JPH02245437A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は内燃機関の吸気管に配置される酸素センサ型
の新気量センサを有した内燃機関の空燃比制御装置に関
する。

〔従来の技術〕

内燃機関の吸気管に固体電解質、たとえばジルコニアな
どから構成され、吸気管内の混合気の酸素分圧を計測す
ることにより新気量を知り、これより燃料噴射量を制御
するものが公知である。例えば特開昭６３−１９５３５
９号参照。この酸素センサにより吸入空気量を知ること
により燃料噴射量を制御するものは、高度補償が不用と
なる点では吸気管圧力によるいわゆるＤ−Ｊ　システム
と同様の、エアフローメータを利用したいわゆるＬ−Ｊ
　システムに対する利点である。また、Ｄ−Ｊ　システ
ムに対しては、吸気管圧力のような間接的な因子により
空気量を知るのではなく、より直接的な因子である酸素
分圧に基づいて空気量の計測をしているので精度を高（
することができる利点がある。また、酸素分圧（＝新気
量）を直接検知することによりＨＧＲにより燃料量の補
正が基本的には不要となる利点がある。

［発明が解決しようとする課題］ 燃料噴射量の補正が基本的には不要であるといったのは
厳密にいうとＥＧＲ率によって空燃比が目標値からずれ
て（ることが分かったからである。

それは、ＥＧＲ作動によって燃焼温度が低下することに
原因するものである。即ち、燃焼温度の低下により、幾
分ではあるが充填効率が増加し、その分シリンダに導入
される空気量が多くなる。しかしながら、燃料量を算出
する基本となる酸素センサの出力値そのものは充填効率
を反映しない。従って、充填効率の高いＥＧＲ作動時に
は非ＥＧＲと同一の酸素濃度の検出値であっても、それ
を基に燃料噴射量を算出すると燃料量が足りず、空燃比
としては幾分リーンとなるのである。

この発明ではＥＧＲに関わらず空燃比を目標値に正確に
制御することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の排気ガス再循環装置を備えた内燃機関の空燃
比制御装置は、第１図に示すように、内燃機関への燃料
の量の供給を制御する燃料供給制御手段Ａと、内燃機関
の吸気管に配置され、機関に導入されるガス中の酸素分
圧を検出する酸素分圧検出手段Ｂと、酸素分圧より内燃
機関に供給すべき燃料量を算出する燃料供給量算出手段
Ｃと、内燃機関に供給される全ガス量に占める排気管か
ら吸気管に再循環される排気ガスの量の割合（ＥＧＲ率
）を検知するＥＧＲ率検知手段りと、燃料供給量算出手
段Ｃにより算出される燃料供給量を、ＥｃＲ率検知手段
りにより検出されるＥＧＲ率が大きくなる程大きくなる
傾向を有する補正係数によって補正する燃料供給量補正
手段Ｅとを具備する。

［作用］ 酸素分圧検出手段Ｂはエンジンに導入されるガス中の酸
素濃度を知り、燃料供給量算出手段Ｃは酸素分圧より基
本燃料供給量を算出する。ＥＧＲ率検比検出手段ＥＧＲ
率を検出し、燃料供給量補正手段Ｅは検出されるＥＧＲ
率より燃料供給量を補正し、補正された量の燃料が燃料
供給手段Ａより供給される。

〔実施例〕

第２図において、１０はシリンダブロック、１２はピス
トン、１４はコネクティングロッド、１６はシリンダヘ
ッド、１８は燃焼室、２０は点火栓、２２は吸気弁、２
４は吸気ボート、２６は排気弁、２８は排気ボート、３
０はディストリビュータである。吸気ボート２４は吸気
管３１、サージタンク３２、スロットル弁３４、吸気管
３６を介してエアークリーナ４０に接続される。吸気ボ
ート２４に近接した吸気管３１に燃料インジェクタ４２
が配置される。排気ボート２８に近接して排気管４４が
接続される。

