JPH09280086A

JPH09280086A - エンジンの燃焼制御装置

Info

Publication number: JPH09280086A
Application number: JP8086692A
Authority: JP
Inventors: 幸大 ▲よし▼沢; Yukihiro Yoshizawa
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1997-10-28

Abstract

(57)【要約】【課題】特に設定点と失火ゾーンが近くなる低負荷時
にＮＯｘの低減しつつ失火を防ぐ。【解決手段】算出手段４１と４２がリーン運転時の空
燃比とリーン運転時の点火時期をそれぞれ算出し、エン
ジンのラフネスを検出手段４３が検出する。このラフネ
スが許容値以下にあるときラフネスが安定度限界になる
ように補正手段４４が前記リーン運転時の空燃比をリー
ン側に補正しかつ前記リーン運転時の点火時期をリター
ド側に補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はエンジンの燃焼制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】リーンバーンシステム（理論空燃比での
運転とリーン空燃比での運転とに切換可能なシステム）
のエンジンにおいて、安定度限界から空燃比余裕代をと
ったリッチ側に空燃比と点火時期を設定するとともに、
リーン空燃比での運転時にラフネスセンサの検出結果を
もとに空燃比を安定度限界までリーン化し（リーンリミ
ット制御）、さらにこのリーンリミット制御に際して空
燃比をリーン化するときは同時に点火時期を進角補正
（リッチ化するときは同時に点火時期を遅角補正）する
ようにしたものが提案されている（特開昭６０−６２６
６１号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リーン
リミット制御により空燃比をリーン化するとき従来装置
のようにエンジンの負荷状態によらず点火時期を進角補
正させるのでは、低負荷時に空燃比のバラツキにより失
火が発生して運転性が著しく悪くなる。

【０００４】これについて説明すると、高負荷時におい
ては図２４（Ａ）に示すように、検出されたラフネスが
許容値以下（安定度が許容値よりもよすぎる）のときリ
ーンリミット制御により空燃比（図ではＡ／Ｆで略記、
他の図において同じ）を設定点よりリーン化し、さら
に点火時期を進角させての点に移動させれば点火時期
がそれだけＭＢＴに近づき、これによってＮＯｘを低減
しつつ燃費が一段と向上するわけである。

【０００５】これに対して低負荷時には、図２４（Ｂ）
に示すように等安定度で比較したとき高負荷時に比べて
安定度限界がＭＢＴから、よりリタード側にあるため、
空燃比の余裕代（図示のΔＡ／Ｆ）をとった設定点で
の点火時期が高負荷時より進角側にくる。また、設定点
での空燃比は高負荷時よりリーン側にくる。リーン側
では点火時期を進角させると着火性が悪化するため失火
が発生し、運転性が悪くなる。低負荷時にもリーンリミ
ット制御により空燃比をリーン化するときに同時に点火
時期を進角させた場合、図２４（Ｂ）においての点が
制御点になる。の点は失火ゾーンに非常に近いため、
その制御点で空燃比の制御バラツキがあった場合、失
火ゾーンに飛び込み、失火により運転性が悪化してい
た。

【０００６】そこで本発明は、リーンリミット制御によ
り空燃比をリーン化する場合に、特に低負荷時には点火
時期をリタードさせることにより、設定点と失火ゾーン
が近くなる低負荷時にＮＯｘの低減しつつ失火を防ぐこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明では、図２５
に示すように、リーン運転時の空燃比を算出する手段４
１と、リーン運転時の点火時期を算出する手段４２と、
エンジンのラフネスを検出する手段４３と、このラフネ
スが許容値以下にあるときラフネスが安定度限界になる
ように前記リーン運転時の空燃比をリーン側に補正しか
つ前記リーン運転時の点火時期をリタード側に補正する
手段４４と、この補正された空燃比となるようにエンジ
ンの空燃比を制御する手段４５と、前記補正された点火
時期により点火を行う手段４６とを設けた。

【０００８】第２の発明では、図２６に示すように、リ
ーン運転時の空燃比を算出する手段４１と、リーン運転
時の点火時期を算出する手段４２と、エンジンのラフネ
スを検出する手段４３と、このラフネスが許容値以上に
あるときラフネスが安定度限界になるように前記リーン
運転時の空燃比をリッチ側に補正しかつ前記リーン運転
時の点火時期を進角側に補正する手段５１と、この補正
された空燃比となるようにエンジンの空燃比を制御する
手段４５と、前記補正された点火時期により点火を行う
手段４６とを設けた。

【０００９】第３の発明では、第１または第２の発明に
おいて、前記補正手段が、リーン運転時の最大負荷に対
する基準空燃比補正量と基準点火時期補正量を算出する
手段と、低負荷になるほど前記基準空燃比補正量が小さ
くなる側にかつ前記基準点火時期補正量が大きくなる側
にそれぞれ補正する手段とからなる。

