JP3159546B2

JP3159546B2 - エンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: JP3159546B2
Application number: JP28671292A
Authority: JP
Inventors: 隆博京塚; 徹志細貝; 恭敬黒田; 孝典高橋
Original assignee: Mazda Motor Corp; Denso Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp; Denso Corp
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 2001-04-23
Anticipated expiration: 2016-04-23
Also published as: JPH06117309A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はエンジンの空燃比制御
装置、具体的には奇数個の気筒からの排気ガスの集合部
よりも下流側の排気通路に、排気ガス浄化用の触媒コン
バータが設けられたエンジンの空燃比制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車用などのエンジンにおいては、燃
焼後の排気ガス中に含まれる有害成分を減少させるため
に、上記有害成分のうち特に環境に対する影響の大きい
一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）及び窒素酸化物
（ＮＯｘ）の３成分に優れた浄化特性を発揮する三元触
媒を用いた触媒コンバータを排気系に設置すると共に、
上記三元触媒の触媒作用が効率よく発揮されるように燃
焼室に供給される混合気の空燃比を所定の目標空燃比
（例えば、理論空燃比；空気／燃料＝１４．７）に維持
する空燃比制御を行うようにしたものがある。この空燃
比制御は、具体的には、上記触媒コンバータの上流側に
排気ガス成分濃度を検出する排気センサを設置し、この
排気センサの検出値が空燃比のリッチ状態（燃料が過濃
な状態）を示すときには燃料供給量を減量補正すると共
に、上記検出値が空燃比のリーン状態（燃料が希薄な状
態）を示すときには燃料供給量を増量補正することによ
り、燃焼室に供給される混合気の空燃比が上記目標空燃
比に収束するように行われる。

【０００３】そして、近年においては、エンジンの排気
性能を更に向上させることを目的として触媒の所謂スト
レージ効果の利用が試みられており、例えば特公昭５６
−１７５３３号公報には、排気センサからの信号から求
めた空燃比のフィードバック制御信号を平均値がゼロの
高周波信号で変調して、例えば吸気通路に臨んで配設し
た燃料噴射弁からの燃料噴射量を上記高周波信号に応じ
て変動させることにより、エンジンの燃焼室に供給する
混合気の空燃比を目標空燃比（理論空燃比）を中心とし
て周期的に変動させる技術が開示されている。つまり、
燃焼室に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりも
リッチな場合は、燃焼後の排気ガスに含まれる未燃成分
が増加し、触媒コンバータ中の触媒に理論空燃比のとき
よりも余分に未燃成分が吸着される。一方、上記混合気
が理論空燃比よりもリーンな場合は、今度は燃焼後の排
気ガス中に含まれる残留酸素が増加し、上記触媒に理論
空燃比のときよりも酸素が余分に吸着される。したがっ
て、燃焼室に供給する混合気の空燃比を理論空燃比を中
心として変動させるようにすれば、触媒コンバータ中の
触媒に余分に吸着された未燃成分と酸素とが効率よく反
応して、触媒の温度が低く不活性なときにも良好な排気
浄化効率が得られることになるのである。

【０００４】しかしながら、上記のように空燃比の変調
制御を行っても十分なストレージ効果が得られない場合
がある。つまり、冷間始動直後においては吸気管などの
壁面に燃料が付着し易いことから、例えばある気筒に対
して空燃比をリッチ状態にするべく燃料供給量を余分に
増量しても壁面付着によって燃焼室へ供給される燃料量
が実質的に少なくなり、逆に空燃比をリーン状態にする
べく燃料供給量を余分に減量しても壁面に付着した燃料
が気化することによって燃焼室へ供給される燃料量が実
質的に増加することになって空燃比が平均化されること
になる。したがって、当該気筒から排出される排気ガス
の組成も混合気の空燃比を反映して平均化されることに
なって、ストレージ効果が低下することになるのであ
る。

