JPH0370834A - 自動車用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］ 本発明はステッピングモータを用いたエアブリード制御
装置を有する自動車用内燃機関の空燃比制御装置に関し
、特にエンジン暖機時における空燃比の制御に関する。

［従来の技術］ 内燃機関の空燃比の制御は排気系に設けた酸素濃度セン
サにより排気中の酸素濃度を測定して、酸素濃度が低い
ときは空燃比を薄く、逆に酸素濃度が高いときは混合気
が濃くなるように空燃比制御装置を作動させ、空燃比を
目標域に収束させていた。

そして、内燃機関が暖機時にあってエンジンの冷却水の
温度が低い場合は濃混合気が要求されるため、冷却水の
水温を検出し、水温が低い場合は空燃比の制御をフィー
ドバック制御とせず、ステッピングモータを用いたエア
ブリード制御装置におけるステッピングモータのステッ
プ位置を空気通路を全開とするステップ位置にホールド
して濃混合気を得ていた。そして、冷却水の温度がある
設定温度に上昇した時点でフィードバック制御を開始す
る構成としていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、冷却水の温度が上昇しフィードバック制御を開
始するための設定水温（例えば４０℃〜５０℃）に近い
温度となった時には濃混合気は必要としないためステッ
ピングモータのステップ位置を全開（ステップ位置Ｏ）
としたまま制御を続けると混合気はオーバーリッチとな
り、燃料消費率を悪化していた。

そこで本発明は、冷却水の温度は低温域であってもエン
ジン回転数がある程度上昇するとエンストの心配がなく
なり、濃混合気が要求されなくなることに着目し、設定
するエンジン回転数以上となった場合には不必要に混合
気を濃混合気（リッチ）とならないようにステッピング
モータのステップ位置を開方向に移動させることにより
、余分な燃料の消費を防ぎ、かつ、エンジン暖機時のド
ライバビリティの向上を図る空燃比制御装置を提供する
。

［課題を解決するための手段］ 本発明の自動車用内燃機関の空燃比制御装置は自動車用
内燃機関に燃料と吸入空気から成る混合気を供給する燃
料供給装置と、燃料供給装置に空気を供給するニードル
弁とニードル弁を操作するアクチュエータを備えたエア
ブリード制御装置と、エンジンの点火装置に設けた回転
数を検知するエンジン回転センサと、排気管に設けた酸
素濃度センサと、エンジンの冷却水の温度を検知する水
温センサと、エンジン回転センサの信号と酸素濃度セン
サおよび水温センサとからの入力信号に基いてエンジン
の冷却水の温度がフィードバック制御を開始する水温と
して設定する高温判定水温以下か否かを判定する回路と
、エンジン回転数が設定するエンジン回転数以上か否か
を判定する回路と、エンジン冷却水の温度が高温判定水
温以下のある設定水温以下か否かを判定する回路とを備
え、各回路からの指令を信号に変えてエアブリード制御
装置へアクチュエータの制御信号を出方する演算制御装
置とを具備する。

［作用］ エンジン暖機時、エンジンの冷却水の温度は低く、かつ
エンジンの回転数が低回転数の間はエンジンは癌混合気
を必要とするので制御通路を全閉として供給気をリッチ
とする。そして、水温は高温と判定されるまでに上昇し
ていないけれどもエンジン回転数は設定回転数以上に上
昇した場合には、高温判定水温以下である設定水温を設
定して判定回路を設け、水温が設定水温以上になった時
、その設定水温に対応する混合気が得られるようにステ
ッピングモータを開動し、不必要な濃混合気に変えて薄
混合気をエンジンに供給することにより、余分な燃料の
消費を防ぎ、ドライバビリティを向上する。

