JPH0227132A - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に空燃
比をリーン状態に制御する装置に関する。

〈従来の技術〉 従来、燃費を可及的に向上させるため、理論空燃比より
リーン側に設定した混合気を燃焼するようにしたものが
あり（以下リーンバーン制御という）、排気浄化対策も
簡易な構成で行える等の利点を有している。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、いわゆる空燃比フィードバンク制御に用いら
れる通常型の０２センザは、理論空燃比を境として出力
レベルが反転する特性であり、理論空燃比よりリッチか
リーンかのＯＮ、ＯＦＦ的な判定しか行えないため、該
０２センサを用いて高精度なリーンバーン制御を行うこ
とは、困難である。

出力レベルが空燃比の変化に対してリニアに変化する広
域空燃比センサを使用してフィードバック制御を行えば
、高精度なリーンバーン制御を行うことも可能であるが
、広域空燃比センサはコストが高い難点がある。尚、広
域空燃比センサを使用した先行技術としては、例えば実
開昭６３−５１１３７号公報に示されるようなものがあ
る。

そこで、空燃比を検出することなく、空燃比をリーン側
の所望の値に設定するオープンループ制御が行われてい
る。

しかし、かかるオープンループ制御では、燃料噴射弁や
エアフローメータの特性のバラツギ、経時変化等により
、所望の空燃比が得られずリーン側にすれてサージトル
クが安定限界を超えたり、リッチ側にずれて十分な燃費
低減効果が得られないことがあり、また、ＮＯＸ発生量
を適正レベルに抑えることも困難であった。

また、機関の機構的な経時変化による内部ＥＧＲの変化
に伴い、初期状態での所望の空燃比ではサージトルクが
安定限界を超えてしまう等、サージトルクのレベルと燃
費向上とを共に満足する最適な空燃比が変化してくるこ
とがあり、これに対処できなかった。尚、この点は前記
広域空燃比センサを使用した場合でも空燃比を一定に制
御する限り、同様に生じる問題である。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもの
で、空燃比以外の運転状態の検出に基づいて空燃比のリ
ーンバーンフィードバック制御を行うことにより、安価
な構成で最適なリーンバーン制御を継続して行えるよう
にした内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的
とする。

〈課題を解決するための手段〉 このため本発明は第１図に示すように、機関回転速度の
変動レベルを検出する回転速度変動レベル検出手段と、
検出された機関回転速度の変動レベルに基ついて機関に
生じるサージトルクのレベルを推定するサージトルク推
定手段と、推定されたサージトルクのレベルを安定限界
レベルに近づけるように機関に供給される混合気の空燃
比をリーン側にフィードバック制′４τＩするリーン空
燃比フィードバック制御手段と、を含んで構成する。

また、リーン空燃比フィードバック制御手段は、推定さ
れたサージトルクのレベルと安定限界レベルとの偏差を
人間的な感覚で捉え直して設定した値に基づいて空燃比
をフィードバック制御するようにしてもよい。

さらに、機関の加減速を検出する加減速検出手段と、加
減速検出時は、回転速度変動レベル検出手段若しくはリ
ーン空燃比フィードバック制御手段の作動を停止するこ
とにより、回転速度変動レベルに応じたリーン空燃比の
フィードバック制御を停止するリーン空燃比フィードバ
ック制御停止手段を備えてもよい。また、このものにお
いて、空燃比が理論空燃比よりリッチかリーンかをＯＮ
。

ＯＦＦ的に検出する空燃比検出手段と、加減速検出時は
前記空燃比検出手段からの検出値に基づいて空燃比を理
論空燃比にフィードバック制御する理論空燃比フィード
バック制御手段とを備えてもよい。

く作用〉 機関回転速度の変動レベル、即ち単位時間当たりの変化
量は、サージトルクのレベルと深い相関を有しており、
したがって回転速度変動レベル検出手段によって検出し
た変動レベルに基づいてサージトルク推定手段により、
サージトルクのレベルを推定できる。

リーン空燃比フィードバック制御手段は上記のようにし
て推定されたサージトルクのレベルを安定限界レベルに
近づけるように空燃比をリーン側にフィードバック制御
する。

これにより、ザージトルクを安定限界レベル近傍に維持
されるところまで、空燃比がリーン化される。

また、リーン空燃比フィードバック制御手段において、
推定されたサージトルクのレベルと安定限界レベルとの
偏差を人間的な感覚で捉え直して設定した値に基づいて
空燃比をフィードバック制御するようにしたものでは、
人間の感覚で感じない程度のレベル偏差に対しては空燃
比を殆ど変化させず、感し方が大きくなるほど空燃比の
フィードバック補正量を大きくする等の制御が行われる
。

