JPS6312849A - 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、特に三
元領域から外れても所定期間は部分リーン制御を禁止す
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、リーン判定があるとすぐにリーン空燃比が選択さ
れ、希薄空燃比制御が行われることがあったため、急加
速の途中でのパーシャル領域（部分リーン領域）で−瞬
リーン空燃比が選択されることがあり、出力の不足から
ヘジテーション等の不具合（加速応答性の悪化）を招く
ことがある。

例えば、スロットル弁全開の三元領域から、全開の三元
領域に移行するような急加速ではその間にあるパーシャ
ル域を一時通過することになる。

ここで、三元領域とは三元触媒本来の機能が有効に発揮
される目標空燃比の領域をいいλ−１の理論空燃比とし
ている。

ところが、現行技術（すなわち従来の装置）ではリーン
判定がおりるとすぐにリーン空燃比を選択してしまう態
様であったため、パーシャル領域で一部リーン空燃比を
選択してしまうことがあり、加速の際の出力不足からヘ
ジテーション等が発生し運転性を大きく損うことがあっ
た。このような不具合は短時間に三元領域からリーン領
域に移行し、再び三元領域に戻るような場合には全てに
起こり得る可能性がある。

（発明の目的） そこで本発明は、目標空燃比にリーン空燃比を選択でき
る運転条件になっても所定時間はり−ン空燃比を選択し
ないことにより、加速途中での空燃比のリーン化を防止
して、ヘジテーション等の加速時のエンジン不具合を回
避す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、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
検出手段すと、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
三元空燃比に選択する一方、三元領域から外れても所定
期間は目標空燃比としてリーン空燃比の選択を禁止する
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、目標空燃比にリーン空燃比が選択される運
転条件になっても、所定時間が経過するまではリーン空
燃比が選択されない。したがって、加速時にリーン空燃
比を採用することが回避され、ヘジテーション等のエン
ジン不具合が回避される。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜９図は本発明の一実施例を示す図であり、本発明
のＳ　Ｐ　ｔ　　（Ｓｆｎｇｌｅ　Ｐｏ１ｎｔ　Ｉｎｊ
ｅｃｔｉｏｎ）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Ｓ□によりＯＮ　／　Ｏ
Ｆ　Ｆ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　Ｔ　ｉ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１０、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ＳＩＧＮに基づいて高圧
パルスＰ［ＪＬＳＥ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ＰＵＬＳＥ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、ＨＣＳＮＯｘ）
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５Ｉ３Ｃに基づいてＩＳＣバルブ（Ｉ
ｄｌｅ　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Ｉ）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、ロフト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、ロット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
。

す情報に基づいてエンジンの燃焼制御（点火時賜制御、
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、
ＣＰ　０５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３およびＩ１０ポ
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、
夕を取り込んだり、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’＋１５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Ｉ１
０ボート５４へ出力する。Ｉ１０ポート５４には上記各
センサ３０．３１．３２．３４．３６．３７．３８．３
９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Ｓｒ’ｓ　５ＩＧＮ　ｓ　Ｓ＋ｓｃ、
５ｓｃｖ　ｓ　ＳＨ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、ＲＡＭ
５３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ｌ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、スロットル開度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
部を通過する空気量Ｑ　Ａム７Ｊ（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
空気量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方弐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エクク部通過空気Ｍ　
Ｑ　Ａｉ　ｆｉｊの算出を説明する。

第３図はシリンダ空気ｆｆ１ＱＡｃ、、の算出プログラ
ムを示すフローチャートである。まず、Ｐ＋で前回のＱ
Ａｃｙｔをオールド値ＱＡｃｙαとしてメモリに格納す
る。ここで、ＱＡｃ９．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方式の機関）
での吸入空気量Ｑａ　　（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Ｓ＋ＳＣのデユーテ
ィ　（以下、ＩＳＣデユーティという）Ｄ１８９、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
ックアップして求める。Ｐ４では同様にＩＳＣデユーテ
ィＩ）＋、ｃに基づき第５図のテーブルマツプからバイ
パス路面積Ａ、を算出し、Ｐ５で次式〇に従って総流路
面積Ａを求める。

