JPH0526061A - 内燃エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特定の運転状態時に行なうリーン燃焼と特定
の運転状態以外の運転時に行なうリッチ燃焼間の、空燃
比の変更時におけるエンジンショックの防止を図る。 【構成】 スロットル装置７にメインスロットル通路２
ｂとサブスロットル通路２ｃが設けられ、各通路には、
運転者のアクセル操作に連動するメインスロットル弁７
０と、サブスロットル弁７１がそれぞれ配設される。サ
ブスロットル弁は、アクチュエータ６０により、特定の
運転状態時に全閉位置に閉弁させられる一方、特定の運
転状態以外の運転時にメインスロットル弁に一体に連動
させて開閉弁させられる。メインスロットル通路の開口
面積とメインスロットル通路およびサブスロットル通路
の合計開口面積との比は、第１の空燃比と第２の空燃比
との比に等しい関係を有するように設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所謂リーン燃焼を行わ
せて排気ガス特性や燃費を向上させる内燃エンジンの空
燃比制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の排気ガス特性の向上や燃費の改
善のために、内燃エンジンに供給される混合気の空燃比
を理論空燃比より燃料希薄（燃料リーン）側の空燃比
（例えば、空燃比２２）に制御してリーン燃焼させる、
内燃エンジンの空燃比制御装置が知られている。この空
燃比制御装置では、エンジンを常時リーン燃焼させる
と、エンジンの特定の運転状態、例えば、急発進時や急
加速時に出力が不足するので、このような特定の運転状
態では空燃比を理論空燃比近傍（リッチ燃焼）に制御す
るようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような空燃比制御
装置では、加速終了後には空燃比を燃料リーン側の値に
戻すことになるが、その時、運転者はアクセルペタルを
操作していないことが多いので、燃料のみを減量するこ
とによりリーン燃焼が行われる。このように燃料の供給
量を急減させることにより空燃比をリーン化すると、出
力が急に低下してショックが感じられ、ドライバビリテ
ィを阻害することになる。燃料により空燃比を急激に変
化させると、供給された燃料の発熱量の急変を伴うので
出力を急激に変化させることになる。

【０００４】そこで、同一のアクセル操作量に対し、リ
ッチ燃焼からリーン燃焼への移行時に同一のエンジン出
力が得られるためには、エンジンへの燃料供給量を変化
させずに吸入空気量だけを変化させる必要がある。本発
明は、このような問題を解決するためになされたもの
で、エンジンの全運転領域において、理論空燃比近傍お
よびこれより燃料リーン側の所定空燃比の何れにも切換
可能に吸入空気量の増減を行うことができ、空燃比の変
更時における不快なショックの防止を図った内燃エンジ
ンの空燃比制御装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に依れば、内燃エンジンの特定の運転状
態時に、エンジンに供給する混合気を理論空燃比近傍の
第１の空燃比に制御する一方、前記特定の運転状態以外
の運転時に、前記第１の空燃比より燃料希薄側の第２の
空燃比に制御する内燃エンジンの空燃比制御装置におい
て、吸気通路途中に配設されるスロットル装置にメイン
スロットル通路とサブスロットル通路を設け、メインス
ロットル通路に配設され、運転者のアクセル操作に連動
して当該メインスロットル通路を開閉するメインスロッ
トル弁と、サブスロットル通路に配設され、当該サブス
ロットル通路を開閉するサブスロットル弁と、前記特定
の運転状態時にサブスロットル弁を全閉位置に閉弁させ
る一方、前記特定の運転状態以外の運転時にサブスロッ
トル弁を前記メインスロットル弁に一体に連動させて開
閉弁させる駆動手段とを備え、前記メインスロットル通
路の開口面積とメインスロットル通路およびサブスロッ
トル通路の合計開口面積との比が前記第１の空燃比と第
２の空燃比との比に等しい関係を有することを特徴とす
る内燃エンジンの空燃比制御装置が提供される。

