JP2000054895A

JP2000054895A - 多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP2000054895A
Application number: JP22474998A
Authority: JP
Inventors: Iku Otsuka; 郁大塚; Toshinari Nagai; 俊成永井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-08-07
Filing date: 1998-08-07
Publication date: 2000-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】噴射弁の固体差に起因する排気エミッション
の悪化を抑制する。【解決手段】機関１の各気筒２へ向けて燃料を噴射す
る各噴射弁３、排気通路４に設けられた排気浄化触媒５
と空燃比センサ６、空燃比センサ６の出力に基づくとと
もに機関の運転状態に応じて燃料噴射量ＴＡＵを算出す
る燃料噴射量算出手段９、空燃比をリッチ側へまたはリ
ーン側へ戻すようにＴＡＵを補正する空燃比補正係数Ｆ
ＡＦの空燃比制御変数ＴＤＲ（Ｌ）を設定する空燃比制
御変数設定手段１０、空燃比制御変数ＴＤＲ（Ｌ）を用
いて手段９により算出された燃料噴射量ＴＡＵを予め定
めた増減定数α，βで増減して各気筒２へ供給する燃料
噴射量増減手段１１、を備える。上記構成により各気筒
へＴＡＵを増減して供給し空燃比をリッチにして排気ガ
ス中の水素量を安定的に増加させ、空燃比センサ出力の
リッチずれを適合制御で補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は多気筒内燃機関の燃
料噴射制御装置に関し、特に、噴射弁の固体差や空燃比
センサのガス当たりに起因する空燃比センサの検出誤差
による排気エミッションの悪化を抑制すべく機関の空燃
比を目標空燃比に一致させるように制御する多気筒内燃
機関の燃料噴射制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】機関の排気系に酸素センサを配設し、こ
の酸素センサにより検出される排気ガスの空燃比に基づ
いて機関の空燃比を目標空燃比に一致させるように制御
する空燃比制御が公知である。このような酸素センサを
使用する空燃比制御において、機関の空燃比がリッチと
なると、燃焼室から水素が排出され、この水素量の増大
により酸素センサの出力値は実際の酸素濃度より低い酸
素濃度信号を出力するようになる。つまり、図１３に示
すように、酸素センサの出力値は排気ガス中の水素量の
増大に伴い実際の空燃比よりリッチ側にずれる。それゆ
え、機関の空燃比が所望の空燃比よりリーンに制御され
ることになり、ＮＯx が排出される。

【０００３】この空燃比のリーンずれを防止するため、
特開平９−２６８９３４号公報に開示された内燃機関の
空燃比制御装置は、酸素センサを有する内燃機関の空燃
比制御において、排気ガス中の水素濃度を推定し、この
推定した水素濃度に応じて、空燃比をリッチ側に補正す
るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平９−２６８９３４号公報に開示された内燃機関の空
燃比制御装置は、各気筒へ向けて燃料を噴射する各噴射
弁の固体差（バラツキ）に起因して各噴射弁から同一噴
射時間だけ燃料を噴射しても噴射される燃料噴射量にバ
ラツキが生じること、および排気通路に設けられた空燃
比センサのガス当たり、すなわち空燃比センサが特定気
筒から排出されるガスを多量に受けることに起因して空
燃比センサに検出誤差が生じること、を考慮していな
い。すなわち、上記装置は、噴射弁の固体差が大きかっ
たり、空燃比センサのガス当たりが強かったりしても、
排気ガス中の水素濃度に応じて空燃比を各気筒を一律に
補正して、各噴射弁を同一噴射時間だけ一律に開弁して
燃料を噴射するので、誤差がない気筒までも補正してし
まい、結果的に正常な気筒の空燃比が過補正されて、排
気エミッションの悪化を防止しきれないという問題があ
る。

【０００５】それゆえ、本発明は上記問題を解決し、噴
射弁の固体差や空燃比センサのガス当たりに起因する空
燃比センサの検出誤差による排気エミッションの悪化を
抑制する多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の基本構成
図である。上記問題を解決する本発明による多気筒内燃
機関の燃料噴射制御装置は、多気筒内燃機関１の各気筒
２へ向けて燃料を噴射する各噴射弁３と、機関１の排気
通路４に設けられた排気浄化触媒５と、排気通路４に設
けられた空燃比センサ６と、空燃比センサ６の出力に基
づいて機関１の空燃比を目標空燃比に一致させるよう
に、機関１の運転状態、例えばクランク角センサ７から
検出される回転数ＮＥおよびエアフローメータ８から検
出される吸入空気量ＧＡと回転数ＮＥとから算出される
負荷ＧＮ（＝ＧＡ／ＮＥ）に応じて燃料噴射量ＴＡＵを
算出する燃料噴射量算出手段９と、を備える多気筒内燃
機関の燃料噴射制御装置において、機関１の空燃比がリ
ッチからリーンへ変化したとき該空燃比をリッチ側へ戻
し、リーンからリッチへ変化したとき該空燃比をリーン
側へ戻すように燃料噴射量算出手段９により算出される
燃料噴射量ＴＡＵを補正する空燃比補正係数ＦＡＦの空
燃比制御変数、例えばＴＤＲ（Ｌ）を設定する空燃比制
御変数設定手段１０と、空燃比制御変数設定手段１０に
より設定された空燃比制御変数を用いて燃料噴射量算出
手段９により算出された燃料噴射量ＴＡＵを予め定めた
増減定数α，βで増減して各気筒２へ供給する燃料噴射
量増減手段１１と、を備えたことを特徴とする。

【０００７】上記構成により、排気空燃比に基づいて機
関の運転状態に応じて算出された燃料噴射量ＴＡＵに、
予め設定した増減定数α（＞１），β（＜１）を乗算し
て算出したＴＡＵ×α，ＴＡＵ×βの燃料噴射量を、各
気筒へ噴射する。すなわち、各気筒へ燃料噴射量ＴＡＵ
を増減して供給する。本発明は、上記のように各気筒へ
供給する燃料噴射量を増減することにより、噴射弁のバ
ラツキや特定気筒の空燃比センサへのガス当たりに起因
する空燃比センサの検出誤差による排気エミッションの
悪化を抑制するものである。この排気エミッションの悪
化の抑制が、本発明の上記構成により実現できる理由を
以下に説明する。

