JP2001295686A

JP2001295686A - エンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2001295686A
Application number: JP2000116886A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Hirasawa; 崇彦平澤; Sadaaki Yoshioka; 禎明吉岡; Hatsuo Nagaishi; 初雄永石
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2000-04-18
Publication date: 2001-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】気筒間の発生トルクのバラツキを抑制しつつ空
燃比のバラツキを抑制する【解決手段】気筒毎に設けられた広域型空燃比センサに
より空燃比を検出して目標空燃比に対するずれ代を算出
し（Ｓ１，Ｓ２）、該し空燃比のずれ代に基づいて吸入
空気量が修正されるように、電磁駆動式吸・排気弁のバ
ルブタイミング（主として吸気弁の閉時期）を補正制御
する（Ｓ３，Ｓ４）。さらに、空燃比学習条件の成立時
は、前記補正されたバルブタイミングを更新記憶する
（Ｓ５，Ｓ６）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの空燃比
制御に関し、特に、気筒毎の発生トルクを一定に維持し
つつ空燃比のバラツキを抑制する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用ガソリンエンジンなどでは、吸入
空気量や吸気圧力に基づいて燃料噴射量を制御すること
により空燃比を制御しているが、気筒毎に空燃比のバラ
ツキを生じることがある。

【０００３】従来、前記気筒毎の空燃比のバラツキを解
消するため、気筒毎に空燃比を検出してフィードバック
制御するようにしたものも提案されているが、このもの
では、通常の空燃比制御同様に各気筒共通に検出される
吸入空気量または吸気圧力に対し燃料噴射量を増減補正
することによって空燃比を均等化する方式であるため、
気筒間で燃料噴射量が異なって発生トルクにバラツキを
生じてしまう。

【０００４】一方、吸・排気弁のバルブタイミングをエ
ンジン運転条件に応じて可変に制御するものがあり、特
に吸・排気弁を電磁駆動式としたものでは、バルブタイ
ミング（主として吸気弁の閉時期）の制御により、気筒
毎に吸入空気量を制御することが可能である（特開平９
−３０３１２２号等参照）。

【０００５】本発明は、このような従来の課題に着目し
てなされたもので、気筒毎の吸入空気量制御によって、
気筒毎の発生トルクを一定に維持しつつ空燃比のバラツ
キを抑制するようにした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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１にか
かる発明は、吸入空気量を気筒毎に制御可能なエンジン
において、気筒毎の空燃比を検出しながら、気筒毎の燃
料噴射量を同一に維持しつつ気筒毎の吸入空気量を補正
制御して空燃比を目標空燃比に制御することを特徴とす
る。

【０００７】請求項1に係る発明によると、空燃比を検
出しながら運転状況の変化や気筒間の特性にバラツキを
生じると、空燃比や燃料噴射量にずれを生じる。このと
き、気筒毎の燃料噴射弁の制御量を同一として燃料噴射
量を同一に維持しつつ吸入空気量を補正制御する。

【０００８】このようにすれば、気筒毎の燃料噴射量を
同一に維持することで、発生トルクのバラツキを抑制し
つつ吸入空気量の補正制御によって空燃比のバラツキも
抑制することができる。

【０００９】また、請求項２に係る発明は、気筒毎に検
出された空燃比と目標空燃比とのずれに基づいて、吸入
空気量を補正制御することを特徴とする。

【００１０】請求項２に係る発明によると、運転状況の
変化や特性の経時変化などによって気筒毎に検出された
空燃比と目標空燃比とにずれを生じた場合、該空燃比の
ずれに基づいて吸入空気量を補正制御する。

【００１１】このようにすれば、実際の空燃比と目標空
燃比とのずれに応じて吸入空気量が補正制御されること
により、空燃比を高精度に目標空燃比に収束させること
ができる。

