JP2697251B2 - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

エンジンの空燃比制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、エンジンの空燃比のフィードバック制御
を行なう装置、特に学習機能を備えるものに関する。
(従来の技術) 触媒コンバータの前(上流側)と後(下流側)にそれ
ぞれ酸素センサ(O2センサ)を設けた、いわゆるダブル
O2センサシステムの装置がある(特開平1−113552号、
特開昭58−72647号公報参照)。
これを第22図で説明すると、同図は前O2センサ出力VF
Oに基づいて空燃比フィードバック補正係数αを計算す
るためのルーチンで、所定時間ごとに行なわれる。
S1では、前O2センサ(図では「前O2」で略記する。以
下同じ)による空燃比のフィードバック制御条件(図で
は「F/B」で略記する。以下同じ)が成立しているかど
うかをみて、そうであればS2に進む。たとえば、冷却水
温Twが所定値以下のとき、始動時、始動直後や暖機のた
めの燃料増量中、前O2センサの出力信号が一度を反転し
ていないとき、燃料カット中等はいずれもフィードバッ
ク制御条件の成立しない場合であり、それ以外の場合に
空燃比フィードバック制御条件が成立する。
S2では、前O2センサ出力VFOをA/D変換して取り込み、
S3にてVFOと理論空燃比相当のスライスレベルSLFを比較
し、VFO≦SLFであれば、空燃比が理論空燃比よりもリー
ン側にあると判断し、S4にてフラグF1を降ろす(F1=0
とする)。VFO>SLFであれば、S5にてフラグF1を立てる
(F=1とする)。
フラグF1は空燃比がリッチあるいはリーンのいずれの
側にあるかを示すフラグであり、F1=0はリーン側にあ
ることを、F1=1はリッチ側にあることを示す。
S6〜S8は前回のF1の値と今回のF1の値を比較すること
により、4つの場合分けを行う部分、S9〜S12はその場
合分けの結果により空燃比フィードバック補正係数αを
計算する部分であり、まとめると次のようになる。
(i)S6→S7→S9では、リッチからリーンに反転した直
後にあると判断し、αに比例分PLを加える(α=α+
PL)。これにて、空燃比はステップ的にリッチ側に戻さ
れる。
(ii)S6→S7→S10ではリーンからリッチに反転した直
後にあると判断し、αから比例分PRを差し引く(α=α
−PR)。これにて、空燃比はステップ的にリーン側に戻
される。
(iii)S6→S8→S11では今回もリーンであると判断し、
αに積分分ILを加える(α=α+IL)。これにて、空燃
比は徐々にリッチ側に戻される。
(iv)S6→S8→S12では今回もリッチであると判断し、
αから積分分IRを差し引く(α=α−IR)。これにて空
燃比は徐々にリーン側に戻される。
第23図は後O2センサ出力VROにて前O2センサにより求
まるαを修正するためのルーチンで、所定時間ごとに実
行される。
S21〜25では、後O2センサ(図では「後O2」で略記す
る。以下同じ)による空燃比のフィードバック制御条件
が成立しているかどうかを判定する。たとえば、後O2
ンサによるフィードバック制御条件の不成立(S21)に
加えて、冷却水温Twが所定値以下のとき(S22)、スロ
ットル弁が全閉のとき(S23)、負荷の小さいとき(S2
4)、後O2センサが活性化していないとき(S25)等がフ
ィードバック制御条件の成立しない場合であり、それ以
外の場合がフィードバック制御条件の成立する場合であ
る。
フィードバック制御条件が満たされていればS26に進
み、後O2センサ出力VROをA/D変換して取り込み、S27に
てVROと理論空燃比相当のスライスレベルSLRを比較し、
VRO≦SLRであればリーン側にあると判断してS28〜31に
進み、この逆にVRO>SLRであればリッチ側にあると判断
してS32〜35に進む。
S28では比例分PLに一定値ΔPLを加え(PL=PL+Δ
PL)、S29では比例分PRから一定値ΔPRを差し引く(PR
=PR−ΔPR)。これにより空燃比は全体としてリッチ側
にシフトする。
S32,S33では同様にして空燃比がリーン側にシフトさ
れる。
こうしたS28,S29,S32,S33でのαの修正制御により、
空燃比フィードバック制御精度が高められる。
第24図は燃料噴射パルス幅Tiを演算するためのルーチ
ンで、所定のクランク角ごとに実行される。
S41では吸入空気量Qaと回転数Neからマップを参照し
て、基本噴射パルス幅Tp(=K・Qa/Ne、ただし、Kは
定数)を求める。
S42では1と各種補正係数(たとえば水温増量補正係
数KTW)との和Coを計算する。
S43ではインジェクタに出力するべき燃料噴射パルス
幅Tiを、Ti=Tp・Co・α+Tsにより決定する。なお、Ts
[ms]は無効パルス幅である。
S44ではTiをセットする。
(発明が解決しようとする課題) ところで、空燃比フィードバック制御の基本制御定数
の一つである比例分PR、PLのマップ値には、車両のサー
ジング防止を目的として他の領域よりも各段に小さな値
の特殊ゾーン(第10図の鎖線領域参照)が設けられるこ
とがある。
一方、空燃比の学習制御では、触媒の劣化状態が中程
度のとき後O2センサ出力の反転周期が長くなることから
学習の精度を全体として向上するためには学習領域を細
分化したくないという要求があり、そのため図11に示し
たように、学習領域を大きく4つ(A、B、C、D)に
区分けすることが考えられる。
このため、特殊ゾーンと学習領域を重ねてみると、第
14図で示すように、斜線で示した特殊ゾーンのほうが1
つの学習領域Dよりも小さい場合が生ずる。この場合
に、特殊ゾーン外の領域D′での学習値を特殊ゾーンで
も更新すると、その後に特殊ゾーン外の領域D′に戻っ
た時点で、要求される補正量と異なるため、運転性やエ
ミッションが悪くなる。
こうした事情を避けるには、1つの学習領域Dがちょ
うど特殊ゾーンと重なるように、学習領域を狭くするこ
とであるが、そうなると上記の要求に反して学習領域の
数(つまりメモリの数)が増してしまう。
これに対処するため、運転条件が特殊ゾーンにあるか
どうかを判定し、特殊ゾーンにある場合にはそのときの
