JPH04143432A - エンジンの空燃比制御装置 - 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） この発明はエンジンの空燃比制御装置、特に運転状態に
応じてバルブリフト特性を変えうる装置を備えるものに
関する。

（従来の技術） いわゆるＭＰＩ方式の電子制御燃料噴射システムがある
（たとえば（株）大河出版発行「カーエレクトロニクス
」林田洋−者第４７頁ないし第５６頁参照）。

各種センサからの入力信号によりマイクロコンピュータ
はそのメモリに記憶されたプログラムにしたがって最適
な燃料噴射量を求め、この噴射量に対応してインジェク
タのソレノイドコイルへの通電時間を決定することによ
り、最適噴射量を吸気ボートに向けて噴射する。この場
合、通常の噴射タイミングは、エンジンの１回転に１回
であり、クランク角センサからの基準位置信号（６気筒
エンジンでは１２０°信号）に基づいて行なわれる。

つまり、６気筒エンノンでは１２０°信号の３回ごとの
入力に対し１回の等間隔でインジェクタに駆動パルスを
出力する。

燃料噴射量の構成は“基本噴射量＋各種増量補正量”で
ある、この場合に、インジェクタに作用する燃料圧力を
一定に保持させると、噴射量がインジェクタの開弁パル
ス幅に対応するので、通常時の噴射パルス幅Ｔｉは次式
による。

Ｔｉ＝ＴｐＸＣｏＸｆｆ＋Ｔｓ 開式において、基本噴射パルス輻Ｔｐはエア７０−メー
タ（スロットルバルブ上流の吸気通路に設けられる）に
より検出される吸入空気量Ｑ、とエンジン回転数Ｎｅと
から決定される値（基本噴射量相当）、ＣＯはエア７０
−メータ以外のセンサから入力される各種の運転条件に
応じて基本噴射ノ（ルス輻Ｔｐを増量補正するための補
正係数、ａは空燃比のフィードバック補正係数、Ｔｓは
バッテリ電圧に基づく無効パルス幅である。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような装置では、エア７０−メータから
シリンダまでのあいだに所定の吸気管容積（中でもコレ
クタ容積が大きい）を持つので、たとえば加速時にエア
７０−メータ位置での空気量Ｑｔがステップ的に増加し
ても、シリンダ流入空気量（シリンダに流入する空気量
）Ｑｅはほぼ一次遅れでしか増加することができない。

過渡時のこうした吸入空気量の挙動（吸気管容積効果と
いう）を考廉して、過渡時空燃比を７ラツトに保たせる
ためには、シリンダ流入空気量Ｑｃに生ずる一次遅れの
時定数と同じ時定数で燃料噴射量を計算させることであ
る。この場合に、その時定数τはコレクタ容積や充填効
率などから一義的に定まるので、あらかじめ求めておく
ことができ、そのあらかじめ求めておいた時定数を用い
て、ステップ変化する基本噴射量に対して追従する過渡
時空燃比を計算させると、空燃比を過渡の前後で７ラツ
トに保つことができる。

一方、異なるバルブリフト特性を有する、いわゆる可変
動弁装置を備えるエンジンにあっては、バルブリフト特
性を切換えると、充填効率が相違してくるので、上記の
時定数τをそのときのバルブリフト特性に適合して変更
しなければならない。

しかしながら、各バルブリフト特性に合わせて上記時定
数τの値を変更するものは提案されておらず、したがっ
て、過渡時の空燃比が変動して、失火やエミッシヨンの
増大を招いていた。

そこでこの発明は、異なるバルブリフト特性のそれぞれ
に合わせて吸気管容積効果の時定数を変更することによ
り、可変動弁装置を備えたエンジンにあっても、過渡時
空燃比の７ラツト化をはかる装置を提供することを目的
とする。

