(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の機関運転状態を検出する運転状態検出手段と、
検出された機関運転状態に応じて運転領域毎に設定された空燃比を切り換え制御する空燃比切り換え制御手段と、を備える一方、
吸気通路に介装されてスワール発生状態をコントロールするスワール制御弁を、リーン領域からリッチ領域へと空燃比を切り換えるときに開制御し、リッチ領域からリーン領域へと空燃比を切り換えるときに閉制御するスワール制御弁開閉制御手段と、
前記スワール制御弁の開閉切り換え時の開閉速度を制御するスワール制御弁開閉速度制御手段と、
を備え、
前記スワール制御弁開閉速度制御手段は、前記空燃比の切り換え時の機関運転状態に基づいて前記開閉速度を設定し、
リーン領域からリッチ領域へと空燃比を切り換えるときには、設定した開閉速度を前記スワール制御弁の開速度とする一方、
リッチ領域からリーン領域へと空燃比を切り換えるときには、該空燃比の切り換えによるトルク段差が大きくなるほど前記スワール制御弁の閉速度が小さくなるように設定した開閉速度を補正することを特徴とする内燃機関の空燃比切り換え制御装置。
【請求項２】
前記スワール制御弁開閉速度制御手段は、リーン領域からリッチ領域へと空燃比を切り換えるときの前記スワ−ル制御弁の開速度よりも、リッチ領域からリーン領域へと空燃比を切り換えるときの前記スワール制御弁の閉速度を小さくすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の空燃比切り換え制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の空燃比切り換え制御装置に関し、特に所定運転領域にて空燃比を理論空燃比より希薄な所定空燃比に制御し、さらにＮＯX 排出量の抑制と運転性を両立させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関において、高出力を必要としない低速低負荷運転領域では、空燃比が理論空燃比（14.8）よりも希薄になるように燃料噴射量を設定して（リーン制御）燃料消費量を低減させ、加速運転時には燃料供給量を加速増量して加速性能を向上させる内燃機関の燃料供給装置が知られている（特願平４−９１０９３号参照）。
【０００３】
具体的には、図７に示すように、低速低負荷運転時、空燃比が理論空燃比（14.8）よりも希薄な例えば空燃比Ａ／Ｆ＝22〜23になるように燃料噴射量を演算して燃料を機関に供給して燃費の向上と排気の浄化を図り（リーン領域ａ）、出力時には、空燃比Ａ／Ｆ＝12〜15になるように燃料噴射量の増量補正値を演算し、増量補正された燃料を機関に供給するようにしている（出力領域ｂ）。
【０００４】
また空燃比Ａ／ＦとＮＯX 排出量との関係を示す図８において、ＮＯX 排出量は空燃比Ａ／Ｆ＝16の時に最大となる。したがって従来の内燃機関の燃料供給装置では、空燃比を切り換える時、空燃比が急激に変化するように空燃比の切り換え制御を行い、空燃比Ａ／Ｆ＝16となる時間を出来るだけ短くしてＮＯX 排出量を低減するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の内燃機関の空燃比切り換え制御装置では、ＮＯX 排出量を低減するように空燃比を急変させているが、空燃比を切り換える時、トルク段差も発生する。図９において、例えば加速する時のように空燃比Ａ／Ｆがリーン領域からリッチ領域になるように切り換える期間Ｔ1 ではこのトルク段差は大きいものの、ドライバがトルク値の増大を希望する時であり、運転性に影響しない。また期間Ｔ1 を短縮した方がＮＯX 排出量も図９の実線で示す量から点線で示す量に低減できる為、出来る限り短時間で変化させた方がよい。しかし空燃比Ａ／Ｆがリッチ領域からリーン領域に急に切り換わる時間Ｔ2 では、トルクが急に低下し、ドライバはこのトルク段差を敏感に感じてしまう。
【０００６】
このようにトルクの時間変化率に対する要求は異なり、空燃比の切り換え方向に関係なく常に同一補正をしていたのでは、運転性と排気浄化対策とをうまく両立させることが出来ないおそれがある。
