JPS6254979B2 - - Google Patents

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係り、
特に、三元触媒を用いて排気ガス浄化対策が施さ
れた自動車用エンジンにおいて、エンジン運転状
態に応じて空燃比が理論空燃比よりリーン側とな
るように空燃比をフイードフオワード制御するリ
ーン制御と、空燃比センサの出力に応じて空燃比
が理論空燃比となるように空燃比をフイードバツ
ク制御するフイードバツク制御とを、エンジン運
転状態により切替える部分リーン制御を行なうよ
うにした内燃機関の空燃比制御方法の改良に関す
る。

一般に、内燃機関、特に、三元触媒を用いて排
気ガス浄化対策が施された自動車用エンジンにお
いては、その混合気の一次空燃比、域いは、触媒
流入ガスの二次空燃比を、理論空燃比に保持する
必要があり、そのため、種々の空燃比制御方法が
提案されている。その一つに、空燃比センサを排
気マニホルドに配設し、該空燃比センサの出力に
応じて空燃比が理論空燃比となるように一次空燃
比域いは二次空燃比をフイードバツク制御する方
法が知られており、このフイードバツク制御によ
れば、一次空燃比域いは二次空燃比を厳密に理論
空燃比近傍に保持できるという特徴を有する。従
つて、従来は、このフイードバツク制御をエンジ
ン運転状態に拘らず常時実施するようにしていた
ものであるが、一方、燃料消費量に着目すると、
このフイードバツク制御を常時行なう方法は、最
善の方法ではなく、例えば、軽負荷運転状態にお
いては、排気ガス中の有害成分である窒素酸化物
の排出量がもともと小さいため、排気ガス浄化性
能を若干犠牲にしても、空燃比が理論空燃比より
リーン側となるように制御した方が、エンジンの
燃費性能は向上する。なお空燃比を理論空燃比よ
りリーン側とした場合には、エンジンの出力も若
干低下するが、軽負荷運転状態であれば特に問題
を生じることはない。

上記のような知見に基づいて、例えば特開昭52
−131023に開示されていように、エンジン運転状
態に応じて空燃比が理論空燃比よりリーン側とな
るように空燃比をフイードフオワード制御するリ
ーン制御と、空燃比センサの出力に応じて空燃比
が理論空燃比となるように空燃比をフイードバツ
ク制御するフイードバツク制御とを、エンジン運
転状態により切替える部分リーン制御が考えられ
ている。この部分リーン制御においては、第１図
に示すような、エンジン回転数Ｎに対する吸気管
圧力の変化特性と、同じくエンジン回転数Ｎに対
する基本燃料噴射時間Ｔ_pとの相関性の良さを利
用して、例えば第２図に示す如く、基本燃料噴射
時間Ｔ_pが、Ｔ_p0〜Ｔ_p1の間にある吸気絞り弁の
全閉時にはフイードバツク制御を実施し、基本燃
料噴射時間Ｔ_p1〜Ｔ_p〓の間にある軽負荷域にお
いてはリーン制御を実施し、基本燃料噴射時間Ｔ
_pが、Ｔ_p〓〜Ｔ_p〓の間にある通常運転状態では
フイードバツク制御を実施し、更に、基本燃料噴
射時間Ｔ_pが、Ｔ_p〓〜Ｔ_po（絞り弁全開状態）に
対応する出力領域では空燃比が理論空燃比よりリ
ツチ側の出力空燃比、例えば12〜13となるように
空燃比をフイードフオワード制御することができ
る。ここで、前記基本燃料噴射時間Ｔ_pは、機関
の吸入空気量Ｑとエンジン回転数Ｎを用いて、次
式により算出されるものである。

Ｔ_p＝ＡＱ／Ｎ ……(1) ここでＡは定数である。

前記のような部分リーン制御におけるリーン制
御領域の減量比は、例えば第３図に示す如く設定
されており、従つて、同じくリーン制御領域にお
ける空燃比は、第４図に示す如くとなつている。

