JPS6338640A - 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） 本発明は、自動車等内燃機関の空燃比制御装置、詳しく
は、絞り弁開度の変化量に応じて吸入空気量を補正し、
急減速時の空燃比改善を図る内燃機関の空燃比制御装置
に関する。

（従来の技術） 一般に、内！１！、機関の負荷変動に対しては応答性良
く燃料量を制御することが必要であり、この応答性の面
で燃料噴射装置（インジェクタ）は最適である。ところ
で、インジェクタはその作動に伴ってメカニカルノイズ
を発生するため、インジエフタの設置個数が増すほど静
粛性が悪化するという問題点があった。

このようなことから、近時、単一のインジェクタによる
、いわゆるシングルポイントインジェクション（ＳＰｉ
）方式のものが採用されている。

従来のこの種のＳＰｉ方式を適用した内燃機関の空燃比
制御装置としては、例えば「内燃機関」ＶＯＬ２５　Ｎ
ｏ３２０１９８６年７月山海堂発行、Ｐ６５〜６９に記
載されたものがある。この装置では、インテークマニホ
ールドの集合部に連結されたスロットルチャンバ内にス
ロットル弁を設け、そのスロットル弁の上流側に単一の
インジェクタが配設される。

燃料は各気筒の点火時期に対応した噴射信号によってイ
ンジェクタから噴射され、スロットル弁の開度に応じた
吸入空気量と混合されて混合気となる。この混合気はイ
ンテークマニホールドの各ブランチを介して各気筒に供
給され、点火プラグにより着火、燃焼する。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の内燃機関の空燃比制御
装置にあっては、スロットル弁の上流側から燃料が噴射
され、この燃料はスロットル弁の開口部を通過する空気
流によって生ずるスロットル弁前後の負圧差により微粒
化される構成となっていたため、スロットル弁の開度が
大きいときには、上述した負圧差が減少し、その結果、
微粒化されない燃料、いわゆる液状燃料が発生してイン
テークマニホールド内に壁面付着燃料として滞留する。

ところで、走行中に急にアクセルペダルを離すと（急減
速すると）、インテークマニホールド内の負圧が急激に
上昇し、この高い負圧により上述した壁面付着燃料の気
化が促進される。したがって、燃焼室に供給される混合
気の空燃比が一時的に過濃状態となって、排気エミッシ
ョンの悪化（すなわち、Ｃ０１ＨＣの増加）や、最悪の
場合（可燃限界を越えた過濃状態の場合）には失火およ
びバツクファイアが発生するという問題があった。

（発明の目的） そこで本発明は、絞り弁開度の変化量から減速の状態を
判別し、該状態に応じて吸入空気量を増量補正すること
により、急減速時の一時的な空燃比の過濃化を防止して
、エンジンの運転性を安定させることを目的としている
。

（問題点を解決するための手段） 本発明による内燃機関の空燃比制御装置は上記目的達成
のため、その基本概念図を第１＠に示すように、エンジ
ンの運転状態を検出する運転状態検出手段ａと、絞り弁
の開度を検出する開度検出手段すと、絞り弁の開度の変
化量からエンジンの減速状態を判別する減速判別手段Ｃ
と、エンジンが所定の運転状態に移行すると開度検出手
段すの出力に基づいてバイパス制御弁の開度面積の組合
わせを決定する組合わせ決定手段ｄと、エンジンの運転
状態に基づいて１燃焼サイクルにエンジンに供給する燃
料供給量を演算し、気筒毎のタイミングで供給信号を出
力する供給量決定手段ｅと、供給量決定手段ｅの出力に
基づいてエンジンに燃料を供給する燃料供給手段ｆと、
吸気通路の絞り弁をバイパスする通路に配設され、面積
の異なる複数の前記バイパス制御弁を有し、組合わせ決
定手段ｄにより決定された所定の組合わせに基づき所定
数の該バイパス制御弁を操作してエンジンに供給する吸
入空気量を変える空気量可変手段ｇと、を備えている。

