JPH03117645A - ２サイクル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］ 本発明は２サイクル内燃機関に関し、特に排気系に酸素
センサ（以下、０□センサと呼ぶ）を設け、その出力値
により空燃比を設定空燃比にフィードバック制御する２
サイクル内燃機関の空燃比制御装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に２サイクル内燃機関においては、掃気のために給
気ボートと排気ボートとが同時に燃焼室に連通ずる期間
が長く、このため燃料、空気が未燃焼のまま排気系へ吹
き抜けることが避けられない。この吹き抜けにおいて燃
料の吹き抜けは、筒内噴射を実施すること、あるいはボ
ート噴射の場合には燃料噴射時期を適切に設定すること
によりかなり減少することができるが、空気の吹き抜け
をなくすことは困難である。従ってこのような状況下に
おいては予め、空気吹き抜は量を求め、これに応じて燃
料噴射量を補正することで燃料室内の空燃比を、各運転
状況において求められる設定空燃比となるようにした制
御装置が開示されている（特開昭６３−１８３２３１号
公報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上述べたように２サイクル内燃機関においては、その
作動特性がもたらす吹き抜は空気により、燃焼室内の空
燃比に比べ排気空燃比が希薄（リーン）となる傾向にあ
る。従ってこのような２サイクル内燃機関において排気
系に０□センサを設け、空燃比を設定空燃比にフィード
バック制御しようとすると、吹き抜は空気が排気管内で
良好に排気ガスと混合せず、０□センサ回りに吹き抜は
空気が多く存在する場合などは、第１０図に示すように
０□センサのリーン信号（設定空燃比よりリーンである
信号）の出力時間が長くなり、空燃比補正値（例えば、
空燃比補正係数ＦＡＦ　）が上昇し空燃比の過濃（リッ
チ）ずれを発生し易（、最悪の場合、燃焼室内空燃比が
オーバーリッチとなり、失火する可能性がある。

また、仮りに排気系に吹き抜けた空気が０□センサ回り
に滞留することを極力防止したとしても、２サイクル内
燃機関では排気系に空気が吹き抜けるので、排気空燃比
と比較して燃焼室内の空燃比はリッチとなる。そして前
述した従来装置においてさらに排気浄化のための触媒を
設け、空燃比を理論空燃比にフィードバック制御する場
合には、燃焼室内の設定空燃比を理論空燃比とすると、
上述した理由により排気空燃比がリーンとなり、触媒の
排気浄化効率が低下するので、第１１図に示すように設
定空燃比を′リッチ側に設定せざるを得ない。そして、
主に燃焼室と、０２センサ取り付は位置との距離に起因
する応答遅れにより、０□センサがリッチ信号を出力し
た時には、燃焼室内はリッチ状態がさらに進んだ状Ｂ（
オーバリッチ状態）となっており、燃費が悪化するとと
もに最悪の場合、失火する可能性がある。

本発明は以上説明したような問題に鑑み、空燃比フィー
ドバック制御を２サイクル内燃機関に適用するにあたり
、上述したような空燃比のリッチずれや、燃焼室のオー
バリッチ現象を防止できる制御装置を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述した目的を達成するため、本発明によれば、機関負
荷に応じて演算された基本燃料噴射量を、酸素センサ出
力値に応じた空燃比補正値で補正して、燃料噴射量を決
定し、以って得られる空燃比を設定空燃比に近似するよ
うにした空燃比フィードバック制御を実行する、２サイ
クル内燃機関の空燃比制御装置において、 上記空燃比補正値を減少して上記空燃比を希薄側にする
、空燃比補正値のリーン側フィードバック制御定数を、
空燃比補正値を増加して空燃比を過濃側にする、空燃比
補正値のリッチ側フィードバック制御定数よりも大きく
したことを特徴とする、２サイクル内燃機関の空燃比制
御装置が提供される。

