JPS62346B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関の空燃比制御方法に係り、
特に、三元触媒を用いて排気ガス浄化対策が施さ
れた自動車用エンジンにおいて、エンジン運転状
態に応じて空燃比が理論空燃比よりリーン側とな
るように空燃比をフイードフオワード制御するリ
ーン制御と、空燃比センサの出力に応じて空燃比
が理論空燃比となるように空燃比をフイードバツ
ク制御するフイードバツク制御とを、エンジン運
転状態により切替える部分リーン制御を行なうよ
うにした内燃機関の空燃比制御方法の改良に関す
る。

一般に、内燃機関、特に、三元触媒を用いて排
気ガス浄化対策が施された自動車用エンジンにお
いては、その混合気の一次空燃比、或いは、触媒
流入ガスの二次空燃比を、理論空燃比に保持する
必要があり、そのため、種々の空燃比制御方法が
提案されている。その一つに、空燃比センサを排
気マニホルドに配設し、該空燃比センサの出力に
応じて空燃比が理論空燃比となるように一次空燃
比或いは二次空燃比をフイードバツク制御する方
法が知られており、このフイードバツク制御によ
れば、一次空燃比或いは二次空燃比を厳密に理論
空燃比近傍に保持できるという特徴を有する。従
つて、従来は、このフイードバツク制御をエンジ
ン運転状態に拘らず常時実施するようにしていた
ものであるが、一方、燃料消費量に着目すると、
このフイードバツク制御を常時行なう方法は、最
善の方法ではなく、例えば、軽負荷運転状態にお
いては、排気ガス中の有害成分である窒素酸化物
の排出量がもともと小さいため、排気ガス浄化性
能を若干犠性にしても、空燃比が理論空燃比より
リーン側となるように制御した方が、エンジンの
燃費性能は向上する。なお空燃比を理論空燃比よ
りリーン側とした場合には、エンジンの出力も若
干低下するが、軽負荷運転状態であれば特に問題
を生じることはない。

上記のような知見に基づいて、エンジン運転状
態に応じて空燃比が理論空然比よりリーン側とな
るように空燃比をフイードフオワード制御するリ
ーン制御と、空燃比センサの出力に応じて空燃比
が理論空燃比なるように空燃比をフイードバツク
制御するフイードバツク制御とを、エンジン運転
状態により切替える部分リーン制御が考えられて
いる。この部分リーン制御においては、第１図に
示すような、エンジン回転数Ｎに対する吸気管圧
力の変化特性と、同じくエンジン回転数Ｎに対す
る基本燃料噴射時間Ｔ_pとの相関性の良さを利用
して、例えば第２図に示す如く、基本燃料噴射時
間Ｔ_pが、Ｔ_p0〜Ｔ_p1の間にある吸気絞り弁の全
閉時にはフイードバツク制御を実施し、基本燃料
噴射時間Ｔ_pが、Ｔ_p1〜Ｔ_p〓の間にある軽負荷域
においてはリーン制御を実施し、基本燃料噴射時
間Ｔ_pが、Ｔ_p〓〜Ｔ_p〓の間にある通常運転状態
ではフイードバツク制御を実施し、更に、基本燃
料噴射時間Ｔ_pが、Ｔ_p〓〜Ｔ_po（絞り弁全開状
態）に対応する出力領域では空燃比が理論空燃比
よりリツチ側の出力空燃比、例えば12〜13となる
ように空燃比をフイードフオワード制御するよう
にしている。ここで、前記基本燃料噴射時間Ｔ_p
は、機関の吸入空気量Ｑとエンジン回転数Ｎを用
いて、次式により算出されるもである。

Ｔ_p＝ＡＱ／Ｎ ……(1) ここでＡは定数である。

前記のような部分リーン制御におけるリーン制
御領域の減量比は、例えば第３図に示す如く設定
されており、従つて、同じくリーン制御領域にお
ける空燃比は、第４図に示す如くとなつている。

