JP2008038707A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、内燃機関の空燃比学習制御において、空燃比学習の停止期間を極力短くし、早く空燃比学習を行うことのできる内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
【解決手段】内燃機関の空燃比制御装置は、内燃機関の回転数と吸入空気量に基づいて基本燃料噴射量を算出する基本燃料噴射量算出部４０４と、空燃比センサの出力信号に基づいて前記基本燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック補正係数を算出する空燃比フィードバック補正係数算出部４０２と、前記空燃比フィードバック補正係数に基づいて学習値を算出し、該学習値により前記基本燃料噴射量を補正する空燃比学習制御手段４０３と、を備えている。前記空燃比学習制御手段４０３は、前記空燃比センサで検出される空燃比と目標空燃比との偏差が小さいときに学習値を算出する通常学習手段４０９と前記空燃比センサで検出される空燃比と目標空燃比との偏差が大きいときに学習値を算出する急速学習手段４１０とを有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、空燃比センサに基づいて、内燃機関に供給する燃料量を制御する内燃機関の空燃比制御装置に関する。

従来、内燃機関の燃料供給装置においては、内燃機関に吸入される空気量と回転数に基づいて基本燃料噴射量を算出し、内燃機関の排気管に設置された空燃比センサで排気ガスの状態を検出し、この排気ガスの状態に基づいてフィードバック制御して空燃比が目標空燃比と一致するように前記基本燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック補正係数を算出し、この空燃比フィードバック補正係数に基づいて燃料噴射量を補正し、空燃比が目標空燃比に追従するようにした空燃比制御装置が知られている。

しかし、前記フィードバック制御により算出される空燃比フィードバック補正係数による補正のみでは、内燃機関の運転状態が変化した過渡時に、ベース空燃比に段差が生じるため、空燃比を目標空燃比へ制御する際に、ゲイン設定等に起因するフィードバック制御特有の追従遅れやオーバーシュートが発生してしまうことがある。

ここで、ベース空燃比とは、空燃比を目標空燃比に一致させるための補正を施さない状態で得られる空燃比を示す。

また、内燃機関へ供給された混合気の空燃比を空燃比センサが検出するまでには、混合気が排気ガスとなって空燃比センサに到達するまでの輸送時間と空燃比センサ自体の検出時間が掛かり、応答遅れ時間が発生し、例えば、空燃比センサが内燃機関から比較的離れている場合、前記応答遅れ時間が長くなるために、フィードバック制御による補正が早く反映するように、フィードバック制御のゲインを大きくすると空燃比変動が大きくなり、定常時の安定性が悪化する。

このため、前記ゲインを小さくすると、空燃比変動が小さくなり定常時の安定性は良好になる反面、過渡時のフィードバック制御の追従性が悪化してしまう。

そこで、内燃機関の運転状態を回転数や負荷などにより複数の領域に区分し、前記空燃比フィードバック補正係数と基準値との差分を前記領域毎に学習値としてメモリに記憶し、この学習値により前記フィードバック制御が行えないオープンループ制御中やフィードバック制御中においても、基本燃料噴射量に補正を行いフィードバック制御による追従なしに空燃比センサで検出する空燃比を前記目標空燃比と一致させるようにした空燃比学習制御が行われている。

しかしながら、この空燃比学習制御には、学習開始時期において以下のような問題がある。

運転状態が変化した直後の内燃機関への供給空燃比がリーンでありリッチ方向に補正を行う必要がある場合、このリーン状態の排気を空燃比センサが検出するまでには、前記応答遅れ時間が存在するため、運転状態が変化した直後に学習値の更新を開始してしまうと、運転状態が変化する前の排気の状態がリッチであった場合は、誤ったリーン方向へ補正を行う学習値を設定してしまうなどの問題が発生する場合がある。

このような問題に対応する内燃機関の空燃比学習制御方法及び制御装置としては、特公平４−７５３８３号公報（特許文献１）に開示されているものがある。

前記特許文献１に開示されている内燃機関の空燃比学習制御方法では内燃機関の運転状態が、予め設定されている複数領域の内の１つの領域で継続して留まっている間に、空燃比センサにより検出される空燃比のリッチリーン反転回数を計測し、この回数が所定回数未満の場合は学習を停止し、所定回数以上となって空燃比の状態が安定してから学習を開始するようにしている。

特公平４−７５３８３号公報

図１１に従来の空燃比制御装置における空燃比学習制御の状態の１例を示し、目標空燃比１４．７で内燃機関を運転し、１０ｓｅｃの時に運転領域を変化させた場合における、空燃比センサで検出した検出空燃比の変化がブロック１０２に示されており、空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡ（基準値は１）の変化がブロック１０３に示されており、学習値ＫＬＭＮＴの変化がブロック１０４に示されている。

