(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の空気／燃料比を維持するために第１及び第２帰還変数に応じてエンジンに分配される燃料流の調整値を与えるステップと、
エンジン排気系内に配置された排気ガスの酸素センサーの出力を積分することにより上記第１帰還変数を発生するステップと、
上記第１帰還変数を所望の帰還値にするために上記第１帰還変数から上記第２帰還変数を発生するステップと、
上記第２帰還変数に関係する限界値により上記第１帰還変数を制限するステップと、
を備え、
上記制限するステップは、上記第１帰還変数が上記燃料流に対しリッチ修正を行っているときに上記第１帰還変数を制限するためのリッチ修正限界として上記限界値を与え、該リッチ修正限界値は、上記第２帰還変数の増加に応じて増大することを特徴とするエンジンの空気／燃料制御方法。
【請求項２】
上記制限するステップは、上記第１帰還変数が上記燃料流に対しリーン修正を行っているときに上記第１帰還変数を制限するためのリーン修正限界として上記限界値を与えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記リーン修正限界値は、上記第２帰還変数の増加に応じて増大することを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
上記リーン修正限界は上記第２帰還変数とリーン限界値との積であり、上記リッチ修正限界は上記第２帰還変数とリッチ限界値の積であることを特徴とする請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】
上記リーン限界値は上記所望の帰還値と最大リーン燃料流の調整値との差であり、上記リッチ限界値は上記所望の帰還値と最大リッチ燃料流の調整値との和であることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
上記第２帰還変数は、上記第１帰還変数が上記リーン修正限界値と上記リッチ修正限界値とから決定される所定範囲の間にあるときに、更新されることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一に記載の方法。
【請求項７】
上記第２帰還変数がその上側クリップ値よりも大きいときに、上記第２帰還変数を該上側クリップ値にクリップすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の方法。
【請求項８】
上記第２帰還変数がその下側クリップ値よりも大きいときに、上記第２帰還変数を該下側クリップ値にクリップする請求項１乃至７のいずれか一に記載の方法。
【請求項９】
上記エンジンに分配される燃料流の調整値を与えるステップは、空気流量の測定値を所望の空燃比で除算して求めた所望の燃料のオープンループ計算値と上記第２帰還変数との積を、上記第１帰還変数で除算することによって、上記エンジンに分配される燃料コマンドを発生させることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載の方法。
【請求項１０】
上記第１帰還変数の所望値が１であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載の方法。
【請求項１１】
上記第２帰還変数の所望値が１であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一に記載の方法。
【請求項１２】
上記第１帰還変数がそれの所望値よりも小さいときに、そのときのエンジン動作状態に関して上記第２帰還変数が所定値だけ増加されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一に記載の方法。
【請求項１３】
上記第１帰還変数がそれの所望値よりも大きいときに、そのときのエンジン動作状態に関して上記第２帰還変数が所定値だけ減少されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの空気／燃料制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの空気／燃料帰還制御システムは周知であり、所望の空気／燃料動作を維持するため排気ガスの酸素センサーから導出される帰還変数がエンジンへの燃料流量を調整するようになっている。一般に、帰還変数は固定した上限と下限に制限されて空気／燃料帰還制御についての裁量範囲を作っている。また、帰還変数と所望の値との差から取り出された適応的に学習された帰還修正項または変数を与えることも周知である。そのようなシステムは米国特許第5,158,062 号明細書に示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記方法には多くの問題が有ることを本発明者等は確認している。その内の一つは、帰還制御システムの裁量範囲が帰還変数の固定された限界値で限定されると言うことである。帰還修正項がその最適値になっていない或る動作条件においては、帰還変数は過早に限定されてしまう。
