JPH0621585B2

JPH0621585B2 - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JPH0621585B2
Application number: JP7123585A
Authority: JP
Inventors: 俊雄西川; 誠保立; 忠志金子
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-04-05
Filing date: 1985-04-05
Publication date: 1994-03-23
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: JPS61232342A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、エンジンの制御装置に関し、特に要求エンジ
ン出力を示すアクセル操作量に応じて、空燃比の大きな
リーン運転と小さなリッチ運転との切換えを行うように
したエンジンの制御装置に関する。

（従来技術）エンジンのなかには、極力省燃費を図るため、エンジン
負荷の小さなときは空燃比の大きいリーン運転を行うよ
うにする一方、出力が要求されるエンジン負荷の大きい
ときは、空燃比の小さなリッチ運転を行うようにしたも
のがある。そして、このようなリーン、リッチの切換え
を判別するための負荷を表わすパラメータとして、一般
に吸気負圧あるいは吸入空気量が利用されている。

なお、従来、要求エンジン出力を示すアクセル操作量に
対してエンジンの空燃比を所定空燃比に制御する技術と
して、特開昭５７−６５８３５号公報に示されるよう
に、アクセル操作量に応じてスロットル弁開度（つまり
急入空気量）を電気的に制御するようにしたものは知ら
れている。

（発明の解決しよとする問題点）しかしながら、上記従来のものでは、リーン運転からリ
ッチ運転へと移行するときに、エンジン出力の変化が大
きくて、安定した運転性を得る上で問題を生じていた。
この点を詳述すると、リッチ運転へ移行するときに、エ
ンジン負荷増大による充填量増大（吸入空気量増大）に
伴う出力向上と、空燃比がリーンからリッチへ移行する
ことによる出力向上と、の２つの出力向上要素が重なり
合って、全体的に大きな出力変動を生じることになって
いた。

なお、近時は、リーン運転領域の拡大、すなわちエンジ
ン負荷が大分大きくなるまではリーン運転を行うように
している関係上、上記充填量増大に伴う出力向上は比較
的小さく押えられる傾向にあるが、出力変動防止という
観点から未だ十分に満足のいくものではなかった。

したがって、本発明の目的は、エンジン負荷に応じてリ
ーン運転とリッチ運転との切換えを行うようにしたもの
において、この切換時の出力変動を小さくできるように
したエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

（問題を解決するための手段、作用）前述の目的を達成するため、本発明は、基本的には、リ
ッチ運転への切換時に、出力変動の一要素となる充填量
の変化が生じないようにしたものである。すなわち、リ
ッチ運転に切換えられるときの従来のスロットル弁開度
から全開にしたとしても、この間のスロットル弁開度の
変化が大きい反面、吸入空気量の変化が小さい点に着目
してなされたものである。ちなみに、スロットル弁が開
度８０゜で全開になるとすると、開度２０゜で既に充填
量が９０％前後にまでなる、という点に着目してなされ
たものである。

上述の観点から、本発明にあっては、リーン、リッチの
切換えをアクセル操作量に応じて行うようにすると共
に、このアクセル操作量に応じてスロットル弁開度を電
気的に制御するようにして、リッチ運転への切換時に
は、スロットル弁が全開になるようにしてある。具体的
には、アクセル操作量を検出するアクセル検出手段と、前記アクセル検出手段の出力を受け、少なくともアクセ
ル操作量が所定量以上のときはスロットル弁が全開とな
るようにするスロットル弁制御手段と、エンジンへ燃料を供給する燃料供給手段と、前記アクセル検出手段の出力を受け、前記燃料供給手段
を制御して、アクセル操作量が前記所定量以上になった
ときに、該アクセル操作量に対応して空燃比を変更させ
る空燃比制御手段と、を備えた構成としてある。

このような構成とすることにより、リッチ運転への切換
時には、既にスロットル弁開度が全開であるため充填量
の変化がなく、しかもアクセル操作量に応じて空燃比が
変化するため出力の変化が連続的になり、トルク変動が
なくなるものである。

