JPH0463223B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、空燃比をフイードバツク制御する閉
ループ制御手段と、空燃比をオープン制御するオ
ープン制御手段とを備えたエンジンの空燃比制御
装置に関し、更に詳しくは、特に高負荷低回転時
のノツキングを生じやすい領域（以下、「ノツク
領域」という）において、エンジンをノツキング
発生の臨界点で運転させると同時に、経年変化に
よる空燃比のズレを自動的に補償するようにした
開ループ制御手段を備えたエンジンの空燃比制御
装置に関する。

電子制御燃料噴射装置を搭載した自動車のエン
ジンにおいては、経年変化による空燃比のバラツ
キを補償するため、従来より種々の試みがなされ
ている。

例えば、特開昭55−96339号に提案されたもの
は、その一例である。

このものは、マイクロコンピユータを稼働して
いわゆるフイードバツク領域内で、学習制御を行
なうもので、排気ガス成分より酸素濃度を検出す
るO₂センサの出力信号をもとに、エンジンの運
転状態に応じて予め設定された燃料噴射量を微小
量だけ補正して空燃比が予め設定した値よりリツ
チ側に変化している時には燃比噴射量を減量させ
て空燃比をリーン方向に補正し、また空燃比がリ
ーン側に変化している時には、燃料噴射量を増量
させて、これをリツチ方向に補正するようにした
ものである。

しかし、このような制御装置においては、空燃
比をエンリツチにしてエンジンを高負荷で運転し
なければならないいわゆるエンリツチ領域では、
空燃比を正確に制御できず、これがためにエンジ
ンを常時適正な燃料条件で運転させることを期待
することは困難であつた。

そこで、このような不都合を解決するため、本
出願人は、特開昭57−164698号において、エンリ
ツチ領域に隣接するフイードバツク領域内の基本
制御値をもとに、エンリツチ領域内においても学
習制御を行なえるようにしたものを提案してい
る。

しかしながら、この提案のものもエンリツチ領
域での空燃比を要求通り正確に制御することに困
難があつた。

すなわち、あくまでもフイードバツク領域内で
得られた学習値を基にエンリツチ領域での空燃比
を補正するようにしていることから、見込み（予
想）による補正であつて、要求通りの補正が達成
されているとは言い難く、特に、エンリツチ領域
内においても高負荷低回転のようにノツキングが
発生しやすい領域において、空燃比を要求通りに
制定しないとノツキングが発生して適正なエンジ
ン出力が得られないといつた問題が生じていたの
である。

本発明は、上記のような問題点を解消するため
に開発されたもので、空燃比とノツキングとに相
関がある点に着目して、フイードバツク領域内で
の空燃比の学習補正が行なえないエンリツチ領域
を、ノツキングの発生するノツク領域とノツキン
グを生じないアンノツク領域とに区分して、それ
ぞれの領域に適応した制御を行なうことで、エン
リツチ領域においても常に適切な空燃比に補正し
て、経年変化等によるバラツキを補償することが
できるエンジンの空燃比制御装置を提供すること
を目的とするものである。

以下に、本発明の一実施例を説明するが、その
詳細な説明に入る前に、本発明の開ループ制御手
段のノツク領域内における空燃比の調整原理につ
いて概説する。

一般に、ノツク領域においては、エンジンの点
火時期は、それが進み側にある程エンジンは高出
力を得ることができることは周知であるし、また
点火時期を進める程ノツキングは生じやすくな
る。

同様に、同一の運転条件の下において、ノツキ
ングと空燃比との関係を考察すれば、空燃比がリ
ツチである程ノツキングは生じにくくなり、逆に
空燃比がリーンである程ノツキングは生じやすく
なるという傾向がある。

そこで、今、点火時期のノツキング臨界点が経
年変化により最初の頃より幾分か遅れ方向にズレ
た場合を考慮すると、その点火時期でエンジンを
運転させる場合には、空燃比は最初の設定値より
もリーン方向にズレており、又、反対の場合には
リツチ方向にズレでいることになる。

