JPS63248955A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は内燃機関から発生するトルクの理想値（目標
値）と実測値との比較により燃料噴射量を算出し、空燃
比を制御するシステムに関する。

〔従来の技術〕

電子制御燃料噴射内燃機関では吸入空気量をエアーフロ
ーメータ等により検出し、この検出された吸入空気量に
応じて燃料噴射量を所定空燃比となるようにフィードバ
ック制御することが行われる。そして、機関の過渡的な
運転時には空燃比フィードバック系の作動遅れにより、
最適な星の燃料を供給することが困難となるので、負荷
及び回転数により決まる基本的な燃料噴射量に補正を加
えた後インジェクタより噴射せしめている。

ところが燃料噴射量を華に補正するだけでは内燃機関が
要求する理想的な燃料噴射量を得ることが困難である。

その結果、補正が足りなくて加速性能が十分でなかった
り、補正が過剰になって燃料消費率が悪化したり又は排
気ガス中のＨＣ又はＣＯ酸成分排出量が増加したりする
問題点がある。

そこで、特開昭６０−２４９６４７号ではエンジンの現
実のトルクを検出し、この実測ｌ・ルクがそのエンジン
の運転状態によって決まる理想的なトルクに一致するよ
うに燃料供給量を増減制御するシステムを提案している
。この場合、理想トルク値はそのシステムのメモリ内に
予め記憶された定数又は関数であり、供試内燃機関につ
いて予め実験により求められた値とするのが普通である
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、エンジンの個体間の差や経年変化を考えると
理想トルクは必ずしも同じではない。そのため、個々の
エンジンにおいては適正な空燃比に制御されないことが
ある。例えば、経年変化によりピストンの圧縮漏れが発
生した場合を想定すると、出力（即ちトルク）は同じ吸
入空気量でも減少する。ところが、目標値自体は変わり
がないため、燃料噴射量はその目標値を得るため増加方
向に制御され続けるので、空燃比は過濃側に制御され、
ＨＣ及びＣＯ酸成分排出量が増大するとともに、燃料消
費率も悪化する。

この発明は、個体開蓋や経時的な変化にも関わらず常に
そのエンジンにとって最適なトルク目標値を得ることが
できるようにすることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図において、この発明の内燃機関の空燃比制御装置
は、内燃機関に所望の量の燃料供給するための手段ｌと
、その内燃機関にとって理想的なトルク相当値の目標値
の設定のための手段２と、トルク相当値の実測手段３と
、目標トルク相当値と実測トルク相当値との比較によっ
て燃料供給量を算出し、燃料供給手段への燃料供給信号
を形成する手段４と、実測トルク相当値と、目標トルク
相当値との比較によってトルク相当値の目標値の学習値
を算出するための手段５と、目標値の学習修正を行う学
習域の判別を行うための手段６と、学習域においてトル
ク目標値算出手段２が算出するトルク目標値を学習値算
出手段５により算出さる学習値により修正する手段７と
から構成される。

〔実施例〕

第２図において、１０はシリンダブロック、１２はピス
トン、１４はコネクティングロッド、１６はクランク軸
、１８はシリンダヘット′、２０は燃焼室、２２は吸気
弁、２４は吸気ボート、２６は排気弁、２８はｔＪＦ気
ポート、３０は吸気管、３２はスロットル弁、３４はエ
アーフローメータである。燃料インジェクタ３６は吸気
ボート２４に近い吸気管３０に設置される。圧電型等の
圧力センサ３８がシリンダヘッド１８に取付られ、シリ
ンダボア内の圧力を知ることができる。筒内圧力センサ
３８は検出した筒内圧力より周知の手法で機関が発生す
るトルクに相当する値を知るため設けられる。クランク
角センサ４０，４２はクランク軸１６に連結されるディ
ストリビュータの分配軸（図示しない）等のクランク軸
１６と連動して回転する回転軸４４の回転に応じたパル
ス信号を発生するため設けられる。第１のクランク角セ
ンサ４０は、基準泣面確認用であってエンジンの一サイ
クルに相当するクランク角度、即ち７２０゜ＣＡ毎のパ
ルス信号を発生する。一方、第２のクランク角度センサ
４２は、例えばクランク角度で１０毎のパルス信号を発
生し、燃料噴射や筒内圧力によるトルク相当値としての
図示トルクの算出を実行するための割り込み処理の開始
信号となり、またそのパルス間隔により機関回転数ＮＥ
を知ることができる。

