JPH03949A

JPH03949A - テンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH03949A
Application number: JP13393189A
Authority: JP
Inventors: Noboru Hashimoto; 昇橋本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1989-05-25
Filing date: 1989-05-25
Publication date: 1991-01-07
Anticipated expiration: 2014-08-25
Also published as: JP2940934B2

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、エンジンの空燃比制御装置に関するものであ
る。

（従来技術）エンジンの空燃比Ａ／Ｆは、基本的には運転者のアクセ
ル操作に連動するスロットル弁のスロットル開度（Ｔ　
Ｖ　Ｏ）によって決定される吸入空気量に応じて決まる
が、該基本空燃比Ａ／Ｆは又その時のエンジン運転状態
に応じて任きにリッチ側又はリーン側に補正されて実際
の運転状態、車両走行特性にとって最適となるような空
燃比に制御されるのが通常である。

一方最近では、大気汚染防止要求からの厳しい排気ガス
規制に対応するために、多くの車両に例えば三元触媒を
使用した排気ガス浄化装置が搭載されるようになってい
る。該三元触媒は、周知のように理論空燃比（Ａ／Ｆ＝
１４．７、λ＝１）近傍の極めて狭い領域のみで、ＣＯ
並びにＨＣの酸化とＮＯｘの還元とを同時に行ない、そ
れぞれＣＯ２、ＨｔＯ，Ｏｔ、Ｎ、へと無害化する能力
を持っている。換言すると、このような三元触媒を使用
した排気ガス浄化装置では、原則としてエンジンの実空
燃比Ａ／Ｆが理論空燃比１４，７よりもリーンになると
Ｎ　ＯＸを排出し、他方リッチになるとＣＯ，ＨＣを排
出することになる。

従って、上記のような三元触媒を同効に活用し、エンノ
ンからの排気ガスを確実かつ十分にａト化するためには
上記エンジンの実空燃比を当該エンジンの運転状態に応
じて可能な限り高精度かつ確実に理論空燃比（Ａ／Ｆ　
＝　１４．７、λ−１）に維持することが必要である。

しかし、上述のようにＣ０、１４Ｃ、Ｎ　ＯＸを共に浄
化することのできる理論空燃比のウィンドウ（λ＝Ｉ±
ａ）は極めて狭く、通常の空燃比のオープンループ制御
では到底上記のような厳格な要求に応じることはできな
い。そこで、従来から例えば０、センサ（酸素センサ）
等の空燃比センサを用いて上記排気ガス中の酸素濃度（
要するにエンジン空燃比Ａ／Ｆ）を高精度に検出すると
ともに該空燃比センサによる酸素濃度（Ａ／Ｆ）の検出
値を基に上記エンジンの実空燃比（混合気空燃比）の変
動を等測的に判定し、該判定値に応じてエンノンに対す
る供給燃料Ｍを可及的速かにフィードバック制御するこ
とにより上記排気ガス浄化性能向上要請に応じて正確に
目標とする理論空燃比（Δ／Ｆ　＝１４．７±φ、λ＝
±ａのウィンドウ内）に維持する電子制御方式によるク
ローズＦループ制御が採用されている。

ところが、上記のような三元触媒は必ずしもエンジン空
燃比Ａ／Ｆを理論空燃比（Ａ　／　Ｆ　＝　１４．７）
に維持しさえすれば排気浄化性能が向上するという訳で
はなく、例えば同触媒温度が低い時などには、先ず当該
触媒部分にリーン状態の排気ガスを導入して一定時間保
持し、その後続いてリッチ状態の排気ガスを導入するよ
うにすると、同−Ａ／Ｆ濃度の排気ガスを継続して供給
した場合に比へて上述した排気ガス浄化性能がより向上
する特性がある。これは、いわゆる０、ストレーン効果
と呼ばれ、上記リーン雰囲気の時に触媒に０２が蓄積さ
れ、続くリッチ雰囲気の時に該０．によってＧｏ、ＨＣ
が酸化されるためである。そのため、従来より上記のよ
うな三元触媒を使用した排気ガス浄化装置とＯ，センサ
を使用した空燃比のフィードバック制御手段とを結合し
てなるエンジンにおいて、例えばそのエンジン空燃比Ａ
／Ｆを一定の周期で交互にリーン状態又はリッチ状態に
切換え制御するように構成したものがある（例えば特開
昭６０−１９０６３０号公報）。