（実施例）以下、本発明の実施例について第２図以下の図面に基い
て説明する。

第２図は本発明の実施例に係るエンジンの制御装置の全
体構成を示し、１は例えば４気筒のエンジン、２は一端
がエアクリーナ３を介して大気に開口し他端がエンジン
１に開口してエンジン１に吸入空気を供給する吸気通
路、４は一端がエンジン１に開口し他端が大気に開口し
てエンジン１からの排気を排出する排気通路である。５
はエンジン出力要求に応じて踏込み操作されるアクセル
ペダル、６は吸気通路２に配設された吸気通路量を制御
するスロットル弁であって、該スロットル弁６は、アク
セルペダル５とは機械的な連係関係がなく、後述の如く
アクセルペダル５の踏込み量つまりアクセル操作量によ
り電気的に制御される。７はスロットル弁６を開閉作動
させるステップモータ等よりなるスロットルアクチュエ
ータである。８は排気通路４に介設され排気ガスを浄化
するための触媒装置である。

一方、１２は吸気通路２のスロットル弁６下流に配設さ
れ燃料を噴射供給する燃料噴射弁であって、該燃料噴射
弁１２は、燃料ポンプ１３および燃料フィルタ１４を介
設した燃料供給通路１５を介して燃料タンク１６に連通
されており、該燃料タンク１６からの燃料が送給される
とともに、その余剰燃料は燃圧レギュレータ１７を介設
したりターン通路１８を介して燃料タンク１６に還流さ
れ、よって所定圧の燃料が燃料噴射弁１２に供給される
ようにしている。

加えて、１９は上記アクセルペダル５の踏込み量つまり
アクセル操作量αを検出するアクセル検出手段としての
アクセルペダルポジションセンサ、２０は吸気通路２の
スロットル弁６上流に配設された吸入空気量ＱａR を検
出するエアフロメータ、２２はスロットル弁６の開度を
検出するスロットルポジションセンサ、２３はエンジン
冷却水の温度ＴW を検出する水温センサ、２は排気通路
４の触媒装置８蒸溜に配設され排気ガス中の空燃比λを
検出する空燃比センサ（リーンセンサ）であって、これ
ら１９〜２４の検出信号は、デジタルコンピュータ等よ
りなるコントロールユニット２５に入力されていて、該
コントロールユニット２５により上記スロットルアクチ
ュエータ７および燃料噴射弁１２が制御される。

さらに、上記コントロールユニット２５にはイグナイタ
２６が接続されていて、点火回数つまりエンジン回転数
Ｎｅの信号が入力されると共に、該イグナイタ２６に対
して所定の時期に設定された点火時期信号が出力される
ようになっている。また。上記コントロールユニット２
５にはデストリビュータ２７およびバッテリ２８が入力
接続されていて、それぞれ点火時期及びバッテリ電圧Ｖ
B の信号を入力している。勿論、イグナイタ２６からの
点火信号は、デストリビュータ２７を介して点火プラグ
３３への二次電流供給として出力されて、当該点火プラ
グ３３が点火されることになり、このイグナイタ２６お
よびデストリュビュータ２６が点火制御手段を構成して
いる。

上述のコントロールユニット２５は、実施例では、アク
セル操作量αに応じて目標開度にスロットル弁６を制御
するのと並行して、このアクセル操作量αに応じてエン
ジン１の燃料量を制御するものとなっている。以下この
コントロールユニット２５の作動を説明するが、説明の
都合上、スロットル制御と燃料制御とについて全体的に
説明した後、本発明の特徴となる空燃比制御部分を説明
する。尚、第３図では４気筒エンジンの場合について示
している。

