JPS6187935A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御装置

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JPS6187935A
JPS6187935A JP59209027A JP20902784A JPS6187935A JP S6187935 A JPS6187935 A JP S6187935A JP 59209027 A JP59209027 A JP 59209027A JP 20902784 A JP20902784 A JP 20902784A JP S6187935 A JPS6187935 A JP S6187935A
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air
fuel ratio
learning
engine
lean
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JP59209027A
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Osamu Kitahara
修 北原
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Toyota Motor Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1473Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method
    • F02D41/1475Regulating the air fuel ratio at a value other than stoichiometry
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/24Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
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    • F02D41/2451Methods of calibrating or learning characterised by what is learned or calibrated
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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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 本発明は開ループによるリーンバーシステムを利用した
内燃機関の空燃比制御装置に関する。
従来の技術 リーンバーンシステムとして、閉ループ制御により基本
噴射量を学習補正し、これを基本として開ループにてリ
ーン補正係数を乗算せしめて空燃比をリーン側に制御す
るものが既に知られている(たとえば特開昭57−26
229号公報)。上述の学習制御を行うための学習値は
複数の機関負荷領域毎にたとえばアイドル領域と部分負
荷領域毎に設けられており、従って、空燃比の閉ループ
制御中にあって所定の学習条件成立後の一定時間学習し
てそれぞれの学習値が学習されれば、燃料噴射量はこれ
らの学習値をもとに補間計算゛され、すべての負荷頭載
で適切な値に設定されることになる。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上述の従来方法によれば、学習条件成立
後一定時間内に機関の負荷状態がアイドル状態と部分負
荷領域の両方に入らなければ、その後の開ループにょろ
り−ン空燃比は正常に行われない。たとえば、学習期間
中に機関の負荷状態が上述の部分負荷領域のみに持続し
ていると、アイドル領域の学習値が得られず、この結果
、このまま開ループによるリーン空燃比制御が行われる
と、機関の空燃比は所望値に制御されず、基本噴射量計
算関数がリーン側(λ〉1)に設定されていると、高負
荷領域での空燃比がリッチ側となって排気ガス特性が悪
化するという問題点がある。
たとえば、新車の場合のように新品のキャニスタ装着時
に車両のコールド状態から10モードのようなホット試
験を実施する場合、車両を一定速度一定時間暖機し、排
気ガス試験が行われる。従って、学習は暖機途中で終了
し、開ループによるリーン空燃比制御に移行することに
なる。さらに、この場合、新品;1−ヤニスタではエバ
ポが全く吸着されていないこと、および暖機途中では燃
料タン/)からのエバポの発生は燃料温度とエバポシス
テムの関係でほとんど発生しないことから、エバポの影
