JPS63230937A - 内燃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】 （産業上の利用分野） この発明は、内燃エンジンに供給される燃料量を電子的
に調整して所要の空燃比に制御する内燃エンジンの空燃
比制御方法に関する。

（従来技術） 内燃エンジンに供給する燃料量をエンジンの運転状態に
応じて電子的に決定し、電磁燃料噴射弁により所要の燃
料量を噴射供給して空燃比を制御する制御方法は知られ
ている。斯かる従来の制御方法において、燃料噴射量Ｔ
ｉｎｊ　は例えば次式により決定していた。

Ｔｉｎｊ＝ＣＸ空気Ｉ　Ｘ　ＫＡ／Ｆ　ＸＫＩＸＫ２Ｘ
　　−ここに、Ｃは空気量を対応する燃料量に変換する
ための定数、Ｋ＾／ｒは詳細は後述するように、内燃エ
ンジンの運転状態に応じ、制御目的別に設定される目標
空燃比（これをｒベースＡ／ＦＪという）に対応する係
数であり、従って、上式の内、Ｃ×空気景ＸＫＡ／Ｆ項
により基本燃料噴射量ＴＩが設定されることになる。　
Ｋ１．　Ｋ２．・・・はエンジン冷却水温に応じて設定
される水温増量係数、排気ガス中の酸素濃度に応じて設
定される０□フイードバンク係数、バッテリ電圧等に応
じて設定される補正係数等である。

第６図はエンジン回転数Ｎ及びエンジン負荷に応じて区
画されるエンジン運転領域を示し、Ｅ領域は主として排
気ガス特性及び燃費特性を最優先に制御すべき領域、Ｄ
領域は主としてドライバビリティ及び出力特性を最優先
に制御すべき領域、Ｌ領域は主としてエンジンの耐久性
を最優先に制御すべき領域である。各エンジン運転領域
におけるベースＡ／Ｆは当該運転領域での運転制御目的
に最適値に設定される。即ち、第６図に示すＥ領域では
排気ガス特性及び燃費特性に最適な空燃比（例えば、三
元触媒の浄化効率に最適な値１４．７）、Ｄ領域ではド
ライバビリティ及び出力特性に最適な空燃比（例えば、
空燃比１３．０）　、Ｌ領域ではエンジン耐久性を確保
する上で最適な空燃比に夫々設定され、係数値Ｋ　Ａ／
Ｆは、各領域における上述したヘースＡ／Ｆに対応する
値に設定される。

（発明が解決しようとする問題点） 上述のように、従来の内燃エンジンの空燃比制御方法で
はベースＡ／Ｆに対応する係数値Ｋ　Ａ／Ｆを乗じて求
められる基本燃料噴射量Ｔ８に水温増量係数に１等の補
正係数を乗算又は／及び加算して燃料噴射量Ｔｉｎｊを
決定している。しかしながら、従来の燃料噴射ｆｆ１Ｔ
ｉｎｊの演算方法はに１等の種々の補正係数を各エンジ
ン運転領域での異なる制御目的に応じて設定されるベー
スＡ／Ｆの何れにも同じようにして乗算されることにな
るがら、成る補正係数を乗算して補正された燃料噴射Ｉ
Ｔｉｎｊが、−の運転領域では最適燃料量であっても、
他の運転領域では過剰の燃料を供給してしまう場合があ
る。

これを水温増量係数に１を例に、より詳細に説明すれば
、この水温増量係数に１はエンジンが冷機状態にあると
き、不足する燃料薫発量等を補うためにエンジン水温に
応じて設定される係数であり、エンジンを安定に、且つ
、逸早く暖機状態に至らしめる制御目的で設定される補
正係数である。そして、通常、暖機運転はアイドルで行
われるために、この水温増量係数値Ｋｌは、アイドル運
転を想定して設定されている。即ち、エンジンが冷機状
態にあり、且つ、アイドル運転状１’Ｌｉ（第６図のＥ
Ｓ、Ｉ域に含まれる運転状Ｂ）にあるとき、Ｃ×空気量
ＸＫＡ／Ｆ項を水温増量係数に１で補正した燃料噴射Ｉ
　Ｔ　ｉｎｊは暖機運転に最適な値に設定されるが、エ
ンジンが冷機状態にあり、且つ、高出力が要求される加
速運転状態（第６図のＤｆｉＩ域に含まれる運転状態）
にあるとき、高出力特性を得るために係数Ｋ　Ａ／Ｆに
より既に理論空燃比より過濃側に設定される空燃比が、
水温増量係数に１でさらに増量補正されるとエンジンに
供給される空燃比は必要以上に過濃側の空燃比に設定さ
れてしまい、ドライバビリティを損なう結果になる。こ
のため、従来の空燃比制御方法ではエンジンの暖機中に
急発進加速されたような場合には、特別の補正係数を乗
算して、一旦水温増量係数に１で補正した値をこの特別
の補正係数で打ち消す演算処理を行い、エンジンに供給
される混合気の空燃比が過度に燃料過濃（燃料リンチ）
にならないようにしている。このように、従来の空燃比
制御方法では、補正係数がその補正係数を本来適用すべ
き運転領域以外の、制御目的を異にする運転領域で適用
されると、その補正係数による補正は何ら物理的に意味
のないものとなり、これらの補正係数を制御目的を異に
する運転領域でも一律に適用するために無駄な演算をお
こなっていることになる。