（課題を解決するための手段） この発明は、第１図で示すように、バルブリフト特性を
異ならせる少なくとも２つのカムと、これらのカムを切
換えうる機構とからなる可変動弁装置６２と、エンジン
の負荷相当量（たとえばアクセルペダル操作量）を検出
するセンサ６３と、このセンサ検出値に基づいて定まる
運転条件に応じたカムを選択する手！′ｉ６４と、この
選択により前回選択したカムと相違する場合には今回選
択したカムに切換えられるように前記可変動弁装置６２
に切換信号を出力する手段６５と、スロットルバルブ上
流の吸入空気量Ｑａを検出するセンサ６６と、エンジン
の回転数Ｎｅを検出するセンサ６７と、これらの検出値
に基づいて基本噴射量Ｔｐを計算する手段６８と、前記
各カムに適合する充填効率をあらかじめ格納する手段６
９と、過渡時であるかどうかを判定する手段７０と、過
渡時が判定されたそのときに現に使用しでいるのはどの
カムであるのかを判定する手段７１と、この判定された
カムに適合する充填効率を前記格納手段６９に格納され
でいる中から選択する手段７２と、この選択された充填
効率１ｒを用いて吸気管容積効果の時定数τを計算する
手段７３と、この時定数τを用い、前記基本噴射量Ｔｐ
のステップ的変化に対して追従する過渡時噴射量を計算
する手段７４と、この過渡時噴射量をシリンダ近くに設
けた燃料噴射装置７６に出力する手段７５とを設けた。

（作用） たとえば可変動弁装Ｗ６２に燃費重視カムと動力重視カ
ムとの２つのカムが備えられ、切換信号出力手段６５に
より燃費重視から動力重視のカムへと切換えられる場合
でみると、この切換に合わせて、選択手段７２では現在
使用されでいるカム（つまり動力重視のカム）に合った
最適な充填効率ηｒが選択される。

こうして選択した充填効率１７ｒを用いて計算手段７３
により吸気管容積効果の時定数τが計算され、計算手段
７４ではこの計算された時定数τを用い、ステップ変化
する基本噴射量Ｔｐに対して追従する過渡時噴射量Ｔ　
ｐ、ｎが求められる。

こうして求められた過渡時噴射量Ｔｐ、ｎは、そのとき
のバルブリフト特性によるシリンダ流入空気量Ｑｃとの
あいだで加速中や減速中一定の比を有する。つまり、過
渡時空燃比を一定に保つことができる。

（実施例） １２図と第３図で示した可変動弁装置はいわゆるエンド
ピボット式のもので、その構成自体はすでに提案されて
いる。

２１は燃費重視の第１カム、２２と２３は動力重視の第
２．第３カム、２４は吸気バルブ（または４［パルプ）
、２５はカム７才口７部をローラ２６とし、このローラ
２６が第１カム２１と接する、いわゆるローラロッカー
アーム（後述するサブロッカー７−ムに対してはメイン
ロッカーアームとなる）、２７はロッカーシャフトであ
る。

メインロッカーアーム２５には、シャフト３０を介して
２つのサブロッカーアー１ｈ２Ｂ、２９１ｊｔ揺動自在
に支持され、一方のサブロッカーアーム２８には第２カ
ム２２が、他方のサブロッカーアーム２９には第３カム
２３がそれぞれ摺接される。

ただし、サブロッカーアーム２９（２８についても）は
バルブ２４と接する部位を持たず、第３図のように、ロ
ストモーシａンスプリング３１の弾性力によりカムから
離れないようにされている。

一方のサブａツカ−アーム２８の揺動部位にはＦ［状の
ピン３２が、またメインロッカーアーム２５にもピン３
２と軸心を同じ（しかっ同径のピン３４がそれぞれロッ
カーシャ７Ｆ方向に摺動自在に設けられ、リターンスプ
リング３６により常時は第２図において下方に付勢され
、図示状態にある。この状態では、一体に形成されたカ
ム２１〜２３が口重すると、ＩＡＩカム２１にしたがっ
てメインロッカーアーム２５が揺動し、吸気パルプ２４
がＷＩＩｉ閉される。

この状態からピン３４の収まる油圧室３８に油通路４０
を介して作動油が導かれると、カムのベースサークル域
でリターンスプリング３６に抗し２つのピン３４．３２
がともに第２図において押し上げられ、サブロッカーア
ーム２８がメインロッカーアーム２５に対してくし剰し
状態となる。このくし刺し状態では、メインとサブの両
口ツカ−アーム２８．２５が一体的に動作するので、バ
ルブリフト特性は第２カム２２にしたがう、つまり、バ
ルブリフト特性が動力重視に切換えられ、発生するトル
クが増やされる。第５図に各カム２１〜２３の全開性能
を示す。

