JPS62223425A - 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　１９Ｂ４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、はぼ理論空燃比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
超希薄空燃比下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一部な空燃比を目
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。このようなり−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。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の空燃比制御装置にって
は、希薄燃焼システムの実効を図るべく目標空燃比が代
表的な運転条件に応じてステップ状に設定される構成と
なっているため（後述の第４図と略同様なので参照）、
特に低速状態からアクセルを少し踏み込んで加速するよ
うな場合（以下、低速変動状態という）、エンジン回転
の若干の変化に対して目標空燃比が直ちに変化する。こ
のため、いわゆる空燃比のハンチングが起きて車のガク
ガク振動を誘発し運転性が損われる。

上記不具合を詳述すると、低速走行時等に速度の微調整
のためアクセルを少しでも動かすと、リーン運転領域と
なりトルクが予忠した程発生しない。そこで、アクセル
を再度踏み込むと、今度はトルクが必要以上に発生して
アクセルを戻すことが必要となる。このようなバクーン
の繰り返しにより車の前後にガクガク振動が発生する。

（発明の目的） そこで本発明は、エンジンが上述のような低速変動状態
に移行すると、その間、目標空燃比の変化変度を所定量
以下に制限することにより、空燃比のハンチングを防止
して車両のガクガク振動を防ぎ、車両の運転性を向上さ
せ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、エンジンの負荷を検出する負荷検出手段
ａと、エンジンが所定の低速変動状態にあることを検出
する変動状態検出手段すと、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、エンジンが所定の低速変動状態に移行するとその間
、目標空燃比の変化速度を所定量以下に制限する目標設
定手段Ｃと、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ｄと、制御手段ｄ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ｅと、を備えており、空燃比のハンチング
を防止して車両のガクガク振動を防ぐものである。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜５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、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ｌＱａ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、吸気ボート近傍の
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
して気筒内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１７により検出
され、酸素センサ１７はその出力Ｖｉ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からの信号はコン
トロールユニット２０に入力される。コントロールユニ
、ト２０はこれらのセンサ情報に基づいて空虚比制御、
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は変動状態検出手
段、目標設定手段および制御手段としての機能を有し、
ＣＰ　０２１、ＲＯＭ２２、ＲＡ　Ｍ　２３およびＩ１
０ポート２４により構成される。ＣＰ　［Ｊ２１はＲＯ
Ｍ２２に書き込まれているプログラムにしたがってＩ１
０ポート２４より必要とする外部データを取り込んだり
、またＲＡＭ２３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、Ｉ５．１Ｇ、１７、Ｉ８
からの信号が人力されるとともに、Ｉ１０ポート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ＣＰＵ２１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１．αしている。

次に作用を説明する。

第３図はＲＯＭ２２に書き込まれている空燃比制御のプ
ログラムを示すフローチャートであり、本プログラムは
所定時間毎に一度実行される。

まず、Ｐ＋でエンジン回転数Ｎと１気筒当りに実際に吸
入される空気流量（以下、気筒流人空気量という）ＱＡ
ＣＹＬをパラメータとして、第４図に示すテーブルマツ
プからそのときの通常の目標空燃比ＫＭＲを算出する。

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。また、上記の場合、本実施
例ではＱＡＣＹＬは定常状態ではエアフローメーク８の
出力に基づいて算出され、過渡状態に移行すると絞弁開
度ＴＶＯおよび圧力センサ１１の信号ＰＢに基づ（補正
が加えられて算出される。

このようなＱＡＣＹＬの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。

ここで、気筒流人空気ｉＱＡ　ＣＹ　Ｌ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、圧カ
センサエ１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１ｚ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ｔ
＋（Ｌ＋　く１２）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
とは図中のハツチング部分（ΔＱＡ　ＣＹ　Ｌ）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　　・・・・・・
００式において、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（
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、上記のハツ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
ってズレの補正骨である流量補正値ΔＱＡＣＹＬを演算
する。

ΔＱＡｃＹＬ＝　（ΔＴＶＯ／Ｎ）ｘ　Ｉ　ＮＴＱＡ・
・・・・・■ ■式において、Ｉ　ＮＴＱＡは過渡初期の空気流量ＱＡ
ＣＹＬであり、例えば絞弁開度ＴＶＯを用いる。この０
式は、ΔＴＶ○／Ｎすなわち１回転当たりの差分値ΔＴ
ＶＯ（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の所定単位時間当たりの差を代
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ΔＱＡ
ＣＹＬをＱＡＣＹＬ′に加えたもの（ＱＡＣＹＬ＝ΔＱ
ＡＣＹＬ＋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ＰＢＸ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１
１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、
前述のフィードバンク制御も精密なものとなる。

