JPS60212653A - エンジンの燃料供給制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明はエンジンの燃料供給制御装置に関する。

（従来技術） 一般に、エンジンの負荷状態が変化し要求出力が変化し
た際には、その要求程度に応じて応答性よくかつ運転性
を損なわないように燃料供給量を制御することが必要で
ある。

従来のエンジンの燃料供給制御装置としては、例えばエ
ンジン負荷を検出している負荷検出手段の構成の相違に
より次の（１）〜（Ｉｌｌ）の各方式が知られている。

（１）絞弁開度検出方式 この装置は、絞弁の開度を検出し全開時にＯＮ信号を出
力する絞弁開度スイッチにより、エンジンの全開近傍で
燃料を増量し混合気の空燃比をリンチ化するもので、上
記ＯＮ信号に基づき空燃比をステップ的に切り換えてい
る（昭和４６年９月、日産自動車−発行、「電子制御ガ
ソリン噴射装置整備要領書」参照）。

（ｎ）Ｄ−Ｊｅｔｒｏ方式 この装置は、例えば吸気圧センサにより吸入負圧の大き
さを検出し全開出力時に混合気を濃くして出力混合比と
するもので、吸入負圧の大きさに応じて燃料の増量程度
が変わるようになっている（出典文献については上記（
Ｉ）と同様）。

（ＩＩＩ）吸入負圧スイッチ方式 この装置は、吸入負圧スイッチを用いて全開状態を検出
し、全開時にはインジェクタの噴射パルス幅を一定値に
切り換えて出力混合比とするもので、上記（Ｉ）と同様
に空燃比がステップ的に切り換わる。

しかしながら、このような従来のエンジンの燃料供給制
御装置にあっては、（１）〜（■）の何れもアクセル操
作量を検出して混合気の空燃比を変化させる構成となっ
ていたため、アクセルのわずかな操作量により、例えば
絞弁開度スイッチや吸入負圧スイッチが０Ｎ１０ＦＦ作
動する場合があり、このような場合、空燃比が大きく変
化してエンジンのトルクが急変し運転性が損なわれると
いう問題点があった。

このような不具合は（ＩＩ）の方式の場合にはトルクの
急変程度が少ないものの、例えばアクセルを不用意に踏
み込み過ぎたとき等には運転性が損なわる。

また、近時試みられている希薄燃焼エンジン（リーンバ
ーンエンジン）にあってハ、空燃比の変化に伴うトルク
変化が顕著であり、上述した不具合が大きいものとなる
。

さらに近時エンジンの吸入混合気の空燃比を精度よく目
標値に制御するために、排気系に酸素センサを設けて空
燃比と相関関係をもつ排気中の酸素濃度に応じて燃料供
給量をフィードバソクード制御することが行われている
。また、最近では学習制御の概念を取り入れて酸素セン
サの出力に基づくフィードバック制御値を学習し、酸素
センサの出力が適切なものでないとき（例えば、始動時
）にはこの学習値を用いて空燃比をフィードフォワード
制御するような試みが行われている（特開昭５８−１２
４０３２号公報参照）。

ところで、上記学習制御は空燃比を理論空燃比に制御す
るためのもので、近時要望されている理論空燃比よりリ
ーン（希ＩＩ）な空燃比（以下、リーン空燃比という）
に制御することはできない。

そこで、リーン空燃比に限らずリッチ空燃比（理論空燃
比よりリッチ（過濃）な空燃比）に対しても学習制御を
行うものとして、本発明の出願人は先に「空燃比制御装
置」　（特願昭５８−２０６２１７号）を出願した。こ
の先願に係る装置は、理論空燃比にフィードバック制御
しているごときの第１補正係数の学習値を所定のタイミ
ング毎に書き換えて記憶するとともに、この学習値がら
空燃比をリッチあるいはリーンな目標空燃比に補正する
第２補正係数を演算し、第２補正係数に基づいて空燃比
を精度よく目標値にフィードフォワード制御している（
以下、本装置を（ＩＶ）学習制御方式という）。しかし
ながら、このような先順に係る装置にあっても、特に第
１補正係数から第２補正係数に切り換える際に空燃比が
ステップ的に変化することがあり、従来例同様の不具合
が発生するおそれがある。

