JP3013514B2 - 内燃エンジンの空燃比制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所謂リーン燃焼を行わ
せて排気ガス特性や燃費を向上させる内燃エンジンの空
燃比制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の排気ガス特性の向上や燃費の改
善のために、内燃エンジンに供給される混合気の空燃比
を理論空燃比より燃料希薄（燃料リーン）側の空燃比
（例えば、空燃比２２）に制御してリーン燃焼させる、
内燃エンジンの空燃比制御方法が知られている。この空
燃比制御方法では、エンジンを常時リーン燃焼させる
と、エンジンの特定の運転状態、例えば、急発進時や急
加速時に出力が不足するので、このような特定の運転状
態では空燃比を理論空燃比近傍に制御するようにしてい
る。

【０００３】このような空燃比制御方法では、加速終了
後には空燃比を燃料リーン側の値に戻すことになるが、
その時、運転者はアクセルペタルを操作していないこと
が多いので、燃料のみを減量することによりリーン燃焼
が行われる。このように燃料の供給量を急減させること
により空燃比をリーン化すると、出力が急に低下してシ
ョックが感じられ、ドライバビリティを阻害することに
なる。

【０００４】燃料により空燃比を急激に変化させると、
燃料の発熱量の急変を伴うので出力を急激に変化させる
ことになる。そこで、このようなエンジン出力の急変を
防止するために、スロットル弁をバイパスするバイパス
通路を設け、リーン燃焼時にはこのバイパス通路を開成
し、理論空燃比燃焼時にはバイパス通路を閉成すること
により空燃比を制御する方法が知られている。この方法
によれば、燃料供給量を一定にして吸入空気量を増減さ
せるのでエンジン出力の急変が防止でき、上述のような
不快なショックの発生を防止することができるという利
点を有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、バイ
パス通路方式により吸入空気量を増減させるには、バイ
パス通路は、メインの吸気通路と略同程度の通路形状の
ものを必要とし、大きなスペースを必要とする外、任意
の空燃比に適用できないという問題がある。また、バイ
パス通路を開閉するバイパス弁を、スロットル弁下流の
吸気通路内に発生する負圧を利用してこれに応動する負
圧応動弁で構成すると、排気ガスを吸気通路に大量に循
環させる高ＥＧＲ運転域では、吸気負圧が小となり、バ
イパス弁が作動せず十分な空気量をエンジンに供給でき
ないという問題も生じる。

【０００６】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、バイパス通路を設けることなく吸入
空気量の増減を行うことができ、空燃比の変更時におけ
る不快なショックの防止を図った内燃エンジンの空燃比
制御方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に依れば、内燃エンジンの特定の運転状
態時に、エンジンに供給する混合気を理論空燃比近傍の
第１の空燃比に制御する一方、前記特定の運転状態以外
の運転時に、前記第１の空燃比より燃料希薄側の、運転
状態に応じた第２の空燃比に制御する内燃エンジンの空
燃比制御方法において、前記特定の運転状態時にのみ作
動し、吸気通路途中に配設されるスロットル弁を、運転
者のアクセル操作に関わらず、アクセル操作量に対応す
るスロットル弁開度より閉弁方向にのみ駆動可能であ
り、非作動時には運転者のアクセル操作量に応じた量だ
けスロットル弁が回動駆動される駆動装置を設け、運転
者のアクセル操作量、吸入空気流量、およびエンジン回
転数を検出し、前記特定の運転状態時に、検出したアク
セル操作量とエンジン回転数とから、検出したアクセル
操作量に対応する位置にスロットル弁を開弁させた場合
の吸入空気量および第２の空燃比に制御した場合の目標
空燃比を演算し、演算した吸入空気流量および目標空燃
比と前記第１の空燃比とから目標吸入空気量を演算し、
演算した目標吸入空気量と検出した吸入空気量との偏差
に応じてスロットル弁の目標弁開度を設定し、前記駆動
装置を作動させてスロットル弁を前記目標弁開度にフィ
ードバック制御することを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明の内燃エンジンの空燃比制御方法は、第
２の空燃比（リーン燃焼運転）から第１の空燃比（リッ
チ燃焼運転）への制御切り換え時に、リーン燃焼で得ら
れるエンジン出力を変化させずに、駆動装置を駆動して
吸入空気量を変化させ、空燃比を第１の空燃比に制御し
ようとするものである。

