JPS62203948A - 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、自動車等エンジンの空燃比を制御する装置に
関する。

（従来の技術） 近時、自動車エンジンに対する要求が高度化しており、
排出ガス低減、高出力、低燃費等の互いに相反する課題
について何れも高レベルでその達成が求められる傾向に
ある。

これらの課題に対応するため、超希薄空燃比下における
燃焼制御が試みられており、例えばそのようなものとし
ては［内燃機関　２３巻１２号Ｊ　１９８４年１０月号
　３３〜４０頁　山海堂発行に記載の希薄燃焼装置があ
る。この装置では、はぼストイチからリーンまで空燃比
を広範囲に検出可能なリーンセンサの出力に基づいて超
希薄空燃比領域まで空燃比のフィードバック制御を行っ
て上記要求を達成しようとしている。この場合、定常走
行においては理論空燃比一定の特性と異なり、一部の加
速領域においてもリーンな空燃比を目標値としている。

例えば、通常の加速域では空燃比２２．５、定常走行域
では空燃比２１．５、アイドリング時は空燃比１５゜５
としている。また、全負荷状態では出力空燃比１２〜１
３を用い車両動力性能を確保しようとする。

このようなリーン空燃比に移行するにつれてＮ。

Ｘは極めて減少する傾向にあり、近時におけるＮＯｘエ
ミツションの低減化に沿うものである。しかし、一方に
おいて、排出ガス規制を満足するためのＮＯｘの排出レ
ベルと許容できるトルク変動レベルの両者を満足できる
空燃比適合可能領域は狭く、精密な空燃比制御が必要と
なっている。

ところで、過渡時において運転性を確保しつつＮＯｘ排
出量を規制値内にクリアするためには等空燃比上を変化
させなければならないが、現行技術（すなわち従来の装
置）では過渡時に等空燃比を維持する精密な制御は未だ
困難である。

そのため、現状では運転性に支障を与えないように過渡
時には空燃比をリッチ化させている。しかしながら、単
に運転性確保の点から中途半端にリッチ化させたのでは
、ＮＯｘ排出量が増大し近時の要求に沿うことができな
い。

そこで本出願人は、かかる不具合を解消するため、三元
触媒本来の機能に着目し、過渡状態に移行したときは目
標空燃比を一時的に三元空燃比（例えば、λ＝１）に設
定することにより、運転性を確保しつつＮＯｘ排出量を
低減させて、近時の要求に沿う空燃比制御装置を本出願
と略同時期に提案している（特願昭６１−３１９８号参
照）。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上述の先願に係る装置にあっては、ＮＯｘ低
減と運転性の確保という相反する要求を高レベルで達成
しようとする点で優れたものであるが、運転性をより一
層向上させるという観点からみると次のようにするのが
好ましいことが判明した。すなわち、三元運転領域移行
時にはλ＝１となる燃料を供給しているが、この三元運
転の継続は所定時間に制限されている。したがって、三
元運転の所定時間経過後は通常のリーン運転に復帰する
から、その後も引続きエンジンに大きい走行トルクが要
求されるような場合にはこの要求に沿い難く、運転性の
より一層の向上という点で改善が好ましい。

（発明の目的） そこで本発明は、三元運転に移行したときエンジンのト
ルク要求が所定値以上であれば三元運転領域経過後も目
標空燃比を三元空燃比に保持することにより、ＮＯｘ低
減を図りつつエンジンのトルク要求を確保して、運転性
をより一層向上させることを目的としている。

（発明の構成） 本発明による空燃比制御装置はその基本概念図を第１図
に示すように、吸入混合気の空燃比を検出する空燃比検
出手段ａと、エンジンの負荷を検出する負荷検出手段す
と、エンジンが所定の三元運転領域にあることを検出す
る三元領域検出手段Ｃと、エンジン負荷に応じて目標空
燃比を設定し、少なくとも定常走行の一部において該目
標空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するとともに
、エンジンが所定の三元運転領域に移行すると目標空燃
比を三元空燃比に設定する一方、エンジンのトルク要求
が所定値以上のとき三元運転領域経過後も目標空燃比を
三元空燃比に保持する目標設定手段ｄと、空燃比検出手
段ａの出力に基づいて目標空燃比となるように吸入空気
あるいは燃料の供給量を制御する制御手段ｅと、制御手
段ｅからの信号に基づいて吸入空気あるいは燃料の供給
量を操作する操作手段ｆと、を備えており、エンジンの
トルク要求を確保して運転性をより一層向上させるもの
である。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜７図は本発明の一実施例を示す図である。