他方のサブロッカーアーム２９についてもその構成は一
方のサブロッカー７−ム２８と同様である。

なお、カム２１〜２３はそれぞれ部分負荷時、低速高負
荷時、高速高負荷時においてそれぞれ要求されるバルブ
リフト特゛性を満足するように異なるプロフィールを持
ち（第４図参照）、共通のカムシャフトに一体に形成さ
れている。

上記油圧室３８．３９への油圧の切換は、第６図に示し
た２つのソレノイドバルブ４５．４６により行なわれる
。各ソレノイドパルプ４５．４６はいずれも常閉のタイ
プで、コントロールユニット５１がらのＯＮ信号により
図示のように一方のソレノイドバルブ４５が開かれると
、第２カム２２を働かせるための油圧室３８へとオイル
ポンプからの作動油が導かれ、また一方のバルブ４５を
閉じ他方のバルブ４６を開くことにより、今度は第３カ
ム２３を働かせるための油圧室３９に作動油が導かれる
。

第６図においで、マイクロコンピュータからなるコント
ロールユニット５１には、エンジン回転数Ｎｅを検出す
るセンサ（たとえばクランク角センサ）５２、アクセル
ペダル操作量ａを検出するセンサ５３、スロットル開度
ＴＶＯを検出するセンサ５４からの信号が入力され、コ
ントロールユニット５１では、２つのツレメイドバルブ
４５．４６にＯＮ、ＯＦＦ信号を出力することによりカ
ム２１〜２３の切換を行うとともに、カムの切換に応じ
て目標スロットル開度を求め、これをサーボ駆動回路５
５に目標タイミングで出力してスロットル制御を行う。

前記サーボ駆動回路５５は、スロットル開度センサ５４
により検出された実際のスロットル開度がＣＰＵから出
力される目標スロットル開度と一致するように両開度の
偏差に応じてスロットルバルブ５７に連結されたサーボ
モータ５６を正逆転駆動する。

また、スロットルバルブ５７よりも上流位置にｌＲ１＋
たエア７０−メータ５８からの空気量信号もコントロー
ルユニット５１に入力され、コントロールユニット５１
では、このエア７０−メータにて検出される吸入空気量
Ｑａとエンジン回転数Ｎｅから定まる噴射量を基準とし
て過渡時の燃料噴射量（後述する）を求め、これに応じ
た駆動パルスを、各気筒の吸気ボートに設けたインジェ
クタ５９に出力する。

さて、加速時の吸入空気量の挙動を第１０図に示す。同
図よりエア７０−メータ位置での吸入空気量Ｑａがステ
ップ的に増えたとしても、吸気管には所定量のコレクタ
容積を有するので、シリンダ流入空気量Ｑｃはほぼ１次
遅れで増していく。

この加速中も加速の前と同じ空燃比を保たせるため、シ
リンダ流入空気量Ｑｅに対応してインジェクタ位置での
噴射量Ｔｐ、ｎを計算するには、シリンダ流入空気ＪＩ
Ｑｃの１次遅れを定める時定数と同じ時定数を用いて求
めればよい。これを離散値系で表現すると、 Ｔｐ＊ｎ＝Ｔｐ−に＋Ｔｐ、ｎ−１・（１ｋ）−■で表
される。

ただし、■式においてＴｐは吸入空気量Ｑ、とエンジン
回転数Ｎｅとから定まる基本噴射量（基本噴射パルス幅
）である。なお、離散値系であるため、Ｔｐ、ｎのｎが
今回の値、Ｔ　ｐ、ｎ−１のｎ−１が前回のＴｐｌｌｌ
の値を意味させている。

また、ｋは吸気管容積効果の時定数τがら求められる加
重係数であって、次式 ％式％）） ただし、■式においてＶｅはコレクタ容積、ηｒは充填
効率、１（、はＴｐの演算周期、ｃｌ、ｃ２は定数であ
る。

