JPH05296086A - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気系に設けたＯ₂ センサの出力に基づいて
機関空燃比をフィードバック制御する燃料噴射量制御装
置の、急減速後再加速を行う際の空燃比の乱れを低減す
る。 【構成】 制御回路１０により、機関本体１の吸気通路
２に設けたエアフローメータ３出力と排気通路１１に設
けたＯ₂ センサ１３出力とに基づいて燃料噴射量をフィ
ードバック制御する。フィードバック制御は、スロット
ル弁１６のアイドルスイッチ１７の出力信号がＯＮ、か
つ吸入空気量が所定値以下の条件で停止され、上記いず
れかの条件が成立しない場合に開始される。減速後、再
加速に移行する際に、吸入空気量の増加が検出されなく
てもアイドルスイッチ１７の出力信号ＯＦＦにより直ち
にフィードバック制御が開始されるため空燃比の乱れを
低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも排気通路に
設けた空燃比センサ出力に基づいて機関空燃比をフィー
ドバック制御する内燃機関の燃料噴射量制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気系にＯ₂ センサ等の空燃
比センサを設け、このセンサ出力により機関空燃比を所
定の値（例えば理論空燃比）に維持するように燃料噴射
量をフィードバック制御する技術が従来から知られてい
る。このように、排気系に設けた空燃比センサの出力に
より機関空燃比を制御する場合には、減速時のエンジン
ブレーキ等のようにスロットル弁を急激に閉じた場合に
空燃比制御が乱れる問題が起きる場合がある。

【０００３】例えば中高速回転領域から急にスロットル
弁を閉じて減速したような場合には機関吸入空気量が急
激に低下するため吸入空気量不足による不完全燃焼が生
じる。不完全燃焼が生じると排気中に未燃のＨＣ成分が
多量に排出されるためＯ₂ センサ等を使用した空燃比セ
ンサでは排気の酸素濃度を正確に検出できなくなってし
まう。このような状態の空燃比センサ出力に基づいて空
燃比制御を行うと、機関空燃比は所定値から大幅に外れ
てしまい運転性能上問題を生じたり排気エミッションが
悪化したりする問題が生じる。

【０００４】この問題を解決するためには、減速時等で
吸入空気量不足による不完全燃焼が生じる可能性がある
場合には、空燃比センサ出力による空燃比のフィードバ
ック制御を一時停止して燃料噴射量を他のパラメータの
みに基づいて制御することが有効である。このような制
御を行う装置の例としては、例えば特開昭５７−２４４
３６号公報に開示されたものがある。

【０００５】同公報の装置は、通常の運転時には排気系
のＯ₂ センサ出力に基づいて機関への燃料供給量を調節
して機関空燃比を理論空燃比になるようにフィードバッ
ク制御しているが、エンジンブレーキ時等に、吸気管圧
力が低下して吸入空気量が所定値以下（不完全燃焼を生
じる値）になったと判断するとＯ₂ センサ出力によるフ
ィードバック制御を停止し、オープンループ制御に切り
換え、減速完了後吸入空気量が所定値以上まで回復する
とフィードバック制御を再開するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の特開昭５７−２
４４３６号公報の装置のように吸入空気量（又は吸気管
圧力）のみでフィードバック制御の可否を判定している
と、減速時から加速に移行した直後等に空燃比のフィー
ドバック制御が行われず空燃比が乱れる場合がある。

【０００７】例えば減速後スロットル弁を開いて加速運
転に移行したような場合、吸入空気量や吸気管圧力の上
昇には必然的に時間遅れが伴うため、これらの値が所定
値以上になったことを検出してフィードバック制御を再
開するようにしたのでは空気量や圧力上昇の遅れに検出
（サンプリング）時間、演算時間等が加算されることに
なる。このためフィードバック制御が可能であるにもか
かわらず、フィードバック制御が行われない期間が長く
なり、空燃比の乱れが大きくなる傾向が生じるのであ
る。この傾向は吸気通路入口部分に吸気流量計等を設け
て吸入空気量を計測している場合には特に大きく現れる
が、吸気管圧力等、他の方法を用いて吸入空気量を算出
している場合も同様な問題が生じる。

