JPS6350647A - 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〕 本発明は内燃機関の排気温度が上昇した時に燃料供給量
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（ＯＸ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０１４シてい
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ハック（以下Ｆ／
Ｂという）制？’Ｉｎが知られている。（特開昭５７−
７６２３４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　７ｉｌｌｉｌ
ｌのように、目標排気温度を比較的低い温度に設定し、
単に排気温度が目標排気温度以上になると空燃比をリッ
チ状態に制御するのでは、排気系の部品の熱容量のため
に、排気温度の上昇が直ちに排気系部品の温度上昇につ
ながらず、不要な燃料の増量を伴って燃費上不利になる
という問題点があった。

この問題点は特に機関の加速初期に顕著である。

即ち、加速初期には排気温度（ま速い速度で上昇してい
くが、排気系の部品の温度上昇はその熱容量のためにか
なり遅れる。このような時に排気温度を検出して排気温
Ｆ／Ｂにより空燃比をリッチにしたのでは、不必要な燃
料の増量を行ってしまうことになるのである。

これに対し、第６図（ａｌに示すように単純に目標排気
温度値を高い値に設定すると、高負荷加速が継続するよ
うな場合に、高い目標排気温度前後で排気温Ｆ／Ｂが繰
り返され、この間に第６図（ｂ）に示すように排気系の
部品温度が次第に上昇して許容温度を越えることがあり
、排気系の部品の信頼性上好ましくないという問題点が
ある。

このような問題点は、過給機付機関のように出力空燃比
をオーバーしてリッチに適合して排気温度を対策してい
るものにおいては、特に不利になる。

〔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、排気温度
の上昇時に燃料増量補正を行なう目標排気温度は高い値
に設定しつつ、しかも、排気系の部品の温度が許容温度
を越えることがない、燃費、出力、信頼性の全てが改善
された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。排気温比較手段は排気温検
出手段からの排気温度を予め設定された目標排気温度と
比較し、負荷比較手段は機関負荷検出手段からの機関負
荷と予め設定された所定値とを比較する。そして、燃料
料量増量手段と段は排気温度が目標排気温度より高い場
合に燃料供給量の増量補正を開始し、この増量補正は機
関負荷が所定値以下になった時解除する。

〔作　用〕

本発明の空燃比制御装置によれば、機関負荷および排気
温度が予め設定されたそれぞれの所定値を越えると、燃
料供給量の増量補正が実行され、空燃比がリッチに制御
される。その後、排気温度が前記所定値を下回っても、
機関負荷が前記所定値以下になるまで燃料供給量の増量
補正が維持される。

〔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御燃料噴射式内燃機関の概略図であ
る。

第２図において、機関本体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０□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
図示しない消音器及び三元触媒側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ｆｉＱ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ＩＱ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０回路１０のマルチプレクサ内蔵Ａ／Ｄ変換器１０
１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°毎に態率位置検出用パルス
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ｌＯ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０２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１０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Ｔ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Ｔを予め設定
された比較温度Ｔｒと比・咬し、その結果を１１ｔＩ記
ＣＰＬｔ１０３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ＴＨＨ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．　　ＣＰＵ１０３の他にＲＯ＞１ｉｏ４
゜ＲＡＭ１０５等が設けられており、これらはハス１０
７で接続されている。この制御１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Ｉａ！　？：ｉ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１ＴＡｔＪ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ルベル
となった時に、フリップフロップ１０９がリセ７）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の割込み発生ば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ＴＨＷ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ＲＡ　Ｍ　１０９の所定領域
に格納される。つまり、ＲＡＭ１０９におけるデータＱ
及びＴＨＷ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　Ｍ２Ｏ３の所定領
域に格納される。

前記吸気通路２のコンプレッサ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では基本噴射ｉＴＰを演算する。即ち、
吸入空気ＩＱ及び回転速度ＮｅのデータをＲＡＭ１０５
から読み出して、 ＴＰ＝ｋＱ／Ｎｅ（但しｋは定数） により／ｉＪ算する。ステップ３０２では燃料噴射量Ｔ
　Ａ　Ｕを、 ＴＡＵ　４−ＴＰ−ＦＡＦ　　・　α十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。

ステップ３０３は機関負荷（この実施例ではＱ／Ｎｅで
表す）が目標負荷値、例えば０．８１／ｒｅｖ。

より大きいが否かを判定するものであり、Ｑ　／　Ｎ　
ｅ＞　０．８１！　／　ｒｅｖ、、の時（ＹＥＳ　）は
ステップ３０４に進み、Ｑ／Ｎｅ≦０．８１／ｒ６ｙ、
の時（ＮＯ）はステップ３０８に進む。

ステップ３０４は排気温度Ｔの検出値が予め設定した目
標排気温度Ｔｒ、例えば８００℃より大きいか否かを判
定するものであり、Ｔ＞８００℃の時（ＹＥＳ）はステ
ップ３０５に進むが、Ｔ１８００℃（ＮＯ）の時はステ
ップ３０７に進む。

ステップ３０５ではフラグＦを“１”にし、ステップ３
０３でＮＯの時に進んでくるステップ３０８では逆にフ
ラグＦを“０”にする。そして、ステ・７プ３０７では
このフラグＦが“１”か否かを判定し、フラグＦ−”ｌ
”の時（ＹＥＳ　）はステップ３０６に進むが、・フラ
グＦ−“０”の時（Ｎｏ）はステップ３０９に進む。

