JPS6052301B2 - 空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関に供給する混合気の空燃比を制御する
装置に関し、特に暖機中において加減速時等の機関負荷
変動時に、この機関の燃焼に寄与する混合気の空燃比が
変動するのを効果的に補償できる空燃比制御方法及びそ
の装置に関する。

従来、エンジン暖機時の燃料補正は、運転状態の検出パ
ラメータとしてスロットル全閉検出スイッチ（ＩＤＬＥ
ＳＷ）のＯＮ−４−ＣＦＦ信号、もしくは吸入空気変化
速度、吸気管内圧力変化速度が設定値を越えた場合等の
状態変化を検出し、その変化を検出したときエンジン冷
却水温に応じた増量を行なつている。ところで、暖機過
程中に機関より排出される排気ガスは排気ガス規制値に
対して大きなウェイトを占めている。ここで、従来のシ
ステムでは、運転状態の検出方法が燃料補正要求値から
みて適切”なものとは言い難く、排気ガスの浄化度合を
積極的に満足させると他方て燃料の過不足を生じ、機関
の運転フィーリングを満足し得なくなるという矛盾があ
つた。また、始動後からの経過時間で燃料補正要求値を
決定すると、始動直後の加速が特にもたつく傾向になる
という問題があつた。本発明者等は前記問題の解決にあ
たり、暖機中において吸気管側に与える混合気の供給空
燃比と、排気管側の排気ガスに基づく出口空燃比との関
係を実験により第１図Ａ，Ｂ，Ｃに示す通り明確にした
。即ち、この図は具体的には排気浄化上難しい水温４（
代）における機関再始動後、即ち走行（運転）した場合
の供給空燃比（特性イ）と出口空燃比（特性口）との関
係を示す。一般に排気浄化からの要求により水温４０℃
においては供給空燃比イは１４．６（理論空燃比で、λ
＝１）に制御されている。しかしながら、出口空燃比口
は大きく変動しており、機関の加速時には出口空燃比口
は薄く（リーン）なり他方減速時は逆に濃く（リッチ）
なり、また始動後からの経過時間に供ないリーンピーク
（特性ハ）とリッチピーク（特性ニ）のピーク値は小さ
くなる。この傾向は第１図Ｂ中に冷却水温（特性ホ）及
びボート壁温（特性へ）の両特性を示すように、冷却水
温よりも吸気ボート部壁温と強い相関関係がある。また
、機関の走行（運転）パターンを変えた場合は第１図Ａ
とＣの両図から理解されるように急な加減速時のように
負荷変動が大きいほどリーン、リッチのピーク値が大き
くなることが分かつた。なお、第１図Ｃ中部分卜は始動
直後の車速のもたつき現象を示している。以上の結果を
もとに、吸気ボート壁温度と機関の加速、減速の強さと
の２個のパラメータでりーン、リッチのピーク状態を整
理した結果を第２図に示す。

機関の加速、減速の強さは単位時間当ソーの吸気管内圧
力（Ｐｉ）の変化幅ΔＰ１て表示してある。つまり第２
図から理解されるように吸気ボート壁温度が低いほどリ
ーン、リッチのピークは大きく、また加減速が強いほど
リーン、リッチのピークが大きくなることが分かつた。
この現象が生．じる原因は、燃料噴射弁から噴射された
燃料が吸娠ボート壁に付着してシリンダ（燃焼室）内へ
供給される燃料の移動に遅れを生じさせるためである。
特に機関の加速時は付着する燃料分だけシリンダ内に供
給される燃料が不足して実質の空燃比一はリーンとなり
、他方減速時は吸気管内の負圧が高くなることにより吸
気ボート壁に付着した燃料が蒸発してシリンダ内に供給
されるため燃料過剰となり、実質の空燃比はリッチとな
るためである。本発明は、特に機関の暖機時において、
シリンダ内に供給される混合気の実質的な空燃比の変動
を抑えて空燃比を良好に制御できるようにするものであ
り、第１０図図示のごとく、内燃機関に燃料を噴射供給
する燃料噴射手段と、前記機関の吸気状態を検出する吸
気検出手段と、前記機関の負荷状態を検出する負荷検出
手段と、前記燃料噴射手段からの燃料が付着する前記機
関の吸気通路部Ｂ位の温度状態を検出する温度検出手段
と、前記機関の要求する燃料量を前記吸気状態の検出値
に応じて算出する第１算出手段と、前記吸気通路部位へ
の燃料付着による空燃比変動を補償するために前記第１
算出手段による要求燃料量算出値の補正値を前記負荷状
態および前記温度状態の検出値に応じて算出する第２算
出手段と、前記第１算出手段の要求燃料量算出値を前記
第２算出手段の補正値によつて補正する補正手段とを備
え、補正後の燃料量を前記燃料噴射手段から噴射供給す
ることにより、この機関において直接燃焼に寄与する混
合気の空燃比の変動を良好に袖償することを特徴とする
ものである。

