JPS5963328A - 電子制御式燃料噴射装置を備えたエンジンの空燃比制御方法 - 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】 本発明は電子制御式燃料噴装渦（ＥＦＩ）を備えだ火花
点火式エンジンの燃焼用混合物の空燃比制御方法に係シ
、よシ詳しくは、空気密度の減少する高地を車両が走行
する時の空燃比の高度補償技術に関する。

車両用エンジンの排気エミッション対策として、三元触
媒を収蔵した触媒コンバータを排気系に設け、排気ガス
中に含１れるＣｏ　、　Ｈｅ　、　Ｎｏ　　という三種
の有害成分を浄化することが広〈実施されている。

この三元触媒型コンバータではＣｏおよびＨＣの酸化反
応とＮＯｘの還元反応とが同時に行われるから、前記三
種の有害成分の浄化を効果的に行うためには、被処理排
気ガス中の酸素と可燃成分とが化学旬論的に均衡してい
ること（空気過剰率λ−１）が必要であり、このため燃
焼用混合気の空燃比を理論空燃比（λ−１）を目標とし
て制御することが望ましい。そこで、このような空燃比
制御を達成するため、排気系に酸素センサを設け、該セ
ンサからの信号によシ空燃比をフィードバック制御する
ことが普及している（　ＳＡＥ　ＰＡＰＥＲ７５０３６
０および７５０３６８）。今日では、電子技術の進歩に
よυマイクロコンピューターが安価に入手可能となった
ため、フィードバンク制御には一般にマイクロコンピュ
ータ−から成る制御装置が用いられている。かかる制御
装置においては、吸入空気量センサによυ検出した吸入
空気流量−とエンジン回転数センサによシ検出したエン
ジン回転数から基本燃料噴射パルス幅を演η、し、閉ル
ープフィードバック制御時にはエンジン排気系に設けた
酸素センサからの信号によシ燃焼用混合物の空燃比が理
論空燃比となるように前記基本燃料噴射パルス幅を補正
して最終燃料噴射パルス幅を得てこの最終燃料噴射パル
ス幅に応じたパルス幅の信号をインジェクタに出力して
所定量の燃料を噴射させることによシ、空燃比が理論空
燃比に実質的に等しい燃焼用混合物を形成している。

このようなフィードバック制御装置を備えた工／ジンに
於ては、車両の加速時のように犬きカエンジン出力が要
求される時にはフィートノぐツク制御は解除して開ルー
プ制御を行い、燃別噴射元を僧都している。しかし、高
地では、空気密度が低下するため、前記出力増量を使用
する頻度が多く々ると共に使用時間が長くなシ、排気エ
ミッションが増大する。そこで、従来、アネロイド型高
度検知手段を設けて高度を検知し、車両走？ｊ地が高地
である時には出力増量を減少させもしくはカットしてい
る（例えば、特願昭５６−１１７１４７　　）。

しかしながら、このためには特別な高度検知手段が必要
であシ、制御装置が複雑となシまたコストも増加する。

本発明の目的は、従来の高度検知手段のような特別な機
器を別途用いること無く、既存の電子制御装置を用いて
ソフトウェアによシ高地か否かを判別し、高地では出力
増量をカントもしくは減少させ得るような空燃比制御方
法を提供することである。

ところで、従来技術に於ては、フィード・ぐツク制御に
フィードフォワード制御の概念を取入れた空燃比の学習
制御方法が知られている。この学習制御方法は、基本的
に、多数に分割さｔた吸入空気流り領域毎にフィードバ
ック制御時の基本燃料噴射パルス幅からの最終燃料噴射
・ぐルス幅の偏差値を演算し、各吸入空気流量領域毎に
この偏差値を学習値としてコンピュータの不揮発メモリ
の所定佃域に予め格納しておき、学習制御時にＣ１その
時の吸入空気流量°に該描する吸入空気流量領域毎に不
揮発メモリから前記偏差値を読出し、基本燃料噴射パル
ス幅をこの偏差値によシ補正して最終学習制御噴射パル
ス幅を演算し、この最終学習制御噴射／４ルス幅に応じ
たパルス幅の信号をインジェクタに出力して所定部−の
燃料を噴射させて燃料用混合気を形成するというもので
ある。このような学習制御によれば、酸素センサがその
イ／［動温度まで暖機されていないような開ループ制御
時に理論空燃比に近い燃焼用混合気を形成することがで
きると共に、フィードバック制御時にも制御精度を向上
させることができる。

