JPH04134146A - 内燃エンジンの空燃比制御方法 - 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） 本発明は内燃エンジンの空燃比制御方法に関し、特に排
気ガス濃度に略比例する出力特性を備えた排気濃度セン
サを用いてエンジンに供給する混合気を目標空燃比にフ
ィードバック制御する空燃比制御方法に関する。

（従来の技術） 排気ガス濃度に略比例する出力特性を有する排気濃度セ
ンサを用いて、エンジンに供給する混合気の空燃比（以
下「供給空燃比」という）をエンジン運転状態に応じて
設定される目標空燃比にフィードバック制御する空燃比
制御方法において、エンジン温度が低いとき（暖機時等
）には、エンジン温度に応じた係数を目標空燃比に乗算
することにより、目標空燃比をリッチ方向へ変更するよ
うにしたものが従来より知られている（例えば特開昭５
９−２０８１４１号公報）。

しかしながら、上記従来の制御方法によれば、エンジン
温度が低い場合であってもエンジン負荷が低いときには
、目標空燃比をリッチ方向へ変更しなくても良好な運転
性を維持し得るにもかかわらず、目標空燃比の変更が行
われるので、不要な燃料増量によってＮｏｗの排出量が
増加し、排気ガス特性を悪化させるという弊害を招いて
いた。

本発明はかかる弊害を除去すべくなされたものであリエ
ンジン温度に応じた燃料増量を適切に行い、エンジンの
運転性を悪化させることがなく且つ良好な排ガス特性を
維持することができる内燃エンジンの空燃比制御方法を
提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明は、内燃エンジンの排気
系に設けられ、排気ガス濃度に略比例する出力特性を備
えた排気濃度センナを用いてエンジンに供給する混合気
の空燃比をエンジンの運転状態に応じた目標空燃比にフ
ィードバック制御するとともに、エンジン温度が所定温
度より低いときにはエンジン温度に応じて前記目標空燃
比をリッチ方向へ変更する内燃エンジンの空燃比制御方
法において、前記エンジン温度に応じた目標空燃比の変
更を行うか否かの判別を、検出したエンジン温度及びエ
ンジン負荷に基づいて行うようにしたり、前記目標空燃
比をエンジン温度に応じて理論空燃比よりリッチ側の値
に設定した第１記憶手段と、前記目標空燃比をエンジン
温度以外の複数のエンジン運転パラメータに応じて設定
した第２記憶手段とを設けるとともに、検出したエンジ
ン温度及びエンジン負荷に応じて前記第１又は第２記憶
手段のいずれか一方を選択し、該選択した記憶手段から
読み出した値を目標空燃比としてフィードバック制御す
るようにしたものである。

（実施例） 以下本発明の実施例を添付図面に基づいて詳述する。

第１図は本発明の制御方法が適用される制御装置の全体
の構成図であり、同図中１は各シリンダに吸気弁と排気
弁（図示せず）とを各１対に設けたＤＯＨＣ直列４気筒
エンジンである。このエンジン１は、吸気弁及び排気弁
の作動特性（具体的には、弁の開弁時期及びリフト量、
以下［バルブタイミングＪという）を、エンジンの高速
回転領域に適した高速バルブタイミングと、低速回転領
域に適した低速バルブタイミングとに切換可能に構成さ
れている。

エンジン１の吸気管２の途中にはスロットルボディ３が
設けられ、その内部にはスロットル弁３′が配されてい
る。スロットル弁３′にはスロットル弁開度（θＴＨ）
センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度
に応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット
（以下ｒＥＣＵＪという）５に供給する。

燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間且つ
吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に
設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接
続されていると共にＥＣＵ３に電気的に接続されて当該
ＥＣＵ３からの信号により燃料噴射の開弁時間が制御さ
れる。

