JPS58135331A - 空燃比制御装置 - 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】 この発明は、内燃機関特に希薄燃焼機関に適した空燃比
制御装置に関する。

従来の空燃比制御装置としては、例えば［自動車工学１
２　ｊ　Ｖｏｌ、　２８　Ｎｏ、　１７　（昭和５４年
１２月２日鉄４日本社発行）の第５８〜６０頁にも記載
されているように、三元触媒を利用してフィードバック
させる燃料系統の電子制御のみならず、ＢＧＲ，還流量
。

点火時期、アイドル回転数などのエンジンの相関性能を
マイクロ・コンピュータを使って電子制御するエンジン
集中電子制御システム（ＥＣＣ８）がある。

これは、エンジンの作動状態、アクセルの踏み状況、車
速、変速ギア位置、エアコンの作動、バッテリ電圧など
を例えばクランク角センサ、エアフロー・メータ、車速
センサ等の各踵センサあるイハ、ニュートラル・スイッ
チ、エアコンスイッチ、ギースイツテ等の各種スイッチ
により検出し、燃費、出力、排気ガスがエンジンの１回
転ごとに最良となるよう、このシステムの心臓部である
デジタル・コンピュータにより制御するものである。

そこで、このｇｃｃｓの構成及び空燃比制御動作の概略
を第１図乃至第１２図を参照して説明する。

第１図に示すように、燃料はフューエルタンク１からツ
ユエルポンプ２に吸入されて圧送される。

ソシテ、ツユエルダンパ６により脈動がおさえらレタ後
、ツユエルフィルタ４（二よりゴミや水分を取り除き、
フュエルインジェクタ５に供給される。

なお、プレツシャレギュノータ６はフュエルインジェク
タ５（二供給する燃料圧力を一定とする役目を持ってい
る。

一方、空気は第２図Ｃ二示すように、エアフローメータ
７により計量され、スロットルチャンバ８゜インテーク
マニホールド９を経て各シリンダＣ二供給される。

コントロールユニット１０は、第３図のブロック構成図
に示すように、エアフローメータ７及び回転速度検出器
（第１図及び第２図には図示せず）の信号を受けて基本
噴射量を演算し、さらに水温センサー１．スロットル全
開スイッチ、排気センサ（０２センナ）１２．スタータ
モータスイッチ。

バッテリ電圧等の各種情報を入力して、夫々に対応する
各種の燃料補正すなわちバッテリ電圧補正。

水温増量補正、始動後増量補Ｗ、アイドル後増量補正、
空燃比補正の演算を行って噴射量を決定し、フュエルイ
ンジェクタ５を各気筒同時に機関１回転につき１度駆動
する。

なお、各演算項目は次に示すような特性を持つ。

基本噴射量（Ｔｐ）ニー回転当りの吸入空気流量Ｑに比
例した量で、エンジンの回転速度をＮとすると、次式で
表される。

Ｔｐ＝ＫＱ　　　　　但し、Ｋ：定数 バッテリ電圧補正（Ｔｓ）：フュエルインジェクタ−３
− ５の駆動電圧による補正であって、バッテリ電圧ＶＢと
の関係は第４図に示すように、次式で表される。

Ｔｓ　＝　ａ＋ｂ　（１４−Ｖ”）　　但し、ａ：定数
。

ｂ：定数 水温増量補正（Ｆｔ）：機関が充分暖機されていない時
の補［Ｅであって、水温との関係を第５図に示す。

始動後増量補正（ＫＡｓ）：　円滑な始動性を得るため
及び始動からアイドリンクへのつなぎを円滑に行うため
に、スタータモータがオン時に、水温に対して第６図に
示すような値となり、時間の経過と共に零となる。

アイドル後増量補Ｅ　（ＫＡ　ｉ　）　：暖機が充分行
われていない時の発進を円滑にするための補ＩＥであっ
て、アイドルスイッチがオフとなった直後に、第７図に
示すような値となり、時間経過と共に零となる。