換言すれば、点火時期のノツキング臨界点を比
較することにより経年変化時等の空燃比のズレ方
向が判断できることになり、このズレの補正を繰
り返し行なうことにより、エンジンをノツク領域
内において最適条件下で運転することが可能とな
る。

ここで、本発明に係るエンジンの空燃比制御装
置のうち、学習補正係数に基づいて開ループ制御
する開開ループ制御手段が、エンジンのノツキン
グの発生の有無を検出して、ノツキングの発生有
の時には点火時期の基準値を遅れ側に補正する一
方、ノツキングの発生無の時には点火時期の基準
値を進み側に補正してエンジンを最適点火時期で
運転させる点火時期調整手段と、この点火時期調
整手段により得られた最適点火時期と運転状態に
応じて、予め設定され記憶された基準値とを比較
し、その比較結果に基づいて、上記最適点火時期
が上記基準値より遅れ側にある時には開ループ制
御時の学習補正係数を増量する一方、上記最適点
火時期が上記基準値より進み側にある時には開ル
ープ制御時の学習補正係数を減量することによ
り、開ループ制御時の学習補正係数を記憶・更新
する空燃比学習手段とを含んで構成されているも
のであるから、従来、盲目制御を行なつていたノ
ツク領域において、点火時期をノツキングの生じ
る臨界点まで移動させて、高出力の運転を行なわ
せることができるばかりでなく、その臨界点が予
め設定した基準値に対して変動していた場合は、
学習補正係数を記憶・更新させて、次にエンリツ
チ領域に移行した時に、その更新した学習補正係
数を用いることにより、空燃比の経年変化などの
バラツキを補償して、長年月の経過後において
も、エンジンをノツキングの生じる臨界点で高出
力運転させることができる。

次に、第１図を参照して本発明の要部を構成す
る開ループ制御手段の基本的構成を説明する。

１は、エンジン６のノツキングの発生の有無を
検出するノツキングセンサを含んだノツキング検
出手段、 ２は、該ノツキング検出手段１に基づいて、ノ
ツキングを抑制する方向に点火時期を調整する点
火時期調整手段 ３は、燃料噴射弁を付勢する燃料噴射パルスの
パルス幅を規定して燃料噴射量を設定する空燃比
補正手段、 ４は、運転状態に応じて、予め設定された点火
時期の基準値を記憶している記憶手段、 ５は、記憶手段４に記憶されている基準値と点
火時期調整手段２によつて設定された最適点火時
期との比較を行なう比較手段で、比較の結果、偏
差が存在した時にはその偏差に応じて上記した空
燃比補正手段を制御し、これによつて燃料噴射量
を増減補正して、空燃比の補正を指令する。

点火時期調整手段２は、ノツキング検出手段１
がノツキングの発生を検出した時点においては予
めマツプ等により運転状態に応じて与えられる点
火時期の制御量を減少（点火角を遅らせる）させ
て、エンジンを常に最適点火時期つまり、ノツキ
ングを発生するギリギリの臨界点で運転させる。

これに対して、空燃比補正手段３は、ノツク領
域内では、前述の原理に従つて比較手段５が点火
時期調整手段２により設定された最適点火時期が
記憶手段４より読み出された予め設定された基準
値より遅れ側にあることを判断すると、予めマツ
プ等により運転状態に応じて与えられる基本燃料
噴射量を増大させ他方比較手段５が、最適点火時
期が記憶手段４より読み出された基準値より進み
側にあることを判断すると、基本燃料噴射量を減
少させて空燃比補正手段３を制御する。

