JP2924547B2

JP2924547B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2924547B2
Application number: JP5060030A
Authority: JP
Inventors: 初雄永石; 正明内田; 浩之糸山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1999-07-26
Anticipated expiration: 2014-07-26
Also published as: GB2277609A; DE4409380C2; JPH06272591A; DE4409380A1; GB9405430D0; GB2277609B

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は内燃機関をリーン（希
薄混合気）運転させる空燃比制御装置に関する。

【０００２】

【従来技術】内燃機関の燃費を改善すると同時にＮＯｘ
を低減するため、空気と燃料の比率である空燃比を理論
空燃比よりも希薄なリーン空燃比となるように燃料供給
量を制御し、リーン運転時に機関の安定度が悪化する
と、空燃比をリッチ側に補正して燃焼の安定性を確保す
るようにした機関の運転方法が、特開昭５８−２１７７
３２号公報によって提案されている。

【０００３】また、特開昭６２−１０３４３８号公報に
開示された装置は、同じく燃費改善のため、空燃比をリ
ーン制御すると共に、リーン運転時に失火を生じたとき
は、リーン運転を中止して理論空燃比に制御すること
で、機関の安定性を確保するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者によると
機関性能劣化時、例えば点火プラグの汚損、バルブシー
トへのデポジットの噛み込み、ピストンリングの摩耗等
により、リーン燃焼が不安定になったときなど、空燃比
がどんどんリッチ側に補正されていき、このため空燃比
そのものは理論空燃比よりも希薄側であっても、リッチ
側への移行に伴ってＮＯｘが増加していくため、ＮＯｘ
の排出量が非常に大きくなる空燃比の範囲で機関が運転
される可能性があった。

【０００５】また、後者では失火を判断するとすぐに理
論空燃比に戻すので、安定性は確保されるものの、リー
ン空燃比のまま安定性を確保する手段がないので、リー
ン空燃比での運転領域が狭くなり、燃費の改善効果がそ
れほど上がらないという欠点があった。

【０００６】本発明は安定したリーン運転と、ＮＯｘの
排出基準の低減とを両立させることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は図１６に示すよ
うに、排気通路に触媒を設置し、かつ所定の運転領域で
空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御する内燃機関
の空燃比制御装置において、運転状態の検出信号に基づ
いて予め設定されているリーン運転領域を判断する手段
５０と、リーン運転領域を判断したときに空燃比を理論
空燃比よりも希薄な目標値に設定する手段５１と、機関
の安定度を検出する手段５２と、リーン運転時に安定度
検出手段の出力に対応して安定度が悪化するほど大きく
なるような前記空燃比目標値の補正係数を算出する手段
５３と、この補正係数が大きくなるほどリーン運転時の
空燃比をリッチ側へ補正制御する手段５４と、補正制御
される空燃比が理論空燃比よりも希薄となる範囲内で設
定した所定値よりも前記補正係数が大きくなったときは
リーン運転域であってもリーン運転を禁止する手段５５
とを備える。

【０００８】また、前記リーン運転時の空燃比目標値
は、ＮＯｘの排出量が許容限界となる空燃比と、この許
容限界空燃比よりも希薄でかつ機関安定度が許容限界と
なる空燃比との間の範囲に設定される。さらに、前記触
媒は理論空燃比運転時にＮＯｘの還元とＨＣ、ＣＯの酸
化を行う三元触媒で構成され、前記リーン運転域であっ
てもリーン運転が禁止されたときには、空燃比の目標値
を理論空燃比に設定する。

【０００９】

【作用】第１の発明では、リーン運転時に機関の安定度
に応じて空燃比の補正係数が算出され、補正係数は安定
度が悪化するほど大きくなり、これに応じて目標空燃比
をリッチ側に移行する。機関の燃焼に異常が発生し、安
定度の悪化により補正係数が所定値を越えて大きくなる
場合は、ＮＯｘの排出量が大きくなる空燃比の範囲で運
転される可能性があるので、これ以上の空燃比リーン領
域での運転を禁止する。これによりＮＯｘの排出量を抑
制する。

