JPS6345444A

JPS6345444A - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPS6345444A
Application number: JP18785186A
Authority: JP
Inventors: Toshio Suematsu; 末松　敏男; Osamu Harada; 修原田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-08-12
Filing date: 1986-08-12
Publication date: 1988-02-26

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〕本発明は排気温度が上昇した時に燃料噴射量を増量する
ことにより機関温度を低下させる空燃比制御装置に関し
、特に、機関の運転領域に応じて燃料噴射量の増量判定
温度を変更する空燃比制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、排気ガス中の有害成分ＨＣ，Ｃｏ並びにＮＯｘを
同時に低減させるために、排気通路内に三元触媒コンバ
ータを設けている機関では、空燃比制御装置により機関
のシリンダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比
に近付ける必要がある。このような機関では、排気ガス
の成分から吸入混合気の空燃比を検出するために空燃比
センサ（０２センサ）をその排気通路内に設置し、この
センサからのリッチ信号、リーン信号に基づいて前記空
燃比制御装置が燃料噴射量を増減することにより空燃比
を理論空燃比に近付けるようにしている。

ところが、このような空燃比制御装置を装備していたと
しても、機関高速高負荷運転時には排気温度が過上昇す
ることがあり、その際には排気通路に設置した空燃比セ
ンサや触媒が損傷を被る恐れがある。

そこで、排気通路に排気温センサを設置し、排気ガス温
度が目標排気温度を越えた場合には、燃料噴射量を増量
することによって強制的に空燃比をリッチ状態にし、排
気ガス温度を低下させて空燃比センサや触媒を保護する
ようにした内燃機関の排気温フィードバック（以下Ｆ／
Ｂという）制御が知られている。（特開昭５７−７６２
３４号公報参照）〔発明が解決しようとする問題点〕しかしながら、従来の排気温Ｆ／Ｂ制御は、機関の使用
領域に関係なく、排気温度が所定値以上になると空燃比
をリッチ状態に制御するものなので、燃費上不利になる
という問題点があった。

これは、機関の使用条件として、高速高負荷状態は長時
間連続的に維持されることはなく、追い越し加速や急発
進のような短時間でのみ存在し、このとき一時的に排気
温度が高くなっても、機関の排気系の部品の熱容量は大
きいために、短時間では排気系の部品は憂温にならない
。従って、高速高負荷でも同一の排気温度で排気温Ｆ／
Ｂを行なったのでは、燃料が不要にリッチ状態になり、
燃費が悪くなると共に出力も低下するのである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は、前記従来の排気温Ｆ／Ｂを行う内燃機
関の空燃比制御装置の有する問題点を解消し、機関の使
用状態に応じて排気温Ｆ／Ｂを行う目標排気温度を変更
することにより、機関の速度及び負荷が共に高くない状
態では信頼性の良い排気温Ｆ／Ｂを行い、また使用期間
の短い機関の高速高負荷では不要に空燃比をリッチにす
ることなく燃費、出力ともに好ましい排気温Ｆ／Ｂを行
なえる優れた内燃機関の空燃比制御装置を提供すること
にある。

前記目的を達成する本発明の内燃機関の空燃比制御装置
の構成が第１図に示される。内燃機関の排気通路に設け
られた排気温度検出手段は排気ガス温度を検出する。運
転領域判別手段は機関の運転状態パラメータにより機関
の運転領域を複数個の領域に分ける。目標排気温設定手
段は機関の運転領域が高速域あるいは高負荷域はど目標
排気温度を高い値に設定し、比較手段は所定運転領域の
時に前記排気温度検出手段よりの排気温度を設定された
目標排気温度とを比較する。そして、燃料量調整手段が
検出排気温度が目標排気温度より高い場合に燃料供給量
を増量補正する。

〔作　用〕

本発明の空燃比制御装置によれば、機関の運転領域に応
じて排気温Ｆ／Ｂを行う目標排気温度が設定されるので
、中速中負荷状態では低い目標排気温度により排気温Ｆ
／Ｂが実行され、高速高負荷状態では高い目標排気温度
により排気温Ｆ／Ｂが実行される。

