JP3185602B2

JP3185602B2 - 筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP3185602B2
Application number: JP11578095A
Authority: JP
Inventors: 和正飯田; 勝彦宮本
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1995-05-15
Filing date: 1995-05-15
Publication date: 2001-07-11
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: JPH08312404A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等に搭載される
筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置に係
り、詳しくは過渡時等における空燃比フィードバック制
御を適切に行わせる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車等に搭載される燃料噴射火
花点火式内燃機関では、有害排出ガス成分の低減や燃費
の向上等を図るため、旧来の吸気管噴射型に代えて燃焼
室に直接燃料を噴射する筒内噴射型のもの（以下、筒内
噴射ガソリンエンジン）が種々提案されている。

【０００３】筒内噴射ガソリンエンジンは、例えば、点
火プラグの周囲やピストンに設けたキャビティ内に局所
的に理論空燃比に近い空燃比の混合気を供給することに
より、全体として希薄な空燃比でも着火が可能となり、
ＣＯやＨＣの排出量が減少すると共に、アイドル運転時
や定常走行時の燃費を大幅に向上させることができると
いう長所を有している。更に、燃料噴射量を増減させる
際に、吸気管による移送遅れがないため、加減速レスポ
ンスも非常によくなるという利点を有している。ところ
が、高負荷時には燃料噴射量の増大に伴って点火プラグ
の近傍の空燃比が過濃となり、平均空燃比に近づくと失
火が生じ、安定した作動領域が狭いという欠点がある。
これは、燃料噴射弁の単位時間あたりの噴射量や噴射方
向を可変にすることが難しいために、点火プラグ近傍の
局所的空燃比をエンジンの全作動領域に亘って最適値に
保つことが困難であること等に起因する。

【０００４】このような欠点を解消するために、負荷に
応じて適切なタイミングで燃料噴射を行うと共に、燃焼
室の形状をこれに合わせて設計したもの、より詳しく
は、負荷に応じて、圧縮行程時に燃料を噴射させる後期
噴射モードと、吸気行程時に燃料を噴射させる前期噴射
モードとを切り換えるものが、例えば、特開平５−７９
３７０号公報で提案されている。このエンジンでは、低
中負荷運転時には、圧縮行程末期や吸気行程の初期にキ
ャビティ内に燃料を噴射し、点火プラグの周囲やキャビ
ティ内に理論空燃比に近い空燃比（空気と燃料との重量
比）の混合気を形成させる。これにより、全体としてリ
ーンな空燃比（例えば、20〜30）でも着火が可能とな
り、ＣＯやＨＣの排出量が減少すると共に、アイドル運
転時や定常走行時の燃費が大幅に向上する。また、高負
荷運転時には、吸気行程中にキャビティ外に燃料を噴射
し、燃焼室内に均一な空燃比の混合気を形成させる。こ
れにより、吸気管噴射型のものと同等量の燃料を燃焼さ
せることが可能となり、発進・加速時に要求される出力
が確保される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、燃料噴射制御
装置は、空燃比を理論空燃比近傍に制御する空燃比フィ
ードバック制御（以下、ストイキオフィードバック制
御）を行う場合、Ｏ₂センサ等からのリーンあるいはリ
ッチ側の出力信号が検出されると、所定の制御ゲインで
燃料噴射量を増量あるいは減量させる。ところが、筒内
噴射ガソリンエンジンでは、吸気管による燃料の移送遅
れがないため、吸気管噴射型のものと同等の制御ゲイン
を用いると、空燃比のオーバシュートにより大きなトル
ク変動が発生し、乗心地等が悪化する問題がある。そこ
で、筒内噴射ガソリンエンジンでは、積分ゲイン等を吸
気管噴射型のものに対して小さな値（例えば、１／２程
度）にすることにより、ストイキオフィードバック制御
時における燃料噴射量の増減を抑えるようにしている。

【０００６】しかし、このように制御ゲインを小さくし
た場合、オープンループ制御からストイキオフィードバ
ック制御に切り換わった場合はもとより、ストイキオフ
ィードバック制御中の加減速時にも、フィードバック制
御が安定するまでに長時間かかるという問題があった。
例えば、前期噴射モードにおいて希薄空燃比に基づく空
燃比制御（リーン側オープンループ制御）を行っていた
場合、所定の条件が成立するとストイキオフィードバッ
ク制御に切り換わるが、その直後の空燃比は一般に理論
空燃比からずれている。そこで、燃料噴射制御装置は、
Ｏ₂センサ等の出力信号に応じて制御ゲインによる燃料
噴射量の増量あるいは減量を行うが、空燃比の理論空燃
比からのずれ量が大きい場合には、理論空燃比に至る
（すなわち、フィードバック制御が安定する）までに長
時間かかることになる。尚、リーン側オープンループ制
御からストイキオフィードバック制御に切り換わった場
合、直前まで酸素過剰雰囲気に曝されていたことによ
り、Ｏ₂センサ等の出力信号がすぐにはリッチ側に転換
しにくく、フィードバック制御の安定が更に遅れる。ま
た、ストイキオフィードバック制御中の加減速時におい
ても、空燃比がリーンあるいはリッチ側にずれるため、
フィードバック制御が安定するまでにはやはり長時間か
かることになる。このように、フィードバック制御の安
定が遅れると、その間の空燃比がオーバリーンあるいは
オーバリッチとなり、有害排出ガス成分が増加する等の
不具合が発生することになる。