さらに、加減速検出手段と、リーン空燃比フィードバッ
ク制御停止手段を備え、機関の力ｌ］減速時は、回転速
度変動レベル検出手段若しくはリーン空燃比フィードバ
ック制御手段の作動を停止することにより、回転速度変
動レベルに応じた空燃比のフィードバンク制御を停止す
るようにしたものでは、加減速時の回転変動をサージと
して誤検出してリーンバーン制御が行われることがない
。また、このものに、空燃比検出手段と、理論空燃比フ
ィードバック制御手段とを追加して、加減速時に理論空
燃比にフィードバック制御するようにしたものでは、加
減速性能が安定する。

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

一実施例の構成を示す第２図において、機関１の吸気通
路２には、吸入空気流量を検出するエアフローメータ３
とスロットル弁４の開度を検出するスロットルセンザ５
とが設けられる。

また、吸気マニホールド６には、各気筒毎に電磁式の燃
料噴射弁７が設けられていて、後述するマイクロコンピ
ュータを内蔵したコントロールユニット８からの噴射パ
ルス信号によって開弁駆動し、図示しない燃料ポンプか
ら圧送されたプレッシャレギュレータにより所定圧力に
制御された燃料を吸気マニホールド６内に噴射供給する
。

さらに機関の冷却ジャケット９内の冷却水温度Ｔ、Ａを
検出する水温センサ１０が設げられると共に、排気通路
１１内の排気中酸素濃度に応じてこれに対応する吸入混
合気の空燃比が理論空燃比よりリンチ側にあるかリーン
側にあるかをＯＮ、ＯＦＦ的に検出する空燃比検出手段
としての０□センサ１２が設けられる。

また、機関回転と同期して微小な単位クランク角毎に単
位角度信号を出ノｊすると共に、気筒毎の行程クランク
角期間ごとに基準信号を出力するクランク角センサ１３
がディストリビュータ等に内蔵して設けられる。

そして、前記コントロールユニット８が上記各種センザ
頻からの検出信号に応じて前記燃料噴射弁７からの燃料
噴射量を演算して、それに応じたパルス幅をもつ噴射パ
ルス信号を出力することにより、空燃比を制御する。

以下に、前記空燃比制御を行うための各種演算ルーチン
を第３図〜第８図のフローチャートに従って説明する。

第３図は、機関回転速度演算ルーチンを示し、前記クラ
ンク角センサ１３から基準信号を入力する毎（例えば４
気筒の内燃機関では機関の１／４回転毎）に実行される
。

ステップ（図ではＳと記す）■では、基準信号入力毎の
周期を演算する。

ステップ２では、演算した周期に基づいて機関回転速度
Ｎを次式により演算する。

Ｎ−（１／基準信号周期）Ｘｉ／２Ｘ６０第４図は、後
述するサージトルクの推定に用いる機関回転速度の変動
レベルを検出するルーチンを示し、単位時間例えば５０
ｍ５毎に実行される。

ステップ１１では、前記第３図のルーチンで求められた
機関回転速度Ｎの最新のデータと後述するステップ１２
で前回記憶されている過去２０回分のデータの中の所定
分とに基づいて、１００．１５０．２００．３００５０
０、１０００１００Ｏ毎に設定した各単位時間ｍ当たり
の機関回転速度変動値ΔＮ１）Ｉｚ（＝　ＩＮ−Ｎｍ　
　ｌ　）を演算して記憶する。

ステップ１２では、今回検出された機関回転速度Ｎを５
０ｍ５ｅｃ前のデータとして更新し、以下１　ｓｅｃ前
までの５Ｑｍｓｅｃ毎にサンプリングされたそれまでの
データを順次シフトして、常に最新の２０個の機関回転
速度Ｎのデータを記憶する。

ステップ１３では、前記ステップ１１で記憶された変動
値ΔＮ１Ｈｚの中から最大のものを検出してｍａｘΔＮ
として記憶する。これが、機関回転速度Ｎの変動レベル
に対応する。