【００１０】第４の発明では、第１または第２の発明に
おいて、前記補正手段が、リーン運転時の最大負荷に対
する基準空燃比補正量と基準点火時期補正量を算出する
手段と、同一の回転数条件で低負荷になるほど、また同
一の負荷条件で低回転になるほど前記基準空燃比補正量
が小さくなる側にかつ前記基準点火時期補正量が大きく
なる側にそれぞれ補正する手段とからなる。

【００１１】第５の発明では、第３または第４の発明に
おいて、リーン運転時にＮＯｘを浄化可能な触媒を排気
管に設ける一方、リーン運転時における前記ＮＯｘ浄化
触媒の温度が活性温度以下の領域で前記補正された基準
空燃比補正量を小さくしかつ前記補正された基準点火時
期補正量を大きくする。

【００１２】

【作用】従来例では設定点からの制御方向は空燃比のリ
ーン化程度と点火時期の進角補正量により決まる。この
制御方向が負荷に関係なく同じである従来例では、低負
荷時に制御点が失火ゾーンに非常に近い位置にくるた
め、空燃比の制御バラツキがあると失火が生じる。これ
に対して第１の発明では、空燃比のリーン化程度と点火
時期のリタード補正量により設定点からの制御方向が定
まり、失火ゾーンが安定度限界に近づいてくる低負荷時
には、制御点が失火ゾーンより余裕をもって離された位
置にくるので、失火を生じることがない。また、制御点
は安定度限界にくるので、燃費の点では従来例より若干
わるくなるもののＮＯｘの発生量は従来例より少なくな
る。

【００１３】設定点と失火ゾーンの関係は負荷によって
変化し、低負荷になるほど失火ゾーンが設定点に近づい
ていくため、制御方向をマッチングしたときの負荷状態
に対しては適切であってもそれ以外の負荷状態になると
制御方向が不適切になるのであるが、第３の発明では、
ラフネスが許容値以下にあるとき低負荷になるほど空燃
比のリーン化程度が小さくなる側にかつ点火時期のリタ
ード補正量が大きくなる側に補正するので、制御方向が
いずれの負荷時にも適切なものとなり、低負荷時にＮＯ
ｘを低減しつつ失火を防ぐことができるとともに、高負
荷時にはＮＯｘを低減しつつ燃費を向上させることがで
きる。

【００１４】第４の発明では、同じ負荷状態でも低回転
時には高回転時に比べて失火ゾーンが安定度限界に近づ
くことを考慮し、ラフネスが許容値以下であるとき同一
の回転数条件で低負荷になるほど、また同一の負荷条件
で低回転になるほど空燃比のリーン化程度を小さくかつ
点火時期のリタード補正量を大きくするので、リーンリ
ミット制御による空燃比のリーン化程度と点火時期のリ
タード補正量の各補正割合が負荷と回転数に応じて最適
化され、これにより特にアイドルに近い低回転時にもＮ
Ｏｘを低減しつつ失火を防ぐことができる。

【００１５】第５の発明では、ＮＯｘ浄化触媒を排気管
に設ける一方、リーン運転時におけるＮＯｘ浄化触媒の
温度が活性温度以下の領域でラフネスが許容値以下であ
るとき空燃比のリーン化程度を小さくしかつ点火時期の
リタード補正量を大きくするので、点火時期のリタード
量が大きくなる分だけ排気温度が上昇し、この排気温度
の上昇によりＮＯｘ浄化触媒の温度をすみやかに活性温
度にまで上昇させることができ、リーン運転時において
ＮＯｘ浄化触媒を有効に活用できる。

【００１６】

【実施例】図１において、吸入空気はエアクリーナ２か
らスロットル部３を通って吸気マニホールドのコレクタ
４にいったん蓄えられ、ここから吸気マニホールドの分
岐管５を通って各気筒の燃焼室に供給される。燃料はコ
ントロールユニット（図ではＣ／Ｕで略記）１１よりの
噴射信号に基づき燃料噴射弁６からエンジン１の吸気ポ
ートに向けて噴射される。この噴射燃料は燃焼室内に流
入する空気と交ざって混合気を形成し、混合気は点火プ
ラグ７による火花点火により燃焼室内で燃焼する。燃焼
室内で燃焼したガスは排気管８より排出される。

【００１７】コントロールユニット１１にはクランク角
センサ１２からのＲｅｆ信号（４気筒では１８０°ご
と、６気筒では１２０°ごとに発生）と１°信号、エア
フローメータ１３からの吸入空気量信号、スロットルセ
ンサ１４からのスロットル開度信号、水温センサ１６か
らの冷却水温信号等が入力され、これらに基づいて運転
状態を判断しながら条件に応じてリーン空燃比と理論空
燃比との制御を行う。