この部分リーン制御は、例えば第５図に示すよ
うな流れ図に沿つて実施される。即ち、まずステ
ツプ１０１において、算出された基本燃料噴射時
間Ｔ_pがＴ_p〓以上であるか否かが判定され、Ｔ_p
〓以上である場合には、出力制御領域であるの
で、ステツプ１０２に進んで出力空燃比を得るの
に必要な出力制御値が計算され、更にステツプ１
０３で計算値に応じて補正量がセツトされる。一
方、基本燃料噴射時間Ｔ_pがＴ_p〓未満である場合
には、ステツプ１０４に進み、基本燃料噴射時間
Ｔ_p〓以上であるか否かが判定される。基本燃料
噴射時間Ｔ_pがＴ_p〓以上である場合には、フイー
ドバツク制御領域であるので、ステツプ１０５に
進み、空燃比センサの出力に応じてフイードバツ
ク制御値が計算され、ステツプ１０３で補正量が
セツトされる。又、基本燃料噴射時間Ｔ_pがＴ_p〓
未満である場合には、ステツプ１０６に進み、基
本燃料噴射時間Ｔ_pがＴ_p1未満であるか否かが判
定される。基本燃料噴射時間Ｔ_pがＴ_p1以上の場
合には、リーン制御領域であるので、ステツプ１
０７に進み、第３図に示したような減量比に従つ
てＴ_p値に応じたリーン値を計算し、ステツプ１
０３で補正量をセツトする。又、ステツプ１０６
で基本燃料噴射時間Ｔ_pがＴ_p1未満であると判定
された場合には、前出ステツプ１０５に進み、フ
イードバツク制御値を計算して、ステツプ１０３
で補正量をセツトする。

この部分リーン制御によれば、従来の、フイー
ドバツク制御を常時行なう方法に比べて、排気ガ
ス浄化性能を損なうことなく、燃費性能を大幅に
向上することができるものであるが、部品のばら
つき等によりリーン制御領域の空燃比がばらつく
と、排気ガス浄化性能、車両運転性能等に悪影響
を及ぼすことが必配される。従つて、前記部分リ
ーン制御中のフイードバツク制御領域を利用し
て、フイードバツク制御を実行した時の空燃比帰
還補正量に応じて、理論空燃比と設定空燃比の偏
差を学習することにより、リーン制御時における
空燃比制御の精度を高めることが考えられる。し
かしながら、空燃比の学習は、フイードバツク制
御している状態でしか実行できないため、エンジ
ン始動直後の冷間時制御が終了した後、直ちに部
分リーン制御を実行するようにすると、吸入空気
量分割域いは基本燃料噴射時間分割いずれの方式
の学習を行なつた場合においても、リーン制御領
域の学習の機会が非常に少なく（基本燃料噴射時
間Ｔ_pで分割した場合には、Ｔ_p1〜Ｔ_p〓は学習の
機会がない）、又、実際に使いたいところを直接
学習することができず、その結果、リーン制御領
域の空燃比のばらつきを十分吸収することができ
ない可能性があつた。

本発明は、前記のような問題点を解消するべく
なされたもので、学習の機会を増大すると共に、
冷間時制御の終了直後を含む部分リーン制御移行
直前での学習を可能として学習精度及び制御精度
を向上し、特に、部品のばらつき等によるリーン
制御領域の空燃比のばらつき等を吸収して、排気
ガス浄化性能、運転性能を改善すると共に、部品
の精度管理を簡略化することができる内燃機関の
空燃比制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、エンジン運転状態に応じて空燃比が
理論空燃比よりリーン側となるように空燃比をフ
イードフオワード制御するリーン制御と、空燃比
センサの出力に応じて空燃比が理論空燃比となる
ように空燃比をフイードバツク制御するフイード
バツク制御とを、エンジン運転状態により切替え
る部分リーン制御を行なうようにした内燃機関の
空燃比制御方法において、前記部分リーン制御へ
の移行に先立つて、まず空燃比フイードバツク制
御を強制的に実行し、前記部分リーン制御に移行
した後も、該部分リーン制御を周期的に中断し
て、エンジン運転状態に拘らず、強制的に空燃比
フイードバツク制御を実行し、該空燃比フイード
バツク制御時の空燃比帰還補正量に応じて、理論
空燃比と設定空燃比の偏差を学習するようにし
て、前記目的を達成したものである。

