JP2619897B2 - 空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、酸素濃度センサを用いて排ガス中の酸素濃
度を検出し、エンジンに供給する混合気の空燃比をリー
ンフィードバック制御する空燃比制御装置に関するもの
で、詳しくは、オープンループ制御からリーンフィード
バック制御への切換手段に関するものである。

［従来の技術］ 従来、この種の空燃比制御装置において、排ガス中の
酸素農度を検出するためのセンサとして限界電流型酸素
濃度センサを用いたものがあり、例えば、特開昭58−17
2443号公報および特開昭58−179351号公報に記載されて
いる。

このような限界電流型酸素濃度センサは、所定の素子
温度の状態において、センサの素子に電圧を印加する
と、排ガスの酸素濃度に応じて素子に限界電流が流れる
ので、この出力電流を測定することにより、排ガス中の
酸素濃度を検出することができる。

したがって、このような酸素濃度センサは、所定の限
界電流を出力している状態、つまり所定の素子温度で活
性状態になっている必要があり、従来、このような酸素
濃度センサの活性判定の手法として、例えば、特開昭60
−90937号公報に記載されているように、オープンルー
プ制御中に異なった２つの電圧を素子に加え、そのとき
に出力される電流値が所定偏差以下のとき活性状態と判
定するものである。そして、酸素濃度センサが活性状態
と判定された後に、オープンループ制御からリーンフィ
ードバック制御へ切り換えている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、リーンフィードバック制御への切換によっ
て、空燃比が急激に変わり、エンジントルクの変動によ
りショックが発生する。特に、定常走行時におけるこの
ようなショックは、ドライバーにとっては、不意のもの
であるためにドライビリティを損なっていた。

このような問題を解決するのに、例えば、特開昭59−
51147号公報に記載されているような、理論空燃比から
リーンフィードバック制御への切換時にリーン補正係数
をなまし処理して目標となる空燃比に徐々に移行させる
技術を応用することが考えられる。しかしながら、この
技術では、切換を徐々に行っているために、NO_Xの最も
多い空燃比16付近の経過時間が長くNO_Xの増加を招いて
いた。

本発明は、上記従来の技術における課題を解決するた
めになされたもので、NO_Xの増加を招かず、また、オー
プンループ制御からフィードバック制御への切換時に不
意なショックをドライバーに与えない空燃比制御装置を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するためになされた本発明は、第１図
に示すように、 エンジンＡの排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度
センサＢからの検出信号に基づいて空燃比をリーンフィ
ードバック制御するフィードバック制御手段Ｃと、 空燃比のオープンループ制御を行うオープンループ制
御手段Ｄと、 上記リーンフィードバック制御とオープンループ制御
とを切り換える切換手段Ｅと、 空燃比のオープンループ制御中に酸素濃度センサＢの
活性判定を行う活性判定手段Ｆと、 エンジンＡの過渡状態を検出する過渡状態検出手段Ｇ
と、 上記活性判定手段Ｆにて酸素濃度センサＢの活性状態
と判定され、かつ、上記過渡状態検出手段Ｇにてエンジ
ンＡの過渡状態が検出されたときに、切換手段Ｅに対し
てオープンループ制御からリーンフィードバック制御へ
切換を指令する切換指令手段Ｈと、 を備えたことを特徴とする。

上記過渡状態検出手段Ｇの好適な対応として、エンジ
ンＡのアイドル状態への移行を検出するスイッチ、スロ
ットルバルブの全開状態を検出する機構、または燃料噴
射量の加速増量を検出する増量検出手段などが適用でき
る。

［作用］ 本発明の構成によれば、エンジンＡは、排ガス中の酸
素濃度を検出する酸素濃度センサＢからの検出信号に基
づいてフィードバック制御手段Ｃにてリーンフィードバ
ック制御がされ、また、オープンループ制御手段Ｄによ
りオープンループ制御が行われ、これらは切換手段Ｅに
より択一的に切り換えられて所望の空燃比に制御され
る。

このようなリーンフィードバック制御を行うには、酸
素濃度センサＢが所定の素子温度状態にあって所定の電
流値を出力する活性状態になければならないが、このよ
うな活性状態の判定処理は、活性判定手段Ｆにてオープ
ンループ制御中に行われる。そして、活性判定手段Ｆに
て酸素濃度センサＢが活性状態と判定された場合には、
切換指令手段Ｈによるオープンループ制御からリーンフ
ィードバック制御への切換を指令するための２つの条件
のうち１つが満たされたことになり、さらに、過渡状態
検出手段ＧによってエンジンＡの過渡状態が検出された
場合には、もう１つの条件も満たされることになり、切
換指令手段Ｈから切換手段Ｅに切換指令が出力される。

