JPH01224427A - 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空燃比制御装置に関し、詳しくは、
燃料噴射弁を駆動制御して、燃料噴躬時朋及び燃料噴射
量を調節して空燃比を制御する空燃比制御装置に関する
。

［従来の技術］ 従来、内燃機関（エンジン）、特に車両用エンジンでは
、排気中の有害成分であるＨＣ，Ｃｏ。

Ｎ　Ｏｘを浄化するために、三元触媒が使用されている
。そして、この三元触媒の浄化効率を良好な状態に維持
するために、排気通路に設けた空燃比センサを用いて、
排気中の酸素濃度から燃料混合気の空燃比を検出し、エ
ンジンに供給する燃料混合気の空燃比（制御空燃比）を
理論空燃比（ストイキ）に制御（ストイキフィードバッ
ク制御）している。また、ストイキフィードバック制御
の他に、燃費の低減の目的で、空燃比を理論空燃比より
も希薄（リーン）側に制御（リーンフィードバック制御
）することも行われている。このリーンフィ−ドパツク
制御は、燃焼する燃料量を少なくすることにより、排ガ
スに含まれる有害成分を低く抑えるものである。

そして、上記空燃比をリーン又はストイキの目標空燃比
にフィードバック制御す名ために、空燃比や負荷等の運
転状態に応じて、燃料噴射弁を電気的に制御し、燃料供
給量および供給タイミングを極めて緻密に調節して、空
燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御装置が用いられ
ていた。

また、上記燃料噴射弁を駆動制ｆ、１ｌＩＩＬ／てエン
ジンに燃料を供給し、空燃比の制御を行う技術として、
エンジンのクランク角度に同期して燃料を供給する同鼎
噴躬を利用するもの（特開昭５８−８２３８号公報参照
）や、クランク角度に同期しない非同期噴射を利用する
もの（特開昭６０−１１６８３４号公報参照）が提案さ
れていた。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、運転状態に応じて目標空燃比を切り換えてフ
ィードバック制御する装置においては、目標空燃比をリ
ーン側からストイキに切り換える場合、例えば、減速状
態から加速状態に変更する場合には、供給する燃料量を
増加させても、空燃比が目標空燃比に追随しきれないこ
とがあった。

これは、第１０図に示すように、目標空燃比の切換時に
は、矢印六方向に進む燃料が吸気通路Ａ１の壁面Ａ２等
に付着して、必要な燃料量が気筒Ａ３内に供給されない
ためであり、この現象は、特に吸気通路Ａ１の曲がりが
大きいときに顕著に発生していた。それによって、スト
イキフィードバック制御に切り換えた直後に、空燃比が
リーン側にずれてしまい、その結果、ＮＯＸが増加する
という問題点があった。

本発明は、リーンフィードバック制御からストイキフィ
ードバック制御に切り換えられる際のＮＯＸの増加を防
止して、エミッションを効果的に低減できる空燃比制御
装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 即ち、本発明は、第１図に例示する様に、内燃機関Ｍ１
の空燃比と負荷とを含む運転状態を検出する運転状態検
出手段Ｍ２と、 上記運転状態検出手段Ｍ２の検出結果に基づき、目標空
燃比をリーン側又は理論空燃比に設定する空燃比設定手
段Ｍ３と、 上記運転状態検出手段Ｍ２の検出結果及び空燃比設定手
段Ｍ３によって設定された目標空燃比に基づき、燃料噴
射弁Ｍ４を駆動制御し、噴射燃料量を調節して上記空燃
比のフィードバック制御を行うフィードバック制御手段
Ｍ５と、 を備えた内燃機関Ｍ１の空燃比制御装置において、 上記空燃比設定手段Ｍ３によって、目標空燃比がリーン
側から理論空燃比に変更される場合には、一定量又は運
転状態に応じた所定量の燃料の非同期噴射を行う非同期
噴射制御手段Ｍ６を備えたことを特徴とする内燃機関Ｍ
１の空燃比制御装置を要旨とする。

