JP2584970B2 - エンジンの空燃比制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はエンジンの空燃比を制御する方法に関するも
のであり，自動車，作業車両，産業機械などの動力源に
使用されるエンジンの空燃比制御に利用される。

従来技術とその問題点 エンジンの運転状態を検出してフイードバツク方式に
より空燃比を制御する技術は広く知られており，エンジ
ンの回転速度や吸気量に応じて燃料の基本供給量を設定
し，これに運転性能，燃料経済性，排気対策などを考慮
してエンジンの運転状態に対応した補正を加え所定の空
燃比とするのである。空燃比は燃料，空気の少なくとも
いずれかをパルス波形の駆動信号によつて駆動される制
御弁で制御し，駆動信号はエンジンの運転状態が入力さ
れその情報に基いて最適の条件を演算する電子式の制御
ユニツトから出力されるのが普通である。

エンジン運転状態を知る情報の一つとして、エンジン
の冷却水温度は始動性の向上や低温時のエンジンストー
ル防止のために必要なパラメータであり、設定温度に達
するまで濃い混合気を供給させる。

ここで、高出力域を除く通常運転域において、回転速
度、吸入気圧、冷却水温度をパラメータとして、或る回
転速度以下または吸入負圧以上では理論空燃比に設定し
て主にエミッションの低減を計り、或る回転速度以上ま
たは吸入負圧以下では希薄空燃比に設定して主に燃料経
済性を計るように制御システムを作つた場合、冷却水温
度が設定温度以上となっているならば前記二つの運転領
域の境界を一定値に設定しても運転性能、排気対策に悪
影響を及ぼすことなく空燃比を変更することができる。

しかしながら、例えば冷却水温度が設定温度よりも高
く、且つ回転速度、吸入負圧が前記二つの運転領域の境
界附近にある状態で運転されているエンジンについて、
外気温度が大幅に低下した場合、或いは長い降板を続け
ている自動車の場合には冷却水温度が低下し設定温度を
挟んで上下することがある。

このようなとき、前記境界が一元的に定められている
と、冷却水温度が設定温度を上下するたびに混合気補正
の要、不要を判断して空燃比の変更を行い、その結果空
燃比が繰返し変動して運転性能、排気対策に悪影響を与
えることとなる。

回転速度や吸入負圧が境界附近で変動して運転領域が
入れ替わることによっても空燃比の変更が行われるが、
この点については、特開昭59−34440号公報などで知ら
れいるヒステレシス幅を設けることにより空燃比制御の
安定化を計ることができるが、冷却水温度の設定温度附
近での変動に対する配慮はされていなかった。

このような冷却水温度の低下による空燃比の繰返し変
動の対策として、設定温度を低くすることが考えられる
が排気対策の面で好ましくない。

発明の目的 本発明は前述のような問題点を解決し，設定した理論
空燃比の運転領域と稀薄空燃比の運転領域とを安定よく
移行して運転性能，排気対策にすぐれた空燃比制御方法
を提供することを目的としている。

発明の構成 本発明に係るエンジンの空燃比制御方法は，エンジン
の通常運転域において或る回転速度以下または吸入負圧
以上では理論空燃比運転を行なわせ或る回転速度以上ま
たは吸入負圧以下では稀薄空燃比運転を行なわせるにあ
たり，前記二つの運転領域の境界を燃料増量を必要とし
ない温度および必要とする温度の高低二つの冷却水温度
に対応して二つ設定し，理論空燃比運転から稀薄空燃比
運転への移行は高温側の設定境界をもつて行なわせ，冷
却水温度が高温側の設定温度よりも低いときにおける稀
薄空燃比運転から理論空燃比運転への移行は低温側の設
定境界をもつて行なわせる構成とした。

実 施 例 本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図はLPGのような液化ガス燃料を使用したエンジ
ンに本発明を実施した場合を示しており，耐圧容器１の
燃料はペーパライザ２で大気圧程度に減圧され，基本流
量を設定するジエツト３を有する燃料通路４を通り混合
器５のベンチユリ６に沿つて形成された環状室７に入
り，スリツト状の主ノズル８から吸気路９に吸出され空
気と混合して吸器マニホルド10よりエンジン11に供給さ
れる。排気は排気管12の三元触媒コンバータ13で浄化さ
れて大気中に放出される。