第２図は、マイクロコンピユータを用いた本発
明の概略構成図で、既述の開ループ制御手段に、
公知の閉ループ制御手段を組み合せて構成した概
略構成図である。

マイクロコンピユータ９は、エンジン６の運転
状態を知るために設けられた後述する各センサ
１，１０，１１，１３，１５，１７の出力を入力
して点火時期調整手段２、空燃比補正手段３に対
する制御信号を出力するためのＩ／Ｏインターフ
エース、中央演算処理装置（CPU）、リード・オ
ンリ・メモリ（ROM）、ランダム・アクスセ
ス・メモリ（RAM）を備え、これらをデータバ
スおよびアドレスバスで結合した基本構造を成し
ている。

リード・オンリ・メモリの各番地内には、エン
ジンの回転数ne、吸気圧Ｐを基に設定された燃
料噴射量と、点火時期に関する情報が、いわゆる
基本の制御マツプとして記録されており、記憶手
段４もリード・オンリ・メモリから構成されてい
る。

一方、ランダム・アスセス・メモリの各番地内
には、上記した基本制御量に対する補正量を規定
した補正情報が補正係数の形で記憶されており、
この補正情報は、コンピユータ９によるゾーン判
別結果に応じ、フイードバツク制御時において
使用される燃料噴射量を増減させるフイードバツ
ク補正係数（F_F/B）、開ループ制御時にノツク
領域内で使用される進角量を増減させるノツク補
正係数（K_K）、ノツク領域内の学習制御時にお
いて使用される、燃料噴射量を増減させる学習補
正係数（K_L）として、それぞれが更新可能に記
憶されている。

点火時期調整手段２は、点火プラグを点火する
点火コイルと、点火コイルに通電するドライバ２
１及びこのドライバ２１による点火するまでの時
間を設定するタイマT₂２２とより成つており、
この点火するまでの時間はピストンとTDC時点
を基準とした進角量つまり、タイマT₂の設定時
間t₃をもつて規定されている。

他方の空燃比補正手段３は、燃料噴射弁と、こ
の噴射弁を付勢するドライバ３１及びこのドライ
バ３１の作動時間を規定するタイマT₁３２を含
んで構成されており、燃料噴射量は燃料噴射パル
スのパルス幅つまり、タイマT₁の設定時間t₂を規
定することによつて行なわれている。

ここで、エンジンの運転状態を検出する各セン
サについて説明する。

すなわち、排気マニホールド７内に配設された
O₂センサ１５はフイードバツク制御時のみ作動
されるが、回転出力センサ１０、吸気管８内に配
設された吸気温センサ１１、冷却管内に配設され
た水温センサ１３、吸気管８内に配設された吸気
圧センサ１７はいずれの制御時においても、燃料
噴射量、点火時期の基本の制御量及びその吸気
温、冷却水温に対する補正量を設定するために作
動され、これら各センサからマイクロコンピユー
タ９へは時々刻々とした情報が送られている。

これらに対して、ノツキングセンサを含んだノ
ツキング検出手段１は、エンジンの運転領域がノ
ツク領域にある時に、点火時期の調整制御を行な
うために使用され、したがつて開ループ制御手段
の必須の構成条件をなしている。

次いで、本発明装置の制御に使用される制御プ
ログラムについて説明する。

このプログラムは、エンジンの運転状態を知る
ため既述の各センサ１０，１１，１３，１５，１
７より制御に必要な情報を読み出すことから始
り、第３図に示す制御領域のゾーン判別を行ない
各制御領域に応じた制御が行なわれる。このゾー
ン判別は次のような条件が判断されて行なわれ
る。

(1) フイードバツク領域 この運転領域は、エンジン６の吸気圧Ｐが所
定値P_Oより低く、冷却水温Ｗが所定値W_Oより
高いという条件が充された時に行なわれ、エン
ジン６の運転状態に応じた燃料噴射量の基本制
御量に対する基本の補正、つまり、吸気温、冷
却水温の補正係数K_FA，K_FUと、点火時期に対
する基本の補正、つまり、吸気温、冷却水温の
補正数K_SA，K_SWが算出され、さらに既述のO₂
センサ１５により空燃比のリーン・リツチが判
断される。

