JPS62189336A - エンジンの空燃比制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンの所定運転状態においては空燃比を
リーン化するエンジンの空燃比制御装置に関するもので
ある。

（従来技術） 従来より、エンジンの空燃比制御において、加速もしく
は減速運転状態を除く定常運転状態においては、空燃比
をリーン化して燃費性能を向上するようにした技術が公
知である（例えば、特開昭５８−１３１３１号公報参照
）。

上記のような空燃比制御においては、高負荷高回転状態
、加速状態もしくは減速状態等では、リーン化を行うと
出力が不足もしくは着火性が低下することから、空燃比
をリッチ側に移行して運転する必要がある。また、一般
に、エンジン温度が低い場合にも、燃焼安定性や暖機の
ためにリッチな空燃比で運転するようにしている。そし
て、加減速状態から定常状態への移行、エンジン温度が
所定値以上に上昇した場合もしくは負荷および工ンジン
回転数の変動等によって、エンジンの運転状態が所定の
リーン化条件を満足するようになると、空燃比をリーン
側に移行するものである。その場合に、空燃比のリーン
化によって出力が急激に低下してトルクショックが発生
し、運転性に悪影響を与えることから、このショックを
回避するために、前記先行例のように空燃比を徐々にリ
ーン側に移行させるようにしている。

しかるに、空燃比をリーン化する際に、空燃比を徐々に
リーン移行した場合には、その移行途中でＮＯＸ排出排
出釜い空燃比領域を通過することになって、エミッショ
ン性上好ましくないものである。すなわち、第５図およ
び第６図に示すように、空燃比が理論空燃比（Ｆ　ａ　
−１４，７付近）に制御されている領域では、ＮＯＸの
発生量は多いがこのＮＯＸは触媒によって高効率で浄化
され大気に放出されるＮ０ＸＩは少なく、また、空燃比
がリーン化（２０程度）された領域ではＮＯｘの発生口
自体が少ないことからＮＯｘ排出量は少ないものである
。この空燃比のリーン化の途中において、空燃比が理論
空燃比より少しリーン側に移行した領域では、ＮＯｘが
多量に発生することに加えて、触媒のＮＯｘ浄化効率が
急激に低下づ−ることにより、ＮＯｘ排出量が増大する
ものである。

従って、このＮＯｘ排出量の多い領域を徐々に通過する
ことでＮＯｘ排出口が増えるとともに、理論空燃比から
直接リーン領域に移行する場合に比べて燃費性能も低下
するものである。

上記のように空燃比を遅い移行速度で徐々にリーン化す
ることは、エミッション性能、燃ｖＲ性能を阻害するた
め、この点からはできるだけ速い移行速度でリーン移行
させることが望ましい。しかし、リーン移行速度を大き
くすることは、前述のように出力の急激な低下による運
転性の阻害を招くものであって、特に、アイドル時のよ
うに極軽負荷状態においては、その変化度合が大きく、
良好なエンジン安定性が得られない恐れがある。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑み、エンジンが所定の運転状態に
なって空燃比をリーン化する際に、極力運転性への影響
がなく、しかも、ＮＯｘの排出量を低減するようにした
エンジンの空燃比制御装置を提供することを目的とする
ものである。

（発明の構成） 本発明の空燃比制御装置は、エンジンの所定運転状態を
検出して空燃比をリーン化するについて、運転条件に応
じて空燃比を変える空燃比調整手段に対し、エンジン負
荷が極軽負荷状態であることを負荷検出手段で検出した
際には、この極軽負荷運転時における空燃比のリーン移
行速度を他の負荷運転時に比べて緩かに移行するよう移
行速度制御手段で設定するようにしたことを特徴とする
ものである。

第１図は本発明の構成を明示するための全体構成図であ
る。エンジン１の吸気通路２に配設したインジェクタ３
から所定の燃料を噴射供給して供給空燃比を調整する空
燃比調整手段４を設け、この空燃比調整手段４は、エン
ジン１の運転状態を検出する運転状態検出手段５からの
検出信号すなわち運転条件に応じて空燃比を設定調整す
る。そして、上記空燃比調整手段４は、エンジン１の運
転状態が所定運転条件にあるときには、空燃比をリーン
化するべく移行制御するものである。

