JPS6312854A - 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、
有害な排出ガスの低減、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換える部分リーン制
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エンジンの負荷および車両
の加速度を算出し、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、目標値に追随する空燃比の切換時の変化速度（空
燃比切換速度）が常に一定であったため、例えば、急加
速時等で運転条件が急激に変化し、目標値がリーン空燃
比から理論空燃比に変更となったような場合、目標値へ
の追随に対して現実の空燃比の切換えに遅れが生じるこ
とがある。このような場合、目標値への追随速度が不十
分となって、機関出力が低下し、ヘジテーション等の不
具合（加速応答性の悪化）を招来する。

このような現象を機関の運転性の面から考察すると、目
標値がリーン空燃比から理論空燃比に移行した場合、通
常の緩やかな加速状態のときには現実の空燃比の切換速
まをリーン空燃比から理論空燃比に比較的ゆっくりと切
換えた方が、切換えの際のショックを緩和できるので有
利である。一方、急加速時には少しでも早く空燃比をリ
ーン空燃比から理論空燃比に切換えた方がより多くの出
力を得るために効果的である。

ところが、現行技術（すなわち従来の装置）では加速の
状態に拘らず、目標値の変化に対する空燃比の切換速度
が常に一定であったため、上述のように比較的緩やかな
加速状態のときは問題とならないものの、急激な加速状
態のときは現実の空燃比の切換速度が実際の運転状態の
変化に十分に追随できず、空燃比が必要以上にリーン側
に維持されたままとなって加速の際の出力不足からヘジ
テーション等の加速応答性の悪化を招く。加速応答性が
悪くなると、スムーズな加速感が得られなくなり、運転
性が著しく低下する。

（発明の目的） そこで本発明は、目標値に追随する現実の空燃比の切換
速度をエンジン負荷と所定基準値との差に応じて変える
ことにより、急加速時等における空燃比の変動を抑制し
て、出力応答性や運転性を向上させ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
ンの負荷を検出する負荷検出手段ａと、エンジン負荷が
所定基準値以上のとき目標空燃比として理論空燃比を設
定し、所定基準値未満のときリーン空燃比を設定する目
標設定手段すと、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とともに、目標空燃比が変
化したとき該供給量の制御速度をエンジン負荷と前記所
定基準値との差に応じて変える制御手段Ｃと、制御手段
Ｃ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ｄと、を備えている。

（作用） 本発明では、エンジン負荷と所定基準値との差が検出さ
れ、その差分に応じて、目標値に追随する現実の空燃比
の切換速度が適切に変更される。

したがって、急加速時等における空燃比の変動が−抑制
され、出力応答性やエンジンの運転性が向上する。

（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Ｓ４．により０Ｎ１０Ｆ
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　ｆ　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、ＨＣ，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スるス
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５ＩＳＣに基づいてＩＳＯバルブ（Ｉ
ｄｌｅ　５ｐｅｅｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌνａｌｖｅ　　：
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は全体としてスワー
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３゜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Ｉｐ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は目標設定手段お
よび制御手段としての機能を有し、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ
５２、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ボート
５４へ出力する。Ｉ１０ポート５４には上記各センサ３
０．３１．３２．３４．３６．３７．３８．３９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Ｓ　ｒ＝−３Ｈい、５ｒｓｃ、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、ＲＡ
Ｍ５３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、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
の部分を通過する空気ｉ１Ｑ。４ｎＪ　（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、
車に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ＩＯＡ、□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太き（、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筋い、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量Ｑ
Ａ８．．Ｊの算出を説明する。

第３図はシリンダ空気量ＱＡｃｍの算出プログラムを示
すフローチャートである。まず、Ｐｌで前回のＱＡｃｙ
Ｌをオールトイ直ＱＡｅｙｔ’としてメ、モリに格納す
る。ここで、ＱＡｃｙ、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３１３ｃのデユーテ
ィ　（以下、ＩＳＣデユーティという）ＤＩＳＣ−、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のイ直を
ルックアップして求める。Ｐ４では同様にＩＳＯ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
パス路面積Ａ６を算出し、Ｐ５で次式■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■Ｑ）Ｉ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ＩＱ□の値をルックアップして行う。゛ 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、Ｐ、で次式
■に従ってシリンダ空気量ＱＡＣ□を算出してルーチン
を終了する。

