JPS60249641A - 多気筒エンジンの空燃比制御装置 - 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、多気筒エンジンの空燃比制御装置に関するも
のである。

（産業上の利用分野） 従来より、エンジンの排気系に０２センサ等の排気セン
サを配設して、排気成分濃度から吸気系の空燃比を検出
し、これに応じて吸気系に供給Ｊる空燃比の閉ループ（
フィードバック）制御を行うようにしたエンジンの空燃
比制御技術がよく知られている。

しかして、上記空燃比の閉ループ制御では、吸気系に供
給された空燃比を排気系で検出する間に時間遅れがある
と共に、空燃比の急激な変動を回避するために、排気セ
ンサ出力に基づく積分信号に応じて空燃比調整手段を制
御するものであり、そのため、実際の空燃比の変動は設
定値例えば理論空燃比に対して一定値とならずに、この
設定値を中心として上下に周期的に変動するハンチング
現象を生起し、アイドル運転時等においてはこの空燃比
のハンチング変動によってトルク変動ずなわち回転変動
が生じる問題があるとともに、排気系に三元触媒を介設
したものでは三元雰囲気を外れて排気浄化性能が低下す
る恐れがあるものである。

そこで、上記閉ループ制御のハンチング現象を改善する
ものとして、例えば特開昭５７−１１９１４０号公報に
見られるように、多気筒エンジンを第１気筒群と第２気
筒群とに区分し、第１気筒群の排気系に排気センサを配
設し、第１気筒群はこの排気センサの出力に基づく積分
信号によって閉ループ制御する一方、第２気筒群は上記
第１気筒群に対する積分信号を反転させて逆位相状態で
空燃比制御を行うようにした技術が提案されている。こ
の技術では、第１気筒群と第２気筒群との空燃比の変動
が逆向きになって両者が互いに相殺作用して、ハンチン
グ現象の発生が抑制できるものである。

しかるに、上記先行技術では、第２気筒群は実質的には
その吸気系に供給される空燃比の検出に基づく閉ループ
制御は行っておらず、単に第１気筒群と同様の空燃比変
動をするであろうという推定の元に第１気筒群と逆位相
状態で空燃比制御を行っているに過ぎず、第１気筒群と
第２気筒群との燃料系の精度誤差、吸気系の充填効率の
誤差等に起因して、すなわち、例えば、複数の燃料噴射
弁に同一燃料噴射信号を出力しても、実際に噴射される
燃料量には差が生じるものであり、これらにより第２気
筒群における空燃比制御が目標値から離れた空燃比に制
御されて制御粘度が大きく低下する恐れがあり、空燃比
の閉ループ制御を行う本来の目的が充分に達成できず、
燃焼性、燃費性、エミッション性の低下を招くことにな
るものである。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑み、多気筒エンジンの空燃比制御
を行うについて、閉ループ制御に伴うハンチング現象を
改善すると同時に、制御精度の向上を図るようにした多
気筒エンジンの空燃比制御装置を提供することを目的と
するものである。

（発明の構成） 本発明の空燃比制御装置は、第１気筒群と第２気筒群と
の排気系にそれぞれ排気センサを配設し、両気筒群がそ
れぞれの排気センサ出力に基づく積分信号によって閉ル
ープ制御が行えるように設けるとともに、第２気筒群は
特定の時期には上記閉ループ制御を停止して第１気筒群
に対する第１積分信号とは逆位相の開ループ制御信号に
よって空燃比が制御可能として、上記閉ループ制御と開
ループ制御とを切換えるようにしたことを特徴とするも
のである。

第１図は本発明の構成を明示するための全体構成図であ
る。

多気筒エンジンＥは第１気筒群１と第２気筒群２の２つ
の気筒群に区分され、第１気筒群１および第２気筒群２
に対応してその排気ガスを導出する第１排気系３および
第２排気系４がそれぞれ接続され、両排気系３．４は下
流側で合流して触媒装置５が介設されている。

上記第１排気系３および第２排気系４には、それぞれの
気筒群１，２から排出される排気ガスの成分濃度を検知
する０２センサ等の第１排気センサ６および第２排気セ
ンサ７がそれぞれ配設されている。

