JPH077568Y2

JPH077568Y2 - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JPH077568Y2
Application number: JP6284789U
Authority: JP
Inventors: 直哉高田; 豊大泉
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1989-05-29
Filing date: 1989-05-29
Publication date: 1995-02-22
Anticipated expiration: 2004-05-29
Also published as: JPH031238U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、エンジンの制御装置に関するものである。

（従来技術）エンジンの空燃比A/Fは、基本的には運転者のアクセル
操作に連動するスロットル弁のスロットル開度（TVO）
によって決定される吸入空気量に応じて決まるが、該基
本空燃比A/Fは又その時のエンジン運転状態に応じて任
意にリッチ側又はリーン側に補正されて実際の運転状
態、車両走行特性にとって最適となるような空燃比に制
御されるのが通常である。特に最近では、厳しい排気ガ
ス規制に対応するために、多くの車両に例えば三元触媒
を使用した排気ガス浄化装置が搭載されるようになって
いる。該三元触媒は、周知のように理論空燃比（A/F＝1
4.7、λ＝１）近傍の極めて狭い領域のみで、CO並びにH
Cの酸化とNO_Xの還元とを同時に行ない、それぞれCO₂、H
₂O、O₂、N₂へと無害化する能力を持っている。換言する
と、このような三元触媒を使用した排気ガス浄化装置で
は、エンジンの実空燃比A/Fが理論空燃比14.7よりもリ
ーンになるとNO_Xを排出し、他方リッチになるとCO,HCを
排出することになる。

従って、上記三元触媒を有効に活用し、エンジンからの
排気ガスを確実かつ十分に浄化するためには上記エンジ
ンの実空燃比を当該エンジンの運転状態に応じて可能な
限り高精度かつ確実に理論空燃比（A/F＝14.7、λ＝
１）に維持することが必要である。

しかし、上述のようにCO,HC,NO_Xを共に浄化することの
できる理論空燃比のウインドウ（λ＝１±ａ）は極めて
狭く、通常の空燃比のオープンループ制御では到底上記
のような厳格な要求に応じることはできない。

そこで、従来から例えばO₂センサ（酸素センサ）等の空
燃比センサを用いて上記排気ガス中の酸素濃度を高精度
に検出するとともに該空燃比センサによる酸度濃度（A/
F）の検出値を基に上記エンジンの実空燃比（混合気空
燃比）の変動を等価的に判定し、該判定値に応じてエン
ジンに対する供給燃料量を可及的速かにフィードバック
制御することにより正確に目標とする理論空燃比（A/F
＝14.7±φ、λ＝±ａのウインドウ内）に維持する電子
制御方式によるクローズドループ制御が採用されてい
る。

そして、上述のような排気ガス浄化用の三元触媒は、所
定の活性温度というものを有しており、その酸化及び還
元機能を十分に発揮するようになるためには当該触媒の
温度、換言すると結局は排気ガスの温度が所定の活性温
度以上にならなければならない特性がある。

ところで、一般の直列４気筒エンジンの場合と異なり、
例えばＶ型６気筒エンジンなどの場合にはシリンダ列が
左右２つのバンクに分かれている関係で、特にデュアル
エキゾースト方式を採用しない限り排気系自体も本来左
右２系統に分岐され、その途中から集合させて一本化さ
れる構成となるのが通常である。しかも、該エンジンを
横置型で車両に搭載するようにした場合、上記２系統の
排気系は、相互に管長が異なることになる。

そして、このような２系統の排気系を有するエンジンの
場合、例えば特開昭61-70118号公報に示されているよう
に２系統の排気系の先ず一方側に補助的な第１の触媒を
設けるとともに更に該２系統の排気系の下流側集合部に
メインとなる第２の触媒を設け、上述のような管長の異
なる２本の排気系を流れる排気ガスの温度を先ず上流側
の第１の触媒の反応により同排気ガス温度を高め、それ
によってエンジン側から遠い第２の触媒側に供給される
排気ガスの温度を高く維持することによって上記第２の
触媒を可及的早期に活性化させ、排気浄化性能を可能な
限り向上させるような構成が採用されている。

（考案が解決しようとする課題）ところで上記のような排気浄化システムを採用したエン
ジンの場合、例えば第８図に示すように当然両排気系の
排気抵抗が異なることから左右バンクの排圧が相違する
ようになり、その結果、内部EGR量も異なってくる。従
って、また点火時期の要求進角値も当然左右バンクで違
ってくるようになる。