制御回路５０はマイクロコンピュータ・システムとして
構成され、この発明による空燃比制御を実行するための
ものである。制御回路５０はマイクロプロセシングユニ
ット（ＭＰＵ）５２と、メモリ５４と、入力ボート５６
と、出力ポート５８と、これらを接続するバス６０とを
基本的な構成要素とするものである。入力ボート５６は
各センサに接続され、運転条件信号が入力される。即ち
、エアーフローメータ３４からは吸入空気ＩＱに応じた
信号が人力される。圧力センサ３８からは筒内圧力に応
じた信号が入力される。またクランク角センサ４０．４
２よりクランク角度に応じたパルス信号が入力される。

６３は空燃比センサ、例えば０□センサやリーンセンサ
であり、空燃比（、Ｎ号を発生する。ＭＰＵ５２はメモ
リ５４に格納されるプログラム及びデータに従って演算
を実行し、燃料噴射信号が形成される。出力ボート５８
は燃料インジェクタ３６に接続され、燃料噴射信号が印
加される。

この発明の実施例における空燃比制御は次の事実に基礎
を置くものである。即ち、点火時期が最適点火時期（Ｍ
ＢＴ）に制御されている場合、吸入空気量とエンジンが
発生する実際のトルクとは理想的な空燃比範囲、例えば
１２〜１４．６、に制御されているときは一定の比例関
係を持つ（第３図の実線ｍ参照）。ここに、ＭＢＴとは
機関から発生するトルクを最大にする点火時期のことで
、ＭＢＴを得るため通常の電子進角装置では点火時期の
テーブルはＭＢＴを得るように設定され、もっと巧妙な
システムでは筒内圧力より燃焼圧力を知り、これを点火
時期にフィードハックする技術、その他の方法が提案さ
れている。そして、空燃比が理想的範囲から外れて第３
図の破線のようにＡ／Ｆ＝１６又は１８のようにずれて
くると吸入空気量とトルクとの線型関係は理想状態（Ａ
／Ｆ＝１２〜１４．６）とは異なって来る。これは、成
る吸入空気量に対して第３図の実線ｍ上に乗るトルク値
を目標値としたとき、この目標値となるように実トルク
値を制御すれば、空燃比は理想的な空燃比範囲に制御さ
れることを意味する。

第３図の直線ｍは空燃比と実トルクとしての図示トルク
−吸入空気量比に書き直すと第４図の実線のようになる
。即ち、適正な空燃比範囲（１２〜１４．６）では実ト
ルク−吸入空気量比は成る一定値であり、空燃比がこの
範囲から外れると（特に希薄側）その値より小さくなる
。従って、実トルク−吸入空気量比が成る一定値となる
ように燃料噴射量を制御すれば最適空燃比が、原理上は
、得られることになる。ところが、経年変化等によるピ
ストンの圧縮漏れ等を想定すると、実（・ルクー吸入空
気量比は第４図の破線のように全体として小さくなる方
向にずれて来る。この場合トルクの目標値を小さい方向
に修正（学習）することにより、理想的な空燃比の制御
が可能となる。ところが、第３図の直＆ｉｍの関係が維
持されるのは空燃比が所定の範囲に維持されており、か
つ点火時期がＭＢＴ進角に制御されていることを前提と
している。ところが、エンジンの種々の条件によっては
点火時期をＭＢＴ進角から意図的に外すことがある。例
えば、エンジン暖機時には排気ガス浄化用の触媒装置の
暖機促進やｐＪｏｘ成分の排出量低減の目的から適正な
点火時期より遅れ側に設定される。また、加速や減速時
には点火系の制御遅れまたはなまじ等の意図的な処理に
より点火時期がＭＢＴ進角より遅れることがある。そこ
で、前記のようなトルク目標値の学習制御を誤学習を排
除できる特定の学習域に限って行っている。即ち、実施
例では空燃比のフィードバック制御が行われており、か
つ燃焼圧力のピークが所定のクランク角度範囲にあると
きに限定して行っている。

