JPH09264170A - エンジンの制御装置 - Google Patents

エンジンの制御装置

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JPH09264170A
JPH09264170A JP8103207A JP10320796A JPH09264170A JP H09264170 A JPH09264170 A JP H09264170A JP 8103207 A JP8103207 A JP 8103207A JP 10320796 A JP10320796 A JP 10320796A JP H09264170 A JPH09264170 A JP H09264170A
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air
ignition timing
cylinder
correction
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Hirobumi Nishimura
博文 西村
Tomomi Watanabe
友巳 渡辺
Junichi Taga
淳一 田賀
Michihiro Imada
道宏 今田
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Mazda Motor Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リーンバーン運転時に燃焼安定性を保ち得る
範囲で空燃比をできるだけリーン化するとともに、点火
時期を適正に制御することにより、燃費改善及びエミッ
ション向上の効果をより一層高める。 【解決手段】 リーン運転領域で空燃比をリーンに制御
するリーン空燃比制御手段４３と、点火時期制御手段４
４とを備え、リーン空燃比制御手段４３は、燃焼安定限
界付近の設定空燃比となるように基本的な空燃比制御量
を設定する基本空燃比制御手段４５と、各気筒の燃焼状
態を判別する燃焼状態判別手段４６と、この燃焼状態判
別手段４６による判別に基づいて空燃比制御量を補正す
る空燃比補正手段４７とを有する。また、点火時期制御
手段４４は、上記空燃比補正手段４７による補正に応じ
て点火時期を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リーンバーン運転
時に空燃比及び点火時期を制御するエンジンの制御装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、燃費改善等のため、所定の運
転領域で空燃比を所定のリーン空燃比に制御するように
したリーンバーンエンジンは種々開発されている。例え
ば、リーン空燃比の検出が可能なリニアＯ2 センサを用
い、所定の運転領域で上記リニアＯ2 センサの出力に基
づいて予め設定された目標リーン空燃比となるようにフ
ィードバック制御するようにしたものがある。
【０００３】また、上記リニアＯ2 センサを用いるとセ
ンサ自体及びこれに接続される増幅器等が高価であって
コストアップを招くため、リニアＯ2 センサを用いず
に、しかも精度良くリーン空燃比制御を行うことができ
る装置として、例えば特公平１−４７６１４号公報に示
されるように、理論空燃比のみ検出可能なλＯ2 センサ
を用い、理論空燃比に制御するときにλＯ2 センサの出
力に基づいて空燃比をフィードバック制御するととも
に、このフィードバック制御に基づいて基本噴射量を学
習補正し、この学習が完了した後にリーンバーン運転に
移行し、学習補正を反映させつつ、空燃比を予め設定さ
れたリーン空燃比とすべく燃料噴射量をオープン制御す
るようにした制御装置も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、空燃比のリ
ーン化を図る場合に、燃焼安定限界はエンジンの個体差
等によって異なるとともにエンジンの各気筒によっても
異なるため、上記公報に示されるように予め設定された
リーン空燃比となるように制御するだけでは、燃焼性を
良好に保つためにリーンバーン時の空燃比を燃焼安定限
界よりもかなりリッチ側に設定せざるを得ない。そこ
で、所定のリーン空燃比とするように燃料噴射量を制御
するとともに、クランク軸の角速度の検出等に基づいて
燃焼状態を判別し、この燃焼状態に応じて燃料噴射量を
補正することにより、燃焼安定性を損なわない範囲でよ
り一層のリーン化を図るようにしたものも提案されてい
る（例えば特開平７−３１０５７０号公報参照）。
【０００５】このようにした場合、リーンバーン運転時
の空燃比は、燃焼状態に応じた燃料噴射量の補正によ
り、予め設定された空燃比から変動する。一方、点火時
期は予め設定された空燃比で最適点火時期となるように
設定されているため、上記のように空燃比が変動すると
点火時期が変動後の空燃比に対する最適値からずれ、こ
れによってＮＯｘの増大や燃焼性の悪化を招く可能性が
ある。
【０００６】本発明は、上記の事情に鑑み、リーンバー
ン運転時に燃焼安定性を保ち得る範囲で空燃比をできる
だけリーン化するとともに、点火時期を適正に制御する
