JP2528039B2

JP2528039B2 - 空燃比制御方法

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Publication number: JP2528039B2
Application number: JP2417973A
Authority: JP
Inventors: 正明大神
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1990-12-19
Filing date: 1990-12-19
Publication date: 1996-08-28
Anticipated expiration: 2011-08-28
Also published as: JPH03246339A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の排気ガス浄化
のための空燃比制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの燃料供給装置として、気化器
や燃料噴射装置がある。気化器により空燃比を制御する
ものには、燃料あるいは空気流路にバイパスを設け、電
子制御によりバイパスの流量を制御して空燃比（以下、
Ａ／Ｆという）の最適化を行うものがある。また、燃料
噴射装置によりＡ／Ｆを制御するものには、燃料噴射装
置からの燃料噴射量を制御してＡ／Ｆの最適化を行うも
のがある。これらの燃料供給制御装置においては、エン
ジンの回転数、吸入空気量、あるいはエンジンの水温、
エンジンの発生トルク、吸入空気温等を検出して制御量
を決めるほか、排気ガス中のＡ／Ｆを酸素センサ等によ
り検出して補正するフィードバック形態がとられてい
る。このＡ／Ｆを検出する酸素センサには通常、Ａ／Ｆ
＝１４．７近辺（理論空燃比、すなわちストイキオ点）
にて急激に出力の変化するものが用いられている。

【０００３】第１図は、三元触媒の転換効率及び酸素セ
ンサの出力電圧とＡ／Ｆとの関係を示すものである。

【０００４】同図に示すように、三元触媒の転換効率の
高いＡ／Ｆ点であるストイキオ点では、酸素センサの出
力が急変する。また、この酸素センサは排気ガス温度に
依存して出力値が変化するため、低温時はその出力が小
さく、高温時は大きくなる。第２図はこの出力変化の状
態を示すものであり、図示するように出力は温度により
変化し、センサの内部抵抗も温度変化により変わる。

【０００５】第３図（ａ），（ｂ）は、それぞれ上記の
酸素センサを用いた場合の気化器による空燃比制御シス
テム及び燃料噴射による空燃比制御システムの構成を示
すものである。つまり、気化器による場合は、同図
（ａ）に示すように、スロットル開度センサ１、吸入管
負圧センサ２、エンジン水温センサ３、酸素センサ４及
びエンジン回転センサ５からの出力に基づき、コントロ
ールユニット６が気化器の電磁ソレノイド８を制御す
る。これにより、燃料あるいは空気流路のバイパスが制
御されるため、エンジンに供給すべき混合気のＡ／Ｆが
制御される。一方、燃料噴射による場合は、同図（ｂ）
に示すように、吸入空気量センサ１１、スロットル開度
センサ１、エンジン水温センサ３、酸素センサ４及びエ
ンジン回転センサ５からの出力に基づき、コントロール
ユニット６がインジェクタ１２からの燃料噴射量を制御
する。これにより、エンジンに供給すべき混合気のＡ／
Ｆが制御される。なお、図中符号９はエアクリーナ、１
０は三元触媒装置をそれぞれ示している。

【０００６】ところで、酸素センサ４の出力から理論空
燃比であるストイキオ点を検出する方法としては、第４
図（ａ）に示すように、比較器Ｃの非反転入力端子に供
給すべき比較基準電圧値ＶＳを固定とする固定法があ
る。また、同図（ｂ）に示すように、酸素センサ４から
の高側出力電圧ＶＲの変化に応じて比較基準電圧値ＶＳ
を変化させるＰ法がある。更には、同図（ｃ）に示すよ
うに、酸素センサ４からの高側出力電圧ＶＲに加え低側
出力電圧ＶＬの変化に応じて比較基準電圧値ＶＳを変化
させるＰ−Ｐ法がある。

【０００７】なお、空燃比制御装置に関する先行技術と
しては、例えば、特開昭５４−１６２０２３号公報、特
開昭５５−２３３３８号公報あるいは特開昭５６−１２
９７４０号公報等に開示されたものもある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の酸素センサ４の出力から理論空燃比であるスト
イキオ点を検出する方法では、次のような欠点がある。

【０００９】つまり、第４図（ａ）に示した固定法及び
同図（ｂ）に示したＰ法では、いずれも酸素センサ４の
低温雰囲気中におけるストイキオ点検出の精度が同図
（ｃ）に示したＰ−Ｐ法より劣ってしまう。このため、
上記の固定法あるいはＰ法を第３図（ａ），（ｂ）に示
した空撚比制御装置に用いる場合には、酸素センサ４が
冷えた状態での出力電圧は比較基準電圧ＶＳより低いた
め、高温になるまでの暖機中に至る間、全＜Ａ／Ｆのフ
ィードバック制御を開始することができないという欠点
があった。

