JPH08312405A - 空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 自動車用エンジンの空燃比制御装置に関し、
空燃比フィードバック制御のクランプ時に、燃料蒸気回
収装置から燃料蒸気のパージ量にかかわらず、適正空燃
比が得られる装置を提供する。 【構成】 燃料タンクで発生した燃料蒸気を一時的に回
収する燃料蒸気回収手段と、回収した燃料を動作中のエ
ンジンへパージする回収燃料パージ手段と、空燃比セン
サの出力に応じて供給する混合を制御する空燃比フィー
ドバック制御補正係数算出手段と、エンジンの運転状態
に応じてこの制御補正係数を予め設定した値に固定する
クランプ手段とを備え、パージしている気体内の燃料重
量又は濃度を推定するパージ濃度推定手段を備え、この
推定結果に応じてフィードバック制御補正係数の固定値
を算出し、この固定値を回収燃料の有無の影響を受けな
いように設定する。 【効果】 クランプ後の空燃比が適切な値となり、無用
な空燃比の変動を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンに供給される
混合気の空燃比を制御する空燃比フィードバック制御装
置に関し、特に、エンジンの高負荷、高回転時に空燃比
フィードバック制御をクランプする空燃比制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ガソリンエンジンにおいて、良好な燃焼
状態を保つために空気量と供給燃料との比、いわゆる空
燃比を理論空燃比１４．７前後の重量比に保持する事は
一般におこなわれている。該ガソリンエンジンにおいて
は、Ｏ2センサの出力に応じて、エンジンへの供給燃料
を増加減して、Ｏ2センサの出力が所定の周期でＲｉｃ
ｈ（Ｈｉｇｈ）とＬｅａｎ（Ｌｏｗ）に変動するよう制
御され、空気過剰率をλ＝１となるように、いわゆる、
空燃比フィードバック制御が行われている。

【０００３】また、高負荷、高回転の領域では、エンジ
ンの高出力が要求されるため、要求混合比が理論混合比
よりも濃い状態とするのが一般的である。そして、この
場合には空燃比フィードバック制御を停止し、いわゆる
クランプを行い、空燃比を濃い状態とするために混合比
補正係数ＫＭＲで定めた値だけ燃料を増量している。図
１は、前記従来のエンジンの空燃比フィードバック制御
の制御フローを示したものである。該制御フローにおい
て、ステップ１０００でクランプ条件成立の判定をし、
不成立の場合は、ステップ１００１に進み、該ステップ
１００１でＯ２センサの出力がＲＩＣＨであるかＬＥＡ
Ｎであるかの判定を行い、その結果を用いてステップ１
００２で空燃比補正係数を算出しフローを終了する。ス
テップ１０００においてクランプ条件成立と判定された
場合は、次にステップ１００３に進み、クランプ値をセ
ットしフローを終了する。

【０００４】また、前記エンジンにおいては、燃料タン
ク内で燃料から発生する燃料蒸気が大気中に放出される
のを防止するべく該燃料蒸気をキャニスターに一時貯
え、この貯えた蒸発燃料をエンジンの吸気系へ供給（パ
ージ）するのが一般的である。そして、このようにエン
ジンの吸気系にパージ（供給）されるパージ蒸発燃料の
量が多いと空燃比に変動が生じる。この変動に対処する
ために、パージ管を通過する空気及び蒸発燃料の混合気
の流量を算出し、この算出に基づいて蒸気燃料の濃度、
体積流量を算出すると共に、エンジンの運転状態に応じ
てエンジンの吸気系への蒸発燃料（パージ量）を制御す
るパージ量制御装置が知られている（特開平５ー３３７
３３号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来のエンジンの空燃比フィードバック制御における
クランプ制御においては、前記蒸発燃料のエンジンの吸
気系への回収手段に対する考慮がなされていないため
に、前記蒸発燃料がそのままエンジンの吸気系にパージ
されている場合において、高回転または高負荷によって
空燃比フィードバック制御がクランプされた場合、パー
ジ濃度の影響によりクランプ後の空燃比にばらつきが生
じ、排気性能、運転性が悪化する場合があった。