すなわち、本発明では、オープンループ制御からリー
ンフィードバック制御への切換は、過渡状態検出手段
Ｇ、例えば、アイドルスイッチ、スロットルバルブの全
開状態を検出するスイッチあるいは加速増量を検出する
機構がエンジンの過渡状態を検出したとき、つまり、エ
ンジンＡの出力変化が予測される場合にこれと同時に行
われる。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。
第２図は実施例の空燃比制御装置が適用されるエンジン
とその周辺装置を示す概略構成図、第３図はその電子制
御装置を中心に示すブロック図である。

図示するように、エンジン１は、大気より空気を吸入
するとともに燃料噴射弁３から噴射される燃料と空気と
を混合して吸気ポート５に導く吸気系７と、点火プラグ
９に形成される電気火花によって点火された混合気の燃
焼のエネルギをピストン10を介して回転運動として取り
出す燃焼室11と、燃焼後のガスを排気ポート12を介して
排出する排気系13とを備えて構成されている。

吸気系７には、上流から、エアクリーナ（図示せ
ず）、吸入空気量を制御するスロットルバルブ16、吸入
空気の脈流を平滑化するサージタンク18、サージタンク
18に設けられ吸気管負圧Ｐを検出する吸気圧センサ19が
設けられている。吸入空気量は、通常、図示しないアク
セルペダルに連動したスロットルバルブ16の開度によっ
て制御される。なお、吸気系７には、吸気圧センサ19の
他に、エンジン１の運転状態を検出するためのスロット
ルポジションセンサ23や吸気温センサ24等が設けられて
いる。

スロットルバルブ16を介して吸入される空気と燃料噴
射弁３より噴射された燃料との混合気は燃焼室11に吸入
され、ピストン10により圧縮された後、点火フラグ９に
形成される電気火花によって着火される。着火された混
合気は、爆発的に燃焼してピストン10を駆動した後、排
ガスとなって排気系13に排出され、図示しない触媒装置
により浄化された後、大気に放出される。この排気系13
には、排気中の酸素濃度を検出するいわゆる限界電流型
の酸素濃度センサ25が設けられ、この酸素濃度センサ25
は、リーンにて空燃比制御が可能なリーンセンサであ
る。

エンジン１の各気筒に設けられた点火フラグ９は、図
示しないクランク軸の回転に同期してイグナイタ27に生
成される高電圧を配電するディストリビュータ29に、高
耐圧コード（図示せず）により接続されている。このデ
ィストリビュータ29内には、エンジン１の回転数NEに応
じたパルスを発生する回転数センサ32と、気筒判別セン
サ34とが設けられている。なお、エンジン１のシリンダ
ブロック38は、循環する冷却水によって冷却されてお
り、エンジン１の運転状態のひとつであるこの冷却水の
温度は、シリンダブロック38に設けられた冷却水温セン
サ39により検出される。

エンジン１の運転状態を検出する各センサの出力信号
は、電子制御装置40に入力され、燃料噴射量制御や点火
時期制御等に用いられる。電子制御装置40は、第３図に
示すように、CPU、ROM、RAM等を内蔵し入出力ポートを
備えたワンチップマイクロコンピュータ41を中心に構成
されている。このワンチップマイクロコンピュータ41の
入出力ポートには、ワンチップマイクロコンピュータ41
の外部の回転数センサ32、気筒判別センサ34、イグナイ
タ27が直接接続されているが、このほか、コンピュータ
41の内部のA/D変換入力回路43と、バッテリ45を電源と
して酸素濃度センサ25のヒータ25bに通電する電力を制
御するヒータ通電制御回路46と、燃料噴射弁３を駆動す
る駆動回路48とが接続されている。なお、酸素濃度セン
サ25の検出素子25aには、電圧印加回路49が接続されて
おり、検出素子25aに検出用の所定の電圧ＶLS（V1、V
2）を印加する。

