JP3199505B2

JP3199505B2 - エンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: JP3199505B2
Application number: JP02408293A
Authority: JP
Inventors: 淳一田賀; 忠孝中角; 義之進矢; 宏高木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-02-12
Filing date: 1993-02-12
Publication date: 2001-08-20
Anticipated expiration: 2016-08-20
Also published as: JPH06241080A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの空燃比制御
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用の普通の火花点火式エ
ンジンにおいては、燃料(例えば、ガソリン)と空気とか
らなる混合気が燃焼室内でピストンによって圧縮された
後、点火プラグによって着火・燃焼させられるようにな
っている。そして、かかるエンジンにおいては、基本的
には、混合気の空燃比(空気と燃料の比Ａ／Ｆ)を可燃範
囲内で任意に設定することができる。

【０００３】そして、混合気の空燃比を変えた場合、混
合気がリッチなときにはエンジン出力は高くなるものの
燃費性能は悪くなる。他方、混合気がリーンなときには
エンジン出力は低くなるものの燃費性能は良くなる。そ
こで、従来より、空燃比を比較的リッチ(例えば、理論
空燃比Ａ／Ｆ＝１４.７)に設定するリッチゾーンと、空
燃比を比較的リーン(例えば、Ａ／Ｆ＝１９〜２４)に設
定するリーンゾーンとを設定し、高出力が要求される運
転領域ではリッチゾーンを用い、さほど高出力が要求さ
れない運転領域ではリーンゾーンを用いるようにして、
エンジン出力の向上と燃費性能の向上とを両立させるよ
うにしたエンジン、いわゆるリーンバーンエンジンが多
用されている(例えば、特開昭６０−２３０５３２号公
報参照)。なお、特開昭６０−２３０５３２号公報に開
示されたリーンバーンエンジンでは、吸気負圧に基づい
て目標空燃比を設定するようにしている。

【０００４】また、一般にエンジンにおいては、ＣＯ及
びＨＣの発生率は混合気がリーンになれば（Ａ／Ｆで２
０付近に近づくほど）低くなるので、この観点からはリ
ーンバーンエンジンではエミッション性能も高められる
ことになる。しかしながら、ＮＯx発生率は、ＣＯある
いはＨＣとは異なり、理論空燃比よりはややリーン域
(Ａ／Ｆで１６付近)でピークとなるといった特性をも
つ。

【０００５】したがって、例えばリッチゾーンの空燃比
を理論空燃比(Ａ／Ｆ＝１４.７)に設定する一方、リー
ンゾーンの空燃比(Ａ／Ｆ)を１９〜２４に設定したリー
ンバーンエンジンにおいて、ゾーンの切り替え時に空燃
比を連続的にに変化させたのでは、ゾーン切り替えのた
びにＮＯx発生率がピークとなる空燃比域を経由するこ
とになるので、ＮＯxについてのエミッション性能が悪
くなる。そこで、一般に、リーンバーンエンジンでは、
リッチ／リーンのゾーン切り替えを一気に(不連続に)行
うようにしている(例えば、特開昭６０−１３９５３号
公報参照)。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにゾーンを一気に(不連続に)切り替えると、リッチゾ
ーンとリーンゾーンとではエンジンの出力特性が異なる
ので、ゾーン切り替え時にトルクショックが生じるとい
った問題がある。そこで、例えば特開昭６０−１３９５
３号公報に開示された従来のリーンバーンエンジンで
は、リッチ／リーンのゾーン切り替え時に点火タイミン
グを調整することによってエンジントルクを調整してト
ルクショックを抑制するようにしている。しかしなが
ら、点火タイミングの調整により変えることができるエ
ンジントルクの範囲には自ずから限界があるので、ゾー
ン切り替え時のトルクショックを十分には抑制すること
ができないといった問題がある。

【０００７】ところで、近年、コントロールユニットか
らの信号に従ってサーボモータ等の電気式アクチュエー
タによって開閉されるエレキスロットル弁を設ける一
方、コントロールユニットにより運転状態(例えば、ア
クセル開度、エンジン回転数、車速、ブレーキングの有
無等)に応じて目標エンジントルク(目標図示平均有効
圧)を設定し、該目標エンジントルクが得られるような
目標スロットル開度を求め、該目標スロットル開度に追
従するようエレキスロットル弁を開閉してエンジントル
クを制御するようにしたスロットル弁制御装置が提案さ
れている。

【０００８】そこで、かかるスロットル弁制御装置を備
えたリーンバーンエンジンにおいて、リッチ／リーンの
ゾーン切り替え時にエレキスロットル弁を制御すること
によってエンジントルクを調整し、ゾーン切り替え時の
トルクショックを防止するようにしたものが提案されて
いる。そして、このようなリーンバーンエンジンにおい
ては、通常、アクセル開度とエンジン回転数とに基づい
て設定される目標図示平均有効圧が所定値(ゾーン切替
値)を超えるか否かでゾーンを切り替えるようにしてい
る。

