WO1993002281A1

WO1993002281A1 - Dispositif de reglage du rapport air/essence pour moteur a combustion interne

Info

Publication number: WO1993002281A1
Application number: PCT/JP1992/000918
Authority: WO
Inventors: Kazuhide Togai; Katsunori Ueda
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1991-07-18
Filing date: 1992-07-17
Publication date: 1993-02-04
Anticipated expiration: 1994-01-18
Also published as: JPH05187295A; EP0549810B1; EP0549810A4; EP0549810A1; JP3063400B2; DE69213907T2; KR0132905B1; JP2861387B2; DE69213907D1; KR930702603A; US5381768A

Description

明細書

内燃エンジンの空燃比制御装置

技術分野

本発明は、エンジンに所謂リーン燃焼及び所謂リツチ燃焼の所要の一方を選択的に行わせて排気ガス特性及び燃費を向上できると共にエンジン出力を必要に応じて増大できる内燃エンジンの空燃比制御装置に関し、特に、リーン燃焼とリツチ燃焼間での切換えのために空燃比を変化させたときに生じ易いエンジン出力の急変を防止できる空燃比制御装置に関する。

背景技術

自動車の排気ガス特性及び燃費の向上のために、内燃エンジンに供給される混合気の空燃比を理論空燃比に関して燃料希薄側の値に制御して、エンジンをリーン燃焼状態で運転することが知られている。その一方で、ェンジンを常時リーン燃焼運転すると、エンジンの特定の運転状態（例えば、急発進運転状態及び急加速運転状態）では、エンジン出力が不足する。そこで、従来、ェンジンの特定の運転状態では空燃比を理論空燃比又はその近傍（以下、理論空燃比近傍という）に制御して、リツチ燃焼運転を行うようにしている。

しかしながら、従来の空燃比制御によれば、リッチ燃焼とリーン燃焼間での切換えのために空燃比を理論空燃比近傍とこれよりも燃料希薄側の空燃比との間で変化ざせたとき、ェンジンへの燃料供給量が急激に変化することがある。この場合、燃料供給量，エンジン熱効率等に応じて定まるエンジン出力が急変する。例えば、運転者によるァクセルペダルの踏込操作が解除されて加速運転状態（特定の運転状態の一つ）が終了した場合、従来の空燃比制御装置は、空燃比を燃料リーン側の値に戻すベく燃料供給量を急減させるように作動し、この結果、ェンジン出力が急激に低下する。エンジン出力がこの様に急変すると、エンジンにトルクショックが生じ、ドライバビリティを阻害することになる。

なお、広義には上記従来装置に属しリーン運転状態への移行時に燃料供給量を減量させるようにした空燃比制御装置が、日本国特開平 2 — 2 6 7 3 4 0号に開示されている。

発明の開示

本発明の目的は、エンジンにリツチ燃焼及びリーン燃焼の任意の一方を行わせるために理論空燃比近傍の値とこれより燃料リーン側の値との間で空燃比を変化させたときに生じ易い不快なトルクショックを防止できる内燃エンジンの空燃比制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明によれば、エンジンに供給される混合気の空燃比を、エンジンが特定の運転状態にあるときに理論空嫘比近傍の第 1の空燃比に制御し、又、エンジンが特定の運転状態以外の運転状態にあるときには第 1の空燃比に関して燃料希薄側の第 2の空撚比に制御する内燃エンジンの空撚比制御装置が提供される。この空燃比制御装置は、エンジンの吸気通路の途中に設けたスロットル弁をバイパスし両端が吸気通路に連通する主バイパス通路と、スロットル弁をバイパスし両端が吸気通路に連通する副バイパス通路と、主バイパス通路を介して吸入される空気の量を調節するための主バルブ手段と、副バイパス通路を介して吸入される空気の量を調節するための副バルブ手段と、ェンジンが特定の運転状態にあるとき主バイパス通路を介する吸入空気供給が阻止されるように主バルブ手段を駆動制御する一方、エンジンが特定の運転状態以外の運転状態にあるときは第 2の空燃比を達成可能とする吸入空気量が主バイパス通路及び副バイパス通路を介して供給されるように主バルブ手段及び副バルブ手段を駆動制御するための制御手段とを備える。

好ましくは、空燃比制御装置は、エンジンへ供給される燃料の量を調節するための燃料供給手段を備える。制御手段は、エンジンが特定の運転状態にあるとき、少なくとも主バイパス通路を含まない吸気通路を介して供給される吸入空気の量と燃料供給手段から供給される燃料の量とによって第 1の空燃比が達成されるように燃料供給手段を駆動制御する。又、制御手段は、エンジンが特定の運転状態以外の運転状態にあるとき、主及び副バイパス通路を含む吸気通路を介する吸入空気供給量と燃料供給手段からの燃料供給量とによって第 2の空燃比が達成されるように燃料供給手段を駆動制御する。更に、制御手段は、第 1の空燃比での運転から第 2の空燃比での運転への切換の前後においてエンジンから実質的に取り出し可能な出力がほぼ変化しないような吸入空気量変化が発生するように主及び副バルブ手段を駆動制御する。好ましくは、主バルブ手段は、スロットル弁開度に応じて変化する吸気通路内負圧に応動する負圧応動弁からなり、制御手段は、エンジンが特定の運転状態にあるとき負圧応動弁への負圧供給を阻止する一方、エンジンが特定の運転状態以外の運転状態にあるとき負圧応動弁への負圧供給を許容する。

好ましくは、空燃比制御装置は、エンジンに加わる負荷を表すパラメータの値を検出するための負荷パラメ一タ検出手段を更に含み、制御手段は、エンジン負荷に応じて副バルブ手段の弁開度をオープンループ制御する。副バルブ手段は例えばステッピングモータを含みモータ回転位置に応じた弁開度をとるモータ駆動式の弁からなり、制御手段はステッピングモータの回転位置をオーブンループ制御する。

