JPH0668250B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は内燃機関の空燃比制御装置に関する。

（従来の技術） 電子制御の燃料噴射式機関はその燃料計量精度の高さか
ら実際に広く採用されており、噴射弁から機関吸気系に
供給される噴射量制御においては機関負荷（たとえば吸
入空気量Qa）と機関回転数Ｎとに基づく基本的な燃料噴
射量（基本パルス幅）Tp（＝Ｋ・Qa/N、ただしＫは定
数。）を他の運転変数に応じて補正するようにした次式
（１）を基本として噴射量（噴射パルス幅）Tiが演算さ
れる（たとえば、1985年11月（株）鉄道日本社発行「自
動車工学」第34巻第11号第28頁等参照）。

Ti＝Tp×COEF×LAMBDA＋Ts …（１） ただし、COEF:各種補正係数の総和 LAMBDA:空燃比補正係数 Ts:無効パルス幅 である。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、吸気系燃料（供給燃料の一部が機関シリンダ
に達するまでの間に吸気管や吸入ポートの内壁面に付着
する燃料や吸入されずに吸気管内に浮遊している燃料の
こと）の吸気管壁への付着量は機関の運転状態に応じて
変化し、機関回転数や機関温度、さらには吸気管の絶対
圧力等に影響されるのであるが、従来の空燃比制御では
予め実験的に定めた補正方式によって近似的に過渡時燃
料の過不足量を算出し、これに機関冷却水温に応じた補
正を施すことにより空燃比を適正化するという手法を基
本としており、従って前述のように種々の要因に基づい
て変動する吸気系燃料の吸気管壁への付着量に対応して
常に適切な空燃比が得られるとは限らず、設計点にあた
る特定の運転状態のときを除き誤差を生じるのは避けら
れなかった。

この点を考慮して特開昭56−47638号公報では吸気系燃
料に関する過渡時の過不足燃料量を求め、これを基本燃
料量に加えるようにしたものが開示されているが、後述
する予測変数に相当する実吸気面燃料が時間同期で計算
されるため、燃料噴射のタイミングに関係なく実吸気面
燃料が更新されたのでは、過渡時の燃料流量要求と実際
の吸気面燃料の状態とが合わなくなって過渡途中での空
燃比の目標値への制御精度が低下する。

これに対して、吸気系燃料の平衡状態量M0を演算し、こ
の平衡状態量M0とその時点での吸気系燃料の予測変数Ｍ
との差に基づいて過渡補正量としての過不足燃料量DMを
求め、しかもその予測変数Ｍを燃料噴射に同期して更新
するものを提案しており（特願昭60−24360参照）、こ
のものによれば、加速時に１の噴射タイミングから次の
噴射タイミングの直前までに不足する（減速時には過剰
になる）と思われる燃料量（この燃料量が吸気系燃料の
変化に伴うもの）が次の噴射タイミングで上乗せして補
われる（減速時は過剰燃料分が差し引かれる）ので、吸
気系燃料の吸気管壁への付着量の推定精度が高まり、こ
の精度の高い過渡補正量で過渡途中においても、理論空
燃比近傍への空燃比制御精度が大幅に向上することにな
った。

さて、先願における吸気系燃料の予測変数Ｍや過渡補正
量としての過不足燃料量DMは、マイクロコンピュータ内
で演算され、RAMに記憶される値であるため、マイクロ
コンピュータが電磁波等による外乱を受けるとそれまで
の値が失われ、予測変数Ｍが正の小さな値に化けたり過
不足燃料量DMが正の大きな値に化けたりすることがあ
る。この予測変数Ｍについての異常が高負荷近くの定常
時に生じたり、過不足燃料量DMについての異常が定常時
に生じたときは、過渡時でもないのに突然大きな正の値
の過不足燃料量DMが生じてしまうので、この場合にまで
その異常な値の予測変数Ｍや過不足燃料量DMを用いて空
燃比制御を行ったのでは、空燃比が所定の空燃比（たと
えば理論空燃比を中心とする所定の範囲でウインドウと
いわれる）から外れてリッチ側に変化し、NOxの排出量
が増加してしまう。また、可燃限界を越えるところまで
空燃比がリッチ側に変化することもあり、このときはリ
ッチ失火を生じて運転性が悪くなる。

一方、予測変数Ｍが正の大きな値に化けたり過不足燃料
量DMが負の大きな値に化けたりすることも考えられ、予
測変数Ｍについての異常が低負荷状態での定常時に生じ
たり、過不足燃料量DMについての異常が定常時に生じた
ときは、今度は突然大きな負の値の過不足燃料量DMが生
じてしまうので、この場合にまでその異常な値の予測変
数Ｍや過不足燃料量DMを用いて空燃比制御を行ったので
は、CO,HCが増加したり、リーン失火を生じて運転性が
悪くなる。

