JPS62218632A - 内燃機関の空燃比制御装置 - 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〕 この発明は機関の低中負荷域において空燃比を超リーン
に設定する所謂リーン燃焼システムを備えた内燃機関に
関する。

〔従来の技術〕

所謂リーン燃焼システムを備えた内燃機関では機関の低
中負荷域では空燃比は超リーンに設定され、機関が出力
を必要とする高負荷運転域において空燃比はリッチに切
替られる。この切替時にトルクが急に変化するのを防止
するため、空燃比が徐々に変化するようになまし制御を
行うものや（特開昭５８−４８７４６号）、点火時期を
一次的に遅角させるものが提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

空燃比をリーンとリッチとで切り替える際に従来のよう
に空燃比を徐々に変化させる方式の場合、切替の手前の
負荷の高くない状態がら空燃比がリッチとなるため、こ
の負荷の高くない状態での窒素酸化物（Ｎｏｘ）の排出
量が増大する問題がある。

一方、点火時期を遅角させる対抗策では排気温度が増大
したり、燃料消費率が悪化するといった、点火時期を遅
角させると通常起こる問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図において、この発明の内燃機関の空燃比制御装置
は、通常の吸気絞り弁とは独立に内燃機関への吸入空気
量を制御することができる吸入空気供給手段ｌと、内燃
機関に燃料を供給するための手段２と、空燃比がリッチ
側の値をとるように燃料供給手段２からの燃料供給量を
設定するための手段３ａと、空燃比がリーン側の値をと
るように燃料供給手段からの燃料供給量を設定するため
の手段３ｂと、内燃機関の負荷因子を検知するための手
段４と、機関の負荷に応じて空燃比の設定をリーンとリ
ッチとの間で切り替える手段５と、空燃比の設定がリー
ンとリッチとの間で切り替わるときに、吸入空気供給手
段を開閉駆動する制御手段６とより成る。

好ましい実施例によれば、前記制御手段６は、吸入空気
供給制御手段１への信号を保持する双安定手段６ａと、
設定手段５により設定される負荷閾値を超えたときに吸
入空気制御手段１を閉鎖させる信号を出力するゲート手
段６ｂと、前記の負荷の閾値より低い第２の負荷の閾値
を設定する手段６ｃと、負荷がこの第２の閾値を下回っ
たときに吸入空気制御手段１を開放させる信号を出力す
る第２のゲート手段６ｄとより成る。

〔実施例〕

以下この発明の詳細な説明すると、第２図において、１
０はシリンダブロック、１２はピストン、１４はシリン
ダヘッド、１６は燃焼室、１白は点火栓、２０は吸気弁
、２２は吸気ボートである。吸気ボート２２は吸気管２
４、サージタンク２６、スロットルボデイ２８を介して
エアークリーナ３０に接続される。３２は燃料インジェ
クタである。燃焼室１６は図示しない排気弁及び排気ボ
ートを介して排気管３４に接読される。３６はディスト
リビュータである。

スロルソトルボデイ２８内に吸気絞り弁（スロットル弁
）３８が配置される。スロ７）ル弁３８を迂回するバイ
パス通路４０が設置され、このバイパス通路４０にバイ
パス制御弁４２が設置される。バイパス制御弁４２を開
閉することにより吸入空気量をステップ的に変化させる
ことができるようになっている。

制御回路４６は燃料インジエクタ３２及びバイパス制御
弁４２の駆動制御用の制御回路であり、実施例ではマイ
クロコンピュータシステムとして構成される。制御回路
４６はマイクロプロセシングユニット（ＭＰＵ）４６ａ
と、メモリ４６ｂと、出力ポート４６Ｃと、入力ボート
４６ｄと、これらの要素間を接続するバス４６ｅとより
成る。

