JPS58107824A - 内燃機関の空燃比制御装置 - 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】 この発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関する。

一般に、燃料の供給を電子制御する内燃機関にあっては
、常に一定の空燃比（理論空燃比）の混合気を得て、燃
費の同上や触媒による排気の伊化を良好に維持するため
に、例えは第１図に示すように、吸気通路１に設置した
エアフローメータ２によって吸入空気の流ｔ’ｅ検出し
、また点火イキ号からエンジン回転速度を検出しこれら
の検出値に基づいて吸気ボート３に開口した燃料噴射弁
４からの基本的な燃料噴射ｍを定め、さらにこの基本噴
射１を快気通路５に設けた醒累濃就センサ６からの検出
信号に応じてフィードバック補正することにより、機関
（、谷気筒）へ供給される混合気の空燃比が適確に目標
値となるようにコントロールしている。

実際には、上記両検出倍号は制御回路７に入力され、こ
の制御回路７からの指令によって燃料噴射弁４の開弁時
間がコントロールされる。また、空燃比の制御には、こ
のほか温度センサ９からのエンジン冷却水温、絞弁スイ
ッチ１０からの絞弁１１の開度またバッテリ電圧等の運
転条件もフイ−ドパツク場れる。

なお、図中１２は燃料供給系を示している。

ところで、この装置では、酸素濃度センサ６として第２
図に示すような管渠のジルコニア０２センサが用いられ
る。図で１３．１４は白金電極、１５は固体電解質（ジ
ルコニア）、１６は出力端子であ夛、内部電極１３には
空気が、外部電極１４には排気ガスが接触するようにな
っている。排気ガス中においては第３図のような出力電
圧特性を示し、理論空燃比（λ＝１）点において出力電
圧は急激に０Ｎ−ＯＦＦ　特性となる。（日量自動車■
：昭和５４年３月発行「自動車工学エンジン編」）した
がって、このようなセンサ特性から、空燃比の制御は、
理論空燃比点またはその近傍のきわめて狭い範囲でしか
正確に行なうことかできず、限られたものとなっている
。

このため、従来例にあっては、機関の燃料消費を低減す
る目的で、例えば理論空燃比より薄いいわゆる希薄空燃
比に制御しようとしても、バラツキが大きくて適確な制
御は困難であり、期待するように燃費やあるいは排気浄
化の一層の改善を図ることはできなかった。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、機関の各気筒を高圧縮比の気筒と、これより
いくらか低圧縮比の気筒とに分割形成すると共に、低圧
縮比気筒から排出される排気中に酸素濃度センサを設置
し、このセンサの検出信号に応じて低圧縮比気筒の空燃
比を理論空燃比にフィードバック制御し、同時にこのフ
ィードバック信号もしくはこれに比例する信号を用いて
高圧縮比気筒の燃料噴射量を、理論空燃比よシも相対的
に薄い所定の空燃比となるように、擬制（疑似的）フィ
ードバック制御することにより、各気筒間の出力均衡を
保ちつつ、全体として精度良く所定の希薄空燃比が得ら
れるようにしたものである。

以下、この発明を図面に基づいて説明する。第４図、第
５図は、この発明の一実施例を示す図であり、４気筒エ
ンジンに適用した例である。

まず構成を説明すると、機関本体１７は、＋ｌ気筒のピ
ストン１８の頂面に凹部１９が設けられ、圧縮上死点に
おいてシリンダヘッド２０の燃焼室２１、シリンダポア
２２およびピストン１８とで“形成される空間容積Ｖａ
　ｆ他の３気筒（すなわち＋２気筒、＋３気筒、＋４気
筒）における空間容積ｖｂより大キくシ、該す１気筒の
圧縮比が他の＋２〜÷４気筒よりもいくらか低くなるよ
うに設定される。

また、この＋１気筒の排気ポート２３に接続する排気通
路５の排気マニホールドブランチ２７は、他の＋２〜≠
４気筒の排気ポート２４　、２５．２６に接続する排気
マニホールドプ１ランチ２８と途中まで独立して形成さ
れる。

そして、この独立した排気マニホールドブランチ２７の
途中に、ｒＲ累濃度センサ６が設置され、その検出信号
は制御回路２９に入力される。

なお、両排気マニホールドブランチ２７．２８の合流部
下流には、排気浄化用の酸化触媒３０が設けられる。

一方、吸気通路１からの吸気を各気筒に均等に分配する
吸気マニホールドブランチ３１の各吸気ポート３３，３
４，３５．３６との接合部付近には、それぞｊ、各気筒
に対応して燃料を噴射供給する電磁式の燃料噴射弁ａ、
ｂ、ｃ、ｄが設置される。

