JP2861387B2 - 内燃エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

内燃エンジンの空燃比制御装置

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JP2861387B2
JP2861387B2 JP5502734A JP50273493A JP2861387B2 JP 2861387 B2 JP2861387 B2 JP 2861387B2 JP 5502734 A JP5502734 A JP 5502734A JP 50273493 A JP50273493 A JP 50273493A JP 2861387 B2 JP2861387 B2 JP 2861387B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、エンジンに所謂リーン燃焼及び所謂リッチ
燃焼の所要の一方を選択的に行わせて排気ガス特性及び
燃費を向上できると共にエンジン出力を必要に応じて増
大できる内燃エンジンの空燃比制御装置に関し、特に、
リーン燃焼とリッチ燃焼間での切換えのために空燃比を
変化させたときに生じ易いエンジン出力の急変を防止で
きる空燃比制御装置に関する。
背景技術 自動車の排気ガス特性及び燃費の向上のために、内燃
エンジンに供給される混合気の空燃比を理論空燃比に関
して燃料希薄側の値に制御して、エンジンをリーン燃焼
状態で運転することが知られている。その一方で、エン
ジンを常時リーン燃焼運転すると、エンジンの特定の運
転状態（例えば、急発進運転状態及び急加速運転状態）
では、エンジン出力が不足する。そこで、従来、エンジ
ンの特定の運転状態では空燃比を理論空燃比又はその近
傍（以下、理論空燃比近傍という）に制御して、リッチ
燃焼運転を行うようにしている。
しかしながら、従来の空燃比制御によれば、リッチ燃
焼とリーン燃焼間での切換えのために空燃比を理論空燃
比近傍とこれよりも燃料希薄側の空燃比との間で変化さ
せたとき、エンジンへの燃料供給量が急激に変化するこ
とがある。この場合、燃料供給量，エンジン熱効率等に
応じて定まるエンジン出力が急変する。例えば、運転者
によるアクセルペダルの踏込操作が解除されて加速運転
状態（特定の運転状態の一つ）が終了した場合、従来の
空燃比制御装置は、空燃比を燃料リーン側の値に戻すべ
く燃料供給量を急減させるように作動し、この結果、エ
ンジン出力が急激に低下する。エンジン出力がこの様に
急変すると、エンジンにトルクショックが生じ、ドライ
バビリティを阻害することになる。
なお、広義には上記従来装置に属しリーン運転状態へ
の移行時に燃料供給量を減量させるようにした空燃比制
御装置が、日本国特開平２−267340号に開示されてい
る。
発明の開示 本発明の目的は、エンジンにリッチ燃焼及びリーン燃
焼の任意の一方を行わせるために理論空燃比近傍の値と
これより燃料リーン側の値との間で空燃比を変化させた
ときに生じ易い不快なトルクショックを防止できる内燃
エンジンの空燃比制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明によれば、エンジン
に供給される混合気の空燃比を、エンジンが特定の運転
状態にあるときに理論空燃比近傍の第１の空燃比に制御
し、又、エンジンが特定の運転状態以外の運転状態にあ
るときには第１の空燃比に関して燃料希薄側の第２の空
燃比に制御する内燃エンジンの空燃比制御装置が提供さ
れる。この空燃比制御装置は、エンジンの吸気通路の途
中に設けたスロットル弁をバイパスし両端が吸気通路に
連通する主バイパス通路と、スロットル弁をバイパスし
両端が吸気通路に連通する副バイパス通路と、主バイパ
ス通路を介して吸入される空気の量を調節するための主
バルブ手段と、副バイパス通路を介して吸入される空気
の量を調節するための副バルブ手段と、エンジンへ供給
される燃料の量を調節するための燃料供給手段と、エン
ジンに加わる負荷を表すパラメータの値を検出するため
の負荷パラメータ検出手段、例えば、スロットル開度を
検出するためのスロットル開度検出手段と、制御手段と
を備える。
制御手段は、エンジンが特定の運転状態にあるとき、
主バイパス通路を介する吸入空気供給が阻止されるよう
に主バルブ手段を駆動制御すると共に、少なくとも主バ
イパス通路を含まない吸気通路を介して供給される吸入
空気の量と燃料供給手段から供給される燃料の量とによ
って第１の空燃比が達成されるように燃料供給手段を駆
動制御する。又、制御手段は、エンジンが特定の運転状
態以外の運転状態にあるとき、第２の空燃比を達成可能
とする吸入空気量が主バイパス通路及び副バイパス通路
を介して供給されるように主バルブ手段を駆動制御する
と共に、検出したエンジン負荷に応じて副バルブ手段の
弁開度をオープンループ制御し、主及び副バイパス通路
を含む吸気通路を介して供給される吸入空気の量と燃料
供給手段から供給される燃料の量とによって第２の空燃
比が達成されるように燃料供給手段を駆動制御する。更
に、制御手段は、第１の空燃比での運転から第２の空燃
比での運転への切換に際しては、その切換前後において
エンジンから実質的に取り出すことのできる出力がほぼ
変化しないように吸入空気量の変化を生じせしめるべ
く、主バルブ手段及び前記副バルブ手段を駆動制御す
る。
好ましくは、主バルブ手段は、スロットル弁開度に応
じて変化する吸気通路内負圧に応動する負圧応動弁から