運転領域が変化し、検出空燃比がリーン方向へ変化していることから分かるとおり、変化前の領域に比べてベース空燃比が薄くなり、これを補正するために空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡがブロック１０３に示すとおり、燃料増量方向に変化し、燃料噴射量が増加される。そして、検出空燃比が目標空燃比と一致したところで、燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡの増減方向の反転、つまりリッチリーンの反転が発生し、このリッチリーンの反転の所定回数ごとに空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡの基準値１からの差分を学習値ＫＬＭＮＴとして学習（負担）し、この空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡと学習値ＫＬＭＮＴにより検出空燃比を目標空燃比である１４．７に制御している。

このように、従来技術の空燃比学習制御においては、内燃機関の運転状態が１つの領域に継続して留まり、かつ空燃比センサにより検出される空燃比のリッチリーンの反転回数が所定値以上となってから空燃比学習を開始しているため、運転状態が時々刻々変化する内燃機関においては、図１１に示した空燃比学習の停止期間のときに運転状態が他の領域に変化してしまい、空燃比学習が十分に進まず未学習領域が発生してしまうなどの問題が発生する。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の空燃比学習制御において、空燃比学習の停止期間を極力短くし、誤学習することなく早期に空燃比学習を行うことのできる内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。

前記目的を達成すべく本発明の内燃機関の空燃比制御装置は、内燃機関の回転数と吸入空気量に基づいて基本燃料噴射量を算出する基本燃料噴射量算出部と、空燃比センサの出力信号に基づいて前記基本燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック補正係数を算出する空燃比フィードバック補正係数算出部と、前記空燃比フィードバック補正係数に基づいて学習値を算出し、該学習値により前記基本燃料噴射量を補正する空燃比学習制御手段と、を備え、前記空燃比学習制御手段は、前記空燃比センサで検出される空燃比と目標空燃比との偏差が小さいときに学習値を算出する通常学習手段と前記空燃比センサで検出される空燃比と目標空燃比との偏差が大きいときに学習値を算出する急速学習手段とを有することを特徴としている。

空燃比センサで検出される空燃比と目標空燃比との偏差が、小さい場合と大きい場合とでは、空燃比フィードバック補正係数の挙動が異なっている。本発明は、空燃比センサで検出される空燃比と目標空燃比との偏差の大きさによって急速学習手段によって学習値を算出するか通常学習手段によって学習値を算出するかを変えており、空燃比フィードバック補正係数に基づいて学習値を算出する空燃比学習制御手段が、空燃比フィードバック補正係数の状態に適した学習方法で学習値を算出するように構成されている。そして、本発明の内燃機関の空燃比制御装置は、運転状態が変化して運転領域が変更され、空燃比センサで検出される空燃比と目標空燃比との偏差が大きくなったときには、急速学習手段によって早期に学習値を更新し、この学習値により燃料噴射量を補正して空燃比を目標空燃比に早く制御でき、また、空燃比センサで検出される空燃比と目標空燃比との偏差が小さいときには通常学習手段によって安定した空燃比制御を行うことができる。

また、本発明の内燃機関の空燃比制御装置は、空燃比センサの出力信号に基づいて空燃比のリッチリーンを判定するリッチリーン判定部を備え、また、空燃比学習制御手段は、リッチリーン切替り後の経過時間を計測する経過時間計測部と、前記通常学習手段による学習値の算出と前記急速学習手段による学習値の算出との切替を行う学習モード切替部と、を有し、該学習モード切替部は、前記経過時間計測部の計測値が所定時間より短いときには前記通常学習手段で学習値を算出し、前記計測値が所定時間以上のときには前記急速学習手段で学習値を算出するように学習モードの切替を行うことを特徴としている。

空燃比センサで検出される空燃比と目標空燃比との偏差が大きいときには、リッチリーンの切替わる時間が長くなるので、本発明は、経過時間計測部で計測されたリッチリーン切替後の経過時間が所定時間以上のときには、学習モード切替部が、急速学習手段により学習値を算出するように学習モードを切替え、また、前記リッチリーン切替後の経過時間が所定時間より短いときには通常学習手段により学習値を算出するように学習モードを切替えている。

