JPS6350641A - 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、希薄燃焼を行う自動車等内燃機関の空燃比制
御装置に関する。

（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
についても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
燃焼制御力９式みられており、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。

このような希薄燃焼（リーンバーン）を行う従来の空燃
比制御装置としては、例えば特開昭６０−４５７４２号
公報に記載されたものがある。この装置では、以下の全
ての条件が成立したとき、理論空燃比へのフィードバッ
ク制御を停止し、空燃比をリーン側へ制御している。

イ）冷却水温度が８０℃以上、 口）スロットルバルブの開度が所定値以下（パーシャル
域）、 ハ）車速変化が所定値以下。

（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あっ
ては、リーン空燃比と理論空燃比等の通常空燃比との切
換え時において、エンジン発生トルクが大きく変化する
こととなっていたため、切換時のショックが大きくガク
ガク振動が発生するという問題点があった。

一方、かかる不具合を解決するために、目標空燃比の切
換えに対して空燃比を滑らかに変化させる等の処置を採
るものも提案されている（特開昭５９−７７４１号公報
参照）。このものは、空燃比を切換える際、徐々に燃料
噴射量を減少または増加させて現在の空燃比を滑らかに
変化させ、切換時のショックの低減を意図している。と
ころが、このような処置を行っても、アクセルの動きと
は無関係に発生トルクが変わって不自然さが出る。

また、リーン空燃比に移行する迄に多少の時間を要する
ので、ＮＯｘ等排気エミッションの増加や、リーンバー
ンによる燃費向上幅が少なくなるという新たな問題点を
招来する。

（発明の目的） そこで本発明は、目標空燃比の値に基づいて空気流量の
補正率を演算するとともに、アクセル操作量に関連する
パラメータ（例えば、絞弁開度）から絞弁をバイパスす
る通路の空気流量を上記補正率に応じて制御することに
より、空燃比切換え時のトルク変動を抑制して、運転性
（ドライブフィーリング）を向上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圧制？１１装置は上記目的
達成のため、その基本概念図を第１図に示すように、吸
入空気量および回転数等をパラメータとしてエンジンの
運転状態を検出する運転状態検出手段ａと、エンジンの
運転状態に基づい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
ーン側に選択する目標値設定手段すと、運転状態および
目標空燃比に応じて燃料供給量を演算する燃料量演算手
段Ｃと、燃料量演算手段Ｃの出力に基づいて吸気通路に
燃料を供給する燃料供給手段ｄと、目標空燃比に応じて
絞り弁をバイパスして流れる補助空気流量を補正する空
気補正率を演算する補正率演算手段ｅと、アクセル操作
量に関連する空気流量等および空気補正率に基づいて前
記補助空気流量を演算する演算手段ｆと、演算手段ｆの
出力に基づいて絞り弁をバイパスする通路の空気流量を
操作する補助空気弁ｇと、を備えている。

（作用） 本発明では、従来のような燃料量の演算に加え、目標空
燃比の値に応じて空燃比を補正するための空気流量の補
正率が演算され、アクセルの操作量に関連するパラメー
タ、例えばそのときの空気流量または絞弁開度から絞弁
をバイパスする通路の空気流量が上記補正率に応じて制
御される。したがって、目標空燃比に移行する際、アク
セルの操作量と関連してエンジントルクが滑らかに変化
することとなって運転性が向上する。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜７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　Ｉｎｊ
ｅｃｔｉｏｎ）方式の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、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、ｉに基づきスロットル弁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ｌＯ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ＰＵＬＳＥが供給される。気筒内
の混合気は高圧パルスＰＵＬＳＥにより点火プラグ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）を三元触媒の転化作用（酸化および還
元）により清浄化されてマフラ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スるス
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はほとんど閉じて
いる。アイドリング時の空気の流れはバイパス通路２０
を通り、開度信号ＳＡＡ。に基づいてＡＡＣバルブ（Ａ
ｕｘｉｌｉａｒｙ　Ａｉｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｖａｌｖ
ｅ　　：アイドル制御弁）（補助空気弁）２１により適
宜必要な空気が確保される。