燃料通路４のジエツト３よりも上流側から分岐して環
状室７に接続された補正燃料通路14が設けられ，この通
路14には電磁駆動の制御弁15が設けられていて，電子式
の制御ユニツト16から送られるパルス波形の駆動信号の
デユーテイ値に従つて前記制御弁15を開閉し所要の空燃
比となるように補正燃料を制御するのである。

ここで，混合器５に設置された絞り弁17の開度センサ
18,吸気マニホルド10に設けられた圧力センサ19,エンジ
ン11の回転速度センサ20および冷却水の温度センサ21,
排気管12に設けられた酸素センサ22,更に図示しない吸
入空気温度，イグニツシヨンスイツチ，ブレーキその他
エンジン11の運転状態を検知するセンサが必要に応じて
設けられており，これらのセンサからの電気信号が制御
ユニツト16に送られ，制御ユニツト16においてこれらの
情報に基いて最適の条件を計算し制御弁15を所定のデユ
ーテイ比で開閉駆動する駆動信号を発するかまたは閉弁
状態或いは開弁状態を保持させ，更に駆動信号のデユー
テイ値を変化させる。

また，第２図の制御マツプのように，高出力運転域を
除いた通常運転域をエンジン11の回転速度が一定値N₀以
下で且つ吸入負圧が一定値P₀以上の運転領域（Ａ）と，
回転速度が一定値N₀以上で且つ吸入負圧が一定値P₀以下
の運転領域（Ｂ）とに分け，前者の運転領域（Ａ）は理
論空燃比の混合気で運転し後者の運転領域（Ｂ）は稀薄
空燃比の混合気で運転するように設定し，更に高出力運
転域（Ｃ）は出力空燃比の混合気で運転するように設定
する。

ここで，アイドリング時には開度センサ18からの電気
信号によつて絞り弁17がアイドル位置にあることを検知
するので，理論空燃比の混合気または温度センサ21から
の電気信号でエンジン温度が低いことを検知したときは
理論空燃比よりも少し濃い混合気を供給するように制御
弁15を駆動する。

アイドリングが終つて絞り弁17が開いたときは，圧力
センサ19と回転速度センサ20からの電気信号によつてエ
ンジン11の吸入負圧が一定値P₀以上であり或いは回転速
度が一定値N₀以下であると判定される理論空燃比運転領
域（Ａ）において酸素センサ22からの電気信号に基き理
論空燃比の混合気が供給されるように制御弁15を駆動す
る。このため，例えば自動車において通常の市内走行速
度範囲で理論空燃比にフイードバツク制御されるように
運転領域（Ａ）を設定することにより，三元触媒コンバ
ータ13による排気浄化効率が最大の状態で走行すること
ができる。

吸入負圧が一定値P₀以下または回転速度が一定値N₀以
上と判定される稀薄空燃比運転領域（Ｂ）においては酸
素センサ22からの電気信号に基くフイードバツク制御を
解除して制御弁15を小さいデユーテイ値で開閉させるか
または閉弁状態に保持し，主にジエツト３で計量される
基本供給量の燃料を混合器５に送り稀薄空燃比の混合気
をエンジン11に供給して燃料経済性を計る。更に，位置
センサ18からの電気信号によつて高出力運転域（Ｃ）に
移行したこと，例えば絞り弁17が開度60度以上となつた
ことを検知したときは，高濃度の出力混合気が供給され
るように制御弁15を大きいデユーテイ値で駆動するかま
たは開弁状態に保持する。

前記二つの運転領域（Ａ）（Ｂ）の境界ａはエンジン
の冷却水温度が基本供給量の燃料に増量補正を加える必
要のないものと経験，理論に基いて予め設定した温度T₁
例えば70℃以上になつているもと想定して設定されてい
る。従つて、冷却水温度がT₁以上であつて理論空燃比運
転領域（Ａ）から希薄空燃比運転領域（Ｂ）にまたがっ
て加速運転が行われるときは、この境界ａにおいて空燃
比の切換えが行われエミッション低減、燃料経済性とい
う所期の目的を達成させることができる。しかし、冷却
水温度がT₁に達していない場合は境界ａを越えた後もそ
のまま理論空燃比運転を行わせ、温度T₂に達したとき新
しい境界ｂを想定して希薄空燃比運転に移行させる。ま
た、温度T₁以下の状態で境界ａをまたいで加速と減速を
繰返すことがあっても継続して理論空燃比運転を行わせ
る。これにより低温時に要求される濃度の混合気が継続
して供給され出力低下やエンジンストールの心配をなく
すことができる。

