JPH068287Y2 - 空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （技術分野） 本考案は空燃比制御装置に係り、詳しくは酸素センサを
用いて空燃比をフィードバック制御するとともに、この
フィードバック制御値を学習して空燃比をより精密に制
御する装置に関する。

（従来の技術） 近時、自動車等内燃機関の吸入空気量の制御は運転状態
の変化に対応した種々の運転モードを判別して行われる
が、その中でも特に始動モード、アイドルモードおよび
加・減速モードにおいてはエンジン内の燃焼状態が過渡
的に変化するため、より精密な吸入空気量の制御が望ま
れる。

このような吸入空気量の制御は最終的にエンジン回転数
の安定な制御を目指すものであり、アイドル回転数を制
御する装置では絞弁の上流側と下流側を連通するバイパ
ス通路に設けたＩＳＣバルブ（Idle Speed Control Val
ve：アイドル制御弁）によりアイドル時の吸入空気量を
変えてアイドル回転数を制御するいわゆる補助空気量制
御（ＩＳＣ）を行っている。その制御状態としては、デ
ューティ制御されるＩＳＣバルブによりバイパス通路の
面積（開度）をアナログ的に可変として空気流量を操作
し、アイドル回転数を所定の目標値に一致させるように
デューティ値（以下、ＩＳＣ制御値という）をフィード
バック制御している。また、エアコンディショナやパワ
ーステアリング等の補機負荷が加わった場合には、回転
数の落ち込みを防止するため、補助空気系（ＦＩＣＤ）
として補機負荷の大きさに応じて決められた固定値の負
荷補正文としての補正デューティ値を上述のＩＳＣ制御
値に加えて制御している。これにより、アイドル時の空
気流量を精密に操作して正確かつ応答性良いアイドル回
転数の制御が行われる。

ところで、内燃機関の負荷変動に対しては応答性良く燃
料量を制御することが必要であり、このような要求か
ら、いわゆるエアフローメータによる空気流量の検出に
代えて、近時では絞弁開度とエンジンの回転数をパラメ
ータとして吸入空気量を検出するシステム（α−Ｎシス
テムという。なお、これについては後に詳述する）が開
発され、上述した要求に答えている。

従来のこの種のシステムを用いた内燃機関の燃料供給装
置としては、例えば実公昭６０−３９４６５号公報に記
載のものがある。この装置では、エアフローメータを用
いずに絞弁開度センサと回転数センサの２つの検出器出
力から吸入空気量を検出し、この吸入空気量に基づいて
燃料噴射量を制御している。したがって、エアフローメ
ータの欠点であるところの、吸気脈動の影響やエアフロ
ーメーターの慣性力による過渡時の検出誤差が回避さ
れ、応答性に優れた燃料噴射量が得られてエンジンの運
転性が向上する。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のα−Ｎシステムによる
空燃比制御装置にあっては、補助空気系（ＦＩＣＤ）の
ＯＮ／ＯＦＦによる影響までは考慮しない構成となって
いたため、次のような問題点があった。

（Ｉ）エアフローメーターを持つ従来の装置では補助空
気系のＯＮ／ＯＦＦによる吸入空気量の変化はエアフロ
ーメーターにより知ることができるが、α−Ｎシステム
においてはＯＮ時の空気量変化分はコントロールユニッ
トにあらかじめ記憶された値で補正するのみであり、部
品バラツキ等は吸収できない。

（II）また、補助空気系に空気量調整機構を備えたソレ
ノイド（ＦＩＣＤソレノイド）を用いた場合、その調整
に生じる変化分については特別に流量変化を検出する手
段を持たなければ知ることができない。

（III）これらの空燃比補正係数のずれ分を通常の空燃
比のフィードバック制御のみで補おうとすると、その追
従に遅れが生じる、あるいはアイドル放置等酸素センサ
不活性状態では補正が行えないという不具合が生じる。

