JPH04203446A - 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〕 本発明は内燃機関の空燃圧制？Ｈ装置に関する。

〔従来の技術〕

アクセルペダルの踏込み量に応じて変化する目標スロッ
トル弁開度とアクセルペダルの踏込み量に応じて変化す
る目標排気ガス再循環量とを予め記憶しておき、スロッ
トル弁開度が目標スロットル弁開度となるようにスロッ
トル弁開度を制御すると共に排気ガス再循環（以下ＥＧ
Ｒと称する）量が目標ＥＧＲ量となるようにＥＧＲ制御
弁開度を制御することによって空燃比を制御するように
した内燃機関が公知である（特開昭６３−２４８９３８
号公報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこのように単にスロットル弁開度およびＥ
ＧＲ量を目標値に一致させても空燃比を予め定められた
目標空燃比に正確に一致せしめることはできない。

ところで通常燃料噴射式内燃機関では機関排気通路内に
設けられた空燃比センサの出力信号に基いて空燃比が目
標空燃比となるように制御してぃる。この場合、機関負
荷および機関回転数に応じて変化しかつ空燃比をほぼ目
標空燃比としうる基本燃料噴射量が予め記憶されており
、この基本燃料噴射量にフィードバック補正係数を乗算
することによって実際の燃料噴射量が算出され、この際
空燃比が目標空燃比にほぼ一致するようにフィードバッ
ク補正係数が空燃比センサの出力信号に基いて制御され
る。上述したように基本燃料噴射量は空燃比がほぼ目標
空燃比となるように設定されているのでフィードバック
補正係数は１．０前後の値をとり、空燃比が目標空燃比
よりも大きくなればフィードバック補正係数が大きくな
って実際の燃料噴射量が増量せしめられ、空燃比が目標
空燃比よりも小さくなればフィードバック係数が小さく
なって実際の燃料噴射量が減少せしめられる。

その結果、空燃比は目標空燃比を中心として微少に変動
せしめられ、斯くして空燃比が目標空燃比にほぼ一致せ
しめられる。この場合、空燃比が目標空燃比を中心とし
て変動していても空燃比の変動中が大きくなると意味が
なく、空燃比の変動中をできるだけ小さくする必要があ
る。

ところで燃料噴射量を一定量補正した場合の空燃比の変
動中は燃料噴射量に依存している。即ち燃料噴射量が少
いときに燃料噴射量を一定量補正した場合と燃料噴射量
が多いときに燃料噴射量を同じ一定量だけ補正した場合
を比べると燃料噴射量が少いときのほうが燃料噴射量が
多いときに比べて空燃比の変動中が大きくなる。従って
燃料噴射量にかかわらずに空燃比の変動中を小さな一定
量に維持するためには補正すべき燃料量を燃料噴射量に
比例させればよいことになる。従って上述のように基本
燃料噴射量にフィードバック補正係数を乗算すると補正
すべき燃料量が燃料噴射量に比例することになり、斯く
して目標空燃比に対する空燃比の変動中を燃料噴射量に
かかわらずに小さな変動中白に維持することができる。

これは上述のように燃料噴射量を制御することによって
空燃比を目標空燃比に制御する場合だけではなく、吸入
空気量又はＥＧＲ量を制御することによって空燃比を目
標空燃比に制御する場合にも同じことが云える。即ち、
燃料噴射量が少いときに吸入空気量又はＥＧＲ量を一定
量補正した場合と燃料噴射量が多いときに吸入空気量又
はＥＧＲ量を同じ一定量だけ補正した場合を比べると燃
料噴射量が少いときのほうが燃料噴射量が多いときに比
べて空燃比の変動中が大きくなり、従って燃料噴射量に
かかわらずに空燃比の変動中を小さな一定量に維持する
ためには補正すべき吸入空気量又はＥＧＲ量を燃料噴射
量に比例させればよいことになる。

ところが従来では吸入空気量或いはＥＧＲ量を制御する
に当ってこのような精密な制御を行うことまでは考えて
はいないのが現状である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば空燃比の変動中の小さな空燃比制御を行
うために第１図の発明の構成図に示されるように吸入空
気量又は再循環排気ガス量を制御することによって空燃
比を制御するようにした内燃機関において、実際の空燃
比を検出するために機関排気通路Ａ内に配置された空燃
比検出手段Ｂと、実際の空燃比と目標空燃比との偏差を
算出する偏差算８手段Ｃと、機関負荷を検出するための
負荷検出手段りと、実際の空燃比を目標空燃比に追従さ
せるのに必要な吸入空気量又は再循環排気ガス量の補正
量を上述の偏差と機関負荷を乗算することにより算出す
る補正量算出手段Ｅと、この補正量に応じて吸入空気量
又は再循環排気ガス量を補正する補正手段Ｆとを具備し
ている。

〔作　用〕

機関に供給される燃料量はほぼ機関負荷に比例する。従
って目標空燃比に対するずれを表わす偏差と機関負荷を
乗算することにより算出される補正量はほぼ機関に供給
される燃料量に比例する。

〔実施例〕

第２図に第１実施例を示す。第２図を参照すると機関本
体１は複数個の気筒１ａを有する。各気筒１ａは夫々対
応する吸気枝管２を介して共通のサージタンク３に接続
され、サージタンク３は吸気ダクト４を介してエアクリ
ーナ５に接続される。

吸気ダクト４内にはステップモータ６によって駆動され
るスロットル弁７が配置される。一方、各気筒１ａは共
通の排気マニホルド８に連結され、この排気マニホルド
８は三元触媒コンバータ９に連結される。各吸気枝管２
には夫々ＥＧＲガス流入口１０が形成され、各ＥＧＲガ
ス流入口１０はＥＧＲ通路１１を介して排気マニホルド
８に連結される。