まず、構成を説明する。第２図において、１はエンジン
であり、吸入空気はエアクリーナ２より吸気管３を通し
て各気筒に供給され燃料は噴射信号Ｓｉに基づいてイン
ジェクタ（操作手段）４により噴射される。そして気筒
内の混合気は点火プラグ５の放電作用によって着火、爆
発し、排気となって排気管６を通して触媒コンバータ７
に導入され、触媒コンバータ７内で排気中の有害成分（
Ｃｏ、ＨＣ，Ｎ０ｘ）を三元触媒により清浄化して排出
される。

吸入空気の流量Ｑａはフラップ型のエアフローメータ８
により検出され、吸気管３内の絞弁９によって制御され
る。絞弁９の開度ＴＶＯは絞弁開度センサ１０により検
出され、吸気管３内における吸入空気の圧力ＰＢは圧力
センサ１１により検出される。また、吸気ボート近傍の
吸気管３内にはスワール弁１２が設けられており、スワ
ール弁１２は駆動弁１３にかかる負圧を制御しているソ
レノイド弁１４に入力される制御信号Ｓｖに基づき開閉
して吸気ポートから気筒内にかけていわゆるスワールを
発生させて燃焼改善を行う。

エンジン１の回転数Ｎはクランク角センサ１５により検
出され、ウォータジャケットを流れる冷却水の温度ＴＷ
は水温センサ１６により検出される。

さらに、排気中の酸素濃度は酸素センサ（空燃比検出手
段）１７により検出され、酸素センサ１７はその出力Ｖ
ｉがリッチからリーン領域まで広範囲な空燃比に対して
一義的に変化するタイプのもの等が用いられる。

上記エアフローメータ８およびクランク角センサ１５は
負荷検出手段１８を構成しており、負荷検出手段１８お
よび各センサ１０．１１．１６．１７からの信号をコン
トロールユニット２０に入力される。コントロールユニ
ット２０はこれらのセンサ情報に基づいて空燃比制御、
点火時期制御およびスワール制御を行う。

すなわち、コントロールユニット２０は三元領域検出手
段、目標設定手段および制御手段としての機能を有し、
ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３およびＩ１０ポー
ト２４により構成される。ＣＰ　Ｕ２１はＲＯＭ２２に
書き込まれているプログラムにしたがってＩ１０ポート
２４より必要とする外部データを取り込んだり、またＲ
ＡＭ２３との間でデータの授受を行ったりしながら必要
な処理値等を演算処理し、必要に応じて処理したデータ
をＩ１０ボート２４へ出力する。Ｉ１０ポート２４には
センサ群１０．１１．１５．１６．１７．１８からの信
号が入力さ・れるとともに、Ｉ１０ポート２４からは噴
射信号Ｓｔおよび制御信号ＳＶ（その他点火時期制御の
信号もあるがここでは省略する）が出力される。ＲＯＭ
２２はＣＰＵ２１における演算プログラムを格納してお
り、ＲＡＭ２３は演算に使用するデータをマツプ等の形
で記憶している。

次に作用を説明する。

第３．５図はＲＯＭ２２に書き込まれている空燃比制御
のプログラムを示すフローチャートである。

第３図は三元運転領域判別のプログラムを示し、本プロ
グラムは所定時間（５ｍ５ｅｃ毎）毎に一度実行される
。

まず、Ｐｌで絞弁９が全閉位置から離れた後の竺過時間
Ｔｃを所定の三元判別時間ｔｏ比較する。

これは絞弁９が全閉から開いた直後はエンジン１の定常
走行からの加速に比して加速要求程度が大きいからであ
り、これに答えて空燃比のリッチ化（λ＝１）を図るた
めである。Ｔｃ＜ｔｏのときはＰ２に進み、Ｔｃ≧ｔｏ
のときはＰ３に進む。

Ｐ２では絞弁開度センサ１０からの信号ＴＶ○を読み込
み、これをＡ／Ｄ変換する。次いで、Ｐ４で所定の単位
時間内における絞弁開度ＴＶＯの差分値ΔＴＶＯを演算
し、Ｐ、でこれを所定の加速判別値Ａ（Ａ＞０）と比較
する。なお、ΔＴＶＯの算出は例えば本プログラムの実
行毎における差分（前回と今回の値の差）を求めるよう
にしてもよい。