上述の不都合を解決するために、水温増量係数に１のよ
うな補正係数の値をエンジン水温、エンジン回転数、エ
ンジン負荷等の複数のパラメータにより多次元マツプか
ら読み出すようにすれば、上述の不都合は解消されるが
、演算が複雑なものとなってしまうと言う問題があり、
更に、水温増量係数Ｋｌのような補正係数の値を多次元
マツプから読み出すことにするにしても、例えば、エン
ジン負荷パラメータとして制御目的の異なる総ての運転
領域に亘り総ての運転領域の制御目的に適合するパラメ
ータを選択することが難しいという問題がある。

更に、従来の空燃比制御方法ではエンジン毎に当該エン
ジンに最適な水温増量係数に１等の読み出し用マツプや
補正演算式を莫大な量のマツチング試験を積み重ねて設
定する必要があり、これらのマツプ等をエンジン毎に設
定するには時間と労力が掛かる。

本発明は斯かる問題点を解決するためになされたもので
、多次元的、網羅的マツチング試験を必要とせず、各種
エンジンに広く適用可能な内燃エンジンの空燃比制御方
法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上述の目的を達成するために本発明に依れば、内燃エン
ジンに燃料を噴射供給し、前記内燃エンジンの運転状態
に応じて規定される所要の空燃比に制御する内燃エンジ
ンの空燃比制御方法において、前記内燃エンジンの、優
先度の異なる制御目的別に目標空燃比を設定すると共に
該目標空燃比を当該制御目的に好適なエンジン運転パラ
メータで補正し、斯く補正した各制御目的別の目標空燃
比を前記内燃エンジンの運転状態に応じた優先度に応じ
て選択し、該選択した目標空燃比に対応する燃料量を前
記内燃エンジンに噴射供給することを特徴とする内燃エ
ンジンの空燃比制御方法が提供される。

（作用） 各運転領域での制御目的別に最適な目標空燃比を設定し
、その目標空燃比を当該制御目的に好適なエンジン運転
パラメータで補正する補正式が個別に設定され、多次元
的、網羅的マツチング試験が不要になる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

先ず、第２図を参照して本発明方法を実施する燃料供給
制御装置の概略構成を説明すれば、符号１０は多気筒内
燃エンジン、例えば４気筒エンジンを示し、符号１２は
各気筒の吸気ボートに接続される吸気管を示す。吸気管
１２の大気側開口端部にはエアクリーナ１３が取り付け
られると共に、カルマン渦式のエアフローセンサ１４が
取り付けられている。このエアフローセンサ１４は電子
コントロールユニット（ＥＣＵ）１６の入力側に電気的
に接続され、カルマン渦発生周期信号ｒを電子コントロ
ールユニット１６に供給する。吸気管Ｉ２途中にはスロ
ットル弁１８が配設され、各吸気ボート近傍の吸気管１
２には噴射弁２０が夫々配設され、各噴射弁２０は電子
制御装置１６に接続されて電子コントロールユニット１
６からの駆動信号により駆動される。

符号１５は各気筒の排気ボートに接続される排気管を示
し、排気管１５途中には排気ガス中の未燃炭化水素や窒
素酸化物等の有害ガス成分を浄化する三元触媒１７が配
設され、エンジン１０と三元触媒１７間の排気管１５に
、排気ガス中の０□濃度に対応した電圧値■を出力する
０□センサ２１が取り付けられている。０．センサ２１
は電子コントロールユニット１６に電気的に接続されて
ｏｔ濃度検出信号値■を電子コントロールユニット１６
に供給する。

