JP2630371B2 - 内燃エンジンの空燃比フィードバック制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃エンジンの空燃比フィードバック制御方
法に関し、特に該制御に適用されるフィードバック補正
係数の学習値として該係数の平均値をエンジン負荷及び
エンジン温度に応じて適切に算出するようにした制御方
法に関する。

（従来の技術） 従来、内燃エンジンの空燃比フィードバック制御方法
として、エンジンの空燃比フィードバック制御運転領域
における運転時に、当該エンジンの排気系に配置される
排気ガス濃度検出器の出力に応じて変化する係数（以下
「フィードバック補正係数」という）の学習値として該
係数の平均値を、前記空燃比フィードバック制御運転領
域の複数の運転領域毎に算出し、該算出された平均値を
用いて前記エンジンに供給する混合気の空燃比を適正に
制御するようにしたものが知られている。

また、このような制御方法において、前記平均値が極
低温時及び高温時に異常になることを防止するために前
記平均値の算出を、吸気温が所定範囲内の温度であると
きに行うようにしたものも公知である（例えば特開昭60
−60231号公報）。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、内燃エンジンには、燃料タンク内に発
生した気化燃料が大気に放出されるのを防止するため
に、エンジンの運転時に該気化燃料が供給されるタイプ
のものがあり、このタイプの内燃エンジンに前記従来の
制御方法を適用した場合には、前記フィードバック補正
係数の平均値を前記複数の各運転領域において適正な値
に算出できず、したがって空燃比の適正な制御が行えな
いという問題点を有していた。

即ち、一般にエンジン温度、例えば吸気温が高い場合
には、吸気管を含む燃料供給系の温度が高いために、プ
レッシャ・レギュレータ（以下「調圧弁」という）を介
して燃料タンクに戻される燃料も高温となり、燃料タン
ク内の温度が上昇することにより、該燃料タンク内に多
重の気化燃料が発生する。この場合、前記タイプの内燃
エンジンにおいては、該多量の気化燃料が、燃料噴射弁
等の燃料供給装置からの本来の供給燃料とともにエンジ
ンに供給されるため、全体的な供給燃料料が増大し、供
給空燃比もリッチ化し、これに応じて前記フィードバッ
ク補正係数及び該係数に基づき算出される前記平均値は
上記供給空燃比のリッチ化を補正すべく、リーン側に変
動する。この平均値のリーン側への変動の度合は、エン
ジンの負荷状態によって異なり、例えば吸入空気量が少
ないアイドル運転状態では供給空燃比の変化量が大きい
ために、エンジン温度が比較的低くても高いのに対し、
吸入空気量が多いアイドル運転状態以外の運転状態では
供給空燃比の変化量が小さいためにエンジン温度が比較
的高くても、低い傾向にある。

しかしながら、前記従来の制御方法は前記平均値を算
出すべき吸気温の所定範囲を、前記複数の運転領域に対
して一律に設定しているため、上述のようなエンジンの
負荷状態に応じた平均値の変動の度合の相違に対処し得
ないことにより、前記複数の各運転領域において適正な
前記平均値を算出できず、したがって、空燃比の適正な
制御が行えない。特に、フィードバック制御時い算出さ
れた前記平均値を、次回のフィードバック制御開始時等
に前記フィードバック補正係数の初期値として適用する
場合において、前回のフィードバック制御時のエンジン
温度が高く、且つ次のフィードバック制御時のエンジン
温度が低いときには、前記フィードバック補正係数の初
期値がリーン側の値に設定されることにより、供給空燃
比が大幅にリーン化するとともに、リーン化の度合が高
いときにはエンジンストールを招いてしまう。