なり、制御手段は、エンジンが特定の運転状態にあると
き負圧応動弁への負圧供給を阻止する一方、エンジンが
特定の運転状態以外の運転状態にあるとき負圧応動弁へ
の負圧供給を許容する。
好ましくは、空燃比制御装置は、吸気通路を介して吸
入される空気の量を検出するための空気量検出手段を更
に含み、制御手段は、エンジンが特定の運転状態以外の
運転状態にあるとき、第２の空燃比を達成可能とする目
標吸入空気量を、検出されたエンジン負荷パラメータ
値、例えば検出されたスロットル弁開度に応じて演算
し、次いで、検出された実際吸入空気量と目標吸入空気
量との偏差に応じて副バルブ手段の弁開度を制御する。
副バルブ手段は例えば電磁開閉弁からなり、制御手段は
電磁開閉弁のオンオフデューティ比すなわち時間軸上の
平均弁開度を制御する。
上述のように、本発明によれば、スロットル弁をバイ
パスして吸気通路に設けた主及び副バイパス通路に両該
バイパス通路を介する吸入空気量を調節するための主及
び副バルブ手段が夫々設けられ、エンジンが特定の運転
状態にあるとき主バイパス通路を介する吸入空気供給が
阻止される一方、エンジンが特定の運転状態以外の運転
状態にあるときは第２の空燃比を達成可能とする吸入空
気量が主及び副バイパス通路を介して供給される。従っ
て、特定の運転状態からそれ以外の運転状態への移行
時、第２の空燃比が達成されるように吸入空気量が増量
される。このため、上記移行時における燃料供給量の急
減を防止でき、従って、エンジン出力トルクの急変によ
るトルクショックを防止できる。しかも、吸入空気増量
のために２つのバイパス通路を用いるので、各バイパス
通路に設けるバルブ手段は小容量のもので良く、コスト
を低減できる。又、バルブ手段を電磁弁で構成した場
合、電磁弁駆動用バッテリを小型化できる。
そして、エンジンが特定の運転状態にあるとき、吸気
通路を介する吸入空気量と燃料供給手段からの燃料供給
量とによって第１の空燃比が達成されるように燃料供給
手段が駆動制御され、又、エンジンが特定の運転状態以
外の運転状態にあるとき、吸入空気量と燃料供給量とに
よって第２の空燃比が達成されるように燃料供給制御が
行われる。従って、各種エンジン運転領域において第１
の空燃比及び第２の空燃比の所要の一方が達成される。
又、リッチ燃焼運転とリーン燃焼運転間での移行時にお
けるエンジン出力がほぼ変化しないように吸入空気量変
化が制御され、これにより、上記移行のために空燃比を
変化させたとき、エンジン出力トルクの連続性が維持さ
れてエンジンにおけるトルクショックを防止できる。
又、リッチ燃焼運転とリーン燃焼運転との間での移行に
際して、トルクショック防止のために空燃比を第１の空
燃比と第２の空燃比との間で徐々に変化させることは必
ずしも必要ではなく、従って、空燃比を徐々に変化させ
る場合とは異なり、排ガス浄化率が悪化するような運転
領域でエンジン運転を行う必要がなくなり、排ガス特性
が向上する。
好ましくは、主バルブ手段は、スロットル弁開度に応
じて変化する吸気通路内負圧に応動する負圧応動弁で構
成される。この場合、負圧応動弁からなる主バルブ手段
によって吸入空気量を大まかに制御できると共に副バル
ブ手段によって吸入空気量制御を精密に行える。このた
め、小容量のタイプの副バルブ手段が使用可能となる。
本発明によれば、エンジン負荷に応じて副バルブ手段
の弁開度をオープンループ制御するようにしたので、吸
入空気量をフィードバック制御する場合に必須の吸入空
気量検出用センサが不要であり、又、吸入空気量制御を
簡易に行える。一方、吸入空気量をフィードバック制御
する場合は、吸入空気量制御を精密に行える。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明の第１実施例による空燃比制御装置
を周辺要素と共に示す概略構成図、 第２図は、第１図に示す空燃比制御装置の電子制御系
を示すブロック図、 第３図は、第２図に示す電子制御装置が実行する空燃
比制御の手順の一部を示すフローチャート、 第４図は空燃比制御手順の残部を示すフローチャー
ト、 第５図は、或るエンジン回転数における、第１図に示
す負圧応動弁の圧力室に供給される負圧と、スロットル
弁開度との関係を例示するグラフ、 第６図は、或るエンジン回転数における、負圧応動弁
の弁開度とスロットル弁開度との関係を例示するグラ
フ、 第７図は、本発明の第２実施例による空燃比制御装置
における空燃比制御手順を示すフローチャート、および 第８図は、第２実施例装置の副バイパス通路に設けら
れるモータ駆動式バルブを示す部分概略図である。
発明を実施するための最良の形態 第１図を参照すると、記号Ｅは、本発明の第１実施例
の空燃比制御装置（後述）と共に用いられるガソリンエ
ンジンを示し、エンジンＥの各気筒の燃焼室（図示略）
には、吸気通路２及び排気通路３が夫々接続されてい
る。吸気通路２と各燃焼室とは両者間に介在する吸気弁
（図示略）によって連通，遮断され、又、排気通路３と
各燃焼室とは両者間に介在する排気弁（図示略）によっ
て連通，遮断されるようになっている。
吸気通路２には、上流側から順にエアクリーナ6,スロ
ットル弁７及び燃料噴射弁８が設けられ、燃料噴射弁８
は、吸気マニホルド部分に気筒数だけ設けられている。
参照符号2aは、吸気通路２のスロットル弁下流側に設け
たサージタンクを示す。又、排気通路３には、その上流
側から順に排ガス浄化用触媒コンバータ（三元触媒）９
および図示しない消音器が設けられている。
