JP2940934B2

JP2940934B2 - テンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2940934B2
Application number: JP1133931A
Authority: JP
Inventors: 昇橋本
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1989-05-25
Filing date: 1989-05-25
Publication date: 1999-08-25
Anticipated expiration: 2014-08-25
Also published as: JPH03949A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、エンジンの空燃比制御装置に関するもので
ある。

（従来技術）エンジンの空燃比A/Fは、基本的には運転者のアクセ
ル操作に連動するスロットル弁のスロットル開度（TV
O）によって決定される吸入空気量に応じて決まるが、
該基本空燃比A/Fは又その時のエンジン運転状態に応じ
て任意にリッチ側又はリーン側に補正されて実際の運転
状態、車両走行特性にとって最適となるような空燃比に
制御されるのが通常である。

一方最近では、大気汚染防止要求からの厳しい排気ガ
ス規制に対応するために、多くの車両に例えば三元触媒
を使用した排気ガス浄化装置が搭載されるようになって
いる。該三元触媒は、周知のように理論空燃比（A/F＝1
4.7、λ＝１）近傍の極めて狭い領域のみで、CO並びにH
Cの酸化とNO_Xの還元とを同時に行ない、それぞれCO₂、H
₂O、O₂、N₂へと無害化する能力を持っている。換言する
と、このような三元触媒を使用した排気ガス浄化装置で
は、原則としてエンジンの実空燃比A/Fが理論空燃比14.
7よりもリーンになるとNOxを排出し、他方リッチになる
とCO,HCを排出することになる。

従って、上記のような三元触媒を有効に活用し、エン
ジンからの排気ガスを確実かつ十分に浄化するためには
上記エンジンの実空燃比を当該エンジンの運転状態に応
じて可能な限り高精度かつ確実に理論空燃比（A/F＝14.
7、λ＝１）に維持することが必要である。

しかし、上述のようにCO,HC,NOxを共に浄化すること
のできる理論空燃比のウインドウ（λ＝１±ａ）は極め
て狭く、通常の空燃比のオープンループ制御では到底上
記のような厳格な要求に応じてことはできない。そこ
で、従来から例えばO₂センサ（酸素センサ）等の空燃比
センサを用いて上記排気ガス中の酸素濃度（要するにエ
ンジン空燃比A/F）を高精度に検出するとともに該空燃
比センサによる酸素濃度（A/F）の検出値を基に上記エ
ンジンの実空燃比（混合気空燃比）の変動を等価的に判
定し、該判定値に応じてエンジンに対する供給燃料量を
可及的速やかにフィードバック制御することにより上記
排気ガス浄化性能向上要請に応じて正確に目標とする理
論空燃比（A/F＝14.7±φ、λ＝±ａのウインドウ内）
に維持する電子制御方式によるクローズドループ制御が
採用されている。

ところが、上記のような三元触媒は必ずしもエンジン
空燃比A/Fを理論空燃比（A/F＝14,7）に維持しさえすれ
ば排気浄化性能が向上するという訳ではなく、例えば同
触媒温度が低い時などには、先ず当該触媒部分にリーン
状態の排気ガスを導入して一定時間保持し、その後続い
てリッチ状態の排気ガスを導入するようにすると、同一
A/F濃度の排気ガスを継続して供給した場合に比べて上
述した排気ガス浄化性能がより向上する特性がある。こ
れは、いわゆるO₂ストレージ効果と呼ばれ、上記リーン
雰囲気の時に触媒にO₂が蓄積され、続くリッチ雰囲気の
時に該O₂によってCO.HCが酸化されるためである。その
ため、従来より上記のような三元触媒を使用した排気ガ
ス浄化装置とO₂センサを使用した空燃比のフィードバッ
ク制御手段とを結合してなるエンジンにおいて、例えば
そのエンジン空燃比A/Fを一定の周期で交互にリーン状
態又はリッチ状態に切換え制御するように構成したもの
がある（例えば特開昭60−190630号公報）。

