JP3208869B2 - 空燃比制御値の閉ループ補正装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関における空燃
比制御値を閉ループ補正するための装置に関し、詳しく
は燃料噴射量または排気ガス再循環量、あるいはその両
方の空燃比制御値を高精度で補正するための閉ループ補
正装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空燃比制御は、混合気を目標の空燃比に
制御するものである。係る制御において、空燃比制御信
号は、例えば燃料噴射弁，排気ガス再循環弁（以後、Ｅ
ＧＲ弁）のアクチエータに供給される。このとき各弁の
特性がエンジンの使用中経時的に変化するので、目標値
に対して誤差を発生させる。従って係る空燃比制御値を
補正して実際に則した空燃比制御信号をアクチエータに
供給する必要があり、従来よりこのような補正装置が種
々提案されている。

【０００３】従来の補正装置は、エンジン回転数及び吸
気量等から決定される目標空燃比と、排気ガス中の酸素
濃度から算出される実際の空燃比とを比較し、実際の空
燃比が目標空燃比となるように、空燃比制御値に対して
フィードバック学習制御を実施していた。この実施は、
一般的には定常状態で行なわれるが、例えば燃料カット
時には実施されない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが従来の補正装
置は、燃料噴射量−トルク特性が空気過剰率λ＝1.0 付
近でトルクがピークとなり、且つ噴射量変化に対するト
ルク変化の小さいガソリンエンジンについて考慮されて
おり、例えばディーゼルエンジンにおいては空燃比制御
値を正確に学習補正することができなかった。なぜなら
ディーゼルエンジンは、その構造故に燃料噴射量の変化
によってトルクが大きく変化する特性があるので、従来
のようにフィードバック学習補正を行うと、フィードバ
ック制御の基準となるエンジン回転数が変わってしま
い、エンジン回転数全域にわたり共通の補正値をうまく
算出することができないからである。また、このような
学習フィードバックを繰り返すと、上述の特性によりエ
ンジン運転中、絶えずトルクが変動するのでドライバビ
リティ（以後、ドラビリ）に違和感を発生させるという
問題があった。

【０００５】そこで本発明の目的は、ディーゼルエンジ
ンまたは同様の特性を有するエンジンにおける上記問題
に鑑み、ドラビリに違和感を与えることなく、空燃比制
御値を高精度で学習補正し得る閉ループ補正装置を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の装置は、図１のような形態を採用する。本
発明によれば、エンジン各部のエンジン状態信号から空
燃比制御値に対する補正値を算出して補正値を空燃比制
御値に反映させる閉ループ補正装置において、上記エン
ジン状態信号からエンジンの負荷状態を検出する負荷検
出手段１と、上記検出されたエンジン負荷状態を所定負
荷状態と比較して、空燃比制御値に対する補正値を算出
するモードと、補正値を空燃比制御値に反映するモード
とを決定する補正モード決定手段２と、補正モード決定
手段が補正値算出モードを決定したとき、空燃比制御値
に対する補正値を算出する補正値算出手段３と、算出し
た補正値を記憶する補正値記憶手段４と、補正モード決
定手段が補正値反映モードを決定したとき、補正値記憶
手段に記憶されている補正値を空燃比制御値に反映する
補正値反映手段５と、を備えた閉ループ補正装置が提供
される。

【０００７】

【作用】上記形態によれば、まず負荷検出手段１により
エンジンの負荷状態が検出される。補正モード決定手段
２は、このエンジン負荷状態から上記補正値を算出する
時期と、補正値を制御値に反映する時期とを判別する。
補正値算出モードのとき補正値算出手段３によって算出
された補正値は、補正値反映手段５で空燃比制御値に反
映されるまで補正値記憶手段４に記憶され得る。これに
より補正値は、補正値の算出に好適な高負荷領域で算出
することができ、補正値の制御値への反映は、制御値が
変わってもドラビリに影響を及ぼさない低負荷領域で実
行することができる。また、補正値の算出モードと補正
値の反映モードとが分けられたことにより、上記補正値
を算出する際にその基準となるエンジン回転数は変わら
ず、エンジン回転数に応じた正確な補正値が算出され得
る。

