JP2666218B2

JP2666218B2 - エンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2666218B2
Application number: JP15090188A
Authority: JP
Inventors: 浩二宮本; 正信幸徳; 隆門田; 裕司中尾
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1988-06-17
Filing date: 1988-06-17
Publication date: 1997-10-22
Anticipated expiration: 2012-10-22
Also published as: JPH01318734A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はエンジンの空燃比制御装置、特に空燃比をフ
ィードバック制御によって目標値に制御するようにした
装置に関する。

（従来の技術）燃費性能や排気性能の向上のため、例えば特開昭57−
44752号公報に記載されているように、エンジンの燃焼
室に供給される混合気の空燃比を最適値にフィードバッ
ク制御する空燃比制御装置が知られている。この空燃比
制御装置は、排気通路に酸素濃度センサ（以下、O₂セン
サという）を設置し、該センサによって検出される排気
ガス中の残存酸素濃度が大きいときには燃料供給量を基
本供給量に対して増量補正し、また残存酸素濃度が小さ
いときには燃料供給量を減量補正することによって、空
燃比を所定の目標空燃比（例えば、空気／燃料＝14.7）
に収束させるようにフィードバック制御するものであ
る。

（発明が解決しようとする課題）ところで、この種の装置を用いた空燃比制御において
は、車両走行時等の通常運転時には燃費性能や排気性能
の悪化を回避し、また良好な出力性能を得るために空燃
比を応答性よく制御することが要求されるのであるが、
回転変動等が生じ易いいアイドル運転時には、応答性よ
りも安定した制御が要求されるのであり、これら両者の
要求を両立するのが困難であるという問題がある。つま
り、通常運転時における応答性を重視して、目標空燃比
と実際の空燃比との偏差に対するフィードバック補正量
のゲインを大きく設定すると、アイドル運転時に燃料供
給量の変化が激しくなって安定性が悪化し、逆に上記ゲ
インを比較的小さな値に設定すると、通常運転時に所望
の応答性が得られないことになるのである。

一方、上記O₂センサは運転時間と共に劣化するのであ
るが、この劣化によって実際の空燃比の変化と該O₂セン
サの出力の変化とがずれてフィードバック補正量の変動
幅が大きくなり、そのためにアイドル運転時の安定性が
悪化するという問題もある。

そして、前者の問題に対しては、通常運転時とアイド
ル運転時とでフィードバック補正量のゲインを変更する
ことによって対応することができるが、後者の問題につ
いては、この対策によっては同時に解消することはでき
ないのである。

これに対し、上記フィードバック補正量の変動に対し
てその＋側及び−側にそれぞれ上限値及び下限値を設定
し、通常運転時には両制限値間の幅を比較的広い状態に
保持することにより、上記フィードバック補正量に制限
を加えないようにして制御の応答性を確保する一方、ア
イドル状態に移行すれば、この上、下限値を両者間の幅
が縮小されるように変化させて、フィードバック補正量
の許容変動幅を次第に狭くすることにより、燃料供給量
の変化を抑制して運転状態を安定させるといった方法が
考えられている。しかし、この方法を採用した場合に
も、次のような問題が生じうる。

つまり、上記フィードバック補正量は、基本制御量
（基本燃料供給量）が目標空燃比に対応しているときに
は、この目標空燃比に収束させるための＋側（増量側）
への変動量と−側（減量側）への変動量とが略等しくな
って、その平均値が略０となるのであるが、上記基本制
御量は吸入空気温度や燃料温度等の条件、或は燃料供給
系統における通路状態の変化等によって目標空燃比に対
応しなくなることがあり、この場合、フィードバック補
正量の平均値は＋側もしくは−側に偏ることになる。こ
のような場合に、上記のようにアイドル状態に移行して
フィードバック補正量の変動許容幅を＋側及び−側から
均等に縮小してゆくと、該フィードバック補正量の平均
値が強制的に０に近ずけられることになり、その結果、
空燃比を目標空燃比に維持することができなくなるので
ある。

