JPS6149144A - エンジンの空燃比制御装置 - 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】 （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し、特に熱線式
吸入空気量センサを用いて０２フイードバツクにより補
正するようにしたエンジンの空燃比制御装置に関する。

（従来技術） エンジンの排気ガス対策、燃費の節約及び回転数の変動
防止などを図る上で空燃比（Ａ／Ｆ）制御は極めて重要
であり、そのため吸入空気量を正しく検出する必要があ
る。

従来、吸入空気量センサとして熱線式吸入空気量センサ
を用いる場合、熱線にオイルミストや塵などが付着して
その検出精度が経時的に低下していくことから、排ガス
中の０２濃度の検出信号を用いて０２フイードバンクに
より補正するようにしたものと特開昭５５−１３９９３
９号公報に記載されているようにエンジン初１υ１状態
におりる吸入空気量センサの雰点出力とエンジン作動状
態における吸入空気量センサの検出出力とを用いて補正
するようにしたものとが知られている。

上記前者における０２フイ一ドバンク方式による空燃比
制御には、次のような問題がある。

即ち、吸入空気量と燃料噴射量とを正しく制御できれば
空燃比を適正な値（Ａ／Ｆ＝　１４．７）に制御するこ
とが可能であるが、吸入空気量については熱線式吸入空
気量センサに付着した異物の影９による検出誤差及び上
記センサの構成部品（抵抗体など）の特性が長期間の間
に徐々に変動することによる検出誤差などが発生し、ま
た燃料噴射量についてはインジェクタの構成部品（コイ
ル、スプリング、弁など）の特性が長期間の間に徐々に
変動することによる噴射量誤差が発生ずることは避けら
れない。

従来では、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯｚセンサ
からの検出信号を用いて空燃比補正値を設定すると共に
各種センサやインジェクタの経時変化の影響を補正する
ため上記空燃比補正値を用いて略所定運転時間毎にエン
ジン状態補正値を設定し、上記両補正値でもって基本噴
射量を補正していた。

この場合、熱線式吸入空気量センサの熱線へ付着した異
物の影響と、これよりも１桁も小さな吸入空気量センサ
やインジェクタの構成部品の経時劣化の影９とを同一の
エンジン状態補正値でもって補正するので、上記構成部
品の経時劣化の影響は現われに＜（、その影響を反映さ
せて高精度に補正することが出来ないこと、また経時劣
化の程度を検出することが出来ないこと等の問題がある
。

（発明の目的） 本発明は、熱線式吸入空気量センサやインジェクタ等の
各構成部品の経時劣化の影響を加味して基本噴射量を高
精度に補正することが出来かつ上記劣化の程度を検出で
きるようなエンジン空燃比制御装置を提供することを目
的とする。

（発明の構成） 本発明のエンジンの空燃比制御装置は、熱線式吸入空気
量センサと、この熱線式吸入空気量センサの熱線部を所
定のタイミングで加熱して熱線部に付着した異物を焼切
る異物焼切手段と、排ガス中の酸素濃度を検出する酸素
濃度検出器と、上記酸素濃度検出器からの検出信号を用
いてエンジンに供給される混合気の空燃比の補正値を設
定する空燃比補正値設定手段と、上記異物焼切手段の作
動後所定期間内に上記空燃比補正値を用いてエンジン状
態補正値を設定するエンジン状態補正値設定手段と、上
記熱線式吸入空気量センサからの検出信号に暴いて基本
噴射量を設定すると共にこの基本噴射量を上記両補正値
で補正することにより空燃比を制御する空燃比制御手段
とを（１７ｆｔえたものである。

（発明の効果） 本発明においては、以上説明したように吸入空気量セン
サの熱線に付着した異物を焼切ってから所定期間に空燃
比補正値を用いてエンジン状態補正値を設定し、上記補
正値を用いて基本噴射量を補正するようにしたので、熱
線式吸入空気量センサやインジェクタの各構成部品の経
時劣化の影響がエンジン状態補正値に反映されることに
なる。

