JPS63248954A - 内燃機関の空燃比制御装置 - 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〕 この発明は内燃機関から発生するトルクの理想値（目標
値）と実測値との比較により燃料噴射量を算出し、空燃
比を制御するシステムに関する。

〔従来の技術〕

電子制御燃料噴射内燃機関では吸入空気量をエアーフロ
ーメータ等により検出し、この検出された吸入空気量に
応じて燃料噴射量を所定空燃比となるようにフィードバ
ック制御することが行われる。そして、機関の過渡的な
運転時には空燃比フィードバック系の作動遅れにより、
最適な量の燃料を供給することが困難となるので、負荷
及び回転数により決まる基本的な燃料噴射量に補正を加
えた後インジェクタより噴射せしめている。

ところが燃料噴射量を単に補正するだけでは内燃機関が
要求する理想的な燃料噴射量を得ることが困難である。

その結果、補正が足りなくて加速性能が十分でなかった
り、補正が過剰になって燃２料消費率が悪化したり又は
排気ガス中のＨＣ又はＣＯ酸成分排出量が増加したりす
る問題点がある。

そこで、特開昭６０−２４９６４７号ではエンジンの現
実のトルクを検出し、この実測トルクがそのエンジンの
運転状態によって決まる理想的なトルクに一致するよう
に燃料供給量を増減制御するシステムを提案している。

この場合、理想トルク値は定常運転時における理想空燃
比かつ理想点火時期（ＭＢＴ進角）でのトルク値とする
のが一般的である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、加速運転等のエンジンの過渡的な運転時を考
えると、点火時期等の制御遅れ、或いは意図的になまし
処理（ハンチング等を防ぐため計算上の点火時期の値よ
り鈍化させた値を実際の点火時期の制御のため使用する
。）を行っている等の理由によりたとえ理想空燃比に制
御されていたとしても、実際にエンジンにより得られる
トルクの値は理想値より低下する。一方燃料噴射量は理
想トルク値によって決まる値に設定されるため、目標値
として過大となり、これは燃料噴射量からみると過大と
なることを意味し、燃料消費率の悪化及び排気ガスのエ
ミッションの悪化の原因となる。

この発明は点火時期の制御遅れやなまし処理にかかわら
ず空燃比を理想値に制御することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図において、この発明の内燃機関の空燃比制御装置
は内燃機関に所望の量の燃料を供給するための燃料供給
手段１と、その内燃機関にとって理想的なトルク相当値
の目標値の設定のための手段２と、内燃機関から現実に
発生するトルク相当値の実測手段３と、目標トルク相当
値と実測トルク相当値との比較によって燃料供給量を算
出し、燃料供給手段１への燃料供給信号を形成する手段
４と、内燃機関の燃焼室に設置され、燃焼圧力を検出す
るための手段５と、燃焼圧力のピーク位置の検出手段６
と、トルク目標値設定手段２が設定する目標値を燃焼圧
力のピーク位置に応じて修正する手段７とから構成され
る。

〔実施例〕

第２図において、１０はシリンダブロック、。

１２はピストン、１４はコネクティングロッド、１６は
クランク軸、１８はシリンダヘッド、２０は燃焼室、２
２は吸気弁、２４は吸気ポート、２６は排気弁、２８は
排気ポート、３０は吸気管、３２はスロットル弁、３４
はエアーフローメータである。燃料インジェクタ３６は
吸気ポート２４に近い吸気管３０に設置される。圧電型
等の圧力センサ３８がシリンダヘッド１８に取付られ、
シリンダボア内の圧力を知ることができる。筒内圧力セ
ンサ３８は検出した筒内圧力より周知の手法で機関が発
生するトルクに相当する値を知るため設けられる。クラ
ンク角センサ４０，４２はクランク軸１６に連結される
ディストリビュータの分配軸（図示しない）等のクラン
ク軸１６と連動して回転する回転軸４４の回転に応じた
パルス信号を発生するため設けられる。第１のクランク
角センサ４０は、基準位置確認用であってエンジンの一
サイクルに相当するクランク角度、即ち７２０６ＣＡ毎
のパルス信号を発生する。一方、第２のクランク角度セ
ンサ４２は、例えばクランク角度で１６毎のパルス信号
を発生し、燃料噴射や筒内圧力によるトルク相当値とし
ての図示トルクの算出を実行するための割り込み処理の
開始信号となり、またそのパルス間隔により機関回転数
ＮＥを知ることができる。