この部分リーン制御は、例えば第５図に示すよ
うな流れ図に沿つて実施される。即ち、まずステ
ツプ101において、算出された基本燃料噴射時間
Ｔ_pがＴ_p〓以上であるか否かが判定され、Ｔ_p〓
以上である場合には、生力制御領域であるので、
ステツプ102に進んで出力空燃比を得るのに必要
な出力制御値が計算され、更にステツプ103で計
算値に応じて補正量がセツトされる。一方、基本
燃料噴射時間Ｔ_pがＴ_p〓未満である場合には、ス
テツプ104に進み、基本燃料噴射時間Ｔ_pがＴ_p〓
以上であるか否かが判定される。基本燃料噴射時
間Ｔ_pがＴ_p〓以上である場合には、フイードバツ
ク制御領域であるので、ステツプ105に進み、空
燃比センサの出力に応じてフイードバツク制御値
が計算され、ステツプ103で補正量がセツトされ
る。又、基本燃料噴射時間Ｔ_pがＴ_p〓未満である
場合には、ステツプ106に進み、基本燃料噴射時
間Ｔ_pがＴ_p1未満であるか否かが判定される。基
本燃料噴射時間Ｔ_pがＴ_p1以上の場合には、リー
ン制御領域であるので、ステツプ107に進み、第
３図に示したような減量比に従つてＴ_p値に応じ
たリーン値を計算し、ステツプ103で補正量をセ
ツトする。又、ステツプ106で基本燃料噴射時間
Ｔ_pがＴ_p1未満であると判定された場合には、前
出ステツプ105に進み、フイードバツク制御値を
計算して、ステツプ103で補正量をセツトする。

この部分リーン制御によれば、従来の、フイー
ドバツク制御を常時行なう方法に比べて、排気ガ
ス浄化性能を損なうことなく、燃費性能を大幅に
向上することができるものであるが、部品のばら
つき等によりリーン制御領域の空燃比がばらつく
と、排気ガス浄化性能、車両運転性能等に悪影響
を及ぼすことが心配される。

従つて、前記部分リーン制御中のフイードバツ
ク制御領域を利用して、フイードバツク制御を実
行した時の空燃比帰還補正量に応じて、理論空燃
比の偏差を学習することにより、リーン制御時に
おける空燃比制御の精度を高めることが考えられ
る。しかしながら、空燃比の学習は、フイードバ
ツク制御している状態でしか実行できないため、
エンジン始動直後の冷間時制御が終了した後、直
ちに部分リーン制御を実行するようにすると、吸
入空気量分割或いは基本燃料噴射時間分割いずれ
の方式の学習を行なつた場合においても、リーン
制御領域の学習の機会が非常に少なく（基本燃料
噴射時間Ｔ_pで分割した場合には、Ｔ_p1〜Ｔ_p〓は
学習の機会がない）、又、実際に使いたいところ
を直接学習することができず、その結果、リーン
制御領域の空燃比のばらつきを十分吸収すること
ができない可能性があつた。

本発明は、前記のような問題点を解消するべく
なされたもので、リーン制御に移る前に確実に学
習を行なうことができ、従つて、リーン制御領域
においても正しい補正が可能となり、部品ばらつ
き等による空燃比のばらつきを吸収して、排気ガ
ス浄化性能、運転性能を向上すると共に、部品の
精度管理を簡略化することができる内燃機関の空
燃比制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、エンジン運転状態に応じて空燃比が
理論空燃比よりリーン側となるように空燃比をフ
イードフオワード制御するリーン制御と、空燃比
センサの出力に応じて空燃比が理論空燃比となる
ように空燃比をフイードバツク制御するフイード
バツク制御とを、エンジン運転状態により切替え
る部分リーン制御を行なうようにした内燃機関の
空燃比制御方法において、暖機終了直後或いはエ
ンジン始動直後の所定時間は、エンジン運転状態
に拘らず、強制的に前記フイードバツク制御を実
行し、この時の空燃比帰還補正量に応じて、理論
空燃比と設定空燃比の偏差を学習するようにし
て、前記目的を達成したものである。