しかしながら、先願ではマイクロコンピュータが電磁波
等による外乱を受けて予測変数MFや過不足燃料量DMが異
常な値になる場合のことまで考慮されていない。

この発明は先願をさらに改良するもので、吸気系燃料の
平衡付着量（先願でいう平衡状態量に相当）を演算し、
この平衡付着量とその時点での吸気系燃料の付着量予測
値（先願でいう予測変数に相当）との差に基づいて１噴
射当たりの付着速度（先願でいう過不足燃料量に相当）
を求め、しかもその付着量予測値を燃料噴射に同期して
更新する一方、前記付着量予測値または付着速度のいず
れか一つが制限幅内にあるか否かを判別し、この制限幅
を外れたことが判別されたときはその外れた付着量予測
値または付着速度のいずれか一つを所定値に設定するこ
とにより、付着量予測値の記憶手段が値を喪失して非常
に小さな正の値に化ける異常が高負荷近くの状態での定
常時に生じたり、付着速度の記憶手段がその値を喪失し
て非常に大きな正の値に化ける異常が定常時に生じたと
きでも、NOxの排出量が増加したりリッチ失火を生じた
りしないように、また付着量予測値の記憶手段が値を失
って非常に大きな正の値に化ける異常が低負荷状態での
定常時に生じたり、付着速度の記憶手段がその値を失っ
て非常に大きな負の値に化ける異常が定常時に生じたと
きにも、CO,HCの排出量が増加したりリーン失火を生じ
たりしないようにすることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 以上の目的を達成するために、この発明では、第１図に
示すように、機関の運転状態を、少なくとも機関回転
数、機関負荷および機関温度を含むパラメータから検出
する手段100と、機関の運転状態に基づいて燃料の基本
噴射量Tpを演算する手段101と、機関回転数、機関負荷
および機関温度に基づいて吸気系燃料の平衡付着量MFH
を演算する手段102と、この平衡付着量MFHとその時点で
の吸気系燃料の付着量予測値MFとの差MFH−MFMを演算す
る手段103と、この差M0−Ｍを燃料噴射量の補正にどの
程度反映させるかを示す補正係数KMFを、機関回転数、
機関負荷おび機関温度に基づいて演算する手段104と、
この補正係数KMFと前記差MFH−MFとに基づいて１噴射当
たりの付着速度VMFを演算する手段105と、この付着速度
VMFと前記付着量予測値MFとを燃料噴射に同期して加算
し、この加算値で付着量予測値MFを更新する手段106
と、前記付着速度VMFで前記基本噴射量Tpを補正して燃
料噴射量Tiを演算する手段107と、この噴射量の燃料を
吸気管に供給する手段108と、前記付着量予測値MFまた
は付着速度VMFのいずれか一つが制限幅内にあるか否か
を判別する手段109と、この制限幅を外れたことが判別
されたときはその外れた付着量予測値MFまたは付着速度
VMFのいずれか一つを所定値に設定する手段110とを設け
た。

（作用） この発明で機関の過渡時に吸気系燃料の平衡付着量MFH
とその付着量予測値MFとから１噴射当たりの付着速度VM
Fが求められ、しかもその付着量予測値MFが燃料噴射の
タイミングに同期して更新されると、加速時に１の噴射
タイミングから次の噴射タイミングの直前までに不足す
る（減速時には過剰になる）と思われる燃料量（この燃
料量が吸気系燃料の変化に伴うもの）が予測され、この
不足燃料量の分が次の噴射タイミングで上乗せして補わ
れる（減速時は過剰燃料分が差し引かれる）ので、常に
吸気系燃料量の推定精度が高められる。この精度の高い
過渡補正量（つまり１噴射当たりの付着速度）で過渡途
中においても、理論空燃比近傍への空燃比制御精度が大
幅に向上する。

さらに、付着量予測値MFまたは付着速度VMFのいずれか
一つが制限幅内にあるか否かが判別され、この制限幅を
外れたことが判別されたときはその外れた付着量予測値
MFまたは付着速度VMFのいずれか一つが所定値に設定さ
れる。

たとえば、付着量予測値MFが正の制限幅最小値を外れて
小さくなったときや付着速度VMFが正の制限幅最大値を
外れて大ききなったときに所定値に制限されることで、
付着量予測値MFの記憶手段がその値をなくして非常に小
さな正の値に化ける異常が高負荷近くの状態での定常時
に生じたり、付着速度VMFの記憶手段がその値をなくし
て非常に大きな正の値に化ける異常が定常時に生じたと
きでも、その異常の直後に突然に空燃比がリッチ側に大
きく変化するという現象が回避され、これによってNOx
の増加やリッチ失火が防止される。

一方、付着量予測値MFが正の制限幅最大値を外れて大き
くなったときや付着速度VMFが負の制限幅最小値を外れ
て小さくなったときに所定値に設定されることで、付着
量予測値MFの記憶手段がその値をなくして非常に大きな
正の値に化ける異常が低負荷状態での定常時に生じた
り、付着速度VMFの記憶手段がその値をなくして非常に
大きな負の値に化ける異常が定常時に生じたときでも、
その異常の直後に突然に空燃比がリーン側に大きく変化
することがなく、CO,HCの増加やリーン失火が防止され
る。

以下実施例を用いて説明する。

（実施例） 第２図は吸気絞り弁21の上流の吸気通路22に全気筒分を
賄う１個の燃料噴射弁24を設け（SPI装置）、かつ装置
の簡素化をねらって機関負荷信号として空気量ではな
く、絞り弁開度α（TVOとも称す。）を採用した機関に
この発明を適用した場合の機械的な構成を表している。

したがって、この例ではαとＮを基本変数として噴射パ
ルス幅を制御することになる（以下これをα−Ｎ方式と
称す。） このため、空気量センサは設けられておらず、替わりに
絞り弁開度センサ25が設けられている。また、絞り弁21
をバイパスする通路23には始動時の制御を高めるため並
列に２個のアイドルアップ用の電磁弁（SVと称す。）2
6,27が設けられ、一方吸気ポートにはスワールコントロ
ールバルブ28が設けられている。