以下、本発明を図に示す一実施例につき説明する。

第３図は本発明の概要構成を示すものて、機関（エンジ
ン）１は例えば自動車に積載される公知の４サイクル火
花点火式内燃機関であり、燃焼用空気をエアクリーナ２
、吸気管３、スロットル弁４を経てシリンダ内に吸入す
る。また、燃料は図示してない燃料供給経路から各気筒
に対応して設けられた電磁式燃料噴射弁５を介して供給
される。他方、燃焼後の排気ガスは排気マニホールド６
、排気管７を経て大気に放出される。吸気管３側には、
エンジン１に吸入される吸気量を検出しその吸気量に応
じたアナログ電圧を出力するポテンショメータ式吸気量
センサ１１が設置されている。エンジン１には、冷却水
温を検出し冷却水温に応じたアナログ電圧（アナログ検
出信号）を出力するサーミスタ式水温センサ１３が設置
されており、またサーミスタ式水温センサ１３と同様な
構成であり、吸気管壁温として吸気ボート壁温を検出す
るサーミスタ式壁温センサ１４が設置されている。

また、回転速度（数）センサ１２はエンジン１のクラン
ク軸の回転速度を検出し回転速度に応じた周波数のパル
ス信号を出力する。この回転速度センサ１２として例え
ば図示してない点火装置の点火コイルを用いればよく、
点火コイルの一次側端子からの点火パルス信号を回転速
度信号とすればよい。制御回路２０は各センサ１１〜１
４の検出信号に基ついて燃料噴射量を演算する回路で、
電磁式燃料噴射弁５の開弁時間を制御することにより燃
料噴射量を調整するものである。次に、第４図には吸気
ボート壁温度を検出するサーミスタ式壁温センサ１４の
設置位置を示すエンジン１に吸気バルブ８が設置されて
おり、エンジン冷却水の通路を９で示す。吸気管３に設
置された電磁式燃料噴射弁５から噴射された燃料は図中
点線で示す噴射角度０で散乱し、この場合燃料の一部は
霧化し他の燃料は吸気バルブ８及び吸気ボート壁１０に
付着することになる。サーミスタ式壁温センサ１４は吸
気ボート壁１０の温度を計測する為、燃料付着の生ずる
吸気通路部たるボート壁面に近い位置へ図に示す如く設
置してある。なお、吸気ボート壁温を検出するのは、燃
料付着が生ずるのは吸気ボート付近であり、その付着燃
料量は吸気ボート壁温が高いほど少なくなるという強い
相関があるからである（第１図Ａ，Ｂ参照）。次に、第
５図Ａは、機関の各運転（負荷）状態（加速，定速，減
速）において、吸気管壁表面に付着される燃料量を予測
し、供給燃料の補正量を算出するための説明図てある。

第５Ａ図Ｂ中の特性ｔは各運転状態に応じて求めた基本
燃料噴射パルス巾を示しており、特性Ｔはこの噴射パル
ス巾ｔをフィルター処理して所定の関係でなました関数
値て、随時変化する噴射パルス巾ｔに対して所定の関数
に従つて追従し、一定の運転状態が持続したときにはそ
のときの噴射パルス巾ｔに収束するようにしてある。こ
のなまし関数値Ｔは実際機関の燃焼室内に送られる燃料
量を示すよう実験により求められる。そこで、噴射パル
ス巾ｔ（燃料噴射弁５からの燃料噴射量）となまし関数
値Ｔ（機関燃焼室に吸入される実際の燃料量）との差か
らなる領域〔１〕，〔〕，〔〕（第５Ａ図Ｂ中斜線で示
してある）が、機関燃焼室に吸入される燃料量の不足分
（〔１〕，〔〕）および過剰分（〔旧）に相応し各運転
状態において必要とされる燃料補正量と相関関係をもつ
領域となる。

つまり、領域〔１〕は加速時の燃料不足に対する増量補
正分に相当し、領域〔〕と〔〕は定速時や減速時の燃料
過剰に対する減量補正分に相当する。従つて、各運転状
態に応じた上記の増、減量補正分を考慮して供給燃料量
を算出すれば良い。次に、第５Ｂ図，第６図，第７図を
用いて機関の負荷状態を暖機状態に基づいて吸気管壁表
面に付着される燃料量を予測する方法及びその予測デー
タに応じて供給燃料量を補正する方法について具体的に
説明する。

