JPS6287635A - 内燃機関の空燃比制御方法 - 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〕 本発明は火花点火式内燃機関の燃焼用混合気の電子制御
式空燃比制御方法に関する。

〔従来技術〕

内燃機関の排気ガスの温度は機関回転速度、機関負荷の
増大、および点火時期進角量の減少に応じて上昇し、高
負荷高回転時には排気系が高温になることが知られてい
る。他方、排気ガスの温度は、負荷、回転速度、点火時
期進角を一定と仮定した場合、燃焼用混合気の空燃比が
理論空燃比付近にある時に最高となり、空燃比が理論空
燃比より小さくなる（即ち、混合気が燃料リンチとなる
）につれて低下することが知られている。

高負荷高回転時に排気系がオーバーヒートすると、排気
系に設けられた排気ガス浄化装置の触媒を劣化させる。

そこで、従来、電子制御式燃料供給装置を備えた機関に
おいては、燃料消費率を最小限にするため混合気の空燃
比は基本的には理論空燃比に向って制御されるが、機関
の高負荷高回転時には負荷および回転速度に応じて空燃
比を理論空燃比よりリッチ側に増量補正して排気ガス温
度を許容値以下に制御する様になっている。

この様な増量補正は燃費を悪化させるので最小限にする
ことが望ましい。ところが、過渡時には排気系の温度は
瞬間的に上昇するものではなく、オーバーヒートまでに
多少の時間がある。そこで、従来技術においては、空燃
比の増量補正の実行を所定時間だけ遅延させ、燃費の改
善を図っている。

例えば、特開昭５８−５１２４１号公報（特願昭５６−
１４８２７８号）に開示された制御方法においては、機
関負荷（エンジン１回転当りの吸入空気Ｎ）と回転数に
応じて増量補正の遅延時間を変化させている。この方法
は、高負荷時には排気系の温度の立上りが早くなるので
遅延時間を短か（するという考えに立脚している。また
、昭和５９年８月２３日出願の特願昭５９−１７４０１
７号に開示された制御装置は冷却水温に応じて遅延時間
を変化させる様に構成されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来の方法はいずれも機関負荷を表わす
要因に基いて遅延時間を制御しているため、空燃比増量
補正の実行開始に遅れがあり、排気ガスの温度は許容値
以下に抑えることはできても排気ガス浄化装置の触媒床
の温度が許容値を超える慣れがあった。即ち、第７図を
参照して後述する様に、排気ガスの温度を許容値以下に
抑える様に空燃比を増量補正しても、一般に触媒床の温
度変化は排気ガス温度変化に較べて鈍感であり、排気ガ
ス温度が安定した後所定時間は触媒床の温度は上昇し続
け、所定時間経過後に初めて触媒床温度が低下すること
が経験則により知られている。。

このため、触媒床温度がその許容値を超え、浄化装置を
劣化させる慣れがあった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、排気ガス温度の上昇をより早い時点で
予知し、温度上昇が予測される運転条件下では空燃比増
量補正を早期に実行することにより触媒床のオーバーヒ
ートを防止することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、機関負荷時には基本的に理論空燃比を中心と
して空燃比を制御し、機関高負荷時およびまたは高速回
転時には機関負荷および機関回転速度に応じて空燃比を
理論空燃比よりリッチ側に増量補正し、その際、軽負荷
または低回転状態から高負荷または高回転状態への過渡
時には所定遅延時間経過後にのみ前記増量補正を実行す
ることから成る、内燃機関の燃焼用混合気の電子制御式
空燃比制御方法において、前記遅延時間はスロットル開
度に応じて変化させることを特徴としたものである。

〔作用の概要〕

周知の様に、エンジン回転数やエンジン−回転当りの吸
入空気量は車両加速時に直ちに上昇するものではなく、
これらに基いて増量補正の遅延時間を設定した場合には
増量補正の実行は遅れがちとなる。これに対し２、スロ
ットル開度は加速しようとする運転者の意図を最も鋭敏
に反映する因子であるので、排気ガス温度の上昇をより
早期に予測することができる。従って、スロットル開度
の増加に応じて遅延時間を短くすれば、高負荷時には増
量補正は早期に実行されるので、触媒床の温度が許容値
を超えない様に十分に早期に排気ガスの温度を抑制する
ことができる。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。第
１図は本発明の方法を実施することの可能な電子制御式
燃料供給装置を備えた多気筒エンジンの一部を模式的に
示す。この実施例においては燃料供給装置は電子制御燃
料噴射装置から成るものとして図示されているが、気化
器弐の燃料供給装置を用いた場合でも本発明の方法は実
施可能である。