以下の図面を参照して、本発明の実施例を詳細
に説明する。

本実施例は、第６図に示すような、外気を取入
れるためのエアクリーナ１２と、該エアクリーナ
１２により取入れられた吸入空気の流量を検出す
るためのエアフローメータ１４と、該エアフロー
メータ１４に内蔵された、例えばポテンシヨンメ
ータ式の吸気量センサ１６と、同じくエアフロメ
ータ１４に内蔵された、吸入空気の温度を検出す
るための吸気温センサ１８と、吸気管２０に配設
され、運転席に配設されたアクセルペダル（図示
省略）と連動して回動するようにされた、吸入空
気の流量を制御するための吸気絞り弁２２と、吸
気マニホルド２４に配設された、エンジン１０の
吸気ポートに向けて燃料を噴射するためのインジ
エクタ２６と、エンジン１０の冷却水温度を検出
するための冷却水温センサ３０と、エンジン１０
のクランク軸の回転速度に応じた周波数のパルス
信号を出力する回転速度センサ２８と、排気マニ
ホルド３２の出口側に配設された、排気ガス中の
残存酸素濃度から空燃比を検知するための酸素濃
度センサ３４と、排気管３６の下流側に配設され
た三元触媒コンバータ３８と、前記エアフロメー
タ１４の吸気量センサ１６出力から求められるエ
ンジン１０の吸入空気量Ｑと前記回転速度センサ
２８出力から求められるエンジン回転数Ｎから前
出(1)式に従つて基本燃料噴射時間Ｔ_pを算出し、
更に冷却水温センサ３０出力の冷却水温、酸素濃
度センサ３４出力の空燃比等に応じて補正を加え
て開弁時間信号を作成し、前記インジエクタ２６
の開弁時間を制御することによつて空燃比を制御
する空燃比制御回路４０とを備えた、自動車用エ
ンジン１０の吸入空気量式電子制御燃料噴射装置
において、前記空燃比制御回路４０内で、エンジ
ン運転状態に応じて空燃比が理論空燃比よりリー
ン側となるように空燃比をフイードフオワード制
御するリーン制御と、酸素濃度センサ３４の出力
に応じて空燃比が理論空燃比となるように空燃比
をフイードバツク制御すると共に、この時の空燃
比帰還補正量に応じて、理論空燃比と設定空燃比
の偏差を学習するフイードバツク制御とを、エン
ジン運転状態により切替える部分リーン制御を行
なうと共に、暖機終了直後或いはエンジン始動直
後の所定時間は、エンジン運転状態に拘らず、強
制的に前記フイードバツク制御を実行し、この時
の空燃比帰還補正量に応じて、理論空燃比と設定
空燃比の偏差を学習するようにしたものである。

前記空燃比制御回路４０は、例えば第７図に詳
細に示す如く、燃料噴射量を演算するマイクロプ
ロセツサ４２と、前記回転速度センサ２８の出力
によりエンジン１回転に１回エンジン回転数を計
数すると共に、その計数の終了時に割込み制御部
４６に割込み指冷信号を出力する回転数カウンタ
４４と、該回転数カウンタ４４出力の割込み指令
信号に応じて割込み信号を発生し、マイクロプロ
セツサ４２に燃料噴射量の演算を行なう割込み処
理ルーチンを実行させる割込み制御部４６と、ス
タータ（図示省略）の作動を制御しているスター
タスイツチ５０から入力されるスタータ信号等の
デジタル信号をマイクロプロセツサ４２に入力す
るためのデイジタル入力ポート５２と、前記吸気
量センサ１６、吸気温センサ１８、冷却水温セン
サ３０、酸素濃度センサ３４等から入力される各
アナログ信号を、デジタル信号に変換して順次マ
イクロプロセツサ４２に入力するための、アナロ
グマルチプレクサ及びアナログ―デジタル変換器
からなるアナログ入力ポート５４と、前記回転数
カウンタ４４、割込み制御部４６、デジタル入力
ポート５２、アナログ入力ポート５４等の出力情
報をマイクロプロセツサ４２に伝達するためのコ
モンバス５６と、キイスイツチ５８を介してバツ
テリ６０に接続された電源回路６２と、マイクロ
プロセツサ４２における計算データ等を一時的に
記憶しておくための、読取り、書込みを行なえる
ランダムアクセスメモリ６４と、プログラムや各
種の定数等を記憶しておくためのリードオンリー
メモリ６６と、マイクロプロセツサ４２で算出さ
れたインジエクタ２６の開弁時間、即ち、燃料噴
射量を表わすデジタル信号を実際のインジエクタ
２６の開弁時間を与えるパルス幅のパルス信号に
変換するための、レジスタを含むダウンカウンタ
よりなる燃料噴射時間制御用カウンタ６８と、該
カウンタ６８出力のパルス信号を、前記インジエ
クタ２６を駆動する開弁時間信号に変換する電力
増幅部７０と、経過時間を測定するためのタイマ
７２とから構成されている。

