JPH0726568B2

JPH0726568B2 - エンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH0726568B2
Application number: JP31135588A
Authority: JP
Inventors: 正明内田; 国章沢本; 豊昭中川; 文雄勇川; 直樹仲田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1988-12-09
Filing date: 1988-12-09
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPH02157446A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は自動車用等のエンジンの排気ガス成分から空
燃比を検出し、この検出信号によってエンジンに供給す
る混合気の空燃比が目標空燃比となるようにフィードバ
ック制御する装置に関する。

（従来の技術）マイクロコンピュータ制御による燃料噴射システムがあ
る（（株）鉄道日本社発行「自動車工学」・1985年10月
号第28頁〜第40頁，同1986年１月号第108頁〜第114頁、
また（株）大河出版発行「カーエレクトロニクス」林田
洋一著第47頁ないし第56頁参照）。

ここでは、とくに燃料噴射制御について説明すると、各
種センサからの入力信号によりマイクロコンピュータは
そのメモリに記憶されたプログラムにしたがって最適噴
射量を演算し、その噴射量に対応して噴射弁のソレノイ
ドコイルへの通電時間を決定することにより最適噴射量
を吸気マニホールド内に噴射する。この場合、通常時の
噴射タイミングは、たとえば全気筒同時噴射の場合エン
ジンの１回転に１回であり、クランク角センサからの基
準位置信号（６気筒エンジンでは120゜信号）に基づい
て行われる。つまり、６気筒エンジンでは120゜信号の
３回ごとの入力に対し１回の等間隔で噴射弁に駆動パル
スを出力する。

燃料噴射量の構成は“基本噴射量＋各種増量補正量”で
ある。ただし、噴射弁に作用する燃料圧力を一定に保持
させることで、噴射量は噴射弁の開弁パルス幅に対応す
る。このため、通常運転時の噴射パルス幅（Ti）は、次
式（１）によって計算される。

Ti＝Tp×（１＋K_TW＋K_AS＋K_AI＋K_MR） ×K_FC×α×Ts …（１）ここで、基本パルス幅（Tp）は吸入空気量（Qa）とエン
ジン回転速度（Ne）とから決定される値（基本噴射量相
当量）で、このTpで決まる空燃比がベース空燃比といわ
れる。

１に加算される値（水温増量補正係数K_TW,始動及び始動
後増量補正係数K_AS,アイドル後増量補正係数K_AI,混合比
補正係数K_MR）は、エアフローメータ以外のセンサから
入力される各種運転条件に応じてTpを増量補正するため
の係数である（たとえばK_TWは冷却水温（Tw）の低下に
伴い混合気を濃くするために導入される）。これらの係
数と１の総和は各種補正係数（Co）として表現される。
K_FCはフュエルカット係数である。

αは空燃比のフィードバック補正係数で、三元触媒を効
率良く機能させるために導入される値である。三元触媒
にて排気三成分（CO,HC,NO_X）を一挙に浄化するために
は、混合気の空燃比を理論空燃比を中心としたある狭い
範囲内（この範囲はウインドウと呼ばれる）に収まるよ
うにしなければならず、そのためには、制御精度の高い
フィードバック制御とすることが良いからである。

第17図はこの空燃比フィードバック補正係数αを計算す
るためのプログラムを示し、S1で空燃比のフィードバッ
ク制御域（たとえば、空燃比センサが活性温度以上に上
昇していること，始動やアイドル時でないこと等を満足
する場合である。なお、図では「F/B制御域」で略記す
る。）であることが判定されてより開始される。S1でフ
ィードバック制御域でない場合には、S15でαがクラン
プされる。同図のプログラムはたとえば所定のクランク
角ごとに実行されるものである。

同図のプログラムでは、αの制御中心が1.0で、かつα
が第18図の下段に示すような周期的変化をする動作（比
例積分動作）の例を示し、この動作によれば１周期が次
の４つの場合（ｉ）〜（iv）から構成される。つまり、（ｉ）空燃比がリーンからリッチに反転した場合にステ
ップ的に比例分（P_R）だけリーン側に変化させる。

