JP2631529B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、異種類の燃料、例えばガソリンとアルコー
ルとを切り換えて、若しくは混合して使用可能な内燃機
関において、基準燃料の濃度に応じて空燃比を制御する
装置に関し、特に基準燃料の濃度を検出する手段に異常
が発生した場合の対策技術に関する。

〈従来の技術〉 この種の内燃機関の空燃比制御装置としては、例えば
特開昭56−98540号公報に開示されたようなものがあ
る。

このものは、ガソリンとアルコールとを切り換えて、
若しくは混合して使用できるようにしたもので、燃料中
のアルコール濃度を検出するアルコールセンサを設け、
該アルコールセンサの検出値に基づいて燃料供給量を制
御すると共に、O₂センサを設けて排気中の酸素濃度から
空燃比を検出して、所定の運転時は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
制御を行っている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記のような従来の異種燃料使用に対
応した内燃機関においては、アルコールセンサに異常を
来した場合アルコール濃度の検出値は異常となってしま
い、この誤った検出値に基づいて燃料供給量が設定され
るので、空燃比がフィードバック制御されないときは空
燃比が大きくずれ、またフィードバック制御時でもフィ
ードバック補正量では補正しきれず、空燃比のずれが大
きくなる。よって、点火時期等の制御が損なわれ、ひい
ては機関運転性能や排気エミッション特性が損なわれる
ことになり、機関の焼き付きやエンストの発生に至って
しまうことがある。

本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたも
ので、燃料濃度検出手段が異常であると検出されたとき
に、燃料濃度出力を変化させることにより、燃料濃度検
出手段の故障等に対処して機関運転性能や排気エミッシ
ョン特性を向上させることを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 このため、本発明は、第１図に示すように、異種類の
燃料を切り換えて若しくは混合して使用可能な内燃機関
の運転状態を検出する運転状態検出手段と、機関に供給
される燃料から、該燃料中の基準となる燃料の濃度を検
出する燃料濃度検出手段と、検出された機関の運転状態
と基準となる燃料の濃度と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、機関に供給される
混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、該空燃比
検出手段からの空燃比検出信号に基づいて、所定の運転
時に空燃比を目標空燃比に近づけるように前記設定され
た基本燃料供給量を補正するためのフィードバック補正
量を設定するフィードバック補正量設定手段と、前記設
定された基本燃料供給量とフィードバック補正量とに基
づいて燃料供給量を設定する燃料供給量設定手段と、を
備えてなる内燃機関の空燃比制御装置において、 前記燃料濃度検出手段の異常を検出する異常検出手段
と、前記燃料濃度検出手段が異常であると検出されたと
きに空燃比検出手段からの空燃比検出信号が目標空燃比
に対してリッチからリーンまたはリーンからリッチに反
転するまで該燃料濃度検出手段の燃料濃度出力を一定割
合で変化させ、その後反転したときの値で固定する燃料
濃度設定手段と、を含んで構成した。

〈作用〉 基本燃料供給量設定手段は運転状態検出手段によって
検出された運転状態と、燃料濃度検出手段により検出さ
れる基準となる燃料の濃度とに応じて当該燃料の性状に
おいて理論的に所望の空燃比を得る値となるように基本
燃料供給量を設定する。

また、所定の運転時はフィードバック補正量設定手段
により、空燃比検出手段によって検出される実際の空燃
比を目標空燃比に近づけるように前記設定された基本燃
料供給量を補正するためのフィードバック補正量を設定
し、燃料供給量設定手段は、これら基本燃料供給量とフ
ィードバック補正量とに基づいて最終的に燃料供給量を
設定する。

そして、燃料濃度検出手段の異常が異常検出手段によ
って検出されると、燃料濃度設定手段はこれに応じて空
燃比検出手段からの空燃比検出信号が目標空燃比に対し
てリッチからリーンまたはリーンからリッチに反転する
まで、該燃料濃度検出手段の燃料濃度出力を一定割合で
変化させ、その後反転したときの値で固定して設定す
る。

空燃比検出信号反転時の空燃比は、略目標空燃比に相
当しているから、このときの燃料濃度設定値は実際の燃
料濃度に略一致した値を示している。従って、この値に
クランプすることにより良好な空燃比制御を行える。

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

一実施例の構成を示す第２図において、機関１には、
その吸気通路に吸入空気流量を検出するエアフローメー
タ２が設けられると共に、クランク軸若しくはディスト
リビュータに装着されて機関の単位クランク角毎にパル
ス信号を出力するクランク角センサ３が設けられ、更に
排気通路には、排気中の酸素濃度を検出して空燃比を検
出する空燃比検出手段としてのO₂センサ４が設けられて
いる。

また、機関１へ燃料を供給する燃料供給管には該燃料
供給管を流れるアルコールとガソリンとの混合燃料中の
基準燃料としてのアルコールの濃度を検出するアルコー
ルセンサ５が設けられる。アルコールセンサ５は燃料濃
度検出手段に相当する。

これらセンサ類からの検出信号はコントロールユニッ
ト10内蔵のマイクロコンピュータのI/O10Bを介してCPU1
0Aに入力され、該CPU10Aによって演算される。尚、マイ
クロコンピュータはCPU10A,I/O10Bの他RAM10C,不揮発性
RAM10Dを備えて構成される。

