JP2864681B2 - 内燃エンジンの空燃比制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、エンジンの特定運転領域、特に軽負荷
（中負荷）運転領域において空燃比を希薄化させる、い
わゆるリーンバーン燃焼方式の内燃エンジンの空燃比制
御方法に関する。

（従来の技術） 内燃エンジンの燃料消費率を改善させるための一つの
方法として、燃料希薄混合気による燃焼を行わせること
が、例えば、特公昭64−29642号公報により知られてい
る。この燃焼方式の内燃エンジンは、エンジンが特定の
運転領域、例えば、軽負荷（中負荷）運転領域で運転さ
れているとき、エンジンに供給する混合気の目標空燃比
を理論空燃比より燃料希薄側の値に設定して、リーン化
モードにより空燃比をフィードバック制御するものであ
る。そして、この内燃エンジンのスロットル弁の弁開度
変化率等により加速指令信号を検出したとき、エンジン
を加速させるべき状態にあると判定し、一定期間に亘っ
て目標空燃比を、例えば理論空燃比に設定し、或いは、
エンジン回転数の時間変化率が所定値を超えたとき、エ
ンジンが加速状態にあると判定して、その後エンジン回
転数変化率が前記所定値以下になるまで、目標空燃比を
上述の理論空燃比に設定して、ストイキオモードによる
空燃比フィードバック制御が行われる。これにより、加
速時に充分な機関出力を得ると共に、排気ガス特性の向
上、特に、窒素酸化物の排出量の低下を図るようにして
いる。

（発明が解決しようとする課題） 上述のようなリーンバーン燃焼方式の空燃比制御方法
を採用する内燃エンジンが、マニアル変速装置を装備す
る車両（MT車）に搭載される場合、通常のシフト操作に
よる運転では問題がないが、スロットルペダルを踏み込
んだままで素早く変速するような特殊なシフト操作を行
った場合には以下のような問題が生じる。

上述したように、リーンバーン燃焼方式のエンジンで
は、加速時に空燃比をリッチ化して、すなわちストイキ
オモードに切替て必要な機関出力を得るようにしてい
る。しかしながら、スロットルペタルを踏み込んだま
ま、シフト操作をすると、シフト操作直後においてスロ
ットル弁開度変化率が０に近く、しかもエンジン回転数
の変化率も直ちに所定値を超えることがないので、加速
指令信号は勿論のこと、加速状態も検出することができ
ず、運転者にエンジンを加速させる意思があっても空燃
比は燃料リーン側の値に保持されたままに放置されるこ
とになる。

また、自動変速装置を装備する車両（AT車）において
は、通常の変速操作中においてもスロットルペダルを踏
み込んだままの状態である場合が多く、上述と同じよう
に加速指令信号も加速状態も判定することができず、加
速時の空燃比のリッチ化を行うことができない。

本発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、MT車およびAT車のいずれにおいても、エンジ
ンの加速させるべき状態を確実に検出してエンジンに供
給する混合気の空燃比を逸早くリッチ化し、加速時の機
関出力を確保する内燃エンジンの空燃比制御方法を提供
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上述の目的を達成するために本発明に依れば、内燃エ
ンジンが特定の運転領域で運転されているとき、エンジ
ンへ供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりも燃料
希薄側の第１の空燃比値近傍に制御する一方、エンジン
の加速時に空燃比を前記第１の空燃比より燃料過濃側の
第２の空燃比値近傍に制御する空燃比制御方法におい
て、スロットル弁開度の変化状態を検出し、エンジン回
転速度の時間変化率を検出し、該スロットル弁開度の変
化状態から該スロットル弁開度に変化がないと判定され
且つ該エンジン回転速度の時間変化率が負の所定値以下
であることが検出されたとき、エンジンを加速すべきで
あると判定して空燃比を前記第２の空燃比値近傍に制御
することを特徴とする内燃エンジンの空燃比制御方法が
提供される。

（作用） 本発明は、変速直後には、MT車およびAT車のいずれに
おいても、エンジン回転数の急激な低下が必ず観察され
るという点に着目されたもので、スロットル弁開度に変
化がないと判定され且つエンジン回転速度の時間変化率
が負の所定値以下であるとき、エンジンが加速すべき状
態にあると判定して、空燃比がリッチ化、すなわち第２
の空燃比値近傍に制御される。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面に参照して詳細に説明す
る。

