JPH089390Y2

JPH089390Y2 - 内燃機関の空燃比フィードバック制御装置

Info

Publication number: JPH089390Y2
Application number: JP1988115910U
Authority: JP
Inventors: 正信大崎; 昭彦荒木
Original assignee: 株式会社ユニシアジェックス
Priority date: 1988-09-05
Filing date: 1988-09-05
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2003-09-05
Also published as: JPH0237242U

Description

【考案の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本考案は内燃機関の空燃比フィードバック制御装置に
関し、詳しくは、実際の空燃比を目標空燃比に近づける
ように燃料供給量をフィードバック補正する制御装置に
関する。

〈従来の技術〉空燃比フィードバック制御機能を有する電子制御燃料
噴射式内燃機関として、従来、特開昭62−107251号公報
に開示されるようなものがある。

即ち、機関吸入混合気の空燃比と密接な関係にある排
気中の酸素濃度を検出する酸素センサを排気系に設け、
この酸素センサの出力信号と目標空燃比（理論空燃比）
相当のスライスレベルとを比較することにより、実際の
空燃比が目標空燃比に対してリッチであるかリーンであ
るかを検出し、この検出結果に基づいて実際の空燃比を
目標空燃比に近づけるように燃料噴射量（燃料供給量）
を増減補正するための空燃比フィードバック補正係数LA
MBDA（フィードバック補正値）を設定するものである。

ここで、前記空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの
値は、例えば比例積分（P1）制御により変化させ、安定
した制御となるようにしている。これは、前記酸素セン
サの出力信号（出力電圧）と前記スライスレベルとを比
較し、スライスレベルに対して高低がある場合には空燃
比を急激に濃くしたり薄くしたりすることがなく、空燃
比が濃い（薄い）場合には始めに所定の比例分（Ｐ分）
だけ空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを減少させて
（増大させて）、それから所定の積分分（Ｉ分）ずつ徐
々に減少させて（増大させて）いき、空燃比を薄く（濃
く）するように制御するものである。

〈考案が解決しようとする課題〉このように空燃比をフィードバック制御する機能を有
することにより、特に空燃比のズレが発生し易い過渡運
転時にフィードバック制御領域であれば、燃料性状の変
化やマッチングミスや機関バラツキによって空燃比の乱
れが発生しても、この乱れを遅れはあるものの目標空燃
比付近に制御できる。

しかしながら、前記比例積分制御における比例分及び
積分分の制御定数は、定常運転時の空燃比の安定度確保
等の要求からそれ程大きく設定することができないため
に、例えば第７図に示すように、加速運転時において空
燃比のオーバーリーン化又はオーバーリッチ化が発生し
てこれを補正するために空燃比フィードバック補正係数
LAMBDAが基準値（１）から大きく増減設定されると、実
際の空燃比が目標空燃比を横切って空燃比が反転したこ
とによりLAMBDAを基準値近傍に戻す制御（図中斜線示）
を行うときに、LAMBDAを基準値近傍に速やかに収束させ
ることができず、この間における空燃比の乱れによって
ヘジテーションやスタンブルが発生してしまうという問
題があった。

本考案は上記問題点に鑑みなされたものであり、空燃
比フィードバック補正係数LAMBDA（フィードバック補正
値）の基準値に対する収束性を、空燃比安定度を確保し
つつ向上させ得る空燃比フィードバック制御装置を提供
することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉そのため本考案では、第１図に示すように、機関運転
状態を検出する機関運転状態検出手段と、この機関運転
状態検出手段で検出した機関運転状態に基づいて基本燃
料供給量を設定する基本燃料供給量設定手段と、機関排
気成分を検出しこれにより機関吸入混合気の空燃比の目
標空燃比に対するリッチ・リーンを検出する空燃比検出
手段と、この空燃比検出手段で検出した実際の空燃比の
目標空燃比に対するリッチ・リーンに基づいて実際の空
燃比を前記目標空燃比に近づけるように前記基本燃料供
給量を補正するためのフィードバック補正値を所定の制
御定数に基づいて増減設定するフィードバック補正値設
定手段と、前記空燃比検出手段により実際の空燃比の前
記目標空燃比に対するリッチ・リーン状態が反転したこ
とが検出されたときに前記フィードバック補正値の基準
値に対する偏差を検出するフィードバック補正値偏差検
出手段と、前記目標空燃比に対するリッチ・リーン状態
の反転毎に、前記フィードバック補正値偏差検出手段で
検出した偏差に応じて前記制御定数の基本値を補正し、
該補正された制御定数に基づいて前記フィードバック補
正値設定手段におけるフィードバック補正値の増減設定
を行わせるフィードバック制御定数補正手段と、前記基
本燃料供給量設定手段で設定した基本燃料供給量及び前
記フィードバック補正値設定手段で設定したフィードバ
ック補正値に基づいて燃料供給量を設定する燃料供給量
設定手段と、この燃料供給量設定手段で設定した燃料供
給量に基づいて機関に燃料を供給する燃料供給手段と、
を備えて内燃機関の空燃比フィードバック制御装置を構
成するようにした。

