JP2001090583A - 空燃比学習制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 学習値が消去され再び学習値の記憶が開始さ
れたときに精度よいフィードバック制御を早期に実行
し、燃費や排ガス性能の悪化を早期に回復する。 【解決手段】 学習値が消去され再び学習値の記憶が開
始されたことが判定手段３５で検出された場合、禁止手
段３６によりリーン運転モードでの運転を所定時間禁止
し、ストイキ運転モードの実行条件範囲を拡げて記憶手
段３４での学習値の更新・記憶を行い、早期に適正な学
習値に近づけて速やかに正確な学習値が得られるように
して適正なフィードバック制御を再開し、、各種センサ
類や機器類の性能ばらつき等に拘らず精度よいフィード
バック制御を早期に実行し、燃費や排ガス性能の悪化を
早期に回復する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の空燃比
制御に用いられる学習制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃費の向上を図るため、リーン空
燃比での燃焼を可能とした希薄燃焼内燃機関が実用化さ
れている。希薄燃焼内燃機関は、空燃比を理論空燃比に
フィードバック制御するストイキ運転モード及び空燃比
を理論空燃比より希薄なリーン空燃比に制御するリーン
運転モードを備えている。ストイキ運転モードとリーン
運転モードの切り換えは、運転状態に応じて空燃比制御
手段により実行される。

【０００３】内燃機関の空燃比制御においては、空燃比
を理論空燃比にフィードバック制御するストイキ運転モ
ード時に、フィードバック学習値を更新して記憶するこ
とで適正なフィードバック制御が実行されている。フィ
ードバック学習値を更新して記憶する学習制御は、運転
状態に応じて決定される燃料噴射量を補正する学習値を
空燃比制御手段の出力に基づき算出して更新・記憶し、
更新・記憶された学習値を燃料噴射時間等に反映させる
ものである。これにより、各種センサや機器類の性能ば
らつき等に拘らず精度よいフィードバック制御が実行さ
れる。

【０００４】しかし、バッテリが外されて学習値記憶用
の給電が中断されると、記憶された学習値が消去されて
しまい、バッテリを接続した後のフィードバック制御は
学習値の代わりに所定の初期値に基づいて実行されてし
まう。消去される前の学習値と初期値との間にはずれが
あるため、バッテリを接続した後のフィードバック制御
で、消去される前の学習値に早期に復帰させる必要があ
る。しかし、フィードバック学習値を更新して記憶する
学習制御はストイキ運転モード時に実行されるため、特
に、リーン運転モードを備えた内燃機関では、バッテリ
の再接続時にリーン運転が継続した場合に消去される前
の学習値に復帰することができないという問題があっ
た。

【０００５】そこで、従来では、例えば特開平6-146988
号公報に示されているように、バッテリからの給電が中
断されて学習値が消去された場合には、通算の走行距離
等の経時変化度のデータに基づいて学習値の初期値を演
算により求めることで、安定した運転状態を確保するよ
うにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の学習制
御では、バッテリの再接続時の学習値を通算の走行距離
等により演算で求めているので、求められた学習値は必
ずしも正確であるとはいえず、場合によっては所定の初
期値の方が消去される前の学習値に近いこともあり得
る。このため、不安定な運転状態を招き排ガス特性の悪
化の虞があった。

【０００７】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、記憶されている学習値が消去され再び学習値の記憶
が開始されるときに、速やかに正確な学習値が得られる
ようにした空燃比学習制御装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の空燃比学習制御装置は、運転状態に応じて決
定される燃料噴射量を補正する学習値を空燃比制御手段
の出力に基づき学習値算出手段で算出し、学習値を学習
値記憶手段で随時更新して記憶し、学習値記憶手段に記
憶されている学習値が消去され再び学習値の記憶が開始
可能と判定手段で判定されると、禁止手段により内燃機
関のリーン運転モードでの運転を所定期間禁止し、空燃
比を理論空燃比にフィードバック制御するストイキ運転
モードの条件を緩和し、学習値の更新・記憶が可能なス
トイキ運転モードを実行して、学習値を消去される前の
学習値に速やかに近づけるようにしたものである。