吸入空気の流量Ｑａはホットワイヤ弐のエアフローメー
タ２２により検出され、スロットル弁６の開度αはスロ
ットルセンサ３０により検出される。

また、冷却水の温度Ｔｗは水温センサ３１により検出さ
れ、エンジンのクランク角Ｃａはディストリビュータ１
１に内蔵されたクランク角センサ３２によりネ灸出され
る。なお、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。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１ｐ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。

一方、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　ｖｓｐ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２２．３０．３１．３２．３４．３６．３
７．３８および３９からの信号はコントロールユニット
５ｏに入力されており、コントロールユニット５ｏはコ
レ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はエアフローメー
タ２２およびクランク角センサ３２とともに運転状態検
出手段としての機能を有するとともに、単体で目標値設
定手段、燃料量演算手段、補正率演算手段および演算手
段としての機能を有し、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡ
Ｍ５３およびＩ１０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Ｉ１０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Ｉ１０ポート
５４へ出力する。Ｉ１０ポート５４には上記各センサ２
２．３０．３１．３２．３４．３６．３７．３８および
３９からの信号が入力されるとともに、Ｉ１０ポート５
４からは前記各信号ＳＴｉ、Ｓｌい、５ＡＡＣ％　５ｓ
ｃｖおよびＳ、が出力される。ＲＯＭ５２はｃ　Ｐ　Ｕ
５１における演算プログラムを格納しており、ＲＡＭ５
３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。なお、ＲＡＭ５３の一部は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を保持する。

次に、作用を説明する。

第３図は空気流量制御のプログラムを示すフローチャー
トであり、本プログラムはエンジンの回転に同期して実
行される。なお、本実施例は空気流量制御のアクチュエ
ータである補助空気弁としてアイドルスピード制御や減
速時の空気量制御等を兼用して行うＡＡＣバルブ２１を
用いた例である。

上記アクチュエータとしては、必ずしもこのようなＡＡ
Ｃバルブ２１に限らず他のものを用いてもよい。

まず、Ｐ、でＡＡＣバルブ２１の基本開度ＡＡＣＴＷを
演算する。この基本開度ＡＡＣＴｗは冷却水温度Ｔｗあ
るいはエアコン等の補機負荷の状態をパラメータとして
決定し、例えばテーブルルックアップで求めてもよい。

次いで、Ｐ２で減速空燃比補正値Ａ　Ａ　ＣＡＩＶを演
算する。減速空燃比補正値ＡＡＣ□９は空気流量Ｑａや
冷却水温度ＴＷ等によって演算され、減速時に徐々に減
少する特性を有する。次いで、Ｐ３でアイドル運転か否
かを判別する。この判別はスロットルセンサ３０からの
情報により行う。アイドル運転にあるときは、Ｐ４でフ
ィードバンク制御量Ａ　Ａ　ＣＦ　Ｂを演算してＰ、に
進む。フィードバック制御ｉｌｌ　Ａ　Ａ　ＣＦ　ｅは
アイドル時における目標エンジン回転数（アイドル目標
値）Ｎｉと実回転数との差に応じて増減補正され、Ｎｉ
となるように回転数をフィードバック補正するものであ
る。一方、ステップＰ３でアイドル運転でないときはＰ
４をジャンプしてＰ、へ進む。Ｐ、では、上記各演算値
に基づいて補正値Ｂα０を次式■に従って演算する。

ＢαＯ＝ＡＡ　ＣＴｗ　＋ＡＡ　ＣＡＢ＋／　＋　Ａ　
Ａ　ＣＦＩ・・・・・・■ 次いで、Ｐ、で第４図に示すテーブルマツプから目標空
燃比ＫＭＲに対応する空気補正率ＫＢＡをルックアップ
する。第４図では目標空燃比ＫＭＲがリーン側に移行す
るにつれて空気補正率ＫＢへの値が増大する特性として
いる。

なお、本実施例では目標空燃比Ｋ　ＭＲの値のみに基づ
いて空気補正率ＫＢＡを決定しているが、第４図に示す
マツプ特性は運転条件（負荷等）により若干変化するか
ら、より高精度を得ようとするなら、例えばエンジン負
荷や冷却水温度により補正を加えるのが好ましい。但し
、本実施例のような求め方であっても実用上は殆んど支
障はなく、ＫＢＡの特性を平均的なものとすれば十分で
ある。

