JPS582444A - 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方法に関し、特に燃料消
費率最良の空燃比へ空燃比を帰還制御する内燃機関の空
燃比制御方法に関する。

一般に、内燃機関の空燃比は、通常、一般走行状態では
燃料消費率を重点に、理論空燃比又はそれより希薄な空
燃比に設定されており、アクセル□ が高開度の加速時、および登板時等においては、最も出
力の高い空燃比、約１６、に設定し、アイドリングでは
安定性等を考慮して空燃比を設定している。

一般走行状態の空燃比制御においては、従来は気化器で
は開ループ制御であり、個々の内燃機関のばらつき、内
燃機関の経時変化、気化器自体の製品ばらつき等により
或６る程度の燃料消費率の損失があった。また、吸入空
気量センサ等番こｆり内燃機関の吸入空気量を計測し、
計算装置等により必要燃料量を計算し、電磁弁により吸
入管内へ前記計算値に応じて燃料を噴射する電子制御燃
料噴、射装置は、排気管中に設けられた酸素濃度センサ
により理論空燃比（約１５）の方向を判別し、前記燃料
量を修正する閉ループ制御が実用化されている。また、
気化器においてもエアブリードの空気量を前記酸素濃度
センサにより理論空燃比の方向を判別して修正する閉ル
ープ制御が一部で実用化されている。これらの閉ループ
制御によれば、空燃比のばらつきを修正するととはでき
るが、理論空燃比が燃料消費率最良の空燃比ではないた
め、燃料消費に損失があるという問題点がある。

□ 従来、前述の損失をなくして燃料消費率を最良にする制
御方法が提案されている。この制御方法においては、空
気量センサとスロットル弁をバイパスする空気をディデ
ー、すなわち空燃比を濃い側き薄い側とに一定周期で変
化させ、燃料消費率が良好となる空燃比の方向を判別し
、空気量センサをバイパスする補助空気弁で空燃比を修
正する。

この方法においては、相対的に濃い側と薄い側との２水
準の空燃比で各１回運転して、濃い空燃比で運転したと
きの回転数Ｎｏｒ　、および薄い空燃比で運転したとき
の回転数Ｎｅｔを比較し、Ｎｅｔ＞Ｎｅｔであればバイ
パス空気量を減少させ、Ｎｅｒ＜Ｎｅｔであればバイパ
ス空気量を増大させるという制御を行う。

しかしながら、前述の従来形の制御方法においては、例
えば出力の変化を回転数によって判別す′る場合、その
回転数が種々の要因で変化するにも拘らず、回転数の変
化が空燃比の変化によるものなのか、外的要因例えばア
クセル操作、登板、降板等によるものなのか、を判別す
る能力が無いため、燃料消費率の良好になる方向とは逆
の制御が行われて燃料消費率が悪化することがあるとい
う問題点がある。また空気量センサとスロットル弁をバ
イパスする空気を流した場合と流さない場合では空気量
センサを通過する空気が変化する場合と変化しない場合
があり、必ずしも燃料流量が一定になっているきはいえ
なかった。そのため燃費最良点ｌこ＋１４ｊ御されなく
て、損失のある場合があった０ ゛本発明の目的は、前述の従来形における問題点にかん
がみ、相異なる少なくとも２つの空燃比による運転状態
における回転数の変化状況を検出して内燃機関の空燃比
制御を行うに際して、内燃機関か常に最良の燃料消費率
で運転されるように制御することにある。

本発明曇こおいては、目標空燃比の近傍でかつ互い相異
なる少なくとも２つの空燃北上、空気主供給路に対する
バイパス供給路における空気供給量を変化させ、かつ前
記２つの空燃比のうち薄い空燃比状態において、濃い空
燃比と同じ燃料流量になる様に修正して交互に所定の期
間運転し、これらの相異なる空燃比で運転したときの内
燃機関の回転数の信号、トルクの信号又はこれらに関連
する運転状態の信号を複数の動作点において検出し、該
複数の動作点において検出された信号を比較することに
より前記目標空燃比が燃料消費率最良の空燃比より濃い
側にあるか薄い側にあるかを判定し、該判定結果にもと
づき空燃比の修正を燃料量を調整することにより行なう
ことを特徴とする内燃機関の空燃□比制御方法、が提供
される。

