JP3376201B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の空燃比制
御装置に関し、詳しくは、失火発生による空燃比制御精
度の悪化を防止するための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、排気中の酸素濃度に基づいて
機関吸入混合気の空燃比を検出し、該検出された実際の
空燃比が目標空燃比に近づくように、燃料噴射量を補正
するための空燃比フィードバック補正値を設定すると共
に、該空燃比フィードバック補正値に基づいて運転領域
別に記憶される空燃比学習補正値を書き換え、前記空燃
比フィードバック補正値と前記空燃比学習補正値とに基
づいて、燃料噴射量を補正する空燃比制御装置が知られ
ている（特開昭６０−２４０８４０号公報等参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の空燃
比制御の実行中に失火が発生すると、失火気筒から酸素
が排出されるため、排気中の酸素濃度が増大して、空燃
比のリーン化が誤検出されることになってしまい、空燃
比フィードバック制御によって空燃比が目標空燃比より
もリッチに制御され、かつ、かかるリッチ補正状態が目
標空燃比の状態として誤学習されてしまうことになる。

【０００４】特に、前記酸素濃度に基づく空燃比検出を
広域に行って、運転条件に応じて設定される目標空燃比
にフィードバック制御する場合であって、失火が発生し
易い冷機時の比較的リッチなベース空燃比の状態におい
ても空燃比制御を行う場合には、失火発生によって空燃
比が大きくリッチ化すると共に、該リッチ補正状態を誤
学習し、また、失火がなくなってからも実際の空燃比と
目標空燃比とのずれが大きいために制御に大きな乱れが
生じて、排気性状を大きく悪化させる惧れがあった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、失火発生によって空燃比制御精度が悪化すること
を回避できる空燃比制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明は、図１に示すように構成される。図１において、
空燃比検出手段は、機関排気中の酸素濃度に基づいて機
関吸入混合気の空燃比を検出し、空燃比フィードバック
制御手段は、前記空燃比検出手段で検出される空燃比を
目標空燃比に近づけるように、機関への燃料噴射量を補
正するためのフィードバック補正値を設定する。

【０００７】また、空燃比学習補正値記憶手段は、空燃
比学習補正値を運転領域別に書き換え可能に記憶し、空
燃比学習手段は、前記空燃比フィードバック制御手段に
より設定されたフィードバック補正値に基づいて前記空
燃比学習補正値記憶手段における空燃比学習補正値の記
憶値を書き換える。そして、燃料噴射量補正手段は、前
記空燃比フィードバック制御手段で設定されたフィード
バック補正値及び前記空燃比学習補正値記憶手段に記憶
されている空燃比学習補正値に基づいて機関への燃料噴
射量を補正する。

【０００８】一方、失火検出手段は、機関における失火
を検出し、失火時空燃比制御停止手段は、失火検出手段
で失火が検出されているとき、及び、失火が検出されな
くなってから所定期間において、前記空燃比フィードバ
ック制御手段及び前記空燃比学習手段の動作を停止させ
る。更に、停止期間設定手段は、前記所定期間を、失火
検出直前において前記空燃比検出手段で検出された空燃
比と目標空燃比とのずれ量に応じて変更する。かかる構
成によると、失火が検出されているとき、及び、失火が
検出されなくなってから所定期間においては、空燃比の
検出結果に基づいてフィードバック補正値を設定する制
御、及び、前記設定されたフィードバック補正値に基づ
く空燃比学習補正値の更新が停止され、空燃比の検出結
果と目標空燃比との比較に基づいて燃料噴射量が修正さ
れることが禁止される。

【０００９】機関が失火すると、失火気筒から酸素が排
出されることになり、排気中の酸素濃度がその分だけ増
大するから、混合気が目標空燃比よりもリーン化したよ
うに誤検出されることになってしまい、該検出結果に基
づいて空燃比フィードバック制御及び空燃比学習を実行
すると、目標空燃比よりもリッチに制御されることにな
ってしまう。