運転条件の属する学習領域の学習値を更新しないように
することなどが考えられる。
この場合、第10図に示した特殊ゾーンであれば、回転
数と負荷(Tp)で指定することになるので、特殊ゾーン
とそれ以外の領域を分ける境界値に4つのデータ(特殊
ゾーンの負荷の上限と下限で2つ、特殊ゾーンの回転数
の上限と下限で2つ、合わせて4つ)が必要になる。複
数の特殊ゾーンを設定しなければならない要求があった
とすると、境界値データの数はさらに増える(メモリの
数が増加する)。また、空燃比フィードバック補正量の
演算をエンジンの回転(あるいはクランク角センサから
のRef信号)に同期させたジョブで行っているもので
は、回転同期タイミングの間隔が回転数の上昇とともに
短くなるので高回転側での演算負荷がもともと高いので
あるが、運転条件が特殊ゾーンにあるかどうかの判定を
も回転同期で行うとき、この判定ジョブの分だけ高回転
側での演算負荷がさらに高くなるので、ジョブが回り切
らない事態が発生することも考えられる。
このように、特殊ゾーンを設定する場合には、特殊ゾ
ーンの設定に伴ってメモリ数が増加したり、特殊ゾーン
にあるかどうかの判定に伴って演算負荷が増加したりす
るので、特殊ゾーンの設定に伴うメモリ数の増加防止と
特殊ゾーンにあるかどうかの判定に伴う演算負荷の増加
防止とが要求されることになる。
この場合、処理単位のデータセルを複数のバイト単位
で記憶し、この複数バイト単位のデータセルのうちアド
レス境界以下の下位ビットをタグビット(数値データ以
外のためのもの)とするものや試験トラックをバイト単
位で分割してアドレス付けをするとともに、欠陥を検出
したときその欠陥の位置に対応する前記アドレス値を欠
陥位置データとして記憶するものが公知であり(特開平
2−129722号公報、同2−87080号公報参照)、この技
術をエンジンの制御マップに適用、つまり空燃比フィー
ドバック制御の基本制御定数のマップデータに、数値デ
ータ以外の情報(特殊ゾーン信号)を格納することで、
特殊ゾーンであるかどうかの情報のための新たなメモリ
を不要とすることが考えられる。
しかしながら、いずれの基本制御定数のマップであっ
ても、特殊ゾーンにあるかどうかの判定に伴う演算負荷
の増加をも防止できるわけではない。たとえば、基本制
御定数が積分分であるときには、特殊ゾーンの設定に伴
うメモリ数の増加を防止できても、特殊ゾーンにあるか
どうかの判定に伴う演算負荷の増加をそれほど防止でき
るわけでない。
これを説明すると、いま、積分分のマップデータのう
ち特殊ゾーンに格納するデータに関してだけ、その一部
に特殊ゾーンであることを意味する情報を入れていると
する。
さて、積分分のマップは前O2センサ出力の反転時以外
(つまり前O2センサ出力がリッチ側を継続するかまたは
リーン側を継続する場合)の回転同期タイミングで参照
され、その同じタイミングで積分分のマップデータをみ
て特殊ゾーンであるかどうかを判定するのであるから、
特殊ゾーンであるかどうかの判定は前O2センサ出力の反
転時以外の回転同期タイミングで実行されることにな
る。
この場合に、前O2センサ出力に回転同期タイミングを
書き入れてみると、第25図のように、全体の回転同期タ
イミングの中で前O2センサ出力の反転時以外の回転同期
タイミングのほうが、前O2センサ出力の反転時の回転同
期タイミングよりも割合的に多く、このため、特殊ゾー
ンであるかどうかの判定は回転同期で常に行われるとい
ってもよいほどである。しかも、回転数が高くなるほど
回転同期タイミングの間隔が短くなるのであるから、積
分分のマップデータに特殊ゾーンの情報をもたせるので
は、特殊ゾーンであるかどうかの判定に伴って高回転側
での演算負荷が高くなることを防止することはそれほど
できそうもないのである。
この発明はこのような従来の課題に着目してなされた
もので、比例分のマップデータに特殊ゾーンの情報をも
たせることにより、特殊ゾーンの設定に伴うメモリ数の
増加防止と特殊ゾーンにあるかどうかの判定に伴う演算
負荷の増加防止とをともにはかる装置を提供することを
目的とする。
(課題を解決するための手段) 第1の発明は、第1図(A)に示すように、エンジン
の負荷(たとえば吸入空気量Qa)と回転数Neをそれぞれ
検出する手段31,32と、これらの検出値に基づいて基本
噴射量Tpを計算する手段33と、触媒コンバータ前の排気
通路に介装され排気空燃比に応じた出力をする第1のセ
ンサ(たとえばO2センサ)34と、このセンサ出力VFOと
あらかじめ定めた目標値(たとえば理論空燃比)との比
較により空燃比がこの目標値を境にして反転したかどう
かを判定する手段35と、この判定結果に応じ空燃比が目
標値の近傍へと制御されるように比例分PR,PLを少なく
ともエンジンの負荷と回転数に応じてあらかじめ設定し
たマップを備え、そのマップには他の領域よりも格段に
異なる値を有する特殊ゾーンを設けるとともに、前記比
例分の値と前記特殊ゾーンであることの情報として用い
る特殊ゾーン信号とを前記マップに格納した比例分用メ
モリ36と、少なくともエンジンの負荷と回転数から定ま
る学習領域を前記比例分用メモリ36の特殊ゾーンの領域
より大きく(たとえば4つに)区分けし、区分けした各
学習領域に対応して空燃比フィードバック制御定数の学
習値PHOSを格納する学習用メモリ37と、現在の運転条件
が前記いずれの学習領域に属するかどうかを判定する手
段38と、現在の運転条件の属する学習領域に対応して格
納されている学習値PHOSを前記学習用メモリ37から読み
出す手段39と、この読み出された学習値PHOSにて前記第
1のセンサ出力VFOの反転時に前記マップから読み出し
た比例分PR,PLを修正した値に基づいて空燃比フィード
バック補正量αを回転同期で決定する手段40と、この空
燃比フィードバック補正量αにて前記基本噴射量Tpを補
正して燃料噴射量Tiを決定する手段41と、この噴射量Ti
を燃料噴射装置43に出力する手段42と、前記触媒コンバ
ータ後の排気通路に介装され排気空燃比に応じた出力を
する第2のセンサ(たとえばO2センサ)44と、このセン
サ出力VROと前記目標値との比較により空燃比がリッ
チ、リーンのいずれの側にあるかを判定する手段45と、
