(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火後に内燃機関の燃焼室に発生させたイオン電流の変動率を検出して内燃機関の燃焼変動を検出し、イオン電流の変動率が目標変動率となるよう希薄燃焼時の燃料噴射量をフィードバック制御するリーン空燃比補正方法において、
イオン電流の変動率が所定値を超える特異な燃焼変動の運転状態を検出し、
特異な燃焼変動の運転状態の変化を検出した場合にリーンフィードバック制御を中止し、
特異な燃焼変動の運転状態の変化を検出した時点に燃料噴射量がそれまでとは不連続に突出して増減する状態で発生する運転状態に応じて設定された値で遅延時間を設定し、
設定した遅延時間が経過した後にイオン電流の変動率を検出して検出した内燃機関の燃焼変動に基づいて希薄燃焼時の燃料噴射量を補正することを特徴とするリーン空燃比補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、主として自動車用の内燃機関における稀薄燃焼時に燃焼変動を検出してその燃焼変動の度合いに応じて空燃比を補正するリーン空燃比補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃費向上のため、エンジンの空燃比を理論空燃比よりもリーン側にして運転する必要性が高まっている。このようなニーズに答えて、この種の内燃機関では、エンジンの負荷を検出し、エンジンが所定の過渡状態にある場合には理論空燃比によるフィードバック制御を行い、定常走行の場合にはその理論空燃比よりリーン側に設定したリーン空燃比にて燃料の供給量を制御するものが知られている。そして、このようなリーン空燃比の制御を行う場合には、例えば特開平６−４２３８４号公報に記載のもののように、イオン電流を利用して制御限界を検出し、その制御限界に基づいて空燃比を目標とする空燃比に制御することが検討されている。具体的には、イオン電流の変動率を検出し、その変動率が目標変動率となるように燃料噴射量をフィードバック制御するものである。イオン電流の変動率は、図５の（ａ）に示すように、一般的に、空燃比がリーンになるほど高くなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したようなイオン電流の変動率を利用してリーン空燃比制御を実行している場合、フィードバック制御により空燃比を徐々に高くしていき、その制御限界に近づくにつれてイオン電流の変動率が大きくなり、目標変動率の偏差に応じて空燃比をリッチ側に補正する。
【０００４】
これに対して、加速等の過渡時あるいは空燃比制御の切り替え時においては、イオン電流が定常状態とは異なり大きく変動し、図５の（ｂ）に示すように、過渡時等ではリーン空燃比の制御とは関係なく生じた特異な変動であるにもかかわらず、過渡時等の時のイオン電流の変動率に応じてフィードバック制御を実行すると、目標変動率との偏差が大きいと判断して、実変動率を抑制するためにリッチ側に燃料噴射量を補正する。しかしながら、このイオン電流の変動は一時的なものであるため、これを本来の燃焼が安定性を欠いたと判断すると誤った判定となる。この結果、補正により空燃比がリッチになり、ＮＯｘ等が増えることになった。
【０００５】
本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。すなわち、本発明に係るリーン空燃比補正方法は、燃焼変動に基づいて燃料噴射量を補正する希薄燃焼運転時に、イオン電流の変動率が所定値を超える特異な燃焼変動の運転状態を検出してリーンフィードバック制御を中止し、その運転状態の検出時に設定した遅延時間の経過後に燃料噴射量を補正する構成である。このように、特異な燃焼変動の運転状態を検出して、燃料噴射量の補正を遅延時間分遅らせることにより、過渡時等には燃料噴射量の補正を行わないものである。したがって、誤った判定による燃料噴射量の補正が防止でき、エミッションを低下させることを防止できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、点火後に内燃機関の燃焼室に発生させたイオン電流の変動率を検出して内燃機関の燃焼変動を検出し、イオン電流の変動率が目標変動率となるよう希薄燃焼時の燃料噴射量をフィードバック制御するリーン空燃比補正方法において、イオン電流の変動率が所定値を超える特異な燃焼変動の運転状態を検出し、特異な燃焼変動の運転状態の変化を検出した場合にリーンフィードバック制御を中止し、特異な燃焼変動の運転状態の変化を検出した時点に燃料噴射量がそれまでとは不連続に突出して増減する状態で発生する運転状態に応じて設定された値で遅延時間を設定し、設定した遅延時間が経過した後にイオン電流の変動率を検出して検出した内燃機関の燃焼変動に基づいて希薄燃焼時の燃料噴射量を補正することを特徴とするリーン空燃比補正方法である。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。