【０００７】本発明は上記状況に鑑みなされたもので、
空燃比フィードバック制御における、空燃比のオーバシ
ュートによるトルク変動の防止と、過渡運転時における
制御安定性とを両立させた筒内噴射型火花点火式内燃機
関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の請求項
１では、理論空燃比に基づくストイキオフィードバック
制御と、希薄空燃比に基づくリーン側オープンループ制
御とを行う筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制
御装置において、上記内燃機関の加減速状態を検出する
加減速状態検出手段と、ストイキオフィードバック制御
下において、上記加減速状態検出手段により上記内燃機
関が加減速状態にあることが検出されると、当該ストイ
キオフィードバック制御に用いられる制御ゲインを所定
期間に亘って上記加減速状態の検出以前の制御ゲインよ
り大きくする制御ゲイン変更手段とを備え、上記ストイ
キオフィードバック制御は上記内燃機関の排気系に設け
られたＯ ₂ センサの出力に応じて行われるものであり、
上記所定期間は上記加減速状態が検出された時点から、
その後の上記Ｏ ₂ センサの出力反転回数が所定値に達し
た後に所定時間経過するまでの期間であるものを提案す
る。

【０００９】また、本発明の請求項２では、理論空燃比
に基づくストイキオフィードバック制御と、希薄空燃比
に基づくリーン側オープンループ制御とを行う筒内噴射
型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置において、上
記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
この運転状態検出手段の検出結果に応じて上記ストイキ
オフィードバック制御と上記リーン側オープンループ制
御とを切り換える切換手段と、この切換手段によりリー
ン側オープンループ制御からストイキオフィードバック
制御に切り換えられたとき、当該ストイキオフィードバ
ック制御に用いられる制御ゲインを所定期間に亘って大
きくし、上記所定期間経過後は上記所定期間中の制御ゲ
インより小さい値とする制御ゲイン変更手段とを備え、
上記ストイキオフィードバック制御は上記内燃機関の排
気系に設けられたＯ ₂ センサの出力に応じて行われるも
のであり、上記所定期間は上記切換が行われた時点か
ら、その後の上記Ｏ ₂ センサの出力反転回数が所定値に
達した後に所定時間経過するまでの期間であるものを提
案する。

【００１０】また、本発明の請求項３では、請求項１ま
たは２の燃料噴射制御装置において、上記制御ゲイン変
更手段が変更する制御ゲインは少なくとも積分ゲインで
あるものを提案する。

【００１１】

【００１２】

【作用】請求項１の燃料噴射制御装置では、ストイキオ
フィードバック制御中に加減速状態が検出されると、制
御ゲイン変更手段が一時的にフィードバック制御の制御
ゲインを、加減速状態の検出以前の制御ゲインより大き
くし、空燃比が理論空燃比からずれている期間を短縮す
る。そして、フィードバック制御が安定した後は、Ｏ ₂
センサの出力信号が数回反転した後に所定時間が経過し
たことをもって、所期の制御ゲインに戻すことにより、
空燃比のオーバシュートを防止する。

【００１３】また、請求項２の燃料噴射制御装置では、
リーン側オープンループ制御等からストイキオフィード
バック制御に移行すると、制御ゲイン変更手段が一時的
にフィードバック制御の制御ゲインを大きくし、空燃比
センサの出力信号を短期間で反転させてフィードバック
制御を安定させる。そして、フィードバック制御が安定
した後は、Ｏ ₂ センサの出力信号が数回反転した後に所
定時間が経過したことをもって、上記所定期間中の制御
ゲインより小さい値とすることにより、空燃比のオーバ
シュートを防止する。

【００１４】また、請求項３の燃料噴射制御装置では、
制御ゲイン変更手段は、積分ゲインを変更することによ
り、燃料噴射弁の開弁時間すなわち燃料噴射量の変化速
度を高める。

【００１５】

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例を
詳細に説明する。図１は本発明を適用したエンジン制御
システムの一実施例を示す概略構成図であり、図２は実
施例に係る筒内噴射ガソリンエンジンの縦断面図であ
る。これらの図において、１は自動車用の筒内噴射型直
列４気筒ガソリンエンジン（以下、単にエンジンと記
す）であり、燃焼室を始め吸気装置やＥＧＲ装置等が筒
内噴射専用に設計されている。

【００１７】本実施例の場合、エンジン１のシリンダヘ
ッド２には、各気筒毎に点火プラグ３と共に電磁式の燃
料噴射弁４も取り付けられており、燃焼室５内に直接燃
料が噴射されるようになっている。また、シリンダ６に
上下摺動自在に保持されたピストン７の頂面には、上死
点近傍で燃料噴射弁４からの燃料噴霧が到達する位置
に、半球状のキャビティ８が形成されている。また、こ
のエンジン１の理論圧縮比は、吸気管噴射型のものに比
べ、高く（本実施例では、１２程度）設定されている。
動弁機構としてはＤＯＨＣ４弁式が採用されており、シ
リンダヘッド２の上部には、吸排気弁９，１０をそれぞ
れ駆動するべく、吸気側カムシャフト１１と排気側カム
シャフト１２とが回転自在に保持されている。

