JPS6345445A

JPS6345445A - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPS6345445A
Application number: JP18875786A
Authority: JP
Inventors: Toshio Suematsu; 末松　敏男; Osamu Harada; 修原田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-08-13
Filing date: 1986-08-13
Publication date: 1988-02-26

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〕本発明は排気温度が上昇した時に燃料噴射量を増量する
ことにより機関温度を低下させる内燃機関の空燃比制御
１装置に関し、特に、機関の運転領域に応じて燃料供給
量の増量信号を所定時間遅らせて燃料供給装置に伝達す
る空燃比制御装置に関する。

（従来の技術〕従来、排気ガス中の有害成分ＨＣ，Ｃｏ並びにＮＯｘを
同時に低減させるために、排気通路内に三元触媒コンバ
ータを設けている機関では、空燃比制御装置により機関
のシリンダ内に供給されるｔ１合気の空燃比を理論空燃
比に近付ける必要がある。このような機関では、排気ガ
スの成分から吸入混合気の空燃比を検出するために空燃
比センサ（ｏ２センサ）をその排気通路内に設置し、こ
のセンサからのリッチ信号、リーン信号に基づいて前記
空燃比制御装置が燃料噴射量を増減することにより空燃
比を理論空燃比に近付けるようにしている。

ところが、このような空燃比制御装置を装備していたと
しても、機関高速高負荷運転時には排気温度が過上昇す
ることがあり、その際には排気通路に設置した空燃比セ
ンサや触媒が損傷を被る恐れがある。

そこで、排気通路に排気温センサを設置し、排気ガス温
度が目標排気温度を越えた場合には、燃料噴射量を増量
することによって強制的に空燃比をリッチ状態にし、排
気ガス温度を低下させて空燃比センサや触媒を保護する
ようにした内燃機関の排気温フィードバック（以下Ｆ／
Ｂという）制御が知られている。（特開昭５７−７６２
３４号公報参照）〔発明が解決しようとする問題点〕しかしながら、従来の排気温Ｆ／Ｂ制御は、機関の使用
領域に関係なく、排気温が所定値以上になると空燃比を
リッチ状態に制御するものなので、燃費上不利になると
いう問題点があった。

これは、機関の使用条件として、高速高負荷状態は長時
間連続的に維持されることはなく、追い越し加速や急発
進のような短時間でのみ存在し、このとき一時的に排気
温か高くなっても、機関の排気系の部品の熱容量は大き
いために、短時間では排気系の部品は高温にならない。

従って、高速高負荷でも排気温度が予め設定された目標
排気温度を越えたと同時に排気温Ｆ／Ｂを行なったので
は、燃料が不要にリッチ状態になり、燃費が悪くなると
共に出力も低下するのである。

この問題点は、過給機付機関のように出力空燃比をオー
バーしてリッチに適合して排気温度を対策しているもの
においては、特に不利になる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は、前記従来の排気温Ｆ／Ｂを行う内燃機
関の空燃比制御装置の有する問題点を解消し、機関の排
気温度が目標排気温度を越えた場合、機関の使用状態に
応じて排気温Ｆ／Ｂを開始する時間を遅延することによ
り、機関の速度及び負荷が共に高くない状態では信頼性
の良い排気温Ｆ／Ｂを行い、また使用期間の短い機関の
高速高負荷では不要に空燃比をリッチにすることなく燃
費、出力ともに好ましい排気温Ｆ／Ｂを行なえる優れた
内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。

前記目的を達成する本発明の内燃機関の空燃比制御装置
の構成が第１図に示される。内燃機関の排気通路に設け
られた排気温検出手段は実排気温度を検出する。燃料増
量手段は検出された実排気温度を予め設定された目標排
気温度と比較し、実排気温度が目標排気温度以上の場合
に燃料供給量を増量する。遅延手段は実排気温度の検出
値の前記燃料増量手段への伝達を所定時間遅延させる。

そして、遅延時間設定手段は前記遅延手段の遅延時間を
機関負荷、あるいは機関回転数が大きい程長く設定する
。

〔作　用〕

本発明の空燃比制御装置によれば、機関が所定運転領域
以外にある時に、機関の検出排気温度が予め設定された
目標排気温度と比較され、検出排気温度が目標排気温度
より高い時に燃料増量指示が出力され、この燃料増量指
示は機関の運転領域に応じて遅延されて燃料調整手段に
伝達される。

そして、前記燃料増量指示の遅延時間中に機関が前記所
定運転領域に復帰した時には、増量補正停止手段により
燃料の増量補正が停止されるので、高速高負荷状態等に
おいて、一時的に排気温度が目標排気温度を越えても排
気温Ｆ／Ｂは実行されない。