図１に概略的に示したエンジン１００は自動車用のもので、その吸気系１には図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ２が配設され、その下流側にはサージタンク３が設けられている。サージタンク３に連通する一方の端部近傍には、さらに燃料噴射弁５が設けてあり、この燃料噴射弁５を、電子制御装置６により後述する基本噴射量ＴＰに基づいて開成制御するようにしている。そして、燃焼室１０の天井部分に対応する位置には、スパークプラグ１８が取り付けてある。また排気系２０には、排気ガス中の酸素濃度を測定するためのＯ2センサ２１が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された三元触媒２２の上流の位置に取り付けられている。
【０００９】
電子制御装置６は、中央演算処理装置７と、記憶装置８と、入力インターフェース９と、出力インターフェース１１とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されており、その入力インターフェース９には、サージタンク３内の圧力を検出するための吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａ、エンジン１００の回転状態を検出するためのカムポジションセンサ１４から出力される気筒判別信号Ｇ１とクランク角度基準位置信号Ｇ２とエンジン回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ１５から出力される車速信号ｃ、スロットルバルブ２が全開になった際に全開信号ＦＳを出力するパワースイッチ１６ａを有し、スロットルバルブ２の開閉状態を検出するためのスロットルセンサ１６から出力されるスロットル開度信号ｄ及び全開信号ＦＳ、エンジンの冷却水温を検出するための水温センサ１７からの水温信号ｅ、上記したＯ2センサ２１からの電流信号ｈなどが入力される。一方、出力インターフェース１１からは、燃料噴射弁５に対して燃料噴射信号ｆが、またスパークプラグ１８に対してイグニッションパルスｇが出力されるようになっている。なお、図示しないが、電子制御装置６には、アナロク信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器が内蔵されている。
【００１０】
またスパークプラグ１８には、高圧ダイオード２３を介してイオン電流を測定するためのバイアス用電源２４及びイオン電流測定用回路２５が接続されている。このバイアス用電源２４を含むイオン電流測定用回路２５それ自体は、当該分野で知られている種々のものが使用できる。バイアス用電源２４は高圧ダイオード２３を介して、点火後イオン電流を燃焼室１０内に流すべく高電圧をスパークプラグ１８に印加する。また、イオン電流測定用回路２５は、電気的に電子制御装置６の入力インターフェース９に接続され、高電圧の印加により発生したイオン電流をアナログ的に計測し、発生したイオン電流に対応するアナログ信号を電子制御装置６に入力する。
【００１１】
電子制御装置６には、ストイキ／パワー空燃比制御では、吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａとカムポジションセンサ１４から出力される回転数信号ｂとをおもな情報とし、エンジン状態に応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間ＴＰを補正して燃料噴射弁開成時間すなわちインジェクタ最終通電時間Ｔを決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁５を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を該燃料噴射弁５から吸気系１に噴射させるためのプログラムが内蔵してある。
