JPS63219840A - 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燃料噴射制御装置に関する。

〔従来の技術〕

機関排気通路内に配置した酸素濃度検出器（以下０２セ
ンサと称す）の出力信号に基いて空燃比を理論空燃比に
制御するようにした内燃機関では一般的に機関加速運転
時には機関シリンダ内に供給される混合気が希薄となる
。しかしながら機関加速運転時に機関シリンダ内に供給
される混合気が希薄になると良好な加速運転が得られな
いばがりでなく、多量のＮＯｘが発生するという問題が
ある。従って機関加速運転時に混合気が稀薄になるのを
阻止するために加速運転時に供給燃料を増量するように
した内燃機関が公知である（特開昭５８−４８７２５号
公報参照）。

一方、０□センサは原理的には理論空燃比が否かを検出
するものであるが実際にはｏ２センサによって検出しう
る空燃比が経時的に変化する。このことについて第１６
図を参照しつつ説明する。

第１６図において縦軸は０２センサの出力電圧■を示し
、横軸は空燃比Ａ／Ｆを示す。通常０２センザの出力電
圧Ｖは基準電圧と比較され、０２センサの出力電圧Ｖが
基準電圧よりも大きなときには混合気がリッチであると
して供給燃料が減少せしめられ、０□センサの出力電圧
■が基準電圧よりも小さいときには混合気がリーンであ
るとして供給燃料が増量せしめられる。従って空燃比は
基準電圧の大きさに左右されることになる。

ところで０２センサを使用し始めた初期には排気ガスが
０□センサ素子表面のコーティング層を通過しずらく、
時間の経過と共に排気ガスが０□センサ素子表面のコー
ティング層を通過しやすくなるので０□センサの出力特
性は時間の経過と共に第１６図の曲ｖＡＡから曲線Ｂへ
変化する。従って０２センサの使用し始め、即ち工場出
荷時に理論空燃比（λ＝１）を検出しうるように基準電
圧■え′を定めておくと時間が経過したときには０□セ
ンサによって検出される空燃比がΔλだけずれて大巾に
リッチになってしまう。そこで通常は時間が経過したと
きに０□センサによってほぼ理論空燃比（λ＝１）を検
出しうるように工場出荷時における基準電圧■８が定め
られている。従って工場出荷時には０２センサによって
検出される空燃比はリーンであり、従ってこの０２セン
サの出力信号に基いてフィードバック制御した場合には
機関シリンダ内に稀薄混合気が供給されることになる。

このリーンの度合は時間の経過と共に次第に小さくなっ
ていく。このように０２センサによって検出される空燃
比がリーンであっても機関シリンダ内に供給される混合
気が理論空燃比となるようにフィードバック制御するよ
うにした内＠機関が本出願人により既に提案されている
（特願昭６１−１６９９３２号参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで内燃機関では機関運転中に排出される全ＮＯｘ
の総排出量が問題であり、この全ＮＯｘの総排出量を一
定値以下に抑えることが必要となる。ところが機関シリ
ンダ内に供給される混合気が理論空燃比の近くでリーン
側にずれればずれるほどＮＯｘの排出量が増大するので
上述のように０２センサによって検出される空燃比がリ
ーンになればなるほどＮＯｘの排出量が増大する。即ち
、工場出荷時に０２センサによって検出される空燃比が
リーンとなるように基準電圧■Ｒ（第１６図）が定めら
れた場合には工場出荷時にＮＯｘの排出量が最も多く、
時間が経過するに従ってＮＯｘの排出量は次第に少なく
なっていく。ところで機関加速運転時に排出されるＮＯ
ｘの量が機関運転中に排出される全ＮＯｘの総排出量の
うちのかなりの部分を占めており、従って機関運転中に
排出される全ＮＯｘの総排出量を一定値以下に抑えるた
めには加速運転時におけるＮＯｘの排出量を抑えなけれ
ばならない。

ところが上述した特開昭５８−４８７２５号公報に記載
された内燃機関では０□センサが常に理論空燃比を検出
できるものとして空燃比がリーンとならないように一定
割合の燃料を加速運転時に増量するようにしている。従
ってこの内燃機関において工場出荷時における基準電圧
を第１６図の■５に定めた場合には工場出荷後０２セン
サが理論空燃比を検出するようになるまでの間の全ＮＯ
ｘの総排出量が増大するという問題がある。