第１図において、１ｏはシリン々゛ブロック、１２はピ
ストン、１４はシリンダヘッド、１６ば燃焼室、１８は
点火プラグ、２０は吸気ボート、２２は排気ボートを表
す。燃焼に必要な吸入空気はスロットル弁２４により制
御され、サージタンク２６、吸気マニホールド２８、吸
気ボート２０を介して燃焼室１６に吸入される。吸入空
気流量はメジャリングプレート３０とポテンショメータ
３２とを備えたエアフローメータ３４により計測され、
ポテンショメータ３２はメジャリングプレート３０の開
度に応じたアナログ信号を電子制御回路３６に出力する
。スロットル弁２４の開度は該スロットル弁２４に連動
するポテンショメータから成るスロットル開度センサ３
７により電気信号に変換され、このセンサ３７は該信号
を制御回路３６に出力する。

各気筒毎に設けられた電磁式インジェクタ３８には周知
の燃料系統（図示せず）から燃料が圧送される。インジ
ェクタ３８は制御回路から送られる電気パルスに応じて
開閉し、パルス幅に応じた所定量の燃料を吸気ボート２
０内の吸入空気流に間欠的に噴射して燃焼用混合気を形
成する。燃焼室１６内に吸入された混合気は、制御回路
３６から所定タイミングでイグナイタ４０に点火信号を
送り、イグナイタ４０により発生させた高電圧をディス
トリビュータ４２を介して各気筒の点火プラグ１８に供
給してスパークを発生させることにより点火される。排
気ガスは排気ボート２２、排気マニホールド４４、およ
び排気管（図示せず）を介して大気に排出される。

次に、混合気の空燃比制御に供される各種センサについ
て略述するに、３４は前述したエアフローメータ、３７
は前述したスロワ１−ル開度センサ、４６は吸入空気の
温度を検出する吸気温センサ、４８は排気ガス中の残留
酸素濃度を検出する空燃比センサ、５０は冷却水温を検
出する水温センサである。ディストリビュータ４２には
、機関クランク軸の２回転（７２０°クランク角）毎に
１つのパルス信号を出力するクランク角センサ５２と、
クランク角３０°毎に１つのパルス信号を出力するクラ
ンク角センサ５４が設けである。これらのセンサからの
出力信号は制御回路３６に取り込まれる。制御回路３６
はこれらの信号に基いてインジェクタ３８およびイグナ
イタ４０を制御して空燃比および点火時期を制御し得る
様にプログラムされている。

第２図に制御回路３６の構成を示す。同図において５６
は固定データ及び各種プログラムが格納されるリードオ
ンリメモリ　（ＲＯＭ）　、５８は各種データの読み出
し及び書き込みを行うランダムアクセスメモリ　（ＲＡ
Ｍ）　、６０はＲＯＭ５６に記憶されているプログラム
に基づいて各種の演算処理を行うセントラルプロセシン
グユニノト（ＣＰＵ）である。６２．６４は入出力ボー
ト、６６゜６８は出力ボート、７０はマルチプレクサ７
２により取り込まれたアナログ信号をディジタル信号に
変換するＡ／Ｄ変換器、７４はクランク角センサ５２，
５４からのパルス状の信号を整形する波形整形回路、７
６．７８は出力ポートロ６．６８から出力される信号を
所定のレベルまで増幅する駆動回路、８０，８１．８２
．８４はそれぞれ、スロットル開度センサ３７、エアフ
ローメータ３４、水温センサ５０、吸気温センサ４６の
検出出力を増幅するバッファアンプである。８６はバッ
ファアンプ８８の出力を波形整形するコンパレータであ
る。入出カポ−トロ２，６４、出カポ−）６６．６８は
コモンバス９０を介してＣＰ　１．Ｊ６０、ＲＯＭ５６
、およびＲＡ　Ｍ　５８と接続されており、このコモン
バス９０を介してデータおよび命令の転送が行われる。

エアフローメータ３４、スロットル開度センサ３７、水
温センサ５０、吸気温センサ４８からのアナログ電圧信
号はマルチプレクサ７２を介してＡ／Ｄ変換器７０に送
り込まれ、ＣＰＵ６０からの指令に応じて２進信号に変
換せられてＲＡＭ５８に格納される。