【００１８】シリンダヘッド２には、両カムシャフト１
１，１２の間を抜けるようにして、略直立方向に吸気ポ
ート１３が形成されており、この吸気ポート１３を通過
した吸気流が燃焼室５内で後述する逆タンブル流を発生
させるようになっている。一方、排気ポート１４につい
ては、通常のエンジンと同様に略水平方向に形成されて
いるが、斜めに大径のＥＧＲポート１５（図２には図示
せず）が分岐している。図中、１６は冷却水温ＴW を検
出する水温センサであり、１７は各気筒の所定のクラン
ク位置（本実施例では、５°BTDCおよび75°BTDC）でク
ランク角信号ＳＧＴを出力するベーン型のクランク角セ
ンサであり、１９は点火プラグ３に高電圧を出力する点
火コイルである。尚、クランクシャフトの半分の回転数
で回転するカムシャフト等には、気筒判別信号ＳＧＣを
出力する気筒判別センサ（図示せず）が取り付けられ、
クランク角信号ＳＧＴがどの気筒のものか判別される。

【００１９】図２に示したように、吸気ポート１３に
は、サージタンク２０を有する吸気マニホールド２１を
介して、エアクリーナ２２，スロットルボディ２３，ス
テッパモータ式のＩＳＣＶ（アイドルスピードコントロ
ールバルブ）２４を具えた吸気管２５が接続している。
更に、吸気管２５には、スロットルボディ２３を迂回し
て吸気マニホールド２１に吸入気を導入する、大径のエ
アバイパスパイプ２６が併設されており、その管路には
リニアソレノイド式で大型のＡＢＶ（エアバイパスバル
ブ）２７が設けられている。尚、エアバイパスパイプ２
６は、吸気管２５に準ずる流路面積を有しており、ＡＢ
Ｖ２７の全開時にはエンジン１の低中速域で要求される
量の吸入気が流通可能となっている。尚、スロットルボ
ディ２３には、流路を開閉するバタフライ式のスロット
ルバルブ２８と共に、スロットルバルブ２８の開度θTH
を検出するスロットルセンサ２９と、全閉状態を検出す
るアイドルスイッチ３０とが備えられている。図中、３
１は吸気管圧力Ｐb を検出するブースト圧（ＭＡＰ：Ma
nifold Absolute Pressure）センサであり、サージタン
ク２０に接続している。

【００２０】一方、排気ポート１４には、Ｏ₂センサ４
０が取付けられた排気マニホールド４１を介して、三元
触媒４２や図示しないマフラー等を具えた排気管４３が
接続している。また、ＥＧＲポート１５は、大径のＥＧ
Ｒパイプ４４を介して、吸気マニホールド２１の上流に
接続されており、その管路にはステッパモータ式のＥＧ
Ｒバルブ４５が設けられている。

【００２１】燃料タンク５０は、図示しない車体後部に
設置されている。そして、燃料タンク５０に貯留された
燃料は、電動式の低圧燃料ポンプ５１に吸い上げられ、
低圧フィードパイプ５２を介して、エンジン１側に送給
される。低圧フィードパイプ５２内の燃圧は、リターン
パイプ５３の管路に介装された第１燃圧レギュレータ５
４により、比較的低圧（本実施例では、3.35 kg/mm² …
以下、低燃圧と記す）に調圧される。エンジン１側に送
給された燃料は、シリンダヘッド２に取り付けられた高
圧燃料ポンプ５５により、高圧フィードパイプ５６とデ
リバリパイプ５７とを介して、各燃料噴射弁４に送給さ
れる。本実施例の場合、高圧燃料ポンプ５５は斜板アキ
シャルピストン式であり、排気側カムシャフト１２によ
り駆動され、エンジン１のアイドル運転時にも50 kg/mm
² 以上の吐出圧を発生する。デリバリパイプ５７内の燃
圧は、リターンパイプ５８の管路に介装された第２燃圧
レギュレータ５９により、比較的高圧（本実施例では、
50 kg/mm² …以下、高燃圧と記す）に調圧される。図
中、６０は第２燃圧レギュレータ５９に取付けられた電
磁式の燃圧切換弁であり、オン状態で燃料をリリーフし
て、デリバリパイプ５７内の燃圧を所定値（例えば、3.
35 kg/mm² ）に低下させる。また、６１は高圧燃料ポン
プ５５の潤滑や冷却等を行った燃料を燃料タンク５０に
還流させるリターンパイプである。

【００２２】車室内には、図示しない入出力装置，制御
プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置
（ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＢＵＲＡＭ等），中央処理装置（Ｃ
ＰＵ），タイマカウンタ等を具えた、ＥＣＵ（エンジン
制御ユニット）７０が設置されており、エンジン１の総
合的な制御を行う。ＥＣＵ７０の入力側には、上述した
各種のセンサ類等からの検出情報が入力する。ＥＣＵ７
０は、これらの検出情報に基づき、燃料噴射モードや燃
料噴射量を始めとして、点火時期やＥＧＲガスの導入量
等を決定し、燃料噴射弁４や点火コイル１９，ＥＧＲバ
ルブ４５等を駆動制御する。尚、ＥＣＵ７０には、その
入力側に図示しない多数のスイッチやセンサ類が接続す
る一方で、出力側にも各種警告灯や機器類等が接続して
いる。