まず、第５Ｂ図は、機関負荷が変化するときとして代表
的に加速時及び減速時を挙げ、このときの吸気管壁表面
に付着される燃料量を所定の関数式に従つて予測するた
めのものであり、図中横軸は機関の経過回転数を示す。

第５Ｂ図中Ａは車両（又は機関）の加減速の大きさを示
してあり、Ｂは各経過回転時点における機関の吸気状態
例えばＦＸＱ／Ｎ（ｆは定数、Ｑは吸入空気量、Ｎは機
関回転数）に相当する基本燃料噴射パルス巾ｔを示して
いる。このパルス巾ｔは加速時には小→大へ変化し、減
速時には大一小へ変化する。Ｃは吸気管壁温度を一定と
した場合において、車両の加減速時に吸気管壁表面に付
着される燃料量ΔＴをシユミレート（つまり予測計算）
するための機能説明図であり、この場合基本燃料噴射パ
ルス巾ｔの増加および減少に対し所定の関係でそれぞれ
徐々に増加および減少するよう、フィルター特性をもつ
デジタルフィルターを作用させることにより、機関の燃
焼室内に送られる実際の燃料量に相関関係を持つなまし
関数値ＴＮを作成している。本例の場合ＴＮ＝（ＴＮ−
１×３１＋ｔ）／３２（ただしＴＯ＝０）の演算を行な
つて設定回転（この場合１回転）毎にＴＮを求め、機関
の負荷状態として基本燃料噴射パルス巾Ｔ．ｌ５ＴＮと
の差ΔＴ＝ｔ−ＴＮを求めている。このΔＴは吸気管壁
表面に付着した燃料量に相関関係を持つ値を示しており
、第５Ｂ図Ｄに示すように加速時には正の値となり、減
速時には負の値となる。このΔＴの勾配（関数）は結局
上記した式ＴＮ＝（ＴＮ−１×３１＋ｔ）／３２の各係
数値（この場合３１，３２）すなわちフィルター量によ
つて決定されており、この各係数値は、機関自身やその
吸気管壁の特性や形状等によつて異なり、各機関の特性
にマッチするように実験等により決定されるものである
。さて、第５Ｂ図Ｄに示すようにΔＴを求まると、この
ΔＴの値に応じて供給燃料量の補正量が第６図及び第７
図に示す特性によつて決定されることになる。

まず、第６図に示すものはΔＴと負荷制御量（増量倍率
α，減量倍率β）との関係を予め設定記憶させた一種の
制御量マップであり、ΔＴの値が決まると負荷制御量（
α，β）が自動的に決定され、その増減倍率α，βが読
出される。また、第７図に示すものは吸気管壁温度によ
つて燃料付着能力が変化することを補償するためのもの
で、吸気管壁温度としてボート壁温度を一例にとり、ボ
ート壁温度と供給燃料の補正基本量（Ｅ，ｄ）との関係
を予め設定記憶させた一種の補正基本量マップである。
このマップを用いてボート壁温度とΔＴの正負判定情報
とにより、供給燃料の補正基本量としてその増量基本量
ｅ又は減量基本量ｄが読出される。そこで、本例の場合
先に求めたΔＴが正の値のときには負荷制御量として増
量倍率α、及び補正基本量として増量基本量ｅが読出さ
れ、供給燃料の増量補正量Ｅは両者の積（つまりＥ＝α
×ｅ）で決定される。

他方、ΔＴが負の値のときには上記と同様にして減量倍
率β及び減量基本量ｄが読出され、供給燃料の減量補正
量Ｄは両者の積（つまりＤ＝β×ｄ）て決定される。な
お、この種の補正方法は上記方法以外にも目的の範囲内
で種々の方法が考えられるが、ここでは省略する。

次に、本発明を実現するための制御回路２０に一ついて
第８図及び第９図を用いて説明する。

１００は燃料噴射量を演算するマイクロプロセッサ（Ｃ
ＰＵ）である。

１０１は回転数カウンタて回転速度（数）センサ１２か
らの信号よりエンジン回転数をカウントする回転数カウ
ンタである。

また。この回転数カウンタ１０１はエンジン回転に同期
して割り込み制御部１０２に割り込み指令信号を送る。
割り込み制御部１０２はこの信号を受けると、コモンバ
ス１５０を通じてマイクロプロセッサ１００に割り込み
信号を出力する。１０３はデージタル入力ボートで、図
示しないスタータの作動をオンオフするスタータスイッ
チ１５からのスタータ信号等のデジタル信号をマイクロ
プロセッサ１００に伝達する。

