JPS62648A - エンジンの燃焼制御装置 - 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、エンジンの燃焼制御装置に関し、詳しくはエ
ンジンの運転状態に応じてエンジンに供給される空燃比
をｓ　Ｎ　Ｏｘ発生員が最大となるＮ０ｘｆｆｉ大発生
空燃比域を挾んで該ＮＯＸ最大発生空燃比よりもリッチ
な空燃比とリーンな空燃比との間で切換えるようにした
ものの改良に関するものである。

（従来の技術） 従来より、エンジンの空燃比制御の技術として、エンジ
ンの空燃比を理論空燃比にフィードバック制御すること
を基本とし、所定運転域で理論空燃比よりもリーンに制
御するようにすることは知られている。また、従来、エ
ンジンの空燃比をラフネス許容範囲内で可及的にリーン
制御することを基本とし、加速時あるいは高負荷時にリ
ッチにしｊ御して大きなトルクを発生するようにするこ
とも知られている。

一方、エンジンのノッキング対策の技術の一つとして、
特開昭５７−９９２６９号公報に開示されるように、加
速時に点火時期を一定量遅角させることにより、燃焼速
度を遅らせて燃焼温度の上昇を抑え、加速時のノッキン
グの発生を防止するようにしたものは知られている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記のようにエンジンの運転状態に応じてエ
ンジンの空燃比をリーンからリッチへ、あるいはリッチ
からリーンへ移行するように制御する場合、移行前およ
び移行後の空燃比がＮＯｘの発生量が最大となる空燃比
域〈通常、空燃比Ａ／Ｆ−１６付近）にならないよう、
このＮ０Ｘｉ大発生空燃比域を避けて制御することがＮ
ＯＸの低減を図る上で望ましい。つまり、エンジンの運
転状態に応じて上記ＮＯｘ最大発生空燃比域を挾んでそ
れよりもリッチな空燃比とリーンな空燃比とに切換える
ようにすることが望まれる。

しかるに、この場合、エンジンの運転状態の切換要求に
より上記ＮＯｘ最大発生空燃比域を挾んでそれよりもリ
ッチな空燃比からリーンな空燃比へ、逆にリーンな空燃
比からリッチな空燃比へ移行さ「る時、リッヂ又はリー
ンの空燃比から一気に目標空燃比に移行するよう制御す
ると、空燃比の急激な変化により大きなトルクショック
が生じることから、その空燃比を徐々に移行させるよう
に制御されるが、この移行途中で空燃比がＮＯＸ最大発
生空燃比域を通過することにより、ＮＯＸの発生量が増
加するという問題が生じる。

そこで、この空燃比移行時のＮＯｘ低減対策として、上
記公報に記載の技術を利用して、移行時に点火時期を一
定量すタートさせることにより、燃焼速度を遅らせて燃
焼温度の上昇抑制によりＮＯＸの発生を低減することが
考えられる。しかし、この場合、移行時の空燃比の変化
に拘らず点火時期を一定量すタートさせるため、空燃比
Ａ／Ｆ−１６でＮＯｘ発生量が最大となる空燃比のＮＯ
ｘ発生量特性に適応せずＮＯＸの発生を有効に低減でき
ないばかりか、燃焼安定性が悪化し、またドライバビリ
ティも悪くなるとε）う問題が生じる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、上記Ｎ０ｘｊｉｉ大発生空燃比域を持つ
空燃比のＮＯｘ発生量特性に着目し、移行時の空燃比変
化に応じて点火時期等による燃焼速度をＮＯｘ発生量の
多い空燃比程遅らせるようにすることにより、空燃比の
移行時、燃焼安定性およびドライバビリティを良好に確
保しながら、ＮＯｘの発生を有効に低減させることにあ
る。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、第１
図に示すように、エンジン１の運転状態に応じてエンジ
ン１に供給される空燃比を、ＮＯｘ発生量が最大となる
ＮＯｘ最大発生空燃比域を挾／υで該ＮＯＸ最大発生空
燃比よりもリッチな空燃比とリーンな空燃比との間で切
換えるようにしたエンジンの燃焼ν制御装置を対象とす
る。これに対し、エンジン１の燃焼速度を可変制御する
燃焼速度可変手段１１を備えるとともに、エンジン１の
運転状態の切換時を検出する運転切換時検出手段２８と
、該運転切換時検出手段２８の出力を受け、エンジン運
転切換時の空燃比の変化を検出する空燃比検出手段２６
とを備える。そして、該空燃比検出手段２６の出力を受
け、エンジン運転切換時の空燃比の変化に応じて燃焼速
度をＮＯｘ発生量の多い空燃比程遅らせるように上記燃
焼速度可変手段１１を制御する制御手段２９を備える構
成としたものである。

