JPH0749046A

JPH0749046A - エンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH0749046A
Application number: JP11462194A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Matsuura; 正彦松浦; Tadashi Kaneko; 忠志金子; Tadayoshi Kaide; 忠良甲斐出; Makoto Hotate; 誠保立
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1994-04-28
Publication date: 1995-02-21

Abstract

(57)【要約】【目的】運転領域の変更に伴う空燃比の切換を、運転
者の要求にあったものとして、空燃比切換時における運
転性を向上させる。【構成】コントロ−ルユニット１９は、フィ−ドバッ
ク運転領域Ｂからリッチ運転領域Ｃへの移行を検出した
とき、リ−ン運転領域Ａからフィ−ドバック運転領域Ｂ
への移行の場合に比して、空燃比変化率を大きくし、こ
れにより、リ−ン運転領域Ａからフィ−ドバック運転領
域Ｂへの移行時に、トルク変動を感じられない程度に小
さくし、フィ−ドバック運転領域Ｂからリッチ運転領域
Ｃへの移行時には、トルク変動を積極的に利用し、その
トルク変動を、運転者の予期するエンジンの運転態様に
変化したことを明確に知らせるために用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの空燃比制御
装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】エンジン、特に電子燃料噴射式エンジンに
あっては、少なくともエンジン負荷をパラメ−タとして
含むエンジンの運転状態に応じて、小さい空燃比での運
転領域と大きい空燃比での運転領域とに区分するように
したものがある。すなわち、例えばエンジン負荷とエン
ジン回転数とをパラメ−タとして、二次空燃比センサか
らのフィ−ドバックを行いつつ理論空燃比で運転を行う
フィ−ドバック運転領域と、このフィ−ドバック運転領
域よりも低負荷、低回転領域で、理論空燃比よりも大き
い空燃比で運転を行うリ−ン運転領域と、に区分するよ
うにしたものである（特開昭５８−７２６３１号公報参
照）。さらに近時、上記場合に、フィ−ドバック運転領
域よりも高負荷において、理論空燃比よりも小さい空燃
比で運転を行うリッチ運転領域を加えたものが提案され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなものにあっ
ては、エンジンの運転状態に応じて、すなわちフィ−ド
バック運転領域かリ−ン運転領域かリッチ運転領域かに
よって、対応する運転領域に応じた空燃比とする必要が
あるが、この空燃比切換を単に一定の変化率としたので
は、運転者の予期しないトルク変動が生じて、円滑な運
転が損なわれてしまう場合がある。

【０００４】本発明は以上のような事情を勘案してなさ
れたもので、運転領域の変更に伴う空燃比切換を運転者
の要求にあったものとして、この空燃比切換時における
運転性を向上させたエンジンの空燃比制御装置を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段、作用】前述の目的を達成
するため、本発明にあっては、エンジン負荷が第１設定
値以下の時、第１の空燃比の混合気をエンジンに供給す
る第１運転領域と、エンジン負荷が前記第１設定値以上
でかつ該第１設定値よりも大きく設定される第２設定値
以下の時、前記第１の空燃比よりも小さい第２の空燃比
の混合気をエンジンに供給する第２運転領域と、エンジ
ン負荷が前記第２設定値以上の時、前記第２の空燃比よ
りも小さい第３の空燃比をエンジンに供給する第３運転
領域とにエンジン運転領域を区画したエンジンの空燃比
制御装置において、運転領域検出手段と、前記運転領域
検出手段からの出力を受け、上記運転領域間において運
転領域の移行が検出されたとき、空燃比を切換える空燃
比切換手段と、前記運転領域検出手段からの出力を受け
て、第２運転領域から第３運転領域への移行時と判断し
たときには、第１運転領域から第２運転領域への移行時
の場合に比して、空燃比の切換変化率を大きくする空燃
比切換変化率変更手段と、を備えている構成としてあ
る。

