JPH03185243A - ２サイクル内燃機関の燃料噴射制御装置 - 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２サイクル内燃機関の燃料噴射制御装置に関す
る。

〔従来の技術〕

２サイクル内燃機関では、新気によって排気ガスを掃気
する掃気行程によって新気をシリンダ内に供給している
ため、機関シリンダ内に供給された吸入空気の全てが燃
焼に関与するわけではなく、一部の吸入空気は燃焼に関
与することなく排気通路内に吹き抜ける。従って機関シ
リンダ内に供給される吸入空気量を求めてこの吸入空気
量から空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量を決
定すると一部の吸入空気が吹き抜けるために機関シリン
ダ内の実際の空燃比は目標空燃比よりもリッチ側となり
、機関シリンダ内の実際の空燃比を目標空燃比に一致さ
せることができない。

そこで種々の運転状態における機関シリンダ内に供給さ
れる吸入空気量と吹き抜は量とを実測して吸入空気の残
存率（（吸入空気量−吹き抜は量）／吸入空気量）、即
ち機関シリンダ内に残る新気の割合（これを新気捕捉係
数とも呼ぶ。）を予め実験により求め、この実験により
求めた吸入空気の残存率を予め記憶しておき、機関の運
転状態を検出してこの運転状態に対応する新気の捕捉係
数を求めると共に吸入空気量を測定し、測定された吸入
空気量と新気捕捉係数から実際に燃焼に寄与する吸入空
気量を求め、この吸入空気量からシリンダ内空燃比が目
標空燃比となるように燃料噴射量を決定するようにした
２サイクル内燃機関が公知である（特開昭６３−１８３
２３１号公報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこの２サイクル内燃機関では、機関運転状
態に対応して記憶されている新気捕捉係数は固定された
値であるため、２サイクル内燃機関の経時変化によって
、あるいは２サイクル内燃機関の各個体間の特性のばら
つきによって、記憶されている新気捕捉係数が実際の捕
捉係数と異なると、機関シリンダ内の実際の空燃比を目
標空燃比に一致せしめることができなくなるという問題
がある。

〔課題を解決するための手段〕

上述した問題を解決するため本発明によれば、２サイク
ル内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関の排気系
に設けられ排気ガス中の酸素濃度を検出して排気空燃比
が目標空燃比より濃い時リッチ信号を、また薄い時リー
ン信号を夫々出力する酸素センサと、掃気行程における
機関シリンダ内に残存する吸入空気の標準的な残存率を
機関運転状態に応じて予め記憶している記憶手段と、上
記酸素センサの出力信号の反転周期を検出する手段と、
検出された該反転周期に基づく値を学習して上記吸入空
気の残存率を補正する手段と、補正された吸入空気残存
率により燃料噴射量を制御する手段とを具備した２サイ
クル内燃機関の燃料噴射制御装置が提供される。

〔作　用〕

一般に、空燃比フィードバック制御を実行する２サイク
ル内燃機関においては排気系への吹き抜は空気量が増え
ると、酸素センサ回りに空気が多く滞留し、リーン信号
の出力時間が長くなり、酸素センサの出力信号の反転周
期、即ちフィードバック制御周期が大きくなる。従って
本発明では、空燃比フィードバック制御時の酸素センサ
の出力信号の反転周期に基づく値を学習し、これを予め
記憶されている吸入空気の残存率に対応する標準的な反
転周期と比較することによりこの残存率を補正し、機関
の経時変化や個体差による残存率変化に対処させ、フィ
ードバック制御をしないオープンループ時において機関
シリンダ内空燃比を適正化させる。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面を参照して以下説明する。

