JPS601340A - 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制御装置、特に、機関の排気
ガス中の特定成分に応じて機関の空燃比をフィードバー
ツタ制御する空燃比制御装置に関する。

従来技術 一般に、機関の翠入空気量（もしくは吸入空気圧）およ
び回転速度に応じて燃料噴射弁の基本噴射量を演算し、
機関の排気ガス中の特定成分たとえば酸素成分の濃度を
検出する濃度センサ（以下、０２センサとする）の検出
信号にもとづいて演算された空燃比補正量に応じて前記
基本噴射量を補正し、この補正された噴射量に応じて実
際に供給される燃料■を制御する。この制御を繰返して
最終的に機関の空燃比を所定範囲内に収束させる。

このような空燃比フィードバック制御によれば、空燃比
を理論空燃比近傍の非常に狭い範囲内に制御できるので
、排気系に設けられた三元触媒コンバータ、すなわち、
υＦ気気ガス中含まれるＣＯ、ＩＩｃ　。

ＮＯｘの３つの有害成分を同時に浄化する触媒コンバー
タの浄化能力を高く保持できる。

従来の空燃比フィードバンクシステムにおいては、過渡
状態（加速状態）にあっても、フィードバック制御定数
は固定値、もしくは機関回転速度空燃比ばリーン側にず
れ、この結果、空燃比は触媒のウィンドから外れ、ＮＯ
ｘ成分に対する触媒の浄化能力は大幅に低下してＮ収放
出量が増加するという問題点がある。

発明の目的 本発明の目的は、上述の従来形における問題点に鑑み、
機関が過渡状態にあるときには空燃比をリッチ側に制御
することにより、触媒の浄化能力を高め、すなわちＮＯ
，成分の放出量を低減させることにある。

発明の構成 上述の目的を達成するための本発明の構成は第１図に示
される。すなわち、空燃比信号発生手段は内燃機関の排
気ガス中の特定濃度成分を検出して機関の空燃比リッチ
、リーンを判別して空燃比信号を発生ずる。機関定常、
過渡状態判別手段は機関が定常状態か過渡状態かを判別
する。この結果、機関が定常状態であるときには、理論
空燃比フィードバック制御手段が空燃比信号を用いて機
関の空燃比を理論空燃比になるようにフィードバック制
御する。他方、機関が過渡状態であるときには、リッチ
側空燃比制御手段が機関の空燃比をリッチ側に制御する
。

発明の実施例 第２図以降の図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第２図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例を示す全体概要図である。第２図において、機関本
体１の吸気通路２にはエアフローメータ３が設けられて
いる。エアフローメータ３は吸入空気量を直接計測する
ものであって、ポテンショメータを内蔵して吸入空気量
に比例したアナログ電圧の電気信号を発生する。

また、機関本体１のシリンダブロックのウォータジャケ
ットには冷却水の温度を検出するための水線センサ４が
設けられている。水温センサは冷却水の温度に応じたア
ナログ電圧の電気信号を発生する。

ディストリビュータ５には、その軸がたとえばクランク
角に換算して７２０°　、３０”回転する毎に角度位置
信号を発生ずる２つの回転角上ンザ６゜７が設けられて
いる。回転角センサ６．フ０角度位置信号は、燃料噴射
時期の割込み要求信号、点火時期の基準タイミング信号
、燃料噴射量演算制御１１０割込み要求信号、点火時期
演算制御の割込み要求信号等として作用する。

機関の排気通路８には排気ガス中の酸素成分濃度に応じ
た電気信号を発生ずる０２センサ９が設けられている。

すなわち、０□センサ９は空燃比が理論空燃比に対して
リーン側かリンチ側かに応じて異なる２値の出力電圧を
発生する。さらに、０２センザ９の下流の排気通路８に
は排気ガス中の３つの有害成分ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを同
時に浄化する三元触媒コンバータ１１が設けられている
。

さらに、吸気通路２には各気筒毎に燃料供給系から加圧
燃料を吸気ボートへ供給するための燃料噴射弁１２が設
けられている。

制御回路１０は、エアフローメータ３、水温センサ４、
回転角センサ６．７および０□センサ９の各出力信号を
処理して燃料噴射弁１４を制御するものであって、たと
えばマイクロコンピュータとして構成されている。

