JPH02267339A - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、発進時などの過渡初期状態における空燃比フ
ィードバック補正係数を適正に設定するエンジンの空燃
比制御装置に関する。

［従来の技術と発明が解決しようとづる課題］従来から
、触媒コンバータを有する電子制御エンジンでは、エン
ジンを理論空燃比付近で運転すると、排出ガス中のＮＯ
Ｘ　、Ｇｏ、ＨＣが触媒反応により浄化されることが知
られている。

そのため、空燃比を理論空燃比に設定するために、吸入
空気量とエンジン回転数とから求め、られる基本燃料噴
射ｍを、エンジン運転状態パラメータを検出する各種セ
ンサなどからの出力信号により燃料噴射補正するととも
に、空燃比フィードバック補正して、燃料噴射世を算出
する空燃比制御手段が装備されている。

第６図に示すように、上記空燃比フィードバック制御は
、まず、０２センサの出力信号（電圧）とスライスレベ
ルとを比較し、比例定数Ｐと積分定数１とで構成される
空燃比フィードバック制御信号を作成し、この作成され
た空燃比フィードバック制御信号から空燃比フィードバ
ック補正係数αを設定し、この空燃比フィードバック補
正係数αで燃料噴射聞を補正制御する。

このように、空燃比フィードバック制御は、比例定数Ｐ
と積分定数１で実行されるが、加速時において、スロッ
トルバルブを急開すると、吸気ボート壁面などに付着し
ている燃料がエンジンの燃焼室に一気に供給され空燃比
が一時的にリッチとなり、これが排気管に配設した空燃
比センサで検出されることで空燃比センサの出力信号か
ら作成される空燃比フィードバック制御信号の比例定数
Ｐ分が第６図（Ｃ）に示すようにリッチサイドヘシフト
し、空燃比をリッチからリーンにするようフィードバッ
ク制御が行われてしまう。

この時は吸入空気量が悠増している場合であり、このよ
うに空燃比センサの応答遅れによってり一ン化するよう
に制御されることにより、第６図（ｄ）に示すように一
時的に急激な空燃比のり−ン状態、いわゆるリーンスパ
イクが発生してしまう。

また、減速時には、これとは逆にリッチスパイクが生じ
てしまう。

このため、発進性能、加減速性の悪化はもらろんのこと
、燃費、および、排気エミッションの悪化を招くことに
なる。

なお、特開昭５９−３２６４４号公報、特開昭５９−４
９３４６号公報では、加速時を検出した場合、空燃比フ
ィードバック制御信号−の比例定数Ｐと積分定数Ｉとを
増大させることにより応答性を高めることで対処するよ
うにしている。

しかし、応答性を高めることによりリーンスパイクある
いはリッチスパイクの維持時間を短くできるが、逆に、
過渡初期においてはオーバーリーンあるいはオーバーリ
ッチを拡大してしまい、また、空燃比のハンチングが生
じるおそれがある。

［発明の目的］ 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、過渡初期
の空燃比が要求空燃比と合致し、リーンスパイク、ある
いは、リッチスパイクが有効に防止でき、発進性能、加
速性能、あるいは、減速性能の向上、および、燃費、排
気エミッションの改善を図ることのできるエンジンの空
燃比制御装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明によるエンジンの空燃比制御装置は、空燃比セン
サの出力信号から比例定数と積分定数とで構成される空
燃比フィードバック制御信号を作成する空燃比フィード
バック制御信号作成手段と、エンジン状態パラメータ検
出手段の出力信号から過渡状態初期を判定する過渡初期
判定手段と、この過渡初期判定手段で過渡状態初期と判
定された場合、上記空燃比フィードバック制御信号作成
手段で作成した１回目の比測定数分を、上記空燃比セン
サの出力信号に基づいて設定される比例定数に拘らず一
方サイドへシフトさせる比例定数補正手段と、上記空燃
比フィードバック制御信号作成手段で作成した空燃比フ
ィードバック制御信号と上記比例定数補正手段で補正し
た比例定数から空燃比フィードバック補正係数を設定す
る空燃比フィードバック補正係数設定手段とが設けられ
ているものであり、望ましくは比例定数補正手段は、過
渡初期判定手段で加速初期と判定された場合、空燃比フ
ィードバック制御信号作成手段で作成した１回目の比測
定数分を、空燃比センサの出力信号に基づいて設定され
る比例定数に拘らずリーンサイドヘシフトするよう構成
するが、比例定数補正手段は、過渡初期判定手段で減速
初期と判定された場合、空燃比フィードバック制御イ言
号作成手段で作成した１回目の比測定数分を、空燃比セ
ンサの出力信号に基づいて設定される比例定数に拘らず
リッチサイドヘシフトするよう構成する。

