JPH02136528A - 内燃機関の空燃比制御による排気温度制御装置 - 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、内燃機関の排気系を流れる排ガスの温度に応
じて機関負荷及び機関回転速度により定めされる空燃比
を制御して、排ガスの温度を所定値以下に保持させる内
燃機関の空燃比制御による排気温度制御装置に関する。

〔従来技術〕

一般に内燃機関、特に過給機付内燃機関では過給機によ
る圧縮過給のため吸気温度の上昇を伴い、また機関の低
速域から過給圧力の上昇を得、通路効果を発揮させるた
めには排ガスのタービン流入ノズル面積を極力小さくす
る必要があり、そのため機関高速域で排圧が上昇し、通
常使用されているガソリン燃料ではノッキングが起こり
易い状態となる。このため、排ガス温度は急激に上昇し
、排気系に装着された過給機及び触媒装置等の排気系部
品が高温にさらされ、熱破壊の恐れがある。

このような、高速高負荷条件の高排気温を低下させるた
めに最も容易で安価である手段として、機関空燃比の制
御がある。その−例として特開昭５６−８１２３５号公
報には、排気系に過給機のタービンケーシングに流入す
る排ガスの温度を検出することが可能な温度検出器を設
け、排ガスの温度が所定値未満の時空燃比が理論空燃比
に近づくように燃料噴射量を定め、排ガスの温度が所定
値以上となったときに空燃比がリッチとなるように燃料
噴射量を定めるようにすることが開示されている。これ
により、過給機及び触媒装置等の排気系部品の熱破壊を
防止することができ、燃費も向上させることができる。

ところが、排ガスの温度を検出する温度検出器自体が高
温にさらされるため、この温度検出器を製作する際に耐
熱性の優れた材料を選択しなければならない。また、流
れている排ガスの温度を検出するため、排ガスの温度検
出器への当たり方により温度差が生じ、検出誤差を起こ
し易いという欠点がある。

このため、直接排ガスの温度を検出するのではなく、排
気温度以外の要素であるエンジン回転速度、エンジン負
荷及びスロットル開度等に基づいて排ガスの温度を推測
し、空燃比を制御することが考えられている（例えば、
特開昭５８−５１２４１号公報、特開昭６０−５３６４
５号公報、特開昭６２−８７６３５号公報、特開昭６２
−２０３９６５号公報参照）。これにより、排気系への
温度検出器を設置が不要となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のように排気温度を直接検出しない
構成において、エンジン回転速度、エンジン負荷及びス
ロットル開度等の温度に関係のない要素で排ガスの温度
を推測すると、エンジン内部の水温や外気（エンジンル
ーム内を含む）の温度等の変化に対応することができず
、現在のエンジン状態を確実に把握できないため、推測
値に誤差が生じることとなり、排ガスの温度に対応した
正確な空燃比制御を行うことができない。

本発明は上記事実を考慮し、排気系の温度検出器を設け
ず、正確な排ガスの温度を推測して現在のエンジン状態
に最適な空燃比を制御することにより、排気系の熱破壊
を防止することができる内燃機関の空燃比制御による排
気温度制御装置を得ることが目的である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る内燃機関の空燃比制御による排気温度制御
装置は、機関負荷及び機関回転速度により定められる空
燃比を内燃機関の排気系を流れる排ガスの温度に応じて
リッチに制御して、このリッチ側空燃比により燃焼させ
ることにより排ガスの温度を所定値以下に保持させる内
燃機関の空燃比制御による排気温度制御装置であって、
燃焼室を形成するエンジン本体に取付られ燃焼室周りの
実温度を検出するエンジン本体温度検出器と、機関負荷
及び機関回転速度に基づいて機関の定常運転時の前記燃
焼室周りの推定温度を設定する設定手段と、前記実温度
と推定温度とを比較する比較手段と、比較手段による比
較結果で実温度の方が高い場合は空燃比を前記リッチ側
空燃比に制御する空燃比制御手段と、を有している。

〔作用〕

エンジン本体温度検出器により燃焼室周りの実温度を検
出する。この燃焼室周りの温度変化率は、排ガスの温度
変化率と路間等でるので、この実温度により排ガスの温
度を予測することができる。

一方、設定手段では機関の定常運転時の燃焼室周りの温
度を機関回転速度及び機関負荷に基づいて推定し、推定
温度を設定する。この推定温度と前記実温度を比較手段
で比較して、実温度の方が高い場合は空燃比をリッチ側
空燃比に制御する。

