JPS5996452A - 内燃機関の空燃比部分リ−ン制御方法 - 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、内燃機関の空燃比部分リーン制御方法に係り
、特に、三元触媒を用いて排気ガス浄化対策が施された
自動車用エンジンに用いるのに好適な、空燃比センサの
出力に応じて空燃比が理論空燃比となるよう閉ループ制
御するフィードバック制御を基本として、所定のリーン
運転条件が成立した時は、空燃比が理論空燃比よりリー
ン側となるよう間ループ制御するリーン制御を行うよう
にした内燃機関の空燃比部分リーン制御方法の改良に関
する。

一般に、内燃機関、特に、三元触媒を用いて排気ガス浄
化対策が施された自動車用エンジンにおいては、その空
燃比を理論空燃比近傍に保持する必要があり、そのため
、種々の空燃比制御方法が提案されている。その一つに
、空燃比センサを排気マニホルドに配設し、該空燃比セ
ンサの出力に応じて空燃比が理論空燃比となるよう閉ル
ープ制御するフィードバック制御を行う方法が知られて
おり、このフィードバック制御によれば、空燃比を厳密
に理論空燃比近傍に保持できるという特徴を有する。従
って、従来は、このフィードバック制御をエンジン運転
状態に拘らず常時実施するようにしていたものであるが
、一方、燃料消費量に着目すると、このフィードバック
制御を常時行う方法は、最善の方法ではなく、例えば、
軽負荷運転状態においては、排気ガス中の有害成分であ
る窒素酸化物の排出量がもともと小さいため、排気ガス
浄化性能を若干犠牲にしても、空燃比が理論空燃比より
リーン側となるように制御した方が、エンジンの燃費性
能は向上する。なお、空燃比を理論空燃比よりリーン側
とした場合には、エンジンの出力も若干低下するが、軽
負荷運転状態であれば特に問題を生じることはない。

上記のような知見に基づいて、空燃比センサの出ツノに
応じて空燃比が理論空燃比となるよう閉ループ制御する
フィードバック制御を基本として、所定のリーン運転条
件が成立した時は、空燃比が理論空燃比よりリーン側と
なるよう間ループ制御するリーン制御を行うようにした
部分リーン制御が考えられている。この部分リーン制御
においては、第１図に示すような、エンジン回転数Ｎに
対する、吸気管圧力の変化特性と、同じくエンジン回転
数Ｎに対する燃料基本噴射パルス幅Ｔｐとの相関性の良
さを利用して、例えば第２図に示す如く、燃料基本噴射
パルス幅Ｔｐが、Ｔｐｏ〜ＴＰ＋の間にあるスロットル
バルブの全開時には、前記フィードバック制御を実施し
、Ｔｐ＋〜°１−Ｐαの間にある軽負荷域においては、
前記り一ン制御を実施し、Ｔｐα〜Ｔｐｎ間にある通常
運転状態では、前記フィードバック制御を実施し、更に
、Ｔｐｎ以上である出力領域では、空燃比が理論空燃比
よりリッチ側の出力空燃比、例えば１２〜１３となるよ
う開ループ制御する出力制御を実施するようにしている
。ここで、前記燃料基本噴射パルス幅ＴＰは、エンジン
の吸入空気量Ｑとエンジン回転数Ｎを用いて、次式によ
り算出されるものである。

Ｔ　ｐ　＝Ａ　（Ｑ／Ｎ　）・・・（１）ここでＡは定
数である。

前記のような部分リーン制御におけるリーン制御領域の
減量比は、例えば第３図に示す如く、ＴＰＯ〜ＴＰα間
を分割して各ブロック毎に設定されており、従って、同
じくリーン制御領域における空燃比は、第４図に示す如
くとなっている。

この部分リーン制御は、例えば第５図に示すよ３− うな流れ図に沿って実施される。即ち、まずステップ１
０１において、他のルーチンで算出された燃料基本噴射
パルス幅ＴＰが、Ｔｐｎ以上であるか否かが判定され、
Ｔ　ｐ　ｎ以上である場合には、出力制御領域であるり
で、ステップ１０２に進んで、出力空燃比を得るのに必
要な出力制御値が計眸され、更に、ステップ１０３で、
計算値に応じて補正量がセットされる。一方、燃料基本
噴射パルス幅ＴｐがＴｐｎ未満である場合には、ステッ
プ１０４に進み、ＴＰα以上であるか否かが判定される
。燃料基本噴射パルス幅ＴｐがＴＰα以上である場合に
には、フィードパ、ツク制御領域であ゛　　　るので、
ステップ１０５に進み、空燃比センサの出力に応じてフ
ィードバック制御値が計算され、ステップ１０３で補正
量がセットされる。又、燃料基本噴射パルス幅ＴｐがＴ
ｐα未満である場合には、ステップ１０６に進み、１１
１未満であるか否かが判定される。燃料基本噴射パルス
幅ＴｐがＴＰ１以上である場合には、リーン制御領域で
あるので、ステップ１０７に進み、前出第３図に４− 示したような減量比に従って、Ｔｐ値に応じたリーン制
御値を計算し、ステップ１０３で補正量をセットする。

