JPS6165044A

JPS6165044A - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPS6165044A
Application number: JP18563284A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Ishigami; 石上　和宏
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1984-09-05
Filing date: 1984-09-05
Publication date: 1986-04-03

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】（産ヱ」二の利用号野）本発明は内燃間開の空燃比制ａｌｌ装置、特に酸素セン
サの信号に基づきフィードバック制御する空燃比制御Ｖ
Ｃ置に関する。

（従来の技術）排気ブス対策からダ［気系に三元触媒が設けられるが、
この三元触媒は混合気の空燃比が理論空燃比付近で最ら
有効に＋■・ｈ　＜ため二元触媒１．流の排気管に設け
た酸素センサからの信号に暴づき混合気を理論空燃比付
近に保持する空燃比フィードバック制御がなされる。こ
の場合酸素センサの出力電圧はｆ５７図のように埋揄空
燃比を境に急変する特性を有するので、出力電圧がハイ
レベルにあればｉＨ合電気力環１論空燃１七よりらン農
い（りンチ側）として（ｒｉ、合気をｉ＜するように噴
射〒、を制御し、ローレベルにあれば混合気がＦｌ！論
空虚空燃比も薄い（リーン側）として混合気を濃くする
ように噴射量を制御し混合気を理論空燃比付近に保持す
るのである。

しかし、酸素センサの検Ｊｔ精度は使用場所の温度、即
ち排気温度に大きく彩管さｒｔ湯温度低い場合には活性
化が十分でないことから高い検出精度が（）られず、こ
のため空燃比制御自体の制御精度を不満足なものにして
しまう。そこで、酸素センサの活性状態を暖気後に判別
し、活性状態が判別されない場合にはフィードバック制
御を行わないようにした装置が提案されている（例えば
実開昭５！ｌ−１４９！１：１４号参照）、このような
装置では２つの条件が成立した場合に酸素センサが活性
状態にあると１＝り別する。ここに条件の１は始動後４
秒以上経過していることで、制御をマイクロコンピュー
タにて行うものであれば、マイクロコンピュータのもつ
タイマとスタータスイッチからこの条件を判別すること
ができる。条件の２は酸素センサの出力電圧が正常、即
ち所定の領域に収まっていることであり、正常か否かの
１゛り別は予め定めたスライスレベルとの比較により行
う。具体的に述べると、酸素センサの入力回路は第５図
のように構成される。即ち酸素センサ８（）は内部抵抗
８２を有する電ａ８１と等価であり、この酸素センサ８
０に］　ｈ、１Ωの抵抗８３を介して０．３〜ｌの定電
圧電源を接続すると、バッファアンプ８４を介してＡ　
／　Ｄ変換２Ｗ　８５に入力する入力電圧Ｖ　Ｃ’）　
２は第６図のようになる。ここに第６図は酸素センサの
取り付は部の排気温度ＴＩ：対する入力端子＼１０２の
電圧特性であり、酸素センサは排気により加熱されると
内部抵抗８２が次第に小さくなり活性化する。この活性
ｆＩ域においては前述のように第７図の電圧特性が得ら
れるのであり、ＶＯ２はハイレベルとローレベルの２つ
の電位を有１ａ比の変動に伴いこの２つの電位を行さ釆
する。このためＶＯ２がＶ　ＣＩ−Ｓ　Ｒ（リッチ側の
スライスレベル）よりら火あるいはＶＯ２がＶＣＬＳＬ
（リーン側のスライスレベル）よりも小である領域にあ
れば、酸素センサは正常に作動していると判別すること
がでさる。従ってこれら２つの条ｆｔがｉＩ４たされて
いる場合に酸素センサは十分に活性化されているとｆＱ
別することができるのである。

犬にこうした始φｈ後の酸素センサの活性状態の判別に
つき更に説明すると、ｆＰＪ８図はマイクロコンピュー
タを用いた場合の７０−チャートで、制御は開開回頓に
同期して１回転毎に行われる。なおヂノタル制御を行う
ためステップ４０では＼ｌＯ２をＡ／Ｄ変換している。

