JPS5949348A - 内燃機関の空燃比制御方法 - 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】 本発明は車両用エンジンの空燃比制御方法に係り、より
詳しく（１、車両の減速時ならびに極低速定常走行時に
おける空燃比制御方法に関する。

電子制御燃料噴射装置（ＥＦＩ　’）もしくは電子式キ
ャブレタ制御装置を備えたエンジンに於ては、排気茅に
設けた酸素センサのような空燃比センサからの信号に基
づいてエンジン空燃比を理論空燃比を制御目標としてフ
ィードバック制御することが広く行われている。

ところが、一般に、エンジンの燃料カット領域より低い
回転数領域（たとえば、ｌ　Ｏ００ｒｐｍ以下の回転数
領域）で車両が減速状態に入った瞬間には車両にショッ
クが発生し、又その後減速中はサージを生じやすい。こ
れらの現象は、エンジンの一すイクル当りの吸入空気量
が極めて小さくなり、このためサイクルごとの燃焼が不
安定となって、エンジンの作動が円滑さを欠き、トルク
変動が生じることに起因している。そこで、従来の空燃
比制御方法では、減速に入った瞬間にはフィードバック
制御を解除してオープンループ制御とし、燃料を増量し
て燃焼を安定させ、エンジンの発生トルクが急激に変動
しない様にしている。しかし、この減速時の増量は、少
量では運転性の悪化を防止するには不十分であり、反面
、多量にすればエミッションを悪化させることとなるの
で、運転性とエミッションとの要請において相反すると
ころがおり、両者を満足させるのは困難であった。

又、車両が渋滞走行している場合のように極低速定常走
行する場合にも同様の原因によりサージが発生しやすい
が、従来はエミッション悪化を避けるため極低速定常走
行時には燃料増量は実施せずフィードバック制御してお
り、運転性は犠牲にされていた。

本発明は従来技術の斜上の問題点に鑑み案出されたもの
で、低回転数領域での減速初期のショックや、減速走行
中のサージや、極低速定常走行中のサー・ゾの発生を防
止するという運転性上の要請とエミッションの悪化をで
きるだけ防止するという要請とを両立させ得るような空
燃比制御方法全提供することを目的とするものでおる。

図面を参照して−サイクル当りの吸入空気量と空燃比と
トルク変動（これは燃焼の安定性を反映する）との関係
を考察すると、第１図（ａ）に示したように、−サイク
ル当りの吸入空気量（Ｇａ）が少い場合には、運転性上
許容できるトルク変動値Ｔ、（以下、トルク変動許容値
という）に対応する空燃比は理論空燃比（空気過剰率λ
＝１）よりもリッチなＹａＣ点に位置する。本明細書に
おいて、このトルク変動許容値に対応する空燃比を、運
転性上許容できる燃焼安定性全確保できる空燃比という
意味から、「安定燃焼空燃比」と称する。他方、第１図
（ｂ）に示すように、成る程度−サイクル当りの吸入空
気量（Ｇａ、）が多くなればリーンな混合気でも安定し
た燃焼が得られるので、安定燃焼空燃比ｙｓｃは理論空
燃比よりもリーンな位置になり、空燃比を理論空燃比に
向ってフィードバック制御してもトルク変動は許容値Ｔ
ｑ以下となる。

そこで、安定燃焼空燃比ＹＳＣが理論空燃イλ＝ｌ）に
等しくなるようなエンジン回転数を異なるエンジン負荷
（模いは、基本噴射・母ルス幅Ｔｐ）について求め、そ
れらの値をエンジン負荷（又は、Ｔｐ）を縦軸としエン
ジン回転数を横軸とするグラフにプロットすると、第２
図のカーブ人が得られる。また、同様に、安定燃焼空燃
比Ｙ８Ｃが夫々、λ＝０．９、λ＝０．８、λ＝１．１
となる点を第２図のグラフにプロットすると、夫々、カ
ーブＢ％Ｃ１Ｄが得られる。ここで、グラフ中、カーブ
Ａｊｊｌ）も左側の領域すなわち斜綜の領域は、安定燃
焼空燃比ＹＳＣが理論空燃比よりもリッチとなる領域で
あり、別言すれば、理論空燃比では燃焼の安定性を確保
することができない領域である。そこで、この領域は、
本明細書において「燃焼不安定領域」と称することとす
る。この燃焼不安定領域内では、低エンジン回転数かつ
低負荷時程、安定燃焼空燃比はリッチとなる。換言すれ
ば、燃焼を安定てせるためには、低回転数低負荷時程、
理論空燃比に対する燃料増量値を大きくしなければなら
ない訳である。

本発明は以上の様な知見に立脚するもので、前記目的を
達成するため、エンジン作動条件が燃焼不安定領域であ
るか否かを判定し、燃焼不安定領域である場合には、安
定燃焼空燃比に対する増量マツプに基づいてオープンル
ープ制御することを特徴とする空燃比制御方法を提案す
るものである。

