JP2861377B2

JP2861377B2 - 多種燃料内燃エンジンの空燃比フィードバック制御方法

Info

Publication number: JP2861377B2
Application number: JP2314922A
Authority: JP
Inventors: 正人吉田; 高尚横山; 宗義難波; 佳彦加藤; 和正飯田; 勝彦宮本
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1990-11-20
Filing date: 1990-11-20
Publication date: 1999-02-24
Anticipated expiration: 2014-02-24
Also published as: KR940008271B1; KR920010144A; US5158058A; JPH04187845A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ガソリン燃料、アルコール燃料等の少なく
とも２種の燃料の何れによっても作動可能な内燃エンジ
ンの空燃比フィードバック制御方法に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題）近年、石化燃料の枯渇と云った燃料事情や、排気ガス
特性の改善等により、アルコール燃料等とガソリン燃料
との混合燃料、あるいはこれらの何れの燃料をも単独で
使用することが出来る内燃エンジンの研究が盛んに行わ
れている。

これらの従来の多種燃料内燃エンジンは、燃料の混合
率（ブレンド率）に応じて燃料供給量（噴射量）を調整
するだけであり、空燃比フィードバック制御方法や排気
ガス浄化装置自体は、従来のガソリン燃料の内燃エンジ
ンと基本的に変わりがない。

一方、ガソリン燃料使用の内燃エンジンでは、年々厳
しくなる排気ガス規制に対応するために、所謂「デュア
ルO2センサシステム」が提案されている。このシステム
は、排気通路に配設された触媒コンバータの上流側およ
び下流側にそれぞれ、排気ガス中の酸素濃度を検出する
O2センサを備えるもので、このシステムによる空燃比フ
ィードバック制御は、例えば、燃料噴射量を決定するフ
ィードバック補正係数値ＫFBを以下のように設定するこ
とにより行われる。即ち、上流側のフロントO₂センサの
出力電圧V02が基準電圧Vsを横切ってリーン側に変化し
た場合、フィードバック補正係数値ＫFBに比例項値Ｐが
加算され、その後所定時間の経過毎、或いはクランク軸
が所定クランク角度だけ回転する毎に積分項値ΔＩが加
算される。一方、フロントO₂センサの出力電圧V02が基
準電圧Vsを横切ってリッチ側に変化した場合、空燃比補
正係数値ＫFBから比例項値Ｐが減算され、その後所定時
間の経過毎、或いは所定クランク角度位置信号が検出さ
れる毎に積分項値ΔＩが減算される。そして、下流側の
リアO₂センサの出力に応じ、上述の基準電圧値Vsを変更
するするようにしている。

このようなシステムは多種燃料内燃エンジンにも採用
すべきであるが、ブレンド率が変化すると同じ空気過剰
率（空燃比）であっても排気ガス成分が変化するため
に、リアO2センサの出力値が変化してしまい、デュアル
O2センサシステムが正しく機能せず、空燃比フィードバ
ック制御を精度よく行うことが出来ない。

本発明はこのような問題点を解決するためになされた
もので、多種燃料内燃エンジンにおいても、上述したデ
ュアルO2センサシステムを採用して空燃比フィードバッ
ク制御を精度よく行い得る多種燃料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して
いる。

（課題を解決するための手段）上述の目的を達成するために本発明に依れば、燃料性
状がそれぞれ既知である少なくとも２種の燃料の何れ
か、あるいはそれらの混合燃料により作動可能な内燃エ
ンジンの排気通路に、排気ガス中の有害成分を浄化する
排気ガス浄化装置を配設し、該排気ガス浄化装置の上流
側の排気ガス中の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度
に対応する値と第１の目標値との比較結果に応じて空燃
比をフィードバック制御する多種燃料内燃エンジンの空
燃比フィードバック制御方法において、前記少なくとも
２種の燃料の混合率を検出し、検出した燃料混合率に応
じて第２の目標値を設定し、前記排気ガス浄化装置の下
流側の排気ガス中の酸素濃度を検出し、検出した下流側
の酸素濃度に対応する値と前記第２の目標値との偏差に
応じて前記第１の目標値を補正することを特徴とする多
種燃料内燃エンジンの空燃比フィードバック制御方法が
提供される。

（作用）本発明の空燃比フィードバック制御方法によれば、排
気ガス浄化装置の下流側の排気ガス中に検出される酸素
濃度の目標値が燃料混合率に応じて設定される。従っ
て、少なくとも２種からなる燃料の混合率が変化して
も、混合率に最適な、デュアルO2センサシステムによる
空燃比フィードバック制御を行うことができる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明方法が適用される内燃エンジンの燃料
供給制御装置の概略構成を示し、この制御装置は例えば
４気筒ガソリンエンジン（以下単に「エンジン」とい
う）12に適用したものである。

