JPS59196947A - 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、内燃機関の空燃比、詳しくは始動時の空燃比
を制御する空燃比制御装置に関するものである。

〔従来技術〕

従来、自動車などに用いる内燃機関においては始動性を
良くするために始動時の空燃比を機関温度あるいは冷却
水温等に応じて自動的にまたは手動によってリッチ側に
制御するチョーク弁が使用されている。

しかし、とのチョーク弁はスロットル弁の上流側におい
て吸入空気通路を機械的に単に開閉する機械式のもので
あるため、始動時の空燃比を高精度できめ細かに制御す
ることができず、機関を確実に始動し得なくなる場合も
あるという欠点があった。

〔発明の概要〕

本発明はこのような欠点を解決するためになされたもの
で、その目的は始動時の空燃比を高精度できめ細かに制
御することができ、機関を確実に始動し得る内燃機関の
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、機関の回転数を検出する回転数検
出手段と、機関の冷却水温を検出する温度セ／すと、機
関燃焼室に供給する混合気の空燃比を可変する第１およ
び第２の電磁弁と、上記回転数検出手段および温度セン
サＯ検出出力を受け機関の始動時に冷却水温に応じて上
記第１および第２の電磁弁の制御量を設定値に制御する
制御手段とを設けて始動時の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（１０）が設けられ、フロート室（１１
）内の燃料はエアクリーナ（１０）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（１２）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（１２）の途中にはメインエ
アブリード（１３）およびメイン燃料電磁弁（１４）が
設けられ、メイン燃料通路（１２）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（１５）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（１１）からメインエアブリード（１３）に到る燃料
量の一部はメイン燃料電磁弁（１４）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）
　（１６）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
にこれらアイドルポート（１６）とスローエアブリード
通路（１７）との間のスロー燃料通路にはスロー燃料電
磁弁（１８）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（１８）を開状態とすることによりフロート室（１１
）内の燃料をスローエアブリード通路（１７）からの吸
入空気で吸引して混合気とした後アイドルボー）　（１
６）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（１８）はノーマルクローズ型の電磁弁である
。まだ、アイドルポート（１６）から吐出させる混合気
量スローアジャストスクリュー（１９）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）に連結されており、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）　Ｋは吸気弁（３）のほかに径
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（２０）とベンチュリ（９）の上流
側との間にはべ／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）カニ設け
られ、この通路（２１）の途中に開口したフロート室（
１１ンからの燃料路を開閉するように設けたジェット燃
料畦磁弁（２２）を開くことによシ、ジェットエア取入
口（２３）からの吸入空気でフロート室（１１）の燃料
を吸引して高速の混合気を形成してジェットバルブ（２
０）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）内て混合気の
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（２２）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、（３０
）は排ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ、（３１
）は機関の冷却水（３２）の温度を検出する温度センサ
、（３３）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
ドルスイッチ、（３４）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、（３５）は機関回転数Ｎ
を検出する回転数検出器であり、ここでは点火コイル（
３６）と断続器（３７）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。（３８
）は上記の酸素セン？　（３０）〜回転数検出器（３５
）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（１４）　、スロ
ー燃料電磁弁（１８）およびジェット燃料電磁弁（２２
）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ちる。この場合、スロー燃
料電磁弁（１８）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（１４）およびジェット燃料
電磁弁（２２）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（３８）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
行なうだめのプログラムや定数等を記憶したり一ドオン
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、ＲＡＭと略記）　（３８２）と、上記酸素センサ（
３０）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、ＩＦＣ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ＲＯ
Ｍ（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、ＣＰ
Ｕ　（３８０）はステップ（ｉｏｏ）において回転数検
出器（３５）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（３４）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（３４）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ため、ＩＦＣ（
３８３）においてディジタル信号に変換された後ＣＰＵ
　（３８０）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（３０）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（３０）の出力
信号はＩＦＣ（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ＣＰＵ　（３８０）に取込まれる。ＣＰＵ　（３８
０）はこの後ステップ（１０３）において温度センサ（
３１）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（３１）の出力信号はＩ
ＦＣ（３８３）においてディジタル信号に変換された後
ＣＰＵ　（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
信号により機関回転数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）〜（１０’ｄ’＞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
であるのか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（３０）
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かい暖機モード
と、Ｖ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４００　ＲＰｈ４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２００ＯＲＰＭ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
とによってさらに１６種類のシー、／Ｚｌ〜２１６に区
別されている。

そこで、ＣＰＵ　（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θ１゜θ４　（但し、θ１
ンθ２〉θ３ンθ４）と現在のスロットル弁開度θとを
比較し、θ〉θ１であればステップ（２０４）において
Ｒ，６Ｊｉ　（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くθ１　であればステップ（２０５）に
おいてゾーン２４〜２１６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〈θ＜Ｉ）２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ｖｃ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０くθ
３　であれはステップ（２０７）においでゾーン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くθ４であればステップ（２０８）におい
てゾーン２１〜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（２０５）〜（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′）の基準値Ｎｌ　（＝４０ＯＲＰＭ）　、Ｎ
２（＝１００ＯＲＰＭ）、Ｎ５（＝２００ＯＲＰＭ）　
、　Ｎ４　（−４００ＯＲＰＭ）のうちＮ２〜Ｎ４と現
在の機関回転数Ｎとがステップ（２０８０）〜（２０８
２）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）　。