さらに、本発明の内燃機関の空燃比制御装置は、空燃比センサの出力信号に基づいて空燃比のリッチリーンを判定するリッチリーン判定部を備え、空燃比学習制御手段は、リッチリーン切替り後の経過時間を計測する経過時間計測部と、内燃機関へ供給された混合気が排気ガスとなって空燃比センサに到達するまでの時間と空燃比センサの応答遅れにより生じる応答遅れ時間を算出する応答遅れ時間算出部と、前記通常学習手段による学習値の算出と前記急速学習手段による学習値の算出との切替を行う学習モード切替部と、を有し、前記学習モード切替部は、前記経過時間計測部の計測値が応答遅れ時間算出部で算出された応答遅れ時間より短いときには前記通常学習手段で学習値を算出し、前記計測値が前記応答遅れ時間以上のときには前記急速学習手段で学習値を算出するように学習モードの切替を行うことを特徴としている。

前述した通り、内燃機関に供給された混合気の空燃比の状態を空燃比センサが検出するまでには、燃料供給から空燃比センサに排気ガスが到達するまでの輸送遅れ時間と空燃比センサ自体の検出遅れに基づく応答遅れ時間が存在する。

したがって燃料供給後、前記応答遅れ時間が経過しても空燃比センサで検出した空燃比が空燃比制御装置で設定した目標値に達しない、すなわち、空燃比フィードバック補正係数の増減方向が変化しないということは、応答遅れ時間前に供給した燃料量と目標空燃比に必要な燃料量とに差が生じていることを示している。

応答遅れ時間経過後、空燃比フィードバック補正係数の増減方向が反転するまでの空燃比フィードバック補正係数の増減量は、目標空燃比に対する燃料の過不足分を表している。

そこで、本発明では、リッチリーン切替り後の経過時間の計測値が応答遅れ時間算出部で算出された応答遅れ時間以上に長いとき、すなわち、フィードバック制御開始後もしくはリッチリーン反転後に前記応答遅れ時間が経過してもリッチリーンの反転が発生しないときは、空燃比センサで検出される空燃比と目標空燃比に偏差が発生していると判定し、急速学習手段により学習値を算出して学習値の更新を開始し、リッチリーンの反転が発生するまで、更新を継続する。リッチリーン切替り後の経過時間の計測値が応答遅れ時間算出部で算出された応答遅れ時間より短いときは、空燃比センサで検出される空燃比が目標空燃比の近傍にあると判定し、通常学習手段で学習値を算出する。

さらに、本発明の内燃機関の空燃比制御装置における空燃比学習制御手段は、通常学習手段及び急速学習手段により算出された学習値を内燃機関の運転状態毎に異なるメモリ領域に記憶する学習値記憶部と、該学習値記憶部から内燃機関の運転状態に対応した学習値を、基本燃料噴射量を補正する学習値として読み出す学習値読み出し部と、を備えることを特徴としている。

また、本発明の内燃機関の空燃比制御装置における急速学習手段は、その学習値更新周期を、前記空燃比フィードバック補正係数算出部の空燃比フィードバック補正係数の更新周期と等しくすることを特徴としている。本発明では、急速学習手段による学習値更新周期が、空燃比フィードバック補正係数算出部の空燃比フィードバック補正係数の更新周期と等しくされているので、学習値更新が早く行われ、目標空燃比との偏差を素早く補正することができる。

本発明によれば、基本燃料噴射量を補正する学習値を算出する学習モードを空燃比の状態によって切替えることにより、学習停止期間を極力短くすることができ、このため、従来技術では学習値の更新を停止していた期間であっても学習値の更新を行うことができ、内燃機関の運転状態が、短い時間で変化する場合であっても良好な空燃比制御が可能となる。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置が適用されるエンジンのシステム構成図である。
２０３は吸入空気の量を制御する絞弁を備えた絞弁組立体すなわちスロットルボディであり、スロットルボディ２０３を通過した空気はインテークコレクタ（サージタンク）２０４に入る。

該インテークコレクタ２０４には、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ２０１、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ２０５、エンジン２１６の各気筒に空気を分岐供給する複数の吸気分岐管２０６が接続されており、吸気分岐管２０６には電子制御式の燃料噴射弁２０８が取付けられている。

エンジン２１６の吸入側には、吸気弁を可変動作する可変動弁機構２０９と吸気バルブの動作状態を検出する吸気バルブセンサ（図示せず）を備えており、吐出側には排気弁を可変動作できる可変動弁機構２１１が設けられている。

２０７はＥＧＲバルブであり、該バルブを開いて排気ガスの一部を吸気系に戻す。２２３はパージバルブであり、燃料タンク２１８内の蒸発ガスをキャニスタ２２０で吸着し、吸着された燃料は該パージバルブ２２３を通って吸気系に戻される。