なお、機関回転数Ｎはディストリビュータ31内蔵のクラ
ンク角センサ32にて、冷却水温Twは水温センサ33にて、
また実際の空燃比を検出するセンサとして酸素センサ34
が設けられる等従来装置と変わるところはなく、これら
クランク角信号（基準信号と角度信号），水温信号，実
空燃比信号は上記絞り弁開度信号とともにコントロール
ユニット35に入力され、該コントロールユニット35内
で、これら信号に基づき最適な燃料噴射パルス幅Tiが演
算される。

次に、噴射パルス幅Tiの演算内容については、第３図
（同図（Ａ）〜同図（Ｃ）からなる。以下同じ。）ない
し第７図を参照しながら説明するが、ここでは先に本発
明にかかる部分を説明し、その後にシステムの全体につ
き概説することとする。すなわち、これらの図に示す制
御内容は全体として１つの空燃比制御システムを構成す
るもので、これらの内訳は、第３図が噴射パルス幅演算
のメインルーチン、第４図ないし第７図がそれぞれメイ
ンルーチンにて使用される変数（過渡補正量KATHOS,フ
ィードバック補正量LAMBDA,目標空燃比TFBYA,吸気温補
正係数KTA）を求めるためのサブルーチンである。同図
の番号は処理番号を表す。なお、このような制御はマイ
クロコンピュータにてコントロールユニット35を構成す
ることにより容易に行なわせることが可能である。この
場合、各変数の演算は下表に示す制御周期にて実行され
る。

さて、この発明の特徴は過渡補正量KATHOSを演算するル
ーチン（第４図）において、ステップ97,98を設けた点
である。すなわち、吸気系燃料の付着量（付着量予測
値）MFとその制御幅の最小値MFMINとの比較により、付
着量MFがMFMINを下回るか否かを判別し、MF＜MFMINより
制御幅を外れたと判別されたときは、付着量MFを所定値
に設定する。したがって、ステップ97は第１図の判別手
段109に、ステップ98は第１図の設定手段110に相当す
る。

MF＜MFMINの条件は、マイクロコンピュータが電磁波に
よる外乱を受けると、付着量（演算値）MFの記憶手段が
記憶をなくし、異常値になってしまうので、MFの記憶手
段に生じる異常を判別するものである。MFの記憶手段が
記憶をなくした場合に記憶手段に入っている値は経験上
小さな値（たとえば０）であることが多いので、平衡付
着量MFHが本来（正常時という意味）とり得る値の最小
値と０の間の値に制御幅最小値MFMIN（MFMIN＞０）を定
めておくことにより、MF＜MFMINの条件成立時にMFの記
憶手段が記憶をなくしたことを判断することができるの
である。

MFの記憶手段が記憶をなくしたときには、MFの異常値を
そのまま用いることによって運転性能や排気性能に大き
な影響が出ないよう、MFの記憶手段に所定値（仮の値）
を入れてやる必要がある。このときの所定値は簡略には
正の一定値としてもよいのであるが、この例ではそのと
きの平衡付着量MFHを採用している。これは過渡時にだ
け付着量MFが平衡付着量MFHからずれ、過渡途中でのMF
はMFHを１次遅れで追っ掛け、定常に落ち着いた後のMF
はMFHと再び一致することに着目したものである。

次に、このように構成された場合の作用を加速時で説明
する。

付着量MFはマイクロコンピュータ内で演算される値であ
るため、電磁波による外乱を受けると、付着量MFの記憶
手段が記憶をなくす。たとえば第９図において高負荷近
くの状態で定常に落ち着いている図示のt₃の時刻で記憶
をなくすと、記憶手段に格納されている付着量MFは、高
負荷近くの状態に対応しいてそれまで大きな正の値であ
ったものがそのときの運転状態を反映することのない小
さな値（たとえば０）となる。この異常によって差MFH
−MFが正の大きな値（＝MFH）となって現れると、加速
時でもないのにt₃の時刻から正の大きな値のVMFが突然
に生じ、これによって空燃比がリッチ側に大きく変化す
る。このときの状態を第９図において一点鎖線で示す
と、MFへの異常が高負荷状態での定常時に生じたときの
付着速度VMFの大きさはその直前の時刻t₁からt₂までの
加速時に生じる本来の付着速度VMFの大きさよりもかえ
って大きいのである。したがって、上記MFの異常が空燃
比のフィードバック制御域で生じ、空燃比がウインドウ
をはずれてリッチ側に変化したときはNOxの排出量が増
え、またリッチ化の程度が大きくて可燃混合比域をはず
れたときはリッチ失火を生じて運転性が悪くなる。

これに対してこの例では、マイクロコンピュータへの電
磁波等による外乱で付着量MFが経験上０という小さな値
になると、MF＜MFMINの条件が成立して、そのときの平
衡付着量MFHが付着量MFの仮の値として入れられること
から（ステップ97,98）、このときの差MFH−MFはMFH−M
F＝MFH−MFH＝０となり、１付着当たりの付着速度VMFが
生じない（第９図において二点鎖線参照）。平衡付着量
MFHの大きくなる高負荷近くでの定常時に、マイクロコ
ンピュータへの電磁波等による外乱で付着量MFが正の小
さな値に化けることがあっても、その異常直後に突然に
空燃比がリッチ側に大きく変化するという現象を回避す
ることができ、これによってNOxの増加やリッチ失火を
防止できるのである。