【０００６】図２は、蒸発燃料のエンジン吸気系へのパ
ージの有無に基づく実際の空燃比のクランプ時の空燃比
のばらつきを説明したものである。該図２から明かなよ
うにエンジンが高回転、高負荷時で混合比補正係数ＫＭ
Ｒを上げる領域に入ると、空燃比フィードバック補正係
数ＡＬＰＨＡはある一定の値にクランプされる。この時
実際の空燃比は、前記蒸発燃料がパージされていない場
合は、Ａに示すような空燃比となり、パージされている
場合は、Ｂに示すような空燃比となって、ＡとＢの差分
が空燃比エラーとして発生する。これによって、有害排
気ガスの排出および運転性の悪化を引き起こすとの問題
点があった。

【０００７】また、前記エンジンの運転状態に応じてエ
ンジンの吸気系への蒸発燃料（パージ量）を制御するパ
ージ量制御装置は、高回転、高負荷運転を含む運転状態
に応じて蒸発燃料のパージ量を制御できる点で利点があ
るが、適正な空燃比を得るために蒸発燃料のパージ量を
規制することを前提としており、パージ量の如何にかか
わらず、空燃比フィードバック制御がクランプできるも
のではなかった。

【０００８】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、燃料タンク
からの蒸発燃料を吸気系にパージするエンジンにおい
て、蒸発燃料のパージ量にかかわらず、エンジンの空燃
比フィードバック制御のクランプ時に適正空燃比が得ら
れる空燃比制御装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明に係るエンジンの空燃比制御装置は、燃料タンク
で発生した蒸発ガスを一時的に回収する燃料蒸気回収手
段と、前記燃料蒸気回収手段で回収された燃料をエンジ
ン動作中にエンジンへパージする回収燃料パージ手段
と、空燃比センサの出力に応じてエンジンに供給される
混合比を制御する空燃比フィードバック制御補正係数算
出手段と、エンジンの運転状態に応じて前記フィードバ
ック制御補正係数を予め設定した値に固定するクランプ
手段とを備え、前記回収燃料パージ手段でパージされて
いる気体内の燃料重量又は濃度を推定するパージ濃度推
定手段を備え、前記パージ濃度推定結果に応じて前記ク
ランプ手段におけるフィードバック制御補正係数の固定
値を算出し、前記クランプ手段の前記固定値を、前記回
収燃料の有無の影響を受けないように設定することを特
徴としている。

【００１０】また、前記エンジンの空燃比制御装置は、
回収燃料パ−ジ手段によりパ−ジされている気体の量の
エンジンへの吸入空気量に対する割合を算出するパ−ジ
率算出手段を備え、前記パ−ジ率算出手段の算出結果と
空燃比フィードバック制御補正係数に応じてパ−ジ濃度
を推定することを特徴とし、前記回収燃料パ−ジ手段に
よるパ−ジ量をエンジン始動後から一定時間毎に積算す
る積算パ−ジ量算出手段を設け、前記積算パ−ジ量算出
手段の算出結果に応じてパ−ジ濃度を推定することを特
徴としている。

【００１１】

【作用】前記の如く構成された本発明に係るエンジンの
空燃比制御装置は、エンジンの運転状態、即ち、エンジ
ンが高回転、高負荷領域等の条件を満たしているかどう
かによりクランプ条件の成立の判定をし、クランプ条件
の成立と判定された場合は、回収蒸発燃料がエンジン本
体内にパージされているか否かの判定をし、パージして
いる場合は別途推定されたパージ濃度推定結果に基づき
クランプ値（フイードバック制御補正係数の固定値）を
算出し、設定する。パージなしと判定された場合は、ク
ランプ値を空燃比フィードバック制御の基準値（１００
％）に設定する。クランプ値は、パ−ジ濃度が濃くなる
ほどクランプ値が小さくなるように設定する。