【０００６】

【作用】本発明の内燃エンジンの空燃比制御装置は、第
１の空燃比（リッチ燃焼運転）から第２の空燃比（リー
ン燃焼運転）への制御切り換え時に、或いは、その逆の
制御切り換え時に、駆動手段によりサブスロットル弁を
開閉して吸入空気量を増減させ、燃料供給量を変化させ
ずに、すなわち、エンジン出力を変化させずに、空燃比
を切換制御しようとするものである。

【０００７】サブスロットル弁は、駆動手段によりサブ
スロットル通路を全閉位置と、メインスロットル弁と一
体に連動する開弁位置とに選択的に開閉される。そし
て、メインスロットル通路の開口面積とメインスロット
ル通路およびサブスロットル通路の合計開口面積との比
が前記第１の空燃比と第２の空燃比との比に等しい関係
を有し、かつ、メインスロットル通路およびサブスロッ
トル通路の上・下流側の差圧が如何なる運転状態におい
ても同じとなるため、各通路を流れる空気量の比が全運
転領域において一定となり、同じ燃料供給量に対し、サ
ブスロットル弁が全閉位置では第１の空燃比が、開弁位
置では第２の空燃比が得られることになる。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。先ず、本発明に係るガソリンエンジンの空
燃比制御装置の概略を図１に基づき説明する。エンジン
Ｅにおける各気筒の燃焼室１には、吸気通路２および排
気通路３が接続されており、吸気通路２と各燃焼室１と
は吸気弁４によって連通制御されるとともに、排気通路
３と各燃焼室１とは排気弁５によって連通制御されるよ
うになっている。なお、図において、１ａは点火栓であ
る。

【０００９】また、吸気通路２には、上流側から順にエ
アクリーナ６、スロットル装置７および燃料噴射弁８が
設けられており、排気通路３には、その上流側から順に
排ガス浄化用触媒コンバータ（三元触媒）９および図示
しないマフラ（消音器）が設けられている。なお、吸気
通路２には、スロットル装置７の下流にサージタンク２
ａが設けられている。燃料噴射弁８は吸気マニホルド部
分に気筒数だけ設けられている。

【００１０】次に、スロットル装置７の詳細を、図２お
よび図３を参照して説明する。スロットル装置７は、吸
気通路２に介装され、そのスロットルボデー７ａ内で、
吸気通路がメインスロットル通路２ｂとサブスロットル
通路２ｃに分岐している。メインスロットル通路２ｂに
は、この通路２ｂを開閉するメインスロットル弁７０
が、弁軸７０ａにより回動自在に軸支されて配設されて
いる。弁軸７０ａの一端側にはスロットルレバー５１が
取付けられ、このスロットルレバー５１はワイヤ５２を
介して図示しないアクセルペタルに連結されている。ま
た、スロットルレバー５１とスロットルボデー７ａ間に
はリターンスプリング５３が取付けられ、このスプリン
グ５３はスロットル弁７０を常時閉弁方向に付勢してい
る。弁軸７０ａの他端には、扇状をした駆動レバー５４
が固着されている。レバー５４にはその周縁近傍に円弧
状の溝５４ａが形成されている。この溝５４ａは、後述
するように、メインスロットル弁７０が全開状態におい
て、サブスロットル弁７１が全開位置（図３の実線で示
す位置）から全閉位置（図３の２点鎖線で示す位置）ま
で閉弁できるだけの円周角範囲に形成されている。

【００１１】一方、サブスロットル通路２ｃには、この
通路２ｃを開閉するサブスロットル弁７１が、弁軸７１
ａにより回動自在に軸支されて配設されている。弁軸７
１ａの一端側にはスロットルレバー５５が取付けられ、
このスロットルレバー５５はワイヤ５６を介してアクチ
ュエータ６０に連結されている。このアクチュエータ６
０としては、特に限定されず、スロットル弁７の下流の
負圧を利用した負圧応動アクチュエータであってもよい
し、電動モータであってもよい。弁軸７１ａの他端に
は、アーム５７の基端が固着されている。アーム５７の
先端には、前述の駆動レバー５４に向けて係合突起５８
が突設されており、この突起５８は、駆動レバー５４の
溝５４ａに嵌合されて、これに係合している。

