JP3458425B2 - 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Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関への燃料供給
量を制御することにより同内燃機関への混合気の空燃比
を目標空燃比に制御する空燃比制御装置に関するもので
ある。 【０００２】 【従来の技術】従来、この種の空燃比制御装置として、
例えば特開平５−５２１４０号公報がある。この公報に
よれば、空燃比センサの半暖機状態をセンサ温度から検
出し、空燃比センサが半暖機状態にある（センサ温度が
約４００℃）と検出されると、比例・積分制御処理によ
り空燃比フィードバック制御を行うようにしている。ま
た、半暖機状態から暖機状態（センサ温度が約６３０
℃）になると現代制御処理によって空燃比フィードバッ
ク制御を行うようにしている。 【０００３】現代制御処理による空燃比フィードバック
制御は空燃比を決定する内燃機関の動的なモデルに基づ
き現実の空燃比を目標空燃比に制御しており、このモデ
ルは内燃機関への燃料供給量と混合気の空燃比との間に
て正確に成立した動的なモデル関係でもって常に構成さ
れる必要がある。しかしながら、空燃比センサは所定温
度（約６３０℃）になるまで安定した出力が得られない
ため、この温度になるまでは現代制御処理による空燃比
フィードバック制御が実行できない。そこで、上記の従
来技術では、空燃比センサは所定温度になるまでは安定
した出力は得られないが、空燃比センサの出力である限
界電流のリッチリーン出力が半暖機状態で得られる（但
し、安定していない）ため、この出力に基づいて比例・
積分制御処理による空燃比フィードバック制御を行うよ
うにしている。これにより、空燃比フィードバック制御
を開始する時期を早めるようにしている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においても空燃比センサが所定温度（約４００
℃）になるまでは比例・積分制御が実行できないため、
その分空燃比制御が遅れ、エミッションが改善されるま
でには至っていない。本発明は空燃比制御の開始時期を
より早めることのできる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。 【０００５】 【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、図１
に示すように作動電圧が印加されていないときには内燃
機関の排出ガスから空燃比がリッチかリーンかのみを検
出し、作動電圧が印加されているときには空燃比を検出
する空燃比センサと、前記空燃比センサに作動電圧を印
加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段による前記空
燃比センサへの作動電圧の印加を停止しているときの前
記空燃比センサの出力に基づいて空燃比制御を実行する
第１の空燃比制御実行手段と、前記電圧印加手段により
前記空燃比センサへ作動電圧を印加しているときの前記
空燃比センサの出力に基づいて空燃比制御を実行する第
２の空燃比制御実行手段と、前記空燃比センサから信号
が出力されているかを判定する信号判定手段と、前記空
燃比センサが活性化しているかを判定する活性化判定手
段とを含み、前記信号判定手段により前記空燃比センサ
から信号が出力されていると判定され、かつ、前記活性
化判定手段により前記空燃比センサが活性化していない
と判定されたとき、前記電圧印加手段による前記空燃比
センサへの作動電圧の印加を停止するとともに空燃比制
御手段として前記第１の空燃比制御手段を選択し、前記
活性化判定手段により前記空燃比センサが活性化してい
ると判定されたとき、前記電圧印加手段に前記空燃比セ
ンサへ作動電圧を印加させるとともに空燃比制御手段と
して前記第２の空燃比制御手段を選択する選択手段とを
備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置を提
供する。 【０００６】 【作用】空燃比センサは作動電圧が印加されていないと
きには内燃機関の排出ガスから空燃比がリッチかリーン
かのみを検出し、作動電圧が印加されているときには空
燃比を検出する。また、電圧印加手段は前記空燃比セン
サに作動電圧を印加し、第１の空燃比制御実行手段は前
記電圧印加手段による前記空燃比センサへの作動電圧の
印加を停止しているときの前記空燃比センサの出力に基
づいて空燃比制御を実行する。第２の空燃比制御実行手
段は前記電圧印加手段により前記空燃比センサへ作動電
圧を印加しているときの前記空燃比センサの出力に基づ
いて空燃比制御を実行する。 【０００７】そして、選択手段は、前記空燃比センサか
ら信号が出力されているかを判定する信号判定手段と、
前記空燃比センサが活性化しているかを判定する活性化
判定手段とを含み、前記信号判定手段により前記空燃比
センサから信号が出力されていると判定され、かつ、前
記活性化判定手段により前記空燃比センサが活性化して
いないと判定されたとき、前記電圧印加手段による前記
空燃比センサへの作動電圧の印加を停止するとともに空
燃比制御手段として前記第１の空燃比制御手段を選択
し、前記活性化判定手段により前記空燃比センサが活性
化していると判定されたとき、前記電圧印加手段に前記
空燃比センサへ作動電圧を印加させるとともに空燃比制
御手段として前記第２の空燃比制御手段を選択する。 【０００８】 【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。本実施例は空燃比センサからリッチ信号が出力され
るまで（センサ温度が約３００℃）はオープン制御を、
リッチ信号が出力されてから空燃比センサの活性化状態
が検出されるまで（センサ温度が約５３０℃）はスキッ
プ積分制御（以下、本実施例では比例・積分（ＰＩ）制
御とする）を、活性化状態が検出されてからは現代制御
によって空燃比制御を行うものである。 【０００９】図２は、４気筒４サイクル型火花点火式内
燃機関（エンジン）１の燃料噴射制御システムに本発明
が適用された例を示している。エンジン１は、その作動
下にて、エアクリーナ１０を通り吸気管２０内に流入す
る空気流をこの吸気管２０内のスロットルバルブ２０ａ
およびサージタンク３０を通りインテークマニホールド
４０内に流入させ、この流入空気流をインテークマニホ
ールド４０内に各燃料噴射弁４１〜４４により噴射され
る燃料タンクからの燃料と混合して混合気を形成し、か
つこの混合気を機関本体５０の各気筒の燃焼室内に供給
して各点火プラグ５１〜５４の点火のもとに燃焼させイ
グゾーストマニホールド６０および三元触媒７０を通し
排気ガスとして排気管８０内に排出する。なお、各点火
プラグ５１〜５４は、ディストリビュータ９０から点火
回路１００との協働により配電される高電圧を受けて点
火する。また、三元触媒７０はインテークマニホールド
６０からの排気ガス中の有害成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯx
等）を低減する役割を果たす。 【００１０】燃料噴射システムは、回転数センサ１１０
を有しており、この回転数センサ１１０は、ディストリ
ビュータ９０に配設されて、機関本体５０の出力軸の現
実の回転数（エンジン１の現実の回転数に相当する）を
検出し、この検出結果に比例する周波数にてパルス信号
を順次発生する。ただし、回転数センサ１１０からのパ
ルス信号の発生数は、エンジン１の２回転（即ち、７２
０°ＣＡ（クランク角））あたり２４個である。 【００１１】スロットルセンサ１２０は、スロットルバ
ルブ２０ａの現実の開度を検出し開度検出信号として発
生する。また、スロットルセンサ１２０は、アイドルス
イッチをも内蔵しており、このアイドルスイッチはスロ
