JPH05541B2

JPH05541B2 -

Info

Publication number: JPH05541B2
Application number: JP57106143A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Ina; Hisashi Kawai; Tokio Kohama; Hideki Oohayashi; Daisaku Sawada; Takashi Shigematsu
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1982-06-22
Filing date: 1982-06-22
Publication date: 1993-01-06
Also published as: JPS58222940A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関する。

一般に、第１図に示されるように、内燃機関で
燃焼して排出される排気ガス成分及び内燃機関の
燃料消費率FCは、内燃機関に供給される空燃比
（Ａ／Ｆ）と密接な関係にあることが知られてい
る。

また、排気ガスの清浄化とともに、省資源とい
う見地からの機関の燃料消費率の低減が要求され
ている。

第１図に示すように排気ガスの清浄化と燃料消
費率の低減を同時に達成するには希薄混合気域で
内燃機関を運転した場合が有利であるものの、希
薄混合域では失火という不具合が発生することか
らエンジン及びその他の付属品（気化器等）のバ
ラツキ、劣化を考えた場合には失火限界ぎりぎり
の希薄混合気域ではほとんど機関は運転できず、
失火発生限界から空燃比で２ほどリツチの安定領
域で使用しているのが現状である。このことは、
排気ガスを清浄化し、省資源を達成するにあたつ
ての問題点となつている。

本発明者は下記の事項に着目した。すなわち、
第１図に示す如く失火域（MF REG.）直前の希
薄空燃比で機関を運転した時に最少燃料消費率と
なる。燃焼変動はＡ／Ｆに関係しており、かつ失
火域に近づくほど急激に燃焼変動は大きくなつて
いる。なお、第１図においてΔτはトルク変動幅
をあらわす。シリンダ内の燃焼変動は、それぞれ
のシリンダで生じるトルク反力によつて機関本体
の振動として現われるので、機関本体の燃焼変動
は、機関振動によつて検出できる。そこで、機関
の燃焼変動を求め機関の燃焼変動がある一定の値
となるよう機関への供給空燃比を制御することに
より、常に失火域前のしかも燃費最良点の空燃比
に制御することで大幅な燃費向上を達成すること
が可能である。

しかし、前記作動による空燃比のフイードバツ
ク制御において実際の燃焼混合気が目標値通りに
制御され、燃費最良点で運転されていても、一部
運転領域においては機関が排出する未燃ガスがま
だ十分に低下する空燃比でないところもある。さ
らに空燃比を希薄にすればNO_xは低下するが失
火が発生し、HCは増加する。そのためこれ以上
空燃比を希薄にして排出ガス中の未燃ガスを低下
するのは実用上困難であり、排気対策上問題とな
る。

本発明の目的は、排気ガス中の未燃ガスが十分
低下しない運転領域においては、排気通路に設け
た空燃比センサの出力信号により、機関の空燃比
を理論空燃比にフイードバツク制御し、３元触媒
により、HC、COの酸化とNO_xの還元を同時に
浄化し、機関の排出ガス中の未燃ガス成分が十分
低い運転領域においては、燃焼変動検出器の出力
信号により機関の空燃比を希薄空燃比域の燃費最
良点にフイードバツク制御するという２つのフイ
ードバツク制御を、内燃機関の運転状態を検出す
るエンジンセンサの信号により切替えるという構
想にもとづき、内燃機関の全運転領域において排
気有害成分の排出量条件を満足しつつ、燃費性能
の向上をはかることにある。

本発明においては、吸入空気量検出装置、回転
数検出装置、燃焼変動を検出する燃焼変動検出
器、排気通路に設けた空燃比センサ及び、排気通
路に設けた三元触媒を備えた内燃機関の空燃比制
御装置であつて、前記吸入空気量検出装置、回転数検出装置の検
出信号に基づいて内燃機関への供給燃料量を演算
する燃料量演算手段と、前記燃焼変動検出器により検出された実トルク
変動値T_oが、前記内燃機関を燃費最良点近傍の
安定燃焼域で運転したときの目標トルク変動値
T_aとなるように、各該トルク変動値T_oとT_aとの
偏差にもとづいて、前記燃料量演算手段により演
算された燃料量をフイードバツク補正することに
より、前記内燃機関の空燃比を理論空燃比より希
薄な空燃比に制御するとともに、該燃料量のリツ
チ側へのフイードバツク補正は、該燃料量のリー
ン側へのフイードバツク補正より迅速になされる
ようにした希薄空燃比補正手段と、前記回転数検出装置により検出された回転数が
所定回転数以下か否かを判断する回転数判断手段
と、前記吸入空気量検出装置により検出された吸入
空気量が所定空気量以下か否かを判断する空気量
判断手段と、前記回転数判断手段と空気量判断手段の判断結
果に基づき、回転数が所定回転数以下であり、且
つ吸入空気量が所定空気量以下であるときには、
前記希薄空燃比補正手段による補正を禁止すると
ともに、前記空燃比センサの出力に応じて、前記
内燃機関の空燃比が理論空燃比となるように前記
燃料量演算手段により演算された燃料量をフイー
ドバツク補正する理論空燃比補正手段とを、備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装
置が提供される。

本発明の一実施例としての内燃機関の空燃比制
御装置が第２図ないし第１２図に示される。第２
図において内燃機関１は自動車駆動用の火花点火
式エンジンで燃焼用の空気はエアクリーナ２、エ
アフローメータ３、吸入導管４及び吸気弁５を経
て、前記エンジン１の燃焼室６内に吸入される。
吸入導管４には運転者により任意に操作されるス
ロツトル弁７が設けられている。燃料は吸入導管
４に設置された電磁式燃料噴射弁８から吸気弁５
に向け噴射供給される。燃料と空気から成る混合
気は燃焼室６内で燃焼し排気弁９及び排気導管１
０を経て大気中に放出される。

