JPS58104341A - 内燃機関の空燃比制御方法 - 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】 本発明は、内燃機関の♀燃比制御方法に係り、％に１三
元触媒を用いて排気ガス浄化対策が施された自動車用エ
ンジンにおいて、エンジン運転状態に応じて空燃比が理
論空燃比よっリーン側となるように空燃比をフィードフ
ォワード制御するり一ン制御と、空燃比センサの出力に
応じて空燃比が理論空燃比となるように空燃比をフィー
ドバック制御するフィードバック制Ｗ、とを、エンジン
運転状態により切替える部分り一ン制御ｉ４１を行なう
ようにした内燃機関の９４４廣傘空燃比制御方法の改良
に関する。

一般に、内燃機関、特に、三元触媒を用いて排気ガス浄
化対策が施された自動車用エンジンにおいては、その混
合気の一次空燃比、或いは、触媒流入ガスの二次空燃比
を、理論空燃比に保持する必要があり、そのため、種々
の空燃比制御方法が提案されている。その一つに、空燃
比センサを排気マニホルドに配設し、該空燃比センサの
出力に応じて空燃比が理論空燃比となるように一次空燃
比或いは二次空燃比をフィードバック制御する方法が知
られており、このフィードバック制御によれば、−次空
燃比或いは二次空燃比を厳密に理論空燃比近傍に保持で
きるとい５％徴を有する。従って、従来は、このフィー
ドバック制御をエンジン運転状態に拘らず常時実施する
ようにしていたものであるが、一方、燃料消費量に着目
すると、このフィードバック制御を常時行なう方法は、
最善の方法ではなく、例えば、軽負荷運転状態において
は、排気ガス中の有冑成分である窒素酸化物の排出量が
もともと小はいため、排気ガス浄化性能を若干犠牲にし
ても、空燃比が理論空燃比よりリーン側となるように制
御した方が、エンジンの燃費性能は向上する。なお空燃
比を理論空燃比よりリーン側とした場合には、エンジン
の出力も若干低下するが、軽負荷運転状態であれば特に
問題を生じることはない。

上記のよ５な゛知見に基づいて、エンジン運転状１ＩＩ
Ｋ応じて空燃比が理論空燃比よりリーン側となるように
空燃比をフィードフォワード制御するリーン制御と、空
燃比センサの出力に応じて空燃比が理論空燃比となるよ
５に空燃比をフィードバック制御するフィードバック制
御とを、エンジン運転状態により切替える部分リーン制
御が考えられている。この部分リーン制御においては、
第１図に示すような、エンジン回転数Ｎに対する吸気管
圧力の変化特性と、同じくエンジン回転数Ｎに対する基
本燃料噴射時間Ｔｐとの相関性の良さを利用して、例え
ば第２図に示す如く、基本燃料噴射時間ＴＰが、ＴＰｏ
〜ＴＰＩの間にある吸気絞９弁の全閉時にはフィー′上
バツク制御を実施し、基本燃料噴射時間ＴＰが、’ｒｐ
１−’ｒｐαの間にある軽負荷域においてはリーン制御
を実施し、基本燃料噴射時間ＴＰが、ＴＰａ〜ＴＰβの
間にある通常運転状態ではフィードバック制御を実施し
、更に、基本燃料噴射時間ＴＰが％ＴＰβ〜Ｔｐｎ　（
絞り弁全開状態）に対応する出力領域では空燃比が理論
空燃比よりリッチ側の出力空燃比、例えば１２〜１３と
なるよ５に空燃比をフィードフォワード制御するように
している。ここで、前記基本燃料噴射時間Ｔｐは、機関
の吸入空気１ｉＱとエンジン回転数Ｎを用いて、次式に
より算出されるものである。

Ｔｐ＝ＡＱ−・・・・・・・・・・・・　（１）ここで
Ａ＆′！定数である。

前記のような部分リーン側ＨＶＣおけるリーン側御領域
の減員比は、例えば第３図に示す如く設定されており、
従って、同じくリーン制御領域における空燃比は、第４
図に示す如（となっている。

