JP3691078B2 - 内燃機関の空燃比切り換え制御装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の空燃比切り換え制御装置に関し、特に所定運転領域にて空燃比を理論空燃比より希薄な所定空燃比に制御し、さらにNOX 排出量の抑制と運転性を両立させる技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、内燃機関において、高出力を必要としない低速低負荷運転領域では、空燃比が理論空燃比(14.8)よりも希薄になるように燃料噴射量を設定して(リーン制御)燃料消費量を低減させ、加速運転時には燃料供給量を加速増量して加速性能を向上させる内燃機関の燃料供給装置が知られている(特願平4−91093号参照)。
【0003】
具体的には、図7に示すように、低速低負荷運転時、空燃比が理論空燃比(14.8)よりも希薄な例えば空燃比A/F=22〜23になるように燃料噴射量を演算して燃料を機関に供給して燃費の向上と排気の浄化を図り(リーン領域a)、出力時には、空燃比A/F=12〜15になるように燃料噴射量の増量補正値を演算し、増量補正された燃料を機関に供給するようにしている(出力領域b)。
【0004】
また空燃比A/FとNOX 排出量との関係を示す図8において、NOX 排出量は空燃比A/F=16の時に最大となる。したがって従来の内燃機関の燃料供給装置では、空燃比を切り換える時、空燃比が急激に変化するように空燃比の切り換え制御を行い、空燃比A/F=16となる時間を出来るだけ短くしてNOX 排出量を低減するようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の内燃機関の空燃比切り換え制御装置では、NOX 排出量を低減するように空燃比を急変させているが、空燃比を切り換える時、トルク段差も発生する。図9において、例えば加速する時のように空燃比A/Fがリーン領域からリッチ領域になるように切り換える期間T1 ではこのトルク段差は大きいものの、ドライバがトルク値の増大を希望する時であり、運転性に影響しない。また期間T1 を短縮した方がNOX 排出量も図9の実線で示す量から点線で示す量に低減できる為、出来る限り短時間で変化させた方がよい。しかし空燃比A/Fがリッチ領域からリーン領域に急に切り換わる時間T2 では、トルクが急に低下し、ドライバはこのトルク段差を敏感に感じてしまう。
【0006】
このようにトルクの時間変化率に対する要求は異なり、空燃比の切り換え方向に関係なく常に同一補正をしていたのでは、運転性と排気浄化対策とをうまく両立させることが出来ないおそれがある。
本発明ではこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、運転条件に応じてトルクの変化速度を可変設定できるようにして、運転性と排気浄化対策とが両立しうる内燃機関の空燃比切り換え制御装置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】
このため請求項1に記載の発明は、図1に示すように、内燃機関の機関運転状態を検出する運転状態検出手段と、検出された機関運転状態に応じて運転領域毎に設定された空燃比を切り換え制御する空燃比切り換え制御手段と、を備える一方、吸気通路に介装されてスワール発生状態をコントロールするスワール制御弁を、リーン領域からリッチ領域へと空燃比を切り換えるときに開制御し、リッチ領域からリーン領域へと空燃比を切り換えるときに閉制御するスワール制御弁開閉制御手段と、前記スワール制御弁の開閉切り換え時の開閉速度を制御するスワール制御弁開閉速度制御手段と、を備え、前記スワール制御弁開閉速度制御手段は、
前記空燃比の切り換え時の機関運転状態に基づいて前記開閉速度を設定し、リーン領域からリッチ領域へと空燃比を切り換えるときには、前記設定した開閉速度を前記スワール制御弁の開速度とする一方、リッチ領域からリーン領域へと空燃比を切り換えるときには、該空燃比の切り換えによるトルク段差が大きくなるほど前記スワール制御弁の閉速度が小さくなるように前記設定した開閉速度を補正するようにした。
また、請求項2に記載の発明は、前記スワール制御弁開閉速度制御手段は、リーン領域からリッチ領域へと空燃比を切り換えるときの前記スワ−ル制御弁の開速度よりも、リッチ領域からリーン領域へと空燃比を切り換えるときの前記スワール制御弁の閉速度を小さくするようにした。
【0008】
【作用】
