JPS62159741A - 内燃機関の空燃比制御装置 - 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１’？） この発明は内燃機関の空燃比制御装置に関し、詳しくは
火花点火式内燃機関の過渡的運転状態での空燃比制御精
度を高めることを目的とした空燃比制御装置の改良に関
する。

（従来の技術） 車両用内燃機関等においては、機関に本来水められる出
力性能や運転性を改善しつつ排気浄化の要請に応える見
地から、機関に供給する燃料量ないし空燃比をいかに適
切に制御するかが重要な課題になっている。ことｌこ車
両用機関は低速低負荷から高速高負荷に至る幅広い運転
域で使用されるため、加速や減速など過渡的な運転状態
での空燃比制御の適否が運転性や排気エミッションに大
きく影響する。

そこで、燃料計量精度に優れた電子制＠燃料噴射装置を
基本として、加速時または減速時に燃料噴射量を増量補
正または減量補正すること１こより過渡時を含むあらゆ
る運帖状態において適切な空燃比が得られるようにした
制御装置または制御方法が多くの車両用機関に採用され
つつある。（この種の制御方法の公知例としては、例え
ば特開昭５８−１４４６３２号、同１４４６３４号、同
１４４６３６号、同１５００３３号、同１５００４２号
、同１５００４３号公報参照。）こうした過渡補正が必
要な理由は、供給燃料の一部が機関シリングに達するま
での間に吸気管や吸入ボートの内壁面に付着する現象、
あるいは吸入されずに吸気管内に浮遊している燃料（こ
れら吸気系の付着燃料及び浮遊燃料を、以下「吸気系保
留燃料」と総称する。）の量が過渡時において空燃比な
いし機関性能に影響を及ぼすからであり、例えば加速時
に吸気量に比例した量の燃料を供給しただけではその一
部が吸気系に付着して供給応答遅れを起こすため実空燃
比が過薄となって加速性能が悪化するという問題を生じ
る。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、この吸気系保留燃料の量は機関の運転状態に
応じて変化し、回転速度や機関温度、さらには吸気管の
絶対圧や燃料の揮発性等に影響されるのであるが、従来
の空燃比制御では吸気管圧力の変化をパラメータとして
予め実験的に定めた補正方式によって近似的に過渡時燃
料の過不足量を算出し、これに機関冷却水温度に応じた
補正を施すことにより空燃比を適性化するという手法を
基本としており、従って前述のように種々の要因に基づ
いて変動する吸気系保留燃料量に対応して常に適切な空
燃比が得られるとは限らず、設計点にあたる特定の運転
状態のときを除き誤差を生じるのは避けられなかった。

もっとも、これを解決するためには吸気系保留燃料量に
影響する総ての要因を検出して補正をすることになるが
、この場合補正の要不要等に関する判定条件が多くなる
ことから、運転性や排気エミッションの要求を満足させ
るためのマツチング作業に多くの工程が必要になってし
まう。

この発明はこうした問題点に着目してなされたもので、
吸気系保留燃料量の定常条件での平衡状態量と過渡時の
予測値とに基づいて供給燃料量等を補正することにより
上記従来の問題点を解消することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するためにこの発明では、第１図にも示
したように、機関運転状態に応じて空燃比を演算する空
燃比演算手段１０１と、機関吸気系保留燃料量の定常運
転条件での平衡状態量を運転状態に応じて演算する平衡
状！！！量演算演算手段２と、この平衡状態量とその予
測値との差を演算する減算手ｒ！５Ｌ１０３と、この滅
ヰ結果に基づいて単位周期あたりの不足燃料量を演算す
る不足燃料量演算手段１０４と、この不足燃料量と収面
の平衡状態量の予測値とから現在の平衡状態量の予測値
を演算する予測値演算手段１０５と、機関運転状態に応
じて所定の補正率を演算する補正率演算手段１０６と、
この補正率と不足燃料量とから補正量を演算する補正量
演算手段と１０７、この補正量に基づいて空燃比を補正
する空燃比補正手段１０８とを設けた。

