JPH07189771A

JPH07189771A - 希薄燃焼エンジンの制御方法

Info

Publication number: JPH07189771A
Application number: JP5338538A
Authority: JP
Inventors: Masashi Ishida; 昌司石田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-07-28
Anticipated expiration: 2015-07-12
Also published as: JP3064782B2

Abstract

(57)【要約】【目的】希薄燃焼エンジンの制御において、エンジン
出力の変動および窒素酸化物の発生を抑制しつつ、エン
ジンのストイキオ運転とリーン運転との間での切換えを
簡易な制御システムにより実行可能とする。【構成】スロットルセンサ４２出力およびクランク角
センサ４５出力に基づきストイキオ運転からリーン運転
への移行の開始時、電子制御ユニット１０は、ストイキ
オ運転に適合する空燃比および点火時期でエンジン１を
運転しつつ、ＩＳＣバルブ３０の開度を漸増させ、次
に、点火時期を一旦遅角させ、更に、点火時期を進角制
御しつつ、ＩＳＣバルブ開度の漸増を継続して空燃比を
リーン化制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、希薄燃焼エンジンの制
御方法に関し、特に、エンジン出力の変動および窒素酸
化物の発生を抑制しつつエンジンのストイキオ運転とリ
ーン運転との間での切換えを簡易な制御システムにより
行える希薄燃焼エンジンの制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃エンジンの排気ガス特性あるいは燃
費の改善のために、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も燃料希薄側の空燃比に制御して、
エンジンをリーン運転（リーン燃焼運転）することが知
られている。この種の空燃比制御では、エンジンの加速
運転領域などにおいてエンジン出力が不足しないよう
に、加速運転領域などでは空燃比を理論空燃比近傍に制
御して、エンジンをストイキオ運転（ストイキオ燃焼運
転）するようにしている。従って、例えば、アクセルペ
ダルの踏込操作が解除されて加速運転領域から離脱する
と、燃料量のみが減じられてストイキオ運転からリーン
運転への移行が行われる。この場合、エンジン出力が急
に低下してショックが生じ、ドライバビリティが阻害さ
れる。

【０００３】そこで、ストイキオ運転からリーン運転へ
の移行時にエンジン出力を一定に保持すべく、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
せるようにした空燃比制御装置が、特開平５−１８７２
９５号に提案されている。この提案装置は、エンジンの
特定運転状態時にストイキオ運転を行い、それ以外のと
きにリーン運転を行うものであって、スロットル弁をバ
イパスする２つのバイパス通路を備え、一方のバイパス
通路にはアイドル回転数制御（ＩＳＣ）バルブが設けら
れ、他方のバイパス通路には負圧応動弁が設けられてい
る。そして、リーン運転時には、吸気通路のスロットル
弁配設部位と負圧応動弁の制御室とを接続する制御圧通
路に設けたバイパスバルブが開成され、これにより、吸
気通路内負圧ひいてはエンジン運転状態に適合する量の
バイパスエアが、負圧応動弁側のバイパス通路を介して
エンジンに供給される。更に、燃料希薄側の空燃比を達
成するための目標吸入空気量がスロットル弁開度に応じ
て演算され、目標吸入空気量と実際の吸入空気量との偏
差に応じてＩＳＣバルブの弁開度がデューティ制御さ
れ、これによりエンジンに目標吸入空気量が供給され
る。

【０００４】上記提案装置は、バイパスバルブと負圧応
動弁とからなるエアバイパスバルブ（ＡＢＶ）をリーン
化エアの供給装置として使用したもので、ストイキオ運
転とリーン運転との間の切換時におけるエンジン出力ト
ルク変動が少なく、又、この切換えを短時間で行えると
いう利点がある。図１は、提案装置に点火時期制御を導
入した場合におけるストイキオ運転からリーン運転への
移行時の吸入空気量、点火時期、空燃比（Ａ／Ｆ）およ
びエンジン出力トルクの時間変化を例示する。図示のよ
うに、吸入空気量は、ＩＳＣ開度の増加につれて一次遅
れを伴って増大していく。又、ストイキオ運転時からリ
ーン運転への移行時のトルク変動は少ない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】提案装置は、上述の利
点を有するものの、リーン運転時のトルクとストイキオ
運転時のトルクを同一に保持するのに必要なバイパスエ
アを正確に計量するためにＩＳＣバルブなどの補助装置
を必要とし、装置構成が複雑になる。なお、装置構成の
簡易化を図るべく、上記提案装置において、エアバイパ
スバルブを除去してＩＳＣバルブのみによりバイパスエ
ア供給を行うことが考えられる。しかしながら、ＩＳＣ
バルブ開度変化に対する吸入空気量の応答性が遅いた
め、この場合、図２に実線で示すように、リーン運転と
ストイキオ運転間での切換時にエンジン出力トルクが急
に落ち込んでショックが発生することになる。また、図
２に破線で示すように、吸入空気量増加に合わせて空燃
比のリーン化を進めるとトルクの落ち込みは小さいが、
窒素酸化物生成量の多い空燃比領域でエンジンが長時間
運転されるので、窒素酸化物の排出量が増大する。

