JPH04187845A - 多種燃料内燃エンジンの空燃比フィードバック制御方法 - 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、ガソリン燃料、アルコール燃料等の少なくと
も２種の燃料の何れによっても作動可能な内燃エンジン
の空燃比フィードバック制御方法に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題）近年、
石化燃料の枯渇と云った燃料事情や、排気ガス特性の改
善等により、アルコール燃料等とガソリン燃料との混合
燃料、あるいはこれらの何れの燃料をも単独で使用する
ことが出来る内燃エンジンの研究が盛んに行われている
。

これらの従来の多種燃料内燃エンジンは、燃料の混合率
（ブレンド率）に応して燃料供給量（噴射量）を調整す
るだけであり、空燃比フィードバック制御方法や排気ガ
ス浄化装置自体は、従来のガソリン燃料の内燃エンジン
と基本的に変わりがない。

一方、ガソリン燃料使用の内燃エンジンでは、年々厳し
くなる排気ガス規制に対応するために、所謂「デュアル
０２センサシステム」が提案されている。このシステム
は、排気通路に配設された触媒コンバータの上流側およ
び下流側にそれぞれ、排気カス中の酸素濃度を検出する
０２センサを備えるもので、このシステムによる空燃比
フィードバック制御は、例えば、燃料噴射量を決定する
フィードバック補正係数値ＫＦＢを以下のように設定す
ることにより行われる。即ち、上流側のフロント０２セ
ンサの出力電圧ＶＯ２が基準電圧Ｖｓを横切ってリーン
側に変化した場合、フィードバック補正係数値ＫＦＢに
比例項値Ｐが加算され、その後所定時間の経過毎、或い
はクランク軸が所定クランク角度だけ回転する毎に積分
項値ΔＩが加算される。一方、フロント０２センサの出
力電圧ＶＯ２が基準電圧Ｖｓを横切ってリッチ側に変化
した場合、空燃比補正係数値ＫＦＢから比例項値Ｐが減
算され、その後所定時間の経過毎、或いは所定クランク
角度位置信号が検出される毎に積分項値△Ｉが減算され
る。そして、下流側のりア０２センサの出力に応し、上
述の基準電圧値Ｖｓを変更するするようにしている。

このようなシステムは多種燃料内燃エンジンにも採用す
べきであるか、ブレンド率が変化すると同じ空気過剰率
（空燃比）であっても排気ガス成分が変化するために、
リア０２センサの出力値が変化してしまい、デュアル０
２センサシステムか正しく機能せず、空燃比フィードバ
ック制御を精度よく行うことが出来ない。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
ので、多種燃料内燃エンジンにおいても、上述したデュ
アル０２センサシステムを採用して空燃比フィードバッ
ク制御を精度よく行い得る多種燃料内燃エンジンの空燃
比フィードバック制御方法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） 上述の目的を達成するために本発明に依れば、燃料性状
がそれぞれ既知である少なくとも２種の燃料の何れか、
あるいはそれらの混合燃料により作動可能な内燃エンジ
ンの排気通路に、排気ガス中の有害成分を浄化する排気
ガス浄化装置を配設し、該排気ガス浄化装置の上流側の
排気カス中の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度に対
応する値と第１の目標値との比較結果に応して空燃比を
フィードバック制御する多種燃料内燃エンジンの空燃比
フィードバック制御方法において、前記少な（とも２種
の燃料の混合率を検出し、検出した燃料混合率に応じて
第２の目標値を設定し、前記排気ガス浄化装置の下流側
の排気ガス中の酸素濃度を検出し、検出した下流側の酸
素濃度に対応する値と前記第２の目標値との偏差に応し
て前記第１の目標値を補正することを特徴とする多種燃
料内燃エンジンの空燃比フィードバック制御方法が提供
される。