（発明の目的） そこで、本発明は、エンジンの過渡状態を検出し、エン
ジンが所定の過渡状態にあるときには空燃比を速やかに
変化させ、該過渡状態にないときには空燃比を緩やかに
変化させてエンジンの要求する運転域に対応する空燃比
に移行させることにより、エンジンの出力要求を満足さ
せつつトルク変化を滑らかなものとしてエンジンの運転
性を向上させることを目的としている。

（発明の構成） 第１図は本発明を明示するための全体構成図である。

エンジンの負荷はエンジン負荷検出手段５．７．８によ
り検出されており、このエンジン負荷検出手段５．７．
８の出力に基づいて運転域設定手段がエンジンの要求す
る運転域を設定する。過渡状態判別手段はエンジン負荷
の変化量を所定基準値と比較してエンジンが所定の過渡
状態にあるか否かを判別しており、供給量演算手段は運
転状態に基づいて燃料供給量を演算している。供給量補
正手段はエンジンの要求する運転域が変化したときエン
ジンが所定の過渡状態にあれば該燃料供給量を速やかに
補正してエンジンの要求する運転域に対応する最終供給
量を算出し、所定の過渡状態になければ該燃料供給量を
緩やかに補正して最終供給量を算出する。

そして、燃料供給手段４が供給量補正手段からの信号に
より駆動されて燃料を供給することにより、エンジンの
トルクを滑らかに変化させてエンジンの要求する運転域
に移行するものである。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜７図は本発明の一実施例を示す図であり、本発明
を（ＩＶ）学習制御方式に通用した例である。

まず、構成を説明すると、第２図において、１はエンジ
ンであり、吸入空気はエアクリーナ２より吸気管３を通
して各気筒に供給され燃料は噴射信号Ｓｉに基づきイン
ジェクタ（燃料供給手段）４により噴射される。吸入空
気の流量Ｑａはエアフロメータ５により検出され、吸気
管３内の絞弁６によって制御される。絞弁６の開度Ｃｖ
は絞弁開度センサ７により検出され、エンジン１の回転
数Ｎはクランク角センサ８により検出される。また、排
気中の酸素濃度は酸素センサ９により検出され、酸素セ
ンサ９は理論空燃比においてその出力電圧Ｖｓが急変す
る。

上記エアフロメータ５、絞弁開度センサ７およびクラン
ク角センサ８はエンジン１の負荷を検出するエンジン負
荷検出手段を構成している。

これらエアフロメータ５、絞弁開度センサ７、クランク
角センサ８および酸素センサ９からの各信号はコントロ
ールユニット１０に入力されており、コントロールユニ
ット１０は運転域設定手段、過渡状態判別手段、供給量
演算手段、および供給量補正手段としての機能を有して
いる。

コントロールユニット１０は第３図に詳ｍを示すように
、ＣＰＵＩＩ、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、Ｉ１０ボート
１４および定電圧回路１５．１６により構成されている
。定電圧回路１５にはバッテリ口からの直流電源が直接
供給されており、定電圧回路１５はＲＡＭ１３に常時定
電圧（例えば、５Ｖ）を供給している。したがって、Ｒ
ＡＭ１３の記憶データはエンジン停止後も保持される。

一方、定電圧回路１６にはイグニッションスイッチ１８
を介して上記直流電源が供給されており、定電圧回路１
６はイグニッションスイッチ１８がＯＮ位置にあるとき
ＣＰＵＩＩ、ＲＯＭ１２およびＩ１０ボート１４に定電
圧を供給する。したがって、コントロールユニット１０
はイグニッションスイッチ１８がＯＮ位置になると動作
を開始する。ＣＰＵ１１はＲＯＭ１２に書き込まれてい
るプログラムに従ってＩ１０ボート１４より必要とする
外部データを取り込んだり、またＲＡＭ１３との間でデ
ータの授受を行ったりしながら演算処理し、必要に応じ
て処理したデータをＩ１０ボート】４へ出力する。Ｉ１
０ポート１４には前記各センサ５．７．８．９からの信
号が入力されるとともに、Ｉ１０ボート１４からは噴射
信号Ｓ１が出力される。ＲＯＭ１２はＣＰＵＩＩにおけ
る演算プログラムを格納しており、ＲＡＭ１３は演算に
使用するデータをマツプ等の形で記憶している。