【０００６】上述の構成により、エンジン負荷の低い運
転領域間の運転領域の移行においては、空燃比の切換変
化率が小さくなることから、トルク変動をほとんど感じ
られない程度に小さくすることができる。その一方、エ
ンジン負荷の高い運転領域間の運転領域の移行において
は、空燃比の切換変化率が大きくなることから、速やか
に空燃比がリッチにされるに伴いトルク変動が生じるこ
とになり、そのトルク変動が、運転者の予期するエンジ
ンの運転態様に変化したことを明確に知らせることにな
る。このため、運転領域の変更に伴う空燃比切換を運転
者の要求にあったものとして、空燃比切換時における運
転性を向上させることができることになる。しかも、こ
のエンジン負荷の高い運転領域間の運転領域の移行にお
いては、空燃比の切換変化率が大きくされて速やかに空
燃比がリッチにされることから、吸入空気に対する燃料
遅れ等が防止されることになる。このため、ノッキング
の発生を防止できることになる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１において、エンジン本体１は、シリンダブロ
ック２とシリンダヘッド３とピストン４とにより燃焼室
５が画成され、このピストン４の往復動に応じてクラン
ク軸（図示略）が回転される往復型のものとされてい
る。この燃焼室５には吸気ポ−ト６および排気ポ−ト７
が開口され、吸気ポ−ト６は吸気弁８によりまた排気ポ
−ト７は排気弁９により、それぞれ周知のタイミングで
開口されるようになっている。前記吸気ポ−ト６には、
エアクリ−ナ１０より伸びる吸気通路１１が連なり、こ
の吸気通路１１には、エアクリ−ナ１０側より順次、エ
アフロメ−タ１２、スロットルバルブ１３、サ−ジタン
ク１４、燃料噴射弁１５が配設されている。勿論、この
サ−ジタンク１４より下流側の吸気通路１１は、各気筒
毎に独立して設けられた独立吸気通路１１ａとされて、
この独立吸気通路１１ａ毎に燃料噴射弁１５が設けられ
ている。また、排気ポ−ト７に連なる排気通路１６に
は、エンジン本体側より順次、二次空燃比センサとして
のＯ₂ センサ１７、排気ガス浄化装置（三元触媒）１８
が配設されている。

【０００８】第２図中１９は、マイクロコンピュ−タか
らなるコントロ−ルユニットで、このコントロ−ルユニ
ット１９には、各信号Ｓ₁ 〜Ｓ₇ が入力されるが、Ｓ₁
はエアフロメ−タ１２からの吸入空気量信号であり、Ｓ
₂ はスロットル開度センサ２０からのスロットル開度信
号であり、Ｓ₃ は吸気負圧センサ２１からの吸気負圧信
号であり、Ｓ₄ はＯ₂ センサ１７からの二次空燃比信号
であり、Ｓ₅ はピックアップからなるエンジン回転数セ
ンサ２２からの回転数信号であり、Ｓ₆ は水温センサ２
３からのエンジン冷却水温信号であり、Ｓ₇ はイグッシ
ョンスイッチ２４からのエンジン作動信号である。ま
た、このコントロ−ルユニット１９からは、噴射すべき
燃料量に対応した制御信号としての制御パルスが、燃料
噴射弁１５へ出力されるようになっている。

【０００９】さて次に、コントロ−ルユニット１９によ
り燃料噴射弁１５の制御すなわち空燃比制御について、
図２〜図４に示すフロ−チャ−トに基づいて説明する
が、この制御は、最も一般的な制御パルスによるデユ−
テイ制御を行うようになっている。すなわち、燃料噴射
弁１５に出力される制御パルスのパルス巾が大きい程燃
料噴射弁１５からの燃料噴射量が大きくなるように制御
されるものとなっている。また、本実施例ではエンジン
への燃料供給態様としては、図５のＡ〜Ｃに示す３つの
運転領域をとり得るようになっている。この運転領域Ａ
は、理論空燃比より大きい空燃比で運転されるいわゆる
リ−ン運転領域で、アイドル運転時を含むものである。
運転領域Ｂは、排気ガス浄化装置１８を有効に作用させ
るため二次空燃比を理論空燃比とするためのフィ−ドバ
ック制御を行うフィ−ドバック運転領域であり、上記運
転領域Ａを含んでいる。したがって、上記運転領域Ａは
所定の条件下ではフィ−ドバック運転領域となる。運転
領域Ｃは、高負荷あるいは高回転運転に対処するため、
理論空燃比より小さい空燃比で運転されるいわゆるリッ
チ運転領域である。そして、本実施例では、トルク変動
が運転性に大きな影響を与えるリ−ン運転領域Ａとフィ
−ドバック運転領域Ｂとの間での空燃比切換時に、スロ
ットル開度の変化率に対応した空燃比変化率の調整が行
われることとなっている。

【００１０】上述のことを前提として、図２〜図４のフ
ロ−チャ−トにおいて、先ず、ステップ３１でイニシャ
ライズされた後、ステップ３２で入力デ−タ（信号Ｓ₁
〜Ｓ₇ ）が読込まれて、ステップ３３で、エンジン作動
中か否かが判別される。そして、エンジンが非作動中で
あればステップ３２ヘ戻り、エンジン作動中であれば、
ステップ３４へ移行する。このステップ３４では、エン
ジン回転数とエンジン負荷とにより、基本噴射量Ｔ₁ が
演算されるが、この演算された噴射量Ｔ₁ は、図１に示
すシステムの設計基準からの理論空燃比に相当するもの
である。

