JPH06213041A

JPH06213041A - インテリジェント燃料制御システム

Info

Publication number: JPH06213041A
Application number: JP5269051A
Authority: JP
Inventors: Timothy J Brooks; ジョセフブルックスティモシィ
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1993-10-27
Publication date: 1994-08-02
Also published as: US5253632A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】内燃機関の動的応答及び静的性能を改善する
ことによって、より高い触媒変換効率、より低い尾筒排
気及び高いエンジン効率を得る。【構成】内燃機関用空気／燃料混合気制御システム
は、化学量論性を達成すべく、エンジン排気ガス中の酸
素レベルに応答して、空気／燃料混合気を変化させる閉
ループ式制御装置１００を使用する。酸素センサ１１３
は、濃厚または希薄混合気を示す二値信号を生成する。
制御装置１００は、（１）センサ１１３が酸素レベル変
化の指示によって応答するか、（２）予測移動遅延間隔
が終了するまで、燃料を一定比率で吐出することによっ
て、二値センサ信号の変化に応答する。制御システムが
燃料給気比を所定の濃厚限界以上、または所定の希薄限
界以下にすれば、初期比率が得られる基本比率がそれぞ
れ増大されるかまたは減少される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、内燃機関への
燃料の吐出を制御する方法及び装置に関し、特に、より
広い態様においてもっぱら限定される訳ではないが、こ
れまで検出した性能に基づいてエンジンに吐出される燃
料の量を最適化することに関する。

【０００２】

【従来技術】電子式燃料制御システムは、エンジン要求
を変更するのに要求される燃料の量を正確に測定すべ
く、内燃機関にますます使用されている。この種システ
ムは、スロットル角を含む多数のシステム入力に応答し
て、燃焼用に吐出される燃料の量と、空気及び燃料の燃
焼によって生成される排気ガス中の酸素の濃度を変化さ
せる。

【０００３】電子式燃料制御システムは、化学量論性ま
たはこれに近い空気及び燃料の比率を維持すべく、主と
して動作する。電子式燃料制御システムは、例えば始
動、急激な加速、急激な減速、及びアイドル等のエンジ
ン条件に応じて、種々のモードで動作する。１つの動作
モードは、閉ループ式制御として既知である。閉ループ
式制御下では、吐出される燃料の量は、排気ガス中の酸
素の濃度によって主として決定され、この際、酸素濃度
は、空気と点火された燃料との比率を示す。

【０００４】排気ガス中の酸素は、加熱式排気ガス（Ｈ
ＥＧＯ：ＨｅａｔｃｄＥｘｈａｕｓｔＧａｓＯｘ
ｙｇｅｎ）センサによって検出される。電子式燃料制御
システムは、ＨＥＧＯセンサの出力に応答して、吐出さ
れている燃料の量を調整する。濃厚（ｖｉｃｈ）な空気
／燃料混合気（化学量論性を下回る空気／燃料の比率）
を示すセンサ出力によって、吐出されている燃料の量が
減少することとなる。希薄（ｌｅａｎ）な空気／燃料混
合気（化学量論性を上回る空気／燃料の比率）を示すセ
ンサ出力によって、吐出されている燃料の量が増加する
こととなる。

【０００５】現代の自動車エンジンは、燃料の不要の副
産物を低減すべく、スリー・ウェイ触媒コンバータを用
いている。この触媒コンバータは、発生する電気化学的
な反応に対して電子的な力が最適である有限数の活性点
を有している。活性点の数は、コンバータが任意の所定
時間で処理することができる反応物質の量を制限する。

【０００６】空気及び燃料の比率を化学量論性またはそ
の近傍に維持することは、触媒コンバータの有効動作に
対して臨界的である。スリー・ウェイ触媒からの最大変
換効率を影響させるために、濃厚及び希薄な排気ガスの
個々の繰返し量を、触媒に吐出する必要がある。濃厚及
び希薄な排気ガス間のエクスカーションをバランスさせ
ることは、コンバータ中の適切な数の活性点が、発生す
る変換に対して有効であることを保証する上で重要であ
る。希薄な空気／燃料エクスカーションは、次の濃厚エ
クスカーションを伴う活性点を酸化して、活性点を低減
する。このようにして、濃厚及び希薄な混合気を交互に
処理することにより、触媒コンバータは、最大の変換効
率を達成することとなる。しかしながら、濃厚／希薄エ
クスカーションの大きさ及び周波数は、触媒を飽和させ
るのに相当足るものであってはならない。濃厚過ぎるか
希薄過ぎるかの較正は、触媒の飽和を引き起こす。これ
らのエクスカーションの周波数は、エンジンの動作速度
及び／又は負荷条件によって変化する。これらの必要な
エクスカーションの適正な制御は、コンバータの効率を
増大させて、より低い尾筒排出につながる。

【０００７】検出した排気ガス酸素含有量に応じて空気
／燃料比を変えるとき、技術上周知の電子式燃料制御シ
ステムは、所定の方法で、検出した燃料比に応答する。
従って、例えば所定の応答における不正確さ、エンジン
間の変動、部品のエ−ジング及び動作条件における変化
等の因子は、説明されておらず、このためエンジンの性
能及び効率は痛手をこうむることとなる。

【０００８】

【発明の概要】本発明は、内燃機関の動的応答及び静的
性能を改善して、より高い触媒変換効率、より低い尾筒
排気、及び高いエンジン効率を得るものである。

【０００９】本発明による制御システムにおいて、エン
ジンによって発生された燃焼ガス中の酸素の量は、セン
サによって測定され、該センサは、酸素レベルが低いと
きに濃厚指示を生成し、酸素レベルが高いときに希薄指
示を生成する。各希薄指示は、燃料給気比を初期濃厚比
率に急激に増大すると共に、濃厚排気指示が得られるま
でこの初期濃厚比率を維持することによって応答し、ま
たは、予測した濃厚ステップ持続時間内に何ら濃厚指示
が発生しなければ、濃厚指示が得られるまで、燃料給気
比が、初期濃厚比率を上回る所定の傾斜比率で、累進的
に増大される。

