JPH0727390Y2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、特に、燃料噴射式エンジンを備えた自動車
用の内燃機関の空燃比制御装置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関、特に、三元触媒を用いて排気ガス浄化対策が
施された自動車用エンジンにおいては、排気ガスの空燃
比（排気空燃比と称する）を厳密に理論空燃比近傍に保
持する必要がり、そのため、たとえば、排気ガス中の酸
素濃度から排気空燃比を検知する酸素濃度センサと、燃
料噴射量を制御することによって、エンジン燃焼室内に
供給される混合気の空燃比を制御する電子制御燃料噴射
装置からなる吸気空燃比制御手段と、前記酸素濃度出力
から求められる排気空燃比に応じて、空燃比が理論空燃
比近傍となるよう前記電子制御燃料噴射装置の燃料噴射
量をフィードバック制御する電子制御装置とを有する空
燃比制御装置が実用化されている。

このような空燃比制御装置によれば、空燃比を理論空燃
比近傍となるようにフィードバック制御することがで
き、したがって、排気系に配設される三元触媒における
排気ガス浄化性能を十分に高めることができるという特
徴を有する。

しかしながら、前記のような空燃比制御装置において
は、排気ガス浄化性能は高めることができるものの、常
に空燃比を理論空燃比近傍に制御するようにしているた
め、リーン空燃比でも常用上差支えない運転状態におい
ても、理論空燃比が維持され、燃費性能を十分向上でき
ない場合があった。

また、エンジン全開域のように、リッチ空燃比としてト
ルクを出したい領域では、フィードバック制御すること
ができず、したがって、経時変化、あるいは部品のばら
つきなどでリッチ空燃比が変動しても正確な補正を行な
うことができなかった。

特に、過給付エンジンにおいては、この問題は深刻であ
り、所定のリッチ空燃比よりリッチ側にずれ過ぎると、
可燃範囲を越え失火に到り、また逆にリーン側にずれ過
ぎると排気温が高温になりすぎ、エンジン部品の破損の
おそれがあるなどの問題があった。

前記のような欠点を解消するべく、理論空燃比だけでな
く、排気ガスの特定成分に応じて空燃比をリーン側から
リッチ側まで連続的に測定するセンサ（空燃比センサと
称する）を用いて、エンジンの空燃比を任意の空燃比で
フィードバックコントロールする試みがなされている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

このような空燃比制御において、空燃比センサの出力の
みを用いて機関の空燃比情報を算出し、それに基づき目
標空燃比となるように燃料供給装置を制御していたの
で、各運転状態における空燃比センサ素子周囲に存在す
る排気ガスの状態（たとえば圧力、温度など）の差異に
より、空燃比センサ出力に偏差が生じ、算出した空燃比
情報は精度が低くなるため、エンジン作動域の全域にわ
たって高精度な空燃比制御を行なえないという欠点があ
った。

この考案はかかる問題点を解消するためになされたもの
で、機関の運転状態によって排気ガスの状態が変化して
も常に正確な空燃比情報が得られ、エンジン運転領域全
域にわたって高精度な空燃比制御ができる内燃機関の空
燃比制御装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この考案に係る内燃機関の空燃比制御装置は、機関回転
数と機関負荷パラメータを検出する検出手段と、この検
出手段で検出された機関回転数と機関負荷パラメータと
により定められる補正値により空燃比センサの出力値、
またはこの出力値により求まる空燃比情報を補正すると
ともに、この補正後の空燃比情報に基づいて目標空燃比
となるよう燃料供給装置を制御する電子制御部とを設け
たものである。

〔作用〕

この考案においては、検出手段で検出された機関回転数
と機関負荷パラメータとにより定められる補正値を電子
制御部により算出し、この算出した補正値により空燃比
センサの出力値またはこの出力値より求まる空燃比情報
を補正し、機関の運転状態によって排気ガスの状態が変
化しても常に正確な空燃比情報が得られ、高精度な空燃
比制御を行う。

〔実施例〕

以下、この考案の内燃機関の空燃比制御装置の実施例に
ついて図面に基づき説明する。第１図はこの考案が適用
された自動車用の電子制御燃料噴射式内燃機関のシステ
ム図である。

この第１図において、エアークリーナ１から吸入された
空気は、絞り弁３、サージタンク４、吸気ポート５、お
よび吸気弁６を含む吸気通路12を介して機関本体７の燃
焼室８へ送られる。