ットルバルブ２０ａの全閉時にこれを検出し全閉検出信
号を発生する。負圧センサ１３０は、吸気管２０内のス
ロットルバルブ２０ａの下流に生ずる現実の負圧を検出
し、負圧検出信号として発生する。 【００１２】水温センサ１４０は、機関本体５０の冷却
系統内の現実の冷却水温を検出し、水温検出信号として
発生する。空気温センサ１５０は吸気管２０内のスロッ
トルバルブ２０ａの上流に流入する空気流の現実の温度
を空気温検出信号として発生する。第１の空燃比センサ
１６０は、排気管８０内の三元触媒７０の上流における
排気ガス中の現実の未燃焼酸素濃度を検出し、酸素濃度
検出信号として発生する。 【００１３】このとき、この酸素濃度検出信号は機関本
体５０に供給される混合気の現実の空燃比λに対しリニ
アな値をとる。第２の空燃比センサ１７０は、排気管８
０内の三元触媒７０の下流における排気ガス中の現実の
未燃焼酸素濃度を検出し酸素濃度検出信号として発生す
る。但し、この第２の空燃比センサ１７０からの酸素濃
度検出信号は、空燃比λが理論空燃比λ0 に対しリッチ
かリーンであるかを表す。 【００１４】マイクロコンピュータ１８０は、ＣＰＵ１
８１，ＲＯＭ１８２，ＲＡＭ１８３，バックアップＲＡ
Ｍ１８４，入力ポート１８５，出力ポート１８６および
バスライン１８７等により構成されており、ＣＰＵ１８
１は、回転数センサ１１０からのパルス信号、スロット
ルセンサ１２０からの開度検出信号および全閉検出信
号、負圧センサ１３０からの負圧検出信号、水温センサ
１４０からの水温検出信号、空気温センサ１５０からの
空気温検出信号、第１の空燃比センサ１６０からの酸素
濃度信号ならびに第２の空燃比センサ１７０からの酸素
濃度検出信号を入力ポート１８５およびバスライン１８
７を通して受け、ＲＯＭ１８２，ＲＡＭ１８３およびバ
ックアップＲＡＭ１８４内の記憶データをバスライン１
８７を通して受けて、コンピュータプログラムを実行
し、この実行中において、バスライン１８７および出力
ポート１８６を介し各燃料噴射弁４１〜４４および点火
回路１００を駆動制御するために必要な演算処理を行
う。ただし、上述のコンピュータプログラムはＲＯＭ１
８２内にあらかじめ記憶されている。 【００１５】また、マイクロコンピュータ１８０はバッ
テリＢａから供給された電源を第１，第２の空燃比セン
サ１６０，１７０に供給するとともに、第１の空燃比セ
ンサ１６０への電源供給を制御している。詳細は後述す
る。次に、現代制御処理による空燃比制御を行うために
設定されている手法を説明する。 【００１６】始めに、制御対象のモデリングについて説
明する。本実施例では、エンジン１の空燃比λを制御す
るシステムのモデルに、無駄時間Ｐ＝３を有する次数１
の自己回帰移動平均モデルを用い、さらに、外乱ｄを考
慮して近似している。まず、自己回帰平均モデルを用い
た空燃比λを制御するシステムのモデルは、次の数式１
により近似できる。 【００１７】 【数１】 λ（Ｋ）＝ａ・λ（Ｋ−１）＋ｂ・ＦＡＦ（Ｋ−３） 但し、この数式１において、符号ＦＡＦはフィードバッ
ク補正係数を表す。また、各符号ａ，ｂは定数を表す。
また、符号Ｋは、最初のサンプリング開始からの制御回
数を示す変数を表す。 【００１８】さらに、外乱ｄを考慮すると、制御システ
ムのモデルは、つぎの数式２で近似できる。 【００１９】 【数２】λ（Ｋ）＝ａ・λ（Ｋ−１）＋ｂ・ＦＡＦ（Ｋ
−３）＋ｄ（Ｋ−１） 以上のようにして近似したモデルに対し、ステップ応答
を用いた回転周期（３６０°ＣＡ（クランク角））サン
プリングで離散化して各定数ａ，ｂを定めること、即
ち、空燃比λを制御する系の伝達関数Ｇを求めることは
容易である。 【００２０】次に、状態変数量ＩＸの表示方法（但し、
ＩＸはベクトル量である）について説明する。上述の数
式２を、次の数式３により表示される状態変数量ＩＸ
（Ｋ）を用いて書き直すと、数式４および数式５のよう
になる。 【００２１】 【数３】ＩＸ（Ｋ）＝〔Ｘ１（Ｋ），Ｘ２（Ｋ），Ｘ３
（Ｋ），Ｘ４（Ｋ）〕T ただし、数式３において、符号Ｔは、転置行列を示す。 【００２２】 【数４】 【００２３】 【数５】Ｘ1 （Ｋ＋１）＝ａＸ1 （Ｋ）＋ｂＸ2 （Ｋ）
＋ｄ（ｋ）＝λ（Ｋ＋１） Ｘ2 （Ｋ＋１）＝ＦＡＦ（Ｋ−２） Ｘ3 （Ｋ＋１）＝ＦＡＦ（Ｋ−１） Ｘ4 （Ｋ＋１）＝ＦＡＦ（Ｋ） 次に、レギュレータの設計について説明する。 【００２４】上述の数式３〜数式５に基づいてレギュレ
ータ設計すると、フィードバック補正係数は、最適フィ
ードバックゲインＩＫ（ベクトル量を有する）に関する
次の数式６、および状態変数量ＩＸ（Ｋ）に関する数式
７を用いて数式８のように表せる。 【００２５】 【数６】ＩＫ＝〔Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 〕 【００２６】 【数７】ＩＸT （Ｋ）＝〔λ（Ｋ），ＦＡＦ（Ｋ−
３），ＦＡＦ（Ｋ−２），ＦＡＦ（Ｋ−１）〕 【００２７】 【数８】ＦＡＦ（Ｋ）＝ＩＫ・ＩＸT （Ｋ） ＝Ｋ１・λ（Ｋ）＋Ｋ２・ＦＡＦ（Ｋ−３）＋Ｋ３・Ｆ
ＡＦ（Ｋ−２）＋Ｋ４・（Ｋ−１） さらに、この数式８において、誤差を吸収させるための
積分項ＺＩ（Ｋ）を加えると、フィードバック補正係数
は、次の数式９によって与えられる。 【００２８】 【数９】ＦＡＦ（Ｋ）＝Ｋ1 ・λ（Ｋ）＋Ｋ2 ・ＦＡＦ
（Ｋ−３）＋Ｋ3 ・ＦＡＦ（Ｋ−２）＋Ｋ4 ・ＦＡＦ
（Ｋ−１）＋Ｚ1 （Ｋ） なお、上述の積分項ＺＩ（Ｋ）は、目標空燃比λTGおよ
び現実の空燃比λ（Ｋ）間の偏差と積分定数Ｋａとから
決まる値であって、次の数式１０により与えられる。 【００２９】 【数１０】 ＺＩ（Ｋ）＝ＺＩ（Ｋ−１）＋Ｋａ・（λTG−λ
（Ｋ）） 図３は、上述のようにモデルを設計した空燃比λの制御
システムのブロック線図を表す。図３において、フィー
ドバック補正係数ＦＡＦ（Ｋ）をＦＡＦ（Ｋ−１）から
導出するために（１／Ｚ）変換を用いて表示したが、こ
れは過去のフィードバック補正係数ＦＡＦ（Ｋ−１）を
ＲＡＭ１８３に記憶しておき、次の制御タイミングで読
み出して用いている。 【００３０】また、図３において、一点鎖線で囲まれた
ブロックＰ１が、空燃比λ（Ｋ）を目標空燃比λTGにフ
ィードバック制御している状態にて状態変数量ＩＸ
（Ｋ）を定める部分であり、ブロックＰ２が、積分項Ｚ
1 （Ｋ）を求める部分（累積部）であり、かつ、ブロッ
クＰ３が、ブロックＰ１で定められた状態変数量ＩＸ
（Ｋ）とブロックＰ２で求められた積分項Ｚ1 （Ｋ）と
から今回のフィードバック補正係数ＦＡＦ（Ｋ）を演算
する部分である。 【００３１】次に、最適フィードバックゲインＩＫおよ
び積分定数Ｋａの決定について説明する。最適フィード
バックゲインおよび積分定数Ｋａは、例えば、次の数式
１１で示される評価関数Ｊを最小にすることで設定でき
る。 【００３２】 【数１１】 【００３３】ただし、この数式１１において、評価関数
Ｊは、フィードバック補正係数ＦＡＦ（Ｋ）の動きを制
約しつつ空燃比λ（Ｋ）と目標空燃比λTGとの偏差を最
小にすることを意図したものである。また、フィードバ
ック補正係数ＦＡＦ（Ｋ）に対する制約の重み付けは、
重みのパラメータＱ，Ｒの値によって変更できる。従っ
て、重みのパラメータＱ，Ｒの値を種々変えて最適な制
御特性が得られるまでシミュレーションを繰り返して、
最適フィードバックゲインＩＫおよび積分定数Ｋａを定
めればよい。 【００３４】さらに、最適フィードバックゲインＩＫお
よび積分定数Ｋａは、量モデル定数ａ，ｂに依存してい
る。従って、現実の空燃比λを制御する系の変動（パラ
メータ変動）に対するシステムの安定性（ロバスト性）
を保証するためには、各モデル定数ａ，ｂの変動分を見
込んで最適フィードバックゲインＩＫおよび積分定数Ｋ
ａを設定する必要がある。 【００３５】よって、シミュレーションは、各モデル定
数ａ，ｂの現実に生じうる変動を加味して行い、安定性
を満足する最適フィードバックゲインＩＫおよび積分定
