JP2696444B2 - 内燃機関の燃料供給制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の燃料供給制御
装置に関し、詳しくは、機関吸入混合気の空燃比設定を
切り換えるときの燃料供給制御の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃費の向上を目的として、理論空
燃比（14.7）よりも極めて高い空燃比（例えば20〜25）
で燃焼を行わせるようにしたリーン燃焼機関が提案され
ている。かかるリーン燃焼機関では、例えば低回転・低
負荷時で運転しているときに前記リーン空燃比で燃焼さ
せることで燃費の向上を図り、加速時や高負荷時にはト
ルク性能を重視して理論空燃比よりもややリッチ側の空
燃比として、燃費の向上と出力トルクの確保とを両立さ
せている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に理論空燃比よりも極めて大きな空燃比（リーン空燃
比）と、理論空燃比よりも小さな空燃比（リッチ空燃
比）とに切り換えられる機関においては、運転条件に基
づき上記空燃比間での切り換え設定を行うときに、図５
に示すように同一運転条件でも設定空燃比が大きく変化
すると発生トルクが大きく異なるから、設定空燃比の切
り換え時に大きなトルク段差が発生し運転性を悪化させ
ることがあった。特に加速途中でリーン空燃比からリッ
チ空燃比に切り換えられると、リーン空燃比燃焼時の運
転感覚から予測される加速性と、リッチ空燃比に切り換
えられた後の加速性とに大きな隔たりがあるために、運
転者に違和感を与えてしまう惧れがあった。

【０００４】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、設定空燃比の切り換え時におけるトルク段差の発
生を抑止し、設定空燃比の切り換えに伴う運転性の悪化
を防止することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そのため本発明にかかる
内燃機関の燃料供給制御装置は、図１に示すように構成
される。図１において、運転条件検出手段は、機関の吸
入空気量に関与するパラメータを少なくとも含む機関運
転条件を検出する。燃料供給量演算手段は、前記検出さ
れた機関運転条件に基づいて機関吸入混合気の空燃比が
所定値となるように燃料供給量を演算する。

【０００６】燃料供給制御手段は、燃料供給量演算手段
で演算された燃料供給量に基づいて各気筒毎に設けられ
た燃料供給手段を個別に制御する。一方、空燃比切り換
え判別手段は、機関吸入混合気の空燃比設定を切り換え
る機関運転条件を判別する。そして、空燃比切り換え制
御手段は、空燃比切り換え設定手段により空燃比設定を
切り換える機関運転条件が判別されたときに、切り換え
前の空燃比から切り換え後の空燃比にまで各気筒の吸気
行程毎に段階的に変化するように前記燃料供給量演算手
段における空燃比の所定値を段階的に変化させる。

【０００７】また、切り換え開始気筒制御手段は、前記
空燃比切り換え制御手段により空燃比を段階的に変化さ
せる最初の気筒が、前記空燃比切り換え判別手段による
判別毎に異なるように制御する。

【０００８】

【作用】かかる構成によると、空燃比切り換え判別手段
によって機関吸入混合気の空燃比設定を切り換える機関
運転条件が判別されたときに、空燃比を切り換え前の空
燃比から切り換え後の空燃比へオン・オフ的に変化さ
せ、切り換え判別がなされた時点から全ての気筒の空燃
比を切り換え後の空燃比とするのではなく、切り換え前
の空燃比から切り換え後の空燃比にまで各気筒の吸気行
程毎に段階的に変化させるようにした。

【０００９】また、空燃比を各気筒の吸気行程毎に段階
的に変化させるときに、前回の空燃比切り換え時と同じ
気筒から開始されることがないように構成した。

【００１０】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。一実施例
を示す図２において、内燃機関１にはエアクリーナ２か
ら吸気ダクト３，スロットル弁４及び吸気マニホールド
５を介して空気が吸入される。吸気マニホールド５の各
ブランチ部には、各気筒別に燃料供給手段としての燃料
噴射弁６が設けられている。この燃料噴射弁６は、ソレ
ノイドに通電されて開弁し、通電停止されて閉弁する電
磁式燃料噴射弁であって、後述するコントロールユニッ
ト12からの駆動パルス信号により個別に通電制御されて
開弁し、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレッシ
ャレギュレータにより所定の圧力に調整された燃料を、
各気筒の吸気行程に合わせて間欠的に噴射供給する。

【００１１】機関１の各燃焼室には点火栓７が設けられ
ていて、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させ
る。そして、機関１からは、排気マニホールド８，排気
ダクト９，触媒10及びマフラー11を介して排気が排出さ
れる。コントロールユニット12は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，Ｒ
ＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等を含ん
で構成されるマイクロコンピュータを備え、各種のセン
サからの入力信号を受け、後述の如く演算処理して、燃
料噴射弁６の作動を制御する。

