JPH077564Y2 - 内燃機関の空燃比の学習制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本考案は、空燃比フィードバック制御機能をもつ電子制
御燃料噴射装置を有する内燃機関の空燃比の学習制御装
置に関する。

＜従来の技術＞ 従来、空燃比フィードバック制御機能をもつ電子制御燃
料噴射装置を有する内燃機関においては、特開昭63-105
257号公報などに示されているような空燃比の学習制御
装置が採用されている。

これは、機関に吸入される空気量に関与する機関運転状
態のパラメータ（例えばスロットル弁開度と機関回転
数）から算出される基本燃料噴射量を機関排気系に設け
た酸素センサからの信号に基づいて比例・積分制御など
により設定されるフィードバック補正係数により補正し
て燃料噴射量を演算し、空燃比を目標空燃比にフィード
バック制御するものにおいて、空燃比フィードバック制
御中の空燃比フィードバック補正係数の基準値からの偏
差を機関運転状態のエリア毎に学習して学習補正係数を
定め、燃料噴射量の演算にあたって、基本燃料噴射量を
学習補正係数により補正して、フィードバック補正係数
による補正なしで演算される燃料噴射量により得られる
ベース空燃比を目標空燃比に一致させるようにし、空燃
比フィードバック制御中はこれをさらに空燃比フィード
バック補正係数により補正して燃料噴射量を演算するも
のである。

これによれば、空燃比フィードバック制御中は過渡運転
時におけるフィードバック制御の追従遅れをなくすこと
ができ、空燃比フィードバック制御停止時においては所
望の空燃比を正確に得ることができる。

＜考案が解決しようとする課題＞ ところで、従来、学習は、機関回転数と基本燃料噴射量
とにより機関運転状態のエリアを定め、各エリア毎にベ
ース空燃比に対する補正係数を設定・記憶していた。

しかしながら、スロットル弁開度αと機関回転数Ｎとか
ら基本燃料噴射量Tpを定めるシステム（以下α‐Ｎシス
テムという）では、主に吸気管壁に付着する異物（よご
れ）等によりスロットル弁部がつまり、これによる空燃
比の経時変化が問題となるが、このつまりによる影響は
スロットル弁開度αが小さい程大きくなる傾向がある。

このため、スロットル弁開度αに対する学習補正係数の
値は、第７図に示す如くとなり、マップで学習すると、
低開度域で学習の段差が大きく、空燃比のバラツキが大
きくなってしまうという問題点があった。

本考案は、このような従来の問題点に鑑み、α‐Ｎシス
テムに最適な空燃比の学習制御装置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＞ このため、本考案は、第１図に示すように、下記のＡ〜
Ｋの手段を設けて、内燃機関の空燃比の学習制御装置を
構成する。

（Ａ）スロットル弁開度を検出するスロットル弁開度検
出手段 （Ｂ）機関回転数を検出する機関回転数検出手段 （Ｃ）スロットル弁開度からスロットル弁開口面積を演
算するスロットル弁開口面積演算手段 （Ｄ）スロットル弁開度を少なくとも１つの学習パラメ
ータとしてエリアを定め、エリア毎にスロットル弁開口
面積を加減算補正するための学習補正量を記憶した書換
え可能な学習補正量記憶手段 （Ｅ）前記学習パラメータの実際値から前記記憶手段に
記憶された該当するエリアのスロットル弁開口面積の学
習補正量を検索する学習補正量検索手段 （Ｆ）スロットル弁開度，機関回転数，スロットル弁開
口面積及びその学習補正量に基づいて基本燃料噴射量を
演算する基本燃料噴射量演算手段 （Ｇ）機関排気成分を検出しこれにより機関吸入混合気
の空燃比を検出する空燃比検出手段 （Ｈ）検出された空燃比と目標空燃比とを比較し実際の
空燃比を目標空燃比に近づけるように空燃比フィードバ
ック補正係数を増減して設定する空燃比フィードバック
補正係数設定手段 （Ｉ）基本燃料噴射量に空燃比フィードバック補正係数
を乗じて燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算手段 （Ｊ）演算された燃料噴射量に相当する駆動パルス信号
に応じ機関回転に同期した所定のタイミングで燃料を機
関に噴射供給する燃料噴射手段 （Ｋ）前記学習パラメータのエリア毎に空燃比フィード
バック補正係数の基準値からの偏差を学習してこれを減
少させる方向に前記記憶手段の学習補正量を更新して書
換える学習補正量更新手段 ＜作用＞ スロットル弁開度が検出されると、スロットル弁開口面
積演算手段は、スロットル弁開度に基づいてスロットル
弁開口面積を演算し、学習補正量検索手段は、スロット
ル弁開度に基づいて記憶手段からスロットル弁開口面積
の学習補正量を検索する。

