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JP2592349B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御装置

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JP2592349B2
JP2592349B2 JP2226593A JP22659390A JP2592349B2 JP 2592349 B2 JP2592349 B2 JP 2592349B2 JP 2226593 A JP2226593 A JP 2226593A JP 22659390 A JP22659390 A JP 22659390A JP 2592349 B2 JP2592349 B2 JP 2592349B2
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JP
Japan
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air
fuel ratio
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芳裕 岡田
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、内燃機関の空燃比を制御する装置に関し、
特に空燃比のフィードバック補正係数を学習する装置に
関する。
<従来の技術> 従来の内燃機関の空燃比制御装置としては例えば特開
昭60−240840号公報に示されるようなものがある。
このものの概要を説明すると、機関の吸入空気流量Q
及び回転数Nを検出してシリンダに吸入される空気量に
対応する基本燃料供給量TP(=K・Q/N;Kは定数)を演
算し、この基本燃料供給量TPを機関温度等により補正し
たものを排気中酸素濃度の検出によって混合気の空燃比
を検出する空燃比センサ(酸素センサ)からの信号によ
ってフィードバック補正を施し、バッテリ電圧による補
正等をも行って最終的に燃料供給量TIを設定する。
そして、このようにして設定された燃料供給量TIに相
当するパルス巾の駆動パルス信号を所定タイミングで出
力することにより、機関に所定量の燃料を噴射供給する
ようにしている。
ところで、上記空燃比センサからの信号に基づく空燃
比フィードバック補正は、空燃比を目標空燃比(理論空
燃比)付近に制御するように行われる。
これは、排気系に介装され、排気中のCO,HC(炭化水
素)を酸化すると共にNOxを還元して浄化する三元触媒
の転化効率(浄化効率)が理論空燃比燃焼時の排気状態
で有効に機能するように設定されているからである。
前記空燃比センサの発生起電力(出力電圧)は理論空
燃比近傍で急変する特性を有しており、この出力電圧V0
と理論空燃比相当の基準電圧(スライスレベル)SLとを
比較して混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチか
リーンかを判定する。そして、例えば空燃比がリーン
(リッチ)の場合には、前記基本燃料供給量TPに乗じる
フィードバック補正係数αを初回に大きな比例定数Pを
増大(減少)した後、所定の積分定数Iずつ徐々に増大
(減少)し、この出力電圧V0と理論空燃比相当の基準電
圧(スライスレベル)SLとを比較して混合気の空燃比が
理論空燃比に対してリッチかリーンかを判定する。そし
て、例えば空燃比がリーン(リッチ)の場合には、前記
基本燃料供給量TPに乗じるフィードバック補正係数α
を、初回に大きな比較定数Pを増大(減少)した後、所
定の積分定数Iずつ徐々に増大(減少)していき燃料供
給量TIを増量(減量)補正することで空燃比を理論空燃
比近傍に制御する。
また、かかる空燃比制御装置にあっては、空燃比の非
フィードバック制御領域での空燃比の目標値からのずれ
或いはフィードバック制御中の運転領域が移動する過渡
運転時における理論空燃比からのずれを抑制するため、
空燃比フィードバック制御時に所定の定常運転条件で空
燃比フィードバック補正係数αの平均値を基準値に近づ
けるように学習補正値Klを設定して学習制御を行うこと
が一般化してきている(特公昭63−36408号公報参
照)。
<発明が解決しようとする課題> かかる学習制御を行うもので、所定の運転領域では、
安定性を向上させるため、空燃比センサの出力が所定回
数反転するまでモニターし、この間のフィードバック補
正係数αの平均値を演算して、以降は運転領域が変化す
るまで、フィードバック補正係数αの値を平均値に固定
し、且つ、学習補正値Klもフィードバック補正係数αの