（作用） 本発明の空燃比フィードバック制御方法によれば、排気
ガス浄化装置の下流側の排気ガス中に検出される酸素濃
度の目標値が燃料混合率に応じて設定される。従って、
少なくとも２種からなる燃料の混合率が変化しても、混
合率に最適な、デュアル０２センサンステムによる空燃
比フィートノくツク制御を行うことができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明方法が適用される内燃エンジンの燃料供
給制御装置の概略構成を示し、この制御装置は例えば４
気筒ガソリンエンジン（以下単に「エンジン」という）
１２に適用したものである。

このエンジン１２はガソリン燃料単独でも、アルコール
燃料（例えば、メタノール）単独でも作動可能であり、
更に、これらの２種の燃料を任意の割合（ブレンド率）
で混合した燃料でも作動可能である。

エンジン１２の各気筒につながる吸気マニホルド１４の
それぞれに、各吸気ポートに隣接して電磁式燃料噴射弁
１６が配設されている。吸気マニホルド１４にはサージ
タンク１８を介して吸気管２０の一端が接続されており
、吸気管２０の他端（大気開放端）にはエアクリーナ２
２が取り付けられている。そして、吸気管２０の途中に
はスロットル弁２４か配設されている。各燃料噴射弁１
６へは図示しない燃料ポンプから燃料管２５を介し、燃
圧レギュレータ２６によって燃料圧が一定に調整された
燃料が供給されるようになっている。

燃料管２５の途中には、燃料センサ６０が配設されてい
る。この燃料センサ６０は、燃料噴射弁１６に供給され
る混合燃料のブレンド率を検出するためのもので、燃料
の特定の物性値、例えば、誘電率、光学屈折率、音速等
を測定することにより、ガソリン燃料とアルコール燃料
のブレンド率を検出する。実際には、この特定の物性値
に対応して燃料センサ６０から電圧値ＶＢが出力され、
この電圧値ＶＢから燃料のブレンド率Ｂが推定される。

ここで、ブレンド率Ｏ％はガソリン燃料のみを含有し、
１００Ｘはアルコール燃料のみを含有することを意味す
る。燃料センサ６０は、電子制御装置（ＥＣＵ）４０の
入力側に電気的に接続され、上述した燃料ブレンド率Ｂ
に対応した電圧信号ＶＢを電子制御装置４０に供給する
。

一方、エンジン１２の各気筒の排気側には排気マニホル
ド３０がそれぞれ接続されており、排気マニホルド３０
の大気側端は排気管３４に接続されている。排気管３４
の途中には三元触媒型の２つの触媒コンバーク３５．３
６が配設されている。

上流側の触媒コンバータ３５は、排気マニホルド３０の
大気側端近傍に、すなわち、エンジン１２の排気ポート
近傍に配置される。このため、この触媒コンバータ３５
は、高温の排気ガスに曝されるので、エンジン始動後の
活性化を進呈（完了させることができ、ウオームアツプ
触媒コンバータ（Ｗ／Ｕコンバータ）と呼ばれる。下流
側の触媒コンバータ３６４．ｉ、Ｗ／Ｕコンバータ３５
より下流に配置されるため、活性化が遅れるか、活性化
が完了すると、Ｗ／Ｕコンバータ３５により活性化か保
たれ、コンバータ３５で浄化されなかった排気ガス中の
窒素酸化物の還元とＣＯの酸化とかより完全に行なわれ
る。

Ｗ／Ｕコンバータ３５の上流側の排気マニホルド３０に
は、エンジンＪ２から排出される排気中の酸素量を検出
するフロント０２センサ４４が取り付けられている。ま
た、２つの触媒コンバータ３５、３６間には、Ｗ／Ｕコ
ンバータ３５より排出される排気ガス中の酸素濃度を検
出するりア０２センサ４５が取り付けられており、これ
らのセンサ４４．４５には検出部を高温に保つヒータが
備えられている。そして、これらの０２センサ４４゜４
５は電子制御装置４０の入力側に電気的に接続されてお
り、電子制御装置４０にそれぞれの酸素濃度検出信号を
供給している。