〔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によれば第１図の発
明の構成図に示されるように機関排気通路内に配置した
酸素濃度検出器１６の出力信号に基いて燃料噴射量を制
御するようにした内燃機関において、機関作動の累積時
間を計算する累積時間計算手段１２０と、機関の加速運
転を検出する加速検出手段１２１と、累積時間計算手段
１２０の計算結果および加速検出手段１２１の検出結果
に基いて累積時間が予め定められた時間以下の加速運転
時に燃料噴射量を増量する燃料噴射制御手段１２２を具
備している。

〔実施例〕

第２図を参照すると、ｌは機関本体、２はピストン、３
は燃焼室、４は点火栓、５は吸気弁、６は吸気枝管、７
は排気弁、８は排気マニホルドを夫々示し、各吸気枝管
６には夫々燃料噴射弁９が取付けられる。各吸気枝管６
は共通のサージタンクｌＯに接続され、このサージタン
ク１０は吸気ダクト１１を介してエアフローメータ１２
に接続される。吸気ダクト１１内にはスロットル弁１３
が配置される。一方、排気マニホルド８は排気管１４を
介して触媒コンバータ１５に接続され、触媒コンバータ
１５上流の排気管１４内には０２センサ１６が配置され
る。

第２図を参照すると、電子制御ユニット３０はディジタ
ルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって相
互に接続されたＲＯＭ　（リードオンメモリ）３２、Ｒ
ＡＭ　（ランダムアクセスメモリ）３３、ｃｐｕ　＜マ
イクロプロセッサ）３４、人力ボート３５、出力ポート
３６およびバス３７を介してＣＰＵ３４に接続されたバ
ックアップラム３８を具備する。エアフローメータ１２
は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電
圧はＡＤ変換器３９を介して人力ボート３５に入力され
る。一方、スロットル弁１３にはスロットル開度に比例
した出力電圧を発生するスロットルセンサ１７が取付け
られる。このスロットルセンサ１７の出力電圧はＡＤ変
換器４０を介して入力ボート３５に入力される。また、
人力ボート３５には機関回転数を表わす出力パルスを発
生する回転数センサ１８が接続され、更に入力ボート３
５には０□センサ１６がＡＤ変換器４１を介して接続さ
れる。また、排気管１４内には排気ガス温に比例した出
力電圧を発生する温度センサ１９が配置され、この出力
電圧はＡＤ変換器４２を介して入力ボート３５に入力さ
れる。更に、入力ボート３５にはイグニッションスイッ
チ２０のオン・オフ信号が入力される。一方、出力ポー
ト３６は駆動回路４３を介して燃料噴射弁９に接続され
る。

第３図に０□センサ１６の出力電圧■とフィードバック
補正係数ＦＡＦを示す。０２センサ１６は排気ガスが還
元雰囲気のときに０．９ボルト程度の出力電圧を発生し
、排気ガスが酸化雰囲気のときに０．１ボルト程度の出
力電圧を発生する。一方、燃料噴射弁９からの燃料噴射
時間τは基本的には次式に基いて定められる。

τ；τｐ　　−ＦＡＦ−に ここでτｐはエアフローメータ１２および回転数センサ
１８の出力信号から計算される基本燃料噴射時間、ＦＡ
Ｆは上述のフィードバック補正係数、Ｋは例えば加速増
量係数である。

第３図に示されるように０２センサ１６の出力電圧■が
基準電圧■８よりも太き（なったとき、即ちリーンから
リッチに反転したときにはＦＡＦは一定値だけ急激に減
少せしめられ、次いで徐々に減少せしめられる。従って
このとき燃料噴射量も減少せしめられる。これに対して
０２センサ１６の出力電圧Ｖが基準電圧■、よりも小さ
くなったとき、即ちリッチからリーンに反転したときに
はＦＡＦは一定値だけ急激に上昇せしめられ、次いで徐
々に上昇せしめられる。従ってこのとき燃料噴射量が増
量せしめられる。このようにして空燃比は基準電圧ＶＩ
＋によって定まる空燃比に制御される。