ＱＡｃｙｔ＝ＱＡｃｙｔ’　Ｘ　（Ｉ　　Ｋ２）　＋Ｑ
ＨＸＫ２・・・・・・■ 但し、Ｑ　ＡｃｙＬ　’　：　Ｐ　Ｈで格納した値この
ようにして求めた空気ｌ　ＱＡｅｙ、は本実施例のよう
なＳＰｉ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ＩＱ□７ｊ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＋で次式〇に従って吸気
管内空気変化量ΔＣＭを求める。このΔＣＭはシリンダ
空気ＩＱＡｅｙ、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　＝　ＫＭＸ　（Ｑｓｃｙｔ　　Ｑａｃｙｔ　’
　）　／　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１の機種等に応じて最適値が選定される
。次いで、Ｐｌ２で次式■に従ってインジェクタ部空気
量Ｑ　Ａ、７Ｊを算出する。

Ｑ　ＡｉｒｉＪ　＝　ＱＡＣ，、＋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図は空燃比制御のプログラムを示すフローチャート
である。本プログラムは所定時間もしくは、所定クラン
ク角毎に一度実行される。

まず、Ｐ２１で今回の運転領域がリーン空燃比を目標値
とするリーン領域にあるか否かを判別する。

この判定は、エンジン負荷に相当するシリンダ空気量Ｑ
ＡｃｙＬの大きさが所定値ＳＬ以上であるか（Ｑ　Ａｃ
ｙＬ≧ＳＬか）否かで行う。ここに、シリンダ空気量Ｑ
Ａｃ９．は第３図〜８図で上述したα−Ｎシステムによ
り求めた値を用いる。

ＱＡｃｙＬ＜ＳＬのときはリーン領域と判断して、Ｐｉ
ｔでリーンのときの所定値ＳＬＬを所定値ＳＬとし、Ｐ
ｉｔでこのＳＬからこのときの負荷ＱＡｃｙ。

を引いた値をＤＳＬとする。このようにして、Ｐ２□、
Ｐｏのステップではリーンの場合の負荷がリーンのとき
の所定値ＳＬよりどれだけの差ＤＳＬになっているかを
検出している。次いで、ｐｚａでリーンマツプからリー
ンの目標空燃比の目標値ＴＦＢＹＡＯをルックアップす
る。

一方、ＱＡｃｙＬ≧ＳＬのときはリーン領域にないと判
断して、Ｐｚｓでストイチのときの所定値ＳＬＳを所定
値ＳＬとし、Ｐｔ６でこのときの負荷ＱＡｃｙＬからそ
のＳＬを引いた（直をＤＳＬとする。ここに、ス′トイ
チとは５ｔｏｉｃｈｉｏ　ｍｅｔｒｉｃ　ｐｏｉｎｔ　
　：当量点の略でλ＝１である（以下、ストイチと呼ぶ
）。したがって、このＰｕｓ、ｐｚ６のステップでは上
述のＰ　ｔｔ−、Ｐ　！：ｌのステップと同様の手順で
負荷がストイチのときの所定値ＳＬよりどれだけの差Ｄ
ＳＬになっているかを検出している。次いで、Ｐ２７で
ストイチマップから理論空燃比の目標値ＴＦＢＹＡＯを
ルックアップする。なお、Ｐ２□とＰＺＳで所定値ＳＬ
のレベルをリーンとストイチで変えている（ＳＬＳ＜５
ＬＬ）のは、空燃比を切換える際のショックを低減する
意味からである。

次いで、ｐｔｅで増加の場合の増加分ＤＲ（ＤＲ＝ｆｕ
ｎｃ　（Ｄ　Ｓ　Ｌ）但し、ＤＳＬはＰ２．ｌのもの）
若しくは減少の場合の減少分ＤＬ　（ＤＬ＝ｆｕｎｃ’
（ＤＳＬ）但し、ＤＳＬはＰＺ＆のもの）を演算する。

したがって、増加分ＤＲ若しくは減少分ＤＬは所定値Ｓ
Ｌからの距離ＤＳＬが大きくなればなる程その値は大き
くなる。

Ｐ２９では上記ｐｚａあるいはＰｔ”Ｌでルックアップ
した目標値ＴＦＢＹＡＯと現在の空燃比の値（以下、現
在値という）ＴＦＢＹＡとを比較する。このように、目
標値と現在値とを比較することにより、目標値に追随す
る現在値が目標値よりも大きいか否かを判別している。

小さい場合には次のＰ３゜〜Ｐ３＋で増加分ＤＲによる
補正を行い、大きい場合にはＰ３４〜Ｐ３Ｓで減少分Ｄ
Ｌによる補正を行う。

ＴＦＢＹＡ＜ＴＦＢＹＡＯのときは目標値に追随する現
在値の値が小さく、現在加速途中であると判断し、Ｐ３
゜で目標値に近づけるために、増加分ＤＲによる補正を
加える。すなわち、現在値ＴＦＢＹＡに増加分ＤＲを加
えた値（現在値補正値と呼ぶ）Ｍを補正後の現実の空燃
比としてメモリにストアする。