■式より、加重係数には充填効率’７ｒに依存し、バル
ブリフト特性が異なれば、充填効率ηｒの値も相違して
くるのであるから、３つの異なるバルブリフト特性を有
するエンジンにおいては、各バルブリフト特性に最適な
充填効率を１つづつ用意し、これらの中から現在使用さ
れているカムに合った充填効率を選択しなければならな
い。

こうした充填効率の選択を行わせるため、第７図と第８
図の７０−チャート（第７図はカムの切換制御、第８図
は燃料噴射量制御のためのルーチンで、所定の時間ごと
に実行される。）が作られている。

これらの７０−チャートを用いて、この例の作用を説明
すると、そのときの運転条件により、３つあるカムのう
ちいずれのカムを使うのかはマツプにしてあらかじめ定
めてあり、このマツプを第９図に示す。

このマツプを参照するため、ステップ１でアクセルペダ
ル操作量ａとエンジン回転数Ｎｅを読みこみ、これらか
ら定まる運転条件に対する最適なカムポジションを、第
９図のマツプより求める（ステップ２）。

ステップ３では、前回求めたカムポジションと同じであ
るかどうかをみて、同じでなければカムを切換える場合
であると判断し、今回求めたカムポジションとなるよう
に、カム切換信号を出力する（ステップ４）。

一方、第８図のルーチンは過渡時だけに実行されるもの
であり、まずエア７０−メータにて検出される吸入空気
量Ｑａとエンジン回転数Ｎｅとから基本噴射量Ｔｐ（＝
に−Ｑａ／Ｎｅ）を計算する（ステップ１３）。

ステップ１４では現在使用されているカムに合った最適
な充填効率ηｒを選択する。たとえば、燃費重視の第１
カムに対してηｒ１、動力重視の第２゜第３カムに対し
てそれぞれηｒ２．ηｒ３をあらかじめメモリに格納さ
せておき、これらの中から現在使用しでいるカムに対す
るものを選択させるのである。

なお、現在どのカムを使用しているかは、ステップ２で
のカムボッジョンの選択結果とステップ４でのカム切換
の実行結果とから判断しても良いし、カムボッジョンセ
ンサからの信号を用いることもできる。

こうして選択した充填効率’Ｑｒを用０て上記の０式よ
り加重係数ｋを計算し、この計算した加重係数ｋを用い
て、■式よりステップ変化する基本噴射量Ｔｐに対して
追従する過１１ｆＦＲの燃料噴射ＩＴ　ｐｔｒｌを求め
ていく（ステップ１５．１６）。

たとえば、燃費重視の第１カムによればその充填効率η
ｒｌが小さく、したがって加速時のシリンダ流入空気量
Ｑｅが第１０図の実線のように変化するとすれば、カム
が動力重視の第２カムに切換えられた後は、第２カムに
対する充填効率η「２がηｒｌよりも天外いため、この
場合のＱｅは破線のように変化する。

この場合に、第２カムに切換えられた後も、第１カム用
の充填効率ηｒｌを用いて過渡時噴射量Ｔｐ、ｎを求め
たのでは、実線のようにゆっくりとしかＴｐ、ｎが立ち
上がらないため、破線との開の面積に相当する燃料量が
不足することになり、その開で空燃比Ａ／Ｆが実線のよ
うにり一ンとなってしまう。

これに対して、この例では、第２カムに切換えられた後
は、この第２カムに適合する充填効率ηｒ２により、過
渡時噴射量Ｔ　ｐ、ｎが破線のように計算され、したが
ってその場合の空燃比Ａ／Ｆは破線で示したように７ラ
ツトに保たれる。なお、過渡時の空虚比が７ラツトにな
ると、トルクの応答性も向上する。

言い替えると、１つの充填効率しか持たないと、その充
填効率では合わなくなるカムに移った場合に、吸気管容
積効果の時定数が合わず、過渡時空燃比のずれにより失
火したりエミッションが増大したりするのであるが、現
在使用中のカムに適合する充填効率へと変更することで
、吸気管容積効果の空燃比への影響を小さくすることが
できるのである。