【００１２】そして、クランプ条件の判定は、エンジン
が高回転、高負荷の特定条件の領域にあるか否かによっ
て行うものであり、特定条件を満たしていれば、混合比
補正係数を基準値である１．０以上として燃料を増量
し、空燃比フィ−ドバック補正係数を前記空燃比フィー
ドバック制御算出手段により定めた値にクランプする。
また、パージ濃度推定の算出は、キャニスタからの蒸発
燃料がパ−ジ中であるかの判定を行い、パ−ジ中である
場合は空燃比フィ−ドバック補正係数が基準値の１００
％であるか否かの判定を行い、空燃比フィ−ドバック補
正係数が１００％未満である場合には、前記空燃比フィ
−ドバック補正係数の加重平均値Ｐを算出して、吸入空
気流量とキャニスタパ−ジ流量の比を算出してパ−ジ率
を算出し、前記パ−ジ率が所定パージ率値以上であれ
ば、前記空燃比フィ−ドバック補正係数の加重平均値と
前記パ−ジ率の比を算出してパ−ジ濃度推定値とする。

【００１３】このように、エンジンの高回転、高負荷時
における空燃比フィードバック制御の固定値を算出する
場合に、パージ濃度推定結果に基づいてクランプ値を算
出するために、クランプ後の空燃比が適切な値となる。

【００１４】

【実施例】以下、添付の図を参照して本発明のエンジン
の空燃比制御装置の一実施例を説明する。図３は、本発
明の一実施例である自動車用エンジンの電子制御燃料噴
射装置である。図３において、１はエンジン、２はエア
クリーナ、３は空気入り口部、４は吸気ダクト、５はス
ロットルボディ、６は絞り弁、７は吸気流量計測用の空
気流量計（ＡＦＭ）、８はスロットルセンサ、９はサー
ジタンク、１０は補助空気バルブ（ＩＳＣバルブ）、１
１はインテークマニホールド、１２は燃料噴射弁（イン
ジェクタ）、１３は燃料タンク、２６は燃料ポンプ、１
４は燃料ダンパ１５は燃料フィルタ、１６は燃料調圧弁
（プレッシャレギレータ）、１７はカム角センサ１８は
点火コイル、１９はイグナイタ、２０は水温センサ、２
１は排気マニホールド、２２は酸素センサ、２３は前触
媒、２４は主触媒、２５はマフラ−、３０はコントロー
ルユニットである。

【００１５】吸入空気は、エアクリーナ２の入り口部３
から入り、吸入空気を検出する空気流量計７、空気流量
を制御する絞り弁６を通りサージタンク９に入る。ここ
で空気は、エンジン１の各シリンダに直通するインテー
クマニホールド１１により分配され、エンジン１のシリ
ンダ内に入る。この時、空気流量計７からは、吸入空気
量を検出した信号が出力され、コントロールユニット３
０に入力される。

【００１６】一方、燃料は、燃料タンク１３から燃料ポ
ンプ２６で吸引、加圧され、燃料ダンパ１４、燃料フィ
ルタ１５を通り、インテークマニホールド１１に設けら
れた燃料噴射弁１２に供給され、コントロールユニット
３０からの噴射信号に応じて燃料が噴射される。この
時、燃料噴射弁１２に作用する燃料圧力は、燃料調圧弁
１６で調圧されるが、このため、燃料調圧弁１６はイン
テークマニホールド１１の負圧を導入して、燃料圧力と
インテークマニホールド１１内の圧力差を常時一定に保
持する働きをする。

【００１７】また、スロットルボディ５には絞り弁の開
度を検出するスロットルセンサ８が取り付けられてお
り、絞り弁開度を表わす信号がコントロールユニット３
０に入力される。同様に、絞り弁６をバイパスしてＩＳ
Ｃバルブ１０が装着され、コントロールユニット３０か
らの信号により、絞り弁６をバイパスして空気量を制御
することで、アイドル回転数を一定に保つべく作用す
る。

【００１８】更に、エンジン回転数の検出、燃料噴射時
期、及び、点火時期を制御するための基準信号が、カム
角センサ１７より出力され、コントロールユニット３０
に入力される。エンジン１の温度は、水温センサ２０に
よって検出され、コントロールユニット３０に入力され
る。前記燃料タンク１３には、圧力センサ５１と温度セ
ンサ５２が装着され、それぞれ燃料タンク１３内の圧力
と温度を検出し、コントロールユニット３０に信号を送
る。

