JPH04311640A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の空燃比制御装
置に関し、特に加速時の空燃比の制御により燃費を改善
した技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の内燃機関の空燃比制御装置とし
ては、従来、特開昭６０−２４３３３３号公報に示され
るようなものがある。これについて説明すると、エアフ
ローメータにより検出される機関の吸入空気流量Ｑと、
クランク角センサ等の機関回転速度センサにより検出さ
れる機関回転速度Ｎとから基本燃料噴射量Ｔｐ（＝Ｋ×
Ｑ／Ｎ；Ｋは定数）を演算し、更に、機関温度等の機関
運転状態に応じた各種補正係数ＣＯＥＦと、空燃比フィ
ードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡと、バッテリ電圧によ
る電磁式燃料噴射弁の有効開弁時間の変化を補正するた
めの補正分Ｔｓとをそれぞれ演算し、これらにより前記
基本燃料噴射量Ｔｐを補正演算して最終的な燃料噴射量
Ｔｉ（＝Ｔｐ×ＣＯＥＦ×ＬＡＭＢＤＡ＋Ｔｓ）を設定
する。

【０００３】尚、前記各種補正係数ＣＯＥＦは、例えば
ＣＯＥＦ＝１＋ＫＭＲ＋ＫＴＷ＋ＫＡＳ＋ＫＡＩ＋・・
・なる式で演算されるものであり、ここで、ＫＭＲは高
負荷，高回転時の混合比補正係数、ＫＴＷは水温増量補
正係数、ＫＡＳは始動及び始動後増量補正係数、ＫＡＩ
はアイドル後増量補正係数である。また、空燃比のフィ
ードバック制御については、排気マニホールドにＯ２　
センサを取付けて、排気中の酸素濃度から実際の空燃比
を検出し、空燃比が理論空燃比（目標空燃比）よりリッ
チかリーンかをスライスレベルにより判定し、理論空燃
比になるように燃料噴射量をフィードバック制御するよ
うにしている。このため、前記空燃比フィードバック補
正係数ＬＡＭＢＤＡを設定し、この空燃比フィードバッ
ク補正係数ＬＡＭＢＤＡの値を比例・積分制御により変
化させて安定した制御となるようにしている。

【０００４】そして、このようにして設定された燃料噴
射量Ｔｉに相当するパルス幅の駆動パルス信号を電磁式
燃料噴射弁に所定タイミングで出力することにより、機
関に所定の量の燃料を噴射供給し、空燃比を制御してい
る。一方、加速運転時においては、空燃比フィードバッ
ク補正係数は基準値にクランプして空燃比フィードバッ
ク制御を停止し、スロットル弁開度の変化率等から加速
時増量噴射量を算出し、該増量噴射量を前記定常時にお
ける燃料噴射量Ｔｉに加算することにより燃料の加速時
増量を図り、空燃比をリッチ化して機関出力を増大させ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来の内燃機
関の空燃比制御装置にあっては、加速運転時における加
速時増量噴射量を算出する際に用いられる加速増量補正
係数を設定する際は、機関回転速度Ｎと基本燃料噴射量
Ｔｐ等により代表される負荷とによるマップにより制御
されている。ところで、従来の制御にあっては、ギア位
置，スロットル弁の開度等は考慮されていない。

【０００６】ここで、内燃機関の低中速度域にあっては
、スロットル弁の開度が約半開近傍における内燃機関の
発生トルクが、該スロットル弁が全開のときの内燃機関
の発生トルクとほぼ同一となるため、スロットル弁の開
度が小さい緩加速時も全開加速時とほぼ同等のトルクが
発生し、例えは発進時等において唐突感が大きくなり、
運転者に不快感を与える惧れがある。また、約半開近傍
のスロットル弁の開度からスロットル弁開度が全開にな
るように操作しても、該開度の増大に伴う発生トルクの
増大がなく、もってスロットル弁開度と発生トルクとの
間のリニアリティ性が十分でなく、発生トルクをアクセ
ル開度によりコントロールする際のコントロール性能も
十分でない。