さて、以上を踏まえて再び第３図のプログラムに戻る。

Ｐ、を経た後は、Ｐ２で絞弁開度ＴＶＯを所定値Ａと比
較し、ＴＶＯ＜Ａのときは大幅な加速状態ではなく、い
わゆるアクセルのチョイ踏み程度であると判断してＰ３
で車速Ｖｓｐの判別を行う。

車速Ｖｓｐが次式０式を満足するときは、低速走行であ
ると判断してＰ４に進む。

２ｋａ＋／　ｈ　＜　Ｖｓｐ＜２０ｋｍ／　ｈ　　　　
−・・・■Ｐ４では前回の目標空燃比Ｋ　Ｍ　Ｒ、−、
と今回の目標空燃比ＫＭＲとの差値ΔＫＭＲを次式■で
求め、これを所定値Ｂと比較してＰ６に進む。

ΔＫＭＲ＝ＫＭＲ，−，−ＫＭＲ・・・・・・■差値Δ
ＫＭＲは空燃比の段差に相当しており、この段差が所定
値Ｂより大きいとき（ΔＫＭＲ＞Ｂのとき）はＰ、で今
回の目標空燃比ＫＭＲを次式■に従って補正する。

Ｋ　Ｍ　Ｒ＝Ｋ　Ｍ　Ｒ（−１−Ｂ　　　・・・・・・
■したがって、Ｐ２、ＰＩで判別される所定の低速変動
状態に該当するときは目標空燃比ＫＭＲが第４図に示す
テーブルマツプから直ちに一義的に決定されず、上記０
式に従い所定値Ｂなる速度で斬次マツプのＫ　Ｍ　Ｒに
移行してい（。

一方、上記各ステップＰ２〜Ｐ４でＮＯ命令に従うとき
はＰ、をジャンプしてＰ６に進む。Ｐ６では次式〇に従
って燃焼噴射量Ｔｉを演算し、目標空燃比となるように
空燃比のフィードバック制御（Ｆ／Ｂ制御）を実行する
。

Ｔ　ｉ　＝ＱＡＣＹＬｘＫＭＲｘＫＴＷｘＣＯＥＦＸＡ
ＬＰＨＡ＋Ｔｓ・・・・・・■ 但し、Ｔｉ：インジェクタのパルス幅で表される ＡＬＰＨ／１：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８の出力に基づいて算出され、過渡状態に
移行すると絞弁開度ＴＶＯおよび圧力センサ１１の信号
ＰＢに基づく補正が加えられて算出される。ＫＴＷは冷
却水温による補正係数である。

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。ＡＬ　Ｐ　ＨＡ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。

したがって、低速変動状態にあるときはアクセルのチョ
イ踏みに拘らず目標空燃比ＫＭＲが直ちに変化せず■式
のような緩やかなものに補正される。このため、従来と
異なり空燃比のハンチングが防止されて、車両のガクガ
ク振動の誘発を防止することができる。

なお、本実施例では低速変動状態のときＫＭＲを緩やか
に変化させているが、これに限らず、例えば該状態のと
きＫＭＲの変化を停止するようにしてもよい（変化速度
を非常に小さくした場合に相当）。

また、低速変動状態のときはＫＭＲの上限を設定するよ
うにしてもよく、かかる上限設定は特に高負荷状ｓ　（
Ａ／Ｆ＝１２〜１３）から絞弁を戻すようなときに本発
明の効果が有効に発揮され、ガクガク振動が防止される
。これについては、逆に極低負荷ゾーンでもＡ／Ｆ＝１
２〜１３に設定されることがあるので、その場合にアク
セルのチョイ踏み時にＡ／Ｆ＝１２〜１３の空燃比が長
時間保持されるのを防ぐことができるという効果もある
。

なお、低速変動状態の検出パラメータの１つは絞弁開度
に限らず、例えばアイドルスイッチからの情報を用いる
ようにしてもよい。

（効　果） 本発明によれば、低速変動状態に移行したとき目標空燃
比の変化速度を制限しているので、空燃比のハンチング
を防止して車両のガクガク振動を防ぐことができ、車両
の運転性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜５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
図はその空燃比制御のプログラムを示すフローチャート
、第４図はその目標空燃比ＫＭＲの特性を示す図、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（変動状態検出
手段、目標設定手段、制御手段）。 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、ｂ）エ
   ンジンが所定の低速変動状態にあることを検出する変動
   状態検出手段と、 ｃ）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、エンジンが所定の低
   速変動状態に移行するとその間、目標空燃比の変化速度
   を所定量以下に制限する目標設定手段と、 ｄ）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、 ｅ）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。