JP3703037B2

JP3703037B2 - 多気筒エンジンの空燃比制御方法

Info

Publication number: JP3703037B2
Application number: JP34833595A
Authority: JP
Inventors: 健伊藤
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1995-12-18
Filing date: 1995-12-18
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2015-12-18
Also published as: US5791314A; JPH09170471A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多気筒エンジンにおける各気筒の空燃比の制御方法に関し、特に、排気ガスの空燃比を検出するセンサーの検出結果に基づくフィードバック制御により各気筒の空燃比を制御する多気筒エンジンの空燃比制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の気筒を有する多気筒エンジンでは、排気ガス中の有害成分の規制上、加速時や減速時のような運転の過渡時においても各気筒における空燃比（Ａ／Ｆ）を精度良くコントロールするために、エアフローメータによる吸入空気量や吸気温度の検出結果に応じて各気筒の空燃比を制御すると共に、更に、各気筒からの排気ガスの集合部にＡ／ＦセンサーやＯ₂センサーなどを設置して排気ガスの空燃比を検出し、その結果に基づくフィードバック制御を行うことによって、各気筒の空燃比を制御するということが従来から行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような従来の多気筒エンジンの空燃比制御方法では、各気筒に共通の一つのセンサーによる排気ガスの空燃比検出結果から、全気筒に対して一律に燃料噴射量をコントロールして空燃比を制御することとなるため、気筒毎の吸入空気量にバラツキがあると、各気筒間での空燃比にバラツキを生じることとなる。
【０００４】
また、排気ガスの圧力波を利用してエンジンの運転性能をより向上させようとする場合、各気筒からの排気ガスの集合部がエンジン本体から離れてしまうため、空燃比を検出するためのセンサーを排気ガスの集合部に設置すると、該センサーによるフィードバック制御の応答性が悪くなってしまう。
【０００５】
そこで、そのような問題に対処すべく、例えば、排気ガスの集合部よりも上流の各排気管にそれぞれセンサーを設置して、各センサーによるそれぞれの空燃比検出結果に応じて、各気筒に対する空燃比の制御を行うというようなことも考えられるが、その場合には、各気筒毎にそれぞれセンサーを設置することが必要となって、コスト上の問題も生じることとなる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、上記の請求項１に記載したように、排気ガスの空燃比を検出するセンサーの検出結果に基づくフィードバック制御により各気筒の空燃比を制御する多気筒エンジンの空燃比制御方法において、排気ガスの空燃比を検出するためのセンサーを、各気筒からの排気ガスの集合部よりも上流側で、何れかの気筒に対して設置することにより、該センサーによる検出結果と、各気筒における圧縮行程でのクランク回転速度の変動量とに基づいて、各気筒毎に空燃比をそれぞれ制御することを特徴とするものである。
【０００７】
また、上記の請求項１に記載した多気筒エンジンの空燃比制御方法において、上記の請求項２に記載したように、排気ガスの集合部に排気制御バルブを設置することにより、排気ガスの流量を制御することを特徴とするものである。
【０００８】
さらに、上記の請求項２に記載した多気筒エンジンの空燃比制御方法において、上記の請求項３に記載したように、エンジン本体に対してカム位相角度可変装置を設置することにより、吸・排気バルブの開閉タイミングを制御することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の多気筒エンジンの空燃比制御方法の実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、本発明の空燃比制御方法が適用される多気筒エンジンの一例についての概略を示すもので、エンジン１は、車両に搭載される燃料噴射式で４サイクル４気筒のガソリンエンジンであって、エアクリーナー２とサージタンク５の間の吸気通路に、エアフローメーター３とスロットルバルブ４が設置されており、エアクリーナー２を通りスロットルバルブ４で制御されてサージタンク５に流入した燃焼用の空気は、サージタンク５から各吸気管６を通って、エンジン本体７の各気筒の燃焼室にそれぞれ導入される。
