JP2005273532A

JP2005273532A - エンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2005273532A
Application number: JP2004087217A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Kashiwatani; 呂之柏谷
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】本発明は、エンジンの空燃比を制御するエンジンの空燃比制御装置に関し、各気筒を最適な空燃比に維持することを目的とする。
【解決手段】複数の気筒を備え、前記各気筒内にインジェクタにより燃料を直接噴射し、点火プラグの点火により燃焼を行うエンジンにおいて、前記各気筒の実空燃比を別々に検出する複数の空燃比センサと、前記エンジンの負荷を検出し目標空燃比を求める目標空燃比設定手段と、前記空燃比センサで検出された実空燃比が前記目標空燃比設定手段で求められた目標空燃比になるように前記各インジェクタの燃料噴射量を別々に制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの空燃比を制御するエンジンの空燃比制御装置に関する。

従来、エンジンの空燃比を制御するエンジンの空燃比制御装置として、例えば、特開平４−２０９９４１号公報に開示されるものが知られている。
このエンジンの空燃比制御装置では、エンジンの空燃比を検出し、特定の学習領域において検出された空燃比と目標空燃比との偏差に基づいて学習値を演算して、空燃比が目標空燃比となるように学習制御される。
特開平４−２０９９４１号公報

しかしながら、上述したエンジンの空燃比制御装置では、排気マニホルドの集合部に空燃比センサを１つ設けてフィードバック制御を行っているため、気筒間の燃焼のバラツキを検出することができず、各気筒を最適な空燃比に維持することが困難であるという問題があった。
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、各気筒を最適な空燃比に維持することができるエンジンの空燃比制御装置を提供することを目的とする。

請求項１のエンジンの空燃比制御装置は、複数の気筒を備え、前記各気筒内にインジェクタにより燃料を直接噴射し、点火プラグの点火により燃焼を行うエンジンにおいて、前記各気筒の実空燃比を別々に検出する複数の空燃比センサと、前記エンジンの負荷を検出し目標空燃比を求める目標空燃比設定手段と、前記空燃比センサで検出された実空燃比が前記目標空燃比設定手段で求められた目標空燃比になるように前記各インジェクタの燃料噴射量を別々に制御する制御手段とを有することを特徴とする。

請求項２のエンジンの空燃比制御装置は、請求項１記載のエンジンの空燃比制御装置において、前記目標空燃比設定手段は、エンジン回転数およびアクセル開度に対応して目標空燃比が設定されるマップにより前記目標空燃比を求めることを特徴とする。
請求項３のエンジンの空燃比制御装置は、請求項１または請求項２記載のエンジンの空燃比制御装置において、前記制御手段は、前記点火プラグの点火時期を前記インジェクタの燃料噴射終了点に合わせることを特徴とする。

（作用）
請求項１のエンジンの空燃比制御装置では、気筒内直接噴射式エンジンの各気筒の排気部にそれぞれ空燃比センサが設けられ、各気筒の実空燃比が別々に検出される。そして、各気筒の実空燃比が、各気筒のインジェクタの燃料噴射量を別々に制御することにより、目標空燃比設定手段で求められた目標空燃比になるように制御される。

請求項２のエンジンの空燃比制御装置では、エンジン回転数およびアクセル開度に対応して目標空燃比が設定されるマップを用いて目標空燃比が求められる。
請求項３のエンジンの空燃比制御装置では、点火プラグの点火時期がインジェクタの燃料噴射終了点に合わせられ、これにより、気筒内に燃料が確実に噴射された後に燃焼が行われる。

請求項１のエンジンの空燃比制御装置では、気筒内直接噴射式エンジンの各気筒の排気部にそれぞれ空燃比センサを設け、各気筒の実空燃比が目標空燃比になるように各気筒のインジェクタの燃料噴射量を別々に制御するようにしたので、各気筒を最適な空燃比に維持することができる。
請求項２のエンジンの空燃比制御装置では、エンジン回転数およびアクセル開度に対応して目標空燃比が設定されるマップにより目標空燃比を求めるようにしたので、目標空燃比を容易，確実に求めることができる。

請求項３のエンジンの空燃比制御装置では、点火プラグの点火時期をインジェクタの燃料噴射終了点に合わせるようにしたので、燃焼を確実に行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明のエンジンの空燃比制御装置の一実施形態を示している。
図１において、符号１１は、エンジンを示している。このエンジン１１は、６つの気筒１３を有している。各気筒１３には、気筒１３内に燃料を直接噴射するインジェクタ１５が配置されている。また、各気筒１３には、点火プラグ１７が配置されている。なお、この実施形態では、燃料に天然ガスが使用される。