また、ＥＣＵ３の出力側には、前記バルブタイミングの
切換制御を行なうための電磁弁２１が接続されており、
該電磁弁２１の開閉作動がＥＣＵ３により制御される。

電磁弁２１は、バルブタイミングの切換を行う切換機構
（図示せず）の油圧を高／低に切換えるものであり、該
油圧の高／低に対応してバルブタイミングが高速バルブ
タイミングと低速バルブタイミングに切換えられる。前
記切換機構の油圧は、油圧（ＰＯＩＬ）センサ２０によ
って検出され、その検出信号がＥＣＵ３に供給される。

一方、スロットル弁３の直ぐ下流には管７を介して吸気
管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ８が設けられており、この
絶対圧センサ８により電気信号に変換された絶対圧信号
は前記ＥＣＵ３に供給される。また、その下流には吸気
温（ＴＡ）センサ９が取付けられており、吸気温ＴＡを
検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ３に供給す
る。

エンジン１の本体に装着されたエンジン水温（ＴＷ）セ
ンサ１０はサーミスタ等から成り、エンジン水温（冷却
水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出力してＥＣ
Ｕ３に供給する。エンジン回転数（ＮＥ）センサ１１及
び気筒判別（ＣＹＬ）センサ１２はエンジン１の図示し
ないカム軸周囲又はクランク軸周囲に取付けられている
。エンジン回転数センサ１１はエンジン１のクランク軸
の１８０度回転毎に所定のクランク角度位置でパルス（
以下ｒＴＤＣ信号パルス」という）を出力し、気筒判別
センサ１２は特定の気筒の所定のクランク角度位置で信
号パルスを出力するものであり、これらの各信号パルス
はＥＣＵ３に供給される。

三元触媒１４はエンジン１の排気管１３に配置されてお
り、排気ガス中のＨＣ，Ｃｏ、ＮＯｘ等の成分の浄化を
行う。排気濃度センサとしての酸素濃度センサ（以下ｒ
ＬＡＦセンサ」という）１５は排気管１３の三元触媒１
４の上流側に装着されており、排気ガス中の酸素濃度に
略比例するレベルの電気信号を出力しＥＣＵ３に供給す
る。

ＥＣＵ３には更に大気圧（ＰＡ）センサ１６、車速（Ｖ
ＳＰ）センサ１７、クラッチの断続を検出するクラッチ
センサ１８及び変速機のシフト位置を検出するギヤ位置
センサ１９が接続されており、これらのセンサの検出信
号がＥＣＵ３に供給される。

ＥＣＵ３は各種センサからの入力信号波形を整形し、電
圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジ
タル信号値に変換する等の機能を有する入力回路５ａ、
中央演算処理回路（以下ｒｃＰＵＪ　という’）５ｂ、
ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラム及び演算結
果等を記憶する記憶手段５ｃ、前記燃料噴射弁６、電磁
弁２１に駆動信号を供給する出力回路５ｄ等から構成さ
れる。

ＣＰＵ５ｂは上述の各種エンジンパラメータ信号に基づ
いて、排気ガス中の酸素濃度に応じたフィードバック制
御運転領域やオープンループ制御運転領域等の種々のエ
ンジン運転状態を判別するとともに、エンジン運転状態
に応じ、次式（１）に基づき、前記ＴＤＣ信号パルスに
同期する燃料噴射弁６の燃料噴射時間Ｔ。ＬＩＴを演算
する。

Ｔｏｕｔ＝ＴｉＸＫＣＭＤＭＸＫＬＡＦＸＫ＋　十に２
　−　（１）ここに、Ｔｉは基本燃料量、具体的にはエ
ンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとに応じて決
定される基本燃料噴射時間であり、このＴｉ値を決定す
るためのＴｉマツプが記憶手段５ｃに記憶されている。

ＫＣＭＤＭは、後述する第２図のプログラムによって設
定される修正目標空燃比係数であり、エンジン運転状態
に応じて設定され、目標空燃比を表わす目標空燃比係数
ＫＣＭＤに燃料冷却補正係数ＫＥＴＶを乗算することに
よって算出される。