又、ステップ１０６で燃料基本噴射パルス幅ＴＰが１１
１未満であると判定された場合には、前出ステップ１０
５に進み、フィードバック制御値を計算して、ステップ
１０３で補正量をセットする。

この部分リーン制御によれば、従来の、フィードバック
制御を常時行う方法に比べて、排気ガス浄・化性能を損
うことなく、燃費性能を大幅に向上することができると
いう特徴を有する。

しかしながら一般に、リーン制御時の空燃比は、例えば
高度の変化による大気圧の変化に伴って、第６図（Ａ）
に一点鎖線Ａで示す如く変化する。

一方、この時の空燃比に対応する窒素酸化物ＮＯｘの排
出量は、第６図（Ｂ）に同じく一点鎖線Ａで示す如くと
なり、理論空燃比（ストイキと称する）よりややリーン
側でピークを持つ特性を示す。従って、従来の部分リー
ン制御においては、リーン制御時に大気圧が低くなった
場合には、ＮＯｘの排出量が増加するという問題点を有
していＩこ。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、大気圧が低い場合においても、ＮＯｘ排出量が増
大することがない内燃機関の空燃比部分リーン制御方法
を提供することを目的とする。

本発明は、空燃比センサの出力に応じて空燃比が理論空
燃比となるよう閉ループ制御するフィードバック制御を
基本として、所定のリーン運転条件が成立した時は、空
燃比が理論空燃比よりり一ン側となるよう間ループ制御
するリーン制御を行うようにした内燃機関の空燃比部分
リーン制御方法において、第７図にその要旨を示す如く
、大気圧が所定値以下である時は、リーン運転条件が成
立しても、前記フィードバック制御を行うようにして、
前記目的を達成したものである。

本発明によれば、大気圧の変化による空燃比の変化状態
は、前出第６図（Ａ）に実線Ｂで示ず如くとなり、従っ
て、この時の空燃比に対応するＮＯｘ排出量は、第６図
（Ｂ）に、実線Ｂ及び点Ｃで示す如くとなるので、ＮＯ
ｘの多舖排出条件での運転が避けられ、大気圧の変化に
よるＮＯｘ排出量の増加が防止される。

以下図面を参照して、本発明に係る内燃機関の空燃比部
分リーン制御方法が採用された、自動車用エンジンの吸
入空気量感知式電子制御路ね噴射装置の実施例を詳細に
説明する。

本実施例は、第８図に示す如く、外気を取入れるための
エアクリーナ１２と、該エアクリーナ１２により取入れ
られた吸入空気の流量を検出するためのエアフローメー
タ１４と、該エアフローメータ１４に内蔵された、例え
ばポテンショメータ式の吸気量センサ１６と、同じくエ
アフローメータ１４に内蔵された、吸入空気の温度を検
出するための吸気温センサ１８と、吸気管２０に配設さ
れ、運転席に配設されたアクセルペダル（図示省略）と
連動して回動するようにされた、吸入空気の流量を制御
するためのスロットルバルブ２２と、吸気マニホルド２
４に配設された、エンジン　７− １ｏの各吸気ボー１〜に向けて高圧燃料を１ＩｉｆＡす
るためのインジェクタ２６と、エンジン１０のクランク
軸の回転速度に応じた周波数のパルス信号を出力する回
転ｉ！度センサ２８と、エンジン１０のシリンダブロッ
クに配設された、エンジン冷却水温を検出するための水
温センサ３０と、排気マニホルド３２の出口側に配設さ
れた、排気ガス中の残存酸素濃度力日う空燃比のリッチ
−リーン状態を検知するための酸素濃度センサ（０２セ
ンサと称する）３４と、排気管３６の下流側に配設され
た三元触媒コンバータ３８と、大気圧を検知するための
大気圧セン量す３９と、前記エアフローメータ１４の吸
気量センサ１６出力から求められるエンジン１０の吸入
空気量Ｑと前記回転速度センサ２８出力から求められる
エンジン回転数Ｎから前記（１）式に従って燃料基本噴
射パルス幅Ｔ　ｐを算出し、これに前記水温センサ３０
出力のエンジン冷ｆＪｌ水温等に応じて補正を加え、更
に、前記０２センサ３４の出力に応じて空燃比が１！！
論空燃比となるよう燃料噴射パルス幅を閉ループ制Ｗ　
ｔ８− るフィードバック補正を基本として、所定のり一ン運転
条件が成立した時は、空燃比が理論空燃比よりリーン側
となるよう燃料噴射パルス幅を間ループ制御するリーン
補正ど、所定のリッチ運転条件が成立した時は、空燃比
が理論空燃比よりリッチ側の出力空燃比となるよう燃料
噴射パルス幅を間ループ制御するリッチ補正を行い、又
、前記大気圧センサ３９によって検知される大気圧が所
定値、例えば６５０〜６８０ｍｍ１−１ｇ以下である時
はリーン運転条件が成立していても、前記フィードバッ
ク補正を行うことによって燃料実行噴射パルス幅を決定
し、前記インジェクタ２６に開弁時間信号を出力する電
子制御ユニット（以下ＥＣＵと称する）４０とから構成
されている。