本発明の一実施例としての内燃機関の空燃比制御方法を
と用いられる内燃機関空燃比制御装置が第１図に示され
る。第１図の内燃機関空燃比制御装置は、内燃機関本体
１、ディストリビュータと−４、空気量センサ６を具備
する。空気量センサ６は、空気通路中に設置された邪魔
板の開度が空気流量によって変化し、該邪魔板の開度に
応じて出力電圧が変化して空気流量を検出するものであ
る。

第１図の内燃機関空燃比制御装置はまた、空気量センサ
とスロットル弁部を接続する空気導入下流管５、エアク
リーナ８、該エアクリーナと空気量センサを接続する空
気導入上流管７、吸気管圧力を検出する圧力センサ９、
空気量センサ６とスロットル弁４をパイパ３するように
設置されたバイパス空気電磁弁１２、該バイパス空気電
磁弁１２と吸気管３を接続するバイパス下流導入管１０
、該バイパス空気電磁弁１３と空気導入上流管１を接続
するバイパス上流導入管１１、および計算回路１３を具
備する。計算回路１３は、空気量センサ６、回転角セン
サ２からの信号を受け、その時点における噴射弁噴射量
をパルス幅として計算し１一定圧力に保たれた燃料を前
記パルス幅に対応して燃料を間欠的に噴射する電磁式の
噴射弁１４に供給される出力信号を生成する。

第２図により計算回路１３について詳しく説明する。１
００は噴射弁のパルス幅を算出するマイ転数をカウント
する。またこの回転数カウンタ１０１はエンジン回転に
同期して割り込み制御部１０２に割り込み指令信号を送
る。割り込み制御部１０２はこの信号を受けると、コモ
ンパス１５０を通じてマイクロプロセッサ１００に割り
込み信号を出力する。１０３はデジタル入力ポートで図
示しないスタータの作動をオンオフするスタータスイッ
チ１６からのスタータ信号等のデジタル信号をマイクロ
プロセッサ１００に伝達する。１０４はアナログマルチ
プレクサとＡ−Ｄ変換器から成るアナログ入力ボートで
吸気量センサ６、圧力センサ９、冷却水温センサ１５か
らの各信号をＡ−ｐ変換して順次マイクロプロセッサ１
００に読み込ませる機能を持つ。これら各ユニット１０
１゜１０２．１’０３，１０４の出力情報はコモンバス
１５０を通してマイクロプロセッサ１００に伝達される
。１０５は電源回路で後述するＲＡＭ１０７に電源を供
給する。１７はバッテリ、１８はキースイッチセあるが
電源回路１０５はキースイッチ１８を通さず直接、゛バ
ッテリ１１に接続されている。よってＲＡＭ１Ｑ７はキ
ースイッチ１８に関係無く常時電源が印加されている。

１０６も電源回路であるがキースイッチ１８を通してバ
ッテリ１７に接続されている。電源回路１０６はＲＡＭ
１０７以外の部分に電源を供給する。ＲＡ　Ｍ　ＩＱ７
は計算回路１３がプログラム動作中に一時使用される一
時記憶ユニットであるが前述の様にキースイッチ１８に
関係なく常時電源が印加されキースイッチ１８をＯＦＦ
にして機関の運転を停止しても記憶内容が消失しない構
成となっていて不揮発性メモリをなす。学習マツプ補正
量ΔＴもこのＲＡＭ１Ｑ７に記憶されている。１０８は
プログラムや各種の定数等を記憶しておく読み出し専用
メモリ（ＲＯＭ）である。１０９はレジスタを含む燃料
噴射時間制御用カウンタでダウンカウンタより成り、マ
イクロプロセッサ（ｃｐｔｒ）１００で演算された電磁
式燃料噴射弁１４の開弁時間つまり燃料噴射量を表すデ
ジタル信号を実際の電磁式燃料噴射弁１４の開弁時間を
与えるパルス時間幅のパルス信号に変換する。１１０は
電磁式燃料噴射弁１４を駆動する電力増幅部である。１
１１はタイマーで経過時間を測定し０ＰＵ１ＱＱに伝達
する。