次に、システムの全体を概説すると、第３図のルーチン
は下式（４）にて最終的に噴射パルス幅Tiの演算を行う
部分である。

ここに、SPI装置ではシリンダに流入する空気量Qc_YLと
噴射弁部を通過する空気量Q_AINJとが必ずしも一致せ
ず、かつ噴射弁から噴かれた燃料がシリンダに達するの
に供給遅れをもたざるを得ないという相違があり、この
システムではこれら２点が考慮されている。ただし、こ
れらはそれぞれにつき独立して演算される（空気量につ
いてはQ_AINJを、燃料遅れについては過渡補正量KATHOS
を求める。）。これは、考え方を単純化して制御誤差の
対象が空気量の計量誤差であるのか燃料遅れによるもの
なのかを明確にするためである。これにより、設定時の
精度が格段に向上する。さらに、設定時以降の経時変化
や燃料性状の相違にても精度低下の要因となるので、こ
れらの要因に対しては学習機能を付与している。

これを数式で表現すると、実効パルス幅Teは下式（４）
にて演算される（ステップ70）。なお、無効パルス幅を
TsとしてTeとの和がTi（＝Te＋Ts）となる（ステップ6
9,70）。

Te＝（Tp×KBLRC＋KATHOS ×KBTLRC）×LAMBDA …（４） ただし、 Tp:基本パルス幅 KATHOS:過渡補正量 LAMBDA:空燃比補正係数 KBLRC:基本噴射量学習補正係数 KBTLRC:燃料遅れ学習補正係数 である。ここには、基本パルス幅としてTpを用いている
が、その内容はＬ−ジェトロニック方式と相違して下式
（５）にて演算される。

Tp＝Q_AINJG×TFBYA×Ｋ …（５） ただし、Q_AINJG:噴射弁部空気量（mg） TFBYA:目標空燃比 K:噴射弁特性に基づく定数（ms/mg） である。

まず、噴射弁部の空気量Q_AINJであるが、空気量センサ
を持たない本実施例ではこれを直接に求めることは困難
であるので、Qc_YLに基づいて求められる。すなわち、Q
_AINJはQc_YLとその変化量dQc_YL/dtとから次式（３） Q_AINJ＝Qc_YL＋ｃ・dQc_YL/dt …（３） にて近似的に求められることを考慮して、次式群（6A）
〜（6F）にて求められる。

Q_AINJG＝Q_AINJc×KTA …（6A） Q_AINJc＝Qc_YL×Vc_YL ＋DCM …（6B） Qc_YL＝Q_H×K2 ＋Qc_YL-1×（１−K2） …（6C） Q_H＝Q_H0×KFLAT …（6D） DCM＝（Qc_YL−Qc_YL-1） ×KMANIO×Tref …（6E） KTA＝KTA0×KTAQc_YL …（6F） ただし、 Q_AINJG:噴射弁部空気量／シリンダ（mg） Q_AINJc:噴射弁部空気量／シリンダ（cc） Qc_YL:シリンダへの空気量／シリンダ容積（％） Vc_YL:シリンダ容積（cc） DCM:マニホールド空気変化量（cc） KTA:吸気温補正係数（mg/cc） Q_H:平衡空気量／シリンダ容積（％） K2:Qc_YLの変化割合／演算 Q_H0:リニヤライズ空気量／シリンダ容積（％） KFLAT:フラット空燃比係数（％） KMANIO:マニホールド係数 Tref:Ref信号の周期（μｓ） KTA0:基本吸気温補正係数（mg/cc） KTAQc_YL:吸気温補正の負荷補正率（％） である。

これらの式群（6A）〜（6F）は、各種の補正や規格化
（シリンダ当たり、シリンダ容積当たり等に換算してい
る。）のために複雑になってはいるが、基本的には、Q
_AINJcは定常項（Qc_YL×Vc_YL）と過渡項（DCM）との和で
求められる。ただし、この値Q_AINJcは体積単位であるた
め、吸気温度変化により変わり得るので、KTAを補正係
数として質量単位に変換している（ステップ61〜63）。

また、Qc_YLはK2を平滑化の定数としてQ_H,Qc_YL-1を変
数、K2を重みとする重み付け平均値にて求められる（ス
テップ54〜57）。

次に、Q_H0,KFLAT等の変数は吸気系の流路面積と機関回
転数から求められる。これは、吸気系より空気量センサ
を廃してコスト低減、メンテナンスの容易化を図るよう
にしたためである。したがって、流路面積は次式（6
G），（6H）にて求められる（ステップ41〜52）。

AADNV＝AA×Tref/Vc_YL …（6G） AA＝ATVO＋AI＋AAC …（6H） ただし、AADNV:流路面積／（回転数×シリンダ容積）
（cm²/rpm・cc） AA:総流路面積（cm²） ATVO:絞り弁流路面積（cm²） AI:SV26の流路面積（cm²） AAC:SV27の流路面積（cm²） である。

すなわち、このシステムは負荷信号として絞り弁開度TV
Oに基づく流路面積ATVOを採用するものであるが、絞り
弁21をバイパスする通路23がある場合には、これらの面
積AI,AACをも考慮する必要があり、したがって総流路面
積AAは絞り弁開度に基づく流路面積ATVOとバイパス通路
の流路面積（AIあるいはAAC）との和で与えられている
（ステップ41〜49）。なお、これらSV26,27は２位置弁
である。これはデューティ制御の電磁弁を使用する替わ
りに４段階制御を行わせてコスト低減を図るためであ
る。

