JPS61215435A - 多気筒エンジンの燃焼制御装置 - 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） 本発明は、多気筒エンジンの燃焼制御装置に関し、特に
各気筒毎の燃焼変動に基づき各気筒毎に空燃比を制御し
てエンジンラフネスを抑制するようにしたものの改良に
関する。

（従来の技術） 従来、多気筒エンジンの燃焼制御装置として、特開昭５
９−４６３５２号公報に開示されるように、各気筒毎に
燃焼変動（各気筒毎の図示平均有効圧のサイクル間変動
及び図示平均有効圧の気筒間較差など）を検出する燃焼
変動検出手段を設け、該各燃焼変動検出手段の出力つま
りサイクル間変動及び気筒間較差などに基づき各気筒毎
に各気筒に供給される混合気の空燃比を制御することに
より、空燃比を可及的にリーン限界値にして燃費率を低
く維持しながら、エンジンラフネスの発生を精緻に抑制
するようにしたものが提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、このような燃焼制御において、エンジンの低
負荷運転時、特にアイドル運転時には燃焼安定性が他の
運転域よりも悪いことがらエンジンラフネスの発生が問
題となりドライバビリティが著しく損われることとなる
。そのため、このような低負荷運転時、エンジンラフネ
スが発生したときには素早くラフネスを抑制すべく制御
することが、ドライバビリティ上並びに燃費低減上望ま
しい。

しかるに、この場合、各気筒毎の燃焼状態のサイクル問
変動及び燃焼状態の気筒間較差に基づいてラフネス制御
されるが、そのうち、各気筒毎の燃焼状態のサイクル間
食動に基づく制御は、各気ＩＩ毎に燃焼状態を所定サイ
クル数（例えば１ｏ。

サイクル）に亘ってサンプリングする必要があり、この
多数のサンプリングのためにサイクル問変動の算出に時
間がかかるという問題がある。これに対し、燃焼状態の
気筒間較差に基づ（制御は、各気筒の燃焼状態をサンプ
リングすればよく、速かな制御を行うことができる。こ
のため、ラフネス発生時、上記各気筒毎の上記サイクル
間変動に基づく燃焼制御を行ったのち、気筒間較差に基
づく燃焼制御を行うと、ラフネス制御に時間がかかって
上述のラフネス制御の迅速化が図り得ないことにある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、エンジンラフネスの発生要因として燃焼
状態の気筒間較差が主たる大きな要因であることに着目
し、この着目に基づき、低負荷運転時、先ず気筒間較差
に基づく燃焼制御を行い、そののら各気筒毎のサイクル
間索動に基づく燃焼１１１ＩＩを行うことにより、エン
ジンラフネスの抑制を素早く行って良好なドライバビリ
ティを確保し、しかも燃費の低減を図ることにある。

（ｆｌ！ＩＩＩ点を解決するための手段）上記の目的を
達成するため、本発明の解決手段は、第１図に示すよう
に、８気ｎｆＲに燃焼変動を検出する燃焼弯勤検出手段
８ａ〜８ｄを設け、該各燃焼賓動検出手段８ａ〜８ｄに
よる各気筒毎のサイクル間変動および気筒間較差に基づ
いて各気筒毎に各気筒に供給される混合気の空燃比を目
標値に制御してエンジンラフネスを抑制するようにした
多気筒エンジンの燃焼制御装置において、気筒間較差に
基づいて各気筒毎に目標空燃比を第１目標値に設定する
第１目標空燃比設定手段１４と、各気筒毎のサイクル間
変動に基づいて上記第１目標空燃比設定手段１４の第１
目標空燃比を補正して第２目標空燃比を設定する第２目
標空燃比設定手段１５とを設ける構成としたものである
。

（作用） 上記の構成により、本発明では、低負荷運転時、各気筒
毎の燃焼変動（８気！！１ｍのサイクル問変動および気
筒較差）に基づき各気筒毎に空燃比を制御してエンジン
ラフネスを抑制する場合、先ず、第１目標空燃比設定手
段１４により気筒間較差に基づいて第１目標空燃比が設
定されて空燃比制御されるので、この気筒間較差制御の
迅速性およびラフネス制御性によりエンジンラフネスが
可及的にかつ素早く抑制されることになる。その侵、第
２目標空燃比設定手段１５により各気ｎ毎のサイクル間
変動に基づいて上記第１′目標空燃比を補正した第２目
標空燃比が設定されて空燃比１１ｉ１Ｊ御されるので、
空燃比がラフネス許容範囲内でリーン限界値に制御され
て燃費の低減が図られることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第２図以下の図面に基づいて説
明する。