以上説明したこの発明の制御作動を行う制御回路５０の
作動を第５図から第１１図のフローチャートによって説
明する。第５図は燃料噴射ルーチンを示し、周知の通り
、燃料噴射開始時期は吸気行程の開始付近の所定のクラ
ンク角度に設定され、燃料噴射開始時期に先立って演算
が完了するようにこのタイミングは第１クランク角セン
サ４０からの７２０°ＣＡパルス信号を基準に第２クラ
ンク角センサ４２の１’ＣＡパルスの数を計測すること
により知ることができる。ステップ６２では基本燃料噴
射量Ｔｐが、 Ｔ　Ｐ　＝　ｋ　ｘＧａ（ｉ） によって算出される。ｋは定数であり、Ｇａは後述のよ
うにエアーフローメータ３４による吸入空気ＩＱをエン
ジン回転数で補正した後の実吸入空気量を示し、ここに
添字ｉは気筒番号を示す。ステップ６４では最終噴射Ｉ
ＴＡＵが、 ＴＡＵ＝ＴＰ　Ｘ　Ｆ　ＡＦ　Ｘ　ｘ　＋　ｒ、　　＋
　ｙによって算出される。ここにτ１は目標トルクと実
トルクとの差に応じた補正量、ＦＡＦは空燃比のフィー
ドバック補正係数。ｘ、ｙはこの発明と直接関係しない
ため説明を省略する補正係数である。ステップ６６では
算出されたＴＡＵに応じた時間だけ燃料噴射が実行され
るようにその気筒のインジェクタ３６に燃料噴射信号が
供給される。

この燃料噴射信号の形成の仕方自体は周知であるので、
その説明は省略する。

第６図は第５図のステップ６４で使用されるフィードバ
ック補正量数ＦＡＦの算出ルーチンを概念的に示す。こ
のルーチンは一定時間（例えば５０ｍ秒）毎に実行され
る。ステップ６７ではフィードバック条件か否か判断さ
れる。例えば、暖機時はフィードバック条件ではない。

そのときは、ステップ６８でフィードバック補正係数Ｆ
ＡＦ＝１．０に固定される。フィードバック条件のとき
はステップ６９では空燃比センサ６３からの信号が空燃
比のリンチ（Ｏｘ　＝　１　）を示すか、リーン（Ｏｘ
＝Ｏ）を示すか判別され、リンチのときはステップ７０
ではフィードハック補正量ｆｉＦＡＦが減少され、リー
ンと判別されたときはステップ７１でＦＡＦが増加され
る。このような処理により空燃比は設定範囲に制御され
る。