制御回路５０はマイクロコンピュータ・システムとして
構成され、この発明による空燃比制御を実行するための
ものである。制御回路５０はマイクロプロセシングユニ
ット（ＭＰＵ）５２と、メモリ５４と、入力ポート５６
と、出力ポート５８と、これらを接続するバス６０とを
基本的な構成要素とするものである。入力ポート５６は
各センサに接続され、運転条件信号が人力される。即ち
、エアーフローメータ３４からは吸入空気ＩＱに応じた
信号が入力される。圧力センサ３８からは筒内圧力に応
じた信号が入力される。またクランク角センサ４０，４
２よりクランク角度に応じたパルス信号が入力される。

ＭＰＵ５２はメモリ５４に格納されるプログラム及びデ
ータに従って演算を実行し、燃料噴射信号が形成される
。出力ポート５８は燃料インジェクタ３６に接続され、
燃料噴射信号が印加される。

この発明の実施例における空燃比制御は次の事実に基礎
を置くものである。即ち、点火時期が最適点火時期（Ｍ
ＢＴ）に制御されている場合、吸入空気量とエンジンが
発生する実際のトルクとは理想的な空燃比範囲、例えば
１２〜１４．６、に制御されているときは一定の比例関
係を持つ（第３図の実線ｍ参照）。ここに、ＭＢＴとは
機関から発生するトルクを最大にする点火時期のことで
、ＭＢＴを得るため通常の電子進角装置では点火時期の
テーブルはＭＢＴを得るように設定され、もっと巧妙な
システムでは筒内圧力より燃焼圧力を知り、これを点火
時期にフィードバックする技術、その他の方法が提案さ
れている。そして、空燃比が理想的範囲から外れて第３
図の破線のようにＡ／Ｆ＝１６又は１８のようにずれて
くると吸入空気量とトルクとの線型関係は理想状Ｇ（Ａ
／Ｆ−１２〜１４．６）とは異なって来る。これは、成
る吸入空気量に対して第３図の実′！ｔ３ｍ上に乗るト
ルク値を目標値としたとき、この目標値となるように実
トルク値を制御すれば、空燃比は理想的な空燃比範囲に
制御されることを意味する。

第３図の直線ｍは点火時期がＭＢＴ進角値に制御されて
おり、且つ適正な空燃比範囲（１２〜１４．６）では実
トルク−吸入空気量比は成る一定値であることを意味す
る。ところが、過渡運転を想定すると点火時期はＭＢＴ
進角から外れてくるため、標準的な状態で設定されたト
ルクの目標値が最適ではなくなってくる。第４図におい
てＭＢＴ進角からの＋、−のずれ量に対する実トルクと
しての図示トルクの低下率（％）の関係を実吸入空気量
Ｇａが大きいときく実線）と小さいとき（破線）とで表
したものである。図がら明白なように点火時期がＭＢＴ
から外れるに従ってトルクの低下率は大きくなる。そし
て、点火時期がＭＢＴ進角から外れると燃焼圧力がピー
クを呈するクランク角度はＭＢＴ進角で点火したときの
燃焼圧力がピークを呈するクランク角度（これは、その
エンジンにとっては運転状態に係わらず一定であると考
えてよい。）からずれ（Δθ）が出てくる。第６図にお
いて実線がＭＢＴ進角進角点火したときの筒内圧力特性
、破線がＭＢＴからδθだけずれた点火時期■で点火し
たときの筒内圧力特性であり燃焼圧力のピークを呈する
角度はΔθのずれが出てくる。そして、このずれ角度Δ
θは吸入空気の大（実′ｆａ）、小（破線）に係わらず
、第５図のようにＭＢＴ進角からの点火時期のずれ角度
δθに対して直線的な関係を持っている。逆にいえば、
燃焼圧ピークを呈するクランク角度のＭＢＴ進角で点火
したときの燃焼圧ピークを呈するクランク角度からの差
Δθを知ればそのときのエンジンの発生すべきトルク、
即ち制御目標値の必要な修正量を知ることができるので
ある。この発明では、通常の状態で予め試験により定め
られる制御トルクの目標値をΔθに応じて補正すること
により、過渡的に点火時期がＭＢＴ進角よりずれたとし
ても、常に最適な制御目標値が得られるようにしている
のである。

