JP2536753B2

JP2536753B2 - エンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2536753B2
Application number: JP62105215A
Authority: JP
Inventors: 勝弘籾井; 秀樹富永
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1987-04-28
Filing date: 1987-04-28
Publication date: 1996-09-18
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: JPS63268948A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はO₂センサ出力に基づいて空燃比のフィードバ
ック制御を行うようになったエンジンの空燃比制御装置
に関し、特にO₂センサの異常を正確に判定して、空燃比
制御を的確に行い得るようになった空燃比制御装置に関
する。

（従来の技術）エンジンの空燃比制御装置においては、一般に排出ガ
スの酸素濃度に基づいて空燃比のフィードバック制御を
行うように構成されている。この酸素濃度を検出するた
めの手段としては、O₂センサを用いることが知られてい
る。

このようなO₂センサを用いた空燃比制御装置は、例え
ば特開昭54-108126号公報に開示されている。この公報
に開示された装置では、O₂センサの出力を監視し、この
出力が継続して所定時間の間リーン側あるいはリッチ側
に停滞したときには、O₂センサに異常が発生したと判断
して、O₂センサの出力に基づく空燃比のフィードバック
制御を中止し、空燃比制御に大幅な不都合が発生しない
ようにしている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上述したような従来の制御装置では、
O₂センサ出力の異常が、センサ自身の異常によるもの
か、それともセンサ自身は正常であるが燃料供給系の異
常に起因したものであるかを判別することを判別できな
かった。この結果、燃料供給系が異常なために実際に供
給される燃料の空燃比がリーンあるいはリッチの側に偏
よったために、これを正確に反映して異常な出力値が得
られている場合でも、フィードバック制御は中止されて
しまう。このような制御では、例えば、燃料が供給系か
ら漏れているためにリーン側になっている場合におい
て、かかる異常を補償しようとするフィードバック制御
が中止されるので、却って空燃比制御が実情にそぐわな
いものになり、好ましくない。

本発明の目的は、この点に鑑みて、O₂センサ出力が異
常となった場合に空燃比制御を好適に行い得るようにな
ったエンジの空燃比制御装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）上記の目的を達成するために、本発明の装置において
は、O₂センサ出力の異常がセンサ自身に起因するものか
あるいはその他の原因によるものかを判別し、この判別
結果に基づき、センサ出力に基づく空燃比のフィードバ
ック制御を継続するか中止するかを決定するようにして
いる。

第１図を参照して本発明の構成を説明する。本発明に
よる空燃比制御装置は、排出ガス中の酸素濃度を検出す
るO₂センサ１の出力に基づいて、空燃比をフィードバッ
ク制御するようになったフィードバック制御手段２を有
している。また、O₂センサの出力値が所定期間継続して
混合気のリーン状態およびリッチ状態の少なくとも一方
の状態を表示する領域内の値のままであることを検出す
る検出手段３を備え、この手段によって上記のような停
滞が検出されたときに、O₂センサの出力を上記の領域と
は反対側の領域に移行させる方向に空燃比を一時的に変
更するための空燃比変更手段４が配置されている。さら
に、一時的に空燃比を変更したにも係わらずO₂センサの
出力値がそれまで停滞していた領域に止まっている場合
に、O₂センサ自体が異常であると判定する異常判定手段
５を備えており、O₂センサ自体が異常の場合には空燃比
のフィードバック制御を停止し、そうでない場合には、
そのままフィードバック制御を継続するようになってい
る。

