JP2590975B2

JP2590975B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP2590975B2
Application number: JP29855187A
Authority: JP
Inventors: 昭二渡辺
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-11-26
Filing date: 1987-11-26
Publication date: 1997-03-19
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: JPH01142240A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、排ガスを機関本体から排出させる複数の排
気系を備え、それぞれの排気系において異なる許容温度
が要求される内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

〔従来技術〕

従来より、機関負荷（吸気圧力又は吸入空気量）の機
関回転速度とで基本燃料噴射時間を定め、吸気温、機関
冷却水温及び排ガス中に含まれる酸素濃度等の各種補正
係数を用いて基本燃料噴射時間を補正して燃料噴射時間
を定め、所定クランク角毎にこの燃料噴射時間に相当す
る時間燃料噴射弁を開弁して燃料を噴射する燃料噴射方
法が知られている。

上記基本燃料噴射時間を補正するパラメータの１つを
検出するセンサとして、O₂センサが用いられている。こ
のO₂センサは、通常排気系におけるエキゾーストマニホ
ールドに設けられており、排ガス中に含まれる酸素濃度
を検出して、この検出値を制御装置へと出力するように
なっている。

ところで、前記O₂センサや触媒装置のように排気系に
配設される部品は排ガスによる熱害でその性能が低下す
ることがある。これを防止するために第９図に示される
如く、許容温度以上となるような運転条件下（エンジン
回転数と１回転当たりの吸入空気量とで決定）におい
て、エンジンに供給する燃料量を増加して、未燃ガスを
生成して排ガスの温度を低下させる、所謂OTP（Over Te
mpereture Protection）増量が行われるようになってい
る。これにより、O₂センサ等の排気系の部品を許容温度
以内に保持することができ、部品の性能が損なわれるこ
とがない。

なお、このようなOTP増量の関連技術として特開昭58
−51241号、特開昭59−203834号、特開昭60−11220号公
報に記載されたものがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、第７図に示される如く、例えばデユア
ルエキゾーストタイプの車両においては、各排気系30、
32にそれぞれ触媒装置34、36が取り付けられているが、
この触媒装置34、36の配置場所はスペース等の問題で排
気ポート38からの距離が異なっていることが多い。従っ
て、温度の伝達特性から見て各触媒装置34、36での前記
OTP要求値は異なることになる。

ところが、従来ではどちらか一方の条件の厳しい側
（触媒装置34側）の要求値に合わせてOTP増量値を定
め、各排気系共同一の補正を実施している。このため、
他方の触媒装置36における排気浄化性能の悪化を招くと
共に燃費が悪くなるという問題点がある。

また、第８図に示される如く、２つの触媒装置40、42
の排気ポート38からの距離が同一であっても、O₂センサ
44が２つの触媒装置40、42の内の一方の上流に配設され
ている場合、OTP増量要求値はO₂センサ44及び触媒装置4
0双方の熱害を回避する程度の値に定められ、O₂センサ
が配設されていない側の触媒装置42にとって過度の要求
値となり、前記と同様に排気浄化性能の悪化や燃費が悪
くなるといった問題点が生じる。

本発明は上記事実を考慮し、複数の排気系においてそ
れぞれの排気系で最適なOTP増量値で補正することがで
き、過剰な燃料増量が行われることがなく、燃費が向上
する内燃機関の燃料噴射制御装置を得ることが目的であ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、機関本
体からの排ガスが排出される複数の排気系のそれぞれに
触媒装置が取付けられた内燃機関の運転状態が所定の負
荷を越えたときに、前記触媒装置の異常加熱防止用燃料
増量補正を行う内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
排気系ごとに前記所定の負荷が設定され、設定された負
荷に基づいて排気系ごとに、対応する気筒への異常加熱
防止用燃料増量補正を行うことを特徴としている。

また、本発明は、前記排気系ごとの所定の負荷が、前
記複数の排気系のそれぞれの機関本体から触媒装置まで
の排気ガス流路長に基づいて設定され、前記排気ガス流
路長の短い排気系の気筒が長い排気系の気筒より低負荷
で異常加熱防止用燃料増量補正が行われることを特徴と
している。