【０００６】そこで、本発明は、エンジン出力の変動お
よび窒素酸化物の発生を抑制しつつエンジンのストイキ
オ運転とリーン運転との間での切換えを簡易な制御シス
テムにより実行できる希薄燃焼エンジンの制御方法を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の希薄燃焼エンジ
ンの制御方法は、エンジンの運転状態を検出する運転状
態検出手段の検出結果に応じてストイキオ運転域とリー
ン運転域とを判定する運転域判定手段と、上記運転域判
定手段が上記ストイキオ運転域と判定したときに第一の
基本空燃比及び第一の基本点火時期に基づきストイキオ
運転が行われ、上記運転域判定手段がリーン運転域と判
定したときに上記第一の基本空燃比よりもリーン側で設
定される第二の基本空燃比及び第一の基本点火時期より
も進角側で設定される第二の基本点火時期に基づきリー
ン運転が行われるように上記エンジンを制御する運転制
御手段と、上記エンジンの吸入空気量を増減する吸入空
気量増減手段とを備え、上記運転制御手段が上記ストイ
キオ運転から上記リーン運転に切り替え制御するとき
に、上記第一の基本空燃比及び上記第一の基本点火時期
での運転の下で上記吸入空気量増減手段を吸入空気量を
増量する側に制御するとともに、吸入空気量の増量作動
に対応させて点火時期を上記第一の基本点火時期よりも
一旦遅角させたのち空燃比及び点火時期を上記第二の基
本空燃比及び上記第二の基本点火時期へ制御することを
特徴とする。

【０００８】

【作用】ストイキオ運転域からリーン運転域への移行
時、第一の基本空燃比および第一の基本点火時期での運
転の下で吸入空気量が増大されると共に、この吸入空気
量の増大に対応して、点火時期が第一の基本点火時期よ
りも遅角される。次いで、空燃比が、第一の基本空燃比
よりもリーン側に設定した第二の基本空燃比に制御され
ると共に、点火時期が、第一の基本点火時期よりも進角
側に設定した第二の基本点火時期に制御され、これによ
り、リーン運転に移行する。

【０００９】

【実施例】図３を参照すると、エンジン１の夫々の気筒
に接続される吸気マニホルド２ａには、電磁式燃料噴射
弁３が気筒毎に配設され、燃料ポンプ（図示略）から燃
圧レギュレータ（図示略）を介して一定圧の燃料が各燃
料噴射弁３に供給されるようになっている。また、吸気
マニホルド２ａにはこれと協働して吸気通路２を構成す
る吸気管２ｂがサージタンク２ｃを介して接続され、吸
気管２ｂの外方端にはエアクリーナ４が配設され、更
に、吸気管２ｂの途中にはスロットル弁５が設けられて
いる。そして、エンジン１の各気筒に装着された点火プ
ラグ６は、ディストリビュータ７を介してイグナイタ８
に接続され、イグナイタ８の一次コイルへの供給電流の
遮断時に二次コイルに発生する高電圧により点火プラグ
６に火花を飛ばせてエンジン気筒内の混合気を点火する
ようになっている。

【００１０】本発明の第１実施例の制御方法を実施する
ための制御装置は、後述の空燃比・点火時期制御におい
て運転域判定手段、運転制御手段などの機能を奏する電
子制御ユニット（ＥＣＵ）１０を備え、この制御ユニッ
ト１０は、中央演算装置、不揮発性のバッテリバックア
ップラムを含み各種制御プログラム等を記憶するための
記憶装置、入出力装置など（いずれも図示略）を有して
いる。

【００１１】本制御装置は、スロットル弁５をバイパス
して吸気管２ｂに設けられたバイパス通路２０に配設し
たＩＳＣバルブ３０を更に備えている。このＩＳＣバル
ブ３０は、制御ユニット１０と協働して吸入空気量増減
手段を構成するもので、バイパス通路２０を開閉して同
通路を介するエンジン１への空気供給を許容または阻止
するための弁体３１と、これを開閉駆動するためのパル
スモータ３２とを含む。パルスモータ３２は、燃料噴射
弁３およびイグナイタ８と共に制御ユニット１０の出力
側に接続されている。

【００１２】また、本制御装置は、エンジン運転状態検
出手段としての各種センサを備えている。これらのセン
サは、例えば、吸気通路２側に設けられ吸入空気量をカ
ルマン渦情報から検出するためのエアフローセンサ４１
と、スロットル弁５に付設されスロットル開度を検出す
るためのポテンショメータ式のスロットルセンサ４２
と、エンジン１の排気通路９側に設けられ排ガス中の酸
素濃度を検出するためのＯ2センサ４３と、エンジン冷
却水温を検出するための水温センサ４４と、ディストリ
ビュータ７に設けられ所定クランク角度位置たとえば上
死点を検出する度にパルス信号（ＴＤＣ信号）を出力す
るクランク角センサ４５と、特定の気筒たとえば第１気
筒が所定クランク角度位置にあることを検出するための
気筒判別センサ４６とを含む。参照符号４７は、本発明
の第２実施例の制御方法を実施するために用いられるブ
ーストセンサを示し、同センサ４７は、サージタンク２
ｃに装着されスロットル弁５の下流における吸気管内負
圧を検出するものである。そして、上述の各種センサは
電子制御ユニット１０の入力側に接続されている。