或は、空燃比制御装置は、エンジンに加わる負荷を表すパラメータの値を検出するための負荷パラメータ検出手段、例えば、スロットル開度を検出するためのスロットル開度検出手段と、吸気通路を介して吸入される空気の量を検出するための空気量検出手段とを更に含み、制御手段は、エンジンが特定の運転状態以外の運転状態にあるとき、第 2の空燃比を達成可能とする目標吸入空気量を、検出されたエンジン負荷パラメータ値、例えば検出されたスロットル弁開度に応じて演算し、次いで、検出された実際吸入空気量と目標吸入空気量との偏差に応じて副バルブ手段の弁開度を制御する。副バルブ手段は例えば電磁開閉弁からなり、制御手段は電磁開閉弁のォンオフデューティ比すなわち時間軸上の平均弁開度を制御する。

上述のように、本発明によれば、スロットル弁をバイパスして吸気通路に設けた主及び副バイパス通路に両該バイパス通路を介する吸入空気量を調節するための主及び副バルブ手段が夫々設けられ、エンジンが特定の運転状態にあるとき主バイパス通路を介する吸入空気供給が阻止される一方、エンジンが特定の運転状態以外の運転状態にあるときは第 2の空燃比を達成可能とする吸入空気量が主及び副バィパス通路を介して供給される。従つて、特定の運転状態からそれ以外の運転状態への移行時、第 2の空燃比が達成されるように吸入空気量が増量される。このため、上記移行時における燃料供給量の急減を防止でき、従って、エンジン出力トルクの急変によるトルクショックを防止できる。しかも、吸入空気増量のために 2つのバイパス通路を用いるので、各バイパス通路に設けるバルブ手段は小容量のもので良く、コストを低減できる。又、バルブ手段を電磁弁で構成した場合、電磁弁駆動用バッテリを小型化できる。

好ましくは、エンジンが特定の運転状態にあるとき、吸気通路を介する吸入空気量と燃料供給手段からの燃料供給量とによって第 1の空燃比が達成されるように燃料供給手段が駆動制御され、又、エンジンが特定の運転状態以外の運転状態にあるとき、吸入空気量と燃料供給量とによって第 2の空燃比が達成されるように燃料供給制御が行われる。従って、各種エンジン運転領域において第 1の空燃比及び第 2の空撚比の所要の一方が達成される。又、リッチ燃焼運転とリーン燃焼運転間での移行時におけるエンジン出力がほぼ変化しないように吸入空気量変化が制御され、これにより、上記移行のために空燃比を変化させたとき、エンジン出力トルクの連続性が維持されてエンジンにおけるトルクショックを防止できる。又、リッチ燃焼運転とリーン燃焼運転との間での移行に際して、トルクショック防止のために空燃比を第 1の空燃比と第 2の空燃比との間で徐々に変化させることは必ずしも必要ではなく、従って、空燃比を徐々に変化させる場合とは異なり、排ガス浄化率が悪化するような運転領域でエンジン運転を行う必要がなくなり、排ガス特性が向上する。

好ましくは、主バルブ手段は、スロットル弁開度に応じて変化する吸気通路内負圧に応動する負圧応動弁で構成される。この場合、負圧応動弁からなる主バルブ手段によつて吸入空気量を大まかに制御できると共に副バルブ手段によって吸入空気量制御を精密に行える。このため、小容量のタィプの副バルブ手段が使用可能となる。好ましくは、エンジン負荷に応じて副バルブ手段の弁開度をオープンループ制御するようにしたので、吸入空気量をフィ一ドバック制御する場合に必須の吸入空気量検出用センサが不要であり、又、吸入空気量制御を簡易に行える。一方、吸入空気量をフィードバック制御する場合は、吸入空気量制御を精密に行える。

図面の簡単な説明 .

第 1図は、本発明の第 1実施例による空燃比制御装置を周辺要素と共に示す概略構成図、

第 2図は、第 1図に示す空燃比制御装置の電子制御系を示すブロック図、

第 3図は、第 2図に示す電子制御装置が実行する空燃比制御の手順の一部を示すフローチャート、

第 4図は空燃比制御手順の残部を示すフローチャート、第 5図は、或るエンジン回転数における、第 1図に示す負圧応動弁の圧力室に供給される負圧と、スロットル弁開度との関係を例示するグラフ、

第 6図は、或るエンジン回転数における、負圧応動弁の弁開度とスロットル弁開度との関係を例示するグラフ、第 7図は、本発明の第 2実施例による空燃比制御装置における空燃比制御手順を示すフローチヤ一ト、および第 8図は、第 2実施例装置の副バイパス通路に設けられるモータ駆動式バルブを示す部分概略図である。

発明を実施するための最良の形態

第 1図を参照すると、記号 Eは、本発明の第 1実施例の空燃比制御装置（後述）と共に用いられるガソリンェンジンを示し、エンジン Eの各気筒の燃焼室（図示略）には、吸気通路 2及び排気通路 3が夫々接続されている。吸気通路 2と各燃焼室とは両者間に介在する吸気弁（図示略）によって連通，遮断され、又、排気通路 3と各燃焼室とは両者間に介在する排気弁（図示略）によって連通，遮断されるようになっている。

吸気通路 2には、上流側から順にエアクリーナ 6，スロットル弁 7及び燃料噴射弁 8が設けられ、熾料噴射弁 8は、吸気マニホルド部分に気筒数だけ設けられている。参照符号 2 aは、吸気通路 2のスロットル弁下流側に設けたサージタンクを示す。又、排気通路 3には、その上流側から順に排ガス浄化用触媒コンバータ（三元触媒） 9および図示しない消音器が設けられている。

更に、吸気通路 2には、空燃比制御装置の構成要素としての 2つのバイパス通路 3 1， 4 3力《、スロットル弁 7をバイパスして設けられ、各バイパス通路の両端は吸気通路 2に連通している。