このエンジン12はガソリン燃料単独でも、アルコール
燃料（例えば、メタノール）単独でも作動可能であり、
更に、これらの２種の燃料を任意の割合（ブレンド率）
で混合した燃料でも作動可能である。

エンジン12の各気筒につながる吸気マニホルド14のそ
れぞれに、各吸気ポートに隣接して電磁式燃料噴射弁16
が配設されている。吸気マニホルド14にはサージタンク
18を介して吸気管20の一端が接続されており、吸気管20
の他端（大気開放端）にはエアクリーナ22が取り付けら
れている。そして、吸気管20の途中にはスロットル弁24
が配設されている。各燃料噴射弁16へは図示しない燃料
ポンプから燃料管25を介し、燃圧レギュレータ26によっ
て燃料圧が一定に調整された燃料が供給されるようにな
っている。

燃料管25の途中には、燃料センサ60が配設されてい
る。この燃料センサ60は、燃料噴射弁16に供給される混
合燃料のブレンド率を検出するためのもので、燃料の特
定の物性値、例えば、誘電率、光学屈折率、音速等を測
定することにより、ガソリン燃料とアルコール燃料のブ
レンド率を検出する。実際には、この特定の物性値に対
応して燃料センサ60から電圧値ＶBが出力され、この電
圧値ＶBから燃料のブレンド率Ｂが推定される。ここ
で、ブレンド率０％はガソリン燃料のみを含有し、100
％はアルコール燃料のみを含有することを意味する。燃
料センサ60は、電子制御装置（ECU）40の入力側に電気
的に接続され、上述した燃料ブレンド率Ｂに対応した電
圧信号ＶBを電子制御装置40に供給する。

一方、エンジン12の各気筒の排気側には排気マニホル
ド30がそれぞれ接続されており、排気マニホルド30の大
気側端は排気管34に接続されている。排気管34の途中に
は三元触媒型の２つの触媒コンバータ35,36が配設され
ている。上流側の触媒コンバータ35は、排気マニホルド
30の大気側端近傍に、すなわち、エンジン12の排気ポー
ト近傍に配置される。このため、この触媒コンバータ35
は、高温の排気ガスに曝されるので、エンジン始動後の
活性化を逸早く完了させることができ、ウオームアップ
触媒コンバータ（W/Uコンバータ）と呼ばれる。下流側
の触媒コンバータ36は、W/Uコンバータ35より下流に配
置されるため、活性化が遅れるが、活性化が完了する
と、W/Uコンバータ35により活性化が保たれ、コンバー
タ35で浄化されなかった排気ガス中の窒素酸化物の還元
とCOの酸化とがより完全に行なわれる。

W/Uコンバータ35の上流側の排気マニホルド30には、
エンジン12から排出される排気中の酸素量を検出するフ
ロントO2センサ44が取り付けられている。また、２つの
触媒コンバータ35,36間には、W/Uコンバータ35より排出
される排気ガス中の酸素濃度を検出するリアO2センサ45
が取り付けられており、これらのセンサ44,45には検出
部を高温に保つヒータが備えられている。そして、これ
らのO2センサ44,45は電子制御装置40の入力側に電気的
に接続されており、電子制御装置40にそれぞれの酸素濃
度検出信号を供給している。

電子制御装置40は、図示しない中央演算装置、燃料供
給量を演算するための制御プログラムや種々のプログラ
ム変数等を記憶する記憶装置、入出力装置等により構成
され、上述の記憶装置には、ROMやRAMの他に、後述する
燃料ブレンド率補正係数値ＫB、積分補正値VI等を、エ
ンジン12の停止後も記憶する不揮発性のバッテリバック
アップRAMが含まれる。

