JP2522010B2 - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、運転状態に応じて、燃料の供給を制限する
エンジンの空燃比を制御する装置に関する。

［従来の技術］ 従来、急激に吸気管負圧が上昇する時、例えばシフト
チェンジ時の減速時において、吸気系に付着していた燃
料によるオーバーリッチ、高負圧による失火現象が生
じ、この際HC,CO等の未燃物が多量に排出されるため、
これを吸気量，エンジン回転数等から求めた燃料供給量
が所定量以下になったことから検出し、燃料カットする
ことが行われている。即ち、従来は極軽負荷状態におい
て、燃料カットを実行することにより、オーバーリッチ
を防止して、未燃焼HC,COの排出を低減していた。

ところが、燃料カットを実行後、空燃比センサ（O₂セ
ンサ）の検出値に基づく空燃比フィードバック制御に復
帰したときに、第８図の時点TAから時点TBに示すよう
に、噴射時間taueの低減状態及び燃料カット状態の排気
をO₂センサが燃料カットからの復帰後の時点TCまで検出
するため、この時点TBから時点TCまでフィードバック補
正係数が増加して、燃料噴射量を増量する。そこで、従
来は、このような空燃比フィードバック補正係数の荒れ
による不具合を解決するために以下に示すようなことが
行われていた。

燃料カット時間に応じて、空燃比フィードバックを
再開する時間（フィードバックディレー時間）を、決定
する（特開昭58−214626号公報参照）。所定のフィー
ドバックディレー時間を設ける（特開昭59−155549号公
報参照）。燃料カット終了時点から所定時間は、オー
プン制御を行う（特開昭61−65042号公報参照）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の技術では、いずれもフィードバ
ックディレー時間を設け、上記空燃比フィードバック補
正係数の荒れの防止を図っているが、このフィードバッ
クディレー時間は、あくまでも見込み時間であることか
ら、運転状態，経時変化等で変動する。このディレー時
間が適切値より長くなった場合には、O₂センサは、燃料
カットからの影響を受けなくなり上記の荒れは回避でき
る半面、フィードバック制御の開始が遅れて、理論空燃
比への制御が遅れる問題が発生する。また、ディレー時
間がO₂センサの応答遅れより短くなり時点TSになった場
合には、O₂センサはこの時点では燃料カットの空燃比を
検出しているため、空燃比補正係数fafはリッチ側にな
る。特に空燃比制御の応答性を向上するためのfafのス
キップ制御を行っている場合には、このスキップによっ
て大きくリッチ側にずれ、理論空燃比から外れて、エミ
ッションの悪化を招く問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決することにより、空燃
比制御を適切に維持して、エンジンの排気の清浄性を向
上することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を解決するための手段として、本発明のエン
ジンの空燃比制御装置は、第１図に例示するように、 エンジンMAの運転状態に基づいて該エンジンMAに燃料
を供給する燃料供給手段MBと、排気から空燃比を検出す
る空燃比センサMCの検出値に基づいて、上記燃料供給手
段MBが供給する燃料をスキップ制御と積分制御とにより
増減補正して、エンジンMAの空燃比が所定値になるよう
に制御する空燃比補正手段MDと、エンジンMAの運転状態
が所定状態の場合に、該エンジンMAに供給する燃料量を
制限する供給量制限手段MEとを備えるエンジンの空燃比
制御装置において、 上記燃料供給量の制限状態から空燃比センサMCの検出
値に基づく空燃比補正状態に移行する時を検出する移行
時検出手段MFと、 上記空燃比補正の開始を上記移行するときから所定時
間遅らせる遅延手段MGと、 上記空燃比補正開始時の補正を積分制御から開始する
ことで、該補正が増量側へ所定量を越えて行われないよ
うに制限する補正量制限手段MHと を備える。

燃料供給手段MBとは、例えばエンジン吸入空気量，回
転数，冷却水温，吸入空気温等に基づいて燃料噴射量を
演算し、エンジンMAに燃料を供給するものである。

空燃比補正手段MDとは、例えば空燃比センサMCの検出
した排気の酸素濃度に基づいて、エンジンMAの空燃比
を、理論空燃比，所定のリッチあるいはリーン空燃比に
制御するものである。

供給量制限手段MEとは、例えばエンジンMAの負荷ある
いは燃料噴射量が所定値以下の場合に、エンジンMAに供
給する燃料量を所定値以下あるいはカットするものであ
る。

