JPS61185632A - エンジンの空燃比制御装置 - 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〕 この発明は、エンジンの空燃比制御装置に関するもので
ある。

〔従来技術〕

近年、車両用エンジンにおいては、燃費改善や排気ガス
対策の観点等から、排気系に空燃比センサを設けて排気
ガス中の酸素濃度等の特定成分の濃度を検出し、該セン
サ出力に基づいて混合気の空燃比をフィードバック制御
することが行なわれている。その１例として、従来、設
定空燃比９例えば理論空燃比で出力が反転するタイプの
空燃比センサを用い、エンジンの特定運転域においては
センサ出力に基づいて混合気を設定空燃比にフィードバ
ック制御する一方、エンジンの特定運転域以外において
は吸入空気量に応じて予め設定された燃料を供給して混
合気を所定空燃比９例えばす−ンあるいはリッチ空燃比
に制御するようにしたものがある。

しかるに最近、燃料供給装置として広く使用されている
燃料噴射弁では、その機構上、燃料噴射パルスに対する
燃料噴射量の特性が要求特性である線形特性とはならな
いことから、エンジンの特定運転域以外において単に吸
入空気量に応じた燃料噴射パルスを燃料噴射弁に加えて
燃料噴射を行なわせるようにすると、実際にエンジンに
供給される混合気の空燃比が上記所定空燃比からずれて
しまうという問題がある。

またエンジンの空燃比制御方法として、従来より、例え
ば特開昭５５−９６３３９号公報に示されるように、空
燃比センサ出力に基づいて混合気の空燃比をフィードバ
ック制御し、その時の補正値を学習記憶しておき、再度
この運転状態になった時にはまず学習記憶しておいた補
正値でもって燃料供給量を制御した後、混合気の空燃比
をフィードバック制御し、もって過渡運転時における空
燃比変動を低減するという方法が知られている。

そして上述のエンジンの空燃比制御装置においても、空
燃比制御精度向上の観点から、上記空燃比制御方法の考
え方を採用し、エンジンの特定運転域以外における燃料
噴射パルスを特定運転域におけるフィードバック制御の
補正値を反映して補正してやることが考えられる。この
方法では、フィードバック制御の補正値から燃料噴射パ
ルス・燃料噴射量の要求特性と実際の特性とのずれ状態
を判別できることから、良好な空燃比制御精度が得られ
ると期待される。

しかるにこの方法では、上述のように要求特性と実際の
特性とのずれ状態を判別できるといっても、得られる補
正値は見込み値であり、その結果補正値が空燃比がリー
ン側に制御されるような値である場合には空燃比が実際
にはリーン側に大きくずれてしまい、例えばエンリッチ
領域においてはノッキングが発生し、リーン領域におい
ては失火が発生するおそれがある。

〔発明の目的〕

この発明は、かかる問題点に鑑み、ノンキングや失火を
発生させることなく空燃比制御精度を向上できるエンジ
ンの空燃比制御装置を提供せんとするものである。

〔発明の構成〕

そこでこの発明は、エンジンの特定運転域で空燃比のフ
ィードバック制御を行なうとともに、特定運転域以外で
は吸入空気量に応じて予め設定された燃料を供給するよ
うにしたエンジンの空燃比制御装置において、空燃比の
フィードバック制御における補正値を学習値として記憶
し、これを特定運転域以外における空燃比制御に反映し
、その際その反映率を空燃比制御方向がリッチ側とリー
ン側とで変えるようにしたものである。

