の悪化は各気筒の空燃比
の変動として表われることに着目し、排気中の酸素濃度
から気筒毎の空燃比を検出し、その検出値に基づいて各
気筒に対応したタイミングでの燃料供給量を補正するこ
とで、気筒毎の空燃比(すなわち分配特性)を均一なも
のとしている。
第9〜11図は上記基本原理に基づく燃料供給制御のプ
ログラムを示すフローチャートである。
第9図はデータ収集処理プログラム(INT)を示すフ
ローチャートであり、このプログラムはクランク角セン
サ32からのクランク角信号(PO8信号)により起動
される。
まず、pz+でインジェクタ空気量QA1..Jを読込
み、P2□でエンジン回転数Nを読込む。次いで、PX
3で現在のクランク角度における空燃比信号■pが読込
まれ、クランク角度に対応したRAM53内の所定アド
レスに格納される。PX4ではクランク角度の累計が7
20°となったとき、すなわち、エンジン1燃焼サイク
ルを経過したとき、RAM53内に格納されている1燃
焼サイクル分の空燃比信号1pを読出してこれの合計値
を求める。さらにクランク角度の単位角度(例えば、2
°)でこの合計値を除して、1燃焼サイクル当りの空燃
比平均値1pavを求めRAM53に格納する。
次いで、pzsでは1燃焼サイクル間の空燃比Ipの最
大値および最小値から、第12図(b)に示す空燃比偏
差Δrpを演算しRAM53に格納する。
ptbでは例えば気筒判別信号(REF信号)が入力し
たときの空燃比信号Ipが、その気筒の空燃比1pj(
jは気筒番号)としてRA M53内の所定アドレスに
格納される(第12図(a)(b)参照)。すなわち、
RA M53内には気筒数分の格納エリアが確保されて
おり、仮に気筒判別信号が#1気筒であれば、そのとき
の空燃比信号1pはIplとして#1気筒用の格納エリ
アに格納される。
このようにして、それぞれのデータ収集が完了すると第
10図に示す平均噴射量演算プログラム(TNT−A)
にリンクされる。
第10図において、PH1で基本噴射パルス幅Tpが、
次式〇により演算される。
TI)=QA、、、*k ・・・・・・■但し、k:定
数 次いで、P3□でインジェクタフの電圧補正値TSが演
算され、P33で水温増量補正に代表される各種補正係
数C0EFが演算される。
P34では空燃比平均値1pavがRAM53から読出
され、この値と目標空燃比(例えば、基本噴射パルス幅
Tpから求められる)との差に応じた補正係数A(A>
O)が演算される。次いで、P3Sでは平均実効噴射パ
ルス幅Teが、次式〇により演算される。
Te=TpxCOEFXA  ++++■この平均実効
噴射パルス幅Teは各気筒に共通の値であり、以下に述
べる気筒毎の分配補正を行うための基本供給量となる。
第11図はタイミングパルス幅演算プログラム(TNT
−B)を示すフローチャートであり、このプログラムは
T NT−Aプログラムからリンクされる。第11図に
おいて、P41で各気筒の空燃比rpjに基づき、噴射
量増減関数fk(19S、が演算される(但し、kおよ
びjは気筒番号)。このf k 1lpj) は各気筒
に対する燃料噴射量の基本分配補正値として用いられる
。すなわち、各気筒の空燃比1pjの組合わせ(rp+
 、Ipl・・・・・・■p4)は、各気筒に流入する
燃料の分配パターンを表わしている。したがって、この
分配パターンに基づいて各気筒に対応したタイミングで
の燃料噴射量を増減補正の基本パターンを決定する。
さらに、P4□では空燃比偏差ΔIpが、分配差を表わ
していることから、ΔIpに基づいて補正倍率βが演算
され、この値は上述した噴射量増減関数f k flp
jlに対する倍率として用いられる(β×f□Ipj)
)  。
なお、βおよびf□Ipj)の値は、次式〇に示す範囲
に制限される。
一1≦βX f knpJ+≦3 ・・・・・・■P4
3では上述した種々の演算値に基づいて、各気筒に対す
る燃料噴射タイミングパルスTik(kは気筒番号)を
、次式〇により演算し、P44で所定のタイミングのと
き噴射信号STiとしてインジェクタ7に出力される。
Ttk= (1+βX f k++pj+)  X T
 e 十T s・・・・・・■ なお、上述した噴射量増減関数’ k 1lpj)と補
正倍率βに代えて、次式■に示す補正係数Aを用いでも