補正係数ＫＥＴＶは、燃料を実際に噴射することによる
冷却効果によって供給空燃比が変化することを考慮して
燃料噴射量を予め補正するための係数であり、目標空燃
比係数ＫＣＭＤの値に応じて設定される。なお、前記式
（１）から明らかなように、目標空燃比係数ＫＣＭＤが
増加すれば燃料噴射時間Ｔ。Ｕ７は増加するので、ＫＣ
ＭＤ値及びＫＣＭＤＭ値はいわゆる空燃比Ａ／Ｆの逆数
に比例する値となる。

ＫＬＡＦは、空燃比補正係数であり、空燃比フィードバ
ック制御中はＬＡＦセンサ１５によって検出された空燃
比が目標空燃比に一致するように設定され、オープンル
ープ制御中はエンジン運転状態に応じた所定値に設定さ
れる。

Ｋ１及びに２は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じ
て演算される他の補正係数及び補正変数であり、エンジ
ン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速特性等の緒
特性の最適化が図られるような値に設定される。

ＣＰＵ５ｂは更にエンジン運転状態に応じてパルプタイ
ミングの切換指示信号を出力して電磁弁２１の開閉制御
を行なう。

ＣＰＵ５ｂは上述のようにして算出、決定した結果に基
づいて、燃料噴射弁６および電磁弁２１を駆動する信号
を、出力回路５ｄを介して出力する。

第２図はエンジンが燃料増量を行うべき所定の高負荷運
転状態あるいは燃料供給遮断を行うべき低負荷運転状態
等ではなく、通常のエンジン運転状態にある場合におけ
る前記目標空燃比係数ＫＣＭＤ及び修正目標空燃比係数
ＫＣＭＤＭを算出するプログラムのフローチャートであ
る。本プログラムはＴＤＣ信号の発生毎にこれと同期し
て実行される。

ステップＳｌｌでは、後述する第３図のプログラムによ
り目標空燃比係数の基準値ＫＢＳＭを算出し、この算出
値を目標空燃比係数ＫＣＭＤとする（ステップ５１２）
。ステップ３１３では、ＫＣＭＤ値のりミント処理を行
う。このリミット処理は、ＫＣＭＤの前回値と今回値の
差が、エンジン運転状態に応じて設定される上限値を超
えないようにして、ＫＣＭＤ値を急激に変更しないよう
にするものである。ただし、ＫＣＭＤ値が理論空燃比よ
りリーン側にある場合において、アクセルペダルが急激
に踏み込まれたようなときには、理論空燃比相当の値ま
で直ちに増加させるようにしている。

ＫＣＭＤリミット処理の後、ステップ３１４では、燃料
冷却補正係数ＫＥＴＶをＫＣＭＤ値に応じて設定された
テーブルから読み出し、ＫＣＭＤ値に乗算することによ
って、修正目標空燃比係数ＫＣＭＤＭを算出する（ステ
ップ５１５）。次いでＫＣＭＤＭ値のリミットチエツク
を行ない本プログラムを終了する。このリミットチエツ
クでは、ＫＣＭＤＭ値が所定の上下限値の範囲内にある
か否かが判別され、該範囲外の値のときには、ＫＣＭＤ
Ｍ値がその上限値又は下限値に設定される。

本プログラム実行後、空燃比フィードバック制御が可能
なエンジン運転状態においては、算出された目標空燃比
係数ＫＣＭＤと、ＬＡＦセンサ１５の出力に基づいて算
出され、検出された空燃比を表わす当量比ＫＡＣＴとが
一致するように、空燃比補正係数ＫＬＡＦが算出される
。

第３図は第２図のステップ３１１において、目標空燃比
係数の基準値ＫＢＳＭの算出を行うサブルーチンのフロ
ーチャートである。

ステップＳ２１では、吸気温ＴＡが所定吸気温ＴＡＬＡ
Ｆ　（例えば１５℃）より低いか否かを判別し、その答
が肯定（ＹＥＳ）、即ちＴＡ＜ＴＡＬＡＦのときには直
ちにステップ３２４に進む。

