JPS6111433A - 内燃機関の空燃比学習制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の空燃比学習制御方法に係り、特に、
機関負荷と機関回転数とによって定まる基本燃料噴射時
間、０．センサの出方信号に基づいて得られる空燃比フ
ィードバック補正係数、空燃比フィードバック補正係数
の平均値が所定範囲内の値になるように増減される複数
の学習値に基づいて空燃比をフィードバック制御する内
燃機関の空燃比学習制御方法に関する。

〔従来の技術〕

従来より、排ガス中の一酸化炭素、炭化水素および窒素
酸化物を同時に□浄化するために三元触媒が用いられて
おり、この三元触媒の浄化率を良好にするためＯ，セン
サにより排ガス中の残留酸素濃度を検出して空燃比を推
定し、空燃比を理論空燃比近傍に制御するフィードバッ
ク制御が行なわれている。このフィードバック制御を行
なうにあたっては、機関負荷（吸気管圧力ＰＭまたは機
関１回転当りの吸入空気量Ｑ／ＮＥ）と機関回転数とに
よって定まる基本燃料噴射時間ＴＰに、ｏｓ士ンサから
出力されかつ信号処理づれた空燃比信号に基づいて燃料
噴射時間を比例積分動作させるための第２図に示す空燃
比フィードバック補正係数ＦＡＦ’（ｒ乗算して燃料噴
射時間Ｔ　Ａ　Ｕを求め、この燃料噴射時間Ｔ　Ａ　Ｕ
に相当する時間燃料噴射弁を開弁することにより空燃比
を理論空燃比近傍に制御している。しかし、環境変化や
経時変化等により、タベットクライアンスの変化による
バルブタイミングの変化、圧力センナやエアフローメー
タの特性変化、燃料噴射弁の特性変化が生じ、燃料噴射
量をエンジンの要求燃料噴射量に制御できなくなって空
燃比を理論空燃比近傍に制御できないことがある。この
ため、空燃比学習制御を行ない、空燃比が常に理論空燃
比近傍になるように制御することが行なわれている。こ
の学習制御は、次式に示すように所定条件で学習される
学習値ＴＡｔＪＧ、ＫＧ’に用いて空燃比フィードバッ
ク補正係数の平均値ＦＡＦＡＶが所定値になるように制
御するものである。

ＴＡＵ−（ＴＰ＋ＴＡＵＧ）・ＫＧ−ＦＡＰ−Ｆ（ｔ’
）・・・（１）ただし、ＴＡＵＧは吸気絞り弁（スロッ
トル弁）がアイドル位置での学習値、ＫＧは吸気絞り弁
がアイドル位置にないときでの学習値、Ｆ（ｔ）は暖機
増量係数や始動時増量係数等の補正係数である。

また、学習値ＫＧは機関負荷によって定められており、
例えば、吸気管圧力が２００〜３００　ｔｍＩ−Ｉｇの
七きＫＧ、、３００〜４００ｍＨｇのときＫＧ、、４０
０〜５００期ＩＩｇのときＫＧ、が採用される。

これらの学習値ＴＡＵＧ、ＫＧ　（ＫＧ、、ＫＧ、、Ｋ
Ｏ，）は、空燃比フィードバック制御中でかつ機関冷却
水温が所定値（例えば、８０℃）を越えるとき補正係数
ＦＡＦが所定回スキップする毎に次の方法によって学習
ネれる。まず、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが
所定回スキップする毎に補正係数ＦＡＦの最大最小値の
相加平均値ＦＡＦＡＶ、すなわち、 を求め、平均値ＦＡＦＡＶＯ値が所定範囲（例えば、理
論空燃比の値に対して±２俤の範囲）外の値になったと
き学習によって学習値ＴＡＵＧ、ＫＧを所定値増減する
。すなわち、平均値ＦＡＦＡＶが１．０２？ｍ、ｔｉと
ＩＩＣ学習値ＴＡＵＧ、ＫＧを所定値増加させ、平均値
ＦＡＦＡＶが０．９８未満になったときに学習値ＴＡＵ
Ｇ、Ｋ（１−所定値減少させる。