上記の構成によれば、内燃機関の機関運転状態は運転状態検出手段により検出される。空燃比は運転領域毎に設定され、検出された機関運転状態に応じて燃料噴射量を増減等して空燃比切り換え制御手段により切り換え制御される。
一方、吸気通路に介装されたスワール制御弁の開閉速度によっても空気流量変化速度も変化し、トルクが切り換わる速度も変化する。したがって加速時のように空燃比をリーン制御域からリッチ制御域に切り換える時、スワール制御弁が速く開くように制御すれば、空気流量は速やかに増加してトルクを速やかに立ち上げて良好な加速性能が満たされ、空燃比がリッチ制御域からリーン制御域に切り換える時、スワール制御弁がゆっくり閉じるように制御すれば、空燃比切り換え時のトルク低下が緩やかとなって運転性の不安定感が解消される。
特に、リッチ領域からリーン領域へと空燃比を切り換えるときには、該空燃比の切り換えによるトルク段差が大きくなるほど前記スワール制御弁の閉速度が小さくなるように補正することで、より効果的にトルク低下を緩やかにできることになる。
【0009】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図2〜6に基づいて説明する。尚、図7〜9の説明は省略する。
本実施例のシステムを示す図2において、機関1の吸気通路2には、上流側からエアクリーナ3、エアフローメータ4、スロットル弁5が順次設けられ、これらを介して空気が吸入される。
【0010】
また吸気通路2には、各気筒毎に後述するスワールコントロールバルブ8と吸気弁7との間に燃料噴射弁9が設けられ、後述するマイクロコンピュータ(以後、マイコンと記す)10によりその作動が制御され、燃料が噴射供給される。
点火プラグ11は各気筒毎に設けられ、点火コイル12で発生する高電圧がディストリビュータ13を介して順次印加されて着火燃焼する。このディストリビュータ13にはクランク角センサ14が内蔵されている。
【0011】
スロットルバルブ5にはスロットル開度を検出するスロットルセンサ15が付設され、スロットル開度値が検出される。
尚、クランク角センサ14とスロットルセンサ15とが運転状態検出手段に相当する。
排気通路16には、機関に吸入される混合気の空燃比を検出する為の排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ17が設けられている。
【0012】
マイコン10には、後述する各マップを記憶しているROM等が内蔵されると共に、前記各種センサからの検出信号が入力される。そして各検出信号に基づいて運転領域毎に設定された空燃比を切り換え制御するように、エアフローメータ4からの信号に基づいて検出される吸入空気流量Qと、クランク角センサ14からの信号に基づいて算出される機関回転速度Neとから基本燃料噴射量Tp (=k・Q/N;Kは定数)が演算され、これを適宜補正して、最終的な燃料噴射量Ti(Tp ・COEF+Ts ;COEFは各種補正係数、Ts は電圧補正分)が定められ、この燃料噴射量Ti に相当するパルス幅の駆動信号が機関の回転に同期した所定のタイミングで燃料噴射弁9に与えられる。
【0013】
前述のスワールコントロールバルブ(以後、SCVと記す)8は弁体の一部に切欠きが形成され吸気通路2内の吸気弁7の近傍に設けられ、閉じることにより吸気乱れを強化して燃焼性能を改善するものであり、また空気流量の変化時間を制御することも可能である。SCV8はレバー19を介してダイアフラム式の負圧アクチュエータ20に連結され、この負圧アクチュエータ20を、スロットル弁5下流側の負圧導入通路21とスロットル弁5上流側の大気導入通路22との間に介装された電磁弁23で作動することにより開閉駆動される。またマイコン10にはこのSCV8の開閉動作を制御する為のソフトウェアが備えられ、マイコン10の制御によりこの電磁弁23への通電のオン・オフによりSCV8が開閉する。
【0014】
次にマイコン10の制御を図3のフローチャートに従って説明する。
ステップ(図中では「S」と記してあり、以下同様とする)1では、クランク角センサ14からの機関回転速度Neの検出信号、スロットルセンサ15からのスロットル開度値TVOの検出信号、酸素センサ17からの酸素濃度の検出信号を入力する。機関に吸入される混合気の空燃比A/Fは、低負荷低回転時にはリーン(A/F=22〜23)、出力時にはリッチ(12〜15)になるように制御されている。またこの機関回転速度Neとスロットル開度値TVOは記憶され、逐次、新しい値に更新される。
【0015】
ステップ2では、空燃比A/Fの切り換えがあったか否かを判定する。
空燃比A/Fの切り換えがなければこのルーチンが終了する。