上記問題点の中でも、特にアイドル近傍でのＦＩＣＤ
ＯＮ（エアコンＯＮ等）時には空気量変化分のずれが適
切に補正されないままアイドル運転が行われることにな
り、ベース空燃比が目標空燃比よりも大幅にずれて、排
気エミッション特性や燃費の悪化を招く。

（考案の目的） そこで本考案は、補機負荷の作動中は補機負荷作動後に
演算した空燃比補正係数と補機負荷の非作動中に学習し
た学習値との差を学習することにより、補助空気系のＯ
Ｎ／ＯＦＦに拘らず、特にアイドル時の空燃比を適切な
ものとして、排気エミッション特性や燃費、運転性を向
上させることを目的としている。

（課題を解決するための手段） 本考案による空燃比制御装置は上記目的達成のため、そ
の基本概念図を第１図に示すように、吸入混合気の空燃
比を検出する空燃比検出手段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、エアコンディショ
ナ、パワーステアリング等、補機負荷の作動状態を検出
する補機負荷検出手段ｃと、空燃比検出手段ａの出力に
基づいて空燃比を所定空燃比にフィードバック補正する
補正係数を演算する補正係数演算手段ｄと、学習が許容
されているとき、補機負荷の非作動中は空燃比補正係数
の値から空燃比を目標空燃比に一致させる学習補正係数
をそのときの運転状態に対応するものとして学習し、そ
の学習値を該当する第１の領域に記憶する第１の学習手
段ｅと、補機負荷の作動中は補機負荷作動後に演算した
前記補正係数と前記第１の学習手段ｅから読み出した学
習値との差をそのときの運転状態に対応するものとして
学習し、その学習値を該当する第２の領域に記憶する第
２の学習手段ｆと、補機負荷の非作動中は空燃比補正係
数と第１の学習手段ｅから運転状態に対応する学習補正
係数として読み出した補正係数とに基づいて空燃比が目
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
制御するとともに、補機負荷の作動中は空燃比補正係数
と、第１の学習手段ｅおよび第２の学習手段ｆから運転
状態に対応する学習補正係数として読み出した補正係数
とに基づいて空燃比が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制御手段ｇと、制御手
段ｇ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、を備えている。

（作用） 本考案では、補機負荷の非作動中は、空燃比を目標空燃
比に一致させる補正係数が運転状態に対応する学習補正
係数として第１の学習手段に記憶され、補正係数演算手
段により演算された空燃比補正係数と第１の学習手段か
ら運転状態に対応して読み出された学習補正係数とに基
づいて空燃比が制御される。一方、補機負荷の作動中
は、補機負荷作動後に補正係数演算手段により演算した
空燃比補正係数と第１の学習手段から読み出した学習補
正係数との差が運転状態に対応する学習値として第２の
学習手段に記憶され、補正係数演算手段により演算した
空燃比補正係数と、第１および第２の学習手段から運転
状態に対応して読み出した各学習値とに基づいて、空燃
比が制御される。すなわち、補機負荷が作動したときに
は、補機負荷の非作動中に第１の学習手段により学習し
た各運転状態での学習補正係数が活用され、補機負荷の
作動開始により生じた空燃比制御の誤差分だけが、それ
に対応する第２の学習手段の学習値を利用して空燃比制
御の追従性を向上させるべく迅速に補正されることにな
る。したがって、補助空気系のＯＮ／ＯＦＦに拘らず、
空燃比制御の精度が高められ、特にアイドル時の空燃比
が適切なものとなって、排気エミッション特性や燃費、
運転性が向上する。