そして、このO₂センサ１５による判断結果
に基づいて燃料噴射量のフイードバツク補正係
数K_F/Bの微小量が増減されて空燃比の制御が行
なわれる。（ステツプ1000→…1013→1014→
1015→1016a or 1066b→1017→1018→1002参
照） (2) 開ループ領域 吸気圧Ｐが所定値P_O以上の高負荷になれば、
この領域になる。この領域は、エンジン６の回
転数neが所定の回転数noより大きい高負荷高
回転時のアンノツク領域と、エンジンの回転数
neが所定回数noより小さい高負荷低回転時の
ノツク領域とに区分され、後者のノツク領域
は、さらに燃料噴射量の補正量を規定した制御
マツプを使用する学習領域と、このような制御
マツプを使用しない非学習領域とに区分され
る。

アンノツク領域では、ステツプ1011、ステツ
プ1012において算出された基本の補正係数によ
つて定められた点火時期t₃でエンジンの点火が
なされ、燃料噴射量は、上記した基本の補正以
外に前回の学習制御において定められた学習補
正係数K_L分の補正が加えられる。（ステツプ
1000→…1013→1019→1020→1027→1002参照） 一方、ノツク領域（Ｐ≧P_Oかつne≦noの条件
の充される領域）においては、ノツキング検出手
段１によりノツキングの発生が検出されないとき
には、ノクツ補正数K_Kを増大させ、反対にノツ
キングの発生が検出された場合にはノツク補正係
数K_Kを減少させて、エンジン６をノツキングの
発生するギリギリの臨界点で運転させる。

そして、このノツク領域のうち、学習領域内に
おいては、更にノツク補正係数K_Kが所定値（基
準値）K_K〓より大きくなつたか、小さくなつたか
が判断され、その学習補正係数K_Lが微小量ΔK_L
だけ増減される。

かくして、ノツク領域内では点火時期の最適値
が設定され、更に学習領域であるか否かが判断さ
れて、学習領域であればノツク補正係数K_Kをも
とに、燃料噴射量が基本の補正量以外にも学習補
正係数K_K分だけ補正され、また学習領域でなけ
れば燃料噴射量の基本の補正量に対する新たな補
正は行われず、前回の学習領域において学習した
値がそのまま使用される。（ステツプ1000→…→
1013→1019→1021→1022aあるいは1022b→1023
→1024…→1002あるいは1026…→1002参照） ここに、学習領域は次の条件を充すものであ
る。

n₁≦ne≦n₂＜no Po≦P₁≦Ｐ≦P₂ Wo＜W₁≦Ｗ≦W₂ A₁≦Ａ≦A₂（但しＡは吸気温を示
す） 次に、第４図のフローチヤートを参照し乍ら、
本発明装置の制御手順について説明する。

ステツプ1000を開始点とし、ステツプ1001で初
期設定が行なわれた後、ステツプ1002において、
ピストンが上死点に来たことが検出されると、ス
テツプ1003に移り、コンピユータ９に内臓された
主タイマにより、TDC時刻t₁が読み取られる。

ステツプ1004では、空燃比補正手段３内のタイ
マT₁に噴射時間t₂をセツトして噴射を開始する
（このt₂は燃料噴射弁の噴射時間すなわち燃料噴
射パルスのパルス幅を意味し、噴射はt₂に完了す
る。）そして、ステツプ1005では点火時期調整手
段２のタイマT₂に点火までの時間t₃をセツトす
る。ステツプ1006では、前回のTDC時刻t₀と上
記した時刻t₁との差すなわちt₁−t₀から回転数ne
が算出される。そして、ステツプ1007ではt₀をt₁
に更新する。

しかる後、ステツプ1008で吸気圧Ｐを読み込
み、ステツプ1009では回転数neと吸気圧Ｐに基
づきコンピユータ内のリード・オンリ・メモリー
内に記憶された制御マツプより燃料噴射時間t₄
と、点火時期t₅が基本の制御量として読み取られ
る。