（発明が解決しようとする課題）ところが、上記の従来技術の構成では、排気ガスのリ
ーン状態とリッチ状態とを当該エンジン自体の回転数を
何等考慮することなく、単に一定の切換制御周期で切換
えているのみであるので、エンジン回転数が高くなると
排気弁の開閉周期、換言するとエンジンからの排気ガス
の掃気周期が極めて短くなり、上記排気系下流の三元触
媒に到る間に相前後する異なった制御周期、従って異な
った制御空燃比の排気ガスが実質的にミキシングされて
しまい、本来のO₂ストレージ効果を得ることができなく
なってしまう問題があった。この傾向は、多気筒エンジ
ンで気筒数が増加する程著しい。

（課題を解決するための手段）本願請求項１〜３に係る発明は、それぞれ上記の問題
を解決することを目的としてなされたものであって、各
々次のように構成されている。

（１）請求項１に係る発明先ず本願請求項１に係る発明は、エンジンの排気系
に、エンジン空燃比が理論空燃比よりもリーンな時に酸
素を蓄積する一方、同空燃比が理論空燃比よりもリッチ
な時に上記蓄積した酸素により排気ガス中に含まれるCO
又はHCを酸化する酸素ストレージ作用を備えた排気ガス
浄化用の触媒を設け、エンジンの空燃比を任意に制御し
得る空燃比制御手段により上記触媒に導かれる排気ガス
の空燃比を一定の周期でリッチ状態又はリーン状態に交
互に可変制御するようにしてなるエンジンの空燃比制御
装置において、上記空燃比のリーン／リッチ可変制御周
期を変更する制御周期変更手段と、エンジン回転数を検
出するエンジン回転数検出手段とを設け、上記触媒の酸
素ストレージ作用に応じて該エンジン回転数検出手段に
よって検出されたエンジン回転数が高いほど上記空燃比
の可変制御周期が長くなるように制御するようにしたこ
とを特徴とするものである。

（２）請求項２に係る発明次に、本願請求項２に係る発明は、上記請求項１の発
明の構成において、上記空燃比のリーン／リッチ可変制
御周期を変更する制御周期変更手段を、触媒温度が低い
状態においてエンジン回転数検出手段によって検出され
たエンジン回転数が高いほど上記空燃比の可変制御周期
が長くなるように制御するようにしたことを特徴とする
ものである。

（３）請求項３に係る発明さらに、本願請求項２に係る発明は、上記請求項１又
は２の発明の構成において、上記エンジンが、多気筒エ
ンジンであることを特徴とするものである。

（作用）上記のように、本願請求項１〜３に係る発明のエンジ
ンの空燃比制御装置の構成では、エンジン回転数を検出
し、エンジン空燃比が理論空燃比よりもリーンな時に酸
素を蓄積する一方、同空燃比が理論空燃比よりもリッチ
な時に上記蓄積した酸素により排気ガス中に含まれるCO
又はHCを酸化する酸素ストレージ作用に対応して、該検
出されたエンジン回転数が高い時ほど上述した空燃比の
可変制御周期を長く制御するようになっている。

（発明の効果）従って、本発明のエンジンの空燃比制御装置による
と、例えば触媒温度が低い状態において、ある程度エン
ジン回転数が高くなって排気系の開閉周期、換言すると
エンジンからの排気ガスの掃気周期が極めて短かくなっ
たとしても排気系下流の三元触媒に到る間に相前後する
異なった制御周期による異なった制御空燃比の排気ガス
がミキシングされるようなことが可及的に抑制され、ほ
ぼ有効な酸素ストレージ効果を確保することができ、可
及的に高い排気浄化性能を実現することができる。

そして、該効果は多気筒エンジンにおいて、特に有効
なものとなる。

（実施例）第２図および第３図は、例えばＶ型６気筒エンジンに
適用した本発明の実施例に係るエンジンの空燃比制御装
置の全体的なシステム構成およびその制御フローを示し
ている。