燃料制御ユニツトCONT.はエンジン１の運転
状態に応じてエンジン１への供給燃料量を演算し
電磁式燃料噴射弁８を駆動し、エンジン１への供
給燃料量を制御するものである。燃料制御ユニツ
トCONT.へはエンジン１の吸入空気量を検出す
るエアフローメータ３、点火コイル１２、エンジ
ン１のトルク変動を検出するトルク検出器１３、
および排気導管における空燃比検出用の酸素濃度
検出器１４の検出信号が入力されている。

なお本実施例ではエンジン１への吸入空気量と
してエアフローメータ３の信号を用いているがエ
アフローメータ３のかわりにエンジン１のスロツ
トル弁７の下流に生ずる吸気管負圧とエンジン回
転数から吸入空気量を求めてもよく、またエンジ
ン１の回転に同期して回るリングギア、デイスト
リビユータ等から回転信号を検出して回転数を求
めてもよい。

トルク検出器１３は第２図に示すようにエンジ
ンを支持するマウント１３５にボルトにより装着
してあり、エンジンのリーンバンドにおけるクラ
ンク軸を中心とした振動をピエゾ素子等で検出し
エンジンの機械的トルク変動に比例したアナログ
信号を得るものであり、本実施例では１つのエン
ジンについて対称する位置に１個ずつ合計２個配
置されている。もちろん１つのエンジンについて
１個のみ配置する構成にしてもよい。トルク検出
器１３は圧力センサ１３１、ゴムマウント１３３
及びゴムマウントカバー１３４から成り、アーム
１３２の側から圧力センサ１３１、ゴムマウント
カバー１３４、ゴムマウント１３３の順に重ねて
取付けられている。圧力センサ１３１は例えばピ
エゾ素子を４方向に配置して全方向の振動（機械
的トルク変動）を検出可能とした市販の圧力検出
器が用いられる。

燃料制御ユニツトCONT.の構成が第３図に示
される。増幅器２０はバツフアと増幅器で構成さ
れる公知のものである。バンドパルスフイルタ３
０は増幅器２０よりのアナログ信号のうち１Hzな
いし数Hzの周波数の出力のみを取り出すもので例
えばロツクランドシステム社製のモデル852が使
用される。クロツク回路４０は水晶振動子を使用
した発振回路と、この発振回路の周波数を分周す
るカウンタより構成してあり、公知のものであ
る。

タイミングパルス発生回路５０はクロツク回路
４０からのクロツクを基にしてピークホールド回
路６０へのリセツト信号と希薄空燃比補正回路１
００への割り込み信号とを作り出す回路である。
その内部回路を第４図に示す。第４図において入
力端子５１０，５１１へはクロツク回路４０より
の２Hzと5kHzのクロツクがそれぞれ入力される。
入力端子５１０はデバイダ付カウンタ５０１のリ
セツト端子Ｒに接続してあり、入力端子５１１は
デバイダ付カウンタ５０１のクロツク端子CLに
接続してある。該デバイダ付カウンタ５０１は
RCA社製ICのCD4017を使用しており、その出力
Ｑ１は端子５１２を介して希薄空燃比補正回路１
００の割込演算用の信号として使われる。出力Ｑ
５とＱ８はＲ−Ｓフリツプフロツプ５０２のセツ
ト端子Ｓとリセツト端子Ｒにそれぞれ接続してあ
り、出力Ｑ９はクロツクエネイブル端子CEに接
続してある。Ｒ−Ｓフリツプフロツプ５０２は例
えばRCA社ICのCD4013が使用される。その出力
Ｑは端子５１３を介してピークホールド回路６０
に接続してある。

タイミングパルス発生回路５０の作動が以下に
説明される。デバイダ付カウンタ５０１のリセツ
ト端子には第１７図１の２Hzのパルスが入力さ
れ、前記パルスが「１」から「０」になると計数
を開始する。該カウンタ５０１のクロツク入力に
は5kHzの周波数のクロツクが入力される。従つ
て１番目のパルスが来ると出力Ｑ１にパルスが出
力される。９番目のパルスが来ると出力Ｑ９が
「１」になつてクロツクエネイブル端子が「１」
になるので次にリセツトされるまでクロツクが入
力されるのを停止する。

従つて出力Ｑ１には第１７図２に示すごとくパ
ルスが出力される。該出力パルスは端子５１２を
介して希薄空燃比補正回路１００の割込演算開始
のトリガパルスとなる。出力Ｑ５及びＱ８はＲ−
Ｓフリツプフロツプ５０２をセツト及びリセツト
し該Ｒ−Ｓフリツプフロツプ５０２の出力Ｑから
は第１７図３のパルスが出力される。該パルスは
端子５１３を介してピークホールド回路６０に入
力され、約600マイクロ秒のパルス幅となつて該
ピークホールド回路のリセツト信号となる。

第５図にはピークホールド回路６０の構成が示
される。第５図において、ダイオード６０１の正
極と６１１の負極は前記バンドパスフイルタ３０
の出力に接続してありダイオード６０１の負極は
抵抗６０２の一端に接続してある。該抵抗６０２
の他端はコンデンサ６０３の正極とバツフア増幅
器６０６の非反転入力と抵抗６０４に接続してあ
る。コンデンサ６０３の負極は接地してある。抵
抗６０４の他端はアナログスイツチ６０５の一端
に接続してある。該アナログスイツチ６０５の他
端は接地してあり、コントロール端子は前記タイ
ミングパルス発生回路５０の第１７図３信号に接
続してある。バツフア増幅器６０６の反転入力は
出力に接続してある。

前記ダイオード６１１の正極は抵抗６１２の一
端に接続してある。該抵抗６１２の他端はコンデ
ンサ６１３の負極とバツフア増幅器６１６の非反
転入力と抵抗６１４に接続してある。コンデンサ
６１３の正極は接地してある。抵抗６１４の他端
はアナログスイツチ６１５の一端に接続してあ
る。該アナログスイツチ６１５の他端は接地して
あり、コントロール端子は前記タイミングパルス
発生回路５０の第１７図３信号に接続してある。

