JPH0726570B2

JPH0726570B2 - エンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH0726570B2
Application number: JP423689A
Authority: JP
Inventors: 豊昭中川; 国章沢本; 正明内田; 文雄勇川; 直樹仲田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1989-01-11
Filing date: 1989-01-11
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPH02185640A

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＋T_S …（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、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（T_W）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と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８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９図に示すような周期的変化をする比例積分動作の
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。これに
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）が算出され、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、これにフィードバック補正量
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、このような空燃比のフィードバック制御で
は、エンジン等が安定した状態にあるときは、空燃比の
良好な制御精度を保てるものの、例えばアクセルペダル
等の踏み具合がわずかでも変動したり、あるいはエンジ
ンがフラツイたりすると、ベース空燃比が乱れ、空燃比
が一時的に変動することが避けられない。即ち、外的な
変動により、空燃比が必要以上にリッチになったり、リ
ーンになったりするのである。

しかしながら、従来の比例積分による制御では、予め設
定した比例定数、積分定数によってフィードバック補正
の比例分P_R、R_Lならびに積分分I_R、I_Lが一義的に定めら
れていたため、補正速度には限界がある。このため、上
記のように空燃比が変動したときには補正が遅れるよう
になり、空燃比を目標空燃比へと戻すのに時間がかかっ
てしまうのである。この結果、期待したほどには良好な
排気エミッションが得られないのである。

この発明は、このような問題点を解決した空燃比制御装
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）この発明は、第１図に示すようにエンジンの運転状態を
検出する手段１と、運転状態に基づき基本燃料噴射量を
算出する手段２と、エンジンの排気ガス成分により空燃
比を検出する空燃比検出手段３と、空燃比の検出値と目
標空燃比との差異に応じて比例積分制御により前記基本
燃料噴射量をフィードバック補正する空燃比制御手段４
とを備えたエンジンの空燃比制御装置において、前記比
例積分制御の制御反転周期の微分値を算出する微分値算
出手段５と、微分値が正のとき比例積分制御の比例分も
しくは積分分を増加し、微分値が負のとき同じく比例分
もしくは積分分を減少する補正手段６とを設ける。

（作用）したがって、エンジンのフラツキ等によりベース空燃比
が乱れ、空燃比のリッチまたはリーンへの制御時間が長
くなったり、短くなったりすると、即ち制御の反転周期
が変動すると空燃比がリッチに偏ったり、リーンに偏っ
たりするが、その反転周期の微分値が正、即ち反転周期
が拡長にあれば、比例積分制御の比例分もしくは積分分
が増加され、このため空燃比の補正速度が早められ、目
標空燃比へと速やかに補正される。また、反転周期の微
分値が負、即ち反転周期が縮小にあれば、比例積分制御
による比例分もしくは積分分が減少され、このため空燃
比はスムーズに目標空燃比に収束する。

（実施例）第２図はこの発明を燃料噴射方式のエンジン21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22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/Ne、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 …（２）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（T_S）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
御も同時に行う。

第３図はコントロールユニット40の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、入出力インター
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（BURA
M）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2.4〜６の機能を備える。

第４図は、空燃比の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８図に対応させており、第８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８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
番号をつけてある。

そこで、相違する部分を主に述べることにする。

第４図のS5、S21へあるいはS11、S22へと進むのは空燃
比がリーンからリッチにあるいはリッチからリーンに反
転したときであるが（酸素濃度センサ26の検出信号によ
る）、この場合S21、S22ではパラメータ変更ルーチンを
呼び出してそれぞれS5、S11で求めた反転時の比例分
P_R、P_Lの補正を行う。

第５図はそのパラメータ変更ルーチンを示すもので、ま
ずS101、S102で直前の制御の反転周期PDと、前回の制御
の反転周期PD_-1とを求める。この反転周期PDは、空燃比
がリーン側にあるときは第６図のようにリッチへの制御
時間となり、空燃比がリッチ側にあるときはリーンへの
制御時間となる。

次にS103〜S105で反転周期PDとPD_-1の微分値Ｂ＝PD−PD
_-1/PD_-1を求め、この微分値Ｂを正の基準値B_Pおよび負
の基準値−Bmと比較する。そして、微分値Ｂが正の基準
値B_Pよりも大きければ、つまり反転周期PDが前回値PD_-1
よりも所定以上拡長したときには、S106にて比例分Ｐ
（P_RまたはP_L）に所定値P_S1を加算し、微分値Ｂが負の
基準値−Bmよりも小さければ、つまり反転周期PDが拡長
後縮小したときには、S107にて比例分Ｐ（P_RまたはP_L）
から所定値P_S2を減算する。