空燃比センサ４８からは排気ガス中の酸素の存在または
不足に応じて高レベルまたは低レベルの電圧信号が出力
され、コンパレータ８６はこれを基準電圧と比較して“
０”または“１”の信号を出力する。この信号は燃焼用
混合気の空燃比が理論空燃比より“リンチ”であるか“
リーン”であるかを表す。

クランク角センサ５２．５４からの信号は波形整形回路
７４で矩形波に成形される。クランク角センサ５２から
のクランク角３０”毎のパルス信号は回転速度およびク
ランク角の演算等に使用される。クランク角センサ５４
からのクランク角７２０°毎のパルス信号は燃料噴射お
よび点火のための割込み要求信号、気筒判別信号等の形
成に利用される。

出力ポートロ８内にはプリセッタブルダウンカウンタお
よびレジスタ等を含むインジェクタ制御回路が設けてあ
り、ＣＰＵ６０から送り込まれる噴射パルス幅に関する
２進数データからそのパルス幅を持った噴射パルス信号
を形成する。この噴射パルス信号は駆動回路７８により
増幅され、各気筒のインジェクタ３８に同時または順次
に送られ、これらを駆動する。これにより噴射パルス信
号のパルス幅に応じた量の燃料が吸入空気流中に噴射さ
れ、所望の空燃比の混合気が形成される。

ＲＯＭ５６内には、メイン処理ルーチンのプログラム、
後述する燃料噴射量演算用割込み処理ルーチンのプログ
ラム、空燃比増量補正用割込み処理のプログラム、前記
演算処理に必要な種々のデータおよびマツプが予め格納
されている７次に、第３図および第４図のフローチャー
１・を参照して制御回路３６が実行する演算処理を説明
する。

第３図は燃料噴射量演算処理ルーチンのプログラムのフ
ローチャートを示す。ステップ１０１において所定のク
ランク角（例えば４気筒では１８０”　’）毎にこの割
込みルーチンが起動される。ステップ１０２ではエアフ
ローメータ３４からのデータに基いて吸入空気量Ｑを読
込み、ステップ１０３ではクランク角センサ５４からの
データに基いて機関回転数Ｎを読込む。ステップ１０４
では、吸入空気ＶＱと回転数Ｎから機関１回転当りの吸
入空気量Ｑ　／　Ｎを計算する。ステップ１０５では、
混合気の空燃比が理論空燃比となる様に、機関１回転当
りの吸入空気量Ｑ／Ｎに対応する基本噴射パルス幅τ□
、をマツプサーチおよび補間計算等により計算する。次
に、ステップ１０６に於て、基本噴射パルス幅τ１ＩＡ
ｓＥに後述の空燃比増量補正値ＦＯＴＰを加算して実行
噴射パルス幅τを計算する。言うまでもなく、このステ
ップ１０６においては、吸気温センサ４６、空燃比セン
サ４８、水温センサ５０からのデータおよびその他のデ
ータに基いて周知の態様で基本噴射パルス幅τに種々の
補正を加えることができる。ステップ１０７では出力ポ
ートロ８内のプリセッタブルダウンカウンタに実行噴射
パルス幅τがセットされる。その結果、この実行噴射パ
ルス幅τを持ったパルス信号が駆動回路７８へ出力され
、パルス幅τにト目当する時間だけインジェクタ３８が
駆動されて所定量の燃料が噴射される。次に、ステップ
１０８においてメインルーチンに復帰する。