更に、吸気通路２には、空燃比制御装置の構成要素と
しての２つのバイパス通路31,43が、スロットル弁７を
バイパスして設けられ、各バイパス通路の両端は吸気通
路２に連通している。
副バイパス通路としての第１バイパス通路31には、バ
イパス通路31を介する吸入空気量を調節するためのISC
バルブ（副バルブ手段）30が配設されている。本実施例
のISCバルブ30は、弁体30a、この弁体30aを開閉駆動す
るためのソレノイド30b等から構成される電磁ソレノイ
ド弁からなる。ISCバルブ30のソレノイド30bは、第２図
に参照符号23で示しかつ後で詳述する電子制御装置（EC
U）に接続されており、ISCバルブ30は、該バルブの時間
軸上での平均弁開度が可変制御されるように、ECU23か
らの駆動信号によりオンオフデューティ制御され、所要
量のバイパス空気が第１バイパス通路31を介してエンジ
ンＥに供給されるようになっている。なお、ISCバルブ3
0は、空燃比制御に用いられると共に、アイドル時のエ
ンジン回転数制御等にも用いられる。
一方、主バイパス通路としての第２バイパス通路43に
は、負圧応動弁（ACVバルブ）41が配設され、この負圧
応動弁41は、スロットル弁開度に応じて変化する吸気通
路２内の負圧に応じてそのリフト量が変化するようにな
っている。より詳しくは、負圧応動弁41は、ダイアフラ
ム41bに取り付けられバイパス通路43を開閉するための
弁体41aと、弁41の外壁とダイアフラム41bとにより画成
される圧力室41cと、圧力室41c内に配されダイアフラム
41bを介して弁体41aを常時閉弁方向に付勢するばね41b
とを含んでいる。負圧応動弁41の圧力室41cは、管路44
を介して、スロットル弁開度に応じた負圧が発生するス
ロットル弁７の直ぐ上流位置において吸気通路２に連通
している。
管路44の途中には、負圧の制御弁として機能するバイ
パスバルブ42が配設されている。このバイパスバルブ42
は、負圧応動弁41及び管路44と協働して、第２バイパス
通路43を介する吸入空気量を調節するための主バルブ手
段をなす。詳しくは、バイパスバルブ42は、管路44を開
閉するための弁体42aと、これと一体に動作し大気開口
を開閉するための弁体42bと、弁体42bを常時閉じ側に付
勢するばね42dと、これらの弁体42a,42bを開閉駆動する
ためのソレノイド42cとを含み、ソレノイド42cはECU23
の出力側に接続されている。
好ましくは、吸気通路２に対する管路44の開口端の形
成位置として、管路44を介して吸気通路２から負圧応動
弁41の圧力室41cに供給される負圧（ACV負圧）がスロッ
トル弁開度におおよそ比例して変化するようにするに足
る位置が選択される。ACV負圧がスロットル弁開度に正
確に比例して変化する場合、負圧応動弁41の弁開度（AC
V開度）は、第６図に破線で示すように、スロットル弁
開度に比例して変化することになる。そして、スロット
ル弁開度と、ACV開度とスロットル弁開度との和との比
が、理論空燃比（第１の空燃比）と、これよりも燃料リ
ーン側の目標空燃比（第２の空燃比）との比に等しけれ
ば、主バイパス通路43を介する吸入空気供給を選択的に
阻止又は許容することによって、第１の空燃比又は第２
の空燃比の所要の一方を達成可能になる。
しかしながら、実際には、ACV負圧（ACV開度）とスロ
ットル弁開度とが比例すると云う要件を満たすような管
路開口端位置を選択することは困難である。典型的に
は、スロットル弁開度の変化につれてACV負圧は第５図
に例示するように変化し、このため、スロットル弁開度
の変化に伴ってACV開度は第６図に実線で例示するよう
に変化する。即ち、スロットル弁開度が大きい領域で
は、ACV開度は、第６図に破線で示す最適ACV開度よりも
小さくなる。従って、第２バイパス通路（主バイパス通
路）43を介する吸入空気量は、エンジン運転状態の変化
におおよそ追従して変化し、しかし、スロットル弁開度
が大きい領域では吸入空気量に不足を来すことになる。
上記構成の主バルブ手段において、ECU23からの駆動
信号がバイパスバルブ42のソレノイド42cに供給されず
にソレノイド42cが消勢されている場合には、弁体42aが
負圧発生側の管路44を閉塞する一方、弁体42bが大気開
口を開成して大気圧が負圧応動弁41の圧力室41cに導か
れる。このとき、ばね41dがダイアフラム41bを介して弁
体41aをバイパス通路43を閉塞する方向に押圧し、バイ
パス通路43を閉成する。これにより、バイパス通路43を
介するバイパス空気のエンジンＥへの供給が阻止され
る。一方、ECU23からの駆動信号によりソレノイド42cが
付勢されると、弁体42bが大気開口を閉塞すると共に、
管路44が開成して吸気通路２内の負圧が圧力室41cに導
かれる。この結果、弁体41aがばね41dのばね力に抗して
開弁方向にリフトし、バイパス通路43が開成する。これ
により、エンジン運転状態に応じて変化する負圧が圧力
室41cに導かれ、負圧の大きさに応じて弁体41aのリフト
量が決定され、必要な空気量がバイパス通路43を介して
エンジンＥに供給されることになる。
リーン燃焼を行う場合には、バイパスバルブ42を開成
し、バイパス通路43を介してバイパス空気をエンジンＥ
に供給すると共に、ISCバルブ30をデューティ制御して
バイパス通路31からもバイパス空気をエンジンＥに供給
する。バイパス通路43を介するバイパス空気の供給量
は、吸気通路２内の負圧に応じて決定され、これによ