［作用］ 本発明の内燃機関Ｍ１の空燃比制御装置は、運転状態、
検出手段Ｍ２によって、内燃機関Ｍ１の空燃比と負荷と
を含む運転状態を検出する。そして、負荷の増減等の運
転状態の変化に応じ、空燃比設定手段Ｍ３によって、目
標空燃比をリーン側又は理論空燃比に変更して設定する
。この目標空燃比が変更されると、フィードバック制御
手段Ｍ５によって、まず実際の空燃比を目標空燃比に近
づける様に供給する燃料量を設定し、次に、燃料噴射弁
Ｍ４を駆動制御して、上記燃料量をクランク角度に応じ
て同期噴射する。即ち、目標空燃比及び運転状態に応じ
、供給する燃料量を変更して同期噴射を行うことにより
、リーンフィードバック制御又はストイキフィードバッ
ク制御を行う。

そして、上述した動作に加えて、目標空燃比がリーン側
から理論空燃比に変更される場合には、必要とされる燃
料を迅速に補うために、非同期噴射制御手段Ｍ６によっ
て、一定量又は運転状態に応じた所定量の燃料の非同期
噴射を行う。それによって、空燃比を目標空燃比、即ち
、理論空燃比に迅速に近づけることができ、空燃比のず
れによるＮＯＸの増加を防止する。

［実施Ｕリコ 以下に第１実施例を図面とともに説明する。第２図は、
本実施例の空燃比制御装置１及びその周辺装置を表す概
略構成図である。

図に示すごとくエンジン２の吸気管４には、アクセルペ
ダル６にリンクして開閉動作するスロットルバルブ８が
設けられている。そのスロットルバルブ８には、スロッ
トルバルブ８の開度（スロットル開度）を検出するスロ
ットル開度センサ１４が設けられている。そして、その
スロットルバルブ８の上流側には、吸気温度を検出する
吸気温センサ１２が設けられている。また、スロットル
バルブ８の下流側には、吸気圧から吸入空気量を検出す
るための吸気圧センサ１５．エンジン２の各気筒１６毎
に、図示しない燃料ポンプから圧送された燃料を噴射す
る燃料噴射弁１８．燃料混合気を気筒１６に導入する吸
気通路２０．及び気筒１６上部の吸気口２２の開閉を行
う吸気弁２４が設けられている。

上記吸気通路２０は、第３図に示す様に、２つに分岐し
て気筒１６の吸気口２２ａ、２２ｂに通じており、その
分岐点には、燃料混合気の吸入量を変えるための通路切
換弁２６が設けられている。

第２図に戻り、上記エンジン２の排気管２日には、エン
ジン２から排出される排ガス中の酸素）製度から燃料混
合気の空燃比を検出する空燃比センサ３０、排ガス中の
有害成分を除去するための三元触媒を内蔵している浄化
装置３２が備えられている。この空燃比センサ３０は、
理論空燃比近傍だけでなく希薄側も含めて空燃比に応じ
て信号を出力するリーンミクスチャーセンサである。

また、エンジン２には、点火プラグ３４に高電圧を出力
するためのイグナイタ３６．その電力を点火プラグ３４
に分配するディストリビュータ３日、そのディストリビ
ュータ３日の所定の回転角度（例えば３０℃Ａ）毎にエ
ンジン２の回転数（エンジン回転数）を検出するための
パルス信号を発生する回転数センサ４２．ディストリビ
ュータ２２０１回転に２回（即ちエンジン２の１回転に
１回）の燃料噴射タイミングや点火時期を決定するため
のパルス信号を出力するクランク角度センサ４４が備え
られている。更に、運転状態をより詳細に検出するため
に、冷却水温を検出する水温センサ４５、及び図示しな
いトランスミ・ンションの出力軸の回転数を検出する車
速センサ４６が備えられている。