回転数カラ／り１０１は回転速度センサ１５の出力によ
りエンジン１回畝に１回エンジン回転数を測定し、その
測定の終了時に割り込み制御部１０２に割り退入指令信
号を供給する。割り込み制御部１０２はその信号から割
り込み信号を発生し、マイクロプロセッサ１００に燃料
噴射蓋の演算を行なう割り込み処理ルー５チンを実行さ
せる。

計算回路１３における演算処理の過程は第３図の演算流
れ図に示される。キースイッチ１８並びにスタータスイ
ッチ１６がＯＮしてエンジンＥが起動すると演算はステ
ップＳ１かも開始されステップＳ２において、電磁弁の
状態と噴射同数ｎのカウンタの初期化を行ない電磁弁を
閉じ、噴射回数ｎ−＋Ｏとする。ステップＳ３において
、スタータスイッチ１６、エンジンの冷却水温センサ１
５によりエンジン状態補正係数Ｋｌを演算し結果をＲＡ
Ｍ１０７に格納”ｊる。ステップＳ４では後述する学習
マツプ補正量に３を演算し、結果をＲＡＭ１０７に格納
する。

第４図はこの学習マツプ補正量に３の演算ステツゾ８４
の詳細なフローチャートである。ステップ５４００でエ
ンジンが燃料消費率最良へ制御するフィードバック条件
を成立しているか、つまり冷却水温が７０℃以上で、か
つスタータスイッチがＯＦＦであるかどうかを判断し、
フィードバック条件を成立していない時はステップ８４
の処理を終りステップ８３に行く。フィードバック条件
を成立している時はステップ８４０１に進み、噴射回数
カウント値ｎが設定回数りに達しているかどうかの判定
を行う。設定回数りに達するまでは補正量ΔＴの演算を
行なわずステップＢ４の処理を終りステップ８３に行く
。設定回数りに達した時はステップ５４０２に進む。

通常はステップ８３〜ｓ４のメインルーチンの処理を制
御プログラムに従ってくり返し実行する。

そして割り込み制御部からの噴射の割り込み信号が入力
されると、マイクロプロセッサ１００はメイン）レーチ
ンの処理中であっソ獣直ちにその処理を中断しステップ
８１００の割り込み処理ルーチンに移る。ステップ８１
０１では回転数カウンタ１０１からのエンジン回転数Ｍ
ｅを表わすクランク角６６０？ごとのパルス数Ｎをとり
こみ、かつアナログ入力ポートから吸入空気量信号と吸
気圧力信号を取り込み、エンジン回転数Ｍｅ　、吸入空
気量Ｑａ、吸気圧力Ｐｍを演算してＲＡＭ１Ｑ７に格納
する。ステップ８１０２においては現在の回転数Ｎｅと
吸入空気量Ｑ、ａから理論空燃比（約１５）を目標にし
た基本パルス幅Ｔｍの演算を行う。ステップ８１０３に
おいてはステップ８４００と同様にフィードバック条件
が成立しているかどうかを判断し、フィードバック条件
を成立していない時はステップ５１０４に進み、最終的
な噴射弁の出力パルス幅Ｔ１を次式で計算する。

