JPS63154831A - 内燃機関の電子制御燃料噴射装置 - 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〉 本発明は内燃機関の電子制御燃料噴射制御装置に関し、
特に空燃比フィードバック制御の改善技術に関する。

〈従来の技術〉 従来、内燃機関の電子制御燃料噴射装置においては、吸
入空気流量Ｑと機関回転速度Ｎとに基づいて演算した基
本燃料噴射ｆｆ１Ｔｐ　（＝ＫｘＱ／Ｎ；には定数）に
比例積分制御される空燃比フィードバック補正係数αを
乗算して最終的な燃料噴射１ｉＴｉを設定するようにし
て、機関吸入混合気の空燃比を所定目標空燃比に制御す
る空燃比フィードバック制御を行うようにしているもの
がある。

即ち、第６図に示すように排気系に設けられ排気中の酸
素濃度に対応した電圧を出力する酸素センサからの出力
電圧と所定のスライスレベル電圧とを比較して、混合気
の空燃比が所定目標空燃比（通常この目標空燃比は理論
空燃比であり、このとき前記スライスレベル電圧は理論
空燃比の混合気の燃焼排気における酸素濃度に対応させ
る）に対してリッチかリーンかを排気中の酸素濃度に基
づき判定し、例えば排気中の酸素濃度に基づく空燃比が
目標空燃比に対してリーン（リッチ）の場合には、空燃
比フィードバック補正係数αを所定積分分（１分）ずつ
徐々に上げて（下げて）いき、空燃比を目標空燃比に制
御する。

ここで、第６図に示す機関吸入混合気の空燃比と排気中
の酸素濃度に基づく空燃比とはリッチ・リーンが逆の関
係になっているが、これは、所定空燃比の混合気の燃焼
排気がその燃料噴射量Ｔｉの設定から所定時間Ｔ０後に
酸素センサに到達してその酸素濃度が検出され、その検
出結果に基づいて燃料制御されるためである。前記所定
時間Ｔ０は、酸素センサによって空燃比の反転（リソチ
ーリーンＯｒリーン→リッチ）が検出されてから、この
検出に基づき機関吸入混合気の空燃比をリッチ化若しく
はリーン化させ、この空燃比補正された混合気の燃焼排
気が酸素センサに到達して混合気空燃比のリーン−リッ
チ若しくはリッチ−リーンが検出されるまでの遅れ時間
（応答遅れ時間とも言えるものであり、以下空燃比制御
遅れ時間とする）を示すものであり、排気ボートと酸素
センサとの距離が一定であれば機関運転状態に応じた排
気流速に応じて変化する。換言すれば、酸素センサによ
って検出される空燃比は、前記空燃比制御遅れ時間Ｔ０
前の混合気の空燃比である。

尚、空燃比の制御速度を早めるためリッチ・リーン判定
の反転が酸素センサによって検出されたときには、空燃
比フィードバック補正係数αを所定比例分（Ｐ分）だけ
上下させるようにしである（特開昭６０−２４０８４０
号公報等参照）。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、かかる空燃比フィードバック補正係数αの比
例積分制御において、前記空燃比制御遅れ時間Ｔ０に対
する比例積分制御の制御定数が適当でない場合には以下
に示すよう問題が発生することがあった。

即ち、空燃比制御遅れ時間Ｔゆ及び比例分（Ｐ分）に対
して積分分く１分）が小さい場合には、第７図に示すよ
うに空燃比フィードバック制御がリッチから開始される
かリーンから開始されるかによって、所定方向の制御オ
フセット（制御目標からのズレ）を生じる。

例えば第７図の上側のグラフに示すように空燃比リッチ
状態から制御が開始された場合に、機関吸入混合気の空
燃比は図中Ａ点でリーンへ反転するが、検出遅れがある
ためこのリーン化が実際に酸素センサによって検出され
るまで（Ａ点がら空燃比制御遅れ時間Ｔ０後のＡ゛点ま
で）は空燃比フィードバック補正係数αを所定積分分（
１分）ずつ下げていき、混合気空燃比の反転が酸素セン
サによって空燃比制御遅れ時間Ｔ。後に検出されたとき
に所定比例分（Ｐ分）だけ上げるが、所定比例分くＰ分
）だけ上げた結果空燃比フィードバック補正係数αが目
標空燃比である理論空燃比に相当する値（基準値１）を
越える値となった場合、即ち、リーンへの反転検出に基
づく空燃比フィードバック補正係数αの比例制御がリッ
チ側へ偏った場合には、この空燃比のリッチ化がやはり
空燃比制御遅れ時間Ｔ０後に酸素センサによって検出さ
れて所定比例分（Ｐ分）だけ下げる制御が行われるため
、リーンへの反転検出時におけるリッチ側への制御偏り
を補正することができず、結果的に空燃比フィードバッ
ク補正係数αによる増減補正量（図中斜線部の面積）が
リッチ側にズレ、空燃比フィードバック制御の結果が目
標空燃比である理論空燃比よりもリッチ側にズしてしま
うことになる。