したがって、エンジン１に吸入される空気流量はこのス
テップで求めたＫＢＡの値に応じて増減補正される。

次いで、Ｐ７で第５図に示すテーブルマツプからスロッ
トル開度αに対応するスロットル開口面積Ａαをルック
アップし、Ｐ［ｌで第６図に示すテーブルマツプから前
記補正値Ｂα０に対応するＡＡＣバルブ開口面積ＡＢα
０をルックアップする。

次いで、Ｐ、で空燃比の補正をつけ加えた補正開口面積
ＡＢα１を次式■に従って演算する。

ＡＢα１−（Ａα＋ＡＢα０）ＸＫＢＡ＋ＡＢα０　　
・・・・・・■ 次いで、Ｐ、。で前記第６図に示すテーブルマツプから
補正開口面積ＡＢα１に対応するＡＡＣバルブ開度Ｂα
１をルックアップする。これは、第６図に示すマツプ特
性から縦軸の人力に対する横軸読み取りとして行えばよ
い。そして、Ｐ、でこのＡＡＣバルブ開度Ｂα１にバッ
テリ電圧補正等を加えてＡＡＣバルブ開度の制御信号Ｓ
　ＡＡＣの最終デユーティ値ＡＡＣＤｕｔｙを決定する
。

このように、本実施例では従来のようなアイドル目標回
転数Ｎｉにフィードバック制御するときの空気流量操作
に加えて、目標空燃比ＫＭＲの値に応じて空気補正率Ｋ
ＢＡを演算するとともに、アクセルの操作量と関連のあ
るパラメータ、すなわちスロットル開度αに基づいてＡ
ＡＣバルブ２１のデユーティ値ＡＡＣＤｕｔｙが演算さ
れる。したがって、目標空燃比が切り換えられたときに
おいては、この切換え時の空燃比の値に応じて空気流量
がアクセルの操作量を考慮しつつアクセルの操作を必要
とせずに適切に補正される。すなわち、空燃比（Ａ／Ｆ
）を構成する一方のパラメータである空気（Ａ）の量が
可変される。そのため、空燃比切換え時のトルク変化が
極めて滑らかでかつ自然なものとなって切換え時のショ
ックを防止しつつ、ドライブフィーリングを格段と向上
させることができる。また、空燃比切換えタイムに多く
の時間を要せず、排気エミッションの増加を避けて燃費
の向上幅を大きくすることができる。

第７図は上記のような空気流量の制御と併行して行われ
る燃料噴射量制御のプログラムを示すフローチャートで
あり、前述の目標空燃比の算出も本プログラムで行う。

まず、ＰＨ１でエアフローメータ２２出力Ｑａとエンジ
ン回転数Ｎに基づいて単位回転当りのシリンダ流入空気
量ＱｃｙＬを次式■に従って演算する。

次いで、Ｐ２゜で冷却水温度Ｔｗを所定値ＴＷＯと比較
する。ＴＷ≧ＴｗＯのときはｐｚ３でシリンダ流入空気
ＦｊｌＱｃｖＬが所定範囲内にあるか否かを判別する。

Ｑ　ＣＹＬが所定範囲内にあるときは、Ｐ２４でエンジ
ン回転数Ｎが所定範囲にあるか否かを判別する。エンジ
ン回転数Ｎが所定範囲にあるときは、Ｐ２Ｓに進む。し
たがって、ＰＸ３に進むときはエンジン１が暖機状態、
ＱｃＹＬがパーシャル域にある、および回転数Ｎが所定
範囲という条件が満たされているから、リーンバーン運
転域にあると判断する。

一方、Ｐ２□〜Ｐ２４でこのようなＡＮＤ条件から外れ
るときは、通常の運転域にあると判断してＰ２６に進む
。ｐｚｓではリーンな目標空燃比Ｋ　Ｍ　Ｒ２を所定の
テーブルマツプからルックアップし、この値を新目標値
ＮＫＭＲとしてストアする。なお、ＫＭＲ２はエンジン
回転数Ｎおよびシリンダ流入空気ｆｆｌ　Ｑ　ｃｖ　Ｌ
等をパラメータとして割付けた３次元のテーブルマツプ
から求められる。この場合、ＫＭＲ２の値は燃費やエン
ジン安定度等を考慮して運転条件毎にその最適値を予め
実験的に求めてマツプにストアしておく。Ｐ２６では通
常の目標空燃比ＫＭＲ１をルックアンプし、この値を同
じく新目標値ＮＫＭＲとしてストアする。