（実施例） 以下、本考案を図面に基づいて説明する。

第２〜６図は本考案の第１実施例を示す図であり、本考
案のＳＰｉ（Single Point Injection）方式のエンジン
に適用した例である。

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からスロットルチャ
ンバ３を経て、ヒータ制御信号Ｓ_HによりＯＮ／ＯＦＦ
するＰＴＣヒータ４で加熱された後、インテークマニホ
ールド５の各ブランチより各気筒に供給され、燃料は噴
射信号Ｓｉに基づきスロットル弁６の上流側に設けられ
た単一のインジェクタ（操作手段）７により噴射され
る。各気筒には点火プラグ10が装着されており、点火プ
ラグ10にはディストリビュータ11を介して点火コイル12
からの高圧パルスＰｉが供給される。これらの点火プラ
グ10、ディストリビュータ11および点火コイル12は混合
気に点火する点火手段13を構成しており、点火手段13は
点火信号Ｓ_IGNに基づいて高圧パルスＰｉを発生し放電
させる。そして、気筒内の混合気は高圧パルスＰｉの放
電によって、着火、爆発し、排気となって排気管14を通
して触媒コンバータ15で排気中の有害成分（ＣＯ，Ｈ
Ｃ，ＮＯ_x）を三元触媒により清浄化されてマフラ16か
ら排出される。ここで、吸入空気の流れはアクセルペダ
ルに連動するスロットルチャンバ３内のスロットル弁６
により制御され、アイドリング時にはスロットル弁６は
ほとんど閉じている。アイドリング時の空気の流れはバ
イパス通路20を通り、ＡＡＣバルブ（Auxiliary Air Co
ntrol Valve：アイドル制御弁）21および第３図に示す
調整機構付ソレノイドバルブ22により適宜必要な空気が
確保される。ＡＡＣバルブ21は後述するコントロールユ
ニット50からの開度信号Ｓａに基づいてＯＮ／ＯＦＦ駆
動される。第３図において、23はスロットル弁６の上流
と下流とを連通する連通口23a、23b、23cを有する本体
であり、連通口23cの一端部にはオリフィス24が穿設さ
れている。オリフィス24にはロッド25の先端部25aが当
接しており、ロッド25の他端はＯＮ／ＯＦＦソレノイド
26に係合されている。ＯＮ／ＯＦＦソレノイド26は開度
信号Ｓ_FICDに基づいてロッド25を図中左側に移動させ、
連通口23cを通る空気量を制御する。なお、調整機構27
は連通口23cを通る空気量を調整するための調整機構で
あり、28は盲プラグである。

上記本体23、オリフィス24、ロッド25、ＯＮ／ＯＦＦソ
レノイド26、調整機構27および盲プラグ28は全体として
調整機構付ソレノイドバルブ22を構成する。

再び第２図において、各気筒の吸入ポート近傍にはスワ
ールコントロール弁32が配設されており、スワールコン
トロール弁32はロッド33を介してサーボダイヤフラム34
には電磁弁35から所定の制御負圧が導かれている。電磁
弁35にはスワール制御信号ＳＣが入力され、電磁弁35は
この信号に基づいてインテークマニホールド５から供給
される負圧を大気に漏出力（リーク）することによっ
て、サーボダイヤフラム34に導入する制御負圧を連続的
に可変する。サーボダイヤフラム34はこの制御負圧に応
動し、ロッド33を介してスワールコントロール弁32の開
度を調整する。

スロットル弁６の開度θ_TVOはスロットルセンサ40によ
り検出され、冷却水の温度Ｔｗは水温センサ41により検
出される。また、エンジンのクランク角度はディストリ
ビュータ11に内蔵されたクランク角センサ42により検出
され、気筒判別信号（ＲＥＦ信号）およびクランク角信
号（ＰＯＳ信号）を出力する。ＲＥＦ信号は180°毎に
１つ変化するパルス信号であり、そのパルス幅（立上り
から立下りまでのクランク角度）は気筒毎に異なる。一
方、ＰＯＳ信号は所定のクランク角度毎（例えば、２
°）に立上りまたは立下りを有するパルスであり、この
パルスを計数することによりエンジン回転数Ｎを知るこ
とができる。排気管14には酸素センサ（空燃比検出手
段）43が取り付けられており、酸素センサ43は空燃比検
出回路44に接続される。空燃比検出回路44は酸素センサ
43にポンプ電流を供給するとともに、このポンプ電流の
値から排気中の酸素濃度がリッチからリーンまで広範囲
に亘って検出される。この酸素濃度は空燃比と一義的に
対応しており、空燃比検出回路44から空燃比信号Ｉｐと
して出力される。