したかって、第３図及び第４図のルーチンが回転速度変
動レベル検出手段に相当する。

第５図は、バックグラウンドジョブ（Ｂ　Ｇ　Ｊ　）で
行われるルーチンを示す。

ステップ２１では、現在の機関回転速度Ｎと、後述する
基本燃料噴射量ＴＰ（機関負荷を代表する（直）とに基
づいて、リーンバーン（ａｌｌ　４’１ｔｌｌにおける
目標リーン空燃比の理論空燃比に対するリーン度合ＴＡ
Ｆ　（−％）をマツプからの検索等により求める。

ステップ２２では、第４図のルーチンで求めた回転速度
変動レベルｍａｘΔＮに対応するサージトルクＳＴｋｇ
ｍのレベルをマツプからの検索等により求める。このス
テップ２２の機能がサージトルク推定手段に相当する。

ステップ２３では、前記推定されたサージトルクのレベ
ルＳＴｋｇｍとサージトルクの安定限界レベル例えば０
．０７ｋｇｍとの偏差ΔＳ　Ｔ　ｋｇ　ｍを演算する。

ステップ２４では、前記演算された偏差ΔＳＴｋｇｍを
、人間が感覚的に捉えられる量（ファジー量）に置き直
す。

第６図は、機関の加減速を検出するルーチンを示し、例
えば１０１Ｉｌｓｅｃ毎に実行される。

ステップ３１では、スロットルセンサ５からスロットル
弁開度ＴＶＯ信号を入力する。

ステップ３２では、前記人力したスロットル弁開度ＴＶ
Ｏの最新値と前回値との偏差、即ちスロットル弁開度変
化率ΔＴＶＯを演算する。

ステップ３３では、前記スロットル弁開度変化率ΔＴＶ
Ｏの絶対値を所定値（例えば１°／１０ｍ５ｅｃ）と比
較し、所定値を超えるときは加減速であると判定してス
テップ３４へ進み、加減速フラグＦｔｒをセットする。

次いでステップ３５へ進み、加減速終了後の経過時間計
測用のタイマＴｍａｃｃをリセツトする。

また、ステップ３３でスロットル弁開度変化率ΔＴＶＯ
が所定値以下と判定さ荘たときは、ステ・ンブ３６へ進
み、前記タイマＴ　ｍａｃｃをインクリメントする。

次いでステップ３７へ進み、タイマＴ　ｍａｃｅＯ値を
加減速後置も大きなΔＮの変動レベルが収束するまでの
時間として設定された時間例えば１　ｓｅｃと比較し、
設定時間に達すると、ステップ３８へ進んで前記加減速
フラグＦｔｒをリセットする。

このようにして、加減速フラグＦｔｒがセットされてい
るときに後述するようにリーンバーン制御が停止される
。

このルーチンが加減速検出手段に相当する。

第７図は、空燃比を機関運転状態に応じて可変に制御す
るための空燃比フィ・−ドハック補正係数ＬＡＭＢＤＡ
を設定するルーチンを示し、例えば機関の１回転毎に実
行される。

ステップ４１では、前記加減速フラグＦｔｒがセットさ
れているか否かを判定する。

セットされていないと判定された定常運転状態では、ス
テップ４２へ進み、現在の機関回転速度Ｎが設定範囲内
例えば１１０００ｒｐ〜３０００ｒｐｍにあるか否かを
判定する。

設定範囲内にあると判定されたときは、理論空燃比相当
の基本燃料噴射量Ｔ＋’（噴射パルス幅）の最新のデー
タが設定範囲内（例えば１．３　ｍ５ｅｃ〜３．５　ｍ
５ｅｃ）にあるか否かを判定する。

設定範囲内にあると判定されたときは、ステップ４４へ
進み、水温センサ１０によって検出される冷却水温度Ｔ
８が所定値例えば７０°Ｃ以上の暖機完了状態か否かを
判定する。

そして、所定値以上と判定されたときは、リーンバーン
制御を行う運転条件が成立したと判断してステップ４５
へ進み、当該運転状態におけるり−ンバーン制御用の目
標空燃比ｍＬＡＭＢＤＡ　（理論空燃比を１として設定
）を第５図のステップ２１で求めたリーン度合ＴＡＦを
用いて次式により設定する。

ｍＬＡＭＢＤＡ＝１．０　　＋　Ｔ　Ａ　Ｆ１ａ 次いでステップ４６へ進み、空燃比のフィードバック補
正係数ＬＡＭＢＤＡを、第５図のステップ２４で求めた
ファジー量Ｕを用いて次式により設定する。