Ｔ　ｉ　＝＝　ＫＩＸ　Ｔｍ 次番こステップ８１０５でフィードバック中でないため
バイパス空気電磁弁の閉信号を電磁弁制御部１１２に出
力する。次にステップ５１０５で噴射１．パ 回数ｎをゼロにセットする。ステップ５１０３において
フィードバック条件が成立している時はＹＩｎ８に分岐
しステップ５１０７で、回転数Ｎ。

と吸気圧力Ｐｍに対応する学習補正量ΔＴ（ｐ、ｒ）を
ＲＡＭ１Ｑ７内の例えば第５図に示される様なマツプか
ら読みとる。

第５図に示されるメモリは、計算回路内の不揮ｒ）を記
憶する。ステップ８１０８は、バイパス空気電磁弁を開
閉した時に空気量センサ６を流れる空気量が変化して、
基本パルス幅−が変イビして噴射する燃料量が一定にな
らない場合に、電磁弁の開閉に関係なく、常に単位時間
当りの燃料流量を一定にするディプ補正量に２を演算す
る。

ここで吸入空気量Ｑａが電磁弁１２の開閉によってどの
様に変化するかを考えてみると、スロットル弁４が一定
の場合は第１図に示す圧力りとＰｍによって決定される
。Ｐｍが臨界圧力以下の時はスロットル弁４を通る空気
の流速は音速に等しくそれゆえその時には電磁弁１２の
開閉に関係なく空気量センサ５を流れる空気量Ｑａは一
定となり、基本パルス＠Ｔｍは変化しない。

ＰｍがＰＩ）に近すいてくるに従って電磁弁１２の影響
は大きくなってくる。もともとこの電磁弁の開閉による
空気量センサ６を通過する空気量の変化は電磁弁１２を
通過するバイパス空気の変化に較べれば少さいものであ
るが、燃料流量一定のもとてバイパス空気量を変化させ
ないと、真の燃料消費率に制御したことにならないため
、このわずかな空気量センサ６を通過する空気量の変化
は重大である。

第６図はステップ８１０８の詳細なフローチャートであ
る。ステップ８１０８１はｎ＝０すなわち電磁弁切換の
最初でありかつ電磁弁開の状態にあるかどうかを判断し
、ｎ＝０で電磁弁開の時はＹＥＳに分岐し、ステップ８
１０８２でディプ補正蓋に２を求める。

ここで補正量に２を第７図のタイムチャートにより説明
する。全噴射回数が現在４８回の位置ｌζあるとすると
その前の電磁弁開の状態（噴射回数３２〜４８）とさら
に１つ前の電磁弁開の状態（噴射回数１６〜３２）にお
ける基本パルス平均値（Ｔｍ　ｎ−１，Ｔｍ　１−１）
と回転数の平均値（Ｎｅｔ−１、ＮＯｌ−１）により次
式によりに２を演算し、ＲＡＭ１０７に格納する ステップ８１０８１でｎ　＝　ｏでない又は電磁弁１２
が閉のときはＮｏに分岐し、ステップ８１０８３で電磁
弁開のときはに２の演算処理を終了する。

ｔｉ弁閉ノド＊ｌｉスｆ７フＳ　１０８４　テＫｇ＝１
．０とセットし、Ｋ２にょるディプ補°正は行なわない
。

以上の様に電磁弁開の時に、減少した燃料流量を過去ツ
エンシン状態より計算することで、エンジンの総ての運
転状態に対する補正係数に２を記憶する必要もなく、簡
単な計算により、正確な補正係数を求めることが可能で
ある。

、　第３図にもどりステップＥ＋１０９ではフィーＹパ
ック中の出力パルス幅Ｔ１を次銚により計算する。

Ｔ　ｉ＝：に２　Ｘ　Ｔｍ　＋ΔＴ　（ｐｔ　ｒ）ステ
ップ５１１０で噴射回数ｎをｎ　＝　ｎ　＋　ｊと１カ
ウントアツプした後、ステップ５１１１で噴射弁１４の
出力パルス幅Ｔ１をカウンタ１０９にセットする。次に
ステップ５１１２に進み、メインルーチンに復帰する。