【０００９】学習値の消去は、バッテリが外されて記憶
手段への給電が中断されたり、作業者等により学習値の
リセット操作がある。また、禁止手段によるリーン運転
モードでの運転の所定期間禁止は、リーン運転モードで
の運転を、所定時間禁止したり、学習値の更新回数が所
定回数になるまでの間禁止したり、ストイキ運転モード
の積算時間が所定時間になるまでの間禁止したり、フィ
ードバック制御の学習条件が成立している積算時間が所
定時間になるまでの間禁止したりすることが考えられ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下図面に基づいて本発明の一実
施形態例を説明する。本実施形態例は、混合気の空燃比
を理論空燃比よりも燃料希薄側に制御して燃焼室内に燃
料を直接噴射するようにした火花点火式の多気筒型筒内
噴射内燃機関を例に挙げて説明してある。図１には本発
明の一実施形態例に係る空燃比学習制御装置を備えた内
燃機関の概略構成、図２には空燃比学習制御装置のブロ
ック構成、図３には空燃比学習制御のフローチャートを
示してある。

【００１１】多気筒型筒内噴射内燃機関としては、例え
ば、燃料を直接燃焼室に噴射する筒内噴射型直列４気筒
ガソリンエンジン（筒内噴射エンジン）１が適用され
る。筒内噴射エンジン１は、例えば、燃焼モード（運転
モード）を切り換えることで、吸気行程での燃料噴射
（吸気行程噴射モード）または圧縮行程での燃料噴射
（圧縮行程噴射モード）が実施可能となっている。そし
て、この筒内噴射エンジン１は、理論空燃比（ストイ
キ）での運転（ストイキ運転モード）やリッチ空燃比で
の運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運
転（リーン空燃比運転：リーン運転モード）が実現可能
となっており、特に、圧縮行程噴射モードでは、吸気行
程でのリーン空燃比運転よりも大きな空燃比となる超リ
ーン空燃比での運転が可能となっている。

【００１２】図１に示すように、筒内噴射エンジン１の
シリンダヘッド２には各気筒毎に点火プラグ３が取り付
けられると共に、各気筒毎に電磁式の燃料噴射弁４が取
り付けられている。燃焼室５内には燃料噴射弁４の噴射
口が開口し、燃料噴射弁４から噴射される燃料が燃焼室
５内に直接噴射されるようになっている。筒内噴射エン
ジン１のシリンダ６にはピストン７が上下方向に摺動自
在に支持され、ピストン７の頂面には半球状に窪んだキ
ャビティ８が形成されている。キャビティ８により、図
１では時計回りの逆タンブル流を発生させるようになっ
ている。

【００１３】シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立
方向に吸気ポートが形成され、各吸気ポートと連通する
ようにして吸気マニホールド９の一端がそれぞれ接続さ
れている。また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に略
水平方向に排気ポートが形成され、各排気ポートと連通
するようにして排気マニホールド１０の一端がそれぞれ
接続されている。また、排気マニホールド１０には図示
しないＥＧＲ装置が設けられている。

【００１４】筒内噴射エンジン１のシリンダ６の近傍に
は冷却水温を検出する水温センサ１１が設けられ、ま
た、筒内噴射エンジン１には、クランク角を検出するク
ランク角センサ１２が設けられている。クランク角セン
サ１２はエンジン回転速度Neを検出可能となっている。

【００１５】吸気マニホールド９には吸気管１４が接続
され、吸気マニホールド９にはサージタンク１５が備え
られている。また、吸気管１４には、エアクリーナ１
６、スロットルボデー１７、エアバイパス弁１８及びエ
アフローセンサ１９が備えられている。エアフローセン
サ１９は吸入空気量を検出するもので、例えば、カルマ
ン渦式フローセンサが用いられている。

【００１６】スロットルボデー１７には流路を開閉する
スロットル弁２０が設けられると共に、スロットル弁２
０の開度を検出するスロットルポジションセンサ２１が
備えられている。また、スロットルボデー１７にはスロ
ットル弁２０の全閉状態を検出して筒内噴射エンジン１
のアイドリング状態を認識するアイドルスイッチ２２が
備えられている。