以上説明したこの発明の制御作動を行う制御回路５０の
作動を第７図から第１１図のフローチャートによって説
明する。第７図は燃料噴射ルーチンを示し、周知の通り
、燃料噴射開始時期は吸気行程の開始付近の所定のクラ
ンク角度に設定され、燃料噴射開始時期に先立って演算
が完了するようにこのタイミングは第１クランク角セン
サ４ｏがらの７２０’ＣＡパルス信号を基準に第２クラ
ンク角センサ４２の１°ＣＡパルスの数を計測すること
により知ることができるステップ６２に進み、基本燃料
噴射量’ｒｐが、 Ｔ　Ｐ　＝　ｋ　Ｘ　Ｇａ（ｉ） によって算出される。ｋは定数であり、Ｇａは後述のよ
うにエアーフローメータ３４による吸入空気ｉＱをエン
ジン回転数で補正した後の実吸入空気量を示し、ここに
添字ｉは気筒番号を示す。ステップ６４では最終噴射量
ＴＡＵが、 ＴＡＵ＝ＴＰ＋τ１＋τ。

によって算出される。ここにτ、は目標トルクと実トル
クとの差に応じた補正量、τ５はトルク変動に応じた補
正量を夫々示す。ステップ６６では算出されたＴＡＵに
応じた時間だけ燃料噴射が実行されるようにその気筒の
インジェクタ３６に燃料噴射信号が供給される。この燃
料噴射信号の形成の仕方自体は周知であるので、その説
明は省略する。

第８図は吸気弁の閉鎖時毎に実行され、エアーフローメ
ータ３４の計測値Ｑよりエンジン回転数光たりの実吸入
空気１ｉＧａの算出処理を示す。

ステップ７０ではエアーフローメータ３４の計測値Ｑが
その気筒ｉのエアーフローメータの計測値を入れるアド
レスＱ（ｉ）に入れられる。ステップ７２ではシリンダ
ポアに入る実吸入空気量でＧａがＧａ（ｉ）　＝（Ｑ（
ｉ）／ＮＥ）　Ｘ（１０００／６０）　Ｘｆによって算
出される。エンジン回転数ＮＥは第２クランク角センサ
４２からの１”ＣＡ倍信号時間間隔により周知のように
知ることができる。またｆは密度補正係数であり、周知
のように吸入空気温度などの温度因子に応じて決定され
る。実吸入空気量を検出するため、上記のように吸気弁
閉鎖時におけるエアーフローメータ計測値と機関回転数
とを計測する代わりに、ピストン１２の吸気下死点にお
ける圧力センサ３８により計測される筒内圧力と圧縮行
程中の点火手前の所定クランク角度での筒内圧力との差
（第１２図のΔＰ）が実吸入空気量と相関があるので（
第１３図）、これにより算出することができる。この原
理による吸入空気量の測定については特開昭５９−２２
１４３３号参照。

第９図は所定のクランク角度毎（例えば１°ＣＡ毎）に
実行され、筒内圧力よりピストン１２に加わる平均有効
圧力を算出し、これによりトルク相当値である図示トル
クを算出する処理を示す。