そして、上記のように学習された学習値ＴＡＵＧ、に、
Ｇは、吸気絞り弁の開閉状態および吸気管圧力（または
機関１回転当りの吸入空気量）の大きさに応じて上記（
１）式に適用され、燃料噴射時間ＴＡＵが求められる。

この結果、平均値ＦＡＦＡ■が１．０２を越えるときに
は学習値が太きくされて空燃比がリッチ側に制御され、
平均値ＦＡＦＡ■が０．９８未満のときには学習値が小
さくされて空燃比がリーン側に制御され、平均値ＦＡＦ
ＡＶが１すなわち理論空燃比に近づくよう学習制御され
る。

かかる空燃比学習制御方法によれば、例えば燃料噴射弁
の燃料噴射量が製造誤差等によって燃料噴射信号に対し
て少な目に噴射されるように製造されていれば、空燃比
フィードバック補正係数の平均値ＦＡＦＡＶが大きくな
り、複数の学習値が全て略均等に太き（なる。しかしな
がら、特定の運転パターン、例えば１０モードの走行パ
ターンで走行する場合には、特定の領域内の値に吸気管
圧力が保持されている時間が、学習値を学習するに必要
な時期より短く、吸気管圧力が直ちに他の領域内の値に
変化してしまうことがある。この場合、上記の特定の領
域の学習値は学習されることがなく、−万、他の領域で
は上記で説明したように学習値が学習され、上記のよう
に燃料噴射量が少な目に噴射されるような燃料噴射弁を
使用し友場合には学習値が大きくなることになる。この
ように学習値が学習された領域の学習値が大きくなった
場合、学習値が学習された領域から学習値が学習されな
かった領域へ運転状態が移行し、この領域で運転を続け
ようとすると、学習値が学習されてないことから過渡的
に空燃比過リーンの状態になり窒素酸化物の排出量が多
くなる。逆に他の領域での学習値が小さくなるように学
習されている場合には、空燃比が過リッチの状態になり
一酸化炭素および炭化水素の排出量が多くなる。

このため、従来では、特開昭５８−１５００５８号公報
に示されるように、学習値を一定の上限値と一定の下限
値との間の値に制限することが行なわれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、かかる従来の方法では、上下限値が一定
の値になっているため、経時変化や高度等による大気圧
変化等によって学習値が徐々に大きくまたは小さく学習
されなければならない状態においても学習値が一定範囲
内の値に制限されることになる。このため、経時変化や
大気圧変化等が発生した場合には、上下限値内に制限さ
れた学習値が実際に必要とする学習値から懸は離れた値
になり、学習制御による空燃比補償が充分果せなくなる
、という問題が発生する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点１１吏すべく、経時変化等によって
全ての学習値は全運転領域において略均等に増減される
べきでもあるという点に着目して成されたもので、機関
負荷と機関回転数とに基づｈて基本燃料噴射時間を定め
ると共に排ガス中の残留酸素濃度全検出するＯ、センサ
の出力信号に基づいて空燃比フィードバック補正係数を
求め、前記空燃比フィードバック補正係数の平均値が所
定範囲内の値になるように複数の運転領域毎に定められ
た複数の学習値′ｆｒ、該複数の運転領域毎に増減し、
前記複数の運転領域毎に前記基本燃料噴射時間と前記空
燃比フィードバック補正係数と該当する運転領域の前記
学習値とに基づいて空燃比を制御する内燃機関の空燃比
学習制御方法において、前記複数の学習値の平均値から
上限値と下限値とを定め、前記複数の学習値の各々が前
記上限値と前記下限値との間の値になるように制限した
ことを特徴とする。

〔作用〕

本発明では複数の学習値の平均値から学習値全制限する
ための上下限値を定めている。このため、経時変化等に
よって学習値が増減されれば、これに伴って平均値も増
減され、上下限値もこれに伴って増減てれる。従って、
経時変化等に応じて上下限値が変化し、学習づれなかっ
た学習値はこの上下限値内の値に変更される。