【０００５】このような問題に対しては、特公昭５２−
１０７０３号公報には、空燃比がリッチ状態の混合気が
供給される気筒と、リーン状態の混合気が供給される気
筒とをエンジンに設けると共に、両者を交互に燃焼させ
るようにする技術が開示されており、これを利用して触
媒のストレージ効果を確保することが考えられる。

【０００６】つまり、空燃比をリッチ状態に設定した気
筒からは未燃成分の比率が高い排気ガスが排出されると
共に、空燃比をリーン状態に設定した気筒からは残留酸
素量の比率が高い排気ガスが排出されることから、排気
通路に設置された触媒に対して未燃成分と残留酸素とが
交互に吸着することになって、確実なストレージ効果が
期待されることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のエ
ンジンには、奇数個の気筒から排出される排気ガスの集
合部よりも下流側の排気通路に、各気筒に共通して触媒
コンバータを設置するようにしたものがあるが、そのよ
うなエンジンにおいては上記のように空燃比をリッチに
する気筒とリーンにする気筒とを固定すると、次のよう
な不都合が発生することになる。

【０００８】つまり、例えば３気筒エンジンにおいて、
両端の第１、第３気筒にリッチな混合気を供給すると共
に、中間の第２気筒にリーンな混合気を供給したとす
る。そうすると、排気通路における触媒コンバータの直
上流側の排気ガスの平均的な組成比が、理論空燃比に対
応する組成比よりも酸素不足側（未燃成分の比率が大き
い状態）に偏ってしまい、触媒作用の低下によって排気
性能が却って悪化することになる。ここで、排気ガスの
組成比についても、上記のように排気ガスの組成比が理
論空燃比に対応する組成比よりも酸素不足状態のときを
空燃比と同様にリッチ状態といい、該組成比が酸化過剰
状態のときをリーン状態というものとする。

【０００９】そこで、この発明は奇数個の気筒から排出
される排気ガスの集合部よりも下流側の排気通路に触媒
コンバータが設置されたエンジンにおける上記の問題に
対処するもので、排気性能を更に向上させることを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、本願の請求項
１の発明（以下、第１発明という）に係るエンジンの空
燃比制御装置は、奇数個の気筒から排出される排気ガス
の集合部よりも下流側の排気通路に、排気ガス浄化用の
触媒コンバータが上記各気筒に共通して設けられたエン
ジンにおいて、上記奇数気筒における１つの気筒に対す
る空燃比を理論空燃比に設定すると共に、残る偶数気筒
に対する空燃比を、その半数に対しては理論空燃比より
も大きく設定し、残る半数に対しては理論空燃比よりも
小さく設定する空燃比設定手段を設けたことを特徴とす
る。

【００１１】そして、本願の請求項２の発明（以下、第
２発明という）に係るエンジンの空燃比制御装置は、奇
数個の気筒から排出される排気ガスの集合部よりも下流
側の排気通路に、排気ガス浄化用の触媒コンバータが上
記各気筒に共通して設けられていると共に、上記各気筒
に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する
フィードバック手段が備えられたエンジンにおいて、上
記奇数気筒における１つの気筒に対する空燃比を理論空
燃比に設定すると共に、残る偶数気筒に対する空燃比
を、その半数に対しては理論空燃比よりも大きく設定
し、残る半数に対しては理論空燃比よりも小さく設定す
る空燃比設定手段を設けたことを特徴とする。

【００１２】また、本願の請求項３の発明（以下、第３
発明という）に係るエンジンの空燃比制御装置は、Ｖ型
に配置された一対のバンクにそれぞれ３個の気筒が備え
られていると共に、各バンクにおける各気筒から排出さ
れる排気ガスの集合部よりも下流側の排気通路に、排気
ガス浄化用の触媒コンバータがそれぞれ設置されたＶ型
エンジンにおいて、上記各バンクにおける１つの気筒に
対する空燃比を理論空燃比に設定すると共に、残る２つ
の気筒に対する空燃比を、その一方に対しては理論空燃
比よりも大きく設定し、他方に対しては理論空燃比より
も小さく設定する空燃比設定手段を設けたことを特徴と
する。