り、エンジンＥの運転状態に大略対応する吸入空気供給
が可能になる。しかしながら、第５図及び第６図を参照
して既に説明したように、バイパス通路43のみを介して
目標吸入空気量を正確に供給することは困難である。一
方、ISCバルブ30は電磁弁であるから、コストの問題や
バッテリ容量の問題で大容量のものを採用することは実
用的ではなく、バイパス通路31のみを介して目標吸入空
気量を供給する装置構成は実際的でない。そこで、本実
施例では、ISCバルブ30をデューティ制御することによ
り、バイパス通路43を介するバイパス空気量を補正する
空気量をエンジンＥに供給し、結果として吸入空気量を
正確に目標量に制御するようにしている。
一方、リッチ燃焼運転を行う場合にはバイパスバルブ
42を閉成してバイパス通路43を遮断する。このため、エ
ンジンＥに供給される吸入空気量は、吸気通路２内に配
されたスロットル弁７の開度に応じて変化する。好まし
くは、ISCバルブ30の弁開度は、エンジンＥの運転状態
に応じた基本補助空気がエンジンＥに供給されるように
調節される。この基本補助空気は、いわゆる「ダッシュ
ポット制御」のための補助空気であって、スロットル弁
７が急に閉弁された場合にでも、エンジン回転数が急減
してエンジンストップを防止するためのものである。
以上のように、同じ燃料量がエンジンＥに供給されて
いるとしたとき、バイパス通路43を開成することにより
リーン燃焼運転が、バイパス通路43を閉成することによ
りリッチ燃焼運転が行われることになる。
このような構成により、スロットル弁７（吸気通路
２）単独あるいはスロットル弁７及び第1,第２バイパス
通路31,43を介して供給される吸入空気が、吸気マニホ
ルド部分で燃料噴射弁８からの燃料と所定の空燃比とな
るように混合され、燃焼室内で燃焼せしめられて、エン
ジントルクを発生させる。なお、燃料ポンプから各燃料
噴射弁８へ供給される燃料は図示しない燃圧レギュレー
タによって一定圧に調整されるようになっている。
更に、上述の空燃比制御、燃料供給制御を含む種々の
エンジン制御を電子制御ユニット（ECU）23により実行
すべく、以下に説明するような種々のセンサ（第１図及
び第２図）が設けられている。
先ず、吸気通路２側には、吸入空気量をカルマン渦情
報から検出するためのエアフローセンサ11,大気圧を検
出するための大気圧センサ26,吸入空気温度を検出する
ための吸気温センサ12が設けられている。又、吸気通路
２におけるスロットル弁７には、弁軸などからスロット
ル弁開度を検出するためのポテンショメータ式のスロッ
トルセンサ14、アイドリング状態を検出するためのアイ
ドルスイッチ15等が設けられている。更に、排気通路３
側における触媒コンバータ９の上流側部分には、排ガス
中の酸素濃度を検出するためのO2センサ17が設けられて
いる。そして、ECU23の入力側には、上述のセンサ11,14
及び15が接続されると共に、エンジン冷却水温を検出す
るための水温センサ19、クランク角を検出することによ
ってエンジン回転数Neを検出するためのエンジン回転数
センサ21及び第２図に参照符号18で一般的に示すその他
のセンサが接続され、これらのセンサからの検出信号
は、ECU23へ入力されるようになっている。
詳細な図示を省略するが、ECU23は、その主要部とし
てプロセッサ（CPU）を備えており、CPUの入力ポートへ
は、上記各種センサからの信号が適宜の入力インターフ
ェイスを介して或は直接的に入力されるようになってい
る。更に、CPUは、プログラムデータや固定値データを
記憶したROM,データを書換え可能に格納するためのRAM,
バッテリが接続されている間はその記憶内容が保持され
るバッテリバックアップRAM等の記憶装置にバスライン
を介して接続され、記憶装置との間でデータの授受を行
うようになっている。又、ECU23のCPUからの各種の制御
信号は適宜の出力インターフェイスを介して燃料噴射弁
8,ISCバルブ30,バイパスバルブ42等へ出力されるように
なっている。
エンジンＥの運転中、燃料供給制御のため、ECU23は
各気筒の燃料噴射弁８の開弁時間Tinjを次式（１）に従
って周期的に演算し、この開弁時間Tinjに応じた駆動信
号を燃料噴射弁８に供給して、開弁時間Tinjに対応する
燃料量を、今回周期において燃料供給すべき気筒の吸入
ポートに噴射供給する。
Tinj＝A/N÷λ×K1×K2＋T0 ・・・（１） ここに、A/Nは、一吸気行程で一つの気筒に吸入され
る空気量である。本実施例では、吸入空気量A/Nは、エ
アフローセンサ11で検出したカルマン渦周波数ｆと、エ
ンジン回転数センサ21で検出したエンジン回転数Neとに
基づいてCPUによって算出される。又、後で更に説明す
る空燃比制御に用いるリッチ燃焼運転時およびリーン燃
焼運転時の目標吸入空気量A/NS,A/NLは、ECU23に内蔵の
記憶装置内にマップ形式で格納されている。本実施例で
は、目標吸入空気量A/NS,A/NLは、スロットル弁開度θ
とエンジン回転数Neとの関数で表され、従って、パラメ
ータθ,Neの種々の組合せに夫々対応する一連の目標値A
/NS及び一連の目標値A/NLがマップ形式で格納されてい
る。
又、式（１）中、λは目標空燃比で、リッチ燃焼運転
時には理論空燃比或はその近傍値λＳ（例えば14.7）に
設定され、リッチ燃焼運転時には理論空燃比に関して燃
料希薄側の所定値λＬ（例えば22）に設定される。本実
施例では、リーン燃焼運転時の目標空燃比（第２の空燃
