JP3321877B2 - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents
エンジンの空燃比制御装置Info
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Description
ンジンの空燃比制御について学習を行うものに関する。
(CO,HC,NOx)の転換効率をいずれも高めるた
め、触媒を通過する排気中の空燃比が、理論空燃比を中
心としたある狭い範囲内に収まるように空燃比のフィー
ドバック制御を行っている。
ンジン回転数に応じた基本噴射パルス幅Tpから定まる
空燃比をいう)に理論空燃比を選択していても、バラツ
キや経時変化によりエアフローメータや燃料噴射弁の流
量特性が規定値から大きく外れるなどして空燃比の狂う
原因が発生すると、O2センサ出力が変化→コンピュー
タが空燃比の狂いを修正する方向に噴射量を少しずつ増
量補正(あるいは減量補正)→O2センサ出力が少しず
つ正常値に復帰→空燃比が少しずつ理論空燃比に復帰…
ということを繰り返すわけである。
てフィードバック補正が働くにしても、空燃比が理論空
燃比付近の空燃比に復帰するまでに多少の時間がかか
り、その間は不調が継続する。その後、エンジンを停止
するまで正常な状態が維持されるが、再始動時には再び
O2センサが異常を検出→コンピュータが噴射量を調整
…という、先に示した補正のフィードバックサイクルを
繰り返す。つまり、エンジンを再始動するたびに不調の
症状がしばらく発生する。また、始動時、冷却水温の低
いときや高負荷時など、空燃比フィードバック補正が停
止される運転条件下では、狂ったままの空燃比となる。
ため、学習機能が採用されている(自動車工学 199
1年7月号 第72頁〜第74頁、また特開昭60−1
45443号公報参照)。
観察により学習制御に必要な補正量(つまり学習値)を
得ると、学習値は、エンジンが停止されても、コンピュ
ータのバックアップ電源が停止されない限り覚え続けら
れるため、再始動時もこの学習値により最初から適切な
増量(減量)補正が行われる。フィードバック補正のよ
うな過渡現象は出ない。つまり、徐々に少しずつ不調が
直っていくということではなく、いきなり直ってしまう
(不調の症状が出ない)のである。
転条件下でも学習値による補正が働き続け、適切な空燃
比が補償されるため、このときも不調の症状が出ること
はない。
比較して今回の学習値を更新するということが正しくで
きないため、学習条件は以下のように厳密に決められて
いる。まず1つは、フィードバック補正が働いている条
件である。この条件では、運転条件が多少違っても、す
べて理論空燃比にしようとしているからである。それ
と、図9に示すように運転条件に対する学習エリアが設
定されており、同一エリア内でO2センサの出力が数回
サンプリングされたときである。
機能は、新車時の部品バラツキをならしたりベース空燃
比のずれをなくすのを目的としているため、狭い学習レ
ンジ(たとえば±10%)で学習値の更新速度を比較的
早くしている。
うな空燃比のずれが生じたときは、学習値により補正し
きれなくなる。燃料系部品の突発的な故障により空燃比
がたとえば大幅にリッチ側にずれると、学習値は空燃比
をリーン側に戻そうとして、小さな値のほうへと比較的
早いスピードでずれていくが、学習レンジが狭いために
すぐに下限値に張り付いてしまい、それからは学習が進
まない。この下限値がなければ、学習値はさらに小さく
なって平衡値に達するはずであるから、大幅に空燃比が
ずれるときは学習機能が十分に働かなくなって排気性能
が悪くなるのである。
速度の比較的早い従来の学習値とは別に、この学習値よ
りも学習速度が非常に遅い学習値を導入することによ
り、従来の学習値の学習レンジを越えるような空燃比の
ずれがあったときにも、十分に学習機能を働かせること
を目的とする。
すように、排気の空燃比に応じた出力をする排気浄化装
置上流に配置された空燃比センサ31と、この空燃比セ
ンサ出力にもとづいて空燃比が理論空燃比の近くに維持
されるように空燃比フィードバック補正を行う手段32
と、学習エリアごとに学習値Aを格納・記憶する学習マ
ップ33と、前記学習エリアごとの学習値Aと異なる学
習値Bを格納・記憶するメモリ34と、前記学習マップ
33からそのときの運転条件に対応する学習エリアに格
納・記憶している学習値Aを、また前記メモリ34に格
納・記憶している学習値Bをそれぞれ読みだし、これら
2つの学習値A,Bの合計を空燃比学習値KBLRCと
