JPS59196946A - 内燃機関の空燃比制御装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、自動車などに用いる内燃機関の空燃比制御装
置に関するものである。

〔従来技術〕

従来、自動車などに使用する内燃機関では燃費の低減あ
るいは排気ガス対策のために機関燃焼室に供給する混合
気の空燃比を制御する各種の方式の空燃比制御装置が用
いられている。例えば、排気ガス中の酸素濃度を検出す
る酸素センサ（０２センザ）のフィードバック信号を受
けて混合気の空燃比をフィードバック制御によって理論
空燃比に収束させるものや、酸素センナが正常に機能し
ない暖機モードにおいては混合気の空燃比をオープンル
ーズ制御によって目標値あるいは設定値に制御するもの
である。

ところで、この種の空燃比制御装置において空燃比を各
種の運転状態に応じて制御するためには運転状態を検出
する検出手段が必要となるが、従来はこの検出手段とし
てブーストセンサ（吸気圧センサ）を用いていた。とこ
ろが、このブーストセンサは高価であるばかシか、温度
依存性が有シ、空燃比を精度良く制御するためには温度
補償手段を設ける必要があ勺、装置全体のコストが高く
なってしまうという欠点があった。

〔発明の概要〕

本発明は上記のような欠点を解決するためになされたも
ので、その目的は安価な構成で機関の運転状態を精度良
く検出し、空燃比をきめ細かに制御し得るようにした内
燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。

このために本発明は、機関回転数を検出する回転数検出
手段と、スロットル弁開度を検出する弁開度検出手段と
、これら検出手段の検出出力と回転数の関数として定め
られた弁開度の基準値とによシ機関の運転状態を演算判
別処理によって検出する運転状態検出手段を設け、この
運転状態検出手段の検出出力に基づき空燃比を制御する
ようにしたものである。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。

同図において、まず機関側の構成を説明すると、（１）
はピストン、（２）はシリンダ、（３）は吸気弁、（４
）は排気弁、（５）は排気管、（６）は三元触媒コンバ
ータ。

（７）は吸気管、（８）はスロットル弁であシ、スロッ
トル弁（８）の上流側にはベンチュリ（９）およびエア
クリーナａ＠が設けられ、フロート室０υ内の燃料はエ
アクリーナａｏ）を経て吸入された吸入空気がベンチュ
リ（９）を通過する際にメイン燃料通路（Ｌのを経て吸
引されて、霧化され、吸入空気との混合気となってスロ
ットル弁（８）および吸気管（７）を介してシリンダ（
２）内に供給される。

この場合、メイン燃料通路（１２１の途中にはメインエ
アブリードＱ’ｌおよびメイン燃料電磁弁αａが設けら
れ、メイン燃料通路（１２４からベンチュリ（９）に到
る燃料はベンチュリ（９）の上流側に設けたメインエア
ブリード通路ａ９からの吸入空気によって微細化された
後ベンチュリ（９）に導かれ、またフロート室ａυから
メインエアブリードα騰に到る燃料量の一部はメイン燃
料電磁弁ａ４）の開閉によって可変される。

なお、このメイン燃料電磁弁（１４）はノーマルオープ
ン型の電磁弁である。

一方、スロットル弁（８）の下流側にはアイドルボート
αＱが設けられ、またベンチュリ（９）の上流側にはス
ローエアブリード通路（１７）が設けられ、さらにこれ
らアイドルボートαＱとスローエアブリート通路（１７
）との間のスロー燃料通路にはスロー燃料電磁弁ａ（至
）が設けられ、スロットル弁（８）がほぼ全閉状態とな
っているアイドル時において、スロー燃料電磁弁α樽を
開状態とすることによシフロート室αυ内の燃料をスロ
ーエアブリード通路αηからの吸入空気で吸引して混合
気とした後アイドルポート（ＬＩ１９から噴出させるよ
うになっている。なお、スロー燃料電磁弁（１８１はノ
ーマルクローズ型の電磁弁である。