入力ボート４６ｄには種々のエンジン運転条件センサが
接続され、エンジン運転条件信号が印加される。ディス
トリビュータ３６にはクランク角センサ５０．５２が設
置される。第１のクランク角センサ５０はクランク軸の
７２０°回転毎にパルス信号を発生し、これは基準信号
となる。一方第２のクランク角センサ５２はクランク軸
の例えば３０°毎に信号を発生し、これは回転数を知る
のに使用されるとともにクランク角割り込みルーチンの
起動信号となる。サージタンク２６に吸気管圧力センサ
５４が設置され、吸気管の絶対圧力に対応する機関の負
荷状態信号を得ることができる。エンジン水温センサ５
６はエンジン本体１０に設置され、ウォータジャケット
の冷却水温度に応じた信号を得ることができる。排気管
３４に空燃比センサ５８が設置され、空燃比に応じた信
号を得ることができる。

出力ポート４６Ｃは燃料インジェクタ３２及びバイパス
制御弁４２に接続される。出力ポート４６ｃは後述のフ
ローチャートに従って燃料インジェクタ３２及びバイパ
ス制御弁４２の作動信号がセントされる。

以下この発明の作動をフローチャートによって説明する
。第３図は燃料噴射ルーチンを示しており、このルーチ
ンは燃料噴射開始時期に相当する所定のクランク角度を
クランク角センサ５０及び５２によって検知することに
より実行開始されるクランク角割り込みルーチンである
。ステップ７０でエンジン回転数Ｎｅ及び負荷代表値と
しての吸気管圧力ＰＭより基本燃料噴射量’ｒ　ｐが演
算される。即ち、メモリ４６ｂにはエンジン回転数及び
吸気管圧力の組合せに対する基本噴射量のマツプがあり
、ＭＰＵ４６ａはクランク角センサ５２より計算される
エンジン回転数及び吸気管圧力センサ５４により実測さ
れる吸気管圧力より基本燃料噴射量の補完演算を実行す
る。

ステップ７０では最終燃料噴射［’ｌ’ＡＵが、ＴＡＵ
＝ＴＰＸＫＬＥＡＮＸα十β によって演算される。ここに、ＫＬＥＡＮはリーン補正
係数であり、後述のように設定される。また、α、βは
この発明と直接関係しないため説明を省略する補正係数
、補正量を代表的に示す。そのような補正として空燃比
センサ５８により検知される空燃比信号に基づくフィー
ドバック補正や、温度センサ５６からの信号に基づく水
温補正等があるのは周知の通りである。

ステップ７４では燃料噴射信号の出力を示す。

即ち、出力ポートに燃料噴射信号がセットされ、ＴＡＵ
に基づき燃料噴射信号が経過すると燃料噴射信号は停止
され、燃料噴射が終了される。

第４図はリーン補正係数設定く及びバイパス制御弁の駆
動ルーチンであり、このルーチンは所定の短い時間間隔
、例えば１５ｍ秒毎に実行される。

ステップ８０では吸気管圧力ＰＭ≧所定値ＰＭ。

か否か判別される。機関の低、中負荷域においてはＰＭ
＜ＰＭ、であることからＮＯとなり、ステップ８２でＫ
ＬＥＡＮ＝１．０か否か判別される。

低、中負荷時にはリーンに設定されていることからＮｏ
と判定され、ステップ８４に進み出力ポートよりバイパ
ス制御弁４２を開放すべき信号が出力される。次にステ
ップ８６では、リーン補正係数ＫＬＥＡＮが例えば０．
６５に設定される。このＫＬＥＡＮ＝０．６５の値は空
燃比を例えば２２．４の程度の超リーンに設定する値で
ある。

機関高負荷時にはＰＭ≧ＰＭ、でありＹｅｓと判定され
、ステップ８８に進み、出力ポートよりバイパス制御弁
４２を閉鎖させる信号が印加されろう。次に、ステップ
９０ではリーン補正係数ＫＬＢＡＮが１．０に設定され
る。この場合、空燃比はリッチ側の値となり、例えば１
４．５に設定される。