即ち、この発明は、第１図の機能ブロック図に示される
ように、空燃比検出手段２０でエンジンに供給される混
合気の設定空燃比を検出し、運転状態設定手段２１でエ
ンジンの運転状態を、空燃比検出手段２０により検出で
きる空燃比で運転すべき第１の運転状態と、第１の運転
状態における空燃比とは異なる空燃比で運転すべき第２
の運転状態とに設定し、空燃比調整手段２２で運転状態
設定手段２１の出力を受け第１の運転状態時空燃比検出
手段２０の出力に基づいて予め設定された空燃比とすべ
く燃料もしくは空気の少なくとも一方を補正する一方、
記憶手段２３が空燃比調整手段２２の補正値を記憶し、
学習制御手段２４で第２の運転状態設定手段２３に記憶
された補正値に基づいて空燃比を第２の運転状態に対応
した空燃比に制御するようにし、その際補正値補正手段
２５が記憶手段２３に記憶された補正値が空燃比がリー
ン側に制御されるような値である時にはこの補正値を小
さな値に補正するようにしたものである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第２図ないし第６図は本発明の一実施例によるエンジン
の空燃比制御装置を示す。第２図において、１はエンジ
ンで、該エンジン１の吸気通路２の途中にはスロットル
弁３が配設され、スロットル弁３下流側の吸気通路２に
は燃料噴射弁４が設けられている。またエンジン１には
燃焼室５に対面して点火プラグ６が取付けられ、該点火
プラグ６は点火コイル等からなる点火制御系（図示せず
）に接続され、エンジンの回転に応じて点火を行なうよ
うになっている。

また図中、７はスロットル弁３の開度を検出するスロッ
トル開度センサ、８はエンジンの回転角を検出するクラ
ンク角センサ、９は排気通路１０に設けられ、排気ガス
中の酸素濃度から混合気の設定空燃比を検出する０２セ
ンサ、１１はエンジンの冷却水温度を検出する水温セン
サ、１２はエンジンの各種制御を行なうコントロールユ
ニットである。

また第３図は上記コントロールユニット１２のより詳細
な構成を示す。図において、１３はスロットル開度セン
サ７．０２センサ９及び水温センサ１１の出力をＡ／Ｄ
変換するＡ／Ｄ変換器、１４は燃料噴射弁４を駆動する
駆動回路、１５は燃料噴射量の演算を行なうＣＰＵ、１
６は入力情報及びｃｐｕｉｓの演算結果等を格納するＲ
ＡＭ、１７は第５図及び第６図に示されるＣＰＵ１５の
演算処理のプログラム等を格納するＲＯＭである。

そして上記ＣＰＵ１５はエンジン回転数とスロットル開
度とに応じて基本燃料噴射量を求め、エンジンのフィー
ドバック制御領域においては基本燃料噴射量を０２セン
サ９の出力に応じてフィードバック補正して実際燃料噴
射量を求め、これをパルス幅に変換するとともに学習値
に応じた係数でもって乗算補正して実際燃料噴射パルス
のパルス幅を演算し、該実際燃料噴射パルスを駆動回路
１４に加えることによって燃料噴射弁４に上記実際パル
ス幅に対応する量の燃料を噴射供給させて混合気の空燃
比を設定空燃比にフィードバック制御し、その際上述の
フィードバック補正値から学習値を複数の学習領域２１
〜Ｚ５毎に更新するとともに反映領域Ｚ６直近の学習領
域Ｚ５の学習値を反映値とするとともに、この反映値が
上限、下限を越える場合はこの上限、下限を反映値とし
、これをＲＡＭ１６に記憶させ、一方エンリッチ領域に
おいては上記基本燃料噴射量をエンリッチ補正してこれ
をパルス幅に変換し、このパルス幅にＲＡＭ１６内の反
映値に応じた係数を乗算して実際燃料噴射パルスのパル
ス幅を求め、これにより混合気の空燃比を所定空燃比に
制御するものである。ここで反映値の上限α１と下限α
２との間にはα１−１＞１−α２の関係が設けられてい
る。

なお以上のような構成において、上記ＣＰＵｌ５が第１
図に示す運転状態設定手段２１．空燃比調整手段２２．
学習制御手段２４及び補正値補正手段２５の機能を実現
するものとなっており、父上記ＲＡＭ１．６が第１図に
示す記憶手段２３となっている。

次に第４図ないし第８図を用いて動作について説明する
。ここで第４図はＣＰＵＩ　５のバックグラウンドルー
チンのフローチャートを、第５図はＣＰＵ１５のインタ
ーラブドルーチンのフローチャートを、第６図は上記バ
ンクグラウンドルーチンにおける学習値書き換えステッ
プ３４のより詳細なフローチャートを、第７図はパルス
幅と学習値７反映値との関係の１例を、第８図はパルス
幅・噴射量特性を各々示す。第８図において、破線ａは
補正前の噴射弁特性（従来の噴射弁特性）である。

