JPS6329041A - 内燃機関の燃料供給制御装置 - 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、自動車等の内燃機関において、複数の気筒グ
ループに対応して燃料供給量、供給タイミングを補正し
て、燃料分配量を均一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、内燃機関の負荷変動に対しては応答性良（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
公報に記載されたものがある。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、スロー／　）ル弁の上流側から１燃
焼サイクル中等間隔で燃料が噴射され、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
いたが、インテークマニホールド内での吸気挙動が４気
筒エンジンにあっては、＃１、＃４気筒と＃２、＃３気
箇とで異なるため等間隙噴射では、これらの気筒グルー
プ間の燃料分配が均一に行われなくなる。また全開時等
においては燃料噴射量が増加するとともにスロットル弁
が全開され、これによりスロットル弁前後の負圧差が減
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
筒へ流入する液状燃料量が増大し、各気筒の燃焼室に流
入する燃料の分配を不均一とする。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、同一の吸気挙動傾向を呈する気筒グル
ープ毎に対応して燃料供給量、供給タイミングを補正す
ることにより、気筒毎の空燃比を均一なものとし、エン
ジンの運転性を陶工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Ｍ検出手段ａと、エン
ジンの気筒を検出する気筒検出手段すと、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
燃料供給量を気筒毎に演算し、気筒検出手段すの出力に
基づいて気筒への燃料流入状態が同一傾向を示す複数の
グループ気筒毎の所定供給タイミング供給信号を出力す
る供給量演算手段Ｃと、供給量演算手段Ｃ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ｄと、を備え
ている。

（作用） 本発明では、同一の吸気挙動傾向を呈する気筒がそれぞ
れグループ化され、このグループ毎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２〜１１図は本発明の第１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、１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Ｓ８により０Ｎ１０ＦＦ
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Ｓ　Ｔ　ｉ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（！！Ａ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するス
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通路２０
を通り、開度信号５Ｉ３Ｃに基づいてＩＳＯバルブ（Ｉ
ｄｌｅ　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、各気筒の吸気ボ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　３ＣＶ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く運転
状態検出手段、気筒検出手段）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（ｐｏ
ｓ信号）を出力する。ＲＢＦ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、Ｐ
Ｏ８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！ｐ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５ｖｓｐは車速センサ３７によりヰ★出
される。また、ニアコンディ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
バワテス検出スイッチ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ット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５０は供給量演算手段
としての機能を有し、ＣＰ　Ｕ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡ
Ｍ５３およびＩ１０ボート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ボート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ボート
５４へ出力する。Ｉ１０ボート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５ｒｉｓ　Ｓ＋ｓｃ　−、５ａｃｓ、５ｓｃｖ
　−、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、ＲＡ　Ｍ２Ｓ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ＩＱｓｉｎｊ　（以下、インジェ
クタ空気量という）を算出するという方式ｃ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ェク・　夕通
過空気量ＱＡｉ□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、かかる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空気１ＱＡｉａｊ
の算出を説明する。

第３図はシリンダ空気ｆｉＱＡｃｙＬ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ＱＡｃｙｔ
＝ＱＡｃｙｔ′とし、Ｐｌで必要なデータ、すなわちス
ロットル開度ＴＶＯ，ＩＳＣバルブ２１への開度信号５
Ｉ３ｃのデユーティ　（以下、ＩＳＯデユーティという
）Ｄ４、エンジン回転数Ｎを読み込む。次いで、ｐｇ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。Ｐ３では同様にＩＳＯデユ
ーティＤ、に基づき第５図のテーブルマツプからバイパ
ス路面積Ａｍを算出し、Ｐ４で次式■に従って総流路面
積Ａを求める。

Ａ　＝ＡＴ　Ｖ　Ｏ＋　Ａ＋＋　　”””■次いで、Ｐ
、で定常空気量Ｑイを算出する。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ｆ　
Ｑ　１４の値をルックアンプして行う。

次いで、Ｐ、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をルックアンプし、Ｐ、で次式■
に従ってシリンダ空気１ＱＡｅｙＬを算出しルーチンを
終了する。

ＱＡｃｙｔ＝ＱＡｃｙｔ’　Ｘ　（Ｉ　　Ｋ２）　＋Ｑ
ＨＸＫ２・・・・・・■ 但し、ＱＡｃｙＬ’：前回の値 このようにして求めたシリンダ空気ＩＩＱＡＣ，Ｌ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方弐であるから、インジェクタ空気量Ｑ　Ａ
ｉ　ｎ　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■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Ｑ　Ａｃ　ｙ　ｔ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＝ＫＭＡＮ　ｉ　ｘ （ＱＡｃｙＬ−ＱＡｃｙＬ′）／Ｎ・・・・・・００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、Ｐ１□で次式■に従ってインジェクタ空気量Ｑ
Ａｉ、、ｊを算出する。

ＱＡｉｎｊ＝ＱＡｃｙｔ＋ＤＣＭ　　−−■このように
して求めたＱＡ、□１４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ているので、それぞれ
のブランチ部における吸気挙動の相違から各気筒の空燃
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、各気筒はインテークマニホールド
のそれぞれのブランチ部形状が相似したグループ（＃１
、＃４気筒および＃２、＃３気筒）に分けられることに
着目し、この各気筒グループに対応して燃料供給量を補
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。