第２図は本発明を燃焼噴射式４蝋筒エンジンに適用した
実施例を示す。同図において、１は直列に配列された４
つの気筒を有するエンジン、２は上流端がエアクリーナ
３を介して大気に開口してエンジン１に吸気を供給する
ための吸気通路であって、該吸気通路２の下流側には吸
気拡大室４が設けられ、該吸気拡大室４からは各気筒に
対応して４つの独立した独立吸気通路２ａ〜２ｄに分岐
されて各々対応する各気筒に連通されている。上記各独
立吸気通路２ａ〜２ｄにはそれぞれ燃焼噴射弁５ａ〜５
ｄが配設されており、各燃料噴射弁５ａ〜５ｄは燃料供
給通路６を介して燃焼ポンプ７に接続されていて、該燃
料ポンプ７から圧送される燃料を各燃料噴射弁５ａ〜５
ｄから所定のタイミングで各独立吸気通路２ａ〜２ｄに
噴射供給して、各気筒に所定空燃比の混合気を供給する
ようになされている。

そして、８ａ〜８ｄは各気筒毎に設けられ、各気筒の最
大燃焼圧力ｐ　ｗａｘにより各気筒の燃焼変動を検出す
る燃焼変動検出手段としての筒内圧力センサ、９は吸入
空気量を検出するエアフローセンサ、１０はクランク角
によりエンジン回転数を検出する回転数センサであって
、これら各センサ８ａ〜８ｄ、９．１０の出力は上記各
燃料噴射弁５ａ〜５ｄを駆動制御するＣＰＵよりなるコ
ントロールユニット１１に入力されている。また、該コ
ントロール１１にはスロットル弁の開度信号（エンジン
負荷信号）θＴＶおよび排気ガス還流量を制御する還流
制御弁の開弁信号ＶＥＧＲ等が入力されている。

上記コントロールユニット１１は、上記各筒内圧力セン
サ８ａ〜８ｄの出力による各気筒毎の最大燃焼圧力ｐ　
ｗａｘのサイクル間変動σｉおよび最大燃焼圧力ｐ　ａ
＋ａｘの気筒間較差に基づいて各気筒毎に各気筒に供給
される混合気の空燃比が目標値になるように各気筒毎の
目標燃料噴射量を判定する判定回路１２と、該判定回路
１２の出力を受け、各燃料噴射弁５ａ〜５ｄからの燃料
噴射量を制御する制御回路１３とを備えている。

次に、上記コントロールユニット１１の判定回路１２の
作動を第３図（イ）および（ロ）に示すフローチャート
により説明する。第３図（イ）において、ステップＳ１
で空燃比のリーン限界移行に適した運転状態を判断する
べく定常運転状態であるか否かを判別する。そして、定
常運転状態でないＮＯの場合には後述の第３図（ロ）に
示すフローに進む。一方、定常運転状態であるＹＥＳの
場合には、リーン限界値に空燃比制御すべく、先ず、ス
テップＳ２において各気筒毎の最大燃焼圧力ｐ　ｗａｘ
のサイクル間変動σｉを下記式％式％） （ここで、ｎ：サンプリングしたサイクル数（例えば１
００サイクル）、ｐｍ＋ａｘ：ｎサイクルでの最大燃焼
圧力の平均値）より計算したのち、ステップＳ３でこの
サイクル閤変動σｉが許容値σ０以下であるか否かを判
別する。この判別がσｉ≦σ０のときには、サイクル間
変動σ１が小さくて空燃比のリーン化がさらに可能であ
ると判断して、ステップＳ４でその気筒に対する燃料の
補正噴射ＩＱｏ＋を補正量ΔＱだけ減量した値（Ｑｏｉ
−ΔＱ）に更新する一方、上記判別がσｉ〉σ０のとき
には、サイクル間変動σｉが大きくて空燃比がリーン限
界に達していると判断して、ステップＳ５でその気筒に
対する補正噴射１１　Ｑ　ｏ　ｉを補正量ΔＱだけ増量
した値（Ｑｏｉ＋ΔＱ）に更新する。