エンジンが作動すると、ＣＰＵＩ　５はまず各種データ
であるスロットル開度センサ７、クランク角センサ８及
び水温センサ１１の出力を読み込み（ステップ３０）、
エンジン回転数と吸入空気量のパラメータであるスロッ
トル開度とに応じた基本燃料噴射量Ｑｆを計算しくステ
ップ３１）、エンジン回転数、スロットル開度及びエン
ジン冷却水温度からエンジンがフィードバック制御領域
か、エンリッチ領域か、あるいはそれら以外の領域か否
かを判定する（ステップ３２）。ここでフィードバック
制御領域は冷却水温度く機関温度）が所定値以上で、か
つ非過渡時（非加減速時）である場合をいい、またエン
リッチ領域はエンジン回転数とスロットル開度とにより
判断されるものである。

そしてまずエンジンがフィードバック制御領域にある場
合、ＣＰＵＩ　５は基本燃料噴射量Ｑｆに０２センサ出
力に基づいたフィードバック補正係数ＣＦＢを乗算して
実際燃料噴射量を求めるとともに（ステップ３３）、こ
のフィードバック補正係数ＣＦＢに基づいてＲＡＭ１６
内の噴射弁特性マツプの学習値αＺ１〜αｚ５あるいは
反映値αＺ６を書き換え（ステップ３４）　、ＲＡＭＩ
　Ｓ内の噴射量・パルス幅特性マツプを用いて上記実際
燃料噴射量Ｑｆから燃料噴射パルスのパルス幅を求め（
ステップ３５）、このパルス幅の大きさに応じて学習値
係数αＺ１〜αＺ５（第７図参照）を演算しこれを上記
燃料噴射パルスのパルス幅に乗算して実際燃料噴射パル
スのパルス幅を求めることとなる（ステップ３６．３７
）。

次にエンジンがエンリッチ領域になると、ＣＰＵ１５は
ステップ３０〜３２，３８．３５〜３７の処理を実行し
、今度は上記求めた基本燃料噴射量Ｑｆにエンリッチ補
正係数αを乗算して実際燃料噴射量Ｑｆを求め（ステッ
プ３８）、これをパルス幅に変換するとともにこのパル
ス幅にパルス幅に応じて求めた反映値係数α２６（第７
図参＠）を乗算して実際燃料噴射パルスのパルス幅を求
めることとなる（ステップ３５〜３７）。

またエンジンがフィードバック制御領域、エンリッチ領
域以外の運転域である場合には、ＣＰＵ１５はステップ
３０〜３２．３５〜３７の処理を実行し、今度は運転状
態に応じて求めた基本燃料噴射量Ｑｆをパルス幅に変換
し、このパルス幅に学習値を乗算して実際燃料噴射パル
スのパルス幅を求めることとなる。

一方、こうしてバックグラウンドルーチンの処理を実行
している際に所定のタイミング、例えばエンジンの回転
角がＴＤＣになると、ＣＰＵ１５は第５図に示すインタ
ーラブドルーチンの処理を実行し、まずバックグラウン
ドルーチンで求めた実際燃料噴射パルスのパルス幅を駆
動回路１４のタイマにセットしくステップ３９）、又今
回のＴＤＣ時刻と前回のＴＤＣ時刻との差であるＴＤＣ
周期からエンジン回転数を算出しくステップ４０）、次
に０２センサ９の出力を読み込み（ステップ４１）、エ
ンジンがフィードバック制御領域である場合には０２セ
ンサ出力に基づいて従来公知の方法によってフィードバ
ック補正係数ＣＦＢを演算しくステップ４２．４３）、
バックグラウンドルーチンの処理に戻る。これにより燃
料噴射弁４は駆動回路１４によって駆動され、上記学習
値１反映値でもって補正された実際燃料噴射パルスに応
じた量の燃料を噴射供給し、エンジンには所望空燃比の
混合気が供給・され、その際反映値に上限。