ことにより、燃費改善及びエミッション向上の効果をよ
り一層高めることができるエンジンの制御装置を提供す
ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、所定運転領域で空燃比を理論空燃比より
も大きい燃焼安定限界付近の空燃比に制御するようにし
たエンジンの制御装置において、上記所定運転領域での
制御時に上記燃焼安定限界付近の空燃比を設定してその
設定空燃比となるように基本的な空燃比制御量を設定す
る基本空燃比制御手段と、各気筒の燃焼状態を判別する
燃焼状態判別手段と、この燃焼状態判別手段による判別
に基づいて空燃比制御量を補正する空燃比補正手段と、
上記所定運転領域で設定空燃比に応じて点火時期を設定
するとともに上記空燃比補正手段による補正に応じて点
火時期を補正する点火時期制御手段とを設けたものであ
る。
【０００８】この装置によると、上記所定運転領域での
制御時に、空燃比がリーンに設定されるとともに、燃焼
状態に応じて空燃比制御量が補正されることにより、燃
焼安定性が保たれる範囲で空燃比が可及的にリーン化さ
れるように調整される。また、このような空燃比制御量
の補正に対応して点火時期が補正されることにより、燃
焼状態に応じて変化する空燃比に対して点火時期が適正
に調整される。
【０００９】この装置において、理論空燃比を検出する
空燃比センサと、理論空燃比で燃焼を行わせるべき運転
条件にあるとき上記空燃比センサの出力に基づいて空燃
比をフィードバック制御するフィードバック制御手段
と、このフィードバック制御手段による制御に基づいて
空燃比制御量の学習値を求める学習手段とを備え、上記
基本空燃比制御手段は上記学習値を反映させつつ設定空
燃比に応じた空燃比制御量を設定するものであることが
好ましい。
【００１０】このようにすると、基本空燃比制御手段に
よって求められる空燃比制御量が設定空燃比に正しく対
応し、これを基本にした空燃比制御量の補正及び点火時
期の補正が精度良く行われる。
【００１１】上記空燃比補正手段は、燃焼状態判別手段
による判別結果に基づき、燃焼状態の不安定度が所定許
容範囲より大きくなるとリッチ方向に、また所定許容範
囲より小さくなるとリーン方向に空燃比制御量を補正す
るようにしておけばよく、こうすることにより、不安定
度が所定許容範囲内となる燃焼安定限界に空燃比が調整
される。
【００１２】上記点火時期制御手段は、上記空燃比補正
手段による空燃比制御量の補正がリッチ方向の場合には
点火時期を遅角方向に、また空燃比制御量の補正がリー
ン方向の場合には点火時期を進角方向に補正するように
しておけばよく、こうすることにより、空燃比の変化に
応じて点火時期が適正に補正される。
【００１３】上記空燃比補正手段は気筒別に空燃比制御
量を補正するものであり、上記点火時期制御手段は空燃
比制御量の補正に応じて気筒別に点火時期を補正するも
のである。あるいは、上記点火時期制御手段は気筒別の
空燃比制御量の補正値を平均化した値に応じて全気筒の
点火時期を一律に補正するものであってもよい。あるい
はまた、上記点火時期制御手段は気筒別の空燃比制御量
の補正値を平均化した値に応じて全気筒の点火時期を一
律に補正した上で、気筒別の空燃比制御量の平均補正値
に対する各気筒の空燃比制御量の偏差でもって、さらに
点火時期を気筒別に微調整するものであってもよい。
【００１４】気筒別に点火時期を補正するようにしてお
けば、各気筒の燃焼条件のばらつきが主たる要因となっ
て気筒別の空燃比制御量補正値にばらつきが生じるよう
な場合に、それに応じて各気筒の点火時期が適正に調整
されることとなる。また、全気筒の点火時期を一律に補
正するようにしておけば、インジェクタの燃料噴射特性
のばらつきが主たる要因となって気筒別の空燃比制御量
補正値にばらつきが生じるような場合に、それに応じて
点火時期が適正に調整されることとなる。さらには、全
気筒の点火時期を一律に補正した上で、気筒別に微調整
するようにしておけば、各気筒の燃焼条件とインジェク
タの燃料噴射特性の両方のばらつきが要因となるような
場合でも点火時期が適正に調整されることとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明が適用されるエンジンの概
略構造を示しており、このエンジンは、例えば直列４気
筒４サイクルガソリンエンジンであり、４つの気筒を有
するエンジン本体１とこれに対する吸気系及び排気系を
備えている。上記エンジン本体１の各気筒には、ピスト
ン２の上方に燃焼室３が形成され、この燃焼室３に吸気
ポート４及び排気ポート５が開口し、これらのポート
４，５に吸気弁６及び排気弁７が設けられている。ま
た、点火プラグ８が上記燃焼室３に臨むようにエンジン
本体１に取り付けられている。この点火プラグ８は、点
火時期の電子制御が可能なイグナイタ等を含む点火回路
９に接続されている。
【００１６】上記エンジン本体１に取付けられたクラン
ク軸の端部には、外周部所定数箇所に突起１２を有する
被検出用プレート１１が設けられ、この被検出用プレー
ト１１の外周に対応する箇所に電磁ピックアップ等から