この部分り一ン制御は、例えば第５図に示すような流れ
図に沿って実施される。即ち、まずステップ１０１にお
いて、算出きれた基本燃料噴射時間ＴＰがＴ、β以上で
あるか否かが判定され％ＴＰβ以上である場合には、出
力制御領域であるので、ステップ１０２に進んで出力空
燃比を得るのに必要な出力制御値が計算され、更にステ
ップ１０３で計算値に応じて補正量がセットされる。一
方、基本燃料噴射時間’ｒｐが’ｒｐβ未満である場合
には、ステップ１０４に進み、基本燃料噴射時間ＴＰが
Ｔｐｇ以上であるか否かが判定される。基本燃料噴射時
間ＴＰがＴＰα以上である場合には、フィードバック制
御領域であるので、ステップ１０５に進み、空燃比セン
サの出力に広じてフィードバック制御値が計算され、ス
テップ１０３で補正量がセットされる。又、基本燃料噴
射時間ＴｐがＴＰａ未満である場合には、ステップ１０
６に進み、基本燃料噴射時間ＴｐがＴＰＩ未満であるか
否かが判定される。

基本燃料噴射時間ＴＰが７２１以上の場合Ｋｋｌ、Ｉ）
−ン制御領域であるので、ステップ１０７に進み、第３
図に示したような減貴比に従ってＴＰ値に応じ九リーン
値を計算し、ステップ１０３で補正量をセットする。又
、ステップ１０６で基本燃料噴射時間ＴＰがＴＰＩ未満
であると判定された場合には、前出ステップ１０５に進
み、フィードバック制御値を計算して、ステップ１０３
で補正量をセットする。

この部分り一ン制御によれば、従来の、フィードバック
制御を常時行なう方法に比べて、排気ガス浄化性ｆＩ＠
を損なうことなく、燃費性能を大幅に向上することがで
きるものであるが、部品のばらつき等によりリーン側御
領域の空燃比がばらつ（と、排気ガス浄化性能、車両運
、転性能等に悪影餐を及ぼすことが心配される。

従って、前記部分リーン制御中のフイードパッり制御領
域を利用して、フィードバック制御を実行した時の空燃
比帰還補正ｔに応じて、理論空燃比の偏差を学習するこ
とにより、リーン制御時における空燃比制御の精度を高
めることが考えられる。しかしながら、空燃比の学習は
、フィードバック制御している状態でしか実行できない
ため、エンジン始動１［後の冷間時制御が終了した後、
直ちに部分リーン制御を実行するようにすると、吸入空
気量分割或いは基本燃料噴射時間分割いずれの方式の学
習を行なった場合においても、リーン制御領域の学習の
機会が非常に少なく（基本燃料噴射時間Ｔｐで分割した
場合には、ＴＰｌ−ＴＰαは学習の機会がない）、又、
実際に使いたいところを直接学習することができず、そ
の結果、リーン制御領域の空燃比のばらつｔ！を十分吸
収することができない可能性があった。

本発明は、前記のような問題点・を解消するべくな１れ
念もので、リーン制御に移る前に確実に学習を行なうこ
とができ、従って、リーン制御領域においても正しい補
正が可能となり、部品ばらつき等による空燃比のばらつ
きを吸収して、排気ガス浄化性能、運転性能を向上する
と共に、部品の精度管理を簡略化することができる内燃
機関の空燃比制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、エンジン運転状態に応じて空燃比が理論空燃
比よりリーン側となるように空燃比をフィードフォワー
ド制御するり一ン制御と、空燃比センサの出力に応じて
空燃比が理ＭＩ”２燃比となるように空燃比をフィード
バック制御するフィードバック制御とを、エンジン運転
状態により切替える部分リーン制御を行なうようにした
内燃機関の空燃比制御方法において、暖機終了直後或い
はエンジン始動直後の所定時間は、エンジン運転状態に
拘らず、強制的に前記フィードバック制御を実行し、こ
の時の空−燃比帰還補正量に応じて、理論空燃比と設定
空燃比の偏差を学習するようにして、前記目的を達成し
たものである。