平均値に基づいて演算した値で固定するようにしたもの
がある。
しかしながら、上記のようにフィードバック補正係数
αや学習補正値Klを所定期間後に固定する方式を備えた
ものでは、機関を出荷する時やバッテリを外した際等、
学習補正値Klが初期値に設定されている状態からの空燃
比偏差の学習に時間を要し、この間の運転性や排気エミ
ッション特性を悪化させることとなっていた。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたも
ので、学習が進行していない状態ではフィードバック補
正係数や学習補正値の固定を遅らせることにより、上記
問題点を解決した内燃機関の空燃比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> このため本発明は、第1図に示すように、 排気中気体成分の濃度比に感応して空燃比を検出する
空燃比検出手段と、 該空燃比検出手段の出力に応じて設定されるフィード
バック補正係数を用いて空燃比を目標空燃比に近づける
ように制御する空燃比フィードバック制御手段と、 前記フィードバック補正係数の学習補正値を運転領域
毎に記憶する学習補正値記憶手段と、 前記学習補正値記憶手段から検索した学習補正値とフ
ィードバック補正係数とに基づいて該フィードバック補
正係数の平均値を所定値に収束させるように新たな学習
補正値を設定すると共に、該学習補正値で前記学習補正
値記憶手段の対応する運転領域の学習補正値を更新する
学習補正値更新手段と、 所定の運転領域では所定期間のみ空燃比フィードバッ
ク制御手段と学習補正値更新手段とを作動させ、以後は
フィードバック補正係数と学習補正値を固定させるクラ
ンプ手段と、を含んでなる内燃機関の空燃比制御装置に
おいて、 前記学習補正値更新手段による学習更新の進行度を判
定する学習進行度判定手段と、 前記クランプ手段において空燃比フィードバック制御
手段と学習補正値更新手段とを作動させる初期の所定期
間を前記学習進行度判定手段により判定される学習更新
の進行度に応じて設定してなる作動期間設定手段と、 を備えて構成したことを特徴とする。
<作用> 学習進行度判定手段によって判定される学習更新の進
行度が所定値以下のときには、所定の運転領域において
は、クランプ手段において空燃比フィードバック制御手
段と学習補正値更新手段とを作動させる初期の所定期間
を前記学習進行度判定手段により判定される学習更新の
進行度に応じて設定するため、学習更新の進行度が低い
初期状態では前記所定期間を長く設定して学習を進行さ
せ、進行度が進むほど、所定期間を短く設定して早くか
ら安定した運転性を得ることができる。
<実施例> 以下に本発明の実施例を図に基づいて説明する。
一実施例の構成を示す第2図において、機関11の吸気
通路12には吸入空気流量Qを検出するエアフローメータ
13及びアクセルペダルと連動して吸入空気流量Qを制御
する絞り弁14が設けられ、下流のマニホールド部分には
気筒毎に電磁式の燃料噴射弁15が設けられる。
燃料噴射弁15は、マイクロコンピュータを内蔵したコ
ントロールユニット16からの噴射パルス信号によって開
弁駆動し、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレッ
シャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料を噴
射供給する。更に、機関11の冷却ジャケット内の冷却水
温度Twを検出する水温センサ17が設けられると共に、排
気通路18には排気中酸素濃度を検出することによって機
関に供給される混合気の空燃比を検出する空燃比センサ
19が設けられ、更に下流側の排気中のCO,HCの酸化とNOx
の還元を行って洗化する排気浄化触媒としての三元触媒
20が設けられる。
更に、図示しないディストリビュータには、クランク
角センサ21が内蔵されており、該クランク角センサ21か
ら機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を
一定時間カウントして、又は、クランク基準角信号の周
期を計測して機関回転数Nを検出する。
次に、コントロールユニット16による空燃比制御ルー
チンを第3図〜第5図のフローチャートに従って説明す
る。第3図は燃料噴射量設定ルーチンを示し、このルー
チンは所定周期(例えば10ms)毎に行われる。
ステップ(図ではSと記す)1では、エアフローメー
タ13によって検出された吸入空気流量Qとクランク角セ
ンサ21からの信号に基づいて算出した機関回転数Nとに
基づき、単位回転当たりの吸入空気量に相当する基本燃
料噴射量TPを次式によって演算する。