なるクランク角センサ１３が配置されている。そして、
クランク軸とともに被検出用プレート１１が回転するエ
ンジン作動中に、上記突起１２がクランク角センサ１３
を通過したときにクランク角センサ１３からパルス信号
が出力されるようになっている。なお、エンジン本体１
には冷却水の温度を検出する水温センサ１４等も装備さ
れている。
【００１７】エンジンの吸気系は、エアクリーナ１５を
介して導入した吸気をエンジン本体１に導く吸気通路１
６を備え、この吸気通路１６は、上流側の共通吸気通路
１７と、その下流に位置するサージタンク１８と、この
サージタンク１８から各気筒の吸気ポート４に至る気筒
別吸気通路１９とを有している。上記共通吸気通路１７
には、吸入空気量を検出するエアフローメータ２１及び
吸入空気量調節用のスロットル弁２２が配設され、また
スロットル弁２２をバイパスするＩＳＣ通路２３及びこ
の通路２３を開閉するＩＳＣバルブ２４が具備されてい
る。さらに、吸気温度を検出する吸気温センサ２５、ス
ロットル弁２２の全閉を検出するアイドルスイッチ２
６、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ２
７等が取り付けられている。
【００１８】上記気筒別吸気通路１９の下流端近傍に
は、燃料を噴射供給するインジェクタ２８が装備されて
いる。このインジェクタ２８は、図外の燃料ポンプによ
り燃料通路を介して供給される燃料を吸気ポート４に向
けて噴射するものであり、後記ＥＣＵ４０からの信号
（噴射パルス）に応じて作動し、噴射パルス幅に応じた
時間だけ開弁するようになっている。なお、後記リーン
バーン運転時の燃焼性向上のため、上記気筒別吸気通路
１９の下流側をプライマリ通路（図示せず）とセカンダ
リ通路１９ａとに分岐させ、これらの通路の下流端の２
つの吸気ポート４を燃焼室３に開口させるとともに、そ
のセカンダリ通路１９ａにスワールコントロール弁２９
を設け、リーンバーン運転時等に上記スワールコントロ
ール弁２９を閉じることにより燃焼室３内にスワールを
生成させるようにしておくことが好ましい。
【００１９】一方、エンジンの排気系は、各気筒の排気
ポート５に通じる排気通路３１を備えている。この排気
通路３１には、λＯ2 センサ３２が設けられるととも
に、その下流側に、排気浄化用の触媒装置３３が設けら
れている。上記λＯ2 センサ３２は排気ガス中の酸素濃
度を検出することによって燃焼室３に供給された混合気
の空燃比を検出するもので、理論空燃比で出力が急変す
るようになっている。また、触媒装置３３は、排気ガス
中のＮＯｘ等の有害成分を浄化するもので、好ましく
は、リーン状態でもＮＯｘを浄化する機能を有するもの
が用いられる。
【００２０】４０はエンジン制御用のコントロールユニ
ット（ＥＣＵ）であり、マイクロコンピュータ等で構成
されている。このコントロールユニット４０には、上記
クランク角センサ１３、水温センサ１４、エアフローメ
ータ２１、吸気温センサ２５、アイドルスイッチ２６、
スロットル開度センサ２７、λＯ2 センサ３２等からの
各検出信号が入力されている。また、このＥＣＵ４０か
ら、上記インジェクタ２８に対して燃料噴射を制御する
信号が出力されるとともに、点火回路９に対して点火時
期を制御する信号が出力され、さらにＩＳＣバルブ２４
のアクチュエータ２４ａ及びスワールコントロール弁２
９のアクチュエータ２９ａ等にも制御信号が出力されて
いる。
【００２１】上記コントロールユニット４０は、図２に
示すように、フィードバック制御手段４１、学習手段４
２、リーン空燃比制御手段４３及び点火時期制御手段４
４を有している。そして、図３に示すようにアイドル運
転領域を除く所定運転領域（例えばアイドル運転領域以
外を除く略全領域）がリーン運転領域とされ、エンジン
暖機後には上記アイドル運転領域で上記フィードバック
制御手段４１による空燃比制御が行われる一方、リーン
運転領域で上記リーン空燃比制御手段４３による空燃比
制御が行われ、また、エンジン暖機前の半暖機状態（例
えば水温が５０〜６０°Ｃの範囲）にあるときに、上記
フィードバック制御手段４１による空燃比制御及び上記
学習手段４２による学習が行われるようになっている。
【００２２】上記フィードバック制御手段４１は、エア
フローメータ出力及びエンジン回転数等に基づいて求め
られる基本噴射量に、λＯ2 センサ３２の出力に基づく
フィードバック補正量を加味することにより、空燃比を
理論空燃比とするようにフィードバック制御を行うもの
である。また、学習手段４２は、上記半暖機状態にある
ときの空燃比のフィードバック制御に基づいて燃料噴射
量（空燃比制御量）の学習補正値を求めるものである。
【００２３】上記リーン空燃比制御手段４３は、空燃比
を理論空燃比よりも大きくて燃焼安定限界に近い空燃比
に制御するものであり、基本空燃比制御手段４５、燃焼
状態判別手段４６及び空燃比補正手段４７を含んでい
る。
【００２４】上記基本空燃比制御手段４５は、上記燃焼
安定限界付近の空燃比を設定し、吸入空気量及びエンジ
ン回転数等に基づいて求められる基本噴射量と設定空燃
比に応じた補正係数と上記学習補正値等から設定空燃比