ＥＧＲ通路ｌｌ内には例えばステップモータ１２により
駆動されるＥＧＲ制御弁１３が配置される。排気マニホ
ルド８内に排出された排気ガスの一部はＥＧＲ通路１１
を介して各吸気枝管２内に供給される。排気マニホルド
８内には空燃比を検出するための空燃比センサ１４が取
付けられる。また、各気筒１ａには夫々燃料噴射弁１５
が取付けられ、これら燃料噴射弁１５は電子制御ユニッ
ト２０の出力信号に基いて制御される。

電子制御ユニット２Ｇはディジクルコンピュータからな
り、双方向性パス２Ｉを介して相互に接続されたＲＡＭ
（ランダムアクセスメモリ）２２、ＲＯＭ（リードオン
リメモリ）　２３、ＣＰＬＩ（マイクロプロセッサ）２
４、入力ポート２５および出力ポート２６を具備する。

また、ＣＰＬＩ　２４にはバス２７ａを介してバックア
ップＲＡＭ　２７に接続される。空燃比センサ１４はＡ
Ｄ変換器２８ａを介して入力ポート２５に接続される。

アクセルペダル１６はアクセルペダル１６の踏込み量に
比例した出力電圧を発生する負荷センサ１７に接続され
、負荷センサ１７の出力電圧はＡＤ変換器２８ｂを介し
て入力ポート２５に人力される。また、入力ポート２５
には機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転数セ
ンサ１８が接続される。一方、出力ポート２６は対応す
る駆動回路２９を介してステップモータ６、ステップモ
ータ１２および各燃料噴射弁１５に接続される。

第３図および第４図は各気筒１ａの燃焼室構造を示して
いる。

第３図および第４図を参照すると、３０はシリンダブロ
ック、３１はシリンダブロック３０内で往復動するピス
トン、３２はシリンダブロック３０上に固締されたシリ
ンダヘッド、３３はピストン３１とシリンダヘッド３２
間に形成された燃焼室を夫々示す。図面には示されてい
ないがシリンダヘッド３２の内壁面上には吸気弁と排気
弁が配置されており、吸気ポートは燃焼室３３内に流入
した空気がシリンダ軸線回りの旋回流を発生するように
構成されている。

第３図に示されるようにシリンダヘッド３２の内壁面の
中央部に点火栓３４が配置され、シリンダへラド３２の
内壁面の周辺部に燃料噴射弁１５が配置される。第３図
および第４図に示されるようにピストン３１の頂面上に
は燃料噴射弁１５の下方から点火栓３４の下方まで延び
るほぼ円形の輪郭形状を有する浅皿部３５が形成され、
浅皿部３５の中央部にはほぼ半球形状をなす深皿部３６
が形成される。

第５図は機関低負荷運転時における燃焼方法を示してお
り、第６図は機関中負荷運転時における燃焼方法を示し
ており、第７図は燃料噴射量Ｑと機関負荷、例えばアク
セルペダル１６の踏込み量りとの関係を示している。

第７図においてアクセルペダル１６の踏込み量りがＬ＋
　より小さい機関低負荷運転時には第５図（Ａ）および
（Ｂ）に示されるように圧縮行程末期に深皿部３６の周
壁面に向けて燃料噴射Ｆ、第５図に示す実施例ではガソ
リン噴射が行われる。このときの燃料噴射量０は第７図
に示されるようにアクセルペダル１Ｇの踏込み量りが大
きくなるにつれて増大する。深皿部５６の周壁面に向け
て噴射された燃料は旋回流Ｓによって気化せしめられつ
つ拡散され、それによって第５図（Ｃ）に示されるよう
に凹部３７および深皿部３６内に混合気Ｇが形成される
。このとき凹部３７および深皿部３６以外の燃焼室３３
内は空気およびＥＣ，Ｒガスで満たされている。次いて
混合気Ｇが点火栓３４によって着火せしめられる。

一方、第７図においてアクセルペダル１６の踏込み量り
がＬｌとＬ２の間である機関中負荷運転時には吸気行程
初期と圧縮行程末期の２回に分けて燃料噴射が行われる
。即ち、まず初めに第６図（Ａ）および（Ｂ）に示され
るように吸気行程初期に浅皿部３５に向けて燃料噴射Ｆ
が行われ、二の噴射燃料によって燃焼室３３内全体に稀
薄混合気が形成される。次いで第６図（Ｃ）に示される
ように圧縮行程末期に深皿部３６の周壁面に向けて燃料
噴射Ｆが行われ、第６図（Ｄ）に示されるようにこの噴
射燃料によって凹部３７および深皿部３６内には火種と
なる着火可能な混合気Ｇが形成される。

この混合気Ｇは点火栓３４によって着火せしめられ、こ
の着火火炎によって燃焼室３３内全体の稀薄混合気が燃
焼せし約られる。この場合、圧縮行程末期に噴射される
燃料は火種を作れば十分であるので第７図に示されるよ
うに機関中負荷運転時にはアクセルペダル１６の踏込み
量りにかかわらずに圧縮行程末期の燃料噴射量は一定に
維持される。これに対して吸気行程初期の燃料噴射量は
アルセルペダル１６の踏込み量りが大きくなるにつれて
増大する。

第７図においてアクセルペダル１６の踏込み量りがＲ２
よりも大きい機関高負荷運転時には第６図（Ａ）および
（Ｂ）に示されるように吸気行程初期に一回だけ浅皿部
５５に向けて燃料が噴射され、それによって燃焼室５３
内に均一混合気が形成される。このとき吸気行程初期の
燃料噴射量は第７図に示されるようにアクセルペダル１
６の踏込み量りが大きくなるにつれて増大する。

