JP3455271B2 - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents

内燃機関の燃料噴射量制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の燃料噴射量
制御装置に関し、特に、空燃比フィードバック制御と空
燃比オープン制御の切り替え可能な内燃機関の燃料噴射
量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、内燃機関においては、吸入空気
量もしくは吸気管内圧力と内燃機関の回転数から基本燃
料噴射量を計算するとともに、内燃機関の排気管に設置
された酸素センサの出力に基づいて基本燃料噴射量を補
正し、内燃機関に供給される燃料を予め定められた目標
空燃比、例えば理論空燃比となるようにフィードバック
制御が行われている。例えば、キャニスタパージ等の空
燃比制御外乱が生じても前記酸素センサの出力信号に基
づいて、空燃比が理論空燃比になるように燃料噴射量を
補正する係数（以下α信号と称す）をコントロールユニ
ット内で計算し、この値に応じて所望の空燃比となるよ
うに空燃比フィードバック制御が行われている。したが
って、例えば、キャニスタパージが理論空燃比より濃い
場合には、キャニスタパージを行わない場合に比べ、燃
料噴射量を減少させるようなα信号が出力される。
【０００３】従来の空燃比制御外乱に対する対応策とし
ては、例えば特開平２−７０９５３号公報にも記載され
ているように、前記α信号の標準値に対する偏差を計算
し、α信号が標準値に安定するように運転領域毎に補正
を行うとともに、これを学習するようにした技術が知ら
れている。このような技術によれば、空燃比制御外乱が
生じても、これをコントロールユニット内で検知、補
正、学習することにより、空燃比制御外乱及び運転領域
に関わらず安定した燃料噴射供給が行えるとともに、最
適な空燃比制御を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
如き従来の内燃機関の燃料噴射量制御装置においては、
酸素センサが活性化する空燃比フィードバック制御範囲
内でなされ得るものであって、フィードバック制御を行
わない空燃比オープン制御、例えば空燃比希薄燃焼（リ
ーンバーン）制御等の場合には、前記キャニスタパージ
等の空燃比制御外乱の影響を直接受けるので空燃比制御
精度が大きく損なわれてしまう。
【０００５】図１３は、内燃機関システムにおいて空燃
比オープン制御を行う場合のタイムチャートの一例であ
る。図１３において、まず、内燃機関の空燃比は、空燃
比フィードバック制御により理論空燃比に制御され、そ
の後、空燃比オープン制御移行条件が成立するためオー
プン制御が行なわれる。オープン制御移行後は、キャニ
スタパージの外乱により、それまでの学習値とは別個に
制御を行わなければならない。すなわち、オープン制御
中に吸入空気と共に内燃機関に供給されるキャニスタか
らのパージ空気中のガソリン蒸気濃度が経時変化するた
め、空燃比が徐々に変化していく。キャニスタパージ中
のガソリン濃度が低くなると、パージ空燃比Ｌｅａｎ曲
線（図１３の破線で示す）で示すように、空燃比がリー
ンとなり、失火やトルクダウン等により内燃機関の運転
性が悪化してしまう。他方、キャニスタパージ中のガソ
リン濃度が高くなると、パージ空燃比Ｒｉｃｈ曲線（図
１３の一点鎖線で示す）で示すように、空燃比がリッチ
となり、内燃機関排出ガス成分が悪化してしまう。
【０００６】このように、空燃比フィードバック制御で
の学習補正量は空燃比オープン制御では更新されないの
で、空燃比オープン制御中に空燃比制御外乱が経時変化
した場合には、適正な補正が行えないのみならず、運転
性の低下及び排出ガスの悪化等が発生するという問題点
があった。ところで、パージ中のガソリン濃度は、気
温、ガソリン量、ガソリン性状等多くの因子に影響さ
れ、その濃度の予測は大変困難である。このことから、
内燃機関の空燃比オープン制御移行時には、空燃比制御
外乱の影響を迅速かつ的確に認識し適切な補正を行うの
みならず、オープン制御中も空燃比外乱の経時変化に応
じた燃料噴射量等を調整する必要がある。
【０００７】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、パージの影響による空燃比変化は空燃
比フィードバック制御中のみに知ることができることに
着目し、空燃比フィードバック制御中にパージの影響を
検知するとともに、オープン制御中の供給燃料噴射量に
反映する方法を採ることにした。そこで、本発明の目的
は、新たに部品を追加することなく、空燃比オープン制
御中での空燃比制御外乱に対する補正を行うようになさ
れ、しかも、空燃比制御精度向上を図ることができ、ま
た、良好な運転性を保持することができるとともに、排
出ガス成分の悪化を可及的に防止することのできる内燃
機関の燃料噴射量制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明に係わる内燃機関の燃料噴射量制御装置は、基本