次いで、Ｐ３Ｉで現在値補正値Ｍが目標値ＴＦＢＹＡＯ
に達したか（Ｍ≧ＴＦＢＹＡＯか）否かを判別する。

Ｍ≧ＴＦＢＹＡＯのときは現在値補正値Ｍが目標値に達
した（すなわち、空燃比の切換えが完了した）と判断し
、ｐｘｔで現在値ＴＦＢＹＡに目標値ＴＦＢＹＡＯを採
用して、処理を終了する。

また、Ｍ＜ＴＦＢＹＡＯのときは現在値補正値Ｍが未だ
目標値に達していない（すなわち、空燃比の切換が完了
していない）と判断し、ｐ：＋、Ｉで現在値ＴＦＢＹＡ
に現在値補正値Ｍの値を採用する。

したがって、このＰ３゜〜Ｐ１３のステップにより、現
在値ＴＦＢＹＡはエンジン負荷と所定基準値との差に応
じて追随速度を変化させながら、目標値ＴＦＢＹＡＯに
至るまで次第に増加しながら近づいていく・ことになる
。

一方、Ｐ２９でＴＦＢＹＡ≧ＴＦＢＹＡＯのときは現在
値が目標値よりも大きく、減速途中であると判断し、Ｐ
３４で目標値に近づけるために、減少分ＤＬによる補正
を加える。すなわち、現在値ＴＦＢＹＡから減少分ＤＬ
を差引いた値Ｍを補正後の現在値補正値Ｍとしてメモリ
にストアする。

次いで、Ｐ３．で現在値補正値Ｍが目標値ＴＦＢＹＡＯ
に達したか（Ｍ≧ＴＦＢＹＡＯか）否かを判別する。

Ｍ＜ＴＦＢＹＡＯのときは現在値補正値Ｍが目標値に達
した（すなわち、空燃比の切換えが完了した）と判断し
、Ｐ３□で最終の現在値ＴＦＢＹＡに目標値ＴＦＢＹＡ
Ｏを採用して、今回の処理を終了する。

一方、Ｍ≧ＴＦＢＹＡＯのときは現在値補正値Ｍが未だ
目標値に達していない（空燃比の切換が完了していない
）と判断し、Ｐ３３で現在値ＴＦＢＹＡに現在値補正値
Ｍを採用する。

したがって、このＰ３□〜Ｐｕｓのステップでは上述の
Ｐユ。〜Ｐ３３のステップと同様に、現在値ＴＦＢＹＡ
をエンジン負荷と所定基準値との差に応じて追随速度を
変化させながら、目標値ＴＦＢＹＡ０に至るまで次第に
減少しながら近づいて行くことになる。

このように、本実施例では目標値に追随する現実の空燃
比の切換速度をエンジン負荷と所定基準値との差に応じ
て適切に補正しているので、急加速時のり−ン化を防止
して、ヘジテーション等加速応答性の悪化を回避するこ
とができる。

また、本実施例では加速時であるからといって、目標値
に追随する現実の空燃比の切換速度を一律に変えるよう
な態様ではないため、現実の空燃比の値が所定値ＳＬに
近い（すなわち、所定値ＳＬとの差が小さい）ときには
ゆっくりとした切換えを行うことにより、切換えの際の
ショックを極力低減している。したがって、本発明によ
れば、比較的低加速時には従来と同様なショック低減を
維持することができ、加減速の状態によっては切換速度
を速めて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。

（効果） 本発明によれば、目標値に追随する現実の空燃比の切換
速度をエンジン負荷と所定基準値との差に応じて適切に
変更しているので、急加速時等における空燃比の変動が
抑制でき、出力応答性や運転性を向上することができる
。

【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ｆｆｉ　Ｑ　ａ　ｃ　ｖ　ｔ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ｆｆｉ　Ｑ　Ａ　＝。 、の算出プログラムを示すフローチャート、第９図はそ
の空燃比制御卸のプログラムを示すフローチャートであ
る。 ■・・・・・・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（目標設定手段、制御手段
）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、ｂ）エ
   ンジン負荷が所定基準値以上のとき目標空燃比として理
   論空燃比を設定し、所定基準値未満のときリーン空燃比
   を設定する目標設定手段と、 ｃ）目標空燃比となるように吸入空気あるいは燃料の供
   給量を制御するとともに、目標空燃比が変化したとき該
   供給量の制御速度をエンジン負荷と前記所定基準値との
   差に応じて変える制御手段と、 ｄ）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。