これにより、排ガスの温度が低くなり、熱破壊等を防止
して排気系部品を保護することができる。

また、推定温度の方が高い場合は空燃比を前記リッチ側
空燃比よりもリッチ側に制御しない。これは、例えば定
常運転状態から機関負荷が急激に大きくなった場合のよ
うな過渡時等では、実温度と推定温度との温度差に応じ
て熱量がエンジン本体に逃げ、排ガス温度は高温になら
ない。このため、リッチ側空燃比への制御移行を行わな
い。このため、排ガスを冷却する必要がなく、燃費向上
のため空燃比をリーンに制御することができる。

〔実施例°〕

第１図には本実施例に係る過給機付６気筒火花点火内燃
機関（エンジン）の概略が示されている。

エアクリーナ（図示せず）の下流側にはエアフロメータ
１０が配置されている。このエアフロメータ１０は、ダ
ンピングチャンバ内に回動可能に配置されたコンペンセ
ーションプレートＩＯＡとコンペンセーションプレート
ＩＯＡに固定されたメジャリングプレートＩＯＢとメジ
ャリングプレート１０Ｂの開度変化から吸入空気遣を検
出するポテンショメータＩＯＣとから構成されている。

エアフロメータ１０の下流側近傍には吸気温センサ１２
が配置されている。エアフロメータ１０は、吸気通路１
４、サージタンク１６及びインテークマニホールド１８
を介してシリンダブロック１７及びシリンダヘッド１９
で構成されるエンジン本体２０の吸気ポート２２に連通
されている。サージタンク１６の上流側にはスロットル
弁２４が配置され、このスロットル弁２４にはスロット
ル弁２４の開度を検出するポテンショメータ式のスロッ
トルセンサ２４Ａが取付けられており、マタインテーク
マ二ホールド１８には各気筒毎に突出するように燃料噴
射弁２６が配置されている。吸気ポート２２は吸気バル
ブ２ＯＡを介してエンジン本体２０内に形成された燃焼
室２８に連通されている。この燃焼室２８は、排気バル
ブ２ＯＢ、排気ポート３０、エキゾーストマニホールド
３２を介して排気通路３４に連通されている。

エンジン本体２０のシリンダブロック１７には、圧電素
子や磁歪素子等で構成されたノンキングセンサ３６が取
付けられている。また、エンジン本体２０には、シリン
ダブロックを貫通してウォータジャケット内に突出する
ように冷却水温センサ３８が取付けられている。さらに
、第２図に示される如く、エンジン本体２０のシリンダ
ヘッド１９には、シリンダヘッド１９の温度を検出する
ヘッド温センサ３９が取付けられている。

エンジン本体２０の燃焼室２８内に突出するように各気
筒毎に点火プラグ４０が取付けられており、この点火プ
ラグ４０はディストリビュータ４２及びイブナイフ４４
を介してマイクロコンピュータを含んで構成された制御
回路４５に接続されている。ディストリビュータ４２に
は、ディストリビュータシャフトに固定されたシグナル
ロータとディストリビュータハウジングに固定されたピ
ンクアップとで各々構成された気筒判別センサ４６及び
回転角センサ４８が取付けられている。気筒判別センサ
４６は、７２０°ＣＡ毎に気筒判別信号を出力し、回転
角センサ４８は３０°ＣＡ毎に回転角信号を出力する。

上記排気通路３４にはバイパス通路５２が連結されてお
り、このバイパス通路５２内にはウェストゲートバルブ
５４が配置されている。このウェストゲートバルブ５４
は、リンク機構を介してアクチュエータ５４Ａに連結さ
れており、吸気通路１４及び圧力導管５４Ｂを介してア
クチュエータ５４Ａに供給される空気圧によってリンク
機構を介して開閉される。そして、吸気通路１４内にコ
ンプレッサ５６Ａが位置しかつ排気通路３４内にコンプ
レッサ５６Ａと連結されたタービン５６Ｂが位置するよ
うに過給機５６が配置されている。

上記エアフロメータ１０、吸気温センサ１２、スロット
ルセンサ２４Ａ、ノッキングセンサ３６、ヘッド温セン
サ３９、気筒判別センサ４６、回転角センサ４８及び冷
却水温センサ３８は信号を人力するように制御回路４５
に接続されており、また、イブナイフ４４及び燃料噴射
弁２６は制御回路４５から出力される制御信号によって
制御されるように接続されている。