【００１２】また、請求項３に係る発明は、前記請求項
２に係る発明における空燃比の検出を、広域型空燃比セ
ンサを用いて行なうことを特徴とする。

【００１３】請求項３に係る発明によると、広域型空燃
比センサを用いることにより、各気筒の空燃比が広域に
検出されるので、該検出された空燃比と目標空燃比との
ずれを求めることができる。したがって、各気筒共通に
検出される吸入空気量に対して燃料噴射量を制御する通
常の空燃比フィードバック制御を行ないながら、吸入空
気量を先行して補正制御することにより、気筒間の空燃
比バラツキを修正できると共に、目標空燃比の切り換え
時にもトルク変動を抑制しながら空燃比を切り換えるこ
とができる。

【００１４】また、請求項４に係る発明は、気筒毎の空
燃比を基準空燃比にフィードバック制御しつつ、運転領
域毎に燃料噴射量の基準値に対するずれに基づいて、該
燃料噴射量のずれを修正するように気筒毎の吸入空気量
を補正制御することを特徴とする。

【００１５】請求項４に係る発明によると、吸・排気弁
の特性などが変化すると、気筒毎の空燃比を基準空燃比
（例えば理論空燃比）にフィードバック制御したとき
に、燃料噴射量が運転領域毎の基準値に対してずれを生
じる。

【００１６】そこで、前記燃料噴射量のずれを求め、該
燃料噴射量のずれを修正するように気筒毎の吸入空気量
を補正制御することにより、空燃比を一定に維持しなが
ら燃料噴射量を基準値に揃えて気筒間の発生トルクのバ
ラツキを抑制することができる。また、運転状態が変化
する過渡時にも変化後の運転領域における実際の燃料噴
射量と基準値とのずれに応じて吸入空気量を補正制御し
つつ燃料噴射量を基準値に収束させることにより、空燃
比変化を抑制しながら良好な過渡応答性を確保すること
ができる。

【００１７】また、請求項５に係る発明は、前記請求項
４に係る発明における空燃比の検出を、酸素センサを用
いて基準空燃比に対するリッチ,リーンとして検出しな
がら、前記気筒毎の空燃比を基準空燃比にフィードバッ
ク制御することを特徴とする。

【００１８】請求項５に係る発明によると、空燃比の検
出を、基準空燃比に対するリッチ,リーンとして検出す
る酸素センサを用いた場合でも、特性の変化や過渡運転
時における空燃比のずれを定量的に求めて、気筒間の空
燃比と発生トルクのバラツキを同時に抑制できるととも
に、過渡運転性能も満たすことができる。

【００１９】また、請求項６に係る発明は、気筒毎の前
記吸入空気量の補正制御量を運転領域毎に学習して更新
記憶することを特徴とする。

【００２０】請求項６に係る発明によると、気筒毎の前
記吸入空気量の補正制御量を運転領域毎に学習し、学習
値を更新記憶して新たに運転領域に入ったときに初期値
として使用することで、空燃比制御の応答性を高めるこ
とができる。

【００２１】また、請求項７に係る発明は、エンジン
は、気筒毎に吸・排気弁のバルブタイミングを可変なバ
ルブタイミング可変手段を備え、前記気筒毎の吸入空気
量の制御は、前記バルブタイミング可変手段による吸・
排気弁のバルブタイミングで行なわれることを特徴とす
る。

【００２２】請求項７に係る発明によると、バルブタイ
ミングによる吸入空気量の制御により燃焼室に最も近い
部分で応答性よく吸入空気量を可変制御することがで
き、気筒間の空燃比バラツキや過渡運転時の空燃比変化
を応答性よく吸収することができる。

【００２３】また、請求項８に係る発明は、前記バルブ
タイミング可変手段は、吸・排気弁を電磁駆動してバル
ブタイミングを可変とすることを特徴とする。

【００２４】請求項８に係る発明によると、電磁駆動式
の吸・排気弁とすることにより、バルブタイミングを広
範囲かつ応答性よく制御できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。一実施の形態の全体構成を示す図１に
おいて、車両に搭載されるエンジン１には、バルブタイ
ミング可変手段としての弁駆動装置２により開閉を電子
制御される電磁駆動式の吸気弁３及び排気弁４が装着さ
れている。各気筒の吸気ポート５には、燃料噴射弁６が
装着され、燃焼室７には点火栓８及び点火コイル９が装
着されている。