ここで、上記の燃焼速度を可変にするものとしては、点
火時期、吸気系に還流されるＥＧＲｆｆｌ。

シリンダ内に生成される吸気のスワールの強さなどがあ
る。

（作用） 上記の構成により、本発明では、エンジンの運転状態の
切換により、ＮＯｘ最大発生空燃比域よりもリッチもし
くはリーンな空燃比がＮＯｘ最大発生空燃比域を通過し
てそれよりもリーンもしくはリッチな目標空燃比に移行
するとき、この空燃比の変化に応じてＮＯｘ発生量の多
い空燃此程、燃焼速度を遅らせろように制御されるので
、Ｎ。

×の発生量と燃焼速度のリタード量とが対応して、ＮＯ
ｘの発生が有効に低減されるとともに、燃焼安定性およ
びドライバビリティが良好に確保されることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第２図以下の図面に基づいて説
明する。

第２図は本発明の実施例の全体概略構成を示し、１はピ
ストン２の往復動により容積可食となる燃焼室３を有す
るエンジン、４は一端が吸気ボート５を介して燃焼室３
に開口し他端がエアクリーナ６を介して大気に開口して
吸気をエンジン１の燃焼室３に供給するための吸気通路
、７は一端が排気ボート８を介して燃焼室３に開口し他
端が大気に開口して燃焼室３からの排気を排出するため
の排気通路である。また、９は上記吸気ボート５を開閉
する吸気弁、１ｏは排気ボート８を開閉する排気弁、１
１はエンジン１の燃焼速度を可変制御する燃焼速度可変
手段としての点火プラグ、１２は排気通路７に介設され
た排気ガス浄化用の触媒装置である。

上記吸気通路４には、吸入空気量を制御するスロットル
弁１３、およびその下流に燃料を噴射供給する燃料噴射
弁１４がそれぞれ配設されている。

また、第３図および第４図に詳示するように、吸気通路
４の燃料噴射弁１４の直上流には吸気通路４を開閉する
スワールコントロール弁１５がアクチュエータ１６に連
結されて配設されているとともに、吸気通路４のスワー
ルコントロール弁１５直上流と吸気ボート５直上流とは
バイパス通路１７によって連通されており、該バイパス
通路１７は吸気通路４よりも通路面積が小に設定されか
つその下流端間口部１７ａが燃焼室３の周方向に向って
開口していて、吸入空気をバイパス通路１７を通して燃
焼窟３に吸入させることにより燃焼室３内に周方向に沿
って旋回する吸気スワールＳを生成さゼるようになされ
ている。尚、１８は各気筒の燃料噴射弁１４に燃料を供
給するための燃料通路である。

さらに、２０は吸気通路４のスロットル弁１３上流に配
設され吸入空気量を検出するエアフローセンサ、２１は
スロットル弁１３の開度によりエンジン負荷を検出する
スロットル開度センサ、２２は吸入空気の温度を検出す
る吸気温センサ、２３はエンジン冷却水の温度によりエ
ンジン温度を検出する水温センサ、２４はスワールコン
トロール弁１５の開度によりエンジン運転域を検出する
スワールコントロール弁開度センサ、２５はディストリ
ビュータ１９等からの信号によりエンジン回転数および
クランク角を検出する回転数センサ、２６は排気通路７
の触Ｉｓ装ｒａ１２上流に配設され排気ガス中の酸素５
１１成分によりエンジン１の空燃比の変化をリニア的に
検出する空燃比検出手段としてのリニア０２センサであ
る。これら各センサ２０〜２６の出力は、上記燃料噴射
弁１４、スワールコントロール弁１５のアクチュエータ
１６および点火プラグ１１を作動制御するｃＰＵ等より
なるコントロールユニット２７に入力可能になっている
。