なお、ここで１演算」とは数学的演算のみならずマイク
ロコンビエータ等を使用した処理系における論理演算や
検索処理等をも含む広義の演算処理を意味しており、例
えば上記平衡状態量の演算とは後述する実施例のように
予めテーブル化したデータの検索により平衡状態量を求
める処理を含み、あるいは所定の運転状態データを変数
として平衡状態量を関数化しうる場合は数値計算による
処理としてもよい。

（作用） 既に述べたように、吸気系保留燃料量は機関運転状態に
応じて時々刻々と変化するので、これを直接検知し、な
おかつ応答遅れ無しに空燃比制御に反映させることは容
易ではない。また、機関運転状態の変化のしかたは無限
であるから、過渡的な保留燃料量を予め実験的に求める
ことも事実上困難である。これに対して、定常運転条件
では吸気管壁等から機関シリンダに吸入される保留燃料
量と新たに保留燃料となる燃料ノズルからの燃料量とが
当該運転条件に応じた平衡状態を形成するので、このと
きの保留燃料量は実験により比較的容易に計量でき、し
かも定常条件であるから保留燃料量とこれに影響する負
荷、回転速度等のパラメータとの関係を特定することが
できる。

この発明では、このように比較的容易に求められる定常
運転条件での吸気系保留燃料量を基礎とし、これと上記
所定の方式により求めた過渡的運転条件での予測値との
差に基づいて燃料の過不足量ないし基本的な空燃比補正
量が求められるのであり、すなわち電子制御燃料噴射装
置等において検出される一般的な運転状態情報、例えば
負荷、回転速度、冷却水温度等に基づいて適切な空燃比
に制御することができる。

また、この発明では上記基本的な空燃比補正量に対して
さらに運転状態に応じた補正率を付与する構成としたこ
とがら、例えば減速直後のアイドリング運転に適した空
燃比を付与する等、過渡的運転条件のみならず過渡から
定常運転条件に移行したときの運転性能をも改善できる
。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図はこの発明を電子制御燃料噴射装置としてｖｔ成
した実施例の８！械的構成を示したものであり、この場
合空燃比制御に関する処理はＣＰＵ。

ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ１０装置等からなるマイクロコンビ
二一夕で構成した制御回路１により集中的に行なわれる
。すなわち、第１図に示した各手段１０１〜１０８にあ
たるものは制御回路１として一体化されている。

一方、２は火花ツユ火成の内＠機関であり、３はその吸
気通路、４は排気通路、５はスロットルボディ、６は吸
気絞り弁、７は電磁燃料噴射弁、８はアイドル空気量を
可変制御するためのアイドル制御弁、９は吸気通路３の
底部に隣接して設けられた吸気加熱用の温水通路である
。前記電磁燃料噴射弁７は図示しない燃料供給系統を介
して一定圧力となるように調圧された燃料の供給を受け
、制御回路１からの駆動信号の開弁時間比（デユーティ
比）に比例した蛍の燃料を噴射供給する。すなわち、こ
の場合制御回路１は電磁燃料噴射弁７を介しての燃料噴
射量の増減制御により空燃比を制御する。

また、１０は絞り弁６の位置及び開度変化を検出するス
ロットルセンサ、１１は吸気流量を検出するエア７０−
センサ、１２はカム軸の回転から機関クランク軸の回転
位置及び速度を検出する回転センサ、１３は排気酸素濃
度を検出する酸素センサ、１４は機関冷却水温を検出す
る水温センサ、１５は変速機ニュートラル位置を検出す
るニュートラルスイッチ、１６はクラッチ接続状態を検
出するクラッチスイッチであり、これらの検出手段から
の信号に基づいて制御回路１が燃料噴射量ないし空燃比
を決定することになる。