以下作用を説明する。

本実施例における冷間時制御、部分リーン制
御、フイードバツク制御の切替えは、第８図に示
すような切替プログラムに従つて実施される。即
ち、まず、ステツプ111で、前記冷却水温センサ
３０で検出されるエンジン冷却水温Twが、冷間
時増量制御から部分リーン制御等に移行するに適
した所定温度Ａ℃（例えば40℃）に到達したか否
かが判定され、エンジン冷却水温TwがＡ℃未満
である場合には、ステツプ112に進んで、公知の
冷間時増量制御が実施される。一方、エンジン冷
却水温TwがＡ℃以上となつている場合には、ス
テツプ113に進み、各種増量が完全に終了した、
第２の所定温度Ｂ℃（例えば70℃）に到達してい
るか否かが判定され、エンジン冷却水温TwがＢ
℃未満である場合には、ステツプ114に進んでフ
イードバツク制御のみが実施される。更に、エン
ジン冷却水温TwがＢ℃以上となつた時には、ス
テツプ115に進み、エンジン冷却水温TwがＢ℃
となつてから所定時間（ｘ時間）経過したが否か
が判定され、ｘ時間（例えば200秒）経過するま
では、ステツプ114でフイードバツク制御が実施
され、この時の空燃比帰還補正量に応じて、理論
空燃比と設定空燃比の偏差が学習される。エンジ
ン冷却水温TwがＢ℃となつてからｘ時間以上経
過した場合には、ステツプ116に進み、部分リー
ン制御が実施され、該部分リーン制御中のフイー
ドバツク制御時に、この時の空燃比帰還補正量に
応じて、理論空燃比と設定空燃比の偏差が学習さ
れる。

前記フイードバツク制御時における学習は、例
えば次のようにして行なわれる。即ち、まず、第
９図に示すような学習条件判定ルーチンに従つ
て、学習制御に適した条件が成立しているか否か
が判定される。具体的には、ステツプ121で、フ
イードバツク制御実施中か否かが判定され、フイ
ードバツク制御実施中でない場合には学習条件非
成立と判断して学習制御は行なわない。フイード
バツク制御実施中である場合には、ステツプ122
に進み、前記冷却水温センサ３０出力により検出
されるエンジン冷却水温Twが、学習制御に適し
たエンジン暖機終了後の温度Ｂ℃（例えば70℃）
に到達しているか否かが判定され、エンジン冷却
水温がＢ℃に到達していない場合には、学習制御
を行なわない。エンジン冷却水温TwがＢ℃以上
となつている場合には、ステツプ123に進み、例
えば、エンジン運転状態が過渡領域等の不安定領
域でないか等の、その他の学習停止条件が成立し
ているか否かを判定する。その他の学習停止条件
が成立している場合には、やはり学習制御は行な
わない。その他の学習停止条件も成立しておら
ず、学習制御に適した状態となつている場合に
は、ステツプ124で、その時の空燃比帰還補正量
に応じて、理論空燃比と設定空燃比の偏差を学習
する。このステツプ124における空燃比の学習
は、具体的には第１０図に示すような学習ルーチ
ンに従つて行なわれる。即ち、まずステツプ131
で、現在の吸入空気量Ｑ或いは基本燃料噴射時間
Ｔ_pに応じて、学習される補正量のブロツクを決
定する。ついで、ステツプ132に進み、フイード
バツク補正方向がリツチ方向であるかリーン方向
であるかを判定する。フイードバツク補正方向が
リーン方向である場合にはステツプ133に進み、
リーン方向へＣ％学習する。一方、フイードバツ
ク補正方向がリツチ方向である場合には、ステツ
プ134に進み、リツチ方向へＣ％学習する。この
ようにして学習された学習量と各ブロツクの関係
は例えば第１１図に示す如くとなる。

