JPS58124039A - 内燃機関の空燃比制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関の空燃比制御方法に関する。

一部の運転領域において、空燃比の開ループ制御を行い
、他の一部の運転領曽において、り一ン空燃比の開ルー
プ制御を行う如き空燃比制御システムは既に知られてい
る。空燃比の閉ループ制御（以下フィード・ぐツク制御
と称する）とは排気ガス中の特定成分濃度を検出する濃
度センサ、例えば０２センサからの検出信号に基づいて
機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比の近くの値
にフィードパ、り制御するものであり、たとえば機関が
アイドル運転状態にある際、あるいはその他のあらかじ
め定めた運転状態にある際に実施される。

リーン空燃比開ループ制御（以下・臂−シャルリーン制
御と称する）とは、０２センサの検出信号に無関係に混
合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側であってその時
の運転状態に応じた値に制御するものであり、機関がフ
ィードバック制御状態、スロットル全開時、加速時及び
暖機時の如きリッチ空燃比味ルーグ制御状態、あるいは
ツユ−エルカ、ト運転状態等にない場合に実施される。

周知の如くフィードバック制御によって空燃比が理論空
燃比近傍に制御されれば、三元触媒コンバータのＨＣ、
Ｃｏ　、　ＮＯｘに対する浄化効率が高くなり、これら
の有害成分の排出量が低減せしめられる。また、・！−
シャルリーン制御によって空燃比がり一ン側の値に制御
されれば、特にＮｏｗの発生縦が少くなり、当然のこと
なが°らその排出量も低減せしめられる。

しかしながら上述の如き空燃比制御システムにおいて、
運転状態がゆつくシと変化してフィードバック制御から
／４−シャルリーン制御への移行が行われた場合、次の
如き問題が生じる。即ち、前述の如く運転状態が・母−
シャルリーン制御領域に入っても空燃比はその時の運転
状態に応じて徐々にリーン側の値に制御せしめられるた
め、その過渡状態時に多量の有害成分、特にＮＯｘ成分
が排出されてしまう。これは、フィードバック制御を止
めて空燃比が徐々にリーン側の値に移行して行くと、そ
の間、ＮＯＸはその発生の少なくなる空燃比領域に至っ
てないから多量に発生し、しかも三元触媒コンバータは
その高浄化効率域を外れているから発生したＮＯＸをさ
＃１ど除去できないためである。

従って本発明は従来技術の上述した問題点を解決するも
のである。即ち、本発明の目的は、有害成分の排出量を
よυ低減化できる空燃比制御方法を提供することにある
。

上述の目的を達成する本発明の特徴は、排気がス中の特
定成分濃度を検出し、該検出した特定成分濃度に応じて
機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比近傍の所望
値に制御する空燃比閉ループ制御を一部の運転領域にお
いて行い、一方、前記検出した特定成分濃度に係シなく
混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側の値に制御す
るり一ン空燃比開ループ制御を他の一部の運転領域にお
いて行う空燃比制御方法において、機関の運転状態が前
記空燃比閉ループ制御を行うべき運転領域から前記リー
ン空燃比閉ループ制御を行うべき運１１゜ 転領域に移行した場合に、核移行時から所定時間は、空
燃比閉ループ制御を行い、その後リーン空燃比閉ループ
制御を行うようにしたことにある。

以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図には本発明の一実施例として、電子制御燃料噴射
式内燃機関の一例が概略的に表わされている。同図にお
いて、１０は機関本体を表わしてお夛、１２は吸気通路
、１４は一つの気筒の燃焼室、１６は排気通路をそれぞ
れ表わしている６図示しないエアクリーナを介して吸入
される吸入空気はエアフローセンナ１８によってその流
量が検出される。吸入空気流量は、図示しないアクセル
イダルに連動するスロットル弁２０によって制御される
。スロットル弁２０を通過した吸入空気はサージタンク
２２及び各吸気弁２４を介して各気筒の燃焼室１４に導
かれる。

燃料噴射弁２６は、実際には各気筒毎に設けられており
、線２８を介して制御回路３０から送り込まれる電気的
な駆動／ｆルスに応じて開閉制御せしめられ、図示しな
い燃料供給系から送られる加圧燃料を吸気弁２４近傍の
吸気通路１２内（吸気／−）部）に間欠的丑噴射する。