また、前述した学習制御方法をさらに一歩進め、空燃比
を高度補償することの司訃な学習制御方法が既に提案さ
れている。この方法は、先に述べた学習制御方法におい
て、さらに全吸入空気流ｆｉＡ、価域の前記偏差値の平
均値を演ｑ、シ、この平均値に比例しだ値を高度補償学
習値として不揮発メモリの別の細板に予め格納しておき
、学習制御時にはその時の吸入空気流量に該当する吸入
空気流を、領域毎に不揮発メモリから偏差値を読出すと
共に高度補償学習値を読出して該偏差値に高度補償学習
イ１１を加えたものを補正値として用いて基本態別噴射
パルス幅を一補正して最終学習制御噴射パルス幅を演算
し、この最終学習制御噴射ノヤルス幅に応じたパルス幅
の信号をインジェクタに出力して燃焼用混合物を形成す
るというものである。この方法では、高度の増大したが
って空気密度の減少に伴い前記偏差値が増大し、その結
果前記高度補償学習値が増大する。

本発明は、この高度補償学習価は高度を反映していると
いう知見に立脚したもので、前記目的を達成するためこ
の高度補償学習値を利用しようというものである。この
ため、本発明は、前記高度補償可能な学習制御方法に於
て、前記高度補償学習価を基準仙と比較することにより
重両走行地が高地か否かを判別し、高地と判別された時
には出力増量値を減少もしくは零にすることを特徴とす
る、信子制御式燃料噴射装置′５．全備えだエンジンの
空燃比制御方法を提案するものである。

以下、添付図面を参照して不発Ｅ！Ｉ］の実施例を説明
する。

第１図は本発明の方法が適用される電子制御式燃相噴射
装僧を備えた火花点火式エンジンの概略図である。エン
ジンの吸気糸はエアクリーナ１０゜吸気管１２．サージ
タンク１４．吸気マニホールド１６．吸気ポート１８か
ら成り、吸気マニホールド１６には各シリンダ毎にイン
ジェクタ２０が設置されている。インジェクタ２０ｒＩ
ｉ図示しない加圧燃料供給系に接続されておシ、後述す
る電子制御ユニノ）（ＥＣＵ）、５０が出力するパルス
信号により開弁して所定部の燃料を吸入空勿中に噴射し
て燃料を吸入空気中に噴射して燃焼用混合気を形成し得
るようになっている。

吸気管１２には外画のアクセルペダルに連動するスロッ
トルバルブ２２が設りてあり、このスロットルパル７”
　２２　Ｋｔ：１．スロットルポジションセンサ２４が
連繋してあってスロットル開度に応じた信号を電子制御
ユニット５０に出力し得るようになっている。

吸気管１２にはまた吸気量センサとしてエアフローメー
タ２６が設けてあり、吸入空気流量に応じた４８号を重
子制御ユニット５０に出力し得るようになっている。エ
ア７０−メータ２６には吸気温センサ２８が設けである
。

エンジンの排気系は排気ボート３０．排気マニホールド
３２．排気’１ｉｉ３４から成シ、排気管３４は図示し
ない三元触媒コンバークに接続されている。排気マニホ
ールド３２には空燃比センサとしての酸素センサ３６が
設けてあり、排便ガスの空体過剰率に応じたアナログ釦
用信号を電子制御ユニット５０に出力し得るようになっ
ている。