即ち１０機関運転状態（排気流速度）が一定であれば空
燃比制御遅れ時間Ｔ０は略一定であり、空燃比制御遅れ
時間Ｔ０における積分制御による補正係数αの変化量は
一定となるが、比例分（ＰＬ）による制御によって積分
制御（ＩＬ　）がリッチ側から開始され、一方、比例分
のＰＬとＰ、ｔとは略等しい値に設定されるのが一般的
であり、■えによる積分制御はα＝１から開始されるの
で、リソチ側への補正量がリーン側への補正量を上回る
ことになる。

一方、第７図の下側のグラフに示すように空燃比リーン
状態から制御が開始された場合には、上記リッチからの
制御の場合とは逆に、空燃比フィードバック制御の結果
が目標空燃比である理論空燃比よりもリーン側にズして
しまうことになる。

また、第８図に示すように積分分（１分）を大きく設定
して、空燃比制御遅れ時間Ｔ０における空燃比フィード
バック補正係数αの増減量を増大させ、酸素センサによ
って空燃比のリーン（リッチ）への反転が検出されたと
きに、空燃比フィードバック補正係数αの比例制御によ
って混合気の空燃比をリッチ（リーン）化させる補正が
行われないように、換言すれば、比例制御によって空燃
比フィードバック補正係数αがα＝１　（目標空燃比で
ある理論空燃比に対応する値であり、経時変化等によっ
て変化する）の基準線を跨ぐことがないようにした場合
には制御オフセットは発生しないが、空燃比フィードバ
ック補正係数αの積分制御による傾きが大きくなって燃
料噴射量の増減補正量が増大されるため空燃比制御の巾
が拡大される。また、比例制御後の積分制御によって前
記基準線を跨ぐことになるため、この比例制御から基準
線を跨ぐまでの時間Ｔ、たけ制御周期が延びることにな
ってしまう。

以上のような制御オフセットの発生や空燃比制御遅の拡
大、更に、制御周期の一長を回避するためには、空燃比
フィードバック補正係数αを所定比個分（Ｐ分）だけ上
下させた値が前記基準線を跨がない近傍の値となり、積
分制御にょろり−ン制御及びリッチ制御が前記基準線の
近傍から開始されることが望ましい。

しかしながら、従来の空燃比フィードバック補正係数α
の比例積分制御では、積分分（１分）及び比例分（Ｐ分
）をそれぞれ一定値とした場合には、運転状態即ち排気
流速によって決定される空燃比制御遅れ時間Ｔ０の変化
によっては上記のような問題が発生することが避は難く
、また、積分分（１分）及び比例分（Ｐ分）を基本燃料
噴射量Ｔｐと機関回転速度Ｎとによって区分される複数
の運転状態毎に記憶させるようにしたものがあるが、こ
れは前記空燃比制御遅れ時間Ｔ０を考慮したものではな
く、単に制御速度（制御周期）を可変することを目的と
したものであり、運転状態（排気流速）によって可変す
る前記空燃比制御遅れ時間Ｔ０に対応させたものではな
かったため、制御定数を一定値とした場合と同様に上記
のような問題の発生を回避することはできなかった。

本発明は、このような実情に鑑みなされたものであって
、空燃比フィードバック補正係数αの比例積分制御にお
ける制御定数を空燃比制御遅れ時間即ち排気流速に対応
させて設定するようにして、空燃比フィードバック制御
における上記問題点の解決を図ろうとするものである。

く問題点を解決するための手段〉 そのため本発明では、第１図に示すように、機関の運転
状態に応じて基本燃料噴射量を設定する基本燃料噴射量
設定手段と、機関排気系に設けられ排気中の酸素濃度を
検出する酸素濃度検出手段と、これにより検出された排
気中の酸素濃度に基づき機関吸入混合気の空燃比の所定
目標空燃比に対するリッチ・リーンを判定して空燃比フ
ィードバック補正係数を比例積分制御により設定する空
燃比フィードバック補正係数設定手段と、前記それぞれ
の手段により設定された基本燃料噴射量と空燃比フィー
ドバック補正係数とに基づき燃料噴射量を設定する燃料
噴射量設定手段と、これにより設定された燃料噴射量に
応じて燃料噴射弁を駆動制御する燃料噴射弁駆動制御手
段と、を備えた内燃機関の電子制御燃料噴射装置におい
て、機関の運転状態に基づき機関の排気流速を検出する
排気流速検出手段と、前記空燃比フィードノー、、ｒツ
ク補正係数の比例積分制御における制御定数を検出され
た排気流速に応じて設定する制御定数設定手段と、を設
けるようにした。

