JPS58124040A - 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、空燃比の閉ループ制＠を行い
、他の一部の運転領域において、リーン空燃比への開ル
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。空燃比の開ループ制御（以下フィードバック制御
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、例えは０鵞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
値にフィードバック制御するものであり、たとえは、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おる際に実施される。リーン空燃
比開ループ制御（以下パーシャルリーン制御と称する）
とは０１センサの検出信号に無関係に混合気の空燃比を
理論空燃比よシ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シ、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
ッチ空燃孔開ルーグ制御状態、あるいはフユ−ニルカッ
ト運転状態等にない場合に実施される。

周知の如く、フィードパ、り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尚くなり、これらの
有害成分の排出量が低減せしめられる。また、パーシャ
ルリーン制御によって空燃比がり一ン偶の値に制御され
れは、特にＮＯｘの発生−が少くなシ、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
、運転状態がゆっくりと変化してフィードバック制御か
らパー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・臂
−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、その迦渡状廊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、フィードパ、り制御を
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、Ｎ０ＸＦｉ、その発生の少なくなる空燃比領域
に至り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Ｎ
Ｏｘをさほ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
よシ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グ制御を他の一部の運転領域にお
いて行う空燃比制御力ｉ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、該移行時から断電時間に、空燃比閉ループ制御を
行うと共にその際の閉ループ応答速度な通常の閉ループ
応答速度よシ渦い値に設定し、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にある。

以下１囲を用いて本発明の詳細な説明する。

紀１図には本発明の一実施例として、電子制御燃８−１
唄船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、１０Ｆｉｉ関本体を表わしておシ、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。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、エアクリーナ／す１８によっ
てその流量が検出される。吸入空気ｓｉは、図示しない
アクセル−ぐダルに連動するスロットル弁２０によりて
１侮される。スロットル弁２０を通過した吸入空気は、
サージタ／り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。

魁狛鳴射弁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／？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（吸気ポート部）Ｋ間欠的に噴射する。

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、ｌｌ１１３６を介して制御回
路３０に送シ込まれる。

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°。

３６０°回転する毎にノ臂ルス信号がそれぞれ出力され
、これらのパルス信号は＠４４．４６をそれぞれ介して
制御回路３０に送シ込まれる。

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ポジ
シ、ンスイ、チ４Ｂ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ｉ！！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
リーン艶にあるかり、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０゜センサ５２が設けられて
いる。この０意センサ５２の出力電圧は、紐５４を介し
て制御回路３０に送シ込まれる。

三元ｔ＠Ａ媒コンバータ３４ｄ、との０．センサ５２の
下流に設けられており、排気ガ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、シリンダブロックに取付けら
れている。この水温センサ５６からの出力電圧に、１ｈ
５８を介して匍ｊ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
わすブロック図である。

エアフローセンサ１８からの電圧信号、０雪センサ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するアナログ−デジ
タル（Ａ／Ｄ　濠換器７０に送シ込まれ、マイクロプロ
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°毎の・臂
ルス信号−入出力回路（１１０回路）７４内に設けられ
た周知の速度信号形成回路に送り込まれ、これにより機
関の回転速度を表わす２進信号が形成される。クランク
角センサ４２からのクランク角３６００毎のパルス信号
は、同じ（Ｉ１０回路７４に送シ込まれ、クランク角３
０’毎の上述の）やルス信号と協動して燃料噴射パルス
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。

スロットルポジションスイッチ４８からの″１＃。

＠０″の２進信号は、同じ（Ｉ１０回路７４の所定ビ、
ト位置に送り込まれ一時的に記憶される。

入出力回路（Ｉ１０回路）７６内には、グリセ。

タプルダウンカウンタ及びレジスタ尋を含む周知の燃料
噴射制御回路が設けられておシ、ＭＰＵ７２から送り込
まれる噴射パルス幅に関する２進のデータからそのパル
ス幅を有する噴射パルス信号を形成する。この噴射・５
ルス信号は、図示しない駆動回路を介して燃料噴射弁２
６１乃至２６ｄに順次あるいは同時に送り込まれ、これ
らを付勢する。

これにより、噴射パルス信号のパルス幅に応じたｔの燃
料が噴射せしめられることになる◎Ａ／Ｄ変換器７０、
Ｉ１０回路７４及び７６は、マイクロコンピュータの主
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リ（ＲＯＭ
）８０に共通パス８２を介して接続されており、このパ
ス８２を介してデータ及び酷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
料噴射パルス幅演算用の割込み処理ルーチンプログラム
、パーシャルリーン袖正係数等の係数演算用の割込み処
理ルーチンプログラム、及びその他のプログラム、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種々の
構成のものが適用できる。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
のパルス信号管直接ＭＰＵ７２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、Ｉ１０回路７６内に燃料噴射制御回路金膜け
ることなく、ソフトウェアにより、噴射パルス幅に相当
する時間だけ“１″の論理値となる信号を形成する如く
構成しても良い〇 次ニ、上述したマイクロコンピュ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Ｉ１０回路７４から
取シ込み、ＲＡＭ７８に格納する。また、没の変換器７
０からの〜Φ変換完了割込みによシ、機関の吸入空気流
ｉＱを表わす最新のデータ、Ｏ雪セ／す５２の出力電圧
に対応した値ｖＤＸを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、ＲＡＭ７
８に格納する。

