JPH11148403A

JPH11148403A - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH11148403A
Application number: JP31233397A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Kato; 嘉彦加藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-11-13
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 1999-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】全域空燃比センサによって現在検出されてい
る空燃比と所定の遅延時間前の吸入空気量とに基づいて
実燃料量の目標燃料量からの偏差を算出し、その偏差に
応じて燃料補正量を算出する空燃比フィードバック制御
を行う内燃機関において、その個体にあった遅延時間を
自動的に学習し使用する。【解決手段】一般に、定常運転状態から過渡運転状態
への移行時においては、負荷の変化に応じて噴射量が変
化せしめられ、その際ある程度の空燃比の荒れが発生す
る。本発明に係る空燃比制御装置においては、負荷変化
から空燃比センサ出力変化までの経過時間ｅｋｍが検出
され、この経過時間に基づき空燃比フィードバック制御
における遅延時間が算出される。すなわち、遅延時間と
して、従来のような固定値が使用されるのではなく、そ
の個体に最も適合した値が走行中に学習される。かくし
て、空燃比制御精度の向上が図られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関におい
て、吸入空気量に応じて適量の燃料を供給することによ
り、空気と燃料との混合比（空燃比：Ａ／Ｆ）を所望の
値に制御する装置（空燃比制御装置）に関し、より詳細
には、排気通路に空燃比に対してリニアな出力を発生す
る空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）を設けて空燃比フィー
ドバック制御を行う空燃比制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車用内燃機関において
は、排気ガス浄化対策として、不完全燃焼成分であるＨ
Ｃ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化と、空気
中の窒素と燃え残りの酸素とが反応して生成されるＮＯ
_x（窒素酸化物）の還元とを同時に促進する三元触媒が
利用されている。そのような三元触媒による酸化・還元
能力を高めるためには、機関の燃焼状態を示す空燃比
（Ａ／Ｆ）を理論空燃比近傍（ウィンドウ）に制御する
必要がある。そのため、機関における燃料噴射制御にお
いては、排気ガス中の残留酸素濃度に基づき空燃比が理
論空燃比よりもリッチかリーンかを感知するＯ₂センサ
（酸素濃度センサ）を設け、そのセンサ出力に基づいて
燃料量を補正する空燃比フィードバック制御が行われて
いる。

【０００３】かかる空燃比フィードバック制御では、酸
素濃度を検出するＯ₂センサをできるだけ燃焼室に近い
箇所、すなわち触媒コンバータより上流側に設けている
が、そのＯ₂センサの出力特性のばらつきを補償するた
めに、触媒コンバータより下流側に第２のＯ₂センサを
更に設けたダブルＯ₂センサシステムも実現されてい
る。すなわち、触媒下流側では、排気ガスは十分に攪拌
されており、その酸素濃度も三元触媒の作用によりほぼ
平衡状態にあることにより、下流側Ｏ₂センサの出力
は、上流側Ｏ₂センサの出力よりも緩やかに変化し、従
って混合気全体のリッチ／リーン傾向を示す。ダブルＯ
₂センサシステムは、触媒上流側Ｏ₂センサによるメイ
ン空燃比フィードバック制御に加え、触媒下流側Ｏ₂セ
ンサによるサブ空燃比フィードバック制御を実施するも
のであり、メイン空燃比フィードバック制御による空燃
比補正係数を、下流側Ｏ₂センサの出力に基づいて修正
することにより、上流側Ｏ₂センサの出力特性のばらつ
きを吸収し、空燃比制御精度の向上を図っている。

【０００４】また、近年においては、三元触媒が常に一
定の安定した浄化性能を発揮しうるように空燃比を制御
する内燃機関も開発されている。すなわち、三元触媒の
Ｏ₂ストレージ能力は、排気ガスがリーン状態にあると
きに過剰分の酸素を吸着し、排気ガスがリッチ状態にあ
るときに不足分の酸素を放出することにより、排気ガス
を浄化するものであるが、このような能力は有限なもの
である。従って、Ｏ₂ストレージ能力を効果的に利用す
るためには、排気ガスの空燃比が次にリッチ状態又はリ
ーン状態のいずれとなってもよいように、触媒中に貯蔵
されている酸素の量を所定量（例えば、最大酸素貯蔵量
の半分）に維持することが肝要であり、そのように維持
されていれば、常に一定のＯ₂吸着・放出作用が可能と
なり、結果として触媒による一定の酸化・還元能力が常
に得られる。

【０００５】このように触媒の浄化性能を維持すべくＯ
₂ストレージ量を一定に制御する内燃機関においては、
空燃比をリニアに検出可能な全域空燃比センサ（Ａ／Ｆ
センサ）が用いられ、比例及び積分動作（ＰＩ動作）に
よるフィードバック制御（Ｆ／Ｂ制御）が行われる。す
なわち、次回燃料補正量＝Ｋ_P＊（今回燃料偏差）＋Ｋ_I＊Σ（今までの燃料偏差）但し、燃料偏差＝実筒内燃料量−目標筒内燃料量実筒内燃料量＝実際に筒内で燃焼せしめられた燃料量＝空気量検出値／空燃比検出値目標筒内燃料量＝筒内吸気を目標空燃比の混合気とする筒内燃料量＝空気量検出値／目標空燃比Ｋ_P＝比例項ゲインＫ_I＝積分項ゲインなる演算により、フィードバック燃料補正量が算出され
る。