移行時検出手段MFとは、例えばオープン制御による燃
料供給制限状態から空燃比フィードバック状態に移行す
るときを検出するものである。

遅延手段MGとは、例えば空燃比フィードバックの実行
を所定時間遅らせるものである。

補正量制限手段MHとは、例えば空燃比フィードバック
制御の開始時の補正係数が所定値以上増量側にならない
ようにするものであって、例えば開始時の空燃比が理論
空燃比に相当する状態になるように制御するものであ
る。

［作用］ 本発明のエンジンの空燃比制御装置は、運転状態に基
づいて燃料供給手段MBがエンジンMAに燃料を供給する。
このエンジンMAに燃料を供給する燃料供給手段MBは、各
手段によって、以下のように制御される。

空燃比センサMCの検出値に基づいて空燃比補正手段MD
がエンジンMAの空燃比が所定値になるようにスキップ制
御と積分制御とにより燃料を増減する。

エンジンMAの運転状態が所定状態の場合に供給量制限
手段MEが燃料を制限する。

移行時検出手段MFが空燃比補正状態に移行する時を検
出したとき、遅延手段MGによって、この移行が所定時間
遅らせられる。

上記による遅延の後、上記の空燃比制御の実行を
開始するときには、積分制御から補正を開始すること
で、この空燃比制御による補正が増量側に所定量を越え
て行われないように補正量制限手段MHが制限する。

これにより、燃料供給の制限状態から、空燃比補正状
態に移行する場合には、この移行に先立って所定の遅延
時間が付加されると共に、空燃比制御は、所定の増量側
の空燃比以下で開始される。したがって、例えば燃料カ
ットから空燃比制御の再開時には、空燃比制御は、燃料
カットされた排気に影響されることはなくなり、しかも
再開時の空燃比は、ほぼ理論空燃比にされる。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第２図は本実施例が適用されるシステムの概略構成を
６気筒のエンジン10を中心に示すものである。

エンジン10は、エンジンコントローラ12によって制御
されるものである。吸入空気の吸気口のエアクリーナ14
の近傍には、吸入空気温を検出して吸気温信号を出力す
る吸気温センサ16と、吸入空気量を検出して吸気量信号
を出力する吸気量センサ18とが設けられている。エアク
リーナ14の下流側には、スロットルバルブ20が配置さ
れ、このスロットルバルブ20には、スロットルバルブ全
開状態で「オン」する（LL「オン」）アイドルスイッチ
22と、スロットルバルブ20の開度TAを検出するためのス
ロットルセンサ24とが取り付けられている。スロットル
バルブ20の下流側には、サージタンク26が形成され、こ
のサージタンク26の下流には、インテークマニホールド
28及び吸入ポート30が各気筒に対応して設けられてい
る。それぞれの吸入ポート30には、エンジンコントロー
ラ12からの開弁信号によって、開弁する６個の燃料噴射
バルブ32が取り付けられている。それぞれの燃料噴射バ
ルブ32から噴射された燃料をそれぞれ燃焼させる燃焼室
34の下流側にはエキゾーストマニホールド36が設けられ
ている。エキゾーストマニホールド36には、排出ガスの
残留酸素濃度を検出して、空燃比信号を出力するO₂セン
サ38が取り付けられ、この下流には三元触媒39が設けら
れている。

燃焼室34を形成するエンジンブロック40には、ウォー
タジャケット内の冷却水温を検出して冷却水温信号を出
力するエンジン水温センサ42が取り付けられている。

燃焼室34に設けられた点火プラグ44には、エンジンコ
ントローラ12からの出力に応じて点火時期が制御される
イグナイタ46からの高電圧がディストリビュータ48を介
して供給されている。該ディストリビュータ48には、エ
ンジン回転数NEを算出するためのクランク角信号を出力
するエンジン回転数センサ50と気筒判別信号を出力する
気筒判別センサ52とが設けられている。

エンジンコントローラ12は、入力インタフェース54、
出力インタフェース55、記憶部56、及び中央処理部58を
備え、以下に示す処理を行う。

エンジン10の各部のセンサからの信号等を、入力イン
タフェース54を介して入力する処理。

上記入力された各種の信号に基づき、記憶部56に記憶
されている各種の制御ルーチンのプログラム、及びデー
タ等にしたがって、各種駆動信号を中央処理部58で演算
する処理。

中央処理部58の演算結果に基づいて、エンジン10の各
部の駆動信号等を出力インタフェース55から出力する処
理。

次に第３図ないし第６図に基づいて、エンジンコント
ローラ12で8ms毎に実行される本実施例の制御を説明す
る。第３図のフィードバック開始判定ルーチンが起動さ
れると、まず第４図にて説明する有効噴射量に基づくフ
ューエルカット実行フラグ（以後TAUE F/C実行フラグ
と記す）XFTがフューエルカットを示すXFT＝１かあるい
はフューエルカットの実行中でない状態を示すXFT＝０
の状態であるかを判定する（ステップ100）。ここでフ
ューエルカット実行中である（XFT＝１）とされた場合
には、次に後述するフィードバックディレー状態時にセ
ットされるF/Bディレー中フラグXFBTとフィードバック
実行中にセットされるF/B実行フラグXFBとのクリアして
（ステップ110）、本ルーチンを一旦終了する。