一方、第１および第２気筒群１，２に燃料を供給する燃
料供給装＠８が設けられ、この燃料供給装置８に対し第
１気筒群１に供給される空燃比を調整する第１空燃比調
整手段９と、第２気筒群２に供給される空燃比を調整す
る第２空燃比調整手段１０とがそれぞれ設けられている
。

上記第１空燃比調整手段９および第２空燃比調整手段１
０が、前記第１排気センサ６および第２排気センサ７の
検出出力を受けた制御手段によって制御されるものであ
って、この制御手段は閉ループ制御手段１１と、第１積
分信号検知手段１２と、開ループ制御信号作成手段１３
と、開ループ制御手段１４とを備えている。

上記閉ループ制御手段１１は、第１排気センサ６に基づ
く第１積分信号に応じて第１空燃此調整手段９を制御す
るとともに、第２排気センサ７に基づく第２積分信号に
応じて第２空燃比調整手段１０を開ループ制御手段１４
を介して制御するものである。

また、第１積分信号検知手段１２は、上記閉ループ制御
手段１１による第１積分信号の増減方向に関連する信号
を検知するものである。開ループ制御信号作成手段１３
は、この第１積分信号検知手段１２の信号に基づいて、
第１積分信号の増減方向と逆位相の第２空燃比調整手段
１０用の開ループ制御信号を作成するものである。

さらに、上記開ループ制御手段１４は、特定運転条件下
において、第２排気センサ７出力に基づく第２空燃比調
整手段１０の閉ループ制御を停止して、開ループ制御信
号に応じて第２空燃比調整手段１０を逆位相制御するも
のである。

上記の如き制御手段により、例えば、第２図のＡおよび
Ｂに示ずような第１排気センサ６および第２排気センサ
７の出力変動（比較出力）すなわち空燃比変動があった
場合に、両者はリッチ検知時とリーン検知時との反転時
期およびその周期が異なり、これに対応して第２図のＣ
およびＤに示すような第１空燃比調整手段９に対り”る
第１積分信号および第２空燃比調整手段１０に対する第
２積分信号が作成されるものであるが、このままではハ
ンチング抑制が発生するので、第２空燃比調整手段１０
に対する制御信号は、第２図のＥに示すように、所定時
期は上記第２排気センサ７出力に応じた第２積分信号に
基づく閉ループ制御信号（実線）が出Ｊノされ、その後
は破線で示すように第ｉｆｆ！Ｉ分信号の増減方向と逆
位相の開ループ制御信号が出力されるものである。

これにより、第１気筒群１では常に第１排気センサ６の
出力に応じた閉ループ制御を行う一方、第２気筒群２で
は第２排気センサ７の出力に応じた閉ループ制御と第１
気筒群１と逆位相の間ループ制御とに切換え制御され、
閉ループ制御による制御ｌ精度の向上と、間ループ制御
によるハンチング抑制とを得るようにしたものである。

なお、前記多気筒エンジンＥとしては、６気筒もしくは
８気筒のＶ型エンジンにおいて、一方のバンクを第１気
筒群１とし、他方のバンクを第２気筒群２としたもの、
もしくは直列４〜８気筒エンジンを２区分して第１気筒
群１および第２気筒群２としたものなど、各種の多気筒
エンジンに対して適用可能である。

また、上記燃料供給装置８および第１、第２空燃比調整
手段９，１０としては、燃料噴射量の演算部分を備え燃
料噴射弁からの燃お１噴射量の調整によって空燃比を調
整する燃料噴射方式のもの、もしくは、気化器における
ブリードエア量の調整等によって供給空燃比を調整する
気化器方式のものなどが適用される。

さらに、第２気筒群２における閉ループ制御と開ループ
制御との切換えは、閉ループ制御を所定時間行って空燃
比変動が目標値に対して安定した時期に、または空燃比
が安定したことを検出して開ループ制御に切換えるもの
、もしくは聞ループ制御を所定時間行った後に、または
空燃比が目標値より大きくずれたことを検出して閉ルー
プ制御に戻すものなどが適宜採用される。また、閉ルー
プ制御手段１１は、第１もしくは第２排気センサ６．７
のいずれか一方の出力を選択的に交互に採用し、いずれ
か一方の気筒群を閉ループ制御し、他方の気筒群につい
てはこれに基づいて開ループ制御するようにＩノでもよ
い。

