JPS6220652A - 内燃機関の安定化装置 - 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、内燃機関において空燃比フィードバック制御
時に生じるトルクの変動を安定化する技術に関する。

〈従来の技術〉 近年車両用内燃機関においては、所定の運転時に排気中
酸素濃度等がら空燃比を検出し、空燃比を目標値に近づ
けるようにフィードバック制御することが一般に行われ
ているが、この場合具体的には燃料供給量又は吸入空気
流量のいずれか一方のみを制御して空燃比を制御してい
る（特公昭６０−２０５７１号公報等参照）。

〈発明が解決しようとする問題点〉 したがって、例えば燃料供給量を制御するものでは、吸
入空気流量を一定のままで空燃比が目標値から外れた時
にこれを修正する方向に燃料供給量を周期的に変化させ
るように制御しているため（第９図Ａ参照）、該変化と
関係したトルクの変動を招き（同図Ｂ参照）、機関の安
定度が損なわれ、特にアイドル時や低負荷運転時の安定
性低下が著しく、車両搭載機関にあっては、走行中のサ
ージ発生を招く結果となる。

また、燃料供給量一定のまま吸入空気流量を制御するも
のについても同様のことがいえる（第１０図Ａ、　Ｂ参
照）。

ここで、トルク変動を解決する方法として空燃比フィー
ドバック制御における空燃比の振れ幅を小さくすること
が考えられるが、そのためには空燃比の変化速度を小さ
くしなければならず、制御応答性が変化することになる
ため、限界がある。

このため、従来、アイドル時は初期のみフィードバック
制御を行い、以後は空燃比のフィードバック補正係数を
例えば前記フィードバック制御時の平均値に固定するこ
とによりフィードバック制御を停止し、安定度の悪化を
防止するようにしたものもある。

しかしながら、アイドル時以外の低・中負荷運転条件に
おいては、空燃比フィードバック制御を行わざるを得す
、トルク変動による車両のサージ発生は免れず、運転性
が悪いという問題があった。

また、アイドル時も初期にはフィードバック制御が複数
周期継続して行われるため、この間の安定度の悪化は解
消されない。

本発明はこのような従来の問題点を解決するた、めなさ
れたもので、空燃比フィードバック制御時の空燃比の変
動に伴うトルクの変動を、点火時期補正制御によって抑
制し、もって安定度を向上させるようにした内燃機関の
安定化装置を提供することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 このため、本発明は第１図に示すように、機関の空燃比
を検出する空燃比検出手段Ａと、空燃比の検出値を空燃
比の目標値に対応する値と比較して空燃比の補正量を演
算する空燃比補正量演算手段Ｂと、空燃比補正量の演算
結果に基づいて空燃比をフィードバック補正制御する空
燃比フィードバック制御手段Ｃとを備えてなる内燃機関
において、前記空燃比補正量演算手段Ｂからの出力によ
り空燃比補正量の変化状態を検出する空燃比補正量変化
状態検出手段りと、該空燃比補正量の変化状態に応じて
気筒毎に備えられる点火栓の点火時期の補正量を演算す
る点火時期補正量演算手段Ｅと、機関運転条件に応じて
基本点火時期を演算する基本点火時期演算手段Ｆと、基
本点火時期と点火時期の補正量との信号に基づいて点火
時期を演算する点火時期演算手段Ｇと、該点火時期演算
手段Ｇにより演算された点火時期に点火栓を点火させる
点火制御手段Ｈとを備えた構成とする。

く作用〉 空燃比補正量演算手段Ｂからの出力により、空燃比補正
量の変化状態が空燃比補正量変化状態検出手段りにより
検出され、その変化状態に応じて点火時期の補正量が点
火時期補正量演算手段已により演算される。

一方機関運転条件に応じて基本点火時期が基本点火時期
演算手段Ｆにより演算され、基本点火時期と点火時期補
正量との信号により点火時期演算手段Ｇにより演算され
た最終的な点火時期に点火制御手段Ｈからの出力により
点火栓が点火される。

これにより、空燃比の変化状態が大きく、トルク変動が
大きくなろうとする時に点火時期の補正によりトルク変
動が抑制される。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