【００１０】一方で、リーン運転は安定度がある限界を
越えて悪化しない限り継続されるので、リーン運転によ
る燃費の改善領域も最大限に拡大される。

【００１１】第２の発明では、ＮＯｘの排出量と、機関
の安定度がそれぞれ許容限界となる空燃比との間にリー
ン運転時の目標空燃比が設定される。

【００１２】ＮＯｘの排出量と機関の安定度とに対する
空燃比の関係は、機関の運転条件によって異なるが、こ
のようにしてリーン運転時の空燃比目標値を設定する
と、運転条件にかかわらず補正係数とＮＯｘの排出量と
がほぼ対応するようになる。このため、ＮＯｘの排出量
を直接的に測定しなくても、確実にＮＯｘを規定水準以
下に抑制することができる。また、第３の発明では、リ
ーン運転が禁止されたときに空燃比を理論空燃比に切り
換えている。理論空燃比では機関が安定する共に、三元
触媒でのＮＯｘの転換効率が最良となるので、ＮＯｘの
排出量は所定の低水準に維持される。

【００１３】

【実施例】以下、図にしたがって本発明の実施例を説明
する。

【００１４】図１において、１は内燃機関本体で、その
吸気通路８には吸気絞弁５の下流に位置して燃料噴射弁
７が設けられ、コントロールユニット２からの噴射信号
により運転条件に応じて所定の空燃比となるように、吸
気中に燃料を噴射供給する。コントロールユニット２に
はクラク角センサ４からの回転数信号、エアフローメー
タ６からの吸入空気量信号、排気通路８に設置した酸素
センサ３からの空燃比（酸素濃度）信号、さらには水温
センサ１１からの機関冷却水温信号、トランスミッショ
ンのギヤ位置センサ１２からのギヤ位置信号等が入力
し、これらに基づいて運転状態を判断しながら条件に応
じてリーン空燃比と理論空燃比との制御を行う。

【００１５】排気通路８には三元触媒１０が設置され、
理論空燃比の運転時に最大の転換効率をもって、排気中
のＮＯｘの還元とＨＣ、ＣＯの酸化を行う。なお、この
三元触媒１０はリーン空燃比のときはＨＣ、ＣＯは酸化
するが、ＮＯｘの還元効率は低い。

【００１６】しかし、空燃比がリーン側に移行すればす
るほどＮＯｘの発生量は少なくなり、所定の空燃比以上
では三元触媒１０で浄化するのと同じ程度にまで下げる
ことができ、同時にリーン空燃比になるほど燃費が改善
される。反面リーン空燃比での運転時には、運転条件に
よって燃焼が不安定になりやすい。

【００１７】したがって、この発明では負荷のそれほど
大きくない所定の運転領域においてはリーン空燃比によ
る運転を行い、同時に機関の安定度を検出し、リーン運
転中に機関の安定度が悪化すれば空燃比をリッチ側にシ
フトして安定性を確保し、つまりリーン空燃比での安定
度フィードバック制御を行い、機関の安定性を損なうこ
となく良好な燃費特性を維持する。そしてリッチ側への
シフトがＮＯｘの発生量との関係から決まる許容限界に
達すると、リーン運転を禁止し、それ以外の運転領域と
同じように、空燃比を理論空燃比もしくはその近傍に制
御することにより、機関の安定性を確保しつつ、三元触
媒１０を有効に機能させてＮＯｘの低減を図る。

【００１８】コントロールユニット２で実行されるこの
制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明
する。

【００１９】まず、図２はリーン空燃比による運転時
に、機関の回転変動を検出しながら機関が安定するのに
必要な空燃比にフィードバック制御するための燃空比
（空燃比の逆数）補正係数Ｄｍｌを演算するもので、ク
ランク角度１８０度毎に実行される。

【００２０】まずステップＡ）でクランク角センサ４の
信号から１８０度毎の周期レファレンス信号Ｒｅｆを読
み込み、ステップＢ）でこのＲｅｆに基づいて機関の回
転変動を算出する。この回転変動の算出動作は図３のフ
ローチャートに示す。

【００２１】図３のステップＡ）でエンジンの１回転区
間の周期Ｒｅｆｒｖを、１８０度周期のＲｅｆと前回の
Ｒｅｆとを加算することで求め、ステップＢ）でエンジ
ン回転速度Ｎｅｒｖの旧値のシフトを行い、１回前のデ
ータを２回前のＲＡＭに、また３回前を４回前へと移し
変える。