く作用〉 かかる構成により、機関運転状態によって異なる排気流
速から前述した空燃比制御遅れ時間を設定し、例えば設
定した空燃比制御遅れ時間における積分制御による空燃
比フィードバック補正係数の変化量が所定比例分と一致
するように積分分を設定することにより、積分制御の開
始時における補正係数と、空燃比制御遅れ時間後の比例
制御された補正係数とを一致（若しくは近似）させるこ
とができるため、積分分を最小限に抑えて、然も、制御
オフセットの発生を回避できる。

〈実施例〉 以下に本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第２図において、機関１にはエアクリーナ２゜吸気ダク
ト３．スロットルチャンバ４．吸気ボート５及び吸気弁
６を介して空気が吸入される。

スロットルチャンバ４には、図示しないアクセルペダル
と連動するスロットル弁７が設けられていて、吸入空気
流ｉ１Ｑを制御する。

吸気ボート５には燃料噴射弁８が設けられている。この
燃料噴射弁８は、ソレノイドに通電されて開弁じ、通電
停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であって、コント
ロールユニット９からの駆動パルス信号によりソレノイ
ドに通電されて開弁じ、図示しない燃料ポンプから圧送
されプレッシャレギュレータにより所定の圧力に調整さ
れた燃料を機関１に噴射供給する。

コントロールユニット９は、各種のセンサからの入力信
号を受け、内蔵のマイクロコンピュータにより後述の如
く演算処理（空燃比フィードバック制御を含む）して燃
料噴射量（噴射時間）Ｔｉを定め、これに従って駆動パ
ルス信号を燃料噴射弁８に出力する。即ち、本実施例に
おていコントロールユニット９は、基本燃料噴射量設定
手段２空燃比フイ一ドバツク補正係数設定手段、燃料噴
射量設定手段、燃料噴射弁駆動制御手段、排気流速検出
手段及び制御定数設定手段とを兼ねるものである。

前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３に熱線式のエ
アフローメータ１０が設けられていて、吸入空気流量Ｑ
に応じた信号を出力する。また、図示しないディストリ
ビュータに内蔵させてクランク角センサ１１が設けられ
ていて、所定クランク角毎に信号を出力する。スロット
ルチャンバ４に設けられたスロットル弁７には、ポテン
ショメータ式のスロットルセンサ１２が設けられていて
、スロットル弁７の開度θに応じた信号を出力する。機
関１のウオークジャケットには、水温センサ１３が設け
られていて、冷却水温度Ｔｗに応じた信号を出力する。

更に、排気通路１４には排気中の酸素濃度を検出する酸
素濃度検出手段としての酸素センサ１５が設けられてい
て、排気中の酸素濃度に応じた信号を出力する。

次ニコントロールユニット９内のマイクロコンピュータ
による燃料噴射制御を第３図及び第４図のフローチャー
トに従って説明する。

第３図のフローチャートに示すルーチンは、クランク角
センサ１１からの信号を受けて機関の１回転毎に実行さ
れるものである。

ステップ（図中ではｒＳＪとしてあり、以下同様とする
）ｌでは、クランク角センサ１１から出力される信号に
基づき算出される機関回転速度Ｎ。

吸入空気流量Ｑ、冷却水温度Ｔｗ、スロットル弁開度θ
及び排気中の酸素濃度を入力する。

ステップ２では、吸入空気流ｆｉＱと機関回転速度Ｎと
によって基本燃料噴射量’ｒｐ　（＝ＫＸＱ／Ｎ；には
定数）を演算する。

ステップ３では、酸素センサ１５によって検出された排
気中の酸素濃度に基づいて求められる機関吸入混合気の
空燃比（以下排気空燃比という）が目標空燃比である理
論空燃比に対してリッチ（リーン）の状態からリーン（
リッチ）の状態へ反転したか否かを判定する。即ち、前
回排気空燃比を記憶させておき、今回の排気空燃比が前
回のリッチ・リーンから反転しているときには、ステッ
プ４若しくはステップ５へ進む。

ステップ３で、空燃比がリソチーリーンの反転をしたと
判定されたときには、ステップ４へ進んで前回の空燃比
フィードパ・ツク補正係数αに所定比例分（ＰＬ　）を
加算して今回の補正係数αとして設定する。

