JPS62186039A - エンジンの燃焼制御装置 - 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燃焼状態を制御する装置
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、はぼストイ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
速領域においてもリー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１２〜１
３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ＮＯｘ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。

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。

そこで本出願人は、かかる不具合を解消するため、三元
触媒本来の機能に着目し、過渡状態に移行したときは目
標空燃比を一時的に三元空燃比（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、近時の要求に沿うエンジンの燃焼制御装置
を本出願と略同時期に提案している。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上述の先願に係る装置にあっては、ＮＯｘ低
減と運転性の確保という相反する要求を高レベルで達成
しようとする点で優れたものであるが、運転性をより一
層向上させるという観点からみると次のようにするのが
好ましいことが判明した。

すなわち、三元運転移行時には直ちにλ＝１となる燃料
を供給しているが、この場合に点火時期はエンジン負荷
（例えば、吸入空気量や回転数）をパラメータとするテ
ーフ゛ルマッブから８亥当する値をルックアップして決
定している。しかし、点火時期の最適値は周知のように
空燃比によっても制約を受けており、例えばＭＢＴとＮ
Ｏｘ排出量を考慮すれば最適点火時期は限られた領域と
なる。

したがって、上述のように空燃比の急激な移行に対して
、点火時期の演算が遅れて（ルックアップには演算時間
が必要）最適な要求点火時期を与えることが困難となる
。

一方、かかる演算の遅れをカバーするために、例えばマ
ツプのエリアを増大し精密とすることも考えられるが、
これによるとコスト高を招き得策でない。

（発明の目的） そこで本発明は、空燃比をパラメータとしたときの要求
点火時期特性が略リニアな変化であること（後述の第７
図参照）に着目し、エンジンが所定の三元運転領域に移
行するとそのときのエンジン負荷に対応して決定される
目標空燃比と三元空燃比との差に応じて点火時期を補正
することにより、三元運転領域への移行時に直ちに点火
時期を最適なものとして、低コストで近時の要求に沿う
エンジンの燃焼制御装置を提供することを目的としてい
る。

（発明の構成） 本発明によるエンジンの燃焼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、エンジンが所定の三元運転領域にあること
を検出する三元領域検出手段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、エンジンが所定の三元運転領域に移行すると
目標空燃比を三元空燃比に変更する目標設定手段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、エンジン負荷
に基づいて点火時期を設定するとともに、エンジンが所
定の三元運転領域に移行するとそのときのエンジン負荷
に対応して決定される目標空燃比と三元空燃比との差に
応じて該点火時期を補正する点火時期設定手段ｇと、点
火時期設定手段ｇからの信号に基づいて混合気に点火す
る点火手段りと、を備えており、三元運転の移行に拘ら
ず点火時期を最適なものとするものである。

（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。各気筒には
点火プラグ５が装着されており、点火プラグ５には点火
コイルやディストリビュータなどからなる高圧発生ユニ
ット６からの高圧パルスＰｉが供給される。点火プラグ
５および筒圧発生ユニット６は混合気に点火する点火手
段７を構成しており、点火手段７は点火信号Ｓｐに基づ
いて高圧パルスＰｉ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Ｐｉの放電によっ
て着火、爆発し、排気となって排気管８を通して触媒コ
ンバータ９に専大され、触媒コンバータ９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ク１
０により検出され、吸気管３内の絞弁１１によって制御
される。絞弁１１の開度ＴＶＯは絞弁開度センサ１２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１３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１４が設けられており
、スワール弁１４は駆動弁１５にかかる負圧を制御して
いるソレノイド弁１６に入力される制御信号Ｓｖに基づ
き開閉して吸気ポ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１７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１８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）１９により検出され、酸素センサ１９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１０およびクランク角センサ１７
は負荷検出手段２０を構成しており、負荷検出手段２０
および各センサ１２．１３．１８．１９からの信号はコ
ントロールユニット３０に入力される。コントロールユ
ニット３０はこれらのセンサ情報Ｇこ基づいて空燃比制
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３０は三元領域検出手
段、目標設定手段、制御手段および点火時期設定手段と
しての機能を有し、ＣＰ　Ｕ３１、ＲＯＭ、３１、ＲＡ
Ｍ３３およびＩ１０ポート３４により構成される。ＣＰ
　Ｕ３１はＲＯＭ３２に書き込まれているプログラムに
したがってＩ１０ポート３４より必要とする外部データ
を取り込んだり、またＲＡＭ３３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ボート３４へ出力する
。Ｉ１０ボート３４にはセンサ群１２．１３．１８．１
９．２０からの信号が入力されるとともに、Ｉ１０ポー
ト３４からは噴射信号Ｓｉ、制御信号Ｓｖおよび点火信
号Ｓｐが出力される。ＲＯＭ３２はＣＰＵ３１における
演算プログラムを格納しており、ＲＡＭ３３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３．５図はＲＯＭ３２に書き込まれている燃焼制御の
プログラムを示すフローチャートである。