また、アイドルボートα０から吐出させる混合気量スロ
ーアジャストスクリュー（Ｌωによって調整される。

ここで、スロットル弁（８）はアクセルペダル（図示せ
ず）に連結されておシ、走行中においてはアクセルペダ
ルの踏込量に対応した開度となる。

一方また、シリンダ（２）には吸気弁（３）の＃なかに
径の小さなジェットバルブ（２０）が設けられると共に
、このジェットバルブ翰とベンチュリ（９）の上流側と
の間にはベンチュリ（９）から吸気弁（３）に到る混合
気通路と並列にジェット燃料通路（２１）が設けられ、
この通路（２υの途中に開口したフロート室側からの燃
料路を開閉するように設けたジェット燃料電磁弁Ｑ渇を
開くことによシ、ジェットエア取入口（ハ）からの吸入
空気でフロート室αＤの燃料を吸引して高速の混合気を
形成してジェットパルプ（イ）によってシリンダ（２）
内に噴出させ、吸気管（７）からの混合気とは独立して
シリンダ（２）内に高速の混合気を供給すると共に、シ
リンダ（２）内で混合気のスワールを生じさせるように
なっている。この場合、ジェット燃料電磁弁Ｃ２３はノ
ーマルオープン型の電磁弁で構成されている。

次に、空燃比制御系の構成について説明すると、（至）
は排ガス中の酸素濃度を検出する酸素センナ、Ｇυは機
関の冷却水Ｃ３つの温度を検出する温度センサ、Ｑはス
ロットル弁（８）の開度がほぼ全閉状態の時、すなわち
アイドル運転時にオン（閉成）するアイドルスイツカ（
財）はスロットル弁（８）の回転軸に連結され、スロッ
トル弁（８）の開度に対応した電圧信号を出力する弁開
度検出器、Ｏ■は機関回転数Ｎを検出する回転数検出器
であシ、ここでは点火コイル（至）と断続器０７）との
接続点から機関回転数Ｎに対応した周期の回転パルス信
号を取出している。（至）は上記の酸素センサ（至）〜
回転数検出器（ハ）の検出出力信号に基づき、機関始動
後の全ての運転状態における空燃比をメイン燃料電磁弁
αもスロー燃料電磁弁ａ印およびジェット燃料電磁弁Ｑ
鴎の開閉状態を変えることによって理論空燃比あるいは
設定値に制御する制御回路である。この場合、スロー燃
料電磁弁αのはオンまたはオフのいずれかに制御される
が、メイン燃料電磁弁α荀およびジェット燃料電磁弁＠
はそのオン時間とオフ時間のデユーティ比が制御される
。

制御回路（ハ）は、第２図に示すように演算処理装置（
以下、ＣＰＵと略記）　（３８０）と、空燃比制御を行
うだめのプログラムや定数等を記憶したリードオンリメ
モリ（以下、ＲＯＭと略記）（３８１）と、演算途中の
結果などを記憶するランダムアクセスメモリ（以下、Ｒ
ＡＭと略記）（３８２）と、上記酸素センサ（ト）など
やメイン燃料電磁弁（１４）などとの信号送受用のイン
タフェース回路（以下、ＮＦＣと略記）　（３８３）と
から構成されている。

