JPH0670382B2

JPH0670382B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH0670382B2
Application number: JP4285886A
Authority: JP
Inventors: 初雄永石
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1986-02-28
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1994-09-07
Anticipated expiration: 2009-09-07
Also published as: JPS62199938A

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し、詳しくは
火花点火式内燃機関の過渡的運転状態での空燃比制御精
度を高めることを目的とした空燃比制御装置の改良に関
する。

（従来の技術）車両用内燃機関等においては、機関に本来求められる出
力性能や運転性を改善しつつ排気浄化の要請に応える見
地から、機関に供給する燃料量ないし空燃比をいかに適
切に制御するかが重要な課題になっている。ことに車両
用機関は低速低負荷から高速高負荷に至る幅広い運転域
で使用されるため、加速や減速など過渡的な運転状態で
の空燃比制御の適否が運転性や排気エミッションに大き
く影響する。

そこで、燃料計量精度に優れた電子制御燃料噴射装置を
基本として、加速時または減速時に燃料噴射量を増量補
正または減量補正することにより過渡時を含むあらゆる
運転状態において適切な空燃比が得られるようにした制
御装置また制御方法が多くの車両用機関に採用されつつ
ある。（この種の制御方法の公知例としては、たとえば
特開昭58−144632号、同144634号、同144636号、同1500
33号、同150042号、同150043号公報参照。）こうした過渡補正が必要な理由は、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、あるいは吸入されずに吸気管内に浮遊している燃料
（これらの燃料を「吸気系の付着、浮遊燃料」と総称す
る。）の量が過渡時において空燃比ないし機関性能に影
響を及ぼすからであり、例えば加速時に吸気量に比例し
た量の燃料を供給しただけではその一部が吸気系に付着
して供給応答遅れを起こすために実空燃比が過薄となっ
て加速性能が悪化するという問題を生じる。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、この吸気系の付着、浮遊燃料の量は機関の運
転状態に応じて変化し、回転速度や機関温度、さらには
吸気管の絶対圧や燃料の揮発性等に影響されるのである
が、従来の空燃比制御では吸気管圧力の変化をパラメー
タとして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度
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管の付着、浮遊燃料量に対応
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。

もっとも、これを解決するためには吸気系の付着、浮遊
燃料に影響する総ての要因を検出して補正することにな
るが、この場合補正の要不要等に関する判定条件が多く
なることから、運転性や排気エミッション要求を満足さ
せるためのマッチング作業に多くの行程が必要になって
しまう。

そこで、こうした点に着目して吸気系の付着、浮遊燃料
の平衡量M0と演算し、この平衡量M0とその時点での吸気
系の付着、浮遊燃料の予測変数Ｍとの差値M0−Ｍとこの
差値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DKとに基づいて過渡補正量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本出
願人が先に提案しており（特願昭60−243605号参照）、
この発明は先願をさらに改良するものである。

すなわち、先願では、従来に比べて加減速に拘わらず空
燃比特性を格段にフラットにすることができることにな
ったが、加減速が急激な場合には、アクセルペダル開度
の変化中およびその直後のわずかな期間（例えば0.2〜
0.7秒程度）空燃比補正の不足がみられ、これにより加
速初期の応答性になお不満が残り、減速初期にCO等の有
害排出物の低減が不十分な結果となっていた。

この原因としては、以下の事項が寄与していることが考
えられる。

１、過渡変化が急激である場合には、マイクロコンピュ
ータの計算速度が十分でなくなり、空気流量の変化に対
して燃料の供給遅れを持つ。

２、吸気管内に付着する燃料量と、吸気管から持ち去ら
れる燃料量との差が急加減速時及びその直後は特に大き
い。たとえば、スロットル弁上流で燃料噴射を行う機関
では、加速時に吸気管上流に多量に付着した燃料の一部
が壁流化すると、この壁流化した燃料はシリンダへ到達
するまでの間、空気流速に対して遅れを持つ。

こうした応答遅れを回避するためには、過渡変化量が大
きいほど、多目の燃料量を供給するようにすればよいの
であるが、急加減速時はしばしばある運転状態ではない
ので、先願では考慮されていなかったのである。