第３図は三元領域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、Ｐｌで絞弁開度センサ１２からの信号ＴＶＯを読
み込み、これをＡ／Ｄ変換する。次いで、Ｐ２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（Ａ＞Ｏ）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Ｐ４で加速フ
ラグＫＦを立ててＰ、に進み、ΔＴＶＯ〈Ａのときは、
加速でないと判断しＰ６で加速フラグＫＦを降ろしてＰ
、に進む。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ｄＴＶｏ／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。

Ｐ、では絞弁１１が全閉位置から離れた後の経過時間Ｔ
ｃを所定値ｔ。と比較する。これは、絞弁１１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
ｏのときはＰ７で加速フラグＫＦを判別し、Ｔ≧ｔ０の
ときはＰ、に進む。Ｐ７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Ｐ９で三元フラグ
ＳＦを立てて今回のルーチンを終了する。一方、Ｐ、　
、Ｐ、でＮｏ命令に従ったときはリッチ化条件下にない
と判断してＰ、で三元フラグＳＦを降ろしてルーチンを
終了する。

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をλ
＝１に強制的に移行させるのが望ましいという三元条件
の成立を判断する。

第４図は上述の三元条件をタイムチャートで示している
。第４図において、絞弁１１が全閉位置から開くと、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（Ｃ）に示すように加速フラグＫＦがＫＦ＝　１にな
ると三元フラグＳＦが立てられる。そして、ＴＣ＝ｔＯ
のタイミングでＫＦ＝０になると同タイミングで三元フ
ラグＳＦが降ろされる。

第５図は燃焼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、ｐＨ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
確な空気流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６図のように示される。

第６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１３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　　・・・・・・０
０式において、ＰＢＸは圧力センサ１３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
ＰＢ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１３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、次式〇に従
ってズレの補正量である流量補正値ΔＱＡＣＹＬを演算
する。

ΔＱＡＣＹＬ＝　（ΔＴＶＯ／Ｎ）ＸＩＮＴＱＡ・・・
・・・■ ０式において、ＩＮＴＱＡは過渡初期の空気流量ＱＡＣ
ＹＬであり、仇えば絞弁開度ＴＶＯの変化を用いる。こ
の■弐は、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ＩＮ
ＴＱＡ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ＱＡＣＹＬ′に加
えたもの（ＱＡＣＹＬ＝ΔＱＡＣＹＬ＋ＱＡＣＹＬ”）
は図に示すように絞弁開度ＴＶＯ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ＰＢＫに等しくなると以後はフラップ型エアフロメ
ータ１０の出力に基づいて空気流量が算出される。但し
、ＱＡＣＹＬ　”　＝ＰＢＫとなった以降は圧力センサ
１３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、以上を踏まえゼ再びプログラムに戻る。

ｐＨを経るとｐｕｓで燃料の遅れ補正係数Ｃ０ＥＦを演
算する。これは、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。

次いで、ＰＩ３で三元フラグＳＦを判別し、５Ｆ＝１の
ときは三元条件が成立していると判断して、ＰＩ４で目
標空燃比Ｋ　Ｍ　Ｒを三元空燃比（以下、三元ＫＭＲと
表す）に設定してｐｕｓ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。Ｐ
Ｉ５では点火補正量ΔＡＤＶを次式〇に従って演算する
。

ΔＡＤＶ＝Ｒ・　（三元ＫＭＲ−ＭＡＰＫＭＲ）・・・
・・・■ 但し、Ｒ：定数 ０式において、ＭＡＰＫＭＲは通常の目標空燃比であり
、そのときのエンジン負荷に応じて所定のテーブルマツ
プからルックアップして決定される。通常の目標空燃比
ＫＭＲは従来例と同様に主に希薄空燃比領域において幅
広く設定され、いわゆる希薄燃焼システムを考慮したも
のとなる。

ここで、目標空燃比ＫＭＲをパラメータとして最適な要
求点火時期との関係を表すと、第７図のように示される
。なお、ＫＭＲは空燃比を指標するファクタであるが、
厳密には次式■で示すように、Ａ／Ｆの逆数という関係
にある。

ＫＭＲ−Ａ／Ｆ＝Ｋ　（一定） 、−、ＫＭＲ＝に−Ｆ／Ａ　　・・・・・・■但し、Ｆ
：燃料量 Ａ：空気量 第７図から明らかなように、要求点火時期はＫＭＲに対
して略リニアに変化している。これからＫＭＲが変わる
と、そのときの要求点火時期もＫＭＲに従って最適値が
変化することとなり、ＫＭＲが決まれば要求点火時期も
一義的に決定する。