【００２３】次に、エンジン制御の基本的な流れを簡単
に説明する。冷機時において、運転者がイグニッション
キーをオン操作すると、ＥＣＵ７０は、低圧燃料ポンプ
５１と燃圧切換弁６０をオンにして、燃料噴射弁４に低
燃圧の燃料を供給する。これは、エンジン１の停止時や
クランキング時には、高圧燃料ポンプ５５が全くあるい
は不完全にしか作動しないため、低圧燃料ポンプ５１の
吐出圧と燃料噴射弁４の開弁時間とに基づいて燃料噴射
量を決定せざるを得ないためである。次に、運転者がイ
グニッションキーをスタート操作すると、図示しないセ
ルモータによりエンジン１がクランキングされ、同時に
ＥＣＵ７０による燃料噴射制御が開始される。この時点
では、ＥＣＵ７０は、前期噴射モードを選択し、比較的
リッチな空燃比となるように燃料を噴射する。これは、
冷機時には燃料の気化率が低いため、後期噴射モード
（すなわち、圧縮行程）で噴射を行った場合、失火や未
燃燃料（ＨＣ）の排出が避けられないためである。ま
た、ＥＣＵ７０は、始動時にはＡＢＶ２７を閉鎖するた
め、燃焼室５への吸入気はスロットルバルブ２８の隙間
やＩＳＣＶ２４から供給される。尚、ＩＳＣＶ２４とＡ
ＢＶ２７とは、ＥＣＵ７０により一元管理されており、
スロットルバルブ２８を迂回する吸入気（バイパスエ
ア）の必要導入量に応じてそれぞれの開弁量が決定され
る。

【００２４】始動が完了してエンジン１がアイドル運転
を開始すると、高圧燃料ポンプ５５が定格の吐出作動を
始めるため、ＥＣＵ７０は、燃圧切換弁６０をオフにし
て燃料噴射弁４に高燃圧の燃料を供給する。この際に
は、当然のことながら、高燃圧と燃料噴射弁４の開弁時
間とに基づいて燃料噴射量が決定される。そして、冷却
水温ＴW が所定値に上昇するまでは、ＥＣＵ７０は、始
動時と同様に前期噴射モードを選択して燃料を噴射する
と共に、ＡＢＶ２７も継続して閉鎖する。また、エアコ
ン等の補機類の負荷の増減に応じたアイドル回転数の制
御は、吸気管噴射型と同様にＩＳＣＶ２４によって行わ
れる。更に、所定サイクルが経過してＯ₂センサ４０が
活性温度に達すると、ＥＣＵ７０は、Ｏ₂センサ４０の
出力電圧に応じて空燃比フィードバック制御を開始し、
有害排出ガス成分を三元触媒４２により浄化させる。こ
のように、冷機時においては、吸気管噴射型と略同様の
燃料噴射制御が行われるが、吸気管１３の壁面への燃料
滴の付着等がないため、制御の応答性や精度は高くな
る。

【００２５】エンジン１の暖機が終了すると、ＥＣＵ７
０は、吸気管圧力Ｐb やスロットル開度θTH等から得た
目標平均有効圧Ｐe とエンジン回転速度Ｎe とに基づ
き、図３の燃料噴射制御マップから現在の燃料噴射制御
領域を検索し、燃料噴射モードと燃料噴射量とを決定し
て燃料噴射弁４を駆動する他、ＡＢＶ２７やＥＧＲバル
ブ４５の開閉制御等も行う。

【００２６】例えば、アイドル運転時等の低負荷・低回
転域は図３中の後期噴射リーン域となるため、ＥＣＵ７
０は、後期噴射モードを選択すると共にＡＢＶ２７を開
放し、リーンな空燃比（本実施例では、20〜40程度）と
なるように燃料を噴射する。この時点では燃料の気化率
が上昇すると共に、図４に示したように吸気ポート１３
から流入した吸気流が矢印で示す逆タンブル流８０を形
成するため、燃料噴霧８１がピストン７のキャビティ８
内に保存される。その結果、点火時点において点火プラ
グ３の周囲には理論空燃比近傍の混合気が形成されるこ
とになり、全体としてリーンな空燃比でも着火が可能と
なる。これにより、ＣＯやＨＣの排出が極く少量になる
と共に、ポンピングロスの低減も相俟って燃費が大幅に
向上する。そして、負荷の増減に応じたアイドル回転数
の制御は、燃料噴射量を増減させることにより行うた
め、制御応答性も非常に高くなる。尚、平均空燃比が20
以下になると部分的にオーバリッチな混合気が生成され
て失火が生じる一方、40以上になると希薄限界を超えて
やはり失火が生じる。また、ＥＣＵ７０は、この制御領
域ではＥＧＲバルブ４５を開放し、燃焼室５内に大量
（本実施例では、30％以上）のＥＧＲガスを導入するこ
とにより、ＮＯ_Xも大幅に低減させる。