して算出する手段35と、この算出された空燃比学習値
KBLRCおよび前記空燃比フィードバック補正に用い
られる空燃比フィードバック補正量αで運転条件に応じ
た基本噴射量Tpを補正して燃料噴射量を算出する手段
36と、この噴射量の燃料を吸気管に供給する装置37
と、前記空燃比フィードバック補正量αにもとづいて、
狭い学習レンジで前記学習マップ33に格納・記憶して
いる学習値Aを更新する手段38と、前記学習エリアご
との学習値と前記空燃比フィードバック補正量との合計
で補正しきれない空燃比エラーがあるとき、前記空燃比
学習値にもとづいて、前記学習マップ33に格納・記憶
している学習値Aより相対的に遅い学習速度で前記メモ
リ34に格納・記憶している学習値Bを更新する手段3
9とを設けた。
値Aと異なる学習値Bが全運転条件に対して1つであ
る。
この状態で燃料系部品の故障などにより学習値Aの学習
レンジをはずれるほどベース空燃比(基本噴射量から定
まる)にずれが生じたとき、たとえばそのずれがリッチ
側であれば空燃比をリーン側に戻そうと空燃比フィード
バック補正量αが小さい側にずれるため、学習値Aも初
期値から小さな側に比較的速いスピードでずれていく
が、下限値に張り付いた後は学習が進んでゆかない。
の学習値と空燃比フィードバック補正量との合計で補正
しきれない空燃比エラーがあるときもう1つの学習値B
が働く。すなわち学習値Aが下限値に達する前に働くこ
とはないのであるが、学習値Aが下限値に達した後に働
いて、初期値から小さな側にゆっくりとした速度でずれ
ていく。学習値Aの学習レンジをはずれるような空燃比
のずれに対しては、学習値Bにより学習が進むのであ
る。燃料系部品の故障などにより空燃比がリーン側に大
きくずれているときも同様である。
燃比が一時的にリッチ側やリーン側に大きくずれるとき
も同様であり、学習値Aが下限値や上限値に達した後は
学習値Bにより学習が進んでゆくのであるが、この場合
に学習値Bは非常にゆっくりとした学習スピードのた
め、ブローバイガスなどの外乱により一律学習値Bが過
度に小さくなることが避けられる。
学習値Bを導入することで、学習値Aの限界値を越える
ような空燃比のずれのときでも、排気性能が悪化しない
ように学習を進めることができると共にブローバイガス
などの外乱により別の学習値Bが過度に小さくなること
が避けられる。
に対して1つであると、学習される頻度が高くなる。
れる空気流量Qaを検出するエアフローメータ、9はア
イドルスイッチ、10は単位クランク角度ごとの信号と
クランク角度の基準位置ごとの信号(Ref信号)とを
出力するクランク角度センサ、11は水温センサ、12
はその出力が排気の酸素濃度に反応し理論空燃比を境に
値の急変する特性のO2センサ、13はノックセンサ、
14は車速センサで、これらセンサ類の信号はマイコン
からなるコントロールユニット21に入力されている。
も吸気ポートに設けた一か所の燃料噴射弁4から供給す
るので、量の調整はコントロールユニット21によりそ
の噴射時間で行う。噴射時間が長くなれば噴射量が多く
なり、噴射時間が短くなれば噴射量が少なくなる。混合
気の濃さつまり空燃比は、一定量の吸入空気に対する燃
料噴射量が多くなればリッチ側にずれ、燃料噴射量が少
なくなればリーン側にずれる。
るように燃料の基本噴射量を決定してやれば運転条件が
相違しても同じ空燃比の混合気が得られる。燃料の噴射
がエンジンの1回転について1回行われるときは、1回
転で吸い込んだ空気量に対して基本噴射パルス幅Tp
(=K・Qa/Ne、ただしKは定数)をそのときの吸
入空気量Qaとエンジン回転数Neとから求めるのであ
る。通常このTpにより決定される空燃比(ベース空燃
比)は、空燃比フィードバック補正域で理論空燃比付近
になっている。
るCO,HC,NOxといった三つの有害成分を処理す
る三元触媒6が設けられる。この三元触媒6が三成分の
転換効率をすべて良好に保つのは、触媒の雰囲気が理論
空燃比を中心とする狭い範囲(触媒ウインドウ)にある
ときだけである。この範囲より空燃比が少しでもリッチ
側にずれるとCO,HCの転換効率が落ち、逆にリーン
側にずれるとNOxの転換効率が落ちる。
きる理論空燃比付近に空燃比平均値が維持されるよう、
コントロールユニット21は、O2センサ12からの出
力信号にもとづいて燃料噴射量をフィードバック補正す
る。
スライスレベルより高いと空燃比はリッチ側に、低いと
リーン側にある。この判定結果より空燃比がリッチ側に
反転したときは空燃比をリーン側に戻さなければならな