【００１８】排気管８には三元触媒９が設置され、理論
空燃比の運転時に最大の転化効率をもって、排気中のＮ
Ｏｘの還元とＨＣ、ＣＯの酸化を行う。なお、この三元
触媒はリーン空燃比のときはＨＣ、ＣＯを酸化するが、
ＮＯｘの転化率は低い。しかしながら、空燃比がリーン
側に移行すればするほどＮＯｘの発生量は少なくなり、
所定の空燃比以上では三元触媒９で浄化するのと同じ程
度にまで下げることができ、同時にリーン運転になるほ
ど燃費が改善される。したがって、負荷のそれほど大き
くない所定の運転領域においては理論空燃比による運転
からリーン空燃比による運転に切換える。

【００１９】空燃比をリーンにした場合の空燃比と点火
時期に対するＭＢＴ、安定度限界、ＮＯｘおよび燃費の
関係は図２に示した特性となるので、リーン空燃比での
各運転条件において図示の特性を把握した上で生産バラ
ツキ、部品バラツキおよび気候の変化に伴う空燃比バラ
ツキを考慮して、安定度限界から空燃比余裕代をとった
リッチ側に空燃比と点火時期を設定することになる。

【００２０】しかしながら、このときの設定点は空燃比
をリッチにしているぶん、燃費、ＮＯｘが不利になるの
で、リーン空燃比での運転時にラフネスセンサの検出結
果をもとに空燃比を安定度限界までリーン化する（リー
ンリミット制御）ことによって、この不利を解消するこ
とができる。

【００２１】さて、このリーンリミット制御により空燃
比をリーン化するときにエンジンの負荷状態によらず点
火時期を進角補正するものがあり、このものでは、低負
荷時に空燃比の制御バラツキにより失火が発生して運転
性が著しく悪くなる。

【００２２】これに対処するため本発明では、設定点と
失火限界の関係が運転条件（特に負荷）によって変わる
ことに着目し、リーンリミット制御時に負荷に応じて設
定点からの制御方向を変化させる。これを図３を参照し
て説明すると、同図では大きく３つの負荷時（上から低
負荷時、中負荷時、高負荷時）に分けており、各負荷時
の設定点からの制御方向（空燃比のリーン量と点火時
期のリタード量の割合）を矢印で示している。

【００２３】まず、低負荷時は図３（Ａ）に示したよう
にＭＢＴと安定度限界のリタード方向の差が大きくな
り、設定点がリーンでかつ進角側となるため、失火ゾ
ーンに近くなる。この場合には、燃費は若干悪くなる
が、ＮＯｘの低減を狙い（図２参照）かつ失火を防ぐた
め、空燃比のリーン化と点火時期のリタードを行って安
定度限界に制御する。このときの制御方向は図示のよう
に右下に向かう（つまり制御点が失火ゾーンより引き
離される）ことになり、制御点で空燃比の制御バラツ
キが生じても失火ゾーンに飛び込むことがなくなるわけ
である。

【００２４】これに対して高負荷時は図３（Ｃ）のよう
に設定点がリッチでかつリタード側にあり失火ゾーン
から大きな余裕があるため、燃費向上とＮＯｘ低減を狙
い空燃比のみをリーン化する（図２参照）。ここで、点
火時期を固定としたのは、高負荷時は失火ゾーンからの
余裕はあるものの、従来例と同じに点火時期を進角させ
る方向に動かしていくと、失火ゾーンに近づく可能性が
あるからである。したがって、高負荷時だけで比較すれ
ば燃費は従来例のほうがよいが、ＮＯｘは本願のほうが
よくなる。

【００２５】中負荷時は上記の低負荷時と高負荷時の中
間的な制御方向となる（図３（Ｂ）参照）。

【００２６】コントロールユニット２で実行されるこの
制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明
する。

【００２７】図４、図５のフローチャートは燃料噴射弁
６に与える燃料噴射パルス幅（空燃比を定める）Ｔｉと
点火装置に与える点火進角値（点火時期）ＡＤＶを決定
するためのメインルーチンで、４気筒エンジンであれば
エンジン１回転毎に実行する。

【００２８】図４のステップ１では運転条件を算出し、
算出した運転条件からステップ２において理論空燃比で
の運転時（以下ストイキ運転時という）の基本燃料噴射
量を算出する。このステップ１、２の内容を図６のサブ
ルーチンにより説明すると、ステップ２１、２２でエア
フローメータ出力より吸入空気量Ｑａを、またクランク
角センサからの信号をもとにエンジン回転数Ｎを算出
し、これらの値よりステップ２３においてＴｐ＝（Ｑａ／Ｎ）×ｋ …（１）ただし、ｋ：定数の式によりストイキ運転時の基本噴射パルス幅量Ｔｐを
計算する。このＴｐによりほぼ理論空燃比の混合気が得
られる。