この発明はこうした問題点に着目してなされたもので、
負荷変化量が所定値以上で前記補正係数DKを増量するこ
とにより上記先願を改良することを目的としている。

（問題点を解決するための手段）上記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
関負荷及び機関温度を含むパラメータから検出する運転
状態検出手段１と、機関の運転状態に基づいて燃料の基
本噴射量Tpを演算する基本噴射量演算手段２と、機関負
荷の変化量（たとえばアクセルペダル開度の変化量DAC
C）を演算する負荷変化量演算手段３と、機関回転数、
機関負荷及び機関温度に基づいて吸気系の付着、浮遊燃
料の平衡量M0を演算する平衡量演算手段４と、平衡量演
算手段４で演算した付着、浮遊燃料の平衡量M0とその時
点での吸気系の付着、浮遊燃料の予測変数Ｍとの差値M0
−Ｍを演算する差値演算手段５と、差値演算手段５で演
算した差値M0−Ｍを燃料噴射量の補正にどの程度反映さ
せるかを示す基本補正係数DK0を、機関回転数、機関負
荷及び機関温度に基づいて演算する基本補正係数演算手
段６と、前記負荷変化量が所定値以上で前記基本補正係
数DK0を増量する補正係数増量手段７と、補正係数増量
手段７で増量した補正係数DKと前記差値M0−Ｍとに基づ
いて過渡補正量DMを演算する過渡補正量演算手段８と、
過渡補正量演算手段８で演算した過渡補正量DMと前記付
着、浮遊燃料の予測変数Ｍとを燃料噴射に同期して加算
し、該加算値で予測変数Ｍを更新する予測変数演算手段
９と、前記基本噴射量演算手段２で演算した基本噴射量
Tpと前記過渡補正量演算手段８で演算した過渡補正量DM
とに基づいて燃料噴射量Tiを演算して噴射信号を出力す
る燃料噴射量演算手段10と、前記噴射信号に基づいて機
関に燃料を供給する燃料供給手段11とを備えた。

（作用）このように構成すると、負荷変化量が所定値以上となる
急加減速時に基本補正係数DK0が増量されることで、最
終的に燃料噴射量が大きくなり、急加速時においては十
分な燃料量が加速初期に供給され、また急減速時におい
て減速初期に十分に燃料減量が行われる。

この結果、急加減速時に、マイクロコンピュータの計算
速度が十分でなくなったり、吸気管内に付着する燃料量
と吸気管から持ち去られる燃料量との差が特に大きくな
っても、フラットな空燃比特性が得られ、これによって
急加速時の応答性と急減速時の排気エミッションが改善
される。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

（実施例）第２図はこの発明をスロットル弁15上流の吸気通路16に
一個の燃料噴射弁17を設けた、いわゆる単点噴射式の電
子制御燃料噴射装置に適用した実施例の機械的構成を示
す。

先願とほぼ同様である部分から説明すると、吸気流量Qa
を検出するエアフローメータ20、機関回転速度Ｎを検出
するクランク角センサ21、冷却水温Twを検出する水温セ
ンサ22、さらにフィードバック制御に必要となる実際の
空燃比を検出する空燃比センサ23からの各種信号がコン
トロールユニット30に入力され、コントロールユニット
30では、これらの信号に基づいて噴射弁17の駆動制御を
行う。

こうした構成に対し、この発明では、負荷の変化量を演
算するので、アクセルペダル開度ACCを検出するセンサ
として、スロットルセンサ25が設けられている。なお、
26はニュートラルスイッチ、27はクラッチスイッチ、28
はアイドル制御弁である。

コントロールユニット30は、CPU、RAM、ROM、I/O装置等
からなるマイクロコンピュータで構成され、第１図に示
した各手段２〜10の全機能を有し、空燃比制御（噴射量
制御）に関する処理を集中的に行う。

なお、噴射弁17への燃料圧力を一定に保持させることに
より、噴射量が開弁パルス幅に比例するので、コントロ
ールユニット内で実際に演算されるのは開弁パルス幅で
あり、したがって、以下にはパルス幅制御として説明す
る。

第３図〜７図はコントロールユニット内にて実行される
ルーチンを説明する流れ図であり、このうち第３図，第
４図がパルス幅制御のメインルーチンに当たり、第５図
〜第７図がその過程で使用する補正値等を求めるための
サブルーチンに相当する。図中の番号は処理番号を示
し、第３図、第５図〜第７図の処理は所定時間毎あるい
は機関回転に同期して、また第４図の処理だけは機関回
転に同期（正確には噴射に同期）して実行される。