［実施例］ 第１図は自動車用内燃機関の全体構成説明図であって、
内燃機関（エンジン）１の空燃比を制御する演算制御装
置８は、排気管２に取付けた酸素濃度センサ５からの空
燃比信号９１点火装置６から検知されるエンジン回転数
信号７．エンジン冷却水の温度を検知する水温センサエ
２からの水温信号１３等の入力信号をもとに、内燃機関
（エンジン）１の燃料供給装置３に取付けたエアブリー
ド制御装置４に出力信号１０を送り、エンジン１の空燃
比を制御する。また、排気管２には排気ガス浄化用の触
媒装置１１が配設されている。

第２図は燃料供給装置３とエアブリード制御装置４との
詳細を示・す断面図である。

燃料供給装置３はエアクリーナに連通ずる吸気通路３１
を備え、吸気通路３１内にチョーク弁３２とアクセルペ
ダルの踏込量に対応して回動する軸３３に設けるスロッ
トル弁３５とを配設する。

吸気通路３１の内部には大ベンチユリ３４ａと小ベンチ
ユリ３４ｂを設け、小ベンチユリ３４ｂの内部にメイン
ノズル３６の先端を開口する。メインノズル３６の他端
は燃料のフロート室３７に連通し、スロットル弁３５の
開度に応じて変化する小ベンチユリ３４ｂを通過する吸
気量に対応する量の燃料がメインノズル３６から吸い出
され。

混合気となってエンジン１に供給される。

吸気通路３１のスロットル弁３５の近傍には上部スロー
ポート３８ｂと下部スローポート３８ａが開口し、エン
ジン１のアイドル回転時等の混合気のためスロー用燃料
通路３９からの燃料をエンジンに付加供給する。この下
部スローポート３８ａは先端にニードル３８ｄをもつス
ロー調整用のねじ３８ｃを設け、ニードルを前後させて
下部スローポート３８ａの開口度を調節する。

エアブリード制御装置４は内部に２個のニードル弁をも
ち、気密性のあるケース４°８で被覆されている。該ケ
ース４８にはエアクリーナに連通する空気通路４１ａ、
４１ｂの端部が開口し、一端がケース４８に開口する空
気通路４４．４５とそれぞれケース４８内において制御
通路４２ａ。

４３ａで連通する。

ケース４８の内部には２本のエアブリード制御弁である
ニードル４２．４３がホルダー４６に支持された状態で
配備されている。ニードル４２゜４３はその位置に応じ
て制御通路４２ａ、４３ａの開口面積調節し、２個のニ
ードル開閉弁を形成して空気通路４４　、、４５への空
気流入量を調整する。エアブリード制御装置４の２本の
ニードル４２．４３を支持するホルダー４６の中心には
軸４７が回転自在に挿入する。軸４７はニードル４２．
４３を軸方向へ移動させるアクチュエータの回転軸であ
って、本発明においてはアクチュエータとしてステッピ
ングモータ４９を用いる。

ステッピングモータ４９は演算制御装置８からの入力信
号１０に応じて回転方向と回転角度が制御される公知の
もので、ステッピングモータ４９の原動はパルス信号に
基づき、１ステップ単位で、動き、４パルスで１ステツ
プの移動をする。踵動速度（ステッピングモータ移動速
度）はパルス周波数による６モータ４９の回転軸４７０
回転によりホルダ４６は軸線方向に移動する。この移動
に応じてホルダ４６に支持された２本のニードル４２．
４３は軸線方向に同時に移動する。

一方二−ドル４２が制御する制御通路４２ａの出口側は
空気通路４４に連通し、空気通路４４の他端はメインノ
ズル３６に連通ずる。そこで、ニードル４２の位置に応
じた空気量がメインノズル３６に送り込まれる。即ち、
小ベンチユリ３４ｂを通過する吸入空気とメインノズル
３６からの燃料で作られる混合気は濃混合気になるよう
に設定しておき、エアブリード制御装置４からメインノ
ズル３６へ送り込む空気（エアブリード）の量を制御す
ることによりエンジンｌの運転状態に最適な空燃比を確
保することができる。

同様に、ニードル４３が制御する制御通路４３ａの出口
も空気通路４５を介して上部スローボート３８ｂと下部
スローポート３８ａに連通し、上下のスローボート３８
ａ、３８ｂに送り込む空気量を制御して最適な空燃比を
確保する。