次に、本発明を実施例に基づいてより詳しく説明する。

以下の例ではＬジェトロニク方式の燃料噴射システムに
本発明を適用するものとして説明するが、Ｄジェトロニ
ク方式又は気化器システムにも本発明は同様に適用し得
るものでおる。

第３図は本発明の方法が適用されるし−，）エトロニク
方式の電子制御燃料噴射装置を備えたエンジンの全体図
で、■はエンジン、２はエアクリーナ、３は吸気管、４
はスロットルバルブ、５はインジェクタ、６は排気マニ
ホールド、７は排気管、８は吸気量を検出するエアフロ
メータに内蔵されたポテンショメータ式吸気嘴センサ、
９は吸気温センサ、ｌＯは水温センサ、ｌＦはエンジン
のクランク軸の回転速度に応じた周波数のＡルス信号を
出力する回転速度センサ、１２１ｄＯｚセンサ、１３は
三元触媒装置、２０は制御回路でインジェクタ５の開弁
時間を制御することによって空燃比をコントロールする
。

第４図により制御回路２０について説明する。

１００は燃料噴射量を演算するマイクロプロセッサ（Ｃ
ＰＵ）である。ｌＯｌは回転数カウンタで回転速度セン
サ１１からの信号よりエンジン回転数をカウントする回
転数カウンタである。またこの回転数カウンタ１０１は
エンジン回転に同期して割り込み制御部１０２に割り込
み指令信号を送る。

割り込み制御部１０２はこの信号を受けると、コモンパ
ス１５０を通じてＣＰＵ　１００に割り込み信号を出力
する。デジタル入力４−）１０３は図示しないスタータ
の作動をオンオフするスタータスイッチ１４からのスタ
ータ信号等のデジタル信号をＣＰＵ　１００に伝達する
。アナログ入力ポート１０４はアナログマルチプレクサ
とＡ−Ｄ変換器から成り吸気量センサ８、吸気温センサ
９、冷却水温上ンサ１０．０２センサ１２からの各信号
をＡ−Ｄ変換して順次ＣＰＵ　１００に読み込ませる機
能を持つ。これら各ユニッ）１０１，１０２゜１０３．
１０４の出力情報はコモンパス１５０を通してＣＰＵ　
１００に伝達される。１０５は電源回路であり、キイス
イッチ１５を通してバッテリ１６に接続されている。１
０６は読取り、書込みを行い得るランダムアクセスメモ
リ（ＲＡＭ）である。

１０７はプログラムや各種の定数等を記憶しておく読み
出し専用メモリ（ＲＯＭ）である。１０８はレジスタを
含む燃料噴射時間制御用カウンタでダウンカウンタより
成り、ＣＰＵ　１００で演算されたインジェクタ５の開
弁時間つまり燃料噴射量を表すデジタル信号を実際のイ
ンジェクタ５の開弁時間を与えるパルス時間のパルス信
号に変換する。

１０９はインジェクタ５を駆動する電力増幅部である　
。１１０はタイマで経過時間を測定しＣＰＵ１００に伝
達する。回転数カウンタ１０１は回転数センサ１０の出
力によりエンジン１回転に１回エンジン回転数を測定し
、その測定の終了時に割り込み制御部１０２に割り込み
指令信号を供給する。割り込み制御部１０２Ｕその信号
に応答して割り込み信号を発生し、ＣＰＵ　Ｉ　ＯＯに
燃料噴射量の演算を行なう割り込み処理ルーチンを実行
させる。

次に、第５図のフローチャートを参照して不発明の制御
方法の実施例について説明する。

先ず、ステップ２０１で現在の運転条件が燃焼　　　　
゛不安定領域内であるか否かを判別し、該領域内であれ
ばステップ２０２に進み、領域外でられば運転性上は問
題はないのでフィードバック制御を行い、空燃比を理論
空燃比を目標として制御する。

ステップ２０２では今回の基本噴射ノクルス幅と前回の
基本噴射、４ルス幅とを比較することにより加速中か否
かの判別をし、加速中ならば増量補正するとエミッショ
ン排出量が多くなりエミッションが悪化するため通常の
フィード・々ツク制御を行う。

加速中でなければステップ２０３に進み、ブレーキラン
プからの信号によりブレーキが踏まれているか否かを判
別する。ブレーキ作動升らば、燃焼が多少不安定でもブ
レーキによりトルク変動が吸収できるので、エミッショ
ン悪化を最小限にするためフィードバック制御を行う。