【００１１】次いで、ステップ３５により、リ−ン運転
する条件、例えば冷却水温が５０℃以上となってリ−ン
運転した際にも円滑な運転が確保されるか否かが判別さ
れ、この条件が成立していないときは、ステップ３６へ
移行する。このステップ３６では、Ｏ₂ センサ１７によ
るフィ−ドバック制御が行われるフィ−ドバック運転領
域か否かが判別され、フィ−ドバック運転領域であれ
ば、後述するようにステップ３７でフィ−ドバックによ
る補正係数ＣＦを最終補正係数Ｋとしてストアすると共
に、この補正係数ＣＦに基づいて学習値ＣＦ′を更新
（学習値ＣＦ′の更新は特開昭５７−１０５５３０号公
報等で周知のため詳細は省略する）した後ステップ３８
ヘ移行し、フィ−ドバック運転領域でなければ、ステッ
プ３７を経ることなくステップ３８ヘ移行する。このス
テップ３８では、Ｏ₂ センサ１７に基づくフィ−ドバッ
ク制御による最終補正係数Ｋおよび学習値ＣＦ′を勘案
して、基本噴射量Ｔ₁ が最終噴射量Ｔに補正された後、
ステップ３９で、所定の燃料噴射タイミングになったか
否か（例えばクランク角７２０°毎の所定周期に合致し
たか否か）が判別される。そして、所定の燃料噴射タイ
ミングとなったならば、ステップ３８で補正された燃料
量に対応した制御パルスがステップ４０から出力される
ことになる。

【００１２】ここで、上記ステップ３８での学習値Ｃ
Ｆ′による噴射量補正は、ステップ３４で設定された設
計上の噴射量に対して、燃料噴射弁１５の個体差（若干
の特性差）を補正して、設計上設定した通りの燃料量が
燃料噴射弁１５から噴射されるようにするためのもので
あり、このようなステップ３８での補正を行うために必
要な学習値ＣＦ′を、Ｏ₂ センサ１７に基づくフィ−ド
バック制御中に得ると共に、この学習値ＣＦ′を常に最
新のものとするため、前記ステップ３７（後述するステ
ップ４８においても同じ）での学習値更新を行うもので
ある。

【００１３】前記ステップ３５で、リ−ン運転条件が成
立していると判別されると、ステップ４１へ移行してリ
−ン運転領域であるか否かが判別され、このステップ４
１でリ−ン運転領域ではないと判別されると、ステップ
４２へ移行して、前回の運転領域がリ−ン運転領域であ
ったのかフィ−ドバック運転領域であったのかが判別さ
れる。このステップ４２で、前回の運転領域がリ−ン運
転領域であると判別されると、このときは、リ−ン運転
領域からリッチ運転領域であるフィ−ドバック運転領域
へ移行した直後なので、ステップ４３へ移行して、ここ
でスロットル変化率が演算される。なお、このスロット
ル変化率の演算は、例えばスロットル開度の変化量を時
間で微分することにより得られる。この後は、ステップ
４４で、後述する空燃比変化率係数ＣＲをイニシャライ
ズすると共に上記スロットル変化率に応じた後述する時
定数Ａ（ｔ）が算出された後、前述したステップ３８以
降の処理がなされる。

【００１４】前記ステップ４２、４３、４４を経た後、
ステップ３２へ戻った後は、再びステップ４２を経てス
テップ４５へ移行する。このステップ４５では、Ｏ₂ セ
ンサ１７に基づくフィ−ドバック制御による理論空燃比
になっているか否か（λ＝１か否か）が判別されるが、
リ−ン運転からフィ−ドバック運転へと移行する途中で
は、λ＝１ではないのでステップ４６へ移行する。この
ステップ４６では、空燃比を変化させるための空燃比変
化率係数ＣＲが、ステップ４４で設定された時定数Ａ
（ｔ）に基づいて更新された後（ＣＲ←ＣＲ＋Ａ
（ｔ））、ステップ４７で、このＣＲに基づくリッチ補
正のための最終補正係数Ｋの演算がなされる。すなわ
ち、いままでのＫの値にＣＲが加算されて新しい最終補
正係数Ｋが得られる。この後は、ステップ３８以降の処
理を経て、上述したステップ４６、４７の処理が繰り返
し行われて、時定数Ａ（ｔ）に応じた割合で空燃比がリ
ッチになり、やがてλ＝１となる。このλ＝１となった
後は、空燃比切換えが完了したときなので、ステップ４
５からステップ４８へ移行して、このステップ４８で前
述したＯ₂ センサ１７に基づくフィ−ドバック補正係数
ＣＦを最終補正係数Ｋとしてストアすると共に学習値Ｃ
Ｆ′の更新がなされていく。