このようにして空燃比がリッチに設定された後負荷が低
下し、ＰＭ＜ＰＭ、となるとステップ８゜でＮｏの判定
となり、ステップ８２ではＹｅｓと判定され、ステップ
９２に進み、Ｐ　Ｍ　；ｉ：Ｐ　Ｍ　２か否か判別され
る。圧力ＰＭがＰＭ２より依然大きいときは（Ｙｅｓ）
、ステ・ノブ８８に進む。圧力ＰＭがＰＭ、より小さく
なると（Ｎｏ）、ステップ８８よりステップ８４に進み
、出力ポートよりバイパス制御弁４２を開放すべき信号
が出力され、空燃比はリーンの設定に戻される。

第５図はこの発明におけるトルク変化を模式的に示す線
図である。空燃比のリーン設定時には吸気管圧力がＰＭ
、の値になるまでトルクは空燃比リーン時の特性に従っ
てｌのように変化する。このときバイパス制御弁４２は
開弁状態である。吸気管圧力ＰＭ＝ＰＭ、まで負荷が増
大すると（■の時点）、空燃比はリッチとなり、リッチ
時のトルク特性に従ってｍのように変化する。リッチ設
定に入るとき同時にバイパス制御弁４２が閉弁される。

そのため、その分吸入空気量が直線ｎのようにステップ
的に低下し、これは機関の発生トルクを低下させる（■
の時点）、この低下分は空燃比をリッチにすることによ
るトルク増加分と丁度相殺するように設定される。換言
すれば、吸気管圧力がＰＭ、のときのリーン時のトルク
と吸気管圧力Ｐ　Ｍ　２のときのリッチ時のトルクとが
等しくなるように前記圧力は設定される。かくして、空
燃比切替時のトルクの急変が防止され、滑らかな切替特
性を実現することができる。

第６図は第２実施例を示しこれは、バイパス制御弁４２
が開から閉に切り替わるときの吸気管圧力ＰＭ＋　での
リーン時のトルクの値と閉から開に切り替わるときの吸
気管圧力ＰＭｆｆでのリッチ時のトルクとを若干後者が
小さくなるように違わせヒステリシスを持たせているこ
とを特徴とする。

第１実施例ではバイパス制御弁は０Ｎ−ＯＦＦ型として
説明したが、この第２の実施例ではバイパス制御弁４２
は開度特性が可変となるように構成され、例えば、ステ
ップモータに連結され所望の開度を持つことが可能に構
成される。後述の説明から理解されようが、バイパス制
御弁４２は開度は連続にとることができる必要はなく単
なる開閉弁でも良いが、少な（とも、閉状態に移行する
前の開状態での開度と、閉状態から開状態に移ったとき
の開度とが異なるように構成される必要はある。

第７図は第２実施例の制御回路の作動を説明するフロー
チャートを示す。これは第４図に似ているので、相違し
たところを中心に説明し、同じところは同一の番号を付
し詳しい説明を省略する。

リーン状態ではステップ８０．８２でＹｅｓと判定され
るので、ステップ８４Ａに進み、このステップではバイ
パス制御弁４２の駆動用ステップモータの位置をＳ　Ｔ
　Ｅ　Ｐ　＝　ａに設定する。そのため、バイパス制御
弁４２はステップモータのこの位置によって決まる開度
を持つことになる。

吸気管圧力ＰＭが所定値ＰＭ、より大きくなると（第７
図の■）、ステップ８０よりステップ８８Ａに進み、ス
テップモータのステップ数５ＴＥＰ＝０に設定され、そ
のためバイパス制御弁４２は閉鎖され、同時にリッチ状
態に移行し、このときの吸気管圧力はＰＭ２となる（第
７図の■）。バイパス制御弁４２の開から閉でトルクが
変化しないように閉となる以前のバイパス制御弁４２の
開度、即ちステップ数ａが決められる。即ち、ステップ
数ａは切替点におけるリーン設定でバイパスが開く吸気
管圧力ＰＭ、’）のときと、リッチ設定でバイパスが閉
（吸気管圧力ＰＭｚ）のときとでトルクとが一致するよ
うに決められる。