【００１０】同様に、本発明による制御システムは、燃
料給気比を初期希薄比率に減少することによって、各濃
厚指示の立上りに応答し、しかる後に、希薄排気指示が
得られるまで、その初期希薄比率を維持し、または、予
測した希薄ステップ持続時間の終了に先立って何ら希薄
指示が発生しなければ、制御システムは、希薄排気指示
が生成されるまで、初期希薄比率からなお一層燃料給気
比を累進的に減少させる。

【００１１】本発明の更なる特徴によれば、制御システ
ムは、所望の酸素レベル指示が予測した持続時間内に得
られない毎に、初期濃厚比率及び初期希薄比率を独立し
て変更することにより、変化する動作条件に適応するよ
うにして順応する。こうして、濃厚排気指示が予測した
濃厚ステップ持続時間内で得られない毎に、初期濃厚燃
料流量の値が、次の周期に一層高く増大され、この結
果、初期比率は、予測した濃厚ステップ間隔内にて、排
気ガスを一層化学量論性に戻すように思える。

【００１２】本発明の更に別の特徴によれば、制御シス
テムはまた、初期流量の調整のみが不十分なとき、濃厚
及び希薄ステップ間隔の予測した持続時間を適応するよ
うにして変更する。本発明のこの態様によれば、説明す
るべき好ましい実施例は、実際の間隔の持続時間が予測
した間隔を超えると共に、給気比が所定の限界を超えて
累進的に変る毎に、予測した間隔を増大する。

【００１３】本発明の更に別の特徴によれば、初期濃厚
比率は、基本流量と濃厚オフセット値の和をとることに
よって計算されるのに対し、初期希薄比率は、基本流量
から希薄オフセットを減算することにより計算される。
基本流量からの濃厚及び希薄オフセットは、前述したよ
うな適応制御の下に独立して変化する。更に、初期基本
流量は、実際の流量が上限の濃厚限界を超える毎に増加
し、初期基本流量は、実際の流量が下限の希薄限界を下
回る毎に低下する。

【００１４】本発明の更に別の特徴によれば、制御シス
テムは、化学量論性を過ぎる遷移が予測したように正確
に生じる毎に、初期濃厚比率及び初期希薄比率の大きさ
と方向を低減する。このようにして、制御システムは、
化学量論性近傍のエクスカーションの大きさを低減する
ことができ、これによって、不要の排出を低減する。

【００１５】本発明の更に別の特徴によれば、制御シス
テムは、被制御比率が、予測したよりも早く化学量論性
を過ぎる早期遷移の指示を生成する毎に、自身を、濃厚
及び希薄条件用の所定の初期状態にリセットする。この
ようにして、制御システムは、例えば燃料型式の偏移等
のまれな状況に適応できると共に、まれな条件が中断す
る毎に更なる適合が始まる初期条件に、自身を自動的に
リセットすることができる。

【００１６】本発明のこれら及び他の特徴それに諸利点
は、本発明の好ましい実施例に関する以下の詳細な説明
を考慮することにより、一層良く理解されよう。この説
明の際に、添付図面を頻繁に参照することとなろう。

【００１７】

【実施例】図面の図１は、本発明の原理を使用するのに
適合し得る型式の典型的な燃料制御システムを示してい
る。閉ループ式制御装置１００は、３つの信号入力１０
２，１０４及び１０６を有している。空気吸気マニフォ
ルド真空センサ１０８は、空気吸気マニフォルド１１０
中の真空度に比例した電圧を発生する。タコメータ１１
２は、エンジン速度に比例した電圧を発生する。加熱式
排気ガス酸素センサ（ＨＥＧＯ）１１３は、排気マニフ
ォルド１１４中の酸素の濃度に比例した電圧を発生し、
触媒コンバータ１１５は、燃焼の望ましくない副産物を
低減する。酸素センサは、一般に中空の酸化ジルコニウ
ム（ＺｒＯ₂）、内部が外気に晒されているシエルから
構成される既知の型式のものである。

【００１８】制御装置１００は、３つのモジュール、即
ち、閉ループ式空気／燃料制御プロセッサ１１６、不揮
発生メモリモジュール１１８及びシリンダ同期式燃料シ
ステム１２０から構成されている。これらのモジュール
は共に、作動燃料噴射管１２２に加えられる制御信号を
生成すべく機能する。燃料噴射管１２２のおのおのは、
燃料ポンプ１２４と機能的に接続されると共に、点線の
四角形１２６内に図示された内燃機関と物理的に一体化
されている。燃料噴射管１２２は従来型設計のものであ
り、関連のシリンダに正確な量の燃料を注入すべく位置
決めされている。

【００１９】これらのモジュールは、記憶したプログラ
ム制御の下で動作する入手可能な集積回路マイクロコン
トローラ及びメモリ装置によって実現されることが好ま
しい。適切なマイクロコントローラは、種々のソースか
ら入手可能であり、テキサス州オークヒル市（Ｏａｋ
Ｈｉｌｌ，Ｔｅｘａｓ）所在のモトローラ社のマイクロ
コントローラ課（Ｍｏｔｏｒｏｌａ，Ｉｎｃ．，Ｍｉｃ
ｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒＤｉｕｉｓｉｏｎ）によっ
て刊行された「モトローラ社のマイクロコントローラ
及びマイクロプロセッサファミリーズ（Ｍｏｔｏｒｏｌ
ａ’ｓＭｉｃｒｏｃｏｍｔｒｏｌｌａａｎｄＭｉ
ｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｗＦａｍｉｌｉｅｓ」第１巻
（１９８８年）に詳細に述べられている装置のモトロー
ラ６８００ファミリー（Ｍｏｔｏｌｏｒａ６８００
Ｆａｍｉｌｙ）のメンバーを含んでいる。燃料注入信号
は、割込み信号としてマイクロコントローラに加えられ
得る１つ以上のセンサ（図１にてタコメータ１１２によ
って図示される）からの事象信号を処理することによっ
て、計時される。これらの信号は、一般にＰＩＰＳ（ピ
ストン割込み信号：ＰｉｓｔｏｎＩｎｔｅｒｕｓｐｔ
Ｓｉｇｎａｌｓ）と呼ばれ、メモリに記憶された変数
の制御下で時間クリティカル動作を行う割込み処理ルー
チンを実行すべく、一般に、マイクロプロセッサの割込
み端子（図示せず）に加えられるクランク軸位置を示す
信号を含んでいる。これらの割込み信号を蓄積すること
によって、クランク軸回転を示す数値を、説明すべき適
応燃料制御システムに対して有効にすることができる。