【０００８】本発明は、上記問題に鑑み、減速運転から
加速運転に移行した場合でも空燃比の乱れが少ない内燃
機関の燃料噴射量制御装置を提供することを目的として
いる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、図１の
発明の構成図に示すように、機関排気通路に配置され、
機関空燃比を検出する空燃比センサＡと、機関吸気通路
に配置され、機関吸入空気量を検出する吸入空気量検出
手段Ｂと、少なくとも前記空燃比センサの出力に基づい
て燃料噴射量を調節し、機関空燃比をフィードバック制
御する空燃比制御手段Ｃとを備えた内燃機関の燃料噴射
量制御装置において、機関吸気通路に設けたスロットル
弁Ｄが全閉状態になったことを検出するスロットル検出
手段Ｅと、前記機関吸入空気量が所定値以下で、かつ前
記スロットル弁が全閉状態になった場合に前記空燃比制
御手段による空燃比フィードバック制御を停止すると共
に、前記機関吸入空気量が所定値以上、或いは前記スロ
ットル弁が全閉状態にない場合には前記空燃比フィード
バック制御を実行させる、フィードバック停止手段Ｆを
備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装置
が提供される。

【００１０】

【作用】フィードバック制御手段Ｅは吸入空気量が所定
値以下であり、かつスロットル弁Ｄが全閉である条件が
成立したときにのみフィードバック制御を停止し、上記
条件のいずれか一方でも成立しなくなった場合にはフィ
ードバック制御を再開する。

【００１１】このため、エンジンブレーキ等でスロット
ル弁が全閉になっている場合には吸入空気量が減少する
とフィードバック制御は停止されるが、減速後加速に移
り、スロットル弁が開き始めると、吸入空気量の増加が
検出されることを待たずに直ちにフィードバック制御が
再開される。これにより、減速から加速に移行する際の
フィードバック制御開始の時間遅れがなく、空燃比の乱
れが減少する。

【００１２】

【実施例】図２は本発明に係る内燃機関の燃料噴射量制
御装置の一実施例を示す全体概略図である。図２におい
て、機関本体１の吸気通路２入口にはエアフローメータ
３が設けられている。エアフローメータ３は吸入空気量
を直接計測するものであって、たとえばポテンショメー
タを内蔵して吸入空気量に比例したアナログ電圧の出力
信号を発生する。この出力信号は制御回路１０のマルチ
プレクサ内蔵Ａ／Ｄ変換器１０１に供給されている。デ
ィストリビュータ４には、その軸がたとえばクランク角
に換算して７２０°毎に基準位置検出用パルス信号を発
生するクランク角センサ５およびクランク角に換算して
３０°毎に基準位置検出用パルス信号を発生するクラン
ク角センサ６が設けられている。これらクランク角セン
サ５，６のパルス信号は制御回路１０の入出力インター
フェイス１０２に供給され、このうちクランク角センサ
６の出力はＣＰＵ１０３の割込み端子に供給される。

【００１３】さらに、吸気通路２には各気筒毎に燃料供
給系から加圧燃料を吸気ポートへ供給するための燃料噴
射弁７が設けられている。また、機関本体１のシリンダ
ブロックのウォータジャケット８には、冷却水の温度を
検出するための水温センサ９が設けられている。水温セ
ンサ９は冷却水の温度ＴＨＷに応じたアナログ電圧の電
気信号を発生する。この出力もＡ／Ｄ変換器１０１に供
給されている。

【００１４】機関本体１の排気通路１１には排気ガス中
の酸素成分濃度に応じた電気信号を発生するＯ₂ センサ
１３が設けられている。すなわち、Ｏ₂ センサ１３は空
燃比が理論空燃比に対してリーン側かリッチ側かに応じ
て、異なる出力電圧を制御回路１０のＡ／Ｄ変換器１０
１に出力する。制御回路１０は、たとえばマイクロコン
ピュータとして構成され、Ａ／Ｄ変換器１０１、入出力
インターフェイス１０２、ＣＰＵ１０３の外に、ＲＯＭ
１０４、ＲＡＭ１０５、バックアップＲＡＭ１０６、ク
ロック発生回路１０７等が設けられている。