［作　用］ 上記構成において、まず、空燃比センサの出力信号から
比例定数と積分定数とで構成される空燃比フィードバッ
ク制御信号を作成し、また、エンジン状態パラメータ検
出手段の出力信号から過渡状ｊ原初期を判定する。

そして、過渡状態初期と判定された場合、上記空燃比フ
ィードバック制御信号の１回目の比測定数分を、上記空
燃比センサの出力信号に基づいて設定される比例定数に
拘らず一方サイドへ強制的にシフトさせ、すなわち、加
速初期と判定された場合、上記空燃比フィードバック制
御信号の１回目の比測定数分を、空燃比センサの出力′
信号に基づいて設定される比例定数に拘らずリーンサイ
ドヘシフトさせ、あるいは、減速初期と判定された場合
、空燃比フィードバック制御信号の１回目の比測定数分
を、空燃比センサの出力信号に基づいて設定される比例
定数に拘らずリッチサイドヘシフトさせて、上記空燃比
フィードバック制御信号と上記強制的にシフトさせた比
例定数から空燃比フィードバック補正係数を設定する。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図〜第５図は本発明の一実施例を示し、第１図は空
燃比制御装置の機能ブロック図、第２図はエンジン制御
系の概略図、第３図は空燃比制御装置の回路ブロック図
、第４図（ａ）はスロットル開度を示す曲線図、第４図
（ｂ）は空燃比センサの出力電圧を示す波形図、第４図
（Ｃ）は空燃比フィードバック制御信号を示ず波形図、
第４図（ｄ）は空燃比状態を示す波形図、第５図は空燃
比フィードバックｔＩ制御手順を示すフローチャートで
ある。

（構　成） 図中の符号１はエンジン本体で、このエンジン本体１の
クランクシャフト１ａに軸着〜されたクランクロータ２
に、クランク角センサ３が対設され、また、ウォータジ
ャケットに冷却水湿セン＋ｊ４が臨まされている。

さらに、上記エンジン本体１の吸気ボート１ｂにインジ
ェクタ５が臨まされ、また、この吸気ボート１ｂに連通
ずる吸気通路６の中途にスロットルバルブ７が介装され
、さらに、上記スロットルバルブ７に過渡検出手段８を
構成するスロットル開度センサ８ａと、スロットル全開
でＯＮするアイドルスイッチ８ｂが連設されている。

また、上記吸気通路６の上流側に、エアフローメータな
どの吸入空気量センサ９が介装されている。

一方、上記エンジン本体１の排気通路１０に、Ｏ２セン
サなどの空燃比センサ１１が臨まされている。なお、符
号１２は触媒コンバータである。

また、符号１３はマイクロコンピュータで構成された空
燃比制御装置で、この空燃比制御装置１３の入力側に、
上記各センサ３，４．８ａ、９゜１１、および、車速セ
ンサ１５と、アイドルスイッチ８ｂなどからなる運転状
態パラメータ検出手段１６が接続され、さらに出力側に
、上記インジェクタ５が接続されている。

第３図に示すように、上記空燃比制御装置１３の上記運
転状態パラメータ検出手段１６を接続する入力インター
フェイス１７、上記インジェクタ５に駆動回路１８を介
して接続する出力インターフェイス１９、ＣＰＵ　（中
央演算処理装置＞２０、ＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２がパス
ライン２３を介して互いに接続されている。