的には、内燃機関の回転数及び吸入空気量、あるいは吸
入管内圧力に基づいて内燃機関の運転状態を検出する運
転状態検出手段と、該運転状態検出手段により検出され
た運転状態に基づいてキャニスタパージ量を計算するパ
ージ制御量計算手段と、内燃機関の排気管に設けられた
酸素センサの出力値から内燃機関の空燃比を検出し、空
燃比フィードバック制御する手段と、内燃機関の空燃比
制御の外乱となる前記キャニスタパージを行わない時
に、前記空燃比フィードバック制御により所望の空燃比
（ＡＬＰＨＡ＝１．０）制御に対する偏差ＡＬＰＨＡを
学習し、内燃機関の構成部品のばらつき及び環境条件に
よる空燃比制御中心を求める空燃比学習計算手段と、内
燃機関の空燃比制御の外乱となる前記キャニスタパージ
を許可した時に、前記空燃比学習計算の更新を停止し、
前記偏差ＡＬＰＨＡに基づいて算出した補正係数ＭＡＬ
ＰＨＡＴにより前記キャニスタパージによる空燃比制御
への影響を算出して燃料噴射量を求める燃料噴射量計算
手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】そして、より具体的な例としては、内燃機
関の吸入空気量もしくは吸気管内圧力を検出する手段
と、該検出手段により検出された運転状態に基づいて燃
料噴射量を決定する手段と、前記運転状態からキャニス
タパージ量を計算するパージ制御量計算手段と、内燃機
関の排気管に設けられた酸素センサの出力値から内燃機
関の空燃比を検出し、空燃比フィードバック制御する手
段と、内燃機関の空燃比制御の外乱となる前記キャニス
タパージを行わない時に、前記空燃比フィードバック制
御により所望の空燃比（ＡＬＰＨＡ＝１．０）制御に対
する偏差ＡＬＰＨＡを学習し、内燃機関の構成部品のば
らつき及び環境条件による空燃比制御中心を求める空燃
比学習計算手段と、内燃機関の空燃比制御の外乱となる
前記キャニスタパージを許可した時に、前記空燃比学習
計算の更新を停止するとともに、前記偏差ＡＬＰＨＡと
パージ可能な運転領域における運転状態毎の前記キャニ
スタパージ量とに基づいて算出した単位パージ量当り前
記偏差ＡＬＰＨＡの変動量ＭＡＬＰＨＡにより前記キャ
ニスタパージによる空燃比制御への影響を算出し、前記
キャニスタパージ量と前記変動量ＭＡＬＰＨＡの平均値
ＭＡＬＰＨＡＴとに基づいて空燃比オープン制御により
燃料噴射量を補正する手段と、を備えたことを特徴とし
ている。
【００１０】
【作用】前述の如く構成された内燃機関の燃料噴射装置
においては、空燃比制御外乱の影響は、空燃比フィード
バック制御中の目標空燃比からの偏差量と外乱の制御量
を検知することにより求められる。そして、酸素センサ
出力値による空燃比偏差量と偏差量学習値に基づいて、
空燃比オープン制御により運転状態に応じて燃料噴射量
を補正する。また、外乱がオープン制御中に経時変化す
る場合、所定時間経過後、影響量を再学習することで長
期の良好な運転性を確保することが出来る。
【００１１】
【実施例】以下、図面により本発明の実施例を詳細に説
明する。先ず、本発明に係わる内燃機関の燃料噴射量制
御装置の全体構成について説明する。図１は本発明が適
用される内燃機関システムの全体システム図、図２は制
御装置の入出力仕様を示す内部回路ブロック図の一例で
ある。
【００１２】図１において、エアクリーナ１の内燃機関
吸気側には、エアクリーナ１で濾過された内燃機関１８
への吸入空気質量の（流量）を検出するエアフローセン
サ（熱式空気流量計）２が設けられている。エアクリー
ナ１からの吸気系導通路（吸気管）は、ダクト３１、コ
レクタ２０を介して、内燃機関１８の各シリンダに接続
された各吸気管３２、３２、…に接続されている。そし
て、ダクト３１とコレクタ２０の接続部近傍には、吸気
流量を制御するスロットルバルブ３０を収容するスロッ
トルボディ４が形成されている。また、ダクト３１に
は、スロットルバルブ３０をバイパスする空気流量を制
御することによりアイドル時の回転数を制御するアイド
ル・スピード・コントロール（ＩＳＣ：Idle Speed Con
trol）バルブ３が設けられている。内燃機関１８が吸入
すべき空気は、エアクリーナ１の入口から取り入れら
れ、ダクト３１、エアフローセンサ２を介して、スロッ
トルボディ４またはＩＳＣバルブ３を通ってコレクタ２
０に入る。ここで吸気は、内燃機関１８の各シリンダに
接続された各吸気管３２、…に分配されシリンダ内に導
かれる。
【００１３】また、吸気管３２の内燃機関１８の入口部
には、後述するコントロールユニット７の制御信号によ
り開閉制御されるスワール・コントロール・バルブ（Ｓ
ＣＶ）１７が設けられ、その作用により吸入空気は渦流
（スワール）に形成されてシリンダに吸入される。吸気
管３２の吸気口２１に設けられた燃料噴射のためのイン
ジェクタ（燃料噴射弁）５は、配管３３を介して燃料タ
ンク１１に接続されており、配管３３には、燃料タンク
１１から吸引・加圧された噴射用供給燃料をインジェク
タ５に吐出するための燃料ポンプ１０、燃料ダンパ２
２、燃料フィルタ２３が設置されている。また、燃料配
管系には、インテーク・マニホールドの負圧に対しイン
ジェクタ５に加えられる燃圧が常に一定値になるように