電子コントロールユニット１６の入力側には前記スロッ
トル弁１８の弁開度（θ）を検出するスロットル開度セ
ンサ１９、各気筒の所定クランク角度位置（例えば、吸
気行程の上死点位置）を検出してエンジン回転数信号を
出力するエンジン回転数センサ（Ｎ）　２２、エンジン
１０のシリンダブロックに取付けられ、エンジン冷却水
’／Ｌ　Ｔ　ｗを検出するエンジン水温（Ｔｗ）センサ
２３、及びバッテリ電圧、吸気温度、大気圧等の他のエ
ンジン運転パラメータ値を検出するセンサ２４が夫々電
気的に接続されている。

次に、上述のように構成される燃料供給制御装置の空燃
圧制御方法を第１図に示すフローチャートを参照して説
明する。

先ｆ、ｉ子コントロールユニット１６にはエンジン１０
の運転状態に応じた制御目的に適した目標空燃比が記憶
されている。この目標空燃比は、例えば、ドライバビリ
ティ及び出力特性を優先すべき制御目的に対しては値Ａ
’　　（例えば、１３．０）に、排気ガス特性及び燃費
特性を優先すべき制御目的に対しては値Ｂ’（例えば、
（ｆｉ１４．７）に、エンジンｌＯの耐久性及び信転性
を優先すべき制御目的に対してはエンジン負荷としての
Ａ／Ｎ値とエンジン回転数Ｎとに応じた値Ｃ゛に夫々設
定される。値Ｃ′は、第３図に示すマツプからＡ／Ｎ値
とエンジン回転数Ｎの各検出値に応じて読み出され、こ
のマツプは電子コントロールユニット１６の図示しない
記憶装置に記憶され、エンジン回転数Ｎが上昇するに従
って、又、エンジン負荷（Ａ／Ｎ値）が大きくなるに従
ってより小さい値、即ち、よりリッチ側の空燃比を与え
る値に設定されている。尚、パラメータ値Ａ／Ｎは一吸
気行程当たりにエンジンｌＯに吸気される質量空気流量
に対応する値であり、エアフローセンサ１４からのカル
マン渦発生周期信号ｆ及びエンジン回転数センサ２２か
らのエンジン回転数信号Ｎに基づき演算される、体積空
気流量を表す値Ａ／Ｎを、センサ２４により検出される
大気圧、吸気温度等により質量空気流量を表す値Ａ／Ｎ
に変換演算されたものである。

そして、上述の制御目的別に設定される目標空燃比は夫
々各制御目的に好適なパラメータにより以下のように補
正される。

先ず、ドライバビリティ及び出力特性を優先すべき制御
目的に対して設定される目標空燃比Ａ゛は、所望のドラ
イバビリティ及び出力を得るに必要な、エンジン１０内
で実際に燃焼した燃料量から演算される空燃比（実際に
燃焼に寄与した燃料量と吸気量から算出される実空燃比
）を意味し、エンジン１０が冷機状態にあれば、シリン
ダ壁面等において燃焼せずに排出される燃料量が増加す
るために実際にエンジン１０に供給すべき空燃比（テー
ルパイプ空燃比）Ａは次式により補正される。

Ａ＝Ａ’　　Ｘ　（（Ｋｗｔ　　ｌ）　ＸＫ’Ａ／Ｎ　
＋　１）　　・・・ａｎここに、Ｋｗｔはエンジン水温
センサ２３により検出されるエンジン水温Ｔｗに応じて
設定される水温増量係数であり、（Ｋｗｙ　　ｌ　）　
Ｘ　ＫＡ／Ｎは燃焼せずにエンジン１０を素通りしてい
（燃料量の割合を表す。

次に、排気ガス特性及び燃費特性を優先すべき制御目的
に対して設定された空燃比Ｂ°　は、０２センサ２１に
より検出される空燃比（Ｏｘ濃度）に応じて設定される
ｏ２フィードバック補補正数Ｋｏｔにより補正される。

即ち、 Ｂ　＝　Ｂ’　　ｘ　ＫＣｈ　　　　　　−・＝　　（
２）フィードバック補正係数値ＫＯ，は例えば以下のよ
うにして設定される。即ち、０□センサ２１の出力値Ｖ
が所定判別値Ｖｘを横切りて上昇し、空燃比がリーン側
からリッチ側に変化したとき、ＫＯ２値は所定Ｐ項値を
減算した値に、出力値Ｖが所定判別値Ｖｘを横切って下
降し、空燃比がリッチ側からリーン側に変化したとき、
ＫＯ□値は所定Ｐ項値を加算した値に夫々設定され、出
力値Ｖが所定判別値Ｖｘより大きいリッチ側の値を保持
している間には所定の時間が経過する毎にＫＯｔ値は所
定１項値を減算した値に、出力値Ｖが所定判別値Ｖｘよ
り小さいリーン側の値を保持している間には所定の時間
が経過する毎にＫＯｔ値は所定１項値を加算した値に夫
々設定される。