一方、変速機の操作位置は位置センサ45により検出さ
れ、車両の速度ＶＳＰは車速センサ46により検出され
る。また、エアコンディショナの作動はエアコンスイッ
チ（補機負荷検出手段）47により検出され、パワステア
リングの作動はパワステ検出スイッチ48により検出され
る。

上記スロットルセンサ40およびクランク角センサ42は運
転状態検出手段49を構成しており、運転状態検出手段4
9、水温センサ41、酸素センサ43、位置センサ45、車速
センサ46、エアコンスイッチ47およびパワステ検出スイ
ッチ48からの出力はコントロールユニット50に入力され
る。コントロールユニット50はこれらのアナログ値を有
するセンサ情報をディジタル値に変換し、ディジタル変
換されたセンサ情報に基づいてエンジンの燃焼制御（空
燃比制御や点火時期制御等）を行う。すなわち、コント
ロールユニット50は補正係数演算手段、第１の学習手
段、第２の学習手段および制御手段としての機能を有
し、ＣＰＵ51、ＲＯＭ52、ＲＡＭ53およびＩ／Ｏポート
54により構成される。ＣＰＵ51はＲＯＭ52に書きこまれ
ているプログラムに従ってＩ／Ｏポート54より必要とす
る外部データを取り込んだり、またＲＡＭ53との間でデ
ータの授受を行ったりしながらエンジンの空燃比制御に
必要な処理値（例えば、燃料供給量）を演算し、必要に
応じて処理したデータをＩ／Ｏポート54へ出力する。Ｉ
／Ｏポート54にはスロットルセンサ40の他、各センサお
よびスイッチ41、42、44、45、46、47、48からの信号が
入力されるとともに、Ｉ／Ｏポート54からは前記各信号
Ｓｉ、Ｓａ、Ｓ_FICD、Ｓ_IGN、Ｓｃ、Ｓ_Hが出力される。
ＲＯＭ52はＣＰＵ51における演算プログラムを格納して
おり、ＲＡＭ53はその一部が不揮発性メモリからなり、
演算に使用するデータをマップ等の形で記憶している。
したがって、エンジン停止後もその記憶内容が保持され
る。

次に、作用を説明する。

第４図は学習マップ書き換えのプログラムを示すフロー
チャートであり、図中Ｐ₁〜Ｐ₁₀はフローの各ステップ
を示している。本プログラムは所定時間毎に一度実行さ
れる。まず、Ｐ₁〜Ｐ₄で通常の空燃比フィードバック学
習制御を行う。すなわち、Ｐ₁で学習条件が成立してい
るか否かの判別を行う。ここで、学習条件は、例えば以
下に述べる２項目が満足されたとき成立する。

酸素センサ出力がリーン側スライスレベル、リッチ側
スライスレベルを各々８回ずづよぎる。

エンジン回転数Ｎと基本パルス幅Ｔｐとで割りつけら
れた所定の学習領域の１区画に20秒以上いた（ここで学
習領域とは、例えばエンジン回転数Ｎが０〜4000rpm、
基本パルス幅Ｔｐが０〜約４msecとなる領域のことをい
い、この学習領域が各運転状態に対応する56区画に分け
られている。また、基本パルス幅Ｔｐの範囲はインジェ
クタ７の特性により違っている。）。