このように構成した本発明の装置の制御動作を説明す
る。まず、空燃比制御用に使用されるO₂センサは排出ガ
ス中の酸素濃度に対応した電圧を発生するようになって
おり、このセンサが不活性状態や断線状態の場合、ある
いは燃料供給系によって充分が酸素がが供給されない場
合には電圧は低下する。これは酸素濃度が低いことを意
味しており、この出力値に基づいて空燃比をフィードバ
ック制御すると、供給される混合気は希薄側（リーン
側）に制御される。これに対してセンサの短絡状態の時
や、燃料供給系に燃料漏れが発生している場合には電圧
が高くなるので、上記の場合とは逆に、フィードバック
制御によって供給混合気は過濃側（リッチ側）に制御さ
れる。本発明では、センサ出力に異常が発生した場合に
は、空燃比変更手段によって、空燃比を強制的に一時変
更するようにしている。ここに、この変更にセンサが応
答しない場合には、センサ自体に起因した異常である。
このことは、異常判定手段によって検出され、センサ自
身に起因した異常の場合には空燃比のフィードバック制
御が停止される。そうでない場合にはそのままフィード
バック制御が続行される。この結果、センサ自体に起因
した異常の場合以外は、フィードバック制御が行われ
て、実際の空燃比を適性な状態に移行させるような制御
が継続される。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の空燃比制御装置におい
ては、O₂センサ出力が混合気のリーンあるいはリッチの
側に停滞した場合には、それがセンサ自体に起因した異
常発生であるかいなかを検出し、センサ自体に起因した
場合にのみ、このセンサ出力に基づく空燃比のフィード
バック制御を停止するようになっている。従って、燃料
供給系に異常が発生した場合等においてはそのままフィ
ドバック制御が継続されて、実際の空燃比を適性な値に
移行させる方向に制御が行われるので、このような場合
にもフィードバック制御を中止してしまう従来の制御装
置に比べて空燃比をより的確に制御することが可能にな
る。

（実施例）以下に、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第２図は本実施例の全体構成を示しており、図示のよ
うに、エンジン11の吸気系は吸気通路12の上流側からエ
アークリーナ13、エアーフローメータ14および燃料噴射
弁15を備えている。吸気通路を介して導入された吸気に
対して、噴射弁15から燃料が噴射混合され、これによっ
て得られる混合気がエンジン11内の燃料室16に供給され
る。エンジン11の排気通路17には燃焼室16から排出され
るガスの酸素濃度を検出するO₂センサ18が配置されてい
る。燃焼室から排出されたガスは排気通路を通って触媒
還元装置19を通過して浄化された後、大気中に排出され
る。

また、本例のエンジン１はマイクロコンピュータから
構成した制御ユニット21を有し、このユニットによって
空燃比制御に代表されるエンジン駆動制御が行われる。
空燃比制御をおこなうために、この制御ユニットには、
エンジン回転数を検出する回転数センサ22、およびエア
ーフローメータ14から、それぞれエンジン回転数および
吸入空気量を示す信号が入力されると共に、スタートス
イッチ23、アイドルスイッチ24、ニュートラル・クラッ
チスイッチ25、水温センサ26等からエンジン運転状態を
示す各種の信号が入力される。制御ユニットでは予めRO
M内に格納された制御プログラムに従って制御動作を実
行する。すなわち、これらの入力された値に基づいて目
標空燃比Tiを算出し、実際の空燃比がこの目標値になる
ように、噴射弁からの燃料噴射量を制御する。

次に本例の空燃比制御動作を、第３図および第４図に
示すフローチャート、並びに第５図のタイムチャートに
従って説明する。

第３図には空燃比制御のジェネラルフローを示してあ
り、第４図には正常状態において空燃比をO₂センサ出力
に応じたフィードバック制御に移行させるか否かの判定
フローを示してある。

第３図において、ステップS1では各部を初期設定し
て、O₂センサが異常か否かを示すフラグF1を異常である
旨を示す「１」に設定し、また空燃比のフィードバック
制御が行われているか否かを示すフラグF2を行われてい
ない旨を示す「０」に設定する。次にステップS2で、O₂
センサの出力の停滞時間を計数するために使用するタイ
マレジスタTRの内容を予め設定した値Ｔにする。この
後、ステップS3に進み、各種の運転条件を読み込む。す
なわち、エンジン回転数Ｎ、吸入空気量Ｑ、アイドルス
イッチ出力、O₂センサの出力Ｄ、さらには前回の実行に
よって算出された空燃比補正係数Coを読み込む。次にス
テップS4で基本噴射量Toを、噴射弁15の開弁時間の関数
として算出し、ステップS5に移行して、センサ18の出力
が異常か否かを判定する。