第８図は燃料噴射量Ｑと目標空燃比ＡＦＲとの関係を示
している。なお、第８図の横軸のＱ、およびＱ２は第７
図の縦軸のＱｌおよびＱ２と同じである。第８図かられ
かるように燃料噴射量ＱがＱｌとＱ２の中間に位置する
Ｑａよりも小さいときは目標空燃比ＡＦＲが理論空燃比
１４．６よりも大きく、燃料噴射ＩＱが減少するにつれ
て目標空燃比ＡＦＲが大きくなる。また燃料噴射ＭＱが
Ｑａと、Ｑ２よりも大きいＱｂとの間にあるときには目
標空燃比ＡＦＲが理論空燃比１４，５となっている。

一方、燃料噴射ＭＱがＱｂよりも大きいときには目標空
燃比ＡＦＲが理論空燃比１４．６よりも小さく、燃料噴
射量０が増大するにつれて目標空燃比ＡＦＲが小さくな
る。

第１実施例においては燃料噴射量ＱがＱａ　とＱｂとの
間にあるときには空燃比センサ１４の出力信号に基いて
空燃比が理論空燃比１４．６となるようにスロットル弁
７の開度θａとＥＧＲ制御弁１３の開度θｂがフィード
バック制御され、それ以外の領域ではスロットル弁７の
開度θａとＥＧＲ制御弁１３の開度θｂがオープンルー
プ制御される。

次に第９図を参照してスロットル弁７の開度θａとＥＧ
Ｒ制御弁１３の開度θｂについて説明する。

第９図は機関回転数Ｎが成る一定回転数に維持されてい
るときのスロットル弁７の開度θａとＥＧＲ制御弁１３
の開度θｂとの関係を示しており、第９図の横軸Ｒは後
で詳細に説明するがおおよそ機関負荷を表わしている。

なお、ここでは発明を理解しやすくするためにＲが機関
負荷を表わしているものとして説明する。

機関負荷ＲがＲＩ　よりも低いときは機関負荷Ｒが小さ
くなるにつれてスロットル弁開度θａとＥＧＲ制御弁開
度θｂが共に減少せしめられる。

機関負荷Ｒ−ｂ＜　Ｒｌ　とＲ２の間であるときにはＥ
ＧＲ制御弁開度θｂは全開に維持ぎれ、スロットル弁開
度θａは機関負荷Ｒが高くなるにつれて太きくなる。機
関負荷ＲがＲ２とＲ３の間にあるときにはスロットル弁
開度θａが全開に維持され、ＥＧＲ制御弁開度θｂは機
関負荷Ｒが高くなるにつれて小さくなる。機関負荷Ｒが
Ｒ１よりも高いときにはスロットル弁開度θａが全開に
維持され、ＥＧＲ制御弁開度θｂが全閉に維持される。

空燃比を理論空燃比１４．６とすべきフィードバック制
御はほぼＲ１とＲ３の間において行われ、その他の領域
ではオーブンループ制御が行われる。

まず初めにフィードバック制御が行われる領域のうちで
Ｒ１とＲ２の間について検討してみると、Ｒ１とＲ２の
間ではＥＧＲ制御弁開度θｂが全開に維持された状態で
機関負荷Ｒが高くなるほどスロットル弁開度θａが増大
する。即ち、機関負荷Ｒが高くなるほど吸入空気量が増
大する。一方、機関負荷Ｒが高くなるほど燃料噴射弁１
５から噴射される燃料量が増大するので機関負荷Ｒが高
くなるほど吸入空気量が増大し、同時に燃料噴射量が増
大することになる。ところてＲＩとＲ２の間において実
線で示すスロットル弁開度θａは空燃比が理論空燃比と
なる開度をＲ１とＲ２の間のいくつかの負荷について実
験により求めてこれらを結んだものであり、従って基本
的にはスロットル弁開度を機関負荷Ｒに対応したスロッ
トル弁開度θａに制御すれば空燃比が理論空燃比になる
ことになる。

次にＲ２とＲ３の間について検討してみると、Ｒ２とＲ
３の間ではスロットル弁開度θａが全開に維持された状
態で機関負荷Ｒが高くなるほどＥＧＲ制御弁開度θｂが
減少する。即ち、機関負荷Ｒが高くなるほどＥＧＲガス
の供給量が減少するので吸入空気量が増大することにな
る。一方、前述したように機関負荷Ｒが高くなるほど燃
料噴射弁１５から噴射される燃料量が増大するので機関
負荷Ｒが高くなるほど吸入空気量が増大し、同時に燃料
噴射量が増大することになる。ところでＲ２とＲ３の間
において破線で示すＥＧＲ制御弁開度θｂは空燃比が理
論空燃比となる開度をＲ２とＲ３の間のいくつかの負荷
について実験により求絶てこれらを結んだものであり、
従って基本的にはＥＧＲ制御弁開度を機関負荷Ｒに対応
したＥＧＲ制御弁開度θｂに制御すれば空燃比が理論空
燃比になることになる。結局、第９図のフィードバック
制御領域内においてはスロットル弁開度θａとＥＧＲ制
御弁開度θｂを第９図に示すように制御すれば基本的に
は空燃比が理論空燃比に維持されることになる。

次に機関負荷ＲがＲ１よりも小さいときについて検討し
てみるとこのときのスロットル弁開度θａとＥＧＲ制御
弁開度θｂは機関負荷Ｒが低くなるにつれて空燃比が第
８図の領域工で示される目標空燃比ＡＦＲのように次第
に大きくなるように予め実験により求約られたものであ
る。従って機関負荷ＲがＲ１よりも小さいときにスロッ
トル弁開度θａとＥＧＲ制御弁開度θｂを第９図に示す
ように制御すれば空燃比は基本的に第８図の領域■で示
される目標空燃比ＡＦＲとなる。