い。そこで、図3の流れ図で示したように、空燃比がリ
ッチ側に反転した直後は空燃比フィードバック補正係数
αからステップ分PRを差し引き、空燃比がつぎにリー
ン側へ反転する直前までαから積分分IRを差し引く
(図3のステップ2,3,7、ステップ2,3,9)。
は、反転の直後にステップ分PLをαに加算し、実空燃
比がつぎにリッチ側に反転する直前まで積分分ILを加
算する(図3のステップ2,4,12、ステップ2,
4,14)。
これは、燃料噴射がRef信号同期であり、系の乱れも
Ref信号同期であるため、これに合わせたものであ
る。
IR,ILの値よりも相対的にずっと大きい。これは、
空燃比がリッチ側やリーン側に反転した直後は大きな値
のステップ分を与えて応答よく反対側に変化させるため
である。ステップ変化の後は小さな値の積分分でゆっく
りと空燃比を反対側へと変化させ、これにより制御を安
定させる。
幅Tpとエンジン回転数Neをパラメータとするマップ
(図7はステップ分PRのマップ、図8はステップ分P
Lのマップである)をルックアップすることにより求め
る。なお、図7と図8において、一部の運転域でPLと
PRのマップ値が違っているのは、この運転域において
リッチ側への反転時とリーン側への反転時とでO2セン
サの出力応答が相違しても、空燃比平均値が理論空燃比
付近に維持されるようにするためである。
噴射パルス幅(エンジン負荷相当量)Tiに比例させて
与えている(図3のステップ8,13)。これは、αの
制御周期が長くなる運転域でαの振幅が大きくなって、
触媒ウインドウをはみ出すことがあるので、αの振幅を
αの制御周期によらずほぼ一定とするためである。積分
分IR,ILの値は同じ値でかまわない。
比よりリーン側にあれば、理論空燃比になるようにイン
ジェクタ4からの燃料噴射量を増量し、逆にリッチ側に
あればインジェクタ4からの燃料噴射量を減量するとい
うことを繰り返す。
図9のように、基本噴射パルス幅Tpとエンジン回転数
Neのそれぞれで区分されるエリア(学習エリア)に分
割され、この各エリアごとに学習値KBLRC[%]が
割り当てられている。具体的にはTpとNeをパラメー
タとする2次元マップ(学習マップ)に各学習値が格納
・記憶されているわけである。このマップ値は、イグニ
ッションキースイッチをOFFにしても消失しないよう
にバッテリバックアップしておくことはいうまでもな
い。
Neが同一エリア内にあること(図4のステップ1
5)、〈2〉空燃比フィードバック補正中であること
(図4のステップ16)、〈3〉O2センサ出力の最大
と最小の差が一定値以上あること(図4のステップ1
7)、〈4〉O2センサ出力が数回サンプリングされた
こと(図4のステップ18)のすべてが成立したときで
ある。
00%)からのずれ量ε[%]を ε=(αMAX+αMIN)/2−100… ただし、αMAX;ステップ分PRを付加する直前のαの
値 αMIN;ステップ分PLを付加する直前のαの値 で求め(図4のステップ19)、このずれ量εを用いて KBLRC=KBLRC+R#・ε… ただし、R#;学習更新割合(1未満の値) により学習値KBLRC[%]を更新する。学習条件が
成立したときのTpとNeの属するエリアの学習値を図
9を内容とするマップから読み出し、その値(式右辺
のKBLRC)にεを取り込んだ値(式左辺のKBL
RC)を改めて同じエリアに格納するわけである(図4
のステップ20,21)。
MIN#と上限値RLRMAX#のあいだに制限してい
る(図4のステップ22)。
やベース空燃比のずれの補正を主な目的として、狭い学
習レンジでかつ比較的速い学習速度で学習値KBLRC
を更新している。学習値の下限値RLRMIN#と上限
値RLRMAX#をそれぞれRLRMIN#=90%、
RLRMAX#=110%とすることで学習レンジを±
10%とし、学習更新割合R#を比較的大きな値に設定
することにより、学習速度を速めているのである。これ
は、新車時の部品バラツキやベース空燃比のずれをある
範囲内に収めることは生産時に管理可能であり、経時劣
化で範囲外となるときは定期的な検査で対処できるから
である。
の大幅な空燃比のずれが生じたときは、従来の上記学習
値では補正しきれなくなるので、これに対処するため、
上記の学習値KBLRCはそのままに、この学習値とは
異なる別の学習値を導入する。上記の学習値をA、あら
たに導入する学習値をBで区別すると、この例では KBLRC=KBLRCA+KBLRCB… により空燃比学習値KBLRCを求めるのである。
100%、学習値Bの初期値も100%とする。
