JPS61201842A - 内燃機関のアイドル時稀薄空燃比制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関のアイドル時稀薄空燃比制御装置に
関し、内燃機関のアイドル時、空燃比を理論空燃比より
稀薄な状態に制御する空燃比制御装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 近年、エネルギー事情の悪化、大気汚染を防ぐための排
ガス規制の強化に伴って内燃機関の熱効率をより向上し
、また排ガスをよりクリーンにする方式、装置が研究、
開発され、市場に提供されている。

それらの一つに空燃比（Ａ／Ｆ）、即ち、機関に送られ
る混合気中の空気と燃料との１１比を制御し、排ガス中
の有害成分をより低く抑えると共に熱効率を高める方式
が知られている。

この空燃比を制御する方式の内でも、単に空燃比を理論
的に定まる理論空燃比によって制御するのみでなく、機
関の負荷、回転数が所定の範囲にあるならば、理論空燃
比より空燃比を高い状態、いわゆるリーン状態にして、
熱効率が良くしかも排ガスの中の有害成分が少なく制御
する方式が提案されている。

上記のごとくのリーン状態に空燃比を制御するシステム
（以下リーンバーンシステムという。）は、アイドル時
にも応用されている。この場合、空燃比を調節すれば出
力を制御することは可能であり、回転数の安定化に寄与
させることができるので、アイドル回転数の調節を空燃
比の点から補助しようとするシステムが考えられる。即
ち、回転数が下降した場合は空燃比を下げて出力を増加
し、回転数が上昇した場合は空燃比を上げて出力を減少
することにより、アイドル回転数の調節ができる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記空燃比を調節したアイドル回転数制御は、通常のア
イドル状態にては十分にそのフィードバック制御の安定
化を果し、目標とする回転数に円滑にあり御できる。

しかし、回転数は、ディストリビュータ等に設けられた
回転数センサによるクランク軸の実回転数をそのまま用
いていた。このため、その回転数が電源負荷の変化等に
より急速に変動した場合、即時にその空燃比は応答する
が、内燃機関側の応答は遅れ、時として回転数と空燃比
とがハンチングを生ずる。このためアイドル中に不快な
＠肋を生じたり、エミッションの悪化をきたす場合もあ
り、逆にアイドルフィードバックｉｌｌ　ｍを不安定化
する恐れもあった。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決する手段として、本発明は、次のよう
な構成を採用した。

即ち、本発明は、第１図に示すごとく、機関回転数を含
めた内燃機［Ｍｌの運転状態を、検出する運転状態検出
手段Ｍ２と、 内燃機関Ｍ１の排気から内燃機関Ｍ１に供給された空気
と燃料との混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段Ｍ
３と、 指示に応じて内燃機関Ｍ１へ供給する上記混合気の空燃
比を調節する空燃比調節手段Ｍ４と、上記運転状態検出
手段Ｍ２の検出結果に基づいて内燃機関Ｍ１がアイドル
状態にあるか否かを判定するアイドル状態判定手段Ｍ５
と、 上記アイドル状態検出手段Ｍ５にてアイドル状態にある
と判定された場合に、上記空燃比検出手段Ｍ３の検出値
をフィードバックして上記空燃比調節手段Ｍ４に指示を
与え、理論空燃比を越えた目標空燃比に実際の空燃比を
制御するフィードバック制御手段Ｍ６と、 を備えた内燃機関のアイドル時稀薄空燃比制御装置にお
いて、 更に、上記運転状態、検出手段Ｍ２にて検出される回転
数の所定回数分の平均値を求める平均化手段Ｍ７と、 上記平均化手段Ｍ７により求められた平均値に応じて、
上記フィードバック制御手段Ｍ６にて用いられる目標空
燃比を変更する変更手段Ｍ８と、を有することを特徴と
する内燃ＩＩ関のアイドル時稀簿空燃比制Ｗ装置を要旨
とする。