【００２９】図４のステップ３ではストイキ運転時の基
本点火時期を算出する。これについては図７のサブルー
チンにより説明すると、ステップ３１でＴｐとＮを読み
込み、これらからステップ３２において図８を内容とす
るマップを検索してストイキ運転時の基本点火進角値Ｂ
ＡＤＶを求める。ここで、点火時期は、圧縮上死点を基
準としてこれより進角側に測ったクランク角であるた
め、基本点火進角値ＢＡＤＶは［゜ＢＴＤＣ］の単位で
ある。

【００３０】図４のステップ４ではリーン運転条件かど
うかをみて、リーン運転条件の非成立時にはステップ
５、６に進み、Ｔｉ＝Ｔｐ×Ｃｏ×α×２＋Ｔｓ …（２）ただし、Ｃｏ：各種補正係数 α：空燃比フィードバック補正係数Ｔｓ：無効パルス幅の式により燃料噴射パルス幅Ｔｉを計算し、基本点火進
角値ＢＡＤＶを点火進角値ＡＤＶに移す。ステップ７で
はＴｉを燃料噴射弁制御用の出力レジスタに、またＡＤ
Ｖを点火装置制御用の出力レジスタにそれぞれ転送す
る。

【００３１】ここで、（２）式のＣｏはエンジンの始動
時、暖機時、高負荷時などの条件下で円滑な運転を確保
するための値、αはストイキ運転時に三元触媒９の転化
作用が効率よく引き出されるようにＴｐにより定まる基
本空燃比と理論空燃比とのずれを補正するための値、Ｔ
ｓは噴射弁６が噴射信号を受けてから実際に弁を開くま
での作動遅れを補償するための値である。

【００３２】また、（２）式はシーケンシャル噴射（エ
ンジン２回転毎に１回気筒別に噴射）の場合の式であ
る。

【００３３】一方、リーン運転条件の成立時にはステッ
プ４よりステップ８に進んでリーン運転時の基本燃料噴
射量と基本点火時期を算出する。このステップ４、８の
内容について図９のサブルーチンにより説明すると、ス
テップ４１でＴｐとスロットル開度ＴＶＯを読み込み、
ステップ４２、４３でＴｐと所定値δ（たとえば５．０
ｍｓ）、スロットル開度変化量ΔＴＶＯと所定値β（た
とえば２０゜／ｓ）を比較する。

【００３４】Ｔｐ≦δかつΔＴＶＯ≦βのときにはリー
ン運転条件の成立時と判断し、ステップ４４でリーン運
転時の基本燃料噴射量を算出するための係数ＫＬＴＰ
を、ＮとＴｐから図１０を内容とするマップ（ＫＬＴＰ
マップ）を検索することにより求め、この係数ＫＬＴＰ
をステップ４５においてＴｐに乗算することによってリ
ーン運転時の基本噴射パルス幅ＬＴＰを算出する。ここ
で、ＫＬＴＰは１．０よりも小さな値で、この値により
Ｔｐを減量することで、理論空燃比よりリーン側の空燃
比が得られるようにするわけである。ステップ４６では
ＮとＴｐから図１１を内容とするマップ（ＬＡＤＶマッ
プ）を検索してリーン運転時の基本点火進角値ＬＡＤＶ
を求める。このＬＡＤＶの単位も［゜ＢＴＤＣ］であ
る。一方、Ｔｐ＞δのとき（高負荷時）とΔＴＶＯ＞β
のとき（急加速時）とはストイキ運転を行うため、ステ
ップ４４、４５、４６に進ませない。

【００３５】図５のステップ９では定常であるかどうか
をみる。ステップ９の内容を図１２のサブルーチンによ
り説明すると、ステップ５１でＴＶＯを読み込み、ＴＶ
Ｏの変化量ΔＴＶＯと所定値γ（たとえば５゜／ｓ）を
ステップ５２において比較する。ΔＴＶＯ≦γ（定常
時）のときはステップ５３でリーンリミット制御を許可
（フラグを“１”にセット）し、ΔＴＶＯ＞γのときに
はステップ５４でリーンリミット制御を禁止（フラグを
“０”にリセット）する。

【００３６】図５のステップ９に戻り、定常でないとき
にはラフネスの精度のよい検出が困難であるためステッ
プ１０、１１に進み、Ｔｉ＝ＬＴＰ×Ｃｏ×α×２＋Ｔｓ …（３）の式により燃料噴射パルス幅Ｔｉを計算し、ＬＡＤＶを
点火進角値ＡＤＶに移したあと、ステップ１２の操作を
実行する。なお、（３）式のαはリーン運転時にα＝
１．０に固定される。

【００３７】定常時になると図５のステップ９よりステ
ップ１３以降に進んでリーンリミット制御を行う。ステ
ップ１３ではラフネスをみてこれが許容値以下のときに
はステップ１４で基本燃料噴射量の減量補正と基本点火
時期のリタード補正を行って安定度限界に近づける。ラ
フネスが許容値以上のときはステップ１３よりステップ
１５に進み基本燃料噴射量の増量補正と点火時期の進角
補正を行って安定度を改善する。