【００１５】また、吸気通路２のスロットル弁１６に
は、スロットル弁１６が全閉が否かを示す信号ＬＬを発
生するアイドルスイッチ１７が設けられている。このア
イドル状態出力信号ＬＬは制御回路１０の入出力インタ
ーフェイス１０２に供給される。制御回路１０におい
て、ダウンカウンタ１０８、フリップフロップ１０９、
および駆動回路１１０は燃料噴射弁７を制御するための
ものである。すなわち、後述のルーチンにおいて、燃料
噴射量ＴＡＵが演算されると、燃料噴射量ＴＡＵがダウ
ンカウンタ１０８にプリセットされると共にフリップフ
ロップ１０９もセットされる。この結果、駆動回路１１
０が燃料噴射弁７の付勢を開始する。他方、ダウンカウ
ンタ１０８がクロック信号を計数して最後にその出力端
子が“１”レベルとなったときに、フリップフロップ１
０９がセットされて駆動回路１１０は燃料噴射弁７の付
勢を停止する。つまり、上述の燃料噴射量ＴＡＵだけ燃
料噴射弁７は付勢され、従って、燃料噴射量ＴＡＵに応
じた量の燃料が機関本体１の燃焼室に送り込まれること
になる。

【００１６】なお、ＣＰＵ１０３の割込み発生は、Ａ／
Ｄ変換器１０１のＡ／Ｄ変換終了後、入出力インターフ
ェイス１０２がクランク角センサ６のパルス信号を受信
した時、等である。エアフローメータ３の吸入空気量デ
ータＱおよび冷却水温データＴＨＷは所定時間もしくは
所定クランク角毎に実行されるＡ／Ｄ変換ルーチンによ
って取込まれてＲＡＭ１０５の所定領域に格納される。
つまり、ＲＡＭ１０５におけるデータＱおよびＴＨＷは
所定時間毎に更新されている。また、回転速度データＮ
e はクランク角センサ６の３０°ＣＡ毎の割込みによっ
て演算されてＲＡＭ１０５の所定領域に格納されてい
る。

【００１７】図３は制御回路１０による燃料噴射量演算
ルーチンを示す。本ルーチンは、所定クランク角たとえ
ば３６０°ＣＡ毎に実行される。ステップ３０１では、
ＲＡＭ１０５より吸入空気量データＱ及び回転速度デー
タＮe を読出して基本噴射量ＴＡＵＰ（計算上、理論空
燃比を得る噴射時間）を演算する。たとえばＴＡＵＰ←
α・Ｑ／Ｎe （αは定数）とする。ステップ３０２で
は、最終噴射量ＴＡＵを、ＴＡＵ←ＴＡＵＰ・ＦＡＦ・
β＋γにより演算する。なお、ＦＡＦは後述するＯ₂ セ
ンサ出力に基づくフィードバック補正係数、β，γは他
の運転状態パラメータによって定まる補正量である。次
いで、ステップ３０３にて、噴射量ＴＡＵをダウンカウ
ンタ１０８にセットすると共にフリップフロップ１０９
をセットして燃料噴射を開始させる。そして、ステップ
３０４にてこのルーチンを終了する。

【００１８】なお、上述のごとく、噴射量ＴＡＵに相当
する時間が経過すると、ダウンカウンタ１０８の出力信
号によってフリップフロップ１０９をリセットされて燃
料噴射は終了する。本実施例では、空燃比フィードバッ
ク制御実行時には前述のフィードバック補正係数ＦＡＦ
は排気通路のＯ₂ センサ１３出力ＶＯＭにより、図４，
図５に示すフィードバック制御サブルーチンにより決定
される。本サブルーチンは後述する空燃比制御ルーチン
でフィードバック制御実行条件が成立したときに実行さ
れる。