ステップＳ２１の答が否定（Ｎｏ）、即ちＴＡ≧ＴＡＬ
ＡＦのときには、ＰＢＬＥＡＮテーブルからエンジン水
温ＴＷに応じて所定圧ＰＢＬＥＡＮを読み出しくステッ
プ３２２）、検出した吸気管内絶対圧ＰＢＡが所定圧Ｐ
ＢＬＥＡＮより低いか否かを判別する（ステップ５２３
）。ＰＢＬＥＡＮテーブルは、第４図に示すように、設
定水温ＴＷＬＦＩ〜ＴＷＬＦ５に対して所定圧ＰＢＬＥ
ＡＮ１〜ＰＢＬＥＡＮ５が設定されたものであり、設定
水温ＴＷＬＦＩ〜ＴＷＬＦ５以外のエンジン水温に対し
ては、補間によって所定圧ＰＢＬＥＡＮが算出される。

前記ステップ３２３の答が否定（ＮＯ）、即ちＰＢＡ≧
ＰＢＬＥＡＮのときには、ステップ３２４に進み、エン
ジン水温ＴＷが上限水温ＴＷＬＥＡＮ（例えば７５℃）
より低いか否かを判別する。

この上限水温ＴＷＬＥＡＮは後述するＫＴＷＬＡＦテー
ブルを使用する上限の水温であり、前記ＰＢＬＥＡＮテ
ーブルの設定水温ＴＷＬＦ５より高い所定の温度である
。ステップ３２４の答が肯定（ＹＥＳ）、即ちＴＷ＜Ｔ
ＷＬＥＡＮのときには、エンジン水温ＴＷ及び吸気管内
絶対圧ＰＢＡに応じてＫＴＷＬＡＦテーブル（第１記憶
手段）から低水温目標空燃比係数ＫＴＷＬＡＦを読み出
しくステップ３２５）、目標空燃比係数の基準値ＫＢＳ
Ｍをこの読み出したＫＴＷＬＡＦ値に設定して（ステッ
プ３２６）、本ルーチンを終了する。

ＫＴＷＬＡＦテーブルは、第５図に示すように、吸気管
内絶対圧ＰＢＡが設定圧ＰＢＬＡＦＩ以下の場合に適用
されるＫＴＷＬＡＦＩ　　（同図（ａ）の破線）と、吸
気管内絶対圧ＰＢＡが設定圧ＰＢＬＡＦ２以上の場合に
適用されるＫＴＷＬＡＦ　２（同図（ａ）の実線）が設
定されたものであり、設定水温ＴＷＬＡＦ１〜ＴＷＬＡ
Ｆ４のそれぞれに対して、ＫＴＷＬＡＦＩＩ、２１〜Ｋ
ＴＷＬＡＦ１４，２４が設定されている。従ってステッ
プＳ２５においては、ＰＢＡ≧ＰＢＬＡＦ２又はＰＢＡ
≦ＰＢＬＡＦＩが成立する場合には、エンジン水温ＴＷ
に応じてＫＴＷＬＡＦ２又はＫＴＷＬＡＦＩを読み出し
く設定温度以外は補間による）、ＰＢＬＡＦ　１＜ＰＢ
Ａ＜ＰＢＬＡＦ２が成立する場合には、エンジン水温Ｔ
Ｗに応じてＫＴＷＬＡＦ２及びＫＴＷＬＡＦ　１を読み
出し、ＰＢＡ値に応じて補間を行うことにより、ＫＴＷ
ＬＡＦ値を算出する。なお、ＫＴＷＬＡＦテーブルの設
定値はいずれも理論空燃比相当の値よりリッチ側の値で
あり、基準値ＫＢＳＭをＫＴＷＬＡＦ値に設定すること
により、低水温時の燃料増量が行われる。