【０００８】

【実施例】以下、本発明に係る実施例を説明する。図２
は、本発明の閉ループ補正装置をディーゼルエンジンに
適用した例を示している。本エンジンには、排気ガスの
一部を排気管から吸気管に再循環することによって排気
ガス中の窒素酸化物濃度を低減する排気ガス再循環装置
（以後、ＥＧＲ装置）が設けられている。

【０００９】図２において、エンジン１には吸気管２お
よび排気管３が接続されている。エンジン１のシリンダ
ブロック４内にはピストン５が配置されており、シリン
ダブロック４上にはシリンダヘッド６が固定されてい
る。ピストン５とシリンダヘッド６の間には燃焼室７が
形成され、この燃焼室７には吸気弁９から空気が供給さ
れるとともに、燃料噴射ポンプ３０の噴射調整弁３１を
通して燃料が噴射ノズル８から供給される。この燃料の
噴射量は、噴射ノズル８の噴射時間により調整され、そ
の噴射時間の制御は、電子制御装置２０からの噴射制御
信号によって行われる。燃焼室７内に形成された混合気
は、燃焼後排気ガスとなり排気弁１０から排気管３に排
気される。

【００１０】排気管３から吸気管２に向けて上記ＥＧＲ
装置のＥＧＲ管１１が連通されており、ＥＧＲ管１１の
途中に電磁式のＥＧＲ弁１２が設けられている。排気管
３から吸気管２へ再循環される排気ガスの量は、ＥＧＲ
弁１２の開度量によって調整され、その開度量の制御
は、電子制御装置２０のＥＧＲ弁制御信号によって行わ
れる。

【００１１】また、排気管３内には酸素濃度センサ１３
が設けられており、本実施例ではジルコニア型酸素濃度
センサを採用している。酸素濃度センサ１３は、その電
極に直流電圧が印加され、排気ガス中の酸素濃度に比例
した電流信号ＩＬを出力する。酸素濃度センサ１３の酸
素濃度信号ＩＬは、電子制御装置２０に入力され、排気
ガス中の酸素濃度から混合気の実際の空燃比を算出する
ために用いられる。また、酸素濃度センサ１３は動作温
度が高く、常時内部のヒータおよび温度センサ（図示せ
ず）によって約６５０度に加熱保持されている。

【００１２】電子制御装置２０は、上記酸素濃度センサ
１３の他に、エンジンの始動開始を検出するためのイグ
ニッション・スイッチ２１，エンジンの回転数を検出す
るための回転角センサ２６，およびアクセル開度を検出
するためのアクセル開度センサ２７等と接続されてお
り、各部の状態信号を入力する。電子制御装置２０は、
これら状態信号からエンジン始動，アイドリング，発
進，定速走行，燃料カット等といったエンジンの運転状
態を判別し、内部のバックアップメモリ２４に記憶され
ているマップから混合気が必要とする目標空燃比を決定
し、燃料噴射制御信号およびＥＧＲ弁制御信号を出力す
る。

【００１３】本実施例において、燃料噴射制御信号およ
びＥＧＲ制御信号は、それぞれ基本制御値（以後、基本
値）と学習制御値（以後、学習値）とから構成されてい
る。つまり噴射制御値は噴射基本値と噴射学習値、ＥＧ
Ｒ制御値はＥＧＲ基本値とＥＧＲ学習値とから構成され
ている。各基本値は、エンジン回転数及びアクセル開度
等に応じて混合気が常に適切な空燃比になるように予め
設定された値であり、学習値は、上記噴射弁やＥＧＲ弁
といった燃料系および吸排気系の特性が経時的に変化し
て基本値では適切な空燃比を制御することができないと
きに基本値に付加される値であり、本実施例において
は、学習値が継続的に閉ループ学習補正される。