第３図は第２図の制御回路１０の詳細なブロック回路図
である。第３図において、エアフローメータ３、水温セ
ンサ４の各アナログ信号はマルチプレクサ１０１を介し
てＡ／Ｄ変換器１０２に供給されている。ずなわちＡ／
Ｄ変換器１０２はＣＩ”ｔｌ１０７によって選択制御さ
れたマルチプレクサ１０１を介して送り込まれたエアフ
ローメータ３＜水温センサ４のアナログ出力信号をクロ
レフ発生回路１０８のクロック信号ＣＬにを用いてＡ／
Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換終了後に割込み信号をＣＰＩ１１
０７に送出する。この結果、割込みルーチンにおいて、
エアフローメーク３、水温センサ４の最新データは取込
まれてＲＡＭ１０９の所定領域に格納されることになる
。

回転角センサ６．７の各パルス信号は割込み要求信号お
よび基準タイミング信号を発生するためのタイミング発
生回路１０３に供給されている。タイミング発生回路１
０３ばタイミングカウンタを有しこのタイミングカウン
タは回転角センサ７の。

３０°ＣＡ毎のパルス信号によって歩進され、回転角セ
ンサ６の７２０°Ｃ＾毎のパルス信号によってリセフト
される。さらに、回転角センサ７のパルス信号は回転速
度形成回路１０４を介して入力インターフェイス１０５
の所定位置に供給される。回転速度形成回路１０４は、
３０°ＣＡ毎に開閉制御されるゲート、およびこのゲー
トを通過するクロック発生回路１０８のクロック信号Ｃ
ＬＫのパルス数を計数するカウンタから構成され、従っ
て、機関の回転速度に反比例した２逓信号が形成される
ことになる。

０２セン号９の出力信号は空燃比信号形成回路１０６に
供給される。この空燃比信号形成回路１０６は、０２セ
ンザ９の出力電圧を基準電圧と比較する比較器、および
この比較器の出力をランチするラッチ回路を備えており
、機関の空燃比が理論空燃比に対してリーン側かリンチ
側かに応じて“１”。

“０”の２値の空燃比信号を発生する。

ＲＯＭｌｌ０には、メインルーチン、燃料噴射量演算制
御ルーチン、点火時期演算制御ルーチン等のプログラム
、これらの処理に必要な種々の固定データ、定数等が予
め格納されている。

ＣＰＩ１１０７は燃料噴射量演算制御割込みルーチンに
おいて演算された燃料噴射量データ（時間）を出力イン
ターフェイス１１１を介して駆動回路１１２に送出する
。駆動回路１１２は、上述の燃料噴射時間を受取るレジ
スタ、燃料噴射開始信号を受信後クロック発生回路１０
Ｂのクロック信号ＣＬＫを計数するカウンタ、およびレ
ジスタの値とカウンタの値とを比較する比較器を有する
。つまり、比較器は燃料噴射開始信号が供給されてから
上述の２つの値が一致するまで図示しない電源供給手段
からの噴射パルス信号を燃料噴射弁１４に送出し続ける
。

この結果、上述の燃料噴射時間だけ燃料噴射弁１４は付
勢され、従って、燃料噴射時間に応じた量の燃料が機関
本体ｌの燃焼室に送り込まれることになる。

第４図は第２図の制御回路の動作を説明するためのフロ
ーチャートであって、所定時間もしくは所定クランク角
毎に実行される。割込みステップ４０１からステップ４
０２に進むと、機関の回転速度データＮ、を取込み、次
いで、ステップ４０３にてレジスタＡｎに回転速度デー
タＮｅを格納する。

ステップ４０４では、今回の回転速度データ篩から前回
の回転速度データＡｎ−１を減算して所定値Ｘと比較す
る。つまり、加速度が所定値Ｘ以下か否かを判別する。

Ａｎ−Ａｎ−＋≦Ｘであれば、定當状態と判別してステ
ップ４０５，４０６に進み、他方、Ａｎ　Ａｎ−１＞　
Ｘであれば、過渡状態と判別してステップ４０７　、４
０８に進む。

ステップ４０５　、４０６では、通常の理論空燃比フィ
ードバック制御を行うために、燃料増量のだめのスキッ
プ量Ｒ８をたとえば３％に、また、燃料噴射弁１４の噴
射無効時間ＴＶをたとえば２０轟に設定する。