以下の図面を参照して、本発明の実施例を詳細
に説明する。

本実施例は、第６図に示すような、外気を取入
れるためのエアクリーナ１２と、該エアクリーナ
１２により取入れられた吸入空気の流量を検出す
るためのエアフローメータ１４と、該エアフロー
メータ１４に内蔵された、例えばポテンシヨンメ
ータ式の吸気量センサ１６と、同じくエアフロメ
ータ１４に内蔵された、吸入空気の温度を検出す
るための吸気温センサ１８と、吸気管２０に配設
され、運転席に配設されたアクセルペダル（図示
省略）と連動して回動するようにされた、吸入空
気の流量を制御するための吸気絞り弁２２と、吸
気マニホルド２４に配設された、エンジン１０の
吸気ポートに向けて燃料を噴射するためのインジ
エクタ２６と、エンジン１０の冷却水温度を検出
するための冷却水温センサ３０と、エンジン１０
のクランク軸の回転速度に応じた周波数のパルス
信号を出力する回転速度センサ２８と、排気マニ
ホルド３２の出口側に配設された、排気ガス中の
残存酸素濃度から空燃比を検知するための酸素濃
度センサ３４と、排気管３６の下流側に配設され
た三元触媒コンバータ３８と、前記エアフロメー
タ１４の吸気量センサ１６出力から求められるエ
ンジン１０の吸入空気量Ｑと前記回転速度センサ
２８出力から求められるエンジン回転数Ｎから前
出(1)式に従つて基本燃料噴射時間Ｔ_pを算出し、
更に冷却水温センサ３０出力の冷却水温、酸素濃
度センサ３４出力の空燃比等に応じて補正を加え
て開弁時間信号を作成し、前記インジエクタ２６
の開弁時間を制御することによつて空燃比を制御
する空燃比制御回路４０とを備えた、自動車用エ
ンジン１０の吸入空気量式電子制御燃料噴射装置
において、前記空燃比制御回路４０内で、エンジ
ン運転状態に応じて空燃比が理論空燃比よりリー
ン側となるように空燃比をフイードフオワード制
御するリーン制御と、酸素濃度センサ３４の出力
に応じて空燃比が理論空燃比となるように空燃比
をフイードバツク制御すると共に、この時の空燃
比帰還補正量に応じて、理論空燃比と設定空燃比
の偏差を学習するフイードバツク制御とを、エン
ジン運転状態により切替える部分リーン制御を行
なうと共に、該部分リーン制御への移行に先立つ
て、まず空燃比フイードバツク制御を強制的に所
定時間実行し、前記部分リーン制御に移行した後
も、該部分リーン制御を周期的に中断して、エン
ジン運転状態に拘らず、強制的に空燃比フイード
バツク制御を所定時間実行し、該空燃比フイード
バツク制御時の空燃比帰還補正量に応じて、理論
空燃比と設定空燃比の偏差を学習するようにした
ものである。

前記空燃比制御回路４０は、例えば第７図に詳
細に示す如く、燃料噴射量を演算するマイクロプ
ロセツサ４２と、前記回転速度センサ２８の出力
によりエンジン１回転に１回エンジン回転数を計
数すると共に、その計数の終了時に割込み制御部
４６に割込み指令信号を出力する回転数カウンタ
４４と、該回転数カウンタ４４出力の割込み指令
信号に応じて割込み信号を発生し、マイクロプロ
セツサ４２に燃料噴射量の演算を行なう割込み処
理ルーチンを実行させる割込み制御部４６と、ス
タータ（図示省略）の作動を制御しているスター
タスイツチ５０から入力されるスタータ信号等の
デジタル信号をマイクロプロセツサ４２に入力す
るためのデジタル入力ポート５２と、前記吸気量
センサ１６、吸気温センサ１８、冷却水温センサ
３０、酸素濃度センサ３４等から入力される各ア
ナログ信号を、デジタル信号に変換して順次マイ
クロプロセツサ４２に入力するための、アナログ
マルチプレクサ及びアナログ−デジタル変換器か
らなるアナログ入力ポート５４と、前記回転数カ
ウンタ４４、割込み制御部４６、デジタル入力ポ
ート５２、アナログ入力ポート５４等の出力情報
をマイクロプロセツサ４２に伝達するためのコモ
ンバス５６と、キイスイツチ５８を介してバツテ
リ６０に接続された電源回路６２と、マイクロプ
ロセツサ４２における計算データ等を一時的に記
憶しておくための、読取り、書込みを行なえるラ
ンダムアクセスメモリ６４と、プログラムや各種
の定数等を記憶しておくためのリードオンリーメ
モリ６６と、マイクロプロセツサ４２で算出され
たインジエクタ２６の開弁時間、即ち、燃料噴射
量を表わすデジタル信号を実際のインジエクタ２
６の開弁時間を与えるパルス幅のパルス信号に変
換するための、レジスタを含むダウンカウンタよ
りなる燃料噴射時間制御用カウンタ６８と、該カ
ウンタ６８出力のパルス信号を、前記インジエク
タ２６を駆動する開弁時間信号に変換する電力増
幅部７０と、経過時間を測定するためのタイマ７
２とから構成されている。