上記構成における基本的な燃料噴射量制御については周
知の通りであり、例えばエア７０−センサ１１と回転セ
ンサ１２を介して検出した吸入空気量と回転速度の関係
からテーブルルックアップ等により所定の空燃比が得ら
れる基本燃料噴射量′１゛ｐを決定し、これに酸素セン
サ１３の出力に基づいて決定したフィードバック補正係
数αとその池の補正係数Ｃ０ＥＦとを釆じ、さらにバッ
テリ電圧に相関する燃料噴射弁７の不感帯時間の補償■
として電磁燃料噴射弁７に付与する（すなわち、′Ｉ″
Ｉ＝’ｌ’、−ＣＯＥＦ−α＋Ｔｓ）。なお、曲記ＣＯ
Ｅ　Ｆ”は始動、暖機、アイドル等の機関状態に応じて
付与される補正係数の総和である。

この発明は例えば上述のようにして燃料噴射量を求める
過程でさらに過渡的な運転状態１こ対応した補正を施す
ものであり、以下その制御内容を流れ図を参照しながら
説明する。なお、第３図と第４図が燃料噴射制御のメイ
ンルーチン１こあたり、第５図〜第７図がその過程で使
用する補正値等を求めるためのサブルーチンに相当する
。

この制御では、第３図に示しｔこようにまず基本噴射ｍ
　′Ｉ’　ｐを求める（ステップ３０１　）。これは上
述した通り吸入空気量Ｑｕと回転速度Ｎとをパラメータ
として、これらの比に所定の定数Ｋを乗じるという通常
の手法による。

次に、補正の根拠となる吸気系保留燃料量の定常的運転
条件での平衡状態量ＭＯを演算する（ステップ３０２　
）。この場合、Ｍ　Ｏは所定の冷却水と回転速度Ｎとを
パラメータとして保留燃料量Ｍ００〜ＭＯ４を付与する
ように予め実測から形成したメモリーテーブルから求め
るようにしである。

すなわち、所定水温毎に第８図に例示したような特性で
Ｍｏｌｌを付怪するテーブルが制御回路１のメモリに記
憶されており、第５図に示した通り実際の冷却水温度Ｔ
ＩＩ＋と’Ｉ”ｐ、Ｎをパラメータとする前記テーブル
からの読みだし、及び補間計算からＭＯを決定する。そ
の詳細としては、実際に冷却水がとリウる温度変化幅の
範囲内で予め設定された’ｆ”ｗＯ−７ｗ４（ただし、
ＴｗＯ＞’Ｉ’ｗ４）の基準温度毎にｉ”　、とＮとを
パラメータとしてＭ　Ｏ（１〜Ｍ０４を付与する都合５
個のテーブルが用意されており、水温センサ１４を介し
て検出した実水温Ｔｗが位置する温度範囲の境界となる
上下の基準温度に相当するテーブルから個々に値を読み
だしたうえで、実温度］゛…と基準温度との差から直線
近似の補完計算を行って最終的にＭＯを決定する。

次に、このようにして求めｒ：、ＭＯに対して、現時点
での吸気系保留燃料量の予測値Ｍが単位周期あたり（例
えばクランク軸１回転毎）にどの程度の割合で接近する
かの割合を表す係数ＤＫを演算する（ステップ３０３）
、これは、まず前回の処理で求めた単位周期当たりの燃
料不足量ＤＭと水温Ｔ　ｗとに基づき、予め第９図のよ
うに形成されたテーブルからの読みだしによりＤ　Ｋ　
ＴＷを求め、次にＮと’Ｉ’　９とに基づき同じく第１
０図のように形成されたテーブルからの読みだしにより
ＤＫＮを求め、これらを乗じてＤＫとする（第６図参照
）。

さらに、この係数ＤＫをＭＯとその予測値Ｍとの差に釆
しる演算により単位周期あたりの燃料不足ｆｉＤＭを求
める（ステップ３０４）。このときの予測値Ｍは、後に
説明する第４図に示した処理において求められるＭの萌
回処理分であり、これをＭＯから差し引くことにより吸
気系保留燃料の平衡状態量に対する現時点での燃料不足
量が得られるので、これに接近係数ＤＫを乗じることに
より単位周期あたりの燃料不足量が求められる。なお、
不足量ＤＭは減速状態等により負の値をとることがあり
、この場合のＤＭは燃料過剰量を表すことになる。