デ゛イストリピユータ３８には回転数センサ４０が設置
してあシ、エンジン回転数に応じたパルス信号を電子制
御二二ノ）５０に出力し得るようになっている。アイス
上リビュータにスパーク用高市、圧を供給するイグニッ
ションコイル４２は点火・やルス信号を箱、子制御ユニ
ット５０に出力するようになっている。

第２図は電子制御ユニット５０のブロック図である。こ
の電子制御ユニノ）５０はプログラム制御されたマイク
ロコンピュータである。マイクロコンピータは、中央演
算処理ユニット（ＣＰＵ　）５２と、リードオンリーメ
モリ（ＲＯＭ　）　５４と、ランダムアクセスメモリ（
ＲＡＭ　）　５６と、通電停止後も記憶を保持する不揮
発ＲＡＭ　５８と、マルチプレクサ付きＡ／Ｄコンバー
タ６０と、バッファ利きＩ１０器６２とを有し、これら
はコモンパス６４によυ互いに接続されている。ＲＯＭ
５４には、後述する処理ルーチンのプログラムと、それ
らの処理に心太な定数やデータが予め格納されている。

ＲＡＭ　５８　ｉ、Ｊ：、１６に分割された吸入空箆流
量領域に夫々対応する１６個の記憶部と、後述する高度
補償学習値を記憶する１個の記憶部を有する。

Ａ／Ｄコンバータ６０はエアフローメータ２６が出力す
る吸気流音信号と、吸槃温センザ２８が出力する吸り温
信号と、酸素センサ３６が出力する空燃比信号とを受取
シ、そわらのデータをＡ／Ｄ変換して、ＣＰＵ５２の指
示に従い所定の時期にＣＰＵ５２の指示に従い所定の時
期にＣＰＵ５２およびＲＡＭ　５６　、５８にデジタル
信号を出力する。

Ｉ１０器６２は、回転数センサ４０が出力するエンジン
回転数信号およびクランク角信号を回転数カウンタ６６
を介して入力すると共に、スロットルポジションセンサ
２４からのスロットル開度信号を入力し、それらのデー
タをＣＰＵ５２の指示に従い所定時期にＣＰＵ５２およ
びＲＡＭ５６　、５８に出力する。

ＣＰＵ５２はＲＯＭ５４に格納されている後述のグログ
ラムに従って前記各データに基いて後述する如く燃ｆ１
噴射パルス幅を演ｑし、それに応じた幅のノ２ルス侶号
をＩ１０器６２を介してインゾェクタ２０に出力し得る
ようになっている。

次に、第３図以下の図面を参照してＣＰＵ　５２の演算
処理のグログラムについて説明する。

第３図はエンジン−回転毎に行われる燃料噴射伺演算の
メインルーチンを示す。このメインルーチンでＣ１、ス
テップ０１０１でエアフローメータ２６および回転数セ
ンサ４０から吸入空気流ｔＱおよびエンジン回転数Ｎが
夫々読込オれ、これらのデータはＲＡＭ　５６に１込ま
れる。

ステップ１０２では、吸入空気流割Ｑとエンジン回転数
Ｎと定数により　Ｑ／Ｎ　ｘ　ｋなる演算が行われ、基
本燃料噴射ｉＲルス幅Ｔｐｉ＝２ｖ、出される。

ステラ７”１０３では、酸素センサ３６からのイ言号に
よるフィードバック補正値′ｒ□と、後述する学習値Ｔ
、い高度補償学習値Ｔ。ＡＣ１出力増量値ＴｖＬにより
、Ｔｃ−１十ＴＦＢ＋ＴＬｏ＋Ｔ１．ＡＣ十ＴｖＬなる
演算が行われ、補正値Ｔｃが算出される。エンジンの要
求出力が大きく、このためスロットル／（ルプ２２の開
度がワイド・オープン・スロットル位置（ＷＯＴ）にあ
る時には、スロットルボッジョンセンサ２４からの信号
によ’ｐ　ＴＦｌｌはゼロにして学習制御が行われ、ス
ロットルノクルプ開度がＷＯＴ位置よυ小さい時にＩｒ
１ＴＬｃおよびＴ　ＨＡＣおよびＴＶＬはいずれもゼロ
とされフィード・々ツク制御が行われる。