上記ＲＯＭ２１には、後述する比例定数マツプ、積分定
数マツプなどの固定データと制御プログラムなどが格納
されている。

また、上記ＲＡＭ２２では、データ処理した侵の上記運
転状態パラメータ検出手段１６からの各種出力信号を所
定アドレスに一時格納する。さらに、上記ＣＰＬＩ２０
では上記ＲＯＭ２１に格納されているプログラムに従い
、上記ＲＡＭ２２に格納されている各種データから燃料
噴射量（パルス幅）を演算する。

（空燃比制御装置１３の機能構成） 第１図に示すように、上記空燃比制御装置１３は、エン
ジン回転数算出手段２６、吸入空気ムｌ算出手段２７、
冷却水温度算出手段２８、スロットル開度算出手段２９
、車速ｎ山手段３０．空燃比フィードバック制御信号作
成手段３１、基本燃料噴射１設定手段３２、各種増量分
補正係数設定手段３３、過渡初期判定手段３５、比例定
数補正手段３６、空燃比フィードバック補正係数設定手
段３７、燃料噴射量設定手段３８、および、インジェク
タ駆動手段３９で構成されている。

エンジン回転数算出手段２６、吸入空気量算出手段２７
、冷却水湿度算出手段２８、スロットル開度算出手段２
９では、クランク角センサ３、吸入空気量センサ９、冷
却水温センサ４、スロットル開度センサ８ａの出力信号
からエンジン回転数Ｎ１吸入空気量Ｑ１冷却水温度ＴＷ
、スロットル開度θをそれぞれ算出する。

車速締出手段３９では、例えば、スピードメータに設け
られたスピードケーブルの単位時間あたりの回転数を検
出する車速センサ１５の出力信号から車速Ｓを算出する
。あるいは、デジタルメータの場合は、このデジタルメ
ータに出力する信号をそのまま取入れて車速Ｓを算出す
る。

空燃比フィードバック制御信号作成手段３１では、空燃
比センサ１１の出力電圧とスライスレベルとを比較し、
比例定数Ｐと積分定数Ｉとで構成される空燃比フィード
バック制御信号を作成する。

なお、この比例定数Ｐと積分定数Ｉは、上記空燃比セン
サ１１の出力値をパラメータとして予め実験などにより
求めた比例定数マツプ、積分定数マツプくいずれも図示
せず）から検索して設定される。

基本燃料噴射１設定手段３２では、上記エンジン回転数
算出手段２６で算出したエンジン回転数Ｎ、上記吸入空
気ｆｆ１ｌ出手段２７で算出した吸入空気ｆｆ１Ｑから
基本燃料噴ｔＪＵｆｆｉＴｐを設定する。

すなわち、この基本燃料噴！）ｌ量Ｔｐは、Ｔｐ　＝ｋ
ｘＱ／Ｎ　　　　　　ｋ　：定数で求められる。

各種増量分補正係数設定手段３３では、スロットル開度
算出手段２９で算出したスロットル開度θ、冷却水温度
算出手段２８で算出した冷却水温度Ｔｗ、および、アイ
ドルスイッチ８ｂの出力信号に基づき、加減速補正、冷
却水温補正、アイドル後増量補正などに係る各種増量分
補正係数Ｃ０ＦＦを設定する。

過渡初期判定手段３５では、上記冷却水温度算出手段２
８で算出した冷却水温度ＴＶが上記空燃比センサ１１の
活性を判断する予め設定された基準冷却水温度Ｔｗｏ以
上のとき（ＴＶ≧Ｔｗｏ）に加速初期判定を行う。

なお、空燃比センサ１１の不活性、活性の判定は、空燃
比センサ１１の出力電圧を読込み、所定時間当りの出力
電圧最大値Ｅ　ＨＡＸと出力電圧最小値Ｅ　ＨＩＭとの
差が設定値Ｅｓ　　（例えば、３００ｍＶ）未満（ＥＨ
ＡＸ　−ＥＨＩＮ　＜Ｅｓ　）の場合、空燃比センサ１
１が不活性と判定し、ＥＨＡＸ　−ＥＨＩＮ　≧ＥＳの
場合、空燃比センサ１１が活性状態と判定するようにし
てもよい。