比）λＬとして、リーン燃焼運転領域全体に共通の一つ
の固定した所定値が用いられる。
更に、K1は、燃料流量を開弁時間に換算するための係
数で、K2は、エンジン運転状態を表す各種パラメータの
値に応じて設定される補正係数値である。補正係数値K2
は、例えばエンジン水温センサ19によって検出したエン
ジン水温TWに応じて設定される水温補正係数値、O2セン
サ17で検出した排気ガス中の酸素濃度に応じて設定され
るO2フィードバック補正係数値、大気圧センサ26で検出
した大気圧Paに応じて設定される大気補正係数値等を含
む。T0は、バッテリ電圧等に応じて設定される補正値で
ある。
次に、第３図及び第４図を参照して、空燃比をリッチ
側の値とリーン側の値との間で変化させるための空燃比
制御ルーチンを説明する。
空燃比制御ルーチンは、エンジン運転中に上述の燃料
供給制御と平行して、電子制御装置（ECU）23により周
期的に実行される。空燃比制御ルーチンの各サイクルに
おいて、ECU23のCPUは、例えば前回及び今回サイクルで
夫々検出したスロットルセンサ７の出力信号からスロッ
トルセンサ７の信号変化を算出し、斯く算出したセンサ
信号変化に基づいて、急発進運転状態，急加速運転状態
を含む理論空燃比運転（リッチ燃焼運転）領域でエンジ
ンＥが運転されているか否かを判別する（ステップS1
0）。
ステップS10での判別結果が肯定、すなわちエンジン
Ｅがリッチ燃焼運転領域で運転されていると判別した場
合、CPUは、バイパスバルブ42のソレノイド42cへの駆動
信号の供給を停止する（ステップS12）。この結果、バ
イパスバルブ42の弁体42aにより管路44が閉塞されて、
負圧応動弁41の弁体41aによりバイパス通路43が閉成さ
れ、バイパス通路43を介するエンジンＥへの空気供給が
停止される。この様にしてバイパスバルブ42が非作動化
されると、今回サイクルでの空燃比制御ルーチンが終了
する。リッチ燃焼運転時、エンジンＥに供給される吸入
空気量はスロットル弁開度に応じて定まり、又、上記
（１）式に従って燃料供給量が求められ、これにより、
理論空燃比（第１の空燃比）でリッチ燃焼運転が行われ
る。
一方、ステップS10における判別結果が否定、すなわ
ちエンジンＥがリーン燃焼運転領域で運転されていると
判定すると、ECU23のCPUは、バイパスバルブ42のソレノ
イド42cに駆動信号を供給する（ステップS14）。この結
果、バイパスバルブ42が開弁して管路44が開成し、従っ
て、吸気通路２内の負圧が負圧応動弁41の圧力室41cに
供給されて負圧応動弁41が開弁し、これにより、バイパ
ス通路43を介してバイパス空気がエンジンＥに供給され
る。従って、エンジンＥへの吸入空気は、スロットル弁
７を介して供給されると共にバイパス通路43からも供給
されることになる。
次に、CPUは、スロットルセンサ14で検出したスロッ
トル弁開度θとエンジン回転数センサ21で検出したエン
ジン回転数Neとに従って、パラメータθ,Neの値に適合
する、リーン燃焼運転時の目標吸入空気量A/NLを記憶装
置内のマップから読み出す（ステップS16）。そして、C
PUは、エアフローセンサ11で検出したカルマン渦周波数
ｆとエンジン回転数センサ21で検出したエンジン回転数
Neとに基づいて実際吸入空気量A/Nmを算出し、次いで、
ステップS16で読み出した目標吸入空気量A/NLと実際吸
入空気量A/Nmとの偏差ΔA/Nを求める（ステップS18）。
更に、次式（２）に従って、偏差ΔA/Nに応じたISCバ
ルブ30の開度補正値ΔP ISCがCPUによって演算される
（ステップS20）。
ΔP ISC＝KP・ΔA/N ・・・（２） ここに、KPはフィードバック比例項ゲインで、固定の
所定値に設定され、或は、例えばエンジン回転数Neに応
じて可変設定される。
次に、CPUは、ステップS20で算出した補正値ΔP ISC
と、予め設定されかつ基本補助空気量に対応する基本開
度P BASとから、ISC目標開度P ISCを次式（３）に従っ
て演算する（ステップS22）。
P ISC＝P BAS＋ΔP ISC ・・・（３） 次に、エンジンＥがアイドル運転状態にあるか否かが
CPUによって判別される（ステップS24）。エンジンＥが
アイドル運転状態になければ、CPUは、ステップS22で求
めたISC目標開度P ISCに応じてISCバルブ30のデューテ
ィ率を設定し、デューティ率に対応する駆動信号をISC
バルブ30のソレノイド30bに出力する（ステップS28）。
この結果、ISCバルブ30は、エンジンＥに供給すべき目
標吸入空気量A/NLに対する実際吸入空気量の過不足分を
調整するようにオンオフデューティ制御され、これによ
り、エンジンＥに目標空気量A/NL近傍の空気が供給され
る。
上述のように、リーン燃焼運転時、ステップS14でバ
イパスバルブ42が開弁されると共にステップS28でISCバ
ルブ30がオンオフデューティ制御されてバルブ30の時間
軸上での平均弁開度が調節される。この結果、バイパス
通路43及び31を介して供給される吸入空気量が調節され
て、理論空燃比に関してリーン側の所定空燃比λＬでリ
ーン燃焼運転が実現されることになる。
一方、上記ステップS24での判別結果が肯定、すなわ
ち、エンジンＥがアイドル運転状態にあると判別された
場合、従来公知のアイドル回転数制御が実行される（ス
テップS26）。このアイドル回転数制御は、本発明に特
に関係がないのでその詳細な説明を省略する。
以上の説明から明かなように、リーン燃焼運転からリ
