JPH09287500A

JPH09287500A - 内燃機関の空燃比フィードバック制御装置

Info

Publication number: JPH09287500A
Application number: JP9875496A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Abe; 典之阿部; Toru Sakuma; 徹佐久間
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 1997-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】アイドル放置によって酸素センサの応答性が悪
化し、空燃比フィードバック制御による空燃比変動が大
きくなったときに、該空燃比変動に伴う回転変動を確実
に抑制する。【解決手段】アイドル運転状態（Ｓ１，Ｓ２）での空燃
比フィードバック制御中（Ｓ３）に、回転変動巾ΔＮｅ
が所定値以上になり（Ｓ５）、かつ、そのときの空燃比
フィードバック補正係数αの変動巾Δαが所定値以上で
ある場合には（Ｓ６）、回転変動を抑制するための空気
量補正を開始する。ここで、補正係数αが平均値よりも
大きいときには（Ｓ８）、補助空気量制御弁の開度を補
正係数αの変動巾Δαに応じた開度だけ減少させ（Ｓ
９）、補正係数αが平均値よりも小さいときには（Ｓ1
0）、補助空気量制御弁の開度を補正係数αの変動巾Δ
αに応じた開度だけ増大させることで（Ｓ11）、回転変
動を抑制する方向に機関の吸入空気量を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の空燃比フ
ィードバック制御装置に関し、詳しくは、アイドル運転
時における空燃比フィードバック制御による回転変動の
発生を抑止するための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、排気中の酸素濃度を介して検
出される実際の空燃比を目標空燃比に近づけるように、
機関への燃料供給量をフィードバック制御する空燃比フ
ィードバック制御装置が知られている。また、アイドル
運転時に前記空燃比フィードバック制御を実行すると、
目標空燃比を中心とする空燃比の周期的な変動によっ
て、機関回転速度の変動が発生するので、空燃比フィー
ドバック補正係数と該補正係数の平均値との偏差に応じ
て点火時期を補正して、アイドル回転速度の安定化を図
る技術が提案されている（特開昭６１−９８９７０号公
報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、機関がアイ
ドル運転状態で長時間放置されると、排気中の酸素濃度
を検出する酸素センサの温度が低下して非活性状態に近
づき、センサの応答性が悪化することがあり、かかる応
答劣化によって空燃比の変動巾が増大し、以て、回転変
動が通常よりも大きくなってしまう場合があった（図６
参照）。

【０００４】このようにして通常よりも大きな回転変動
が発生した場合には、回転変動を抑制するための点火時
期の補正角度も大きくする必要があるが、点火時期を大
きく補正すると着火安定性を損なうため、点火時期の補
正可能範囲には限界があり、前記回転変動を抑制しきれ
なくなる惧れがあった。本発明は上記問題点に鑑みなさ
れたものであり、酸素センサの応答性悪化によって大き
な回転変動が発生するようになっても、燃焼性に影響を
与えることなく、回転変動を確実に抑制できるようにす
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明は、図１に示すように構成される。図１において、
空燃比フィードバック制御手段は、空燃比検出手段で検
出される機関吸入混合気の空燃比を目標空燃比に近づけ
るように、機関への燃料供給量を補正するための空燃比
フィードバック補正係数を設定する。

【０００６】そして、燃料供給制御手段は、前記空燃比
フィードバック補正係数に基づいて機関への燃料供給量
を制御する。一方、回転変動抑制手段は、アイドル検出
手段で検出される所定のアイドル運転状態における前記
空燃比フィードバック制御手段による空燃比フィードバ
ック制御中において、機関の回転変動を抑制する方向に
機関の吸入空気量を変化させる。

【０００７】かかる構成によると、アイドル運転状態に
おいて空燃比フィードバック制御を行なっているときに
は、空燃比フィードバック制御による空燃比変動に伴っ
て回転変動が生じるが、かかる回転変動を抑制する方向
に機関の吸入空気量を変化させて、回転変動を相殺させ
る。即ち、空燃比のリッチ化方向への変化によって回転
上昇を生じさせるときに、空気量を絞ることで前記回転
上昇を抑止、また、空燃比のリーン化方向への変化によ
って回転降下を生じさせるときに、空気量を増やすとこ
で前記回転降下を抑止することが可能である。