以下の図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。

本実施例は、第６図に示すような、外気を取入れるため
のエアクリーナ１２と、該エアクリーナ１２により収入
れられた吸入空気の流量を検出するためのエアフローメ
ータ１４と、核エアフローメータ１４に内蔵された、例
えばボテンションメー！式の吸気量センサ１６と、同じ
くエアフロメータ１４に内蔵された、吸入空気の温度を
検出するための吸気温センサ１８と、吸気管２０に配設
され、運転席に配設されたアクセルペダル（図示省略）
と連動して回動するようにされた、吸入空気の流量を制
御するための吸気絞り弁２２と、吸気マニホルド２４に
配設された、エンジン１０の吸気ボートに向けて燃料を
噴射する念めのインジェクタ２６と、エンジン１０の冷
却水温度を検出するための冷却水温、センサ３０と、エ
ンジン１０のクランク軸の回転速度に応じた周波数のパ
ルス信号を出力する回転速度センサ２８と、排気マニホ
ルド３２の出口側に配設された、排気ガス中の残存酸素
濃度から空燃比を検知するための酸素濃度センサ３４と
、排気管３６の下流側に配設された三元触媒コンバータ
３８と、前記エアフロメータ１４の吸気量上ンサ１６出
力から求められるエンジン１０の吸入空気ＩＱと前記回
転速度センサ２８出力から求められるエンジン回転数Ｎ
から前出（１）式に従って基本燃料噴射時間ＴＰを算出
し、更に冷却水温センサ３０出力の冷却水温、酸素濃度
センサ３４出力の空燃比等に応じて補正を加えて′開弁
時間信号を作成し、前記インジェクタ２６の開弁時間を
制御することによって空燃比を制御する空燃比制御回路
４０とを備えた、自動車用エンジン１０の吸入空気量式
電子制御燃料噴射装置において、前記空燃比制御回路４
０内で、エンジン運転状態に応じて空燃比が理論空燃比
よりり−ン側となるように空燃比をフィードフォワード
制御するリーン制御と、酸素濃度センサ３４の出力に応
じて空燃比が理論空燃比となるように空燃比をフィード
バック制御すると共に、この時の空燃比帰還補正量に応
じて、理論空燃比−と設定空燃比の偏差を学習するフィ
ードバック制御とを、エンジン運転状態により切替える
部分リーン側８を行なうと共に、暖機終了直後或いはエ
ンジン始動直後の所定時間は、エンジン運転状態に拘ら
ず、強制的に前記フィードバック制御を実行し、この時
の空燃比帰還補正量に応じて、理論空燃比と設定空燃比
の偏差を学習するよ５Ｋしたものである。

前記空燃比制御回路４０は、例えば第７図に詳細に示す
如く、燃料噴射ｇｋを演算するマイクロプロセッサ４２
と、前記回転速度センサ２８の出力によりエンジン１回
転に１回エンジン回転数を計数すると共に、その計数の
終了時に割込み制御部４６に割込み指令信号を出力する
回転数カラ／り４４と、該回転数カウンタ４４出力の割
込み指令信号に応じて割込み信号を発生し、マイクロプ
ロセッサ４２に燃料噴射量の演算を行なう割込み処理ル
ーチンを実行させる割込み制御ｓ４６と、スタータ（図
示省略）の作動を制御しているスタータスイッチ５０か
ら入力されるスタータ信号等のデジタル信号をマイクロ
プロセッサ４２に入力するためのデジタル入力ボート５
２と、前記吸気量センサ１６、吸気温センサ１８、冷却
水温センサ３０、酸素濃度センサ３４等から入力される
各アナログ信号を、デジタル信号に変換して順次マイク
ロプロセッサ４２に入力するための、アナログマルチプ
レクサ及びアナログ−デジタル変換器からなるアナログ
入力ボート５４と、前記回転数カウンタ４４、割込み制
御部４６、デジタル入力ボート５２、アナログ入力ボー
ト５４等の出力情報をマイクロプロセッサ４２に伝達す
るためのコモンバス５６と、キイスイッチ５８を介して
バッテリ６０にｆ＆続された電源回路６２と、マイクロ
プロセッサ４２における計算データ等を一時的に記憶し
てお（ための、読取り、書込みを行なえるランダムアク
セスメモリ６４と、プログラムや各種の定数等を記憶し
てお（ためのリードオンリーメモリ６６と、マイクロプ
ロセッサ４２で算出されたインジェクタ２６の開弁時間
、即ち、燃料噴射ｔを表わすデジタル信号を実際のイン
ジェクタ２６の開弁時間を与えるパルス幅のパルス信号
に変換するための、レジスタを含むダウンカウンタより
なる燃料噴射時間制御用カウンタ６８と、核カウンタ６
８出力のパルス信号ヲ、前記インジェクタ２６を駆動す
る開弁時間信号に変換する電力増幅師７０と、経過時１
’ｌＪｊを測定するためのタイマ７２とから構成されて
いる。