【００１０】また、失火期間中は、吸気ポート部等に液
状となって付着している燃料（壁流）が吸引されるなど
して、失火がなくなってからもしばらくの間は、空燃比
が大きな変動（リッチ側への変動）を示すため、失火中
のみならず、失火が検出されなくなってからも所定期間
は、空燃比フィードバック制御及び空燃比学習を停止さ
せるようにした。具体的には、失火が検出される直前、
即ち、空燃比フィードバック制御を停止させる直前の空
燃比の目標空燃比に対するずれ量に応じて、失火が検出
されなくなってからも空燃比フィードバック制御及び空
燃比学習を停止させる期間が変更される。 即ち、失火直
前の目標空燃比に対するずれ量によって壁流量等が異な
り、以って、失火中に吸引される壁流量が異なり、失火
がなくなってからの空燃比変動の大きさが異なるから、
前記ずれ量に応じて期間を設定して、誤制御，誤学習を
確実に回避しつつ、必要最小限に空燃比制御を停止させ
ることができるようにしたものである。

【００１１】

【００１２】

【００１３】請求項２記載の発明では、前記停止期間設
定手段が、前記所定期間を、失火検出手段で失火が検出
されていた期間に応じて変更する構成とした。かかる構
成によると、失火が検出されていた期間の長短に応じ
て、失火が検出されなくなってからも空燃比フィードバ
ック制御及び空燃比学習を停止させる期間が変更され
る。

【００１４】失火している期間が長いと、壁流分の吸引
量がそれだけ多くなり、失火が無くなってからのリッチ
方向への変動が大きくなるので、失火期間に応じて期間
を設定して、誤制御，誤学習を確実に回避しつつ、必要
最小限に空燃比制御を停止させることができるようにし
たものである。請求項３記載の発明では、前記失火時空
燃比制御停止手段で前記空燃比フィードバック制御手段
及び前記空燃比学習手段の動作を停止させたときに、前
記燃料噴射量補正手段が、フィードバック補正値を基準
値にクランプして燃料噴射量を補正する構成とした。

【００１５】かかる構成によると、失火検出に基づいて
空燃比フィードバック制御を停止させているときには、
フィードバック補正値を基準値にクランプすることで、
停止直前のフィードバック補正値により、異なる運転条
件の下で大きく誤制御されることを抑止する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。システム構成を示す図２において、内燃機関１に
は、エアクリーナ２，吸気ダクト３，吸気マニホールド
４を介して空気が吸入される。前記吸気ダクト３には、
図示しないアクセルペダルと連動するバタフライ式のス
ロットル弁５が介装されており、該スロットル弁５によ
って機関の吸入空気量が調整されるようになっている。

【００１７】また、前記吸気マニホールド４の各ブラン
チ部には、各気筒別に電磁式の燃料噴射弁６が設けられ
ており、該燃料噴射弁６から噴射される燃料量の電子制
御によって所定空燃比の混合気が形成される。シリンダ
内に吸気弁７を介して吸引された混合気は、各気筒毎に
設けられる点火栓８による火花点火によって着火燃焼
し、燃焼排気は排気弁９を介して排出され、排気マニホ
ールド10によって図示しない触媒，マフラーに導かれ
る。

【００１８】前記燃料噴射弁６による燃料噴射量，点火
栓８の点火時期を制御するコントロールユニット11は、
マイクロコンピュータを含んで構成され、熱線式エアフ
ローメータ12からの吸入空気量信号Ｑ，スロットルセン
サ13からのスロットル弁開度信号ＴＶＯ，クランク角セ
ンサ14からのクランク角信号，水温センサ15からの冷却
水温度信号Ｔｗ，筒内圧センサ16からの筒内圧信号Ｐ，
空燃比センサ17からの空燃比信号等が入力される。