第１図は本発明に係る２サイクル内燃機関の全体概要図
であり、シリンダヘッドに給気弁と排気弁を備える２サ
イクル内燃機関である。本図において機関本体１の吸気
通路２にはエアフローメータ３が設けられている。エア
フローメータ３はエアクリーナ４を介して外部より取り
込まれた吸入空気の量Ｑを直接計測するものであって、
ポテンショメータを内蔵して吸入空気量Ｑに比例したア
ナログ電圧の出力信号を発生する。この出力信号はＡ／
Ｄ変換器５ａを介して制御回路６の入力ポートロａに供
給されている。また、デイストリビュータフには、機関
回転速度Ｎの検出のために、基準位置検出用パルス信号
を発生するクランク角センサ８ａおよび角度位置検出用
パルス信号を発生するクランク角センサ８ｂが設けられ
ている。

これらのクランク角センサ３ａ、３ｂのパルス信号は制
御回路６の人カポ−）６ａに供給され、このうち、クラ
ンク角センサ８ｂの出力はＣＰＵ　６ｂの割り込み端子
に供給される。燃料供給系（図示せず）からの加圧燃料
は気筒毎に設けられた燃料噴射弁９によって供給され、
さらに、吸気通路２には、各気筒に新気を供給する掃気
ポンプ１０が、また排気通路１１には排気を浄化する、
例えば三元触媒１２が、夫々設けられており、さらに三
元触媒１２の排気上流側には空燃比フィードバック制御
のために酸素（０２）センサ１３が設けられる。この０
２センサ１３は排気ガス中の酸素濃度に応じ排気空燃比
が、触媒１２の排気浄化効率を最大限に高めることにな
る理論空燃比に対してリーン側かリッチ側かを判定し、
それに応じて異なる出力電圧を制御回路６の人カポ−）
６ａに供給する。また、本実施例ではこの０２センサ１
３の排気上流側には、吹き抜けた空気中の酸素を消費す
るために例えば酸化触媒やサーマルリアクタ等の燃焼器
に代表される空気消費手段１４が設けられる。

制御回路６は、例えばマイクロコンピュータとして構成
され、前出の入カポ−）　６　ａ　、　ＣＰ［ｌ　６ｂ
の他に、各気筒の燃料噴射弁９に駆動信号を出力する出
力ポートロＣや、メモ！Ｊ６ｄ、またこれらを接続する
バス６ｅを備えている。尚、この制？１Ｉ１１回路６の
入カポ−）６ａには上述した出力信号の他に、後述する
燃料噴射ＩＴＡＵ計算に用いられる補正量にのための、
冷却水温ＴＨＷや吸気温度ＴＡ等が、また後述する学習
値制御に用いられる気圧Ｐが、夫々のセンサよりＡＤ変
換器５ｂ・５ｃ、５ｄ・・・を介して入力される。

制御回路６は以上述べた機関の運転条件を代表するパラ
メータを取り込み、以下の式を以って最終的な燃料噴射
量（時間）ＴＡＵを演算し、出カポ−）６ｃより燃料噴
射弁９に後述する所定の噴射時期を以って駆動信号を出
力する。

ＴＡＵ＝に−Ｑ／ＮＸＫＸＦＡＦＸＦ７ＲＸＦＧ〔但し
、ｋ：定数、Ｑ：エアフローメータにより検出される吸
入空気流量、Ｎ：クランク角センサにより検出される機
関回転速度、Ｋ：冷却水温、吸気温度等により決定され
る補正量、ＦＡＦ　：０２センサ出力により増減する空
燃比フィードバック補正係数、ＦＴＲ’　　：運転状態
（Ｑ／Ｎ、Ｎ）に対応して予め記憶される新気捕捉係数
、ＦＧ；０２センサ出力反転周期に基づく学習値〕 尚、上式においてｋ　−Ｑ／Ｎは機関シリンダ内に供給
された吸入空気全部が吹き抜けることなくシリンダ内に
残存すると仮定したときに機関シリンダ内の空燃比を目
標空燃比とするのに必要な基本燃料噴射量を表わしてい
る。

