JPS635130A - 多種燃料エンジン用空燃比制御方法 - 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、燃料としてガソリン又は任意の混合比率のア
ルコール混合がソリンが供給さｎても、最適の空燃比で
運転できるようにした内燃エンジンの空燃比制御方法に
関する。

（従来の技術） 内燃エンジンを運転するために、固体電解質を用いた酸
素ポンプ及び酸素濃淡電池からなる酸素濃度センサによ
って排ガス中の酸素濃度を検出し、この検出値によって
空燃比を制御することは特開昭５９−１９２９５５号に
より公知である。

（発明が解決しようとする問題点） 前記の従来技術は、理論空燃比でエンジンを運転するた
めには利用できるが、ガソリン中に混入されるアルコー
ルの混合比に応じてエンジンの各種制御ノぞラメータを
最適値にｉｌｆ制御することはできない。

Ｃ問題点を解決するための手段ン 本発明は、エンジンの運転を制御するマイクロコンピュ
ータにおけるフィートノぞツク補正係数の大きさがアル
コール混合北本に比例することに層目して発明したもの
であり、該係数によって最通の空燃比に制御しようとす
るもので、その手段はアルコール成分を含む多種燃料エ
ンジンの排気系に排ガス中の酸素ａ度に比例した出力を
発生する酸素濃度センサを備え、エンジン負荷に関する
複数のエンジン運転ノぞラメータに応じて空燃比調整の
基準値を設定し、設定した基準値ケ前記センサの出力に
応じた第１補正係数及びエンジンの運転ノぞラメータに
応じた第２補正係数によシ補正して目標空燃比に対する
出力ａｔ決定し、該出力値に応じて空燃比を調整する内
燃エンジンの空燃比制御方法において、前記第１補正係
数の大きさからアルコール含Ｍ鎗を検出し、該検出値に
応じて第２補正係数を補正することヲ特徴とする。

（実施例） 第１図は本発明を実施するエンジン制御装置で、エンジ
ン（１）は、吸気管（２）、エヤクリーナ（３）、絞り
弁（４）、インジェクタ（５）、進角装置（６）、排気
管（７）、三元触媒（８）を備え、エンジン制御用のマ
イクロコンピュータＱＧには、絞り弁開度センサ０１）
、吸気管絶対圧センサ＠、水温センサ口、クランク角セ
ンサα４、酸素！１度センサ（０□センサ）（至）の出
力側が接続されると共に、インジェクタ（５）及び進角
装置（６）の入力側が接続されている。

０２センサ（至）は、前記公開公報に記載されたもの又
はＬＡＦセンサ（酸素濃度比例型センサ）等適宜のセン
サが使用できる。０□センサの出力特注は第２図に示す
とおりであり、′４１線品、（１６ａ　）は前記公開公
報記載の広域空燃比検出用センサの特性曲線、点線ｑη
、（１７ａ）はｒｇ素＃度比例型センサの￥ｆ注曲線で
ある。燃料がガソリン１００係で理論空燃比１４．７の
とき１両センサの出力は線菌、αηで示され、ガソリン
１５４、メタノール８５４のときは、理論空燃比は７．
６となって線（１６ａ）、（１７ａ）の位置に移り、メ
タノール１００優のときは６．７に移る。

第２図は、０２センサ叫として酸素濃度比例型センサを
用い友電子式制御装置１ｔＢ（！Ｕ（１０の古１］御回
路を示す。この０２センサに）は、酸素イオン伝導性固
体電解質である二酸化ジルコニウムＺｒ　Ｏ２の焼結体
によって形成され、被測定気体であるエンジンの排ガス
を導入する導入孔−１気体涌流呈α鐸、大気に連通ずる
大気基準室（１）が設けられる。気体滞流室Ｑ場の両側
壁には電気メツキＶζよる電極対が設けられ、電ｆ！（
２１ａ）、（２１ｂ）と固体電解質体とによって酸素ポ
ンプ素子シυを形匠し、電極（２２ａ）、（２２ｂ）及
び固体電解個体によって電池素子器を形改している。