同様の効果を得ることができる。
A ”’ g (11・・・・・・■ 但し、B=Ipj  −1pav すなわち、補正係数Aの演算諸元として、その気筒の運
転データIpj とともに全気筒の運転デ一夕1pav
を用いることにより、分配差と分配パターンに対応した
補正値が求まる。
(効果) 本発明によれば、排気中の酸素濃度から気筒毎の空燃比
を検出して、燃料供給量を補正しているので、気筒毎の
空燃比を均一なものとでき、エンジンの運転性を安定さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本概念図、第2〜12図は本発明の
一実施例を示す図であり、第2図はその全体構成図、第
3図はそのシリンダ空気量QAcyLの算出プログラム
を示すフローチャート、第4図はそのスロットル弁流路
面積ATVOのテーブルマツプ、第5図はそのバイパス
路面積A、lのテーブルマツプ、第6図は総流路面積A
をエンジン回転数Nで除したA/Nとエンジン回転数N
とをパラメータとする定常空気量QHのテーブルマツプ
、第7図はその遅れ係数に2のテーブルマツプ、第8図
はそのインジェクタ空気量Q A= n ;の算出プロ
グラムを示すフローチャート、第9図はそのデー夕収集
プログラムを示すフローチャート、第10図はその平均
噴射量演算プログラムを示すフローチャート、第11図
はそのタイミングパルス幅演算プログラムを示すフロー
チャート、第12図(a)はその気筒判別信号のタイミ
ングチャート、第12図(b)はその空燃比センサ出力
のタイミングチャートである。 7・・・・・・インジェクタ(燃料供給手段)、32・
・・・・・クランク角センサ(クランク角検出手段)、 33・・・・・・酸素センサ、 50・・・・・・コントロールユニット(空燃比判別手
段、補正値演算手段、供給量決定手段)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 a)エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と
    、 b)エンジンのクランク角を検出するクランク角検出手
    段と、 c)排気中の酸素濃度を検出する酸素センサと、d)ク
    ランク角検出手段および酸素センサの出力に基づいて各
    気筒の空燃比を判別する空燃比判別手段と、 e)空燃比判別手段の出力に基づいて各気筒の空燃比が
    均一となるように燃料供給量を補正する気筒補正値を演
    算する補正値演算手段と、 f)エンジンの運転状態に基づいて1燃焼サイクルにエ
    ンジンに供給する燃料の基本供給量を演算し、これを前
    記気筒補正値に応じて補正して各気筒に対応した供給タ
    イミングでの燃料供給量を求め、気筒毎の供給タイミン
    グで供給信号を出力する供給量決定手段と、 g)供給量決定手段からの供給信号に基づいて気筒毎の
    供給タイミングで吸気マニホールドの上流側に燃料を供
    給する燃料供給手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料供給制御装置
JP16727686A 1986-07-15 1986-07-15 内燃機関の燃料供給制御装置 Pending JPS6321339A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0351078A2 (en) * 1988-07-15 1990-01-17 Ford Motor Company Limited Control system and method for controlling actual fuel delivered by individual fuel injectors
JP2011202599A (ja) * 2010-03-26 2011-10-13 Mazda Motor Corp 多気筒エンジンの診断方法及び診断システム
JP2015206357A (ja) * 2014-04-10 2015-11-19 愛三工業株式会社 エンジンの燃料噴射量制御装置

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