【０００９】しかしながら、ゾーン切替値(目標図示平
均有効圧)が適切でない場合には、次のような不具合が
生じる。すなわち、ゾーン切替値が小さすぎると、リー
ンゾーンが狭くなり、リーンバーンエンジンの最大の利
点である燃費改善効果が十分に発揮されなくなるといっ
た問題が生じる。他方、ゾーン切替値が大きすぎると、
リーンゾーン内の高負荷側の部分では、アクセル開度を
増やしてもエンジントルクが増加しなくなり、かかる状
態でリーンゾーンからリッチゾーンへのゾーン切り替え
が行われると、エンジントルクが不連続に増加してトル
クショックが発生するといった問題が生じる。

【００１０】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであって、エレキスロットル弁を備
え、かつ運転状態に応じてリッチ／リーンのゾーン切り
替えが不連続に行われるようになったリーンバーンエン
ジンに対して、ゾーン切り替え時のトルクショックの発
生を有効に防止することができる手段を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達するた
め、第１の発明は、図１に示すように、ＮＯx排出割合
が最も多くなる空燃比域よりも所定量以上リッチ側の空
燃比が設定されるリッチゾーンと、上記空燃比域よりも
所定量以上リーン側の空燃比が設定されるリーンゾーン
とが設定され、エンジンの運転状態に応じて上記ゾーン
を切り替えることにより空燃比を切り替える空燃比切替
手段aが設けられたエンジンの空燃比制御装置におい
て、リーンゾーンではリッチゾーンよりも、アクセル開
度に対するスロットル開度が大きくなるようなスロット
ル開度特性を設定するスロットル開度特性設定手段b
と、スロットル開度に対する吸気充填効率の変化率が所
定値まで低下する点に対応する境界吸気充填効率を設定
する境界吸気充填効率設定手段cとが設けられ、上記空
燃比切替手段aが、吸気充填効率が境界吸気充填効率以
上となったときにリーンゾーンからリッチゾーンへの切
り替えを行うようになっており、かつ、リーンゾーンか
らリッチゾーンへの切り替えを吸気充填効率に基づいて
行う一方、リッチゾーンからリーンゾーンへの切り替え
を図示平均有効圧に基づいて行うようになっていること
を特徴とするエンジンの空燃比制御装置を提供する。

【００１２】第２の発明は、ＮＯx排出割合が最も多く
なる空燃比域よりも所定量以上リッチ側の空燃比が設定
されるリッチゾーンと、上記空燃比域よりも所定量以上
リーン側の空燃比が設定されるリーンゾーンとが設定さ
れ、エンジンの運転状態に応じて上記ゾーンを切り替え
ることにより空燃比を切り替える空燃比切替手段aが設
けられたエンジンの空燃比制御装置において、リーンゾ
ーンではリッチゾーンよりも、アクセル開度に対するス
ロットル開度が大きくなるようなスロットル開度特性を
設定するスロットル開度特性設定手段bと、スロットル
開度に対する吸気充填効率の変化率が所定値まで低下す
る点に対応する境界吸気充填効率を設定する境界吸気充
填効率設定手段cとが設けられ、上記空燃比切替手段a
が、吸気充填効率が境界吸気充填効率以上となったとき
にリーンゾーンからリッチゾーンへの切り替えを行うよ
うになっており、境界吸気充填効率設定手段cが、吸気
負圧でもって吸気充填効率を把握するようになってい
て、スロットル開度に対する吸気負圧の変化率が所定値
まで低下する点に対応する境界吸気負圧を境界吸気充填
効率として用いるようになっており、かつ、境界吸気充
填効率設定手段cによって設定された境界吸気負圧を、
スロットル開度に対する吸気負圧の変化率特性の経時変
化に応じて更新する境界吸気負圧更新手段dが設けられ
ていることを特徴とするエンジンの空燃比制御装置を提
供する。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
図２に示すように、ガソリンエンジンＣＥの各気筒(１
つのみ図示)においては、基本的には、第１,第２吸気弁
１,２が開かれたときに、第１,第２吸気ポート３,４を
介して第１,第２独立吸気通路５,６から燃焼室７内に混
合気を吸入し、この混合気をピストン８で圧縮して点火
プラグ９で着火・燃焼させ、第１,第２排気弁１０,１１
が開かれたときに、燃焼ガスを第１,第２排気ポート１
２,１３を介して第１,第２独立排気通路１４,１５に排
出するといったプロセスが繰り返されるようになってい
る。なお、エンジンＣＥは、空燃比Ａ／Ｆがほぼ理論空
燃比(Ａ／Ｆ＝１４.７すなわち空気過剰率λ＝１)に設
定されるリッチゾーンと、空燃比がリーン(Ａ／Ｆ＝１
９〜２４)に設定されるリーンゾーンとが設定され、運
転状態に応じてリッチ／リーンのゾーン切り替えが不連
続に行われるようになったリーンバーンエンジンであ
る。