燃焼室１４において燃焼した後の排気ガスは排気弁３２
及び排気通路１６を介して、さらに三元触媒コンバータ
３４を介して大気中に排出される。

エアフローセンサ１８はスロットル弁２０の上流の吸気
通路１２に設けられ、吸入空気流量に応じた電圧を発生
する。この出力電圧は、線３６を介して制御回路３０に
送り込壇れる。

機関のディストリビュータ３８にはクランク角センサ４
０及び４２が取付けられており、これらのセンサ４０，
４２からはクランク軸が３０°。

３６００回転する毎に／９ルス信号がそれぞれ出力され
、これらの／マルス信号は線４４．４６をそれぞれ介し
て制御回路３０に送り込まれる。

スロットル弁２０と連動し、スロットル弁２０が全閉位
置（アイドル位置）にある際に閉成するスロットル／ジ
ン、ンスイ、チ４８からの信号は線５０を介して制御回
路３０に送り込まれる。

排気通路１６には、排気ガス中の酸素濃度に応答して出
力を発生する、即ち、空燃比が理論空燃比に対してリー
ン側にあるかリッチ側にあるかに応じて互いに異る２値
の出力電圧を発生する０２センサ５２が設けられている
。この０２センサ５２の出力電圧は、＠５４を介して制
御回路３ｏに送り込まれる。

三元触媒コンバータ３４は、このｏ２センサ５２の下流
に設けられており、排気がス中の三つの有害成分である
ＨＣ、Ｃｏ　、　ＮＯｘ成分を同時に浄化する。

機関の冷却水温度を検出し、その温度に応じた電圧を発
生する水温センサ５６は、シリンダプロッＩＫ取付けら
れている。この水温センナ５６からの出力電圧は、線５
８を介して制御回路３０に送り込まれる。

第２図は、第１図に示した制御回路３０の一構成例を表
わすプロ、り図でちる。

エアフローセンナ１８からの電圧信号、ｏ２センサ５２
からの電圧信号及び水温センサ５６からの電圧信号はア
ナログマルチプレクサ機能を有スるアナログ−デジタル
（ｈｌｏ　）変換器７０に送り込まれ、マイクロゾロセ
ッサ（ＭＰＵ）７２からの指示に応じて順次２進信号に
変換せしめられる。

クランク角センサ４０からのクランク角３０゜に設けら
れた周知の速度信号形成回路に送シ込まれ、これによシ
機関の回転速度を表わす２通信号が形成される。クラン
ク角センサ４２かものクランク角３６０°毎の・臂ルス
信号は、同じ＜Ｉ１０回路フ４に送シ込まれ、クランク
角３０’毎の上述の・臂ルス信号と協動して燃料噴射・
９ルス幅演算のための割込み要求信号、燃料噴射開始信
号、及び気筒判別信号等の形成に利用される。

スロ、トルボゾン、ンスイ、チ４８からの１１１゜”Ｏ
＃の２通信号は、同じくし句回路７４の所定ピ、ト位置
に送９込まれ一時的に記憶される。

入出力回路（Ｉ／勺回路）７６内には、！リセ。

タプルダウンカウンタ及びレノスタ等を含む周知の燃料
噴射制御回路が設けられており、ＭＰＵ７２から送〕込
まれる噴射／４ルス幅に関する２進のデータからその・
臂ルス幅を有する噴射・中ルス信号を形成する。この噴
射ノ９ルス信号は、図示しない駆動回路を介して燃料噴
射弁２６＆乃至２６ｄＫ＠次あるいは同時に送シ込まれ
、これらを付勢する。

これにより、噴射・中ルス信号の・臂ルス幅に応じた鎗
の燃料が噴射せしめられることになる。

Ａ／１１変換器７０、■２勺回路７４及び７６は、マイ
クロコンビ、−夕の主構成要素であるＭＰＵ　７２、ラ
ンダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７８、及びリードオン
リメモ’）　（ＲＯＭ）　８０に共通パス８２を介して
接続されており、このパス８２を介シてデータ及び命令
の転送等が行われる。

ＲＯＭ８０内には、メイン処理ルーチンプログラム、燃
料噴射／ヤルス幅演算用の割込み処理ルーチンプログラ
ム、・ヤー７ャルリー７補正係数等の係数演算用の割込
み処理ルーチングログラム、及びその他のグログ２ム、
さらにそれらの演算処理に必要な種々のデータがあらか
じめ記憶されている。