（ii）その後はリッチ継続中の積分分（I_R）にて徐々に
リーン側に変化させる。

これに対して（iii）空燃比がリッチからリーンに反転した場合には
ステップ的に比例分（P_L）だけリッチ側に変化させる。

（iv）その後はリーン継続中の積分分（I_L）にて徐々に
リッチ側に変化させる。

というものである。

まず、上記（ｉ）〜（iv）の４つの場合分けの判定は、
S2,S3,S9で空燃比センサの出力値と基準レベル（理論空
燃比に対するセンサ出力値に相当する）との大小比較と
前回に行った大小比較との組み合わせにて行なわれる。
S3,S9の「RL」は前回の大小比較の結果を格納している
フラグで、RL＝Ｒは前回のリッチであったことを、RL＝
Ｌは前回リーンであったことをそれぞれ意味する。これ
より、S2,S3,S4へと進むのは、リッチからリーンに反転
した場合である。同様にして、S2,S3,S7へと進むのはリ
ッチ継続である場合、S2,S9,S10へと進むのはリーンか
らリッチに反転した場合、S2,S9,S13へと進むのはリー
ン継続である場合である。なお、前記大小比較が反転し
た直後にはそれぞれS4,S10でフラグが反転後の値に変更
されている。

こうして４つの場合分けがされると、S5,S7,S11,S13で
各場合分けに応じて比例分（P_RとP_L）と積分分（I_Rと
I_L）が次式により計算される。

P_R＝K_P×ERROR …（２） ΣI_R＝ΣI_R＋K_I×ERROR …（３） P_L＝K_P×ERROR …（４） ΣI_L＝ΣI_L＋K_I×ERROR …（５）ただし、ERRORは理論空燃比からの偏差、K_PとK_Iはフィ
ードバック定数（K_Pは比例定数,K_Iは積分定数）で、フ
ィードバック定数は（２）〜（５）式のようにリッチ側
とリーン側とで同じ値が採用されることが多い。

そして、S6,S8,S12,S14でこれら比例分や積分分を用い
てフィードバック補正係数（α）が計算される。上記
（ｉ）〜（iv）との対応でいえば、（ｉ）の場合α＝α
−P_R,（ii）の場合α＝α−I_R,（iii）の場合α＝α＋P
_L,（iv）の場合α＝α＋I_Lである。ここに、これらの数
式の意味するところは、αとして格納されていた値を読
み出して、これに１回当たりの補正量（P_R,I_R,P_L,I_L）
を加減算し、加減算した値を改めてαとして格納すると
いうことである。

（発明が解決しようとする課題）ところで、このような装置では、前記の積分定数（K_I）
がエンジン回転速度，エンジン負荷，冷却水温等に応じ
て定まる一定値であり、定常時と過渡時とでは異なる値
が採用されていないため、定常時にハンチング気味にな
ったり、過渡時に空燃比の変動を吸収しきれずに排気有
害成分を低減する上で限界が生じたりする。

たとえば、第18図に、システム誤差の集積であるベース
燃空比（空燃比の逆数）がリッチ側からリーン側へとほ
ぼステップ的に変化した場合（つまり過渡時）にαがど
う変化するかを示すと、αにも１点鎖線で示すようにベ
ース燃空比の変化に対応したステップ的変化となること
が要求される。つまり、１点鎖線がαの要求値を与え
る。

ところが、実際のα（実線で示す）は積分定数のもとに
変化するので、αの要求値に対してＢの区間で応答遅れ
を生じている。これは、積分定数が右上がりと右下がり
の各線分の傾きを定めるので、積分定数を大きくすれ
ば、αを急激に変化させて応答性を改善することができ
るのであるが、過渡時と同じ値の積分定数にて定常時の
制御を行うと、今度はハンチングが生じてしまうので、
むやみに積分定数を大きくすることができないからであ
る。つまり、空燃比制御には定常時の安定性と過渡時の
応答性が同時に求められるところ、１つの積分定数でこ
れらの要求をバランスさせるには、いずれにも偏らない
値が選択されるので、いずれかの運転時をとってみれば
十分な値が与えられているとはいえないのである。

そこで、空燃比センサにより検出された空燃比と目標空
燃比との大小関係が反転するごとに反転後の積算時間，
積算回転数，積算吸入空気量または積算燃料噴射量（こ
の積算時間等４つの変数をまとめて「積算パラメータ」
で総称する。）を測定し、この測定値に応じ、定常時に
は積分分が小さくなるように、これに対して過渡時には
積分分が大きくなるよう、それぞれ積分定数を異ならせ
て設定するようにした装置を提案した（特願昭63−2458
05）。ここに、同装置によれば、定常時にハンチングを
抑制することができるばかりか、過渡時におけるαの応
答遅れを防止して、排気有害成分を一層低減することが
できることになった。