バツフア増幅器６１６の反転入力は出力に接続
してある。バツフア増幅器６０６の出力は抵抗６
２２の一端に接続され、他端はバツフア増幅器６
２５の非反転入力と、抵抗６２１に接続してあ
る。抵抗６２１の他端は接地されている。バツフ
ア増幅器６１６の出力は抵抗６２３の一端に接続
され、他端はバツフア増幅器６２５の反転入力に
接続されている。バツフア増幅器６２５の出力は
出力端子６３３を介してAD変換回路７０に出力
され、かつ抵抗６２４の一端に接続される。抵抗
６２４の他端はバツフア増幅器６２５の反転入力
に接続される。

ピークホールド回路６０の作動が以下に説明さ
れる。アナログスイツチ６０５，６１５のコント
ロール入力に前記タイミングパルス発生回路５０
から第１７図３のパルスが印加されると、このパ
ルス幅の間アナログスイツチ６０５，６１５は閉
成するのでコンデンサ６０３，６１３の電荷を低
い抵抗値の抵抗６０４，６１４を通じて放電し、
コンデンサ６０３，６１３の電圧を0Vにリセツ
トする。その後バンドパスフイルタ３０の第１７
図４で示す出力波形が入力端子６３２から入つて
くると、ダイオード６０１及び抵抗６０２を通し
てコンデンサ６０３が正の電圧に充電される。こ
のコンデンサ６０３の電圧はリセツトされてから
次にリセツトされるまで正のピーク値がホールド
される。該コンデンサ６０３の電圧を次の入力イ
ンピーダンスの高いバツフア増幅器６０６を介し
て出力すると第１７図５の波形となる。

一方前記第１７図４で示す出力波形が入力端子
６３２から入つてくると、ダイオード６１１、抵
抗６１２を通してコンデンサ６１３が負の電圧に
充電される。このコンデンサ６１３の電圧はリセ
ツトされてから次にリセツトされるまで、負のピ
ーク値がホールドされる。該コンデンサ６１３の
電圧を次の入力インピーダンスの高いバツフア増
幅器６１６を介して出力すると第１７図６の波形
となる。

前記バツフア増幅器６０６の出力と６１６の出
力の差を差動増幅器６２５でとることにより、リ
セツトされてから次にリセツトされるまでの正の
ピーク値と負のピーク値の差が差動増幅器６２５
から出力され、その波形は第１７図７となる。

第６図にはAD変換回路７０の構成が示され
る。第６図において希薄空燃比補正回路１００よ
りの入出力制御信号は、ナンドゲート７０３に直
接入力され、アンドゲート７０６にはインバータ
７０５で反転されて入力される。希薄空燃比補正
回路１００のデバイスセレクト信号（SEL信号）
は直接ナンドゲート７０３とアンドゲート７０６
に入力される。またインバータ７０７、抵抗７０
８、コンデンサ７０９により遅延回路が構成され
ており、アンドゲート７０６にはこの遅延回路を
介してSEL信号が入力される。しかしてアンドゲ
ート７０６は第１７図８に示すような幅100ナノ
秒程度のパルス信号を出力する。このパルス信号
は逐次比較型Ａ−Ｄ変換器７０１のＡ−Ｄ変換命
令端子CNVに入力される。Ａ−Ｄ変換器７０１
としては例えばバーブラウン社製ADC80AG−12
が使用される。

AD変換器７０１の変換終了端子EOCは補正演
算回路１００のビジイ端子BSYに接続され、出
力端子Ｂ１ないしＢ１２は３ステートバツフア７
０２を介して希薄空燃比補正回路１００のバスラ
インに接続されている。３ステートバツフア７０
２は例えば東芝製ICのTC5012が使用される。

AD変換回路７０の作動が以下に説明される。
第１７図２に示すパルスがタイミングパルス発生
回路５０から補正演算回路１００に入力される
と、希薄空燃比補正回路１００は現在実行してい
るプログラムに割込みがかけられ、AD変換処理
のプログラムを実行する。プログラムではAD変
換開始命令によつて第１７図８のパルスがAD変
換器７０１のAD変換命令端子CNVに印加され、
このパルスの立上りで変換動作を開始する。これ
と同時に第１７図９に示す変換終了端子EOCの
出力信号が「１」レベルに立上る。

ここで変換終了端子EOCは補正演算回路１０
０のデバイス制御ユニツトDCUのビジイ端子
BSYに接続されており、ピークホールド回路６
０からのアナログ信号の読込命令の完了は変換終
了端子EOCの出力信号の「０」レベルへの立下
りまで待たされ、このときまで入出力制御信号及
びSEL信号はともに「１」レベルに保持される。

そして逐次比較型Ａ−Ｄ変換器７０１は、
EOC端子の出力端子が「１」レベルの間に変換
動作を行ない、出力端子Ｂ１ないしＢ１２からデ
イジタル化した２進データ信号を出力する。Ａ−
Ｄ変換動作が終了すると、変換終了端子EOCの
出力信号が「０」レベルとなり補正演算回路１０
０の読込命令の待機状態が解除され、ピークホー
ルド回路６０からのアナログ信号データが希薄空
燃比補正回路１００に読込まれる。

第７図には回路速度検出回路８０の構成が示さ
れる。回転速度検出回路８０はパルス整形回路８
０ａと計数回路８０ｂにより構成されている。パ
ルス整形回路８０ａは入力端子８１７より点火コ
イル１２のコイルのマイナス端子のパルスが入力
され、該入力端子８１７は抵抗８０１の一端に接
続されている。