【００１２】スロットルレバー５５とスロットルボデー
７ａ間にはリターンスプリング５９が取付けられ、サブ
スロットル弁７１を常時開弁方向に付勢している。しか
しながら、このスプリング５９のばね力は、前述のリタ
ーンスプリング５３のばね力より小に設定されており、
スプリング５９が、上述した係合突起５８が駆動レバー
５４の溝端に当接して更に開弁方向にばね力を作用させ
ても、リターンスプリング５３に阻止されてサブスロッ
トル弁７１はそれ以上開弁することができない。すなわ
ち、アクチュエータ６０が不作動の場合には、アクチュ
エータ６０は待機位置で待機しており、サブスロットル
弁７１はリターンスプリング５９に付勢されてメインス
ロットル弁７０の開弁位置と同じ位置まで開弁すること
になり、メインスロットル弁７０と一体に連動すること
になる。一方、アクチュエータ６０が作動してワイヤ５
６を矢印方向（アクチュエータ側）に引くと、スロット
ルレバー５５が回動してサブスロットル弁７１を、メイ
ンスロットル弁７０とは独立に全閉位置まで閉弁させ
る。すなわち、サブスロットル弁７１は、この全閉位置
で図示しないストッパに当接して回動が阻止される。

【００１３】ところで、メインスロットル通路２ｂの開
口面積Ａｍとサブスロットル通路２ｃの開口面積Ａｓと
の関係は、次式が成立するように設定してある。 Ａｍ／（Ａｍ＋Ａｓ）＝λｓ／λ_L ここに、λｓは第１の空燃比（理論空燃比或いはその近
傍値）であり、発進時や急加速時の特定の運転状態時に
好適な値（例えば１４．７）に設定される。λ_L は第２
の空燃比であり、上述の特定の運転状態以外の運転状態
において排気ガス特性や燃費特性に好適な値に設定さ
れ、上述の第１の空燃比より燃料リーン側の値、例えば
２２に設定される。メインおよびサブスロットル通路２
ｂ，２ｃを上述の関係が成立するように設定することに
より、アクチュエータ６０の作動、不作動に応じ、燃料
供給量を一定に保持したまま空燃比をリッチ又はリーン
燃焼運転時の所定に制御することができる。

【００１４】いま、リーン燃焼運転を行う場合のスロッ
トル装置７の作動を説明すると、リーン燃焼運転の場合
にはアクチュエータ６０は不作動であり、前述した通り
アクチュエータ６０は待機位置で待機している。このと
き、係合突起５８は、リターンスプリング５９の付勢力
により駆動レバー５４の溝５４ａと開弁側極端位置で係
合している。このときの係合突起５８と溝５４ａの位置
関係は、図３において実線で示されている。運転者がア
クセルペタルを踏み込むと、メインスロットル弁７０が
開弁すると共に、駆動レバー５４がリターンスプリング
５３の付勢力に抗して回動し、係合突起５８を溝５４ａ
の開弁側極端位置で溝端に当接させたままアーム５７を
スロットル弁７０と同じ方向に回動させ、サブスロット
ル弁７１を開弁させる。アクセルが戻されると、リター
ンスプリング５３によりメインスロットル弁７０が閉弁
方向に回動されると共に、駆動レバー５４も閉弁方向に
回動する。このとき、スプリング５９により溝５４ａの
開弁側極端位置で溝端に押し付けられた係合突起５８
は、駆動レバー５４の回動と共に回動し、スロットル弁
７１もメインスロットル弁７０と共に回動し、閉弁する
ことになる。この場合、サブスロットル弁７１は、運転
者のアクセルペダルの操作量に対応してメインスロット
ル弁７０と一体に連動して開閉弁することになる。

【００１５】次に、リッチ燃焼運転を行なう場合にはア
クチュエータ６０を作動させる。この作動により、アク
チュエータ６０はワイヤ５６を介してスロットルレバー
５５を回動させる。このとき、駆動レバー５４はアクセ
ル踏み込み位置に留まり、メインスロットル弁７０の弁
開度には変化がないが、係合突起５８は駆動レバー５４
の溝５４ａを相対移動してその閉弁極端位置（図３にお
いて２点鎖線で示す位置）側に向かって移動し、サブス
ロットル弁７１は、図示しないストッパに当接する全閉
位置に回動してその位置で止まる。すなわち、リッチ燃
焼運転ではサブスロットル弁７１だけが全閉になり、吸
入空気はメインスロットル通路２ｂだけを通ってエンジ
ンＥに供給されることになる。

