JPH0893537A - 内燃機関の空燃比制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】空燃比を変更した場合のトルク変動によるショ
ックを軽減する。 【構成】理論空燃比及び理論空燃比より高い希薄燃焼用
空燃比での運転を切り替えて制御する内燃機関の空燃比
制御方法であって、点火時期を徐々に所定値まで遅角
し、前記所定値に点火時期が達した時点で理論空燃比よ
り希薄燃焼用空燃比に瞬時に変更し、前記希薄燃焼用空
燃比への変更後所定の点火回数を経過後に希薄燃焼用空
燃比における点火時期に変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として自動車に適用
する内燃機関の空燃比制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】理論空燃比より高い空燃比で運転するリ
ーンバーン方式の内燃機関においても、高負荷域では出
力を得る目的や触媒を保護する目的で、ストイキあるい
はストイキよりリッチな空燃比に切り替える必要があ
る。従来、このような要求に対して、空燃比の切り替え
を運転に支障なく円滑に行うため、例えば特開昭６２−
３２２５５号公報のもののように、運転状態の変化によ
り空燃比が少なくともリッチ側からリーン側へ変更され
場合には、実際の空燃比がリーン側の目標とする空燃比
に向けて時々刻々と変化するのに応じて、点火時期を目
標とする点火時期に向けて徐々に変化させるようにして
いるものが知られている。また、特開平６−１７７３２
号公報のもののように、混合気の空燃比がリーン側から
リッチ側に変更された時点から所定時間経過後にリッチ
側空燃比に応じて設定された所定点火時期に対して遅角
補正し、遅角補正された遅角補正値から徐々に所定点火
時期に移行するようにしたものも知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ストイキで
の運転状態からリーンな空燃比での運転状態に移行する
場合、排気ガス中のＮＯｘの排出量が最大になる空燃比
の運転領域が存在する。上記したものでは空燃比を徐々
に変更して、リーンな空燃比からリッチな空燃比、ある
いはその逆の運転状態に切り替えているので、ＮＯｘ排
出量が最大になる状態で運転を行うことになってしま
い、排気ガスの浄化の点からも好ましくなかった。

【０００４】本発明は、このような不具合を解消するこ
とを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願のそれぞれの発明
は、このような目的を達成するために、次のような手段
を講じたものである。すなわち、本願の請求項１に記載
の発明に係る内燃機関の空燃比制御方法は、理論空燃比
及び理論空燃比より高い希薄燃焼用空燃比での運転を切
り替えて制御する内燃機関の空燃比制御方法であって、
点火時期を徐々に所定値まで遅角し、前記所定値に点火
時期が達した時点で理論空燃比より希薄燃焼用空燃比に
瞬時に変更し、前記希薄燃焼用空燃比への変更後所定の
点火回数を経過後に希薄燃焼用空燃比における点火時期
に変更することを特徴とする。

【０００６】また、本願の請求項２に記載の発明にかか
る内燃機関の空燃比制御方法は、理論空燃比及び理論空
燃比より高い希薄燃焼用空燃比での運転を切り替えて制
御する内燃機関の空燃比制御方法であって、理論空燃比
より高い希薄燃焼用空燃比における運転状態のスロット
ルバルブの開成状況及びその開成状況に応じて変化する
吸気管圧力を検出し、希薄燃焼用空燃比を希薄燃焼用空
燃比より低い設定空燃比まで変更し、検出した開成状況
及び吸気管圧力に応じた所定時間の後に設定空燃比に変
更した空燃比を理論空燃比に変更し、理論空燃比に変更
後所定の点火回数を経過してから点火時期を遅角し、遅
角した後徐々に点火時期を進角することを特徴とする。

【０００７】

【作用】本願の請求項１の発明のものであれば、まず点
火時期を遅角してトルクを下げることにより希薄燃焼用
空燃比における運転状態のトルクに近似させ、その後に
空燃比の変更を瞬時に行うことで理論空燃比と希薄燃焼
用空燃比との中間の空燃比を採用することなく希薄燃焼
用空燃比に切り替え、所定の点火回数を経過した後に点
火時期を希薄燃焼用空燃比のものに変更して理論空燃比
における運転状態のトルクに近似させる。したがって、
理論空燃比での運転状態から希薄燃焼用空燃比での運転
状態に変化した場合でも、トルクの変動をほぼなくすこ
とができるとともに、空燃比を瞬時に変更しているので
エミッションを劣化させることがない。

