JPH09268932A - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 空燃比制御によるエンジン高負荷運転時の排
気ガス温度の上昇防止を排気ガス温度を検出することな
く実現し、且つ、燃料消費量の増大や排気エミッション
の悪化を抑制する。 【解決手段】 吸入空気量Ｑａに基づき吸入空気量が増
大する程、エンジンに対する目標空燃比をよりリッチに
設定し（ステップＳ１１）、リニアＯ2 センサの出力値
Ｖλに基づきテーブル参照によりエンジンの実空燃比を
検出し（ステップＳ１２）、これら両空燃比の比により
空燃比補正係数Ｋλを設定し（ステップＳ１３）、この
空燃比補正係数Ｋλによりエンジン運転状態に応じて設
定した燃料噴射パルス幅Ｔｅを補正してエンジンに供給
する最終的な燃料噴射量を定める燃料噴射パルス幅Ｔｉ
を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン高負荷運
転時の排気ガス温度を低下させエンジンの耐久信頼性を
向上するエンジンの空燃比制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの空燃比制御として排気
系に介装した触媒の上流に空燃比センサを配設し、この
空燃比センサの出力値に基づいて設定した空燃比フィー
ドバック補正係数によりエンジン運転状態に基づき設定
した燃料噴射量を補正してエンジンに供給する最終的な
燃料噴射量を設定することで、エンジンの空燃比を理論
空燃比に収束させて、排気エミッションを改善する技術
が知られている。

【０００３】ところで、エンジン高負荷運転状態で、空
燃比を理論空燃比、或いはエンジン出力を得るための出
力空燃比に制御すると、排気ガス温度が上昇し、この状
態を推持し続けるとエンジンの燃焼室温度の上昇により
エンジンの焼き付き、或いは排気ガス温度の異常上昇に
より排気管、触媒の溶損を生じる虞がある。

【０００４】これに対処するため、特開昭６１−２８３
７４２号公報、或いは実開昭６２−１１０５４８号公報
に示されるように、排気ガス温度を検出し、排気ガス温
度が一定値以上の排気高温時には空燃比をリッチ化した
り、排気ガス温度に応じて空燃比を増減補正して燃料噴
射量を増量させることで、燃料冷却により燃焼温度、排
気ガス温度を低下させる技術が知られている。又、エン
ジン高負荷運転時の排気ガス温度上昇の防止を目的とし
て、予めエンジン運転領域毎に目標空燃比に対応する燃
料増量を得られるように補正係数を設定しておき、燃料
噴射量の演算の際に、この補正係数により燃料噴射量を
補正する技術も知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記先行例の
ように、排気ガス温度を検出して排気温度に応じて燃料
噴射量を補正する技術にあっては、排気ガス温度を検出
する手段が必要となり、且つ、排気ガス温度の上昇を検
出後、始めて燃料噴射量を増量補正するので、制御応答
遅れが生じ制御性が悪い不都合がある。

【０００６】また、エンジン運転領域に応じた目標空燃
比を得る補正係数を予め設定しておき、燃料噴射量を補
正する技術では、上記燃料補正係数により燃料噴射量を
補正したとしても、生産時のばらつきや経時変化等に起
因するエンジンの固体差により実空燃比がばらつくた
め、このばらつきを見越して過濃な空燃比設定とせざる
を得ず、これにより、燃料消費量の増大や排気エミッシ
ョンの悪化を招く不都合がある。

【０００７】本発明は上記事情に鑑み、エンジン高負荷
運転時の排気ガス温度の上昇防止を排気ガス温度を検出
することなく実現することができて制御性を向上し得、
且つ、燃料消費量の増大や排気エミッションの悪化を抑
制することが可能なエンジンの空燃比制御装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明によるエンジンの空燃比制御装置は、図１の基本
構成図に示すように、エンジン負荷に基づき該エンジン
負荷の増大に応じてエンジンに対する目標空燃比をより
リッチに設定する目標空燃比設定手段と、空燃比センサ
の出力値に基づきエンジンの実空燃比を検出する実空燃
比検出手段と、上記実空燃比と目標空燃比との比による
空燃比補正係数を設定する空燃比補正係数設定手段と、
エンジン運転状態に基づき燃料噴射量を設定する燃料噴
射量設定手段と、上記燃料噴射量を上記空燃比補正係数
で補正してエンジンに供袷する最終的な燃料噴射量を設
定する最終燃料噴射量設定手段とを備えたことを特徴と
する。