【００１６】このようなプロセスの連続した繰り返しに
よって、ピストン８がシリンダボア内でその軸線方向に
往復運動をし、このピストン８の往復運動が、コンロッ
ド１６とクランクピン１７とクランクアーム１８とを介
して回転運動に変換されてクランク軸１９に伝達される
ようになっている。点火プラグ９へは、ダイレクトイグ
ニッションコイル２０から所定のタイミングで高電圧が
印加され、この高電圧によって点火プラグ９の電極部に
火花放電が起こるようになっている。第１,第２独立排
気通路１４,１５は下流で１つの共通排気通路４１に集
合され、この共通排気通路４１には排気ガスを浄化する
触媒コンバータ４２が介設されている。共通排気通路４
１には、排気ガス中のＯ₂濃度(すなわち空燃比)を検出
するＯ₂センサ６３と、排気ガス温度を検出する第１,第
２排気温度センサ６４,６５とが臨設されている。ま
た、エンジン本体には冷却水温度(エンジン温度)を検出
する水温センサ６６が設けられている。

【００１７】各気筒の燃焼室７に空気を供給するため
に、上流端が大気に開放された単一の共通吸気通路２１
が設けられ、この共通吸気通路２１には、空気の流れ方
向にみて上流側から順に、吸入空気中のダストを除去す
るエアクリーナ２２と、吸入空気量を検出するエアフロ
ーセンサ２３と、コントロールユニットＣから印加され
る信号に従ってサーボモータ２４によって開閉駆動され
るエレキスロットル弁２５とが介設されている。そし
て、共通吸気通路２１の下流端は、吸入空気の流れを安
定化させるサージタンク２６に接続され、このサージタ
ンク２６に前記した各気筒の第１,第２独立吸気通路５,
６の上流端が接続されている。なお、この吸気系には、
サージタンク２６内の吸気負圧を検出するブーストセン
サ６１と、吸入空気温度を検出する吸気温度センサ６２
と、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ６
７とが設けられている。

【００１８】共通吸気通路２１に対して、エレキスロッ
トル弁２５をバイパスさせて空気を通すバイパス吸気通
路２７が設けられ、このバイパス吸気通路２７には、該
バイパス吸気通路２７内を流れる空気の流量を調節する
ことによってアイドル回転数を制御するＩＳＣバルブ２
８が介設されている。

【００１９】第１独立吸気通路５に対して、該第１独立
吸気通路５内の空気中に燃料(ガソリン)を噴射して混合
気を形成する燃料噴射弁３１が設けられている。燃料噴
射弁３１の燃料噴射量は、混合気の空燃比Ａ／Ｆが、空
燃比マップを用いて運転状態(エンジン回転数等)に応じ
て設定される目標空燃比afwに追従するようコントロー
ルユニットＣによって制御されるようになっている。

【００２０】また、第２独立吸気通路６には開閉弁３２
が介設され、この開閉弁３２は負圧応動式のダイヤフラ
ム装置からなるアクチュエータ３３によって開閉される
ようになっている。具体的には、三方弁３５によって、
アクチュエータ３３の圧力室に負圧通路３４を通してサ
ージタンク２６内の負圧を導入するか、それとも大気圧
を導入するかが切り替えられ、該圧力室に負圧が導入さ
れたときにはアクチュエータ３３によって開閉弁３２が
閉じられ、圧力室に大気圧が導入されたときには開閉弁
３２が開かれるようになっている。この開閉弁３２は低
負荷領域等では閉じられ、このとき空気が第１吸気ポー
ト３からのみ燃焼室７に供給され、燃焼室７内にスワー
ルが生成され、燃焼室７内で混合気が成層化され、これ
によって混合気の着火性・燃焼性が高められるようにな
っている。開閉弁３２は高負荷領域等では開かれ、この
とき空気が両吸気ポート３,４から燃焼室７内に供給さ
れ、吸気充填効率が高められるようになっている。

【００２１】なお、エンジン内(クランク室内)で発生す
るブローバイガスをサージタンク２６に導入するため
に、ＰＣＶバルブ３６を備えたブローバイガス通路３７
が設けられている。また、ブローバイガスの排出を促進
するために、共通吸気通路２１内の空気の一部をエンジ
ン内に供給する新気導入通路３８が設けられている。