〔作　用〕

一般に、空燃比フィードバック制御を実行する時の燃料
噴射量ＴＡＵは、例えば吸入空気量Ｑと機関回転速度Ｎ
との比（Ｑ／Ｎ）に代表されるような機関負荷に応じて
計算される基本燃料噴射量’ｒｐ、即ち、ｋ−Ｑ／Ｎ（
Ｋ：定数）と冷却水温、吸気温度等による補正量にや、
０□センサの出力値から計算される空燃比補正値として
の空燃比補正係数ＦＡＦで以って補正することによって
決定されるが、本発明のように２サイクル内燃機関を適
用対象とする場合（さらに吹き抜は空気を補正する新気
捕捉係数ＦＡＲも加味され、燃料噴射量ＴＡＵは、 ＴＡＵ＝ｋ　−Ｑ／ＮＸＫＸＦＴＲＸＦＡＦとして計算
される。

ここでＦＡＦは、０．センサ信号に基づいて求められ、
デイレイ時間ＴＤ、スキップ量Ｒ３，積分定数に、の各
フィードバック制御定数により算出される。第１２図は
このＦＡＦと各フィードバック制御定数との関係を示し
たモデルである。尚、本願明細書においては制御定数は
、空燃比をリッチとするためのものか、あるいはリーン
とするためのものかで区別しており、本図に示すように
リッチとするためのものにはＲ（リッチ側）、リ一ンと
するためのものにはＬ（リーン側）の添字を各記号の最
後につけて区別する。

そして本発明は、これらフィードバック制御定数（Ｋｉ
Ｒ，ＫｉＬ　；　ＴＤＲ，ＴＤＬ　；　ＲＳＲ，ＲＳＬ
）の内、り一ン側へのフィードバック制御定数（ＫｉＬ
、ＴＤＬ、ＲＳＬ）をリッチ側へのフィードバック制御
定数（ＫｉＲ。

ＴＤＲ，ＲＳＲ）よりも大きくすることによりリッチ時
間を短くし、空燃比のリッチずれ傾向を抑制し、また、
燃焼室空燃比の設定空燃比からリッチ側へのオーバシュ
ート（大きさ及び時間）を減少してオーバリッチを防止
する。

［実施例〕 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係る２サイクル内燃機関の全体概要図
である。本図において機関本体１の吸気通路２にはエア
フローメータ３が設けられている。

エアフローメータ３はエアクリーナ４を介して外部より
取り込まれた吸入空気の量Ｑを直接計測するものであっ
て、ポテンショメータを内蔵して吸入空気量Ｑに比例し
たアナログ電圧の出力信号を発生する。この出力信号は
Ａ／Ｄ変換器５ａを介して制御回路６の入力ポートロａ
に供給されている。また、デイストリビュータフには、
基準位置検出用パルス信号を発生するクランク角センサ
８ａおよび角度位置検出用パルス信号を発生するクラン
ク角センサ８ｂが設けられている。これらのクランク角
センサ８ａ　、８ｂのパルス信号は制御回路６の入力ポ
ートロａに供給され、このうち、クランク角センサ８ｂ
の出力はＣＰＵ　６ｂの割り込み端子に供給される。

さらに、吸気通路２には、各気筒に新気を供給する掃気
ポンプ９と、図示しない燃料供給系から加圧燃料を各気
筒へ供給するための筒内燃料噴射弁１０が設けられてい
る。

排気通路１１には、排気を浄化する、例えば三元触媒１
２が設けられており、さらにその排気上流側には酸素（
０□）センサ１３が設けられる。二〇Ｏｚセンサ１３は
排気ガス中の酸素濃度に応じ排気空燃比が理論空燃比に
対してリーン側かリッチ側かを判定し、それに応じて異
なる出力電圧を制御回路６の入力ポートロａに供給する
。尚、このｏ２センサ１３の排気上流側には、吹き抜け
た空気が０２センサ１３回りに滞留するのを防止するた
めに、例えば酸化触媒やサーマルリアクタ等の燃焼器１
４に代表される空気消費手段を設けても良い。

