JPH0681698A - 内燃機関用空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、使用燃料を通常燃料から特殊燃
料に切換えたときの排気有害ガス量の増大を抑制した内
燃機関用空燃比制御装置を得る。 【構成】 燃料の性状を検出する性状センサ３０を設
け、ＥＣＵ２０Ａが、燃料の性状即ち種類に応じて、排
気ガスに含まれる有害ガスの量を抑制するように、目標
空燃比を最適に切換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関に吸入され
る混合気の空燃比が目標空燃比に一致するように、空燃
比信号に応答して燃料噴射量をフィードバック制御する
内燃機関用空燃比制御装置に関し、特に使用燃料を通常
燃料から特殊燃料に切換えたときの有害ガス量の増大を
抑制した内燃機関用空燃比制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、内燃機関に供給される混合気の
空燃比は、最適な目標空燃比(14.7)と一致するように制
御されており、インジェクタからの燃料噴射量は、空燃
比センサからの検出信号によりフィードバック制御され
ている。これにより、燃費の節減並びに出力トルクの高
効率化を実現することができ、又、排気ガス中の有害ガ
ス量が抑制されて排気ガス浄化処理用触媒を有効に活用
することができる。

【０００３】図７は従来の内燃機関用空燃比制御装置を
示す構成図であり、図において、１はエンジンと称され
る内燃機関、２は内燃機関１に混合気を供給するための
吸気管、2aは吸気管２の一部に並設されたバイパス管、
2bはバイパス管2aの開閉を行うバイパス制御弁、３は内
燃機関１内で燃焼した排気ガスを排出する排気管であ
る。

【０００４】４は吸気管２の上流に設けられたエアクリ
ーナ、５は吸気管２内の吸入空気量(吸気量)Ａを検出す
る吸気量センサ、６は吸気管２内のバイパス管2aの中間
位置に設けられてアクセルペダルと連動して開閉される
スロットル弁、７は吸気量Ａに対応したスロットル弁６
の開度Ｂを検出するスロットル開度センサである。８は
吸気管２の下流に設けられたインジェクタであり、燃料
噴射信号Ｊにより駆動されて燃料を噴射し、目標空燃比
の混合気を生成して内燃機関１に供給する。

【０００５】９は内燃機関１の温度Ｋを検出する温度セ
ンサ、10は内燃機関１の気筒の燃焼室に設けられた点火
プラグ、11は点火コイル11ｃの一次巻線を通電遮断する
イグナイタである。12は点火コイル11ｃの二次巻線に接
続されたクランク角センサであり、点火信号Ｆを昇圧し
て点火プラグ10に印加するための配電器機能を有すると
共に、クランク角位置に対応した基準周期信号θを生成
する。

【０００６】13は排気管３に設けられた空燃比センサで
あり、排気ガス成分(酸素等)濃度に基づいて混合気のリ
ッチ状態又はリーン状態を示す空燃比信号Ｒを生成す
る。14は排気管３の下流に設けられた触媒であり、排気
ガスの有害成分を浄化処理して大気中に排出する。15は
始動時に始動信号Ｐを生成する始動スイッチである。

【０００７】20はマイクロコンピュータからなるＥＣＵ
であり、内燃機関１の制御パラメータ(燃料噴射時期及
び点火時期等)を決定する演算制御手段、及び、内燃機
関１に供給される混合気を目標空燃比にフィードバック
制御する空燃比制御手段等を含んでいる。

【０００８】ＥＣＵ20内の演算制御手段は、基準周期信
号θを含む種々の運転状態に応答して機能し、バイパス
制御弁2bに対する開閉信号Ｃ、インジェクタ８に対する
燃料噴射信号Ｊ及び点火プラグ10に対する点火信号Ｆ等
を生成して内燃機関１を制御する。又、空燃比制御手段
は、空燃比信号Ｒに基づいて、混合気が目標空燃比即ち
理想空燃比(14.7)となるように燃料噴射信号Ｊを制御す
る。

【０００９】図８は従来の空燃比フィードバック動作を
示すタイミングチャートであり、空燃比信号Ｒは、排気
ガス成分濃度が目標空燃比よりもリーン側を示すときに
オフし、リッチ側を示すときにオンするパルスからな
る。又、燃料噴射信号Ｊは、空燃比信号ＲがＬレベルで
あってリーン状態を示すときには所定ゲインで増大し、
Ｈレベルであってリッチ状態を示すときには所定ゲイン
で減少し、インジェクタ８の総合的な燃料噴射量を目標
空燃比に対応する値に制御する。