【００１２】前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３
中にエアフローメータ13が設けられていて、機関１の吸
入空気流量Ｑに応じた信号を出力する。また、クランク
角センサ14が設けられていて、燃料噴射制御の基準とな
る例えば４気筒機関で180 °毎（例えばＢＴＤＣ70°
毎）の基準角度信号ＲＥＦと、１°又は２°毎の単位角
度信号ＰＯＳとを出力する。ここで、前記基準角度信号
ＲＥＦの周期、或いは、所定時間内における前記単位角
度信号ＰＯＳの発生数を計測することにより、機関回転
速度Ｎｅを算出できる。

【００１３】また、機関１のウォータジャケットの冷却
水温度Ｔｗを検出する水温センサ15が設けられている。
上記のエアフローメータ13及びクランク角センサ14の検
出信号に基づいてシリンダ吸入空気量を検出できるもの
で、本実施例における運転条件検出手段は、前記エアフ
ローメータ13，クランク角センサ14，水温センサ15が相
当する。

【００１４】ここにおいて、コントロールユニット12に
内蔵されたマイクロコンピュータのＣＰＵは、図３のフ
ローチャートに示すＲＯＭ上のプログラムに従って演算
処理を行い、機関吸入混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が設定
空燃比に一致するように燃料噴射量Ｔｉ（燃料供給量）
を演算し、機関１の各気筒への燃料噴射を個別に制御す
る。

【００１５】尚、本実施例において、燃料供給量演算手
段，燃料供給制御手段，空燃比切り換え判別手段，空燃
比切り換え制御手段，切り換え開始気筒制御手段として
の機能は、前記図３のフローチャートに示すようにコン
トロールユニット12がソフトウェア的に備えている。図
３のフローチャートに示すプログラムは、クランク角セ
ンサ14から燃料噴射制御の基準となる基準角度信号ＲＥ
Ｆが出力される毎に実行されるものであり、このプログ
ラムに従って基準角度信号ＲＥＦ毎に次に吸気行程とな
る気筒に対する燃料噴射が行われるようになっている。
尚、以下の説明において、空燃比のリッチ・リーンは理
論空燃比を基準として表すものとする。

【００１６】まず、ステップ１（図中ではＳ１としてあ
る。以下同様）では、理論空燃比よりも大きくリーン化
させた設定空燃比に基づいて燃料供給量Ｔｉを演算させ
るリーン運転条件が成立しているか否かを判別する。本
実施例では、リーン空燃比（空燃比＝20〜25）で燃焼さ
せるリーン領域と、理論空燃比（＝14.7）又は僅かにリ
ッチな空燃比（例えば13程度）で燃焼させるリッチ領域
との２つ領域に大きく分けられており、例えば機関回転
速度Ｎｅと機関負荷を代表する基本燃料噴射量Ｔｐとに
基づいて判別される所定の低負荷・低回転領域をリーン
領域として、かかるリーン領域では理論空燃比よりも大
きくリーン化させた設定空燃比に基づいて燃料噴射量Ｔ
ｉを演算させ、燃費の向上を図るようにしてあり、前記
リーン領域を除く高負荷・高回転領域であるリッチ領域
では、理論空燃比又は僅かにリッチな空燃比で燃焼させ
て、トルク性能を確保できるようにしてある。

【００１７】但し、本実施例では、後述するように、リ
ーン領域，リッチ領域内において運転条件によって設定
空燃比を細かく変化させて、運転条件毎に適正空燃比で
燃焼させることができるようにしてある。ステップ１で
リーン運転条件が成立していると判別されたときには、
ステップ２へ進み、予めリーン領域内の設定空燃比を機
関回転速度Ｎｅと基本燃料噴射量Ｔｐとに対応させて記
憶させてあるリーン領域マップ（リーンＡ／Ｆマップ）
を参照し、現在の運転条件に見合ったリーン空燃比を検
索して求める。

【００１８】一方、ステップ１でリーン運転条件が成立
していないと判別されたときには、ステップ３へ進み、
予めリッチ領域内の設定空燃比を機関回転速度Ｎｅと基
本燃料噴射量Ｔｐとに対応させて記憶させてあるリッチ
領域マップ（通常Ａ／Ｆマップ）を参照し、現在の運転
条件に見合ったリッチ空燃比を検索して求める。次にス
テップ４では、前記リーン領域マップとリッチ領域マッ
プとの切り換え初回からｎ回の噴射が行われるまでの間
であるか否か、換言すれば、リッチ空燃比とリーン空燃
比との切り換え初期であるか否かを判別する。

