JPH0377376B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕 本発明は、自動車などに用いる内燃機関の空燃
比制御装置に関するものである。 〔従来技術〕 従来、自動車などに使用する内燃機関では排ガ
ス中の酸素濃度を検出する酸素センサ（O₂セン
サ）のフイードバツク信号を受けて機関燃焼室に
供給する混合気の空燃比を理論空燃比に収束させ
る各種の方式の空燃比制御装置が用いられてい
る。 ところで、この種の空燃比制御装置において空
燃比を各種の運転状態に応じて制御するためには
運転状態を検出する検出手段が必要となるが、従
来はこの検出手段としてブーストセンサ（吸気圧
センサ）を用いていた。ところが、このブースト
センサは高価であるばかりか、温度依存性が有
り、空燃比を精度良く制御するためには温度補償
手段を必要とし、装置全体のコストが高くなると
いう欠点があつた。また、このブーストセンサの
分解能には限界があり、空燃比をきめ細かに制御
することができないという欠点があつた。 〔発明の概要〕 本発明は上記のような欠点を解決するためにな
されたもので、その目的は機関の運転状態を安価
な構成で精度良く検出し、空燃比をきめ細かに制
御し得るようにした内燃機関の空燃比制御装置を
提供することにある。 このために本発明は、機関回転数を検出する回
転数検出手段と、スロツトル弁開度を検出する弁
開度検出手段と、これら検出手段の検出出力と回
転数の関数として所定のスロツトル弁開度毎に設
定した複数の弁開度の基準ライン及び回転数で区
分される複数のゾーンとの比較により機関の運転
状態を演算判別処理によつて検出する運転状態検
出手段とを設け、フイードバツク制御をするとき
は、この運転状態検出手段の検出出力により該検
出出力に対応した比例積分定数により酸素センサ
からのフイードバツク信号を比例積分処理し、そ
の処理結果に基づき空燃比をフイードバツク制御
するようにしたものである。 〔発明の実施例〕 第１図は本発明の一実施例を示す構成図であ
る。同図において、まず機関側の構成を説明する
と、１はピストン、２はシリンダ、３は吸気弁、
４は排気弁、５は排気管、６は三元触媒コンバー
タ、７は吸気管、８はスロツトル弁であり、スロ
ツトル弁８の上流側にはベンチユリ９およびエア
クリーナ１０が設けられ、フロート室１１内の燃
料はエアクリーナ１０を経て吸入された吸入空気
がベンチユリ９を通過する際にメイン燃料通路１
２を経て吸引されて霧化され、吸入空気との混合
気となつてスロツトル弁８および吸気管７を介し
てシリンダ２内に供給される。 この場合、メイン燃料通路１２の途中にはメイ
ンエアブリード１３およびメイン燃料電磁弁１４
が設けられ、メイン燃料通路１２からベンチユリ
９に到る燃料はベンチユリ９の上流側に設けたメ
インエアブリード通路１５からの吸入空気によつ
て微細化された後ベンチユリ９に導かれ、またフ
ロート室１１からメインエアブリード１３に到る
燃料量の一部はメイン燃料電磁弁１４の開閉によ
つて可変される。なお、このメイン燃料電磁弁１
４はノーマルオープン型の電磁弁である。 一方、スロツトル弁８の下流側にはアイドルポ
ート１６が設けられ、またベンチユリ９の上流側
にはスローエアブリード通路１７が設けられ、さ
らにこれらアイドルポート１６とスローエアブリ
ード通路１７との間のスロー燃料通路にはスロー
燃料電磁弁１８が設けられ、スロツトル弁８がほ
ぼ全閉状態となつているアイドル時においてスロ
ー燃料電磁弁１８を開状態とすることによりフロ
ート室１１内の燃料をスローエアブリード通路１
７からの吸入空気で吸引して混合気とした後アイ
ドルポート１６から噴出させるようになつてい
る。なお、スロー燃料電磁弁１８はノーマルクロ
ーズ型の電磁弁である。また、アイドルポート１
６から吐出させる混合気量はスローアジヤストス
クリユー１９によつて調整される。 ここで、スロツトル弁８はアクセルペダル（図
示せず）に連結されており、走行中においてはア
クセルペダルの踏込量に対応した開度となる。 一方、シリンダ２には吸気弁３のほかに径の小
さなジエツトバルブ２０が設けられると共に、こ
のジエツトバルブ２０とベンチユリ９の上流側と
の間にはベンチユリ９から吸気弁３に到る混合気
通路と並列にジエツト燃料通路２１が設けられ、
この通路２１の途中に開口したフロート室１１か
らの燃料路を開閉するように設けたジエツト燃料