次に、作用を説明する。

一般に、エンジンの要求出力が変化したときその要求出
力を満たすように空燃比の制御が行われるが、このとき
要求出力に速やかに移行０ させることと、トルクの急変を伴わないように移行させ
ることの２点を考慮する必要がある。

ところが、これら両者は相反する性質があり、運転性を
全く損なわずに両者の要求を満たすことは困難である。

そして、従来や先願では出力要求の程度に拘らず前者の
要求に重点をおいており、トルクの急変が発生していた
。

そこで、本実施例では、エンジンが出力の急変する過渡
状態にないときには上述した後者の要求に重点をおけば
トルクの急変がさけられるという点に着目して、エンジ
ン負荷の変化量から所定の過渡状態を判別し、過渡状態
にあれば前者の要求に重点をおいて要求出力に速やかに
移行させ、過渡状態になければ後者の要求に重点をおい
てトルクの急変を避けることで運転性を向上させている
。

第４．５図はＲＯＭ２２に書き込まれている空燃比制御
のプログラムを示すフローチャートであり、図中Ｐ、〜
Ｐ努はフローチャートの各ステップを示している。

１ 第４図は空燃比制御のメインルーチンを示すフローチャ
ートであり、このルーチンは１０ｍ５毎に１変臭行され
る。まず、Ｐ、で基本噴射Ｔｐを次式■に従って演算す
る。

Ｔ　ｐ　＝　Ｋ−Ｑ　ａ　／Ｎ−−−−−−■但し、Ｋ
：定数 次いで、次式〇に従って最終噴射量Ｔｉを決定する。

Ｔ　Ｌ　＝ＴｐＸＣＯＥＦＸα＋Ｔｓ−−−−−−００
式中、Ｃ０ＥＦは各種増量係数であり、例えば冷却水温
や吸気温度等に基づいて基本噴射量Ｔｐを各種増量補正
するものである。また、αは後述するサブルーチンで演
算されるフィードバンク制御時の空燃比補正係数（以下
、第１補正係数という）であり、フィードフォワード制
御時にはこのαに代えて第２補正係数βが用いられる。

なお、Ｔｓはインジェクタ４の応答遅れ（むだ時間）を
補正するための係数である。

したがって、インジェクタ４からは最終噴射量Ｔｉの燃
料が吸気管３内に噴射され、後述する２ ように吸入混合気の空燃比が常に目標値に制御される。

第５図は、第１、第２補正係数α、βを演算する号ブル
ーチンを示すフローチャートであり、このルーチンはエ
ンジン１回転毎に１変臭行される。

ＰＩ＋でフィードバック条件が成立しているか否かを判
別し、成立しているときにはＰＩ２に進み、成立してい
ないときにはＰ、３に進む。フィードバック条件成立の
判別はエンジン回転数Ｎ、基本噴射量’ｒｐおよび絞弁
開度Ｃｖ等に基づいて行い、例えば制御領域は次のよう
に区分される。

λ、領領域：理論空燃比にフィードバック制御する領域 ＦＦ、領域：リーン空燃比にフィードフォワード制御す
る領域。

ＦＦ２領域：リッチ空燃比にフィードフォワード制御す
る領域。

なお、暖機前や始動直後等ではλ、領領域３ あってもＦＦ２領域の制御を行う。したがって、上記ス
テップＰＩＩでエンジン１がλ、領領域あればＰＩ２に
進み、なければＰＩ３に進む。