電子制御装置４０は、図示しない中央演算装置、燃料供
給量を演算するための制御プログラムや種々のプログラ
ム変数等を記憶する記憶装置、入出力装置等により構成
され、上述の記憶装置には、ＲＯＭやＲＡＭの他に、後
述する燃料ブレンド率補正係数値ＫＢ、積分補正値Ｖｌ
等を、エンジン１２の停止後も記憶する不揮発性のバッ
テリバックアップＲＡＭが含まれる。

前述した各燃料噴射弁１６は電子制御装置４０の出力側
に電気的に接続され、この電子制御装置４０からの駆動
信号により開弁され、詳細は後述するように所要量の燃
料を各気筒に噴射供給する。

電子制御装置４０の入力側にはエンジン１２の運転状態
を検出する種々のセンサ、例えば前述したフロント０２
センサ４４、リア０２センサ４５や燃料センサ６０の他
に、吸気管２０の大気開放端近傍に取り付けられ、カル
マン渦を検出することにより吸入空気量に比例した周波
数パルスｆを出カスるエアフローセンサ４２、エアクリ
ーナ２２内に設けられ、吸入空気温度Ｔａを検出する吸
気温センサ４６、スロットル弁２４の弁開度を検出する
スロットル開度センサ４８、カムシャフトに接続される
ディストリビュータ３８に設けられ、上死点あるいはそ
の少し前の所定クランク角度位置を検出する毎にパルス
信号（ＴＤＣ信号）を出力するクランク角センサ５０、
これもディストリビュータ３８に設けられ、特定の気筒
（例えば、第１気筒）が所定のクランク角度位置（例え
ば、圧縮上死点あるいはその少し前の角度位置）にある
ことを検出する気筒判別センサ５２、エンジン１２の冷
却水温を検出する水温センサ５４、スロットル弁２４の
全開位置を検出するアイドルスイッチ５６、大気圧を検
出する大気圧センサ５８、更に、図示しないがエアコン
の作動状態を検出するエアコンスイッチ、バッテリ電圧
を検出するバッテリセンサ等の各種センサが接続されて
おり、これらのセンサは検出信号を電子制御装置４０に
供給する。

電子制御装置４０は、上述した種々のセンサの検出信号
に基づきエンジン運転状態に応した燃料噴射量、即ち、
燃料噴射弁１６の開弁時間ＴＩＮＪを演算し、演算した
開弁時間ＴＩＮＪに応じた駆動信号を各燃料噴射弁１６
に供給してこれを開弁じ、所要の燃料量を各気筒に噴射
供給させる。電子制御装置４０は次式（１）により上述
の開弁時間ＴＩＮＪを演算する。

ＴＩＮＪ＝ＴＢ＊ＫＡＦ＊ＫＢｔＫ＋ＴＤ　　　　　　
　　　・・・・・　（１）ここに、ＴＢはガソリン燃料
を基準とした、吸入空気量Ａ／Ｎに応じて設定される基
本開弁時間、ＫＡＦは空燃比補正係数であり、その詳細
は後述する。ＫＢは燃料ブレンド率補正係数であり、燃
料ブレンド率Ｂに応じた値に設定され、この補正係数を
上述のガソリン燃料を基準にした基本開弁□時間ＴＢに
掛は合わせることにより、検出されたブレンド率Ｂの燃
料に対応する基本開弁時間に換算する。Ｋは、その他の
補正係数であり、例えば、冷却水温ＴＷに応じて設定さ
れる冷却水温補正係数ＫＴＷ、吸気温度Ｔａに応じて設
定される吸気温補正係数ＫＴａ、大気圧Ｐａに応じて設
定される大気圧補正係数ＫＰａ等に応じて設定される。

ＴＤはバッテリ電圧に応じて設定される無効時間補正値
である。これらの補正係数値及び補正値の演算方法の詳
細は省略する。

尚、電子制御装置４０は、クランク角センサ５０がクラ
ンク角で１８０°毎にＴＤＣ信号を出力することから、
このＴＤＣ信号のパルス発生間隔からエンジン回転数Ｎ
ｅを検出することができる。更に、電子制御装置４０は
気筒の点火順序、即ち、各気筒への燃料供給順序を記憶
しており、上述した気筒判別センサ５２が前述の特定の
気筒の所定クランク角度位置を検出することにより、次
にどの気筒に燃料を噴射供給すればよいか判別すること
が出来る。