スロットル制御第３図において、先ず、スロットル弁開度制御系につい
て述べるに、ＭA _１はアクセル操作量αに対して予め設
定された空燃比になるようにエンジン１に供給する空気
の目標値Ｑａ_１が設定された第１マップであって、アク
セルペダルポジションセンサ１９からの出力を受け、ア
クセル操作量αに応じてエンジン１に供給する目標値空
気量Ｑａ_１を設定する目標空気量設定手段２９を構成し
ている。

ＭA _２はエンジン冷却水温度ＴW に対してアイドルアッ
プのために必要な空燃比とすべく最低空気量Ｑａｍが設
定された第２マップであって、水温センサ２３からの出
力を受け、エンジン冷却水温度ＴW に応じて水温補正用
最低空気量Ｑａｍを設定するようにしている。３０は、
上記第１マップＭA _１（目標空気量設定手段２９）およ
び第２マップＭA _２の各出力を受け、第１マップＭA _１
で求められた目標空気量Ｑａ_１と第２マップＭA _２で求
められた水温補正用最低空気量Ｑａｍとのうちその最大
値Ｑａ_２を選択する最大値選択回路であり、上記目標空
気量Ｑａ_１が水温補正用最低空気量Ｑａｍを下回るとき
にはアイドルアップのため水温補正用最低空気量Ｑａｍ
を選択して良好なエンジン運転性を確保するようにして
いる。

ＭＡ_３はエンジン回転数Ｎｅに対して該エンジン回転数
Ｎｅにより決まる最大空気量Ｑａｍが設定さた第３マッ
プであって、エンジン回転数Ｎｅに応じて最大空気量Ｑ
amを設定するようにしている。３１は、上記最大値選択
回路３０および第３マップＭＡ_３の各出力を受け、最大
値選択回路３０で求められた最大空気量Ｑａ_２と第３マ
ップＭA _３で求められた最大空気量ＱａM とのうちその
最小値Ｑａ_３を選択する最小値選択回路であり、上記目
標空気量Ｑａ_１がエンジン回転数Ｎｅにより定まる最大
空気量ＱａM を上回るときには、スロットル弁６が全開
で吸入可能な空気量以上の量を目標値としても無意味で
あることから、上記最大空気量ＱａM を選択して最大値
を制限するようにしている。

以上により、アクセル操作量αに対して、エンジン冷却
水温度ＴW に対する補正およびエンジン回転数Ｎｅによ
り決まるスロットル弁全開での最大空気量に対する補正
を考慮した目標空気量Ｑａ_３が決まる。

さらに、３２は上記最小選択回路３１からの出力を受
け、上記目標空気量Ｑａ_３を、エンジン回転数Ｎｅを２
倍した値（Ｎｅ×２）で除算する除算器で、４気筒エン
ジンでの１気筒当りの吸気量Ａｃ_１を求めている。ＭA
_４はエンジンの回転数Ｎｅに対する目標値吸気量Ａｃ_１
とすべきスロットル弁開度θ_１が設定された第４マップ
であって、該マップＭA _４は上記除算器３２からの出力
を受け、目標値吸気量Ａｃ_１とすべきスロットル弁開度
θ_１を設定するもので、目標スロットル弁開度決定手段
３３を構成している。

また、３４は、スロットル弁開度フィードバック補正用
のモジュールで、前記目標スロットル弁開度θ_１とスロ
ットルセンサ２２からの実際のスロットル弁開度Ｓａと
を比較して、補正係数ＳａＦＢを演算してこれを乗算器
３５に出力する。そして、乗算器３５で、目標スロット
ル弁開度θ_１に対して上記補正係数ＳａＦＢが掛け合わ
されてフィードバック補正がなされ、このフィードバッ
ク補正後の目標スロットル弁開度がθ_２としてスロット
ルアクチュエータ７に出力され、スロットル弁６の開度
が目標スロットル弁開度θ_２に制御される。