ステップ７４ではその気筒の圧縮行程の判別を行う。ス
テップ７６では図示トルクＴｉの算出処理が実行される
。この方法は例えば特開昭６０−１０４７５４号や特開
昭６０−１５０４４６号に開示されている通り、燃焼期
間（例えば圧縮行程下死点から膨張行程下死点の間の３
６０’ＣＡのクランク角度範囲）における複数の点で筒
内圧力を検出しピストンに加わる平均有効圧力を算出す
ることに基礎を置くものである。即ち、燃焼期間での筒
内圧力は第１２図の実線のように変化し、圧縮上死点後
の成る角度でピークを呈する。一方、破線はモーターリ
ングでの筒内圧力変化を示す。ピストン１２の有効仕事
は図の斜線で表され、ステップ７６ではこれを算出する
ことになる。

第１０図は燃料噴射量の補正処理を示す。この処理では
膨張行程の下死点（即ち圧縮上死点後１８０’ＣＡのタ
イミング）において実行される。

膨張行程の下死点は第９図のステップ７４．７６の説明
において述べたようにその気筒ｉのｌ示トルクＴｉ（ｉ
）の計測が完了したタイミングに相当する。ステップ８
０では、図示トルクの、実吸入空気量に対する比が Ｔ／Ｇ（ｉ）　＝Ｔｉ（ｉ）／Ｇａ（ｉ）　　　　　−
によって算出される。次のステップ８２ではトルクサイ
クル間変動因子ΔＴ／Ｇ（ｉ）が今回の図示トルク−実
吸入空気量比Ｔ／Ｇ（ｉ）と前回このルーチンを実行し
たとき得られた図示トルク−実吸入空気量比Ｔ／Ｇ（ｉ
）　’との差として算出される。ステップ８４では図示
トルク−実吸入空気量比Ｔ／Ｇ　（ｉ）が目標値ＴＧよ
り小さいか否か判別される。ここにＴＧはその実吸入空
気量Ｇａのときの第３図の実線ｍに乗る図示トルクの値
、即ち目標トルクである。空燃比が１２〜１４．６の範
囲に維持されているときはＮｏと判定され、ステップ８
４よりステップ８６に進み、ステップ６４において使用
される燃料増量τ１＝０に固定され、トルクによる燃料
増量は行われない。一方、空燃比が理想範囲から希薄側
に外れるとＴ／Ｇ（ｉ）　＜　Ｔ　Ｇとなり、ステップ
８４よりステップ８８に流れ、燃料増量τ、がτ、＝（
１ｍ　　’　”（ＴＧ　　Ｔ／Ｇ（ｉ））　Ｘα）／２
によって算出される。αは定数である。ここにτ、′は
前回このルーチンを実行したときの補正量の値であり、
前回のτ３　′と今回のτ１との平均によりなまし処理
を行うものである。

ステップ９０〜９４は、トルク変動による燃料噴射量の
補正量の算出処理を示している。即ち、ステップ８０〜
８８の処理によって実トルクが目標トルクに一致するよ
うに制御され、その結果少なくとも新品のエンジンでは
空燃比は設定範囲に入る筈である。ところが、経時的な
変化や固体間偏差を考えると吸入空気量が同じでもエン
ジントルクは低下する。そのときは、新品のエンジンの
ときのままの燃料噴射量では過大である。そこで、実ト
ルク−吸入空気量比のサイクル間変動ΔＴ／Ｇ　（ｉ）
を検出し、その変動の大小に応じて燃料噴射量が過小で
あるか過大であるか判別し燃料噴射量を制御しようとす
るものである。実トルク−吸入空気量比のサイクル間変
動により燃料噴射量を制御するこの考え方はこの出順人
による特願昭６２−８１２４号と同様である。ステップ
９０ではステップ８２で算出されたトルク変動ΔＴ／Ｇ
（ｉ）が所定値ΔＴＧより大きいか否か判別される。ト
ルク変動ΔＴ／Ｇ（ｉ）〉ΔＴＧのときはステップ９２
に進み、補正量τ５がβだけインクリメントされる。ト
ルク変動ΔＴ／Ｇ（ｉ）≦ΔＴＧのときはステップ９４
に進み、補正量τｂがαだけデクリメントされる。ステ
ップ９６では次回の処理のためτ、がτ、′に入れられ
、τ５がτ、′に入れられる。ステップ９８ではτ１＋
τ５にガードがかけられ最大値を超えないようにされる
。