ここで運転状態検出手段Ｍ２とは、例えば内燃機関Ｍ１
の冷却水温、吸入空気量、吸入空気圧。

吸入空気温度１機関回転数、排気温度、スロットルバル
ブ開度などの内燃機関に対する負荷、１［両の場合の走
行速度等を検出するセンサ等の単数又は複数の検出手段
を言う。

空燃比検出手段Ｍ３とは、例えば、いわゆるリーンミク
スチャセンサ等の、リーン状態の混合気が燃焼した場合
の排気中の酸素濃度を測定するセンサを用い、燃焼前の
混合気の空燃比を検出するものである。

空燃比調節手段Ｍ４とは、例えば、測定された吸入空気
量に対して噴射する燃料量を調節して供給するものを言
う。

アイドル状態判定手段Ｍ５とは、運転状態検出手段Ｍ２
の検出結果、例えばスロットルバルブ開度の全開状態、
車両の場合の停車状態等にてアイドル状態にあるか否か
を判定するものである。

フィードバック制御手段Ｍ６とは、電子回路又はコンピ
ュータ等から構成され、内燃機関Ｍ１に供給される混合
気がリーン状態で設定された目標空燃比になるよう、空
燃比検出手段Ｍ３と空燃比調節手段Ｍ４を用いてフィー
ドバック制御を行うものである。

平均化手段Ｍ７とは運転状態検出手段Ｍ２にて検出され
た、経時的に連続した所定回数分の機関回転数データの
平均値を求めるものである。

変更手段Ｍ８とは、上記平均化手段Ｍ７にて求められた
平均値に応じてマツプや計算等により、上記フィードバ
ック制御手段Ｍ６にて用いられている目標空燃比を変更
させるものである。

［作用］ 回転数が電気的負荷等の何らかの原因で上下に振れた場
合、変更手段Ｍ８に伝達されるのは所定分平均化された
値であるので、変更手段Ｍ８にて変更されるフィードバ
ック制御手段Ｍ６の目標空燃比の変動は回転数の検出１
回毎の変動の影響を受けにくくなる。更に目標空燃比の
変動による回転数変動も同時に低下する。

し実施例］ 以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

第２図は４気筒の内燃機関とその周辺装置を含む空燃比
制御装置の一実施例の概略構成図であって、１は内燃機
関本体、２は空燃比調節手段Ｍ４としての電磁式の燃料
□噴射弁、４は内燃機関１からの排気中の酸素濃度を限
界電流から検出する空燃比検出手段Ｍ３としての公知の
リーンセンサ、６はアイドル状態判定手段Ｍ５．フィー
ドバック制御手段Ｍ６．平均化手段Ｍ７及び変更手段Ｍ
８としての電子制御回路を各々表わしている。又、内燃
機関１の運転状態検出手段Ｍ２としては、図示する如く
、吸気温センサ８．スロットルバルブ１ｏの開度を検出
するスロットルセンサ１２．内燃機関本体１の吸気管１
４に設けられたサージタンク１６に設置され吸気管圧力
を検出する半導体式の吸気圧センサ１８．内燃機関１の
冷却水水温を検出する水温センサ２０．ディストリビュ
ータ２２内部のロータ２２ａに対向して設置されて図示
しないクランク軸の２回転に２４個のパルスを発生して
内燃Ｉｌ関１の回転数を検出する回転数センサ２４．同
じくクランクの一回転に１ａｌのパルスを発生する気筒
判別センサ２５等のセンサ群が備えられている。

ディストリビュータ２２にはイグナイタ２６に発生する
高電圧パルスが供給されており、ディストリビュータ２
２は各気筒の燃焼サイクルに同期して、内燃機関１のシ
リンダ２８の上部に螺嵌された点火プラグ３０へ、この
高電圧を印加し混合気への点火を行なっている。又、３
２は内燃機関１の排気管３４に設けられた触媒コンバー
タである。