副バイパス通路としての第 1バイパス通路 3 1には、バイパス通路 3 1を介する吸入空気量を調節するための I S Cバルブ（副バルブ手段） 3 0が配設されている。本実施例の I S Cバルブ 3 0は、弁体 3 0 a、この弁体 3 0 aを開閉駆動するためのソレノィド 3 0 b等から構成される電磁ソレノィド弁からなる。 I S Cバルブ 3 0 のソレノイド 3 0 bは、第 2図に参照符号 2 3で示しかつ後で詳述する電子制御装置（E C U ) に接続されており、 I S Cバルブ 3 0は、該バルブの時間軸上での平均弁開度が可変制御されるように、 E C U 2 3からの駆動信号によりオンオフデューティ制御され、所要量のバイパス空気が第 1バイパス通路 3 1を介してエンジン Eに供給されるようになっている。なお、 I S Cバルブ 3 0 は、空燃比制御に用いられると共に、アイドル時のェンジン回転数制御等にも用いられる。

一方、主バイパス通路としての第 2バイパス通路 4 3 には、負圧応動弁（A C Vバルブ） 4 1が配設され、この負圧応動弁 4 1は、スロットル弁開度に応じて変化する吸気通路 2内の負圧に応じてそのリフト量が変化するようになつている。より詳しくは、負圧応動弁 4 1は、ダイアフラム 4 1 bに取り付けられバイパス通路 4 3を開閉するための弁体 4 1 aと、弁 4 1の外壁とダイァフラム 4 1 bとにより画成される圧力室 4 1 cと、圧力室 4 1 c内に配されダイアフラム 4 1 bを介して弁体 4 1 aを常時閉弁方向に付勢するばね 4 1 bとを含んでいる。負圧応動弁 4 1の圧力室 4 1 じほ、管路 4 4を介して、スロットル弁開度に応じた負圧が発生するスロットル弁 7の直ぐ上流位置において吸気通路 2に連通している。管路 4 4の途中には、負圧の制御弁として機能するバィパスバルブ 4 2が配設されている。このバイパスバルブ 4 2は、負圧応動弁 4 1及び管路 4 4と協働して、第 2バイパス通路 4 3を介する吸入空気量を調節するための主バルブ手段をなす。詳しくは、バイパスバルブ 4 2 は、管路 4 を開閉するための弁体 4 2 aと、これと一体に動作し大気開口を開閉するための弁体 4 2 bと、弁体 4 2 bを常時閉じ側に付勢するばね 4 2 dと、これらの弁体 4 2 a, 4 2 bを開閉駆動するためのソレノイド 4 2 cとを含み、ソレノィド 4 2 cは E C U 2 3の出力側に接続されている。

好ましくは、吸気通路 2に対する管路 4 4の開口端の形成位置として、管路 4 4を介して吸気通路 2から負圧応動弁 4 1の圧力室 4 1 cに供給される負圧（A C V負圧）がスロットル弁開度におおよそ比例して変化するようにするに足る位置が選択される。 A CV負圧がスロットル弁開度に正確に比例して変化する場合、負圧応動弁 4 1の弁開度（A CV開度）は、第 6図に破線で示すように、スロットル弁開度に比例して変化することになる。そして、スロットル弁開度と、 A C V開度とスロットル弁開度との和との比が、理論空燃比（第 1の空燃比）と、これよりも燃料リーン側の目標空燃比（第 2の空燃比）との比に等しければ、主バイパス通路 4 3を介する吸入空気供給を選択的に阻止又は許容することによって、第

1の空燧比又は第 2の空燃比の所要の一方を達成可能になる。

しかしながら、実際には、 A C V負圧（A CV開度）とスロットル弁開度とが比例すると云う要件を満たすような管路開口端位置を選択することは困難である。典型的には、スロットル弁開度の変化につれて A C V負圧は第 5図に例示するように変化し、このため、スロットル弁開度の変化に伴って A C V開度は第 6図に実線で例示するように変化する。即ち、スロットル弁開度が大きい領域では、 A C V開度は、第 6図に破線で示す最適 A C V開度よりも小さくなる。従って、第 2バイパス通路 (主バイパス通路） 4 3を介する吸入空気量は、ェンジン運転状態の変化におおよそ追従して変化し、しかし、スロットル弁開度が大きい領域では吸入空気量に不足を来すことになる。

上記構成の主バルブ手段において、 E C U 2 3からの駆動信号がバイパスバルブ 4 2のソレノィド 4 2 cに供給されずにソレノイド 4 2 cが消勢されている場合には、弁体 4 2 aが負圧発生側の管路 4 4を閉塞する一方、弁体 4 2 bが大気開口を開成して大気圧が負圧応動弁 4 1 の圧力室 4 1 cに導かれる。このとき、ばね 4 1 dがダィァフラム 4 1 bを介して弁体 4 1 aをバイパス通路 4 3を閉塞する方向に押圧し、バイパス通路 4 3を閉成する。これにより、バイパス通路 4 3を介するバイバス空気のエンジン Eへの供給が阻止される。一方、 E C U 2 3からの駆動信号によりソレノイド 4 2 cが付勢されると、弁体 4 2 bが大気開口を閉塞すると共に、管路 4 4 が開成して吸気通路 2内の負圧が圧力室 4 1 cに導かれる。この結果、弁体 4 1 aがばね 4 1 dのばね力に抗して開弁方向にリフトし、バイパス通路 4 3が開成する。これにより、エンジン運転状態に応じて変化する負圧が圧力室 4 1 cに導かれ、負圧の大きさに応じて弁体 4 I a のリフト量が決定され、必要な空気量がバイパス通路 4 3を介してエンジン Eに供給されることになる。

リーン嫘焼を行う場合には、バイパスバルブ 4 2を開成し、バイパス通路 4 3を介してバイパス空気をェンジン Eに供給すると共に、 I S Cバルブ 3 0をデューティ制御してバイパス通路 3 1からもバイパス空気をェンジン Eに供耠する。バイパス通路 4 3を介するバイパス空気の供給量は、吸気通路 2内の負圧に応じて決定され、これにより、エンジン Eの運転状態に大略対応する吸入空気供給が可能になる。しかしながら、第 5図及び第 6 図を参照して既に説明したように、バイパス通路 4 3のみを介して目標吸入空気量を正確に供給することは困難である。一方、 I S Cバルブ 3 0は電磁弁であるから、コス卜の問題ゃバッテリ容量の問題で大容量のものを採用することは実用的ではなく、バイパス通路 3 1のみを介して目標吸入空気量を供給する装置構成は実際的でない。そこで、本実施例では、 I S Cバルブ 3 0をデューティ制御することにより、バイパス通路 4 3を介するバィパス空気量を捕正する空気量をェンジン Eに供給し、結果として吸入空気量を正確に目標量に制御するようにしている。