基本的な噴射弁のパルス幅制御については周知の通りで
あり、例えば第３図，第４図に示すように、エアフロー
メータ20とクランク角センサ21にて検出した吸収空気量
Qaと回転速度Ｎの関係からテーブルルックアップ等によ
り所定の空燃比（たとえば理論空燃比）が得られる基本
パルス幅Tp（＝Ｋ・Qa/N、ただし、Ｋは定数）を求め、
これに空燃比センサ23の出力に基づいて決定したフィー
ドバック補正係数αとその他の補正係数COEFとを乗じ、
さらに無効パルス幅Tsを加えて最終的な噴射パルス幅TI
（＝Tp・COEF・α＋Ts）を求め、このTIに基づく駆動信
号を噴射弁17に付与する（40,51,52）。

先願ではこうして噴射パルス幅TIを求める過程でさらに
過渡的な運転状態に対応した補正を吸気系の付着、浮遊
燃料に着目して施すものであり、この補正機能は、第３
図の41〜43（詳しくは、41が平衡量演算手段、42が補正
係数演算手段、43が過渡補正量演算手段として機能する
部分である。）、第４図の50,53（50が燃料噴射量演算
手段、53が予測変数演算手段として機能する部分であ
る。）にて果たされる。

こうした先願と同様の機能を概説すると、41では補正の
根拠となる吸気系の付着、浮遊燃料量の定常的運転条件
での平衡量M0を３つのパラメータN,Tp,Twを用いて演算
する。これは第５図に示すように、テーブル検索値を用
いての直線近似の補間計算処理にて求められる。たとえ
ば、実際の水温Tw基準温度Tw0〜Tw4（Tw0＞…＞Tw4）に
て分割されたどの温度領域にあるかを判別し、いま仮に
Tw≧Tw1であるとすると、Twに最も近くてTwよりも高い
温度である基準温度Tw0と、同じくTwよりも低い温度で
ある基準温度Tw1に対する２次元テーブル（たとえばM01
テーブルを第８図に示す。）からそのときのN,Tpに応じ
たテーブル値M00,M01（Tw0,Tw1に対するM0）を求め、こ
れらの値M00,M01と、基準温度Tw0,Tw1、現在の温度Twを
用いて次式の直線補間計算式によりM0を計算するのであ
る（ステップ60〜63）。なお、基準温度Tw0〜Tw4に対す
る平衡量M00〜M04は、ＮとTpとをパラメータとして予め
実測から求められるものである。

M0＝M00＋（M01−M00）×（Tw0−Tw）／（Tw0−Tw1） 42ではこのようにして求めたM0に対して、現時点での吸
気系の付着、浮遊燃料の予測値（予測変数）Ｍが単位周
期当たり（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係数（基本補正係数）DK
を係数DKTw,DKNの積から演算する（第６図のステップ8
0,81,86）。

ここに、DKTwは前回の処理で求めた単位周期当たりの過
不足量（過渡補正量）DMと水温Twとに基づき、予め第９
図のように形成されたテーブルの検索により求められる
値で、例えば過不足量DMが大きくなるほど、速く過不足
量を無くすために大きく設定されている。また、DKN
は、ＮとTpとに基づき同じく第10図のように形成された
テーブルの検索により求められる値で、たとえば回転速
度が小さくなるほど、大きく設定されている。

43では、この係数DKをM0とその予測値との差に乗じる演
算により単位周期あたりの過不足量DM｛＝DK（M0−
Ｍ）｝を求める。ここに、予測値Ｍは、その時点での吸
気系の付着、浮遊燃料の予測値であり、したがって（M0
−Ｍ）は平衡量からの過不足量を示し、この値（M0−
Ｍ）がN,Tp,DM,Twをパラメータとして求められる係数DK
にてさらに補正されるのである。

このようにして単位周期当たりの過不足量DMを求めた
後、DMはさらに補正率DGIにて補正され、基本パルス幅
に対する補正量KDM（＝DM・KGI）が求められる（ステッ
プ44,45）。

ここに、KGIにて補正するのは、揮発性の高い燃料にお
いてDMのみだと、減速時に減量しすぎにより混合気が希
薄化するので、こうした希薄化による失火を防止するた
めに、減速時にKGI（＝0.9）を乗算することにより、減
量する値DM（減速時には負の値を持つ。）を実質上小さ
くするのである。なお、このKGIの処理動作を第７図に
示し、同図においてLHは減速判定レベルである。