次いで、各気筒の最大燃焼圧力ｐａ＋ａｘｉの気筒間較
差を求めるべく、ステップＳ６で各気筒の最大燃焼圧力
の平均ｆｉｉＩＰを下記の４気筒の場合の式％式％ より計算したのち、ステップＳ７で気筒間較差（ｐ−ｐ
ｍａｘｉ）が許容値ΔＰ以下であるか否かを判別する。

この判別が（Ｐ−Ｐｍａｘｉ）≦ΔＰのとぎには気筒間
較差が小さいと判断してそのままステップＳ９に進む一
方、（Ｐ−Ｐｍａｘ　ｉ　）　＞ΔＰのときには気筒間
較差が大きいと判断して燃料を増量すべく、ステップＳ
８で補正噴射１１Ｑｏｉを補正量ΔＱ′だけ増量した値
（Ｑｏｉ＋ΔＱ’　）に更新したのちステップＳ９に移
る。そして、ステップＳ９で各気筒毎に基本噴射量ＱＯ
に上記の補正噴射１１ＱＯｉを加算して各気筒毎の燃料
噴射量Ｑｉを求め、ステップＳ　＋ａでこの信号を制御
回路１３に出力する。

これに対し、経年変化や燃焼変化等の運転状態の変化に
伴って目標燃料噴射量を学習制御する場合には、上記の
各気筒の補正噴射ｆｆ１ＱＯ１をもとにして、ステップ
Ｓ　ｎで各気筒の補正噴射量の平均１Ｑｏｉを計算した
のちステップＳ　１２に移り、このステップＳ　＋２の
判別が定常運転状態でないＮＯのときに、ステップＳ　
＋３において基本噴射ｆｆ１Ｑｏを上記平均値６］冒”
だけ増量した値（Ｑｏ　＋Ｑｏｉ）に置き換えて、それ
をステップＳＮで学習マツプに入りする。また、上記の
補正噴射Ｗの平均値Ｑｏｔの計算後、ステップＳ　＋ｓ
で補正係数ｋｉを設定すべき運転条件を満たしているか
否か、例えば中負荷域でエンジン回転数が１０００〜３
０００　ｒｐｍでかつ吸気負圧が−４００〜−２００ｍ
ｍＨｏの運転域にあるか否かを判別し、この判別がＹＥ
ＳのときにのみステップＳ　＋ｓに移って、各気筒の燃
料噴ｔＡｆｋ　（Ｑｏ　＋Ｑｏｉ）とその各気筒の平均
値（ＱＯ＋Ｑｏｉ）とを比較して、その比から補正係数
ｋｉ　−（、Ｑｏ　＋Ｑｏｉ）　／　（Ｑｏ　＋Ｑｏｉ
）を求め、それをステップＳ）ｌの学習マツプに入力す
る。尚、ステップＳ　Ｉｙで固定マツプ（ＲＯＭ）によ
り基本噴射ｌＱｏの初期値が、また補正係数ｋｉの初期
値（ｋｉ−１）がそれぞれセットされており、ステップ
Ｓ■のエンジン運転開始のＹＥＳの判別と同時に、これ
らの初期条件がステップＳ！４の学習マツプに入力され
ている。

そして、ステップＳＭの学習マツプに基づいて、ステッ
プＳ　１９において各気筒毎の新しい基本噴射ｌＱｏと
して上記ステップＳ　１３で学習した基本噴射ｆｉＱｏ
に上記ステップＳ　＋ｓで算出した各気筒毎の補正係数
ｋｌを乗算した値（ＱＯ・ｋｉ）に更新して、ステップ
Ｓ９に戻ることを繰返す。このことにより、運転状態の
変化に伴う各気筒毎の新しい空燃比制御目標値を設定す
る場合、学習した各気筒の空燃比制御目標値の平均値（
各気筒の目標燃料噴射量の平均値）に対する補正係数ｋ
ｉを求めて、この各補正係数ｋｉにより各気筒毎の新し
い空燃比制御目標！１１（各気筒毎の新しい目標燃料噴
射量）を算出することにより、各気筒毎の学習制御を不
要とし、各気筒毎の空燃比制御目標値をその算出時間に
遅れなどなく算出して、ＣＰＵのメモリ容量（ＲＡＭ）
を能力低下なく有効に少なくするようになされている。