【００１６】このような構成により、メインスロットル
弁７０およびサブスロットル弁７１の弁開度に応じ、エ
アクリーナ６を通じて吸入された空気が吸気マニホルド
部分で燃料噴射弁８からの燃料と所定の空燃比となるよ
うに混合され、燃焼室１内で点火栓１ａで点火させるこ
とにより、燃焼せしめられて、エンジントルクを発生さ
せる。なお、各燃料噴射弁８へは燃料ポンプからの燃料
が供給されるようになっているが、この燃料ポンプから
の燃料圧は図示しない燃圧レギュレータによって一定値
に調整されるようになっている。

【００１７】さらに、このエンジンＥについては、上述
のスロットル弁制御、燃料供給制御の他に種々の制御が
実行されるが、これらの制御は前述した電子制御ユニッ
ト（ＥＣＵ）２３により実行される。そして、このよう
な制御を行うために、以下に説明するような種々のセン
サが設けられている。まず、吸気通路２側には、吸入空
気量をカルマン渦情報から検出するエアフローセンサ１
１，大気圧を検出する大気圧センサ２６，吸入空気温度
を検出する吸気温センサ１２が設けられている。また、
吸気通路２におけるスロットル装置７には、弁軸７０ａ
などからメインスロットル弁７０の弁開度を検出するポ
テンショメータ式のスロットルセンサ１４、アイドリン
グ状態を検出するアイドルスイッチ１５、等が設けられ
ている。さらに、排気通路３側における触媒コンバータ
９の上流側部分には、排ガス中の酸素濃度（Ｏ₂ 濃度）
を検出するＯ₂ センサ１７が設けられている。また、そ
の他のセンサとして、図１および図４に示すごとく、エ
ンジン冷却水温を検出する水温センサ１９が設けられる
ほかに、クランク角度を検出することによってエンジン
回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ２１等が電
子制御装置２３の入力側に接続されている。

【００１８】そして、これらのセンサからの検出信号
は、図４に示すごとく、電子制御装置２３へ入力される
ようになっている。ここで、電子制御装置２３は、その
主要部としてＣＰＵを備えており、ＣＰＵの入力ポート
へは、上記の各センサからの信号が適宜の入力インタフ
ェースを介してあるいは直接的に入力されるようになっ
ている。さらに、ＣＰＵは、バスラインを介して、プロ
グラムデータや固定値データを記憶するＲＯＭ，更新し
て順次書き替えられるＲＡＭ、バッテリが接続されてい
る間はその記憶内容が保持されるバッテリバックアップ
ＲＡＭ（ＢＵＲＡＭ）等の記憶装置との間でデータの授
受を行なうようになっている。また、電子制御装置２３
のＣＰＵからの各種の制御信号は適宜の出力インタフェ
ースを介して燃料噴射弁８、サブスロットル弁制御用の
アクチュエータ６０等へ出力されるようになっている。

【００１９】次に、図５を参照しながら、電子制御装置
２３が実行する空燃比制御の制御手順を説明する。図５
は、スロットル制御ルーチンのフローチャートであり、
電子制御装置２３は、先ず、ステップＳ１０においてエ
ンジンＥが理論空燃比運転（リッチ燃焼運転）領域で運
転されているか否かを判別する。エンジンＥを理論空燃
比で運転すべき場合としては、急発進時や急加速時であ
り、これらは、例えば、アクセルセンサ１８の信号変化
等により判別される。

【００２０】ステップＳ１０の判別結果が否定（Ｎｏ）
の場合には、エンジンＥはリーン燃焼運転領域で運転さ
れており、このような場合にはステップＳ１２に進み、
アクチュエータ６０を不作動にして前述の待機位置で待
機させ、当該ルーチンを終了する。リーン燃焼運転時に
は、サブスロットル弁７１はメインスロットル弁７０と
連動して一体に開閉弁されるので、吸入空気はメインお
よびサブスロットル通路２ｂ，２ｃの双方からエンジン
Ｅに供給されることになる。