A/D変換入力回路43には、吸気圧センサ19、スロット
ルポジションセンサ23、吸気温センサ24、冷却水温セン
サ39等のアナログ信号を出力するセンサが接続されてい
る。したがって、CPUは、エンジン１の運転状態を反映
した種々のパラメータを、A/D変換入力回路43を介して
読み込み、遂次知ることができる。また、このA/D変換
入力回路43には、酸素濃度センサ25のヒータ25bに電圧
を印加するヒータ通電制御回路46の出力、電流検出用抵
抗器52の端子電圧を増幅する増幅器54の出力および電流
検出用抵抗器50の端子が接続されており、ヒータ25bの
印加電圧ＶLS、検出素子25aに流れる電流ＩLSおよび酸
素濃度センサ25のヒータ25bに流れる電流を検出するこ
とができる。

一方、ワンチップマイクロコンピュータ41は、直接イ
グナイタ27に駆動信号を出力したり、駆動回路48を介し
て燃料噴射弁３等に制御信号を出力するなどして、これ
らのアクチュエータを駆動する。

こうした構成を有する電子制御装置40は、エンジン１
の運転状態を読み込んで諸制御を行うが、排ガス中の酸
素濃度を用いたリーンフィードバック制御を行うために
は、酸素濃度センサ25が限界電流値を出力している活性
状態になっていなければならないが、この酸素濃度セン
サ25の活性判定処理は、電子制御装置40によって第４図
（Ａ）（Ｂ）のフローチャートにしたがって処理され
る。まず、イグニッションキーをオンすることにより、
酸素濃度センサ25の活性状態を示すフラグ、カウンタな
どの初期化を含めた所期設定が行われた後に、ステップ
101以下の処理を実行する。

まず、ステップ101からステップ107では、酸素濃度セ
ンサ25の活性判定処理を実行すべきか否かについての諸
条件の判定が行われる。すなわち、該ステップ101で
は、空燃比のリーンフィードバック制御中か否かの判定
がフィードバック（F/B）制御許可フラグＦFのセット・
リセット状態の判断により行われる。このフラグＦF
は、プログラムの起動時にリセット状態にあり、かつ、
以下の酸素濃度センサ25の活性判定処理は、オープンル
ープ制御からリーンフィードバック制御へ移行する条件
を判断するためのものであるから、この最初の起動で
は、オープンループ制御と判定されて次のステップ103
へ進む。ステップ103では、フューエルカット状態か否
かの判定が実行される。このフューエルカット状態は、
他のルーチンによりセット・リセットされるフューエル
カットフラグの判定により行われる。例えば、スロット
ルポジションセンサ23に内蔵されたアイドルスイッチの
オン時にエンジン回転数NEが所定以上のときに、フュー
エルカットフラグがセットされる。

次のステップ105では、エンジン１の運転状態が酸素
濃度センサ25の活性判定に適する状態にあるか否かの判
定が行われる。

この成立条件としては、例えば、次の条件が含まれ
る。

吸気圧センサ19から出力された検出信号に基づいた
吸気管圧力ＰMの変化差分ΔＰMが6.1mmHg以下である条
件。

酸素濃度センサ25のヒータ25bへの通電開始から３
分20秒以上経過して素子温度25aが所定温度以上である
と推定される条件。

冷却水温センサ39からの出力された検出信号に基づ
いた冷却水温が55℃以上である条件。

アイドルスイッチがOFFである条件。

エンジン回転数NEが1000rpmから3000rpmの範囲にあ
る条件。

次のステップ107では、空燃比A/Fが所定空燃比αの近
傍にあるか否かの判定が行われる。ここで、αは一般に
リーンフィードバック時よりやや濃い側の空燃比、例え
ば19とする。

これらの酸素濃度センサ25の活性判定条件（ステップ
101〜107）が成立した場合には、ステップ111へ移行す
る。ステップ111では、活性判定許可フラグＦAOの判定
が行われるが、該フラグＦAOは初期化の際に１にセット
されているから、まず、ステップ113へ進む場合につい
て説明する。

ステップ113以降の処理では、酸素濃度センサ25に所
定電圧が印加され、その時に出力される電流値In（i1〜
i3）が計測されるのであるが、これを第５図を用いて概
略的に説明すると、まず、検出素子25aに電圧V1を印加
し、そして、所定時間経過したとき電圧V2を印加し、さ
らに電圧V1を印加し、そのときに出力される電流値i1〜
i3の偏差が所定範囲内である場合に活性状態であると判
定するものである。