また、上記のように、フィードバック補正量の平均値
＋側または−側に偏っている場合に、これを学習制御に
よって修正して、フィードバック補正量の平均値を０点
に略一致させた上で、上記の変動許容幅を縮小する制御
を行うようにすることが考えられるが、学習制御は比較
的長時間を要するため、その間、フィードバック補正量
の変動を抑制することができないという問題がある。

本発明は空燃比をフィードバック制御する場合におけ
る上記のような問題を解消し、通常運転時における応答
性とアイドル運転時における安定性とを両立することを
課題とする。

（課題を解決するための手段）上記課題を解決するため、本発明においては次のよう
な手段を用いる。

即ち、第１図に示すように、排気ガス中の残存酸素濃
度に基いて燃料供給料を増減補正することにより燃焼室
に供給される混合気の空燃比を目標値にフィードバック
制御するフィードバック制御手段Ａが備えられたエンジ
ンにおいて、このフィードバック制御手段Ａによるフィ
ードバック補正量の変動に対する上限値及び下限値を設
定する制限値設定手段Ｂと、エンジンのアイドル状態を
検出するアイドル検出手段Ｃと、該検出手段Ｃによって
アイドル状態が検出されたときに上記制限値設定手段Ｂ
によって設定されている上、下限値を可変制御する制限
値制御手段Ｄとを設ける。この制限値制御手段Ｄは、ア
イドル状態への移行時に上記上、下限値をフィードバッ
ク補正量の変動許容幅が徐々に縮小されるように変化さ
せると共に、いずれか一方の制限値がフィードバック補
正量の変動範囲に達したときにその制限値の変化を停止
させる。そして、他方の制限値もフィードバック補正量
の変動範囲に達した時点で両制限値を再び変化させ、最
終的にフィードバック補正量の変動許容幅を所定幅まで
縮小させるように作動する。

（作用）上記の構成によれば、通常運転時には、制限値設定手
段Ｂによりフィードバック補正量の上限値及び下限値を
比較的大きな値に設定しておけば、フィードバック補正
量は、目標空燃比に対する実際の空燃比の偏差を解消さ
せるために、上記上限値及び下限値に制約されることな
く比較的大きな値を取りうることになる。従って、上記
偏差が速かに解消されて応答性のよい空燃比制御が行わ
れることになる。

一方、この状態からアイドル状態に移行すると、制限
値制御手段Ｄが上記フィードバック補正量の上限値及び
下限値を両者間の幅が徐々に縮小されるように変化させ
るので、該補正量の取りうる値が次第に制限されること
になり、これにより燃料供給量の急激な変化が抑制され
て、安定したアイドル運転が実現されることになるので
ある。その場合に、特に本発明においては、上記制限値
制御手段Ｄが、上限値もしくは下限値のいずれか一方の
制限値がフィードバック補正量の変動範囲に達したとき
にその制限値の変化を一旦停止させて他方の制限値のみ
を変化させると共に、この他方の制限値もフィードバッ
ク補正量の変動範囲に達した時点で両制限値を再び変化
させるように作動する。従って、フィードバック補正量
の平均値が０点よりも＋側もしくは−側に偏っている場
合においても、その平均値を中心として変動許容幅が所
定幅まで縮小されることになり、これにより、アイドル
時に、空燃比を目標空燃比に精度よく維持しながら、安
定した制御が行われることになるのである。

（実施例）以下、本発明の実施例について説明する。

まず、第２図により本実施例が適用されるエンジン制
御システムの構成について説明すると、エンジン１は、
吸、排気バルブ2,3を介して燃焼室４に通じる吸気通路
５及び排気通路６を有し、吸気通路５には上流部にエア
クリーナ７、エアフローメータ８及びスロットルバルブ
９が配置され、また下流部に燃料噴射弁10が配置されて
いると共に、この吸気通路５には上記スロットルバルブ
９をバイパスするバイバス通路11が設けられ、該通路11
上にバイパスエア量を制御するバイパス制御弁12が設置
されている。また、上記排気通路６には排気浄化用の触
媒装置13が設けられていると共に、その上流側に排気ガ
ス中の残存酸素濃度を検出するO₂センサ14が配置されて
いる。