〔作用〕

上記構成の本発明では、排気系ごとに対応した気筒へ
の異常加熱防止用燃料増量補正を行う。これによって、
それぞれの排気系は、必要に応じて最適な燃料増量補正
が行われた気筒からの排ガスが排出される。また、不必
要に過剰な燃料増量補正が行われないので、燃費の向上
を図ることができる。

複数の排気系はそれぞれ要求される許容温度が異な
る。これは例えば排気系の個々に取り付けられる触媒装
置の取り付け位置がスペース上の問題から、機関本体か
らの排ガス流路長が異なることにより生じる。このよう
な場合は、機関本体に近い側の触媒装置の方が先に浄化
率が低下する温度（約800℃）に達しやすいことにな
る。

本発明では、このような場合複数の排気系に対応する
気筒への燃料噴射量を別個に増量補正することができ、
最適な排気系冷却のための燃料噴射量の増量補正が行え
るので、過剰な燃料増量が行われることがなく、燃費が
向上する。

なお、要求される許容温度が異なる場合が生じるもの
として、前記触媒装置の取り付け位置が同一で、一方の
排気系のみに排ガス中に含まれる酸素濃度を検出するO₂
センサが取り付けられた場合等も挙げられる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本実施例に係る直列４気筒デユ
アルエキゾーストパイプ型エンジンを詳細に説明する。
第１図は、このエンジンの概略を示すもので、エアクリ
ーナ10の近傍には吸気温を検出する吸気温センサ14が取
り付けられ、さらにその下流側には、アクセルペダルに
よって開度が制御されるスロツトル弁12が配置されてい
る。また、スロツトル弁12にはスロツトル弁12の開度を
検出するスロツトル開度センサ16が取付けられている。

エアークリーナ10とスロツトル弁12との間には、エア
ーフローメータ13が配置されている。このエアーフロー
メータ13は、ダンピングチヤンバ13A内に回動可能に配
置されたコンペンセーシヨンプレート13Bとこのコンペ
ンセーシヨンプレート13Bに固定されたメジヤリングプ
レート13Cとを備えており、メジヤリングプレート13Cの
開度をポテンシヨメータ13Dにより検出するようになっ
ている。このポテンシヨメータ13Dの検出値により吸入
空気量を算出するようになっている。

スロツトル弁12の下流側にはサージタンク18が配置さ
れており、このサージタンク18はインテークマニホール
ド20を介して機関本体に形成された燃焼室に連通されて
いる。インテークマニホールド20にはインテークマニホ
ールド20内に突出するよう各気筒毎に燃料噴射弁22が取
付けられている。この燃料噴射弁22は制御装置52によっ
て制御され吸入空気量及びエンジン回転数等で演算され
る所定の燃料を噴射するようになっている。

機関本体に形成された燃焼室は、第２図に示される如
く、２本のエキゾーストマニホールド23、24を介してそ
れぞれ三元触媒を充填した触媒装置25、27に連通されて
いる。エキゾーストマニホールド23は第１気筒と第４気
筒（＃１と＃４）からの燃焼ガスを排出し、エキゾース
トマニホールド24は第２気筒と第３気筒（＃２と＃３）
からの燃焼ガスを排出するようになっている。

触媒装置25、27は各エキゾーストマニホールドから延
長される排気管23A、24Aの途中に取り付けられている
が、それぞれの取り付け場所はエンジンブロツクの排気
ポートからの距離が異なっている。これは、触媒装置2
5、27が比較的大型であるため、取り付けスペースを確
保するためになされている。この触媒装置25、27の内一
方の触媒装置25の上流には、排ガス中の残留酸素濃度を
検出して理論空燃比を境に反転した信号を出力するO₂セ
ンサ26が取付けられている。また、機関本体のエンジン
ブロツクには、このエンジンブロツクを貫通してウオー
タジヤケツト内に突出するよう機関冷却水温を検出する
水温センサ28が取付けられている。

機関本体のシリンダヘツドを貫通して燃焼室内に突出
するように各気筒毎に点火プラグ46が取付けられてお
り、この点火プラグ46はデイストリビユータ48及びイグ
ナイタ50を介して制御回路52に接続されている。このデ
イストリビユータ48内には、デイストリビユータシヤフ
トに固定されたシグナルロータとデイストリビユータハ
ウジングに固定されたピツクアツプとで構成された回転
角センサ54が取付けられている。この回転角センサ54
は、例えば30℃Ａ毎に発生するパルス列から成るエンジ
ン回転数信号を制御回路52に出力する。