排気ガス再循環通路（ＥＧＲ通路）４５が排気管４４と
サージタンク　３２を接続するように設けられる。排気
ガス再循環制御弁（ＥＧＲ弁）４６がＥＧＲ通路４５上
に設けられる。この実施例ではＥＧＲ弁４６は負圧作動
ダイヤフラム機構４７を備える。

ダイヤフラム機構４７はダイヤフラム４７−１を有し、
ダイヤフラム４７−１はスロットル弁３４のアイドル位
置の少し上流に形成されるＥＧＲポート４８に接続され
る。調圧弁４９はダイヤフラム４９ａを有し、このダイ
ヤフラムは圧力導管５０を介してＥＧＲ通路４５におけ
るオリフィス５１の下流に形成される圧力室５２に接続
される。調圧弁４９は、基本的には、圧力室５２の圧力
が一定となるようにＥＧＲボート４８からＥＧＲ弁４６
の負圧作動機構４７に導入される。そして、調圧弁４９
のダイヤフラム４９ａＥＧＲボート４８の少し上流の負
圧ボート５３に接続され、エンジンの負荷に応じた負圧
がダイヤフラム４９ａに還流排気ガス圧力と対抗するよ
うに作用し、調圧弁４９のスプリング４９ｂの設定が負
荷に応じて弱くなるのと等価の作動が得られ、ＥＧＲ率
を負荷に応じ制御することができる。ＥＧＲ装置の構成
及び作動はそれ自体は周知であるからこれ以上の説明は
省略する。

制御回路５４はマイクロコンピュータシステムとして構
成され、燃料噴射や、点火時期などのエンジン作動制御
を行うものである。制御回路５４にエンジン作動制御の
ため各センサに接続され、エンジンの運転条件に応じた
信号が入力される。

クランク角度センサ５６．５８がディストリビュータ３
０に設けられる。第一のクランク角度センサ５６はディ
ストリピユータ軸２９ａ上のマグネット片６０と対抗し
て設置され、クランク軸の７２０度の回転毎、即ちエン
ジンの１サイクル毎にパルス信号を発生し基準信号とな
る。第二のクランク角度センサ５８はディストリピユー
タ軸２９ａ上のマグネット片６２と対抗して設置され、
クランク軸の３０度の回転毎にパルス信号を発生し、エ
ンジンの回転数を知ることができ、この信号はまた燃料
噴射や点火時期制御のトリガ信号となる。

水温センサ６４はシリンダブロック１０の冷却水ジャッ
ケト１０ａの冷却水の温度を検出する。スロットル弁開
度センサ６６がスロットル弁３４に設けられたスロット
ル弁３４の開度に応じた信号が得られる。排気側酸素セ
ンサ６８が排気管４４に設けられる。この、排気側酸素
センサ６８は空燃比フィードバック制御用であり、空燃
比を理論空燃比に制御するものでは０２センサであり、
空燃比を理論空燃比よりリーン側に制御するものではリ
ーンセンサである。サージタンク３２に吸気側酸素セン
サ７０が設けられる。この吸気側酸素センサ７０は新気
量（吸入空気量）の計測のため設けられるものでいわゆ
るＬ−Ｊ　システムにおけるエアーフローメータ、Ｄ−
Ｊ　システムにおける吸気管圧力センサの代替に設けら
れるものである。酸素センサを使用した吸入空気量計測
に関しては特開昭６３−１９５３９号を参照。吸入空気
温度センサ７２がサージタンク３２に設けられ、吸入空
気の温度ＴＩ（Ａを知ることができる。また、吸気管圧
力センサ７４がサージタンク３２に設けられ、吸気管圧
力ＰＩＪを知ることができる。