【００１７】一方、排気マニホールド１０には排気管２
３が接続され、排気通路としての排気マニホールド１０
には空燃比検出手段としてのO₂センサ２４が取り付けら
れている。O₂センサ２４により排気中の酸素濃度が検出
され、O₂センサ２４は、例えば、排気空燃比がリッチ側
になるとオン信号を出力し、リーン側になるとオフ信号
を出力するようになっている。また、排気管２３には三
元触媒２５及び図示しないマフラーが備えられている。

【００１８】車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１
が設けられ、このＥＣＵ３１には、入出力装置、制御プ
ログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処
理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。ＥＣ
Ｕ３１によって本実施形態の空燃比制御装置を含めた筒
内噴射エンジン１の総合的な制御が実施される。各種セ
ンサ類やスイッチ類の検出情報はＥＣＵ３１に入力さ
れ、ＥＣＵ３１は各種センサ類やスイッチ類の検出情報
に基づいて、燃料噴射モードや燃料噴射量を始めとして
点火時期等を決定し、燃料噴射弁４や点火プラグ３等を
駆動制御する。

【００１９】筒内噴射エンジン１では、吸気マニホール
ド９から燃焼室５内に流入した吸気流が逆タンブル流を
形成し、圧縮行程中期以降に燃料を噴射して逆タンブル
流を利用しながら燃焼室５の頂部中央に配設された点火
プラグ３の近傍のみに少量の燃料を集め、点火プラグ３
から離隔した部分で極めてリーンな空燃比状態とする。
点火プラグ３の近傍のみをストイキ又はリッチな空燃比
とすることで、安定した層状燃焼（層状超リーン燃焼）
を実現しながら燃料消費を抑制する。

【００２０】また、筒内噴射エンジン１から高出力を得
る場合には、燃料噴射弁４からの燃料を吸気行程に噴射
することにより燃焼室５全体に均質化し、燃焼室５内を
ストイキやリーン空燃比の混合気状態にさせて予混合燃
焼を行う（ストイキ運転モード、リーン運転モード）。
もちろん、ストイキもしくはリッチ空燃比の方がリーン
空燃比よりも高出力が得られるため、この際にも、燃料
の霧化及び気化が十分に行なわれるようなタイミングで
燃料噴射を行ない、効率よく高出力を得るようにしてい
る。

【００２１】ＥＣＵ３１では、スロットルポジションセ
ンサ２１からのスロットル開度とクランク角センサ１２
からのエンジン回転速度Neとに基づいてエンジン負荷に
対応する目標筒内圧、即ち、目標平均有効圧Peが求めら
れ、更に、この目標平均有効圧Peとエンジン回転速度Ne
とに応じてマップ（図示せず）より燃料噴射モードが設
定される。例えば、目標平均有効圧Peとエンジン回転速
度Neとが共に小さいときは、燃料噴射モードは圧縮行程
噴射モードとされて燃料が圧縮行程で噴射され、一方、
目標平均有効圧Peが大きくなり、あるいはエンジン回転
速度Neが大きくなると燃料噴射モードは吸気行程噴射モ
ードとされ、燃料が吸気行程で噴射される。そして、目
標平均有効圧Peとエンジン回転速度Neとから各燃料噴射
モードでの制御目標となる目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）が
設定され、適正量の燃料噴射量がこの目標Ａ／Ｆに基づ
いて決定される。

【００２２】ストイキ運転モードでは、O₂センサ２４の
出力電圧（検出出力）に応じて筒内噴射エンジン１の空
燃比を理論空燃比にフィードバック制御する空燃比フィ
ードバック学習制御が実施される。即ち、O₂センサ２４
の検出出力に応じて理論空燃比に対しての実際の空燃比
のずれを判断し、燃料噴射量を補正する学習値を求めて
更新・記憶し、更新・記憶された学習値を燃料噴射時間
等に反映させる。これにより、各種センサ類や機器類の
性能ばらつき等に拘らず筒内噴射エンジン１の空燃比を
理論空燃比に制御し、精度よいフィードバック制御が実
行される（空燃比学習制御装置）。