【００１９】リッチ・リーンの切り換え初期でない場合
には、ステップ11へ進み、マップから検索して求めた設
定空燃比ＭＡ／Ｆを、燃料噴射量Ｔｉの演算に用いる設
定空燃比Ａ／Ｆとして設定する。次にステップ12へ進
み、理論空燃比に見合うように演算された基本燃料噴射
量Ｔｐ（＝Ｑ／Ｎｅ×Ｋ；Ｋは定数）に、理論空燃比
（＝14.7）と前記設定空燃比Ａ／Ｆとの比を乗算して、
設定空燃比Ａ／Ｆ相当の基本燃料噴射量Ｔｐに補正する
と共に、燃料噴射弁６のバッテリ電圧の変化による有効
噴射時間の変化を補正するための補正分Ｔｓを加算し
て、最終的な燃料噴射量Ｔｉを演算する。

【００２０】尚、燃料噴射量Ｔｉの演算においては、こ
の他、水温センサ15で検出される冷却水温度Ｔｗに基づ
く補正係数や始動後増量などを加味しても良く、上記の
燃料噴射量Ｔｉの演算は最も簡便な例を示したものであ
る。燃料噴射量Ｔｉが演算されると、次のステップ13で
は、次に吸気行程となる気筒の燃料噴射弁６に対して前
記燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の駆動信号を出力
し、前記吸気行程の気筒に対して燃料を噴射供給する。

【００２１】一方、ステップ４でリッチ・リーン空燃比
の切り換え初期であると判別されたときには、ステップ
５へ進み、切り換え初回であるか否かを判別する。そし
て、リッチ・リーンの切り換え初回であるときには、ス
テップ６へ進み、切り換え前の設定空燃比Ａ／Ｆから今
回他方のマップから検索して求めた設定空燃比ＭＡ／Ｆ
を減算して、変化させるべき設定空燃比の段差を求め、
更に、この設定空燃比の段差（Ａ／Ｆ−ＭＡ／Ｆ）を噴
射回数ｎで除算することにより、噴射回数ｎ回で切り換
え前の空燃比から切り換え後の空燃比にまで変化させる
ために必要な１回噴射当たりの設定空燃比の変化幅ΔＡ
／Ｆを求める。

【００２２】即ち、本実施例では、設定空燃比がリッチ
・リーン切り換えされるときに、切り換え前の空燃比か
ら切り換え後の空燃比にまで噴射回数ｎ回のうちに段階
的に変化するようにするものである（図４参照）。ステ
ップ６で１回噴射毎に変化させる設定空燃比の幅ΔＡ／
Ｆを求めると、次のステップ７では、前回の設定空燃比
切り換え時に変化幅ΔＡ／Ｆに基づいて設定空燃比を段
階的に変化させた最初の気筒と、今回の本プログラム実
行によって噴射されようとしている気筒とが同一である
か否かを判別する。

【００２３】そして、前回切り換え時と同じ気筒から変
化幅ΔＡ／Ｆに基づく設定空燃比制御が行われようとし
ている場合には、ステップ８へ進み、次回切り換え時の
判別のために、次回の噴射気筒を切り換え制御初回の気
筒として記憶させてから、ステップ12へ進む。従って、
この場合、マップから今回検索して求めた設定空燃比Ｍ
Ａ／Ｆを、燃料噴射量Ｔｉの演算に用いる設定空燃比Ａ
／Ｆとするステップ11での処理を行わないことになり、
切り換え前の設定空燃比Ａ／Ｆを継続して用いて燃料噴
射量Ｔｉを演算させる。

【００２４】一方、ステップ７で、前回の切り換え初回
の気筒と今回の噴射気筒とが異なると判別されたときに
は、ステップ９へ進み、今回の噴射気筒を設定空燃比切
り換え初回の気筒として記憶させ、次にステップ10へ進
む。ステップ９からステップ10へ進んだ切り換え初回に
おいては、切り換え前の設定空燃比Ａ／Ｆに前記ステッ
プ６で演算した変化幅ΔＡ／Ｆを加算して設定空燃比を
段階的に変化させる処理を行い、ステップ12へ進む。

【００２５】一方、ステップ５で初回でないと判別され
た場合にはステップ10へジャンプして進み、前回の設定
空燃比Ａ／Ｆに更に変化幅ΔＡ／Ｆを加算した結果を新
たに設定空燃比Ａ／Ｆとする処理を行うので、マップ切
り換えの初回から噴射ｎ回に亘って切り換え前の設定空
燃比Ａ／Ｆから切り換え後の設定空燃比Ａ／Ｆに段階的
に近づくことになる（図４参照）。

【００２６】即ち、ステップ10における設定空燃比Ａ／
Ｆの段階的な変化は、各気筒への噴射毎に行われること
になり、換言すれば、各気筒の吸気行程毎に設定空燃比
が段階的に切り換えられることになるから、図４に一点
鎖線で示したように設定空燃比をオン・オフ的に急激に
変化させた場合のような大きなトルク段差が発生するこ
とがなく、特に、リーン設定空燃比からリッチ設定空燃
比への切り換え時には、加速性の急激な変化を抑止でき
ることになる。