【０００８】請求項２記載の発明では、前記回転変動抑
制手段が、機関のスロットル弁をバイパスして設けられ
た補助空気通路に介装された補助空気量制御弁の開度を
制御することで、機関の吸入空気量を変化させる構成と
した。かかる構成によると、補助空気通路を介して機関
に供給される空気量を、回転変動を抑制する方向に変化
させることで、アイドル運転時の空燃比フィードバック
制御に伴う回転変動が抑制されることになる。

【０００９】請求項３記載の発明では、前記回転変動抑
制手段が、前記空燃比フィードバック補正係数が平均値
よりも大きいときに前記補助空気量制御弁の開度を所定
開度だけ増大させ、前記空燃比フィードバック補正係数
が平均値よりも小さいときに前記補助空気量制御弁の開
度を所定開度だけ減少させる構成とした。かかる構成に
よると、空燃比フィードバック補正係数が平均値よりも
大きい状態は、目標空燃比（平均空燃比）よりもリッチ
に制御されている状態であり、また、空燃比フィードバ
ック補正係数が平均値よりも小さい状態は、目標空燃比
よりもリーンに制御されている状態であるから、リッチ
により回転が高くなることを空気量を減少させることで
抑止でき、また、リーンにより回転が低くなることを空
気量を増大させることで抑止できることになる。また、
前記平均値を基準として、ステップ的に開度を変化させ
ることで、応答良く空気量を変化させて、回転変動を効
果的に抑制できる。

【００１０】請求項４記載の発明では、前記回転変動抑
制手段が、機関回転速度の変動巾に応じて前記補助空気
量制御弁の開度を決定する構成とした。かかる構成によ
ると、回転変動巾が大きく、回転変動を抑制するために
大きく空気量を変動させる必要がある場合に、かかる要
求に見合った開度を簡便に設定することが可能となる。

【００１１】請求項５記載の発明では、前記回転変動抑
制手段が、機関回転速度の変動巾が所定値以上のときに
のみ、機関の吸入空気量を変化させる構成とした。かか
る構成によると、許容レベルを越える回転変動の発生を
抑止しつつ、回転変動が許容レベル内であるときに空気
量制御によって却って変動を大きくしてしまうことを防
止できる。即ち、空気量に制御によって回転変動を高精
度に相殺することは困難であるから、比較的制御し易い
大きな回転変動の発生時に空気量を制御して、許容レベ
ルを越える回転変動の発生を確実に抑制できるようにし
た。

【００１２】請求項６記載の発明では、前記回転変動抑
制手段が、前記空燃比フィードバック補正係数の変動巾
を前記機関回転速度の変動巾に相当するパラメータとし
て検出する構成とした。かかる構成によると、回転変動
は、空燃比の変動に伴って発生し、空燃比変動は空燃比
フィードバック補正係数の変化に伴って発生するから、
回転変動巾と共に、又は、回転変動巾の代わりに、空燃
比フィードバック補正係数の変動巾を用いる構成として
も、回転変動の抑制を図れることになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。システム構成を示す図２において、内燃機関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
び吸気マニホールド５を介して空気が吸入される。前記
吸気マニホールド５の各ブランチ部には、各気筒別に燃
料噴射弁６が設けられている。

【００１４】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からの噴射パル
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、各気筒の吸気行程にタイミング
を合わせて噴射供給する。

【００１５】機関１の各燃焼室には点火栓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、排気マニホールド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。コントロールユニット12は、ＣＰＵ，ＲＯ
Ｍ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等
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。

【００１６】前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３
中にエアフローメータ13が設けられていて、機関１の吸
入空気流量Ｑに応じた信号を出力する。また、クランク
角センサ14が設けられていて、基準ピストン位置毎の基
準角度信号ＲＥＦと、クランク角１°又は２°毎の単位
角度信号ＰＯＳとを出力する。ここで、基準角度信号Ｒ
ＥＦの周期、或いは、所定時間内における単位角度信号
ＰＯＳの発生数を計測することにより、機関回転速度Ｎ
ｅを算出できる。