〔実施例〕

以下図面を用いて本考案の実施例を詳細に説明する。

第２図は本考案に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例を備えた電子制御燃料噴射式内燃機関の概略図であ
る。

第２図において、機関本体１の吸気通路２には燃料噴射
弁１１、サージタンク１５、スロットル弁１２、吸気を
圧縮する過給機７のコンプレッサ７Ｃ及びエアフローメ
ータ３が機関本体１側から図示しないエアクリーナ側に
向かって設けられている。また、排気通路８にはｏ２セ
ンサ１４、排気温センサ１８、過給機７の前記コンプレ
ッサ７Ｃと同軸上に設けられたタービン７Ｔ、及びこの
タービン７Ｔをバイパスし、内部にウェストゲートバル
ブ１６の設置されたバイパス通路１７が機関本体ｌから
図示しない消音器および三元触媒側に向かって設けられ
ている。

前記燃料噴射弁１１は図示しない燃料供給系からの加圧
燃料を各気筒の吸気ポートへ供給する。また、エアフロ
ーメータ３は吸入空気ＩＱを直接計測するものであって
、ポテンショメータを内蔵して吸入空気ＩＩＱに比例し
たアナログ電圧の出力信号を発生する。この出力信号は
制御回路１０のマルチプレクサ内蔵Ａ／Ｄ変換器１０１
に供給されている。各気筒の点火プラグ９に点火するデ
ィストリビュータ４には、その軸が例えばクランク角（
ＣＡ）に換算して７２０°毎に基準位置検出用パルス信
号を発生するクランク角センサ５、及びクランク角に換
算して３０°毎に角度位置検出用パルス信号を発生する
クランク角センサ６が設けられている。

これらのクランク角センサ５．６のパルス信号は制御回
路１０の入出力インタフェース１０２に供給され、この
うち、クランク角センサ６の出力はＣＰＵ１０３の割込
端子に供給される。

機関の排気通路８に設けられた０□センサ１４は排気ガ
ス中の酸素成分濃度に応じた電気信号を発生するもので
あり、その出力は制御回路１０のバ。

ファ回路１１１を介してＡ／Ｄ変換器１０１に供給され
る。また、排気温センサ１８は排気ガスの温度を検出し
、これをＡ／Ｄ変換器１０１に入力する。Ａ／Ｄ変換器
１０１は入力された排気温度を予め設定された比較温度
と比較し、その結果を前記ｃｐｕ１０３に送出する。

機関本体１のシリンダブロックの冷却水通路には、機関
の暖機状態を冷却水温度を介して検出するための水温セ
ンサ１３が設けられている。水温センサ１３は冷却水の
温度ＴＩＩＷに応じたアナログ電圧の電気信号を発生す
る。この出力もＡ／Ｄ変換器１０１に供給されてい、る
。

制御回路１０は、例えばマイクロコンピュータとして構
成され、前述のＡ／Ｄ変換器１０１．入出力インタフェ
ース１０２．　ＣＰ　Ｕ２Ｏ５の他にＲＯＭ２Ｏ３゜Ｒ
ＡＭ１０５等が設けられており、これらはバス１０７で
接続されている。この制御回路１０において、ダウンカ
ウンタ１０８．フリップフロップ１０９及び駆動回路１
１０は燃料噴射弁７を制迎罰するためのものである。即
ち、燃料噴射量ＴＡＵが演算されると、燃料噴射量ＴＡ
Ｕがダウンカウンタ１０８にプリセットされると共にフ
リップフロップ１０９もセントされる。この結果、駆動
回路１１０が燃料噴射弁１１の付勢を開始する。

他方、ダウンカウンタ１０８がクロック信号（図示せず
）を計数して最後にそのキャリアウド端子が“１ルベル
となった時に、フリップフロップ１０９がリセットされ
て駆動回路１１０は燃料噴射弁１１の付勢を停止する。

つまり、前述の燃料噴射量ＴＡＵだけ燃料噴射弁１１は
付勢され、従って、燃料噴射量ＴＡＵに応じた量の燃料
が機関本体１の燃焼室に送り込まれることになる。

なお、ＣＰＵ１０３の割込み発生はＡ／Ｄ変換器１０１
のＡ／Ｄ変換終了後、入出力インタフェース１０２がク
ランク角センサ６のパルス信号を受信した時、等である
。

エアフローメータ３の吸入空気量データＱ及び冷却水温
データＴＨＷは所定時間毎に実行されるＡ／Ｄ変換ルー
チンによって取り込まれてＲＡ　Ｍ　１０９の所定領域
に格納される。つまり、ＲＡＭ１０９におけるデータＱ
及びＴＩＩＷは所定時間毎に更新されている。また、回
転速度Ｎｅのデータはクランク角センサ６の３０°ＣＡ
毎の割込みによって演算されてＲＡＭ１０５の所定領域
に格納される。