前述した各燃料噴射弁16は電子制御装置40の出力側に
電気的に接続され、この電子制御装置40からの駆動信号
により開弁され、詳細は後述するように所要量の燃料を
各気筒に噴射供給する。電子制御装置40の入力側にはエ
ンジン12の運転状態を検出する種々のセンサ、例えば前
述したフロントO2センサ44、リアO2センサ45や燃料セン
サ60の他に、吸気管20の大気開放端近傍に取り付けら
れ、カルマン渦を検出することにより吸入空気量に比例
した周波数パルスｆを出力するエアフローセンサ42、エ
アクリーナ22内に設けられ、吸入空気温度Taを検出する
吸気温度センサ46、スロットル弁24の弁開度を検出する
スロットル開度センサ48、カムシャフトに接続されるデ
ィストリビュータ38に設けられ、上死点あるいはその少
し前の所定クランク角度位置を検出する毎にパルス信号
（TDC信号）を出力するクランク角センサ50、これもデ
ィストリビュータ38に設けられ、特定の気筒（例えば、
第１気筒）が所定のクランク角度位置（例えば、圧縮上
死点あるいはその少し前の角度位置）にあることを検出
する気筒判別センサ52、エンジン12の冷却水温を検出す
る水温センサ54、スロットル弁24の全閉位置を検出する
アイドルスイッチ56、大気圧を検出する大気圧センサ5
8、更に、図示しないがエアコンの作動状態を検出する
エアコンスイッチ、バッテリ電圧を検出するバッテリセ
ンサ等の各種センサが接続されており、これらのセンサ
は検出信号を電気制御装置40に供給する。

電子制御装置40は、上述した種々のセンサの検出信号
に基づきエンジン運転状態に応じた燃料噴射量、即ち、
燃料噴射弁16の開弁時間ＴINJを演算し、演算した開弁
時間ＴINJに応じた駆動信号を各燃料噴射弁16に供給し
てこれを開弁し、所要の燃料量を各気筒に噴射供給させ
る。電子制御装置40は次式（１）により上述の開弁時間
ＴINJを演算する。

ＴINJ＝ＴB＊ＫAF＊ＫB＊Ｋ＋ＴD ……（１）ここに、ＴBはガソリン燃料を基準とした、吸入空気
量A/Nに応じて設定される基本開弁時間、ＫAFは空燃比
補正係数であり、その詳細は後述する。ＫBは燃料ブレ
ンド率補正係数であり、燃料ブレンド率Ｂに応じた値に
設定され、この補正係数を上述のガソリン燃料を基準に
した基本開弁時間ＴBに掛け合わせることにより、検出
されたブレンド率Ｂの燃料に対応する基本開弁時間に換
算する。Ｋは、その他の補正係数であり、例えば、冷却
水温ＴWに応じて設定される冷却水温補正係数ＫTW、吸
気温度Taに応じて設定される吸気温補正係数ＫTa、大気
圧Paに応じて設定される大気圧補正係数ＫPa等に応じて
設定される。ＴDはバッテリ電圧に応じて設定される無
効時間補正値である。これらの補正係数値及び補正値の
演算方法の詳細は省略する。

尚、電子制御装置40は、クランク角センサ50がクラン
ク角で180゜毎にTDC信号を出力することから、このTDC
信号のパルス発生間隔からエンジン回転数Neを検出する
ことができる。更に、電子制御装置40は気筒の点火順
序、即ち、各気筒への燃料供給順序を記憶しており、上
述した気筒判別センサ52が前述の特定の気筒の所定クラ
ンク角度位置を検出することにより、次にどの気筒に燃
料を噴射供給すればよいか判別することが出来る。

次に、電子制御装置40による空燃比フィードバック制
御手順を説明する。なお、電子制御装置40により空燃比
フィードバック制御を開始するには、例えば、O2センサ
44,45が充分に活性化していると、エンジン12が暖機状
態にあること、エンジン12の始動後所定時間が経過して
いること等の条件が同時に成立していることが必要であ
る。また、電子制御装置40は、空燃比フィードバック制
御を実行するために必要な各種運転状態値を読み込んで
おり、読み込んだ運転状態には、水温センサ54からの冷
却水温信号Tw、吸気温センサ46からの吸気温度信号Ta、
大気圧センサ58からの大気圧信号Pa、スロットル開度セ
ンサ48からのスロットル開度信号θth等の他に、燃料セ
ンサ60からの燃料物性値信号ＶBが含まれる。これらの
センサからの信号は、図示しない入力装置により増幅、
フィルタリング、A/N変換等が実行され、デジタル信号
として電子制御装置40に読み込まれる。

先ず、第２図を参照して、後述する噴射弁駆動ルーチ
ンにおいて使用する第１の目標値である判別値Vsの設定
手順について説明する。第２図に示すルーチンは、リア
O2センサ45が検出する酸素濃度と、燃料センサ60が検出
する燃料のブレンド率Ｂとにより上述した判別値Vsを最
適値に設定するものである。