前記第1のセンサ出力が反転した時点における運転条件
が前記特殊ゾーンにあるかどうかを前記特殊ゾーン信号
から判定する手段47と、この判定結果より特殊ゾーンに
ない場合にそのときの運転条件の属する学習領域に対応
して格納されている学習値PHOSを読み出し、この読み出
された学習値PHOSを前記リッチ、リーンの判定結果に応
じて更新する手段46と、特殊ゾーンにある場合にそのと
きの運転条件の属する学習領域に対応して格納されてい
る学習値PHOSの更新を禁止する手段48とを設けた。
第2の発明は、第1図(B)に示すように、エンジン
の負荷(たとえば吸入空気量Qa)と回転数Neをそれぞれ
検出する手段31,32と、これらの検出値に基づいて基本
噴射量Tpを計算する手段33と、触媒コンバータ前の排気
通路に介装され排気空燃比に応じた出力をする第1のセ
ンサ(たとえばO2センサ)34と、このセンサ出力VFOと
あらかじめ定めた目標値(たとえば理論空燃比)との比
較により空燃比がこの目標値を境にして反転したかどう
かを判定する手段35と、この判定結果に応じ空燃比が目
標値の近傍へと制御されるように比例分PR,PLを少なく
ともエンジンの負荷と回転数に応じてあらかじめ設定し
たマップを備え、そのマップには他の領域よりも格段に
異なる値を有する特殊ゾーンを設けるとともに、前記比
例分の値と前記特殊ゾーンであることの情報として用い
る特殊ゾーン信号とを前記マップに格納した比例分用メ
モリ36と、少なくともエンジンの負荷と回転数から定ま
る学習領域を前記比例分用メモリ36の特殊ゾーンの領域
より大きく(たとえば4つに)区分けし、区分けした各
学習領域に対応して空燃比フィードバック制御定数の学
習値PHOSを格納する第1の学習用メモリ37と、前記特殊
ゾーンに対する空燃比フィードバック制御定数の学習値
SPHOSを格納する第2の学習用メモリ51と、現在の運転
条件が特殊ゾーンにあるかどうかを前記特殊ゾーン信号
から判定する手段47と、この判定結果より特殊ゾーンに
ない場合にそのときの運転条件の属する学習領域に対応
して格納されている学習値PHOSを前記第1の学習用メモ
リ37から読み出す手段39と、特殊ゾーンにある場合に特
殊ゾーンに対して格納されている学習値SPHOSを前記第
2の学習用メモリ51から読み出す手段52と、この読み出
された特殊ゾーンに対する学習値SPHOSまたは前記読み
出された特殊ゾーン以外の領域に対する学習値PHOSにて
前記第1のセンサ出力VFOの反転時に前記マップから読
み出した比例分PR,PLを修正した値に基づいて空燃比フ
ィードバック補正量αを回転同期で決定する手段40と、
この空燃比フィードバック補正量αにて前記基本噴射量
Tpを補正して燃料噴射量Tiを決定する手段41と、この噴
射量Tiを燃料噴射装置43に出力する手段42と、前記触媒
コンバータ後の排気通路に介装され排気空燃比に応じた
出力をする第2のセンサ(たとえばO2センサ)44と、こ
のセンサ出力VROと前記目標値との比較により空燃比が
リッチ、リーンのいずれの側にあるかを判定する手段45
と、前記第1のセンサ出力が反転した時点における運転
条件が前記特殊ゾーンにない場合にそのときの運転条件
の属する学習領域に対応して格納されている学習値PHOS
を読み出し、この読み出された学習値PHOSを前記リッ
チ、リーンの判定結果に応じて更新する手段46、同じく
前記第1のセンサ出力が反転した時点における運転条件
が前記特殊ゾーンにある場合に特殊ゾーンに対して格納
されている学習値SPHOSを読み出し、この読み出された
学習値SPHOSを前記リッチ、リーンの判定結果に応じて
更新する手段53とを設けた。
(作用) 第1の発明では、学習領域が大きく区分けされると、
1回の更新で広いエリアが一度に更新されることになり
(更新頻度が高くなり)、学習の精度が全体として向上
する。
ただし、空燃比フィードバック制御の基本制御定数の
マップに特殊ゾーンが設定され、この特殊ゾーンが1つ
の学習領域よりも小さいと、特殊ゾーンにおいて学習値
の更新が行われた後に運転条件が特殊ゾーン外に戻った
直後において、学習値が要求される補正量と異なり、学
習精度が低下するのであるが、第1の発明では、特殊ゾ
ーン判定手段47と学習更新禁止手段48により、特殊ゾー
ンにおいて学習値の更新が禁止されるので、運転条件が
特殊ゾーンに移り、ふたたび特殊ゾーン外に戻った直後
においても、学習値が要求される補正量と異なることが
ない。
さらに第1の本発明では、比例分用メモリに特殊ゾー
ン信号が格納されているので、特殊ゾーンの情報のため
新たなメモリを用意する必要がないばかりか、特殊ゾー
ンにあるかどうかの判定に伴う、高回転側での演算負荷
を低減することができる。第1の発明では、触媒コンバ
ータ前の排気通路に介装される第1のセンサ出力の反転
時の回転同期タイミングで比例分のマップが参照され、
その同じタイミングで比例分のマップデータをみて特殊
ゾーンであるかどうかを判定するので、特殊ゾーンであ
るかどうかの判定が上記第1のセンサ出力の反転時の回
転同期タイミングで実行されることになる。この場合
に、上記第1のセンサ出力の反転時の回転同期タイミン
グは、第25図に示したように、全体の回転同期タイミン
グの中でも少ないことから、特殊ゾーンであるかどうか
の判定に伴う演算負荷が高回転側で高くなることを防止
するのに効果があるのである。実験によれば、エンジン
回転に無関係に1〜2Hz程度の比較的ゆっくりした演算
タイミングで特殊ゾーンであるかどうかの判定を実施で
きていることを確認している。
このようにして第1の発明では、空燃比フィードバッ
ク補正量の演算を回転同期タイミングで行いつつ、学習
の精度を全体として向上するため学習領域を大きく区分
けするとともに、特殊ゾーンを設定する場合に、特殊ゾ
ーンでは学習値の更新を禁止する一方、特殊ゾーン信号
を比例分のマップデータに格納しておき、比例分のマッ
プを参照するタイミング(つまり触媒コンバータ前に設
けた第1のセンサ出力の反転時)で特殊ゾーンにあるか
どうかの判定を行うようにしたので、特殊ゾーンで学習
することによる学習精度の低下を防止できるほか、特殊
ゾーンであるかどうかの情報のための新たなメモリを不
要としつつ、しかも学習の精度を全体として向上するこ