ここで、最初にフィードバンク条件が成立している場合
について説明する。この場合、まずＰＩ２で酸素センサ
出力Ｖｓを比較基準値Ｓ／Ｌ（Ｓ／Ｉ、？出力Ｖｓが理
論空燃比で急変するときの上限と下限の中間の値）と比
較し、Ｖｓ＜Ｓ／Ｌのときは理論空燃比よりリーンであ
ると判断してＰ、４で空燃比を理論空燃比に補正する第
１補正係数αの値を増加させる。一方、Ｖｓ＞Ｓ／Ｌの
ときは理論空燃比よりリッチであると判断して、ＰＩ５
で第１補正係数αの値を減少させる。なお、第１補正係
数αの増減はＰＩ（比例積分）制御により行う。これに
より、第１補正係数αの値が運転状態に応じて適切に補
正され、空燃比が精度よく理論空燃比に制御される。次
いで、Ｐｅ６でフラグＦＡＦを立ててＰ１’ｌに進む。

このフラグＦＡＦは現制御がフィードバック制御である
かフィードフォワード制御４ であるかの区別を表示するためのもので、立っている（
ＦＡＦ＝１）ときにはフィードバンク制御にある（これ
はフィードフォワード制御に完全に移行する直前まで含
む）ことを、降りている（ＦＡＦ＝Ｏ）ときにはフィー
ドフォワード制御にあることを表す。

Ｐｌ７では学習条件が満たされているか否かを判断する
。学習条件は、例えばエンジンの急加速時等の過渡状態
にないとき満たされる。このような過渡状態では空燃比
が急激に変化しており、学習に通さないからである。学
習条件を満たしているときには、Ｐｌ８で第１補正係数
αの値をそのときの運転状態に対応するものとして学習
し、該運転状態に対応する領域の学習値を書き換える。

この領域は、λ、領領域おいて回転数Ｎと基本噴射量Ｔ
ｐに基づいて割り当てられている（例えば、アドレス指
定して割り当てる）ものである。この書き換えにより、
学習値の時間経過に伴うばらつきを適切に補正してデー
タとしての償却性を高める。例えば、高地５ から低地への下り坂走行時に大気圧の変化により空気密
度が変化したような場合、すなわち運転条件が大きく変
化したような場合であっても、上記書き換えにより対応
する領域の学習値が常に最適値に維持される。学習値の
書き換えが終了すると、ＰＩＱで今回の基本噴射ＩＴｐ
を旧基本噴射量Ｔｐｏとしてリターンする。また、Ｐｌ
りで学習条件を満たしていないときにはステップＰ１９
の処理を行わずＰｌｑに進みリターンする。

次に、最初のステップｐＨでフィードバック条件が成立
していないと判別した場合について説明する。まず、Ｐ
ｌ、で第１補正係数αの学習値に基づいて空燃比を目標
空燃比（例えば、所定のリーン空燃比）に補正する第２
補正係数βを演算する。第２補正係数βは、例えば運転
状態に対応する領域の学習値を読み出すとともに、この
学習値をスライド（定数倍して値を変える）させて、あ
るいは複数の学習値を基に補間計算を行う等によりめる
。次いで、Ｐ２ＯでフラグＦＡＦを判別しＦＡＦ＝１の
ときには過６ 波状態判別フローＫＨＦに移行し、ＦＡＦ−０のときに
はフィードフォワード制御のフロー（以下、フィードフ
ォワードフローという）ＦＦＦに移行する。

最初に過渡状態判別フローＫ　ＨＦを説明する。

まず、Ｐｉｔで今回の基本噴射量’ｒｐと前回（すなわ
ち、前回のフロー）の基本噴射量ＴＰＯとの差ΔＴｐ（
ΔＴｐ＝　ＩＴｐ−Ｔｐ　ｏ　ｌ）を演算する。この差
ΔＴｐは１回転毎におけるエンジン負荷の変化量を表し
ている。次いで、Ｐ、　、　Ｐ、、の各ステップでＴｐ
をそれぞれ基準値１．５　＋ｕ、３ＩＩＩ８と比較し、
さらにｐｌ＋　〜Ｐｚらの各ステップでΔＴｐをそれぞ
れ基準値０．３　ｍｓ、０．５ｍｓ、０．７鴫と比較し
てエンジン１が所定の過度状態にあるか否かを判別する
。この判別は次の第２表に示すように行い、第２表中符
号Ａは過渡状態にあることを、Ｂはないことをそれぞれ
示している。