２１２はＥＣＵ（電子制御装置）であり、吸気温センサ２０１、吸気管圧力センサ２０５、空燃比センサ２１３、水温センサ２１４、酸素センサ２１５、クランク角センサ２１７、スロットルセンサ２２４、大気圧センサ２２５等の各出力信号が入力され、スロットルボディ２０３内のスロットルバルブを動作させるスロットル駆動モータ２０２、ＥＧＲバルブ２０７、燃料噴射弁２０８、可変動弁機構２０９，２１１、点火コイル２１０、プレッシャレギュレータ２２２、パージバルブ２２３等に対して制御信号を出力する。

燃料は燃料ポンプ２１９により吸い出され、プレッシャレギュレータ２２２で調圧された後、燃料配管２２１を経て燃料噴射弁２０８に至る。燃料噴射弁２０８の適正な噴射量は、各種センサからの入力に基づいてＥＣＵ２１２により算出されて決定される。

図２はＥＣＵ２１２の内部構成を示すものである。
ＥＣＵ２１２は、入力回路３０３、Ａ／Ｄ変換部３０４、ＣＰＵ（中央演算部）３０５、ＲＯＭ３０７、ＲＡＭ３０９、及び出力回路３１０を含んだコンピュータにより構成された電子制御装置である。入力回路３０３には、センサ類３０１から出力された信号が入力信号３０２として取り込まれる。

入力回路３０３は、入力信号３０２がアナログ信号の場合（例えば、スロットルセンサ２２４、水温センサ２１４等からの信号）、該信号からノイズ成分の除去等を行い、当該信号をＡ／Ｄ変換部３０４に出力するためのものである。

ＣＰＵ３０５は、該Ａ／Ｄ変換結果を取り込み、ＲＯＭ３０７等の記憶媒体に記憶された制御ロジック（プログラム）３０８を実行する事によって、多種多様な制御及び診断等を実行する機能を備えている。

なお、ＣＰＵ３０５で演算された演算結果及び前記Ａ／Ｄ変換結果は、ＲＡＭ３０９に一時的に記憶されるとともに、該演算結果は、出力回路３１０を通じて制御出力信号３１１として出力され、アクチュエータ類３１２（例えば、燃料噴射弁２０８、点火コイル２１０等）の制御に用いられる。

一方、入力信号３０２がデジタル信号の場合（例えば、クランク角センサ２１７等からの信号）、入力回路３０３から信号線３０６を介して直接ＣＰＵ３０５に取り込まれ、前記同様ＣＰＵ３０５で演算される。

図３は、本発明の空燃比制御装置の構成を示すブロック図である。
空燃比制御装置は、大きく分けると内燃機関の回転数と吸入空気量に基づいて基本燃料噴射量を算出する基本燃料噴射量算出部４０１と、前記基本燃料噴射量を補正するための空燃比フィードバック補正係数を算出する空燃比制御手段４０２と、空燃比フィードバック補正係数に基づいて学習値を算出し、内燃機関の運転状態ごとに異なるメモリ領域に前記学習値を記憶し、この学習値により前記基本燃料噴射量の補正を行う空燃比学習制御手段４０３と、前記基本燃料噴射量と前記空燃比フィードバック補正係数と前記学習値により燃料噴射弁２０８の開弁時間を設定する燃料噴射制御手段４０４と、から構成される。

空燃比制御手段４０２は、空燃比センサ２１３が活性化状態である、燃料カット状態ではない、負荷が安定している等の空燃比フィードバック補正係数を算出するための条件が満たされているかを判定する制御条件判定部４０５と、空燃比センサ２１３からの出力信号により空燃比のリッチリーンを判定するリッチリーン判定部４０６と、空燃比センサ２１３からの出力信号に基づいて空燃比フィードバック補正係数を算出する空燃比フィードバック補正係数算出部４０７とから構成される。

空燃比学習制御手段４０３は、制御条件判定部４０５の判定結果と各種センサの情報とから学習値の更新を許可／停止するかを判定する学習制御条件判定部４０８と、リッチリーン反転回数を計測するカウンタを有し、通常学習モードにおける学習値の算出を行う通常学習手段４０９と、急速学習モードにおける学習値の算出を行う急速学習手段４１０と、リッチリーン切替り後の経過時間を計測する経過時間計測部としてのタイマ部４１１と、内燃機関へ供給された混合気の空燃比を空燃比センサが検出するまでの応答遅れ時間を算出する応答遅れ時間算出部４１２と、前記タイマ部４１１及び応答遅れ時間算出部４１２との結果を比較し、通常学習手段４０９による通常学習モードと急速学習手段４１０による急速学習モードとの切替を行う学習モード切替部４１３と、学習値を記憶しておく学習値記憶部４１４と、学習値読み出し部４１５とから構成される。