一方、リツチ燃焼運転を行う場合にはバイパスバルブ 4 2を閉成してバイパス通路 4 3を遮断する。このため、エンジン Eに供給される吸入空気量は、吸気通路 2内に配されたスロットル弁 7の開度に応じて変化する。好ましくは、 I S Cバルブ 3 0の弁開度は、エンジン Eの運転状態に応じた基本補助空気がェンジン Eに供給されるように調節される。この基本捕助空気は、いわゆる「ダッシュポット制御」のための捕助空気であって、スロットル弁 7が急に閉弁された場合にでも、エンジン回転数が急減してエンジンストップを防止するためのものである o

以上のように、同じ燃料量がエンジン Eに供給されているとしたとき、バイパス通路 4 3を開成することによりリーン燃焼運転が、バイパス通路 4 3を閉成することによりリッチ燃焼運転が行われることになる。

このような構成により、スロットル弁 7 (吸気通路 2 ) 単独あるいはスロットル弁 7及び第 1，第 2バイパス通路 3 1， 4 3を介して供給される吸入空気が、吸気マ二ホルド部分で燃料噴射弁 8からの燃料と所定の空燃比となるように混合され、燃焼室内で燃焼せしめられて、ェンジントルクを発生させる。なお、燃料ポンプから各燃料噴射弁 8へ供給される燃料は図示しない燃圧レギユレ一夕によって一定圧に調整されるようになつている。

更に、 .上述の空燃比制御、燃料供給制御を含む種々のエンジン制御を電子制御ユニット（E C U ) 2 3により実行すべく、以下に説明するような種々のセンサ（第 1 図及び第 2図）が設けられている。先ず、吸気通路 2側には、吸入空気量をカルマン渦情報から検出するためのエアフローセンサ 1 1，大気圧を検出するための大気圧センサ 2 6，吸入空気温度を検出するための吸気温センサ 1 2が設けられている。又、吸気通路 2におけるスロットル弁 7には、弁軸などからスロットル弁開度を検出するためのポテンショメータ式のスロットルセンサ 1 4、アイドリング状態を検出するためのアイドルスィツチ 1 5等が設けられている。更に、排気通路 3側における触媒コンバータ 9の上流側部分には、排ガス中の酸素濃度を検出するための 0₂ センサ 1 7が設けられている。そして、 E CU 2 3の入力側には、上述のセンサ 1 1， 1 4及び 1 5が接続されると共に、エンジン冷却水温を検出するための水温センサ 1 9、クランク角を検出することによってエンジン回転数 N eを検出するためのエンジン回転数センサ 2 1及び第 2図に参照符号 1 8で一般的に示すその他のセンサが接続され、これらのセンサからの検出信号は、 ECU 2 3へ入力されるようになっている。

詳細な図示を省略するが、 ECU 2 3は、その主要部としてプロセッサ（CPU) を備えており、 CPUの入力ポートへは、上記各種センサからの信号が適宜の入力ィンタ一フェイスを介して或は直接的に入力されるようになっている。更に、 CP Uは、プログラムデータや固定値データを記憶した ROM, データを書換え可能に格納するための RAM, バッテリが接続されている間はその記憶内容が保持されるバッテリバックアップ RAM等の記憶装置にバスラインを介して接続され、記憶装置との間でデータの授受を行うようになっている。又、 E C U 2 3の C P Uからの各種の制御信号は適宜の出カインターフヱイスを介して燃料噴射弁 8， I S Cバルブ 3 0，バイパスバルブ 4 2等へ出力されるようになっている。

エンジン Eの運転中、燃料供給制御のため、 E CU 2 3は各気筒の燃料噴射弁 8の開弁時間 Tinj を次式（ 1 ) に従って周期的に演算し、この開弁時間 Tinj に応じた駆動信号を燃料噴射弁 8に供給して、開弁時間 Tinj に対応する燃料量を、今回周期において燃料供給すべき気筒の吸入ポートに噴射供給する。

Tinj = A/N÷ A xK l XK 2 +T0 · · · ( 1 ) ここに、 AZNは、一吸気行程で一つの気筒に吸入される空気量である。本実施例では、吸入空気量 AZNは、エアフローセンサ 1 1で検出したカルマン渦周波数 f と、エンジン回転数センサ 2 1で検出したエンジン回転数 N eとに基づいて C PUによって算出される。又、後で更に説明する空燃比制御に用いるリッチ燃焼運転時およびリーン燃焼運転時の目標吸入空気量 AZNS， A/Nしは、 E C U 2 3に内蔵の記憶装置内にマップ形式で格納されている。本実施例では、目標吸入空気量 AZNS ， AZ NL は、スロットル弁開度とエンジン回転数 N eとの関数で表され、従って、パラメータ 0， N eの種々の組合せに夫々対応する一連の目標値 A/NS 及び一連の目標値 AZNLがマップ形式で格納されている。

又、式（1) 中、スは目標空燃比で、リッチ燃焼運転時には理論空燃比或はその近傍値； I S (例えば 1 4. 7 ) に設定され、リツチ燃焼運転時には理論空燃比に関して燃料希薄側の所定値 IL (例えば 2 2) に設定される。本実施例では、リーン燃焼運転時の目標空燃比（第 2の空燃比）として、リーン燃焼運転領域全体に共通の一つの固定した所定値が用いられる。

更に、 K 1は、燃料流量を開弁時間に換算するための係数で、 K 2は、エンジン運転状態を表す各種パラメ一夕の値に応じて設定される捕正係数値である。捕正係数値 2は、例えばエンジン水温センサ 1 9によって検出したエンジン水温 TW に応じて設定される水温捕正係数値、 0₂ センサ 1 7で検出した排気ガス中の酸素濃度に応じて設定される 0₂ フィードバック捕正係数値、大気圧センサ 2 6で検出した大気圧 Pa に応じて設定される大気捕正係数値等を含む。 TO は、バッテリ電圧等に応じて設定される捕正値である。

