JP3442216B2 - エンジン制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン制御装置
に関し、特に、空燃比フィードバック係数の学習精度を
向上させた精密な空燃比制御を行うエンジン制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のエンジン制御装置においては、特
開昭６１−２３７８５０号公報に記載されているよう
に、Ｏ₂ センサを用いて空燃比のフィードバック制御を
行なって、フィードバック制御開始時の燃費、ドライバ
ビリティ、及び、エミッションの悪化等を防止するため
に該制御において前記空燃比のフィードバック条件を満
たした所定期間の間、積分時定数を大きい値とし、所定
時間経過後は積分時定数を小さくすることで、フィード
バック制御開始時に空燃比制御レベルがフィードバック
制御時の空燃比制御レベルから大きく離れることがあっ
ても、所定期間だけ早い空燃比フィードバック制御によ
り空燃比を要求制御レベル空燃比に早く到達させる制御
が提案されている。

【０００３】また、特開昭５８−１９０５３２号公報に
記載されているように、エンジン空燃比のフィードバッ
ク制御を負荷変動に対して応答性よく理論空燃比の近く
で制御すべく、積分制御の前記積分時定数の設定手段と
して、Ｏ₂ センサの出力に基づく空燃比帰還補正係数α
の増減の反転時のピーク値を記憶して平均値を算出し、
この平均値とピーク値に応じて基準の振れ幅を設定し、
αの値が前記平均値から基準の振れ幅を越えて変化した
時にαを算出するための積分時定数を大から小に変化さ
せることで、制御の応答性を良くしたものが提案されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
方式は、概ね、エンジンの過渡時の空燃比追従性向上を
狙ったもので、空燃比フィードバック制御を行なってい
る最中にアクセルが閉から開、または開から閉となって
吸入空気量が急変しても積分動作中の積分ゲインを大き
く（積分時定数を小さく）切換えて空燃比追従性をよく
したものである。

【０００５】フィードバック係数の中心値を記憶して空
燃比補正値の学習を行う場合、フィードバック係数の最
大側ピーク値と最少側ピーク値の平均を中心値とする
が、中心値の精度はそれぞれのピーク値の検出精度に影
響される。上記ピーク値は積分ゲインを小さく（積分時
定数を大きく）すれば細かいピッチでフィードバック係
数が増減するので空燃比センサのリーン／リッチ切替り
点を精度良く検出できる。しかし、一方で空燃比センサ
のリーン／リッチ切替り時間は延びるため応答性は悪く
なるという問題がある。

【０００６】逆に、積分ゲインを大きく（積分時定数を
小さく）すればリーン／リッチ切替り時間は短くなって
応答性はよくなるが、フィードバック係数の増減幅は粗
くなって空燃比センサのリーン／リッチ切替り点は精度
よく検出できないという別の問題があり、前記二つの問
題のうち１方を満足させると他方は成立しないという相
反する現象が生じる。

【０００７】また、エンジン空燃比を微少な範囲内で段
階的に調整するフィードバック制御として、積分制御の
最中に積分時定数を変化させる制御も提案されている。
例えば、空燃比の大小関係が反転してからの所定の期
間、積分時定数を小さくし、所定期間経過後は大きく設
定するべく制御するもの（特開平２−９５７４４号公
報）、あるいは、積分制御の途中に、αをリッチ側及び
リーン側へ変化させる逆スキップ、又は積分を一時的に
休止させて前記αを一定値に固定する積分休止時間を設
けて制御するもの（特開平２−９９２６号公報）が提案
されているが、両提案とも、空燃比帰還補正係数αのピ
ーク値の検出の精度等に難があり、前記二つの問題を同
時に解決できるものではなかった。

【０００８】更に、前記従来のエンジンの空燃比制御
は、多気筒エンジンの各気筒毎の空燃比のばらつきの是
正を配慮したものではない。本発明は、このような問題
に鑑みてなされたものであって、その目的は、空燃比フ
ィードバック制御を行うに当たって、空燃比の学習精度
の向上、及び、多気筒エンジンの各気筒毎の空燃比のバ
ラツキを補正することで、理論空燃比付近の狭い範囲で
空燃比を制御し、触媒通過後の排気ガス中の有害成分の
低減を可能とするエンジン制御装置を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明に係るエンジン制御装置は、エンジンのシリンダ
に入る吸入空気量を計測または推定する手段と、吸入空
気量に見合った燃料噴射量を計算しインジェクタの開弁
時間を求める手段と、通電されている間燃料を気筒別に
噴射するインジェクタと、所定の点火時期に点火プラグ
で火花を発生させ混合気に着火する手段と、排気ガスの
空燃比が所定の空燃比に対し濃い状態か薄い状態かを検
出する手段と、検出した空燃比を目標空燃比に一致させ
るよう燃料噴射量を増減してフィードバック制御を行う
手段からなり、空燃比フィードバック係数が増加から減
少に転じるときの最大側ピーク値、及び／もしくは、減
少から増加に転じるときの最小側ピーク値を精度良く学
習するために、積分動作中に積分ゲインを大から小に
（積分時定数は小から大に）２段階または多段階に切換
えるゲイン切換え手段を設けたことを特徴としている。

【００１０】そして、本発明のエンジン制御装置のより
具体的態様としては、積分ゲインが小の状態で空燃比フ
ィードバック係数が増加から減少に転じるときの最大側
ピーク値Ｎ個と、同じく積分ゲインが小の状態で空燃比
フィードバック係数が減少から増加に転じるときの最少
側ピーク値Ｎ個との平均からフィードバック係数の中心
値を算出してフィードバック係数の学習値として記憶す
る手段を備えたことを特徴としている。