吸気通路12には、負圧センサ48が設けられており、この
負圧センサ48は電子制御部40に接続されている。

絞り弁３は運転室の加速ペダル13に連動する。燃焼室８
はシリンダヘッド９、シリンダブロック10、およびピス
トン11によって区画され、混合気の燃焼によって生成さ
れた排気ガスは排気弁15、排気ポート16、排気多岐管1
7、および排気管18を介して大気へ放出される。

バイパス通路21は絞り弁３の上流とサージタンク４とを
接続し、バイパス流量制御弁22はバイパス通路21の流通
断面積を制御してアイドリング時の機関回転速度を一定
に維持する。

吸気温センサ28は吸気通路12に設けられて吸気温を検出
し、スロットル位置センサ29は、絞り弁３の開度を検出
する。水温センサ30はシリンダブロック10に取り付けら
れて冷却水温度を検出し、空燃比センサ31は排気多岐管
17の集合部に取り付けられて集合部における空燃比を検
出し、スイッチ79を介してバッテリＥに接続されてお
り、スイッチ79は電子制御部40で開閉制御される。

クランク角センサおよび回転数検出センサ32は、機関本
体７のクランク軸（図示せず）に結合する配電器33の軸
34の回転からクランク軸のクランク角およびクランク軸
回転数を検出する。

変速機36のギヤ位置センサ35は変速機36がニュートラル
位置なのかあるいはドライブ位置なのかなどのミッショ
ンの位置を検出する。

これらの吸気温センサ28、スロットル位置センサ29、水
温センサ30、空燃比センサ31、クランク角センサおよび
回転数検出センサ32、ギヤ位置センサ35の出力および蓄
電池37の電圧は電子制御部40へ送られる。

燃料供給装置としての燃料噴射弁41は各気筒に対応して
各吸気ポート５の近傍にそれぞれ設けられ、ポンプ42は
燃料タンク43からの燃料通路44を介して燃料噴射弁41へ
送る。

電子制御部40は各センサからの入力信号をパラメータと
して燃料噴射量を計算し、計算した燃料噴射量に対応し
たパルス幅の電気パルスを燃料噴射弁41へ送る。

この燃料噴射弁41は上記パルス幅に応じて開弁し、燃料
を噴射する。電子制御部40はまた、バイパス流量制御弁
22、点火コイル46を制御する。点火コイル46の二次側は
配電器33へ接続されている。

第１図のシステムはいわゆるＤ−Ｊ方式の燃料噴射シス
テムであり、少なくとも負圧センサ48の出力値とエンジ
ン回転検出センサ32との出力値に基づいて、基本噴射パ
ルス時間を演算し、この基本パルス時間に吸気温センサ
28からの信号による補正、過渡補正ならびに空燃比セン
サフィードバック補正などが行なわれて決定される。

第２図は電子制御部40の詳細を示すブロック図である。
電子制御部40は、マイクロプロセッサからなり演算なら
びに制御を行なうCPU（中央処理装置）56、後述する補
正処理プログラムおよびその他のバイパス流量制御処理
などを行なうためのプログラムが格納されるROM（リー
ドオンリメモリ）57、データを一時的に記憶するRAM
（ランダムアクセスメモリ）58、機関停止時にも補助電
源より給電を受け、必須のデータの記憶を保持する不揮
発性記憶素子としての第２のRAM59、A/D（アナログ／デ
ジタル）変換器60、およびI/O（入力／出力）器61はバ
ス62を介して互いに接続されている。

スロットル位置センサ29、負圧センサ48、吸気温センサ
28、水温センサ30、空燃比センサ31、および蓄電池37の
出力はA/D変換器60へ送られる。

また、クランク角センサおよび回転数センサ32の出力は
I/O器61へ送られ、バイパス流量制御弁22、燃料噴射弁4
1、点火コイル46は、I/O器61を介してCPU56から入力を
受ける。

次に、動作について説明する。この説明に際し、空燃比
センサ31の出力値、または出力値より求まる空燃比情報
を補正し、この補正後の空燃比情報に基づき目標空燃比
となるよう燃料供給装置を制御する例を次に説明する。
なお、処理のためのプログラムはROM57に格納されてい
る。

