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JP2591072B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

内燃機関の制御装置

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Publication number
JP2591072B2
JP2591072B2 JP14617288A JP14617288A JP2591072B2 JP 2591072 B2 JP2591072 B2 JP 2591072B2 JP 14617288 A JP14617288 A JP 14617288A JP 14617288 A JP14617288 A JP 14617288A JP 2591072 B2 JP2591072 B2 JP 2591072B2
Authority
JP
Japan
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air
fuel ratio
fuel
fuel injection
intake
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP14617288A
Other languages
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JPH01313645A (ja
Inventor
芳樹 中條
啓二 青木
歳康 勝野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPH01313645A publication Critical patent/JPH01313645A/ja
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の制御装置に係り、特に燃焼室内の
実際の空燃比を検出して運転状態を制御する内燃機関の
制御装置に関する。
〔従来の技術〕
従来より、機関負荷(吸入空気量または吸気管圧力)
と機関回転速度とに応じて定まる基本燃料噴射時間TPと
排ガス中の残留酸素濃度を検出して理論空燃比を境に反
転した信号を出力するO2センサ出力から得られる空燃比
フイードバツク補正係数FAFとを用いて、燃焼空燃比が
理論空燃比になるように燃料噴射量をフイードバツク制
御する燃料噴射量制御装置を備えた内燃機関が知られて
いる。
なお、O2センサを燃焼室内や気化器下流に設けて混合
器の空燃比を検出して空燃比制御することも提案されて
いる(特開昭54−98421号公報、同56−19882号公報参
照)。また、同様に機関負荷と機関回転数とに応じて基
本点火時期を演算し、機関冷却水温や吸気温等でこの点
火時期を補正する点火時期制御装置を備えた内燃機関も
知られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら。空燃比を直接検出してもその検出時期
によっては、混合気にむらがあり、正確な空燃比を測定
することができない。上記公報にはこの検出時期が何ら
開示されておらず、燃焼室内の実際の酸素濃度や空燃比
を検出しても、その値が燃焼時の確定的な空燃比とはい
えないため、依然空燃比変動が生じることになる。
本発明は上記事実を考慮し、燃焼室内の混合気の空燃
比が確定した時点で空燃比を直接検出し、この空燃比に
基づいて燃焼噴射量又は点火時期の少なくとも一方を制
御して空燃比変動を押さえることができる内燃機関の制
御装置を得ることが目的である。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃焼室内に設け
られ空燃比を検出する空燃比検出センサAと、吸気系に
燃料噴射弁を備え、吸入空気と燃料が燃焼室内で旋回し
て成層化燃焼させるように燃料噴射弁の噴射タイミング
を制御し、燃料噴射した後の吸気行程後半から点火時ま
での所定のクランク角度で前記空燃比検出センサの検出
値をサンプリングする空燃比サンプリング手段Bと、前
記空燃比サンプリング手段によりサンプリングされた空
燃比に基づいて燃焼変動が一定になるように少なくとも
燃料噴射量及び点火時期のいずれか一方を制御手段C
と、を有している。
〔作用〕
本発明において、空燃比検出センサAによる、空燃比
のサンプリングを空燃比サンプリング手段Bによって吸
気行程後半から点火時までの所定のクランク角度で行っ
