JPH08261032A - 希薄燃焼エンジンの空燃比制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 車両の運転状態に基づき所定のリーン運転条
件が成立したとき、空燃比を理論空燃比又は理論空燃比
より燃料過濃側に制御するリッチ運転モードから空燃比
を理論空燃比より燃料希薄側に制御するリーン運転モー
ドに移行させる際に、或いは逆にリーン運転モードから
リッチ運転モードに移行させる際に、運転者に切換ショ
ックによる違和感を与えない。 【構成】 吸気量等のエンジン軸出力に関連するパラメ
ータ値を検出し(S34) 、車速に応じた判別閾値を設定し
(S35) 、検出したパラメータ値と設定した判別閾値とを
比較して(S36) 、リッチ運転モードとリーン運転モード
間の切り換えを行う(S38,S39) 。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、希薄燃焼エンジンの空
燃比制御方法に関し、特に、エンジンへ供給される混合
気を理論空燃比より燃料希薄側の空燃比に制御するリー
ン運転モードと、理論空燃比又は理論空燃比より燃料過
濃側の空燃比に制御するリッチ運転モードの切り換え時
の出力変動に伴うショックの防止を図った空燃比制御方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】定常走行運転、或いは減速走行運転のよ
うな部分負荷運転時に、空燃比を理論空燃比より燃料希
薄側に制御し、もって低燃費化を図ったり、有害排ガス
成分の低減化を図る一方、加速運転状態を正確に検出
し、この加速運転時には理論空燃比又は理論空燃比より
過濃側の空燃比に制御する希薄燃焼エンジンの燃料供給
制御方法が、例えば特開平５−７９３７５号公報や特開
平３−９４４号公報により知られている。

【０００３】又、従来、吸気管内圧力（ブースト圧）セ
ンサやエアフローセンサにより負荷を検出し、エンジン
回転数をパラメータとする切換判別用の閾値を設定し、
この判別閾値と検出した負荷とを比較してリーン運転モ
ードとリッチ運転モード間の切り換えを行っている空燃
比制御方法も知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この３番目の方法によ
り運転モードを切り換える従来の空燃比制御方法を採用
すると、次のような問題が生じる。すなわち、同じエン
ジン回転数であっても選択される変速段によって車速が
異なり、車速が異なると定常走行時の走行負荷が異なる
ことになる。したがって、エンジン回転数に応じて設定
された切換判別閾値を用いてリッチ運転モードとリーン
運転モード間の切り換えを行なうと、変速段によっては
切換時にショックが発生し、そのようなショックが加速
途中や減速途中で生じると運転者に違和感や好ましくな
いフィーリングを与えるという問題があった。

【０００５】この問題を解決するために、モード切換判
別閾値を設定するための閾値マップを変速段毎に予め準
備しておき、確立している変速段を検出して、検出した
変速段に対応する閾値マップに基づいて判別閾値を設定
する方法が提案されている。しかしながら、この方法
は、変速段を検出するためのセンサが必要である。自動
変速機を備えた車両では、Ｄレンジや２速、１速レンジ
の検出は、通常のシフトセンサにより可能であるが、特
別な変速段検出用のセンサを使用しないのであれば、３
速段や４速段は、エンジン回転数と車速とから推定する
必要がある。そして、変速段の数だけの閾値マップが必
要であり、これらのマップ値のマッチングをとる作業も
労力と時間が掛る等、ハード的にもソフト的にもシステ
ム構築が煩雑になるという問題がある。

【０００６】本発明は、このうような問題を解決するた
めになされたものであり、リッチ運転モードとリーン運
転モードとの切り換え時に、運転者に切換ショックによ
る違和感を与えることなく、しかも、センサ等の新たな
ハードウェアの追加や、複雑な制御プログラムを必要と
しない希薄燃焼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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に依れば、車両の運転状態に基づき所定
のリーン運転条件が成立したとき、空燃比を理論空燃比
より燃料希薄側に制御する、希薄燃焼エンジンの空燃比
制御方法において、エンジン軸出力に関連するパラメー
タ値を検出し、車速を検出し、検出した車速に応じた判
別閾値を設定し、検出したパラメータ値と設定した判別
閾値とを比較して、空燃比を理論空燃比より燃料希薄側
に制御するリーン運転モードと、空燃比を理論空燃比又
は理論空燃比より燃料過濃側に制御するリッチ運転モー
ドの切り換えを行うことを特徴とする。