一方TAUE F/C実行フラグXFTがフューエルカットの実
行中でないことを示している場合には、次にF/Bディレ
ー中フラグXFBTがセットされているか否かを判断する
（ステップ120）。ここでF/Bディレーの実行中を示して
いれば、そのまま次ぎに移行し、F/Bディレーの実行中
を示していなければ（XFBT＝０）、次にF/Bディレー時
間を設定するためのディレーカウンタCTDにたとえば25
を設定し、次いでF/Bディレー中フラグXFBTをセットし
て（ステップ130）、次ぎに移行する。上記CTD等をセッ
ト後は、ディレーカウンタCTDをデクリメントし（ステ
ップ140）、ついでこのカウンタの値が「ゼロ以下」か
否かを判定する（ステップ150）。カウンタCTDが「ゼロ
以下」でなければ、そのまま本ルーチンを終了し、「ゼ
ロ以下」であれば、F/B実行フラグXFBをセットし、ディ
レーカウンタCTDをクリアして、本ルーチンを一旦終了
する。

以上の本ルーチンにより、フューエルカット実行状態
から復帰するとき、ディレーカウンタCTDが「ゼロ」に
なる時間（ここでは200ms）経過後にF/B実行フラグXFB
がセットされ、空燃比フィードバックが可能になる。

次ぎに上記第３図のフィードバック開始判定で参照し
たTAUE F/C実行フラグXFTのセットとフューエルカット
の実行とを行なう第４図の有効噴射量TAUEによるフュー
エルカット実行ルーチンを説明する。第４図のルーチン
が起動されると、まず各センサからデータの読み込みが
行われる（ステップ200）。次いで有効噴射量TAUEの算
出を下記１式に基づいて行なう。

TAUE＝Ｋ＊Q/N＊FAF＊FTOTAL …（１） Ｋ…係数 Q/N…１回転当りの吸入空気量/rev FAF…フィードバック補正係数 FTOTAL…増量のトータル値（暖気増量，加速増量他） １式によって有効噴射量を計算した後は、次ぎにこの
TAUEとエンジン回転数NEとに基づいて、フューエルカッ
トの実行あるいは復帰を判断し、実行する（ステップ22
0ないし290）。これは以下の条件に基づいてフューエル
カットの継続、開始、または復帰を判断し、実行するも
のである。

有効噴射量TAUEが例えば1.05ms未満であり（ステップ
220）、エンジン回転数NEが例えば2000rpmを越えている
場合は（ステップ230）、前回にフューエルカットを行
なっていればそのまま継続する。

上記の条件を満たしていて、かつ有効噴射量TAUEが
例えば1.00ms以下であり（ステップ240）、しかもエン
ジン回転数NEが例えば2200rpm以上の場合には（ステッ
プ250）、次ぎにフューエルカットの実行ルーチンを処
理してフューエルカットを実行し（ステップ260）、TAU
E F/C実行フラグXFTをセットする（ステップ270）。即
ち、前回までフューエルカットを行っていなければ、今
回から開始する。

有効噴射量TAUEが例えば1.05ms以上（ステップ22
0）、もしくはエンジン回転数NEが2000rpm以下であると
された場合には（ステップ230）、次ぎにフューエルカ
ットの復帰ルーチンを処理し（ステップ280）、前回ま
でフューエルカットを行っていれば復帰して、TAUE F/
C実行フラグをクリアする（ステップ290）。

以上本ルーチンにより、フューエルカットの実行とTA
UE F/C実行フラグXFTのセットとが行われる。

次ぎに第４図の有効噴射量TAUEによるフューエルカッ
ト実行ルーチンにて参照したフィードバック補正係数FA
Fを計算するフィードバック補正係数FAF計算ルーチンを
第５図に基づいて説明する。このルーチンが起動される
と、まず第３図のルーチンで設定するF/B実行フラグXFB
の状態を判断することによって、現在空燃比フィードバ
ック状態であるか否かを判断する（ステップ300）。こ
こで空燃比フィードバック状態でないとされた場合に
は、フィードバック補正係数FAFを１に固定して（ステ
ップ310）、本ルーチンを一旦終了する。これにより、
オープン制御が行われる。