【００１３】

【作用】上記の構成によれば、次のような作用が得られ
る。

【００１４】第１〜第３発明のいずれにおいても、触媒
コンバータを共通する奇数個の気筒のうちの１つの気筒
に対する空燃比を理論空燃比に設定すると共に、残る偶
数個の気筒に対する空燃比を、その半数に対しては理論
空燃比よりも大きく設定し、残る半数に対しては理論空
燃比よりも小さく設定しているので、触媒コンバータの
直上流における排気ガスの平均的な組成比がリッチ、リ
ーンのいずれの状態にも偏ることがなく、これにより触
媒のストレージ効果が確保されることになって排気性能
が向上することになる。

【００１５】そして、第２発明によれば空燃比のフィー
ドバック制御を行うようにしたエンジンにおいて上記の
作用が得られることになる。

【００１６】また、第３発明によれば各バンクに対応し
て触媒コンバータがそれぞれ設置されたＶ型エンジンに
おいて、各バンクごとに上記の作用が得られることにな
る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明をＶ型６気筒エンジンに適用し
た実施例について説明する。

【００１８】図１に示すように、エンジン１には各々３
個の気筒を有する第１、第２バンク２ａ，２ｂがＶ型に
配置されていると共に、図面上の上方に位置する第１バ
ンク２ａに属する第１、第３、第５気筒＃１，＃３，＃
５と、該第１バンク２ａに並行して配置された第２バン
ク２ｂに属する第２、第４、第６気筒＃２，＃４，＃６
とが、例えば第１気筒＃１→第２気筒＃２→第３気筒＃
３→第４気筒＃４→第５気筒＃５→第６気筒＃６という
順番に点火されるように点火順序が設定されている。つ
まり、第１バンク２ａに属する第１、第３、第５気筒＃
１，＃３，＃５と、第２バンク２ｂに属する第２、第
４、第６気筒＃２，＃４，＃６とが交互に点火されるよ
うになっている。そして、これら第１、第２バンク２
ａ，２ｂ間に配置されたサージタンク３に接続された６
本の独立吸気通路４…４が、それぞれ第１、第２バンク
２ａ，２ｂにおける各気筒に接続されていると共に、こ
れらの独立吸気通路４…４には燃料噴射弁５…５がそれ
ぞれ設置されている。

【００１９】一方、このエンジン１の排気系は、上記第
１、第２バンク２ａ，２ｂからの排気ガスをそれぞれ集
合させて排出する一対の上流側通路６ａ，６ｂと、これ
らの上流側通路６ａ，６ｂが合流した下流側通路７とで
構成されており、上記上流側通路６ａ，６ｂには排気ガ
スを浄化する比較的小容量の前置触媒コンバータ８，８
がそれぞれ設置されていると共に、下流側通路７に大容
量のメイン触媒コンバータ９が設置されている。そし
て、各上流側排気通路６ａ，６ｂにおける前置触媒コン
バータ８，８の上流側には、排気ガス中の残存酸素濃度
を検出するＯ₂センサ１０，１０がそれぞれ設置されて
いる。

【００２０】さらに、このエンジン１には空燃比を制御
するコントロールユニット１１が備えられており、この
コントロールユニット１１は、上記サージタンク３の上
流側に配置されたエアフローセンサ１２によって検出さ
れる吸入空気量信号と、エンジン回転センサ１３によっ
て検出されるエンジン回転数信号と、エンジン１に取り
付けられたクランク角センサ１４によって検出される気
筒識別信号と、水温センサ１５によって検出される水温
信号と、各上流側通路６ａ，６ｂに設置されたＯ₂セン
サ１０，１０によってそれぞれ検出される空燃比信号と
を入力して、これらの信号に基づいて燃料噴射弁５…５
から噴射される燃料噴射量を調整することにより、エン
ジン１に供給される混合気の空燃比を制御する。なお、
このコントロールユニット１１は、第１、第２バンク２
ａ，２ｂごとに独立した空燃比制御を行うようになって
おり、例えば第１バンク２ａに対する空燃比制御は図２
のフローチャートに従って次のように行われることにな
る。