一方、このエンジン制御システムにはエンジン１の各
種状態を制御するコントロールユニット20が備えられ、
該コントロールユニット20に上記エアフローメータ８か
らの吸入空気量信号ａと、スロットルバルブ９の開度を
検出するスロットルセンサ21からのスロットル開度信号
ｂと、同じくスロットルバルブ９の全閉状態を検出する
アイドルスイッチ22からのアイドル信号ｃと、ディスト
リビュータ23からのエンジン回転数信号ｄと、上記O₂セ
ンサ14からの酸素濃度信号ｅと、吸気温及びエンジン水
温をそれぞれ検出する吸気温センサ24及び水温センサ25
からの吸気温信号ｆ、水温信号ｇと、変速機（図示せ
ず）のニュートラル状態を検出するニュートラルスイッ
チ26からのニュートラル信号ｈと、エンジンスタータの
作動を検出するスタータスイッチ27からのスタータ信号
ｉ等が入力されるようになっている。

そして、コントロールユニット20は上記各入力信号ａ
〜ｉが示すそれぞれの状態に応じて、燃料噴射弁10に燃
料噴射量を制御する燃料制御信号ｊを出力すると共に、
アイドル時には、バイパス制御弁12にバイパスエア量を
制御する信号ｋを出力してアイドル回転数を制御するよ
うになっており、また、図示しない点火プラグの点火時
期を制御する点火時期制御信号を出力するようになって
いる。

ここで、燃料制御の概略を説明すると、コントロール
ユニット20は、吸入空気量信号ａとエンジン回転数信号
ｄとに基いて１吸気サイクル当たりの吸入空気量を算出
すると共に、その空気量に対応する基本燃料噴射量を設
定し、且つその値に対して所要の補正を行って最終噴射
量を決定する。そして、この噴射量となるように燃料噴
射弁10に燃料噴射信号ｊを出力するのであるが、その際
にO₂センサ14からの残存酸素濃度信号ｅに基いて空燃比
を目標空燃比に収束させるようにフィードバック制御を
行う。このフィードバック制御は、上記O₂センサ14によ
って検出される排気ガス中の残存酸素濃度が所定値以上
の場合は、空燃比が目標空燃比よりリーンであると判断
して、燃料噴射量を増量するようにフィードバック制御
量を補正し、また上記残存酸素濃度が所定値以下の場合
は、空燃比が目標空燃比よりリッチであると判断して、
燃料噴射量を減量するように上記制御量を補正するよう
に行われる。

そして、特に本案においては、この空燃比のフィード
バック制御を、通常運転時には空燃比を目標空燃比に応
答性よく制御し、またアイドル時には回転数をできるだ
け安定させるように、燃料噴射量を増量もしくは減量さ
せるフィードバック補正量の上、下限値を可変制御する
ようになっている。

次に、第3,4図のフロチャートに従って、上記フィー
ドバック補正量の制限値制御の具体的動作について説明
する。

この制御においては、コントロールユニット20は、エ
ンジン１の始動時に、まず第３図に示すフローチャート
に従って初期値の設定動作を行う。つまり、フィードバ
ック補正量C_FBに対する上限値L₁及び下限値L₂をそれぞ
れ＋25％，−25％に設定し、またこれらの限界値につい
てのメモリ値M₁,M₂もそれぞれ＋25％，−25％に設定す
る（ステップS₁′,S₂′）。また、上記上限値L₁及び下
限値L₂を両者間の幅が縮小するように変化させる場合に
“1"、この変化を禁止する場合に“0"にセットされる縮
小許可フラグF₁,F₂をそれぞれ“1"にセットする（ステ
ップS₃′）。ここで、第５図に示すように、上記上限値
L₁及び下限値L₂についての＋25％，−25％という値は、
通常運転時におけるフィードバック補正量C_FBの変動幅
より十分大きな値であり、従って通常運転時にフィード
バック補正量C_FBがこれらの限界値L₁,L₂によってその変
動を規制されることはなく、所要の大きさのフィードバ
ック補正量C_FBによって空燃比が応答性よく目標空燃比
に制御されることになる。