（発明が解決しようとする課題）ところが、上記の従来技術の構成では、排気ガスのリー
ン状態とリッチ状態とを当該エンジン自体の回転数を同
等考慮することなく、単に一定の切換制御周期で切換え
ているのみであるので、エンジン回転数が高くなると排
気弁の開閉周期、換言するとエンジンからの排気ガスの
掃気周期が極めて短くなり、上記排気系下流の三元触媒
に到る間に相前後する異なった制御周期、従って異なっ
た制御空燃比の排気ガスが実質的にミキシングされてし
まい、本来のＯｆストレージ効果を得ることができなく
なってしまう問題があった。この傾向は、多気筒エンジ
ンで気筒数が増加する程著しい。

（課題を解決するための手段）本発明は、上記の問題を解決することを目的としてなさ
れたものであって、エンジンの排気系に排気ガス浄化用
の触媒を設け、エンジンの空燃比を任意に制御し得る空
燃比制御手段により上記触媒に導かれる排気ガスの空燃
比を所定の周期でリッチ状態又はリーン状態に交互に可
変制御ずろようにしてなるエンジンの空燃比制御装置に
おいて、上記空燃比のリーン／リッチ可変制御周期を変
更する制御周期変更手段と、エンジン回転数を検出する
エンジン回転数検出手段とを設け、該エンジン回転数検
出手段によって検出されたエンジン回転数が高いほど上
記空燃比の可変制御周期が長くなるように制御するよう
にしたことを特徴とするものである。

（作　用）上記本発明のエンノンの空燃比制御装置の構成では、エ
ンジン回転数を検出し、該検出されたエンジン回転数に
応じて当該エンジン回転数が高い時はど上述した空燃比
の可変制御周期を長く制御するようになっている。

（発明の効果）従って、本発明のエンジンの空燃比制御装置によると、
ある程度エンジン回転数が高くなっても、はぼ同効な０
２ストレージ効果を確保することができ、可及的に高い
排気浄化性能を実現することができる。

（実施例）第２図および第３図は、例えばＶ型６気筒エンジノに適
用した本発明の実施例に係るエンジンの空燃比制御装置
の全体的なソステム構成およびその制御フローを示して
いる。

先ず第２図において、符号１は例えば同Ｖ型６気筒エン
ノンのエンジン本体である。該エンジン本体ｌは、ソリ
ンダブロック部２およびシリンダヘッド部３を各々一体
化した各気筒Ｎｏｌ〜Ｎｏ６を３気筒（Ｎｏｌ　、Ｎｏ
３．Ｎｏ５）、（Ｎｏ２　、Ｎｏ４　、Ｎ０６）ごとに
左右に分岐して７字形に並設することによって左右一対
のバンク４．Ｌ、４Ｒを形成しており、該左右一対のバ
ンク＝ｉＬ、４Ｒの上記各気筒群（Ｎｏｌ　、Ｎｏ３．
Ｎｏ５）、（Ｎｏ２　、Ｎｏ４　、Ｎｏ６　）のシリン
ダヘッド部３側の各吸気マニホールド（５１，５３，５
５）、（５２，５４，５６）は吸気ボート部では相互に
独立しているが、当該吸気ボート部より所定位置上流側
では共通に集合され、該集合部６から上流側は一本の吸
気通路７となってエアクリーナ８に接続されている。

また、符号＋４Ｌ、１４Ｒは上記左側および右側の各バ
ンク４　Ｌ、４　Ｒ側番気筒Ｉｆｆ（Ｎｏｔ、Ｎｏ３Ｎ
ｏ５）、（Ｎｏ２．Ｎｏ４．、Ｎｏ６）の各排気マニホ
ールド（９１，９３，９５）、（９２，９４，９６）に
各々共通に接続された左右２本の排気通路である。モし
て該各排気通路＋４Ｌ、１４１１は、更にその排気下流
では共通に集合されて一本の排気通路１６に形成され、
その途中にはＯ，センサ１２と排気ガス浄化用の三元触
媒コンバータＩ５とが設けられている。又、さらにその
下流では図示しない消音器に接続されている。