ΔＴＶＯ＞Ａのときは加速要求に伴うリッチ化条件下に
ある（すなわち、三元運転領域にある）と判断し、Ｐ６
で三元フラグＳＦを立てて今回のルーチンを終了する。

また、ΔＴＶＯ≦Ａのときはリッチ化条件下にないと判
断し、Ｐ７で三元フラグＳＦを降ろしてルーチンを終了
する。このΔＴＶＯを判別パラメータとすることにより
、加速を精度よく判断して三元運転領域が確実に判別さ
れる。なお、加速の判別は上記例に限らず、例えば絞弁
開度ＴＶＯの微分値ｄＴＶｏ／ｄ　ｔを求め、これを所
定値と比較して加速を判別してもよい。

一方、上記ステップＰ＋でＮｏ命令に従いＰ３に進むと
きは、Ｐ３で今回が上記三元判別時間ｔｏ経過後の初回
のルーチンであるか否かを判別する。初回であるときは
Ｐ８で三元フラグＳＦを判別し、初回でないときはＰｚ
（後述）以降に行き、５Ｆ＝Ｏの条件かどうか判断して
ルーチンを終了する。Ｐ８で５Ｆ＝１のときはＰ、で１
気筒当りに実際に気筒内に吸入される空気流量（以下、
気筒流人空気量という）ＱＡＣＹＬを演算するとともに
、これを所定値Ｃと比較する。また、５Ｆ＝０のときは
ルーチンを終了する。このような演算を行うのは過渡時
においても正確な空気流量情報を得るためで、この情報
精度が悪いと空燃比制御において噴射量操作の実効が図
れないからであり近時の精密な空燃比制御に対応するた
めである。

ここで、気筒流人空気量ＱＡＣＹＬの算出について説明
する。

ＱＡＣＹＬの演算を加速の場合を一例として図示すると
第４図のように示される。

第４図において、ｔ＝Ｑなるタイミングでアクセルの踏
込が開始されて絞弁開度ＴＶＯが変化し始めると、圧力
センサ１１の住波形ＰＢを信号処理した波形ＰＢＸは脈
動抑制効果のため期間ｔ２だけ遅れて変化し始める。ま
た、ＰＢＸを基に予測処理した圧力補正流量値ＱＡＣＹ
Ｌ′もかなり補正されてはいるものの、やはり期間１．
（１，＜ｔｚ）の遅れをもって変化し始めており、気筒
に吸入されたと予想される真の空気流１ＱＡｃＹＬとは
図中のハンチング部分（ΔＱＡＣＹＬ）のズレがある。

したがって、このような過渡時に空気流量の検出精度が
低下する。本実施例ではこれを是正している。

まず、ＱＡＣＹＬ　’は次式■に従って演算される。

ＱＡＣＹＬ　’　＝ＰＢＸ＋αΔＰＢ　　・・・・・・
００式において、ＰＢＸは圧力センサ１１の出力を脈動
抑制のために信号処理した波形であり、ΔＰＢは吸気圧
力ＰＢの所定の単位時間内における差分値である。また
、αは回転数Ｎの関数である。

このような演算を行うのは、空気の方が燃料よりも遅く
まで気筒に吸入さ１′ムるため噴射量を決定する際に気
筒に入る空気量を予測するためであり、圧力センサ１１
の出力を脈動処理したものにΔＰＢを７倍したものをつ
け加えて予測している。

一方、上述のハンチング部分のズレを補正するために、
最も早く動き出す絞弁開度ＴＶＯに着目し、次式■に従
ってズレの補正分である流量補正値ΔＱ　Ａ　Ｃ，Ｙ　
Ｌを？Ｍ算する。

ΔＱＡＣＹＬ＝　（ΔＴＶＯ／Ｎ）Ｘ　ｒＮＴＱＡ・・
・・・・■ ０式において、ＩＮＴＱＡは過渡初期の空気流ｆｉＱＡ
ｃＹＬであり、例えば絞弁開度ＴＶＯの変化を用いる。

この０式は、ΔＴ　Ｖ　Ｏ／Ｎすなわち１回転当たりの
差分値ΔＴＶＯ（絞弁開度ＴＶＯの所定単位時間当たり
の差）がある運転条件では空気流量を代表しており、こ
れにＩ　ＮＴＱＡを乗じてやれば実際の空気流量とセン
サ情報に基づ（流量算出量との相関のズレを十分に補正
できることを意味している。このΔＱＡＣＹＬをＱＡＣ
ＹＬ′に加えたもの（ＱＡＣＹＬ＝ΔＱＡＣＹＬ＋ＱＡ
ＣＹＬ’）は図に示すように絞弁開度ＴＶＯの変化に相
関しており、気筒に吸入されたと予想される真の空気流
量に正確に対応したものとなる。