〔発明の効果〕

従って本発明によれば、運転パターンによって領域毎の
学習値の値がばらつく場合があっても、経時変化等に応
じて変化される上下限値内の値に学習値が制限嘔れて常
に空燃比が理論空燃比近傍に制御され、学習されている
領域から学習されていない領域へ運転状態が変化しても
過渡的な窒素酸化物、炭化水素、−酸化炭素の排出が防
止できる、という効果が得られる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第３図は本発明の一実施例が適用される空燃比制御装置
を備えた内燃機関（エンジン）の概略図である。

エアクリーナ（図示せず）の下流側には吸入空気の温度
を検出して吸気温信号を出力する吸気温センサ２が取付
けられている。吸気温センサの下流側にはスロットル弁
４が配置され、このスロットル弁４に連動しかつスロッ
トル弁全閉時にオンとかりかつスロットル弁が開いたと
きにオフとなるアイドルスイッチ６が取付けられている
。スロットル弁４の下流側には、サージタンク８が設け
られ、このサージタンク８にスロットル弁下流側の吸気
管圧力を検出して吸気管圧力信号を出力する圧力センサ
１０が取付けられている。サージタンク８は、インテー
クマニホールド１２を介してエンジンの燃焼室１４に連
通されている。このインテークマニホールド１２には、
燃料噴射弁１６が各気筒毎に取付けられている。エンジ
ンの燃焼室１４はエキゾーストマニホールドを介して三
元触媒を充填した触媒コンバータ（図示せず）に連通さ
れている。また、エンジンブロックには、エンジンの冷
却水温を検出して水温信号を出力する水温センサ２０が
取付けられている。エンジンの燃焼室１４には、点火プ
ラグ２２の先端が突出され、点火プラグ２２にはディス
トリビュータ２４が接続プれている。ディストリビュー
タ２４には、ディストリビュータハウジングに固定され
たピックアップとディストリビュータシャフトに固定さ
れたシグナルロータとで各々構成された気筒判別センサ
２６およびエンジン回転数センサ２８が設けられている
。気筒判別センサ２６は例えば７２０゜ＣＡ毎に気筒判
別信号をマイクロコンピュータ等で構成された制御回路
３０へ出力し、エンジン回転数センサ２８は例えば３０
’ＣＡ毎にクランク角信号を制御回路３０へ出力する。

そして、ディストリビュータ２４はイグナイタ３２に接
続されている。なお、３４は排ガス中の残留酸度を検出
して第２図に示す空燃比信号全出力するＯ２センサであ
る。

制御回路３０は第４図に示すように、中央処理装置ｆｃ
ＰＵ）３６、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）３８、ラン
ダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４Ｏ２バックアップラム
（ＲＵ−ＲＡＭ）４２、入出力ボート（Ｉｌｏ）４４、
アナログディジタル変換器（ＡＤＣ）４６およびこれら
を接続するデータバスヤコントロールバス等のパスヲ含
んで構成されている。ｌ１０４４には、気筒判別信号、
クランク角信号、空燃比信号、アイドルスイッチ６から
出力されるスロットル信号が入力されると共に、駆動回
路を介して燃料噴射弁１６の開閉時間全制御する燃料噴
射信号およびイグナイタ３２のオンオフ時開音制御する
点火信号が出力される。また、ＡＤＣ４６には、吸気管
圧力信号、吸気温信号および水温信号が入力されてディ
ジタル信号に変換される。上記のＲＯＭ３８には、以下
の処理ルーチンで説明する制御プログラム等が予め記憶
されている。

本実施例においては、以下の（３）式に従って燃料噴射
時間ＴＡＵが演算される。

ＴＡＵ＝　（Ｔ　Ｐ＋ＴＡＵＧ　）　　拳　（１＋ＫＧ
ｎ　）　　・ＦＷＬ　−ＦＡＦ−ＦＴＨＡ・（１＋ＦＴ
Ｃ）＋τｖ　　　　　・”　（３）ただし、ＴＰは吸気
管圧力とエンジン回転数とで定まる基本燃料噴射時間、
ＴＡＵＧはアイドリング時での学習値、ＫＧｎ（ｎ＝１
．２．　・　５）は例えば第１表に示すように複数に分
割された吸気管圧力の領域に応じて定められたオフアイ
ドルでの学習値、ＦＷＬは暖機補正係数、ＦＡＦは第２
図に示す空燃比フィードバック補正係数、ＦＴＨＡは吸
気温補正係数、ＦＴＣは過渡時補正係数、τＶは電圧補
償のための無効噴射時間である。