マイクロコンピュータを含んで構成された制御回路４５
は第３図に示すように、ランダムアクセスメモリ　（Ｒ
ＡＭ）５８、リードオンリメモＩＪ　　（ＲＯＭ）６０
、マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）６２、第
１の人出カポ−トロ４、第２の人出カポ−トロ６、第１
の出力ポートロ８、第２の出カポ−）７０及びこれらを
接続するデータバスやコントロールバス等のバス７２を
備えている。第１の人出カポ−トロ４はアナログ−デジ
タル（Ａ／Ｄ）変換器７４、マルチプレクサ７６及びバ
ッファ７８Ａ、７８Ｂ、７８Ｃ，７８Ｄを各々介じてエ
アフロメーク１０、吸気温センサ１２、冷却水温センサ
３８及びヘッド温センサ３９に接続されている。また、
第１の人出カポ−トロ４は、Ａ／Ｄ変換器７４及びマル
チプレクサ７６に制御信号を供給するように接続されて
いる。上記第２の入出カポ−トロ６は、波形整形回路８
０を介して気筒判別センサ４６及び回転角センサ４８に
接続されると共に、入力回路８２を介してノッキングセ
ンサ３６に接続され、また、直接スロットルセンサ２４
Ａに接続されている。

上記第１の出力ポートロ８は駆動回路８６を介してイグ
ナイタ４４に接続され、第２の出力ポードア０は駆動回
路８８を介して燃料噴射弁２６に接続されている。なお
、９０はクロック、９２はタイマである。上記ＲＯＭ６
０には、第５図に示すエンジン回転数Ｎと単位回転数当
たりの吸入空気ＩＱ／Ｎとに基づくヘッド温の推定値の
マツプと第６図に示すエンジン回転数Ｎと単位回転数当
たりの吸入空気ｆｆ１Ｑ／Ｎとに基づく空燃比Ａ／Ｆの
マツプと、が記憶されている。また、ＲＯＭ　６０には
、以下で説明する制御ルーチンのプログラムが予め記憶
されている。

以下に本実施例の作用を第４図のフローチャートに従い
説明する。

まず、ステップ１００において第６図のマツプから空燃
比Ａ／Ｆを読み込み、次いでステップ１０２へ移行して
読み込まれたＡ／Ｆが理論空燃比（＝１４．５）である
か否かが判断され、肯定判定された場合は、ステップ１
０４へ移行して、読み込まれた空燃比Ａ／Ｆに基づいて
燃料噴射が実行されこのルーチンは終了する。

ステップ１０２において、否定判定された場合は、ヘッ
ド温に基づいて空燃比Ａ／Ｆを補正する必要があると判
断され、ステップ１０６へ移行して、まず第５図のマツ
プから推定ヘッド温（マツプ値）を読み込む。次いで、
ステップ１０８ではヘッド温センサ３９により実際のヘ
ッド温を検出した後（実測値）、ステップ１１０へ移行
して、マツプ値と実測値との差ΔＴを演算する。

次のステップ１１２では、この差へＴの絶対値が有意差
１０℃以下か否かが判断される。この有意差はエンジン
の特性により異なり、本実施例では１０℃としたが、こ
れに限定されるものではない。

ステップ１１２で肯定判定された場合は、ヘッド温によ
る空燃比Ａ／Ｆの補正は必要ないと判断され、ステップ
１０４へ移行する。また、ステップ１１２で否定判定さ
れた場合は、ステップ１１４へ移行してマツプ値に対し
て実測値の方が高いか或いは低いかにより、空燃比Ａ／
Ｆをリーンとするかリッチとするかを判断する。すなわ
ち、般に、燃焼室２８による燃焼により発生する熱量は
、有効仕事＋冷却損失＋排気損失で表される。

実測値がマツプ値よりも低いときは、冷却水による熱量
が奪われる量が大きいので、排気温は上がることがなく
、空燃比Ａ／Ｆをリッチにする必要がない。また、逆に
実測値がマツプ値よりも高いときは、熱量により排ガス
の温度が上昇されるので、空燃比Ａ／Ｆをリッチとして
排気温を下げる必要がある。

なお、本実施例において、ノッキングセンサ３６等によ
り点火進角制御が行われている場合は、冷却損失の増加
によりノンキングが抑えられ、より進角させることがで
きるので、有効仕事の減少は少なく、排気損失が大幅に
低下されることになる。

従って、ステップ１１４でΔＴ＞Ｑと判定された場合は
、ステップ１１６へ移行して、変数ＡにΔＴ−１０の演
算値を代入し、次いでステップ１１８でヘッド温５０℃
単位で補正空燃比Ａ／Ｆが１となるように、変数ＢにＡ
１５０の演算値を代入する。次のステップ１２０では、
空燃比Ａ／ＦをＡ／Ｆ＋Ｂの演算値に置き換えた後、ス
テップ１０４へ移行して、燃料噴射を実行する。