次に、電子ＩＩＩ　ｔ１１回路６の内部構成と電気信号
の系統について説明する。電子制御回路６は、予め定め
られたプログラムに従ってデータの入力や演算及び制御
を行なう中央処理ユニツ１−（ＣＰＵ）６０、制御プロ
グラム等を予め記憶しておく読み出し専用のメモリ（Ｒ
ＯＭ）６２、データ等を自由に書き込み・読み出し可能
な一時記憶メモリ（ＲＡＭ＞６４、内燃ｔｌｌ［１１の
運転状態を検出する種々のセンサ群より信号を入力する
入力ポートロ５、イグナイタ２６や燃料噴射弁２等へ制
御信号を出力する出力ポードロア、ＣＰＵ６０．ＲＯＭ
６２等上記各素子を相互に接続するデータバス６８、キ
ースイッチ７１を介してバッテリ７３に接続されて電子
制御回路６全体に安定化された電圧を供給する電源回路
７５、等を備えている。入力ポートロ５は、回転数セン
サ２４と気筒判別センサ２５からのパルス信号を入力す
るパルス入力部６５ａと、吸気温センサ８．スロットル
センサ１２、吸気圧センサ１８．リーンセンサ４．水と
エセンサ２０からの各検出値に応じたアナログ信号を入
力するアナログ入力部６５ｂとを有している。

一方、内燃機関１の図示しないクランク角度を回転数セ
ンサ２４からの信号によって検出し、これに同期してイ
グナイタ２６を駆動する信号と、燃料噴射量に応じて定
まる燃料噴射時間だけ燃料噴射弁２を開弁する制御信号
と、リーンセンサ４において限界電流から酸素濃度を検
出する為にり−ンセンサ４に印加される定電圧信号とが
出力ポードロアを介して出力されている。該制御信号に
よって燃料噴射弁２は制御・開弁され、図示しない燃料
圧送ポンプより燃料供給をうけて、吸気管１４内部への
燃料噴射が行なわれるよう構成されている。

次に電子制御回路６が行なう処理を表わす第３図（イ）
、（ロ）及び第４図のフローチャートに依拠して、本実
施例の内燃機関の空燃比制御ｌｌ装置が行なう制御につ
いて説明する。第３図（イ）は実燃料噴射！ＩＴＡＵと
その噴射開始及び終了時刻とを算出するルーチンを表わ
し、第３図（ロ）は噴射実行ルーチンを表わし、第４図
は回転数の平均値算出ルーチンを表わす。キースイッチ
７１が閉成され内燃機関１が始動した後、気筒判別セン
サ２５から入力されるパルスの計数によってクランク角
６００ｍに上記ＴＡＬＩ算出ルーチンは起動され、まず
ステップ１００で入力ポートロ５を介して、吸気圧セン
サ１８によって検出される吸気管圧力ｐｍ、水温センサ
２ｏによって検出される冷却水４Ｔｗ、スロットルセン
サ１２によって検出されるスロットルバルブ１０の開度
Ｏｐ、等の内燃機関の運転状態とリーンセンサ４の出力
信号Ｖ文とを読み込む処理が行なわれる。続くステップ
１１０では、内燃機関の負荷、即ち内燃機関１への気筒
あたりの吸入空気量に比例した吸気管圧力ｐｍに応じて
、基本燃料噴射ｍ（基本燃料噴射時間）Ｔｐを求める処
理が行なわれる。即ちｋｒを定数として７ｐ−ｋｒｘｐ
ｍから基本燃料噴射時間Ｔｐが演算される。ステップ１
１０に続くステップ１２０は、ステップ１００で読み込
んだ運転状態を示す各信＠値から、基本燃料噴射量Ｔｐ
を補正する種々の要因を含む補正係数Ｋが演算される。

この補正係数には、例えば、スロットルセンサ１２から
の信号００の変化の割合から求められる過渡時補正係数
ＦＴＣや水温センサ２０から読み込まれた水温ＴＷの値
に応じて定められる暖機増急係数ＦＷＬなどを含むもの
である。