１０４はアナログマルチプレクサとＡ−Ｄ変換器から成
るアナログ入力ボートで、吸気量センサ１１、冷却水温
センサ１３、壁温センサ１４からの各信号をＡ−Ｄ変換
して順次マイクロプロセッサ１００に読み込ませる機能
を持つ。

これら各ユニ・ツト１０１，１０２，１０３，１０４の
出力情報はコモンバス１５０を通してマイクロプロセッ
サ１００に伝達される。１０５は電源回路で後述するＲ
ＡＭｌＯ７に電源を供給する。

１７はパン”テリ、１８はキースイッチであるが電源回
路１０５はキースイッチ１８を通さず直接、バッテリー
１７に接続されている。

よつて後述するＲＡＭｌＯ７はキースイッチ１８に関係
無く常時電源が印加されている。１０６も電源回路であ
るがキースイッチ１８を通してバッテリー１７に接続さ
れている。

電源回路１０６は後述するＲＡＭｌＯ７以外の部分に電
源を供給する。１０７はプログラム動作中一時使用され
る一時記憶ユニット（ＲＡＭ）であるが前述の様にキー
スイッチ１８に関係なく常時電源が印加されキースイッ
チ１８を０ＦＦにして機関の運転を停止しても記憶内容
が消失しない構成となつていて不揮発性メモリをなす。

１０８はプログラムや各種の定数等を記憶しておく読み
出し専用メモリ（ＲＯＭ）である。

１０９はレジスタを含む燃料噴射時間制御用カウンタで
ダウンカウンタより成り、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ
）１００で演算された電磁式燃料噴射弁５の開弁時間つ
まり燃料噴射量を表すデジタル信号を、実際の電磁式燃
料噴射弁５の開弁時間を与えるパルス時間幅のパルス信
号に変換する。

１１０は電磁式燃料噴射弁５を駆動する電力増幅部であ
る。

１１１はタイマーで経過時間を測定しＣＰＵｌＯＯに伝
達する。

回転数カウンタ１０１は回転数センサ１２の出力により
エンジン１回転に１回エンジン回転数を測定し、その測
定の終了時に割り込み制御部１０２に割り込み指令信号
を供給する。

割り込み制御部１０２はその信号から割り込み信号を発
生し、マイクロプロセッサ１００に燃料噴射量の演算を
行なう割り込み処理ルーチンを実行させる。第９図はマ
イクロプロセッサ１００の概略フローチャートを示すも
ので、このフローチャートに基づきマイクロプロセッサ
１００の機能を説明する。割り込み制御部１０２からの
回転割り込み信号により第１ステップ１０００にて回転
数カウンタ１０１からエンジン回転数Ｎを読み込む。ス
テップ１００１にて、アナログ入力ボート１０４からエ
ンジン吸入空気量Ｑを読み込む。ステップ１００２にお
いて、エンジン回転数Ｎと吸入空気量Ｑから決まる吸気
状態に応じて基本的な燃料噴射量（つまり電磁式燃料噴
射弁５の基本燃料噴射パルス巾ｔ）を計算する。計算式
はｔ＝ＦｘＱ／Ｎ（ｆは定数）である。次に、ステップ
１００３では、アナログ入力ボート１０４から冷却水温
及びボート壁温を読み込む。

ステップ１００４，１００５においてエンジン負荷状態
の検出を行なう。ステップ１００６においてΔＴがプラ
ス，０，マイナスかを判断する。そして、ΔＴ〉０の場
合は、ステップ１００７において増量をセット（減量を
クリアー）すると共に、第５Ｂ図，第６，７図において
説明したようにΔＴの値に応じた増量補正量Ｅを読出す
。ΔＴ＝０の場合は、ステップ１００８において増量、
減量ともにクリアーすると共に増減補正量を零とする。
またΔＴ〈０の場合は、ステップ１００９において減量
をセット（増量をクリアー）すると共に、ΔＴの値に応
じた減量補正量Ｄを読出す。次に、ステップ１０１０に
おいて、先に読出した増減補正量Ｅ，Ｄ及びその他の補
正パラメータに応じて基本燃料噴射パルス巾ｔに対して
補正を施こし、燃料噴射パルス巾を算出する。

そしてステップ１０１１において算出した燃料噴射パル
ス巾の値をカウンタ１０９にセットする。以上により主
な処理ルーチンを終了する。なお、上述した実施例にお
いては、機関の負荷状態を検出するためのフィルター処
理（噴射パルス巾ｔに応じたなまし関数値ＴＮの形成処
理）におけるフィルター量を一定としたが、運転条件に
応じて変化させることもできる。