従って、上記経時劣化の影ＵをＪＪｎ味して空燃比を高
Ｉ＋’７度に制？ａｌｌすることが出来るうえ、上記エ
ンジン状態補正値から必要に応じて上記経時劣化の程度
を検出することも出来る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図に示すように、立型４気筒燃料噴射式エンジン１
のエアクリーナ２から吸気マニホールド３に至る吸気通
路４の上流部には熱線式吸入空気量センサ５が装着され
、その下流側には燃料噴射用のインジェクタ６が装着さ
れ、排気マニホールド７の下流側の排気通路８には排気
ガス中の酸素濃度を検出する０２センサ９が装着され、
クランク軸端のギヤ１０の近傍には基ｆ４％シリンダの
ピストンの上死点（ＴＤＣ）を検出するクランク角セン
サ１１が設４Ｊられている。

上記各センサ５・９・１１の検出信号は制御装置１２へ
出力されると共に、制御装置１２から吸入空気量センサ
５とインジェクタ６へ駆動信号が出力されるようになっ
ている。

上記熱線式吸入空気■センサ５は、吸気通路４を流れる
空気流で熱線が冷却されその抵抗値が変化する原理に基
いて空気流量を、検出するようにした既存の熱線式吸入
空気量センサである。

上記熱線式吸入空気量センサ５においては、エンジン１
の運転時間の経過に応じて時々刻々熱線の表面に塵やオ
イルミストなどの異物か付着して徐々に冷却されに（く
なり、実際の吸入空気量と検出吸入空気量との差が経時
的に増加してい（ことから、この吸入空気量センサ５で
検出される吸入空気ｉＱａとエンジン回転数ｎ８とから
設定される基本噴射ＨＴ、（基本噴射パルス）に加える
補正量が経時的に漸増していくことになる。

また、上記熱線式吸入空気量センサの熱線に付着する異
物の影舌以外に、吸入空気量センサの構成部品（抵抗体
など）やインジェクタの構成部品（コイル、スプリング
、弁など）が時間経過とともに劣化してその特性が変わ
ることによる影響をも加味して後述のように補正される
ことになる。

上記エンジン１の空燃比制御装置は、第２図のブロック
図に示すように構成され、上記制御装置１２はスタータ
５Ｗ１３を介してバッテリ電源に接続され各種の演算処
理を実行するＭ　Ｐ　Ｕ　１４と、ＭＰＵ１４に時刻（
例えばｍＳ車位の時刻）を出力するフリーランニングカ
ウンタ１５と、予め設定された各種演算プログラムを記
憶しているＲＯＭ１６と、各種データをＭＰＵ１４との
間で交換し記憶するＲＡＭ１７と、ＭＰＵ１４から噴射
■信号Ｔ、を受ける出力タイマ１８と、出力タイマ１８
から噴射パルスを受けてインジェクタ６に噴射駆動パル
スを出力するインジェクタＷＩＪ回路１９と、ＭＰＵ１
４から焼切電流通電信号■、を受けて吸入空気量センサ
５の熱線へ焼切電流を出力する焼切電流駆動回路２０と
、吸入空気量センサ５から熱線電流信号を受けそれをＡ
／Ｄ変換してＭＰＵ１４へ出力するＡ／Ｄ変換器２１と
、０２センサ９から０２信号を受けて方形パルスに波形
整形する波形整形回路２２と、クランク角センサ１１か
らクランク角信号を受けて方形パルスに波形整形する波
形整形回路２３とから構成される。

但し、上記ＭＰＵ１４は入出力インターフェイスの機能
をも兼備するものである。

次に、以上の空燃比制御装置によってなされる空燃比制
御の、概要について、第３図〜第６図により説明する。

先ず、エンジン回転数ｎ８及びエンジン負荷とが各々所
定値の範囲内にあるフィードバック領域内でのみ下記の
０２フイードバツク制御がなされるので、以下はこのフ
ィードバック領域内での制御である。