先ず第２図において、符号１は例えば同Ｖ型６気筒エ
ンジンのエンジン本体である。該エンジン本体１は、シ
リンダブロック部２およびシリンダヘッド部３を各々一
体化した各気筒No1〜No6を３気筒（No1,No3,No5）、（N
o2,No4,No6）ごとに左右に分岐してＶ字形に並設するこ
とによって左右一対のバンク4L,4Rを形成しており、該
左右一対のバンク4L,4Rの上記各気筒群（No1,No3,No
5）、（No2,No4,No6）のシリンダヘッド部３側の各吸気
マニホールド（51,53,55）、（52,54,56）は吸気ポート
部では相互に独立しているが、当該吸気ポート部より所
定位置上流側では共通に集合され、該集合部６から上流
側は一本の吸気通路７となってエアクリーナ８に接続さ
れている。

また、符号14L,14Rは上記左側および右側の各バンク4
L,4R側各気筒群（No1,No3,No5）、（No2,No4,No6）の各
排気マニホールド（91,93,95）、（92,94,96）に各々共
通に接続された左右２本の排気通路である。そして該各
排気通路14L,14Rは、更にその排気下流では共通に集合
されて一本の排気通路16に形成され、その途中にはO₂セ
ンサ12と排気ガス浄化用の三元触媒コンバータ15とが設
けられている。又、さらにその下流では図示しない消音
器に接続されている。

従って、上記のごとき吸気系および排気系の構成で
は、各々左又は右バンク4L,4Rに対応した第１および第
２の気筒群100（No1,No3,No5）並びに200（No2,No4,No
6）を一単位として共通に吸気および燃料が調量供給さ
れ、また排気ガスが浄化処理されることになる。

そして、又上記エンジン本体１の上記第１および第２
気筒群100,200の各吸気マニホールド（51,53,55）、（5
2,54,56）には当該各気筒No1〜No6の吸気ポートに臨ん
で各々第１〜第６のフューエルインジェクタF₁〜F₆が設
置されている。該フューエルインジェクタF₁〜F₆のイン
レット口部はパルセーションダンパを備えた図示しない
燃料供給通路を介して所定の燃料ポンプに接続されてい
る一方、それら各フューエルインジェクタF₁〜F₆の供給
燃料調量用の制御弁ソレノイドは所定の制御信号供給ラ
インL_FL,L_FRを介して後述するエンジンコントロールユ
ニット30に接続されており、該エンジンコントロールユ
ニット30から供給される燃料噴射量制御信号に応じて上
記第１〜第６の各気筒No1〜No6に供給する燃料噴射量を
気筒群ごとに調量コントロールするようになっている。

この第１〜第６の各気筒No1〜No6に対応するフューエ
ルインジェクタF₁〜F₆は、例えばより具体的にはグルー
プ噴射システムが採用されており、上記第１および第２
気筒群100,200の各気筒（No1,No3,No5）、（No2,No4,No
6）の噴射弁駆動回路は共通のものとなっている。

ところが、上記O₂センサ12の出力、すなわち酸素濃度
検出信号Voは後述するエンジンコントロールユニット30
のメモリ（RAM）中に各々所定の周期で取り込まれる。
該エンジンコントロールユニット30は、例えば加速時や
登坂走行時などの高負荷エンリッチ領域や冷間暖機時の
増量補正領域、過渡領域等のオープンループ領域を除く
空燃比のフィードバック制御領域において上記各O₂セン
サ12で検出された各気筒群100,200の排気ガス中の酸素
濃度に応じて、上記第1,第3,第５、第2,第4,第６のフュ
ーエルインジェクタF₁,F₃,F₅、F₂,F₄,F₆の燃料噴射量を
グループごとに高精度にフィードバック制御し、上記エ
ンジンの第１〜第６の各気筒No1〜No6の空燃比（A/F）
が理論空燃比（λ＝１）近傍のウインド内に常に確実に
収束されるように制御するようになっている。これらの
制御は、全て後述のエンジンコントロールユニット（EC
U）30によってなされる。

該エンジンコントロールユニット（ECU）30は、例え
ば演算部であるマイクロコンピュータ（CPU）を中心と
し、メモリ（ROMおよびRAM）、インタフェース（I/O）
回路などを備えて構成されている。そして、このエンジ
ンコントロールユニット30は、機能的に例えば第３図、
第４図のフローチャートに示すような燃料噴射量（空燃
比A/F）の制御を行なう。従って該エンジンコントロー
ルユニット30には、上記O₂センサ12の検出信号Voと共
に、エンジン回転数検出手段32のエンジン回転数検出信
号Ne、エアフロメータ９の出力Ｑ、水温センサ33の冷却
水温検出出力THW、触媒温度センサー27の触媒温度検出
値Tcなども入力されるようになっている。