制御回路６は、例えばマイクロコンピュータとして構成
され、前出の人力ポートロ　ａ　、　ＣＰＵ　６ｂの他
に、燃料噴射弁１０等に駆動信号を出力する出力ポート
ロｃや、メモリ６ｄ、またこれらを接続するバス６ｅを
備えている。尚、この制御回路６の入力ポートロａには
上述した出力信号の他に、後述する燃料噴射１ｊＴＡＵ
計算に用いられる補正量にのための、冷却水温ＴＨＷや
吸気温度ＴＡ等がＡＤ変換器５ｂ、５ｃ・・・を介して
入力される。

制御回路６は以上述べた機関の運転条件を代表するパラ
メータを取り込み、以下の式を以って最終的な燃料噴射
量ＴＡＵを演算し、出力ポートロＣより燃料噴射弁１０
に駆動信号を出力する。

ＴＡＵ＝に−Ｑ／ＮＸＫＸＦＴＲＸＦＡＦ〔但し、ｋ：
定数、Ｑ：エアフロメータより検出される吸入空気流量
、Ｎ：クランク角センサにより検出される機関回転速度
、Ｋ：冷却水温、吸気温度等により決定される補正量、
ＦＴＲ：運転条件（Ｑ／Ｎ　、Ｎ）に対応して算出され
る新気捕捉係数、ＦＡＦ　：　Ｏ□センサ出力により増
減する空燃比補正係数〕 ところで上記式のＦＡＦは、デイレイ時間ＴＤ、スキッ
プ量Ｒ３、積分定数に、の各フィードバック制御定数に
よって算出されるが、本発明によれば、これらフィード
バック制御定数のリッチ側の値とリーン側の値に差をも
たせることにより、上述した空燃比のリッチずれ、ある
いはオーバリッチを防止する。

第２図及び第３図は、本発明の第１実施例として、ＦＡ
Ｆを減少しようとするリーン側積分定数ＫｉＬを、ＦＡ
Ｆを増加しようとするリッチ側に、Ｒよりも大きな値に
予め設定した場合の、０２センサ出力に対応するＦＡＦ
の変化を示すものである（ＫｉＬ　＞　Ｋ正Ｒ）。この
場合、Ｋ、Ｒが小さいため、第２図に示すように、吹き
抜は空気の影響でリーン信号の出力時間が長くても、Ｆ
ＡＦは大きくならずオーバーリッチが防止できる。また
、Ｋ、Ｌが大きいので、吹き抜は空気の影響で、リーン
信号が長＜　ＦＡＦが大きくなっても、ＦＡＦの減少率
が大きくリッチ時間を短くでき、リッチずれを防止でき
る。

さらに、排気系に吹き抜けた空気がｏ２センサ１３回り
に滞留することを極力防止して０２センサ１３への吹き
抜は空気の影響をなくした場合には、第３図に示すよう
に、燃焼室とｏ２センサ取り付は位置との距離に起因す
る応答遅れがあっても、Ｋ、Ｒが小さいので、リッチ側
へのオーバーシュート量が減少して、燃焼室内空燃比の
オーバーリッチも防止できる。また、Ｋ、Ｌが大きいの
で、リッチ状態から敏速にリーン状態に移行でき、オー
バーリッチ状態が継続することも防止できる。

第４図は、本発明の第２実施例としてスキップ量Ｒ３の
リーン測定数Ｒ３Ｌと、リッチ測定数Ｒ３Ｒとを変えた
ものであり、Ｒ３Ｒ＜Ｒ３Ｌとしたものである。この実
施例における作用は、第４図に示すように、吹き抜は空
気の影響でリーン信号が長くても、０２センサ反転時の
リーン側へのＦＡＦのスキップ量Ｒ３Ｌが大きいため、
リッチ時間が短くなり、リッチずれを防止できる。

さらに、リッチ側へのオーバーシュート量が大きくても
、Ｒ３Ｌが大きいのでリッチ状態から敏速にリーン状態
に移行でき、オーバーシュート状態が継続することが防
止でき、オーバーリッチ状態が継続することを防止でき
る。