とができ、さらに特殊ゾーンにあるかどうかの判定に伴
う、高回転側での演算負荷を低減することができる。
第2の発明では、第1の学習用メモリ37の他に、特殊
ゾーンのために第2の学習用メモリ51が用意されるの
で、第1の発明の作用効果に加えて、特殊ゾーンにおい
ても適切な学習値が与えられる。
(実施例) 第2図は第1の発明の一実施例のシステム図である。
図において、吸入空気はエアクリーナから吸気管3を通
ってエンジン1のシリンダに吸入され、燃料はコントロ
ールユニット21からの噴射信号に基づきインジェクタ
(燃料噴射装置)4よりエンジン1の吸気ポートに向け
て噴射される。シリンダ内で燃焼したガスは排気管5の
下流に位置する触媒コンバータ6に導入され、ここで燃
焼ガス中の有害成分(CO,HC,NOx)が三元触媒により清
浄化されて排出される。
吸入空気量Qaはエアフローメータ7により検出され、
アクセルペダルと連動するスロットルバルブ8によって
その流量が制御される。エンジンの回転数Neはクランク
角センサ10により検出され、ウォータジャケットの冷却
水温Twは水温センサ11により検出される。
触媒コンバータ6の前と後の排気管にそれぞれ設けら
れるO2センサ(空燃比センサ)12A,12Bは、理論空燃比
を境にして急変する特性を有し、理論空燃比の混合気よ
りもリッチ側であるかリーン側であるかのいわゆる2値
を出力する。なお、O2センサに限らず、全域空燃比セン
サやリーンセンサなどであっても構わない。
9はスロットルバルブ8の開度を検出するセンサ、13
はノックセンサ、14は車速センサである。
上記エアフローメータ7,クランク角センサ10,水温セ
ンサ11,2つのO2センサ12A,12Bなどからの出力は、8ビ
ットパソコンからなるコントロールユニット21に入力さ
れ、コントロールユニット21からは、インジェクタ4に
対して燃料噴射信号が出力される。
第3図はコントロールユニット21のブロック図を示
し、CPU23では、主に第4図〜第6図に示すところにし
たがって、また後述する第17図〜第19図、第21図に示す
ところにしたがって、学習機能つきの空燃比フィードバ
ック制御を行う。I/Oポート22は第1図(A)の出力手
段42の機能を果たす。
第4図は前O2センサ出力VFOに基づく空燃比フィード
バック制御の基本ルーチンで、回転同期で実行される。
S52〜S54は第1図(A)の反転判定手段35の機能を果
たす部分である。ここでは前O2センサ出力VFOと理論空
燃比相当のスライスレベルの比較により空燃比がこのス
ライスレベルを境にしてリッチあるいはリーンのいずれ
の側に反転したかを判定する。
S55とS63では上記の判定結果に応じてマップを参照す
ることにより、比例分を読み出し、これをCPU内のレジ
スタに格納する。比例分のマップ値PR,PLはあらかじめ
与えられる値であり、空燃比フィードバック制御の基本
制御定数である。
このマップ値の特性を第10図に示すと、斜線で囲った
領域では、車両にサージングが生ずるので、これを避け
るため、この領域には他の領域よりも格段に小さな値を
入れている。この意味で斜線領域は数値的に特所なゾー
ンである。
この例では特殊ゾーンがほぼ高回転低負荷域に生じて
いるが、特殊ゾーンの生じる位置は、エンジンや車両の
特性に応じて変化するものであり、この運転域に限られ
るものではない。また、特殊ゾーンに格納される数値に
ついても、小さい場合に限られるものでなく、他の領域
よりも大きく異なっていればよい。
また、マップ特性は基本噴射パルス幅(エンジン負荷
相当量)Tpとエンジン回転数Neをパラメータにしている
が、さらにNeの変化量をもパラメータとすることができ
る。このマップを備えるメモリが第1図(A)の比例分
用メモリ36である。
一方、8ビットパソコンでは、通常1語に2バイト
(16ビット)が割り振られ、これら16ビットのすべてが
数値情報のために使われるわけでなく、パリティチェッ
クなどのために1ビットが使われる等するが、後に残っ
たビット数だけでも数値情報を表すには十分である。こ
のため、数値を右詰めにするにしろ左詰めにするにし
ろ、頭や尻に実際には数値として使われずに“0"のまま
残るビットが存在する。
この例では、第10図で示した特殊ゾーンに格納する数
値に関してだけ、実際に数値として使われずに頭や尻に
残るビット(この例では7番目のビット)に“1"をいれ
ておく。こうすると、7番目のビット(以下「ビット
7」という)の値をみて、これが“1"であればそのとき
の運転条件が特殊ゾーンにあると、この逆にこれが“0"
であれば特殊ゾーン以外であると判断することができ
る。つまり、この例では数値情報ビットのうち、実際に
使用されていないビットを、特殊ゾーンであるかどうか
の情報をもたせた特殊ゾーン信号として用いるのであ
る。
S60とS68では上記の判定結果に応じてマップを参照す
ることにより、積分分のマップ値iR,iLを読み出し、こ
れをCPU内のレジスタに格納する。
なお、S61とS69では、次式によりマップ値iR,iLにエ
ンジン負荷(たとえば後述する燃料噴射パルス幅Ti)を
乗じた値を最終的な積分分IR,ILとして求めている。
IR=iR×Ti … IL=iL×Ti … この場合、エンジン負荷は、Tiに限らずTp+OFST等で
も構わない。ただし、OFSTはオフセット量である。
こうした負荷補正が必要となるのは、αの制御周期が
長くなる運転域ではαの振幅が大きくなって、三元触媒
の排気浄化性能が落ちることがあるので、αの振幅をα
の制御周期によらずほぼ一定とするためである。
S58とS66では次式により比例分の学習値PHOSにより比
例分のマップ値PR,PLを修正する。
PR=PR−PHOS … PL=PL+PHOS … これらの式によれば、前O2センサ出力VFOに基づく空
燃比フィードバック制御を行っても空燃比がいずれかの
側にずれている場合に、このずれが学習値PHOSにて解消
されることを意味する。
S56とS64の「*」は第5図のルーチンを、またS57とS
65の「**」は第6図のルーチンを起動する指示を行な
うことを示す。
第5図は前O2センサ出力VFOが反転する周期を演算周
期として実行される。
まず、S81〜S87は学習の更新条件にあるかどうかをみ