【００２０】従来の燃料制御方法燃料吐出を制御する既知の方法は、図２のライン（ａ）
に図示されており、デー．アール．ハンブルク（Ｄ．
Ｒ．Ｈａｍｂｕｒｇ）及びエム．エー．シュルマン
（Ｍ．Ａ．Ｓｃｈｌｍａｎ）によってエスエーイー（Ｓ
ＡＥ）論文番号８００８２６に記載されている。ライン
（ａ）中の実線の波形で示される制御装置の出力信号
は、積分のこぎり歯成分及び２レベルセンサ出力信号に
直接比例する項の和から形成される。重線波形によって
示される制御信号の振幅は、噴射管１２２に引き渡され
る注入信号のパルス幅を制御することによって、一般に
注入される燃料の量に比例している。点線の波形は、酸
素センサ１１３によって検出されている。酸素レベルを
示す。燃焼生成物が化学量論性を示すことを排気ガスセ
ンサ１１３が決定する毎に、燃料噴射管は命令を受け
て、化学量論性またはこれの近傍にあることが望まれる
所定の公称の空気／燃料混合気に、直ちに「ジャンプバ
ック（ｊｕｍｐｂａｃｋ）」する。しかる後、流量
は、化学量論性に再度達したことを排気ガスセンサが決
定するまで、前の変化の方向と反対の方向に次第に変化
する。ライン（ａ）における制御システム用の「ジャン
プバック」及び公称レベルは、予め決定されて、不揮発
生メモリに記憶されている。

【００２１】図２のライン（ａ）にてわかるように、排
気酸素レベルを図示する波形のピークは、燃料吸気波形
の対応するピークから遅延している。このピークピーク
値の遅延は、空気と燃料の混合気がエンジンの吸気マニ
フォルドを通過し、シリンダ中での燃焼を経て、一部が
排気システムを介してセンサの位置に達するときに、こ
の混合気がたどる物理的移動遅延に起因している。こう
して、時間ｔ₀で、排気センサ１１３が、少な過ぎる酸
素（「濃厚（ｖｉｃｈ）」な空気／燃料比）から多過ぎ
る酸素（「希薄（ｌｅａｎ）」な空気／燃料比）への遷
移を検出するとき、予め減少している燃料流量は、公称
レベルに「ジャンプバック（ｊｕｍｐｅｄｂａｃ
ｋ）」し、次いで次第に増加する。この混合気の変化率
の反転は、燃焼生成物がエンジン及び排気システムを通
過するときにたどる物理的移動遅延だけ時間ｔ₀から遅
延している時間ｔ₁になって始めて、排気センサにおい
て証明される。

【００２２】図２のライン（ａ）に図示した制御システ
ムは、空気／燃料比を略化学量論性に「設定（ｈｕｎ
ｔ）」し、各周期の期間は、物理的移動遅延の持続期間
をかなり超えて遅延する。増加する燃料比率の効果がセ
ンサで検出可能な時間ｔ₀の始めに、センサで検出され
る燃焼生成物は、排気酸素レベルが、再度、希薄状態で
はなく濃厚状態を指示する時間ｔ₂まで、希薄状態を指
示し続ける。ライン（ａ）においてわかるように、燃料
流量が減少傾斜に切り換えられる時間ｔ₂まで、吸気混
合気は極度に濃くなる。従って、ライン（ａ）に示す制
御機構によって、吸気混合気は、実効閉ループ制御遅延
延長期間の際、化学量論性から実質的に偏移する。後述
するように、実効移動遅延は、時間ｔ₀及びｔ₂間のク
ランク軸ターンとして発生してＴＤＲＥＵＳ値を生成す
るＰＩＰＳパルスのカウントによって、数値的に表わす
ことができる。

【００２３】ライン（ａ）に図示の制御システムは、濃
厚及び希薄動作の差異を説明することができない。例え
ば、ライン（ａ）に示すように、化学量論的ポイントま
たはこの近傍で始動して、付加的燃料がランプに沿った
或るポイントでランプイン（ｒａｍｐｉｎ）されれ
ば、正確な量の燃料が加えられて、酸素センサは化学量
論性の濃厚サイドへの遷移を同定することができる。し
かしながら、付加的な燃料は、酸素センサがこの処置を
実際に検出するまで、ランプインし続ける。この付加的
燃料は、不必要に加えられる。同じ解析は、反対方向に
おいてのみ、希薄ランピングにあてはまる。ピークピー
ク値は、ＴＤＲＥＶＳにおいて、燃料比率の最小／最大
エクスカーションを決定する。燃料を付加したり削除し
たりすることによって、エンジン出力に周期的変動が引
き起こされる。このことは、総合エクスカーションが重
要であれば、サージと呼ばれる運動し易さのパラメータ
に帰着し得る。更に、ライン（ａ）の制御システムは、
濃厚／希薄対希薄／濃厚ＴＤＲＥＶＳの差異を説明する
ことができない。

【００２４】ライン（ａ）に図示の制御システムはま
た、動作時のエラーまたは不正確を訂正する能力に欠け
ている。例えば、エンジン間の部品の変動、及びセン
サ、燃料噴射管及び他の部品のエージングは、性能上の
変動をもたらす。従って、この種変動は、燃料制御戦略
の変更を要求する。ライン（ａ）に図示のシステムは、
固定制御戦略を利用している。この戦略は、ＨＥＧＯセ
ンサの電流出力にのみ応答することができると共に、燃
料の吐出におけるこれまでの検出した不正確を訂正する
ことはできない。