に見合う燃料噴射量を求めるものである。また、上記燃
焼状態判別手段４６は、クランク角センサの出力に基づ
いて求められるエンジン回転の角速度から角速度変動を
調べ、その角速度変動に基づいて各気筒の燃焼状態を判
別するものである。
【００２５】上記空燃比補正手段４７は、上記燃焼状態
判別手段による判別に基づき、燃料噴射量を補正するも
のであり、燃焼状態の不安定度（ラフネス）が所定許容
範囲より大きくなるとリッチ方向に、また所定許容範囲
より小さくなるとリーン方向に補正するようになってい
る。
【００２６】また、上記点火時期制御手段４４は、上記
リーン空燃比制御手段４３によるリーン空燃比制御が行
われているときには、上記設定空燃比に応じて点火時期
を設定するとともに、上記空燃比補正手段４７による補
正に応じて点火時期を補正するものであり、上記空燃比
補正手段４７による空燃比制御量の補正がリッチ方向の
場合には点火時期を遅角方向に、また空燃比制御量の補
正がリーン方向の場合には点火時期を進角方向に補正す
るようになっている。
【００２７】このような制御装置による空燃比の制御
を、図４〜図６フローチャートによって説明する。
【００２８】図４のフローチャートに示すメインルーチ
ンがスタートすると、先ずエンジン水温、λＯ2 センサ
出力、エアフローメータ出力、エンジン回転数等が読込
まれる（ステップＳ１）。次に、エンジン水温Ｔw が半
暖機状態に相当する基準値Ｔw0（例えば５０°Ｃ）以上
か否かが判定される（ステップＳ２）。そして、エンジ
ン水温Ｔw が基準値Ｔw0以上になれば、学習条件成立か
否かが判定される（ステップＳ３）。この場合、例えば
アイドル領域以外で、かつ、λＯ2 センサ出力に基づく
フィードバック制御が行われるような場合に学習条件成
立とされ、学習制御（ステップＳ４）に移行する。
【００２９】この学習制御においては、図１１に示すよ
うに、燃料噴射量ＴI が、吸入空気量及びエンジン回転
数から求められる基本噴射量ＴI0と、空燃比補正係数Ｃ
af(ここでは理論空燃比とすべくＣaf＝１)と、後に詳述
する体積効率補正係数Ｃveと、λＯ2 センサ出力に応じ
たフィードバック補正値Ｃfbと、学習補正値Ｃlrnp(未
学習時はＣlrnp＝０)とから、
【００３０】
【数１】ＴI＝Ｃaf・ＴI0・Ｃve＋Ｃfb＋Ｃlrnp と演算され、この噴射量ＴI で燃料噴射が行われる（ス
テップＳ４０１）。また、所定サンプル時期にフィード
バック補正値Ｃfbがサンプリングされ（ステップＳ４０
２，Ｓ４０３）、所定サンプル数（例えば１６）となっ
たときにその所定数のフィードバック補正値Ｃfbの平均
値から学習補正値Ｃlrnpの演算され、メモリに記憶され
る（ステップＳ４０４，Ｓ４０５）。なお、所定サンプ
ル数に達する前でも、最小有効数（例えば４）以上とな
ったときには、その平均値に基づいて暫定的な学習補正
値Ｃlrnpが求められる（ステップＳ４０６，Ｓ４０
７）。
【００３１】このようにしてエンジンが暖機状態になる
前に学習制御が行われるが、この場合に水温が学習補正
値Ｃlrnpに影響を及ぼし、図７に示すように水温が著し
く低いとき学習補正値は暖機状態やこれに近い水温での
学習補正値から大きくずれ、精度の悪いものとなる。こ
のため、前述のステップＳ２での判定に基づき、水温Ｔ
w が基準値Ｔw0よりも低ければ学習を行わず、基準値Ｔ
w0よりも高いとき、つまり暖機状態に比較的近い半暖機
状態となったときに学習を行うようにする。さらに望ま
しくは、予め調べた図７に示すような傾向に基づき、学
習時の水温に応じて学習値を補正するようにしておけば
よい。
【００３２】図４のステップＳ４に続くステップＳ５で
は、リーンバーン開始条件成立か否かが判定され、この
判定では、水温が暖機状態に相当する所定温度（例えば
６０°Ｃ）以上で、かつ、運転状態がリーン運転領域に
ある場合にリーンバーン開始条件成立とされる。リーン
バーン開始条件成立と判定されたときには、さらにステ
ップＳ６で、例えば上記学習制御によって少なくとも暫
定的な学習補正値Ｃlrnpが求められたか否かにより、学
習済みか否かが判定される。そして、ステップＳ５，Ｓ
６のいずれかで判定がＮＯのときはステップＳ４に戻
る。
【００３３】ステップＳ５，Ｓ６の判定がともにＹＥＳ
となったときには、所定リーン空燃比（設定空燃比）と
するための燃料噴射量ＴI1が
【００３４】
【数２】ＴI1＝Ｃaf・ＴI0・Ｃve＋Ｃfb＋Ｃlrnp と演算される（ステップＳ７）。ここで、所定リーン空
燃比が得られるように空燃比補正係数Ｃafは１よりも小
さい所定値とされ、フィードバック補正値Ｃfbは０とさ
れる。学習補正値Ｃlrnpとしては、上記学習制御（ステ
ップＳ４）で求められてメモリに記憶されている値が読
み出される。このように学習制御により求められた学習
補正値Ｃlrnpがリーンバーン運転時の燃料制御量の演算
に反映されることにより、リーンバーン運転時の空燃比
制御がリニアＯ2 センサによらずに行われながら、イン
ジェクタ２８のばらつき等による誤差分が学習により是
正されて、精度良く制御が行われる。
【００３５】また、上記演算式中の体積効率補正係数Ｃ