【００１０】次に、図８を参照しながら、図７に示した
従来の内燃機関用空燃比制御装置の動作について説明す
る。まず、始動信号Ｐに応答して、ＥＣＵ20は、吸気量
Ａ、スロットル開度Ｂ、温度Ｋ、基準周期信号θ及び空
燃比信号Ｒ等の運転状態を取込み、クランキング時にお
いては開閉信号Ｃによりバイパス管2aを開放する。

【００１１】又、ＥＣＵ20は、基準周期信号θに基づく
クランク角位置を基準として、適切な制御時期に点火信
号Ｆ及び燃料噴射信号Ｊを生成してインジェクタ８及び
点火プラグ10を駆動し、燃料噴射制御及び点火制御を行
う。更に、ＥＣＵ20内の空燃比制御手段は、図８のよう
に、空燃比信号Ｒに応答して燃料噴射信号Ｊをフィード
バック制御し、内燃機関１に吸入される混合気の空燃比
を目標空燃比に一致させる。

【００１２】このとき、空燃比センサ13からの空燃比信
号Ｒは排気ガス成分(例えば酸素)の濃度に応じた値であ
り、空燃比制御手段は、空燃比信号Ｒと目標空燃比との
偏差に応じて、偏差に比例した比例分信号、偏差の積分
信号、又は比例分信号及び積分信号を加算した信号を燃
料噴射信号Ｊに反映させ、燃料供給量を制御する。

【００１３】又、目標空燃比は、触媒14の最適動作点に
設定されており、排気ガス中の有害成分を効率良く減少
させることができる。しかしながら、混合気に用いられ
る燃料としては、通常のガソリン燃料のみならず、芳香
族成分を多量に含む重質ガソリンや、メタノールを含む
アルコールガソリン等があるのにもかかわらず、燃料噴
射信号Ｊは、通常燃料を対象とした一定の目標空燃比を
基準として制御されている。

【００１４】図９は芳香族成分の変化に対する排気有害
ガス濃度を示す特性図であり、一酸化炭素(ＣＯ)、窒素
酸化物(ＮＯｘ)及び炭化酸素(ＨＣ)の各例を示してい
る。図から明らかなように、ＣＯ濃度及びＨＣ濃度の特
性は芳香族成分との相関性が小さいが、ＮＯｘ濃度は芳
香族成分の増大と共に増大する。従って、もし目標空燃
比を切換えることなく重質ガソリンを用いた場合には、
排気ガス中のＮＯｘ濃度が増大してしまうことになる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来の内燃機関用空燃
比制御装置は以上のように、燃料の違いを配慮すること
なく、燃料成分にかかわらず通常燃料を対象とした一定
の目標空燃比となるように燃料噴射信号を制御している
ので、特殊燃料を用いた場合には排気ガス中の有害ガス
量が増大するという問題点があった。

【００１６】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、使用燃料を通常燃料から特殊燃
料に切換えたときの有害ガス量の増大を抑制した内燃機
関用空燃比制御装置を得ることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
用空燃比制御装置は、燃料の性状を検出する性状センサ
を設け、燃料の性状に応じて、排気ガスに含まれる有害
ガスの量を抑制するように目標空燃比を切換えるもので
ある。

【００１８】

【作用】この発明においては、燃料の性状が通常燃料を
示す場合には目標空燃比を理想空燃比に設定し、燃料の
性状が特殊燃料を示す場合には、目標空燃比を理想空燃
比よりも有害ガス抑制側に切換える。

【００１９】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例１を図について説明
する。図１はこの発明の実施例１を示す構成図であり、
20ＡはＥＣＵ20に対応しており、１〜15は前述と同様の
ものである。又、この発明の実施例１による通常の空燃
比制御動作は前述した通りである。

【００２０】30は燃料の温度及び性状を検出する性状セ
ンサであり、燃料温度信号Ｔ及び性状信号Ｑを生成して
ＥＣＵ20Ａに入力する。この場合、ＥＣＵ20Ａは、性状
信号Ｑが特殊燃料の性状を示すときに目標空燃比をリッ
チ側に切換える目標空燃比切換手段を備えている。

【００２１】図２は性状センサ30の具体的構成例を示す
側面図であり、この場合、性状センサ30は、燃料配管40
に設けられており、燃料Ｎの一部を斜面部33ａに導き、
燃料Ｎの屈折率に応じた性状信号Ｑを得るようになって
いる。