従って、上記のごとき吸気系および排気系の構成では、
各々左又は右バンク４Ｌ、４Ｒに対応した第一１および
第２の気筒群１００　（Ｎｏｔ　、Ｎｏ３　。

Ｎ０５）並びに２００　（Ｎｏ２　、Ｎｏ４　、Ｎｏ６
　）を−単位として共通に吸気および燃料が調量供給さ
れ、また排気ガスが浄化処理されることになる。

そして、又上記エンノン本体ｌの上記第１および第２気
筒ｎ１００，２００の各吸気マニホールド（５１，５３
，５５）、（５２，５４，５６）には当該各気筒Ｎｏ１
−Ｎｏ６の吸気ボートに臨んで各々第１〜第６のフュー
エルインジェクタＦ１〜Ｆ８が設置されている。該フュ
ーエルインジェクタＦ１〜Ｆ８のインレソトロ部はパル
セーションダンパを備えた図示しない燃料供給通路を介
して所定の燃料ポンプに接続されている一方、それら各
フューエルインジェクタＦ、〜Ｆ６の供給燃料調ｍ用の
制御弁ソレノイドは所定の制御信号供給ラインＬＦＬ、
ＬＦＲを介して後述するエンジンコントロールユニット
３０に接続されており、該エンジンコントロールユニッ
ト３０から供給される燃料噴射量制御信号に応じて上記
第１〜第６の各気筒Ｎｏｌ〜Ｎｏ６に供給する燃料噴射
量を気筒群ごとに調量コントロールするようになってい
る。

この第１〜第６の各気筒Ｎ０Ｉ−Ｎｏ６に対応するフュ
ーエルインジェクタＦ、−Ｆ、は、例えばより具体的に
はグループ噴射ノステムが採用されており、上記第１お
よび第２気筒群１００，２００の各気筒（Ｎｏｌ　、Ｎ
ｏ３　、Ｎｏ５　）、（Ｎｏ２　、Ｎｏ４　、Ｎｏ６　
）の噴射弁駆動回路は共通のものとなっている。

ところで、上記０．センサ１２の出力、すなわち酸素濃
度検出信号Ｖｏは後述するエンノンコントロールユニッ
ト３０のメモリ（ＲＡＭ）中に各々所定の周期で取り込
まれる。該エンジンコントロールユニット３０は、例え
ば加速時や登板走行時などの高負荷エンリッチ領域や冷
間暖機時の増量補正領域、過・渡領域等のオープンルー
プ領域を除く空燃比のフィードバック制御領域において
上記各Ｏｔセンサ１２で検出された各気筒群１００，２
００の排気ガス中の酸素濃度に応じて、上記第１第３．
第５、第２．第４．第６のフューエルインジェクタＦ１
．Ｆｓ、Ｆ５、Ｆ２．Ｆ４．Ｆ６の燃料噴射量をグルー
プごとに高精度にフィードバック制御し、上記エンジン
の第１〜第６の各気筒Ｎｏ’ｌ　−Ｎｏ６　（１’）空
燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比（λ−１）近傍のウィンド
内に常に確実に収束されるように制御するようになって
いる。これらの制御は、全て後述のエンノンコントロー
ルユニット（ＥＣＵ）３０によってなされる。

該エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０は、例
えば演算部であるマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）を中
心とし、メモリ（ＲＯＭおよびｆｌＡＭ）、インタフェ
ース（Ｉｌｏ）回路などを備えて構成されている。そし
て、このエンジンコントロールユニット３０は、機能的
に例えば第３図、第４図のフロチャートに示すような燃
料噴射量（空燃比Ａ／Ｆ）の制御を行なう。従って該エ
ンジンコントロールユニット３０には、上記Ｏｆセンサ
１２の検出信号■０と共に、エンジン回転数検出手段３
２のエンジン回転数検出信号Ｎｅ、エアフロメータ９の
出力Ｑ、水温センサ３３の冷却水温検出出力ＴＨＷ、触
媒温度センサー２７の触媒温度検出値Ｔｃなどら入力さ
れるようになっている。