抵抗８０１の他端は抵抗８０２とコンデンサ８
０３に接続され、コンデンサ８０３の他端は接地
されている。抵抗８０２の他端はダイオード８０
４のアノードに接続され、該ダイオード８０４の
カソードは抵抗８０５、コンデンサ８０６、ツエ
ナダイオード８０７及び抵抗８０８に接続されて
いる。抵抗８０５、コンデンサ８０６及びツエナ
ダイオード８０７の他端は接地されており、抵抗
８０８の他端はトランジスタ８１８のベースに接
続されている。該トランジスタ８１８のエミツタ
は接地され、コレクタは抵抗８０９とシユミツト
ナンドゲート８１０に入力される。抵抗８０９の
一端とシユミツトナンドゲート８１０の他入力は
＋5V電源VCが入力される。

該シユミツトナンドゲート８１０の出力はコン
デンサ８１１と抵抗８１２で構成される単安定マ
ルチバイブレータ８１３にトリガパルスとして入
力され、該単安定マルチバイブレータ８１３の出
力は、コンデンサ８１４と抵抗８１５で構成され
る単安定マルチバイブレータ８１６にトリガパル
スとして入力される。

前記単安定マルチバイブレータ８１３，８１６
としては例えばRCA社製ICのCD4047が使用され
る。こうして単安定マルチバイブレータ８１６の
出力からは第１８図１の点火コイル１２からの信
号に対して第１８図２に示すような波形のタイミ
ングパルス信号が出力される。

次に計数回路８０ｂについて記述される。２進
カウンタ８５１は、クロツク端子CLに入力され
るクロツクパルス信号Ｃ１を計数し分周するもの
で、例えばRCA社製CD4024が用いられる。そし
て、このカウンタ８５１は、第１８図３に示すよ
うな約128kHz程度のクロツクパルス信号Ｃ１を
分周して第１８図４に示すような約32kHz程度の
分周パルス信号を出力端子Ｑ２から出力する。デ
バイダ付カウンタ８５２は、基本的にはクロツク
端子CLに入力されるクロツクパルス信号Ｃ１を
計数するもので、出力端子Ｑ２ないしＱ４のうち
１つの出力端子の出力信号が「１」レベルとな
り、かつ計数動作停止端子ENに「１」レベル信
号が入力されると、計数動作を停止する。

しかして、この実施例では出力端子Ｑ４と停止
端子ENが接続されており、出力端子Ｑ４の出力
が「１」レベルになると停止端子ENに「１」レ
ベル信号が入力され、計数動作を停止する。この
状態でパルス整形回路８０ａから第１８図２に示
すタイミングパルス信号がリセツト端子Ｒに入力
されると、カウンタ８５２はリセツトされ、出力
端子Ｑ４の出力は第１８図７に示すように「０」
レベルとなる。そして、時間Ｔだけ経過し、リセ
ツト端子Ｒに入力される信号が「０」レベルにな
ると、カウンタ８５２は計数動作を開始し、出力
端子Ｑ２，Ｑ３からはそれぞれ第１８図５，６に
示すように順次パルス信号が出力される。

その後出力端子Ｑ４の出力が「１」レベルにな
るとカウンタ８５２は、再び計数動作を停止す
る。カウンタ８５１，８５２及びパルス整形回路
８０ａの出力信号は、それぞれノアゲート８５
３，８５４を介して12ビツトのカウンタ８５５の
クロツク端子CLに入力され、またカウンタ８５
２のＱ３出力はカウンタ８５５のリセツト端子Ｒ
に入力されている。

すなわち、第１８図２に示すパルス整形回路８
０ａの出力信号と第１８図７に示すカウンタ８５
２のＱ３出力のノア論理をとることによりノアゲ
ート８５３からは第１８図８に示すようなパルス
信号が出力され、さらにこのノアゲート８５３の
出力信号と第１８図４に示すカウンタ８５１の出
力信号とのノア論理をとることにより、ノアゲー
ト８５４から第１８図９に示すようなパルス信号
が出力され、このパルス信号がカウンタ８５５に
入力される。

ここで第１８図２に示すタイミングパルス信号
が「０」レベルに立下つて第１８図８に示すノア
ゲート８５３の出力が「１」レベルになる時刻ｔ
１において、カウンタ８５５は計数動作を停止す
る。その後、カウンタ８５５の出力端子Ｑ１ない
しＱ１２の出力は、時刻ｔ２におけるカウンタ８
５２のＱ２出力の立上りによりシフトレジスタ８
５６ないし８５８（例えばRCA社製CD4035が用
いられる）に一時的に保持記憶される。

次に、時刻ｔ３においてカウンタ８５２のＱ３
出力が「１」レベルになると、カウンタ８５５が
リセツトされ、時刻ｔ４においてカウンタ８５２
のＱ４出力が「１」レベルになるとカウンタ８５
５は再び計数動作を開始する。

このカウンタ８５５の動作は、点火コイル１２
が点火信号を出力するのと同期して繰返し行なわ
れるため、シフトレジスタ８５６ないし８５８の
各出力端子Ｑ１ないしＱ４からはエンジン回転速
度Ｎの逆数１／Ｎに比例した２進信号が出力され
る。

３ステートバツフア８６０は、制御端子８６１
に「１」レベル信号が加えられている間は出力が
高インピーダンスとなるもので、出力端子群８５
９はバスラインを介して希薄空燃比補正回路１０
０に接続されている。

制御端子８６１にはナンドゲート８６２の出力
信号が入力され、ナンドゲート８６２には希薄空
燃比補正回路１００に内蔵されているデバイス制
御ユニツト（DCU）からの入出力制御信号及び
SEL信号が入力されている。そして、ナンドゲー
ト８６２の出力信号が「０」レベルになると、シ
フトレジスタ８５６ないし８５８の１／Ｎに比例
した２進信号が補正演算回路１００に入力され
る。