【０００９】例えば、運転者がアクセルペタルを大きく
踏み込んで急加速をしようとする特定の運転状態時に、
運転者のアクセル操作量とエンジン回転数とからそのア
クセル操作量に対応する位置にスロットル弁を開弁した
場合の吸入空気量を予測することができ、この吸入空気
量とエンジン回転数とにより、第２の空燃比に制御した
場合（リーン燃焼運転時）の目標空燃比を設定すること
ができる。次に、運転者が操作したアクセル操作量にお
いて、エンジン出力を変化させずに第１の空燃比で運転
するには、上述のようにして求めた第２の空燃比運転を
行った場合の吸入空気量および目標空燃比と第１の空燃
比とから目標吸入空気量が演算することができ、この目
標吸入空気量をエンジンに供給すると、運転者が踏み込
んだアクセル操作量でのリーン燃焼運転時のエンジン出
力と略同じ出力が、リッチ燃焼運転により得られる。

【００１０】なお、リッチ燃焼運転の終了後に第１の空
燃比から第２の空燃比に戻す場合には、上述の駆動装置
により閉じ方向に駆動されたスロットル弁を所定の割合
で徐々に元の位置、すなわち、運転者のアクセル操作量
に対応するスロットル弁開度位置に戻される。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。先ず、本発明方法が適用されるガソリンエ
ンジンの空燃比制御装置の概略を図１に基づき説明す
る。エンジンＥにおける各気筒の燃焼室１には、吸気通
路２および排気通路３が接続されており、吸気通路２と
各燃焼室１とは吸気弁４によって連通制御されるととも
に、排気通路３と各燃焼室１とは排気弁５によって連通
制御されるようになっている。なお、図において、１ａ
は点火栓である。

【００１２】また、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および燃料噴射弁８が設
けられており、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
ないマフラ（消音器）が設けられている。なお、吸気通
路２には、サージタンク2aが設けられている。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。

【００１３】次に、スロットル弁７を回転駆動するため
の機構を図２および図３に示す。スロットル弁７は吸気
通路２に介装されたスロットルボデー７０内に設けられ
ているが、このスロットル弁７には、スロットルシャフ
ト７１が一体に取り付けられていて、このスロットルシ
ャフト７１がスロットルボデー７０を貫通して吸気通路
外へ延在している。そして、このスロットルシャフト７
１の吸気通路外への延在部分には、アクセルレバー７２
と、スロットルレバー７３とが同軸的に嵌合されてい
る。なお、アクセルレバー７２の方がスロットルレバー
７３よりもスロットルシャフト７１の外端寄りに嵌合さ
れている。

【００１４】ここで、アクセルレバー７２は車室内のア
クセルペダル１００にアクセル索１０１を介して接続さ
れており、これによりアクセルレバー７２はアクセルペ
ダル１００の踏込量（アクセル開度) に応じて回動する
ようになっているが、このアクセルレバー７２はスロッ
トルシャフト７１に対しては遊嵌されている。即ち、ス
ロットルシャフト７１の外端部には、スペーサ７４およ
び樹脂リング７５を介してアクセルレバー７２の円筒部
７２ｂが嵌合されており、樹脂リング７５とスペーサ７
４との間が相対摺動可能となっている。

【００１５】また、スロットルレバー７３はスロットル
シャフト７１と一体に取り付けられており、これにより
スロットルレバー７３を回転駆動すると、スロットルシ
ャフト７１ひいてはスロットル弁７も一体回転するよう
になっている。なお、スロットルレバー７３には、アク
セルレバー７２側へ延びた係合アーム部７３ａが形成さ
れており、この係合アーム部７３ａがアクセルレバー７
２側のストッパ部７２ａと係合できるようになってい
る。