【００２５】本発明は、触媒コンバータの変換効率を改
善すべく濃厚及び希薄条件間の所望の反復摂動を保護し
ながら、一層迅速に化学量論性を達成すべく燃料レベル
を制御する異なった戦略を用いている。本発明によれ
ば、濃厚レベル及び希薄レベル間のシフトが排気酸素セ
ンサによって検出されたとき、燃料給気比は直ちに、更
なる変化無しに、予測ステップ間隔内にて排気混合気を
化学量論性に戻すのに十分であるべき初期ステップ値に
移行する。予測間隔内に化学量論性が達成されなけれ
ば、燃料給気比は、化学量論性が最終的に達成されるこ
とを保証すべく、現在の周期の際に、累進的に調整され
る。同時に、次の周期で使用すべき初期ステップ比率の
値は、遅延時間を低減すべく変更される。ＨＥＧＯセン
サで切換えを行うときの実際の遅延が所定の保持時間を
超えれば、次の周期で使用すべき予測間隔の持続期間が
増大する。最後に、燃料給気比が所定の上限濃厚限界を
超えれば、平均的給気比は、初期濃厚比率及び初期希薄
比率の双方を増加することによって、増大する。これに
反し、燃料給気比が所定の希薄限界を下回れば、初期濃
厚比率及び初期希薄比率の双方共、減少する。

【００２６】図面の図２（ｂ）に現われている波形は、
初期濃厚比率及び初期希薄比率が本発明によって意図さ
れるように、適応するように変化する方法を示してい
る。酸素センサ１１３が動作時の濃厚的希薄への変化を
検出したとき、プロセッサ１１６は、直ちに２１０で示
すような吐出の濃厚初期比率へステップするように燃料
システムに命令する。初期濃厚比率は、基本値ＬＡＭＢ
ＳＥ−ＢＡＳＥと濃厚ステップオフセット値ＲＳの和に
設定される。この初期濃厚比率は、ＨＥＧＯセンサから
の希薄指示の予測持続期間を表わすＲＴＤＲＥＶＳ（回
転における濃厚移動遅延：ＲｉｃｈＴｒａｎｓｐｏｒ
ｔＤｅｌａｙｉｎＲｅｖｏｌｕｔｉｏｎｓ）とし
て指定される所定時間長の間、２１１でみられるように
維持される。ＨＥＧＯセンサが、予測希薄排気間隔ＲＴ
ＤＲＯＵＳの間に濃厚指示への遷移を指示できなけれ
ば、プロセッサ１１６は燃料給気比を２１２で示すよう
に累進的に増加し始める。２１４で、排気センサが、濃
厚状態を指示すべく、排気酸素レベルが低下したことを
指示するとき、プロセッサ１１６は直ちに、制御波形を
希薄初期ステップ値ＬＡＭＢＳＥ−ＢＡＳＥ−ＬＳ（Ｌ
Ｓは希薄ステップオフセット値）にステップさせる。同
時に、プロセッサ１１６はＲＳの値を増加させ、この結
果、次の周期で、化学量論性を一層迅速に達成すること
ができる。この希薄燃料出力は、ＬＴＤＲＥＶＳ（回転
における希薄移動遅延：ＬｅａｎＴｒａｎｓｐｏｒｔ
ＤｅｌａｙｉｎＲｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）２１６と
して指定される第２の所定時間長の間、維持される。排
気センサが、ＬＴＤＲＥＶＳ間隔の終了によって、希薄
状態を指示しなければ、プロセッサ１１６は、更に２１
８でみられるように、燃料給気比を累進的に低下させ始
める。

【００２７】２１９で、排気センサが希薄状態を検出す
るとき、プロセッサ１１６は急激に、燃料給気比をＬＡ
ＭＢＳＥＢＡＳＥ＋ＲＳに変更する。しかしながら、
ＲＳは前回の周期で増加しているので、初期濃厚比２２
０は、前の周期での濃厚比率２１１に比して高い。ま
た、２１９で、化学量論性にはＬＴＤＲＥＶＳ２１６内
で達していないので、希薄ステツプオフセットＬＳの値
が増大して、２２２で、初期希薄比率は、比率２１６を
下回って低下する。

【００２８】２２５でみられるように、初期濃厚比率
は、前の比率２２０を上回って更に増加する。この比率
は予定通りにＨＥＧＯセンサ内で切換えをもたらし、ま
た更なる適応を要求する条件変化がない限り、これ以上
調整されることはない。

【００２９】以下において更に詳細に説明するように、
本発明による適応制御方法はまた、予測間隔ＲＴＤＲＥ
ＶＳ及びＬＴＤＲＥＶＳの持続期間を調整し、基本値Ｌ
ＡＭＢＳＥＢＡＳＥの値を調整し、かつ、予測ステッ
プ間隔の終了前に化学量論性が達成されたとき、適応パ
ラメータを初期値にリセットする機構をもたらす。適応
制御方法はまた、ＨＥＧＯセンサが予定通りに切り換わ
ったら、初期比率ＲＳ及びＬＳ双方の大きさ、それにこ
れらの比率が維持される時間ＲＴＤＲＥＶＳ及びＬＴＤ
ＲＥＶＳを減少する制御機構をもたらす。この機能性に
よって、制御装置は、化学量論性に関するエクスカーシ
ョンの長さ及び大きさの双方を減少させる。

【００３０】制御変数処理が開始される前、閉ループ式制御プロセッサ１１６
は、先ず、ＬＡＭＢＳＥ、ＲＳ、ＬＳ、ＩＮＩＴＲ
Ｓ、ＩＮＩＴＬＳ、ＩＮＩＴＲＴＤＲＥＶＳ、ＩＮ
ＩＴＬＴＤＲＥＶＳ、ＬＡＭＢＳＥＢＡＳＥ、ＲＳ
Ｔ、ＬＳＴ、ＲＴＤＲＥＶＳ、ＬＴＤＲＥＶＳ、ＲＡＭ
ＰＲＡＴＥ、ＬＡＭＢＳＥＭＡＸ、及びＬＡＭＢＳ
ＥＭＩＮを含む幾つかのプロセス変数を初期化する。
ＲＳ及びＬＳは、基本値ＬＡＭＢＳＥ−ＢＡＳＥからの
正のオフセット及び負のオフセットとしてそれぞれ動作
する濃厚ステップ値及び希薄ステップ値を表わす変数で
ある。ＲＳ及びＬＳは、最初、エンジンの予測性能に基
づいて選択されるＩＮＩＴＲＳ値及びＩＮＩＴＬＳ値
に設定される。ＩＮＩＴＲＴＤＲＥＶＳ及びＩＮＩＴ
−ＬＴＤＲＥＶＳは、それぞれ、予測濃厚遷移遅延期間
ＲＴＤＲＥＶＳ及び予測希薄遷移遅延期間ＬＴＤＲＥＶ
Ｓの初期値である。