【０００８】エンジン軸出力に関連するパラメータとし
ては、エンジンの単位時間当たりの吸気量、スロットル
開度等が好適である。

【０００９】

【作用】本発明は、車速およびエンジンの軸出力に関連
するパラメータ値、例えば単位時間当たりの吸気量を検
出し、車両が現在の車速を維持するための走行負荷抵抗
（消費馬力）と、エンジンの軸出力とを比較することに
よって、車両が加速走行状態であるのか定常走行或いは
減速走行状態にあるのかを判別し、定常走行から加速走
行、或いはその逆に移行する時点で、リッチ運転モード
とリーン運転モードの切り換えを行なえば、たとえ小さ
な切換ショックが生じてもそのショックの発生が定常走
行から加速走行の切換時点と一致するので運転者に違和
感を与えないとの知見に基づくものである。

【００１０】そして、走行負荷抵抗は、変速段が異なっ
ても車速によって略一義的に見積もることができ、車速
に応じて設定される判別閾値は、車両がその車速を維持
して走行できる走行負荷抵抗に対応した値に設定するこ
とができる。従って、検出したエンジンの軸出力に関連
するパラメータ値が、このように設定された判別閾値を
越えると、車両が加速（出力を要求している）状態であ
ると判別することができる。そして、車両が加速状態に
あると判別したときにはリッチ運転モードで、加速状態
でなく、定常走行状態或いは減速走行状態にあると判別
したときにはリーン運転モードで運転させることによ
り、リッチ運転モードとリーン運転モード間の切り換え
が違和感なく極めてスムーズに行われる。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明の一実施例を添付図面に基づ
いて説明する。先ず、第１図を参照して本発明方法が適
用される空燃比制御装置の概略を説明する。エンジンＥ
は、例えば６気筒ガソリンエンジン（以下、単にエンジ
ンという）であり、エンジンＥの吸気側には吸気通路
（吸気管）１６が配設され、その大気側開口端部にはエ
アクリーナ１６ａが取り付けられている。吸気管１６途
中にはスロットル弁１８が配設され、吸気管１６の後端
は、サージタンク１６ｂに接続されている。そして、サ
ージタンク１６ｂからは、各気筒の吸気通路７ａに接続
される吸気マニホールド１６ｃが配設されている。サー
ジタンク１６ｂには、吸気通路内圧力（ブースト圧）Ｐ
ｂを検出するブースト圧センサ２８が取付けられてお
り、このセンサ２８は後述する電子制御装置（ＥＣＵ）
２５に電気的に接続され、ブースト圧検出信号ＰｂをＥ
ＣＵ２５に供給している。各吸気弁８の直ぐ上流の吸気
通路７ａには噴射弁１５が夫々配設さ、各噴射弁１５は
ＥＣＵ２５に接続されてＥＣＵ２５からの駆動信号によ
り開弁駆動されて、各気筒に所要量の燃料を供給してい
る。

【００１２】ＥＣＵ２５は、当該エンジンのリッチ運転
モード、リーン運転モード時における燃料噴射制御を行
なうための中央演算装置（ＣＰＵ）、制御手順（プログ
ラム）や種々のプログラム変数、係数値等を記憶する、
ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶装置、種々の検出信号や駆動信
号の入出力を制御する入出力インターフェイス、カウン
タ装置等で構成されている。

【００１３】ＥＣＵ２５の入力側には、エンジンの運転
状態を検出する各種センサ、例えば前述したブースト圧
センサ２８の他に、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２９、各気筒の所定クラ
ンク角度位置を検出するクランク角センサ（Ｎｅセン
サ）２６、車速Ｖを検出する車速センサ２７、エンジン
Ｅ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、大気圧Ｐ
ａを検出する大気圧センサ等が接続されており、各セン
サからは検出信号をＥＣＵ２５に供給している。

【００１４】次に、上述のように構成される制御装置の
作用を、図２ないし図４のフローチャートを参照して説
明する。先ず、車速センサ２７から供給される車速パル
ス信号に基づいて車速Ｖを演算する方法について説明す
ると、ＥＣＵ２５は、Ｔ１タイマから所定周期で入力す
るクロック信号により図２のサブルーチンを割り込み実
行し、ステップＳ１０において、車速センサ２７から車
速パルス信号がハイレベル（Ｈｉ）であるか否かを判別
する。そして、判別結果が否定（Ｎｏ）であれば、何も
せずに当該サブルーチンを終了するが、肯定（Ｙｅｓ）
であれば、車速カウンタＮＶの値を１宛カウントアップ
して当該ルーチンを終了する。