【００１６】ここで、アクセルレバー７２とスロットル
レバー７３とが係合するのは、スロットルレバー７３が
スロットル弁開方向へ回動していったとき、あるいはア
クセルレバー７２がスロットル弁閉方向へ回動していっ
たときである。さらに、スロットルボデー７０とスロッ
トルレバー７３との間には、スロットルレバー７３の係
合アーム部７３ａがアクセルレバー７２のストッパ部７
２ａに係合するように、即ち図３において矢印Ａ方向
（スロットル弁開方向）に付勢するリターンスプリング
７６が装填されている。なお、このリターンスプリング
７６は、コイルスプリングとして構成されて、スロット
ルシャフト７１の外周に嵌装されており、このリターン
スプリング７６はその一端がスロットルボデー７０に係
止されるとともにその他端がスロットルレバー７３に係
止されている。また、このリターンスプリング７６の各
端部とスロットルシャフト７１との間には、リターンス
プリング７６の収縮を許容しうるように間隔をあけて配
設された樹脂リング７７，７８が介装されている。

【００１７】なお、スロットルボデー７０とアクセルレ
バー７２との間には、リターンスプリング７６とは反対
方向（スロットル弁閉方向）に付勢しアクセルペダル１
００に対してディテント感を付与するリターンスプリン
グ７９が装填されている。このリターンスプリング７９
は、アクセルレバー７２の円筒部７２ｂの外側から樹脂
リング８０を介してスロットルシャフト７１に嵌合され
ており、このリターンスプリング７９はその一端がスロ
ットルボデー７０に係止されるとともにその他端がアク
セルレバー７２に係止されている。

【００１８】また、図２において、７２ｃはアクセルレ
バー７２と一体に形成されてスロットル弁７が全閉位置
より更に全閉側となるのを規制する全閉ストッパで、こ
の全閉ストッパ７２ｃはアクセルレバー７２がスロット
ル弁全閉位置まで回動してくると、スロットルボデー部
分７０ａに当接して、アクセルレバー７２のそれ以上の
スロットル弁閉方向への回動を阻止するようになってい
る。

【００１９】さらに、図１〜図３（但し、図１には、図
面の煩雑化を避けるため、アクセルレバー７２はその図
示を省略されている）に示すごとく、スロットルレバー
７３には、ロッド９０を介してアクチュエータ（ブース
トモータ）９１が連結されている。ここで、アクチュエ
ータ９１は、ケーシング本体９１ａとダイアフラム９１
ｂとで形成される圧力室９１ｃをそなえており、この圧
力室９１ｃ内には、２つのソレノイド弁９２，９３で調
圧された圧力が制御通路９４を介して供給されるように
なっている。

【００２０】また、アクチュエータ９１の圧力室９１ｃ
内には、リターンスプリング９１ｄが装填されており、
このリターンスプリング９１ｄは前述のリターンスプリ
ング７６と同様スロットルレバー７３とアクセルレバー
７２とを接続してスロットルレバー７３をアクセルレバ
ー７２に追従させるよう付勢する。ここで、リターンス
プリング７６，９１ｄによる付勢力は、リターンスプリ
ング７９による付勢力よりも弱くなるように設定されて
いる。

【００２１】２つのソレノイド弁９２，９３は、一方９
２がバキューム制御用の常閉型ソレノイド弁で、他方９
３がベンチレーション制御用の常開型ソレノイド弁であ
って、バキューム制御用ソレノイド弁９２は、バキュー
ムタンク９５（このバキュームタンク９５は省略可）お
よびチェック弁９６を介して、スロットル弁配設部分よ
り下流側の吸気通路２に接続されており、ベンチレーシ
ョン制御用ソレノイド弁９３はフィルタ９７を介して大
気側に連通している。

【００２２】各ソレノイド弁９２，９３には、後述する
電子制御ユニット（ＥＣＵ）２３からデューティ制御の
ための信号が供給されるようになっている。そして、バ
キューム制御用ソレノイド弁９２はデューティ率１００
％で全開、デューティ率０％で全閉となり、ベンチレー
ション制御用ソレノイド弁９３はデューティ率１００％
で全閉、デューティ率０％で全開となる。