また、エンジン１の負荷が極軽負荷状態であることを検
出する負荷検出手段６を備え、この負荷検出手段６の信
号は移行速度制御手段７に出力され、該移行速度制御手
段７は積杆負荷時のリーン移行速度を、それより負荷が
高い運転状態におけるリーン移行速度より緩かになるよ
うに設定し、その制御信号を前記空燃比調整手段４に出
力して、この移行速度に応じて空燃比をリーン化するも
のである。なお、排気通路８には触媒装置９が介装され
ている。

（発明の効果） 本発明によれば、空燃比のリーン化を行う場合に、アイ
ドル時のように極軽負荷状態ではリーン移行速度を小さ
くして、出力の急激な低下によるショックの発生を回避
し、エンジンの安定性を確保し、運転性を阻害すること
なく空燃比のリーン化を行うことができる。この場合に
は、ＮＯｘ排高領域を徐々に通過することになってＮＯ
ｘの排出層が増加するが、このときには吸気量が減少し
ていることから、実際のＮＯＸ排出量はそれほど多くな
いものである。

一方、極軽負荷状態より負荷状態が高い運転時における
空燃比のリーン移行を行う場合には、出力が増加状態に
あって空燃比をリーン状態に急激に切換えてもトルク低
下がなく、運転性に与える影響は少ないことから、トル
クショックの妥協レベルでリーン移行速度を大きくする
。この場合にはＮＯｘ排出領域を直ちに越えることによ
り、移行時のＮＯｘの排出層を抑制して良好なエミッシ
ョン性を得ることができるとともに燃費性能が向上する
。

（実施例〉 以下、図面に沿って本発明の詳細な説明する。

第２図は空燃比制御装置を備えたエンジンの全体構成図
である。

エンジン１の燃焼室１２に吸気を供給する吸気通路２に
は、インジェクタ３が配設されて燃料が供給される。こ
の吸気通路２には、上流側からエアクリーナ１４、吸気
量を計測する吸気１センサ１５、吸気量を制御するスロ
ットルバルブ１６が順に配設されている。一方、燃焼室
１２からの排気ガスを排出する排気通路８には触媒装置
９が介装され、ＮＯｘを含む排気ガスの有害成分の浄化
を行うものである。この触媒装置９より上流側の排気通
路８に空燃比センサ１７（リーンセンサ）が配設されて
いる。

前記インジェクタ３からの燃料噴射量によってエンジン
１の燃焼室１２に供給する空燃比を調整するものであり
、このインジェクタ３による燃料噴射はコントローラ２
０から出力される制御信号によって制御される。上記コ
ントローラ２０にはエンジンの運転状態を検出するため
に、前記吸気量センサ１５からの吸気量信号、スロット
ルバルブ１６の８ｒｌを検出するスロットル開度センサ
２１からの検出信号、ディストリビュータ２２とイグナ
イタ２３による点火信号に基づくエンジン回転信号、エ
アクリーナ１４に配設した吸気温センサ２４からの吸気
温度信号、冷却水温度を検出する水温センサ２５からの
水温信号、前記空燃比センサ１７からの空燃比信号、さ
らに、エンジンの極軽負荷状態であるアイドル運転時を
検出するためのアイドルスイッチ２６からのアイドル信
号がそれぞれ入力され、エンジンの運転状態に応じて、
燃料噴射量および噴射タイミングを制御するものである
。なお、２７はバッテリである。

そして、上記コントローラ２０は、前記第１図の各手段
の機能を有し、エンジン回転数および吸入空気量に基づ
いて基本燃料噴射時間を求め、エンジンの運転状態がリ
ーン化の領域にあるか否かを判定して、空燃比のリーン
移行時には、エンジン負荷が積杆負荷のアイドル状態に
ある時には移行速度を小さく設定し、それより負荷の大
きい運転域におけるリーン移行時の移行速度は大きく設
定し、この移行速度に対応して燃料噴射時間を補正し、
インジェクタ３に噴射パルスを出力する制御を行うもの
である。