【０００８】従来の制御では、標準に対してバラツキが
あればそのバラツキを標準に合わせるように補正する。
噴射弁のバラツキを例にとって説明すると、製造誤差や
経時変化により噴射弁にバラツキがあると、各噴射弁の
開弁時間が同じでも、各噴射弁から各気筒へ実際に供給
される燃料噴射量には差が生じる。それゆえ、通常の制
御を行うためには、この差を検出しこの差がなくなるよ
うに燃料噴射量を補正して各気筒へ供給する必要があ
る。しかしながら、各気筒の排気通路に個々の空燃比セ
ンサを設けない限り上記差を正確に検出することは困難
である。また、このような構成の実施はコストが高くな
るため困難である。

【０００９】そこで、本願出願人は、各噴射弁による燃
料噴射量間のバラツキを推定し、その推定に基づき各噴
射弁の燃料噴射量を補正する多気筒内燃機関の燃料噴射
量制御装置を提案した（特願平１０−５２２６１参
照）。上記装置は、機関の空燃比を理論空燃比に制御す
るとき、各噴射弁による燃料噴射量間に大きなバラツキ
が生じると、リッチ気筒の影響を受け、排気ガス中に水
素の量が増加し、酸素センサの出力がリッチ側にずれる
現象を利用したものである。ここで、リッチ気筒とは、
機関の空燃比を理論空燃比にするように算出した燃料噴
射量より過多な燃料量が対応する噴射弁から供給される
気筒を言う。この現象を以下に説明する。

【００１０】図２は実際の空燃比と水素の発生量との関
係を示す図である。機関から排出される排気ガス中に含
まれる水素の発生量は、図２に示すように、実際の空燃
比がリッチになるにしたがって、つまり燃料噴射量が増
量されるにしたがって高次関数的に増加することが知ら
れている。つまり、水素の発生量は、空燃比が理論空燃
比よりリッチ側にずれたときの増加量の方がリーン側に
ずれたときの減少量より大きい。このことに着目すれ
ば、各噴射弁による燃料噴射量間に大きなバラツキが生
じると、リッチ気筒の影響を受け、排気ガス中に水素の
量が増加し、酸素センサの出力がリッチ側にずれること
が判る。

【００１１】上記装置は、機関の空燃比を理論空燃比に
するように算出した各気筒への燃料噴射量の合計を維持
しつつ、特定気筒の燃料噴射量を増量（減量）し、逆に
他の気筒の燃料噴射量を減量（増量）するように制御す
るものである。噴射弁間にバラツキがない場合に上記燃
料噴射量の増減制御を実行したときには、排気ガス中の
水素量が増加し、空燃比センサの出力はリッチ側にずれ
る。一方、噴射弁間にバラツキがある場合に上記燃料噴
射量の増減制御を実行し各気筒の燃料噴射量が均等化し
たときには、排気ガス中の水素量が減少し、空燃比セン
サの出力はリーン側にずれる。

【００１２】従来の制御では、空燃比センサの出力がリ
ッチ側にずれたときは、空燃比をリーンにする燃料噴射
量の補正を行い、空燃比センサの出力がリーン側にずれ
たときは、空燃比をリッチにする燃料噴射量の補正を行
うので、燃料噴射量の増減制御を実行したとき、従来の
制御を行うだけでは、水素量の増加に伴う空燃比センサ
の出力の変化により誤補正され空燃比がリーン側にず
れ、ＮＯx が排出されて排気エミッションが悪化する。
そこで、上記装置は、上記燃料噴射量の増減制御を実行
したときの空燃比センサの出力の変化から噴射弁のバラ
ツキの度合いを推定し、その推定に基づき各噴射弁の燃
料噴射量を補正することにより、空燃比のリーンずれを
防止している。

【００１３】本発明は、上記装置のように噴射弁のバラ
ツキに起因する各噴射弁の燃料噴射量の差を補正するも
のではなく、噴射弁にバラツキがあることを認識した上
で、意図的に各気筒への燃料噴射量にバラツキをもた
せ、これにより排気ガス中に発生する水素量を安定的に
増加させ、空燃比センサの出力がリッチ側にずれるのを
受けて、空燃比をリーンにする燃料噴射量の補正が行わ
れる所を、空燃比をリッチに適合させるよう制御するも
のである。この空燃比のリッチへの適合制御は、空燃比
補正係数ＦＡＦのパラメータとしての空燃比制御変数、
すなわち遅延時間ＴＤＲ（Ｌ）、スキップ量ＳＫＲ
（Ｌ）および積分量ＫＩＲ（Ｌ）について、噴射弁のバ
ラツキが最も少ない組合わせの機関と最も多い組合わせ
の機関の何れをも満足させるデータを実験的に求め、例
えばＢ（バックアップ）ＲＡＭに予め書込むことによっ
て行う。空燃比補正係数ＦＡＦのパラメータ、すなわち
空燃比制御変数は、空燃比センサの出力がリッチ側にず
れているときに、排気空燃比のリッチ／リーンを誤判定
する期間が生じるので、ＴＤＲ＞ＴＤＬ、ＳＫＲ＞ＳＫ
Ｌ、ＫＩＲ＞ＫＩＬ、すなわちリーンをリッチに補正す
る補正量をリッチをリーンに補正する補正量より大とす
る非対象に設定するとよい。

【００１４】本発明はまた、本発明による多気筒内燃機
関の燃料噴射制御装置において、前記増減定数の総和が
一定値である。このように燃料噴射することにより、平
均燃料噴射量は、空燃比センサの出力に基づいて機関の
空燃比を目標空燃比に一致させるように機関の運転状態
に応じて燃料噴射量算出手段により算出された燃料噴射
量ＴＡＵに等しくなり、排気エミッションの悪化は抑制
される。