【００２２】以下、燃料噴射弁３１に燃料(ガソリン)を
供給する燃料供給系統を説明する。この燃料供給系統に
おいては、燃料タンク４５内の燃料が、燃料フィルタ４
６を通して燃料ポンプ４７に吸い込まれた後、該燃料ポ
ンプ４７から所定の吐出圧で吐出され、フィルタ４９が
介設された燃料供給通路４８を通して燃料噴射弁３１に
供給されるようになっている。燃料噴射弁３１で噴射さ
れない余剰の燃料は、燃料圧を制御するプレッシャレギ
ュレータ５２が介設された燃料戻し通路５１を通して燃
料タンク４５に戻されるようになっている、なお、プレ
ッシャレギュレータ５２には、吸気負圧の影響をなくす
ために、サージタンク２６内の吸気負圧が負圧導入通路
５３を通して導入されるようになっている。

【００２３】燃料タンク４５内のガソリンベーパを含む
空気は、ガソリンベーパの大気中への拡散を防止するた
めに、タンク内空気リリース通路５４を通してサージタ
ンク２６にリリースされるようになっている。そして、
このタンク内空気リリース通路５４には、空気の流れ方
向にみて上流側から順に、リリースされる空気中のガソ
リンミストを分離するセパレータ５５と、２ウエイバル
ブ５６と、リリースされる空気中のガソリンベーパを吸
着するキャニスタ５７と、オリフィス５８と、デューテ
ィソレノイドバルブ５９とが介設されている。

【００２４】ところで、エンジンＣＥにおいては、マイ
クロコンピュータを備えたコントロールユニットＣによ
って、エアフローセンサ２３によって検出される吸気
量、ブーストセンサ６１によって検出される吸気負圧、
吸気温度センサ６２によって検出される吸気温度、Ｏ₂
センサ６３によって検出されるＯ₂濃度(空燃比)、第１,
第２排気温度センサ６４,６５によって検出される排気
ガス温度、水温センサ６６によって検出される冷却水温
度(エンジン温度)、スロットル開度センサ６７によって
検出されるスロットル開度、回転数センサ(図示せず)に
よって検出されるエンジン回転数、アクセル開度センサ
(図示せず)によって検出されるアクセル開度等を制御情
報として、種々の制御が行われるようになっている。し
かしながら、エンジンＣＥの一般的な制御は本発明の要
旨とするところではないのでその説明を省略し、以下で
は図３及び図４に示すフローチャートに従って、適宜図
２を参照しつつ、本発明の要旨にかかる、空燃比制御と
スロットル弁制御(エンジントルク制御)とについてのみ
説明する。なお、コントロールユニットＣは、特許請求
の範囲に記載された「空燃比切替手段」と「スロットル開
度特性設定手段」と「境界吸気充填効率設定手段」と「境界
吸気負圧更新手段」とを含む総合的な制御装置である。

【００２５】図３は空燃比制御とスロットル弁制御とを
含むメインルーチンのフローチャートであり、図４はメ
インルーチンによって呼び出されるスロットル弁制御サ
ブルーチン(エンジントルク制御サブルーチン)である。
メインルーチンでは、まずステップ＃１でスロットル弁
制御サブルーチンが呼び出され、スロットル弁制御サブ
ルーチンによってエンジントルク制御(トルクコントロ
ール)が行われる。

【００２６】以下、ステップ＃１で呼び出されたスロッ
トル弁制御サブルーチンについて説明する。サブルーチ
ンが呼び出されると、まずステップ＃２０で、スロット
ル開度Ｔvoとエンジン回転数Ｎeとアクセル開度Ａcとが
読み込まれる。ステップ＃２１では、目標図示平均有効
圧マップの検索により、アクセル開度Ａc及びエンジン
回転数Ｎeに対応する目標図示平均有効圧Ｐitが演算さ
れる。目標図示平均有効圧マップは、目標図示有効圧Ｐ
itをアクセル開度Ａc及びエンジン回転数Ｎeに対してあ
らわしたマップ、すなわちアクセル開度Ａcとエンジン
回転数Ｎeとによって表現される時々刻々の運転状態に
最も適した目標図示平均有効圧Ｐit(すなわちエンジン
トルク)を読み取れるようにしたマップであって、その
特性は、例えば図８のように設定されている。

【００２７】ステップ＃２２では、目標図示平均有効圧
Ｐitと目標空燃比afwとが読み込まれる。ここで、目標
空燃比afwは、図示していない別の制御ルーチンで、ゾ
ーン判定結果(リッチゾーン／リーンゾーン)に基づい
て、空燃比マップの検索により、吸入空気量及びエンジ
ン回転数Ｎeに応じて設定されている。

【００２８】ステップ＃２３では、次の式１により、目
標図示平均有効圧Ｐitと目標空燃比afwとに基づいて、
目標充填効率Ｃetが演算される。

【数１】Ｃet＝KITPCE・Ｐit・(afw／１４.７)・fipol(afw,tw)………………式１Ｃet…………目標充填効率 KITPCE………変換係数(定数) Ｐit…………目標図示平均有効圧 afw …………目標空燃比 tw……………エンジン温度(冷却水温度) fipol(afw,tw)…燃費率向上係数式１において、fipol(afw,tw)は、燃費率の目標空燃比
に対する特性を示す燃費率向上係数であって、目標空燃
比afw及びエンジン温度tw(冷却水温度)の関数である。