また、実際の制御では総流路面積AAを回転数Ｎで除した
値AA/N（ステップ52においてAA×Trefの部分が相当す
る。）を採用している。これはAAそのままであると、Ｎ
の変化に対し急変する領域をもつので、これをパラメー
タとして使用すると、この急変領域において精度が低下
する。しかしながら、精度を高めようとたとえばマップ
の格子点を増すことはそれだけ演算時間を長くすること
にもなる。そこで、AA/Nを採用することにより、こうし
た制御上の問題を解決したものである。

したがって、このAADNV（＝AA×Tref/Vc_YL）を用いてリ
ニヤライズ空気量Q_H0が求められる（ステップ53）。な
お、フラット空燃比係数KFLATはQ_H0,Nをパラメータとし
てマップから、絞り弁流路面積ATVOはTVOをパラメータ
としてテーブルから求められる（ステップ54,42）。

また、基本吸気温補正係数KTA0と吸気温の負荷補正率KT
AQc_YLについても、それぞれ吸気温T_A,Qc_YLをパラメータ
として検索され、これらの積にて吸気温補正係数KTAが
求められている（第７図のステップ81〜83）。

以上の演算により噴射弁部の空気量Q_AINJが求められた
ので、次には過渡時に生じる燃料遅れに関する補正量を
求めることである。この補正量がステップ66にて使用さ
れるKATHOSであり、具体的には第４図に示すルーチンに
て演算される。

なお、過渡補正に関してこの例と２つの先願（特願昭60
−243605と特願昭61−2810）とでは記号を相違させてい
るが、過渡補正量KATHOSの求め方は基本的に特願昭60−
243605の先願と変わらず、この例の補正率GHFは特願昭6
1−2810の先願でいう補正率KGIに相当する。つまり、吸
気系燃料の平衡付着量MFHとその時点での吸気系燃料の
付着量MFとの差MFH−MFに、この差を燃料噴射量の補正
にどの程度反映させるかを示す分量割合KMF（先願でい
う補正係数DKに相当する）を乗じることにより１噴射当
たりの付着速度VMFを求め、これに軽質燃料の使用時を
考慮する補正率GHFを乗じた値を最終的な過渡補正量KAT
HOSとしている。これを数式で表すと次式群（7A）〜（7
E）にて与えられる。

KATHOS＝VMF×GHF …（7A） VMF＝（MFH−MF）×KMF …（7B） MF＝MF_-1REF＋VMF …（7C） KMF＝（KMFAT＋KMFVMF） ×KMFN×KMFDBT …（7D） GHF＝GHFQc_YL×GHFFBYA …（7E） ただし、KATHOS:過渡補正量（μｓ） VMF:付着速度（μs/噴射） MFH:平衡付着量（μｓ） MF:付着量（μｓ） KMF:分量割合（％） KMFAT:基本分量割合（％） KMFVMF:分量割合の付着速度補正率（％） KMFN:分量割合の回転補正率（％） KMFDBT:分量割合のブースト補正率（％） GHF:補正率（％） GHFQc_YL:減速補正率（％） GHFFBYA:空燃比補正率（％） である。なお、このルーチンにおけるステップ96〜98が
本発明の特徴部分であることは前述した。

１噴射当たりの付着速度VMFは、吸気系燃料の平衡付着
量MFHに対して現時点での吸気系燃料の付着量MFが単位
周期あたり（たとえばクランク軸１回転毎）にどの程度
の割合で接近するかの割合を表す分量割合KMFを、平衡
付着量MFHとその予備値MFとの差に乗じる演算により求
める（ステップ103）。このときの付着量MFは、後に説
明する第８図に示した処理において求められるMFの前回
処理分であり、これをMFHから差し引くことにより吸気
系燃料の平衡付着量に対する現時点での燃料の過剰量ま
たは不足量が得られるので、これに分量割合KMFを乗じ
ることにより単位周期あたりの燃料の過不足量（つまり
付着速度）が求められる。この場合、付着速度VMFは加
速状態では正の値をとって燃料不足量を表し、減速状態
では負の値をとって燃料過剰量を表すことになる。

ここに、平衡付着量MFHは基本的な運転変数Q_AINJ,Nの他
冷却水温Twにも依存するのでパラメータが合計３つとな
り、パラメータが１つ多すぎるためにこのままでは３次
元マップとすることができない。そこで、この例では３
次元マップの検索と直線近似の補間計算との組み合わせ
によりこの問題を解決している。すなわち、実際に冷却
水温Twが採りうる温度変化幅の範囲内で予め設定された
異なるｎ（＝４または５）個の基準温度Tw₀〜Twn（Tw₀
＞…＞Twn）毎にQ_AINJとＮをパラメータとして基準温度
Twnにおける付着量MFHTwnを付与する都合ｎ個の付着量
データを実測にて用意する。そして、実水温Twの上下の
基準温度Twk（ｋは０からｎまでの整数）,Twk＋_１にお
ける付着量MFHTwk,MFHTwk＋_１を用い、Tw,Twk,Twk＋_１
による補間計算にてMFHを最終的に求めるのである（ス
テップ101）。なお、マップと補間計算による手法では
高い精度を得ることができるが、精度は程々にしても演
算速度を高めたい場合には２つのテーブルを用いて求め
る手法もあり、これを次式（7F）に示す。

MFHTwn＝MFHQn×MFHNn …（7F） ただし、MFHQn:Q_AINJに基づく係数 MFHNn:Nに基づく係数 であり、MFHQnはQ_AINJをMFHNnはＮをパラメータとして
それぞれテーブル検索により求められる。