【００２２】次にステップＣ）で次式にしたがって、Ｒ
ｅｆｒｖを用いて１回転当たりのエンジン回転速度Ｎｅ
ｒｖに変換する。

【００２３】Ｎｅｒｖ＝ＫＮ＃／ＲｅｆｒｖここでＫＮ＃は定数であり、回転周期から回転速度へと
単位を整える。ステップＤ）では気筒毎の回転速度変化
量Ｄｎｅｒｖの旧値のシフトを、前記Ｎｅｒｖのシフト
と同じように行い、ここで新しいＤｎｅｒｖを、次式に
よってステップＥ）で算出する。

【００２４】Ｄｎｅｒｖ＝Ｎｅｒｖ−Ｎｅｒｖ_n-4 この場合、４気筒機関を例にしてあり、回転速度変化量
Ｄｎｅｒｖは前回の自気筒（４回前の燃焼気筒）の燃焼
時の１回転周期に対する今回の１回転周期の変化量とな
る。なお、気筒毎に変化量をとるのは気筒間のバラツキ
を変動と誤認しないようにするためである。

【００２５】ステップＦ）では回転速度変化量の変化量
であるＬｌｊを次式にしたがって算出する。

【００２６】Ｌｌｊ＝Ｄｎｅｒｖ−Ｄｎｅｒｖ_n-1 ここでＬｌｊは直前の燃焼気筒のＤｎｅｒｖからの今回
のＤｎｅｒｖの変化量である。そして、ステップＧ）で
変化量Ｌｌｊについてバンドパスフィルター処理を行
い、その結果を安定度信号（回転変動量）Ｌｌｊｄとし
て、これをストアすることでこのフローチャートの動作
を終了する。

【００２７】なお、バンドパスフィルター処理はＥＣＵ
ソフトであり、連続系から離散系に変換した式を用い、
周波数として３〜７Ｈｚ程度の、車両のドライバーがサ
ージとして感じやすい周波数とすればよい。

【００２８】以上の図３のフローが機関の安定度を検出
する手段を構成している。

【００２９】このようにして回転変動量を算出したら、
図２に戻ってステップＣ）により機関の安定度をみなが
らのリーン空燃比でのフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御を
するかどうかの判定を行う。これについては図４のフロ
ーチャートによって説明する。

【００３０】図４のステップＡ）でリーン運転条件かど
うかを判定する。このリーン運転条件はバックグラウン
ドジョブとして行われる後述の、図７、図８のフローチ
ャートによって詳しく説明するが、基本的にはエンジン
回転数と負荷、さらにはギヤ位置、車速がそれぞれ所定
の範囲にある場合に行われる。リーン条件になければス
テップＬ）のＦ／Ｂ制御禁止に飛ぶ。

【００３１】ただしリーン条件であっても、制御の安定
性を確保するため、必ずしもＦ／Ｂ制御を行うわけでは
なく、そのため以下の項目をチェックする。

【００３２】ステップＢ）で空燃比の切り替え中かどう
かを判定するが、これは後述する図２のステップＧ）〜
Ｋ）で求めたＤｍｌがＴｄｍｌと同一ならば切り替え中
で無いと判断し、切り替え中ならば前記と同じようにス
テップＬ）に飛び、Ｆ／Ｂ制御を禁止する。

【００３３】次にステップＣ）でＦ／Ｂ制御領域かどう
かを判定する。これは図１１に示すように、エンジンの
全運転域について回転数Ｎｅと負荷Ｔｐとにしたがって
設定された許可フラグ見ることにより行い、許可された
Ｆ／Ｂ制御領域に無いときは、Ｆ／Ｂ制御禁止へ飛ぶ。
なお、この実施例ではＦ／Ｂ制御は高回転域を除いて行
われるようになっている。

【００３４】ステップＤ）でギヤ位置をチェックし、所
定の低速ギヤＬＬＧＲ＃未満のギヤ位置であれば、Ｆ／
Ｂ制御禁止へ飛ぶ。変速機が低速ギヤのときは回転変化
が速いのでＦ／Ｂ制御を禁止するためであり、例えば１
速では禁止する。また、ステップＥでニュートラルかど
うか判定し、ニュートラルのときも同じくＦ／Ｂ制御を
禁止する。ステップＦ）ではギヤ位置が変更中かどうか
を、前回のギヤ位置と今回のギヤ位置とを比較すること
により判断し、ギヤチェンジと判定したらやはりＦ／Ｂ
制御禁止へ飛ぶ。