次に空燃比制御手段４０２、空燃比学習制御手段４０３、燃料噴射制御手段４０４の制御についてフローチャートにより詳しく説明する。

図４は、燃料噴射制御において電子制御式燃料噴射弁２０８の燃料噴射量を決定する開弁時間Ｔｉの算出方法を示したフローチャートであり、クランク角センサ２１７が出力するＲＥＦ信号に同期して実行される。

Ｓ５０１では、シリンダ吸入空気量ＱＡＲと内燃機関回転数ＮＤＡＴＡと定数Ｋから基本燃料パルス幅Ｔｐを算出する。基本燃料パルス幅Ｔｐは、下記（式１）で算出する。
Ｔｐ＝Ｋ×（ＱＡＲ／ＮＤＡＴＡ）………………………………………（式１）

Ｓ５０２では、空燃比制御手段４０２で算出する空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡを読込む。

Ｓ５０３では、空燃比学習制御手段４０３で算出する学習値ＫＬＭＮＴを読込むが、学習値ＫＬＭＮＴは、図５に示すテーブル６０１のように回転数、負荷により決定される運転領域によってメモリ領域が異なるように設定されているため、現在の運転領域（ｎ）に対応した学習値ＫＬＭＮＴ（ｎ）を読込む。Ｓ５０４では、基本燃料パルス幅Ｔｐを、空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡと学習値ＫＬＭＮＴとで補正して燃料噴射弁２０８の開弁時間Ｔｉを算出する。燃料噴射弁２０８の開弁時間Ｔｉは、下記（式２）で算出する。
Ｔｉ＝Ｔｐ×（ＧＡＭＭＡ＋ＫＬＭＮＴ（ｎ））…………………………（式２）

図６は空燃比制御手段４０２における空燃比フィードバック補正係数の算出方法を示すフローチャートであり、例えば、１０ｍｓごと等の所定時間ごとに実行される。
Ｓ７０１では、燃料カット状態ではない、負荷が安定している等のフィードバック制御を行うための条件が満たされているかを判定し、フィードバック制御条件が満たされていない場合は、Ｓ７０２に進み空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡを１に設定する。Ｓ７０１でフィードバック制御条件が満たされている場合は、Ｓ７０３で空燃比センサ２１３の出力が目標値と比較され、検出された空燃比が目標値よりもリーン（大きい）か、リッチ（小さい）かを判定し、リーンであればＳ７０４に進む。

Ｓ７０４では、前回検出された空燃比がリーンであるかを判定し、前回リッチであ（リーンでなけ）れば、リッチからリーンに変化しているので、Ｓ７０５に進み前回算出した空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡ[ｚ]に所定の比例ステップ値ＬＡＭＰを増加させて新たな空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡを算出する。

Ｓ７０４で前回リーンの場合はＳ７０６に進み、空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡ[ｚ]に所定の積分ステップ値ＬＡＭＩを増加させ新たな空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡを算出する。

Ｓ７０３で空燃比センサ２１３の出力が目標値よりもリッチ（小さい）と判定した場合はＳ７０７に進む。Ｓ７０７では、前回検出された空燃比がリッチであるかを判定し、リッチでなけ（リーンであ）ればＳ７０８に進み、リーンからリッチに変化しているので、前回算出した空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡ[ｚ]から所定の比例ステップ値ＬＡＭＰを減少させて新たな空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡを算出する。

Ｓ７０７で前回リッチであると判定された場合は、Ｓ７０９に進み、空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡ[ｚ]から所定の積分ステップ値ＬＡＭＩを減少させて新たな空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡを算出する。

次に空燃比制御手段４０２で実行される空燃比フィードバック制御と並行して空燃比学習制御手段４０３で実行される空燃比学習制御について図７により説明する。

Ｓ８０１では、内燃機関の前回の運転領域と現在の運転領域が同じ領域にあるかを判定し、同一領域にない場合は、Ｓ８０２に進んでタイマ部４１１のタイマをリセットし、Ｓ８０３でリッチリーン反転回数を計測するカウンタをゼロにクリアする。Ｓ８０１で、内燃機関の前回の運転領域と現在の運転領域が同一の領域にあると判定した場合は、Ｓ８０４に進み、空燃比フィードバック制御中であるか、水温センサ２１４によるエンジンの水温が所定値内にあるか等の空燃比学習制御を行うための条件が満たされているかを判定し、条件が満たされていない場合は、上述したＳ８０２〜Ｓ８０３を実行する。Ｓ８０４で、空燃比学習制御を行うための条件が満たされていると判定された場合は、Ｓ８０５に進み、タイマ部４１１のタイマ値がゼロであれば、Ｓ８０６に進んで応答遅れ時間算出部４１２の応答遅れ時間をセットする。応答遅れ時間ＤＥＴＩＭＥは、下記（式３）で算出する。
ＤＥＴＩＭＥ＝ＤＥＳＥＮＳ＋ＤＥＡＩＲ………………………………（式３）