第２図に示すように、ＥＯＵＱＯには０２センサ制御部
（至）とマイクロコンピュータの制御回路内を備える。

０□センサ制御部（財）は、差動増幅回路に）、基準電
圧源四、電流検出抵抗（イ）及びスイッチ（７）からな
り、差動増幅回路（ハ）の反転入力端子に電池素子器の
電極（２２ａ）が接続され、電流検出抵抗翰に酸素ポン
プ素子（至）の電極（２１ａ’）が接続され、他の電極
（２２ｂ’）、（２１ｂ）は接地される。差動増幅回路
（４）は、電池素子器における電極（２２ａ）、（２２
ｂ）間の発生電圧と基準電圧源（ホ）の出力電圧との差
電圧に応じた電圧を出力し、基準電圧源（ホ）の出力電
圧は、理論空燃比に相当する電圧（例えば０．４　Ｖ　
）でｉる。

差動増幅回路に）の出力端はスイッチ翰、電流検出抵抗
■を介して酸素ポンプ素子＠の電極（２１ａ）に接続さ
れ、電流検出抵抗（イ）の両端が０２センサの出力端と
なってマイクロコンピュータの制御回路（７）に接続さ
れて′いる。

制御回路…には、絞り弁（４）の開度に応じ友出力電圧
を発生する絞り弁開度センサＯυ、吸気管内の絶対圧に
応じ友出力電圧を発生する絶対圧センサ圓、エンジン冷
却水温に応じた出力電圧を発生する水温センサＱ、エン
ジン１１１の回転に同期したノぞルス信号を発生するク
ランク角センサａ４及びイグニッションスイッチ３υが
接続され、イグニッションスイッチＣ１１）Ｋ、よって
バッテリ電圧が制御回路鴫に供給される。ま友、この側
倒回路…の駆動回路には吸気管（２）のインジェクタ（
５）及びエンジン（１）の進角装置ｔ　ｔ６）が接続さ
れている。

制御回路（７）は′連流検出抵抗（ロ）の両端電圧をデ
ィジタル信号に変換する差動入力のＡ／Ｄ変換器■と、
絞９弁開度センサ０１）、絶対圧センサ凹、水温センサ
Ｕの冬出力レベルを変換スるレベル変換回路（至）と、
レベル変換回路（７）を経文各センサ出力の１つを選択
的に出力するマルチプレクサ（至）と、このマルチプレ
クサＡから出力される信号をディジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器（ロ）と、クランク角センサ（至）の出力
信号を波形整形してＴＤＯ信号として出力する波形整形
回路（至）と、波形整形回路に）からのＴＤＯ信号の発
生間隔をクロックパルス発生回路（囚示せず）で）ら出
力されるクロックツぐルス故によって計１ｌＩＪするカ
ウンタ（２）と、イグニッションスイッチＧテの出力レ
ベルを変換するレベル変換回路に）と、レベル変換回路
（支）を経たスイッチ出力をディジタルデータとするデ
ィジタル入カモシュレータＱと、インジェクタ（５）を
駆動する駆動回路（４０ａ）と、スイッチ■をオン駆動
する駆動回路（４０ｂ）と、進角装！ｉ！（６１を駆動
する駆動回路、　（４０Ｃ）と、プログラムに従ってデ
ィジタル演算を行なうＣＰＵ（中央演算回路）（財）と
、各種の処理プログラム及びデータが予め書き込まれ九
ＲＯＭ＠２と、ＲＡＭ（４３を備えている。Ａ／Ｄ変換
器（財）、（ロ）、マルチプレクサ（至）、カウンタ■
、ディジタル入カモシュレータ（至）、駆動回路Ｃ４０
ｍ’）　、　　（４０ｂ）、（４０ｃ　）、０ＰＵＱＩ
）、ＲＯＭ　ｃ！及びＲＡＭ−は入出力パス■によって
互いに接続されている。０ＰＵ（財）には波形整形回路
（７）からＴＤＯ信号が供給される。