【００２３】したがって、各ソレノイド弁９２，９３に
ついてデューティ率１００％とすると、アクチュエータ
９１の圧力室９１ｃ内が吸気マニホールド圧となり、各
ソレノイド弁９２，９３についてデューティを小さくし
ていくと、圧力室９１ｃ内の圧力が大きくなっていき、
各ソレノイド弁９２，９３についてデューティ率を０％
にすると、圧力室９１ｃ内の圧力は大気圧になる。これ
により、ソレノイド弁９２，９３についてデューティ率
１００％とすると、ロッド９０はリターンスプリング９
１ｄ, ７６の付勢力に抗して矢印ａ方向に駆動され、そ
の結果、スロットルレバー７３を矢印Ｂ方向（第３図）
に回動させアクセルレバー７２から切り離した状態でス
ロットル弁７を閉側へ回転駆動させることができる。一
方、ソレノイド弁９２，９３についてデューティを小さ
くしていくと、ロッド９０はリターンスプリング９１
ｄ，７６によって徐々に矢印ｂ方向に駆動されていくよ
うになっている。これにより、このアクチュエータ９１
は、スロットルレバー７３をアクセルレバー７２から切
り離した状態で、即ちアクセルペダル１００で設定され
るスロットル弁開度よりも小さいスロットル弁開度範囲
でスロットル弁７を回転駆動することによりエンジンＥ
に供給される吸入空気量を制御するアクチュエータを構
成する。

【００２４】なお、ソレノイド弁９２，９３についてデ
ューティ率を０％にすると、スロットルレバー７３はそ
の係合アーム部７３ａがリターンスプリング９１ｄ, ７
６によってアクセルレバー７２のストッパ部７２ａに当
接してスロットルレバー７３がアクセルレバー７２に追
従するようになる。したがって、アクセルペダル１００
によってスロットル弁７の弁開度を制御するには、ま
ず、ソレノイド弁９２，９３についてデューティ率を０
％にした状態（アクチュエータ９１の圧力室９１ｃ内を
大気圧状態にした状態）で、アクセルペダル１００を操
作する。これにより、アクセルペダル１００を踏み込む
と、アクセル索１０１が矢印Ｃ方向（第３図）にひっぱ
られ、アクセルペダル１００に連動してアクセルレバー
７２が矢印Ａ方向に駆動され、更にはこれに連動してリ
ターンスプリング７６, ９１ｃによってアクセルレバー
７２に追従しているスロットルレバー７３も矢印Ａ方向
に駆動されて、スロットル弁７が開く。逆に、アクセル
ペダル１００から足を離すと、リターンスプリング７９
によってアクセル索１０１が矢印Ｃ方向とは逆の方向に
ひっぱられ、これによりアクセルペダル１００に連動し
てアクセルレバー７２が矢印Ｂ方向に駆動され、更には
これに連動してスロットルレバー７３も矢印Ｂ方向に駆
動されて、スロットル弁７が閉じる。その結果スロット
ル弁７がアクセルペダル１００の操作量に応じた量だけ
回転駆動されることになる。

【００２５】一方、アクセルペダル１００の操作量とは
別にアクチュエータ９１によってスロットル弁７の弁開
度を制御するには、詳細は後述するように、目標吸入空
気量Ａ／Ｎs と実吸入空気量Ａ／Ｎm との偏差ΔＡ／Ｎ
に応じて目標スロットル開度θｔが設定され、実スロッ
トル開度θｒがこの目標スロットル開度θｔ近傍になる
ように、ソレノイド弁９２，９３をデューティ率制御し
てアクチュエータ９１を駆動させればよい。これによ
り、スロットルレバー７３がアクセルレバー７２から切
り離された状態で、即ちアクセルペダル１００で設定さ
れるスロットル弁開度よりも閉じ側に、スロットル弁開
度範囲でスロットル弁７が回転駆動される。その結果、
吸入空気量が制御され、空気量を増減することにより空
燃比を理論空燃比近傍に制御されることになる。

【００２６】このような構成により、スロットル弁７の
開度に応じ、エアクリーナ６を通じて吸入された空気が
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１内で点火栓１ａ
で点火させることにより、燃焼せしめられて、エンジン
トルクを発生させる。なお、各燃料噴射弁８へは燃料ポ
ンプからの燃料が供給されるようになっているが、この
燃料ポンプからの燃料圧は図示しない燃圧レギュレータ
によって調整されるようになっている。

