JPS6312846A - 内燃機関の空燃比制御装置 - 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、自動車等内燃機関の空燃比制御装置、特にギ
ア位置に応じて理論空燃比から希薄空燃比に切替える部
分リーン制御を行う装置に関する。

（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、
排出ガス有害成分低減、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。

また、特に省燃費の立場から比較的低負荷低回転領域で
は空燃比を理論空燃比から希薄空燃比に切替える部分リ
ーン制御が試みられており、従来のこの種の空燃比制御
装置としては、例えば特開昭５９−５１１４７号公報や
特開昭５９−７７４１号公報に記載されたものが知られ
ている。

これらの装置では、吸気管圧力、エンジン回転速度の変
化率（あるいは、車両の走行速度の変化率）およびスロ
ットル開度の変化に基づいて車両の負荷および加速度を
算出し、この負荷および加速度の算出結果から所定条件
下の運転領域においては希薄（リーン）空燃比を選択す
ることにより、エンジンの燃費性能の向上を図って省燃
費を実現しようとしている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の空燃比制御装置にあっ
ては、リーン領域における目標空燃比の値がギア位置に
よらず画一的なものであったため、ギア位置毎に異なる
運転者の加減速に対する期待に必ずしも沿うものではな
かった。

すなわち、従来のような画一的なリーン領域における目
標空燃比の値では、そのギア位置に適した加速感やトル
クが損われることがあり、運転者の意志が忠実には反映
されないことから運転感覚の低下や運転性の悪化を招い
ていた。

例えば、同じエンジン負荷および回転数であっても２速
と５速とではそのギア位置にセ・ノドする意味合に差異
があり、運転者の要求も異なる。すなわち、５速（ある
いは４速）は通常高速巡行用であり、運転者は定常走行
に入ってしまえばそれほど大きな出力（トルク）を必要
としない。ごのようなときは、リーン領域の目標空燃比
の中でもよりリーン側で運転をした方が省燃費の面で有
利である。一方、２速のギア位置は加速用であり、定常
走行に入るまで比較的高トルクを必要とする。

したがって、２速にあってはリーン領域の目標空燃比の
なかでもより理論空燃比に近い側で運転をした方が出力
の確保の点で望ましい。このように、同じリーン領域の
目標空燃比であっても、各ギア位置毎に目標とすべき空
燃比の値はそれぞれ異なっており、この目標空燃比を何
れのギア位置にあっても一律に設定している現行技術（
すなわち従来の装置）では運転者の意志が適切に運転に
反映されず、運転感覚および運転性の面で問題がある。

（発明の目的） そこで本発明は、リーン領域における目標空燃比の値を
ギア位置毎に設定することにより、そのギア位置に応じ
た最適な目標空燃比に切替えて、運転感覚および運転性
を１員なうことなく適切に燃費の向上を図ることを目的
としている。

（問題点を解決するための手段） 本発明による内燃機関の空燃比制御装置は上記目的達成
のため、その基本概念図を第１図に示すように、エンジ
ンの運転状態を検出する運転状態検出手段ａと、変速機
のギア位置を検出するギア位置検出手段すと、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
に選択するとともに、リーン領域における目標空燃比の
値をギア位置に応じて決定する目標設定手段Ｃと、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ｄと、制御手段ｄ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ｅと
、を備えている。

（作用） 本発明では、リーン領域における目標空燃比の値がその
ギア位置に応じて適切に設定される。したがって、運転
者の意志が運転に忠実に反映され、運転感覚および運転
性を出なうことなく燃費の向上が図られる。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜１０図は本発明の一実施例を示す図であり、本発
明のＳ　Ｐ　ｉ　　（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｐｏ１ｎｔ　Ｉｎ
ｊｅｃｔｉｏｎ）方式のエンジンに適用した例である。

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からスロットルチャ
ンバ３を経て、ヒータ制御信号Ｓ８によりＯＮ／○ＦＦ
するＰＴＣヒータ４で加熱された後、インテークマニホ
ールド５の各ブランチより各気筒に供給され、燃料は噴
射信号Ｓア、に基づきスロットル弁６の上流側に設けら
れた単一のインジェクタ（操作手段）７により噴射され
る。

