JP2701330B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の内燃機関では、燃料タンク内に発生する燃料蒸
気を一旦キャニスタ内に貯留すると共に、所定の運転条
件においてキャニスタ内に貯留された燃料蒸気を吸気通
路内に放出（以下「パージ」という）するパージ装置を
備え、機関運転状態に応じて算出される基本燃料噴射量
を、空燃比センサの出力信号に基づいて変化するフィー
ドバック補正係数FAFによって補正することより、空燃
比が予め定められた空燃比となるように制御している。

一方特開昭62−131962号公報には、エパポガス調整手
段によりエパポガスのパージ量を小さい状態とした後に
大きくするパージ量制御手段を備え、パージ量が小さい
状態での空燃比フィードバック補正係数FAFの変動に基
づいて、パージ量を大きくしたときのフィードバック補
正係数FAFの予測値を算出し、パージ量を大きくするの
と同期してフィードバック補正係数を予測値に変更する
ようにした内燃機関の空燃比制御装置が開示されてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前者の従来の装置では、パージ中にアクセル
ペダルを踏み込むことにより吸入空気量が増大した場
合、燃料供給遅れが生じ、空燃比が過度に希薄な状態
（以下「リーンスパイク」という）が発生する。このた
め、息つき等を生じ運転性が著しく悪化するという問題
がある。第９図を参照してこの状態を説明する。一般に
燃料噴射時間（燃料噴射量は噴射時間に比例するため、
燃料噴射量を噴射時間として考えることができる）は、
次式により算出される。

τ＝TP×FAF×Ｋ ここでτは燃料噴射時間、TPは基本燃料噴射時間、Ｋ
はFAF以外の補正係数である。同図において、イ時点に
おいてパージが開始されると、O₂センサはリッチ信号を
出し続け、これによりFAFは一定割合で徐々に減少す
る。このため燃料噴射量も一定割合で徐々に低下する。
この間空燃比はリッチ側にずれる（以下「リッチスパイ
ク」という）。ロ時点でO₂センサの出力信号が理論空燃
比近傍で振れるようになると、FAFは1.0より減少した
値、例えば0.8を中心に振れる。次にハ時点でアクセル
ペダルを踏み込むことにより、吸入空気量が増大し、こ
れに伴なって基本燃料噴射時間TPも増大する。しかしFA
Fは1.0よりかなり小さくなっており、かつ一定割合でし
か増加できないため、燃料噴射量は要求燃料量まで一気
に増大することができない。この状態を具体的にさらに
詳細に説明する。ハ時点直前のアクセルペダル踏み込み
前においては、吸入空気量は150g/minである。目標空燃
比を例えば15とすると基本燃料噴射量は10g/minであ
る。このときのパージ燃料量は2g/minであるため、実際
に必要な燃料噴射量は8g/minとなる。従ってこのときFA
Fは次式から0.8となっている。

FAF＝8g/min/10g/min＝0.8 次に、ハ時点でアクセルペダルが踏み込まれたとき、
FAFは0.8である。しかし、吸入空気量は300g/minとな
り、空燃比を15とするための基本燃料噴射量は20g/min
である。しかし、実際の燃料噴射量は次式によって16g/
minである。

燃料噴射量20g/min×0.8＝16g/min このときもパージ燃料量は2g/minであるため、総燃料
量は18g/minとなる。従ってこのときの空燃比は次式よ
り16.7となる。

A/F＝300g/min/18g/min＝16.7 そして、FAFが0.8から0.9に変化するまでの間、空燃
比はリーンとなる。このためハ時点で著しいリーンスパ
イクが発生し、運転性が悪化する。その後ニ時点でアク
セルペダルを元に戻すことにより吸入空気量が減少した
場合再びリッチスパイクが発生する。

以上のように、吸入空気量の変化により基本燃料噴射
時間TPが変化したときでも、FAFは追従して変化するこ
とができないため、TPの変化の初期においては、TPが変
化する直前のFAFによってTPが補正される。このため吸
入空気量が大きく変化する過渡運転時においては、リー
ンスパイク及びリッチスパイクが発生する。