【００２７】また、低中速走行時は、その負荷状態やエ
ンジン回転速度Ｎe に応じて、図３中の前期噴射リーン
域あるいはストイキオフィードバック域となるため、Ｅ
ＣＵ７０は、前期噴射モードを選択すると共に、所定の
空燃比となるように燃料を噴射する。すなわち、前期噴
射リーン域では、比較的リーンな空燃比（本実施例で
は、20〜23程度）となるようにＡＢＶ２７の開弁量と燃
料噴射量とを制御し、ストイキオフィードバック域で
は、ＡＢＶ２７とＥＧＲバルブ４５とを開閉制御すると
共に、Ｏ₂センサ４０の出力電圧に応じて空燃比フィー
ドバック制御を行う。この場合も、図５に示したように
吸気ポート１３から流入した吸気流が逆タンブル流８０
を形成するため、前期噴射リーン域においても、逆タン
ブル流８０による乱れの効果で、リーンな空燃比でも着
火が可能となる。尚、ＥＣＵ７０は、この制御領域でも
ＥＧＲバルブ４５を開放し、燃焼室５内に適量のＥＧＲ
ガスを導入することにより、リーンな空燃比において発
生するＮＯ_Xが大幅に低減する。また、ストイキオフィ
ードバック域では、比較的高い圧縮比により大きな出力
が得られると共に、有害排出ガス成分が三元触媒４２に
より浄化される。

【００２８】そして、急加速時や高速走行時は図３中の
オープンループ制御域となるため、ＥＣＵ７０は、前期
噴射モードを選択すると共にＡＢＶ２７を閉鎖し、スロ
ットル開度θTHやエンジン回転速度Ｎe 等に応じて、比
較的リッチな空燃比となるように燃料を噴射する。この
際には、圧縮比が高いことや吸気流が逆タンブル流８０
を形成することの他、吸気ポート１３が燃焼室５に対し
て略直立しているため、慣性効果によっても高い出力が
得られる。

【００２９】更に、中高速走行中の惰行運転時は図３中
の燃料カット域となるため、ＥＣＵ７０は、燃料噴射を
完全に停止する。これにより、燃費が向上すると同時
に、有害排出ガス成分の排出量も低減される。尚、燃料
カットは、エンジン回転速度Ｎe が復帰回転速度より低
下した場合や、運転者がアクセルペダルを踏み込んだ場
合には即座に中止される。

【００３０】以下、本実施例でのストイキオフィードバ
ック制御の手順を図６〜図８のフローチャートに基づき
説明する。エンジン１が始動し、所定のフィードバック
制御条件が成立すると、ＥＣＵ７０は、クランク角セン
サ１７の出力信号に基づき、エンジン１の１行程毎に、
図６に示したストイキオフィードバック制御サブルーチ
ンを繰り返し実行する。尚、フィードバック制御条件と
しては、冷却水温ＴW が所定値以上であること、始動後
に所定時間が経過したこと等の他に、ストイキオフィー
ドバック域にいることや、あるいは前期噴射リーン域等
において緩加速が行われていること等が挙げられる。こ
のサブルーチンを開始すると、ＥＣＵ７０は、先ずステ
ップＳ２で各種の運転情報を読み込んだ後、ステップＳ
４で各種補正係数（冷却水温補正係数Ｋwt，大気温補正
係数Ｋat，大気圧補正係数Ｋap…）を算出する。次に、
ＥＣＵ７０は、ステップＳ６で下式により燃料噴射弁４
の開弁時間Ｔinj を算出する。ここで、Ｋは変換係数で
あり、Ｅv は体積効率であり、ＫAFは後述する空燃比補
正係数算出サブルーチンにより算出された空燃比補正係
数であり、Ｔd は燃料噴射弁４の無効時間である。

【００３１】Ｔinj ＝Ｋ・Ｐb ・Ｅv ・ＫAF・（Ｋwt・Ｋat・Ｋap…）＋Ｔd 次に、ＥＣＵ７０は、ステップＳ８で、算出した開弁時
間Ｔinj に基づき燃料噴射弁４を駆動し、サブルーチン
を終了する。一方、ＥＣＵ７０は、上述したストイキオ
フィードバック制御サブルーチンと並行して、所定の制
御インターバルで空燃比補正係数算出サブルーチンを実
行する。

【００３２】このサブルーチンを開始すると、ＥＣＵ７
０は、先ずステップＳ２０でＯ₂センサの出力電圧Ｖが
所定の閾値Ｖs （例えば、０．５Ｖ）より大きいか否か
を判定する。そして、この判定がＹes、すなわち現在の
空燃比が理論空燃比よりリッチであれば、ステップＳ２
２で、後述するリーン化積分ゲインＩGLを用いて下式
(1) によりフィードバック制御の積分項Ｉを算出した
後、ステップＳ２４で下式(2) によりフィードバック補
正係数ＫFBを算出する。ここで、Ｐはフィードバック制
御の比例項であり、吸気管圧力Ｐb とエンジン回転速度
Ｎe とに基づき、図９の比例ゲインマップから検索され
る。