そして、ステツプ1010に移り、冷却水温Ｗと、
吸気温Ａの読み込みが行なわれ、ステツプ1011に
おいては燃料の噴射量に対する吸気温補正係数
K_FAの冷却温補正係数K_FUを算出して基本の燃料
噴射量に対する基本の補正がなされ、さらにステ
ツプ1012においては、点火時期に対する吸気温補
正係数K_SA、冷却水温補正係数K_SWを算出して基
本の点火時期に対する基本の補正がなされる。

かくして、エンジンの運転状態に応じた基本の
制御量に対する基本の補正がなされ、ステツプ
1013に移つてエンジンの吸気圧Ｐすなわちエンジ
ンの負荷状態が判断されると前述したゾーン判別
がなされる。

すなわち、ステツプ1013では吸気圧Ｐの所定値
P_Oに対する大小が判断され、Ｐ≧P_Oの条件が充
されればステツプ1019に移り、この条件が充され
ない場合はステツプ1014に移る。ステツプ1014で
は、更にエンジンの冷却水温が基準値W_Oより大
であるか否かが判断され、その条件が成立すれば
フイードバツク領域であることが確認されてフイ
ードバツク制御が行なわれる。

フイードバツク制御は、排気マニホールド７内
に配設されたO₂センサ１５の出力を判断するス
テツプ1015に始まり、ステツプ1015において空燃
比がリツチであることが判断されればステツプ
1016aに進み、他方リーンであることが判断され
ればステツプ1016bに進んで、フイードバツク補
正係数K_F/Bを微小量すなわちΔK_F/Bだけ増減させ
る。そして、ステツプ1017では、燃料噴射量t₂が
算出され、ステツプ1018では更に点火時期t₃が算
出されて公知のフイードバツク制御が行なわれる
ことになる。

一方、ステツプ1013において、エンジン６が高
負荷運転領域にあることの条件Ｐ≧P_Oが充され
るとステツプ1019に移り、さらにエンジン６の回
転数neがノツキングを生じる臨界点noより大で
あるか小であるかが判断される。そして、ステツ
プ1019の条件ne≦noが充されると、ノツク領域
であることが確認され、ステツプ1021に進み、ス
テツプ1021では、ノツキング検出手段１からの情
報を読み込んでステツプ1022aあるいはステツプ
1022bのいずれかに進む。

すなわち、点火時期調整手段２による点火時期
の補正がなされ、ノツキングが発生した場合に
は、ステツプ1022aに進み、ノツキングが発生し
ていない場合にはステツプ1022bに進んでノツク
補正係数K_Kが増減される。

ここでノツク補正係数K_Kは点火時期の進角量
を規定するもので、ノツキング検出手段１よりノ
ツキングの発生が検出されるとその補正係数K_K
を微小量ΔK_Kだけ増大させて点火時期の遅れ量
を増大させ、逆の場合には微小量ΔK_Kだけ減少
させて点火時期の遅れ量が減少される。そして、
ステツプ1023では、さらにエンジンの回転数ne、
吸気圧Ｐ、水温Ｗ、吸気温Ａの諸情報を読み込ん
でエンジンが学習領域内にあるか否かが判断され
る。

そうして、ステツプ1023において学習領域内に
あることが判断されると、ステツプ1022aあるい
はステツプ1022bで更新されたノツク補正係数K_K
が、学習領域内の基本マツプに記憶された所定値
K_K〓より大であるか否かがさらに判断され、K_K＞
K_K〓すなわちノツキング補正による補正量が大き
くなつた場合（点火時期の遅れ量が大きくなつた
ことを意味する）には、学習補正係数K_Lを微小
量ΔK_Lだけ増大し、またK_K≦K_K〓すなわちノツキ
ング補正による補正量が小さくなつた場合（点火
時期の遅れ量が小さくなつたことを意味する）に
はK_Lを微小量ΔK_Lだけ減少させて燃料噴射量の
増減を行なう。

