JPH0412151A - 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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JPH0412151A JP2111768A JP11176890A JPH0412151A JP H0412151 A JPH0412151 A JP H0412151A JP 2111768 A JP2111768 A JP 2111768A JP 11176890 A JP11176890 A JP 11176890A JP H0412151 A JPH0412151 A JP H0412151A
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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〉 本発明は、内燃機関の空燃比を制御する装置に関し、特
に排気還流装置を備える一方、空燃比センサを排気浄化
触媒の上流側及び下流側に備え、これら２つの空燃比セ
ンサの検出値に基づいて空燃比を高精度にフィードバッ
ク制御する装置に関する。
〈従来の技術〉 従来の一般的な内燃機関の空燃比制御装置としては例え
ば特開平１−１３４７４９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ＴｐＣ＝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
の信号によって設定される空燃比フィードバック補正係
数（空燃比補正量）を用い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Ｔ、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燃
料噴射弁に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。
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排気浄化触媒（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■
。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ＡＬＰＰをリーン（リッチ
）に転じた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）していき
燃料供給量Ｔ１を増量（ｆｉ量）補正することで空燃比
を理論空燃比近傍に制御する。
ところで、上記のような通常の空燃比フィードバック制
御装置では１個の空燃比センサを応答性を高めるため、
できるだけ燃焼室に近い排気マニホールドの集合部分に
設けているが、この部分は排気温度が高いため空燃比セ
ンサが熱的影響や劣化により特性が変化し易く、また、
気筒毎の排気の混合が不十分であるため金気筒の平均的
な空燃比を検出しにくく空燃比の検出精度に難があり、
引いては空燃比制御精度を悪くしていた。
この点に鑑み、排気浄化触媒の下流側にも空燃比センサ
を設け、２つの空燃比センサの検出値を用いて空燃比を
フィードバック制御するものが擾案されている（特開昭
６１−２３７８５２号公報参照）。
即ち、下流側の空燃比センサは燃焼室から離れているた
め応答性には難があるが、排気浄化触媒の下流であるた
め、排気成分（ＨＣ，Ｃｏ、ＮＯｘ等）の影響や劣化に
よる特性の変化を生じにくく、排気中の毒性成分による
被毒量が少ないため、被毒による特性変化も受けにくく
、しかも排気の混合状態がよいため金気筒の平均的な空
燃比を検出できる等上流側の空燃比センサに比較して、
高精度で安定した検出性能が得られる。
そこで、２つの空燃比センサの検出値に基づいて前記同
様の演算によって夫々設定される２つの空燃比フィード
バック補正係数を組み合わせたり、或いは上流側の空燃
比センサにより設定される空燃比フィードバック補正係
数の制御定数（比例分や積分分）、上流側の空燃比セン
サの出力電圧の比較電圧や遅延時間を補正すること等に
よって上流側空燃比センサの出力特性のばらつきを下流