響は学習に全く反映されていない。しかし、暖機後半か
ら10モード試験終了までの開ループにょろり−ン制御
中にエバポの発生量′が増大し、空燃比はリッチ側とな
る。つまり、このような空燃比のリッチ傾向に、さらに
上述あごとく、基本噴射量計算関数がリーン側に設定さ
れたためのリッチ傾向が重畳されると、増々空燃比はリ
ッチ側となり、排気ガス特にNOXが増大し、最悪の場
合、排気ガス基阜を満足しなくなる。
問題点を解決するための手段 本発明の目的は、暖機途中で間ループによるリーン空燃
比制御に移行した場合、高負荷領域での空燃比のリッチ
傾向を防止することにあり、その手段は第1図に示され
る。
第1図において、基本噴射量演算手段は内燃機関の所定
運転状態パラメータに応じて理論空燃比よりリッチ側の
空燃比に相当する基本噴射ITPを演算する。閉ループ
空燃比制御手段は機関の所定運転状態にあっては機関の
実際の空燃比に応じて空燃比補正量FAFを演算し空燃
比補正量FAFに応じて基本噴射lTpを補正して機関
の実際の空燃比を所定範囲内に収束させる。学習手段は
機関負荷状態領域毎に閉ループ空燃比制御手段の動作に
もとづいて空燃比補正IFAFが所定範囲内に収束する
ように各負荷状態領域毎の学習補正量TAUG 。
KGを学習する。そしてリーン制御条件を機関が満足す
ると、日ii無開ループ空燃比制御手段は基本噴射量T
Pおよび各学習補正量TAUG 、にGに応じて機関の
空燃比を開ループによりリーン側に制御するものである
作用 上述の構成による作用を第2図を参照して説明すると、
基本噴射量関数Bは゛理論空燃比相当の基本噴射量関数
△(λ−1)よりリッチ側に設定されているものとする
。また、2つの機関負荷領域、すなわちアイドル領域(
TAIIGa域とする)および部分負荷領域(KG領領
域する)が設けられているものとする。この結果、閉ル
ープ制御時にあって、KG領領域中心に0、たとえば4
01u++/h暖機運転時のみに学習が実行されると、
基本噴射量は学習値KGにより直線C相当に変化し、従
って、このまま、リーン制御条件が成立して開ループに
よりたとえば10モードにおける40km/h定常走行
もしくは加速(XSi域相当)が実行されると、学習さ
れた基本噴射量Cは斜線に示す部分だけリーン側になる
なお、従来のごとく、基本噴射量関数を理論空燃比相当
に設定すると、インジェクタ等のばらつきにより、第4
図の直線B′に示すごとく、リーン側に実質的に設定さ
れることがある。この場合、KG領領域みで学習が行わ
れると、基本噴射量は直線C′相当に変化し、従って、
このまま、り一ン制御条件が成立して開ループによりリ
ーン制御が実行されると、X領域では、斜線に示す部分
だけリッチ側となる。
実施例 第4図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例を示す全体概要図である。第4図において、機関本
体1には、エアクリーナ2、吸気通路3および吸気マニ
ホールド4を介して吸入空気が供給され、他方、機関本
体Iからの排気ガスは排気マニホールド5、および排気
管6を介して排出される。吸気通路3には、図示しない
アクセルペダルと連動して吸入空気量を調整するための
スロットル弁7が設けられている。このスロットル弁7
の軸にはスロットル弁7が全閉か否かを示す信号LLを
発生するアイドルスイッチ8が設けられ、この信号L 
Lは制御回路10の入出力インターフェイス101に供
給されている。また、スロットル弁7の下流の吸気通路
3には吸気通路3の吸入空気の絶対圧を検出するための
圧力センサ9が設けられており、その出力は制御回路1
0のマルチプレクサ内蔵A/D変換器102に供給され
ている。さらに、吸気通路3には、各気筒に燃料供給系
から加圧燃料を吸気ポートへ供給するための華−の燃料
噴射弁11が設けられている。
吸気マニホールド4には吸入空気の温度を検出するため
の吸気温センサ12が設けられており、その出力THA
は制御回路10のA/D変換器102に供給されている
また、機関本体■のシリンダブロックのウォータジャケ
ットには冷却水の温度を検出するための水温センサ13
が設けられており、この出力THWは制御回路10のA
/D変換器102に供給されている。
機関の排気マニホールド5には排気ガス中の酸素成分濃
度に応じた電気信号を発生する。2センサ14が設けら
れている。ずなわち、02センサ14は空燃比が理論空
燃比に対してリーン側かリンチ側かに応じて異なる2値
の出力電圧を制御回路10の入出力インターフェイス1
01に発生する。
さらに、02センサ14の下流の排気マニホールド5に
は排気ガス中の3つの有害成分HC、Co 、 NoX
を同時に浄化する三元触媒コンバータ15が設けられて
いる。
図示しないディストリビュータには、その軸がたとえば
クランク角に換算して180°毎に基準位置検出用パル
ス信号を発生するクランク角センサ16およびクランク