かかる槽底にシいては、Ａ／Ｄ変供器図から酸素ポンプ
素子同を流れるポンプ電流値Ｉｐが、Ａ／Ｄ変換器□□
□から絞り弁開１１７ｔｈ、吸気管内絶対圧Ｐ［ｌＡ及
び冷却水ＷＴＷの情報が択一的に、カウンタ（至）から
エンジン回転数Ｎｅを表わす情報が、またディジタル人
カモシュレータ競からイグニッションスイッチ８１）の
　オンオフ端的かＯＰ　Ｕ（４″ｈに入出力パス（財）
を介して各々供給される。０ＯＵ（６）はＲＯＭ（６）
に記憶された演算プログラムに従って上記の各情報を読
み込み、それらの情報を基にしてＴＤＯ信号に同期して
燃料供給ルーチンにおいて所定の算出式からエンジン（
１）への燃料供給波に対応するインジェクタ（５）の燃
料噴射時１ｉａＩＴＯＵＴを演算する。そして、燃料噴
射はクランク角センサ信号に同期して行ゎ才り、演算も
クランク角信号に同期して行われ燃料噴射時間′ｒＯυ
Ｔだけ□駆動回路（４０ａ）がインジェクタ（５）を駆
動してエンジン（１）へ燃料を供給せしめるのである。

燃料噴射時間ＴＯＵＴは例えば１次式から算出される。

ＴＯＵＴ　＝　Ｔｉ　Ｘ　Ｋｏ２　Ｘ　ＫＷＯＴ　Ｘ　
ＫＴ’、Ｖ　＝−・・・＝−＋１１ここで、′ｒＩはエ
ンジン回転ａＮｅと吸気管内絶対圧ＰＢＡとから決定さ
れる基本噴射時間を表わす基本供給量、Ｋｏ２１ｄ　ｌ
！ｉｌ累濃度センサの出力レベルに応じて設定する空燃
比のフィードバック補正係数、ＫＷＯＴは高負荷時の燃
料増重補正係数、Ｋ’ｒＷは冷却水Ｕ係数である。これ
らＴｉ４Ｋｏ２、ＫＷＯＴ　、に’ｒ〜Ｖは然料供給ル
ーチンのサブルーチンにおいて設定される。

一方、駆動回路（４０ｂ　）はＯＰ　ＵＧｉｌ）からオ
ン駆動指令に応じてスイッチ四をオン駆動し、またオン
駆動停止指令に応じてスイッチ（７）のオン駆動を停止
する。スイッチ（ト）がオン駆動されると差動増幅回路
に）の出力端からスイッチ噂、抵抗＠を介して酸素ポン
プ素子？漫のｔ極（２’１ａＬ（２１ｂ）間にポンプ電
流が流れ始める。

酸素ポンプ素子（至）へのポンプ電流の供給が開始され
ると、そのときエンジン［−１１＋こ供給された混合気
の空燃比がリーン領域であれば、電池素子（イ）の電極
（２２ａ）、（２２ｂ）間に発生する電圧が基準電圧源
（７）の出力電圧より低くなるので差動増幅回路（イ）
の出力レベルが正レベルになり、この正レベル電圧が抵
抗（ロ）及び酸素ポンプ素子７υの直列回路に供給され
る。酸素ポンプ素子２υには電極（２１ａ’）から電極
（２１ｂ）に向ってポンプ電流が流れるので気体滞留至
四内の酸素が電極（２１ｂ）にてイオン比して酸素ポン
プ素子四内を移動して電ａ（２１ａ）から酸素ガスとし
て放出され、気体滞留室曲内の酸素が汲み出される。

気体滞留呈四内の酸素の汲み出しによシ気体滞留室四内
の排気ガスと大気基準室（４）内の大気の間に酸素濃胚
差が生ずる。この酸素濃変差に応じた電圧Ｖｓが電池素
子四の電極（２２ａ）、（２２ｂ’）閣に発生し、この
電圧Ｖｓけ差動増幅回路（７）の反転入力端に供給され
る。差動増幅回路四の出力電圧は磁圧Ｖｓと基準電圧源
（１）の出力電圧との差電圧に比例し定電圧となるので
ポンプ電流値は排気ガス中の酸素＠度に比例し、ポンプ
電流値は抵抗助の両端電圧として出力される。

リッチ領域の空燃比のときには電圧Ｖｓが基準電圧源（
１）の出力電圧を越える。よって、差動増幅回路（７）
の出力レベルが正レベルから負レベルに反転する。この
負レベルにより酸素ポンプ素子３℃の電極（２１ａ）、
　（２１ｂ）間に流れるポンプ電流が減少し、電流方向
が反転する。すなわち。

