JPS60247023A - 内燃機関の燃料供給制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関の燃料供給制御装置、詳しくは全運転
域にて最適空燃比へのフィードバンク制御を行う内燃機
関の燃料供給制御装置に関する。

〈従来技術） 従来のこの種の空燃比フィートノ＼・ツク制御装置とし
ては、例えばｒＥｃｃｓ　Ｌ系エンジン技術解説書（日
産自動車株式会社　１９７９年６月発行）」に掲載され
たものがある。このものは、酸素センサにより空燃比を
検出し、その検出結果に基づいて燃料噴射量を補正する
もので、暖機完了理論空燃比にフィートノ＼・ツク制御
し、三元触媒を有効に働かせて燃費、排気エミッション
の向上を図っている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来装置にあっては、以下の
問題点が生じてした。

すなわち、従来装置でのフィードバンク制御は、暖機完
了後のしかも限定運転域（例えばアイドル時）について
行うため、暖機過程、高負荷運転域等にあっては、オー
プンループ制御で７あり、燃料供給系の各部品の製作精
度のバラツキ、経時変化の影響により必ずしも充分な排
気性能、燃費等を得られなかった。

特に、酸素センサの不活性状態では燃料供給制御が不充
分であり、このような問題点が顕著となっていた。

（問題点を解決するための手段） そこで、本発明に係る内燃機関の燃料供給制御装置は、
以下の構成を有し、上記問題点を解決するものである。

＋ａ＞　機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と
、 （ｂｌ　機関の排気の空燃比を検出する空燃比センサと
、 （Ｃ）該空燃比センサの出力に基づいて機関に供給され
る混合気の空燃比を算出する空燃比演算手段と、 ｌｄｌ　該空燃比演算手段の演算結果を機関の運転状態
に対応して記憶する空燃比記憶手段と、（ｅ）　運転状
態及び空燃比記憶手段のデータに基づいて目標空燃比を
設定する目標空燃比設定手段と、 （ｆｌ　機関の運転状態に対応した目標燃料供給量を記
憶する燃料量記憶手段と、 ｆｇｌ　運転状態検出手段の出力、空燃比記憶手段、ま
たは、燃料量記憶手段のデータに基づいて燃料供給量を
演算する燃料供給量演算手段と、ｆｈｌ　燃料供給量演
算手段の出力に基づいて機関に燃料を供給する燃料供給
手段と、 ｆｉｌ　機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と
、 ０１　燃焼状態検出手段の出力に基づいて目標の燃焼状
態にあるか否かを判別する燃焼状態判別手段と、 （ｋｌ　燃焼状態が目標燃焼状態にないとき、燃料供給
量演算手段において演算する燃料供給量を補正する補正
手段と、 ＋１）　上記空燃比センサの活性状態を判別する活性状
態判別手段と、 （（２）空燃比センサが活性状態にあるときには、空燃
比記憶手段に目標燃焼状態にあるときの空燃比を目標空
燃比として記憶させ、目標空燃比設定手段に空燃比記憶
手段のデータに基づいて目標空燃比を設定させると共に
、空燃比センサが活性状態にないときは、燃料量記憶手
段に目標燃焼状態にあるときの燃料量を記憶させ、燃料
供給量演算手段に燃料量記憶手段のデータに基づいて供
給燃料量を演算させる切換手段と、を有する内燃機関の
燃料供給制御装置である。

第１図はその概略全体構成を示している。

（作用） 本発明に係る燃料供給制御装置は、機関の運転状態、機
関の燃焼状態、及び空燃比をそれぞれ検出し、また、燃
焼状態及び空燃比センサの活性状態を判別し、空燃比セ
ンサが活性状態にあるときは、該センサ出力に基づく目
標空燃比へのフィードバンク制御を行い、活性状態にな
いときは、最適燃焼状態における燃料量に基づいて学習
制御を行うものである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図乃至第１２図は本発明に係る内燃機関の燃料供給
装置の一実施例を示している。

第２図は本装置の概略構成を示している。

同図において、１は既知のマイクロコンピュータであり
、主としてマイクロプロセッサ（中央演算装置）と、メ
モリ　（記憶装置）と、インタフェース（入出力信号処
理装置）と、から構成されている。該インクフェースに
は、回転数センサ２より機関３の回転数信号が、水温セ
ンサ４より機関３の冷却水温信号が、エアフローメータ
５より吸入空気量信号が絞り弁開度センサ６より絞り弁
７の開度信号が燃焼監視センサ８より燃焼室９内の圧力
信号が、さらに、空燃比センサ例えば酸素センサ１０に
より機関排気中の空燃比信号（例えば、酸素濃度信号）
が、それぞれ入力されている。まな、該インタフェース
よりインジェクタ１１、及びエアレギュレータ１２の各
駆動信号が出力されている。なお、１３は点火プラグを
、１４はコールドスタートバルブを、１５はアイドルア
ジャストスクリュを、それぞれ示している。