【００１１】また、空燃比フィードバック係数が最大側
ピークに向かって増加中に積分ゲインを大から小に切換
えるタイミングは、前記フィードバック係数が中心値と
最大側ピークの間の所定値に達した時点とし、逆に空燃
比フィードバック係数が最少側ピークに向かって減少中
に、積分ゲインを大から小に切換えるタイミングは、前
記フィードバック係数が中心値と最少側ピークの間の所
定値に達した時点とするゲイン切換え手段を備えたこと
を特徴としている。

【００１２】本発明のエンジン制御装置の他の具体的態
様としては、基準気筒となる１つの気筒のインジェクタ
特性と補正対象となるｎ−１気筒分のインジェクタ特性
の差を検出する手段と、該特性の差を気筒別に学習し記
憶しておく補正値記憶手段と、該記憶手段から読みとっ
た補正値を元に各気筒のインジェクタ開弁時間を補正す
る手段を有し、前記気筒間の空燃比ばらつきが最小とな
るよう燃料噴射制御を行うことを特徴としている。

【００１３】また、本発明のエンジン制御装置は、基準
気筒となる１つの気筒のインジェクタ特性と補正対象と
なるｎ−１気筒分のインジェクタ特性の差を検出する手
段が、ｎ気筒全体の排気ガスで空燃比フィードバックを
行いながら、補正対象気筒の中の１つの気筒の燃料噴射
量を所定量増加（または減少）させ、安定した後の減少
（増加）したフィードバック係数を記憶し、次々と、別
の補正対象気筒の燃料噴射量を増加（または減少）さ
せ、安定した後の減少（増加）したフィードバックゲイ
ンを記憶し、補正対象気筒全てについてｎ回に分けて記
憶したフィードバックゲインから作られるｎ−１元方程
式を解くために、ｎ−１次の逆行列を演算し、基準気筒
インジェクタに対するｎ−１気筒分の補正係数を求める
ことを特徴としている。

【００１４】更に、前記エンジン制御装置は、基準気筒
となる１つの気筒のインジェクタ特性と補正対象となる
ｎ−１気筒分のインジェクタ特性の差を検出した後、記
憶しておく補正値記憶手段が、各インジェクタ毎、最小
噴射時間から最大噴射時間までを数区間に分けて、区間
毎の補正値をｎ−１個のテーブルとして記憶することを
特徴としている。

【００１５】更にまた、前記エンジン制御装置は、基準
気筒となる１気筒のインジェクタ特性と補正対象となる
ｎ−１気筒分のインジェクタ特性の差を検出した後、記
憶しておく補正値記憶手段が、各インジェクタ毎、最小
噴射時間から最大噴射時間までを数区間に分けて、さら
に、エンジン回転数の最小回転数から最大回転数までを
数区間にわけて、噴射時間とエンジン回転数から学習部
分（記憶部分）を検索するようｎ−１個のマップを持つ
ことを特徴としている。

【００１６】前記の如く構成された本発明に係るエンジ
ン制御装置は、空燃比フィードバック係数を増減させて
いる比例ゲイン・積分ゲインのうち積分ゲインを積分動
作中に大から小に（積分時定数は小から大に）２段階ま
たは多段階に切換えるゲイン切換え手段を設けたことに
よって、空燃比フィードバック係数の中心値を学習しよ
うとするとき、空燃比フィードバック係数が増加中（ま
たは減少中）の積分動作時の初期は積分ゲインが大きい
ので、リーン／リッチ切替り時間が延びて応答性は悪く
なるということがないと共に、積分動作時の後期は積分
ゲインが小さいため空燃比フィードバック係数の最大側
ピーク値および最少側ピーク値を検出するための分解能
を高くでき、それぞれのピーク値を正確に検出できる。

【００１７】また、多気筒エンジンの空燃比制御を行う
にあたって、基準気筒となる１気筒のインジェクタ特性
と補正対象となるｎ−１気筒分のインジェクタ特性の差
を検出する手段と、該特性の差を気筒別に学習し記憶し
ておく補正値記憶手段と、該記憶手段から読みとった補
正値を元に各気筒のインジェクタ開弁時間を補正する手
段とを備えたことによって、気筒毎の空燃比のばらつき
をなくしたので、精密な空燃比制御を行うことが可能で
ある。

【００１８】更に、前記高精度学習と気筒別の空燃比の
ばらつき補正とにより、触媒の浄化率が高い空燃比範囲
に正確に制御可能であることから、排気ガス中の有害成
分であるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの濃度を低減することがで
きる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明のエンジ
ン制御装置の一実施形態について詳細に説明する。第１
図は、本実施形態のエンジン制御装置を含むエンジンシ
ステムの全体構成を示したもので、図１において、エン
ジン７の各気筒には、ピストン７ａ、シリンダ７ｂで構
成される燃焼室７ｃが配置され、該燃焼室７ｃの上部に
は、吸気管８と排気管２１とが接続されている。エンジ
ン７の各気筒に吸入する空気は、前記吸気管８に接続さ
れているエアクリーナ１の入口部２から取り入れられ、
空気流量計３及び吸気流量を制御する絞弁が収容された
絞弁ボディ５を通り、コレクタ６に入る。該コレクタ６
に導かれた吸入空気は、エンジン７の各シリンダ７ｂに
接続された各吸気管８に分配され、シリンダ７ｂ内に導
かれる。