第４図のステップ５４０１でｎ＝Ｄに達すると（第７図
のタイムチャートではＤ＝１６即ち１６回噴射）第７図
のクロック数Ｃに示す様に各ディプの後半で求めたクロ
ック数即ち回転周期毎に発生するクロックの数Ｃを現在
を含めて過去にさかのぼり４回の回転周期について比較
する。ディプの後半でクロック数の計測を行う理由はバ
イパス空気電磁弁１２による空燃比（Ａ／Ｆ　）変化が
回転数に影響を与えて充分に変化したのち計測するため
である。ステップ８４０２で現在の電磁弁の状態が開か
閉かを調べ、閉の時はステップ５４０３に進み、４回の
回転周期の夫々のクロック数０１−１．０ｒ−１，０１
％Ｏｒを比較する。ここでＯｒは現在のリッチステップ
のクロックパルス数、Ｃｔはその前のリーンステップ（
電磁弁開）、Ｃｒ−１はさらにその前のリッチステップ
（電磁弁閉）、ｃｌ−１はさらにその前のリーンステッ
プにそれぞれ対応する。

前述の比較結果として、ステップ８４ｏ３においてＣ１
−１）Ｃｒ−１＜Ｏｌ＞　Ｏｒ　　なる関係が成立する
か否かを判別し、成立すればＹＥＳに分岐しニステップ
８４０８に進む。これはリッチステップ回転数が上昇し
、リーンステップで回転数が下降するときは、燃料量を
増量することが回転数を上昇させ、燃料消費率を良好な
らしめることをあられす０ステツプ８４０７．８４０８
においてはパルス幅学習補正量ΔＴ（ｐ、ｒ）の演算が
行なわれる。

現在の回転数Ｍｅと吸気圧力Ｐｍに対応する補正１ΔＴ
（ｐ　ｅ　ｒ）を計算回路における不揮発性メモリ領域
に形成されたマツプの対応番地から読みとり、Δｔを加
算又は減算処理し、この演算後のΔ’ｒ（ｐ。

ｒ）をメモリの対応番地へ書き換える。

ステップ８４０３　テ１−１＞Ｃｒ−１，＜０１＞　Ｏ
ｒ　す；Ｅ。

関係が成立しないときはステップ８４０４へ進む。

ここで８４０４の条件Ｃ１−Ｋ　Ｃｒ−１，＞　０ｔ（
Ｏｒ（７）条件が成立するのは最良燃料消費率に相当す
る空燃比よりも濃い空燃比で運転されている場合である
。

その場合はステップ５４０７に進み、その運転状態に対
応するメモリの補正量ΔＴ（ｐ　＋　ｒ）に対し、Δｔ
の減算を行なって記憶する。即ちパルス幅でΔｔに相当
する噴射量を減少させて最適燃料量に近ずけるｏ　Ｃ１
ｌ　＞　０ｒ−１＜　ＣＩ−＞　０１％又はＣｌ−１（
Ｃｒ−１）　Ｃ１＜　Ｏｒの関係が成立しないときは学
習マツプ補正蓋ΔＴの修正は行なわない。

またステップ５４０２で電磁弁開即ちリーンステップで
あると判断するとステップ８４０５に進み、ｃｒ−１（
Ｃｌ−１）Ｃｒ　（Ｃ６なる関係が成立すル時Ｃｒ−ユ
（（Ｊ−１）Ｏｒ＜Ｏｔなる関係が成立しない時はＮ。

に分岐し、ステップ５４０６においてＣｒ−１）Ｃｌ−
１＜　ＣＩｒ：＞　Ｃ１なる関係が成立するか否かを判
別する。

この関係が成立する時はＹＥＳに分岐し、補正分ムＴ（
ｐ、ｒ）に対しΔｔの減算を行って記−憶する。この関
係が成立しない時はＮＯに分岐し、補正分ΔＴ（ｐ、ｒ
）に補正を施さない。ΔＴ　（ｐ。