まず、ＰＨ１で気筒判別信号（ＲＥＦ信号）に基づいて
気筒グループの判別が行われる。この気筒グループは４
気筒エンジンの同一噴射時期グループであり、＃１、＃
４気筒のグループおよび＃２、＃３気筒のグループに分
けられる。これらの気筒グループは第１０図（ａ）、（
ｂ）に示すように、それぞれ特有の燃料分配特性を有し
ており、このことは上述したようにインテークマニホー
ルドのブランチ部形状に起因する。従来例では１燃焼サ
イクルにおける各気筒への燃料噴射タイミングは等間隔
であった。すなわち、各気筒吸気Ｔｏｐからのクランク
角が同一間隔の時期に燃料噴射が行われており、第１０
図（ａ）、（ｂ）から理解されるようにグループ毎の燃
料分配量は不均一なものとなっていた。したがって、本
実施例では各グループの燃料分配特性に合わせて燃料噴
射タイミングを不等間隔としたことにより目的を達成し
ている。

ＰＨ１で＃１気筒でないと判別されたとき、すなわち、
＃２、＃３気箇アゲループと判別されたときは、Ｐ２□
に進み当該グループの燃料供給時期１Ｔ２１．がセット
される。

一方、ＰＨ１で＃１、＃４気筒と判別されたときは、Ｐ
２３に進み当該グループの燃料供給時期ｉＴ１．４がセ
ットされる。

これらの燃料供給時期ｉＴ！、ｆｆおよびｉＴ、、。

のタイミングは、第１０図（ａ）、（ｂ）に示される各
グループの燃料分配特性を考慮して決定され、第１１図
（ａ）、（ｂ）のように燃料噴射タイミングを不等間隔
にすると燃料分配量は均一なものとなる。

第１２図は本発明の第２実施例を示す燃料供給制御プロ
グラムのフローチャートであり、エンジン回転数に応じ
て燃料噴射のタイミングを変化させた例である。まず、
Ｐ３＋でエンジン回転数Ｎを読込み、Ｐ３□でエンジン
回転数Ｎの関数ｆｉ（Ｍｌを求めてタイミング補正量と
する。これは図１０（ａ）、（ｂ）に示す、各気筒への
分配特性がエンジン回転数Ｎによって異なるためである
。

次いで、Ｐｌ３では、気筒グループが判別され、＃２、
＃３気筒グループのときはＰｌ４において当該グループ
の燃料供給時期ｉＴ’ｚ＋ｚが、次式■により演算され
る。

ｉ　Ｔ　’　ｚ、　ｓ　＝　ｔ　Ｔｚｓ十ｆ　ｔ　＋１
　・・・・・・■但し、ｔ　Ｔｚｓ　：　＃　２、＃３
に対応した基本噴射時期 一方、Ｐｌ３で＃１、＃４と判別されたときは、Ｐｌ、
において当該グループの燃料供給時期ｉＴ′ｌ＋４がＰ
ｌ４と同様に演算される。

第１３図は本発明の第３実施例を示す燃料供給制御プロ
グラムのフローチャートであり、運転状態に応じて燃料
噴射のタイミングと、１噴射毎の噴射量を変化させた例
である。まず、Ｐｌ１でエンジン回転数Ｎを読込み、次
いで、Ｐ４□でインジェクタ空気＠Ｑ、、、ｊを読込む
。この２つの値はエンジンの運転状態を示すパラメータ
である。

次いで、Ｐ４Ｓでは気筒グループが判別され、仮に＃２
、＃３気筒グループのときにはＮ　５ＱＡｉ１％ｊに基
づいてＰ４４で燃料パルス幅係数ｇｋが所定のデータテ
ーブルからルックアップされる。ｇは気筒毎に演算され
るが、それぞれの値の合計は、となるように設定される
。

Ｐ４５では燃料供給量Ｔｔｋが次式■により演算される
。

Ｔｉｋ−ｇＸＴｅ＋Ｔｓ　　・・・−■（ｋ：噴射順序
） 但し、Ｔｅ：基本燃料量 ＴＳ：インジェクタ電圧補正係数 次にＰ４Ｂにおいて、当該グループの燃料供給時期ｉＴ
’ｚ＋ｓがセットされ、Ｐｄ２で燃料供給量Ｔｔｋ２．
．セットされる。

（効果） 本発明によれば、同一の吸気挙動傾向を呈する気筒グル
ープ毎に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向上させる
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２〜１１図は本発明の
第１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Ｑ　Ａ　Ｃｙ　ｔ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ＡＢのテーブルマツプ、第６図は聡流路
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Ｑイのテーブル
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　ｉ　Ｔｌ　ｊ
の算出プログラムを示すフローチャート、第９図はその
燃料供給制御プログラムを示すフローチャート、第１０
図（ａ）、（ｂ）はその等間隙噴射時期に対応した各気
筒への燃料分配量を示すグラフ、第１１図（ａ）、（ｂ
）はその不等間隙噴射時期に対応した各気筒への燃料分
配量を示すグラフ、第１２図は本発明の第２実施例を示
すその燃料供給制御プログラムのフローチャート、第１
３図は本発明の第３実施例を示すその燃料供給制御プロ
グラムのフローチャートである。 ７・・・・・・インジェクタ（ｖ！料供給手段）、３２
・・・・・・クランク角センサ（運転状態検出手段、気
筒検出手段）、 ５０・・・・・・コントロールユニット（供給量演算手
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）エンジンの気筒を検出する気筒検出手段と、ｃ）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
   に供給する燃料供給量を気筒毎に演算し、気筒検出手段
   の出力に基づいて気筒への燃料流入状態が同一傾向を示
   す複数のグループ気筒毎の所定供給タイミングで供給信
   号を出力する供給量演算手段と、 ｄ）供給量演算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
   。