ところで、加速初期は発進加速初期と定常運転からの定
常加速初期とがある。

発進加速初期と判断する条件は、上記車速算出手段３０
で算出した車速Ｓが設定車速Ｓｏ　　（例えば、５Ｏ＝
２〜３ＫＩｉ／ｈ　）以下で、且つ、アイドルスイッチ
８ｂがＯＮからＯＦＦへ切換えられたときである（Ｓ≦
３ｏ、アイドルＳＷ　　０Ｎ−４ＯＦＦ）。

また、定常加速初期の判断条件は、上記アイドルスイッ
チ８ｂがＯＦＦで上記スロットル開度口出手段２９で算
出したスロットル開度θの単位時間あたりの変化量Δθ
が、基準スロットル変化量ΔθＯ以下から、この基準ス
ロットル間度ΔθＯ以上に変化したときである（アイド
ルＳＷ→ＯＦＦ、Δθ〈Δθ０　→２θ≧２θＯ）。

比例定数補正手段３６では、上記過渡初期判定手段３５
で発進加速初期、あるいは、定常加速初期と判定した場
合、そのときの上記空燃比フィードバック制御信号作成
手段３１で作成する制御信号のうち、１回目に設定され
る比例定数Ｐ分をリーンサイドへ所定量まで強制的にシ
フトさせる補正比例定数Ｐ＊を設定する。

すなわち、加速初期の空燃比がリッチであることは希で
、はとんどの場合リーンになるが、空燃比センサ１１の
出力信号からは応答遅れのために、第４図（ｂ）に示す
ようにリッチ状態が一時的に検出され、その後、リーン
状態が検出される。

よって、加速初期の最初の比例定数Ｐ分を空燃比センサ
１１の出力信号に関係なく第４図（Ｃ）に示すようにリ
ーンサイドへ強制的にシフトさせることにより、加速初
期の空燃比が目標空燃比に略合致し、発進性、加速性が
よくなり、第４図（ｄ）に示すように加速時の空燃比の
リーン化が最小限に抑えられるばかりでなく、加速中途
における目標空燃比への復帰が短時間に行われるなど空
燃比制御性がよくなる。

したがって、加速中途においても従来の如く、比例定数
Ｐと積分定数１を増加させることなく、通常の空燃比フ
ィードバック制御で充分な加速性能を得ることができる
。

空燃比フィードバック補正係数設定手段３７では、上記
空燃比フィードバック制御信号作成手段３１で作成した
空燃比フィードバック制御信号、および、上記比例定数
補正手段３６で設定した補正比例定数Ｐ＊に基づき空燃
比フィードバック補正係数αを設定する。

燃料噴射量設定手段３８では、上記基本燃料噴射量設定
手段３２で設定した基本燃料噴射ＩＴｐを上記各種増量
分補正係数設定手段３３で設定した各種増ω分補正係数
Ｃ０ＦＦ、および、空燃比フィードバック補正係数αで
補正して燃料噴射量Ｔｉを設定する。

すなわち、この燃料噴射量Ｔｉは、 Ｔｉ　＝ＴＤ　ＸＣ０ＥＦＸ（２ で求める。

そして、この燃料噴射量Ｔｉに相応する駆動パルス信号
をインジェクタ駆動手段３９を介して所定タイミングで
各インジェクタ５に出力し、このインジェクタ５からＴ
ｉ分の燃料を噴射させる。

（動　作） 次に、上記構成による空燃比制御装置１３の比例定数補
正手順を第５図のフローチャートに従って説明する。

なお、メインルーチンにおいて空燃比制御に必要な各セ
ンサなどからの出力信号に基づくデータが読み込まれて
いる。

まず、ステップ５１０１で冷却水温ＴＶと予め設定され
た基準冷却水温度Ｔｗｏとを比較し、冷却水渇痘Ｔｗｔ
ｆｉ基準冷却水温度ＴＷＯ未満の場合（ＴＷ＜ＴＷＯ＞
、空燃比センサ１１が不活性であるため空燃比フィード
バック補正を行うことなく、プログラムから外れる。