調整する燃圧レギュレータ（プレッシャーレギュレー
タ）１２が設けられている。
【００１４】コントロールユニット７は、各種センサか
らの信号を受け、この信号に基づいて所定の演算処理を
行い、燃料供給量制御、ＩＳＣ空気制御、点火時期制御
等の制御を行うものである。エアフローセンサ２からは
空気流量を表す信号が出力され、水温センサ１３からは
冷却水の温度を表す信号が出力され、コントロールユニ
ット７に入力されるようになっている。さらに、前記ス
ロットルボディ４にはスロットルバルブ３０の開度を検
出するスロットルセンサ（絞り弁開度センサ）２４が取
り付けてあり、その出力もコントロールユニット７に入
力されるようになっている。
【００１５】一方、点火装置として、高圧電流を適宜点
火プラグ１４に分配するディストリビュータ６、点火コ
イル１９、点火プラグ１４が設けられている。ディスト
リビュータ６にはクランク角度センサ（図示せず）が内
蔵されており、クランク軸の回転位置を表す基準信号Ｒ
ＥＦと回転速度（回転数）検出用の角度信号ＰＯＳとが
出力され、これらの信号はコントロールユニット７に入
力されるようになっている。点火プラグ１４はコントロ
ールユニット７からの制御信号により点火コイル１９で
発生した高電圧の電気エネルギーを導き、吸入バルブ３
４ａを介してシリンダに吸入された混合気を着火、爆
発、燃焼させ、排気バルブ３４ｂを介して排出させるよ
うになっている。
【００１６】さらに、燃料タンク１１とスロットルボデ
ィ４を連結する配管にはチャコールキャニスタ９が配設
されており、チャコールキャニスタ９は燃料タンク１１
内で発生した燃料蒸気（ベーパ）を一旦吸着し、パージ
バルブ８により運転状態に応じて所望の量パージされる
ようになっている。排気管３５には、触媒１６とその上
流に酸素濃度センサ１５が設けられ、該酸素センサ１５
は、実際の空燃比が理論空燃比に対して、濃い状態か薄
い状態かを検出しており、この出力信号もコントロール
ユニット７に入力されるようになっている。
【００１７】コントロールユニット７の主要部は、図２
に示すように、各種センサからの小信号をアクチュエー
タ駆動の大信号に変換するドライバ回路２０１、入出力
信号をデジタル演算処理を行えるようなアナログ−デジ
タル信号に変換するインターフェース（入出力）回路２
０２、デジタル演算処理を行うマイクロコンピュータも
しくはそれに準ずる演算回路を保有する演算回路２０
３、演算回路２０３の演算処理に用いる定数、変数、並
びにプログラムを格納するための不揮発性のＲＯＭ２０
４及び揮発性のＲＡＭ２０４の２種類のメモリ、並びに
揮発性のＲＡＭ２０５の内容を保持するバックアップ回
路２０６からなる。本図示例では、内燃機関の運転状態
を検出する、熱式空気流量計２、絞り弁開度センサ２
４、酸素濃度センサ１５、クランク角度センサ等の各種
センサ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制御信
号を出力し、燃料噴射弁５、点火コイル１９、ＩＳＣバ
ルブ３に所定の制御信号を供給し、燃料噴射料制御、点
火制御、ＩＳＣ制御を遂行するものである。
【００１８】図３は、本発明の内燃機関の燃料噴射制御
ブロックの一例を示したものである。ブロック４０１で
内燃機関の回転数と吸入空気量もしくは吸入負圧と冷却
水温度と電源電圧を検出するセンサ出力に基づいて、例
えば、負荷、回転数、冷却水温度、バッテリー電圧等の
内燃機関の運転状態を検出する。ブロック４０４では、
運転状態に基づいてキャニスタパージ量を求める。ブロ
ック４０２では、キャニスタパージによる外乱の影響を
取り込み空燃比フィードバック制御により所望の空燃比
制御に対する偏差を学習し、ブロック４０３にて記憶す
る。ブロック４０５では、ブロック４０１から４０４の
結果に基づいた補正量により燃料噴射量を求める。
【００１９】次に、本発明に係わる内燃機関の燃料噴射
量制御装置により空燃比オープン制御を行った場合の燃
料噴射量制御の詳細について説明する。図４は本発明に
基づいて空燃比外乱に対する燃料噴射制御を行った場合
のジェネラルフローチャートの一例である。本実施例に
おける制御は、所定時間毎に実行される。先ず、ブロッ
ク４０１では、空燃比制御がオープン制御を行っている
か否かを判断する。オープン制御中であれば、ブロック
４０２にて、パージによる外乱が空燃比に与える影響が
無視できるまでの時間を計測するため、オープン制御中
で且つ空燃比外乱が発生可能な時間ＴＩＭＥをカウント
する。このように空燃比外乱が十分に安定可能な時間を
設定することにより、空燃比外乱の影響を十分に取り込
むことができ、外乱の影響を誤判定することを防止す
る。ブロック４０３では、ＴＩＭＥが所定値ＴＡＬＰＨ
Ａ＃を超えているか否かを判定することにより、外乱が
空燃比に与える影響が無視できる状態となったかを判断
する。ＴＡＬＰＨＡ＃値はオープン制御中の経時変化す
る空燃比外乱がオープン制御空燃比制御精度に悪影響を
及ぼさないような値を選定し予め設定すればよい。ＴＩ
ＭＥ≧ＴＡＬＰＨＡ＃であれば、空燃比に対するパージ
の影響度を検定する必要があると判断し、ブロック４０