次に吸入空気量計数回路９０について第８図で
説明する。入力端子９１１には第１９図２に示す
ような約128kHz程度のクロツクパルスが入力さ
れ、ナンドゲート９０２とデバイダ付カウンタ９
０１のクロツク端子CLに入力される。入力端子
９１２には第１９図１に示すようなエンジン１回
転あたりの吸入空気量（以後Ｑ／Ｎと記す）に比
例した時間T_Pのパルスが燃料量演算回路１２０
から入力されナンドゲート９０２とデバイダ付カ
ウンタ９０１のリセツト端子Ｒに入力される。該
デバイダ付カウンタ９０１は例えばRCA社製IC
のCD4017が使用される。

デバイダ付カウンタ９０１は基本的にはクロツ
ク端子CLに入力されるクロツクパルス信号Ｃ１
を計数するもので、出力端子Ｑ２ないしＱ６のう
ち１つの出力端子の出力信号が「１」レベルとな
り、かつ計数動作停止端子ENに「１」レベル信
号が入力されると、計数動作を停止する。

しかしてこの実施例では出力端子Ｑ６と停止端
子ENが接続されており、出力端子Ｑ６の出力が
「１」レベルになると停止端子ENに「１」レベ
ル信号が入力され、計数動作を停止する。この状
態で燃料量演算回路１２０から第１９図１に示す
パルス信号がリセツト端子Ｒに入力されるとカウ
ンタ９０１はリセツトされ、前記の入力される信
号が「０」レベルになるとカウンタ９０１はカウ
ント動作を開始し、出力端子Ｑ２，Ｑ４からはそ
れぞれ第１９図４，５に示すように順次パルス信
号が出力される。

その後、出力端子Ｑ６の出力が「１」レベルに
なるとカウンタ９０１は再びカウント動作を停止
する。カウンタ９０１の出力Ｑ２，Ｑ４はそれぞ
れシフトレジスタ９０４ないし９０６（例えば
RCA社製のIC、CD4035が用いられる）のクロツ
ク端子CLとカウンタ９０３のリセツト端子Ｒに
入力される。またナンドゲート９０２の出力はカ
ウンタ９０３のクロツク端子CLに入力される。

ここで、第１９図１に示すＱ／Ｎに比例した時
間T_Pのパルスが入力端子９１２に入力されると、
時間T_Pの間のクロツクＣ１がカウンタ９０３に
入力されこの間のクロツク数を計数する。（すな
わち時間T_Pが計数される）。その後時刻t0で前記
パルスが「０」レベルになるとカウンタ９０３は
計数動作を停止する。次に時刻ｔ１でカウンタ９
０１の出力Ｑ２が「１」レベルになると、カウン
タ９０３の出力端子Ｑ１ないしＱ１２の出力はシ
フトレジスタ９０４ないし９０６に一時的に保持
される。時刻ｔ２でカウンタ９０１の出力Ｑ４が
「１」レベルになるとカウンタ９０３はリセツト
され次のカウント動作の待機状態となる。

このカウンタ９０３の動作は第１９図１のパル
スに同期して繰り返し行なわれるため、シフトレ
ジスタ９０４ないし９０６の各出力端子Ｑ１ない
しＱ４からはＱ／Ｎに比例した２進信号がエンジ
ン回転に同期して出力される。

３ステートバツフア９０７は制御端子９０９に
「１」レベル信号が加えられている間は出力が高
インピーダンスとなるもので、出力端子群９０８
はバスラインを介して希薄空燃比補正回路１００
に接続されている。制御端子９０９にはナンドゲ
ート９１０の出力端子が入力され、ナンドゲート
９１０には希薄空燃比補正回路に内蔵されている
DCUからの入出力制御信号及びSEL信号が入力
されている。そしてナンドゲート９１０の出力信
号が「０」レベルになると、シフトレジスタ９０
４ないし９０６のＱ／Ｎに比例した２進信号が希
薄空燃比補正回路１００に入力される。

希薄空燃比補正回路の構成が第９図に示され
る。希薄空燃比補正回路１００は例えば東芝製マ
イクロコンピユータTLCS−12Aとランダムアク
セスメモリ（RAM）とリードオンリメモリ
（ROM）とから構成されている。

前記マイクロコンピユータTLCS−12Aは４個
の大規模集積回路（LSI）から構成されている。
すなわち12ビツト並列プロセツサ（CPU）１０
０１でありT3190、８レベル割込みラツチユニツ
ト（INTU）１００２であるT3219、メモリ制御
ユニツト（MCU）１００３であるT3416、入出
力制御ユニツト（DCU）１００４でありT3418
の４個のLSIである。さらに１００５〜１００７
の３個のRAMとしては例えば東芝製TC5007を
１００８，１００９の２個のROMには例えば富
士通製MB8516を使用している。

そして以上説明したLSIとメモリは12ビツトの
バスライン１０１０によつて全て接続されてい
る。その動作はROM１００８，１００９にあら
かじめ書き込まれたプログラム内容に従つて
CPU１００１が全ての演算を行う。

次に第１０図によりDA変換回路１１０につい
て説明する。DA変換回路１１０は、インバータ
１１０１、ナンドゲート１１０２、シフトレジス
タ１１０３ないし１１０５及びDA変換器１１０
６（例えばバーブラウン社製DAC80が使用され
る）から構成されている。そして、CPU１００
の入出力制御信号は、インバータ１１０１で反転
された後ナンドゲート１１０２に入力され、また
SEL信号は直接ナンドゲート１１０２に入力され
る。

したがつてCPU１００で演算された空燃比補
正回路FdのDA変換回路１１０への出力命令がさ
れると、入出力制御信号は「０」レベルに、SEL
信号は「１」レベルとなり、ナンドゲート１１０
２は「０」レベル信号を出力する。この「０」レ
ベル信号は、各シフトレジスタ１１０３ないし１
１０５のクロツク端子CLに入力される。シフト
レジスタ１１０３ないし１１０５は、回転速度検
出回路８０に使用したものと同じもので、クロツ
ク端子CLに「０」レベル信号が入力されるとデ
ータ入力端子Ｄ１ないしＤ４に印加されている信
号を取込み、出力端子Ｑ１ないしＱ４からその信
号を出力する。