また、第９図から明らかなように触媒自体の温度もエン
ジンに近い第１の触媒の方が高くなり易く、その温度保
障の観点から見ても左右バンクの要求空燃比A/Fが変わ
ってくることになる。

（課題を解決するための手段）本考案は、上記の問題を解決することを目的としてなさ
れたもので、２系統の排気系を備え、その何れか一方側
の排気系に第１の触媒を配置する一方、それら両排気系
の集合部に第２の触媒を配置してなるエンジンにおい
て、上記２系統の排気系の各排気系が対応するエンジン
の出力を相互に独立に制御するエンジン出力制御手段を
設け、該エンジン出力制御手段により上記第１の触媒が
設けられた排気系が対応するエンジン側出力を他方側排
気系が対応するエンジン出力よりも所定量増大方向に制
御するようにしたことを特徴とするものである。

（作用）本考案のエンジンの制御装置の構成では、第１の触媒が
設けられ、それによって排圧が増大するようになる排気
系側のエンジン出力制御量を排圧の増大しない他方側排
気系のエンジン出力制御量よりも大きめに設定するよう
に作用し、排圧増大側エンジンシリンダの出力を他方側
エンジンシリンダの出力よりも増大方向に制御するよう
になる。

（考案の効果）従って、本考案のエンジンの制御装置によると、排圧の
増大に伴って内部EGR量が増加し、燃焼安定性が悪化す
ることによるエンジン出力の低下を可及的に防止し両バ
ンク間出力のバランスを取りながら、しかも第２の触媒
の早期活性化を図ることができ、良好な排気浄化性能を
確保することができる。また、その結果、両バンクの間
出力の変動による振動も低減することができる。

（実施例）第２図および第３図、第４図は、例えば横置型のＶ型６
気筒エンジンに適用した本発明の実施例に係るエンジン
の空燃比制御装置の全体的なシステム構成およびその制
御フローを示している。

先ず第２図において、符号１は例えばＶ型６気筒エンジ
ンのエンジン本体である。該エンジン本体１は、シリン
ダブロック部２およびシリンダヘッド部３を各々一体化
した各気筒No1〜No6を３気筒（No1,No3,No5）、（No2,N
o4,No6）ごとに左右に分岐してＶ字形に並設することに
よって左右一対のバンク4L,4Rを形成しており、該左右
一対のバンク4L,4Rの上記各気筒群（No1,No3,No5）、
（No2,No4,No6）のシリンダヘッド部３側の各吸気マニ
ホールド（51,53,55）、（52,54,56）は吸気ポート部で
は相互に独立しているが、当該吸気ポート部より所定位
置上流側では共通に集合され、該集合部６から上流側は
一本の吸気通路７となってエアクリーナ８に接続されて
いる。

また、符号14L,14Rは上記左側および右側の各バンク4L,
4R側各気筒群（No1,No3,No5）、（No2,No4,No6）の各排
気マニホールド（91,93,95）、（92,94,96）に各々共通
に接続された左右２本の排気通路であり、該排気通路14
L,14Rの内、右バンク4R側排気通路14Rの途中には上記各
気筒群に対応して第１のO₂センサ11と副三元触媒コンバ
ータ（第１の触媒）15Aとが設けられている。そして上
記各排気通路14L,14Rは、更にその排気下流では共通に
集合されて一本の排気通路16に形成され、その途中には
第２のO₂センサ12と排気ガス浄化用の主三元触媒コンバ
ータ（第２の触媒）15Bとが設けられている。又、さら
にその下流では図示しない消音器に接続されている。

従って、上記のごとき吸気系および排気系の構成では、
各々左又は右バンク4L,4Rに対応した第１および第２の
気筒群100（No1,No3,No5）並びに200（No2,No4,No6）を
一単位として共通に吸気および燃料が調量供給され、ま
た排気ガスが浄化処理されることになる。一方、当該排
気ガス中の酸素濃度の検出は、上記右バンク側気筒群20
0のみに対応する第１のO₂センサ11と左右両バンクの気
筒群100,200に共通に対応する第２のO₂センサ12とによ
って上記第１および第２の各気筒群100,200を独立に、
又はそれらを共通な１単位グループとしてなされる（後
述）。