エンジン１１には、各気筒１３に吸気を行うための吸気マニホールド１９が配置されている。吸気マニホールド１９には、吸気管２１が接続されている。
吸気管２１には、上流側から順に、エアクリーナ２３，スロットル弁２５，ターボチャージャ２７のコンプレッサ２９，インタクーラ３１が配置されている。
また、エンジン１１には、各気筒１３からの排気を行うための排気マニホールド３３が配置されている。排気マニホールド３３には、排気管３５が接続されている。

排気管３５には、上流側から順に、ターボチャージャ２７のタービン３７，第１の触媒コンバータ３９，第２の触媒コンバータ４１，消音器４３が配置されている。また、排気管３５のタービン３７の上流側には、吸気管２１のコンプレッサ２９の上流側に分岐するＥＧＲ通路４５が接続されている。ＥＧＲ通路４５には、ＥＧＲバルブ４７およびＥＧＲクーラ４９が配置されている。

そして、この実施形態では、排気マニホールド３３には、各気筒１３の実空燃比を別々に検出する６個の空燃比センサ５１が配置されている。この実施形態では、空燃比センサ５１に広域空燃比センサが用いられている。また、空燃比センサ５１は、排気マニホールド３３の各分岐部３３ａに配置されている。
図１において符号５３は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）からなる制御手段を示している。この制御手段５３には、エンジン回転数，アクセル開度等の運転状態を示す信号が入力される。また、各空燃比センサ５１から各気筒１３の実空燃比を示す信号が入力される。さらに、エンジン１１に配置されるクランク角センサ５５からの信号が入力される。

そして、制御手段５３は、入力された信号に基づいて、各気筒１３に対応して配置されるインジェクタ駆動ユニット５７を制御し、各気筒１３のインジェクタ１５の燃料噴射量を別々に制御する。また、制御手段５３は、入力された信号に基づいて、各気筒１３に対応して配置されるトランジスタユニット５９によりコイル６１を制御し、各気筒１３の点火プラグ１７の点火時期を別々に制御する。なお、図１では、便宜上１つの気筒１３のみを点線で示し、この気筒１３のインジェクタ１５および点火プラグ１７を制御手段５３により制御しているが、実際には、各気筒１３のインジェクタ１５および点火プラグ１７が制御手段５３により別々に制御される。

さらに、制御手段５３は、入力された信号に基づいて、スロットル弁２５およびＥＧＲバルブ４７の開度を制御する。
この実施形態では、制御手段５３は、エンジン１１の負荷を検出し目標空燃比を求める目標空燃比設定手段６３を有している。この目標空燃比設定手段６３は、予め制御手段５３内に記憶されたマップ６５により目標空燃比を求める。

図２は、このマップ６５の詳細を示すもので、Ｘ軸にはエンジン回転数が、Ｙ軸にはアクセル開度がとられている。そして、Ｚ軸には、目標空燃比λがとられている。このマップ６５では、エンジン回転数およびアクセル開度に対応して目標空燃比λが三次元的に求められる。
図３は、上述したエンジンの空燃比制御装置の動作を示すフローチャートである。

先ず、ステップＳ１において、現在の運転の負荷状態、すなわち、エンジン回転数およびアクセル開度が入力される。
次に、ステップＳ２において、現在の運転の負荷状態に最適な目標空燃比λが設定される。この目標空燃比λの設定は、目標空燃比設定手段６３が、ステップＳ１で入力されたエンジン回転数およびアクセル開度に対応する点の目標空燃比λを、図２に示したマップ６５から読み込むことにより行われる。

次に、ステップＳ３において、各空燃比センサ５１からの信号が読み込まれる。この読み込まれる信号は、各気筒１３の排気行程終了直後の各空燃比センサ５１からの信号であり、各気筒１３の現在の実空燃比λ１に対応している。
次に、ステップＳ４において、ステップＳ２で設定された目標空燃比λと、ステップＳ３で読み込まれた各気筒１３の実空燃比λ１とが順次比較される。そして、目標空燃比λが実空燃比λ１より小さい気筒１３に対しては、ステップＳ５において、該当する各気筒１３毎にインジェクタ１５の燃料噴射量を増量するコントロールおよび点火プラグ１７の点火時期のコントロールが行われる。この実施形態では、インジェクタ１５の燃料噴射量の増量は、インジェクタ１５の燃料噴射時間を増大することにより行われ、また、点火プラグ１７の点火時期が、インジェクタ１５の燃料噴射終了点になるように変更される。