第７図は吸気弁の閉鎖時価に実行され、エアーフローメ
ータ３４の計測値Ｑよりエンジン回転数カたりの実吸入
空気量ｆｉｌ　Ｇ　ａの算出処理を示す。

ステップ７０ではエアーフローメータ３４の計測値Ｑが
その気筒ｉのエアーフローメータの計測値を入れるアド
レス０（ｉ）に入れられる。ステップ７２ではシリンダ
ボアに入る実吸入空気量でＧａがＧａ（ｉ）　＝（Ｑ（
ｉ）／ＮＥ）　　Ｘ（１０００／６０）　　Ｘｆによっ
て算出される。エンジン回転数ＮＥは第２クランク角セ
ンサ４２からの１’ＣＡ信号の時間間隔により周知のよ
うに知ることができる。またｒは密度補正係数であり、
周知のように吸入空気温度などの温度因子に応じて決定
される。実吸入空気量を検出するため、上記のように吸
気弁閉鎖時におけるエアーフローメータ計測値と機関回
転数とを計測する代わりに、ピストン１２の吸気下死点
における圧力センサ３８により計測される筒内圧力と圧
縮行程中の点火手前の所定クランク角度での筒内圧力と
の差（第１２図のΔＰ）が実吸入空気量と相関があるの
で（第１３図）、これにより算出することができる。こ
の原理による吸入空気型の測定については特開昭５９−
２２１４３３号参照。

第８図は所定のクランク角度（例えば１’ＣＡ）毎に実
行され、筒内圧力よりピストン１２に加わる平均有効圧
力を算出し、これによりトルク相当値である図示トルク
を算出する処理を示す。ステップ７４ではその気筒の圧
縮行程か否かの判別を行う。ステップ７６では図示トル
クＴｉの算出処理が実行される。この方法は例えば、特
開昭６０−１０４７５４号や特開昭６０−１５０４４６
号に開示されると同様であり、燃焼期間（圧縮行程の下
死点から膨張行程の下死点の間の３６０’ＣＡのクラン
ク角度範囲）における複数の点で筒内圧力を検出し、ピ
ストンに加わる平均有効圧力を算出することに基礎をお
くものである。燃焼期間でと筒内圧力は第１２図の実線
のように変化し、圧縮上死点後の成る角度でピークを呈
する。一方、破線はモータリングでの筒内圧力変化を示
す。ピストンの有効仕事は図の斜線により示され、ステ
ップ７６ではこの面積を算出することになる。

第９図は燃料噴射■の補正ルーチンを示し、このルーチ
ンは圧縮上死点後１８０°ＣＡ（即ち膨張行程の下死点
毎に実行される。膨張行程の下死点はステップ７４．７
６の説明において述べたようにその気筒ｉの図示トルク
Ｔｉ　（ｉ）の計測が完了したタイミングに相当する。

ステップ８０では、図示トルクの、実吸入空気量に対す
る比がＴ／Ｇ（ｉ）　＝Ｔｉ　（ｉ）／Ｇａ（ｉ）によ
って算出される。次のステップ８２ではその気筒におけ
る図示ｌ・ルクー実吸入空気量比の平均値が Ｔ／Ｇ　ＡＭＥ　（ｉ）　＝（７ＸＴ／Ｇ　ＡＷＥ　（
ｉ）　　’＋　Ｔ／Ｇ　（ｉ）　）　／８ によって算出される。ここにＴ／Ｇ　ＡＶＥ　（ｉ）　
　’は前回このルーチンを実行したとき得られるた図示
トルクー実吸入空気量比平均値である。上の式は前回ま
での平均値に７の重みをつけ、今回算出した図示トルク
−実吸入空気量比Ｔ／Ｇ　（ｉ）に１の重みを付けた平
均値としての意味をもつ。このような重みをつけること
により複数の燃焼行程の間での平均的な図示トルク−実
吸入空気量比の値を知ることができる。ステップ８４で
はＴ／Ｇ　Ａｖｔ　（ｉ）に格納される値がＴ／Ｇ　Ａ
ＶＥ　（ｉ）　　’に入れられる。これは次回の処理の
ためである。

ステップ８６では図示トルク−実吸入空気量比Ｔ／Ｇ　
（ｉ）が目標値ＴＧより小さいか否か判別される。

ここにＴＧはその実吸入空気ｌＧａのときの第３図の実
線ｍに乗る図示トルクの値、即ち目標トルクである。空
燃比が１２〜１４．６の範囲に維持されているときはＮ
ｏと判定され、ステップ８６よリステップ８８に進み、
第５図のステップ６４において使用される燃料増量τ、
−〇に固定され、トルクによる燃料増量は行われない。