電磁弁２２を開くことにより、ジエツトエア取入
口２３からの吸入空気でフロート室１１の燃料を
吸引して高速の混合気を形成してジエツトバルブ
２０によつてシリンダ２内に噴出させ、吸気管７
からの混合気とは独立してシリンダ２内に高速の
混合気を供給すると共に、シリンダ２内で混合気
のスワールを生じさせるようになつている。この
場合、ジエツト燃料電磁弁２２はノーマルオープ
ン型の電磁弁で構成されている。 次に、空燃比制御系の構成について説明する
と、３０は排ガス中の酸素濃度を検出する酸素セ
ンサ、３１は機関の冷却水３２の温度を検出する
温度センサ、３３はスロツトル弁８の開度がほぼ
全閉状態の時、すなわちアイドル運転時にオン
（閉成）するアイドルスイツチ、３４はスロツト
ル弁８の回転軸に連結され、スロツトル弁８の開
度に対応した電圧信号を出力する弁開度検出器、
３５は機関回転数Ｎを検出する回転数検出器であ
り、ここでは点火コイル３６と断続器３７との接
続点から機関回転数Ｎに対応した周期の回転パル
ス信号を取出している。３８は上記の酸素センサ
３０〜回転数検出器３５の検出出力信号に基づ
き、機関始動後の全ての運転状態における空燃比
をメイン燃料電磁弁１４、スロー燃料電磁弁１８
およびジエツト燃料電磁弁２２の開閉状態を変え
ることによつて理論空燃比あるいは設定値に制御
する制御回路である。この場合、スロー燃料電磁
弁１８はオンまたはオフのいずれかに制御される
が、メイン燃料電磁弁１４およびジエツト燃料電
磁弁２２はそのオン時間とオフ時間のデユーテイ
比が制御される。 制御回路３８は、第２図に示すように演算処理
装置（以下、CPUと略記）３８０と、空燃比制
御を行うためのプログラムや定数等を記憶したリ
ードオンメモリ（以下、ROMと略記）３８１
と、演算途中の結果などを記憶するランダムアク
セスメモリ（以下、RAMと略記）３８２と、上
記酸素センサ３０などやメイン燃料電磁弁１４な
どとの信号送受用のインタフエース回路（以下、
IFCと略記）３８３とから構成されている。 次に以上のような構成に係る動作について第３
図〜第４図に示すフローチヤートを用いて説明す
る。 まず、機関が始動されると、CPU３８０は
ROM３８１に記憶されたプログラムに従つて第
３図に示すメインルーチンの処理を実行する。す
なわち、CPU３８０はステツプ（100）において
回転数検出器３５からの出力信号を取込み該信号
の周期を計測することによつて現在の機関回転数
Ｎを検出する。次にステツプ（101）において弁
開度検出器３４の出力信号を取込んでスロツトル
弁８の開度θを検出する。この場合、弁開度検出
器３４の出力信号は弁開度に対応したアナログ電
圧信号であるため、IFC３８３においてデイジタ
ル信号に変換された後CPU３８０に取込まれる。
次に、CPU３８０はステツプ（102）において酸
素センサ３０の出力信号を取込んで現在の運転状
態における排ガス中の酸素濃度を検出する。この
場合、酸素センサ３０の出力信号IFC３８３にお
いて基準電圧と比較されることによつて高レベル
または低レベルの信号に変換された後CPU３８
０に取込まれる。CPU３８０はこの後ステツプ
（103）において温度センサ３１の出力信号を取込
んで現在の冷却温度TPを検出する。この場合、
温度センサ３１の出力信号はIFC３８３において
デイジタル信号に変換された後CPU３８０に取
込まれる。 CPU３８０はこのようにして各種センサの出
力信号により機関回転数Ｎ、スロツトル弁開度
θ、酸素濃度PPMおよび冷却水温度TPを検出し
た後、次のステツプ（104）〜（109）において機
関回転数Ｎおよびスロツトル弁開度θに基づき機
関の運転モードが始動モードであるのか、高負荷
走行時のパワーモードであるのかなどの運転状態
を検出する。この実施例における運転モードは、
酸素センサ３０の機能が正常に発揮されない暖機
前における不活性モードと、冷却水温が未だ充分
に高まつていない暖機モードと、暖機完了後の低
負荷時あるいは定速回転時の定常モードと、機関
回転数Ｎが400RPM以下の状態である始動モード
と、高負荷走行時のパワーモードと、機関回転数
Ｎが2000RPM以上でかつアクセルペダルが離さ
れている状態（すなわちアイドルスイツチ３３が
オンの状態）である減速モードとに区別されてい
る。そして、不活性モード、暖気モードおよび定
常モードは、第５図に示すように機関回転数Ｎと
回転数の関数として所定のスロツトル弁開度毎に