一方、新気捕捉係数ＦＴＲ’は同タイプの機関（エンジ
ン）モデルや工場出荷時点での各エンジンに代表される
ような標準エンジンの機関運転時における吸入空気の吹
き抜は量を実測して得られる実験的な値であり、（（機
関シリンダ内に供給された吸入空気量Ｑ−吹き抜は量）
／機関シリンダ内に供給された吸入空気量Ｑ）により定
義される。この新気捕捉係数Ｆ７．′は機関負荷Ｑ／Ｎ
と機関回転数Ｎの関数となる。従って本実施例では機関
負荷Ｑ／Ｎと機関回転数Ｎとの関数として各機関負荷Ｑ
／Ｎおよび各機関回転数Ｎに対して固定されたマツプの
形で予めメモリ６ｄ内に記憶されている。

ところでこのような固定されたマツプから単純に新気捕
捉係数を求めるようにすると、２サイクル内燃機関の経
時変化により、あるいは２サイクル内燃機関の各個体間
の特性のばらつきにより、記憶されている新気捕捉係数
ＦＴＲ’が実際の新気捕捉係数ＦＴＲと異なると、機関
シリンダ内の空燃比を目標空燃比に一致することができ
ないという問題がある。

そこで本実施例では、０２センサ１３の出力によってＦ
ＡＦを増減し、排気空燃比を目標空燃比に制御しようと
する空燃比フィードバック制御を実行するにあたって、
吹き抜は空気が増えると空気消費手段１４における酸素
消費時間が長くなり０２センサ１３のリーン信号出力時
間が長くなり、所謂出力信号の反転周期（フィードバッ
ク周期）が増大する現象を利用し、所定の運転状態にお
ける０２センサ１３の出力信号反転周期に基づく値を学
習して、前出の新気捕捉係数Ｆ□′マツプを提供する標
準エンジンの所定運転状態における標準的な反転周期（
この場合、学習値ＦＧ＝１とする）と比較することによ
り、上述した経時変化や個体間のばらつきを補正した実
際の新気補正係数ＦＴＲを求めるようにしている。尚、
本実施例では０２センサ１３の排気上流側に空気消費手
段１４を設けているが、空気消費手段を設けないものに
おいても、同様に吹き抜は空気が増大すると０□全セン
サ３回りに酸素が多く滞留するため、同様にリーン信号
出力時間が長くなり出力信号反転周期が増大するため同
じ方法を以って新気捕捉係数ＦＴＲ’の補正が可能であ
る。以下、本実施例における制御回路６の作動に関し説
明する。

第２図は前記式を以って燃料噴射量ＴＡＵが演算される
２サイクル内燃機関において、燃料噴射弁９からの燃料
噴射を実行するフローチャートを示しており、このルー
チンはクランク角センサ８ｂからの信号によりＣＰＵ　
６ｂにおいて所定クランク角毎に実行される。まずステ
ップ２１では吸入空気ＩＱ、機関回転速度Ｎ、冷却水温
度ＴＨＷ、吸気温度ＴＡ等を読み込む。次に、ステップ
２２においては、読み込まれたＱとＮとにより前述した
新気捕捉係数ＦＴＲ’のマツプ演算が行なわれる。次に
ステップ２３では冷却水温度ＴＨＷや吸気温度ＴＡから
補正係数Ｋが算出され、ステップ２４においては後述す
る学習値制御プログラムによって求められた学習値ＦＧ
を読み込み、次いでステップ２５において現在の運転条
件が空燃比フィードバック領域か否かを判断する。例え
ば冷却水温度ＴＨＷが低い時や０２センサ１３の非活性
時、及び高負荷増量時等にはフィードバック制御を実施
しないため、フィードバック領域でないと判断された場
合（Ｎｏ）、ステップ２７に進みＦＡＦを１．０とする
。一方ステップ２５でフィードバック領域と判断される
と（Ｙｅｓ）　、ステップ２６に進み、０２センサ１３
の出力に応じて変化するＦＡＦの値を計算する。

そして、ステップ２８ではステップ２６又は２７で得ら
れたＦＡＦを用いて、前述の計算式ＴＡＵ＝ｋ・Ｑ／Ｎ
ＸＫＸＦＡＦＸＦＴＲ’　ＸＦＧにより、燃料噴射量Ｔ
ＡＵを求め、続くステップ２９では制御回路６の出カポ
−）６ｃより算出されたＴＡＵ分だけの噴射弁駆動信号
を出力することにより、燃料噴射弁９から所定量の燃料
が噴射され、このルーチンを終了する。