このうち、＋１気筒に対応する燃料噴射弁ａは、同一開
弁時間に対しての燃料噴射量が他の＋２〜÷４気筒に対
応して設置された燃料噴射弁ｂ−ｄと比べてα倍（α〉
１）となる流量特性を有するものが使用される。

そして、これらの燃料噴射弁ａ　−ｄは、前述の制御回
路２９から与えられるパルス信号によシ駆動開閉される
ようになっている。

即ち、制御回路２９から各燃料噴射弁ａ　ｚ　ｄに同一
のパルス信号を与えると、噴射弁ａの燃料噴射量は他の
噴射弁ｂ−ｄの燃料噴射量のα倍となり、この際各気筒
に供給される吸気量はほぼ均等であるから、＋１気筒で
の空燃比は＋２〜８４気筒の空燃比よシ濃く（α倍）な
る。したがって、＋１気筒での空燃比が理論空燃比とな
るように噴射弁ａ′ｔ−開閉制御し、七の一方で同一パ
ルス信号により噴射弁ｂ−ｄ’ｉ開閉制御すれば、＋２
〜＋４気筒での空燃比を希薄にコントロールすることが
できる。

具体的には、制御回路２９が、まずエアフローメータ２
からの吸気量信号と点火装置３２からの点火信号（回転
信号）等にもとづき燃料噴射弁ａの基本燃料噴射′ｎ′
を演算し、これを前記酸素濃度センサ６から検出される
空燃比信号に応じて補正し、＋１気筒で理論空燃比の混
合気が得られるようにパルス信号を出力して燃料噴射弁
ａの燃料噴射ｔをフィードバック制御する。

そして、同時にこのパルス信号により燃料噴射弁ｂ−ｄ
ｉ開閉し、＋２〜÷４気筒に供給される燃料噴射量をコ
ントロールするのである。

これにより、各気筒での空燃比が適確に制御されると共
に、全体として所定の希薄空燃比の混合気を得ることが
でき、その最適制御上可能にしている。

ここで、燃料噴射弁ｂ−ｄの単位時間当りの燃料噴射食
上ｑｂとすると燃料噴射弁ａの同じく噴射量はｑａ＝α
・ｑｂ　　となり、＋１気筒での理論空燃比（入＝１）
を１４，７とすると＋２〜＋４気筒での空燃比は１４．
７　Ｘαとなる。したがって、例えばα＝１．４の流量
特性の噴射弁ａｌ用りればφ２〜す４気筒では１４．７
　Ｘ　１．４　＝　２０．５８の空燃比の混合気が得ら
れる。そして、このとき機関の見かけ上の空燃比は、（
１４，７×４）　／　（１＋３ｘ）／１．４）　＝１８
、７１となり、全体として１８．７１の希薄空燃比の混
合気を供給する場合と同等となる。

また、この場合、”１気筒以外の気筒へ供給される混合
気の空燃比（＝　２０．５８　）は、理論空燃比に制御
されるときの空燃比制御精度に比べ、その１／αの精度
で制御甥れることになる。したがす って、α＝１．４の場合に、　　１気筒の空燃比が例え
ば±１％の精度で制御されているとすれば、他の÷２〜
＋４気筒ｏ空ｍ比＃’；ｔ　ｆｌ、９６’／１．４−＝
土０．７１Ｘの制御精度となシ、空燃比２０．４３〜２
０．７３と非常に小さな幅で制御が可能となっている。

本実施例では、このように＋１気筒（任意に選定される
）の燃料噴射弁ａと、他の＋２〜＋４気筒（やはシ任意
に選定される）の燃料噴射弁ｂ〜ｄの流量比を変え、＋
１気筒の排気中に酸素濃度センサ６を設置し、その検出
信号に応じて＋１気筒の空燃比を理論空燃比に、同時に
他の＋２〜４Ｐ４気筒の空燃比を薄い空燃比に制御する
ことにより、適確に希薄空燃比の混合気を得ることがで
きるのでちゃ、シたがって燃費や排気組成の一層の向上
が図られる。