そして、第４図のS6、S12で前記補正後のP_R、P_Lを加減
算して反転時のフィードバック補正係数αが求められ
る。

なお、比例分Ｐの増減により空燃比の急変やハンチング
を招くことのないように、例えば第７図のように比例分
Ｐを上限値Pmaxよりも大きいときは上限値Pmaxに、下限
値Pminよりも小さいときには下限値Pminに固定しても良
い。

このように構成したので、外的変動に起因して空燃比が
変動しても、空燃比は目標空燃比へと速やかに補正され
る。

即ちエンジンのフラツキやアクセルペダルの変動等によ
り、空燃比制御の反転周期PDが変動して前回値PD_-1より
も所定値以上長くなると、例えば第６図のようにリッチ
制御における反転周期PDが前回のリーン制御における反
転周期PD_-1よりも所定以上長くなると、空燃比は要求以
上にリッチ側に偏ってしまうが、この場合その反転周期
の微分値Ｂに応じてリーン反転時の比例分P_R1が増加補
正される。また、反対にリーン制御における反転周期PD
が前回のリッチ制御における反転周期PD_-1よりも所定以
上長くなり、空燃比がリーン側に偏ってしまった場合に
は、微分値Ｂに応じてリッチ反転時の比例分P_L増加補正
されるのである。

このため、空燃比がリッチあるいはリーン側に偏った場
合に補正速度が早められ、これにより空燃比を目標空燃
比に速やかに戻すことができる。

他方、反転周期PDが前回の反転周期PD_-1よりも所定以上
短くなると、微分値Ｂに応じて反転時の比例分P_Rまたは
P_Lが減少補正されるが、この場合比例分P_RまたはP_Lの増
加補正後となるので、例えば第６図のように比例分P_R1
の増加補正後であれば、次の比例分P_L1を減少補正する
ことにより、空燃比はスムーズに目標空燃比に収束され
る。

このようにして、空燃比が目標空燃比に応答良く制御さ
れるのであり、この結果外的な変動に対して排気エミッ
ションを良好に維持することができる。

なお、上記実施例では、反転周期の微分値Ｂに応じてフ
ィードバック補正係数αの比例分P_R、R_Lを増減補正して
いるが、その積分分I_R、I_Lを増減補正しても良く、この
場合には第４図のS7、S13で求めた積分分I_R、I_Lを、第
５図のS106、S107で微分値Ｂに応じて所定値I_S1、I_S2を
加減算することで補正する。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、エンジンの運転状態を検
出する手段と、運転状態に基づき基本燃料噴射量を算出
する手段と、エンジンの排気ガス成分により空燃比を検
出する空燃比検出手段と、空燃比の検出値と目標空燃比
との差異に応じて比例積分制御により前記基本燃料噴射
量をフィードバック補正する空燃比制御手段とを備えた
エンジンの空燃比制御装置において、前記比例積分制御
の制御反転周期の微分値を算出する微分値算出手段と、
微分値が正のとき比例積分制御の比例分もしくは積分分
を増加し、微分値が負のとき同じく比例分もしくは積分
分を減少する補正手段とを設けたので、外的変動により
空燃比が変動しても、空燃比を目標空燃比に速やかに補
正することができ、良好な排気エミッションを確保する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図、第３図は本発明の実
施例を示す構成断面図と制御系のブロック図、第４図、
第５図、第７図は制御内容を示すフローチャート、第６
図は動作状態を示す説明図、第８図、第９図は従来例の
フローチャートと、特性図である。 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、27……水温センサ、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】エンジンの運転状態を検出する手段と運転
状態に基づき基本燃料噴射量を算出する手段とエンジン
の排気ガス成分により空燃比を検出する空燃比検出手段
と空燃比の検出値と目標空燃比との差異に応じて比例積
分制御により前記基本燃料噴射量をフィードバック補正
する空燃比制御手段とを備えたエンジンの空燃比制御装
置において前記比例積分制御の制御反転周期の微分値を
算出する微分値算出手段と微分値が正のとき比例積分制
御の比例分もしくは積分分を増加し微分値が負のとき同
じく比例分もしくは積分分を減少する補正手段とを設け
たことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。