JPS59196948A - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、自動車などに用いる内燃機関の空燃比制御装
置に関するものである。

〔従来技術〕

従来、自動車などに使用する内燃機関では排ガス中の酸
素濃度を検出する酸素センサ（０２センサ）のフィード
バック信号を受けて機関燃焼室に供給する混合気の空燃
比を理論空燃比に収束させる各種の方式の空燃比制御装
置が用いられている。

ところで、この種の空燃比制御装置において空燃比を各
種の運転状態に応じて制御するためには運転状態を検出
する検出手段が必要となるが、従来はこの検出手段とし
てブーストセンサ（吸気圧センサ）を用いていた。とこ
ろが、このブーストセンサは高価であるばかりか、温度
依存性が有り、空燃比を精度良く制御するためには温度
補償手段を必要とし、装置全体のコストが高くなるとい
う欠点があった。また、このブーストセンサの分解能に
は限界がちシ、空燃比をきめ細かに制御することができ
ないという欠点があった。

〔発明の概要〕

本発明は上記のような欠点を解決するためになされだも
ので、その目的は機関の運転状態を安価な構成で精度良
く検出し、空燃比をきめ細かに制御し得るようにした内
燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。

このために本発明は、機関回転数を検出する回転数検出
手段と、スロットル弁開度を検出する弁開度検出手段と
、これら検出手段の検出出力と回転数の関数として定め
られた弁開度の基準値とにより機関の運転状態を演算判
別処理によって検出する運転状態検出手段とを設け、こ
の運転状態検出手段の検出出力によシ該検出出力に対応
した比例積分定数によシ酸素センサからのフィードバッ
ク信号を比例積分処理し、その処理結果に基づき空燃比
をフィードバック制御するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。

同図において、′まず機関側の構成を説明すると、（１
）はピストン、（２）はシリンダ、（３）は吸気弁。

（４）は排気弁、（５）は排気管、（６）は三元触媒コ
ンバータ、（７）は吸気管、（８）はスロットル弁でア
シ、スロットル弁（８）の上流側にはベンチュリ（９）
およびエアクリーナ（１ｏ）が設けられ、フロート室（
１１）内の燃料はエアクリーナ（１ｏ）を経て吸入され
た吸入空気がベンチュリ（９）を通過する際にメイン燃
料通路（１２）を経て吸引されて霧化され、吸入空気と
の混合気となってスロットル弁（８）および吸気管（７
）を介してシリンダ（２）内に供給される。

この場合、メイン燃料通路（１２）の途中にはメインエ
アブリード（１３）およびメイン燃料電磁弁（１４）が
設けられ、メイン燃料通路（１２）からベンチュリ（９
）に到る燃料はベンチュリ（９）の上流側に設けたメイ
ンエアブリード通路（１５）からの吸入空気によって微
細化された後ベンチュリ（９）に導かれ、またフロート
室（１１）からメインエアブリード（１３）に到る燃料
量の一部はメイン燃料電磁弁（１４）の開閉によって可
変される。なお、このメイン燃料電磁弁（１４）はノー
マルオープン型の電磁弁である。

一方、スロットル弁（８）の下流側にはアイドルポー）
　（１６）が設けられ、またベンチュリ（９）の上流側
にはスローエアブリード通路（１７）が設けられ、さら
にこれらアイドルボー）　（１６）とスローエアブリー
ド通路（１７）との間のスロー燃料通路にはスロー燃料
電磁弁（１８）が設けられ、スロットル弁（８）がほぼ
全閉状態となっているアイドル時においてスロー燃料電
磁弁（１８）を開状態とすることによシフロート室（１
１）内の燃料をスローエアブリード通路（１７）からの
吸入空気で吸引して混合気とした後アイドルボート（１
６）から噴出させるようになっている。なお、スロー燃
料電磁弁（１８）はノーマルクローズ型の電磁弁である
。また、アイドルポート（１６）から吐出させる混合気
量スローアジャストスクリュー（１９）　Ｋよって調整
される。