〔実施例〕

以下図面を用いて本考案の実施例を詳細に説明する。

第２図は本考案に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例を備えた電子制？ｆｆ１ｌ燃料噴射式内燃機関の概
略図である。

第２図において、股間本体１の吸気通路２には燃料噴射
弁１１、サージタンク１５、スロットル弁１２、吸気を
圧縮する過給機７のコンプレッサ７ｃ及びエアフローメ
ータ３が機関本体１側から図示しないエアクリーナ側に
向かって設けられている。また、排気通路８には０２セ
ンサ１４、排気温センサ１８、過給機７の前記コンプレ
ッサ７Ｃと同軸上に設けられたタービン７Ｔ、及びこの
タービン７Ｔをバイパスし、内部にウェストゲートバル
ブ１６の設置されたバイパス通路１７が機関本体１から
図示しない消音器側及び三元触媒に向かって設けられて
いる。

前記燃料噴射弁１１は図示しない燃料供給系からの加圧
燃料を各気筒の吸気ボートへ供給する。また、エアフロ
ーメータ３は吸入空気量Ｑを直接計測するものであって
、ポテンショメータを内蔵して吸入空気ｆｉＱに比例し
たアナログ電圧の出力信号を発生する。この出力信号は
制御回路１０のマルチプレクサ内蔵Ａ／Ｄ変換器１０１
に供給されている。各気筒の点火プラグ９に点火するデ
ィストリビュータ４には、その軸が例えばクランク角（
ＣＡ）に換算して７２０°毎に基準位置検出用パルス信
号を発生するクランク角センサ５、及びクランク角に換
算して３０°毎に角度位置検出用パルス信号を発生する
クランク角センサ６が設けられている。

これらのクランク角センサ５．６のパルス信号は制御回
路１０の入出力インタフェース１０２に供給され、この
うち、クランク角センサ６の出力はＣＰＵ１０３の割込
端子に供給される。

機関の排気通路８に設けられた０□センサ１４は排気ガ
ス中の酸素成分濃度に応じた電気信号を発生するもので
あり、その出力は制御回路１ｏのバッファ回路１１１を
介してＡ／Ｄ変換器１０１に供給される。また、排気温
センサ１８は排気ガスの温度を検出し、これをＡ／Ｄ変
換器１０１に入力する。Ａ／Ｄ変換器１０１は入力され
た排気温度を予め設定された比較温度と比較し、その結
果を前記ｃｐｕ１０３に送出する。

機関本体１のシリンダブロックの冷却水通路には、機関
の暖機状態を冷却水温度を介して検出するための水温セ
ンサ１３が設けられている。水温センサ１３は冷却水の
温度Ｔ）ＩＷに応じたアナログ電圧の電気信号を発生す
る。この出力もＡ／Ｄ変換器１０１に供給されている。

制御回路１０は、例えばマイクロコンピュータとして構
成され、前述のＡ／Ｄ変換器１０１．入出力インタフェ
ース１０２．　ＣＰ　Ｕ　１０３の他にＲＯＭ２Ｏ３，
ＲＡＭ１０５等が設けられており、これらはバス１０７
で接続されている。この制御回路１０において、ダウン
カウンタ１０８．フリップフロップ１０９及び駆動回路
１１０は燃料噴射弁７を制御するためのものである。即
ち、燃料噴射量ＴＡＵが演算されると、燃料噴射量ＴＡ
Ｕがダウンカウンタ１０８にプリセットされると共にフ
リップフロップ１０９　もセットされる。この結果、駆
動回路１１０が燃料噴射弁１１の付勢を開始する。

他方、ダウンカウンタ１０８がクロック信号（図示せず
）を計数して最後にそのキャリアウド端子が“１”レベ
ルとなった時に、フリップフロップ１０９がリセットさ
れて駆動回路１１０は燃料噴射弁１１の付勢を停止する
。つまり、前述の燃料噴射量ＴＡＵだけ燃料噴射弁１１
は付勢され、従って、燃料噴射量ＴＡＵに応じた量の燃
料が機関本体１の燃焼室に送り込まれることになる。

