JPS58104342A - 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、内燃機関の空燃比制御力、法に係り、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、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左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
きるという特徴を有する。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１例えば、軽負荷運転状態において
は、排気ガス中の有害成分である窒素酸化物の排出緻が
もともと小さいため、排気ガス浄化性能を着千犠牲にし
ても、空燃比が理論空燃比よりリーン＠ｔ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。

上記のような知見に基づいて、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−’ｒ
ｐｔＯ間にある吸気絞り弁の全閉時にはフィードバック
制御を実施し、基本燃料噴射時間ＴＰＩ”””’ＴＰα
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、ＴＰα〜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〜Ｔｐｌ　（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となるように空
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、機関の吸入空気量
Ｑ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。

’ｒｐ＝Ａ−一　　　　・・・・・・・・・・・・・・
・　（すここで人は定数である。

前記のような部分リーン制御におけるリーン制御領域の
減量比は１例えば８ｇ３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
図に示す如くとなっている。

この部分リーン制御は、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、算出された基本燃料噴射時間ＴＰがＴｐβ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蓋がセットされる。一
方、基本燃料噴射時間ＴｐがＴｐβ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Ｔｐａ以上で
あるか否かが判定される。基本燃料噴射時間ＴデがＴｐ
α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応じ
てフィードバック制御値が計Ｘ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Ｔ
Ｐα未満である場合には、ステップ１０６に進み、基本
燃料噴射時間ＴＰがＴｐｔ未満であるか否かが判定され
る。

基本燃料噴射時間ＴｐがＴｐ１以上の場合には、リーン
制御領域であるので、ステップ１０７に進み、第３図に
示したような減量比に従って、ＴＰ値に応じたり一ン値
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Ｔｐｒ未満で
あると判定され九場合には、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ｔｔ−セットする。

この部分り〜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、排気ガス浄化性能を損
なうことなく、燃費性能全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制御領域
の空燃比がばらつくと、排気ガス浄化性能、車両運転性
能擲に悪影響を及ぼすことが心配される。従って、前記
部分り一ン制御中のフィードバック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蝉比帰還補正量に
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、エンジン始動直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
行なつ九場今においても、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、Ｔ’ｐｔ〜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り傘を十分吸収す
ることができない可能性があった。

本発明は、＃紀のような問題点を解消するべくなされた
もので、部分リーン制御における学習の機会を増大して
学習精度を向上し、特に、部品のげらつ書等によるリー
ン制御領域の空燃比のばらつき等を吸収Ｅ２て、排気ガ
ス浄化性能、運転性能を改善すると共に１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（財）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、前記部分り−ン制
御を周期的に中断して、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
比帰還補正鎗に応じて、理論空燃比と設電空燃比の偏差
を学習するようにして、前ｒ目的を達成したものである
。

以下の図面を参照して１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、核エアクリーナ１２により取入
れられた吸入空気の流量を検出すル＋メのエア７０−メ
ータ１４と、Ｉｇｘア７ｏ−メータ１４に内蔵された、
例えばポテンションメータ式の吸気量センサ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Ｉ
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Ｒ酸を
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１ｏの吸気ボートに向けて燃料
を噴射するためのインジェクタ２６と、エンジン１０の
冷却水温度全検出するための冷却水温センサ３０と、エ
ンジンＩＯのクランク軸の回転速度に応じた周波数のパ
ルス信＊’を出力する回転速質センサ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
素濃変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の吸気量センサ１６
出力から求められるエンジン１０の吸入空気ｉｔＱ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（り式に従って基本燃料噴射時間Ｔｐを算
出し５更に冷却水温センサ３０出力の冷却水温、酸素−
症センサ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
卸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
４０内で、エンジン運転状態に応じて空燃比が理論−空
燃比よジ１７−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
場に応じて、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
える部分り一ン制御を行なうと共に、該部分リーン制＃
全周期的に中断して、エンジン運転状鮨に拘らず、強制
的に前記フィードバック制御を所定時間実行し、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ものである。

前記空燃比制御回路４ｏは、例えばｗＪＩ図に詳細に示
す如く、燃料噴射量を演算するマイクロプロセッサ４２
と、前記回転速髭センサ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ｒ時に割込み制御部４６に割込み指令信号を出力する
回転数カウンタ４４と、骸回転数カウンタ４４出力の割
込み指令信号に応じて割込み傷号會発生し、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部４６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ポート５
２と、前記吸気温センサ１６、吸気温センサｌＢ、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−デジタル儂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、デジタル入力ポート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に接続された電源回路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
おくだめの、読取り、誓込みを行な乏−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
ておく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、ｆｅ料噴射量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
号に変換するだめの、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、該カウンタ
６８出力のパルス化”号を、前記インジェクタ２６を駆
動する開弁時Ｉｖｌ侶号に変換する電力増幅部７０と、
経過時間を測定するためのタイマ７２と力、ら構成きれ
ている。

以下作用を１明する、 本実ｊｌｌｌ＋　？１１における冷間時制御、部分り一
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１１１でｓｕｍピタイマ７２かオーバーフローし
ているか否か、紬ら、部分リーン側御実細中に＃部分リ
ーンｔｂｉＩ＃　ｋ周期的に中断するための時間を計数
しているＡタイマ葡カウントアツプする時間となってい
るか否かを判ずする。タイマ７２がオーバーフローして
いる時には、ステップ１１２に進み、Ａタイマをカウン
トアツプする。