上記制御回路52はマイクロコンピユータを含んで構成
されている。すなわち、制御回路52は第３図に示すよう
に、電源でバツクアツプされたRAM56、ROM58、MPU60、
入出力ポート62、入力ポート64、出力ポート68、70及び
これらを接続するデータバスやコントロールバス等のバ
ス72を含んで構成されている。入出力ポート62には、ア
ナログ−デジタル（A/D）変換器74及びマルチプレクサ7
6が接続されている。マルチプレクサ76には、それぞれ
バツフア75を介してポテンシヨメータ13D、バツフア77
を介して車速センサ79、バツフア78を介して水温センサ
28、バツフア80を介してスロツトル開度センサ16及びバ
ツフア82を介して吸気温センサ14が接続されている。

MPU60は、入出力ポート62を介してA/D変換器74及びマ
ルチプレクサ76を制御し、水温センサ28出力、吸気温セ
ンサ14出力及びスロツトル開度センサ16出力を順次A/D
変換しRAM56に記憶させる。入力ポート64にはコンパレ
ータ84及びバツフア86を介してO₂センサ26が接続されて
いる。また、入力ポート64には波形成形回路88を介して
回転角センサ54が接続されている。

また、出力ポート68は駆動回路92を介してイグナイタ
50に接続され、出力ポート70はダウンカウンタを備えた
駆動回路94を介して燃料噴射弁22に接続されている。な
お、96はクロツク、98はタイマである。上記ROM58には
以下で説明する制御ルーチンのプログラムや基本燃料噴
射時間のマツプ及び第４図に示されるようなエンジン回
転数と１回転当たりの吸入空気量との関係を示すマツプ
等が予め記憶されている。第４図に示される如く、この
マツプは、OTP増量が不要な領域Ａと、両方の排気系を
対象にOTP増量を行う領域Ｂと、一方の排気系（触媒装
置が排気ポートに近い側の排気系で気筒＃１、＃４に対
応する）のみを対象にOTP増量を行う領域Ｃとの３つの
領域に分割され、条件に応じてOTP増量補正値が制御さ
れるようになっている。

基本燃料噴射量は、ポテンシヨメータ13D、回転角セ
ンサ54（エンジン回転数）の出力値に基づいて演算さ
れ、吸気温センサ14、O₂センサ26及び水温センサ28の出
力値に基づいて逐次補正されるようになっている。

また、基本点火時期は、上記基本噴射量の演算と同様
に、ポテンシヨメータ13D、回転角センサ54の出力値に
基づいて演算され、その補正は水温センサ28の出力値に
基づいて逐次なされる。

以下に本実施例の作用を第５図のフローチヤートに従
い説明する。なお、基本点火時期演算ルーチン及びこれ
の実行ルーチンは従来の電子制御式内燃機関の制御と同
様であるので省略し、本発明の特徴である燃料噴射ルー
チンについて説明する。

第５図には燃料噴射ルーチンが示されている。ステツ
プ100において吸入空気量及びエンジン回転数を読み込
んで、次のステツプ102でこれらのデータに基づいて基
本燃料噴射量が演算される。次のステツプ104では吸気
温センサ14、O₂センサ26及び水温センサ28の出力値に基
づいて、前記基本燃料噴射量が補正される。

次のステツプ108ではエンジン回転数と１回転当たり
の吸入空気量とから第４図の特性図の領域の内、Ａ領域
であるか否かが判断される。このＡ領域はOTP増量を実
行する必要がない領域であり、肯定判定の場合はステツ
プ110へ移行してステツプ104で得られた燃料噴射量に基
づいて燃料の噴射が実行される。

ステツプ108において否定判定、すなわち第４図のＡ
領域外であると判定された場合は、ステツプ112へ移行
して、触媒装置25とO₂センサ26とが配設されている側の
排気系（＃１、＃４）を対象にOTP増量が実行される。
すなわち、排気系（＃１、＃４）は、Ａ領域外の場合に
は第４図に示すＢ領域、Ｃ領域に拘らず必ずOTP増量が
実行される。これにより、触媒装置25及びO₂センサ26へ
の熱害が防止される。

