JPH0694830B2 - 内燃機関の空燃比学習制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、内燃機関の空燃比フィードバック制御系の学
習制御装置に関する。

〈従来の技術〉 電子制御燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁は、機関
の回転に同期して与えられる駆動パルス信号によって開
弁し、その開弁期間中、所定圧力の燃料を噴射すること
になっている。従って燃料噴射量は駆動パルス信号のパ
ルス巾により制御され、このパルス巾をTiとして燃料噴
射量に相当する制御信号とすれば、目標空燃比である理
論空燃比を得るために、Tiは次式によって定められる。

Ti＝Tp・COEF・α＋Ts 但し、Tpは基本噴射量に相当する基本パルス巾で便宜上
基本噴射量と呼ぶ。Tp＝Ｋ・Q/Nで、Ｋは定数、Ｑは機
関吸入空気流量、Ｎは機関回転速度である。COEFは水温
補正等の各種補正係数、αは後述する空燃比のフィード
バック制御（λコントロール）のための空燃比フィード
バック補正係数、Tsは燃料噴射流量誤差補正分で、基本
噴射量に対するバッテリ電圧の変動による燃料噴射弁の
開弁及び閉弁遅れに基づく燃料噴射流量誤差を補正する
ためのものである。

λコントロールについては、排気系にO₂センサを設けて
実際の空燃比を検出し、空燃比が理論空燃比より濃いか
薄いかをスライスレベルにより制御するわけであり、こ
のため、前記の空燃比フィードバック補正係数αという
ものを定めて、このαを変化させることにより理論空燃
比に保っている。ここで、空燃比フィードバック補正係
数αの値は比例積分（P1）制御により変化させ、安定し
た制御としている。

すなわち、O₂センサの出力電圧とスライスレベル電圧と
を比較し、スライスレベルよりも高い場合、低い場合
に、空燃比を急に濃くしたり、薄くしたりすることな
く、空燃比が濃い（薄い）場合には始めにＰ分だけ下げ
て（上げて）、それからＩ分ずつ徐々に下げて（上げ
て）いき、空燃比を薄く（濃く）するように制御する。
ただし、λコントロールを行わない条件下ではαをクラ
ンプし、各種補正係数COEFの設定により、所望の空燃比
を得る。

ところで、λコントロール条件下でのベース空燃比即ち
α＝１のときの空燃比を理論空燃比（λ＝１）に設定す
ることができれば、フィードバック制御は不要なのであ
るが、実際にはエアフローメータ，燃料噴射弁等の構成
部品のバラツキや経時変化，燃料噴射弁のパルス巾−流
量特性の非直線性等の要因でベース空燃比のλ＝１から
のズレを生じるので、フィードバック制御を行ってい
る。

しかし、ベース空燃比がλ＝１からずれていると、運転
領域が大きく変化したときに、ベース空燃比の段差をフ
ィードバック制御によりλ＝１に安定させるまでに時間
がかかる。このために、比例及び積分定数（P/I分）を
大きくするので、オーバーシュートやアンダーシュート
を生じ、λ＝１への制御性が悪くなる。つまり、ベース
空燃比がλ＝１からずれていると、理論空燃比よりかな
りズレをもった範囲で空燃比制御がなされるのである。

その結果、三元触媒の転換効率が悪いところで運転がな
されることになり、触媒の貴金属量の増大によるコスト
アップの他、触媒の劣化に伴う転換効率のさらなる悪化
により触媒の交換を余儀なくされる。

そこで、学習によりベース空燃比をλ＝１にすることに
より、過渡時のベース空燃比の段差から生じるλ＝１か
らのズレをなくし、かつP/I分を小さくすることを可能
にして制御性の向上を図る空燃比の学習制御装置が、本
出願人により、特開昭59−203828号公報等で開示されて
いる。