７ 第２表 「 − ［ ここで、過渡状態（Ａ状態）とは、エンジン負荷の急変
に対してエンジン１の出力が急激に変化している状態を
いい、この状態では要求出力を速やかに満たすように空
燃比を直ちに変化させるのが望ましい。一方、過渡状態
にないとき（Ｂ状態のとき）には、要求出力を速やかに
満たすことよりもトルクの急変を避ける方が運転性の向
上に寄与する。そこで、過渡状態のときはフィードフォ
ワードフローＦＦＦに移行して空燃比を速やかに変化さ
せ、過渡状態にな８ いときは係数値可変フローＫＫＦに移行して、空燃比を
緩やかに変化させる。

すなわち、フィードフォワードフローＦＦＦでは、まず
Ｐλ７で第１補正係数αを第２補正係数βに置き換える
。したがって、メインルーチンでは、この第２補正係数
βに基づいて空燃比がエンジン１の要求する運転域に対
応する空燃比（目標空燃比）となるようにフィードフォ
ワード制御される。言い換えれば、空燃比をステップ的
に変化させてエンジン１の要求する運転域に直ちに移行
させる。したがって、エンジン１の要求出力を速やかに
満たし運転性を向上させることができる。次いで、Ｐλ
９でフラグＦＡＦを降ろしてＰＩＱに進む。

一方、係数値可変フローＫＫＦでは、まずＰ２Ａで第１
、第２補正係数α、βの値を互いに比較し、α≦βのと
きはＰ２Ｏでα＝α＋ＩＲの演算を行って第１補正係数
αの値を所定の積分（Ｉ）制御（ＩＲはその傾きを表す
）により緩やかに大きくする。次いで、Ｐ引で再び第１
、９ 第２補正係数α、βΦ値を互いに比較し、α≦βのとき
はＰ＋’ｌに進み、α〉βのときはＰ３２でフラグＦＡ
Ｆを降ろしてＰ＋ｑに進む。したがって、Ｐａｌでα≦
βのときにはこのサブルーチンが実行される度にαの値
がＩＲ分だけ大きくなり空燃比が緩やかに変化すること
になる。

また、上記ステップＰλ９でα〉βのときはＰ３３でα
−α−ＩＬの演算を行って第１補正係数αの値を所定の
積分（Ｉ）制御（ｒＬはその傾きを表す）により緩やか
に小さくする。次いでＰ３＋で第１、第２補正係数α、
βの値を互いに比較し、α≧βのときはＰＩ３に進み、
αくβのときはＰＩＺに進む。したがって、Ｐ３牛でα
≧βのときにはこのサブルーチンが実行される度にαの
値がＩＬ分だけ小さくなり空燃比が緩やかに変化するこ
とになる。このように過渡状態にないときには第１補正
係数αの値を緩やかに変化させて第２補正係数βに置き
換える。したがって、トルクの急変を避けることができ
、運転性を向上させることができる。

０ 第６．７図は空燃比制御のタイミングチャートであり、
第６図は過渡状態にないとき、第７図は過渡状態にある
ときをそれぞれ示している。

最初に過渡状態にない場合について説明する。タイミン
グｔ、でエンジン１の要求する運転域が変化しλ１領域
から、例えばＦＦ、領域への移行が開始されると、第６
図（ａｌに示すように第１補正係数αの値が緩やかに減
少してタイミングｔ２で第２補正係数βの値と等しくな
る。

これにより、空燃比が第６図（ｂｌに示すようにλ＝１
の状態から緩やかに変化してタイミングｔ２にやや遅れ
たタイミングで所定のリーン空燃比に移行する。したが
って、第６図（Ｃ１に示すようにトルクを緩やかに小さ
くすることができ、運転性を向上させることができる。