以下、この発明による制御回路５４の作動をフローチャ
ートで説明する。第３図は燃料噴射ルーチンを示し、゛
このルーチンは各気筒の燃料噴射時期毎例えば４気筒の
場合は１８０°ＣＡ毎に実行される。この燃料噴射時期
は第１クランク角度センサ５６からの７２０８ＣＡ毎の
パルス信号によってクリヤされ、第２クランク角度セン
サ５８からの３０’信号によってされインクリメントさ
れるカウンタの値によって知ることができる。このルー
チンが開始されるとステップ１００で第２酸素センサ７
０によって検出される酸素分圧の値ＰＯ□、吸気管圧力
センサ７４によって検出される吸気管圧力の値ＰＭ、第
２クランク角度センサ５８により検出される３０°信号
の間隔より検出されるエンジン回転数の値ＮＥがロード
される。ステップ１０２では燃料噴射量ＴＰマツプ演算
処理を概括的に示している。

燃料噴射量Ｔｐを算出するため、エンジン回転数Ｎｅと
酸素分圧値ＰＯ□とに対する燃料噴射量Ｔｐの二次元マ
ツプがあり、現在のエンジン回転数Ｎｅ及び酸素分圧値
ＰＯ３からマツプを利用して基本燃料噴射量Ｔｐが補間
法によって算出される。

ステップ１０４では吸入空気温度Ｔ）ＩＡより吸入空気
温度補正係数ＦＴＨＡの算出が実行される。吸入空気温
度補正係数ＦＴＨＡを算出するため、吸入空気温度ＴＨ
Ａに対する吸入空気温度補正係数ＦＴＨＡの一次元マツ
ブがあり、現在の吸入空気温度ＴＨＡからマツプを利用
してＦＴＨＡが補間法によって算出される。

ステップ１０６では酸素濃度ＰＯ□及び吸気管圧力ＰＭ
よりＥＧＲ率が Ｍ によって算出される。この（１３式は、吸気管内の酸素
の容積比率を００２とすると吸気管中の酸素濃度ＰＯ，
が、 ＰＯ２＝Ｃ０２ＸＰＭ　　　　　　　　　　　　　　（
２１によって現され、一方ＥＧＲ作動時の酸素濃度は空
燃比を理論空燃比に制御するシステムではＥＧＲ率ｅは
、 ｅ　＝　１　４．８３ＸＣＯ２（３） によって現されことにより得られるものである。

（３）式の成立する根拠を説明すると、以上の述べた変
数に加え、以下の新規な各変数を以下のように定義する
。

Ｇａ：新気量 Ｇｅ　　　：ＥＧＲガス流量 Ｍ、　：空気の分子量 Ｍ、　：酸素の分子量 ＭＯ！　　：排気ガスの平均分子量 Ｔ　　：サージタンク内の温度 ０！ｓ′　：排気ガスの酸素（重量）濃度Ｑ、ａｌｒ　
：空気中の酸素（重量）濃度Ｖ　　：サージタンク容積 サージタンク内の全ガスに対して次のガス状態式が成立
する。

排気ガスの分子量と空気の分子量とは等しいと仮定する
とＭａ　＃　Ｍｅ＝２８．８ である。また０□１′・２３（重量％）。これらを式（
７）に代入すると、 Ｍ が成立する。Ｒは気体定数である。一方、サージタンク
内の０□ガス成分について次のガス状態式が成立する。

■ ＩＥＧＲ率の定義より ｅ （４）、（５）及び（６）式より が得られる。空燃比は理論空燃比に制御されるからｏ、
”＝。

従って、前記（１）式 ％式％ 尚、ステップ１０６のＥＧＲの算出については、他の手
段、二酸化炭素濃度、ＥＧＲ弁のリフトによる方法、吸
気温度による方法、その他の方法によっても検出するこ
とができる。

再び第３図のフローチャートにおいて、ステップ１０Ｂ
ではＥＧＲ率よりＥＧＲ補正係数Ｋｅが算出される。Ｅ
ＧＲ率とＥＧＲ率補正係数Ｋｅのマツプがあり、現在の
ＥＧＲ率よりＥＧＲ率補正係数の補間演算が行われる。