すなわち、ＴＮ＝（（Ｌ−１）・ＴＮ−１＋ｔ）／Ｌと
した場合、Ｌはデジタルフィルター量に相当する。そこ
で、デジタル又はアナログのフィルター量を、機関の運
転条件（例えは冷却水温、機関回転数、吸気管負圧、吸
入空気量、あるいは空燃比帰還制御の有無、等）に応じ
て変化させることにより、一層きめ細かな空燃比制御を
達成できる。また、本実施例においては、加速時補正、
減速時補正を併用しているが、加速時補正と減速時補正
とを独立させて片方だけ使用することも可能である。ま
た、本実施例ではエンジン回転数Ｎと吸入空気量Ｑから
決まる基本的な燃料噴射パルス幅〔ｔ＝ＦＸ？（ｆは定
数）〕の変化状態からエンジン負荷状態を決定したが、
他の方法として、吸気管内圧力Ｐｉｌエンジン回転数Ｎ
１及び吸入空気量Ｑ等の変化状態からエンジン負荷状態
を決定することも可能である。

また、本実施例ではエンジン負荷の変化状態の検出方法
として、デジタルフィルターによる方法を示したが、他
の方法として、例えば差分による検出（つまり設定回転
前の値と今回の値との差）を用いてもよい。

またアナログによる方法として、コンデンサを使用した
なまし回路を用いてなました値と真の値との差により補
正量を決定することもできる。上記したように吸気管壁
に付着する燃料量は負荷変動と燃料の付着する吸気通路
部位の温度の関数であることが明確になり、本発明では
この２因子を検知して供給燃料量を補正することにより
、機関の暖機過程中の燃焼空燃比を各種エンジンに応じ
た適切な値に正しくセットすることができる。

これにより、排気ガス規制値に対して支配的である冷寒
時の排気ガスを一層効果的に浄化することができ、同時
にドライバビリテイも満足させることができるという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂ，Ｃはエンジン暖機中の供給空燃比と出口
空燃比との関係を示す説明図、第２図は吸気ボート壁温
と加減速の強さと空燃比との関係を示す説明図、第３図
は本発明の一実施例となるシステムの全体構成図、第４
図はボート壁温センサーの取付位置を示す部分断面図、
第５Ａ図ＡｌＢ及び第５Ｂ図Ａ−Ｄは運転状態の検出方
法を説明する説明図、第６図はΔＴと負荷制御量との関
係を示す特性図、第７図はボート壁温と基本補正量との
関係を示す特性図、第８図は制御回路２０の一実施例を
示すブロック図、第９図はマイクロプロセッサの概略動
作を説明するためのフローチャート、第１０図は本発明
の構成を示すクレーム対応図である。 １・・・・・エンジン、３・・・・・・吸気管、４・・
・・・・スロットル弁、５・・・・・・電磁式燃料噴射
弁、８・・・・・・吸気バルブ、１０・・・・・・吸気
ボート壁、１１・・・・・・吸気量センサ、１２・・・
・・・回転速度センサ、１３・・・・・・水温センサ、
１４・・・・・・壁温センサ、２０・・・・・制御回路
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射手段と、前
   記機関の吸気状態を検出する吸気検出手段と、前記機関
   の負荷状態を検出する負荷検出手段と、前記燃料噴射手
   段からの燃料が付着する前記機関の吸気通路部位の温度
   状態を検出する温度検出手段と、前記機関の要求する燃
   料量を前記吸気状態の検出値に応じて算出する第１算出
   手段と、前記吸気通路部位への燃料付着による空燃比変
   動を補償するために前記第１算出手段による要求燃料量
   算出値の補正値を前記負荷状態および前記温度状態の検
   出値に応じて算出する第２算出手段と、前記第１算出手
   段の要求燃料量算出値を前記第２算出手段の補正値によ
   つて補正する補正手段とを備え、補正後の燃料量を前記
   燃料噴射手段から噴射供給するようにした空燃比制御装
   置。 ２ 前記負荷検出手段は、前記第１算出手段の要求燃料
   量算出値とその増加および減少に対して予め定められた
   関係でそれぞれ徐々に増加および減少する値との差によ
   つて前記機関の負荷状態を検出するものであり、前記第
   ２算出手段は、前記負荷検出手段で得られた前記差に応
   じて前記吸気通路部位への燃料付着を算出し、この燃料
   付着量算出値を前記温度状態の検出値に応じて補正して
   前記補正値を算出するものである特許請求の範囲第１項
   記載の空燃比制御装置。