これは空燃比のフィードバック制御中にベース空燃比が
理論空燃比からずれた場合には、そのギャップを埋める
べく空燃比フィードバック補正係数αのズレが大となる
から、このときの機関運転状態とαの基準値（一般には
α＝１に設定される）からの偏差Δαとを検出し、該Δ
αに基づく学習補正係数Klを求めてこれを記憶してお
き、再度同一機関運転状態となったときには記憶した学
習補正係数Klによりベース空燃比を理論空燃比に応答良
くなるように補正する。ここにおける学習補正係数Klの
記憶は、RAMのマップ上を機関回転速度及び負荷等の機
関運転状態の適当なパラメータに応じて格子分割した所
定範囲のエリア毎に行う。

具体的には、RAM上に機関回転速度及び負荷等の機関運
転状態に対応した学習補正係数Klのマップを設け、燃料
噴射量Tiを計算する際に、次式の如く基本噴射量Tpを学
習補正係数Klで補正する。

Ti＝Tp・COEF・α・Kl＋Ts そして、Klの学習は次の手順で進める。

ｉ）機関運転状態の領域を検出し、かつ、その間のαの
平均値を検出する。

ii）前記機関運転状態の領域に対応して現在までに学習
されているKlを検索する。

iii）Klととに基づいて新たにKlを設定して記憶させ
る。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、このような機関運転状態に応じて格子状
に区分したエリア毎に学習補正値を単に設定する従来の
学習制御装置では、巾を持った各学習エリアにおけるフ
ィードバック制御偏差量を繰返し学習する方式であるた
め、エリアの境界付近では空燃比の段差が生じ易い。こ
のような空燃比の段差をなくすために、各学習エリア区
分を細かく設定するとそのエリアに止まっている時間が
少なくなり学習の更新スピードが遅くなると共に未学習
エリアが生じる虞れがあり、この未学習エリアを通過し
た場合に空燃比の段差が生じてトルクショック、排気エ
ミッション特性の悪化等を招く等の不具合が発生する。

本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、ベース空燃
比のλ＝１からのズレの要因の１つである運転領域全域
で共通の燃料噴射弁の開弁及び閉弁遅れによる燃料噴射
流量誤差補正分を学習補正することにより、学習精度と
学習スピードの両立を図ることができ、空燃比に段差が
生じないようにした内燃機関の空燃比制御装置を提供す
ることを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 このため本発明は、第１図に示すように、吸入空気流量
に関連するパラメータと機関回転速度とから基本噴射量
を設定する基本噴射量設定手段と、排気系に設けた空燃
比検出手段からの信号に基づいて検出される実際の空燃
比と理論空燃比とを比較して空燃比フィードバック補正
係数を設定する空燃比フィードバック補正係数設定手段
と、前記基本噴射量に対する燃料噴射弁の開弁及び閉弁
遅れによる噴射流量誤差を補正するための噴射流量誤差
補正分を設定する燃料噴射流量誤差補正分設定手段と、
機関回転速度及び負荷等の機関運転条件からこれに対応
させてRAM上のマップに記憶させた学習補正係数を検索
する第１の学習補正係数検索手段と、前記空燃比フィー
ドバック補正係数及び前記学習補正係数とから新たな学
習補正係数を設定し、かつ、その学習補正係数でRAM内
の同一機関運転条件のデータを更新する学習補正係数更
新手段と、基本噴射量と空燃比フィードバック補正係数
と学習補正係数と燃料噴射流量誤差補正分とにより噴射
量を演算する噴射量演算手段と、この演算された噴射量
に相応する駆動パルス信号を燃料噴射弁に出力する駆動
パルス信号出力手段とを備えた内燃機関の空燃比学習制
御装置において、吸入空気流量が所定の流量領域か否か
を判定する吸入空気流量領域判定手段と、吸入空気流量
領域が所定流量領域と判定されたとき予め設定した複数
の機関回転速度領域に対応する前記RAM上のマップに記
憶されている学習補正係数を検索する第２の学習補正係
数検索手段と、該第２の学習補正係数検索手段で検索さ
れた複数の学習補正係数が機関回転速度の変化に対して
単調増加と単調減少とのどちらの傾向にあるかを判別す
る判別手段と、前記燃料噴射流量誤差補正分設定手段で
設定された燃料噴射流量誤差補正分を、前記判別手段の
判定が単調増加のとき減少補正し、単調減少のとき増大
補正する燃料噴射流量誤差補正分補正手段とを備えて構
成した。