次に機関負荷ＲがＲ３よりも大きいときについて検討し
てみるとこのときにはスロットル弁開度θａは全開に維
持され、ＥＧＲ制御弁開度θｂは全開に維持される。従
って機関負荷ＲがＲ３よりも大きいときは機関負荷Ｒが
高くなって燃料噴射量が増大するにつれて空燃比が小さ
くなっていく。

実際にはこのときの空燃比は第８図の領域■における目
標空燃比ＡＦＲに沿って変化する。

従って第９図に示すスロットル弁開度θａおよびＥＧＲ
制御弁開度θｂに制御すれば基本的には空燃比は第８図
の目標空燃比ＡＦＲに沿って変化することになる。

次になぜスロットル弁開度とＥＧＲ制御弁開度を第９図
に示すような開度で変化せしめるようにしたかについて
簡単に説胡する。即ち、第９図のフィードバック制御領
域におけるように空燃比を理論空燃比に維持するために
は単純に考えると機関負荷Ｒが高くなるにつれて、即ち
燃料噴射量が増大するにつれてスロットル弁開度を次第
に大きくしてやればよいことになる。このとき、ＥＧＲ
ガスを供給しないようにした場合にはスロットル弁開度
はフィードバック制御領域のほぼ全領域に亘って部分開
状態となる。ところがスロットル弁開度が部分開状態で
あると絞り損失が生ずるのでそれだけ機関出力が低下す
る。絞り損失を低減するにはスロットル弁開度をできる
だけ大きく、好ましくは全開にすることが好ましい。そ
こで第９図に示すようにスロットル弁開度θａをＲ２に
おいて全開せしめるようにしている。即ち、スロットル
弁開度θａをＲ２において全開すると機関負荷ＲがＲ２
よりも大きい領域における絞り損失をなくすことができ
る。また、機関負荷ＲがＲ２よりも大きい領域において
は機関負荷Ｒが高くなるにつれてＥＧＲ制御弁開度θｂ
を次第に減少させてＥＧＲガス量を減少させることによ
り機関負荷Ｒが高くなるにつれて吸入空気量を次第に減
少せしめるようにしている。一方、機関負荷ＲがＲ２よ
りも小さい領域においてはＥＧＲ制御弁開度θａが全開
せしめられ、斯くして多量のＥＧＲガスが供給される。

その結果ＥＧＲガスを供給しない場合に比べて同一吸入
空気量とするためのスロットル弁開度θａを大きくする
ことができ、それだけ絞り損失を低減できることになる
。このような理由からスロットル弁開度θａおよびＥＧ
Ｒ制御弁開度θｂは第９図に示すような開度に設定され
ている。

ところで前述したように第９図は機関回転数Ｎが成る一
定回転数に維持されているときに空燃比が目標空燃比Ａ
ＦＲとなるスロットル弁開度θａとＥＧＲ制御弁開度θ
ｂとを示している。機関回転数Ｎが変化すると充填効率
が変化するために同一スロットル弁開度であっても機関
シリンダ内に供給される吸入空気量が変化し、斯くして
空燃比が目標空燃比ＡＦＲとなるスロットル弁開度θａ
とＥＧＲ制御弁開度θｂが変化する。第１０図は異なる
機関回転数Ｎにおけるスロットル弁開度θａとＥＧＲ制
御弁開度θｂを示している。第１０図（Ａ）は低速運転
時、第１０図（Ｂ）は中速運転時、第１０図（Ｃ）は高
速運転時を示している。従ってスロットル弁開度θａお
よびＥＧＲ制御井開度θｂは機関負荷Ｒと機関回転数Ｎ
の関数となる。第１０図に示すスロットル弁開度θａと
機関負荷Ｒ，機関回転数Ｎの関係は第１１図（Ａ）に示
すようなマツプの形で予めＲＯＭ　２３内に記憶されて
おり、第１０図に示すＥ　Ｇ　ＲＭ御弁開度θｂと機関
負荷Ｒ，機関回転数Ｎの関係は第１１図（Ｂ）に示すよ
うなマツプの形で予めＲＯ！、＋　２３内に記憶されて
いる。

前述したようにスロットル弁開度およびＥＧＲ制御弁開
度を第９図に示すように制御すれば空燃比は基本的には
第８図に示す目標空燃比ＡＦＲに維持されることになる
。しかしながら実際には部品のばらつきや経時変化によ
ってスロットル弁開度およびＥ　Ｇ　ＲＭ御弁開度を第
９図に示すように制御しても空燃比が目標空燃比ＡＦＲ
に正確に一致しない。特に三元触媒は空燃比が理論空燃
比のときに最も高い浄化性能を発揮するので三元触媒コ
ンバータ９を用いた場合には目標空燃比ＡＦＲが理論空
燃比であるときには空燃比を正確に理論空燃比に一致さ
せる必要がある。そこで目標空燃比ＡＦＲが理論空燃比
であるときには第９図に示すように空燃比をフィードバ
ック制御するようにしている。

ところで空燃比を目標空燃比、例えば理論空燃比に制御
するには燃料噴射量を制御するか、吸入空気量を制御す
るか、ＥＧＲ量を制御するかである。この場合、これら
のうちの二つを同時に制御すると空燃比が急変したり、
発散したりする可能性があるのでこれらのうちの一つを
制御することになる。そこで本発明による実施例では燃
料噴射量は制御せず、吸入空気量とＥＧＲ量のいずれか
一方を制御するようにしている。ところが前述したよう
に第９図に示すようなスロットル弁開度θａとＥＧＲ制
御弁開度θｂとの関係（実際には第１０図に示す関係）
は予め記憶されており、しかも第９図のフィードバック
制御領域ではスロットル弁開度θａとＥＧＲ制御弁開度
θｂのいずれが一方が全開に保持されているのでＲを変
化させればスロットル弁開度θａとＥＧＲ制御弁開度θ
ｂのいずれか一方を制御できることになる。即ち、Ｒ＝
Ｒａである場合にはＲをＲａよりも小さくすればスロッ
トル弁開度θａが小さくなるので吸入空気量が減少して
空燃比が小さくなり二ＲをＲａよりも大きくすればスロ
ットル弁開度θａが太きくなるので吸入空気量が増大し
て空燃比が大きくなる。