【００１４】詳細には後述されるが、閉ループ学習補正
は電子制御装置２０内で実行される。電子制御装置２０
は、エンジン回転数とアクセル開度との関係から導かれ
るエンジンの負荷状態を基に学習補正の処理モードを判
別する。電子制御装置２０は、エンジンの負荷状態が所
定負荷以上のときには補正値を算出するモード、エンジ
ンの負荷状態が所定負荷より小さいときには学習値を補
正するモードを設定する。なお所定負荷の設定は、例え
ばエンジンの無負荷状態を境界とした１つの境界で設定
され得るが、上記各モードが独立して設定され得るなら
ば、アイドル状態，燃料カット等の複数の所定負荷条件
または境界を用いても構わない。

【００１５】電子制御装置２０は、補正値算出モードの
とき、目標空燃比のための噴射制御値（目標噴射量）お
よびＥＧＲ制御値（目標ＥＧＲ量）と、酸素濃度センサ
出力ＩＬから推測される実際の噴射値（実際噴射量）お
よびＥＧＲ弁開度値（実際ＥＧＲ量）とを比較し、それ
ぞれ目標値と実際値との偏差をなくすべく各々の学習値
に対する補正値を算出する。一方、学習値補正モードの
とき電子制御装置２０は、補正値算出モードで算出した
各補正値を各学習値に反映させ、これ以後に決定される
噴射制御値およびＥＧＲ弁制御値を実際の状態に適合さ
せる。

【００１６】図３および図４は、この閉ループ学習補正
のフローチャートの一例を示す。本フローチャートは、
エンジン起動時にキースイッチがＯＮされ、電子制御装
置２０が動作すると同時に開始され、エンジン運転中、
所定の時間間隔で実行される。以下ステップ毎に説明す
る。

【００１７】まずステップ１００ではエンジン回転数：
Ｎｅ₁ ，アクセル開度：ＡＣＣＰ₁，酸素濃度センサ１
３内の温度センサからセンサ温度：Ｔ₁ を取り込む。ス
テップ１０１では、最新に算出されてバックアップメモ
リに記憶されている噴射学習値Ｑ_compおよびＥＧＲ学習
値Ｅ_compを取り出す。ステップ１０２では、これら各学
習値が所定の範囲内にあるか否かを判定する。学習値が
いずれも所定範囲内にあるときには最新の学習値が採用
される。また、学習値のいずれかが所定範囲内をはずれ
ている場合には、学習値が異常であると判断され、ステ
ップ１０３において各学習値のイニシャル値Ｑ_IN，Ｅ_IN
が各学習値として設定される。

【００１８】続いてステップ１０４では、ステップ１０
０で取り込んだエンジン回転数Ｎｅ ₁ ，アクセル開度Ａ
ＣＣＰ₁ を基に噴射基本値Ｑ_B およびＥＧＲ基本値Ｅ_B
をバックアップメモリ内のマップから取り込む。ステッ
プ１０５では、ステップ１００で取り込んだ酸素濃度セ
ンサの温度Ｔ₁から酸素濃度センサの動作状態を判定す
る。例えば温度Ｔ₁ が６５０度以下であると、センサが
不活性状態であると判定されステップ１２１に進められ
る。ステップ１２１では、基本値Ｑ_B ，Ｅ_B と学習値Ｑ
_comp，Ｅ_compとが加算され、噴射制御値Ｑ_O およびＥＧ
Ｒ制御値Ｅ_O が形成される。この噴射制御値Ｑ_O および
ＥＧＲ制御値Ｅ_O は、それぞれ噴射弁およびＥＧＲ弁の
各アクチュエータに燃料噴射制御信号，ＥＧＲ弁制御信
号として与えられる。

【００１９】一方、上記ステップ１０５において酸素濃
度センサが活性状態であると判定されたときにはステッ
プ１０６が実行され、エンジン回転数Ｎｅ₁ とアクセル
開度ＡＣＣＰ₁ とを基にエンジン負荷状態が判別され
る。