また、上記構成に加えて、吸入空気流量の変動の大きい
機関運転状態で前記燃料噴射流量誤差補正分補正手段に
よる補正を停止する燃料噴射流量誤差補正分補正停止手
段を設けた。

〈作用〉 上記の構成において、燃料噴射流量誤差補正分Tsの設定
値のズレによる燃料噴射量Tiに対する影響の度合は燃料
噴射量Tiの演算式から明らかなように噴射量Tiが小さい
程大きい。このことから、吸入空気流量を一定とした場
合、機関回転速度Ｎを変化させたときＮが大になるに従
って、Tsの設定が大き過ぎたときには空燃比はよりリッ
チ傾向になり、Tsの設定が小さ過ぎたときには空燃比は
よりリーン傾向になる。従って、ある吸入空気流量領域
を定め、この領域での機関回転速度に応じた学習補正係
数の傾向を調べることにより噴射流量誤差補正分の設定
がどのようにずれているかを知ることが可能となる。

かかる関係に基づいて、吸入空気流量領域判定手段で入
空気流量が所定の流量領域か否かを判定し、第２の学習
補正係数検索手段で、空気流量領域が所定流量領域と判
定されたとき予め設定した複数の機関回転速度領域に対
応する前記RAM上のマップに記憶されている学習補正係
数を検索する。そして、第２の学習補正係数検索手段で
検索された複数の学習補正係数が機関回転速度の変化に
対して単調増加と単調減少とのどちらの傾向にあるかを
判別手段で判別し、単調増加のとき前記誤差補正分設定
手段で設定された噴射流量誤差補正分を減少補正し、単
調減少のとき増大補正すると共に最新の補正値を学習値
として記憶する。これにより、燃料噴射流量誤差補正分
の設定不良若しくは燃料噴射弁の流量特性の経時変化
（第６図参照）による空燃比の誤差を防止することがで
きる。

また、吸気脈動領域や加減速時のように吸入空気流量の
変動が大きい運転状態時には、検出した吸入空気流量の
検出精度が悪化するため、空燃比はλ＝１に対してずれ
る事によりTsのご誤学習が生じるので、このときには噴
射流量誤差補正分Tsの学習を停止させることにより、噴
射流量誤差補正分の設定値の補正の信頼性を高めるよう
にしている。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図において、機関１には、エアクリーナ２から吸気
ダクト３、スロットル弁４及び吸気マニホルド５を介し
て空気が吸入される。吸気マニホルド５のブランチ部に
は各気筒毎に燃料噴射弁６が設けられている。燃料噴射
弁６はソレノイドに通電されて開弁し通電停止されて閉
弁する電磁式燃料噴射弁であって、後述するコントロー
ルユニット12からの駆動パルス信号により通電されて開
弁し、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレッシャ
レギュレータにより所定の圧力に調整された燃料を噴射
供給する。尚、この例はマルチポイントインジェクショ
ンシステムであるが、スロットル弁の上流等に全気筒共
通に単一の燃料噴射弁を設けるシングルポイントインジ
ェクションシステムであってもよい。

機関１の燃焼室には点火栓７が設けられていて、これに
より、火花点火して混合気を着火燃焼させる。そして、
機関１からは、排気マニホルド8,排気ダクト9,三元触媒
10及びマフラー11を介して排気が排出される。三元触媒
10は、排気成分中のCO,HCを酸化し、また、NOxを還元し
て、他の無害な物質に転換する排気浄化装置であり、混
合気を理論空燃比で燃焼させたときに両転換効率が最も
良好なものとなる。

コントロールユニット12は、CPU,ROM,RAM,A/D変換器及
び入出力インターフェースを含んで構成されるマイクロ
コンピュータを備え、各種のセンサ及びバッテリ17から
の入力信号を受け、後述の如く演算処理して、燃料噴射
弁６の作動を制御する。

前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３中に熱線式の
エアフローメータ13が設けられていて、吸入空気流量Ｑ
に応じた電圧信号を出力する。