数Ｋａを定める。以上、制御対象のモデリング、状態変
数量の表示方法、レギュレータの設計並びに最適フィー
ドバックゲインおよび積分定数の決定について説明した
が、これらは、予め決定されており、本実施例において
は、上述の数式７および数式８のみを用いて燃料噴射制
御システムにおける空燃比制御を行う。 【００３６】以上のように構成した本実施例において、
燃料噴射制御システムを作動状態におけば、マイクロコ
ンピュータ１８０のＣＰＵ１８１が、図４のフローチャ
ートにしたがい、ステップ２００にてコンピュータプロ
グラムの実行を開始し、ステップ３００にて、エンジン
１の３６０°ＣＡ毎に回転数センサ１１０から生ずる各
パルス信号に応答し、同回転数センサ１１０から順次生
ずるパルス信号の周波数に応じて内燃機関１の回転数Ｎ
e を演算し、この回転数Ｎe 、負圧センサ１３０からの
負圧検出信号の値（以下、負圧ＰＭという）等に基づ
き、インテークマニホールド４０内への燃料の基本噴射
量Ｔp を演算し、コンピュータプログラムを空燃比演算
処理ルーチン４００（図５参照）に進める。 【００３７】このステップ４００にて実行される処理を
示したフローチャートが図５である。ステップ４００に
て空燃比演算処理（ＦＡＦ設定処理）が実行されると、
まず、ステップ４０１においてフィードバック条件が成
立しているかを判定する。ここで、フィードバック条件
とは、例えば機関本体５０の冷却水温が所定水温（２０
℃）以上であること等である。 【００３８】ここで、フィードバック条件が成立してい
ないときにはステップ４０２に進む。そして、ステップ
４０２においてオープン制御を実行する。このオープン
制御処理ルーチンを示したフローチャートが図６であ
る。図６において、オープン制御が実行されると、ステ
ップ４０９にてフィードバック補正係数ＦＡＦをＦＡＦ
＝１とセットし、次のステップ４１０にて現代制御未実
施Ｆ１をＦ１＝１とセットする。ただし、Ｆ１＝１は現
代制御以外の制御で空燃比制御が実行されていることを
示している。このようにして、ＦＡＦ設定ルーチン４０
０がステップ４１０にて終了すると、ＣＰＵ１８１が図
４のステップ５００にてオープン制御のもとに、次の数
式１２に基づき、ステップ３００における基本噴射量Ｔ
p を補正係数ＦＡＬＬに応じ補正し、これを燃料噴射量
ＴＡＵとして設定する。 【００３９】 【数１２】ＴＡＵ＝ＦＡＦ・ＴP ・ＦＡＬＬ 一方、図５のステップ４０１にて、フィードバック条件
が成立していると判定されるとステップ４０３に進み、
第１の空燃比センサ１６０が活性化状態（安定した信号
を出力できる温度状態）にあるかを判定する。以下に、
具体的な活性化状態の判定方法を説明する。第１の空燃
比センサ１６０の活性化状態判定方法として、本実施例
では空燃比センサヒータ抵抗値によるものを採用してい
る。 【００４０】図９（ａ）は素子温に対するヒータ温度の
関係を示したものである。この図において、第１の空燃
比センサ１６０が活性化する活性化温度（５３０℃）の
とき、ヒータ温度は６００℃〜６８０℃となる。このば
らつきはヒータ熱効率のばらつきから生じるものであ
る。また、第１の空燃比センサ１６０のヒータ抵抗の抵
抗値はヒータ温度の上昇とともに大きくなる特性を有し
ている。この特性を示した図が図９（ｂ）である。この
図において、ヒータ抵抗が２．３Ω以上のときはヒータ
温が少なくとも６８０℃以上となり、第１の空燃比セン
サ１６０が活性化していることがわかる。 【００４１】なお、第１の空燃比センサ１６０の活性化
判定方法としては、上記方法に限らず、例えば第１の空
燃比センサ１６０の素子温と１対１の関係にある素子の
インピーダンスを直接測定するものでもよい。以上のよ
うな方法で第１の空燃比センサ１６０の活性化状態を判
定し、活性化状態でないと判定されるとステップ４０４
に進む。ステップ４０４では第１の空燃比センサ１６０
の素子に印加する電圧を０Ｖにする。このように印加電
圧を０Ｖとすることにより、空燃比センサ１６０は空燃
比がリッチのときに信号を出力するようになる。よっ
て、信号が出力されているときには空燃比がリッチ、信
号が出力されていないときには空燃比がリーンであると
判定することができる。次にステップ４０５に進み、第
１の空燃比センサ１６０から信号が出力されているかを
判定する。このとき、エンジン始動後はだいたいにおい
て空燃比はリッチ側に制御されているため、出力信号に
より空燃比のリッチ・リーンを判定できるまで空燃比セ
ンサ１６０が活性化しているとき（センサ温度が約３０
０℃）にはリッチ信号が出力される。 【００４２】ここで、空燃比センサ１６０から信号が出
力されていないときには、ステップ４０２に進み前述し
たオープン制御によりフィードバック補正係数ＦＡＦを
定めてこのルーチンを抜ける。リッチ・リーン信号が出
力されているときにはステップ４０６に進み、比例・積
分制御（ＰＩ制御）処理を実行する。以下、図７に示し
たフローチャートにしたがって、ＰＩ制御処理について
説明する。 【００４３】ステップ４０６においてＰＩ制御処理が実
行されると、ステップ４２２に進む。ステップ４２２で
は、空燃比がリッチであるかを判断する。本実施例で
は、空燃比センサ１６０から信号が出力されているとき
は空燃比がリッチであると判断する。ここで、信号が検
出され空燃比がリッチであると判断されるとステップ４
２６に進む。ステップ４２６では前回の検出結果と比較
し、リーンからリッチに反転したか否かを判断する。こ
こで、リーンからリッチに反転したと判断されると、ス
テップ４２８においてフィードバック補正係数ＦＡＦ−
α（αはスキップ量）を新たなフィードバック補正係数
ＦＡＦとするとともに、リーンからリッチに反転がない
とステップ４２６で判断されたときにはステップ４２７
でフィードバック補正係数ＦＡＦ−β（βは積分量，α
＞β）を新たなフィードバック補正係数ＦＡＦとする。
そして、ステップ４２９に進み、現代制御未実施フラグ
Ｆ１をＦ１＝１にして、このルーチンを抜ける。その
後、図４のステップ５００に進み、数式１２に基づいて
ステップ３００における基本燃料噴射量ＴP を、ステッ
プ４２７またはステップ４２８において算出されたフィ
ードバック補正係数ＦＡＦおよび補正係数ＦＡＬＬに応
じて補正し、これを燃料噴射量ＴＡＵと設定する。 【００４４】また、ステップ４２２において、空燃比が
リッチでない、つまりリーンであると検出されたときに
はステップ４２３に進む。ステップ４２３では前回の検
出結果と比較してリッチからリーンに反転したか否かを
判断する。リッチからリーンに反転したと判断されると
ステップ４２４に進む。ステップ４２４ではフィードバ
ック補正係数ＦＡＦ＋α（αはスキップ量）を新たなフ
ィードバック補正係数ＦＡＦとする。ステップ４２３に
おいて、リッチからリーンへの反転がないと判断された
ときにはステップ４２５に進み、フィードバック補正係
数ＦＡＦ−β（βは積分量）を新たなフィードバック補
正係数ＦＡＦとする。そして、ステップ４２９に進み、
現代制御未実施フラグＦ１をＦ１＝１にして、このルー
チンを抜ける。その後、図４のステップ５００に進み、
数式１２に基づいてステップ３００における基本燃料噴
射量ＴP を、ステップ４２４またはステップ４２５にお
いて算出されたフィードバック補正係数ＦＡＦおよび補
正係数ＦＡＬＬに応じて補正し、これを燃料噴射量ＴＡ
Ｕと設定する。 【００４５】また、ステップ４０３において、第１の空
燃比センサ１６０が活性化状態にあると判定されたとき
にはステップ４０７に進む。ステップ４０７では空燃比
を検出する限界電流を出力するための電圧（例えば０．
５Ｖ）を第１の空燃比センサ１６０の素子に印加する。
そして、次にステップ４０８において現代制御処理を実
行する。この現代制御処理を示したフローチャートが図
８である。以下、このフローチャートにしたがって説明
する。 【００４６】ステップ４０８においてこのフローチャー