ステップ１１４でΔＴ≦０と判定された場合は、ステッ
プ１２２へ移行して変数Ａに１ΔＴ−１０の演算値を代
入し、次いでステップ１２４でヘッド温５０℃単位で補
正空燃比Ａ／Ｆが１となるように、変数ＢにＡ１５０の
演算値を代入する。次のステップ１２６では、空燃比Ａ
／Ｆをへ／Ｆ−Ｂの演算値に置き換えた後、ステップ１
０４へ移行して、燃料噴射を実行する。なお、空燃比を
増減するヘッド温の単位は、上記５０℃に限らず、エン
ジンの特性により最適値を設定することが好ましい。

このように、ヘッド温に基づいて空燃比Ａ／Ｆを補正し
て、排気温を増加させないようにしているので、直接排
ガス温度を検出するための耐久性の優れたセンサが不要
となる。また、排ガス温度をヘッド温により推定してい
るので、例えば冷却水温や外気温等が考慮された現在の
エンジン状態に対応させることができ、実際の排ガス温
度との誤差も少なくすることができる。

次に上記制御に基づいて、定常状態からスロットル開度
を全開とした場合の具体的な例を第７図に従い説明する
。

第７図の時間０の状態では、車両がエンジン回転数Ｎが
３０００　ｒ　ｐ　ｍ、　Ｑ／　Ｎが０．５で走行して
おり（第５図及び第６図Ａ点参照）、空燃比Ａ／Ｆは理
論空燃比（１４，５）で制御され、ヘッド温は９０℃と
なっている。

この状態からスロットルを全開とすると、第６図のマツ
プ上からＡ／Ｆが１２．５が読み込まれる（第６図Ｂ点
参照）。また、第５図からヘッド温（１７０℃）が読み
込まれるが（第５図Ｂ点参照）、この変化は実際には第
７図の実線で示される如く、徐々に上昇することになる
。次にヘッド温センサ３９により実際のヘッド温を検出
すると、第７図鎖線で示される如く、マツプによる推定
温度との間に差が生じている（初期測定時は１００℃）
。この差に応じて、マツプのみによる空燃比Ａ／Ｆ　（
＝１２．５）よりもリーン側の空燃比Ａ／Ｆ（＝１３．
７）に設定し、燃料の噴射を実行する。これにより、ス
ロットル開度が全開となってから所定の時間マツプのみ
による空燃比制御よりもり−ンとすることができるので
、その分燃費が向上される。

なお、本実施例では、過給機付エンジンを例にとって示
したが、過給機が付いていないエンジンについても同様
な効果をえることができる。また、本実施例゛では、機
関負荷を吸入空気ＩＱとしたが、吸気管圧力を検出して
機関負荷を得てもよい。

また、本実施例ではヘッド温センサ３９をシリンダヘッ
ド１９へ取付けたが、シリンダブロック１７へ取付けて
もよく、また、ヘッド温センザ３９を複数個設けてもよ
い。

なお、本実施例ではベースとなる空燃比Ａ／Ｆがマツプ
により定めたため、理論空燃比よりもリッチとなってい
るが、ベースとなる空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比としても
よい。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明に係る内燃機関の空燃比制御に
よる排気温度制御装置は、排気系の温度検出器を設けず
、正確な排ガスの温度を推測して現在のエンジン状態に
最適な空燃比を制御することにより、排気系の熱破壊を
防止することができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例に係る過給様相６気筒火花点火内燃機
関の概略構成図、第２図はシリンダヘッドの平面図、第
３図は制御ブロック図、第４図は空燃比制御フローチャ
ート、第５図はエンジン回転数及び吸入空気量に基づく
ヘッド温特性図、第６図はエンジン回転数及び吸入空気
量に基づく空燃比特性図、第７図は機関過渡時の特性を
示すタイムチャートである。 １０・・・エアフローメータ、 ２０・・・エンジン本体、 ２６・・・燃料噴射弁、 ２８・・・燃焼室、 ３４・・・排気通路、 ３９・・・ヘッド温センサ、 ４５・・・制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）機関負荷及び機関回転速度により定められる空燃
   比を内燃機関の排気系を流れる排ガスの温度に応じてリ
   ッチに制御して、このリッチ側空燃比により燃焼させる
   ことにより排ガスの温度を所定値以下に保持させる内燃
   機関の空燃比制御による排気温度制御装置であって、燃
   焼室を形成するエンジン本体に取付られ燃焼室周りの実
   温度を検出するエンジン本体温度検出器と、機関負荷及
   び機関回転速度に基づいて機関の定常運転時の前記燃焼
   室周りの推定温度を設定する設定手段と、前記実温度と
   推定温度とを比較する比較手段と、比較手段による比較
   結果で実温度の方が高い場合は空燃比を前記リッチ側空
   燃比に制御する空燃比制御手段と、を有する内燃機関の
   空燃比制御による排気温度制御装置。