また、クランク角センサ14が設けられていて、４気筒の
場合、クランク角180゜毎の基準信号とクランク角１゜
又は２゜毎の単位信号とを出力する。ここで、基準信号
の周期、あるいは所定時間内における単位信号の発生数
を計測することにより、機関回転速度Ｎを算出可能であ
る。

また、機関１のウォータジャケットの冷却水温Twを検出
する水温センサン15等が設けられている。

さらに、排気マニホルド８の集合部にO₂センサ16が設け
られ、排気中のO₂濃度を介して機関１に吸入される混合
気のクランク角センサを検出する。17はバッテリであ
る。

ここにおいて、コントロールユニット12に内蔵されたマ
イクロコンピュータのCPUは、第３図〜第５図のフロー
チャートに従って演算処理を行い、燃料噴射を制御す
る。

次に第３図〜第５図のフローチャートに基づいて本実施
例の学習制御について説明する。

第３図はバッテリ電圧変動に基づく燃料噴射弁の開弁及
び閉弁遅れによる燃料噴射流量誤差の補正分Tsの学習値
演算ルーチンである。

ステップ（図にはＳで示す、以下同様とする）１では、
運転状態が吸入空気流量の脈動領域か否かを判定する。
ここで吸気脈動領域とは、高負荷運転領域である。吸気
脈動領域でないとき（NO）はステップ２に進み、加減速
運転時か否かを例えばスロットル弁開度の変化率ΔTVO
がΔTVO≠０か否かにより判定する。前記ステップ１ま
たはステップ２で吸気脈動領域にある（YES）ときまた
は加減速時（YES）のときはこのルーチンを終了する。
ステップ２で加減速時でない定常運転状態のときにはス
テップ３に進む。このステップ1,2の部分が燃料噴射流
量誤差補正分補正停止手段に相当する。

ステップ３では、エアフローメータ13からの信号により
得られる吸入空気流量Ｑ及びクランク角センサ14により
得られる機関回転速度Ｎを入力する。

ステップ４では、入力した吸入空気流量Ｑの流量領域の
判定を行う。本実施例では、Ｑの領域をQ1〜Q4の４つに
区分してあり、例えばQ1領域は15〜25kg/h,Q2領域は35
〜45kg/h,Q3領域は55〜65kg/h及びQ4領域は75〜85kg/h
としてある。従って、ステップ４では、まずQ1領域か否
かを判定する。ここでYESの判定であればステップ５に
進む。

ステップ５では、前記Q1領域においてステップ３で入力
した機関回転速度Ｎの含まれる領域に対応する学習補正
係数Klを、後述するRAM上の学習補正係数マップから検
索して記憶する。ここで前記機関回転速度Ｎの領域を複
数、例えばN1〜N4の４つの領域に区分してあり、N1は80
0〜2000,N2は2000〜3000,N3は3000〜4000及びN4は4000
以上としてある。この部分が第２の学習補正係数検索手
段に相当する。

ステップ６では、Q1の領域における前記N1〜N4の全領域
の学習補正係数Klが検索されたか否かを判定する。そし
て、全領域の学習補正係数Klが検索され記憶されたなら
ばステップ７に進む。

ステップ７では、検索した学習補正係数Klが機関回転速
度Ｎの変化に対して単調増加か否かを判定する。単調増
加のときにはステップ８に進み噴射流量誤差補正分Tsを
減少修正すべく現在の補正量ｂを予め設定した所定値Δ
ｂだけ減算して新たな補正量ｂとする。一方、単調増加
でないときはステップ９に進み単調減少か否かを判定す
る。ここで単調減少のときにはステップ10に進み前記燃
料噴射流量誤差補正分Tsを増大修正すべく現在の補正量
ｂを予め設定した所定値Δｂだけ加算して新たな補正量
ｂとする。ここで、ステップ7,9が判定手段に相当し、
ステップ8,10が燃料噴射流量誤差補正分補正手段に相当
する。