ているので、実際に燃焼される確定された混合気の空燃
比を検出することができる。
本発明では、吸気系に燃焼噴射弁を備え、吸入空気と
燃料が燃焼室内で旋回して成層化燃焼させるように燃料
噴射弁の噴射タイミングを制御しており、空燃比が最も
安定する時期及び位置に空燃比検出センサが設けられて
おり、精度良く空燃比を検出することができる。
このサンプリングされた混合気の空燃比に基づいて、
制御手段Cにより空燃比が目標空燃比となるように例え
ば燃料噴射量を制御することにより、燃費が向上すると
共に空燃比のサイクル変動を抑制することができ、内燃
機関の運転制御精度を向上させることができる。なお、
前記目標空燃比とは、燃焼変動が一定になるような空燃
比をいう。
また、制御手段Cでは、空燃比変動が小さくリーンと
なるほど点火時期を進角させ、空燃比変動が大きくリツ
チとなるほど点火時期を遅角させることができる。
〔第1実施例〕 第2図には本発明の第1実施例を適用した内燃機関が
示されている。機関本体10に形成されたシリンダボア11
内にはピストン12が摺動自在に収容され、このピストン
12の上方に燃焼室13が形成されている。吸気通路14の燃
焼室13側端部は吸気弁15により開閉されるようになって
いる。吸気通路14内において、吸気弁15の上流側には燃
焼噴射手段としての燃料噴射弁16が配設され、この燃料
噴射弁16の上流にあるサージタンクからは連通管を介し
て圧力センサ17が設けられている。燃料噴射弁16の下流
でかつ燃焼室13の上流には、スワールコントロールバル
ブ38が設けられ、燃焼質13内へ送り込まれる混合気を旋
回流としている。これにより、燃焼を安定させることが
でき、より希薄な空燃比のもとで運転を可能とすること
ができる。
また、圧力センサ17の上流側には吸気絞り弁18が設け
られ、吸気絞り弁18を迂回するバイパス通路19にはアイ
ドル制御弁20が設けられている。アイドル制御弁20はス
テツパモータ21により開閉駆動され、吸気絞り弁18の全
閉時にアイドル回転数を略一定にする役目を有してい
る。
一方、排気通路22の燃焼室13側端部は、排気弁23によ
り開閉されている。なお、機関本体10のウオータージヤ
ケツト25には水温センサ26が設けられ、また点火プラグ
27に接続されているデイストリビユータ28にはエンジン
回転数を検出する回転数センサ29が設けられている。
点火プラグ27の近傍には、燃焼室13内の空燃比を検出
する空燃比検出センサ50が取り付けられている。空燃比
検出センサ50は、第3図に示される如く、金属製のハウ
ジング52の先端部にA/Fセンサ素子54が接合されてお
り、このA/Fセンサ素子54には、このA/Fセンサ素子54へ
所定の電圧を印加するためのリード線56、58が接続され
ている。リード線56、58はハウジング52の内方空間部を
通過して、その上端部に設けられた大気開放用孔60から
取り出され、電子制御装置(ECU)30へと接続されてい
る。
A/Fセンサ素子54は、ガス拡散律速層となる多孔質セ
ラミツクス62を基台としてその上面にPt電極64、ジルコ
ニア66、Pt電極68の順に積層された構造となっており、
所定温度以上(例えば600℃以上)で、所定の電圧(例
えば0.2〜1.0V)を印加することによって、空燃比(A/
F)に対応した電圧値VA/Fを検出することができるよう
になっている。なお、多孔質セラミクス62の下面にヒー
タ70を取り付け(第4図参照)、さらにこのヒータ70を
被覆するように触媒層72を設けることにより、ヒータ70
によって、多孔質セラミクス62やジルコニア66を700℃
前後に加熱することができ、触媒層72によりA/Fセンサ
素子54での混合気の燃焼を助長させることができる。
電圧値VA/Fと空燃比A/Fとの関係は、第5図に示され
るような特性となっており、その詳細は、SAE Paper 86
0408に記載されている。
電子制御(ECU)30は、MPU31、ROM32、RAM36、入力ポ
ート33、出力ポート34及びこれらを接続するバス35で構
成されている。入力ポート33には、圧力センサ17、ステ
ツパモータ21、水温センサ26及び回転数センサ29が接続
されている。また、出力ポートには燃料噴射弁16が接続
されている。
以下に本第1実施例の作用を説明する。
まず、第6図のフローチヤートに従い、燃料噴射ルー
チンについて説明する。
ステツプ100において、エンジン回転数NEと吸気管圧
力PMとから、基本燃料噴射量TPを演算すると共に、目標
空燃比に基づく基準電圧V0を求める。この基準電圧V