空燃比のフィードバック制御は前述のようにステップ４
７にて始動後４秒ＰｉＡしていることがｆｑ別され、か
つステップ４８〜５４にてＶＯ２が正常であると判別さ
れた場合にのみ行なりｔｕる。＼ｌＯ２が正常であるか
杏かはスｆ　ノフ４　Ｉｔ　、　４９１：　’？：　Ｖ
ＣＬ　Ｓ　Ｌ　、　Ｖ　ＣＬ　Ｓ　Ｒとの比較によりｔ
ｑ別され、ＶＯ２がＶＣＬＳＬよりら小あるいはＶＯ２
が＼／ＣＬＳＲよりも犬である場合に正常であると判別
する。そして正常であると判別されるとステップ５１，
５２にてカウンタのカウンタ値を１だけ減少あるいは増
加する。

こうした判別は（蔑閃回転毎に行なわれるためカウンタ
値は積拌され、ステップ５３．５４にて連続して１（）
回転以上正常であると１“ｑ別されると、初めてステッ
プ５６にて空燃比補正係数αがｉｉ’［算される。ここ
にαは噴射量の目標値と′Ｘ際の噴射量とのｌｉｌ！ｆ
ｆｉに基づくフィードバンク補正量を決定する因子であ
る。一方ｖｏ２がＶＣＬＳＬとＶＣＬＳＲの間にあると
きはＶＯ２は正常でないと判別されるのでステップ５０
にてカウンタ値を初期値であるＯに戻し、この場合には
ステップ５５にてａを１．０とする。なお、ａ＝ｌ、Ｏ
はフィードバンク制御が行なわれないことを示す。ステ
ップ４７で始動後４秒経過していないとさも同様にαを
１゜０とする。こうして始動後に酸素センサの活性状態
が判別されない場合にはフィードバック制御を外すよう
にして空燃比制御の誤まった＋ｔ＋動を防止している。

（発明が解決しようとする問題点）このような装置では酸素センサの活性状態の判別をＶＯ
２とスライスレベルであるＶ　Ｃｌ−Ｓ　ＲあるいはＶ
ＣＬＳＬとの比較により行うため、例えば酸素センサが
ショートしていると、ＶＯ２がＶＣＬ　Ｓ　１．　ｌ：
りら小さくなりＶＯ２が正常でないのに酸素センサは活
性状態にあると判別される。また酸素センサがＶＣＬＳ
　Ｒ以上の電圧の点と接続したりすると、ＶＯ２がＶＣ
ＬＳＲよりら大さくなり同様に酸素センサは活性状態に
あると判別される。こうした酸素センサからの正常でな
い信号に基づいて誤まった５２！燃比のフィードバック
制御がなされると、実際の空燃比は理論空燃比から大き
く外れ燃１？や断気エミッションの悪化を招きあるいは
磯関が停止することもある。

本発明は活性化する前の酸素センサの不活性状聾を１゛
り別ｒることにより酸素センサからの’Ａ　’ｒｌ’；
なｍ号に基づく誤まった制御を回避する空燃比制御装置
を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）第１図は本発明を明示するための金体？＋Ｗ成図である
。２は基本噴射量演算手段で、運転状態検出手段１にて
検出される運転パラメータ、例えば吸入空気量、は間開
転数に基づいて燃料噴射制御手段６から間開に供給され
る燃料の基本噴射辛、を演１ｒる。４はフィードバック
補正量演算手段で、排気管に設けられる酸素センサ３か
らの４３号に基づり１でフィードバックｌＩｕ正蚤を演
休し、加算手段５はこの補正ｔ１を前記基本噴ｑｔ電に
加算する。こうして、１コ合一（が理論空燃比は近とな
るｋうにフィードバンク制御を行う空燃比制御装置が構
成されるが、杢２明はこの装置１こ酸素センサが活性化
する前の運転状態を判別ｒる運転状態判別手段７と、こ
の運転１゛り別時に酸素センサの不活性状態を判別する
Ｆ活性状態１゛弓別丁段８と、酸素センサの出力が（；
活性状態になｌ、Ｘ場合は空燃比のフィードバックｆｆ
１ｌｌ　ＯＬｔ　中Ｉｆ：　ｔ　ル中＋Ｌ　手１２９　
トラ（ｉｌｌ　ｉ−ル。