本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたものであり、フィードバック補正係数の学習値の算
出領域をエンジン負荷及びエンジン温度に応じ適切に設
定し、もってエンジンへの供給空燃比を適正に制御でき
るようにした内燃エンジンの空燃比フィードバック制御
方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、内燃エンジンの空
燃比フィードバック制御運転領域における運転時に、当
該エンジンの排気系に配置される排気ガス濃度検出器の
出力に応じて変化する係数の平均値を学習値として算出
し、該平均値を少なくとも用いて前記エンジンに供給す
る混合気の空燃比をフィードバック制御する内燃エンジ
ンの空燃比フィードバック制御方法において、エンジン
温度を検出し、前記空燃比フィードバック制御運転領域
の複数の運転領域毎に前記係数の平均値を算出すると共
に前記エンジン温度が前記運転領域に応じた所定温度以
上の運転時に前記係数の平均値の算出を停止するするよ
うにしたものである。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の制御方法を適用した燃料供給制御装
置の全体構成図であり、符号１は例えば４気筒の内燃エ
ンジンを示し、エンジン１には吸気管２が接続され、吸
気管２の上流側にはエアクリーナ10が、途中にはスロッ
トル弁３がそれぞれ設けられている。スロットル弁３に
はスロットル弁開度センサ（以下「θ_THセンサ」とい
う）４が連結されてスロットル弁３の弁開度を電気的信
号に変換し電子コントロールユニット（以下「ECU」と
いう）５に送るようにされている。

吸気管２のエンジン１とスロットル弁３間には燃料噴
射弁６が設けられている。この燃料噴射弁６は吸気管２
の図示しない吸気弁の少し上流側に気筒毎に設けられて
おり、各噴射弁は管路20、燃料フィルタ21及び燃料ポン
プ22を介して燃料タンク23に接続されていると共にECU5
に電気的に接続されて、ECU5からの信号によって燃料噴
射の開弁時間が、即ち液体燃料の供給量が制御される。

符号24は調圧弁であり、該調圧弁24のケーシング内部
はダイヤフラム24bにより負圧室24cと燃料室24dとに画
成され、負圧室24cは負圧通路25を介して吸気管２内の
スロットル弁３下流側に接続されているとともに、燃料
室24dは管路26を介して前記管路20に、戻し管27を介し
て燃料タンク23にそれぞれ接続されている。前記ダイヤ
フラム24bには弁体24aが固着されている。該弁体24a
は、前記負圧室24c内に介装されたスプリング24eの付勢
力及び吸気管２内の絶対圧の前記燃料室24d内の燃料圧
とのバランスによって、前記戻し通路27の開口端に形成
された弁座24fを開閉する。即ち、調圧弁24は、燃料圧
に応じて弁体24aが開閉して燃料タンク23への還流燃料
量を調節することにより、燃料噴射弁６に供給される燃
料圧と吸気管２内の絶対圧との差を所定の一定値に保持
するようになっている。

燃料タンク23内の上部空間は気化燃料通路28を介し
て、吸気管２のスロットル弁３近傍と接続され、該気化
燃料通路28の途中には２ウェイバルブ29が配置されてい
る。２ウェイバルブ29は燃料タンク23内の温度の上昇等
により、燃料タンク23内の上部空間の圧力、即ち気化燃
料圧が設定圧に達したときその正圧バルブ29aが開弁
し、気化燃料が吸気管２側へ供給される一方、燃料タン
ク23が冷却されて該燃料タンク23内の上部空間の負圧が
設定圧を超えると、その負圧バルブ29bが開弁し、吸気
管２側から気化燃料が燃料タンク23へ戻されるようにな
っている。また気化燃料は、エンジン１の運転に伴って
吸気管２内に発生する負圧により、該吸気管２を介して
エンジン１に供給される。

一方、吸気管２の負圧通路25より下流側には管７を介
して吸気管内絶対圧センサ（以下「P_BAセンサ」とい
う）８が設けられており、このP_BAセンサ８によって電
気的信号に変換された絶対圧信号は前記ECU5に送られ
る。

吸気管２のP_BAセンサ８より下流側には吸気温センサ
（以下「T_Aセンサ」という）９が設けられ、エンジン１
に吸入される吸気温を検出し、その検出値信号をECU5に
供給する。

エンジン１本体にはエンジン冷却水温センサ（以下
「Twセンサ」という）15が設けられ、このTwセンサ15は
サーミスタ等から成り、冷却水が充満したエンジン気筒
周壁内に挿着されて、その検出水温信号をECU5に供給す
る。