こうして、空燃比補正値Fdの２進データ信号
は、Ｄ−Ａ変換器１１０６の入力端子Ｂ１ないし
Ｂ１２に入力されアナログ電圧に変換された後、
出力端子OUTから出力される。つまり、出力端
子OUTからは空燃比補正値F_dを示すデータ信号
に比例したアナログ電圧が出力される。

切換回路１２０の構成が第１１図に示される。
切換回路１２０はインバータ１２０１，１２０
４、ナンドゲート１２０２、シフトレジスタ１１
０３、アナログスイツチ１１０５，１１０６から
構成されている。CPU１００の入出力制御信号
はインバータ１２０１で反転された後ナンドゲー
ト１２０２に入力される。SEL2信号は直接ナン
ドゲート１２０２に入力される。

したがつて希薄空燃比補正回路１００で判別さ
れた左信号の切換回路１２０への出力命令がされ
ると入出力制御信号は「０」レベルに、SEL2信
号は「１」レベルとよりナンドゲータ１２０２は
「０」レベル信号を出力する。

この「０」レベル信号はシフトレジスタ１２０
３のクロツク端子CLに入力される。クロツク端
子CLに「０」レベル信号が入力されるとデータ
入力端子Ｄに印加されている信号を取込み、出力
端子Ｑからその信号を出力する。シフトレジスタ
１２０３の出力が「１」レベルの場合アナログス
イツチ１２０５を閉成しDA変換器１１０のアナ
ログ出力を燃料量演算回路１４０の入力へ接続
し、出力が「０」レベルの場合インバータ１２０
４にて「１」レベルに反転してアナログスイツチ
１２０６を閉成し理論空燃比補正回路１３０のア
ナログ出力を燃料量演算回路１４０の入力へ接続
する。

理論空燃比補正回路１３０の構成が第１２図に
示される。理論空燃比補正回路１３０は、設定手
段１３０ａ、空燃比判別回路１３０ｂ、および積
分器１３０ｃを具備し、O₂センサ１４からの信
号を基にして理想空燃比になるように補正値を出
力する。理論空燃比補正回路１３０の回路構成
は、例えば特開昭50−54731（電子制御式燃料噴射
装置、日本電装株式会社）に示される。

燃料量演算回路１４０は特開昭49−67016号
（制御装置を具備する電気燃料噴射装置、ローベ
ルト・ボツシユ社）に示される４気筒エンジン電
子制御式燃料噴射装置（以下EFIと記す）と同等
の機能を有する装置で、エアフローメータ３から
の吸入空気量信号及び点火コイル１２からのエン
ジンのクランク回転に同期した点火信号が入力さ
れて、電磁式燃料噴射弁（以後噴射弁と略す）の
基本開弁時間T_P（前記したエンジン一回転あたり
の吸入空気量Ｑ／Ｎに比例した時間）を演算し、
これにエンジンの運転状態に応じた各種の補正演
算を行なつて噴射弁の開弁時間を決定し、噴射弁
８を駆動し、第２図にあるエンジン１への燃料供
給量を制御する。

ここで前記希薄空燃比補正回路１００で演算さ
れ、DA変換回路１１０でアナログ電圧に変換さ
れた希薄空燃比補正値F_d又はO₂センサ補正値は
冷却水温等の補正演算と同等の方法によつて補正
演算される。

以上の構成で希薄空燃比補正回路１００の作動
を第１３図の流れ図にそつて説明する。図示しな
いキースイツチをオンすると電源が入り動作をス
タートする。ステツプＳ１で全てのメモリをクリ
アして「０」にし、次にステツプＳ２で空燃比補
正値Fdの初期値を2048（12ビツトの中心値とす
る）とし、トルクの変動の大小判別で使用するフ
ラツグＣを１にする。ステツプＳ３でマスタマス
クをセツトして割込み演算をCPUが受け付ける
ようにし、その後はステツプＳ４で割込み演算の
待機状態となり、割込み演算実行時以外は常にス
テツプＳ４の状態となる。

その後、時間が経過してタイミングパルス発生
回路５０からの第１７図２パルスの「０」から
「１」への立上りで割込み演算を開始する。割込
み演算を開始するとステツプＳ１０で以後の割込
みを禁止する。ステツプＳ１１で第１７図８パル
スを発生させ、この信号をトリガとしてAD変換
器７０１はAD変換を開始すると同時にEOC端子
出力である第１７図９パルスが「１」になつて希
薄空燃比補正回路１００はBSY入力が「１」と
なり演算を停止する。これがステツプＳ１２であ
る。

AD変換器７０１がAD変換を終了するとEOC
端子出力であり第１７図９が「０」となり、希薄
空燃比補正回路１００は演算を再開する。演算さ
れるとステツプＳ１３でAD変換器７０１から出
力されているトルク変動値T_oを希薄空燃比補正
回路１００に読込む。以上のようにステツプＳ１
１，Ｓ１２，Ｓ１３でトルク変動値T_oがAD変換
されて読み込まれる。

ステツプＳ１４で吸入空気量計数回路９０でカ
ウントされたＱ／Ｎの値が読込まれる。ステツプ
Ｓ１５では回転速度検出回路８０でカウントされ
たエンジン回転数に反比例した値１／Ｎを読込
み、この値の逆数をとることによりエンジン回転
数Ｎを求めることができる。

ステツプＳ１６はエンジン回転数Ｎが設定回転
数N₁（＝2800rpm）を超えるか否かを判別する。
イエスの場合にはステツプＳ１８に行き、ノウの
場合にはステツプＳ１７に進む。ステツプＳ１７
は、Ｑ／Ｎが設定値Ｋ（＝0.4／rev）を超える
か否かを判別する。イエスの場合にはステツプＳ
１８に行き、ノウの場合にはステツプＳ３６に進
む。