４にて、オープン制御を中止せしめ、空燃比フィードバ
ック制御を行う。
【００２０】次に、ブロック４０５では、空燃比学習制
御が収束しているかを判断する。これは、後にブロック
４０６で外乱の影響度を計算する際、制御中心が確保さ
れていることを判定するためのものである。各領域の学
習値が収束していなければ、制御中心を確保するため、
学習制御を行う。ブロック４０６では、空燃比外乱の影
響を示す値ＭＡＬＰＨＡＴ（α係数の平均値）の値の計
算を開始する。具体的には、ＭＡＬＰＨＡＴは、フィー
ドバック係数の制御中心からのずれ具合により外乱の影
響を検知するものである。ＭＡＬＰＨＡＴは計算に時間
を要するため、ブロック４０７でＭＡＬＰＨＡＴ計算が
終了したかを判断する。ブロック４０８では、前記ＭＡ
ＬＰＨＡＴ値に基づいて外乱の量に応じた燃料噴射量補
正値を求め、ブロック４０９にて前記燃料噴射量補正値
に基づいて再度空燃比オープン制御を許可する。
【００２１】以上説明した実施例では、空燃比オープン
制御中の空燃比外乱要因の経時変化に対応するためにオ
ープン制御間の時間を用いたが、本発明は、前記実施例
に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うこと
ができる。たとえば、時間カウントに代えて、オープン
制御中の内燃機関回転数の総和、オープン制御間の吸入
空気量、あるいは、オープン制御中の空燃比制御に対す
る外乱制御の総量（例えばキャニスタパージ制御の場合
には総パージ量）を用いることができ、同等の性能が得
られる。
【００２２】図５は、前述した図４のジェネラルフロー
チャートに基づいた空燃比制御を行ったときのタイムチ
ャートの一例である。前述したように、所望の空燃比に
対する偏差を表すＡＬＰＨＡが学習収束するＡＬＰＨＡ
＝１．０まで学習を行うとともに、その学習期間は、空
燃比制御外乱、例えばキャニスタパ−ジをカットする。
これにより、構成部品の個体ばらつき、環境条件による
制御中心の偏差を吸収し、制御中心を確保する。学習制
御が収束したのを判断した後、学習制御を禁止すると同
時に外乱となる制御を施し（パージ許可）、空燃比偏差
の平均値を表す値ＭＡＬＰＨＡＴを算出する。本実施例
では、ＡＬＰＨＡにリーン補正の比例制御分（Ｐ分）が
付加される直前の値αmax とリッチ補正のＰ分が付加さ
れる直前の値αmin の所定個所の平均値から、ＭＡＬＰ
ＨＡＴを求めている。
【００２３】次に、図６に前記ＭＡＬＰＨＡＴの算出方
法のジェネラルフローチャートの一例を示す。ＭＡＬＰ
ＨＡＴは、外乱の影響を正確に求める必要性から、算出
時には空燃比フィードバック制御が適正かつ安定した状
態で行われていなければならない。すなわち、酸素セン
サが正常に機能するとともに、運転状態が過渡状態のと
きは算出フローから除外しなければならない。酸素セン
サが正常に機能しているか否かを判断する手段の一例と
して、フィードバック制御中の酸素センサの反転周期を
検出する方法がある。以下、その方法を用いてＭＡＬＰ
ＨＡＴを算出するフローの詳細について説明する。
【００２４】ブロック６０１で酸素センサの出力を読み
取り、ブロック６０２にて酸素センサの反転周期ＴＯ2
が所定値ＫＴＯ2 ＃以下であるか否かを判断する。ＫＴ
Ｏ2＃値は、空燃比フィードバック制御が適正且つ緻密
に行われている状態の酸素センサ反転周期と同等の値を
用いることが望ましい。酸素センサ反転周期ＴＯ2 が所
定値ＫＴＯ2 ＃よりも大きい場合は、空燃比フィードバ
ック制御が適正でないと判断し、計算をキャンセルす
る。ブロック６０３では、図５で示したように、空燃比
偏差ＡＬＰＨＡが反転する毎のＡＬＰＨＡの最大値α
max 、最小値αminの平均値ＭＡＬＰを算出する。
【００２５】外乱の系の遅れ等により空燃比フィードバ
ックが安定していないときは前記ＭＡＬＰの値が変動す
るので、ブロック６０４では、安定した状態で外乱の影
響を検出するために前回のＭＡＬＰ値との相対差ΔＭＡ
ＬＰを求める。そして、ブロック６０５でΔＭＡＬＰが
所定値ＫＭＡＬＰ＃より大きい時は、空燃比フィードバ
ックが安定していないと判断し、以下の計算を行わずフ
ローを終了する。他方、ブロック６０４でΔＭＡＬＰ値
が所定値ＫＡＬＰ＃以下であることを判断すと、ブロッ
ク６０６でスロットルセンサ（絞り弁開度センサ）出力
値ＴＶＯを読み込み、ブロック６０７で単位時間あたり
のＴＶＯ変化値ΔＴＶＯが所定値ＫＴＶＯ＃以下である
か判断する。ΔＴＶＯ値がＫＴＶＯ値を超え、運転状態
が過渡状態のときは、同じく空燃比フィードバックが安
定していないと判断し、以下の計算を行わずフローを終
了する。ブロック６０７の判定には、前記ＴＶＯ以外に
も、単位時間あたりの回転変動や内燃機関の負荷変動を
検出しても同等の性能が得られる。また、それら複数を
判定条件としても同等の性能が得られる。
【００２６】次に、ブロック６０８では、前記ＭＡＬＰ
値を基に、下記の式（１）によりＭＡＬＰＨＡを求め
る。 ＭＡＬＰＨＡ(new)＝ｘ×ＭＡＬＰＨＡ(old)＋（１−ｘ）×ＭＡＬＰ ……（１） ここで、偏差αは複雑に変化し、それに伴ってＭＡＬＰ
ＨＡの値も変動するため、式（１）においては、前回の