【００１５】本発明はまた、本発明による多気筒内燃機
関の燃料噴射制御装置において、前記増減定数が、前記
機関の運転状態に応じて選択される。増減定数を機関の
運転状態、例えば負荷状態や過渡状態に応じて、高負荷
時や加速時には大きな増減定数を選択して燃料噴射量を
大きく増減することにより排気エミッションが向上し、
軽負荷時や減速時には小さな増減定数を選択して燃料噴
射量を小さく増減することによりトルク変動が抑制され
てドライバビリティが良好となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ本発
明の実施の形態について詳細に説明する。図３は本発明
による多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置の一実施形態
を示す概略構成図である。図３において、機関本体１の
吸気通路２１にはエアフローメータ８が設けられてい
る。エアフローメータ８は吸入空気量を計測し吸入空気
量に比例したアナログ電圧の出力信号を発生する。この
出力信号は電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００のＡ／Ｄ
変換器１０１へ供給される。ディストリビュータ２２に
はクランク角センサ７が設けられている。クランク角セ
ンサ７はクランク回転角に換算して７２０°毎に基準位
置検出用パルス信号を発生する第１クランク角センサ７
ａと、クランク回転角に換算して例えば３０°毎にクラ
ンク角検出用パルス信号を発生する第２クランク角セン
サ７ｂとを有する。これらのクランク角センサ７ａ、７
ｂのパルス信号は入出力インターフェース１０２へ供給
され、このうち第２クランク角センサ７ｂのパルス信号
はＣＰＵ１０３の割込端子にも供給される。

【００１７】吸気通路２１はサージタンク２３を介して
吸気マニホルド２４に接続され、吸気マニホルド２４は
分岐して各気筒２の吸気ポートに接続される。吸気マニ
ホルド２４には燃料噴射弁３が気筒毎に設けられてい
る。機関本体１のシリンダブロックのウォータジャケッ
ト２５には、冷却水の温度を検出するための水温センサ
２６が設けられている。水温センサ２６は冷却水温ＴＨ
Ｗに応じたアナログ電圧信号を発生し、この信号もＡ／
Ｄ変換器１０１に供給される。

【００１８】排気通路４は各気筒２の排気ポートに分岐
して接続された排気マニホルドを示す。この排気マニホ
ルドの集合部には上流側の第１酸素センサ６が設けら
れ、第１酸素センサ６は機関１の排気ガス中の酸素濃度
に応じたアナログ電圧信号を発生し、この信号もＡ／Ｄ
変換器１０１に供給される。第１酸素センサ６の出力は
理論空燃比を境にして急変し、空燃比がリッチのときは
０．９Ｖ程度の出力電圧を発生し、空燃比がリーンのと
きは０．１Ｖ程度の出力電圧を発生する。この出力電圧
から現在の空燃比がリッチかリーンかを判定できる。排
気マニホルドは共通の排気管２７を介して三元触媒５を
内蔵した触媒コンバータ２８に接続される。三元触媒５
は排気中の有害なＨＣ、ＣＯ、ＮＯx の３成分を同時に
浄化することができる。また、排気管２７内の触媒コン
バータ２８下流側には第２酸素センサ２９が設けられ、
第２酸素センサ２９は第１酸素センサ６と同様に機関１
の排気ガス中の酸素濃度に応じたアナログ電圧信号を発
生し、この信号もＡ／Ｄ変換器１０１に供給される。

【００１９】電子制御ユニット１００は、例えばＡ／Ｄ
変換器１０１、入出力インターフェース１０２、ＣＰＵ
１０３、ＲＯＭ１０４、ＲＡＭ１０５、Ｂ（バックアッ
プ）ＲＡＭ１０６を双方向バスを介して接続したマイク
ロプロセッサからなり、クロック発生器１０７等が設け
られている。また、燃料噴射弁３は、後述するルーチン
において算出された燃料噴射量（時間）ＴＡＵが増減さ
れたとき、増減後のＴＡＵをカウンタ１０８にプリセッ
トするとともにフリップフロップ１０９をセットし、駆
動回路１１０が駆動され燃料噴射弁３を開弁する。カウ
ンタ１０８はＴＡＵ経過まで計数するとフリップフロッ
プ１０９をリセットし、駆動回路１１０の駆動が停止さ
れ燃料噴射弁３を閉弁する。

【００２０】次に、本発明により意図的に各気筒への燃
料噴射量にバラツキをもたせた噴射制御の方が、従来技
術のように各気筒へ一定の燃料噴射量を一律に噴射する
噴射制御より、水素の発生量の差が小さくなる理由を、
４気筒機関の例に基づき以下に説明する。図４は本発明
の噴射制御が従来技術の噴射制御より水素の発生量の差
が小さくなる理由を説明する図であり、図５は燃料噴射
量と水素の発生量との関係を示す図である。

【００２１】４気筒機関において、４気筒に対応する４
つの噴射弁による同一開弁時間の燃料噴射に対し、各気
筒へ供給される燃料噴射量にバラツキの全くない機関を
Ａタイプとし、４つの噴射弁による同一開弁時間の燃料
噴射にも関わらず、各気筒へ供給される燃料噴射量が＃
１、＃４気筒へは５％増量され、＃２、＃３気筒へは５
％減量されて各気筒へ供給される燃料噴射量にバラツキ
のある機関をＢタイプとする。

【００２２】このような機関Ａタイプ、機関Ｂタイプに
対し、所定の運転条件下でそれぞれ算出された燃料噴射
量を各気筒へ供給したとき、従来技術による噴射制御で
は、エンジン２回転の間に、Ａタイプにおいては図４の
（１）に示すように、各気筒において算出燃料噴射量と
供給燃料噴射量との差（以下、燃料噴射量差と記す）が
なく、燃料噴射量差０％の噴射が８回実行され、Ｂタイ
プにおいては図４の（２）に示すように、燃料噴射量差
＋５％の噴射が４回と燃料噴射量差−５％の噴射が４回
実行されたことになる。