【００２７】また、前回切り換え時の初回気筒と同じ気
筒が噴射気筒であって、ステップ７からステップ８へ進
んだ場合には、図４の設定空燃比の減少変化時に示すよ
うに、噴射１回だけ段階的な設定空燃比Ａ／Ｆの変化を
遅らせて、異なるの気筒から設定空燃比Ａ／Ｆの段階的
な変化を開始させるから、設定空燃比を段階的に変化さ
せるときの気筒順が一定してしまうことを回避でき、以
て、特定気筒にのみ設定空燃比変化による大きな負担が
偏って加わってしまうことを回避できる。

【００２８】即ち、図４に示す例の場合、リッチ空燃比
からリーン空燃比への段階的な切り換えは４気筒の中の
＃１気筒を最初として、吸気行程順に＃１→＃３→＃４
→＃２→＃１と順番に行われるが、次にリーン空燃比か
らリッチ空燃比への切り換え運転条件が判別されたとき
に同じ＃１気筒の噴射タイミングであった場合には、段
階的な設定空燃比の切り換えを１回遅らせて、次の＃３
気筒から設定空燃比を段階的に減少させる制御を行わ
せ、同じ＃１気筒から設定空燃比の段階的移行が行われ
ないようにする。

【００２９】上記のようにして変化幅ΔＡ／Ｆに基づく
設定空燃比Ａ／Ｆの段階的な変化をｎ回繰り返して、切
り換え後の設定空燃比にまで変化すると、ステップ４か
らステップ11を介してステップ12へ進み、継続して同じ
マップを参照して設定空燃比Ａ／Ｆを設定し、かかる設
定空燃比Ａ／Ｆに基づいて燃料噴射量Ｔｉを演算させ
る。

【００３０】尚、上記噴射回数のｎは、設定空燃比の切
り換え速度を決定するパラメータであるから、設定空燃
比のリッチ・リーン変化方向によって異ならせても良い
し、また、機関の加減速度合いなどに基づいて変化させ
るようにしても良い。また、本実施例では、リッチ空燃
比とリーン空燃比との切り換え時に、段階的に設定空燃
比を変化させるよう構成したが、同じリッチ空燃比又は
リーン空燃比であっても大きな段差を有して変化させる
必要がある場合に、本実施例と同様にして段階的に変化
させるよう構成しても良い。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、空
燃比設定を切り換えるときに、各気筒の吸気行程毎に切
り換え前の空燃比から切り換え後の空燃比にまで段階的
に変化するよう構成したので、設定空燃比の急激な変化
によって大きなトルク段差が発生することを抑止でき、
特に、加速途中に設定空燃比が切り換えられる場合の加
速性の急激な変化を回避して運転性を円滑にできるとい
う効果がある。

【００３２】また、上記のように設定空燃比を各気筒の
吸気行程毎に段階的に変化させるときの最初の気筒が、
設定空燃比の切り換え毎に異なるようにしたので、設定
空燃比の段階的な変化による負担が特定気筒に偏ること
を回避できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例を示すシステム概略図。

【図３】同上実施例における空燃比制御を示すフローチ
ャート。

【図４】同上実施例における設定空燃比の特性を示すタ
イムチャート。

【図５】設定空燃比の切り換えによるトルク段差の発生
を説明するための線図。

【符号の説明】

１ 機関 ６ 燃料噴射弁 12 コントロールユニット 13 エアフローメータ 14 クランク角センサ 15 水温センサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の吸入空気量に関与するパラメータを
   少なくとも含む機関運転条件を検出する運転条件検出手
   段と、 該運転条件検出手段で検出された機関運転条件に基づい
   て機関吸入混合気の空燃比が所定値となるように燃料供
   給量を演算する燃料供給量演算手段と、 該燃料供給量演算手段で演算された燃料供給量に基づい
   て各気筒毎に設けられた燃料供給手段を個別に制御する
   燃料供給制御手段と、 機関吸入混合気の空燃比設定を切り換える機関運転条件
   を判別する空燃比切り換え判別手段と、 該空燃比切り換え設定手段により空燃比設定を切り換え
   る機関運転条件が判別されたときに、各気筒の吸気行程
   毎に切り換え前の空燃比から切り換え後の空燃比にまで
   段階的に変化するように前記燃料供給量演算手段におけ
   る空燃比の所定値を段階的に変化させる空燃比切り換え
   制御手段と、前記空燃比切り換え制御手段により空燃比を段階的に変
   化させる最初の気筒が、前記空燃比切り換え判別手段に
   よる判別毎に異なるように制御する切り換え開始気筒制
   御手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の燃料供
   給制御装置。