JPS6312851A - 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
アがシフト中には希薄空燃比から理論空燃比に切替える
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、ギアシフト中あるいはギアシフト直後等のエンジ
ン負荷が過渡状態にあるときに三元からリーン、リーン
から三元の空燃比の切替えが行われることがあったため
、エンジンの円滑な運転状態が損なわれ、ＮＯｘの排出
量が増加することがある。

すなわち、ギアシフト中およびギアシフト直後はエンジ
ンに対する要求（例えば、高出力の要求）が激しく変化
しているときであり、エンジン負荷も過渡状態にある。

このような過渡状態のときにエンジンが所定条件（水温
、車速、エンジン負荷およびエンジン回転数等の条件）
を満たしてしまうと、目標空燃比が三元からリーンに切
替わることがある。また、同様の理由で、リーンから三
元に切替わることもある。このように、ギアシフト中お
よびギアシフト直後には三元−リーンの切替えが頻繁に
起こることがあり、切替えが起こるとエンジンの出力が
低下して、エンジンの安定性が損なわれることがある。

また、切替わる際にはＮＯｘの発生（特に、リーンから
三元に切替わるとき）が多くなるという問題点もあった
。

（発明の目的） そこで本発明は、変速機のギアがシフト中およびシフト
後所定時間はリーン空燃比を選択しないようにすること
により、シフト直後の空燃比の切替えをなくしてエンジ
ンの安定性の低下を防止するとともに、ＮＯｘの発生を
低減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
のだ−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
機のギアがシフトされる状態にあることを検出するシフ
ト状態検出手段すと、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、変速機のギアがシフト中およびシフト後所定期間は
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、変速機のギアのシフト状態が検出され、シ
フト後から所定時間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、シフト中あるいはシフト後すぐ
にリーン空燃比を選択することが回避され、エンジンの
安定性の低下およびＮＯｘの発生が低減される。

（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　ｉ　　（Ｓｉｎｇｌｅ　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Ｓ８により０Ｎ１０ＦＦ
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ＳＴｉ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５ＩＧＮに基づいて高圧
パルスＰＵＬＳＢ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ＰｔＪＬＳＨ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テ排気中の有害成分（Ｃｏ、ＩＣ，Ｎ０ｘ）
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２
０を通り、開度信号５ＩＳＣに基づいてＩＳＯバルブ（
Ｉｄｌｅ　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、各気筒の吸気ボ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、口７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、ロフト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Ｉｐを
供給し、このポンプ電流Ｉｐの値から排気中の酸素濃度
がリッチからり−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（シフト状態検出手段）
・３６により検出され、車両の速度Ｓ　ｖｓｐ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は目標設定手段、
制御手段としての機能を有し、ＣＰ　Ｕ５１、ＲＯＭ５
２、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ボート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ポート
５４へ出力する。Ｉ１０ボート５４には上記各センサ３
０．３工、３２．３４．３６．３７．３８．３９からの
信号が入力されるとともに、Ｉ１０ポート５４からは前
記各信号ＳＴＬ、Ｓｌ、Ｎ　％　Ｓｌｓｅ、５ｓｃｖ　
ｓ　ＳＨが出力される。ＲＯＭ５２はＣＰＵ５１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
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　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夕部通過
空気ｆｆｉ　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Ｉｔ　Ｑ　Ａ　Ｃｙ　ｔの算出プ
ログラムを示すフローチャートである。まず、Ｐ、でて
前回のＱ　Ａ　ｅ　ｙ　Ｌをオールド値Ｑｔｔｃ、　’
としてメモリに格納する。ここで、ＱＡＣ，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方式の機関）での吸入空気１Ｑａ（エンジン負
荷Ｔ２）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ｆｆ１ｑＡ
ｔ。、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）Ｌ’
開度α、ＩＳＣバルブ２１への開度信号５Ｉｓｃのデユ
ーティ　（以下、ＩＳＣデユーティという）Ｄｌ、ｃ、
エンジン回転数Ｎを読み込む。

Ｐ、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ＩＳＯデユーテ
ィＤ＋ｓｃに基づき第５図のテーブルマツプからバイパ
ス路面積Ａ３を算出し、Ｐ、で次式■に従って聡流路面
積Ａを求める。

Ａ＝Ａα＋Ａｌｌ　・・・・・・■ 次いで、Ｐ、で定常空気量ＱＨを算出する。この算出は
、まず聡流路面積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
常空気量Ｑ□の値をル・ツクアップして行う。