veは、エアフローメータ出力に基づく見掛け上の体積効
率と真の体積効率とのずれ、つまりエアフローメータ出
力の算出値と実際にエンジンに吸入される値とのずれを
修正するものである。そして、このようなずれはエンジ
ンの特性に関係し、運転領域によって変化するものであ
ることから、上記体積効率補正係数Ｃveは、予め、運転
領域毎に実験データに基づいて設定され、マップとして
メモリに記憶されており、このマップから、そのときの
運転状態に応じた体積効率補正係数Ｃveが求められる。
【００３６】この体積効率補正係数Ｃveによる運転状態
に応じた補正は、上記ステップＳ４での学習制御時の燃
料噴射量の演算においても行われる。そして、運転領域
によって変化する誤差分が体積効率補正係数Ｃveで吸収
されることにより、運転領域に拘らない燃料系誤差分の
みを学習で是正することが可能となり、運転領域が変わ
っても学習値は殆ど変化しない。従って、上記学習制御
において学習値を運転領域毎に求める必要はなく、一部
の運転領域で求めた学習値を、リーンバーン時のステッ
プＳ７の演算の際に各運転領域で反映させるようにする
ことができる。
【００３７】上記ステップＳ７に続いてステップＳ８で
は、燃焼状態の判別に応じた制御であるラフネス制御が
行われ、具体的には図６に示すような処理が行われる。
【００３８】このラフネス制御においては、クランク角
センサから１３からクランク角信号が入力され（ステッ
プＳ１１）、クランク角信号の時間間隔の計測に基づい
て所定クランク角区間の周期が算出され（ステップＳ１
２）、それに基づいて角速度ωが算出される（ステップ
Ｓ１３）。
【００３９】ここで、角速度検出を行う区間の好ましい
設定を、図８及び図９を参照しつつ説明する。
【００４０】図８は直列４気筒４サイクルガソリンエン
ジンにおいてトルク及び角速度の変化を、横軸をクラン
ク角として示したものであり、各気筒での燃焼によるガ
ス圧トルクと慣性トルクとの合成トルクは、正常燃焼時
は太い実線で示すようになる。そして、角速度は正常燃
焼時に実線Ａのようになり、点火後の燃焼圧上昇に伴っ
て角速度が上昇し、燃焼終了に伴い角速度が低下する。
一方、第１気筒に失火が生じた場合に角速度の変化は破
線Ｂのようになり、膨張行程の半ばから、燃焼圧低下に
伴う角速度低下が顕著になって、正常燃焼時との差が増
大する。また、失火した気筒の次の気筒（第３気筒）で
は、前気筒の失火の影響が残って膨張行程の前半には角
速度が低いレベルにあるが、行程が進むにつれて次第に
正常時の角速度に近づく。
【００４１】また、図９は燃焼圧と角速度変動との相関
関係を表すものであって、横軸は１つの気筒の圧縮上死
点（ＡＴＤＣ）を０°としたクランク角（ＣＡ）を表
し、縦軸は相関係数を表している。ここで、相関係数と
は、当該気筒の燃焼状態（燃焼圧）が角速度に及ぼす影
響の度合を示すものであり、この値が正であれば、当該
気筒の燃焼圧の変動と角速度変動との相関が高いことを
意味し、この値が負であれば、当該気筒よりも前気筒の
燃焼圧変動の方が角速度変動に大きく影響することを意
味する。
【００４２】図８及び図９から明らかなように、燃焼が
略終了するクランク角（ＡＴＤＣ４０°ＣＡ程度）から
次気筒の燃焼開始時期付近のクランク角（ＡＴＤＣ２０
０°ＣＡ程度）までの範囲で燃焼圧と角速度変動との相
関性が高く、この範囲のうちでも、ガス圧トルクが低下
してからトルク変曲点（ＡＴＤＣ９０°ＣＡ程度）を経
た後の、慣性トルクが大きくなる期間Ｘ（ＡＴＤＣ１０
０°ＣＡ〜ＡＴＤＣ２００°ＣＡ）において上記相関係
数が高くなる。従って、ＡＴＤＣ４０°ＣＡ〜ＡＴＤＣ
２００°ＣＡの範囲内、とくにＡＴＤＣ１００°ＣＡ〜
ＡＴＤＣ２００°ＣＡの範囲内で角速度を検出してその
変動を調べれば、燃焼状態判別の精度が高められる。ま
た、中速域ないし高速域でも角速度検出時間を充分に確
保するため、角速度検出のクランク角区間を６０°ＣＡ
以上としておくことが好ましい。
【００４３】そこで、例えば図１０に示すように、各気
筒のＡＴＤＣ１０４°ＣＡとＡＴＤＣ１７４°ＣＡとが
検出されるように被検出プレート１１の突起１２の配置
及びクランク角センサ１３の配置が設定され、これらの
検出ポイント間の７０°ＣＡの区間の角速度が求められ
るようになっている。
【００４４】上記ステップＳ１３の角速度検出に続いて
は、気筒判別が行われ（ステップＳ１４）、それに基づ
いてステップＳ１５以下の処理が気筒別に行われる。こ
の気筒別の処理としては、先ず上記角速度のデータか
ら、燃焼状態の判別にとってノイズとなる要素が除去さ
れつつ、角速度の変動が求められる。
【００４５】すなわち、燃焼状態の変動以外で角速度変
動を生じるノイズ的要素として、爆発を加振源とした共
振の影響による角速度変動、車輪や駆動系のアンバラン
スに起因して車輪回転に伴って生じる角速度変動、路面
からタイヤに作用する振動の影響による角速度変動等が
あり、図１１に示すように、上記共振の影響による爆発
回転次数成分のノイズはエンジン回転の０．５次及びそ
の整数倍の周波数で生じ、上記アンバランスに起因した
車輪回転に伴うノイズや路面の影響によるノイズはエン
ジン回転の０．５次よりも低い低周波数域内で生じる。