特開昭62−131962号公報の装置においても、空燃比補
正係数FAFによってパージ時の空燃比を制御しているた
め、前述の従来の装置と同様、著しいリーンスパイクが
発生し運転性が悪化するという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明によれば第１図に
示されるように、燃料蒸気を機関吸気系にパージするパ
ージ装置100と、機関の運転状態に応じて算出される基
本燃料噴射量を空燃比センサの出力信号に基づいて変化
する空燃比補正係数によって補正することにより、空燃
比が予め定められた空燃比となるよう制御する空燃比制
御手段101とを備えた内燃機関において、機関吸気系に
燃料蒸気のパージを開始することにより空燃比補正係数
が予め定められた値以下となった時の空燃比補正係数と
パージ開始直前の空燃比補正係数との差を求める減算手
段102と、空燃比補正係数の差に基づいて燃料を減量す
るための減量補正量を算出する減量補正量算出手段103
と、減量補正量に基づいて基本燃料噴射量を減量補正す
ると共に、空燃比補正係数を強制的にパージ開始直前の
値にする空燃比補正手段10と、減量補正の後減量補正量
を徐々に小さくする減量補正量制御手段105とを備えて
いる。

〔作 用〕

本発明は上記した構成によって、機関吸気系に燃料蒸
気のパージを開始することにより空燃比補正係数が予め
定められた値以下となった時の空燃比補正係数とパージ
開始直前の空燃比補正係数との差を求め、この空燃比補
正係数の差に基づいて燃料を減量するための減量補正量
を算出し、この減量補正量に基づいて基本燃料噴射量を
減量補正すると共に、空燃比補正係数を強制的にパージ
開始直前の値にし、減量補正の後減量補正量を徐々に小
さくすることとなる。

〔実施例〕

第２図を参照すると、１はシリンダブロック、２はシ
リンダヘッド、３はピストン、４は吸気マニホルド、５
はサージタンク、６はエアフローメータ、７はサージタ
ンク５とエアフローメータ６とを連絡する吸気管、19は
スロットル弁、８はエアクリーナ、９は吸気マニホルド
４に配設された燃料噴射弁、10は排気マニホルドを夫々
示す。11は活性炭が充填されたキャニスタで、導管12を
介して燃料タンク13の上部空間に接続される。さらにキ
ャニスタ11は第１パージ通路14を介して、第１パージポ
ート15でサージタンク５内に接続される。第１パージ通
路14の途中には、第１パージ通路14を連通遮断すると電
磁弁16が設けられる。キャニスタ11と電磁弁16との間に
位置する第１パージ通路14から第２パージ通路17が分岐
される。第２パージ通路17は、第２パージポート18で吸
気管７内に接続される。第２パージポート18は、スロッ
トル弁19が全開位置にあるときはスロットル弁19の直上
流に位置し、スロットル弁19が開くことにより吸気マニ
ホルド４に連通される。キャニスタ11は、一方で開口20
を介して大気に連通される。キャニスタ11は、燃料タン
ク13内で気化した燃料蒸気を一時的に貯留した後、第１
又は第２パージ通路14,17を介して吸気通路内に燃料蒸
気を放出する。

21はアイドルスイッチで、スロットル弁19がアイドル
開度位置にあるか否か検出する。22はクランクシャフト
が一定角度回転する毎に出力パルスを発生するクランク
角センサで、このクランク角センサ22の出力パルスから
機関回転数を計算することができる。23はO₂センサで排
気ガス中の酸素濃度を検出する。24は吸気温センサで吸
入空気の温度を検出する。エアフローメータ６は吸入空
気量を検出する。

電気制御ユニット30はディジタルコンピュータからな
り、双方向性バス31によって相互に接続されたROM（リ
ードオンリメモリ）32、RAM（ランダムアクセスメモ
リ）33、CPU（マイクロプロセッサ）34、入力ポート35
および出力ポート36を具備する。入力ポート35はA/Dコ
ンバータ37,38及び39を介して夫々O₂センサ23、エアフ
ロメータ６及び吸気温センサ24に接続される。さらに入
力ポート35は、アイドルスイッチ21及びクランク角セン
サ22に接続される。一方、出力ポート36は、駆動回路4
0,41を介して夫々電磁弁16及び燃料噴射弁９に接続され
る。

スロットル弁19が全閉時以外の機関運転時においては
第２パージポート18から常にパージされる。第２パージ
通路17は第１パージ通路14に比較して流路断面積が小さ
く、小流量のパージを行なう。これに対し第１パージ通
路は大流量のパージを行なうことができ、燃料タンク13
内に大量の燃料蒸気が発生したとき、電磁弁16を開弁
し、第１パージポート15から大量のパージを行なうこと
ができる。第１パージポート15からのパージは、アイド
リング時においても実行できる。従って、特に高温渋滞
時においても大量にパージを行なうことが可能であるた
め、キャニスタ11の開口20から燃料蒸気が漏れ出ること
はない。

