JPH07259609A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 使用燃料の燃料性状が大きく変化しても空燃
比荒れが少ない内燃機関の空燃比制御装置を提供する。 【構成】 空燃比フィードバック制御手段と、空燃比フ
ィードバック制御における制御条件の変動に応じて燃料
噴射量を補正するための学習値を更新し、かつ、設定す
る学習値設定手段と、学習完了判定手段104 と、基本燃
料噴射量を空燃比フィードバック補正量および学習値に
より補正して機関への適正な燃料噴射量を決定する燃料
噴射量制御手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置で
あって、使用燃料の燃料性状を検出する燃料性状検出手
段101,102 と、その燃料性状検出手段により燃料性状の
変化が検出された時に、学習値設定手段において実行さ
れる学習値の更新に要する時間を短縮するための更新時
間短縮制御手段103 とを更に有するように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の空燃比制御
装置、特にダブル空燃比センサシステムとデポジット学
習制御システムとが併存する内燃機関の空燃比制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】空燃比センサ、例えば、Ｏ₂ センサに用
いて、機関の運転状態により決まる基本燃料噴射量を補
正する空燃比フィードバック補正量を生成し、それによ
り燃料噴射量をフィードバック制御する内燃機関の空燃
比制御装置において、Ｏ₂ センサの出力特性のバラツ
キ、燃料噴射弁等の燃料系部品のバラツキ、また、それ
らの経時あるいは経年変化を補償するために、触媒コン
バータの下流側に第２の（サブ）Ｏ₂ センサを設け、上
流側（メイン）Ｏ₂ センサによる空燃比フィードバック
制御に加えて下流側Ｏ₂ センサによる空燃比フィードバ
ック制御を行ういわゆるダブルＯ₂ センサシステムが用
いられている。

【０００３】また、燃料系部品の機差や経時あるいは経
年変化に基づく空燃比フィードバック制御系の制御条件
変動を補正するために、機関運転状態に基づく学習領域
毎に空燃比フィードバック補正量の基準値からの偏差を
補正する空燃比学習値を設定し、その空燃比学習値によ
り燃料噴射量を補正する空燃比学習制御も行われてい
る。

【０００４】更に、バルブクリアランスおよび燃料噴射
弁の噴口部へのデポジット付着、シリンダ吸気弁の背面
部等へのデポジット付着による特性変化を補償するため
に、過渡時（加減速時）補正としてデポジット学習制御
もまた実施されている。そして、得られたデポジット学
習値を用いて燃料噴射量を増量（あるいは減量）補正し
て、機関の空燃比フィードバック制御を安定かつ適正に
実行させるようにする。

【０００５】加えて、排気ガスの一部を吸入混合気中に
再循環してシリンダ内の燃焼温度を下げることにより、
排気ガス中のＮＯ_x を低減する排気ガス再循環（ＥＧ
Ｒ）制御もまた実施されており、中でも、高負荷加速時
にＥＧＲ量を増量するＫ−ｂタイプＥＧＲが採用されて
きている。ところで、ダブルＯ₂ センサシステムとデポ
ジット学習制御システムとを組み合わせた場合、通常、
デポジット学習制御実行時である過渡時にも下流側（サ
ブ）Ｏ₂ センサによる空燃比フィードバック制御が行わ
れており、この結果、下流側（サブ）Ｏ₂ センサ空燃比
フィードバック制御によって触媒上流側の空燃比が変化
し、デポジット学習制御が不安定となり、デポジット学
習値の誤学習が生じるという問題がある。また、例えば
サブＯ₂ センサによりメイン空燃比フィードバック制御
のリッチスキップ量（ＲＳＲ）を補正する場合、触媒の
Ｏ₂ ストレージ効果の大小に応じて、減速時あるいは加
速時にデポジット学習制御を実行した時に、デポジット
学習値が過度に変化するという問題がある。このような
問題を解決するために、デポジット学習制御が完了する
まで、下流側Ｏ₂ センサによる空燃比フィードバック制
御を禁止することが提案されている（特開平２−１９９
２４９号公報参照）。

【０００６】一方、加減速時の空燃比の荒れは、使用燃
料によって異なり、中質よりも重質あるいは軽質の方が
大きくなる。重質燃料は、揮発性が悪く、かつ、壁面付
着量が多いために、加速時にリーンとなり、また、減速
時にリッチとなって（加速リーン減速リッチ）空燃比が
荒れ、逆に、軽質燃料は、揮発性が良く、かつ、壁面付
着量が少ないために、加速リッチ減速リーンとなって空
燃比が荒れる。この空燃比荒れは、デポジット学習、更
に、上記した領域毎の空燃比学習制御（領域学習）が併
設されている場合にはその領域学習も、が完了していな
い状態において、最も大きくなる。