上記吸入空気量センサ５で検出される吸入空気量Ｑ１と
クランク角センサ１１で検出されるエンジン回ｌ巨数ｎ
０とに基いて予め入力して記憶されている所定のマツプ
により基本噴射量Ｔｎが演算され、この基本噴射ｆｆｌ
　Ｔ　Ｂは補正係数ｃｒｓ、Ｃｔ２及びＣＬＩで補正さ
れ、Ｔ□＝　ＣＦｉｌ　’　ＣＬ２・ＣＬ　Ｉ・ＴＩｌ
の弐で得られる噴射量Ｔ、が噴射される。

上記補正係数（空燃比補正値）ＣＦＩＩはＯｚセンサか
らの検出信号に基いて演算されるＯｚフィードバック係
数であり、定性的には第３図に示すような線図で表わす
ことが出来る。

上記補正係数Ｃｔ、Ｚは熱線式吸入空気量センサの熱線
に付着する異物の影響を補正する第２学習項であり、第
１期・第■期・第■」すＪ・・で区切られる所定運転時
間毎に階段状に増加してい（もので、吸入空気量センサ
の熱線の異物焼切後の所定期間（第１期）中ば異物付着
の影口が小さいのでＣｔ、Ｚ＝１．０と設定される。

しかし、焼切後時間経過と共に異物の付着量が増加して
いくので、これに応じてＣＦＩＩの値も増加していくか
ら、所定運転時間経過後には第１期終了後Ｃ８でもって
第■期のｃＬ□を一定値に定める。

そして、第■朋の時間経過と共に上記同様ＣＦＩ＋が増
加していくので、第■期柊了時のＣＦＩＩを第■期のＣ
ｔ、Ｚの値に加算して第■期のＣｔ２を一定値に定める
。

このような操作を繰返えすため、ＣＦ、とＣｔ２は各々
第３図と第４図のようになる。

上記補正係数（エンジン状態補正値）ＣＬＩは、熱線式
吸入空気量センサやインジェクタの構成部品の経時劣化
の影響を補正する第１学習項であり、吸入空気量センサ
の熱線の異物焼切直後余り時間経過していないうちに設
定されるものであるが、その値は後述のように設定され
る。つまり、この第１学習項ＣＬＩは焼切から焼切に至
る期間内では一定値に保持され、焼切毎に段階状に変化
していくものである。

上記補正係数による補正量と基本噴射量の定性的関係を
、エンジンの運転状態を一定とした場合について図示す
ると第６図のようになる。この図において、噴射パルス
Ｔ、が最適のＡ／Ｆ値（Ａ／Ｆ＝１４．７）となる噴射
パルスであるが、運転時間の増加とともに補正量ΔＴが
増加していくので、適宜のタイミングで熱線へ通電する
ことにより異物の焼切りが行われる。

尚、第３図・第４図における第１期、第■期などは、所
定の運転時間で区切ってもよいし、所定の走行距離で区
切ってもよいし、これらに相当する他のパラメータで区
切ってもよいが、後述のフローチャートにおいては０２
センサ９の検出信号により得られるＡ／Ｆがリッチから
リーンへ反転した回８！（学習カウンタＮＬ）が所定回
数（ＮＬＥ）に達する毎に区切っている。

第５図における第１学習項の設定については、焼切直後
にするのが望ましいが、後述のフローチャートにおいて
は運転時間に対応するお１ム切カウンタＮＢが設定値（
ＮＢＩ）未満のときに行うようにしている。

第６図における焼切りについても上記と同様に所定運転
時間若しくは走行距離毎に実行するようにしてもよいが
、後述のフローチャー１・においては運転時間に対応す
る焼切カウンタＮＢが設定値（ＮＢ２）に達した場合で
且つクランキング中に焼切ることとしている。