第　　１　　表 吸気管圧力ＰＭ　　　　　　　　　ＫＧｎ１００鰭Ｈｇ
≦ＰＭ＜２００■Ｈｇ　　　　ＫＧ。

２００　ｍＨｇ≦ＰＭ＜　３００　ｍＨｇ　　　　Ｋ　
Ｇ　ｔ３００鰭）Ｔｇ≦ＰＭ＜４００簡ｌ−１ｇ　　　
　ＫＧ。

４００ｏ＋）（ｇ≦Ｐ　Ｍ　＜　５００　ｍ　Ｈｇ　　
　　Ｋ　Ｇ　ａ５００　ｍＨｇ≦Ｐ　Ｍ＜　６００　ｗ
ｍＨｇ　　　　Ｋ　Ｇ　ｓなお、上記の過渡時補正係数
ＦＴＣは、加速時には正の所定値とされ、減速時には負
の所定値とされ、そして定常状態では０とされる。

上記の学習値ＴＡＵＧＸＫＧｎは以下で説明する第５図
の学習ルーチンによって学習され、学習値ＴＡＵＧは全
運転領域において上記（３）式に適用され、ＫＧｎは学
習された領域において上記（３）式に適用される。ただ
し、ＫＧｌはＰ　Ｍ　＜　１００ｍＨｇの領域において
も上記（３）式に適用はれ、ＫＧ、はＰＭ≧６００−Ｈ
ｇの領域においても（３）式に適用される。

学習値ＴＡＵＧ、ＫＧｎ　？修正する学習ルーチンを第
５図を参照して説明する。まず、ステップ１００におい
てアイドルスイッチがオフか否かを判断する。アイドル
スイッチがオフのときは、ステップ１０１において吸気
管圧力ＰＭが１００■Ｈｇから６００　ｍＨｇの範囲に
入っているか、すなわち吸気管圧力ＰＭが学習領域内に
入っているかを判断する。この吸気管圧力の範囲は定状
走行状態での吸気管圧力を示している。吸気管圧力ＰＭ
が学習領域内に入っているときはステップ１０３以下の
学習条件を判断して学習値の学習を行ない、吸気管圧力
ＰＭが学習領域内に入っていないときは学習することな
くそのまま次のルーチンへ進む。

一方、アイドルスイッチがオンのときはステップ１０２
においてエンジン回転数Ｎｅが所定値（例えば、１０１
０００ｒＰ未満でかつ吸気管圧力ＰＭが所定値（例えば
、１００ｇｍＩ（ｇ）　ｋ越えているか否かを判断する
。ステップ１０２の判断が肯定の場合、すなわち通常の
アイドリンクの場合はステップ１０３以下の学習条件を
判断して学習値の学習を行ない、ステップ１０２の判断
が否定の場合、すなわちクランキング時やアイドルアッ
プ時等の場合は学習することなく次のルーチンへ進む。

ステップ１０３ではＯｔセンサの出力信号に基づいて空
燃比が理論空燃比になるようにフィードバック制御ｘ、
−ｋているか否かを判断する。フィードバック制御中で
ない場合、例えばリーン制御を行なっている場合は、異
常学習が行なわれることがあるため学習することなく次
のルーチンへ進み、フィードバック制御中のときはステ
ップ１０４でエンジン冷却水温ＴＨＷが所定値（例えば
、８０℃）會越えているか否かを判断する。冷却水温Ｔ
ＨＷが所定値以下のときにはエンジン暖機中であるため
学習全行なわず、冷却水温ＴＨＷが所定値を越えるとき
はステップ】０５で吸気温センサによって検出される吸
気温ＴＨＡが所定範囲内（例えば４０℃＜ＴＨＡ＜９０
℃）の温度であるか否かを判断する。吸気温ＴＨＡが所
定範囲外の温度のときすなわち極低温時および高温時に
は学習を行なわず、吸気温ＴＨＡが所定範囲内の温度の
ときステップ１０６で空燃比フィードバック補正係数Ｆ
ＡＦがスキップしたか否かを判断し、スキップし友とき
のみステップ１０７学習値の学習を行う。