【００４６】そこで、先ず角速度の検出データからエン
ジン回転の０．５次及びその整数倍の周波数成分とエン
ジン回転の０．５次よりも低い周波数域成分とが除去さ
れつつ、角速度の変動が求められる。具体的には、同一
気筒の角速度の今回値ω[i]と前サイクルの値ω[i-4]と
の偏差ｄω[i]が算出され（ステップＳ１５）、これに
よって図１２のようにエンジン回転の０．５次及びその
整数倍の周波数成分が除去される。さらに、上記偏差ｄ
ω[i]から低周波成分を除去するハイパスフィルター
（例えばＦＩＲ型の回転同期のデジタルフィルター）と
しての演算処理が行われ（ステップＳ１６）、これによ
って図１３に示すように０．５次よりも低い周波数域成
分が充分に低減される。
【００４７】図６においてステップＳ１６に続くステッ
プＳ１７ではリーン運転領域か否かが判定され、リーン
運転領域にある場合、上記空燃比補正手段４７の機能を
果たす処理として、ステップＳ１８〜Ｓ２１でラフネス
（角速度変動）に応じた空燃比の補正が行われる。すな
わち、ラフネスの許容限界に相当する第１設定値が定め
られて、ラフネスが第１設定値を超えたか否かが判定さ
れ（ステップＳ１８，Ｓ１９）、第１設定値以下であれ
ば、これより所定量だけ低い第２設定値が定められて、
ラフネスが第２設定値よりも低くなったか否かが判定さ
れる（ステップＳ２０，Ｓ２１）。上記第１設定値及び
第２設定値は予め運転状態に対応づけたマップとして記
憶され、このマップからそのときの運転状態に応じた値
が求められる。そして、ラフネスが第１設定値と第２設
定値との間の不感帯（許容範囲）にある場合は、ラフネ
スに応じた燃料補正量がホールドされる（ステップＳ２
２）。一方、ラフネスが第１設定値を超えると、燃料噴
射量がリッチ方向（燃料増量方向）に補正され（ステッ
プＳ２３）、ラフネスが第２設定値よりも低くなると、
燃料噴射量がリーン方向（燃料減量方向）に補正される
（ステップＳ２４）。
【００４８】また、上記点火時期制御手段４４の処理と
して、設定空燃比に応じて基本点火時期が設定されると
ともに、上記空燃比補正に対応して点火時期が補正され
る。すなわち、燃料噴射量がリッチ方向に補正されたと
きはそれに応じて点火時期がリタード（遅角）され（ス
テップＳ２５）、燃料噴射量がリーン方向に補正された
ときはそれに応じて点火時期がアドバンス（進角）され
る（ステップＳ２６）。
【００４９】以上のような当実施形態の制御装置による
と、エンジン暖機後にリーン運転領域となったとき、上
記ステップＳ７で、燃焼安定限界付近の所定リーン空燃
比とするための噴射量が演算される。この場合、それ以
前の半暖機状態のときに行われた学習制御（ステップＳ
４）により求められている学習補正値Ｃlrnpが反映さ
れ、さらに体積補正係数Ｃve等も加味されることによ
り、上記所定リーン空燃比（設定空燃比）とするための
燃料噴射量が精度良く求められる。
【００５０】また、エンジンの固体差や気筒毎の性能の
ばらつき等により、上記所定リーン空燃比でも燃焼安定
限界を超えてしまって燃焼が不安定になっている場合
や、逆に燃焼安定限界まで余裕がありすぎる場合がある
が、このような場合に、燃焼不安定度（ラフネス）に応
じた燃料噴射量の補正（ステップＳ２３，Ｓ２４）及び
点火時期の補正（ステップＳ２５，Ｓ２６）が行われ
る。
【００５１】すなわち、図１４にも示すように、ラフネ
スが第１設定値より大きい場合には、第１設定値以下と
なるまで、燃料噴射量が次第にリッチ側に補正されて燃
焼状態が改善されるとともに、これに対応して点火時期
が次第にリタード側に補正される。一方、ラフネスが第
２設定値より小さい場合には、第２設定値以上となるま
で、燃料噴射量が次第にリーン側に補正されるととも
に、これに対応して点火時期が次第にアドバンス側に補
正される。
【００５２】そして、燃料噴射量が上記のように補正さ
れることにより、ラフネスが許容範囲（第１設定値と第
２設定値との間）内に保たれるように空燃比が調整さ
れ、各気筒別にこのような制御が行われることにより、
燃焼状態が悪化しない範囲でできるかぎり空燃比がリー
ンとされる。これにより、燃費が改善されるとともに、
空燃比のリーン化によりＮＯｘが低減され、エミッショ
ンも大幅に改善されることとなる。
【００５３】また、このようなラフネスに応じた燃料噴
射量の補正により空燃比が変化しても、それに応じた点
火時期補正によって最適な点火時期が得られ、エミッシ
ョン改善等の効果がさらに高められる。
【００５４】つまり、空燃比と点火時期、ラフネス及び
ＮＯｘ排出量との間には図１５に示すような関係があっ
て、最適点火時期は空燃比がリーンになる程進角側に移
行する。そして、リーンバーン運転時には、所定リーン
空燃比α0が得られるように基本的な燃料噴射量（ステ
ップＳ７で演算される噴射量）が定められるとともに、
基本点火時期が上記所定リーン空燃比α0のときの最適
点火時期に設定されるが、この設定によるだけでは、上
記ラフネス制御によって空燃比がリッチ側（α1側）に
ずれたとき点火時期が最適時期より進み側（図１５中に
丸印で示す）となってＮＯｘ排出量の増加を招き、また