トが実行されると、まず、ステップ４１４においてセン
サ温度に応じた空燃比ガードを設定する。この空燃比ガ
ードは図１０に示すように、ある素子温において限界電
流が安定する範囲で空燃比を取り込むようにしている。
詳しくは、空燃比センサ１６０の素子温が高くなるほど
限界電流が安定するため、空燃比の取り込み範囲を広く
している。次にステップ４１５において、運転状態に応
じた目標空燃比λTGを設定する。そして、次のステップ
４１６において現代制御未実施フラグＦ１がＦ１＝１で
あるかを判定する。つまり、前回の空燃比制御が現代制
御以外の方法で実行されていたかを判定する。ここで、
現代制御未実施フラグＦ１がＦ１＝１であったとき、次
のステップ４１７に進み、現代制御処理を実行するため
の初期設定を行う。 【００４７】具体的には、まず、ステップ４１７におい
て最適フィードバックゲインをあらかじめ定めておいた
ＩＫN （１，２，３，４，Ａ）に設定し、次のステップ
４１８において現代制御未実施フラグＦ１をＦ１＝０と
する。このとき、最適フィードバックゲインＩＫN は、
数式１１の評価関数Ｊにおける重みパラメータＱの重み
パラメータＲに対する比（Ｑ／Ｒ）を（１／５）に設定
することにより定められている。さらに、ステップ４１
９において、次の数式１３に基づいて積分項の初期値Ｚ
Ｉ（Ｋ−１）を演算する。 【００４８】 【数１３】ＺＩ（Ｋ−１）＝ＦＡＦ（Ｋ−１）＋Ｋ２・
ＦＡＦ（Ｋ−１）＋Ｋ３・ＦＡＦ（Ｋ−２）＋Ｋ４・Ｆ
ＡＦ（Ｋ−３）−Ｋ１・λ（Ｋ） ただし、この数式１３において符号λ（Ｋ）は空燃比を
表す。また、この数式１３は次の数式１４より逆演算し
て求めたものである。 【００４９】 【数１４】ＦＡＦ（Ｋ）＝ＺＩ（Ｋ）＋Ｋ１・λ（Ｋ）
−Ｋ２・ＦＡＦ（Ｋ−１）−Ｋ３・ＦＡＦ（Ｋ−２）−
Ｋ４・ＦＡＦ（Ｋ−３） ただし、この数式１４において、符号ＦＡＦはフィード
バック補正係数を表す。 【００５０】ステップ４１９で積分項の初期値ＺＩ（Ｋ
−１）を演算したあとはステップ４２０に進む。また、
ステップ４１６において現代制御未実施フラグＦ１がＦ
１＝１でなかったとき、つまり、前回の空燃比制御が現
代制御にて実行されていたときには、ステップ４１７，
ステップ４１８，ステップ４１９を迂回してステップ４
２０に進む。ステップ４２０では数式１０に基づいて積
分項ＺＩ（Ｋ）を演算する。そして、ステップ４２１で
数式１４に基づいてフィードバック補正係数ＦＡＦを演
算する。フィードバック補正係数ＦＡＦが算出される
と、図４のステップ５００において数式１２の基づいて
ステップ３００における基本燃料噴射量Ｔ p をステップ
４２１におけるフィードバック補正係数ＦＡＦおよび補
正係数ＦＡＬＬに応じて補正し、これを燃料噴射量ＴＡ
Ｕと設定する。 【００５１】以上の処理を実行することにより、図１１
に示すように、第１の空燃比センサ１６０の素子温が約
３００℃となり、第１の空燃比センサ１６０からリッチ
・リーン信号が出力されるとオープン制御からＰＩ制御
へと切り換えられるため、より早く空燃比制御を実行す
ることができるようになる。さらに、素子温が約５３０
℃となり第１の空燃比センサ１６０が活性化されると、
ＰＩ制御から現代制御へと切り換えられ、より正確に空
燃比制御が実行できる。 【００５２】なお、本実施例において、ステップ４０
４，ステップ４０７が電圧印加手段に、ステップ４０６
が第１の空燃比制御実行手段に、ステップ４０８が第２
の空燃比制御実行手段に、ステップ４０３，ステップ４
０５が選択手段にそれぞれ相当し、機能する。また、上
記実施例においては、活性化状態でなく空燃比センサ１
６０から信号が出力されるようになるとＰＩ制御を、活
性化すると現代制御により空燃比制御を行っているが、
これに限ることはなく、例えば空燃比センサが活性化し
てから検出された空燃比に応じてスキップ量または積分
量を変化させるようなＰＩ制御により空燃比制御を実行
するようにしてもよい。 【００５３】 【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、作
動電圧を印加していないときに空燃比センサからリッチ
またはリーンを検出する信号が出力されると第１の空燃
比制御実行手段により空燃比制御を実行するので、従来
の空燃比制御開始時期より早く空燃比制御を実行するこ
とができる。さらに、空燃比センサが活性化すると空燃
比センサ出力の空燃比に応じた空燃比制御を実行するた
め、空燃比センサが活性化するとより正確な空燃比制御
を実行することができる。
量を制御することにより同内燃機関への混合気の空燃比
を目標空燃比に制御する空燃比制御装置に関するもので
ある。 【０００２】 【従来の技術】従来、この種の空燃比制御装置として、
例えば特開平５−５２１４０号公報がある。この公報に
よれば、空燃比センサの半暖機状態をセンサ温度から検
出し、空燃比センサが半暖機状態にある（センサ温度が
約４００℃）と検出されると、比例・積分制御処理によ
り空燃比フィードバック制御を行うようにしている。ま
た、半暖機状態から暖機状態（センサ温度が約６３０
℃）になると現代制御処理によって空燃比フィードバッ
ク制御を行うようにしている。 【０００３】現代制御処理による空燃比フィードバック
制御は空燃比を決定する内燃機関の動的なモデルに基づ
き現実の空燃比を目標空燃比に制御しており、このモデ
ルは内燃機関への燃料供給量と混合気の空燃比との間に
て正確に成立した動的なモデル関係でもって常に構成さ
れる必要がある。しかしながら、空燃比センサは所定温
度（約６３０℃）になるまで安定した出力が得られない
ため、この温度になるまでは現代制御処理による空燃比
フィードバック制御が実行できない。そこで、上記の従
来技術では、空燃比センサは所定温度になるまでは安定
した出力は得られないが、空燃比センサの出力である限
界電流のリッチリーン出力が半暖機状態で得られる（但
し、安定していない）ため、この出力に基づいて比例・
積分制御処理による空燃比フィードバック制御を行うよ
うにしている。これにより、空燃比フィードバック制御
を開始する時期を早めるようにしている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においても空燃比センサが所定温度（約４００
℃）になるまでは比例・積分制御が実行できないため、
その分空燃比制御が遅れ、エミッションが改善されるま
でには至っていない。本発明は空燃比制御の開始時期を
より早めることのできる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。 【０００５】 【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、図１
に示すように作動電圧が印加されていないときには内燃
機関の排出ガスから空燃比がリッチかリーンかのみを検
出し、作動電圧が印加されているときには空燃比を検出
する空燃比センサと、前記空燃比センサに作動電圧を印
加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段による前記空
燃比センサへの作動電圧の印加を停止しているときの前
記空燃比センサの出力に基づいて空燃比制御を実行する
第１の空燃比制御実行手段と、前記電圧印加手段により
前記空燃比センサへ作動電圧を印加しているときの前記
空燃比センサの出力に基づいて空燃比制御を実行する第
２の空燃比制御実行手段と、前記空燃比センサから信号
が出力されているかを判定する信号判定手段と、前記空
燃比センサが活性化しているかを判定する活性化判定手
段とを含み、前記信号判定手段により前記空燃比センサ
から信号が出力されていると判定され、かつ、前記活性
化判定手段により前記空燃比センサが活性化していない
と判定されたとき、前記電圧印加手段による前記空燃比