次のステツプ114では現在の運転状態がＣ領域である
か否かを判断する。ここで、Ｃ領域であると判定された
場合は、他方の排気系（＃２、＃３）を対象にOTP増量
は不要であるので、ステツプ110へ移行し、排気系（＃
１、＃４）のOTP増量のみを実行して、燃料噴射を実行
する。これにより、この排気系（＃２、＃３）では、過
剰な燃料増量がなされることはなく燃費が向上する。

また、ステツプ114で否定判定され場合は現在の運転
状態がＢ領域であると判断され、ステツプ116へ移行し
て、排気系（＃２、＃３）へのOTP増量を実行した後、
ステツプ110へ移行する。これにより、全ての排気系に
対してOTP増量がなされることになる。

このように、本実施例ではそれぞれの排気系の異常加
熱防止のための要求増量特性に見合った増量が実行でき
るので、従来過剰補正となっていた側のOTP増量をカツ
トすることができ、燃費の向上につながる。また、過剰
補正側排気系で発生していた燃料の未燃成分（HC、CO）
の排出を抑制することができる。さらに、触媒排気臭
（H₂S）が生成されてしまう条件の１つである空燃比が
過濃度空燃比領域に入ってしまうのを防止または抑える
ことができるので、排気臭の発生を防止または抑えるこ
とができる。

なお、本実施例では触媒装置25と触媒装置27との位置
が異なり、かつ一方の排気系のみにO₂センサ26を取り付
けたエンジンを例にとり説明したが、触媒装置の排気ポ
ートからの距離が同一O₂センサが一方の排気にのみ取り
つけられたエンジンや第６図に示される如く、触媒装置
87A、87Bの排気系88A、88Bへの取り付け位置のみが異な
る所謂Ｖ型エンジン90においても本発明は適用可能であ
る。

また、本実施例では吸入空気量と機関回転速度とで燃
料噴射時間を演算する内燃機関について説明したが、吸
気管圧力と機関回転速度とに応じて燃料噴射量や点火時
期を制御する内燃機関にも適用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明に係る内燃機関の燃料噴射制
御装置は、複数の排気系においてそれぞれの排気系で最
適なOTP増量値で補正することができ、過剰な燃料増量
が行われることがなく、燃費が向上するという優れた効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例に係るエンジンの概略構成図、第２図
は排気系の拡大図、第３図は制御ブロツク図、第４図は
本実施例に係るエンジン回転数と１回転当たりの吸入空
気量とに基づいて運転状態を領域で示した特性図、第５
図は制御フローチヤート、第６図はＶ型エンジンの概略
図、第７図は従来例に係る触媒装置の位置が異なる排気
系の概略図、第８図は従来例に係る排気系の一方にO₂セ
ンサを取り付けた場合の排気系の概略図、第９図は従来
例に係るエンジン回転数と１回転当たりの吸入空気量と
に基づいて運転状態を領域で示した特性図である。 16……スロツトル開度センサ、 22……燃料噴射弁、 23、24……エキゾーストマニホールド、 23A、23B……排気管、 25、27……触媒装置、 26……O₂センサ、 52……制御装置、 54……回転角センサ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】機関本体からの排ガスが排出される複数の
排気系のそれぞれに触媒装置が取付けられた内燃機関の
運転状態が所定の負荷を越えたときに、前記触媒装置の
異常加熱防止用燃料増量補正を行う内燃機関の燃料噴射
制御装置であって、排気系ごとに前記所定の負荷が設定
され、設定された負荷に基づいて排気系ごとに、対応す
る気筒への異常加熱防止用燃料増量補正を行うことを特
徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】前記排気系ごとの所定の負荷が、前記複数
の排気系のそれぞれの機関本体から触媒装置までの排気
ガス流路長に基づいて設定され、前記排気ガス流路長の
短い排気系の気筒が長い排気系の気筒より低負荷で異常
加熱防止用燃料増量補正が行われることを特徴とする前
記請求項（１）記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。