【００２０】また、ガソリン等の燃料は、燃料タンク９
から燃料ポンプ１０により吸引、加圧された上で、燃料
ダンパ１１、燃料フィルタ１２、燃料噴射弁（インジェ
クタ）１３、及び、燃圧レギュレータ１４が配管されて
いる燃料系に供給される。前記燃料は、前記燃圧レギュ
レータ１４により一定の圧力に調圧され、それぞれのシ
リンダ７ｂの吸気管８に設けられているインジェクタ１
３から吸気管８の中に噴射される。前記インジェクタ１
３からの燃料の噴射は、図示したように吸気管８の中に
噴射する方式でもよいし、各シリンダ７ｂ内の燃焼室の
中に直接噴射する方式でもよい。

【００２１】更に、前記エンジン７には、コントロール
ユニット１５が付設され、後述する各種センサ等からの
検出信号を取り込み、それらの検出結果に基づきエンジ
ン７を制御する。前記空気流量計３は、吸気流量を検出
し、その検出信号を前記コントロールユニット１５に出
力する。前記絞弁ボディ５の部署にはスロットル弁の開
度を検出するスロットルセンサ１８が取り付けられてお
り、該検出出力もコントロールユニット１５に入力され
るようになっている。

【００２２】ディストリビュータ１６には、クランク角
センサ（図示省略）が内蔵されており、該クランク角セ
ンサはエンジン７のクランク軸の回転位置を示す基準角
信号ＲＥＦと回転信号（回転数）検出用の角度信号ＰＯ
Ｓとを検出し、該検出信号をコントロールユニット１５
に出力する。点火コイル１７は前記ディストリビュータ
１６を介して点火プラグ２３を点火させる。

【００２３】前記排気管２１には、Ａ／Ｆセンサ２０が
配置されており、該Ａ／Ｆセンサ２０で検出した検出信
号もコントロールユニット１５に入力されるようになっ
ている。ここで、前記Ａ／Ｆセンサ２０は実運転空燃比
を検出するためのもので、所定の空燃比に対し濃い状態
か薄い状態かを検出するタイプである。前記エンジン７
のシリンダ７ｂには、水温センサ２２が配置されてお
り、該水温センサ２２の検出信号が前記コントロールユ
ニット１５に入力されている。

【００２４】前記排気管２１の途中には、触媒装置２５
が介装されており、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等
を除去して排気ガスを浄化する。触媒（ＣＡＴ）前ＮＯ
ｘセンサ２６は、エンジン７から排出されるガスのＮＯ
ｘ濃度を検出し、触媒（ＣＡＴ）後ＮＯｘセンサ２７
は、触媒装置で浄化された後のガスのＮＯｘ濃度を検出
する。

【００２５】前記コントロールユニット１５の主要部
は、図２に示すように中央演算部ＭＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡ
Ｍ、及び、Ａ／Ｄ変換器を含むＩ／ＯＬＳＩ等で構成さ
れており、エンジン７の運転状態を検出する前記各種の
センサ等からの信号を入力として取り込み、所定の演算
処理を実行し、この演算結果として算定された各種の制
御信号を出力し、前記インジェクタ１３や点火コイル１
７、及び、燃料ポンプ１０等に所定の制御信号を出力
し、燃料供給量制御、及び、点火時期制御等を実行す
る。

【００２６】前記のような構成のエンジン７及び該エン
ジン制御システムにおいて、図３は空燃比を理論空燃比
（Ａ／Ｆ＝１４．７）付近で変化させた場合の空燃比と
排気ガス中の有害成分であるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘとの関
係を示したものであり、図４は空燃比と排気ガス中の有
害成分であるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘの三元触媒での浄化率
との関係を示したものである。図３に示されているよう
に、理論空燃比付近での排気ガスのＨＣ、ＮＯｘについ
ては、リッチ（濃い）側にずれてもリーン（薄い）側に
ずれても大きな変化はないが、ＣＯはリッチ側にずれる
と急激に濃くなるものであり、図４に示されているよう
にＣＯ、ＨＣについては、理論空燃比よりリッチ側にず
れると浄化率が急激に下がり、逆に、ＮＯｘについて
は、理論空燃比よりリーン側にずれると急激に浄化率が
低下するものである。

【００２７】前記図３と図４の前記排気ガス中の有害成
分であるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘの空燃比に対する特性から
理解されるように、触媒装置を通過した後の排出ガス中
に含まれる有害成分を低く抑えるためには、エンジン７
の運転時空燃比を理論空燃比を中心とした狭いバンド
（空燃比）の中に制御することが必要である。そこで、
通常の電子式エンジン制御装置においては、理論空燃比
を境にリッチ側でHi、リーン側でLOとなるＯ₂ センサ１
３で空燃比を検出し、フィードバック制御を行って理論
空燃比付近で運転できるようにしている。この基本動作
を図５と図６に示す。

【００２８】図５は、燃料噴射パルス幅Tiを求めるブロ
ック図であり、該燃料噴射パルス幅Ｔｉは吸入空気量Ｑ
ａをエンジン回転数Ｎｅで割った値に、インジェクタの
流量特性に見合った係数ＫとＡ／Ｆフィードバック係数
αを掛けるようになっている。Ａ／Ｆフィードバック係
数αはＯ₂ センサ１３の値をもとに決定されるものであ
る。