ッチ燃焼運転に移行した直後には、バイパスバルブ42が
閉じられてバイパス通路43が遮断されることにより吸入
空気量A/Nが急減する。そして、リッチ燃焼運転への移
行直後での開弁時間Tinjは、斯く急減した吸入空気量A/
Nに基づいて演算され、従って、当該時点での燃料供給
量は、急減した吸入空気量に対応する値になる。式
（１）から明かなように、同式中の変数である目標空燃
比λがリッチ燃焼運転への移行の前後においてさほど変
化しなければ、吸入空気量の減少に伴って燃料供給量も
減少する。しかしながら、リッチ燃焼運転への移行時に
は、式（１）中の目標空燃比λもリーン燃焼運転に適合
する大きい値（例えば22）からリッチ燃焼運転に適合す
る小さい値（例えば14.7）に設定し直される。この結
果、吸入空気量A/Nが急減するリッチ燃焼運転への移行
時にあっても、燃料供給量はリーン燃焼運転時の燃料供
給量に比べて急減することがなく、むしろ燃料供給量
は、リーン燃焼運転からリッチ燃焼運転への移行の前後
において略一定に保持される。従って、エンジン出力変
化を来すことなしに、リーン燃焼運転からリッチ燃焼運
転へ移行すべく、空燃比を燃料リーン側の大きい値から
理論空燃比近傍の小さい値に変化させることができる。
一方、リッチ燃焼運転からリーン燃焼運転への移行直
後には吸入空気量A/Nが急増する。しかしながら、開弁
時間Tinjの演算に用いる式（１）における空燃比λの値
は、リーン燃焼運転への移行直後に、リッチ燃焼のため
の小さい値からリーン燃焼のための大きい値に変更され
る。従って、燃料供給量はリッチ燃焼運転時のものと略
同一の値に保持することができ、エンジン出力を変化さ
せずにリーン燃焼運転に移行させることができる。この
結果、空燃比切換時のエンジン出力の急激な変化が防止
されることになる。
上述の特徴に関連して述べれば、上記ステップS16で
マップから読み出されて空燃比制御のための吸入空気量
制御に用いられる目標吸入空気量A/NLは、運転者がアク
セルペダルを踏込操作したときのスロットル弁開度θに
おいてリッチ燃焼させた場合に発生するエンジントルク
と略同じトルクをリーン燃焼で得るために必要な空気量
を意味している。言い替えれば、本実施例による空燃比
制御は、エンジンＥに供給する燃料供給量を略一定に保
持しつつ、空気量だけを増量して、リッチ燃焼からリー
ン燃焼に切り換えるのである。この様にすれば、切換時
にエンジンに生じるトルクショックを防止することがで
きる。
以下、本発明の第２実施例による空燃比制御装置を説
明する。
リーン燃焼運転時に主及び副バイパス通路43,31を介
する吸入空気量を目標量にフィードバック制御するよう
にした上記第１実施例に比べて、本実施例の空燃比制御
装置は、リーン燃焼運転時にISCバルブの弁開度ひいて
は吸入空気量をオープンループ制御する点が相違する。
第６図を参照して既に説明したように、スロットル弁
開度の全領域においてスロットル弁開度とACV開度（負
圧応動弁41の弁開度）とが常に比例するようにすること
は困難であって、スロットル弁開度が増大するにつれ
て、第６図に実線で示す実際ACV開度は第６図に破線で
示す最適ACV開度に比べて小さくなる。そこで、本実施
例では、このACV開度不足分を補償すべくISCバルブの弁
開度をオープンループ制御するようにしている。このた
め、例えばエンジン回転数とスロットル弁開度との種々
の組合せに適合するISCバルブの一連の目標開度が、例
えば実験的に予め求められて、空燃比制御装置の一部を
なすECU23の記憶装置にマップ形式で格納されている。
又、電磁弁で構成したISCバルブ30を備える上記第１
実施例装置に比べて、本実施例の空燃比制御装置は、EC
U23の制御下で作動するステッピングモータ131とモータ
出力軸にウォームギア132を介して連結されモータ出力
軸の回転につれてリフト量が変化する弁体133とを有す
るモータ駆動式のISCバルブ130（第８図）を有する点が
異なる。
その他の構成に関しては、本実施例の空燃比制御装置
は、第１実施例の場合と同様、第１図及び第２図に示す
ように構成可能である。又、本実施例装置は、第１図に
示す構成のエンジンＥと共に使用可能である。従って、
本実施例装置の構成説明を一部省略する。
以下、第７図を参照して、第２実施例における空燃比
制御ルーチンを説明する。
第２実施例に係る第７図のステップS30,S32,S34,S38,
S40及びS42は、第１実施例に係る第３図及び第４図のス
テップS10,S12,S14,S24,S26及びS28と同一で、両実施例
に共通の上記ステップについての説明を一部省略する。
ECU23のCPUにより周期的に実行される空燃比制御ルー
チンの各サイクルにおいて、CPUは、スロットルセンサ
７の信号変化に基づいて理論空燃比運転領域でエンジン
Ｅが運転されているとステップS30で判別すると、バイ
パスバルブ42のソレノイド42cへの駆動信号の供給を停
止し（ステップS34）、これにより、バイパス通路43を
介するエンジンＥへの空気供給を停止させ、今回サイク
ルでの空燃比制御ルーチンを終了する。従って、スロッ
トル弁開度に応じた吸入空気量と上記（１）式に従って
算出される燃料量とがエンジンＥに供給され、理論空燃
比でリッチ燃焼運転が行われる。
一方、エンジンＥがリーン燃焼運転領域が運転されて
いるとステップS30で判定すると、CPUは、バイパスバル
ブ42のソレノイド42cに駆動信号を供給する（ステップS