下限を設けていることから、エンリッチ領域における燃
料噴射パルスは上限Ｐｔ５ａｘ　　（−ｐｘα１）と下
限Ｐｍ１ｎ　　（＝ＰＸα２）との間に制御され（第８
図参照）、空燃比がむやみに要求空燃比からずれるおそ
れもない。またこれと同時にエンジン回転数及びフィー
ドバック補正係数ＣＦＢが演算されることとなる。

次に第６図を用いて学習値書換えステップ３４をより詳
細に説明すると、この学習値書換えステップ３４に来る
と、ＣＰＵ１５はまず基本燃料噴射量Ｑｆに応じて学習
領域２１〜Ｚ５を求めて同一学習領域での運転が継続さ
れているか否かを判定しくステップ４０）、学習領域２
１〜Ｚ５が変動した場合には学習カウンタＮに所定値ｎ
を設定するとともに学習用レジスタＲｅｇをクリアしく
ステップ４５）、一方同一学習領域２１〜Ｚ５が継続さ
れている場合には前回の学習値の計算から所定時間が経
過したか否かを判定した後（ステップ４６）、現在の時
刻を記録するとともに（ステップ４７）、学習用レジス
タＲａｇにフィードバック補正係数ＣＦＢを加算してフ
ィードバック補正係数ＣＦＢの累計を演算しくステップ
４８）、学習カウンタＮを１だけダウンカウントさせ（
ステップ４９）、そのカウント値Ｎが零か否かを判定す
る（ステップ５０）。こうしてフィードバック補正係数
ＣＦＢの累計が行なわれ、学習カウンタＮのカウント値
が零になると、学習用レジスタＲｅｇの値を設定値ｎで
割ってフィードバック補正係数ＣＦＨの平均値ＡＶＥを
求め（ステップ５１）、これが１より大きいか否かを判
定して（ステップ５２）、平均（ｉｌＡＶＥが以下の場
合にはこれに所定の学習効率係数Ｃ（＜１）を乗算した
もの（１−ＣＸ　（１−ＡＶＥ））を平均値ＡＶＥとし
くステップ５３）、こうして求めた平均値ＡＶＥでもっ
て該当する学習領域２１〜Ｚ５の学習値αＺ１〜αＺ５
を書き換える（ステップ５４）。次にこの学習領域Ｚｌ
−２５が反映領域直近の領域Ｚ５であるか否かを判定し
くステップ５５）、反映領域直近である場合には上記求
めた学習値αＺ５を反映値αＺ６としくステップ５６）
、この反映値αＺ６がその上限α１より大きいか否かを
判定して（ステップ５７）、大きい場合にはその上限α
１を反映値としくステップ５８）、父上記求めた反映値
αＺ６がその下限α２より小さいか否かを判定して（ス
テップ５９）、小さい場合にはその下限α２を反映値と
しくステップ６０）、こうして求めた反映値をＲＡＭ１
６に格納した後（ステップ６１）、学習用レジスタＲｅ
ｇをクリアするとともに学習カウンタＮをセットして（
ステップ６２．６３）、このステップ３４の処理を終了
することとなる。

以上のような本実施例の装置では、フィードバック制御
領域における反映領域直近の学習領域の学習値をエンリ
ッチ領域における燃料噴射量の制御に反映させるように
したので、燃料噴射パルス・燃料噴射量の要求特性と実
際の特性とのずれ状態を判別でき、空燃比制御精度を向
上できる。

また本装置では、学習値をエンリッチ領域における燃料
噴射量制御に反映させる際に、反映値に上限、下限を設
けるようにしたので、燃料噴射量がむやみに多（なり過
ぎたり、少なくなり過ぎたりすることはなく、その結果
エンジンの運転性を保証でき、又その際下限の大きさを
上限のそれより小さくしたので、空燃比が要求空燃比よ
りもリーンになり過ぎてノンキングが発生するおそれも
ない。

なお、上記実施例では燃料噴射量を調整して混合気の空
燃比を調整したが、吸入空気量を調整してもよく、又燃
料噴射量及び吸入空気量の両者を調整するようにしても
よい。また燃料供給装置は燃料噴射弁ではなく、気化器
であってもよい。