【００１９】図４においてサブルーチンがスタートする
とステップ４０２では、Ｏ₂ センサ１３の出力のＶＯＭ
をＡ／Ｄ変換して取込み、ステップ４０３にてＶＯＭが
比較電圧Ｖ_R1以下か否かにより空燃比がリッチかリーン
かを判別する。比較電圧Ｖ_R1は、通常Ｏ₂ センサ出力の
振幅中心の電圧とされ、本実施例ではＶ_R1＝０．４５Ｖ
である。ステップ４０３で空燃比がリーン、すなわちＶ
ＯＭ≦Ｖ_R1であればステップ４０４にてディレイカウン
タＣＤＬＹが正か否かを判別し、ＣＤＬＹ＞０であれば
ステップ４０５にてＣＤＬＹを０とし、ステップ４０６
に進む。ステップ４０６では、ディレイカウンタＣＤＬ
Ｙを１減算し、ステップ４０７，４０８にてディレイカ
ウンタＣＤＬＹを最小値ＴＤＬでガードする。この場
合、ディレイカウンタＣＤＬＹが最小値ＴＤＬに到達し
たときにはステップ４０９にて空燃比フラグＦ１を
“０”（リーン）とする。なお、最小値ＴＤＬはＯ₂ セ
ンサ１３の出力においてリッチからリーンへの変化であ
ってもリッチ状態であるとの判断を保持するためのリー
ン遅延状態であって、負の値で定義される。他方、リッ
チ（ＶＯＭ＞Ｖ_R1）であれば、ステップ４１０にてディ
レイカウンタＣＤＬＹが負か否かを判別し、ＣＤＬＹ＜
０であればステップ４１１にてＣＤＬＹを０とし、ステ
ップ４１２に進む。ステップ４１２ではディレイカウン
タＣＤＬＹを１加算し、ステップ４１３，４１４にてデ
ィレイカウンタＣＤＬＹを最大値ＴＤＲでガードする。
この場合、ディレイカウンタＣＤＬＹが最大値ＴＤＲに
到達したときにはステップ４１５にて空燃比フラグＦ１
を“１”（リッチ）とする。なお、最大値ＴＤＲはＯ₂
センサ１３の出力においてリーンからリッチへの変化が
あってもリーン状態であるとの判断を保持するためのリ
ッチ遅延状態であって、正の値で定義される。

【００２０】次に、ステップ４１６では、空燃比フラグ
Ｆ１の符号が反転したか否かを判別する、すなわち遅延
処理後の空燃比が反転したか否かを判別する。空燃比が
反転していれば、ステップ４１７にて、空燃比フラグＦ
１の値により、リッチからリーンへの反転か、リーンか
らリッチへの反転かを判別する。リッチからリーンへの
反転であれば、ステップ４１８にて、ＦＡＦ←ＦＡＦ＋
ＲＳＲとスキップ的に増大させ、逆に、リーンからリッ
チへの反転であれば、ステップ４１９にて、ＦＡＦ←Ｆ
ＡＦ−ＲＳＬとスキップ的に減少させる。つまり、スキ
ップ処理を行う。

【００２１】ステップ４１６にて空燃比フラグＦ１の符
号が反転していなければ、ステップ４２０，４２１，４
２２にて積分処理を行う。つまり、ステップ４２０に
て、Ｆ１＝“０”か否かを判別し、Ｆ１＝“０”（リー
ン）であればステップ４２１にてＦＡＦ←ＦＡＦ＋ＫＩ
Ｒとし、他方、Ｆ１＝“１”（リッチ）であればステッ
プ４２２にてＦＡＦ←ＦＡＦ−ＫＩＬとする。ここで、
積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬはスキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬに
比して十分小さく設定してあり、つまり、ＫＩＲ（ＫＩ
Ｌ）＜ＲＳＲ（ＲＳＬ）である。従って、ステップ４２
１はリーン状態（Ｆ１＝“０”）で燃料噴射量を徐々に
増大させ、ステップ４２２はリッチ状態（Ｆ１＝
“１”）で燃料噴射量を徐々に減少させる。