【００２１】つまり、コントロールユニット１１はステ
ップＳ１で各種信号を読み込んだ上で、ステップＳ２を
実行して吸入空気量Ｑとエンジン回転数Ｎｅとに基づい
て１サイクルあたりの吸入空気量を演算して、理論空燃
比が実現されるように基本噴射パルス幅Ｔｐを演算す
る。そして、ステップＳ３を実行してエンジン始動後か
ら設定時間ｔｏ（例えば３分）が経過したか否かを判定
する。この設定時間ｔｏは前置触媒コンバータ８が暖機
完了するのに十分な時間に設定されている。

【００２２】コントロールユニット１１は、上記ステッ
プＳ３において設定時間ｔｏが経過していないと判定し
たときには、ステップＳ４に進んで気筒識別信号に基づ
いて第１気筒＃１が吸気行程か否かを判定して、ＹＥＳ
と判定するとステップＳ５で気筒別補正係数Ｃｃｌとし
て所定のリッチ定数Ｃｒ（＞０）をセットする。一方、
上記ステップＳ４においてＮＯと判定したときには、ス
テップＳ６に移って第３気筒＃３が吸気行程か否かを判
定し、ＹＥＳと判定したときにはステップＳ７を実行し
て気筒別補正係数Ｃｃｌとして所定のリーン定数Ｃｌ
（＜０）をセットすると共に、ＮＯと判定したときには
ステップＳ８に移って上記気筒別補正係数Ｃｃｌに０を
セットする。

【００２３】次いで、コントロールユニット１１はステ
ップＳ９を実行して空燃比のフィードバック条件が成立
しているか否かを判定する。コントロールユニット１１
は、例えばエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷を代表す
る基本噴射パルス幅Ｔｐとが示す現実の運転状態が、図
３に示すように低回転低負荷側に設定された所定のフィ
ードバック領域に属すると共に、水温信号が示すエンジ
ン水温が所定値（例えば６０℃）以上であると判定した
ときにフィードバック条件が成立したと判定するように
なっている。

【００２４】コントロールユニット１１は、フィードバ
ック条件が成立したと判定すると、ステップＳ１０を実
行してフィードバック補正係数Ｃｆｂを算出する。つま
り、コントロールユニット１１はＯ₂センサ１０からの
空燃比信号が、空燃比のリッチ状態を示すときには燃料
が減量するようにフィードバック補正係数Ｃｆｂを設定
する一方、上記空燃比信号がリーン状態を示すときには
燃料が増量するようにフィードバック補正係数Ｃｆｂを
設定することになる。

【００２５】また、コントロールユニット１１は、上記
ステップＳ９においてフィードバック条件が成立してな
いと判定すると、ステップＳ１１に分岐してフィードバ
ック補正係数Ｃｆｂに０をセットする。

【００２６】次に、コントロールユニット１１はステッ
プＳ１２に進んで、例えば水温信号が示すエンジン水温
に基づいて暖機増量補正係数Ｃｘなどを算出した上で、
ステップＳ１３を実行することににより次の関係式を
用いて最終噴射パルス幅Ｔｉを演算する。