一方、空燃比が理想範囲から外れるとＴ／Ｇ（ｉ）　＜
　Ｔ　Ｇとなり、ステップ８６よりステップ９０に流れ
、燃料増量因子ｔ３が Ｌ　ｓ＝　（ＴＧ　−Ｔ／Ｇ（ｉ））　Ｘαによって算
出される。ここにαは定数である。ステップ９２では燃
料増量τ、が τ１＝（τｍ＋ｔｉ／２ によって算出される。これは、ｔｌを１／２になました
ものである。

第１０図は第９図のステップ８６において使用される目
標トルクＴＧの学習縛止のためのルーチンを示し、この
ルーチンは、制御回路５０が内蔵するタイマ装置または
車速センサ（図示せず）に基づいて所定時間又は所定走
行距離毎に実行される。ステップ１００では空燃比フィ
ードバック条件か否かが判別される。フィードバック条
件においては、第６図で説明したように、排気管に設け
られた空燃比センサ６３からの空燃比信号によって燃料
噴射量（フィードバック補正係数ＦＡＦ）の増減が行わ
れ、空燃比は理論空燃比近くに制御される。ステップ１
０２では、燃焼圧力がピークをなすクランク角度が点火
時期をＭＢＴ進角としたときの燃焼圧力のピークを呈す
るクランク角度θｐ＋ｓ□の付近か否かが判別される。

周知のようにθ２．□はエンジン運転条件に関わらず一
定（例えば１８°ＡＴＤＣ）で、この前後にの所定角度
（例えば１°ＣＡ）にＡ、Ｂの値が設定される。

ステップ１００，１０２の双方の条件が満足されたとき
第３図のｍで示す直線関係が得られ、正確な学習が行え
るのでこの条件において学習を行うものである。次にス
テップ１０４に進み、目標値としてＴ／Ｇ　ｈｖｔ　（
ｉ）に更新される。

第１１図は所定クランク角度毎（例えばｌ’ｃＡ毎）に
実行され、燃焼圧力のピークを呈するクランク角度θ、
□を知るためのルーチンである。

θｐｍ□は第１０図のトルク目標値の学習ルーチンにお
いて使用される。ステップ１１０では第１クランク角度
センサ４０からの７２０”ＣＡ毎の信号がＯＮか否か判
別される。ＯＮのときはステップ１１２に進み、クラン
ク角度カウンタＣＬがクリヤされ、ＯＦＦのときはステ
ップ１１４に進みクランク角度カウンタＣＬがインクリ
メントされる。カウンタＣＬの値によりエンジン位置サ
イクル（７２０’ＣＡ）において今どのクランク角度位
置にあるかを把握することができる。第１４図（イ）参
照。ステップ１１６では圧力センサ３８からの燃焼圧力
のＡ／Ｄ変換処理が実行される。

ステップ１１８では現在の燃焼圧力Ｐが、燃焼圧力の最
大値Ｐ　＋＊ｍｘを格納するメモリ５４のアドレスの現
在値より大きいか否か判別さるれ。Ｙｅｓのときはステ
ップ１２０に進み、Ｐ１□、がＰの現在値によって更新
され、ステップ１２２に進み、クランク角度カウンタＣ
Ｌの現在イ１道が燃焼圧力のピークを呈するクランク角
度の値ｔθ、１．Ｘを格納するメモリのアドレスに転送
される。ステップ１１８からステップ１２２の処理によ
り燃焼圧力のピーク値を知ることができる。ステップ１
２４では圧縮上死点ＴＤＣｆｆｌｌ　８０　’ＣＡのク
ランク角度か否かが判別され、Ｙｅｓのときはステップ
１２６に進み、その気筒の燃焼圧力のピークと呈するク
ランク角度ｔθｐ□工とその気筒の圧縮上死点でのクラ
ンク角度カウンタＣＬの計測値との差θ１．が１γ出さ
れる。ステップ１２８では、次の気筒のピークの検出処
理の？１ζ備のためＰ　ＩＩＩＩＩＮがクリヤされる。