る部分である。
このうち、S81では後O2センサが活性状態にあるかど
うか、S82では後O2センサが故障していない(図では「O
K」で略記する。以下同じ)かどうか、さらにS83では触
媒も活性状態にあるかどうかをみて、後O2センサ,触媒
とも活性状態にあり、かつ後O2センサが故障していない
場合に限ってS84に進む。
S84ではCPU内のレジスタに格納してあるマップ値PL,P
Rの数値情報からビット7が“1"であるかどうかをみ
て、“1"でなければそのときの運転条件が特殊ゾーンに
ないと判断してS85以降に進む。
S85ではカウンタ値jを1だけインクリメントする。
このカウンタ値jは特殊ゾーンにないと判断されてから
の空燃比の反転した回数を表す。S86ではこのカウント
値jと一定値n(たとえば12回)とを比較し、j≧nで
あれば特殊ゾーン以外の領域で一定の時間だけ空燃比制
御が行なわれたと判断してS87に進む。これは、空燃比
制御が安定してから更新を行わせるためである。
同様にして、S87でアイドル状態にあればS88には進ま
せない。アイドル状態ではエンジンの暖機が優先される
ため、空燃比のフィードバック制御が停止される運転域
だからである。
S88では現在の運転条件がいずれの学習領域に属する
かを判定する。
学習領域を第11図に示すと、エンジン回転数Neと基本
噴射パルス幅Tpから定まる領域が、ほぼ等分に大きく4
つ(A〜D)に区分けされ、各領域に対応して設けられ
たメモリに学習値PHOSが格納される。学習領域を大きく
区分けしたのは、領域を大きく区分けするほど学習の頻
度が高まり、かつ学習値を格納するメモリの数も少なく
することができるからである。これらメモリにて第1図
(A)の学習用メモリ37の機能が果たされる。
S89では前回と同じ学習領域にあるかどうかをみて、
前回と同じ学習領域にあれば、S90に進む。S90では別の
カウンタ値jRを1だけインクリメントする。S91ではこ
のカウンタ値jRと一定値nR(たとえば6回)を比較し、
jR≧nRであれば、運転条件が同じ学習領域に一定時間継
続して滞在したと判断して、S92に進む。一定値nRは後O
2センサの応答遅れを考慮するものである。
S92では一定時間のあいだ滞在した学習領域に対応す
るメモリに格納されている学習値PHOSをマップ参照によ
り読み出し、CPU内のレジスタに格納する。
S93は第1図(A)のリッチ,リーン判定手段45の機
能を果たす部分である。ここでは後O2センサ出力VROと
理論空燃比相当のスライスレベルの比較により、空燃比
がリッチ側にあると判断した場合はS94に、この逆にリ
ーン側にあると判断されるS96に進む。
S94とS96は、S98とともに、第1図(A)の学習値更
新手段46の機能を果たす部分である。
S94では、S92で読み出した学習値PHOSを次式により更
新する。
PHOS=PHOS−DPHOSR … この場合、一定値DPHOSRだけ差し引くのは、次の理由
による。S94に進むのはリッチ側にあると判断される場
合であるから、空燃比をリーン側に戻さなければならな
い。そのためには、S59のPRを大きくしかつS67のPLを小
さくすることであるが、学習値PHOSは上記の,式の
形で導入してあるので、PRを大きくしかつPLを小さくす
るにはPHOSを小さくすればよいのである。つまり、上記
の,式のPHOSに付した正負の符号はこうした点から
定められている。
なお、空燃比をリーン側に戻すため、PRとPLの両方を
変更する必要は必ずしもなく、PRを大きくするのみある
いはPLを小さくするのみでも構わない。
一方、S96では次式により学習値PHOSを更新する。
PHOS=PHOS+DPHOSL … ただし、式においてDPHOSLも一定値である。
なお、この例では、減少量DPHOSRよりも増加量DPHOSL
を大きくすることで、エミッションの収束性をよくして
いる。ただし、大きくするといっても限度はある。
S95とS97ではS94とS96で更新した学習値を下限値ある
いは上限値に制限する。これは学習値により制御し得る
範囲を限ることで、空燃比制御を安定させるためであ
る。
S98では更新された学習値PHOSを同じ学習領域に対応
するメモリに格納する。
一方、S84で、ビット7が“1"であればそのときの運
転条件が特殊ゾーンにあると判断してS85以降の学習値
の更新を飛ばし、S99に進む。第1図(A)との対応で
いえば、S84は特殊ゾーン判定手段47の機能を果たし、
学習値の更新を飛ばすことで、学習更新禁止手段48の機
能が果たされる。
S99ではCPU内のレジスタに格納されているマップ値
PL,PRの数値情報のうちビット7の値を“0"に戻して入
れなおす。これは、数値情報ビットはもともと数値を表
示するものであるから、そのままではビット7の“1"も
数値の一部として扱われることになってしまうからであ
る。
第6図は学習値PHOSをルックアップするためのルーチ
ンで、この処理も前O2センサ出力VFOが反転する周期を
演算周期として実行される。
S111では後O2センサが故障していないかどうかをみて
故障してなければ、S112に進む。
S112は第1図(A)の学習領域判定手段38の機能を果
たす部分で、現在の運転条件がいずれの学習領域に属す
るかを判定する。
S113は第1図(A)の学習値読み出し手段39の機能を
果たす部分で、現在の運転条件の属する学習領域に対応
するメモリに格納されている学習値PHOSを読み出す。こ
のPHOSが第4図のS58とS66で使われる。
一方、S111で後O2センサに故障が生じている場合は、
S114でPHOS=0とする。つまり、故障したセンサから求
めた学習値に信頼性がなくなるので、学習機能を外すこ
とにする。
第4図に戻り、S59,S62,S67,S70は、S58とS66ととも
に、第1図(A)の空燃比フィードバック補正量決定手
段40の機能を果たす部分であり、ここでは、空燃比フィ
ードバック制御定数(比例分PR,PLと積分分IR,IL)を用
いて空燃比フィードバック補正係数αを計算する。
こうして求めた補正係数αからは第24図にしたがって
燃料噴射パルス幅Tiが決定される。第24図のS41にて第
1図(A)の基本噴射量計算手段33の機能が、S42,S43