しかしながら、過渡時はやがて終了するものであり、過
渡終了の際にも、過渡時と同じ大きな積分定数が与えら
れるのでは、積分分が大きくなりっぱなしとなって、過
渡時のオーバーシュートや減速時のアンダーシュートを
生じ、静定時間が長引くとともに、その間で空燃比制御
が不安定となる。

この発明はこのような従来の課題に着目してなされたも
ので、空燃比反転後の積算パラメータの測定値に基づい
て、定常時や過渡時であるかどうかだけなく、過渡終了
であるかどうかをも判定することで、３つの運転時が分
離されるようにし、その判定結果に応じ、各運転時に異
なる積分定数を設定するようにした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）この発明は、第１図に示すように、エンジンの負荷（た
とえば吸入空気量Qa）と回転速度（Ne）をそれぞれ検出
するセンサ1,2と、これらの検出値に応じて基本噴射量T
p（＝Ｋ×Qa/Ne、ただし、Ｋは定数）を算出する手段３
と、実際の空燃比を検出するセンサ４と、検出された空
燃比と予め定めた目標空燃比（たとえば理論空燃比）と
の偏差（ERROR）を測定する手段５と、両空燃比の大小
関係が反転したかどうかを判定する手段６と、これが判
定されるごとに反転後の積算パラメータを測定する手段
７と、この測定値に基づいて定常時，過渡時または過渡
終了時であるかどうかをそれぞれ判定する手段８〜10
と、判定結果に応じ、定常時には小さな積分定数（D2）
を、過渡時には大きな積分定数（D3）を、過渡終了時に
は小から中程度の積分定数（D4）をそれぞれ設定する手
段11〜13と、これら積分定数（D2〜D4）と前記偏差（ER
ROR）から算出される積分分（Ｉ）を少なくとも含んで
空燃比のフィードバック補正量（α）を算出する手段14
と、この空燃比フィードバック補正量（α）にて前記基
本噴射量（Tp）を補正して燃料噴射量（Ti）を決定する
手段15とを備える。

（作用）定常時に小さな積分定数（D2）が与えられると、ハンチ
ングが抑えられて空燃比制御が安定するとともに、過渡
時には大きな積分定数（D3）が与えられることより、空
燃比フィードバック補正量（α）が応答良く追従する。

一方、過渡終了の段階でも過渡時と同じ大きな積分定数
（D3）が与えられるとすれば、積分分が大きくなり過ぎ
てオーバーシュートやアンダーシュートを生じてしま
う。しかしながら、この考案によれば、過渡終了時に
は、定常時と同じ程度の小さなあるいは定常時よりは少
しだけ大きい積分定数（D4）が設定されることから、そ
のときに算出される積分分が小さくなるので、オーバー
シュートなどを生じることがなく、これにて静定時間が
短くなり、また過渡終了後の運転へのつなぎも滑らかと
なる。

（実施例）第２図はこの発明を燃料噴射方式のエンジンに適用した
システム図を表している。同図において、24はスロット
ル弁23の上流の吸気通路に設けられ、エアクリーナを介
し吸入される空気量（Qa）に応じた信号を出力するエア
フローメータで、エンジン負荷センサとして機能する。
25はクランク角の単位角度ごとの信号と基準位置ごとの
信号を出力するセンサ（クランク角センサ）で、単位角
度ごとの信号からはこれをコントロールユニット40でカ
ウントすることによりエンジン回転速度（Ne）が求めら
れる。

26は理論空燃比を境に急変する特性を有する酸素濃度セ
ンサで、このセンサ26からの信号は空燃比のフィードバ
ック制御信号として扱われる。

27は水温センサ、28はアイドルスイッチ、29はノックセ
ンサ、30はバッテリ、31は車速センサ、32はキースイッ
チである。

40はこれらセンサ類（24〜29）からの信号が入力される
コントロールユニットで、このユニット40では各種運転
変数に基づき、各気筒の吸気ポートに設けた燃料噴射弁
35からの燃料量を増減することにより、目標空燃比（理
論空燃比）が得られるように制御が行われる。たとえ
ば、基本パルス幅Tp（＝Ｋ×Qa、ただしＫは定数）を各
種係数（CoとTs）と空燃比のフィードバック補正係数
（α）にて補正演算することにより、通常運転時の噴射
パルス幅（Ti）を次式にて決定する。