ここで、ＤＥＳＥＮＳは、排気ガスが空燃比センサに到達してから、空燃比センサが排気ガスの状態を電気信号によりＥＣＵ２１２に入力するまでの時間であり、これはセンサ単体の台上試験により計測することができる。

また、ＤＥＡＩＲは、内燃機関へ供給された混合気が排気ガスとなって空燃比センサに到達するまでの時間であり、排気ガス流量が内燃機関の吸入空気流量と同一であると仮定し、この排気ガス流量で空燃比センサまでの排気管容積が充満されるまでの時間がＤＥＡＩＲであるとすると、ＤＥＡＩＲは下記（式４）により近似することができる。
ＤＥＡＩＲ＝（ＥＸＤＥＮＳＩＴＹ×ＥＸＶＯＬＵＭＥ）÷ＱＡＲ………（式４）

ここで、ＱＡＲ（ｋｇ/ｓ）は内燃機関の吸入空気量であり、ＥＸＤＥＮＳＩＴＹ（ｋｇ/ｍ^３）は、排気ガスの密度であり、下記（式５）により算出する。
ＥＸＤＥＮＳＩＴＹ=1.293×273.2/（273.2＋ＥＸＴＥＭＰ）×（101.3＋ＥＸＰＲＳ）……………（式５）

ここで、ＥＸＴＥＭＰ（℃）は排気温度、ＥＸＰＲＳ（kPa）は排気管圧力で、それぞれ内燃機関の吸入空気量ＱＡＲに基づいた実験データから設定したテーブル等から求めることができる。ＥＸＶＯＬＵＭＥ（ｍ^３）は内燃機関の排気ポートから空燃比センサ２１３までの排気管容積である。また、1.293は標準状態の空気密度であり、101.3は大気圧（kPa）である。

Ｓ８０５でタイマ部４１１のタイマ値がゼロの場合は、Ｓ８０７に進む。Ｓ８０７では、タイマ部４１１が計測した、リッチリーンが反転した時からの時間と応答遅れ時間とを比較し、応答遅れ時間の方がタイマの計測値より長い（不等式が成立している）場合は、Ｓ８０８に進んで通常学習手段４０９による通常学習モードを実行し、Ｓ８０７で、応答遅れ時間の方がタイマの計測値より短い（不等式が不成立の）場合は、Ｓ８０９に進み反転回数カウンタをゼロクリアし、Ｓ８１０で急速学習手段４１０による急速学習モードを実行する。

次に、Ｓ８０８で通常学習手段４０９が行う通常学習モードの内容を図８のフローチャートにより説明する。Ｓ９０１でリッチリーン反転が発生したか否かを判断し、リッチリーン反転が発生した場合は、Ｓ９０２に進み反転回数カウンタＮを１増加させ、Ｓ９０３に進み反転回数カウンタＮに対応した偏差値ＧＡＭＭＡＢのメモリ領域に空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡの基準値からの偏差（ＧＡＭＭＡ−１）をセットしＳ９０４に進む。

Ｓ９０４で反転回数カウンタが４に達しているかを判断し、反転回数カウンタが４の場合は、Ｓ９０５に進み、学習値反映量ＡＬＰＡＶを算出する。ここでは学習値反映量ＡＬＰＡＶは、偏差値ＧＡＭＭＡＢ[１]〜ＧＡＭＭＡＢ[４]の平均値の５０％としている。Ｓ９０６では、学習値ＫＬＭＮＴに学習値反映量ＡＬＰＡＶを加算して新たな学習値ＫＬＭＮＴを算出し、Ｓ９０７では、学習値に負担させた学習値反映量ＡＬＰＡＶを空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡから減算して新たな空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡを算出し、Ｓ９０８で反転回数カウンタＮをゼロクリアし、Ｓ９０９に進みタイマ部４１１のタイマをゼロリセットし通常学習モードを終了する。