にて燃料噴射量決定手段41の機能が果たされる。
第7図は後O2センサが活性状態にあるかどうかを判定
するためのサブルーチンで、第5図のS81の詳細であ
る。回転同期で実行される。
始動時で述べると、S121では後O2センサが活性状態に
あるかどうかの判定結果を示すフラグの値をみるが、始
動時には活性状態にないので、フラグは立っておらずS1
22に進む。
S122では、スタータがONになっているかどうかをみ
る。始動した後はスタータがOFFになるので、S123に進
む。
S123ではカウンタ値j1を1だけインクリメントする。
このカウンタ値j1はスタータがOFFになってからエンジ
ンが回転した数を表す。
S124では、このカウンタ値j1と一定値n1を比較しj1≧
n1であれば、始動時より一定の時間経過したと判断して
S125に進む。
S125では後O2センサ出力VROが所定の範囲(その下限
値をRL、その上限値をRHとする)に収まっているかどう
かをみる。この場合RL,RHとも一定値(たとえばRLは200
mV、RHは700mV)である。
第12図に始動からのセンサ出力VROの時間変化を示す
と、活性状態になった後は、センサ出力VROは最大を900
mV、最小を50mVとして振れる。したがって、VRO<RLま
たはRH≦VROの場合に、活性状態にあると判断できるの
である。
ただし、S126では活性状態にあると判断されるごとに
カウンタ値j2を1だけインクリメントし、このカウンタ
値j2が一定値n2を越えた場合に初めてS128でフラグを立
てることで、判断の信頼性を向上させている。なお、上
記のn1とn2は、後O2センサやエンジンの特性から定ま
る。
第8図は後O2センサが故障していないかどうかを判定
するためのサブルーチンで、フュエルカットを一定時間
継続した後のセンサ出力VROがスライスレベルRLを下回
っておらず、あるいはスロットルバルブを一定時間全開
した後のセンサ出力VROがスライスレベルRHを上回って
いない場合に、センサに故障を生じていると判断し、セ
ンサが故障したことを意味するフラグを立てるものであ
る。
ただし、同図においてカウンタ値j3がフュエルカット
を継続した時間を、カウンタj4がスロットルバルブが全
開を継続した時間を表す。n3とn4は一定値で、後O2セン
サとエンジンの特性から定まる。
第9図は触媒が活性状態になったかどうかを判定する
ためのサブルーチンで、スタータがOFFになってからの
回転数を表すカウンタ値j5が、始動時の冷却水温に応じ
て定まる基準値n5を越える場合に触媒が活性状態になっ
たことを意味するフラグを立てるものである。第13図に
基準値n5の特性を示す。同特性はテーブルにして記憶さ
せておく。
なお、第8図のルーチンは第5図のS82と第6図のS11
1の詳細、また第9図のルーチンは第5図のS83の詳細で
ある。
ここで、この例の作用を説明する。
学習領域を設けた学習制御において、学習頻度を高め
るには、第11図に示したように、学習領域を大きく区分
けすることである。
一方、空燃比フィードバック制御はもともと排気の浄
化が目的であるため、特定の運転領域においては運転性
の向上のほうが優先されることがあり、第10図のよう
に、車両に生ずるサージングの防止を目的として、他の
領域よりも格段に小さな値の格納される特殊ゾーンが生
じる。
これらの結果として、第14図で示したように、1つの
学習領域Dの中に特殊ゾーンとそれ以外の領域D′の2
つの領域が存在することになる。
この場合に、特殊ゾーン内の運転点aで学習値が更新
されたとすると、特殊ゾーン外の運転点bに移っても、
その運転点bで学習値が改めて更新されるまでは、特殊
ゾーン内で更新された学習値が読み出されて使用される
ので、運転点bで要求される燃料量と異なり、運転性や
エミッションが悪くなる。
これに対して、この例では特殊ゾーンであるかどうか
の情報を、マップ値PR,PLを格納する数値情報ビットの
うち、使用していないビットに入れてある。つまり、既
存のメモリを有効に用いることで、運転域の中に特殊な
ゾーンが生じることがあっても、そのための新たなメモ
リを用意する必要がない。
そして、この情報を用いることにより、特殊ゾーンに
おいては学習値PHOSの更新が禁止される。このため、同
じ事態(特殊ゾーン内の運転点aから特殊ゾーン外の運
転点bに移った場合)でみると、運転点aでは学習値が
更新されることがないのであるから、運転点bに移った
直後に読み出される学習値は、特殊ゾーン外の領域D′
で更新された値であり、したがって運転性やエミッショ
ンが悪くなることがないのである。
言い替えると、基本制御定数のマップ内に特殊ゾーン
が設けられることがあっても、そのために空燃比の学習
領域に悪影響をうけることがなく、しかも、学習制御に
おいては、更新頻度を落とすことなく、特殊ゾーンのな
い場合と同じだけのメモリで足りるのである。
この例ではさらに、特殊ゾーンにあるかどうかの判定
に伴う、高回転側での演算負荷を低減することができ
る。というのも、前O2センサ出力の反転時の回転同期タ
イミングで比例分のマップが参照され、その同じタイミ
ングで比例分のデータをみて特殊ゾーンであるかどうか
を判定するので、特殊ゾーンであるかどうかの判定が前
O2センサ出力の反転時の回転同期タイミングで実行され
ることになる。この場合に、前O2センサ出力の反転時の
回転同期タイミングは、第25図に示したように、全体の
回転同期タイミングの中でも少ないことから、特殊ゾー
ンであるかどうかの判定に伴う演算負荷が高回転側で高
くなることを防止するのに効果があるのである。
第16図に従来例との比較の上にこの実施例の排気性能
を示す。なお、同図において、白丸は触媒に劣化を生じ
ていない場合、黒丸は触媒に劣化を生じている場合の特
性である。
なお、特殊ゾーンは、第14図のように1つの学習領域
Dに含まれるとは限らず、第15図で示すように、2つ以
上の学習領域にまたがる場合も考えられるが、この場合
にあっても同様の効果が得られる。
第17図は第1の発明の他の実施例で、第5図に対応す
る。
この例では、S84で特殊ゾーンであることがわかる
と、S171で学習値PHOSをPHOS=0とする。これにより、
特殊ゾーンでは学習機能が外される。