【００２３】これに対し、本発明の噴射制御では、算出
燃料噴射量に増減定数を乗算して燃料供給するので、エ
ンジン２回転の間に、Ａタイプにおいては図４の（３）
に示すように、燃料噴射量差＋５％の噴射が４回と燃料
噴射量差−５％の噴射が４回実行され、Ｂタイプにおい
ては図４の（４）に示すように、燃料噴射量差＋１０％
の噴射が２回と燃料噴射量差−１０％の噴射が２回と燃
料噴射量差０％の噴射が４回実行されたことになる。

【００２４】燃料噴射量と水素量との関係は、図５に示
すように、燃料噴射量が−１０％〜０％、＋５％、＋１
０％の順に、水素量は０、１０、３０であるので、水素
量は、本発明の噴射制御では、Ａタイプで４×１０＝４
０、Ｂタイプで２×３０＝６０となり、従来技術による
噴射制御では、Ａタイプで０×０＝０、Ｂタイプで４×
１０＝４０となる。したがって、ＡタイプとＢタイプの
水素量の差は、本発明の噴射制御の２０（＝６０−４
０）の方が従来技術の噴射制御の４０より小であり、そ
れゆえ空燃比センサの出力値の差が小さいことが判る。

【００２５】ところで、従来技術による空燃比制御で
は、排気浄化性能の低い小容量の触媒を使用すると、排
気空燃比は三元触媒によるＨＣ、ＣＯの酸化と、ＮＯx
の還元とを両立するよう規制された理論空燃比近傍の狭
い空燃比領域（ウィンドウ）を外れてしまう。そこで、
上述したように、噴射弁のバラツキが最も少ない組合わ
せの機関と最も多い組合わせの機関における排気ガス中
に発生する水素量の差が、本発明の噴射制御の方が従来
技術の噴射制御の方より小さくなることに着目すれば、
本発明による燃料噴射制御を実行し、上記２つの組合わ
せの機関におけるそれぞれの水素の発生量の差を小さく
し、したがってＮＯx の発生量の差を小さくし、適合制
御を行うことにより、小容量の触媒でも排気空燃比をウ
ィンドウ内に収めることが可能なことが判る。すなわ
ち、本発明は小容量の触媒の使用を可能にすることによ
り、例えば触媒に使用される貴金属の使用量を節約でき
るなど省資源化に寄与できるという利点を有する。

【００２６】このように、本発明により、意図的に各気
筒への燃料噴射量にバラツキをもたせると、噴射弁のバ
ラツキが最も少ない組合わせの機関と最も多い組合わせ
の機関のそれぞれにおいて、排気ガス中に発生する水素
量は増加し、空燃比センサの出力は共にリッチ側にずれ
るが、これらの出力値の差、換言すれば水素の発生量の
差は、意図的に各気筒への燃料噴射量にバラツキをもた
せない場合と比して小さくなるので、前述した適合制御
のためのパラメータ（空燃比制御変数）はこのことも考
慮して決定する必要がある。

【００２７】次に、本発明の制御についてフローチャー
トを参照しつつ以下に説明する。図６は燃料噴射量演算
ルーチンのフローチャートである。本ルーチンは所定の
クランク角（例えば３６０°ＣＡ）毎に実行される。先
ず、ステップ６０１では、機関の吸入空気量Ｑと回転数
ＮＥを読込み、機関１回転当たりの吸入空気量Ｑ／ＮＥ
を機関の負荷として算出する。ステップ６０２では、基
本燃料噴射量ＴＡＵＰを次式から算出する。

【００２８】ＴＡＵＰ＝ｋ₁・Ｑ／ＮＥここで、ＴＡＵＰは燃焼室に供給する混合気を理論空燃
比とするために必要とされる燃料噴射時間であり、ｋ₁
は定数である。ステップ６０３では、実際の燃料噴射時
間ＴＡＵを次式から算出する。ＴＡＵ＝ＴＡＵＰ・ＦＡＦ・ｋ₂＋ｋ₃ ここで、ＦＡＦは後述する空燃比補正係数であり、
ｋ₂、ｋ₃はそれぞれ機関運転状態に応じて決定される
定数である。ステップ６０４では、ステップ６０３で算
出された燃料噴射量ＴＡＵをＲＡＭ１０５に記憶する。

【００２９】図７および図８は上流側酸素センサ出力に
基づく第１空燃比フィードバック制御ルーチンの一例を
示すフローチャートである。本ルーチンは例えば４ｍｓ
毎に実行される。本ルーチンでは、上流側酸素センサ６
の出力ＶＯＭを比較電圧Ｖ_R1（理論空燃比相当電圧で約
０．４５Ｖ）と比較し、触媒コンバータ上流側での排気
空燃比が理論空燃比よりリッチ（ＶＯＭ＞Ｖ_R1）のとき
には空燃比補正係数ＦＡＦを減少させ、リーン（ＶＯＭ
＜Ｖ_R1）のときにはＦＡＦを増加させる制御を行う。こ
の制御によりエアフローメータ８や燃料噴射弁３等の燃
料供給系の機器に多少の誤差が生じた場合でも機関空燃
比は正確に理論空燃比近傍に修正される。

【００３０】先ず、ステップ７０１では、フィードバッ
ク制御条件が成立しているか否かを判定し、フィードバ
ック制御条件が成立しているときのみステップ７０２に
進み、成立していないときはステップ７２５に進み、フ
ィードバック実行中を示すフラグＸＭＦＢを０にリセッ
トして本ルーチンを終了する。フィードバック制御条件
は、例えば酸素センサが活性化していること、機関の暖
機が完了していること、フューエルカットから復帰後所
定時間が経過していること等である。

