JPS62162742A - 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、自動車等エンジンの空燃比を制御する装置に
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。

これらの課題に対応するため超希薄空燃比下における燃
焼制御が試みられており、例えばそのようなものとして
は「内燃機関、２３巻１２号Ｊ　１９８４年１０月号　
３３〜４０頁　山海堂発行に記載の希薄燃焼装置がある
。この装置では、リッチからリーンまで空燃比を広範囲
に検出可能なリーンセンサの出力に基づいて超希薄空燃
比領域まで空燃比のフィードバック制御を行って上記要
求を達成しようとしている。

この場合、定常走行においては理論空燃比一定の特性と
異なり、一部の加速領域においてもり−ンな空燃比を目
標値としている。例えば、通常の加速域では空燃比２２
．５、定常走行域では空燃比２１゜５、アイドリング時
は空燃比１５．５としている。また、全負荷状態では出
力空燃比１２〜１３を用い車両動力性能を確保しようと
する。このようなリーン空燃比に移行するにつれてＮＯ
ｘは極めて減少する傾向にあり、近時におけるＮＯｘエ
ミツションの低減化に沿うものである。しかし、一方に
おいて、排出ガス規制を満足するためのＮＯｘの排出レ
ベルと許容できるトルク変動レベルの両者を満足できる
空燃比適合可能領域は狭く、精密な空燃比制御が必要と
なっている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、過渡時において運転性を確保しつつＮＯＸ排
出量を規制値内にクリアするためには等空燃比上を変化
させなければならないが、現行技術（すなわち従来の装
置）では過渡時に等空燃比を維持する精密な制御は未だ
困難である。

そのため、現状では運転性に支障を与えないように過渡
時には空燃比をリッチ化させている。しかしながら、単
に運転性確保の点から中途半端にリッチ化させたのでは
、ＮＯｘ排出量が増大し近時の要求に沿うことができな
い。

（発明の目的） そこで本発明は、三元触媒本来の機能に着目し、多くの
トルクを必要とする加速の過渡状態に移行したときは目
標空燃比を三元空燃比（例えば、λ−１）に設定するこ
とにより、運転性を確保しつつＮＯｘ排出量を低減させ
て、近時の要求に沿う空燃比制御装置を提供することを
目的としている。

（発明の構成） 本発明による空燃比制御装置はその基本概念図を第１図
に示すように、吸入混合気の空燃比を検出する空燃比検
出手段ａと、エンジンの負荷を検出する負荷検出手段す
と、エンジンが所定の過渡状態にあることを検出する過
渡状態検出手段Ｃと、エンジン負荷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リーン側に設定するとともに、エ
ンジンが所定の過渡状態に移行すると目標空燃比を三元
空燃比に設定する目標設定手段ｄと、空燃比検出手段ａ
の出力に基づいて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ｅと、制御手段ｅ
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ｆと、を備えており、運転性を確保し
つつＮＯｘ排出量を低減するものである。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜７図は本発明の一実施例を示す図である。

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より吸気管３を通し
て各気筒に供給され燃料は噴射信号Ｓｉに基づいてイン
ジェクタ（操作手段）４により噴射される。そして、気
筒内の混合気は点火プラグ５の放電作用によって着火、
爆発し、排気となって排気管６を通して触媒コンバータ
７に導入され、触媒コンバータ７内で排気中の有害成分
（Ｃｏ、ＨＣ，Ｎ０ｘ）を三元触媒により清浄化して排
出される。

吸入空気の流量Ｑａはフラップ型のエアフローメータ８
により検出され、吸気管３内の絞弁９によって制御され
る。絞弁９の開度ＴＶＯは絞弁開度センサ１０により検
出され、吸気管３内における吸入空気の圧力ＰＢは圧力
センサ１１により検出される。また、吸気ポート近傍の
吸気管３内にはスワール弁１２が設けられており、スワ
ール弁１２は駆動弁１３にかかる負圧を制御しているソ
レノイド弁１４に入力される制御信号Ｓｖに基づき開閉
して吸気ボートから気筒内にかけていわゆるスワールを
発生させて燃焼改善を行う。

エンジン１の回転数Ｎはクランク角センサ１５により検
出され、ウォータジャケットを流れる冷却水の温度Ｔｗ
は水温センサ１６により検出される。

さらに、排気中の酸素濃度は酸素センサ（空燃比検出手
段）１７により検出され、酸素センサ１７はその出力Ｖ
ｉがリッチからリーン領域まで広範囲な空燃比に対して
一義的に変化するタイプのもの等が用いられる。