角に換算して30°毎に角度位置検出用パルス信号を発
生するクランク角センサ17が設けられている。これら
クランク角センサ16 、17のパルス信号は制御回路
10の入出力インターフェイス101に供給され、この
うち、クランク角センサ17の出力はCPU103の割
込み端子に供給される。
出力軸角センサ18からは、図示しない変速機の最終出
力軸が所定角度回転する毎にパルス信号が発生され、制
御回路10の人出力インターフェイスに供給される。こ
のパルス信号により車速SPDを知ることができる。
エバポシステムは、図示しない燃料タンクと、スロット
ルボディのキャニスタ19と、スロットルボディに形成
されたバージポート20とにより構成されている。また
、キャニスタ19はチェ7クバルブ191,192,1
93 、およびエバポを吸着する活性炭194を有して
いる。燃料満タン時には、キャニスタ19から燃料が洩
れないように、また、燃料温度変化によって発生する燃
料タンク内圧の変化による燃料タンク破損を防止するた
めに、燃料タンクの内圧が負圧のときにはチェックバル
ブ191が開とされ、燃料タンクの内圧が正圧のときに
はチェックバルブ192が開とされる。さらに、バツク
ファイヤによるキャニスタあるいは車両の破損の防止の
ために、また、スロットル弁7が開となってバージポー
ト20の負圧が発生したとき活性炭194に吸着された
エバポを機関本体1に吸入させるために、チェックバル
ブ193が作動する。
制御回路10は、たとえばマイクロコンピュータとして
構成され、入出力インターフェイス101、A/D変換
器102の外にCPU103 、 ROM104 、 
RAM105、バックアップRAM106、クロック発
生回路107等が設けられている。108は燃料噴射弁
11を駆動させるための駆動回路である。なお、CPU
103の割込み発生は、A/D変換器102のA/D変
換終了時、入出力インターフェイス101がクランク角
センサスフのパルス信号を受信した時、クロック発生回
路107からの割込み信号を受信した時等である。
ff127.!センサ9の吸気圧データPM、吸気温セ
ンサ12の吸気温データTIIA 、および水温センサ
13の水温データT11−は所定時間毎に実行されるA
/Di換ルーチル−チンて取込まれてRAM105の所
定領域に格納される。つまり、RAM105におけるデ
ータPM、THA、THWは所定時間毎に更新されてい
る。
また、回転速度データNeはクランク角センサ17の3
0°CA毎の割込みによって演算されてRAM105の
所定領域に格納される。
第5図〜第8図を参照して第4図の制御回路の動作を説
明する。
第5図は燃料噴射量演算ルーチンであって、所定クラン
ク角たとえば180’cA毎に実行される。
ステップ501では、RAM105より吸入空気圧デー
タPMおよび回転速度データNeを読出してRO旧04
に格納されている表1に示す2次元マツプMにより基本
噴射量TPを補間計算する。
以下余白 第  1  表 ただし、PMの単位はmmHH、Neの単位rpmであ
り、表1における数値は理解し易くするために空気過剰
率λの逆数に換算した値であり、従って、表1の値は理
論空燃比よりリッチな空燃比に設定されている。なお、
従来は、基本噴射量TPは、表2に示すごとく、理論空
燃比相当に設定されていた。
第2表 ステップ502では、燃料噴射iTを T← (TP)TAUG)  ・ (1+KG)  ・
 FAF   −FLEAN   ・ α + βによ
って演算する。ここで、TAUGおよびKG(実際には
1+KG全体)は、それぞれ、学習補正量および学習補
正係数である。すなわち、TAUGは後述の第7図のル
ーチンにより演算されるアイドル時の学習補正量であり
、KGは第7図のルーチンにより演算される部分負荷時
の学習補正係数である。また、FAFは第6図のルーチ
ンにより演算される空燃比補正係数、FLEANは第8
図のルーチンにより演算されるリーン補正係数、さらに
、α。
βはその他の補正係数あるいは補正量であって、たとえ
ば暖機増量補正、吸気温補正、過渡時補正、電源電圧補
正等に相当する。
ステップ503では、ステップ502にて演算された燃
料噴射iTを制御回路10の駆動回路108内蔵のカウ
ンタにセントし、これにより、燃料噴射弁11が時間T
だけ付勢されることになる。
そして、ステップ504にて第5図のルーチンは終了す
る。
第6図のルーチンを参照して空燃比フィードバック制御
すなわち空燃比FAF演算を説明する。第6図のルーチ
ンは所定時間毎に実行される。ステップ601では、空
燃比の閉ループ(フィードパンク)条件が成立している
か否かを判別する。機関始動中、始動後の燃料増量動作
中、暖熱増量動作中、パワー増量動作中、リーン制御中
等はいずれも閉ループ条件が不成立であり、その他の場
合が閉ループ条件成立である。閉ループ条件が成立して
いないときはステップ609に進んでFAF = 1.