第１４図は以上のスケノブ１１０がら１２８０）処理が
どのように行われるかを説明するタイミング図である。

（ロ）〜（ホ）は点火順序に（ｉＬって各気筒の燃焼圧
力がどのうように変化するか示し７゛ζいる。燃焼圧力
のピークは夫々の圧縮上死点後の成る角度で出現される
。クランク角度カウンクの値Ｃ１、は（イ）のように変
化し、各気筒において【θ、６．８の稙が燃焼圧力のピ
ークを早するクランク角度力うンタの（直となる。ｔθ
工□のクランク角度で１：）られる燃焼圧力のピークは
Ｐｏｏに保持され、その気筒の圧縮上死点後１８０°の
時点において、その気筒におりる圧縮−に死点と燃１＋
’Ｌｌ＋−カピーク時点との間の、クランク角度カラン
クイ１１°１として計測した角度θ、□８が計測され、
その後Ｐ、、、えがリセフトされる。

〔効　果］ この発明によれば、トルク目標値の学習を実行するとと
もに、その学習を空燃比フィードバック中、及び燃焼圧
力ピークが所定クランク角度範囲等の適正な学習が行い
える領域に限定したため、誤学習が防止され、常に空燃
比を理想的な値に制御することができる。目標値が学習
が正しく行える結果空燃比のフィードパ・７り制御を行
わないときにも、また定常、過渡を問わず、更にエンジ
ン部品のバラツキ等の影ひを受けることなく適正な空燃
比を得ることができる。

更ニ、空燃比フィードバック中についていえば、学習に
よって基本空燃比が常に安定するため過渡時のフィード
バンク制御が良好に行われ、運転性能、燃料消費率、排
気ガス浄化性能を向−Ｌさ−ｌることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示す図。 第２図はこの発明の実施例の構成を示す図。 第３図は吸入空気墳とトルクとの関係を示すグラフ。 第４図は空燃比と図示トルク−実吸入空気吋目ヒとの関
係を示すグラフ。 第５図及び第１１図は制御回路の作動を説明するフロー
チャート図。 第１２図は圧縮−膨張行程におけるクランク角度と筒内
圧力との関係を示すグラフ。 第１３図は吸入空気ｍと圧力差ΔＰとの関係を示すグラ
フ。 第１４図は燃焼圧力ρピークを検出する第１１図のルー
チンの作動タイミング図。 １２・・・ピストン １６・・・クランク軸 ２０・・・燃焼室 ３０・・・吸気管 ３４・・・エアーフローメータ ３６・・・燃料インジェクタ ３８・・・筒内圧力センサ ４０．４２・・・クランク角センサ ５０　・　・　・’ｄｒ’ｌ　＋ｉｎ回路６３・・・空
燃比センサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 以下の構成要素よりなる内燃機関の空燃比制御装置、 内燃機関に所望の量の燃料を供給するための燃料供給手
   段、 その内燃機関にとって理想的なトルク相当値の目標値の
   設定のための手段、 トルク相当値の実測手段、 目標トルク相当値と実測トルク相当値との比較によって
   燃料供給量を算出し、燃料供給手段への燃料供給信号を
   形成する手段、 実測トルク相当値と、目標トルク相当値との比較によっ
   てトルク相当値の目標値の学習値を算出するための手段
   、 目標値の修正を行う学習域の判別を行うための手段、 学習域においてトルク目標値算出手段が算出するトルク
   目標値を学習値算出手段により算出さる学習値に応じて
   修正するための手段。