JP2759916B2 - 内燃エンジンの空燃比制御方法 - Google Patents

内燃エンジンの空燃比制御方法

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    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04Introducing corrections for particular operating conditions
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    • F02D41/123Introducing corrections for particular operating conditions for deceleration the fuel injection being cut-off
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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制御方法に関し、特に
排気ガス濃度に略比例する出力特性を備えた排気濃度セ
ンサを用いてエンジンに供給する混合気を目標空燃比に
フィードバック制御するとともに、エンジンの所定の減
速運転時にエンジンへの燃料供給を停止する空燃比制御
方法に関する。
(従来の技術) 排気ガス濃度に比例する出力特性を有する排気濃度セ
ンサを用いて、エンジンに供給する混合気の空燃比(以
下「供給空燃比」という)を目標空燃比にフィードバッ
ク制御する手法においては、目標空燃比はエンジンの運
転状態に応じて設定される。
ところが、エンジンの所定減速運転時に燃料供給停止
(以下「フュエルカット」という)を行う場合、フュエ
ルカット終了後の燃料供給再開時に、目標空燃比をその
時のエンジン運転状態に応じた値に直ちに設定すると、
制御系の遅れ等により目標空燃比と前記センサにより検
出した空燃比との偏差に基づくフィードバック制御が適
切に行えないという問題が発生する。
この問題を解決するため、フュエルカット終了直後
は、目標空燃比をエンジン運転状態に応じた本来設定す
べき値よりリーン側の値に設定し、その後徐々にリッチ
側へ変化させるようにした制御手法が従来提案されてい
る(特開平2−11842号公報)。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、フュエルカット期間が比較的短時間で
あった場合には、エンジン運転状態はほとんど変化しな
い一方、比較的長時間であった場合には、エンジン運転
状態が変化し、燃料供給再開時に直ちに供給空燃比をリ
ッチ方向へ制御した方がよい場合もあり、目標空燃比を
一率にリーン側の値から徐々にリッチ方向へ変更する上
記提案の手法によると、燃料供給再開時に所望の供給空
燃比への迅速な制御が行えないことがあった。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、フュ
エルカット終了直後の目標空燃比を適切に設定すること
によって供給空燃比を迅速に所望の値に制御することが
できる空燃比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) 上記目的を達成するため、本発明は、内燃エンジンの
排気系に設けられ、排気ガス濃度に略比例する出力特性
を備えた排気濃度センサを用いて、エンジンの所定の運
転状態の時に、エンジンに供給する混合気の空燃比を前
記所定の運転状態に応じた目標空燃比にフィードバック
制御するとともに、エンジンの所定の減速運転状態の時
にエンジンへの燃料供給を停止する内燃エンジンの空燃
比制御方法において、エンジンが前記所定の減速運転状
態以外の運転状態から前記所定の減速運転状態へ移行後
所定時間内に、エンジンが前記所定の減速運転状態から
前記所定の運転状態に移行したときには、前記所定の運
転状態への移行直前に得られた目標空燃比を前記目標空
燃比の初期値としてフィードバック制御を開始するよう
にしたものである。
また、本発明は、内燃エンジンの排気系に設けられ、
排気ガス濃度に略比例する出力特性を備えた排気濃度セ
ンサを用いて、エンジンの所定の運転状態の時に、エン
ジンに供給する混合気の空燃比を前記所定の運転状態に
応じた目標空燃比にフィードバック制御するとともに、
エンジンの所定の減速運転状態の時にエンジンへの燃料
供給を停止する内燃エンジンの空燃比制御方法におい
て、エンジンが前記所定の減速運転状態以外の運転状態
から前記所定の減速運転状態へ移行後所定時間経過後
に、エンジンが前記所定の減速運転状態から前記所定の
運転状態に移行したときには、略理論空燃比に対応する