ここで、スロットル弁（８）はアクセルペダル（図示せ
ず）に連結されておシ、走行中においてはアクセルペダ
ルの踏込量に対応した開度となる。

一方またシリンダ（２）には吸気弁（３）のほかに径の
小さなジェットパルプ（２０）が設けられると共に、こ
のジェットパルプ（２０）とベンチュリ（９）の上流側
との間にはベンチュリ（９）から吸気弁（３）に到る混
合気通路と並列にジェット燃料通路（２１）が設けられ
、この通路（２１）の途中に開口したフロート室（１１
）からの燃料路を開閉するように設けたジェット燃料電
磁弁（２２）を開くことによシ、ジェットエア取入口（
２３）からの吸入空気でフロート室（１１）の燃料を吸
引して高速の混合気を形成してジェットパルプ（２０）
によってシリンダ（２）内に噴出させ、吸気管（７）か
らの混合気とは独立してシリンダ（２）内に高速の混合
気を供給すると共に、シリンダ（２）内で混合気のスワ
ールを生じさせるようになっている。この場合、ジェッ
ト燃料電磁弁（２２）はノーマルオープン型の電磁弁で
構成されている。

次に、空燃比制御系の構成について説明すると、（３０
）は排ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ、（３１
）は機関の冷却水（３２）の温度を検出する温度センサ
、（３３）はスロットル弁（８）の開度がほぼ全閉状態
の時、すなわちアイドル運転時にオン（閉成）するアイ
ドルスイッチ、（３４）はスロットル弁（８）の回転軸
に連結され、スロットル弁（８）の開度に対応した電圧
信号を出力する弁開度検出器、（３５）は機関回転数Ｎ
を検出する回転数検出器であり、ここでは点火コイル（
３６）と断続器（３７）との接続点から機関回転数Ｎに
対応した周期の回転パルス信号を取出している。（３８
）は上記の酸素センサ（３０）〜回転数検出器（３５）
の検出出力信号に基づき、機関始動後の全ての運転状態
における空燃比をメイン燃料電磁弁（１４）　、スロー
燃料電磁弁（１８）およびジェノ、ト燃料電磁弁（２２
）の開閉状態を変えることによって理論空燃比あるいは
設定値に制御する制御回路である。この場合、スロー燃
料電磁弁（１８）はオンまたはオフのいずれかに制御さ
れるが、メイン燃料電磁弁（１４）およびジェット燃料
電磁弁（２２）はそのオン時間とオフ時間のデユーティ
比が制御される。

制御回路（３８）は、第２図に示すように演算処理装置
（以下、ＣＰＵと略記）　（３８０）と、空燃比制御を
行うためのプログラムや定数等を記憶したり一ドオンリ
メモリ（以下、ＲＯＭと略記Ｘ３８１）と、演算途中の
結果などを記憶するランダムアクセスメモリ（以下、Ｒ
ＡＭと略記）　（３８２）と、上記酸素センサ（３０）
などやメイン燃料電磁弁（１４）などとの信号送受用の
インタフェース回路（以下、ＩＦＣと略記）（３８３）
とから構成されている。

次に以上のような構成に係る動作について第３図〜第４
図に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、機関が始動されると、ＣＰＵ　（３８０）はＲＯ
Ｍ（３８１）に記憶されたプログラムに従って第３図に
示すメインルーチンの処理を実行する。すなわち、ｃｐ
ｕ　（３８０）はステップ（１００）において回転数検
出器（３５）からの出力信号を取込み該信号の周期を計
測することによって現在の機関回転数Ｎを検出する。

次にステップ（１０１）において弁開度検出器（３４）
の出力信号を取込んでスロットル弁（８）の開度θを検
出する。この場合、弁開度検出器（３４）の出力信号は
弁開度に対応したアナログ電圧信号であるため、ＩＦＣ
（３８３）においてディジタル信号に変換された後ＣＰ
Ｕ（３８０）に取込まれる。次に、ＣＰＵ（３８０）は
ステップ（１０２）において酸素センサ（３０）の出力
信号を取込んで現在の運転状態における排ガス中の酸素
濃度を検出する。この場合、酸素センサ（３０）の出力
信刊はＩＦＣ（３８３）において基準電圧と比較される
ことによって高レベルまたは低レベルの信号に変換され
た後ＣＰＵ　（３８０）に取込まれる。ＣＰＵ（３８０
）はこの後ステップ（１０３）においで温度センサ（３
１）の出力信号を取込んで現在の冷却水温度ＴＰを検出
する。この場合、温度センサ（３１）の出力信号はＩＦ
Ｃ（３８３）においてディジタル信号に変換された後Ｃ
ＰＵ　（３８０）に取込まれる。