そして、又上記エンジン本体１の上記第１および第２気
筒群100,200の各吸気マニホールド（51,53,55）、（52,
54,56）には当該各気筒No1〜No6の吸気ポートに臨んで
各々第１〜第６のフューエルインジェクタF₁〜F₆が設置
されている。該フューエルインジェクタF₁〜F₆のインレ
ット口部はパルセーションダンパを備えた図示しない燃
料供給通路を介して所定の燃料ポンプに接続されている
一方、それら各フューエルインジェクタF₁〜F₆の供給燃
料調量用の制御弁ソレノイドは所定の制御信号供給ライ
ンL_FL,L_FRを介して後述するエンジンコントロールユニ
ット30に接続されており、該エンジンコントロールユニ
ット30から供給される燃料噴射量制御信号に応じて上記
第１〜第６の各気筒No1〜No6に供給する燃料噴射量を気
筒群ごとに調量コントロールするようになっている。

この第１〜第６の各気筒No1〜No6に対応するフューエル
インジェクタF₁〜F₆は、例えばより具体的にはグループ
噴射システムが採用されており、上記第１および第２気
筒群100,200の各気筒（No1,No3,No5）、（No2,No4,No
6）の噴射弁駆動回路は共通のものとなっている。従っ
て、本実施例の場合、上述した燃料噴射量制御信号は上
記各気筒群100,200に対応した２種のもので足り、また
先に述べたようにO₂センサ11,12も同様に第１、第２の
各気筒群100,200に対応した２つのものとなっており、
当然空燃比のフィードバック制御系も少なくとも２系統
で足りるようになっている。

ところで、上記第１、第２のO₂センサ11,12の出力、す
なわち酸素濃度検出信号V₁,V₂は後述するエンジンコン
トロールユニット30のメモリ（RAM）中に各々所定の周
期で取り込まれる。該エンジンコントロールユニット30
は、例えば加速時や登坂走行時などの高負荷エンリッチ
領域や冷間暖機時の増量補正領域、過渡領域等のオープ
ンループ領域を除く空燃比のフィードバック制御領域に
おいて上記各O₂センサ11,12で検出された各気筒群100,2
00の排気ガス中の酸素濃度に応じて、上記第1,第3,第
５、第2,第4,第６のフューエルインジェクタF₁,F₃,F₅、F
₂,F₄,F₆の燃料噴射量をグループごとに高精度にフィー
ドバック制御し、上記エンジンの第１〜第６の各気筒No
1〜No6の空燃比（A/F）が理論空燃比（λ＝１）近傍の
ウインド内に常に確実に収束されるように制御するよう
になっている。これらの制御は、全て後述のエンジンコ
ントロールユニット（ECU）30によってなされる。

該エンジンコントロールユニット（ECU）30は、例えば
演算部であるマイクロコンピュータ（CPU）を中心と
し、メモリ（ROMおよびRAM）、インタフェース（I/O）
回路などを備えて構成されている。そして、このエンジ
ンコントロールユニット30は、機能的に例えば第３図、
第４図のフロチャートに示すような燃料噴射量（空燃比
A/F）の制御を行なう。該エンジンコントロールユニッ
ト30には、上記O₂センサ11,12の検出信号V₁,V₂と共に、
エンジン回転数検出手段32のエンジン回転数検出信号N
e、エアフロメータ９の出力Ｑ、水温センサ33の冷却水
温検出出力Twなども入力されるようになっている。

次に、上記エンジンコントロールユニット（ECU）30に
よるによる点火時期制御動作について説明する。

すなわち、先ずステップS₁で現在の運転領域がアイドル
領域であるか否かを判断し、アイドル領域である場合
（YES）には、ステップS₂,S₃のアイドル制御に移って、
その時のエンジン回転数Neを入力し（ステップS₂）、該
入力されたエンジン回転数Neに基いてアイドル点火時期
マップより対応するアイドル点火時期θ_IDを演算する
（ステップS₃）。そして、該演算値θ_IDにより実際の点
火時期の制御を行う。

他方、アイドル領域ではないNOの場合には、ステップS₄
以下の定常運転時の進角制御動作に進む。

そして先ずステップS₄で、当該運転時のエンジン回転数
Neと吸入空気量Ｑを各々入力する。

そして、ステップS₅に進み、上記入力値Ne、Ｑを基に先
ず基本燃料噴射パルスTpを演算する。

次にステップS₆に進み、現在右バンク側気筒（No2,No4,
No6）の点火時期であるか否か判断し、YESの場合にはス
テップS₇〜S₁₆の右バンク側点火時期制御ルーチンに、
他方NOの左バンク側点火時期の場合にはステップS₁₇〜S
₂₆の左バンク側点火時期制御ルーチンに進む。