以下作用を説明する。

本実施例における冷間時制御、部分リーン制御、フィー
ドバック制御の切替えは、第８図に示すような切替プロ
グラムに従って実施される。即ち、まず、ステップ１１
１で、前記冷却水温センサ３０で検出されるエンジン冷
却水温Ｔｗが、冷間時増着制御から部分リーン制御等に
移行するに適した所定温度Ａ’Ｃ（例えば４０℃）に到
達したか否かが判定され、エンジン冷却水ＩＴｗがＡ　
℃未満である場合には、ステップ１１２に進んで、公知
の冷間時増量制御が実施される。一方、エンジン冷却水
温ＴＷがＡ℃以上となっている場合には、ステップ１１
３に進み、各種増量が完全に終了した、第２の所定温度
Ｂ　’Ｃ（例えば７０℃）に到達しているか否かが判定
され、エンジン冷却水湛丁ＷがＢ”Ｃ未満である場合に
は、ステップ１１４に進んでフィードバック制御のみが
実施される。

更に、エンジン冷却水ｉ’ｒｗがＢ’Ｃ以上となつ九時
には、ステップ１１５に進み、エンジン冷却水温Ｔｗが
１１℃となってから所定時間（Ｘ時間）経過し念か否か
が判定され、Ｘ時間（例えば２００秒）経過するまでは
、ステップ１１４でフィードバック制御が実施され、こ
の時の空燃比帰還補正量に応じて、理論空燃比と設定空
燃比の偏差が学習される。エンジン冷却水１１ＴＷがＢ
’Ｃとなってから′Ｘ時間以上経過した場合には、ステ
ップ１１６に進み、部分り−ン制御が実施され、該部分
リーン制御中のフィードバック制御時に、この時の空燃
比帰還補正量に応じて、理論空燃汁と設定空燃比の偏差
が学習される。

前記フィードバック制御時における学習は、例えば次の
ようにして行なわれる。即ち、まず、第９図に示すよう
な学習条件判定ルーチンに従・りて、学習制御に適した
条件が成立しているか否かが判定される。具体的には、
ステップ１２１で、フィードバック制御実゛施中か否か
が判定され、フィードバック制Ｗ＋施中でない場合には
学習条件非成立と判断して学習制御は行なわない。フィ
ードバック制御実施中である場合には、ステップ１２２
に進み、前記冷却水湯センサ３０出力により検出される
エンジン冷却水ｉＴｖが、学習制御Ｋ適したエンジン暖
機終了後の溶度Ｂ　℃（例えば７０℃）に到達している
か否かが判定ζ−れ、エンジン冷却水温がＢ”Ｃに到達
していない場合には、学習制御を行なわない。エンジン
冷却水温ＴｗがＢ　’Ｃ以上とｔｃつている場合には、
ステップ１２３に進み、Ｎ、？、げ、エンジン運転状態
が過渡領域等の不安定領竣でないか等の、その他の学習
停止条件が成立しているか否かを判定する。その他の学
習停止条件が成立（〜ている場合には、やはり学習制御
を言行なわない。その他の学習停止条件も成立【２てお
もず、学習制御に適した状態となっている場合には、ス
テ゛ツブ１２４で、その時の空燃比帰還補正量に応じて
、Ｍ、！ｆｔｎ空燃比と設定空燃比の偏差を学習する。

このステップ１２４における空燃比の学習は、具体的に
は第１０図１に示すような学習ルーチンに従って行なわ
れる。即ち、まずステップ・１３１で、現在の吸入空気
量Ｑ或いは基本燃料噴射時間ＴＰに応じて、学習される
補正量のブロックを決定する。ついで、ステップ１３２
に進み、フィードバック補正方向がリッチ方向であるか
リーン方向であるかを判定する。フィードバック補正方
向かり一ン方向である場合にはステップ１３３に進み、
リーン方向へ０％学習する。一方、フィードバック補正
方向がリッチ方向である場合にを丁、ステップ１３４に
進み、リッチ方向へ０％学習する。このようにして学習
された学習険と各ブロックの関係は例えば第１１図に示
す如（となる。