なお、ＣＰＵ１０３の割込み発生はＡ／Ｄ変換器１０１
のＡ／Ｄ変換終了後、入出力インタフェース１０２がク
ランク角センサ６のパルス信号を受信した時、等である
。

エアフローメータ３の吸入空気量データＱ及び冷却水温
データＴＩＩＷは所定時間毎に実行されるＡ／Ｄ変換ル
ーチンによって取り込まれてＲＡＭ１０９の所定？■域
に格納される。つまり、ＲＡＭ１０９におけるデータＱ
及びＴＩＩＷは所定時間毎に更新されている。また、回
転速度Ｎｅのデータはクランク角センサ６の３０°ＣＡ
毎の割込みによって演算されてＲＡ　Ｍ　１０５の所定
領域に格納される。

前記吸気通路２のコンプレフサ７Ｃの下流側には導圧管
２１が接続しており、コンプレッサ７Ｃによって昇圧さ
れた過給圧を、バイパス通路１７内のウェストゲートバ
ルブ１６を開閉するアクチュエータ２０に伝えるように
なっている。そして、このアクチュエータ２０は吸気通
路２内の過給圧が所定値を越えた時に、ウェストゲート
バルブ１６を開弁させ、排気ガスの一部を過給機７をバ
イパスさせてタービン７Ｔの回転上昇を抑え、過給圧の
上昇を防止する。

以上のように構成された本発明の空燃比制御装置におけ
る制御回路１０の動作について説明する。

第３図は燃料噴射量演算ルーチンであって、所定クラン
ク角、例えば３６０″ＣＡ毎に実行される。

ステップ３０１では基本噴！？ｆ世ＴＰを演算する。即
ち、吸入空気ＩＱ及び回転速度ＮｅのデータをＲＡＭ１
０５から読み出して、ＴＰ−ｋＱ／Ｎｅ（但しｋは定数）により演算する。ステップ３０２では燃料噴射量ＴＡＵ
を、ＴＡＵ−ＴＰ−ＦＡＦ・α半β によって演算する。ここでＦＡＦは第４図のルーチンに
よって演算される空燃比補正係数、α、βはその他の補
正係数あるいは補正量であって、例えば、暖機増量補正
、吸気温補正、過渡時補正、等に相当する。次いで、ス
テップ３０３．３０４にて機関の運転領域が第５図に示
す回転数−負荷特性の■、■、■のどの領域に入ってい
るかが判定される。第５図の■領域は機関の低速低負荷
領域、■領域は中速中負荷領域、■領域は高速高負荷領
域を示している。

運転領域が■内の時（ステップ３０３でＹＥＳ　）はス
テップ３０９に進み、噴射ＩＴＡＵに電５電圧補正値Ｔ
を加えた後にステップ３１０で噴射ＩＴＡＵをダウフカ
１リンク１０８にセットすると共にフリップフロップ１
０９をセットして燃料噴射を開始させる。そして、ステ
ップ３１１にてこのルーチンは終了する。

運転領域が■の時（ステップ３０３でＮＯかつステップ
３０４でＹＥＳ　）はステップ３０５に進む。この領域
では排気ガスの目標排気温度を８００℃に設定し、ステ
ップ３０５で検出排気温度が８００℃より大きいか小さ
いかを判定する。排気’／Ａ＜　８００℃の時（ＮＯ）
はステップ３０９で電源電圧補正を行なった後にステッ
プ３１０に進み、前記同様に噴射量ＴＡＵをダウンカウ
ンタ１０日にセットするが、排気温〉８００℃の時（Ｙ
ＥＳ　）はステップ３０６に進んで噴射量ＴＡＵの値を
１５％増量してステップ３０９に進み、電源電圧補正後
にステップ３１０にて噴射量ＴＡＵをダウンカウンタ１
０８にセットする。そして、フリップフロップ１０９を
セントして燃料噴射を開始させ、ステップ３１１にてこ
のルーチンは終了する。