なお、Tw＞Tw₀のとき、およびTw＜Twnのときは補間計算
を行うことができないので、MFH＝MFHTw₀とする。ま
た、燃料カット中はMFH＝FCMFH（一定値）とする。

一方、第８図に示したように、付着量MFは前回噴射時の
付着量MF_-1REFに今回の付着速度VMFを加えることによっ
て設定する（ステップ121）。これは、VMFが吸気系燃料
の付着量の変化を代表する量であるのに対して、MFが現
時点での吸気系燃料の付着量を与えることから、MFは逐
次VMF分だけ補正されることになり、従って次回の補正
のためのMFをMF_-1REF＋VMFとして予測するのである。な
お、第８図の処理は燃料を噴射タイミングに同期して行
われるものであり、噴射タイミングごとに付着量MFが更
新される。

次に、分量割合KMFは一定値でもよいが、この例ではAAD
NV,Twをパラメータとしてマップ検索により基本値KMFAT
を求め、さらにVMF,N,ブースト圧変化量のハイパス値DB
OSTに基づく補正を行っている。すなわち、基本値KMFAT
に対する補正係数が３つの係数KMFVMF,KMFN,KMFDBTであ
り、これらは過渡初期における空燃比がフラットな特性
となるように導入されるものである。すなわち、緩加速
ではわずかに補正不足がみられ、回転数の相違により誤
差を生じる等実験を行ってみるとわずかなずれが生じる
ものであり、これらを個々に解消しようとするものであ
る。

なお、ハイパス値DBOSTは下式（7G）〜（7I）にて求め
られ、その内容はブースト圧の微少変化量を積算しつつ
Ref信号に同期して徐々に減衰する値である。

（１）セット時（初回） DBOST＝DBOST_-1 ＋（BOOST−BOOSTO） …（7G） （２）減衰時（DBOST≧０）（２回目以降） DBOST＝DBOST_-1×TGEN …（7H） （３）減衰時（DBOST＜０）（２回目以降） DBOST＝DBOST_-1×TGENG …（7I） ただし、BOOST:ブースト圧 BOOSTO:前回演算時のブースト圧 TGEN:加速時の減衰係数（定数） TGENG:減速時の減衰係数（定数） なお、ブースト圧BOOSTはAADNVを、また分量割合の付着
速度補正率KMFVMFはVMF_-1を、分量割合の回転補正率KMF
NはＮを、分量割合のブースト補正率KMFDBTはDBOSTの絶
対値をパラメータとしてテーブル検索にて求められる。

次に、補正率GHFは燃料性状の相違等を考慮する値であ
る（ステップ105）。これは揮発性の高い燃料にあって
は、減速時の吸入負圧の発達により急速に気化して機関
シリンダへと吸入されてしまうため、揮発性の低い燃料
と比較してその分付着量が少なくなる。このため、減速
時にはそれだけ付着量を少なく見積もる必要があり、逆
に補正係数（GHFQc_YL）としては少ない値を付与すれば
よいことになる。すなわち、加速時（VMFが正の場合）
は補正を行わないが（GHFQc_YL＝1.0）、減速時（VMFが
負の場合）には１以下の数値を採用するのである。な
お、目標空燃比TFBYAに応じても補正するようにしてあ
り、減速補正率GHFQc_YLはQc_YLを、空燃比補正率GHFFBYA
はTFBYAをパラメータとしてテーブル検索にて求められ
る。

このようにして求めたVMFとGHFを用いて最終的に過渡補
正量KATHOSが求められる（ステップ106）。

次に、第３図（Ｃ）のステップ68,64で使用される空燃
比補正係数LAMBDA,目標空燃比TFBYAは従来例でも演算さ
れているところであり、そのルーチンがそれぞれ第５
図，第６図である。

すなわち、LAMBDAは空燃比のフィードバック制御におけ
る補正係数である。第５図はPID制御の例であり、実空
燃比（具体的には酸素センサ出力Ip）と空燃比の目標値
（具体的には目標値のセンサ出力相当量T_IP）との偏差E
Rに基づいて得られる比例分（Ｐ），積分分（Ｉ），微
分分（Ｄ）を加算する次式（8A）〜（8D）にてLAMBDAが
求められる（ステップ111〜118）。

LAMBDA＝Ｐ＋Ｉ＋Ｄ …（8A） Ｐ＝K_P・ER …（8B） Ｉ＝I_-1＋K_I・ER …（8C） Ｄ＝K_D・（ER−ER_-1） …（8D） ただし、K_P:比例ゲイン K_I:積分ゲイン K_D:微分ゲイン である。

なお、偏差ERは下式（8E）で与えられる（ステップ11
4）。

ER＝Ip−T_IP−（ｎ＋１） …（8E） ここに、同式（8E）の第２項は（ｎ＋１）回前に（ただ
し、ｎは気筒数である。）Ref信号が入力したときのセ
ンサ出力Ipを示す。これは吸気系にて設定した空燃比の
結果が排気系に設けたセンサ34に検出されるまでに時間
的遅れがあり、これを考慮したものである。

また、目標空燃比TFBYAはTw,Qc_YL,Nをパラメータとして
演算される（第６図のステップ91〜95）。なお、同図の
ステップ95はTFBYAに上限値と下限値とを設けたもの
で、フェイルセーフとしての機能を付与したものであ
る。