本発明ではこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、運転条件に応じてトルクの変化速度を可変設定できるようにして、運転性と排気浄化対策とが両立しうる内燃機関の空燃比切り換え制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１に記載の発明は、図１に示すように、内燃機関の機関運転状態を検出する運転状態検出手段と、検出された機関運転状態に応じて運転領域毎に設定された空燃比を切り換え制御する空燃比切り換え制御手段と、を備える一方、吸気通路に介装されてスワール発生状態をコントロールするスワール制御弁を、リーン領域からリッチ領域へと空燃比を切り換えるときに開制御し、リッチ領域からリーン領域へと空燃比を切り換えるときに閉制御するスワール制御弁開閉制御手段と、前記スワール制御弁の開閉切り換え時の開閉速度を制御するスワール制御弁開閉速度制御手段と、を備え、前記スワール制御弁開閉速度制御手段は、
前記空燃比の切り換え時の機関運転状態に基づいて前記開閉速度を設定し、リーン領域からリッチ領域へと空燃比を切り換えるときには、前記設定した開閉速度を前記スワール制御弁の開速度とする一方、リッチ領域からリーン領域へと空燃比を切り換えるときには、該空燃比の切り換えによるトルク段差が大きくなるほど前記スワール制御弁の閉速度が小さくなるように前記設定した開閉速度を補正するようにした。
また、請求項２に記載の発明は、前記スワール制御弁開閉速度制御手段は、リーン領域からリッチ領域へと空燃比を切り換えるときの前記スワ−ル制御弁の開速度よりも、リッチ領域からリーン領域へと空燃比を切り換えるときの前記スワール制御弁の閉速度を小さくするようにした。
【０００８】
【作用】
上記の構成によれば、内燃機関の機関運転状態は運転状態検出手段により検出される。空燃比は運転領域毎に設定され、検出された機関運転状態に応じて燃料噴射量を増減等して空燃比切り換え制御手段により切り換え制御される。
一方、吸気通路に介装されたスワール制御弁の開閉速度によっても空気流量変化速度も変化し、トルクが切り換わる速度も変化する。したがって加速時のように空燃比をリーン制御域からリッチ制御域に切り換える時、スワール制御弁が速く開くように制御すれば、空気流量は速やかに増加してトルクを速やかに立ち上げて良好な加速性能が満たされ、空燃比がリッチ制御域からリーン制御域に切り換える時、スワール制御弁がゆっくり閉じるように制御すれば、空燃比切り換え時のトルク低下が緩やかとなって運転性の不安定感が解消される。
特に、リッチ領域からリーン領域へと空燃比を切り換えるときには、該空燃比の切り換えによるトルク段差が大きくなるほど前記スワール制御弁の閉速度が小さくなるように補正することで、より効果的にトルク低下を緩やかにできることになる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図２〜６に基づいて説明する。尚、図７〜９の説明は省略する。
本実施例のシステムを示す図２において、機関１の吸気通路２には、上流側からエアクリーナ３、エアフローメータ４、スロットル弁５が順次設けられ、これらを介して空気が吸入される。
【００１０】
また吸気通路２には、各気筒毎に後述するスワールコントロールバルブ８と吸気弁７との間に燃料噴射弁９が設けられ、後述するマイクロコンピュータ（以後、マイコンと記す）10によりその作動が制御され、燃料が噴射供給される。
点火プラグ11は各気筒毎に設けられ、点火コイル12で発生する高電圧がディストリビュータ13を介して順次印加されて着火燃焼する。このディストリビュータ13にはクランク角センサ14が内蔵されている。
【００１１】
スロットルバルブ５にはスロットル開度を検出するスロットルセンサ15が付設され、スロットル開度値が検出される。
尚、クランク角センサ14とスロットルセンサ15とが運転状態検出手段に相当する。
排気通路16には、機関に吸入される混合気の空燃比を検出する為の排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ17が設けられている。
【００１２】