上記エアフローメータ８およびクランク角センサ１５は
負荷検出手段１８を構成しており、負荷検出手段１８お
よび各センサ１０．１１．１６．１７からの信号をコン
トロールユニット２０に入力される。コントロールユニ
ット２０はこれらのセンサ情報に基づいて空燃比制御、
点火時期制御およびスワール制御を行う。

すなわち、コントロールユニット２０は過渡状態検出手
段、目標設定手段および制御手段としての機能を有し、
ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３およびＩ１０ポー
ト２４により構成される。ＣＰＵ２１はＲＯＭ２２に書
き込まれているプログラムにしたがってＩ１０ボート２
４より必要とする外部データを取り込んだり、またＲＡ
Ｍ２３との間でデータの授受を行ったりしながら必要な
処理値等を演算処理し、必要に応じて処理したデータを
Ｉ１０ポート２４へ出力する。Ｉ１０ボート２４にはセ
ンサ群１０．１１．１５．１６．１７．１８からの信号
が入力されるとともに、Ｉ１０ボート２４からは噴射信
号Ｓｉおよび制御信号ＳＶ（その他点火時期制御の信号
もあるがここでは省略する）が出力される。ＲＯＭ２２
はＣＰ　Ｕ２１における演算プログラムを格納しており
、ＲＡＭ２３は演算に使用するデータをマツプ等の形で
記憶している。

次に作用を説明する。

第３．４図はＲＯＭ２２に書き込まれている空燃比側ｉ
ｌＢのプログラムを示すフローチャートである。

第３図は過渡状態判別のプログラムを示し、本プログラ
ムは所定時間（５ｍ５ｅｃ毎）毎に一度実行される。

まず、Ｐ、で絞弁開度センサｌＯからの信号ＴＶＯを読
み込み、これをＡ／Ｄ変換する。次いで、Ｐ、で所定の
単位時間内における絞弁開度ＴＶＯの差分値ΔＴＶＯを
演算し、Ｐ３でこれを所定の加速判別値Ａ　（Ａｇｏ）
と比較する。なお、ΔＴ■０の算出は例えば本プログラ
ムの実行毎における差分（前回と今回の値の差）を求め
るようにしてもよい。

ΔＴＶＯ＞Ａのときは加速であると判断しＰ。

で加速フラグＫＦを立てて今回のルーチンを終了し　Δ
ＴＶＯ＜Ａのときは、加速でないと判断しＰ、で加速フ
ラグＫＦを降ろしてルーチンを終了する。これにより、
加速が精度よく確実に判別される。なお、加速の判別は
上記例に限らず、例えば絞弁開度ＴＶＯの微分値ｄＴＶ
ｏ／ｄ　ｔを求め、これを所定値と比較して加速を判別
してもよい。

第４図は噴射量制御のプログラムを示し、本プログラム
はエンジン回転に同期して実行される。

まず、Ｐｌ＋で１気筒当りに実際に気筒内に吸入される
空気流量（以下、気筒流人空気量という）ＱＡＣＹＬを
演算する。このような演算を行うのは過渡時においても
正確な空気２ｉｔ量情報を得るためで、この情報精度が
悪いと空燃比制御において噴射量操作の実効が図れない
からであり近時の精密な空燃比制御に対応するためであ
る。

そこで、気筒流人空気量ＱＡＣＹＬの算出について説明
する。

ＱＡＣＹＬの演算を加速の場合を一例として図示すると
第５図のように示される。

第５図において、ｔ＝Ｑなるタイミングでアクセルの踏
込が開始されて絞弁開度ＴＶＯが変化し始めると、圧力
センサ１１の主波形ＰＢを信号処理した波形ＰＢＸは脈
動抑制効果のため期間ｔ２だけ遅れて変化し始める。ま
た、ＰＢＸを基に予測処理した圧力補正流量値ＱＡＣＹ
Ｌ’もかなり補正されてはいるものの、やはり期間１．
（１，＜ｔｚ）の遅れをもって変化し始めており、気筒
に吸入されたと予想される真の空気流量ＱＡＣＹＬとは
図中のハンチング部分（ΔＱＡＣＹＬ）のズレがある。

したがって、このような過渡時に空気流量の検出精度が
低下する。本実施例ではこれを是正している。

まず、ＱＡＣＹＬ’は次式■に従って演算される。

ＱＡＣＹＬ’−ＰＢＸ＋αΔＰＢ　　・・・・・・■■
弐において、ＰＢＸは圧力センサ１１の出力を脈動抑制
のために信号処理した波形であり、ΔＰＢは吸気圧力Ｐ
Ｂの所定の単位時間内における差分値である。また、α
は回転数Ｎの関数である。