次いで、Ｐ７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Ｑ　Ａ　Ｃｙ　ｔを算出した
してルーチンを終了する。

ＱＡｃｙＬ＝ＱＡｃｙｌ　”　（Ｉ　　Ｋ　２）　＋　
ＱＨＸＫ　２・・・・・・■ 但し、ＱＡ、、、　’　：　ｐ　、で格納した値このよ
うにして求めた空気ＩＱＡｅ、Ｌは本実施例のようなＳ
Ｐｉ方式でなく、例えば吸気ボート近傍に燃料を噴射す
るＥＧｉ方弐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方弐であるから、インジェ
クタ部空気ｆｆ１Ｑａｔ、、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。

６０Ｍ　＝　Ｋ、４Ｘ　（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、ＰＩ□で次式■に従ってインジェクタ部空気量Ｑ
　Ａ　ｉ　ｎ　ｊを算出する。

ＱＡＩＩ、Ｊ＝ＱＡｃｙ、＋ΔＣＭ　　・・・・・・■
このようにして求めたＱＡ、、、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
弐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、Ｐａｌでギアシフト中か否かを判別する。

ギアシフト中は目標空燃比にリーン空燃比を選択せずＰ
２□でタイマをクリアして、Ｐｔ３で理論空燃比λ＝　
Ｌ　（Ａ／　Ｆ　＝Ｓｔｏｉｃｈ）を選択する。一方、
ギアシフト中でないときはＰｔ４でギアシフトがアップ
シフトか否かくダウンシフトか）を判別する。

これは、次のＰＸ３、Ｐｕｂのステップでギアシフトが
アップシフトのときとダウンシフトのときとでリーン空
燃比を選択しない所定時間（以下、り一ン禁止時間とい
う）を変えるためである。すなわち、３速−４速等のい
わゆるアップシフトのときよりも、４速→３速等のダウ
ンシフトのときの方が負荷が安定する迄の時間が多くか
かることを考慮に容れたものである。

アップシフトのときはＰｔ５でアンプシフトのときの所
定時間ＴＵをリーン禁止時間Ｔ。とじて採用し、ダウン
シフトのときはＰ２６でダウンシフトのときの所定時間
ＴＤをリーン禁止時間Ｔ０として採用する。ここに、Ｔ
Ｄ≧ＴＵであり、ＴＵ＝０．５ｓｅｃ程度が望ましい。

次いでＰｔ”ｒで経過時間ｔがシフト後リーン禁止時間
Ｔ０を経過したか否かを判別する。所定時間経過してい
ない（ｔ＜Ｔｏ）ときは目標空燃比にリーン空燃比を選
択せずＰｔ３で理論空燃比を選択する。一方、所定時間
を経過している（ｔ≧Ｔ。

）ときはＰ！ｌｌで目標空燃比にリーン空燃比を選択で
きる所定条件下にあるか否かを判別する。このステップ
での所定条件とは、例えば機関の冷却水温や車速、エン
ジン回転数およびエンジン負荷等の運転状態を示す。

所定条件下にないときは目標空燃比にリーン空燃比を選
択せずｐｚ３に進み、所定条件下のときは目標空燃比に
リーン空燃比を選択してもよいと判断し、Ｐ２．で所定
の空燃比を選択する。

このように、本実施例では変速機のギアがシフト中ある
いはシフト後所定時間はリーン空燃比を選択しない態様
となっているので、シフト中あるいはシフト直後のエン
ジン負荷が過渡状態のときの三元からリーン、リーンか
ら三元への空燃比の切替えを無くすことができ、エンジ
ンを安定化してＮＯｘの発生を低減することができる。

（効果） 本発明によれば、ギアがシフト中およびシフト後所定時
間はリーン空燃比を選択しないようにしているので、シ
フト直後の空燃比の切替えを無くしてエンジンの安定性
の低下を防止し、ＮＯｘの発生を低減することができる
。

【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１ＱＡｃ、Ｌの算出プログラムを
示すフローチャ、−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量Ｑ、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量Ｑ　ａ　ｉ　＊　ｊ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。 ｌ・・・・・・エンジン、 ７・・・・・・インジェクタ（操作手段）、３６・・・
・・・位置センサ（シフト状態検出手段）、５０・・・
・・・コントロールユニット（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）変速機のギアがシフトされる状態にあることを検出
   するシフト状態検出手段と、 ｃ）エンジン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、変速機のギアの
   シフト中およびシフト後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。