まず、エンジン始動後（第５図の時刻T1）の状態にお
いては、エンジン水温はセンサ18が活性化する程には温
まっていないので、ステップS5で否定判定される。従っ
て、ステップS5からステップS7、あるいはステップS8を
介して、ステップS9、S10を実行して再びステップS3に
戻るルーチンが実行される。このステップS10では、目
標空燃比Tiの算出が、センサ18の出力とは関係なく行わ
れる。すなわち、空燃比がオープンループ制御される。

この後、エンジン水温が上昇してセンサ18が充分に活
性化した後（第５図の時刻T2）は、センサ出力は活性状
態になったことを示す0.55Vよりも高い値を示すので、
ステップS7およびS8において肯定判定されて、ステップ
S8からステップS11、S12を実行して、フラグF1を「０」
に設定し、目標空燃比Tiを算出し、この空燃比となるよ
うに、燃料噴射制御を行う。

このようにしてフラグF1が「０」に設定された後は、
ステップS5で肯定判定されて、ステップS21でフラグF2
の内容が判定される。この時点では、まだフィードバッ
ク制御に移行していないので、否定判定されて、ステッ
プS22、S23を実行して、目標空燃比Tiを算出し、この算
出値に基づき噴射制御を行う。

この後、フィードバック制御への移行条件が成立する
運転状態になった場合には、第４図に示すようにフラグ
F2に「１」が立ち（第５図の時刻T3）、従ってステップ
S21で肯定判定されて、ステップS24からステップS26を
実行して、エンジンがアイドリング状態であるか否かを
判定する。すなわち、アイドルスイッチ出力、ニュート
ラル・クラッチスイッチ出力がオン状態にあり、しかも
エンジン回転数が低回転状態、例えば1000rpm以下であ
る場合には、アイドリング状態であると判定される。こ
の状態になっていない場合には上記のルーチンを繰り返
し、アイドリング状態に移行した場合には、ステップS2
7に進み、センサ18の出力が0.55V以上か否かを判定す
る。このステップで肯定判定の場合には、センサ18は充
分に活性化して正常であるので、ステップS28に進み、
このセンサ出力にもとづく空燃比補正係数を加味した目
標空燃比Tiを算出する。すなわち、空燃比の制御が、セ
ンサ出力に基づくフィードバック制御に移行する。

ここで、第４図に示すフィードバック制御への移行可
否を判定する判定ルーチンを説明する。このルーチンの
ステップS41では、エンジン運転状態がフィードバック
制御可能条件を満足しているか否かを判定する。この移
行条件は、例えばエンジン水温が40℃で、しかも始動時
の燃料増量制御、減速時の燃料増量制御が行われていな
い通常運転状態である。このステップで肯定判定される
と、ステップS42でフィードバック制御に移行した旨を
示すフィードバック制御実行フラグF2を立て、ステップ
S3でセンサ18の出力に基づく空燃比補正係数Cfbを算出
する。しかるに、移行条件を充たしていない場合には、
ステップS44およびステップS45を実行して係数Cfbを
「０」に設定すると共に、フラグF2を「０」にする。

次に、再び第３図のフローにおいて、O₂センサ18の出
力が混合気のリーン側になり、このセンサ出力が異常と
判定された場合の制御を説明する。

空燃比のフィードバック制御が開始された後に、セン
サ18の出力が再び0.55V以下に低下した場合（第５図の
時刻T4）には、ステップS27で否定判定されて、ステッ
プS31、32に示すように、タイマレジスタTRを用いて予
め設定した時間Ｔの計数が開始される。この計数が行わ
れている間は、ステップS22、S23を実行し、継続して空
燃比のフィードバック制御を行う。