次に、ステップ１１３では、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が冷間時制御から部分
り一ン制イ呻に移行すべき温度Ｂ　℃（例えば４０”Ｃ
）以上となっているか否かが判定される。エンジン冷却
水ｆｆｌＴｗが８℃未満である場合には、ステップ１１
４に進み、Ａタイマをクリアすると共に、ステップ１１
５で公知の冷間時制御を実施する。一方、ステップ１１
３でエンジン冷却水温ＴｗがＢ’Ｃ以上に到達している
と判定された時には、ステップ１１６に進み、Ａタイマ
の計数時間がフィードバック制御から部分リーン制御に
移るべきＸ時間（例えば１分間）以上経過しているか否
かが判定これる。Ａタイマの計数時間がＸ時間未満であ
る場合には、ステップ１１７に進み、エンジン運転状態
に拘らず強制的に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。一方、Ａタイマの計数時間がＸ時間
以上となっている場合には、ステップ１１ｇに進み、部
分リーン制御から再びフィードバック制御に移るべき２
時間（例えば１０分間）以上となっているか否かが判定
される。Ａタイｉの計数時間が２時間に到達していない
時には、ステップ１１９に進み、部分り−ン制御を実施
する。一方、ステップ１１８でＡタイマの計数時間が１
時間に到達したと判定された場合には、ステップ１２０
　Ｋ進み、Ａタイマをクリアすると共に、ステップ１１
７で、再び、エンジン運転状態に拘らず１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
。

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って、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１１１１　＃実施中でない場合
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１
２２に過み、前記冷却水温センサ３０出力により検出さ
れるエンジン冷却水温Ｔｗが、字＃　Ｉ制御に適したエ
ンジン暖機終了後の温度Ｃ’Ｃ（例えば７０℃）に到達
しているか否かが判定され、エンジン冷却水温が６℃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Ｃ″″Ｃ″Ｃ以上ている場合には、
ステップ１２３に進み。

例えば、エンジン運転状態が過渡領域等の不安定領域で
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している場
合には、やはり学習制御は行なわない。その他の学資停
止条件も成立しておらず、学’ｂ制御に適した状態とな
っている場合には。

ステップ１２４で、そ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。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
チ方向であるかり一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Ｄ％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は、ステ
ップ１３４に進み、リッチ方向へＤ％学習する。このよ
うにして学習された学習縁と各ブロックの関係は例えば
第１１図に示す如くとなる。

本実施例におけるエンジン始動稜の経過時間と各制御の
切替え状部を図示すると１例えば、第１２図に示す如く
となる。このようにして、部分リーン制御を周期的に中
断して強制的に実行されるフィードバックｔｌｉｌＪ＃
時闇Ｘ、及び、部分り一ン制御中におけるエンジン運転
状態に応じた通常のフィードバック制御時間で、学習が
行なわれるので、高い学＃ｆｆ１ｆで良好なり一ンｆｆ
ｉ制御を実施することができる。

本実ｍ　ＩＨＪにおいては、部分リーン制御を周期的に
中断して、エンジン運転状態に拘らず強制的に実行され
るフィードバック制御時“だけでなく、部分リーン制御
中における通常のフィードバック制御時においても、そ
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いるので、学習の機会
が特に多く、精度の高い学習を行なうことができる。な
お、部分リーン制御中におけるフィードバック制御時の
学習を行なうことなく、部分リーン制御を周期的に中断
して、エンジン運転状態に拘らず強制的にフィードバッ
ク制御を実行した際にのみ、そ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
うにすることも勿論可能である。

尚、前記実施例においては、所定時間経過毎に所定時間
だけフィードバック制御を強制的に実行するようにして
い九が、フィードバック制御を周期的に行なう方法はこ
れに限定されない。

前記実施例は、本発明管、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１本発明の適用範囲はこれに限定されず、吸気圧力
式の電子制御燃料噴射装置を備えた自動車用エンジン、
或いは気化器を備えた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、学習の機会が増大
し、且つ、広範囲のエンジン状態に対応して学習が可能
となるので、学習の精Ｖが向上し、特に、部品のばらつ
き等によるリーン制御領域の９燃比のばらつきを吸収す
ることが可能となる。

従って、排気ガス浄化性能、車両運転性能を改善すると
共に、部品の精度管理を簡略化してコストを低減するこ
とが可能とな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
を示す線図、１第２図は、同じく。 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、第５図は、同じく、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、＠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
えるた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ためのプログラムを
示す流れ図、第１θ図は、同じく、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
クと学習量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Ｉｓ図である。 １０・・・エンジン、１６・・・吸気量センナ。 ２６・・・インジェクタ、２８・・・回転速度センサ。 ３４・・・酸素製置センサ、４０・・・空燃比制御回路
。 代理人　　高　矢　　　論 （ほか１名） ↑ｐ。 聞 第　６　　図 第　　　２　　　目 第６　図 第　１１　　　目 リーＶ リ−，＋ 第　１２　困

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、エンシイ運転状態
   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、前記部分り一ン制御を
   周期的に中断して、エンジン運転状態に拘らず１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
   還補正量に広じて、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。