このようにして単位周期あたりの燃料不足量ＤＭを求め
た後、そのときの運転状態に応じて補正率ＫＧＩを演算
し、これに前記ＤＭを乗じて基本噴射量に対する補正量
ＫＤＭを求める（ステップ３０５〜３０６）。ＫＧＩは
、この場合定常〜加速状態、減速状態、アイドル運転状
態に応じて変化する値であり、具体的には第７図に示し
たようにまずスロットルセンサ１０（１ｊＳ２図）等か
らの信号に基づいてアイドルか否かの判定を行い、アイ
ドルでなければ次にＤＭとその基準値Ｌ　Ｈとの比較に
基づいて減速かそれ以外の加速または定常運転かの判定
を行う。ここでは、ＤＭは加速過程では増加し、減速過
程では減少するので、Ｉ）　Ｍ　＜　Ｌ■」を判定条件
として、これが成立すれば減速、成゛立しなければ加速
または定常運転状態とｆｌＩ定し、ＫＧＩを加速または
定常運転状態で１．０として、アイドルでは０．８、減
速では０．９としている。

そして、こうして求めたＫＧＩをＤＭに釆しるこし　ｒ
＋　ｈ　　ｎ’　ＲＬ　　ｋ　　八ｈ　す、ｈＨ７Ｉ；
　Ｊ！　　Ｖ　　Ｉ）　入Ｊ　　ｈｅ　Ｉ−、ｔｋ　　
ｔ−第４図はこのようにして定められた補正ｆｉＫＤＭ
を加味して最終的な燃料噴射量ＴＩを演算する処理を示
しており、まず基本噴射量Ｔｐに前記ＫＤＭを加えてこ
れを新たな基本噴射ｆｉＴｐｆとしくステップ４０１）
、この”ｒｐｆに既述した基本補正係数ＣＯＦ　Ｆとフ
ィードバック補正係数ａとを乗じたものに噴射弁１７の
不感情補償分”Ｉ’　ｓを加えて’ｌ’　Ｉを得る（ス
テップ４０２）。制御回路１の内部では、このようにし
て求めたＴＩの値が出力レジスタに書き込まれ、これに
よりＩ１０装置を介して噴射弁１７にｉ’　Ｉに応じた
駆動信号が供給され、燃料噴射が行なわれることになる
（ステップ４０３）。その後、次回の処理のために前回
の予測値Ｍに今回の不足量ＤＭを加えて新たなＭを設定
しくステップ４０４）、これにより１回の制御ループを
完了する。なお、この第４図の処理は燃料噴射時期また
はクランク軸回転に同期して行なわれるものであり、例
えば機関クランク軸１回転毎に１’　Ｉが算出され、そ
の都度予測値Ｍが更新される− ｆＪＳ１１図は上記制御における各種の量の変化を信号
波形として示したもので、Ａはアクセル開度、Ｂは平衡
状ｆｉｆｉＭＯとその予測値Ｍ、ＣはＭＯとＭの差、Ｄ
は単位周期あたりの燃料不足ｆｉＤＭ、Ｅは補正量ＫＤ
Ｍ、Ｆは制御結果としての空燃比（Ａ／Ｆ）を表してい
る。また、Ｇは補正率ＫＧＩを１．０に固定した場合、
すなわち減速やアイドルを考慮した補正を行わなかった
場合の空燃比特性を表わしている。波形Ａ−Ｄに見られ
るように、吸気系保留燃料量の定常条件での平衡状態Ｉ
ＭＯとその予測値Ｍとを基本として得られる補正量の燃
料量値ＤＭは実際の不足（または過剰）燃料量と良く一
致した特性で変化し、これにより過渡的運転時において
も精度の高い空燃比制御が可能になる。