【００３５】次にステップＧ）からＩ）では過渡運転時
のＦ／Ｂ制御を禁止するための判定を行うのであり、絞
弁開度Ｔｖｏの変化量、基本噴射量Ｔｐの変化量、エン
ジン回転数Ｎｅの変化量を、それぞれ設定値ＬＬＤＴＶ
Ｏ＃、ＬＬＤＮＥ＃、ＬＬＤＴＰ＃と比較していずれか
の変化量が設定値を越えたときは過渡状態であるとして
前記と同じくＦ／Ｂ制御禁止に飛ぶ。

【００３６】ここまですべての条件を満たしたならば、
ステップＪ）でＦ／Ｂ制御のディレイを与える処理を行
う。ここではステップＤ）からＩ）のすべてがＦ／Ｂ制
御条件になってから所定の時間ＴＭＬＬＣ＃が経過した
かどうかをチェックし、経過するまではＦ／Ｂ制御を禁
止し、経過したときに初めてＦ／Ｂ制御領域であると判
定されるのである。

【００３７】ディレイを与えたのは、安定度信号Ｌｌｊ
ｄはフィルターを通しており、外乱の影響を受けた場
合、出力がすぐには安定しないこと、またギヤチェンジ
等で発生した回転変動は車両の振動系の影響で瞬時には
無くならないことなどのためであり、より安定したＦ／
Ｂ制御を行うには所定のディレイを設けた方が良いので
ある。

【００３８】このようにしてＦ／Ｂ制御の判定を行った
ら、再び図２に戻り、ステップＤ）で安定度Ｆ／Ｂ制御
かどうかのチェックを行い、Ｆ／Ｂ制御条件であるとき
はステップＥ）で、図５のフローチャートにしたがっ
て、Ｆ／Ｂ制御の補正率、つまり安定化燃空比補正係数
Ｌｌｄｍｌの更新・算出を行う。

【００３９】ここでは前記のように算出した回転変動量
に基づいてＦ／Ｂ制御を行うための安定化燃空比補正係
数を算出するもので、まずステップＡ）で前記した安定
度信号、すなわち回転変動量データＬｌｊｄをサンプル
し、このサンプル数をカウントする。

【００４０】ステップＢ）でサンプル数の設定を行う
が、これは図１２に示すようにして、エンジン回転数に
よってそれぞれ変化するロングＬとショートＳの設定値
を、そのときのエンジン回転数にしたがって読み出すの
であり、この場合、サンプル数が多いほど検出精度は高
まるが、その反面制御速度が遅くなる（少ないほど速
い）ので、これらを考慮して決定しておく。

【００４１】次にステップＣ）でサンプル数がＳ個そろ
ったかどうか判定し、そろっているならばステップＤ）
でサンプルデータの合計をＳで割って平均値を求め、次
のステップＥ）でその平均結果を、高速制御安定度比較
値であるＳＬＨ＃と比較し、もしＳＬＨ＃よりも大きい
ときは、ステップＦ）において、安定化燃空比補正係数
Ｌｌｄｍｌを次式により算出する。

【００４２】Ｌｌｄｍｌ＝Ｌｌｄｍｌ_n-1＋ＤＬＬＨ＃なお、ＤＬＬＨ＃は安定化燃空比補正係数Ｌｌｄｍｌの
高速更新量（所定値）である。

【００４３】これが終了したら、あるいはＳＬＨ＃未満
の場合にはそのまま、ステップＧ）に移り、ここではサ
ンプル数を前記Ｓよりも多いＬと比較し、Ｌ個そろった
ときには、ステップＨ）でサンプルデータ合計をＬで割
って平均値を求め、この平均値から低速制御安定度比較
値ＳＬＬ＃を差し引いた値により、図１３に示すマップ
から、Ｌｌｄｍｌの更新量Ｄｌｌｄｍｌ（＋／−）を算
出する。なお、この特性図には本制御により燃空比を変
更することによるトルク変動（ショック）を防ぐため
に、Ｄｌｌｄｍｌ＝０となる不感帯を、更新量がプラス
となる領域とマイナスとなる領域との境を中心にして所
定幅だけ設けている。