【００１２】
また、電子制御装置６では、理論空燃比より高い空燃比において制御するリーン空燃比制御を行うものである。すなわち、リーン空燃比制御に対して、内燃機関の燃焼変動を検出し、その燃焼変動に基づいて希薄燃焼時の燃料噴射量を補正して、空燃比がリッチ側に移行するように制御するフィードバック制御プログラムも内蔵している。このリーン空燃比制御では、
イオン電流の変動率が所定値を超える特異な燃焼変動の運転状態を検出し、特異な燃焼変動の運転状態の変化を検出した場合にリーンフィードバック制御を中止し、特異な燃焼変動の運転状態の変化を検出した時点に燃料噴射量がそれまでとは不連続に突出して増減する状態で発生する運転状態に応じて設定された値で遅延時間を設定し、設定した遅延時間が経過した後にイオン電流の変動率を検出して検出した内燃機関の燃焼変動に基づいて希薄燃焼時の燃料噴射量を補正するようにプログラムされている。
【００１３】
このリーン空燃比補正プログラムの概要は図２に示すようなものである。
イオン電流は、点火直後にバイアス用電源２４からスパークプラグ１８にバイアス電圧を印加すると、正常燃焼の場合、急激に流れた後、上死点ＴＤＣ手前で減少した後再び増加し、燃焼圧が最大となるクランク角近傍でその電流値が最大となるピーク値になるように燃焼室１０内に流れる。このような挙動を示すイオン電流を所定の気筒において点火毎にイオン電流の流れている時間を計測する。具体的には、イオン電流の発生時間は、例えば、所定電流レベルを設定しておき、その電流レベルを上回っている時間を計測することにより得るものである。そして、計測した発生時間に基づいて、イオン電流の変動率Ｈを演算する。
【００１４】
変動率Ｈは、例えば次式で計算する。すなわち、変動率Ｈは、今回測定した発生時間ＴＣＭＢＴＩＭnとそれ以前に測定した例えば７個の，発生時間ＴＣＭＢＴＩＭとから発生時間ＴＣＭＢＴＩＭの移動平均ＴＣＭＢＴＩＭavを演算し、その移動平均ＴＣＭＢＴＩＭavと今回の発生時間ＴＣＭＢＴＩＭnとの差の絶対値と移動平均ＴＣＭＢＴＩＭavとの偏差ΔＴＣＭＢＴＩＭを演算し、その偏差ΔＴＣＭＢＴＩＭと移動平均ＴＣＭＢＴＩＭavとから演算するものである。
TCMBTIMav ＝（TCMBTIMn＋TCMBTIMn-1＋……＋TCMBTIMn-7）／8
ΔTCMBTIM ＝（｜TCMBTIMav−TCMBTIMn｜）／8
H ＝ ΔTCMBTIM／TCMBTIMav
ただし、ＴＣＭＢＴＩＭnは今回のイオン電流の発生時間の値で、１回前 に計測された値をＴＣＭＢＴＩＭn-1とし、８回前に計測された値をＴＣＭＢＴＩＭn-7とする。
【００１５】
図２において、ステップＳ１では、リーンフィードバック制御条件が成立したか否かを判定する。リーンフィードバック制御条件としては、冷却水温が所定温度以上である、スロットル開度が所定値以上である、車速が所定値以上である、変動率Ｈが所定値以下である等を設定する。ステップＳ２では、遅延時間を計時するためのカウンタのカウンタ値ＣＬＮＴＲＳが０か否かを判定する。ステップＳ３では、リーンオープン制御を実行する。ステップＳ４では、リーンフィードバック制御を実行する。
【００１６】
カウンタ値は、図３に示すように、運転状態に基づいて設定する。まず、ステップＳ１１では、特異な燃焼変動、言い換えれば燃料噴射量がそれまでとは不連続に突出して増減する状態が発生する場合として、燃料カットを実行する、過渡時空燃比補正係数が過渡時初期値ＫＬＮＷＥＴを上回っている（加速時）、及びストイキ／パワー空燃比制御実行中を設定しており、運転状態が少なくともその内の１つと一致するか否かを判定する。ステップＳ１２では、カウンタ初期値ＫＬＮＴＲＳとして、燃料カットに対応して設定した燃料カット初期値ＫＬＮＦＣＴと、過渡時初期値ＫＬＮＷＥＴと、ストイキ／パワー空燃比制御に対応して設定したストイキ初期値ＫＬＮＳＴＣとの中の、ステップＳ１１で判定した運転状態に対応するものを、カウンタ初期値ＫＬＮＴＲＳとする。燃料カット初期値ＫＬＮＦＣＴと過渡時初期値ＫＬＮＷＥＴとストイキ初期値ＫＬＮＳＴＣとにおいて、燃料カット初期値ＫＬＮＦＣＴが最も大きな値に設定してあり、ストイキ初期値ＫＬＮＳＴＣ、過渡時初期値ＫＬＮＷＥＴの順で設定してある。
【００１７】
ステップＳ１３では、この時点のカウンタ値ＣＬＮＴＲＳが決定したカウンタ初期値ＫＬＮＴＲＳを下回っているか否かを判定する。ステップＳ１４では、カウンタ値ＣＬＮＴＲＳとして、決定したカウンタ初期値ＫＬＮＴＲＳを設定する。ステップＳ１５では、カウンタ値ＣＬＮＴＲＳをデクリメントする。