ステツプ1026では、かくしてステツプ1022a、
又は1022bで得られたノツク補正係数K_Kに応じた
点火時期t₃が定められたステツプ1027では学習補
正係数K_Lの加えられた噴射量t₂が算出される。一
方、ステツプ1013よりステツプ1019に進んでne
≦noの条件が充されていないことが判断される
と、アンノツク領域であることが確認されて、ス
テツプ1020に進んで点火時期t₃が算出され、ステ
ツプ1027では燃料噴射時間t₄が設定される。

また、ステツプ1013よりステツプ1014に移り、
ここでＷ≧W_Oの条件を充していないことが確認
された場合にもアンノツク領域と同様な制御がな
される。

以下、各センサよりエンジンの運転状態に応じ
た情報がコンピユータ９に時々刻々と供給され
て、エンジンの運転領域が判別されて上記と同様
な手順に従つて点火時期調整手段２と空燃比補正
手段３による制御が行なわれる。

以上詳述したように、本発明のエンジンの空燃
比制御装置によれば、エンジンの運転状態がフイ
ードバツク領域にある時は、O₂センサの出力信
号をもとに空燃比の学習補正を行なえるのはもと
より、そのような空燃比の学習補正を行なえない
エンリツチ領域においては、ノツキングの発生の
有無を検出して、ノツキングの発生有の時には点
火時期の基準値を遅れ側に、かつ、ノツキングの
発生無の時には点火時期の基準値を進み側に補正
してエンジンを最適点火時期、すなわち、ノツキ
ングを発生するギリギリの臨界点で運転させて高
出力を得ることができる。しかも、その臨界点が
予め設定した基準値に対して変動していた場合
は、学習補正係数を記憶・更新させて、次にエン
リツチ領域に移行した時に、その更新した学習補
正係数を用いることにより、空燃比の経年変化な
どのバラツキを適確に補償して、長年月の経過後
においても、エンジンをノツキングの生じる臨界
点で高出力運転させることができるという顕著な
効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、開ループ制御手段の基本的構成を示
すブロツク線図、第２図は、本発明装置の一実施
例を示す概略図、第３図は、エンジン回転数とエ
ンジンの吸気圧とによつて規定されたエンジンの
運転領域を示すグラフ、第４図は、本発明装置の
制御手順を示すフローチヤートである。 （符号の説明）、１……ノツキング検出手段、
２……点火時期調整手段、３……空燃比補正手
段、４……記憶手段、５……比較手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エンジンの運転状態がフイードバツク領域に
   ある時に、エンジンに供給される吸入混合気の空
   燃比をフイードバツク制御する閉ループ制御手段
   と、 エンジンの運転状態がエンリツチ領域にある時
   に、エンジンに供給される吸入混合気の空燃比を
   学習補正係数に基づいて開ループ制御する開ルー
   プ制御手段とを備えたエンジンの空燃比制御装置
   であつて、 上記開ループ制御手段が、 (a) エンジンのノツキングの発生の有無を検出す
   るノツキングセンサを含んだノツキング検出手
   段と、 (b) 運転状態に応じて、予め設定された点火時期
   の基準値を記憶させた記憶手段と、 (c) エンジンにノツキングを生じた時には、点火
   時期の基準値を遅れ側に補正する一方、ノツキ
   ングを生じない時には、点火時期の基準値を進
   み側に補正してエンジンを最適点火時期で運転
   させる点火時期調整手段と、 (d) 上記点火時期調整手段により得られた最適点
   火時期と上記記憶手段に記憶された基準値とを
   比較する手段と、 (e) 上記比較手段の比較結果に基づいて、上記最
   適点火時期が上記基準値より遅れ側にある時に
   は、開ループ制御時の学習補正係数を増量する
   一方、上記最適点火時期が上記基準値より進み
   側にある時には、開ループ制御時の学習補正係
   数を減量することによつて、開ループ制御時の
   学習補正係数を記憶・更新する空燃比学習手段
   とを含んで構成されていることを特徴とするエ
   ンジンの空燃比制御装置。