そして、基本燃料噴射量演算手段は、スロットル弁開
度，機関回転数，スロットル弁開口面積及びその学習補
正量から基本燃料噴射量を演算する。

空燃比フィードバック補正係数設定手段は、検出された
実際の空燃比と目標空燃比とを比較し実際の空燃比を目
標空燃比に近づけるように空燃比フィードバック補正係
数を増減して設定する。

そして、燃料噴射量演算手段は、基本燃料噴射量に空燃
比フィードバック補正係数を乗じて燃料噴射量を演算す
る。

そして、この燃料噴射量に相当する駆動パルス信号によ
り、機関回転に同期した所定のタイミングで、燃料噴射
手段が作動して、燃料を機関に噴射供給する。

一方、学習補正量更新手段は、スロットル弁開度のエリ
ア毎に空燃比フィードバック補正係数の基準値からの偏
差を学習してこれを減少させる方向に記憶手段の学習補
正量を更新して書換える。

ここにおいて、学習は、スロットル弁開度を少なくとも
１つの学習パラメータとして、スロットル弁開口面積を
加減算補正するための学習補正量を設定・記憶する。

従って、α‐Ｎシステムでは、主に吸気管壁に付着する
異物等によりスロットル弁部がつまり、これによる空燃
比の経時変化が問題となるが、このつまりによる開口面
積の減少量はスロットル弁の全開度域にわたってほぼ一
律で、例えば第８図の実線から破線の状態に変化するか
ら、開口面積の学習補正量も第９図に示すようにほぼ一
律に変化する。このため、各エリア間での学習の段差を
生じ難く、マップの格子が粗くても空燃比のバラツキを
少なくすることができる。

＜実施例＞ 以下に本考案の実施例を説明する。

第２図において、機関１には、エアクリーナ２からスロ
ットルボディ３及び吸気マニホールド４を介して空気が
吸入される。

スロットルボディ３にはスロットル弁５が介装されてい
ると共に、その上流に燃料噴射手段としての燃料噴射弁
６が設けられている。燃料噴射弁６は電磁開閉式であっ
て、コントロールユニット７からの駆動パルス信号によ
り通電されて開弁し、図示しない燃料ポンプにより圧送
されてプレッシャレギュレータにより所定の圧力に調整
された燃料を噴射する。

コントロールユニット７は、CPU,ROM,RAM,I/O等を含ん
で構成されるマイクロコンピュータを備え、各種のセン
サからの入力信号に基づいて演算処理し、燃料噴射弁６
の作動を制御する。

前記各種のセンサとしては、スロットル弁５にスロット
ル弁開度検出手段としてのポテンショメータ式のスロッ
トルセンサ８が設けられ、スロットル弁開度αを検出す
る。

また、クランク角センサ９が設けられ、例えば４気筒の
場合、クランク角180°毎の基準信号REFと、クランク角
１°毎の単位信号POSとを出力する。ここで、基準信号R
EFの周期、あるいは所定時間内における単位信号POSの
発生数を計測することにより、機関回転数Ｎを算出可能
である。従って、クランク角センサ９が機関回転数検出
手段である。

また、排気マニホールド10に酸素センサ11が設けられて
いる。この酸素センサ11は、混合気を目標空燃比である
理論空燃比付近で燃焼させたときを境として出力電圧が
急変する周知のセンサである。従って、酸素センサ11が
空燃比（リッチ・リーン）検出手段である。

この他、機関冷却水温Twを検出する水温センサ12等が設
けられている。

更に、コントロールユニット７には、その動作電源とし
てまたその電圧の検出のためバッテリ13がエンジンキー
スイッチ14を介して接続されている。また、内部のRAM
の記憶保持電源としては、バッテリ13がエンジンキース
イッチ14を介することなく適当な安定化電源を介して接
続されている。