【００３３】Ｉ＝Ｉ−ＩGL …(1) ＫFB＝１＋Ｉ−Ｐ …(2) また、ステップＳ２０の判定がＮｏ、すなわち現在の空
燃比が理論空燃比よりリーンであれば、ステップＳ２６
で、後述するリッチ化積分ゲインＩGRを用いて下式(3)
によりフィードバック制御の積分項Ｉを算出した後、ス
テップＳ２８で下式(4) によりフィードバック補正係数
ＫFBを算出する。

【００３４】Ｉ＝Ｉ＋ＩGR …(3) ＫFB＝１＋Ｉ＋Ｐ …(4) フィードバック補正係数ＫFBの算出を終えると、ＥＣＵ
７０は、ステップＳ３０で下式(5) により空燃比補正係
数ＫAFを算出し、サブルーチンを終了する。ここで、Ｋ
ALは空燃比学習補正値であり、不揮発性ＲＡＭ等に記憶
されている。

【００３５】ＫAF＝ＫFB＋ＫAL …(5) さて、本実施例では、上述したサブルーチンとは別に、
所定の制御インターバルで、図８に示した積分ゲイン変
更サブルーチンを実行する。このサブルーチンを開始す
ると、ＥＣＵ７０は、先ずステップＳ４０で前述したフ
ィードバック制御条件が成立したか否かを判定し、この
判定がＮｏであれば処理を行わずにスタートに戻る。目
標平均有効圧Ｐe やエンジン回転速度Ｎe の変化により
燃料噴射制御領域がストイキオフィードバック域に移行
したり、あるいは前期噴射リーン域等において緩加速が
行われてフィードバック制御条件が成立した場合、ステ
ップＳ４０の判定がＹesとなるが、この場合、ＥＣＵ７
０は、次にステップＳ４２で加減速が行われたか否か、
すなわち運転者が加減速操作を行ったか否かを判定す
る。本実施例の場合、この判定は、スロットル開度θTH
（％）の時間変化率θTH’が所定の加速判定閾値θ’AC
（正の値）より大きいか、あるいは所定の減速判定閾値
θ’DC（負の値）より小さいことをもってＹes（肯定）
となる。そして、定常走行時等で、ステップＳ４２の判
定がＮｏ（否定）となった場合、ＥＣＵ７０は、次にス
テップＳ４４で前回の処理においてリーン側オープンル
ープ制御が行われていたか否かを判定する。

【００３６】リーン側オープンループ制御からストイキ
オフィードバック制御に移行した直後で、ステップＳ４
４の判定がＹesとなった場合、ＥＣＵ７０は、ステップ
Ｓ４６でカウントダウンタイマＴCDを所定時間Ｔa にセ
ットすると共に、ステップＳ４８で後述する反転フラグ
ＦIVを０にリセットする。次に、ＥＣＵ７０は、ステッ
プＳ５０で、吸気管圧力Ｐb とエンジン回転速度Ｎe と
に基づき、図１０および図１１に示す過渡時リーン化積
分ゲインマップと過渡時リッチ化積分ゲインマップとか
ら、リーン化積分ゲインＩGLとリッチ化積分ゲインＩGR
とを検索する。これら過渡時積分ゲインマップでは、両
積分ゲイン（ＩGL10〜ＩGL19およびＩGR10〜ＩGR19）が
大きな値に設定されているため、比較的早い速度で上述
した空燃比補正係数ＫAF（すなわち、開弁時間Ｔinj ）
が増減し、空燃比の理論空燃比からのずれが解消され
る。したがって、リーン側オープンループ制御において
酸素過剰雰囲気に長時間曝されていた場合にも、Ｏ₂セ
ンサの出力信号は短時間でリッチ側に転換し、フィード
バック制御が早期に安定することになる。

【００３７】リーン側オープンループ制御からストイキ
オフィードバック制御に移行した後の２回目の処理で
は、ステップＳ４４の判定がＮｏとなるため、ＥＣＵ７
０は、ステップＳ５２でカウントダウンタイマＴCDの値
が０か否かを判定する。ステップＳ４６でカウントダウ
ンタイマＴCDが所定時間Ｔa にセットされているため、
この判定はＮｏとなり、ＥＣＵ７０は、次にステップＳ
５４で反転フラグＦIVが１であるか否かを判定する。反
転フラグＦIVはステップＳ４８で０にリセットされてい
るため、この判定もＮｏとなり、ＥＣＵ７０は、ステッ
プＳ５６でＯ₂センサ４０の出力信号の反転回数ＮIVが
所定回数ＮX （例えば、３回）に達したか否かを判定す
る。そして、ステップＳ５６の判定がＹesとなるまで
は、ＥＣＵ７０は、ステップＳ５０で過渡時積分ゲイン
マップからリーン化積分ゲインＩGLとリッチ化積分ゲイ
ンＩGRとを検索する。

