JPH0615833B2

JPH0615833B2 - 空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH0615833B2
Application number: JP12764085A
Authority: JP
Inventors: 英之田村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-06-11
Filing date: 1985-06-11
Publication date: 1994-03-02
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: JPS61283743A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、酸素センサを用いて自動車等内燃機関の空燃
比をフィードバック制御する装置に関する。

（従来の技術）近時、エンジンの出力向上、燃費、排気対策等の諸要求
を満たすため、学習制御の概念を取り入れ空燃比がより
精密に制御される傾向にある。このような学習制御では
学習値を記憶するに際し、運転領域の分割数（以下、領
域分割数という）や分割パラメータの選定が考慮され
る。

従来のこの種の空燃比制御装置としては、例えば特開昭
５７−１８８７４５号公報および特開昭５７−１４３２
３４号公報に記載されたものが知られている。

これらの装置は、何れも排気通路に設けた酸素センサの
出力に基づいて空燃比を理論空燃比に補正する空燃比補
正係数α_１を演算し空燃比をフィードバック制御する一
方、α_１＝１に固定した場合、すなわち制御ループがオ
ープンの場合の空燃比（以下、オープン空燃比という）
との差を逐次学習してその最適値を学習値α_２として記
憶しておき、エンジンの過度時や始動時等のように酸素
センサの出力に応答遅れがある場合や出力が不安定であ
る場合等には、この学習値α_２を学習補正係数として読
み出し空燃比を所定空燃比にオープンループ制御するこ
とで、応答性や始動時の制御性を高めている。

ここで、学習値α_２を記憶するに際し、前者の装置にあ
っては、第13図に示すように運転領域の分割パラメータ
として吸入空気量Ｑａを用いるとともに、この吸入空気
量Ｑａを16分割し各分割ブロック毎に学習値α_２を割り
当てている。一方、後者の装置にあっては、第14図に示
すように上記分割パラメータとして吸入空気量Ｑａおよ
び回転数Ｎを用い、吸入空気量Ｑａを32分割、回転数Ｎ
を 200rpmおきに多数の領域に分割し、これらのＱａと
Ｎの２次元のテーブルマップに学習値α_２を割り当てて
いる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来の空燃比制御装置にあっ
ては、ＱａまたはＮを分割パラメータとして運転領域を
複数個の分割領域に区分し、そのときの運転条件に対応
する分割領域の学習値α_２を用いて空燃比を制御する構
成となっていたため、分割パラメータＱａ、Ｎが分割領
域の境界近くにあるような場合、燃焼のサイクル変動の
ような微妙な運転条件の変動があると学習値α_２が２つ
の分割領域を行き来する。

この場合、隣接する分割領域のそれぞれの学習値α_２は
互いに異なるので、空燃比制御にハンチングが発生して
制御性能が悪化しエンジンの運転性が低下する。

（発明の目的）そこで本発明は、学習値の読み出しに所定のヒステリシ
ス演算を用いることにより、分割パラメータが隣接する
分割領域を行き来するような状態に拘らず空燃比のハン
チングを防止して、空燃比の制御性能を向上させること
を目的としている。

（発明の構成）本考案による空燃比制御装置はその基本概念図を第１図
に示すように、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ
ａと、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段
ｂと、前記酸素センサａの出力に基づいて空燃比を所定
の目標空燃比に補正する空燃比補正係数を演算する補正
係数演算手段ｃと、運転状態に応じて複数に分割される
運転領域のそれぞれに対応する記憶領域を有し、前記空
燃比補正係数をそのときの運転領域に対応するものとし
て学習し、その学習値を該当する記憶領域に記憶する記
憶手段ｄと、前記運転状態検出手段により検出された運
転状態に対応する運転領域に記載されている学習値を読
み出す読出し手段ｅと、前期読出し手段が記憶手段から
学習値を読み出す場合に、前回読み出された学習値に対
応した運転領域の範囲を拡大する運転領域拡大手段ｆ
と、前記空燃費補正係数または学習補正係数の少なくと
も一つ以上に基づいて吸入混合気の空燃比が前期目標空
燃比となるように吸入空気あるいは燃料の供給量を制御
する供給量制御手段ｇと、前期供給量制御手段からの信
号に基づいて吸入空気あるいは燃料の供給量を操作する
操作手段ｈと、を備えており、空燃比のハンチングを適
切に防止するものである。