これは、ＫＭＲの変化に対して要求点火時期が即座に求
められることを意味している。かかる原理から、０式に
よって演算される点火補正量ΔＡＤ■はＫＭＲの変化に
対して点火時期が最適となるように基本点火時期ＭＡＰ
ＡＤＶを補正するための変数として位置づけられる。

次いで、Ｐいで次式〇に従って最終点火時期ＡＤＶを演
算する。

ＡＤＶ＝ＭＡＰＡＤＶ−ΔＡＤＶ　　・・・・・・００
式において、基本点火時期Ｍ　Ａ　Ｐ　Ａ　Ｄ　Ｖは気
筒流人空気１ｉＱＡＣＹＬと回転数Ｎをパラメータとエ
ンジン負荷（前述のＭＡＰＫＭＲも同様）に応じて所定
のテーブルマツプ（３次元マツプ）から最適値がルック
アンプして決定される。

したがって、ＭＡＰＡＤＶはそのときのＭＡＰＫＭＲと
一義的に対応したものとなる。

一方、上記ステップＰ、３で５Ｆ＝０のときは三元条件
が成立していないと判断しＰＩ？で点火補正量ΔＡＤＶ
をゼロとしてＰｌ＆に進む。

なお、このようにして設定された最終点火時期ＡＤＶは
、クランク角センサ１７からのクランク角基準信号Ｒｅ
ｆに応答し所定の割込ルーチンでＩ１０ボート３４にセ
ットされ、ＡＤＶに対応するタイミングで混合気に点火
される。

次いで、ＰＩ３で次式〇に従って燃料噴射量Ｔｉを演算
し、ＰＩ９でこれをＩ１０ボート３４にセットしてルー
チンを終了する。

Ｔｉ＝ＱＡＣＹＬｘＫＭＲｘＣＯＥＦ ＸＡＬＰＨＡ＋Ｔｓ・・・・・・■ 但し、Ｔｉ：インジェクタのパルス幅で表される ＡＬ、ＰＨＡ：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
フローメーター０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に絞弁開度ＴＶＯおよび圧力セン
サー３の信号ＰＢに基づく補正が加えられて算出される
。

ＡＬＰＨＡは酸素センサー７によって検出された空燃比
に基づいて目標値Ｋ　Ｍ　Ｒ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、リーン運転から三元運転領域に移行すると
、前述の第４図（ｅ）に示すように直ちに空燃比がλ＝
１に制御（以下、三元制御という）される。

このとき、点火時期は三元ＫＭＲとそのときのエンジン
負荷に対応して決定される目標空燃比ＭＡＰＫＭＲとの
差に応じて直ちにΔＡＤＶなる補正量で補正され、最適
な最終点火時期ＡＤＶが設定される。この三元制御への
移行に伴う上記点火補正は、先願の装置と異なり、移行
時にテーブルルックアップという過程を経ておらず、単
純な演算処理で瞬時に実行される。したがって、上述の
ような空燃比の急激な移行に十分に追随して最適な要求
点火時期を与えることができ、エンジン１の運転性をよ
り一層向上させることができる。

また、点火補正が簡単な演算処理ですむことから、例え
ば基本点火時期ＭＡＰＡＤＶのエリアを増大させる必要
もなく低コストで近時の要求に沿うエンジンの燃焼制御
装置を提供することができる。

（効　果） 本発明によれば、三元運転領域への移行時に低コストで
直ちに点火時期を最適なものとすることができ、エンジ
ンの運転性をより一層向上させて近時の要求に沿う高レ
ベルのエンジンの燃焼制御装置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２〜７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
図はその三元領域判別のプログラムを示すフローチャー
ト、第４図はその三元条件成立の作用を説明するための
タイムチャート、第５図はその燃焼制御のプログラムを
示すフローチャート、第６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７図はその目標空燃比ＫＭ
Ｒと要求点火時期との関係を示す図である。 １・・・・・・エンジン、 ４・・・・・・インジェクタ（操作手段）、７・・・・
・・点火手段、 １９・・・・・・酸素センサ（空燃比検出手段）、２０
・・・・・・負荷検出手段（三元領域検出手段、目種設
定手段、制御手段、点火時期設定 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
   ンジンが所定の三元運転領域にあることを検出する三元
   領域検出手段と、 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、エンジンが所定の三
   元運転領域に移行すると目標空燃比を三元空燃比に変更
   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、 ｇ）エンジン負荷に基づいて点火時期を設定するととも
   に、エンジンが所定の三元運転領域に移行するとそのと
   きのエンジン負荷に対応して決定される目標空燃比と三
   元空燃比との差に応じて該点火時期を補正する点火時期
   設定手段と、ｈ）点火時期設定手段からの信号に基づい
   て混合気に点火する点火手段と、 を備えたことを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。