【００２９】図６は、Ｏ₂ センサ信号とαの関係を示し
たものであり、時刻T1以前のようにＯ₂ センサ１３の信
号がリッチの間は、所定の積分ゲインによりαは減少し
続け、リーンの間は、αは増加し続ける。また、Ｏ₂ セ
ンサ１３の信号がリッチからリーンに切替ったとき、α
は所定の比例ゲインによりステップ的に増加し、逆にリ
ーンからリッチに切替ったときは、αはステップ的に減
少する。

【００３０】以上のような動作で空燃比Ａ／Ｆのフィー
ドバック制御を行なっているため、吸入空気量Ｑａを計
測するセンサの特性にバラツキがあっても、空燃比は理
論空燃比付近に補正可能である。しかし、エンジンを始
動後数１０秒の間のＯ₂ センサ１３が活性化していない
間は、フィードバック制御ができないために、例えば、
回転数Neと負荷を表わすTpの軸でマップを持ち、各部の
α値を学習しておく必要がある。ここで、学習するαの
値は、図４に示した触媒の特性により理論空燃比からは
ずれないようにできるだけ少ない誤差で学習することが
望ましい。

【００３１】また、多気筒エンジンの場合、全ての気筒
で平均した空燃比を理論空燃比に制御しても、リッチ気
筒とリーン気筒に気筒によってバラツキが存在すれば、
浄化率特性が直線的でないことから排出ガスは、浄化率
の低い方の気筒の影響をより受け、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ
ともに濃くなってしまうので、触媒装置２５より後に排
出されるガスの有害成分を低く抑えるために、全ての気
筒の空燃比をバラツキなく理論空燃比を中心とした狭い
バンドの中で制御することが望ましい。

【００３２】以下、フィードバック制御中のαの値を正
確に学習する制御装置について説明する。図６に示した
Ｔ₁ 以前のαおよびＯ₂ センサ信号は、従来のＡ／Ｆフ
ィードバック制御中の波形であり、円で囲ったＡ部を拡
大した波形を図７に示す。αはリッチ側の真のピーク値
を捉えるまで、一定の周期で積分ゲインＧ₁ がΔＩ₁ ず
つ増加して真のピーク値を上回ると実際のＡ／Ｆが所定
値より濃くなるので、Ｏ₂センサ信号はＨｉになりリッ
チを示すようになる。

【００３３】図６のＴ₁ 以後は、本実施形態の特徴的な
波形であり、円で囲ったＢ部を拡大した波形を図８に示
す。ここで、α値はＯ₂ センサ信号がリーンの間に増加
するのは従来と同じだが、増加途中で積分ゲインＧＩが
ΔＩ₂ からΔＩ₃ へと小さく変わる。これによって真の
αピーク値に向かって小さいステップでαが増加してい
くため、真のαピーク値を精度良く捉えることができ
る。

【００３４】前記積分ゲインの切換動作を実現するため
のフローチャートを図９に示す。該フローチャートによ
る処理は、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）の定時割込
みで実施される。まず、ステップ９０１とステップ９０
２は、エンジン７が加速・減速等の過渡状態になく、定
常状態であることを判定する。ステップ９０１ではエン
ジン回転数Ｎｅの前回割込み時からの変化が所定の範囲
に入っているか判定する。次で、ステップ９０２では燃
料噴射パルス幅Ｔｉの前回割込み時からの変化が所定の
範囲に入っているか判定する。ステップ９０１もしくは
ステップ９０２でＮｏ、つまり過渡状態と判定される
と、ステップ９０４で学習許可フラグを０にしてステッ
プ９０５に進む。ステップ９０１とステップ９０２で定
常状態であると判定した場合はステップ９０３で学習許
可フラグを１としてステップ９０５に進む。ステップ９
０５で学習許可フラグが０の場合は学習動作を行わない
ようにし、ステップ９２１に進み、ステップ９２１で積
分ゲインＧ_I を大きめのΔＩ₁ にする。

【００３５】学習許可フラグが１になっているのをステ
ップ９０５で確認すると、以下に説明する学習動作には
いる。ステップ９０６では学習中のαのリッチ側とリー
ン側のピーク値を記憶するために、Ｏ₂ センサが反転し
たか判定する。反転したときはステップ９０７で反転し
た回数を表わすＰｅａｋＣｎｔが４回以下かどうか判定
する。ＰｅａｋＣｎｔが４回以下ということは、ステッ
プ９０１と９０２で定常状態と判定されてからＡ／Ｆフ
ィードバックによるＯ₂ センサの反転が４回以下という
ことである。このときはステップ９０８へと進み、リッ
チ側のピークかリーン側のピークか判定する。Ｏ₂ セン
サ反転回数が４回以下のときのα波形は、図６のＡ部の
ようになっている。ステップ９０８でリッチ側と判定さ
れれば、ステップ９０９へと進みαのリッチ側ピークを
２回分記憶する。逆に、ステップ９０８でリーン側と判
定されれば、ステップ９１０へと進み、リーン側ピーク
を２回分記憶する。その後、ステップ９１２でＰｅａｋ
Ｃｎｔが４回目であるかどうか判定する。４回目であれ
ば、ステップ９１５に進む。４回目ということはリッチ
側ピーク値２回分とリーン側ピーク値２回分が出揃った
ことを意味するので、ステップ９１５でリッチ側ピーク
平均値αH とリーン側ピークαL 、中心値αM を計算す
る。