次に、過渡状態（特に加速状態）にある場合について説
明する。タイミングｔ３で加速操作が行われると、第７
図（ａｌに示すように基本噴射量Ｔｐが大き（なり、ま
た同図伽）に示すよう１ に差ΔＴｐがステップ的に変化する。このとき、後述す
るタイミングｔλで過渡状態と判別されるまでの間（１
３〜ｔ−４）は第１補正係数αの値が緩やかに減少して
いるが、このような加速時にあっては吸入空気量Ｑａが
急激に大きくなっており第７図（ｄ）に示すようにトル
クは次第に大きくなる。すなわち、トルクの上昇程度が
少ない程度であり、例えば運転者がそれに対して性能の
低下を感じることはない。しかしながら、このときいつ
までも第１補正係数αの値が緩やかに変化していると、
例えば希薄燃焼が要求される運転域に移行している場合
にあってはλ＝１の状態が継続されることから運転性は
良好であるが、排気エミッション（例えば、Ｎ０ｘ）の
増加やノンキングの発生という不具合が起こり得る。そ
こで、タイミングｔ′４で、例えばΔ’ｒｐの値が０．
５ｍｓを超えて過渡状態と判別されると、第７図（ｃｌ
に示すように第１補正係数αから第２補正係数βに直ち
に切り換えられる。これにより、空燃比がステップ的に
変化して第７２ 図＋ｄ＋に示すようにトルクが上昇し加速要求を満たす
ことができる。また、このような空燃比の変化により上
述した不具合を抑制することができる。そして、このよ
うな空燃比制御は特に希薄燃焼エンジンに通用すると、
その効果が極めて大きいものとなる。なお、本実施例で
は過渡状態の判別に基本噴射量を用いているが、これに
限らず、例えば吸入空気量や吸入負圧を用いるようにし
てもよい。

また、本発明は（ＩＶ）学習制御方式への通用に限らず
、前述した（Ｉ）〜（Ｉ［［）の各方式にも勿論通用す
ることができる。そして、その場合には、例えば不用意
なアクセルペダルの踏み込み過ぎ等によるトルクの急変
を避けることができる。

（効果） 本発明によれば、エンジンのトルクを滑らかに変化させ
てエンジンの要求する運転域に移行させることができ、
出力要求を満足させつつエンジンの運転性を向上させる
ことができる。

３

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体構成図、第２〜７図は本発明の一
実施例を示す図であり、第２図はその概略構成図、第３
図はそのコントロールユニットの回路構成図、第４図は
その空燃比制御のメインルーチンを示すフローチャート
、第５図はその第１、第２補正係数を演算するサブルー
チンを示すフローチャート、第６図ｆａｌ〜＋ｃ＋はそ
の作用を説明するためのタイミングチャート、第７図（
ａｌ〜＋ｄｌはその作用を説明するためのタイミングチ
ャートである。 １−一一一一一エンジン、 ４−一−−燃料供給手段、 ５．７．８−　・エンジン負荷検出手段、１０−−−−
−コントロールユニット（運ｋ［設定手段、過渡状態判
別手段、供給量演 算手段、供給量補正手段）。 代理人弁理士　有我軍一部 ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）エンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段と
   、 ｂ）エンジン負荷検出手段の出力に基づいてエンジンの
   要求する運転域を設定する運転域設定手段と、 Ｃ）エンジン負荷の変化量を所定基準値と比較してエン
   ジンが所定の過渡状態にあるか否かを判別する過渡状態
   判別手段と、 ｄ）運転状態に基づいて燃料供給量を演算する供給量演
   算手段と、 ｅ）エンジンの要求する運転域が変化したときエンジン
   が所定の過渡状態にあれば該燃料供給量を速やかに補正
   してエンジンの要求する運転域に対応する最終供給量を
   算出し、所定の過渡状態になければ該燃料供給量を緩や
   かに補正して最終供給量を算出する供給量補正手段と、 ｆ）供給量補正手段からの信号により駆動されて燃料を
   供給する燃料供給手段と、 を備えたことを特徴とするエンジンの燃料供給制御装置
   。