以上のように構成した空燃比制御装置における空燃比制
御は次のようになっている。

エンジンを始動させてからエンジンの回転が低回転であ
って、かつ、エンジンの冷却水の温度（以下水温という
）が低く、フィードバック制御を開始する水温（高温判
定水温という）まで上昇していない間は、エンジンには
濃混合気が必要とされるので、この間はステッピングモ
ータのステップ位置を、各ニードル４２．４３が制御通
路４２ａ、４３ａを全開とするステップ位置（この位置
をＯとする）にホールドし、供給気を濃混合気とする状
態で開ループ制御する。

そして、水温はフィードバック制御を開始する設定され
た高温判定水温までは上昇していないけれど、エンジン
回転数が上昇しエンストの心配が無くなるある設定する
エンジン回転数以上となった時、ステッピングモータの
ステップ位置を不必要に濃混合気とならない程度、開方
向に移動してホールドし、供給気をややリーン（薄混合
気）とする。

さらに、フィードバック制御開始のため設定する高温判
定水温以下を低温域、高温判定水温以上を高温域とする
と、低温域での水温検出間隔を細分化してステッピング
モータのホールド設定水温を増設し、各設定水温に対応
した混合気を得るステッピングモータのステップ位置に
ステピングモータをホールドする。すなわち、ステッピ
ングモータのステップ位置を水温が高温になるに従って
小きざみに開方向に（混合気リーン化）に移動・ホール
ドするように設定し、徐々にフィードバック制御中心ス
テップ位置に近づけてゆき、急激な混合気の変化を防止
する。

水温が上昇し、高温域と判定される水温となった時、開
ループ制御を解除し、フィードバック制御を開始する。

以上の構成よりなる空燃比制御装置のエアブリード制御
装置４に空燃比制御信号を出力する演算制御装置８につ
いて図面を参照して説明する。

第３図・第４図は水温によるステッピングモータの作動
説明図である。

第３図・第４図とも縦軸にはステッピングモータのステ
ップ位置を、横軸には水温を表わしている。

本発明における演算制御装置８は、フィードバック制御
開始水温として設定する高温判定水温ＴＨ４より低温で
あるが、濃混合気を供給しなくともエンストをおこさな
い程度に上昇したエンジン回転数を設定エンジン回転数
ＮＥＷとして定め、エンジン回転数ＮＥが設定エンジン
回転数ＮＥＨより低い場合と高い場合とでその制御を変
えている。

第３図はエンジン回転数ＮＥが設定エンジン回転数ＮＥ
Ｗより低い場合を示している。

この場合は、水温がフィードバック制御を開始する高温
判定水温ＴＨ４に上昇するまでステッピングモータのス
テップ位置を制御通路を全閉とするステップＯにホール
ドする。水温が水温ＴＨ４まで上昇するとステッピング
モータを廓動し、ステップ位置をフィードバック制御中
心位置ＳＴ４まで移動させる。

第４図はエンジン回転数Ｎ　Ｅ　！Ｊ＜設定エンジン回
転数ＮＥＨより高回転となった場合を示している。

この実施例では、水温の判定水温を低温から高温にむか
って高温判定水温ＴＨ，ｉとなるまでの間に第１設定水
温ＴＨ１，第２設定温度ＴＨ２，第３設定温度ＴＨ３と
３個所設けている。

水温が第１設定水温ＴＨ１となるまではステッピングモ
ータのステップ位置を制御通路を全開とするステップＯ
にホールドする。水温が第１設定水温ＴＨ，に上昇する
とステッピングモータのステップ位置を開方向に移動し
てステップＳＴ工にホールドする。水温が第２設定水温
ＴＨ，に上昇するとステッピングモータのステップ位置
を開方向に移動してステップＳＴ２にホールドする。水
温が第３設定水温ＴＨ，に上昇するとステッピングモー
タのステップ位置を開方向に移動してステップＳＴ□に
ホールドする。そして、さらに水温が上昇し、フィード
バック制御を開始する高温判定水温ＴＨ４となるとステ
ッピングモータのステップ位置をステップ５Ｔ４（フィ
ードバック制御中心位置）まで移動し、フィードバック
制御を開始する。