次いで、Ｐ２□で冷却水温度Ｔｗに対応する水温増量補
正係数Ｋ　Ｔ　ｗを従来同様にテーブルマツプからルッ
クアップする。なお、水温増量補正係数ＫＴｗはエンジ
ン冷機時に空燃比をリンチ化するものである。次いで、
ｐｚｓで最終的な目標空燃比ＫＭＲを次式■に従って演
算する。

・・・・・・■ 但し、ｎ：平滑化係数 ここで、平滑化係数ｎはＫＭＲの急変を無くすためのも
ので、目標空燃比を滑らかに変化させる（すなわち、平
滑化）係数である。次いで、ｐｚｑで基本噴射ＭＴｐを
次式■に従って演算し、Ｐ３゜で最終噴射量Ｔｉを次式
■に従って演算する。

Ｔ　ｉ　＝　Ｔ　ｐ　Ｘ　Ｌ　Ａ　Ｍ　Ｂ　Ｄ　Ａ　Ｘ
　Ｋ　Ａ　ＣＣ＋　Ｔ　ｓ・・・・・・■ 但し、ＫＡＣＣ：過渡補正係数 Ｔｓ　：無効パルス幅 なお、ＬＡＭＢＤＡは空燃比検出回路３４からの出力に
基づき空燃比のフィードバック制御を行うためのフィー
ドバック補正係数である。

以下のルーチンにより運転条件からパーシャル運転域を
判別して一部の領域でリーンバーンを達成するような燃
料噴射ｉＴｉが適切に演算され、所定の噴射タイミング
でインジェクタ７から噴射される。このとき、このよう
な目標空燃比Ｋ　Ｍ　Ｒの変化に対応する噴射量Ｔｉの
演算に加えて、空気流量が適切に補正されるがら空燃比
切換え時のショックが抑制されることは前述の通りであ
る。

したがって、後述する第９図に示すようにり−ン空燃比
と通常空燃費の切換時のショックや発生トルクの変動が
アクセルと無関係に生じるという不具合を低減し運転性
が向上する。

第８図は本発明の第２実施例を示す図であり、本実施例
は空気補正率ＫＢＡの演算に改良を加えたものである。

第８図に示す空気補正率演算のサブプログラムにおいて
、Ｐ４１で新しい空気補正率ＮＫＢＡを演算する。ＮＫ
ＢＡは第５図のテーブルマツプに示すように目標空燃比
ＫＭＲに対応する空気補正率ＫＢＡと同様であるため同
値をルックアップする。次いで、Ｐ４□で今回の空気補
正率ＮＫＢＡと前ルーチンにおける空気補正率ＫＢＡ　
’の差の絶対値（ＩＮＫＢＡ−ＫＢＡ’　ｌ）を平滑化
判定比較レベルＬ’Ｈと比較する。ｌ　ＮＫＢＡ−ＫＢ
Ａ’　ｌ＞ＬＨのときは、Ｐｄ２で最終的な空気補正率
ＫＢＡを次式■に従って演算し、ＮＫＢＡに対して遅延
させる。

ＫＢＡ＝ＮＫＢＡｘ　１／ｎ、１　＋ＫＡＢ　’Ｘｎ１
−１／ｎｌ　　・・・・・・■ 但し、ｎｌ：平滑化係数 一方、Ｐ４□でＩＮＫＢＡ−ＫＢＡ’　ｌ≦ＬＨのとき
は、ｐ４ａで目標の空気補正率ＫＢＡを次式〇に従って
演算する（平滑化の程度を変える）。