マイコン10には、後述する各マップを記憶しているＲＯＭ等が内蔵されると共に、前記各種センサからの検出信号が入力される。そして各検出信号に基づいて運転領域毎に設定された空燃比を切り換え制御するように、エアフローメータ４からの信号に基づいて検出される吸入空気流量Ｑと、クランク角センサ14からの信号に基づいて算出される機関回転速度Ｎｅとから基本燃料噴射量Ｔp （＝ｋ・Ｑ／Ｎ；Ｋは定数）が演算され、これを適宜補正して、最終的な燃料噴射量Ｔｉ（Ｔp ・COEF＋Ｔs ；COEFは各種補正係数、Ｔs は電圧補正分）が定められ、この燃料噴射量Ｔi に相当するパルス幅の駆動信号が機関の回転に同期した所定のタイミングで燃料噴射弁９に与えられる。
【００１３】
前述のスワールコントロールバルブ（以後、ＳＣＶと記す）８は弁体の一部に切欠きが形成され吸気通路２内の吸気弁７の近傍に設けられ、閉じることにより吸気乱れを強化して燃焼性能を改善するものであり、また空気流量の変化時間を制御することも可能である。ＳＣＶ８はレバー19を介してダイアフラム式の負圧アクチュエータ20に連結され、この負圧アクチュエータ20を、スロットル弁５下流側の負圧導入通路21とスロットル弁５上流側の大気導入通路22との間に介装された電磁弁23で作動することにより開閉駆動される。またマイコン10にはこのＳＣＶ８の開閉動作を制御する為のソフトウェアが備えられ、マイコン10の制御によりこの電磁弁23への通電のオン・オフによりＳＣＶ８が開閉する。
【００１４】
次にマイコン10の制御を図３のフローチャートに従って説明する。
ステップ（図中では「Ｓ」と記してあり、以下同様とする）１では、クランク角センサ14からの機関回転速度Ｎｅの検出信号、スロットルセンサ15からのスロットル開度値ＴＶＯの検出信号、酸素センサ17からの酸素濃度の検出信号を入力する。機関に吸入される混合気の空燃比Ａ／Ｆは、低負荷低回転時にはリーン（Ａ／Ｆ＝22〜23）、出力時にはリッチ（12〜15）になるように制御されている。またこの機関回転速度Ｎｅとスロットル開度値ＴＶＯは記憶され、逐次、新しい値に更新される。
【００１５】
ステップ２では、空燃比Ａ／Ｆの切り換えがあったか否かを判定する。
空燃比Ａ／Ｆの切り換えがなければこのルーチンが終了する。
空燃比Ａ／Ｆの切り換えがあった時、ステップ３に進む。
ステップ３では、ＲＯＭに予め記憶されているマップに基づいて、空燃比Ａ／Ｆの切り換え時の機関回転信号Ｎｅとスロットル開度値ＴＶＯとに基づいてＳＣＶ８の基本開閉変化時間ＫSCV を設定する。
【００１６】
加速する時のように、例えば空燃比をリーン制御域であるＡ／Ｆ＝22から出力領域であるＡ／Ｆ＝12に切り換えた時、そのままステップ４→７に進み、電磁弁23を作動する。この時のＳＣＶ８の開閉変化時間はステップ３で設定された基本開閉変化時間ＫSCV のままであり、空燃比はＡ／Ｆ＝22からＡ／Ｆ＝12にすぐに切り換わり、ＮＯX 排気量が最も多いＡ／Ｆ＝16の時間も短くなるので、ＮＯX 排出量も抑制される。またこの時、図４に示すようにトルク値もすぐに増大し、トルク段差が生じるが、もともとドライバがトルク増大を希望する時であるのでこのトルク段差は運転性には影響しない。
【００１７】
次に減速する時のように、空燃比Ａ／Ｆ＝12からＡ／Ｆ＝22に切り換えてトルク値を大きな値から低下させる時、ステップ４→５に進む。
ステップ５では、予めＲＯＭに記憶されているステップ５のマップに基づいて開閉変化時間ＫSCVの補正係数ＫDを求め、ステップ６で開閉変化時間ＫSCVに、この補正係数ＫDを乗算する。この補正係数ＫDは本実施例ではトルク段差が大きいほど大きな値（＞１）となるが、一定値であってもよい。そしてステップ７に進んで、補正係数ＫDを乗算した開閉変化時間ＫSCVでＳＣＶ８を制御すれば、ＳＣＶ８の閉弁速度は小さくなり、空気流量の変化時間が長くなってトルク低下が緩やかとなる為、急激なトルク低減によるドライバの不安定感を解消できる。
【００１８】
尚、ステップ５、６がスワール制御弁開閉速度制御手段、ステップ７がスワール制御弁開閉制御手段に相当する。