ステップＳ４において、目標空燃比λが実空燃比λ１より小さくない気筒１３に対しては、ステップＳ６において、目標空燃比λと各気筒１３の実空燃比λ１とが順次比較される。そして、目標空燃比λが実空燃比λ１より大きい気筒１３に対しては、ステップＳ７において、該当する各気筒１３毎にインジェクタ１５の燃料噴射量を減量するコントロールおよび点火プラグ１７の点火時期のコントロールが行われる。この実施形態では、インジェクタ１５の燃料噴射量の減量は、インジェクタ１５の燃料噴射時間を減少することにより行われ、また、点火プラグ１７の点火時期が、インジェクタ１５の燃料噴射終了点になるように変更される。

そして、ステップＳ６において、目標空燃比λが実空燃比λ１より大きくない気筒１３に対しては、目標空燃比λと実空燃比λ１とが同じであるため、現状の燃料噴射量および点火時期が維持される。
上述したエンジンの空燃比制御装置では、気筒内直接噴射式のエンジン１１の各気筒１３の排気部にそれぞれ空燃比センサ５１を設け、各気筒１３の実空燃比λ１が目標空燃比λになるように各気筒１３のインジェクタ１５の燃料噴射量を別々に制御するようにしたので、例えば、インジェクタ１５等に機械的なバラツキが存在しても、各気筒１３を最適な空燃比に維持することができる。

そして、これにより各気筒１３の出力を、適正な量の燃料により最大限まで高めることができ、燃費を向上することができる。また、気筒１３間の燃焼のバラツキが小さくなるため、エンジン１１の振動を抑制することが可能になる。
また、上述したエンジンの空燃比制御装置では、エンジン回転数およびアクセル開度に対応して目標空燃比λが設定されるマップ６５により目標空燃比λを求めるようにしたので、目標空燃比λを容易，確実に求めることができる。

さらに、上述したエンジンの空燃比制御装置では、点火プラグ１７の点火時期をインジェクタ１５の燃料噴射終了点に合わせるようにしたので、燃焼を確実に行うことができる。
なお、上述した実施形態では、エンジン回転数およびアクセル開度に対応して目標空燃比λが設定されるマップ６５により目標空燃比λを求めた例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、予め設定された式を用いた演算により目標空燃比λを求めるようにしても良い。

また、上述した実施形態では、燃料に天然ガスを使用する気筒内直接噴射式のエンジン１１に本発明を適用した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、燃料にガソリンを使用する気筒内直接噴射式のエンジン等にも適用することができる。

本発明のエンジンの空燃比制御装置の一実施形態を示す説明図である。図１の制御手段に記憶される三次元マップを示す説明図である。図１のエンジンの空燃比制御装置の動作を示す説明図である。

符号の説明

１１エンジン
１３気筒
１５インジェクタ
１７点火プラグ
１９吸気マニホールド
２１吸気管
３３排気マニホールド
３５排気管
５１空燃比センサ
５３制御手段
６３目標空燃比設定手段
６５マップ
λ 目標空燃比
λ１実空燃比

Claims

複数の気筒を備え、前記各気筒内にインジェクタにより燃料を直接噴射し、点火プラグの点火により燃焼を行うエンジンにおいて、
前記各気筒の実空燃比を別々に検出する複数の空燃比センサと、
前記エンジンの負荷を検出し目標空燃比を求める目標空燃比設定手段と、
前記空燃比センサで検出された実空燃比が前記目標空燃比設定手段で求められた目標空燃比になるように前記各インジェクタの燃料噴射量を別々に制御する制御手段と、
を有することを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
請求項１記載のエンジンの空燃比制御装置において、
前記目標空燃比設定手段は、エンジン回転数およびアクセル開度に対応して目標空燃比が設定されるマップにより前記目標空燃比を求めることを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
請求項１または請求項２記載のエンジンの空燃比制御装置において、
前記制御手段は、前記点火プラグの点火時期を前記インジェクタの燃料噴射終了点に合わせることを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。