また、上記実施例では非フイードバツク制御領域がエン
リッチ領域の場合を説明したが、これはリーン領域ある
いはアイドル領域であってもよく、例えばリーン領域に
ついて本発明を適用すれば失火のおそれを解消できるも
のである。

さらに、上記実施例では反映領域直近の学習領域におけ
る学習値を反映値としたが、反映方法はこれ以外の方法
であってもよく、例えば２つ以上の学習領域から補間し
て反映値を求めるようにしてもよく、又複数の学習領域
の学習値を平均して反映値としてもよい。

また上記実施例では反映する際に上限、下限を設けるよ
うにしたが、必ずしも上限を設ける必要はなく、又上限
、下限を設けるのではなく、学習値に所定係数を乗算し
てこれを反映値としてもよく、この場合にはり−ン側で
の係数をリッチ側のそれより小さくする必要がある。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、エンジンの特定運転域で
空燃比のフィードバンク制御を行なうとともに、特定運
転域以外では吸入空気量に応じて予め設定された燃料を
供給するようにしたエンジンの空燃比制御装置において
、空燃比のフィードバック制御における補正値を学習値
として記憶し、これを特定運転域以外における空燃比制
御に反映し、その際その反映率を空燃比制御方向がリッ
チ側とリーン側とで変えるようにしたので、噴射弁特性
の非線形性に起因する空燃比制御精度悪化の問題を解消
でき、しかも空燃比がリーン側に大きくずれてしまうの
を抑制してノッキングや失火の発生を防止できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す機能ブロック図、第２図は
本発明の一実施例によるエンジンの空燃比制御装置の概
略構成図、第３図は上記装置におけるコントロールユニ
ット１２のより詳細な構成図、第４図は上記コントロー
ルユニット１２内のＣＰＵ１５のバックグラウンドルー
チンのフローチャートを示す図、第５図は上記ＣＰＵ１
５のインターラブドルーチンのフローチャートを示す図
、第６図は上記バックグラウンドルーチンにおける学習
値書換えステップ３４のより詳細なフローチャートを示
す図、第７図及び第８図はともに上記ＣＰＵ１５の動作
を説明するための図で、第７図はパルス幅に対する学習
領域１反映領域及び学習値１反映値を示す図、第８図は
パルス幅・噴射量特性とパルス幅上限、パルス幅下限を
示す図である。 ２０・・・空燃比検出手段、２１・・・運転状態設定手
段、２２・・・空燃比調整手段、２３・・・記憶手段、
２４・・・学習制御手段、２５・・・補正値補正手段、
１・・・エンジン、９・・・０２センサ、１５・・・Ｃ
ＰＵ、１６・・・ＲＡＭ 特　許　出　願　人　マツダ株式会社 代理人　　　弁理士　早　瀬　憲　− 第１図 ｎ 第２図 第３図 第４図　　　　　　　　第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンに供給される混合気の設定空燃比を検出
   する空燃比検出手段と、エンジンの運転状態を上記空燃
   比検出手段により検出できる空燃比で運転すべき第１の
   運転状態と該第１の運転状態における空燃比とは異なる
   空燃比で運転すべき第２の運転状態とに設定する運転状
   態設定手段と、該運転状態設定手段の出力を受けエンジ
   ンの第１の運転状態時上記空燃比検出手段の出力に基づ
   いて予め設定された空燃比とすべく燃料もしくは空気の
   少なくとも一方を補正する空燃比調整手段と、該空燃比
   調整手段による補正値を記憶する記憶手段と、上記運転
   状態検出手段の出力を受けエンジンの第２の運転状態時
   上記記憶手段に記憶された補正値に基づいて空燃比を第
   ２の運転状態に対応した空燃比に制御する学習制御手段
   と、上記記憶手段に記憶された補正値が空燃比がリーン
   側に制御されるような値である時上記補正値を小さな値
   に補正する補正値補正手段とを設けたことを特徴とする
   エンジンの空燃比制御装置。