【００２１】ここで、エンジンＥへ燃料を供給する燃料
噴射弁８の開弁時間Ｔinj の演算方法を説明すると、こ
の開弁時間Ｔinj は、電子制御装置２３により次式
（１）に基づいて演算される。 Ｔinj ＝Ａ／Ｎ÷λ×Ｋ１×Ｋ２＋Ｔo ……（１） ここに、Ａ／Ｎは、エアフローセンサ１１が検出するカ
ルマン渦周波数ｆとエンジン回転数センサ２１が検出す
るエンジン回転数Ｎｅとから一吸気行程当たりに気筒に
吸入される空気量であり、λは目標とする空燃比であ
り、リッチ燃焼運転時には理論空燃比或いはその近傍値
λs （１４．７）に、リーン燃焼運転時には燃料希薄側
の所定値λ_L （２２）に設定される。Ｋ１は燃料流量を
開弁時間に換算するための係数、Ｋ２はエンジン運転状
態を表す種々のパラメータによって設定される補正係数
値であり、これには、例えばエンジン水温センサ１９が
検出するエンジン水温Ｔｗに応じて設定される水温補正
係数値、Ｏ₂ センサ１７が検出する排気ガス中の酸素濃
度（Ｏ₂ 濃度）に応じて設定されるＯ₂ フィードバック
補正係数値、大気圧センサ２６によって検出される大気
圧Ｐａに応じて設定される大気補正係数値等が含まれ
る。Ｔｏは、バッテリー電圧等により設定される補正値
である。

【００２２】電子制御装置２３は、上述のようにして演
算した開弁時間Ｔinj に応じた駆動信号を燃料噴射弁８
に供給し、開弁時間Ｔinj に対応する燃料量を、今回供
給すべき気筒の吸入ポートに噴射供給してリーン燃焼を
行わせる。以上の説明で明らかなように、リッチ燃焼運
転からリーン燃焼運転に移行した直後において、吸入空
気量は、サブスロットル弁７１を開弁することにより急
増し、燃料供給量はその吸入空気量に対応する値に演算
される。このとき、メインスロットル通路２ｂとサブス
ロットル通路２ｃの開口面積比が前述したように所定値
に設定されているので、吸入空気量を急増させても、燃
料供給量はリッチ燃焼運転時における供給量と略一定に
保持することができ、エンジン出力を変化させずに空燃
比をリッチからリーンに移行させることができる。

【００２３】図５のステップＳ１０に戻り、このステッ
プにおける判別結果が肯定（Ｙｅｓ）、すなわち、エン
ジンＥがリッチ燃焼運転領域で運転されていると判定さ
れると、ステップＳ１４が実行される。このステップで
はアクチュエータ６０を作動させてサブスロットル弁７
１を全閉位置に閉弁させる。従って、エンジンＥにはメ
インスロットル通路２ｂのみから吸入空気が供給される
ことになり、吸入空気量はサブスロットル弁７１を閉じ
たことにより急減する。一方、リッチ燃焼運転では、上
述の開弁時間Ｔinj の演算式（１）における空燃比λの
値は、前述した所定の一定値λｓ（１４．７）に設定さ
れ、吸入空気量に応じた燃料量が各気筒に供給されるこ
とになる。そして、前述した通り、メインスロットル通
路２ｂとサブスロットル通路２ｃの開口面積比が所定値
に設定されているので、吸入空気量を急減させても燃料
供給量はリーン燃焼運転時におけると同様に略一定に保
持することができ、エンジン出力を変化させずにリッチ
燃焼運転に移行させることができる。