一方、上記ステップ５１０１で冷却水温度ＴＶが基準冷
却水温度ＴＷＯ以上（ＴＶ≧Ｔｗｏ）と判断した空燃比
センサ活性状態の場合、ステップ５１０２へ進み、車速
Ｓと設定車速Ｓｏ　　（例えば、５ｏ＝２〜３１に／ｈ
　）とを比較する。

車速Ｓが設定車速Ｓθ以下の場合（Ｓ≦Ｓｏ）、ステッ
プ５１０３へ進み、また、車速Ｓが設定車速８０以上の
場合（Ｓ＞ＳＯ）、ステップ５１０６へ進む。

（発進加速時） 発進加速時、車速Ｓは設定車速ＳＯ以下であるためステ
ップ５１０３へ進み、アイドルスイッチ８ｂがＯＮから
ＯＦＦ動作したかどうかを判断する。

発進加速時、アクセルペダルを踏込むためスロットルバ
ルブ７が開かれアイドルスイッチ８ｂがＯＮからＯＦＦ
動作するので、プログラムはステップ５１０４へ進む。

また、発進加速以外、すなわち、アイドルスイッチ８ｂ
がＯＮ状態を維持している停車時、あるいは、車速Ｓが
基準車速Ｓｏ以下で上記アイドルスイッチ８ｂがＯＦＦ
状態を維持している渋滞時などの極低速運転、あるいは
、発進加速状態の場合はステップ５１０５ヘジヤンブし
、通常の空燃比フイードバック制御を行う。

また、発進加速と判断されてステップ５１０４へ進むと
、発進加速時の１回目に設定される空燃比フィードバッ
ク制御信号の比例定数Ｐ分をリーンサイドへ強制的に所
定ｆｉｌまでシフトさせて（Ｐ分Ｐ“）、ステップ５１
０５へ進む。

そして、上記ステップ５１０５へ進むと、空燃比センサ
１１の出力信号に基づいて設定される空燃比フィードバ
ック制御信号、および、発進加速時に設定される比例定
数Ｐが上記ステップ５１０４で設定された補正比例定数
Ｐ＊にて補正した空燃比フィードバック制御信号に基づ
いて空燃比フィードバック補正係数αを設定して、メイ
ンルーチンへ復帰する。

（定常加速時） また、上記ステップ５１０２で車速Ｓが設定車速８０以
上と判断されて（Ｓ＞Ｓｏ）、ステップ８１０６へ進む
とスロットル開度θの単位時間あたりの開度変化聞Δθ
と、予め設定された基準開度変化口ΔθＯとを比較し、
−〇≧Ｚθ０の場合、加速状態と判断してステップ５１
０７へ進む、また、Δθ〈Δθ０の場合、定常運転と判
断してステップ５１０９へ進む。

ステップ５１０７では、加速初期フラグＦ−０かどうか
が判断され、Ｆ＝Ｏの場合、定常加速初期と判断してス
テップ８１０８へ進み、また、Ｆ≠０の場合、加速中と
判断してステップ５１０５へ進み、前述した通常の空燃
比フィードバック制御を行う。

また、定常加速初期と判断してステップ５１０８へ進む
と、上記加速初期フラグＦ＝１にセットし、その後、上
記ステップ５１０４へ進み、定常加速時の１回目に設定
される空燃比フィードバック制御信号の比例定数Ｐ分を
リーンサイドへシフトする（Ｐ分Ｐ”）。

一方、上記ステップ８１０６でスロットル間度変化氾Δ
θが基準スロットル間度変化量Δθ０未満と判断されて
ステップ５１０９へ進むと、定常加速初期フラグＦ＝Ｏ
にセットして上記ステップ５１０５へ進み、通常の空燃
比フィードバック制御を行う。

このように、発進加速初期、あるいは、定常加速初期に
１回目に設定される空燃比フィードバック制御信号の比
例定数Ｐ分が補正比例定数Ｐ＊によりリーンサイドへ強
制的にシフトされるので、発進性、加速性がよくなり、
且つ、その後の空燃比制御性がよくなる。