次いで、耐久性乃至は借問性を優先すべＴｉｉ御目的に
対しては、上述のようにして求めた値Ｃ゛に対し、排気
ガス温度に影響を与えると考えるパラメータ値（例えば
、吸気温度、エンジン水温、大気圧等）に応じた係数（
補正値）を加減算することにより補正される。即ち、 Ｃ繻Ｃ１十ＫＩｌ　　　　　・・・・・・　（３）尚、
排気ガス特性及び燃費特性の夫々を個別の制御目的とす
る場合には、燃費特性を最適にする目標空燃比に対して
、これをエンジン水温、エンジン回転数、パラメータ値
Ａ／Ｎ、車速等のパラメータにより補正するようにして
もよい、又、上述の各目標空燃比は点火時期に対して（
例えば、ノックセンサによるノック検出に応じ）補正を
行うようにしても良い。

次いで、電子コントロールユニット１６は第１図に示す
（Ａ／Ｆ）値設定プログラムフローチャートを実行して
燃料噴射弁２０の開弁時間を以下の手順で演算する。

先ず、電子コントロールユニット１６は前記種々のエン
ジン運転パラメータ検出値に基づいて、エンジン１０の
運転状態を検出し、エンジン１０が、排気ガス特性を優
先して制御すべき運転領域にあるか否かを判別する（ス
テップ４０）。排気ガス特性を優先して制御すべき運転
領域でエンジン１０が運転されている場合には、排気ガ
ス中の規制有害成分Ｎｏ、　、　Ｃｏ、未燃炭化水素の
排出量を法的に規制されている値以下に抑制する制御を
最優先に実行する必要があり、従って、斯かる運転領域
では、すなわち、ステップ４０の判別結果が肯定（Ｙｅ
ｓ）の場合には、ステップ４６に進み、空燃比（Ａ／Ｆ
）を次式（４）により設定する。

（Ａ／Ｆ）コＢ ＝　Ｂ’　　Ｘ　ＫＯ，・・・・・・＋４）前記ステッ
プ４０での判別結果が否定（Ｎｏ）の場合、電子コント
ロールユニット１６はドライバビリティ優先度チェック
を実行する（ステップ４１）、ドライバビリティ優先度
チェックは、排気ガス特性に対してドライバビリティ乃
至は出力特性をどの程度優先させるかを設定するもので
、電子コントロールユニット１６は第４図に示すテーブ
ルからスロットル開度θに応じた優先度αを読み出す、
この優先度αはスロットル開度θが大きい程、ドライバ
ビリティ及び出力の要請度が高いものと判定するもので
ある。尚、このとき、電子コントロールユニット１６は
、エンジン水ｉＴＷに応じた暖機増量優先度βを同時に
読み出し、上述の優先度αとβとの大きい方の値を優先
度ε（−（α、β）ｗａｘ）として設定する。

そして、電子コントロールユニット１６はステップ４１
で設定した優先度ｔ（単位％）、前記式（１）で求めた
空燃比Ａ、及び前記空燃比Ｂ°から、排気ガス特性に対
するドライバビリティ乃至は出力特性の優先度を考慮し
た空燃比（Ａ／Ｆ）を次式［５１により演算する（ステ
ップ４２）。

（Ａ／Ｐ）　−Ｂ’　Ｘ　（１−ｇ）　＋Ａｘ　ｇ　　
−・・・・−（５１次いで、電子コントロールユニット
１６は上式（５）から演算した空燃比（Ａ／Ｆ）と前記
式（３）から演算した空燃比Ｃとを比較し、小さい値、
即ち、よりリッチ側の空燃比を与える方の値を空燃比（
Ａ／Ｆ）として再設定する（ステップ４３）、そして、
ステップ４３で設定した空燃比（Ａ／Ｆ）が前記排気ガ
ス特性及び燃費特性を優先すべき制御目的に対して設定
した目標空燃比Ｂ°と等しいか否かを判別する（ステッ
プ４４）、この判別は空燃比（＾／Ｆ）が許容される所
定範囲内にあれば目標空燃比Ｂ゛と等しいものと判定さ
れ、判別結果が肯定であれば前記ステップ４６を実行し
てフィードバック補正係数ＫＯｉによる空燃比（＾／Ｆ
）の演算が実行される。一方、ステップ４４での判別結
果が否定の場合にはステップ４３で設定した空燃比（＾
／Ｆ）に変更を加えずにステップ４８に進む。