（実施例） 以下、図面により本発明の詳細な説明する。

第３図に具体的構成を示す。Ｖ型６気筒エンジンによる
多気筒エンジンＥは、一方のバンクＢ１が第１気筒群１
に他方のバンクＢ２が第２気筒群２に区分され、第１気
筒群１の各気筒Ｃ１の排気ポート１６には第１排気系３
が接続され、第２気筒群２の各気筒Ｃ２の排気ポート１
６には第２排気系４がそれぞれ接続され、合流部より下
流側に触媒装置５（三元触媒）が介設されている。また
、上記第１排気系３および第２排気系４にはそれぞれ０
２センザ等による第１排気センサ６および第２排気セン
サ７が配設されている。

一方、上記第１および第２気筒群１，２の各気筒Ｃ１，
Ｃ２の吸気ポート１７には、吸気を供給する吸気系１８
が接続されている。この吸気系１８は上流端にエアクリ
ーナ１９を備え、このエアクリーナ１９の下流側には吸
入空気量を３１測するエアフローセンサ２０が介設され
、エア７０−セン→ｊ−２０の下流側部分で第１気筒群
１用の第１吸気通路１８ａと第２気筒群２用の第２吸気
通路１８ｂとに分岐されている。第１および第２吸気通
路１８ａ、１８ｂはそれぞれスロットル弁２１゜２２の
下流側部分がサージタンクに構成され、このサージタン
クから各々の気筒Ｃ１，Ｃ’２に独立した吸気通路によ
って連通されている。なお、２つのスロットル弁２１．
２２は同期して同−開度に開閉作動される。

上記第１吸気通路１８ａには第１気筒群１の各気筒Ｃ１
に対して燃料を供給する第１燃料噴射弁２３が配設され
、第２吸気通路１８ｂには第２気筒群２の各気筒Ｃ２に
対して燃料を供給する第２燃利噴射弁２４がそれぞれ配
設されている。この第１および第２燃料噴射弁２３．２
４には、運転状態に応じてコントロールユニット２５　
＜−？イ’）ロコンピュータ）からの制御信号が出力さ
れ、この第１燃料噴射弁２３から第１気筒群１に、およ
び第２燃料噴射弁２４から第２気筒群２にそれぞれ供給
する燃料噴射最すなわち空燃比が制御される。

このコントロールユニット２５には、前記第１排気セン
サ６および第２排気センサ７からの排気ガス成分濃度信
号すなわち検出空燃比信号が入力されるとともに、エン
ジンの運転状態を検出する信号として、エアフローセン
サ２０からの吸気母信号、回転数センサ２６からのエン
ジン回転数信号、および水温センサ２７からの冷却水温
度信号がそれぞれ入力される。

上記コントロールユニット２５は前記第１、第２燃料噴
射弁２３．２４とによって、第１図における第１および
第２気筒群１０．２に燃料を供給する燃料供給装置８と
、第１および第２気筒群１゜２に供給される空燃比を調
整する第１および第２空燃比調整手段９，１０とを構成
するとともに、このコントロールユニット２５は、第１
図における閉ループ制御手段１１、第１積分信号検知手
段１２、開ループ制御信号作成手段１３および開ループ
制御手段１４の各機能を備え、第１気筒群１の閉ループ
制御を行うと同時に、第２気筒群２の閉ループ制御と第
１気筒群１と逆位相の開ループ制御との切換えを行うも
のである。