第１４図はＮとＱ／Ｎをエンジン運転条件のパ
ラメータとして、各条件での燃費最良点で運転し
たときのトルク変動値のピーク値T_aを示したマ
ツプである。これが読出し専用メモリー
（ROM）にあらかじめ記憶させてある。ステツ
プＳ１８では、読込んだＱ／Ｎとが第１４図のマ
ツプのどこになるかを探して該当するROMのア
ドレスに記憶されているT_aを読出す。ステツプ
Ｓ１９では前記T_aと、ステツプＳ１３で読込ん
だT_oの大小を判別して、現在のエンジン運転状
態での空燃比が燃費最良点よりもリツチRCHが
リーンLNかを判別する。

すなわちT_o＞T_aであればトルク変動が大きく
空燃比リーンと判別してステツプＳ２０ないしＳ
２６で空燃比をトルク変動の出力値と目標値との
差に応じてリツチ補正COR.（RCH）するよう演
算し、逆にT_o＜T_aであればトルク変動が小さく
空燃比リツチと判別して、ステツプＳ２７ないし
Ｓ３３で複数回に分けて空燃比をリーン補正
COR.（LN）する。

ステツプＳ２０は、リツチ、リーン判別のフラ
ツグＣを１とし、リツチ補正演算をしたことをし
たことと残しておき、ステツプＳ２１はリツチ補
正値F_aの演算で現在のトルク変動値T_oと目標ト
ルク変動値T_aとの差に比例した空燃比をリツチ
補正する。すなわちトルク変動値の差が大きけれ
ば大きく空燃比を補正し差が小さければ小さく空
燃比を補正する。

ステツプＳ２２，Ｓ２４は前記空燃比のリツチ
補正値F_aの最大値をF_naxとしている。前記の最大
値F_naxはエンジンが不安定燃焼域と安定燃焼域の
境界の空燃比から、安定燃焼域の空燃比となるに
充分な空燃比補正値として決めた。ステツプＳ２
４はステツプＳ２１ないしＳ２３で得られた補正
値F_aを前回の演算で得られた空燃比補正値F_dに
加算して今回の空燃比補正値F_dを計算する。

ステツプＳ２５，Ｓ２６は前記空燃比補正値
F_dを12ビツトの最大値4095で最大値規制してい
る。ステツプＳ２７は前記のフラツグＣをチエツ
クして前回行なつた割込み演算がリツチ補正であ
つたかリーン補正であつたかを調べる。前回の演
算がリツチ補正であつたときには（Ｃ＝１のと
き）ステツプＳ２８ないしＳ３０でリーン補正値
F_eを演算する。

ステツプＳ２８は前回演算したリツチ補正値
F_aを何回に分けて目標値までリーン補正するか
を、あらかじめROMに記憶させてある第１４図
の表より読み出す。ステツプＳ２９はこうして得
られたリーン補正の分割回数で前記リツチ補正値
Faを除算し１回あたりのリーン補正値F_eを演算
する。

ステツプＳ３０はフラツグＣを０にして、次回
の割込み演算もひきつづきリーン補正演算をする
場合には、リーン補正値F_eは前回と同じ値で行
なうようにする。ステツプＳ３１は前回の空燃比
補正値F_dからリーン補正値F_eを減算して、今回
の空燃比補正値F_dを計算する。

ステツプＳ３２，Ｓ３３はステツプＳ３１の演
算によつて空燃比補正値F_dが負の数にならない
よう、F_dの最小値を０としている。ステツプＳ
３４は以上の演算で得られた空燃比補正値F_dを
DA変換回路１１０に出力する。

ステツプ３５（Ｓ３５）は「１」を切換回路１
２０に出力する。ステツプ３６（Ｓ３６）は
「０」を切換回路１２０に出力する。ステツプ３
７（Ｓ３７）は割込みを許可にステツプ３７で割
込みが発生する以前のプログラム実行状態にもど
る。

要約すると、エンジン条件のうちエンジン回転
数がN₁以下でＱ／ＮがＫ以下の場合には切換回
路１２０に「０」の信号を送り、燃料演算回路１
４０は理論空燃比で動作する。エンジン条件が前
記条件を満足しない場合にはDA変換器１１０を
介して燃料演算回路１４０に補正値を出力すると
共に切換回路１２０に「１」の信号を送り理論空
燃比補正回路１３０からの補正値を遮断して燃料
演算回路１４０は希薄空燃比で動作する。このよ
うにして、燃費最良点の希薄空燃比域での運転制
御がなされるとともに、有害排気ガス成分の排出
量の多いエンジン運転条件では理論空燃比での運
転制御がなされることによつて、該有害排気ガス
成分の排出レベルが抑制される。

第１３図の流れ図の空燃比補正演算のタイムチ
ヤートを第１５図に示す。第１５図１はフイルタ
回路３０後のトルク変動信号であり、第１５図２
はリツチ、リーン判別のフラツグＣの状態を示す
ものであり、第１５図３は空燃比補正値F_dをAD
変換したアナログ電圧を示すものである。第１５
図１のトルク変動信号が燃費最良点でのトルク変
動目標値T_aよりも大となると第１３図の流れ図
のステツプＳ２０ないしＳ２６に従つてリツチ補
正COR.（RCH）し、小となるとステツプＳ２７
ないしＳ３３に従つてリーン補正COR.（LN）す
る。

なお本実施例においては燃費最良点のトルク変
動値は例えば第１図に示すエンジン運転条件
2000rpm、４Kg・ｍでは0.1Kg・ｍであり、また
トルク変動値Δτとピークホールド回路から得ら
れる検出信号Ｓ（６０）の関係は第１６図のよう
であるので、前記エンジン運転条件での判定レベ
ルT_a（第１３図の流れ図のステツプＳ１７）はピ
ークホールド回路からの出力電圧で1.5Vとした。