次に、上記エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３
０による空燃比のフィードバック制御動作について第３
図および第４図のフローチャートを参照して詳細に説明
する。

先ずステップＳＬで本制御の燃料噴射量コントロール動
作および空燃比Ａ／Ｆの可変制御周期変更動作に必要な
各種の制御パラメータ（吸入空気量Ｑ１エンジン水温Ｔ
Ｉ（Ｗ、エンジン回転￥ｌＮｅ、エンジン負荷ＰＲ１触
媒温度Ｔｃ等）をモニターする。

その後、ステップＳ２で上記モニターされた実際の触媒
温度Ｔｃが所定の設定値Ｔｃ５（例えばＴｃ５−３００
℃）以下の低温状態にあるか否かを判定し、ＹＥＳの場
合には更にステップＳ　３　、　Ｓ　４に進んで上記エ
ンジン水温ＴＨＷが例えば暖機基部温度ＴＨＷｓ（例え
ばＴＨＷｓ＝４０°Ｃ）以上であるか否か、エンジン負
荷ＰＢが第７図のストレージ領域を仕切る所定基準負荷
ＰＢＳ以上であるか否かを順次判定して行く。

そして、上記ステップＳ７．Ｓ３．Ｓ、の各判定結果が
全てＹＥＳとなった場合には、上述したＯ。

ストレージ効果を得るための空燃比Ａ／Ｆのり−ン／リ
ッヂ繰り返し制御を行ない得る運転領域（また触媒温度
Ｔｃから見て、それにより排気ガス浄化性能を少しでも
向上させることが要請される領域）であると認めてステ
ップ８８〜Ｓ　Ｉ２のストレージ制御動作に進む。他方
、上記ステップＳｔ、Ｓ。

Ｓ４の各判定結果の何れかひとっでもＮＯｌ又は全てが
Ｎｏの場合には、敢えてストレージ制御を行う必要がな
いか（ステップＳ、でＮｏ）、または燃焼安定性の見地
から少なくともストレージ制御を行うに適さない場合（
ステップＳ３．Ｓ、で各々ＮＯ）であるから、それらの
各場合にはステップＳ。

。の通常運転制御に進んで例えば理論空燃比Ａ／Ｐ　＝
　１４．７を中心とした安定した空燃比のオーブンルー
プ／フィードバンク制御を行う。

上記ステップＳ８に進んだ場合には、先ずストレージ制
御を行うべきＡ／Ｆの、可変制御周期（リーン／リッチ
の切換制御周期Ｘ（ミリ秒））をエンジン回転数Ｎｅを
パラメータとし、これに所定の定数Ｄ（但し、Ｄ＞１）
を掛けて決定する。この結果、該ストレージ制御に於け
る空燃比可変制御周期Ｘは、例えば第４図（ａ）〜（ｃ
）に示されるように基本的にエンジン回転数Ｎｅに応じ
て決定され、上記定数りが１よりも大の値であることか
らエンジン回転数Ｎｅが高くなるほど長くなるように設
定されることになる。

次に該周期Ｘが決定されると、次にステップＳ７に進ん
で、当該ストレージ制御を行うへき可変空燃比ΔＡ／Ｆ
に対応する偏差燃料噴射パルス八〇を例えば第５図に示
すようにエンジン水温Ｔ　ＨＷをパラメータとし、これ
に所定の定数Ｋ（但し、ＫはＴＨＷ＝４０℃〜８０℃ま
で使用、ＴＨＷが８０℃を越える′とに＝１となる。従
って、水温ＴＨＷの上昇に拘わらずΔθ値は一定値に固
定される。）を掛けることによって決定する。