第３図はこの処理を行うためのフローチャートである。
電子制御部40では、まず機関の回転数（ステップ10
1）、機関負荷パラメータ（たとえば吸気管負圧）（ス
テップ102）、さらに空燃比センサ31の出力（ステップ1
03）をそれぞれ読み込む。

次に機関の回転数、機関負荷パラメータより決まる運転
条件での補正を行なった上で、空燃比情報を算出する
（ステップ104）。その詳細については第４図のフロー
チャートにしたがい説明する。

まず、ステップ201で運転条件に応じての補正係数を機
関回転数と機関負荷パラメータによって求める。これ
は、たとえば第５図に示すような回転数と吸気管負圧よ
りなるマップデータを用い、そのときの回転数と吸気負
圧に対応する補正係数を選択する。

次にステップ202において、出力値をこの補正係数によ
り補正する。次にステップ203において、補正された空
燃比センサ出力により空燃比情報を算出する。これは、
たとえば第６図に示すようなマップデータを用い、空燃
比センサ出力に対応する空燃比情報を選択する。

次に第３図のフローチャートに戻り、この第３図のステ
ップ104で算出された空燃比情報に基づき、ステップ105
で実空燃比と目標空燃比の偏差が演算され、この偏差に
応じ、かつこの偏差を減少させる補正係数が算出され
る。

次にステップ106で機関回転数と吸気管負荷により決定
される燃料基本パルス幅に前記空燃比偏差による補正係
数の他、吸気温センサ28の出力信号による基本燃料補正
係数などによる基本パルス幅の補正された値が演算され
（ステップ107）、その補正後の燃料パルス幅で燃料噴
射弁41が開弁され、供給燃料量が決定される（ステップ
108）。

なお、第４図では、空燃比センサ出力値の補正を行う例
を示したが、空燃比センサ出力より算出した空燃比情報
を補正する方法でも同様な結果が得られる。

さらに、機関負荷パラメータとして上記実施例に引用し
た吸気管負圧の他に、スロットル位置センサ信号、ある
いは吸気管負圧に代え直接吸入空気量を計測するいわゆ
るＬ−Ｊ方式の燃料噴射システムにおける単位回転数当
りの吸入空気（Q/N）で行なっても、同様の効果が得ら
れる。

〔考案の効果〕

この考案は以上説明したとおり、機関回転数、機関負荷
パラメータを検出し、機関回転数と機関負荷パラメータ
とにより定められる補正値により、空燃比センサ出力
値、またはその出力値より求まる空燃比情報を補正し、
この補正後の空燃比情報に基づいて目標空燃比となるよ
う燃料供給装置を制御するように構成したので、機関の
運転状態によって排気ガスの状態が変化しても常に正確
な空燃比情報が得られ、高精度な空燃比制御ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の内燃機関の空燃比制御装置が適用さ
れた内燃機関システム図、第２図は同上内燃機関の空燃
比制御装置における電子制御部のブロック図、第３図お
よび第４図はそれぞれ同上電子制御部による空燃比制御
を行うためのフローチャート、第５図は運転条件に応じ
た補正係数を算出する場合の機関回転数対吸気管負圧の
関係を示す図、第６図は空燃比情報を算出する場合の空
燃比センサ出力対空燃比情報の関係を示す図である。 ７……機関本体、22……バイパス流量制御弁、28……吸
気温センサ、29……スロットル位置センサ、30……水温
センサ、31……空燃比センサ、32……クランク角および
回転数検出センサ、37……蓄電池、40……電子制御部、
41……燃料噴射弁、46……点火コイル、48……吸気管負
圧センサ。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 西田 真一 兵庫県姫路市土山１丁目５番15号 総合自 動車安全公害技術研究組合内 (72)考案者 井上 仁志 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三 菱電機株式会社応用機器研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−43941（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−101646（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−138844（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】排気ガス中の特定成分に応じて空燃比を検
   出する空燃比センサの出力値に基づき機関に吸入される
   混合気の空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量を
   計算して燃料供給装置を制御する内燃機関の空燃比制御
   装置において、少なくとも機関負荷パラメータと機関回
   転数を検出手段で検出し、この検出手段で検出された上
   記機関負荷パラメータと機関回転数とにより定められる
   補正値により上記空燃比センサの出力値またはその出力
   値より求まる空燃比情報を補正したことを特徴とする内
   燃機関の空燃比制御装置。