なお、上記制御において、スロットル開度センサ２１に
よるスロットル開度は加減速状態の検出および目標空燃
比の算出等に使用され、吸気温センサ２４による吸気温
度は吸入空気量の補正に使用され、水温センサ２５によ
る冷却水温は＠機状前に応じた噴射量の補正に使用され
、さらに、空燃比センサ１７による検出空燃比は目標空
燃比との差に応じたフィードバック補正に使用されるも
のである。

上記コントローラ２０によって設定された燃料噴射パル
スで燃料噴射を行って、エンジン１に所定の空燃比を供
給するものであり、例えば、第３図に示すように、（Ａ
）のリーン条件の判定においてａ点でリーン運転条件が
成立すると、アイドル時には（Ｂ）に実線で示すように
空燃比のリーン化の移行速度は小さく、移行係数０１に
よって徐々に空燃比をリーン側に移行するものであり、
一方、非アイドル時には破線で示すように空燃比のリー
ン化の移行速度は大きく、移行係数０２によって急激に
空燃比をリーン側に移行するものである。１点でリーン
条件でなくなると、今度は空燃比をリッチ側に瞬時に移
行するものである。

上記空燃比のリーン移行速度の制御により、このリーン
移行時のＮＯｘ発生闇は、第３図（Ｃ）に示すように、
アイドル時（実線）はＮＯｘの発生量そのものが低い値
であることから、移行速度が小さくＮＯｘ排出領域を通
る際のＮＯｘ排出かが多くなっても、全体重は低レベル
であり、上記小さい移行速度によって良好なエンジン安
定性、運転性が得られる。

一方、非アイドル時（破線）には、リーン移行前は多量
のＮＯｘの発生があるが、この状態においては触ｆｆｌ
！［９の排気浄化効率が高く（第６図参照）、実際に大
気放出されるＮ０ｘｉは少ない。

この状態からリーン移行する場合に、触ｉ装置９のＮＯ
ｘ浄化効率が低下して大気放出Ｎ０ＸＩが増加すること
になるが、移行速度を大きくしてＮＯｘの発生量の少な
いリーン領域に直ちに移行することにより、全体として
のＮＯｘ排出量を低減するものである。なお、この際、
あまり急激な空燃比のリーン化は大きなトルクショック
を伴うことから、許容限度のトルクショックとなるよう
な最大限の移行速度に設定する必要がある。

上記コントローラ２０の作動を第４図のフローチャート
に基づいて説明する。このフローチャートは、燃料噴射
パルスを演算するルーチンの要部についてのみ示してい
る。

スタート後、コントローラ２０はステップＳ１でシステ
ムの初期化を行い、ステップＳ２でエンジンの運転状態
を検出するために前記各種センサの出力信号をそれぞれ
読み込む。そして、ステップＳ３で吸気最に基づいて基
本噴射ｆｆ１Ｔｏの算出を行う。この基本噴射量ＴＯは
、理論空燃比で制御する場合の噴射量を求めるものであ
る。

次に、ステップＳ４は、リーン制御条件が成立している
か否かを判定するものである。運転条件に対する空燃比
制御特性は、主にエンジン回転数とエンジン負荷に対応
して設定され、出力の要求度合が比較的少ない低中回転
・低中負荷領域が空燃比のリーン化を行うリーン領域に
設定され、高負荷高回転領域がエンリッチ領域に設定さ
れ、両者の中間領域が理論空燃比に制御する領域に設定
されている。上記のような特性に設定された空燃比マツ
プに基づいて、現在の運転状態がリーン領域にあるか否
かを判定するものである。

リーン条件が不成立で前記ステップＳ４の判定かＮｏの
場合には、ステップ８１３に進んでフラグＦをＯにリセ
ットし、ステップ８１４でリーン係数Ｃａｆを１にセッ
トしてから、ステップＳ１５で各種補正係数の算出を行
い、その結果に基づいてステップ８１６で最終噴射パル
スＴｉを演算し、理論空燃比もしくはエンリッチ空燃比
での空燃比制御を行う。

運転状態がリーン領域に移行して制御ステップＳ４の判
定がＹＥＳとなると、ステップＳ５でフラグＦが１にセ
ットされているか否かを判定し、このフラグＦがＯにリ
セットされているＮｏ時には、ステップＳ６でリーン移
行が完了したか否かを判定する。リーン移行が完了して
いないＮｏ時には、ステップＳ８で７ラグＦのリセット
を行い、ステップＳ９でアイドルスイッチ２６がオン作
動しているか否かによってアイドル状態を検出する。