センサへの作動電圧の印加を停止するとともに空燃比制
御手段として前記第１の空燃比制御手段を選択し、前記
活性化判定手段により前記空燃比センサが活性化してい
ると判定されたとき、前記電圧印加手段に前記空燃比セ
ンサへ作動電圧を印加させるとともに空燃比制御手段と
して前記第２の空燃比制御手段を選択する選択手段とを
備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置を提
供する。 【０００６】 【作用】空燃比センサは作動電圧が印加されていないと
きには内燃機関の排出ガスから空燃比がリッチかリーン
かのみを検出し、作動電圧が印加されているときには空
燃比を検出する。また、電圧印加手段は前記空燃比セン
サに作動電圧を印加し、第１の空燃比制御実行手段は前
記電圧印加手段による前記空燃比センサへの作動電圧の
印加を停止しているときの前記空燃比センサの出力に基
づいて空燃比制御を実行する。第２の空燃比制御実行手
段は前記電圧印加手段により前記空燃比センサへ作動電
圧を印加しているときの前記空燃比センサの出力に基づ
いて空燃比制御を実行する。 【０００７】そして、選択手段は、前記空燃比センサか
ら信号が出力されているかを判定する信号判定手段と、
前記空燃比センサが活性化しているかを判定する活性化
判定手段とを含み、前記信号判定手段により前記空燃比
センサから信号が出力されていると判定され、かつ、前
記活性化判定手段により前記空燃比センサが活性化して
いないと判定されたとき、前記電圧印加手段による前記
空燃比センサへの作動電圧の印加を停止するとともに空
燃比制御手段として前記第１の空燃比制御手段を選択
し、前記活性化判定手段により前記空燃比センサが活性
化していると判定されたとき、前記電圧印加手段に前記
空燃比センサへ作動電圧を印加させるとともに空燃比制
御手段として前記第２の空燃比制御手段を選択する。 【０００８】 【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。本実施例は空燃比センサからリッチ信号が出力され
るまで（センサ温度が約３００℃）はオープン制御を、
リッチ信号が出力されてから空燃比センサの活性化状態
が検出されるまで（センサ温度が約５３０℃）はスキッ
プ積分制御（以下、本実施例では比例・積分（ＰＩ）制
御とする）を、活性化状態が検出されてからは現代制御
によって空燃比制御を行うものである。 【０００９】図２は、４気筒４サイクル型火花点火式内
燃機関（エンジン）１の燃料噴射制御システムに本発明
が適用された例を示している。エンジン１は、その作動
下にて、エアクリーナ１０を通り吸気管２０内に流入す
る空気流をこの吸気管２０内のスロットルバルブ２０ａ
およびサージタンク３０を通りインテークマニホールド
４０内に流入させ、この流入空気流をインテークマニホ
ールド４０内に各燃料噴射弁４１〜４４により噴射され
る燃料タンクからの燃料と混合して混合気を形成し、か
つこの混合気を機関本体５０の各気筒の燃焼室内に供給
して各点火プラグ５１〜５４の点火のもとに燃焼させイ
グゾーストマニホールド６０および三元触媒７０を通し
排気ガスとして排気管８０内に排出する。なお、各点火
プラグ５１〜５４は、ディストリビュータ９０から点火
回路１００との協働により配電される高電圧を受けて点
火する。また、三元触媒７０はインテークマニホールド
６０からの排気ガス中の有害成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯx
等）を低減する役割を果たす。 【００１０】燃料噴射システムは、回転数センサ１１０
を有しており、この回転数センサ１１０は、ディストリ
ビュータ９０に配設されて、機関本体５０の出力軸の現
実の回転数（エンジン１の現実の回転数に相当する）を
検出し、この検出結果に比例する周波数にてパルス信号
を順次発生する。ただし、回転数センサ１１０からのパ
ルス信号の発生数は、エンジン１の２回転（即ち、７２
０°ＣＡ（クランク角））あたり２４個である。 【００１１】スロットルセンサ１２０は、スロットルバ
ルブ２０ａの現実の開度を検出し開度検出信号として発
生する。また、スロットルセンサ１２０は、アイドルス
イッチをも内蔵しており、このアイドルスイッチはスロ
ットルバルブ２０ａの全閉時にこれを検出し全閉検出信
号を発生する。負圧センサ１３０は、吸気管２０内のス
ロットルバルブ２０ａの下流に生ずる現実の負圧を検出
し、負圧検出信号として発生する。 【００１２】水温センサ１４０は、機関本体５０の冷却
系統内の現実の冷却水温を検出し、水温検出信号として
発生する。空気温センサ１５０は吸気管２０内のスロッ
トルバルブ２０ａの上流に流入する空気流の現実の温度
を空気温検出信号として発生する。第１の空燃比センサ
１６０は、排気管８０内の三元触媒７０の上流における
排気ガス中の現実の未燃焼酸素濃度を検出し、酸素濃度
検出信号として発生する。 【００１３】このとき、この酸素濃度検出信号は機関本
体５０に供給される混合気の現実の空燃比λに対しリニ
アな値をとる。第２の空燃比センサ１７０は、排気管８
０内の三元触媒７０の下流における排気ガス中の現実の
未燃焼酸素濃度を検出し酸素濃度検出信号として発生す
る。但し、この第２の空燃比センサ１７０からの酸素濃
度検出信号は、空燃比λが理論空燃比λ0 に対しリッチ
かリーンであるかを表す。 【００１４】マイクロコンピュータ１８０は、ＣＰＵ１
８１，ＲＯＭ１８２，ＲＡＭ１８３，バックアップＲＡ
Ｍ１８４，入力ポート１８５，出力ポート１８６および
バスライン１８７等により構成されており、ＣＰＵ１８
１は、回転数センサ１１０からのパルス信号、スロット
ルセンサ１２０からの開度検出信号および全閉検出信
号、負圧センサ１３０からの負圧検出信号、水温センサ
１４０からの水温検出信号、空気温センサ１５０からの
空気温検出信号、第１の空燃比センサ１６０からの酸素
濃度信号ならびに第２の空燃比センサ１７０からの酸素
濃度検出信号を入力ポート１８５およびバスライン１８
７を通して受け、ＲＯＭ１８２，ＲＡＭ１８３およびバ
ックアップＲＡＭ１８４内の記憶データをバスライン１
８７を通して受けて、コンピュータプログラムを実行
し、この実行中において、バスライン１８７および出力
ポート１８６を介し各燃料噴射弁４１〜４４および点火
回路１００を駆動制御するために必要な演算処理を行
う。ただし、上述のコンピュータプログラムはＲＯＭ１
８２内にあらかじめ記憶されている。 【００１５】また、マイクロコンピュータ１８０はバッ
テリＢａから供給された電源を第１，第２の空燃比セン
サ１６０，１７０に供給するとともに、第１の空燃比セ
ンサ１６０への電源供給を制御している。詳細は後述す
る。次に、現代制御処理による空燃比制御を行うために
設定されている手法を説明する。 【００１６】始めに、制御対象のモデリングについて説
明する。本実施例では、エンジン１の空燃比λを制御す
るシステムのモデルに、無駄時間Ｐ＝３を有する次数１
の自己回帰移動平均モデルを用い、さらに、外乱ｄを考
慮して近似している。まず、自己回帰平均モデルを用い
た空燃比λを制御するシステムのモデルは、次の数式１
により近似できる。 【００１７】 【数１】 λ（Ｋ）＝ａ・λ（Ｋ−１）＋ｂ・ＦＡＦ（Ｋ−３） 但し、この数式１において、符号ＦＡＦはフィードバッ
ク補正係数を表す。また、各符号ａ，ｂは定数を表す。
また、符号Ｋは、最初のサンプリング開始からの制御回
数を示す変数を表す。 【００１８】さらに、外乱ｄを考慮すると、制御システ
ムのモデルは、つぎの数式２で近似できる。 【００１９】 【数２】λ（Ｋ）＝ａ・λ（Ｋ−１）＋ｂ・ＦＡＦ（Ｋ
−３）＋ｄ（Ｋ−１） 以上のようにして近似したモデルに対し、ステップ応答
を用いた回転周期（３６０°ＣＡ（クランク角））サン
プリングで離散化して各定数ａ，ｂを定めること、即
ち、空燃比λを制御する系の伝達関数Ｇを求めることは