次に、コントロールユニット20は、第４図のフローチ
ャートを実行し、まずステップS₁でアイドルフラグFiの
値を判定する。このフラグFiは、第２図に示すアイドル
スイッチ22及びニュートラルスイッチ26からの信号c,h
に基づいてエンジン１がアイドル状態にあると判断され
たときに“1"、そうでない場合に“0"にセットされるよ
うになっており、今、Fi＝“1"であったものとすると、
次にスッテプS₂で、このフラグの前回判定時の値Fi′を
判定する。そして、Fi′＝“0"のとき、つまり、今回の
制御サイクルがアイドル状態に移行した直後であるとき
には、ステップS₃でフィードバック補正量C_FBに対する
上限値L₁及び下限値L₂にそれぞれのメモリ値M₁,M₂（運
転開始当初においては＋25％，−25％）を代入し、その
後、ステップS₄でフィードバック補正量C_FBの上限値L₁
についての縮小許可フラグF₁の値を判定し、F₁＝“1"の
ときにこの上限値L₁について、上、下限値L₁,L₂間の幅
が縮小するように変化させる動作を開始する。

この動作はステップS₅〜S₉に従って行われ、ステップ
S₆で上限値L₁がフィードバック補正量C_FBより小さくな
ったと判定されるまで、ステップS₅で該上限値L₁を所定
量αつづ減少させることにより行われる。そして、L₁＜
C_FBとなったときに、ステップS₇で上記上限値用の縮小
許可フラグF₁を“0"にセットし、その後、ステップS₈で
下限値L₂についての縮小許可フラグF₂の値を判定して、
該フラグF₂が“0"のときに両フラグF₁,F₂とも“1"にセ
ットする。

同様に、下限値L₁についても、ステップS₁₀でその縮
小許可フラグF₂が“1"と判定されたときに、ステップS
₁₂で下限値L₂がフィードバック補正量C_FBより大きくな
ったと判定されるまで、ステップS₁₁で該下限値L₂をα
づつ増大させる。そして、L₂＞C_FBとなった時点で、ス
テップS₁₃で上記縮小許可フラグF₂を“0"にセットする
と共に、ステップS₁₄で上限値L₁についての縮小許可フ
ラグF₁の値を判定し、これが“0"のときに、ステップS
₁₅で両フラグF₁,F₂とも“1"にセットする。

ここで、以上の上、下限値L₁,L₂間の幅の縮小動作を
第５図を用いて具体的に説明すると、まずアイドル状態
に移行した時点T₀では上、下限値L₁,L₂の縮小許可フラ
グF₁,F₂とも“1"であるから、上限値L₁はαづつ減少さ
れ、下限値L₂はαづつ増大されて上、下限値L₁,L₂間の
幅、つまりフィードバック補正量C_FBの変動許容幅Ｘが
＋側及び−側から均等に縮小されることになる。