【００１１】
エンジン本体７の各気筒には、それぞれの燃焼室に導入される燃焼用の空気に対して燃料を噴射するために、ソレノイドによりその開閉が制御される電磁式の燃料噴射バルブ８がそれぞれ設置されていると共に、燃焼室内で混合気に着火するための点火プラグ９がそれぞれ設置されていて、エンジン本体７の各気筒の燃焼室では、導入された空気と燃料噴射バルブ８から噴射された燃料との混合気が、点火プラグ９で着火されて燃焼してから排気ガスとして排出される。
【００１２】
エンジン本体７の各気筒の燃焼室には、それぞれに排気管１０が接続されており、各排気管１０はその下流の集合部１１で集合されてから、触媒１３とサイレンサー１４をその途中に設けた一本の排気管１２に接続されていて、エンジン本体７の各気筒の燃焼室からそれぞれ排出された排気ガスは、それぞれの排気管１０を通って集合部１１で集合され、排気管１２により触媒１３とサイレンサー１４を通ってから大気中に放出される。
【００１３】
エンジン本体７に接続される各排気管１０の集合部１１は、排気ガスの圧力波を利用してエンジンの運転性能をより向上させるために、エンジン本体７からある程度の長さだけ離されていて、該集合部１１に、排気ガスの通過面積を制御するための排気制御バルブ１５が設けられている。
【００１４】
エンジン１における各排気管１０の集合については、図１に示すように、全ての排気管１０を一つの集合部１１に集合させ、該集合部１１に排気制御バルブ１５を設けるという構造に限らず、図２に示すように、排気管１０をまず２本ずつ集合させてから、集合させた排気管１６同士を更に１本の排気管１７に集合させ、２本ずつ集合させた各排気管１６に渡って排気制御バルブ１５を設けるような構造としてもよい。
【００１５】
また、エンジン本体７に対して、エンジン１の運転状態に応じて各気筒の吸・排気バルブの開閉タイミングを制御するために、カム位相角度可変装置（ＶＶＴ）１８が設けられている。
【００１６】
このカム位相角度可変装置１８は、図示していないが、エンジン本体７の上方で、クランク軸の回転によりタイミングチェーンを介して駆動されるカム軸に対して配置され、エンジン１の運転状態に応じて、タイミングチェーンに噛合するカムスプロケットの位相とカム軸の位相を油圧等で変化させることにより、吸・排気バルブの開閉タイミングを変化させるものであって、それ自体は従来から公知のものである。
【００１７】
なお、上記の排気制御バルブ１５とカム位相角度可変装置１８については、エンジン１の運転状態が低速で低負荷の時には、排気制御バルブ１５は閉じるように制御されると共に、カム位相角度可変装置１８は、吸・排気バルブのオーバーラップを小さくし、更に一部のバルブを休止させるように制御され、また、エンジン１の運転状態が中・低速で高負荷の時には、排気制御バルブ１５は閉じるように制御されると共に、カム位相角度可変装置１８は、吸・排気バルブのオーバーラップを大きくするように制御されるものである。
【００１８】
ところで、エンジン１には、吸入空気流量と吸気温度を検出するためのエアフローメーター３の他に、エンジンの負荷を検出するためのスロットル開度センサー２１_,吸入空気の圧力を検出するための吸気管圧力センサー２２_,クランク回転速度を検出するためのエンジン回転数センサー２３，各気筒の燃焼順序に応じて燃料供給する気筒を特定するための気筒判別センサー２４等の各センサーが設置されている。
【００１９】
また、排気ガスの空燃比を検出するために、Ａ／Ｆセンサー或いはＯ₂センサーのようなセンサー２５が、排気ガスの集合部１０よりも上流側で、エンジン本体７の各気筒のうちの何れかの気筒から延びる排気管１０に対して設置されており、本実施形態では第１気筒（＃１）から延びる排気管１０にのみセンサー２５が設置されている。
【００２０】
なお、エンジン回転数センサー２３は、クランク軸に連動して回転するリングギアの歯を検知して信号を出力するセンサーであり、気筒判別センサー２４は、各気筒のカム軸におけるカムの回転に応じて信号を出力するセンサーであって、何れも、従来から一般的に知られたものである。
【００２１】
上記のように各センサーが設置されたエンジン１に対し、各センサーの検出結果に応じてエンジン運転状態を制御するために、マイクロコンピューターを用いた電子制御装置（ＥＣＵ）２０が設置されていて、この制御装置２０により、各センサーからの入力信号と、予め設定されたプログラムや各種の係数とに基づいて、エンジン１の各燃料噴射バルブ８や各点火プラグ９および排気制御バルブ１５に対して制御信号が出力される。