運転領域が■の時（ステップ３０３でＮＯかつステップ
３０４でＮＯ）はステップ３０７に進む。この領域では
排気ガスの目標排気温度を９００℃に設定し、ステップ
３０７で検出排気温度が９００℃より大きいか小さいか
を判定する。排気温＜　９００℃の時（Ｎｏ）はステッ
プ３０９に進み、電源電圧補正後にステップ３１０で噴
射１ＴＡＵをダウンカウンタ１０８にセットするが、排
気’／Ｌ＞　９００℃の時（ＹＥＳ）はステップ３０８
に進んで噴射量ＴＡＵの値を３０％増量してステップ３
０９に進み、電源電圧補正後にステップ３１０で噴射Ｉ
ＴＡＵをダウンカウンタ１０８にセットする。そして、
フリップフロップ１０９をセットして燃料噴射を開始さ
せ、ステップ３１１にてこのルーチンは終了する。

なお、前述のように噴射ＩＴＡＵに相当する時間が経過
すると、ダウンカウンタ１０８のキャリ７ウトによって
フリップフロップ１０９がリセットされて燃料噴射は終
了する。

以上のようにこの実施例では機関の運転領域が■の時は
排気温Ｆ／Ｂを行なわず、機関の運転領域が■の時は排
気温が８００°Ｃより高い時に燃料噴射１ＴＡｔＪの増
量を実行し、機関の運転領域が■の時は噴射■増量を行
うか否かの判定を排気温か９００℃より高いか否かで行
う。この結果、使用頻度が高く、状態が維持される時間
の長い中速中負荷運転領域では、排気温Ｆ／Ｂを行う排
気温度が排気系の部品の耐久温度に近い、比較的低い温
度となるので排気系部品の信頼性が向上する。また、使
用頻度が低く、状態が維持される時間の短い高速高負荷
運転領域では排気温Ｆ／Ｂを行う排気温度が高くなるの
で、不要な排気温Ｆ／Ｂが行なわれず、燃費が向上し、
出力性能も向上する。

なお、機関の運転領域の分けがたは、前記実ｊｆＦ例に
限定されるものではなく、機関回転数、機関負荷、スロ
ットル開度、吸入空気量の少なくとも１つの運転状態パ
ラメータにより分けることができる。

次いで、第４図を用いて空燃比Ｆ／Ｂ制御、即ち、空燃
比補正係数ＦＡＦの演算を説明する。第４図のルーチン
は所定時間毎に実行される。

ステップ４０１では空燃比のＦ／Ｂ条件が成立している
か否かを判別する。機関始動中、始動後の燃料増量動作
中、暖機増量動作中、パワー増大中あるいは機関運転状
態が第３図のステップ３０３で言う領域■内にない時、
等はいずれもＦ／Ｂ条件不成立であり、その他の場合が
Ｆ／Ｂ条件成立である。そして、空燃比のＦ／Ｂ条件が
不成立の時（ＮＯ）はステップ４０９に進んでＦＡＦ＝
１．０とし、Ｆ／Ｂ条件が成立している時（ＹＥＳ　）
　　はステップ４０２に進み、Ｆ／Ｂ補正制御を行う。

ステップ４０２では０２センサ１４の出力値を取り込ん
で空燃比がリッチかり−ンかを判別する。リーンの時（
ＹＥＳ　）にはステップ４０３にて最初のリーンか否か
を判別、つまり、す・フチからリーンへの変化点か否か
を判別する。この結果、最初のリーンであれば（ＹＥＳ
　）、ステップ４０５にてＦＡＦ−ＦＡＦ＋Ａとして所
定量（スキップｆｆ１）　Ａを加算し、他方、最初のリ
ーンでなければ（ＮＯ）、ステップ４０６にてＦＡＦ−
ＦＡＦ＋ａとして所定量ａを加算する。なお、スキップ
ｍＡはａより十分太き（設定される。即ち、Ａ＞＞ａで
ある。