電子コントロールユニット１６は、ステップ４８におい
て上述のようにして設定した（＾／Ｆ）値を次式（６）
に適用して燃料噴射弁２０の開弁時間Ｔｉｎｊを演算す
る。

Ｔｉｎｊ　零Ｋｏ　Ｘ空気量／（＾／Ｆ）　　・・・・
・・　（２）ここに、空気量は一吸気行程当たりにエン
ジン１０に吸気される質量空気流量であり、Ｋｏは燃料
量を燃料噴射弁２０の噴射量に換算するための変換定数
である。

電子コントロールユニット１６は上述のようにして演算
した開弁時間Ｔ　ｉｎｊに基づき燃料噴射弁２０に開弁
駆動信号を出力し、燃料噴射弁２０に所要量の燃料をエ
ンジンｌＧに噴射供給する。

尚、上述の実施例におけるエンジンｌＯの制御目的とし
て、排気ガス特性及び燃費を優先すべき制御目的、ドラ
イバビリティ及び出力を優先すべき制御目的、及びエン
ジンｌＯの耐久性を優先すべき制御目的の３つの制御目
的を有する空燃比制御方法を例に説明したが、本発明は
これに限定されないことは勿論のことである。

又、目標空燃比を補正する補正式、及び補正式に適用さ
れるパラメータ等も上述の実施例に限定されず、種々の
ものが適用できることは勿論のことである。　　　　。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明の内燃エンジンの空燃比制御
方法に依れば、内燃エンジンの、優先度の異なる制御目
的別に目標空燃比を設定すると共に該目標空燃比を当該
制御目的に好適なエンジン運転パラメータで補正し、斯
く補正した各制御目的別の目標空燃比を内燃エンジンの
運転状態に応じた優先度に応じて選択し、該選択した目
標空燃比に対応する燃料量を内燃エンジンに噴射供給す
るようにしたので、従来の空燃比１）　ｉ８方法に適用
される補正式のように多次元的、網羅的なマツチング試
験が不要であり、制御目的毎に行う単一テーマの試験結
果を結合させることにより最適マツチングを得ることが
できる。又、上記単一テーマのマツチング試験はパラメ
ータが複雑に組み合わされたものでないから、マツチン
グ試験結果が、従来の多次元的、網羅的マツチング試験
結果より物理的な意味を持ち、普遍性を有するので他の
エンジンへの適用が容易に出来るという種々の優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は本発明に係る
内燃エンジンの空燃比制御方法により最適空燃比を設定
する手順を示すプログラムフローチャート、第２図は、
本発明の内燃エンジンの空燃比制御方法を実施する燃料
供給制御装置の概略構成を示すブロック図、第３図は内
燃エンジンが、耐久性を優先すべき制御目的に対する目
標空燃比Ｃ°を設定するためのマツプであり、パラメー
タ値Ａ／Ｎ及びエンジン回転数Ｎと、これらに応して読
み出される目標空燃比Ｃ゛との関係を示すグラフ、第４
図はスロットル開度θと優先度αとの関係を示すグラフ
、第５図はエンジン水温Ｔｗと優先度βとの関係を示す
グラフ、第６図は、従来の内燃エンジンの空燃比制御方
法においてエンジンの運転領域別に割り当てられた制御
目的を説明するために、これらの運転領域を概念的に示
すグラフである。 ｌＯ・・・内燃エンジン、１４・・・エアフローセンサ
、１６・・・電子コントロールユニット、２１・・・０
□センサ、２２・・・エンジン回転数センサ、２３・・
・エンジン水温センサ。 出願人　　三菱自動車工業株式会社 代理人　　弁理士　　長　門　侃　二 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃エンジンに燃料を噴射供給し、前記内燃エン
   ジンの運転状態に応じて規定される所要の空燃比に制御
   する内燃エンジンの空燃比制御方法において、前記内燃
   エンジンの、優先度の異なる制御目的別に目標空燃比を
   設定すると共に該目標空燃比を当該制御目的に好適なエ
   ンジン運転パラメータで補正し、斯く補正した各制御目
   的別の目標空燃比を前記内燃エンジンの運転状態に応じ
   た優先度に応じて選択し、該選択した目標空燃比に対応
   する燃料量を前記内燃エンジンに噴射供給することを特
   徴とする内燃エンジンの空燃比制御方法。
2. （２）前記制御目的の一つに対する目標空燃比は、前記
   内燃エンジンのエンジン回転数及びエンジン負荷に応じ
   て設定されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の内燃エンジンの空燃比制御方法。