【０００６】上記した燃料補正量の演算式からわかるよ
うに、その比例項は、Ｏ₂センサによるフィードバック
制御と同様に、空燃比をストイキに維持すべく作用する
成分であり、積分項は、定常偏差（オフセット）を消去
するように作用する成分である。すなわち、この積分項
の作用により、触媒におけるＯ₂ストレージ量が一定に
維持される結果となる。例えば、急加速等でリーンガス
が発生した場合には、かかる積分項の作用により、リッ
チガスが発生せしめられ、リーンガス発生の効果が相殺
される。なお、かかるＯ₂ストレージ量一定制御システ
ムにおいても、Ａ／Ｆセンサの出力特性のばらつきを補
償するために、触媒下流側にＯ₂センサが設けられるこ
とがある（例えば、特開平7-197837号公報参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、実際に筒内
で燃焼せしめられた燃料量（実筒内燃料量）を求めるべ
く空気量検出値と空燃比検出値とに基づく演算を行う場
合には、以下に示されるような遅延時間を考慮する必要
がある。すなわち、吸入空気量を検出してその量に応じ
た目標筒内燃料量を算出し燃料を噴射した時点から、そ
の混合気が筒内で燃焼し、その排気ガスがＡ／Ｆセンサ
に到達してセンサが応答する時点までの間に、ある程度
の時間差が存在する。したがって、現在Ａ／Ｆセンサで
検出されている空燃比に対し所定の遅延時間前の吸入空
気量を対応させて実筒内燃料量を算出し、その値と遅延
時間前の目標筒内燃料量とに基づき遅延時間前の燃料偏
差を算出することとなる。

【０００８】かかる遅延時間は、Ａ／Ｆセンサを含むエ
ンジンシステムとして標準的な遅延時間を与える個体
（中央値品）を目標に適合せしめられている。例えば、
かかる中央値品の定常運転状態において、空燃比を１４
から１５へ及び１５から１４へ変化させるべく燃料噴射
量を変化させた時点から、Ａ／Ｆセンサが６３％の応答
を示す時点までの時間（噴射実行回数を単位とする）を
測定し、その測定結果をもって同一型式の機関の固定適
合値としている。そして、上記方法で遅延時間を求めた
後、その値を使ってＰＩ制御のゲイン等を適合させてい
く。

【０００９】しかし、市販のＡ／Ｆセンサはその応答性
にバラツキを有するため、バラツキの大きいセンサを使
用すると、上記方法で決定された遅延時間見積もり値と
実際の遅延時間とに乖離が生ずる。図１４及び図１５
は、それぞれ、実遅延時間が遅延時間見積もり値よりも
小さい場合、及び、実遅延時間が遅延時間見積もり値よ
りも大きい場合における空燃比の挙動を説明するための
概念図である。なお、これらの図では、４気筒独立噴射
の機関を想定しており、１ストローク（行程）当たり１
回の燃料噴射が実行され、横軸の時刻は、ストロークを
単位としている。そして、遅延時間見積もり値は、１８
ストロークである。また、図中、、等は事象発生順
を示しており、’等は等に起因する事象であること
を示している。

【００１０】簡単に説明すると、図１４に示されるよう
に、実遅延時間が１０ストロークとなる場合には、加速
により空燃比が荒れ、Ａ／Ｆセンサ出力が大きくなって
も、その空燃比検出値と加速前の小さな吸入空気量検出
値とで実筒内燃料量が算出されるため、算出される実筒
内燃料量は真の値よりも小さくなり、その結果、燃料偏
差が小さく見積もられる。従って、この場合には、過少
補正となり、空燃比は、安定はしているが応答性及び収
束性が悪いという問題を有する。一方、図１５に示され
るように、実遅延時間が３０ストロークとなる場合に
は、加速後の増大した吸入空気量検出値と加速前の状態
を反映する空燃比検出値とで実筒内燃料量が算出される
ため、算出される実筒内燃料量は真の値よりも大きくな
り、その結果、燃料偏差が大きく見積もられる。従っ
て、この場合には、過大補正となり、空燃比は、応答性
は速いが不安定であるという問題を有する。かくして、
遅延時間見積もり値と実遅延時間とに乖離が生ずると、
結果的に空燃比のハンチング、Ｆ／Ｂ遅れ等を誘発し、
運転性の悪化や排出ガス浄化性の悪化を招く。

【００１１】かかる実情に鑑み、本発明の目的は、排気
通路に設けられた全域空燃比センサによって現在検出さ
れている空燃比と所定の遅延時間前の吸入空気量とに基
づいて実燃料量の目標燃料量からの偏差を算出し、その
偏差に応じて燃料補正量を算出する空燃比フィードバッ
ク制御を行う内燃機関において、その個体にあった遅延
時間を自動的に学習し使用することができるようにする
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、内燃機関の排気通路に配置され、
排気ガスの空燃比にほぼ比例する出力特性を有する空燃
比センサと、前記空燃比センサによって現在検出されて
いる空燃比と所定の遅延時間前の吸入空気量とに基づい
て実燃料量の目標燃料量からの偏差を算出し、該偏差に
応じて燃料補正量を算出する空燃比フィードバック制御
手段と、内燃機関の負荷の変化を検出する過渡検出手段
と、前記過渡検出手段によって負荷の変化が検出される
第１の時点から、該変化に伴う空燃比の荒れに起因して
前記空燃比センサの出力が変動する第２の時点までの経
過時間を算出する経過時間算出手段と、前記経過時間算
出手段によって算出される経過時間に基づいて前記空燃
比フィードバック制御手段での処理における前記遅延時
間を設定する遅延時間設定手段と、を具備する、内燃機
関の空燃比制御装置が提供される。

【００１３】また、本発明によれば、前記第２の時点
は、前記空燃比センサによって検出される空燃比の値
が、前記第１の時点での値を基準値として、該基準値か
らの最大偏差に対する所定割合の偏差に達する時点であ
る。