【００３１】ステップ７０２からステップ７１５では、
空燃比の判定を行う。ステップ７０９と７１５とに示す
フラグＦ１は、機関空燃比がリッチ（Ｆ１＝１）かリー
ン（Ｆ１＝０）かを示す空燃比フラグである。Ｆ１＝０
からＦ１＝１（リーンからリッチ）への切換えは、上流
側酸素センサ６が所定時間（ＴＤＲ）以上継続してリッ
チ信号（ＶＯＭ＞Ｖ_R1）を出力したときに（ステップ７
０３、７１０から７１５）、またＦ１＝１からＦ１＝０
（リッチからリーン）への切換えは、上流側酸素センサ
６が所定時間（−ＴＤＲ）以上継続してリーン信号（Ｖ
ＯＭ≦Ｖ_R1）を出力したときに（ステップ７０３から７
０９）行われる。ＣＤＬＹは空燃比フラグ切換えタイミ
ングを判定するためのカウンタである。

【００３２】図８のステップ７１６から７２３では、上
記により設定された空燃比フラグＦ１の値に応じて、Ｆ
ＡＦの増減を行う。すなわち、今回ルーチン実行時のＦ
１の値と前回ルーチン実行時のＦ１の値を比較して、Ｆ
１の値が変化したか、すなわち空燃比がリッチからリー
ンまたはリーンからリッチに反転したかを判断する（ス
テップ７１６）。そして、現在のＦ１の値がＦ１＝０
（リーン）の場合には、先ずＦ１＝１からＦ１＝０（リ
ッチからリーン）に変化（反転）した直後に比較的大き
な値ＲＳＲだけＦＡＦをスキップ的に増大させ（ステッ
プ７１７、７１８）、その後はＦ１＝０である間はルー
チン実行毎に比較的小さな値ＫＩＲづつ徐々にＦＡＦを
増大させる（ステップ７２０、７２１）。同様に、現在
のＦ１の値がＦ１＝１（リッチ）の場合には、先ずＦ１
＝０からＦ１＝１（リーンからリッチ）に変化（反転）
した直後に比較的大きな値ＲＳＬだけＦＡＦをスキップ
的に減少させ（ステップ７１７、７１９）、その後はＦ
１＝１である間はルーチン実行毎に比較的小さな値ＫＩ
Ｌづつ徐々にＦＡＦを減少させる（ステップ７２０、７
２２）。また、上記により算出したＦＡＦの値を最大
値、例えば１．２と最小値、例えば０．８で定まる範囲
を越えないようにガードした後（ステップ７２３）、フ
ラグＸＭＦＢの値を１にセットして（ステップ７２
４）、本ルーチンを終了する。

【００３３】図９は下流側酸素センサ出力に基づく第２
空燃比フィードバック制御ルーチンの一例を示すフロー
チャートである。本ルーチンは第１空燃比フィードバッ
ク制御より長い所定時間、例えば５００ｍｓ毎に実行さ
れる。本ルーチンは、下流側酸素センサ２９の出力ＶＯ
Ｓを比較電圧Ｖ_R2（理論空燃比相当電圧で約０．４５ボ
ルト）と比較し、触媒コンバータ下流側での排気空燃比
が理論空燃比よりリッチ（ＶＯＳ＞Ｖ_R2）のときには第
１の空燃比フィードバック制御で用いる補正量ＲＳＲ
（図８のステップ７１８）を減少させとともにＲＳＬ
（図８のステップ７１９）を増大させる。また、触媒コ
ンバータ下流側での排気空燃比が理論空燃比よりリーン
（ＶＯＳ≦Ｖ_R2）のときには補正量ＲＳＲ（図８のステ
ップ７１８）を増大させとともにＲＳＬ（図８のステッ
プ７１９）を減少させる操作を行う。これにより、触媒
コンバータ下流側で排気空燃比がリッチの場合には第１
空燃比フィードバック制御ではＦＡＦの値は全般的に小
さく設定されるようになり、逆に下流側で排気空燃比が
リーンの場合には第１空燃比フィードバック制御ではＦ
ＡＦの値は全般的に大きく設定されるようになる。この
ため、上流側酸素センサ６が劣化したり特定気筒の排気
の影響を強く受けたために上流側酸素センサ６の出力が
実際の排気空燃比から外れたような場合でも、ＦＡＦの
値は下流側酸素センサ２９の出力に基づいて補正される
ので、機関空燃比は正確に理論空燃比に維持される。

【００３４】先ず、ステップ９０１では、図７のステッ
プ７０１と同様にフィードバック制御条件が成立してい
るか否かを判定する。ステップ９０２では、第１空燃比
フィードバック制御が実行中か否かが判定され、実行中
（フラグＸＭＦＢ＝１）と判定されたときのみステップ
９０４でフラグＸＳＦＢの値を１にセットした後ステッ
プ９０５以下の処理を実行する。ステップ９０２で第１
空燃比フィードバック制御が実行中でない（フラグＸＭ
ＦＢ＝０）と判定されたときは、ステップ９０３でフラ
グＸＳＦＢの値を０にリセットし、本ルーチンを終了す
る。

【００３５】ステップ９０５から９１４では、下流側酸
素センサ２９で検出した排気空燃比がリッチかリーンか
により補正量ＲＳＲ、ＲＳＬの値を増減する操作を行
う。すなわち、ステップ９０５では、下流側酸素センサ
２９の出力ＶＯＳをＡＤ変換して読込み、ステップ９０
６ではＶＯＳがリーン空燃比相当値（ＶＯＳ≦Ｖ_R2）か
否かを判定し、ＶＯＳの値がリーン空燃比相当値であっ
た場合には、ステップ９０７でＲＳＲの値を一定量ΔＲ
Ｓだけ増大させ、増大後のＲＳＲが所定の最大値ＭＡ
Ｘ、例えば０．０９を越えないようにガードする（ステ
ップ９０８、９０９）。また、ステップ９０６でＶＯＳ
の値がリッチ空燃比相当値（ＶＯＳ＞Ｖ_R2）であった場
合には、ステップ９１０でＲＳＲの値を一定量ΔＲＳだ
け減少させ、減少後のＲＳＲが所定の最小値ＭＩＮ、例
えば０．０１より小さくならないようにガードする（ス
テップ９１１、９１２）。