容易である。 【００２０】次に、状態変数量ＩＸの表示方法（但し、
ＩＸはベクトル量である）について説明する。上述の数
式２を、次の数式３により表示される状態変数量ＩＸ
（Ｋ）を用いて書き直すと、数式４および数式５のよう
になる。 【００２１】 【数３】ＩＸ（Ｋ）＝〔Ｘ１（Ｋ），Ｘ２（Ｋ），Ｘ３
（Ｋ），Ｘ４（Ｋ）〕T ただし、数式３において、符号Ｔは、転置行列を示す。 【００２２】 【数４】 【００２３】 【数５】Ｘ1 （Ｋ＋１）＝ａＸ1 （Ｋ）＋ｂＸ2 （Ｋ）
＋ｄ（ｋ）＝λ（Ｋ＋１） Ｘ2 （Ｋ＋１）＝ＦＡＦ（Ｋ−２） Ｘ3 （Ｋ＋１）＝ＦＡＦ（Ｋ−１） Ｘ4 （Ｋ＋１）＝ＦＡＦ（Ｋ） 次に、レギュレータの設計について説明する。 【００２４】上述の数式３〜数式５に基づいてレギュレ
ータ設計すると、フィードバック補正係数は、最適フィ
ードバックゲインＩＫ（ベクトル量を有する）に関する
次の数式６、および状態変数量ＩＸ（Ｋ）に関する数式
７を用いて数式８のように表せる。 【００２５】 【数６】ＩＫ＝〔Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 〕 【００２６】 【数７】ＩＸT （Ｋ）＝〔λ（Ｋ），ＦＡＦ（Ｋ−
３），ＦＡＦ（Ｋ−２），ＦＡＦ（Ｋ−１）〕 【００２７】 【数８】ＦＡＦ（Ｋ）＝ＩＫ・ＩＸT （Ｋ） ＝Ｋ１・λ（Ｋ）＋Ｋ２・ＦＡＦ（Ｋ−３）＋Ｋ３・Ｆ
ＡＦ（Ｋ−２）＋Ｋ４・（Ｋ−１） さらに、この数式８において、誤差を吸収させるための
積分項ＺＩ（Ｋ）を加えると、フィードバック補正係数
は、次の数式９によって与えられる。 【００２８】 【数９】ＦＡＦ（Ｋ）＝Ｋ1 ・λ（Ｋ）＋Ｋ2 ・ＦＡＦ
（Ｋ−３）＋Ｋ3 ・ＦＡＦ（Ｋ−２）＋Ｋ4 ・ＦＡＦ
（Ｋ−１）＋Ｚ1 （Ｋ） なお、上述の積分項ＺＩ（Ｋ）は、目標空燃比λTGおよ
び現実の空燃比λ（Ｋ）間の偏差と積分定数Ｋａとから
決まる値であって、次の数式１０により与えられる。 【００２９】 【数１０】 ＺＩ（Ｋ）＝ＺＩ（Ｋ−１）＋Ｋａ・（λTG−λ
（Ｋ）） 図３は、上述のようにモデルを設計した空燃比λの制御
システムのブロック線図を表す。図３において、フィー
ドバック補正係数ＦＡＦ（Ｋ）をＦＡＦ（Ｋ−１）から
導出するために（１／Ｚ）変換を用いて表示したが、こ
れは過去のフィードバック補正係数ＦＡＦ（Ｋ−１）を
ＲＡＭ１８３に記憶しておき、次の制御タイミングで読
み出して用いている。 【００３０】また、図３において、一点鎖線で囲まれた
ブロックＰ１が、空燃比λ（Ｋ）を目標空燃比λTGにフ
ィードバック制御している状態にて状態変数量ＩＸ
（Ｋ）を定める部分であり、ブロックＰ２が、積分項Ｚ
1 （Ｋ）を求める部分（累積部）であり、かつ、ブロッ
クＰ３が、ブロックＰ１で定められた状態変数量ＩＸ
（Ｋ）とブロックＰ２で求められた積分項Ｚ1 （Ｋ）と
から今回のフィードバック補正係数ＦＡＦ（Ｋ）を演算
する部分である。 【００３１】次に、最適フィードバックゲインＩＫおよ
び積分定数Ｋａの決定について説明する。最適フィード
バックゲインおよび積分定数Ｋａは、例えば、次の数式
１１で示される評価関数Ｊを最小にすることで設定でき
る。 【００３２】 【数１１】 【００３３】ただし、この数式１１において、評価関数
Ｊは、フィードバック補正係数ＦＡＦ（Ｋ）の動きを制
約しつつ空燃比λ（Ｋ）と目標空燃比λTGとの偏差を最
小にすることを意図したものである。また、フィードバ
ック補正係数ＦＡＦ（Ｋ）に対する制約の重み付けは、
重みのパラメータＱ，Ｒの値によって変更できる。従っ
て、重みのパラメータＱ，Ｒの値を種々変えて最適な制
御特性が得られるまでシミュレーションを繰り返して、
最適フィードバックゲインＩＫおよび積分定数Ｋａを定
めればよい。 【００３４】さらに、最適フィードバックゲインＩＫお
よび積分定数Ｋａは、量モデル定数ａ，ｂに依存してい
る。従って、現実の空燃比λを制御する系の変動（パラ
メータ変動）に対するシステムの安定性（ロバスト性）
を保証するためには、各モデル定数ａ，ｂの変動分を見
込んで最適フィードバックゲインＩＫおよび積分定数Ｋ
ａを設定する必要がある。 【００３５】よって、シミュレーションは、各モデル定
数ａ，ｂの現実に生じうる変動を加味して行い、安定性
を満足する最適フィードバックゲインＩＫおよび積分定
数Ｋａを定める。以上、制御対象のモデリング、状態変
数量の表示方法、レギュレータの設計並びに最適フィー
ドバックゲインおよび積分定数の決定について説明した
が、これらは、予め決定されており、本実施例において
は、上述の数式７および数式８のみを用いて燃料噴射制
御システムにおける空燃比制御を行う。 【００３６】以上のように構成した本実施例において、
燃料噴射制御システムを作動状態におけば、マイクロコ
ンピュータ１８０のＣＰＵ１８１が、図４のフローチャ
ートにしたがい、ステップ２００にてコンピュータプロ
グラムの実行を開始し、ステップ３００にて、エンジン
１の３６０°ＣＡ毎に回転数センサ１１０から生ずる各
パルス信号に応答し、同回転数センサ１１０から順次生
ずるパルス信号の周波数に応じて内燃機関１の回転数Ｎ
e を演算し、この回転数Ｎe 、負圧センサ１３０からの
負圧検出信号の値（以下、負圧ＰＭという）等に基づ
き、インテークマニホールド４０内への燃料の基本噴射
量Ｔp を演算し、コンピュータプログラムを空燃比演算
処理ルーチン４００（図５参照）に進める。 【００３７】このステップ４００にて実行される処理を
示したフローチャートが図５である。ステップ４００に
て空燃比演算処理（ＦＡＦ設定処理）が実行されると、
まず、ステップ４０１においてフィードバック条件が成
立しているかを判定する。ここで、フィードバック条件
とは、例えば機関本体５０の冷却水温が所定水温（２０
℃）以上であること等である。 【００３８】ここで、フィードバック条件が成立してい
ないときにはステップ４０２に進む。そして、ステップ
４０２においてオープン制御を実行する。このオープン
制御処理ルーチンを示したフローチャートが図６であ
る。図６において、オープン制御が実行されると、ステ
ップ４０９にてフィードバック補正係数ＦＡＦをＦＡＦ
＝１とセットし、次のステップ４１０にて現代制御未実
施Ｆ１をＦ１＝１とセットする。ただし、Ｆ１＝１は現
代制御以外の制御で空燃比制御が実行されていることを
示している。このようにして、ＦＡＦ設定ルーチン４０
０がステップ４１０にて終了すると、ＣＰＵ１８１が図
４のステップ５００にてオープン制御のもとに、次の数
式１２に基づき、ステップ３００における基本噴射量Ｔ
p を補正係数ＦＡＬＬに応じ補正し、これを燃料噴射量
ＴＡＵとして設定する。 【００３９】 【数１２】ＴＡＵ＝ＦＡＦ・ＴP ・ＦＡＬＬ 一方、図５のステップ４０１にて、フィードバック条件
が成立していると判定されるとステップ４０３に進み、
第１の空燃比センサ１６０が活性化状態（安定した信号
を出力できる温度状態）にあるかを判定する。以下に、
具体的な活性化状態の判定方法を説明する。第１の空燃
比センサ１６０の活性化状態判定方法として、本実施例
では空燃比センサヒータ抵抗値によるものを採用してい
る。 【００４０】図９（ａ）は素子温に対するヒータ温度の
関係を示したものである。この図において、第１の空燃
比センサ１６０が活性化する活性化温度（５３０℃）の
とき、ヒータ温度は６００℃〜６８０℃となる。このば
らつきはヒータ熱効率のばらつきから生じるものであ
る。また、第１の空燃比センサ１６０のヒータ抵抗の抵
抗値はヒータ温度の上昇とともに大きくなる特性を有し
ている。この特性を示した図が図９（ｂ）である。この
図において、ヒータ抵抗が２．３Ω以上のときはヒータ
温が少なくとも６８０℃以上となり、第１の空燃比セン
サ１６０が活性化していることがわかる。 【００４１】なお、第１の空燃比センサ１６０の活性化
判定方法としては、上記方法に限らず、例えば第１の空