制御回路３０としては、以上説明した構成と異る柚々の
構成のものが適用できる０例えばＩ１０回路７４内に速
度信号形成回路を設けることなく、所定クランク角毎の
ノダルス信号を直接鞭υ７２が受は取り、ソフトウェア
で速度信号を形成する如く構成することも可能であるし
、また、工り回路７６内に燃料噴射制御回路を設けるこ
となく、ソフトウェアにより噴射パルス惺に相当する時
間だけ＠１′の論理値となる信号を形成する如く構成し
ても良い。

次に、上述したｉイクロコンビーータの動作を説明する
。

ＭＰＵ７２は、そのメイン処理ルーチンの途中で機関の
回転速度Ｎを表わす最新のデータをＩ１０回路７４から
取り込み、ＲＡＭ７８に格納する。また、Ａ／Ｄ変換器
７０からのＡ／′Ｄ変換完了割シ込みによシ機関の吸入
空気流量Ｑを表わす最新のデータ、０２センサ５２の出
力電圧に対応した値Ｖｏｘヲ有する最新のデータ、及び
冷却水温度ＴＨＷを表わす最新のデータを取シ込みＲＡ
Ｍ　７８　Ｋ格納する。

ＭＰＵ７２は、所定クランク角度位置で生じる割込み要
求信号に応じて第３図に示す如き処理ルーチンを実行し
、燃料噴射／ダルス幅τの算出を行う。

この種の処理ルーチンは周知であるがその内容に□つい
て簡単に説明する。　ＣＰＵ　７２は、まずステ。

ゾ９０においてＲＡＭ　７８よシ吸入空気流量データＱ
及び回転速度データを取込み、ステ、ゾ９１において基
本噴射・ダルス幅τ。をτ。、、、に４から算出する。

ただし、Ｋは定数である。次いで、ステ、ｆ９２におい
て、基本噴射パルス幅τ。、ノナーシャルリーン補正係
数ＣＰＬ　％フィードバック補正件数Ｃ□、冷却水１Ｔ
ＨＷ等に応じて定まるその他の補正係数Ｃｏ及び燃料噴
射弁の無効噴射時間に相当する値τ９とから最終的な噴
射・ｆルス幅τを次式から算出する。

τ＝ＴＯ”ＣＬＬ　＠ＣＰｍ’　ｃｏ十τマ次のステ、
ｆ９３では算出した噴射・臂ルス幅τに相当するデータ
がＩ１０回路７６の前述のレジスタにセットされる。

第４図は・々−シャルリーン補正係数ＣＦＬ　、フィド
パ、り補正係数Ｃｎ等を作成する割込み処理ルーチンを
表わしている。ＭＰＵ　７２は、所定時間毎に生じる割
込み要求信号に応じそこの第４図の処４ルーチンを実行
する。まずステ、プ１００において、ＭＰＵ７２は、ス
ロ、トルｌソシ、ンスイ。

チ４８からの信号が論理１０”であるか否か、即ち、ス
ロットル７ラグ、ンスイ、チ４８がオンであるか否かを
判別する。’ＹＥＳ″の場合、即ちスロットル弁２０が
全閉の場合、ステ、ｆｌｏ　１へ進んでスロットルフラ
グＦＬＬを”１″にセ、トシ、次いでステ、プ１０２に
おいて、機関回転速度Ｎがあらかじめ定めた値ＮＲ例え
ば９００　ｒｐｍよシ高いか否かを判別する。Ｎ≦Ｎ８
の場合はアイドル運転状態、Ｎ）Ｎ、の場合は減速運転
状態であるとそれぞれ判別する。アイドル運転状態の場
合は、ステ。

７６１０３乃至１０６に進んでフィードバック補正係数
Ｃ１を０２センサ出力データＶ。ｘＦ応じて変化させる
。即ち、フィードバック制御を行う、ステップ１０３で
は、０２センサ出力データｖ０工が比較基準値ｖＩＬ以
上であるか否かを判別する。ＶＯＸ≧Ｖ。

の場合は空燃比が理論空燃比よりリッチ側であると判断
してステ、グ１０４においてフィードパラ１１：１： り補正係数Ｃ□をに１産は減少させる。このＫｌは一定
値であり、フィードパ、り補正係数Ｃ□の積分時定数に
相当する。一方、ｖ０８＜　ＶＢの場合は、９燃比が理
論空燃比よりリーン側であると判断してステップ１０５
においてフィードパ、り補正係数ＣＦＩをに１だけ増大
させる０次いでステ、プ１０６において、・９−シャル
リーン補正係数ＣＰＬを＠１．Ｏ”にセットステ、ｆ１
０７へ進む。ステ、ｆｌｏ　７では、今回の処理ルーチ
ン実行時のスロットルフラグＦＬＬを前回のスロットル
フラグＦＬＬ’として記憶させ、この処理ルーチンを終
了してメインルーチンに復帰する。

