JPS62223426A - 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４１９８４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
希薄空燃比領域まで空燃比のフィードバンク制御を行っ
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、近時の要求に沿う空燃比制御装置を本出願
と略同時期に提案している（特願昭６１−３１９８号参
照）。

（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λ＝１となる燃料を供給
しているが、この場合に少しアクセルを戻すと三元条件
から外れるので空燃比が直ちに他の値（例えば、リーン
領域の値）に設定される。

このような空燃比の変化はトルクの急激な変化につなが
り好ましくない。例えば、通常のリーン運転時には空燃
比が２２程度、三元運転時は１４〜１５であるため、リ
ーンと三元をあまり頻繁に繰り返すとトルクの変化が大
きくいわゆるギクシャクした運転性となる。しかし、あ
まり三元運転が多いと燃費の向上という点で劣る。

（発明の目的） そこで本発明は、エンジンが所定の三元運転領域に移行
したとき目標空燃比を三元空燃比に設定するとともに、
エンジンが所定の減速低負荷状態となるまで該目標空燃
比を三元空燃比に保持することにより、多少の減速操作
に拘らず三元運転状態を維持してＮＯｘ低減と燃費向上
を図りつつ、運転性をより一層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、エンジンが所定の三元運転領域にあることを検出
する三元領域検出手段すと、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、エンジンが所定の三元運転領域に移行すると目標空
燃比を三元空燃比に設定する一方、エンジンが所定の減
速低負荷状態となるまで目標空燃比を三元空燃比に保持
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、多少の減
速操作に拘らず三元運転状態を維持するものである。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜６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を通して触媒コンノ＼−
夕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ｌ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がり・ノチからリ
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
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は三元領域検出手
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ボー
ト２４により構成される。ＣＰ　Ｕ２１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
２４より必要とする外部データを取り込んだり、またＲ
ＡＭ２３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２４へ出力する。Ｉ１０ポート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。ＲＯＭ
２２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
で記憶している。

次に作用を説明する。

第３．５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１０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　（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Ｐ４で加速フ
ラグＫＦを立ててＰｓに進み、ΔＴＶＯく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
ｓ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ＴＶ○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９が全閉位置から離れた後の経過時間Ｔｃ
を所定値ｔ０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
ンチ化（λ＝１）を図るためである。Ｔ　ｃ　＜　ｔ　
６のときはＰ７で加速フラグＫＦを判別し、Ｔ≧ｔ０の
ときはＰ８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Ｐ、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、Ｐ５、
Ｐ７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ＰＬｌ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９が全閉位置から開くと、その
後の経過時間Ｔｃが所定値も。の範囲内にあるとき、同
図（Ｃ１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、’ｒｃ＝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図は空燃比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、Ｐ、で三元フラグＳＦが立っているか否かを判別
し、ＳＦ＝　１のときはＰ、□で絞弁開度′ｒＶＯの所
定単位時間内における差分値ΔＴＶＯを演算するととも
に、これを所定の減速判別値Ａ（Ａ＞Ｏ）の負値と比較
する。ΔＴＶＯ＜−Ａのときは減速状態であると判断し
てＰ＋３でそのときの絞弁開度ＴＶＯを所定の負荷判別
値Ｂと比較する。ＴＶＯ＜Ｂのときは低負荷であると判
断し、Ｐ＋４で三元フラグＳＦをリセットしてＰ＋５に
進む。

絞弁開度ＴＶＯは吸入空気量と相関しており、エンジン
の要求負荷を表しているからである。

ＰＩＳでは通常の空燃比制御を行う。なお、上記ステッ
プｐＨで５Ｆ＝Ｏのときも三元条件が成立していないの
で、Ｐｌ”Ｐ＋４をジャンプしてＰＩＳに進む。Ｐ＋５
では、まず通常の目標空燃比Ｋ　Ｍ　Ｒをそのときのエ
ンジン負荷に応じてテーブルルックアップにより決定す
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、いわゆる希薄燃料
システムを考慮したものとなる。