第３図は前述した学習値ＦＧの制御ルーチンである。尚
、このルーチンは時間割り込みルーチンであり、例えば
５Ｑｍｓｅｃ毎に割り込み処理される。

また本実施例によれば学習値ＦＧを更新する、又は更新
しない運転域、即ち学習域は予め定められており、運転
状態が以下に述べる所定運転域に入った時、学習値の更
新処理が実行される。

ステップ３１ではまず機関本体１に設けられた気圧セン
サの出力により気圧Ｐを読み込み、車両が前述した新気
捕捉係数Ｆ７．′マツプを求めた際の標準的な高度にあ
るか否か、即ちＡ＜Ｐ＜Ｂ　（Ａ・Ｂ：所定値）を満足
するか否かが判定される。本ステップ３１でＹｅｓの場
合、ルーチンは次のステップ３２に進み、現在の機関回
転速度Ｎが所定の学習域内（例えば、１２００　＜　Ｎ
　＜　１４０Ｏｒｐｍ）にあるか否かが判定され、Ｙｅ
ｓの場合、ステップ３３で機関負荷Ｑ／Ｎが所定範囲内
（Ｃ＜Ｑ／Ｎ＜Ｄ　；Ｃ。

Ｄ：所定値）にあるか否かが判定される。即ち上述した
ステップ３１〜３３は現在の機関運転状態が所定の学習
域にあるか否かを判定するためのものであって各条件を
満足した時のみ、ルーチン：まステップ３４に進む。ス
テップ３４では運転条件が空燃比フィードバック領域か
否かを判定する。本ステップ３４でフィードバック領域
でないと判断された場合（ＮＯ〉、ルーチンはステップ
３５に進み、一方、ステップ３４でフィードバック領域
と判定された場合（Ｙｅｓ）　、ステップ３６に進む。

前後するが前出のステップ３１〜３３においてＮＯと判
定された場合にもステップ３５に進む。尚、ステップ３
５では後述する０２センサ出力反転周期計測のためのカ
ウンタＣをリセッ）（Ｃ４−０）する処理が実行されて
このルーチンを終了する。

ステップ３６では、現在の０２センサ１３の出力を見て
リッチ信号が出力されているか否かが判断される。現在
、リーン信号が出力されている場合（ＮＯ）、次にステ
ップ３７に進み、前回のフロー実行の際の０２センサ信
号と比較して、今回初めて０２センサ１３の信号が反転
したか、即ちリッチ信号からリーン信号への反転があっ
たか否かが判定される。ステップ３７でＹｅｓ、即ち今
回初めて０２センサ１３の信号がリッチ信号からリーン
信号へ反転したと判定された場合、ステップ３８に進み
、反転周期計測のための手段としてリーン時間計測カウ
ンタＣをスタートさせる。尚、このカウンタＣは図示し
ないが制御回路６に付属して設けられている。

一方、ステップ３７でＮＯ１即ち前回のフロー実行時よ
りリーン信号が継続して出力されている場合には、ステ
ップ３９に進み、カウンタＣをインクリメントする処理
が実行される。

ところで先のステップ３６でＹｅｓ、即ち現在リッチ信
号が出力されている場合、次にステップ４０に進み、前
回のフロー実行の際の０２センサ１３の信号と比較して
、今回初めて０２センサ１３の信号が反転したか、即ち
リーン信号からリッチ信号への反転があったか否かが判
定される。ステップ４０で０２センサ信号が反転したと
判断された場合には（Ｙｅｓ）ステップ４１に進み、そ
れまでのカウンタの値Ｃをフィードバック周期（或いは
０２センサ出力反転周期）ｆとして、続くステップ４２
では本ルーチン実行前に算出されていたフィードバック
周期の平均値ｆａｖと今回の周期ｆとの間でなまし平均
化処理（例えば３０回なまし処理）を行なう。