ステップＳ９の判定がＹＥＳでアイドル時には、ステッ
プＳ１０でアイドル時の移行係数ＣＩ　　（第３図参照
）で徐々にリーン移行を行う一方、ステップＳ９の判定
がＮｏで非アイドル時には、ステップ８１１で非アイド
ル時の移行係数Ｃ２（第３図参照）で急速にリーン移行
を行う。

ステップ８１２はリーン領域において、エンジン回転数
Ｎｅと負荷（基本噴射ＩＴｏ　）に対応して予め設定さ
れているマツプから、リーン係数Ｃａｔを読み出すもの
である。このリーン係数Ｃａｆは、１未満の値に設定さ
れて基本噴射量ＴＯを所定リーン空燃比となるように補
正するためのものであり、リーン移行時には、このリー
ン係数Ｃａｆに対して、その値が前記移行係数Ｃｓ　、
Ｃ２に応じて変化するように設定するものである。この
場合にも前記と同様に、ステップ８１５．１６によって
最終噴射パルスＴｉを演算する。

上記のようにしてリーン移行が完了すると、前記ステッ
プＳ６の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ７でフラグＦ
を１にセットし、以後はステップＳ５のＹＥＳ判定によ
ってステップＳ１２のリーン係数Ｃａｆの読み出しに基
づいて最終噴射パルスＴｉを演算するものである。なお
、上記フラグＦはシステム初期化の時にはＯにリセット
するものである。

上記実施例によれば、アイドル状態でのリーン移行時に
はその移行速度を緩かにする一方、他の負荷状態におい
ては移行速度を速くするようにその制御を行うことによ
り、アイドル時の運転性の確保およびＮＯｘの発注の抑
制を行うものである。

なお、上記実施例においては、アイドル時を極軽負荷状
態として他の負荷状態より空燃比のリーン移行速度を緩
かにするように制御しているが、上記極軽負荷状態とし
てはアイドル時だけでなく、このアイドル時より負荷の
大きい状態を含むようにしてもよく、要するに、アイド
ル状態に近い積杆負荷領域においてはリーン移行速度を
緩かにするものである。また、積杆負荷領域に限らず負
荷状態に応じて負荷が低いほど、リーン移行速度が遅く
なるように制御特性を変えるようにしてもよい。さらに
、極軽負荷状態の検出も、前記アイドルスイッチ２６の
ほか、検出範囲に対応して燃料噴射量、吸気部等に基づ
いて検出するようにしてもよい。

また、上記実施例においては燃料噴射による空燃比制御
の例について示したが、気化器タイプの燃料供給方式の
ものでも空燃比の移行速度の調整が可能なものであれば
、本発明の適用は可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を明示するための構成図、第２図
は空燃比制ｍ装置を備えたエンジンの全体構成図、 第３図はリーン条件判定に基づく空燃比移行の制御およ
びそれに伴うＮＯｘ発生量の関係を示す特性図、 第４図はコントローラの作動を説明するためのフローチ
ャート図、 第５図は空燃比の変化に対する排気ガス成分の変動を示
す特性図、 第６図は空燃比の変化に対する触媒装置による排気ガス
成分の転換効率を示す特性図である。 １・・・・・・エンジン　　　　　２・・・・・・吸気
通路３・・・・・・インジェクタ　　　４・・・・・・
空燃比調整手段５・・・・・・運転状態検出手段　６・
・・・・・負荷検出手段７・・・・・・移行速度制御手
段　９・・・・・・触媒Ｈ置２０・・・・・・コントロ
ーラ ２６・・・・・・アイドルスイッチ 第３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの所定運転状態を検出して空燃比をリー
   ン化するエンジンの空燃比制御装置であって、運転条件
   に応じて空燃比を変える空燃比調整手段と、エンジン負
   荷が極軽負荷状態であることを検出する負荷検出手段と
   、該負荷検出手段の信号を受け、極軽負荷運転時には前
   記空燃比のリーン化の移行速度を他の負荷運転時に比べ
   て緩かに移行するよう設定する移行速度制御手段とを備
   えたことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。