〈作用〉かかる構成の空燃比フィードバック制御装置による
と、機関運転状態検出手段で検出した機関運転状態に基
づいて基本燃料供給量設定手段が基本燃料供給量を設定
する。一方、フィードバック補正値設定手段は、空燃比
検出手段で検出した実際の空燃比の目標空燃比に対する
リッチ・リーンに基づいて実際の空燃比を前記目標空燃
比に近づけるように前記基本燃料供給量を補正するため
のフィードバック補正値を所定の制御定数に基づいて増
減設定する。そして、燃料供給量設定手段は、前記基本
燃料供給量とフィードバック補正値とに基づいて燃料供
給量を設定し、燃料供給手段は設定された燃料供給量に
基づいて機関に燃料を供給する。

ここで、前記空燃比検出手段により実際の空燃比の前
記目標空燃比に対するリッチ・リーン状態が反転したこ
とが検出されると、フィードバック補正値偏差検出手段
は前記フィードバック補正値の基準値に対する偏差を検
出する。そして、フィードバック制御定数補正手段は、
前記目標空燃比に対するリッチ・リーン状態の反転毎
に、前記フィードバック補正値偏差検出手段で検出した
偏差に応じて前記制御定数の基本値を補正し、この基本
値を補正して設定された制御定数に基づいて前記フィー
ドバック補正値を増減設定させる。

即ち、実際の空燃比が目標空燃比に対するリッチ状態
（リーン状態）からリーン状態（リッチ状態）へ反転し
たときにフィードバック補正値が基準値に対して大きな
偏差を有していると、それだけ制御定数が基本値から増
大補正されて、大きな偏差を有する状態から速やかに基
準値近傍にまで変化させ得るようにしたものであり、前
記偏差が小さいときには制御定数が増大補正されないの
で、空燃比制御のハンチングを回避して空燃比の安定性
を確保できる。

〈実施例〉以下に本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図において、機関１にはエアクリーナ２から吸気
ダクト3,スロットル弁４及び吸気マニホールド５を介し
て空気が吸入される。吸気マニホールド５のブランチ部
には各気筒毎に燃料供給手段としての燃料噴射弁６が設
けられている。燃料噴射弁６はソレノイドに通電されて
開弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であ
って、後述するコントロールユニット12からの駆動パル
ス信号により通電されて開弁し、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の圧
力に調整された燃料を噴射供給する。

尚、この例はマルチポイントインジェクションシステ
ムであるが、スロットル弁４の上流などに全気筒共通に
単一の燃料噴射弁を設けるシングルポイントインジェク
ションシステムであっても良い。

機関１の燃焼室には点火栓７が設けられていて、これ
により火花点火して混合気を着火燃焼させる。

そして、機関１からは、排気マニホールド8,排気ダク
ト9,三元触媒10及びマフラー11を介して排気が排出され
る。三元触媒10は、排気成分中のCO,HCを酸化し、またN
O_Xを還元して、他の無害な物質に転換する排気浄化装置
であり、その転換効率は混入混合気の空燃比と密接な関
係にある。