この判別値Vsの設定ルーチンは、常時実行されるが、
リアO2センサ45によるフィードバックタイミングである
か否かを判別し（ステップS10）、フィードバックタイ
ミングでなければ、すなわち、ステップS10の判別結果
が否定（No）であれば、なにもせずに当該ルーチンを終
了する。

フィードバックタイミングであるか否かは、例えば、
吸入空気量に応じて設定されるフィードバック補正周期
Tsが経過したか否かを判別し、周期Ts毎にフィードバッ
クタイミングであると判別するようにしてもよい。上述
のフィードバック補正周期Tsは、次式（F1）により設定
される。

Ts＝Ks/f ……（F1）ここに、Ksは定数であり、ｆは前述したエアフローセン
サ42が検出するカルマン渦発生周波数である。

ステップS10の判別結果が肯定（Yes）でフィードバッ
クタイミングであると判別されたとき、ステップS12に
進み、燃料センサ60が検出するブレンド率Ｂに応じたリ
アO2センサ45の出力目標値（第２の目標値）Vtを設定す
る。第３図は、ブレンド率Ｂ（％）と、ブレンド率Ｂに
応じて設定される目標値Vt（電圧値）との関係を例示
し、ブレンド率Ｂが大である程、より大きい値に設定さ
れることを示している。

次に、ステップS14に進み、リアO2センサ45の出力値
Ｖを読み込み、これを平均すると共に、フィルタリング
処理を行なう。リアO2センサ45の出力値は絶えず変動し
ており、一回のサンプル値では計測誤差が大きくなるの
で、ｎ回、例えば、５回のサンプル値を読み込んで、こ
れの算術平均値Vavを求める。そして、今回求めた平均
値Vavをさらに次式（F2）によりフィルタリング処理を
施してフィルタ値Vfを求める。

Vf＝Kf×Vav＋（１−Kf）×Vfn−１ ……（F2）ここに、Kfはフィルタ定数であり、Vfn−１はフィルタ
値Vfの前回値である。

次いで、電子制御装置40は、上述のようにして求めた
フィルタ値Vfと目標値Vtの偏差ΔＶ（＝Vf−Vt）から比
例補正値Vpおよび積分補正値Viを次式（F3），（F4）に
より演算する（ステップS16）。

Vp＝ΔＶ×Gp ……（F3） Vi＝Vin−１＋ΔＶ×Gi ……（F4）ここに、Gpは比例補正ゲイン、Giは積分補正ゲインで
あり、いずれも正の値に設定してある。また、Vin−１
は、積分補正値Viの前回値である。

このようにして求められた比例値補正値Vpおよび積分
補正値Viを、次式（F5）に代入して判別値Vsが演算され
（ステップS18）、当該ルーチンを終了する。

Vs＝Vo＋Vp＋Vi ……（F5）ここに、VoはフロントO2センサ44の出力判別レベルの
基準値である。このように、フロントO2センサ44の出力
判別値Vsは、フィードバック補正周期Ts毎に、ブレンド
率ＢとリアO2センサ45の出力値Ｖとにより補正されるこ
とになる。

第４図は、クランク角センサ50からのクランクパルス
信号が入力される毎に実行される噴射弁駆動ルーチンを
示す。クランクパルス割込みが入ると、電子制御装置40
は、先ず、フロントO2センサ44の検出信号値V02を読み
込む（ステップS20）。そして、この検出信号値V02が、
前述のようして補正された判別値Vsと比較され、判別値
Vsより大きいか否かを判別する（ステップS22）。フロ
ントO2センサ44の信号値V02が判別値Vsより大（判別結
果が肯定）である場合、すなわち、エンジン12に供給さ
れる空燃比が理論空燃比より燃料リッチ側の値であれ
ば、ステップS24に進み、フィードバック補正係数の比
例ゲイン項Kpおよび積分ゲイン項Kiを次式（A1），（A
2）により演算する。

Kp＝−Ｐ ……（A1） Ki＝Ki′−ΔＩ ……（A2）ここに、Ｐは一定の比例ゲイン値であり、ΔＩは一定
の積分ゲイン値である。また、Ki′は積分ゲイン項の前
回値である。なお、この積分ゲイン項Kiは前述のバック
アップRAMに記憶される。

一方、ステップS22の判別結果が否定であれば、即
ち、エンジン12に供給される空燃比が理論空燃比より燃
料リーン側の値であれば、ステップS26に進み、フィー
ドバック補正係数の比例ゲイン項Kpおよび積分ゲンイ項
Kiを次式（A3），（A4）により演算する。