【０００４】
本発明の目的は空気／燃料制御システムに、適応的に学習されそれによりすべての動作条件において最大とされる裁量範囲を与えることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的は、ここに述べる空気／燃料帰還制御システム及び内燃機用の方法により達成され、そして従来の問題は解決される。本発明の一つの態様によれば、この方法は所望の空気／燃料比を維持するために第１及び第２帰還変数に応じてエンジンに分配される燃料流の調整値を与える段階、エンジン排気系内に配置された排気ガスの酸素センサーの出力を積分することにより上記第１帰還変数を発生する段階、上記第１帰還変数を所望の帰還値にするために上記第１帰還変数から上記第２帰還変数を発生する段階、及び上記第２帰還変数に関係する限界値により上記第１帰還変数を制限する段階を含み、上記制限するステップは、上記第１帰還変数が上記燃料流に対しリッチ修正を行っているときに上記第１帰還変数を制限するためのリッチ修正限界として上記限界値を与え、該リッチ修正限界値は、上記第２帰還変数の増加に応じて増大する。
【０００６】
本発明の上記の態様の利点は、第１帰還変数の限界は第２帰還変数から適応的に学習され、それにより空気／燃料制御方法の裁量範囲を最大にすると言うことである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１には１個のシリンダーしか示していないが、複数のシリンダーを有するエンジン１０は電子的なエンジンコントローラ１２により制御される。触媒形排気ガス酸素センサー１６は、触媒コンバータ２０の上流のエンジン１０の排気マニホルド４８に接続される。センサー１６はコントローラ１２に信号ＥＧＯを送る。コントローラ１２はそれを２ー状態信号ＥＧＯＳに変換する。信号ＥＧＯＳの高電圧状態は排気ガスが所望の空気／燃料比に対して濃い（リッチである）ことを示し、信号ＥＧＯＳの低電圧状態は排気ガスが所望の空気／燃料比に対して薄い（リーンである）ことを示す。一般にこの所望の空気／燃料比は触媒コンバータ２０のピーク効率ウインドー内となる化学量論として選ばれる。図２乃至図５について後述するが、コントローラ１２は信号ＥＧＯＳに応じてエンジンの帰還制御を与える。
【０００８】
図１において、エンジン１０は燃焼室３０とシリンダーウオール３２とその中に配置されてクランクシャフト４０に接続するピストン３６を含んでいる。燃焼室３０は吸気弁５２と排気弁５４を介してそれぞれ吸気マニホルド４４と排気マニホルド４８に接続する。
【０００９】
吸気マニホルド４４は絞り板６６を介して絞り弁６４に接続する。吸気マニホルド４４はコントローラ１２からの信号ｆｐｗのパルス幅に比例して液体燃料を分配するために接続された燃料噴射装置６８を有する。燃料は、燃料タンク、燃料ポンプ及び燃料パイプ（図示せず）を含む従来の燃料システム（図示せず）により燃料噴射装置６８に送られる。
【００１０】
従来の、デイストリビュータのない点火システム８８がコントローラ１２に応答してスパークプラグ９２を介し燃焼室３０に点火スパークを与える。
【００１１】
図１に示すコントローラ１２はマイクロプロセッサユニット１０２、入力／出力ポート１０４、この実施の形態では電子的にプログラム可能メモリであるメモリチップ１０６、ランダムアクセスメモリ１０８及び従来のデータバスを含んでいる。コントローラ１２は、上述の信号に加えて、絞り弁６４に接続する空気流量センサ１１０からの吸入空気流量（ＭＡＦ）、冷却スリーブ１１４に接続する温度センサ１１２からのエンジン冷却材温度（ＥＣＴ）、吸気マニホルド４４に接続するマニホルド圧力センサ１１６からのマニホルド圧力（ＭＡＰ）およびクランクシャフト４０に接続するホール効果センサ１１８からのプロファイルイグニションピックアップ信号（ＰＩＰ）を含む、エンジン１０に接続するセンサからの種々の信号を受ける。
【００１２】