【００１４】一般に、定常運転状態から過渡運転状態へ
の移行時においては、負荷の変化に応じて噴射量が変化
せしめられ、その際ある程度の空燃比の荒れが発生す
る。上述の如く構成された、本発明に係る、内燃機関の
空燃比制御装置においては、負荷変化から空燃比センサ
出力変化までの経過時間が検出され、この経過時間に基
づき空燃比フィードバック制御における遅延時間が求め
られる。すなわち、空燃比フィードバック制御における
遅延時間として、従来のような固定値が使用されるので
はなく、その個体に最も適合した値が走行中に学習され
使用される。かくして、空燃比制御精度の向上が図られ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。

【００１６】図１は、本発明の一実施形態に係る空燃比
制御装置を備えた電子制御式内燃機関の全体概要図であ
る。内燃機関１は、車両に搭載される独立噴射型直列４
気筒４ストロークサイクルレシプロガソリン機関であ
る。機関１は、シリンダブロック２及びシリンダヘッド
３を備えている。シリンダブロック２には、上下方向へ
延びる４個のシリンダ４が紙面の厚み方向へ並設され、
各シリンダ４内には、ピストン５が往復動可能に収容さ
れている。各ピストン５は、コネクティングロッド６を
介し共通のクランクシャフト７に連結されている。各ピ
ストン５の往復運動は、コネクティングロッド６を介し
てクランクシャフト７の回転運動に変換される。

【００１７】シリンダブロック２とシリンダヘッド３と
の間において、各ピストン５の上側は燃焼室８となって
いる。シリンダヘッド３には、その両外側面と各燃焼室
８とを連通させる吸気ポート９及び排気ポート１０がそ
れぞれ設けられている。これらのポート９及び１０を開
閉するために、シリンダヘッド３には吸気バルブ１１及
び排気バルブ１２がそれぞれ略上下方向への往復動可能
に支持されている。また、シリンダヘッド３において、
各バルブ１１，１２の上方には、吸気側カムシャフト１
３及び排気側カムシャフト１４がそれぞれ回転可能に設
けられている。カムシャフト１３及び１４には、吸気バ
ルブ１１及び排気バルブ１２を駆動するためのカム１５
及び１６が取り付けられている。カムシャフト１３及び
１４の端部にそれぞれ設けられたタイミングプーリ１７
及び１８は、クランクシャフト７の端部に設けられたタ
イミングプーリ１９へタイミングベルト２０により連結
されている。

【００１８】すなわち、クランクシャフト７の回転に伴
いタイミングプーリ１９が回転すると、その回転がタイ
ミングベルト２０を介してタイミングプーリ１７及び１
８に伝達される。その際、タイミングプーリ１９の回転
は、その回転速度が１／２に減速されてタイミングプー
リ１７及び１８に伝達される。タイミングプーリ１７の
回転にともない吸気側カムシャフト１３が回転すると、
カム１５の作用により吸気バルブ１１が往復動し、吸気
ポート９が開閉される。また、タイミングプーリ１８の
回転に伴い排気側カムシャフト１４が回転すると、カム
１６の作用により排気バルブ１２が往復動し、排気ポー
ト１０が開閉される。こうして、クランクシャフト７に
よってカムシャフト１３及び１４が回転駆動せしめら
れ、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２が７２０°周期
の一定クランク角において開閉せしめられる。

【００１９】吸気ポート９には、エアクリーナ３１、ス
ロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホル
ド３４等を備えた吸気通路３０が接続されている。機関
１外部の空気（外気）は、燃焼室８へ向けて吸気通路３
０の各部３１，３２，３３及び３４を順に通過する。ス
ロットルバルブ３２は、軸３２ａにより吸気通路３０に
回動可能に設けられている。軸３２ａは、ワイヤ等を介
して運転席のアクセルペダル（図示しない）に連結され
ており、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作に
連動してスロットルバルブ３２と一体で回動される。こ
の際のスロットルバルブ３２の傾斜角度に応じて、吸気
通路３０を流れる空気の量（吸入空気量）が決定され
る。サージタンク３３は、吸入空気の脈動（圧力振動）
を平滑化するためのものである。また、スロットルバル
ブ３２をバイパスするアイドルアジャスト通路３５に
は、アイドル時の空気流量を調節するためのアイドル回
転速度制御弁（ＩＳＣＶ）３６が設けられている。

【００２０】吸気マニホルド３４には、各吸気ポート９
へ向けて燃料を噴射するインジェクタ４０が取付けられ
ている。燃料は、燃料タンク４１に貯蔵されており、そ
こから燃料ポンプ４２によりくみ上げられ、燃料配管４
３を経てインジェクタ４０に供給される。そして、イン
ジェクタ４０から噴射される燃料と吸気通路３０内を流
れる空気とからなる混合気は、吸気行程において吸気バ
ルブ１１を介して燃焼室８へ導入され、圧縮行程におい
てピストン５により圧縮される。

【００２１】この混合気に着火するために、シリンダヘ
ッド３には点火プラグ５０が取付けられている。点火時
には、点火信号を受けたイグナイタ５１が、点火コイル
５２の１次電流の通電及び遮断を制御し、その２次電流
が、点火ディストリビュータ５３を介して点火プラグ５
０に供給される。点火ディストリビュータ５３は、クラ
ンクシャフト７の回転に同期して２次電流を各気筒の点
火プラグ５０に分配するものである。そして、燃焼室８
へ導入された混合気は、点火プラグ５０による点火によ
って燃焼せしめられる（膨張行程）。この際に生じた高
温高圧の燃焼ガスによりピストン５が往復動し、クラン
クシャフト７が回転せしめられ、機関１の駆動力が得ら
れる。