このような演算を行うのは、空気の方が燃料よりも遅く
まで気筒に吸入されるため噴射量を決定する際に気筒に
入る空気量を予測するためであり、圧力センサ１１の出
力を脈動処理したものにΔＰＢをα倍したものをつけ加
えて予測している。

一方、上述のハンチング部分のズレを補正するために、
最も早く動き出す絞弁開度ＴＶＯに着目し、次式■に従
ってズレの補正分である流量補正値ΔＱＡＣＹＬを演算
する。

ΔＱＡＣＹＬ＝　（ΔＴＶＯ／Ｎ）ｘｌＮＴＱＡ・・・
・・・■ ０式において、Ｉ　ＮＴＱＡは過渡初期の空気流１１Ｑ
Ａ　ＣＹ　Ｌであり、例えば絞弁開度ＴＶＯの変化を用
いる。この０式は、ΔＴＶＯ／Ｎすなわち１回転当たり
の差分値ΔＴＶＯ（絞弁開度ＴＶＯの所定単位時間当た
りの差）がある運転条件では空気流量を代表しており、
これにＩ　ＮＴＱＡを乗じてやれば実際の空気流量とセ
ンサ情報に基づく流量算出量との相関のズレを十分に補
正できることを意味している。このΔＱＡＣＹＬをＱＡ
ＣＹＬ′に加えたもの（ＱＡＣＹＬ＝ΔＱ　Ａ　Ｃ’Ｉ
’　Ｌ　＋ＱＡＣＹＬ’）は図に示すように絞弁開度Ｔ
ＶＯの変化に相関しており、気筒に吸入されたと予想さ
れる真の空気流量に正確に対応したものとなる。

すなわち、加速時における吸入空気の算出を正確なもの
として気筒内に吸入される空気流量の検出精度を飛躍的
に高めることができる。なお、検出精度の向上は上述し
た加速の例に限らず、減速の場合にも発揮されることは
勿論である。

そして、ΔＱＡＣＹＬによる補正が終了するとＱＡＣＹ
Ｌ　’によって空気流量が算出され、さらにＱＡＣＹＬ
　’がＦ’ＢＸに等しくなると以後はフラップ型エアフ
ローメータ８の出力に基づいて空気流量が算出される。

但し、ＱＡＣＹＬ　′−ＰＢＸとなった以降は圧力セン
サ１１の出力から直接に空気流量を算出してもよい。

このように、正確な空気流量情報に基づいているから、
後述の噴射量制御も精密なものとなる。

さて、以上を踏まえて再びプログラムに戻る。

ｐＨを経ると、ｐＨｚで絞弁９が全閉位置から離れた後
の経過時間Ｔｃを所定値ｔ０と比較する。

これは、絞弁９が全閉から開いた直後はエンジン１の定
常走行からの加速に比して加速要求程度が大きいからで
あり、これに答えて空燃比のリッチ化（λ−１）を図る
ためである。Ｔｃ＜　ｔ、のときはＰｌ３で加速フラグ
ＫＦを判別し、Ｔｃ≧１゜のときはＰｌ４に進む。ＰＩ
３でＫＦ＝　１のときは加速要求に伴うリッチ化条件下
にあると判断してＰｌ、で目標空燃比ＫＭＲ（設定空燃
比）を三元空燃比（以下、三元ＫＭＲと表す）に設定し
てＰｌ６に進む。三元空燃比とは三元触媒本来の機能が
有効に発揮される空燃比であればよく、本実施例ではこ
れをλ＝１の理論空燃比としている。一方、ＫＦ−０の
ときはＰ１□でＮｏ命令に従うときと同様にＰｌ４に進
む。Ｐｌ４では目標空燃比ＫＭＲをそのときのエンジン
負荷に応じて設定する。例えば、ＮとＱａによって決定
される基本噴射量Ｔｐ（Ｔｐ−Ｋ・Ｑａ／Ｎ）および回
転数Ｎをパラメータとするテーブルマツプから最適値を
ルックアップする。