第３図及び第４図は燃焼監視センサ８を示す。燃焼監視
センサ８は燃焼室９内の燃焼状態を監視するもので、圧
電素子２１を電極２２．２３間に挟んで座金としてモー
ルド成形し、点火プラグ１３の座金として一定の初期圧
力を与えた状態で燃焼室外壁２４に取付けている。

そして、燃焼時の燃焼室９内の圧力が点火プラグ１３を
介して該センサ８に作用すると、この作用力に応じて圧
電素子２１に発生する電圧を変化させてこの電圧変化に
より燃焼状態を監視する。

第５図は空燃比センサ１０を示し、このセンサ１０はリ
ッチ域からリーン域までの空燃比を検出可能ないわゆる
広範囲測定可能センサである。

なお、第６図はその空燃比の測定回路である。

空燃比センサ（例えば酸素センサ）１０はヒータ線３１
の埋設された電気絶縁性の高いアルミナ基板３２と、第
１隔壁板３３と、第１固体電解質３４と、第２隔壁板３
５と、第２固体電解質３６と、が順次積層されており、
アルミナ基板３２と第１隔壁板３３と第１固体電解質３
４と−よ大気導入部３７を画成し、第１固体電解質３４
と第２隔壁板３５と第２固体電解質３６とは基準酸素室
３８を画成している。

第１及び第２固体電解質３４．３６は酸素イオン伝導性
の酸化ジルコニウム等を主成分としており、第２固体電
解質３６には基準酸素室３８に連通ずる小孔３９が形成
されている。第１固体電解質３４には、大気導入部３３
に面して基準電極４０が基準酸素室３８に面して測定電
極４１がそれぞれ印刷処理により設けられており、これ
らの第１固体電解質３４、基準電極４０および測定電極
４１はセンサ素子部４２を構成している。第２固体電解
質３６には、基準酸素室３８および排気の流れる外部に
面してポンプ電極４３．４４が印刷処理により設けられ
ており、これらの第２固体電解質３６およびポンプ電極
４３．４４はポンプ素子部４５を構成している。

上記ヒータ線３１、基準電極４０、測定電極４１および
ポンプ電極４３．４４にはリード線４６〜５１が接続さ
れており、大気導入部３７には図中矢印ＡＩＲで示すよ
うに大気が導入される。上記ポンプ素子部４５には後述
する電流供給手段からポンプ電流ｒｐがポンプ電極４３
．４４間に供給され、このポンプ電流Ｉｐと逆方向に酸
素イオンが第２固体電解質３６中を移動する。この移動
量はポンプ電流１ｐの値に比例し、ポンプ電流１ｐを制
御することにより、基準酸素室３日の酸素濃度を一定の
目標値に維持することができる。本実施例においては、
この基準酸素室３８の酸素濃度が理論空燃比における排
気中の酸素濃度になるようにポンプ電流Ｉｐを制御して
いる。また、基準酸素室３８の酸素濃度が目標の酸素濃
度であるか否かをセンサ素子部４２により検出している
。すなわち、センサ素子部４２は基準酸素室３８に面す
る測定電極４１と大気導入部３７に面する基準電極４０
との両電極間の酸素分圧比に応じた起電力に応じた起電
力Ｅを発生し、この起電力Ｅは測定電極４Ｉにおける酸
素分圧、すなわち基？＄酸素室３日の酸素濃度が理論空
燃比における酸素濃度のとき、急変する。この起電力Ｅ
によるセンサ素子部４２の出力Ｖｉが所定値となるよう
に第６図に示す回路によりポンプ電流Ｔ　Ｉ）を制御し
ている。

第６図において、減算回路６１にばセンサ素子部４２の
出力電圧Ｖｓが入力され、減算回路６１はこの出力電圧
Ｖｓから目標電圧Ｖａを減じて差値ΔＶ（ΔＶ−Ｋ　・
　（Ｖｓ−Ｖａ）　、但しＫは定数）を電流供給回路６
２に出力する。この目標電圧Ｖａは、基準酸素室３８の
酸素濃度が理論空燃比におけるそれと同一濃度であると
きのセンサ素子部４２の出力電圧に設定される。しかし
、この出力電圧は基準酸素室３８の酸素濃度が理論空燃
比のそれになると急変する（前述）。そこで、目標電圧
Ｖａをこのセンサ素子部４２の急変電圧の略中間値に設
定すると、この目標電圧Ｖａと出力電圧Ｖｓとの差値Δ
Ｖは基準酸素室３８の現在の酸素濃度と理論空燃比のそ
れとのずれの大きさ、すなわち、基準酸素室３８の現空
燃比と理論空燃比とのずれの大きさを表している。