ここにおいて、コントロールユニット７に内蔵されたマ
イクロコンピュータのCPUは、第３図〜第５図にフロー
チャートとして示すROM上のプログラム（燃料噴射量演
算ルーチン，空燃比フィードバック制御ルーチン，学習
ルーチン）に従って演算処理を行い、燃料噴射を制御す
る。

尚、スロットル弁開口面積演算手段、学習補正量検索手
段，基本燃料噴射量演算手段，空燃比フィードバック補
正係数設定手段，燃料噴射量演算手段及び学習補正量更
新手段としての機能は、前記プログラムにより達成され
る。また、学習補正量記憶手段としては、RAMを用い
る。

次に第３図〜第５図のフローチャートを参照しつつコン
トロールユニット７内のマイクロコンピュータの演算処
理の様子を説明する。

第３図の燃料噴射量演算ルーチンにおいて、ステップ１
（図にはS1と記してある。以下同様）では、スロットル
センサ８からの信号に基づいて検出されるスロットル弁
開度α，クランク角センサ９からの信号に基づいて算出
される機関回転数Ｎ等を読込む。

ステップ２では、スロットル弁開度αに対応してスロッ
トル弁開口面積A₀を予め計算等により求めて記憶してあ
るROM上のマップを参照し、実際のαに対応するA₀を検
索して読込む。マップによらず計算により求めてもよ
い。この部分がスロットル弁開口面積演算手段に相当す
る。

ステップ３では、スロットル弁開度αに対応してスロッ
トル弁開口面積を加減算補正するための学習補正量A_Lを
記憶してある学習補正量記憶手段としてのRAM上のマッ
プを参照し、実際のαに対応するA_Lを検索して読込む。
この部分が学習補正量検索手段に相当する。尚、このス
ロットル弁開口面積の学習補正量A_Lのマップは、学習パ
ラメータであるスロットル弁開度αを適当な間隔（一定
間隔、又は低開度域で密、高開度域で粗）で区切って複
数のエリアに分け、各エリア毎に学習補正量A_Lを記憶さ
せてあり、学習が開始されていない時点では、全て初期
値として０を記憶させてある。

ステップ４では、スロットル弁開度αと機関回転数Ｎと
に対応する基本燃料噴射量Tpを予め実験等により求めて
記憶してあるROM上のマップを参照し、実際のα,Nに対
応するTpを検索して読込む。尚、αとＮとからマップを
参照して吸入空気流量Ｑを求め、このＱとＮとから計算
によりTp＝Ｋ・Q/N（Ｋは定数）を求めてもよい。

ステップ５では、ステップ４で求めた基本燃料噴射量Tp
を次式に従って補正する。

ここで、ステップ4,5の部分が基本燃料噴射量演算手段
に相当する。

ステップ６では、機関回転数Ｎと基本燃料噴射量Tpとに
応じた混合比補正係数K_MR，水温Twに応じた水温増量補
正係数K_TWなどを含む各種補正係数COEF＝１＋K_MR＋K_TW
＋…を設定する。また、バッテリ電圧に基づいて電圧補
正分Tsを設定する。

ステップ７では、燃料噴射量Tiを次式に従って演算す
る。

Ti＝Tp・COEF・LAMBDA＋Ts ここで、LAMBDAは空燃比フィードバック補正係数であっ
て、後述する第４図の空燃比フィードバック制御ルーチ
ンによって設定され、その基準値は１である。

このステップ７の部分が燃料噴射量演算手段に相当す
る。

ステップ８では、演算されたTiを出力用レジスタにセッ
トする。これにより予め定められた機関回転同期（例え
ば1/2回転毎）の燃料噴射タイミングになると、最新に
セットされたTiのパルス幅をもつ駆動パルス信号が燃料
噴射弁６に与えられて、燃料噴射が行われる。

第４図は空燃比フィードバック制御ルーチンで、回転同
期あるいは時間同期で実行され、これにより空燃比フィ
ードバック補正係数LAMBDAが設定される。従って、この
ルーチンが空燃比フィードバック補正係数設定手段に相
当する。