ＣＰＵ（３８０）はこのようにして各種センサの出力信
号妬よシ機関回転数Ｎ、スロットル弁開度θ、酸素濃度
ＰＰＭおよび冷却水温度ＴＰを検出した後、次のステッ
プ（１０４）〜（１０９）において機関回転数Ｎおよび
スロットル弁開度θに基づき機関の運転モードが始動モ
ードであるのか、高負荷走行時のパワーモードであるの
かなどの運転状態を検出する。

この実施例における運転モードは、酸素センサ（３０）
の機能が正常に発揮されない暖機前における不活性モー
ドと、冷却水温が未だ充分に高まっていない暖機モード
と、暖機完了後の低負荷時あるいは定速回転時の定常モ
ードと、機関回転数Ｎが４０ＯＲＰＭ以下の状態である
始動モードと、高負荷走行時のパワーモードと、機関回
転数Ｎが２００ＯＲＰＭ以上でかつアクセルペダルが離
されている状態（すなわちアイドルスイッチ３３がオン
の状態）である減速モードとに区別されている。そして
、不活性モード、暖機モードおよび定常モードは、第５
図に示すように機関回転数Ｎとスロットル弁開度θとに
よってさらに１６種類のゾーン２１〜ｚ１６に区別され
ている。

そこで、ＣＰＵ（３８０）はまずステップ（１０４）に
おいて現在の運転状態がどのゾーンに該当するかを検出
する。すなわち、第４図のフローチャートに詳しく示す
ように、まずステップ（２００）〜（２０３）において
ゾーン分割のために回転数に対応して定められたスロッ
トル弁開度の４つの基準値θ１〜θ４（但し、θ１〉θ
２〉θ３〉θ４）と現在のスロットル弁開度θとを比較
し、θ〉θｌであればステップ（２０４）においてＲＡ
Ｍ（３８２）内に設けられた運転状態の識別用レジスタ
にパワーゾーンであることを示すパワーゾーンコードを
セットする。また、θ２〈θくθ、であればステップ（
２０５）においてゾーン２４〜２１６を示すゾーンコー
ドの中からさらに機関回転数Ｎに応じて選択した１つの
ゾーンコードをセットし、さらにθ３〈θ〈θ２であれ
ばステップ（２０６）においてゾーン２３〜ｚ１５を示
すゾーンコードの中からさらに機関回転数Ｎに応じて選
択した１つのゾーンコードをセットする。また、θ４〈
θ〈３であればステップ（２０７）においてゾーン２２
〜ｚ１４を示すゾーンコードの中からさらに機関回転数
Ｎに応じて選択した１つのゾーンコードを選択してセッ
トし、さらにθ〈θ４であればステップ（２０８）にお
いてゾーンＺ１〜ｚ９を示ずゾーンコードの中からさら
に機関回転数Ｎに応じて選択した１つのゾーンコードを
選択してセットする。ステップ（２０５）〜（２０８）
の処理では、ステップ（２０８）の処理を代表して図示
しているように、ゾーン分割のために定められた機関回
転数の４つの基準値Ｎ１（＝　４０ＯＲＰＭ）　、Ｎｚ
　（＝　１０１０００ＲＰ　、　Ｎ３　（＝２００ＯＲ
ＰＭ）　、　Ｎ４　（＝４００ＯＲＰＭ）のうちＮ２〜
Ｎ４と現在の機関回転数Ｎとがステップ（２０８０）〜
（２０８２）において比較され、この比較結果に応じて
シー７１−　）’　（Ｚｌ）　、　（Ｚ５）　、　（Ｚ
９）　、　（Ｚｌ３）ノｆ　ツがステップ（２０８３）
〜（２０８６）において選択されて運転状態の識別用レ
ジスタにセットされる。