【００２９】一般に、目標充填効率Ｃetは、(Ｃet＝KIT
PCE・Ｐit・afw／１４.７)といった式で算出される。し
かしながら、かかる従来の算出方法では、目標空燃比af
wがリーンなときには目標充填効率Ｃetが過大となり、
エンジントルクが適正値よりも過大となる。また、熱効
率はエンジン温度twによっても左右される。そこで、本
実施例では、式１に示すように、目標空燃比afw及びエ
ンジン温度twの関数である燃費率向上係数fipol(afw,t
w)を導入して、目標空燃比afwあるいはエンジン温度tw
にかかわりなく適正な目標充填効率Ｃetを得ることがで
きるようにしている。

【００３０】ステップ＃２４では、目標充填効率Ｃetと
エンジン回転数Ｎeとが読み込まれる。ステップ＃２５
では、目標スロットル開度マップの検索により、目標充
填効率Ｃet及びエンジン回転数Ｎeに対応する目標スロ
ットル開度Ｔvotが演算される。目標スロットル開度マ
ップは、目標スロットル開度Ｔvotを目標充填効率Ｃet
及びエンジン回転数Ｎeに対してあらわしたマップ、す
なわち目標充填効率Ｃetとエンジン回転数Ｎeとによっ
て表現される時々刻々の運転状態に最も適していて、実
際の図示平均有効圧(エンジントルク)を確実に目標図示
平均有効圧Ｐit(目標エンジントルク)に一致させること
ができるような目標スロットル開度Ｔvotを読み取れる
ようにしたマップであって、その特性は、例えば図９の
ように設定されている。

【００３１】実際の図示平均有効圧Ｐi及びスロットル
開度Ｔvoのアクセル開度Ａcに対する特性は、夫々図５
中のグラフＧ₁、グラフＧ₃のとおりである。また、マッ
プを切り替えない従来の制御手法における、図示平均有
効圧Ｐi及びスロットル開度Ｔvoのアクセル開度Ａcに対
する特性は、夫々図５中のグラフＧ₂、グラフＧ₄のとお
りである。なお、図５においては、アクセル開度Ａcが
αのときにゾーン切り替えが行われている。図５から明
らかなとおり、本案ではゾーン切り替えが行われた場合
でも図示平均有効圧Ｐiすなわちエンジントルクにギャ
ップないし段差が生じない。したがって、本案によれ
ば、ゾーン切り替え時にトルクショックが生じない。

【００３２】なお、ステップ＃２５で演算された目標ス
ロットル開度Ｔvotは、図示していない別の制御ルーチ
ンに送られ、この別の制御ルーチンでは実際のスロット
ル開度Ｔvoが該目標スロットル開度Ｔvotに追従するよ
う、サーボモータ２４を介してエレキスロットル弁２５
が開閉駆動され、これによって目標図示平均有効圧Ｐit
すなわち目標エンジントルクが実現されるようになって
いる。ステップ＃２５が実行された後、今回のスロット
ル弁制御サブルーチンは終了し、メインルーチンのステ
ップ＃２に復帰する。

【００３３】以下、メインルーチンのステップ＃２以下
のルーチンを説明する。ステップ＃２では、リーンゾー
ンで運転されている(リーンバーンである)か否かの比較
・判定(ゾーン判定)が行われる。本実施例では、所定の
高出力領域がリッチゾーン(Ａ／Ｆ＝１４．７すなわち
λ＝１)とされ、これ以外の運転領域すなわち低出力領
域がリーンゾーン(Ａ／Ｆ＝１９〜２４)とされている。
したがって、空燃比がリッチとされる高出力領域ではエ
ンジン出力が十分に高められる一方、空燃比がリーンと
される低出力領域では燃費性能とエミッション性能とが
十分に高められる。なお、リッチゾーンの空燃比とリー
ンゾーンの空燃比とは所定のギャップをもって設定され
ているので、ゾーン切り替え時にはＮＯx発生率がピー
クとなる空燃比域を経由せず、ＮＯxについてのエミッ
ション性能が極めて良好となる。

【００３４】ステップ＃２でリーンゾーンで運転されて
いると判定された場合は(ＹＥＳ)、ステップ＃３〜ステ
ップ＃１１のリーンゾーン用ルーチンが実行される。こ
のリーンゾーン用ルーチンでは、基本的には、スロット
ル開度に対する吸気充填効率の変化率が所定値(境界吸
気充填効率)まで低下したときに、リーンゾーンからリ
ッチゾーンへの切り替えを行うようにしている。ここ
で、境界吸気充填効率は、従来のような一定値ではな
く、エンジンＣＥの時々刻々の運転状態に応じて設定さ
れる。