0とする。閉ループ条件成立の場合は、ステップ602
へ進み、空燃比フィードハック補正を行う。
ステップ602では、0□センサ15の出力値を取込ん
で空燃比がリッチかリーンか否かを判別する。リーンの
ときには、ステップ603にて最初のリーンか否かを判
別し、つまり、リッチからり−ンへの変化点か否かを判
別する。この結果、最初のリーンであればステップ60
5にてFAF −FAF+AとしてスキップIAを加算
し、他方、最初のリーンでなければステップ606にて
FAF4−FAF + aとして所定量aを加算する。
なお、スキップ量Aはaより十分大きく設定される。す
なわち、A>>aである。
ステップ602において、リッチであればステップ60
4に進む。ステップ604にて最初のリッチか否かを判
別し、つまり、リーンからリッチへの変化点か否かを判
別する。この結果、最初のリッチであればステップ60
7にてFAF←FAF−BとしてスキップiBを減算し
、他方、最初のリッチでなければステップ608に進み
、FAF4−FAF−bとして所定量すを減算する。な
お、スキップ量Bはbより十分大きく設定される。すな
わち、B>>bである。
つまり、ステップ606.608に示す制御は積分制御
と称されるものであり、また、ステップ605,607
に示す制御はスキップ制御と称されるものである。
スキップ制御が行われたときのみステップ610に進む
。ステップ610では、学習を行う条件が成立したか否
かを判別するものである。つまり、冷却水温THWが8
0℃を超えているか否かを判別し、吸入空気圧PMAが
650mm11gより高いか否かを判別し、車速spo
の変化率ΔSPD/2sが0.7 Km/hより低いか
否かを判別し、吸気温THAが40℃<THA <90
℃の範囲内であるか否かを判別している。なお、PMA
はスロットル開度50°以上且つNe≦2000rpm
の状態がIS経過後に取込まれる吸入空気圧である。こ
の結果、THW>80℃、  PMA>650mm1g
  、ΔSPD/2s< 0.7 Km/h、かつ40
℃〈THA < 90℃の場合は学習実行条件が成立し
たとしてステップ611へ進み、学習実行条件が成立し
ない場合はステップ612に進み、第7図の学習ルーチ
ンが実行される。
ステップ606〜609にて演算された空燃比補正係数
FAFはステップ612にてRAM105に格納され、
ステップ613にて第6図のルーチンは終了する。
第7図は第6図のステップ611である学習ルーチンを
示す。この学習ルーチンは学習補正量TAUGおよび学
習補正係数KGを演算するものであって、前述のごとく
、スキップ時点で実行される。ステップ701では、空
燃比補正係数FAFの平均値FAFAVを演算する。こ
こでは、前回のスキップ時点での値FAFOと今回スキ
ップ時点での値FAFとの相加平均値によって演算され
る。
すなわち、 FAFAV−(PAFO+FAF)/2の演算が行われ
る。次いで、ステップ702にて、FAFAVが0.9
5〜1.05の範囲内か否かを判別する。
この結果、oJ5≦FAFAv ≦t、osノとキニは
、ステップ719に進み、学習値TAUG 、 KGは
いずれも変更されなし)が、FAFAV < 0.95
もしくはFAFAV > 1.05のときには、アイド
ル時か部分負荷時かに応じて学習値TAUGもしくはK
Gが変更される。なお、ここでは、アイドル時を、アイ
ドルスイッチ8がオン時(LL=”l”)  、 Ne
 <1100Orp  、且つP M >200mmH
gが満たされたときと規定し、部分負荷時を、アイドル
スイッチ8がオフ(LL=″0″)且つ200mmHg
 < P M < 400mml(gが満足されたとき
と規定する。
従って、FAFAV<0.95のときにあってアイドル
時には、フローはステップ703 、704 、705