【００１３】電子制御ユニット１０は、クランク角セン
サ４５からクランク角で１８０度毎に送出されるＴＤＣ
信号の発生間隔に基づいて検出したエンジンの行程周期
からエンジン回転数を演算すると共に、気筒判別センサ
４６からの出力と予め設定されたエンジン気筒における
点火・燃料供給順序とから次に点火・燃料供給すべき気
筒を判別するようになっている。

【００１４】更に、電子制御ユニット１０は、各種セン
サ出力に基づき、アイドル運転状態、高負荷運転状態、
低負荷運転状態、減速燃料カット運転状態、Ｏ2フィー
ドバック制御運転状態等の各種エンジン運転状態を検出
し、検出したエンジン運転状態に応じた燃料噴射量、即
ち、燃料噴射弁３の開弁時間と最適点火時期を演算し、
演算した開弁時間に応じた駆動信号を各燃料噴射弁３に
供給して所要の燃料量を各気筒に供給すると共に、演算
した点火時期に応じた駆動信号を駆動回路からイグナイ
タ８に供給して混合気を点火させるようになっている。

【００１５】以下、上記構成の制御装置の作動を説明す
る。エンジン１の運転中、電子制御ユニット１０は、図
４に示すエンジン運転制御ルーチンを所定周期で実行す
る。この制御ルーチンにおいて、制御ユニット１０は、
フラグＦ１が、ストイキオ運転からリーン運転への切換
制御を実行中であることを表す値「１」であるか否かを
先ず判別し（ステップＳ１）、この判別結果が否定であ
れば、本制御ルーチンの前回サイクルで後述のように設
定されて制御ユニット１０の記憶装置の今回フラグ値記
憶領域（図示略）に格納されているフラグ値Ｆ２nを、
前回フラグ値記憶領域（図示略）に前回フラグ値Ｆ２n-
1として格納する（ステップＳ２）。フラグＦ２はエン
ジン運転域を表すもので、その初期値は例えば「１」で
ある。

【００１６】次に、制御ユニット１０は、スロットルセ
ンサ４２およびクランク角センサ４５からの出力を読み
込み（ステップＳ３）、クランク角センサ出力の発生周
期を検出し、この検出周期からエンジン回転数Ｎｅを演
算する（ステップＳ４）。更に、制御ユニット１０は、
ステップＳ３で読み込んだスロットルセンサ出力すなわ
ちスロットル開度αとステップＳ４で演算したエンジン
回転数Ｎｅとに基づいて、エンジン１がストイキオ運転
域で運転されているか否かを判別する（ステップＳ
５）。ストイキオ運転域は、エンジン１の急発進運転状
態、急加速運転状態などに対応するように、エンジン運
転状態パラメータたとえばスロットル開度αとエンジン
回転数Ｎｅとにより予め設定されている。

【００１７】そして、ステップＳ５での判別結果が肯定
であれば、制御ユニット１０は、今回フラグ値Ｆ２nを
ストイキオ運転域を表す値「１」に設定し、これを今回
フラグ値記憶領域に格納し（ステップＳ６）、次に、ス
トイキオ運転制御を行う（ステップＳ７）。このストイ
キオ運転制御において、電子制御ユニット１０は、エン
ジン運転状態パラメータたとえばスロットル開度αおよ
びエンジン回転数Ｎｅに応じて、この運転状態に適合す
る量の基本補助空気がバイパス通路２０を介してエンジ
ン１に供給されるように、ＩＳＣバルブ３０の開度を基
本補助空気量に対応する基本開度ＰBASに制御し、これ
により、スロットル弁５の急な閉弁動作に伴うエンジン
回転数の急減によるエンジンストップを防止する。

【００１８】また、電子制御ユニット１０は、燃料噴射
弁３の開弁時間Ｔinjを次式に従って演算する。Ｔinj ＝（Ａ／Ｎｍ÷λS）×Ｋ１×Ｋ２＋Ｔ0 ここに、Ａ／Ｎｍは、エアフローセンサ４１によって検
出されたカルマン渦周波数とステップＳ４で演算したエ
ンジン回転数Ｎｅとから求められる気筒に吸入される一
吸気行程当たりの空気量である。λSは目標空燃比（第
一の基本空燃比）で、理論空燃比或いはその近傍値（例
えば、空燃比１４．７）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を表す。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、例えばエンジン水温センサ４４により検
出されたエンジン水温ＴW、Ｏ2センサ４３により検出さ
れた排気ガス中酸素濃度などに応じて設定される。Ｔ0
は、図示しないバッテリセンサにより検出されるバッテ
リ電圧等に応じて設定される補正値である。