【０００７】図７は、過渡時の空燃比制御特性を説明す
るためのタイムチャートであり、例えば、使用燃料が中
質燃料から重質燃料に変化した場合、領域学習およびデ
ポジット学習が未だ完了していない状態において、サブ
Ｏ₂ センサが活性判定許可となって作動すると、図中の
空燃比変化特性に示されているように減速オーバーリッ
チとなる。これは、加速時リーンであるために、サブＯ
₂ センサもリーンと判断してリッチスキップＲＳＲを増
大してリッチに補正しようとするが、燃料が変わった直
後であり、リッチスキップＲＳＲの学習が完了していな
いので補正量が大きくなり過ぎること、および、サブＯ
₂ センサの排気ガス判定に応答遅れＴがあり、ベース空
燃比がリーンからリッチになっても直ぐにはリッチと判
定しないこと等のために生じる。

【０００８】例えば、図８は、加速および減速が繰り返
される過渡時の空燃比制御特性を説明するためのタイム
チャートであり、学習完了前にサブＯ₂ センサを作動さ
せる場合、加速および減速を繰り返すような走行をする
とリッチスキップＲＳＲが発散し、空燃比（Ａ／Ｆ）が
オーバーリーンあるいはオーバーリッチとなって、ドラ
イバビリティの悪化、エミッションの悪化を招くことと
なる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記した傾向は、空燃
比の荒れが大きいほどオーバーリッチ度合いが大きくな
るという特性を有しており、したがって、上記提案のよ
うにサブＯ₂ センサの作動を停止させて回避するという
対策しかないのが実情である。しかしながら、使用燃料
の燃料性状が変化した時には学習が完了するまでに時間
がかかるため、その間サブＯ₂ センサを停止させると、
メイン空燃比フィードバック制御への補正が行われなく
なり、したがって、空燃比の制御性が悪化し、排気エミ
ッションの悪化をもたらすこととなる。すなわち、ダブ
ルＯ₂ センサシステムのような精度の高い空燃比制御シ
ステムを十分活用することができないという問題があ
る。

【００１０】また、上述したＥＧＲ制御システム、特に
高負荷加速時に更に増量するＫ−ｂタイプＥＧＲを採用
するシステム、をも併設する内燃機関の空燃比制御装置
の場合には、図９に過渡時の空燃比およびＥＧＲ制御特
性を示すように、例えば使用燃料が軽質から重質に変化
した場合で、未だ燃料変化に伴う領域学習およびデポジ
ット学習が完了していない状態においては、スロットル
がＫ−ｂタイプのＥＧＲのＲポートにかかるような加速
が行われると、図示されているようにオーバーリーンか
らオーバーリッチへの変動が生じ（使用燃料が重質から
軽質に変化した場合は、点線図示のようにこの逆とな
る）、加速リーンにおいて多量のＥＧＲがかかり燃焼が
悪化することから、ドライバビリティの悪化をもたらす
ことになるという問題も見出された。

【００１１】そこで、本発明は、使用燃料の燃料性状が
大きく変化しても空燃比荒れが少ない内燃機関の空燃比
制御装置を提供することを目的とする。より詳細には、
本発明は、使用燃料の燃料性状が大きく変化しても空燃
比荒れを生じないように構成された空燃比フィードバッ
ク制御およびその制御条件の変動を補正するための学習
制御を併設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。

【００１２】具体的には、本発明は、ダブル空燃比セン
サシステムにおいて、燃料性状に変化があった時には、
サブ空燃比センサの作動を停止するとともに学習動作を
スピードアップし、学習が完了するとともにサブ空燃比
センサを作動許可するようにして、使用燃料の燃料性状
が大きく変化しても空燃比荒れが少ない内燃機関の空燃
比制御装置を提供することを目的とする。

【００１３】また、本発明は、燃料性状に変化があった
時に、空燃比学習が完了するまではＥＧＲ量を低減する
ようにして、使用燃料の燃料性状が大きく変化しても空
燃比荒れが少ない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。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による内燃機関の
空燃比制御装置は、機関運転状態に応じた基本燃料噴射
量を補正する空燃比フィードバック補正量を生成する空
燃比フィードバック制御手段と、空燃比フィードバック
制御における制御条件の変動に応じて燃料噴射量を補正
するための学習値を更新し、かつ、設定する学習値設定
手段と、学習値設定手段における学習値の更新が完了し
たことを判定し、かつ、機関の空燃比に影響を与える他
の制御の実行を許可する学習完了判定手段と、基本燃料
噴射量を空燃比フィードバック補正量および学習値によ
り補正して機関への適正な燃料噴射量を決定する燃料噴
射量制御手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であ
って、使用燃料の燃料性状を検出する燃料性状検出手段
と、その燃料性状検出手段により燃料性状の変化が検出
された時に、学習値設定手段において実行される学習値
の更新に要する時間を短縮するための更新時間短縮制御
手段とを更に有するように構成される。