【００２２】燃焼した混合気は、排気行程において排気
ガスとして排気バルブ１２を介して排気ポート１０に導
かれる。排気ポート１０には、排気マニホルド６１、触
媒コンバータ６２等を備えた排気通路６０が接続されて
いる。触媒コンバータ６２には、不完全燃焼成分である
ＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化と、空
気中の窒素と燃え残りの酸素とが反応して生成されるＮ
Ｏ_x（窒素酸化物）の還元とを同時に促進する三元触媒
が収容されている。こうして触媒コンバータ６２におい
て浄化された排気ガスが大気中に排出される。

【００２３】機関１には以下の各種センサが取付けられ
ている。シリンダブロック２には、機関１の冷却水の温
度（冷却水温ＴＨＷ）を検出するための水温センサ７４
が取付けられている。吸気通路３０においてエアクリー
ナ３１の近傍には、吸入空気の温度（吸気温ＴＨＡ）を
検出するための吸気温センサ７３が取付けられている。
吸気通路３０において、スロットルバルブ３２の近傍に
は、その軸３２ａの回動角度（スロットル開度ＴＡ）を
検出するためのスロットル開度センサ７２が設けられて
いる。また、スロットルバルブ３２が全閉状態のときに
は、アイドルスイッチ８２がオンとなり、その出力であ
るスロットル全閉信号がアクティブとなる。サージタン
ク３３には、その内部の圧力（吸気圧ＰＭ）を検出する
ための吸気圧センサ７１が取付けられている。排気通路
６０の途中には、排気ガスの空燃比にほぼ比例する出力
特性（図２参照）を有するＡ／Ｆセンサ７５が取付けら
れている。また、この機関は、Ａ／Ｆセンサ７５による
空燃比フィードバック制御の制御中心を変動させること
によりＡ／Ｆセンサ７５の出力特性のばらつきを補償す
るサブ空燃比フィードバック制御を実施する機関であ
り、触媒コンバータ６２より下流の排気系には、Ｏ₂セ
ンサ７６（図３参照）が設けられている。

【００２４】ディストリビュータ５３には、クランクシ
ャフト７の回転に同期して回転するロータが内蔵されて
おり、クランクシャフト７の基準位置を検出するために
ロータの回転に基づいてクランク角（ＣＡ）に換算して
７２０°ＣＡごとに基準位置検出用パルスを発生させる
クランク基準位置センサ８０が設けられ、また、クラン
クシャフト７の回転速度（機関回転速度ＮＥ）を検出す
るためにロータの回転に基づいて３０°ＣＡごとに回転
速度検出用パルスを発生させクランク角センサ８１が設
けられている。なお、車両には、トランスミッション出
力軸の回転速度すなわち車速ＳＰＤに比例した数の出力
パルスを単位時間当たりに発生する車速センサ８３が取
り付けられている。

【００２５】機関電子制御装置（エンジンＥＣＵ）９０
は、燃料噴射制御、点火時期制御、アイドル回転速度制
御等を実行するマイクロコンピュータシステムであり、
そのハードウェア構成は、図４のブロック図に示され
る。リードオンリメモリ（ＲＯＭ）９３に格納されたプ
ログラム及び各種のマップに従って、中央処理装置（Ｃ
ＰＵ）９１は、各種センサ及びスイッチからの信号をＡ
／Ｄ変換回路（ＡＤＣ）９５又は入力インタフェース回
路９６を介して入力し、その入力信号に基づいて演算処
理を実行し、その演算結果に基づき駆動制御回路９７ａ
〜９７ｃを介して各種アクチュエータ用制御信号を出力
する。ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９４は、その
演算・制御処理過程における一時的なデータ記憶場所と
して使用される。また、バックアップＲＡＭ９９は、バ
ッテリ（図示せず）に直接接続されることにより電力の
供給を受け、イグニションスイッチがオフの状態におい
ても保持されるべきデータ（例えば、各種の学習値）を
格納するために使用される。また、これらのＥＣＵ内の
各構成要素は、アドレスバス、データバス及びコントロ
ールバスからなるシステムバス９２を介して接続されて
いる。

【００２６】点火時期制御は、クランク角センサ８１か
ら得られる機関回転速度及びその他のセンサからの信号
により、機関の状態を総合的に判定し、最適な点火時期
を決定し、駆動制御回路９７ｂを介してイグナイタ５１
に点火信号を送るものである。また、アイドル回転速度
制御は、アイドルスイッチ８２からのスロットル全閉信
号及び車速センサ８３からの車速信号によってアイドル
状態を検出するとともに、水温センサ７４からの機関冷
却水温度等によって決められる目標回転速度と実際の機
関回転速度とを比較し、その差に応じて目標回転速度と
なるように制御量を決定し、駆動制御回路９７ｃを介し
てＩＳＣＶ３６を制御して空気量を調節することによ
り、最適なアイドル回転速度を維持するものである。

【００２７】以下では、本発明に係る空燃比制御（燃料
噴射制御）について詳細に説明すべく、関連する処理ル
ーチンの手順を順次示す。

【００２８】図５は、筒内空気量推定及び目標筒内燃料
量算出ルーチンの処理手順を示すフローチャートであ
る。本ルーチンは、独立噴射型４気筒機関の燃料噴射ご
と、換言すればストローク（行程）ごと、すなわち１８
０°ＣＡ周期の所定クランク角ごとに実行される。ま
ず、本ルーチンの前回までの走行により得られている筒
内空気量ＭＣ[i] 及び目標筒内燃料量ＦＣＲ[i] を更新
する。すなわち、第ｉ（ｉ＝０，１，…，ｎ−１）回前
のＭＣ[i] 及びＦＣＲ[i] を、第“ｉ＋１”回前のＭＣ
[i+1] 及びＦＣＲ[i+1] とする（ステップ１０２）。こ
れは、図６に示されるように、過去ｎ回分の筒内空気量
ＭＣ[i] 及び目標筒内燃料量ＦＣＲ[i] のデータをＲＡ
Ｍ９４内に記憶し、今回新たにＭＣ[0] 及びＦＣＲ[0]
を算出するためである。