第１１図は所定クランク角度毎（例えば１°ＣＡ毎）に
実行され、この発明に従って燃焼圧力のピークに応じて
目標トルクＴＧの修正を行うルーチンを示す。ステップ
１１０では第１クランク角度センサ４０からの７２０８
ＣＡ毎の信号がＯＮか否か判別される。ＯＮのときはス
テップ１１２に進み、クランク角度カウンタＣＬがクリ
ヤされ、ＯＦＦのときはステップ１１４に進みクランク
角度カウンタＣＬがインクリメントされる。カウンタＣ
Ｌの値によりエンジン位置サイクル（７２０゜ＣＡ）に
おいて今どのクランク角度位置にあるかを把握すること
ができる。第１４図（イ）参照。

ステップ１１６では圧力センサ３８からの燃焼圧力のＡ
／Ｄ変換処理が実行される。ステップ１１８では現在の
燃焼圧力Ｐが、燃焼圧力の最大値Ｐ　＋ｓｍｘを格納す
るメモリ５４のアドレスの現在値より大きいか否か判別
さるれ。Ｙｅｓのときはステップ１２０に進み、Ｐ□８
がＰの現在値によって更新され、ステップ１２２に進み
、クランク角度カウンタＣＬの現在値が燃焼圧力のピー
クを呈するクランク角度の値ｔθ□、を格納するメモリ
のアドレスに転送される。ステップ１１８からステップ
１２２の処理により燃焼圧力のピーク値を知ることがで
きる。ステ・ノブ１２４では圧縮上死点ＴＤＣ後１８０
°ＣＡのクランク角度か否かが判別され、Ｙｅｓのとき
はステップ１２６に進み、その気筒の燃焼圧力のピーク
と呈するクランク角度ｔθｐｍｍｘとその気筒の圧縮上
死点でのクランク角度カウンタＣＬの計測値との差θｐ
ｍｍｘが算出される。ステップ１２８ではＰ　＋＊ｍｘ
がクリヤされる。

第１４図は以上のステップ１１０から１２８の処理がど
のように行われるかを説明するタイミング図である。（
ロ）〜（ホ）は点火順序に従って各気筒の燃焼圧力がど
のように変化するか示している。燃焼圧力のピークは夫
々の圧縮上死点後の成る角度で出現される。クランク角
度カウンタの値ＣＬは（イ）のように変化し、各気筒に
おいて【θｐ＋ｍ□の値が燃焼圧力のピークを呈するク
ランク角度カウンタの値となる。Ｌθｐｍ□のクランク
角度で得られる燃焼圧力のピークはＰ　ｓａｗに保持さ
れ、その気筒の圧縮上死点後１８０°の時点において、
その気筒における圧縮上死点と燃焼圧力ピーク時点との
間の、クランク角度カウンタ値として計測した角度θｐ
＊ａｘが計測され、その後Ｐ□８がリセットされる。