Ti＝Tp×Co×α＋Ts …（６）ただし、αは後述するプログラムで、基本パルス幅（T
p），各種補正係数（Co）中の各係数（たとえば水温増
量補正係数K_TWやアイドル後増量補正係数K_AI），電圧補
正分（Ts）といった値はメモリ（ROM43）に格納してあ
るテーブルを検索することによりそれぞれ求められる。

なお、コントロールユニット40は点火時期制御とアイド
ルスピードコントロール（ISC）用のバルブ37の開度制
御も同時に行なう。

第３図はコントロールユニット40をマイクロコンピュー
タで構成した場合のブロック構成図で、入力インターフ
ェース（I/O）41,CPU42,ROM43,RAM44,イグニッションキ
ーをオフしても記憶情報を保持できるRAM（BURAM）45お
よび各種信号のうちアナログ信号をデジタル信号に変換
するA/Dコンバータ（ADC）46からなり、第１図の各手段
3,5〜15の機能を備える。

第４図は、空燃比フィードバック補正係数（α）を計算
するためのプログラムを示し、所定のクランク角ごとに
実行される。同図は第17図に対応させており、第17図と
同一の部分には同一のステップ番号を付している。な
お、ステップ番号は操作の順につけるものであるが、第
17図と相違する部分を明らかにするため、その部分に大
きな番号をつけてあり、ここでは、相違する部分を主に
述べることにする。

第４図のS21でＮというメモリの値を１ずつインクリメ
ントする一方で、リーンからリッチへの反転直後にS22
であるいはその逆への反転直後にS24でそれぞれこのＮ
のメモリの値をクリアすると、リッチ継続中のS23ある
いはリーン継続中のS25ではこのＮのメモリの値が空燃
比反転後の積算回転数を与える。

S23,S25ではこの空燃比反転後の積算回転数（Ｎ）に基
づいて積分分（I_RまたはI_L）を計算するのであるが、そ
の場合にファジィ制御の考えかたを用いる。

具体的なファジィ制御に入る前に、一般的なファジィ制
御について概説すると（『内燃機関』Vol.27 No.339 19
88.1 第50〜第54頁、同No.340 1988.2 第65〜72頁、ま
た昭和62年４月オーム社発行『ファジィシステム入門』
第17〜第20頁参照）、その枠組みは従来のフィードバッ
ク制御の方法と同じであり、第５図に示すように、制御
対象からセンサなどを使って得られた制御量と目標値と
の偏差を考えて、ファジィ制御装置により、制御対象の
操作量を決める。通常のフィードバック制御の場合は、
この制御装置の中に、制御対象の数学モデルを作る。し
かし、ファジィ制御の場合には、「if〜then〜」の形の
ルールを用いて記述し、〜の部分にファジィ集合を含む
条件や操作量が書かれる。

具体的に、ガスストーブのつまみを調整することで室温
を一定にすることを考えるとその手順は次のようであ
る。

（ｉ）制御ルールの作成ファジィ集合の定義：いま、「寒い」，「暑い」，
「ほどほど」というあいまいな言葉の意味を表現した
い。零下では確実に「寒い」だろうし、40℃もあれば確
実に「暑い」であろう。そして、その間には確実には
「寒い」とも「暑い」ともいえない温度が存在する。ま
た、５℃は10℃より「寒い」という程度は大きいと考え
られる。そこで、その温度要素が「寒い」という集合に
属する度合（グレードともいう）を考える。グレード
（ω）は、完全に属するを１とし、完全に属さないを０
として、その間の数値で表す。すると、グレード（ω）
は第６図に示すように表現することができる。なお、温
度要素からグレード（ω）への関数をメンバシップ関数
と呼んでいる。

ここに、「寒い」などの言葉の中に潜むあいまいさが数
値で表現されたことになる。たとえば、17℃についてみ
れば、「寒い」に対するグレードが0.2、「ほどほど」
に対するグレードが0.8、「暑い」に対するグレードが
0.0であると判断される。