ステラ７’１０４では、基本噴射ノｊルス幅ＴＰに補正
比Ｔｃを乗じて実効噴射・ぐルス幅Ｔ　ＥＦＦが演算さ
れ、次のステラ７″１０５では実効噴射／Ｊパルス幅イ
ンジェクタ２０の無効噴射ノクルス幅Ｔｓｖｋ加えてＲ
終噴射・ぐルス幅ＴＦＩＮが算出される。

このようにして最終噴射パルス幅ＴＦＩＮが得られると
、次のステップ１０６でこれに応じた・やルス幅の・ぐ
ルス信号が作られ、この信号が■１０器６２を介してイ
ンジェクタ２０に出力される。これによシこのメインル
ーチンはリセットされる。

第４図は学習値ＴＬｃおよび高度補正学習値Ｔ）ＩＡＣ
の計算のためのサブルーチンを示すもので、このサブル
ーチンはイングニッションコイル４２からの点火パルス
入力によシ開始される。

ステップ２０１で学習実行判定フラグをゼロにリセット
し、ステラｆ２０２では、フィードバック制御が開ルー
プになっているか否かを判別することによシ学習停止条
件か否かを判別する。これは、フィードバック制御が開
ループの時には学習すべきデータが存在しないからであ
る。学習停止条件であればステツノ２０７に飛訊学習停
止茶件でない（即ち、フィード・ぐツク制御中である）
ならばステップ２０３で回転数カウンタ６６を呼出す。

ステップ２０４では前回学習値計算後−回転目であるか
否かを判別し、ＹＥＳならば後述する高度補償学習値の
算出をする。これは、学習値割算後−回転ごとに高度補
償学習値を算出するためである。Ｎｏの時は、ステップ
２０５に進み、前回学習値計算後３０回転経過したか否
かを判別する。これは、エンジンの３０回転ごとに学習
イ（１１を更新するためで乏・る。３０回転経過前であ
るならばステソゲ２０８へ飛ぶ１．３０回転経過してい
る時にはステソゲ２０６で学習実行判定フラグ′”１″
を立てる。

次に、ステップ２０７で回転数カウンタ６６をクリアし
、ステソゲ２０８で学習実行判定フラグが１″であるか
否かを判別する。Ｎｏならばこのサブルーチンを終え、
ＹＥＳならば学習値計算のサブルーチンに進む。

学習値の計η順次のように行われる。ステップ３　（，
１］　テｕｅ％センサ３６からの信号により現在の燃焼
用混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチある力・否か
を判別すめ。リッチならば、ステソゲ；８０２で現在の
吸入空気流量に対応するＲＡＭ５８の記憶部のアドレス
をサーチし、該当記憶部に記憶されている前回の学習値
ＴＬＣを読込む。ステップ３’０３では、前回の学習値
ＴＬＣＫ最下位ビット（ＬＳＢ　）の２ビット分を加え
、これを消たな学習値となしくＴＬｃ４−ＴＬＣ＋２Ｌ
ＳＢ）、ステツ７’３０４でＲＡＭ５８の該描記憶部に
新たな学習値ＴＬＣを格納する。このように学習値の更
新に最下位ビットＬＳＢを用いたのに１：過剰補正を避
けるためであシ、ＩＬＳＢは例えば０，２％とすること
ができる。次にステソゲ３０５です５在の吸入空気ｆＭ
、ｆＡ領域の両隣りの記憶部のアドレスをサーチし、ス
テソゲ３０６で夫々の記憶部に格納されていＺ）前回の
学習値にＩ　ＬＳＢを加え、ステップ３０７でそれらの
値を各記憶部に格納する。このように坊在の吸入空気流
量領域、の両隣シの狗′ｊ域の学習値に１．　ＬＳＢを
加えるのは現在の吸入空包流部領域の空燃比かリッチで
ある時には＠接する領域の穿慾比もリッチでめろうと推
定されるので、それらの領域にも結果を反映させるため
である。