先ず、第１図を参照して本発明方法を実施する燃料供
給制御装置の概略構成を説明すれば、符号10は多気筒内
燃エンジン、例えば４気筒エンジンを示す。このエンジ
ン10は、MT車およびAT車のいずれに搭載してもよい。符
号12は各気筒の吸気ポートに接続される吸気通路を示
す。吸気通路12の大気側開口端部にはエアクリーナ13が
取り付けられると共に、カルマン渦式のエアフローセン
サ14が取り付けられている。このエアフローセンサ14は
電子制御装置（ECU）16の入力側に電気的に接続され、
カルマン渦発生周期信号ｆを電子制御装置16に供給す
る。吸気通路12途中にはスロットル弁18が配設され、ス
ロットル弁18と各気筒の吸気弁（図示せず）との間に
は、各気筒毎に燃料噴射弁20が夫々配設され、各噴射弁
20は電子制御装置16に接続されて電子制御装置16からの
駆動信号により駆動される。符号15は各気筒の排気ポー
トに接続される排気通路を示し、排気通路15途中には排
気ガス中の未燃炭化水素や窒素酸化物等の有害ガス成分
を浄化する三元触媒17が配設され、エンジン10と三元触
媒17間の排気通路15に、排気ガス中のO₂濃度に対応して
出力をリニア的に変化させるリニア空燃比センサ21が取
り付けられている。リニア空燃比センサ21は電子制御装
置16に電気的に接続されてO₂濃度検出信号値を電子制御
装置16に供給する。なお、このリニア空燃比センサ21
は、後述するリーン化モードによる空燃比制御時に空燃
比フィードバック制御を行わない場合には、理論空燃比
近傍で出力がステップ状に変化する酸素センサで代用す
ることができる。

電子制御装置16の入力側には前記スロットル弁18の弁
開度（θ）を検出するスロットル開度センサ19、各気筒
の所定クランク角度位置（例えば、吸気行程の上死点位
置）を検出するクランク角センサ（Neセンサ）22、エン
ジン10のシリンダブロックに取付けられ、エンジン冷却
水温Twを検出するエンジン水温（Tw）センサ23、及びバ
ッテリ電圧、大気圧等の他のエンジン運転パラメータ値
を検出するセンサ24が夫々電気的に接続されている。

なお、電子制御装置40はクランク角センサ22がクラン
ク角で180°毎にTDC信号を出力することから、このTDC
信号のパルス発生間隔からエンジン回転数Neを検出する
ことができる。

次に、上述のように構成される燃料供給制御装置の作
用を説明する。

先ず、電子制御装置16は前記種々のエンジン運転パラ
メータ検出値に基づいて、エンジン10の運転状態を検出
する。第２図は、エンジン回転数Neおよびエンジン負荷
A/Nに応じて決定される運転領域を例示し、図中ゾーン
Ａは、空燃比を常時、リーン化モードで理論空燃比より
燃料希薄側の値にフィードバック制御される領域を示
し、ゾーンＢは、定常運転時には、前述のリーン化モー
ドでフィードバック制御され、加速時にはストイキオモ
ードで空燃比を理論空燃比にフィードバック制御される
領域を示す。そして、ゾーンＣにおいては、空燃比を理
論空燃比より燃料過濃側の値にオープンループ制御され
る領域を示す。

また、エンジン10が、エンジン冷却水温度やエンジン
始動からの経過時間等により判別される、例えばエンジ
ン始動状態、エンジン冷間状態、減速運転状態等の運転
状態にあるとき、オープンループ制御モードにより空燃
比制御が実行される。

電子制御装置16は、上述した各運転状態に好適な空燃
比を設定して、燃料噴射弁20の燃料噴射時間Tinjを次式
（１）により演算する。

Tinj＝T_B×K1×K_AF＋T_D …（１） ここに、T_Bは基本開弁時間を示し、エアフローセンサ
14により検出される吸入空気量Ａに定数を乗算した積値
として演算される。K1は、各種補正係数を示し、エンジ
ン冷却水温度、吸気温度、大気圧等に応じて設定され
る。T_Dは、バッテリ電圧の変化に応じて設定される無効
時間補正係数値である。K_AFは、空燃比補正係数であ
り、オープンループ補正係数値K_OPと空燃比フィードバ
ック補正係数値K_FBの積値として演算される。この内、
オープンループ補正係数値K_OPは、エンジン回転数Ne、
エンジン負荷A/N等に応じて設定される運転領域毎に所
定の値として電子制御装置16に記憶されている。一方、
空燃比フィードバック補正係数値K_FBは、第２図のゾー
ンＣにおいては、空燃比のフィードバック制御が行われ
ないので、常時値1.0に設定される。ゾーンＡおよびＢ
において、空燃比のフィードバック制御を行う場合に
は、上述したリニア空燃比センサ21の検出結果に基づい
て補正係数値K_FBの設定が行われると共に、エンジン始
動時、冷間時、リニア空燃比センサ21の不活性時等の空
燃比のフィードバック制御を行わない場合には、値1.0
に設定される。