このように演算制御装置８はＥＣＵ　（エレクトロニッ
ク・コントロール・ユニット）に入ってくるエンジン回
転数、空燃比信号、水温等の信号をもとに、ステッピン
グモータのステップ位置（ＳＴ、、、ＳＴ２．ＳＴ、、
ＳＴ４等）を決定する。

すなわち、エンジン始動後、エンジン回転数が設定回転
数以下、かつ高温判定水温以下の（低温域）の場合はス
テッピングモータのステップ位置をステップＯとし、エ
ンジン回転数が設定回転数以上となると、水温が高温判
定水温ＴＨ４以下（低温域）であっても不必要にリッチ
化しないように水温に対応してステップ位置を開方向に
移動させてホールドすることにより、混合気のオーバー
リッチ化を防止し、余分な燃料の消費を防ぐことができ
るとともに、混合気の急激な変化を緩速変化とすること
によりドライバビリティの向上を達成する。

この制御形態を第５図の制御フローチャートで説明する
。

ステップ１００から出発し、ステップ１０１でエンジン
冷却水温が高温設定水温ＴＨ，以下か否かを判定する。

水温が高温判定水温ＴＨ４以上の場合はＮ０回路を進み
ステップ１０２でフィードバック制御指令を出力し、ス
テップ１０３で終了する。水温が高温判定水温以下の場
合はＹＥＳ回路を進みステップ１０４でエンジン回転数
が設定回転数以上か否かの判定をする。設定回転数以下
の場合はＮ０回路を進みステップ１０５でステッピング
モータのステップ位置をステップＯ（制御通路全開）と
する指令を出力する。そして、ステップ１０６でステッ
ピングモータのステップ位置をステップＯにホールドす
る指令を出力する。エンジン回転数が設定回転数以上と
なるとＹＥＳ回路を進みステップ１０７で水温が第３設
定水温以下かどうかを判定する。水温が第３設定水温以
上の場合はＮｏ回路を進み、ステップ１０８でステッピ
ングモータをステップ位１ｓＴ３に移動する指令を出力
する。そしてステップ１０９でステッピングモータをス
テップ位置ｓＴ、にホールドする指令を出力する。水温
が第３設定水温より低い場合はＹＥＳ回路を進み、ステ
ップ１１０で水温が第２設定水温ＴＨ２以下か否かの判
定をする。

水温が第２設定水温以上の場合はＮｏ回路を進みステッ
プ１１でステッピングモータのステップ位置をステップ
Ｓ下２に移動する指令を出力し、ステップ１１２でステ
ップ５Ｔ４にホールドする指令を出力する。水温が第２
設定水温以下の時はＹＥＳ回路を進みステップ１１３で
水温が第１設定水温ＴＨ，以下か否かの判定をする。水
温が第１設定水温以上の場合はＮ０回路を進みステップ
１１４でステッピングモータのステップ位置をステップ
ＳＴ工に移動する指令を出力し、ステップ１１５でステ
ップＳＴ工にホールドする指令を出力する。水温が第１
設定水温以下の場合はＹＥＳ回路を進みステップ１１６
でステッピングモータのステップ位置を制御通路を全開
とするステップＯに移動する指令を出力し、ステップ１
１７でステップＯにステップ位置をホールドする指令を
出力し、エンジンの冷却水の水温判定を繰返す。

以上のような制御回路を内蔵する演算制御装置（ＥＣＵ
）８は制御回路からの指令を信号１０に変換してエアブ
リード制御装置４のステッピングモータ４９に送り、ス
テッピングモータ４９は指令された開動速度でニードル
４２．４３を上・下移動させ、制御通路４２ａ、４３ｂ
を開閉し、所望する空燃比となる空気量を空気通路４４
．４５を介してメインノズル３６およびスローポート３
８ａ、３８ｂに送る。