【００２２】図２において、31は検出光Ｌを斜面部33ａ
側に向けて出射するＬＥＤ、32は検出光Ｌを平行光にす
るコリメートレンズ、33は下部に斜面部33ａが形成され
たロッドプリズム、34はロッドプリズム33の下面に設け
られた反射鏡、35は反射鏡34で反射された検出光Ｌを集
束するコンデンサレンズ、36はコンデンサレンズ35を介
して受光される検出光Ｌの集光位置Ｘに応答して性状信
号Ｑを出力するＰＳＤ(一次元位置検出装置)、37は燃料
配管40内に設けられて燃料Ｎの温度を検出して燃料温度
信号Ｔを出力する温度センサである。

【００２３】次に、図３の特性図を参照しながら、図２
に示した性状センサ30の動作について説明する。まず、
電源入力によりＬＥＤ31が駆動され、ＬＥＤ31から検出
光Ｌが出射される。検出光Ｌはコリメートレンズ32を介
して平行光となり、ロッドプリズム33を透過して斜面部
33ａから燃料Ｎ内に入射し、反射鏡34で反射された後、
再び斜面部33ａからロッドプリズム33内に入射する。

【００２４】このとき、ロッドプリズム33及び燃料Ｎの
境界面となる斜面部33ａにおいて、両者の屈折率の比に
応じて検出光Ｌが屈折するので、燃料Ｎの屈折率が小さ
ければ小さい程、屈折率の比が大きくなって検出光Ｌは
大きく屈折する。こうして屈折した検出光Ｌは、ロッド
プリズム33を透過し、コンデンサレンズ35により集光さ
れてＰＳＤ36に受光される。ＰＳＤ36は、集光位置Ｘに
おける光電流を電圧に変換し、燃料Ｎの屈折率を表わす
性状信号Ｑとして出力する。

【００２５】ここで、ＰＳＤ36上の検出光Ｌの集光位置
Ｘは、燃料Ｎの屈折率が小さくロッドプリズム33との屈
折率比が大きい程小さくなるため、燃料Ｎの屈折率の大
きさに対応している。例えば、図３内の集光位置Ｘ１に
対応する性状信号Ｑ１は、燃料Ｎの屈折率が比較的小さ
い通常ガソリンの場合を示し、集光位置Ｘ２に対応する
性状信号Ｑ２は、屈折率が比較的大きい重質ガソリンの
場合を示す。

【００２６】尚、燃料Ｎの屈折率は温度の影響を受ける
ので、温度センサ37は、燃料温度信号Ｔを生成し、ＥＣ
Ｕ20Ａに入力する。従って、ＥＣＵ20Ａは、性状信号Ｑ
及び燃料温度信号Ｔに基づいて、燃料Ｎの性状を正確に
検知することができる。

【００２７】図４は一般的な内燃機関１の空燃比に対す
る排気ＮＯｘ濃度を示す特性図であり、ＮＯｘ濃度は、
空燃比が理想空燃比R1(14.7)よりリーン側の16程度のと
きに最大となる。R2はリッチ側に切換えられたときの目
標空燃比であり、例えば、重質ガソリン等の特殊燃料の
場合に適用される。

【００２８】図５及び図６は空燃比信号Ｒに対する燃料
噴射信号Ｊの波形を示すタイミングチャートであり、図
５は通常燃料の場合の目標空燃比R1に対応し、図６は特
殊燃料の場合の目標空燃比R2に対応する。図６におい
て、燃料噴射信号Ｊの応答ゲインは、リーン側の空燃比
信号Ｒに対しては大きく、リッチ側の空燃比信号Ｒに対
しては小さく設定されている。

【００２９】次に、図２〜図６及び図９を参照しなが
ら、図１に示したこの発明の実施例１の動作について説
明する。尚、各種の運転状態に基づく通常の内燃機関１
の制御並びに空燃比フィードバック制御については、前
述した通りである。

【００３０】ＥＣＵ20Ａ内の目標空燃比切換手段は、性
状センサ30からの性状信号Ｑ及び燃料温度信号Ｔを取込
み、屈折率の小さい通常燃料であると判定したときに
は、目標空燃比を理想空燃比R1(図４参照)に設定する。
又、屈折率の大きい特殊燃料であると判定したときに
は、目標空燃比をリッチ側(排気ＮＯｘ濃度抑制側)のR2
に設定する。

【００３１】従って、例えば、燃料Ｎが芳香族成分の多
い重質ガソリンであって、図９のように排気ＮＯｘ濃度
が増大する傾向であっても、図４のように、目標空燃比
をR2に切換えることにより排気ＮＯｘ濃度を抑制するこ
とができる。このとき、目標空燃比R2は、触媒14が動作
するための最適領域から逸脱しないために、例えば14.5
程度に設定される。