ステップ１２０での処理の後、ステップ１３０にて既に
算出されている機関回転数の平均１１ＮＥＡＶに基づい
て、第５図のグラフにて表現されるマツプからリーン補
正係数ＦＬＥＡＮが求められる。次にステップ１４０に
て、上記リーン補正係数ＦＬＥＡＮ及び補正係数Ｋを用
いて基本燃料噴射ＭＴＰを下記式に従って補正し、実燃
料噴射量ＴＡＵを算出する処理がなされる。

ＴＡＵ−ＴＰＸＦＬＥＡＮＸＫ 次にステップ１４２にてＰｍ及びＮＥから計痺又はマツ
プに基づいて噴射開始時刻が算出される。

次にステップ１４４にて上記噴射開始時刻及びＴＡＵか
ら噴射終了時刻を算出する。

こうして本ルーチンの処理を終える。この後この噴射開
始時刻及び噴射終了時刻とを用いて、第３図（Ｄ）に示
すクランク角３０°毎に回転数センサ２４の信号にて割
込開始される噴射実行ル−チンにて、ＴＡｔＪの値に該
当する燃料量が適切なタイミングで燃料噴射弁２より噴
射される。この噴（ト）実行ルーチンはまずステップ１
５２にて回転数センサ２４のパルス信号が１番目の気筒
（＃１）のクランク角にしてＴＤＣ前６０°　（ＢＴＤ
Ｃ６０’　ＯＡ）に相当するパルス信号か否ｈ１が判定
される。＃１がＢＴＤＣ６０°ＯＡであれば、「ＹＥＳ
Ｊと判定され、次にステップ１５４にて噴射気筒を表わ
す変数ｉに１がセットされる。＃１がＢＴＤＣ６０’　
ＣＡでなければｒＮＯＪと判定され、次にステップ１５
６にて上記ステップ１５２と同様に＃２のＢＴＯＣ６０
’　ＣＡか否が判定される。＃２がＢＴＤＣ６０°ＣＡ
であれば「ＹＥＳ」と判定されて、次にステップ１５８
にてｉに２がセットされる。＃２がＢＴＤＣ６０’　Ｃ
Ａでなければ「ＮＯ」と判定されて、次にステップ１６
０にて、＃３のＢＴＤ０６０°ＯＡか否かが判定される
。＃３がＢＴＤＣ６０’　ＣＡであれば、ｒＹＥｓＪと
判定され、次にステップ１６２にて１に３がセットされ
る。＃３がＢＴＤＣ６０’　Ｃげ改 Ａでな１ばｒＮＯＪと判定されて、次にステップ１６４
にて、＃４のＢＴＤＣ６０″ＣＡか否かが判定される。

＃４がＢＴＤＣ６０’　ＣＡであればｒＹＥＳＪと判定
され、次にステップ１６６にてｉに４がセットされる。

＃４がＢＴＤＣ６０゜ＣＡでなければｒＮＯＪと判定さ
れて一旦処理を終了する。

上記した、ステップ１５４．１５８．１６２．１６６に
て、ｉに噴射すべき気筒番号がセットされた後、ステッ
プ１６８にてｉに該当する気筒に対して、燃料噴射を実
行するため前記ＴＡＵｉＥ出ルーチシル−チンプ１４２
．１４４にて求められた噴射開始及び終了時刻がタイマ
にセットされる。

こうして処理を一旦終了する。

このようにして必要な気筒の噴射がタイミングよく実行
される。

次にＴＡＵ算出ルーチンのステップ１３０以前に処理さ
れている第４図に示す平均１ａＮＥＡＶ算出ルーチンに
ついて説明する。

まずステップ１８０にてＲＡＭ６４中に設定された変数
ＴＮＥ６２の領域に他の変数ＴＮＥ６１の領域の埴がス
トアされ、次いでＴＮＥ６１の領域に変数ＴＮＥ６０の
領域の値がストアされる。