（作用）酸素センサが活性化する前には活性化後の出力電圧が得
られることはなく、この時点で活性化後の出力電圧が得
られるということは、酸素センサがショートしていると
かあるいはＶ　ＣＬ　Ｓ　Ｒ以ｊ−の電圧点に接続され
ているといっｒこ異、スなイご号が出力されているとい
うことを示す、従ってこうした異常があるままでフィー
ドパ／りｉｌｌ　ａ９がなされると、誤まっｒこ制御に
塙づ＜・ト只合を生じてしまうが、本発明では酸素セン
サが活性化する曲の運転状態において酸素センサの出力
が不活性状態にあるか杏かを判別することにより酸素セ
ンサの異常がｔｑ別され、この場合にはフィードバック
制御が中止されるので、誤まった制御に基づ＜＠費や８
％エミノシ３ンの悪化あるいは１閃停止といった運斬不
良を防止することができることになる。

（実施例）第２図は本発明の一文施例の概略構成図である。

図中基本パルス演算手段２４はエア７０−メータ２１に
て検出される吸入空気’＄Ｑａとクランク角センサ２２
にて検出される開開回転数Ｎとから燃料噴射弁ｉ９に出
力される駆動信号の基本パルス幅Ｔｐ（＝に−Ｑｎ／Ｎ
、ただしＫは定数）を演算あるいはテーブルルックアッ
プにより求める。２３は排気中に残存する酸素濃度によ
り起電力を発生する酸素センサで、この電圧（Ｈ号は酸
素センサ入力回路２５に入力する。空燃比補正係数演算
手段２６は、酸素センサ入力＠路２５からＡ／Ｄ変換器
（１２Ｉ示せず）に入力する入力電圧■ｏ２に基づいて
空燃比補正係数αをｐヰする。なおαはフィードバック
制御をしない場合には１．０とされる。

噴射パルス演９手段２７はＴｐに対し他の運転パラメー
タに１り演算される？！ｒ＋’ｌｌの宿敵係数の和Ｃ０
ＥＦ並びにαを采算して噴射パルス幅Ｔ　ｉ（＝　Ｔｐ
−Ｃｏ　Ｅ　Ｆ−（Ｆ　＋Ｔｓ、ただしＴｓは無効パル
ス幅）を演算する。増部、係数には例えば水温増量係数
、アイドル後増量係数、始動後増量係ｖ！Ｌ等がある。

燃料噴射制御ｆ１Ｆ父２８は噴射パルスれｉ（ユ＋ｔ！
ｉ２７にて演算されるＴｉに応じて噴射弁２９を開弁駆
動する。

次に３２は始動時判別手段でスタータスイッチ３０から
のオン、オフ（ｉｔ号と機関水温を検出する水７漬セン
サ３１からの水ＴＷ＋　１５号とを人力し、スタータス
イッチ３０がオン（こありかつ磯閏水Ｑ　Ｔが５　＋１
　’（：以下にある場合に間開のコールドスタート時で
あるとｔｑ別し、この場合に比較手段３３を作動させる
。比較手段３３は入力電圧ｖ０２とスライスレベルのＶ
ＣＬＳＬあるいはｖＣＬＳＲ（〉ＶＣＬＳＬ）、！＝を
比較し、ＶＯ２が■ＣＬＳＬ、！−ＶＣＬＳＲのＩｎ＋
にある場合は酸素センサ２３は不活性状態にある（正常
である）と判別し、ＶＯ２がＶＣＬＳＲよ’）も大アｂ
　イＩｆ　Ｖ　Ｏ２ｈ’　Ｖ　ＣＬ　Ｓ　Ｌよりも小で
ある場合には不活性状態にない（異常があるンとｆＱ別
する。中止手段３４は比較手段３３での比較結果に基づ
き酸素センサ２３が不活性状態にある場合に空燃比補正
係数演算手段２６を１ヤ勤させろが、不活性状態にない
場合には空燃比補正係数演算手段２６の作動を中止する
。なお、エア７０−メータ２１は酸素センサ２３による
宏燃比制御を行ノ】ないとさでも１民間本ｉ＋２＋１に
供給される混合気か工１１１論空燃比付近となるように
トリミングされている。