前記吸気通路２のコンプレッサ７ｃの下流側には導圧管
２１が接続しており、コンプレッサ７ｃによって昇圧さ
れた過給圧を、バイパス通路１７内のウェストゲートバ
ルブ１６を開閉するアクチュエータ２゜に伝えるように
なっている。そして、このアクチュエータ２０は吸気通
路２内の過給圧が所定値を越えた時に、ウェストゲート
バルブ１６を開弁させ、排気ガスの一部を過給機７をバ
イパスさせてタービン７Ｔの回転上昇を抑え、過給圧の
上昇を防止する。

以上のように構成された本発明の空燃比制御装置におけ
る制御回路１０の動作について説明する。

第３図は燃料噴射量演算ルーチンであって、所定クラン
ク角、例えば３６０°ＣＡ毎に実行される。

このルーチンでは燃料噴射量ＴＡＵを計算した後に、機
関の運転領域、および排気温度の高低により燃料噴射量
に増量補正を行うか否かが決定され、次いで機関の運転
領域に応じて増量補正を行うまでの遅延時間が演算され
る。

まず、ステップ３０１では基本噴射量ＴＰを演算する。

即ち、吸入空気ｉＱ及び回転速度ＮｅのデータをＲＡＭ
１０５から読み出して、Ｔ　Ｐ＋ｋ　Ｑ／　Ｎ　ｅ　（但しｋは定数）により演
算する。ステップ３０２では燃料噴射量ＴＡＵを、ＴＡＵ←（ＴＰ−ＦＡＦ・α＋β）ｘｈによって演算す
る。ここでＦＡＦは第６図のルーチンによって演算され
る空燃比補正係数、α、βはその他の補正係数あるいは
補正量であって、例えば、暖機増量補正、吸気温補正、
過渡時補正、等に相当する。また、ｈは排気温度による
増量補正計数である。次いで、ステップ３０３にて機関
の運転領域が第５図に示す回転数−負荷特性の■の領域
に入っているか否かが判定される。第５図に■で示す領
域は機関の低速低負荷領域、■で示す領域は機関の中速
中負荷領域、■で示す領域は機関の高速高負荷領域であ
る。

運転領域が■内の時（ステップ３０３でＹＥＳ　）はス
テップ３０４に進んで減算カウンタＣの初期値を２５０
にセントし、次いでステップ３１１に進んで噴射ＩｔＴ
ＡＵに電源電圧補正値Ｔを加算した後にステップ３１２
にて噴射１１ＴＡＵをダウンカウンタ１０８にセントす
ると共にフリップフロップ１０９をセットして燃料噴射
を開始させる。そして、ステップ３１３にてこのルーチ
ンは終了する。

運転領域が■内でない時（ステップ３０３でＮＯ）はス
テップ３０５に進み、このステップ３０５で検出排気温
度が８００℃より大きいか小さいかを判定する。排気温
く８００℃の時（ＮＯ）はステップ３０４に進み、前記
同様に減算カウンタＣの初期値を２５０にセットした後
にステップ３１１，３１２と進んでステップ３１３でこ
のルーチンを終了する。

一方、ステップ３０５において排気温＞　８０［Ｃの時
（ＹＥＳ　）はステップ３０６に進み、運転領域が■内
か否かを判定する。機関の運転領域が■内の時（ＹＥＳ
　）はステップ３０７に進み、前回のルーチンにおける
機関の運転領域がやはり■内であったか否かが判定され
る。前回も機関の運転領域が■内の時（ＹＥＳ　）はそ
のままステップ３１１に進み、前回の機関の運転領域が
■内でない時（Ｎｏ）ステップ３０８にて減算カウンタ
Ｃの初期値を２５０にセットした後にステップ３１１に
進む。そして、このステップで電源電圧補正を行なった
後に、ステ、ブ３１２で前記同様に噴射量ＴＡＵをダウ
ンカウンタ１０８にセットした後にステップ３１３にて
このルーチンは終了する。

運転領域が■内の時（ステップ３０６でＮＯ）はステッ
プ３０９に進み、前回のルーチンにおける機関の運転領
域がやはり■内であったか否がが判定される。前回も機
関の運転領域が■内の時（ＹＥＳ　”）はそのままステ
ップ３１１に進み、前回の機関の運転領域が■内でない
時（Ｎｏ）ステップ３１０にて減算カウンタＣの初期値
を１０００にセットした後にステップ３１１に進む。そ
して、このステップで前記同様に電源電圧補正を行なっ
た後に、ステップ３１２で噴射１ＴＡＵをダウンカウン
タ１０８にセットし、フリップフロップ１０９をセット
して燃料噴射を開始させ、ステップ３１３にてこのルー
チンは終了する。