［発明の効果］ 本発明の空燃比制御装置は、エンジン冷却水の水温が低
くかつエンジン回転が低温の場合は、制御通路を全開と
して濃混合気をエンジンに供給してエンジン始動時の立
上りを保証するとともに、エンジン回転数が上昇し濃混
合気をエンジンに供給しなくともエンストをおこさない
状態となった時、混合気をややリーン化することにより
、混合気のオーバーリッチ化を防止し、不必要な燃料消
費を省くことができる。また、エンジン冷却水の上昇に
伴い、小きざみに混合気の調整をすることにより、急激
な混合気の変化を回避でき、エンジン暖機時のドライバ
ビリティの向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動車用内燃機関の全体構成説明図、第２図は
燃料供給装置とエアブリード制御装置の断面図。 第３図はエンジン回転数が設定エンジン回転数以下の場
合の水温によるステッピングモータの作動説明図、 第４図はエンジン回転数が設定エンジン回転数以上の場
合の水温によるステッピングモータの作動説明図、 第５図は制御フローチャート、 である。 ｌ・・・内燃機関、 ３・・・燃料供給装置。 ４・・・エアブリート制御装置、 ５・・・酸素濃度センサ、 ６・・・点火装置、 ７・・・エンジン回転センサ、 ８・・・演算制御装置、 ９・・・空燃比信号。 １２・・・水温センサ、 １３・・・水温信号、 ４２．４３・・・ニードル、 ４９・・・ステッピングモータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、自動車用内燃機関に燃料と吸入空気から成る混合気
   を供給する燃料供給装置と、燃料供給装置に空気を供給
   するニードル弁とニードル弁を操作するアクチュエータ
   を備えたエアブリード制御装置と、エンジンの点火装置
   に設けた回転数を検知するエンジン回転センサと、排気
   管に設けた酸素濃度センサと、エンジンの冷却水の温度
   を検知する水温センサと、エンジン回転センサと水温セ
   ンサおよび酸素濃度センサとからの入力信号に基いてエ
   アブリード制御装置へアクチュエータの制御信号を出力
   する演算制御装置から成る自動車用内燃機関の空燃比制
   御装置において、 前記演算制御装置は、エンジンの冷却水の温度がフィー
   ドバック制御を開始する水温として設定する高温判定水
   温以下か否かを判定する回路と、エンジン回転数が設定
   するエンジン回転数以上か否かを判定する回路と、エン
   ジン冷却水の温度が高温判定水温以下のある設定水温以
   下か否かを判定する回路とを備え、 エンジン回転数が設定するエンジン回転数以上、エンジ
   ンの冷却水の温度が高温判定水温以下、設定水温以上と
   なつた時、アクチュエータを開方向に駆動し、設定水温
   に対応する空気供給位置にアクチュエータをホールドす
   る信号をエアブリード制御装置に出力することを特徴と
   する自動車用内燃機関の空燃比制御装置。 ２、請求項１に記載する自動車用内燃機関の空燃比制御
   装置の演算制御装置は、エンジンの冷却水の温度がフィ
   ードバック制御を開始する水温として設定する高温判定
   水温以下か否かを判定する回路と、エンジン回転数が設
   定するエンジン回転数以上か否かを判定する回路と、高
   温判定水温以下の水温を複数設定し、各設定水温ごとに
   エンジン冷却水の温度が設定水温以下か否かを判定する
   回路とを備え、 エンジン回転数が設定するエンジン回転数以上、エンジ
   ンの冷却水の温度が高温判定水温以下、各設定水温以上
   となつた時、各設定水温に対応する空気供給が得られる
   よう開方向にアクチュエータを駆動し、それぞれのアク
   チュエータ位置でホールドする信号をエアブリード制御
   装置に出力することを特徴とする自動車用内燃機関の空
   燃比制御装置。