以下、上記制御装置１２で実行される各ステ・ノブにつ
いて第７図のフローチャー１−に基いて説明する。但し
、符号５１００、Ｓ１〜Ｓ４５ば各ステップを示す。

先ず、５１００で制御開始後、Ｓｌでは初期化され、Ｓ
２においてはスターク５Ｗ１３からの信号に基いてエン
ジン１がクランキング中か否かが判別され、クランキン
グ中のときにはＳ３へそれ以外のときにはＳ９へ移行す
る。

Ｓ３においてはＳ９でカウントされる焼切カウンタＮＢ
が設定値ＮＢ２より大きいか否かにより焼切時期が判別
され、焼切時期になったときにはＳ４へ移行しそれ以外
のときにはＳ２へ移行する。

つまり、上記焼切カウンタＮＢは制御フローが例えばＬ
ｍｓｅｃ毎に一巡する毎にＳ９において時々刻々カウン
トされるようになっていることから、上記設定値ＮＢ２
は略所定時間に対応し、所定運転時間毎に且つエンジン
１のクランキング中に焼切りがなされることになる。

Ｓ４においては焼切電流通電信号１ｂとして「１」のパ
ルス信号が出力され焼切電流駆動回路２０から焼切電流
が吸入空気量センサ５の熱線へ出力され異物の焼切りが
なされる。

Ｓ５においては再びスタータ５Ｗ１３からの信号に基い
てクランキング中か否かが判別され、クランキングが完
了するまで繰り返えされて焼切が継続され、クランキン
グが終了したときにはＳ６へ移行し、Ｓ６において焼切
電流通電信号■、としてｒＯＪが出力され焼切りが停止
され、Ｓ７では焼切カウンタＮＢがクリアされ、Ｓ８で
は第１学習項及び第２学習項が初期化される。

Ｓ９はクランキング終了時若しくはクランキング中でな
い通常の運転状態の場合であって、Ｓ９では焼切カウン
タＮＢがカウントされていく。

ＳＩＯにおいては吸入空気■センサ５で検出されＡ／Ｄ
変換器２１でＡ／Ｄ変換された吸入空気量Ｑ１が読み取
られ、Ｓｌｌではクランク角センサ１１からの検出信号
ＴＤＣを用いて第７図（ｂ）の割り込み処理で得られた
上死点周３１１”ｌ”。からエンジン回転数ｎ、が演算
される。

Ｓ１２においては予め設定されＲＯＭ１６に格納されて
いる吸入空気ＩＱ、とエンジン回転数ｎ、。

についてのマツプを用いて吸入空気量Ｑ１とエンジン回
転数ｎ０に基いて基本噴射量Ｔ８が演算される。

５１３においては上記吸入空気ｍＱユとエンジン回転数
０８とが各々の設定値以下か否かを判別することにより
現在の運転状態が０２フィードハツク領域か否かが判別
され、０□フイードハ・ツク領域のときには５１４へ移
行しそれ以外のときにはＳ２８へ移行する。

３１４では０２センサ９からの検出信号０２が３売み取
られる。

Ｓ１５においては検出信号０□に基いてエンジンＸへ供
給される混合気がリッチか否かが判別される。　つまり
、検出信号０２が「１」か「０」かに応じて各々す・ノ
チ、リーンと判別され、リッチのときにはＳ１６へまた
リーンのときにはＳ２９へ手多行する。

３１６においてはＳ２６及びＳ３３で設定された前回０
２フラツグＦＯが０か１かにより今回リーンからリッチ
へ反転したのか否かが判別され、反転した場合にはＳ１
７へまた反転していない場合にばＳ２５へ移行する。

つまり、反転していた場合には略妥当なＡ／Ｆ（空燃比
）が得られつつあることを示し、反転していない場合に
はリッチ状態が継続しているため０□フイードバツク係
数ＣＦＩＩを５２５において減少修正する必要のあるこ
とを示すものである。

５１７においては０２フイードバンク係数ＣＦ８に基い
て学習項ＣＬ２・ＣＩ、Ｉを算出する基礎となるリッチ
側の学習用レジスタＣＦＢＲに現在のＣＦＢが加算され
リッチ側のＣＦＢの累計が演算される。