第２図において、内燃機関ｌの吸気通路２には上流側か
らエアクリーナ３．吸入空気流量を検出するエアフロメ
ータ４．スロットル弁５．燃料噴射弁６．吸気弁７が順
次膜けられ、又、前記スロットル弁５に連結して弁開度
を検出するスロットルセンサ８が設けられる。一方、排
気通路９には排気中酸素濃度やＣＯ等の濃度を検出する
ことにより機関の空燃比を検出する空燃比検出手段とし
ての空燃比センサ１０が設けられる。１１は排気弁であ
る。

また、各気筒の燃焼室には点火栓１２が臨設され、後述
するようにして点火コイル１３の１次側に接続される点
火回路１４の通電を断つことにより点火コイル１３の２
次側に高電圧を発生させ、この高電圧をディストリビュ
ータ１５を介して点火時期にある気筒の点火栓１２に印
加して電極間を放電させて点火させるようにしている。

即ち、点火回路１４１点火コイル１３及びディストリビ
ュータ１５は、点火制御手段を構成する。

また、機関１の回転数を検出する回転数センサ１６と、
冷却水温度を検出する水温センサ１７が設けられる。

前記エアフロメータ４からの吸入空気流量信号。

スロットルセンサ８からのスロットル弁開度信号。

空燃比センサ１０からの空燃比信号２回転数センサ１６
からの回転数信号、水温センサ１７からの水温信号等は
ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、−Ｉ１０ボートからなるマイ
コンを内蔵した制御回路１８に入力される。

制御回路１日は、前記各信号に基づいて電磁式の燃料噴
射弁６からの燃料噴射量を演算し、該噴射量に相応する
パルス幅をもつ燃料噴射パルスを出力するが、所定の定
常運転時は、後述するように前記空燃比センサ１０から
の信号に基づき、基本となる燃料噴射量を空燃比フィー
ドバック補正係数を乗じて補正することにより空燃比フ
ィードバック制御を行う。即ち、制御回路１８は、空燃
比補正量演算手段及び空燃比フィードバック制御手段と
しての機能を有する。

一方、機関運転条件に応じて点火栓１２の点火時期を演
算し、該点火時期に点火回路１４への通電を断って点火
させるのであるが、前記空燃比フィードバック制御時に
は、空燃比フィードバック補正係数の変化量に応じて前
記した基本となる点火時期を補正し、これにより、空燃
比の変動に伴うトルクの変動を抑制する。即ち、制御回
路１８は、空燃比補正量変化状態検出手段、基本点火時
期演算手段９点火時期補正量演算手段及び点火時期演算
手段としての機能も有する。

次に、制御回路１８による一連の空燃比（燃料噴射量）
制御及び点火時期制御を第３図のフローチャートに従っ
て説明する。このルーチンはクランク角１８０°毎に割
込処理される。

まず、Ｓｌではエアフロメータ４からの吸入空気流ＩＱ
倍信号び回転数センサ１６からの機関回転数Ｎ信号に基
づき基本燃料噴射量Ｔ２を次式により演算する Ｔ、＝Ｋ　−Ｑ／Ｎ　（但し、Ｋは定数）Ｓ２では、水
温センサ１７から水温Ｔ１．ｌ信号やスロットルセンサ
８からのスロットル弁開度θ信号等に基づき、各種補正
係数Ｃ０ＥＦを演算する。

Ｓ３では、バッテリ電圧に応じて燃料噴射弁の開弁に要
する立ち上がり無効パルス幅Ｔ、を演算する。

Ｓ４では、空燃比フィードバック制御を行う運転条件で
あるか否かの判定を行う。具体的には、水温センサ１７
により検出される水温が所定値以上でスロットルセンサ
８により検出されるスロットル弁開度が全開ではなく、
かつ、燃料カット中でない運転条件であって、空燃比セ
ンサ１０が正常と判定された時等が空燃比フィードバッ
ク制御条件に該当する。そして空燃比フィードバック制
御を行わない場合はＳ５に進んで、空燃比フィードバッ
ク補正係数αを所定値α。（例えばα。＝１）に固定し
、Ｓ６に進んで、点火時期補正量ＨＡＤＶを０とした後
、Ｓ１８へ進み、点火時期ＡＤＶ　（圧縮上死点からの
進角量として設定）を次式により演算する。