そして、上記コントロールユニット２７は、キースイッ
チ３０のＯＮ作動により作動し、エンジンの運転状態に
応じて燃料＋ｎｍ弁１４がらの燃料噴射量を制御してエ
ンジン１に供給される空燃比を制御し、定常運転状態の
ときには空燃比をＮＯｘの発生量が最大となるＮＯｘ最
大発生空燃比域（Ａ／Ｆ−１６付近）よりもリッチもし
くはリーンな値にｉｌ、ＩＪ　Ｉｌｌすることを基本と
し、所定運転状態のときには上記ＮＯｘ最大発生空燃比
域よりもリーンもしくはリッチな値に制御するようにし
ている。例えば、定常運転時にＮＯＸ最大最大発生空燃
上域もリーンに設定された空燃比（例えばＡ／Ｆ−２７
）を加速時又は高負荷時にＮＯｘ最大発生空燃比域より
もリッチな空燃比（例えばＡ／Ｆ−１３）に切換えたり
、定常運転時にＮＯｘ最大発生空燃比域よりもリッチに
設定された空燃比（例えば理論空燃比Ａ／Ｆ−１４，７
）を低回転低負荷時にＮＯｘ最大発生空燃比域よりもリ
ーンな空燃比（例えばＡ／Ｆ−２４）に切換えるように
制御するものである。

また、上記コントロールユニット２７は、エンジンの低
負荷時にはアクチュエータ１６の作動によりスワールコ
ントロール弁１５を閉じて吸入空気をバイパス通路１７
のみを通して吸入することにより、燃焼室３内にスワー
ルを生成させて燃焼速度を早める一方、＾負荷時にはス
ワールコントロール弁１５を所定開度に制御してエンジ
ン回転数および負荷に応じた吸入空気量を燃焼室３内に
供給するよう制御するものである。

さらに、上記コントロールユニット２７は、上記エンジ
ンの運転状態に応じてエンジン１に供給される空燃比を
、ＮＯｘ最大発生空燃比域を挾んでそれよりもリッチな
空燃比とリーンな空燃比との闇で切換える時、この運転
切換時の空燃比の喫化に応じて点火プラグ１１による点
火時期を制御するものである。この作動を、ＮＯｘ最大
発生空燃比域（Ａ／Ｆ−１６＞よりもリッチな理論空燃
比からＮＯＸ最大最大発生空燃上域もリーンな空燃比に
切換える場合を例にとって第５図および第６図のフロー
チャートにより説明する。

すなわち、第５図は上記作動のメインフローを示し、ス
タートして、先ずステップ３ａで初期化したのち、ステ
ップｓｂでエンジン回転数、吸入空気量、エンジン冷却
水温（エンジン温！Ｉｍ）、吸気温等の信号を入力する
。次のステップＳＣで上記エンジン回転数および吸入空
気量に基づいて基本点火時期θｂａｓｅを演算したのち
、ステップＳｄで後述する第６図のフローに耕づいて点
火時期の補正量を演算し、さらに次のステップＳｅでエ
ンジン冷却水温および吸気温等に基づいて補正して最終
点火時期θｆｉを演算する。

