JPH0830431B2

JPH0830431B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH0830431B2
Application number: JP61155744A
Authority: JP
Inventors: 正明内田; 博通三輪; 寛三分一; 初雄永石
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1986-07-01
Filing date: 1986-07-01
Publication date: 1996-03-27
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JPS6312851A

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
ギアがシフト中には希薄空燃比から理論空燃比に切替え
る部分リーン制御を行う装置に関する。

（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、排出ガス有害成分低減、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59−7
741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車両の負荷および加速度
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、ギアシフト中あるいはギアシフト直後等のエン
ジン負荷が過渡状態にあるときに三元からリーン、リー
ンから三元の空燃比の切替えが行われることがあったた
め、エンジンの円滑な運転状態が損なわれ、NOxの排出
量が増加することがある。

すなわち、ギアシフト中およびギアシフト直後はエン
ジンに対する要求（例えば、高出力の要求）が激しく変
化しているときであり、エンジン負荷も過渡状態にあ
る。このような過渡状態のときにエンジンが所定条件
（水温、車速、エンジン負荷およびエンジン回転数等の
条件）を満たしてしまうと、目標空燃比が三元からリー
ンに切替わることがある。また、同様の理由で、リーン
から三元に切替わることもある。このように、ギアシフ
ト中およびギアシフト直後には三元リーンの切替えが
頻繁に起こることがあり、切替えが起こるとエンジンの
出力が低下して、エンジンの安定性が損なわれることが
ある。また、切替わる際にはNOxの発生（特に、リーン
から三元に切替わるとき）が多くなるという問題点もあ
った。

（発明の目的）そこで本発明は、変速機のギアがシフト中およびシフ
ト後所定時間はリーン空燃比を選択しないようにするこ
とにより、シフト直後の空燃比の切替えをなくしてエン
ジンの安定性の低下を防止するとともに、NOxの発生を
低減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）本発明による内燃機関の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、エン
ジンの運転状態を検出する運転状態検出手段ａと、変速
機のギヤがシフトされる状態にあることを検出するシフ
ト状態検出手段ｂ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もリーン側に設定するとと
もに、変速機のギアのシフト中およびシフト後所定期間
は目標空燃比としてリーン空燃比の選択を禁止し、か
つ、シフトダウン時の前記所定期間をシフトアップ時の
同所定期間よりも長くした目標設定手段ｃと、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ｄと、制御手段ｄ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ｅと、を
備えている。

（作用）本発明では、（ア）変速機のシフト中およびシフト後
所定期間経過するまではリーン空燃比が選択されず、理
論空燃比で運転されるから、エンジンの過渡特性改善お
よび排出ガス中の有害成分抑制が共に図られる。しか
も、（イ）リーン空燃比を非選択とする期間（前記所定
期間）をシフトダウンとシフトアップで適正化したた
め、シフトダウン時には、より一層のエンジンの過渡特
性改善が図られる一方、シフトアップ時には、より一層
の排出ガス中の有害成分抑制が図られる。ここで、作用
効果（イ）について補足説明を加える。一般に、負荷の
安定性と要求空燃比の両面でシフトアップとシフトダウ
ンの多くは加速等の過渡運転から巡行運転への移行時に
発生するが、シフトダウンを見た場合、これらは互いに
相反する性質がある。すなわち、シフトアップの多くは
負荷に対して駆動力が不足したときに発生し、このシフ
トダウンが起こるケースでは、スロットルの操作量（す
なわちアクセルペダルの踏み込み量）がシフトアップ時
よりも大きくなるから、必要な駆動力が得られるまでの
時間（負荷の安定化時間）は、シフトアップよりもシフ
トダウンの方が長くなる。一方、シフトアップが起こる
ケースでは、シフト後の要求空燃比は多くの場合（燃費
を向上するために）リーンであるが、シフトダウンが起
こるケースでは、シフト後の要求空燃比は多くの場合
（負荷の安定性の点で）ストイキ（理論空燃比）であ
る。したがって、シフトダウンとシフトアップの双方に
共通のリーン禁止時間を設定した場合には、シフトダウ
ン時の負荷の安定化を優先させるか、または、シフトア
ップ時の燃費改善を優先させるか、もしくは、両者の妥
協点にしか設定せざるを得ないという不都合がある。本
発明では、上述したように、シフトダウン時のリーン禁
止時間（前記所定期間）をシフトアップ時の同所定期間
よりも長くしたから、かかる不都合を招くことなく、シ
フトダウン時における負荷の安定化とシフトアップ時に
おける燃費改善の両立が図られる。