他方、ステップ４０７　、４０８では、リッチ側空燃比
制御を行うために、燃料増量のためのスキップ量Ｒ５を
大きくたとえば５％に、また、噴射無効時間Ｔ、を長く
たとえば６０ｍ５に設定する。

ステップ４０９では、今回の回転速度データ篩をレジス
タ篩−唱に格納し、ステップ４１０にて第４図のルーチ
ンは終了する。

第４図のステップ４０５　、４０７にて設定されたスキ
ップ量Ｒ５にもとづいて第５図に示ず空燃比補正量ＦＡ
Ｉ？の演算が実行され、第４図のステップ４０６　、４
０８にて設定された噴射無効時間ＴＶにもとづいて後述
の燃料噴射時間Ｔが演算され・ｈ。

第５図を参照して空燃比フィードバック制御について説
明する。第５図の割込みステップ５０１は所定時間毎に
スタートし、ステップ５０２では、フィードバック条件
を満たしているか否かを判別する。フィードバック条件
は種々の運転状態パラメータにより設定される。たとえ
ば、水温センサ４の水温データＴＷＩ＋が６０℃以上の
ときをフィードバック条件とする。フィードバック条件
を満たしていればステップ５０３に進み、他方、フィー
ドバック条件を満たしていなければステップ５１０に進
んで、この場合、各水温データＴｌ１Ｉｎに対して暖機
増量比としての空燃比補正１ｉＦＡＦを演算する。

ステップ５０３では、空燃比信号形成回路１０６の空燃
比信号を取込んで機関の現在の空燃比がリッチであるか
リーンであるかを判別する。リッチであればステップ５
０４に進んで空燃比補正量ＦＡＦから一定値Ａを減算す
る。すなわぢ、ＦＡＦ−ＦＡＦ　−Ａとする。他方、リ
ーンであればステップ５０５に進んで空燃比補正量ＦＡ
Ｆに一定値Ｂを加算する。

すなわち、ＦＡｆｉ−ＦＡＦ十Ｂとする。空燃比フィー
ドバック制御時にはステップ５０４　、５０５のいずれ
かが実行され、従って空燃比補正量ＦＡＦは時間に関し
て積分されることになり、これを積分制御と称する。

ステップ５０４のフローはステップ５０６に進み、ここ
で、空燃比がリッチからリーンに変化したが否かを判別
する。つまり、今回取込んだ空燃比信号の値と前回の該
フロー実行時に取込んだ空燃比信号の値（ＲＡＭ１０９
に格納しておく）との一致、不一致を判別する。両者が
不一致であれば空燃比補正量ＦＡＦから前述の一定値Ａ
よりはるかに大きい一定値Ｌ５を減算する。ずなゎち、
ＦＡＦ−〜Ｆ／ＩＰ　−Ｌ５ただしＬ５＞＞Ａを実行す
る。他方、ステップ５０５のフローもステップ５０７に
進んで空燃比がリッチからリーンに変化したが否がを判
別する。この結果、変化があれば、空燃比補正量ＦＡＦ
に前述の一定値Ｂよりはるかに大きく第４図のステップ
４０５もしくは４０７にて設定された１りｓを加算する
。

ずなわち、ＦＡＦ’−ＦＡＦ　＋Ｒ５ただしＲ３＞＞Ｂ
を実行する。ステップ５０６　、５０７の判定結果が否
のときはステップ５１１に進み、また、ステップ５０８
゜５０９のフローもステップ５１１に進む。ステップ５
１１でばかくのごとく演算された空燃比補正量ＦＡＦを
ＲＡＭＩＩＩに格納する。なお、ステップ５０８゜５０
９の処理はスキップ制御と呼ばれるものであって、空燃
比補正量ＦＡｐの収束特性を向上させるものである。そ
して、ステップ５１２にて第５図のルーチンは終了する
。

上述のごとく、空燃比補正量Ｆ計および噴射無効時間Ｔ
Ｖが演算されると、所定クランク毎に実行される燃料噴
射時間演算ルーチンにおいて、燃料噴射時間１゛が Ｔ＝　ＦＡＦ　（１４−Ｋ）　Ｑ／Ｎ、＋Ｔ。