そして、上記ステップＳｄでの点火時期の補正量の演惇
は第６図に示すサブフローに基づいて行われる。先ず、
ステップＳｄ＋で空燃比をリッチからリーンに切換える
べくリーン運転条件が成立するか否かを判別し、リーン
運転条件が成立しないＮｏの場合には、ステップＳｄｚ
でＭＢＴ進角（最大トルクになる最小進角）に対するリ
ーン補正進角θＬ　ｅｎを零にして補正を行わないで終
了する。一方、リーン運転条件が成立するＹＥＳの場合
には、運転切換時と判断して空燃比をリーン側に移行さ
せるべく制御される。そして、ステップＳｄｓで空燃比
のリーン係数ＣＬｅｎが目標リーン係数ＣＬｅｎｏにな
ったか否か、つまり空燃比が目標空燃比になったか否か
を判別するが、移行当初は当然ＣＬｅｎ≠ＣＬｅｎｏの
ＮＯであることから、次のステップＳｄ４でリーン係数
ＣＬｅｎがＮＯｘ最大発生空燃比Ａ／Ｆ−１６に相当す
るリーン係数ＣＬｅｎ＋ｓよりも大きいか否かを判別し
、さらにＣＬｅｎ≦ＣＬｅｎ＋６（つまりＡ／Ｆ−１６
よりもリッチ）のＮＯであることから、ステップＳｄｚ
でリーン補正進角を零に維持する。このことにより、空
燃比がＡ／Ｆ−１６に向ってリーン移行するにも拘らず
リーン補正進角を行わないことになり、第７図（ｂ）に
示すようにＭＢＴ進角に対してＡ／Ｆ−１４，７からＡ
／Ｆ−１６に移行するに従って点火時期が徐々に遅角さ
れることになり、Ａ／Ｆ−１６で最大のリタード量とな
る。

その後、空燃比がＡ／Ｆ−１６よりも大になって上記ス
テップＳｄｎの判別がＹＥＳになると、ステップＳｄｓ
において目標リーン補正進角θＬａｒｉａをテーブルか
ら演算し、またステップＳｄｅでリーン補正進角θＬ　
ｅｎを所定の補正進角アドバンス量ΔθＬ　ｅｎだけ加
えた値（−θＬ　ｅｎ＋ΔθＬａｎ）に更新したのら、
次のステップＳｄ７でこのリーン補正進角θＬ　ｅｎが
目標リーン補正進角θＬＯｎＱよりも小さいか否か、つ
まり目標値よりもリタードしているか否かを判別し、θ
Ｌｅｎ≦θＬ　ｅｎのリタードしているＹＥＳの場合に
はステップＳｄ８でリーン補正進角θＬ　ｅｎを上記ス
テップＳｄ６でアンバンスした値に更新して、上記動作
を繰返すことにより目標リーン補正進角θＬ　Ｏｎｏに
なるようにし、一方、θＬ　ｅｎンθＬ　ｅｒ＋ｑのＮ
Ｏの場合には目標値よりもアドバンスしていると判断し
てステップＳｄｓでリーン補正進角θしｅｎを目標リー
ン補正進角θＬ　ｅｎｏに置き換える。

さらに、空燃比がリーン移行し目標空燃比になって上記
ステップＳｄ３の判別がＣＬｅｎ−ＣＬａｎＯのＹＥＳ
になると、ステップＳｄ＋ｅで目標り−ン補正進角θＬ
　ｅｎをテーブルから演算したのち、ステップＳｄｓで
リーン補正進角θＬ　ｅｎをこの目標リーン補正進角θ
Ｌ　ａｎｏに置き換える。

ここで、上記目標リーン補正進角θＬ　ｅｎＱは、第７
図（ｂ）で破線で示すようにＭＢＴ進角に対して空燃比
がＡ／Ｆ−１６からリーン移行するに従い、リタード量
がＡ／Ｆ−１６で最大でその後漸次減少して行ってＭＢ
Ｔ進角特性に沿うことになるように予め空燃比の変化に
応じて設定されたものである。

以上のことにより、ＮＯＸ最大最大発生空燃上域もリッ
チな空燃比からＮＯｘ最大発生空燃比域よりもリーンな
空燃比にリーン移行させる場合、第７図（ｂ）に示！よ
うに、空燃比のリーン移行に伴う空燃比の変化に応じて
点火時期が実線で示すＭＢＴ進角に対して破線の如＜Ａ
／Ｆ−１６で最大となるようにリタードされることにな
り、このことにより燃焼速度も点火時期のリタード量特
性に倣ってリタードされる。そして、このリタード量特
性は第７図（ａ　）に示すＡ／Ｆ−１６でＮＯｘ発生量
が最大となるＮＯｘ発生量特性と対応している。尚、Ｎ
ＯＸ最大最大発生空燃上域んでそれよりもリーンな空燃
比からリッチな空燃比に切換えるようリッチ移行する場
合にも、点火時期は上記と同様のリタード量特性になる
ように制御される。