【００１５】

【作用】上記構成によれば、空燃比フィードバック制御
における制御条件の変動を補正するための学習値を設定
するものにおいて、燃料性状検出手段および更新時間短
縮制御手段を設けて、燃料性状が大きく変化した時のみ
その学習値についての更新のスピードを大きくすること
により、学習更新をより正確に実行つつ、空燃比に影響
を与える他の制御を良好に実行させることができる。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明による内燃機関の空燃比制御
装置が適用される内燃機関の燃料噴射制御システムの一
例の概略を示す概念構成図である。１は内燃機関、２は
吸気系、３は排気系、１００は内燃機関１の燃料噴射、
点火時期、その他の各種制御を司る電子制御ユニットで
ある。内燃機関１は、燃料噴射弁１１および点火プラグ
１２を備えており、燃料噴射弁１１は電子制御ユニット
１００が各種の機関運転状態検出センサからの入力に基
づいて決定する噴射時期および噴射時間により制御さ
れ、また、点火プラグ１２は、電子制御ユニット１００
がディストリビュータ１３に結合されたクランク角セン
サ１４の検出出力を基準として、機関運転状態に応じて
決定した点火時期により、イグナイタ１５およびディス
トリビュータ１３を経て点火制御される。これらの制御
のアルゴリズムは既知のものでよく、特定のものに限定
されない。なお、１６は吸気弁、１７は排気弁、１８は
冷却水温センサである。

【００１７】吸気系２は、エアクリーナ２１、サージタ
ンク２２および吸気管２３を備えており、途中に配設さ
れたスロットルバルブ２４が図示されていないアクセル
ペダルに連動されて運転操作に応じて吸入空気量を決定
し、また、スロットルバルブ２４をバイパスするアイド
リングシステム２５が設けられ、電子制御ユニット１０
０の制御を受けてバイパス量を調整し、機関のアイドリ
ング回転数を制御する。なお、２６は吸気温センサ、２
７はスロットル開度センサ、２８は吸気管圧力センサで
ある。

【００１８】排気系３は、排気管３１および触媒コンバ
ータ３２を備えており、触媒コンバータ３２により排気
浄化を行うとともに、その上流側および下流側に設けた
メインＯ₂ センサ３３およびサブＯ₂ センサ３４により
排気中の酸素濃度をそれぞれ検出し、その検出出力を電
子制御ユニット１００において決定される燃料噴射量に
関与させることによって、機関に供給される混合気の空
燃比をフィードバック制御する。

【００１９】排気系３と吸気系２との間に排気ガス再循
環（ＥＧＲ）システム４０が設けられており、ＥＧＲ量
を決定するＥＧＲバルブ４１は流量制御弁４２を介して
電子制御ユニット１００により制御される。なお、４３
はスロットルボディに設けられているＥポートおよびＲ
ポートの負圧を切り換える切り換え弁である。また、蒸
発燃料（ベーパ）を吸気系に導入して燃焼処理するパー
ジ制御システム５０が設けられており、燃料タンク５１
からの蒸発燃料をキャニスタ５２に吸着させ、電子制御
ユニット１００の制御を受けるパージバルブ５３を介し
て所定時期および量でパージ処理される。なお、ベーパ
通路にはベーパ流量計５４および燃料タンクには燃料温
度センサ５５が設けられて、両検出出力から電子制御ユ
ニット１００が使用燃料の燃料性状を決定する。

【００２０】図２は、本発明による内燃機関の空燃比制
御装置の実施例を実現するためのソフトウェアの一例を
示すフローチャートであり、例えば上述した電子制御ユ
ニット１００内で定期的あるいは所定クランク角におい
て期間制御のメイン制御ループに割り込み処理されて実
行される。まず、ステップ１０１において、使用燃料の
燃料性状が検知される。ここでは、上述した図１におけ
るベーパ流量計５４および燃料温度センサ５５の検出出
力に基づいて燃料性状が決定される。すなわち、燃料タ
ンク内の燃料温度が低く、かつ、ベーパ流量が大きい時
は、軽質燃料であると決定し、また、燃料温度が高く、
かつ、ベーパ流量が小さい時は、重質燃料であると決定
する。それら以外は中質燃料とする。なお、燃料性状の
検知のためには、例えばＲＶＰ検知などのベーパ測定手
段や燃料タンク内圧検出手段を用いることもできる。