設定した弁開度の基準ラインT₁〜T₄とによつて
さらに16種類のゾーンZ1〜Z16に区別されてい
る。このように、回転数の関数としてスロツトル
弁開度の基準ラインを設定しているのは、単に回
転数とスロツトル弁開度で基盤の目状に区分した
場合、運転状態に応じたゾーンに区分するには細
かく区分する必要があり、それだけROM等の記
憶容量が増大し、高価なROMを使用しなければ
ならなくなるのを防止するためである。 そこで、CPU３８０はまずステツプ（104）に
おいて現在の運転状態がどのゾーンに該当するか
を検出する。すなわち、第４図のフローチヤート
に詳しく示すように、まずステツプ（200）〜
（203）においてゾーン分割のために回転数の関数
として定められたスロツトル弁開度θ₁〜θ₄の４つ
の基準ラインT₁〜T₄（但し、θ₁＞θ₂＞θ₃＞θ₄）と
現在のスロツトル弁開度θとを比較し、θ＞T₁
であればステツプ（204）においてRAM３８２
内に設けられた運転状態の識別用レジスタにパワ
ーゾーンであることを示すパワーゾーンコードを
セツトする。また、T₂＜θ＜T₁であればステツ
プ（205）においてゾーンZ4，Z8，Z12，Z16を示
すゾーンコードの中からさらに機関回転数Ｎに応
じて選択した１つのゾーンコードをセツトし、さ
らにT₃＜θ＜T₂であればステツプ（206）におい
てゾーンZ3，Z7，Z11，Z15を示すゾーンコード
の中からさらに機関回転数Ｎに応じて選択した１
つのゾーンコードをセツトする。また、T₄＜θ
＜T₃であればステツプ（207）においてゾーン
Z2，Z6，Z10，Z14を示すゾーンコードの中から
さらに機関回転数Ｎに応じて選択した１つのゾー
ンコードを選択してセツトし、さらにθ＜T₄で
あればステツプ（208）においてゾーンZ1，Z5，
Z9，Z13を示すゾーンコードの中からさらに機関
回転数Ｎに応じて選択した１つのゾーンコードを
選択してセツトする。ステツプ（205）〜（208）
の処理では、ステツプ（208）の処理を代表して
図示しているように、ゾーン分割のために定めら
れた機関回転数の４つの基準値N₁（＝400RPM）、
N₂（＝1000RPM）、N₃（＝2000RPM）、N₄（＝
4000RPM）のうちN₂〜N₄と現在の機関回転数Ｎ
とがステツプ（2080）〜（2082）において比較さ
れ、この比較結果に応じてゾーンコードＺ１，Ｚ
５，Ｚ９，Ｚ１３の１つがステツプ（2083）〜
（2086）において選択されて運転状態の識別用レ
ジスタにセツトされる。 CPU３８０はこのようにして運転ゾーンを検
出した後、ステツプ（105）〜（109）において運
転状態が始動モード〜定常モードのいずれに該当
するかを検出し、この検出結果に基づき空燃比を
オープンループによつて制御するかあるいはフイ
ードバツクループによつて制御するかを選択す
る。すなわち、ステツプ（105）において機関回
転数Ｎと基準値N₁（＝400RPM）とを比較し、Ｎ
＜N₁ならば始動モードであることを検出し、ま
たステツプ（106）において運転状態の識別用レ
ジスタにパワーゾーンコードがセツトされている
か否かを判別し、セツトされている場合はパワー
モードであることを検出する。また、ステツプ
（107）において機関回転数Ｎと基準値N₃（＝
2000RPM）とを比較し、Ｎ＞N₃であり、かつア
イドルスイツチがオン状態になつている場合には
減速モードであることを検出し、さらにステツプ
（108）において現在の冷却水温TPと基準値TP₀
とを比較し、TP＜TP₀ならば暖機モードである
ことを検出する。さらに、ステツプ（109）にお
いて酸素センサ３０の出力電圧信号V₀₂と基準値
Ｖとを比較し、V₀₂＜Ｖの状態が所定時間（例え
ば10秒）、継続したならば酸素センサ３０が不活
性モードであることを検出する。そして、始動モ
ード、パワーモード、減速モード、暖機モード、
不活性モードではステツプ（111）のオープンル
ープ制御処理を選択し、これ以外のモードすなわ
ち定常モードではステツプ（110）のフイードバ
ツク制御処理を選択する。すなわち、CPU３８
０は酸素センサ３０の出力に基づくフイードバツ
ク制御が不可能な運転モード、（始動モード、暖
機モード、不活性モード）および論理空燃比より
馬力を優先するためにフイードバツク制御を行う
必要のない運転モード（パワーモード）ならびに
フイードバツク制御を実行しても意味のない運転
モード（減速モード）の特殊な運転モードでは全