かかる構成によれば、トルクが小さい値から増大するように空燃比Ａ／Ｆをリーン領域から出力領域に切り換える時には、燃料供給量の増量切り換えにより瞬時に空燃比をリッチ化させて、ＮＯX 排出量が増大する空燃比領域を飛び越えることにより、ＮＯX 排出量低減を図れ、かつＳＣＶ８の開閉速度を早める制御により、トルクを速やかに増大させて加速性能を満たし、また空燃比Ａ／Ｆが出力領域からリーン領域に切り換える時には、ＳＣＶ８の閉速度を小さくすることによってトルク低下を緩やかにして運転性を安定させることが出来る。したがって良好な運転性とＮＯX 排出量の抑制とを両立させることが出来る。
【００１９】
次に第２実施例について説明する。
このものは、空燃比を切り換え前の値から切り換え後の値に変えた時のトルク変化を検出し、吸入空気流量の時間変化率を制御するようにしたものである。
第２実施例の動作を図５のフローチャートに基づいて説明する。尚、図３と同一要素のものについては同一符号を記して詳しい説明を省略する。
【００２０】
ステップ11では、まず切り換え前の現在の空燃比Ａ／Ｆと切り換え後の目標空燃比Ａ／Ｆ0 との差を求め、実験的に設定され、ＲＯＭに予め記憶されている空燃比単位変化量当たりのトルク差のマップに基づいて、空燃比Ａ／Ｆが切り換わる時のトルク差ＴAFを求める。
ステップ12では、求めたトルク差ＴAFに基づいてマップから開閉変化時間ＫSCV を求める。
【００２１】
そしてトルクを増大させる時には、そのままこの開閉変化時間ＫscvでＳＣＶ８を制御する。
トルクを低下させる時、ステップ13では、ステップ13の図に基づいて吸入空気流量Ｑに応じた制御ディレー量Ｄscvを算出し、現在の空燃比から目標空燃比に切り換わる時の吸入空気の供給の遅延制御を行い、トルク変化量を制御する。図６の実線で示すように、吸入空気の供給を遅延させなければ空燃比Ａ／Ｆはリッチ領域からリーン領域に速く切り換わるので、トルク変化も速くなる。また点線で示すように吸入空気の供給を遅延させれば空燃比Ａ／Ｆはリッチ領域からリーン領域にゆっくりと切り換わり、トルク変化もゆっくりとなる。したがって吸入空気流量Ｑが大きくなるにしたがって制御ディレー量Ｄscvを大きくすれば、吸入空気流量Ｑが大きい時でもトルクをゆっくりと変化させることができる。
【００２２】
尚、現在の空燃比から目標空燃比に切り換わる時のトルク変化量の制御を、ＳＣＶ８の負圧導入配管中に設けたオリフィスの径を変化させ、開閉速度を変化させて行うことも出来る。。
かかる構成によれば、現在の空燃比Ａ／Ｆと目標空燃比Ａ／Ｆ0 の差からトルク差ＴAFを算出し、このトルク差ＴAFに基づいて空気流量の変化時間を制御することにより、第１実施例と同様にＮＯX 排出量の抑制と運転性を両立することが出来る。
【００２３】
また現在の空燃比から目標空燃比に切り換わる時の吸入空気の供給の遅延制御を行うことにより、吸入空気流量Ｑが大きい時でもトルク変化を制御することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、空燃比の切り換え時、空燃比の切り換え方向に応じてスワールコントロールバルブの開閉変化時間を制御することにより、良好な運転性とＮＯX 排出量の抑制とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図。
【図２】本発明の実施例を示すシステム図。
【図３】本発明の第１実施例のＳＣＶの制御動作を示すフローチャート。
【図４】空燃比とトルクとの関係を示す特性図。
【図５】本発明の第２実施例のＳＣＶの制御動作を示すフローチャート。
【図６】図５における特性図。
【図７】運転領域の説明図。
【図８】空燃比とＮＯX 排出量との関係を示す特性図。
【図９】図８のタイミングチャート。
【符号の説明】
１  機関
８  スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）
10  マイクロコンピュータ（マイコン）
14  クランク角センサ
15  スロットルセンサ
17  酸素センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図６】
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