制御ルールの作成：制御対象に対する知識が全くない
ならば、ルールを作るのにかなりの思考錯誤を必要とす
るが、ガスストーブにより室温を調整する場合ならば、
われわれの日常の経験を基にして、第７図のようにルー
ルを作ることができる。

ルール1:if 寒い then つまみを５度開くルール2:if ほどほど then なにもしないルール3:if 暑い then つまみを５度閉じるなお、ルールにおいて、if〜の「〜」の部分を前件部、
then…の「…」の部分を後件部と称している。

（ii）実行法具体的に、室温が17℃である場合のつまみの操作量を求
める。

各ルールの条件が17℃とどのくらい適合するかを計算
する。これは、具体的には、17℃に対するメンバシップ
関数の値を各ルールについて計算すれば良い。すなわ
ち、各ルールの適合度（ωｉ、ただしｉは１〜３の整
数）は、次の通りである。

ルール1:ω_１＝0.2 ルール2:ω_２＝0.8 ルール3:ω_３＝0.0 各ルールの適合度（ωｉ）による重み付き平均とし
て、つまみの操作量（ΔＵ）を計算する。

ΔＵ＝（つまみを５度開く）×ω_１＋（なにもしない）×ω_２＋（つまみを５度閉じる）×ω_３＝（つまみを５度開く）×0.2 ＋（なにもしない）×0.8 ＋（つまみを５度閉じる）×0.0 ＝（つまみを１度開く）この結果、室温が17℃である場合は、つまみが１度開か
れることになる。

こうしたファジィ制御の手順を積分分（I_RまたはI_L）の
計算に適用してみようというわけである。ここでも、上
述した手順にしたがって説明する。

（ｉ）制御ルールの作成ファジィ集合の定義：空燃比反転後の積算回転数
（Ｎ）より判断される「定常」，「過渡」，「過渡終
了」といったあいまいな言葉について、メンバシップ関
数をどのように与えたら良いであろうか。結論から先に
述べると、これらに対するメンバシップ関数（「定常」
についてa,「過渡」についてb,「過渡終了」について
ｃ）を第８図に示すように台形状の連続値で与える。

この場合、横軸は空燃比反転後の積算回転数（Ｎ）であ
るが、このＮと等価なものに、空燃比反転後の積算時
間，積算吸入空気量あるいは積算燃料噴射量があるの
で、第８図ではこれらをまとめて「反転後の積算パラメ
ータ」として表示している。

同図において、たとえば、反転後の積算回転数がN₁であ
れば、「定常」に対する適合度（Ｓ）がＳ＝0.5、「過
渡」に対する適合度（Ｍ）がＭ＝0.5、「過渡終了」に
対する適合度（Ｌ）がＬ＝0.0であると判断される。

なお、ファジィ制御の場合には、直線や台形の形のメン
バシップ関数を用いることが多いが、曲線であっても良
いし、離散値のままでも構わない。

制御ルールの作成：第９図はルール表で、３つのルー
ルRa〜Rcを以下に記す。

ルールRa:if 定常 then D2 ルールRb:if 過渡 then D3 ルールRc:if 過渡終了 then D4 ただし、D2〜D4は定常，過渡，過渡終了である場合に設
定する積分定数であり、D2は小さく,D3は大きく，これ
に対してD4についてはD2とほぼ同じか中程度の値に定め
る。

上記ルールRa〜Rcは経験則から得られるものである。た
とえば、「定常」時に、小さな積分定数（D2）とするの
は、この積分定数から計算される積分分を小さくしてハ
ンチングを抑え、「定常」時に空燃比制御が安定するよ
うにするためである。一方、「過渡」時に大きな積分定
数（D3）とするのは、その場合の積分分を大きくして、
応答良く空燃比フィードバック補正係数αを変化させる
ためである。

「過渡終了」で再び小から中程度の積分定数（D4）とす
るのは、「過渡」時が終了した後までも積分分を大きく
していると、オーバーシュートやアンダーシュートを生
じて空燃比制御が不安定となるからである。

（ii）実行法これは、第10図で示すプログラムにて実行させる。つま
り、第10図は第４図のS23,S25の内容をなすものであ
る。ただし、いずれの場合も同じ動作となるので、ここ
では、S23の場合で代表させるものとする。