これらＴＮＥ６０．ＴＮＥ６１．ＴＮＥ６２の内容及び
その関係は、例えば現時点はクランク角が１８０６を通
過した直後であるとして、第６図で示される。ここで最
新に検出された、回転数に対応するクランク角度６０’
の回転時間ＴＮＥ−６０は１２ｏ°〜１８０°間の回転
時間であり、その前に検出された回転時間ＴＮＥ６１は
６０″〜１２０°間の回転時間、更にその前に検出され
た回転時間ＴＮＥ６２は０°〜６０’間の回転時間であ
る。

次にステップ１８２の処理にて、最新に検出された６０
°回転時間がＴＮＥ６０にストアされることになる。

クランク軸が６０°回転する毎に上記ステップ１８０．
１８２の処理にて最新の、即ち直前のＯｏ　〜６０°　
、　６０°　〜１２０°　、　１２０°　〜１８００の
回転時間がＴＮＥ６２．ＴＮＥ６１．ＴＮＥ６０に保持
されることとなる。

次にステップ１８４にて、ＴＮＥ８０．ＴＮＥ６１、Ｔ
ＮＥ６２の値が合計され、最新００〜１８０°の時間が
求められるとともに、その値から時間当りのクランク軸
回転回数、即ち回転数ＮＥ（回転速度）が算出される。

次にステップ１８６にて、既にＲＡＭ６４中に設定され
ている過去の３２個の回転数データ（ＮＥＯ−ＮＥ３１
＞の順次入れ替えがされる。即ち、最も古いデータＮＥ
３１に次に古いＮＥ３０のデータをストアし、ＮＥ３０
に次に古いＮＥ２９のデータを設定するといった様に入
れ替え、最後にＮＥＯに最新のデータである上記ステッ
プ１８４にて求めたＮＥをストアして終了する。

次にステップ１８８にてＮＥＯ〜ＮＥ３１の値が合計さ
れ、それを３２で割った商、即ち回転数の平均値ＮＥＡ
Ｖが算出される。

こうして算出されたＮＥＡＶが、前述のＴＡＵ算出ルー
チンのステップ１３０にて用いられる。

第４図の平均ｌＩＩ！算出ルーチンによる平均値算出処
理の代りの他の処理として、第７図に示すような簡便法
も用いることができる。

ここでステップ２００は前記ステップ１８０〜１８４の
処理を表わしているので説明は省略する。

次にステップ２１０にては、既に前回の本ルーチンにて
求められている平均１ｉ１ＮＥＡＶを利用し、次の計算
式にて新たなＮＥＡＶを求める。

ＮＥＡＶ−（３１ｘＮＥＡＶ＋ＮＥ）／３まただし、始
動時においてはクランク軸が３２回転しておらず、ＮＥ
ＡＶの直が不完全であると考えられるが、始紡初期にお
いてはフィードバック制御が通常なされないので問題は
ない。本ルーチンでは多数の検出値の入替や合計処理を
要さないのでＮＥＡＶが迅速に求まる。

上述した制御の具体的処理例を第８図のタイミングチャ
ートに示す。

時点ｔ１前においては、回転数ＮＥに急激な変化がなく
、空燃比Ａ／Ｆも安定した推移を示している。

ここで時点ｔ１にて、エアコンオンなどの電気負荷が生
じたとすると、内燃機関１の負荷増大により実線で表わ
された回転数ＮＥが低下しはじめる。一点鎖線で表わさ
れるＮＥの平均１１１１ＮＥＡＶも低下しはじめるがＮ
Ｅよりはかなり緩かである。

そのためＮＥＡＶより第５図にて求められるＦＬＥへＮ
の値も緩かに変化し、ＦＬＥＡＮにて補正されて求まる
！空燃比（Ａ、　／、　Ｆ　）の変化も緩かとなる。Ｎ
Ｅは時点ｔ２まで低下した後、Ａ／Ｆの低下によって回
復し時点ｔ３後はぼ一定となる。