 、706に進み、アイドル時学習値TAUGが所定量
−8減算され、ステップ706にテTAUGはRAM1
05に格納され、また、FAFAV<0.95のときに
あって部分負荷時には、フローはステップ703.70
8.709に進み、部分頁荷時学習値KGが所定ff1
−0.002減算され、ステップ710にてKGはRA
M105に格納される。
同様に、FAFAV > 1.05のときにあってアイ
ドル時には、フローはステップ711,712,713
.714に進み、アイドル時学習値TA[IGが所定量
+8加算され、ステップ715にてTAUGはRAM1
05に格納され、また、FAFAV > 1.05のと
きにあって部分負荷時には、フローはステップ711,
716,717に進み、部分頁荷時学習値KGが所定量
+0.002加算され、ステップ718にてKGはII
AM105に格納される。
そして、ステップ719にて、FAFO−FAFとして
次回の実行に備え、ステップ720にてこのルーチンは
終了する。
次に、第8図を参照してリーン制御におけるリーン補正
係数FLEANの演算の一例について説明する。まず、
ステップ801においてリーン制御条件が満たされたか
否かを判別する。このリーン制御以下であること等が全
て満足されることをいう。
リーン制御条件が成立していると判断されたときは、ス
テップ802に進み、リーン制御条件が成立していない
と判断されたときはステップ807でリーン補正係数F
LEANを1とする ステップ802ではアイドルスイ、:、千8がオフして
いるか否かを判断することによりスロットル弁7が開い
ているかを判断し、アイドルスイッチ8がオフのときは
(LL=“0″)は、ステップ803で、RAM105
より吸気圧データPMおよび回転速度データNeを読出
してROM104に記憶されているリーン補正係数FI
JANのマツプからリーン補正係数FLEANを補間計
算路→する。次のステソプヲ勅−−一方、リーン制御中
でないときは、ステップ805で車速SPDが所定値(
例゛えば、10Km/h)を超えているかを判断し、所
定値を超えているときステップ808にてこのルーチン
は終了する。これに対し、車速SPDが所定値以下のと
きすなわち発進時はステップ807でリーン補正係数F
LEANを1としてリーン制御を中止する。
アイドルスイッチ8がオンのとき(LL =“1”)は
、ステップ809で所定時間内における機関回転速度N
eの平均値NAVを求め、次のステップ810で平均値
NAVが所定値B(例えば、600rpm)を超えてい
るか否かを判断する。平均値NAVが所定値B以下のと
きはステップ807でリーン制御を中止し、平均値NA
Vが所定値Bを超えているときはステップ811でリー
ン補正係数F L IE A Nを1未満の所定値(例
えば、0.92)としてリーン制御を行い、ステップ8
12にてこのルーチンは終了する。
なお、上述のごとく、基本噴射量計算関数をリッチ側に
設定してあっても、通常の運転状態では、空燃比は問題
とならない。つまり、通常の運転状態であれば、アイド
ル領域、部分負荷領域等を含むあらゆる負荷領域で車両
は運転されているものと考えられ、従って、設定された
複数の学習領域での学習は十分になされているものとみ
なすことができるからである。言い換えると、いかなる
基゛本噴射量計算関数が設定されても、学習制御が十分
行われれば、基本噴射量は理論空燃比になるということ
を意味している。
発明の詳細 な説明したように本発明によれば、基本噴射量計算関数
をリンチの空燃比相当(λ〈1)で作成しであるので、
KG学習領域で十分に学習される一方、TAUG学習領
域では学習不十分のまま、開ループによるリーン制御に
移行したとき、高負荷領域での空燃比は第2図に示すご
とくリーン側となる。
特に、排気ガス試験を行う場合、第9図に示すごとく、