実施例では、第１カムと第２カムで説明したが、第２カ
ムと第３カムの間でも同様である。また、実施例では離
散値系で構成したため、加重係数ｋを求めているが、吸
気管容積効果の時定数τを直接用いて、過渡時噴射量を
求めるようにすることもできる。過渡時に減速時を含む
ことはいうまでもない。

なお、第１図との関係では、ステップ２がカム選択手段
６４、ステップ３，４が切換信号出力手段６５、ステッ
プ１１が過渡時判定手段７０、ステップ１３が基本噴射
量計算手段６８、ステップ１４が充填効率選択手段７２
、ステップ１５が時定数計算手段７３、ステップ１６が
過渡時噴射量計算手段７４、ステップ１７が出力手段７
５の機能を果たしている６ （発明の効果） この発明では、バルブリフト特性が切換えられると、こ
れに対応してそのバルブリフト特性に適合する充填効率
に変更し、その充填効率を用いて過渡時の燃料噴射量を
計算するようにしたため、過渡時の空燃比を７ラツトに
保って、排気特性と運軒性をともに良くすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のクレーム対応図、第２図は一実施例
の可変動弁装置の平面図、第３図は第２図のＸ−Ｘ線断
面図、第４図と第５図はこの装置のバルブリフトと全開
トルクの各特性図、第６図は前記実施例の制御システム
図、第７図と第８図この実施例の制御動作を説明するた
めの流れ図、第９図はカムポジションのマツプ特性図、
第１０図は同じく加速時の作用を説明するための波形図
である。 ２１・・・第１カム、２２・・・第２カム、２３・・・
第３カム、２５・・・メインロッカーアーム、２８．２
９・・・サブロッカーアーム、３２〜３５・・・ピン、
３８゜３９・・・油圧室、４５，４６・・・ソレフイド
バルブ、５１・・・コントロールユニット、５２・・・
クランク角センサ（エンジン回転数センサ）、５３・・
・アクセルベグル操作量センサ、５４・・・スロットル
開度センサ、５５・・・サーボ駆動回路、５６・・・サ
ーボモータ、５７・・・スロットルバルブ、５８・・・
エア７０−メータ、５９・・・インジェクタ（燃料噴射
装置）、６２・・・可変動弁装置、６３・・・エンジン
負荷センサ、６４・・・カム選択手段、６５・・・切換
信号出力手段、６６第１ ・・・空気量センサ、６７・・・エンジン回転数センサ
、６８・・・基本噴射量計算手段、６９・・・充填効率
格納手段、７０・・・過渡時判定手段、７１・・・現カ
ム判定手段、７２・・・充填効率選択手段、７３・・・
時定数計算手段、７４・・・過渡時噴射量計算手段、７
５・・・出力手段、７６・・・燃料噴射装置。 特許出願人　　　　　日産自動車株式会社第３図 第４ 図 第５ 図 エンシン凹軟妾丈ｒｐｍ 第 図 第８図 箪 図 カムポジションマツプ エンジン回転数 ｅ 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. バルブリフト特性を異ならせる少なくとも２つのカムと
   、これらのカムを切換えうる機構とからなる可変動弁装
   置と、エンジンの負荷相当量を検出するセンサと、この
   センサ検出値に基づいて定まる運転条件に応じたカムを
   選択する手段と、この選択により前回選択したカムと相
   違する場合には今回選択したカムに切換えられるように
   前記可変動弁装置に切換信号を出力する手段と、スロッ
   トルバルブ上流の吸入空気量を検出するセンサと、エン
   ジンの回転数を検出するセンサと、これらの検出値に基
   づいて基本噴射量を計算する手段と、前記各カムに適合
   する充填効率をあらかじめ格納する手段と、過渡時であ
   るかどうかを判定する手段と、過渡時が判定されたその
   ときに現に使用しているのはどのカムであるのかを判定
   する手段と、この判定されたカムに適合する充填効率を
   前記格納手段に格納されている中から選択する手段と、
   この選択された充填効率を用いて吸気管容積効果の時定
   数を計算する手段と、この時定数を用い、前記基本噴射
   量のステップ的変化に対して追従する過渡時噴射量を計
   算する手段と、この過渡時噴射量をシリンダ近くに設け
   た燃料噴射装置に出力する手段とを設けたことを特徴と
   するエンジンの空燃比制御装置。