【００３１】ＬＡＭＢＳＥＢＡＳＥの初期値は、公称
値１．０に設定される。以下において説明するように、
燃料制御信号ＬＡＭＢＳＥは、オフセットＲＳ及びＬＳ
のみが予測持続期間内に化学量論性を達成できないと
き、オセットＲＳまたはオフセットＬＳに付加的な時変
ランプ変動を加算した量だけ、ＬＡＭＢＳＥＢＡＳＥ
から偏移する。ＬＡＭＢＳＥは閉ループ式制御によって
周期的に変化して、所望の空気／燃料比に対応するＬＡ
ＭＢＳＥ値１．０について、空気／燃料比を化学量論性
以上及び以下に変化させるようになっている。ＬＡＭＢ
ＳＥＢＡＳＥは、最初、１．０の値に設定され、以下
においてわかるように、その後、エンジン内の部品のバ
ラツキ及びエージングに対してＬＡＭＢＳＥを訂正すべ
く、適応するように変化させ得る。

【００３２】ＲＳＴ及びＬＳＴは、濃厚ステップ（Ｒ
Ｓ）及び希薄ステップ（ＬＳ）がそれぞれ維持される時
間を示す変数である。ＲＴＤＲＥＶＳ及びＬＴＤＲＥＶ
Ｓは、排気酸素レベルを化学量論性に到達させるべく、
それぞれ濃厚流量及び希薄流量への切換えのための予測
遷移時間を表わす。例えば、ＨＥＧＯセンサが希薄状態
の立上りを示すとき、図１の燃料制御プロセッサ１１６
は、ＲＴＤＲＥＶＳで示される少なくとも予測遷移遅延
の間維持される初期濃厚流量（ＬＡＭＢＳＥＢＡＳＥ
＋ＲＳ）にＬＡＭＢＳＥ信号を切り換えることによって
応答する。

【００３３】ＥＨＧＯセンサが、ＲＴＤＲＥＶＳによっ
て定義される持続期間内の濃厚状態を示す酸素レベルに
おける低下を検出しなければ、ＬＡＭＢＳＥ値は、ＲＡ
ＭＰＲＡＴＥによって決定される比率に更に増加する。
同様に、プロセッサ１１６は、ＬＴＤＲＥＶＳを超える
持続期間の間、燃料給気比を（ＬＡＭＢＳＥＢＡＳＥ
−ＬＳに）低減し、ＬＡＭＢＳＥは、センサが希薄状態
を検出することによって応答するまで、更にＲＡＭＰ
ＲＡＴＥに減少する。

【００３４】予測間隔ＲＴＤＲＥＶＳを超える間隔にお
いて、化学量論性に達する毎に、実際の持続期間ＲＳＴ
はしきい値ＲＳＴＭＡＸと比較される。持続期間ＲＳＴ
が過度でなかったならば、ＲＴＤＲＥＶＳの値は増加す
るのに対し、ＲＳＴがＲＳＴＭＡＸに比して大であった
ならば、ＲＳの値は増加する。制御変数ＬＴＤＲＥＶＳ
及びＬＳＴは、ＬＴＤＲＥＶＳ及びＬＳＴＭＡＸを超え
たＬＳＴの値の過度なエクスカーションに応じて、同様
にして、適応するように変化する。

【００３５】パラメータＲＳＴＭＡＸ、ＬＳＴＭＡＸ、
及びＲＡＭＰＲＡＴＥと同様に適応変数ＲＳ、ＬＳ、
ＲＴＤＲＥＶＳ及びＬＴＤＲＥＶＳの最適値は、異なる
エンジン速度及びエンジン負荷において実質的に異な
る。従って、これらの変数は、速度及び負荷変数によっ
て索引されるルックアップテーブルに記憶されることが
好ましい。これらの値は、これらが単一値である如く、
本明細書において言及されるが、各々の程値は、数値速
度値（図１の入力１０６を介してセンサ１１２から得ら
れる）及び数値エンジン負荷値（入力ライン１０２を介
してセンサ１０８から得られる）の組合せによって索引
される２次元数値アレイから選択されることが有益であ
る。これらの索引ルックアップテーブルは、エンジンが
ターンオフしたときに、適応学習値を維持する不揮発性
メモリ（ＫＡＭ即ち「キープ・アライブ・メモリ（Ｋｅ
ｅＰＡｌｉｖｅＭｅｍｏｒｙ）」の一部を使用し
て、重視することが好ましい。

【００３６】ＬＡＭＢＳＥ信号によって、エクスカーシ
ョンが、上限ＬＡＭＢＳＥＭＡＸ及び下限ＬＡＭＢＳ
ＥＭＩＮで構成される所定の許容範囲外となる毎に、
基本値ＬＡＭＢＳＥＢＡＳＥは、一層迅速に化学量論
性を達成する要求に応じて、ＬＡＭＢＳＥ値の平均値を
濃厚または希薄に向けて有効にシフトすべく、同一方向
に修正される。このようにして、適応制御は、最高の性
能のための平均の空気／燃料比の変化を要求し得る、例
えば燃料型式の変更等の条件を補償する。

【００３７】処理図３、図４（ａ）及び図４（ｂ）のフローチャートは、
図１の１１６で示した型式の制御プロセッサを用いて、
前述した機能性を実現する好ましい方法の詳細を図示し
ている。前述したように初期化を行った後、閉ループ式
燃料制御アルゴリズムは、図３に示したように繰り返し
実行される。