【００２４】このようにすれば、空燃比切り換え時にお
けるエンジンショックを防止することができる。なお、
リーン燃焼運転時にアクチュエータ６０を不作動にする
ことによりサブスロットル弁７１が開弁され、アクセル
操作量に対応する吸入空気量より多い空気量がエンジン
Ｅに供給されることになる。従って、リーン燃焼運転時
においても、アクセルペタルはリッチ燃焼運転時と同じ
だけ踏み込めば良いことになり、リーン燃焼およびリッ
チ燃焼でのアクセル操作の違いによる違和感が生じな
い。そして、吸入空気量の増減制御をサブスロットル通
路の機械的な開閉により行なうので空燃比制御が容易で
あり、しかも、たとえサブスロットル弁７１の開閉制御
に用いるアクチュエータ６０が故障してもメインスロッ
トル弁７０だけで支障なく運転を継続させることも可能
になる。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
依れば、内燃エンジンの特定の運転状態時に、エンジン
に供給する混合気を理論空燃比近傍の第１の空燃比に制
御する一方、前記特定の運転状態以外の運転時に、第１
の空燃比より燃料希薄側の第２の空燃比に制御する内燃
エンジンの空燃比制御装置において、吸気通路途中に配
設されるスロットル装置にメインスロットル通路とサブ
スロットル通路を設け、メインスロットル通路に配設さ
れ、運転者のアクセル操作に連動して当該メインスロッ
トル通路を開閉するメインスロットル弁と、サブスロッ
トル通路に配設され、当該サブスロットル通路を開閉す
るサブスロットル弁と、前記特定の運転状態時にサブス
ロットル弁を全閉位置に閉弁させる一方、特定の運転状
態以外の運転時にサブスロットル弁をメインスロットル
弁に一体に連動させて開閉弁させる駆動手段とを備えて
いるので、燃料供給量を略一定値に保持したまま吸入空
気量の増減を行うことができ、この吸入空気量の増減に
よって、リッチ燃焼運転からリーン燃焼運転への移行時
のエンジントルクが略同じになり、空燃比の変更時にお
ける不快なショックを防止することができる。また、メ
インスロットル通路の開口面積とメインスロットル通路
およびサブスロットル通路の合計開口面積との比が第１
の空燃比と第２の空燃比との比に等しい関係を有するよ
うに設定してあるので、運転領域全域で常に一定にな
り、空燃比制御が極めて容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内燃エンジンの空燃比制御装置の
概略構成図である。

【図２】空燃比制御装置のスロットル装置７の構成を示
す一部断面平面図である。

【図３】図２の III−III 線に沿う要部側面図である。

【図４】空燃比制御装置の電子制御系の構成を示すブロ
ック図である。

【図５】図４に示す電子制御装置２３が実行するスロッ
トル制御の制御手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

Ｅ 内燃エンジン ２ 吸気通路 ２ｂ メインスロットル通路 ２ｃ サブスロットル通路 ７ スロットル装置 ８ 燃料噴射弁 １１ エアフローセンサ １４ スロットルセンサ ２１ エンジン回転数センサ ２３ 電子制御装置（ＥＣＵ） ６０ アクチュエータ（駆動手段） ７０ メインスロットル弁 ７１ サブスロットル弁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 内燃エンジンの特定の運転状態時に、エ
   ンジンに供給する混合気を理論空燃比近傍の第１の空燃
   比に制御する一方、前記特定の運転状態以外の運転時
   に、前記第１の空燃比より燃料希薄側の第２の空燃比に
   制御する内燃エンジンの空燃比制御装置において、吸気
   通路途中に配設されるスロットル装置にメインスロット
   ル通路とサブスロットル通路を設け、メインスロットル
   通路に配設され、運転者のアクセル操作に連動して当該
   メインスロットル通路を開閉するメインスロットル弁
   と、サブスロットル通路に配設され、当該サブスロット
   ル通路を開閉するサブスロットル弁と、前記特定の運転
   状態時にサブスロットル弁を全閉位置に閉弁させる一
   方、前記特定の運転状態以外の運転時にサブスロットル
   弁を前記メインスロットル弁に一体に連動させて開閉弁
   させる駆動手段とを備え、前記メインスロットル通路の
   開口面積とメインスロットル通路およびサブスロットル
   通路の合計開口面積との比が前記第１の空燃比と第２の
   空燃比との比に等しい関係を有することを特徴とする内
   燃エンジンの空燃比制御装置。