【００３６】また、上記により算出されたＲＳＲの値を
用いてステップ９１３では第１空燃比フィードバック制
御ルーチンで用いるＲＳＬ（図８のステップ７１９）の
値を、ＲＳＬ＝０．１−ＲＳＲとして算出する。すなわ
ち、ＲＳＲとＲＳＬとの和は常に一定値、本実施形態で
は０．１に保持されており、ＲＳＲが増大するとＲＳＬ
が減少し、ＲＳＲが減少するとＲＳＬが増大するように
なっている。このように、下流側酸素センサ２９で検出
した排気空燃比がリッチのときは、ＲＳＲの減少とＲＳ
Ｌの増大が同時に行われ、一方排気空燃比がリーンのと
きは、ＲＳＲの増大とＲＳＬの減少が同時に行われる。

【００３７】図１０は図７から図９のフローチャートを
補足説明するタイムチャートである。図１０のタイムチ
ャートにおいて、（Ａ）は第１空燃比フィードバック制
御を実行した場合の上流側酸素センサ６で検出した空燃
比（Ａ／Ｆ）、（Ｂ）はカウンタＣＤＬＹの計数値、
（Ｃ）はリッチ／リーンを判定する空燃比フラグＦ１、
（Ｄ）は空燃比補正係数ＦＡＦ、の変化をそれぞれ示
す。

【００３８】図１０の（Ａ）に示すように、Ａ／Ｆがリ
ーンからリッチに変化したときでも空燃比フラグＦ１
（図１０の（Ｃ））の値は直ちに０から１には変化せ
ず、カウンタＣＤＬＹの値が０からＴＤＲに増大するま
での時間（図１０の（Ｃ）のＴ₁）の間は、０のまま保
持され、Ｔ₁経過後に０から１に変化する。また、Ａ／
Ｆがリッチからリーンに変化したときもＦ１の値はカウ
ンタＣＤＬＹの値が０からＴＤＬ（ＴＤＬは負の値）に
減少するまでの時間（図１０の（Ｃ）のＴ₂）の間は、
１のまま保持され、Ｔ₂経過後に１から０に変化する。
このため、図１０の（Ａ）にＮで示したように外乱等に
より上流側酸素センサ６の出力が短い周期で変化したよ
うな場合でもフラグＦ１の値は追従して変化しないため
空燃比制御は安定する。

【００３９】第１空燃比フィードバック制御の結果、空
燃比補正係数ＦＡＦの値は、図１０の（Ｄ）に示すよう
に、周期的に増減を繰り返し、機関空燃比はリッチ空燃
比とリーン空燃比とに交互に変動する。また図６で説明
したように、ＦＡＦの値が増大すると燃料噴射量ＴＡＵ
は増大し、ＦＡＦの値が減少すると燃料噴射量ＴＡＵは
減少する。

【００４０】また、図１０の（Ｄ）から判るように、第
２空燃比フィードバック制御（図９）によりＲＳＲが増
大しＲＳＬが減少すると、機関空燃比のリッチ空燃比側
への振れ幅が大きくなり空燃比が全体的にリッチ空燃比
側に移行する。また、逆にＲＳＲが減少しＲＳＬが増大
すると、機関空燃比のリーン空燃比側への振れ幅が大き
くなり空燃比が全体的にリーン空燃比側に移行する。し
たがって、第２空燃比フィードバック制御によりＲＳ
Ｒ、ＲＳＬの値が増減されると、機関空燃比はリッチ側
またはリーン側に変化する。

【００４１】なお、本実施形態では第２空燃比フィード
バック制御に基づいて第１空燃比フィードバック制御に
おける補正量（空燃比制御変数）ＲＳＲ、ＲＳＬを設定
する場合について説明したが、第１空燃比フィードバッ
ク制御における他の補正量、例えばＫＩＲ、ＫＩＬまた
はＴＤＲ、ＴＤＬを、第２空燃比フィードバック制御に
基づいて設定することによっても同様に機関空燃比を変
化させることができる。あるいは、上流側酸素センサの
比較電圧Ｖ_R1（図７のステップ７０３）の値を第２空燃
比フィードバック制御に基づいて設定することによって
も同様に機関空燃比を変化させることが可能である。

【００４２】上述したように、第２空燃比フィードバッ
ク制御に基づいて第１空燃比フィードバック制御におけ
る補正量（空燃比制御変数）を設定することにより、予
めＲＡＭに格納したこれら空燃比制御変数は、時間経過
により最適な値になり、排気エミッションを良好にす
る。図１１は燃料噴射量の増減ルーチンの第１実施形態
を示すフローチャートである。本ルーチンは燃料噴射時
期毎、すなわち４気筒機関では１８０°ＣＡ毎に、６気
筒機関では９０°ＣＡ毎に実行される。

【００４３】ステップ１１０１では、気筒判定、すなわ
ちクランク角センサ７の出力に基づき今回噴射する気筒
を判定し、図６のステップ６０４で記憶した燃料噴射量
ＴＡＵを読込む。ステップ１１０２では、フューエルカ
ットを実行するか否かをスロットル弁全閉の減速時であ
るか否かにより判定し、その判定結果がＹＥＳのときは
ステップ１１０３に進み、フューエルカットを実行し、
その判定結果がＮＯのときはステップ１１０４に進む。