【００２１】次いで、ステップ１０２において、燃料性
状が機関の始動（ＩＧ−ＯＮ）前と同じか否かを判断す
る。同じ（ＹＥＳ）であれば、以前に学習した値が有効
とみて、ステップ１０５に進んでサブＯ₂ センサによる
空燃比フィードバック制御を作動させる、すなわち、サ
ブＯ₂ 作動許可とする。異なる場合（ＮＯ）は、ステッ
プ１０３において、空燃比（Ａ／Ｆ）学習のスピードア
ップのための設定を行って、空燃比学習を実行する。そ
の後、ステップ１０４において、空燃比学習が完了した
か否かを判断する。なお、学習の完了については、空燃
比学習およびデポジット学習のうち遅い方の学習が完了
したことを判定する必要があるが、ここでは空燃比学習
の完了を判定することとしている。

【００２２】学習完了を判定するための方法としては、
例えば、学習完了判定用カウンタを設けて、領域学習お
よびデポジット学習の各学習値Ｘが一定の判定時間Ｔ_j
以上の期間においてＹ％以内の変動、すなわち、判定時
間Ｔ_j を超えてＸ±Ｙ％に留まれば、完了と判断するこ
と等が考えられる。これらの学習が完了すれば（ＹＥ
Ｓ）、サブＯ₂ 作動許可とし、未完了であれば（Ｎ
Ｏ）、サブＯ₂ 作動禁止としてこれらの学習の完了を待
機する。

【００２３】図３は、本発明による内燃機関の空燃比制
御装置の実施例の動作の経時的な流れを説明するための
説明図であり、従来の装置の動作と比較して示されてい
る。機関の始動後、使用燃料の変更が検知されると、メ
インＯ₂ は条件が整えば作動するが、直ちにサブＯ₂ の
作動が停止される。そして、学習が完了するまでサブＯ
₂ の作動停止は継続されるが、本発明による装置の場合
は、学習スピードアップによる短縮期間分サブＯ₂ の作
動停止が短縮されるので、サブＯ₂ の作動停止による空
燃比荒れを少なくすることができる。

【００２４】図４は、空燃比学習のスピードアップ方法
を説明するための空燃比フィードバック補正量ＦＡＦの
タイムチャートである。空燃比学習の更新に当たって
は、空燃比フィードバック補正量ＦＡＦの平均値ＦＡＦ
ＡＶに対する学習値更新基準±Ａが設定されており、こ
の基準値を超えると空燃比学習値が更新されるようにな
っている。そこで、この空燃比学習の基準値をより小さ
い値±Ｂに変更することにより、空燃比学習のスピード
アップを図ることができる。そのための一つの手法とし
て、学習スピードアップ用のマップ（学習基準値±Ｂ）
を設けておき、燃料性状が大きく変化した時にその学習
スピードアップ用マップを用いて学習を実行し、学習が
完了すると、元の判定基準値のマップに戻すことが考え
られる。

【００２５】図５は、本発明による内燃機関の空燃比制
御装置の他の実施例を実現するためのソフトウェアの一
例を示すフローチャートであり、例えば上述した電子制
御ユニット１００内で定期的あるいは所定クランク角に
おいて期間制御のメイン制御ループに割り込み処理され
て実行される。本実施例は、燃料性状が変化した時にＫ
−ｂタイプＥＧＲのＥＧＲ量を調整するものであり、ス
テップ２０１において機関が始動（ＩＧ−ＯＮ）される
と、ステップ２０２において、燃料性状が重質および軽
質のいずれかであるか否かが判断される。否（ＮＯ）す
なわち中質燃料であれば、ステップ２０４に進んで、Ｅ
ＧＲのＲポートを導通させる、すなわち、通常のＫ−ｂ
タイプＥＧＲ動作を実行するようにする。

【００２６】使用燃料が重質および軽質のいずれかであ
る時（ＹＥＳ）は、ステップ２０３において、空燃比学
習が完了したか否かを判断する。完了しておれば（ＹＥ
Ｓ）、通常のＫ−ｂタイプＥＧＲ動作を実行するが、完
了していない期間（ＮＯ）は、ＥＧＲのＲポートをカッ
ト、すなわち、前述した図９中にハッチングにより示さ
れている高負荷加速時のＥＧＲ増量を無くして、普通の
ＨタイプＥＧＲ動作を行うようにする。