（ｚｔ３）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。

ＣＰＵ　（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（１０
５）において機関回転数Ｎと基準値Ｎｌ　（＝４０ＯＲ
ＰＭ）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（１０６）　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、セッ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Ｎ３　（＝２００ＯＲ
ＰＭ　）とを比較し、Ｎ３　＞Ｎｌ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（ｉｏｓ）におい
て現在の冷却水温ＴＰと基準値ＴＰｏとを比較し、ＴＰ
（ＴＰｏ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（３ｏ
）の出力電圧信号Ｖｏ２と基準値■とを比較し、ｖｏ２
く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（３０）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（ｉｉｇ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（ｉｉｏ）のフィードバッ
ク制御処理を選択する。すなわち、ＣＰＵ（３８０）は
酸素センサ（３０）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
性そ−ド）および理論空燃比より馬力を優先するために
フィードバック制御を行な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（ｔｉｉ）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（１１２）におい
てメイン燃料電磁弁（１４）　。

スロー燃料電磁弁（１８）およびジェット燃料電磁弁（
２２）の駆動制御を行なう。

し、ｊ・λ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（１１２）にお
いてジェット燃料電磁弁（２２）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（
３ｏ）の出方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）し、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、
酸素センナ（３ｏ）の出力電圧信号ＶＯ２は８６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（＝１４．７）　　Ｋ対応する電圧を基準電圧ｖ
ＴＩ。

に設定し、酸素センサ（３ｏ）の出力電圧信号ＶＯ２が
この基準電圧ＶＴ　Ｒを横切る毎にリッチ・リーン判別
を行ない、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（２２）の駆動用の一定周期の
パルス信号のデユーティ比ＤＪを制御する。これにより
、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（２２）のオン町間
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
続して行なわれる結果、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（１４）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％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（１８メはその駆動パルス
がオン側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（２０）を経由
した混合気と、メイン燃料電磁弁（１４）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、アイドルボート（１
６）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ＩＲｔＩＬ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なわれる。

第２表 さて、ＣＰＵ　（３８０）は第３図のステップ（１１１
）のオープンルーズ制御処理において運転モード別に次
の第３表〜第７表に示すようなデユーティ比で電磁弁（
１４）　、　（１８）　、　（２２）を制御する。

第３表 第４表 （始動モード） （パワーモード） 第６表 第７表 （不活性モード） すなわち、ＣＰＵ　（３８０）は始動モードにおいては
メイン燃料電磁弁（１４）およびジェット燃料電磁弁（
２２）のデユーティ比を第４表に示すように冷却水温に
応じて異なる値に設定し、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、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（２２）のデユーティ比を第
５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（１４）　。

（１８）　、　（２２）の全てを全閉状態として燃料を
遮断する。

サラニ、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
２）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％にして全開
状態とすると共に、ジェット燃料電磁弁（２２）のデユ
ーティ比を第７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。

始動モード時においてジェット燃料電磁弁（２２）およ
びメイン燃料電磁弁（１４）のデユーティ比（制御量）
をこのようにして冷却水温に応じた値に設定することに
より、始動時の空燃比をきめ細かく高精度で制御するこ
とができる。

なお、実施例においてジェット燃料通路（２１）の出口
は吸気弁（３）の上流側に配置してもほぼ同様な効果を
得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、機関の回転数を検出する
回転数検出手段と、機関の冷却水温を検出する温度セン
サと、機関燃焼室に供給する混合気の空燃比を可変する
第１および第２の電磁弁と、上記回転数検出手段および
温度セ／すの検出出力を受は機関の始動時に冷却水温に
応じて上記第１および第２の電磁弁の制御量を設定値に
制御する制御手段とを設けて始動時の空燃比を制御する
ようにしたものである。

このため、始動時の空燃比を高精度できめ細かに制御す
ることができ、機関を確実に始動させることができ、運
転性の向上を図ることができる。

【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
センザ出カ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）・・Φ・シリンダ、
（３）・・・・吸気弁、（７）曹・・・吸気管、（８）
・・・・スロットル弁、（９）・・・・ベンチュリ、（
１０）・・・・エアクリーナ、（１２）・・・・メイン
燃料通路、（１４）・・・・メイン燃料電磁弁、（１６
）・・・・アイドルホー）、（１８）・・・・スロー燃
料電磁弁、（２０）・・・・ジェットバルブ、（２２）
・・・・ジェン）　（；！料電磁弁、（３０）・・・・
酸素センサ、（３１）・・・・温度センサ、（３３）・
・・・アイドルスイッチ、（３４）・・・・弁開度検出
器、（３５）・−・・回転数検出器、（３８）・・・・
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 特許庁長官殿 １．事件の表示　　　ｂ・願昭５８−７１７５９号２、
発明の名称　　　内燃＠関の空燃比制御装置；３．補正
をする者 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
５　補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 （１１明細書第１２頁第１２行のｒＮ３＞Ｎ、ＪをｒＮ
、＞ＮＪと補正する。 （２）同書第１４頁第１〜５行の［この後〜（ＰＩ副制
御シ」を次の通り補正する。 ［酸素センサ（至）の出力信号を比例積分処理し、ジェ
ット燃料電磁弁＠のオン時間（閉時間）とオフ時間の比
（パルスデューティ）を決定し、ステップへ１２）にお
いて、ステップα１０）の処理結果に基づきジェット燃
料電磁弁（２２）を駆動し、比例積分制御（ＰＩ副制御
することにより」以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関の回転数を検出する回転数検出手段と、機関の冷却
   水温を検出する温度センサと、機関燃焼室に供給する混
   合気の空燃比を可変する第１および第２の電磁弁と、上
   記回転数検出手段および温度センサの検出出力を受は機
   関の始動時に冷却水温に応じて上記第１および第２の電
   磁弁の制御量を設定値に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。