ところで、本実施例では８１気筒の圧縮比を他の＋２〜
＋４気筒よりいくらか低く設定しであるが、この場合圧
縮比が同一であるとすると、例えば第６図（空燃比と図
示平均有効圧との関係ｔ−表す わすグラフ）に示すように、　　１気筒の空燃比のす みが理論空燃比（λ＝１）であるため、　　１気筒の出
力（平均有効圧による）は残シの＋２〜≠４気筒の出力
よシ相当大きくなって、機関のトルク変動が激しくなシ
運転性が悪化するという不具合を生ずる。また＼第７図
（空燃比と排気中のＮＯｘ濃度との関係１−表すグラフ
）に示すように、同一圧縮比では、理論空燃比近傍はど
気筒内の燃焼温度が高くなることから、＋１気筒の排気
中のＮＯｘ濃度が大幅に増大し、排気組成に悪影響を及
ぼしかねない。

÷ そこで、前述したように、　　１気筒の圧縮比を他のす
２〜＋４気筒より低く設定し、１１気筒と他の気筒との
出力差を減少させている。例えば、＋１気筒の圧縮比を
８．１に、ナ２〜＋４気筒の圧縮比を１０．１に設定し
てそれぞれの出力が第６図中の曲線■、曲線■上に乗る
ようにしである。これにより、機関の出力変動を低減す
ることができる。また、＋１気筒のＮＯｘの排出量を第
７図中の曲線■から曲線■へと減少することができ、全
体のＮＯｘ排出量も極めて少ないものとなる。

このようにして、機関の希薄空燃比の最適制御上可能に
し、各性能の向上を図っているのである。

Φ なお、本突施例では、　　１気筒の燃料噴射弁ａと他の
気筒の燃料噴射弁ｂ−ｄとで流量特性（流量比）の異な
るもの全使用したが、双方の流量特性を同一とし、制御
回路２９から噴射弁ａに与えるパルス信号の巾を、他の
噴射弁ｂ−ｄに与えるパルス信号の巾のα倍となるよう
に構成しても、同様の効果が得られることは明らかであ
る。

以上説明した通り、本発明によれば、機関の各気筒を、
高圧縮比気筒と低圧縮比気筒とに分割形成すると共に、
低圧縮比気筒の排気中に酸素濃度センサを投雪し、その
検出信号に応じてモニター的に当該気筒の空燃比のフィ
ードバックを行ない、理論空燃比に制御すると同時に、
これを利用してそのフィードバック信号もしくはこれに
比例する信号により、高圧縮比気筒の空燃比を相対的に
薄い空燃比となるように制御したので、機関のトルク変
動を抑え、ＮＯｘの排出量全増大させることなく、総合
空燃比を精度良く所定の希薄空燃比にフィードバックコ
ントロールすることができ、燃費や排気性能の一層の向
上が図れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成断面図、第２図は酸素濃度セン
サの部分断面図、第３図は酸素濃度センサの出力特性図
、第４図は本発明の実施例を示す構成図、第５図は第４
図の部分詳細断面図、第６図は空燃比と図示平均有効圧
との関係を示すグラフ、第７図は空燃比と排気中のＮＯ
ｘ濃度との関係を示すグラフである。 ２・・・エアフローメータ、６・・・酸素濃度センサ、
１８・・・ピストン、１９・・・凹部、２７．２８・・
・排気マニホールドブランチ、２９・・・制御回路、３
１・・・吸気マニホールドブランチ、ａ−ｄ・・・燃料
噴射弁。 特許出願人　　日産自動車株式会社 （シ７リマ疼Ｗ尾士Ｘ四 （ｕＡｊＪ）　ｄ’参ＫＯＮ １−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 各気筒の吸気系に配設した燃料噴射弁と、機関の運転状
   態に応じて燃料噴射弁の開弁時間を制御する制御回路と
   を備えた多気筒内燃機関において、少なくとも一つの気
   筒の圧縮比を残シの気筒の圧縮比よシ低く設定し、この
   低圧縮比気筒の排気路にのみ排気中の酸素濃度を検出す
   る酸素センサを設け、前記制御回路によシ酸素濃度セン
   サの出力信号に基づいて当該気筒の空燃比が理論空燃比
   となるよう燃料噴射量をフィードバック制御すると同時
   に、残りの高圧縮比気筒の燃料噴射量をこのフィードバ
   ック信号またはこれに比例する信号により所定の希薄空
   燃比に制御することを特徴とする内燃機関の空燃比制御
   装置。