【００３６】ステップ９０７でＰｅａｋＣｎｔが４以下
でないと判定されると、その後、ステップ９１１でＰｅ
ａｋＣｎｔが５以上８以下であるかどうか判定する。５
以上８以下のときはステップ９１３に進み、反転時のリ
ーン側ピーク値２回分とリッチ側ピーク値２回分をα1
、α2 、α3 、α4 、として順次記憶する。ピーク値
が８回を越えるとステップ９１４に進み、ステップ９１
４にてα1 〜α4 を平均したものを学習値αLearn とし
て記憶する。

【００３７】以上、Ｏ₂ センサ１３の反転時の処理が終
了したあとは、ステップ９１６にて反転回数ＰｅａｋＣ
ｎｔをインクリメントする。次に、ステップ９１７にて
積分ゲインを切換えるαのしきい値を設定する。リッチ
側のしきい値はリッチ側ピーク値αH と中心値αM の８
０％とし、リーン側のしきい値はリーン側ピーク値αL
と中心値の８０％の値とする。その後、ステップ９１８
で、αの現在値がαHth とαLth の間かどうか判定す
る。αがαHth とαLth の間であれば、ステップ９１９
にて積分ゲインＧ_I を大きめのΔＩ₂ に設定し、αがα
Hth とαLth の外側であれば、積分ゲインＧ_I を小さめ
のΔＩ₃ に設定する。

【００３８】以上の処理を行うことによって、αのリッ
チ側とリーン側のピーク値を精度良く捉えて記憶するこ
とが可能なため、Ａ／Ｆ制御のための精度のよい学習が
できる。なお、図９に示した実施形態では、リッチ側と
リーン側のピークを合わせて４回取り込んで記憶してい
るが２Ｎ回（Ｎは整数）であれば別の回数でもよい。ま
た、本実施形態では、しきい値を８０％としたが、αH
、αL に近い数値であれば８０％でなくてもよい次
に、前記図５に基づいて、各気筒の空燃比のばらつきを
補正することが可能なエンジン制御装置の構成を説明す
る。エンジンの吸入空気量Ｑａにブロック５０１で係数
Ｋを乗じ、無効噴射時間Ｔｓを加えると各気筒のインジ
ェクタへの燃料噴射パルス幅Ｔｉが求められる。

【００３９】従来の方法では、前記燃料噴射パルス幅Ｔ
ｉをそのまま燃料噴射時間としてＩＮＪ＃１（５０４）
からＩＮＪ＃ｎ（５０６）に入力し、エンジン７に燃料
を供給していた。該燃料が燃焼した後の空燃比はＡ／Ｆ
センサ１３で検出し、該検出信号に基づきＡ／Ｆフィー
ドバック制御手段５１０で制御量αを求める。前記燃料
噴射パルス幅Ｔｉにαを乗じることにより空燃比のフィ
ードバックループが構成される。また、αは１００％を
中心とした制御量であり、実空燃比が理論空燃比より薄
いときは燃料噴射量を多くするように大きな値となり、
逆に実空燃比が理論空燃比より濃いときは燃料噴射量を
少なくするように小さい値をとる。

【００４０】本実施形態の構成の特徴は、気筒別補正量
算出手段５０９、気筒別補正量記憶手段５１１、及び、
気筒別補正量５０２、５０３を従来のシステムに組み入
れたことにある。本実施形態では１つのインジェクタＩ
ＮＪ＃１（５０４）を除いた全てのインジェクタでＴｉ
を補正する。補正係数５０２、５０３は可変となってお
り、気筒別補正量算出手段５０９で算出され、気筒別補
正量記憶手段５１１にて学習値が記憶されている。

【００４１】図１０は、本実施形態のタイミングチャー
トを示している。該図１０では、１つのＡ／Ｆセンサ１
３で３気筒分の空燃比フィードバック制御を行っている
ｎ＝３の例である。実際のエンジンでは直列３気筒エン
ジン、直列６気筒の３気筒分、Ｖ型６気筒の片バンク
分、に相当する。まず、時刻Ａまでの定常状態では、Ｏ
₂ フィードバック制御を行いながら積分ゲインが単一の
パターンと積分ゲインが大→小への２段切換のパターン
でのα中心値の高精度学習を行う。このとき、各気筒の
空燃比は、バラツキながらも平均では理論空燃比となる
ように制御されており、フィードバック制御量αは、α
１で平衡を保っている。ここで、空燃比のバラツキは、
図１０の上側に示すように＃２気筒では＃１気筒に対し
Ｘ1 と濃くなっており、＃３気筒では＃１気筒に対しＸ
2 と薄くなっている。

【００４２】次に、時刻Ａで＃２ＩＮＪをステップ的に
所定量濃くする。その後も空燃比フィードバックは続く
ので＃２気筒が濃くなった分、αをα2 に下げて全体の
空燃比を理論空燃比に保つ必要がある。このとき、Ｔｓ
ｅｔ経過後の安定したα2 は、補正量算出に使用される
ため記憶される。更に、時刻Ｂでは、＃３ＩＮＪをステ
ップ的に所定量濃くする。その後も空燃比フィードバッ
クは続くので＃３気筒が濃くなった分、αをα3 に下げ
て全体の空燃比を理論空燃比に保つ。このとき、Ｔｓｅ
ｔ経過後の安定したα3 は補正量算出に使用されるため
記憶される。

【００４３】本実施形態では、前記α1 、α2 、α3 の
観測値をもとに未知数Ｘ1 、Ｘ2 を求めるが、その算出
原理について数式を用いて説明する。以下の式で１．０
５というのは前記説明で時刻Ａ、時刻Ｂでの所定量増量
の割合を５％としたことを意味するものであるが、増量
割合は他の数値でもよいし、増量割合でなく減量割合で
もよい。