【００１７】また、機関１のウォータジャケットの冷却
水温度Ｔｗを検出する水温センサ15が設けられている。
また、排気マニホールド８の集合部に空燃比検出手段と
しての酸素センサ16が設けられている。前記酸素センサ
16は、大気中の酸素濃度（基準酸素濃度）に対する排気
中の酸素濃度の比に応じた起電力を発生する公知の酸素
濃淡電池式のセンサである。

【００１８】更に、前記スロットル弁４には、該スロッ
トル弁４の全閉位置（アイドル位置）でＯＮとなるアイ
ドルスイッチ17が設けられている。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、前記燃料噴射弁６の燃料噴射量（噴射パル
ス幅）Ｔｉを、Ｔｉ←Ｔｐ×ＣＯ×α＋Ｔｓとして算出し、該燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の
噴射パルス信号を燃料噴射弁６に出力する。

【００１９】ここで、前記Ｔｐは、吸入空気流量Ｑと機
関回転速度Ｎｅとに基づいて算出される基本噴射量（基
本噴射パルス幅）であり、前記ＣＯは冷却水温度Ｔｗに
応じて燃料を増量補正するための水温増量補正係数Ｋ_TW
を含んで設定される各種補正係数である。また、前記α
（初期値＝1.0 ）は、酸素センサ16で検出される空燃比
を目標空燃比（例えば理論空燃比）に近づける方向に基
本燃料噴射量Ｔｐを補正するための空燃比フィードバッ
ク補正係数であり、前記酸素センサ16で検出される理論
空燃比に対するリッチ・リーンに基づいて例えば比例・
積分制御によって設定される。

【００２０】また、前記Ｔｓは、バッテリ電圧の変化に
よる燃料噴射弁６の無効噴射時間の変化を補正するため
の電圧補正分である。上記空燃比フィードバック補正係
数αを酸素センサ16の出力に基づいて比例・積分制御す
るコントロールユニット12の機能が、空燃比フィードバ
ック制御手段に相当し、また、前記空燃比フィードバッ
ク補正係数αで補正される燃料噴射量（噴射パルス幅）
Ｔｉに基づいて燃料噴射弁６を開駆動するコントロール
ユニット12の機能が、燃料供給制御手段に相当する。

【００２１】また、前記スロットル弁４をバイパスして
補助空気通路18が設けられると共に、該補助空気通路18
には補助空気量制御弁19が介装されており、コントロー
ルユニット12は、アイドル回転速度を目標回転速度に近
づけるように、前記補助空気量制御弁19の開度をフィー
ドバック制御する。更に、コントロールユニット12は、
アイドル運転時の空燃比フィードバック制御に伴う回転
変動を抑止すべく、図３のフローチャートに示すように
して、前記補助空気量制御弁19の開度を制御する。尚、
回転変動抑制手段としての機能は、前記図３のフローチ
ャートに示すように、コントロールユニット12が備えて
いる。

【００２２】図３のフローチャートにおいて、まず、ス
テップ１（図中ではＳ１と記してある。以下同様）で
は、アイドルスイッチ17のＯＮ・ＯＦＦを判別する。ア
イドルスイッチ17がＯＮ（スロットル弁全閉）であると
きには、ステップ２へ進み、機関回転速度Ｎｅが所定速
度以下であるか否かを判別する。ここで、アイドルスイ
ッチ17がＯＮで、かつ、機関回転速度Ｎｅが所定速度以
下であるときには、所定のアイドル運転状態であると判
断し、ステップ３へ進む。従って、前記ステップ１，２
の機能がアイドル検出手段に相当する。

【００２３】ステップ３では、前記酸素センサ16を用い
た空燃比フィードバック制御中であるか否かを判別す
る。そして、アイドル状態での空燃比フィードバック制
御中であるときには、ステップ４へ進み、フラグＦの判
別を行なう。前記フラグＦは、ステップ１でアイドルス
イッチ17がＯＦＦであると判別されたとき、ステップ２
で機関回転速度Ｎｅが所定速度を越えていると判別され
たとき、更に、ステップ３で空燃比フィードバック制御
中でないと判別されたときに、ステップ12で０がセット
されるようになっている。