なお、前述のように噴射量ＴＡＵに相当する時間が経過
すると、ダウンカウンタ１０８のキャリアウドによって
フリップフロップ１０９がリセットされて燃料噴射は終
了する。

第３図のルーチンで演算された減算カウンタＣの初期値
は、第４図に示す、例えば４ｉｓ毎に実行される燃料増
量制御ルーチンに使用され、減算カウンタの初期値に応
じて燃料噴射量を増量するタイミングが遅延制御される
。即ち、このルーチンではステップ４０１にて式、Ｃ−Ｃ−１によってカウンタ値が１ずつ減算される。そしてステッ
プ４０２にてＣ５０か否かが判定され、Ｃ〉Ｏの時（Ｎ
Ｏ）はステップ４０４に進んで排気温増量計数りを１に
してステップ４０５でリターンするが、Ｃ５０の時はス
テップ４０３に進んで排気温増量値りが１．３０に設定
してステップ４０５からリターンする。このルーチンは
前述のように４ｍｓ毎に実行されるので、減算カウンタ
Ｃの初期値に２５０がセ・ノドされている時は、ステッ
プ４０２でＹＥＳとなってステップ４０３に至り、噴射
量が３０％増量されるまでに１秒の遅延時間がある。ま
た、減算カウンタＣの初期値に１０００がセットされて
いる時は、ステップ４０２でＹＥＳとなってステップ４
０３に至り、噴射量が３０％増量されるまでに４秒の遅
延時間がある。この遅延時間は第４図のルーチンの実行
周期および減算カウンタＣにセットする初期値によって
決るので、この初期値を変更することによって機関毎に
遅延時間を変更することができる。

以上のようにこの実施例では機関の運転領域が■内の時
は排気温Ｆ／Ｂを行なわず、機関の運転領域が■内の時
は排気温が８００℃より高くなった時に、１秒の遅延時
間をもって燃料噴射ＩＴＡＴＪの増量を実行し、機関の
運転領域が■内の時は排気温が８００°Ｃより高くなっ
た時に、４秒の遅延時間をもって燃料噴射量ＴＡＵの増
量を実行する。

なお、この１秒、４秒の遅延時間内に機関の運転領域が
■内になった時は、所定クランク毎に実行される第３図
のステップ３０４にて減算カウンタＣの初期値に常に２
５０がセットされるので、燃料の増量補正は行なわれな
い。

この結果、使用頻度が高く、状態が維持される時間の長
い中速中負荷運転領域では、検出排気温度が予め設定さ
れた目標排気温度を越えた時に、僅かな遅延時間をもっ
て排気温Ｆ／Ｂが実行され、燃料が増量されて排気温度
が低下するので排気系部品の信頼性が向上する。また、
使用頻度が低く、状態が維持される時間の短い高速高負
荷運転領域では、検出排気温度が予め設定された目標排
気温度を越えた時に、かなりの遅延時間の後でないと排
気温Ｆ／Ｂが実行されないので、遅延時間内に機関が高
速高負荷運転領域から脱した場合には、不要な排気温Ｆ
／Ｂが行なわれず、遅延時間を過ぎても高速高負荷運転
が持続した場合には排気温Ｆ／Ｂが実行されて燃料増量
が行なわれ、排気温度が低下するので、燃費が向上し、
出力性能も向上すると共に、排気系の部品の信頼性も損
なわれない。

なお、機関の運転領域の分けかたは、前記実施例に限定
されるものではなく、機関回転数、機関負荷、スロット
ル開度、吸入空気量の少なくとも１つの運転状態パラメ
ータにより分けることができる。

次いで、第６図を用いて空燃比Ｆ／ＢｆｉＩ１１ａ、即
ち、空燃比補正係数ＦＡＦの演算を説明する。第６図の
ルーチンは所定時間毎に実行される。

ステップ６０１では空燃比のＦ／Ｂ条件が成立している
か否かを判別する。機関始動中、始動後の燃料増量動作
中、暖機増量動作中、パワー増大中等はいずれもＦ／Ｂ
条件不成立であり、その他の場合がＦ／Ｂ条件成立であ
る。そして、空燃比のＦ／Ｂ条件が不成立の時（ＮＯ）
はステップ６０９に進んでＦＡＦ＝１．０とし、Ｆ／Ｂ
条件が成立している時（ＹＥＳ　）はステップ６０２に
進み、Ｆ／Ｂ補正制御を行う。