次に、電子制御装置４０による空燃比フィードバック制
御手順を説明する。なお、電子制御装置４０により空燃
比フィードバック制御を開始するには、例えば、０２セ
ンサ４４，４５が充分に活性化していること、エンジン
１２が暖機状態にあること、エンジン１２の始動後所定
時間が経過していること等の条件が同時に成立している
ことが必要である。また、電子制御装置４０は、空燃比
フィードバック制御を実行するために必要な各種運転状
態値を読み込んでおり、読み込んだ運転状態には、水温
センサ５４からの冷却水温信号Ｔｗ、吸気温センサ４６
からの吸気温度信号Ｔａ、大気圧センサ５８からの大気
圧信号Ｐａ、スロットル開度センサ４８からのスロット
ル開度信号θｔｈ等の他に、燃料センサ６０からの燃料
物性値信号ＶＢが含まれる。これらのセンサからの信号
は、図示しない入力装置により増幅、フィルタリング、
Ａ／Ｎ変換等が実行され、デジタル信号として電子制御
装置・１０に読み込まれる。

先ず、第２図を参照して、後述する噴射弁駆動ルーチン
において使用する第１の目標値である判別値Ｖｓの設定
手順について説明する。第２図に示すルーチンは、リア
０２センサ４５が検出する酸素濃度と、燃料センサ６０
が検出する燃料のブレンド率Ｂとにより上述した判別値
Ｖｓを最適値に設定するものである。

この判別値Ｖｓの設定ルーチンは、常時実行されるが、
リア０２センサ４５によるフィードバックタイミングで
あるか否かを判別しくステップ５１０）、フィードバッ
クタイミングでなければ、すなわち、ステップＳＩＯの
判別結果が否定（Ｎｏ）であれば、なにもせずに当該ル
ーチンを終了する。

フィードバックタイミングであるか否かは、例えば、吸
入空気量に応じて設定されるフィードバック補正周期Ｔ
ｓが経過したか否かを判別し、周期Ｔｓ毎にフィードバ
ックタイミングであると判別するようにしてもよい。上
述のフィードバック補正周期Ｔｓは、次式（Ｆｌ）によ
り設定される。

Ｔｓ　＝Ｋｓ　／　ｆ　　　　　　　・・・・・ＩＦＩ
）ここに、Ｋｓは定数であり、ｆは前述したエアフロー
センサ４２が検出するカルマン渦発生周波数である。

ステップＳＪＯの判別結果が肯定（Ｙｅｓ）でフィード
バックタイミングであると判別されたとき、ステップＳ
１２に進み、燃料センサ６０が検出するブレンド率Ｂに
応じたリア０２センサ４５の出力目標値（第２の目標値
）Ｖｔを設定する。第３図は、ブレンド率Ｂ（％）と、
ブレンド率Ｂに応じて設定される目標値Ｖｔ（電圧値）
との関係を例示し、ブレンド率Ｂが大である程、より大
きい値に設定されることを示している。

次に、ステップＳ１４に進み、リア０２センサ４５の出
力値Ｖを読み込み、これを平均すると共に、フィルタリ
ング処理を行なう。リア０２センサ４５の出力値は絶え
ず変動しており、−回のサンプル値では計測誤差が大き
くなるので、ｎ回、例えば、５回のサンプル値を読み込
んで、これの算術平均値Ｖａ〜・を求める。そして、今
回求めた平均値Ｖａｖをさらに次式（Ｆ２）によりフィ
ルタリング処理を施してフィルタ値Ｖ［を求める。