一方、ステ、ｆｌｏ　２において、Ｎ）Ｎ、と判別した
場合、即ち減速運転状態であると判別した場合はステラ
７”１０Ｂへ進み、フューエルカット動作を指示する。

フ、−ニルカット動作として種種の方法が考えられるが
、例えば、ツユ−エルカ、トフラグを立てて噴射パルス
幅τを零にするあるいは噴射・ぐルス幅−丁に関する出
力データをＩ１０回路７６においてし中断する等の方法
が考えられる。

ステップ１００において、”Ｎｏ”であると判別された
場合、即ち、スロットル弁２０が全閉状態ではないと判
別された場合、！ログラムはステ、グ１０９へ進む。ス
テ、ｆ１０９ではスロットル７ラグＦＬＬがＯ＃にセッ
トされる。次いで、ステップ１１０において、−暖機加
速あるいはスロットル弁全開等による空燃比のオープン
ループ制御を行うべきか否かを判別する。例えば、冷却
水温ＴＨＷが所定値以下の場合は、燃料の暖機増量補正
を行って空燃比をり、チにする必要からオープンループ
制御を行わなければならないし、また、本実施例では検
出手段を図示してないがスロットル弁２０が所定開度以
上間いた場合にはこれを検知して燃料の増量補正を行う
必要からオープンループ制御を行わなければならない。

この種のオープンループ制御を行うべき運転状態の場合
は、ステ、グ１１１へ進みフィードバック補正係数ＣＦ
Ｉを＠１ａＯ”に固定し、また次のステップ１１２で／
４−シャルリーン補正係数ＣＰＬを１し０＃に固定する
。なお、燃料の増量は前述した補正係数ｃｏを増大させ
ることで行われる。

空燃比をリッチ方向に変化させるオーグンル−！制御を
行う必要なしと判別した場合、プログラムはステ、ｆｌ
ｌ　３へ進む。ステ、７’ｌ　１３においては、現在の
運転状態がフィードパ、り制御を行うべき領域にあるか
あるいは・臂−シャルリーン制御を行うべき領域にある
かが判別される。この領域の判別は、例えば機関回転速
度Ｎと基本噴射・ｆルス幅τ。とを用いて行われる。即
ち、その時のＮとτ。とが第５図に示す領域図のどの位
置にあるかをＲＯＭ　８０　Ｋあらかじめ紀（意されて
いるマ。

デから判別する。なお、第５図において、Ｆ／Ｂはフィ
ードパ、り制御を行うべき領域、ＰＡはパーシャルリー
ン制御を行うべき領域をそれぞれ表わしている。フィー
ドパ、り制御を行うべき領域にある場合は前述したステ
ッｆ１０３乃至１０６の処理を実行する。一方、／＃−
シャルリーン制御を行うべき領域にある場合、プログラ
ムはステ、ｆｌｌ４へ進む、ステップ１１４においては
、前回の処理ルーチン実行時のスロットルフ２ダＦ’ｔ
、ｔ、’が１１１でちるか否かが判別される。ＦＬＬ′
：ｌ１１１の場合のみ、即ち、スロットル弁２０が全閉
から開とエア上の／４′−シャルリーンタイマの計時を
開始させ、その他の場合はステップ１１６へ進む。ステ
ラｆ１１６ではパーシャルリーンタイマの計測値ＴＰＬ
があらかじめ定めた値Ｔ１以下であるか否かが判別され
、ＴＰＬ≦ＴＲ）場合は、ステ、７ａ１０３乃至１０６
のフィードパ、り制御が行われる。即ち、スロットル弁
２０が全閉状態から開いた場合にＴＲに相当する所定時
間だけフィードパ、り制御が行われることになる。換言
すれば、スロットル弁全開のフィードバック制御領域か
らパーシャルリーン制御領域に移行した際、所定時間は
フィードパ、り制御が続行されることになる。

所定時間が経過し、ＴＰＬ＞ＴＢとなると、プログラム
はステ、ｆｌｌ７乃至１１９に進みパーシャルリーン制
御が行われる。まず、ステップ１１７では、その時の轡
関回転速度Ｎ及び基本噴射・臂ルス幅τ。に応じてＲＯ
Ｍ　８０内にあらかじめ格納されているマッグ、テーブ
ルからパーシャルリーン補正係数ＣＰＬが求められる。