（実施例）以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜６図は本発明の一実施例を示す図である。

まず、構成を説明する。第２図において、１はエンジン
であり、吸入空気はエアクリーナ２より吸気管３を通し
て各気筒に供給され燃料は噴射信号Ｓｉに基づいてイン
ジェクタ（操作手段）４により噴射される。そして、気
筒内で燃焼した排気は排気管５を通して触媒コンバータ
６に導入され、触媒コンバータ６内で排気中の有害成分
（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ）を三元触媒により清浄化して排
出される。

吸入空気の流量Ｑａはエアフローメータ７により検出さ
れ、吸気管３内の絞弁８によって制御される。エアフロ
ーメータ７は吸入空気量Ｑａに応じてアナログ電圧を有
する信号Ｓａを出力する。エンジン１のクランク角Ｃａ
はクランク角センサ９により検出され、ウォータジャケ
ットを流れる冷却水の温度Ｔｗは水温センサ10により検
出される。また、排気中の酸素濃度は酸素センサ11によ
り検出され、酸素センサ11は、例えば理論空燃比におい
てその出力電圧Ｖｓが急変する特性をもつものなどが用
いられる。

上記エアフロメータ７、クランク角センサ９および水温
センサ10は運転状態検出手段12を構成しており、運転状
態検出手段12および酸素センサ11からの信号はコントロ
ールユニット13に入力される。

コントロールユニット13は補正係数演算手段、記憶手
段、読出手段および供給量制御手段としての機能を有
し、第３図に詳細を示すようにＣＰＵ21、ＲＯＭ22、Ｒ
ＡＭ23、ＲＡＭ24、Ｉ／Ｏポート25、Ａ／Ｄ変換回路26
およびカウンタ27により構成される。Ａ／Ｄ変換回路26
はアナログ信号として入力される信号Ｓａ、Ｔｗ、Ｖｓ
をディジタル信号に変換してＣＰＵ21に出力する。カウ
ンタ27にはクランク角センサ９からのクランク角信号Ｃ
ａが入力されており、カウンタ27はこのクランク角信号
Ｃａ（例えば、２゜信号）をカウントしてエンジン１の
回転数Ｎを算出しＣＰＵ21に出力する。

ＣＰＵ21はＲＯＭ22に書き込まれているプログラムに従
って必要とする外部データを取り込んだり、またＲＡＭ
23、24との間でデータの授受を行ったりしながら空燃比
制御に必要な処理値を演算処理し、必要に応じて処理し
たデータをＩ／Ｏポート25に出力する。Ｉ／Ｏポート25
にはさらにクランク角センサ９からのクランク角信号Ｃ
ａが入力されており、Ｉ／Ｏポート25はＣＰＵ21からの
データや信号Ｃａに基づいて噴射信号Ｓｉをインジェク
タ４に出力する。

ＲＯＭ22はＣＰＵ21における演算プログラムを格納して
おり、ＲＡＭ23、24は演算に使用するデータをマップ等
の形で記憶する。なお、ＲＡＭ23の記憶内容はエンジン
停止後消失するが、ＲＡＭ24は例えば不揮発性メモリに
より構成され、その記憶内容（学習値等）をエンジン停
止後も保持する。

次に、作用を説明する。

第４、５図はＲＯＭ22に書き込まれている空燃比制御の
プログラムを示すフローチャートであり、図中Ｐ_１〜Ｐ
₁₇はフローの各ステップを示している。本プログラム
は、例えばエンジン１回転毎に１度実行される。

第４図は空燃比制御のメインルーチンを示すフローチャ
ートである。

まず、Ｐ_１でエアフローメータ７の出力信号Ｓａをディ
ジタル信号ＤａにＡ／Ｄ変換し、Ｐ_２でこのディジタル
信号Ｄａを予め定められた所定のＤａ−Ｑａマップ（図
示略）により吸入空気量Ｑａに変換する。これは、ディ
ジタル信号Ｄａと吸入空気量Ｑａとが単純な比例関係に
ないからである。

次いで、Ｐ_３で回転数Ｎを読み込み、Ｐ_４で次式に従
って基本噴射量Ｔｐを演算する。

Ｔｐ＝Ｋ・Ｑａ／Ｎ …… 但し、Ｋ：定数次いで、Ｐ_５で次式に従って最終噴射量Ｔｉを演算
し、Ｐ_６で最終噴射量Ｔｉに対応するパルス幅を有する
噴射信号ＳｉをＩ／Ｏポート25にセットする。