【００２６】前記弁駆動装置２の構成を図２に示す。図
２において弁駆動装置２は、シリンダヘッド上に設けら
れる非磁性材料製のハウジング21と、吸気弁３（又は排
気弁４、以下吸気弁３で代表する) のステムに一体に設
けられてハウジング21内に移動自由に収納されるアーマ
チュア22と、該アーマチュア22を吸引して吸気弁３を閉
弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア22
の上面に対向する位置でハウジング21内に固定配置され
る閉弁用電磁石23と、該アーマチュア22を吸引して吸気
弁３を開弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマ
チュア22の下面に対向する位置でハウジング21内に固定
配置される開弁用電磁石24と、吸気弁３の閉弁方向に向
けてアーマチュア22を付勢する閉弁側戻しバネ25と、吸
気弁３の開弁方向に向けてアーマチュア22を付勢する開
弁側戻しバネ26と、を備えて構成される。そして、閉弁
用電磁石23と開弁用電磁石24とを共に消磁したときに、
吸気弁３は全開位置と閉弁位置との間の略中央位置にあ
るように、閉弁側戻しバネ25と開弁側戻しバネ26とのバ
ネ力が設定され、閉弁用電磁石23のみを励磁したときに
吸気弁３は閉弁し、開弁用電磁石24のみを励磁したとき
に吸気弁３は開弁（全開) するように駆動される。な
お、詳細には、始動前に閉弁用電磁石23と開弁用電磁石
24とを交互に通電して、これら電磁石間の中立位置にあ
るアーマチュア22を共振させ、振幅が大きくなって閉弁
用電磁石23又は開弁用電磁石24に十分近づいたところか
ら閉弁用電磁石23又は開弁用電磁石24への通電を開始し
て、一方の電磁石に吸着保持する。その後、弁の開閉に
応じて吸着側の電磁石の通電を断って戻しバネの付勢力
でアーマチュア22を移動させ、反対側の電磁石に近づい
たときに該電磁石を通電して吸着保持する。これによ
り、電磁石の電力を低減でき小型化と電力消費節減ひい
ては燃費低減を図れる。

【００２７】図１に戻って、吸気通路10には、上流部に
吸入空気流量を検出するエアフロメータ11が装着され、
下流側にアクチュエータ12を介して任意の開度に電子制
御される電制スロットル弁13が装着されている。該電制
スロットル弁13には、弁開度を検出するスロットル開度
センサ14が装着されている。

【００２８】エンジン本体には各気筒の基準クランク角
で基準信号を出力すると共に、微小クランク角毎に単位
角信号を出力するクランク角センサ15、エンジン冷却水
温度（以下水温という）を検出する水温センサ16が装着
されている。

【００２９】また、アクセルペダルの踏み込み量（アク
セル開度）を検出するアクセル開度センサ17が設けられ
る。一方、各気筒の排気ポート30には、排気中の酸素濃
度等に基づいて空燃比を広域に検出する広域型の空燃比
センサ31が装着されている。

【００３０】前記各種センサ類からの信号はコントロー
ルユニット18に出力され、コントロールユニット18は、
これらの検出信号に基づいて前記燃料噴射弁６に燃料噴
射信号を出力して燃料噴射制御を行い、前記点火コイル
９に点火信号を出力して点火制御を行い、更に、前記ア
クチュエータ12を駆動して電制スロットル弁13の開度を
制御すると共に、弁駆動装置２に弁駆動信号を出力して
吸気弁３及び排気弁４の開閉を制御する。

【００３１】ここで前記電制スロットル弁13の開度制御
及び吸・排気弁のバルブタイミングの制御、特に吸気弁
３の閉時期の制御は、アクセル開度とエンジン回転速度
とに基づいて要求トルクに見合った目標空気量が得られ
るように制御する。即ち、電制スロットル弁13は、目標
空気量（要求トルク）の増大に応じて開度が増大するよ
うに制御されるが、目標空気量が所定値未満の低・中負
荷領域のみ絞り制御を行って吸気負圧を発生させて蒸発
燃料のパージやＥＧＲ等の吸気負圧を要求される制御を
行い、目標空気量が所定値以上の高負荷領域では全開に
保持して吸気圧を大気圧近傍に維持するよう制御する。