その後、さらにステップＳ８に進んで、該空燃比Ａ／Ｆ
の偏差（変更量）Δθに対応した点火時期Ｉｃのリター
ド補正量（トルク変動防止）ΔＩＧを演算する。

そして、ステップＳ８で上記ステップＳ７の演算値へ〇
に基き、当該ストレージ制御期間内に於けるＡ／Ｆのセ
ンター値（Ａ／Ｆ平均値に該当）００（第４図参ｌｌ６
）を括票として例えばθ＝００−Δθの演算を行なって
最終的に噴射すべき燃料噴射パルス（幅）θを決定して
空燃比制御を実行する。

その後、ステップＳ　１１に進み、上記ステップＳ６で
決定されたＡ／Ｆ可変制御周期Ｘサイクルの経過を判定
し、実際にＸサイクルが経過した場合（ＹＥＳ）には、
さらにステップＳｉ２に進んで上記最終燃料噴射パルス
θを今度は０−００＋Δθに変更して空燃比Ａ／Ｆをリ
ーン状態からリッチ状態に制御する。また、続くステッ
プＳＩ３で、それに合わせて（該Ａ／Ｆリッチ化による
出力アップを相殺するために）上記ステップＳｓの演算
値Δ■Ｇを基に本来の点火時期ｒＧｏをリタード補正（
Ｉｃ。

＝Ｔｃｏ−Δｒｅ）することによって当該急激なＡ／Ｆ
変化に伴うトルク変動を防止した上でステップＳ　１４
に進み、再び上記Ａ／Ｆ可変制御周期Ｘサイクルの経過
を判断し、ＹＥＳとなると更に上記初期ステップＳｌに
リターンして再び以上の制御動作を繰り返す。そして、
次の周期では上記の場合とは逆に、リーン方向へのＡ／
Ｆ制御とそれに対応した点火時期■Ｇのアドバンス補正
とが行なわれることになる。

この結果、該構成によれば、エンジンの回転数Ｎｅに応
じエンジンの回転数Ｎｅが高い高回転状態はど長いＡ／
Ｐ可変制御周期Ｘでストレージ制御が行なわれることに
なり、高回転状態でも十分な排気ガス浄化性能を向上さ
せることができろようになる。

なお、第７図（ａ）　、　（ｂ）は、低触媒温状態にお
ける上記制御を第２図に示した■型６気筒エンノンの各
気筒に対応して具体的にその制御状態と制御タイミング
を分かり易く示したものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願発明のクレーム対応図、第２図は、本発
明の実施例に係るＶ型６気筒エンノンの空燃比制御装置
の制御システム図、第３図は、同装置の制御動作を示す
フローチャート、第４図（ａ）（ｂ）　、　（ｃ）は、
同装置の制御動作の内容を示すタイムチャート、第５図
は、同装置のストレージ制御領域を示す制御領域マツプ
、第６図は、同装置におけるストレージ制御の空燃比可
変量を示す偏差パルスマツプ、第７図（ａ）　、　（ｂ
）は、Ｖ型６気筒エンジンに実施した上記本発明の実施
例における空燃比の制御状態を具体的に各気筒毎に示し
たタイムチャートである。１・・・・・エンジン本体４Ｌ・・・・左バンク４Ｒ・・・・右バンク１１・・・・第１の０．センサ１２・・・・第２のＯ，センサ１４Ｌ・・・第１気筒群の排気通路＋４Ｒ・・・第２気筒群の排気通路１５・・・・三元触媒コンバータ２７・・・・触媒温度センサー３０・・・・エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５１〜５６・９１〜９６・１００　　・２００　・・吸気マニホールド・排気マニホールド・第１気筒群・第２気筒群エンジン回転数Ｎｅ第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

１、エンジンの排気系に排気ガス浄化用の触媒を設け、
エンジンの空燃比を任意に制御し得る空燃比制御手段に
より上記触媒に導かれる排気ガスの空燃比を所定の周期
でリッチ状態又はリーン状態に交互に可変制御するよう
にしてなるエンジンの空燃比制御装置において、上記空
燃比のリーン／リッチ可変制御周期を変更する制御周期
変更手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数
検出手段とを設け、該エンジン回転数検出手段によって
検出されたエンジン回転数が高いほど上記空燃比の可変
制御周期が長くなるように制御するようにしたことを特
徴とするエンジンの空燃比制御装置。