第３図には、電磁弁16を制御するための定時間割込み
ルーチンを示す。同図において、まずステップ50で吸気
温センサ24により検出された吸気温度Ｔが予め定められ
た温度T₀以上か否か判定される。これにより多量の燃料
蒸気が発生する条件か否か判定される。否定判定される
と燃料蒸気量が少量と判定され、ステップ51で電磁弁16
は閉弁される。これにより第１パージポート15からは燃
料蒸気はパージされない。肯定判定されるとステップ52
でフィードバック制御中か否か判定される。ステップ53
では燃料カット中でないか否か判定される。ステップ52
及び53のいずれか一方でも否定判定されるとステップ51
で電磁弁16は閉弁される。ステップ52及び53ともに肯定
判定されるとステップ54でアイドリング中か否か判定さ
れる。肯定判定されるとステップ55で電磁弁16が開弁さ
れる。否定判定されると、電磁弁16は現在の状態が保持
される。すなわち、電磁弁16が開弁せしめられるとき
は、必ずアイドリング時である。このように第１パージ
ポート15からパージするときは、必ずアイドリング時と
したのは、アイドリング時には吸入空気量は安定してい
るため、後述するパージ時の燃料蒸気量を推定するに際
し、より正確に燃料蒸気量を推定できるようにするため
である。以上の処理の後このルーチンを終了する。

燃料噴射時間τは次式により算出され、このτに基づ
いて燃料噴射が実行され、空燃比が理論空燃比となるよ
うに制御される。

τ＝TP×FAF×Ｋ ここでTPは基本燃料噴射時間であり、機関回転数Ｎ
と、機関の負荷に相当するQ/Nとの２次元マップ値から
求められる。ここでＱは、エアフローメータ６により検
出される吸入空気量である。このマップ値は、ROM32内
に予め記憶されている。

FAFはフィードバック補正係数である。第４図を用い
てFAFの算出方法の概略を説明すると、O₂センサ23は混
合気が過濃なとき、即ちリッチのとき0.9ボルト程度の
出力電圧を発生し、混合気が稀薄なとき、即ちリーンの
とき0.1ボルト程度の出力電圧を発生する。O₂センサ23
の出力電圧Ｖは電子制御ユニット30において0.45ボルト
程度の基準電圧Vrと比較され、O₂センサ23の出力電圧Ｖ
がVrよりも高ければリッチであると判断され、Vrよりも
低ければリーンであると判断される。FAFは、リッチか
らリーンに反転したと判断されたときには急激に設定ス
キップ値だけ増加した後に徐々に増加し、リーンからリ
ッチに反転したと判断されたときには急激に設定スキッ
プ値だけ減少した後に徐々に減少する。Ｋは、他の補正
係数である。

第１パージポート15から燃料蒸気のパージが開始され
ると、空燃比がリッチとなる。このため、本実施例では
第１パージポート15からパージが開始された後、フィー
ドバック補正係数FAFが所定値以下となったとき、その
ときのFAFとパージ開始直前のアイドリング時におけるF
AFとの差を求め、その差に基づいて求めた減算補正量に
より基本燃料噴射時間TPから減算補正をすると同時に、
FAFを1.0とすることとしている。その後キャニスタ11中
の燃料蒸気の減少に伴なって、補正量を徐々に減少さ
せ、すなわち減算補正されたTPを徐々に減少補正されて
いないTPに増大させていき、補正量が０以下となった時
点で電磁弁16を閉じ、第１パージポート15からのパージ
を終了する。

第５図は燃料噴射時間算出ルーチンを示す。このルー
チンは定時間毎の割込みにより実行される。同図におい
て、まずステップ60において、基本燃料噴射時間TPが算
出される。TPは機関回転数Ｎと、機関負荷に担当するQ/
Nとの２次元マップ値から求められる。次いでステップ6
1で電磁弁16がオンか否か判定される。ステップ62では
後述する減算補正実行フラグＦ＝１か否か判定される。
ステップ61及び62ともに肯定判定されると、ステップ63
で基本燃料噴射時間TPは、後述する減算補正量Ｖだけ減
算補正されてTPAとされる。すなわち、基本燃料噴射時
間TPはパージによる影響量Ｖだけ減じられる。ステップ
61及びステップ62のいずれか一方でも否定判定される
と、ステップ64でTPAにTPがそのまま入れられる。ステ
ップ65では、次式により燃料噴射時間τが算出される。