TP=K×Q/N(Kは定数) ステップ2では、水温センサ17によって検出された冷
却水温度Tw等に基づいて各種補正係数COEFを設定する。
ステップ3では、後述するフィードバック補正係数設
定ルーチンにより空燃比センサ19からの信号に基づいて
設定されたフィードバック補正係数αを読み込むと共に
空燃比フィードバック補正係数αの後述する学習補正値
Klを機関回転数Nと基本燃料噴射量TPとに基づいてRAM
の対応する運転領域から検索して読み込む。ここで、学
習補正値Klを記憶するRAMが学習補正値記憶手段を構成
する。
ステップ4では、バッテリ電圧値に基づいて電圧補正
分TSを設定する。これは、バッテリ電圧変動による燃料
噴射弁15の噴射流量変化を補正するためのものである。
ステップ5では、最終的な燃料噴射量TIを次式に従っ
て演算する。
TI=TP×COEF×α×Kl+TS ステップ6では、演算された燃料噴射弁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の燃料噴射
タイミングになると、演算した燃料噴射量TIのパルス巾
をもつ駆動パルス信号が燃料噴射弁15に与えられて燃料
噴射が行われる。
次に、空燃比フィードバック補正係数設定ルーチンを
第4図に従って説明する。このルーチンは機関回転に同
期して実行される。
ステップ11では、空燃比のフィードバック制御及び学
習制御を開始しているか否かを判定し、開始していない
ときは、このルーチンを終了する。
開始していればステップ12へ進み、後述するような制
御が行われる所定の運転条件であるか否かを判定する。
該所定の運転条件を満たしていないときには、ステップ
22へ進み、空燃比のフィードバック補正係数αを設定す
る。ここで、フィードバック補正係数αは、従来の説明
で示したように、空燃比センサ19の出力電圧V0と理論空
燃比相当の基準電圧(スライスレベル)SLとを比較して
混合気の空燃比が理論空燃比に対してリーン(リッチ)
の場合には、初回に大きな比例定数Pを増大(減少)し
た後、所定の積分定数Iずつ徐々に増大(減少)して設
定する。
次いでステップ23では、学習補正値Klを更新設定す
る。学習補正値Klは、今回設定されたフィードバック補
正係数α(又は最新の反転時の値と前回の反転時の値と
の平均値)の基準値α(=1)からの偏差Δαを所定
割合現在の運転領域の学習補正値Klに加算することによ
って該運転領域の学習補正値Klの値を更新する。
ステップ12で所定の運転条件が満たされた場合はステ
ップ14へ進み、空燃比センサ19の出力値の反転回数を計
測する反転計測カウンタNSLCNTの値を0リセットした
後、ステップ15以降へ進む。
ステップ15では、前記ステップ22と同様にして空燃比
フィードバック補正係数αを設定し、ステップ16では、
前記ステップ23と同様にして学習補正値Klを更新する。
ステップ17では、空燃比センサ19の出力が反転したか
否かを判定する。そして、反転したときにはステップ18
へ進んで、反転計測カウンタNSLCNTをインクリメントし
た後、非反転時は直接ステップ19へ進み、反転計測カウ
ンタNSLCNTの値が所定値NSLCNT1に達したか否かを判定
する。
ここで、前記所定値NSLCNT1は、第6図に示すよう
に、学習更新カウンタCLRNの値に応じて可変に設定され
ている。具体的には、NSLCNT1の値はCLRNの値が小さい
時、つまり学習更新の進行度が低い時ほど大きく、進行
度が増大するにつれて小さくなるように設定されてい
る。
そして、ステップ19の判定で、反転計測カウンタNSLC
NTの値が所定値NSLCNT1に達するまでは、ステップ15へ
戻りNSLCNT1に達した時にステップ20へ進んで、反転計
測カウンタNSLCNTの値を計測中のフィードバック補正係
数αの平均値に所定値IDLを加算した値でフィードバッ
ク補正係数αを固定すると共に、学習補正値Klを前記ス
テップ16で更新された値で固定する。このステップ20及
び前記ステップ22において、フィードバック補正係数α
を設定する機能と、該フィードバック補正係数αを用い
て燃料噴射量TIを設定する前記第3図で説明したルーチ
ンとにより空燃比フィードバック制御手段が構成され、
同じくステップ20及び前記ステップ23で学習補正値Klを
設定する機能により学習補正値更新手段が構成され、更
にステップ20で前記フィードバック補正係数αの平均値
及び学習補正値Klをクランプする機能によりクランプ手
段が構成される。
次いで、ステップ21では、再度ステップ12と同じく所
定運転条件が満たされているか否かを判定し、満たされ
ている時は、ステップ20での固定状態を継続するが、満
たされなくなった時にはこのルーチンを終了する。