【００２９】次いで、吸気圧センサ７１、クランク角セ
ンサ８１及びスロットル開度センサ７２からの出力に基
づいて、現在の吸気管圧力ＰＭ、機関回転速度ＮＥ及び
スロットル開度ＴＡを求める（ステップ１０４）。次い
で、これらのＰＭ、ＮＥ及びＴＡのデータより、筒内に
供給される空気量ＭＣ[0] を推定する（ステップ１０
６）。なお、一般に、筒内空気量は、吸気管圧力ＰＭ及
び機関回転速度ＮＥから推定可能であるが、本実施形態
では、スロットル開度ＴＡの値の変化より過渡状態を検
出し、過渡状態においても精密な空気量が算出されるよ
うにしている。

【００３０】次いで、筒内空気量ＭＣ[0] と目標空燃比
としての理論空燃比ＡＦＴとに基づき、ＦＣＲ[0] ←ＭＣ[0] ／ＡＦＴなる演算を実行して、混合気をストイキとするために筒
内に供給されるべき目標燃料量ＦＣＲ[0] を算出する
（ステップ１０８）。このようにして算出された筒内空
気量ＭＣ[0] 及び目標筒内燃料量ＦＣＲ[0] は、今回得
られた最新のデータとして、図６に示されるような形式
でＲＡＭ９４内に記憶される。

【００３１】図７は、メイン空燃比フィードバック制御
ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。この
ルーチンも、１８０°ＣＡ周期の所定クランク角ごとに
実行される。まず、フィードバックを実行すべき条件が
成立するか否かを判定する（ステップ２０２）。例え
ば、冷却水温が所定値以下の時、機関始動中、始動後増
量中、暖機増量中、Ａ／Ｆセンサ７５の出力信号変化が
ない時、燃料カット中、等はフィードバック条件不成立
となり、その他の場合は条件成立となる。条件不成立の
ときには、フィードバック制御による燃料補正量ＤＦを
０とし（ステップ２１６）、本ルーチンを終了する。

【００３２】フィードバック条件成立時には、本ルーチ
ンの前回までの走行により得られている燃料偏差（実筒
内燃料量と目標筒内燃料量との差）ＦＤ[i] を更新す
る。すなわち、第ｉ（ｉ＝０，１，…，ｍ−１）回前の
ＦＤ[i] を第“ｉ＋１”回前のＦＤ[i+1] とする（ステ
ップ２０４）。これは、過去ｍ回分の燃料偏差ＦＤ[i]
のデータをＲＡＭ９４内に記憶し、今回新たに燃料偏差
ＦＤ[0] を算出するためである。

【００３３】次いで、Ａ／Ｆセンサ７５の出力電圧値Ｖ
ＡＦを検出する（ステップ２０６）。次いで、後述する
サブ空燃比フィードバック制御により算出されているＡ
／Ｆセンサ出力電圧補正量ＤＶにより、ＶＡＦ←ＶＡＦ＋ＤＶなる演算を実行して、Ａ／Ｆセンサ出力電圧ＶＡＦを補
正する（ステップ２０８）。このような補正により、サ
ブ空燃比フィードバック制御において目標電圧に達する
まで、空燃比変動の中心が徐々にシフトしていくことと
なる。そして、このような補正後のＶＡＦに基づき図２
の特性図を参照することにより、現在の空燃比ＡＢＦを
決定する（ステップ２１０）。なお、図２の特性図は、
マップ化されてＲＯＭ９３にあらかじめ格納されてい
る。

【００３４】次に、筒内空気量推定及び目標筒内燃料量
算出ルーチンにより既に算出されている筒内空気量ＭＣ
[tkm] 及び目標筒内燃料量ＦＣＲ[tkm] （図６参照）に
基づき、ＦＤ[0] ←ＭＣ[tkm] ／ＡＢＦ−ＦＣＲ[tkm] なる演算により、実際に筒内で燃焼せしめられた燃料量
すなわち実筒内燃料量と目標筒内燃料量との差を求める
（ステップ２１２）。なお、このようにｔｋｍ回前の筒
内空気量ＭＣ[tkm] 及び目標筒内燃料量ＦＣＲ[tkm] を
採用する理由は、現在Ａ／Ｆセンサにより検出されてい
る空燃比と実際の燃焼との時間差を考慮したためであ
る。換言すれば、過去ｎ（＞ｔｋｍ）回分の筒内空気量
ＭＣ[i] 及び目標筒内燃料量ＦＣＲ[i] を記憶しておく
必要があるのは、そのような遅延時間のためである。な
お、この遅延時間ｔｋｍは、本実施形態においては、ス
トロークを単位とする可変値として別途学習されてお
り、この学習方法については後に詳細に説明する。

【００３５】次いで、ＤＦ←Ｋ_FP＊ＦＤ[0] ＋Ｋ_FI＊ΣＦＤ[i] なる演算により、比例・積分制御（ＰＩ制御）による燃
料補正量ＤＦが決定される（ステップ２１４）。なお、
右辺第１項はＰＩ制御の比例項であり、Ｋ_FPは比例項ゲ
インである。また、右辺第２項はＰＩ制御の積分項であ
り、Ｋ_FIは積分項ゲインである。

【００３６】図８は、サブ空燃比フィードバック制御ル
ーチンの処理手順を示すフローチャートである。このル
ーチンは、メイン空燃比フィードバック制御ルーチンの
場合よりも長い所定の時間周期で実行される。まず、メ
イン空燃比フィードバックの場合と同様に、サブ空燃比
フィードバック制御を実行すべき条件が成立するか否か
を判定する（ステップ３０２）。条件不成立の場合に
は、Ａ／Ｆセンサ出力電圧補正量ＤＶを０に設定し（ス
テップ３１２）、本ルーチンを終了する。