空燃比A/Fの切り換えがあった時、ステップ3に進む。
ステップ3では、ROMに予め記憶されているマップに基づいて、空燃比A/Fの切り換え時の機関回転信号Neとスロットル開度値TVOとに基づいてSCV8の基本開閉変化時間KSCV を設定する。
【0016】
加速する時のように、例えば空燃比をリーン制御域であるA/F=22から出力領域であるA/F=12に切り換えた時、そのままステップ4→7に進み、電磁弁23を作動する。この時のSCV8の開閉変化時間はステップ3で設定された基本開閉変化時間KSCV のままであり、空燃比はA/F=22からA/F=12にすぐに切り換わり、NOX 排気量が最も多いA/F=16の時間も短くなるので、NOX 排出量も抑制される。またこの時、図4に示すようにトルク値もすぐに増大し、トルク段差が生じるが、もともとドライバがトルク増大を希望する時であるのでこのトルク段差は運転性には影響しない。
【0017】
次に減速する時のように、空燃比A/F=12からA/F=22に切り換えてトルク値を大きな値から低下させる時、ステップ4→5に進む。
ステップ5では、予めROMに記憶されているステップ5のマップに基づいて開閉変化時間KSCVの補正係数KDを求め、ステップ6で開閉変化時間KSCVに、この補正係数KDを乗算する。この補正係数KDは本実施例ではトルク段差が大きいほど大きな値(>1)となるが、一定値であってもよい。そしてステップ7に進んで、補正係数KDを乗算した開閉変化時間KSCVでSCV8を制御すれば、SCV8の閉弁速度は小さくなり、空気流量の変化時間が長くなってトルク低下が緩やかとなる為、急激なトルク低減によるドライバの不安定感を解消できる。
【0018】
尚、ステップ5、6がスワール制御弁開閉速度制御手段、ステップ7がスワール制御弁開閉制御手段に相当する。
かかる構成によれば、トルクが小さい値から増大するように空燃比A/Fをリーン領域から出力領域に切り換える時には、燃料供給量の増量切り換えにより瞬時に空燃比をリッチ化させて、NOX 排出量が増大する空燃比領域を飛び越えることにより、NOX 排出量低減を図れ、かつSCV8の開閉速度を早める制御により、トルクを速やかに増大させて加速性能を満たし、また空燃比A/Fが出力領域からリーン領域に切り換える時には、SCV8の閉速度を小さくすることによってトルク低下を緩やかにして運転性を安定させることが出来る。したがって良好な運転性とNOX 排出量の抑制とを両立させることが出来る。
【0019】
次に第2実施例について説明する。
このものは、空燃比を切り換え前の値から切り換え後の値に変えた時のトルク変化を検出し、吸入空気流量の時間変化率を制御するようにしたものである。
第2実施例の動作を図5のフローチャートに基づいて説明する。尚、図3と同一要素のものについては同一符号を記して詳しい説明を省略する。
【0020】
ステップ11では、まず切り換え前の現在の空燃比A/Fと切り換え後の目標空燃比A/F0 との差を求め、実験的に設定され、ROMに予め記憶されている空燃比単位変化量当たりのトルク差のマップに基づいて、空燃比A/Fが切り換わる時のトルク差TAFを求める。
ステップ12では、求めたトルク差TAFに基づいてマップから開閉変化時間KSCV を求める。
【0021】
そしてトルクを増大させる時には、そのままこの開閉変化時間KscvでSCV8を制御する。
トルクを低下させる時、ステップ13では、ステップ13の図に基づいて吸入空気流量Qに応じた制御ディレー量Dscvを算出し、現在の空燃比から目標空燃比に切り換わる時の吸入空気の供給の遅延制御を行い、トルク変化量を制御する。図6の実線で示すように、吸入空気の供給を遅延させなければ空燃比A/Fはリッチ領域からリーン領域に速く切り換わるので、トルク変化も速くなる。また点線で示すように吸入空気の供給を遅延させれば空燃比A/Fはリッチ領域からリーン領域にゆっくりと切り換わり、トルク変化もゆっくりとなる。したがって吸入空気流量Qが大きくなるにしたがって制御ディレー量Dscvを大きくすれば、吸入空気流量Qが大きい時でもトルクをゆっくりと変化させることができる。
【0022】
尚、現在の空燃比から目標空燃比に切り換わる時のトルク変化量の制御を、SCV8の負圧導入配管中に設けたオリフィスの径を変化させ、開閉速度を変化させて行うことも出来る。。
かかる構成によれば、現在の空燃比A/Fと目標空燃比A/F0 の差からトルク差TAFを算出し、このトルク差TAFに基づいて空気流量の変化時間を制御することにより、第1実施例と同様にNOX 排出量の抑制と運転性を両立することが出来る。