【００３８】ここで、ステップ１３、１４、１５の内容
を図１３のサブルーチンにより詳述する。

【００３９】ステップ６１では回転数Ｎを読み込み、こ
のＮからステップ６２において

【数１】の式によりラフネスとしての回転変動率ｄＮを算出す
る。

【００４０】ここで、（４）式のＮａｖｅは、１サイク
ルごとに新しいデータを取り込むとともに、最も古いデ
ータを捨てながら計算していくので、１サイクル毎に変
化する値である。

【００４１】なお、ラフネスはこれに限られない。たと
えば図示平均有効圧Ｐｉを計算し、このＰｉの変動率を
ラフネスとして用いてもかまわない。また、Ｐｉ変動率
の３〜７Ｈｚ分を取り出したサージトルクを用いること
もできる。

【００４２】ステップ６３、６４では回転変動率ｄＮよ
り図１４を内容とするテーブル（ｄＬをテーブル）を検
索してリーンリミット制御用補正量ｄＬを、またＴｐよ
り図１５を内容とするテーブル（ＲＡＡテーブル）を検
索してリーンリミット制御用補正割合ＲＡＡをそれぞれ
求め、ステップ６５、６６においてＬＬＣＴＰ＝ＬＴＰ＋（ｄＬ×ｋＴＰ）×ＲＡＡ …（５）ただし、ｋＴＰ：ｄＬを噴射量補正量に換算するための
定数（たとえば０．３ｍｓ）の式によりリーンリミット
制御時の基本噴射パルス幅ＬＬＣＴＰを、またＬＬＣＡＤＶ＝ＬＡＤＶ＋（ｄＬ×ｋＡＤＶ）×（１−ＲＡＡ） …（６）ただし、ｋＡＤＶ：ｄＬを点火時期補正量に換算するた
めの定数（たとえば３゜ＣＡ）の式によりリーンリミッ
ト制御時の点火進角値ＬＬＣＡＤＶ［゜ＢＴＤＣ］を算
出する。

【００４３】ここで、リーンリミット制御用補正量ｄＬ
は図１４に示したように回転変動率ｄＮが許容値（たと
えば３％近傍）以下（回転変動が小さい）にあるとき
負、また許容値以上（回転変動が大きい）のとき正とな
る値であり、（５）式のｄＬ×ｋＴＰがリーン運転時の
最大負荷に対する燃料噴射量補正量、またｄＬ×ｋＡＤ
Ｖがリーン運転時の最小負荷に対する点火時期補正量で
ある。回転変動が許容値以下にあるときにはｄＬ×ｋＴ
Ｐ×ＲＡＡの分だけ基本噴射パルス幅ＬＴＰを減量側に
補正（リーン化）しかつ基本点火進角値ＬＡＤＶをｄＬ
×ｋＡＤＶ×（１−ＲＡＡ）の分だけリタード側に補正
することにより、また回転変動が許容値を越えるとｄＬ
×ｋＴＰ×ＲＡＡの分だけＬＴＰを増量補正（リッチ
化）しかつＬＡＤＶをｄＬ×ｋＡＤＶ×（１−ＲＡＡ）
の分だけ進角補正することによって安定度限界に制御す
るのである。なお、回転変動率ｄＮが許容値の範囲内に
あるときには図１４のようにｄＬ＝０としている。

【００４４】また、リーンリミット制御用補正割合ＲＡ
Ａは、図１５に示したようにリーン運転時における最大
のＴｐのとき１．０で、これよりＴｐが小さくなるほど
小さくなる値である。この補正割合ＲＡＡにより低負荷
になるほど燃料噴射量補正量（ｄＬ×ｋＴＰ）が小さく
なり（空燃比のリーン化程度が小さくなり）かつ点火時
期補正量（ｄＬ×ｋＡＤＶ）が大きくなる。

【００４５】図５に戻りステップ１６、１７ではＴｉ＝ＬＬＣＴＰ×Ｃｏ×α×２＋Ｔｓ …（７）の式により燃料噴射パルス幅Ｔｉを計算し、ＬＬＣＡＤ
Ｖを点火進角値ＡＤＶに移したあと、ステップ１２の操
作を実行する。このときもαは１．０に固定されてい
る。

【００４６】ここで、本実施形態の作用を、ラフネスが
許容値以下の場合について図３を参照しながら説明す
る。

【００４７】従来例では同じ値のラフネス状態であれ
ば、負荷に関係なく設定点からの制御方向が同じであ
り（図２４（Ａ）、図２４（Ｂ）参照）、低負荷時には
図２４（Ｂ）に示したように制御点が失火ゾーンに非
常に近い位置にくるため、空燃比の制御バラツキにより
失火を生じることを前述した。