【００２２】
上記のようなマイクロコンピューターによる制御システムを備えた多気筒エンジン１において適用される本発明の空燃比制御方法の一実施形態について以下に説明する。
【００２３】
図４は、エアフローメーター３による吸入空気量や吸気温度の測定結果に基づき、各気筒の燃料噴射量を一律に制御した場合の、エンジン１の各気筒毎のクランク回転速度の変動を示すもので、エンジン回転数センサー２３により検出したクランク軸の回転速度の変動を示すグラフにおいて、該グラフのどの部分がどの気筒に対応するものであるかを気筒判別センサー２４の検出結果から判別したものである。
【００２４】
このようにエンジン回転数センサー２３と気筒判別センサー２４により各気筒毎のクランク回転速度の変動を検出し、それから更に、各気筒における点火前の圧縮行程でのクランク回転速度の変動量（すなわち、各気筒において、図３に示すような圧縮上死点前１００度から圧縮上死点前１０度までのクランク角９０度の間について、各気筒毎にクランク回転速度がどれだけ変化しているか）を検出することにより、各気筒毎の吸入空気量を推定することができる。
【００２５】
すなわち、各気筒への吸入空気量に違いがあると、各気筒での圧縮行程中の気筒内の圧力上昇の程度に違いが出て、各気筒の圧縮行程でのクランク回転速度の変動量がそれに応じて相違するため、各気筒における圧縮行程でのクランク回転速度変動量の相違の程度から、逆に各気筒におけるそれぞれの吸入空気量を推定することができるのである。
【００２６】
その結果、各気筒における圧縮行程でのクランク回転速度の変動量により、各気筒でのそれぞれの吸入空気量を推定して、推定したそれぞれの気筒毎の吸入空気量の割合に応じて、各気筒毎の燃料噴射量を補正することによって、各気筒間での空燃比にバラツキが出ないように各気筒毎の空燃比をそれぞれ制御することができる。
【００２７】
図５は、上記のような技術思想に基づく本実施形態の空燃比制御方法についての制御装置２０のマイクロコンピューターによる具体的な処理の概略をフローチャートで示すもので、先ず、エアフローメーター３による吸入空気量や吸気温度の測定結果に基づき、各気筒の燃料噴射量を一律に制御してエンジン１を運転させた状態において、第１段階として、第１気筒（＃１）の吸気管１０に設置されたセンサー２５により、第１気筒（＃１）の排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ＝ａ）を測定する。
【００２８】
次いで、第２段階で、エンジン回転数センサー２３と気筒判別センサー２４により、気筒毎のクランク回転速度の変動を測定して、その数サイクル分の平均化を行い、その結果から、第３段階で、各気筒毎の圧縮行程（圧縮上死点前１００度から圧縮上死点前１０度まで）でのクランク回転速度の変動量を計算する。
【００２９】
そして、第４段階で、算出された各気筒毎の圧縮行程でのクランク回転速度変動量と、予め制御装置１０のマイクロコンピューターのＲＯＭに入力されたマップとによって、各気筒毎の吸入空気量を算出する。
【００３０】
図６（Ａ）〜（Ｄ）は、吸入空気量を算出するためのマップの一例を示すもので、各気筒（＃１，＃２，＃３，＃４）のクランク回転（速度）変動量から各気筒の吸入空気量（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）をそれぞれ求める場合についての各マップである。
【００３１】
図７は、吸入空気量を算出するためのマップの他の例を示すもので、第１気筒（＃１）のクランク回転（速度）変動量を基準とし、これと他の気筒（＃２，＃３，＃４）のクランク回転（速度）変動量の比から直接各気筒の吸入空気量の比（＃１の空気量Ａを１として、１：Ｂ：Ｃ：Ｄ）を求める場合についてのマップである。
【００３２】
第４段階で各気筒毎の吸入空気量を算出してから、第５段階において、まず、第１気筒（＃１）について、第１段階でセンサー２５により測定した空燃比（Ａ／Ｆ＝ａ）と、目標とする空燃比（Ａ／Ｆ＝ｂ）とから、第１気筒（＃１）についての燃料噴射量の補正値（Ｃ１＊ａ／ｂ）（Ｃ１は係数）を算出する。
【００３３】
次いで、第１気筒（＃１）の燃料噴射量補正値と、第１気筒（＃１）の吸入空気量（Ａ）に対する他の気筒の吸入空気量の割合とに基づいて、順次、第６段階で、第２気筒（＃２）についての燃料噴射量の補正値（Ｃ１＊ａ／ｂ＊Ｃ２＊Ｂ／Ａ）（Ｃ１，Ｃ₂は係数）を算出し、第７段階で、第４気筒（＃４）についての燃料噴射量の補正値（Ｃ１＊ａ／ｂ＊Ｃ２＊Ｄ／Ａ）を算出し、第８段階で、第３気筒（＃３）についての燃料噴射量の補正値（Ｃ１＊ａ／ｂ＊Ｃ２＊Ｃ／Ａ）を算出する。
【００３４】