【００１９】前記熱線式エアフローメータ12は、感温抵
抗の吸入空気量による抵抗変化に基づいて機関１の吸入
空気量を質量流量として直接的に検出するものである。
前記スロットルセンサ13は、スロットル弁５の開度ＴＶ
Ｏをポテンショメータによって検出するものである。前
記クランク角センサ14は、単位クランク角毎の単位角度
信号と、所定ピストン位置毎の基準角度信号とをそれぞ
れ出力する。ここで、前記単位角度信号の所定時間内に
おける発生数、又は、前記基準角度信号の発生周期を計
測することで機関回転速度Ｎｅを算出可能である。

【００２０】前記水温センサ15は、機関１のウォーター
ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを、機関温度を代表する
温度として検出するものである。前記筒内圧センサ16
は、実開昭６３−１７４３２号公報に開示されるような
点火栓８の座金として装着されるリング状の圧電素子か
らなるものであって、点火栓の締付け荷重に対する相対
圧として燃焼圧を検出するセンサであり、各気筒の点火
栓８毎に装着することで各気筒別に筒内圧Ｐ（燃焼圧）
が検出できるようになっている。尚、前記筒内圧センサ
16は、上記のように点火栓８の座金として装着されるタ
イプの他、センサ部を直接燃焼室内に臨ませて筒内圧を
絶対圧として検出するタイプのものであっても良い。

【００２１】前記空燃比センサ17（空燃比検出手段）
は、機関吸入混合気の空燃比と密接な関係にある排気中
の酸素濃度に感応して出力値が変化する公知のセンサで
あって、空燃比を広域に検出し得るセンサである（特開
平６−８２４１７号公報等参照）。前記コントロールユ
ニット11は、機関負荷や機関回転速度等の機関運転条件
に基づいて基本点火時期（基本点火進角値）を決定し、
点火栓８による点火時期を制御する。

【００２２】また、コントロールユニット11による前記
燃料噴射弁６の噴射量の制御は以下のようにして行なわ
れる。前記熱線式エアフローメータ12で検出された吸入
空気量Ｑと、クランク角センサ14からの検出信号から算
出した機関回転速度Ｎｅとに基づいて基本燃料噴射量Ｔ
ｐ（＝Ｋ×Ｑ／Ｎｅ：Ｋは定数）を算出する一方、空燃
比フィードバック補正値ＬＭＤ，空燃比学習補正値KBLR
C ，冷却水温度Ｔｗなどの運転条件に応じた各種補正係
数ＣＯ，電圧補正分Ｔｓ等によって前記基本燃料噴射量
Ｔｐを補正して最終的な燃料噴射量Ｔｉ（Ｔｉ＝Ｔｐ×
ＬＭＤ×KBLRC ×ＣＯ＋Ｔｓ）を求める（燃料噴射量補
正手段）。そして、前記燃料噴射量Ｔｉに相当するパル
ス幅の駆動パルス信号を前記燃料噴射弁６に所定タイミ
ングで出力する。燃料噴射弁６には、図示しないプレッ
シャレギュレータで所定圧力に調整された燃料が供給さ
れるようになっており、前記駆動パルス信号のパルス幅
に比例する量の燃料が噴射される。

【００２３】前記空燃比フィードバック補正値ＬＭＤ，
空燃比学習補正値KBLRC は、図３のフローチャートに示
すようにして設定される。尚、空燃比フィードバック制
御手段，空燃比学習手段としての機能は、前記図３のフ
ローチャートに示すように、コントロールユニット11が
ソフトウェア的に備えており、空燃比学習補正値記憶手
段としては、コントロールユニット11内に書き換え可能
なバックアップ機能付きのメモリが備えられているもの
とする。

【００２４】図３のフローチャートにおいて、まず、ス
テップ１（図中ではＳ１と記してある。以下同様）で
は、機関負荷を代表する前記基本燃料噴射量Ｔｐと、機
関回転速度Ｎｅとに基づいて複数に区分される運転領域
毎に、予め目標空燃比を記憶したマップを参照し、現在
の機関負荷，機関回転に対応する目標空燃比を求める。
ステップ２では、前記空燃比センサ17の出力を読み込
む。