【００３８】前述したように、排気ガス中の酸素の濃度
は、技術上周知の酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）型式で
あってよい加熱式排気ガス酸素（ＨＥＧＯ）センサ１１
３によって検出される。ＨＥＧＯセンサ１１３は、排気
マニフォルド１１４中の酸素の濃度に比例した電圧を発
生し、該電圧は、制御を実現すべく使用されるマイクロ
コントローラに内蔵されたＡ／Ｄコンバータによってデ
ジタル量に変換され得ることが有益である。酸素レベル
値は、使用される特殊ＨＥＧＯセンサに対して、化学量
論性にあるセンサ電圧出力を表わす所定のしきい値と比
較される。この比較によって、以下において述べる図３
のブロック６，１１，１５，２１及び２５で試験される
二状態（濃厚または希薄）値ＨＥＧＯが生成される。

【００３９】ブロック６でのＨＥＧＯ値のテストが過剰
な酸素及び希薄な混合気を示せば、ＬＡＭＢＳＥはブロ
ック１０でＲＳ＋ＬＡＭＢＳＥＢＡＳＥに設定され、
ＲＳＴは零に初期化される。上記値が濃厚な排気混合気
（即ち、不足の酸素）を示せば、ＬＡＭＢＳＥはブロッ
ク２０でＬＳ−ＬＡＭＢＳＥＢＡＳＥに設定され、Ｌ
ＳＴは、零に初期化される。濃厚混合気または希薄混合
気に応答する制御装置の方法は、図３の左側の希薄状態
処理及び右側の濃厚状態処理間の対称性によって明らか
にわかるように、同様である。従って、希薄混合気に対
するシステム応答の動作を、濃厚混合気への応答方法が
本来的に同一であるということの理解を伴う以下のテス
トにおいて説明する。

【００４０】ＬＡＭＢＳＥが、一旦、ブロック１０で、
（基本値ＬＡＢＭＳＥＢＡＳＥ＋濃厚ステップＲＳオ
フセット）に設定されると、制御装置１００は、テスト
１１及び１４を含むループを開始する。ＨＥＧＯ値は、
テスト１１で、濃厚排気を指示すべく切り換ったかどう
かがチェックされる。もし切り換っていなければ、ＲＳ
Ｔ（濃厚入力フリーが開始されて以来経過した濃厚ステ
ップ時間（ＲｉｃｈＳｔｅｐＴｉｍｅ））が、ブロッ
ク１４で予測時間ＲＴＤＲＥＶＳに対してチェックされ
る。もしＲＴＤＲＥＶＳが経過していなければ、ループ
は再度実行される。変数ＲＳＴは、濃厚ステップが開始
されて以来生じたクランク軸回転の量を反射する増加値
をもたらすべくクランク軸が回転するとき、ライン１０
６を介して受信されたエンジン回転信号によって、連続
的に増分されることに留意されたい。

【００４１】ブロック１１で検出されるように、ＲＳＴ
がＲＴＤＲＥＶＳに達する前に、ＨＥＧＯが早まって切
り換ったら、制御装置は、ブロック１３で、ＲＳＴが、
ＲＴＤＲＥＶＳの初期値であるＩＮＩＴＲＴＤＲＥＶ
Ｓに達したかどうかをチェックする。達していなけれ
ば、制御装置は、期間ＩＮＴＲＴＤＲＥＶＳが経過す
るまで、テスト９にループバックする。ＲＳを少なくと
もＩＮＴＲＴＤＲＥＶＳの間維持することによって、
制御装置は、不正確な空気／燃料混合気を点火するかま
たは早まって点火する単気筒の排気出力を表わし得る。
ＨＥＧＯセンサ内での早まった切換えを無視する。

【００４２】ＲＳが、一旦、ＩＮＴＲＴＤＲＥＶＳの
間維持されると、初期濃厚ステップオフセット値ＲＳは
その初期値ＩＮＩＴＲＳにリセットされ、ＲＴＤＲＥ
ＶＳはその初期値ＩＮＩＴＲＴＤＲＥＶＳにリセット
され、制御装置は、希薄燃料給気比をブロック２０で示
すように（ＬＡＭＢＳＥＢＡＳＥ−ＬＳに）設定する
ことによって、希薄状態処理を開始する。こうして、シ
ステム動作が開始されたとき、固定値ＩＮＩＴＲＳ及
びＩＮＩＴＲＴＤＲＥＶＳに初期化される適応変数Ｒ
Ｓ及びＲＴＤＲＥＶＳは、実際の動作状態とマッチすべ
く、必要に応じて、適応するように増加するかまたは減
少することを許容される。このようにして適応パラメー
タを学習することは、化学量論性についてＬＡＭＢＳＥ
のバランスした変動を保証することを助けると共に、触
媒変換が濃厚及び希薄動作の間生じるコンバータにおけ
る活性点の数をバランスさせることによって触媒コンバ
ータの動作を助長する。

【００４３】予測間隔（クランク軸回転ＲＴＤＲＥＶ
Ｓ）が、一旦、検出されると、更なるループが開始さ
れ、ＨＥＧＯ値が濃厚排気混合気を示しているかどうか
を決定するテストがブロック１５で行われる。ＨＥＧＯ
値が濃厚排気混合気を示しているときは、初期濃厚ステ
ップＲＳの新しい値、及び予測濃厚遷移遅延ＲＴＤＲＥ
ＶＳが、ブロック１６で計算され（図４（ａ）と関連し
て以下において更に詳細に説明する）、制御装置は、ブ
ロック２０で、希薄動作モードに切り換わる。

【００４４】ブロック１５でチェックしたＨＥＧＯ値が
依然希薄であれば、制御装置は、切換えを行うべく余分
な燃料が必要であることを結論する。こうして、ブロッ
ク１７で、ＬＡＭＢＳＥは、変数ＲＡＭＰＲＡＴＥだ
け増分される。ブロック１８で、ＬＡＭＢＳＥはＬＡＭ
ＢＳＥＭＡＸに対してチェックされ、ＬＡＭＢＳＥが
ＬＡＭＢＳＥＭＡＸに比して大でなかったならば、Ｈ
ＥＧＯセンサは、再度、ブロック１５でチェックされて
ループを続ける。