ただし、Ｋ：過渡時補正率 Ｑ：エアフローメータ３による吸入空 気量 Ｎｅ：回転速度 によって演算され、駆動回路１１２のレジスタに設定さ
れる。この結果、時間Ｔに見合う量の燃料が機関本体１
の燃焼室に送り込まれることになる。

なお、上述の実施例においては、定常、過渡状態判別用
パラメータとして加速度を用いたが、車速等を用いるこ
ともできる。

さらに、リンチ側空燃比制御として、空燃比フィードバ
ック制御ルーチンにおける燃料増量のためのスキップ量
Ｒ５の代りに、燃料減量のためのスキップ量Ｌ８を変化
させてもよい。この場合には、リッチ側空燃比制御時に
はスキップ量り、を小さく設定する。

また、リンチ側空燃比制御としては、上述のフィードバ
ック制御以外に、オープン制御あるいはホールド制御を
用いることもできる。すなわち、オープン制御では、吸
入空気量データＱと機関回転速度データＮｅとにより予
め設定されたリッチ側空燃比制御用２次元マツプより目
標空燃比補正量を演算する。他方、ホールド制御では、
フィードバック制御時の最後の空燃比補正量を増量演算
して空燃比補正量とする。

発明の詳細 な説明したように本発明によれば、過渡時には空燃比を
リンチ側に制御しているので、触媒の浄化能力を高める
ことができ、この結果、ＮＯ，成分の放出量を低減でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための全体ブロック図
、第２図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一
実施例を示ず全体概要図、第３図は第２図の制御回路の
詳細なブロック回路図、第４図、第５図は第２図の制御
回路１０の動作を説明するためのフローチャートである
。 ｌ二機関本体、３：エアフローメータ、４：水温センサ
、６，７：回転角センサ、９：０２センサ、ｌＯ：制御
回路、１４：燃料噴射弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関の排気ガス中の特定成分濃度を検出して該
   機関の空燃比のリッチ、リーンを判別して空燃比信号を
   発生する空燃比信号発生手段と、前記機関が定常状態か
   過渡状態かを判別する機関定常、過渡状態判別手段と、
   前記機関が定常状態であるときに前記空燃比信号を用い
   て前記機関の空燃比を理論空燃比になるようにフィード
   バック制御する理論空燃比フィードバック制御手段と、
   前記機関が過渡状態であるときに前記機関の空燃比をリ
   ッチ側に制御するリッチ側空燃比制御手段とを具備する
   内燃機関の空燃比制御装置。 ２、前記機関定席、過渡状態判別手段が、前記機関の加
   速度を検出する機関加速度検出手段と、前記加速度が所
   定値以下か否かを判別する加速度判別手段とを具備し、
   前記加速度が前記所定値以下のときに前記機関が定常状
   態であるとし、前記加速度が前記所定値を超えるとき前
   記機関が過渡状態であるとした特許請求の範囲第１項に
   記載の内燃機関の空燃比制御装置。 ３、前記リッチ側空燃比制御手段が、前記空燃比信号が
   リッチからリーンに変化したときのスキップ燃料増量を
   前記理論空燃比フィードパ・ツク制御手段のスキップ燃
   料増量より大きくした空燃比フィードバック制御手段で
   ある特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関の空燃比制
   御装置。 ４、前記リッチ側空燃比制御手段が、前記空燃比信号が
   リーンからリッチに変化したときのスキップ燃料減量を
   前記理論空燃比フィード、バ・ツク制御手段のスキップ
   燃料減量より小さくした空燃比フィードバンク制御手段
   である特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関の空燃比
   制御装置。 ５、前記リッチ側空燃比制御手段がオープン制御によっ
   て決定される空燃比補正量演算手段を具備する特許請求
   の範囲第１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。 ６、前記リッチ側空燃比制御手段が、前記理論空燃比フ
   ィードバック制御手段によって演算された空燃比補正量
   を所定量だけリッチ側に補正して保持するホールド制御
   手段を具備する特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関
   の空燃比制御装置。 ７、　前記リッチ側空燃比制御手段が、前記機関の燃料
   噴射弁の噴射無効時間を長く設定する手段を具備する特
   許請求の範囲第１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置
   。