一方、F/B実行フラグXFBが空燃比フィードバック状態
を示している場合には、つぎにO₂センサ38からの空燃比
信号に基づいて設定されるO₂センサリッチリーン判定フ
ラグXOXがリッチ（XOX＝１）を示しているか、あるいは
リーン（XOX＝０）を示しているかを判断する（ステッ
プ320）。

ここでリッチを示していれば、次ぎに第６図に後述す
るスキップ実行フラグXSKPに基づいて、フィードバック
補正係数FAFのスキップ制御を行なわないか否かを判断
する（スキップ330）。行わないとされた場合には、次
ぎにFAFの増減量DIに減量方向の積分量−KIを設定し
（ステップ340）、フィードバック補正係数FAFを下記２
式に基づいて算出する（ステップ350）。

FAF＝FAF＋DI …（２） 一方、スキップ制御を行うとされた場合には、次ぎに
FAFの増減量DIに減量方向のスキップ量−SKPを設定し、
次いでスキップ実行フラグKSKPをクリアして（ステップ
360）、既述したFAFの増減処理（ステップ350）を行な
う。

これにより、空燃比フィードバックが許可され、排気
がリッチである場合において、スキップ実行フラグXSKP
の状態に基づいて、FAFがスキップ的に減少、あるいは
積分状態で減少する。

一方、排気のリッチ，リーンの判断において（ステッ
プ320）、リーンとされた場合には、次ぎにスキップ実
行フラグXSKPに基づいて、フィードバック補正係数FAF
のスキップ制御を行なわないか否かを判断する（ステッ
プ370）。行わないとされた場合には、次ぎにFAFの増減
量DIに増量方向の積分量KIを設定し（ステップ380）、
フィードバック補正係数FAFを２式に基づいて算出する
（ステップ350）。

一方、スキップ制御を行うとされた場合には、次ぎに
FAFの増減量DIに増量方向のスキップ量SKPを設定し、次
いでスキップ実行フラグXSKPをクリアして（ステップ39
0）、既述したFAFの増減処理（ステップ350）を行な
う。

これにより、空燃比フィードバックが許可され、排気
がリーンである場合において、スキップ実行フラグXSKP
の状態に基づいて、FAFがスキップ的に増大、あるいは
積分状態で増加する。

以上、本ルーチンにより排気の状態による空燃比フィ
ードバック制御，あるいは空燃比オープン制御が行われ
る。

次ぎに第５図のルーチンにおいて参照するスキップ実
行フラグXSKPを設定する第６図に示すスキップ判定ルー
チンを説明する。このルーチンが起動されると、O₂セン
サリッチリーン判定フラグXOXがリッチであるかリーン
であるかをまず判断する（ステップ400）。ここでリッ
チであるとされた場合には、次ぎに前回（ここでは8ms
前）のO₂センサリッチリーン判定フラグXOXOがリッチで
あったかリーンであったかを判断する（ステップ41
0）。前回リッチであればそのまま本ルーチンを一旦終
了し、リーンであれば、次ぎに前回のO₂センサリッチリ
ーン判定フラグXOXOをセットし（ステップ420）、続い
てスキップ実行フラグXSKPをセットして（ステップ43
0）、本ルーチンを一旦終了する。

一方、O₂センサリッチリーン判定フラグXOXがリーン
であるとされた場合には、次ぎに前回のO₂センサリッチ
リーン判定フラグXOXOがリッチであったかリンであった
かを判断する（ステップ440）。前回リーンであればそ
のまま本ルーチンを一旦終了し、リッチであれば、次ぎ
に前回のO₂センサリッチリーン判定フラグXOXOをクリア
し（ステップ450）、続いて既述したスキップ実行フラ
グXSKPをセットして（ステップ430）、本ルーチンを一
旦終了する。

以上本ルーチンにより、スキップ実行フラグXSKPは、
前回リーンであったものが今回リッチに反転した場合、
あるいは前回リッチであったものが今回リーンに反転し
た場合に、セットされる。

以上本実施例により、第７図の時点T1に示すように、
燃料カットが終了したときから所定ディレー時間（ここ
では200ms）後の時点T2まで、フィードバック補正係数F
AFが１に固定され、運転状態に基づく所定の空燃比（こ
こでは理論空燃比）へのオープン制御が行われる。所定
ディレー時間経過後の時点T2からは、第５図の処理によ
って、O₂センサリッチリーン判定フラグXOXがリーンか
らリッチに反転する時点T3まで所定の積分定数でFAFが
増加する。すなわち、ディレー時間後は、空燃比は、理
論空燃比から徐々に変化し、XOXが実際の排気の状態を
反映して反転するときを待って、通常のフィードバック
制御に基づいて推移するようになる。