各気筒には点火プラグ１０が装着されており、点火プラ
グ１０にはディストリビュータ１１を介して点火コイル
１２からの高圧パルスＰＵＬＳＥが供給される。これら
の点火プラグ１ｏ、ディストリビュータ１１および点火
コイル１２は混合気に点火する点火手段１３を構成して
おり、点火手段１３は点火信号５ＩＧＮに基づいて高圧
パルスＰＵＬＳＥを発生し放電させる。そして、気筒内
の混合気は高圧パルスＰ　Ｕ　Ｌ　Ｓ　Ｈの放電によっ
て、着火、爆発し、排気となって排気管１４を通して触
媒コンバータ１５で排気中の有害成分（Ｃｏ、ＨＣ，Ｎ
０ｘ）を三元触媒により清浄化されてマフラ１６から排
出される。

ここで、吸入空気の流れはアクセルペダルに連動するス
ロットルチャンバ３内のスロットル弁６により制御され
、アイドリング時にはスロットル弁６はほとんど閉じて
いる。アイドリング時の空気の流れはバイパス通路２０
を通り、開度信号Ｓａに基づいてＩＳＣバルブ（Ｉｄｌ
ｅ　５ｐｅｅｄ　ＣｏｎｔｒｏｌＶａｌｖｅ　　：アイ
ドル制御弁）２１により適宜必要な空気が確保される。

また、各気筒の吸気ポート近傍にはスワールコントロー
ル弁２２が配設されており、スワールコントロール弁２
２はロッド２３を介してサーボダイヤフラム２４に連結
される。サーボダイヤフラム２４には電磁弁２５から所
定の制御負圧が導かれており、電磁弁２５はデユーティ
値Ｄ　ＳＣＶを有するスワール制御信号Ｓ　ＳＣＶに基
づいてインテークマニホールド５から供給される負圧を
大気に漏らす（リークする）ことによってサーボダイヤ
フラム２４に導入する制御負圧を連続的に変える。サー
ボダイヤフラム２４は制御負圧に応動し、ロッド２３を
介してスワールコントロール弁２２の開度を調整する。

上記スワールコントロール弁２２、ロッド２３、サーボ
ダイヤフラム２４および電磁弁２５を全体としてスワー
ル操作手段２６を構成する。

・スロットル弁６の開度αはスロットルセンサ３０によ
り検出され、冷却水の温度Ｔｗは水温センサ３１により
検出される。また、エンジンのクランク角Ｃａはディス
トリビュータ１１に内蔵されたクランク角センサ３２に
より検出され、クランク角Ｃａを表すパルスを計数する
ことによりエンジン回転数Ｎを知ることができる。

排気管１４には酸素センサ３３が取り付けられており、
酸素センサ３３は空燃比検出回路３４に接続される。空
燃比検出回路３４は酸素センサ３３にポンプ電流１ｐを
供給し、このポンプ電流１ｐの値から排気中の酸素濃度
がリッチからリーンまで広範囲に亘って検出される。酸
素センサ３３および空燃比検出回路３４は空燃比検出手
段３５を構成する。

変速機の操作位置は位置センサ３６により検出され、車
両の速度Ｓ　ＶＳＦは車速センサ３７により検出される
。また、エアコンの作動はエアコンスイッチ３８により
検出され、パワステの作動はパワステ検出スイッチ３９
により検出される。

上記各センサ３０．３１．３２．３４．３６．３７．３
８．３９からの信号はコントロールユニット５０に入力
されており、コントロールユニット５０はこれらのセン
サ情報に基づいてエンジンの燃焼制御（点火時期制御、
燃料噴射制御等）を行う。

すなわち、コントロールユニット５０はギア位置検出手
段、目標設定手段および制御手段としての機能を有し、
ＣＰ　Ｕ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３およびＩ１０ボ
ート５４により構成される。

ＣＰ　Ｕ５１はＲＯＭ５２に書き込まれているプログラ
ムに従ってＩ１０ポート５４より必要とする外部データ
を取り込んだり、またＲＡＭ５３との間でデータの授受
を行ったりしながらエンジンの燃焼制御に必要な処理値
を演算し、必要に応じて処理したデータをＩ１０ボート
５４へ出力する。■／○ポート５４には上記各センサ３
０．、３Ｌ　３２．３４．３６．３７．３８．３９から
の信号が入力されるとともに、Ｉ１０ボート５４からは
前記各信号５Ｔｉｓ　５ＩＧＮ　−、Ｓ＋９ｃ、５ｓｃ
ｖ　％　Ｓｏが出力される。ＲＯＭ５２はＣＰ　Ｕ５１
における演算プログラムを格納しており、ＲＡＭ５３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。