次に、上記エンジンコントロールユニット（ECU）30
による空燃比のフィードバック制御動作について第３図
および第４図のフローチャートを参照して詳細に説明す
る。

先ずステップS₁で本制御の燃料噴射量コントロール動
作および空燃比A/Fの可変制御周期変更動作に必要な各
種の制御パラメータ（吸入空気量Ｑ、エンジン水温TH
W、エンジン回転数Ne、エンジン負荷P_B、触媒温度Tc
等）をモニターする。

その後、ステップS₂で上記モニターされた実際の触媒
温度Tcが所定の設定値Tcs（例えばTcs＝300℃）以下の
低温状態にあるか否かを判定し、YESの場合には更にス
テップS₃,S₄に進んで上記エンジン水温THWが例えば暖機
基準温度THWs（例えばTHWs＝40℃）以上であるか否か、
エンジン負荷P_Bが第７図のストレージ領域を仕切る所定
基準負荷P_Bs以上であるか否かを順次判定して行く。

そして、上記ステップS₂,S₃,S₄の各判定結果が全てYE
Sとなった場合には、上述したO₂ストレージ効果を得る
ための空燃比A/Fのリーン／リッチ繰り返し制御を行な
い得る運転領域（また触媒温度Tcから見て、それにより
排気ガス浄化性能を少しでも向上させることが要請され
る領域）であると認めてステップS₆〜S₁₂のストレージ
制御動作に進む。他方、上記ステップS₂,S₃,S₄の各判定
結果の何れかひとつでもNO、又は全てがNOの場合には、
敢えてストレージ制御を行う必要がないか（ステップS₂
でNO）、または燃焼安定性の見地から少なくともストレ
ージ制御を行うに適さない場合（ステップS₃,S₄で各々N
O）であるから、それらの各場合にはステップS₁₀の通常
運転制御に進んで例えば理論空燃比A/F＝14,7を中心と
した安定した空燃比のオープンループ／フィードバック
制御を行う。

上記ステップS₆に進んだ場合には、先ずストレージ制
御を行うべきA/Fの可変制御周期（リーン／リッチの切
換制御周期Ｘ（ミリ秒））をエンジン回転数Neをパラメ
ータとし、これに所定の定数Ｄ（但し、Ｄ＞１）を掛け
て決定する。この結果、該ストレージ制御に於ける空燃
比可変制御周期Ｘは、例えば第４図（ａ）〜（ｃ）に示
されるように基本的にエンジン回転数Neに応じて決定さ
れ、上記定数Ｄが１よりも大の値であることからエンジ
ン回転数Neが高くなるほど長くなるように設定されるこ
とになる。

次に該周期Ｘが決定されると、次にステップS₇に進ん
で、当該ストレージ制御を行うべき可変空燃比ΔA/Fに
対応する偏差燃料噴射パルスΔθを例えば第５図に示す
ようにエンジン水温THWをパラメータとし、これに所定
の定数Ｋ（但し、ＫはTHW＝40℃〜80℃まで使用、THWが
80℃を越えるとＫ＝１となる。従って、水温THWの上昇
に拘わらずΔθ値は一定値に固定される。）を掛けるこ
とによって決定する。

その後、さらにステップS₈に進んで、該空燃比A/Fの
偏差（変更量）Δθに対応した点火時期I_Gのリタード補
正量（トルク変動防止）ΔI_Gを演算する。

そして、ステップS₉で上記ステップS₇の演算値Δθに
基き、当該ストレージ制御期間内に於けるA/Fのセンタ
ー値（A/F平均値に該当）θｏ（第４図参照）を基準と
して例えばθ＝θｏ−Δθの演算を行なって最終的に噴
射すべき燃料噴射パルス（幅）θを決定して空燃比制御
を実行する。