0は、リーン制御の場合はリーン限界空燃比に設定され
る。
次にのステツプ102では、燃料室13内の実際の空燃比
を検出する所定のクランク角か否かを判断し、肯定判定
された場合はステツプ104へ移行して空燃比検出センサ5
0によつて空燃比に基づく電圧値VA/Fを検出し、ステツ
プ106へ移行する。
ステツプ106では、前記基準電圧V0と検出電圧VA/F
が比較され、VA/F≦V0と判定された場合は、実際の空燃
比が目標空燃比よりもリーン側に変動していると判断さ
れ、ステツプ108へ移行してフイードバツク補正係数FAF
に変動分ΔAFを加算し、また、ステツプ106においてV
A/F>V0と判断された場合は、リツチ側に変動している
と判断され、ステツプ110へ移行して、フイードバツク
補正係数FAFから変動分ΔAFを減算し、それぞれステツ
プ112へ移行する。なお、ステツプ102において、否定判
定された場合は、ステツプ106、108、110を飛び越して
ステツプ112へ移行する。
ステツプ112では、上記基本燃料噴射量TP、フイード
バック補正係数FAF及び他の補正係数αや無効噴射量β
に基づいて、燃料噴射量TAUが演算され、ステツプ114へ
移行する。ステツプ114では、エンジン回転数NEと吸気
管圧力PMとから燃料噴射開始時刻tiが読み出され、次の
ステツプ116では、燃料噴射終了時刻tcが燃料噴射開始
事項tiと燃料噴射時間TAUとから演算され、次いでステ
ツプ118で割込許可がなされた後、ステツプ120へ移行し
て燃料噴射開始時刻tiがセツトされる。
以上により設定された値に基づいて、実際に燃料が噴
射された場合のクランク角に基づくチヤートを第7図に
示す。第7図矢印Aで示す範囲が空燃比検出センサ50に
よる実際の空燃比を検出する範囲であり、この範囲であ
ればいずれであってもよい。この検出範囲の終端から燃
料噴射開始までの範囲(第7図矢印Bで示す範囲)が第
6図に示す各演算処理時間に相当し、この範囲の終端が
上記燃料噴射開始時刻tiとなる。
このように、実際の空燃比を各周期の点火直前で検出
して、燃料噴射量を補正しているので、空燃比制御の精
度が向上し、燃費及びドライバビリテイに優れたエンジ
ン制御を行うことができる。
〔第2実施例〕 以下に本発明の第2実施例について説明する。なお、
構成部品については第2図で示した上記第1実施例の構
成と同一であり、制御が異なるのみであるので、構成の
説明は省略する。本第2実施例の特徴は、空燃比の変動
が大きい場合に生じる失火を防止するために、この変動
が所定値以上のときに燃料噴射量を増加することにあ
る。以下にその作用を第8図にフローチヤートに従い説
明する。
ステツプ150において、エンジン回転数NEと吸気管圧
力PMとから、基本燃料噴射量TPを演算すると共に、目標
空燃比の許容偏差に基づく基準電圧偏差ΔV0を求める。
次のステツプ152では、燃料室13内の実際の空燃比を検
出する所定のクランク角か否かを判断し、肯定判定され
た場合はステツプ154へ移行して空燃比検出センサ50に
よって空燃比に基づく電圧値VA/Fを検出し、ステツプ15
6へ移行する。
ステツプ156では、この検出した電圧値VA/Fを一旦記
憶し、次いでステツプ158で電圧値VA/Fをn回記憶した
か否かを判断する。このステツプ158で肯定判定された
場合は、ステツプ160へ移行し、n回分の電圧値VA/F
最大値と最小値とから検出電圧偏差ΔVA/Fを演算する。
次のステツプ162では、この検出電圧偏差ΔVA/Fと基準
電圧偏差ΔV0とが比較され、ΔVA/F>ΔV0と判定された
場合は、空燃比の変動が大きく、失火の可能性があると
判断され、ステツプ164へ移行して、フイードバツク補
正係数FAFに所定値を加算してステツプ166へ移行する。
また、ステツプ162において、ΔVA/F≦ΔV0と判定され
た場合は、空燃比の変動が所定範囲であり失火の恐れは
ないと判断され、ステツプ164を飛び越してステツプ166
へ移行する。
次のステツプ166では、上記基本燃料噴射量TP、フイ
ードバツク補正係数FAF及び他の補正係数αや無効噴射
量βに基づいて、燃料噴射量TAUが演算され、ステツプ1
68へ移行する。なお、ステツプ152で否定判定された場
合及びステツプ158で否定判定された場合は、上記処理
を行わず、直接このステツプ168へ移行する。
ステツプ168では、エンジン回転数NEと吸気管圧力PM
とから燃料噴射開始時刻tiが読み出され、次のステツプ
170では、燃料噴射終了時刻teが燃料噴射開始時刻ti
燃料噴射時間TAUとから演算され、次いでステツプ172で