ＡＤＶ＝ＡＤＶ。−ＨＡＤＶ ここで、ＡＤＶ、は基本点火時期で例えば機関回転数Ｎ
と前記Ｓ１で求めた基本燃料噴射量Ｔ。

とに基づきＲＯＭに記憶されたマツプからの検索等によ
って求められている。

そして、空燃比フィードバック制御を行わない場合、前
記したようにＨＡＤＶ＝Ｏであるから、そのときの点火
時期ＡＤＶは結局、基本点火時期ＡＤＶ。に等しく設定
される。　　・ Ｓ４で、フィードバック制御条件と判断されれば、Ｓ７
へ進んで、空燃比センサ１０の出力Ｐを空燃比の目標値
に対応する値Ｐ０と比較し、空燃比が目標値以上、即ち
希薄側と判定された場合は、Ｓ８で空燃比フィードバッ
ク補正係数αを増加させ、目標値より小、即ち過濃側と
判定された場合は、αを減少させる。

詳細には、αの増減量は常に一定ではなく、目標値との
大小関係が反転した直後の増減量は大きくし、それ以外
の時は小さくするいわゆるＰＩ制御が行われ、さらに運
転条件によっても増減量を可変として高精度な制御を行
うようにしてもよい。

ＳＩＯでは、最終的な燃料噴射量Ｔｉを次式により演算
する。

Ｔｉ＝ＴｐＸＣＯＥＦＸα＋Ｔｓ Ｓｌｌでは、αの最新の最大値α１．Ｘを検出し、Ｓ１
２ではαの最新の最小値α、、＋７を検出する。

Ｓ１３では、α□８とα１７との平均値ｉを演算する。

３１４では、現状のαと前記平均値ｉとの偏差Δαを演
算する。

次に、Ｓ１５では、Δαを平滑化した値１丁を次式によ
り演算する。

１丁（新）−τｉ（旧）Ｘ３／４　＋Δα×１／４かか
る演算処理の後、Ｓ１６では、点火時期の補正量ＨＡＤ
Ｖの演算に使用される補正係数ＫＤαの演算を行う。こ
の場合、機関回転数Ｎ、冷却水温度Ｔ８及び基本噴射パ
ルス幅Ｔｐを用いて求めるが、具体例としてはＮ及びＴ
、に基づいて３次元マツプ（第４図参照）から検索され
た第１補正係数ＫＤα１とＴ。に基づいて２次元マツプ
（第５図参照）から検索される第２補正係数ＫＤα２と
を乗じ、演算式（ＫＤα＝ＫＤαＩＸＫＤα２）により
求める。

そして、前記平滑値１丁と前記補正係数ＫＤαとを乗じ
て補正量ＨＡＤＶを次式により求める。

ＨＡＤＶ＝τｚＸＫｌ）α 最後に、３１８へ進み、最終的な点火時期ＡＤＶが次式
で求められる。

ＡＤＶ＝ＡＤＶＯ−ＨＡＤＶ このように、τ７が増大すると、ＨＡＤＶが増大して遅
角補正量が増大するため、燃料増量によるトルクの増大
を抑制でき、逆にτｉが減少すると遅角補正量が減少し
てトルクの減少を抑制できる。

即ち、空燃比の変動に伴うトルクの変動を点火時期補正
によって抑制できるのである。

第６図は、前記ルーチンで演算された各パラメータの波
形とトルクの波形を実線で示したものであり、破線で示
した従来例のトルク波形と比較すると、トルクの変動を
大幅に減少できることが明らかである。

尚、Δαを平滑化した値１丁を用いて点火時期補正量を
求めるのは、Δαをそのまま用いても効果は得られるが
、より高精度な補正を行うためである。即ち、αの値と
燃料噴射量は比例するが、実際にシリンダに吸入される
燃料量は比例せず、吸気ポート壁への付着により遅れを
生じるので、多少減衰した波形となり、この減衰した波
形に対してトルクも発生するので、Δαに直接比例させ
て点火時期補正を行うよりも、Δαを適度に平滑化した
値１丁を用いた方がトルク波形に近くなり、トルク変動
をより高精度に平坦化することができる。