ＭＰＵ７２Ｆｉ、所定クランク角度位置で生じる割込み
像求信号に応じて第３図に示す如き処理ルーチンを実行
し、態別噴射パルス幅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
簡単に奴明する。ＣＰＵ７２は、まず、ステラ７’９０
において、ＲＡＭ７８よシ吸入空気流量ｒ−タＱ及び回
転速度データを取込み、ステップステ、ｆ９２＋Ｃおい
て、基本噴射ノヤルス幅τ。、／＃−シャルリー２補正
係数ＣＰいフィードバック補正係ｔｉｃｍ、冷却水温Ｔ
Ｈ％ｌｖ等に応じて定まるその他の補正係数００、及び
燃料噴射弁の無効噴射時間に相当する値τ７　とから最
終的な噴射ノ４ルス幅τを久式から算出する。

τ；τ。・ＣＰＬ−ＣＦｌ、ｃｏ十Ｔｖ次のステップ９
３では、算出した噴射、−ｆルス幅τに相当するｒ−夕
が１／１０回路７６の前述のレジスタにセットされる。

第４図はパーシャルＩ）　−ｙ補正係数ＣＰいフィード
バック桶正係数Ｃ０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ｖ時間毎に生じる割
込み要求信号に応じてこの第４図の処理ルーチンな実行
する。まずステップ１００において、ＭＰＵ７２は、ス
ロットルポジシ、ンスイ、チ４８からの信号が論理１０
”であるか否か、即チ、スロットル？ジションスイ、チ
４８がオンであるか否かを判別する。″ＹＦ、Ｓ”の場
合、即ちスロットル弁２０が全閉の場合、ステ、プ１０
１へ進んでスロットルフラグＦＬＬを＠１”にセットし
、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Ｎ８例えば９００　ｒｐｍよシ高いか
否かを判別する。Ｎ≦Ｎ１の場合は、アイドル運転状態
、Ｎ＞ＮＲ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１、＜テ、７’１２０
１に介しテ、（テ、７’ｌ　Ｏ３乃至１０６に進み、フ
ィードパ、り補正係数Ｃ１ｌをＯｉセンサ出力データＶ
。Ｘに応じ王変化させる。即ち、フィードバック制御を
行う。ステ、ゾ１２０では、フィードパ、り補正係数Ｃ
ＦＴａの撹分時定数に相当する増減量に、ｔ−ＲＯＭ８
０に格納されている一定１ＷＫｏに一致させるステップ
１０３ではＯ，センサ出力データＶ。Ｘが比較基準値Ｖ
ＩＬ以上であるか否かを判別する。ｖｏｘ≧ｖ８の場合
は、空燃比が理論空無比よりリッチ側であると判断しス
テップ１０４においてフィードバック補正係数Ｃ１ｍを
に、たけ減少させる。一方、ｖ０工＜ｖＩＬの場合は空
燃比が理論空燃比よシリーン側であると判断し、ステッ
プ１０５においてフィードバック補正係数ＣｒｍをＫｉ
たけ増大させる。次いで１０６において、パーシアルリ
ーフ補正係数ＣＰＬを″１，０“にセットステラｆ１０
７へ進む。ステ、グ１０７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ＦＬＸ′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ｙＣ後帰する〇一方、ステ、ｆｌ　０２
において、Ｎ）Ｎ凰と判別した場合、艮ち減速運転状態
であると判別した場合はステ、プ１０８へ進み、フュー
エルカット−動作を指示する。フューエルカット動作と
して種々の方法が考えられるが、例えばフューエルカッ
トフラグを立てて、噴射・母ルス幅τな零にするめるい
は噴射／ｆルス幅τに関する出力データをＩ１０回路７
６においてしゃ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、グロダラムはステップ１０９へ進む。ス
テ、ゾ１０９ではスロットルフラグＦＬＬが１０”にセ
ットされる・次いで、ステラｆ１１０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が断電値以下の場合は、燃料の暖機増量補正
を行って空燃比をリッ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ｍ輛正を行う
必要からオープンループ制御を行わなり−れｄ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、ステラｆ１１１へ進みフィードバック補正係数Ｃ
ＦＩを”１，０″に固定し、また次のステ、グ１１２で
／４−シャルリーン補正係数Ｃｐｔ、　’ｉぐ１、θ″
に固定する。