【００２７】さらに、このエンジンＥについては、上述
のスロットル弁制御の他に、燃料供給制御等、種々の制
御が実行されるが、これらの制御は前述した電子制御ユ
ニット（ＥＣＵ）２３により実行される。そして、この
ような制御を行うために、以下に説明するような種々の
センサが設けられている。まず、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エアフローセン
サ１１，大気圧を検出する大気圧センサ２６，吸入空気
温度を検出する吸気温センサ１２が設けられている。

【００２８】また、吸気通路２におけるスロットル弁配
設部分には、スロットルレバー７３などからスロットル
弁７の弁開度を検出する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アイドルス
イッチ１５，アクセルレバー７２などからアクセルペダ
ル１００のアクセル開度（踏込量）Ａpを検出するポテ
ンショメータ式のアクセルセンサ１８が設けられてい
る。このように、スロットルセンサ１４およびアクセル
センサ１８を別個に設けるのは、スロットル弁７の弁開
度とアクセルペダル１００のアクセル開度Ａp とは必ず
しも対応しない場合があり、別個に検出する必要がある
からである。

【００２９】さらに、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（Ｏ₂ 濃
度）を検出するＯ₂ センサ１７が設けられている。ま
た、その他のセンサとして、図１および図４に示すごと
く、エンジン冷却水温を検出する水温センサ１９が設け
られるほかに、クランク角度を検出することによってエ
ンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ２１
等が電子制御装置２３の入力側に接続されている。

【００３０】そして、これらのセンサからの検出信号
は、図４に示すごとく、電子制御装置２３へ入力される
ようになっている。ここで、電子制御装置２３は、その
主要部としてＣＰＵを備えており、ＣＰＵの入力ポート
へは、上記の各センサからの信号が適宜の入力インタフ
ェースを介してあるいは直接的に入力されるようになっ
ている。さらに、ＣＰＵは、バスラインを介して、プロ
グラムデータや固定値データを記憶するＲＯＭ，更新し
て順次書き替えられる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（ＢＵＲＡＭ）等の記憶装置との間でデータの授
受を行なうようになっている。また、電子制御装置２３
のＣＰＵからの各種の制御信号は適宜の出力インタフェ
ースを介して燃料噴射弁８、スロットル弁開度制御用の
ソレノイド９２ｂ，９３ｂ等へ出力されるようになって
いる。

【００３１】次に、図５および図６を参照しながら、電
子制御装置２３が実行する空燃比制御の制御手順を説明
する。図５および図６は、スロットル制御ルーチンのフ
ローチャートであり、エンジンＥの暖機の完了等の条件
が成立した場合に所定の周期で実行される。電子制御装
置２３は、先ず、ステップＳ１０においてエンジンＥが
アイドル運転状態にあるか否かを判別する。この判別
は、例えば、アイドルスイッチ１５がオン信号を出力し
ているか否かで行なわれ、肯定（Ｙｅｓ）の場合には、
当該ルーチンを終了してアクチュエータ９１を待機位置
で待機させる。このアクチュエータ９１の待機位置で
は、ソレノイド９２ｂ，９３ｂはいずれも消成されてお
り（いずれもデューティ率０％）、バキューム制御用ソ
レノイド弁９２は全閉、ベンチレーション制御用ソレノ
イド弁９３は全開にされる。

【００３２】ステップＳ１０の判別結果が否定（Ｎｏ）
の場合には、ステップＳ１２に進み、エンジンＥが特定
の運転状態にあるか、すなわち、理論空燃比運転領域
（ストイキオ運転領域）で運転されているか否かを判別
する。エンジンＥを理論空燃比で運転すべき場合として
は、急発進時や急加速時であり、これらは、例えば、ア
クセルセンサ１８の信号変化等により判別される。この
判別が否定の場合には、当該ルーチンを終了してアクチ
ュエータ９１を前述の待機位置で待機させる。