【００４４】図１０の下方に示されているα1 で平衡し
ている状態とα2 で平衡している状態では、空燃比が同
じであるから燃料噴射量の総量も等しいため式（１）が
求められる。式（１）の左辺はα1 で平衡しているとき
の３気筒分の燃料噴射量であり、右辺はα2 で平衡して
いるときの３気筒分の燃料噴射量である。α2 で平衡し
ている状態とα3 で平衡している状態の関係を示したの
が式（３）である。式（１）と式（３）をそれぞれＸ1
、Ｘ2 について整理したのが式（２）、式（４）であ
る。

【００４５】

【数１】

【００４６】次に、式（２）と式（４）を行列式にして
表したのが式（５）であり、該式（５）を変形したのが
式（６）である。ここで、それぞれの行列をｂ、Ａ、ｘ
として式（７）のように表す。このときＡを式（８）の
ようにおく。

【００４７】

【数２】

【００４８】そして、式（６）あるいは式（７）の形で
表された行列式から未知数Ｘ1 、Ｘ2 、つまり、列ベク
トルｘを求めるには式（９）（１０）（１１）のように
式を変形していけばよい。

【００４９】

【数３】

【００５０】ただし、該変形には、行列Ａの逆行列Ａ^-1
をあらかじめ求めておく必要があるので、このことにつ
いて以下に説明する。行列Ａが式（６）で示されたよう
な２＊２の行列の場合、Ａの逆行列は、式（１２）のよ
うにＡの行列式と余因子行列から求められる。行列Ａを
式（８）とおいた場合、式（１２）は式（１３）とな
る。

【００５１】

【数４】

【００５２】前記逆行列の式（１３）を式（１１）に代
入したのが式（１４）であり、行列式（１４）から未知
数Ｘ1 、Ｘ2 を求めαで表した最終形が式（１５）、式
（１６）となる。

【００５３】

【数５】

【００５４】以上、式（１）式と（３）から式（１５）
と式（１６）を求める過程を説明したが、実際のエンジ
ン制御装置では、予め逆行列を机上で計算して求めた式
（１５）と式（１６）の形をマイコンにプログラムして
おけば、観測したαをもとにＸ1 、Ｘ2 を簡単に計算す
ることが可能である。以上、エンジンの気筒が３気筒に
対してＡ／Ｆセンサ１個の実施例の計算について説明し
たが、エンジンの気筒が４気筒に対してＡ／Ｆセンサ１
個の場合でもその計算原理は同じであり、観測値αが１
つ多くなり、未知数Ｘも一つ多くなって、行列式の次数
が一つ増える。式（１７）、式（１９）、及び、式（２
１）は式（１）と式（３）に相当し、式（１８）、式
（２０）、式（２２）はＸ1 、Ｘ2 、Ｘ3 について整理
した形である。

【００５５】

【数６】

【００５６】式（１８）、式（２０）、及び、式（２
２）を行列式にしたのが式（２３）であり、これを変形
して式（２４）となる。式（２４）も式（６）と同様に
式（２５）の形となるので、このときＡを式（２６）の
ようにおく。以下、Ｘ1 、Ｘ2、Ｘ3 を求める計算は、
前記の３気筒で空燃比センサ１個の例と同じである。

【００５７】

【数７】

【００５８】次に、図１０のタイミングチャートで示し
た、各気筒毎の燃料のステップ的増量、空燃比フィード
バック安定後のα値観測、及び、α値記憶の管理等の制
御について、図１１〜図１３、のフローチャートに基づ
いて詳細に説明する。図１１のフローチャート（前段）
では、エンジンの気筒がｎ気筒で空燃比センサが１個と
した一般化した制御として説明する。

【００５９】ステップ７０１での一定時間（例えば１０
ｍｓ）毎の割り込み処理において、まず、ステップ７０
２でエンジン回転数Ｎｅが前回演算時と比べ所定の範囲
に入っているか判定する。次に、ステップ７０３で、燃
料噴射時間Ｔｉが前回演算時と比べて所定の範囲に入っ
ているか判定する。Ｎｅ、Ｔｉとも前回処理時に近い値
であれば、ステップ７０４で学習許可フラグを１にセッ
トする。所定の範囲にはいっていなければ、ステップ７
０５で学習許可フラグを０にして学習を行わないように
する。

【００６０】次に、ステップ７０６では、学習許可フラ
グが１かどうか判定する。学習非許可であれば、ステッ
プ７１３でカウンタＴｃｎｔを０にする。Ｔｃｎｔは図
１０に示したように各気筒の燃料噴射量をステップ的に
増量してからの経過時間である。ステップ７１３の次は
ステップ７１４に進み、＃２気筒から＃ｎ−１気筒まで
のＬｅａｒｎフラグを全て０にする。

【００６１】ステップ７０６で学習許可と判定されれ
ば、ステップ７０７、ステップ７０９、…ステップ７１
１へと進み、どの気筒まで学習が進んだか判定しなが
ら、ステップ７０８、ステップ７１０、…ステップ７１
２で学習対象気筒を特定する。次に、ステップ７１５で
は、Ｔｃｎｔが０であればステップ７１６へ進み、対象
気筒のインジェクタをステップ的に増量させてステップ
７１７に進み、Ｔｃｎｔが０でなければ直接ステップ７
１７に進む。ステップ７１７では、Ｔｃｎｔをアップカ
ウントしてステップ７１８に進む。 ステップ７１８で
は、インジェクタのステップ的増量から所定時間Ｔｓｅ
ｔ以上経過したか否かを判定し、続くステップ７１９で
は、前回処理からＯ₂ センサ信号のリッチ、リーンが反
転したかどうか判定する。信号が反転していれば記憶し
ている４つのα値をシフトする。ステップ７２１ではＯ
₂ センサ反転回数Ｏ₂ｃｎｔをインクリメントする。