Ｓ９０１が不成立の場合は、Ｓ９１０でタイマ部４１１のタイマを所定値インクリメントして通常学習モードを終了する。

次に、Ｓ８１０で急速学習手段４１０が行う急速学習モードの内容を図９のフローチャートにより説明する。
Ｓ１００１でリッチリーン反転が発生したか否かを判断し、リッチリーンの反転が発生した場合は、Ｓ１００２に進み、タイマ部４１１のタイマをゼロリセットして、急速学習モードを終了する。Ｓ１００１でリッチリーンの反転が発生していない場合は、Ｓ１００３に進み、タイマ部４１１が計測した、リッチリーンの反転した時からの計測値と応答遅れ時間とを比較し、計測値＝応答遅れ時間の場合は、Ｓ１００４に進み、学習値更新時の空燃比フィードバック補正係数の基準値ＧＡＭＭＡＴＭＰに現在の空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡをセットし、Ｓ１００５に進む。Ｓ１００５では、同様に学習値更新時の学習値の基準値ＫＬＭＮＴＭＰに現在の学習値ＫＬＭＮＴをセットし、Ｓ１００６で、学習値ＫＬＭＮＴを、下記（式６）により算出する。
ＫＬＭＮＴ＝ＫＬＭＮＴＭＰ＋ＧＡＭＭＡ−ＧＡＭＭＡＴＭＰ……………（式６）

そして、Ｓ１００７でタイマ部４１１のタイマを所定値インクリメントして急速学習モードを終了する。

以上説明した本発明の実施形態の内燃機関の空燃比制御装置によって制御したときの検出空燃比、空燃比フィードバック補正係数、学習値を図１０に示す。

ブロック１１０１の運転領域に示されるように、目標空燃比１４．７で内燃機関を運転し１０ｓｅｃで運転領域を変化させたときの、空燃比センサで検出した検出空燃比１１０２、前記空燃比フィードバック補正係数であるＧＡＭＭＡ１１０３（基準値は１）、学習値であるＫＬＭＮＴ１１０４の変化を示したものであり、実線が本発明の実施形態であり、破線が従来技術の例である。

検出空燃比の挙動をみると、従来の空燃比制御装置と比べ、本発明の実施形態では、目標空燃比への応答性が約１．５秒向上していることが分かる。これは、ブロック１１０４の学習値ＫＬＭＮＴのグラフに示す通り、応答遅れ時間経過後に急速学習モードが実行され、急速学習モードが実行されている期間は、空燃比フィードバック補正係数ＧＡＭＭＡと学習値ＫＬＭＮＴにより同時に同方向に燃料噴射量に補正を加えているためである。

また、本発明の実施形態では、このような空燃比を目標空燃比に早期に制御するという空燃比の制御の応答性向上の効果だけではない。図１０のブロック１１０４に示されるとおり、従来の空燃比制御装置では、本発明の実施形態の学習値の更新が開始されてから５秒の遅延期間の後に学習値の更新が開始されるので、この遅延期間に運転領域が変化すると、さらに学習値の更新が遅れることになる。本発明の実施形態では、この遅延期間中に運転領域が変化しても、学習値ＫＬＭＮＴの更新が可能であり、運転領域が時々刻々変化する場合であっても学習機会を逃さず良好な空燃比制御を実施することが可能である。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。また、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。

例えば、前記実施形態では、タイマ部４１１が計測した、リッチリーンが反転した時からの計測値と応答遅れ時間とを比較し、応答遅れ時間の方がタイマの計測値より長い場合は、通常学習手段４０９による通常学習モードを実行し、応答遅れ時間の方がタイマの計測値より短い場合は、急速学習手段４１０による急速学習モードを実行するように構成している。これは、図１１から明らかなように、空燃比センサ２１３で検出される空燃比と目標空燃比との偏差が、小さい場合と大きい場合とでは、空燃比フィードバック補正係数の挙動が異なっており、空燃比フィードバック補正係数に基づいて学習値を算出する空燃比学習制御手段を、空燃比フィードバック補正係数の状態に適した学習値の学習方法にするためである。この空燃比フィードバック補正係数の状態を判別する方法としては、空燃比センサ２１３で検出される空燃比と目標空燃比との偏差によって判別するように構成しても良い。

また、タイマ部４１１が計測した、リッチリーンの反転した時からの計測値を所定の値と比較することにより簡易に空燃比フィードバック補正係数の状態を判別するように構成しても良い。さらに、所定の値を、運転状態に応じて記憶しておき、運転状態に応じて所定の値を読み出してリッチリーンの反転した時からの計測値と比較するようにしてもよい。