【００３３】ここで、エンジンＥへ燃料を供給する燃料
噴射弁８の開弁時間Ｔinj の演算方法を説明すると、こ
の開弁時間Ｔinj は、電子制御装置２３により次式
（１）に基づいて演算される。 Ｔinj ＝Ａ／Ｎm ÷λ×Ｋ１×Ｋ２＋Ｔo ……（１） ここに、Ａ／Ｎm は、エアフローセンサ１１が検出する
カルマン渦周波数ｆとエンジン回転数センサ２１が検出
するエンジン回転数Ｎｅとから一吸気行程当たりに気筒
に吸入される空気量であり、λは目標とする空燃比、Ｋ
１は燃料流量を開弁時間に換算するための係数、Ｋ２は
エンジン運転状態を表す種々のパラメータによって設定
される補正係数値であり、これには、例えばエンジン水
温センサ１９が検出するエンジン水温Ｔｗに応じて設定
される水温補正係数値、Ｏ₂ センサ１７が検出する排気
ガス中の酸素濃度（Ｏ₂ 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によって
検出される大気圧Ｐａに応じて設定される大気補正係数
値等が含まれる。Ｔｏは、バッテリー電圧等により設定
される補正値である。

【００３４】アクチュエータ９１が待機位置で待機して
いる場合の目標空燃比λは、例えば、上述した実吸入空
気量Ａ／Ｎm とエンジン回転数Ｎｅとにより運転状態に
応じた値に設定される。そして目標空燃比λは、電子制
御装置２３が内蔵する記憶装置に記憶されたマップから
読み出され、これらの値は、理論空燃比λo より大きい
値、すなわちリーン側の値に設定されている。なお、リ
ーン燃焼時の空燃比は、上述のように吸入空気量Ａ／Ｎ
m とエンジン回転数Ｎｅとに応じ、エンジンの運転状態
に応じた値に設定することが好ましいが、簡略な方法と
しては、固定値であってもよいし、例えばエンジン回転
数Ｎｅだけの関数として設定するようにしてもよい。

【００３５】電子制御装置２３は、上述のようにして演
算した開弁時間Ｔinj に応じた駆動信号を燃料噴射弁８
に供給し、開弁時間Ｔinj に対応する燃料量を、今回供
給すべき気筒の吸入ポートに噴射供給して、リーン燃焼
を行わせる。図５のステップＳ１２に戻り、このステッ
プにおける判別結果が肯定、すなわち、エンジンＥが理
論空燃比運転領域で運転されていると判定されると、ス
テップＳ１４以下の各ステップが実行され、理論空燃比
（リッチ燃焼）運転におけるスロットル制御が実行され
ることになる。なお、リッチ燃焼運転では、上述の開弁
時間Ｔinj の演算式（１）における空燃比λの値は、理
論空燃比近傍の所定値λs （理論空燃比であってもよい
し、その近傍値であってもよい。例えば、１４．７）に
設定され、各気筒に供給される混合気は理論空燃比近傍
値λs に制御される。

【００３６】ステップＳ１４では、アクセルセンサ１８
が検出するアクセル開度Ａｐとエンジン回転数Ｎｅとに
より、運転者が操作したアクセル開度（アクセル操作
量）Ａｐに対応する位置にスロットル弁７を開弁させた
場合の吸入空気量Ａ／Ｎ_L を、前述の記憶装置に予め記
憶されたマップから読み出す。次いで、読み出した吸入
空気量Ａ／Ｎ_L とエンジン回転数Ｎｅとにより、リーン
燃焼させた場合の、エンジンＥの運転状態に応じた目標
空燃比λを、同じく記憶装置に予め記憶されたマップか
ら読み出す（ステップＳ１６）。そして、上述のように
して求めたリーン燃焼させた場合の吸入空気量Ａ／Ｎ_L
および目標空燃比λと、リッチ燃焼させた場合の設定空
燃比λs とから、理論空燃比運転（リッチ燃焼）時の目
標吸入空気量Ａ／Ｎs を次式（２）により演算する（ス
テップＳ１８）。

【００３７】 Ａ／Ｎs ＝Ａ／Ｎ_L ÷λ×λs …… （２） このようにして求められた吸入空気量は、運転者がアク
セルペタル１００を踏み込んで操作したアクセル開度Ａ
ｐにおいて、リーン燃焼させた場合のエンジントルクと
略同じトルクをリッチ燃焼で得るために必要な空気量を
意味している。言い換えれば、エンジンＥに供給する燃
料供給量を略一定にし、空気量だけを調整してリーン燃
焼からリッチ燃焼に切り換えるのである。このようにす
れば、切り換え時におけるエンジンショックを防止する
ことができる。