（実施例）以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜９図は本発明の一実施例を示す図であり、SPi
（Single Point Injection）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S_HによりON/OFFするPT
Cヒータ４で加熱された後、インテークマニホールド５
の各ブランチらり各気筒に供給され、燃料は噴射信号S
_Ti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S_IGNに基づいて高圧パルスPULSE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、
NOx）を三元触媒により清浄化されてマフラ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S_ISCに基づいてISCバルブ（Idle Spee
d Control Valve: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22
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はデューティ値D_SCV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、ロッド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Ipを供給し、この
ポンプ電流Ip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（シフト状態検出手
段）36により検出され、車両の速度S_VSP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、38、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50は目標設定手段、
制御手段としての機能を有し、CPU51、ROM52、RAM53お
よびI/Oポート54により構成される。

CPU51はROM52に書き込まれているプログラムに従って
I/O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I/Oポート54へ出力する。I/Oポ
ート54には上記各センサ30、31、32、34、36、37、38、
39からの信号が入力されるとともに、I/Oポート54から
は前記各信号S_Ti、S_IGN、S_ISC、S_SCV、S_Hが出力され
る。ROM52はCPU51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ップ等の形で記
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部を通過する空気量Q_Ainj（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_Ainj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_Ainjの算出を説明する。

第３図はシリンダ空気量Q_AcyLの算出プログラムを示
すフローチャートである。まず、P₁で前回のQ_AcyLをオ
ールド値Q_Acyl′としてメモリに格納する。ここで、Q
_AcyL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T_p）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Q
_Ainjを演算するときの基礎データとなる。次いで、P₂で
必要なデータ、すなわちスロットル開度α、ISCバルブ2
1への開度信号S_ISCのデューティ（以下、ISCデューティ
という）D_ISC、エンジン回転数Ｎを読み込む。

P₃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ップから該当するＡαの値をル
ックアップして求める。P₄では同様にISCデューティD
_ISCに基づき第５図のテーブルマップからバイパス路面
積A_Bを算出し、P₅で次式に従って総流路面積Ａを求め
る。

Ａ＝Ａα＋A_B…… 次いで、P₆で定常空気量Q_Hを算出する。この算出は、
まず総流量面積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ップから該当する定常空気
量Q_H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
すテーブルマッ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K2をルックアップし、P₈で次式に
従ってシリンダ空気量Q_AcyLを算出したしてルーチンを
終了する。

Q_AcyL＝Q_AcyL′×（１−K2）＋Q_H×K2…… 但し、Q_AcyL′：P₁で格納した値このようにして求めた空気量Q_AcyL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EGi方式の機関にはそのまま適用することができ
る。しかし、本実施例ではSPi方式であるから、インジ
ェクタ部空気量Q_Ainj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を行っている。

同プログラムでは、まず、P₁₁で次式に従って吸気
管内空気変化量ΔCMを求める。このΔCMはシリンダ空気
量Q_AcyL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＝K_M×（Q_AcyL−Q_AcyL′）/N…… 式において、K_M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、P₁₂で次式に従
ってインジェクタ部空気量Q_Ainjを算出する。

