JP2881968B2 - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はエンジンの空燃比制御装置に関する。

（従来の技術） エンジンの燃料消費率を向上させるための１つの方法
として、希薄混合気による燃焼を行なわせることが知ら
れている。しかしながら特に車両搭載用エンジンにこの
ような希薄混合気による燃焼方式を取り入れた場合等に
は、必然的に機関出力が低下する希薄燃焼運転中からの
加速時に十分な機関出力が得られず、良好な車両運転性
が確保しにくいという問題がある。そこで、従来より、
エンジンの運転領域を検出して希薄燃焼を行うか否かを
決定するとともにエンジンの加速状態を検出して該加速
時にエンジン燃焼室に供給される混合気の空燃比を濃化
させて機関出力を確保しようとするものが、特開昭61−
87932号公報で提案されている。

またさらに、上記したように希薄混合気による燃焼方
式を取り入れたリーンバーンエンジンにおいて、希薄混
合気を燃焼させてエンジンを運転させるリーンフィード
バック（Ｌ−FB）制御時と濃化混合気を燃焼させてエン
ジンを運転させるストイキオフィードバック（Ｓ−FB）
制御時とで、それぞれ空燃比のマップを持って、切換制
御するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、ストイキオフィードバック（Ｓ−FB）からリ
ーンフィードバック（Ｌ−FB）に切換えると、エンジン
に吸入される混合気の空燃比が希薄側に切換えられるた
め、トルクダウンが生じて、運転性が良くないという問
題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的
は希薄混合気による燃焼方式を取り入れたリーンバーン
エンジンにおいて、ストイキオフィードバック（Ｓ−F
B）からリーンフィードバック（Ｌ−FB）に切換えた場
合のトルクダウンを防止することができるエンジンの空
燃比制御装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） エンジンの特定運転領域を判定するエンジン運転領域
判定手段と、このエンジン運転領域判定手段からのエン
ジン運転領域判定信号を受けて上記エンジンへ供給され
る混合気の空燃比を理論空燃比よりも希薄側に設定する
希薄空燃比設定手段を備えたものにおいて、エンジンに
二次空気を供給する二次空気供給用配管と、この二次空
気供給用配管の途中に設けられエンジンへの二次空気の
導入状態を制御する弁手段と、上記エンジンの冷却水温
がフィードバック開始水温以上かつ希薄空燃比制御で運
転かつ空燃比センサが活性化され、かつ空燃比センサが
正常であるときに、上記弁手段を開制御し、それ以外の
条件で上記弁手段を閉制御する弁制御手段を具備したこ
とを特徴とする。

（作用） 上記エンジンの冷却水温がフィードバック開始水温以
上かつ希薄空燃比制御で運転かつ空燃比センサが活性化
され、かつ空燃比センサが正常であるときに、エンジン
に二次空気を導入し、それ以外の条件でエンジンに二次
空気を導入させないように弁手段を開閉制御するように
して、ストイキオ・フィードバックからリーン・フイー
ドバックモードに切換わったときのトルクの低減を防止
するようにしている。

実施例 以下図面を参照して本発明の一実施例に係わるエンジ
ンの空燃比制御装置について説明する。第１図におい
て、図示しない自動車に搭載されているエンジン14の吸
気通路11には、その上流端にエアクリーナ13が装着さ
れ、該エアクリーナ13の内部には、吸気通路11を通過す
る空気量を検出するエアフローセンサ８が配設されてい
る。さらに、このエアクリーナ13には、エアクリーナ13
を通過する空気の温度を検出する吸気温度センサ９が設
けられている。また、吸気通路11には、エアクリーナ13
より下流側に、人為的操作部材としてのアクセルペダル
（図示せず）と連結されたスロットル弁12が設けられ、
エンジン出力調整要素としての該スロットル弁12には、
その開度を全域に亙り検出するスロットル開度センサ６
及びその開度がアイドル位置（全閉位置）にあるか否か
をオンオフ的に検出するアイドルスイッチ10がそれぞれ
設けられている。さらに、スロットル弁介装位置下流側
の吸気通路11には、燃料供給装置としての電磁式燃料噴
射弁（以下、インジェクタという）２が設けられてい
る。このインジェクタ２には吸気管内圧力との差圧が一
定となるように制御された供給圧を有する燃料が導かれ
ており、エンジン14への燃料供給量はインジェクタ２の
開弁時間に基づいて設定されるようになっている。一
方、エンジン14の排気通路15には三元触媒16介装位置の
上流側排気通路には、該通路中の酸素濃度に応じて出力
がリニア的に変化するリニア空燃比センサ７が設けられ
ている。（なお、このリニア空燃比センサ７は、希薄燃
焼中に空燃比のフィードバック制御を行わない場合に
は、理論混合比近傍で出力がステップ状に変化する酸素
（O₂）センサで代用できる。） さらに、エンジン14には、その冷却水温度を検出する
水温センサ５及びそのクランク角度を検出するクランク
角センサ３（このクランク角センサ３から発生される離
散的なクランクパルス信号の時間間隔を後述するコント
ローラ１のタイマで計測することによりエンジン回転数
情報が検出されうるようになっており、即ちこのクラン
ク角センサ３はエンジン回転数を検出する回転数センサ
としても機能している。）が設けられており、これら水
温センサ５及びクランク角センサ３の検出結果は、他の
センサ（エアフローセンサ8,吸気温度センサ9,スロット
ル開度センサ6,アイドルスイッチ10及びリニア空燃比セ
ンサ７）の検出結果と同様にマイクロコンピュータを中
心として構成されるコントローラ１に入力されるように
なっている。また、コントローラ１には、当該エンジン
14が搭載される自動車の速度を検出する図示しない車速
センサの検出結果も入力される。