【００４５】もしブロック１８でＬＡＭＢＳＥ＞ＬＡＭ
ＢＳＥＭＡＸが成立すれば、ＬＡＭＢＳＥＢＡＳＥ
は、ブロック１９で増分され、制御装置は処理をブロッ
ク１５に戻す。こうして、ＬＡＭＢＳＥがＬＡＭＢＳＥ
ＭＡＸを上回るレベルに増加する毎に、基本値ＬＡＭ
ＢＳＥＢＡＳＥは増加され、この結果、次の周期で、
ブロック１０にて確立された初期濃厚値（ＬＡＭＢＳＥ
ＢＡＳＥ＋ＲＳ）は増加される一方、ブロック２０で
確立された初期希薄値（ＬＡＭＢＳＥＢＡＳＥ−Ｌ
Ｓ）もまた（希薄状態が抑制されるように）増加され
る。

【００４６】ブロックの１５、１７、１８及び１９に示
す諸機能を備えたループは、ＨＥＧＯ値が希薄指示から
濃厚指示に切り換わるまで、実行される。この間、ＲＳ
ＴがＲＴＤＲＥＶＳを過ぎた後、ＬＡＭＢＳＥは、希薄
動作から濃厚動作への切換えが指示されるまで、一定の
比率で増加される。このことが一旦生じると、ＲＳ及び
ＲＴＤＲＥＶＳの新しい値は、ブロック１６で計算さ
れ、制御装置は希薄動作モードを開始する。

【００４７】ＲＳ及びＲＴＤＲＥＶＳの計算は、図４ａ
により詳細に図示されている。図４ｂは、ＬＳ及びＬＴ
ＤＲＥＶＳの計算に対する同様のステップを示してい
る。ＲＳＴは、ブロック３０で、ＲＴＤＲＥＶＳと比較
される。ＲＳＴがＲＴＤＲＥＶＳと一致するかまたは一
定の狭い範囲内にあって、希薄から濃厚への切換えがＲ
ＴＤＲＥＶＳによって予測される如く予想通りに生じた
ことが示されれば、ＲＳ及びＲＴＤＲＥＶＳの双方は一
定量だけ減分され、ルーチンはブロック３６で抜け出
る。このようにして、制御装置は、化学量論性からのエ
クスカーションの大きさ及び長さを最小化しようと努め
る。

【００４８】ＲＳＴが、しきい値ＲＳＴＭＡＸに比して
大なる時間を超過していなければ、制御装置は、ＲＴＤ
ＲＥＶＳを増分し、ＲＳは未変化のままとなる。ＲＳＴ
ＭＡＸは、２* ＲＴＤＲＥＶＳに等しいことが好まし
い。前述したように、ＲＴＤＲＥＶＳは、空気／燃料比
の変化からＨＥＧＯセンサによるこの変化の検出に亘る
遷移遅延を表わしている。ＲＳＴがＲＴＤＲＥＶＳを超
過して、制御装置が燃料濃厚のランプを開始したとすれ
ば、この増加した燃料給気比は、ＲＴＤＲＥＶＳ期間の
後まで、ＨＥＧＯセンサによって検出されない。ランピ
ングが開始された後ＨＥＧＯセンサが５以下のＲＴＤＲ
ＥＶＳ期間を切り換えたとすれば、即ち、ＲＴＤＲＥＶ
Ｓ＜ＲＳＴ＜ＲＳＴＭＡＸが成立すれば、制御装置は、
所望の時間にＨＥＧＯの切換えを行うのに、燃料吐出戦
略における増分変化のみが必要とされると結論する。従
って、ＲＴＤＲＥＶＳは、ブロック３４で増分される。
ＲＳＴ＞ＲＳＴＭＡＸが成立すれば、制御装置は、ＨＥ
ＧＯセンサにおける切換えを行うのに、ＲＳＴ＝ＲＴＤ
ＲＥＶＳの成立時に開始されたランピングが必要とされ
たと結論する。従って、ＲＳはブロック３５で増加され
る。ブロック３４で、ＲＳは一定量だけ、単純に増分さ
れ得るか、またはＲＳ：＝ＲＳ＋（Ｋ_S* （ＲＳＴ−Ｒ
ＴＤＲＥＶＳ）（式中、Ｋ_Sは、初期ステップサイズの
間に適切な適応変化率を生成すべく選択される定数であ
る。）で表わされる過剰遅延に比例する量だけ増分し得
る。同様に、ブロック３４で、ＲＴＤＲＥＶＳは単純に
増分し得るか、または関係式ＲＴＤＲＥＶＳ：＝ＲＴＤ
ＲＥＶＳ＋（Ｋ_j* （ＲＳＴ−ＲＴＤＲＥＶＳ）（式
中、Ｋ_jは、予測遷移間隔の間に適切な適応変化率を生
成すべく選択される定数である。）に基づいて変更され
得る。Ｋ_S及びＫ_Sの双方共、制御装置は各ステップで
新しい値を計算する必要がなく、こうして制御装置１１
６によって行われる計算の量を低減するのを保証するに
足る量だけ、ＲＳ及びＲＴＤＲＥＶＳをそれぞれ増加す
るのに選択されるのが有益である。

【００４９】図４（ｂ）のフローチャートは、測定遅延
ＬＳＴが予測希薄移動遅延ＬＴＤＲＥＶＳを超過する毎
に、適応変数ＬＳ及びＬＴＤＲＥＶＳの新しい値を計算
するルーチン２６を示している。

【００５０】以上説明した特定の機構及び技術は、本発
明の原理の応用について単に例示的なものに過ぎないこ
とは勿論である。本発明の真の精神及び範囲にもとるこ
となく、説明した方法及び装置に対して多くの変更をな
し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関及び本発明を実施する電子式エンジン
制御システムの略ブロック図である。