【００１９】そして、電子制御ユニット１０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３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に供給して、エンジン１をスト
イキオ運転する。このストイキオ運転中、制御ユニット
１０は、エンジン回転数Ｎｅ等の関数として予め設定さ
れた第１基本点火時期θIG1に基づきイグナイタ８に駆
動信号を送出して、点火時期θIG1に対応するクランク
角度位置で点火が行われるように点火時期を制御する。

【００２０】再び図４を参照して、本制御ルーチンを更
に説明する。上記ステップＳ５での判別結果が否定、す
なわちエンジン１がストイキオ運転域で運転されていな
いと判別すると、制御ユニット１０は、今回フラグ値Ｆ
２nをリーン運転域を表す値「０」に設定し、これを今
回フラグ値記憶領域に格納し（ステップＳ８）、次に、
ステップＳ２で前回フラグ値記憶領域に格納した前回フ
ラグ値Ｆ２n-1がストイキオ運転域を表す値「１」であ
るか否かを判別し（ステップＳ９）、この判別結果が肯
定であればステップＳ１０でフラグＦ１を値「１」に設
定して今回サイクルでの本制御ルーチンの実行を終了す
る。

【００２１】次のサイクルのステップＳ１ではフラグＦ
１の値が「１」であると判別されるので、制御ユニット
１１は、ストイキオ運転からリーン運転への移行のため
の、図５ないし図８に詳細に示す切換制御を行う（ステ
ップＳ１１）。この切換制御において、制御ユニット１
０は、図４のステップＳ３で検出したスロットル開度α
とステップＳ４で演算したエンジン回転数Ｎｅとに基づ
き、図示しないα・Ｎｅ−Ｔ１マップからＩＳＣバルブ
開動作に対する吸入空気量の応答遅れ時間Ｔ１を求め、
図示しないα・Ｎｅ−Ｔ２マップから遅角制御時間Ｔ２
を求め、更に、図示しないα・Ｎｅ−Ｔ３マップから進
角制御時間Ｔ３を求める（ステップＳ２１）。

【００２２】次に、制御ユニット１０は、スロットル開
度αとエンジン回転数Ｎｅとに基づき、ストイキオ運転
からリーン運転への切換開始時から切換完了時までのＩ
ＳＣバルブ開弁量ΔＰISCを演算する（ステップＳ２
２）。このＩＳＣバルブ開弁量ΔＰISCの演算におい
て、スロットル開度αとエンジン回転数Ｎｅとに基づ
き、リーン運転時の目標吸入空気量Ａ／ＮLが、制御ユ
ニット１０の記憶装置に予め記憶されたα・Ｎｅ−Ａ／
ＮLマップ（図示略）から読み出される。このマップ
は、好ましくは、ストイキオ運転でのエンジントルクと
略同じトルクがリーン運転で得るために必要な空気量を
与えるように、換言すれば、エンジン１への燃料供給量
を略一定に保持しつつ、空気量だけを増量してストイキ
オ運転からリーン運転への切り換えを行ってエンジンシ
ョックを防止可能なように設定されている。

【００２３】なお、リーン運転時の目標吸入空気量Ａ／
ＮLをエンジン運転状態に応じて設定しても良い。この
場合、スロットル弁開度αとエンジン回転数Ｎｅとに基
づいてα・Ｎｅ−Ａ／ＮSマップ（図示略）から読み出
したストイキオ運転時の吸入空気量Ａ／ＮSと、リーン
運転時の目標空燃比λLと、ストイキオ運転時の目標空
燃比（第二基本空燃比）λSとに基づき、目標吸入空気
量Ａ／ＮLが次式から演算される。なお、目標空燃比λL
は、理論空燃比よりも燃料希薄側の所定値（例えば、空
燃比２２）に設定される。

【００２４】Ａ／ＮL ＝（Ａ／ＮS÷λS）×λL 以上のようにして目標吸入空気量Ａ／ＮLが求まると、
制御ユニット１０は、この目標吸入空気量Ａ／ＮLと実
際の吸入空気量Ａ／Ｎｍとの偏差ΔＡ／Ｎを求め、次
に、偏差ΔＡ／Ｎに応じたＩＳＣ開弁量ΔＰISCを例え
ば次式から演算する。

【００２５】ΔＰISC ＝ＫP・ΔＡ／Ｎここに、ＫPはフィードバック比例項ゲインである。な
お、ゲインＫPを例えばエンジン回転数Ｎｅに応じて可
変設定するようにしても良い。ステップＳ２２において
ＩＳＣバルブ開弁動作量ΔＰISCが求まると、制御ユニ
ット１０は、ステップＳ２３において、切換制御完了時
点での目標ＩＳＣバルブ開度ＰISCを次式から演算す
る。