また、Ｒ＝Ｒｂである場合にはＲをＲｂよりも小さくす
ればＥＧＲ制御弁開度θｂが大きくなるので吸入空気量
が減少して空燃比が小さくなり、ＲをＲｂよりも大きく
すればＥＧＲ制御弁開度θｂが小さくなるので吸入空気
量が増大して空燃比が大きくなる。そこで本発明による
実施例では空燃比が理論空燃比となるようにＲの値を制
御するようにしている。この場合、第１実施例では空燃
比センサ１４の出力信号に基いてフィードバック補正係
数ＦＡＦを制御し、このフィードバック補正係数ＦＡＦ
に基いてＲが制御される。そこでまず初めに空燃比セン
サ１４の出力信号およびフィードバック補正係数ＦＡＦ
について説明する。

空燃比センサ１４は第１２図に示されるように空燃比が
理論空燃比１４．６よりも大きいときには０．１（Ｖ）
程度の出力電圧を発生し、空燃比が理論空燃比１４．６
よりも小さいときには０．９（Ｖ）程度の出力電圧を発
生する。

第１３図は機関運転中における空燃比センサ１４の出力
電圧Ｖの変化と、フィードバック補正係数ＦＡＦの変化
を示している。第１３図かられかるように空燃比が理論
空燃比よりも大きくなると、即ちＶ＜　０．４５　（Ｖ
）になるとフィードバック補正係数ＦＡＦはスキップ量
Ｓだけ急激に減少せしめられた後に積分定数にでもって
徐々に減少せしめられ、空燃比が理論空燃比よりも小さ
くなると、即ちＶ＞０．４５（Ｖ）になるとフィードバ
ック補正係数ＦＡＦはスキップ量Ｓだけ急激に増大せし
められた後に積分定数にでもって徐々に増大せし必られ
る。従ってこのフィードバック補正係数ＦＡＦを利用し
てＦＡＦが大きくなったときにＲを大きくしてやれば吸
入空気量が増大するので空燃比は大きくなり、ＦＡＦが
小さくなったときにＲを小さくしてやれば吸入空気量が
減少するのて空燃比が小さくなり、斯くして空燃比を理
論空燃比に維持することができることになる。

そこで次にＲとしてどのような値を用いるかが問題とな
る。そこでまず初めにＲとしてフィードバック補正係数
ＦＡＦと燃料噴射量Ｑとの積、即ちＦＡＦ−Ｑを用いた
場合について説明する。この場合には第１０図の各線図
（Ａ）、　　（Ｂ）、　　（Ｃ）の横軸Ｒを燃料噴射量
０としたときに空燃比が目標空燃比ＡＦＲとなるように
スロットル弁開度θａおよびＥＧＲ制御弁開度θｂが定
釣られている。

従って今燃料噴射量Ｑが第９図においてＲａであるとす
るとこのとき空燃比はほぼ理論空燃比となっている。と
ころでこのとき空燃比が理論空燃比よりも小さくなれば
フィードバック補正係数ＦＡＦは大きくなるのでＲ＝Ｆ
ＡＦ−Ｑは大きくなり、斯くして吸入空気量が増大する
ために空燃比が小さくなる。一方、空燃比が理論空燃比
よりも大きくなればフィードバック補正係数ＦＡＦは小
さくなるのでＲ＝ＦＡＦ　−Ｑは小さくなり、斯くして
吸入空気量が減少するた約に空燃比が大きくなる。

このようにして空燃比は理論空燃比に制御されることに
なる。このとき車両が低地で運転されているときには第
１３図に示されるようにフィードバック補正係数ＦＡＦ
は１．０を中心として変動する。

車両が高地で運転されている場合には空気密度が減少す
るのてＦＡＦは１．０よりも大きな値を中心として変動
する。

ところで空燃比が理論空燃比からずれればフィードバッ
ク補正係数ＦＡＦが増大又は減少せしめられるのでフィ
ードバック補正係数ＦＡＦは理論空燃比に対する空燃比
の偏差を表わしている。従ってＲ＝ＦＡＦ　−Ｑは空燃
比の偏差に燃料噴射量Ｑを乗算したことを意味している
。また、Ｒは吸入空気量に対する補正量を表わしている
。前述したように空燃比のフィードバック制御中におい
て燃料噴射量０にかかわらずに空燃比の変動中を一定の
小さな変動中に収めるには空燃比が偏差を生じたときに
補正量Ｒを燃料噴射量Ｏに比例させる必要がある。従っ
てＲ＝ＦＡＦ　−Ｑとすれば補正量Ｒが燃料噴射量Ｑに
比例することになり、斯くしてフィードバック制御中に
空燃比の変動中を小さな一定巾内に収めることができる
。

また、燃料噴射量Ｑはアクセルペダル１６の踏込み量り
に大きく依存しているのでＲとしてＲ−ＦＡＦ　−Ｌを
用いることもできる。また、燃料噴射量０はアクセルペ
ダル１６の踏込み量りと機関回転数Ｎの関数である。従
って第１４図に示すように２をアクセルペダル１６の踏
込み量りと機関回転数Ｎの関数としてマツプの形で予め
ＲＯＭ　２３内に記憶しておき、ＲとしてＲ＝ＦＡＦ　
−Ｚを用いることもてきる。この場合、Ｚは燃料噴射量
Ｑに大きく依存した値である。本発明による実施例では
機関負荷は基本的には燃料噴射量Ｑによって制御される
ので燃料噴射量Ｑ、およびり、Ｚは機関負荷を表わして
おり、従って補正量Ｒは空燃比の偏差ＦＡＦに機関負荷
を乗算した形となる。