燃比センサ１６０の素子温と１対１の関係にある素子の
インピーダンスを直接測定するものでもよい。以上のよ
うな方法で第１の空燃比センサ１６０の活性化状態を判
定し、活性化状態でないと判定されるとステップ４０４
に進む。ステップ４０４では第１の空燃比センサ１６０
の素子に印加する電圧を０Ｖにする。このように印加電
圧を０Ｖとすることにより、空燃比センサ１６０は空燃
比がリッチのときに信号を出力するようになる。よっ
て、信号が出力されているときには空燃比がリッチ、信
号が出力されていないときには空燃比がリーンであると
判定することができる。次にステップ４０５に進み、第
１の空燃比センサ１６０から信号が出力されているかを
判定する。このとき、エンジン始動後はだいたいにおい
て空燃比はリッチ側に制御されているため、出力信号に
より空燃比のリッチ・リーンを判定できるまで空燃比セ
ンサ１６０が活性化しているとき（センサ温度が約３０
０℃）にはリッチ信号が出力される。 【００４２】ここで、空燃比センサ１６０から信号が出
力されていないときには、ステップ４０２に進み前述し
たオープン制御によりフィードバック補正係数ＦＡＦを
定めてこのルーチンを抜ける。リッチ・リーン信号が出
力されているときにはステップ４０６に進み、比例・積
分制御（ＰＩ制御）処理を実行する。以下、図７に示し
たフローチャートにしたがって、ＰＩ制御処理について
説明する。 【００４３】ステップ４０６においてＰＩ制御処理が実
行されると、ステップ４２２に進む。ステップ４２２で
は、空燃比がリッチであるかを判断する。本実施例で
は、空燃比センサ１６０から信号が出力されているとき
は空燃比がリッチであると判断する。ここで、信号が検
出され空燃比がリッチであると判断されるとステップ４
２６に進む。ステップ４２６では前回の検出結果と比較
し、リーンからリッチに反転したか否かを判断する。こ
こで、リーンからリッチに反転したと判断されると、ス
テップ４２８においてフィードバック補正係数ＦＡＦ−
α（αはスキップ量）を新たなフィードバック補正係数
ＦＡＦとするとともに、リーンからリッチに反転がない
とステップ４２６で判断されたときにはステップ４２７
でフィードバック補正係数ＦＡＦ−β（βは積分量，α
＞β）を新たなフィードバック補正係数ＦＡＦとする。
そして、ステップ４２９に進み、現代制御未実施フラグ
Ｆ１をＦ１＝１にして、このルーチンを抜ける。その
後、図４のステップ５００に進み、数式１２に基づいて
ステップ３００における基本燃料噴射量ＴP を、ステッ
プ４２７またはステップ４２８において算出されたフィ
ードバック補正係数ＦＡＦおよび補正係数ＦＡＬＬに応
じて補正し、これを燃料噴射量ＴＡＵと設定する。 【００４４】また、ステップ４２２において、空燃比が
リッチでない、つまりリーンであると検出されたときに
はステップ４２３に進む。ステップ４２３では前回の検
出結果と比較してリッチからリーンに反転したか否かを
判断する。リッチからリーンに反転したと判断されると
ステップ４２４に進む。ステップ４２４ではフィードバ
ック補正係数ＦＡＦ＋α（αはスキップ量）を新たなフ
ィードバック補正係数ＦＡＦとする。ステップ４２３に
おいて、リッチからリーンへの反転がないと判断された
ときにはステップ４２５に進み、フィードバック補正係
数ＦＡＦ−β（βは積分量）を新たなフィードバック補
正係数ＦＡＦとする。そして、ステップ４２９に進み、
現代制御未実施フラグＦ１をＦ１＝１にして、このルー
チンを抜ける。その後、図４のステップ５００に進み、
数式１２に基づいてステップ３００における基本燃料噴
射量ＴP を、ステップ４２４またはステップ４２５にお
いて算出されたフィードバック補正係数ＦＡＦおよび補
正係数ＦＡＬＬに応じて補正し、これを燃料噴射量ＴＡ
Ｕと設定する。 【００４５】また、ステップ４０３において、第１の空
燃比センサ１６０が活性化状態にあると判定されたとき
にはステップ４０７に進む。ステップ４０７では空燃比
を検出する限界電流を出力するための電圧（例えば０．
５Ｖ）を第１の空燃比センサ１６０の素子に印加する。
そして、次にステップ４０８において現代制御処理を実
行する。この現代制御処理を示したフローチャートが図
８である。以下、このフローチャートにしたがって説明
する。 【００４６】ステップ４０８においてこのフローチャー
トが実行されると、まず、ステップ４１４においてセン
サ温度に応じた空燃比ガードを設定する。この空燃比ガ
ードは図１０に示すように、ある素子温において限界電
流が安定する範囲で空燃比を取り込むようにしている。
詳しくは、空燃比センサ１６０の素子温が高くなるほど
限界電流が安定するため、空燃比の取り込み範囲を広く
している。次にステップ４１５において、運転状態に応
じた目標空燃比λTGを設定する。そして、次のステップ
４１６において現代制御未実施フラグＦ１がＦ１＝１で
あるかを判定する。つまり、前回の空燃比制御が現代制
御以外の方法で実行されていたかを判定する。ここで、
現代制御未実施フラグＦ１がＦ１＝１であったとき、次
のステップ４１７に進み、現代制御処理を実行するため
の初期設定を行う。 【００４７】具体的には、まず、ステップ４１７におい
て最適フィードバックゲインをあらかじめ定めておいた
ＩＫN （１，２，３，４，Ａ）に設定し、次のステップ
４１８において現代制御未実施フラグＦ１をＦ１＝０と
する。このとき、最適フィードバックゲインＩＫN は、
数式１１の評価関数Ｊにおける重みパラメータＱの重み
パラメータＲに対する比（Ｑ／Ｒ）を（１／５）に設定
することにより定められている。さらに、ステップ４１
９において、次の数式１３に基づいて積分項の初期値Ｚ
Ｉ（Ｋ−１）を演算する。 【００４８】 【数１３】ＺＩ（Ｋ−１）＝ＦＡＦ（Ｋ−１）＋Ｋ２・
ＦＡＦ（Ｋ−１）＋Ｋ３・ＦＡＦ（Ｋ−２）＋Ｋ４・Ｆ
ＡＦ（Ｋ−３）−Ｋ１・λ（Ｋ） ただし、この数式１３において符号λ（Ｋ）は空燃比を
表す。また、この数式１３は次の数式１４より逆演算し
て求めたものである。 【００４９】 【数１４】ＦＡＦ（Ｋ）＝ＺＩ（Ｋ）＋Ｋ１・λ（Ｋ）
−Ｋ２・ＦＡＦ（Ｋ−１）−Ｋ３・ＦＡＦ（Ｋ−２）−
Ｋ４・ＦＡＦ（Ｋ−３） ただし、この数式１４において、符号ＦＡＦはフィード
バック補正係数を表す。 【００５０】ステップ４１９で積分項の初期値ＺＩ（Ｋ
−１）を演算したあとはステップ４２０に進む。また、
ステップ４１６において現代制御未実施フラグＦ１がＦ
１＝１でなかったとき、つまり、前回の空燃比制御が現
代制御にて実行されていたときには、ステップ４１７，
ステップ４１８，ステップ４１９を迂回してステップ４
２０に進む。ステップ４２０では数式１０に基づいて積
分項ＺＩ（Ｋ）を演算する。そして、ステップ４２１で
数式１４に基づいてフィードバック補正係数ＦＡＦを演
算する。フィードバック補正係数ＦＡＦが算出される
と、図４のステップ５００において数式１２の基づいて
ステップ３００における基本燃料噴射量Ｔ p をステップ
４２１におけるフィードバック補正係数ＦＡＦおよび補
正係数ＦＡＬＬに応じて補正し、これを燃料噴射量ＴＡ
Ｕと設定する。 【００５１】以上の処理を実行することにより、図１１
に示すように、第１の空燃比センサ１６０の素子温が約
３００℃となり、第１の空燃比センサ１６０からリッチ
・リーン信号が出力されるとオープン制御からＰＩ制御
へと切り換えられるため、より早く空燃比制御を実行す
ることができるようになる。さらに、素子温が約５３０
℃となり第１の空燃比センサ１６０が活性化されると、
ＰＩ制御から現代制御へと切り換えられ、より正確に空
燃比制御が実行できる。 【００５２】なお、本実施例において、ステップ４０
４，ステップ４０７が電圧印加手段に、ステップ４０６
が第１の空燃比制御実行手段に、ステップ４０８が第２
の空燃比制御実行手段に、ステップ４０３，ステップ４
０５が選択手段にそれぞれ相当し、機能する。また、上
記実施例においては、活性化状態でなく空燃比センサ１