【００２６】ＰISC ＝ＰBAS＋ΔＰISC 次に、ＩＳＣバルブ開弁動作量ΔＰISCと、ステップＳ
２１で求めた応答遅れ時間Ｔ１、遅角制御時間Ｔ２およ
び進角制御時間Ｔ３と、予め設定した制御動作周期ΔＴ
とに基づいて、一制御動作周期ΔＴ当たりのＩＳＣバル
ブ開度変化量ΔＤISCが演算される（ステップＳ２
３）。

【００２７】ステップＳ２４では、遅角制御時間Ｔ２と
予め設定した一制御動作周期ΔＴ当たりの遅角制御量Δ
θLとに基づき遅角制御時間Ｔ２中の遅角量が演算され
（或いは、予め設定した遅角量と遅角制御時間Ｔ２とに
基づき一制御動作周期ΔＴ当たりの遅角制御量ΔθLが
演算され）、次いで、この遅角量とリーン運転時の目標
点火時期（第２基本点火時期）θIG2と進角制御時間Ｔ
３とに基づき一制御動作周期ΔＴ当たりの進角制御量Δ
θAが演算される。

【００２８】そして、ステップＳ２５では、ストイキオ
運転時の目標空燃比（第１基本空燃比）λSとリーン運
転時の目標空燃比（第２基本空燃比）λLと進角制御時
間（空燃比リーン化制御時間）Ｔ３とに基づき、一制御
動作周期ΔＴ当たりの空燃比制御量Δλが演算される。
次に、制御ユニット１０は、ステップＳ２１で求めた応
答遅れ時間Ｔ１を制御動作周期ΔＴで除して得た値を丸
めた値Ｔ１’をタイマ（図示略）にセットし（ステップ
Ｓ２６）、タイマの記憶値Ｔ１’が「０」であるか否か
を判別する（ステップＳ２７）。応答遅れ時間Ｔ１がセ
ットされた直後はステップＳ２５での判別結果は否定に
なるので、制御ユニット１０は、制御動作周期ΔＴだけ
待機した後、タイマの記憶値Ｔ１’から「１」を減じ
（ステップＳ２８，Ｓ２９）、現在の設定ＩＳＣバルブ
開度ＤISC（初期値は基本開度ＰBASに対応）とＩＳＣバ
ルブ開度変化量ΔＤISCとの和を新たな設定ＩＳＣバル
ブ開度ＤISCとして設定し（ステップＳ３０）、ＩＳＣ
バルブ開度変化量ΔＤISCに相当する駆動信号をパルス
モータ３２に送出してＩＳＣバルブ３０の開度を増大さ
せる（ステップＳ３１）。これにより、切換制御におけ
るＩＳＣバルブ３０の開弁動作が、切換制御開始時点
（図９のｔ0時点）から開始される。

【００２９】その後、ステップＳ２７〜Ｓ３１が繰り返
し実行されて、図９に示すようにＩＳＣバルブ開度が時
間経過につれて漸増するようにＩＳＣバルブ開度がオー
プンループ制御される。ステップＳ２７において、タイ
マの記憶値Ｔ１’が「０」になったと判別されると、タ
イマに遅角制御時間Ｔ２に対応する値Ｔ２’がセットさ
れ（ステップＳ３２）、タイマの記憶値Ｔ２’が「０」
であるか否かが判別される（ステップＳ３３）。遅角制
御時間Ｔ２がセットされた直後ではステップＳ３３での
判別結果が否定になるので、制御ユニット１０は、制御
動作周期ΔＴだけ待機した後、タイマの記憶値Ｔ２’か
ら「１」を減じ（ステップＳ３４，Ｓ３５）、現在の設
定点火時期θIG（初期値は第１基本点火時期θIG1と同
一）から、予め設定した一制御動作周期ΔＴ当たりの遅
角制御量ΔθLを減じて得た値を、新たな設定点火時期
θIGとして設定すると共に、現在の設定ＩＳＣバルブ開
度ＤISCとＩＳＣバルブ開度変化量ΔＤISCとの和を新た
な設定ＩＳＣバルブ開度ＤISCとして設定し（ステップ
Ｓ３６）、更に、設定点火時期θIGに対応する駆動信号
をイグナイタ８に送出して点火時期を遅角させると共に
ＩＳＣバルブ開度変化量ΔＤISCに相当する駆動信号を
パルスモータ３２に送出してＩＳＣバルブ開度を増大さ
せる（ステップＳ３７）。これにより、切換制御開始時
点ｔ0から、ＩＳＣバルブ開度変化に対する吸入空気量
の応答遅れ時間Ｔ１が経過して吸入空気量が増大し始め
ると（ｔ1時点）、吸入空気量を継続して増大させつ
つ、この吸入空気量の増大に伴うトルク増大を抑制すべ
く、遅角制御が開始される。