本実施例におけるエンジン始動後の経過時間と
各制御の切替え状態の一例を第１２図に示す。

本実施例においては、学習を行なうためのフイ
ードバツク制御を、暖機終了直後の所定時間即
ち、エンジン冷却水温70℃に到達してからｘ時間
行なうようにしているため、安定したデータを用
いて精度の高い学習を行なう事ができる。なお冷
間時増量制御から部分リーン制御に移る前に学習
を行なう方法はこれに限定されず、例えば、エン
ジン始動直後の所定時間だけ、学習を行なうため
のフイードバツク制御を強制的に行なうことも可
能である。

尚、前記実施例は、本発明を、吸入空気量式の
電子制御燃料噴射装置を備えた自動車用エンジン
に適用したものであるが、本発明の適用範囲はこ
れに限定されず、吸気圧力式の電子制御燃料噴射
装置を備えた自動車用エンジン、或いは気化器を
備えた一般の内燃機関にも同様に適用できること
は明らかである。

以上説明した通り、本発明によれば、部分リー
ン制御に移行する前に確実に学習が行なわれ、広
範囲な領域で理論空燃比と設定空燃比の偏差を十
分に学習できる。従つて、リーン制御領域におい
ても正しい補正が可能となり、部品のばらつき等
を十分に吸収でき、排気ガス浄化性能、運転性能
を向上すると共に、部品の精度管理を簡略化する
ことによりコスト低下をはかることができる等の
優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、部分リーン制御の原理を説明するた
めの、エンジン回転数と吸気管圧力及び基本燃料
噴射時間の関係を示す線図、第２図は、同じく、
エンジン回転数及び吸気管圧力と各制御領域の関
係を示す線図、第３図は、同じく、リーン制御領
域における基本燃料噴射時間と減量比の関係を示
す線図、第４図は、同じく、基本燃料噴射時間と
制御空燃比の関係を示す線図、第５図は、同じ
く、部分リーン制御の基本的なプログラムの一例
を示す流れ図、第６図は、本発明に係る内燃機関
の空燃比制御方法の実施例が採用された、自動車
用エンジンの吸入空気量式電子制御燃料噴射装置
の構成を示すブロツク線図、第７図は、前記装置
で用いられている空燃比制御回路の構成例を示す
ブロツク線図、第８図は、前記実施例で用いられ
ている、各制御状態を切替えるためのプログラム
を示す流れ図、第９図は、同じく、学習条件の成
立の有無を判定するためのプログラムを示す流れ
図、第１０図は、同じく、空燃比を学習するため
のプログラムを示す流れ図、第１１図は、前記実
施例における、吸入空気量或いは基本燃料噴射時
間のブロツクと学習量の関係の一例を示す線図、
第１２図は、同じく、エンジン始動後の経過時間
と各制御の切替状態の一例の関係を示す線図であ
る。 １０……エンジン、１６……吸気量センサ、２
６……インジエクタ、２８……回転速度センサ、
３４……酸素濃度センサ、４０……空燃比制御回
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エンジン運転状態に応じて空燃比が理論空燃
   比よりリーン側となるように空燃比をフイードフ
   オワード制御するリーン制御と、空燃比センサの
   出力に応じて空燃比が理論空燃比となるように空
   燃比をフイードバツク制御するフイードバツク制
   御とを、エンジン運転状態により切替える部分リ
   ーン制御を行なうようにした内燃機関の空燃比制
   御方法において、暖機終了直後或いはエンジン始
   動直後の所定時間は、エンジン運転状態に拘ら
   ず、強制的に前記フイードバツク制御を実行し、
   この時の空燃比帰還補正量に応じて、理論空燃比
   と設定空燃比の偏差を学習するようにしたことを
   特徴とする内燃機関の空燃比制御方法。