【００１０】また、固定法及びＰ法に比べて優れている
Ｐ−Ｐ方法においても、次のような解決しなければなら
ない問題があった。つまり、Ｐ−Ｐ方法における処理と
して、（１）高側（リッチ）電圧ＶＲのピーク電圧と低
側（リーン）出力電圧ＶＬのピーク電圧を記憶させる。（２）この記憶値を時間と共にそれぞれ減じ（増加）し
てゆく。（３）新たに検出した電圧値を常に上記（２）で算出さ
れた現有のピーク値と比較し、その大きい方の値を新た
なピーク値とする。（４）このピーク値間の平均値又は或る分割電圧を演算
してスライスレベルとする。というような手順が必要とされる。

【００１１】このように、処理手順が複雑であるため、
スライスレベルを決定するための処理に要する時間が掛
かりすぎ、制御精度の低下を招いてしまう。

【００１２】更に、上記の特開昭５４−１６２０２３号
公報に示されているものでは、空燃比センサ及び抵抗の
点の電圧のピーク値に応じて遅延時間を設定する。次い
で、空燃比センサ及び抵抗の接続点電圧と基準電圧とを
比較する比較回路の出力信号の立上がり又は立下がりの
遅延時間を変化させることにより、空燃比センサの使用
温度、経時変化を補償するようにしている。しかし、基
準電圧は固定とされているため、エンジンを起動してか
ら直ちにフィードバック制御を行うことはできず、また
ピーク値を保持する手段及び遅延時間を設定する手段が
必要となり、制御系が複雑化してしまうという問題があ
る。

【００１３】更にまた、特開昭５５−２３３３８号公報
に示されたものは、空燃比センサ検出信号を遅延させ、
分圧した値を比較値（比較基準値）とし、空燃比センサ
の検出信号が高レベルから低レベル若しくは低レベルか
ら高レベルに反転変化する点での空燃比が所定空燃比以
上（リーン）になったか以下（リッチ）になったかを判
別することで、空燃比センサの応答遅れを補償するよう
にしたものである。したがって、単に空燃比センサ検出
信号を遅延させ分圧した値を比較値としているだけであ
るから、エンジンの起動してから直ちにフィードバック
制御を行うことができないという問題がある。

【００１４】また、特開昭５６−１２９７４０号公報に
示されたものは、交流結合判別回路により排気ガスセン
サ出力増幅信号を交流結合コンデンサを介して直流成分
の除いた変動分の信号を得る。次いで、この変動分の信
号と変動分の信号を分圧して設定したスライスレベル
（比較基準値）とを比較することにより、リッチ・リー
ンを判別する。そして、排気ガスセンサが充分に活性化
されていない場合、あるいは経時変化により起電力を減
じた場合にも正確に空燃比制御を行うことができるよう
にしたものではある。しかし、これは交流結合コンデン
サや分流抵抗に依存したものであり、これらの素子は製
品毎にばらつきを生じやすい等の問題を有しているた
め、空燃比制御の精度を向上させる上で妨げとなってい
る。

【００１５】本発明は、このような事情に対処して成さ
れたもので、Ａ／Ｆ検出用の酸素センサ信号からストイ
キオ点の検出を正確に行い、常に最適な空燃比が得られ
るようにした空燃比制御方法を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成する手段
として本発明は、エンジン排気ガス成分濃度を検出する
酸素センサの出力値と比較基準値との偏差を検出し、こ
の検出された偏差に基づいてエンジンに供給すべき混合
気の空燃比をフィードバック制御する空燃比制御方法に
おいて、前記酸素センサの出力値の単位時間当たりの変
化量が最も大きい時点での酸素センサ出力値を検出し、
この検出された酸素センサ出力値を前記比較基準値とし
て設定すると共に、設定された前記比較基準値を所定時
間毎に更新することを基本的な特徴としている。

【００１７】

【作用】このような基本的手段を採用した本発明では、
酸素センサの出力値の単位時間当たりの変化量が最も大
きい時点での酸素センサ出力値が比較基準値として設定
され、設定された比較基準値は所定時間毎に更新され
る。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例の詳細を図面に基づい
て説明する。第５図は、本発明の空燃比制御方法の一実
施例に係る空燃比制御装置のコントロールユニットの構
成を示すブロック図である。