第１１図のステップ１３０から１３４は燃焼圧力が現実
にピークを呈するときのクランク角度と、ＭＢＴ進角で
点火したとしたときの燃焼圧力がピークを呈する固定の
クランク角度とのずれ角度Δθ（第６図参照）に応じた
トルク目標値の補正処理を示す。この処理はθｐｍ□の
更新毎に行われる。ステップ１３０では、ＭＢＴ進角で
点火したとしたときの燃焼圧力がピークを呈する固定の
りランク角度θ。７　（例えば１８°ＣＡ位の値である
。）とθ□□との差Δθが算出される。ステップ１３２
ではトルク目標値の補正係数ｆθ、□の算出が行われる
。点火時期がＭＢＴ進角がらずれたことに原因する図示
トルクの低下は基本的には燃焼圧力のずれ角度Δθで基
本的には把握できるが、第４図、第５図で示すように吸
入空気ｌＧａの影響を受ける。従って、点火時期がＭＢ
Ｔ進角から外れたことによるトルク目標値の補正はΔθ
と吸入空気ｉＧａとの双方によって行う必要がある。メ
モリにはＧａＯ値とΔθの値との多数の組合せに対して
トルク目標値の補正係数ｆθ、□のデータを格納した以
下のようなテーブルが備えられ、補間等の周知の手法に
よりｆθｐＭｌｌＸの算出が実行されるのである。

以下余白 ステップ１３４では本来の目標値ＴＧ、に補正係数ｆθ
９□８を掛算したものがトルク目標値ＴＧとされ、これ
が燃料噴射量の算出に使用されるトルク目標値となる。

第１０図のステップ８４参照。

〔発明の効果〕

この発明によれば、実際のトルク相当値と目標値との差
に応じて燃料噴射量を制御するシステムにおいて、その
トルク目標値を、ＭＢＴ進角に対する現実の点火時期の
ずれΔθに応じて制御することにより、加速のような過
渡的な運転時においても最適な燃料噴射量を得ることが
でき、運転性、排気ガスのエミッションの最適化を図る
ことができる。

また、加速時のショックの解消を図る目的で点火時期を
ＭＢＴ進角から意図的に遅らせているものが提案されて
いるが、このようなシステムにおいて燃料噴射量に対す
る悪影響を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示す図。 第２図はこの発明の実施例の構成を示す図。 第３図は吸入空気量とトルクとの関係を示すグラフ。 第４図はＭＢＴ進角に対する現実の点火時期のずれに対
する実トルク（図示トルク）の低下率の関係を示すグラ
フ。 第５図はＭＢＴ進角に対する現実の点火時期のずれに対
する、ＭＢＴ進角で点火したときの燃焼圧力のピーク時
のクランク角度と現実の燃焼圧力のピークのクランク角
度との間のずれ角度の関係を示すグラフ。 第６図は点火進角がＭＢＴから外れたとき燃焼圧力のピ
ークがどのようにずれるかを説明すためのグラフ。 第７図から第１１図は制御回路の作動を説明するフロー
チャート図。 第１２図は圧縮−膨張行程におけるクランク角度と筒内
圧力との関係を示すグラフ。 第１３図は吸入空気量と圧力差ΔＰとの関係を示すグラ
フ。 第１４図はこの発明における最大燃焼圧力のサンプリン
グの仕方を説明するタイミング図。 １２・・・ピストン １６・・・クランク軸 ２０・・・燃焼室 ３０・・・吸気管 ３４・・・エアーフローメータ ３６・・・燃料インジェクタ ３８・・・筒内圧力センサ ４０．４２・・・クランク角センサ ５０・・・制御回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 以下の構成要素よりなる内燃機関の空燃比制御装置、 内燃機関に所望の量の燃料を供給するための燃料供給手
   段、 その内燃機関にとって理想的なトルク相当値の目標値の
   設定のための手段、 内燃機関から現実に発生するトルク相当値の実測手段、 目標トルク相当値と実測トルク相当値との比較によって
   燃料供給量を算出し、燃料供給手段への燃料供給信号を
   形成する手段、 内燃機関の燃焼室に設置され燃焼圧力を検出する手段、 燃焼圧力のピーク位置の検出手段、 トルク目標値設定手段が設定する目標値を燃焼圧力のピ
   ーク位置に応じて修正する手段。