【００４４】そして、ステップＪ）において、安定化燃
空比補正係数Ｌｌｄｍｌを次式により更新する。

【００４５】Ｌｌｄｍｌ＝Ｌｌｄｍｌ_n-1＋Ｄｌｌｄｍｌフローチャートでは省略したが、このＬｌｄｍｌは、
１.０≦Ｌｌｄｍｌ≦ＬＬＤＭＭＸ＃（ただしＬＬＤＭ
ＭＸ＃は予め設定された安定化燃空比補正係数の最大
値）となるように範囲を制限され、この制御動作を終了
する。なお、Ｌｌｄｍｌはメモリに格納され、Ｆ／Ｂ制
御中は常時更新されることになる。

【００４６】したがって安定化燃空比補正係数は、回転
変動量が大きくなるほど、つまり機関の安定度が悪化す
るほど大きな値となる。

【００４７】以上の図５のフローが空燃比目標値の補正
係数を算出する手段を構成している。

【００４８】次に再び図２に戻り、このようにしてＦ／
Ｂ制御の補正率の演算を終了後、図２のステップＦ）に
移行して、目標燃空比Ｔｄｍｌを算出するのであるが、
この目標燃空比は図９または図１０のマップに設定した
燃空比Ｍｄｍｌを検索した上、Ｆ／Ｂ制御時にはこれを
安定化燃空比補正係数Ｌｌｄｍｌによって補正すること
により算出するのであり、この場合、リーン運転条件か
どうかによりいずれかのマップが選択される。

【００４９】ここで、リーン運転条件の判定について図
７、図８のフローチャートにしたがって説明することに
する。

【００５０】これらの動作はバックグラウンドジョブと
して行われるもので、図７のステップＡ）でリーン条件
の判定を行うが、このための具体的な内容は図８に示
す。リーン条件の判定は図８のステップＡ）〜Ｇ）の内
容を一つづつチェックすることにより行い、各項目のす
べてが満たされたときにリーン運転を許可し、一つでも
反するときはリーン運転を禁止する。

【００５１】すなわち、Ａ）空燃比（酸素）センサが活性化している。

【００５２】Ｂ）エンジンの暖機が終了している。

【００５３】Ｃ）負荷（Ｔｐ）が所定のリーン領域にあ
る。

【００５４】Ｄ）回転数（Ｎｅ）が所定のリーン領域に
ある。

【００５５】Ｅ）ギヤ位置が２速以上にある。

【００５６】Ｆ）車速が所定の範囲にある。

【００５７】Ｇ）Ｌｌｄｍｌ≧ＬＬＳＴ＃では無い。

【００５８】ときに、ステップＨ）でリーン運転を許可
し、そうでなければステップＩ）に移行してリーン運転
を禁止する。上記のうちＡ）〜Ｆ）までは運転性能を損
なわずに安定してリーン運転を行うための条件である。

【００５９】これに対して、Ｇ）はエンジンの何らかの
異常、例えば点火栓の異常やバルブシートへのデポジッ
トの噛み込み、ピストンリングの摩耗等により、リーン
運転の安定度が損なわれた場合、安定性を確保するた
め、これ以上に空燃比を濃くすると今度はＮＯｘの排出
量が規定値を越えて増大する空燃比の範囲で運転される
可能性があるので、このようなときにはリーン運転を禁
止し、理論空燃比による運転に切換えるためのもので、
前記した安定化燃空比補正係数Ｌｌｄｍｌを予め設定し
たＬＬＳＴ＃と比較して判定を行う。

【００６０】つまり、安定化燃空比補正係数Ｌｌｄｍｌ
は、前述したように、回転変動量に対応して大きくな
り、回転変動量が大きく、燃焼が不安定なときほど、こ
れを安定させるのに必要なリッチ側への補正量が大きく
なる。そして、この補正量の増加による空燃比のリッチ
化に伴いＮＯｘも増大する。図１５は安定化燃空比性係
数ＬｌｄｍｌとＮＯｘの排出量の相関を示すものである
が、Ｌｌｄｍｌが大きくなると空燃比はリッチ側にシフ
トされるためＮＯｘの排出量が増加していく。したがっ
て、リッチ側へのシフトについてはこのＬｌｄｍｌを判
断し、Ｌｌｄｍｌが所定値を越えたらＮＯｘが許容限界
に達したものとして、リーン運転を禁止して、理論空燃
比に切換える。