【図２】既知の燃料制御システム及びインテリジェント
燃料制御システムにおける種々の信号波形間の関係を示
すグラフ図である。

【図３】本発明の好ましい実施例の動作を示すフローチ
ャートである。

【図４】本発明の好ましい実施例の動作を示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１００閉ループ式制御装置１０８空気吸気マニフォルド真空センサ１１２タコメータ１１３ＨＥＧＯセンサ１１６閉ループ式空気／燃料制御プロセッサ１１８不揮発生メモリモジュール１２０シリンダ周期式燃料システム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料が内燃機関の燃料吸気口に供給され
る燃料給気比を制御する方法において、前記機関によって排気された燃焼ガス中の酸素の量を測
定して、前記酸素レベルが低いとき、濃厚排気指示を生
成すると共に、前記酸素レベルが高いとき、希薄排気指
示を生成する段階と、急激に前記燃料給気比を所定の濃厚ステップに増大する
ことによって、各希薄排気指示の立上りに応答し、次い
で濃厚排気指示の立上りまでまたは所定の濃厚ステップ
持続時間が終了するまで、前記給気比を前記濃厚ステッ
プ値に維持する段階と、濃厚排気指示が生成されるまで、前記給気比を前記所定
の濃厚ステップ値から累進的に増大することによって、
前記濃厚ステップ持続時間の終了に応答する段階と、急激に前記燃料給気比を所定の希薄ステップに減少する
ことによって、各濃厚排気指示の立上りに応答し、次い
で、希薄排気指示の立上りまでまたは所定の希薄ステッ
プ持続時間が終了するまで、前記給気比を前記希薄ステ
ップ値に維持する段階と、希薄排気指示が生成されるまで、前記給気比を前記所定
の希薄ステップ値から累進的に減少することによって、
前記希薄ステップ持続時間の終了に応答する段階と、を
組み合わせてなることを特徴とする前記方法。
【請求項２】請求項１記載の方法において、希薄指示
の持続時間が第１の間隔を超える毎に、前記濃厚ステッ
プ値を増大する段階を更に具備したことを特徴とする前
記方法。
【請求項３】請求項２記載の方法において、前記濃厚
指示の持続時間が第２の間隔を超える毎に、前記希薄ス
テップ値を増大する段階を更に具備したことを特徴とす
る前記方法。
【請求項４】請求項３記載の方法において、前記希薄
指示の持続時間が第１の持続時間限界を超える毎に、前
記第１の間隔の持続時間を増大する段階を更に具備した
ことを特徴とする前記方法。
【請求項５】請求項４記載の方法において、前記濃厚
指示の持続時間が第２の持続時間限界を超える毎に、前
記第２の間隔の持続時間を増大する段階を更に具備した
ことを特徴とする前記方法。
【請求項６】請求項４記載の方法において、前記第１
の間隔は、前記第１の持続時間限界の２倍に実質的に等
しいことを特徴とする前記方法。
【請求項７】請求項５記載の方法において、前記第２
の間隔は、前記第２の持続時間限界の２倍に実質的に等
しいことを特徴とする前記方法。
【請求項８】請求項１記載の方法において、基線値を生成する段階と、前記基線値を濃厚オフセット値に加算することによっ
て、前記濃厚ステップ値を生成する段階と、前記基線値から希薄オフセット値を減算することによっ
て、前記希薄ステップ値を生成する段階と、前記燃料給気比が所定の濃厚限界を超える毎に、前記基
線値を増加する段階と、前記燃料給気比が所定の希薄比限界を下回る毎に、前記
基線値を減少する段階と、を付加的に具備したことを特
徴とする前記方法。
【請求項９】燃料が内燃機関に吐出される比率を変化
させるための燃料制御信号に応答する燃料吸気システム
と、前記機関によって排気された燃焼生成物中の酸素の量を
検出すべく位置決めされたセンサと、前記センサに結合されて、前記酸素の量が化学量論性を
表わす値を上回るかまたは下回るとき、希薄排気指示及
び濃厚排気指示をそれぞれ生成する手段と、前記燃料吸気システムに結合されると共に、前記希薄排
気指示及び濃厚排気指示に応答して、前記燃料給気比を
変更する制御信号発生手段と、の組合せにおいて、前記
信号発生手段が、希薄指示の立上りに応答して、濃厚排気指示の立上りま
でまたは予測濃厚比間隔が終了するまで連続する初期濃
厚比率を確立する手段と、前記予測濃厚比率間隔の終了に応答して、濃厚排気指示
の立上りまで、前記比率を累進的に増加する手段と、濃厚指示の立上りに応答して、希薄指示の立上りまでま
たは予測希薄比率間隔が終了するまで連続する初期希薄
比率を確立する手段と、前記予測希薄比率間隔の終了に応答して、希薄指示の立
上りまで、前記比率を累進的に減少する手段と、を組み
合わせて具備してなることを特徴とする前記組合せ。
【請求項１０】請求項９記載の組合せにおいて、前記
制御信号発生手段が、第１の限界を上回る持続時間の間、濃厚指示の持続に応
答して、前記初期希薄比率を増加する手段と、第２の限界を上回る持続時間の間、希薄指示の持続に応
答して、前記初期濃厚比率を増加する手段と、を更に具
備したことを特徴とする前記組合せ。
【請求項１１】請求項１０記載の組合せにおいて、前
記制御信号発生手段が、前記希薄比率間隔の終了に応答して、前記希薄比率間隔
の持続時間を増大する手段と、前記濃厚比率間隔の終了に応答して、前記濃厚比率間隔
の持続時間を増大する手段と、を更に具備したことを特
徴とする前記組合せ。
【請求項１２】請求項１１記載の組合せにおいて、前
記第１の限界が前記希薄比率間隔の２倍に実質的に等し
く、かつ、前記第２の限界が前記濃厚比率間隔の２倍に実質的に等
しいこと、を特徴とする前記組合せ。
【請求項１３】請求項９記載の組合せにおいて、前記
制御信号発生手段は、複数の値を記憶するメモリと、前記機関の回転速度を検出して、速度信号を生成する手
段と、前記機関への空気吸気比率を決定して、負荷信号を発生
する手段と、前記速度信号及び負荷信号の大きさに応答して、前記初
期濃厚比率、前記初期希薄比率、前記濃厚比率間隔、及
び前記希薄比率間隔を選択する手段と、を更に具備した
ことを特徴とする前記組合せ。