電子制御装置16は、上述のように演算した燃料噴射時
間Tinjに基づいて燃料噴射弁20に開弁駆動信号を出力し
て燃料噴射時間Tinjに対応する燃料量を各気筒に噴射供
給する。なお、ストイキオモードで空燃比をフィードバ
ック制御する場合には、空燃比は理論空燃比（略14.8）
近傍に制御され、リーン化モードでフィードバック制御
する場合には、理論空燃比より燃料希薄側の値（例え
ば、20〜22）に制御される。なお、空燃比のフィードバ
ック制御方法については、本発明方法では特に限定する
必要がなく、種々の方法が適用可能である。

次に、エンジン10が特定の運転領域、例えば、第２図
のゾーンＢで運転されている場合に、エンジン10の加速
すべき運転状態を判別する手順を、第３図で参照して説
明する。

電子制御装置16は、先ず、ステップS10において、ス
ロットル開度センサ19が検出するスロットル弁開度の時
間変化率ｄθ/dtが所定判別値Xdを超えているか否かを
判別する（判別値Xdは第４図（ｄ）参照）。即ち、運転
者がスロットルペタル（図示せず）を介してエンジン10
を急加速させる加速指令信号を発したか否かを判別する
ものである。スロットル弁開度変化率ｄθ/dtは、検出
したスロットル弁開度の今回値θ_nと前回値θ_n-1の偏差
（＝θ_n−θ_n-1）から求められる。

スロットル弁開度θの変化がなく、また、変速シフト
操作も行われなかった場合、すなわち、エンジン10が加
速すべき状態でも、加速状態でもない場合、後述する各
ステップS12,14,16の判別の後、ステップS18を実行し、
ストイキオモードフラグ値FLGを値０に設定して当該ル
ーチンを終了する。ストイキオモードフラグFLGは、エ
ンジン10が前述の特定の運転領域（ゾーンＢ）で運転さ
れているときに、空燃比をストイキオモードおよびリー
ン化モードのいずれでフィードバック制御するかを判定
するためのプログラム制御変数であり、このフラグ値FL
Gが値１にセットされるとき、空燃比のリッチ化、すな
わち、空燃比を理論空燃比近傍に制御するフィードバッ
ク制御が実行される。上述のステップS18でフラグ値FLG
が値０にリセットされたことにより、ゾーンＢでの空燃
比制御はリーン化モードで実行されることになる。

運転者がスロットルペタルを踏み込んだことにより、
スロットル弁開度変化率ｄθ/dtが所定判別値Xdを超え
た場合、すなわち、スロットル弁開度変化率により加速
指令信号を検知した場合、ステップS13に進み、タイマ
をセットする。このタイマは、加速指令信号を検知して
から所定時間（例えば、２秒間）の経過を計時するもの
であって、いわゆるハードタイマであってもよいし、ソ
フトタイマであってもよい。

次に、前述したストイキオモードフラグ値FLGを値１
にセットする（ステップS15）。そして、エンジン10が
前述した特定運転領域（ゾーンＢ）で運転されているか
否かを判別した後（ステップS17）、当該ルーチンを終
了する。フラグ値FLGが値１にセットされたので、エン
ジン10がゾーンＢで運転されている限りにおいて、空燃
比を理論空燃比近傍に制御するストイキオモードのフィ
ードバック制御が実行されることになる。

エンジン10が特定運転領域（ゾーンＢ）で運転されて
いない場合、ステップS17の判別結果が否定（No）とな
り、そのような場合にはフラグ値FLGが値０にリセット
され（ステップS18）、ストイキオモードによる空燃比
フィードバック制御は実行されない。

スロットルペダルを踏み込んで急加速させた後、スロ
ットル弁開度変化率ｄθ/dtが所定判別値Xd以下になる
と、ステップS10の判別結果が否定になる。このような
場合であっても、前述したタイマが所定時間に計時して
いる間は、フラグ値FLGが値１にセットされ、ストイキ
オモードのフィードバック制御が実行される。すなわ
ち、後述するステップS12の判別を行った後、ステップS
14が実行され、タイマが所定時間を計時したか否かを判
別する。そして、所定時間が未だ経過していないことを
確認して前述のステップS15が実行され、フラグ値LFGが
値１にセットされる。

そして、ステップS14において肯定（Yes）と判別さ
れ、上述の所定時間（例えば、２秒）が経過した後も、
エンジン10が加速状態であれば引続きストイキオモード
による空燃比フィードバック制御が実行される。すなわ
ち、ステップS16において、エンジン10が加速状態にあ
るか否かを判別する。この判別は、エンジン回転速度の
時間変化率dNe/dt、すなわち、加速度が正の所定値Xpよ
り大であるか否かによって行う。エンジン回転速度変化
率dNe/dtが所定値Xpより大である限り、ストイキオモー
ドによる空燃比フィードバック制御が実行される。