第５図は、本発明の第３実施例としてデイレイ時間ＴＤ
のリーン測定数ＴＤＬと、リッチ測定数ＴＤＲとを変え
たものであり、ＴＤＲ＜ＴＤＬとしたものである。この
実施例における作用は、第５図に示すように、吹き抜は
空気の影響でリーン信号が長くても、０２センサ１３の
リーン出力よりリッチ出力へと反転する時（図中、ａ点
）のデイレイ時間ＴＤＲが短く、またリッチ出力よりリ
ーン出力へと反転する時（同、ｂ点）のデイレイ時間Ｔ
ＤＬが長いので、リーン時間が長（リッチ時間が短くな
り、リッチずれを防止でる。また、ＴＤＲが小さいため
、オーバーシュートによるオーバーリッチ状態が継続す
ることを防止できる。尚、上述した第１〜第３実施例は
１つのフィードバック制御定数に着目し、そのリーン側
とリッチ側とに差を持たせているが、これら３つの定数
のうち幾つかを同時に差を持たせ、状況に応じ、空燃比
のリッチ傾向をさらに低減させるようにしても良い。

ところで、排気系に吹き抜ける空気の量は、機関の運転
状態により変化し、吹き抜は空気量が大きい運転状態と
少ない運転状態では、吹き抜は空気による０２センサ出
力状態への影響も異なる。

したがって、上記のように、フィードバック制御定数を
全運転状態にわたって一定の値でリーン側とリッチ側で
変えると、吹き抜は空気の小さい運転領域では、必要以
上に補正しすぎ、また吹き抜は空気の大きい領域では補
正量が不足する事もあり得る。以下に述べる実施例は、
機関の運転状態、即ち換言すれば吹き抜は空気量に応じ
てフィードバック制御定数を変えることにより、より最
適な吹き抜は空気の補正を実施したものである。

第６図は、積分定数に、ＲとにムＬを、負荷（Ｑ／Ｎ）
一回転速度（Ｎ）のマツプとして設定したものである。

このマツプは、予めＱ／Ｎ−Ｎの関係での吹き抜は空気
量を実験により求めることにより設定できる。−船釣に
吹き抜は量は、高負荷程多く、また回転速度が速い程少
なくなるので、同じ吹き抜は量を持つ運転条件領域は第
６図において右上りとなる。本実施例において定数Ｋ。

の値は、Ｋ！Ｒの値は一定で、吹き抜は空気量の少ない
領域ＡではＫｉＬもに、Ｒと同一の値（例えば、５）と
してあり、吹き抜は量の多い領域Ｂ。

ＣとなるにつれてＫｉＬＯ値を例えば６，７というよう
に大きく設定している。第７図は、このマツプを用いて
燃料噴射量を計算するフローチャートを示しており、こ
のルーチンはクランク角センサ８ｂからの信号によりＣ
ＰＵ　６ｂにおいて所定クランク角毎に実行される。ま
ずステップ７１では吸入空気量Ｑ、機関回転速度Ｎ、冷
却水温度Ｔ）（Ｗ、吸気温度ＴＡ等を読み込む。次に、
ステップ７２においては、読み込まれたＱとＮとにより
新気捕捉係数Ｆａｌｌのマツプ演算が行なわれる。この
新気捕捉係数ＦＴＩはエアフロメータ３により計測され
るＱに対して、吹き抜は空気量を引いた、燃焼そのもの
に関与する新気の割合に関する燃料噴射量の補正因子で
あり、制御回路６のメモリ６ｄには図示したようなＱ／
Ｎ−Ｎに対するＦ？ｌＩのデータが格納されている。次
にステップ７３では冷却水温度ＴＩ（Ｗや吸気温度ＴＡ
から補正係数Ｋが算出され、ステップ７４において現在
の運転条件が空燃比フィードバック領域か否かを判断す
る。例えば冷却水温度ＴＨＷが低い時や０□センサ１３
の非活性時、及び高負荷増量時等にはフィードバック制
御を実施しないため、フィードバック領域でないと判断
された場合（Ｎｏ）、ステップ７７に進みＦＡＦを１．
０とする。一方ステップ７４でフィードバック領域と判
断されると（Ｙｅｓ）　、ステップ７５に進み第６図の
マツプからに！　（ＫｔＲ，Ｋｉ）を読みだし、続くス
テップ７６ではそのに、を用いてＦＡＦを計算する。そ
して、ステップ７８ではステップ７６又は７７で得られ
たＦＡＦを用いて、前述の計算式ＴＡＵ＝ｋ　−Ｑ／Ｎ
ＸＫＸＦＴＲＸＦＡＦにより、噴射噴射量ＴＡＵを求め
このルーチンを終了する。即ち、この第４実施例におい
ても、前述の第１実施例と同様に、Ｋ、Ｒ＜　Ｋ、ｌ；
とすることにより、吹き抜は空気の影響によるリッチず
れを防止できるとともに、リッチ側へのオーバーシュー
ト量を低減できる。また、ＫｉＯ値を吹き抜は量に応じ
て変えているので、補正量を適性なものにでき、最適な
吹き抜は空気の補正を実施できる。また、本実施例では
に、を変えることについて記述しているが、Ｋ、に限定
されるものではなく前述のようにＲ３゜ＴＤを吹き抜は
空気量に応じて変化するようにしても、或いはＫｉ　　
、ＴＤ、Ｒ３のうちの幾つかを合わせて変化するように
してもよい。