５１８においては５３０でカウントされるリッチからリ
ーンへの反転回数つまり学習カウンタＮＬが設定値ＮＬ
已に達したか否かにより学習が完了したか否かが判別さ
れる。つまり、適正なＡ／Ｆを維持した結果としてリッ
チからリーンへまたリーンからリッチへ十分な回数だけ
反転し、信頼性の高い安定したデータとなったか否かが
判別され、これが満足すべき回数になったときにはＳ１
９へ移行し、それ以外のときには３２５へ移行する。

Ｓ１９においては焼切カウンタＮＢが所定の小さな設定
値ＮＢＩより大きいか否かを判別し、大きいときには３
２０へ移行しまた大きくないときにはＳ２１へ移行する
。これは、焼切後吸入空気量センサ５の熱線に異物が殆
んど何着していない段階に３２１において第１学習項を
設定するためである。

Ｓ２０においては、上記ＮＬＥの外に５１７及び３３１
で得られた学習用レジスタＣＦＢＲ（即ち、リッチ側の
ＣＦＬＩの累計値）とＣＦＢＬ（即ち、リーン側のＣＦ
ｌｌの累計値）及び前回の第２学習項ＣＬ２を用いこれ
らに重み付けすることにより、例えばＳ２０の演算式で
第２学習項ＣＬＺが更新される。

Ｓ２１においては、上記反転回数の設定値ＮＬＥＯ外に
３１７及び５３１で得られた学習用レジスタＣｖｎ＊　
　（即ち、リッチ側のＣＦＢの累計（ＩりとＣＦＩＩＬ
　　（即ち、リーン側のＣＦＢの累計値）及び前回の第
１学習項ＣＬ　ｌを用いこれらに重み付けすることによ
り例えば３２１の演算式で第１学習項ＣＬ１が更新され
る。

３２２ではＳ２０で更新された第２学習項ＣＬ□またば
Ｓ２１で更新された第１学習項ＣＬｌに現在までの所定
期間におけるＣＦｌｌが加味さたため、上記０２フイー
ドハツク係ａＣｒ　ｇが１．０に初期化される。

３２３では学習カウンタＮＬがクリアされ、またＳ２４
では学習用レジスタＣＦＢＲとＣＦＩＩＬとがクリアさ
れる。

Ｓ２５ではリッチ側からり−ン側へ軌道修正するため０
２フィードバック係数ＣＦＩ、から所定の微小値ΔＣＦ
ＩＩを減算することによりＣＦｌｌが減少修正　。

され、Ｓ２６では前回０□フラツグＦＯが１にセットさ
れる。

Ｓ２７においては上記ＣＦ６、ＣＬ２、ＣＬ　ｌ及びＳ
１２で得られた基本噴射ｆｆ１Ｔｆｆｉを用いて今回の
補正済みの最終噴射量Ｔ、がＴ□＝　ＣＦＩＩ−ＣＬＺ
・ＣＬ　１・Ｔ、の式で演算される。

次に、Ｓ２９はリーンの場合であり、Ｓ２９においては
前回０２フラツグＦＯが１か０かによりリッチからリー
ンへ反転したか否かが判別され、反転した場合にはＳ３
０において学習カウンタＮＬがカウントされ、反転して
いない場合にはＳ３２へ移行する。

Ｓ３１においてはリーン側の学習用レジスタＣＦＩＩＬ
に現在のＣＦｎが加算されリーン側のＣＦｌｌの累計が
演算される。

Ｓ３２においてはリーン側からリッチ側へ軌道修正する
ため０２フイードバツク係Ｅ’Ａ　ＣＦ　ＩＩに所定の
ｉ敦小値ΔＣＦＢを加算することによりＣＦＩ＋が増加
修正され、Ｓ３３においては前回０２フラツグＦ○が０
にセットされ、Ｓ３３から３２７へ移行する。