学習条件が成立しているときはＰ₂で補助空気系（ＦＩ
ＣＤ）がＯＮか（本実施例では、エアコンスイッチ47が
ＯＮか）否かを判別し、ＦＩＣＤ ＯＦＦのときはＰ₃
で空燃比フィードバック補正量αのずれを学習値として
演算する。第５図はベース空燃比がリーンである場合の
空燃比フィードバック系のタイミングチャートであり、
Ｐ₃ではエアコンＯＦＦ時の空燃比フィードバック補正
量αがα＝Ｌα（ただし、Ｌαは学習値）上をまだふら
ふらするのでそのふらつきによるＬαからのずれ（学習
値）を演算する。次いで、Ｐ₄でステップＰ₃で演算した
ずれを学習値Ｌαに加算してＬαを更新し、Ｐ₅で更新
した学習値Ｌαを所定のマップ（第１の領域）に格納し
て今回の処理を終了する。一方、ＦＩＣＤがＯＮのとき
はＰ₆に進み、Ｐ₄で更新されＰ₅で第１の領域に格納さ
れた学習値Ｌαを読み出した後、Ｐ₇でこの学習値Ｌα
とＦＩＣＤがＯＮした後に演算した空燃比フィードバッ
ク補正係数αとの差△αを演算する。このとき、空燃比
フィードバック補正係数αはまだ第６図のタイミングチ
ャートに示すように、ある値Ｌα′上をふらつくが、Ｐ
₈でこのふらつきによる空燃比フィードバック補正係数
αのＬα′からのずれ（学習値）を演算し、次いで、Ｐ
₉でステップＰ₈で演算したずれを△α（＝Ｌα′−Ｌ
α）に加算して△αを更新する。次いで、Ｐ₁₀で更新し
た△αを所定のマップ（ステップＰ₄で格納したマップ
とは異なるマップ：第２の領域）に格納して今回の処理
を終了する。一方、Ｐ₁で学習条件が成立していないと
きは以降の処理をジャンプしてそのまま処理を終える。

以上のプログラムによって演算した学習値Ｌα、△αに
基づいて次式、に従ってエアコンＯＦＦ時、エアコ
ンＯＮ時の燃料噴射量Ｔｅを演算する。

エアコンＯＦＦ時、 Ｔｅ＝Ｔｐ×｛α＋（Ｌα−１）｝…… エアコンＯＮ時、 Ｔｅ＝Ｔｐ×｛α＋（Ｌα−１）＋△α｝… 但し、Ｔｐ：基本パルス幅 このように、本実施例では学習を補助空気系（ＦＩＣ
Ｄ）ＯＮ時という条件のみでは行わず、ＦＩＣＥ ＯＮ
時で、しかも学習条件が成立したら、第１の領域に格納
されたその運転領域の学習マップ値Ｌαと補機負荷作動
後に演算された空燃比フィードバック補正係数の学習値
Ｌα′との偏差△αを求め、これをＦＩＣＤ ＯＮ時の
空燃比補正量の変化分として第２の領域に格納するよう
になっており、ＦＩＣＤがＯＦＦ→ＯＮ、あるいはＯＮ
→ＯＦＦと変化したとき、演算した空燃比フィードバッ
ク補正係数と、第１および第２領域のマップ値とに基づ
く補正を燃料噴射量Ｔｅの計算に加えるようにしてい
る。

したがって、ＦＩＣＤ ＯＦＦ時の学習値をいかし、こ
れに前記偏差△αを上乗せすることで、補機負荷の作動
開始による誤差分だけを迅速に補正することになり、ア
イドル近傍でのＦＩＣＤ ＯＮ時であっても、適切な補
正を迅速に加えて空燃比制御の追従性を向上させること
ができる。よって、ＦＩＣＤ ＯＮ時の空燃比のずれを
なくすことができ、従来の問題点で指摘した不具合を解
消することができる。

第７図は本考案の第２実施例を示す図であり、本実施例
のハード的構成は第１実施例として示した第２図のもの
と同一であるためその説明を省略する。

第７図はアイドル時の学習マップ書き換えのプログラム
を示すフローチャートであり、第１実施例の第４図のプ
ログラムと同一処理を行うステップには同一番号を付し
てその説明を省略し、異なるステップには○印で囲むス
テップ番号を付してその内容を説明する。