【００３２】そして、前記各気筒の空燃比センサ31によ
って検出された空燃比に基づいて気筒毎に空燃比を目標
空燃比にフィードバック制御しながら、気筒間の燃料噴
射量を一定に維持しつつ吸・排気弁のバルブタイミング
（主に吸気弁の閉時期）を調整することによって、発生
トルクのバラツキを抑制しつつ空燃比のバラツキを抑制
する制御を行なう。

【００３３】以下に、前記空燃比制御を、図３のフロー
チャートにしたがって説明する。ステップ１では、各気
筒の空燃比センサ31からの信号に基づいて気筒毎に空燃
比を検出する。

【００３４】ステップ２では、気筒毎に検出された実際
の空燃比の目標空燃比に対するずれ代を算出する。ここ
で、該ずれ代は、目標空燃比に対するリッチ・リーン方
向に応じた正負の値として算出される。

【００３５】ステップ３では、前記算出された空燃比の
ずれ代に基づいて吸入空気量を修正するように気筒毎の
吸・排気弁のバルブタイミング（主に吸気弁の閉時期）
を補正する。具体的には、空燃比の目標空燃比に対する
リッチ（リーン）側へのずれ代が大きいときほど、吸気
弁の閉時期を下死点側（上死点側）にずらす補正を行な
って吸入空気量を減少（増大）させる。

【００３６】ステップ４では、前記補正されたバルブタ
イミングに応じた吸・排気弁の制御を行なう。これによ
り、気筒毎に空燃比の目標空燃比に対するずれが修正さ
れると同時に、気筒間の空燃比のバラツキが抑制され
る。一方、燃料噴射量は前記エアフロメータ11で検出さ
れた共通の吸入空気量に基づいて目標空燃比となるよう
に共通の燃料噴射量に制御されるので、気筒間の発生ト
ルクのバラツキは回避できる。

【００３７】また、目標空燃比が切り換えられるとき
も、目標空気量を切り換えると同時に空燃比のずれに対
しても吸入空気量で調整されることにより、燃料噴射量
の急激な変化を防止してトルク変動を抑制できる。

【００３８】上記のように広域型の空燃比センサを用い
る場合は、目標空燃比とのずれ代まで定量的に検出でき
るため高精度に補正できるが、簡易的には目標空燃比に
対するリッチ・リーンの方向のみを検出し、吸入空気量
の増減補正に応じてバルブタイミングを一定量ずつ補正
する構成としてもよい。

【００３９】基本的には、これで終了するフローとして
よいが、空燃比のバラツキを応答性よく抑制するため、
以下の空燃比学習を行なう。ステップ５では、運転状態
が安定しているなどの空燃比学習を行なう条件が成立し
ているかを判定する。

【００４０】成立していないときは、フローを終了し、
成立したときはステップ６へ進む。ステップ６では、現
在の吸入空気量とエンジン回転速度とで決定される運転
領域における前記補正されたバルブタイミング（主とし
て吸気弁の閉時期）を、コントロールユニット18を構成
するマイクロコンピュータのＲＡＭに設定されたマップ
の対応する運転領域に学習値として更新記憶する。そし
て、次回同一の運転領域に入ったときは、該学習値を初
期値としてバルブタイミング制御による吸入空気量制御
を行ない、新たな空燃比学習条件成立時は前記学習を行
ない更新記憶する。

【００４１】このようにすれば、空燃比のバラツキを応
答性よく吸収することができる。次に、第２の実施の形
態について説明する。本実施の形態では、前記広域型の
空燃比センサの代わりに酸素センサ（図１で21'として
示す）を用いて空燃比を理論空燃比（基準空燃比）に対
するリッチ・リーンとして検出し、該理論空燃比にフィ
ードバック制御するものに適用する。それ以外のハード
ウエアの構成については、第１の実施の形態と同様であ
る。