ブレーキが作動していないならば、ステップ２０４でク
ラッチおよび回転速度センサからの信号によりアイドル
状態を検出し、アイドル状態ならばフィードバック制御
を行う。これは、アイドル状態が燃焼不安定領域外であ
れば増量補正する必要がないということと、領域内の場
合でもオープンループとしてリッチ制御すると、アイド
ル時には単位時間当りのエミッション排出ｔｕ極めて少
いがエンジン使用域の内でアイドル運転時間が比較的長
くエミッション排出量が多くなるからである。以上のス
テップ２０１〜２０４の判別条件が満足された時はステ
ップ２０５でオープンループ制御スルっ第６図のフロー
チャートは上記ステップ２０１の詳細を示すもので、ス
テップ３０１では吸気量センサ８から吸気量（ｌ読込み
、ステップ３０２では回転速度センサ１１からエンジン
回転数Ｎを読込む。次にステップ３０３でＱ／Ｎを計算
してエンジン−回転当りの吸入空気量を求め、ステップ
３０４ではＱ／Ｎに定数ｋを乗じて基本噴射パルス幅Ｔ
ｐ　を計算する。ステップ３０５では、ステラｆ３０４
で求めた基本噴射）４ルス幅Ｔｐに対する燃焼安定回転
数Ｎｓｃ　ｋ読込む。このためＲＯＭ１０７には第２図
のカーブＡのマツプが予め格納されている。次に、ステ
、プ３０６では燃焼安定回転数Ｎｓｃと現在の回転数Ｎ
とを比較する。この様にして、現在の運転条件が燃焼不
安定領域内にあるか否かを判別することができる。Ｎ≧
ＮＳＣならばエミッションを低下させるため第５図のフ
ローチャートのステップ２０６に進みフィードバック制
御する。Ｎ＜Ｎｓｃであればステップ２０２以下に進む
。

次に、第７図および第８図を参照して、第５図のフロー
チャートのステップ２０５について説明する。第７図は
第２図の安定燃焼空燃比曲線に基づいて作成された増量
マツプで、安定燃焼空燃比を実現するために必要な増量
値を基本噴射パルス幅Ｔｐ　とエンジン回転数について
表したものでちる。この増量マツプはＲＯＭ　１０７に
予め格納されている。第８図はステップ２０５の詳細を
示すフローチャートで、ステップ４０１では上前ステッ
プ３０４で計算した基本噴射パルス幅ＴＴｌ金読込み、
ステップ４０２では現在のエンジン回転数Ｎを読込む。

そして、ステップ４０３でＲＯＭに記憶された第７図の
マツプのサーチを行い、Ｔｐ　とＮに対応する必要増量
値Ｖを読込む。ステップ４０４ではＴｐＸＶの計算を行
い、これを安定燃焼噴射パルス幅Ｔｓｃとする。必要に
応じＴｓｃに種々の補正を加え、最終噴射／４’ルス幅
ＴＦＩＮ　　を得る。このようにして算出された最終噴
射ノ４ルス幅ＴＦＩＮ　　はＲＡＭ　１０６０所定領域
に格納され、燃料噴射量の演算を行う割り込み処理ルー
チンで読出され、カウンタ１０８でノ２ルス信号に変換
烙れ、電力増幅部１０９に出力される。

このように、本発明によれば、エンジンの現実の吸入空
気量（Ｇａ）に応じてエンジンが安定して作動し得る必
要かつ最低限の増量補正をすることができるので、運転
性とエミッションとを両立させることができる。また、
従来の方法では車両の渋滞走行時の工うな極低速定常走
行時には増量せずフィードバック制御していたのでサー
ジが発生することがあったが、本発明の方法では不安定
燃焼時にはすべて増量補正することができるので極低速
定常走行時のサージの発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は吸入空気量と空燃比とトルク変動との関係を示
すグラフで、第１図（−）は吸入空気量が少い場合　４
１図（ｂ）は吸入空気量が多い場合を示し、第２図はエ
ンジン負荷（および基本噴射ノクルス幅Ｔｐ）　　とエ
ンジン回転数に対する安定燃焼比の関係を示すグラフ、
第３図は本発明が適用されるエンジンの概略図、第４図
は制御回路のブロック図、第５図、第６図および第８図
は本発明の方法を実施するためのマイクロプロセッサの
制御プログラムのフローチャート、第７図は増量マツプ
である。 ８・・・吸気量センサ、１１・・・回転速度センサ、１
２・・・酸素センサ、２０・・・制御回路、１００・・
・ＣＰＵ、１０６・・・ＲＡ、ＶＩ、１０７・・・ＲＯ
Ｍ。 特許出願人 トヨタ自動車株式会社 特許出願代理人 弁理士青水　明 弁理士西舘和之 弁理士　中　山　恭　介 弁理士　山　口　昭　之 −一一一 第６図 第７図 ○　　　　エフ、７．転数　　（高） 第８図 ’ｒｐの読込み　　　１ Ｎの読込み　　　２ 増量値の読込み （マツプサーチ） Ｔｐｘｖ＋Ｔ５゜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排気系に設けた空燃比センサからの信号に基づいて内燃
   機関の空燃比を理論空燃比を制御目標としてフィードバ
   ック制御し得るようになった空燃比制御方法において、
   機関の作動条件が燃焼不安定となる争件であるか否かを
   判定し、燃焼不安定条件である場合には、安定燃焼空燃
   比に対する増量マツプに基づいてオープンループ制御す
   ることを特徴とする内燃機関の空燃比制御方法。