【００２４】従って、ステップ４へ進んだ初回において
は、前記フラグＦは０であり、ステップ５へ進む。ステ
ップ５で、機関回転速度Ｎｅの変動巾ΔＮｅ（変動巾Δ
Ｎｅ＝Ｎｅの最大値−Ｎｅの最小値）が所定値以上であ
るか否かを判別し、所定値以上であれば、ステップ６へ
進み、空燃比フィードバック補正係数αの変動巾Δα
（変動巾Δα＝αの最大値−α最小値）が所定値以上で
あるか否かを判別する。

【００２５】そして、変動巾ΔＮｅ及び変動巾Δαが共
に所定値以上であるときには、空燃比フィードバック補
正係数αの変動巾が大きいために、許容レベルを越える
回転変動巾ΔＮｅが生じていると判断し、ステップ７へ
進み、回転変動を抑制するための制御の開始を示すべく
前記フラグＦに１をセットする。即ち、アイドル運転状
態で長時間放置されたため、酸素センサ16の温度が低下
して非活性状態に近くなり、これによって酸素濃度検出
の応答性が悪化すると、空燃比フィードバック補正係数
αの変動、即ち、空燃比変動が大きくなり、これに伴っ
て回転変動が大きくなるから、かかる現象が発生した段
階でフラグＦに１をセットさせるものである。

【００２６】フラグＦに１がセットされると、次回以降
は、ステップ４からステップ８へジャンプして進むこと
になり、ステップ８では、空燃比フィードバック補正係
数αが平均値よりも大きい状態であるか否かを判別す
る。そして、平均値よりも大きい場合には、ステップ９
へ進んで、前記補助空気量制御弁19の開度を所定開度だ
け減少させる制御を実行する。

【００２７】例えば補助空気量制御弁19の開度をデュー
ティ制御する場合には、水温に応じた基本デューティや
目標アイドル回転速度を得るためのフィードバック補正
分等からなる通常のデューティ（開時間割合）から、前
記所定開度に相当する補正分を減算することで、開度の
減少を図れる。一方、ステップ10では、空燃比フィード
バック補正係数αが平均値よりも小さい状態であるか否
かを判別する。

【００２８】そして、平均値よりも小さい場合には、ス
テップ11へ進んで、前記補助空気量制御弁19の開度を所
定開度だけ増大させる制御を実行する。例えば補助空気
量制御弁19の開度をデューティ制御する場合には、水温
に応じた基本デューティや目標アイドル回転速度を得る
ためのフィードバック補正分等からなる通常のデューテ
ィ（開時間割合）に対して、前記所定開度に相当する補
正分を加算することで、開度の増大を図れる。

【００２９】上記のように、空燃比フィードバック補正
係数αが平均値よりも大きく、空燃比のリッチ化を図っ
ている場合に、補助空気量制御弁19の開度を絞って空気
量を減らせば、リッチ化に伴う回転上昇を抑制でき、ま
た、空燃比フィードバック補正係数αが平均値よりも小
さく、空燃比のリーン化を図っている場合に、補助空気
量制御弁19の開度をより開いて空気量を増やせば、リー
ン化に伴う回転降下を抑制でき、結果的に、空燃比フィ
ードバック補正に伴って発生する回転変動を抑制するこ
とが可能となる（図４参照）。

【００３０】ここで、前記所定開度を、図５に示すよう
に、前記変動巾Δαの増大に応じてより大きくすること
が好ましく、また、ある速度で徐々に変化させていって
最終的に所定開度分の増大又は減少が得られるようにす
ることが好ましい。上記構成とすれば、空燃比フィード
バック補正係数αの変動による空燃比変動によって発生
する回転変動を、過不足のない適切な開度補正量で抑制
できることになる。