【０００８】また、本願の請求項２の発明のものであれ
ば、希薄燃焼用空燃比における運転状態のスロットルバ
ルブの開成状況及びその開成状況に応じて変化する吸気
管圧力を検出して、出力が要求されているか否かの判定
を行って空燃比の切替時期を決定し、一旦希薄燃焼用空
燃比より低い設定空燃比に移行してトルクを大きくし、
検出した開成状況及び吸気管圧力に応じた所定時間の後
に設定空燃比に変更した空燃比を理論空燃比に変更し、
かつ理論空燃比に変更後所定の点火回数を経過してから
点火時期を遅角し、遅角した後徐々に点火時期を進角し
て、トルクが空燃比の変更により一気に変化することを
回避している。つまり、空燃比の変更は、設定空燃比と
理論空燃比との２段階で行われる。しかも、設定空燃比
から理論空燃比には前記所定時間経過の後に移行してい
るので、急激なスロットルバルブの変化にも緩慢な変化
にも対応してトルクの変化を押さえている。したがっ
て、希薄燃焼用空燃比における運転状態から理論空燃比
における運転状態に移行するする際のトルクの変動によ
るショックが軽減され、運転性を悪化させることがな
い。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照して
説明する。

【００１０】図１に概略的に示したエンジン１００は自
動車用の４気筒のもので、その吸気系１には図示しない
アクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ２
が配設され、その下流側にはサージタンク３が設けられ
ている。サージタンク３に連通する吸気系１の吸気マニ
ホルド４の一方の端部近傍には、さらに燃料噴射弁５が
設けてあり、この燃料噴射弁５を、電子制御装置６によ
り制御するようにしている。また排気系２０には、排気
ガス中の酸素濃度を測定するための空燃比センサ２１
が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された三
元触媒２２の上流の位置に取り付けられている。この空
燃比センサ２１は、通常のＯ_２センサとほぼ同様の構造
を有しており、大気側電極と排気側電極との間に一定電
圧を印加することによって、フィードバック制御時の理
論空燃比の場合からリーンバーン領域における空燃比の
場合に亘って、排気ガス中の酸素濃度に応じた電流を略
直線的に出力するものである。

【００１１】電子制御装置６は、中央演算処理装置７
と、記憶装置８と、Ａ／Ｄコンバータ１０と、入力イン
ターフェース９と、出力インターフェース１１とを具備
してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成さ
れており、その入力インターフェース９には、サージタ
ンク３内の圧力を検出するための吸気圧センサ１３から
出力される吸気圧信号ａ、エンジン回転数ＮＥを検出す
るためのカムポジションセンサ１４から出力される回転
数信号ｂ、気筒判別信号Ｇ１、及びクランク角基準位置
信号Ｇ２、車速を検出するための車速センサ１５から出
力される車速信号ｃ、スロットルバルブ２の開閉状態を
検出するためのスロットルセンサ１６から出力されるス
ロットル開度信号ｄ、エンジンの冷却水温を検出するた
めの水温センサ１７から出力される水温信号ｅ、上記し
た空燃比センサ２１から出力される電流信号ｈなどが入
力される。一方、出力インターフェース１１からは、燃
料噴射弁５に対して燃料噴射信号ｆが、またスパークプ
ラグ１８に対してイグニッションパルスｇが出力される
ようになっている。

【００１２】電子制御装置６には、吸気圧センサ１３か
ら出力される吸気圧信号ａとカムポジションセンサ１４
から出力される回転数信号ｂと水温センサ１７から出力
される水温信号ｅを主な情報とし、エンジン状況に応じ
て理論空燃比で通常のフィードバック制御を行うととも
に、定常状態にあってはリーンな空燃比によるいわゆる
リーンバーン領域にて制御するように、基本的には、各
種の補正係数で基本噴射時間を補正して燃料噴射弁開成
時間すなわちインジェクタ最終通電時間Ｔを決定し、そ
の決定された通電時間により燃料噴射弁５を制御して、
エンジン負荷に応じた燃料を該燃料噴射弁５から吸気系
１に噴射させるためのプログラムが内蔵してある。ま
た、このプログラムにおいては、点火時期を徐々に所定
値まで遅角し、前記所定値に点火時期が達した時点で理
論空燃比より希薄燃焼用空燃比に瞬時に変更し、前記希
薄燃焼用空燃比への変更後所定の点火回数を経過後に希
薄燃焼用空燃比における点火時期に変更するようにプロ
グラミングされ、また理論空燃比より高い希薄燃焼用空
燃比における運転状態のスロットルバルブの開成状況及
びその開成状況に応じて変化する吸気管圧力を検出し、
希薄燃焼用空燃比を希薄燃焼用空燃比より低い設定空燃
比まで変更し、検出した開成状況及び吸気管圧力たる吸
気圧に応じた所定時間の後に設定空燃比に変更した空燃
比を理論空燃比に変更し、理論空燃比に変更後所定の点
火回数を経過してから点火時期を遅角し、遅角した後徐
々に点火時期を進角するようにもプログラミングされて
いるものである。なお、理論空燃比による運転から希薄
燃焼用空燃比での運転への移行方法については、当該分
野で公知の方法を広く利用することができ、移行時期の
判定すなわち移行条件は、エンジン回転数、負荷の大
小、及び冷却水温等により行えばよい。