【００３５】図６に示すように、リーンゾーンにおいて
スロットル開度Ｔvoを大きくしてゆくと、最初はこれに
伴って吸気充填効率Ｃeが増加するが、スロットル開度
Ｔvoがある程度以上になると吸気充填効率Ｃeの増加が
飽和してしまう。そして、このように吸気充填効率Ｃe
の増加が飽和点に近付くとアクセルペダルを踏み込んで
も吸気充填効率Ｃeがなかなか増加せず、このままでは
アクセルぺダルでエンジントルクを調節することができ
なくなる。そこで、スロットル開度Ｔvoに対する吸気充
填効率Ｃeの変化率が所定値(すなわち境界吸気充填効
率)まで低下したときにはリッチゾーンに切り替えて、
十分なエンジン出力を得られるようにしている。このよ
うに、リーンゾーンからリッチゾーンへの切り替えを、
運転状態に応じて設定される吸気充填効率に基づいて行
うようにしているので、トルク制御の制御精度が高めら
れる。なお、エンジン特性の経時変化等に対応するた
め、境界吸気充填効率は経時的に更新されるようになっ
ている。なお、図６中でグラフＧ₅は低回転時の状態を
示し、グラフＧ₆は高回転時の状態を示している。

【００３６】しかしながら、吸気充填効率を直接検出す
ることはできないので、本実施例では吸気負圧で吸気充
填効率を把握するようにしている。例えば、境界吸気充
填効率は吸気負圧であらわされて境界吸気負圧とされ
る。ここで、吸気負圧は吸気充填効率と正確に対応する
ので、かかる空燃比制御の制御精度が高められる。

【００３７】図７に、リーンゾーンからリッチゾーンへ
の切り替えを、図示平均有効圧が一定値(ゾーン切替値)
を超えるか否かによって行うようにした場合の、図示平
均有効圧Ｐi及びスロットル開度Ｔvoの、アクセル開度
Ａcに対する特性を示す。ゾーン切替値が比較的小さい
値β₁に設定された場合は(グラフＧ₇,Ｇ₉)、ゾーン切り
替え時に吸気充填効率Ｃeが飽和点から離れているの
で、図示平均有効圧Ｐi(エンジントルク)にギャップな
いし段差が生じない。なお、この場合、ゾーン切替値を
小さくしすぎるとリーンゾーンが狭くなるので燃費性能
の低下を招くことになるのはもちろんである。他方、ゾ
ーン切替値が比較的大きい値β₂に設定された場合(グラ
フＧ₈,Ｇ₁₀)は、ゾーン切り替え時に吸気充填効率Ｃeが
飽和点に達しているので、図示平均有効圧Ｐiにギャッ
プないし段差が生じてしまい、トルクショックが生じる
ことになる。

【００３８】具体的には、まずステップ＃３でエンジン
回転数Ｎeと吸気負圧aboostとが読み込まれ、続いてス
テップ＃４で、境界吸気負圧テーブルから境界吸気負圧
Ｂoostが読み取られる。境界吸気負圧Ｂoostは、ゾーン
判定用吸気負圧であって、吸気負圧aboostが該境界吸気
負圧Ｂoost以上となったとき(充填効率が高くなったと
き、すなわちスロットル開度が大きくなったとき)にリ
ーンゾーンからリッチゾーンへ切り替えが行われるよう
になっている。

【００３９】ここで、境界吸気負圧Ｂoostは、基本的に
は、スロットル開度Ｔvoに対する吸気負圧aboostの変化
率が所定値まで低下する点、すなわちスロットル開度Ｔ
voに対する吸気充填効率Ｃeの変化率が所定値まで低下
する点に設定される。したがって、吸気充填効率Ｃeを
飽和に近付けることなく可及的にリーンゾーンを広げる
ことができる。つまり、エンジンＣＥの運転状態に応じ
た最も適切な時点で、燃費性能の低下を招くことなく、
かつトルクショックを生じさせることなく、リーンゾー
ンからリッチゾーンへの切り替えが行われることにな
る。

【００４０】ステップ＃５では、吸気負圧aboostが境界
吸気負圧Ｂoostより小さいか否かが比較・判定され、ab
oost≧Ｂoostであれば(ＮＯ)、ステップ＃１０でリッチ
ゾーン(λ＝１)ヘの切り替えが行われる。続いて、ステ
ップ＃１１でリッチゾーンからリーンゾーンへの切り替
えを行う際の基準となる境界図示平均有効圧Ｐiの更新
が行われる。具体的には、今回の目標図示平均有効圧Ｐ
itからヒステリシス分Ｐihを差し引いた値が、新たに境
界図示平均有効圧Ｐiとされる。このように境界図示平
均有効圧Ｐiが運転状態に応じて更新されるので、エン
ジン特性の経時変化に対応することが可能となる。ま
た、ヒステリシス分Ｐihを差し引くようにしているの
で、ゾーン切り替え時にサイクリングが起こらない。こ
の後、ステップ＃１に復帰する。