一方、空燃比がリーン−リッチの反転をしたと判定され
たときには、ステップ５へ進んで前回の空燃比フィード
バック補正係数αから所定比何分（Ｐ＋＋）を減算して
今回の補正係数αとして設定する。尚、前記比例骨（ｐ
Ｈ，ＰＬ）は、基本燃料噴射量ＴＩ）と機関回転速度Ｎ
とに応じて可変設定しても良いし、また、一定値として
も良い。

また、空燃比の反転が判定されなかったとき、即ち前回
までの空燃比状態（理論空燃比よりもＩＪフチ又はリー
ンであるか）が今回も継続しているときには、ステップ
６へ進む。

ステップ６では、前回から継続している排気空燃比がリ
ッチかリーンかを判定する。ここで、排気空燃比がリッ
チであるときにはステップ７へ進み、排気空燃比がリー
ンであるときにはステップ８へ進む。ステップ７及びス
テップ８では検出された排気空燃比のリッチ・リーン状
態を補正すべ（前回の空燃比フィードバック補正係数α
に対して、後述するようにして設定される所定の積分分
（１分）を加減算して今回の補正係数αとして設定する
。

そして、空燃比フィードバック補正係数αが設定される
と、ステップ９において、この空燃比フィードバック補
正係数αと冷却水温度Ｔｗやスロットル弁開度θに応じ
た各種補正係数Ｃ０ＥＦとバッテリ電圧に基づく補正分
子Ｓとによってステップ２で算出した基本燃料噴射量’
ｒｐを補正演算して燃料噴射ｔＴｉ（＝ｒｐｘαＸＣ０
ＥＦ＋Ｔｓ）を算出する。

かかる空燃比フィードバック補正係数αの比例積分制御
に用いられる積分分（１分）は、第４図のフローチャー
トに示すルーチンに従って設定される。このルーチンは
上記ステップ３における排気空燃比の反転判定時に実行
される。

ステップ１１では、上記ステップ２で算出された基本燃
料噴射量Ｔｐとクランク角センサ１１からの信号に基づ
き算出された機関回転速度Ｎとを入力する。

ステップ１２では、この基本燃料噴射量Ｔｐと機関回転
速度Ｎとによって排気流速を求め、この排気流速によっ
て空燃比制御遅れ時間Ｔ０を算出する。即ち、酸素セン
サ１５によって排気中の酸素濃度が検出されてからこの
検出結果に基づく空燃比フィードバック制御の結果が酸
素センサ１５により検出されるまでの時間、換言すれば
、機関吸入混合気の空燃比と排気空燃比との時間差であ
る空燃比制御遅れ時間Ｔ０は、燃料噴射弁８から噴射さ
れた燃料が排気となって酸素センサ１５にまで到達する
時間で決定されるものであり、この時間は燃焼室と酸素
センサ１５との位置関係及び排気流速度によって求めら
れるので、基本燃料噴射量Ｔｐと穀量回転速度Ｎとによ
って排気流速が判ればそのときの空燃比制御遅れ時間Ｔ
。を知ることができる。

ステップ１２で空燃比制御遅れ時間Ｔ０を求めると、次
のステップ１３でこの空燃比制御遅れ時間Ｔ０を用いて
積分分（１分）を以下の式によって算出する。

Ｉ　＝　Ｐ−−Ｘ／　Ｔ　ｏ間の制御回数ここで、Ｐｌ
ｌ、は比例骨の減算値Ｐ、と加算値ＰＬとの大きい方の
値であり、それぞれの値を一定として比例制御する場合
には一定値となり、機関運転状態（Ｔｐ、Ｎ）に応じて
可変設定する場合には、設定された比例骨（ｐＨ，ＰＬ
）を逐次比較して設定する。

また、１０間の制御回数は例えば空燃比フィードバック
補正係数αの設定が機関１回転毎に行う場合、機関回転
速度Ｎから単位時間当たりの回転数を求めて、これに空
燃比制御遅れ時間Ｔ０乗算することによって算出される
。積分分（１分）は、機関１の１回転毎に空燃比フィー
ドパンク補正係数αを増減される値であるため、上記の
式に基づき算出した積分分（１分）によって積分制御す
れば、空燃比制御遅れ時間Ｔ００分制御して変化させた
空燃比フィードバック補正係数αは、比例骨Ｐ□８の増
減によって積分制御の開始時における空燃比フィードバ
ック補正係数αと一致することになる。