ところで、コントローラ１はエアフローセンサ８の出
力に基づいて演算された空気量Ａ及びクランク角センサ
３の出力に基づいて演算されたエンジン回転数Neにより
エンジン14の運転状態を検出して希薄空燃比による特定
運転領域を判定するようになっており、これらのセンサ
で運転領域判定手段が構成されている。また また、コントローラ１は、ROM内に希薄空燃比による
エンジンの運転を実行せしめるための第１空燃比マップ
（第２図）を備えて希薄空燃比設定手段として機能して
いる。

さらに、コントローラ１はリニア空燃比センサ７の故
障を判定する機能及びリニア空燃比センサ７が不活性で
あるかを判定する機能を有している。

また、21はサージタンクである。このサージタンク21
とスロットル弁12の上流側との間には二次空気を導入さ
せるためのパイパス通路22が設けられている。このバイ
パス通路22にはこのバイパス通路22を介してエンジン14
に送られる二次空気の量を制御する弁23が設けられてい
る。

また、上記スロットル弁12の直上流には負圧取り入れ
用配管24の一端が接続されている。この配管24は空気制
御弁（ACV）25を介して負圧制御弁26のダイヤフラム室2
61に接続される。この空気制御弁25は上記スロットル弁
12の直上流位置と上記負圧制御弁26のダイヤフラム室26
1とを連通する位置と、上記ダイヤフラム室261を大気に
解放する位置とに切換え制御されるもので、その切換え
は上記コントローラ１からの制御信号により制御されて
いる。

上記負圧制御弁26のダイヤフラム室261にはばね262が
介装されており、ダイヤフラム27はリンク28により弁体
281に接続されている。上記ダイヤフラム室261に大気が
導入されている場合には上記弁体281が図示のような位
置にあるので弁23は全閉とされる。一方、ダイヤフラム
室261に負圧が導入されると、その負圧の大きさに応じ
てダイヤフラム27のばね262の付勢力に抗する移動量が
大きくなるため、弁体281のリフト量が変化する。

そして、コントローラ１は、各センサからの入力情報
に基づいてエンジン14への燃料供給量を演算し、該演算
結果に基づく出力信号をインジェクタ２に送出する。こ
の際、コントローラ１の記憶部であるROMには、吸入空
気量Ａと基本噴射量Tbとの関係関数（Tb＝Ｋ×A;Kは比
例定数）及び各種運転状態情報と補正係数との関数関係
が予め入力されており、コントローラ１では、各種セン
サからの入力情報に基づいて基本噴射量Tb及び各種補正
係数を求め、これらを総合して最終的な燃料噴射量デー
タTinj（インジェクタ２の開弁時間データ）を得、この
燃料噴射量データTinjをインジェクタ２に付与するよう
になっている。