【００６１】なお、図中のＡ条件とＢ条件とは、図９の
Ａ、Ｂ運転条件で運転したときのＮＯｘの排出特性をあ
らわしている。なお、具体的にはＬＬＳＴ＃の値を１.
１程度に設定することにより、ＮＯｘを所定の小さな値
に抑制できる。

【００６２】またこの場合、ステップＧ）が成立してリ
ーン禁止したときは、以後エンジンが停止、再始動する
まではリーン禁止を持続するようにすると、安定度が損
なわれている異常の発生の判定が容易に行える。ただ
し、ＬＬＳＴ＃の設定値を異常の判定を容易なある程度
大きな値にすることで、所定時間の経過後にリーン禁止
を解除するようにしてもよい。

【００６３】以上の図８のフローがリーン運転域を判断
する手段を構成しており、特にステップＧ）が補正係数
の大きさに応じてリーン運転を禁止する手段である。

【００６４】このようにしてリーン条件を判定したら、
図７のステップＣ）Ｄ）に戻り、リーン条件でないとき
は、ステップＣ）によって理論燃空比あるいはそれより
も濃いマップ燃空比を、図１０のマップを回転数Ｎｅと
負荷Ｔｐとで検索することにより算出し、これに対して
リーン条件のときは、ステップＤ）で理論燃空比よりも
所定の範囲だけ薄いマップ燃空比Ｍｄｍｌを図９のマッ
プにしたがって同じように検索する。

【００６５】なお、このマップに表した数値は、実際に
は燃空比を理論燃空比で割った値であり、このため数値
の１.０は理論燃空比に相当し、これよりも数値が大き
ければリッチ、小さければリーンを示す。

【００６６】以上の図７のフロー及び図９のマップがリ
ーン運転時の空燃比の目標値を設定する手段を構成して
いる。

【００６７】ここで、再び図２のステップＦ）に戻り、
このようにして算出されるマップ燃空比Ｍｄｍｌのう
ち、リーン条件のときのＭｄｍｌについて、安定化燃空
比補正係数Ｌｌｄｍｌに基づいて以下のように補正し、
目標燃空比Ｔｄｍｌを算出する。

【００６８】Ｔｄｍｌ＝Ｍｄｍｌ×Ｌｌｄｍｌこの目標燃空比Ｔｄｍｌは、機関の回転変動が大きくな
るほどＬｌｄｍｌが大きくなるため、安定度が悪化する
のにしたがって大きくなり、つまり目標空燃比はリッチ
側にシフトされていく。

【００６９】次のステップＧ）以降は燃空比切換時のダ
ンパ操作の行程で、空燃比を緩やかに切換えることによ
りトルクの急変を防いで、運転性能の安定性を確保する
ためのものである。

【００７０】ステップＧ）では燃空比補正係数Ｄｍｌと
先程算出したＴｄｍｌとの比較を行い、もしＤｍｌ≧Ｔ
ｄｍｌでないとき、つまり算出された目標燃空比が保持
されている燃空比補正係数Ｄｍｌよりも大きいときは、
ステップＨ）、Ｉ）で空燃比をリッチ側にシフトさせる
ために、前回の補正係数Ｄｍｌ_n-1にリッチ側への空燃
比変化速度に相当するＤｄｍｌｒを加算して新たなＤｍ
ｌを求める。そして、この燃空比補正係数Ｄｍｌが算出
された目標燃空比Ｔｄｍｌを越えることのないようにＤ
ｍｌに制限を加える。

【００７１】これに対して、Ｄｍｌ≧Ｔｄｍｌならば、
ステップＪ）、Ｋ）で、保持されているＤｍｌからリー
ン側への空燃比変化速度に相当するＤｄｍｌｌを減算す
ることで、リーン側にシフトした新しい燃空比補正係数
Ｄｍｌを求め、さらにＤｍｌがＴｄｍｌ未満とならない
ようにＤｍｌに制限を加える。

【００７２】以上の図２のフローがリーン運転時の空燃
比を補正制御する手段を構成している。

【００７３】なお、リーン条件になく、図１０のマップ
から理論燃空比あるいはその近傍の燃空比Ｍｄｍｌを算
出したときには、図示しないが、ステップＦ）における
マップ燃空比Ｍｄｍｌについての安定化燃空比補正係数
Ｌｌｄｍｌによる補正は行わず、このＭｄｍｌをそのま
まステップＧ）での目標燃空比Ｔｄｍｌに置き換えるこ
とにより、燃空比補正係数Ｄｍｌを算出すればよい。