一方、上記ステップＳＩの判別が定常運転状態でないＮ
Ｏの場合には、第３図（ロ）に示すフローに移って、先
ず、ステップＳｎでスロットル開度信号θ丁Ｖによりア
イドリンク時であるか否かを判別し、アイドリンク時で
あるＹＥＳの場合には、ステップ８２１に移る。このス
テップ８２＋において、各気筒の最大燃焼圧力Ｐｍａｘ
ｉの平均値Ｐを Ｐ−（１／４）　　−Σ　ｐ＊ａｘｉ より計算したのち、ステップ８２２でこの平均値Ｐと各
気筒の最大燃焼圧力ｐ　ｌｌ１ａｘとの大小を比較判別
し、Ｐ≦Ｐ　ｗａｘのときには最大燃焼圧力ｐｍａｘを
上記平均値筒に低下させるべくステップＳ２３で補正噴
射７１１　Ｑ　ｏｉ’を補正量Δθ′だけ減員した値（
Ｑ　ｏｉ’　−ΔＱ”）に更新し、一方、ｐ　＞　ｐ　
ｗａｘのときには最大燃焼圧力ｐ　ｗａｘを上記平均値
Ｐに増大させるべくステップＳ　２４で補正噴射Ｉ　Ｑ
　ｏｉ’を補正量ΔＱ′だけ増量した値（Ｑｏｉ’　＋
ΔＱ’　）に更新する。このことにより、各気筒の最大
燃焼圧力ｐ　ｗａｘが各気筒の最大燃焼圧力の平均値Ｐ
になるように、つまり気筒間較差がなくなるように補正
噴射ＩＱｏｆ’が設定されることになる。

また、上記ステップＳａの判別がアイドリンク時である
ＹＥＳの場合には、ステップＳδに移り、上記ステップ
８２１〜Ｓ　２４のフローと併行して、各気筒毎に空燃
比をリーン限界値にすべく、ステップＳ５において各気
筒毎の最大燃焼圧力ＰＩＩｌａｘのサイクル間変動σｉ
を下記式 ％式％） （ここで、ｌ：サンプリングしたサイクル数、Ｐｌａｘ
＝１サイクルでの最大燃焼圧力の平均値） より計算したのち、ステップＳ２８でこのサイクル闇変
動σｉと許容値σＯとの大小を比較判別し、σｉ≦σＯ
のときにはサイクル間変動σｉが小さくて空燃比のリー
ン化がざらに可能であると判断して、ステップＳ〃で補
正噴射ｆｉＱＯｉ”を補正量ΔＱ　Ｉ／だけ減量した値
（Ｑｏｉ”−ΔＱ″）に更新し、一方、σｉ〉σ０のと
きにはサイクル間変動σｉが太き（空燃比がリーン限界
に達していると判断して、ステップ８２８で補正噴射４
９　Ｑ　Ｏｉ　／７を補正量ΔＱ　／／だけ増量した値
（Ｑ、ｉ／／＋ΔＱ″）に更新する。そして、ステップ
８２９において上記で各々求めた補正噴射ＩＱｏｆ’　
と補正量［ｔＱＯｉ”とを加算した値（Ｑｏｉ’　＋Ｑ
ｏｉ”　）を新たな補正噴射量Ｑｏｉとする。しかる後
、ステップ５３１１において、上記ステップ８２９で求
めた補正噴射１１Ｑｏｉを基本噴射量Ｑｏに加算して各
気筒毎の燃料噴射量Ｑｉを算出し、この信号を制御回路
１３に出力する。尚、上記ステップＳ　ｔｏの判別がア
イドリンク時でないＮｏの場合には、直ちにステップＳ
　３＋で非定常判定回路によりその他の非定常運転領域
（加速時、減速時あるいは冷間時等）を判定し、ステッ
プ３３２でその場合での基本噴射量ＱＯを決定してステ
ップＳ３ｏに進む。