【００３２】この場合、混合気の空燃比を目標空燃比R1
又はR2に制御するため、具体的には図５及び図６のよ
う、空燃比信号Ｒに対する燃料噴射信号Ｊの応答ゲイン
を切換える。即ち、通常燃料の場合は、図５のように、
空燃比信号Ｒに対する燃料噴射信号Ｊの応答ゲインを従
来(図８)と同様の通常ゲインに設定し、空燃比が理想空
燃比R1となるように燃料噴射量をフィードバック制御す
る。

【００３３】一方、特殊燃料であって、温度補正された
屈折率が所定値以上を示す場合は、図６のように、空燃
比信号Ｒに対する燃料噴射信号Ｊの応答ゲインを、リー
ン側では大きく且つリッチ側では小さく設定し、結果的
に燃料噴射量を図５の場合よりも増大させる。これによ
り、混合気の空燃比はリッチ側の目標空燃比R2にフィー
ドバック制御され、ＮＯｘの発生量は抑制される。

【００３４】実施例２．尚、上記実施例１では、目標空
燃比を切換えるために、空燃比信号Ｒに対する燃料噴射
信号Ｊの応答ゲインを切換えたが、空燃比信号Ｒのリー
ンからリッチへの切換判定にディレイ回路を設け、燃料
噴射信号Ｊのリッチ側に対する応答を遅延させてもよ
い。この場合、燃料噴射信号Ｊの応答ゲインが図５と同
一であっても、燃料噴射信号Ｊの立ち下がりタイミング
が遅れるため、結果的に燃料噴射量が増大することにな
る。

【００３５】実施例３．又、特殊燃料として、芳香族成
分の多い重質ガソリンの場合を示したが、アルコール混
合ガソリン等の場合も、この発明の適用により同等の効
果を奏する。なぜなら、アルコール含有量に対しても、
屈折率及び排気有害ガスの特性は、図３及び図９とそれ
ぞれ同様の傾向があるからである。

【００３６】実施例４．又、有害ガスとしてＮＯｘの場
合を示したが、特殊燃料の含有量(屈折率)に対して図９
のＮＯｘと同様の特性を有するものであれば、他の有害
ガスを抑制することもできる。又、屈折率が所定値以上
のときに目標空燃比を切換えたが、屈折率に応じて線形
に目標空燃比を変化させても良い。

【００３７】実施例５．更に、図２に示した性状センサ
30の構成は単なる一例であり、他の性状センサで構成さ
れても良い。

【００３８】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、燃料の
性状を検出する性状センサを設け、燃料の性状に応じ
て、排気ガスに含まれる有害ガスの量を抑制するように
目標空燃比を切換えるようにしたので、使用燃料を通常
燃料から特殊燃料に切換えたときの排気有害ガス量の増
大を抑制した内燃機関用空燃比制御装置が得られる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す構成図である。

【図２】図１内の性状センサの構成の一例を光学的に示
す側面図である。

【図３】図２の性状センサの燃料屈折率に対する出力電
圧を示す特性図である。

【図４】この発明の実施例１による空燃比切換状態を示
す説明図である。

【図５】この発明の実施例１による通常燃料に対する燃
料噴射量のフィードバック制御動作を示すタイミングチ
ャートである。

【図６】この発明の実施例１による特殊燃料に対する燃
料噴射量のフィードバック制御動作を示すタイミングチ
ャートである。

【図７】従来の内燃機関用空燃比制御装置を示す構成図
である。

【図８】従来の内燃機関用空燃比制御装置による燃料噴
射量のフィードバック制御動作を示すタイミングチャー
トである。

【図９】燃料中の芳香族成分量に対する排気有害ガス濃
度を示す特性図である。

【符号の説明】 １ 内燃機関 ２ 吸気管 ８ インジェクタ １２ クランク角センサ １３ 空燃比センサ ２０Ａ ＥＣＵ ３０ 性状センサ Ｊ 燃料噴射信号 Ｒ 空燃比信号 Ｑ 性状信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の吸気管に燃料を噴射して目標
   空燃比の混合気を生成するインジェクタと、 前記内燃機関の排気ガス成分に基づいて前記混合気のリ
   ーン状態又はリッチ状態を示す空燃比信号を生成する空
   燃比センサと、 前記混合気の空燃比が前記目標空燃比に一致するよう
   に、前記空燃比信号に応答して前記インジェクタに対す
   る燃料噴射信号をフィードバック制御するＥＣＵとを備
   えた内燃機関用空燃比制御装置において、 前記燃料の性状を検出する性状センサを設け、 前記ＥＣＵは、前記燃料の性状に応じて、前記排気ガス
   に含まれる有害ガスの量を抑制するように、前記目標空
   燃比を切換えることを特徴とする内燃機関用空燃比制御
   装置。