上記ステップ１０７の学習値計算の一例を第６図に基づ
いて説明する。なお、第６図ではアイドルスイッチオフ
時に行なわれる学習値ＫＧ、の学習のみを示した。まず
、ステップ１１０において空燃比フィードバック補正係
数ＦＡＦが所定回スキップしたか否かを判断し、所定回
スキップしたときのみステップ１１１で上記（２）式に
基づいて平均値ＦＡＦＡＶｋ計算する。ここで、所定回
スキップした後平均値を計算するのは、オープンループ
制御であるリーン制御からフィードバック制御に移行し
た直後は、空燃比フィードバック補正係数の変化が不安
定だからである。このため不安定な空燃比フィードバッ
ク補正係数は計算に用いない。

次のステップ１１２では、吸気管圧力ＰＭが１００　ｗ
ｍＨｇ　≦ＰＭ＜　２００　ｗｎｎ■１ｇ（ｒ）９１Ｍ
内に入ッテいるか否かを判断し、吸気管圧力ＰＭがこの
範囲内に入っていわばステップ１１３で平均値ＦＡＦＡ
Ｖが理論空燃比に対応する値（１）ヲ含む所定範囲の上
限値（例えば、１．０２）’に越え友が否がを判断する
と共にステップ１１４で平均値ＦＡＦＡＶが所定範囲の
下限値（例えば、０．９５１未満になったかを判断する
。平均値ＦＡＦＡＶが上限値を越えているときには、ス
テップ１１５において学習値ＫＧ、’ｉ所定値Ｋ（例え
ば、０．００５　）大きくし、平均値ＦＡＦＡＶが下限
値未満のときは、ステップ１１６において学習値ＫＧ、
？所定値に小さくする。上記で説明した学習値ＫＧ、の
学習と同様に、学習値ＫＧ、はステップ１１７〜ステツ
プ１２１において学習され、学習値ＫＧ、はステップ１
２２〜ステツプ１２６において学習され、学習値ＫＧ、
はステップ１２７〜ステツプ１３１において学習され、
学習値ＫＧ、はステップ１３２〜ステツプ１３６におい
て学習される。

以上の結果、学習値ＫＧｎ（ＫＧ、〜ＫＧＩｌ）は、空
燃比フィードバック補正係数の平均値ＦＡＦＡＶが所定
範囲の値になるように第１表の各領域において各々学習
される。

次に上記のように学習される学習値Ｋ　Ｇ　ｎに基にお
いて学習値ＫＧ、−ＫＧ、の総和Ａｋ演算し、ステップ
１４１において学習値の個数５で総和へを除算して学習
値の平均値Ｂ’に演算する。ステップ１４２では、平均
値Ｂに所定値（例えば、１．０３）を乗算してしきい値
Ｃ全算出する。次のステップ１４３では、学習値ＫＧ、
〜ＫＧ、の各々がしきい値Ｃ以下の値か否かを判断し、
しきい値Ｃｋ越える学習値があればステップ１４６で［
７きい値Ｃを越えた学習値の値をしきい値Ｃの値にする
。−万、学習値ＫＧ、〜ＫＧ、の全ての値がしきい値Ｃ
以下であれば、ステップ１４４で平均値Ｂに所定値（例
えば、０．９７）ｔ−乗算し交信を新たなしきい値Ｃと
し、ステップ１４５で学習値Ｋ　Ｏ、〜ＫＧ、の各々が
新たなしｔ！い徹Ｃ以上か否かを判断する。そして、新
たなしきめ値Ｃ未満の学習値があればステップ１４６で
新たなしきい値Ｃ未満の学習値の値を新たなしきい値Ｃ
の値にし、一方学習値ＫＯ，−ＫＧ＠の全ての値がしき
い値Ｃ以上であればそのま１次のステップ（不図示）へ
進む。