コントロールユニット12は、CPU,ROM,RAM,A/D変換器
及び入出力インタフェイスを含んで構成されるマイクロ
コンピュータを備え、各種のセンサからの入力信号を受
け、後述の如く演算処理して、燃料噴射弁６の作動を制
御する。

前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３中に熱線式
のエアフローメータ13が設けられていて、吸入空気流量
Ｑに応じた電圧信号を出力する。

また、クランク角センサ14が設けられていて、４気筒
の場合、クランク角180°毎の基準信号とクランク角１
°又は２°毎の単位信号とを出力する。ここで、前記基
準信号の周期、あるいは所定時間内における前記単位信
号の発生数を計測することにより、機関回転速度Ｎを算
出可能である。

また、機関１のウォータジャケットに冷却水温度Twを
検出する水温センサ15が設けられている。

これらのエアフローメータ13,クランク角センサ14な
どが機関運転状態検出手段に相当する。

また、排気マニホールド８の集合部に空燃比検出手段
としての酸素センサ16が設けられ、排気中の酸素O₂濃度
を介して吸入混合気の空燃比を検出する。

酸素センサ16は、例えば濃淡電池用固体電解質として
用いられる酸素イオン伝導体であるジルコニア（ZrO₂）
チューブの有底円筒状の閉塞端部を排気中に臨ませ、こ
のチューブの内側の大気と外側の排気との酸素濃度の比
により起電力を発生させるものである。そして、ジルコ
ニアチューブの外側の面に酸化触媒として機能する白金
を蒸着してなる白金触媒層を設け、一般的に理論空燃比
よりもリッチ混合気で燃焼させたときに僅かに存在する
O₂とCOなどの未燃成分とを結合させて外側の酸素濃度を
略ゼロにすることにより、内外の酸素濃度比を大きくし
て大きな起電力を発生させる一方、リーン混合気では酸
素濃度差が小さく殆ど電圧が発生せず、第３図に示すよ
うに理論空燃比付近で起電力が急変する周知のリッチ・
リーンセンサである。

更に、スロットル弁４には、スロットル弁４の開度TV
Oをポテンショメータによって検出するスロットルセン
サ17が付設されている。

ここにおいて、コントロールユニット12に内蔵された
マイクロコンピュータのCPUは、第４図〜第６図のフロ
ーチャートに示すROM上のプログラムに従って演算処理
を行い、燃料噴射を制御する。

本実施例において、コントロールユニット12による基
本燃料供給量設定手段，燃料供給量設定手段，フィード
バック補正値設定手段，フィードバック補正値偏差検出
手段，フィードバック制御定数補正手段としての機能
は、前記フローチャートに示されるようにソフトウェア
的に備えられている。

第４図のフローチャートに示すルーチンは、燃料噴射
量演算ルーチンであり、まず、ステップ１では、エアフ
ローメータ13で検出した吸入空気流量Ｑと、クランク角
センサ14からの信号に基づいて算出される機関回転速度
Ｎとを読込む。

次のステップ２では、ステップ１で検出した吸入空気
流量Ｑと機関回転速度Ｎとに基づいて基本燃料噴射量
（基本燃料供給量）Tp（＝Ｋ×Q/N;Kは定数）を演算す
る。

ステップ３では、スロットルセンサ17からの信号に基
づいて検出されるスロットル弁開度TVOの変化率或いは
図示しないアイドルスイッチのONからOFFへの切換わり
に基づく加速補正分、水温センサ15からの信号に基づい
て検出される冷却水温度Twに基づいた水温補正分などを
含む各種補正係数COEFを設定する。

ステップ４では、後述するようにして設定される空燃
比フィードバック補正係数LAMBDAに基づいて実際の空燃
比が目標空燃比に近づくように燃料噴射量をフィードバ
ック補正制御する条件（空燃比フィードバック制御条
件）が成立しているか否かを判別する。尚、空燃比フィ
ードバック制御を停止する（クランプ）する条件は、例
えば、低水温時や高負荷運転時等である。

ステップ４でフィードバック制御条件が成立している
と判別されたときにはステップ５へ進み、後述する第５
図のフローチャートに示すルーチンに従って設定される
空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを読込む。