ｒ）の補正が終了するとステップ８４０９に進む噴射回
数のカウンタ値ｎをゼロにセットし、ステップ８４１０
で、今まで電磁弁開の時は閉の信号を、電磁弁開の時は
開の信号を電磁弁制御部１１２ξこ送る０以上で学習マ
ツプ補正量の演算を終り、再びステップ日３の処理を行
う。

前述の制御により、定常運転において燃料消費率最良に
相当する空燃比よりずれている時は補正を行い、燃料消
費率最良の空燃比に制御することができる。また各運転
状態毎め最適補正歓ΔＴ（ｐ＋ｒ）を記憶しているため
、常に各運転状態を最適に制御することができる。なお
バイパス空気電磁弁１２の流量はドライバビリティと回
転数変化の検出能力の両者を満足する様に選択され、燃
料補正量Δｔはバイパス空気電磁弁１２による空燃比変
化の％以下になるように選ばれる０以上に述べた実施例
ではディプ補正量に２を現時点より１つ前のディプ状態
とさらにもう１つ前の状態の燃料流量の比から求めたが
、エンジンの回転数と吸気圧力等によりに２をあらかじ
めＲＯＭに記憶しておいても良い。

また燃料流量の比を に２”　Ｔｍ　１−１ｘ　Ｎｅ　ｌ−１としたがで近似
してもよい。

本発明によれば、相異なる少くとも２つの空燃比による
運転状態における回転数変化状況を検出して内燃機関の
空燃比制御を行うに際して、電磁弁開のリーンステップ
と電磁弁閉のリッチステップの燃料流量の変化を補正す
ることにより、内燃機関が常に最良の燃料消費率で運転
されるように制御される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての内燃機関の空燃比制
御方法に用”いられる内燃機関空燃比制御装置を示す図
、第２図は第１図に示す計算回路のブロック図、第６図
は計算回路における演算処理の過程を示すフローチャー
ト、第４図は第６図ｉこ示す学習マツプ補正量演算ステ
ップの詳細なフローチャート、第５図は第２図に示すＲ
ＡＭ内のマツプを示す図、第６図は第６図に示すディず
補正量演算ステップの詳細なフローチャニド、第７図は
第３図の演算処理の過程の経時変化状況を示す図である
。 １・・・内燃機関本体、　２・・・回転角センサ、３・
・・吸気管、　　　　　４・・・スロットル弁、６・・
・空気量センサ、　９＼・・・圧力センサ、１２・・・
バイパス空気電磁弁、１３・・・計算回路。 代理人　　浅　村　　　皓 外４名 第１図 １′２Ｉ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　内燃機関の空燃比を、内燃機関の運転状態よ
   り計算される空燃比の近傍において、内、燃機関の空気
   主供給路に対するバイパス供給路における空予め定めら
   れた燃料噴射回数毎に前記空気供給量を変化させて夫々
   相異なる空燃比で運転した場合の内燃機関の運転状態信
   号を複数の動作点において検出し、前記の各動作点にお
   いて検出された信号を比較して前記の計算された空燃比
   が燃料消費率を最良にする空燃比より濃いか薄いかを判
   定し、判定結果に応じて空燃比を修正することを特徴と
   する空燃比制御方法。
2. （２）　　特許請求の範囲第１項に記載の空燃比制御方
   法であって、前記燃料流量を一定に保つ為の補正の比よ
   り求めることを特徴とする空燃比制御方法（３）％許請
   求の範囲第１項に記載の空燃比制御方法であって、前記
   運転状態信号は内燃機関の回転数の信号であることを特
   徴とする空燃比制御方法（４）　　特許請求の範囲第１
   項に記載の空燃比制御方法であって、前記運転状態信号
   は内燃機関のトルクの信号であることを特徴とする空燃
   比制御方法。