以下作用を説明する。

本実施例における冷間時制御、部分リーン制
御、フイードバツク制御の切替えは第８図に示す
ような切替プログラムに従つて実施される。即
ち、まずステツプ１１１で、前記タイマ７２がオ
ーバーフローしているか否か、即ち、部分リーン
制御実施中に該部分リーン制御を周期的に中断す
るための時間を計数しているＡタイマをカウント
アツプする時間となつているか否かを判定する。
タイマ７２がオーバーフローしている時には、ス
テツプ１１２に進み、Ａタイマをカウントアツプ
する。次に、ステツプ１１３では、前記冷却水温
センサ３０で検出されるエンジン冷却水温Twが
冷間時制御から部分リーン制御に移行すべき温度
Ｂ℃（例えば40℃）以上となつているか否かが判
定される。エンジン冷却水温TwがＢ℃未満であ
る場合には、ステツプ１１４に進み、Ａタイマを
クリアすると共に、ステツプ１１５で公知の冷間
時制御を実施する。一方、ステツプ１１３でエン
ジン冷却水温TwがＢ℃以上に到達していると判
定された時には、ステツプ１１６に進み、Ａタイ
マの計数時間がフイードバツク制御から部分リー
ン制御に移るべきｘ時間（例えば１分間）以上経
過しているか否かが判定される。Ａタイマの計数
時間がｘ時間未満である場合には、ステツプ１１
７に進み、エンジン運転状態に拘らず強制的にフ
イードバツク制御を実行し、この時の空燃比帰還
補正量に応じて、理論空燃比と設定空燃比の偏差
を学習する。一方、Ａタイマの計数時間がｘ時間
以上となつている場合には、ステツプ１１８に進
み、部分リーン制御から再びフイードバツク制御
に移るべきｚ時間（例えば10分間）以上となつて
いるか否かが判定される。Ａタイマの計数時間が
ｚ時間に到達していない時には、ステツプ１１９
に進み、部分リーン制御を実施する。一方、ステ
ツプ１１８でＡタイマの計数時間がｚ時間に到達
したと判定された場合には、ステツプ１２０に進
み、Ａタイマをクリアすると共に、ステツプ１１
７で、再び、エンジン運転状態に拘らず、強制的
に前記フイードバツク制御を実行し、この時の空
燃比帰還補正量に応じて、理論空燃比と設定空燃
比の偏差を学習する。

前記フイードバツク制御時における学習は、例
えば次のようにして行なわれる。即ち、まず、第
９図に示すような学習条件判定ルーチンに従つ
て、学習制御に適した条件が成立しているか否か
が判定される。具体的には、ステツプ１２１で、
フイードバツク制御実施中か否かが判定され、フ
イードバツク制御実施中でない場合には学習条件
非成立と判断して学習制御は行なわない。フイー
ドバツク制御実施中である場合には、ステツプ１
２２に進み、前記冷却水温センサ３０出力により
検出されるエンジン冷却水温Twが、学習制御に
適したエンジン暖機終了後の温度Ｃ℃（例えば70
℃）に到達しているか否かが判定され、エンジン
冷却水温がＣ℃に到達していない場合には、学習
制御を行なわない。エンジン冷却水温TwがＣ℃
以上となつている場合には、ステツプ１２３に進
み、例えば、エンジン運転状態が過渡領域等の不
安定領域でないか等の、その他の学習停止条件が
成立しているか否かを判定する。その他の学習停
止条件が成立している場合には、やはり学習制御
は行なわない。その他の学習停止条件も成立して
おらず、学習制御に適した状態となつている場合
には、ステツプ１２４で、その時の空燃比帰還補
正量に応じて、理論空燃比と設定空燃比の偏差を
学習する。このステツプ１２４における空燃比の
学習は、具体的には第１０図に示すような学習ル
ーチンに従つて行なわれる。即ち、まずステツプ
１３１で、現在の吸入空気量Ｑ或いは基本燃料噴
射時間Ｔ_pに応じて、学習される補正量のブロツ
クを決定する。ついで、ステツプ１３２に進み、
フイードバツク補正方向がリツチ方向であるかリ
ーン方向であるかを判定する。フイードバツク補
正方向がリーン方向である場合には、ステツプ１
３３に進み、リーン方向へＤ％学習する。一方、
フイードバツク補正方向がリツチ方向である場合
には、ステツプ１３４に進み、リツチ方向へＤ％
学習する。このようにして学習された学習量と各
ブロツクの関係は、例えば第１１図に示す如くと
なる。

本実施例におけるエンジン始動後の経過時間と
各制御の切替え状態を図示すると、例えば、第１
２図に示す如くとなる。このようにして、部分リ
ーン制御移行前及び移行後に該部分リーン制御を
周期的に中断して強制的に実行されるフイードバ
ツク制御時間ｘ、及び、部分リーン制御中におけ
るエンジン運転状態に応じた通常のフイードバツ
ク制御時間で、学習が行なわれるので、高い学習
精度で良好なリーン制御を実施することができ
る。