前記ＥＣＵ４０は、第９図に詳細に示す如く、燃料噴射
パルス幅を演算するための、例えばマイクロプロセッサ
からなる中央処理ユニット（０，ＰＵと称する）４２と
、前記回転速度センサ２８の出力によりエンジン１回転
に１回エンジン回転数を旧教すると共に、その旧教の終
了時に割込み制胛部４６に割込み指令信号を出力づる回
転数カウンタ４４と、該回転数カウンタ４４出ノ〕の割
込み指令信号に応じて割込み信号を発生し、ＣＰ　Ｕ４
２に燃料噴射パルス幅の演算を行う割込み処理ルーチン
を実行させる割込み制御部４６と、スタータ（図示省略
）の作動を制御しているスタータスイッチ５０から入力
されるスタータ信号等のデジタル信号をＣＰＵ４２に入
力するためのデジタル入力ポート５２と、前記吸気量セ
ンサ１６、吸気温センサ１８、水温センサ３０、ｏ２セ
ンサ３４、大気圧センサ３９等から入力される各アナロ
グ信号を、デジタル信号に変換して順次ＣＰＵ４２に入
力するための、アナログマルチプレクサ及びアナログ−
デジタル変換器からなるアナログ入力ボート５４と、前
記回転数カウンタ４４、割込み制御部４６、デジタル入
力ポート５２、アナログ入力ポート５４等の出力情報を
ＣＰＵ４２に伝達するためのコモンバス５６と、キイス
イッチ５８を介してバッテリ６０に接続された電源回路
６２と、ＣＰＵ４２における計算データ等を一時的に記
憶しておくための、読取り、書き込みを行えるランダム
アク廿スメモリ（ＲＡＭと称する）６４と、制御プログ
ラムや各種データ等を記憶しておくためのリードオンリ
ーメモリ（ＲＯへ４と称する）６６と、ＣＰＵ４２で算
出された燃料実行噴射パルス幅を表わすデジタル信号を
実際のインジェクタ２６の開弁時間を与えるパルス幅の
パルス信号に変換するための、レジスタを含むダウンカ
ウンタよりなる燃料噴射時間制御用カウンタ６８と、該
）ｙウンタ６８出力のパルス信号を、前記インジェクタ
２６を駆動する量弁時間信号に変換するための電力増幅
部７０と、経過時間を測定るすためのタイマ７２とから
構成されている。

以下作用を説明する。

本実施例における部分リーン制御は、第１０図に示すよ
うな流れ図に従って実施される。即ち、まず前出第５図
に示したと同様のステップ１０１において、他のルーチ
ンで算出された燃料基本噴射パルス幅Ｔ　Ｐ　ｆ）＜　
Ｔ　ｐ’　ｎ以上であるか否かが判定される。判定結果
が正である場合には、出力制御１１− 領域であるのでステップ１０２に進んで、出力空燃比を
得るのに必要な出力制御値が計算され、更にステップ１
０３で計算値に応じて補正量がセットされる。一方、前
出ステップ１０１における判定結果が否である場合、即
ち、燃料基本噴射パルス幅ＴＰがＴｐｎ未満である場合
には、ステップ１０４に進み、Ｔｐα以上であるか否か
が判定される。判定結果が正である場合には、フィード
バック制御領域であるので、ステップ１０５に進み、前
記０２センサ３４の出力に応じてフィードバック制御値
が計算され、ステップ１０３で補正量がセットされる。