【００２３】図２、図３に基づいて空燃比学習制御装置
を説明する。

【００２４】図２に示すように、ＥＣＵ３１には空燃比
制御手段３２が備えられ、空燃比制御手段３２は、各種
センサ類やスイッチ類の信号に基づいた運転状態に応じ
て決定される燃料噴射量となるように筒内噴射エンジン
１の燃料噴射弁４に駆動指令を出力する。つまり、空燃
比制御手段３２により、筒内噴射エンジン１の空燃比を
理論空燃比に制御するストイキ運転モードと理論空燃比
より希薄なリーン空燃比に筒内噴射エンジン１の空燃比
を制御するリーン運転モードとに運転状態を切り換え可
能となっている。

【００２５】ストイキ運転モードにおいては、O₂センサ
２４の検出出力に応じて筒内噴射エンジン１の空燃比を
理論空燃比にフィードバック制御するようになってい
る。そして、ＥＣＵ３１には、燃料噴射量を補正する学
習値を空燃比制御手段３２の出力に基づき算出する学習
値算出手段３３が備えられ、学習値算出手段３３で算出
された学習値を随時更新して記憶する学習値記憶手段と
しての記憶手段３４が備えられている。記憶手段３４で
更新・記憶された学習値が空燃比制御手段３２に入力さ
れ、更新・記憶された学習値が燃料噴射弁４の燃料噴射
時間等に反映されるようになっている。

【００２６】一方、ＥＣＵ３１の記憶手段３４はバッテ
リ３７からの給電により作動しているため、バッテリ３
７が外されて給電が中断すると、フィードバック制御の
ために更新・記憶された学習値が消去される。そこで、
本実施形態例のＥＣＵ３１には、記憶手段３４に記憶さ
れている学習値が消去され再び学習値の記憶が開始可能
となったことを判定する、即ち、バッテリ３７からの給
電が中断し再びバッテリ３７が接続されて給電が再開さ
れたことを判定する判定手段３５が備えられている。

【００２７】尚、判定手段３５による、学習値が消去さ
れ再び学習値の記憶が開始可能であるとの判定は、バッ
テリ３７が外されて記憶手段３４への給電が中断された
後給電が再開した場合の他に、作業者により、学習値の
リセットや再設定を行なうとき学習値を消去した場合等
が考えられる。

【００２８】ＥＣＵ３１には、学習値の記憶が開始可能
であることが判定手段３５により判定されたとき、筒内
噴射エンジン１のリーン運転モードでの運転を所定期間
（例えば所定時間の間）禁止する禁止手段３６が備えら
れている。禁止手段３６によりリーン運転モードでの運
転を所定期間禁止する理由は、筒内噴射エンジン１の空
燃比のフィードバック制御は、ストイキ運転モードで実
行されるため、リーン運転モードでの運転を禁止するこ
とでストイキ運転モードの実行条件範囲を拡げ、学習値
の更新・記憶が行なわれるようにするためである。これ
により、学習値が消去され再び学習値の記憶が開始され
た時であっても、早期に消去される前の学習値の値（適
正な学習値）に近づけることができ、適正なフィードバ
ック制御を再開することができる。

【００２９】尚、禁止手段３６によるリーン運転モード
での運転の所定期間禁止は、所定時間の間リーン運転モ
ードを禁止すること以外に、学習値の更新回数が所定回
数になるまでの間リーン運転モードを禁止したり、スト
イキ運転モードの積算時間が所定時間になるまでの間リ
ーン運転モードを禁止したり、フィードバック制御の学
習条件が成立している積算時間が所定時間になるまでの
間リーン運転モードを禁止したりすることが考えられ
る。

【００３０】図３に基づいて空燃比学習制御装置の動作
を説明する。

【００３１】図３に示すように、バッテリ３７が外され
て記憶手段３４への給電が中断し、バッテリ３７が再び
接続されて給電が再開（再給電）されたか否かがステッ
プＳ１で判断される。ステップＳ１で給電が中断され再
給電されていないと判断された場合、リターンとなる。
尚、給電が中断された場合、このフローチャートの処理
を停止し、再給電後ステップＳ１から再作動する。