次に、第 3図及び第 4図を参照して、空燃比をリッチ側の値とリーン側の値との間で変化させるための空燃比制御ルーチンを説明する。

空燃.比制御ルーチンは、エンジン運転中に上述の燃料供給制御と平行して、電子制御装置（E CU) 2 3により周期的に実行される。空燧比制御ルーチンの各サイクルにおいて、 E CU 2 3の C PUは、例えば前回及び今回サイクルで夫々検出したスロットルセンサ 7の出力信号からスロットルセンサ 7の信号変化を算出し、斯く算出したセンサ信号変化に基づいて、急発進運転状態，急加速運転状態を含む理論空燃比運転（リッチ燃焼運転）頜域でェンジン Eが運転されているか否かを判別する

(ステップ S 1 0 ) 。

ステップ S 1 0での判別結果が肯定、すなわちェンジン Eがリッチ燃焼運転領域で運転されていると判別した場合、 C P Uは、バイパスバルブ 4 2のソレノィド 4 2 cへの駆動信号の供給を停止する（ステップ S 1 2 ) 。この結果、バイパスバルブ 4 2の弁体 4 2 aにより管路 4 4が閉塞されて、負圧応動弁 4 1の弁体 4 1 aにより. バイパス通路 4 3が閉成され、バイパス通路 4 3を介するエンジン Eへの空気供給が停止される。この様にしてバイパスバルブ 4 2が非作動化されると、今回サイクルでの空燃比制御ルーチンが終了する。リッチ燃焼運転時、エンジン Eに供給される吸入空気量はスロットル弁開度に応じて定まり、又、上記（ 1 ) 式に従って燃料供給量が求められ、これにより、理論空燃比（第 1の空燃比) でリッチ燃焼運転が行われる。

一方、ステップ S 1 0における判別結果が否定、すなわちエンジン Eがリーン燃焼運転領域で運転されていると判定すると、 E C U 2 3の C P Uは、バイパスバルブ 4 2のソレノイド 4 2 cに駆動信号を供給する（ステツプ S 1 4 ) 。この結果、バイパスバルブ 4 2が開弁して管路 4 4が開成し、従って、吸気通路 2内の負圧が負圧応動弁 4 1の圧力室 4 1 cに供給されて負圧応動弁 4 1 が開弁し、これにより、バイパス通路 4 3を介してバイパス空気がエンジン Eに供給される。従って、エンジン Eへの吸入空気は、スロットル弁 7を介して供給されると共にバイパス通路 4 3からも供給されることになる。次に、 CPUは、スロットルセンサ 1 4で検出したスロットル弁開度^とエンジン回転数センサ 2 1で検出したエンジン回転数 N eとに従って、パラメータ ^， N e の値に適合する、リーン燃焼運転時の目標吸入空気量 A ZNL を記憶装置内のマップから読み出す（ステップ S 1 6) 。そして、 CPUは、エアフローセンサ 1 1で検出したカルマン渦周波数 f とエンジン回転数センサ 2 1 で検出したエンジン回転数 N eとに基づいて実際吸入空気量 AZNm を算出し、次いで、ステップ S 1 6で読み出した目標吸入空気量 AZNL と実際吸入空気量 AZN m との偏差 ΔΑΖΝを求める（ステップ S 1 8) 。

更に、次式（2) に従って、偏差 ΔΑΖΝに応じた I S Cバルブ 3 0の開度捕正値 Δ P ISCが C P Uによって演算される（ステップ S 2 0) 。

Δ P ISC = KP · 厶 AZN · · · (2) ここに、 KP はフィードバック比例項ゲインで、固定の所定値に設定され、或は、例えばエンジン回転数 N e に応じて可変設定される。

次に、 CPUは、ステップ S 2 0で算出した捕正値厶 P ISC と、予め設定されかつ基本補助空気量に対応する基本開度 PBAS とから、 I S C目標開度 P ISC を次式 ( 3 ) に従って演算する（ステップ S 2 2 )

PISC = PBAS +Δ P ISC · · · (3) 次に、エンジン Eがアイドル運転状態にあるか否かが C P Uによって判別される（ステップ S 2 4) 。ェンジン Eがアイドル運転状態になければ、 C PUは、ステツプ S 2 2で求めた I S C目標開度 P ISC に応じて I S C バルブ 3 0のデューティ率を設定し、デューティ率に対応する駆動信号を I S Cバルブ 3 0のソレノイド 3 O b に出力する（ステップ S 2 8) 。この結果、 I S Cバルブ 3 0は、エンジン Eに供給すべき目標吸入空気量 A/

NL に対する実際吸入空気量の過不足分を調整するようにオンオフデューティ制御され、これにより、エンジン

Eに目標空気量 AZNL 近傍の空気が供給される。

上述のように、リーン燃焼運転時、ステップ S 1 4でバイパスバルブ 4 2が開弁されると共にステップ S 2 8 で I S Cバルブ 3 0がォンオフデューティ制御されてバルブ 3 0の時間軸上での平均弁開度が調節される。この結果、バイパス通路 4 3及び 3 1を介して供給される吸入空気量が調節されて、理論空燃比に関してリーン側の所定空燃比 λ L でリーン燃焼運転が実現されることになる。

一方、上記ステップ S 2 4での判別結果が肯定、すなわち、エンジン Εがアイドル運転状態にあると判別された場合、従来公知のアイドル回転数制御が実行される (ステップ S 2 6 ) 。このアイドル回転数制御は、本発明に特に関係がないのでその詳細な説明を省略する。以上の説明から明かなように、リ一ン燃焼運転からリツチ燃焼運転に移行した直後には、バイパスバルブ 4 2 が閉じられてバイパス通路 4 3が遮断されることにより吸入空気量 A Z Nが急減する。そして、リッチ燃焼運転への移行直後での開弁時間 T inj は、斯く急減した吸入空気量 A ZNに基づいて演算され、従って、当該時点での燃料供給量は、急減した吸入空気量に対応する値になる。式（ 1 ) から明かなように、同式中の変数である目標空燃比 λがリツチ燃焼運転への移行の前後においてさほど変化しなければ、吸入空気量の減少に伴って燃料供給量も減少する。しかしながら、リッチ燃焼運転への移行時には、式（1 ) 中の目標空燃比 λもリーン燃焼運転に適合する大きい値（例えば 2 2 ) からリッチ燃焼運転に適合する小さい値（例えば 1 4 . 7 ) に設定し直される。この結果、吸入空気量 Α ΖΝが急減するリツチ燃焼運転への移行時にあっても、燃料供給量はリーン燃焼運転時の燃料供給量に比べて急減することがなく、むしろ燃料供給量は、リ一ン燃焼運転からリッチ燃焼運転への移行の前後において略一定に保持される。従って、ェンジン出力変化を来すことなしに、リーン燃焼運転からリツチ燃焼運転へ移行すべく、空燃比を燃料リーン側の大きい値から理論空燃比近傍の小さい値に変化させることができる。