第４図はこうして求められた補正量KDMを加味して最終
的な燃料噴射パルス幅TIを演算する処理を示しており、
50にて基本パルス幅Tpに補正がなされ燃料用基本パルス
幅TpF（＝Tp＋KDM）が求められる。そして、先願では、
このTpFが51において、従来のTpに置き換わるのであ
る。

最後に53では、次回の処理のために前回の予測値Ｍ（旧
Ｍ）に今回の過不足量DMを加えて次回の予測値Ｍを演算
する。なお、この第４図の処理は、例えば機関クランク
軸１回転毎にTIが算出されて噴射され、その都度予測値
Ｍが更新される。

次に、この発明の特徴部分を第６図に基づいて説明する
と、同図は補正係数DKを演算する手段として機能するサ
ブルーチンを示し、このうち80,81,86については先願で
も実行されているところであり前述した。この発明では
82〜86にて負荷変化量が所定値以上となる急加減速時に
前記基本補正係数DK0（＝DKTw×DKN）を増量する。

すなわち、83でアクセルペダル開度ACCの変化量（負荷
変化量相当）DACCの絶対値|DACC|と所定値LACとを比較
し、|DACC|≧LACのときは急加減速時であると判断して8
4に進み、ここでアクセルペダル開度変化量の絶対値|DA
CC|を用いて第11図に示すDKACテーブルを検索すること
により補正率DKAC（≧１）を求め、これを86で上記の基
本補正係数DK0に乗算することにより増量する。ここ
に、補正率DKACは、アクセルペダル開度変化量が所定値
以上となる急加減速時において、第11図にも示すよう
に、アクセルペダル開度変化が大きい程大きくなる値と
して設定してあり、したがって補正係数DK（＝DK0×DKA
C）は急加減速の程度が大きいほど大きくされる。

次に、こうして、DK補正率DKACを導入した場合の本実施
例の作用を第12図に基づいて説明すると、同図は急加減
速を行った場合の各種の量の変化を信号波形として示し
たもので、実線が本実施例の場合を示す。

同図からも明らかなように、この実施例によれば、負荷
変化量（|DACC|）が所定値LAC以上となる急加減速時に
基本補正係数DK0を増量することで、急加減速直後の所
定区間、DMが先願（破線で示す）よりも大きな値を示し
ており、これによって急加減速時にも空燃比A/Fがフラ
ットな特性に近くなっていることがわかる。急加減速時
に、マイクロコンピュータの計算速度が十分でなくなっ
たり、吸気管内に付着する燃料量と吸気管から持ち去ら
れる燃料量との差が特に大きくなっても、フラットな空
燃比特性が得られるわけである。

なお、第６図において補正判定レベルLACとの比較によ
り急加減速時でない場合（|DACC|＜LAC）には、先願で
も十分なフラット特性が得られるところであり、負荷変
化量に応じた補正をする必要もないので、このときには
DKAC＝1.0としている（83,85）。

次に、この実施例ではさらにアクセルペダル開度の変化
量DACCを演算するのに、1/4入れ換え移動平均法を用い
て次式から求めている（ステップ82）。

DACC＝（1/4）（ACC−ACC0）＋（3/4）（旧DACC）ここに、ACC0は25msec以前のアクセルペダル開度、旧DA
CCは前回演算したDACCであり、この移動平均法により求
めたDACCの波形（実線）は、第12図のDACC特性に示すよ
うに、矩形波状パルス（破線にて同図に重ねて示す。）
を少々平滑化した信号となる。

こうした平滑化を行わない信号にてDK、さらにはDMを求
め、空燃比制御を行った場合の空燃比特性を破線で示
す。同図からも明らかなように、こうした場合には、DK
補正を行わない場合（１点鎖線）に比べれば、空燃比特
性をフラットとすることができるものの、なお不満が残
るのである。

移動平均法は、DACC波形をフラットの空燃比から外れた
波形（破線）に近付けるために行うものであり、この波
形変化に近付けることができるほど制御が滑らかになる
のである。したがって、1/4入れ換えに限られるもので
なく、マッチングに際して最適な値を採用すればよい。
たとえば1/2入れ換えや1/8入れ換えとしてもよく、さら
に、DACC＝旧DACC×0.8＋（ACC−ACC0）等のハイパスフ
ィルタ的な計算式を用いるものでもよく、要は第12図の
DACCを用いない場合の空燃比特性の波形図（破線）と同
じかあるいは相似形となるように選定することがベスト
である。