【００３２】ステップＳ１で給電が中断し再給電された
と判断された場合、即ち、学習値が消去され再び学習値
の記憶が開始可能と判断された場合、ステップＳ２でリ
ーン運転モードが禁止される。リーン運転モードが禁止
されると、ステップＳ３で所定時間が経過したか否かが
判断され、所定時間が経過するまでリーン運転モードが
禁止される。つまり、記憶手段３４に記憶されている学
習値が消去され再び学習値の記憶が開始可能となると、
筒内噴射エンジン１のリーン運転モードでの運転が所定
時間禁止され、ストイキ運転モードの実行条件範囲を拡
げて学習値の更新・記憶が行なわれるようにする。ステ
ップＳ３で所定時間が経過したと判断された場合、ステ
ップＳ４でリーン運転モードの禁止を解除してリターン
となる。

【００３３】学習値が消去され再び学習値の記憶が開始
可能となった場合、リーン運転モードでの運転を所定時
間禁止し、ストイキ運転モードの実行条件範囲を拡げて
学習値の更新・記憶が行なわれるようにしたので、記憶
されている学習値が消去され再び学習値の記憶が開始さ
れるときに、早期に適正な学習値に近づけて速やかに正
確な学習値が得られるようになり、適正なフィードバッ
ク制御を再開することができる。このため、各種センサ
類や機器類の性能ばらつき等に拘らず精度よいフィード
バック制御が早期に実行され、燃費や排ガス性能の悪化
を早期に回復することが可能になる。

【００３４】上記実施形態例では、空燃比学習制御装置
を備えた内燃機関として、燃焼室内に燃料を直接噴射す
るようにした火花点火式の機関を例に挙げて説明した
が、空燃比を理論空燃比にフィードバック制御するスト
イキ運転モードと理論空燃比より希薄なリーン空燃比に
空燃比を制御するリーン運転モードとに運転状態を切り
換え可能な内燃機関であれば、ディーゼルエンジンや、
吸気管に燃料を噴射し混合気を燃焼室に導入する火花点
火式のリーンバーンエンジンに適用することも可能であ
る。

【００３５】

【発明の効果】本発明の空燃比学習制御装置は、記憶さ
れている学習値が消去され再び学習値の記憶が開始され
るときに、早期に適正な学習値に近づけて速やかに正確
な学習値が得られるようになり、適正なフィードバック
制御を再開することができる。この結果、各種センサ類
や機器類の性能ばらつき等に拘らず精度よいフィードバ
ック制御が早期に実行され、燃費や排ガス性能の悪化を
早期に回復することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態例に係る空燃比学習制御装
置を備えた内燃機関の概略構成図。

【図２】空燃比学習制御装置のブロック構成図。

【図３】空燃比学習制御のフローチャート。

【符号の説明】

１ 筒内噴射エンジン ４ 燃料噴射弁 ２４ O₂センサ ３１ 電子制御ユニット（ＥＣＵ） ３２ 空燃比制御手段 ３３ 学習値算出手段 ３４ 記憶手段 ３５ 判定手段 ３６ 禁止手段 ３７ バッテリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G084 AA00 BA09 DA28 DA32 EB12 EB19 EB20 EB22 FA09 FA10 FA29 FA33 FA38 3G301 HA04 JA10 JB05 LB04 MA01 MA18 ND01 ND21 ND22 ND24 ND29 ND30 NE14 NE15 NE23 PA05Z PA11Z PA14Z PD03A PD03Z PE01Z PE03Z

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に設けられた空燃比
   検出手段と、同空燃比検出手段の検出出力に基づき内燃
   機関の空燃比を理論空燃比にフィードバック制御するス
   トイキ運転モードと上記理論空燃比より希薄なリーン空
   燃比に内燃機関の空燃比を制御するリーン運転モードと
   に運転状態を切り換え可能な空燃比制御手段と、運転状
   態に応じて決定される燃料噴射量を補正する学習値を上
   記空燃比制御手段の出力に基づき算出する学習値算出手
   段と、同学習値算出手段で算出された上記学習値を随時
   更新して記憶する学習値記憶手段と、同学習値記憶手段
   に記憶されている学習値が消去され再び学習値の記憶が
   開始可能と判定する判定手段と、同判定手段により学習
   値の記憶が開始可能と判定されたときに上記内燃機関の
   リーン運転モードでの運転を所定期間禁止する禁止手段
   とを備えたことを特徴とする空燃比学習制御装置。