というのも、先の実施例において特殊ゾーンで更新さ
れた学習値が特殊ゾーン外の領域D′で最適とならなか
ったように、特殊ゾーン外の領域D′で更新された学習
値も特殊ゾーンでは最適な値とならないからである。つ
まり、最適でない学習値を用いて特殊ゾーンでのサージ
ングに影響を与えるよりは、いっそ用いないほうがよい
とするものである。
第18図と第19図は第2の発明の一実施例で、それぞれ
第5図と第6図に対応する。
この例では、第20図で示したように学習領域Dの中に
生ずる特殊ゾーンEに対して1つメモリを追加し、学習
値を格納するメモリとしては合計5つとしたものであ
る。
第18図のS84でビット7が“1"であることから特殊ゾ
ーンであることが判定されると、S181〜S185では、S92
〜S94,S96,S98と同様にして、特殊ゾーンに対するメモ
リに格納されている学習値SPHOSが更新される。
また、第19図のS191で特殊ゾーンにあることが判断さ
れると、S192,S193にて特殊ゾーンに対するメモリから
学習値SPHOSが読み出され、これがPHOSを格納するレジ
スタに格納される。
第14図で示したように、特殊ゾーン内で学習値の更新
を禁止するだけだと、特殊ゾーン内の運転点aから特殊
ゾーン外の運転点bに移った直後に読み出される学習値
を適切にすることはできるが、その一方で、特性ゾーン
外の運転点cから特殊ゾーン内の運転点dへと移った場
合に読み出される学習値が適切とならない。また、第17
図の例では、特殊ゾーンに限って学習機能が外されるた
め、インジェクタの目詰まりなどの経時変化を生じてし
まった場合にサージングへの影響がでてしまう。
これに対して、この実施例によれば、特殊ゾーンに対
して専用のメモリを持つことになるので、メモリの数と
しては先の実施例よりも1つだけ増えることにはなる
が、特殊ゾーンでの空燃比制御精度が向上し、かつ特殊
ゾーンでの経時変化に対しても強くなるのである。
第21図は第2の発明の他の実施例で、これは第18図に
対応する。この例は特殊ゾーンにおいて学習値SPHOSを
更新する際の増減量(一定値)SPHOSL,SPHOSRを、特殊
ゾーンに対するマップ特性に合わせて、他の学習領域で
の増減量DPHOSよりも小さくしたものである。特殊ゾー
ンに対するマップ値PR,PLには他の領域よりも格段に小
さな値が格納されているのであるから、これに対する学
習値の更新速度は他の領域に比べて小さくてよいからで
あり、これにて特殊ゾーンでの制御精度が向上する。
なお、増減量を小さくすることが必須ではない。運転
性を改善する関係で特殊ゾーンに他の領域よりも格段に
大きな値を格納するような場合には、増減量DPHOSL,DPH
OSRの値はこれに合わせて大きくしなければならないか
らである。
(発明の効果) 第1の発明では空燃比フィードバック補正量の演算を
回転同期タイミングで行いつつ、学習の精度を全体とし
て向上するため学習領域を大きく区分けするとともに、
特殊ゾーンを設定する場合に、特殊ゾーンでは学習値の
更新を禁止する一方、特殊ゾーン信号を比例分のマップ
データに格納しておき、比例分のマップを参照するタイ
ミング(つまり触媒コンバータ前に設けた第1のセンサ
出力の反転時)で特殊ゾーンにあるかどうかの判定を行
うようにしたので、特殊ゾーンで学習することによる学
習精度の低下を防止できるほか、特殊ゾーンであるかど
うかの情報のための新たなメモリを不要としつつ、しか
も学習の精度を全体として向上することができ、さらに
特殊ゾーンにあるかどうかの判定に伴う、高回転側での
演算負荷を低減することができる。
第2の発明では特殊ゾーンでの学習値の更新を禁止す
る代わりに、特殊ゾーンのために学習値のメモリを新た
に用意したため、特殊ゾーンにおいても適切な学習値が
得られ、これによって運転性とエミッションをさらに改
善することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)と第1図(B)は各発明のクレーム対応
図、第2図は第1の発明の一実施例の制御システム図、
第3図はこの実施例のコントロールユニットのブロック
図、第4図ないし第9図はこの実施例の制御動作を説明
するための流れ図、第10図はこの実施例の比例分のマッ
プ特性図、第11図はこの実施例の学習領域図、第12図は
この実施例の後O2センサの出力波形図、第13図はこの実
施例の基準値n5の特性図、第14図と第15図はこの実施例
の作用を説明するための領域図、第16図はこの実施例の
排気特性図、第17図は他の実施例の制御動作を説明する
ための流れ図である。 第18図と第19図は第2の発明の一実施例の制御動作を説
明するための流れ図、第20図はこの実施例の学習領域
図、第21図は他の実施例の制御動作を説明するための流
れ図である。 第22図ないし第24図はそれぞれ従来例の制御動作を説明
するための流れ図である。 第25図は前O2センサ出力と回転同期タイミングの関係を
示す特性図である。 4……インジェクタ(燃料噴射装置)、5……排気管、
6……触媒コンバータ、7……エアフローメータ(エン
ジン負荷センサ)、10……クランク角センサ(エンジン
回転数センサ)、11……水温センサ、12A……前O2セン
サ(前空燃比センサ)、12B……後O2センサ(後空燃比
センサ)、21……コントロールユニット、31……エンジ
ン負荷センサ、32……エンジン回転数センサ、33……基
本噴射量計算手段、34……前空燃比センサ(第1のセン
サ)、35……反転判定手段、36……比例分用メモリ、37
……学習用メモリ、38……学習領域判定手段、39……学
習値読み出し手段、40……空燃比フィードバック補正量
決定手段、41……燃料噴射量決定手段、42……出力手
段、43……燃料噴射装置、44……後空燃比センサ(第2
のセンサ)、45……リッチ,リーン判定手段、46……学
習値更新手段、47……特殊ゾーン判定手段、48……学習
更新禁止手段、51……学習用メモリ、52……学習値読み