【００１５】次に、ＥＣＵ２５は、図３に示されるサブ
ルーチンを、Ｔ２タイマから所定周期で入力するクロッ
ク信号で割り込み実行する。Ｔ２タイマのクロック信号
発生周期は、図２のＴ１タイマのそれより大きい。ＥＣ
Ｕ２５は、ステップＳ２０において次式(A1)によりカウ
ンタ値ＮＶを車速換算値Ｖｓに換算する。 Ｖｓ＝Ｋvs×ＮＶ …… (A1) ここに、Ｋvsはカウンタ値ＮＶを車速換算値Ｖｓに換算
するための換算係数である。

【００１６】次に、車速換算値Ｖｓを次式(A2)によりフ
ィルタリングしてノイズ等に影響されない平滑で安定な
車速情報Ｖを得る（ステップＳ２２）。 Ｖ(n) ＝Ｋav×Ｖ(n-1) ＋（１−Ｋav）×Ｖｓ …… (A2) ここに、Ｋavは平滑化係数であり、１より小さい正の適
宜値に設定してある。Ｖ(n-1) は、車速Ｖの前回演算
値、Ｖ(n) は今回演算値である。

【００１７】車速Ｖの演算を終了すると、車速カウンタ
値ＮＶを０にリセットして（ステップＳ２４）、当該サ
ブルーチンを終了する。図４は、ＥＣＵ２５が繰り返し
実行するメインルーチンを示す。ＥＣＵ２５は、先ず、
ステップＳ３０において、リーン運転域圧力マップから
エンジン回転数Ｎｅに応じたブースト圧判別閾値ＰmLを
読み出す。図５は、エンジン回転数Ｎｅと判別閾値ＰmL
との関係の一例を示している。検出されるエンジン回転
数Ｎｅに応じて設定されるブースト圧判別閾値ＰmLよ
り、ブースト圧センサ２８によって検出されるブースト
圧（吸気管内圧力）Ｐｂが小さくなる運転領域では、リ
ーン運転を行なってもエンジンＥに出力の余裕がある領
域を示す。換言すれば、ブースト圧判別閾値ＰmLは、リ
ーン運転によるエンジンＥの出力限界を示し、検出した
ブースト圧Ｐｂがブースト圧判別閾値ＰmLより大であれ
ば、運転者はより大きいエンジン出力を要求しているに
もかかわらずリーン運転モードではエンジン出力が得ら
れず、リッチ運転モードで運転を行なわなければならな
いことを意味する。

【００１８】ＥＣＵ２５は、ステップＳ３２において検
出したブースト圧Ｐｂがブースト圧判別閾値ＰmL以下で
あるか否か、すなわち、エンジン側の出力限界を考慮し
てリーン運転モードの制御を実行することができるか否
かを判別する。判別結果が否定（Ｎｏ）であれば、ステ
ップＳ３９に進み、リーン運転を禁止し、リッチ運転モ
ード制御を実行する。

【００１９】リッチ運転モード制御では、ＥＣＵ２５
は、エンジン運転状態に応じた燃料噴射弁の開弁時間を
演算し、演算した開弁時間に亘って燃料噴射弁１５に駆
動信号を出力し、当該燃料噴射弁に所要量の燃料をエン
ジンＥに供給させる。このときのエンジンＥへ供給され
る混合気は、実質的に理論空燃比と見做せる空燃比また
は理論空燃比より燃料過濃側の空燃比に制御されること
になる。

【００２０】一方、ステップＳ３２の判別結果が肯定
（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ３４に進み、エンジ
ン軸出力に関連するパラメータ値として吸気量Ｑair を
演算する。吸気量Ｑair の演算は、ブースト圧センサ２
８によって検出されるブースト圧（吸気管内圧力）Ｐｂ
及びクランク角センサ２６により検出されるエンジン回
転数Ｎｅに基づいて次式(M1)により演算される。

【００２１】 Ｑair ＝Ｐb ×Ｎe ×Ｋair …… (M1) ここに、Ｋair は吸気量に変換するための変換係数（定
数）である。次に、ＥＣＵ２５はステップＳ３６に進
み、リーン運転域吸気量マップから車速Ｖに応じた吸気
量判別閾値Ｑcrを読み出す。図６は、車速Ｖと判別閾値
Ｑcrとの関係の一例を示し、判別閾値Ｑcrの設定は、変
速段等には関係せず、車速Ｖのみによって設定される。

【００２２】 Ｑcr＝ｇ（Ｖ） …… (M2) 車速Ｖに応じて設定される吸気量判別閾値Ｑcrは、車両
をその車速Ｖで定速走行させるために必要な吸気量と略
同じ値に設定され、このように設定された判別閾値Ｑcr
より、上記式(M1)により演算された吸気量Ｑair が小さ
くなる領域は、吸気量Ｑair に対応するエンジン軸出力
では走行負荷抵抗に打ち勝つことができず、定速走行状
態を維持できないので減速走行運転領域を示す。この領
域では、運転者は減速運転を意図しており、リーン運転
モードで運転しても構わない。逆に、吸気量Ｑair が判
別閾値Ｑcrより大である領域は、運転者が加速を意図し
ている領域であると判別することができる。