即ち、第５図の左側に示すように、比例骨Ｐ１１、＝Ｐ
Ｒ＝ＰＬであるときには、空燃比フィードバック補正係
数αは空燃比制御遅れ時間Ｔ０の積分側′ａ（１回転毎
に積分分だけ増減）によって比例分Ｐ、％０に一致する
値だけ変化することになり、比例制御Ｉされた空燃比フ
ィードバック補正係数αの値が目標空燃比である理論空
燃比に対応する基準線（例えばα＝１に相当する）に常
時−敗するようになるため、リッチ側及びリーン側への
補正が均等となり制御オフセットが発生することがない
。また、このように比例制御された空燃比フィードバッ
ク補正係数αの値が基準線と一致するようにすれば、制
御周期（制御速度）は最も短い空燃比制御遅れ時間Ｔ０
となって、然も、積分分（１分）が必要以上に太き（な
いことがら空燃比制御中の拡大を招くこともない。

一方、第５図の中央及び右側に示すように、比例分のＰ
、ＩとＰＬとに差（通常この差は僅かとなるように設定
される）があって、何方か大きい方の値に基づいて積分
分（１分）を設定したときには、大きい方の値に基づい
て比例制御したときには前記基準線に一致するようにな
るが、小さい方の値に基づいて比例制御したときには前
記基準線の近傍まで近づき、その後の積分制御によって
基準線を越えてがら空燃比制御遅れ時間Ｔ００分制御さ
れ、再び比例制御されたときには基準線に一致するよう
になる。

従って、比例分のＰＲ，ｌ！：ＰＬとに差がある分だけ
僅かな制御オフセットが発生することになる（ＰＲ＞Ｐ
Ｌのときにはリーン側の制御オフセットとなり、ＰＲ＜
ＰＬのときにはリッチ側の制御オフセットとなる）が、
前述したように比例分のＰ、１とＰＬとの差は余り大き
くならないように設定されるので、制御オフセットは問
題のないレベルに抑えることができる。このため、制御
周期の拡大が僅かとなると共に、Ｐ−Ｘ＝ＰＲ＝Ｐｔで
あるときと同様に積分分（１分）が最小限に設定され必
要以上に大きく設定されることがないため、空燃比制御
中の拡大もない。

尚、本実施例では、所定比何分（Ｐ分）に基づいて積分
分（１分）を設定するようにしたが、逆に所定の積分分
（１分）に対応させて比例分（Ｐ分）を空燃比制御遅れ
時間Ｔ０に基づき設定するようにしても良い。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によると、空燃比フィードバ
ック補正係数の比例積分制御における制御定数を排気流
速（機関吸入混合気の空燃比と排気中の酸素濃度に基づ
く空燃比との時間差）に基づき設定するようにしたこと
により、制御オフセットの発生を押上できると共に、ｄ
ｉ同周期び空燃比制御中を最小限に抑止できるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は本発明の一実施例を
示すシステム図、第３図は同上実施例における燃料噴射
量設定制御を示すフローチャート、第４図は同上実施例
における積分分の設定制御を示すフローチャート、第５
図は同上実施例の効果を説明するためのタイムチャート
、第６図は空燃比フィードバック制御を説明するための
タイムチャート、第７図及び第８図は従来の問題点を説
明するためのタイムチャートである。 １・・・機関　　８・・・燃料噴射弁　　９・・・コン
トロールユニット　　１０・・・エアフローメータ１１
・・・クランク角センサ　　１２・・・スロットルセン
サ１３・・・水温センサ　　１４・・・排気通路　　１
５・・・酸素センサ 特許出願人　　日本電子機器株式会社 代理人　　弁理士　　笹　島　冨二雄 第３図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関の運転状態に応じて基本燃料噴射量を設定する基本
   燃料噴射量設定手段と、機関排気系に設けられ排気中の
   酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、検出された排
   気中の酸素濃度に基づき機関吸入混合気の空燃比の所定
   目標空燃比に対するリッチ・リーンを判定して空燃比フ
   ィードバック補正係数を比例積分制御により設定する空
   燃比フィードバック補正係数設定手段と、設定された基
   本燃料噴射量と空燃比フィードバック補正係数とに基づ
   き燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段と、設定さ
   れた燃料噴射量に応じて燃料噴射弁を駆動制御する燃料
   噴射弁駆動制御手段と、を備えた内燃機関の電子制御燃
   料噴射装置において、機関の運転状態に基づき機関の排
   気流速を検出する排気流速検出手段と、前記空燃比フィ
   ードバック補正係数の比例積分制御における制御定数を
   検出された排気流速に応じて設定する制御定数設定手段
   と、を設けたことを特徴とする内燃機関の電子制御燃料
   噴射装置。