【０００９】すなわち、本発明では、エンジン負荷の増
大に応じてエンジンに対する目標空燃比をよりリッチに
設定すると共に、空燃比センサの出力値に基づきエンジ
ンの実空燃比を検出し、これら両空燃比の比により設定
した空燃比補正係数によりエンジン運転状態に応じて設
定した燃料噴射量を補正してエンジンに供給する最終的
な燃料噴射量を設定する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の一形態を説明する。

【００１１】先ず、図４に基づきエンジンの全体概略に
ついて説明する。同図において、符号１はエンジンであ
り、本実施の形態においては水平対向４気筒型エンジン
である。このエンジン１のシリンダヘッド２に形成され
た各吸気ポート２ａにインテークマニホールド３が連通
され、このインテークマニホールド３に各気筒の吸気通
路が集合するエアチャンバ４を介してスロットルチャン
バ５が連通され、このスロットルチャンバ５上流側に吸
気管６を介してエアクリーナ７が取付けられている。

【００１２】また、上記吸気管６の上記エアクリーナ７
の直下流に、例えばホットワイヤ式あるいはホットフィ
ルム式等の吸入空気量センサ８が介装され、さらに、上
記スロットルチャンバ５に設けられたスロットル弁５ａ
に、スロットル開度に応じた電圧を出力するスロットル
開度センサ９ａとスロットル弁全閉でＯＮするアイドル
スイッチ９ｂとを内蔵したスロットルセンサ９が連設さ
れている。

【００１３】また、上記スロットル弁５ａの上流側と下
流側とを連通するバイパス通路１０に、アイドル回転数
制御弁（アイドルスピードコントロールバルブ；ＩＳＣ
弁）１１が介装されている。さらに、上記インテークマ
ニホールド３の各気筒の各吸気ポート２ａの直上流側に
インジェクタ１２が臨まされ、上記シリンダヘッド２に
は、先端を燃焼室に露呈する点火プラグ１３が各気筒毎
に取付けられている。各点火プラグ１３には点火コイル
１４がそれぞれ連設され、点火コイル１４にイグナイタ
１５が接続されている。

【００１４】上記インジェクタ１２は燃料供給路１６を
介して燃料タンク１７に連通されており、この燃料タン
ク１７内にはインタンク式の燃料ポンプ１８が設けられ
ている。この燃料ポンプ１８からの燃料は、上記燃料供
給路１６に介装された燃料フィルタ１９を経て上記イン
ジェクタ１２及びプレッシャレギュレータ２０に圧送さ
れ、このプレッシャレギュレータ２０から上記燃料タン
ク１７にリターンされて上記インジェクタ１２への燃料
圧力が所定の圧力に調圧される。

【００１５】また、エンジン１のシリンダブロック１ａ
にノックセンサ２１が取付けられると共に、シリンダブ
ロック１ａの左右バンクを連通する冷却水通路２２に冷
却水温センサ２８が臨まされている。さらに、エンジン
１の排気系としては、上記シリンダヘッド２の各排気ポ
ート２ｂに連通する排気マニホールド２４の集合部に触
媒２５が配設され、排気管２６を介してマフラ２７に連
通されている。そして、上記触媒２５の上流に空燃比セ
ンサの一例として空燃比に応じ該空燃比に比例した電圧
を出力するリニアＯ2 センサ２８が配設されている。