前記ステップ５２３の答が肯定（ＹＥＳ）、即ちＰＢＡ
＜ＰＢＬＥＡＮのとき、又は前記ステップ３２４（７）
答が否定（Ｎｏ）　、即ちＴＷ≧ＴＷＬＥＡＮのときに
は、低水温目標空燃比係数ＫＴＷＬＡＦを理論空燃比相
当の値ＫＴＷＬＡＦＯに設定しくステップ５２７）、Ｋ
ＢＳＭマンプ（第２記憶手段）の検索を行う（ステップ
８２８）。ＫＢＳＭマツプには、例えば第６図に示すよ
うに、２０個の所定エンジン回転数ＮＥＭＩ〜ＮＥＭ２
０及び１０個の所定吸気管内絶対圧ＰＢＩ〜ＰＢ１０に
よって決まる格子点に対して所定の基準値ＫＢＳＭ＋＋
、＋＋　〜ＫＢＳＭｎｏ、＋ｏｌが設定されており、検
出したエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡの
予測値（以下「予測ＰＢＡ値」という）に応じて読み出
される。エンジン回転数ＮＨの検出値又は予測ＰＢＡ値
が格子点以外の値の場合には、基準値ＫＢＳＭは補間に
よって算出される。なお、予測ＰＢＡ値の算出方法は例
えば特開昭６０−９０９４８号公報により公知である。

また、上記検索には予測ＰＢＡ値ではなく、検出した吸
気管内絶対圧ＰＢＡを用いてもよい。

ステップ３２８を実行した後は、エンジンがアイドル運
転状態にあるか否かを判別しくステップ５２９）、その
答が肯定（ＹＥＳ）のときには、ステップＳ２８で検索
した基準値ＫＢＳＭがアイドル用の基準値ＫＢＳＩＤＬ
（例えばＡ／Ｆ＝１４．７相当の値）より小さいか否か
を判別する（ステップ５３０）。ステップＳ３０の答が
否定（Ｎｏ＞、即ちＫＢＳＭ≧ＫＢＳＩＤＬのときには
直ちに本ルーチンを終了し、肯定（ＹＥＳ）、即ちＫＢ
ＳＭ＜ＫＢＳＩＤＬのときには、ＫＢＳＭ＝ＫＢＳＩＤ
Ｌとして（ステップ５３１）、本ルーチンを終了する。

従って、エンジンがアイドル運転状態にあるときには、
基準値ＫＢＳＭはＫＢＳＩＤＬ値以上（よりリッチ側）
の値に設定される。

前記ステップＳ２９の答が否定（Ｎｏ）　、即ちエンジ
ンがアイドル運転状態にないときには、車速ｖｓｐが所
定車速ＶＳＰＬＡＦ　（例えば１０ｋｍ／時間）より低
いか否かを判別する（ステップ５３２）。その答が肯定
（ＹＥＳ）、即ちｖｓｐ＜ＶＳＰＬＡＦのときには、低
車速デイレイタイマｔ　ｍ　Ｌ　Ｖに所定デイレイ時間
ｔｍＤＬＹＬＶ（例えば３００ミリ秒）をセントしてこ
れをスタートさせ（ステップ３３３）、ステップ３２８
で検索した基準値ＫＢＳＭが低車速用の基準値ＫＢＳＷ
ＬＦ（例えばＡ／Ｆ＝１４．７に相当する値）より小さ
いか否かを判別する（ステップ５３５）。この答が否定
（Ｎｏ）、即ちＫＢＳＭ≧ＫＢＳＷＬＦのときには、直
ちに本ルーチンを終了し、この答が肯定（ＹＥＳ）、即
ちＫＢＳＭ＜ＫＢＳＷＬＦのときには、ＫＢＳＭ＝ＫＢ
ＳＷＬＦとして本ルーチンを終了する。

前記ステップＳ３２の答が否定（Ｎｏ）、即ちｖＳＰ≧
ＶＳＰＬＡＦのときには、前記低車速デイレイタイマｔ
　ｍ　Ｌ　Ｖのカウント値が値０であるか否かを判別す
る（ステップ５３４）。その答が否定（Ｎｏ＞　、即ち
ｔ　ｍ　Ｌ　Ｖ　＞　０のときには前記ステップ３３５
に進み、肯定（ＹＥＳ）、即ちｔ　ｍ　Ｌ　Ｖ　＝　０
のときには本ルーチンを終了する。

ステップ５３２〜５３６によれば、低車速時（ＶＳＰ＜
ＶＳＰＬＡＦ）及び低車速から高車速へ移行後所定デイ
レイ時間ｔｍＤＬＹＬＶ経過前は、ＫＢＳＭ値は低車速
用の基準値ＫＢＳＷＬＦ以上に設定される。