【００２３】そこで、ステップＳ３６では、演算した吸
気量Ｑair が判別閾値Ｑcr以下であるか否かを判別し、
判別結果が否定（Ｎｏ）であれば、前述したステップＳ
３９に進み、リーン運転モードによる制御を禁止する。
一方、ステップＳ３６の判別結果が肯定（Ｙｅｓ）であ
れば、ステップＳ３８に進み、リーン運転モードによる
制御を許可して当該ルーチンを終了する。

【００２４】このように、ステップＳ３８においてリー
ン運転モードによる制御が許可された場合には、ＥＣＵ
２５は、エンジン運転状態に応じた燃料噴射弁の開弁時
間を演算し、演算した開弁時間に亘って燃料噴射弁１５
に駆動信号を出力し、当該燃料噴射弁に所要量の燃料を
エンジンＥに供給させる。このときのエンジンＥへ供給
される混合気は、理論空燃比より燃料希薄側の空燃比に
制御されることになる。なお、リーン運転モードによる
空燃比制御には、エンジンＥの運転状態によっては燃料
の供給を停止する燃料カット制御を含むようにしてもよ
い。

【００２５】上述の実施例では、エンジン軸出力に関連
するパラメータとして、エンジンＥへの吸気量Ｑair を
用いたが、エンジン軸出力に関連するパラメータとして
はこれに限らず、スロットル弁開度、アクセルペタル踏
込量、吸気管内圧力等を用いることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
希薄燃焼エンジンの空燃比制御方法に依れば、吸気量等
のエンジン軸出力に関連するパラメータ値を検出し、車
速に応じた判別閾値を設定し、検出したエンジン軸出力
に関連するパラメータ値と判別閾値とを比較してリッチ
運転モードとリーン運転モード間の切り換えを行うよう
にしたので、定速走行運転から加速走行運転に移行する
タイミングでリーン運転モードからリッチ運転モードに
切り換えることができ、この切換時に多少切換ショック
が生じても運転者にはショックによる違和感を与えるこ
とがない。また、本発明の制御方法では、変速段を検出
する必要がないので、マニアル変速車にも自動変速車に
も適用が可能である。更に、緩加速時等のスロットル弁
開度の変化が小さい運転状態の場合でも、安定した加速
判定ができるのという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の希薄燃焼エンジンの空燃比制御方法が
適用される内燃エンジンの概略構成を示す図である。

【図２】車速センサ２７から電子制御装置（ＥＣＵ）２
５に入力するパルス信号をカウントするための手順を示
すフローチャートである。

【図３】図２に示すサブルーチンでカンウトした車速パ
ルスに基づいて車速Ｖを演算する手順を示すフローチャ
ートである。

【図４】リーン運転モードの実行を許可するか否かを判
別するための手順を示すフローチャートである。

【図５】エンジン回転数Ｎｅとブースト圧判別閾値ＰmL
との関係を示すグラフである。

【図６】車速Ｖと吸入量判別閾値Ｑcrとの関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１５ 燃料噴射弁 １６ 吸気通路 ２５ 電子制御装置（ＥＣＵ） ２６ クランク角（Ｎｅ）センサ ２７ 車速センサ ２８ ブースト圧センサ ２９ スロットル開度センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の運転状態に基づき所定のリーン運
   転条件が成立したとき、空燃比を理論空燃比より燃料希
   薄側に制御する、希薄燃焼エンジンの空燃比制御方法に
   おいて、エンジン軸出力に関連するパラメータ値を検出
   し、車速を検出し、検出した車速に応じた判別閾値を設
   定し、検出したパラメータ値と設定した判別閾値とを比
   較して、空燃比を理論空燃比より燃料希薄側に制御する
   リーン運転モードと、空燃比を理論空燃比又は理論空燃
   比より燃料過濃側に制御するリッチ運転モードの切り換
   えを行うことを特徴とする希薄燃焼エンジンの空燃比制
   御方法。
2. 【請求項２】 前記エンジン軸出力に関連するパラメー
   タは、吸気量であることを特徴とする、請求項１記載の
   希薄燃焼エンジンの空燃比制御方法。
3. 【請求項３】 前記エンジン軸出力に関連するパラメー
   タは、前記エンジンの吸気通路に配設されたスロットル
   弁の弁開度であることを特徴とする、請求項１記載の希
   薄燃焼エンジンの空燃比制御方法。