燃料制御次に、第３図における燃料供給量制御系について述べる
に、ＭＢ_５はアクセル操作量αに対して予め設定された
空燃比（後述するように理論空燃比１４．７すなわちλ
＝１）になるようにエンジン１に供給する燃料の目標値
Ｑｆ_１が設定された第５マップであって、アクセルペダ
ルポジションセンサ１９からの出力を受け、アクセル操
作量αに応じてエンジン１に供給する目標燃料量Ｑｆ_１
を設定する目標燃料設定手段３７を構成している。

ＭB _６は上記第２マップＭA _２で設定される空気量Ｑａ
ｍに対してアイドルアップのための必要な空燃比となる
ようにエンジン冷却水温度ＴW に対する最低燃料量Ｑｆ
ｍが設定された第６マップであって、水温センサ２３の
出力を得け、エンジン冷却水温度ＴW に応じて水温補正
用最低燃料量Ｑｆｍを設定する。３８は、上記第５マッ
プＭB _５（目標燃料量設定手段３７）および第６マップ
ＭB _６の各出力を受け、第５マップＭB _５で求められた
目標燃料量Ｑｆ_１と第６マップＭB _６で求められた水温
補正用最低燃料量Ｑｆｍとのうちその最大値Ｑｆ_２を選
択する最大値選択回路であり、上記目標燃料量Ｑｆ_１が
水温補正用最低燃料量Ｑｆｍを下回るときにはアイドル
アップのため水温補正用最低燃料量Ｑｆｍを選択して良
好なエンジン運転性を確保するようにしている。

ＭB _７は上記第３マップＭA _３で設定される最大空気量
ＱａM に対して予め設定された目標空燃比となるように
エンジン回転数Ｎｅに対する最大燃料量ＱｆM が設定さ
れた第７マップであって、エンジン回転数Ｎｅに応じて
最大燃料量ＱｆM を設定する。３９は、上記最大値選択
回路３８および第７マップＭB _７の各出力を受け、最大
値選択回路３８で求められた最大燃料量Ｑｆ_２と第７マ
ップＭB _７で求められた最大燃料量ＱｆM とのうちその
最小値Ｑｆ_３を選択する最小値選択回路であり、上記目
標燃料量Ｑｆ_１がエンジン回転数Ｎｅにより定まる最大
燃料量ＱｆM を上回っているとき、つまり上述の如く目
標空気量Ｑａ_１がエンジン回転数Ｎｅにより定まる最大
空気量ＱａM を上回って、スロットル弁６が全開で吸入
可能な空気量以上の量を目標値してときには最大空気量
ＱａM を選択して、そのときでも空燃比が目標空燃比に
なるようにしている。

以上により、空気量の場合と同様に、アクセル操作量α
に対して、エンジン冷却水温度ＴW に対する補正および
エンジン回転数Ｎｅにより決まるスロットル弁６全開で
の最大燃料量に対する補正を考慮した目標燃料量Ｑｆ_３
が求まる。

前記最小値選択回路３９からの目標燃料量Ｑｆ_３信号
は、除算器４０、第１〜第３除算器４１〜４３、および
燃料噴射弁補正回路４４を介して燃料噴射弁１２に出力
される。

前記除算器４０は、最小値選択回路３９からの出力を受
け、目標燃料量Ｑｆ_３を２気筒ずつ同時に燃料噴射する
ものとしてエンジン回転数Ｎｅで除算して、１気筒当り
の燃料供給量Ｑｆｉを算出するものである。

前記第１除算器４１は、除算器４０で求められた目標燃
料供給量Ｑｆｉを、後述する第８マップＭＢ_８で求めら
れたアクセル操作量αに対する空燃比補正係数Ｃｆで乗
算補正して目標燃料供給量Ｑｆｉを算出するものであ
る。