【００１９】同図に示すように、コントロールユニット
６には、中央処理装置６１、各種のプラグラム等が格納
されているＲＯＭ６２及びＲＡＭ６３が備えられてい
る。なお、これら中央制御装置６１、ＲＯＭ６２及びＲ
ＡＭ６３は、１個のマイクロコンピュータで構成するこ
とができる。中央処理装置６１には、酸素センサ４、水
温センサ３及び吸入空気量センサ１１等からインターフ
ェイス６４及びＡ／Ｄ変換器６５を介して各種データが
入力されるようになっている。この各種データは、ＲＯ
Ｍ６２に格納されている各種のプログラムに従う中央処
理装置６１によって処理された後にＲＡＭ６３に格納さ
れるようになっている。そして、処理されたデータがイ
ンターフェイス６４を介してインジェクタ、電磁ソレノ
イド等の外部装置６６側に出力されることにより、これ
ら外部装置６６が制御されるようになっている。

【００２０】ここで、エンジンを定常で回転させた場
合、酸素センサ４の出力は、フィードバック制御によ
り、Ａ／Ｆが変化するに従い、第６図に示すように変動
する。この酸素センサ４の出力を高から低又は低から高
へ変化する周期より短い周期（たとえば、２ｍｓｅｃ）
でサンプリングするとストイキオ点付近のＡ／Ｆ変化に
おける酸素センサ４の出力変化は、時間的にみて最も大
きくなり、この点の出力電圧Ｖｏｓを比較基準電圧レベ
ルとすると共に、この出力電圧ＶｏｓをＲＡＭ６３に記
憶させる。次いで、一定時間毎（たとえば２０秒毎）
に、その間に得られた最大変化点電圧をＲＡＭ６３に記
憶させた値と置き換える。

【００２１】このような構成の空燃比制御装置は、次の
ような動作を入う。まず、第７図は酸素センサ４の出力
をサンプリング時間ｔでサンプリングした一例を示すも
のであり、酸素センサ４からの出力がインターフェイス
６４を介してＡ／Ｄ変換器６５に取り込まれると、その
出力はＡ／Ｄ変換器６５によってディジタル信号に変換
される。そして、そのディジタル信号に基づいて酸素セ
ンサ４の出力電圧ＶＣが求められる（ステップ１０
１）。次に、前回求めたｔｎのときの出力電圧ＶＢとの
差であるＶＣ−ＶＢが求められ（ステップ１０２）た
後、前回との差ＶＢ−ＶＡと今回との差ＶＣ−ＶＢとが
比較され（ステップ１０３）、今回の差が大きいか否か
の判断が行われる（ステップ１０４）。

【００２２】この後、今回の差ＶＣ−ＶＢが小さい場合
は退去させ、大きい場合はＢ点の出力電圧ＶＢに、Ｃ点
の電圧ＶＣから電圧ＶＢを減算した値の２分の１をプラ
スした電圧Ｖｓが演算によって求められる（ステップ１
０５）。そして、電圧Ｖｓが比較基準電圧候補としてＲ
ＡＭ６３の比較基準電圧候補エリア６３ａに記憶される
（ステップ１０６）。次に、前回の比較基準電圧を設定
した時点から一定時間（たとえば２０秒）経過したか否
かが判断される（ステップ１０７）。判断の結果、一定
時間経過していた場合には、比較基準電圧候補エリヤ６
３ａに記憶された電圧Ｖｓにより、比較基準電圧エリヤ
６３ｂに記憶されている電圧Ｖｓを更新し（ステップ１
０８）、この更新した電圧Ｖｓを比較基準電圧レベルと
する。このような処理は、ＲＯＭ６２に格納されている
比較基準電圧設定処理プログラムによって一定時間毎あ
るいは一定周期毎に割り込み実行される。

【００２３】ここで、酸素センサ４使用方法には、たと
えば第９図に示すように、酸素センサ４からの出力電流
を増幅器Ａによって増幅させて使用する電流流し出し方
式がある。また、たとえば第１０図に示すように、酸素
センサ４に電源から抵抗Ｒを介して通電させ、酸素セン
サ４の内部抵抗の変動による電位変化を増幅器Ａにより
増幅させて使用する電流流し込み方式もある。

【００２４】そして、電流長し出し方式で行う場合、酸
素センサ４の端子電圧の変化の最も大きい時点の比較基
準電圧とすることによりストイキオ点が検出される。ま
た、電流長し込み方式の場合は、抵抗変化の最も大きい
点の酸素センサ４の両端の電圧を比較基準電圧とするこ
とによりストイキオ点が検出される。