【００３７】フィードバック条件成立時には、本ルーチ
ンの前回までの走行により得られている電圧偏差（実際
に検出されたＯ₂センサ出力電圧と目標Ｏ₂センサ出力
電圧との差）ＶＤ[i] を更新する。すなわち、第ｉ（ｉ
＝０，１，…，ｐ−１）回前のＶＤ[i] を第“ｉ＋１”
回前のＶＤ[i+1] とする（ステップ３０４）。これは、
過去ｐ回分の電圧偏差ＶＤ[i] のデータをＲＡＭ９４内
に記憶し、今回新たに電圧偏差ＶＤ[0] を算出するため
である。

【００３８】次いで、Ｏ₂センサ７６の出力電圧ＶＯＳ
を検出する（ステップ３０６）。次いで、そのＶＯＳ及
び目標Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳＴ（例えば０．５Ｖ）
に基づいて、ＶＤ[0] ←ＶＯＳ−ＶＯＳＴなる演算を実行することにより、最新の電圧偏差ＶＤ
[0] を求める（ステップ３０８）。

【００３９】最後に、ＤＶ←Ｋ_VP＊ＶＤ[0] ＋Ｋ_VI＊ΣＶＤ[i] なる演算により、ＰＩ制御によるＡ／Ｆセンサ出力電圧
補正量ＤＶを決定する（ステップ３１０）。なお、Ｋ_VP
及びＫ_VIは、それぞれ比例項及び積分項のゲインであ
る。こうして求められた補正量ＤＶは、前述したよう
に、メイン空燃比フィードバック制御ルーチンにおい
て、Ａ／Ｆセンサによるフィードバック制御の制御中心
電圧を変化させるために使用される。

【００４０】図９は、燃料噴射制御ルーチンの処理手順
を示すフローチャートである。このルーチンは、１８０
°ＣＡ周期の所定クランク角ごとに実行される。最初
に、前述した筒内空気量推定及び目標筒内燃料量算出ル
ーチンにおいて算出された目標筒内燃料量ＦＣＲ[0] 、
及びメイン空燃比フィードバック制御ルーチンにおいて
算出されたフィードバック補正量ＤＦに基づき、ＦＩ←ＦＣＲ[0] ＊α＋ＤＦ＋β なる演算を実行して、燃料噴射量ＦＩを決定する（ステ
ップ４０２）。なお、α及びβは、他の運転状態パラメ
ータによって定まる乗算補正係数及び加算補正量であ
る。例えば、αには、吸気温センサ７３、水温センサ７
４等の各センサからの信号に基づく基本的な補正が含ま
れ、また、βには、燃料の壁面付着量（過渡運転状態に
おいて吸気管圧力の変化に伴い変化する）の変化に基づ
く補正が含まれている。最後に、求められた燃料噴射量
ＦＩをインジェクタ４０の駆動制御回路９７ａにセット
する（ステップ４０４）。

【００４１】以下では、燃料噴射からＡ／Ｆセンサ応答
までの遅延時間ｔｋｍの設定について詳細に説明する。
一般に、定常運転状態から過渡運転状態への移行時にお
いては、負荷の変化に応じて噴射量が変化せしめられ、
その際ある程度の空燃比の荒れが発生する。本発明で
は、負荷変化から空燃比センサ出力変化までの経過時間
を検出し、この経過時間に基づき空燃比フィードバック
制御における遅延時間ｔｋｍを設定する。

【００４２】図１０は、機関負荷の時間的変化とそれに
起因する空燃比の挙動とを例示する図である。負荷すな
わち吸入空気量が増大すると、それに応じて燃料噴射量
も増大せしめられる。かかる増大した空気と増大した燃
料との混合気が、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排
気行程を経て排気ガスとなり、その排気ガスがＡ／Ｆセ
ンサに到達し、Ａ／Ｆセンサが過渡状態に起因する空燃
比の荒れを検出する。同図におけるΔＡＢＦＭは、定常
運転状態から過渡運転状態への移行時点すなわち負荷変
化時点における空燃比を基準とする空燃比偏差の最大値
を表す。そして、ｅｋｍは、負荷変化時点から、Ａ／Ｆ
センサ出力が０．６３＊ΔＡＢＦＭほど変化する時点ま
での過渡応答時間を表している。

【００４３】過渡応答時間ｅｋｍは、次に示されるよう
に、３つの遅延時間の和として把握することができる。ｅｋｍ＝行程遅延時間＋輸送遅延時間＋センサ応答遅延
時間ここで、行程遅延時間は、燃料噴射から排気行程完了ま
での時間であり、輸送遅延時間は、排気行程完了から排
気ガスのセンサ到達までの時間であり、センサ応答遅延
時間は、排気ガスのセンサ到達からセンサが６３％応答
するまでの時間である。そして、行程遅延時間及び輸送
遅延時間は、内燃機関のハードウェアの形態とセンサの
取り付け位置とによって一義的に定まる時間であり、過
渡応答時間ｅｋｍの個体差を生ずる原因となるものは、
センサ応答遅延時間である。そこで、本実施形態におい
ては、あらかじめ行程遅延時間及び輸送遅延時間の合計
を固定値ＥＫとして記憶し、センサ応答遅延時間“ｅｋ
ｍ−ＥＫ”を過渡運転時の空燃比の挙動から学習するよ
うにしている。なお、時間は、全て、ストローク（行
程）を単位として把握されている。