以上の結果、各学習値は、学習値の平均値に対して±３
チ以下の値に制限される。

第７図を参照して１０モードの走行パターンで走行して
−に記のように学習値を制限したときの学習値の変化を
更に説明する。第７図（１）は１０モードの走行パター
ンを示す線図であり、第７図（２）は１０モ一ド走行時
の吸気管圧力の変化パターンを示す線図であり、第７図
（３）はＯからの学習値のずれ量を示す線図である。第
７図（２）から理解されるように、加速時には吸気管圧
力が急激に上昇し、吸気管圧力が５００〜６００■Ｈｇ
の領域等に存在する運転状態の時間が非常に短くなって
いる。

これにより、学習値ＫＧ、−ＫＧｓの学習の頻度が大き
く、学習値ＫＧ４、ＫＧＩの学習の頻度が小さくなった
ものとし、学習により学習値ＫＧ。

〜ＫＧｓは全体的に小さくなったものとする。従来では
学習頻度が小さい学習値ＫＧ４、ＫＧ、は０付近の値に
なっているが、本実施例では学習値Ｋ　Ｇ　ａ　、Ｋ　
Ｇ　ｓは第７図（３）の黒丸で示すように学習値の平均
値付近の値に制限される。

以上のように本実施例では、全ての学習値を学習値の平
均値によって定まる上下限値の間の値に制限することが
できるため、学習されなめことによって生じる空燃比制
御不良を防止することができる。

なお、上記では学習値の相加平均に基づいて上下限値を
定める例について説明したが、１ｏモ一ド走行パターン
では中高負荷域で学習値の変化が小さいことから、軽負
荷域の学習値の電み付は七大きくした重みつき平均値に
基づいて上下限値を定めるようにしてもよい。また、吸
気管圧力に応じて複数の学習値を定める場合に限定され
るものではなく、エンジン１回転当りの吸入空気量やエ
ンジン回転数、スロットル開度に応じて４４」Ｌヲ２複
数の学習値を定めるようにしてもよい。更に、エンジン
１回転当りの吸入空気量とエンジン回転数とに基づいて
基本燃料噴射時間を定めるエンジンにも、本発明は適用
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のメインルーチンを示す流れ
図、第２図は空燃比フィードバック補正係数等の変化を
示す線図、第３図は本発明が適用されるエンジンを示す
概略図、第４図は第３図の制御回路の詳細を示すブロッ
ク図、第５図は上記実施例の学習ルーチンを示す流れ図
、第６図は第５図の学習値計算の詳細を示す流れ図、第
７図（１）は１０モ一ド走行パターンを示す線図、第７
図（２）は１０モ一ド走行パターンの吸気管圧力変化を
示す線図、第７図（３）は学習値のずれ量を従来と比較
して示す線図である。 １０・・・圧力センサ、　　１６・・・燃料噴射弁、３
０・・・制御回路、　　　３４・・・０．センサ。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）機関負荷と機関回転数とに基づいて基本燃料噴射
   時間を定めると共に排ガス中の残留酸素濃度を検出する
   Ｏ＿２センサの出力信号に基づいて空燃比フィードバッ
   ク補正係数を求め、前記空燃比フィードバック補正係数
   の平均値が所定範囲内の値になるように複数の運転領域
   毎に定められた複数の学習値を該複数の運転領域毎に増
   減し、前記複数の運転領域毎に前記基本燃料噴射時間と
   前記空燃比フィードバック補正係数と該当する運転領域
   の前記学習値とに基づいて空燃比を制御する内燃機関の
   空燃比学習制御方法において、前記複数の学習値の平均
   値から上限値と下限値とを定め、前記複数の学習値の各
   々が前記上限値と前記下限値との間の値になるように制
   限したことを特徴とする内燃機関の空燃比学習制御方法
   。