もし、現時点での実回転数ＮＥにて、Ａ／Ｆ＠：制御し
ようとすると点線のごとく、ＮＥは、時点ｔ１より低下
しはじめるが、同時にＡ／Ｆも急速に低下しはじめる。

そのためＮＥは回復するが、噴射量が排気に、・影響す
るまで時間的遅れがあるので、Ａ／・Ｆ−の方が先行し
てしまう。この応答の差により、ＮＥ、Ａ／Ｆともに点
線で示すごとくハンチングする。このため、振動を生じ
たり、エミッションに・悪影響を生ずる。

本実施例によれば回転数の調節に貢献できるとともにハ
ンチングは起こらず円滑なフィードバック！１１　ａｌ
ｌができ、機関に不快な振動やエミッションの悪化が生
ずることがない。

上記実施例にては、アイドル時にスロットルバルブ１０
のバイパス路の開度又は開・閉を調節して機関回転数を
目標回転数にＩＩＩ御する、し１わゆるアイドルスピー
ドコントロールＩＳＯはなされていないが、回転数に応
じてＡ／Ｆを変化させるのでその回転数をＩＳＯはどで
はないが一定化する作用も有している。勿論ＩＳＯと併
設することも可能である２この場合には、ＩＳＯのＩＩ
　ｍ精度、処理容量を増大させることができる。

［発明の効果〕 本発明の内燃８１閏のアイドル時稀薄空燃比制御装置に
よれば、回転数に応じて空燃比を求めるとともに、回転
数として複数個のデータを平均した値を用いているため
、回転数と空燃比のハンチングを生ずることなく、回転
数の調節に貢献できるとともに、機関回転が安定化し機
関の振動やエミッションの悪化が防止できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を示すブロック図、第２因
は本発明の一実施例を示す構成図、第３図（イ）、（ロ
）及び第４図は本実施例にて行なわれる処理を示すフロ
ーチャートであって第３図（イ）が実燃料噴射量ＴＡＬ
Ｊ碑出ルーチン、第３図（ロ）が噴射実行ルーチン、第
４図が平均値算出ルーチン、第５図は回転数平均値ＮＥ
ＡＶとリーン補正係数ＦＬＥＡＮとのマツプに相当する
グラフ、第６図は回転数データ算出のための説明図、第
７図は他の平均値算出ルーチンを示すフローチャート、
第８図は実施例の具体的処理を示すタイミングチャート
を表わす。 １・・・内燃機関本体 ２・・・燃料噴射弁 ４・・・リーンセンサ ６・・・電子制御回路 ２４・・・回転数センサ 第１図 第４図 第５図 ＥＡＶ 第６図 第７図 第８図 ′！Ｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 機関回転数を含めた内燃機関の運転状態を検出する運転
   状態検出手段と、 内燃機関の排気から内燃機関に供給された空気と燃料と
   の混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、 指示に応じて内燃機関へ供給する上記混合気の空燃比を
   調節する空燃比調節手段と、 上記運転状態検出手段の検出結果に基づいて内燃機関が
   アイドル状態にあるか否かを判定するアイドル状態判定
   手段と、 上記アイドル状態検出手段にてアイドル状態にあると判
   定された場合に、上記空燃比検出手段の検出値をフイー
   ドバツクして上記空燃比調節手段に指示を与え、理論空
   燃比を越えた目標空燃比に実際の空燃比を制御するフイ
   ードバツク制御手段を備えた内燃機関のアイドル時稀薄
   空燃比制御装置において、 更に、上記運転状態検出手段にて検出される回転数の所
   定回数分の平均値を求める平均化手段と、上記平均化手
   段により求められた平均値に応じて、上記フイードバツ
   ク制御手段にて用いられる目標空燃比を変更する変更手
   段と、 を有することを特徴とする内燃機関のアイドル時稀薄空
   燃比制御装置。