（作用） 本発明では、絞り弁開度の変化量から減速状態が判別さ
れ、該状態に応じて吸入空気量が増量補正される。した
がって、急減速時におけるインテークマニホールド内の
一時的な負圧上昇が回避され、空燃比の過濃化が防止さ
れる。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜１１図は本発明の一実施例を示す図であり、本発
明をＳ　Ｐ　ｉ　　（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｐｏ１ｎｔ　Ｉｎ
ｊｅｃｔｉｏｎ）方式の４気筒エンジンに適用した例で
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からスロットルチャ
ンバ３を経て、ヒータ制御信号Ｓィにより０Ｎ１０ＦＦ
するＰＴＣヒータ４で加熱された後、インテークマニホ
ールド５の各ブランチより各気筒に供給され、燃料は噴
射信号Ｓ　Ｔ　ｉに基づきスロットル弁（絞り弁）６の
上流側に設けられた単一のインジェクタ（燃料供給手段
）７により噴射される。各気筒には点火プラグ１０が装
着されており、点火プラグ１０にはディストリビュータ
１１を介して点火コイル１２からの高圧パルスＰＵＬＳ
Ｅが供給される。気筒内の混合気は高圧パルスＰＵＬＳ
Ｅによる点火プラグ１０の放電によって着火、爆発し、
排気となって排気管１４を通して触媒コンバータ１５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マフラ１６から排
出される。

ここで、吸入空気の流れはアクセルペダルに連動するス
ロットルチャンバ３内のスロットル弁６により制御され
、アイドリング時にはスロットル弁６はアイドル時の最
低空気量を確保するに必要な分だけ若干量いているのみ
である。したがって、アイドリング時の空気の流れはバ
イパス通路１８を通り、開度信号５ｔｓｃ＋に基づいて
作動するアイドルアップソレノイドバルブ（以下、ＳＶ
、という）および開度信号５ＩＬｅ２に基づいて作動す
るアイドルアップソレノイドバルブ（以下、Ｓ　Ｖ　ｚ
という）により、適宜必要な空気が確保される。ＳＶ、
およびＳＶｔは互いに異なった面積の弁体を有しており
、その面積比は例えばＳＶ、が「２」に対しＳｖｚはｒ
ｌＪに設定される。なお、ＳＶ、、ＳＶ、は一体として
空気量可変手段２１を構成する。

また、各気筒の吸気ボート近傍にはスワールコントロー
ル弁２２が配設されており、スワールコントロール弁２
２はロッド２３を介してサーボダイヤフラム２４に連結
される。サーボダイヤフラム２４には電磁弁２５から所
定の制御負圧が導かれており、電磁弁２５にはデユーテ
ィ値Ｄ　ｓｃｖを有するスワール制御信号Ｓ　ｓｃｖに
基づいてインテークマニホールド５から供給される負圧
を大気に漏出（リーク）することによって、サーボダイ
ヤフラム２４に導入する制御負圧を連続的に変える。サ
ーボダイヤフラム２４はこの制御負圧に応動し、ロッド
２３を介してスワールコントロール弁２２の開度を調整
する。

スロットル弁６の開度αはスロットルセンサ３０により
検出され、冷却水の温度Ｔｗは水温センサ３１により検
出される。また、エンジンのクランク角Ｃａはディスト
リビュータ１１に内蔵されたクランク角センサ３２によ
り検出され、クランク角Ｃａを表すパルスを計数するこ
とによりエンジン回転数Ｎを知ることができる。上記、
スロットルセンサ３０およびクランク角センサ３２は一
体として運転状態検出手段を構成するとともに、スロッ
トルセンサ３０は角度検出手段の機能も有する。排気管
１４には酸素センサ３３が取り付けられており、酸素セ
ンサ３３は空燃比検出回路３４に接続される。空燃比検
出回路３４は酸素センサ３３にポンプ電流１ｐを供給す
るとともに、このポンプ電流Ｉｐの値から排気中の酸素
濃度を検出し、空燃比信号Ｖｉｐとして出力する。変速
機の操作位置は位置センサ３６により検出され、車両の
速度Ｓ　ｖｓｒは車速センサ３７により検出される。ま
た、エアコンの作動はエアコンスイッチ３８により検出
され、パワステの作動はパワステ検出スイッチ３９によ
り検出される。