次に第１６図を参照して空燃比の制御ルーチンについて
説明する。このルーチンは一定時間毎の割込みによって
実行される。

第１６図を参照するとまず初めにステップ５０において
燃料噴射量Ｑが計算される。この燃料噴射量Ｑは第１５
図に示すようにアクセルペダル１６の踏込み量りと機関
回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ　２３内に記憶されて
いる。次いでステップ５１では燃料噴射量Ｑが第８図の
ＱａとＱｂＯ間か否か、即ち理論空燃比にフィードバッ
ク制御すべき領域であるか否かが判別される。Ｑａ　＜
Ｑ＜Ｑｂのときはステップ５２に進んで空燃比センサ１
４の出力電圧Ｖが第１３図に示す基準電圧Ｖ。よりも小
さいか否かが判別される。Ｖ＞Ｖｏのとき、即ち空燃比
が理論空燃比よりも小さいとき、即ちリッチのときには
ステップ５３に進んで今回の処理サイクルにおいて空燃
比が理論空燃比よりも大きい状態、即ちり−ンからリッ
チに変化したか否かが判別される。今回の処理サイクル
においてリーンからリッチに変化したときにはステップ
５４に進んでフィードバック補正係数ＦＡＦにスキップ
量Ｓが加算され、ステップ５９に進む。前回の処理サイ
クルにおいてもリッチのときにはステップ５５に進んで
ＦＡＦに積分定数Ｋが加算され、ステップ５９に進む。

なお、このＦＡＦはバックアップＲＡ！、１２７内に記
憶される。

一方、ステップ５２においてＶ≦Ｖｏと判断されたとき
、即ちリーンのときにはステップ５６に進んで今回の処
理サイクルにおいてリッチからリーンに変化したか否か
が判別される。今回の処理サイクルにおいてリッチから
リーンに変化したときはステップ５７に進んでＦＡＦか
らスキップ量Ｓが減算され、ステップ５９に進む。前回
の処理サイクルにおいてもリーンのときにはステップ５
８に進んでＦＡＦから積分定数Ｋが減算され、ステップ
５９に進む。

ステップ５９ではＺが計算される。このＺとしては燃料
噴射量Ｑ、又はアクセルペダル１６の踏込み量Ｌ１又は
第１４図のマツプ値のいずれか一つが用いられる。次い
でステップ６０ではＲ＝Ｚ　−ＦＡＦが計算される。次
いでステップ６１では第１１図（Ａ）のマツプからスロ
ットル弁開度θａが補間計算され、次いでステップ６２
ては第１１図（Ｂ）のマツプからＥＧＲ制御弁開度θｂ
が補間計算される。ステップモータ６．１２はスロット
ル弁開度およびＥＧＲ制御弁開度が夫々θａおよびθｂ
となるように制御される。

一方、ステップ５１においてＱａ＜Ｑ＜Ｑｂでないと判
別されたときはステップ５９にジャンプし、次いでステ
ップ６０を通ってステップ６１　、６２においてスロッ
トル弁開度θａおよびＥＧＲ制御弁開度θｂが計算され
る。従ってこのときにはオープンループ制御が行われる
。

第１７図に第２実施例を示す。この実施例において第１
実施例と同様な構成要素は同一の符号で示す。この第２
実施例における目標空燃比も第８図に示す目標空燃比と
同じであるがこの第２実施例では全ての目標空燃比に亘
ってフィードバック制御するようにしている。従ってこ
の実施例では広い範囲に亘って空燃比を検出しうる空燃
比センサ１４ａが排気マニホルド８に配置される。

この空燃比センサ１４ａは第１８図に示すようにジルコ
ニア４０の内周面と外周面に夫々薄膜電極４１と４２を
形成し、ジルコニア４０の外周面を多孔質層４３によっ
て覆ったものである。この空燃比センサ１４ａでは電極
４１．４２間に電圧を印加すると空燃比がリーンのとき
には多孔質層４３の外側の酸素分子が多孔質層４３内を
拡散して電極４２に達し、次いで酸素イオンの形でジル
コニア４０内を移動する。その結果、電極４１．４２間
には多孔質層４３の外側の酸素分圧に比例した電流が流
れる。一方、空燃比がリッチのときは電極４２上におい
て酸化反応が生じ、酸素分子が欠乏すると電極４１から
電極４２ニ向けて酸素イオンが供給される。この結果、
電極４１．４２間には逆向きに電流が流れることになる
。電極４１゜４２間を流れる電流は電流電圧変換器１９
により電圧に変換され、電流電圧変換器１９からは第１
９図に示すように空燃比Ａ／Ｆに比例した出力電圧Ｅが
出力される。この出力電圧ＥはＡＤ変換器２８Ｃを介し
て人力ボート２５に人力される。

第２実施例では補正量ＲとしてＺ　−Ｋａを用い、）（
ａをＰｊ、Ｄ制御により求めるようにしている。

なお、Ｚは前述したように燃料噴射ｌＱ又はアクセルペ
ダル１６の踏込み量り又は第１４図のマツプから求めら
れる値である。

第２０図は電流電圧変換器１９の出力電圧ＥとＫａとの
関係を示している。第２０図において目標空燃比ＡＦＲ
に対応する出力電圧ＥがＥｏであるとすると出力電圧Ｅ
がＥｏ　になるようにスロットル弁開度θａおよびＥＲ
Ｇ制御弁開度θｂが制御される。即ち、空燃比が目標空
燃比ＡＦＲよりも太き（なって出力電圧ＥがＥ。よりも
大きくなるとＫａが小さくなる。Ｋａが小さくなるとＲ
＝Ｋａ−Ｚが小さ（なるために吸入空気量が減少し、斯
くして空燃比が小さくなる。これに対して空燃比が目標
空燃比ＡＦＲよりも小さくなって出力電圧ＥがＥ、より
も小さくなるとＫａが大きくなる。Ｋａが大きくなると
Ｒ＝Ｋａ−Ｚが大きくなるために吸入空気量が増大し、
斯くして空燃比が大きくなる。このようにして空燃比が
目標空燃比ＡＦＲに制御される。この第２実施例ではＫ
ａが目標空燃比ＡＦＲに対する空燃比の偏差を表わして
いる。