τ＝TPA×FAF×Ｋ 以上の処理の後本ルーチンを終了し、図示しない他の
ルーチンによって燃料噴射が実行される。

第６図は減算補正量Ｖを制御する定時間割込みルーチ
ンを示す。同図においてまずステップ70において電磁弁
16が開弁か否か判定される。電磁弁16が閉弁のとき、第
１パージポート15から燃料蒸気は膨出されないので、減
算補正量Ｖを制御することなく本ルーチンを終了する。
電磁弁16の開弁のときだけ、以下の減算補正量Ｖの制御
が実行される。ステップ71ではフィードバック補正係数
FAF所定値、例えばが0.8以下か否か判定される。パージ
開始当初FAFは0.8以上であるので否定判定されステップ
75以下で減算補正量Ｖは減算される。しかしフラグＦは
０のままであるので、燃料噴射時間算出ルーチン（第５
図参照）のステップ62で否定判定されるためTPAは減算
補正されない。パージの影響で空燃比がリッチとなりFA
Fが0.8以下になるとステップ71で肯定判定されステップ
72に進む。ステップ72では、減算補正実行フラグＦを１
にセットする。これにより、燃料噴射時間算出ルーチン
（第５図参照）のステップ62で肯定判定され減算補正が
実行されることとなる。ステップ73では減算補正量Ｖが
次式により算出される。

Ｖ＝TP×（１−FAF） ここで、パージ開始直前の空燃比補正係数FAFを１と
し、１−FAFはパージによる空燃比の変化を示してい
る。また、Ｖはパージの影響を燃料噴射時間で表わした
量である。ステップ74ではFAFを強制的に、パージ開始
直前のFAF、すなわち１にしている。これにより燃料噴
射時間算出ルーチン（第５図参照）のステップ65で、 τ＝TP×（１−FAF）×１×Ｋ とされる。TPはパージの影響分だけ減算されるので、FA
Fは再び1.0近傍で振れることとなる。この後、再び本ル
ーチンが実行されると、ステップ71で否定判定されステ
ップ75に進む。ステップ75ではFAFが所定値、例えば1.1
5以上か否か判定される。減算補正量Ｖが大きすぎて過
補正となり、このためFAFが1.15を越えた場合、ステッ
プ76で減算補正量Ｖは比較的大きな値αで減算される。
これによりTPAは大きくなるので、FAFは比較的急激に小
さくなり、１に近づいていく。ステップ75で否定判定さ
れるとステップ77に進み、減算補正量Ｖは小さな値βで
減算される。これによりＶは徐々に小さくなり０に近づ
く。これは、パージの燃料蒸気量の減少に対応してTPA
をTPに近付けるためである。ステップ78でＶ≦０か否か
判定される。肯定判定された場合、キャニスタ11中の燃
料蒸気量はほとんどないと判定され、ステップ79で、電
磁弁16を閉弁し、減算補正実行フラグＦを０にする。否
定判定されると、本ルーチンを終了し、FAF＞0.8である
間は、定時間毎にＶは減算される。

このように、基本燃料噴射時間TPからパージの影響量
を減算補正するようにしているので、吸入空気量が大き
く変化するような過渡的な運転状態であっても、吸入空
気量の変化開始時が適正に補正することができる。

また、減算補正するとともにFAFを強制的に１に設定
するので、追従遅れなく、燃料噴射量を過度に減量補正
することがない。

第７図には学習制御の実行を制御する定時間割込みル
ーチンを示す。ステップ81で減算補正実行フラグＦが０
か否か判定され、否定判定されると、学習制御は実行さ
れずこのルーチンを終了する。肯定判定されると、ステ
ップ82で学習制御を実行した後このルーチンを終了す
る。これは、減算補正が実行されているときは、学習制
御を禁止することによって、誤学習を防止するためであ
る。