１、ＡＭＢＤＡ＝ｍＬ八ＭＢＤＡＸ　　（１＋ｕ／Ｍ）
但し、Ｍは重み付は定数である。

一方、ステップ４１〜４４の判定により、リーンバーン
制御条件が整っていないと判断されたときはステップ４
７へ進み、０□センサ１２からのリッチ。

リーン検出値を入力する。

次いでステップ４８へ進み、０２センサ１２を用いた理
論空燃比へのフィードバック制御条件が整っているか否
かを判定する。これは例えば水温Ｔ１１が所定値（例え
ば２０°Ｃ）以上１機関回転速度Ｎと基本燃料噴射量Ｔ
、とで定まる所定の運転領域にあること、０□センサ１
２の出力値が正常に機能する範囲内にあること等の全て
の条件が満たされたときを成立条件とする。

そして、整っていると判定されたときは、ステップ４９
へ進み、０□センサ１２の出力値を基準値と比較してリ
ッチ、リーンを判定する。

リーンと判定されたときはステップ５０へ進み、リッチ
状態から反転した直後か否かを、リッチ・リーンフラグ
ＦＲがセラ１−されているか否かによって判定する。

セットされていると判定されたときは、前回の状態がリ
ッチであってリーンに反転した直後であるから、ステッ
プ５１へ進んでリッチ・リーンフラグＦＲをリセットし
た後、ステップ５２へ進んで空燃比フィードバック補正
係数ＬＡ？ＩＢＤＡを前回値に対して所定の比例リッチ
分ＰＲを加算した値で更新する。

また、ステップ５０でセットされていないと判定された
ときは、反転後２回目以降であるから、ステップ５３へ
進んで、空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡを
前回値に対して所定の積分リッチ分Ｉ。

を加算した値で更新する。

ステップ４９でリッチと判定されたときは、ステップ５
４で同様にしてリッチ・リーンフラグＦＲの判定を行い
、セットされていないリッチ状態への反転直後は、ステ
ップ５５へ進んでリッチ・リーンフラグＦＲをセントし
た後、ステップ５６へ進んでＬＡＭＢＤＡを比例リーン
分ＰＬを減算した値で更新し、その後はステップ５７へ
進んで積分リーン分ずつ減算した値で更新する。

また、ステップ４８で理論空燃比へのフィードバック制
御条件が不成立と判定されたときは、ステップ５８へ進
み、ＬＡＭＢＤＡを基準値１．０に固定する。

これにより、オープンループ制御が行われ、後述する各
種の補正によって空燃比は理論空燃比よりリッチ化した
値に制御される。

第８図は、燃料噴射量の設定ルーチンを示し、例えば１
０ｍ５ｅｃ毎に実行される。

ステップ６１では、エアフローメータ３からの吸入空気
流量Ｑ信号を入力する。

ステップ６２では、前記吸入空気流量Ｑと第３図のルー
チンで求めた機関回転速度Ｎとに基づいて理論空燃比相
当の基本燃料噴射量Ｔ、を次式により演算する。

ＴＰ−Ｋ　−Ｑ／Ｎ ステップ６３では、水温Ｔ８等に応じた各種補正係数Ｃ
０ＥＦと、バッテリ電圧に応じた補正分子。

を演算する。

ステップ６４では、これら補正量と第７図で求めた空燃
比フィードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡとに基づいて、
最終的な燃料噴射弁７からの燃料噴射量Ｔ。

（噴射パルス幅）を次式により設定する。

Ｔ、　　＝Ｔ、　　　・　Ｃ０ＥＦ　　・　しＡＭＢＴ
Ｉ八十Ｔ。

へかる制御において、リーンバーン制御条件成立時には
、機関回転速度Ｎの回転変動レベルに基づいて第５図の
ステップ２２で推定したサージトルクを、第７図のステ
ップ４６でＬＡＭＢＤＡをフィードバック補正すること
によって安定限界値に近づけることができる。即ち第５
図のステップ２１及び第７図のステップ４５．４６の機
能と、第８図の燃料噴射量設定ルーチンの機能とにより
、リーン空燃比フィードバック制御手段が構成される。

また、ステップ４１の判定により加減速時にリーン側へ
の空燃比フィードバック制御を停止させる機能が、リー
ン空燃比フィードバック制御停止手段に相当し、ステッ
プ４７〜ステツプ５７の機能が理論空燃比フィドハック
制御手段に相当する。

そして、かかる制御によれば、高価な広域空燃比センサ
を使用することなく、通常装着されているセンサからの
信号のみに基づいて、部品バラツキに影響されることな
くサージトルクを安定状態に維持しつつ、リーン化を促
進することで燃費を可及的に向上でき、ＮＯｘ発生レベ
ルも低く抑えられる最適の運転状態が得られる。