【００１６】また、上記シリンダブロック１ａに支承さ
れたクランクシャフト２９にクランクロータ３０が軸着
され、このクランクロータ３０の外周に、該クランクロ
ータ３０に形成された所定のクランク角に対応する突起
を検出する電磁ピックアップ等からなるクランク角セン
サ３１が対設され、さらに、上記クランクシャフト２９
に対して１／２回転するカムシャフト３２に連設された
カムロータ３３に、電磁ピックアップ等からなる気筒判
別用のカム角センサ３４が対設されている。上記クラン
クロータ３０は、その外周に突起が所定クランク角に対
応して形成されており、後述する電子制御装置４０は、
クランク角センサ３１で検出した突起、すなわちクラン
ク角信号の入力間隔時間からエンジン回転数を算出し、
また、カム角センサ３４によってカムロータ３３の外周
に形成された気筒判別用の突起を検出したときの割り込
み信号から気筒判別を行う。

【００１７】上記インジェクタ１２、点火プラグ１３、
ＩＳＣ弁１１等の各アクチュエータに対する制御量の演
算、制御信号の出力、すなわち燃料噴射制御、点火時期
制御、アイドル回転数制御等のエンジン制御は、図５に
示す電子制御装置（ＥＣＵ）４０により行われる。

【００１８】ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、
ＲＡＭ４３、バックアップＲＡＭ４４、及びＩ／Ｏイン
ターフェイス４５がバスライン４６を介して互いに接続
されるマイクロコンピュータを中心として構成され、そ
の他、安定化電圧を各部に供給する定電圧回路４７、上
記Ｉ／Ｏインターフェイス４５の出力ポートからの信号
によりアクチュエータ類を駆動する駆動回路４８、セン
サ類からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／
Ｄ変換器４９等の周辺回路が組込まれている。

【００１９】上記定電圧回路４７は、電源リレー５０の
リレー接点を介してバッテリ５１に接続され、バッテリ
５１に、上記電源リレー５０のリレーコイルがイグニッ
ションスイッチ５２を介して接続されている。また、上
記定電圧回路４７は、直接、上記バッテリ５１に接続さ
れており、上記イグニッションスイッチ５２がＯＮされ
て電源リレー５０のリレー接点が閉となると、電子制御
装置４０内の各部へ電源を供給する一方、上記イグニッ
ションスイッチ５２のＯＮ，ＯＦＦに拘らず、常時、上
記バックアップＲＡＭ４４にバックアップ用の電源を供
給する。

【００２０】また、上記Ｉ／Ｏインターフェイス４５の
入力ポートには、アイドルスイッチ９ｂ、ノックセンサ
２１、クランク角センサ３１、及びカム角センサ３４が
接続されると共に、吸入空気量センサ８、スロットル開
度センサ９ａ、冷却水温センサ２３、及びリニアＯ2 セ
ンサ２８が上記Ａ／Ｄ変換器４９を介して接続され、さ
らに、上記Ａ／Ｄ変換器４９に上記バッテリ５１からの
電圧ＶＢが入力されてモニタされる。

【００２１】一方、上記Ｉ／Ｏインターフェイス４５の
出力ポートには、イグナイタ１５が接続されると共に、
上記駆動回路４８を介して、ＩＳＣ弁１１、インジェク
タ１２が接続されている。

【００２２】上記ＲＯＭ４２には、エンジン制御プログ
ラムや各種の故障診断プログラム、マップ類等の固定デ
ータが記憶されており、また、上記ＲＡＭ４３には、上
記各センサ類、スイッチ類の出力信号を処理した後のデ
ータ、及び上記ＣＰＵ４１で演算処理したデータが格納
される。また、上記バックアップＲＡＭ４４には、各種
学習マップ等がストアされ、上記イグニッションスイッ
チ５２のＯＦＦのときにもデータが保持されるようにな
っている。