電流供給回路６２はこの差値ΔＶが零となるように、抵
抗Ｒを介してポンプ電極４３．４４にポンプ電流ｔｐを
供給する。従って、ポンプ電流ｒｐの大きさは基準酸素
室３８の現在の酸素濃度と理論空燃比のそれとのずれの
大きさを表す。

また、基準酸素室３８には小孔３９を通って外部と該室
３８の酸素分圧比に比例して外部との間で酸素が流出入
し、基準酸素室３８の酸素濃度が変化する。従って、ポ
ンプ電流１ｐはこの小孔３９を介して流出入する排気中
の酸素量に対応し、このポンプ電流Ｉｐを検出すること
により基準酸素室３８と排気との酸素分圧比を検出する
ことができる。

すなわち、ポンプ電流Ｉｐを検出することにより、排気
中の酸素濃度を検出することができ、該排気における空
燃比を検出することができるのである。このポンプ電流
Ｔｐは抵抗Ｒの電圧降下として電流値検出回路６３によ
り検出され、電圧信号Ｖｉとして出力される。従って、
ポンプ電流Ｉｐは等量比λ（ここに、メー現空燃比／理
論空燃比）との関係で表示すると、第７図に示すように
、λ−１で零となり、λく１にて負の値（ポンプ電極４
４がら４３に流れる電流の向き、すなわち基準酸素室３
Ｂの酸素が外部に放出される向きを正とする。）を、λ
〉１にて正の値を示す。

上記、回転数センサ２、水温センサ４、エアフローメー
タ５、絞り弁開度センサ６は運転状態検出手段ａを構成
し、燃焼監視センサ８は燃焼状態検出手段ｉを構成する
。また、燃料供給手段りとしてはインジェクタ７を使用
している。

次に作用について説明する。

第８図は本実施における燃料供給制御装置の制御プログ
ラムを示すフローチャートである。

ステツプ１０１において水温を読み込み、１０２におい
て酸素センサ（Ａ／Ｆセンサ）は活性が否かを判別する
。この判別は、例えばセンサの温度、出力等による。

活性でない場合は、１０３で始動時か否かを判別し、始
動時であれば１０４にて始動時の予め設定した値でイン
ジェクタに出方する。始動完了後なら１０５にて吸気量
を読み込み、１０６にて絞り弁開度ＶＯを読み込み、さ
らに１０７で回転数Ｎを読み込む。次に、１０８におい
て絞り弁開度■０を基準値ａ′と比較して、大きくなれ
ば（ＶＯ≦ｄ）アイドル状態と判断して１０９に進んで
目標回転数ＴＮを決定する。また、絞り弁開度ＶＯが基
準値ａ′より大きければ（ＶＯ＞ａ’）、１１８にて絞
り弁開度変化率ＤＶＯを算出しくＤＶＯ＝ＶＯｆｌ−Ｖ
ＯＡ、但しＶＯＮは現絞り弁開度を、ＶＯＡは前回の絞
り弁開度を示す）　、１１９にてこの変化率ＤＶＯを基
準値Ｃ′と比較する。変化率ＤＶＯが基準値Ｃ′より大
きければ（ＤＶＯ＞Ｃ’）加速又は減速状態にあると判
断して１２０にて加減速時の燃料量を決定し、大きけれ
ば（ＤＶＯ≦Ｃ’）加減速状態にないものと判別して１
１３に進む。

一方、上記ステップ１１０では１０９にて決定した目標
回転数ＴＮと現在の回転数ＮＮとの差を算出し、この差
値の絶対値（ｌ　ＴＮ−ＮＮ　１）を基準値ｂ′と比較
する。そして、この絶対値が基準値より大きければ（Ｉ
ＴＮ−ＮＮＩ＞ｂ’）１１１にて目標回転数を修正し１
１２にて修正した目標回転数に学習制御する。また、絶
対値が基準値より大きくなければ（ｌ　ＴＮ−ＮＮ１≦
ｂ′）（現回転数が目標回転数から大きくずれてなけれ
ば）、目標回転数ＴＮは適正であるものとして１１２に
進み学習制御を行う。この後１１３において燃料量の決
定を行い、１１４において１１３又は１２０にて決定し
た燃料量を機関に噴射する。そして、１１５において、
燃焼監視センサ８による出力を読み込み、１１６にてこ
の出力に基づいて機関の燃焼状態が最適の燃焼状態にあ
るか否かを判別する。最適の燃焼状態にあれば１１７に
おいてその燃料量を学習し、なければ】２１に進み燃料
量の修正を行う。さらに、この後ステップ１０１に戻る
。