こうした碑成はマイクミコ／ピユータを用いても同様に
（１η成され、第３図、第４図はこの場合の制奸内容を
示すフローチャートである。４０〜５６．１ｉｆｌ−７
２は各ステップを小（、これらの制御演算はは間開転に
同期して１回転毎に行なわれる。

なお、’−テノフ４　ｆｔ　テＩｆ　Ｖ　（１７，ヲＡ
　／　Ｄ変換Ｌ　Ｉ’Ｊ下のデノタル制１ｌｌｌが行な
われる。先に始動後に行なわれろ酸素センサ２ｊ）の活
性状態のｔり別につぃて泄べると、ステップ４７にて始
動後所定時間（１砂・）経過しているかごｉかｆ−Ｉ’
ｌｌ別し、所定時間経過している場訃：ニステ／ブ・１
８〜５・ｔにて＼１０２の値が１「：’：ｆであるか盃
かを１゛す別する。即ちステップ４）ｉ＋、、：てＶＯ
２とＶｃＬｓＩ５．！：　全比較Ｌ　Ｖ　Ｏ２カ＼ｆ　
Ｃ１，Ｓ　１．　Ｌりら小である場合にステップ５１に
てカウンタ値を１だけ減少する。＼ｌＯ２がＶＣＬＳＩ
−以−にであればステップ４つに進む。ステップ４つに
て＼’Ｏ＋とＶＣ［−４ＳＲとを比較ＬＶＯ２がＶ　Ｃ
Ｌ、　Ｓ　Ｉｔ上りら人である場合にステップ５２にて
カラ／り（直を１だけ増加する。＼・′０２が＼・’Ｃ
Ｉ、８ＬとＶ　Ｓ　１．、　Ｓ　Ｒの１ハ１にあるとき
はステップ５゜にてカランタイ直を０にする。ステップ
５３，５．４ではカラ／り値が１（）以にあるいは一１
０以下であるか否かをｆり別しカウンタ値が１０以上あ
るいは一１０以下になるとステップ５６に移りａを演算
する。カウンタ値が１（）を越えない場合あるいはカラ
／り値が−１０より大きい場合はステップ５５にてａを
１，０にする。即ち酸素センサ２３が活性状態にある場
合にカウンタ値が減少、増加さ！することになり、こう
しｒこｔｑ別かは関回伝に同期して行なわれ、活性状態
が連続して１ｏ回以上１”ｌ　′Ａｌｌされたときに初
めてαの演算、が行なわれる５それ以外では酸素センサ
２３が活性状態にないとしてαは演算されない。

次にステップ５６にて行なわバるσの１ν（痒Ｉこつい
てさらに詳述ｒる。第４図において７ラグＦＬＡＧは特
定の状態を示すレノスタの一種で、ＦＬＡ　Ｇ　＝　１
は混合気が理論空燃比らリッチ側にあることを示ｒ。す
なＪフちステップ６０における前回の状＝ｔｑ別の結果
とステップ６１あるいはステップ６５における１回の状
態判別の結果とからαの値を決定する。即ちＦＬＡＧが
１でありＶＯ２がスライスレベル５ＬＬＯＷより小さい
場合はリッチ側からリーン側に切替わったと判別してス
テップ６２．６３にでＦＬＡＧを０にするとともに前回
のαに比例分Ｐ　Ｌ　（＝　０．０４５）を加算して今
回のαとする。またＦＬＡＧが１でありＶＯ２がＳ　Ｌ
　Ｌ　ＯＷ以−ヒである場合はリッチ側を継続している
としてステップ６４にて前回のａから積分分１（＝０．
００３）を誠江して今回のａとする。一方ＦＬＡ　Ｇが
１でなく＼−’０２がスライスレベルＳ　Ｉ−ＩＴ　Ｉ
ＧＨ（＞ＳＬ、１．、ＯＷ）上り大きい場合はリーン側
からリッチ側に切替わったと判別してステップ６６゜６
７にてＦ　Ｌ、　ｔ＼Ｇを１にするとともに６１ｊ回の
αがら比例分ＰＲ（＝　０．０４５）を滅ｎして今回の
ａとする。またＦ　Ｌ　Ａ　Ｇが１でなく＼Ｉ０２がＳ
　Ｌ　ＨＩ　（ｉ［１以下である場合はリーン側を継続
しているとしてステップ６８にて前回のａｌ：積分分）
を加痒して今回のａとする。即も理論空燃比を越えてリ
ッチ側あるいはリーン側に移ったときは比例分により応
答良く、また同じ側にあるときは積分分により徐々に噴
射量が増減され混合気はＰ［！論空燃比ｆ寸近に制御さ
れるのである。なお、ａの値には上限値（１，２５１と
下限値（０，７５）とを設けこれらを越えないようにし
ている（ステップ６９〜７２）。