尚、αの平滑化の程度も冷却水温度による補正を行えば
さらに高精度となる。

また、本発明は、前記したようにアイドル及び低負荷時
に椙）て特に問題となっているトルク変動によるハンチ
ングやサージを効果的に防止できるものであり、中負荷
以上では点火時期は通常トルク最大となる点にマツチン
グしているので、点火時期を多少変えても殆どトルクは
変化しない。

しかし、この場合は、加速中又は比較的車速の大きな条
件であり、サージ等は運転者が感じにくい条件である。

これに対し、アイドル及び低負荷時においては、点火時
期をトルク最大点（ＭＢＴ）にマツチングさせると、第
７図に示すように安定度が大きく悪化し、ＭＢＴより遅
角したところ（図示Ｍ点）でマツチングしている。

したがって、点火時期を変化させることにより、トルク
を変化させることかでき、本発明による効果を発揮でき
ることが明らかである。

第８図は、本実施例におけるトルク特性を示し、従来は
フィードバック制御により空燃比のみが変動するため実
線矢印方向にトルクが変動するが、本実施例では空燃比
の変化に対応して点火時期補正を行うことにより、点線
矢印で示すように等トルク線上を移動し、トルク変動を
抑制できる。

また、実施例では、燃料噴射量を変えて空燃比をフィー
ドバック制御するものについて示したが、吸入空気流量
を変えて空燃比をフィードハック制御するものについて
も同様に本発明を適用できることは勿論である。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によればアイドル及び低負
荷時に空燃比フィードバック制御によって変動する空燃
比に対応して点火時期補正を行う構成としたため、空燃
比変動によるトルク変化を効果的に抑制でき、特に車両
におけるサージの発生を防止でき、運転性の悪化を防止
できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成９機能を示すブロック図、第２図
は本発明の一実施例の構成図、第３図は同上実施例の制
御動作を示すフローチャート、第４図は同上実施例に使
用される第１補正係数ＫＤα１のマツプ、第５図は同上
実施例に使用される第２補正係数ＫＤα２のマツプ、第
６図は同上実施例に使用される各種パラメータとトルク
の波形を示すタイムチャート、第７図は点火時期に対す
る機関の安定度とトルクの変動を示すグラフ、第８図は
空燃比と点火時期に対する等トルク線図、第９図は従来
の燃料供給量を可変して空燃比フィードバック制御を行
うもののトルク線図、第１０図は従来の吸入空気流量を
可変して空燃比フィードバック制御を行うもののトルク
線図である。 １・・・内燃機関　　６・・・燃料噴射弁　　１０・・
・空燃比センサ　　１２・・・点火栓　　１３・・・点
火コイル１４・・・点火回路　　１５・・・ディストリ
ビュータ１８・・・制御部回路 特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　冨二雄 第４図 Ｎ 第５図 ７ｗ 嘉６図 び、ＣＡ ＡＤＶ 第７因 、九火叶期（’ＢＴＤＣ） 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関の空燃比を検出する空燃比検出手段と、空燃比の検
   出値を空燃比の目標値に対応する値と比較して空燃比の
   補正量を演算する空燃比補正量演算手段と、空燃比補正
   量の演算結果に基づいて空燃比をフィードバック補正制
   御する空燃比フィードバック制御手段とを備えてなる内
   燃機関において、前記空燃比補正量演算手段からの出力
   により空燃比補正量の変化状態を検出する空燃比補正量
   変化状態検出手段と、該空燃比補正量の変化状態に応じ
   て気筒毎に備えられる点火栓の点火時期の補正量を演算
   する点火時期補正量演算手段と、機関運転条件に応じて
   基本点火時期を演算する基本点火時期演算手段と、基本
   点火時期と点火時期の補正量との信号に基づいて点火時
   期を演算する点火時期演算手段と、該点火時期演算手段
   により演算された点火時期に点火栓を点火させる点火制
   御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の安定化装
   置。