次いで、Ｐｌ６で次式〇に従って燃料噴射量Ｔｉを演算
し、ＰＩ？でこれをＩ１０ボート２４にセットしてルー
チンを終了する。

Ｔｉ　＝ＱＡＣＹＬＸＫＭＲＸＣＯＥＦＸＡＬＰＨＡ＋
Ｔｓ・・・・・・■ 但し、Ｔｉ：インジェクタのパルス幅で表される ＡＬＰＨＡ：空燃比のフィードバック補正係数 ＴＳ：無効パルス幅（電圧補正分） ０式において、ＱＡＣＹＬは１気筒当たりの空気流量に
相当しており、吸気温度による補正等も加味されている
。この場合、本実施例ではＱＡＣＹＬは定常状態ではエ
アフローメータ８の出力に基づいて算出され、過渡状態
に移行すると前述のように絞弁開度ＴＶＯおよび圧力セ
ンサー１の信号ＰＢに基づく補正が加えられて算出され
る。

Ｃ０ＥＦは燃料の遅れ補正係数であり、過渡時に燃料量
を補正するものである。その値は燃料の気化や壁流割合
によって定められるものであるが、具体的には加減速の
大小や機関暖機状態および運転状態、始動後か否か等に
よって算出される。ＡＬＰＨＡは酸素センサ１７によっ
て検出された空燃比に基づいて目標空燃比となるように
噴射量をフィードバック制御するときの補正係数である
。

このように、エンジン１が所定の加速状態に移行すると
加速要求に伴うリッチ化条件下にあるとき空燃比がλ−
１に制御される。したがって、従来のように中途半端な
リッチ化でＮＯｘ低減が十分でないという不具合が解消
され、λ＝１とすることで三元触媒の効果を十分に発揮
してＮＯｘを大幅に低減させつつ、かつ運転性も確保す
ることができる。

第６図は上述のリッチ化条件をタイムチャートで示して
いる。

第６図において、絞弁９が全開位置から開くと、その後
の経過時間Ｔｃが所定値ｔ０の範囲内にあるとき同図ｆ
ｅ）に示すように加速フラグＫＦがＫＦ＝１になると目
標空燃比ＫＭＲが三元ＫＭＨに設定される。そして、Ｔ
ｃ＝ｔ０のタイミングでＫＦ＝０となり目標空燃比が三
元ＫＭＲから再びエンジン負荷によって与えられること
となり、通常の希薄燃焼領域に戻る。

なお、三元判断を行う上記り、チ化条件は本実施例のよ
うな例には限られない。加速要求を達成しつつＮＯｘ低
減を図る必要のある場合としては、次のような態様があ
る。

例えば、ギアチェンジを判断し、ギアチェンジ後所定時
間内に三元判断を行うようにしてもよい。

ギアチェンジ後は加速要求があるからである。この判断
は第４図に示すプログラムのステップｐ＋ｚで同時に処
理すると好都合である。

また、上記実施例では過渡状態の検出に絞弁開度ＴＶＯ
をパラメータとしているが、これに限るものではない。

要は運転者の意思をいち早く検知できればよいので、例
えばアクセルセンサによりアクセルの動きを検知するよ
うにしてもよい。そうすれば、絞弁開度ＴＶＯ以上に本
発明の効果が発揮されよう。

さらに、過渡状態の検出は絞弁やアクセルの動きに限ら
れない。例えば、上記実施例で開示した気筒流人空気量
ＱＡＣＹＬをパラメータとしてもよい。

（効　果） 本発明によれば、希薄燃焼運転を行っているとき過渡状
態に移行すると空燃比を一時的に三元空燃比に設定して
いるで、運転性を確保しつつＮ。

Ｘ排出量を低減させることができ、近時の要求に沿う希
薄燃焼システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の基本概念図、第２〜６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
図はその過渡状態判別のプログラムを示すフローチャー
ト、第４図はその噴射量制御のプログラムを示すフロー
チャート、第５図はその空気流量算出の作用を説明する
ための波形図、第６図はそのリッチ化条件の作用を説明
するためのタイムチャートである。 １・・・・・・エンジン、 ４・・・・・・インジェクタ（操作手段）、１８・・・
・・・負荷検出手段、 ２０・・・・・・コントロールユニット（過渡状態検出
手段、目標設定手段、制御手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）吸入混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、 ｂ）エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、ｃ）エ
   ンジンが所定の過渡状態にあることを検出する過渡状態
   検出手段と、 ｄ）エンジン負荷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
   よりリーン側に設定するとともに、エンジンが所定の過
   渡状態に移行すると目標空燃比を三元空燃比に設定する
   目標設定手段と、 ｅ）空燃比検出手段の出力に基づいて目標空燃比となる
   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、 ｆ）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空燃比制御装置。