【００２０】エンジンの負荷状態は、概略的に図５
（ａ）および（ｂ）に示され、図５（ａ）はエンジン暖
機前、図５（ｂ）はエンジン暖機後の負荷状態を示して
いる。図５（ｂ）の斜線部分は、ＥＧＲ装置が作動する
領域を示している。エンジン負荷状態は、エンジン回転
数，アクセル開度から決定され、エンジン１回転あたり
の噴射量が大きいほど負荷が大きい。本実施例では、エ
ンジンが無負荷状態の領域を境界として、エンジン負荷
の大きい領域と小さい領域とを分けている。この境界を
規定する所定負荷は、補正値を制御値に反映するときに
ドラビリに影響を与えない範囲であれば、燃料カット時
等、他の設定も可能である。なお、エンジン内の水温セ
ンサからの信号を基に、エンジン暖機前には補正制御を
実行しないようにすることも可能である。

【００２１】上記ステップ１０６にてエンジン負荷が所
定負荷以上の場合、各学習値の補正値算出モードが選択
される。図４において、ステップ１０７では、現在エン
ジンが排気ガス再循環状態（以後、ＥＧＲ状態）である
か否かを識別し、噴射弁およびＥＧＲ弁のどちらの補正
値を算出するかを決定する。

【００２２】まず噴射弁に係る補正値算出モードを説明
する。これは上記図５においてエンジンが非ＥＧＲ状態
にある場合に相当し、ステップ１０８にて所定時間Ｔｑ
のカウントが実行される。これは、次のステップ１０９
で排気ガス中の酸素濃度を取り込む際、排気再循環の影
響がない測定値を得るために行われる。非ＥＧＲ状態が
所定カウントのあいだ継続していれば、ステップ１０９
で排気ガス中の酸素濃度ＩＬ_R1が測定されて取り込ま
れ、継続されない場合には酸素濃度を測定せずステップ
１２１が実行される。

【００２３】ステップ１０９にて酸素濃度ＩＬ_R1を入力
後、ステップ１１０では、エンジン回転数Ｎｅ₁ および
アクセル開度ＡＣＣＰ₁ に応じた目標空燃比の酸素濃度
値ＩＬｑをバックアップメモリ内のマップから取り込
む。ステップ１１１では、目標の酸素濃度値ＩＬｑと実
際の酸素濃度値ＩＬ_R1とを比較して差ΔＩＬｑを算出す
る。

【００２４】ここで噴射量における補正値算出の関係を
概略的に図６に示す。図６は、各酸素濃度値の関係がＩ
Ｌｑ＜ＩＬ_R1の状態を表しており、実際の空燃比ＩＬ_R1
が目標値ＩＬｑに対して小さく、噴射制御値がΔｑ不足
している状態を表している。従ってこの場合、噴射制御
量の不足分を学習値に加えるような補正値が算出され得
る。

【００２５】ステップ１１２では、差ΔＩＬｑに対する
補正値Δｑを算出し、バックアップ・メモリに記憶す
る。もしバックアップ・メモリ２４に、以前に記憶され
た補正値があれば最新の補正値Δｑに更新される。ステ
ップ１１２では補正値Δｑを算出するだけで従前の学習
値に補正値を反映させない。

【００２６】補正値算出後ステップ１２１では、ステッ
プ１０２，１０３で決定した各学習値と、ステップ１０
４で取り込んだ各基本値とを加算して各制御値を形成す
る。従って各制御値Ｑ_o ，Ｅ_o には今回算出した補正値
は反映されておらず、バックアップメモリ内に算出した
補正値が記憶されるだけである。なお、バックアップメ
モリには専用のバッテリが接続されており、たとえエン
ジンが停止しても記憶内容は維持される。

【００２７】次に、ＥＧＲ弁に係る補正値算出モードに
ついて説明する。上記ステップ１０７においてエンジン
がＥＧＲ状態にあると判別されると、ステップ１１２に
おいて所定時間Ｔｅのカウントが実行される。これは、
次のステップ１１４で排気ガス中の酸素濃度を正確に測
定するために行われ、排気再循環されたガスが再度燃焼
されて排気管に到達するまでの安定時間を考慮したもの
である。ＥＧＲ状態が所定時間Ｔｅ継続していればステ
ップ１１４が実行され、排気ガス中の酸素濃度ＩＬ_R2が
取り込まれる。反対にＥＧＲ状態が所定時間継続しない
場合には補正値の算出は行わずステップ１２１が実行さ
れる。