この予め設定した期間中にセンサ18の出力が0.55V以
上になった場合には、ステップS27からステップS28の側
に進み、上述した通常のルーチンを繰り返す。

しかるに、この期間を通じてセンサ18の出力が0.55V
よりも低い状態に停滞した場合には、ステップS32から
ステップS33に進み、フィードバック制御によって算出
された噴射量Tiに、補正係数Crevを掛けて割増して、補
正噴射量Ti1を算出し、この値に基づいて噴射を行う
（第５図の時刻T5）。この後、ステップS34において、
この増量制御に対して、センサ18の出力が応答してその
出力が増加して、0.55V以上の値に戻ったか否かを判定
する。

この値以上に戻った場合には、センサ18は正常に作動
していると判断して、ステップS34からステップS2に戻
り、上述した通常時のフィードバック制御に戻る。

これに対して、センサ18の出力が0.55V以上に回復し
ない場合には、センサ18が異常であると判断して、ステ
ップS34からステップS35、36を実行して、センサ18の出
力に基づく空燃比のフィードバック補正係数Cfbを
「０」に固定し、フラグF2を「０」として、センサ18の
出力に基づく空燃比のフィードバック制御を停止する。
この後は、フラグF2が「０」であうので、空燃比はオー
プンループ制御されることになる。

このように、本例においては、O₂センサ18の出力が所
定の期間継続して混合気のリーン状態を示す0.55Vより
も低い値に停滞した場合には、燃料供給量を増加させて
O₂センサ18がその増量に応答するか否かを調べるように
している。従って、センサ18の出力の異常が、センサ自
体に起因したものであるか否かを正確に判別できる。さ
らに、センサ18が正常な場合には、フィードバック制御
をそのまま継続するようにしているので、この場合にも
フィードバック制御を中止してしまう従来の装置に比べ
て、空燃比の制御をより実情に則した形態で行うことが
可能になる。

なお、上述の例では、センサ18の出力が混合気のリー
ン側に偏って場合を説明したが、リッチ側に偏った場合
においても同様に制御される。この場合においては、セ
ンサ18の異常を判別するためのステップS33において、
燃料を減量、あるいは吸入空気量を増加させるように制
御すればよい。

また、センサ18の異常判定のための増加燃料の噴射
（ステップS33）を、非同期噴射するようにしてもよい
ことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す構成図、第２図は本発明を
適用した実施例の全体構成を示す概略構成図、第３図は
第２図の装置の制御動作を示すフローチャート、第４図
は第２図の装置のフィードバック制御可否判定ルーチン
を示すフローチャート、第５図は第２図の装置の制御動
作を示すタイムチャートである。１……O₂センサ２……フィードバック制御手段３……検出手段４……空燃比変更手段５……異常判定手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】排出ガス中の酸素濃度を検出するO₂センサ
の出力に基づいて、空燃比をフィードバック制御するよ
うになったエンジンの空燃比制御装置において、前記O₂センサの出力値が混合気のリーンおよびリッチ状
態の少なくとも一方の状態を示す領域に所定期間停滞し
たことを検出する検出手段と、前記停滞が検出されたと
きには、前記O₂センサの出力値が前記領域から他方の領
域に移行する方向に空燃比を一時的に変更する空燃比変
更手段と、一時的に空燃比を変更したにも係わらず前記
O₂センサの出力値がそれまで停滞していた領域に停滞し
ている場合に、前記O₂センサを異常であると判定する異
常判定手段とを有し、前記O₂センサが異常の場合には空
燃比のフィードバック制御を停止し、そうでない場合に
はそのまま前記フィードバック制御を継続するようにな
っていることを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。