車両を約40Km/hで15分間暖機した後に、10モ
ード試験(6サイクル)を行う。このとき、車両暖機中
にフィードバック制御(閉ループ制御)を行い、学習条
件が満たされたときに学習が実行され、他方、10モー
ド試験においては、リーン制御条件成立時にリーン制御
が実行される。
しかし、車両暖機時には、アイドル領域の学習制御は行
われず、従って、TAUGの学習は行われず、部分負荷
領域でのKGの学習制御のみ行われることになる。この
結果、本発明においては、基本噴射量計算関数(マツプ
)をリッチ側で設定してあるので、高負荷領域では、第
2図に示すごとく、リーン側となる。従って、新品のキ
ャニスタを有する機関に対して、上述の排気ガス試験を
行うと、このような試験はコールド状態から開始するた
めに、初期は燃料温度、タンク内圧力は共に低く、従っ
て車両暖機中にはエバポ発生はほとんどなく、試験が進
むにつれて、燃料温度、タンク内圧ツノは共に上昇して
エバポの発生量も多くなり、タンク内圧力がチェックバ
ルブ192の設定圧以上になると、チェックバルブ19
2が開き、エバポをキャニスタ19に吸着させるととも
に、機関本体lにも吸入させることになるが、学習が終
了してしまい、エバポの影響がまったく反映されないが
、空燃比のリンチ化は防止でき、従って、第10図に示
す排気ガス特にNOx成分の増加を防止できる。
もちろん、使用済のキャニスタを用いた場合には、車両
暖機中にもエバポ発生はあり、従って、エバポの影客は
一部の負荷領域であるが学習に反映されるので、特に問
題はない。また、本発明の基本噴射景の設定関数は第1
0図の斜線で示すリーン限界(失火限界)を考慮して定
めることはもちろんのことである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の詳細な説明するための全体ブロック図
、第2図、第3図は本発明の詳細な説明するグラフ、第
4図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実施
例を示す全体概略図、第5図〜第8図は第4図の制御回
路の動作を説明するためのフローチャート、第9・図、
第10図は本発明の詳細な説明するグラフである。 1:機関本体 、    7:スロットル弁、8:アイ
ドルスイッチ、9:圧力センサ、IO=制御回路、  
  14:Ozセンサ、19:エハ゛ポジステム。 (@)← 負荷 →(高) (軽)←負荷→(高)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、内燃機関の所定運転状態パラメータに応じて理論空
    燃比よりリッチ側の空燃比に相当する基本噴射量を演算
    する基本噴射量演算手段と、前記機関の所定運転状態に
    あっては前記機関の実際の空燃比に応じて空燃比補正係
    数を演算し該空燃比補正係数に応じて前記基本噴射量を
    補正して前記機関の実際の空燃比を所定範囲内に収束さ
    せる閉ループ空燃比制御手段と、複数に区分された機関
    負荷状態領域毎に前記閉ループ空燃比制御手段の動作に
    もとづいて前記空燃比補正量が所定範囲内に収束するよ
    うに前記各負荷状態領域毎の学習補正量を学習する学習
    手段と、前記機関のリーン制御条件に従って前記基本噴
    射量、および前記各学習補正量に応じて前記機関の空燃
    比を開ループによりリーン側に制御する開ループ空燃比
    制御手段とを具備する内燃機関の空燃比制御装置。
JP59209027A 1984-10-06 1984-10-06 内燃機関の空燃比制御装置 Pending JPS6187935A (ja)

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