【００１９】コントロールユニット３０は、前記したエ
ンジンの状態信号（空気流量計７、スロットルセンサ
８、カム角センサ１７、水温センサ２０等の出力信号）
に応じて最適燃料量を演算し、燃料噴射弁１２を駆動
し、エンジン１へ燃料を供給する。同様に点火時期につ
いても、前記コントロールユニット３０がらの信号によ
りイグナイタ１９への通電がなされ、点火コイル１８を
通して、点火が行なわれる。

【００２０】図４は、本発明の一実施例におけるコント
ロールユニット３０の内部構成を示したもので、ＭＰＵ
１００、読み書き自由なＲＡＭ１０１、読みだし専用の
ＲＯＭ、及び、入出力を制御するＩ／ＯＬＳＩ１０３
は、それぞれ、バス１０４、１０５、１０６で連結さ
れ、データのやりとりが行なわれる。ＭＰＵ１００は、
前記エンジンの状態を示す信号を、Ｉ／ＯＬＳＩ１０３
からバス１０６を通して受取り、ＲＯＭ１０２に記憶さ
れた処理内容を、順次呼び出して、所定の計算を行なっ
た後、各アクチュエータ（インジェクタ１２、イグナイ
タ１９、補助空気バルブ１０等）への駆動信号を、再び
Ｉ／ＯＬＳＩを通して供給する。

【００２１】図５は、キャニスタパージシステムの構成
図であり、該図５を用いて燃料タンクから発生した燃料
蒸気の回収とパージのメカニズムについて説明する。エ
ンジン本体１に導かれる吸入空気は、スロットルボディ
５に内蔵された絞り弁でその吸入量が制御され、吸気管
９を通り、前記エンジン本体１へ吸入される。

【００２２】一方、燃料タンク１３で発生した燃料蒸気
は、配管４６を通り、キャニスタ４０に一時回収され
る。回収された燃料は、エンジン１の運転中に、キャニ
スタ４０に装着された新鮮空気導入口４５から導入され
た新鮮空気とともに、配管４７、キャニスタパージバル
ブ４１、配管４８を経由して吸気管９に導かれ、エンジ
ン１に吸入されて燃焼されるものであって、エンジンの
外部への排出が抑制されている。

【００２３】前記キャニスタパージバルブ４１は、パー
ジ流量をコントロールユニット３０で制御可能とする事
を目的として装着されている。また、前記キャニスタパ
ージバルブ４１の特性は、図３に示す通り、駆動信号０
でも漏れ空気が発生するため、パージカットバルブ４４
により、漏れ空気を遮断する構成を取っている。前記パ
ージカットバルブには、配管５０、パージカットソレノ
イド４３、配管４９が接続され、吸気管９の負圧をパー
ジカットソレノイド４３のＯＮ，ＯＦＦにより、パージ
カットバルブ４４に導入し動作させる構成となってい
る。

【００２４】図６は、空燃比フィードバックにおけるク
ランプ値算出の制御フローを示したものである。始め
に、ステップ１１００において、エンジンの運転状態、
即ち、エンジンが高回転、高負荷領域等の条件を満たし
ているかどうかによりクランプ条件の成立の判定をし、
不成立の場合は、ステップ１１０１に進み、該ステップ
１１０１でＯ２センサの出力がＲＩＣＨであるかＬＥＡ
Ｎであるかの判定を行う。その結果に基づいてステップ
１１０２で、空燃比フィ−ドバック補正係数を算出しフ
ローを終了する。

【００２５】前記ステップ１１００においてクランプ条
件の成立と判定された場合は、ステップ１１０３に進
み、該ステップ１１０３において回収燃料をエンジン本
体１内にパージしているか否かの判定を行う。パージし
ている場合はステップ１１０４に進み、該ステップ１１
０４において別途推定されたパージ濃度推定結果に基づ
きクランプ値（フイードバック制御補正係数の固定値）
を算出してステップ１１０５に進む。該ステップ１１０
５においてクランプ値をセットしフローを終了する。