まず図２のフローチャートを参照してコントローラ１２によりエンジン１０を制御するために実行される液体燃料分配ルーチンを説明する。所望の液体燃料（信号ＯＦ）のオープンループ計算はステップ３００で行われる。詳細に述べると、センサー１１０からの空気流量（ＭＡＦ）の測定値は、この実施例では化学量論的燃焼と相関している所望の空気／燃料比ＡＦｄで除算される。
【００１３】
温度ＥＣＴのようなエンジン動作パラメータをモニターすることにより、閉ループまたは帰還制御が望ましいかどうかの決定をなす（ステップ３０２）。次に帰還変数ＦＶ及び学習した帰還修正ＫＡＭがそれぞれ図４及び５について後述するサブルーチンから読み取られる。エンジン１０に燃料を分配するための所望の燃料量または燃料コマンドが帰還変数ＦＶを、ステップ３０８に示すように所望の燃料（信号ＯＦ）のオープンループ計算値と学習した帰還修正値の積で除算することにより発生される。燃料コマンドまたは所望燃料信号Ｆｄが燃料噴射装置６８を作動するためにパルス幅信号fpw に変換される（ステップ３１６）。
【００１４】
コントローラ１２は、図３に示すフローチャートを参照してここで説明する空気／燃料帰還ルーチンを実行して帰還変数ＦＶを発生する。帰還制御の開始の前に必要な、予め選択された値より高い温度ＥＣＴのような初期条件がまずステップ５００でチェックされる。
【００１５】
図３において、信号ＥＧＯＳが低（ステップ５１６）でありコントローラ１２の前のバックグラウンドループ中高であった（ステップ５１８）とき、予め選択された比例項Ｐｊが帰還変数ＦＶから減算される（ステップ５２０）。信号ＥＧＯＳが低であって（ステップ５１６）、前のバックグラウンドループ中も低であった（ステップ５１８）とき、予め選択された積分項Δｊが帰還変数ＦＶから減算される（ステップ５２２）。
【００１６】
同様に、信号ＥＧＯＳが高（ステップ５１６）でありコントローラ１２の前のバックグラウンドループ中も高であった（ステップ５２４）とき、積分項Δｊが帰還変数ＦＶに加算される（ステップ５２６）。信号ＥＧＯＳが高であって（ステップ５１６）、前のバックグラウンドループ中低であった（ステップ５２４）とき、比例項Ｐｉが帰還変数ＦＶに加算される（ステップ５２８）。
【００１７】
上記の動作に従って、帰還変数ＦＶは排気ガス酸素センサー１６に応答する比例積分コントローラ（ＰＩ）によりコントローラ１２の各バックグラウンドループについて発生される。リーン薄い空気／燃料修正を行わせる方向に信号ＥＧＯＳを積分するための積分段階は積分段階Δｉによりあたえられ、比例項はＰｉにより与えられる。同様に、積分項Δｊ及び比例項Ｐｊがリッチ濃い空気／燃料修正を行わせる。
【００１８】
図４において、空気／燃料帰還制御システムについて可能な裁量範囲を適応的に学習するためにコントローラ１２により実行されるルーチンを説明する。詳細には、このルーチンは帰還変数ＦＶについて最大値ＤＹＮＦＶＭＡＸと最少値ＤＹＮＦＶＭＩＮを学習する。この例では、帰還変数ＦＶは、それが最大限界ＤＹＮＦＶＭＡＸとヒステリシス値ＨＹＳとの差より大である（６００）とき或るいは帰還変数ＦＶは最少値ＤＹＮＦＶＭＩＮとヒステリシス値ＨＹＳの和より小である（６０２）とき裁量範囲を越える。帰還変数ＦＶが予定の時間にわたり上記の範囲を越えているとき（６０６）、ＥＧＯセンサーＦＬＡＧがセットされ（６１０）、サービスの必要なことを示す。それと同時に、タイマーがリセットされ（６１２）、帰還変数ＦＶがリセットされ（６１６）、そして学習した値ＫＡＭがリセットされる（６２０）。
【００１９】
帰還変数ＦＶがステップ６００と６０２により与えられる裁量範囲内のときには、帰還修正ＫＡＭを学習するためのルーチンに入る（６２６）。このルーチンは図５を参照して後述する。図４において、学習した帰還修正ＫＡＭはステップ６３０と６３２においてその上クリップ値ＵＣＬＩＰまたは下クリップ値ＬＣＬＩＰに制限される。学習した帰還修正ＫＡＭがその上下のクリップ値内であるが所望の値より大であれば、最少学習値ＤＹＮＦＶＭＩＮは学習帰還修正ＫＡＭと、その所望値と動作限界値ＭＡＸＯＬの差との積にセットされる（ステップ６３６及び６３８）。この例に於いて、学習帰還修正ＫＡＭの所望値は所望空気／燃料比Ａｆｄに相関する１である。そして動作限界ＭＡＸＯＬは、厳しいドライブ上の問題を生じさせるがエンジン１０が許容可能な最少リーン条件（最小希薄条件）に対応する。
【００２０】