【００２５】ステップ３では、ステップ１で求めた目標
空燃比と、前記空燃比センサ17により検出された実際の
空燃比とを比較する。そして、実際の空燃比が目標より
もリーンであるときには、ステップ４へ進み、前記空燃
比フィードバック補正値ＬＭＤを増大制御することで、
空燃比がリッチ補正されて目標空燃比に近づくようにす
る。

【００２６】一方、実際の空燃比が目標よりもリッチで
あるときには、ステップ５へ進み、前記空燃比フィード
バック補正値ＬＭＤを減少制御することで、空燃比がリ
ーン補正されて目標空燃比に近づくようにする。更に、
実際の空燃比が目標空燃比と略一致する場合には、空燃
比フィードバック補正値ＬＭＤを保持させる。

【００２７】また、ステップ６では、機関負荷を代表す
る前記基本燃料噴射量Ｔｐと、機関回転速度Ｎｅとに基
づいて複数に区分される運転領域毎に、前記空燃比学習
補正値KBLRC を書き換え可能に記憶するマップ上の該当
運転領域の空燃比学習補正値KBLRC を、前記実際の空燃
比が目標空燃比と略一致しているときの空燃比フィード
バック補正値ＬＭＤに基づいて書き換える空燃比学習を
実行する。

【００２８】具体的には、空燃比フィードバック補正値
ＬＭＤと、それまでの空燃比学習補正値KBLRC とを加重
平均し、該加重平均値を新たな空燃比学習補正値KBLRC
としてマップデータの書き換えを行う。上記空燃比学習
によって、運転領域毎の補正要求の違いが学習され、前
記空燃比フィードバック補正値ＬＭＤによる補正無し
で、略目標空燃比が得られるようになる。

【００２９】ここで、上記の空燃比フィードバック制御
及び空燃比学習制御が、図４のフローチャートに示すよ
うに、機関における失火の有無に応じて強制的に停止さ
れるようになっている。尚、失火検出手段，失火時空燃
比制御停止手段としての機能は、前記図４のフローチャ
ートに示すように、コントロールユニット11がソフトウ
ェア的に備えている。

【００３０】図４のフローチャートにおいて、ステップ
11では、前記筒内圧センサ16の検出結果に基づいて失火
判定を行う。具体的には、所定クランク角位置における
筒内圧と正常燃焼状態に対応する所定値との比較、所定
クランク角範囲における筒内圧の積分値と正常燃焼状態
に対応する所定値との比較、更には、前記瞬時値又は積
分値の変動に基づいて失火を判定する。

【００３１】尚、筒内圧センサ16を備えない場合には、
機関回転速度Ｎｅの変動に基づいて失火を検出させるこ
とも可能であり、更に、燃焼光などに基づいて失火を検
出する構成であっても良く、失火検出の方法を限定する
ものではない。ステップ12では、前記ステップ11による
判定によって失火発生が検出されたか否かを判別する。

【００３２】そして、失火が検出されているときには、
ステップ13へ進み、失火が検出されなくなってからの期
間を計測するためのタイマＴＭＭＦをゼロリセットする
と共に、ステップ15へ進んで、前記空燃比フィードバッ
ク補正値ＬＭＤを基準値であって実質的な補正を行わな
い値である1.0 にクランプして空燃比フィードバック制
御を停止させ、更に、ステップ16で、空燃比学習、具体
的には、空燃比学習補正値KBLRC のマップデータの更新
を禁止する。

【００３３】一方、ステップ12で失火が検出されていな
いと判別されると、ステップ14へ進み、失火が検出され
なくなってからカウントアップされることになる前記タ
イマＴＭＭＦが所定値以上になっており、失火が検出さ
れなくなってから所定期間以上経過しているか否かを判
別する。そして、前記タイマＴＭＭＦが所定値未満であ
り、失火が検出されなくなってから所定期間が経過して
いない場合には、ステップ15，16へ進むことで、空燃比
フィードバック制御及び空燃比学習制御の停止状態を、
失火検出中に続けて継続させる。