前記第２乗算器４２は、第１乗算器４１で求められた目
標燃料供給量Ｑｆｉ_１を、吸気量補正モジュール４６で
求められた補正係数ＣaFB で乗算補正して、目標値燃料
供給量Ｑｆｉ_２を算出するものである。この補正モジュ
ール４６は、乗算器３２からの目標空気量Ａｃ_１の信号
を受けるとともに、上記エアフロメータ２０により実測
された実空気量ＱaRおよびエンジン回転数Ｎｅの信号を
受け、実空気量ＱaRとエンジン回転数Ｎｅとで演算され
た１気筒当りの実空気量ＡcRと目標吸気量Ａｃ_１と比較
して、その偏差に応じてスロットル弁開度をフィードバ
ック補正するためのフィードバック係数ＣａＣＢを算出
するものである。

前記第３乗算器４３は、上記第２乗算器４２で求められ
た目標燃料供給量Ｑｆｉ_２を、リーン運転時におけるフ
ィードバック補正用のモジュール４７で求められた空燃
比補正係数ＣｆFBで乗算補正して目標燃料供給量Ｑｆｉ
_３を算出するものである。このフィードバック補正用モ
ジュール４７は、水温センサ２３、マップＭB _８および
空燃比センサ２４からの出力を受けて、例えば、エンジ
ン冷却水温が６０℃以上であること、ＭB _８からの空燃
比補正係数Ｃｆが理論空燃比（１４、７でλ＝１）より
大きいリーン運転時であること、および空燃比センサ２
４が活性であること、を条件として、マップＭＢ_８で設
定される空燃比となるように、フィードバック補正用の
係数Ｃｆを演算、出力するものである。

前記燃料噴射弁補正回路４４は、上記第３乗算器４３か
らの目標燃料供給量Ｑｆｉ_３信号およびバッテリ２８か
らのバッテリ電圧ＶB 信号を受け、バッテリ電圧ＶB に
応じて燃料噴射弁１２への目標燃料供給信号としてのパ
ルス信号を補正して燃料噴射弁１２に出力するものであ
る。

以上により、該燃料噴射弁１２を点火と同期して所定時
間駆動し、その空燃比を次に詳述するように目標値に制
御するようにした燃料制御手段を構成している。

空燃比制御さて次に、前述した構成のうちリーンとリッチとの切換
えを行なう空燃比制御部分について、第４図をも参照し
つつ説明する。

先ず、本発明においては、アクセル操作量αに応じて、
リーン、リッチの切換えを行うようになっており、実施
例では、リーン運転の空燃比を２２とし、またリッチ運
転での空燃比を１３としてある。そして、このリーン、
リッチの境界値として、アクセル操作量αか第１所定量
α_１（第３図のＭA _１、ＭB _５、ＭB _８、第４図（ｃ）
参照）になったときとしてあり、アクセル操作量αがこ
の第１所定量α_１より若干小さい第２所定量α_２と、若
干大きい第３所定量α_３とを設定して、α_２からα_１ま
でを第１過渡期とし、またα_１からα_３までを第２過渡
期として、この過渡期での空燃比の変化を、第４図
（ｂ）で示すように徐々に行うようにしてある。

以上のことを前提として、リッチ運転へ切換えるときに
は、スロットル弁６の開度を全開とするため、第３図マ
ップＭA _１で示すように、アクセル操作量αに対する目
標空気量Ｑａ_１が、第４図（ｃ）に対応したものとなる
ように設定してある。そして、この全開になった一番小
さいアクセル操作量αの値を、前記第２所定量α_２とし
て設定してある。勿論、アクセル操作量αが上記全開と
なる前は、スロットル弁開度はアクセル操作量αの増大
に応じて増大するように設定してある。

また一方、第３図マップＭB _５、すなわちアクセル操作
量αに対する目標燃料量Ｑｆ_１は、マップＭA _１で得ら
れる目標空気量に対して理論空燃比となるような燃料量
が得られるように設定してある。

さらに、空燃比の切換えは、第３図マップＭB _８で行う
ようにしてある。すなわち、このマップＭB _８は第４図
（ｂ）で示すようなものに対応するように設定されて、
空燃比は、アクセル操作量αが第２所定量α_２以下では
いリーン運転に対応した２２に、また第１所定量α_１で
は理論空燃比（λ＝１）に、さらに第３所定量α_３では
リッチ運転に対応した１３となるように設定されてい
る。そして、このα_２からα_１を経てα_３までの間は、
上記空燃比２２から１３へ徐々に変化するようにしてあ
る。