ポンプ電流は電極（２１ａ）から電極（２１ｂ）方向に
流れるので外部の酸素が電極（２１ａ）にてイオン化し
て酸素ポンプ素子回内を移動して電極（２１ｂ’１から
酸素ガスとして気体滞留室α場内に放出され、酸素が気
体滞留室曲内に汲み込まれる。従って、気体滞留室曲内
の酸素ａ度が常に一定になるようにポンプ直流を供給す
ることにより酸素を汲み込んだり、汲み出したシするの
で第３図α力。

（１７ａ）に示すようにポンプ電流値Ｉｐはり一部及び
リッチ領域にて排気ガス中の酸素濃度に各々比例するの
である。このポンプ電流！Ｉｐに応じて上記しｔフィー
ドバック補正係数Ｋｏ２が設定される。

制御回路■には、エンジンの負荷に関する運転ノぞラメ
ータであるエンジン回転速度Ｎｅ　、吸気管絶対圧力Ｐ
Ｂ等から空燃比調整のための基準値λＢＡｉ９ｇが設定
されている。これらの各Ａラメータの関係は第４図に示
すとおりで、図中Ｋｒｅｆ１　、　Ｋｒｅｆ２は、制御
回路（７）におけるフィードバック補正係数Ｋｏ２の平
均学習値であり、アルコール混合比呂に比例する。そし
て、この基準値λＢＡ８　ｇは、第１の補正係数である
フィードバック補正係数によって補正する。

フィードバック補正係数Ｋｏ２又はその平均学Ｍ［１ｃ
ｒｅ４は、第５図に示すようにアルコール混合比率αと
比例関係にあることが判り、本発明はこの事実に基づい
てＫｒｅｆの匝によってアルコール混合比率αを求め、
Ｋｒｅｆがしきい値を越し友ときはＫｏ２又はＫｒｅｆ
を第１補正係数として空燃比の基準！置λＢＡＳｇを補
正し、更にエンジンの運転／ゼラメータに応じた第２補
正係数によって補正を行なう。

エンジン運転中、エンジンの経時変動又は外的影響によ
って、フィードバック補正係数Ｋｏ２は、８ｇ６図に示
すように敵手変化を続けるが。

燃料中にアルコールが混入されるとＫｏ２の平均学習値
はＫｒｅｆ１刀）らＫｒｅｆ２に大きく変化する。

このＫｒｅｆ　値はＫｏ２より、Ｋｒｅｆｎ＝　１ｌＫ
ｏ２ｎ＋（１−β）Ｋｒｅｆｎ、によって求める。ここ
でＩはなまじ係数又は平均比係数で通常【】、１程寂の
値とする。第６図においてフィートノクック補正係数Ｋ
ｏ２の値が大さく変動して平均値がＫｒ　ｅ　ｆ　１か
らＫｒｅｆ２　Ｖこ変わって一定時間ΔＴ継続し、変動
幅ΔＫｒｅｆが一定のしきい値ΔＩＧ’Ｌ　ＥＦを越λ
之ときはアルコールが混入されたものと判断し、このと
きのＫｒｅｆ値を第１補正係数として空燃比の基準値を
補正する。

更に、この補正値をエンジンの運転ノぞラメータに応し
次第２補正係数で補正する。第２補正係数となるものに
は、始動補正係数ＫＮｅ、水温補正係数ＫＴＷ、始動増
量係数ＫＡ　ＳＴ、スロットル全開増量係数ＫＷＯＴ、
加速補正係数ＴＡＯＯ点火進角等があり、これらの各係
数とＫｒｅｆ０間にはそれぞれ一定の関係があり、第７
図ないし軍９図にその一部を示す。アルコールの混入に
より、アルコールのアンチノック注によってオクタン価
が向上し、点火進角Ｕｉｖヲ大きくすることができ、第
７図のようにＫｒｅｆｌからＫｒｅｆ２に変つ几ときは
オクタン価に応じて点火時期を早めて最適化する。第８
図は始動増拉係！２ＫＡｓ’ｒとＫｒｅｆとの関係を示
し、アルコール混合化量の増力口により燃料Ω気比車が
減少するため、始動時の燃料量を増大する必要がありぼ
係ＪＫＡＳＴは増大する。第９図はスロットル全開増量
係数ＫＷＯＴとＫｒｅｆとの関係で、アルコール混合比
率の増大によって燃料量が増大してエンジン冷却作用が
増すため、スロットル全開時の増ｉｔ率を下げることが
でき、全開増量係数ＫＷＯＴはＫｒｅｆの増力口により
鍵少する。し友がって。