そして次のステップ４３では、前記新気捕捉係数ＦＴＲ
’マツプを提供する標準的なエンジンの該当運転域にお
けるフィードバック周期ｆａｖに対応して学習値ＦＧを
１と定めかつ各周期ｆａｖに対応する各学習値ＦＧを定
めたマツプを用いて、現在の周期ｆａｖに相当する学習
値ＦＧを算出する。尚、このマツプは図示するようにフ
ィードバック周期ｆａｖが大きくなればなる程、即ち換
言すれば、吹き抜は空気量が増加する程、学習値ＦＣは
減少するように設定されており、第２図ステップ２６に
おいてＦＴＲ’　ＸＦＧの値、即ち実際の新気捕捉係数
ＦＴＲの値を減じるようになっている。

そしてステップ４３に続くステップ４４では今後の学習
値補正のためにカウンタＣをリセットして本ルーチンを
終了することになる。

以上の説明から明らかなように本実施例によれば、０２
センサの出力反転周期としてリーン出力時間平均値を計
測し、さらにこれを標準エンジンによって予め定められ
た平均値と比較し、学習値ＦＧを補正することにより、
燃料噴射量ＴＡＵの計算において正確な新気捕捉係数を
用いることができ、従って空燃比補正係数ＦＡＦを１と
固定するオープンループ時（空燃比フィードバック制御
をしない時）、において機関シリンダ内空燃比を目標空
燃比とすることができる。尚、空燃比フィードバック制
御時においては、学習値ＦＣの変化により新気捕捉係数
ＦＴ１１が変化した場合、空燃比補正係数ＦＡＦは排気
空燃比を理論空燃比とするべく増減するためフィードバ
ック制御はそのまま継続される。

尚、以上説明した学習値制御ルーチンにおいて学習値Ｆ
Ｃの補正は予め定められたマツプより演算するものとし
たが、検出される現在のフィードバック周期ｆａｖとそ
れまでのフィードバック周期と比較し、その大小関係を
以って学習値ＦＣを所定幅、増減しても良い。また初期
設定学習値（ＦＧ＝１）に対応する標準エンジンのフィ
ードバック周期ｆａｖは前出の新気捕捉係数マツプに対
応して同タイプである１エンジンモデルにより設定して
も良く、或いは工場出荷時点において各エンジンを測定
することにより夫々、設定されるものでも良い。尚、こ
の場合、標準エンジンのフィードバック周期ｆａｖを１
エンジンモデルより設定すると、各エンジンの個体差が
補正され、また各エンジンの工場出荷時点での初期値に
設定した場合、エンジンの経時変化が補正される。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、機関の経時的変化
や個体差によって変化する吸入空気の残存率を推定する
ことができ、空燃比フィードバック制御をしないオーブ
ンループ時において機関シリンダ内の空燃比を目標空燃
比に正確に制御できる。従って燃料増量時等において必
要以上に空燃比を濃くする必要がないため、燃費や排気
エミッションが向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による燃料噴射制御装置を備えた２サイ
クル内燃機関の概略構成図；第２図は燃料噴射弁からの
燃料噴射を実行するフローチャート；第３図は学習値を
制御するフローチャート。 １・・・機関本体、　　　　６・・・制御回路、９・・
・燃料噴射弁、　　１３・・・酸素（０２）センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２サイクル内燃機関の燃料噴射制御装置において、 機関の排気系に設けられ排気ガス中の酸素濃度を検出し
   て排気空燃比が目標空燃比より濃い時リッチ信号を、ま
   た薄い時リーン信号を夫々出力する酸素センサと、掃気
   行程における機関シリンダ内に残存する吸入空気の標準
   的な残存率を機関運転状態に応じて予め記憶している記
   憶手段と、上記酸素センサの出力信号の反転周期を検出
   する手段と、検出された該反転周期に基づく値を学習し
   て上記吸入空気の残存率を補正する手段と、補正された
   吸入空気残存率により燃料噴射量を制御する手段とを具
   備した２サイクル内燃機関の燃料噴射制御装置。