【００２３】上記ＣＰＵ４１では、上記ＲＯＭ４２に記
憶されている制御プログラムに従って、各センサ、スイ
ッチ類により検出される運転状態に応じて燃料噴射量、
点火時期、ＩＳＣ弁１１に対する駆動信号のデューティ
比等を演算し、空燃比制御を含む燃料噴射制御、点火時
期制御、アイドル回転数制御等の各種エンジン制御を行
う。

【００２４】また、上記ＥＣＵ４０では、エンジン負荷
の一例として単位時間当りの吸入空気量（以下、「吸入
空気量」と略称する）に基づきエンジンに対する目標空
燃比を設定すると共に、リニアＯ2 センサ２８の出力値
に基づきエンジンの実空燃比を検出し、これら両空燃比
の比により設定した空燃比補正係数によりエンジン運転
状態に応じて設定した燃料噴射量を補正してエンジンに
供給する最終的な燃料噴射量を設定する。すなわち、上
記ＥＣＵ４０によって、本発明に係る目標空燃比設定手
段、実空燃比検出手段、空燃比補正係数設定手段、燃料
噴射量設定手段、最終燃料噴射量設定手段の各機能が実
現される。

【００２５】以下、上記電子制御装置４０で実行される
空燃比制御（燃料噴射制御）について、図２〜図３に示
すフローチャートに従って説明する。

【００２６】先ず、イグニッションスイッチ５２がＯＮ
されてＥＣＵ４０に電源が投入されると、システムがイ
ニシャライズ（各フラグ、各変数値をクリア）され、図
２に示す燃料噴射量設定ルーチンが実行される。

【００２７】この燃料噴射量設定ルーチンは、所定クラ
ンク角周期毎に実行され、気筒毎にエンジンに供給する
最終的な燃料噴射量としての燃料噴射パルス幅Ｔｉが設
定される。先ず、ステップＳ１で、エンジン回転数ＮE
と吸入空気量センサ８からの出力信号に基づく吸入空気
量Ｑａとから、基本燃料噴射量を定める基本燃料噴射パ
ルス幅Ｔｐを算出し（Ｔｐ←Ｋ×Ｑａ／ＮE ；Ｋ…イン
ジェクタ特性補正定数）、ステップＳ２で、水温センサ
２３による冷却水温、スロットル開度センサ９ａによる
スロットル開度、アイドルスイッチ９ｂからのアイドル
出力等に基づいて、冷却水温補正、加減速補正、全開増
量補正、アイドル後増量補正等に係わる各種増量分補正
係数ＣＯＥＦを設定し、ステップＳ３へ進み、上記基本
燃料噴射パルス幅Ｔｐに上記各種増量分補正係数ＣＯＥ
Ｆを乗算して補正し、燃料噴射パルス幅Ｔｅを算出す
る。

【００２８】続くステップＳ４では、バッテリ５１の端
子電圧ＶB に基づいてインジェクタ１２の無効噴射時間
を補間する電圧補正係数Ｔｓを設定し、ステップＳ５
で、図３に示す空燃比補正係数演算サブルーチンを実行
して上記燃料噴射パルス幅Ｔｅを空燃比補正するための
空燃比補正係数Ｋλを設定する。

【００２９】上記空燃比補正係数演算サブルーチンにつ
いて説明すると、ステップＳ１１で、エンジン負荷の一
例として吸入空気量センサ８による吸入空気量Ｑａに基
づきテーブルを参照して、補間計算によりエンジンに対
する目標空燃比λｔを設定する。

【００３０】ここで、上記目標空燃比λｔは、予め実験
等により、エンジン高負荷運転時の排気ガス温度を低下
させるのに適正な燃料増量を得るための目標空燃比λｔ
を、吸入空気量Ｑａをパラメータとして求めたものであ
り、ＲＯＭ４２の一連のアドレスにテーブルとしてスト
アされており、ステップＳ１１中に示すように、低吸入
空気量領域（低負荷領域）においては排気ガス温度の異
常上昇は生じないため燃料増量による燃料冷却を必要と
せず、理論空燃比（＝１４．７、ステップ中における
（内数字は空気過剰率を示す）に設定され、エンジン負
荷の増大により吸入空気量Ｑａが増大するに従い、排気
ガス温度が上昇するため、これに対応して燃料増量によ
りエンジンの燃焼室に供給される燃料量を増加させて気
化潜熱により冷却率を増加させ、燃焼室温度及び排気ガ
ス温度を低下させるべく小さい値、すなわち、よりリッ
チに設定される。