第３図のプログラムによれば、ＫＴＷＬＡＦテーブルと
ＫＢＳＭマツプの使い分けは、第７図に示すように行わ
れる。即ち、低吸気温（ＴＡ＜ＴＡＬＡＦンのときには
、エンジン水温ＴＷのみに応じてＫＴＷＬＡＦテーブル
又はＫＢＳＭマツプを選択される（同図（ｂ））一方、
高吸気温（ＴＡ≧ＴＡＬＡＦ）のときには、エンジン水
温ＴＷ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じてＫＴＷＬＡＦ
テーブル又はＫＢＳＭマツプを選択され（同図（ａ））
、低負荷側でＫＢＳＭマツプを使用する領域が広げられ
る。これにより、エンジン水温が比較的低い（ＴＷ＜Ｔ
ＷＬＥＡＮ）場合であっても、ＰＢＡ＜ＰＢＬＥＡＮが
成立する低負荷時には、エンジン水温ＴＷに応じた燃料
増量が行われないので、エンジンの運転性を悪化させる
ことなく良好なυトガス特性を維持することができる。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明によれば、エンジン温度及び
エンジン負荷に応じて、エンジン温度に応じた目標空燃
比の設定をするか否かが判別されるので、特にエンジン
の低負荷運転時においてエンジンの運転性を悪化させる
ことなく良好な排ガス特性を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御方法を適用する燃料供給制御装置
の全体構成図、第２図は目標空燃比係数（ＫＣＭＤ）及
び修正目標空燃比係数（ＫＣＭＤＭ）を算出するプログ
ラムのフローチャート、第３図は目標空燃比係数の基準
値（ＫＢＳＭ）を算出スるプログラムフローチャート、
第４図はＰＢＬＥＡＮテーブルを示す図、第５図はＫＴ
ＷＬＡＦテーブルを示す図、第６図は目標空燃比係数の
基準値のマツプ（ＫＢＳＭマツプ）を示す図、第７図は
ＫＴＷＬＡＦテーブル及びＫＢＳＭマツプの選択される
領域を示す図である。 １・内燃エンジン、５・電子コントロールユニンＩ−（
ＥＣＵ）、６・・燃料噴射弁、１５・・排気濃度センサ
（酸素濃度センサ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃エンジンの排気系に設けられ、排気ガス濃度に
   略比例する出力特性を備えた排気濃度センサを用いてエ
   ンジンに供給する混合気の空燃比をエンジンの運転状態
   に応じた目標空燃比にフィードバック制御するとともに
   、エンジン温度が所定温度より低いときにはエンジン温
   度に応じて前記目標空燃比をリッチ方向へ変更する内燃
   エンジンの空燃比制御方法において、前記エンジン温度
   に応じた目標空燃比の変更を行うか否かの判別を、検出
   したエンジン温度及びエンジン負荷に基づいて行うこと
   を特徴とする内燃エンジンの空燃比制御方法。 ２、内燃エンジンの排気系に設けられ、排気ガス濃度に
   略比例する出力特性を備えた排気濃度センサを用いてエ
   ンジンに供給する混合気の空燃比をエンジンの運転状態
   に応じた目標空燃比にフィードバック制御するとともに
   、エンジン温度が所定温度より低いときにはエンジン温
   度に応じて前記目標空燃比をリッチ方向へ変更する内燃
   エンジンの空燃比制御方法において、前記目標空燃比を
   エンジン温度に応じて理論空燃比よりリッチ側の値に設
   定した第１記憶手段と、前記目標空燃比をエンジン温度
   以外の複数のエンジン運転パラメータに応じて設定した
   第２記憶手段とを設けるとともに、検出したエンジン温
   度及びエンジン負荷に応じて前記第１又は第２記憶手段
   のいずれか一方を選択し、該選択した記憶手段から読み
   出した値を目標空燃比としてフィードバック制御するこ
   とを特徴とする内燃エンジンの空燃比制御方法。