エンジン回転数センサ（以下「Neセンサ」という）16
がエンジン１の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周
囲に取付けられており、TDC信号、即ちエンジン１のク
ランク軸の180゜回転毎に所定のクランク角度位置で１
パルスを出力し、このパルス（以下「TDC信号パルス」
という）をECU5に供給する。

エンジン１の排気管17には三元触媒18が配置され、排
気ガス中のHC,CO,NOx成分の浄化作用を行なう。排気管1
7の三元触媒18より上流側には排気ガス濃度検出器とし
てO₂センサ19が挿着され、排気ガス中の酸素濃度を検出
しその検出信号をECU5に供給する。

ECU5は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧
レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタ
ル信号値に変換する等の機能を有する入力回路5a、中央
演算処理回路（以下「CPU」という）5b、CPU5bで実行さ
れる各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶
手段5c、前記燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回
路5d等から構成される。

CPU5bは上述の各種エンザンパラメータ信号に基づい
て、フィードバック制御運転領域やオープンループ制御
運転領域等の種々のエンジン運転状態を判別するととも
に、エンジン運転状態に応じ、次式（１）に基づき、前
記TDC信号パルスに同期する燃料噴射弁６の燃料噴射時
間T_OUTを演算する。

T_OUT＝Ti×K_O2×K₁＋K₂ …（１） ここにTiは基本燃料噴射時間を示し、例えば吸気管内
絶対圧P_BA及びエンジン回転数Neに応じて、前述の記憶
手段5cに記憶された図示しないTiマップから算出され
る。K_O2は後述するK_O2算出サブルーチン（第２図）より
算出されるフィードバック補正係数である。又、K₁及び
K₂は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算され
る補正係数及び補正変数であり、エンジン運転状態に応
じた燃費特性、エンジン加速特性等の諸特性の最適化が
図られるような所要値に設定される。

CPU5bは上述のようにして求めた燃料噴射時間T_OUTに
基づいて燃料噴射弁６を開弁させる駆動信号を出力回路
5dを介して燃料噴射弁６に供給する。

第２図はフィードバック補正係数K_O2の算出サブレー
チンのフローチャートを示す。本プログラムはTDC信号
パルスの発生毎に、これと同期して実行される。

まず、吸気管内絶対圧P_BA,エンジン回転数Ne,エンジ
ン冷却水温Tw及びスロットル弁開度θ_THを読み込む（ス
テップ201）。次に、前回の制御がフィードバック制御
であったか否かを判別し（ステップ202）、この答が否
定（No）のときには前回が補正係数K_O2の保持モードで
あったか否かを判別する（ステップ203）。この答が肯
定（Yes）のときには、ステップ204に進み、周知の積分
制御により補正係数K_O2を算出して本プログラムを終了
する。

前記ステップ203の答が否定（No）のときには、今回
がアイドル運転領域（以下「アイドル域」という）にあ
るか否かを判別する（ステップ205）。このアイドル域
にあるか否かの判別は、例えばエンジン回転数Ne及び吸
気管内絶対圧P_BAがそれぞれ所定値より小さいか否かを
判別することにより行われる。この答が肯定（Yes）の
ときには、補正係数K_O2の初期値を、アイドル域におい
て後述するようにして算出されたアイドル域用のK_O2の
平均値K_REF0に設定し（ステップ206）、次いで前記ステ
ップ204に進み、積分制御を実行して本プログラムを終
了する。

前記ステップ205の答が否定（No）、即ち今回がアイ
ドル域にないときには、補正係数K_O2の初期値を、アイ
ドル域以外のフィードバック制御運転領域（以下「オフ
アイドル域」という）において、後述のように算出され
たオフアイドル域用のK_O2の平均値K_REF1と値1.0より大
なるリッチ化所定値C_R（例えば1.1）との積K_REF1×C_Rに
設定し（ステップ207）、次いで前記ステップ204を実行
して本プログラムを終了する。