値を前記目標空燃比の初期値としてフィードバック制御
を開始するようにしたものである。
(実施例) 以下本発明の実施例を添付図面に基づいて詳述する。
第1図は本発明の制御方法が適用される制御装置の全
体の構成図であり、同図中1は各シリンダに吸気弁と排
気弁(図示せず)とを各1対に設けたDOHC直列4気筒エ
ンジンである。このエンジン1は、吸気弁及び排気弁の
作動特性(具体的には、弁の開弁時期及びリフト量、以
下「バルブタイミング」という)を、エンジンの高速回
転領域に適した高速バルブタイミングと、低速回転領域
に適した低速バルブタイミングとに切換可能に構成され
ている。
エンジン1の吸気管2の途中にはスロットルボディ3
が設けられ、その内部にはスロットル弁3′が配されて
いる。スロットル弁3′にはスロットル弁開度(θTH)
センサ4が連結されており、当該スロットル弁3に開度
に応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット
(以下「ECU」という)5に供給する。
燃料噴射弁6はエンジン1とスロットル弁3との間且
つ吸気管2の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎
に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに
接続されていると共にECU5に電気的に接続されて当該EC
U5からの信号により燃料噴射の開弁時間が制御される。
また、ECU5の出力側には、前記バルブタイミングの切
換制御を行なうための電磁弁21が接続されており、該電
磁弁21の開閉作動がECU5により制御される。電磁弁21
は、バルブタイミングの切換を行う切換機構(図示せ
ず)の油圧を高/低に切換えるものであり、該油圧の高
/低に対応してバルブタイミングが高速バルブタイミン
グと低速バルブタイミングに切換えられる。前記切換機
構の油圧は、油圧(POIL)センサ20によって検出され、
その検出信号がECU5に供給される。
一方、スロットル弁3の直ぐ下流には管7を介して吸
気管内絶対圧(PBA)センサ8が設けられており、この
絶対圧センサ8により電気信号に変換された絶対圧信号
は前記ECU5に供給される。また、その下流には吸気温
(TA)センサ9が取付けられており、吸気温TAを検出し
て対応する電気信号を出力してECU5に供給する。
エンジン1の本体に装着されたエンジン水温(TW)セ
ンサ10はサーミスタ等から成り、エンジン水温(冷却水
温)TWを検出して対応する温度信号を出力してECU5に供
給する。エンジン回転数(NE)センサ11及び気筒判別
(CYL)センサ12はエンジン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いる。エンジン回転
数センサ11はエンジン1のクランク軸の180度回転毎に
所定のクランク角度位置でパルス(以下「TDC信号パル
ス」という)を出力し、気筒判別センサ12は特定の気筒
の所定のクランク角度位置で信号パルスを出力するもの
であり、これらの各信号パルスはECU5に供給される。
三元触媒14はエンジン1の排気管13に配置されてお
り、排気ガス中のHC,CO,NOx等の成分の浄化を行う。排
気濃度センサとしての酸素濃度センサ(以下「LAFセン
サ」という)15は排気管13の三元触媒14の上流側に装着
されており、排気ガス中の酸素濃度に略比例するレベル
の電気信号を出力しECU5に供給する。
ECU5には更に大気圧(PA)センサ16、車速(VSP)セ
ンサ17、クラッチの断続を検出するクラッチセンサ18及
び変速機のシフト位置を検出するギヤ位置センサ19が接
続されており、これらのセンサの検出信号がECU5に供給
される。
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、電磁弁21に駆動信号を供給
する出力回路5d等から構成される。
CPU5bは上述の各種エンジンパラメータ信号に基づい
て、排気ガス中の酸素濃度に応じた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TOUTを演算する。
TOUT=Ti×KCMDM×KLAF×K1+K2 …(1) ここに、Tiは基本燃料量、具体的にはエンジン回転数
NEと吸気管内絶対圧PBAとに応じて決定される基本燃料
噴射時間であり、このTi値を決定するためのTiマップが
記憶手段5cに記憶されている。
KCMDMは、後述する第2図のプログラムによって設定
される修正目標空燃比係数であり、エンジン運転状態に
応じて設定され、目標空燃比を表わす目標空燃比係数KC
MDに燃料冷却補正係数KETVを乗算することによって算出
される。補正係数KETVは、燃料を実際に噴射することに