【００２５】ここで、比較基準電圧を更新させるために
は、設定された比較基準電圧を時間経過と共に減少させ
ることにより、次に検出された酸素センサ４の出力変化
量の大きい点の出力を比較基準電圧として置換え易くな
る。また、比較基準電圧がストイキオ点から大きくずれ
るのを防ぐためには、常識的にみてストイキオ点から大
幅にずれる比較基準電圧を比較基準電圧から除外するた
めのリミッタを設けるようにする。

【００２６】このように、本実施例では、酸素センサ４
の所定時間当りの出力変化量の最も大きい点の出力値を
比較基準値とするので、比較基準値が状況に応じて可変
設定され、エンジン起動から直ちに空燃比のフィードバ
ック制御を行うことができる。なお、本実施例において
は、コントロールユニット６を、ディジタル回路によっ
て構成した場合について説明したが、この例に限らずア
ナログ回路によって構成してもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したとおり本発明によれば、酸
素センサの出力値の単位時間当たりの変化量が最も大き
い時点での酸素センサ出力値が比較基準値として設定さ
れ、設定された比較基準値は所定時間毎に更新されるの
であり、この比較基準値と酸素センサの出力値との偏差
に基づいて空燃比がフィードバック制御される。ここ
で、酸素センサの出力値の単位時間当たりの変化量が最
も大きい時点は、空燃比のストイキオ点付近に対応して
いるから、設定され更新される比較基準値はストイキオ
点付近に正確に対応するのであり、酸素センサの出力特
性にバラツキがあつたり、経時的変化があっても常に最
適な空燃比のフィードバック制御を行うことができ、酸
素センサの出力レベルが低いエンジン始動直後からも止
確な空燃比フィードバック制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の三元触媒転換効率と酸素センサ出力電圧
の関係を示す図、第２図はその酸素センサの温度変化に
対する内部抵抗と起電力変化を示す図、第３図（ａ），
（ｂ）は従来の酸素センサを用いた気化器による空燃比
制御システム及び燃料噴射による空燃比制御システムの
構成図、第４図（ａ），（ｂ），（ｃ）は従来の酸素セ
ンサ出力の各種測定方法を示す図、第５図は本発明の空
燃比制御方法の一実施例に係る空燃比制御装置のコント
ロールユニットの構成を示すブロック図、第６図はその
酸素センサの出力変化状態を示す図、第７図は第５図の
酸素センサの出力をサンプリングした状態を示す図、第
８図は第５図のコントロールユニットの動作を示すフロ
ーチャート、第９図及び第１０図はそれぞれ第５図の酸
素センサの出力抽出方法を示す図である。１……スロットル開度センサ、２……吸入管負圧セン
サ、３……エンジン水温センサ、４……酸素センサ、５
……エンジン回転センサ、６……コントロールユニッ
ト、７……気化器、８……電磁ソレノイド、９……エア
クリーナ、１０……三元触媒装置、１１……吸入空気量
センサ、１２……インジェクタ、６１……中央処理装
置、６２……ＲＯＭ、６３……ＲＡＭ、６４……インタ
ーフェイス、６５……Ａ／Ｄ変換器、６６……外部装
置。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジン排気ガス成分濃度を検出する酸素
センサの出力値と比較基準値との偏差を検出し、この検
出された偏差に基づいてエンジンに供給すべき混合気の
空燃比をフィードバック制御する空燃比制御方法におい
て、前記酸素センサの出力値の単位時間当たりの変化量が最
も大きい時点での酸素センサ出力値を検出し、この検出
された酸素センサ出力値を前記比較基準値として設定す
ると共に、設定された前記比較基準値を所定時間毎に更新すること
を特徴とする空燃比制御方法。
【請求項２】前記酸素センサの出力値は、酸素センサの
起電力に応じた出力電圧として検出し、当該出力電圧の
単位時間当たりの変化量が最も大きい時点での出力電圧
を前記比較基準値とすることを特徴とする請求項１記載
の空燃比制御方法。
【請求項３】前記酸素センサの出力値は、酸素センサの
内部抵抗値の変化に応じた出力電圧として検出し、当該
出力電圧の単位時間当たりの変化量が最も大きい時点で
の出力電圧を前記比較基準値とすることを特徴とする請
求項１記載の空燃比制御方法。
【請求項４】設定された前記比較基準値を所定時間毎に
更新する際、前回設定した比較基準値は時間経過と共に
減少させることを特徴とする請求項１記載の空燃比制御
方法。
【請求項５】前記比較基準値をストイキオ点付近に設定
するためのリミッタを設け、比較基準値はストイキオ点
から大幅に外れるものを除外して設定することを特徴と
する請求項１記載の空燃比制御装置。