出し手段、53……学習値更新手段。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−104937(JP,A) 特開 平2−129722(JP,A) 特開 平2−300954(JP,A) 特開 平2−87080(JP,A) 特開 昭55−103660(JP,A) 特開 昭60−247757(JP,A) 特開 昭61−296438(JP,A) 特開 平2−58104(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンジンの負荷と回転数をそれぞれ検出す
    る手段と、 これらの検出値に基づいて基本噴射量を計算する手段
    と、 触媒コンバータ前の排気通路に介装され排気空燃比に応
    じた出力をする第1のセンサと、 このセンサ出力とあらかじめ定めた目標値との比較によ
    り空燃比がこの目標値を境にして反転したかどうかを判
    定する手段と、 この判定結果に応じ空燃比が目標値の近傍へと制御され
    るように比例分を少なくともエンジンの負荷と回転数に
    応じてあらかじめ設定したマップを備え、そのマップに
    は他の領域よりも格段に異なる値を有する特殊ゾーンを
    設けるとともに、前記比例分の値と前記特殊ゾーンであ
    ることの情報として用いる特殊ゾーン信号とを前記マッ
    プに格納した比例分用メモリと、 少なくともエンジンの負荷と回転数から定まる学習領域
    を前記比例分用メモリの特殊ゾーンの領域より大きく区
    分けし、区分けした各学習領域に対応して空燃比フィー
    ドバック制御定数の学習値を格納する学習用メモリと、 現在の運転条件が前記いずれの学習領域に属するかどう
    かを判定する手段と、 現在の運転条件の属する学習領域に対応して格納されて
    いる学習値を前記学習用メモリから読み出す手段と、 この読み出された学習値にて前記第1のセンサ出力の反
    転時に前記マップから読み出した比例分を修正した値に
    基づいて空燃比フィードバック補正量を回転同期で決定
    する手段と、 この空燃比フィードバック補正量にて前記基本噴射量を
    補正して燃料噴射量を決定する手段と、 この噴射量を燃料噴射装置に出力する手段と、 前記触媒コンバータ後の排気通路に介装され排気空燃比
    に応じた出力をする第2のセンサと、 このセンサ出力と前記目標値との比較により空燃比がリ
    ッチ、リーンのいずれの側にあるかを判定する手段と、 前記第1のセンサ出力が反転した時点における運転条件
    が前記特殊ゾーンにあるかどうかを前記特殊ゾーン信号
    から判定する手段と、 この判定結果より特殊ゾーンにない場合にそのときの運
    転条件の属する学習領域に対応して格納されている学習
    値を読み出し、この読み出された学習値を前記リッチ、
    リーンの判定結果に応じて更新する手段と、 特殊ゾーンにある場合にそのときの運転条件の属する学
    習領域に対応して格納されている学習値の更新を禁止す
    る手段と を設けたことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
  2. 【請求項2】エンジンの負荷と回転数をそれぞれ検出す
    る手段と、 これらの検出値に基づいて基本噴射量を計算する手段
    と、 触媒コンバータ前の排気通路に介装され排気空燃比に応
    じた出力をする第1のセンサと、 このセンサ出力とあらかじめ定めた目標値との比較によ
    り空燃比がこの目標値を境にして反転したかどうかを判
    定する手段と、 この判定結果に応じ空燃比が目標値の近傍へと制御され
    るように比例分を少なくともエンジンの負荷と回転数に
    応じてあらかじめ設定したマップを備え、そのマップに
    は他の領域よりも格段に異なる値を有する特殊ゾーンを
    設けるとともに、前記比例分の値と前記特殊ゾーンであ
    ることの情報として用いる特殊ゾーン信号とを前記マッ
    プに格納した比例分用メモリと、 少なくともエンジンの負荷と回転数から定まる学習領域
    を前記比例分用メモリの特殊ゾーンの領域より大きく区
    分けし、区分けした各学習領域に対応して空燃比フィー
    ドバック制御定数の学習値を格納する第1の学習用メモ
    リと、 前記特殊ゾーンに対する空燃比フィードバック制御定数
    の学習値を格納する第2の学習用メモリと、 現在の運転条件が特殊ゾーンにあるかどうかを前記特殊
    ゾーン信号から判定する手段と、 この判定結果より特殊ゾーンにない場合にそのときの運
    転条件の属する学習領域に対応して格納されている学習
    値を前記第1の学習用メモリから読み出す手段と、 特殊ゾーンにある場合に特殊ゾーンに対して格納されて
    いる学習値を前記第2の学習用メモリから読み出す手段
    と、 この読み出された特殊ゾーンに対する学習値または前記
    読み出された特殊ゾーン以外の領域に対する学習値にて
    前記第1のセンサ出力の反転時に前記マップから読み出
    した比例分を修正した値に基づいて空燃比フィードバッ
    ク補正量を回転同期で決定する手段と、 この空燃比フィードバック補正量にて前記基本噴射量を
    補正して燃料噴射量を決定する手段と、 この噴射量を燃料噴射装置に出力する手段と、 前記触媒コンバータ後の排気通路に介装され排気空燃比
    に応じた出力をする第2のセンサと、 このセンサ出力と前記目標値との比較により空燃比がリ
    ッチ、リーンのいずれの側にあるかを判定する手段と、 前記第1のセンサ出力が反転した時点における運転条件
    が前記特殊ゾーンにない場合にそのときの運転条件の属
    する学習領域に対応して格納されている学習値を読み出
    し、この読み出された学習値を前記リッチ、リーンの判
    定結果に応じて更新する手段と、 同じく前記第1のセンサ出力が反転した時点における運
    転条件が前記特殊ゾーンにある場合に特殊ゾーンに対し
    て格納されている学習値を読み出し、この読み出された
    学習値を前記リッチ、リーンの判定結果に応じて更新す
    る手段と を設けたことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
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