第７図のプログラムにおいて、Ｐ₁₁でアイドル時か否か
を判断し、アイドル時のときはＰ₁₂で酸素センサ43が活
性化しているか否かを判別する。酸素センサ43が活性化
していれば所定周期フィードバック制御を再開するため
Ｐ₁₃で所定周期（例えば、４周期）経過したか否かを判
別する。所定周期が経過したときはＰ₂に進み、経過し
ていないときあるいはＰ₁₁でアイドル時でないときある
いはＰ₁₂で酸素センサ43が活性化していないときは以降
の処理をジャンプしてそのまま処理を終える。

したがって、本実施例ではアイドル時のＦＩＣＤ ＯＮ
時は所定周期フィードバック制御を再開し、空気量変化
分のずれを適切に補正しているので、アイドル時の排気
エミッション特性や燃費を格段に向上させることができ
る。

（効果） 本考案によれば、補機負荷の作動中は補機負荷作動後に
演算した空燃比補正係数と補機負荷の非作動中に学習し
た学習値との差を学習することで、補機負荷の非作動中
に第１の学習手段により学習した各運転状態での学習補
正係数を活用し、補機負荷の作動開始により生じた空燃
比制御の誤差分だけを、それに対応する第２の学習手段
の学習値を利用して迅速に補正するようにしているの
で、空燃比制御の追従性を向上させることができ、補機
空気系のＯＮ／ＯＦＦに拘らず、特にアイドル時の空燃
比を適切なものとすることができ、排気エミッション特
性や燃費、運転性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の基本概念図、第２〜６図は本考案の第
１実施例を示す図であり、第２図はその全体構成図、第
３図はその調整機構付ソレノイドバルブ22の構成図、第
４図はその学習マップ書き換えのプログラムを示すフロ
ーチャート、第５図はそのエアコンＯＦＦ時のタイミン
グチャート、第６図はそのエアコンＯＮ時のタイミング
チャート、第７図は本考案の第２実施例を示すその学習
マップ書き換えのプログラムを示すフローチャートであ
る。 ７……インジェクタ（操作手段）、 43……酸素センサ（空燃比検出手段）、 47……エアコンスイッチ（補機負荷検出手段）、 49……運転状態検出手段、 50……コントロールユニット（補正係数演算手段、第１
の学習手段、第２の学習手段、制御手段）。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ａ）吸入混合気の空燃比を検出する空燃比
   検出手段と、 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）エアコンディショナ、パワーステアリング等、補機
   負荷の作動状態を検出する補機負荷検出手段と、 ｄ）空燃比検出手段の出力に基づいて空燃比を所定空燃
   比にフィードバック補正する補正係数を演算する補正係
   数演算手段と、 ｅ）学習が許容されているとき、補機負荷の非作動中は
   空燃比補正係数の値から空燃比を目標空燃比に一致させ
   る学習補正係数をそのときの運転状態に対応するものと
   して学習し、その学習値を該当する第１の領域に記憶す
   る第１の学習手段と、 ｆ）補機負荷の作動中は補機負荷作動後に演算した前記
   補正係数と前記第１の学習手段から読み出した学習値と
   の差をそのときの運転状態に対応するものとして学習
   し、その学習値を該当する第２の領域に記憶する第２の
   学習手段と、 ｇ）補機負荷の非作動中は空燃比補正係数と第１の学習
   手段から運転状態に対応する学習補正係数として読み出
   した補正係数とに基づいて空燃比が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ととも
   に、補機負荷の作動中は空燃比補正係数と、第１の学習
   手段および第２の学習手段から運転状態に対応する学習
   補正係数として読み出した補正係数とに基づいて空燃比
   が目標空燃比となるように吸入空気あるいは燃料の供給
   量を制御する制御手段と、 ｈ）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。