第４図は本発明に基く空燃比増量補正値演算処理ルーチ
ンのプログうムの一例を示すフローチャートである。こ
のル・−チンは例えば４ミリ秒毎に割込みルーチンとし
て実行される。ステップ２０１においてルーチンが起動
されると、ステップ２０２で吸入空気量Ｑを読み取り、
ステップ２０３で機関回転数Ｎを読み取り、ステップ２
０４で機関１回転当りの吸入空気量Ｑ／Ｎが計算される
。この機関１回転当りの吸入空気量Ｑ　／′Ｎは機関負
荷を代表するものとして利用される。次に、ステソゲ２
０５において、現在の回転数Ｎおよび負荷Ｑ　／　Ｎに
ついて排気系のオーバーヒートを防止するに必要な計算
上の空燃比増量補正値ＦＯＴＰＣを計算する。これは、
回転数Ｎおよび負荷Ｑ／ＮＵご対する必要な増量補正値
を定めた第５図に示す様なマツプを予めＲＯＭ５６に格
納しておき、マツプサーチと捕間計算により求めること
ができる。次Ｑこ、ステップ２０６において、計算上の
増量補正値ＦＯＴＰＣがゼロであるか否かを判定し、ゼ
ロでない場合にはステップ２０７において増量補正実行
の遅延時間を計数するためのディレィカウンタＣ０ＴＰ
を１だけカウントアツプする。この様に、計算上の増量
補正値がゼＵより大きくなる様な運転条件が継続する限
り、第４図の割込み処理ルーチンが実行される毎にディ
レィカウンタＣ０ＴＰは１づつ、Ｊ７・“ノントアフプ
される。次に、ステップ２０８でスロットル開度センサ
３７からの情報に基いてスロットル開度ＴＡを読み取り
、ステップ２０９において現在のスロットル開度ＴＡに
対する増量実行遅延時間判定値ＫＤＬを計算する。これ
は、例えば、スロットル開度ＴＡと遅延時間判定値Ｋ　
Ｄ　ｉ、との関係を定めた第６図に示す様なマツプを予
めＲＯＭ５６に格納しておき、マツプサーチと補間計算
により求めることができる。第６図に示したマツプの一
例では、スロットル開度が２０゛未溝の場合には遅延時
間判定値ＫＤＬは１０秒となり、６０°以上の場合には
２秒となり、２０°から６０°の間ではスロットル開度
の増大に応じて遅延時間判定値は減少し７ていることが
判る。第６図の例ではスロットル開度のみに基いて遅延
時間判定値を求めているが、更に機関負荷を表す要因を
考慮して定めてもよい。

次に、ステップ２１０においてディレィカウンタＣ０Ｔ
Ｐの値が先に求めた遅延時間判定値ＫＤＬより大きいか
否かを判定し、大きければステップ２１１において計算
上の増量補正値ＦＯＴＰＣを実行増量補正値ＦＯＴＰと
し、小さい場合にはステップ２１３に進んで実行増量補
正値ＦＯＴＰをゼロとした後、ステップ２１４でメイン
ルーチンに復帰する。

上記ステップ２０６の判定において計算上の増量補正値
がゼロである場合には、ステップ２１２に進んでディレ
ィカウンタＣ０ＴＰをリセフトした後、ステップ２１３
に進むゆ 第４図の割込みルーチンを繰り返し実行することにより
、計算上の増量補正値ＦＯＴＰＣがゼロより大きくなる
様な運転条件になった後にディレィカウンタＣ０ＴＰが
遅延時間判定値ＫＤＬをカウントオーバーすると実行増
量補正値ＦＯＴＰとして計算上の増量補正値ＦＯＴＰＣ
が使用され（ステップ２１１）、第３図のルーチンのス
テップ１０６において噴射パルス幅が増加せられ空燃比
が理論空燃比よりリンチ側に増量補正されることが判る
であろう。一方、第４図のステップ２１３において実行
増量補正値がゼロとされた場合には、第３図のルーチン
のステップ１０６における噴射パルス幅は基本噴射パル
ス幅（または、必要により更に他の補正を加えたもの）
となり、空燃比の増量補正は行われない。

以上に説明した本発明の方法による排気ガス浄化装置の
触媒床の温度変化を第７図および第８図のタイムチャー
トを参照して従来の方法と対比して説明する。第７図は
車両が１回加速される間の従来の方法に於ける種々の値
の変動を横軸を時間にとって表したもので、（イ）はエ
ンジン回転数Ｎ、（０）は遅延時間判定値ＫＤＬ、（、
→はディレィカウンタＣ０ＴＰの値、仁）は実行増量補
正値ＦＯＴＰ　、休）は排気ガス温度、（へ）は排気ガ
ス浄化装置の触媒床温度を表す。第７図（（）　ｆｏｌ
から分る様に、ここに例示した従来の方法では遅延時間
判定値ＫＤＬはエンジン回転数Ｎに反比例して短くなる
様に設定されている。時点３０１から車両の加速が始ま
り、第７図（八）の如（ディレィカウンタＣ０ＴＰがカ
ウントアツプを開始する。時点３０２においてディレィ
カウンタＣ０ＴＰＯ値が遅延時間判定値Ｋ　Ｄ　Ｌを超
えるため、第７図仁）の如く空燃比の増量補正値ＦＯＴ
Ｐがエンジン負荷に応じた値となり、増量補正が実行さ
れ、排気ガス温度は許容値（例えば、８５０℃）以下の
温度で安定する（第７図（ホ））、シかし、触媒床温度
はその後も上昇し続け、時間Ｔの後に下降し始める（第
７図（（至））。この時間Ｔは走行条件にもよるが一般
に１０〜３０秒である。このため、触媒床の温度は許容
値（例えば、８５０℃）をオーバーすることがある。