【０００７】また必要以上の駆動力が発生しているので
、必要以上の燃料が供給され、もって必要以上に混合気
がリッチとなり、燃費向上の妨げとなる惧れもある。 本発明はこのような従来の実情に鑑みなされたもので、
ギア位置，スロットル弁の開度等を考慮して加速時の空
燃比を制御して、スロットル弁開度と発生トルクとの間
にリニアリティ性を持たせた内燃機関の空燃比制御装置
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、本発明は、図
１に示すように、自動変速機付内燃機関の空燃比を制御
する内燃機関の空燃比制御装置において、機関回転速度
と機関負荷とスロットル弁開度と機関に吸入される混合
気の空燃比とを少なくとも含む機関運転状態を検出する
機関運転状態検出手段と、スロットル弁開度が所定値を
上回る加速検出時または前記自動変速機のシフトダウン
制御時に、空燃比を機関回転速度と機関負荷とで定まる
運転領域毎に設定された出力空燃比に制御する加速用空
燃比制御手段と、スロットル弁開度が前記所定値以下と
なってから、非変速中に前記出力空燃比を初期値として
所定空燃比となるまで除々にリーン化するように設定空
燃比を設定し、空燃比を前記設定空燃比に制御する緩加
速用空燃比制御手段と、同じくスロットル弁開度が前記
所定値以下の状態でシフトアップ制御が行われたときま
たは前記リーン化するように設定した設定空燃比が所定
空燃比に達した後に、全運転領域で空燃比を当該所定空
燃比に近づけるようにフィードバック制御するフィード
バック空燃比制御手段と、を備えた構成とする。

【０００９】

【作用】かかる構成の空燃比制御装置によると、スロッ
トル弁開度が所定値を上回る加速検出時または自動変速
機のシフトダウン制御時には、機関が所定の加速状態に
あるとして、加速用空燃比制御手段により空燃比が運転
領域毎に設定された出力空燃比に制御されて、運転者の
所望の加速が行なわれる。

【００１０】またスロットル弁開度が前記所定値以下と
なり、さらに変速が行われない場合は、機関が緩加速状
態にあるとして、該緩加速に見合った駆動トルクを出力
すべく、緩加速用空燃比制御手段が前記出力空燃比を初
期値として所定空燃比となるまで除々にリーン化するよ
うに設定空燃比を設定し、空燃比を前記設定空燃比に制
御する。

【００１１】また、スロットル弁開度が前記所定値以下
の状態でシフトアップ制御が行われたときまたは前記設
定空燃比が所定空燃比に達した後は、機関が定常状態に
あるとして、空燃比フィードバック制御を行うべく、フ
ィードバック空燃比制御手段が、全運転領域で空燃比を
当該所定空燃比に近づけるようにフィードバック制御す
る。

【００１２】従って、ギア位置，スロットル弁の開度等
が考慮された空燃比制御が行われ、発生トルクも十分コ
ントロール性の良いものとなり、燃費も向上する。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図に基づいて説明
する。図２において、機関１には、エアクリーナ２，吸
気ダクト３，スロットルチャンバ４及び吸気マニホール
ド５を介して空気が吸入される。吸気ダクト３内には、
吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ６が設けら
れていて、吸入空気流量Ｑ信号に対応する電圧信号を出
力する。スロットルチャンバ４には図示しないアクセル
ペダルと連動して吸入空気流量Ｑを制御するスロットル
弁７が設けられている。吸気マニホールド５または機関
１の吸気ポートには電磁式の燃料噴射弁８が設けられて
いる。この燃料噴射弁８はソレノイドに通電されて開弁
し通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であって、
後述するコントロールユニット１８からの駆動パルス信
号により通電されて開弁し、図示しない燃料ポンプから
圧送されてプレッシャレギュレータにより所定の圧力に
調整された燃料を噴射供給する。

【００１４】機関１からは、排気マニホールド９，排気
ダクト１０，三元触媒１１及びマフラー１２を介して排
気が排出される。機関１の燃焼室には点火栓２１が設け
られており、この点火栓２１はコントロールユニット１
８からの点火信号に基づいて点火コイル（図示せず）に
て発生する高電圧がディストリビュータ１７を介して印
加され、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させ
る。

【００１５】コントロールユニット１８は、ＣＰＵ，Ｒ
ＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス
を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種
のセンサからの入出力信号を受け、後述の如く演算処理
をして、燃料噴射弁８及び点火コイル２１の作動を制御
する。前記各種センサとしては、スロットル弁７にポテ
ンショメータ式のスロットルセンサ１６が設けられてい
て、スロットル弁７の開度αに応じた電圧信号を出力す
る。

【００１６】また、ディストリビュータ１７に内蔵され
てクランク角センサ１４が設けられていて、クランク角
２°毎のポジション信号と、クランク角　１８０°毎（
４気筒の場合）のリファレンス信号とを出力する。ここ
で、単位時間当たりのポジション信号のパルス数或いは
リファレンス信号の周期を測定することにより機関回転
速度Ｎを算出可能である。