そして、今、図示のようにフィードバック補正量C_FB
が０点よりも＋側に偏っているものとすると、まず時点
T₁で上限値L₁がフィードバック補正量C_FBの変動範囲ま
で減少されることになり、このとき、L₁＜C_FBとなるの
で、フローチャートのステップS₇で上限値用の縮小許可
フラグF₁が“0"にセットされる。そのため、次の制御サ
イクル以降ではステップS₅による上限値L₁を減少させる
動作が行われないことになり、該上限値L₁が、L₁＜C_FB
となった時点T₁での値に固定されることになり、この
間、下限値L₂のみが変化（増大）されることになる。そ
して、その後、時点T₂でこの下限値L₂もフィードバック
補正量C_FBの変動範囲に達して、フローチャートのステ
ップS₁₂でL₂＞C_FBと判定されると、ステップS₁₃で下限
値用の縮小許可フラグF₂が“0"にセットされることにな
るが、この場合は上限値用の縮小許可フラグF₁が既に
“0"にセットされているので、ステップS₁₄からステッ
プS₁₅が実行されて両フラグF₁,F₂とも“1"にセットされ
ることになる。これにより、第５図に示すように、L₂＞
C_FBとなった時点T₂から上、下限値L₁,L₂が再び均等に縮
小されることになるが、この場合、フィードバック補正
量C_FBの変動範囲に先に到達した上限値L₁の減少が停止
されていたので、フィードバック補正量C_FBの変動許容
幅Ｘは、時点T₂以降に、該補正量C_FBの平均値を中心と
して＋側及び−側から対等に縮小されることになる。

そして、ステップS₁₆でこの変動許容幅Ｘが所定値X₀
まで縮小されたことが判定されれば、ステップS₁₇で上
記両フラグF₁,F₂が“0"にセットされ、その時点T₃以降
は上、下限値L₁,L₂が所定幅X₀まで縮小された状態に固
定されることになる。これにより、アイドル状態に移行
したときにフィードバック補正量C_FBの変動幅が比較的
狭い範囲に規制されることになって、燃料供給量の急激
な補正による回転数の変動が抑制されることになり、安
定したアイドル状態が得られることになる。その場合
に、フィードバック補正量C_FBは、その平均値が＋側も
しくは−側に偏っていても、その平均値を保持しながら
変動幅が＋、−両側から均等に規制されることになるの
で、この変動幅の規制にともなって燃料供給量の平均値
が変化することがなく、従って空燃比を目標空燃比に維
持しながら安定したアイドル状態が得られることになる
のである。

なお、上記のようにして、フィードバック補正量C_FB
の変動幅を所定幅X₀まて縮小した後、何等かの原因で基
本燃料供給量が変化し、第６図に示すように所定変動幅
X₀の範囲内で燃料増量時間t₁と減量時間t₂との比率が不
均等になり、１変動周期ｔにおける増量時間t₁の比率、
即ちデューティ率Ｄが80％を越えたときには、コントロ
ールユニット20は、フローチャートのステップS₁₈から
ステップS₁₉を実行して、上、下限値L₁,L₂にそれぞれ所
定値βを加算することにより上記デューティ率Ｄを80％
以内に収束させ、また、このデューティ率Ｄが20％未満
になると、ステップS₂₀からテップS₂₁を実行して、上、
下限値L₁,L₂からそれぞれ所定値βを減算することによ
り、デューティ率Ｄを20％以上に収束させる。

また、このようにして、デューティ率Ｄが20％から80
％の範囲に収まっていれば、コントロールユニット20
は、ステップS₂₂からステップS₂₃を実行して、そのとき
の上、下限値L₁,L₂の平均値L₀［＝（L₁＋L₂）/2］をフ
ィードバック補正量C_FBから減算し、該フィードバック
補正量C_FBの平均値を０とするように補正する。この
時、第７図に示すように、上記平均値L₀の減算分を補う
ように、基本燃料噴射量に学習制御量としてこの平均値
L₀を加算し、フィードバック補正量C_FBの０てを新たな
０（０′）に補正する。