【００４４】ところで、過渡運転時にセンサ応答遅延時
間を学習する際、運転状態に応じて空燃比偏差最大値Δ
ＡＢＦＭがある程度相違し、その相違に応じて検出され
るセンサ応答遅延時間も異なる値になってしまう。ま
た、前述したように、空燃比フィードバック制御におけ
る遅延時間ｔｋｍの従来の適合方法は、空燃比を１だけ
変化させたときのセンサの６３％応答時間を測定するも
のであった。そこで、本実施形態では、まず、過渡応答
時間ｅｋｍを測定し、それから算出されるセンサ応答遅
延時間“ｅｋｍ−ＥＫ”を空燃比１変化分に換算した
後、空燃比フィードバック制御における遅延時間ｔｋｍ
を求めるようにしている。すなわち、ｔｋｍ←ＥＫ＋（ｅｋｍ−ＥＫ）／ΔＡＢＦＭなる演算により、ｔｋｍを決定する。

【００４５】図１１、図１２及び図１３は、以上に説明
した遅延時間算出処理の手順を具体化する遅延時間算出
ルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、１８
０°ＣＡ周期の所定クランク角ごとに、メイン空燃比フ
ィードバック制御ルーチンに次いで実行される。まず、
ステップ５０２では、後述するステップでカウントアッ
プされる遅延時間カウンタＣＤＬＹが０か否かを判定す
る。ＣＤＬＹ＝０のときすなわち遅延時間計算途中でな
いときには、ステップ５０４に進む一方、ＣＤＬＹ≠０
のときすなわち遅延時間計算途中にあるときには、ステ
ップ５１８に進む。

【００４６】ステップ５０４では、スロットル開度セン
サ７２によって検出されるスロットル開度ＴＡ又は吸気
圧センサ７１によって検出される吸気管圧力ＰＭに基づ
き、定常運転状態にあるか、過渡運転状態にあるかを判
定する。定常運転状態にあると判定されるときには、ス
テップ５０６にて定常状態カウンタＣＳＴＳをインクリ
メントし、次いでステップ５０８にて遅延時間カウンタ
ＣＤＬＹを０にイニシャライズした後、本ルーチンを終
了する。一方、過渡運転状態にあると判定されるときに
は、ステップ５１０に進み、定常状態カウンタＣＳＴＳ
が、ある程度定常運転が継続したことを示す所定値Ｃ₀
以上であるか否かを判定する。ＣＳＴＳ＜Ｃ₀のとき、
すなわち有効な遅延時間を算出するのに充分なほどの定
常運転状態が継続していなかったと認められるときに
は、ステップ５１２及び５１４で定常状態カウンタＣＳ
ＴＳ及び遅延時間カウンタＣＤＬＹをともにイニシャラ
イズして本ルーチンを終了する。

【００４７】ステップ５１０においてＣＳＴＳ≧Ｃ₀の
とき、すなわち充分な定常運転状態を経た後に過渡運転
状態に移行したと判定されるときには、ステップ５１６
に進み、定常状態カウンタＣＳＴＳをイニシャライズし
た後、ステップ５１８に進む。ステップ５０２又は５１
６の次に実行されるステップ５１８では、遅延時間カウ
ンタＣＤＬＹをインクリメントする。次いで、ステップ
５２０では、現在検出されている空燃比ＡＢＦを配列型
の変数ＡＡＦ[CDLY]として記憶する。次いで、ステップ
５２２では、遅延時間カウンタＣＤＬＹが所定値Ｃ₁に
達したか否かを判定する。このＣ₁は、負荷の変化が検
出された時点から空燃比の最大偏差が現れる時点までの
時間を必ず経過しているであろうと想定される時間に相
当する値である。ＣＤＬＹ＜Ｃ₁のときには、本ルーチ
ンを終了し、ＣＤＬＹ＝Ｃ₁のときには、ステップ５２
４以下に進む。

【００４８】ステップ５２４では、遅延時間カウンタＣ
ＤＬＹをイニシャライズする。その後実行されるステッ
プ５２６から５３６までは、過渡状態移行後における空
燃比の最大偏差ΔＡＢＦＭを算出する処理である。ま
ず、ステップ５２６では、変数ｊ及び最大偏差ΔＡＢＦ
Ｍをともに０にクリアする。次いで、ステップ５２８で
は、変数ｊをインクリメントする。次いで、ステップ５
３０では、 ΔＡＢＦ←｜ＡＡＦ[j] −ＡＡＦ[1] ｜なる演算により、過渡状態移行直後の空燃比の値を基準
とする空燃比偏差ΔＡＢＦを求める。次いで、ステップ
５３２及び５３４では、ΔＡＢＦＭ＜ΔＡＢＦなるとき
に空燃比最大偏差ΔＡＢＦＭを更新する処理を実行す
る。そして、ステップ５３６では、変数ｊが前記した所
定値Ｃ₁に達したか否かを判定し、ｊ≠Ｃ₁のときには
ステップ５２８にループバックし、ｊ＝Ｃ₁のときには
ステップ５３８に進む。

【００４９】ステップ５３８から５４４までは、負荷が
変化した時点から、センサが最大偏差の６３％に当たる
偏差に一致する応答を出力する時点までの時間ｅｋｍ
（ストロークを単位とする）を算出する処理である。具
体的には、まず、ステップ５３８では、変数ｊを０にク
リアする。次いで、ステップ５４０では、｜ＡＡＦ[j] −ＡＡＦ[1] ｜＜０．６３＊ΔＡＢＦＭなる不等式について評価し、当該不等式が成立するとき
には、ステップ５４４に進み、ｅｋｍを現在のｊの値で
更新する。一方、上記不等式が成立しないときには、ス
テップ５４６に進む。このときのｅｋｍの値は、図１０
に示されるものに一致する。ステップ５４６では、前述
のように、行程遅延時間及び輸送遅延時間の合計値ＥＫ
（予め記憶されている固定値）と測定された過渡応答時
間ｅｋｍとに基づき、ｔｋｍ←ＥＫ＋（ｅｋｍ−ＥＫ）／ΔＡＢＦＭなる演算を実行し、遅延時間ｔｋｍを算出する。算出さ
れたｔｋｍは、前記したメイン空燃比フィードバック制
御ルーチンで使用される。