【００４８】これに対して本実施形態では、同じ値のラ
フネス状態（つまりｄＬが一定のとき）でも、負荷によ
り設定点からの制御方向が異なり、まず低負荷時に
は、補正割合ＲＡＡが高負荷時より小さくなることか
ら、空燃比のリーン化程度（ｄＬ×ｋＴｐ×ＲＡＡによ
り定まる）が小さくなり、かつリタード補正量（ｄＬ×
ｋＡＤＶ×（１−ＲＡＡ）により定まる）が大きくな
る。このときには、設定点からの制御方向が図３
（Ａ）のように右下に向かい、制御点が失火ゾーンよ
り余裕をもって離された位置にくるので、失火を生じる
ことがないのである。また、制御点は安定度限界にく
るので、燃費の点では従来例より若干わるくなるものの
ＮＯｘの発生量は従来例より少なくなる。

【００４９】一方、リーン運転時の最大負荷時になる
と、補正割合ＲＡＡが最大の値である１．０になるの
で、空燃比のリーン化程度がリーン運転時の最大負荷に
対する値にかつリタード補正量がゼロになり、設定点
からの制御方向が図３（Ｃ）のように右に向かう。この
ときには、ＭＢＴと安定度限界とが近いので、従来例の
ように点火時期を進角させなくとも燃費は向上し、かつ
制御点が安定度限界にくることからＮＯｘの発生量も
少なくてすむ。

【００５０】このようにして、本実施形態では、同じ値
のラフネス状態においても、負荷に応じて空燃比のリー
ン化程度と点火時期のリタード補正量の補正割合ＲＡＡ
を変化させた（低負荷時にはリーン化程度を小さくかつ
点火時期のリタード補正量を大きくし、高負荷時にはリ
ーン化程度を大きくかつ点火時期のリタード補正量を小
さくした）ので、リーンリミット制御時の負荷条件に関
係なく失火を防ぎつつリーン運転時の燃費とＮＯｘの各
性能を向上することができる。

【００５１】図１６は第２実施形態のフローチャート
で、図１３に対応する。図１３と異なるのはステップ７
１だけで、ここではＮとＴｐから図１７を内容とするマ
ップを検索してリーンリミット制御用補正割合ＲＡＡを
求めている。これ以外の制御は第１実施形態と同じであ
る（つまり図４、図５、図６、図７、図９、図１２は第
２実施形態でも使う）。

【００５２】同じ負荷状態でもエンジン低回転時は高回
転時より燃焼が不安定となるため、特にアイドルに近い
低回転時は燃焼が不安定であり失火が発生しやすい。た
とえば、図１８（Ａ）で示したように高負荷状態での高
回転時に設定点からの制御方向がほぼ右方向にあり、
制御点に失火ゾーンからの適度の余裕代があるとして
も、同じ高負荷状態でありながら低回転時になると、図
１８（Ｂ）のように高回転時に比べて失火ゾーンが安定
度限界に近づいてくるため、高回転時と同じに制御方向
をほぼ右方向にしているのでは、失火ゾーンからの余裕
代が小さくなり（不適切となり）、空燃比の制御バラツ
キがあれば失火が生じてしまうことになる。したがっ
て、リーンリミット制御時にエンジン回転数によらず失
火の発生を防ぐためには、設定点からの制御方向をエ
ンジン負荷だけでなくエンジン回転数に応じても変化さ
せる必要があり、図１８の場合であれば、低回転時にな
ると制御方向を右下に向かわせることによって、失火ゾ
ーンからの余裕代を増大させるのである。

【００５３】具体的には、図１７に示したように、同じ
値のＴｐでも回転数が小さくなるほどＲＡＡの値を小さ
くすることによって、低回転時にはリーンリミット制御
時のリーン化程度が小さくなりかつリタード補正量が大
きくなる（つまり低回転時の制御方向が図１８（Ｂ）の
ように右下方向になる）わけである。

【００５４】このようにして第２実施形態では、同じ負
荷状態でも低回転時には高回転時に比べて失火ゾーンが
安定度限界に近づくことを考慮し、補正割合ＲＡＡをＴ
ｐだけでなくＮをもパラメータとして求めるようにした
ので、リーンリミット制御による空燃比のリーン化程度
と点火時期のリタード補正量の各補正割合が負荷と回転
数に応じて最適化され、これにより特にアイドルに近い
低回転時にもＮＯｘを低減しつつ失火を防ぐことができ
る。

【００５５】図１９は第３実施形態で図１に対応する。
三元触媒９はリーン運転時にＮＯｘの転化率が低くくな
るので、図１９に示したように、リーン運転時にＮＯｘ
を浄化可能な触媒（公知）３１を三元触媒９の下流に設
けたものがある。