ここで、学習更新カウンタCLRNが学習進行度判定手段
の機能を構成し、第6図に示したNLCNT1を記憶したROM
が作動期間設定手段を構成する。
このようにすれば、所定の運転条件で安定性を向上す
べく所定回数のフィードバック補正係数αの平均値及び
該平均値に基づく学習補正値でクランプするものにおい
て、内燃機関の出荷前やバッテリを取り外した時に学習
補正値が初期化された状態から学習が開始される際な
ど、学習が進行していないときには、前記所定運転条件
に入ってからフィードバック制御及び学習を行う所定期
間を遅らせて設定することにより、学習の進行を促進し
て学習補正値の信頼度を高めることができ、以て、運転
性及び排気エミッション特性を確保することができる。
また、学習の進行度が大きく学習補正値の信頼度の高
いときには、前記所定期間を短くして、早めにフィード
バック補正係数の平均値と学習補正値とでクランプする
ことにより、短時間で安定した運転を開始することがで
きる。
第5図は、学習回転計数ルーチンを示す。このルーチ
ンは、前記第4図のステップ23及びステップ20で学習補
正値Klの更新が行われたときに、トリガされて実行され
る。
ステップ31では、RAMに記憶された学習補正値が出荷
前の状態或いはバッテリを外される等して初期化されて
いるか否かを判定する。
初期化されている時にはステップ32へ進んで学習更新
カウンタCLRNの値を0リセットした後、また、初期化さ
れていない時には直接ステップ33へ進み、学習補正値Kl
を更新したか否かを判定する。そして、更新した場合に
はステップ34へ進んで学習更新カウンタCLRNをインクリ
メントしてから、また、更新していない場合には、その
ままこのルーチンを終了する。
<発明の効果> 以上説明したように、本発明によれば、学習補正値が
初期化されたような学習更新の進行度が低いときには、
所定運転条件におけるフィードバック補正係数及び学習
補正値をクランプさせるまでのフィードバック制御及び
学習制御を行う所定の期間を長引かせる構成としたこと
により、学習の進行を促進して学習補正値の信頼度を高
めることができ、以て、運転性及び排気エミッション特
性を確保することができる。
また、学習の進行度が大きく学習補正値の信頼度の高
いときには、前記所定期間を短くして、早めにフィード
バック補正係数の平均値と学習補正値とでクランプする
ことにより、短時間で安定した運転を開始することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の構成を示すブロック図、第2図は、
一実施例の構成を示す図、第3図は、燃料噴射量設定ル
ーチンを示すフローチャート、第4図は空燃比制御ルー
チンを示すフローチャート、第5図は学習回数計数ルー
チンを示すフローチャート、第6図は同上実施例に使用
される値の特性を示す線図である。 11……機関、15……燃料噴射弁、16……コントロールユ
ニット、18……排気通路、19……空燃比センサ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排気中気体成分の濃度比に感応して空燃比
    を検出する空燃比検出手段と、 該空燃比検出手段の出力に応じて設定されるフィードバ
    ック補正係数を用いて空燃比を目標空燃比に近づけるよ
    うに制御する空燃比フィードバック制御手段と、 前記フィードバック補正係数の学習補正値を運転領域毎
    に記憶する学習補正値記憶手段と、 前記学習補正値記憶手段から検索した学習補正値とフィ
    ードバック補正係数とに基づいて該フィードバック補正
    係数の平均値を所定値に収束させるように新たな学習補
    正値を設定すると共に、該学習補正値で前記学習補正値
    記憶手段の対応する運転領域の学習補正値を更新する学
    習補正値更新手段と、 所定の運転領域では所定期間のみ空燃比フィードバック
    制御手段と学習補正値更新手段とを作動させ、以後はフ
    ィードバック補正係数と学習補正値を固定させるクラン
    プ手段と、を含んでなる内燃機関の空燃比制御装置にお
    いて、 前記学習補正値更新手段による学習更新の進行度を判定
    する学習進行度判定手段と、 前記クランプ手段において空燃比フィードバック制御手
    段と学習補正値更新手段とを作動させる初期の所定期間
    を前記学習進行度判定手段により判定される学習更新の
    進行度に応じて設定してなる作動期間設定手段と、 を備えて構成したことを特徴とする内燃機関の空燃比制
    御装置。
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