【００６２】ステップ７２２では、Ｏ₂ センサ反転回数
Ｏ₂ｃｎｔが４回以上であるか否かを判定し、４回以上
であればステップ７２３、７２４、７２５の処理を行
う。ステップ７２３では４つのαの平均をとる。このと
きのαの４つの平均とは図９のステップ９１４に相当
し、図８に示した積分ゲインΔＩ₃ で捉えたαピーク値
４つの平均である。ステップ７２４ではＴｃｎｔを初期
化し、ステップ７２５では学習対象気筒の学習終了を意
味するＬｅａｒｎフラグを１にしてステップ７２６に進
む。

【００６３】ステップ７１８でインジェクタのステップ
的増量から所定時間Ｔｓｅｔ以上経過していないと判定
した場合は、ステップ７２６に進む。また、ステップ７
１９で前回処理からＯ₂ センサ信号のリッチ、リーンが
反転していないと判定された場合はステップ７２２に進
み、ステップ７２２でＯ₂ センサ反転回数Ｏ₂ｃｎｔが
４回以下と判定された場合はステップ７２６に進む。

【００６４】次に、ステップ７２６では、学習対象全気
筒のＬｅａｒｎフラグが１であれば学習終了とみなし、
ステップ７２７、７２８の処理を行う。ステップ７２７
では式（１５）のようにＸを計算し、ステップ７２８で
は計算したＸを記憶する。最後に、ステップ７２９では
計算、記憶したＸを呼出し、各気筒の燃料噴射量の補正
を行う。

【００６５】次に、各気筒のインジェクタの補正量Ｘの
記憶方式について説明する。インジェクタの噴射時間と
噴射量の関係は、図１４のようになっておりそれぞれの
インジェクタ間でばらつきがある。本実施形態では基準
となるインジェクタとの差を補正量として記憶するが、
その記憶方式は、図１５及び図１６に示されている二つ
の方式のどちらかを使う。

【００６６】図１５は、基準インジェクタの噴射時間毎
に補正率をテーブルとして記憶する方式で、ｎ気筒に１
個の空燃比センサがついているシステムではｎ−１個の
テーブルを持つことになる。図１６は、基準インジェク
タの噴射時間毎、エンジン回転数毎に補正率をマップと
して記憶する方式で、ｎ気筒に１個の空燃比センサがつ
いているシステムではｎ−１個のマップを持つことにな
る。

【００６７】図１７は、本実施形態のエンジン制御装置
を用いた制御処理を行った場合におけるエンジンの各気
筒の空燃比の推移を示したものである。時刻Ａ以前の初
めの状態は、全気筒の平均では理論空燃比になっている
が、各気筒の空燃比はばらついている。次に、時刻Ａで
＃２気筒のインジェクタを所定量増量して学習する、次
いで、時刻Ｂで＃３気筒のインジェクタを所定量増量し
て学習し、学習終了後、時刻Ｃからは＃２、＃３気筒と
も補正をかけるので＃１気筒との空燃比差はなくなる。
すなわち、全気筒の平均空燃比が理論空燃比となるよう
フィードバック制御を行っていれば各気筒の空燃比も理
論空燃比とすることができる。

【００６８】以上、本発明の一実施形態について詳述し
たが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱す
ることなく、設計において、種々の変更ができるもので
ある。

【００６９】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明のエンジン制御装置は、空燃比フィードバック係数の
中心値を学習するとき、空燃比フィードバック係数が増
加中（または減少中）の積分動作時の初期は積分ゲイン
を大きくして、リーン／リッチ切替り時間を短くし、高
応答性を確保できる。また、積分動作時の後期は積分ゲ
インが小さくしたので、空燃比フィードバック係数の最
大側ピーク値および最少側ピーク値を検出するための分
解能を高くでき、それぞれのピーク値を正確に検出でき
る。

【００７０】また、本発明のエンジン制御装置は、多気
筒エンジンの空燃比制御を行うにあたって、気筒毎の空
燃比のばらつきをなくたので、精密空燃比制御を行うこ
とが可能である。更に、前記高精度学習と気筒別の空燃
比のばらつき補正とにより、触媒の浄化率が高い空燃比
範囲に正確に制御可能であることから、排気ガス中の有
害成分であるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの濃度を低減すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態のエンジン制御装置を備え
たエンジン構成図。