第８図に、新気捕捉係数Ｆ□を用いてＫｉを吹き抜は量
に応じて変える第５実施例に用いられるに、マツプを示
す。この実施例では、新気捕捉係数ＦＴＲがもともと吹
き抜は空気量に対応することを利用したものであって横
軸にＦ？ｌＩの逆数、即ち吹き抜は率をとり、縦軸にそ
れに対応するに、ＬとＫえＲとの比をとったものである
。第９図に第８図のマツプを用いて燃料噴射量を計算す
るフローチャートの概略を示す。本フローチャートも第
７図に示すフローチャート同様、所定のクランク角度毎
に実行され、その内容は第７図と基本的に変わることは
ない。異なるのはステップ９４においてフィードバック
領域と判定された時（Ｙｅｓ）　、ステップ９５にて先
のステップ９２で算出されたＦ、Ｒを用いてに＋Ｌ　／
　ＫｔＲを第８図マツプより読み出し、続くステップ９
６において現在、機関がアイドル状態にあるか否か、回
転速度Ｎや、アイドルスイッチのオン・オフを検知する
ことにより判定される。

そして本ステップ９６でアイドル時と判定された場合（
Ｙｅｓ）　、ステップ９７でにｉＲを小さな値（例えば
、１）に設定し、またに、Ｌを、設定されたに、Ｈにス
テップ９５で読み出されたに、Ｌ　／　Ｋ、Ｒを乗する
（例えば、Ｋル←に、Ｌ　／に、ＲＸＩ）ことによって
算出する。これによりアイドル時には定数Ｋｉ　（Ｋｉ
Ｒ，ＫｚＬ）が小さくなり、従ってフィードバック周期
が長くなって、フィードバック制御におけるハンチング
を防止することが可能となる。

一方、ステップ９６でＮｏ、即ちオフアイドル時と判定
された時にはぐルーチンはステップ９８に進み、先の第
４実施例同様、Ｋ、Ｒを所定値（例えば、５）に設定し
、さらにステップ９５で読み出された吹き抜は空気量（
吹き抜は率）ＫｉＬ　／　ＫＩＲを用いてに、Ｌを算出
する（例えば、ＬＬ　４−　Ｋ、Ｌ／ＫｉＲＸ５）。そ
して続くステップ９９では第７図ステップ７６と同様に
ＦＡＦを算出し、ステップ１０１に進み、フィードバッ
ク領域でない場合にステップ１００で設定されたＦＡＦ
　（１）、或いは上述したステップ９９で算出されたＦ
ＡＦにより前述の計算式より燃料噴射量ＴＡＵを算出す
る。

このように本実施例においても第８図に示したように、
はとんどの運転領域においてに、Ｌ　／に、Ｒ＞ｌ、即
ちＫｉＬ　＞　ＫｉＲとすることにより、吹き抜は空気
の影響によるリッチずれを防止することができると共に
、リッチ側へのオーバシュート量を低減することが可能
となる。また先の第４実施例と同様にに、の値を吹き抜
は空気量に応じて変えているために算出される空燃比補
正係数ＦＡＦをより適正なものにすることができ、最適
な吹き抜は空気の補正を実施できる。尚、上述した第４
、及び第５実施例では各フィードバック制御定数の内、
Ｋｉを変えることについて記述したが、当然ながら他の
定数Ｒ３，ＴＤを吹き抜は空気量に応じて変化するよう
にしても良く、またこれら３つの定数のうちの幾つかを
同時に変化するようにしても良い。