以上の作動フローにおいて、ステップＳｎ〜８２４１　
Ｓ　２９＋　Ｓ　ｙｏにより、アイドリンク時に最大燃
焼圧力Ｐ　ｗａｘの気筒間較差に基づいて各気筒毎に目
標空燃比（燃料噴射量）を第１目標値（燃料噴射ｆｆ１
Ｑｉ　−Ｑｏ　＋Ｑｏｉ’　）に設定する第１目標空燃
比設定手段１４を構成している。また、ステップ＄δ〜
８３０により、各気筒毎の最大燃焼圧力ＰＳａＸのサイ
クル間弯動σ１に基づいて上記第１目標空燃比設定手段
１４の第１目標空燃比（燃料噴射量Ｑｌ　−ＱＯ＋Ｑｏ
ｉ’　）を補正して第２目標空燃比（燃料噴射ＩＱｉ　
−Ｑｏ　＋Ｑｏｉ’　＋Ｑｏｉ”　）を設定する第２目
標空燃比設定手段１５を構成している。

したがって、このように各気筒毎の燃焼変動つまり各気
筒毎のサイクル間変動および気筒間較差に基づいて各気
筒毎に空燃比を制御してエンジンラフネスを抑制する場
合、燃焼安定性が悪く特にエンジンラフネスの発生が問
題となるアイドリンク時には、先ず、迅速に算出される
最大燃焼圧力Ｐ　ｗａｘの気筒間較差に基づいて第１目
標空燃比設定手段１４により第１目標空燃比が設定され
て空燃比制御されることにより、ラフネス制御を素早く
行うことができ、低負荷運転時でのエンジンラフネスの
発生を可及的にかつ迅速に抑ｉｌｌすることができる。

その後、第２目標空燃比設定手段１５により、各気筒毎
の最大燃焼圧力ｐ　ｗａｘのサイクル間変動に基づいて
上記第１目標空燃比を補正した第２目標空燃比が設定さ
れて空燃比制御されるので、各気筒の空燃比をラフネス
許容範囲内でリーン限界値に制御することができ、ラフ
ネス抑制を図りながら燃費率を低減させることができる
。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、そ
の他種々の変形例をも包含するものである。例えば、上
記実施例ではアイドリンク時に適用した場合について述
べたが、エンジンラフネスの発生が特に問題となるその
他の低負荷運転時にも同様に適用可能であるのは勿論の
ことである。

また、上記実施例では各気筒の燃焼状態を最大燃焼圧力
Ｐ■ａＸにより検出したが、平均有効圧力によって検出
するようにしてもよい。

さらに、上記実施例では燃料噴ｔｌｌ量の制御により空
燃比−−を行う場合について述べたが、本発明は吸入空
気量の制御により空燃比制御を行う場合についても同様
に適用できるものである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の多気筒エンジンの燃焼制
御装置によれば、低負荷運転時、各気筒毎の燃焼変動（
各気筒毎のサイクル間変動みよび気筒間較差）に基づき
各気筒毎に空燃比制御してエンジンラフネスを抑制する
場合、先ず、気筒間較差に基づく空燃比制御によりラフ
ネス制御を素早く行ったのち、各気筒毎のサイクル間変
動に基づく空燃比制御により空燃比のリーン限界値制御
を行うようにしたので、特にラフネスの発生が問題とな
る低負荷運転時でのドライバビリティの向上と燃費の低
減との実効を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図である。 第２図および第３図は本発明の実施例を示し、第２図は
全体概略構成図、第３図（イ）および（ロ）はコントロ
ールユニットの判定回路の作動フローを示すフローチャ
ート図である。 １・・・エンジン、５ａ〜５ｄ・・・燃料噴射弁、８ａ
〜８ｄ・・・筒内圧力センサ、１１・・・コントロール
ユニット、１２・・・判定回路、１３・・・制御回路、
１４・・・第１目標空燃比設定手段、１５・・・第２目
標空燃比設定手段。 θＴＶ ＶＥＧＲ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）各気筒毎に燃焼変動を検出する燃焼変動検出手段
   を設け、該各燃焼変動検出手段による各気筒毎の燃焼状
   態のサイクル間変動および燃焼状態の気筒間較差に基づ
   いて各気筒毎に各気筒に供給される混合気の空燃比を目
   標値に制御してエンジンラフネスを抑制するようにした
   多気筒エンジンの燃焼制御装置において、燃焼状態の気
   筒間較差に基づいて各気筒毎に目標空燃比を第１目標値
   に設定する第１目標空燃比設定手段と、各気筒毎の燃焼
   状態のサイクル間変動に基づいて上記第１目標空燃比設
   定手段の第１目標空燃比を補正して第２目標空燃比を設
   定する第２目標空燃比設定手段とを設けたことを特徴と
   する多気筒エンジンの燃焼制御装置。