すなわち、加速時における吸入空気の算出を正ｉＩＪな
ものとして気筒内に吸入される空気流量の検出精度を飛
躍的に高めることがでる。なお、検出精度の向上は上述
した加速の例に限らず、減速の場合にも発揮されること
は勿論である。

そして、ΔＱＡＣＹＬによる補正が終了するとＱＡＣＹ
Ｌ　’によって空気流量が算出され、さらにＱＡＣＹＬ
’がＰＢＫに等しくなると以後はフラップ型エアフロー
メータ８の出力に基づいて空気流量が算出される。但し
、ＱＡＣＹＬ’＝ＰＢＸとなった以降は圧力センサ１１
の出力から直接に空気流量を算出してもよい。

このように、正確な空気流量情報に基づいているから、
後述の噴射量制御も精密なものとなる。

さて、以上を踏まえて再びプログラムに戻る。

Ｐ９において、気筒流人空気ＩＱＡｃＹＬを所定値Ｃと
比較するのは、ＱＡＣＹＬがエンジン負荷に対応しその
ときのエンジンのトルク要求を表すパラメータとして把
握できるからである。したがって、ＱＡＣＹＬ≧Ｃのと
きは三元判別時間ｔｏの初回経過後において引続きエン
ジンに大きいトルクが要求されていると判断し、Ｐ　ｔ
ｏで引続き三元フラグＳＦをセット状態に維持してＰｌ
＋に進む。また、ＱＡＣＹＬ＜Ｃのときはエンジンに小
さいトルクが要求されていると判断し、ＰＩ２で三元フ
ラグＳＦを降ろしてｐＨに進む。Ｐｌ＋では絞弁９が全
閉であるか否かを判別し、全閉でないときはＰＩ３で減
速中であるか否かを判別する。減速中でないときは今回
のルーチンを終了する。一方、Ｐ　１１％　Ｐ　１３で
それぞれＹＥＳ命令に従うときは何れもＰＩ４に進み、
Ｐ　＋ａで三元フラグＳＦを降ろしてルーチンを終了す
る。

このように、エンジン１が加速状態に移行すると、加速
要求に伴う所定のリンチ化条件下にあるとき三元フラグ
ＳＦが立てられる。また、所定の三元判別時間経過後も
引き続きエンジン１に太きいトルクが要求されていると
、三元フラグＳＦを継続してセット状態に維持し、トル
ク要求が小さくなって三元フラグＳＦが降ろされる。

第５図は空燃比制御のプログラムを示し、本プログラム
はエンジン回転に同期して実行される。

まず、ＰＨ１で三元フラグＳＦが立っているか否かを判
別し、５Ｆ＝１のときはＰ２□で目標空燃比ＫＭＲを三
元空燃比（以下、三元ＫＭＲと表す）に設定してＰＩ３
に進む。三元空燃比とは三元触媒本来の機能が有効に発
揮される空燃比であればよく、本実施例ではこれをメ＝
８の理論空燃比としている。一方、５Ｆ＝０のときはＰ
Ｉ４で目標空燃比ＫＭＲをそのときのエンジン負荷に応
じて設定し、Ｐ２３に進む。これは、例えば気筒流人空
気量ＱＡＣＹＬと回転数Ｎをパラメータとするテーブル
マツプから最適値をルックアップして決定する。

この通常の目標空燃比Ｋ　Ｍ　Ｒは従来と同様に主に希
薄空燃比領域において幅広く設定され、いわゆる希薄燃
焼システムを考慮したものとなる。

次いで、ｐｚｚで次式■に従って燃料噴射量Ｔｉを演算
し、ＰｕｓでこれをＩ１０ポート２４にセントしてルー
チンを終了する。

Ｔ　ｉ−ＱＡＣＹＬＸＫＭＲＸＣＯＥＦｘＡＬＰＨＡ十
Ｔｓ・・・・・・■ 但し、Ｔｉ：インジェクタのパルス幅で表される ＡＬＰＨＡ：空燃比のフィードバック補正係数 Ｔｓ：無効パルス幅（電圧補正分） ■弐において、ＱＡＣＹＬは１気筒当たりの空気流量に
相当しており、吸気温度による補正等も加味されている
。この場合、本実施例ではＱＡＣＹＬは定常状態ではエ
アフローメータ８の出力に基づいて算出され、過渡状態
に移行すると前述のように絞弁開度ＴＶＯおよび圧力セ
ンサー１の信号ＰＢに基づく補正が加えられて算出され
る。