【００７４】このようにして算出された燃空比の補正係
数Ｄｍｌにより、次に述べる燃料噴射量の演算を行う。

【００７５】図６のフローチャートは、このようにして
求めた燃空比補正係数Ｄｍｌを使って燃料噴射量を算出
して出力する制御動作内容を示すもので、まずステップ
Ａ）で燃空比補正係数Ｄｍｌを用いて、目標燃空比Ｔｆ
ｂｙａを次式により算出する。

【００７６】Ｔｆｂｙａ＝Ｄｍｌ＋Ｋｔｗ＋Ｋａｓここで、Ｋｔｗは冷却水温に応じた燃料増量分、Ｋａｓ
は始動直後の燃料増量分である。次にステップＢ）でエ
アフローメータの出力をＡ／Ｄ変換、リニアライズして
吸入空気量Ｑを算出する。そして、ステップＣ）でこの
吸入空気量Ｑとエンジン回転数Ｎとから、燃料の基本噴
射量Ｔｐを、Ｔｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎとして求める。なおＫは
定数である。

【００７７】そして、ステップＤ）でこのＴｐを基にし
て、一回の燃料噴射量Ｔｉを、次式にしたがって算出す
る。

【００７８】Ｔｉ＝Ｔｐ×Ｔｆｂｙａ×Ｋｔｒ×（α＋αｍ）＋Ｔｓここで、Ｋｔｒは過渡時の補正係数、αは空燃比フィー
ドバック補正係数、αｍは空燃比学習補正係数、Ｔｓは
無効パルス幅である。ただし、リーン条件のときには、
これらＫｔｒ、α、αｍなどは所定の値に固定されてい
る。

【００７９】次にステップＦ）で燃料カットの判定を行
い、ステップＧ）、Ｈ）で燃料カット条件ならば無効パ
ルス幅Ｔｓを、そうでなければＴｉを出力レジスタにス
トアすることで、クランク角センサの出力にしたがって
所定の噴射タイミングでの噴射に備える。

【００８０】以上のようにして燃料噴射量が演算され、
したがってリーン運転での安定度フィードバック制御時
に、安定度が悪化すると、これに応じて空燃比がリッチ
側にシフトされ、リーン運転時の安定性を確保し、この
ため運転性を損なうことなく燃費やＮＯｘの低減を図
る。そして、空燃比がリッチ側に所定値を越えてシフト
されるときには、ＮＯｘの排出量が規定値を越えて増大
する空燃比で運転される可能性があるので、リーン運転
が禁止される。このとき目標空燃比は図１０のマップに
より、原則として理論空燃比に切換えられる。この理論
空燃比による運転状態では三元触媒１０が働き、図１４
のようにＮＯｘの排出量は許容限界以下に収まる。

【００８１】ところで、図１４にもあるように、リーン
空燃比による運転ではリーン化するほどＮＯｘの排出レ
ベルを下げることができる反面、機関の安定度も悪化し
てくる。したがって、ＮＯｘの排出レベルが許容限界よ
りも低く、かつ機関の安定度も許容限界内にあるように
空燃比を維持すれば、機関の安定性を損なうことなく、
ＮＯｘを十分に低減することが可能となる。安定度の悪
化に対しては空燃比をリッチ側に移行することにより対
処できるが、あまりリッチ側に移行すると、ＮＯｘの排
出レベルが許容限界を越えてしまう。また、ＮＯｘが減
少するからと言って空燃比をやみくもにリーン側に移行
すると、燃焼が悪化して機関の安定運転が維持できな
い。

【００８２】図１４のＡ特性とＢ特性は、それぞれ図９
のＡの運転条件（負荷と回転数が）、Ｂの運転条件での
空燃比を変化させたときのＮＯｘの排出量と機関の安定
度の関係を示すが、このように運転条件が相違すると同
一の空燃比であってもＮＯｘの排出特性と安定度特性が
異なる。