ただし、この場合前記ＤＭにさらに補正）Ｆ　Ｋ　Ｇ■
を乗じて、減速からアイドルに至る運転状態での補正量
自体の補正を行っている。具体的には、先に説明したよ
うに減速ないしアイドル運転状態ではＤＭを１０〜２０
％滅じた補正ｉ１ＫＤＭにより空燃比補正を行っており
、減速過程ではＤＭ及びＫＤＭは燃料減少方向の補正量
を与えることから、これにより供給燃料量は濃側に補正
されることになる。この補正量補正は、使用燃料の物性
の相異に対応するもので、この点を説明すると、比較的
揮発性の高い燃料を使用した場合その性質上保留燃料の
移動が活発になり、例えば吸気管壁等に付着していた燃
料が減速時の吸気管負圧の発達により急速に気化して早
い時期に機関シリングへと吸入されてしまうため、その
後は保留燃料量の不足という現象が起こり、その分だけ
噴射燃料の一部が新たな保留燃料を形成することになる
。このため波形Ｇに示したように減速後期からその後の
アイドル運転当初の期間にわたってそれだけ空燃比が希
薄化し、一時的には可燃限界を越えるところまで希薄化
してしまうため減速直後に失火して回転変動を起こした
りストールするといった事態が生じる。これに対して、
前記補正量補正は既に述べた通り燃料減少方向への補正
量を滅じて空燃比をａ価へ偏らす補正であるから、これ
により前記のように通常よりも揮発性の高い燃料を使用
しな場合にあっても最大空燃比を可燃限界以下に保つこ
とかで軽、従って減速からアイドル巡覧に移行する状態
にあっても安定した運転性能が得られるのである。

第１２図は、このような補正量補正をさらに精密に行う
ようにした場合の第７図に代わる処理内容を示したもの
で、補正率ＫＧＩを実際のアイドル回転速度Ｎと目標値
Ｎ　Ｓ　Ｅ　Ｔとの差ＤＮ、もしくは基本燃料噴射ｆｉ
　Ｔ　ｐで代表される負荷状態に応じて細かく変更して
いる。その過程を流れ図に沿って説明すると、まずｆｊ
Ｓ７図と同様に単位燃料不足ｆｉＤＭと減速判定レベル
Ｌ　Ｈとの比較に基づい−Ｃ減速か否かを判定し、減速
でなければＫＧＩ＝１．０として実質上ＤＭの補正を行
わない。これに対して、減速状態であれば次に上記ＤＮ
を演算して補正率の回献速度依存分ＫＧＩＮをテーブル
ルックアップにより求めるとともに、基本噴射量’ｌ’
　、から同じく負荷値存分ＫＧＩ”ｆ’ＰをテープＩ　
１’　ＬＪを比較して大きい方をＫＧＩとして決定する
。

上記ＫＧＩＮとＫＧ　Ｉ　ＴＰを与えるテーブルは、例
えばそれぞれ第１３図、第１４図に示した通りであり、
アイドル運転域付近の所定のＤＮ９Ｑ域またはＴｐＭ域
について０．８〜１．０の範囲ですニアな特性でＫＧＩ
が変化するように設定しである。

このようにＫＧＩの設定を行うようにすると、アイドル
近傍の運転域でのみＫＧＩが小さくなり、換言すれば減
速状態からアイドルに近付いて初めて噴射量の減少補正
量が少なくなり、その反面当該アイドル付近番こ達する
までの減速過程では燃料供給量が必要最小限となる。こ
のため、上述した燃料揮発性が商い場合のストールや不
安定化を確実に防止しつつ、燃料揮発性がそれほど高く
ないときの減速過程での燃料過多を抑えて未燃焼成分の
排出を防止し、あるいは燃費を改善することが可能にな
る。また、この場合ｔ５１３図または第１４１女１に示
したよう（こ；Ｗ凍からアイＳ／しに至るネでの開にＫ
ＧＩを滑らかに変化させているので、この間の補正量及
ゾ空燃比の急激な変化が起こらず、従って円滑な運転性
が確保される。