Kp＝＋Ｐ ……（A3） Ki＝Ki′＋ΔＩ ……（A4）比例ゲイン項Kpおよび積分ゲイン項Kiの演算が終了す
ると、次に、ステップS28に進み、フィードバック補正
係数値ＫFBを次式（A5）により演算する。

ＫFB＝Kp＋Ki ……（A5）このように演算されたフィードバック補正係数値ＫFB
を、前述した演算式（１）に代入して燃料噴射弁16の開
弁時間ＴINJを演算し（ステップS30）、演算した開弁時
間ＴINJを噴射タイマにセットし、今回ループ時に燃料
を噴射すべき気筒に対応する燃料噴射弁16に、開弁時間
ＴINJに対応する時間に亘って駆動信号が出力される
（ステップS32）。かくして、上述のようにして演算さ
れた開弁時間ＴINJに対応する量の燃料がエンジン12に
噴射供給されることになる。

尚、上述の実施例の燃料供給制御装置は各気筒毎に配
設された燃料噴射弁から燃料を各気筒に噴射供給するも
の適用したが、本発明方法は、スロットル弁上流に配設
される１本の燃料噴射弁からエンジンに燃料を供給す
る、いわゆるシングルポイント方式の燃料供給制御装置
に適用してもよいし、電子キャブレタ方式の燃料供給装
置に適用してもよい。

又、本発明の多種燃料内燃エンジンの空燃比フィード
バック制御方法は、ガソリン燃料とアルコール燃料との
混合燃料を使用する内燃エンジンに限定されず、燃料性
状がそれぞれ既知の、少なくとも２種の混合燃料を使用
する多種燃料内燃エンジンにも適用できる。

（発明の効果）以上詳述したように本発明の多種燃料内燃エンジンの
空燃比フィードバック制御方法に依れば、燃料の混合率
を検出し、検出した燃料混合率に応じて第２の目標値を
設定し、排気ガス浄化装置の下流側の排気ガス中の酸素
濃度を検出し、検出した下流側の酸素濃度に対応する値
と前記第２の目標値との偏差に応じて第１の目標値を補
正し、この補正した第１の目標値と排気ガス浄化装置の
上流側の排気ガス中の酸素濃度に対応する値との比較結
果に応じて空燃比をフィードバック制御するようにした
ので、燃料混合率が変化しても精度よく空燃比制御を行
うことができ、多種燃料を使用する内燃エンジンの排気
ガス特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は本発明方法が
実施される燃料供給制御装置の構成の概略を示すブロッ
ク図、第２図はフロントO2センサの出力判別値Vsを設定
する手順を示す、判別値Vs設定ルーチンのフローチャー
ト、第３図はブレンド率Ｂと目標値Vtとの関係を示すグ
ラフ、第４図は噴射弁駆動ルーチンのフローチャートで
ある。 12……内燃エンジン、16……燃料噴射弁、24……スロッ
トル弁、25……燃料管、30……排気マニホルド（排気通
路）、34……排気管（排気通路）、35……触媒コンバー
タ、40……電子制御装置、42……エアフローセンサ、44
……フロントO2センサ、45……リアO2センサ、48……ス
ロットル開度センサ、50……クランク角度センサ、60…
…燃料センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤佳彦東京都港区芝５丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者飯田和正東京都港区芝５丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者宮本勝彦東京都港区芝５丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (56)参考文献特開昭63−5131（ＪＰ，Ａ) 特開平１−244133（ＪＰ，Ａ) 特開平２−185634（ＪＰ，Ａ) 特開平１−121539（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/14 310 F02D 45/00 364 F02D 45/00 301

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料性状がそれぞれ既知である少なくとも
２種の燃料の何れか、あるいはそれらの混合燃料により
作動可能な内燃エンジンの排気通路に、排気ガス中の有
害成分を浄化する排気ガス浄化装置を配設し、該排気ガ
ス浄化装置の上流側の排気ガス中の酸素濃度を検出し、
検出した酸素濃度に対応する値と第１の目標値との比較
結果に応じて空燃比をフィードバック制御する多種燃料
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、前記少なくとも２種の燃料の混合率を検出し、検出
した燃料混合率に応じて第２の目標値を設定し、前記排
気ガス浄化装置の下流側の排気ガス中の酸素濃度を検出
し、検出した下流側の酸素濃度に対応する値と前記第２
の目標値との偏差に応じて前記第１の目標値を補正する
ことを特徴とする多種燃料内燃エンジンの空燃比フィー
ドバック制御方法。