【００３０】その後、ステップＳ３３〜Ｓ３７が繰り返
し実行されて、点火時期は図９に示すように時間経過に
つれて第１点火時期θIG1に関して遅れ側に制御され、
吸入空気量の増大によるトルク変動が防止される。ステ
ップＳ３３において、タイマの記憶値Ｔ２’が「０」に
なったと判別されると、タイマに進角制御時間Ｔ３に対
応する値Ｔ３’がセットされ（ステップＳ３８）、タイ
マの記憶値Ｔ２’が「０」であるか否かが判別される
（ステップＳ３９）。進角制御時間Ｔ３がセットされた
直後ではステップＳ３９での判別結果が否定になるの
で、制御ユニット１０は、制御動作周期ΔＴだけ待機し
た後、タイマの記憶値Ｔ３’から「１」を減じ（ステッ
プＳ４０，Ｓ４１）、現在の設定点火時期θIG（初期値
はθIG1−ΔθL・（Ｔ２／ΔＴ）に等しい）とステップ
Ｓ２４で演算した一制御動作周期ΔＴ当たりの遅角制御
量ΔθAとの和を新たな設定点火時期θIGとして設定し
（ステップＳ４２）、次に、現在の目標空燃比λ（初期
値は、ストイキオ運転時の目標空燃比（第１基本空燃
比）λSと同一）とステップＳ２５で演算した一制御動
作周期ΔＴ当たりの空燃比制御量Δλとの和を新たな目
標空燃比λとして設定する（ステップＳ４３）。そし
て、制御ユニット１０は、設定ＩＳＣバルブ開度ＤISC
が目標ＩＳＣバルブ開度ＰISCに達したか否かを判別し
（ステップＳ４４）、この判別結果が否定であれば設定
ＩＳＣバルブ開度ＤISCの更新およびＩＳＣバルブ開度
変化量ΔＤISCに相当する駆動信号の送出を継続する一
方、判別結果が肯定であれば設定ＩＳＣバルブ開度の更
新および駆動信号の送出を終了し（ステップＳ４５）、
目標ＩＳＣバルブ開度ＰISCに達するまではＩＳＣバル
ブ開度を増大させつつ、設定点火時期θIGに対応する駆
動信号をイグナイタ８に送出して点火時期を進角させる
と共に、空燃比が目標空燃比λになるような開弁時間に
対応する駆動信号を燃料噴射弁３に送出して空燃比をリ
ーン化させる（ステップＳ４６）。

【００３１】この様に、空燃比のリーン化は、吸入空気
量が増大し始める時点ｔ1から時間Ｔ２が経過した時点
ｔ2において開始され、換言すれば、吸入空気量が相当
程度増大した状態で開始される。しかも、リーン化が進
むにつれて点火時期が進角される。このため、図２に実
線で示すようにＩＳＣバルブの開弁開始と同時にリーン
化を開始する場合とは異なり、大きいトルクの落ち込み
が生じることがない。すなわち、図９に示すように、ト
ルクの落ち込みは少なく、ショックの発生が回避され
る。また、図２に破線で示す場合に比べて、空燃比切換
に要する時間ひいては窒素酸化物が増大する空燃比領域
でのエンジン運転時間が短く、窒素酸化物の排出量が抑
制される。

【００３２】その後、ステップＳ３９〜Ｓ４４が繰り返
し実行されて、図９に示すように、点火時期は、ストイ
キオ運転に適合した第一基本点火時期θIG1に関して遅
れ側の値からリーン運転に適合した第二基本点火時期θ
IG2に向けて進角制御され、空燃比Ａ／Ｆは、ストイキ
オ運転に適合した第一基本空燃比からリーン運転に適合
した第二基本空燃比に向けてリーン化制御される。

【００３３】そして、ステップＳ３９でＴ３’＝０と判
別すると、図５ないし図８の切換制御ルーチンから図４
の制御ルーチンに戻り、制御ユニット１０は、フラグＦ
に切換制御完了を表す値「０」をセットする（図４のス
テップＳ１２）。この切換制御完了時点（図９のｔ3時
点）では、吸入空気量がリーン運転時の目標吸入空気量
Ａ／ＮLに完全には到達していないため、図９に示すよ
うにエンジン出力トルクが落ち込む。但し、ＩＳＣバル
ブ３０の開弁動作開始時点ｔ0から相当時間が経過して
相当の吸入空気量がエンジン１に供給されており、この
トルクの落ち込みは僅かであって、ショック発生を来す
ことはない。

【００３４】切換制御完了以降、図４の制御ルーチンが
再度実行されるが、切換制御完了時にフラグＦ１の値が
「０」にセットされたことから、切換制御完了直後の制
御ルーチン実行サイクルのステップＳ１での判別結果は
否定になる。そして、ステップＳ２では切換制御開始時
のＦ２フラグ値０がＦ２n-1として記憶されると共に、
ステップＳ５でストイキオ運転域ではないと判別されて
ステップＳ８でフラグ値Ｆ２nが「０」にセットされる
ので、ステップＳ９での判別結果が否定になる。このた
め、切換制御完了直後からリーン運転制御（ステップＳ
１３）が実行されることになる。