次いで、次式■に従って燃料噴射量Ｔｉを演算し、目標
空燃比ＫＭＲ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　　＝ＱＡＣＹＬｘＫＭＲｘＣＯＥＦＸＡＬＰ
ＨＡ＋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） ■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
以降すると絞弁開度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。

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撮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。これについては詳細を後述する。

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。

一方、ステップＰ１□、ｐＨでＮＯ命令に従うときは減
速状態ではない、あるいは低負荷ではないと判断してＰ
＋６に進む。Ｐ＋６では目標空燃比ＫＭＲを三元空燃比
に設定するとともに、前記■式に従って燃料噴射量Ｔｉ
を演算し空燃比のフィードバック制御を実行（以下、こ
れを単に三元制御という）する。なお、三元空燃比とは
三元触媒本来の機能が存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。

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ｔｅｌに示すように直ちに空燃比が三元
制御されてλ＝１に維持される。このとき、ステップＰ
１□、ＰＩ３で判別される所定の減速低負荷状態にない
限り、アクセルを少し戻したような場合であっても三元
制御が継続して実行される。そして、三元制御実行中に
減速低負荷状態に移行すると三元制御が停止されて、再
び通常のリーン運転に復帰する。したがって、多少の減
速操作に拘らず三元制御が安定して実行され、三元制御
本来の効果であるＮＯｘ低減、燃費向上を図りつつ、運
転性をより一層向上させることができる。上記減速操作
は、通常の加速において生じやすく、かかる場合に従来
と異なり空燃比の急激な変化がないため、トルクの急変
がなく運転性が格段と向上する。

ここで、最後に前述の気筒流入空気量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、１＝０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をに号処理した波形ＰＢＸは脈
動抑制効果のため期間Ｌ２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１ＱＡｃＹＬとは
図中のハツチング部分（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　’は次式〇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７倍したものをつけ加
えて予測している。

一方、上述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、次式〇に従
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）ｘ　ｒＮ’ｌ’ＱＡ
・・・・・・■ ０式において、ＩＮＴＱＡは過渡初１υ１の空気流量Ｑ
ＡＣＹＬである。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
位時間当りの差）がある運転条′件では空気流量の所定
単位時間当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ΔＱＡＣＹＬをＱＡＣＹＬ′に加えたもの（ＱＡＣ
ＹＬ＝ΔＱＡＣＹＬ＋ＱＡＣＹＬ　”）は図に示ずよう
に絞弁間ｇｒｖｏ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となった以降は圧カセンザ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、
前述のフィードバック制御も精密なものとなる。

なお、本実施例では判別値Ａ、Ｂを共に所定の固定値と
しているが、これに限らず、例えば運転条件（回転数Ｎ
等）によって可変とするようにしてもよい。そのように
すれば、減速低負荷状態の判別をよりきめ細かく行うこ
とができる。

また、減速低負荷状態の判別パラメータは本実施例のよ
うな絞弁開度ＴＶＯや差分値ΔＴＶＯに限らず、吸入空
気の圧力ＰＢ、気筒流人空気１ＱＡＣＹＬおよびこれら
の差分値ΔＰＢ、ΔＱＡＣＹＬを用いるようにしてもよ
い。

（効　果） 本発明によれば、三元制御実行時、多少の減速操作に拘
らず三元運転状態を維持することができ、ＮＯｘ低減、
燃費向上を図りつつ、運転性をより一層向上させること
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２〜６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図はその空燃比制御のプログラム
を示すフローチャー１・、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である。 ■・・・・・・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（三元ｊｌ　域
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）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、 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、エンジンが所定の三
   元運転領域に移行すると目標空燃比を三元空燃比に設定
   する一方、エンジンが所定の減速低負荷状態となるまで
   目標空燃比を三元空燃比に保持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。