【００３８】空燃比の理論空燃比からのずれが解消され
ることにより、Ｏ₂センサ４０の出力信号が反転し始め
てステップＳ５６の判定がＹesになると、ＥＣＵ７０
は、ステップＳ５８で反転フラグＦIVを１にセットす
る。これにより、次回の処理ではステップＳ５４の判定
がＹesとなり、ＥＣＵ７０は、ステップＳ６０でカウン
トダウンタイマＴCDを起動させた後、引き続きステップ
Ｓ５０で過渡時積分ゲインマップからリーン化積分ゲイ
ンＩGLとリッチ化積分ゲインＩGRとを検索する。そし
て、所定時間Ｔa が経過してステップＳ５２の判定がＹ
esになると、ＥＣＵ７０は、ステップＳ６２で、吸気管
圧力Ｐb とエンジン回転速度Ｎe とに基づき、図１２お
よび図１３に示す定常時リーン化積分ゲインマップと定
常時リッチ化積分ゲインマップとから、リーン化積分ゲ
インＩGLとリッチ化積分ゲインＩGRとを検索する。これ
ら定常時積分ゲインマップでは、両積分ゲイン（ＩGL20
〜ＩGL29およびＩGR20〜ＩGR29）が小さな値に設定され
ているため、比較的遅い速度で空燃比補正係数ＫAF（す
なわち、開弁時間Ｔinj ）が増減する。その結果、空燃
比のオーバシュートに起因するトルク変動が抑制され、
乗心地等の悪化が防止されることになる。

【００３９】一方、ストイキオフィードバック制御中に
加減速が行われ、ステップＳ４２の判定がＹesになる
と、ＥＣＵ７０は、リーン側オープンループ制御から移
行した場合と同様に、ステップＳ４６以降の処理を行
う。この場合も、過渡時積分ゲインマップを用いること
により、比較的早い速度で空燃比補正係数ＫAFが増減
し、空燃比の理論空燃比からのずれが解消される。した
がって、加減速により空燃比が理論空燃比から大きくず
れた場合にも、Ｏ₂センサの出力信号は短時間で反転を
開始し、フィードバック制御が早期に安定することにな
る。

【００４０】本実施例では、このような燃料噴射制御を
行うようにしたため、従来の筒内噴射ガソリンエンジン
で問題となっていた、空燃比フィードバック制御におけ
る、空燃比のオーバシュートによるトルク変動の防止
と、過渡運転時における制御安定性とを両立させること
が可能となった。以上で、具体的実施例の説明を終える
が、本発明の態様はこの実施例に限るものではない。例
えば、上記実施例は本発明を直列４気筒の筒内噴射ガソ
リンエンジンに適用したものであるが、気筒数やその配
列が異なる種々のエンジンに適用してもよいし、メタノ
ール等のガソリン以外の燃料を使用するエンジンに適用
してもよい。また、上記実施例では、過渡運転時と定常
運転時とで、積分ゲインのみを変更するようにしたが、
比例ゲインも併せて変更してもよい。また、制御ゲイン
の変更にあたっては、マップ自体の変更は行わずに、所
定の係数を乗じるようにしてもよい。また、制御システ
ムの具体的構成や制御の手順については、本発明の主旨
を逸脱しない範囲で変更することが可能である。

【００４１】

【発明の効果】本発明の請求項１の燃料噴射制御装置に
よれば、理論空燃比に基づくストイキオフィードバック
制御と、希薄空燃比に基づくリーン側オープンループ制
御とを行う筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制
御装置において、上記内燃機関の加減速状態を検出する
加減速状態検出手段と、ストイキオフィードバック制御
下において、上記加減速状態検出手段により上記内燃機
関が加減速状態にあることが検出されると、当該ストイ
キオフィードバック制御に用いられる制御ゲインを所定
期間に亘って上記加減速状態の検出以前の制御ゲインよ
り大きくする制御ゲイン変更手段とを備え、上記ストイ
キオフィードバック制御は上記内燃機関の排気系に設け
られたＯ ₂ センサの出力に応じて行われるものであり、
上記所定期間は上記加減速状態が検出された時点から、
その後の上記Ｏ ₂ センサの出力反転回数が所定値に達し
た後に所定時間経過するまでの期間であるようにしたた
め、例えば、制御ゲイン変更手段が一時的にフィードバ
ック制御の制御ゲインを大きくすることにより、空燃比
が理論空燃比からずれている期間が短縮される一方、フ
ィードバック制御が安定した後は空燃比のオーバシュー
トが防止され、トルク変動に起因する乗心地の悪化等が
生じなくなり、しかも、上記所定期間をＯ ₂ センサの出
力に応じて設定するため、過渡運転時におけるフィード
バック制御の安定が短期間で得られる。