（発明の効果） 以上説明したとおり、この発明によれば加速または減速
という機関の過渡的な運転条件において空燃比に大きく
影響を及ぼす吸気系保留燃料量を求め、この保留燃料量
による空燃比の変動分を補償するように燃料の供給量を
補正するようにしたので、過渡的運転条件においても排
気エミッションや燃費の要求を満足する適切な運転性能
が確保される。また、前記吸気系保留燃料量はこれを直
接的に検出するのではなく、予め実験的に求められる定
常運転条件での平衡状態量から機関運転状ｆｉ　ｌこ応
じて予測するようにしたので、複雑な検出手段を付加す
ることなく前記制御が可能となり、従って燃料供給系の
８！械的構成が徒に複雑化するおそれがない。

さらに、この発明では過渡時の補正量にさらに運転状態
に応じて補正を施しうる構成としたので、例えば減速か
らアイドル運転に移行するときの空燃比を燃料の揮発性
等に対応しうる適切な値にきめ細かく制御することがで
き、従って機関の諸性能を最大限に発揮させることが可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の概念的構成を示したブロック図であ
る。第２図はこの発明の一実施例の機械的構成図である
。ｐｔＳ３図〜ｒｊｒＪ７図は前記実施例に対応した空
燃比制御の制御内容を表した流れ図である。第８図は前
記空燃比制御において吸気系保留燃料量の定常条件にお
ける平衡状態量ＭＯを与えるテーブルの内容例を示した
特性線図、第９図とｆｊＳ１０図は同じく前記空燃比制
御において所定の係数ＤＫを与えるテーブルの内容例を
示した特性線図である。第１１図は１ｊ１ｊ記″ｉ！燃
比制御におけるパラメータないし係数等の変化と空燃比
の制御特性との関係を信号波形として示した波形図であ
る。１５１２図は前記空燃比制御において補正量に対す
る補正を施す処理に関する他の実施例の処理内容を表し
た流れ図、第１３図と第１４図は各々１１１ｊ記補正処
理において補正率ＫＧＩを与えるテーブルの内容例を示
した特性線図である。 １０１・・・空燃比演算手段、１０２・・・平衡状！！
！量演算演算手段０３・・・減算手段、１０４・・・不
足燃料量演算手段、１０５・・・予測値演算手段、１０
６・・・補正率演算手段、１０７・・・補正量演算手段
、１０８・・・空燃比補正手段、１・・・制御回路、２
・・・内燃機関、３・・・吸気通路、４・・・排気通路
、５・・・スロットルボディ、６・・・吸気絞り井、７
・・・電磁燃料噴射弁、９・・・温水通路、１０・・・
スロットルセンサ、１１・・・エア７０−センサ、１２
・・・回転センサ、１３・・・酸素センサ、１４・・・
水温センサ、１５・・・ニュートラルレスインチ、１６
・・・クラ・ンチスイ・ンチ。 特許出願人　日産自動車株式会４社 第５図 第１３図　　　　　　第１４図 ＤＮ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｔρ
（ＩＴＩｓ）く　　　　　　　　の　　　　　０ ＯＬＬＩ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関運転状態に応じて空燃比を演算する空燃比演算手段
   と、機関吸気系保留燃料量の定常運転条件での平衡状態
   量を運転状態に応じて演算する平衡状態量演算手段と、
   この平衡状態量とその予測値との差を演算する減算手段
   と、この減算結果に基づいて単位周期あたりの不足燃料
   量を演算する不足燃料量演算手段と、この不足燃料量と
   以前の平衡状態量の予測値とから現在の平衡状態量の予
   測値を演算する予測値演算手段と、機関運転状態に応じ
   て所定の補正率を演算する補正率演算手段と、この補正
   率と不足燃料量とから補正量を演算する補正量演算手段
   と、この補正量に基づいて空燃比を補正する空燃比補正
   手段とを有することを特徴とする内燃機関の空燃比制御
   装置。