次に、第３図（Ｃ）のステップ65,67で使用される学習
補正係数KBLRC,KBTLRCであるが、この例では、空気量
（Q_AINJ）と燃料遅れ補正量（KATHOS）とを分離して求
めるようにしたのに伴い、学習補正についてもそれぞれ
に分離して独立に行うことにしている。すなわち、基本
噴射量の学習補正係数KBLRCについては空燃比補正係数L
AMBDAの演算ルーチンにて、燃料遅れの学習補正係数KBT
LRCについては過渡補正量KATHOSの演算ルーチンにて演
算される（第５図のステップ119,120、第４図のステッ
プ107〜110）。

学習補正は、基本的には目標値との偏差に基づく制御量
を予め加えておくことにより次回の演算次に偏差が生じ
ないようにするものであり、KBLRCはLAMBDAに、KBTLRC
はこのLAMBDAとさらに実空燃比AFBYAと目標空燃比TFBYA
の偏差Ｂとに基づいて演算される（ステップ119,120、1
07〜110）。

なお、付着速度VMFと基準値L₁との比較により定常時（V
MF＜L₁）であるのか過渡時（VMF≧L₁）であるのかを判
別し、KBLRCについては定常時にのみ、KBTLRCについて
は過渡時にのみ学習が行なわれるようにしている（ステ
ップ119,107）。

次に、第10図はこの発明の第２実施例の過渡補正量KATH
OSの演算について示す流れ図である。

第１実施例では制限幅の対象が付着量MFであったのに対
し、この例では１噴射当たりの付着速度VMFを採用した
ものである。すなわち、差（MFH−MF）と分量割合KMFと
の積で演算される値を付着速度VMFとして直ぐに設定す
るのではなく、これを一旦基本付着速度VMFSとして設定
し、この値VMFSが制限幅最大値VMFMAXを越えたときVMFS
の値に仮の値としての０を入れる（ステップ131,13
3）。

この例ではVMFS＞VMFMAXの条件が成立したとき、基本付
着速度VMFSの記憶手段が記憶をなくしたと判別するの
で、基本付着速度VMFSが本来とり得る値の最小値を越え
たところに制限幅最大値VMFMAX（VMFMX＞０）を設定す
ればよい。たとえば、第11図において、図示の位置にVM
FMAXを定めるのである。

なお、付着量MFの記憶手段が値を失うことにより、結果
的にVMFS＞VMFMAXとなることもあるので、この例ではVM
FS＞VMFMAXの成立時には、付着量MFに平衡付着量MFHを
入れている（ステップ131,132）。ただし、第11図はス
テップ132のないときの波形図である。

この例にても、基本付着速度VMFSの記憶手段が記憶をな
くして非常に大きな正の値に化ける異常が定常時に発生
しても、付着速度VMFは０となることから、第１実施例
と同様、その異常の直後に突然に空燃比がリッチ側に大
きく変化するという現象が回避され、これによってNOx
の増加やリッチ失火が防止される。

さて、第１実施例ではMFに対する制限幅として正の制限
幅最小値MFMINのみを設定し、制限幅最大値を設定して
いないし、また第２実施例でも基本付着速度VMFSに対し
て正の制限幅最大値VMFMAXだけを設け、制限幅最小値を
設けていない。これは経験上、MFの値が小さな正の値に
化けるだけで大きな正の値に化けることがなく、またVM
FSの値が非常に大きな正の値に化けるだけで非常に大き
な負の値に化けることがないからである。

しかしながら、マイクロコンピュータやMF、VMFSの記憶
手段のタイプが相違すると、MFの値が大きな正の値に化
けたり、VMFSの値が非常に大きな負の値に化けることも
理論的には考えられる。この場合には、たとえば低負荷
状態での定常時にMFの記憶手段が記憶をなくして正の大
きな値に変化したときは、差MFH−MFが今度は負の値で
大きくなるため、突然に空燃比がリーン側に変化する
し、また定常時にVMFSの記憶手段が記憶をなくして非常
に大きな負の値に変化したときも空燃比が突然リーン側
に変化する。これらMFやVMFSの異常が空燃比フィードバ
ック制御域で生じ、空燃比がウインドウを外れてリーン
側に変化したときはCO,HCが増え、またリーン化の程度
が大きくて可燃混合比域をはずれたときはリーン失火を
生じて運転性が悪くなる。

したがって、マイクロコンピュータやMF、VMFSの記憶手
段のタイプの相違などをも広く考慮するときは、MFに対
する制限幅最大値MFMAX（MFMAX＞０）を設定してMF＞MF
MAXの条件成立時にMF＝MFHとし、またVMFSに対する制限
幅最小値VMFMIN（VMFMIN＜０）を設定してVMSF＜VMFMIN
（VMFMIN＜０）の条件成立時にVMFS＝０とすることで、
CO,HCの増加やリーン失火を防止できる。

実施例ではまた、MFに対する制限幅最小値MFMINとVMFS
に対する制限幅最大値VMFMAX（MFに対する制限幅最大値
MFMAXとVMFSに対する制限幅最小値VMFMINについても）
をいずれも一定値で説明したが、一定値に限られるもの
でない。たとえば、同一の回転数、同一の温度条件でも
平衡付着量MFHの本来とり得る値は機関負荷により変化
し、いまかりに１の負荷条件での平衡付着量がMFH1、こ
の１の負荷条件より高負荷側の２の負荷条件での平衡付
着量がMFH2で、両者の間の関係はMFH2＞MFH1であるとす
る。この場合に、１の負荷条件での制限幅最小値はMFH1
と０の間であれば良く、２の負荷条件での制限幅最小値
はMFH2と０の間であれば良い。したがって、運転条件を
区別することができれば、制限幅最小値MFMINに異なる
値を与えることは可能である。