以上の処理を第８図を参照して説明する。ホ時点で電
磁弁16が開弁され、第１パージポート15から大量の燃料
蒸気のパージが開始される。このとき従来と同様O₂セン
サ23はリッチ信号を出し続け、これによりFAFは一定割
合で徐々に減少する。このため燃料噴射量も一定割合で
徐々に低下する。この間従来と同様リッチスパイクが発
生するが、リッチスパイクは運転性には大きな悪影響を
及ぼさない。ヘ時点でFAFが0.8になると、TPが減算補正
されかつFAFが強制的に1.0とされる。TPは減算補正され
るので、FAFは再び1.0近傍で振れ、空燃比はほぼ理論空
燃比となる。次にト時点でアクセルペダルを踏み込むこ
とにより、吸入空気量が増大するが、これに応じて増大
する。TPAも増大するが、パージの燃料蒸気量が減算補
正されるため、FAFはほとんど変化せず1.0近傍で振れ、
空燃比はほぼ理論空燃比に維持される。このように、従
来のようなリーンスパイクが発生しないため、運転性が
悪化することはない。その後チ時点でアクセルペダルを
基に戻すことにより吸入空気量が減少すると、TPAは吸
入空気量に応じて減少するため従来のようなリッチスパ
イクは発生しない。

ヘ時点においてFAFが1.0とされた後、空燃比が未だリ
ッチであるため、FAFが1.0より小さい値を中心として振
れる場合がある。この場合、アクセルペダルを踏み込む
ことにより吸入空気量が増大するとリーンスパイクが発
生する。しかし、空燃比の希薄側への偏倚量は従来に比
べて非常に小さくなり、この場合も運転性が悪化するこ
とはない。

以上のように本実施例によれば、第１パージポート15
から大量の燃料蒸気をパージする場合であっても精度良
く空燃比制御できる。

また、パージ中にアクセルを踏み込んで吸入空気量が
増大しても、燃料噴射量の追従遅れがないため、大きな
リーンスパイクが発生することはない。従って、運転性
が悪化することはない。

また、本実施例では大量の燃料蒸気をパージする第１
ポート15からのパージを開始するときは常にアイドリン
グ時としている。このため、パージ時の燃料蒸気量をよ
り精度良く算出することができる。

また、本実施例では電磁弁16を介して第１パージポー
ト15を設けているため、アイドリング状態においても燃
料蒸気をパージすることができる。従って、例えば高温
渋滞時等の悪条件下においても、キャニスタから大気中
に燃料蒸気が溢れ出すことはない。

なお本実施例では、燃料蒸気が大量に発生する条件を
吸気温センサ24により検出される吸気温度によって判断
したが、燃料タンク13に燃料温度センサ又はタンク内圧
力センサを設けて燃料過度又はタンク内圧力によって判
定してもよい。この場合の電磁弁制御フローチャート
は、第３図においてステップ50を、燃料温度が例えば60
℃以上か否か、又はタンク内圧力が例えば0.05kg/cm²以
上か否か、に変更すればよい。

また、本実施例では第１パージポート15の第２パージ
ポート18を有する場合について説明したが、第２パージ
ポート18の位置にだけパージポートを有する場合、又は
スロットル弁19より下流側だけにパージポートを有する
場合であっても本発明を適用することができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、パージ中にアクセルペ
ダルを踏み込んでも、空燃比が過度に希薄な状態となる
ことがなく、従って運転性が悪化することはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は本発明の一実施例の
全体構成図、第３図は電磁弁を制御するためのフローチ
ャート、第４図はFAFの算出法を説明するための線図、
第５図は燃料噴射時間を算出するためのフローチャー
ト、第６図は減算補正量を制御するフローチャート、第
７図は学習制御の実行を制御するフローチャート、第８
図は本発明の動作説明図、第９図は従来の装置の動作説
明図である。 ９……燃料噴射弁、11……キャニスタ、 15……第１パージポート、 18……第２パージポート、 23……O₂センサ、30……電子制御ユニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−41960（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−41632（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−205450（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−205451（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−5751（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−57841（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−145958（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料蒸気を機関吸気系にパージするパージ
   装置と、機関の運転状態に応じて算出される基本燃料噴
   射量を空燃比センサの出力信号に基づいて変化する空燃
   比補正係数によって補正することにより、空燃比が予め
   定められた空燃比となるよう制御する空燃比制御手段と
   を備えた内燃機関において、前記機関吸気系に燃料蒸気
   のパージを開始することにより前記空燃比補正係数が予
   め定められた値以下となった時の前記空燃比補正係数と
   パージ開始直前の前記空燃比補正係数との差を求める減
   算手段と、前記空燃比補正係数の差に基づいて燃料を減
   量するための減量補正量を算出する減量補正量算出手段
   と、前記減量補正量に基づいて前記基本燃料噴射量を減
   量補正すると共に、前記空燃比補正係数を強制的にパー
   ジ開始直前の値にする空燃比補正手段と、前記減量補正
   の後前記減量補正量を徐々に小さくする減量補正量制御
   手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置。