【００１７】また、機関１に連結された自動変速機（図
示せず）にはギヤ位置を検出することにより自動変速機
の変速状態を検出するギヤ位置センサ２４が設けられて
いる。また、排気マニホールド９にＯ２　センサ１３が
設けられており、このＯ２　センサ１３は混合気を目標
空燃比である理論空燃比付近で燃焼させたときを境とし
て起電力が急変する公知のセンサである。

【００１８】さらに、機関冷却水温度Ｔｗを検出する水
温センサ１５等が設けられている。即ち、エアフローメ
ータ６，クランク角センサ１４，Ｏ２　センサ１３等は
運転状態検出手段を構成する。更にコントロールユニッ
ト１８にはその動作電源としてまた電源電圧の検出のた
めバッテリ１９が接続されている。なお、コントロール
ユニット１８内のＲＡＭの動作電源としては、イグニッ
ションキースイッチＯＦＦ後も記憶内容を保持させるた
め、バッテリ１９をイグニッションスイッチを介するこ
となく適当な安定化電源を介して接続してある。

【００１９】ここにおいて、コントロールユニット１８
に内蔵されたマイクロコンピュータのＣＰＵは、図３に
フローチャートとして示すＲＯＭ上のプログラム（燃料
噴射量演算ルーチン）に従って演算処理を行い、燃料噴
射を制御する。図３の燃料噴射量演算ルーチンは、所定
時間（例えば１０ｍｓ）毎に実行されるものであり、ス
テップ１（図ではＳ１と記す。以下同様）ではエアフロ
ーメータ６，スロットルセンサ１６，クランク角センサ
１４，水温センサ１５，ギヤ位置センサ２４等の各セン
サからの検出信号を読込む。

【００２０】ステップ２では、エアフローメータ６から
の信号によって得られる吸入空気流量Ｑとクランク角セ
ンサ１４によって得られる機関回転速度Ｎとから、基本
燃料噴射量Ｔｐを次式によって算出する。 Ｔｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎ（Ｋは定数） ステップ１２では、スロットル弁開度αが所定開度α０
　（例えば全開の７／８の開度）以下であるか否かを判
断する。そしてスロットル弁開度αが所定開度α０　以
下ではないと判断された場合は、高加速等の高負荷状態
に対応するために運転者がスロットル弁を略全開付近の
開度としていると判断して、ステップ１３以下に進み各
種補正係数ＣＯＥＦに含められる加速増量補正量Ｋｍｒ
を設定する。

【００２１】ステップ１３では、高負荷，高回転時の混
合比補正係数ＫＭＲが機関回転速度Ｎと機関負荷を代表
するものとしての基本燃料噴射量Ｔｐとに対応して記憶
されている出力混合比マップＢを選択する。そして、ス
テップ１４において出力混合比マップＢより混合比補正
係数ＫＭＲが検索され、ステップ１５で該混合比補正係
数ＫＭＲを加速増量補正量Ｋｍｒとして設定する。尚、
出力混合比マップＢは１６×１６の領域を有しており、
通常低負荷，低回転域の８×８の領域にあっては混合比
補正係数ＫＭＲが０となっている。

【００２２】そして、ステップ１６で後述するｎをクリ
アする。ステップ１２においてスロットル弁開度αが所
定開度α０　以下であると判断された場合は、加速等の
高負荷状態は終了して内燃機関が低中速度域にはいって
いるとして、ステップ２１以下に進む。ステップ２１で
は、ギヤ位置センサ２４の出力より自動変速機において
キックダウンがなされたか否かを判断し、キックダウン
が検出された場合は、加速等の高負荷に対応するために
キックダウンが行われて出力トルクを確保しているとし
て、ステップ１３以下に進み各種補正係数ＣＯＥＦに含
められる加速増量補正量Ｋｍｒを設定する。

【００２３】一方ステップ２１でキックダウンが検出さ
れない場合はステップ２２に進み、シフトアップがなさ
れたか否かを判断する。そして、シフトアップがなされ
ていないと判断される場合は、内燃機関が低中速度域に
ある状態で変速が行われていない状態であるとして、ス
テップ２３以下に進む。ステップ２３においては、前記
ステップ１５で設定した混合比補正係数ＫＭＲを初期値
として読込んだ後、ステップ２４において該混合比補正
係数ＫＭＲを次式にしたがって漸減した係数を加速増量
補正量Ｋｍｒとする。