【0023】
また現在の空燃比から目標空燃比に切り換わる時の吸入空気の供給の遅延制御を行うことにより、吸入空気流量Qが大きい時でもトルク変化を制御することができる。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、空燃比の切り換え時、空燃比の切り換え方向に応じてスワールコントロールバルブの開閉変化時間を制御することにより、良好な運転性とNOX 排出量の抑制とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の構成を示す機能ブロック図。
【図2】本発明の実施例を示すシステム図。
【図3】本発明の第1実施例のSCVの制御動作を示すフローチャート。
【図4】空燃比とトルクとの関係を示す特性図。
【図5】本発明の第2実施例のSCVの制御動作を示すフローチャート。
【図6】図5における特性図。
【図7】運転領域の説明図。
【図8】空燃比とNOX 排出量との関係を示す特性図。
【図9】図8のタイミングチャート。
【符号の説明】
1 機関
8 スワールコントロールバルブ(SCV)
10 マイクロコンピュータ(マイコン)
14 クランク角センサ
15 スロットルセンサ
17 酸素センサ
Claims (2)
- 内燃機関の機関運転状態を検出する運転状態検出手段と、
検出された機関運転状態に応じて運転領域毎に設定された空燃比を切り換え制御する空燃比切り換え制御手段と、を備える一方、
吸気通路に介装されてスワール発生状態をコントロールするスワール制御弁を、リーン領域からリッチ領域へと空燃比を切り換えるときに開制御し、リッチ領域からリーン領域へと空燃比を切り換えるときに閉制御するスワール制御弁開閉制御手段と、
前記スワール制御弁の開閉切り換え時の開閉速度を制御するスワール制御弁開閉速度制御手段と、
を備え、
前記スワール制御弁開閉速度制御手段は、前記空燃比の切り換え時の機関運転状態に基づいて前記開閉速度を設定し、
リーン領域からリッチ領域へと空燃比を切り換えるときには、設定した開閉速度を前記スワール制御弁の開速度とする一方、
リッチ領域からリーン領域へと空燃比を切り換えるときには、該空燃比の切り換えによるトルク段差が大きくなるほど前記スワール制御弁の閉速度が小さくなるように設定した開閉速度を補正することを特徴とする内燃機関の空燃比切り換え制御装置。 - 前記スワール制御弁開閉速度制御手段は、リーン領域からリッチ領域へと空燃比を切り換えるときの前記スワ−ル制御弁の開速度よりも、リッチ領域からリーン領域へと空燃比を切り換えるときの前記スワール制御弁の閉速度を小さくすることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の空燃比切り換え制御装置。
Priority Applications (1)
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JP27051192A JP3691078B2 (ja) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | 内燃機関の空燃比切り換え制御装置 |
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JP27051192A JP3691078B2 (ja) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | 内燃機関の空燃比切り換え制御装置 |
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JPH06123244A JPH06123244A (ja) | 1994-05-06 |
JP3691078B2 true JP3691078B2 (ja) | 2005-08-31 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP27051192A Expired - Fee Related JP3691078B2 (ja) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | 内燃機関の空燃比切り換え制御装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP3691078B2 (ja) |
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