そして、第９段階で、第５〜８段階で算出された気筒毎の燃料噴射量の補正値を各気筒に対してそれぞれ出力することにより、エアフローメーター３による吸入空気量とセンサー２５による排気ガスの空燃比に応じて制御される各気筒の燃料噴射バルブ８からの燃料噴射量が、更に、各気筒毎の吸入空気量の違いに応じて補正されることとなる。
【００３５】
上記のような本実施形態の多気筒エンジンの空燃比制御方法によれば、エアフローメーター３による吸入空気流量や吸気温度だけでなく、センサー２５による排気ガスの空燃比も測定した上で、各気筒の燃料噴射量を制御しているため、加速時や減速時のような過渡時においても、運転状態の変化に合わせて各気筒の空燃比を制御することができる。
【００３６】
また、従来から設置されているエンジン回転数センサー２３と気筒判別センサー２４により、各気筒毎の吸入空気量を推定することによって、各気筒の燃料噴射量を、それぞれの気筒毎の吸入空気量に応じたものとなるように補正しているため、各気筒間での空燃比のバラツキをなくして、各気筒毎の空燃比を精度良く制御することができる。
【００３７】
そして、エンジン回転数センサー２３と気筒判別センサー２４から推定した各気筒毎の吸入空気量に応じて、各気筒毎の燃料噴射量を制御しているため、排気ガスの空燃比を測定するためのセンサー２５を、少なくとも基準とする一つの気筒に対して設置するだけでよく、各気筒毎にそれぞれセンサー２５を設置したり、あるいは、各気筒からの排気ガスの集合部にセンサー２５を設置したりする必要がない。
【００３８】
そのため、新たにセンサーを増設するような必要もなく、しかも、各気筒からの排気ガスの集合部よりも上流側で、できるだけエンジン本体７に近づけてセンサー２５を設置することができるため、排気ガスの圧力波を利用するために排気ガスの集合部１１をエンジン本体７から離したようなエンジン１においても、センサー２５からのフィードバック制御による空燃比制御の応答性を良くすることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したような本発明の多気筒エンジンの空燃比制御方法によれば、過渡時においても、運転状態の変化に合わせて各気筒の空燃比を制御することができ、その上、各気筒の空燃比の制御を、新たにセンサーを増設することなく、気筒毎の吸入空気量に合わせて、各気筒毎に精度良く行うことができると共に、排気ガスの圧力波を利用するために排気集合部をエンジン本体から離したようなエンジンにおいても、空燃比の制御を応答性良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空燃比制御方法が適用される多気筒エンジンの一例について、その概略を示す説明図。
【図２】図１に示した多気筒エンジンにおける排気管の集合構造についての他の例を示す説明図。
【図３】本発明の空燃比制御方法において、各気筒のクランク回転変動を求めるための圧縮行程におけるクランク回転角度を示す説明図。
【図４】図１に示した多気筒エンジンにおける各気筒毎のクランク回転速度の変動を示すグラフ。
【図５】本発明の空燃比制御方法について、その一実施形態におけるマイクロコンピューターによる処理の概略を示すフローチャート。
【図６】各気筒のクランク回転（速度）変動量から各気筒の吸入空気量をそれぞれ求める場合の（Ａ）第１気筒，（Ｂ）第２気筒，（Ｃ）第３気筒，（Ｄ）第４気筒についての各マップ。
【図７】第１気筒のクランク回転（速度）変動量を基準とし、これと他の気筒のクランク回転（速度）変動量の比から直接各気筒の吸入空気量の比を求める場合についてのマップ。
【符号の説明】
１多気筒エンジン
７エンジン本体（各気筒）
１１（排気ガスの）集合部
１５排気制御バルブ
１８カム位相角度可変装置
２５（排気ガスの空燃比を検出する）センサー

Claims

排気ガスの空燃比を検出するセンサーの検出結果に基づくフィードバック制御により各気筒の空燃比を制御する多気筒エンジンの空燃比制御方法において、排気ガスの空燃比を検出するためのセンサーを、各気筒からの排気ガスの集合部よりも上流側で、何れかの気筒に対して設置することにより、該センサーによる検出結果と、各気筒における圧縮行程でのクランク回転速度の変動量とに基づいて、各気筒毎に空燃比をそれぞれ制御することを特徴とする多気筒エンジンの空燃比制御方法。
排気ガスの集合部に排気制御バルブを設置することにより、排気ガスの流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの空燃比制御方法。
エンジン本体に対してカム位相角度可変装置を設置することにより、吸・排気バルブの開閉タイミングを制御することを特徴とする請求項２に記載の多気筒エンジンの空燃比制御方法。