S31で、読み込んだ空燃比反転後の積算回転数（Ｎ）か
ら各ルール（Ra〜Rc）の適合度Ｓ〜Ｌ（メンバシップ関
数ａについてS,メンバシップ関数ｂについてM,メンバシ
ップ関数ｃについてＬ）を算出する。ここに、適合度を
求めることは、「定常」，「過渡」または「過渡終了」
のいずれにあるかを判定することに相当する。つまり、
第１図において手段８〜10の機能を果たす部分である。

S33では積分定数（D2〜D4）を用いて次式（７）〜
（９）により各場合の積分分（I₂〜I₄）を算出する。

I₂＝D2×Tp …（７） I₃＝D3×Tp …（８） I₄＝D4×Tp …（９）これは、第１図の手段14の機能の一部に相当する。な
お、11〜13の機能はメモリが果たすことになる。

上式（７）〜（９）のTpはエンジン負荷と回転速度とか
ら定まる基本パルス幅である。ここに、通常のフィード
バック制御では、積分定数と空燃比偏差（ERROR）とか
ら積分分が計算されるのであるが、この例の酸素濃度セ
ンサによれば、理論空燃比よりリッチ側であるかリーン
側であるかしか検出することができないため、空燃比偏
差を測定することができない。このため、運転パラメー
タにより変化する値としてTpを採用しているのである。

なお、Tpの外に冷却水温等他の運転条件を加味してI₂〜
I₄を計算するようにしても構わない。この場合には、他
の運転条件に適したものとなることはいうまでもない。
また、広域空燃比センサのように理論空燃比を外れた空
燃比をも精度良く検出することができるものでは、上式
（７）〜（９）のTpを空燃比偏差（ERROR）で置き換え
れば良い。

S34では次式により、操作量としての積分分（I_R）を計
算する。

I_R＝I₂×Ｓ＋I₃×Ｍ＋I₄×Ｌ …（10）ここに、I_Rは各ルールの適合度（Ｓ〜Ｌ）を重みとする
I₂〜I₄の平均である。

式（10）は式（７）〜（９）を代入することで次式でも
表すことができる。

I_R＝（D2×Ｓ＋D3×Ｍ＋D4×Ｌ）×Tp …（11）ここで、この実施例の作用を述べると、「定常」時と
「過渡」時とで積分定数が分離され、「定常」時には小
さな積分定数（D2）が与えられるので、空燃比制御が安
定するとともに、「過渡」時には大きな積分定数（D3）
が与えられることより、αが応答良く追従する。

一方、「過渡終了」の段階でも「過渡」時と同じ大きな
積分定数（D3）が与えられるとすれば、その積分定数か
ら計算される積分分が大きくなり過ぎてオーバーシュー
トやアンダーシュートを生じてしまう。しかしながら、
この例によれば、「過渡終了」時については、「過渡」
時よりは小さく、「定常」時と同じ程度の小さな積分定
数（D4）が設定されることから、積分分が小さくなるの
で、オーバーシュートやアンダーシュートを生じること
がなく、これにて静定時間が短くなる。また、「過渡終
了」後の運転へのつなぎも滑らかとなる。

さらに、メンバシップ関数（ａ〜ｃ）とルール表を用い
てのファジィ制御により、積分分（I_R,I_L）を求めるの
であれば、第９図で示した後件部の数（この例では３
つ）だけのマッチングで足りるので、現実面での適合が
容易となり、コスト的に有利となる。これは、「定
常」，「過渡」，「過渡終了」といったあいまいな値に
ついては第８図で示たようにメンバシップ関数で与えて
おくだけで良い、つまり机上検討できる値はメンバシッ
プ関数のようなファジィ集合として与えておけば足りる
からである。

次に、第11図は他の実施例をプログラムで、第10図に対
応させて示す。この例では、運転条件に応じ、第８図で
示した３つのメンバシップ関数（a,b,c）の各長さ（メ
ンバシップ関数ａについて「l_S」，メンバシップ関数ｂ
について「l_M」，メンバシップ関数ｃについて「l_L」）
を変化させるようにしてあり、第11図のS41とS42で、そ
のときの運転条件に応じてメンバシップ関数の各長さ
（l_S〜l_L）を求め、求めた各長さからメンバシップ関数
（ａ〜ｃ）を設定している。