次に冷却水温度T₁以上でエンジン11が運転されていた
ものが、外気温度が急激且つ大幅に低下した場合、或い
は長い降板を続けている自動車の場合は冷却水温度がT₁
よりも低下してしまうことがある。エンジン11が境界ａ
の附近の回転速度、吸入負圧で運転されているときにこ
のような温度低下があると、温度センサ21からの電気信
号によってエンジン11が低温状態と判断して混合気を濃
くするように燃料を増量する。

従って、冷却水温度がT₁を挟んで上下する変動を繰返
すと、その都度混合気補正の要、不要を判断して空燃比
の変更を行い、運転性能、排気対策に悪影響を与えてし
まう。

本発明はT₁よりも低い温度T₂、例えば55℃までは燃料
増量の必要がないものと仮定して別途の新しい設定温度
とし、この温度T₂に対応した境界ｃを理論空燃比運転領
域（Ａ）側に設定した。即ち、正常時の境界ａは冷却水
温度の高温側の境界として働き、仮定に基づいて設定し
た境界ｃは冷却水温度の低温側の境界として働く。

このような構成としたことより、冷却水温度がT₁とT₂
との間の温度に低下しても燃料増量を行わず、またこの
冷却水温度範囲で回転速度、吸入負圧が理論空燃比運転
領域（Ａ）に入っても境界ｃに達するまでは希薄空燃比
運転を行わせることとなる。

このため、境界ａの附近で冷却水温度がT₁を挟んで上
下動を繰返し、且つ回転速度、吸入負圧が境界ａをまた
いで変動を繰返しても、低温側の境界ｃを適宜に設定す
ることにより温度T₂以下でない限り空燃比の変更が行わ
れることなく希薄空燃比運転を継続し、運転性能、排気
対策への悪影響が解消される。或いは、温度T₁よりも低
い状態のとき境界ａをまたいでその附近で回転速度、吸
入負圧が変動しても、それまでの空燃比運転領域が拡張
されて空燃比を変更させない。

尚，本発明は液化ガスに限らずガソリンのような液体
燃料を気化器方式または噴射方式によつて供給するもの
に適用され，気化器方式では燃料とブリード空気の少な
くともいずれかが制御弁で制御され，噴射方式では噴射
弁が制御弁を構成する。

発明の効果 本発明にると、エンジンの通常運転域を比較的低回転
速度、高吸入負圧の理論空燃比運転領域と比較的高回転
速度。低吸入負圧の希薄空燃比運転領域とに分け、運転
領域に応じて排気対策と運転性、燃料経済性とをそれぞ
れ計るようにした制御システムにおいて、二つの運転領
域の境界をエンジンの冷却水温度の高低によって燃料増
量の必要がない温度域と必要がある温度域とに二つ設定
し、燃料増量の必要がない温度での加速時における理論
空燃比から希薄空燃比への変更は高温側の設定境界で行
わせ、燃料増量の必要がある温度での減速時における希
薄空燃比から理論空燃比への変更は低温側の設定境界で
行わせるようにしたので、回転速度、吸入負圧に応じて
空燃比を変更する境界が冷却水温度によって移動するこ
ととなる。このため、冷却水温度が気温低下、長時間の
降坂運転により低下した状態で回転速度や吸入負圧が高
温側の境界をまたいで変動を繰返す、という運転状態が
あっても空燃比がその都度変更されず、排気対策と運転
性、燃料経済性の向上を確実に達成できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の配置図，第２図は制御マツプ
図，第３図は冷却水温度と空燃比との関係を説明する図
である。 ４……燃料通路,11……エンジン,14……補正燃料通路,1
5……制御弁,16……制御ユニツト,19……圧力センサ,20
……回転速度センサ,21……温度センサ,22……酸素セン
サ，

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの通常運転域において或る回転速
   度以下または吸入負圧以上では理論空燃比運転を行わせ
   或る回転速度以上または吸入負圧以下では稀薄空燃比運
   転を行わせるにあたり、前記二つの運転領域の境界を燃
   料増量を必要としない温度および必要とする温度の高低
   二つの冷却水温度に対応して二つ設定し、理論空燃比運
   転から稀薄空燃比運転への移行は高温側の設定境界をも
   って行わせ、冷却水温度が高温側の設定温度よりも低い
   ときにおける稀薄空燃比運転から理論空燃比運転への移
   行は低温側の設定境界をもって行わせることを特徴とす
   るエンジンの空燃比制御方法。