【００５６】ＮＯｘ浄化触媒３１の転化率は、図２０に
示したように、触媒温度がＴ５０（転化率が５０％とな
る温度）以下になると転化率が著しく悪くなるので、リ
ーン運転における始動後暖機中（たとえば水温が６０℃
以上）および低負荷時が続きＮＯｘ浄化触媒３１の温度
が低下した場合はＮＯｘ浄化触媒の温度をＴ５０以上に
上昇させることが大切になる。ここで、リーンリミット
制御により設定点から安定度限界まで空燃比をリーン化
した際の点火時期のリタード量（図１３のステップ６６
のｄＬ×ＫＡＤＶ×（１−ＲＡＡ）のこと）と排気温度
の関係を図２１に示すと、点火時期のリタード量が大き
いほど排気温度が上昇するのであるから、ＮＯｘ浄化触
媒３１の低温時には、リーンリミット制御時の制御方向
を変えて点火時期のリタード量を大きくすることがＮＯ
ｘ浄化触媒によるＮＯｘ浄化の上で有効となる。

【００５７】制御の流れは第１実施形態（または第２実
施形態）とほぼ同様であるが、図１３（または図１６）
に代えて図２２を用いる点が異なる。図１３と異なる部
分（つまり図２２のステップ８１、８２、８３）を主に
説明すると、ステップ８１では温度センサ３２（図１９
参照）によりＮＯｘ浄化触媒３１の温度ＴＣＡＴを読み
込み、ステップ８２においてこの触媒温度ＴＣＡＴから
図２３を内容とするテーブル（ＲＣＡＴテーブル）検索
して温度補正係数ＲＣＡＴを求め、ステップ８３ではこ
れをステップ６４で求めている補正割合ＲＡＡに乗算し
た値を改めて補正割合ＲＡＡとおく。

【００５８】温度補正係数ＲＣＡＴは、図２３のように
触媒温度ＴＣＡＴがＴ５０より低い領域で０に近い値と
しており、これによって補正割合ＲＡＡが小さくなる。
このときには、リーンリミット制御による空燃比のリー
ン化程度が０に近い値になり、かつ点火時期のリタード
補正量が大きくなる。このときの制御方向を、第１実施
形態の図３（Ａ）に重ねて示すと、破線矢印となるわけ
で、これによって点火時期のリタード量が大きくなる分
だけ排気温度が上昇するのである。この排気温度の上昇
によりＮＯｘ浄化触媒３１の温度をすみやかに活性温度
にまで上昇させることができ、リーン運転時においてＮ
Ｏｘ浄化触媒３１を有効に活用できる。

【００５９】

【発明の効果】設定点からの制御方向が空燃比のリーン
化程度と点火時期の進角補正量により決まる、この制御
方向が負荷に関係なく同じである従来例では、低負荷時
に制御点が失火ゾーンに非常に近い位置にくるため、空
燃比の制御バラツキがあると失火が生じるのであるが、
第１の発明では、空燃比のリーン化程度と点火時期のリ
タード補正量により設定点からの制御方向が定まり、失
火ゾーンが安定度限界に近づいてくる低負荷時には、制
御点が失火ゾーンより余裕をもって離された位置にくる
ので、失火を生じることがない。また、制御点は安定度
限界にくるので、燃費の点では従来例より若干わるくな
るもののＮＯｘの発生量は従来例より少なくなる。

【００６０】設定点と失火ゾーンの関係は負荷によって
変化し、低負荷になるほど失火ゾーンが設定点に近づい
ていくため、制御方向をマッチングしたときの負荷状態
に対しては適切であってもそれ以外の負荷状態になると
制御方向が不適切になるのであるが、第３の発明では、
ラフネスが許容値以下にあるとき低負荷になるほど空燃
比のリーン化程度が小さくなる側にかつ点火時期のリタ
ード補正量が大きくなる側に補正するので、制御方向が
いずれの負荷時にも適切なものとなり、低負荷時にＮＯ
ｘを低減しつつ失火を防ぐことができるとともに、高負
荷時にはＮＯｘを低減しつつ燃費を向上させることがで
きる。

【００６１】第４の発明では、同じ負荷状態でも低回転
時には高回転時に比べて失火ゾーンが安定度限界に近づ
くことを考慮し、ラフネスが許容値以下であるとき同一
の回転数条件で低負荷になるほど、また同一の負荷条件
で低回転になるほど空燃比のリーン化程度を小さくかつ
点火時期のリタード補正量を大きくするので、リーンリ
ミット制御による空燃比のリーン化程度と点火時期のリ
タード補正量の各補正割合が負荷と回転数に応じて最適
化され、これにより特にアイドルに近い低回転時にもＮ
Ｏｘを低減しつつ失火を防ぐことができる。

【００６２】第５の発明では、ＮＯｘ浄化触媒を排気管
に設ける一方、リーン運転時におけるＮＯｘ浄化触媒の
温度が活性温度以下の領域でラフネスが許容値以下であ
るとき空燃比のリーン化程度を小さくしかつ点火時期の
リタード補正量を大きくするので、点火時期のリタード
量が大きくなる分だけ排気温度が上昇し、この排気温度
の上昇によりＮＯｘ浄化触媒の温度をすみやかに活性温
度にまで上昇させることができ、リーン運転時において
ＮＯｘ浄化触媒を有効に活用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の制御システム図である。