なお、運転条件については、エンジン負荷（たとえば基
本パルス幅Tp），エンジン回転速度（Ne），冷却水温
（T_W）のいずれかもしくはこれらの組み合わせが考えら
れるが、S41では３つのTp,Ne,T_Wを組み合わせた場合を
示している。

上記長さ（l_S〜l_L）は、正確には第８図において斜線部
の水平方向長さをいい、たとえばl_Sが長くなることは、
メンバシップ関数（ａ）のうち右下がりの斜線部が右方
向に水平移動することを意味する。

ここではl_Sで代表させて、その特性を第12図〜第15図に
示す。ただし、第12図と第13図の特性は空燃比反転後の
各積算パラメータに共通するもの、第14図は積算パラメ
ータが積算回転数，積算吸入空気量または積算燃料噴射
量である場合の特性、第15図は積算パラメータが積算時
間である場合の特性である。

第12図〜第15図に示す特性は、空燃比反転後の積算パラ
メータに大きく影響するデッドタイム（τ）を考慮する
ものである。ここに、デッドタイム（τ）とは、次式に
て定義されるものをいう。

τ＝τ_１＋τ_２＋τ_３＋τ_４＋τ_５ …（12）ただし、τ_１からτ_５の内容は以下の通りである。

τ₁:噴射弁から噴射された燃料がシリンダに吸入される
までに要する時間 τ₂:吸入，圧縮，爆発，排気に要するむだ工程の時間 τ₃:排気がシリンダから酸素濃度センサに到達するまで
の遅れ時間（排気到達遅れ時間） τ₄:酸素濃度センサに排気が到達してからセンサが応答
して出力するまでの時間（センサ応答遅れ時間） τ₅:センサからの信号を受けて演算処理を行い噴射する
までの時間（演算処理待ち時間）ここで、第12図は前述の排気到達遅れ時間（τ_３）を考
慮したものである。長さ（l_S）は空燃比が反転するのを
待つ時間に相当し、エンジン負荷が小さくなると、τ_３
がその分長くなるので、l_Sも長くする必要があるからで
ある。同様にして、第13図は前述のτ_１を考慮するもの
で、低水温であるほど燃料の霧化が悪くτ_１が長びくの
で、これに対応してl_Sを長くするのである。また、第15
図は前述のむだ工程の時間（τ_２）を考慮している。

l_Sが仮に10％長くなった場合のメンバシップ関数（ａ〜
ｃ）の変化を説明すると、第８図において、メンバシッ
プ関数（ａ）のうち右下がり斜線部が実線から破線へと
右方向に10％分平行移動する。これに対して、メンバシ
ップ関数（ｂ）のうち左下がり斜線部，右下がり斜線部
ともに、10％分だけ右方向へ移動するのであるが、メン
バシップ関数（ａ）の右下がり斜線部の移動分があるの
で、合計20％分平行移動する。同様にして、メンバシッ
プ関数（ｃ）のうち左下がり斜線部は30％分右方向に平
行移動する。つまり、メンバシップ関数が横方向に伸び
たり縮んだりするイメージである。

メンバシップ関数（ａ〜ｃ）は、「定常」，「過渡」あ
るいは「過渡終了」であるかどうかの判定を行う規準で
あるため、この他の実施例のように、メンバシップ関数
（ａ〜ｃ）が運転条件（Tp,Ne,T_W）に応じて変化し、そ
のときの運転条件に応じた判定の規準が作られることに
なると、低負荷と高負荷，低回転速度と高回転速度ある
いは低水温と高水温のように運転条件が大きく相違して
も、「定常」，「過渡」あるいは「過渡終了」の判断が
正確になされる。

第８図で示したメンバシップ関数は１次元であるが、多
次元でも設定することができる。また、前述の２つの実
施例では、積分分（I_R,I_L）を求めるのにファジィ制御
を用いたが、比例分（P_R,P_L）をも含めた形で、表現す
ることもできる。たとえば、第16図に２次元のメンバシ
ップ関数とこれに対応する８つのルールを用いたものを
示す。同図において、e,fはそれぞれ「冷却水が冷た
い」，「冷却水は暖まっている」に対するメンバシップ
関数、またはｄは比例分に対するメンバシップ関数であ
る。