先ず、右バンク側点火時期であるとしてステップS₇に進
んだ場合には、該ステップS₇で上記基本燃料噴射量Tpと
エンジン回転数Neとに基いて基本点火進角マップから基
本点火進角（θ_RB）を読み出し、さらに次のステップS₈
に進んでスロットル開度変化量ΔVsが所定の設定値Ｂ以
上となっているか否かによって加速状態を判定する。そ
の結果、YES（加速状態）と判定されるとステップS₉に
進んで所定の加速遅角値θaccをθacc＝θaccにセット
する。他方、NOの加速状態でない場合にはステップS₁₀
に進んで上記加速遅角値θaccをθacc＝０にセットす
る。

その後、上記何れの場合にも更にステップS₁₁に進ん
で、先ず上記エンジンの冷却水温Twを読み込んだ後、続
くステップS₁₂で水温補正進角マップより水温補正進角
θ_Tを読み出す。

そして、ステップS₁₃で当該右バンク4R側シリンダヘッ
ド部のノックセンサN_Rの出力を基に実際にノックが発生
しているか否かを判定した上で、ノック発生（YES）時
にはステップS₁₄に進んでノック防止のための遅角値θ_R
kをθ_Rk＝θ_Rkにセットする一方、ノック非発生時（N
O）にはステップS₁₅に進んで同遅角値をθ_Rk＝０にセッ
トした後、最終的にステップS₁₆に進んで実際に出力す
べき最終点火時期θ_RIG（θ_RIG＝θ_RB−θacc＋θ_T−θ
_Rk）を演算する。そして、該演算値θ_RIGによって該右
バンク4R側各気筒NO2,NO4,NO6の点火時期が適切に制御
される。

一方、上記の場合とは逆に上記バンク判定ステップS₆で
のバンク判定の結果、現在の点火時期が左バンク側点火
時期であるとしてステップS₁₇に進んだ場合には、該ス
テップS₁₇で上記基本燃料噴射量Tpとエンジン回転数Ne
とに基いて当該左バンク4L用の基本点火進角マップから
基本点火進角（θ_LB）を読み出し、さらに次のステップ
S₁₈に進んでスロットル開度変化量ΔVsが所定の設定値
Ｂ以上となっているか否かによって加速状態を同じよう
に判定する。その結果、YES（加速状態）と判定される
とステップS₁₉に進んで所定の加速遅角値θaccをθacc
＝θaccにセットする。他方、NOの加速状態でない場合
にはステップS₁₀に進んで上記加速遅角値θaccをθacc
＝０にセットする。

その後、上記何れの場合にも更にステップS₂₁に進ん
で、先ず上記エンジンの冷却水温Twを読み込んだ後、続
くステップS₁₂で水温補正進角マップより水温補正進角
θ_Tを読み出す。

そして、ステップS₂₃で当該左バンク4L側シリンダヘッ
ド部のノックセンサN_Lの出力を基に実際にノックが発生
しているか否かを判定した上で、ノック発生（YES）時
にはステップS₁₄に進んでノック防止のための遅角値θ_L
kをθ_Lk＝θ_Lkにセットする一方、ノック非発生時（N
O）にはステップS₂₅に進んで同遅角値をθ_Lk＝０にセッ
トした後、最終的にステップS₂₆に進んで実際に出力す
べき最終点火時期θ_LIG（θ_LIG＝θ_B−θacc＋θ_T−θ_L
k）を演算する。そして、該演算値θ_LIGによって該左バ
ンク4L側各気筒NO1,NO3,NO5の点火時期が適切に制御さ
れる。

以上のように、本実施例の点火時期の制御では、右又は
左バンク4R,4Lの各気筒群200,100毎に独立に点火時期を
制御するようにしており、しかも該制御される点火時期
は上記右バンク4R側の排気系14Rに副三元触媒コンバー
タ（第１の触媒）15Aが介設されていることに起因して
相対的に排圧が高くなり、内部EGR量が増加して燃焼状
態が悪化することを考慮し、それを改善するに適切なも
のに設定されるようになっている。

従って、このような点火時期制御システムによれば可及
的に燃焼状態の改善を図ることができる。

また、一方、先にも述べたように、上記第２図のような
２組の触媒15A,15Bを使用した排気ガス浄化システムを
構築すると、上記のような要求点火進角の差とともに触
媒保護の見地からの要求空燃比A/Fにも左右バンク間で
の差が生じる。