【図２】リーン運転時の空燃比、点火時期に対する各種
性能の関係を説明するための図である。

【図３】低負荷時、中負荷時、高負荷時の各負荷におけ
るリーンリミット制御時の制御方向の違いを説明するた
めの図である。

【図４】燃料噴射パルス幅Ｔｉと点火進角値ＡＤＶの決
定を説明するためのフローチャートである。

【図５】燃料噴射パルス幅Ｔｉと点火進角値ＡＤＶの決
定を説明するためのフローチャートである。

【図６】図４のステップ１、２のサブルーチンを説明す
るためのフローチャートである。

【図７】図４のステップ３のサブルーチンを説明するた
めのフローチャートである。

【図８】基本点火進角値ＢＡＤＶの特性図である。

【図９】図４のステップ４、８のサブルーチンを説明す
るためのフローチャートである。

【図１０】係数ＫＬＴＰの特性図である。

【図１１】リーン運転時の基本点火進角値ＬＡＤＶの特
性図である。

【図１２】図５のステップ９のサブルーチンを説明する
ためのフローチャートである。

【図１３】図５のステップ１３、１４、１５のサブルー
チンを説明するためのフローチャートである。

【図１４】リーンリミット制御用補正量ｄＬの特性図で
ある。

【図１５】補正割合ＲＡＡの特性図である。

【図１６】第２実施形態のフローチャートである。

【図１７】第２実施形態の補正割合ＲＡＡの特性図であ
る。

【図１８】高回転時と低回転時の各回転におけるリーン
リミット制御時の制御方向の違いを説明するための図で
ある。

【図１９】第３実施形態の制御システム図である。

【図２０】第３実施形態のＮＯｘ浄化触媒の転化率の特
性図である。

【図２１】第３実施形態のリーンリミット制御時におけ
る点火時期のリタード量に対する排気温度の特性図であ
る。

【図２２】第３実施形態のフローチャートである。

【図２３】第３実施形態の温度補正係数ＲＣＡＴの特性
図である。

【図２４】従来例の作用を説明するための図である。

【図２５】第１の発明のクレーム対応図である。

【図２６】第２の発明のクレーム対応図である。

【符号の説明】

６燃料噴射弁７点火プラグ１１コントロールユニット１２クランク角センサ１３エアフローメータ３１ＮＯｘ浄化触媒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｐ 5/153

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リーン運転時の空燃比を算出する手段と、リーン運転時の点火時期を算出する手段と、エンジンのラフネスを検出する手段と、このラフネスが許容値以下にあるときラフネスが安定度
限界になるように前記リーン運転時の空燃比をリーン側
に補正しかつ前記リーン運転時の点火時期をリタード側
に補正する手段と、この補正された空燃比となるようにエンジンの空燃比を
制御する手段と、前記補正された点火時期により点火を行う手段とを設け
たことを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。
【請求項２】リーン運転時の空燃比を算出する手段と、リーン運転時の点火時期を算出する手段と、エンジンのラフネスを検出する手段と、このラフネスが許容値以上にあるときラフネスが安定度
限界になるように前記リーン運転時の空燃比をリッチ側
に補正しかつ前記リーン運転時の点火時期を進角側に補
正する手段と、この補正された空燃比となるようにエンジンの空燃比を
制御する手段と、前記補正された点火時期により点火を行う手段とを設け
たことを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。
【請求項３】前記補正手段は、リーン運転時の最大負荷
に対する基準空燃比補正量と基準点火時期補正量を算出
する手段と、低負荷になるほど前記基準空燃比補正量が
小さくなる側にかつ前記基準点火時期補正量が大きくな
る側にそれぞれ補正する手段とからなることを特徴とす
る請求項１または２に記載のエンジンの燃焼制御装置。
【請求項４】前記補正手段は、リーン運転時の最大負荷
に対する基準空燃比補正量と基準点火時期補正量を算出
する手段と、同一の回転数条件で低負荷になるほど、ま
た同一の負荷条件で低回転になるほど前記基準空燃比補
正量が小さくなる側にかつ前記基準点火時期補正量が大
きくなる側にそれぞれ補正する手段とからなることを特
徴とする請求項１または２に記載のエンジンの燃焼制御
装置。
【請求項５】リーン運転時にＮＯｘを浄化可能な触媒を
排気管に設ける一方、リーン運転時における前記ＮＯｘ
浄化触媒の温度が活性温度以下の領域で前記補正された
基準空燃比補正量を小さくしかつ前記補正された基準点
火時期補正量を大きくすることを特徴とする請求項３ま
たは４に記載のエンジンの燃焼制御装置。