ステップ４０２においてＮＯとなるり・７チであればス
テップ４０４に進み、このステップで最初のリッチか否
かを判別、つまり、リーンからリッチへの変化点が否か
を判別する。この結果、最初のリッチであれば（ＹＥＳ
　）　、ステップ４０７にてＦＡＦ−ＦＡＦ−Ｂとして
所定量（スキップ量）Ｂを減算し、他方、最初のリッチ
でなければ（Ｎｏ）　、ステップ４０８に進んでＦＡＦ
−ＦＡＦ−ｂとして所定ｌｂを減算する。ここでもスキ
ップＩＢはｂより十分大きく設定される。即ちＢ＞＞ｂ
である。

つまり、ステップ４０６．４０８に示す制御は積分制御
と称されるものであり、空燃比補正係数ＦＡＦは時間に
関して積分される。また、ステップ４０５゜４０７に示
す制御は積分制御と称されるものであり、空燃比補正係
数ＦＡＦの収束特性を向上させるものである。

ステップ４０５〜ステツプ４０８にて演算された空燃比
補正係数ＦＡＦおよび前述のようにステップ４０９で固
定値となった空燃比補正係数ＦＡＦ　（＝１．０）は、
ステップ４１０にてＲＡＭ１０５に格納され、ステップ
４１１にてこのルーチンは終了する。

なお、先に説明した、機関の運転領域が第５図の■およ
び■にある時の排気温Ｆ／Ｂは、この第４図のルーチン
において空燃比補正係数ＦＡＦが１．０にされた時の制
御である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の空燃比制御装置では、機
関の運転領域に応じて排気温Ｆ／Ｂを行う目標排気温度
が設定されるので、中速中負荷状態では低い目標排気温
度により排気温Ｆ／Ｂが実行され、高速高負荷状態では
高い目標排気温度により排気温Ｆ／Ｂが実行され、この
結果、使用頻度が高く、状態が維持される時間の長い中
速中負荷運転領域では、排気温Ｆ／Ｂを行う排気温度が
排気系の部品の耐久温度に近い、比較的低い温度となる
ので排気系部品の信頼性が向上し、また、使用頻度が低
く、状態が維持される時間の短い真速高負荷運転領域で
は排気温Ｆ／Ｂを行う排気温度が高くなるので、不要な
排気温Ｆ／Ｂが行なわれず、燃費が向上し、出力性能も
向上するという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための全体ブロック図
、第２図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一
実施例を示す全体概略図、第３図及び第４図は第２図の
制御回路の動作を説明するためのフローチャート、第５
図は本発明の装置の動作を補足的に説明するための線図
である。１・・・機関本体、　　２・・・吸気通路、３・・・エ
アフローメータ、４・・・ディストリビュータ、５．６・・・クランク角センサ、７・・・過給機、　　　　８・・・排気通路、１０・・
・制御回路、　　１１・・・燃料噴射弁、１２・・・ス
ロットル弁、１３・・・水温センサ、１４・・・０２セ
ンサ、　１８・・・排気温センサ。

Claims

【特許請求の範囲】１、内燃機関の排気通路に設けられて排気ガス温度を検
出する排気温度検出手段と、機関の運転領域を機関の運転状態パラメータにより複数
個の領域に分ける運転領域判別手段と、機関の運転領域
が高速域あるいは高負荷域になる程、目標排気温度を高
い値に設定する目標排気温設定手段と、所定運転領域の時に前記排気温度検出手段よりの排気温
度を設定された目標排気温度とを比較する比較手段と、検出排気温度が目標排気温度より高い場合に燃料供給量
を増量補正する燃料量調整手段と、を備えた内燃機関の
空燃比制御装置。２、前記運転領域判別手段が、機関回転数、スロットル
開度、吸入空気量の少なくとも１つの運転状態パラメー
タにより運転領域を分けることを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の空燃比制御装置。３、前記運転領域判別手段によって分けられる運転領域
が低速低負荷、中速中負荷、高速高負荷の三段階である
特許請求の範囲第１項に記載の空燃比制御装置。４、前記燃料増量手段が目標排気温度が高い値に設定さ
れた時に燃料の増量値を増やす特許請求の範囲第１項に
記載の空燃比制御装置。