【００２６】前記ステップ１１０３においてパージなし
と判定された場合は、そのままステップ１１０５におい
てクランプ値を空燃比フィードバック制御の基準値（１
００％）にセットしフローを終了する。また、クランプ
値の特性としては、図７に示すようにパ−ジ濃度が濃く
なるほどクランプ値が小さくなるように設定する。次
に、クランプ判定手段について説明する。クランプ判定
手段は、高回転、高負荷領域において空燃比フィードバ
ック制御を中止し、固定値（フイードバック制御補正係
数値）にクランプするために行う。このための制御フロ
ーは図示しないが、エンジンが高回転、高負荷領域にあ
る時は、混合比補正係数ＫＭＲを基準値である１．０以
上として燃料を増量する必要があるので空燃比フィ−ド
バック補正係数ＡＬＰＨＡを前記空燃比フィードバック
制御算出手段により定めた値にクランプする。上記以外
の場合はそのまま空燃比フィードバック制御を続行す
る。

【００２７】そして、次にパージ濃度推定の算出手段に
ついて、図８のパージ濃度推定制御フローに沿って説明
する。始めに、ステップ１２００においてキャニスタか
ら蒸発燃料がパ−ジ中であるかの判定を行い、パ−ジ中
でない場合には制御フロ−を終了する。パ−ジ中である
場合はステップ１２０１に進む。該ステップ１２０１に
おいて空燃比フィ−ドバック補正係数ＡＬＰＨＡが基準
値の１００％であるか否かの判定を行い、空燃比フィ−
ドバック補正係数ＡＬＰＨＡが１００％以上の場合には
フロ−を終了する。空燃比フィ−ドバック補正係数ＡＬ
ＰＨＡが１００％未満である場合にはステップ１２０２
に進む。

【００２８】該ステップ１２０２では前記空燃比フィ−
ドバック補正係数ＡＬＰＨＡの加重平均値ＭＡＬＰを算
出してステップ１２０３に進む、次に、ステップ１２０
３において吸入空気流量Ｑａとキャニスタパ−ジ流量Ｑ
ｅｖｐの比を算出してパ−ジ率ＰＧＲを算出し、ステッ
プ１２０４に進む。該ステップ１２０４においては、前
記パ−ジ率ＰＧＲが所定パージ率値（ＫＰＧ％）以上か
の判定を行い、所定パージ率値ＫＰＧ％以上であればス
テップ１２０５に進む。前記パ−ジ率ＰＧＲがＫＰＧ％
未満であれば制御フロ−を終了する。ステップ１２０５
では前記空燃比フィ−ドバック補正係数ＡＬＰＨＡの加
重平均値ＭＡＬＰと前記パ−ジ率ＰＧＲの比を算出しパ
−ジ濃度推定値ＧＰＧとし、制御フロ−を終了する。

【００２９】また、パ−ジ開始直後はキャニスタから多
量に燃料が脱離し、パ−ジ流量の積算値が増加するに従
って脱離量が減少する特性を利用して、パ−ジ開始から
の積算パ−ジ流量に応じてパ−ジ濃度を推定する構成と
しても良い。この制御フローを図９に示す。ステップ１
３００において、パージバルブ駆動Ｄｕｔｙに応じたパ
ージ流量Ｑｅｖｐを算出する。次にステップ１３０１に
おいて前記パージ流量Ｑｅｖｐを例えば１００（ｍｓ）
毎のように一定期間毎に積算処理を行いパージバルブ流
量積算値ＳＱｅｖｐを算出する。次に、ステップ１３０
２において、パージバルブ流量積算値ＳＱｅｖｐに応じ
た脱離量ＦＰＧをパージバルブ流量積算値ＳＱｅｖｐと
脱離量ＦＰＧの関係により算出する。パージバルブ流量
積算値ＳＱｅｖｐと脱離量ＦＰＧの関係は予め定めた特
性を定数としてＲＯＭに保存しておき、その時の脱離量
ＦＰＧから定数テーブルに応じて定数を検索する。ステ
ップ１３０３以下については、前記図８におけるステッ
プ１２０３以下と同様の処理を行い制御フローを終了す
る。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明に係るエンジンの空燃比制御装置は、燃料タンクから
の蒸発燃料のパージ中において空燃比フィードバックが
固定値にクランプされる時、パージ濃度とクランプ直前
の制御値によりクランプ値（フイードバック制御補正係
数の固定値）が算出されるので、クランプ後の空燃比が
前記回収燃料のパージ分だけ補正される事になり空燃比
Ａ／Ｆが過リッチとなる事を防止する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例における空燃比フィードバックの制御フ
ローを示す図。