【００１５】前述の説明から明らかなように、ステップ
４２から４３、４４のル−トが、リ−ン運転領域からリ
ッチ運転領域としてのフィ−ドバック運転領域へ移行し
た直後である（スロットル変化率に応じた時定数Ａ
（ｔ）の決定）。また、ステップ４２から４５、４６、
４７のル−トが、リ−ン運転領域からフィ−ドバック運
転領域への空燃比を切換えていく（リッチ化していく）
途中段階である（時定数Ａ（ｔ）に基づく空燃比変化
率）。さらに、ステップ４２から４５、４８のル−ト
が、フィ−ドバック運転領域へ切換えられた後のもので
ある（理論空燃比での運転）。このような空燃比の変化
の様子を図６に示してあり、図中実線が、スロットル変
化率すなわち時定数Ａ（ｔ）が大きくて、空燃比が短時
間のうちにリ−ンからリッチ（理論空燃比）へと切換わ
る状態を、また図中破線が、スロットル変化率すなわち
時点数Ａ（ｔ）が小さくて、空燃比がゆっくりとリ−ン
からリッチ（理論空燃比）へと切換わる状態を示してあ
る。

【００１６】さて次に、リッチ運転領域としてのフィ−
ドバック運転領域からリ−ン運転領域へ移行する場合に
ついて説明すると、前記ステップ４１でリ−ン運転領域
であると判別されると、ステップ４９へ移行して、前回
の運転領域がリ−ン運転領域であったかフィ−ドバック
運転領域であったかが判別される。フィ−ドバック運転
領域からリ−ン運転領域へ移行した直後は、前回の運転
領域がフィ−ドバック運転領域となるので、ステップ５
０、５１で順次スロットル変化率の演算およびこの演算
されたスロットル変化率に対する時定数Ｂ（ｔ）が算出
されると共に、後述する空燃比変化率係数ＣＬのイニシ
ャライズがなされる。勿論、このステップ５０が前記ス
テップ４３に、またステップ５１が前記ステップ４４に
対応したものである。

【００１７】上記ステップ５１での処理を経た後、再び
ステップ４９へ戻ってきたときは、ステップ５２へ移行
し、空燃比変化率係数ＣＬが前記時定数Ｂ（ｔ）に基づ
いて更新された後（前記ステップ４６に対応）、ステッ
プ５３でリ−ン補正のための最終補正係数Ｋの演算がな
される（前記ステップ４７に対応）。この後、リ−ン運
転領域におけるあらかじめ定められた目標空燃比に対応
する目標補正係数ＫＴが読み出され、この読み出された
目標補正係数ＫＴがステップ５３で演算された最終補正
係数以上であるか否かが判別される。ＫＴがＫ以上でな
いときは、目標空燃比に達していないときであるので、
ステップ５６へ移行して、この最終補正係数Ｋがそのま
ま最終補正係数Ｋとして設定された後、ステップ３８以
降の処理を経る。このようにして、ステップ４９から５
２、５３、５４、５５、５６のル−トを繰り返し経るう
ちに、やがてＫＴがＫ以上となり、この後は、ステップ
５５からステップ５７へ移行して、最終補正係数ＫがＫ
Ｔの値となり、リ−ン運転領域に対応した空燃比に完全
に切換えられることになる。

【００１８】このように、ステップ４９から５０、５１
のル−トがリッチ運転領域としてのフィ−ドバック運転
領域からリ−ン運転領域へ移行したときであり、ステッ
プ４９から５２、５３、５４、５５、５６が空燃比をフ
ィ−ドバック運転領域に対応したものからリ−ン運転領
域に対応したものへと切換えていく途中であり、ステッ
プ４９から５２、５３、５４、５５、５７のル−トがリ
−ン運転領域に対応した空燃比に完全に切換わったとき
である。このような空燃比の変化の様子を図７に示して
あり、図中実線がスロットル変化率すなわち時定数Ｂ
（ｔ）が大きいときを、また図中破線が、スロットル変
化率が小さいときを示してある。