けない。つまり、学習の頻度を高くするため、全運転域
に対して1つだけの学習値とする。この学習値Bも、イ
グニッションキースイッチのOFFにより消失しないよ
うにバッテリバックアップしておく。
て(たとえばエンジン16回転ごとに)、次のように更
新する。
比リーン側リミットKBLGH#を比較し、α+A−1
00≧KBLGH#のとき B=B+KBLB#×(KBLRC/100)… ただし、KBLB#;学習更新割合 により学習値Bを更新する(図5のステップ32,3
3)。
ているにもかかわらず、補正しきれずに残る空燃比エラ
ー(理論空燃比からのずれのこと)である。この値が学
習開始時にリーン側リミットKBLGH#(たとえば1
05〜115%程度)以上ある(つまり大きくリーン側
にずれている)ときは、学習値Bを大きい側に更新する
ことで、空燃比をリッチ側に戻そうというわけである。
B≧100であれば、αと学習値Aとで補正しきれずに
残る空燃比エラーがKBLGH#のリーン側リミット未
満に収まっているので、 B=B−KBLB#×(KBLRC/100)… により学習値Bを小さい側に更新する(図5のステップ
32,36,37)。更新の結果、B<100となれば
100に制限する(図5のステップ38,39)。
開始時の空燃比リッチ側リミットKBLGL#(たとえ
ば95〜85%程度)を比較し、α+A−100≦KB
LGL#であれば、αと学習値Aとで補正しきれずに残
る空燃比エラーがKBLGL#のリッチ側リミット以上
あると判断して、学習値Bを上記の式により小さい側
に更新する(図5のステップ40,41)。
00であれば、上記の式により学習値Bを大きい側に
更新し(図5のステップ40,44,45)、B≧10
0となれば100に制限する(図5のステップ46,4
7)。
キャニスタからのパージガスやブローバイガスなどの外
乱を回避するため、できるだけ遅い学習速度となるよう
に小さな値に設定する。
値のあいだに制限する(図5のステップ34,35、ス
テップ42,43)。
判断する(図5のステップ31)。下記の条件は学習値
Aに対する学習条件と同様のものである。
響を受ける可能性があるため、またTWが下限値未満の
とき(低水温時)は壁流燃料などの影響でベース空燃比
が安定していないため、学習を行わない。
イガスの影響(高負荷側でブローバイガスが還流されず
に運転された後、アイドル等の低空気流量域で吸い込ま
れて空燃比がリッチ化する)を避けることなどのため、
低空気流量域では学習を禁止する。
と 〈7〉アイドルスイッチがOFFのとき アイドル中はブローバイガスやエアフローメータの出力
バラツキの影響が大きいため学習を中止する。
ともに受けると誤学習するおそれがあるため、パージ中
と判断したときは学習を中止する。
も100%)の状態にあり、この状態で学習値Aの学習
レンジをはずれるほどの空燃比のずれ(たとえば全運転
域でリッチ側に15%)が生じたときを考える。
が100%より小さい側にずれるため、学習値Aも10
0%の値から小さな側に比較的速いスピードでずれてい
くが、下限値の90%に張り付き、その後は学習が進ん
でゆかない。
≦KBLGL#の条件が成立した時点で(学習値Aとα
の合計で補正しきれない空燃比エラーがあるとき)もう
1つの学習値Bが働く。すなわち図10のように、学習
値Aが下限値の90%に達する前に働くことはないので
あるが、学習値Aが下限値に達した後に働いて、初期値
の100%から小さな側にゆっくりとしたスピードでず
れていく。学習値Aの学習レンジをはずれるような空燃
比のずれに対しては、学習値Bにより学習が進むのであ
り、これによって空燃比をすみやかに理論空燃比に戻す
ことができる。
ることなどにより、ベース空燃比が一時的にリッチ側に
15%ずれることもある。このときも、図11のよう
に、学習値Aが下限値の90%に達した後は学習値Bに
より学習が進むため、空燃比がすみやかに理論空燃比に
戻されている。なお、上記学習条件のうちの〈2〉の条
件は、ブローバイガスの影響が非常に大きい場合(ベー
ス空燃比のずれがリッチ側に20%以上もずれる場合)
に対処するためのものであり、図11のように15%と
比較的ブローバイガスの影響が小さなときは学習値Bが
更新されることになる。この場合、学習値Bは非常にゆ
っくりとした学習スピードのため、ブローバイガスなど
の外乱により一律学習値Bが過度に小さくなることが避
けられている。
学習値Bを導入することで、学習値Aの限界値を越える
ような空燃比のずれのときでも、排気性能が悪化しない
ように学習を進めることができる。