また、ステップ１０２において酸素センサが活性状態に
あるものと判別した場合は、ステップ２０１に進み機関
が始動時であるか否かを判断する。始動時であれば２１
８において始動時の空燃比を設定し、２１９にて始動時
の出力を行う。

一方、始動時でなければ、２０２で吸気量の読み込みを
行い、２０３にて絞り弁開度Ｖ○を、さらに２０４にて
回転数Ｎを読み込む。次いで、ステップ２０５では７、
絞り弁開度■０を基準値ａと比較し、絞り弁開度がこの
基準値より大きくなれば（ＶＯ≦ａ）、加速又は減速状
態にないものと判定して２０６において目標回転数ＴＮ
を決定する。さらに、２０７においてこの目標回転数Ｔ
Ｎと現在の回転数ＮＮとの差を算出しくＴｌ１−ＮＮ）
　、この差値の絶対値（＋’ＴＮ−ＮＮＩ）を基準値す
と比較する。絶対値が基準値より大きくなければ（ｌ　
ＴＮ−ＮＮ　ｌ≦ｂ）、上記目標回転数ＴＮは適正であ
るものとし、大きければ（ｌ　ＴＮ−ＮＮ　ｌ　＞ｂ）
　、ステップ２０Ｂにおいて目標回転数の修正を行う。

ステップ２０９では目標空燃比を決定し、２１０ではこ
の目標空燃比に基づいて燃料量を決定する。

また、上記ステップ２０５にあって絞り弁開度が基準値
を超える場合（ＶＯ＞ａ）は、２２０に進んで絞り弁開
度変化率ＤＶＯを算出しくＤＶＯ−ＶＯＮ−ＶＯＡ）　
、２２１にてこの変化率ＤＶＯを基準値Ｃと比較する。

変化率が基準値より大きくなければ（ＤＶＯ≦Ｃ）加減
速状態にないものとして２０９に進み目標空燃比が決定
される。変化率が基準値よりも大きい場合は（ＤＶＯ＞
Ｃ）、加減速状態にあるものとして２２２において加減
速時の目標空燃比を決定し、２１０で燃料量を決定する
。２１１は２１０で決定した燃料量を機関に噴射（供給
）するステップで、次に２１２に進み燃焼監視センサの
出力を読み込む。さらに、２１３ではこの燃焼監視セン
サの出力に基づいて機関が最適の燃焼状態にあるか否か
が判定され、最適燃焼状態にある場合は、２１４におい
てこのときの空燃比を読み込み、２１５でこの空燃比を
学習、すなわち目標空燃比２０９を修正する。なお、最
適燃焼状態にない場合は、２２３で燃料量の修正を行う
。以後２１６で水温を読み込み、２１７でイグニッショ
ンスイッチがＯＦＦとなればこのフローは終了すること
になる。

第９図及び第１０図は定常運転状態（例えば暖機過程を
除く状態）での機関の要求空燃比の一例を示すものであ
る。図中領域イは一般市街地走行を含めた使用頻度の高
い領域であり、三元触媒仕様車にあっては空燃比で約Ｌ
４．１　（理論空燃比）を使い、酸化触媒の場合はこの
理論空燃比よりも一般に薄い空燃比を用いる。また、領
域口は高速、高負荷運転領域で燃費経済上理論空燃比よ
り薄い空燃比で運転する。また、領域ハは高負荷全開域
であり、高出力を得るため、及び、排気温上昇による機
関破損を防止するため濃空燃比（約１０〜１３）を用い
て運転する。なお、第１０図は第９図中のＡ−Ｂ線を負
荷で表示したものである。以上の結果より明らかなよう
に、定常走行状態にあっても機関の要求空燃比は変化す
るものである。

第１１図は機関の暖機状態による定常無負荷時の要求空
燃比の一例（目標空燃比の設定−例）を示している。す
なわち、暖機状態（水温）及び機関回転速度に応じて要
求空燃比は変化している。

第１２図は加速運転時の目標空燃比の決定方法の一例を
示している。図中、βは車速を、ｍは絞り弁開度を、ｘ
、ｙ、ｚ及びＸ′、ｙ′、２′は空燃比変化をそれぞれ
示している。また、ｘ、ｙ、ｚは加速補正後の目標空燃
比の変化を、Ｘ′、ｙ′、２′は補正をしない場合を示
すが、暖機完了時ｘ、ｘ’の変化に比して暖機途中ｙ、
ｙ′及び暖機前ｚ、ｚ’はその変動が大きいのである。