ところで本発明では工場出荷時に基準電圧が第１６図の
■えに定められており、従って０２センサ１６のフィー
ドバック制御が行なわれているときの空燃比は第４図に
おいてＫで示されるように機関の運転が行なわれてから
の累積経過時間Ｓが長くなるにつれてリーンの度合が小
さくなっていく。その後、成る累積経過時間Ｓ。に達す
ると空燃比は理論空燃比となる。従って０２センサ１６
によるフィードバック制御が行なわれているときのＮＯ
ｘの排出量も累積経過時間Ｓが長くなるにつれて減少す
る。

一方、第４図の破線りは本発明による加速時における空
燃比を示している。第４図かられかるように機関の運転
初期には最も加速増量が多く、この加速増量は累積経過
時間Ｓが長くなるにつれて少なくなる。即ち、加速時に
おける混合気を濃くするほどＮＯｘの排出量を低減でき
るので機関の運転初期には加速増量を大きくすることに
より加速運転時のＮＯｘの発生量を抑えて機関運転中に
排出される全Ｎ０ｘＯ）総排出量を一定値以下に抑える
ようにしている。一方、累積経過時間Ｓが長くなると０
２センサ１６によるフィードバック制御時のＮＯｘの排
出量が低減するので加速増量を減少させるようにしてい
る。なお、第４図（＾）は加速運転時に本発明による加
速増量のみを行なう場合を示しており、第４図（８１は
加速運転時に本発明による加速増量に加えて更に一定割
合の加速増量Ｚを行なう場合を示している。

次に第５図を参照しつつ燃料噴射処理のメインルーチン
について説明する。

第５図を参照するとまず始めにステップ５ｏにおいてイ
グニッションスイッチ２ｏがオンであるか否かが判別さ
れる。イグニッションスイッチ２゜がオンのときにはス
テップ５１に進んで累積経過時間Ｓの計算が行なわれる
。この累積経過時間Ｓが成る累積経過時間Ｓ。に達する
とＯｔセンサ１６の出力特性は第１６図の曲線Ａから曲
線Ｂまで移行する。従ってこの累積経過時間Ｓは０□セ
ンサ１６の出力特性が変化する代表時間を示しており、
この累積経過時間Ｓの計算のしかたは後述するように種
々の方法がある。

ステップ５１において累積経過時間Ｓが計算されるとス
テップ５２に進んで燃料噴射時間が計算され、次いでス
テップ５３において燃料噴射弁９からの燃料噴射処理が
行なわれる。

第６図から第９図は累積経過時間Ｓの種々の計算ルーチ
ンを示している。これらの計算ルーチンは一定時間毎の
割込みによって行なわれる。

第６図に示すルーチンではまず始めにステップ６０にお
いて累積経過時間Ｓが予め定められた一定の累積経過時
間Ｓ。よりも大きいか否かが判別される。このＳ。はｏ
２センサ１６の出力特性が第１６図の曲′ｆａＢになる
までの累積経過時間を表わしており、このＳ。の値は実
験により予め定められている。Ｓ＜Ｓｏのときにはステ
ップ６１に進んでＳが１だけインクリメントされ、この
Ｓの値はバックアップラム３８に記憶される。第６図の
ルーチンにおける累積経過時間Ｓは機関が初めて運転さ
れたときからの機関を運転している時間の合計を表わし
ている。

第７図に示すルーチンではまず始めにステップ７０にお
いてＳ＞Ｓｏであるか否かが判別され、Ｓ＜Ｓｏのとき
にはステップ７１に進んでＳ′（＝　ｋ　−Ｖ）が計算
される。ここでｋは定数、Ｎは回転数センサ１８の出力
信号から計算された機関回転数である。次いでステップ
７２に進んでＳにＳ′が加算される。従って第７図のル
ーチンにおける累積経過時間Ｓは機関が初めて運転され
たときからの機関回転数の合計を表わしている。なお、
Ｎに変えて車速Ｖを用いることもでき、この場合には累
積経過時間Ｓは機関が初めて運転されたときからの走行
距離の合計を表わすことになる。

第８図に示すルーチンではまず始めにステップ８０にお
いてＳ＞Ｓｏであるか否かが判別され、Ｓ＜Ｓｏのとき
にはステップ８１に進んで温度センサ１９の出力信号か
ら排気ガス塩Ｔが予め定められた一定温度、例えば６０
０℃以上であるか否かが判別される。Ｔ＞Ｔｏである場
合にはステップ８２に進んでＳが１だけインクリメント
される。