また、上記各種センサからの信号を人力してアクチュエ
ータ等を制御するために電子制ｆ、Ｉ装置（以下単にＥ
ＣＵという）４日が備えられている。

このＥＣＵ４Ｂは、各センサからの出力信号を人力する
人力ボート４８ａ、人カポ−）４８ａからの信号データ
を制御プログラムに従って人力及び演算処理するととも
に、各アクチュエータを作動制御するための制御信号の
出力処理を行うセントラルプロセッシングユニット（以
下単にＣＰＵという）４８ｂ、上記制御プログラム及び
初期データが格納されるリードオンリメモリ（以下単に
ＲＯＭという）４８ｃ、？＊算開制御必要なデータが読
み書きされるランダムアクセスメモリ（以下単にＲＡＭ
という）４８ｄ、ＣＰＵ４８ｂの演算処理等の必要に応
じて計時を行っているタイマ４８ｅ、上記アクチュエー
タに制御信号を出力する出カポ−）４８ｆ、及びＥＣＵ
４８内の各種信号の伝達を介在しているパスライン４８
ｇから構成されている。

そして、上記吸気温センサ１２．スロットル開度センサ
１４．吸気圧センサ１５．空燃比センサ３０、水温セン
サ４５９回転数センサ４２．クランク角度センサ４４．
車速センサ４６等は、人カポ−）４８ａに接続されて、
その出力信号がＣＰＵ４８ｂ等に伝えられている。又、
上記燃料噴射弁１日、イグナイタ３６等のアクチュエー
タは、出カポ−）４８ｆに接続されて、ＥＣＵ４Ｂから
の信号を受けて制御されている。

この様な構成によって、ＥＣＵ４Ｂは燃料の同期噴射や
非同期噴射、及びそれらの噴射によって調節されるリー
ン又はストイキの空燃比フィートバッタ制御を行う。

次に、上記ＥＣＵ４Ｂにて行われる処理のうち、通常の
リーン又はストイキの空燃比フィードバッり制御、即ち
、目標空燃比に応じて燃料噴ＩｉＪ量を調節して同期噴
射する制御の処理について、第４図のフローチャートに
基づいて説明する。この空燃比フィードバック制御は、
運転状態に応じて切り換えられるもので、例えは、減速
状態やエンジン負荷の小さな運転状態の時には、リーン
フィードバック制御を、そしてアイドル時や加速状態等
の時には、ストイキフィードバック制御を行うものであ
る。尚、本ルーチンは円滑な制御を行うのに十分に短い
時間、例えば５０　ｍ５ｅｃで繰り返し実行されている
。

まずステップ１００では、吸気圧センサ１５及び回転数
センサ４２からの信号に基づいて、エンジン回転数ＮＥ
と吸入空気量Ｑとを求め、そのエンジン回転数ＮＥと吸
入空気量Ｑとをパラメータとするマツプ、あるいは演算
式に基づいて、エンジン２の負荷Ｑ／ＮＥに応じた同期
噴射のための基本燃料噴射量τｐを算出する。この基本
燃料噴射量τｐは、エンジン２の運転状態から算出され
る概算的な噴射量である。

続くステ・ンプ１１０では、空燃比センサ３０からの信
号に基づき、空燃比を目標空燃比に制御する条件、いわ
ゆる空燃比のフィードパ・ンク制御条件が成立している
か否かを判定する。即ち、吸気温度が低い場合、スロ・
ントル開度が大きくエンジン２が急加速又は高負荷運転
されている場合、あるいは水温センサ４５で検出される
冷却水温が低い場合には、エンジン２のトルクを上げる
必要があるので、周知の吸気温補正、出力増量補正、あ
るいは暖気増量補正によって、基本燃料噴射量丁ｐを増
量補正しているが、そのような場合にはフィードバック
制御を中止している。

上記ステップ１１０で肯定判断されると、ステ・ンブ１
２０に進む。このステップ１２０では、運転状態に応じ
て、リーン側又はストイキに設定された目標空燃比と実
際の空燃比との差△ｄを求める。

続くステップ１３０では、その差△ｄに応じて、算術式
又はマツプがら空燃比センサ＠に１を求め、続くステッ
プ１４０では、その空燃比補正係数に１やその他の補正
係数に基づいて、燃料噴射量τを求める。

続くステップ１５０では、燃料噴射量τに相当する燃料
噴射時間、ＴＡＵを求める。

そして、続くステップ２１０では、上記燃料噴射時間Ｔ
ＡＵから燃料噴射弁１８の開弁開始及びその終了時刻を
設定し、クランク角度センサ４４からの信号に基づいて
、燃料噴射弁１日を駆動制御して燃料の同期噴射を行い
、−旦本処理を終了する。