【００３４】一方、前記タイマＴＭＭＦが所定値以上に
なっており、失火が検出されなくなってから所定期間以
上経過している場合には、ステップ17へ進み、通常の空
燃比フィードバック制御を実行させると共に、ステップ
18で、前記フィードバック制御の結果を用いる空燃比学
習制御、即ち、空燃比学習補正値KBLRC のマップデータ
の更新を実行させる。

【００３５】このように、失火検出中及び失火が検出さ
れなくなってからも所定期間においては、空燃比フィー
ドバック制御及び空燃比学習制御を停止させるものであ
り、これにより、空燃比制御の精度が低下することが回
避される。即ち、失火が発生すると、失火気筒から酸素
が排出されることになって、これが空燃比センサ17によ
って空燃比のリーン化として誤検出されることになって
しまう。そして、空燃比がリーン側に誤検出されると、
空燃比フィードバック制御によって目標空燃比よりもリ
ッチ側に制御されることになり、更に、かかるリッチ制
御状態が目標空燃比制御状態として学習されることにな
ってしまう。

【００３６】更に、失火がなくなってからも、失火中に
吸引された壁流等によって空燃比がリッチ方向に変動す
るため、失火が検出されなくなったときに直ちに空燃比
制御を再開させると、失火中と同様に誤制御，誤学習が
行われることになってしまう。そこで、失火検出中及び
失火が検出されなくなってからも所定期間においては、
空燃比フィードバック制御及び空燃比学習制御を停止さ
せ、失火に伴う誤制御，誤学習を回避できるようにし
た。

【００３７】また、前記失火に伴うフィードバック制御
の停止時に、空燃比フィードバック補正値ＬＭＤを基準
値（＝1.0 ）にクランプすることで、フィードバック停
止中に空燃比フィードバック補正値ＬＭＤによる補正で
空燃比が大きくずれることを回避でき、また、フィード
バック制御再開時の応答性を安定的に得られる。ところ
で、前述のように、失火が検出されなくなってからも空
燃比フィードバック制御及び空燃比学習制御を停止させ
る期間は、失火検出直前における目標空燃比と実際の空
燃比とのずれ量、及び／又は、失火が検出されていた期
間に応じて変更される。

【００３８】即ち、失火直前の目標空燃比に対するずれ
量によって壁流量が異なり、以て、失火中に吸引される
壁流量が変化し、更に、失火期間の長短によって吸引さ
れる壁流量が変化する。そして、前記失火中に吸引され
た壁流量によって失火が無くなった後のリッチ方向への
空燃比変動の大きさが影響されるので、前記ずれ量及び
／又は失火期間に応じて、失火が無くなった後の空燃比
制御停止期間を設定することで、誤制御，誤学習を確実
に回避しつつ、必要最小限に空燃比制御を停止させるこ
とができるようにした。

【００３９】尚、前記空燃比のずれ量は、目標空燃比と
空燃比センサ17により検出された空燃比との差として求
めることができる一方、空燃比フィードバック補正値Ｌ
ＭＤと基準値との差として求めることもできる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によると、失火が検出されているとき、及び、失火が
検出されなくなってから所定期間において、空燃比フィ
ードバック制御及び空燃比学習を停止させるようにした
ので、失火に影響されて空燃比制御精度が低下し、排気
性状が悪化することを回避できると共に、失火直前の目
標空燃比に対するずれ量に応じて、空燃比制御を継続的
に停止させる期間を変更することで、誤制御，誤学習を
確実に回避しつつ、必要最小限に空燃比制御を停止させ
ることができるという効果がある。

【００４１】請求項２記載の発明によると、失火が検出
されているとき、及び、失火が検出されなくなってから
所定期間において、空燃比フィードバック制御及び空燃
比学習を停止させるようにしたので、失火に影響されて
空燃比制御精度が低下し、排気性状が悪化することを回
避できると共に、失火が検出されていた期間の長短に応
じて、空燃比制御を継続的に停止させる期間を変更する
ことで、誤制御，誤学習を確実に回避しつつ、必要最小
限に空燃比制御を停止させることができるという効果が
ある。