【００１３】この空燃比制御プログラムの概要は図２及
び図３に示すようなものである。ただし、種々の補正係
数を考慮して有効噴射時間ＴＡＵを算出し、その後イン
ジェクタ最終通電時間Ｔを演算する基本的な燃料噴射時
間演算のプログラム及びフィードバック制御時における
空燃比学習制御それ自体は、従来知られているものを利
用できるので図示及び説明を省略する。

【００１４】図２に示す制御手順は、ストイキの空燃比
から理論空燃比より高い希薄燃焼用空燃比であるリーン
な空燃比に切り替える場合のもので、まずステップＳ１
では、点火時期を徐々に遅角する。ステップＳ２では、
点火時期が所定値すなわち所定の遅角値に達したか否か
を判定し、達した場合はステップＳ３に進み、そうでな
い場合はサブルーチンに戻る。ステップＳ３では、空燃
比を瞬時にリーンな空燃比に変更する。瞬時とは、理論
空燃比からリーンな空燃比の間に他の空燃比が存在せ
ず、直接にリーンな空燃比に間で変更することをいう。
ステップＳ４では、空燃比を変更した後の２点火後にリ
ーンな空燃比の点火時期に変更する。このリーンな空燃
比での点火時期は、マップにより設定するものである。

【００１５】一方、図３に示す制御手順は、リーンな空
燃比からストイキの空燃比に切り替える場合のもので、
ステップＳ１１では、スロットル開度の変化量と吸気圧
とから運転状態に対応した遅延時間ＴＬＲＤＬＹを計算
して設定する。ステップＳ１２では、目標空燃比を設定
空燃比ＡＦＬＲに変更する。ステップＳ１３では、遅延
時間ＴＬＲＤＬＹを設定してからの経過時間Ｃ４０ＬＲ
ＤＬＹが遅延時間ＴＬＲＤＬＹを上回ったか否かを判定
し、上回っている場合にはステップＳ１４に進み、以下
の場合はサブルーチンに戻る。遅延時間ＴＬＲＤＬＹ
は、例えば、出力が要求されてスロットルバルブ２が急
激に変化したつまり開成した場合では、トルクの変化に
よるショックは感じにくいので、ごく短時間に設定し、
これとは逆にスロットルバルブ２の変化が緩慢な場合あ
るいは回転条件等が上記した移行条件を無意識にはずれ
た場合では、出力を要求していないので、吸気圧に基づ
いて長時間に設定する。ステップＳ１４では、空燃比を
ストイキすなわち理論空燃比に変更する。ステップＳ１
５では、空燃比を変更した後の２点火後に点火時期を遅
角させる。このステップＳ１５の点火時期の遅角が完了
した後、図示しないが、ストイキの空燃比において点火
時期を徐々に進角させる。なお、点火時期は、上記した
リーンな空燃比の場合同様、マップにより設定してお
く。

【００１６】このような構成において、ストイキの空燃
比（例えば１４．６）からリーンな空燃比（例えば１
８．０）に切り替える場合、制御は、初期段階において
はステップＳ１→Ｓ２と進み、その後点火時期の遅角が
進行し、所定値に達した時点では、制御は、ステップＳ
１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４と進み、空燃比の切り替え時のト
ルク変化によるショックをほぼなくして実行する。つま
り、図４に示すように、点火時期を遅角することによ
り、理論空燃比におけるトルクを減少し（図中で示
す）、リーンな空燃比のトルクに近似させたところで一
気に空燃比をリーンな空燃比にまで変化させ、その後運
転状態に合わせて進角等の点火時期を調整してリーンな
空燃比での最適なトルクにおける運転状態に移行する
（図中で示す）。このように、空燃比を切り替える前
にトルクをリーンな空燃比における空燃比に近似させて
おき、近似した時点で瞬時に空燃比を変更することによ
り、トルク変化によるショックを緩和することができ、
かつエミッションの悪化を防止することができる。