なお、ＲＡＭ５３の一部は不揮発性メモリからなり、エ
ンジン１停止後もその記憶内容を保持する。

次に、作用を説明するが、最初に空気流量の算出システ
ムについて説明する。

本実施例では空気流量の検出に際して従来のようなエア
フローメータ等を設けておらず、フロ・７トル開度αお
よびエンジン回転数Ｎをパラメータとしてインジェクタ
７部を通過する空気ｆｆｌ　Ｑ　Ａｉ　ｎ　ｊ（以下、
インジェクタ部空気量という）を算出するという方式（
以下、単にα−Ｎシステムという）を採っている。

このようなα−Ｎシステムによってインジェクタ部通過
空気ｍ　Ｑ　Ａ　ｉ　ｎ　ｊを算出しているのは、次の
ような理由による。

すなわち、上記従来のセンサによると、（イ）吸気脈動
によるセンサ出力の変動が大きく、これは燃料の噴射量
の変動を引き起こし、トルク変動を生じさせる。

（ロ）センサの応答性の面で過渡時に検出誤差が大きく
なる。

（ハ）上記センサはコストが比較的高い。

という面があるためで、本実施例ではかかる観点から低
コストで応答性、検出精度に優れたα−Ｎシステムを採
用している。また、特にＳＰｉ方式のエンジンにあって
は、かかるα−Ｎシステムを採用することで、空燃比の
制御精度が格段と高められる。

以下に、本システムによるインジェクタ部通過空気ｆｆ
ｉ　Ｑ　Ａ　ｉ　ｎ　ｊの算出を説明する。

第３図はシリンダ空気ｆｆｌ　Ｑ　Ａ　ｅｙ　ｔの算出
プログラムを示すフローチャ、−トである。まず、Ｐｌ
で前回ノＱＡｃｙｔをオールド値Ｑ　Ａ　ｃ　ｙ　Ｌ′
とじてメモリに格納する。ここで、Ｑ　ａ　ｃ　ｙ　Ｌ
はシリンダ部を通過する吸入空気量であり、従来の装置
（例えば、ＥＧｉ方弐の機関）での吸入空気ｆｆ１Ｑａ
（エンジン負荷ＴＰ）に相当するもので、後述する第８
図に示すプログラムによってインジェクタ部における空
気量Ｑ　Ａ　ｉ　ｎ　ｊを演算するときの基礎データと
なる。次いで、Ｐ２で必要なデータ、すなわちスロット
ル開度α、ＩＳＣバルブ２１への開度信号５ＩＳＣのデ
ユーティ　（以下、ｒｓｃデユーティという）　Ｄｉｓ
ｃ、エンジン回転数Ｎを読み込む。

Ｐ３ではスロットル開度αに基づいてスロットル弁６が
装着されている部分における流路面積（以下、スロット
ル弁流路面積という）Ａαを算出する。これは、例えば
第４図に示すテーブルマツプから該当するＡαの値をル
ソクア・ツブして求める。Ｐ４では同様にＩＳＣデユー
ティＤＩｓｃに基づき第５図のテーブルマツプからバイ
パス路面’ｈｉ　Ａ　Ｐｌを算出し、Ｐ５で次式■に従
って聡流路面積Ａを求める。

Ａ＝Ａα＋Ａｌｌ　　・・・・・・■ 次いで、Ｐ６で定常空気ｆｉ　Ｑ　ｔ＋を算出する。こ
の算出は、まず総流路面積Ａをエンジン回転数Ｎで除し
てＡ／Ｎを求め、このＡ／Ｎとエンジン回転数Ｎをパラ
メータとする第６図に示すようなテーブルマツプから該
当する定常空気Ｍｌ　Ｑ　）ｌの値をルックアップして
行う。