【００４２】請求項３記載の発明によると、失火検出に
基づいて空燃比フィードバック制御を停止させていると
きには、フィードバック補正値を基準値にクランプする
ことで、フィードバック制御停止中のフィードバック補
正値によって空燃比が大きく誤制御されることを抑止で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明にかかる装置の構成ブロッ
ク図。

【図２】実施の形態における機関のシステム構成図。

【図３】空燃比制御の様子を示すフローチャート。

【図４】失火時の空燃比制御の停止を示すフローチャー
ト。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ４ 吸気マニホールド ５ スロットル弁 ６ 燃料噴射弁 ８ 点火栓 10 排気マニホールド 11 コントロールユニット 12 熱線式エアフローメータ 13 スロットルセンサ 14 クランク角センサ 15 水温センサ 16 筒内圧センサ 17 空燃比センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−5450（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−33440（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−28756（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−240840（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−293299（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−173745（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−14092（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−151744（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00 F02P 1/00 - 17/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関排気中の酸素濃度に基づいて機関吸入
   混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、 該空燃比検出手段で検出される空燃比を目標空燃比に近
   づけるように、機関への燃料噴射量を補正するためのフ
   ィードバック補正値を設定する空燃比フィードバック制
   御手段と、 空燃比学習補正値を運転領域別に書き換え可能に記憶す
   る空燃比学習補正値記憶手段と、 前記空燃比フィードバック制御手段により設定されたフ
   ィードバック補正値に基づいて前記空燃比学習補正値記
   憶手段における空燃比学習補正値の記憶値を書き換える
   空燃比学習手段と、 前記空燃比フィードバック制御手段で設定されたフィー
   ドバック補正値及び前記空燃比学習補正値記憶手段に記
   憶されている空燃比学習補正値に基づいて機関への燃料
   噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、 機関における失火を検出する失火検出手段と、 該失火検出手段で失火が検出されているとき、及び、失
   火が検出されなくなってから所定期間において、前記空
   燃比フィードバック制御手段及び前記空燃比学習手段の
   動作を停止させる失火時空燃比制御停止手段と、 前記所定期間を、失火検出直前において前記空燃比検出
   手段で検出された空燃比と目標空燃比とのずれ量に応じ
   て変更する停止期間設定手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の空燃比
   制御装置。
2. 【請求項２】機関排気中の酸素濃度に基づいて機関吸入
   混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、 該空燃比検出手段で検出される空燃比を目標空燃比に近
   づけるように、機関への燃料噴射量を補正するためのフ
   ィードバック補正値を設定する空燃比フィードバック制
   御手段と、 空燃比学習補正値を運転領域別に書き換え可能に記憶す
   る空燃比学習補正値記憶手段と、 前記空燃比フィードバック制御手段により設定されたフ
   ィードバック補正値に基づいて前記空燃比学習補正値記
   憶手段における空燃比学習補正値の記憶値を書き換える
   空燃比学習手段と、 前記空燃比フィードバック制御手段で設定されたフィー
   ドバック補正値及び前記空燃比学習補正値記憶手段に記
   憶されている空燃比学習補正値に基づいて機関への燃料
   噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、 機関における失火を検出する失火検出手段と、 該失火検出手段で失火が検出されているとき、及び、失
   火が検出されなくなってから所定期間において、前記空
   燃比フィードバック制御手段及び前記空燃比学習手段の
   動作を停止させる失火時空燃比制御停止手段と、 前記所定期間を、前記失火検出手段で失火が検出されて
   いた期間に応じて変更する停止期間設定手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の空燃比
   制御装置。
3. 【請求項３】前記失火時空燃比制御停止手段で前記空燃
   比フィードバック制御手段及び前記空燃比学習手段の動
   作を停止させたときに、前記燃料噴射量補正手段が、フ
   ィードバック補正値を基準値にクランプして燃料噴射量
   を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の内
   燃機関の空燃比制御装置。