よる冷却効果によって供給空燃比が変化することを考慮
して燃料噴射量を予め補正するための係数であり、目標
空燃比係数KCMDの値に応じて設定される。なお、前記式
(1)から明らかなように、目標空燃比係数KCMDが増加
すれば燃料噴射時間TOUTは増加するので、KCMD値及びKC
MDM値はいわゆる空燃比A/Fの逆数に比例する値となる。
KLAFは、空燃比補正係数であり、空燃比フィードバッ
ク制御中はLAFセンサ15によって検出された空燃比が目
標空燃比に一致するように設定され、オープンループ制
御中はエンジン運転状態に応じた所定値に設定される。
K1及びK2は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて
演算される他の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値に設定される。
CPU5bは更にエンジン運転状態に応じてバルブタイミ
ングの切換指示信号を出力して電磁弁21の開閉制御を行
なう。
CPU5bは上述のようにして算出、決定した結果に基づ
いて、燃料噴射弁6および電磁弁21を駆動する信号を、
出力回路5dを介して出力する。
第2図は前記目標空燃比係数KCMD及び修正目標空燃比
係数KCMDMを算出するプログラムのフローチャートであ
る。本プログラムはTDC信号の発生毎にこれと同期して
実行される。
ステップS11では目標空燃比係数の前回算出値KCMD
(N-1)を記憶手段5cに格納する。記憶手段5cは、例えば1
5個分のKCMD値を記憶可能とし、最大で15回前に算出さ
れたKCMD値を読み出して使用することができるようにし
ている。ステップS12ではシフトチェンジ中であるか否
かを判別する。この判別は、前記クラッチセンサ18によ
ってクラッチが接続されているか否かを検出することに
よって行う。ステップS12の答が肯定(YES)、即ちシフ
トチェンジ中のときにはシフトチェンジ終了後の経過時
間を計測するシフトチェンジディレイタイマtmKBSに所
定のシフトチェンジディレイ時間(例えば500ミリ秒)t
mDLYBSをセットしてこれをスタートさせ(ステップS1
3)、更にフュエルカットの継続時間を計測するF/Cディ
レイタイマtmAFCに所定のF/CディレイタイムtmAFCDLY
(300ミリ秒)をセットしてこれをスタートさせ(ステ
ップS17)、KCMDの今回値KCMD(N)を前回値KCMD(N-1)
同じ値に設定し(ステップS22)、ステップS34に進む。
前記ステップS12の答が否定(NO),即ち、シフトチ
ェンジ中でないときには、シフトチェンジディレイタイ
マのカウント値が値0か否かを判別する(ステップS1
4)。この答が肯定(YES)、即ちシフトチェンジ終了
後、所定時間tmDLYBS経過したときは、直ちにステップS
18に進み、この答が否定(NO)、即ちシフトチェンジ終
了後、所定時間tmDLYBS経過していないときには、バル
ブタイミングが変更されたか否かを判別する(ステップ
S15)。ステップS15の答が否定(NO)のときには、前記
ステップS17に進み、肯定(YES)のときにはシフトチェ
ンジディレイタイマtmKBSを値0にリセットしてステッ
プS18に進む。
このように、シフトチェンジ中及びシフトチェンジ終
了後所定時間tmDLYBS経過前は、目標空燃比係数KCMDは
前回値に保持される。ただし、バルブタイミングが変更
されたときには、直ちにステップS18に進む。これによ
り、シフトチェンジ中及びシフトチェンジ直後のエンジ
ン運転状態の変動によって目標空燃比が大きく変動し、
供給空燃比が所望の値からずれることを防止することが
できる。また、本実施例では高速バルブタイミングを選
択したときには、KCMD値を理論空燃比(A/F=14.7)よ
りリーン側の値に設定しないようにしている(いわゆる
リーンバーンを禁止している)が、バルブタイミングが
変更されたときKCMD値の前回値保持を継続すると高速バ
ルブタイミング選択時にリーンバーンが実行される場合
があるため、かかる事態を回避すべく、バルブタイミン
グ変更時は直ちにKCMD値の前回値保持を中止するように
している。
ステップS18では、フュエルカット中か否かを判別
し、その答が肯定(YES)のときには、TDCカウンタNFB
に所定値NTDCX(例えば6)をセットし(ステップS1
9)、F/CディレイタイマtmAFCのカウント値が値0か否
かを判別する(ステップS20)。TDCカウンタNFBは、フ
ュエルカット終了後のTDC信号パルス数に応じて空燃比
フィードバック制御の制御ゲインを変更するために設け
られている。ステップS20の答が否定(NO)、即ちフュ
エルカット継続期間が前記所定時間tmAFCDLY未満のとき
には、前記ステップS22に進み、KCMD値を前回値に保持