Q_Ainj＝Q_AcyL＋ΔCM…… このようにして求めたQ_Ainj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ップによっ
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、P₂₁でギアシフト中か否かを判別する。ギアシ
フト中は目標空燃比にリーン空燃比を選択せずP₂₂でタ
イマをクリアして、P₂₃で理論空燃比λ＝１（A/F＝Stoi
ch）を選択する。一方、ギアシフト中でないときはP₂₄
でギアシフトがアップシフトか否か（ダウンシフトか）
を判別する。これは、次のP₂₅、P₂₆のステップでギアシ
フトがアップシフトのときとダウンシフトのときとでリ
ーン空燃比を選択しない所定時間（以下、リーン禁止時
間という）を変えるためである。すなわち、３速→４速
等のいわゆるアップシフトのときよりも、４速→３速等
のダウンシフトのときの方が負荷が安定する迄の時間が
多くかかることを考慮に容れたものである。

アップシフトのときはP₂₅でアップシフトのときの所
定時間TUをリーン禁止時間T₀として採用し、ダウンシフ
トのときはP₂₆でダウンシフトのときの所定時間TDをリ
ーン禁止時間T₀として採用する。ここに、TD≧TUであ
り、TU＝0.5sec程度が望ましい。

次いでP₂₇で経過時間ｔがシフト後リーン禁止時間T₀
を経過したか否かを判別する。所定時間経過していない
（ｔ＜T₀）ときは目標空燃比にリーン空燃比を選択せず
P₂₃で理論空燃比を選択する。一方、所定時間を経過し
ている（ｔ≧T₀）ときはP₂₈で目標空燃比にリーン空燃
比を選択できる所定条件下にあ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エンジン負荷等の運転状態
を示す。

所定条件下にないときは目標空燃比にリーン空燃比を
選択せずP₂₃に進み、所定条件下のときは目標空燃比に
リーン空燃比を選択してもよいと判断し、P₂₉で所定の
空燃比を選択する。

このように、本実施例では変速機のギアがシフト中あ
るいはシフト後所定時間はリーン空燃比を選択しない態
様となっているので、シフト中あるいはシフト直後のエ
ンジン負荷が過渡状態のときの三元からリーン、リーン
から三元への空燃比の切替えを無くすことができ、エン
ジンを安定化してNOxの発生を低減することができる。

（効果）本発明によれば、変速機のシフト中およびシフト後所
定期間経過するまでは、リーン空燃比が選択されずに理
論空燃比で運転されるから、エンジンの過渡特性改善お
よび排出ガス中の有害成分抑制を共に図ることができ
る。しかも、リーン空燃比を非選択とする期間（前記所
定期間）をシフトダウンとシフトアップで適正化したの
で、シフトダウン時には、より一層のエンジンの過渡特
性改善を図ることができる一方、シフトアップ時には、
より一層の排出ガス中の有害成分抑制を図ることができ
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図は本発明の一
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Q_AcyL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Ａ
αのテーブルマップ、第５図はそのバイパス路面積A_Bの
テーブルマップ、第６図は総流路面積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
する定常空気量Q_Hのテーブルマップ、第７図はその遅れ
係数K2のテーブルマップ、第８図はそのインジェクタ部
空気量Q_Ainj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
ートである。１……エンジン、７……インジェクタ（操作手段）、36
……位置センサ（シフト状態検出手段）、50……コント
ロールユニット（目標設定手段、制御手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永石初雄神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (56)参考文献特開昭61−149541（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−16245（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ａ）エンジンの運転状態を検出する運転状
態検出手段と、ｂ）変速機のギアがシフトされる状態にあることを検出
するシフト状態検出手段と、ｃ）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
空燃比よりもリーン側に設定するとともに、変速機のギ
アのシフト中およびシフト後所定期間は目標空燃比とし
てリーン空燃比の選択を禁止し、かつ、シフトダウン時
の前記所定期間をシフトアップ時の同所定期間よりも長
くした目標設定手段と、ｄ）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、ｅ）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。