Ｃ０ＥＦは燃料の遅れ補正係数であり、過渡時に燃料量
を補正するものである。その値は燃料の気化や壁流割合
によって定められるものであるが、具体的には加減速の
大小や機関暖機状態および運転状態、始動後か否か等に
よって算出される。ＡＬＰＨＡは酸素センサ１７によっ
て検出された空燃比に基づいて目標空燃比となるように
噴射量をフィードバック制御するときの補正係数である
。

第６図は上記各プログラムに基づく空燃比制御のタイム
チャートを示している。

第６図において、絞弁９が全閉位置がら開くと、その後
の経過時間Ｔｃが三元判別時間ｔｏの範囲内にあるとき
同図（Ｃ１に示すように所定の加速が行われると、目標
空燃比Ｋ　Ｍ　Ｒが三元ＫＭＲに設定される。これによ
り、先願と同様に運転性を確保しつつＮＯｘ低減が図ら
れる。

次いで、三元判別時間ｔｏ内にあるときエンジン１のト
ルク要求がＱＡＣＹＬをパラメータとして判別され、Ｑ
ＡＣＹＬ≧Ｃの条件が満たされると三元判別時間ｔｏの
経過後も引き続き三元ＫＭＲに制御される。したがって
、エンジン１のトルク要求に適切に答えることができ、
運転性をより一層高めることができる。そして、この三
元ＫＭＲという状態はその後の減速判別で停止される。

一方、第６図ｆｄ＋に破線で示すように三元判別時間ｔ
ｏの経過前にエンジン１のトルク要求が小さいと判断さ
れたときは、該時間ｔｏの経過後は直ちに再び通常のリ
ーンな目標空燃比ＫＭＲに復帰して不必要な燃料消費や
ＮＯｘ排出を抑制する。

なお、三元運転領域の判別は本実施例のような例には限
られない。加速要求を達成しつつＮＯｘ低減を図る必要
のある場合としては、次のような態様がある。

（１）加速要求は気筒流人空気量ＱＡＣＹＬの差分値Δ
ＱＡＣＹＬをパラメータとして判別してもよい。ＱＡＧ
ＹＬが実際の空気流量に精密に相関するから、精度の高
い判別が行える。

（ＩＩ）三元判別時間ｔｏは絞弁９の開直後に限られな
い。例えば、ギアチェンジを判断し、ギアチェンジ後所
定時間内に三元判断を行うようにしてもよい。ギアチェ
ンジ後は加速要求があるからである。

（ＩＩＩ）エンジン１のトルク要求有無の判別パラメー
タはＱＡＣＹＬのみでなく、例えば吸気管圧力ＰＢをも
用いてもよい。

（効　果） 本発明によれば、三元運転中にエンジンのトルク要求が
所定値以上のときは所定の三元運転領域経過後も引き続
き三元運転を実行しているので、ＮＯｘ低減を図りつつ
エンジンのトルク要求を確保することができ、運転性を
より一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜６図は本発明の一
実施例を示す図であり、第２図はその全体構成図、第３
図はその三元運転領域判別のプログラムを示すフローチ
ャート、第４図はその空気流量算出の作用を説明するた
めの波形図、第５図はその空燃比制御のプログラムを示
すフローチャート、第６図はその空燃比制御の作用を説
明するためのタイムチャートである。 １・・・・・・エンジン、 ４・・・・・・インジェクタ（操作手段）、１８・・・
・・・負荷検出手段、 ２０・・・・・・コントロールユニット（三元領域検出
手段、目標設定手段、制御手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）吸入混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、 ｂ）エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、ｃ）エ
   ンジンが所定の三元運転領域にあることを検出する三元
   領域検出手段と、 ｄ）エンジン負荷に応じて目標空燃比を設定し、少なく
   とも定常走行の一部において該目標空燃比を理論空燃比
   よりリーン側に設定するとともに、エンジンが所定の三
   元運転領域に移行すると目標空燃比を三元空燃比に設定
   する一方、エンジンのトルク要求が所定値以上のとき三
   元運転領域経過後も目標空燃比を三元空燃比に保持する
   目標設定手段と、 ｅ）空燃比検出手段の出力に基づいて目標空燃比となる
   ように吸入空気あるいは燃料の供給量を制御する制御手
   段と、 ｆ）制御手段からの信号に基づいて吸入空気あるいは燃
   料の供給量を操作する操作手段と、 を備えたことを特徴とする空燃比制御装置。