このようなＥＣＣ８による空燃比制御は次のように行わ
れる。

４− 排気マニホールド１３に取り付けられている０２センサ
１２からの信号を、コントロールユニット１０に入力し
、所定の電圧（スライスレベル）Ｖｓと比較して、現時
点での空燃比が理論空燃比より濃いか薄いかを判定し、
理論空燃比になるように燃料噴射量を制御するのである
が、実際には空燃比フィードバック補正係数α（以下単
に「補正係数α」と略称する）というものを定めて、こ
のαを変化させることにより理論空燃比Ｃ二保っている
。

燃料噴射量の式は、 通常の噴射量−基本噴射量（Ｔｐ）ｘ各種補正係数×補
王係数（α）十電圧補正分（Ｔｓ）で表されるが、この
補正係数αが１より小さいと空燃比は薄くなり、αが１
より大きいと空燃比は濃くなる。

この補正係数αは、ＰＩ（比例積分）制御により、αの
値を変化させて安定した制御としており、０２センサ１
２の電圧値とスライスレベルＶｓを比較し、スライスレ
ベルＶｓよりも高い場合あるいは低い場合に、空燃比を
急に濃くしたり薄くしたりすることなく制御する。

すなわち、第８図ｆ二示すように、空燃比が濃い場合に
は、始めに比例値ＰＲ分だけ下げて、それから積分値Ｉ
Ｒにより徐々に下げていき、空燃比を薄くするように制
御する。　また、空燃比が薄い場合Ｃ二は、始めに比例
値ＰＬ分だけ」−げてから積分値Ｊｒ−により徐々に」
二げていき、空燃比を濃くするように制御する。　こめ
場合、比例値ＰＲ。

Ｐｒ、の値峻び積分値ＩＲ，ＩＬの傾きは一定である。

次に、このＰＩ制御の状態を第９図により具体的に説明
する。　例えば、混合気が理論空燃比より濃い方にずれ
た場合は、次のような原理で混合気は理論空燃比付近に
戻される。

第９図（ａ）の曲線Ａの左側部分に示すように混合気が
濃い方にずれると、空燃比が理論空燃比より濃い状態の
時間が薄い状態の時間より長くなる。

その結果、同図（ｂ）の曲線Ｂの左側部分に示すように
、０２センサ１２の電圧がスライスレベルＶｓより大き
くなる時間が長くなる。

この時補市係数αにより混合気を薄くするように制御さ
れるため、次第に補正係数αはこの０２センサの信号に
よって第９図（Ｃ）に示すようになる。

すなわち、ＩＲ分が■Ｌ分より大きくなるため、補正係
数αは小さくなる方向に徐々にずれていき、その結果、
空燃比が同図ｆａ）に示すように理論空燃比付近Ｃ二近
づくように制御されていく。

また、機関の始動時には、次のような制御を行う。

Ｔ１＝Ｔｐ　ｘ　（１＋ＫＡｓ　）　ｘ　１．３　＋Ｔ
ｓ’］ｌ”２　＝ＴＳ　Ｔ　ＸＫＮＳＴ　ＸＩ（ＴＳＴ
旧記旧式２式より、Ｔｌ、Ｔ２の両方を演算し、いずれ
か大きい方を始動時の燃料噴射量とする。

上式中、水温（二対する係数ＴＳＴ、機関回転数に対す
る係数ＫＮＳＴ及び始動経過時間に対する係数１（Ｔｓ
Ｔの特性は、夫々例えば第１０図、第１１図及び第１２
図に示すように設定する。

しかしながら、このような従来の空燃比制御装置にあっ
ては、燃料供給駄を理論空燃比となるように、機関回転
数と負荷の状態から算出し、その補１Ｅは０２センサに
よる排出ガス中の酸素濃度を７− 検出してフィードバックすることにより行っていたため
、燃料消費率の改善が進み、それに伴って空燃比Ａ、／
Ｆが大きくなり（Ａ／Ｆ　＝　２０〜２２）、機関の安
定度限界で機関を運転するようになった場合には、この
ような０２センサによるフィードバック制御では、最適
の空燃比制御ができず、燃費を最小にするための許容範
囲に空燃比を保つことができないという問題点があった
。

この発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、希薄燃
焼機関の運転状態を安定度限界で燃費最良点とするよう
に空燃比を制御し得るようにすることを目的とする。