これは、同一加速条件にあっても、機関の暖機状態によ
っては燃料のインテークマニホルド壁等への付着量ある
いは霧化状態が異なるためである。

第１３図は空燃比と出力、エンジンの安定度（トルク変
動のバラツキ）、燃料消費量との各関係を示すもので、
図中破線は暖機完了前のそれを、実線は完了後のそれを
示す。従って、本実施例では、暖機完了後は０点の空燃
比を、三元触媒を使用する場合はＢ点を、高出力を得る
場合はＡ点を（又はＡ′点を）目標として運転を行う。

また、暖機完了前はＤ点又はＥ点を目標空燃比とする。

Ｅ点は燃費を向上させるものである。また、これらの空
燃比は機関により、又、その経時変化により異なるもの
である。

なお、燃焼状態検出手段には他にトルクセンサ、安定度
センサ（ヘッドの歪を検出する）、クランク角速度セン
サ等があり、また、燃料供給手段には上記インジェクタ
方式に限らず気化器等もあり、いずれも本発明について
通用できるものである。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明によれば、機関の全運
転領域にあって燃料供給を精度良く制御でき、出力、燃
費、排気性能を最適値にまで改良できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を明示する全体構成図、第２図は本発明
の一実施例を示す概略構成図、第３図及び第４図はその
燃焼監視センサを示す図、第５図は本発明に係る酸素セ
ンサの概略断面図、化第６図は該センサの信号処理回路
図、第７図はその出力を示すグラフ、第８図はその制御
プログラムを示すフローチャート、第９図〜第１３図は
目標空燃比の決定方法を説明するための図である。 ａ−−ｍ−運転状態検出手段、 ｂ−−一−酸素センサ（空燃比セン＋）ｃ　−−−空燃
比演算手段、 ｄ　−−−−一空燃比記憶手段、 ｅ−−−・−目標空燃比設定手段、 ｆ　−−−−−−燃料量記憶手段、 ｇ　−−−−−−燃料供給量演算手段、ｈ　−−−−−
燃料供給手段、 ｉ　−−−−−一燃焼状態検出手段、 ｊ−−−−−一燃焼状態判別手段、 ｋ　−−−−−一補正手段、 １−−−−−活性状態判別手段、 ｍ　−−−−−切換手段。 埋入弁理士　有我軍一部 第３図 第５図 ＋０−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１） ｆａｌ　機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と
   、 （ｂｌ　機関の排気の空燃比を検出する空燃比センサと
   、 ｔｃ＋　該空燃比センサの出力に基づいて機関に供給さ
   れる混合気の空燃比を算出する空燃比演算手段と、 （ｄｌ　該空燃比演算手段の演算結果を機関の運転状態
   に対応して記憶する空燃比記憶手段と、（Ｑｌ　運転状
   態及び空燃比記憶手段のデータに基づいて目標空燃比を
   設定する目標空燃比設定手段と、 （ｆｌ　機関の運転状態に対応した目標燃料供給量を記
   憶する燃料量記憶手段と、 （酌　運転状態検出手段の出力、空燃比記憶手段、また
   は、燃料量記憶手段のデータに基づいて燃料供給量を演
   算する燃料量供給演算手段と、（ｈ）　燃料供給量演算
   手段の出力に基づいて機関に燃料を供給する燃料供給手
   段と、 （１１機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、 ０１　燃焼状態検出手段の出力に基づいて目標の燃焼状
   態にあるか否かを判別する燃焼状態検出手段と、 （ｋｌ　燃焼状態が目標燃焼状態にないとき、燃料供給
   量演算手段において演算する燃料供給量を補正する補正
   手段と、 （１）空燃比センサの活性状態を判別する活性状態判別
   手段と、 ！ｍｌ　空燃比センサが活性状態にあるときには、空燃
   比記憶手段に目標燃焼状態にあるときの空燃比を目標空
   燃比として記憶させ、目標空燃比設定手段に空燃比記憶
   手段のデータに基づいて目標空燃比を設定させると共に
   、空燃比センサが活性状態にないときは、燃料量記憶手
   段Ｇこ目標燃焼状態にあるときの燃料量を記憶させ、燃
   料供給量演算手段に燃料量記憶手段のデータＧこ基づい
   て供給燃料量を演算させる切換手段と、を備えたことを
   特徴とする内燃機関の燃料供給制御装置。