また、以上の作動フローにおいて、第６図のステップＳ
ｄ＋により、空燃比をＮＯＸ最大最大発生空燃上域んで
リッチからリーンへ（又はリーンからリッチへ）切換え
るべくエンジンの運転切換時を検出する運転切換時検出
手段２８を構成しているとともに、同図のステップＳｄ
ｚ〜５ｄｖａにより、エンジン運転時の空燃比の変化に
応じて点火時期つまり燃焼速成をＮＯｘ発生量の多い空
燃比程遅らせるように点火プラグ１１（燃焼速文可変手
ｇｌ）を制御する制御手段２９を構成している。

したがって、上記実施例では、エンジンの運転状態に応
じてエンジン１の空燃比をＮＯＸ最大最大発生空燃上域
んでリッチからリーンへ、又はリーンからリッチに切換
える場合、この運転切換時の空燃比の変化に応じて刻々
と点火時期を制御して燃焼速度をＮＯｘ発生量の多い空
燃比程遅らせるようにＩ制御したので、空燃比変化に対
する燃焼速成のリタード量とＮＯＸ発生墨とが対応して
、燃焼速度の遅れによるＮＯｘの低減を有効に行うこと
ができるとともに、燃焼安定性やドライバビリティを良
好に確保することができる。

尚、上記実施例では燃焼速度を可食制御する手段として
点火プラグ１１の点火時期を採用したが、その他吸気系
に還流されるＥＧＲｍ　（排気ガス還流量）等が採用可
能であり、このＥＧＲｆｆｉの場合には空燃比変化に応
じてＥＧＲＩをＮＯｘ発生量の多い空燃此程増加させる
ようにすればよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、エンジンの運転
状態に応じて空燃比をＮＯＸ最大最大発生空燃上域んで
それよりもリッチな空燃比とリーンな空燃比との間で切
換えるようにしたエンジンにおいて、その切換による空
燃比の移行時、空燃比の変化に応じてＮＯｘ発生量の多
い空燃此程、燃焼速度を遅らせるようにしたので、良好
な燃焼安定性およびドライバビリティを確保しながらＮ
Ｏｘの発生を有効に低減することができ、よって上記運
転状態切換時のＮＯｘの低減と燃焼安定性等の向上との
両立を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図である。 第２図〜第７図は本発明の＊施例を示し、第２図は全体
概略構成図、第３図は第２図の燃焼室周り部分の拡大断
面図、第４図は同平面図であり、第５図および第６図は
それぞれコントロールユニットのメイン７０−およびサ
ブフローを示すフローチャート図、第７図（ａ　）およ
び（ｂ）はそれぞれ空燃比に対するＮＯｘ発生量特性お
よび点火進角特性を示す図である。 １・・・エンジン、１１・・・点火プラグ、２６・・・
リニア０２センサ、２７・・・コントロールユニット、
２８・・・運転切換時検出手段、２９・・・ＩＩＩ陣手
段。 −２！２、−１−。 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの運転状態に応じてエンジンに供給され
   る空燃比を、ＮＯｘ発生量が最大となるＮＯｘ最大発生
   空燃比域を挾んで該ＮＯｘ最大発生空燃比よりもリッチ
   な空燃比とリーンな空燃比との間で切換えるようにした
   エンジンの燃焼制御装置であって、エンジンの燃焼速度
   を可変制御する燃焼速度可変手段と、エンジンの運転状
   態の切換時を検出する運転切換時検出手段と、該運転切
   換時検出手段の出力を受け、エンジン運転切換時の空燃
   比の変化を検出する空燃比検出手段と、該空燃比検出手
   段の出力を受け、エンジン運転切換時の空燃比の変化に
   応じて燃焼速度をＮＯｘ発生量の多い空燃比程遅らせる
   ように上記燃焼速度可変手段を制御する制御手段とを備
   えたことを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。