【００４４】ステップ１１０４、１１０７、１１０８お
よび１１０９は乱数計算を示す。この乱数計算は、４気
筒機関への適用例を示し、乱数カウンタｃｒｎｄを０か
ら４まで計数しては０にリセットし、これを繰り返すこ
とにより、各気筒＃１、＃３、＃４、＃２の順に、今回
エンジンサイクルではＴＡＵ×α、ＴＡＵ×β、ＴＡＵ
×α、ＴＡＵ×βの燃料噴射量を、次回エンジンサイク
ルではＴＡＵ×β、ＴＡＵ×α、ＴＡＵ×β、ＴＡＵ×
αの燃料噴射量をというようにエンジンサイクル毎に各
燃料噴射弁３から噴射する燃料噴射量をランダムに可変
するために行う。ステップ１１０４では、乱数カウンタ
ｃｒｎｄを２で割ったときに余りが０か否か、すなわち
ｃｒｎｄが偶数か否かを決定し、偶数と判定されたとき
は、ステップ１１０５に進み、燃料噴射量ＴＡＵを増加
し（ＴＡＵ×α）、奇数と判定されたときは、ステップ
１１０６に進み、減少する（ＴＡＵ×β）。例えば、α
＝１．０４、β＝０．９６を設定する。

【００４５】またステップ１１０５、１１０６では、算
出した燃料噴射量ＴＡＵ×α、ＴＡＵ×βをカウンタ１
０８にセットし、ＴＡＵ×α、ＴＡＵ×βに応じた燃料
量を燃料噴射弁３から噴射する。乱数計算において、１
エンジンサイクル中の燃料噴射量が全て増量されたり
（ＴＡＵ×α）、全て減量されたり（ＴＡＵ×β）する
場合が生じても、複数エンジンサイクルの間に増減量が
相殺されるように乱数計算が行われれば、平均燃料噴射
量は空燃比センサの出力に基づいて機関の空燃比を目標
空燃比に一致させるように機関の運転状態に応じて算出
された燃料噴射量ＴＡＵに等しくなり、排気エミッショ
ンの悪化を抑制できる。したがって、ｎ個の増減定数
α、β、…からなる母集団において、α、β、…の乱数
選択は、確率統計的に、α＋β＋…／ｎ＝１を満たすよ
うに行う。

【００４６】図１２は燃料噴射量の増減ルーチンの第２
実施形態を示すフローチャートである。本ルーチンは燃
料噴射時期毎、すなわち４気筒機関では１８０°ＣＡ毎
に、６気筒機関では９０°ＣＡ毎に実行される。ステッ
プ１２０１では、気筒判定、すなわちクランク角センサ
７の出力に基づき今回噴射する気筒を判定し、図６のス
テップ６０４で記憶した燃料噴射量ＴＡＵを読込む。ス
テップ１２０２では、フューエルカットを実行するか否
かをスロットル弁全閉の減速時であるか否かにより判定
し、その判定結果がＹＥＳのときはステップ１２０３に
進み、フューエルカットを実行し、その判定結果がＮＯ
のときはステップ１２０４に進む。

【００４７】ステップ１２０４では、ガス当たりが強い
気筒か否かを判定し、その判定結果がＹＥＳのときはス
テップ１２０５に進み、その判定結果がＮＯのときはス
テップ１２０６に進む。ガス当たりが強い気筒が何番目
の気筒かは機関のハードウェアで決定され実験的に求め
ておき、ステップ１２０４では、今回処理周期の気筒が
そのガス当たりが強い気筒か否かで判定する。

【００４８】ガス当たりが強い気筒か否かに応じ、ガス
当たりの強い気筒に対しては燃料噴射量ＴＡＵを大きく
増減し、ガス当たりの弱い気筒に対しては燃料噴射量Ｔ
ＡＵを小さく増減することにより、機関のトルク変動を
抑制する。また、他の実施形態として、ステップ１２０
４において、ガス当たりが強い気筒の判定の代わりに、
機関の運転状態、例えば負荷状態が高負荷時か軽中負荷
時かを判定し、その判定結果が高負荷のときはステップ
１２０５に進み、その判定結果が軽中負荷のときはステ
ップ１２０６に進むようにフローを構成したり、機関の
運転状態が過渡加速時かあるいは過渡減速時または定常
状態かを判定し、その判定結果が過渡加速時のときはス
テップ１２０５に進み、その判定結果が過渡減速時また
は定常状態のときはステップ１２０６に進むようフロー
を構成してもよい。

【００４９】上記の場合、機関の運転状態に応じ、高負
荷時や加速時には、比較的大きい値の増減定数α，βを
選択して燃料噴射量ＴＡＵを大きく増減して排気エミッ
ションを向上させ、軽中負荷時や減速時または定常状態
時には、比較的小さい値の増減定数γ，λを選択して燃
料噴射量ＴＡＵを小さく増減してトルク変動を抑制して
ドライバビリティを良好にする。これらの処理は以下に
記すステップ１２０５から１２１２の実行により行われ
る。

【００５０】ステップ１２０５、１２０６、１２０７、
１２１０および１２１３は乱数計算を示す。この乱数計
算は、図１１のステップ１１０４、１１０７、１１０８
および１１０９と同様に行ってもよいし、あるいは他の
如何なる方法で行ってもよいが、エンジンサイクル毎に
各燃料噴射弁３から噴射する燃料噴射量をランダムに可
変するものでなければならない。

【００５１】ステップ１２０５で乱数計算した後、ステ
ップ１２０７では、ｅｒｎｄが偶数か否かを判定し、ｅ
ｒｎｄが偶数と判定されたときはステップ１２０８に進
み、燃料噴射量ＴＡＵを増加し（ＴＡＵ×α）、ｅｒｎ
ｄが奇数と判定されたときは、ステップ１２０９に進
み、燃料噴射量ＴＡＵを減少する（ＴＡＵ×β）。ここ
で、α、βはガス当たりが強い気筒の燃料噴射量の増減
を大きくするように設定された、燃料噴射量ＴＡＵを比
較的大きく増減する増減定数である。