ステップ３０６はステップ３０２で演算した燃料噴射量
ＴＡＵを３０％増量補正するステップである。

また、ステップ３０９は噴射量ＴＡＵに電源電圧補正値
Ｔを加算するステップである。ステップ３０９で処理を
終了した後は、ステップ３１０に進みここでは噴射ＩＴ
ＡＵをダウンカウンタ１０８にセットすると共にフリッ
プフロップ１０９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。

ここで、機関が高負荷状態で加速を行ない、検出排気温
度Ｔが８００°Ｃを越えた場合の制御について説明する
。この時はステップ３０３でＹＥＳとなってステップ３
０４に進み、ステップ３０４でもＹＥＳとなってステッ
プ３０５に進む。そして、ステップ３０５でフラグＦに
“１′が入り、ステップ３０６にて燃料噴射量ＴＡＵが
３０％増量補正され、ステップ３０９で電源電圧補正を
行なった後にステップ３１０で燃料噴射量ＴＡＵがセッ
トされてステップ３１１でリターンする。この制御では
ステップ３０６で燃料供給量が増量補正されるので、排
気温度Ｔは低下する。

このようにして、排気温度Ｔが低下したが、まだ機関が
高負荷運転を行っている時の制御を次に説明する。この
時はステップ３０３でＹＥＳとなるが、ステップ３０４
ではＮＯとなりステップ３０７に進む。

そして、ステップ３０７でフラグＦの値が１”か否かが
判定されるが、この時フラグＦの値はステップ３０５で
“１”にされたままであるのでＹＥＳとなり、ステップ
３０６に進んで燃料の増量補正が継続される。そして、
ステップ３０９で電源電圧補正を行なった後にステップ
３１０で増量補正された燃料噴射１ＴＡＵがセットされ
、ステップ３１１にてこのルーチンは終了する。

最後に機関の排気温度Ｔも目標排気温Ｔｒより下がり、
検出負荷Ｑ　／　Ｎ　ｅも目標負荷（０，８１！　／ｒ
ｅｖ、）より低下した時の制御について説明する。この
時はステップ３０３でＮＯとなるので、ステップ３０８
に進み、フラグＦを“Ｏ”にしてステップ３０９に進む
。この制御ではステップ３０６はバイパスされるので、
燃料の増量補正は行なわれない。そして、ステップ３０
９で電源電圧補正を行なった後にステップ３１０でステ
ップ３０２で演算されたままの燃料噴射１ＴＡＵがセッ
トされ、ステップ３１１にてこのルーチンは終了する。

また、この後に排気温度は上昇しないが、機関負荷のみ
目標負荷を越えた場合は、ステップ３０３でＹＥＳ　、
ステ・ノブ３０４でＮ。

となってステップ３０７に進むが、このステップではＦ
は“Ｏ”のためＮＯとなってステップ３０９に進み、燃
料の増量補正は行なわれない。

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のキャリアウドによって
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。

以上のようなこの実施例の制御「を第５図ｔａ＋に示す
。では機関負荷Ｑ／Ｎｅが０−８１／ｒｅｖ、より大き
い場合に、時刻ｔ１で排気温度Ｔが８００°Ｃより高く
なると燃料供給量の増量補正が行なわれる。この後時刻
ｔ２で排気温度Ｔが８００°Ｃ以下に低下しても、機関
負荷Ｑ／Ｎｅが０．８Ｅ／ｒｅｖ、より大きいので燃料
供給量の増量補正が′ｍ緯して行なわれ、排気温度Ｔは
徐々に低下する。このように機関負荷Ｑ　／　Ｎ　ｅが
高い状態で燃料供給量の増量補正を′ｍ続すれば、第５
図ｔｂ）に示すように排気系部品の温度も許容温度を越
えることがない。よって、本発明では排気系部品の信頼
性が向上する。また、目標排気温度が高いので不要な燃
料供給量の増量が行なわれず、燃費が向上し、出力性能
も向上する。

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（反０）
はステップ・１０９に進んでＦＡＦ＝１．０とし、Ｆ／
Ｔ３条件が成立している時（ＹＥＳ　）はステップ４０
２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リーンかを判別する。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、リッ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Ｅｌ’）　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
ｉＡはａより十分大きく設定される。即ち、Ａ〉〉ａで
ある。

ステップ４０２において’ＩＱとなるリッチであればス
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
ップ量Ｂ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に示す制御は積分側？
’ｌ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ＲＡ　Ｍ　１０５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、機関の負荷Ｑ／Ｎｅが０．８１／
ｒｅν、より大きい時の燃料の増量補正は、この第４図
のルーチンにおいて空燃比補正係ＩＦＡＦ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
関の燃料供給量の増量補正を行う目標排気温度が高い温
度に設定され、機関が高負荷状態で排気温度が目標排気
温度を越えるど燃料増量補正が実行され、以後は機関負
荷が目標負荷以下になるまで増量補正が実行されるので
、排気系部品の信頼性が向上する。また、燃料供給量の
増量補正を行なう目標排気温度値が高く設定しであるの
で、不要な燃料増量補正が行なわれず、燃費が向上し、
出力性能も向上するというイ憂れな効果がある。

【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’＜１１１回路の動作を説明するためのフローチャー
ト、第５図（ａＬ　（ｂ）は本発明の装置の動作を補足
的に説明するための線図、第６図は従来の空燃比制御０
装置の動作を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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 排気温検出手段からの排気温度を予め設定された目標排
   気温度とを比較する排気温比較手段と、機関負荷検出手
   段からの機関負荷と予め設定された所定値とを比較する
   負荷比較手段と、 排気温度が目標排気温度より高い場合に燃料供給量の増
   量補正を開始し、この増量補正は機関負荷が所定値以下
   になった時解除する燃料料量増量手段と、 を備えた内燃機関の空燃比制御装置。