ＭＡＬＰＨＡ値に対し重み付け係数ｘを乗算し、前記Ｍ
ＡＬＰに（１−ｘ）を乗算する。この計算を繰り返すこ
とによって、外乱の影響度を表すＭＡＬＰＨＡ値の平均
化をはかることができる。
【００２７】ブロック６０９では、式（１）を行うため
に、ＭＡＬＰとＭＡＬＰＨＡの値を所定回数記憶エリア
に記憶させる。ブロック６１０では、空燃比外乱の影響
度を表すＭＡＬＰＨＡ値の信頼性を高めるために、所定
時間ＴＡＬＰＨＡ＃間のＭＡＬＰＨＡの平均値であるＭ
ＡＬＰＨＡＴを求める。最終的には、このＭＡＬＰＨＡ
Ｔ値を用いて空燃比外乱の影響度として用いる。
【００２８】空燃比オープン制御時の空燃比外乱の影響
ＭＡＬＰＨＡＴを燃料噴射量に補正するには、燃料噴射
量に乗じるＣＯＥＦを下記の式（２）とすることで所望
の空燃比が得られる。ただし、ＣＯＥＦ(old) は、空燃
比外乱に対する補正を含まないその他の補正係数であ
る。 ＣＯＥＦ(new)＝ＣＯＥＦ(old)×ＭＡＬＰＨＡＴ ……（２） 図６の説明では、外乱の影響を求めるために、ブロック
６０８とブロック６１０にて変数の平滑化を行っている
が、内燃機関の特性から、どちらかの処理を除外しても
よい。もしくは、空燃比フィードバック安定度の良好な
内燃機関の場合、ブロック６０８とブロック６１０の両
方の処理を除外してもよい。
【００２９】以上の説明では、空燃比外乱の影響度が各
運転領域に同一の場合の例について説明したが、以下
に、空燃比外乱の影響が運転領域毎により異なる例につ
いて説明する。外乱の影響度が運転領域により異なって
いる場合、それぞれの領域で、外乱の影響度を表す前記
ＭＡＬＰＨＡ値を適用することは出来ない。図７に空燃
比制御外乱をキャニスタパージを例としたときの運転領
域毎の影響度を示したグラフを示す。パージ率ＰＡＲＪ
は、吸入空気量Ｑａに対するパージ量Ｑｐの割合であ
り、下記の式（３）により定義される。
【００３０】 ＰＡＲＪ＝Ｑｐ／Ｑａ ……（３） 図７において、領域Ａは、キャニスタパージ量Ｑｐの可
変量制御手段を用い、式（３）に従って該パージ量Ｑｐ
を吸入空気量Ｑａに比例させて制御可能なパージ率制御
領域である。領域Ｂは、パージバルブの全開等によりパ
ージ量Ｑｐの可変制御手段が上限となり（Ｑｐが最大値
に到達する）、吸入空気量Ｑａに比例したパージ率制御
が不可能な領域である。また、領域Ｃは、パージを行わ
ない領域である。
【００３１】領域Ａ内では、空燃比制御に対する影響度
が同一であることから、同一のＭＡＬＰＨＡ値を用いる
ことができる。また、領域Ｃでは、パージを行わないこ
とから、ＭＡＬＰＨＡ値を１．０とすればよい。同時に
その他のキャニスタパージカット条件時も領域Ｃと同一
の制御にすればよい。それに対し、領域Ｂにおいては、
可変制御手段によってパージ率ＰＡＲＪが最大量に到達
すると、吸入空気量Ｑａをそれ以上増加させることはで
きないので、パージ率ＰＡＲＪは物理的にパージ率制御
が行えない。しかも、パージバルブ全開時には、パージ
量Ｑｐは内燃機関の吸入負圧に依存するので吸入負圧が
大気側に近づくに伴い、パージ率ＰＡＲＪは低下してし
まう。
【００３２】このように、パージ量可変制御手段の最大
量に到達していない運転領域Ａでキャニスタパージの影
響度ＭＡＬＰＨＡＴを算出しても、前記パージ率制御不
可能運転領域Ｂではパージ率ＰＡＲＪが異なるため、領
域Ａで得たＭＡＰＬＨＡ値をそのまま領域Ｂで適用する
ことはできない。そこで、空燃比外乱の影響度が運転領
域毎に異なる場合、運転領域毎に補正する必要がある。
そのような補正を行う手段として、各運転条件下でのパ
ージ率ＰＡＲＪを求めるとともに、そのパージ率ＰＡＲ
Ｊに対する前記ＡＬＰＨＡ値の変動量を求めることによ
り、各運転条件下でのパージ率に応じた燃料噴射量補正
値を算出することができる。
【００３３】図８は、そのような補正方法の一例を示す
フローチャートである。本図示例で示したフローは、図
６のブロック６０３以降のフローからの変更である。ブ
ロック８０１でキャニスタパージ中かを判断し、パージ
カット中であれば以下の計算を行わずフローを終了す
る。ブロック８０２では、任意の運転領域でのパージ率
ＰＡＲＪの値を求めるために必要なパージ量を可変制御
するパージバルブの開口面積ＰＡＳを求める。ＰＡＳ
は、パージバルブの駆動信号に対する開口面積のテーブ
ルＴＰＡＳを検索することで求めることが出来る。パー
ジバルブの開弁特性が電源電圧値、雰囲気温度により影
響される場合は、電源電圧または冷却水温度を検出し、
前記ＰＡＳ値を補正すればよい。ブロック８０３では、
前記ＰＡＳ値に基づいて、パージ率ＰＡＲＪを下記の式
（４）により算出する。
【００３４】
【００３５】式（４）は、圧縮性流体の流れの関係式か
ら、定数ＰＡＣ＃とバルブ開口面積ＰＡＳと内燃機関の
負荷を表す値ＴＰの平方根を乗じ、内燃機関の空気量Ｑ
ａ値で割ることにより関数式化され、パージ率ＰＡＲＪ
を求めることができる。なお、本実施例では、式（４）
によりパージ率を求めることを説明したが、他の例とし
て、パージ率ＰＡＲＪは回転数と内燃機関の負荷に依存
するため、回転数軸と負荷軸により構成されるマップを
設定し、予め明確にしたパージ率に相当する定数を設定