Ｋ　Ｂ　Ａ　＝　Ｎ　Ｋ　Ｂ　Ａ　Ｘ　１　／　ｎ　２
　＋　Ｋ　Ｂ　Ａ　’Ｘｎ２−１／ｎ２　　・・・・・
・■ 但し、ｎ２：平滑化係数 以上のプログラムを実行することにより、本実施例では
第１実施例の効果に加え、現実の空燃比が目標空燃比Ｋ
ＭＲに比べ遅れを有する現象により、目標空燃比ＫＭＲ
がら空気増量を求めたのでは空燃比に対して空気増量が
早すぎることとなって、その差により発生トルクが異な
ってしまうのを防止している。すなわち、第９図（ａ）
に示すように現実の空燃比が目標空燃比ＫＭＲに対して
遅れるのは、空燃比の変化に対し吸気管内の燃料の壁流
量が変わることから壁流に取られる燃料、または壁流か
らもち去られる燃料分によって空燃比の遅れが生じるか
らである。したがワて、目標空燃比ＫＭＲがら空気増量
を求めた場合、空燃比の変化に対して空気増量が早すぎ
ることとなり、その差によって発生トルクが異なる。

そこで本実施例、では目標空燃比ＫＭＲが急変した場合
、実空燃比の変化が時定数一定の遅れ波形とならず、初
期に変化が早く、後期には遅くなるという現象となるこ
とに鑑みて、＋ＮＫＢＡ−ＫＢＡ’　ｌの値に応じて平
滑化の程度を変化させることで（第９図（ｂ）参照）、
トルクのフラット性をより高めることができく第９図（
ｃ）参照）、より自然な運転が可能となる。また、特に
空燃比目標値の急変に対応することができる。

なお、上記各実施例では平滑化処理をエンジン回転同期
して行っているため、エンジン回転数が遅くても平滑化
についてより高精度を確保できる。

しかし、例えば時間同期で行う場合にはエンジン回転数
によってｎｌ、ｎ２の値を変えるのが好ましい。

（効果） 本発明によれば、空燃比が切換わるとき従来のような燃
料量の演算に加え、目標空燃比の値に応じて空燃比を補
正するための空気流量の補正率を演算し、アクセルの操
作量に関連するパラメータ、例えばそのときの空気流量
または絞弁開度から絞弁をバイパスする通路の空気流量
を上記補正率に応じて制御しているので、アクセルの操
作量と関連してエンジントルクを滑らかに変化させるこ
とができ、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２〜７図は本発明の第
１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ＡＡＣバルブ制御値ＡＡＣＤｕｔｙ算出のプ
ログラムを示すフローチャート、第４図はその空気補正
率ＫＢＡのテーブルマツプ、第５図はそのスロットル開
口面積Ａαのテーブルマツプ、第６図はそのＡＡＣバル
ブ開度面積ＡＢαのテーブルマツプ、第７図はその燃料
噴射信号Ｔｉ算出のプログラムを示すフローチャート、
第８〜９図は本発明の第２実施例を示す図であり、第８
図はその空気補正率ＫＢＡ算出のサブプログラムを示す
フローチャート、第９図はその空燃比（ａ）、空気補正
率ＫＢＡ　（ｂ）および発生トルク（Ｃ）の関係を示す
図である。 ７・・・・・・インジエクタ（燃料供給手段）、２１・
・・・・・ＡＡＣバルブ（補助空気弁）、２２．３２．
５０・・・・・・（運転状態検出手段）、５０・・・・
・・コントロールユニット（目標（ａ　Ｂ　足手段、燃
料量演算手段、補正率演算手段、演算手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）吸入空気量および回転数等をパラメータとしてエン
   ジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、 ｂ）エンジンの運転状態に基づい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選択する目標値設定手段と、 ｃ）運転状態および目標空燃比に応じて燃料供給量を演
   算する燃料量演算手段と、 ｄ）燃料量演算手段の出力に基づいて吸気通路に燃料を
   供給する燃料供給手段と、 ｅ）目標空燃比に応じて絞り弁をバイパスして流れる補
   助空気流量を補正する空気補正率を演算する補正率演算
   手段と、 ｆ）アクセル操作量に関連する空気流量等および空気補
   正率に基づいて前記補助空気流量を演算する演算手段と
   、 ｇ）演算手段の出力に基づいて絞り弁をバイパスする通
   路の空気流量を操作する補助空気弁と、を備えたことを
   特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。