一方、ステップ４で空燃比フィードバック制御条件が
成立していないと判別されたときには、ステップ６へ進
んで空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを所定のクラ
ンプ値とする。

ステップ５若しくはステップ６で空燃比フィードバッ
ク補正係数LAMBDAを設定すると、次のステップ７では、
バッテリ電圧変化による燃料噴射弁６の有効開弁時間の
変化を補正するための補正分Tsを設定する。

そして、次のステップ８では、下式に従って最終的な
燃料噴射量Tiを演算する。

Ti＝Tp×COEF×LAMBDA＋Ts ステップ９では、演算された燃料噴射量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となると、Ti相当のパル
ス巾をもつ駆動パルス信号が燃料噴射弁６に与えられ
て、燃料噴射が行われる。

第５図のフローチャートに示すルーチンは、空燃比フ
ィードバック補正係数LAMBDAを設定するための比例・積
分制御ルーチンである。

まず、ステップ21では、現在の運転状態が空燃比のフ
ィードバック制御を行う運転領域であるか否かを判別
し、フィードバック制御を行わない運転状態であるとき
にはこのルーチンを終了する。

一方、空燃比フィードバック制御を行う運転状態であ
るときには、ステップ22へ進んで酸素O₂センサ16の出力
電圧Vo₂を読込み、次のステップ23で目標空燃比である
理論空燃比相当のスライスレベル電圧Vrefと比較するこ
とにより実際の空燃比の理論空燃比に対するリッチ・リ
ーンを判定する。

空燃比がリーン（Vo₂＜Vref）のときは、ステップ23
からステップ24へ進んでリッチからリーンへの反転時
（反転直後）であるか否かを判定し、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LAMBDAを前
回値に対して所定の比例定数Ｐ分だけ増大させる。反転
時以外はステップ26へ進んで空燃比フィードバック補正
係数LAMBDAを前回値に対して所定の積分定数Ｉ分だけ増
大させ、こうして、空燃比フィードバック補正係数LAMB
DAを一定の傾きで増大させる。

また、空燃比がリッチ（Vo₂＞Vref）のときは、ステ
ップ23からステップ27へ進んでリーンからリッチへの反
転時（反転直後）であるか否かを判定し、反転時にはス
テップ28へ進んで空燃比フィードバック補正係数LAMBDA
を前回値に対し所定の比例定数Ｐ分だけ減少させる。反
転時以外は、ステップ29へ進んで空燃比フィードバック
補正係数LAMBDAを前回値に対し所定の積分定数Ｉ分だけ
減少させ、こうして空燃比フィードバック補正係数LAMB
DAを一定の傾きで減少させる。

ところで、上記第５図のフローチャートに示す比例・
積分制御ルーチンで用いられる比例定数Ｐ分及び積分定
数Ｉ分は、第６図のフローチャートに示すP,I定数設定
ルーチンで設定される。

即ち、まず、ステップ31では、酸素センサ16からの出
力電圧Vo₂と、第５図のフローチャートに従って設定さ
れる空燃比フィードバック補正係数LAMBDAとを読込む。

そして、次のステップ32では、空燃比のフィードバッ
ク制御を行っている状態（空燃比のフィードバック制御
条件が成立している状態）であるか否かを判定する。

ここで、空燃比のフィードバック制御を行っていると
判定されると、次のステップ33へ進んで酸素センサ16か
らの出力電圧Vo₂に基づいて空燃比のリッチ・リーン状
態が反転したか否かを判定する。そして、前述のステッ
プ24及びステップ27と同様にして空燃比の反転時である
と判定されると、ステップ34へ進み、ステップ31で読込
んだ空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの値からLAMB
DAの基準値である１を減算した値の絶対値を偏差ΔLAMB
DAとする。即ち、前記偏差ΔLAMBDAは、空燃比フィード
バック補正係数LAMBDAの基準値（１）からの偏差の絶対
値を表す値である。