即ち、上記ステップ１２０ないしステップ１６０の処理
によって、燃料噴射量τを調整して同期噴射することに
より、空燃比のリーンフィードバック制御又はストイキ
フィードバック制御行うことができる。

一方、上記ステップ１１０で否定判断された場合、即ち
、空燃比のフィードバック制御を行わない場合は、ステ
ップ１７０に進み、吸気温センサ１２、スロットル開度
センサ１４、水温センサ４５等からの信号に基づき、基
本燃料噴射量τｐの増量補正係数に２を算出しステップ
１８０に進む。

ステップ１８０では、基本燃料噴射量τｐを上記増量補
正係数に２等で補正して、燃料噴射量τを算出する。そ
の後、上記と同様にステップ１５０を経て燃料噴射時間
ＴＡＵを求め、ステップ１６０に進み、燃料の同期噴射
の制御を行った後に一旦本処理を終了する。

次に、空燃比の制御が、リーンフィードバック制御から
ストイキフィードバック制１ａＩｌに切り換えられた時
に行われる非同期噴射の制御処理について説明するが、
まずこの切り換えを検出するために設定されるフラグＸ
ＬＥＡＮの設定処理について、第５図のフローチャート
に基づいて説明する。

まず、以下に示すステップ２００ないしステップ２２０
では、車両が停止状態でのフラグＸＬＥＡＮの設定処理
を示す。

ステップ２００では、車速センサ４６からの信号により
、車両の車速が零であるか否かを判定する。ここで肯定
判断されるとステップ２１０に進む。

ステップ２１０では、アイドルスイッチＬＬがオンであ
るか否かを判定し、ここで肯定判断されるとステップ２
２０に進み、一方、否定判断されると一旦本処理を終了
する。ここで、アイドルスイッチＬＬがオンとは、スロ
ットルバルブ８が全閉であることを示し、オフとは、開
状態に制御されていることを示す。

続くステップ２２０では、フラグＸＬＥＡＮを０と設定
して、−旦本処理を終了する。このフラグＸＬＥＡＮが
Ｏとはストイキフィードバック制御時であることを示す
ものである。

即ち、上記ステップ２００及びステップ２１０で、車両
が停止中でアイドル状態であると判断されると、ストイ
キフィードバック制御時であると判定して、フラグＸＬ
ＥＡＮを０と設定するものである。

次に、ステップ２３０ないしステップ２５０では、車両
が走行状態でのフラグＸＬＥＡＮの設定処理を示す。

まず、上記ステップ２００で、車両が走行中であると判
断されてステップ２３０に進むと、吸気圧センサ１５か
らの信号により、現在の吸気管負圧ＰＭから前回検出し
た吸気管負圧ＰＭＯを引き、その値が所定値Ａより大で
あるか否かを判定する。

尚、吸気管負圧ＰＭ、ＰＭＯはマイナスの値として計算
する。ここで肯定判断されると、上記ステップ２２０を
経て一旦本処理を終了し、一方、否定判断されるとステ
ップ２４０に進む。即ち、吸気管負圧ＰＭが増加してい
るか否かを判定することによって、車両の加速状態を検
出し、加速状態であればストイキフィードバック制御を
行うので、フラグＸＬＥＡＮをＯと設定し、加速状態で
なければ、更に次の判定を加えるためにステップ２４０
に進む。

ステップ２４０では、現在の吸気管負圧ＰＭから前回検
出した吸気管負圧ＰＭＯを引き、その値が所定値−８未
満か否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ
２５０に進み、一方否定判断されると一旦本処理を終了
する。即ち、吸気管負圧ＰＭが減少しているか否かを判
定することによって、車両の減速状態を検出し、減速状
態であればリーンフィードバック制御を行うので、フラ
グＸＬＥＡＮを１と設定するものである。

即ち、上記ステ・ンブ２００ないしステップ２５０での
処理によって、アイドルスイッチＬＬや吸気管負圧ＰＭ
の変化に応じて、リーンフィードパ・ンク制御又はスト
イキフィードバック制御のうちいずれの制御が実行され
ているかを示すフラグＸＬＥＡＮを設定する。