【００８３】したがって、リーン運転時の目標空燃比と
して図９のように設定されるマップ空燃比を、これら運
転条件を勘案しつつ、ＮＯｘの排出量からリッチ側空燃
比の限界と、安定度の関係からリーン側空燃比の限界と
の範囲内の所定値に設定してやると、ＮＯｘと安定度が
常に一定の範囲となる条件においてリーン運転を行うこ
とができる。この場合には、安定化燃空比補正係数Ｌｌ
ｄｍｌとＮＯｘの排出量とがほぼ対応するようになるの
で、ＮＯｘの排出量を測定しなくても常にＮＯｘ排出量
を許容限界内に抑制することができる。

【００８４】なお、目標空燃比の設定は、例えばＮＯｘ
の排出限界の空燃比から一定値だけリーンの空燃比値、
安定度限界の空燃比から一定値だけリッチ側の空燃比
値、両方の限界空燃比の略中間の空燃比値、同じく両方
の限界空燃比を一定の比率で内分する空燃比値などとし
て設定することができる。

【００８５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、機関の安
定度に応じて空燃比を補正し、空燃比の補正量が所定値
を越えたときはリーンにしないで理論空燃比に切り換え
るようにしたので、機関の異常等により安定度が悪化し
た場合など、ＮＯｘの排出量が非常に大きくなる空燃比
での運転を禁止することができ、このため機関の運転性
を損なうことなく、リーン運転時のＮＯｘの排出を所定
の基準以下に維持し、また広いリーン運転域が確保され
るので、燃費の改善効果も大きい。

【００８６】また、目標空燃比をＮＯｘの排出限界と機
関の安定リーン限界から求めた範囲に設定してリーン運
転を行うようにすると、運転条件にかかわらず常にＮＯ
ｘの排出量を一定以下に抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す構成図である。

【図２】制御動作の内容を示すフローチャートである。

【図３】同じくフローチャートである。

【図４】同じくフローチャートである。

【図５】同じくフローチャートである。

【図６】同じくフローチャートである。

【図７】同じくフローチャートである。

【図８】同じくフローチャートである。

【図９】制御目標のリーン空燃比を回転数と負荷に応じ
て設定したマップである。

【図１０】制御目標のリッチ空燃比を回転数と負荷に応
じて設定したマップである。

【図１１】安定化燃空比の制御領域を示す説明図であ
る。

【図１２】データサンプル数の特性を示す説明図であ
る。

【図１３】安定化燃空比補正係数の更新量の特性を示す
説明図である。

【図１４】空燃比とＮＯｘの排出量の関係を示す特性図
である。

【図１５】安定化燃空比補正係数とＮＯｘの排出量の関
係を示す特性図である。

【図１６】本発明の構成図（クレーム対応図）である。

【符号の説明】

１機関本体２コントロールユニット３酸素センサ４クランク角センサ６エアフローメータ７燃料噴射弁８吸気通路９排気通路１０三元触媒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−68747（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−302163（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−17127（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/14 F02D 41/04 F02D 45/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】排気通路に触媒を設置し、かつ所定の運転
領域で空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御する内
燃機関の空燃比制御装置において、運転状態の検出信号に基づいて予め設定されているリー
ン運転領域を判断する手段と、リーン運転領域を判断したときに空燃比を理論空燃比よ
りも希薄な目標値に設定する手段と、機関の安定度を検出する手段と、リーン運転時に安定度検出手段の出力に対応して安定度
が悪化するほど大きくなるような前記空燃比目標値の補
正係数を算出する手段と、この補正係数が大きくなるほどリーン運転時の空燃比を
リッチ側へ補正制御する手段と、補正制御される空燃比が理論空燃比よりも希薄となる範
囲内で設定した所定値よりも前記補正係数が大きくなっ
たときはリーン運転域であってもリーン運転を禁止する
手段とを備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御
装置。
【請求項２】前記リーン運転時の空燃比目標値は、ＮＯ
ｘの排出量が許容限界となる空燃比と、この許容限界空
燃比よりも希薄でかつ機関安定度が許容限界となる空燃
比との間の範囲に設定される請求項１に記載の内燃機関
の空燃比制御装置。
【請求項３】前記触媒は理論空燃比運転時にＮＯｘの還
元とＨＣ、ＣＯの酸化を行う三元触媒で構成され、前記
リーン運転域であってもリーン運転が禁止されたときに
は、空燃比の目標値を理論空燃比に設定する請求項１ま
たは２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。