てステツプ（111）のオープンループ制御処理を
選択する。そして、次のステツプ（112）におい
てメイン燃料電磁弁１４、スロー燃料電磁弁１８
およびジエツト燃料電磁弁２２の駆動制御を行
う。 しかし、運転状態が上記の条件にない運転モー
ド、すなわち暖気運転完了後の低負荷時あるいは
定速回転時の定常モード等ではステツプ（110）
のフイードバツク制御処理を選択し、酸素センサ
３０の出力信号を比例積分処理し、ジエツト燃料
電磁弁２２のオン時間（閉時間）とオフ時間（パ
ルスデユーテイ）を決定し、ステツプ（112）に
おいて、ステツプ（110）の処理結果に基づきジ
エツト燃料電磁弁２２を駆動し、比例積分制御
（PI制御）することにより、シリンダ２に供給さ
れる混合気の空燃比を理論空燃比に収束させる。
すなわち、酸素センサ３０の出力電圧信号V₀₂は
第６図に示すように空燃比がリツチ側のときは高
い電圧レベルとなり、リーン側のときは低い電圧
レベルとなるため、理論空燃比（＝14.7）に対応
する電圧を基準電圧V_THに設定し、酸素センサ３
０の出力電圧信号V₀₂がこの基準電圧V_THを横切
る毎にリツチ・リーン判別を行い、この判別信号
を第７図のタイムチヤートに示すように比例積分
処理して制御量を決定し、これに対応してジエツ
ト燃料電磁弁２２の駆動用の一定周期のパルス信
号のデユーテイ比D_Jを制御する。これにより、
シリンダ２内に供給される混合気の空燃比は第８
図に示すようにジエツト燃料電磁弁２２のオン時
間デユーテイが長くなるのに比例してリーン側に
制御され、逆にオン時間デユーテイが短くなるの
に比例してリツチ側に制御される。このようなフ
イードバツク制御が継続して行われる結果、シリ
ンダ２内に供給される混合気の空燃比は理論空燃
比に収束する。この場合、フイードバツク制御時
においては、メイン燃料電磁弁１４はその駆動パ
ルスのデユーテイ比が第１表に示すように100％
に設定されて全閉状態に駆動され、一方スロー燃
料電磁弁１８はその駆動パルスがオン側に設定さ
れて全開状態に駆動される。このため、シリンダ
２内にはジエツトバルブ２０を経由した混合気
と、メイン燃料電磁弁１４のバイパス通路２４を
通つてベンチユリ９で霧化され、かつ吸気弁３を
経由した混合気と、アイドルポート１６からの混
合気とが供給されることになる。フイードバツク
制御時においてはこれら３つの通路からの混合気
の空燃比がジエツトバルブ２０のみからの混合気
の空燃比を変えることによつて理論空燃比に制御
される。

【表】

【表】 この場合、PI制御におけるリツチ側およびリ
ーン側の比例定数P_R、P_Lと、リツチ側およびリ
ーン側の積分定数I_R、I_Lは次の第２表に示すよう
に運転ゾーン別に定められ、きめ細かな制御が行
われる。

【表】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機関回転数を検出する回転数検出手段と、ス
   ロツトル弁開度を検出する弁開度検出手段と、排
   気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサと、機
   関燃焼室に供給する混合気の空燃比を可変する電
   磁弁と、予め機関回転数とスロツトル弁開度とに
   より機関の運転状態を複数の領域に区分し、この
   区分された所定範囲の領域におけるそれぞれの比
   例積分定数を記憶してなる記憶手段と、上記回転
   数検出手段および弁開度検出手段の検出出力と、
   回転数の関数として所定のスロツトル弁開度毎に
   設定した複数の弁開度の基準ラインおよび回転数
   で区分される複数のゾーンとの比較により機関の
   運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運
   転状態検出手段によつて、空燃比制御をフイード
   バツク制御処理によるかオープンループ制御処理
   によるかを選択するとともに、フイードバツク制
   御処理を選択したときは、その運転状態検出手段
   の検出出力を受けて上記記憶手段から上記運転状
   態検出手段の検出出力に対応した比例積分定数を
   読み出し、該比例積分定数により上記酸素センサ
   の検出出力を比例積分処理し、その処理結果に基
   づき上記電磁弁の制御量を制御するフイードバツ
   ク制御手段とを備えてなる内燃機関の空燃比制御
   装置。