ＣＰＵ（３８０）はこのようにして運転ゾーンを検出し
た後、ステップ（１０５）〜（１０９）において運転状
態が始動モードル定常モードのいずれに該当するかを検
出し、この検出結果に基づき空燃比をオープンループに
よって制御するかあるいはフィードバックループによっ
て制御するかを選択する。すなわち、ステップ（１０５
）において機関回転数Ｎと基準値Ｎｌ　（＝４０ＯＲＰ
Ｍ）とを比較し、ＮくＮ１ならば始動モードであること
を検出し、またステップ（１０６）において運転状態の
識別用レジスタにパワーゾーンコードがセットされてい
るか否かを判別し、セットされている場合はパワーモー
ドであることを検出する。また、ステップ（１０７）に
おいて機関回転数Ｎと基準値Ｎ３　（＝２００ＯＲＰＭ
）とを比較し、Ｎ３＞Ｎｌであシ、かつアイドルスイッ
チがオン状態になっている場合には減速モードであるこ
とを検出し、さらにステップ（１０８）において現在の
冷却水温ＴＰと基準値’ｒｐｏとを比較し、ＴＰ（ＴＰ
ｏならば暖機モードであることを検出する。さらに、ス
テップ（１０９）において酸素上／す（３０）の出力電
圧信号ＶＯ２と基準値■とを比較し、■０２〈■の状態
が所定時間（例えは１０秒）、継続したならば酸素セン
サ（３０）が不活性モードであることを検出する。そし
て、始動モード、パワーモード、減速モード、暖機モー
ド、不活性モードではステップ（１１１）のオープンル
ープ制御処理を選択し、これ以外のモードすなわち定常
モードではステップ（１１０）のフィードバック制御処
理を選択する。すなわち、ＣＰＵ（３８０）は酸素セン
サ（３０）の出力に基づくフィードバック制御が不可能
な運転モード（始動モード、暖機モード。

不活性モード）および理論空燃比よシ馬力を優先するた
めにフィードバック制御を行う必要のない運４云モード
（パワーモード）ならびにフィードバック制御を実行し
ても意味のない運転モード（減速モード）の特殊な運転
モードでは全てステップ（１１１）のオープンループ制
御処理を選択する。そして、次のステップ（１１２）に
おいてメイン燃料電磁弁（１４）　、スロー燃料電磁弁
（１８）およびジェット燃料電磁弁（２２）の駆動制御
を行う。

しかし、運転状態が上記の栄件にない運転モード、すな
わち暖気運転完了後の低負荷時あるいは定速回転時の定
常モード等ではステップ（１１０）のフィードバック制
御処理を選択し、この後ステップ（１１３）においてジ
ェット燃料電磁弁（２２）のオン時間（閉時間）七オフ
時間との比（パルスデューティ）を酸素センサ（３０）
の出力信号を比例積分処理した信号に基づき比例積分制
御（ＰＩ制御）シ、シリンダ（２）に供給される混合気
の空燃比を理論空燃比に収束させる。すなわち、酸素セ
ンサ（３０）の出力電圧信号ＶＯ２は第６図に示すよう
に空燃比がリッチ側のときは高い電圧レベルとなシ、リ
ーン側のときは低い電圧レベルとなるため、理論空燃比
（＝　１４．７　）に対応する電圧を基準電圧ＶＴ）ｌ
に設定し、酸素センサ（３０）の出力電圧信号ＶＯ２が
この基準電圧Ｖ’ｒＨを横切る毎にリッチ・リーン判別
を行い、この判別信号を第７図のタイムチャートに示す
ように比例積分処理して制御量を決定し、これに対応し
てジェット燃料電磁弁（２２）の駆動用の一定周期のパ
ルス信号のデユーティ比ＤＪを制御する。