６０から信号が出力されるようになるとＰＩ制御を、活
性化すると現代制御により空燃比制御を行っているが、
これに限ることはなく、例えば空燃比センサが活性化し
てから検出された空燃比に応じてスキップ量または積分
量を変化させるようなＰＩ制御により空燃比制御を実行
するようにしてもよい。 【００５３】 【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、作
動電圧を印加していないときに空燃比センサからリッチ
またはリーンを検出する信号が出力されると第１の空燃
比制御実行手段により空燃比制御を実行するので、従来
の空燃比制御開始時期より早く空燃比制御を実行するこ
とができる。さらに、空燃比センサが活性化すると空燃
比センサ出力の空燃比に応じた空燃比制御を実行するた
め、空燃比センサが活性化するとより正確な空燃比制御
を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成要件を示したブロック図である。
【図２】本発明を用いた実施例の概略構成図である。
【図３】現代制御理論における動的なモデルのブロック
図である。 【図４】ＣＰＵにて実行されるＴＡＵ設定処理のフロー
チャートである。 【図５】ＣＰＵにて実行されるＦＡＦ設定処理のフロー
チャートである。 【図６】ＣＰＵにて実行されるオープン制御処理のフロ
ーチャートである。 【図７】ＣＰＵにて実行されるＰＩ制御処理のフローチ
ャートである。 【図８】ＣＰＵにて実行される現代制御処理のフローチ
ャートである。 【図９】（ａ），（ｂ）は空燃比センサの活性化状態を
判定する方法の説明を示した説明図である。 【図１０】空燃比と各空燃比センサとセンサ温度との関
係において空燃比の取り込み範囲を示すグラフである。 【図１１】各空燃比センサのセンサ電流ｉとセンサ温度
との関係を空燃比Ａ／Ｆをパラメータとして示すグラフ
である。 【符号の説明】 １ エンジン ４１〜４４ 燃料噴射弁 １６０ 第１の空燃比センサ １８０ マイクロコンピュータ Ｂａ バッテリ
図である。 【図４】ＣＰＵにて実行されるＴＡＵ設定処理のフロー
チャートである。 【図５】ＣＰＵにて実行されるＦＡＦ設定処理のフロー
チャートである。 【図６】ＣＰＵにて実行されるオープン制御処理のフロ
ーチャートである。 【図７】ＣＰＵにて実行されるＰＩ制御処理のフローチ
ャートである。 【図８】ＣＰＵにて実行される現代制御処理のフローチ
ャートである。 【図９】（ａ），（ｂ）は空燃比センサの活性化状態を
判定する方法の説明を示した説明図である。 【図１０】空燃比と各空燃比センサとセンサ温度との関
係において空燃比の取り込み範囲を示すグラフである。 【図１１】各空燃比センサのセンサ電流ｉとセンサ温度
との関係を空燃比Ａ／Ｆをパラメータとして示すグラフ
である。 【符号の説明】 １ エンジン ４１〜４４ 燃料噴射弁 １６０ 第１の空燃比センサ １８０ マイクロコンピュータ Ｂａ バッテリ
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(56)参考文献 特開 平５−52140（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−19960（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−6037（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−182645（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−223347（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−219327（ＪＰ，Ａ)
実開 昭62−190840（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F02D 41/00 - 41/40
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 作動電圧が印加されていないときには内
燃機関の排出ガスから空燃比がリッチかリーンかのみを
検出し、作動電圧が印加されているときには空燃比を検
出する空燃比センサと、 前記空燃比センサに作動電圧を印加する電圧印加手段
と、 前記電圧印加手段による前記空燃比センサへの作動電圧
の印加を停止しているときの前記空燃比センサの出力に
基づいて空燃比制御を実行する第１の空燃比制御実行手
段と、 前記電圧印加手段により前記空燃比センサへ作動電圧を
印加しているときの前記空燃比センサの出力に基づいて
空燃比制御を実行する第２の空燃比制御実行手段と、 前記空燃比センサから信号が出力されているかを判定す
る信号判定手段と、前記空燃比センサが活性化している
かを判定する活性化判定手段とを含み、前記信号判定手
段により前記空燃比センサから信号が出力されていると
判定され、かつ、前記活性化判定手段により前記空燃比
センサが活性化していないと判定されたとき、前記電圧
印加手段による前記空燃比センサへの作動電圧の印加を
停止するとともに空燃比制御手段として前記第１の空燃
比制御手段を選択し、前記活性化判定手段により前記空
燃比センサが活性化していると判定されたとき、前記電
圧印加手段に前記空燃比センサへ作動電圧を印加させる
とともに空燃比制御手段として前記第２の空燃比制御手
段を選択する選択手段とを備えることを特徴とする内燃
機関の空燃比制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27685293A JP3458425B2 (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27685293A JP3458425B2 (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07127502A JPH07127502A (ja) | 1995-05-16 |
| JP3458425B2 true JP3458425B2 (ja) | 2003-10-20 |
Family
ID=17575313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27685293A Expired - Fee Related JP3458425B2 (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3458425B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3887871B2 (ja) * | 1997-04-14 | 2007-02-28 | 株式会社デンソー | 内燃機関の空燃比制御装置 |
| JP5556387B2 (ja) * | 2010-06-01 | 2014-07-23 | トヨタ自動車株式会社 | 可変バルブシステムの制御装置 |
| JP7437341B2 (ja) * | 2021-03-26 | 2024-02-22 | 日立Astemo株式会社 | 空燃比制御装置 |
| WO2023181292A1 (ja) * | 2022-03-24 | 2023-09-28 | 日立Astemo株式会社 | 空燃比制御装置 |
-
1993
- 1993-11-05 JP JP27685293A patent/JP3458425B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07127502A (ja) | 1995-05-16 |
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