本発明の空燃比制御装置が適用されるエンジンのシステム構成図。 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図。 本発明に係る実施形態の空燃比制御装置の基本的な内部構成を示すブロック図。 本発明に係る実施形態の空燃比制御装置の動作を示すフローチャート。 内燃機関の運転領域の区分方法を示す図。 本発明に係る実施形態の空燃比制御装置における空燃比制御の制御動作を示すフローチャート。 本発明に係る実施形態の空燃比制御装置における空燃比学習制御の制御動作を示すフローチャート。 本発明に係る実施形態の空燃比制御装置における通常学習モードの制御動作を示すフローチャート。 本発明に係る実施形態の空燃比制御装置における急速学習モードの制御動作を示すフローチャート。 本発明の空燃比制御装置による空燃比制御における学習値、空燃比フィードバック補正係数のグラフを示す図。 従来の空燃比制御装置による空燃比制御における学習値、空燃比フィードバック補正係数のグラフを示す図。

符号の説明

２０１…吸気温センサ、２０２…スロットル駆動モータ、２０３…スロットルボディ、２０４…インテークコレクタ（サージタンク）、２０５…吸気管圧力センサ、２０６…吸気分岐管、２０７…ＥＧＲバルブ、２０８…燃料噴射弁、２０９…吸気側可変動弁機構、２１０…点火コイル、２１１…排気側可変動弁機構、２１２…ＥＣＵ、２１３…空燃比センサ、２１４…水温センサ、２１５…酸素センサ、２１６…エンジン、２１７…クランク角センサ、２１８…燃料タンク、２１９…燃料ポンプ、２２０…キャニスタ、２２１…燃料配管、２２２…プレッシャレギュレータ、２２３…パージバルブ、２２４…スロットルセンサ、２２５…大気圧センサ、３０１…センサ類、３０２…入力信号、３１１…制御出力信号

Claims (5)

1. 内燃機関の回転数と吸入空気量に基づいて基本燃料噴射量を算出する基本燃料噴射量算出部と、空燃比センサの出力信号に基づいて前記基本燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック補正係数を算出する空燃比フィードバック補正係数算出部と、前記空燃比フィードバック補正係数に基づいて学習値を算出し、該学習値により前記基本燃料噴射量を補正する空燃比学習制御手段と、を備える内燃機関の空燃比制御装置であって、
   前記空燃比学習制御手段は、前記空燃比センサで検出される空燃比と目標空燃比との偏差が小さいときに学習値を算出する通常学習手段と前記空燃比センサで検出される空燃比と目標空燃比との偏差が大きいときに学習値を算出する急速学習手段とを有することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 前記空燃比制御装置は、空燃比センサの出力信号に基づいて空燃比のリッチリーンを判定するリッチリーン判定部を備え、
   前記空燃比学習制御手段は、リッチリーン切替り後の経過時間を計測する経過時間計測部と、前記通常学習手段による学習値の算出と前記急速学習手段による学習値の算出との切替を行う学習モード切替部と、を有し、
   該学習モード切替部は、前記経過時間計測部の計測値が所定時間より短いときには前記通常学習手段で学習値を算出し、前記計測値が所定時間以上のときには前記急速学習手段で学習値を算出するように学習モードの切替を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 前記空燃比制御装置は、空燃比センサの出力信号に基づいて空燃比のリッチリーンを判定するリッチリーン判定部を備え、
   前記空燃比学習制御手段は、リッチリーン切替り後の経過時間を計測する経過時間計測部と、内燃機関へ供給された混合気が排気ガスとなって空燃比センサに到達するまでの時間と空燃比センサの応答遅れにより生じる応答遅れ時間を算出する応答遅れ時間算出部と、前記通常学習手段による学習値の算出と前記急速学習手段による学習値の算出との切替を行う学習モード切替部と、を有し、
   前記学習モード切替部は、前記経過時間計測部の計測値が応答遅れ時間算出部で算出された応答遅れ時間より短いときには前記通常学習手段で学習値を算出し、前記計測値が前記応答遅れ時間以上のときには前記急速学習手段で学習値を算出するように学習モードの切替を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
4. 前記空燃比学習制御手段は、前記通常学習手段及び急速学習手段により算出された学習値を内燃機関の運転状態毎に異なるメモリ領域に記憶する学習値記憶部と、前記学習値記憶部から内燃機関の運転状態に対応した学習値を、前記基本燃料噴射量を補正する学習値として読み出す学習値読み出し部と、を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
5. 前記急速学習手段は、その学習値更新周期を、前記空燃比フィードバック補正係数算出部の空燃比フィードバック補正係数の更新周期と等しくすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。

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