次に以上のような構成に係る動作について第３図〜第４
図に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、機関が始動されると、ＣＰＵ（３８０）はＲＯＭ
（３８１）に記憶されたプログラムに従って第３図に示
すメインルーチンの処理を実行する。すなわち、ＣＰＵ
（３８０）はステップ（１００）において回転数検出器
Ｇωからの出力信号を取込み該信号の周期を計測するこ
とによって現在の機関回転数Ｎを検出する。次にステッ
プ（１０１）において弁開度検出器（財）の出力信号を
取込んでスロットル弁（８）の開度θを検出する。この
場合、弁開度検出器０４）の出力信号は弁開度に対応し
たアナログ電圧信号であるだめ、Ｉ　Ｆ　Ｃ（３８３）
においてディジタル信号に変換された後ＣＰ　Ｕ　（３
８０）に取込まれる。次に、ＣＰＵ（３８０）はステッ
プ（１０２）において酸素センサ（至）の出力信号を取
込んで現在の運転状態における排ガス中の酸素濃度を検
出する。この場合、酸素センサ（至）の出力信号はＩ　
Ｆ　Ｃ（３８３）において基準電圧と比較されることに
よって高レベルまたは低レベルの信号に変換された後Ｃ
Ｐ　Ｕ　（３８０）に取込まれる。ＣＰＵ（３８０）は
この後ステップ（１０３）において温度センサ０υの出
力信号を取込んで現在の冷却水温度ＴＰを検出する。こ
の場合、温度センサ０υの出力信号はＩ　Ｆ　Ｃ（３８
３）においてディジタル信号に変換された後ＣＰ　Ｕ　
（３８０）に取込まれる。

ＣＰＵ（３８０）はこのようにして各種センサの出力信
号によシ機関回転数Ｎ、スロットル弁開度θ。

酸素濃度ＰＰＭおよび冷却水温度ＴＰを検出した後、次
のステップ（１０４）〜（１０９）において機関回転数
Ｎおよびスロットル弁開度θに基づき機関の運転モード
が始動モードであるのか、高負荷走行時のパワーモード
であるのがなどの運転状態を検出する。この実施例にお
ける運転モードは、酸素センサＣ３０）の機能が正常に
発揮されない暖機前における不活性モードと、冷却水温
が未だ充分に高まっていなし暖機モードと、暖機完了後
の低負荷時あるいは定速回転時の定常モードと、機関回
転数Ｎが４０　ＯＲＰＭ以下の状態である始動モードと
、高負荷走行時のパワーモードと、機関回転数Ｎが２０
０ＯＲＰＭ以上でかつアクセルペダルが離されている状
態（すなわちアイドルスイッチ３３がオンの状態）であ
る減速モードとに区別されている。

そして、不活性モード、暖機モードおよび定常モードは
、第５図に示すように機関回転数Ｎとスロットル弁開度
θとによりてさらに１６種類のゾーン２１〜ｚ１６に区
別されている。

そこで、ＣＰ　Ｕ　（３８０）はまずステップ（１０４
）において現在の運転状態がどのゾーンに該当するかを
検出する。すなわち、第４図のフローチャートに詳しく
示すように、まずステップ（２００）〜（２０３）にお
いてゾーン分割のために回転数に対応して定められたス
ロットル弁開度の４つの基準値０１〜θ４（但し、θ１
〉θ２〉θ３〉θ４）と現在のスロットル弁開度θとを
比較し、θ〉θｌであればステップ（２０４）において
ＲＡＭ（３８２）内に設けられた運転状態の識別用レジ
スタにパワーゾーンであることを示すパワーゾーンコー
ドをセットする。また、θ２〈θ〈θｌであればステッ
プ（２０５）においてゾーンｚ４〜Ｚ１６を示すゾーン
コードの中からさらに機関回転数Ｎに応じて選択した１
つのゾーンコードをセットし、さらにθ３くθ〈θ２で
あればステップ（２０６）においてゾーン２３〜ｚ１５
を示すゾーンコードの中からさらに機関回転数Ｎに応じ
て選択した１つのゾーンコードをセットする。

また、θ４くθくθ３であればステップ（２０７）にお
いてゾーン２２〜ｚ１４　を示すゾーンコードの中から
さらに機関回転数Ｎに応じて選択した１つのゾーンコー
ドを選択してセットし、さらにθ〈θ４であればステッ
プ（２０８）においてゾーンｚ１〜ｚ９を示すゾーンコ
ードの中からさらに機関回転数Ｎに応じて選択した１つ
のゾーンコードを選択してセットする。ステップ（２０
５）〜（２０８）の処理では、ステップ（２０８）の処
理を代表して図示しているように、ゾーン分割のために
定められた機関回転数の４つの基準値Ｎ１　（＝４０Ｏ
ＲＰＭ）、　Ｎ２　（＝１００ＯＲＰ　Ｍ　）　ｙ　Ｎ
３（＝２００　ＯＲＰ　Ｍ　）　？　Ｎ４　（＝４００
　ＯＲＰＭ）のうちＮ２〜Ｎ４　と現在の機関回転数Ｎ
とがステップ（２０８０）〜（２０８２）において比較
され、この比較結果に応じてゾーンコード（Ｚｌ）　、
　（Ｚ５）　。