上記各センサ３０．３１．３２．３４．３６．３７．３
８および３９からの信号はコントロールユニット５０に
入力されており、コントロールユニット５０はこれらの
センサ情報に基づいてエンジンの燃焼制御（点火時期制
御：燃料噴射制御等）を行う。すなわち、コントロール
ユニット５０は減速判別手段、組合わせ決定手段および
供給量決定手段としての機能を有し、ＣＰＵ５１、ＲＯ
Ｍ５２、ＲＡＭ５３および■１０ポート５４により構成
される。ＣＰ　Ｕ５１はＲＯＭ５２に書き込まれている
プログラムに従って■／○ボート５４より必要とする外
部データを取り込んだり、またＲＡＭ５３との間でデー
タの授受を行ったりしながらエンジンの燃焼制御に必要
な処理値を演算し、必要に応じて処理したデータをＩ１
０ポート５４へ出力する。Ｉ１０ポート５４には上記各
センサ３０．３１．３２．３４．３６．３７．３８およ
び３９からの信号が入力されるとともに、【１０ポート
５４からは前記各信号ＳＴｉ、Ｓ　ＩＧＮ　％　Ｓ　＋
ｓｃ＋−，Ｓ　＋ｓｃｚ、ＳｓｃｖおよびＳＨが出力さ
れる。ＲＯＭ５２はＣＰＵ５１における演算プログラム
を格納しており、ＲＡＭ５３はその一部が不揮発性メモ
リからなり、エンジン１停止後もその記憶内容が保持さ
れる。

次に、作用を説明するが、最初に空気流量の算出システ
ムについて説明する。

本実施例では空気流量の検出に際して従来のようなエア
フローメータ等を設けておらず、スロットル開度αおよ
びエンジン回転数Ｎをパラメータとしてインジェクタ７
の部分を通過する空気１ＱＡｉｎｊ　（以下、インジェ
クタ部空気量という）を算出するという方式（以下、単
にα−Ｎシステムという）を採っている。

このようなα−Ｎシステムによってインジェクタ部空気
量Ｑ　Ａｉ　ｎ　ｊを算出しているのは、次のような理
由による。

すなわち、上記従来のセンサによると、（イ）吸気脈動
によるセンサ出力の変動が大きく、これは燃料の噴射量
の変動を引き起こし、トルク変動を生じさせる、 （ロ）センサの応答性の面で過渡時に検出誤差が大きく
なる、 （ハ）上記センサはコストが比較的高い、という面があ
るためで、本実施例ではかがる観点から低コストで応答
性、検出精度に優れたα−Ｎシステムを採用している、
また、特にＳＰｉ方式のエンジンにあっては、このα−
Ｎシステムを採用することで、空燃比の制御精度が格段
と高められる。

以下、本システムによるインジェクタ部空気量Ｑ　Ａ　
ｉ　ｎ　ｊの算出を説明する。

第３図はシリンダ空気量ＱＡｃｙＬの算出プログラムを
示すフローチャートである。まず、Ｐ、で前回ノＱＡｃ
ｙＬヲオールド値ＱＡｃＶＬ′としてメモリに格納する
。ここで、Ｑ　Ａ　ｃ　ｙ　Ｌはシリンダ部を通過する
吸入空気量であり、従来の装置（例えば、ＥＧｉ方弐の
機関）での吸入空気ｉＱａに相当するもので、後述する
第８図に示すプログラムによってインジェクタ部におけ
る空気量ＱＡｉ。を演算するときの基礎データとなる。