Ｖｆ　　　＝Ｋｆ　　　ＸＶａｖ＋　（１−Ｋｆ）ｘＶ
ｆｎ−］・　　＝ｉＦ２）ここに、Ｋ［はフィルタ定数
であり、Ｖｆｎ−１はフィルタ値Ｖｆの前回値である。

次いで、電子制御装置４０は、上述のようにして求めた
フィルタ値ｖｒと目標値Ｖｔの偏差△Ｖ（−Ｖｆ　−Ｖ
ｔ　）から比例補正値Ｖｐおよび積分補正値Ｖｉを次式
（Ｆ３）、　（Ｆ４）により演算する（ステップ５１６
）。

Ｖｐ−ΔＶＸＧｐ　　　　　　・−＝＝　　（Ｆ３）Ｖ
ｉ　＝Ｖｉｎ−］＋△ｖｘｃｉ　　　＋＋＋＋・＋　　
（Ｆ４）ここに、ｃｐは比例補正ゲイン、Ｇ１は積分補
正ゲインであり、いずれも正の値に設定しである。

また、Ｖ　１ｎ−１は、積分補正値Ｖｉの前回値である
。

このようにして求められた比例補正値Ｖｐおよび積分補
正値Ｖ１を、次式（Ｆ５）に代入して判別値Ｖｓが演算
され（ステップＳ　］　８）　、当該ルーチンを終了す
る。

Ｖｓ　＝Ｖｏ　＋Ｖｐ　＋Ｖｉ　　　　　−（Ｆ５）こ
こに、Ｖｏはフロント０２センサ４４の出力判別レベル
の基準値である。このように、フロント０２センサ４４
の出力判別値Ｖｓは、フィードバック補正周期Ｔｓ毎に
、ブレンド率Ｂとリア０２センサ４５の出力値Ｖとによ
り補正されることになる。

第４図は、クランク角センサ５０からのクランクパルス
信号か入力される毎に実行される噴射弁駆動ルーチンを
示す。クランクパルス割込みが入ると、電子制御装置４
０は、先ず、フロント０２センサ４４の検出信号値ＶＯ
２を読み込む（ステップ＄２０）。そして、この検出信
号値ＶＯ２が、前述のようにして補正された判別値Ｖｓ
と比較され、判別値Ｖｓより大きいか否かを判別する（
ステップ５２２）。フロント０２センサ４４の信号値Ｖ
Ｏ２が判別値Ｖｓより大（判別結果が肯定）である場合
、すなわち、エンジン１２に供給される空燃比が理論空
燃比より燃料リッチ側の値であれば、ステップＳ２４に
進み、フィードバック補正係数の比例ケイン類Ｋｐおよ
び積分ケンイ項Ｋｉを次式（ＡＩ）、　（Ａ２）により
演算する。

Ｋｐ　−Ｐ　　　　　　　　　・・・・・　（ＡＩ）Ｋ
ｉ　＝Ｋｉ°−ΔＩ　　　　　・・・・・・　（Ａ２）
ここに、Ｐは一定の比例ゲイン値であり、ΔＩは一定の
積分ゲンイ値である。また、Ｋ１′は積分ゲイン類の前
回値である。なお、この積分ケイン類Ｋｉは前述のバッ
クアップＲＡＭに記憶される。

一方、ステップＳ２２の判別結果か否定であれば、即ち
、エンジン１２に供給される空燃比が理論空燃比より燃
料リーン側の値であれば、ステップＳ２６に進み、フィ
ードバック補正係数の比例ゲイン類Ｋｐおよび積分ゲン
イ項Ｋｉを次式（Ａ３）。

（Ａ４）により演算する。

Ｋｐ＝十Ｐ　　　　　　　　　・・・・・・　（Ａ３）
Ｋｉ　＝Ｋｉ’＋ΔＩ　　　　　・・・・・・　（Ａ４
）比例ゲイン類Ｋｐおよび積分ゲンイ項に１の演算が終
了すると、次に、ステップ３２８に進み、フィードバッ
ク補正係数値ＫＦＢを次式（Ａ５）により演算する。