【００３８】以上のようにして目標吸入空気量Ａ／Ｎs
が求まると、今度は、目標吸入空気量Ａ／Ｎs が得られ
るスロットル開度θs を、空気量Ａ／Ｎs とエンジン回
転数Ｎｅとから求める（ステップＳ２０）。このスロッ
トル開度θs も前述した記憶装置に予め記憶されている
マップから読み出される。次に、求めたスロットル開度
θs に対して、フィードバック補正量Δθを求める。先
ず、ステップＳ２２においては、目標吸入空気量Ａ／Ｎ
s と検出される実吸入空気量Ａ／Ｎm との偏差ΔＡ／Ｎ
を求め、次いで、ステップＳ２４において、次式（３）
から、偏差ΔＡ／Ｎに応じた補正量Δθを演算する。

【００３９】 Δθ＝Ｋ_P ・ΔＡ／Ｎn ＋Ｋ_D ・（ΔＡ／Ｎn −ΔＡ／Ｎn-1 ）……（３） ここに、ΔＡ／Ｎn およびΔＡ／Ｎn-1 はそれぞれ今回
および前回演算された吸入空気量の偏差である。また、
Ｋ_P およびＫ_D はそれぞれフィードバック比例項ゲイン
および微分項ゲインである。なお、これらのゲインは、
例えばエンジン回転数Ｎｅに応じた値に設定するように
してもよい。また、補正量Δθの演算方法は上述の方法
以外にも種々のものが考えられ、式（３）に限定するも
のではない。

【００４０】上述のようにしてフィードバック補正量Δ
θが求まると、この補正量Δθとスロットル開度θs と
から目標スロットル開度θt を次式（４）により演算す
る。（ステップＳ２６）。 θt ＝θs ＋Δθ ……（４） 電子制御装置２３は、上述のようにして求めた目標スロ
ットル開度θt に対して、ソレノイド弁９２，９３の各
デューティ率を設定し、駆動信号をこれらのソレノイド
弁９２，９３に出力する（ステップＳ２８）。このと
き、スロットル弁７は、運転者のアクセル操作量に対応
するスロットル開度より閉弁方向に駆動されることにな
り、吸入空気量を調整することにより、理論空燃比近傍
の所定空燃比λs でリッチ燃焼運転が実現されることに
なる。電子制御装置２３はエンジンＥが理論空燃比運転
領域で運転される限り、アクチュエータ９１を作動さ
せ、リッチ燃焼を運転を継続させる。

【００４１】次に、エンジンＥの運転状態がリッチ燃焼
運転からリーン燃焼運転に移行した場合（ステップＳ１
２の判別が肯定から否定に変化した場合）、電子制御装
置２３は、開弁時間Ｔinj の演算式（１）に適用される
空燃比λを、再び各エンジン運転領域に設定してある値
（リーン燃焼のための空燃比）に設定すると共に、検出
されるアクセル開度Ａp に対応するスロットル弁開度に
近づけるように開弁方向に、アクチュエータ９１を所定
開度ずつ駆動し、吸入空気量を増加させる。スロットル
センサ１４により検出されるスロットル弁開度が、検出
されるアクセル開度Ａp に対応するスロットル弁開度と
これより僅かに小さい値とで規定される範囲内（不感帯
内）に到達すると、ソレノイド弁９２，９３への駆動信
号を停止（デューティ率０％）してスロットル制御を終
了する。このようにして、リッチ燃焼からリーン燃焼へ
の移行時のショックを防止する。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
内燃エンジンの空燃比制御方法に依れば、内燃エンジン
の特定の運転状態時に、エンジンに供給する混合気を理
論空燃比近傍の第１の空燃比に制御する一方、特定の運
転状態以外の運転時に、第１の空燃比より燃料希薄側
の、運転状態に応じた第２の空燃比に制御する内燃エン
ジンの空燃比制御方法において、特定の運転状態時にの
み作動し、吸気通路途中に配設されるスロットル弁を、
運転者のアクセル操作に関わらず、アクセル操作量に対
応するスロットル弁開度より閉弁方向にのみ駆動可能で
あり、非作動時には運転者のアクセル操作量に応じた量
だけスロットル弁が回動駆動される駆動装置を設け、運
転者のアクセル操作量、吸入空気流量、およびエンジン
回転数を検出し、特定の運転状態時に、検出したアクセ
ル操作量とエンジン回転数とから、検出したアクセル操
作量に対応する位置にスロットル弁を開弁させた場合の
吸入空気量および第２の空燃比に制御した場合の目標空
燃比を演算し、演算した吸入空気流量および目標空燃比
と前記第１の空燃比とから目標吸入空気量を演算し、演
算した目標吸入空気量と検出した吸入空気量との偏差に
応じてスロットル弁の目標弁開度を設定し、駆動装置を
作動させてスロットル弁を前記目標弁開度にフィードバ
ック制御することを特徴とするものである。