【００２４】Ｋｍｒ＝ＫＭＲ−　ＣＫＭＲ×ｎ但し、　
ＣＫＭＲは漸減定数、ｎは整数である。 ステップ２５においては、漸減された量Ｋｍｒが空燃比
フィードバック制御判定定数Ｋｍｒｆ　以下に漸減され
たか否かを判断する。そして、該加速増量補正量Ｋｍｒ
が十分に漸減されていれば、即ちＫｍｒ≦Ｋｍｒｆ　で
あれば、後述のステップ３１に進む。

【００２５】即ち、ステップ２３〜２５において、加速
増量補正量Ｋｍｒを空燃比フィードバック制御判定定数
Ｋｍｒｆ　以下になるまで漸減しており、その間は空燃
比フィードバック補正係数を基準値にクランプして空燃
比フィードバック制御を停止し、加速時増量補正が十分
に行われたとして、後述のステップ３１に進むものであ
る。また、ステップ２５において、加速増量補正量Ｋｍ
ｒが空燃比フィードバック制御判定定数Ｋｍｒｆ　以下
ではないと判断された場合は、ステップ２６においてｎ
をインクリメントした後にステップ３に進む。

【００２６】一方、ステップ２２においてシフトアップ
がなされたと判断される場合及びステップ２５において
、加速増量補正量Ｋｍｒが空燃比フィードバック制御判
定定数Ｋｍｒｆ　以下であると判断された場合は、ステ
ップ３１へ進んで加速増量補正量Ｋｍｒをゼロとする。 即ち、運転者が加速をするべくアクセルペダルが操作さ
れたとして初期値として出力混合比マップＢより設定し
た混合比補正係数ＫＭＲを一定割合で減少させるのであ
るが、高加速が終了したのでシフトアップがなされたか
、または加速増量補正量Ｋｍｒが空燃比フィードバック
制御判定定数Ｋｍｒｆ　以下まで十分に減少させられた
ときには、減少途中でも直ちにゼロに設定して増量を停
止して、通常の空燃比フィードバック制御を行う。

【００２７】そして、ステップ３４でｎをクリアする。 このようにして加速増量補正量Ｋｍｒが設定されると、
ステップ３ではこの加速増量補正量Ｋｍｒを含めて各種
補正係数ＣＯＥＦ（＝１＋＋ＫＴＷ＋ＫＡＳ＋ＫＡＩ＋
Ｋｍｒ＋・・・）を設定する。ここで、ＫＴＷは水温増
量補正係数、ＫＡＳは始動及び始動後増量補正係数、Ｋ
ＡＩはアイドル後増量補正係数である。

【００２８】次のステップ４では、バッテリ１９の電圧
値に基づいて電圧補正分Ｔｓを設定する。これは、バッ
テリ１９電圧の変動により燃料噴射弁８の噴射量（有効
噴射時間）変化を補正するためのものである。ステップ
５では、Ｏ２　センサ１３によって検出される空燃比に
基づいてフィードバック補正係数（フィードバック補正
量）αを設定した後、ステップ６へ進んで最終的な燃料
噴射量Ｔｉを次式に従って演算する。

【００２９】Ｔｉ＝Ｔｐ×ＣＯＥＦ×α＋Ｔｓ燃料噴射
量Ｔｉが演算されると、そのＴｉのパルス巾をもつ駆動
パルス信号が機関回転に同期して所定のタイミングで出
力されて、燃料噴射弁８に与えられ、燃料噴射が行われ
、もって機関１の空燃比が制御される。次に、マイクロ
コンピュータにより実行されるＲＯＭ上のプログラム（
燃料噴射量演算ルーチン）に係る作用，効果を図４及び
図５を参照しつつ説明する。

【００３０】図４において、ＣＡＳＥＩに示すものは、
時間ａにて全開加速が実施され、同時にギア位置が４速
から２速にキックダウンされ、時間ｃにてギア位置が２
速から３速にシフトアップされ、時間ｅにてスロットル
開度が定常状態に戻される運転状態を示している。この
場合、空燃比は時間ａから時間ｅまでほぼリッチな値を
維持する。

