JPS639649A - 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、特に始
動時には希薄空燃比から理論空燃比近傍の空燃比に切替
える装置に関する。

（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、
有害排出ガス低減、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、始動直後からり−ン空燃比が選択され、その直後
からいきなり希薄空燃比制御が行われることがあったた
め、元々エンジンが不安定な始動中および始動直後に十
分な出力（トルク）が得られないことがあり、エンジン
の安定性が損われることがある。また、始動直後にはＡ
／Ｆセンサ（空燃比センサ）が活性化されていないこと
があり、このようなときに空燃比の制御を行うと制御が
オープン状態になって正確な制御が出来ない。

例えば、一旦停止して、その後にすぐに始動する、いわ
ゆるホットスタートの場合、エンジンは十分に暖機した
状態であり、水温も高いままのことがある。このような
ときに負荷および回転数が所定値を満たしていると始動
直後にすぐにリーン状態になることがあり、出力不足か
らエンジンの安定性を大きく損うことがあった。

（発明の目的） そこで本発明は、エンジン始動後所定時間若しくはＡ／
Ｆセンサ（空燃比センサ）が活性化していないときはリ
ーン空燃比を選択しないようにすることにより、始動直
後におけるエンジンの出力低下を防止して始動直後の安
定性を向上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、吸入混合気の空燃
比を検出する空燃比検出手段ａと、エンジンの運転状態
を検出する運転状態検出手段すと、エンジンが始動中お
よび始動後期定期間若しくは空燃比検出手段が活性化し
ていないという禁止状態を検出する禁止状態検出手段Ｃ
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、前記禁止状態
にあるとき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ｄと、空燃比検出手段ａの出力に基
づいて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ｅと、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ｆと、を備えている。

（作用） 本発明では、始動後（スタータモーフ作動停止後）の経
過時間が検出され、経過時間が所定時間に達したとき、
あるいは、Ａ／Ｆセンサが十分に活性化したときに初め
て希薄空燃比制御が行われる。したがって、始動直後に
リーン空燃比を選択することが回避され、エンジンの安
定性が確保される。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜９図は本発明の第１実施例を示す図であり、本発
明をＳ　Ｐ　ｉ　　（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｐｏ１ｎｔ　Ｉｎ
ｊｅｃｔｉｏｎ）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Ｓｔｔ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ＳＩＱＭ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、ＨＣ，Ｎ０ｘ）
を三元触媒により清浄化してマフラ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５ＩＳＣ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Ｄ　ＳｅＶ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、ロッド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！ｐ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　ｖｓｒ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ＳＯは禁止状態検出手
段、目標設定手段および制御手段としての機能を有し、
ＣＰ　Ｕ５１、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ボート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、Ｉ／○ポート５４からは前
記各信号ｓｔ＋、５ＩＯＮ　％　Ｓ＋ｓｃ、５ｓｃｖ　
ＳＳＭ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、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
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部を通過する空気（ｊｔ　Ｑ　Ａ　ｉ　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タ部通過
空気量Ｑ　Ａ＝　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量Ｑ
Ａｉｆｉｊの算出を説明する。

第３図はシリンダ空気量ＱＡｅｙｔの算出プログラムを
示すフローチャートである。まず、ＰＩで全開のＱＡｃ
ｖ、をオールド値ＱＡｃｍ′としてメモリに格納する。

ここで、ＱＡｃｙＬ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ＱＡ□１を演算するときの基礎
データとなる。

次いで、Ｐ、で必要なデータ、すなわちスロットル開度
α、ＩＳＣパルプ２１への開度信号５ｌｓＣのデユーテ
ィ　（以下、■ＳＣデユーティという）ＤＩｓｃ　％エ
ツジ２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
ックアンプして求める。Ｐ４では同様にＩＳＯデユーテ
ィＤＩＩＣ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、Ｐ、で次式■に従って総流路面
積Ａを求める。

Ａ−Ａα＋Ａ８　・・・・・・■ 次いで、Ｐ、で定常空気量ＱＨ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
常空気量ＱＨ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をルックアンプし、Ｐａで次式
■に従ってシリンダ空気量Ｑ　Ａ　ｅ　ｙ　ｔを算出し
てルーチンを終了する。