ステップ６０２では０２センサ１４の出力値を取り込ん
で空燃比がリッチかリーンかを判別する。リーンの時（
ＹＥＳ　）にはステップ６０３にて最初のリーンか否か
を判別、つまり、リッチからリーンへの変化点か否かを
判別する。この結果、最初のリーンであれば（ＹＥＳ　
）　、ステップ６０５にてＦＡＦ←ＦＡＦ＋Ａとして所
定量（スキップｆｆ１）　Ａを加算し、他方、最初のリ
ーンでなければ（Ｎｏ）　、ステップ６０６にてＦＡＦ
４−ＦＡＦ＋ａとして所定量ａを加算する。なお、スキ
ップ量Ａはａより十分大きく設定される。即ち、Ａ＞＞
ａである。

ステップ６０２においてＮＯとなるリッチであればステ
ップ６０４に進み、このステップで最初のリッチか否か
を判別、つまり、リーンからリッチへの変化点が否かを
判別する。この結果、最初のリッチであれば（ＹＥＳ　
）　、ステップ４０７にてＦＡＦ４−ＦＡＦ−Ｂとして
所定量（スキップｆｆ１）　Ｂを減算し、他方、最初の
リッチでなければ（Ｎｏ）　、ステップ６０８に進んで
ＦＡＦ−ＦＡＦ−ｂとして所定ｌｂを減算する。ここで
もスキップ量Ｂはｂより十分大きく設定される。即ちＢ
＞＞ｂである。

つまり、ステップ６０６　、６０８に示す制御は積分制
御と称されるものであり、空燃比補正係数ＦＡＦは時間
に関して積分される。また、ステップ６０５゜６０７に
示す制御は積分制御と称されるものであり、空燃比補正
係数ＦＡＦの収束特性を向上させるものである。

ステップ６０５〜ステツプ６０８にて演算された空燃比
補正係数ＦＡＦおよび前述のようにステップ６０９で固
定値となった空燃比補正係数ＦＡＦ　（＝１．０）は、
ステップ６１０にてＲＡＭ１０５に格納され、ステップ
６１１にてこのルーチンは終了する。

なお、先に説明した、機関の運転領域が第５図の■内お
よび■内にある時の排気温Ｆ／Ｂは、この第６図のルー
チンにおいて空燃比補正係数ＦＡＦが１．０にされた時
の制御である。

Ｃ発明の効果〕以上説明したように、本発明の空燃比制御装置では、使
用頻度が畜＜、状態が維持される時間の長い中速中負荷
運転領域では、検出排気温度が予め設定された目標排気
温度を越えた時に、僅かな遅延時間をもって排気温Ｆ／
Ｂが実行され、また、使用頻度が低く、状態が維持され
る時間の短い高速高負荷運転領域では、検出排気温度が
予め設定された目標排気温度を越えた時に、かなりの遅
延時間の後でないと排気温Ｆ／Ｂが実行されず、遅延時
間内に機関が高速高負荷運転領域から脱した場合には、
不要な排気温Ｆ／Ｂが防止され、遅延時間を過ぎても高
速高負荷運転が持続した場合には排気温Ｆ／Ｂが実行さ
れるので、燃費が向上し、出力性能も向上すると共に、
排気系の部品の信頼性も損なわれないという優れた効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための全体ブロック図
、第２図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一
実施例を示す全体概略図、第３図、第４図及び第６図は
第２図の制御回路の動作を説明するためのフローチャー
ト、第５図は本発明の装置の動作を補足的に説明するた
めの線図である。１・・・機関本体、　　２・・・吸気通路、３・・・エ
アフローメータ、４・・・ディストリビュータ、５．６・・・クランク角センサ、７・・・過給機、　　　８・・・排気通路、１０・・・
制御回路、　　１１・・・燃料噴射弁、１２・・・スロ
ットル弁、１３・・・水温センサ、１４・・・０□セン
サ、　１８・・・排気温センサ。

Claims

【特許請求の範囲】内燃機関の排気通路に設けられて実排気温度を検出する
排気温検出手段と、検出された実排気温度を予め設定された目標排気温度と
比較し、実排気温度が目標排気温度以上の場合に燃料供
給量を増量する燃料増量手段と、実排気温度の検出値の
前記燃料増量手段への伝達を所定時間遅延させる遅延手
段と、前記遅延手段の遅延時間を機関負荷、あるいは機関回転
数が大きい程長く設定する遅延時間設定手段と、を備えた内燃機関の空燃比制御装置。