そのため、この発明Ｃ二よる空燃比制御装置は、機関回
転数、負荷状態等の各運転状態（二対する吸入負圧の目
標値を設定し、運転中に実際の吸入負圧がこの目標値と
なるように空燃比を制御するようにして上記目的を達成
するものである。

以下、添付図面の第１３図以降を参照して、この発明の
詳細な説明する。

第１３図は、この発明の一実施例を示す機構部８− の構成図であって、第１図及び第２図に示した従来の空
燃比制御装置における０２センサ１２を排気マニホール
ド１６から取り除き、その代り（ニインテークマニホー
ルド９に吸入負圧を計測する負圧センサ１４を設けたも
ので、この負圧センサ１４の出力信号をコントロールユ
ニット２０に入力する。

この実施例におけるコントロールユニット２０は、第１
４図（ニブロック構成図を示すように、基本噴射量演算
回路２１．補正演算回路２２．空燃比補市演算回路２３
．燃料弁駆動信号発生器２４゜目標吸入負圧設定手段で
ある目標吸入負圧演算回路２５．比較回路２６．比例演
算回路２７．積分演算回路２８及び加算回路２９からな
り、目標吸入負圧演算回路２５を除く部分が燃料供給量
制御手段である。

クランク角センサ（図示していない）により検出される
機関回転数信号Ｓ１と、エアフローメータ７からの吸入
空気量信号Ｓ２またはスロットルチャンバ８〈−おける
絞り弁開度信号等の機関の負荷状況を示す信号を入力し
、基本噴射欲演算回路２１で基本噴射＠ＴＰを演算し、
デジタルあるいはアナログイ直で出力する。

この基本噴射ＥｊＬ　Ｔｐの値を、補正演算回路２２に
よって水温、加速時等の補正を行って、空燃比補正演算
回路２３に入力する。

空燃比補正演算回路２６は、補ＩＥ演算回路２２からの
人力に加算回路２９からの入力を乗じて、それをさらに
補正した値をデジタルまたはアナログイ直で出力する。

燃料弁駆動信号発生器２４は、空燃比補正演算回路２６
からの出力値に比例した時間だけフュエルインジェクタ
５の弁を開かせるための燃料弁駆動信号Ｓ３を出力する
。

一方、加算回路２９の出力すなわち空燃比補正係数αは
次のように演算される。

先ず、目標吸入負圧設定手段である目標吸入負圧演算回
路２５が、機関のＷ転条件を示す信号すなわちこの例で
は機関回転数信号Ｓ１と吸入空気量信号Ｓ２を人力して
、所定の演算を行うか、またはデータ読出し装置により
予めメモリされたテーブルデータからのデータの読み出
しによって目標吸入負圧を設定し、デジタルまたはアナ
ログ値を出力して比較回路２６に人力する。

次に、負圧センサ１４からの出力である吸入負圧信号Ｓ
４を入力している比較回路２６が、目標吸入負圧演算回
路２５の出力信号とこの吸入負圧信号Ｓ４を比較して、
前者から後者を減算した差を比例演算回路２７と積分演
算回路２８に夫々入力する。

比例演算回路２７と積分演算回路２８の動作は、基本的
に従来の回路と同じであるが、ＰＬ　＝ＰＲとなってい
る。　これらの２つの回路２７　、２８の出力は夫々加
算回路２９に供給され、加算されて空燃比補正係数αと
なり、前述のように空燃比補正演算回路２６へ入力され
る。

ここで、目標吸入負圧設定手段が機関回転数８１ζ二対
して予めメモリされたテーブルデータの読み出しによっ
て、目標とする吸入負圧値を設定する場合のテーブルデ
ータの例を次表に示す。

１１− この表は、基本噴射量（二相当する基本噴射パルス幅’
ｌ”ｐ（ｍｓｅｃ）と機関回転数Ｎ　（ｒｐｍ　）に対
応する目標吸入負圧値（ｍｍ　Ｈｇ　）を示している。

また、この表は、機関冷却水の温度が６０°以上の場合
の吸入負圧データを示しているので、６０゜以丁の場合
にはその時の水温（１応じて設定を変える必要がある。

例えば、エンジン回転数が１２００　ｒｌ）ｍで基本噴
射パルス幅が３０ｍ５ｅｃの時には、目標吸入負圧が一
３４０朋１−１ｇとなっているが、冷却水温が０°〜５
°Ｃの時には一３１０Ｂｆ−１ｇ　＋二変史する必要が
ある。