側の空燃比センサによって補償して高精度な空燃比フィ
ードバック制御を行うようにしている。
また、このものでは、過渡運転時（加減速時）には上流
側の空燃比センサによる空燃比フィードバック制御の応
答遅れ等により、空燃比変化が大きく、この間にも下流
側の空燃比センサによる空燃比フィードバック制御を行
うと、空燃比が過補正されてしまう０例えば、加速時に
は下流側の空燃比センサによる空燃比フィードバック制
御によってリッチ側に過補正される結果、加速終了後に
目標空燃比への戻りに遅れが大きく、最悪の場合は空燃
比が大きく発散して、その間燃費の悪化。
排気エミッシぢンの悪化、出力の悪化等を招（こととな
る（第６図参照）。
このため、スロットル弁が全閉か否か、或いはスロット
ル弁開度、吸入空気流量、吸入空気圧。
機関回転数、車速の何れかの変化率が所定値以上か否か
を判定して過渡運転を検出し、過渡運転時には下流側空
燃比センサによる空燃比フィードバック制御を停止して
過補正の防止を図っている。
〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記のように下流側の空燃比センサによ
る空燃比フィードバック制御を停止する過渡運転の判定
方式では、過渡の程度が大きい時には有効であるが、空
燃比フィードバック補正係数の反転が十分可能な程度の
過渡の程度が低い運転状態の検出は、精度が低く検出の
遅れ時間も大きいため良好な検出性能が得られず、空燃
比の過補正を効果的に防止できるものではなかった。
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、上流側の空燃比センサの出力を監視しつつ下流側の
空燃比センサによる空燃比フィードバック制御の実行、
停止を決め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、機関の排気通路
に備えられた排気浄化触媒の上流側及び下流側に夫々設
けられ、空燃比によって変化する排気中特定気体成分の
濃度比に感応して出力値が変化する第１及び第２の空燃
比センサと、前記第１の空燃比センサの出力値に応じて
第１の空燃比補正量を演算する第１の空燃比補正量演算
手段と、 前記第２の空燃比センサの出力値に基づいて第２の空燃
比補正量を演算する第２の空燃比補正量演算手段と、 前記第１の空燃比補正量と第２の空燃比補正量とに基づ
いて最終的な空燃比補正量を演算する空燃比補正量演算
手段と、 を含んで構成される内燃機関の空燃比制御装置において
、 前記第１の空燃比センサによる第１の空燃比補正量の平
均値を演算する平均値演算手段と、前記第１の空燃比補
正量の平均値の変化蓋が所定値を超えた場合は、超えて
から所定値以内に戻って所定時間を経過するまでの間、
前記空燃比補正量設定手段における空燃比補正量の演算
に際して第２の空燃比補正量を所定値に固定する第２の
空燃比補正量固定手段と、を備えて構成した。
〈作用〉 第１の空燃比補正量演算手段は、第１の空燃比センサか
らの検出値に基づいて、第１の空燃比補正量を設定し、
第２の空燃比補正量設定手段は、第２の空燃比センサか
らの検出値に基づいて、第２の空燃比補正量を演算する
。
一方、平均値演算手段は、第１の空燃比補正量の平均値
を演算する。
そして、前記第１の空燃比補正量の平均値が所定値以下
である場合には、空燃比補正量演算手段により、第１及
び第２の空燃比センサからの検出値に基づいて設定され
た第１の空燃比補正量及び第２の空燃比補正量とによっ
て最終的な空燃比補正量を演算する。
また、前記第１の空燃比補正量の平均値の変化量が所定
値を超えた場合は、第２の空燃比補正量固定手段により
、超えてから所定値以内に戻って所定時間を経過するま
での間は、第２の空燃比補正量を所定値に固定し、この
固定された第２の空燃比補正量と、第１の空燃比補正量
とに基づいて空燃比補正量演算手段により最終的な空燃
比補正量を演算する。
〈実施例〉 以下に、本発明の実施例を図面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
分には気筒毎に燃料供給手段としての電磁式の燃料噴射
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がら圧送されてプレ