ＱＡ（ｙｔ＝ＱＡｃｙｔ’Ｘ　（１−に２）＋ＱＨＸＫ
２・・・・・・■ 但し、Ｑ　ＡｃｙＬ’　”　Ｐｔで格納した値このよう
にして求めたシリンダ空気量Ｑ　ａ　ｃ　ｙ　Ｌは本実
施例のようなＳＰｉ方式でなく、例えば吸気ポート近傍
に燃料を噴射するＥＣ，ｉ方式の機関Ｇこはそのまま通
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量Ｑ　Ａ＋　ａ　ｉ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ＱＡｅア、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　＝　ＫＨＸ　（Ｑａｃｙｔ　　ＱＡｃｙｔ　’
　）　／　Ｎ・・・・・・■■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、ｐ＋ｚ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。

ＱＡｌ、１ｊ＝ＱＡｃｙ、＋６０Ｍ　・・・・・・■こ
のようにして求めたＣ１ａ＝。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、Ｐ２ＩでスタータスイッチがＯＮになったか否か
を判別する。スタータスイッチがＯＮになったときは始
動中と判断し、エンジンが安定化するまで希薄空燃比制
御は行わすＰ２□でタイマをクリアして、Ｐｔ３で理論
空燃比λ＝１　　（Ａ／Ｆ＝ｓｔｏｉｃｈ）を選択する
。一方、スタータスイッチがＯＦＦのときは始動後時間
が経過しつつあると判断し、Ｐｔ４で始動後からの経過
時間Ｔと所定時間ＴＯとを比較する。ここに、所定時間
ＴＯは始動後３０ｓｅｃ程度が望ましい。

ＴくＴＯのときは経過時間Ｔが所定時間Ｔｏに達してい
ないと判断し、目標空燃比にリーン空燃比を選択しない
でＰＸ３に進む。また、Ｔ≧Ｔｏのときは、始動後所定
時間経過してエンジンが安定した状態になったと判断し
、ｐｚｓに進む。

次いで、Ｐｔ５では希薄空燃比制御を行うのに必要な所
定条件を満たしてい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負荷等の運転状態を示す
。所定条件下にないときは希薄空燃比制御に適さないと
判断し、Ｐ、に進む、一方、所定条件を満たしていると
きはＰｏて所定の希薄空燃比を選択する。

このように、本実施例ではエンジン始動後所定時間が経
過していないときはリーン空燃比を選択しない態様とな
っているので、始動中および始動直後のリーン化に伴う
出力低下を回避して、始動および始動直後の安定性の向
上を図ることができる。

第１０図は本発明の第２実施例を示す図であり、本実施
例は第１実施例の処理に加えてＡ／Ｆセンサ（空燃比セ
ンサ）の活性化の判定を行っている。

本実施例の説明にあたり、第１実施例と同一処理を行う
ステップには同一番号を付してその説明を省略し、異な
るステップにはＱ印で囲むステップ番号を付してその内
容を説明する。

第１０図のプログラムにおいて、ＰＸ３を経るとＰｌ、
でＡ／Ｆセンサが活性化しているか否かを判別する。活
性化していないときは希薄空燃比制御を行うのに適さな
いと判断しＰ２．に進み、活性化しているときはそのま
まＰＺＳに進む。

したがって、本実施例では第１実施例と同様の効果があ
るほか、始動直後のＡ／Ｆセンサの不活性化による空燃
比制御の精度の低下を回避できる。

（効果） 本発明によれば、エンジン始動後所定時間若しくはＡ／
Ｆセンサ（空燃比センサ）が活性化していないときはり
−ン空燃比を選択しないようにしているので、活性直後
におけるエンジンの出力低下を防止して、始動直後の安
定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図は本発明の第
１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量ＱＡｃ、。 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図はそ
の総流路面積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ＩＱ□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Ｉ　Ｑ　Ａ　
ｉ　ｆｉｊ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、第１０図は本発明の第２実施例を示すその空燃比制
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）、３５・・・
・・・空燃比検出手段、 ５０・・・・・・コントロールユニット（禁止状態検出
手段、目標設定手段、制御手段）。 第４図 ヌａ、トル間崖θ（ｄｅｇ） 第５図 ＩＳＣテ゛１−ティ（％〕 第６図 醒［Ｃ騙］ 第７図 奥茂路面顆Ａ　（ａｍ”） 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）吸入混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、 ｂ）エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と
   、 ｃ）エンジンが始動中および始動後所定期間若しくは空
   燃比検出手段が活性化していないという禁止状態を検出
   する禁止状態検出手段と、 ｄ）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、エンジンが前
   記禁止状態にあるとき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、 ｅ）空燃比検出手段の出力に基づいて目標空燃比となる
   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、 ｆ）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。