【００３１】続くステップＳ１２では、リニアＯ2 セン
サ２８の出力値（出力電圧）Ｖλに基づきテーブル参照
によりエンジンの実空燃比λａを検出する。リニアＯ2
センサ２８の出力特性は、空燃比に比例した電圧を出力
する。従って、実験等によりリニアＯ2 センサ２８の出
力特牲を求め、ステップＳ１２中に示すように、リニア
Ｏ2 センサ２８の出力電圧に対応する実空燃比λａをテ
ーブルとしてＲＯＭ４２の一連のアドレスにストアして
おき、テーブル参照によりエンジンの実空燃比λａを検
出するのである。尚、ステップＳ１２中には、リニアＯ
2 センサ２８の出力特性の一例、すなわち実空燃比λａ
を検出するためのテーブルの一例を示し、リニアＯ2 セ
ンサ２８の出力電圧Ｖλが３Ｖのとき、実空燃比λａ
は、理論空燃比（＝１４．７、ステップ中における（数
字は空気過剰率を示す）であり、リニアＯ2 センサ２８
の出力電圧Ｖλが低下するに従い実空燃比はより小さい
値のリッチであることを示し、出力電圧Ｖλが増加する
に従い実空燃比はより大きい値のリーンであることを示
す。

【００３２】そして、ステップＳ１３へ進み、上記ステ
ップＳ１２で検出した実空燃比λａを、ステップＳ１１
で設定した目標空燃比λｔで除算し、実空燃比λａと目
標空燃比λｔとの比による空燃比補正係数Ｋλを設定し
（Ｋλ←λａ／λｔ）、燃料噴射量設定ルーチンのステ
ップＳ６へ戻る。

【００３３】そして、ステップＳ６では、上記ステップ
Ｓ３で算出した燃料噴射パルス幅Ｔｅに、上記ステップ
Ｓ５で設定した空燃比補正係数Ｋλを乗算して空燃比補
正すると共に、上記ステップＳ４で設定した電圧補正係
数Ｔｓを加算して電圧補正し、最終的な燃料噴射量を定
める燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出し（Ｔｉ←Ｔｅ×Ｋλ
＋Ｔｓ）、該燃料噴射パルス幅ＴｉをステップＳ７でセ
ットしてルーチンを抜ける。

【００３４】その結果、上記ステップＳ７でセットされ
た燃料噴射パルス幅Ｔｉが、所定タイミングで燃料噴射
対象気筒のインジェクタ１２へ駆動パルス信号として出
力され、このインジェクタ１２から所定に計量された燃
料が噴射される。

【００３５】ここで、上記目標空燃比λｔは、エンジン
負荷が高く吸入空気量Ｑａが増大するに従い、より小さ
い値、すなわちよりリッチの値に設定され、エンジンの
実空燃比λａと目標空燃比λｔとの比による空燃比補正
係数Ｋλによりエンジン運転状態に基づき設定された燃
料噴射パルス幅Ｔｅを補正してエンジンに供給される最
終的な燃料噴射量を定める燃料噴射パルス幅Ｔｉが設定
される。従って、目標空燃比λｔに対しエンジンの実空
燃比λａが低く目標空燃比λｔよりも実空燃比λａがリ
ッチのときには、上記空燃比補正係数Ｋλが１．０より
も小さい値に設定されて燃料噴射量が減量補正され、
又、目標空燃比λｔに対しエンジンの実空燃比λａが高
く目標空燃比λｔよりも実空燃比λａがリーンのときに
は、逆に、空燃比補正係数Ｋλが１．０よりも大きい値
に設定されて燃料噴射量が増量補正され、目標空燃比λ
ｔに対する実空燃比λａの割合に応じて燃料噴射量が補
正され、エンジンの実空燃比λａが目標空燃比λｔに収
束するよう制御される。そして、このとき吸入空気量Ｑ
ａの増大によるエンジン高負荷運転時には、目標空燃比
λａが小さい値の空燃比リッチの値に設定されること
で、これに追従してエンジンの実空燃比λａが目標空燃
比λｔに収束するよう燃料噴射量が増量されて、エンジ
ンの燃焼室に供給される燃料量が増加され、気化潜熱に
より冷却率が増加しエンジン高負荷運転時の排気ガス温
度の上昇が防止されるのである。