次に始動直後に行われる酸素センサ２３の不活性状態の
判別について述べる。第３図に戻り、酸素センサ２３の
温度が低いときの酸素センサ２３の出力の異常のイ１無
の判別はステップ４１にてスタータスイッチ３０がオン
となっており（（凌閃がクランキ／グの状態にあるとき
）、かつステップ４２にて開開水１ｉＳＴが５０°Ｃ以
下にあるとさ、いわゆるコールドスタート時に打う。始
動後に＃入熱によって酸素センサ２３の温度が一旦上外
してしまうと、そのときの空燃比によりＶＯ２は■ＣＬ
、　Ｓ　Ｒより大きいがあるいはＶ　ＣＬ　Ｓ　Ｌより
小さい電圧となるが、この場合には酸素センサ２３の出
力に異常があり、このために〜ｌＯ２がＶＣＬＳ［？上
り大きいかあるいはｖ　ｃ　＋、　Ｓｌ、　、ｉり小さ
い電Σ丁となっている場合との判別が不可能になる。Ｇ
（：って７［Ｋセンサ２３がショートしているとかある
いはＶＣＬＳＲ以」二の電圧点に接続されているといっ
た異１°：りの有無の判別はコールドスタードロ、？の
ようにＭＪセンサ２３の温度が（氏いときに行わな（で
はならないのである、従って、判別のタイミング１土ク
ランキング中だけでなく、酸素センサ２３のｒ開度が、
ちよ’？　−１：　ｌ’ｌシない々ｆｉ動訂後の所定時
間内としてもよい。コールドスタート時がＭ別されると
ステップ４３，４４ｆ：ＣＶＯ２，！：ＶＣＬＳＲ，Ｖ
ＣＬＳＬとの比較を行い、Ｖ　Ｏ２がｖ　ｃ　ｒ−ｓ　
Ｒよりも大きい場合あるいはＶＯ２がＶ　ＣＩ、Ｓ［−
よりら小さい場合は異常があると刊〃１１シてステップ
４５にて０２　Ｎ　Ｇを１にする。ここに０２ＮＧは特
定の状態を示すレノスタの−４で、０２ＮＧが１である
ことはＶＯ２が異常であることを示す、従ってこの場合
にはステップ５５にてａを１．０とする。

−）ｊ　Ｖ　Ｏ２がＭ　ＣＩ−Ｓ　Ｒ以下の場合あるい
はＶＯ２がＶＣＬＳＬ以上の場合は酸素センサ２３カＴ
　ｉ８　Ｑ　状態１：　１１　ルコト、即１−１Ｖ　０
２　ｈ”Ｉｆ：　：：７であるとｔｔ＋別されるので、
ステ、ブ４（）に進み、ステップ４６にて０２ＮＧが１
であるか否かを判別する。

０２Ｎ（ｉが１でなければ萌述したステップ４７以降の
始動後の活性状態のｔｑ別を行うが、０２　Ｎ　Ｇが１
である場合はｍ１回コールドスタート時に異常があった
ことを意味゛ｒるので今回正常であるとしてもステップ
５５にてａを１．０としてフィードバック制御は行わな
い。