リツチ補正する場合のリツチ補正値F_aの決め
方は、失火域と安定燃焼域の境界の空燃比（第１
図に示すように空燃比20.5）から１回（0.5秒間
隔）の補正で燃費最良点でしかも安定燃焼域の空
燃比（第１図では空燃比20）に補正するためには
１回あたりのリツチ補正値F_aは空燃比でみて0.5
であり、これを最大値F_naxとした。

そして前記の空燃比20.5と20.0のトルク変動値
の差で１回あたりのリツチ補正値0.5が得られる
よう比例定数K1を決定した。ここに、リツチ側
に補正する場合１回の補正で安定燃焼域まで迅速
に空燃比補正をしているのはエンジンの失火を防
ぐという意味で重要である。

リーン補正をする場合の１回あたりの補正値
F_eは前回のリツチ補正値F_aをこの値に適した分
割数Ｄで当分割して求めた。前記分割数Ｄは最大
空燃比の変化時である空燃比0.5変化時でも20秒
で目標値になるようＤ＝40としFaが小さくなる
につれてＤも小さくした。

本発明の実施に際しては、前述の実施例のほ
か、種々の変形形態をとることが可能である。例
えば希薄空燃比補正回路１００、切換回路１２
０、理論空燃比補正回路１３０と燃料量演算回路
１４０を１つの計算装置で統合して制御する形態
をとることができる。

本発明によれば、内燃機関の全運転領域におい
て有害排気ガス成分の排出量条件を満足しつつ、
エンジン条件やエンジンの経時変化などに影響さ
れることなく、燃費最良の空燃比に安定して制御
することができ、かつその際における該エンジン
の失火をも確実に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は空燃比とトルク変動、燃料消費率、排
気ガス成分の関係を示す特性図、第２図は本発明
の一実施例としての内燃機関の空燃比制御装置の
基本的構成を示す図、第３図は第２図装置におけ
る制御ユニツトの構成を示すブロツク回路図、第
４図は第３図の制御ユニツトにおけるタイミング
パルス発生回路の構成を示す回路図、第５図は第
３図の制御ユニツトにおけるピークホールド回路
の構成を示す回路図、第６図は第３図の制御ユニ
ツトにおけるAD変換回路の構成を示す回路図、
第７図は第３図の制御ユニツトにおける回転速度
検出回路の構成を示す回路図、第８図は第３図の
制御ユニツトにおける吸入空気量計数回路の構成
を示す回路図、第９図は第３図の制御ユニツトに
おける希薄空燃比補正回路の構成を示す図、第１
０図は第３図の制御ユニツトにおけるDA変換回
路の構成を示す回路図、第１１図は第３図の制御
ユニツトにおける切換回路を示す回路図、第１２
図は第３図の制御ユニツトにおける理論空燃比補
正回路を示す図、第１３図は第３図の制御ユニツ
トにおける計算回路の演算順序を示す流れ図、第
１４図は第１３図に示された演算に用いられる各
エンジン条件におけるトルク変動の制御目標値マ
ツプを示すマツプ図、第１５図は第１３図に示さ
れた演算に用いられるリーン補正する場合の補正
の分割回数を示す波形図、第１６図は本実施例に
おけるエンジンのトルク変動値とピークホールド
回路出力電圧との関係を示す特性図、第１７図は
第３図の制御ユニツトの各部の波形を示す波形
図、第１８図は回転速度検出回路の各部の波形を
示す波形図、第１９図は吸入空気量計数回路の各
部の波形を示す波形図である。（符号の説明）、１……内燃機関、２……エア
クリーナ、３……エアフローメータ、４……吸入
導管、５……吸気弁、６……燃焼室、７……スロ
ツトル弁、８……電磁式燃料噴射弁、９……排気
弁、１０……排気導管、１２……点火コイル、１
３……トルク検出器、１４……O₂センサ、２０
……増幅器、３０……バンドパスフイルタ、４０
……クロツク回路、５０……タイミングパルス発
生回路、６０……ピークホールド回路、７０……
AD変換回路、８０……回転速度検出回路、９０
……吸入空気量計数回路、１００……希薄空燃比
補正回路、１１０……DA変換回路、１２０……
切換回路、１３０……理論空燃比補正回路、１４
０……燃料量演算回路、CONT……燃料制御ユ
ニツト。

Claims

【特許請求の範囲】１吸入空気量検出装置、回転数検出装置、燃焼
変動を検出する燃焼変動検出器、排気通路に設け
た空燃比センサ及び、排気通路に設けた三元触媒
を備えた内燃機関の空燃比制御装置であつて、前記吸入空気量検出装置、回転数検出装置の検
出信号に基づいて内燃機関への供給燃料量を演算
する燃料量演算手段と、前記燃焼変動検出器により検出された実トルク
変動値T_oが、前記内燃機関を燃費最良点近傍の
安定燃焼域で運転したときの目標トルク変動値
T_aとなるように、各該トルク変動値T_oとT_aとの
偏差にもとづいて、前記燃料量演算手段により演
算された燃料量をフイードバツク補正することに
より、前記内燃機関の空燃比を理論空燃比より希
薄な空燃比に制御するとともに、該燃料量のリツ
チ側へのフイードバツク補正は、該燃料量のリー
ン側へのフイードバツク補正より迅速になされる
ようにした希薄空燃比補正手段と、前記回転数検出装置により検出された回転数が
所定回転数以下か否かを判断する回転数判断手段
と、前記吸入空気量検出装置により検出された吸入
空気量が所定空気量以下か否かを判断する空気量
判断手段と、前記回転数判断手段と空気量判断手段の判断結
果に基づき、回転数が所定回転数以下であり、且
つ吸入空気量が所定空気量以下であるときには、
前記希薄空燃比補正手段による補正を禁止すると
ともに、前記燃比センサの出力に応じて、前記内
燃機関の空燃比が理論空燃比となるように前記空
燃料量演算手段により演算された燃料量をフイー
ドバツク補正すること理論空燃比補正手段とを、備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装
置。