Ｔｉ＝Ｔｐ×ＣＯＥＦ×α_１×α_２＋Ｔｓ …… 式中、ＣＯＥＦは各種増量係数であり、例えば冷却水
温Ｔｗや加速増量等に基づいて基本噴射量Ｔｐを各種増
量補正（減量補正も含む）するものである。α_１は後述
するサブルーチンで演算されるフィードバック制御時の
空燃比補正係数であり、α_２はこの空燃比補正係数α_１
の値から空燃比を理論空燃比に一致させるための学習補
正係数である。学習補正係数α_２の値は空燃比補正係数
α_１の値を基として空燃比＝理論空燃比となるように学
習補正したときの学習値として求められる。以下、説明
の便宜上学習値をα_２とする。

そして、本実施例ではこの式によりこれらのα_１、α
_２を併用する演算方法を採っているが、例えばオープン
ループ制御のときは実際上はα_１＝１とすることでα_２
のみによる補正となる。なお、Ｔｓはインジェクタ４の
応答遅れ（むだ時間）を補正するための係数である。し
たがって、インジェクタ４からは最終噴射量Ｔｉの燃料
が吸気管３内に噴射され、後述するように吸入混合気の
空燃比が常に目標値に制御される。

第５図は空燃比補正係数α_１および学習値α_２を演算す
るサブルーチンＳＵＢ−１を示すフローチャートであ
る。

Ｐ₁₁で酸素センサ11の出力Ｖｓをディジタル信号にＡ／
Ｄ変換し、Ｐ₁₂でオープンループ条件が成立しているか
否かを判別する。オープンループ条件は、例えばエンジ
ン始動時で酸素センサ11が十分に活性化していないとき
や過渡運転時で酸素センサ11の応答遅れを無視すること
ができないとき等に成立する。

オープンループ条件が成立しているときはＰ₁₃に進み、
オープンループ制御を実行する。一方、該条件が成立し
ていないときはＰ₁₄以下のステップに進んでフィードバ
ック制御を実行するとともに、このときのα_１の値から
α_２を学習する。

最初にフィードバック制御時について説明する。

まず、Ｐ₁₄で空燃比を理論空燃比に補正する空燃比補正
係数α_１の値を演算する。この演算は、例えば次のよう
にして行う。酸素センサ出力Ｖｓのディジタル変換値を
比較基準値Ｓ／Ｌ（Ｓ／Ｌ：出力Ｖｓが理論空燃比で急
変するときの上限と下限の略中間の値）と比較し、Ｖｓ
＜Ｓ／Ｌのときは理論空燃比よりリーンであると判断し
て空燃比を理論空燃比に補正する空燃比補正係数α_１の
値を増加させる。一方、Ｖｓ＞Ｓ／Ｌのときは理論空燃
比よりリッチであると判断して、空燃比補正係数α_１の
値を減少させる。なお、空燃比補正係数α_１の増減はＰ
Ｉ（比例積分）制御により行う。これにより、空燃比補
正係数α_１の値が運転状態に応じて適切に補正され、空
燃比が精度よく理論空燃比に制御される。

次いで、Ｐ₁₅で各種増量係数ＣＯＥＦの値がＣＯＥＦ＝
１であるか否かを判別し、ＣＯＥＦ＝１のときはα_１の
値からα_２を学習するためＰ₁₆に進み、ＣＯＥＦ≠１の
ときは学習を行わないと判断してＰ₁₃に進む。これは、
ＣＯＥＦ≠１であれば理論空燃比に維持されているとき
の最終噴射量Ｔｉがα_１のみならずＣＯＥＦによっても
補正されているからである。したがって、本実施例では
ＣＯＥＦ＝１であるときのみα_１の値からα_２を学習す
る。なお、ＣＯＥＦ＝１という条件下での学習に限ら
ず、例えばＣＯＥＦを含め〔ＣＯＥＦ×α_１〕の値から
α_２を学習するようにしてもよい。

Ｐ₁₆ではα_１の値からそのときの運転状態に対応するα
_２の値を演算する。これは、例えばα_１を所定数サンプ
リングしてその平均値を求め、この平均値とα_１＝１と
の偏差に応じてα_２の値を計算する。その計算式として
は、例えば次式に示すようなものがある。

α_２＝α_１＋Ｗ×（α−１）…… 式において、Ｗは定数または（α−１）の関数として
与えられる。

ここで、本実施例では運転領域の分割パラメータとして
回転数Ｎおよび基本噴射量Ｔｐが用いられており、運転
領域は第６図に示すように各パラメータＮ、Ｔｐにより
格子状に区画される。この場合、そのときのＮ、Ｔｐが
それぞれＮｎ≦Ｎ＜Ｎ_n+1、Ｔｐｍ≦Ｔｐ＜Ｔｐｍ₊₁の
範囲であるとすると、▲αⁿ _2m▼が格子状に区画された
分割領域の学習値として採用される。