酸素センサ２３はコールドスタート時のように排気温度
Ｔが低い場合は活性化していないため、ＶＯ２は０，３
Ｖあるいはその近くの電圧値となりスライスレベルのＶ
　ＣＬ　Ｓ　ＬとＶＣＬＳＩＩの開にあるはずであるが
、酸素センサ２３がショートあるいはＶ　ＣＬ　Ｓ　Ｒ
以下の電圧と接続していたりして異常がある工唖合はス
テップ４３，４４１こて異常が速やかに検出され、以後
フィードバック制御が中止される。なお、この場合に１
まエア７０−メータ２ｊやクランク角センサ２２等の出
力５３号に従って空燃比の制御を行う、いわゆるオープ
ンループ制御が行われる。このため酸素センサ２３の出
力に異常が生じたとしても、異常な信号に基づくフィー
ドバック制御が誤まってなされるということがなく混合
気が理論中へ比から大きくずれるのを未然に防止するこ
とがでさる６その結果空燃比が理論空燃比からずれるこ
とに伴う排気や燃費の悪化あるいは１蔑関の停止や運転
不良を回避することができるのである。

（発明の効果）本発明は酸素センサが活性化する前の運転状態において
酸素センサの不活性状態を判別することによりＰｌ＆素
センサの出力が不活性状態にない場合には空燃比のフィ
ードバック制御を中止するようにしたので、酸素センサ
の信号＋Ａ當時には酸素センサの信号によらずエア７０
−メータや１関回転等の（３号に〃；づいて空燃比の制
御が行われる二ととなり、空炉、比が理論中へ比から火
きく５［うことかなく、暫し１八やへ費の悪、化の防止
あるいは運転性ト１走やは開停止りのｌＵｉ　＋ｌ：　
Ｉ／：達成ｒることができる。

図ｉｆｉめＦ！Ｊ卓な説明第１図は本発明の構成を明示するｊこめの全体構成図で
ある。ＰＩＳ２図１よ本発明の一実施例の概略構成図、
第３図、第４図は同じ＜　ｆｆ１ｌ＋御内穿を示す７０
−チヤート？ある。第５図は酸素センサの入力回路の回
路ｔ（可成図、！ｊＳ６図は酸素センサ取り付は部の排
気温度ＴＩ：対する入力端子ＶＯ２の電圧特性図、第７
図は空燃比にス・ｔする酸素センサの出力型１ｆの特性
図である。

第８図は従来装置の卸Ｉ御内容を示す７０−チャートで
ある。

１・・・運転状態検出手段、２・・基本噴射量演休手段
、３・・酸素センサ、４・・・フィードバック補正量演
休手段、５・・・加重手段、６・・・燃料噴射制御手段
、７・・・運転状！！！　１゛４別￥Ｘ段、８・・・不
活性状態判別手段、９　・中止手段、２０・・・（１関
本体、２１・・・エア７０−メータ、２２・・クランク
角センサ、２３・・・酸素センサ、２４・・基本パルス
演休手段、２５・酸素センサ入力回路、２６・・・′ｇ
！燃比補正係数演拝手収、２７・・噴射パルス前体手段
、２８・・燃料噴射制御手段、２９・燃料噴射弁、３（
）・・スタータスイッチ、３１・・水温スイッチ、３２
・・・始動時ｔｑ別手段、３３・・比較手段、３４・・
中止手段、８０・・・酸素センサ、８１・・電池、８２
・・・内部抵抗、８３・・・抵抗、８４・・・バッフ７
アンブ、８５・・・Ａ／Ｄ変換器。

特許出願人　　　日産自動車株式会社代理人　弁理士　後　藤　政　喜第４図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

排気管に酸素センサを備え、この酸素センサからの信号
に基づいて空燃比が理論空燃比付近となるようにフィー
ドバック制御を行う内燃機関の空燃比制御装置において
、酸素センサが活性化する前の運転状態を判別する手段
と、この運転判別時に酸素センサの出力が不活性状態に
ない場合は空燃比のフィードバック制御を中止する手段
とを備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置
。