割込許可がなされた後、ステツプ174へ移行して燃料噴
射開始時刻tiがセツトされる。
このように、実際の空燃比の各サイクルの変動が所定
以上大きくなった場合に、リツチ側にフイードバツク補
正係数を補正するようにしたので、サイクル変動が抑制
され、失火することがない。
従って、機関が希薄混合気にて運転される場合は、失
火の可能性が減少する分希薄燃焼限界を拡大できる。
〔第3実施例〕 本第3実施例の特徴は、燃焼室内の混合気の点火前の
空燃比に応じて、その混合気の点火時期を制御すること
にあり、以下第9図のフローチヤート及び第11図のタイ
ムチヤートに従い説明する。
まず、ステツプ200において、エンジン回転数NEと吸
気管圧力PMとから基本点火進角θBASEを演算すると共
に、目標空燃比に相当する基準電圧V0を求める。この基
準電圧は、吸気管圧力PMと、エンジン回転数NEとからマ
ツプ検索してもよいし、また、燃料供給量を所望の空燃
比となるようにF/B制御しているものであれば、過去の
空燃比検出センサの出力値を平均化したものでもよい。
次のステツプ202では、機関冷却水温や吸気温等に基づ
いて補正進角量θCOMを演算し、次いでステツプ204にお
いて以下の式に従って実行点火進θiを演算する。
θi=θBASE+θCOM 次のステツプ206では、第8図のステツプ152から160
で示した処理と同様の処理を行って、電圧VA/Fを演算す
る。次のステツプ208では、この電圧VA/Fと電圧VOとが
比較され、VA/F>電圧VOと判定された場合は、ステツプ
210へ移行して、実行点火進角θiを遅角させ、VA/F
電圧VOと判定された場合は、ステツプ212へ移行して実
行点火進角θiを進角させて、それぞれステツプ214へ
移行する。ステツプ214では、点火開始時刻ti′と、点
火終了時刻te′とが演算され、次いでステツプ216で割
込許可がなされ、ステツプ218へ移行して点火開始時刻t
i′をセツトする。
第10図に示されるフローチヤートは、点火終了時刻の
セツトルーチンであり、ステツプ250で割込禁止をした
後、ステツプ252で点火終了時刻te′をセツトする。
このように、燃焼前の混合気の空燃比を検出して、空
燃比の変動に基づいて点火時期が制御されるため、機関
の燃焼変動を防止でき、車両の運転性の向上につなが
る。
〔発明の効果〕
以上説明した如く本発明に係る内燃機関の制御装置
は、燃焼室内の混合気の空燃比が確定した時点で空燃比
を直接検出し、この空燃比に基づいて燃料噴射量を制御
して空燃比変動を押さえることができるという優れた効
果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成を示すブロツク図、第2図は本実
施例に適用される内燃機関の概略構成図、第3図は空燃
比検出センサの断面図、第4図は第3図の下面図、第5
図は電圧値VA/Fと空燃比A/Fとの関係を示す特性図、第
6図は第1実施例に係る燃料噴射量制御フローチヤー
ト、第7図は実施例に係るクランク角に応じた燃料噴射
時期のタイミングを示すチヤート、第8図は第2実施例
に係る燃料噴射量制御フローチヤート、第9図は第3実
施例に係る点火時期制御フローチヤート、第10図は第3
実施例のタイムチヤート、第11図は第3実施例の点火終
了時刻をセツトするためのフローチヤートである。 10……機関本体、16……燃料噴射弁、30……EUC、50…
…空燃比検出センサ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃焼室内に設けられ空燃比を検出する空燃
    比検出センサと、吸気系に燃料噴射弁を備え、吸入空気
    と燃料が燃焼室内で旋回して成層化燃焼させるように燃
    料噴射弁の噴射タイミングを制御し、燃料噴射した後の
    吸気行程後半から点火時期までの所定のクランク角度で
    前記空燃比検出センサの検出値をサンプリングする空燃
    比サンプリング手段と、前記空燃比サンプリング手段に
    よりサンプリングされた空燃比に基づいて燃焼変動が一
    定になるように少なくとも燃料噴射量及び点火時期のい
    ずれか一方を制御する制御手段と、を有する内燃機関の
    制御装置。
JP14617288A 1988-06-14 1988-06-14 内燃機関の制御装置 Expired - Lifetime JP2591072B2 (ja)

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