34）。この結果、吸気通路２内の負圧が負圧応動弁41の
圧力室41cに供給されて負圧応動弁41が開弁し、これに
より、バイパス通路43を介してバイパス空気がエンジン
Ｅに供給される。
次に、CPUは、スロットルセンサ14で検出したスロッ
トル弁開度θとエンジン回転数センサ21で検出したエン
ジン回転数Neとに従って、パラメータθ,Neの値に適合
する、リーン燃焼運転時のISCバルブ130の目標弁開度を
記憶装置内のマップから読み出す（ステップS36）。
次に、エンジンＥがアイドル運転状態にないとステッ
プS38で判別すると、CPUは、図示しないISCバルブ130の
弁開度がこの目標弁開度になるように、ISCバルブのス
テッピングモータ13の出力軸の回転位置を制御する（ス
テップS42）。この結果、リーン燃焼運転時の目標空燃
比を達成するために必要な吸入空気量と主バイパス通路
43を介して供給される吸入空気量との差、すなわち吸入
空気量の不足分に対応する量の吸入空気が副バイパス通
路31を介してエンジンＥに供給される。
上述のように、リーン燃焼運転時、ステップS34でバ
イパスバルブ42が開弁されると共にステップS42でISCバ
ルブの弁開度が目標開度にオープンループ制御される。
詳しくは、スロットル弁開口面積（スロットル弁開度に
応じて定まる吸気通路開口面積）と、これと主及び副バ
イパス通路開口面積との和との比が、理論空燃比（第１
の空燃比）とこれよりも燃料リーン側の目標空燃比（第
２の空燃比）との比に等しくなるように、ISCバルブ130
の弁開度がオープンループ制御される。この結果、バイ
パス通路43及び31を介して供給される吸入空気量が調節
されて、理論空燃比に関してリーン側の所定空燃比λＬ
でリーン燃焼運転が実現されることになる。
一方、エンジンＥがアイドル運転状態にあるとステッ
プS38で判別された場合、従来公知のアイドル回転数制
御が実行される（ステップS40）。
本発明は、上記第１及び第２実施例に限定されず、種
々に変形可能である。
例えば、第１実施例では、ISCバルブ30として、デュ
ーティ制御される電磁弁を用いたが、これに代えて第２
実施例で用いたパルスモータ駆動式の弁130を用いても
良い。
又、第１実施例では、リーン燃焼運転領域全体に共通
の目標空燃比λＬを用いたが、目標空燃比λＬをエンジ
ンＥの運転状態に応じて可変設定しても良い。例えば、
目標空燃比λＬを、エンジン運転状態を表す吸入空気量
A/N及びエンジン回転数Neの組合せに応じて可変設定可
能である。換言すれば、リーン燃焼運転領域全体をパラ
メータA/N及びNeに従って多数の小領域に区分し、異な
る小領域に異なる目標空燃比λＬを適用しても良い。こ
の場合、吸入空気量A/Nとエンジン回転数Neとの種々の
組合せに夫々適合するように理論空燃比λＳよりも大き
い値すなわちリーン側の値に夫々した一連の目標空燃比
（第２の空燃比）λＬを、ECU23に内蔵の記憶装置にマ
ップ形式で予め格納しておき、エンジン運転中、パラメ
ータA/N及びNeの実際値に従って両パラメータ値に適合
する目標空燃比λＬを記憶装置に格納したマップから読
み出す。
目標空気量A/NLをマップから読み出すようにした上記
第１実施例の場合とは異なり、目標空燃比λＬをエンジ
ン運転状態に応じて可変設定する上記変形例では、目標
空気量A/NLの設定にあたって、スロットル弁開度θとエ
ンジン回転数Neとに応じてリッチ燃焼運転時の吸入空気
量A/NSと目標空燃比λＬとをマップから読み出し、次式
に従ってかつリッチ燃焼運転時の目標空燃比λＳを用い
て目標吸入空気量A/NLを演算する。
A/NL＝A/NS÷λＳ×λＬ 更に、上記第１実施例では、目標吸入空気量と実際吸
入空気量との偏差ΔA/Nにフィードバック比例項ゲイン
を乗じることによって、即ち、式（２）に従って、ISC
バルブ30の開度補正値ΔP ISCを算出したが、ISCバルブ
開度補正値の演算方法は、これに限定されず、種々のPI
D制御方法を適用しても良い。
上記第１実施例では、リッチ燃焼運転のための空燃比
λＳからリーン燃焼運転のための空燃比λＬへ直ちに切
換えるようにしたが、負圧応動弁41による空気増量に遅
れが生じる場合は、この空気増量遅れに併せて空燃比を
徐々に変化させるようにしても良い。
又、空燃比リニアセンサを用いる場合には、空燃比の
目標値を変化させるだけで良い。
吸入空気量をフィードバック制御する第１実施例で
は、吸入通路２に対する管路44の開口端の形成位置とし
て、ACV負圧がスロットル弁開度におおよそ比例して変
化するようにするに足る位置を選択することは必須では
ない。
燃料供給制御にエアフローセンサを用いる方式に替え
て、スロットル弁下流の負圧を検出する負圧センサを用
いる方式等に本発明を適用できることは、勿論のことで
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02D 33/00 F02D 41/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジンに供給される混合気の空燃比を、
    前記エンジンが特定の運転状態にあるときに理論空燃比
    近傍の第１の空燃比に制御し、又、前記エンジンが前記
    特定の運転状態以外の運転状態にあるときには前記第１
    の空燃比に関して燃料希薄側の第２の空燃比に制御する
    内燃エンジンの空燃比制御装置において、 前記エンジンの吸気通路の途中に設けたスロットル弁を