したがって、本実施例によってエンジンの空燃比を制
御することにより、燃料カット後の空燃比フィードバッ
クまでのディレー時間を徒に長くする必要がなくなる。
この結果、フィードバック開始時期を最短にすることが
出来ることから、排気の清浄性が向上するという極めて
優れた効果を奏する。そのうえフィードバック開始時に
は、まず空燃比補正係数を例えば理論空燃比に対応した
値から積分状に増加、若しくは減少することから、この
復帰後に空燃比が急激に変動しなくなる。この結果、空
燃比がオープン制御によってほぼ理論空燃比に制御され
ている状態から、フィードバック制御を開始するときの
排気の清浄性が下記に示すように向上する。復帰時に
排気がリーンである場合には、オープン制御による理論
空燃比から徐々に補正係数FAFが増加することから、空
燃比が徒にリッチ側に補正されることがなくなる。復
帰時に排気がリッチである場合には、オープン制御によ
る理論空燃比から徐々に補正係数FAFが減少することか
ら、空燃比が徒にリーン側に補正されることがなくな
る。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものでな
く、例えばディレー時間をエンジン回転数，負荷等の運
転状態によって変更してもよく、あるいはフィードバッ
ク再開時にFAFの増減量DIに積分量KI（−KI）を加える
制御から開始することに代えて、所定値以下のスキップ
量SKP,例えば「ゼロ」，若しくはわずかのスキップ量に
よって空燃比制御の増減方向を反転してから、通常のフ
ィードバック制御を行ってもよい。

［発明の効果］ 本発明のエンジンの空燃比制御装置は、エンジンへの
燃料の供給を制限している状態から、所定の空燃比への
補正制御を開始するとき、この開始の時期を遅らせると
共に、開始時の空燃比補正が増量側に所定量を越えて行
われないように積分制御から補正を開始する。これによ
り、以下に示すように排気の清浄性が向上するという極
めて優れた効果を奏する。

燃料の供給を制限している状態から所定時間運転状態
に基づく燃料の供給が行われてから、空燃比補正が行わ
れることにより、この空燃比補正の制御の基準となる空
燃比センサの検出値から、上記燃料供給の制限状態の影
響を排除できる。これにより、燃料供給の制限時の情報
が空燃比補正のデータとされなくなり、空燃比制御が適
切になる。

空燃比補正の開始時の補正量が所定量以上増量側にな
らないようにされることから、開始時の空燃比が所定の
空燃比から徒にずれることがなくなる。これにより、例
えば空燃比補正が燃料供給の制限状態の影響が残ってい
る状態で開始されても、空燃比補正が適正状態に保持さ
れる。したがって、空燃比補正を可能な限り早く開始で
き、しかもこの補正を適切に行うことが出来るため、排
気の清浄性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエンジンの空燃比制御装置の基本的構
成を例示する構成図、第２図は本発明の一実施例の構成
図、第３図は実施例のフィードバック開始判定ルーチン
のフローチャート、第４図は同有効噴射量TAUEによるフ
ューエルカット実行ルーチンのフローチャート、第５図
は同フィードバック補正係数FAF計算ルーチンのフロー
チャート、第６図は同スキップ判定ルーチンのフローチ
ャート、第７図は実施例の動作状態を示すグラフ、第８
図は従来例の説明図である。 MA……エンジン、MB……燃料供給手段、MC……空燃比セ
ンサ、MD……空燃比補正手段、ME……供給量制限手段、
MF……移行時検出手段、MG……遅延手段、MH……補正量
制限手段、10……エンジン、12……エンジンコントロー
ラ、32……燃料噴射バルブ、38……O₂センサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの運転状態に基づいて該エンジン
   に燃料を供給する燃料供給手段と、排気から空燃比を検
   出する空燃比センサの検出値に基づいて、上記燃料供給
   手段が供給する燃料をスキップ制御と積分制御とにより
   増減補正して、エンジンの空燃比が所定値になるように
   制御する空燃比補正手段と、エンジンの運転状態が所定
   状態の場合に、該エンジンに供給する燃料量を制限する
   供給量制限手段とを備えるエンジンの空燃比制御装置に
   おいて、 上記燃料供給量の制限状態から空燃比センサの検出値に
   基づく空燃比補正状態に移行する時を検出する移行時検
   出手段と、 上記空燃比補正の開始を上記移行するときから所定時間
   遅らせる遅延手段と、 上記空燃比補正開始時の補正を積分制御から開始するこ
   とで、該補正が増量側へ所定量を越えて行われないよう
   に制限する補正量制限手段と を備えることを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。