【図２】図１のエンジン制御装置のコントロールユニッ
トの構成概念図。

【図３】空燃比に対する排気ガス成分の濃度の関係を示
す図。

【図４】空燃比に対する触媒の浄化率の関係を示す図。

【図５】図１のエンジン制御装置の制御ブロック構成
図。

【図６】図５の制御ブロック構成の空燃比フィードバッ
ク係数αの波形を示す図。

【図７】従来の空燃比フィードバック係数αの波形を示
す図。

【図８】本発明の実施形態の特徴的な空燃比フィードバ
ック係数αの波形を示す図。

【図９】図１のエンジン制御装置の制御フローチャー
ト。

【図１０】図１のエンジン制御装置の制御タイミングチ
ャート。

【図１１】図１のエンジン制御装置の気筒毎の割り込み
制御フローチャート（前段）。

【図１２】図１のエンジン制御装置の気筒毎の割り込み
制御フローチャート（中段）。

【図１３】図１のエンジン制御装置の気筒毎の割り込み
制御フローチャート（下段）。

【図１４】インジェクタの特性とばらつき例を示す図。

【図１５】補正量学習テーブルの一例を示す図。

【図１６】補正量学習マップの一例を示す図。

【図１７】図１のエンジン制御装置の気筒別の制御タイ
ミングチャート。

【符号の説明】

７…エンジン、１３…インジェクタ、１５…コントロー
ルユニット、１８…スロットルセンサ、２０…Ｏ₂ セン
サ、２３…点火プラグ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−190532（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−247146（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−200809（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/02 - 45/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンのシリンダに入る吸入空気量を
   計測または推定する手段と、吸入空気量に見合った燃料
   噴射量を計算しインジェクタの開弁時間を求める手段
   と、通電されている間燃料を気筒別に噴射するインジェ
   クタと、所定の点火時期に点火プラグで火花を発生させ
   混合気に着火する手段と、排気ガスの空燃比が所定の空
   燃比に対し濃い状態か薄い状態かを検出する手段と、検
   出した空燃比を目標空燃比に一致させるよう燃料噴射量
   を増減してフィードバック制御を行う手段からなるエン
   ジン制御装置において、 空燃比フィードバック係数が増加から減少に転じるとき
   の最大側ピーク値、及び／もしくは、減少から増加に転
   じるときの最小側ピーク値を精度良く学習するために、
   積分動作中に積分ゲインを大から小に（積分時定数は小
   から大に）２段階または多段階に切換えるゲイン切換え
   手段を設けたことを特徴とするエンジン制御装置。
2. 【請求項２】 積分ゲインが小の状態で空燃比フィード
   バック係数が増加から減少に転じるときの最大側ピーク
   値Ｎ個と、同じく積分ゲインが小の状態で空燃比フィー
   ドバック係数が減少から増加に転じるときの最少側ピー
   ク値Ｎ個との平均からフィードバック係数の中心値を算
   出してフィードバック係数の学習値として記憶する手段
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載のエンジン制
   御装置。
3. 【請求項３】 空燃比フィードバック係数が最大側ピー
   クに向かって増加中に積分ゲインを大から小に切換える
   タイミングは、前記フィードバック係数が中心値と最大
   側ピークの間の所定値に達した時点とし、逆に空燃比フ
   ィードバック係数が最少側ピークに向かって減少中に、
   積分ゲインを大から小に切換えるタイミングは、前記フ
   ィードバック係数が中心値と最少側ピークの間の所定値
   に達した時点とするゲイン切換え手段を備えたことを特
   徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
4. 【請求項４】 ｎ気筒エンジンで、基準気筒となる１つ
   の気筒のインジェクタ特性と補正対象となるｎ−１気筒
   分のインジェクタ特性の差を検出する手段と、該特性の
   差を気筒別に学習し記憶しておく補正値記憶手段と、該
   記憶手段から読みとった補正値を元に各気筒のインジェ
   クタ開弁時間を補正する手段を有し、前記気筒間の空燃
   比ばらつきが最小となるよう燃料噴射制御を行うことを
   特徴とする請求項２に記載のエンジン制御装置。
5. 【請求項５】 ｎ気筒エンジンで、基準気筒となる１つ
   の気筒のインジェクタ特性と補正対象となるｎ−１気筒
   分のインジェクタ特性の差を検出する手段は、ｎ気筒全
   体の排気ガスで空燃比フィードバックを行いながら、補
   正対象気筒の中の１つの気筒の燃料噴射量を所定量増加
   （または減少）させ、安定した後の減少（増加）したフ
   ィードバック係数を記憶し、次々と、別の補正対象気筒
   の燃料噴射量を増加（または減少）させ、安定した後の
   減少（増加）したフィードバックゲインを記憶し、補正
   対象気筒全てについてｎ回に分けて記憶したフィードバ
   ックゲインから作られるｎ−１元方程式を解くために、
   ｎ−１次の逆行列を演算し、基準気筒インジェクタに対
   するｎ−１気筒分の補正係数を求めることを特徴とする
   請求項４に記載のエンジン制御装置。
6. 【請求項６】 ｎ気筒エンジンで、基準気筒となる１つ
   の気筒のインジェクタ特性と補正対象となるｎ−１気筒
   分のインジェクタ特性の差を検出した後、記憶しておく
   補正値記憶手段は、各インジェクタ毎、最小噴射時間か
   ら最大噴射時間までを数区間に分けて、区間毎の補正値
   をｎ−１個のテーブルとして記憶することを特徴とする
   請求項４に記載のエンジン制御装置。
7. 【請求項７】 ｎ気筒エンジンで、基準気筒となる１つ
   の気筒のインジェクタ特性と補正対象となるｎ−１気筒
   分のインジェクタ特性の差を検出した後、記憶しておく
   補正値記憶手段は、各インジェクタ毎、最小噴射時間か
   ら最大噴射時間までを数区間に分けて、さらに、エンジ
   ン回転数の最小回転数から最大回転数までを数区間にわ
   けて、噴射時間とエンジン回転数から学習部分（記憶部
   分）を検索するようｎ−１個のマップを持つことを特徴
   とする請求項４に記載のエンジン制御装置。