また、本実施例では、負荷の変化をアクセルペダル開度
信号を用いて求めるようにしたが、そのほか吸気管圧力
や基本パルス幅の変化にて求めるようにしても差し支え
ない。

なお、この実施例は負荷の急変時及びその直後はDMを大
きくするように補正を行うようにしているので、所定の
空燃比からのずれが一段と大きくなる暖機前の過渡変化
においても、それだけ（M0−Ｍ）が大きくなるため、所
定の空燃比への追従性が良い。このため、暖機時のため
に別個に水温に基づく補正を行う必要がなく、したがっ
て簡素な信号処理で空燃比補正を行わせることができる
のである。

（発明の効果）以上説明したように、この発明によれば負荷変化量が所
定値以上で基本補正係数DK0を増量し、この増量した補
正係数DKを用いて過渡補正量DMを求めるするようにした
ので、急加減速時においては十分な燃料量を加速初期に
供給し、また急減速時においては減速初期に十分に燃料
減量を行うことができる。この結果、急加減速時に、マ
イクロコンピュータの計算速度が十分でなくなったり、
吸気管内に付着する燃料量と吸気管から持ち去られる燃
料量との差が特に大きくなっても、フラットな空燃比特
性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の概念的構成を示したブロック図であ
る。第２図はこの発明の一実施例の機械的構成図であ
る。第３図〜第７図は前記実施例に対応した空燃比制御
の制御内容を表した流れ図である。第８図は前記空燃比
制御において吸気系の付着、浮遊燃料量の定常条件にお
ける平衡量M0を与えるテーブルの内容例を示した特性線
図、第９図〜第11図は同じく前記空燃比制御において所
定の係数DKを演算するのに使用される各テーブルの内容
例を示した特性線図である。第12図は前記空燃比制御に
おけるパラメータないし係数等の変化と空燃比の制御特
性との関係を信号波形として示した波形図である。１……運転状態検出手段、２……基本噴射量演算手段、
３……負荷変化量演算手段、４……平衡量演算手段、５
……差値演算手段、６……基本補正係数演算手段、７…
…補正係数増量手段、８……過渡補正量演算手段、９…
…予測変数演算手段、10……燃料量噴射量演算手段、11
……燃料供給手段、15……スロットル弁、16……吸気通
路、17……燃料噴射弁、20……エアフローメータ、21…
…クランク角センサ、22……水温センサ、23……空燃比
センサ、25……スロットル弁開度センサ、30……コント
ロールユニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｄ 45/00 Ｆ 7536−3Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関の運転状態を、少なくとも機関回転
数、機関負荷及び機関温度を含むパラメータから検出す
る運転状態検出手段と、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基本噴射量演算手段と、機関負
荷の変化量を演算する負荷変化量演算手段と、機関回転
数、機関負荷及び機関温度に基づいて吸気系の付着、浮
遊燃料の平衡量を演算する平衡量演算手段と、平衡量演
算手段で演算した付着、浮遊燃料の平衡量とその時点で
の吸気系の付着、浮遊燃料の予測変数との差値を演算す
る差値演算手段と、差値演算手段で演算した差値を燃料
噴射量の補正にどの程度反映させるかを示す基本補正係
数を、機関回転数、機関負荷及び機関温度に基づいて演
算する基本補正係数演算手段と、前記負荷変化量が所定
値以上で前記基本補正係数を増量する補正係数増量手段
と、補正係数増量手段で増量した補正係数と前記差値と
に基づいて過渡補正量を演算する過渡補正量演算手段
と、過渡補正量演算手段で演算した過渡補正量と前記付
着、浮遊燃料の予測変数とを燃料噴射に同期して加算
し、該加算値で予測変数を更新する予測変数演算手段
と、前記基本噴射量演算手段で演算した基本噴射量と前
記過渡補正量演算手段で演算した過渡補正量とに基づい
て燃料噴射量を演算して噴射信号を出力する燃料噴射量
演算手段と、前記噴射信号に基づいて機関に燃料を供給
する燃料供給手段とを備えたことを特徴とする内燃機関
の空燃比制御装置。