【００４１】他方、ステップ＃５で、aboost＜Ｂoostで
あると判定された場合は(ＹＥＳ)、ステップ＃６で現行
のリーンゾーンが維持され、ゾーン切り替えは行われな
い。この後、ステップ＃７で今回のスロットル開度Ｔvo
(t)が前回のスロットル開度Ｔvo(t−１)より大きいか否
か、すなわちスロットル開度Ｔvoが増加したか否かが比
較・判定され、続いてステップ＃８で今回の吸気負圧ab
oost(t)が前回の吸気負圧aboost(t−１)よりも大きいか
否か、すなわち吸気負圧aboostが変化したか否かが比較
・判定される。

【００４２】ここで、スロットル開度Ｔvoが増加してい
るのにもかかわらず吸気負圧aboostが変化していないと
きには(ステップ＃７がＹＥＳで、ステップ＃８がＮ
Ｏ)、ステップ＃９で今回の吸気負圧aboostが新たに境
界吸気負圧Ｂoostとされた後、ステップ＃１に復帰す
る。すなわち運転状態に応じて境界吸気負圧Ｂoostが更
新される。これによって、エンジン特性の経時変化に応
じて常に適切な境界吸気負圧Ｂoostを得ることができ、
トルク制御の精度が高められる。なお、これ以外の場合
は、ステップ＃８,＃９をスキップしてステップ＃１に
復帰する。

【００４３】ところで、前記のステップ＃２で、リーン
ゾーンではないと判定された場合(ＮＯ)、すなわちリッ
チゾーンで運転されている場合は、ステップ＃１２で目
標図示平均有効圧Ｐitが境界図示平均有効圧Ｐiより小
さいか否かが比較・判定される。本実施例では、リッチ
ゾーンからリーンゾーンへの切り替えは図示平均有効圧
に基づいて行うようにしている。

【００４４】すなわち、リーンゾーンからリッチゾーン
への切り替え時(加速時)には制御精度を高めるために、
吸気負圧に基づいてゾーン切り替えを行うようにしてい
る。しかしながら、リッチゾーンからリーンゾーンへの
切り替え時(減速時)には、空燃比がリッチな状態からリ
ーンな状態に移行する関係上、ゾーン切り替えに伴って
吸気充填量が増加する。このため、吸気負圧が大きくな
る(充填効率が増加する)ことになり、この吸気負圧の変
化によって再びリーンゾーンからリッチゾーンへの切り
替えが行われてしまう可能性がある。このような現象が
生じるとゾーン切り替えのサイクリングが起こるので、
本実施例ではかかる不具合の発生を防止するため、リッ
チゾーンからリーンゾーンへの切り替えを図示平均有効
圧に基づいて行うようにしている。

【００４５】ステップ＃１２で、Ｐit＜Ｐiであると判
定された場合は(ＹＥＳ)、ステップ＃１３でリーンゾー
ンに切り替えられ、他方Ｐit≧Ｐiであると判定された
場合は(ＮＯ)、ステップ＃１４で現行のリッチゾーンが
維持され、ゾーン切り替えは行われない。この後、ステ
ップ＃１に復帰する。

【００４６】以上、かかる空燃比制御及びスロットル弁
制御によれば、リーンゾーンが可及的に広げられて燃費
性能とエミッション性能とが高められ、かつ吸気充填効
率が飽和する領域近傍でゾーン切り替えが行われるのが
防止され、ゾーン切り替え時のトルクショックが防止さ
れる。また、吸気負圧で充填効率を把握するようにして
いるので、吸気充填効率が正確に把握され、空燃比制御
の制御精度が高められる。さらに、リッチゾーンからリ
ーンゾーンへの切り替えを図示平均有効圧に基づいて行
うようにしているので、ゾーン切り替え時にサイクリン
グが起こらない。かつ、境界吸気負圧がエンジン特性変
化に応じて更新されるので、エンジン特性の経時変化に
対応することができ、トルク制御の制御精度が一層高め
られる。

【００４７】

【発明の作用・効果】第１の発明によれば、まず、リー
ンゾーンからリッチゾーンへの切り替えが、スロットル
開度に対する吸気充填効率の変化率が所定値まで低下し
た時点で行われるので、リーンゾーンが可及的に広げら
れて燃費性能とエミッション性能とが高められ、かつ吸
気充填効率が飽和する領域近傍でゾーン切り替えが行わ
れるのが防止されてゾーン切り替え時のトルクショック
が防止される。さらに、リッチゾーンからリーンゾーン
への切り替えを図示平均有効圧に基づいて行うようにし
ているので、リッチゾーンからリーンゾーンへの切り替
え時にサイクリングが起こらない。