【００４２】本実施の形態では、目標空燃比である理論
空燃比に対するずれ代を直接検出することはできない
が、気筒間の空燃比のバラツキを抑制すると同時に発生
トルクのバラツキを抑制し、また過渡時の空燃比のずれ
代を間接的に検出して補正することができる。

【００４３】以下に、本実施の形態の空燃比制御を、図
４のフローチャートにしたがって説明する。ステップ11
では、気筒毎に酸素センサからの信号に基づいて空燃比
を理論空燃比にフィードバック制御する。

【００４４】ステップ12では、空燃比フィードバック補
正係数αを平均化処理する。ステップ13では、前記平均
化処理された空燃比フィードバック補正係数αと基準値
α０との偏差Δαを算出する。ここで、該基準値は、エ
アフロメータで検出された吸入空気量に対して理論空燃
比となるように燃料噴射量が制御されたとき、つまりフ
ィードバック補正量が０に相当する値として設定され
る。したがって、前記偏差Δαは、エアフロメータで検
出された吸入空気量に対する当該気筒への実際の吸入空
気量のずれに伴ない、理論空燃比相当の燃料噴射量に対
して実際の燃料噴射量がずれることにより生じる。つま
り、偏差Δαは、理論空燃比（基準空燃比）相当の燃料
噴射量に対する実際の燃料噴射量のずれ代に相当する値
として算出される。

【００４５】ステップ14では、前記偏差Δαに応じた吸
入空気量の補正が行なわれるように、気筒毎のバルブタ
イミング（主として吸気弁の閉時期）を補正する。具体
的には、Δαが正（負）の値で大きいほど燃料噴射量が
増量（減量）補正されており、当該気筒の吸入空気量が
エアフロメータでの検出値より増量（減量）されている
ことになるから、これを修正するように、例えば吸気弁
の閉時期を上死点側（下死点側）にずらす補正を行な
う。

【００４６】ステップ15では、前記補正されたバルブタ
イミングに応じた吸・排気弁の制御を行なう。これによ
り、気筒毎に空燃比を理論空燃比にフィードバックする
と同時に、燃料噴射量のずれも修正されて気筒間の発生
トルクのバラツキを抑制できるなお、本実施の形態にお
いても、偏差Δαの絶対量に応じて高精度に補正できる
が、簡易的には偏差Δαの正負に応じてバルブタイミン
グを一定量ずつ補正する構成としてもよい。

【００４７】また、第１の実施の形態と同様に、基本的
には、これで終了するフローとしてよいが、過渡時の応
答性をよくするため、以下の学習を行なう。ステップ16
では、運転状態が安定しているなどの空燃比学習を行な
う条件が成立しているかを判定する。

【００４８】成立していないときは、フローを終了し、
成立したときはステップ６へ進む。ステップ17では、現
在の吸入空気量とエンジン回転速度とで決定される運転
領域における前記補正されたバルブタイミング（主とし
て吸気弁の閉時期）を、ＲＡＭに設定されたマップの対
応する運転領域に学習値として更新記憶する。そして、
次回同一の運転領域に入ったときは、該学習値を初期値
としてバルブタイミング制御による吸入空気量制御を行
ない、新たな学習条件成立時は前記学習を行ない更新記
憶する。

【００４９】これにより、過渡時にも応答性よく空燃
比、目標トルクを追従させることができる。特に、バル
ブタイミングの制御により燃焼室に最も近いところで吸
入空気量の制御が行なわれ、かつ電磁駆動式であるの
で、通常の燃料噴射量を学習する場合と略同様の応答性
を確保できる。

【００５０】以上の実施形態では、空燃比センサ又は酸
素センサを気筒毎に設けて気筒毎の空燃比を検出する構
成としたが、精度的には劣るが、排気マニホールド下流
側に１個の空燃比センサ又は酸素センサを設け、各気筒
からの燃焼排気がセンサに到達する時間遅れをエンジン
回転速度や吸入空気量などに基づいて予測し、タイミン
グ制御によって気筒毎の空燃比を検出する構成としても
よく、コストを軽減できる。