車両がフィードバック制御されながら低地から高地へと
登板を続ける時には酸素センサからの信号は常にリッチ
信号となるわ、従って、種々の吸入空気流量領域を経験
しながらエンジンの３０回転毎に上記ステップ３０１〜
３０７を繰シ返せば、全吸入空気流部領域について夫々
学習値が学習されることに々る。第５図は成る時点に於
ける学習状態を表わしたもので、実線は吸入空気流量を
１６に分割して成る各吸入空気流量領域の夫々の学習価
ＴＬｃを示す。

ステップ３０１に於て空燃比信号がリッチでない時（即
ち、車両が降板走行している時）には、ステ、ｆ３０８
〜３１３においては該当する空気流鄭領域の前回の学習
値から２　ＬＳＢが控除され、両隣りの領域の学習価か
らＩ　ＬＳＢが控除され、夫夫ＲＡＭ５８の該当記憶部
に格納される。

高度補償学習価ＴｌｌＡｃの！ｌ算は次のように行われ
る。ステツ７’　４　Ｕ　１ではＲＡＭ５８から全吸入
空気流部領域の学習価ＴＬｃが読込まれ、ステップ４０
２でその平均値が求められる。次に、ステップ４０３で
平均値を２倍して高度補償学習価ＴＨＡｃとガし、これ
がステップ４０４でＲＡＭ５８の高置補償用記憶部に格
納される。このようにＴＬｃの平均値を２倍したものを
高度補償学習値ＴｌｌＡｃとしたのは学習スピード全土
けるためである。この高度補償学習値ＴｌｌＡｃは第５
図のグラフに斜線で示されている。

以上のよう匝してＲＡＭ５８に記憶された学習値ＴＬＣ
および高度補償学習値ＴｌｌＡｃは、学習制御時には、
第３図のフローチャートのステソゲ１０３に於て式Ｔ。

−１＋ＴＬｃ十ＴＨＡＣに従い補正比Ｔｃをｑ出するた
め用いられる（即ち、第５図の破線の伜が総補正値とし
て用いられる）。

以上に述べたプログラムは麿に提案されているものと実
質的に異るところが無い。

さて、前述した如く、本発明は高度補償学習値ＴＨＡＣ
は高度に応じて増加するという知見に基き、このＴＨＡ
ｃを基準値と比較することにょシ高地を判定し、出力僧
都を修正しようというものである。

ｍ１４ｉハコの出方増量算出のザブルーテンを示ｆもの
で、この実施例では基準値１’ｌ二５％である。

ステップ５０１で高度補償学習値ＴＨＡｃをＲＡＭ５８
から読込み、ステップ５０２でこれを基準値（５％）と
比較する。Ｔ１工ＡＣ＜５％の時は高地でないと判定し
、ステップ５０３で出力増量値ＴｖＬを例えは１０％と
する。Ｔゎ。≧−５％の時は高地と判定し、出力増督を
カットするためスヴ勺ｆ５０４で出力増量値ＴｖＬは０
％とする。ステツプ°５０５ではＴｖＬを］’ｔＡＭ　
５６に格納する。この用力増介値’ｌ’ｖＬは、学習制
御条件下でかつスロットルバルブがＷＯＴ位ｆｈ’：　
Ｋなった時に、第３図のフローチャートのステツプ１０
３で補正比Ｔ。ａ出のブヒめに使用さＪ７る。