（Ｚ９）、（Ｚｌ３）の１つがステップ（２０８３）〜
（２０８６）において選択されて運転状態の識別用レジ
スタにセットされる。

ｃ　Ｐ　Ｕ　（３８０）はこのようにして運転ゾーンを
検出した後、ステップ（１０５）〜（１０９）において
運転状態が始動モードル定常モードのいずれに該当する
かを検出し、この検出結果に基づき空燃比をオープンル
ーズによって制御するかあるいはフィードバックルーズ
によって制御するかを選択する。

すなわち、ステップ（１０５）において機関回転数Ｎと
基準値Ｎ１（−４０ＯＲＰＭ）とを比較し、Ｎ＜Ｎｌな
らば始動モードであることを検出し、またステップ（１
０６）において運転状態の識別用レジスタにパワーゾー
ンコードがセットされているか否かを判別し、セントさ
れている場合はパワーモードであることを検出する。ま
た、ステップ（１０７）において機関回転数Ｎと基準値
Ｎａ（＝２００ＯＲＰＭ）とを比較し、Ｎ３＞Ｎ１であ
シ、かつアイドルスイッチがオン状態になっている場合
には減速モードであることを検出し、さらにステップ（
１０８）において現在の冷却水温ＴＰと基準値’ｒｐｏ
とを比較し、’ｒｐ＜’ｒｐｏならば暖機モードである
ことを検出する。さらに、ステップ（１０９）において
酸素センサ（至）の出力電圧信号ＶＯ２と基準値Ｖとを
比較し、’ＶＯ２＜Ｖの状態が所定時間（例えば１０秒
）継続したならば酸素センサ（至）が不活性モードであ
ることを検出する。そして、始動モード、パワーモード
、減速モード、暖機モード、不活性モードではステップ
（１１１）のオープンループ制御処理を選択し、これ以
外のモードすなわち定常モードではステップ（１１０）
のフィードバック制御処理を選択する。すなわち、ＣＰ
Ｕ（３８０）は酸素センサ（至）の出力に基づくフィー
ドバック制御が不可能な運転モード（始動モード、暖機
モード、不活性モード、）および理論空燃比よシ馬力を
優先するためにフィードバック制御を行う必要のない運
転モード（パワーモード）ならびにフィードバック制御
を実行しても意味のない運転モード（減速モード）の特
殊な運転モードでは全てステップ（１１１）のオープン
ループ制御処理を選択する。そして、次のステップ（１
１２）においてメイン燃料電磁弁αａ、スロー燃料電磁
弁ａ秒およびジェット燃料電磁弁（２匂の駆動制御を行
う。

しかし、運転状態が上記の条件にない運転モード、すな
わち暖機運転完了後の低負荷時あるいは定速回転時の定
常モード等ではステップ（１１０）のフィードバック制
御処理を選択し、この後ステップ（１１３）においてジ
ェット燃料電磁弁（ハ）のオン時間（閉時間）とオフ時
間との比（パルスデューティ）を酸素センサ（至）の出
力信号を比例積分処理した信号に基づき比例積分制御（
ＰＩ制御）シ、シリンダ（２）に供給される混合気の空
燃比を理論空燃比に収束させる。すなわち、酸素センサ
００）の出力電圧信号ＶＯ２は第６図に示すように空燃
比がリッチ側のときは高い電圧レベルとなシ、リーン側
のときは低い電圧レベルとなるため、理論空燃比（−１
４，７）に対応する電圧を基準電圧ＶＴＲに設定し、酸
素センサ（至）の出力電圧信号ＶＯ２がこの基準電圧Ｖ
ＴＲを横切る毎にリッチ・リーン判別を行い、この判別
信号を第７図のタイムチャートに示すように比例積分処
理して制御量を決定し、これに対応してジェット燃料電
磁弁（イ）の駆動用の一定周期のパルス信号のデユーテ
ィ比り、を制御する。