次いで、Ｐｔで必要なデータ、すなわちスロットル開度
α、ＩＳＣバルブ２１への開度信号Ｓ＋ｓｃおよびエン
ジン回転数Ｎを読み込む。

Ｐ３ではスロットル開度αに基づいてスロットル弁６が
装着されている部分における流路面積（以下、スロット
ル弁流路面積という）Ａαを算出する。これは、例えば
第４図に示すテーブルマツプから該当するＡαの値をル
ックアップして求める。Ｐ４では同様に開度信号５ＩＳ
ｅに基づきあらかじめ設定しているバイパス路面積Ａ、
を算出し、Ｐ　４５で次式■に従って聡流路面積Ａを求
める。

Ａ＝Ａα＋Ａ、　・・・・・・■ 次いで、Ｐ、で定常空気ＩＱイを算出する。この算出は
、まず総流路面積Ａをエンジン回転数Ｎで除してＡ／Ｎ
を求め、このＡ／Ｎとエンジン回転数Ｎをパラメータと
する第５図に示すようなテーブルマツプから該当する定
常空気量ＱＨＯ値をルックアップして行う。

次いで、Ｐ７で八とＮをパラメータとして第６図に示す
テーブルマツプからインテークマニホールド５の容積を
考慮した遅れ係数に２をルックアップし、Ｐ、で次式〇
に従ってシリンダ空気ＩＱＡｃｙｌを算出してルーチン
を終了する。

ＱＡｃｙｔ＝ＱＡｃｙｔ”　（Ｉ　　Ｋ２）　＋ＱＨＸ
Ｋ２・・・・・・■ 但し、ＱＡｅｙＬ’：ｐ、で格納した値このようにして
求めたシリンダ空気量ＱＡｃｙ【は本実施例のようなＳ
Ｐｉ方式でなく、例えば吸気ポート近傍に燃料を噴射す
るＥＧｉ方式の機関にはそのまま適用することができる
。しかし、本実施例はＳＰｉ方式であるから、インジェ
クタ部空気！ｉｔ　Ｑ　Ａ　ｉ。ｊを求める必要があり
、この算出を第７図に示すプログラムで行っている。同
プログラムでは、まず、Ｐｌ＋で次式■に従って吸気管
内空気変化量ΔＣＭを求める。このΔＣＭはシリンダ空
気ｈｔ　Ｑ　ａ　Ｃｙ　ｔに対して過渡時にスロットル
チャンバ３内の空気を圧力変化させるための空気量を意
味している。

ΔＣＭ＝　ＫＭ　Ｘ　（ＱＡｃｙｔ　　ＱＡ、、、　’
　）　／　Ｎ・・・・・・■ ■弐において、Ｋ、４はインテークマニホールド５の容
積に応じて決定される定数であり、エンジン１の機種等
に応じて最適値が選定される。次いで、Ｐ、ｔで次式■
に従ってインジェクタ部空気量Ｑ　Ａｒ　ｎ　ｊを算出
する。

Ｑ　Ａ１ｎ１　＝　ＱＡｅｙＬ＋ΔＣＭ　・・・・・・
■このようにして求めたＱ　Ａ　ｉ　ｎ　ｊはスロット
ル弁開度αを情報パラメータの一つとしていることから
応答性が極めて高く、また実験データに基づくテーブル
マツプによって算出しているので、実際の値と正確に相
関し検出精度が高い（分解能が高い）。さらに、既設の
センサ情報を利用し、マイクロコンピュータによるソフ
トの対応のみでよいから低コストなものとなる。特に、
ＳＰｉ方式のようにスロットルチャンバ３の上流側で燃
料を噴射するタイプに適用することは極めて好都合であ
る。

次に、本題である問題点解決の作用について述べる。

−ｉに、シングルポイントインジェクション（ＳＰｉ）
方式等に代表されるような燃料を一個所から供給して各
気筒に分配するタイプのものにあっては、絞り弁の開度
により燃料の気化率が左右される。すなわち、絞り弁の
開度が小さい範囲では、吸気管内の圧力が大気圧に比べ
て低い（負圧が高い）ので気化率が高まり、一方、絞り
弁の開度が大きい範囲では反対に気化率が低下する。