さらに、この実施例においては、上記のようなアイド
ル時における上、下限値L₁,L₂間の幅の縮小動作中に加
速状態に移行した場合、次のアイドル状態への移行時に
は上記縮小動作を前回のアイドル時における動作の続き
として行うようになっている。つまり、フローチャート
のステップS₁でアイドルフラグFiがアイドル状態でない
ことを示す“0"と判定された場合、コントロールユニッ
ト20は、次にステップS₂₄を実行して前回制御時のアイ
ドルフラグFi′の値を判定し、これが“1"であった場
合、換言すれば、今回、アイドル状態から加速状態に移
行した場合は、ステップS₂₅,S₂₆を実行して、第８図に
示すように、その時点T₄での上、下限値L₁,L₂の値をそ
れぞれメモリ値M₁,M₂にセットすると共に、上、下限値L
₁,L₂を＋25％，−25％にそれぞれセットする。これによ
り、時点T₄のアイドル状態から加速状態への移行時ない
しその後の通常運転時においては、フィードバック補正
量C_FBの規制が解除されて応答性の良い空燃比のフィー
ドバック制御が行われることになる。そして、次のアイ
ドル時の上、下限値L₁,L₂間の幅の縮小制御のために、
これらの縮小許可フラグF₁,F₂が共に“0"である場合、
即ち所定幅X₀までの縮小が完了している場合以外は、ス
テップS₂₇からステップS₂₈を実行して上記両フラグF₁,F
₂をいずれも“1"にセットしておく。これにより、次に
アイドル状態に移行したときに、ステップS₃でメモリ値
M₁,M₂が上、下限値L₁,L₂の初期値とされるので、第８図
に示すように、次のアイドル状態への移行時点T₅では前
回のアイドル終了時点T₄における値から上、下限値L₁,L
₂の減少、増大動作が開始されることになり、これらの
幅を所定幅X₀間で縮小させる時間が短縮されることにな
る。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、空燃比をフィードバッ
ク制御するエンジンの空燃比制御装置において、アイド
ル状態への移行時にフィードバック補正量の変動に対す
る上、下限値間の変動許容幅を次第に縮小する場合に、
この許容幅が上記フィードバック補正量の平均値を変化
させることなく縮小されることになる。これにより、変
動許容幅が広く設定されている通常運転時に空燃比が目
標空燃比に応答性良く制御されると共に、アイドル状態
では空燃比を上記目標空燃比に維持しながら、フィード
バック補正量ないし燃料供給量の急激な変化が抑制され
て、安定したアイドル状態が得られることになり、特
に、本発明によれば、このフィードバック制御に用いら
れるO₂センサの劣化時等においても、アイドル時の安定
性が維持されることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体構成を示すブロック図、第２〜８
図は本発明の実施例を示すもので、第２図はエンジンの
制御システム図、第3,4図は空燃比制御におけるフィー
ドバック補正量に対する上、下限値制御の動作を示すフ
ローチャート図、第５〜８図はこの制御による各作用を
示すフィードバック補正量のタイムチャート図である。１……エンジン、20……フィードバック制御手段、制限
値設定手段、制限値制御手段（コントロールユニッ
ト）、22,26……アイドル検出手段（アイドルスイッ
チ、ニュートラルスイッチ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中尾裕司広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (56)参考文献特開昭63−97850（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−3443（ＪＰ，Ａ) 特公平５−63621（ＪＰ，Ｂ２) 特公平６−92759（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】排気ガス中の残存酸素濃度に基いて燃料供
給料を増減補正することにより燃焼室に供給される混合
気の空燃比を目標値にフィードバック制御するエンジン
の空燃比制御装置であって、フィードバック補正量の変
動に対する上限値及び下限値を設定する制限値設定手段
と、エンジンのアイドル状態を検出するアイドル検出手
段と、該検出手段によってアイドル状態が検出されたと
きに上記制限値設定手段によって設定されている上、下
限値を、フィードバック補正量の変動許容幅が徐々に縮
小されるように変化させ、そのいずれか一方の制限値が
フィードバック補正量の変動範囲に達したときにその制
限値の変化を停止させると共に、他方の制限値もフィー
ドバック補正量の変動範囲に達した時点で両制限値を再
び変化させて、フィードバック補正量の変動許容幅を所
定幅まで縮小する制限値制御手段とが設けられているこ
とを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。