一方、リッチ燃焼運転からリーン燃焼運転への移行直後には吸入空気量 A Z Nが急増する。しかしながら、開弁時間 T in j の演算に用いる式（ 1 ) における空燃比； I の値は、リーン燃焼運転への移行直後に、リッチ燃焼のための小さい値からリーン燃焼のための大きい値に変更される。従って、燃料供給量はリツチ燃焼運転時のものと略同一の値に保持することができ、エンジン出力を変化させずにリ一ン燃焼運転に移行させることができる。この結果、空燃比切換時のエンジン出力の急激な変化が防止されることになる。

上述の特徴に関連して述べれば、上記ステップ S 1 6 でマップから読み出されて空燃比制御のための吸入空気量制御に用いられる目標吸入空気量 A Z N L は、運転者がアクセルペダルを踏込操作したときのスロットル弁開度においてリッチ燃焼させた場合に発生するエンジントルクと略同じトルクをリーン燃焼で得るために必要な空気量を意味している。言い替えれば、本実施例による空燃比制御は、エンジン Eに供給する燃料供給量を略一定に保持しつつ、空気量だけを増量して、リッチ燃焼からリーン燃焼に切り換えるのである。この様にすれば、切換時にエンジンに生じるトルクショックを防止することができる。

以下、本発明の第 2実施例による空燃比制御装置を説明する。リーン燃焼運転時に主及び副バイパス通路 4 3 , 3 1 を介する吸入空気量を目標量にフィ一ドバック制御するようにした上記第 1実施例に比べて、本実施例の空燃比制御装置は、リーン燃焼運転時に I S Cバルブの弁開度ひいては吸入空気量をオープンループ制御する点が相違する。

第 6図を参照して既に説明したように、スロットル弁開度の全領域においてスロットル弁開度と A C V開度

(負圧応動弁 4 1の弁開度）とが常に比例するようにすることは困難であって、スロットル弁開度が増大するにつれて、第 6図に実線で示す実際 A C V開度は第 6図に破線で示す最適 A C V開度に比べて小さくなる。そこで、本実施例では、この A C V開度不足分を捕償すべく I S Cバルブの弁開度をオープンループ制御するようにしている。このため、例えばエンジン回転数とスロットル弁開度との種々の組合せに適合する I S Cバルブの一連の目標開度が、例えば実験的に予め求められて、空燃比制御装置の一部をなす E C U 2 3の記憶装置にマップ形式で格納されている。

又、電磁弁で構成した I S Cバルブ 3 0を備える上記第 1実施例装置に比べて、本実施例の空燧比制御装置は、 E C U 2 3の制御下で作動するステツビングモータ 1 3 1 とモータ出力軸にウォームギア 1 3 2を介して連結されモータ出力軸の回転につれてリフト量が変化する弁体 1 3 3 とを有するモータ駆動式の I S Cバルブ 1 3 0 (第 8図）を有する点が異なる。

その他の構成に関しては、本実施例の空燃比制御装置は、第 1実施例の場合と同様、第 1図及び第 2図に示すように構成可能である。又、本実施例装置は、第 1 ·図に示す構成のエンジン Eと共に使用可能である。従って、本実施例装置の構成説明を一部省略する。

以下、第 7図を参照して、第 2実施例における空燃比制御ルーチンを説明する。

第 2実施例に係る第 7図のステップ S 3 0， S 3 2， S 3 4， S 3 8， S 4 0及び S 4 2は、第 1実施例に係る第 3図及び第 4図のステップ S 1 0， S 1 2 , S 1 4 , S 2 4 , S 2 6及び S 2 8と同一で、両実施例に共通の上記ステップについての説明を一部省略する。

E C U 2 3の C P Uにより周期的に実行される空燃比制御ルーチンの各サイクルにおいて、 C P Uは、スロヅトルセンサ 7の信号変化に基づいて理論空燃比運転領域でエンジン Eが運転されているとステップ S 3 0で判別すると、バイパスバルブ 4 2のソレノイド 4 2 cへの駆動信号の供給を停止し（ステップ S 3 4 ) 、これにより、バイパス通路 4 3を介するエンジン Eへの空気供給を停止させ、今回サイクルでの空燃比制御ルーチンを終了する。従って、スロットル弁開度に応じた吸入空気量と上記（ 1 ) 式に従って算出される燃料量とがエンジン Eに供給され、理論空燃比でリツチ燃焼運転が行われる。

一方、エンジン Eがリーン燃焼運転領域で運転されているとステップ S 3 0で判定すると、 C P Uは、バイパスバルブ 4 2のソレノィド 4 2 cに駆動信号を供給する (ステップ S 3 4 ) 。この結果、吸気通路 2内の負圧が負圧応動弁 4 1の圧力室 4 1 cに供給されて負圧応動弁 4 1が開弁し、これにより、バイパス通路 4 3を介してバイパス空気がエンジン Eに供給される。

次に、 C P Uは、スロットルセンサ 1 4で検出したスロットル弁開度とエンジン回転数センサ 2 1で検出したエンジン回転数 N eとに従って、パラメータ ^， N e の値に適合する、リーン燃焼運転時の I S Cバルブ 1 3 0の目標弁開度を記憶装置内のマップから読み出す（ステツプ S 3 6 ) 。