【００２２】次に、ステップ４２３では、ステップ４１
８，４１９，４２１，４２２にて演算された空燃比補正
係数ＦＡＦは最小値たとえば０．８にてガードされ、ま
た、最大値たとえば１．２にてガードされる。これによ
り、何らかの原因で空燃比補正係数ＦＡＦが大きくなり
過ぎ、もしくは小さくなり過ぎた場合に、その値で機関
の空燃比を制御してオーバリッチ、オーバリーンになる
のを防ぐ。

【００２３】ステップ４２４では、上述のごとく演算さ
れたＦＡＦをＲＡＭ１０５に格納して、ステップ４２６
にてこのルーチンは終了する。図６は図４，図５のフロ
ーチャートによる動作を補足説明するタイミング図であ
る。Ｏ₂ センサ１３出力のＶＯＭにより図６(A) に示す
ごとくリッチ、リーン判別の空燃比信号Ａ／Ｆが得られ
ると、ディレイカウンタＣＤＬＹは、図６(B)に示すご
とく、リッチ状態でカウントアップされ、リーン状態で
カウントダウンされる。この結果、図６(C) に示すごと
く、遅延処理された空燃比信号Ａ／Ｆ′（フラグＦ１に
相当）が形成される。たとえば、時刻ｔ₁ にて空燃比信
号Ａ／Ｆ′がリーンからリッチに変化しても、遅延処理
された空燃比信号Ａ／Ｆ′はリッチ遅延時間ＴＤＲだけ
リーンに保持された後に時刻ｔ₂ にてリッチに変化す
る。時刻ｔ₃ にて空燃比信号Ａ／Ｆがリッチからリーン
に変化しても、遅延処理された空燃比信号Ａ／Ｆ′はリ
ーン遅延時間（−ＴＤＬ）相当だけリッチに保持された
後に時刻ｔ₄ にてリーンに変化する。しかし空燃比信号
Ａ／Ｆが時刻ｔ_{5 ,} ｔ _{6 ,} ｔ₇ のごとくリッチ遅延時間
ＴＤＲより短い期間で反転すると、ディレイカウンタＣ
ＤＬＹが最大値ＴＤＲに到達するのに時間を要し、この
結果、時刻ｔ₈にて遅延処理後の空燃比信号Ａ／Ｆ′が
反転される。つまり、遅延処理後の空燃比信号Ａ／Ｆ′
は遅延処理前の空燃比信号Ａ／Ｆに比べて安定となる。
このように遅延処理後の安定した空燃比信号Ａ／Ｆ′に
もとづいて図６(D) に示す空燃比補正係数ＦＡＦが得ら
れる。

【００２４】すなわち、空燃比フィードバック制御実行
中は補正係数ＦＡＦはＯ₂ センサ１３出力がリーンかリ
ッチかにより増加／減少を繰り返す。これにより図３の
燃料噴射量演算ルーチンにより算出される噴射量は、機
関空燃比が理論空燃比を中心として所定の幅で変動する
ようにフィードバック制御される。なお、図３〜図５の
ルーチンは図１の空燃比制御手段Ｃを構成するものであ
る。

【００２５】ところで、前述のようにエンジンブレーキ
時等の吸入空気量の減少による不完全燃焼が生じた場合
にはＯ₂ センサ１３の出力は現実の空燃比を反映しなく
なるため、Ｏ₂ センサ１３出力に基づく空燃比フィード
バック制御を実行することは好ましくない。そこで本実
施例では、図７に示すフィードバック制御実行ルーチン
によりフィードバック制御実行可否の判定を行ってい
る。なお、このルーチンは図１のフィードバック停止手
段Ｆを構成するものであり、制御回路１０により所定時
間毎（例えば４ミリ秒毎）に実行される。

【００２６】図７において、ルーチンがスタートすると
ステップ７０２ではアイドルスイッチ１７の出力信号Ｌ
ＬがＯＮか否かが判定される。前述のように、出力信号
ＬＬは、スロットル弁１６が全閉になったときにＯＮと
なる。ステップ７０２でＬＬがＯＮであった場合、ステ
ップ７０４に進み、機関吸入空気量データＱをＲＡＭ１
０５から読出して、Ｑが所定値Ｑ₀ 以下か否かを判定す
る。ここでＱ₀ は吸入空気量減少により不完全燃焼が生
じる可能性がある吸入空気量である。