次のステップ35では、前記比例定数Ｐ分及び積分定数
Ｉ分の基本値に（１＋ΔLAMBDA）を乗算して補正演算
し、新たにＰ分及びＩ分を設定する。このようにして、
Ｐ分及びＩ分の基本値を補正演算すれば、空燃比反転時
の空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの値が基準値か
ら大きな偏差を有しているとき程、Ｐ分及びＩ分が増大
補正されることになり、空燃比反転時からこの増大補正
されたＰ分及びＩ分によって空燃比フィードバック補正
係数LAMBDAを比例積分制御することにより、空燃比反転
時に基準値から遠い値であるLAMBDAを速やかに基準値近
傍にまで変化させ得るものである。

従って、例えば、加減速運転時における空燃比のオー
バーリーン若しくはオーバーリッチを補正すべく空燃比
フィードバック補正係数LAMBDAを基準値に対して大きな
偏差を有する値にまで変化させた場合であっても、フィ
ードバック補正結果によって空燃比が反転すると、前記
偏差の増大に応じて大きな制御定数でLAMBDAの戻し制御
が行え、戻し制御の遅れによるヘジテーションやスタン
ブルの発生を回避できるものである。

尚、空燃比反転時のLAMBDAの基準値に対する偏差に基
づいて増減補正されるＰ分及びＩ分の基本値は、例えば
基本燃料噴射量Tpと機関回転速度Ｎとによって複数に区
分される運転領域毎に設定された値であっても良く、ま
た、一定値であっても良い。

〈考案の効果〉以上説明したように本考案によると、機関の過渡運転
時などにおける空燃比の乱れを補正すべくフィードバッ
ク補正値を基準値から大きく増減設定した場合であって
も、空燃比が補正結果によって反転するとそのときのフ
ィードバック補正値の基準値からの偏差の増大に応じて
制御定数が基本値から増大補正されるために、空燃比反
転時から起きな変化割合で補正値を基準値近傍に戻し制
御することができ、かかる戻し制御の遅れによる空燃比
の乱れでヘジテーションやスタンブル等が発生すること
を回避できると共に、フィードバック補正値が基準値近
傍であるときには制御定数が基本値から増大補正されず
空燃比制御性の安定度を確保できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の構成を示すブロック図、第２図は本考
案の実施例を示すシステム概略図、第３図は同上実施例
における空燃比検出手段としての酸素センサの出力特性
図、第４図〜第６図はそれぞれ同上実施例における各種
制御ルーチンを示すフローチャート、第７図は従来の問
題点を説明するためのタイムチャートである。１…機関、６…燃料噴射弁、12…コントロールユニッ
ト、13…エアフローメータ、14…クランク角センサ、15
…水温センサ、16…酸素センサ

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】機関運転状態を検出する機関運転状態検出
手段と、該機関運転状態検出手段で検出した機関運転状
態に基づいて基本燃料供給量を設定する基本燃料供給量
設定手段と、機関排気成分を検出しこれにより機関吸入
混合気の空燃比の目標空燃比に対するリッチ・リーンを
検出する空燃比検出手段と、該空燃比検出手段で検出し
た実際の空燃比の目標空燃比に対するリッチ・リーンに
基づいて実際の空燃比を前記目標空燃比に近づけるよう
に前記基本燃料供給量を補正するためのフィードバック
補正値を所定の制御定数に基づいて増減設定するフィー
ドバック補正値設定手段と、前記空燃比検出手段により
実際の空燃比の前記目標空燃比に対するリッチ・リーン
状態が反転したことが検出されたときに前記フィードバ
ック補正値の基準値に対する偏差を検出するフィードバ
ック補正値偏差検出手段と、前記目標空燃比に対するリ
ッチ・リーン状態の反転毎に、前記フィードバック補正
値偏差検出手段で検出した偏差に応じて前記制御定数の
基本値を補正し、該補正された制御定数に基づいて前記
フィードバック補正値設定手段におけるフィードバック
補正値の増減設定を行わせるフィードバック制御定数補
正手段と、前記基本燃料供給量設定手段で設定した基本
燃料供給量及び前記フィードバック補正値設定手段で設
定したフィードバック補正値に基づいて燃料供給量を設
定する燃料供給量設定手段と、該燃料供給量設定手段で
設定した燃料供給量に基づいて機関に燃料を供給する燃
料供給手段と、を備えてなる内燃機関の空燃比フィード
バック制御装置。