【００３１】ここで、本発明に係る作用を説明する。Ｃ
ＡＳＥＩＩに示すものは、時間ａにて緩加速が実施され
、同時にギア位置が４速から３速にキックダウンされ、
時間ｂにてギア位置が３速から４速にシフトアップされ
、時間ｄにてスロットル開度が定常状態に戻される運転
状態を示している。この場合空燃比は、時間ａにおいて
設定された加速増量補正量Ｋｍｒの作用により燃料噴射
量が増量補正され、出力空燃比であるリッチな空燃比と
なる（前記ステップ１３〜１５に相当する）。しかし、
時間ａから時間ｂの間は、機関１が低中速度域にある状
態でキックダウン及びシフトアップが検出されない時間
であるので、加速増量補正量Ｋｍｒが漸減され、もって
空燃比を除々にリーン化し、該空燃比が除々にλ＝１に
近づいている（前記ステップ２１〜２４に相当する）。 そして時間ｂにてギア位置が３速から４速にシフトアッ
プされると、加速が終了して負荷が低減されたのでシフ
トアップがなされたとして減少途中でも直ちに加速増量
補正量Ｋｍｒをゼロに設定して増量を停止しているので
、空燃比がλ＝１となっている（前記ステップ２２，２
５及び３１に相当する）。

【００３２】即ち以上説明したように、加速用空燃比制
御手段，緩加速用空燃比制御手段及びフィードバック空
燃比制御手段としての機能は、前記燃料噴射量演算ルー
チンが実行されることにより達成される。従って、図４
中の破線で示した従来の加速増量補正を実施した際の空
燃比の変化と比較して斜線を付した空燃比がリーンとな
り、もって燃料噴射量も減量されていることとなり、燃
費が向上する。

【００３３】また駆動力（駆動トルク）に関しては、図
５において破線で示す従来の制御においては、４速から
３速にシフトダウンがなされたときに駆動力（駆動トル
ク）に大きな段差を生じ、運転者が駆動力の唐突感を感
じるが、本実施例においては、一度４速から３速にシフ
トダウンがなされた後に、そのシフト位置が維持される
場合は空燃比を除々にリーン化し駆動トルクも小さくな
り、実線で示す如くスロットル弁開度と発生トルクとの
間のリニアリティ性が存在するようになる。

【００３４】もって発生トルクをアクセル開度によりコ
ントロールする際のコントロール性能も十分良好なもの
となる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる構
成によると、機関が緩加速状態にある場合は出力空燃比
を初期値として所定空燃比となるまで除々にリーン化す
るように設定空燃比を設定し、該緩加速に見合った駆動
トルクを出力する。また、機関が定常状態に戻ったと判
断される場合は、全運転領域で空燃比を所定空燃比に近
づけるように空燃比フィードバック制御が行われる。

【００３６】従って、ギア位置，スロットル弁の開度等
が考慮された空燃比制御が行われ、発生トルクも十分コ
ントロール性の良いものとなり、スロットル弁開度と発
生トルクとの間のリニアリティ性を持たせることが可能
となり、コントロール性能が良好となるという効果があ
る。また、余分な駆動トルクが発生されないので、燃費
も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図

【図２】本
発明の実施例に係るシステム構成図

【図３】本発明の実
施例における燃料噴射量演算ルーチンを示すフローチャ
ート

【図４】本実施例の作用を説明するタイムチャート

【図
５】本発明の作用を説明する駆動力線図

【符号の説明】

１　　　　機関 ６　　　　エアフローメータ ７　　　　スロットル弁 ８　　　　燃料噴射弁 １３　　　　Ｏ２　センサ １４　　　　クランク角センサ １８　　　　コントロールユニット ２４　　　　ギヤ位置センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自動変速機付内燃機関の空燃比を制御する
   内燃機関の空燃比制御装置において、機関回転速度と機
   関負荷とスロットル弁開度と機関に吸入される混合気の
   空燃比とを少なくとも含む機関運転状態を検出する機関
   運転状態検出手段と、スロットル弁開度が所定値を上回
   る加速検出時または前記自動変速機のシフトダウン制御
   時に、空燃比を機関回転速度と機関負荷とで定まる運転
   領域毎に設定された出力空燃比に制御する加速用空燃比
   制御手段と、スロットル弁開度が前記所定値以下となっ
   てから、非変速中に前記出力空燃比を初期値として所定
   空燃比となるまで除々にリーン化するように設定空燃比
   を設定し、空燃比を前記設定空燃比に制御する緩加速用
   空燃比制御手段と、同じくスロットル弁開度が前記所定
   値以下の状態でシフトアップ制御が行われたときまたは
   前記リーン化するように設定した設定空燃比が所定空燃
   比に達した後に、全運転領域で空燃比を当該所定空燃比
   に近づけるようにフィードバック制御するフィードバッ
   ク空燃比制御手段と、を含んで構成されることを特徴と
   する内燃機関の空燃比制御装置。