このような冷却水温に対する変更データも予め１２− メモリしておけばよい。　　また、これ以外の運転パラ
メータとして、例えば吸気温、油温、大気圧などによっ
ても目標吸入負圧を修正し得るようにしておくことが望
ましい。

なお、機関回転数に代えて負荷状態を示す吸入空気量又
は絞り弁開度に対する目標吸入負圧のテーブルデータを
作成して予め記憶させておき、吸入空気量信号Ｓ２又は
絞り弁開崩言号を入力して目標吸入負圧を設定するよう
にしてもよい。

第１５図は、車速４０１Ｇｎ／ｈにおける空燃比と点火
時期に対応する吸入負圧が夫々−３００ｍＨｇ　。

−３５０朋Ｈｇ及び−４００朋Ｈｇの等高線（実線）を
示すマツプである。　図中一点鎖線で示す等高線は、冷
却水の水温により−３５０ｍＨｇ線が高負圧側にずれた
場合を示している。

ある運転条件で、このマツプ上の吸入負圧の等高線は同
マツプ上の安定度の等高線（破線）とほぼ重なっている
。　したがって、図中に○印で示す安定限界の吸入負圧
を各運転条件で測定し、テーブル化したのが前掲の表で
ある。

このようにして設定した目標吸入負圧と、負圧センサ１
４で測定した実際の吸入負圧Ｓ４とを比較回路２６で比
較し、実際力吸入負圧Ｓ４の方が大きい場合は燃料を薄
くし、反対に小さい場合は濃くしてその差を縮少するよ
うに燃料供給量を制御するが、この制御について次にさ
らに詳しく説明する。

この燃料供給量の制御も従来の０２センサによる空燃比
制御の場合と基本的には同じであるが、異なるのは、Ｐ
Ｒ，Ｐｌ、が第１６図（ａ）に示す目標値との差Ｂ（１
３１〜］３３）に比例し、同図（ｂ）（二示すように、
Ｐ（ＰＲ，Ｐｔ）−Ｐｏ＋β・Ｂで示されることである
。

この制御は、安定度を一定以トに保つことを目的の一つ
としているので、燃料が希薄となり安定度が悪化した場
合は速かに安定な状態（二戻す必要がある。　したがっ
てＰＬを目標値との差１３に比例させている。　例えば
、第１６図の時点ＡではＰＬ＝ＰＬＯ＋βＰＬ・］Ｂ３
　　とする。

また、ヅ料が濃い場合も、燃費を向」ニするために、目
標値との差Ｂが大きい程ＰＲを大きくしている。　例え
ば第１６図の時点ＢではＰＲ−ＰＲＯ＋βＰＲ−Ｂ２と
する。（空燃比Ａ／Ｆが小さく５．燃料が濃いことによ
り、従来の機関では安定度は悪化するが、この発明によ
る制御を行う機関は、空燃比Ａ／Ｆが２０〜２２なので
安定度の悪化は考えなくとも良い。） 目標値との差Ｂ（二対する比例定数βｐＲ，βＰＬ及び
ＰＬＯ，ＰＲＯは、βＰＬ）βＰＲ、ＰＬＯ＞ＰＲＯと
してあり、燃料を濃くする時はすみやかに補正し、安定
度を改善する制御のスピードを早くしている。

また、目標値に向けて空燃比を制御しても、所定時間に
吸入負圧が運転条件によって定まる所定値より大きく変
化しない場合は、次の外乱が入るまで制御を中止し、そ
の制御値を保つ。

例えば、第１６図の時点Ｃでクランプして補正係数αを
一定に保つ。　これにより、制御が発散しないようにし
ている。

外乱等により制御する方向と反対に吸入負圧が変化した
場合、その値が所定値以」−変化したとき１５− は、その制御値より制御を再度開始する。　例えば第１
６図の時点１）でＰＲ＝ＰＲＯ＋βＰＲ−Ｂ３　とする
。