【図２】従来例におけるパージの有無に基づく空燃比の
相違を示す図。

【図３】本発明の一実施例のエンジンの電子制御燃料噴
射装置の構成図。

【図４】本発明の一実施例のエンジンの電子制御燃料噴
射装置におけるコントロールユニットの内部構成図。

【図５】本発明の一実施例のキャニスタパージシステム
構成図。

【図６】本発明の一実施例のエンジンの空燃比制御装置
のクランプ値算出の制御フロー図。

【図７】本発明の一実施例のエンジンの空燃比制御装置
のクランプ値とパージ濃度推定値との特性を示す図。

【図８】本発明の一実施例のエンジンの空燃比制御装置
のパ−ジ濃度推定値算出のフローを示す図。

【図９】本発明の他の実施例のエンジンの空燃比制御装
置のパージ濃度推定値算出のフローを示す図。

【符号の説明】

１ エンジン本体 ５ スロットルボディ ９ 吸気管 １３ 燃料タンク ４０ キャニスタ ４１ キャニスタパージバルブ ４３ パージカットソレノイド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 綿引 貴央 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料タンクで発生した蒸発ガスを一時的
   に回収する燃料蒸気回収手段と、前記燃料蒸気回収手段
   で回収された燃料をエンジン動作中にエンジンへパージ
   する回収燃料パージ手段と、空燃比センサの出力に応じ
   てエンジンに供給される混合比を制御する空燃比フィー
   ドバック制御補正係数算出手段と、エンジンの運転状態
   に応じて前記フィードバック制御補正係数を予め設定し
   た値に固定するクランプ手段とを備えたエンジンの空燃
   比制御装置において、 前記回収燃料パージ手段でパージされている気体内の燃
   料重量又は濃度を推定するパージ濃度推定手段を備え、
   前記パージ濃度推定結果に応じて前記クランプ手段にお
   けるフィードバック制御補正係数の固定値を算出するこ
   とを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
2. 【請求項２】 燃料タンクで発生した蒸発ガスを一時的
   に回収する燃料蒸気回収手段と、前記燃料蒸気回収手段
   で回収された燃料をエンジン動作中にエンジンへパージ
   する回収燃料パージ手段と、空燃比センサの出力に応じ
   てエンジンに供給される混合比を制御する空燃比フィー
   ドバック制御補正係数算出手段と、エンジンの運転状態
   に応じて前記フィードバック制御補正係数を予め設定し
   た値に固定するクランプ手段とを備えたエンジンの空燃
   比制御装置において、 前記クランプ手段のクランプ値を、前記回収燃料の有無
   の影響を受けないように設定することを特徴とするエン
   ジンの空燃比制御装置。
3. 【請求項３】 回収燃料パ−ジ手段によりパ−ジされて
   いる気体の量のエンジンへの吸入空気量に対する割合を
   算出するパ−ジ率算出手段を備え、前記パ−ジ率算出手
   段の算出結果と空燃比フィードバック制御補正係数に応
   じてパ−ジ濃度を推定することを特徴とする請求項１又
   は２に記載のエンジンの空燃比制御装置。
4. 【請求項４】 回収燃料パ−ジ手段によるパ−ジ量をエ
   ンジン始動後から一定時間毎に積算する積算パ−ジ量算
   出手段を設け、前記積算パ−ジ量算出手段の算出結果に
   応じてパ−ジ濃度を推定することを特徴とする請求項１
   又は２に記載のエンジンの空燃比制御装置。