次に、上記コントロールユニット２５の動作を第４図の
フローチャートを用いて説明する。

まず、スタート（第４図において示すステップＳ１）し
、タイマー１．．１．、およびフラグＦ。

Ｒをリセットするイニシャライズを行った後に、吸入空
気ｆｉｔＱおよびエンジン回転数Ｎを読み込み（８２，
Ｓ３）、これらにより要求燃料量に対応して第１および
第２燃料噴射弁２３．２４に出ノＪする基本噴射パルス
１“。を演算する（Ｓ４）。また、ステップＳ５．Ｓ６
で水温センサ２７の検出に基づく温度補正もしくはその
伯の始動、加速補正等の補正係数Ｃｏをめ、補正噴射パ
ルスＴｉを演算する。

続いて、第１排気センサ６および第２排気センサ７の比
較出力Ｅ１．Ｅ２を読み込む（８７，Ｓ８）。この比較
出力Ｅｓ　、Ｅ２は検出空燃比が設定空燃比よりリッチ
の時に１信号を、リーンの時にＯ信号を出力するもので
ある。

上記第１排気センサ６の比較出力Ｅ１から第１気筒群１
の空燃比がリッチか否か判定しくＳ９）、リッチ（ＹＥ
Ｓ）の場合には供給空燃比がリーン方向に移行するよう
に積分定数■。を減算して補正係数０１を演算しく５１
０）、リーン（ＮＯ＞の場合には供給空燃比がリッチ方
向に移行するように積分定数１ｏを加算して補正係数０
１を演算する（Ｓ１１）。これに基づき第１気筒群１の
閉ループ制御用の第１積分信号を得るものである。

ステップＳ１２はフラグＦがセットされているか否、か
を判定するものであって、このフラグＦは“　１にセッ
トされている時には第２気筒群２が逆位相に間ループ制
御されている時で、０にリセットされている時には閉ル
ープ制御されている時である。

この判定がＮｏ　（Ｆ＝Ｏ）で閉ループ制御の場合には
、ステップ８１３で前記第２排気センサ７の比較出力Ｅ
２がメモリに登録されている前回の比較出力Ｅ２ｍと同
じか否かを判定し、すなわち検出空燃比が設定空燃比に
対してリーン側からリッチ側にもしくはリッチ側からリ
ーン側に反転したかどうかを判定し、反転していないＹ
ＥＳの時にはフラグＲがリセットされているか否かを判
定する（Ｓ１４）。

この第２のフラグＲは、１にセットされている時には上
記第２排気センサ７の比較出力Ｅ２が第１回目の反転済
みの状態であり、Ｏにリセットされている時には未反転
の状態を示すものである。

上記ステップＳ１４の判断がＹＥＳで未反転の状態では
、第２タイマｔ２をリセット（Ｓ１５）するとともに、
判定フラグＦをリセツトシて（Ｓ２０）、ステップ８２
１に進んで上記第２排気センサ７の比較出力Ｅ２から第
２気筒群２の空燃比がリッチか否か判定し、リッチ（Ｙ
ＥＳ）の場合には供給空燃比がリーン方向に移行するよ
うに積分定数Ｉｏを減算して補正係数Ｃ２を演算しく５
２２）、リーン（Ｎｏ）の場合には供給空燃比がリッチ
方向に移行づるように積分定数１ｏを加算して補正係数
Ｃ２を演算する（８２３）。これに基づき第２気筒群２
の閉ループ制御用の第２積分信号を得るものである。

前記ステップ８１０もしくはＳｌｌでめた補正係数Ｇ！
　（第１積分信号）およびステップ＄２２もしくはＳ２
３でめた補正係数０２　（第２積分信号）に基づいて、
第１気筒群１に対する最終噴射パルスＴ１および第２気
筒群２に対する最終噴射パルスＴ２をめ（８３４，８３
５）、これに応じてステップ８３６で第１気筒群１の第
１燃料噴射弁２３および第２気筒群２の第２燃料噴射弁
２４に対して燃料噴射パルスを出力し、所定量の燃料噴
射を行って空燃比を閉ループ制御づる。

上記閉ループ制御において、第２排気センサ７の比較出
力Ｅ２が始めて反転した時には、ステップＳ１３の判定
がＮｏとなり、ステップＳ１６でメモリを書換えるとと
もに、反転フラグＲを１にセットしく５１７）、第２タ
イマｔ２のカウントを行う（８１８）。上記第１回目の
反転があった後は、反転があってもなくても、ステップ
８１３もしくはＳ１４の判定がＮｏとなって、ステップ
Ｓ１８での第２タイマｔ２のカウントが行われる。