次いで、Ｐ、でＡとＮとをパラメータとして第７図に示
すテーブルマツプからインテークマニホールド５の容積
を考慮した遅れ係数に２をルックアンプし、Ｐ８で次式
〇に従ってシリンダ空気量ＱＡｃｙ、を算出してルーチ
ンを終了する。

ＱＡｃｙｔ＝ＱＡｃｙｔ　”　（Ｉ　　Ｋ　２）　＋　
ＱＨＸ　Ｋ　２・・・・・・■ 但し、ＱＡＣｙ、　’　、　ｐ　、で格納した値このよ
うにして求めた空気ＩＱＡＣ，，は本実施例のようなＳ
Ｐｉ方式でなく、例えば吸気ポート近傍に燃料を噴射す
るＥＧｉ方式の機関にはそのまま適用することができる
。しかし、本実施例はＳＰｉ方式であるから、インジェ
クタ部空気Ｅｋ　Ｑ　Ａ　ｉ　、、ｊを求める必要があ
り、この算出を第８図に示すプログラムで行っている。

同プログラムでは、まず、Ｐｌ＋で次式■に従って吸気
管内空気変化量へ〇Ｍを求める。この６０Ｍはシリンダ
空気１ＱＡｃ、、に対して過渡時にスロットルチャンバ
３内の空気を圧力変化させるための空気量を意味してい
る。

ΔＣＭ＝　Ｋｓ　Ｘ　（ＱＡＣＶＬ　　ＱＡＣＹＬ　’
　）　／　Ｎ−−００式において、Ｋ、はインテークマ
ニホールド５の容積に応じて決定される定数であり、エ
ンジン１０機種等に応じて最適値が選定される。次いで
、Ｐ１□で次式■に従ってインジェクタ部空気量Ｑ□。

、を算出する。

Ｑ　Ａｉ、ｌｊ　＝　ＱＡｃｙＬ＋ΔＣＭ　　−・・・
・・■このようにして求めたＱ　Ａ　ｉ　ｎ　ｊはスロ
ットル弁開度αを情報パラメータの一つとしていること
から応答性が極めて高く、また実験データに基づくテー
ブルマ・ノブによって算出しているので、実際の値と正
確に相関し検出精度が高い（分解能が高い）。さらに、
既設のセンサ情報を利用し、マイクロコンピユータによ
るソフトの対応のみでよいから低コストなものとなる。

特に、ＳＰｉ方式のようにスロットルチャンバ３の上流
側で燃料を噴射するタイプに適用して極めて好都合であ
る。

次に、本論の作用を説明する。

第９図はり−ン領域における目標空燃比の値を設定する
プログラムを示すフローチャートである。

まず、Ｐａｌで今回の運転領域がリーン空燃比を目標値
とするリーン運転領域にあるか否かを判別する。この判
定は、例えば機関の冷却水温や車速、エンジン回転数お
よび負荷等の運転条件が所定範囲内にあるか否かで行う
（第１０図（ａ）参照）。

所定の運転条件にないときはＰ２□で三元マツプから理
論空燃比（λ−１）を選択して通常の理論空燃比制御を
行う。一方、Ｐａｌでエンジンが所定の運転条件にある
ときはＰ２３で車両がニュートラルか（若しくはクラッ
チ操作中か）否かを判別する。

ニュートラル（あるいは、クラッチ操作中）のときは、
負荷がないと判断して目標空燃比にり一ン空燃比を選択
しないでＰ２□に進む。また、ニュートラル（あるいは
、クラッチ操作中）でないと判断されるとＰ２４で１速
か否かの判別を行う。すなわち、そのときの回転数Ｎが
車速■ＳＰに係数を乗じた値以上（Ｎ≧ＶＳＰＸＧＩ）
のときはｌ速と判断してＰ２□に進む。

このように、１速の場合およびリバースの場合は第１０
図（ｂ）の〔１〕に示すように理論空燃比λ＝　１　　
（Ａ／　Ｆ　＝Ｓｔｏｉｃｈ）を採用して、リーン空燃
比は選択しない。ここに、係数６１は回転数、Ｎと車速
ＶＳＰとの関係により、１速とそれ以外（２速以上）の
ギア位置を正確に区別するためにその判別条件（Ｎ≧Ｖ
ＳＰＸＧＩ）にうまく合致するような係数が与えられる
。また、後述する係数Ｇ２、Ｇ３についてもＧ１と同様
の観点からその値が決定される。