これによシ、シリンダ（２）内に供給される混合気の空
燃比は第８図に示すようにジェット燃料電磁弁（２２）
のオン時間デユーティが長くなるのに比例してリーン側
に制御され、逆にオン時間デユーティが短くなるのに比
例してリッチ側に制御される。

このようなフィードバック制御が継続して行われる結果
、シリンダ（２）内に供給される混合気の空燃比は理論
空燃比に収束する。この場合、フィードバック制御時に
おいては、メイン燃料電磁弁α４）はその駆動パルスの
デユーティ比が第１表に示すように１００％に設定され
て全閉状態に駆動され、一方スロー燃料電磁弁（１８）
はその駆動パルスがオン側に設定されて全開状態に駆動
される。このため、シリンダ（２）内にはジェットバル
ブ（２０）を経由した混合気と、メイン燃料電磁弁（１
４）のバイパス通路（２４）を通ってベンチュリ（９）
で霧化され１かつ吸気弁（３）を経由した混合気と、ア
イドルポー　）　（１６）からの混合気とが供給される
ことになる。

フィードバック制御時においてはこれら３つの通路から
の混合気の空燃比がジェットバルブ（２０）のみからの
混合気の空燃比を変えることによって理論空燃比に制御
される。

第１表 この場合、Ｐ工制御におけるリッチ側およびリーン側の
比例定数ＰＲ２ＰＬと、リッチ側およびリーン側の積分
定数ＩＲ＋ＩＬは次の第２表に示すように運転ゾーン別
に定められ、きめ細かな制御が行われる。

第２表 さて、ｃｐｕ（３８０）は第３図のステップ（１１１）
のオープンループ制御処理において運転モード別に次の
第３表〜第６表に示すようなデユーティ比で電磁弁（１
４）　、　（１８）　、　（２２）を制御する。

第３表 すなわち、ＣＰＵ（３８０）は始動モードにおいてはス
ロー燃料電磁弁（１８）のみを全開状態として機関をア
イドルボー）　（１６）のみの混合気によって回転させ
るが、パワーモードにおいては機関回転数Ｎに応じてメ
イン燃料電磁弁（１４）およびジェット燃料電磁弁（２
２）のデユーティ比を第４表に示すように設定してシリ
ンダ（２）内に供給される混合気の空燃比を制御する。

また、減速モードでは３つの電磁弁（１４）　、　（１
８）　、　（２２）の全てを全閉状態として燃料を遮断
する。

さらに、ＣＰＵ（３８０）は暖機モードにおいてはメイ
ン燃料電磁弁（１４）およびジェット燃料電磁弁（２２
）のデユーティ比を第６表に示すように運転ゾーン別に
設定し、シリンダ（２）内に供給される混合気の空燃比
を制御する。また、不活性モードにおいてはメイン燃料
電磁弁（１４）のデユーティ比を１００％にして全閉状
態とすると共に、ジェット燃料電磁弁（２２）のデユー
ティ比を第６表に示すように運転ゾーン別に設定し、混
合気の空燃比を制御する。

フィードバック制御において上述のように運転ゾーン別
に定めた比例積分定数によシ酸素センサからのフィード
バック信号を比例積分処理してジェット燃料電磁弁（２
２）のデユーティ比を設定することにより、空燃比をき
め細かに精度良く制御することができ、運転状態に応じ
た最適値に設定することができる。そして、この場合の
運転ゾーンは回転数検出器（３５）と弁開度検出器（３
４）の検出出力に基づきＣＰＵ（３８０）の演算判別処
理によって識別しているため、ＣＰＵ（３８０）を含め
たとしてもブーストセンサを用いる場合よシ安価に構成
することができ、装置全体のコスト低減を図ることがで
きる。

なお、実施例においてはフィードバック制御時において
ジェット燃料電磁弁（２２）のみのデユーティ比（制御
量）を可変しているが、メイン燃料電磁弁（１４）のデ
ユーティ比も可変するようにしてもよい。また、ジェッ
ト燃料電磁弁（２２）が設けられていない機関において
は、メイン燃料電磁弁（１４）のデユーティ比を同様に
して可変するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、機関回転数を検出する回
転数検出手段と、スロットル弁開度を検出する弁開度検
出手段と、これら検出手段の検出出力により機関の運転
状態を演算判別処理によって検出する運転状態検出手段
とを設け、この運転状態検出手段の検出出力によシ該検
出出力に対応した比例積分定数によシ酸素センサからの
フィードバック信号を比例積分処理し、その処理結果に
基づき空燃比をフィードバック制御するようにしたもの
である。