【００１９】ここで、実施例では、同じスロットル変化
率であれば、リ−ンからリッチへ移行させるのを、リッ
チからリ−ンへ移行させるときよりも速く行うようにし
てある（図６と図７とでは、実線同志が互いに同じスロ
ットル変化率を、また破線同志が同じスロットル変化率
となっている）。すなわち、リ−ンからリッチへ移行す
るときは、吸入空気に対する燃料の遅れ等により元々リ
−ン化される傾向にあるためノッキングを生じ易く、こ
のノッキングを回避するため上述のようにしてある。ま
た、スロットル変化と空燃比変化との様子をまとめて図
８に示してあり、実線同志と破線同志とが互いに対応関
係にある。

【００２０】また、実施例では、フィ−ドバック運転領
域Ｂとリッチ運転領域Ｃとの間では、上述したようなス
ロットル変化率に対応した空燃比変化率の調整というこ
とを行っていない。これは、この両運転領域Ｂ，Ｃ間で
は、むしろトルク変動を生じてエンジンの運転態様が変
化したことを明確に知り得る方がより運転者の感覚に合
ったものとなるからである。

【００２１】具体的に説明すると、フィ−ドバック運転
領域Ｂからリッチ運転領域Ｃへの移行が検出されると、
比較的大きい空燃比変化率をもって目標空燃比が変化す
ることになっており、この空燃比変化率は、前述のリ−
ン運転領域Ａからフィ−ドバック運転領域Ｂへの移行の
際の空燃比変化率よりも大きく設定されている（スロッ
トルバルブ１３の開度変化率を同一とし、その変化率を
緩やかにして比較）。これにより、リ−ン運転領域Ａか
らフィ−ドバック運転領域Ｂへの移行の際においては、
空燃比の切換変化率が小さくなることから、前述の如
く、トルク変動をほとんど感じられない程度に小さくす
ることができる一方、フィ−ドバック運転領域Ｂからリ
ッチ運転領域Ｃへの移行の際においては、空燃比の切換
変化率が大きくなることから、上述の如く、速やかに空
燃比がリッチにされるに伴いトルク変動が生じることに
なり、そのトルク変動が、運転者の予期するエンジンの
運転態様に変化したことを明確に知らせることになる。
しかも、このフィ−ドバック運転領域Ｂからリッチ運転
領域Ｃへの移行の際においては、空燃比の切換変化率が
大きくされて速やかに空燃比がリッチにされることか
ら、吸入空気に対する燃料遅れ等が防止され、これに伴
い、ノッキングの発生を防止できることになる。

【００２２】尚、上記実施例において、コントロ−ルユ
ニット１９をマイクロコンピュ−タで構成した場合は、
デジタル式あるいはアナログ式のいずれであってもよ
い。

【００２３】

【発明の効果】本発明は以上述べたことから明らかなよ
うに、運転領域の変更に伴う空燃比切換を運転者の要求
にあったものとして、空燃比切換時における運転性を向
上させることができる。しかも、エンジン負荷の高い運
転領域間の運転領域の移行において、ノッキングの発生
を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体系統図。

【図２】本発明による制御例を示すフロ−チャ−ト。

【図３】図２の続きを示すフロ−チャ−ト。

【図４】図３の続きを示すフロ−チャ−ト。

【図５】互いに異なる空燃比での運転領域の区分例を示
す図。

【図６】空燃比がリ−ンからリッチに変化する様子を示
す図。

【図７】空燃比がリッチからリ−ンに変化する様子を示
す図。

【図８】スロットル変化と空燃比の変化とを対応させて
示す図。

【符号の説明】

１エンジン本体１１吸気通路１５燃料噴射弁１９コントロ−ルユニットＡリ−ン運転領域Ｂフィ−ドバック運転領域Ｃリッチ運転領域

フロントページの続き (72)発明者保立誠広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジン負荷が第１設定値以下の時、第
１の空燃比の混合気をエンジンに供給する第１運転領域
と、エンジン負荷が前記第１設定値以上でかつ該第１設
定値よりも大きく設定される第２設定値以下の時、前記
第１の空燃比よりも小さい第２の空燃比の混合気をエン
ジンに供給する第２運転領域と、エンジン負荷が前記第
２設定値以上の時、前記第２の空燃比よりも小さい第３
の空燃比をエンジンに供給する第３運転領域とにエンジ
ン運転領域を区画したエンジンの空燃比制御装置におい
て、運転領域検出手段と、前記運転領域検出手段からの出力を受け、上記運転領域
間において運転領域の移行が検出されたとき、空燃比を
切換える空燃比切換手段と、前記運転領域検出手段からの出力を受けて、第２運転領
域から第３運転領域への移行時と判断したときには、第
１運転領域から第２運転領域への移行時の場合に比し
て、空燃比の切換変化率を大きくする空燃比切換変化率
変更手段と、を備えていることを特徴とするエンジンの
空燃比制御装置。