【００２７】図６は、本発明による内燃機関の空燃比制
御装置の他の実施例の動作の経時的な流れを説明するた
めの説明図である。中質燃料の場合は、機関始動あるい
は燃料変更にかかわらずＥＧＲのＲポートの負圧を導通
して通常動作させるが、重質あるいは軽質燃料の場合に
は、学習が完了するまで、ＥＧＲのＲポートの負圧をカ
ットして、ＥＧＲの高負荷増量分を低減させるようにす
る。これにより、図９に示されているような燃料性状変
化に伴う空燃比のオーバーレベルまでの変動を回避する
ことができる。

【００２８】以上説明した実施例においては、燃料性状
変更時にサブＯ₂ センサシステムおよびＥＧＲシステム
の作動を制御しているが、本発明による内燃機関の空燃
比制御装置は、燃料性状変更時の空燃比学習およびデポ
ジット学習の完了前に実行すると空燃比に影響を与える
その他の制御や処理、例えば、パージ制御の実行等に対
しても適用可能であることはいうまでもない。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による内燃
機関の空燃比制御装置によれば、空燃比フィードバック
制御における制御条件の変動を補正するための学習値、
例えば、空燃比学習値およびデポジット学習値、を設定
するものにおいて、それらの学習値について、使用燃料
の燃料性状が大きく変化した時のみ学習更新のスピード
を大きくすることにより、学習更新をより正確に実行つ
つ、空燃比に影響を与える他の制御、例えば、サブＯ₂
システムの作動、ＥＧＲの増減、パージ制御等、を良好
に実行させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内燃機関の空燃比制御装置が適用
される内燃機関の燃料噴射制御システムの一例の概略を
示す概念構成図である。

【図２】本発明による内燃機関の空燃比制御装置の実施
例を実現するためのソフトウェアの一例を示すフローチ
ャートである。

【図３】本発明による内燃機関の空燃比制御装置の実施
例の動作の経時的な流れを説明するための説明図であ
る。

【図４】空燃比学習のスピードアップ方法を説明するた
めの空燃比フィードバック補正量のタイムチャートであ
る。

【図５】本発明による内燃機関の空燃比制御装置の他の
実施例を実現するためのソフトウェアの一例を示すフロ
ーチャートである。

【図６】本発明による内燃機関の空燃比制御装置の他の
実施例の動作の経時的な流れを説明するための説明図で
ある。

【図７】過渡時の空燃比制御特性を説明するためのタイ
ムチャートである。

【図８】加速および減速が繰り返される過渡時の空燃比
制御特性を説明するためのタイムチャートである。

【図９】過渡時の空燃比およびＥＧＲ制御特性を説明す
るためのタイムチャートである。

【符号の説明】

１…内燃機関 ２…吸気系 ３…排気系 １１…燃料噴射弁 １２…点火プラグ １３…ディストリビュータ １４…クランク角センサ １５…イグナイタ １６…吸気弁 １７…排気弁 １８…冷却水温センサ ２１…エアクリーナ ２２…サージタンク２２ ２３…吸気管２３ ２４…スロットルバルブ ２５…アイドリングシステム ２６…吸気温センサ ２７…スロットル開度センサ ２８…吸気管圧力センサ ３１…排気管 ３２…触媒コンバータ ３３…メインＯ₂ センサ ３４…サブＯ₂ センサ ４０…排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム ４１…ＥＧＲバルブ ４２…流量制御弁 ４３…ＥポートおよびＲポートの負圧を切り換える切り
換え弁 ５０…パージ制御システム ５１…燃料タンク ５２…キャニスタ ５３…パージバルブ ５４…ベーパ流量計 ５５…燃料温度センサ １００…電子制御ユニット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関運転状態に応じた基本燃料噴射量を
   補正する空燃比フィードバック補正量を生成する空燃比
   フィードバック制御手段と、 空燃比フィードバック制御における制御条件の変動に応
   じて燃料噴射量を補正するための学習値を更新し、か
   つ、設定する学習値設定手段と、 上記学習値設定手段における学習値の更新が完了したこ
   とを判定し、かつ、機関の空燃比に影響を与える他の制
   御の実行を許可する学習完了判定手段と、 上記基本燃料噴射量を上記空燃比フィードバック補正量
   および上記学習値により補正して機関への適正な燃料噴
   射量を決定する燃料噴射量制御手段とを備えた内燃機関
   の空燃比制御装置であって、 使用燃料の燃料性状を検出する燃料性状検出手段と、 上記燃料性状検出手段により燃料性状の変化が検出され
   た時に、上記学習値設定手段において実行される学習値
   の更新に要する時間を短縮するための更新時間短縮制御
   手段とを更に有している内燃機関の空燃比制御装置。