次いで、Ｐ₁₇でＰ₁₆において演算した学習値▲αⁿ _2m▼
をストアしＰ₁₃に進む。なお、ステップＰ₁₆およびＰ₁₇
はサブルーチンＳＵＢ−１の中で毎回実行しなくてもよ
く、例えばα_１の平均値を算出するタイミング毎あるい
は空燃比のリッチ・リーンが２回反転した時等に限って
実行するようにしてもよい。これらによっても、α_２の
精度を確保できるからである。

一方、Ｐ₁₂でオープンループ条件が成立しているとき
は、Ｐ₁₃で運転状態に応じた分割領域の学習値α_２を所
定のヒステリシス演算により読み出す。この読み出し方
法はサブルーチンＳＵＢ−２で詳述する。したがって、
メインルーチンでは前記式に従って最終噴射量Ｔｉが
決定され空燃比がオープンループで理論空燃比に制御さ
れる。この場合、学習値α_２の精度が高いことから、酸
素センサ11の出力Ｖｓが安定していないエンジン始動時
やあるいは該出力Ｖｓの応答遅れを無視できない過渡運
転時等にあってもフィードバック制御時と同様の高精度
で空燃比を目標値に制御することができる。

第７図は学習値α_２を読み出すサブＳＵＢ−２を示すフ
ローチャートである。

Ｐ₂₁でそのときの回転数Ｎが第８図に示す基本格子テー
ブル値の何れの２値によって区分される領域に該当する
かを判定する。この判定はＮを基本格子テーブル値と比
較し、を満足するｎを求めることにより行う。

但し、この場合、前回の判定により求められたｎをｎｏ
とすると、第８図においての代わりにの代わりにと置き代えて上記判定を行う。ΔＮは予め定められる定
数である。したがって、前回にＮが属していた領域に対
して今回のＮが属する領域はみかけ上拡大されることに
なる。これはＮの変動に対して領域判定にヒステリシス
をもたせることを意味する。

次いで、Ｐ₂₂で同様にそのときの基本噴射量Ｔｐの属す
る領域を第９図に示す基本格子テーブル値によって判定
し、を満足するｍを求める。この場合もＰ₂₁と同様に前回の
判定により求められたｍをｍｏとすると、第９図におい
ての代わりにの代わりに（但し、ΔＴｐは定数）と置換えて判定を行う。Ｐ₂₃で
は今回の空燃比制御装置ｎ、ｍに基づいて第６図に示す
データテーブルから該当する学習値を読み出す。次いで、Ｐ₂₄でｎ、ｍを次回の判定のため
ＲＡＭ24に記憶して今回のルーチンを終了する。

このように、前回と今回の領域判定にヒステリシスをも
たせているため、特に分割パラメータＮ、Ｔｐが分割領
域の境界付近にあり運転条件が変動しているような場合
であっても、前回の領域の学習値α_２が採用される部分
が拡大して空燃比の急激な変化が抑制される。したがっ
て、Ｎ、Ｔｐが２つの領域を行き来するような状態に拘
らず空燃比のハンチングを防止して空燃比の制御性能を
高め、エンジンの運転性を向上させることができる。

第10〜12図は本発明の第２実施例を示す図であり、本実
施例では読み出し演算の方法が異なる。

第10図は学習値α_２を読み出すサブルーチンＳＵＢ−
２′を示すフローチャートである。

Ｐ₃₁でそのときの回転数Ｎの属する領域を第11図に示す
修正格子テーブル値によって判定し、Ｎｎ≦Ｎ＜Ｎｎ₊₁
を満足するｎを求める。Ｐ₃₂では同様の判定を基本噴射
量Ｔｐについて行い、第12図に示すＴｐｍ≦Ｔｐ＜Ｔｐ
ｍ₊₁を満足するｍを求める。なお、第11、12図において
は、Ｎ_１＜Ｎ_２＜Ｎ_３……＜Ｎｎ_-1＜Ｎｎ＜Ｎｎ₊₁ ＜…… Ｔｐ_１＜Ｔｐ_２＜Ｔｐ_３……＜Ｔｐｍ_-1＜Ｔｐｍ＜Ｔｐｍ₊₁＜…… という関係にある。

次いで、Ｐ₃₃で上記判定によって求めたｎ、ｍに基づい
て第６図に示すデータテーブルから該当する学習値▲α
ⁿ _2m▼を読み出す。Ｐ₃₄ではＮについての修正格子テー
ブル値の書換えを行う。