すなわち、まず、ステップ113からステップ119までは
第１回目の電流値i1の読み込み、ステップ121からステ
ップ127までは第２回目の電流値i2の読み込み、ステッ
プ129からステップ135までは第３回目の電流値i3の読み
込み処理が行われる。すなわち、カウンタＣAが0.2秒以
内のときに（ステップ113）、酸素濃度センサ25に電圧V
1を印加して（ステップ115）、カウンタＣAが0.2秒経過
したときに（ステップ117）、電流値i1を計測してこの
値をRAMに記憶する（ステップ119）、同様に、カウンタ
ＣAが0.2秒から0.4秒までの間で（ステップ121）、電圧
V2を印加し（ステップ123）、カウンタＣAが0.4秒経過
したときに（ステップ125）、電流値i2を計測してこの
値をRAMに記憶する（ステップ127）。さらに、カウンタ
ＣAが0.4秒から0.6秒まで間で（ステップ129）で電圧V1
を印加し（ステップ131）、カウンタＣAが0.6秒を経過
したときに（ステップ133）、電流値i3を計測してこの
値をRAMに記憶する（ステップ135）。

このようにして計測された電流値i1〜i3は、第４図
（Ｂ）に示すステップでその偏差により活性判定される
のであるが、その前に電流値にi1〜i3のデータを読み込
んだことを示す活性判定許可フラグＦAOのリセット（ス
テップ137）、および後述するカウンタＣBのクリア（ス
テップ139）が行われる。

上記電流値にi1〜i3の偏差による判定は、ステップ14
1〜145にて行われる。まず、ステップ141にて、電流値i
1と電流値i2の差が演算され、その差が0.7mA以内である
かの判定が行われ、ついでステップ143にて電流値i1と
電流値i3の偏差が0.4mA以内であるかの判定が行われ、
そしてステップ145にて電流値i1〜i3が全て5mA〜10mAの
範囲であるかの判定が行われ、いずれも肯定判断された
場合には、活性判定フラグＦAが１にセットされる。こ
の活性判定フラグＦAは、後述するように第６図に示す
他のルーチンに用いられ、他の条件を加えてオープンル
ープ制御からリーンフィードバック制御への切換が可能
か否かの判定が行われる。一方、いずれかのステップ14
1〜145にて否定判断された場合には、酸素濃度センサ25
の活性判定フラグＦAが０にリセットされるとともに
（ステップ149）、F/B制御許可フラグＦFが０にリセッ
トされる（ステップ151）、これにより、空燃比制御の
実効が禁止され、オープンループ制御となる。

このように酸素濃度センサ25の活性判定処理は行われ
るのであるが、ステップ141〜145にて電流値i1〜i3の偏
差等が所定範囲外と判定された場合における再度の活性
判定処理は、所定時間経過した後に実行される。すなわ
ち、ステップ137にて活性判定許可フラグＦAOが０にリ
セットされるとともにカウンタＣBがクリアされるため
に、次回の処理では、ステップ111のフラグ判定によ
り、否定判断されてステップ159に移行してカウンタＣB
が16秒以上経過した場合に、ステップ161にて活性判定
許可フラグＦAOが１にセットされて、ステップ163にて
カウンタＣAの計測が開始される。そして、次の繰り返
し処理では、ステップ111のフラグは判定処理にて肯定
判断されることによりステップ113に移行して上述した
酸素濃度センサ25の活性判定処理が実行される。

また、ステップ101からステップ107にて活性判定条件
を満たさなくなった場合には、ステップ153に移行し
て、活性判定許可フラグＦAOを０にリセットした後、カ
ウンタＣBをクリアし、さらにカウンタＣAをクリアす
る。これにより、ステップ111のフラグ判定処理で否定
判断され、ステップ159にてカウンタＣBにより16秒経過
したと判定したときに、再度活性判定処理が実行され
る。

第４図のフローチャートでセット・りセットされる酸
素濃度センサ25の活性判定フラグＦAは、第６図のフロ
ーチャートで表す処理で用いられる。このフローチャー
トは、オープンループ制御からリーンフィードバック制
御への切換開始条件を示すものである。第６図におい
て、まず、ステップ201にて活性判定フラグＦAの判定を
行い、その後に、ステップ203にてアイドルスイッチか
らの検出信号に基づいてアイドルスイッチがオン状態に
なったか否かの判定が実行される。これらのステップ20
1、203にていずれも肯定判断がされたときに、F/B制御
許可フラグＦFが１にセットされ、このフラグＦFを用い
て他のルーチンにてリーンフィードバック制御が開始さ
れる。