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。
一方、排気通路１８にはマニホールド集合部に排気中酸
素濃度を検出することによって吸入混合気の空燃比を検
出する第１の空燃比センサ１９が設けられ、その下流側
の排気管に排気中のＣＯ，ＨＣの酸化とＮｏ、の還元を
行って浄化する排気浄化触媒としての三元触媒２０が設
けられ、更に該三元触媒２０の下流側に第１空燃比セン
サと同一の機能を持つ第２の空燃比センサ２１が設けら
れる。
更に、第２図で図示しないディストリビュータ、′ には、クランク角センサ２２が内蔵されており、該クラ
ンク角センサ２２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図及び第４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１０Ｉｔｓ）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２４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Ｔ、を次式によって演算する。
Ｔ、＝ＫＸＱ／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Ｃ０ＥＦ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
ルーチンにより設定されたフィードバック補正係数ＡＬ
ＰＰを読み込む。
ステップ４では、バッテリ電圧値に基づいて電圧補正分
子、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（燃料供給量）Ｔ
＋を次式に従って演算する。
Ｔ　＋　　＝　ＴＰ　　Ｘ　ＣＯＥ　Ｆ　ＸＡＬＰＰ十
Ｔ３ステップ６では、演算された燃料噴射弁Ｔ１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Ｔ１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を行う
運転条件であるか否かを判定する。運転条件を満たして
いないときには、このルーチンを終了する。この場合、
フィードバック補正係数ＡＬＰＰは全開のフィードバッ
ク制御終了時の値若しくは一定の基準値にクランプされ
、フィードバック制御は停止される。
ステップ１２では、第１の空燃比センサ１９からの信号
電圧■。２及び第２の空燃比センサ２１からの信号電圧
Ｖ′。２を入力する。
ステップ１３では、ステップ１１で入力した信号電圧Ｖ
ＯＺと目標空燃比（理論空燃比）相当の基準値ＳＬとを
比較し、空燃比がリーンからリッチ又はリッチからリー
ンへの反転時か否かを判定する。
反転時と判定されたときはステップ１４へ進み、現在の
空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＰｏと前回の第１
の空燃比センサ１９検出の空燃比反転時の空燃比フィー
ドバック補正係数ＡＬＰＰ−、との平均値ＡＬＰＡＶＥ
ｏ（＝　（ＡＬＰＰ、　＋ＡＬＰＰ−＋）　／２）を演
算する。
ステップ１５では、前記演算された平均値ＡＬＰＡＶＥ
。
と前回の平均値ＡＬＰＡＶＥ−、との偏差ＤＩｔＬＰＡ
ＶＥ即ち平均値ＡＬＰＡＶＥの変化量を演算する。
ステップ１６では、ステップ１５で演算された平均値の
偏差の絶対値＋ＤＡＬＰＡＶＥ　　ｌと過渡運転判定用
の正の基準値ＲＤＡＬＲＣとを比較する。
そして、ＩＤＡＬＰＡＶＥ　　ｌ≦ＲＤＡＬｌ？Ｃと判
定された時には、過渡運転ではないと判断してステップ
１７へ進み、第２の空燃比センサ２１による第２の空燃
比補正量（後述する空燃比フィードバック補正係数設定
用の比例骨の補正量ＰＨ０５）の設定更新を停止させる
停止フラグＦＳＰがセットされているか否かを判定する
。
そして、停止フラグＦＳＰがセットされていない時には
ステップ１８へ進み、第２の空燃比センサ２１からの信
号電圧ｖ’。、と目標空燃比（理論空燃比）相当の基準
値ＳＬとを比較する。
そして、空燃比がリッチ（■“。、＞ＳＬ）と判定され
たときにはステップ１９へ進み、前回の比例分捕正量Ｐ