又、ステップ１０４における判定結果が否である場合、
即ち、燃料基本噴射パルス幅ＴｐがＴＰα未満である場
合には、ステップ１０６に進み、１２１未満であるか否
かが判定される。判定結果が正である場合に゛は、前出
ステップ１０５に進み、フィードバック制御値を計算し
て、ステップ１０３で補正量をセットする。ステップ１
０６における判定結果が否である場合、即ち、従来例に
おけるリーン運転条件が成立した場１２− 合には、ステップ２０１に進み、前記大気圧センサ３９
によって検知される大気圧ｐａが、所定値Ｘより大であ
るか否かを判定する。判定結果が正である場合には、ス
テップ１０７に進み、従来と同様に、前出第３図に示し
たような減量比に従って、ＴＰ値に応じたリーン制御値
を計算し、ステップ１０３で補正量をセットする。一方
、前出ステップ２０１の判定結果が否である場合、即ち
、リーン運転条件が成立していても、大気圧Ｐａが所定
値Ｘ以下である場合には、前出ステップ１０５に進み、
フィードバック制御値を計算して、ステップ１０３で補
正量をセットする。

なお前記実施例においては、大気圧ｐａが所定値Ｘを越
えている時は、リーン制御を一律に行うようにしていた
が、大気圧ｐａの大きさによってリーンの程度を段階的
に変えることも可能である。。　゛前記実施例において
は、本発明が、吸入空気量感知式電子制御燃料噴射装置
を備えた自動車用エンジンに適用されていたが、本発明
の適用範囲はこれに限定されず、電子制御気化器を備え
た自動車用エンジン、或いは、他の空燃比制御装置を備
えた一般の内燃機関にも同様に適用できることは明らか
である。

以上説明したとうり、本発明によれ１ま、リーン運転条
件が成立していても、大気圧が低い時には、フィードバ
ック制御が行われるので、低大気圧時にＮＯｘ排出量が
増大することがないという（変れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、部分リーン制御の原理を説明するだめの、エ
ンジン回転数と吸気管圧力及び′燃料基本噴射パルス幅
の関係を示す線図、第２図は、同じく、エンジン回転数
及び吸気管圧力と各制御領域の関係を示す線図、第３図
は、同じく、リーン制御領域における燃料基本噴射パル
ス幅と減量比の関係を示す線図、第４図は、同じく、燃
料基本噴射パルス幅と制御空燃比の関係を示す線図、第
５図は、同じく、部分リーン制御の基本的なプログラム
の一例を示す流れ図、第６図（Ａ）は、従来例及び本発
明の実施例にａ３ける、大気圧と制御空燃比の関係を比
較して示す線図、第６図（［３）は、同じく、ＮＯｘ排
出量と制御空燃比の関係を比較して示す線図、第７図は
、本発明に係る内燃機関の空燃比部分リーン制御方法の
要旨を示す流れ図、第８図は、本発明に係る内燃機関の
空燃比部分リーン制御方法が採用された、自動車用エン
ジンの吸入空気量感知式電子ｉ１ｉ＋制御燃料噴射装置
の実施例の構成を示す、一部所面図及びブロック線図を
含む平面図、第９図は、前記実施例で用いられている、
電子制御ユニットの構成を示すブロック線図、第１０図
は、同じく、各制御状態を切換えるためのプログラムを
示す流れ図である。 １０・・・エンジン、 １６・・・吸気量センサ、 ２６・・・インジェクタ、 ２８・・・回転速度センサ、 ３４・・・酸素濃度センサ、 ３つ・・・大気圧センリ、 ４０・・・電子制御ユニット。 代理人　高　矢　　論　　（ばか１名）第６図 （Ａ）　　　　　　（Ｂ） 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）空燃比センサの出力に応じて空燃比が理論空燃比
   となるよう閉ループ制御するフィードバック制御を基本
   として、所定のリーン運転条件が成立した時は、空燃比
   が理論空燃比よりリーン側となるよう間ループ制御する
   リーン制御を行うようにした内燃機関の空燃比部分リー
   ン制御方法において、大気圧が所定値以下である時は、
   リーン運転条件が成立していても、前記フィードバック
   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
   比部分リーン制御方法。