したがって、上記実施例によれば、オープンループ制
御からリーンフィードバック制御への切換を、酸素濃度
センサ25が活性状態と判定しただけでは行わず、アイド
ルスイッチのオン信号を検出したときに行っている。す
なわち、エンジンの減速状態を検出したときにフィード
バックを開始するため、空燃比を変えても定常時に変え
た場合のようにドライバーがショックを感じるというこ
とはない。

なお、上記実施例では、リーンフィードバック制御へ
の切換を、アイドルスイッチのオン信号を検出したとき
に実行しているが、これに限らずエンジンの加速状態を
検出する手段からの信号を検出したとき、すなわち、ス
ロットルバルブ16の全開状態を検出するスイッチまたは
アクセルペダルの踏込加速度等に基づいて出力される加
速増量信号が検出されたときに切り換えてもよい。この
ような場合は、ドライバーがアクセルペダルを踏み込ん
で加速を要求したときであるために、空燃比制御の切換
があってもアクセルペダルの踏みしろ分がわずかに増え
るだけで、ドライバーに空燃比の変化に伴うショックと
気付かせないで制御の切換を行うことができる。したが
って、ドライバーにとって不意の時にショックが生じな
い。

また、上記実施例では、酸素濃度センサ25の活性判定
処理を、該酸素濃度センサ25の素子に２つの電圧V1、V2
を印加して電流値i1〜i3を検出しているが、これに限ら
ず、例えば、第７図に示すように、フューエルカット時
における排ガス中の酸素濃度が大気中の酸素濃度20％に
ほぼ等しく、所定電圧の印加によって通常の運転時と比
べて酸素濃度センサ25から大きな電流が出力されること
から、この時の電流値が基準値以上の場合に活性状態と
判定する手法を用いてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、酸素濃度セン
サの活性判定後に行われるオープンループ制御からリー
ンフィードバック制御への切換開始条件を活性判定後直
ちに行うのでなく、エンジンの過渡状態となったときに
実行しているので、ドライバーにフィードバック制御へ
の切換に伴う不意なショックを与えなく、また、切換の
際にNO_Xの増加を招くこともない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による空燃比制御装置の一例を示す構成
図、第２図は本発明の一実施例による空燃比制御装置を
搭載したエンジンおよびその周辺装置を示す構成図、第
３図はその電子制御装置を中心に示すブロック図、第４
図（Ａ）（Ｂ）は同実施例の空燃比制御を示すフローチ
ャート、第５図は酸素濃度センサにおける印加電圧と電
流値との関係を示すグラフ、第６図はリーンフィードバ
ック制御への切換条件を示すフローチャート、第７図は
フューエルカット時における酸素濃度センサの出力電流
を示すグラフである。 Ａ……エンジン、Ｂ……酸素濃度検出手段 Ｃ……フィードバック制御手段 Ｄ……オープンループ制御手段 Ｅ……切変手段、Ｆ……活性判定手段 Ｇ……過渡状態検出手段、Ｈ……切換指令手段 １……エンジン、３……燃料噴射弁 ７……吸気系、13……排気系 19……吸気圧センサ、25……酸素濃度センサ 25a……検出素子、25b……ヒータ 32……回転数センサ、40……電子制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−199943（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−51147（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−217747（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの排ガス中の酸素濃度を検出する
   酸素濃度センサからの検出信号に基づいて空燃比をリー
   ンフィードバック制御するフィードバック制御手段と、 空燃比のオープンループ制御を行うオープンループ制御
   手段と、 上記リーンフィードバック制御とオープンループ制御と
   を切り換える切換手段と、 空燃比のオープンループ制御中に酸素濃度センサの活性
   判定を行う活性判定手段と、 エンジンの過渡状態を検出する過渡状態検出手段と、 上記活性判定手段にて酸素濃度センサの活性状態と判定
   され、かつ、上記過渡状態検出手段にてエンジンの過渡
   状態が検出されたときに、切換手段に対してオープンル
   ープ制御からリーンフィードバック制御へ切換を指令す
   る切換指令手段と、 を備えたことを特徴とする空燃比制御装置。
2. 【請求項２】上記過渡状態検出手段は、エンジンのアイ
   ドル状態への移行を検出するスイッチである請求項第１
   項記載の空燃比制御装置。
3. 【請求項３】上記過渡状態検出手段は、スロットルバル
   ブの全開状態を検出する機構である請求項第１項記載の
   空燃比制御装置。
4. 【請求項４】上記過渡状態検出手段は、燃料噴射量の加
   速増量を検出する増量検出手段である請求項第１項記載
   の空燃比制御装置。