Ｈ０５−１（又は機関回転数Ｎ、基本燃料噴射量Ｔｐ等
で区分された運転領域毎に比例分捕正量をそのまま若し
くは加重平均環の学習を行って記憶しておき、対応する
運転領域から検索して得た値）から所定値ＤＰＩＯ５を
差し引いた値を新たな比例分捕正量Ｐ　ＨＯＳとして更
新設定した後、ステップ２４へ進む。
また、空燃比がリーン（Ｖ′。、＜　Ｓ　Ｌ）と判定さ
れたときにはステップ２０へ進み、同様にして得た比例
分捕正量ＰＲＯ３−，に所定値叶ＨＯＳを加算した値を
新たな比例分捕正量Ｐ　ＨＯＳとして更新設定した後ス
テップ２４へ進む。
また、ステップ１６テｌ　ＤＡＬＰＡＶＥ　　ｌ　＞Ｒ
ＤＡＬＲＣト判定された時には、ステップ２１へ進み前
述の停止フラグＦＳＰを１にセットすると共に、第２の
空燃比補正量の設定更新停止の遅延期間を計測するカウ
ンタＣ０ＵＮＴの値を０リセツトした後、ステップ１８
〜ステツプ２０を経由することなくステップ２４へ進む
。したがって、比例分捕正量Ｐ　ＨＯＳは更新されるこ
となく、前回値（前述の学習を行う場合は検索値）に固
定される。
またへステップ１７で停止フラグＦＳＰがセットされて
いると判定された時にはステップ２２へ進み、前述のカ
ウンタＣ０ＵＮＴの値をカウントアツプした後、ステッ
プ２３へ進んで所定値Ｃ０ＵＮＴ、と比較しカウント値
Ｃ０ｔｌＮＴ≦Ｃ０ＵＮＴｏの場合は、比例分捕正量Ｐ
　ＨＯＳの更新、学習を行うことなくステップ２４へ進
む。ここで、所定値Ｃ０ＵＮＴ、は排気が第１の空燃比
センサ１９から第２の空燃比センサ２１に至るまでの遅
れ時間と三元触媒２０の０□ストレ一ジ容量分による第
２の空燃比センサ２１の第１の空燃比センサ１９に対す
る応答遅れ時間に相当して設定されている。
一方、カウント値Ｃ０ｔｌＮＴ　＞Ｃ０ＵＮＴ（１の場
合にはステップ２４へ進み、比例分捕正量Ｐ　ＨＯＳの
設定更新を再開する。
ステップ２４では、第１の空燃比センサ１９によるリッ
チ、リーン判定を行い、リーン−リッチの反転時にはス
テップ２５へ進んで、空燃比フィードバック補正係数Ａ
ＬＰＰ設定用のリッチ反転時に与える減少方向の比例骨
Ｐｌを基準値Ｐえ。から前記比例分捕正量Ｐ　ＨＯＳを
減少した値で更新する。次いで、ステップ２６で空燃比
フィードバック補正係数ＡＬＰＰを現在値から前記比例
骨Ｐ。を滅じた値で更新する。
又、リッチ−リーンの反転時にはステップ２７へ進み、
空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＰ設定用のリーン
反転時に与える増加方向の比例骨ＰＬを基準値ＰＬＩＩ
に比例分捕正量Ｐ　ＨＯＳを加算した値で更新する。次
いで、ステップ２８で空燃比フィードバック補正係数Ａ
ＬＰＰを現在値に前記比例骨ＰＬを加算した値で更新す
る。
また、ステップ１３で第１の空燃比センサ１９の出力が
反転時でないと判定された時には、ステップ２９へ進ん
でリッチ、リーン判定を行い、リッチ時はステップ３０
へ進んで空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＰを現在
値から積分分１つを減少した値で更新し、リーン時はス
テップ３１へ進んで積分分ＩＬを加算した値で更新する
。
ここで、ステップ２４〜ステップ３１０部分でステップ
２５．ステップ２７による比例骨の補正を除いて空燃比
フィードバック補正係数ＡＬＰＰを設定する機能が第１
の空燃比センサ１９による第１の空燃比補正量演算手段
に相当し、ステップ１８〜ステツプ２０で比例分捕正量
Ｐ　ＨＯＳを設定する機能が第２の空燃比補正量演算手
段に相当し、ステップエ４の機能が平均値演算手段に相
当し、ステップ１５〜ステップ１７．　ステップ２１〜
ステツプ２３によりステップ１８〜ステツプ２０をジャ
ンプする機能が第２の空燃比補正量固定手段に相当し、
更新設定若しくは固定された比例分捕正量Ｐ　ＲＯＳに
より補正された比例分を使用しつつ、空燃比フィードバ
ック補正係数ＡＬＰＰを演算するステップ２６．ステッ
プ２８．ステップ３０．ステップ３１の機能が空燃比補
正量演算手段に相当する。
かかる構成とすれば、程度の低い過渡運転も空燃比フィ
ードバック補正係数の平均値の変化量の大きさに基づい
て高精度で応答良く検出することができ、該検出された