ステップ11では機関回転数Ｎから基本燃料噴射量の比較
値Tp′を検索し、ステップ12では実際の基本燃料噴射量
Tpと比較値Tp′とを比較する。

Tp＞Tp′の場合は、ステップ13へ進んでλcontフラグを
０にしてこのルーチンを終了する。従って、空燃比フィ
ードバック補正係数LAMBDAは前回値（又は基準値１）に
クランプされ、空燃比フィードバック制御が停止され
る。これは、高回転・高負荷領域では空燃比フィードバ
ック制御を停止し、前記混合比補正係数K_MRによりリッ
チな出力空燃比を得て、排気温度の上昇を抑制し、機関
の焼付きや三元触媒の焼損などを防止するためである。

Tp≦Tp′の場合は、ステップ14へ進んでλcontフラグを
１にした後、ステップ15以降へ進む。これは、低中回転
かつ低中負荷領域において空燃比フィードバック制御を
行うためである。

ステップ15では酸素センサ11の出力電圧V₀₂を読込み、
次のステップ16でスライスレベル電圧V_refと比較するこ
とにより空燃比のリーン・リッチを判定する。

空燃比がリーン（V₀₂＜V_ref）のときは、ステップ16か
らステップ17へ進んでリッチからリーンへの反転時（反
転直後）であるか否かを判定し、反転時にはステップ18
へ進んで後述する第５図の学習ルーチンのため前回の空
燃比フィードバック補正係数LAMBDAの基準値１からの偏
差をΔａ＝LAMBDA−１として記憶した後、ステップ19へ
進んで空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを前回値に
対し所定の比例定数PR分増大させる。反転時以外はステ
ップ20へ進んで空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを
前回値に対し所定の積分定数IR分増大させ、こうして空
燃比フィードバック補正係数LAMBDAを一定の傾きで増大
させる。尚、PR＞＞IRである。

空燃比がリッチ（V₀₂＞V_ref）のときは、ステップ16か
らステップ21へ進んでリーンからリッチへの反転時（反
転直後）であるか否かを判定し、反転時にはステップ22
へ進んで後述する第５図の学習ルーチンのため前回の空
燃比フィードバック補正係数LAMBDAの基準値１からの偏
差をΔｂ＝LAMBDA−１として記憶した後、ステップ23へ
進んで空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを前回値に
対し所定の比例定数PL分減少させる。反転時以外はステ
ップ24へ進んで空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを
前回値に対し所定の積分定数IL分減少させ、こうして空
燃比フィードバック補正係数LAMBDAを一定の傾きで減少
させる。尚、PL＞＞ILである。

第５図は学習ルーチンで、バックグラウンドジョブとし
て実行され、これにより学習補正量A_Lが設定・更新され
る。従って、このルーチンが学習補正量更新手段に相当
する。

先ず所定の学習条件が成立しているか否かを判定する。

ステップ31ではλcontフラグが１か否かを判定し、０の
場合はこのルーチンを終了する。これは空燃比フィード
バック制御が停止されているときは学習を行うことがで
きないからである。

ステップ32では定常状態か否かを判定する。定常状態と
は、スロットル弁開度αのエリアが定まり、かつその同
一エリアで酸素センサ11のリーン・リッチ信号の反転回
数が所定値（例えば３）以上となっていることを条件と
する。その他、スロットル弁開度αの変化率が小、機関
回転数Ｎの変化率が小等を条件としてもよい。かかる条
件が満たされていない場合はこのルーチンを終了する。

所定の学習条件が成立した場合は、ステップ33へ進んで
前述のΔａとΔｂとの平均値を求める。このとき記憶さ
れているΔａとΔｂとは空燃比フィードバック補正係数
LAMBDAの増減方向の反転から反転までの空燃比フィード
バック補正係数LAMBDAの基準値１からの偏差の上下のピ
ーク値であり、これらの平均値を求めることにより、空
燃比フィードバック補正係数LAMBDAの基準値１からの平
均的な偏差ΔLAMBDAを求めている。

次にステップ34に進んでRAM上のマップに現在のスロッ
トル弁開度αのエリアに対応して記憶してある学習補正
量A_L（初期値は０）を検索して読出す。

次にステップ35に進んで次式に従って現在の学習補正量
A_Lに空燃比フィードバック補正係数の基準値からの偏差
ΔLAMBDAの所定割合をスロットル弁開口面積分に変換し
て加算することによって新たな学習補正量A_Lを演算す
る。

A_L←A_L＋ａ×ΔLAMBDA/M （ａは変換定数、Ｍは割合定数で、Ｍ≧１） 次にステップ36に進んでRAM上のマップの同一エリアの
学習補正量A_Lのデータを書換える。