ステップ８またはステップ10の実行が終了するとステッ
プ11に進み、記憶した学習補正係数Klをクリアする。

前記ステップ４においてQ1領域でないと判定されたとき
はステップ12に進みQ2領域か否かを判定する。判定がNO
のときは更にステップ13に進みQ3領域か否かを判定し、
NOのときはステップ14に進みQ4領域か否かを判定し、NO
のときは燃料噴射流量誤差補正分の補正を行わずルーチ
ンを終了する。一方、ステップ12〜14のいづれかで判定
がYESとなったときは、該当する燃料噴射流量誤差補正
分Tsの補正ルーチン15〜17において前記ステップ５〜11
と同様にしてその吸入空気流量領域での各機関回転速度
Ｎ領域に対応する学習補正係数Klを検索して燃料噴射流
量誤差補正分Tsの補正量ｂの補正を行う。前記ステップ
4,12〜14の部分が吸入空気流量領域判定手段に相当す
る。

第４図は通常のエリア毎の学習補正係数Klの学習ルーチ
ンである。

ステップ21では、所定の空燃比フィードバック制御条件
が成立しているか否かを判定する。ここで、所定の空燃
比フィードバック制御条件とは、機関回転速度Ｎが所定
値以下で、かつ負荷を表す基本噴射量Tpが所定値以下で
あることを条件とする。かかる条件が満たされていない
場合はこのルーチンを終了する。空燃比フィードバック
条件成立時はステップ22に進む。

ステップ22では、機関回転速度Ｎと基本噴射量Tpとが前
回と同一エリアにあるか否かを判定し、エリアが変わっ
た場合はこのルーチンを終了する。一方、エリアが同一
の場合は、ステップ23に進みO₂センサ16の出力が反転、
即ちフィードバック補正係数αの増減方向が所定回数反
転したか否かを判定し、YESのときはステップ24に進
む。

ステップ24では、空燃比フィードバック補正係数αの定
常運転時における現在及び過去の複数回の値の平均値
を演算する。

ステップ25では、機関回転速度Ｎ及び基本噴射量Tpから
RAM上の現在のエリアに対応する学習補正係数Klを検索
する。このステップ25が第１の学習補正係数検索手段に
相当する。

ステップ26では、前記検索されたKlと空燃比フィードバ
ック補正係数の平均値とから次式に従って演算を行
い、その値を新たな学習補正係数Klとして設定し、RAM
上の該当するエリアの値を更新する。このステップ26が
学習補正係数更新手段に相当する。

Kl←Kl＋Δα/M 尚、Δαは平均値と基準値α_１との偏差量を示しΔα
＝−α_１であり、基準値α_１は一般には1.0となる。
また、Ｍは定数である。

第５図は燃料噴射量演算ルーチンである。

ステップ31では、エアフローメータ13からの信号により
得られる吸入空気流量Q,クランク角センサ14により得ら
れる機関回転速度Ｎ及び水温センサ15により得られる冷
却水温Twを入力する。

ステップ32では、前記吸入空気流量Ｑと機関回転速度Ｎ
とにより基本噴射量Tpを演算する。このステップ32が基
本噴射量設定手段に相当する。

ステップ33では、冷却水温Tw等の機関運転状態に応じた
COEFを設定する。

ステップ34では、O₂センサ16からの信号に基づき空燃比
フィードバック補正係数αを設定する。このステップ34
が空燃比フィードバック補正係数設定手段に相当する。

ステップ35では、最新の学習補正係数Klを読込む。

ステップ36では、バッテリ電圧に基づいて燃料噴射流量
誤差補正分Tsを設定する。この部分が燃料噴射流量誤差
補正分設定手段に相当する。

ステップ37では、第３図の燃料噴射流量誤差補正分Tsの
補正ルーチンで設定された補正量ｂを読込む。

ステップ38では、燃料噴射量Tiを次式に従って演算す
る。このステップ38が噴射量演算手段に相当する。

Ti＝Tp・COEF・α・Kl＋Ts＋ｂ ステップ39では、演算されたTiのパルス巾を持つ駆動パ
ルス信号を燃料噴射弁６に出力する。このステップ39が
駆動パルス信号出力手段に相当する。