尚、上記各実施例においては、０□センサ１３を用いて
排気空燃比を理論空燃比にフィードバック制御する例を
説明したが、理論空燃比よりリーン側の空燃比を検出で
きるリーンセンサを用いて排気空燃比をリーン側の設定
空燃比にフィードバック制御するものであっても良い。

（発明の効果〕 以上説明したように、本発明によればリーン側フィード
バック制御定数をリッチ側フィードバック制御定数より
も大きくしたことにより、２サイクル内燃機関の作動特
性に起因する吹き抜は空気の影響で０□センサのリーン
出力時間が長くてもＦＡＦのリッチ時間を短くして空燃
比のリッチずれを防止することができる。またｏ２セン
サ回りの吹き抜は空気滞留を防止した場合においても上
記フィードバック制御定数の大小設定によりリッチ側へ
のオーバシュート（大きさ、時間）が減少して燃焼室空
燃比のオーバリッチ現象を防止することができ、失火現
象を無くすことができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例のシステム全体概略図；第２図
は本発明の第１実施例として、Ｋ、Ｌ　＞Ｋ、Ｒの場合
のｏ２センサ出カーＦＡＦ変化を示す図；第３図は同第
１実施例において吹き抜は空気の影響を排した０□セン
サ出力に対応する燃焼室内空燃比の変化を示す図；第４
図は本発明の第２実施例としてＲ３Ｕ＞Ｒ２Ｈの場合の
ｏｔセンサ出カーＦＡＦ変化を示す図；第５図は第３実
施例として、ＴＤＬ＞ＴＤＲの場合の０□センサ出カー
ＦＡＦ変化を示す図；第６図は吹き抜は空気量に応じて
Ｋｉを変えるためＱ／Ｎ　、Ｎによりに、Ｌ、　ＫえＲ
を求めるマツプ図；第７図は本発明の第４実施例として
、第６図マツプを用いた制御回路の作動を説明するフロ
ーチャート図；第８図は第６図と同一目的を有しＦＡＲ
よりに、Ｌ　／　Ｋ、Ｒを求めるマツプ図；第９図は第
５実施例として、第８図マツプを用いた制御回路の作動
を説明するフローチャート図；第１０図は従来装置にお
いてｏ２センサ回りに吹き抜は空気が滞留した場合のｏ
ｔセンサ出カーＦＡＦ変化を示す図；第１１図は従来装
置において、０！センサ回りの吹き抜は空気滞留を防止
した場合に０２センサの出力応答遅れによる０２センサ
出力と、ＦＡＦ、及び燃焼室内空燃比変化を示す図；第
１２図はＦＡＦを構成する各フィードバック制御定数を
図示する一般的な０２センサ出カーＦＡＦ変化を示す図
。 １・・・２サイクル内燃機関本体、 ３・・・エアフロメータ、６・・・制御回路、８ａ・８
ｂ・・・クランク角センサ、 １０・・・筒内燃料噴射弁、　　１２・・・三元触媒、
１３・・・０□センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、機関負荷に応じて演算された基本燃料噴射量を、酸
   素センサ出力値に応じた空燃比補正値で補正して、燃料
   噴射量を決定し、以って得られる空燃比を設定空燃比に
   近似するようにした空燃比フィードバック制御を実行す
   る、２サイクル内燃機関の空燃比制御装置において、 上記空燃比補正値を減少して上記空燃比を希薄側にする
   、空燃比補正値のリーン側フィードバック制御定数を、
   空燃比補正値を増加して空燃比を過濃側にする、空燃比
   補正値のリッチ側フィードバック制御定数よりも大きく
   したことを特徴とする、２サイクル内燃機関の空燃比制
   御装置。