【００３５】このリーン運転制御において、電子制御ユ
ニット１０は、吸入空気量がリーン運転時の目標吸入空
気量Ａ／ＮLになるようにＩＳＣバルブ３０の開度を制
御し、また、空燃比がリーン運転時の目標空燃比λLに
なるように燃料噴射弁３の開弁時間すなわちエンジン１
への燃料供給量を制御し、点火時期をリーン運転時の目
標点火時期θIG2に制御する。

【００３６】以下、本発明の第２実施例による希薄燃焼
エンジンの制御方法を説明する。この実施例の制御方法
は、図３に示す制御装置にブーストセンサ４７（図３）
を追加装備した制御装置により実施可能であり、従っ
て、装置構成の説明を省略する。本実施例の方法は、基
本的には第１実施例の場合と同様で、図４に示す制御手
順を実行するもので、図４のステップＳ１１で実行され
る切換制御（図１０〜図１２にその一部を詳細に示す）
が図５〜図８に示すものと一部異なる。

【００３７】図１０〜図１２を参照すると、切換制御
の、図５のステップＳ２１に対応するステップＳ１２１
において、電子制御ユニット１０は、切換制御開始時点
での吸気管内負圧ＰB0を表すブーストセンサ４７からの
出力を読み込んでこれを記憶し、この圧力データＰB0と
図４のステップＳ４で演算したエンジン回転数Ｎｅとに
基づき、切換制御開始時点ｔ0から空燃比リーン化制御
開始時点ｔ2までの期間における吸気管内負圧上昇量の
設定値ΔＰを、図示しないＰB0・Ｎｅ−ΔＰマップから
求めると共に、図示しないＰB0・Ｎｅ−Ｔ３マップから
進角制御時間Ｔ３を求める。

【００３８】次に、図５のステップＳ２２〜Ｓ２５に夫
々対応するステップＳ１２２〜Ｓ１２５を順次実行し
て、切換制御開始時点ｔ0から完了時点ｔ3までのＩＳＣ
バルブ開弁量ΔＰISCならびに一制御動作周期ΔＴ当た
りのＩＳＣバルブ開度変化量ΔＤISC、進角制御量ΔθA
および空燃比制御量Δλを求める。次に、電子制御ユニ
ット１０は、ブーストセンサ出力ＰBを読み込み（ステ
ップＳ１２６）、この圧力データＰBがステップＳ１２
１で記憶した圧力データＰB0を上回るか否かを判別する
（ステップＳ１２７）。切換制御開始直後は、この判別
結果が否定になるので、制御ユニット１０は、図６のス
テップＳ２８、Ｓ３０及びＳ３１に夫々対応するステッ
プＳ１２８〜Ｓ１３０を順次実行して、切換制御におけ
るＩＳＣバルブ３０の開弁動作を開始する。

【００３９】その後、ステップＳ１２６〜Ｓ１３０が繰
り返し実行されてＩＳＣバルブ開度が時間経過につれて
漸増する。そして、図９のｔ1時点付近で吸入空気量ひ
いては吸気管内負圧ＰBが増大し始め、ステップＳ１２
７での判別結果が肯定になる。この場合、制御ユニット
１０は、ステップＳ１２６で読み込んだ圧力データＰB
が、切換制御開始時点ｔ0での圧力データＰB0とステッ
プＳ１２１で求めた圧力上昇量ΔＰとの和に達したか否
かを判別する（ステップＳ１３１）。

【００４０】吸入空気量が増大し始めるｔ1時点付近で
は、吸入空気量の増大に伴う吸気管内圧力の上昇は未だ
大きくなく、従ってステップＳ１３１での判別結果は否
定になる。そこで、制御ユニット１は、図７のステップ
Ｓ３４、Ｓ３６及びＳ３７に夫々対応するステップＳ１
３２〜Ｓ１３４を順次実行して、ＩＳＣバルブ開度を増
大させつつ切換制御における点火時期遅角制御を開始
し、次に、ブーストセンサ出力ＰBを読み込み（ステッ
プＳ１３５）、上述のステップＳ１３１〜Ｓ１３５を繰
り返し実行する。

【００４１】そして、ステップＳ１３１において、圧力
データＰBが、圧力データＰB0と圧力上昇量ΔＰとの和
に達し、従って、空燃比リーン化を開始すべきであると
判別すると、制御ユニット１０は、図８のステップＳ３
８〜Ｓ４６を順次実行して、ＩＳＣバルブ開弁制御およ
び点火時期進角制御を行いつつ空燃比リーン化制御を行
う。

【００４２】本発明は上記第１および第２実施例に限定
されず、種々に変更可能であり、またドライブバイワイ
ヤ式スロットル制御方式即ちスロットルバルブ直動方式
などにも適用可能である。例えば、両実施例では、アイ
ドル回転数制御と兼用のバイパス通路２０およびＩＳＣ
バルブ３０を用いて、ストイキオ運転からリーン運転へ
の切換制御およびリーン運転制御での空気量供給制御を
行うようにしたが、専用のバイパス通路およびバルブを
用いてこれを実行しても良い。また、小流量のエアバイ
パスバルブを併用しても良い。