続いて、ステップＳ１９は上記第２タイマのカウントｔ
２が所定時間ｔｂ以下か否か判定し、ＹＥＳの時には第
２気筒群２の閉ループ制御を継続し、所定時間ｔｂを越
えたＮｏの時には、ステップ８２４に進んで反転フラグ
ＲをＯにリセツトシた後、逆位相処理ルーチンのステッ
プＳ２６に進む。

このステップＳ２６では第１タイマｔ１をＯにリセット
し、第２比較出力Ｅ２のメモリを書換え（８２７）、判
定フラグＦを１にセットした（Ｓ３０）後、ステップ８
３１〜３３で逆位相の積分信号をめる。すなわち、ステ
ップＳ３１では前記ステップＳ９と同様に第１排気セン
サ６の比較出力Ｅ１から第１気筒群１の空燃比がリッヂ
か否か判定し、リッチ（ＹＥＳ）の場合には前記ステッ
プＳ１０と逆に供給空燃比がリッチ方向に移行するよう
に積分定数１ｏを加算して補正係数０２を演算しく５３
２）、リーン（Ｎｏ）の場合には前記ステップＳ１１と
逆に供給空燃比がリーン方向に移行するように積分定数
Ｉ。を減算して補正係数Ｃ２を演算する（Ｓ３２）。こ
れに基づき第２気筒群２の開ループ制御用の第２積分信
号を得るものであり、その増減方向は第１気筒群１の第
１積分信号の増減方向と逆位相になっている。

これに基づき、第１気筒群１に対する最終噴射パルスＴ
１および第２気筒群２に対する最終噴射パルスＴ２をめ
（８３４，８３５）、これに応じてステップＳ３６で第
１気筒群１の第１燃料噴射弁２３および第２気筒群２の
第２燃料噴射弁２４に対して燃料噴射パルスを出力し、
所定量の燃料噴射を行って第１気筒群１の空燃比を閉ル
ープ制御する一方、第２気筒群２の空燃比を第１気筒群
１と逆位相に開ループ制御するものである。

上記第２気筒群２の逆位相間ループ制御において、第２
排気センサ７の比較出力Ｅ２が反転したか否かがステッ
プＳ２５において判定され、反転時（ＹＥＳ）には第１
タイマｔ１をリセットする（８２６）一方、非反転時（
Ｎｏ＞には第１タイマｔ１のカウントを行う（Ｓ２８）
。反転が生起しない間は、このステップ８２８での第１
タイマｔ１のカウントを継続する。ステップ８２９は上
記第１タイマのカウント１１が所定時間ｔａ以下か否か
判定し、ＹＥＳの時には第２気筒群２の逆位相開ループ
制御を継続し、所定時間ｔａを越えたＮＯの時には、閉
ループ処理ルーチンのステップＳ１５に進んで第２タイ
マｔ２をＯにリセットするとともに、判定フラグＦをＯ
にリセット（Ｓ２０）した後、ステ・ツブ８２１〜２３
によって開ループ制御を行うものである。

上記ステップＳ２９の判定がＮｏとなるのは、第２排気
センサ７の比較出力Ｆ２が所定時間を越えても反転しな
い状態が継続している場合で、逆位相の開ループ制御に
よる空燃比の変動では目標値を越えてリーン側もしくは
リッチ側に変動しないということであり、第２気筒群２
に供給した空燃比の目標値からのずれが大きくなってい
ることを示すものである。この時には、逆位相間ループ
制御を停止し、閉ループ制御に切換えて目標空燃比に修
正するものである。

なお、上記フローチャートでは、第２気筒群２の閉ルー
プ制御と開ループ制御との切換えを、第１およｑ第２タ
イマの作動に応じて行うようにしているが、これに代え
て、第１排気センサ６の比較出力Ｅ１と第２排気センサ
７の比較出力Ｅ２声＼ の反転回数を比較し、両者の反転回数が接近して＼いる
時は、第２気筒群２の空燃比が目標値から大きく離れて
いないと判断して逆位相開ループ制御を行う一方、両者
の反転回数が離れた時は、空燃比が目標値から離れたこ
とになるので、閉ループ制御を行うような方式の切換え
制御としてもよい。