また、Ｓ１３においてエンジンの運転状態が０２フイー
ドハツク領域外のときには３２８へ移行し、Ｓ２８にお
いては学習カウンタＮＬが８２８′においては学習用レ
ジスタＣＦＢＩＩ　％　ＣＦＩＩＬがそれぞれクリアさ
れ、３２８′からＳ２７へ移行する。

上記Ｓ１から各ステップを経て最終的に３２７へ到達し
て制御の１サイクルが終了し、Ｓ２７がら再びＳ９へ移
行して以下同様のサイクルを繰り返すことになる。

次に、第７図（ｂ）にはクランク角センサ１１からの検
出信号ＴＤＣに基いて角ＴＤＣ毎に実行される４１込み
処理ルーチンを示す。

Ｓ４０においては割込み処理が開始され、Ｓ４１におい
てはフリーランニングカウンタ１５の信号で今回のＴＤ
Ｃ（８号の時刻ｔ１を読取り、Ｓ４２では上記時刻し、
と前回のＴＤＣ信号の時刻Ｌ２との差からＴＤＣ（８号
の周！！ＪＩ　Ｔ、即ぢクランク軸の回転用３１１Ｉ　
’ｒ、が演算され、Ｓ４３においては前回時刻ｔ２を今
回時刻Ｌ１に更新し、Ｓ４４においては出力タイマ１８
へ５２７で得られた最終噴射’ＦＥＴ　ｉの信号を出力
し、噴射量Ｔ、に対応する時間だけインジェクタ駆動回
路１９及びインジェクタ６を介して燃料が噴射される。

上記フローチャートは一実施例を示すもので、このフロ
ーチャートの各ステップを適宜部分修正しても同様の空
燃比制御を行ない得ることは勿論であり、例えばＳ２０
やＳ２１におりる学習項の演算式についても各種の演算
式を用いることが出来る。

なお、上記実施例では最終噴射量Ｔ、の計算に空燃比補
正値ＣＦＢ、第２学習項ＣＬ２および第１学習項すなわ
らエンジン状態補正値ＣＬｌを用いたが、このうち第２
学習項ＣＬ２は省くこともできる。この場合、空燃比補
正値ＣＦ［ｌは第２学習項ＣＬＺ分を加味した１直に設
定されることになる。

【図面の簡単な説明】

図面のうち第１図〜第６図は本発明の実施例を示すもの
で、第１図は全体構成図、第２図はブロック図、第３図
・第４図・第５図は各々ｏ２フィードバック係８１ＣＦ
Ｅと学習値ｃＬを示す線図、第６図は基本噴射パルスと
補正量とからなる噴射パルスを示す線図、第７図は空燃
比制御のフローチャートである。 ５・・熱線式吸入空気量センサ、　９・・ｏ２セフす、
　　１１・・クランク角センサ、　　１２・・制御装置
、　　ＣＦ８・・ｏ２フィードバック係数、ＣＬＩ・・
学習値、　ＣＬＱ・・ＣＬＩの初期値、ＴＩｌ　・・基
本噴射量。 特　許　出　願　人　　　マツダ株式会社第１図 手続補正書（旅） 昭和５９年１２月　８日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱線式吸入空気量センサと、この熱線式吸入空気
   量センサの熱線部を所定のタイミングで加熱して熱線部
   に付着した異物を焼切る異物焼切手段と、排ガス中の酸
   素濃度を検出する酸素濃度検出器と、上記酸素濃度検出
   器からの検出信号を用いてエンジンに供給される混合気
   の空燃比の補正値を設定する空燃比補正値設定手段と、
   上記異物焼切手段の作動後所定期間内に上記空燃比補正
   値を用いてエンジン状態補正値を設定するエンジン状態
   補正値設定手段と、上記熱線式吸入空気量センサからの
   検出信号に基いて基本噴射量を設定すると共にこの基本
   噴射量を上記両補正値で補正することにより空燃比を制
   御する空燃比制御手段とを備えたことを特徴とするエン
   ジンの空燃比制御装置