このようにすれば、燃料噴射流量補正分Tsの設定不良に
よる空燃比のズレを防止することができる。また、学習
の十分進行していない運転エリアになったときにTs分に
よる空燃比のズレが補正されているので空燃比のズレを
最小限にすることができると共に、そのエリアの学習の
進行を促進することができる。従って、学習スピードを
向上でき、空燃比の制御精度を向上できる。

また、吸気の脈動運転領域や加減速時には、Tsの補正量
の更新を停止するので、信頼性が高いものにすることが
できる。

尚、本実施例では吸入空気流量領域を４つに区分したが
これに限るものではない。また、機関回転速度の区分に
ついても同様である。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、燃料噴射弁の開弁
及び閉弁遅れに基づく燃料噴射流量誤差補正分を適切に
補正することができるので、学習の進行していないエリ
アでも空燃比のズレを小さくすることができエリア毎の
段差をなくし空燃比制御精度を向上でき、有害な排気成
分が減少できる。また、吸入空気流量の変動の大きい運
転時には燃料噴射流量誤差補正分の補正の更新を停止す
ることにより、信頼性の高い補正が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を説明するブロック図、第２図は
本発明の一実施例を示す構成図、第３図〜第５図は同上
実施例の制御内容を示すフローチャート、第６図は燃料
噴射弁の流量特性の変化を示す図である。 １……機関、６……燃料噴射弁、12……コントロールユ
ニット、13……エアフローメータ、14……クランク角セ
ンサ、16……O₂センサ、17……バッテリ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸入空気流量に関連するパラメータと機関
   回転速度とから基本噴射量を設定する基本噴射量設定手
   段と、排気系に設けた空燃比検出手段からの信号に基づ
   いて検出される実際の空燃比と理論空燃比とを比較して
   空燃比フィードバック補正係数を設定する空燃比フィー
   ドバック補正係数設定手段と、前記基本噴射量に対する
   燃料噴射弁の開弁及び閉弁遅れによる噴射流量誤差を補
   正するための噴射流量誤差補正分を設定する燃料噴射流
   量誤差補正分設定手段と、機関回転速度及び負荷等の機
   関運転条件からこれに対応させてRAM上のマップに記憶
   させた学習補正係数を検索する第１の学習補正係数検索
   手段と、前記空燃比フィードバック補正係数及び前記学
   習補正係数とから新たな学習補正係数を設定し、かつ、
   その学習補正係数でRAM内の同一機関運転条件のデータ
   を更新する学習補正係数更新手段と、基本噴射量と空燃
   比フィードバック補正係数と学習補正係数と燃料噴射流
   量誤差補正分とにより噴射量を演算する噴射量演算手段
   と、この演算された噴射量に相応する駆動パルス信号を
   燃料噴射弁に出力する駆動パルス信号出力手段とを備え
   た内燃機関の空燃比学習制御装置において、吸入空気流
   量が所定の流量領域か否かを判定する吸入空気流量領域
   判定手段と、吸入空気流量領域が所定流量領域と判定さ
   れたとき予め設定した複数の機関回転速度領域に対応す
   る前記RAM上のマップに記憶されている学習補正係数を
   検索する第２の学習補正係数検索手段と、該第２の学習
   補正係数検索手段で検索された複数の学習補正係数が機
   関回転速度の変化に対して単調増加と単調減少とのどち
   らの傾向にあるかを判別する判別手段と、前記燃料噴射
   流量誤差補正分設定手段で設定された燃料噴射流量誤差
   補正分を、前記判別手段の判定が単調増加のとき減少補
   正し、単調減少のとき増大補正する燃料噴射流量誤差補
   正分補正手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の空
   燃比学習制御装置。
2. 【請求項２】請求項（１）記載の内燃機関の空燃比学習
   制御装置において、吸入空気流量の変動の大きい機関運
   転状態で前記燃料噴射流量誤差補正分補正手段による補
   正を停止する燃料噴射流量誤差補正分補正停止手段を設
   けたことを特徴とする内燃機関の空燃比学習制御装置。