前記ステップ202の答が肯定（Yes）、即ち前回の制御
がフィードバック制御であったときには、前回がアイド
ル域であったか否かを判別する（ステップ208）。この
答が肯定（Yes）、今回がアイドル域にあるか否かを判
別する（ステップ209）。この答が否定（No）、即ち今
回ループがアイドル域からオフアイドル域へ移行した直
後の最初のループであるときには、前記ステップ207に
進み、補正係数K_O2の初期値設定を行い、次いで前記ス
テップ204を実行して本プログラムを終了する。

前記ステップ209の答が肯定（Yes）のときには、スロ
ットル弁３が前回ループにおいて全閉状態であったか否
かを判別する（ステップ210）。この答が肯定（Yes）の
ときには、スロットル弁３が今回ループにおいて全閉状
態にあるか否かを判別する（ステップ211）。この答が
否定（No）、即ち前回ループ及び今回ループともにアイ
ドル域にあり、且つ今回ループがスロットル弁３が全閉
状態から開弁状態に移行した直後の最初のループである
ときには、例えばダウンカウンタから成るt_FBTタイマの
カウント値を所定時間t_FBT（例えば４秒）にセットし
て、これをスタートさせ（ステップ212）、次いで補正
係数K_O2の初期値を、後述のようにして算出されたK_O2の
平均値K_REF2に設定し（ステップ213）、前記ステップ20
4を実行して本プログラムを終了する。

前記ステップ208の答が否定（No）、即ち前回がオフ
アイドル域にあったとき、又は前記ステップ210の答が
否定（No）若しくは前記ステップ211の答が肯定（Ye
s）、即ち今回ループがスロットル弁３が全閉状態から
開弁状態に移行した直後の最初のループでないときに
は、前記ステップ212でスタートさせたt_FBTタイマのカ
ウント値t_FBTが値０に等しいか否かを判別する（ステッ
プ214）。この答が肯定（Yes）、即ちスロットル弁３が
全閉状態から開弁状態に移行した後、所定時間t_FBTが経
過したときには、フラグF_THCHが値１に等しいか否かを
判別する（ステップ215）。このフラグF_THCHはエンジン
１がフィードバック制御運転領域にあり、且つスロット
ル弁開度θ_THが所定値θ_THCH（例えば２度）より小さい
状態から大きい状態へ移行した直後にのみ値１にセット
され、他の場合には値０にクリアされるものである。

前記ステップ215の答が肯定（Yes）、即ちF_THCH＝１
が成立するときには、前記ステップ207に進み、補正係
数K_O2の初期値を設定した後、前記ステップ204を実行し
て本プログラムを終了する。

一方、前記ステップ215の答が否定（No）、即ちF_THCH
＝０が成立するときには、O₂センサ19の出力レベルが反
転したか否かを判別する（ステップ216）。この答が否
定（No）のときには前記ステップ204を実行する一方、
肯定（Yes）のときには周知の比例制御により補正係数K
_O2を算出して（ステップ217）、本プログラムを終了す
る。

以上のようにして、第２図のサブルーチンによって算
出された補正係数K_O2の値を使用してK_O2の平均値K_REFを
算出し、メモリに記憶する。この平均値K_REFは今回ルー
プが該当するフィードバック制御運転領域に応じて、後
述するK_REF算出サルブルーチン（第３図）に基づき、次
式（２）に従って各領域毎にK_REF0,K_REF1又はK_REF2が算
出される。

K_REFn＝K_O2・（C_REFn/A）＋K_REFn′・（Ａ−C_REFn）/A …（２） なお、後述するように、平均値K_REF0及びK_REF1は比例
項動作直後において、平均値K_REF2はTDC信号パルスの発
生毎に、吸気温T_Aがそれぞれの所定の温度範囲にあると
きに算出される。

ここに、Ａは定数、C_REFnは各領域毎に実験的に設定
される変数で１〜Ａのうち適当な値に設定されるもの、
K_REFn′は今回ループが該当する運転領域において前回
までに得られたK_REFn値である。