次に他の実施例について説明する。燃料噴射量演算ルー
チンのみが異なり、これを第６図に示してある。

ステップ51〜53の部分は前述のステップ１〜３の部分と
同じである。

ステップ54では、スロットル弁開口面積A₀に学習補正量
A_Lを加算して、真のスロットル弁開口面積Ａを求める。

ステップ55では、スロットル弁開口面積Ａを機関回転数
Ｎで除算し、そのA/Nに対応して吸入空気流量Q₀を求め
て記憶してあるROM上のマップを参照し、A/Nに対応する
Q₀を検索する。

ステップ56では、スロットル弁開度αと機関回転数Ｎと
に対応して吸入効率ηを求めて記憶してあるROM上のり
マップを参照し、α,Nに対応するηを検索する。

ステップ57では、吸入空気流量Q₀と吸入効率ηとから基
本燃料噴射量Tp＝Q₀・ηを演算する。

ここで、ステップ54〜57の部分が基本燃料噴射量演算手
段に相当する。

ステップ58〜60の部分は前述のステップ６〜８の部分と
同じである。

尚、学習パラメータは、スロットル弁開度αのみとして
も、あるいはスロットル弁開度αと機関回転数Ｎとして
もよい。

また、本方式では、全学習エリアにわたって学習補正量
A_Lにさほどの差はないと考えられるから、未学習エリア
については、他のエリアの学習補正量A_Lを基に推定して
学習することもできる。

＜考案の効果＞ 以上説明したように本考案によれば、スロットル弁開度
を少なくとも１つの学習パラメータとして、スロットル
弁開口面積を加減算補正するための学習補正量を設定・
記憶するので、α‐Ｎ方式の主な経時変化であるスロッ
トル弁のつまり（よごれ）に対して学習エリア間で学習
の段差を生じることなく効果的に学習でき、有効に補正
できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の構成を示す機能ブロック図、第２図は
本考案の一実施例を示すシステム図、第３図は燃料噴射
量演算ルーチンのフローチャート、第４図は空燃比フィ
ードバック制御ルーチンのフローチャート、第５図は学
習ルーチンのフローチャート、第６図は他の実施例の燃
料噴射量演算ルーチンのフローチャート、第７図は従来
の学習方式におけるスロットル弁開度に対する学習補正
係数の状態図、第８図はスロットル弁開度に対するスロ
ットル弁開口面積の経時変化の様子を示す図、第９図は
本考案の学習方式におけるスロットル弁開度に対する学
習補正量の状態図である。 １……機関、５……スロットル弁、６……燃料噴射弁、
７……コントロールユニット、８……スロットルセン
サ、９……クランク角センサ、11……酸素センサ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】スロットル弁開度を検出するスロットル弁
   開度検出手段と、 機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、 スロットル弁開度からスロットル弁開口面積を演算する
   スロットル弁開口面積演算手段と、 スロットル弁開度を少なくとも１つの学習パラメータと
   してエリアを定め、エリア毎にスロットル弁開口面積を
   加減算補正するための学習補正量を記憶した書換え可能
   な学習補正量記憶手段と、 前記学習パラメータの実際値から前記記憶手段に記憶さ
   れた該当するエリアのスロットル弁開口面積の学習補正
   量を検索する学習補正量検索手段と、 スロットル弁開度，機関回転数，スロットル弁開口面積
   及びその学習補正量に基づいて基本燃料噴射量を演算す
   る基本燃料噴射量演算手段と、 機関排気成分を検出しこれにより機関吸入混合気の空燃
   比を検出する空燃比検出手段と、 検出された空燃比と目標空燃比とを比較し実際の空燃比
   を目標空燃比に近づけるように空燃比フィードバック補
   正係数を増減して設定する空燃比フィードバック補正係
   数設定手段と、 基本燃料噴射量に空燃比フィードバック補正係数を乗じ
   て燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算手段と、 演算された燃料噴射量に相当する駆動パルス信号に応じ
   機関回転に同期した所定のタイミングで燃料を機関に噴
   射供給する燃料噴射手段と、 前記学習パラメータのエリア毎に空燃比フィードバック
   補正係数の基準値からの偏差を学習してこれを減少させ
   る方向に前記記憶手段の学習補正量を更新して書換える
   学習補正量更新手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比の学習制御
   装置。