したがって、加速時等の絞り弁開度が大きい走行状態に
あっては燃料の一部が気化されず、液状燃料となって吸
気管内に流入し、管壁に付着濃密する。

ところで、このような状態において急減速（絞り弁を急
に閉じる）を行うと、吸気管の内圧が急激に減少しく負
圧が上昇し）、その結果、管壁に付着滞留していた液状
燃料が急激に気化して、混合気の空燃比が一時的に過？
ａ化（オーバーリツチ化）となる。空燃比の過濃化は三
元触媒の酸化の作用を低下させ、排気エミッションを悪
化させる（Ｃｏ、ＨＣの転化率の低下）。さらに、過濃
化が可燃限界を越えたときは、失火およびパックファイ
アを発生させるという問題があった。

そこで本実施例では、急減速時における吸気管内圧の急
激な減少（負圧の上昇）が、上述した問題の原因である
ことに着目し、絞り弁開度の変化量から急減速を判別し
て、これに応じて吸入空気量を増量補正することで、吸
気管内圧の急激な減少を緩和し、空燃比の過濃化を防止
している。

第８図は上記基本原理に基づく空燃比制御プログラムを
示すフローチャートであり、本プログラムは所定の時間
毎に一度実行される。同図において、まず、ｐｚｔでス
ロットルセンサ３０からの絞り弁開度αが読込まれると
ともに、次式〇に従って開度変化量Δαを演算する。

Δα冨αも−α１−＋　　　……■ 但し、ｔ：カレントデータ符号 開度変化量Δαは所定時間における絞り弁開度の変化量
を表し、また、所定時間は本プログラムの起動間隔によ
り決定される。次いで、Ｐ２□で開度変化量Δαの極性
を判別する。すなわち、負極性のとき（Δα〈０）は減
速状態にあると判別し、ｐｚｔで第１０図に示す３７組
合わせデータテーブルから所定の組合わせをテーブルル
ックアップ（ＴＬＵ）する。このテーブルはＲＡＭ５３
の不揮発性領域に書き込まれており、絞り弁開度αの初
期値（αＬ−１）と開度変化量Δαによるアドレス指定
によって、対応する最適なデータが読出される。

このデータはアイドルアップソレノイドバルブ（ＳＶＩ
）、（ＳＶＺ）　　の組合わせに関するものであり、減
速量が大きくなるに従って（ＳＶ２）−（ＳＶ、　〕→
Ｃ８Ｖ、　　＋　Ｓ　Ｖｚ　）とその組合わせが変化す
る。

ここで、アイドルアップソレノイドバルブＳ■、、ＳＶ
、はそれぞれ面積の異なったバイパス制御弁を有してお
り、例えば、その面積比はＳＶ２が「１」に対しＳ　Ｖ
　＋が「２」に設定される。したがって、アイドルアッ
プソレノイドバルブＳ■２、ＳＶＩの組合わせを変える
ことにより、バイパス通路の面積が変化して、吸入空気
量が適切に増量補正される。

次いで、ｐｚ４で上述したアイドルアップソレノイドバ
ルブＳ　ＶＺ　、Ｓ　Ｖ　＋　の組合わせに基づき、制
御領域を判別する。すなわち、吸入空気量の増量補正を
必要とする減速時とは、液状燃料の気化を促進するよう
な減速時であり、低速走行中（液状燃料が発生しずらい
）の減速時や高速走行中の小減速時（気化が促進されな
い）には本制御は不要である。ＰＸ３で制御領域と判別
したときは、Ｐ２、でルックアップデータに基づき、ア
イドルアップソレノイドバルブＳ■２、ＳＶＩに開度信
号Ｓ１、ｃｌおよび５ＩＳＣ２を出力する。アイドルア
ップソレノイドバルブｓｖ２、ｓｖ、は上記信号に基づ
いて作動し、バイパス制御弁を駆動する。したがって、
バイパス通路の面積が段階的に可変され、吸入空気量が
制御される。