Ａ＝Ａα＋Ａ、　　・・・・・・■ 次いで、Ｐ６で定常空気ｆｆ１Ｑｕ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ｆｆｌ　Ｑｏの値をルックアップして行う
。

次いで、Ｐｌ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をルックアップし、Ｐ８で次式
■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　’　Ｘ　（Ｉ　　Ｋ　２）　
＋ＱＨＸＫ　２・・・・・・■ 但し、ＱＡＣＦＬ　’　：　Ｐ　１で格納した値このよ
うにして求めた空気ｆｉＱＡｃ、、は本実施例のような
ＳＰｉ方弐でなく、例えば吸気ボ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ｉＱＡ、、。

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、Ｐ、で次式〇に従って吸気管
内空気変化量ΔＣＭを求める。この６０Ｍはシリンダ空
気量ＱＡｃｙＬ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−ＫＭ　Ｘ　（ＱＡｃｙｔ　　ＱＡｃｙｔ　’　
）　／　Ｎ・・・・・・００式において、ＫＭ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１の機種等に応じて最適値が選定される。

次いで、ｐｉｚで次式■に従ってインジェクタ部空気量
ＱＡ、□ｊを算出する。

Ｑ　Ａｉｎｊ　＝　ＱＡｃｙｔ＋ΔＣＭ　・・・・・・
■このようにして求めたＱ　Ａ　ｆ　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
マツプ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、マイクロコンピュータによるソフ
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図は空燃比制御のプログラムを示すフローチャート
である。

まず、Ｐ２１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
。

所定条件下にないときはＰ２□でタイマをクリアして、
Ｐｔ３で理論空燃比λ＝　１　　（Ａ／　Ｆ　＝Ｓｔｏ
ｉｃｈ）を選択する。一方、所定条件下のときはり−ン
空燃比に選択できる可能性があると判断し、Ｐ２４で判
定後所定時間ｔが経過したか否かを判断する。

経過時間ｔが所定時間ｔｏより小さい（１＜１０）とき
はリーン判定されてから所定時間が経過していないと判
断し、Ｐｔ３で理論空燃比を選択する。すなわち、本来
ならこの時点では目標空燃比がリーン領域にあってその
ままリーン空燃比を選択していたのであるが、本実施例
では現在リーン領域にいるにも拘らずリーン空燃比が選
択されない（換言すれば三元領域時の理論空燃比がその
まま維持される）。なお、所定時間ｔｏは２００ｍ５ｅ
ｃ位が望ましい。

一方、経過時間ｔが所定時間ｔｏより大きい（ｔ≧ｔｏ
）ときはエンジンが比較的長い時間リーン領域に止まっ
ていると判断し、ｐ２ｓで所定のリーン空燃比を選択す
る。

このように、本実施例では経過時間を所定時間と比較す
ることによって、その時点でリーン空燃比を選択するの
が適切かどうかが判別でき、従来のようにリーン判定後
−律にリーン空燃比を選択していた事態が避けられる。

したがって、例えば急加速中の一時的な空燃比リーン化
が防止でき、ヘジテーション等のエンジンの不具合が回
避できる。

（効果） 本発明によれば、リーン判定がおりても所定時間はリー
ン空燃比を選択しないので、加速途中の空燃比のリーン
化が防止でき、ヘジテーション等のエンジン不具合を回
避することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜９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ＩＱＡｃｙ、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ｆｆｉ　Ｑ　１１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１１　Ｑ　ａ　ｉ□の算出
プログラムを示すフローチャート、第９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（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）エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と
   、 ｂ）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、 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
   に選択する一方、三元領域から外れても所定期間は目標
   空燃比としてリーン空燃比の選択を禁止する目標設定手
   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。