だけの学習値であることから、学習の頻度が高い。学習
値Aに学習エリアを設けた理由は、運転条件により学習
値への要求が異なるからである。これに対して、学習値
Bは、学習値Aの限界値を越えるような空燃比のずれの
ときに学習値Bにより学習を進めさせるのが目的である
から、学習の頻度を高めることによって学習を進ませや
すくするのである。
れる従来の学習値のほかに、この従来の学習値と空燃比
フィードバック補正量との合計で補正しきれない空燃比
エラーがあるときに働き、かつ従来の学習値より相対的
に遅い学習速度で更新される別の学習値を導入したた
め、燃料系部品の故障などにより従来の学習値の限界値
を越えるような空燃比のずれのときでも、排気性能が悪
化しないように学習を進めることができると共にブロー
バイガスなどの外乱により前記別の学習値が過度に小さ
くなることが避けられる。
更新される別の学習値が全運転条件に対して1つである
と、学習頻度が高くなり学習が進みやすくなる。
するための流れ図である。
説明するための流れ図である。
説明するための流れ図である。
流れ図である。
る。
る。
ある。
ある。
Claims (2)
- 【請求項1】排気の空燃比に応じた出力をする排気浄化
装置上流に配置された空燃比センサと、 この空燃比センサ出力にもとづいて空燃比が理論空燃比
の近くに維持されるように空燃比フィードバック補正を
行う手段と、 学習エリアごとに学習値を格納・記憶する学習マップ
と、 前記学習エリアごとの学習値と異なる学習値を格納・記
憶するメモリと、 前記学習マップからそのときの運転条件に対応する学習
エリアに格納・記憶している学習値を、また前記メモリ
に格納・記憶している学習値をそれぞれ読みだし、これ
ら2つの学習値の合計を空燃比学習値として算出する手
段と、 この算出された空燃比学習値および前記空燃比フィード
バック補正に用いられる空燃比フィードバック補正量で
運転条件に応じた基本噴射量を補正して燃料噴射量を算
出する手段と、 この噴射量の燃料を吸気管に供給する装置と、 前記空燃比フィードバック補正量にもとづいて、狭い学
習レンジで前記学習マップに格納・記憶している学習値
を更新する手段と、前記学習エリアごとの学習値と前記空燃比フィードバッ
ク補正量との合計で補正しきれない空燃比エラーがある
とき、 前記空燃比学習値にもとづいて、前記学習マップ
に格納・記憶している学習値より相対的に遅い学習速度
で前記メモリに格納・記憶している学習値を更新する手
段とを設けたことを特徴とするエンジンの空燃比制御装
置。 - 【請求項2】前記学習エリアごとの学習値と異なる学習
値が全運転条件に対して1つであることを特徴とする請
求項1に記載のエンジンの空燃比制御装置。
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
JP05595993A JP3321877B2 (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | エンジンの空燃比制御装置 |
US08/209,048 US5483945A (en) | 1993-03-16 | 1994-03-11 | Air/fuel ratio control system for engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05595993A JP3321877B2 (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | エンジンの空燃比制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06272603A JPH06272603A (ja) | 1994-09-27 |
JP3321877B2 true JP3321877B2 (ja) | 2002-09-09 |
Family
ID=13013622
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05595993A Expired - Lifetime JP3321877B2 (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | エンジンの空燃比制御装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
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