第８図は車両の１回の加速の際の本発明の方法に於る種
々の値の変動を同じく横軸を時間として表したもので、
（イ）はスロットル開度ＴＡ、ｆ口）はエンジン回転数
Ｎ、（、ｌよ吸入空気量Ｑ、に）は遅延時間判定値、休
）はディレィカウンタＣ０ＴＰＯ値、（→は実行増量補
正値ＦＯＴＰ　、（Ｌ＋は排気ガス温度、（チ）は触媒
床温度を示す。第８図のタイムチャートは時点４０１で
加速がはじまり、スロットル弁が開かれ、エンジン回転
数Ｎおよび吸入空気（ｊｌＱが次第に増加していること
を表している。第８図（イ）（ニ）から分る様に、本発
明に従い遅延時間判定値ＫＤＬはスロットル開度ＴＡに
反比例して減少している。このため、ディレィカウンタ
ＣＯＴ　Ｐ、の値は直ちに判定値ＫＤＬを超え（時点４
０２　）　、空燃比の増量補正が早期に実行される（第
８図（へ））。

その結果、排気ガス温度の上昇は早期に許容値以下で安
定する（第８図（ト））。触媒床の温度は排気ガス温度
の前記安定に較べ時間Ｔの遅れの後に下り始めるが、空
燃比増量補正が早期に実行されるので許容値を超えるこ
とが無い。

〔発明の効果〕

以上から判る様に、空燃比増量補正実行の遅延時間判定
値をエンジン回転数等の要因により定める従来方法と異
なり、本発明の方法ではスロットル開度に応じて遅延時
間判定値を変化させているので、排気ガス温度の上昇を
より早い時点で予知して増量補正の実行を早めることが
でき、もって、触媒床のオーバーヒートを防止すること
ができる。

また、通常の緩加速モードの走行ではスロットル開度は
小さいので空燃比増量補正は実行されないか実行が短縮
されることとなり、燃料消費率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を適用可能な電子制御燃料噴射装
置を備えたエンジンの一部の模式図、第２図は制御回路
のブロック図、第３図は燃料噴射量演算処理プログラム
のフローチャート、第４図は空燃比増量補正値演算処理
プログラムのフローチャート、第５図は機関負荷および
回転数に関する計算上の増量補正値を定めたマツプの一
例を示し、第６図はスロットル開度に関する増量補正実
行遅延時間の判定値を定めたマツプの一例を示し、第７
図および第８図は、夫々、車両の１回の加速の間の従来
方法および本発明の方法における種々の値の変動を示す
タイムチャートである。 １６・・・燃焼室、　　　　２４・・・スロットル弁、
２８・・・吸気マニホールド、 ３４・・・エアフローメータ、３６・・・制御回路、３
７・・・スロットル開度センサ、 ３８・・・インジェクタ、　Ｑ・・・吸入空気量、Ｎ・
・・エンジン回転数、　ＴＡ・・・スロットル開度、Ｃ
０ＴＰ・・・ディレィカウンタ、 ＫＤＬ・・・遅延時間判定値、 ＦＯＴＰＣ・・・計算上の増量補正値、ＦＯＴＰ・・・
実行増量補正値。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、機関負荷時には基本的に理論空燃比を中心として空
   燃比を制御し、機関高負荷時およびまたは高速回転時に
   は機関負荷および機関回転速度に応じて空燃比を理論空
   燃比よりリッチ側に増量補正し、その際、軽負荷または
   低回転状態から高負荷または高回転状態への過渡時には
   所定遅延時間経過後にのみ前記増量補正を実行すること
   から成る、内燃機関の燃焼用混合気の電子制御式空燃比
   制御方法において、 前記遅延時間は、スロットル開度に応じて変化させるこ
   とを特徴とする、内燃機関の燃焼用混合気の空燃比制御
   方法。 ２、前記遅延時間は、スロットル開度の増大に応じて減
   少しスロットル開度の減少に応じて増大することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の空燃比制御方法。