また、機関の機構的な経時変化による内部ＥＣＲの変化
に伴い初期状態での所望の空燃比ではサージトルクのレ
ベルを満たせなくなってくるような場合でも、本発明で
は空燃比自体を最適値となるよう適宜修正しつつサージ
トルクレベルを安定限界に近づけるフィードバック制御
を行うことができる。

さらに本実施例では、第５図のステップ２４でサージト
ルクレベルの安定限界レベルとの偏差を人間の感覚で捉
えた゛ファジー量に置き直し、この量を用いて空燃比を
リーンバーン制御する構成としたため、安定限界レベル
に対しである程度の偏差があっても人間が感じない程度
のときは、空燃比を殆ど修正せず、ある程度以上の偏差
に達してから該偏差を感覚的に捉えられる大きさに見合
って空燃比を修正することができる。

したがって、十分快適なサージトルクレベルであるのに
空燃比を無駄にリッチ化修正されるようなことがなく、
また、サージトルクが増大してきたときは応答良く修正
されるので、常に快適な乗り心地を確保した上で燃費等
を可及的に改善できる。

また、本実施例では第６図のルーチンによって加減速を
検出して加減速時はリーンバーン制御を停止し、かつ、
加減速の程度が小さい特等所定条件が満たされていると
きは、０２センサ１２からの信号に基づいて理論空燃比
にフィードバック制御されるため、加減速時にも可及的
に燃費、排気エミッション等を満たしつつ加減速性能を
良好に保持できる。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、サージトルクのレ
ベルを推定しつつ、安定限界に近づけるように空燃比を
リーン側にフィードバック制御する構成としたため、安
価に実施できる構成でありながら部品の特性バラツキや
、機関の経時変化等に影響されることなく常に良好なリ
ーンバーン制御が行われ、快適な乗り心地、ＮＯｘ発生
レベルを満たしつつ燃費を可及的に向上できるものであ
る。

また、空燃比フィードバック制御において、人間的な感
覚で捉えた値を用いた制御を行うようにしたものでは、
乗り心地を優先した、より無駄の無い合理的な制御を行
える。

さらに、加減速検出時には前記り−、ンバーン制御を停
止したものでは、加減速性能を安定させることができ、
更に、所定の加減速条件では理論空燃比にフィードバッ
ク制御するようにしたものでは、加減速時にも可及的に
燃費、排気エミッション等を満たしつつ加減速性能を良
好に保持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の構成を示すブロック図、第２図は、
本発明の一実施例の構成を示す図、第３図〜第８図は前
記実施例の制御を行うための各種ルーチンを示すフロー
チャー１・である。 １・・・機関　　７・・・燃料噴射弁　　８・・・コン
トロールユニット　　１２・・・０□センサ　　１３・
・・クランク角センサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）機関回転速度の変動レベルを検出する回転速度変
   動レベル検出手段と、検出された機関回転速度の変動レ
   ベルに基づいて機関に生じるサージトルクのレベルを推
   定するサージトルク推定手段と、推定されたサージトル
   クのレベルを安定限界レベルに近づけるように機関に供
   給される混合気の空燃比をリーン側にフィードバック制
   御するリーン空燃比フィードバック制御手段と、を含ん
   で構成したことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置
   。
2. （２）リーン空燃比フィードバック制御手段は、推定さ
   れたサージトルクのレベルと安定限界レベルとの偏差を
   人間的な感覚で捉え直して設定した値に基づいて空燃比
   をフィードバック制御してなる請求項１に記載の内燃機
   関の空燃比制御装置。
3. （３）機関の加減速を検出する加減速検出手段と、加減
   速検出時は、回転速度変動レベル検出手段若しくはリー
   ン空燃比フィードバック制御手段の作動を停止すること
   により、回転速度変動レベルに応じた空燃比のリーン側
   へのフィードバック制御を停止するリーン空燃比フィー
   ドバック制御停止手段とを備えたことを特徴とする請求
   項１または２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
4. （４）空燃比が理論空燃比よりリッチかリーンかをＯＮ
   、ＯＦＦ的に検出する空燃比検出手段と、加減速検出時
   は前記空燃比検出手段からの検出値に基づいて空燃比を
   理論空燃比にフィードバック制御する理論空燃比フィー
   ドバック制御手段とを備えたことを特徴とする請求項３
   に記載の内燃機関の空燃比制御装置。