【００４３】従って、バイパス通路を設けることなく吸
入空気量の増減を行うことができ、この吸入空気量の増
減によって、リーン燃焼時とリッチ燃焼時のエンジント
ルクが略同じになり、空燃比の変更時における不快なシ
ョックを防止することができる。また、駆動装置によ
り、スロットル弁が閉弁方向にのみ駆動されるので、何
らかの原因により駆動装置が異常作動しても、スロット
ル弁は安全側に駆動されることになり、エンジンは暴走
することがない。さらに、空燃比制御のための吸入空気
量の増減は、スロットル弁の弁開度の調整により行なわ
れるので、エンジンの運転領域の全域で制御が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃エンジンの空燃比制御方法が適用
される空燃比制御装置の概略構成図である。

【図２】空燃比制御装置のスロットル弁駆動装置の詳細
構成図である。

【図３】空燃比制御装置のスロットル弁駆動装置の概略
構成図である。

【図４】空燃比制御装置の電子制御系の構成を示すブロ
ック図である。

【図５】図４に示す電子制御装置２３が実行するスロッ
トル制御の制御手順を示すフローチャートの一部であ
る。

【図６】スロットル制御の制御手順を示すフローチャー
トの残部である。

【符号の説明】

Ｅ 内燃エンジン ７ スロットル弁 ８ 燃料噴射弁 １１ エアフローセンサ １４ スロットルセンサ １８ アクセルセンサ ２１ エンジン回転数センサ ２３ 電子制御装置（ＥＣＵ） ９１ アクチュエータ（駆動装置） ９２ バキューム制御用ソレノイド弁（駆動装置） ９３ ベンチレーション制御用ソレノイド弁（駆動装
置）

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/14 F02D 9/02 F02D 11/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃エンジンの特定の運転状態時に、エ
   ンジンに供給する混合気を理論空燃比近傍の第１の空燃
   比に制御する一方、前記特定の運転状態以外の運転時
   に、前記第１の空燃比より燃料希薄側の、運転状態に応
   じた第２の空燃比に制御する内燃エンジンの空燃比制御
   方法において、前記特定の運転状態時にのみ作動し、吸
   気通路途中に配設されるスロットル弁を、運転者のアク
   セル操作に関わらず、アクセル操作量に対応するスロッ
   トル弁開度より閉弁方向にのみ駆動可能であり、非作動
   時には運転者のアクセル操作量に応じた量だけスロット
   ル弁が回動駆動される駆動装置を設け、運転者のアクセ
   ル操作量、吸入空気流量、およびエンジン回転数を検出
   し、前記特定の運転状態時に、検出したアクセル操作量
   とエンジン回転数とから、検出したアクセル操作量に対
   応する位置にスロットル弁を開弁させた場合の吸入空気
   量および第２の空燃比に制御した場合の目標空燃比を演
   算し、演算した吸入空気流量および目標空燃比と前記第
   １の空燃比とから目標吸入空気量を演算し、演算した目
   標吸入空気量と検出した吸入空気量との偏差に応じてス
   ロットル弁の目標弁開度を設定し、前記駆動装置を作動
   させてスロットル弁を前記目標弁開度にフィードバック
   制御することを特徴とする内燃エンジンの空燃比制御方
   法。