する。ステップS20の答が肯定(YES)、即ちフュエルカ
ットが所定時間tmAFCDLY以上継続したときには、KCMD値
を略理論空燃比(A/F=14.7)に相当する所定値KCMDFC
に設定してステップS33に進む。
上述のように、フュエルカット継続期間が短時間(tm
AFCDLY未満)のときには、KCMD値は前回値に保持され、
フュエルカット継続期間がtmAFCDLY以上のときには、略
理論空燃比相当の所定値KCMDFCに設定されるので、フュ
エルカット終了直後の供給空燃比を適切に制御すること
ができる。即ち、フュエルカット継続期間が短時間の場
合には、エンジン運転状態がほとんど変化しないので、
フュエルカット直前の値からフィードバック制御を開始
することにより、迅速に所望の供給空燃比を得ることが
できる。また、フュエルカット継続期間が長時間の場合
には、KCMD値は略中心値に設定されるので、フュエルカ
ット終了後のエンジン運転状態に応じて設定されるKCMD
値がリーン側又はリッチ側のいずれの側の値であって
も、迅速に追従することができる。
前記ステップS18の答が否定(NO)、即ちフュエルカ
ット中でないときには、KCMDの前回値KCMD(N-1)と、LAF
センサ15の出力に基づいて算出され、検出された空燃比
を表わす当量比(以下「検出空燃比」という)の前回算
出値KACT(N-1)との偏差の絶対値が所定値DKAFC(例えば
A/F換算で0.8に相当する値)以下か否かを判別する(ス
テップS23)。その答が肯定(YES)、即ち前記偏差が所
定値DKAFC以下のときには、TDCカウンタNFBのカウント
値を値0にリセットする(ステップS25)一方、否定(N
O)のときにはNFBのカウント値を値1だけデクリメント
して(ステップS24)、ステップS26に進む。
ステップS23〜S25により、フュエルカット終了直後に
おいて、目標空燃比係数KCMDと検出空燃比KACTとの偏差
が大きい(DKAFC以上)ときには、TDCカウンタNFBのカ
ウント値は値1以上となり、空燃比フィードバック制御
の制御ゲインがNFB=0のときより大きな値に設定され
る。
ステップS26では、前記F/Cディレイタイマに所定時間
tmAFCDLYをセットしてこれをスタートさせ、次いで目標
空燃比係数の基準値KBSMの算出処理(ステップS27)及
びエンジンが所定の高負荷運転状態にあるとき適用され
る高負荷目標値KWOTの算出処理(ステップS28)を行
い、ステップS29に進む。
ステップS27において基準値KBSMは、通常はエンジン
回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じて設定されたKBS
Mマップから読み出されるが、エンジン冷却水温TWが低
い場合にはエンジン冷却水温TW及び吸気管内絶対圧PBA
に応じて設定されたKTWLAFマップから読み出された値に
設定される。KBSMマップは、高速バルブタイミング選択
時に使用される高速バルブタイミング用マップと、低速
バルブタイミング選択時に使用される低速バルブタイミ
ング用マップとが設けられている。
ステップS28において高負荷目標値KWOTは、エンジン
回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じて設定されたKWO
Tマップから読み出される。KWOTマップも高速バルブタ
イミング用と低速バルブタイミング用とが設けられてい
る。
ステップS29では、エンジンが所定の高負荷運転状態
にあるとき値1に設定されるフラグFWOTが値1であるか
否かを判別し、その答が否定(NO)、即ちエンジンが所
定高負荷運転状態にないときには、ステップS32に進
み、前記ステップS27で算出した基準値KBSMを目標空燃
比係数の今回値KCMD(N)としてステップS33に進む。ステ
ップS29の答が肯定(YES)、即ちエンジンが所定高負荷
運転状態にあるときには、前記高負荷目標値KWOTが基準
値KBSM以上か否かを判別する(ステップS30)。この答
が否定(NO)、即ちKWOT<KBSMのときには前記ステップ
S32に進み、この答が肯定(YES)、即ちKWOT≧KBSMのと
きには、KCMD(N)=KWOTとしてステップS33に進む。
このように、目標空燃比係数KCMD(N)は、エンジンが
所定高負荷運転状態以外の状態にあるときには、基準値
KBSMに設定され、エンジンが所定高負荷運転状態にある
ときには、基準値KBSM又は高負荷目標値KWOTのいずれか
の値の大きい方に設定される。
ステップS33では、KCMD値のリミット処理を行う。こ
のリミット処理は、KCMDの前回値と今回値の差が、エン
ジン運転状態に応じて設定される上限値を超えないよう
にして、KCMD値を急激に変更しないようにするものであ