その後、ステップS₁₁に進み、上記ステップS₆で決定
されたA/F可変制御周期Ｘサイクルの経過を判定し、実
際にＸサイクルが経過した場合（YES）には、さらにス
テップS₁₂に進んで上記最終燃料噴射パルスθを今度は
θ＝θｏ＋Δθに変更して空燃比A/Fをリーン状態から
リッチ状態に制御する。また、続くステップS₁₃で、そ
れに合わせて（該A/Fリッチ化による出力アップを相殺
するために）上記ステップS₈の演算値ΔI_Gを基に本来の
点火時期I_Goをリタード補正（I_G＝I_Go−ΔI_G）すること
によって当該急激なA/F変化に伴うトルク変動を防止し
た上でステップS₁₄に進み、再び上記A/F可変制御周期Ｘ
サイクルの経過を判断し、YESとなると更に上記初期ス
テップS₁にリターンして再び以上の制御動作を繰り返
す。そして、次の周期では上記の場合とは逆に、リーン
方向へのA/F制御とそれに対応した点火時期I_Gのアドバ
ンス補正とが行なわれることになる。

この結果、該構成によれば、エンジンの回転数Neに応
じエンジンの回転数Neが高い高回転状態ほど長いA/F可
変制御周期Ｘでストレージ制御が行なわれることにな
り、高回転状態も十分な排気ガス浄化性能を向上させる
ことができるようになる。

なお、第７図（ａ），（ｂ）は、低触媒温状態におけ
る上記制御を第２図に示したＶ型６気筒エンジンの各気
筒に対応して具体的にその制御状態と制御タイミングを
分かり易く示したものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願発明のクレーム対応図、第２図は、本発
明の実施例に係るＶ型６気筒エンジンの空燃比制御装置
の制御システム図、第３図は、同装置の制御動作を示す
フローチャート、第４図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、同
装置の制御動作の内容を示すタイムチャート、第５図
は、同装置のストレージ制御領域を示す制御領域マッ
プ、第６図は、同装置におけるストレージ制御の空燃比
可変量を示す偏差パルスマップ、第７図（ａ），（ｂ）
は、Ｖ型６気筒エンジンに実施した上記本発明の実施例
における空燃比の制御状態を具体的に各気筒毎に示した
タイムチャートである。１……エンジン本体 4L……左バンク 4R……右バンク 11……第１のO₂センサ 12……第２のO₂センサ 14L……第１気筒群の排気通路 14R……第２気筒群の排気通路 15……三元触媒コンバータ 27……触媒温度センサー 30……エンジンコントロールユニット（ECU） 51〜56……吸気マニホールド 91〜96……排気マニホールド 100……第１気筒群 200……第２気筒群

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの排気系に、エンジン空燃比が理
論空燃比よりもリーンな時に酸素を蓄積する一方、同空
燃比が理論空燃比よりもリッチな時に上記蓄積した酸素
により排気ガス中に含まれるCO又はHCを酸化する酸素ス
トレージ作用を備えた排気ガス浄化用の触媒を設け、エ
ンジンの空燃比を任意に制御し得る空燃比制御手段によ
り上記触媒に導かれる排気ガスの空燃比を一定の周期で
リッチ状態又はリーン状態に交互に可変制御するように
してなるエンジンの空燃比制御装置において、上記空燃
比のリーン／リッチ可変制御周期を変更する制御周期変
更手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検
出手段とを設け、上記触媒の酸素ストレージ作用に応じ
て該エンジン回転数検出手段によって検出されたエンジ
ン回転数が高いほど上記空燃比の可変制御周期が長くな
るように制御するようにしたことを特徴とするエンジン
の空燃比制御装置。
【請求項２】空燃比のリーン／リッチ可変制御周期を変
更する制御周期変更手段は、触媒温度が低い状態におい
てエンジン回転数検出手段によって検出されたエンジン
回転数が高いほど上記空燃比の可変制御周期が長くなる
ように制御するようにしたことを特徴とする請求項１記
載のエンジンの空燃比制御装置。
【請求項３】エンジンは、多気筒エンジンであることを
特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの空燃比制御
装置。