変数C_REFnの値によってK_REFn′値に対するK_O2値の割
合が変化するので、このC_REFn値を、対象とされる空燃
比フィードバック制御装置、エンジン等の仕様に応じて
前記１〜Ａの範囲で適当な値に設定することにより、各
領域毎に最適なK_REFn（K_REF0,K_REF1またはK_REF2）を得
ることができる。

第３図はこの平均値K_REFを算出するサブレーチンのフ
ローチャートであり、本サブルーチンはTDC信号パルス
の発生毎に実行される。

まず、第２図のサブルーチンでその作動が制御されて
いる前記t_FBTタイマのカウント値t_FBTが値０に等しいか
否かを判別する（ステップ301）。この答が否定（No）
のときには、前記変数C_REFを、平均値K_REF2算出用の第
３の値C_REF2に設定し（ステップ302）、次いで後述する
ステップ315で適用される吸気温判別値T_AKARSPをK_REF2
算出用の第３の値T_AKARSP2（例えば50℃）に設定した後
（ステップ303）、K_REF′値を前回までに得られたK_REF2
値に設定して（ステップ304）、後述のステップ315に進
む。

以上のように平均値K_REF2は、t_FBTタイマのカウント
値t_FBTが０に等しくないとき、即ちエンジン１がアイド
ル域にあり、且つスロットル弁３が全閉状態から開弁状
態へ移行した後、所定時間t_FBTが経過するまでの間に算
出されるとともに、このときの吸気温判別値T_AKARSPと
して第３の値T_AKARSP2が適用される。

前記ステップ301の答が肯定（Yes）、即ちt_FBT＝０が
成立したときには、今回ループにおいて比例項（Ｐ項）
が発生したか否か、即ち比例制御が実行されたか否かを
判別する（ステップ305）。この答が否定（No）、即ち
今回ループにおいて比例制御が実行されていないときに
は、そのまま本プログラムを終了し、平均値K_REFの算出
を行わないようにする。

一方、前記ステップ305の答が肯定（Yes）、即ち今回
ループにおいて比例制御が実行されているときには、エ
ンジン１がアイドル域にあるか否かを判別する（ステッ
プ306）。このステップ306の答が肯定（Yes）のときに
は、前記変数C_REFを平均値K_REF0算出用の第１の値C_REF0
に設定し（ステップ307）、次いで前記吸気温判別値T
_AKARSPを、前記第３の値T_AKARSP2より小なるK_REF0算出
用の第１の値T_AKARSP0（例えば40℃）に設定した後（ス
テップ308）、K_REF′値を前回までに得られたK_REF0値に
設定する（ステップ309）。次いで補正係数K_O2が上限値
K_O2REFH（例えば1.2）より大きいか否か（ステップ31
0）、下限値K_O2REFL（例えば0.8）より小さいか否か
（ステップ311）をそれぞれ判別し、このステップ310又
は311の答のいずれか一方が肯定（Yes）、即ちK_O2＞K
_O2REFH又はK_O2＜K_O2REFLのいずれかが成立するときに
は、そのまま本プログラムを終了し、平均値K_REFの算出
を停止する一方、前記ステップ310及び311の答がいずれ
も否定（No）、即ちK_O2REFL≦K_O2≦K_O2REFHが成立する
ときには、後述のステップ315以下に進む。

即ち、平均値K_REF0は、エンジン１がアイドル域にあ
って比例制御が実行されているとき且つ補正係数K_O2が
所定範囲内にあるときに算出されるとともに、このとき
の吸気温判別値T_AKARSPとして第１の値T_AKARSP0が適用
される。

前記ステップ306の答が否定（No）のときには、前記
変数C_REFを平均値K_REF1算出用の第２の値C_REF1に設定し
（ステップ312）、次いで前記吸気温判別値T_AKARSPを、
前記第１の値T_AKARSP0より大なるK_REF1算出用の第２の
値T_AKARSP1（例えば50℃）に設定した後（ステップ31
3）、K_REF′値を前回までに得られたK_REF1値に設定し
（ステップ314）、後述のステップ315に進む。

即ち、平均値K_REF1は、エンジン１がオフアイドル域
にあって比例制御が実行されているときに算出されると
ともに、このときの吸気温判別値T_AKARSPとして第２の
値T_AKARSP1が適用される。