することによりこれを検索してもよい。
【００３６】前述したように、パージの影響は運転領域
により異なることから、ブロック８０４で、図６で説明
したαmin とαmax の平均値を前記ＰＡＲＪで除算す
る。これにより、単位パージ率に対する偏差ＡＬＰＨＡ
の変化量が得られ、各運転条件でのパージ率に応じた燃
料噴射量補正値を算出することが出来る。その後、図６
のブロック６０４以降のフローへと継続していく。
【００３７】次に、図９により、図８のフローにて得ら
れた外乱の補正係数ＭＡＬＰＨＡＴに対する燃料噴射量
補正方法の一例について説明する。燃料噴射量補正ルー
チンのブロック９０１で空燃比オープン制御か否かを判
断し、オープン制御でない場合には以下の処理を行わず
フローを終了する。ブロック９０２では、外乱補正係数
ＭＡＬＰＨＡＴとパージ率ＰＡＲＪを読み込む。次に、
ブロック９０３で燃料噴射量に乗じる数ＣＯＥＦ(old)
にＭＡＬＰＨＡＴとＰＲＡＪを乗じ、これをＣＯＥＦ
(new) として、以下燃料噴射に用いる。
【００３８】次に、空燃比フィードバック制御とオープ
ン制御の目標空燃比が異なり、フィードバック制御から
オープン制御へ、もしくは、オープン制御からフィード
バック制御への切り替え時に運転性に悪影響を及ぼす場
合には、これを回避する必要がある。図１０は、これに
対応する方法の一例を示すタイムチャートである。これ
は、前述したように、オープン制御をＴＡＬＰＨＡ＃間
行った後の状態からを想定したものである。オープン制
御から急激にフィードバック制御に戻した場合、空燃比
段差相当のトルク段差が生じ運転性に悪影響を及ぼすこ
とから、燃料噴射量補正値を所定時間ＴＩＡＬＰ１＃毎
に所定値ＭＡＬＰＤ１＃ずつ徐々に空燃比をフィードバ
ック制御目標空燃比まで変化させる。フィードバック制
御に入ってから前記ＭＡＬＰＨＡを算出し、再度オープ
ン制御許可条件成立後、運転性を確保するため、燃料噴
射量補正値を所定時間ＴＩＡＬＰ２＃毎に所定値ＭＡＬ
ＰＵ１＃ずつ徐々に空燃比をオープン制御目標空燃比ま
で変化させる。これにより、空燃比制御切り替え時に急
激なトルク段差が生じなくなり、円滑な運転性を実現す
ることができる。
【００３９】図１１は、図１０のタイムチャートに基づ
いた空燃比制御切り替え時に運転性を確保するための方
法の一例を示すジェネラルフローチャートである。本実
施例のフローは、図４のブロック４０３とブロック４０
４間に挿入されるものである。ブロック１１０１では、
燃料噴射量補正値となる空燃比制御外乱影響ＭＡＬＰＨ
ＡＴを下記の式（５）を用いて算出する。 ＭＡＬＰＨＡＴ(new)＝ＭＡＬＰＨＡＴ(old)×ＭＡＬＰＤ１＃ ……（５）
【００４０】式（５）において、ＭＡＬＰＤ１＃値は、
運転性による評価により決定すればよい。ブロック１１
０２では、式（５）によりＭＡＬＰＨＡＴ値＝１．０と
なる外乱の影響補正クリアかを判断する。ブロック１１
０３では、ＭＡＬＰＨＡＴ値がクリアとなった時点で、
空燃比偏差補正係数ＡＬＰＨＡ（α）をＡＬＰＲＥＴ＃
となるまで戻す。これは、空燃比外乱の経時変化等によ
り空燃比に対する影響度が影響度ＭＡＬＰＨＡＴを求め
たオープン制御移行直前（フィードバック制御）と異っ
ていることがあるため、空燃比外乱の経時変化がリッチ
サイドでもリーンサイドに変化していてもフィードバッ
ク制御移行時の大きな空燃比段差は生じないように設定
する。ＡＬＰＲＥＴ＃値は、実験により最適値を選定す
ればよい。ブロック１１０４にて空燃比制御をフィード
バック制御に戻す。次に、ブロック１１０５で再度ＭＡ
ＬＰＨＡＴを算出するとともに、ブロック１１０６でＭ
ＡＬＰＨＡＴ値の計算終了を判断する。ブロック１１０
７では、空燃比オープン制御移行条件が成立した時点
で、燃料噴射量補正値となる空燃比制御外乱影響ＭＡＬ
ＰＵを下記の式（５）を用いて算出する。 ＭＡＬＰＵ(new)＝ＭＡＬＰＵ(old)×ＭＡＬＰＵ１＃ ……（６）
【００４１】式（６）において、ＭＡＬＰＵ１＃値は、
実験による運転性による評価により決定すればよい。ブ
ロック１１０７にて、前記ＭＡＬＰＵ値がブロック１１
０６で求めたＭＡＬＰＨＡＴ値となるまで式（５）の計
算を行い、ＭＡＬＰＵ＝ＭＡＬＰＨＡＴとなった時点で
計算を終了する。これにより、内燃機関は、空燃比制御
切り替えにより運転性は損なわれず、しかも、オープン
制御時の実空燃比が所望の値に制御できる。ブロック１
１０９では、以上で求めた燃料噴射量補正値に基づいて
空燃比オープン制御許可を行う。
【００４２】本実施例では、空燃比オープン制御とフィ
ードバック制御切り替え時に燃料噴射量補正値を徐々に
変化させることを説明したが、本発明は、空燃比の変化
に限定されず、それ以外にも、例えば、点火時期を変化
させてもよい。また、補助空気制御バルブによる空気量
制御を行っても同等の性能が得られる。例えば、空燃比
制御切り替え時に、点火時期を一旦遅角させ、徐々に最
適点火時期（ＭＢＴ）に戻すとよい。補助空気量制御の
場合、空燃比制御切り替えにより出力トルクが増加する
ならば、補助空気量をトルク変化量に相当する空気量を
低下させればよく、出力トルクが低下する方向ならば、