このため、機関の運転状態を安価な構成で精度良く検出
し、空燃比をきめ細かに制御することができる。これに
伴い、燃費をさらに改善することができ、また環境対策
上からも有益な効果を期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は制御
回路の詳細構成を示すブロック図、第３図および第４図
は制御回路の動作内容を示すフローチャート、第５図は
運転状態の区分を示す図、第６図は酸素センサの出力特
性を示すグラフ、第７図はフィードバック制御時の酸素
センサ出力とジェット燃料電磁弁のデユーティ比の変化
を示すタイムチャート、第８図はジェット燃料電磁弁の
デユーティ比とシリンダ内の空燃比との関係を示すグラ
フである。 （１）Ｑ　―・−ピストン、（２）・参−拳シリンダ、
（３）・・・・吸気弁、（７）・・・・吸気管、（８）
・・・・スロットル弁、（９）・・・・ベンチュリ、（
１０）・、・・・エアクリーナ、（１２）・・・°メイ
ン燃料通路、（１４）・・・・メイン燃料電磁弁、（１
６）・・・・アイドルポート、（１８）・・・・スロー
燃料電磁弁、、　（２０）・・・・ジェットバルブ、（
２２）・・・・ジェット燃料電磁弁、（３０）・・・・
酸素センサ、（３１）・・・・温度センサ、（３３）・
・・・アイドルスイッチ、（３４）・・・・弁開度検出
器、（３５）・・・・回転数検出器、（３８）・・・・
制御回路、（３８０）　　・・・・演算処理装置、（３
８１）・・・・リードオンリメモリ、（３８２）・・・
・ランダムアクセスメモＩＪ　、（３８３）・・・・イ
ンタフェース回路。 ｉ’（’、　　２　　図 第３図 ′Ｌ４１１　　　　　　□ ：１ □回転靭コＲＰＭ　］ →ＯＮチグー〒イーー＋７（乙Ｙし ・”　　７　　：’１ 特許庁長官殿 ｌ、事件の表示　　　特願昭５８−７１７６０号２、発
明の名称　　　内燃機関の空燃比制御装置３、補正をす
る者 事件との関係　　持許出１ｇ１ｉ、人 住　所　　　　東京都千代ｌ］区丸の内二丁目２番３号
４、代理人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁「１２番３
号（１）明細書第１２頁第２０行のｒＮ３　＞ＮＩ　Ｊ
を「Ｎ３〉Ｎ」と補正する。 （２）同書第１４頁第９〜１３行の［−その後〜（Ｐ■
制御）シ」を次の通り補正する。 ［酸素センサＣ３０）の出力信号を比例積分処理し、ジ
ェット燃料電磁弁（２２１のオン時間（閉時間）とオフ
時間（パルスデューティ）を決定し、ステップ０１２）
において、ステップ（ｎｏ）の処理結果に基づきジェッ
ト燃料電磁弁（２２）を駆動し、比例積分制御（ＰＩ制
御）することにより」 １名） 以上 ３３５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関回転数を検出する回転数検出手段と、スロットル弁
   開度を検出する弁開度検出手段と、排気ガス中の酸素濃
   度を検出する酸素センサと、機関燃焼室に供給する混合
   気の空燃比を可変する電磁弁と、上記回転数検出手段お
   よび弁開度検出手段の検出出力と回転数の関数として定
   められた弁開度の基準値との比較によ）機関の運転状態
   を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検出手段
   の検出出力を受は該検出出力に対応した比例積分定数に
   より上記酸素センサの検出出力を比例積分処理し、その
   処理結果に基づき上記電磁弁の制御量を制御するフィー
   ドバック制御手段とを備えてなる内燃機関の空燃比制御
   装置。