このＥＧＲ補正係数ＫｅはＥＧＲによる燃焼温度の低下
に基づく充填効率の増加を修正するものである。即ち、
充填効率の増加の分だけ燃焼室に入ることができる空気
量が多くなることから、この多（なった空気の分の燃料
を増量するものである。燃焼室に入る酸素量Ｇ。２は次
の式によって現される。

ηＣ：充填効率 ｖ３　：行程容積 ｎ　ニジリンダ数 Ｔ　：吸気ガス温度 ｋ　：定数 （２）式と（９）式とから、 ｏ２ＸＰＭ Ｇｏ＊＝ｋｘ ×η。ＸＶＸｎＸＮｅ　　ＱＯ） が得られる。（１）式を考慮すると００１式よりが得ら
れる。η。の変化分Ｇ。、が変化するので、たとえ酸素
濃度値が同一でもその分燃料が足りなくなる。第４図に
おいて実線が００式による空気量Ｇ　ｏｘの計算値であ
りη。の増加により実際の空気量は破線のように変化し
、斜線の部分の空気量にみあう燃料増量が得られるよう
に補正係数Ｋｅを設定する必要がある。

ステップ１１０では最終燃料噴射量ＴＡＵがＴＡＵ＝Ｔ
ｐｘＦＴＨＡｘＦＡＦ　ｘａ（Ｌ＋ｂ）＋ｃによって算
出される。ここにＦＡＦは空燃比フィードバックによる
補正係数で、周知であるから詳細には説明しないが、下
流側酸素センサ６８からの信号によって空燃比を理論空
燃比となるように燃料噴射量を補正するものである。ま
た、ａ、ｂ。

Ｃはこの発明と直接関係しないため説明を省略する補正
係数、補正量を意味する。

ステップ１１２ではこの修正された量の燃料噴射がされ
るように制御回路５４からインジェクタ４２に燃料噴射
信号が印加さるべ（、燃料噴射信号形成が行われる。

〔効果〕

この’＆Ｑによれば、酸素濃度信号により燃料供給量を
算出するシステムにおいて、ｌ１ｉＧＲ率による充填効
率の増加を補正する補正係数を導入することにより、Ｅ
ＧＲ作動による充填効率の変化に関わらす空燃比制御の
制度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示す線図。 第２図はこの発明の実施例のシステム全体概略構成図。 第３図はこの発明の燃料噴射制御を説明するフローチャ
ート。 第４図はＥＧＲ率と燃焼室に導入される酸素量との関係
を示すグラフ。 １０・・・シリンダブロック、１２・・・ピストン１２
・・・シリンダヘッド、１８・・・燃焼室し ｓ１図 ２０・・・点火栓、３０・・・ディストリビュータ３２
・・・サージタンク、４２・・・インジェクタ４５・・
・ＥＧＲ通路、４６・・・ＥＧＲ弁４９・・・調圧弁、
５４・・・制御回路５６．５８・・・クランク角度セン
サ ６８・・・排気側酸素センサ ７０・・・吸気側酸素センサ ７２・・・吸入空気温度センサ ７４・・・吸気管圧力センサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 排気ガス再循環装置を備えた内燃機関の空燃比制御装置
   であって、 内燃機関への燃料の供給を制御する燃料供給制御手段、 内燃機関の吸気管に配置され、機関に導入されるガス中
   の酸素分圧を検出する酸素分圧検出手段、酸素分圧より
   内燃機関に供給すべき燃料量を算出する燃料供給量算出
   手段、 内燃機関に供給される全ガス量に占める排気管から吸気
   管に再循環される排気ガスの量の割合を検知するＥＧＲ
   率検知手段、 燃料供給量算出手段により算出される燃料供給量を、Ｅ
   ＧＲ率検知手段によって検知されるＥＧＲ率が大きくな
   る程大きくなる傾向を有する補正係数によって補正する
   燃料供給量補正手段、 を具備する内燃機関の空燃比制御装置。