【００４２】また、請求項２によれば、理論空燃比に基
づくストイキオフィードバック制御と、希薄空燃比に基
づくリーン側オープンループ制御とを行う筒内噴射型火
花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置において、上記内
燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、この
運転状態検出手段の検出結果に応じて上記ストイキオフ
ィードバック制御と上記リーン側オープンループ制御と
を切り換える切換手段と、この切換手段によりリーン側
オープンループ制御からストイキオフィードバック制御
に切り換えられたとき、当該ストイキオフィードバック
制御に用いられる制御ゲインを所定期間に亘って大きく
し、上記所定期間経過後は上記所定期間中の制御ゲイン
より小さい値とする制御ゲイン変更手段とを備え、上記
ストイキオフィードバック制御は上記内燃機関の排気系
に設けられたＯ ₂ センサの出力に応じて行われるもので
あり、上記所定期間は上記切換が行われた時点から、そ
の後の上記Ｏ ₂ センサの出力反転回数が所定値に達した
後に所定時間経過するまでの期間であるようにしたた
め、例えば、制御ゲイン変更手段が一時的にフィードバ
ック制御の制御ゲインを大きくすることにより、空燃比
センサの出力信号を短期間で反転させてフィードバック
制御を安定させる一方、フィードバック制御が安定した
後は空燃比のオーバシュートが防止され、トルク変動に
起因する乗心地の悪化等が生じなくなり、しかも、上記
所定期間をＯ ₂ センサの出力に応じて設定するため、過
渡運転時におけるフィードバック制御の安定が短期間で
得られる。

【００４３】また、請求項３によれば、請求項１または
２の燃料噴射制御装置において、上記制御ゲイン変更手
段が変更する制御ゲインは少なくとも積分ゲインとした
ため、燃料噴射弁の開弁時間の変化速度が高まり、空燃
比が理論空燃比からずれている期間が短縮されてフィー
ドバック制御が短期間で安定する。

【００４４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエンジン制御システムの一実施例
を示す概略構成図である。

【図２】実施例に係る筒内噴射ガソリンエンジンの縦断
面図である。

【図３】実施例に係る燃料噴射制御マップである。

【図４】実施例における後期噴射モード時の燃料噴射形
態を示す説明図である。

【図５】実施例における前期噴射モード時の燃料噴射形
態を示す説明図である。

【図６】ストイキオフィードバック制御サブルーチンの
手順を示すフローチャートである。

【図７】空燃比補正係数算出サブルーチンの手順を示す
フローチャートである。

【図８】積分ゲイン変更サブルーチンの手順を示すフロ
ーチャートである。

【図９】実施例に用いられる比例ゲインマップである。

【図１０】実施例に用いられる過渡時リーン化積分ゲイ
ンマップである。

【図１１】実施例に用いられる過渡時リッチ化積分ゲイ
ンマップである。

【図１２】実施例に用いられる定常時リーン化積分ゲイ
ンマップである。

【図１３】実施例に用いられる定常時リッチ化積分ゲイ
ンマップである。

【符号の説明】

１エンジン４燃料噴射弁１３吸気ポート１７クランク角センサ１９点火コイル２１吸気マニホールド２３スロットルボディ２４ＩＳＣＶ２５吸気管２６エアバイパスパイプ２７ＡＢＶ３１ブースト圧センサ４０Ｏ₂センサ４１排気マニホールド４２三元触媒４３排気管４５ＥＧＲバルブ５０燃料タンク５１低圧燃料ポンプ５５高圧燃料ポンプ５７デリバリパイプ７０ＥＣＵ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 41/14 ３１０Ｆ０２Ｄ 41/14 ３１０Ｌ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/02 325 F02D 41/04 305 F02D 41/10 305 F02D 41/12 305 F02D 41/14 310

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】理論空燃比に基づくストイキオフィード
バック制御と、希薄空燃比に基づくリーン側オープンル
ープ制御とを行う筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料
噴射制御装置において、上記内燃機関の加減速状態を検出する加減速状態検出手
段と、ストイキオフィードバック制御下において、上記加減速
状態検出手段により上記内燃機関が加減速状態にあるこ
とが検出されると、当該ストイキオフィードバック制御
に用いられる制御ゲインを所定期間に亘って上記加減速
状態の検出以前の制御ゲインより大きくする制御ゲイン
変更手段とを備え、上記ストイキオフィードバック制御は上記内燃機関の排
気系に設けられたＯ ₂ センサの出力に応じて行われるも
のであり、上記所定期間は上記加減速状態が検出された時点から、
その後の上記Ｏ ₂ センサの出力反転回数が所定値に達し
た後に所定時間経過するまでの期間であることを特徴と
する筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装
置。
【請求項２】理論空燃比に基づくストイキオフィード
バック制御と、希薄空燃比に基づくリーン側オープンル
ープ制御とを行う筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料
噴射制御装置において、上記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段
と、この運転状態検出手段の検出結果に応じて上記ストイキ
オフィードバック制御と上記リーン側オープンループ制
御とを切り換える切換手段と、この切換手段によりリーン側オープンループ制御からス
トイキオフィードバック制御に切り換えられたとき、当
該ストイキオフィードバック制御に用いられる制御ゲイ
ンを所定期間に亘って大きくし、上記所定期間経過後は
上記所定期間中の制御ゲインより小さい値とする制御ゲ
イン変更手段とを備え、上記ストイキオフィードバック制御は上記内燃機関の排
気系に設けられたＯ ₂ センサの出力に応じて行われるも
のであり、上記所定期間は上記切換が行われた時点から、その後の
上記Ｏ ₂ センサの出力反転回数が所定値に達した後に所
定時間経過するまでの期間であることを特徴とする筒内
噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】上記制御ゲイン変更手段が変更する制御
ゲインは少なくとも積分ゲインであることを特徴とする
請求項１または２記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関
の燃料噴射制御装置。