【００２７】ステップ７０４でＱ≦Ｑ₀ であった場合に
は、スロットル弁１６が全閉であり、かつ吸入空気量Ｑ
も不完全燃焼が生じる程度まで減少しているため、Ｏ₂
センサ出力に基づくフィードバック制御を停止する必要
がある。そこで、この場合にはステップ７０６に進み、
フィードバック補正係数ＦＡＦをＦＡＦ＝１．０に固定
してルーチンを終了する。これにより図３の燃料噴射量
演算ルーチンにおいてＦＡＦはＯ₂ センサの出力にかか
わらず一定値（＝１．０）になり、フィードバック制御
は行われない。

【００２８】一方、ステップ７０２又は７０４のいずれ
かで否定判定された場合にはステップ７０８に進み、図
４，図５に示したフィードバック制御サブルーチンが実
行され、補正係数ＦＡＦはＯ₂ センサ１３の出力に基づ
いて決定される。これにより図３の燃料噴射演算ルーチ
ンにより、燃料噴射量は理論空燃比を中心として周期的
に変動するようにフィードバック制御される。

【００２９】図７からわかるように、本実施例では、ス
ロットル弁全閉（ステップ７０２）と吸入空気量減少
（ステップ７０４）の両方の条件が成立したときに空燃
比フィードバック制御を停止し（ステップ７０６）、ど
ちらか一方でも条件が成立しなくなるとフィードバック
制御を開始する（ステップ７０８）。このため、例えば
中高速域からのエンジンブレーキによる減速後、再度加
速を行うような場合には、スロットル弁１６の開弁によ
りＬＬ信号がＯＦＦになれば吸入空気量の増大が検出さ
れなくても直ちにフィードバック制御を再開でき、空燃
比は速やかに理論空燃比近傍に収束する。

【００３０】なお、本実施例は機関吸入空気量を検出し
て燃料噴射量を演算する燃料噴射量制御装置について説
明しているが、本発明は、吸気管圧力に基づいて燃料噴
射量を演算する制御装置についても同様に適用できるこ
とはいうまでもない。

【００３１】

【発明の効果】本発明の燃料噴射量制御装置は、上述の
ように構成したことにより、中高速域からの減速後再加
速に移る場合等のフィードバック制御開始の時間遅れを
低減し、空燃比の乱れを少なする効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の燃料噴射量制御装置の一実施例を示す
図である。

【図３】燃料噴射量演算ルーチンを示すフローチャート
である。

【図４】空燃比フィードバック制御ルーチンのフローチ
ャートの一部を示す図である。

【図５】空燃比フィードバック制御ルーチンのフローチ
ャートの一部を示す図である。

【図６】図４，図５のフローチャートによる制御動作を
説明する図である。

【図７】フィードバック制御実行ルーチンのフローチャ
ートを示す図である。

【符号の説明】

１…機関本体 ３…エアフローメータ ７…燃料噴射弁 １０…制御回路 １３…Ｏ₂ センサ １６…スロットル弁 １７…アイドルスイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関排気通路に配置され、機関空燃比を
   検出する空燃比センサと、 機関吸気通路に配置され、機関吸入空気量を検出する吸
   入空気量検出手段と、 少なくとも前記空燃比センサの出力に基づいて燃料噴射
   量を調節し、機関空燃比をフィードバック制御する空燃
   比制御手段とを備えた内燃機関の燃料噴射量制御装置に
   おいて、 機関吸気通路に設けたスロットル弁が全閉状態になった
   ことを検出するスロットル検出手段と、 前記機関吸入空気量が所定値以下で、かつ前記スロット
   ル弁が全閉状態になった場合に前記空燃比制御手段によ
   る空燃比フィードバック制御を停止すると共に、前記機
   関吸入空気量が所定値以上、或いは前記スロットル弁が
   全閉状態にない場合には前記空燃比フィードバック制御
   を実行させるフィードバック停止手段を備えたことを特
   徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装置。