これによシ、シリンダ（２）内に供給される混合気の空
燃比は第８図に示すようにジェット燃料電磁弁（２鴎の
オン時間デユーティが長くなるのに比例してリーン側に
制御され、逆にオン時間デユーティが短くなるのに比例
してリッチ側に制御される。このようなフィードバック
制御が継続して行われる結果、シリンダ（２）内に供給
される混合気の空燃比は理論空燃比に収束する。この場
合、フィードバック制御時においては、メイン燃料電磁
弁←ａはその駆動パルスのデユーティ比が第１表に示す
ように１００係に設定されて全閉状態に駆動され、一方
スロー燃料電磁弁α印はその駆動パルスがオン饅に設定
されて全開状態に駆動される。このため、シリンダ（２
）内にはジェットバルブ（イ）を経由した混合気と、メ
イン燃料電磁弁ａ荀のバイパス通路（２４）を通ってベ
ンチュリ（９）で霧化され、かつ吸気弁（３）を経由し
た混合気と、アイドルボーＨ６）からの混合気とが供給
されることになる。フィードバック制御時においてはこ
れら３つの通路からの混合気の空燃比がジェットバルブ
（イ）のみからの混合気の空燃比を変えることによって
理論空燃比に制御される。

第１表 この場合、ＰＩ制御におけるリッチ側およびリーン側の
比例定数ＰＲ，ｐＬと、リッチ側およびリーン側の積分
定数ＩＲ，ＩＬは次の第２表に示すように運転ゾーン別
に定められ、きめ細かな制御が行われる。

第２表 さて、ＣＰ　Ｕ　（３８０）は第３図のステップ（１１
１）のオンプンルーブ制御処理において運転モード別に
次の第３表〜第６表に示すようなデユーティ比で電磁弁
α力、　（１８）　、　ｏａを制御する。

第３表 第５表 第６表 すなわち、ＣＰＵ（３８０）は始動モードにおいてはス
ロー燃料電磁弁αυのみを全開状態として機関をアイド
ルボートＱｅ）のみの混合気によって回転さセル力、パ
ワーモードにおいては機関回転数Ｎに応じてメイン燃料
電磁弁（１４およびジェット燃料電磁弁翰のデユーティ
比を第４表に示すように設定してシリンダ（２）内に供
給される混合気の空燃比を制御する。また、減速モード
では３つの電磁弁Ｉ。

ａｓ　、　ｅａの全てを全閉状態として燃料を遮断する
。

さらＫ、ＣＰＵ（３８０）は暖機モードにおいてはメイ
ン燃料電磁弁（１４）およびジェット燃料電磁弁（２り
のデユーティ比を第６表に示すように運転ゾーン別に設
定し、シリンダ（２）内に供給される混合気の空燃比を
制御する。また、不活性モードにおいてはメイン燃料電
磁弁＜１４）のデユーティ比を１００優にして全閉状態
とすると共に、ジェット燃料電磁弁（ハ）のデユーティ
比を第６表に示すように運転ゾーン別に設定し、混合気
の空燃比を制御する。

定常モード、暖機モードおよび不活性モード時において
このように機関回転数Ｎとスロットル弁開度θとに応じ
て定めた運転ゾーン別にメイン燃料電磁弁Ｏａおよびジ
ェット燃料電磁弁（ハ）のデユーティ比を設定すること
によシ、空燃比をきめ細かに精度良く制御することがで
きる。そして、この場合の運転ゾーンは回転数検出器（
ハ）と弁開度検出器０◇の検出出力に基づきＣＰ　Ｕ　
（３８０）の演算判別処理によって識別しているため、
ＣＰＵ（３８０）を含めたとしてもブーストセンサを用
いる場合よル安価に構成することができ、装置全体のコ
スト低減を図ることができる。