ここで、修正格子テーブル値は前述した第８図の基本格
子テーブル値をヒステリシスをもたせて修正したものに
相当しており、基本格子テーブル値は予め所定値に定め
られてＲＯＭ22に格納されている。すなわち、上記書き
換えにおいてはＰで求めた今回のｎを基にして次のよう
に基本格子テーブル値を修正して今回の修正格子テーブ
ル値を演算する。

なお、ΔＮは予め定められた定数であり、第１実施例と
同様してヒステリシス幅をもたせるものである。一方、
Ｔｐについての修正格子テーブル値の書換えはＰ₃₅で行
う。すなわち、Ｐ₃₅で今回のｍを基にして次のように基
本格子テーブル値を修正して今回の修正格子テーブル値
を演算する。

なお、ΔＴｐはΔＮと同様の性格を有する定数である。
したがって、このような書き換え処理により次回のＮ、
Ｔｐ領域判定に際して所定のヒステリシスをもつことに
なって分割領域の変動に拘わらず第１実施例と同様に学
習値α_２の急激な変化が抑制され、空燃比のハンチング
が防止される。

なお、上記各実施例では学習値の分割に用いる格子点を
格子テーブル値として記憶しておき、そのとき運転領域
に応じて修正格子テーブル値として書き換えるという単
純な処理方法を取っているため、領域判定の演算が容易
で装置の複雑化（例えば、プログラムの複雑化）を避け
てコストを低減できるという利点がある。

また、本発明は理論空燃比への制御に限らず学習制御方
式であれば他の目標空燃比に制御するものにも適用が可
能である。

さらに、空燃比の制御に際して燃料量の操作のみなら
ず、空気量を操作してもよく、例えば気化器方式のエン
ジンにも適用することができるのは勿論である。

（効果）本発明によれば、分割パラメータが隣接する分割領域を
行き来するような運転状態に拘わらず学習値の急激な変
化を避けて空燃比のハンチングを防止することができ、
空燃比の制御性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜11図は本発明の第
１実施例を示す図であり、第２図はその全体構成図、第
３図はそのコントロールユニットの回路構成図、第４図
はその空燃比制御のメインルーチンを示すフローチャー
ト、第５図はその空燃比補正係数α_１および学習値α_２
を演算するサブルーチンＳＵＢ−１を示すフローチャー
ト、第６図はその回転数Ｎと基本噴射量Ｔｐをパラメー
タとする運転領域の区分を示す図、第７図はその学習値
α_２を読み出すサブルーチンＳＵＢ−２を示すフローチ
ャート、第８図はその回転数Ｎの基本格子テーブル値を
示すマップ、第９図はその基本噴射量Ｔｐの基本格子テ
ーブル値を示すマップ、第10〜12図は本発明の第２実施
例を示す図であり、第10図はその学習値α_２を読み出す
サブルーチンＳＵＢ−２′を示すフローチャート、第11
図はその回転数Ｎの修正格子テーブル値を示すマップ、
第12図はその基本噴射量Ｔｐの修正格子テーブル値を示
すマップ、第13、14図は従来の空燃比制御装置を示す図
であり、第13図はその吸入空気量Ｑａと学習値α_２との
関係を示すマップ、第14図はその回転数Ｎおよび吸入空
気量Ｑａと学習値α_２との関係を示すマップである。１……エンジン、４……インジェクタ（操作手段）、 11……酸素センサ、 12……運転状態検出手段、 13……コントロールユニット（補正係数演算手段、記憶
手段、読出手段、供給量制御手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）排気中の酸素濃度を検出する酸素
センサと、（ｂ）エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手
段と、（ｃ）前記酸素センサの出力に基づいて空燃比を所定
の目標空燃比に補正する空燃比補正係数を演算する補正
係数演算手段と、（ｄ）運転状態に応じて複数に分割される運転領域の
それぞれに対応する記憶領域を有し、前記空燃比補正係
数をそのときの運転領域に対応するものとして学習し、
その学習値を該当する記憶領域に記憶する記憶手段と、（ｅ）前記運転状態検出手段により検出された運転状
態に対応する運転領域に記載されている学習値を読み出
す読出し手段と、（ｆ）前期読出し手段が記憶手段から学習値を読み出
す場合に、前回読み出された学習値に対応した運転領域
の範囲を拡大する運転領域拡大手段と、（ｇ）前記空燃費補正係数または学習補正係数の少な
くとも一つ以上に基づいて吸入混合気の空燃比が前期目
標空燃比となるように吸入空気あるいは燃料の供給量を
制御する供給量制御手段と、（ｈ）前期供給量制御手段からの信号に基づいて吸入
空気あるいは燃料の供給量を操作する操作手段と、を備
えたことを特徴とする空燃比制御装置。