これらの第２補正係数もＫｒｅｆ値すなわちアルコール
含有量によって補正する。

空燃比の変更は、０□センサとして酸素濃問比例型セン
サを用い九とき将に容易に行なうことができ、エンジン
負荷に関するノぞラメータである、エンジン回転速度Ｎ
ｅと吸気管絶対圧Ｐａて応じた基本空燃比を、Ｋｒｅｆ
の値によって補正して０顆空燃比を設定し、この目標空
・燃比に対して、アルコール含有量で補正し友各穐係数
による補正をして最適の空燃比を求め、同時に点火進角
θ、Ｎも変更する。

空燃比の調節は例えば第１０図に示す手順で行う。同図
において、Ｉｐは０□センサ出力電流、Ｌｏ２は検出空
燃比、Ｌｒｅｆは目標空燃比、Ｋｏ２はフィードバック
補正係数、Δは積分加減算定数、ＫＲｌｉｆＰはＫｏ２
の平均値でＫＲＩｉＦ’　＝ｌ’Ｋｏ２＋（’１−１　
）Ｋｒｅｆ　・・・１２１　　の関係にあり、ｄＲＥＦ
はア＃：ｆｆ−７’含有判定用Ｌｌい値、αはアルコー
ル混合比嘉鴎）、Ｋは定数、Ｋ肩Ｔは始動増量係数、Ｋ
ＷＯＴはスロットル全開増量係数、ＴＯＵ’ｒけ燃料噴
射時間である。＠１０図において、ステップ（１１で読
込んだ０２センサの出力電流たちフィードバック補正係
数Ｋｏ２を求め、ステン、プ（５）においてＫｏ２の平
均値ＫＲＢＦを前記（２）式で計算し、ステップ（６）
でしきい値ΔＫＦＬＦｉＦと比較し、これ以上の変動が
あるときはアルコールが混入され友とみてステップ（７
）で混合比率αを計算し、ステップ（８）で目標空燃比
Ｌｒｅｆを設定する。このＬｒｅｆは、Ｋ凡］！ｆＦＬ
友がって第１補正係数によって補正され友ものとなる。

次いでステップ（９１゜ＧＯで運転パラメータに応じた
第２補正係数のＫＡＳＴ　、　ＫＷＯＴ等で補正して、
ステップ（Ｉｌｌ、ｎで燃料噴射時間Ｔｏ　Ｕ’ｒの計
算及び出力を行う。′Ｉλ射時開時間出は、前記式（１
）により行なう。開式においてＴｉＭは基本噴射時間の
マツプ値で、エンジン回転速度Ｎｅ及び吸気管絶対圧力
ＦＢの函数である。

（発明の効果） 本発明は、燃料中にアルコールが混合されても、自動的
にアルコール混合比率に応じた理論空燃比を設定し、更
にこれを運転条件に応じて補正できるので最適の空燃比
でエン・ジンを運転することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するために用いられるエン、ジン
制御装置の配置図、第２図は制御回路図、第３図は０２
センサの出力線図、第４図は負荷条件とフィードバック
補正係数の関係を示す線区、第５図はアルコール混合比
率とフィー２パツク補正係数の関係を示す線図、第６図
はフィー２パツク補正係数の変化例を示す線図、第７図
、第８図、第９図は各１運転ノξラメータの関係を示す
僅図、第１０図は制御子１：ｊａ　（７）説明図である
。 【１）・・・エンジン　　　（５）・・・インジェクタ
００・・・マイクロコンピュータ α９・・・０２センサ。 外２名゛゛− 第１図 第１０図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルコール成分を含む多種燃料エンジンの排気系に排ガ
   ス中の酸素濃度に比例した出力を発生する酸素濃度セン
   サを備え、エンジン負荷に関する複数のエンジン運転パ
   ラメータに応じて空燃比調整の基準値を設定し、設定し
   た基準値を前記センサの出力に応じた第１補正係数及び
   エンジンの運転パラメータに応じた第２補正係数により
   補正して目標空燃比に対する出力値を決定し、該出力値
   に応じて空燃比を調整する内燃エンジンの空燃比制御方
   法において、前記第１補正係数の大きさからアルコール
   含有量を検出し、該検出値に応じて第２補正係数を補正
   することを特徴とする多種燃料エンジン用空燃比制御方
   法。