【００２８】ステップ１１４で酸素濃度値ＩＬ_R2を取り
込んだ後、ステップ１１５ではエンジン回転数Ｎｅ₁ お
よびアクセル開度ＡＣＣＰ₁ に応じた目標空燃比の酸素
濃度値ＩＬｅをバックアップメモリ内のマップから取り
込む。ステップ１１６では、上記酸素濃度値ＩＬｅと実
際の酸素濃度値ＩＬ_R2とからＥＧＲ量の差に相当するΔ
ＩＬｅを算出するが、この実際の酸素濃度値ＩＬ_R2には
噴射量に係る誤差分ΔＩＬｑが含まれているので、この
ＩＬ_R2から噴射量に係る誤差ΔＩＬｑをオフセットした
値ＩＬ_R2’と酸素濃度値ＩＬｅとを比較してＥＧＲ量に
係る差ΔＩＬｅを算出する。

【００２９】この関係を図７に概略的に示す。図７は、
一例として酸素濃度値がＩＬｅ＜ＩＬ_R2’の状態を表し
ており、噴射量に係る誤差分ΔＩＬｑをオフセットした
実際の空燃比ＩＬ_R2’が目標値ＩＬｅに対して小さく、
ＥＧＲ量がΔｑだけ不足している状態を表している。従
ってこの場合、ＥＧＲ制御値の不足分を学習値に加える
ような補正値が算出され得る。

【００３０】ステップ１１７では、差ΔＩＬｅに相当す
るＥＧＲ量の補正値Δｅを算出し、バックアップメモリ
に記憶する。もしメモリ内に前に記憶された補正値があ
れば本補正値Δｅに更新される。その後ステップ１２１
にて、噴射弁に係る補正値算出モードと同様、従前の基
本値および学習値を用いて各制御値Ｑ_o ，Ｅ_o を形成
し、ＥＧＲ量に係る補正値算出処理を終了する。

【００３１】最後に、算出した補正値を各学習値に反映
させる学習値補正モードを説明する。図３のステップ１
０６にてエンジンの負荷状態が所定負荷より小さい場
合、学習値補正モードが選択されステップ１１９が実行
される。ステップ１１９において、上記各補正値算出モ
ードで算出されバックアップメモリ内に記憶されている
各補正値Δｑ，Δｅが各学習値Ｑ_comp，Ｅ_compに付加さ
れる。各学習値はバックアップ・メモリのマップに新し
い学習値として更新記録される。その後ステップ１２０
にてバックアップ・メモリ内の各補正値Δｑ，Δｅはリ
セットされる。これにより次のステップ１２１では、各
基準値と新しい学習値とから各制御値が形成される。

【００３２】上記フローチャートの補正値算出および学
習値補正モードの一例をタイムチャートで表すと図８の
ように表される。図８（ａ）は、エンジンの負荷が大き
く、且つＥＧＲ装置が作動していない場合、つまり噴射
学習値の補正値算出モードを表している。図のように、
噴射制御の目標値は最大値付近にあるが、これに対して
実際の噴射量が不足している。この不足分は噴射学習値
の補正値算出モード開始から所定時間Ｔｑ後、補正値Δ
ｑとして算出され、その後学習値に反映されるまで保持
される。従って学習値Ｑ_{co mp}の値は変わらない。

【００３３】図８（ｂ）は、エンジンの負荷が中程度
で、且つＥＧＲ装置が作動している場合、つまりＥＧＲ
学習値の補正算出モードを表している。図のように、Ｅ
ＧＲ制御の目標値に対して実際のＥＧＲ量が不足してい
る。この不足分は、ＥＧＲ学習値の補正値算出モード開
始から所定時間Ｔｅ後、補正値Δｅとして算出され、そ
の後学習値に反映されるまで保持される。従って学習値
Ｅ_compの値は変わらない。

【００３４】図８（ｃ）は、エンジンの負荷が小さく且
つＥＧＲ装置が作動していない場合、つまり学習値の補
正モードを表している。図のように、学習値補正モード
になると同時に各補正値は各学習値に重畳され、一方、
各補正値はリセットされる。補正された各学習値は、次
に補正されるまでこの値に維持される。