以上から明らかなように、本発明の方法によれば既存の
電子制御ユニットを用いて高地を判別できるから、従来
のアネロイド型高度検知器を用いること無く空燃比の高
度補償をすることが出来、コストアツプを殆んど伴うこ
と無く高地における排気エミッションを改善できるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される電子制御燃料噴射装置を備
えたエンジンの概略図、第２図は電子制御ユニットのブ
ロック図、第３図は燃料噴射量演ｙｊのメインルーチン
を示すフローチャート、第４図は学習値および高度補償
学習値の演算のザブルーチンを示すフローチャート、番
５図は学習値の記憶内容の一例を示すグラフ、第６図は
出力増量値演算のザブルーチンを示すフローチャートで
ある。 ２０・・・インジェクタ、２２・・・スロットルバルブ
、２４・・・スロッ斗ルアＦ！ジションセンザ、２６・
・・エアフローメーク、３６・・・酸素センサ、４０・
・・エンジン回転数センサ、５０・・・電子制御ユニッ
ト、５２・・・ＣＰＵ、５４・・ＲＯＭ、５６・・・Ｒ
ＡＭ、５８・・・不揮発ＲＡＭ、６０・・・Ａ／Ｄコン
バータ、６２・・・Ｉｌｏ　　器、６６・・回転数カウ
ンタ。 特許出願人 トヨタ自動車株式会社 特許出願代理人 弁理士　　青　木　　　朗 弁理士　　他　舘　和　之 弁理士　中山恭介 弁理士　　山　口　昭　之 第５図 ０　　　　吸入空気流量領域　−１量“第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 吸入空気流量センサにより検出した吸入空気流量Ｑとエ
   ンジン回転数センサによシ検出したエンジン回転数Ｎか
   ら基本燃料噴射パルス幅Ｔ、を演算し、スロットルポジ
   ションセンサからの信号によシ閉ループフィードバック
   制御と開ループ学習制御上を切換えてスロットル開度が
   設定値以下の時には燃焼用混合物の空気過剰率λがλ＝
   １となるようにフィードバック制御を行いかつスロット
   ル開度が設定値以上の時には学習制御を行い得るように
   なし、前記閉ループフィードバック制御時には、エンジ
   ン排気系に設けた空燃比センサからの信号によシ燃焼用
   混合物の空気過剰率λがλ−１となるように基本燃料噴
   射／やルス幅Ｔｐを補正して最終噴射・ぐルス幅ＴＦＩ
   Ｎを得てこれに応じたパルス幅のパルス信号をインジェ
   クタに出力して所定量の燃料を噴射させて空気過剰率λ
   がλ＝１の燃焼用混合物を形成し、また前記閉ループフ
   ィードバック制御時には、多数に分割された吸入空気流
   量領域毎に基本燃料噴射パルス幅ＴＰからの最終噴射パ
   ルス幅ＴＦＩＮの偏差値を演算し、各吸入空気流量領域
   毎に該偏差値に応じた学習値ＴＬｃを不揮発メモリの所
   定領域に夫々記録し、前記全吸入空気流量領域の学習値
   ＴＬｃの平均値に比例した値を高度補償学習値ＴＨＡＣ
   として不揮発メモリの別のか１定領域に記録し、前記学
   習制御時には、その時の吸入空気流量に該当する級大空
   気流煽領域毎に前記不揮発メモリから前記学習値ＴＬＣ
   および高度補償学習値Ｔ□□ＡＣを読出して該学習値Ｔ
   Ｌｃに高度補償学習値ＴＨＡｃおよび出力増量値ＴｖＬ
   を加えたものを補正比Ｔｃとして用いて基本燃料噴射パ
   ルス幅Ｔ、を補正して最終噴射パルスａＴ　Ｆ　Ｉ　Ｎ
   を演算してこれに応じたパルス幅のパルス信号をインジ
   ェクタに出力して所定量の燃料を噴射して過濃な出力用
   燃焼用混合物を形成することから成る、霜、子制御燃料
   噴射装置を備えたエンジンの空燃比制御刃〃−において
   、 前記高度補償学習値ＴＨＡｃの値を基準値と比較すると
   と匝よシ車両走行地が高地か否かを判別し、高地を判別
   された時には前記出力増ぢ値ＴｖＬを減少させることを
   特徴とする空燃比制御方法。