本実施例においては、部分リーン制御移行前及
び移行後に該部分リーン制御を周期的に中断し
て、エンジン運転状態に拘らず強制的に実行され
るフイードバツク制御時だけでなく、部分リーン
制御中における通常のフイードバツク制御時にお
いても、その時の空燃比帰還補正量に応じて、理
論空燃比と設定空燃比の偏差を学習するようにし
ているので、学習の機会が特に多く、精度の高い
学習を行なうことができる。なお、部分リーン制
御中におけるフイードバツク制御時の学習を行な
うことなく、部分リーン制御移行前及び移行後に
該部分リーン制御を周期的に中断して、エンジン
運転状態に拘らず強制的にフイードバツク制御を
実行した際にのみ、その時の空燃比帰還補正量に
応じて、理論空燃比と設定空燃比の偏差を学習す
るようにすることも勿論可能である。

尚、前記実施例においては、所定時間経過毎に
所定時間だけフイードバツク制御を強制的に実行
するようにしていたが、フイードバツク制御を周
期的に行なう方法はこれに限定されない。

前記実施例は、本発明を、吸入空気量式の電子
制御燃料噴射装置を備えた自動車用エンジンに適
用したものであるが、本発明の適用範囲はこれに
限定されず、吸気圧力式の電子制御燃料噴射装置
を備えた自動車用エンジン、或いは気化器を備え
た一般の内燃機関にも同様に適用できることは明
らかである。

以上説明した通り、本発明によれば、学習の機
会が増大すると共に、冷間時制御の終了直後を含
む部分リーン制御移行直前での学習が可能となる
ので、学習精度及び制御精度が向上し、特に、部
品のばらつき等によるリーン制御領域の空燃比の
ばらつきを吸収することが可能となる。従つて、
排気ガス浄化性能、車両運転性能を改善すると共
に、部品の精度管理を簡略化してコストを低減す
ることが可能となる等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、部分リーン制御の原理を説明するた
めの、エンジン回転数と吸気管圧力及び基本燃料
噴射時間の関係を示す線図、第２図は、同じく、
エンジン回転数及び吸気管圧力と各制御領域の関
係を示す線図、第３図は、同じく、リーン制御領
域における基本燃料噴射時間と減量比の関係を示
す線図、第４図は、同じく、基本燃料噴射時間と
制御空燃比の関係を示す線図、第５図は、同じ
く、部分リーン制御の基本的なプログラムの一例
を示す流れ図、第６図は、本発明に係る内燃機関
の空燃比制御方法の実施例が採用された、自動車
用エンジンの吸入空気量式電子制御燃料噴射装置
の構成を示すブロツク線図、第７図は、前記装置
で用いられている空燃比制御回路の構成例を示す
ブロツク線図、第８図は、前記実施例で用いられ
ている、各制御状態を切替えるためのプログラム
を示す流れ図、第９図は、同じく、学習条件の成
立の有無を判定するためのプログラムを示す流れ
図、第１０図は、同じく、空燃比を学習するため
のプログラムを示す流れ図、第１１図は、前記実
施例における、吸入空気量或いは基本燃料噴射時
間のブロツクと学習量の関係の一例を示す線図、
第１２図は、同じく、エンジン始動後の経過時間
と各制御の切替状態の一例の関係を示す線図であ
る。 １０……エンジン、１６……吸気量センサ、２
６……インジエクタ、２８……回転速度センサ、
３４……酸素濃度センサ、４０……空燃比制御回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エンジン運転状態に応じて空燃比が理論空燃
   比よりリーン側となるように空燃比をフイードフ
   オワード制御するリーン制御と、空燃比センサの
   出力に応じて空燃比が理論空燃比となるように空
   燃比をフイードバツク制御するフイードバツク制
   御とを、エンジン運転状態により切替える部分リ
   ーン制御を行なうようにした内燃機関の空燃比制
   御方法において、 前記部分リーン制御への移行に先立つて、まず
   空燃比フイードバツク制御を強制的に実行し、 前記部分リーン制御に移行した後も、該部分リ
   ーン制御を周期的に中断して、エンシン運転状態
   に拘らず、強制的に空燃比フイードバツク制御を
   実行し、 該空燃比フイードバツク制御時の空燃比帰還補
   正量に応じて、理論空燃比と設定空燃比の偏差を
   学習するようにしたことを特徴とする内燃機関の
   空燃比制御方法。