【００５２】ステップ１２０６で乱数計算した後、ステ
ップ１２１０では、ｅｒｎｄが偶数か否かを判定し、ｅ
ｒｎｄが偶数と判定されたときはステップ１２１１に進
み、燃料噴射量ＴＡＵを増加し（ＴＡＵ×γ）、ｅｒｎ
ｄが奇数と判定されたときは、ステップ１２１２に進
み、燃料噴射量ＴＡＵを減少する（ＴＡＵ×λ）。ここ
で、γ、λはガス当たりが弱い気筒の燃料噴射量の増減
を小さくするように設定された、燃料噴射量ＴＡＵを比
較的小さく増減する増減定数である。例えば、α＝１．
０８、β＝０．９２、γ＝１．０２、λ＝０．９８を設
定する。

【００５３】またステップ１２０８、１２０９、１２１
１および１２１２では、算出した燃料噴射量ＴＡＵ×
α、ＴＡＵ×β、ＴＡＵ×γおよびＴＡＵ×λをカウン
タ１０８にセットし、ＴＡＵ×α、ＴＡＵ×β、ＴＡＵ
×γおよびＴＡＵ×λに応じた燃料量を燃料噴射弁３か
ら噴射する。また、各増減定数、第１実施形態ではαと
βの総和を、第２実施形態ではα、β、γおよびλの総
和を一定値にすることにより、平均燃料噴射量は、酸素
センサの出力に基づいて、機関の運転状態に応じて算出
された燃料噴射量ＴＡＵに略等しくなり、排気エミッシ
ョンを良好にする。

【００５４】上述した本発明の実施形態では、触媒上流
側酸素センサと触媒下流側酸素センサとを備え、第１空
燃比フィードバック制御と第２空燃比フィードバック制
御とを実行する例を用いて本発明を説明したが、本発明
はこれに限定されるものでなく、触媒上流側酸素センサ
のみを備え、第１空燃比フィードバック制御のみ実行し
ても実施可能である。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による多気
筒内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、噴射弁の固体
差や空燃比センサのガス当たりに起因する空燃比センサ
の検出誤差による排気エミッションの悪化を抑制するこ
とができる。また、本発明によれば、触媒を小さくする
ことができる。

【００５６】また、本発明によれば、機関の運転状態に
応じて増減定数を選択することにより、例えば負荷状態
や過渡状態に応じて、高負荷時や加速時には大きな増減
定数を選択し燃料噴射量を大きく増減することにより排
気エミッションを向上させ、軽負荷時や減速時には小さ
な増減定数を選択し燃料噴射量を小さく増減することに
よりトルク変動を抑制してドライバビリティを良好にす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成図である。

【図２】実際の空燃比と水素の発生量との関係を示す図
である。

【図３】本発明による多気筒内燃機関の燃料噴射制御装
置の一実施形態を示す概略構成図である。

【図４】本発明の噴射制御が従来技術の噴射制御より空
燃比センサの出力値の差が小さくなる理由を説明する図
である。

【図５】燃料噴射量と水素の発生量との関係を示す図で
ある。

【図６】燃料噴射量演算ルーチンのフローチャートであ
る。

【図７】上流側酸素センサ出力に基づく第１空燃比フィ
ードバック制御ルーチンの一例を示す前半フローチャー
トである。

【図８】上流側酸素センサ出力に基づく第１空燃比フィ
ードバック制御ルーチンの一例を示す後半フローチャー
トである。

【図９】下流側酸素センサ出力に基づく第２空燃比フィ
ードバック制御ルーチンの一例を示すフローチャートで
ある。

【図１０】図７から図９のフローチャートを補足説明す
るタイムチャートである。

【図１１】燃料噴射量の増減ルーチンの第１実施形態を
示すフローチャートである。

【図１２】燃料噴射量の増減ルーチンの第２実施形態を
示すフローチャートである。

【図１３】排気ガス中のＨ₂成分の影響によるＯ₂セン
サの出力特性の変化を説明する図である。

【符号の説明】１…機関２…気筒３…燃料噴射弁４…排気通路５…三元触媒６…酸素センサ７…クランク角センサ８…エアフローメータ９…燃料噴射量算出手段１０…空燃比制御変数設定手段１１…燃料噴射量増減手段１００…電子制御ユニット（ＥＣＵ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/36 Ｆ０２Ｄ 41/36 ＢＦターム(参考） 3G301 HA01 HA06 JA03 JA16 JA17 JA25 JB01 KA08 KA09 KA12 KA16 KA21 LB02 MA01 MA12 MA24 NA01 NA03 NA04 NA06 NA09 NB02 NB06 ND01 ND05 ND07 NE01 NE03 NE06 NE08 NE13 NE15 NE16 NE17 NE19 NE22 NE23 PA01Z PA18Z PD00A PD00Z PD09A PD09Z PE01Z PE03Z PE05Z PE08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多気筒内燃機関の各気筒へ向けて燃料を
噴射する各噴射弁と、該機関の排気通路に設けられた排
気浄化触媒と、該排気通路に設けられた空燃比センサ
と、該空燃比センサの出力に基づいて前記機関の空燃比
を目標空燃比に一致させるように該機関の運転状態に応
じて燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、を備
える多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記機関の空燃比がリッチからリーンへ変化したとき該
空燃比をリッチ側へ戻しリーンからリッチへ変化したと
き該空燃比をリーン側へ戻すように、前記燃料噴射量算
出手段により算出される前記燃料噴射量を補正する空燃
比補正係数の空燃比制御変数を設定する空燃比制御変数
設定手段と、前記空燃比制御変数設定手段により設定された前記空燃
比制御変数を用いて前記燃料噴射量算出手段により算出
された前記燃料噴射量を予め定めた増減定数で増減して
前記各気筒へ供給する燃料噴射量増減手段と、を備えた
ことを特徴とする多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】前記増減定数の総和が一定値である請求
項１に記載の多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】前記増減定数が、前記機関の運転状態に
応じて選択される請求項１に記載の多気筒内燃機関の燃
料噴射制御装置。