【００３１】尚、空燃比フィードバック補正係数αと該
補正係数の平均値との偏差に応じて補正開度を決定する
構成としても良い。この場合も、補正係数αが平均値よ
りも大きい（小さい）場合には、補助空気量制御弁19の
開度を前記偏差に比例する値だけ減少（増大）させれば
良い。尚、図４には、前記偏差に応じて開度を補正した
場合の例を示してある。

【００３２】また、点火時期を回転変動を抑制する方向
に変化させ、かかる点火時期補正と上記の補助空気量制
御とによって回転変動を抑制させる構成としても良い。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によると、アイドル運転状態における空燃比フィード
バック制御によって、たとえ大きな空燃比変動が発生し
ても、これに伴う回転変動の発生を充分に抑制すること
ができるという効果がある。請求項２記載の発明による
と、補助空気量を変化させることで、回転変動の発生を
簡便に抑止できるという効果がある。

【００３４】請求項３記載の発明によると、空燃比のリ
ッチ・リーン変動に対応して機関の吸入空気量を変化さ
せることができ、以て、空燃比変動による回転変動の発
生を良好に抑止できるという効果がある。請求項４記載
の発明によると、回転変動を抑止するための必要な補助
空気量の変化を過不足なく得られるという効果がある。

【００３５】請求項５記載の発明によると、吸入空気量
を変化させることによって、回転変動を許容レベル内に
抑制できるという効果がある。請求項６記載の発明によ
ると、回転変動の大きさを、空燃比フィードバック補正
係数の変化に基づき間接的に検出して、回転変動の抑止
を図れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明の構成ブロック図。

【図２】本発明の実施形態を示すシステム概略図。

【図３】回転変動を抑止するための空気量制御の様子を
示すフローチャート。

【図４】実施の形態における制御特性を示すタイムチャ
ート。

【図５】実施の形態における補助空気量制御弁の開度補
正値の特性を示す線図。

【図６】従来の問題点を説明するためのタイムチャー
ト。

【符号の説明】

１内燃機関４スロットル弁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 15 水温センサ 16 酸素センサ 17 アイドルスイッチ 18 補助空気通路 19 補助空気量制御弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関吸入混合気の空燃比を検出する空燃比
検出手段と、該空燃比検出手段で検出される空燃比を目標空燃比に近
づけるように、機関への燃料供給量を補正するための空
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
バック制御手段と、前記設定された空燃比フィードバック補正係数に基づい
て機関への燃料供給量を制御する燃料供給制御手段と、所定のアイドル運転状態を検出するアイドル検出手段
と、該アイドル検出手段で検出される所定のアイドル運転状
態における前記空燃比フィードバック制御手段による空
燃比フィードバック制御中において、機関の回転変動を
抑制する方向に機関の吸入空気量を変化させる回転変動
抑制手段と、を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の空燃比
フィードバック制御装置。
【請求項２】前記回転変動抑制手段が、機関のスロット
ル弁をバイパスして設けられた補助空気通路に介装され
た補助空気量制御弁の開度を制御することで、機関の吸
入空気量を変化させることを特徴する請求項１記載の内
燃機関の空燃比フィードバック制御装置。
【請求項３】前記回転変動抑制手段が、前記空燃比フィ
ードバック補正係数が平均値よりも大きいときに前記補
助空気量制御弁の開度を所定開度だけ増大させ、前記空
燃比フィードバック補正係数が平均値よりも小さいとき
に前記補助空気量制御弁の開度を所定開度だけ減少させ
ることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の空燃比フ
ィードバック制御装置。
【請求項４】前記回転変動抑制手段が、機関回転速度の
変動巾に応じて前記補助空気量制御弁の開度を決定する
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の空
燃比フィードバック制御装置。
【請求項５】前記回転変動抑制手段が、機関回転速度の
変動巾が所定値以上のときにのみ、機関の吸入空気量を
変化させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１
つに記載の内燃機関の空燃比フィードバック制御装置。
【請求項６】前記回転変動抑制手段が、前記空燃比フィ
ードバック補正係数の変動巾を前記機関回転速度の変動
巾に相当するパラメータとして検出することを特徴とす
る請求項４又は５に記載の内燃機関の空燃比フィードバ
ック制御装置。