ところで、上述した補正係数としては、エンジン冷却
水温度に応じて設定される暖機補正係数K_wt、運転ゾー
ン毎に設定される空燃比補正係数K_af、吸入空気温度に
応じて設定される吸気温補正計数K_at、急加速を検出し
て設定される加速増量係数K_AC等があり（このほか通常
は始動検出に基づく始動時補正係数、バッテリ電圧の変
化に応じた無効時間補正係数等も設定されている。）、
このうち空燃比補正係数K_afは、空燃比オープン補正係
数K_opの積として求められる。この際、空燃比オープン
補正係数K_opは第２図の運転状態線図において、のゾ
ーン（即ち高負荷ゾーン）では、理論空燃比より若干小
さめの空燃比を得るため、エンジン負荷状態及び回転数
に応じて１より若干大きめの値に設定され、のゾーン
（即ち高速ゾーン）では、理論空燃比または理論空燃比
より若干大きめの空燃比を得るため、負荷状態及び回転
数に応じて１または１より若干小さめの値に設定され、
のゾーンでは、理論空燃比を得るため、１に設定さ
れ、のゾーンにおいては理論空燃比より大きい空燃比
（例えば、20〜22）を得るため１より小さく設定されて
いる。

一方、フィードバック計数K_fbは上述したのゾーン
及びのゾーンにおいては、空燃比のフィードバック補
正を行わないため、常時１に設定され、及びのゾー
ンでは空燃比のフィードバック制御を行うときに上述し
たリニア空燃比センサ７の検出結果に基づいてその設定
が行われるとともに、エンジン冷態時、リニア空燃比セ
ンサ７の不活性時等空燃比のフィードバック制御を行わ
ないときには１に設定される。（なお、空燃比センサと
して理論空燃比近傍のみを検出する酸素センサ（λセン
サ）を用いる場合には、希薄空燃比状態における空燃比
フィードバック制御を行わないため、のゾーンでは常
時１に設定される。） ところで、車両の発進状態が検出されたときには、発
進特性を向上させるため、のゾーンにおける空燃比制
御はのゾーンと同様の制御に切り換えられる。

即ち、希薄空燃比制御（Ｌ−FB）ゾーン（のゾー
ン）で運転が行われている場合であっても、運転者によ
る加速操作が行われた場合（アクセルペダルの踏み込み
操作）の開始時点からエンジンの実際の加速が終了する
まで、第３図に示すように理論空燃比制御（Ｓ−FB）ゾ
ーン（のゾーン）が拡張され、その分希薄空燃比ゾー
ンが縮小されて、比較的低負荷域から理論空燃比での運
転を実行させることにより、運転者の意に反しない自然
な加速フィーリングが達成される。このような理論空燃
比フィードバック（Ｓ−FB）ゾーンの拡張はコントロー
ラ１のROMに記憶されている空燃比マップを切り換える
ことにより行われる。つまり、第２図に示した第１の空
燃比マップと第３図に示した第２の空燃比マップを切り
換えている。

次に、上記のように構成された本発明の一実施例の動
作について説明する。まず、コントローラ１において、
図示しないインジェクタ駆動割込ルーチンが実行され、
クランク角センサ３からのクランク角信号に同期して、
隣り合うクランクパルス間の時間間隔をクロックにより
計測し、その計測結果に基づいてエンジン回転数情報Ne
が演算される。そして、隣り合うクランクパルス間即ち
前回の噴射が行われた時点から今回の噴射が行われる時
点までの間にエンジン14に吸入された空気量Ａをエアフ
ローセンサ８の出力に基づいて演算される。そして、空
気量Ａに応じて基本噴射量情報Tbが設定され、この基本
噴射量情報Tbが適宜補正されてインジェクタ２の開弁時
間データTinjが作成される。そして、開弁時間データTi
njは図示しないインジェクタ駆動用タイマにセットさ
れ、このタイマがトリガされる。そして、インジェクタ
２はデータTinjによって設定された時間だけ開弁されて
エンジンに燃料が供給される。

そして、コントローラ１はスロットル開度センサ６の
開度Θの時間的変化率ΔΘを演算し、この変化率ΔΘが
しきい値より大きいと判定された場合には、加速が要求
されていると判断し、Ｓ−FBゾーンが拡張された第２の
空燃比マップ（第３図）を選択するようにしている。

また、コントローラ１は第４図のフローチャートに示
す処理によりACV25の開閉を制御している。つまり、水
温センサ５で検出されるエンジン水温がフィードバック
（FB）開始水温以上（ステップS1）でかつ、Ｓ−FB以外
のモード（ステップS2）でかつ、リニア空燃比センサ７
が故障していなくて（ステップS3）且つ、リニア空燃比
センサ７が活性化されている（ステップS4）時に、ACV2
5がコントローラ１からの制御信号によりオン（開制
御）される。これにより、スロットル弁12の直上流位置
と負圧制御弁26のダイヤフラム室261とが連通される。
このため、ダイヤフラム室261の負圧はエンジン回転数N
e及びスロットル開度に応じて大きくなり、弁体281のリ
フト量がそれに伴い大きくされる。そして、弁体281の
リフト量に応じて二次空気の量が増加される。