【００２７】Ｔｉ＝Ｔｐ（１＋Ｃｃｌ＋Ｃｆｂ＋Ｃｘ＋……）＋Ｔｖ … なお、Ｔｖは燃料噴射弁５…５の動作遅れを考慮した無
効噴射時間を示している。

【００２８】ここで気筒別補正係数Ｃｃｌとフィードバ
ック補正係数Ｃｆｂとの関係を説明すると、第１気筒用
のリッチ定数Ｃｒはフィードバック補正係数Ｃｆｂの取
り得る最大値（＞０）よりも大きく設定されていると共
に、第３気筒用のリーン定数Ｃｌはフィードバック補正
係数Ｃｆｂの取り得る最小値（＜０）よりも小さく設定
されている。したがって、第１気筒＃１に対しては空燃
比が理論空燃比よりもリッチ状態となるように最終噴射
パルス幅Ｔｉが設定され、また第３気筒＃３に対しては
空燃比が理論空燃比よりもリーン状態になるように最終
噴射パルス幅Ｔｉが設定されることになる。そして、気
筒別補正係数Ｃｃｌの値が０とされる第５気筒＃５に対
しては、理論空燃比が得られるような最終噴射パルス幅
Ｔｉが設定されることになる。

【００２９】そして、コントロールユニット１１はステ
ップＳ１４を実行して、上記最終噴射パルス幅Ｔｉに応
じた駆動信号を、気筒識別信号に同期して第１バンク２
ａにおける燃料噴射弁５…５にそれぞれ出力する。

【００３０】次に、実施例の作用を説明する。

【００３１】すなわち、エンジン１の始動直後において
は、第１バンク２ａにおける第１気筒＃１に対する気筒
別補正係数Ｃｃｌの値がリッチ定数Ｃｒとされ、また第
３気筒＃３に対する気筒別補正係数Ｃｃｌの値がリーン
定数Ｃｌとされる。したがって、第１気筒＃１における
空燃比は、図４（ａ）に示すように、理論空燃比よりも
常にリッチ状態となり、それに伴って該第１気筒＃１か
ら排出される燃焼後の排気ガスは未燃成分が多いリッチ
状態となる。また、第３気筒＃３における空燃比は、同
図（ｂ）に示すように、理論空燃比よりもリーン状態と
なり、それに伴って該第３気筒＃３から排出される燃焼
後の排気ガスは未燃成分が少ないリーン状態となる。そ
して、残る第５気筒＃５における空燃比は、同図（ｃ）
に示すように理論空燃比に維持されることから、該第５
気筒＃５から排出される排気ガスの組成も理論空燃比を
反映したものとなる。その場合に、第１バンク２ａにお
いては、第１気筒＃１→第３気筒＃３→第５気筒＃５と
いう順序で点火されることから、第１バンク２ａからの
上流側排気通路６ａにおける前置触媒コンバータ８の上
流側の排気ガスの組成は、理論空燃比よりもリッチな状
態、理論空燃比よりもリーンな状態、理論空燃比を反映
する状態と変化し、該触媒コンバータ８に対して未燃成
分と酸素とが交互に供給されることになる。その際、第
５気筒＃５からの排気ガスの組成比が理論空燃比を反映
することから、排気ガスの平均的な組成比がリッチ、リ
ーンのいずれの状態に偏ることがなく、これにより触媒
温度が低い始動直後においてもストレージ効果によって
排気ガスが効果的に浄化されることになる。

【００３２】そして、エンジン１の始動後に設定時間ｔ
ｏが経過した後には、第１、第３気筒＃１，＃３に対す
る気筒別補正係数Ｃｃｌも０にセットされることから、
これら第１、第３気筒＃１，＃３に対する混合気の空燃
比も理論空燃比に制御されることになり、活性状態の前
置触媒コンバータ８によって排気ガスが更に効果的に浄
化されることになる。

【００３３】なお、触媒温度を直に検出することによ
り、第１、第３気筒＃１，＃３に対する空燃比の設定状
態を変更するようにしてもよい。

【００３４】また、第２バンク２ｂに対する空燃比制御
も図２におけるフローチャートと同様に行われるように
なっており、その際にエンジン１の始動後に設定時間ｔ
ｏが経過するまでは、第２気筒＃２に対しては空燃比が
理論空燃比よりもリッチに、第４気筒＃４に対しては空
燃比が理論空燃比よりもリーンに、そして第６気筒＃６
に対しては空燃比が理論空燃比となるように気筒別補正
係数Ｃｃｌが設定されることになる。