この空燃比の制御の状態と運転状態を、第６図の１０モ
一ド走行時における車速Ｖや吸気管負圧ＰＭのタイムチ
ャートによって示す。この第６図（ａ）の時刻ｔＯ〜ｔ
２．　　ｔ３〜ｔ５．　ｔ７〜ｔ８．　ｔ９〜ｔｌｏの
間がストイキフィードバック制御を行う区間であり、時
刻ｔ２〜ｔ３．　ｔ５〜ｔ７．　ｔ８〜ｔ９の間がリー
ンフィードバック制御を行う区間である。そして、リー
ン側からストイキへの切り替えであるフラグＸＬＥＡＮ
の１からＯへの切り替えは、第６図（ｂ）の時刻ｔ３．
ｔ７に行い、一方、ストイキからリーン側への切り替え
であるフラグＸＬＥＡＮの０から１への切り替えは、第
６図（ｂ）の時刻ｔ２．ｔ５．ｔ８に行う。

次に、上記フラグＸＬＥＡＮに応じて行われる非同期噴
射の噴射量算出の処理について、第７図のフローチャー
トに基づいて説明する。

まず、ステップ３００では、上記フラグＸＬＥＡＮの値
を読み込む。

続く、ステップ３１０では、読み込んだフラグＸＬＥＡ
Ｎが０か否かを判定する。ここでフラグＸＬＥＡＮが０
、即ちストイキフィードバ・ンク制御であると判断され
るとステップ３２０に進む。

ステップ３２０では、前回のフラグＸＬＥＡＮＯが１か
否かを判定する。ここで前回の制’＋ａｌｌ状態を示す
フラグＸＬＥＡＮＯが１、即ち前回はり−ンフィードバ
ック制御であった判断されるとステップ３３０に進む。

即ち、上記ステップ３１０及びステップ３２０で、肯定
判断されることによって、リーンフィードバック制御か
らストイキフィードバック制御に切り替わったことが検
出できる。

続くステップ３３０では、非同期噴射を行うための非同
期噴射量ＴＡＵＡＳＹＳを算出する。この非同期噴射量
ＴＡＵＡＳＹＳは、第８図に示すように、！゛吸気管負
圧ＰＭとエンジン回転数ＮＥとから求める。即ち、第８
図（ａ）Ｃｍ示すマツプから吸気管負圧ＰＭに比例した
負圧パラメータメータＡＳＹＰＭを求め、一方、第８図
（ｂ）に示すマツプからエンジン回転数ＮＥに比例した
回転数パラメータメータＡＳＹＮＥを求め、それらのパ
ラメータメータの積をを非同期噴射量ＴＡＵＡＳＹＳと
して算出する。

続くステップ３４０では、非同期噴射量ＴＡＵＡＳＹＳ
に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵ２を設定する。

続くステップ３５０では、その燃料噴射時間ＴＡＵ２に
基づいて、燃料噴射弁１９を駆動して非同朋燃料噴躬を
実行する制御を行いステップ３６０に進む。

そして、上記ステップ３１０やステップ３２０で否定判
断された場合、又はステ・ンブ３５０の後に進むステッ
プ３６０では、フラグＸＬＥＡＮが１か否かを判定し、
ここでフラグＸＬＥＡＮが１、即ちリーンフィードバッ
ク制ｆａであると判断されると、ステップ３７０に進み
、一方ストイキフィードバック制御であると判断される
と、ステップ３８０に進む。

ステップ３７０では、上述したステップ３２０の判定に
用いるために、前回の制御ｌＩ状態を示すフラグＸＬＥ
ＡＮＯを１に設定し、−旦本処理を終了する。即ち、現
在の制御がリーンフィードバック制御であるので、前回
のフラグＸＬＥＡＮＯの値に現在のフラグＸＬＥＡＮの
値を入れて１に更新するものである。

一方、ステ・ンプ３８０では、フラグＸＬＥＡＮＯを０
と設定し、−旦本処理を終了する。即ち、現在の制御が
ストイキフィードバック制御であるので、同様に前回の
フラグＸＬＥＡＮＯの値を０に更新するものである。