負荷が減少に移行し、吸気管圧力ＰＭが所定値Ｐ　Ｍ：
ｌ　　（＜　Ｐ　ＭＺ　）となると（第７図の■）、ス
テップ９２Ａよりステップ８４Ｂに進み、ステップ数５
ＴＥＰ＝ｂに設定され、同時にリーン設定に戻り吸気管
圧力ＰＭ＝ＰＭ４となる（第７図の■）。バイパス制御
弁４２の閉から開でトルクが変化しないようにバイパス
制御弁の開度、即ちステップ数すが決められる。即ち、
ステップ数すは切替点におけるリッチ設定でバイパスが
閉（吸気管圧力ＰＭｉ）のときとリーン設定でバイパス
が開（吸気管圧力ＰＭ、）のときとでトルクが一致する
ように決められ。このような設定により、ヒステリシス
を持たせたにも係わらず、バイパス制御弁を閉から開に
したときも、開から閑にしたときもショックのない円滑
な切替を実行することができる。

〔発明の効果〕

第８図は従来におけるリーンとリッチとの切替時のトル
ク特性を示す。この場合、リーンとリッチとでは切替時
の負荷でのトルクがｐのように急激に変化するのでショ
ックの発生がある。この発明では切替時にバイパス制御
弁４２を開閉制御することによりトルクの急変のない円
滑な切替を実行することができる。

尚、実施例ではスロットル弁を迂回するバイパス通路を
設け、バイパス通路上の制御弁を駆動しているが、この
代わりにスロットル弁を２重に設置し、これをステップ
モータ等の回転モータによって駆動してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示す図。 第２図はこの発明の実施例の全体を示す図。 第３図及び第４図は第２図の制御回路の作動を説明する
フローチャート。 第５図は第１実施例におけるリッチとり−ンとの切替に
おけるトルク特性を説明するグラフ。 第６図は第２実施例におけるバイパス制御ルーチンのフ
ローチャート。 第７図は第２実施例の空燃比切替時のトルク特性を説明
するグラフ。 第８図は従来におけるリッチとリーンとの切替におおけ
るトルク特性を説明するグラフ。 １０・・・エンジン本体 ２４・・・吸気管 ２６・・・サージタンク ３２・・・燃料インジェクタ ３８・・・スロットル弁 ４０・・・バイパス通路 ４２・・・バイパス制御弁 ４６・・・制御回路 ５０．５２・・・クランク角センサ ５４・・・吸気管圧力センサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、以下の構成要素より成る内燃機関の空燃比制御装置
   、 通常の吸気絞り弁とは独立に内燃機関への吸入空気量を
   制御することができる吸入空気供給手段、内燃機関に燃
   料を供給するための手段、 空燃比がリッチ側の値をとるように燃料供給手段からの
   燃料供給量を設定するための手段、空燃比がリーン側の
   値をとるように燃料供給手段からの燃料供給量を設定す
   るための手段、内燃機関の負荷因子を検知するための手
   段 機関の負荷に応じて空燃比の設定をリーンとリッチとの
   間で切り替える手段、 空燃比の設定がリーンとリッチとの間で切り替わるとき
   に、切替時のトルク変動を吸収するように吸入空気供給
   手段を開閉駆動する制御手段。 ２、前記制御手段は、吸入空気供給制御手段への信号を
   保持する双安定手段と、設定手段により設定される第１
   の負荷閾値を超えたときに吸入空気制御手段を閉鎖させ
   る信号を出力するゲート手段と、前記の第１の負荷の閾
   値より低い第２の負荷の閾値を設定する手段と、負荷が
   この第２の閾値を下回ったときに吸入空気制御手段を開
   放させる信号を出力する第２のゲート手段とより成り、
   第１の負荷閾値でのリーン運転時のトルクと、第２の負
   荷閾値でのリッチ運転時のトルクとは実質的に等しく設
   定される特許請求の範囲１、に記載の内燃機関の空燃比
   制御装置。 ３、吸入空気供給手段の閉への切り替わり前の開状態で
   の空気量と、閉からの切り替わり後の開状態での空気量
   とを変化させ、ヒステリシスを持たせた特許請求の範囲
   １、に記載の内燃機関の空燃比制御装置。