なお、実施例においては空燃比をフィードバック制御す
る場合とオープンルーズ制御する場合を示しているが、
本発明はいずれか一方の制御方式をとる場合でも適用で
きることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、機関回転数を検出する回
転数検出手段と、スロットル弁開度を検出する弁開度検
出手段と、これら検出手段の検出出力によシ機関の運転
状態を演算判別処理によって検出する運転状態検出手段
を設け、この運転状態検出手段の検出出力に基づき空燃
比を制御するようにしたものである。

このため、機関の運転状態を安価な構成で精度良く検出
し、空燃比をきめ細かに制御することができる。これに
伴い、燃費をさらに改善することができ、また環境対策
上からも有益な効果を期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は制御
回路の詳細構成を示すブロック図、第３図および第４図
は制御回路の動作内容を示すフローチャート、第５図は
運転状態の区分を示す図、第６図は酸素センサの出力特
性を示すグラフ、第７図はフィードバック制御時の酸素
センサ出力とジェット燃料電磁弁のデユーティ比の変化
を示すタイムチャート、第８図はジェット燃料電磁弁の
デユーティ比とシリンダ内の空燃比との関係を示すグラ
フである。 （１）・・・・ピストン、（２）・・・・シリンダ、（
３）・・・・吸気弁、（７）・・・・吸気管、（８）・
・・・スロットル弁、（９）・・−・ベンチュリ、α０
）・・・・エアクリーナ、（１２＋・・・・メイン燃料
通路、ａ４・・・・メイン燃料電磁弁、（１０・・・・
アイドルボート、０樟・・・・スロー燃料電磁弁、（イ
）・・・・ジェットパルプ、（２２１・・・・ジェット
燃料電磁弁、Ｃ３０）・・・・酸素センサ、６υ・・・
・温度センサ、（至）・・・・アイドルスイッチ、０４
）・・・・弁開度検出器、（３句・・・・回転数検出器
、（至）・・・・制御回路、（３８０）・・・・演算処
理装置、（３８１）・・・・リードオンリメモリ、　　
（３８２）・・・・ランダムアクセスメモリ、（３８３
）・・・・インタフェース回路。 代理人　　大　岩　増　雄 ・　２パパ ２．’５７　ｊノ１ ［′４、□・： 顎５７・１ 一一÷圀肱粒Ｎ　（Ｒｐ＋ｚ） 、　６；”＝１ ＯＮｙ″Ｌ−テイ 千　イ、Ｊこ　補　正　書（自ν 特許庁長官殿 １、事件の表示　　　ｈ′願昭５８−７１７５８号２　
発明の名称　　　内燃機関の空燃比制御装置３、補正を
する者 方式６） （１）　　明細書第１２頁第１８行のｒ　Ｎｓ　＞Ｎ＋
　Ｊを「Ｎ３〉Ｎ」と補正する。 （２）　　同書第１４頁第７〜１１行の「この後〜（Ｐ
■制御）シ」を次の通シ補正する。 ［酸素センサ（３０）の出力信号を比例積分処理し、ジ
ェット燃料電磁弁Ｃ望のオン時間（閉時間）とオフ時間
（パルスデューティ）を決定し、ステップ０１２）にお
いて、ステップ０１０）の処理結果に基づきジェット燃
料電磁弁（２′ｌＪを駆動し、比例積分制御（ＰＩ制御
）することにより」 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関回転数を検出する回転数検出手段と、スロットル弁
   開度を検出する弁開度検出手段と、機関燃焼室に供給す
   る混合気の空燃比を可変する電磁弁と、上記回転数検出
   手段および弁開度検出手段の検出出力と回転数の関数と
   して定められた弁開度の基準値との比較によシ機関の運
   転状態を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検
   出手段の検出出力を受は該検出出力に対応して上記電磁
   弁の制御量を制御する制御手段とを備えてなる内燃機関
   の空燃比制御装置。