即ち、上記ステップ３００ないしステップ３８０の処理
によって、空燃比の制御がリーンフィードバック制御か
らストイキフィードバック制御に切り換えられるとすぐ
に、非同期噴射を実行することができる。

尚、非同期噴射と同門噴射のタイミングが一致した場合
には、非同期噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ２分だけ同期噴
射の燃料噴射時間ＴＡＵを増やして、燃料の増量を行う
ことができる。

この非同期噴射による空燃比の変化を第９図に示す。図
において、上から目標空燃比、同期噴射。

非同期噴射、制御空燃比及び点線で示す非同期噴射を行
わない場合の空燃比のタイムチャートを示している。こ
のタイムチャートからも明らかなように、非同期噴射を
行うと空燃比の目標空燃比に列する追随性がよく、目標
空燃比に急速に近づくことがわかる。従フて、目標空燃
比をリーン側からストイキに切り換えてフィードバック
制御を行う場合には、迅速に空燃比を理論空燃比に制御
できるので、ＮＯＸが増加することがない。

尚、上記実施例では、非同期噴射量ＴＡＵＳＵＳを吸気
管負圧ＰＭやエンジン回転数ＮＥ等の運転状態に応じて
算出したが、一定量を非同期噴射してもよい。また、非
同期噴射の回数も１回ではなく複数回行ってもよく、更
に、その非同期噴射の回数を調節することによって、供
給する燃料量を制御してもよい。

［発明の効果コ 本発明の内燃機関の空燃比制御ｊ装置は、目標空燃比を
リーン側から理論空燃比に変更してフィードバック制御
する場合に、非同期噴射によって燃料を供給するので、
空燃比の目標空燃比に対する追随性がよい。従って、上
記の様な目標空燃比の変更時にもＮＯＸの発生が少なく
、エミッション低減の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成例示図、第２図は実施例の
概略構成図、第３図は吸気通路を拡大して示す説明図、
第４図はＥＣＵにて実行される同期噴射の処理を示すフ
ローチャート、第５図はフラグＸＬＥＡＮ設定の処理を
示すフローチャート、第６図は運転状態に応じて切り換
えられる空燃比制御を示すタイムチャート、第７図は非
同期噴射の処理を示すフローチャート、第８図は非同期
噴射量を求めるマツプを示すグラフ、第９図は同量噴射
及び非同期噴射によって制御される空燃比を示すグラフ
である。第１０図は従来技術の説明図である。 Ｍｌ・・・内燃機関 Ｍ２・・・運転状態検出手段 Ｍ３・・・空燃比設定手段 Ｍ４・・・燃料噴射弁 Ｍ５・・・フィードバック制御手段 Ｍ６・・・非同期噴射制御′ａ手段 ２・・・エンジン ４・・・吸気管 ８・・・フロ・ントルバルブ １５・・・吸気圧センサ １日・・・燃料噴射弁 ２０・・・吸気通路 ３０・・・空燃比センサ ４２・・・回転数センサ ４４・・・クランク角度センサ ４６・・・車速センサ ４８・・・ＥＣＵ 代理人　弁理士　定立　勉（ほか２名）第１図 Ｍ４・・・燃料噴射弁 第３図 第４図 第５図 第６図 ＠藺 （ｂ） ｒｏ　　　　　１？　　　　　　　ｒ３　　　　　　　
１Ｍ　　　　　　１７１１１１１！Ｍ 第７図 第８図 （ａ） （ｂ） 一一一一へ 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の空燃比と負荷とを含む運転状態を検出する運
   転状態検出手段と、 上記運転状態検出手段の検出結果に基づき、目標空燃比
   をリーン側又は理論空燃比に設定する空燃比設定手段と
   、 上記運転状態検出手段の検出結果及び空燃比設定手段に
   よって設定された目標空燃比に基づき、燃料噴射弁を駆
   動制御し、噴射燃料量を調節して上記空燃比のフィード
   バック制御を行うフィードバック制御手段と、 を備えた内燃機関の空燃比制御装置において、上記空燃
   比設定手段によって、目標空燃比がリーン側から理論空
   燃比に変更される場合には、一定量又は運転状態に応じ
   た所定量の燃料の非同期噴射を行う非同期噴射制御手段
   を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。