目標値以下の吸入負圧（安定度が悪い領域）でクランプ
した場合は、所定時間で制御を中止しα−１とする。

以−Ｌ説明してきたように、この発明（二よれば、イン
テークマニホールドに負圧センサを設けて吸入負圧を測
定し、この測定値と各運転条件に対する目標吸入負圧と
を比較し、その測定値が目標吸入負圧値と一致するよう
に、空燃比をフィードバック制御するようにしたので、
理論空燃比Ａ／ＦがＡ／Ｆ　＝　１５よりも大きい空燃
比（’Ａ／Ｆ　＞　１．５）での空燃比制御が可能とな
り、希薄燃焼機関の運転状態を安定度限界に保ち燃費最
良点とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、従来のＥＣＣ８による空燃比制御
装置の機構部を示す構成図、 第３図は、同じくそのコントロールユニットノフ１６− ロック構成図である。 第４図は、バッテリ電圧に対するバッテリ電圧補Ｉ五曲
線図、 第５図は、水温に対する水温増量補正曲線図、第６図は
、水温に対する始動後増量補正曲線図、第７図は、水温
に対するアイドル後増量補正曲線図である。 第８図は、空燃比フィードバック補正係数αのＰＩ副制
御説明図、 第９図（ａ）〜（Ｃ）は、ＰＩ副制御おける空燃比、０
２センサ電圧、空燃比フィードバック補正係数αの相互
関係を示す線図である。 第１０図は、機関の始動時における水温に応じた燃料噴
射量ＴＳＴの変化曲線図、 第１１図は、同じく機関回転数による補市係数ＫＮＳＴ
の変化曲線図、 第１２図は、同じく始動経過時間に応じた補正係数Ｉ（
ＴＳＴの変化曲線図である。 第１６図は、この発明の一実施例を示す機構部の構成図
、 ｉｌ　４図は、同じくそのコントロールユニットのブロ
ック構成図、 第１５図は、空燃比と点火時期（二対応する吸入負圧及
び安定度の等高純を示すマツプ、 第１６図（ａ）　（ｂ）は、この発明のＰＩ制御（二よ
る吸入口王と空燃比フィードバック補正係数との関係を
示す説明図である。 ５・・フュエルインジェクタ ７・・・エアフローメータ ８・・・スロットルチャンバ ９・・・インテークマニホールド １０．２０．・コントロールユニット １１　・水温センサ　　　１２・・・酸素センサ１３・
・・排気マニホールド　１４・・・負圧センサ２１・・
基本噴射量演算回路 ２２・・・補ＩＥ演算回路 ２６９．・空燃比補１五演算回路 ２４・燃料弁駆動信号発生器 ２５・・・目標吸入負圧演算回路（目標吸入負圧設定手
段） ２６・・・比較回路　　　　２７・・・比例演算回路２
８・・・積分演算回路　　２９・・・加算回路＝１９− ２０− 第８図 第９図 第１０図 第１１図 、第１２図 姶＠経伍埼聞　（Ｓ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内燃機関のインテークマニホールドに吸入負圧を計
   測する負圧センサを設けると共に、機関の運転状態に対
   応する吸入負圧の目標値を設定する目標吸入負圧設定手
   段と、前記負圧センサによって計測される吸入負圧の実
   際値と前記目標吸入負圧設定手段（二よって設定される
   吸入負圧の目標値との差に応じてその差を縮小するよう
   に・燃料供給計を制御する燃料供給阪制御手段とを備え
   たことを特徴とする空燃比制御装置。 ２　目標吸入負圧設定手段が、機関のイ転状態を示す回
   転数及び負圧状態に応じて目標吸入負圧を算出する演算
   回路である特許請求の範囲第１項記載の空燃比制御装置
   。 ３　目標吸入負圧設定手段が、機関の運転状態に応じて
   予めメモリされたテーブルデータからデータを読み出す
   データ読出し装置である特許請求の範囲第１項記載の空
   燃比制御装置。 ４　目標吸入負圧設定手段が、機関回転数波び負荷以外
   の冷却水温等の運転パラメータによって目標吸入負圧を
   修正する手段を備えている特許請求の範囲第１項乃至第
   ３項のいずれかに記載の空燃比制御装置。