なお、燃料の増ｉＦｉ、前述した補正係数Ｃ８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ゾ／ルーゾ制御を
行う必要なしと判別した場合、プログラムはステップ１
１３へ進む。スｆ、ｆ１１３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
はパー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、例えは機関回転速度Ｎと基
本噴射・母ルス幅τ。とを用いて行われる。即ち、その
時のＮとて。とが第５図に示す領域図のどの位置にある
かをＲＯＭ　８０　Ｋあらかじめ記憶されているマツプ
から判別する。なお、第５図において、Ｆ／Ｂはフィー
ドバック制御を行うべき領域、Ｐ／ＬＦｉノ母−シャル
リー７制飢な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
たステップ１０３乃至１０６の処理を火打する。一方、
パーシャルリーン制御を行うべき領域にある場合、プロ
グラムはステップ１１４へ進む。ステ、７’ｌ１４にお
いては、前回の処理ルーチン実行時のスロットルフラグ
ＦＬＬ′が”１″であるか否かが判別される。ＦＬＬ／
＝１の場合のみ即ち、スロットル弁２０が全閉から開と
なった場合のみ、ステ、グ１１５へ進み、ソフトウェア
上のノヤー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、ｆｌｌ　６へ進む。ステップ１１６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の場合は、ステップ１２１へ進み、増減ｊｔＫｉを
に０・αに一致させた後この増減１ｉｋＫｉ　　を用い
てステ、プ１０３乃至１０６のフィードバック制御が行
われる。ただし、α〉１．０である。即ち、スロットル
弁２０が全開状態から開いた場合にＴ、に相当する所定
時間だけフィードバック制御が行われることになシしが
もその際のフィードバック補正係１！ｃｍの増減量に、
が通常の場合よシ大きい値に設定される。換言すれば、
スロットル弁全閉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、小さな積
分時定数を用いた応答速度の高いフィードバック制御が
行われることになる。

所定時間が経過し、ＴＰＬ＞ＴＩ　　となると、プログ
ラムはステップ１１７乃至１１９に進みノＪ？−シャル
リーン制御が行われる。まず、ステップ１１７では、そ
の時の機関回転速度Ｎ及び基本噴射パルス幅τ。に応じ
てＲＯＭ　８０内にあらかじめ格納されているマツプ、
テーブルからパーシャルリーン補正係ａ　Ｃｐ　Ｌが求
められる。次のステップ１１８では、フィートノクック
補正係数ＣＦ）が″１，０１に設定されさらに次のステ
、ｆｌ　１９ではノ千−シャルリ−７タイマの値ＴＰＬ
が′″０１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
る図であシ、横軸は時間、縦軸は、同図囚では車両走行
速度、（Ｂ）では空燃比、（Ｃ：）ではＮＯｘの排出ｉ
ｔ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
にあり、フィードバック制御が行われていて空燃比が１
．０に制御されていたものが、時刻１．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ｔｌよりパーシャルリーン制御が開拓される。

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
せてゆりくシとリーン側に制御される。

このため、同図（Ｃ）に示す如く、ＮＯｘの排出−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ｔ！でフィードバック制御領域からパーシャル
リーン制御領域に入っても所定時間は応答速度でフィー
ドバック制衡が行われ時刻１゜になってはじめて・母−
シャルリーン制御が開始される。１．の時点では、運転
状すはかなシ変化した後であり、従って、ノ臂−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
に制動される。ｔｌからｔｚまで運転状態が変化しても
フィードバックの応答が高いため、過渡運転による制御
ずれは発生せず、空燃比ｒｉ素早く、かつ正確□　に理
論値に制御される。その結果、本発明によれは、移行時
のＮＯｘの排出量も大幅に少くなる。時刻ｔＳＦｉ、変
速機の変速段シフト時であ）、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
からツクーシャルリーン制御に移行する際のＮＯｘ勢の
有害成分の排出量を大量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ドバック制御域からパー
シャルリーン制御域への移行開始をスロットル弁が全閉
であ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、移行開始はその地塊々の運転状態ノ々ラメ
ータで検出することが可能である。また前述の実施例で
は、制御回路が主としてマイクロコンビ、−夕によって
構成されているが、本発明において制御回路はその他の
種々の電気回路で構成可能である。

なお、前述した実施例の他Ｋ、本、発明は、他の種々の
運転状態ノ譬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、キャプ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０

【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図の匍
ｊ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グ２ムの一部のフローチャート、あ
５図フィードバック制御及び・９−シャルリーン制飯の
領域図、札６図囚、　（Ｂ）　。 （Ｃ）は本発明の詳細な説明する図である。 １８・・・エアフローセンサ、２０・・・スロットル弁
、２６・・・燃料鳴躬弁、３０・・・１５１１伽回路、
４０　、４２・・・クランク角センサ、４８・・・スロ
ットルポジシ。 ンスイッチ、５２・・・０２センサ、５６・・・水温セ
ンサ、７２・・−ＭＰＵ、　　７４　、７６・・・Ｉ／
Ｑ胸路、７８・・・ＲＡＭ、８０・・・ＲＯＭ。 特許出願人 トヨタ自動、、、、車工業株式会社 特許出願代理人　。 弁理士　宵　木　　　朗 弁理士　西　怖　和　之 弁理士　　山　　口　　餡　　之

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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
   成分濃度に係りなく混合気の空燃比を理論空燃比よシリ
   ーン側の値に制御するリー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１１ｉ−行う
   べき運転領域から前記リー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〃・ら所定時
   間は、空燃比閉ループ制御を行うと共にその際の閉ルー
   プ応答速度を通常の閉ループ応＠速度より尚い値に設定
   し、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。