このように本実施例にあっては、第１１図に示すように
、急減速開始の直後、瞬間的に空気量が増大し、以降、
徐々に減少するような補正カーブを得ることができる。

また、他の実施例としてはアイドルアップソレノイドバ
ルブＳｖ２、Ｓｖｌの代りに、ＩＳＯバルブ（Ｉｄｌｅ
　５ｐｅｅｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｖａｌｖｅ）を用いて
、バイパス通路の面積を直線的に可変する方法も考えら
れるが、この方式では理想的な補正カーブ（第１０図参
照）を得られる代りに、コストが高くなるという欠点が
ある。

なお、本実施例では絞り弁開度の変化量から急減速状態
を判別したが、本発明はこれに限るものではない。要は
、運転要求に基づく吸入空気量の変化を表すものであれ
ばすべてが適用できる。例えば、前述したα−Ｎシステ
ムにおけるスロットル弁６が装着されている部分の流路
面積Ａαの変化量を利用することもでき、あるいはアク
セルペダルの操作量を直接取り出して利用することもで
きる。

（効果） 本発明によれば、急減速時に絞り弁開度の変化量に応じ
て、吸入空気量を増量補正しているので、該減速時にお
ける一時的な空燃比の過濃化を防止することができ、エ
ンジンの運転性を安定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２〜１１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図はそのシリンダ空気ｉ１　ＱＡｃｙｔの算出プログ
ラムを示すフローチャート、第４図はそのスロットル弁
流路面積Ａαのテーブルマツプ、第５図は総流路面積Ａ
をエンジン回転数Ｎで除したＡ／Ｎとエンジン回転数Ｎ
とをパラメータとする定常空気量ＱＨのテーブルマツプ
、第６図はその遅れ係数に２のテーブルマツプ、第７図
はそのインジェクタ空気量Ｑ　ａ　＝　ｎ　＝の算出プ
ログラムを示すフローチャート、第８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９図はそのＳ
ｖＨ合わせデータのテーブルマツプ、第１０図はその効
果を説明するための他の方法による効果を示すタイミン
グチャート、第１１図はその効果を説明するためのタイ
ミングチャートである。 ７・・・・・・インジェクタ（燃料供給手段）、２１・
・・・・・空気量可変手段、 ３０・・・・・・スロットルセンサ（運転状態検出手段
、開度検出手段）、 ３２・・・・・・クランク角センサ（運転状態検出手段
）、５０・・・・・・コントロールユニット（減速判別
手段、組合わせ決定手段、供給量決定手段）、ＳＶｌ・
・・・・・アイドルアップソレノイドバルブ、Ｓ■２・
・・・・・アイドルアップソレノイドバルブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と
   、 ｂ）絞り弁の開度を検出する開度検出手段と、ｃ）絞り
   弁の開度の変化量からエンジンの減速状態を判別する減
   速判別手段と、 ｄ）エンジンが所定の運転状態に移行すると開度検出手
   段の出力に基づいてバイパス制御弁の開度面積の組合わ
   せを決定する組合わせ決定手段と、 ｅ）エンジンの運転状態に基づいて１燃焼サイクルにエ
   ンジンに供給する燃料供給量を演算し、気筒毎のタイミ
   ングで供給信号を出力する供給量決定手段と、 ｆ）供給量決定手段の出力に基づいてエンジンに燃料を
   供給する燃料供給手段と、 ｇ）吸気通路の絞り弁をバイパスする通路に配設され、
   面積の異なる複数の前記バイパス制御弁を有し、組合わ
   せ決定手段により決定された所定の組合わせに基づき所
   定数の該バイパス制御弁を操作してエンジンに供給する
   吸入空気量を変える空気量可変手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。