補助空気量をトルク変化量に相当する空気量を増加させ
ればよい。
【００４３】図１２は、本発明の一実施例による内燃機
関の燃料噴射量制御装置を従来技術との比較で評価した
特性図であり、空燃比オープン制御後空燃比外乱要因を
徐々にリーン化させたときの結果である。図１２におい
て、従来のシステムでは、一定時間経過後空燃比許容上
限値（例えば出力空燃比Ａ／Ｆ＝２５．０）を上回り、
オーバリーンとなり失火等により運転性悪化に至ってし
まう。一方、本発明を導入したシステムにあっては、従
来システムと同様に時間経過に伴い空燃比はリーン化す
るが、パージ等の外乱の影響が許容上限値に至る以前に
フィードバック制御が行われ、そのフィードバック制御
により外乱の影響を認識した後、再度オープン制御が行
われるようになっており、しかも、再度オープン制御に
移行したときの空燃比の値は所定値となっているので、
内燃機関の運転性の保持の観点のみならず排気ガス成分
量の低減に関する規制の観点からみても、共に許容範囲
内とすることが可能となる。
【００４４】このように、本発明によれば、空燃比制御
外乱の経時変化に迅速かつ的確に対応した空燃比制御が
行えるとともに、空燃比学習を用いないで空燃比外乱の
影響燃料噴射量補正係数を算出するようにしたので、長
期の所要時間を要する従来の方法に対し、短期間で且つ
精度よく外乱の影響を認識することができる。
【００４５】
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明によれば、新たに部品を追加することなく、空燃比オ
ープン制御中での空燃比制御外乱に対する補正を行うよ
うになされ、しかも、空燃比制御精度向上を図ることが
でき、また、良好な運転性を保持することができるとと
もに、排出ガス成分の悪化を可及的に防止することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される内燃機関の燃料噴射装置の
全体の構成図。
【図２】本発明の内燃機関の燃料噴射量制御装置の内部
回路ブロック。
【図３】本発明の一実施例に係わる内燃機関の燃料噴射
量制御装置の概念を表す燃料噴射量設定ブロックの一
例。
【図４】本発明の燃料噴射量制御のジェネラルフローチ
ャート。
【図５】本発明の燃料噴射量補正のタイムチャート。
【図６】本発明の燃料噴射量補正値算出のジェネラルフ
ローチャート。
【図７】本発明のキャニスタパージ制御領域の一例。
【図８】本発明の燃料噴射量補正値の運転領域毎の補正
値算出のジェネラルフローチャート。
【図９】本発明による外乱の影響の燃料噴射量補正方法
のジェネラルフローチャート。
【図１０】本発明による空燃比制御切り替え時のタイム
チャート。
【図１１】本発明の空燃比制御切り替え時のジェネラル
フローチャート。
【図１２】本発明による燃料噴射量補正制御の効果の一
例。
【図１３】従来内燃機関システムの空燃比オープン制御
タイムチャートの一例。
【符号の説明】
２…吸入空気量センサ、５…燃料噴射制御弁、７…内燃
機関制御装置（コントロールユニット）、１５…酸素セ
ンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｂ ３０１Ｈ ３０１Ｌ 45/00 ３４０ 45/00 ３４０Ｆ Ｆ０２Ｍ 25/08 ３０１ Ｆ０２Ｍ 25/08 ３０１Ｈ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ (72)発明者 阿田子 武士 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社 日立製作所 自動車機器事業部内 (72)発明者 堀 俊雄 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社 日立製作所 自動車機器事業部内 (72)発明者 星 喜美雄 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社 日立製作所 自動車機器事業部内 (56)参考文献 特開 平６−26385（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−10736（ＪＰ，Ａ)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の回転数及び吸入空気量、ある
    いは吸入管内圧力に基づいて内燃機関の運転状態を検出
    する運転状態検出手段と、 該運転状態検出手段により検出された運転状態に基づい
    てキャニスタパージ量を計算するパージ制御量計算手段
    と、 内燃機関の排気管に設けられた酸素センサの出力値から
    内燃機関の空燃比を検出し、空燃比フィードバック制御
    する手段と、 内燃機関の空燃比制御の外乱となる前記キャニスタパー
    ジを行わない時に、前記空燃比フィードバック制御によ
    り所望の空燃比（ＡＬＰＨＡ＝１．０）制御に対する偏
    差ＡＬＰＨＡを学習し、内燃機関の構成部品のばらつき
    及び環境条件による空燃比制御中心を求める空燃比学習