そこで、本実施例では例えば第４図に示すように、空燃
比（燃料噴射量）の制御についても左右バンクの特性に
応じた制御を実行するようにシステム構成されている。

すなわち、先ずステップS₁で、例えばエンジン回転数N
e、吸入空気量Ｑ、エンジン冷却水温T_W等の必要なパラ
メータを入力し、ステップS₂で、それらに基いて先ず基
本燃料噴射量Tpを演算した後にステップS₃に進んで例え
ば加速・その他の高負荷ゾーン等エンリッチ領域である
か否かを判定する。

そして、エンリッチ領域であるYESの場合には更にステ
ップS₄に進んで、先ず現在の燃料噴射タイミングは右バ
ンク4R側気筒群（NO2,NO4,NO6）であるか否かを判定
し、YES（右バンク）である場合にはステップS₅〜S₆の
右バンク対応燃料噴射量制御動作に、他方NO（左バン
ク）の場合にはステップS₈〜S₁₀の左バンク対応燃料噴
射量制御動作に各々進む。

先ず右バンク側燃料噴射タイミングであるとしてステッ
プS₅に進んだ場合には、上記基本燃料噴射量Tpとエンジ
ン回転数Neとから当該右バンク側の排圧の高さを考慮し
て相対的に所定値増大された高負荷増量値RCERを演算す
る。そして、その上で次ステップS₇に進んで最終燃料噴
射パルスT_R、T_R＝Tp（1.0＋CW＋RCER＋CLRN）＋TVを演
算する。なお、ここで上記CWは水温補正値、CLRNは学習
補正値、TVは電圧補正値である。

そして、該最終演算値T_Rに基いて上述のフューエルイン
ジェクタF₂,F₄,F₆を駆動し燃料噴射を実行する（ステッ
プS₇）。

一方、上記ステップS₄でNOと判定され、左バンク側燃料
噴射タイミングであるとしてステップS₈に進んだ場合に
は、上記基本燃料噴射量Tpとエンジン回転数Neとから当
該左バンク側の特性に応じて所定値（通常値）増大され
た高負荷増量値LCERを演算する。そして、その上で次ス
テップS₉に進んで最終燃料噴射パルスT_L、T_L＝Tp（1.0
＋CW＋LCER＋CLRN＋TV）を演算する。なお、ここで上記
同様CWは水温補正値、CLRNは学習補正値、TVは電圧補正
値である。

そして、該最終演算値T_Lに基いて上述のフューエルイン
ジェクタF₁〜F₅を駆動し燃料噴射を実行する（ステップ
S₁₀）。

以上の結果、該空燃比制御システムによると、上記第９
図の触媒保障温度の差を考慮した適切な空燃比制御が実
現されるとともに左右両バンク間で調和の取れた出力状
態を保障することができる。

従って、本考案実施例の構成によると、上記点火時期お
よび空燃比を共に左右バンク独立に制御し、排圧差を考
慮して適切にコントロールしているから、例えば第７図
に示すように従来の左右バンク同一値での制御システム
の出力特性に比べて出力、燃費性能共に向上するように
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願考案のクレーム対応図、第２図は、本願
考案の実施例に係るエンジンの制御装置のシステム系統
図、第３図は、同実施例装置の点火時期制御動作を示す
フローチャート、第４図は、同燃料噴射量制御動作を示
すフローチャート、第５図は、上記第３図の点火時期制
御動作の内容を示す特性図、第６図は、上記第４図の燃
料噴射量制御特性を示すグラフ、第７図は、上記本考案
実施例の出力特性を従来例と対比して示すグラフ、第８
図は、Ｖ型エンジンに於ける左右バンクの排圧の相違を
示すグラフ、第９図は、同触媒温度の差を示すグラフで
ある。１……エンジン本体 4L……左バンク 4R……右バンク 11……第１のO₂センサ 12……第２のO₂センサ 14L……第１気筒群側の排気通路 14R……第２気筒群側の排気通路 15A……副三元触媒コンバータ（第１の触媒） 15B……主三元触媒コンバータ（第２の触媒） 30……エンジンコントロールユニット（ECU） 51〜56……吸気マニホールド 91〜96……排気マニホールド 100……第１気筒群 200……第２気筒群

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】２系統の排気系を備え、その何れか一方側
の排気系に第１の触媒を配置する一方、それら両排気系
の集合部に第２の触媒を配置してなるエンジンにおい
て、上記２系統の排気系の各排気系が対応するエンジン
の出力を相互に独立に制御するエンジン出力制御手段を
設け、該エンジン出力制御手段により上記第１の触媒が
設けられた排気系が対応するエンジン側出力を他方側排
気系が対応するエンジン出力よりも所定量増大方向に制
御するようにしたことを特徴とするエンジンの制御装
置。