空燃比がリーン側（α2側）にずれたとき点火時期が最
適時期より遅れ側（図１５中に三角印で示す）となって
燃焼安定性の低下を招く。
【００５５】そこで、上記のように点火時期が補正され
ることにより、できるかぎりＮＯｘ排出量が低減される
とともに、燃焼安定性が高められる。そして、空燃比の
燃焼安定限界が高められることから、ラフネスに応じて
燃料噴射量を補正する制御との相乗作用により、空燃比
のリーン化が促進され、燃費及びエミッションがより一
層改善されることとなる。
【００５６】なお、本発明の方法及び装置は上記実施形
態に限定されるものではなく、種々変更可能である。
【００５７】例えば、上記実施形態の制御では、気筒別
にラフネスに応じた燃料噴射量の補正を行うとともに、
それに応じて点火時期の補正も気筒別に行っているが、
ラフネスに応じた気筒別の燃料噴射量の補正値を平均化
した値に応じて、全気筒の点火時期を一律に補正するよ
うにしてもよい。あるいはまた、気筒別の空燃比制御量
の補正値を平均化した値に応じて全気筒の点火時期を一
律に補正した上で、気筒別の空燃比制御量の平均補正値
に対する各気筒の空燃比制御量の偏差でもって、さらに
点火時期を気筒別に微調整するようにしてもよい。とく
に、ラフネスに応じた燃料噴射量の補正値の気筒毎のば
らつきがどのような要因によるものであるかを予め調べ
ておき、その要因に応じ、点火時期の補正を気筒別に行
う手法と、一律に行う手法と、一律に行った上で空に気
筒別に補正する手法のいずれかを採用すればよい。
【００５８】具体的に説明すると、ラフネスに応じた燃
料噴射量の補正値に気筒毎のばらつきが生じる場合、そ
の要因としては、各気筒の燃焼条件のばらつきと、各気
筒にそれぞれ装備されるインジェクタ２８の燃料噴射特
性のばらつきとが考えられる。このうちで前者が主な要
因の場合、気筒別の燃料噴射量の補正によって実際の空
燃比に気筒毎のばらつきが生じるので、それに応じて点
火時期を気筒別に補正することが効果的となる。一方、
後者が主たる要因である場合、各インジェクタ２８の燃
料噴射特性のばらつきが燃料噴射量の補正により吸収さ
れて各気筒の実際の空燃比は均一化されるので、補正値
を平均化した値に基づいて一律に点火時期を補正する方
が効果的となる。
【００５９】従って、例えば予めエンジンの各気筒に対
して装備される各インジェクタ２８の燃料噴射特性のば
らつきを実験的に調べておき、この燃料噴射特性のばら
つきが大きい場合は一律に点火時期を補正する手法を採
用し、燃料噴射特性のばらつきが充分に小さい場合は点
火時期の補正を気筒別に行う手法を採用すればよい。さ
らに好ましくは、燃料噴射特性と燃焼条件のばらつきの
因果関係を調べ、点火時期の補正を一律に行った上でさ
らに微調整する手法を採用すればなおよい。
【００６０】また、図４及び図５に示す例では、半暖機
時の学習制御（ステップＳ４）によって求められた学習
値を、リーンバーン運転時に種々の運転領域での燃料制
御に反映させているが、アイドル運転領域付近の低吸入
空気量領域では他の領域と比べて学習値が大きく変わり
易く、この低吸入空気量領域で求めた学習値を他の領域
に反映させることは好ましくない。そこで、図３中に破
線で示す範囲内の低吸入空気量領域では学習してもこれ
を他の領域に反映させないようにすることが好ましい。
【００６１】
【発明の効果】以上のように本発明は、所定運転領域で
の制御時に燃焼安定限界付近の設定空燃比となるように
基本的な空燃比制御量を設定するとともに、各気筒の燃
焼状態の判別に基づいて空燃比制御量を補正し、さらに
この補正に応じて点火時期を補正するようにしているの
で、基本的な空燃比制御量の設定と燃焼状態に応じた補
正とで燃焼状態を良好に保ちつつ可及的に空燃比をリー
ン化するように調整することができ、しかも、この空燃
比の調整に応じて点火時期を適正に調整することができ
る。このため、燃費改善及びエミッション向上の効果を
より一層高めることができる。
【００６２】この装置において、空燃比制御量の学習値
を求めておき、上記の基本的な空燃比制御量を設定する
ときにこの学習値を反映させるようにすれば、設定空燃
比が得られるような空燃比制御量の演算とこれを基本に
した空燃比制御量の補正及び点火時期の補正を、精度良
く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による制御装置を備えたエ
ンジンの概略図である。
【図２】コントロールユニットの機能ブロック図であ
る。
【図３】空燃比制御の領域設定を示すマップである。
【図４】空燃比制御のメインルーチンを示すフローチャ
ートである。
【図５】学習制御のルーチンを示すフローチャートであ
る。
【図６】ラフネス制御のルーチンを示すフローチャート
である。
【図７】水温が学習値に及ぼす影響を示す特性図であ
る。
【図８】４気筒４サイクルエンジンの各気筒の行程とト
ルク及び角速度の変化を示す説明図である。
【図９】燃焼圧と角速度変動との相関関係を示す説明図
である。
【図１０】クランク角検出のための被検出プレート及び
クランク角センサを示す図である。
【図１１】ノイズ的要素による角速度変動を示す図であ
る。