同様に、学習帰還修正ＫＡＭがその上下のクリップ値内である（６３０）が所望の値より小であれば（６４０）、最少学習値ＤＹＮＦＶＭＩＮは学習帰還修正ＫＡＭと、１と最大リッチ動作値との和との積にセットされる（６４２）。最大動作リッチ値ＭＡＸＯＲは、厳しいドライブ上の問題が生じる前にエンジン１０が許容可能な最大（最大濃度）空気／燃料条件を示す。
【００２１】
学習帰還修正ＫＡＭがその上下のクリップ値内であり（６３０）、所望値に等しいとき（６３６、６４０）、最少適応学習値ＤＹＮＦＶＭＩＮは１とリーン動作限界値ＭＡＸＯＬの差にセットされる。同時に、最大適応学習値ＤＹＮＦＶＭＡＸは１と最大リッチ動作値の和にセットされる（６４６）。最大適応学習値ＤＹＮＦＶＭＡＸと最少適応学習値ＤＹＮＦＶＭＩＮはステップ６５０においてそれぞれ上下の限界にクリップされる。
【００２２】
空気／燃料帰還制御システムについての適応学習最大及び最少限界（ＤＹＮＦＶＭＡＸ及びＤＹＮＦＶＭＩＮ）の利点は、そのシステムについての裁量範囲が帰還変数ＦＶと学習帰還修正ＫＡＭの両方についてのすべての動作条件下で最大化されると言うことである。例へば、車載の電池を切った後、ＫＡＭの帰還学習修正が可能となる前に、空気／燃料帰還コントローラの全帰還範囲が全体として帰還変数ＦＶにシフトされて、他では得られない修正を行うことが出来るようにする。言い換えると、従来の方法は、いずれの変数もその全範囲を別々に達成出来ないように帰還変数ＦＶと学習修正ＫＡＭ間で裁量範囲を共有している。ここで述べたように最大及び最少範囲の適応的学習はその問題を解決し、そして帰還制御システムの裁量範囲を最大にするとゆう利点をもたらす。
【００２３】
図５を参照して帰還修正ＫＡＭを学習するためにコントローラ１２により実行されるルーチンを説明する。一般に、帰還修正ＫＡＭは、学習した修正ＫＡＭが帰還変数ＦＶをその所望値にするように帰還変数ＦＶとその所望値（この例では１）との間の差から学習される。
【００２４】
前述したように、帰還修正ＫＡＭを発生するためのルーチンは図４のステップ６２６から始まる。詳細に述べると、帰還変数ＦＶがその裁量範囲内であるとき（図４のステップ６００及び６０２）にこのルーチンに入る。そしてＥＧＯセンサー１６の周期的スイッチングが生じるときにのみ、帰還変数ＦＶはその裁量範囲内となりうる。
【００２５】
更に図５において、学習する修正は更に、種々の安定状態条件、例えば温度ＥＴＣがしきい値より高いこと、等が達成される（７０２）ときに可能となる。エンジンの回転数及び負荷がステップ７０６において読み取られてエンジン１０のどの回転数／負荷セルが動作しているかを決定する。帰還変ＦＶが、ステップ７０８に示すようにその所望値（この例では１）より小さいなら、帰還修正ＫＡＭはその特定のエンジン動作セルについて量Δｋｉだけ増加される。
【００２６】
同様に、帰還変ＦＶがその所望値より大であれば（７１６）、学習した帰還修正ＫＡＭはそのエンジン動作セルについて量Δｋｊだけ減算される（７１８）。このときコントローラ１２の動作は図４のステップ６３０に戻り、空気／燃料帰還制御システムの最大及び最小範囲（ＤＹＮＦＶＭＡＸ及びＤＹＮＦＶＭＩＮ）が前述のように計算されて帰還コントローラの裁量範囲を維持する。
【００２７】
以上で好適な実施例の説明を終わる。これを読むことにより当業者には本発明に精神及び範囲を逸脱することなく、多くの変更が想起されることであろう。例えば、複数の排気ガス酸素センサー及び複数の空気／燃料帰還コントローラを１個のエンジンの各バンクについて用いてもよい。従って、本発明の範囲はその請求の範囲により決まるものである。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の方法は内燃機の空気／燃料制御システムに、適応的に学習されそれによりすべての動作条件において最大とされる裁量範囲を与える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を有利に使用する一実施の形態のブロック図である。
【図２】図１に示す実施の形態により行われる動作のフローチャートである。
【図３】図１に示す実施の形態により行われる動作のフローチャートである。
【図４】図１に示す実施の形態により行われる動作のフローチャートである。
【図５】図１に示す実施の形態により行われる動作のフローチャートである。
【符号の説明】
１０  エンジン
１２  電子的エンジンコントローラ
１６  触媒形排気ガス酸素センサー
２０  触媒コンバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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