前記ステップ315では吸気温T_Aが前記ステップ303,308
又は313で設定された吸気温判別値T_AKARSPより大きいか
否かを判別する。この答が肯定（Yes）、即ちT_A＞T
_AKARSPが成立するときには、そのまま本プログラムを終
了し、平均値K_REFの算出を停止する一方、否定（No）、
即ちT_A≦T_AKARSPが成立するときにはステップ316に進
み、前記ステップ302、307又は312で設定された変数C
_REF及び前記ステップ304、309又は314で設定された
K_REF′値を前記式（２）に適用して平均値K_REFを算出
し、本プログラムを終了する。

以上のように吸気温T_Aが吸気温判別値T_AKARSPより高
い場合には、平均値K_REFの算出が停止されるとともに、
吸気温判別値T_AKARSPは、エンジン１がアイドル域にあ
るときにはオフアイドル域にあるときよりも低温側に設
定される。前述したように、アイドル域においては、エ
ンジンの高温時における気化燃料の供給によって平均値
K_REFが変動し易いので、上述のように平均値K_REFの算出
領域をより低温側に縮少することによって、エンジンの
高温時における平均値K_REFのリーン側への変動を防止す
ることができる。一方、平均値K_REFの変動が比較的少な
いオフアイドル域においては、平均値K_REFの算出領域を
より高温側に拡大することにより、より広範囲のエンジ
ン温度域においてK_REF値を適正な値に算出できる。した
がって、エンジンの各運転領域において平均値K_REFを適
正に算出でき、エンジン１への供給空燃比を適正に制御
することができる。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明によれば次のような効果を
奏する。

内燃エンジンの空燃比フィードバック制御方法におい
て、エンジン温度を検出し、空燃比フィードバック制御
運転領域の複数の運転領域毎に空燃比のフィードバック
補正係数の学習値として該係数の平均値を算出するとと
もに、前記運転領域に応じた所定温度以上の運転時に前
記係数の平均値の算出を停止するようにしたので、前記
平均値の算出領域を、各運転領域においてエンジン温度
に対して適切に設定でき、したがって前記平均値を適正
な値に算出できることにより、エンジンへの供給空燃比
を適正に制御できる。

また、前記所定温度をエンジンが低負荷領域にあるほ
ど、より小さく設定することにより、エンジンの高負荷
時に前記係数の平均値の変動し易い低負荷領域の平均値
の算出領域をより低温側に縮少できるので、エンジンへ
の供給空燃比をより適正に制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御方法を実施するための燃料供給制
御装置の全体構成図、第２図はフィードバック補正係数
K_O2の算出サブルーチンを示すフローチャート、第３図
はK_O2の平均値K_REFの算出サブルーチンを示すフローチ
ャートである。 １……内燃エンジン、５……電子コントロールユニット
（ECU）、９……吸気温（T_A）センサ、12……排気管、1
9……O₂センサ（排気ガス濃度検出器）、K_O2……フィー
ドバック補正係数（係数）、K_REF……K_O2の平均値。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃エンジンの空燃比フィードバック制御
   運転領域における運転時に、当該エンジンの排気系に配
   置される排気ガス濃度検出器の出力に応じて変化する係
   数の平均値を学習値として算出し、該平均値を少なくと
   も用いて前記エンジンに供給する混合気の空燃比をフィ
   ードバック制御する内燃エンジンの空燃比フィードバッ
   ク制御方法において、エンジン温度を検出し、前記空燃
   比フィードバック制御運転領域の複数の運転領域毎に前
   記係数の平均値を算出すると共に前記エンジン温度が前
   記運転領域に応じた所定温度以上の運転時に前記係数の
   平均値の算出を停止することを特徴とする内燃エンジン
   の空燃比フィードバック制御方法。
2. 【請求項２】前記所定温度を、前記エンジンが低負荷領
   域にあるほどより小さく設定することを特徴とする請求
   項１記載の内燃エンジンの空燃比フィードバック制御方
   法。