【００３５】図８（ｄ）〜（ｆ）は、図８（ａ）〜
（ｃ）と同じ状態となったとき、実際の噴射量およびＥ
ＧＲ量が各目標値と適合された状態を表している。もし
このとき誤差があれば、更に上記のような補正値算出お
よび学習値補正モードが繰り返される。

【００３６】このように本実施例によれば、エンジンが
所定の負荷より大きいとき、噴射弁，ＥＧＲ弁に係る全
体の補正値が選択的に算出され、本閉ループ補正の基準
となるエンジン回転数，アクセル開度に則した補正値が
算出される。一方、エンジンが所定の負荷より小さいと
き、ドラビリに影響を及ぼすことなく空燃比制御値を補
正することができる。

【００３７】また、本実施例では噴射量およびＥＧＲ量
に関する学習補正について述べたが、同様な他の形態も
容易に案出されるであろう。例えばエンジンが所定負荷
よりも大きいときに目標値との誤差量に応じてアクセル
開度又は回転数を疑似的に補正する補正値を算出し、所
定負荷よりも小さいときにその補正値を学習値に反映さ
せ、間接的に噴射量又はＥＧＲ量を操作することも可能
である。

【００３８】

【発明の効果】このように本発明によれば、ディーゼル
エンジンまたは同様の特性を有するエンジンであって
も、ドラビリに違和感を与えることなく空燃比制御値を
高精度で学習補正し得る閉ループ補正装置が提供され
た。これにより、ガソリン車と同様な運転フィーリング
で効果的な空燃比制御が達成された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る閉ループ補正装置の一形態を示す
構成図である。

【図２】本発明に係る閉ループ補正装置の一実施例を示
す構成図である。

【図３】図２の実施例における電子制御装置で実行され
る閉ループ補正フローチャートを示す。

【図４】図２の実施例における電子制御装置で実行され
る閉ループ補正フローチャートを示す。

【図５】図３のフローチャートで判別されるエンジン負
荷状態を示す説明図である。

【図６】図４のフローチャートで算出される噴射学習値
の補正値を示す説明図である。

【図７】図４のフローチャートで算出されるＥＧＲ学習
値の補正値を示す説明図である。

【図８】図３，図４のフローチャートにおける各補正値
算出モードおよび学習値補正モードのタイムチャートを
示す。

【符号の説明】

１…ディーゼルエンジン ２…吸気管 ３…排気管 ８…噴射ノズル ９…吸気弁 １２…ＥＧＲ弁 １３…酸素濃度センサ ２０…電子制御装置 ２４…バックアップメモリ ３０…燃料噴射ポンプ ３１…噴射調整弁

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−159434（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−136537（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−54248（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−17336（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−136537（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−129443（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/14 F02D 45/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン各部のエンジン状態信号から空
   燃比制御値に対する補正値を算出するとともに、前記補
   正値を学習値として記憶し、以降は前記記憶した学習値
   を空燃比制御値に反映させて閉ループ補正を行う装置に
   おいて、 前記状態信号からエンジンの負荷状態を検出する手段
   （１）と、 前記検出されたエンジンの負荷状態が、現在の運転状態
   にて算出された補正値を前記学習値として前記空燃比制
   御値に反映させたときにドライバビリティに影響を与え
   ない所定負荷状態以外のときには補正値を算出する第１
   のモードと、エンジンの負荷状態が前記所定負荷状態の
   ときには、前記第１のモードにて算出された補正値を前
   記学習値に反映する第２のモードとを決定する手段
   （２）と、 前記第１のモードが決定されたときに、空燃比制御値に
   対する補正値を算出する手段（３）と、 前記算出した補正値を記憶する補正値記憶手段（４）
   と、 前記第２のモードが決定されたときに、前記補正値記憶
   手段に記憶されている補正値を空燃比制御値に反映する
   手段（５）と、 を具備することを特徴とする空燃比制御値の閉ループ補
   正装置。