【００４８】第２の発明によれば、まず、リーンゾーン
からリッチゾーンへの切り替えが、スロットル開度に対
する吸気充填効率の変化率が所定値まで低下した時点で
行われるので、リーンゾーンが可及的に広げられて燃費
性能とエミッション性能とが高められ、かつ吸気充填効
率が飽和する領域近傍でゾーン切り替えが行われるのが
防止されてゾーン切り替え時のトルクショックが防止さ
れる。そして、吸気負圧で充填効率を把握するようにし
ているので、吸気充填効率が正確に把握され、空燃比制
御の制御精度が高められる。さらに、境界吸気負圧がエ
ンジンの特性変化に応じて更新されるので、エンジン特
性の経時変化に対応することができ、トルク制御の制御
精度が一層高められる。

【００４９】

【００５０】

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１〜請求項２に対応する第１〜第２の
発明の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明にかかる空燃比制御装置を備えたエン
ジンのシステム構成図である。

【図３】空燃比制御及びスロットル弁制御の制御方法
を示すフローチャートである。

【図４】スロットル弁制御サブルーチンのフローチャ
ートである。

【図５】図示平均有効圧及びスロットル開度の、アク
セル開度に対する特性を示す図である。

【図６】充填効率のアクセル開度に対する特性を示す
図である。

【図７】ゾーン切り替えを一定値で行うようにいた場
合の図５と同様の図である。

【図８】目標図示平均有効圧マップの特性を示す図で
ある。

【図９】目標スロットル開度マップの特性を示す図で
ある。

【符号の説明】

ＣＥ…エンジンＣ…コントロールユニット２４…サーボモータ２５…エレキスロットル弁３１…燃料噴射弁６１…ブーストセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 41/02 ３１０Ｆ０２Ｄ 41/02 ３１０Ｆ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ｐ 45/00 ３６４ 45/00 ３６４Ｄ３６８３６８Ｓ (72)発明者高木宏広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (56)参考文献特開昭62−55430（ＪＰ，Ａ) 特開平３−229936（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−172433（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−55430（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−232342（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/00 - 41/40 F02D 43/00 - 45/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ＮＯx排出割合が最も多くなる空燃比域
よりも所定量以上リッチ側の空燃比が設定されるリッチ
ゾーンと、上記空燃比域よりも所定量以上リーン側の空
燃比が設定されるリーンゾーンとが設定され、エンジン
の運転状態に応じて上記ゾーンを切り替えることにより
空燃比を切り替える空燃比切替手段が設けられたエンジ
ンの空燃比制御装置において、リーンゾーンではリッチゾーンよりも、アクセル開度に
対するスロットル開度が大きくなるようなスロットル開
度特性を設定するスロットル開度特性設定手段と、スロットル開度に対する吸気充填効率の変化率が所定値
まで低下する点に対応する境界吸気充填効率を設定する
境界吸気充填効率設定手段とが設けられ、上記空燃比切替手段が、吸気充填効率が境界吸気充填効
率以上となったときにリーンゾーンからリッチゾーンへ
の切り替えを行うようになっており、かつ、リーンゾー
ンからリッチゾーンへの切り替えを吸気充填効率に基づ
いて行う一方、リッチゾーンからリーンゾーンへの切り
替えを図示平均有効圧に基づいて行うようになっている
ことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
【請求項２】ＮＯx排出割合が最も多くなる空燃比域
よりも所定量以上リッチ側の空燃比が設定されるリッチ
ゾーンと、上記空燃比域よりも所定量以上リーン側の空
燃比が設定されるリーンゾーンとが設定され、エンジン
の運転状態に応じて上記ゾーンを切り替えることにより
空燃比を切り替える空燃比切替手段が設けられたエンジ
ンの空燃比制御装置において、リーンゾーンではリッチゾーンよりも、アクセル開度に
対するスロットル開度が大きくなるようなスロットル開
度特性を設定するスロットル開度特性設定手段と、スロットル開度に対する吸気充填効率の変化率が所定値
まで低下する点に対応する境界吸気充填効率を設定する
境界吸気充填効率設定手段とが設けられ、上記空燃比切替手段が、吸気充填効率が境界吸気充填効
率以上となったときにリーンゾーンからリッチゾーンへ
の切り替えを行うようになっており、境界吸気充填効率設定手段が、吸気負圧でもって吸気充
填効率を把握するようになっていて、スロットル開度に
対する吸気負圧の変化率が所定値まで低下する点に対応
する境界吸気負圧を境界吸気充填効率として用いるよう
になっており、かつ、境界吸気充填効率設定手段によって設定された境
界吸気負圧を、スロットル開度に対する吸気負圧の変化
率特性の経時変化に応じて更新する境界吸気負圧更新手
段が設けられていることを特徴とするエンジンの空燃比
制御装置。