【００５０】以上、本発明の実施形態について述べてき
たが、もちろん本発明はこれに限定されるものではな
い。例えば、本実施形態は、触媒上流側に全域空燃比セ
ンサを備えるとともに触媒下流側にＯ₂センサを備える
ダブルセンサシステムに対して本発明を適用したもので
あるが、上述の説明から明らかなように、少なくとも全
域空燃比センサを備えてフィードバック制御を行う機関
であれば、本発明はその全てに適用可能である。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
全域空燃比センサによって現在検出されている空燃比と
所定の遅延時間前の吸入空気量とに基づいて実燃料量の
目標燃料量からの偏差を算出し、その偏差に応じて燃料
補正量を算出する空燃比フィードバック制御を行う内燃
機関において、その個体にあった遅延時間を自動的に学
習し使用することが可能となる。従って、本発明は、空
燃比制御精度の向上に寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る空燃比制御装置を備
えた電子制御式内燃機関の全体概要図である。

【図２】空燃比とＡ／Ｆセンサ出力電圧との関係を示す
特性図である。

【図３】空燃比とＯ₂センサ出力電圧との関係を示す特
性図である。

【図４】本発明の一実施形態に係る機関電子制御装置
（エンジンＥＣＵ）のハードウェア構成を示すブロック
図である。

【図５】筒内空気量推定及び目標筒内燃料量算出ルーチ
ンの処理手順を示すフローチャートである。

【図６】推定された筒内空気量及び算出された目標筒内
燃料量の記憶状態を説明するための図である。

【図７】メイン空燃比フィードバック制御ルーチンの処
理手順を示すフローチャートである。

【図８】サブ空燃比フィードバック制御ルーチンの処理
手順を示すフローチャートである。

【図９】燃料噴射制御ルーチンの処理手順を示すフロー
チャートである。

【図１０】機関負荷の時間的変化とそれに応じた空燃比
の挙動とを例示する図である。

【図１１】空燃比フィードバック制御用遅延時間算出ル
ーチンの処理手順を示すフローチャート（１／３）であ
る。

【図１２】空燃比フィードバック制御用遅延時間算出ル
ーチンの処理手順を示すフローチャート（２／３）であ
る。

【図１３】空燃比フィードバック制御用遅延時間算出ル
ーチンの処理手順を示すフローチャート（３／３）であ
る。

【図１４】実遅延時間が遅延時間見積もり値よりも小さ
い場合における空燃比の挙動を説明するための概念図で
ある。

【図１５】実遅延時間が遅延時間見積もり値よりも大き
い場合における空燃比の挙動を説明するための概念図で
ある。

【符号の説明】

１…直列４気筒４ストロークサイクルレシプロガソリン
機関２…シリンダブロック３…シリンダヘッド４…シリンダ５…ピストン６…コネクティングロッド７…クランクシャフト８…燃焼室９…吸気ポート１０…排気ポート１１…吸気バルブ１２…排気バルブ１３…吸気側カムシャフト１４…排気側カムシャフト１５…吸気側カム１６…排気側カム１７，１８，１９…タイミングプーリ２０…タイミングベルト３０…吸気通路３１…エアクリーナ３２…スロットルバルブ３２ａ…スロットルバルブの軸３３…サージタンク３４…吸気マニホルド３５…アイドルアジャスト通路３６…アイドル回転速度制御弁（ＩＳＣＶ）４０…インジェクタ４１…燃料タンク４２…燃料ポンプ４３…燃料配管５０…点火プラグ５１…イグナイタ５２…点火コイル５３…点火ディストリビュータ６０…排気通路６１…排気マニホルド６２…触媒コンバータ７１…吸気圧センサ７２…スロットル開度センサ７３…吸気温センサ７４…水温センサ７５…Ａ／Ｆセンサ７６…Ｏ₂センサ８０…クランク基準位置センサ８１…クランク角センサ８２…アイドルスイッチ８３…車速センサ９０…機関ＥＣＵ９１…ＣＰＵ９２…システムバス９３…ＲＯＭ９４…ＲＡＭ９５…Ａ／Ｄ変換回路９６…入力インタフェース回路９７ａ，９７ｂ，９７ｃ…駆動制御回路９９…バックアップＲＡＭ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に配置され、排気ガ
スの空燃比にほぼ比例する出力特性を有する空燃比セン
サと、前記空燃比センサによって現在検出されている空燃比と
所定の遅延時間前の吸入空気量とに基づいて実燃料量の
目標燃料量からの偏差を算出し、該偏差に応じて燃料補
正量を算出する空燃比フィードバック制御手段と、内燃機関の負荷の変化を検出する過渡検出手段と、前記過渡検出手段によって負荷の変化が検出される第１
の時点から、該変化に伴う空燃比の荒れに起因して前記
空燃比センサの出力が変動する第２の時点までの経過時
間を算出する経過時間算出手段と、前記経過時間算出手段によって算出される経過時間に基
づいて前記空燃比フィードバック制御手段での処理にお
ける前記遅延時間を設定する遅延時間設定手段と、を具備する、内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】前記第２の時点は、前記空燃比センサに
よって検出される空燃比の値が、前記第１の時点での値
を基準値として、該基準値からの最大偏差に対する所定
割合の偏差に達する時点である、請求項１に記載の内燃
機関の空燃比制御装置。