ＫＦＢ＝Ｋｐ　＋Ｋｉ　　　　　　　　・・・・・・　
（Ａ５）このように演算されたフィードバック補正係数
値ＫＦＢを、前述した演算式（１）に代入して燃料噴射
弁１６の開弁時間ＴＩＮＪを演算しくステップ５３０）
、演算した開弁時間ＴＩＮＪを噴射タイマにセットし、
今回ループ時に燃料を噴射すべき気筒に対応する燃料噴
射弁Ｉ６に、開弁時間ＴＩＮＪに対応する時間に亘って
駆動信号が出力される（ステップ５３２）。かくして、
上述のようにして演算された開弁時間ＴＩＮＪに対応す
る量の燃料がエンジン１２に噴射供給されることになる
。

尚、上述の実施例の燃料供給制御装置は各気筒毎に配設
された燃料噴射弁から燃料を各気筒に噴射供給するもの
適用したが、本発明方法は、スロットル弁上流に配設さ
れる１本の燃料噴射弁からエンジンに燃料を供給する、
いわゆるシングルポイント方式の燃料供給制御装置に適
用してもよいし、電子キヤプレタ方式の燃料供給制御装
置に適用してもよい。

又、本発明の多種燃料内燃エンジンの空燃比フィードハ
ック制御方法は、カッリン燃料とアルコール燃料との混
合燃料を使用する内燃エンジンに限定されず、燃料性状
がそれぞれ既知の、少なくとも２種の混合燃料を使用す
る多種燃料内燃エンジンにも適用できる。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明の多種燃料内燃エンジンの空
燃比フィードバック制御方法に依れば、燃料の混合率を
検出し、検出した燃料混合率に応じて第２の目標値を設
定し、排気ガス浄化装置の下流側の排気ガス中の酸素濃
度を検出し、検出した下流側の酸素濃度に対応する値と
前記第２の目標値との偏差に応じて第１の目標値を補正
し、この補正した第１の目標値と排気ガス浄化装置の上
流側の排気ガス中の酸素濃度に対応する値との比較結果
に応じて空燃比をフィードバック制御するようにしたの
で、燃料混合率が変化しても精度よく空燃比制御を行う
ことができ、多種燃料を使用する内燃エンジンの排気ガ
ス特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は本発明方法か
実施される燃料供給制御装置の構成の概略を示すブロッ
ク図、第２図はフロント０２センサの出力判別値Ｖｓを
設定する手順を示す、判別値Ｖｓ設定ルーチンのフロー
チャート、第３図はブレンド率Ｂと目標値Ｖｔとの関係
を示すグラフ、第４図は噴射弁駆動ルーチンのフローチ
ャートである。 １２・・・内燃エンジン、１６・・・燃料噴射弁、２４
・・・スロットル弁、２５・・・燃料管、３０・・・排
気マニホルド（排気通路）、３４・・・排気管（排気通
路）、３５・・・触媒コンバータ、４０・・・電子制御
装置、４２・・・エアフローセンサ、４４・・・フロン
ト０２センサ、４５・・・リア０２センサ、４８・・・
スロットル開度センサ、５０・・・クランク角度センサ
、６０・・・燃料センサ。 出願人　　三菱自動車工業株式会社 代理人　　弁理士　　長　門　侃　二 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料性状がそれぞれ既知である少なくとも２種の燃料の
   何れか、あるいはそれらの混合燃料により作動可能な内
   燃エンジンの排気通路に、排気ガス中の有害成分を浄化
   する排気ガス浄化装置を配設し、該排気ガス浄化装置の
   上流側の排気ガス中の酸素濃度を検出し、検出した酸素
   濃度に対応する値と第１の目標値との比較結果に応じて
   空燃比をフィードバック制御する多種燃料内燃エンジン
   の空燃比フィードバック制御方法において、前記少なく
   とも２種の燃料の混合率を検出し、検出した燃料混合率
   に応じて第２の目標値を設定し、前記排気ガス浄化装置
   の下流側の排気ガス中の酸素濃度を検出し、検出した下
   流側の酸素濃度に対応する値と前記第２の目標値との偏
   差に応じて前記第１の目標値を補正することを特徴とす
   る多種燃料内燃エンジンの空燃比フィードバック制御方
   法。