次のステップ１１８では、フィードバック補正係数ＣＦ
Ｉが＠１，０”に設°定され、さらに次のステップ１１
９ではノ９−シャルリーンタイマの値ＴＰＬが１０′に
セットされる。

第６図は、以上述べた本発明の制御方法の効果を説明す
る図であり、横軸は時間、縦軸は、同図（Ａ）では車両
走行速度、■）では空燃比、（Ｃ）ではＮＯｘの排出量
をそれぞれ表わしている。なお、同図の破線は従来技術
の場合、実線は本発明の場合である。アイドル運転状態
にあシ、フィードパ、り制御が行われていて空燃比が１
１０に制御されていたものが、時刻ｔ１においてスロッ
トル弁が開き、ゆっくりとした加速が行われると、従来
技術ではｔ重　よシ・母−シャルリーン制御が開始され
る。しかしながら、この場合、運転状態が徐々に変化し
ているため、これに応じて空燃比もその運転状態変化に
合わせてゆっくりとり一ン偶に制御される。

このため、同図軒）に示す如＜、ＮＯｘの排出量がその
過渡時に著しく多くなる。これに対して本発明によれば
、時刻ｔ１でフィードパ、り制御領域から・ぜ−シャル
リーン制御領域に入っても所定時間はフィードパ、り制
御が引き続いて行われ、時刻１、になってはじめて・臂
−シャルリーン制御が開始される・ｔ！の時点では運転
状態はかなす変化した後であり、従って・９−シャルリ
ーン制御によって空燃比もかなりリーン側の値に急激に
制御される。その結果、本発明によれば、移行時のＮＯ
ｘの排出量も大幅に少くなる０時刻ｔｓは変速機の変速
段シフト時であり、この場合も前述の説明と同様の効果
が得られる。

上述したように、本発明によればフィードバック制御か
らパーシャルリーン制御に移行する際のＮＯｘ等の有害
成分の排出量を大幅に低減せしめることができる。

なお、前述の実施例ではフィートノ々ツク制御域から・
臂−シャルリーン制御域への移行開始をスロ、トル弁が
全閉でおるか否かによって監視しているが、これは単な
る一例であり、移行開始はその他種々の運転状態ノリメ
ータで検出することが可能である。まだ前述の実施例で
は、制御回路が主としてマイクロコンピュータによって
構成されているが、本発明において制御回路はその他の
種々の透気回路で構成可能である。さらにまた、前述し
た実施例の他に本発明は、他の種々の運転状態・臂うメ
ータを検出して燃料噴射量を制御する機関、あるいはキ
ャブレタを用いて燃料供給量を制御する機関にも適用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の概略図、第２図は第１図の制
御回路のブロック図、第３図及び第４図は第２図の回路
の動作制御用グロダラムの一部のフローチャート、第５
図フィードパ、り制御及びパーシャルリーン制御の領域
図、第６図（４）、俤）。 （Ｃ）は本発明の詳細な説明する図である。 １Ｂ・・・エアフローセンサ（２０・・・スロットル弁
、２６・・・燃料噴射弁、３０・・・制御回路、４０．
４２・・・クランク角センサ、４８・・−餐ロットルポ
ジションスイッチ、５２・・・０２センサ、５６・・・
水温センサ、７２・・・ＭＰＵ、７４，７６・・・Ｉ１
０回路、７８・・・ツｙ１８０・・・ＲＯＭ　。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、排気ガス中の特定成分濃度を検出し、該検出した特
   定成分濃度に応じて機関に供給する混合気の空燃比を理
   論空燃比近傍の所望値に制御する空燃比開ループ制御を
   一部の運転領域において行い、一方、前記検出した特定
   成分濃度に係りなく混合気の空燃比を理論空燃比よりリ
   ーン側の値に制御するり一ン空燃比開ルー！制御を他の
   一部の運転領域において行う空燃比制御方法において、
   機関の運転状態が前記空燃比開ループ制御を行うべき運
   転領域から前記り一ン空燃比開ループ制御を行うべき運
   転領域に移行した場合に、該移行時から所定時間は、空
   燃比開ループ制御を行い、その後リーン空燃比開ループ
   制御を行うようにしたことを特徴とする内燃機関の空燃
   比制御方法。