０２センサ１６の出力特性の変化に大きな影響を与える
のは排気ガス塩であり、従ってこのルーチンでは排気ガ
ス塩ＴがＴ。よりも大きい場合に限って累積経過時間Ｓ
を計算している。なお、０□センサ１６の出力特性の変
化には吸入空気ＩＱ、負荷Ｑ／Ｎ　（吸入空気量／機関
回転＠）、スロットル弁１３の開度θも影響を与える。

従ってステップ８１においてＴ＞Ｔｏを判断することに
変えて、Ｑ又はＱ／Ｎ又はθが一定値以上であるか否か
を判別するようにし、Ｑ又はＱ／Ｎ又はθが一定値以上
である場合にステップ８２に進むようにすることもでき
る。

第９図に示すルーチンではまず始めにステ、ブ９０にお
いてＳ＞Ｓｏであるか否がか判別され、Ｓ＜Ｓ。である
場合にはステップ９１に進んで排気ガス塩ＴがＴ。より
も大きいか否かが判別される。Ｔ＞７０の場合にはステ
ップ９２に進んでＳ’　　（＝ｋ　（Ｔ＞Ｔｏ　）が計
算される。ここでｋは定数である。次いでステップ９３
においてＳにＳ′が加算される。このルーチンでは排気
ガス塩Ｔが高くなればなるほどＳ′の値が太き（なり、
従って累積経過時間Ｓはｏ２センサ１６が高温の排気ガ
スにさらされている時間が長ければ長いほど早く経過す
る。即ち、０□センサ１６の出力特性は高温の排気ガス
にさらされている時間が長いほど早く変化し、従って第
９図に示すルーチンでは０２センサ１６が高温の排気ガ
スにさらされている時間が長ければ長いほど累積経過時
間Ｓが早く経過するようにしている。

第５図のステップ５１は第６図から第９図に示すルーチ
ンのうちのいづれのルーチンも使用することができる。

次に第５図のステップ５２のルーチンについて第１０図
および第１１図を参照して説明する。第１０図および第
１１図は燃料噴射時間を計算するための夫々別の実施例
を示しており、これらのルーチンは一定のクランク角に
おいて実行される。

第１０図を参照すると、まず始めにステップ１０１にお
いて吸入空気ｆｉＱを表わすエアフローメータ１２の出
力信号、および機関回転数Ｎを表わす回転数センサ１８
の出力信号が読み込まれる。

次いでステップ１０２ではＱおよびＮから基本燃料噴射
時間τｐが計算される。τｐとＱ、Ｑ／Ｎとの関係は第
１２図″に示すように予めＲＯＭ３２内に記憶されてい
る。次いでステップ１０３ではｏ２センサ１６の出力信
号に基いて第３図で説明したフィードバック補正係数Ｆ
ＡＦが計算される。次いでステップ１０４では累積経過
時間Ｓが８０よりも小さいか否かが判別される。Ｓ−≦
−８゜である場合にはステップ１０５に進んでスロット
ルセンサ１７の出ツノ信号から加速運転時であるか否か
が判別される。即ち、スロットル弁１３がアイドリング
位置から開弁じたときに加速運転時と判断するごともで
きるし、スロットル弁開度の変化割合、即ちスロットル
センサ１７の出力電圧の変化割合が一定割合以上のとき
に加速運転時と判断することができる。加速運転時の場
合にはステップ１０６に進んで加速増量係数に２の計算
が行なわれる。第１３図はこの加速増量係数に２と累積
経過時間Ｓとの関係を示しており、この関係は予めＲＯ
Ｍ３２内に記憶されている。第１３図に示すように加速
増量係数に２は累積経過時間Ｓが長くなるにつれて小さ
くなり、累積経過時間ＳがＳ。になると零になる。次い
でステップ１０７では次式に基いて燃料噴射時間τが計
算される。

τ；τｐ−ＦＡＦ　−に＋・　ｋｔ ここでに１は例えば加速運転時に一定割合だけ加速増量
するための加速増量係数であり、このに１は１．０とす
ることもできる。

従って累積経過時間ＳがＳ。に達する前にはに２に相当
する割合だけ加速増量が行なわれることになる。このに
２の値は空燃比が第４図の曲線りとなるように定められ
ている。なお、ｋ、が１．０の場合には空燃比は第４図
（＾）の曲線りのようになり、ｋ１カ月、０以上の一定
値の場合には空燃比は第４図（Ｂ）のしのようになる。