る。ただし、KCMD値が理論空燃比よりリーン側にある場
合において、アクセルペダルが急激に踏み込まれたよう
なときには、理論空燃比相当の値まで直ちに増加させる
ようにしている。
KCMDリミット処理の後、ステップS34では、燃料冷却
補正係数KETVをKCMD値に応じて設定されたテーブルから
読み出し、KCMD値に乗算することによって、修正目標空
燃比係数KCMDMを算出する(ステップS35)。次いでKCMD
M値のリミットチェックを行ない本プログラムを終了す
る。このリミットチェックでは、KCMDM値が所定の上下
限値の範囲内にあるか否かが判別され、該範囲外の値の
ときには、KCMDM値がその上限値又は下限値に設定され
る。
本プログラム実行後、空燃比フィードバック制御が可
能なエンジン運転状態においては、P回前に算出された
目標空燃比係数KCMD(N-P)と、前記検出空燃比の今回値K
ACT(N)とが一致するように、空燃比補正係数KLAFが算出
される。
(発明の効果) 以上詳述したように、請求項1の内燃エンジンの空燃
比制御方法によれば、エンジンが所定の減速運転状態以
外の運転状態から該所定の減速運転状態へ移行後所定時
間内に、エンジンが所定の減速運転状態から所定の運転
状態に移行したときには、所定の運転状態への移行直前
に得られた目標空燃比を目標空燃比の初期値としてフィ
ードバック制御を開始するので、所定の減速運転状態へ
移行直後所定時間内、即ち、燃料供給停止継続時間が短
時間の場合には、エンジンの運転状態がほとんど変化し
ないので、燃料供給停止直前の値からフィードバック制
御を開始することにより、迅速に所望の供給空燃比を得
ることができる。
また、請求項2の内燃エンジンの空燃比制御方法によ
れば、エンジンが所定の減速運転状態以外の運転状態か
ら該所定の減速運転状態へ移行後所定時間経過後、エン
ジンが所定の減速運転状態から所定の運転状態に移行し
たときには、略理論空燃比に対応する値を目標空燃比の
初期値としてフィードバック制御を開始するので、所定
の減速運転状態へ移行直後所定時間経過後、即ち、燃料
供給停止継続期間が長時間の場合は、燃料供給停止終了
後のエンジン運転状態に応じて設定される目標空燃比が
リーン側リッチ側のいずれの側の値であっても、迅速に
追従することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の制御方法を適用する燃料供給制御装置
の全体構成図、第2図は目標空燃比係数(KCMD)及び修
正目標空燃比係数(KCMDM)を算出するプログラムのフ
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)、6……燃料噴射弁、15……排気濃度センサ
(酸素濃度センサ)。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃エンジンの排気系に設けられ、排気ガ
    ス濃度に略比例する出力特性を備えた排気濃度センサを
    用いて、エンジンの所定の運転状態の時に、エンジンに
    供給する混合気の空燃比を前記所定の運転状態に応じた
    目標空燃比にフィードバック制御するとともに、エンジ
    ンの所定の減速運転状態の時にエンジンへの燃料供給を
    停止する内燃エンジンの空燃比制御方法において、エン
    ジンが前記所定の減速運転状態以外の運転状態から前記
    所定の減速運転状態へ移行後所定時間内に、エンジンが
    前記所定の減速運転状態から前記所定の運転状態に移行
    したときには、前記所定の運転状態への移行直前に得ら
    れた目標空燃比を前記目標空燃比の初期値としてフィー
    ドバック制御を開始することを特徴とする内燃エンジン
    の空燃比制御方法。
  2. 【請求項2】内燃エンジンの排気系に設けられ、排気ガ
    ス濃度に略比例する出力特性を備えた排気濃度センサを
    用いて、エンジンの所定の運転状態の時に、エンジンに
    供給する混合気の空燃比を前記所定の運転状態に応じた
    目標空燃比にフィードバック制御するとともに、エンジ
    ンの所定の減速運転状態の時にエンジンへの燃料供給を
    停止する内燃エンジンの空燃比制御方法において、エン
    ジンが前記所定の減速運転状態以外の運転状態から前記
    所定の減速運転状態へ移行後所定時間経過後に、エンジ
    ンが前記所定の減速運転状態から前記所定の運転状態に
    移行したときには、略理論空燃比に対応する値を前記目
    標空燃比の初期値としてフィードバック制御を開始する
    ことを特徴とする内燃エンジンの空燃比制御方法。
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