過渡運転時及びその影響による第２の空燃比センサ２１
の応答遅れ時間分だけ比例分捕正量Ｐ　ＲＯＳを固定し
て空燃比フィードバック補正係数を設定するため、過渡
運転時の比例分補正による空燃比のズレの影響を可及的
に取り除くことができ、良好な空燃比フィードバック制
御を維持できる。ここで、空燃比フィードバック補正係
数の平均値の演算は第１の空燃比補正量と第２の空燃比
補正量との双方を含んだ値の平均値であるが、第２の空
燃比補正量である比例分捕正量ＰＨ０５の影響は過渡運
転判定のための平均値の演算には無視できるので、その
まま使用して十分な精度を得られる。
尚、本実施例では第１の空燃比センサ１９の検出値に基
づく空燃比フィードバック制御を基調としつつ、その空
燃比フィードバック補正係数の比例分を第２の空燃比セ
ンサの検出値に基づいて補正するものに適用した例を示
したが、これに限らず夫々の空燃比センサによって空燃
比フィードバック補正係数を設定し、双方の値を合成し
て得た空燃比フィードバック補正係数を使用したり、第
１の空燃比センサによる空燃比フィードバック制御を行
いつつ、リッチ、リーン判定の基準値ＳＬや出力遅延時
間を第２の空燃比センサの検出で補正したりするような
ものにも適用できる。
〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、排気浄化触媒の上
流側及び下流側に空燃比センサを備え、これら雨空燃比
センサの検出値に基づいて空燃比フィードバック制御を
行うものにおいて、第１の空燃比補正量の平均値の変化
量によって過渡運転を検出したため、程度の低い過渡運
転も高精度で応答良く検出することができ、該検出され
た過渡運転時及びその影響による第２の空燃比センサの
応答遅れ時間分だけ第２の空燃比補正量を固定して最終
的な空燃比補正量を演算設定するため、過渡運転時の第
２の空燃比補正量に基づく補正による空燃比のズレの影
響を可及的に取り除くことができ、良好な空燃比フィー
ドバック制御を維持できる。
【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図は本発
明の一実施例の構成を示す図、第３図は同上実施例の燃
料噴射量設定ルーチンを示すフローチャート、第４図は
同じく空燃比フィードバック補正係数設定ルーチンを示
すフローチャート、第５図は同上実施例による空燃比フ
ィードバック制御時の各部の状態を示す線図、第６図は
従来例による空燃比フィードバック制御時の各部の状態
を示す線図である。 １１・・・内燃機Ｍ　　　１６・・・コントロールユニ
ット１９・・・第１の空燃比センサ　　２０・・・三元
触媒２１・・・第２の空燃比センサ 特許出願人　　　日本電子機器株式会社代理人　弁理士
　笹　島　　冨二雄

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 　機関の排気通路に備えられた排気浄化触媒の上流側及
    び下流側に夫々設けられ、空燃比によって変化する排気
    中特定気体成分の濃度比に感応して出力値が変化する第
    １及び第２の空燃比センサと、前記第１の空燃比センサ
    の出力値に応じて第１の空燃比補正量を演算する第１の
    空燃比補正量演算手段と、 前記第２の空燃比センサの出力値に基づいて第２の空燃
    比補正量を演算する第２の空燃比補正量演算手段と、 前記第１の空燃比補正量と第２の空燃比補正量とに基づ
    いて最終的な空燃比補正量を演算する空燃比補正量演算
    手段と、 を含んで構成される内燃機関の空燃比制御装置において
    、 前記第１の空燃比センサによる第１の空燃比補正量の平
    均値を演算する平均値演算手段と、前記第１の空燃比補
    正量の平均値の変化量が所定値を超えた場合は、超えて
    から所定値以内に戻って所定時間を経過するまでの間、
    前記空燃比補正量設定手段における空燃比補正量の演算
    に際して第２の空燃比補正量を所定値に固定する第２の
    空燃比補正量固定手段と、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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