この第２実施例で用いられるスロットル弁開度θａおよ
びＥＧＲ制御弁開度θｂが第２１図に示される。第２１
図に示すスロットル弁開度θａおよびＥＧＲ制御弁開度
θｂは第９図に示すものと若干具なっている。即ち、こ
の第２実施例ではＲ＜　Ｒ＋の領域およびＲ＞Ｒ２の領
域でもフィードバック制御可能なようにＲ＜Ｒ＋　領域
ではＥＧＲｉｊｌｉｌ］弁開度θｂが全開に維持され、
Ｒ＞Ｒ２の領域てはＲが大きくなるにつれてＥＧＲ制御
弁開度θｂが徐々に小さくなるように設定されている。

なお、第２２図に示されるように目標空燃比ＡＦＲはア
クセルペダル１６の踏込み量りおよび機関回転数Ｎの関
数としてマツプの形で予めＲＯＭ　２３内に記憶されて
いる。

次に第２３図を参照して空燃比の制御ルーチンについて
説明する。このルーチンは一定時間毎の割込みによって
実行される。

第２３図を参照するとまず初めにステップ７０において
燃料噴射量Ｑが計算される。この燃料噴射量Ｑは第１５
図に示すようにアクセルペダル１６の踏込み量りと機関
回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ　２３内に記憶されて
いる。次いてステップ７１では第２２図のマツプから目
標空燃比ＡＦＲが補間計算される。

次いでステップ７２では電流電圧変換器１９の出力電圧
Ｅが読込まれ、次いでステップ７３において出力電圧Ｅ
に対応する空燃比ＡＦが計算される。続くステップ７４
から７７てはＰ、Ｉ、Ｄ制御を行なうための種々の値が
計算される。即ち、ステップ７４では空燃比ＡＦと目標
空燃比ＡＦＲとの差ΔＡＦが計算され、次いでステップ
７５ではΣΔＡＦに△ＡＦを加算してΣΔＡＦとされ、
次いでステップ７６では今回の処理サイクルにおいて求
釣られた△ＡＦから前回の処理サイクルにおいて求めら
れた△ＡＦ、が減算されてｄ△ＡＦが計算される。次い
でステップ７７では次式に基いてＫａが計算され、この
ＫａはバックアップＲＡＭ　２７内に記憶される。

Ｋａ＝Ｋａ　−Ｋｐ　・ΔＡＦ　−Ｋｉ−Ｚ△ＡＦ−Ｋ
ｄ−ｄΔＡＦ次いでステップ７８ではＺが計算される。

このＺとしては燃料噴射量０、又はアクセルペダル１６
の踏込み量し、又は第１４図のマツプの値のいずれか一
つが用いられる。次いでステップ７９ではＲ＝Ｚ・Ｋａ
が計算される。次いでステップ８０では第１１図（Ａ）
と同様なマツプからスロットル弁開度θａが補間計算さ
れ、次いでステップ８１では第１１図（Ｂ）と同様なマ
ツプからＥＧＲ制御弁開度θｂが補間計算される。ステ
ップモークロ、１２はスロットル弁開度およびＥＧＲ制
御弁開度が夫々θａおよびθｂとなるように制御される
。

第２４図に第３実施例を示す。この実施例において第２
実施例および第３実施例と同様な構成要素は同一の符号
で示す。

この第３実施例では第１実施例で用いられている空燃比
センサ１４と、第２実施例において用いられている空燃
比センサ１４ａとが排気マニホルド８内に配置される。

この第３実施例においても目標空燃比ＡＦＲは第８図に
示す目標空燃比Ａ、ＦＲと同じであり、目標空燃比ＡＦ
Ｒが理論空燃比１４．６のときには空燃比センサ１４の
出力信号に基いてフィードバック制御され、目標空燃比
ＡＦＲが理論空燃比１４，６でないときには空燃比セン
サ１４ａの出力信号に基いてフィードバック制御される
。なお、第３実施例においても第２実施例と同様に第２
１図に示されるスロットル弁開度θａとＥＧＲ制御弁開
度θｂが用いられる。

次に第２５図および第２６図を参照して空燃比の制御ル
ーチンについて説明する。このルーチンは一定時間毎の
割込みによって実行される。

第２５図および第２６図を参照するとまず初めにステッ
プ９０において燃料噴射量Ωが計算される。この燃料噴
射量Ｑは第１５図に示すようにアクセルペダル１６の踏
込み量りと機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ　２．
３内に言己憶されている。次いでステップ９１ては第２
２図のマツプから目標空燃比ＡＦＲが補間計算される。

次いでステップ９２では目標空燃比ＡＦＲが１４．６、
即ち理論空燃比であるか否かが判別される。目標空燃比
ＡＦＲが理論空燃比のときにはステップ９３に進んで空
燃比センサ１４の出力電圧Ｖが読込まれ、ステップ９４
に進む。ステップ９４から１００では第１６図のステッ
プ５２から５８と同じ処理が行われる。