本実施例におけるエンジン始動後の経過時間と各制御の
切替え状態の一例を第１２図に示す。

本実施例においては、学習を行なうためのフィードバッ
ク制御を、暖機終了直後の所定時間即ち、エンジン冷却
水ｍ７０℃に到達してから１時間行なうようにしている
産め、安定したデータを用いて精度の高い学習を行なう
事ができる。なお冷間時増量制御から部分リーン制御に
移る前に学習を行なう方法はこれに駆足されず、例えば
、エンジン始動［後の所定時間だけ、学習を行なうため
のフィードバック制御を強制的に行なうことも可能であ
る。

冑、前記！ＩＩ！施例は、本発明を、吸入空気量式の電
子制御燃料噴射装置を備えた自動車用エンジンに適用し
たものであるが、本発明の適用範囲はこれに限定シれず
、吸気圧力式の電子制御燃料噴射装＃を備えた自動車用
エンジン、或いは気化器を備λ−念一般の内燃機関にも
同様に適用できることは明らかである。

以上説明した通り、本発明によれば、部分り一ン制御に
移行する前に確実に学習が行なわれ、広範囲な領域で理
論空燃比と設定空燃比の偏差を十分に学習できる。従っ
て、リーン制御領域においても正しい補正が可能となり
、部品のばらつき等を十分に吸収でき、排気ガス浄化性
能、運転性能を向上すると共に、部品の精度管理を簡略
化することによりコスト低下をはかることができる等の
優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、部分り一ン制御の原理を説明するための、エ
ンジン回転数と吸気管圧力及び基本燃料噴射時間の関係
を示す４！ｉ１図、第２図は、同じ（、エンジン回転数
及び吸気管圧力と各制御領域の関係を示す線図、第３図
は、同じく、リーン制御領域における基本燃料噴射時間
と減量比の関係を示す線図、第４図は、同じく、基本燃
料噴射時間と制御空燃比の関係を示す線図、嬉５図は、
四じく、部分リーン制御の基本的なプログラムの一例を
示す流れ図、第６図は、本発明に係る内燃機関の空燃比
制御方法の実施例が採用された、自動車用エンジンの吸
入空気量式電子制御燃料噴射装置の構成を示すブロック
線図、第７図は、前記装置で用いられている空燃比制御
回路の構成例を示すブロック線図、第８図は、前記実施
例で用いられている、各制御状態を切替えるだめのプロ
グラムを示す流れ図、第９図は、同じく、学習条件の成
立の有無を判定す・る几めのプログラムを示す流れ図、
第１０図は、同じ（、空燃比を学習するためのプログラ
ムを示す流れ図、第１１図は、前記実施例における、吸
入空気量或いは基本燃料噴射時間のブロックと学Ｖｊｔ
の関係の一例を示す線図、第１２図は、同じく、エンジ
ン始動後の経過時間と各制御の切替状態の一例の関係を
示す線図である。 １０・・・エンジン、１６・・・吸％責＊７す、２６・
・・インジェクタ、２８・・・同転速度センサ、３４・
・・酸素撲度センサ、４０・・・空燃比制御回路。 代理人　　高　矢　　　論 （ほか１名） 蔓１　扁　　　　　　祭？回 十 第　６　　図 第７日 第６　図 茅　１１　　　図 リーン リ・シナ 第　１２　　図 軽Ｓ時間（１）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジン運転状態に応じて空燃比が理論空燃比よ
   りリーン側となるように空燃比をフィードフォワード制
   御するり一ン制御と、空燃比センサの出力に応じて空燃
   比が理論空燃比となるように空燃比をフィードバック制
   御するフィードバック制御とを、エンジン運転状態によ
   り切替える部分り一ン制御を行なうようにした内燃機関
   の空燃比制御方法において、暖機終了直後或いはエンジ
   ン始動直後の所定時間は、エンジン運転状態に拘らず、
   強制的に前記フィードバック制御を実行し、この時の空
   燃比帰還補正量に応じて、理論空燃比と設定空燃比の偏
   差を学習するようにしたことを特徴とする内燃機関の空
   燃比制御方法。