【００４３】

【発明の効果】上述のように、本発明の希薄燃焼エンジ
ンの制御方法は、エンジンの運転状態を検出する運転状
態検出手段の検出結果に応じてストイキオ運転域とリー
ン運転域とを判定する運転域判定手段と、上記運転域判
定手段が上記ストイキオ運転域と判定したときに第一の
基本空燃比及び第一の基本点火時期に基づきストイキオ
運転が行われ、上記運転域判定手段がリーン運転域と判
定したときに上記第一の基本空燃比よりもリーン側で設
定される第二の基本空燃比及び第一の基本点火時期より
も進角側で設定される第二の基本点火時期に基づきリー
ン運転が行われるように上記エンジンを制御する運転制
御手段と、上記エンジンの吸入空気量を増減する吸入空
気量増減手段とを備え、上記運転制御手段が上記ストイ
キオ運転から上記リーン運転に切り替え制御するとき
に、上記第一の基本空燃比及び上記第一の基本点火時期
での運転の下で上記吸入空気量増減手段を吸入空気量を
増量する側に制御するとともに、吸入空気量の増量作動
に対応させて点火時期を上記第一の基本点火時期よりも
一旦遅角させたのち空燃比及び点火時期を上記第二の基
本空燃比及び上記第二の基本点火時期へ制御するように
したので、エンジン出力の変動および窒素酸化物の発生
を抑制しつつエンジンのストイキオ運転とリーン運転と
の間での切換えを簡易な制御システムにより実行でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来装置に点火時期制御を導入した場合におけ
るストイキオ運転からリーン運転への移行時の吸入空気
量、点火時期、空燃比およびエンジン出力トルクの時間
変化を例示するグラフである。

【図２】図１に関連する従来装置においてＩＳＣバルブ
のみによりバイパスエア供給を行う場合での、吸入空気
量などの時間変化を例示する図１と同様のグラフであ
る。

【図３】本発明の制御方法を実施するための制御装置を
周辺要素と共に一部をブロックで示す概略図である。

【図４】図３に示す電子制御ユニット１０により実行さ
れる、本発明の第１実施例の制御方法におけるエンジン
運転制御ルーチンを示すフローチャートである。

【図５】図４に示したエンジン運転制御ルーチンにおけ
る切換制御での制御手順の一部を示すフローチャートで
ある。

【図６】図５に示した制御手順に続く、切換制御での制
御手順を示すフローチャートである。

【図７】図６に示した制御手順に続く、切換制御での制
御手順を示すフローチャートである。

【図８】図７に示した制御手順に続く、切換制御での制
御手順を示すフローチャートである。

【図９】本発明の第１実施例の制御方法における切換制
御前後でのＩＳＣバルブ開度、吸入空気量、点火時期、
空燃比およびエンジン出力トルクの時間変化を例示する
グラフである。

【図１０】本発明の第２実施例による制御方法における
切換制御での制御手順の一部を示すフローチャートであ
る。

【図１１】図１０の制御手順に続く、切換制御での制御
手順を示すフローチャートである。

【図１２】図１１の制御手順に続く、切換制御での制御
手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１エンジン２吸気通路３燃料噴射弁５スロットル弁６点火プラグ８イグナイタ１０電子制御ユニット２０バイパス通路３０ＩＳＣバルブ４１エアフローセンサ４２スロットルセンサ４５クランク角センサ４７ブーストセンサ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｄ 43/00 ＥＬ 45/00 ３０１ＧＦ０２Ｐ 5/15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの運転状態を検出する運転状態
検出手段の検出結果に応じてストイキオ運転域とリーン
運転域とを判定する運転域判定手段と、上記運転域判定手段が上記ストイキオ運転域と判定した
ときに第一の基本空燃比及び第一の基本点火時期に基づ
きストイキオ運転が行われ、上記運転域判定手段がリー
ン運転域と判定したときに上記第一の基本空燃比よりも
リーン側で設定される第二の基本空燃比及び第一の基本
点火時期よりも進角側で設定される第二の基本点火時期
に基づきリーン運転が行われるように上記エンジンを制
御する運転制御手段と、上記エンジンの吸入空気量を増減する吸入空気量増減手
段とを備え、上記運転制御手段が上記ストイキオ運転から上記リーン
運転に切り替え制御するときに、上記第一の基本空燃比
及び上記第一の基本点火時期での運転の下で上記吸入空
気量増減手段を吸入空気量を増量する側に制御するとと
もに、吸入空気量の増量作動に対応させて点火時期を上
記第一の基本点火時期よりも一旦遅角させたのち空燃比
及び点火時期を上記第二の基本空燃比及び上記第二の基
本点火時期へ制御することを特徴とする希薄燃焼エンジ
ンの制御方法。