なお、第３図のリーン運転補正モジュール４７は、少な
くとも上述した空燃比２２から１４、７（λ＝１）での
運転時における空燃比を正確に得るためのフィードバッ
ク制御するためのものとなっているが、このフィードバ
ックは、リッチ運転に完全に移行するまであるいは移行
後も行うようにしてもよい。

このように、本発明では、リッチ運転へ切換えられると
きのスロットル弁開度が、全開となっているので、この
ときの出力変動に及ぼす因子はもはや充填量（吸入空気
量）が関係なくなって、空燃比の変動分のみとなる。こ
れにより、第４図（ａ）に示すように、リッチ運転への
切換に際しての出力変動を小さくすることができる。勿
論、実施例のように、スロットル弁開度が全開の状態
で、リーンとリッチとの間での空燃比変更を徐々に行え
ば、より一層出力変動を防止することができる。

以上実施例について説明したが、本発明はこれに限らず
例えば次のような場合をも含みものである。

燃料供給手段としては、燃料噴射弁１２の代りに気化
器を用いてもよく、この場合の空燃比変更は、気化器の
各種ジェット（エアジェットを含む）を調整するとによ
り行えばよい。

所定の空燃比を得るための燃料量は、アクセル操作量
αに応じて直接的に決定するのではなく、例えば第３図
の目標吸気量ＡC _１、あるいは目標スロットル弁開度θ
_１あるいはθ_２等によより間接的に決定するようにして
よく、さらにはエアフロメータ２０からの出力に応じて
決定するようにしてもよい。

第３図のマップＭB _５に対して、マップＭB _８の要素
を含ませるようにして、このマップＭB _５の時点で、ア
クセル操作量αに応じた異なる空燃比に対応した燃料量
を求めるようにしてもよい。

リーン、リッチは、相対的に空燃比が小さい、大きい
というものであればよく、必ずしも理論空燃比（λ＝
１）より大きい、小さいというものに限定されるもので
はない。

コントロールユニット２５をマイクロコンピュータに
よって構成する場合は、アナログ式、デジタル式のいず
れであってもよい。

（発明の効果）本発明は以上述べたことから明らかなように、空燃比の
大きいリーン運転と空燃比の小さいリッチ運転とをエン
ジン負荷に応じて切換えるようにしてものにおいて、こ
の切換時の出力変動を小さくして、運転性の良好なもの
を得ることができる。

また、リーン運転とリッチ運転との切換えを、アクセル
操作量をパラメータとして行なうようにしてあるので、
吸気負圧等を利用するものに比して上記切換時点を正確
に判別できる他、この切換時点前後での空燃比の緻密な
制限をも行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図。第２図は本発明の一実施例を示す全体系統図。第３図は本発明の制御例を示すブロック図。第４図は本発明の実施例におけるアクセル操作量とスロ
ットル弁開度とエンジン出力との関係を示すグラフ。１：エンジン２：吸気通路５：アクセルペダル６：スロットル弁７：スロットルアクチュエータ１２：燃料噴射弁１９：アクセルセンサ２５：コントロールユニット３３：目標スロットル弁開度決定手段４５：空燃比決定手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アクセル操作量を検出するアクセル検出手
段と、前記アクセル検出手段の出力を受け、少なくともアクセ
ル操作量が所定量以上のときはスロットル弁が全開とな
るようにするスロットル弁制御手段と、エンジンへ燃料を供給する燃料供給手段と、前記アクセル検出手段の出力を受け、前記燃料供給手段
を制御して、アクセル操作量が前記所定量以上になった
ときに、該アクセル操作量に対応して空燃比を変更させ
る空燃比制御手段と、を備えていることを特徴とするエンジンの制御装置。