第１実施例でMFの記憶手段が値を失った場合に仮に入れ
る値は、平衡付着量MFHそのものに限られるものでな
く、MFHを中心として許容幅±ε_１（ε_１＞０）をとる
ことが許される。ただし、この場合にはMFHとMFとの間
に±ε_１の差が生じ、これに対応する付着速度VMFが演
算されて空燃比がリッチ側やリーン側に変化するので、
この空燃比変化幅が、たとえば空燃比フィードバック制
御域で上記のウインドウを外れることがないように、あ
るいは可燃混合比域を外れることがないようにしなけれ
ばならない。また、MFの記憶手段が値を失った場合に入
れる値を、３つの運転変数（噴射弁部空気量Q_AINJ、回
転数Ｎ、冷却水温Tw）から平衡付着量MFHを演算するの
と同じ手法で求めるようにすることもできる。この場合
でも、MFHとMFとの間に生じる所定の差を前記許容幅±
ε_１内に収める必要がある。

同様にして、第２実施例でVMFSの記憶手段が値が失った
場合に入れる値も、０だけに限られず、０を中心として
許容幅±ε_２（ε_２＞０、ε_２≠ε_１）をとることが許
される。この場合には許容幅±ε_２に対応するリッチ側
やリーン側への空燃比変化が生じるので、この空燃比変
化幅が上記のウインドウや可燃混合比域をはずれること
がないようにしなければならない。また、運転条件によ
り、許容幅±ε_２に対する運転性能と排気性能からの要
求が異なるので、運転条件毎に異なる値の許容幅±ε_２
を設定することもできる。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明では機関の過渡時に吸気
系燃料の平衡付着量とその時点での吸気系燃料の付着量
予測値との差に基づいて１噴射当たりの付着速度を演算
し、しかもその付着量予測値を燃料噴射に同期して更新
する一方で、前記付着量予測値または付着速度のいずれ
か一つが制限幅内にあるか否かを判別し、この制限幅を
外れたことが判別されたときはその外れた付着量予測値
または付着速度のいずれか一つを所定値に設定するよう
にしたので、過渡途中においても理論空燃比近傍への空
燃比制御精度を向上させつつ、付着量予測値の記憶手段
がその値を喪失して非常に小さな正の値に化ける異常が
高負荷近くの状態での定常時に生じたり、付着速度の記
憶手段がその値を喪失して非常に大きな正の値に化ける
異常が定常時に生じたとしても、その異常の直後に突然
に空燃比がリッチ側に大きく変化するという現象を回避
してNOxの増加やリッチ失火を防止することができ、ま
た付着量予測値の記憶手段がその値をなくして非常に大
きな正の値に化ける異常が低負荷状態での定常時に生じ
たり、付着速度の記憶手段がその値をなくして非常に大
きな負の値に化ける異常が定常時に生じたときにも、そ
の異常の直後に突然に空燃比がリーン側に大きく変化す
ることがなく、CO,HCの増加やリーン失火を防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の概念構成図、第２図はSPI装置に適
用したこの発明の第１実施例の機械的な構成を表す概略
図、第３図ないし第７図は第２図中のコントロールユニ
ット内で実行される動作内容を説明する流れ図、第８図
は噴射時期に同期する動作内容を説明する流れ図、第９
図は前記実施例の加速時の作用を説明するための波形
図、第10図はこの発明の第２実施例のコントロールユニ
ット内で実行される動作内容を説明する流れ図、第11図
は第２実施例の加速時の作用を説明するための波形図で
ある。 100……運転状態検出手段、101……基本噴射量演算手
段、102……平衡付着量演算手段、103……差演算手段、
104……補正係数演算手段、105……付着速度演算手段、
106……付着量予測値演算手段、107……燃料噴射量演算
手段、108……燃料供給手段、109……判別手段、110…
…設定手段、21……吸気絞り弁、22……吸気通路、23…
…バイパス通路、24……燃料噴射弁、25……絞り弁開度
センサ、34……酸素センサ（空燃比センサ）、35……コ
ントロールユニット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の運転状態を、少なくとも機関回転
   数、機関負荷および機関温度を含むパラメータから検出
   する手段と、機関の運転状態に基づいて燃料の基本噴射
   量を演算する手段と、機関回転数、機関負荷および機関
   温度に基づいて吸気系燃料の平衡付着量を演算する手段
   と、この平衡付着量とその時点での吸気系燃料の付着量
   予測値との差を演算する手段と、この差を燃料噴射量の
   補正にどの程度反映させるかを示す補正係数を、機関回
   転数、機関負荷および機関温度に基づいて演算する手段
   と、この補正係数と前記差とに基づいて１噴射当たりの
   付着速度を演算する手段と、この付着速度と前記付着量
   予測値とを燃料噴射に同期して加算し、この加算値で付
   着量予測値を更新する手段と、前記付着速度で前記基本
   噴射量を補正して燃料噴射量を演算する手段と、この噴
   射量の燃料を吸気管に供給する手段と、前記付着量予測
   値または付着速度のいずれか一つが制限幅内にあるか否
   かを判別する手段と、この制限幅を外れたことが判別さ
   れたときはその外れた付着量予測値または付着速度のい
   ずれか一つを所定値に設定する手段とを設けたことを特
   徴とする内燃機関の空燃比制御装置。