【００３５】もちろん、３気筒エンジンや５気筒エンジ
ンなどにおいても、奇数個の気筒に対して１個の触媒コ
ンバータが設置される場合には本発明を適用することが
できる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、エンジン
における触媒コンバータを共通する奇数個の気筒のうち
の１つの気筒に対する空燃比を理論空燃比に設定すると
共に、残る偶数個の気筒に対する空燃比を、その半数に
対しては理論空燃比よりも大きく設定し、残る半数に対
しては理論空燃比よりも小さく設定しているので、触媒
コンバータの直上流における排気ガスの平均的な組成比
がリッチ、リーンのいずれの状態にも偏ることがなく、
これにより触媒のストレージ効果が確保されることにな
って排気性能が向上することになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したＶ型６気筒エンジンのシス
テム構成図である。

【図２】第１バンクに対する空燃比制御を示すフロー
チャート図である。

【図３】空燃比のフィードバック領域を示す運転領域
図である。

【図４】実施例の作用を示すタイムチャート図であ
る。

【符号の説明】

１エンジン２ａ第１バンク２ｂ第２バンク５燃料噴射弁６ａ上流側排気通路６ｂ上流側排気通路８前置触媒コンバータ１０Ｏ₂センサ１１コントロールユニット＃１第１気筒＃２第２気筒＃３第３気筒＃４第４気筒＃５第５気筒＃６第６気筒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者黒田恭敬広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者高橋孝典愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (56)参考文献特開昭62−174544（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−60335（ＪＰ，Ａ) 特開平４−314941（ＪＰ，Ａ) 特開平４−365920（ＪＰ，Ａ) 特開平４−303145（ＪＰ，Ａ) 実開平２−83341（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/14 310 F02D 41/36

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】奇数個の気筒から排出される排気ガスの
集合部よりも下流側の排気通路に、排気ガス浄化用の触
媒コンバータが設けられたエンジンの空燃比制御装置で
あって、上記奇数個の気筒のうちの１つの気筒に対する
空燃比を理論空燃比に設定すると共に、残る偶数個の気
筒に対する空燃比を、その半数に対しては理論空燃比よ
りも大きく設定し、残る半数に対しては理論空燃比より
も小さく設定する空燃比設定手段が設けられていること
を特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
【請求項２】奇数個の気筒から排出される排気ガスの
集合部よりも下流側の排気通路に、排気ガス浄化用の触
媒コンバータが設けられていると共に、上記各気筒に供
給される混合気の空燃比をフィードバック制御するフィ
ードバック手段が備えられたエンジンの空燃比制御装置
であって、上記奇数個の気筒のうちの１つの気筒に対す
る空燃比を理論空燃比に設定すると共に、残る偶数個の
気筒に対する空燃比を、その半数に対しては理論空燃比
よりも大きく設定し、残る半数に対しては理論空燃比よ
りも小さく設定する空燃比設定手段が設けられているこ
とを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
【請求項３】Ｖ型に配置された一対のバンクにそれぞ
れ３個の気筒が備えられていると共に、各バンクにおけ
る各気筒から排出される排気ガスの集合部よりも下流側
の排気通路に、排気ガス浄化用の触媒コンバータがそれ
ぞれ設置されたＶ型エンジンの空燃比制御装置であっ
て、上記各バンクのうちの１つの気筒に対する空燃比を
理論空燃比に設定すると共に、残る２つの気筒に対する
空燃比を、その一方に対しては理論空燃比よりも大きく
設定し、他方に対しては理論空燃比よりも小さく設定す
る空燃比設定手段が設けられていることを特徴とするエ
ンジンの空燃比制御装置。