【００１７】一方、希薄燃焼の限界に近い、よりリーン
な空燃比（例えば２２．０）からストイキの空燃比に切
り替える場合、設定空燃比ＡＦＬＲをトルクの近似が可
能な例えば１８．０程度のリーンな空燃比に設定してお
くと、制御は、ステップＳ１１→Ｓ１２→Ｓ１３と進
み、目標空燃比すなわち設定空燃比ＡＦＬＲになるよう
にＰＩＤ制御によって徐々に空燃比を変化させ（図５の
）、遅延時間ＴＬＲＤＬＹを上回る経過時間Ｃ４０Ｌ
ＲＤＬＹが経過すると、続いて制御は、ステップＳ１４
→Ｓ１５と進み、ストイキの空燃比におけるトルクに概
ね一致させる（図５の）。このようにトルクの変動を
小さくしておいて、制御は、本来のストイキの空燃比に
おける最適なトルクになるように点火時期を徐々に進角
させる（図５の）。

【００１８】このように、スロットル開度と吸気圧とに
よりその時の運転状態に応じてトルクを大きくする時間
を変化させ、さらにストイキの空燃比におけるトルクを
小さくしておいてリーンな空燃比のトルクに合わせるの
で、確実に空燃比を切り替える場合のトルクの変化に起
因するショックを軽減することができる。

【００１９】本発明は以上説明した実施例に限定される
ものではなく、ストイキな空燃比からリーンな空燃比に
変更するプログラムとリーンな空燃比からストイキな空
燃比に変更するプログラムとが、それぞれ空燃比制御プ
ログラム内で単独で用いられるものであってよい。

【００２０】その他、各部の構成は図示例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変
形が可能である。

【００２１】

【発明の効果】本願のそれぞれの発明は、以上に詳述し
たように、目的とする空燃比に空燃比を変更する前に、
その目的とする空燃比におけるトルクに合わせておくの
で、空燃比を変更した場合のトルクの変動を軽減でき、
その変動によるショックを緩和して運転性を良好に維持
することができるとともに、ＮＯｘ排出量の多い空燃比
を回避して変更できるので、エミッションの悪化を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す概略構成説明図。

【図２】同実施例の制御手順を示すフローチャート図。

【図３】同実施例の制御手順を示すフローチャート図。

【図４】同実施例１の作用説明図。

【図５】同実施例の作用説明図。

【符号の説明】

６…電子制御装置 ７…中央演算処理装置 ８…記憶装置 ９…入力インターフェース １１…出力インターフェース １４…カムポジションセンサ ２１…空燃比センサ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 45/00 ３０１ Ｇ Ｆ０２Ｐ 5/15

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】理論空燃比及び理論空燃比より高い希薄燃
   焼用空燃比での運転を切り替えて制御する内燃機関の空
   燃比制御方法であって、 点火時期を徐々に所定値まで遅角し、 前記所定値に点火時期が達した時点で理論空燃比より希
   薄燃焼用空燃比に瞬時に変更し、 前記希薄燃焼用空燃比への変更後所定の点火回数を経過
   後に希薄燃焼用空燃比における点火時期に変更すること
   を特徴とする内燃機関の空燃比制御方法。
2. 【請求項２】理論空燃比及び理論空燃比より高い希薄燃
   焼用空燃比での運転を切り替えて制御する内燃機関の空
   燃比制御方法であって、 理論空燃比より高い希薄燃焼用空燃比における運転状態
   のスロットルバルブの開成状況及びその開成状況に応じ
   て変化する吸気管圧力を検出し、 希薄燃焼用空燃比を希薄燃焼用空燃比より低い設定空燃
   比まで変更し、 検出した開成状況及び吸気管圧力に応じた所定時間の後
   に設定空燃比に変更した空燃比を理論空燃比に変更し、 理論空燃比に変更後所定の点火回数を経過してから点火
   時期を遅角し、 遅角した後徐々に点火時期を進角することを特徴とする
   内燃機関の空燃比制御方法。