即ち、ステップ９４では空燃比センサ１４の出力電圧Ｖ
が第１３図に示す標準電圧Ｖ。よりも小さいか否かが判
別される。Ｖ＞Ｖｏのとき、即ちリッチのときにはステ
ップ９５に進んで今回の処理サイクルにおいてリーンか
らリッチに変化したか否かが判別される。今回の処理サ
イクルにおいてリーンからリッチに変化したときにはス
テップ９Ｇに進んでフィードバック補正係数ＦＡＦにス
キップ量Ｓカ加算され、ステップ１０１　に進む。前回
の処理サイクルにおいてもリッチのときにはステップ９
７に進んでＦＡＦに積分定数Ｋが加算され、ステップ１
０１に進む。

一方、ステップ９４においてＶ≦Ｖｏ　と判断されたと
き、即ちリーンのときにはステップ９８に進んで今回の
処理サイクルにおいてリッチからリーンに変化したか否
かが判別される。今回の処理サイクルにおいてリッチか
らリーンに変化したときはステップ９９に進んでＦＡＦ
からスキップ量Ｓが減算され、ステップ１０１に進む。

前回の処理サイクルにおいてもリーンのときにはステッ
プ１００に進んでＦＡＦから積分定数Ｋが減算され、ス
テ、７プ１０１に進む。ステップ１０１ではＦＡＦがＫ
ａとされ、ステップ１０８に進む。

一方、ステップ９２において目標空燃比ＡＦＲが理論空
燃比でないと判別されたときはステップ１０２に進む。

ステップ１０２から１０７では第２３図のステップ７２
から７７と同じ処理が行われる。即ち、ステップ１０２
では電流電圧変換器１９の出力電圧Ｅが読込まれ、次い
でステップ１０３において出力電圧Ｅに対応する空燃比
ＡＦが計算される。続くステップ１０４から１０７では
Ｐ、Ｉ、Ｄ制御を行なうための種々の値が計算される。

即ち、ステップ１０４では空燃比ＡＦと目標空燃比ＡＦ
Ｒとの差ΔＡＦが計算され、次いでステップ１０５では
ΣΔ＾ＦにΔ靜を加算してΣ△ＡＦとされ、次いでステ
ップ１０６では今回の処理サイクルにおいて求められた
△ＡＦから前回の処理サイクルにおいて求められた△Ａ
Ｆ、が減算されてｄ△ＡＦが計算される。次いでステッ
プ１０７では次式に基いてＫａが計算される。

Ｋａ＝Ｋａ−Ｋｐ　・ΔＡＦ−Ｋｉ・ΣΔＡＦ−Ｋｄ−
ｄ△ＡＦ次いでステップ１０８に進む。ステップ１０８
ではＺが計算される。この２としては燃料噴射量０、又
はアクセルペダル１６の踏込み量し、又は第１４図のマ
ツプの値のいずれか一つが用いられる。次いでステップ
１０９ではＲ＝Ｚ−Ｋａが計算される。

次いでステップ１１０では第１１図（Ａ）と同様なマツ
プからスロットル弁開度θａが補間計算され、次いでス
テップ１１１では第１１図（Ｂ）と同様なマツプからＥ
ＧＲ制御弁開度θｂが補間計算される。

ステップモータ６．１２はスロットル弁開度およびＥＧ
Ｒ制御弁開度が夫々θａおよびθｂとなるように制御さ
れる。

これまで述べた実施例では各気筒が夫々−個の燃料噴射
弁１５を有している。しかしながらこの燃料噴射弁１５
に加えて各気筒の吸気ボートに夫々追加の燃料噴射弁を
設け、燃料噴射弁１５から圧縮行程末期にのみ噴射する
と共に吸気ボートに設けた燃料噴射弁から吸気ボート内
に向けて第７図に示す吸気行程噴射に相当する燃料を噴
射するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

空燃比の制御中において空燃比に対する補正量がほぼ機
関に供給される燃料量に比例するので空燃比制御が行わ
れる全運転領域に亘って空燃比の変動中を小さな一定巾
内に収めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の構成図、第２図は内燃機関の第１実施例
の全体図、第３図は燃焼室の側面断面図、第４図はピス
トン頂面の平面図、第５図は低負荷運転時における燃焼
方法を説明するための図、第６図は中負荷運転時におけ
る燃焼方法を説明するための図、第７図は燃料噴射量を
示す線図、第８図は目標空燃比を示す線図、第９図およ
び第１０図はスロットル弁開度とＥＧＲ制御弁開度を示
す線図、第１１図はマツプを示す線図、第１２図は空燃
比センサの出力電圧を示す線図、第１３図はフィードバ
ック補正係数の変化を示す線図、第１４図および第１５
図はマツプを示す線図、第１６図はフローチャート、第
１７図は内燃機関の第２実施例の全体図、第１８図は空
燃比センサの一部の断面図、第１９図は空燃比センサの
出力を電圧で表わした線図、第２０図はＫａの変化を示
す線図、第２１図はスロットル弁開度とＥＧＲ制御弁開
度を示す線図、第２２図はマツプを示す線図、第２３図
はフローチャート、第２４図は内燃機関の第３実施例の
全体図、第２５図および第２６図はフローチャートであ
る。 ７・・・スロットル弁、　　　８・・・排気マニホルド
、１１・・・ＥＧＲ通路、　　　１３・・・ＥＧＲ制御
弁、１４．１４ａ・・・空燃比センサ、 １５・・・燃料噴射弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸入空気量又は再循環排気ガス量を制御することによっ
   て空燃比を制御するようにした内燃機関において、実際
   の空燃比を検出するために機関排気通路内に配置された
   空燃比検出手段と、実際の空燃比と目標空燃比との偏差
   を算出する偏差算出手段と、機関負荷を検出するための
   負荷検出手段と、実際の空燃比を目標空燃比に追従させ
   るのに必要な吸入空気量又は再循環排気ガス量の補正量
   を上記偏差と機関負荷を乗算することにより算出する補
   正量算出手段と、該補正量に応じて吸入空気量又は再循
   環排気ガス量を補正する補正手段とを具備した内燃機関
   の空燃比制御装置。