また、閉ループ制御から開ループ制御に移行する場合に
は、それまでの閉ループ制御における第２積分信号の基
準値（平均値）に対応して、正確に逆位相開ループ制御
を行うようしてもよい。

ざらに、前記フローチャートで第１および第２積分信号
を演算する際の積分定数１ｏは、空燃比をリッチ方向と
リーン方向に移行させる場合とで値を変えてもよく、ま
た第１積分信号と第２積分信号とで値を変えるようにし
てもよい。

（発明の効果） 本発明によれば、第１気筒群および第２気筒群のいずれ
もそれぞれの排気系の排気センサ出力に基づく積分信号
による閉ループ制御を可能として、第１気筒群および第
２気筒群に供給する空燃比の目標値に対する制御精度を
向上する一方、第２気筒群は第１気筒群とは逆位相の開
ループ制御信号によって制御可能として、上記閉ループ
制御による制御精度を大幅に低下させることがない範囲
内において逆位相開ループ制御を行ってハンチング現象
の抑制を図り、アイドル運転時等のエンジン回転数の安
定化およびエミッション性を向上することができるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を明示するだめの全体構成図、 第２図は第２気筒群に対する閉ループ制御と逆位相開ル
ープ制御とを切換える制御信号例を排気センサ出力およ
び積分信号と共に示す特性図、第３図は本発明の具体的
構造例を示す全体構成図、 第４図は第３図におけるコントロールユニツ１〜の動作
を説明するフローチャート図である。 Ｅ・・・・・・多気筒エンジン　１・・・・・・第１気
筒群２・・・・・・第２気筒群　３・・・・・・第１排
気系４・・・・・・第２排気系　６・・・・・・第１排
気センサ７・・・・・・第２排気センサ　８・・・・・
・燃料供給装置９・・・・・・第１空燃比調整手段 １０・・・・・・第２空燃比調整手段 １１・・・・・・閉ループ制御手段 １２・・・・・・第１積分信号検知手段１３・・・・・
・開ループ制御信号作成手段１４・・・・・・開ループ
制御手段 ２３・・・・・・第１燃料噴射弁 ２４・・・・・・第２燃料□噴射弁 ２５・・・・・・コントロールユニットＩ！１図 第　２　図 （Ｃ）悌１棟廻＠ぢ （Ｄ）柘２神相１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの気筒が第１気筒群と第２気筒群とに区
   分され、上記第１気筒群に対応して第１排気系が設置プ
   られ、第２気筒群に対応して第２排気系が設けられると
   ともに、上記第１および第２気筒群に燃料を供給する燃
   料供給装置を備えた多気筒エンジンにおいて、上記第１
   排気系に配設され第１気筒群から排出される排気ガスの
   成分温度を検知する第１排気センサと、上記第２排気系
   に配設され第２気筒群から排出される排気ガスの成分１
   度を検知する第２排気センサと、第１気筒群に供給され
   る空燃化を調整する第１空燃比調整手段と、第２気筒群
   に供給される空燃比を調整する第２空燃比調整手段と、
   第１排気センサ出力に基づく第１積分信号に応じて第１
   空燃比調整手段を制御するとともに第２排気センサ出力
   に基づく第２積分信号に応じて第２空燃比調整手段を制
   御する閉ループ制御手段と、第１積分信号の増減方向に
   関連する信号を検知する第１積分信号検知手段と、第１
   積分信号検知手段の信号に基づいて第１積分信号の増減
   方向と逆位相の開ループ制御信号を作成する開ループ制
   御信号作成手段と、特定運転条件下において、第２排気
   センサ出力に基づく第２空燃比調整手段の閉ループ制御
   を停止して開ループ制御信号に応じて第２空燃比調整手
   段を制御する開ループ制御手段とからなることを特徴と
   する多気筒エンジンの空燃比制御装置。