なお、本発明は上記実施例に限るものではなく、例えば
、減速初期においても、上述動作と逆の制御を行うこと
により、減速時の空燃比制御性をよくすることができる
。

［発明の効果］ 以上、説明したように本発明によれば、空燃比センサの
出力信号から比例定数と積分定数とで構成される空燃比
フィードバック制御信号を作成する空燃比フィードバッ
ク制御信号作成手段と、エンジン状態パラメータ検出手
段の出力信号から過渡状態初期を判定する過渡初期判定
手段と、この過渡初期判定手段で過渡状態初期と判定さ
れた場合、上記空燃比フィードバック制御信号作成手段
で作成した１回目の比例定数弁を、上記空燃比センサの
出力信号に基づいて設定される比例定数に拘らず一方サ
イドへシフトさせる比例定数補正手段と、上記空燃比フ
ィードバック制御信号作成手段で作成した空燃比フィー
ドバック制御信号と上記比例定数補正手段で補正した比
例定数から空燃比フィードバック補正係数を設定する空
燃比フィードバック補正係数設定手段とが設けられてい
るので、過渡初期の空燃比が空燃比センサの応答遅れの
影響を受けることなく、要求空燃比と合致し、良好な発
進性、加減速性が得られるばかりでなく、リーンスパイ
ク、あるいは、リッチスパイクが有効に防止でき、空燃
比制御性が向上し、且つ、燃費、排気エミッションの改
善を図ることができるなど優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の一実施例を示し、第１図は空
燃比制御装置の機能ブロック図、第２図はエンジン制御
系の概略図、第３図は空燃比制御装置の回路ブロック図
、第４図（ａ）はスロットル開度を示す曲線図、第４図
（ｂ）は空燃比センサの出力電圧を示す波形図、第４図
（Ｃ）は空燃比フィードバック制御信号を示す波形図、
第４図（ｄ）は空燃比状態を示す波形図、第５図は空燃
比フィードバック制御手順を示すフローチャート、第６
図は従来例を示し、第６図（ａ＞はスロットル開度を示
す曲線図、第６図（ｂ）は空燃比センサの出力電圧を示
す波形図、第６図（Ｃ）は空燃フィードバック制御信号
を示す波形図、第６図（ｄ）は空燃比状態を示す波形図
である。 １１・・・空燃比センサ、１６・・・エンジン状態パラ
メータ検出手段、３１・・・空燃比フィードバック制御
信号作成手段、３５・・・過渡初期判定手段、３６・・
・比例定数補正手段、３７・・・空燃比フィードバック
補正係数設定手段、Ｉ・・・積分定数、Ｐ・・・比例定
数、α・・・空燃比フィードバック補正係数。 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）空燃比センサの出力信号から比例定数と積分定数
   とで構成される空燃比フィードバック制御信号を作成す
   る空燃比フィードバック制御信号作成手段と、 エンジン状態パラメータ検出手段の出力信号から過渡状
   態初期を判定する過渡初期判定手段と、この過渡初期判
   定手段で過渡状態初期と判定された場合、上記空燃比フ
   ィードバック制御信号作成手段で作成した１回目の比例
   定数分を、上記空燃比センサの出力信号に基づいて設定
   される比例定数に拘らず一方サイドへシフトさせる比例
   定数補正手段と、 上記空燃比フィードバック制御信号作成手段で作成した
   空燃比フィードバック制御信号と上記比例定数補正手段
   で補正した比例定数から空燃比フィードバック補正係数
   を設定する空燃比フィードバック補正係数設定手段とが
   設けられていることを特徴とするエンジンの空燃比制御
   装置。
2. （２）比例定数補正手段は、過渡初期判定手段で加速初
   期と判定された場合、空燃比フィードバック制御信号作
   成手段で作成した１回目の比例定数分を、空燃比センサ
   の出力信号に基づいて設定される比例定数に拘らずリー
   ンサイドへシフトするよう構成したことを特徴とする請
   求項（１）記載のエンジンの空燃比制御装置。
3. （３）比例定数補正手段は、過渡初期判定手段で減速初
   期と判定された場合、空燃比フィードバック制御信号作
   成手段で作成した１回目の比例定数分を、空燃比センサ
   の出力信号に基づいて設定される比例定数に拘らずリッ
   チサイドへシフトするよう構成したことを特徴とする請
   求項（１）記載のエンジンの空燃比制御装置。