【００５１】さらに、厳密には、気筒毎の燃料噴射弁の
特性のバラツキも考えられるので、該バラツキを補正
（出荷前に測定等で補正）した上で本発明を適用するこ
とにより、より高精度にバラツキを抑制することができ
る。

【００５２】また、気筒毎に吸入空気量を可変に制御す
る手段として、バルブタイミングを可変制御するものの
他、電磁駆動式の吸・排気弁においてバルブリフト量を
可変制御するものであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態に係るシステム構成図。

【図２】同上実施の形態に用いられる弁駆動装置の構成
を示す断面図。

【図３】同上実施の形態における空燃比制御ルーチンを
示すフローチャート。

【図４】第2の実施の形態における空燃比制御ルーチン
を示すフローチャート。

【符号の説明】

１エンジン２弁駆動装置３吸気弁４排気弁 18 コントロールユニット 21 空燃比センサ 21' 酸素センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/04 ３２０Ｆ０２Ｄ 41/04 ３２０ (72)発明者永石初雄神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G092 AA01 AA05 AA11 AA13 AA17 AB02 BA01 BA05 BA07 BA09 BB02 DA01 DA02 DA08 DC03 DC09 DE01S DG02 DG09 EA05 EA06 EA07 EA11 EC01 EC05 FA04 FA05 FA06 FA36 FA48 GA11 HA01Z HA05Z HA06X HA06Z HA13X HA13Z HB01X HB01Z HC09X HC09Z HD05X HD05Z HD07X HD07Z HE03Z HE08Z HF08Z 3G301 HA01 HA06 HA13 HA19 JA04 JA05 JA15 JA17 KA11 LA03 LA07 LB02 LC01 MA01 ND01 ND22 NE13 NE14 NE15 PA01Z PA07Z PA11Z PB03Z PD03A PD03Z PD04A PD04Z PD15Z PE03Z PE08Z PE10A PE10Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸入空気量を気筒毎に制御可能なエンジン
において、気筒毎の空燃比を検出しながら、気筒毎の燃
料噴射量を同一に維持しつつ気筒毎の吸入空気量を補正
制御して空燃比を目標空燃比に制御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２】気筒毎に検出された空燃比と目標空燃比と
のずれに基づいて、吸入空気量を補正制御することを特
徴とするエンジンの空燃比制御装置。
【請求項３】前記空燃比の検出を、広域型空燃比センサ
を用いて行なうことを特徴とする請求項２に記載のエン
ジンの空燃比制御装置。
【請求項４】気筒毎の空燃比を基準空燃比にフィードバ
ック制御しつつ、運転領域毎に燃料噴射量の基準値に対
するずれに基づいて、該燃料噴射量のずれを修正するよ
うに気筒毎の吸入空気量を補正制御することを特徴とす
る請求項２に記載のエンジンの空燃比制御装置。
【請求項５】前記空燃比の検出を酸素センサを用いて基
準空燃比に対するリッチ,リーンとして検出しながら、
前記気筒毎の空燃比を基準空燃比にフィードバック制御
することを特徴とする請求項４に記載のエンジンの空燃
比制御装置。
【請求項６】気筒毎の前記吸入空気量の補正制御量を運
転領域毎に学習して更新記憶することを特徴とする請求
項１〜請求項５のいずれか１つに記載のエンジンの空燃
比制御装置。
【請求項７】エンジンは、気筒毎に吸・排気弁のバルブ
タイミングを可変なバルブタイミング可変手段を備え、
前記気筒毎の吸入空気量の制御は、前記バルブタイミン
グ可変手段による吸・排気弁のバルブタイミングで行な
われることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか
１つに記載のエンジンの空燃比制御装置。
【請求項８】前記バルブタイミング可変手段は、吸・排
気弁を電磁駆動してバルブタイミングを可変とすること
を特徴とする請求項７に記載のエンジンの吸気制御装
置。