なお、第１０図に示す実施例では加速運転時もフィード
バンク制御を行なうようにしているが加速運転時にはオ
ープンループにしてもよい。この場合にはＦＡＦは１６
０とされる。

一方、Ｓ＞Ｓｏのとき、又はＳ＜Ｓ。であっても加速運
転時でないときにはステップ１０８に進んでに２＝１．
０とされる。従ってこのときには加速増量は行なわれな
い。

第１１図は燃料噴射時間の計算をするための別の実施例
を示している。

第１１図においてステップ１１０から１１２は第１０図
のステップ１０１から１（）３までと同様であるので説
明を省略する。ステップ１１３では次式に基いて燃料噴
射時間でか計算される。

τ＝τｐ　　−ＦＡＦ−ｋ。

ここでに１は第１０図に示す実施例と同様に加速増量係
数を示す。

次いでステップ１１４では累積経過時間ＳがＳ。

よりも小さいか否かが判別され、Ｓ＜Ｓｏであればステ
ップ１１５に進んで加速運転時であるが否がか判別され
る。加速運転時であればステップ１１６に進んで非同期
噴射の回数ｎが計算される。第１４図は非同期噴射回数
ｎと累積経過時間Ｓとの関係を示しており、この関係は
予めＲＯＭ３２内に記憶されている。第１４図かられか
るように非同期噴射回数ｎは累積経過時間Ｓが長くなる
ほど少なくなる。次いでステップ１１７では非同期噴射
の噴射時期が計算される。

第１５図は非同期噴射回数ｎが４のときの燃料噴射タイ
ミングを示している。非同期噴射Ｆはステ、プ１１３で
計算された燃料噴射時間τによる噴射の間に行なわれ、
−回の非同期噴射Ｆの噴射量は一定となっている。ステ
ップ１１７では燃料噴射時間τによる噴射の間でほぼ等
間隔で非同期噴射Ｆが行なわれるように各非同期噴射Ｆ
の噴射時期が計算される。この実施例においても加速運
転時における空燃比が第４図の曲線りとなるように非同
期噴射の回数ｎにおよび各非同期噴射Ｆにおける噴射量
が定められている。

なお、Ｓ＞Ｓｏである場合、又はＳ＜ＳＯであっても加
速運転時でないときには非同期噴射Ｆは行なわれない。

〔発明の効果〕

０□センサの特性により０２センサがリーン空燃比を検
出しているときには加速運転時に加速増量を行なうこと
によってＮＯｘの排出量を抑えるようにしている。その
結果、機関運転中に排出される全ＮＯｘの総排出量を一
定値以下に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は内燃機関の全体図、
第３図は０２センサの出力信号およびフィードバック補
正係数の変化を示すタイムチャート、第４図は空燃比変
化を示す線図、第５図の燃料噴射処理を実行するための
メインルーチンのフローチャート、第６図から第９図は
累積経過時間を計算するための夫か別の実施例を示すフ
ローチャート、第１０図および第１１図は燃料噴射時間
の計算を行なうための夫々側の実施例を示すフローチャ
ート、第１２図は基本燃料噴射時間を示す線図、第１３
図は加速増量係数を示す線図、第１４図は非同期噴射回
数を示す線図、第１５図は燃料噴射のタイミングチャー
ト、第１６図は０２センサの出力電圧を示す線図である
。 ９・・・燃料噴射弁、　　　１６・・・０□センサ、１
７・・・スロットルセンサ、１９・・・温度センサ。 ］６・・・０２センサ 第２図 第３図 第４Ｕ４ 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１ｏ図 第１１図 Ｎ　　　　　　　　　　　　ＳｏＳ 第１４図 第１５図 入〈１（リッチ）　入＝１　　　　入〉１（リーン）Ａ
／Ｆ 第１６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関排気通路内に配置した酸素濃度検出器の出力信号に
   基いて燃料噴射量を制御するようにした内燃機関におい
   て、機関作動の累積時間を計算する累積時間計算手段と
   、機関の加速運転を検出する加速検出手段と、累積時間
   計算手段の計算結果および加速検出手段の検出結果に基
   いて累積時間が予め定められた時間以下の加速運転時に
   燃料噴射量を増量する燃料噴射制御手段を具備した内燃
   機関の燃料噴射制御装置。