次に、エンジン Eがアイドル運転状態にないとステツプ S 3 8で判別すると、 C P Uは、図示しない I S Cバルブ 1 3 0の弁開度がこの目標弁開度になるように、 I S Cバルブのステツビングモータ 1 3 1の出力軸の回転位置を制御する（ステップ S 4 2 ) 。この結果、リーン燃焼運転時の目標空燃比を達成するために必要な吸入空気量と主バイパス通路 4 3を介して供給される吸入空気量との差、すなわち吸入空気量の不足分に対応する量の吸入空気が副バイパス通路 3 1を介してエンジン Eに供条ロれ o

上述のように、リーン燃焼運転時、ステップ S 3 4でバイパスバルブ 4 2が開弁されると共にステップ S 4 2 で I S Cバルブの弁開度が目標開度にオープンループ制御される。詳しくは、スロットル弁開口面積（スロットル弁開度に応じて定まる吸気通路開口面積）と、これと主及び副バイパス通路開口面積との和との比が、理論空燃比（第 1の空燃比) とこれよりも燃料リーン側の目標空燃比（第 2の空燃比）との比に等しくなるように、 I S Cバルブ 1 3 0の弁開度がオープンループ制御される。この結果、バイパス通路 4 3及び 3 1を介して供給される吸入空気量が調節されて、理論空燃比に関してリーン側の所定空燃比 λしでリ一ン燃焼運転が実現されることになる。

一方、エンジン Εがアイドル運転状態にあるとステツプ S 3 8で判別された場合、従来公知のアイドル回転数制御が実行される（ステップ S 4 0 ) 。

本発明は、上記第 1及び第 2実施例に限定されず、種々に変形可能である。

例えば、第 1実施例では、 I S Cバルブ 3 0として、デューティ制御される電磁弁を用いたが、これに代えて第 2実施例で用いたパルスモータ駆動式の弁 1 3 0を用いても良い。

又、第 1実施例では、リ一ン燃焼運転領域全体に共通の目標空燃比； I L を用いたが、目標空燃比； I L をェンジン Εの運転状態に応じて可変設定しても良い。例えば、目標空燃比を、エンジン運転状態を表す吸入空気量 A Ζ Ν及びエンジン回転数 N eの組合せに応じて可変設定可能である。換言すれば、リーン燃焼運転領域全体をパラメ一夕 A/N及び N eに従って多数の小領域に区分し、異なる小領域に異なる目標空燃比； IL を適用しても良い。この場合、吸入空気量 AZNとエンジン回転数 N eとの種々の組合せに夫々適合するように理論空燃比ス S よりも大きい値すなわちリーン側の値に夫々した一連の目標空燃比（第 2の空燃比） λ L を、 E C U 2 3に内蔵の記憶装置にマップ形式で予め格納しておき、ェンジン運転中、パラメータ ΑΖΝ及び Neの実際値に従って両パラメータ値に適合する目標空燃比 _AL を記憶装置に格納したマツプから読み出す。

目標空気量 AZNL をマップから読み出すようにした上記第 1実施例の場合とは異なり、目標空燃比 IL をェンジン運転状態に応じて可変設定する上記変形例では、目標空気量 AZNL の設定にあたって、スロットル弁開度とェンジン回転数 N eとに応じてリツチ燃焼運転時の吸入空気量 AZNS と目標空燃比； L とをマップから読み出し、次式に従ってかつリッチ燃焼運転時の目標空燃比； S を用いて目標吸入空気量 AZNL を演算する。

AZNL = AZNS ÷ λ S X AL

更に、上記第 1実施例では、目標吸入空気量と実際吸入空気量との偏差 Δ ΑΖΝにフィ一ドバック比例項ゲインを乗じることによって、即ち、式（2) に従って、 I S Cバルブ 3 0の開度捕正値 APISC を算出したが、 I S Cバルブ開度捕正値の演算方法は、これに限定されず、種々の P I D制御方法を適用しても良い。上記第 1実施例では、リッチ燃焼運転のための空燃比 λ S からリーン燃焼運転のための空燃比； I L へ直ちに切換えるようにしたが、負圧応動弁 4 1による空気増量に遅れが生じる場合は、この空気増量遅れに併せて空燃比を徐々に変化させるようにしても良い。

又、空燃比リニアセンサを用いる場合には、空燃比の目標値を変化させるだけで良い。

吸入空気量をフィ一ドバック制御する第 1実施例では、吸入通路 2に対する管路 4 4の開口端の形成位置として、 A C V負圧がスロットル弁開度におおよそ比例して変化するようにするに足る位置を選択することは必須ではない。

燃料供給制御にエアフローセンサを用いる方式に替えて、スロットル弁下流の負圧を検出する負圧センサを用いる方式等に本発明を適用できることは、勿論のこ'とである。

Claims

請求の範囲

1 . エンジンに供給される混合気の空燧比を、前記ェンジンが特定の運転状態にあるときに理論空燃比近傍の第 1の空撚比に制御し、又、前記エンジンが前記特定の運転状態以外の運転状態にあるときには前記第 1の空燃比に関して燃料希薄側の第 2の空燃比に制御する内燃ェンジンの空燃比制御装置において、前記エンジンの吸気通路の途中に設けたスロットル弁をバイパスし両端が前記吸気通路に連通する主バイパス通路と、前記スロットル弁をバイパスし両端が前記吸気通路に連通する副バイパス通路と、前記主バイパス通路を介して吸入される空気の量を調節するための主バルブ手段と、前記副バイパス通路を介して吸入される空気の量を調節するための副バルブ手段と、前記ェンジンが前記特定の運転状態にあるとき前記主バイパス通路を介する吸入空気供給が阻止されるように前記主バルブ手段を駆動制御する一方、前記エンジンが前記特定の運転状態以外の運転状態にあるときは前記第 2の空燃比を達成可能とする吸入空気量が前記主バイパス通路及び前記副バイパス通路を介して供給されるように前記主バルブ手段及び前記副バルブ手段を駆動制御するための制御手段とを備えることを特徴とする、内撚エンジンの空燃比制御装置。