このような構成において、図４に示すように、演算した変動率Ｈが、例えば加速によりそれまでとは別段の特異な変化を呈した場合、ステップＳ１１で過渡時空燃比補正係数が過渡時初期値ＫＬＮＷＥＴを上回ったことを判定すれば、制御は、ステップＳ１２→Ｓ１３と進む。この時、過渡時初期値ＫＬＮＷＥＴがカウンタ値ＣＬＮＴＲＳより大きければ、その過渡時初期値ＫＬＮＷＥＴをカウンタ値ＣＬＮＴＲＳとして遅延時間を設定する。そして、リーンフィードバック制御条件が成立していない運転条件、つまり加速状態にある場合は、制御は、ステップＳ１→Ｓ３と進み、燃料噴射量をあらかじめ設定した補正量で補正するリーンオープン制御を実行する。このように、リーンオープン制御を実行することにより、空燃比は固定することができ、リッチ側に変化してエミッションを抑制することができる。
【００１８】
この後、加速が終了してリーンフィードバック制御条件が成立すると、カウンタ値ＣＬＮＴＲＳの制御は、ステップＳ１１→Ｓ１５と進み、減算を開始する。また、空燃比の制御は、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３と進み、設定した遅延時間が経過するまでリーンオープン制御を続行する。そして、カウンタ値ＣＬＮＴＲＳが０になると、制御は、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４と進み、リーンフィードバック制御を実行する。したがって、過渡時等の変動率が特異な変化をした場合に、その後にリーンフィードバック制御条件が成立し、かつ設定した遅延時間が経過した後に初めてリーンフィードバック制御を開始するので、空燃比が変動率Ｈに応じてリッチ側に変化することを防止できる。
【００１９】
また、過渡時空燃比補正係数が過渡時初期値ＫＬＮＷＥＴより大きいことによりリーンオープン制御を実行している間、つまりカウンタ値ＣＬＮＴＲＳが０になるまでに、アクセルペダルが踏み込まれて全開になった場合、空燃比制御がストイキ／パワー空燃比制御に切り替わるので、カウンタ値ＣＬＮＴＲＳは、その時点のカウンタ値ＣＬＮＴＲＳがストイキ初期値ＫＬＮＳＴＣより小さければ、ストイキ初期値ＫＬＮＳＴＣに再設定される。したがって、遅延時間は、図４に一点鎖線で示すように、実質的に延長されることになり、リーンフィードバック制御を開始する時間がさらに遅らされるものとなる。これにより、過渡時等の変動率の特異な変化、言い換えれば燃料噴射量の不連続な変化が生じた場合に、その変化が確実に収拾した時点で空燃比が変動率に基づいて補正されるリーンフィードバック制御に切り替わるものである。
【００２０】
なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではない。上記実施例では、燃焼の変動をイオン電流の変動により検出するものを説明したが、例えば、エンジンの排気系に取り付けられて、ストイキからリーンまでリニアに空燃比に応じた信号を出力する空燃比センサにより検出するものであってもよい。
その他、各部の構成は図示例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、以上に詳述したように、燃焼変動の特異な変化を検出した場合に、その変化の状況に応じた遅延時間を設定して、その遅延時間後に希薄燃焼の燃料噴射量を補正するので、燃焼変動を誤判定することを防止できる。したがって、実際には燃焼変動が生じていないのに、空燃比をリッチ側に補正するといった誤った制御をすることが防止でき、ＮＯｘ等の増加を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概略構成説明図。
【図２】同実施例の制御手順を示すフローチャート。
【図３】同実施例の制御手順を示すフローチャート。
【図４】同実施例の作用説明図。
【図５】従来例の作用説明図。
【符号の説明】
５…燃料噴射弁
６…電子制御装置
７…中央演算処理装置
８…記憶装置
９…入力インターフェース
１１…出力インターフェース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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