一方、水温センサ５で検出されるエンジン水温がフィ
ードバック（FB）開始水温より小さい場合、あるいはＳ
−FBモードである場合、あるいはリニア空燃比センサ７
が故障している場合あるいはリニア空燃比センサ７が活
性化されていない場合のうち少なくともいずれか１つが
満足された場合には、ACV25がコントローラ１からの制
御信号によりオフ（閉制御）される。これにより、大気
と負圧制御弁26のダイヤフラム室261とが連通される。
このため、弁体281によりバイパス通路22が遮断され
る。

このように、ACV25が制御されるため、Ｓ−FBモード
からＬ−FBモードに切換わった場合には、ACV25を開く
ように制御して二次空気を増量させて、その増量分に相
当する燃料噴射量を噴射することにより、Ｓ−FBモード
からＬ−FBモードに切換わった後のトルクの低下を防止
して、切換えショックをなくしている。

また、上記ステップS1のように、エンジン冷却水温が
FB開始水温より小さい場合には、ACV25を閉じるように
している。これは、エンジン冷却水温がFB開始水温より
低い場合にACV25を開いていて、エンジン冷却水温がFB
開始水温以上になったときにACV25を閉じると、トルク
の低下が発生するためである。

また、リニア空燃比センサ７が不活性時あるいは故障
時にはACV25を閉じるように制御している。エンジン始
動後一定時間はリニア空燃比センサ７はセンサとして使
用できないため、空燃比の制御はオープンループ制御に
より行われる。そして、エンジン始動後一定時間が経過
して、リニア空燃比センサ７が活性化された後、Ｌ−FB
モードに切換えられた時に、それ以前のオープンループ
制御でACV25が開かれていると、Ｌ−FB切換え時にACV25
を閉じるとトルクの低減を招くことになる。このため、
リニア空燃比センサ７が不活性時にはACV25を閉じるよ
うにしている。また、リニア空燃比センサ７が故障の場
合も同様の理由により、ACV25を閉じている。

また、ACV25の開閉の制御にはエンジン負荷（A/N）、
つまりエンジン回転の１サイクル当りの吸入空気量を判
定として使用していない。これは、エンジン負荷（A/
N）が大きくなって、空燃比の制御がオープンループ制
御に切換わるとACV25を閉じ、エンジン負荷（A/N）が小
さくなって、空燃比の制御がＬ−FB制御に切換わって、
ACV25を開けるようにして二次空気を導入させるように
すると、オープンループ制御とＬ−FB制御とを切換える
しきい値近辺でオープンループ制御とＬ−FB制御とのハ
ンチングが起きるという問題があるためである。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、理論空燃比（Ｓ
−FB）制御から希薄空燃比（Ｌ−FB）制御に切換わった
ときに、空気制御弁を開制御して二次空気を増量し、そ
の増量分に相当する燃料噴射量を噴射するようにしたの
で、理論空燃比制御から希薄空燃比制御に切換わった後
のトルクの低下を防止して、切換えショックをなくすこ
とができる。

また、フィードバック水温以下や空燃比センサの不活
性時、故障時には、二次空気を導入しないようにしてい
るので、フィードバック水温以上になったり空燃比セン
サが活性化した際に、導入されていた二次空気が減少し
てトルクが低減してしまうことが防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるエンジンの空燃比制
御装置を示す全体構成図、第２図は第１の空燃比マップ
を示す図、第３図は第２の空燃比マップを示す図、第４
図は動作を説明するためのフローチャートである。 １…コントローラ、２…インジェクタ、３…クランク角
センサ、８…エアフローセンサ、14…エンジン、23…
弁、25…空気制御弁（ACV）、26…負圧制御弁。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00 395

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの特定運転領域を判定するエンジ
   ン運転領域判定手段と、このエンジン運転領域判定手段
   からのエンジン運転領域判定信号を受けて上記エンジン
   へ供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりも希薄側
   に設定する希薄空燃比設定手段を備えたものにおいて、 エンジンに二次空気を供給する二次空気供給用配管と、
   この二次空気供給用配管の途中に設けられエンジンへの
   二次空気の導入状態を制御する弁手段と、上記エンジン
   の冷却水温がフィードバック開始水温以上かつ希薄空燃
   比制御で運転かつ空燃比センサが活性化され、かつ空燃
   比センサが正常であるときに、上記弁手段を開制御し、
   それ以外の条件で上記弁手段を閉制御する弁制御手段を
   具備したことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。