この場合には、積分分（Ｉ）と比例分（Ｐ）とを合わせ
てΔα（正負の符号を含む）で表現すると、 Δα＝｛（D1×Ｊ＋D2×Ｓ＋D3×Ｍ＋D4×Ｌ）×Ｃ＋（D5×Ｊ＋D6×Ｓ＋D7×Ｍ＋D8×Ｌ）×Ｈ｝ ×｛Ｊ＋（１−Ｊ）×Tp｝ …（13）となる。

ただし、D6〜D8は積分定数で、D6は小さく,D7は大きく,
D8は小から中程度に設定される。また、D1とD5は比例定
数、Ｊはメンバシップ関数（ｄ）から得られる適合度、
Ｃはメンバシップ関数（ｅ）から得られる適合度、Ｈは
メンバシップ関数（ｆ）から得られる適合度である。

ここに、メンバシップ関数（ａ〜ｃ）とこれに対応する
積分定数（D2〜D4）だけで考えたのが、第８図と第９図
であった。

なお、第16図において、左側に示した冷却水温について
のメンバシップ関数（e,f）については、冷却水温の代
わりにエンジン負荷，エンジン回転速度についてのメン
バシップ関数を作ることもできる。さらに、紙面に直交
する方向にエンジ負荷あるいはエンジン回転速度のメン
バシップ関数を作れば、この場合には３次元となる。

（発明の効果）この発明は空燃比反転後の積算パラメータの測定値に基
づいて、定常時，過渡時または過渡終了時であるかどう
かを判定し、その判定結果に応じ、定常時には小さな積
分定数を、過渡時には大きな積分定数を、過渡終了時に
は小から中程度の積分定数を設定するようにしたため、
定常時のハンチングの抑制と過渡時の応答遅れの防止と
を図りつつ、過渡終了の際のオーバーシュートやアンダ
ーシュートを防止して、静定時間を短縮することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のクレーム対応図、第２図はこの発明
の一実施例のシステム図、第３図はこの実施例の制御系
のブロック図、第４図と第10図はこの実施例の演算内容
を説明するための流れ図、第５図ないし第７図は一般的
なファジィ制御を説明するための図、第８図は前記実施
例のメンバシップ関数の特性図、第９図はこの実施例の
制御ルール表である。第11図は他の実施例の演算内容を説明するための流れ
図、第12図ないし第15図はこの実施例のメンバシップ関
数ａの長さ（l_S）の特性図、第16図はもう１つの他の実
施例の２次元メンバシップ関数とこれに対応するルール
表をまとめて示す図である。第17図は従来例の演算内容を説明するための流れ図、第
18図は同じく従来例の作用を説明するための波形図であ
る。１……エンジン負荷センサ、２……エンジン回転速度セ
ンサ、３……基本噴射量算出手段、４……空燃比セン
サ、５……偏差測定手段、６……反転判定手段、７……
測定手段、８……定常時判定手段、９……過渡時判定手
段、10……過渡終了時判定手段、11〜13……積分定数設
定手段、14……空燃比フィードバック補正量算出手段、
15……燃料噴射量決定手段、24……エアフローメータ、
25……クランク角センサ、26……酸素濃度センサ（空燃
比センサ）、35……燃料噴射弁、40……コントロールユ
ニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者勇川文雄神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者仲田直樹神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの負荷と回転速度をそれぞれ検出
するセンサと、これらの検出値に応じて基本噴射量を算
出する手段と、実際の空燃比を検出するセンサと、検出
された空燃比と予め定めた目標空燃比との偏差を測定す
る手段と、両空燃比の大小関係が反転したかどうかを判
定する手段と、これが判定されるごとに反転後の積算パ
ラメータを測定する手段と、この測定値に基づいて定常
時，過渡時または過渡終了時であるかどうかをそれぞれ
判定する手段と、判定結果に応じ、定常時には小さな積
分定数を、過渡時には大きな積分定数を、過渡終了時に
は小から中程度の積分定数をそれぞれ設定する手段と、
これら積分定数と前記偏差から算出される積分分を少な
くとも含んで空燃比のフィードバック補正量を算出する
手段と、この空燃比フィードバック補正量にて前記基本
噴射量を補正して燃料噴射量を決定する手段とを備える
ことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。