2 . 前記主バルブ手段は、スロットル弁開度に応じて変化する吸気通路内負圧に応動する負圧応動弁からなり、前記制御手段は、前記エンジンが前記特定の運転状態にあるとき前記負圧応動弁への負圧供給を阻止する一方、前記ェンジンが前記特定の運転状態以外の運転状態にあるとき前記負圧応動弁への負圧供給を許容する請求の範囲第 1項記載の内燃エンジンの空燃比制御装置。 ·

3 . 前記負圧応動弁は、負圧室と前記主バイパス通路内に配され前記負圧室に供給される負圧に応じてリフト量が変化する弁体とを有し、前記主バルブ手段は、前記スロットル弁の直ぐ上流側において前記吸気通路に一端が連通しかつ他端が前記負圧応動弁の前記負圧室に連通する管路と、該管路の途中に配されたバイパスバルブとを更に含み、前記制御手段は、前記エンジンが前記特定の運転状態以外の運転状態にあるとき、前記管路を介する前記吸気通路から前記負圧室への負圧の供給を許容するように前記バイパスバルブを駆動し、又、前記ェンジンが前記特定の運転状態にあるとき、負圧供給を阻止するように前記バイパスバルブを駆動する請求の範囲第 2 項記載の内燃ェンジンの空燃比制御装置。

4 . 前記副バルブ手段は電磁開閉弁からなり、前記制御手段は前記電磁開閉弁の、時間軸上の平均弁開度に対応するオンオフデューティ比を制御する請求の範囲第 2 項記載の内燃エンジンの空燃比制御装置。

5 . 前記副バルブ手段は、ステッピングモータを含みモータ回転位置に応じた弁開度をとるモータ駆動式の弁からなり、前記制御手段は、前記ステッピングモータの回転位置を制御する請求の範囲第 2項に記載の内燃ェンジンの空熾比制御装置。

6 . 前記エンジンへ供給される燃料の量を調節するための燃料供給手段を更に含み、前記制御手段は、前記ェンジンが前記特定の運転状態にあるとき、少なぐとも前記主バイパス通路を含まない前記吸気通路を介して供給される吸入空気の量と前記燃料供給手段から供給される燧料の量とによって前記第 1の空燃比が達成され、前記ェンジンが前記特定の運転状態以外の運転状態にあるとき、前記主及び副バイパス通路を含む前記吸気通路を介して供給される吸入空気の量と前記燃料供給手段から供給される燃料の量とによって前記第 2の空燃比が達成されるように前記燃料供給手段を駆動制御するとともに、前記第 1の空燃比での運転から前記第 2の空燃比での運転への切換に際しては、その切換前後において前記ェンジンから実質的に取り出すことのできる出力がほぼ変化しないように前記吸入空気量の変化を生じせしめるべく、前記主バルブ手段及び前記副バルブ手段を駆動制御する請求の範囲第 1項記載の内燃エンジンの空燃比制御装置。

7 . 前記エンジンに加わる負荷を表すパラメータの値を検出するための負荷パラメータ検出手段を更に含み、前記制御手段は、ェンジン負荷に応じて前記副バルブ手段の弁開度をオープンループ制御する請求の範囲第 6項記載の内燧ェンジンの空燃比制御装置。

8 . 前記エンジンに加わる負荷を表すパラメータの値を検出するための負荷パラメータ検出手段と、前記吸気通路を介して吸入される空気の量を検出するための空気量検出手段とを更に含み、前記制御手段は、前記ェンジンが前記特定の運転状態以外の運転状態にあるとき、前記第 2の空燃比を達成可能とする目標吸入空気量を、検出されたエンジン負荷パラメータ値に応じて演算し、次いで、検出された実際吸入空気量と前記目標吸入空気量との偏差に応じて前記副バルブ手段の弁開度をフィ一ドバック制御する請求の範囲第 6項記載の内燃エンジンの空燃比制御装置。

9 . 前記負荷パラメータ検出手段は、スロットル開度を検出するためのスロットル開度検出手段であり、前記制御手段は、前記目標吸入空気量を、検出されたスロットル弁開度に応じて演算する請求の範囲第 8項記載の内燃エンジンの空燃比制御装置。

1 0 . 前記エンジンがアイドル運転されているか否かを検出するためのアイドル運転検出手段を更に含み、前記制御手段は、前記アイドル運転検出手段の検出結果を受けて、前記エンジンのアイドル運転時には、前記ェンジンの回転数が目標回転数となるようにェンジン回転数と前記目標回転数との比較結果に基づいて前記副バルブ手段を駆動制御するとともに、前記エンジンのアイドル運転以外の運転時には、前記特定の運転状態とそれ以外の運転状態との間での切換に際して前記主バルブ手段を補って前記吸入空気量変化を生じせしめるべく、前記副バルブ手段を駆動制御する請求の範囲第 6項記載の内燃ェンジンの空燃比制御装置。

1 1 . 前記主バルブ手段は、スロットル弁開度に応じて変化する吸気通路内負圧に応動する負圧応動弁からなり、前記制御手段は、前記エンジンが前記特定の運転状態にあるとき前記負圧応動弁への負圧供給を阻止する一方、前記エンジンが前記特定の運転状態以外の運転状態にあるとき前記負圧応動弁への負圧供給を許容する請求の範囲第 1 0項記載の内燃エンジンの空燃比制御装置。

1 2 . 前記負圧応動弁は、負圧室と前記主バイパス通路内に配され前記負圧室に供給される負圧に応じてリフト量が変化する弁体とを有し、前記主バルブ手段は、前記スロットル弁の直ぐ上流側において前記吸気通路に一端が連通しかつ他端が前記負圧応動弁の前記負圧室に連通する管路と、該管路の途中に配されたバイパスバルブとを更に含み、前記制御手段は、前記エンジンが前記特定の運転状態以外の運転状態にあるとき、前記管路を介する前記吸気通路から前記負圧室への負圧の供給を許容するように前記バイパスバルブを駆動し、又、前記ェンジンが前記特定の運転状態にあるとき、負圧供給を阻止するように前記バイパスバルブを駆動する請求の範囲第 1 1項記載の内燃エンジンの空燃比制御装置。