    バイパスし両端が前記吸気通路に連通する主バイパス通
    路と、 前記スロットル弁をバイパスし両端が前記吸気通路に連
    通する副バイパス通路と、 前記主バイパス通路を介して吸入される空気の量を調節
    するための主バルブ手段と、 前記副バイパス通路を介して吸入される空気の量を調節
    するための副バルブ手段と、 前記エンジンへ供給される燃料の量を調節するための燃
    料供給手段と、 前記エンジンに加わる負荷を表すパラメータの値を検出
    するための負荷パラメータ検出手段と、 前記エンジンが前記特定の運転状態にあるとき、前記主
    バイパス通路を介する吸入空気供給が阻止されるように
    前記主バルブ手段を駆動制御すると共に、少なくとも前
    記主バイパス通路を含まない前記吸気通路を介して供給
    される吸入空気の量と前記燃料供給手段から供給される
    燃料の量とによって前記第１の空燃比が達成されるよう
    に前記燃料供給手段を駆動制御し、 前記エンジンが前記特定の運転状態以外の運転状態にあ
    るとき、前記第２の空燃比を達成可能とする吸入空気量
    が前記主バイパス通路及び前記副バイパス通路を介して
    供給されるように前記主バルブ手段を駆動制御すると共
    に、検出したエンジン負荷に応じて前記副バルブ手段の
    弁開度をオープンループ制御し、前記主及び副バイパス
    通路を含む前記吸気通路を介して供給される吸入空気の
    量と前記燃料供給手段から供給される燃料の量とによっ
    て前記第２の空燃比が達成されるように前記燃料供給手
    段を駆動制御し、 前記第１の空燃比での運転から前記第２の空燃比での運
    転への切換に際しては、その切換前後において前記エン
    ジンから実質的に取り出すことのできる出力がほぼ変化
    しないように前記吸入空気量の変化を生じせしめるべ
    く、前記主バルブ手段及び前記副バルブ手段を駆動制御
    する制御手段と を備えることを特徴とする、内燃エンジンの空燃比制御
    装置。
  2. 【請求項２】前記吸気通路を介して吸入される空気の量
    を検出するための空気量検出手段を更に含み、前記制御
    手段は、前記エンジンが前記特定の運転状態以外の運転
    状態にあるとき、前記第２の空燃比を達成可能とする目
    標吸入空気量を、検出されたエンジン負荷パラメータ値
    に応じて演算し、次いで、検出された実際吸入空気量と
    前記目標吸入空気量との偏差に応じて前記副バルブ手段
    の弁開度をフィードバック制御する請求の範囲第１項記
    載の内燃エンジンの空燃比制御装置。
  3. 【請求項３】前記負荷パラメータ検出手段は、スロット
    ル開度を検出するためのスロットル開度検出手段であ
    り、前記制御手段は、前記目標吸入空気量を、検出され
    たスロットル弁開度に応じて演算する請求の範囲第２項
    記載の内燃エンジンの空燃比制御装置。
  4. 【請求項４】前記エンジンがアイドル運転されているか
    否かを検出するためのアイドル運転検出手段を更に含
    み、前記制御手段は、前記アイドル運転検出手段の検出
    結果を受けて、前記エンジンのアイドル運転時には、前
    記エンジンの回転数が目標回転数となるようにエンジン
    回転数と前記目標回転数との比較結果に基づいて前記副
    バルブ手段を駆動制御するとともに、前記エンジンのア
    イドル運転以外の運転時には、前記特定の運転状態とそ
    れ以外の運転状態との間での切換に際して前記主バルブ
    手段を補って前記吸入空気量変化を生じせしめるべく、
    前記副バルブ手段を駆動制御する請求の範囲第１項記載
    の内燃エンジンの空燃比制御装置。
  5. 【請求項５】前記主バルブ手段は、スロットル弁開度に
    応じて変化する吸気通路内負圧に応動する負圧応動弁か
    らなり、前記制御手段は、前記エンジンが前記特定の運
    転状態にあるとき前記負圧応動弁への負圧供給を阻止す
    る一方、前記エンジンが前記特定の運転状態以外の運転
    状態にあるとき前記負圧応動弁への負圧供給を許容する
    請求の範囲第１項記載の内燃エンジンの空燃比制御装
    置。
  6. 【請求項６】前記負圧応動弁は、負圧室と前記主バイパ
    ス通路内に配され前記負圧室に供給される負圧に応じて
    リフト量が変化する弁体とを有し、前記主バルブ手段
    は、前記スロットル弁の直ぐ上流側において前記吸気通
    路に一端が連通しかつ他端が前記負圧応動弁の前記負圧
    室に連通する管路と、該管路の途中に配されたバイパス
    バルブとを更に含み、前記制御手段は、前記エンジンが
    前記特定の運転状態以外の運転状態にあるとき、前記管
    路を介する前記吸気通路から前記負圧室への負圧の供給
    を許容するように前記バイパスバルブを駆動し、又、前
    記エンジンが前記特定の運転状態にあるとき、負圧供給
    を阻止するように前記バイパスバルブを駆動する請求の
    範囲第５項記載の内燃エンジンの空燃比制御装置。
JP5502734A 1991-07-18 1992-07-17 内燃エンジンの空燃比制御装置 Expired - Fee Related JP2861387B2 (ja)

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