【図１２】角速度のデータからエンジン回転の０．５次
及びその整数倍の成分を除去する処理を行った後のデー
タを示す図である。
【図１３】上記データから０．５次より低周波数域の成
分を除去するハイパスフィルターとしての処理を行った
後のデータを示す図である。
【図１４】ラフネスに応じた燃料噴射量の補正値の変化
及び点火時期補正値の変化を示す図である。
【図１５】空燃比と点火時期、ラフネス及びＮＯｘ排出
量の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体 ８ 点火プラグ ９ 点火回路 １３ クランク角センサ ２８ インジェクタ ３２ λＯ2 センサ ４０ コントロールユニット ４１ フィードバック制御手段 ４２ 学習手段 ４３ リーン空燃比制御手段 ４４ 点火時期制御手段 ４５ 基本空燃比制御手段 ４６ 燃焼状態判別手段 ４７ 空燃比補正手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｂ 45/00 ３０１ 45/00 ３０１Ｇ ３６８ ３６８Ａ ３６８Ｓ ３６８Ｚ Ｆ０２Ｐ 5/152 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｄ 5/153 (72)発明者 今田 道宏 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定運転領域で空燃比を理論空燃比より
    も大きい空燃比に制御するようにしたエンジンの制御装
    置において、上記所定運転領域での制御時に理論空燃比
    よりも大きい設定空燃比となるように基本的な空燃比制
    御量を設定する基本空燃比制御手段と、各気筒の燃焼状
    態を判別する燃焼状態判別手段と、この燃焼状態判別手
    段による判別に基づいて空燃比制御量を上記燃焼安定限
    界付近の空燃比となるように補正する空燃比補正手段
    と、上記所定運転領域で設定空燃比に応じて点火時期を
    設定するとともに上記空燃比補正手段による補正に応じ
    て点火時期を補正する点火時期制御手段とを設けたこと
    を特徴とするエンジンの制御装置。
  2. 【請求項２】 理論空燃比を検出する空燃比センサと、
    理論空燃比で燃焼を行わせるべき運転条件にあるとき上
    記空燃比センサの出力に基づいて空燃比をフィードバッ
    ク制御するフィードバック制御手段と、このフィードバ
    ック制御手段による制御に基づいて空燃比制御量の学習
    値を求める学習手段とを備え、上記基本空燃比制御手段
    は上記学習値を反映させつつ設定空燃比に応じた空燃比
    制御量を設定するものであることを特徴とする請求項１
    記載のエンジンの制御装置。
  3. 【請求項３】 上記空燃比補正手段は、燃焼状態判別手
    段による判別結果に基づき、燃焼状態の不安定度が所定
    許容範囲より大きくなるとリッチ方向に、また所定許容
    範囲より小さくなるとリーン方向に空燃比制御量を補正
    するものであることを特徴とする請求項１または２記載
    のエンジンの制御装置。
  4. 【請求項４】 上記点火時期制御手段は、上記空燃比補
    正手段による空燃比制御量の補正がリッチ方向の場合に
    は点火時期を遅角方向に、また空燃比制御量の補正がリ
    ーン方向の場合には点火時期を進角方向に補正するもの
    であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
    のエンジンの制御装置。
  5. 【請求項５】 上記空燃比補正手段は気筒別に空燃比制
    御量を補正するものであり、上記点火時期制御手段は空
    燃比制御量の補正に応じて気筒別に点火時期を補正する
    ものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
    記載のエンジンの制御装置。
  6. 【請求項６】 上記空燃比補正手段は気筒別に空燃比制
    御量を補正するものであり、上記点火時期制御手段は気
    筒別の空燃比制御量の補正値を平均化した値に応じて全
    気筒の点火時期を一律に補正するものであることを特徴
    とする請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンの制御
    装置。
  7. 【請求項７】 上記空燃比補正手段は気筒別に空燃比制
    御量を補正するものであり、上記点火時期制御手段は気
    筒別の空燃比制御量の補正値を平均化した値に応じて全
    気筒の点火時期を一律に補正した上で、気筒別の空燃比
    制御量の平均補正値に対する各気筒の空燃比制御量の偏
    差でもって、さらに点火時期を気筒別に微調整するもの
    であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
    のエンジンの制御装置。
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