エンジン回転速度変化率dNe/dtが所定値Xpより小にな
り、ステップS16の判別結果が否定となると、前述のス
テップS18が実行され、フラグ値FLGが値０にリセットさ
れてストイキオモードによる空燃比フィードバック制御
が終了する。

ところで、MT車において、スロットルペダルを踏み込
んだままで変速操作した場合、あるいはAT車において、
スロットルペダルを踏み込んだまま自動変速操作が行わ
れた場合、エンジン10が加速すべき状態にあるにもかか
わらず、スロットル弁開度変化率ｄθ/dtが小であり、
前述のステップS10の判別結果は否定となる。このよう
な場合、本発明方法では、ステップS12においてエンジ
ン回転数変化率dNe/dtが負の所定値Xnより小であるか否
かを判別する。

第４図は、第１速段から第４速段まで加速する場合の
車速、エンジン回転数Ne、スロットル弁開度変化率ｄθ
/dt、およびエンジン回転数変化率dNe/dtの各時間変化
を示し、各変速操作を行った直後のエンジン回転数変化
率dNe/dtの低下が著しいことを示している。この変化
は、MT車およびAT車のいずれにおいても顕著であり、エ
ンジン10の加速すべき状態を確実に表している。

エンジン回転数変化率dNe/dtが負の所定値Xnより小で
あり、ステップS12の判別結果が肯定である場合、加速
指令信号を検知したものとして前述のステップS13に進
み、タイマをセットして所定時間の計時を開始する。こ
れにより、加速指令信号の検知がより確実になり、エン
ジン10を逸早く加速させることができる。そして、その
後は、前述したと同様に、所定時間が経過するまで前述
のステップS14の判別結果が否定となり、フラグ値FLGが
値１にセットされることになる。

なお、エンジン10の前述した所定特定運転領域（中あ
るいは軽負荷領域）における急激なエンジン回転数Neの
低下は、エンジンに対する負荷の急増を示唆するもので
あり、空燃比制御をリーン化モードからストイキオモー
ドに切り替えて空燃比をリッチ化することは、この点に
おいても理に叶っていると言える。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明の内燃エンジンの空燃比制
御方法に依れば、スロットル弁開度の変化状態を検出
し、エンジン回転速度の時間変化率を検出し、該スロッ
トル弁開度の変化状態から該スロットル弁開度に変化が
ないと判定され且つ該エンジン回転速度の時間変化率が
負の所定値以下であることが検出されたとき、エンジン
を加速すべきであると判定して空燃比をリッチ化するよ
うにしたので、MT車、AT車の何れにおいても、将来のエ
ンジン加速指令を確実に判定して、加速に先立って、空
燃比を理論空燃比に較べて燃料希薄側状態から燃料過濃
側に変更させるので、運転者の意志に沿った加速時の機
関出力を確保し、ドライバビリティを向上させることが
できると共に、予め将来の加速指令を予測して空燃比を
変更しているので、排気ガス特性の向上、特に窒素酸化
物の排出量をより一層低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は本発明方法を
適用した燃料供給制御装置の構成の概略を示すブロック
図、第２図は、エンジン回転数Neおよびエンジン負荷A/
Nによって区画されるエンジン運転領域を例示するグラ
フ、第３図は、加速判別ルーチンのフローチャート、第
４図は、第１速段から第４速段まで加速する場合の車
速、エンジン回転数Ne、スロットル弁開度θ、スロット
ル弁開度変化率ｄθ/dt、およびエンジン回転数変化率d
Ne/dtの各時間変化の関係を示すグラフである。 10……内燃エンジン、14……エアフローセンサ、16……
電子制御装置、18……スロットル弁、19……スロットル
開度センサ、20……燃料噴射弁、21……リニア空燃比セ
ンサ、22……クランク角度センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/10 305 F02D 41/10 330 F02D 45/00 314 F02D 45/00 362

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃エンジンが特定の運転領域で運転され
   ているとき、エンジンへ供給される混合気の空燃比を理
   論空燃比よりも燃料希薄側の第１の空燃比値近傍に制御
   する一方、エンジンの加速時に空燃比を前記第１の空燃
   比より燃料過濃側の第２の空燃比値近傍に制御する空燃
   比制御方法において、 スロットル弁開度の変化状態を検出し、エンジン回転速
   度の時間変化率を検出し、該スロットル弁開度の変化状
   態から該スロットル弁開度に変化がないと判定され且つ
   該エンジン回転速度の時間変化率が負の所定値以下であ
   ることが検出されたとき、エンジンを加速すべきである
   と判定して空燃比を前記第２の空燃比値近傍に制御する
   ことを特徴とする内燃エンジンの空燃比制御方法。