    計算手段と、 内燃機関の空燃比制御の外乱となる前記キャニスタパー
    ジを許可した時に、前記空燃比学習計算の更新を停止
    し、前記偏差ＡＬＰＨＡに基づいて算出した補正係数Ｍ
    ＡＬＰＨＡＴにより前記キャニスタパージによる空燃比
    制御への影響を算出して燃料噴射量を求める燃料噴射量
    計算手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装
    置。
  2. 【請求項２】 内燃機関の吸入空気量もしくは吸気管内
    圧力を検出する手段と、 該検出手段により検出された運転状態に基づいて燃料噴
    射量を決定する手段と、 前記運転状態からキャニスタパージ量を計算するパージ
    制御量計算手段と、 内燃機関の排気管に設けられた酸素センサの出力値から
    内燃機関の空燃比を検出し、空燃比フィードバック制御
    する手段と、 内燃機関の空燃比制御の外乱となる前記キャニスタパー
    ジを行わない時に、前記空燃比フィードバック制御によ
    り所望の空燃比（ＡＬＰＨＡ＝１．０）制御に対する偏
    差ＡＬＰＨＡを学習し、内燃機関の構成部品のばらつき
    及び環境条件による空燃比制御中心を求める空燃比学習
    計算手段と、 内燃機関の空燃比制御の外乱となる前記キャニスタパー
    ジを許可した時に、前記空燃比学習計算の更新を停止す
    るとともに、前記偏差ＡＬＰＨＡとパージ可能 な運転領
    域における運転状態毎の前記キャニスタパージ量とに基
    づいて算出した単位パージ量当り前記偏差ＡＬＰＨＡの
    変動量ＭＡＬＰＨＡにより前記キャニスタパージによる
    空燃比制御への影響を算出し、前記キャニスタパージ量
    と前記変動量ＭＡＬＰＨＡの平均値ＭＡＬＰＨＡＴとに
    基づいて空燃比オープン制御により燃料噴射量を補正す
    る手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装
    置。
  3. 【請求項３】 前記変動量ＭＡＬＰＨＡは、前記酸素セ
    ンサの反転周期を算出すると共に、該酸素センサが反転
    する毎に記憶エリアに所定数記憶する手段と、 前記酸素センサ出力値により得られる目標空燃比からの
    偏差ＡＬＰＨＡが反転する毎に平均値を算出すると共
    に、記憶エリアに記憶する手段と、 前記目標空燃比からの偏差の変動量を算出すると共に、
    前記記憶エリアに所定数記憶する手段と、 を用いて算出するようにしたことを特徴とする請求項２
    記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
  4. 【請求項４】 前記空燃比オープン制御により燃料噴射
    量を補正する手段は、請求項３から得られる前記変動量
    ＭＡＬＰＨＡの平均値ＭＡＬＰＨＡＴを基にした燃料噴
    射量補正値により補正を行うことを特徴とする請求項２
    記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
  5. 【請求項５】 空燃比オープン制御から空燃比フィード
    バック制御への切り替え時に、前記空燃比オープン制御
    期間中における、時間、総吸入空気量、内燃機関回転数
    の総和、または空燃比制御外乱の総制御量のうち、少な
    くとも一つのパラメータに基づいて空燃比フィードバッ
    ク制御に移行せしめる手段を備えたことを特徴とする請
    求項２記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
  6. 【請求項６】 前記空燃比制御外乱の総制御量は、キャ
    ニスタパージの総パージ量であることを特徴とする請求
    項５記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
  7. 【請求項７】 請求項４の燃料噴射量補正値を段階的に
    変化させる手段により空燃比フィードバック制御とオー
    プン制御の切り替えを行うようにしたことを特徴とする
    請求項２記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
  8. 【請求項８】 点火時期を所定値遅角させた後、所望の
    点火時期に段階的に変化させる手段により空燃比フィー
    ドバック制御とオープン制御の切り替えを行うようにし
    たことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の燃料噴射
    量制御装置。
  9. 【請求項９】 補助空気制御弁開度を段階的に変化させ
    る手段により空燃比フィードバック制御とオープン制御
    の切り替えを行うようにしたことを特徴とする請求項２
    記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
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