【００３６】尚、本実施の形態においては、エンジン負
荷として吸入空気量Ｑａを用いているが、エンジン負荷
を表すものを採用すれば良く、これに限定されない。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、エ
ンジン負荷の増大に応じてエンジンに対する目標空燃比
をよりリッチに設定すると共に、空燃比センサの出力値
に基づきエンジンの実空燃比を検出し、これら両空燃比
の比により設定した空燃比補正係数によりエンジン運転
状態に応じて設定した燃料噴射量を補正してエンジンに
供給する最終的な燃料噴射量を設定するので、排気ガス
温度を検出することなくエンジン高負荷運転時の排気ガ
ス温度の上昇防止を図ることができ、エンジン負荷の増
大に応じてよりリッチに設定される目標空燃比に対する
実空燃比の割合に従って燃料噴射量が補正され、エンジ
ンの実空燃比が目標空燃比に収束するよう制御されるた
め、排気ガス温度に応じて空燃比制御するものと異な
り、未然に高負荷運転時の排気ガス温度の上昇を抑制す
ることが可能となり、制御性を向上することができる。

【００３８】また、エンジンの実空燃比が、エンジン負
荷の増大に応じてよりリッチに設定される目標空燃比に
収束するよう目標空燃比に対する追従制御が行われるた
め、生産時のばらつきや経時変化等に起因するエンジン
の固体差による実空燃比のばらつきの影讐を受けず、こ
のばらつきを見越した過濃な空燃比設定を行うことなく
実現でき、これに起因する燃料消費量の増大や排気エミ
ッションの悪化を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る装置の基本構成図。

【図２】本発明の一実施形態における燃料噴射量設定ル
ーチンを示すフローチャート。

【図３】本発明の一実施形態における空燃比補正係数演
算サブルーチンを示すフローチャート。

【図４】本発明の適用対象であるエンジンの全体概略
図。

【図５】図４に示したエンジンの電子制御系の回路構成
図。

【符号の説明】

１ エンジン ８ 吸入空気量センサ １２ インジェクタ ２８ リニアＯ2 センサ（空燃比センサ） ４０ 電子制御装置 Ｑａ 吸入空気量（エンジン負荷） λｔ 目標空燃比 λａ 実空燃比 Ｋλ 空燃比補正係数 Ｔｅ 燃料噴射パルス幅（燃料噴射量） Ｔｉ 最終的な燃料噴射パルス幅（最終的な燃料噴射
量）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジン負荷に基づき該エンジン負荷の増
   大に応じてエンジンに対する目標空燃比をよりリッチに
   設定する目標空燃比設定手段と、 空燃比センサの出力値に基づきエンジンの実空燃比を検
   出する実空燃比検出手段と、 上記実空燃比と目標空燃比との比による空燃比補正係数
   を設定する空燃比補正係数設定手段と、 エンジン運転状態に基づき燃料噴射量を設定する燃料噴
   射量設定手段と、 上記燃料噴射量を上記空燃比補正係数で補正してエンジ
   ンに供給する最終的な燃料噴射量を設定する最終燃料噴
   射量設定手段とを備えたことを特徴とするエンジンの空
   燃比制御装置。