Ｐｔａで１速（あるいはリバース）で−ないと判断する
と、ｐｔｓで２速か否かを判別する。Ｎ≧ＶＳｐｘＧ２
のときは２速と判断して、ＰＸ３で第１０図（ｂ）の〔
２〕に示す２速のリーンマツプｌからそのときの目標空
燃比の値をルックアップする。

次いで、Ｐ２ＳでＮ＜ＶＳＰｘＧ２のときは３速以上と
判断して、Ｐ２？で３速か否かを判別する。

Ｎ≧ＶＳＰｘＧ３のときは３速と判断して、ｐｚｓで第
１０図（ｂ）の〔３〕に示す３速のリーンマツプ２から
そのときの目標空燃比の値をルックアップする。Ｎ＜Ｖ
ＳＰｘＧ３のときは４速あるいは５速と判断してＰ２９
で第１０図（ｂ）の〔４〕に示す４速、５速に共通なリ
ーンマツプ３からそのときの目標空燃比の値をルックア
ップする。

このように、本実施例ではリーン領域における目標空燃
比の値を各ギア位置毎に設定して、各ギア毎に最適なり
−ン空燃比の選択を行っているので、そのギア位置にお
ける運転者の意志が運転に忠実に反映でき、運転感覚お
よび運転性を損なうことなく燃費の向上を図ることがで
きる。例えば、５速のときは第１０図（ｂ）の〔４〕に
示すようにリーン領域の目標空燃比がよりリーン側（Ａ
／Ｆ−２２）に設定しであるので、運転性を損なうこと
なくより一層の燃費向上を図ることができる。また、２
速のときは第１０図（ｂ）の〔２〕に示すように比較的
理論空燃比に近い目標空燃比の値（Ａ／Ｆ＝２０）を設
定しているので、加速時の出力（トルク）の低下を極力
抑えつつ省燃費を実現することができる。

このように、各ギア位置に応じて最適な目標空燃比の値
で希薄空燃比下の走行が実現できるので、運転性能を維
持しつつ低燃費化を図ることができる。

なお、本実施例では各ギア位置の判定をエンジン回転数
と車速との演算により行っているが、本発明はこれに限
定されるものではなく、例えばミッションに設けたスイ
ッチにより直接検出するようにしてもよい。

また、本実施例ではギア位置の判定を４速までとしてい
るが５速の場合にまで行ってもよいことは言うまでもな
い。

また、本実施例では本発明を手動変速機に適用している
が、本発明は手動変速機のものだけに限らず、各ギア位
置毎にリーン領域の目標空燃比を設定できるものなら何
でもよく、例えば本発明をオートマチック車に適用する
ことも可能である。

（効果） 本発明によれば、リーン領域における目標空燃比の値を
ギア位置毎に適切に設定しているので、そのギア位置に
応じた最適な目標空燃比を得ることができ、運転感覚お
よび運転性を川なうことなく燃費の向上を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜１０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図はそのシリンダ空気量ＱＡｃ、、の算出プログラム
を示すフローチャート、第４図はそのスロットル弁流路
面積Ａαのテーブルマツプ、第５図はそのバイパス路面
積Ａ、のテーブルマツプ、第６図は総流路面積Ａをエン
ジン回転数Ｎで除したＡ／Ｎとエンジン回転数Ｎとをパ
ラメータとする定常空気ｉＱイのテーブルマツプ、第７
図はその遅れ係数に２のテーブルマツプ、第８図はその
インジェクタ部空気１１Ｑａｉイ、の算出プログラムを
示すフローチャート、第９図はそのリーン領域における
目標空燃比の値を選択するプログラムを示すフローチャ
ート、第１０図はその目標空燃比の値を示すテーブルマ
ツプである。 １・・・・・・エンジン、 ７・・・・・・インジェクタ（操作手段）、５０・・・
・・・コントロールユニット（ギア位置検出手段、目標
設定手段、制御手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と
   、 ｂ）変速機のギア位置を検出するギア位置検出手段と、 ｃ）エンジンの運転状態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選択するとともに、リーン領域に
   おける目標空燃比の値をギア位置に応じて決定する目標
   設定手段と、ｄ）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、 ｅ）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内燃機関の空燃比制御装置。