かかる構成において、機関の吸気通路に装着された図
示しない燃料噴射弁への燃料供給量Tiは次式により演算
される。

Ti＝２×（Tp×COEF×α×KMET）＋Ts ここで、Tpは基本燃料供給量で、エアフローメータ２
からの信号に基づいて検出される吸入空気流量Ｑとクラ
ンク角センサ３からの信号に基づいて算出される機関回
転数Ｎとから基本燃料供給量Tp＝Ｋ・Q/N（Ｋは定数）
が演算される。即ち、エアフローメータ２及びクランク
角センサ３は運転状態検出手段を構成する。

また、COEFは各種補正係数，αは空燃比のフィードバ
ック補正係数であり、KMETは第３図に示すような基準燃
料（アルコール）の濃度が増加するに従って1.0より増
加していくアルコールセンサの濃度補正係数である。

この場合、フィードバック補正係数αを除き、基本燃
料供給量Tpを補正して得られる値が機関の運転状態と、
基準燃料（アルコール）の濃度とに応じて基本となる燃
料供給量に相当し、フィードバック補正係数αはそれを
空燃比に応じてフィードバック補正するためのフィード
バック補正量に相当する。従って、かかる演算を行うコ
ントロールユニット10内蔵のマイクロコンピュータが基
本燃料供給量設定手段と、フィードバック補正手段と、
燃料供給手段の機能を併せ有する。

次に、前記アルコールセンサ５の異常を検出するルー
チンを第４図に従って説明する。

ステップ（図ではＳと記す）１ではアルコールセンサ
５からのアルコール濃度検出信号のA/D変換値を読み込
む。

ステップ２では、前記アルコール濃度検出値の前回検
出値との変化量が設定範囲内か否かを判定する。

そして、前記変化量が設定範囲外にあるときはステッ
プ３へ進み、アルコールセンサ５が異常であることを示
すNGフラグを立てる。

即ち、極端にアルコールの濃度変化が大きくなること
は実際上は有りえないので、かかる状態が起こるときは
アルコールセンサ５が異常であると判断するのである。

また、ステップ２で変化量が設定範囲内にあると判定
されたときはステップ４へ進む。

ステップ４では、現在前述したO₂センサ４からの信号
に基づく空燃比のフィードバック補正制御を実行中であ
るか否かを判定する。

実行中と判定されたときはステップ５へ進み、制御不
可クランプが立っているか否かを判定する。これは、前
記空燃比のフィードバック補正制御が実行されている
が、フィードバック補正係数αの値が上限値または下限
値に長時間へばりついて、実質的には良好なフィードバ
ック補正が行われていないときに、これを別ルーチンに
おいて検出して制御不可クランプのフラグを立てるの
で、これによって判定する。

つまり、フィードバック補正係数αで補正しきれない
状態が継続することは、基本燃料供給量の設定が目標空
燃比相当値に対して大きなずれを生じていることを意味
するから、アルコールセンサ５が正しくアルコール濃度
を検出していない可能性がある（第５図参照）。

次いで、ステップ６へ進みアイドル回転数のフィード
バック制御が行われているか否かをISCクランプのフラ
グが立っているか否かによって判定する。これは、図示
しないがアイドル時に吸気通路の絞り弁をバイパスする
空気流量を制御することによって機関回転数を目標回転
数に近づけるアイドル回転数のフィードバック制御が行
われるが、この場合、機関回転数は目標回転数を中心と
して変動するため、空燃比も変動することがある。この
場合、空燃比も変動してアルコールセンサ５の異常の検
出を行う条件としては不適当であるので、別ルーチンに
より前記アイドル回転数のフィードバック制御が停止さ
れるときに立てられるISCクランプのフラグによって、
アイドル回転数のフィードバック制御の有無を判別す
る。但し、この判定は、機関回転数の変動を直接判定す
るものであってもよい。

そして、ステップ６において、ISCクランプのフラグ
が立てられている等、機関回転数が安定している状態
で、前記ステップ4,5のアルコールセンサ５の異常条件
が満たされたときは、アルコールセンサ５が異常である
と判断して、ステップ３へ進み、NGフラグを立てる。

従って、以上説明したルーチンが異常検出手段に相当
する。

次に、上記ルーチンにより、アルコールセンサ５が異
常と判定されたときのフェールセーフ制御のルーチンを
説明する。

先ず、空燃比フィードバック制御の概要を説明する。

O₂センサ４は排気中酸素濃度に感応して、空燃比が目
標値である理論空燃比よりリッチ（濃い）であるとき
は、出力がＨレベルとなり、リーン（薄い）であるとき
は、出力がＬレベルとなる。そこで、リッチ検出時は空
燃比をリーン化すべく燃料供給量を減少させるため、空
燃比フィードバック補正係数αを漸減させ、リーン検出
時は空燃比をリッチ化すべく燃料供給量を増大させるた
め、空燃比フィードバック補正係数αを増大させる。し
たがって、空燃比フィードバック制御時は空燃比がリッ
チ状態とリーン状態のときが交互に略一定の周期で繰り
返されることになる。そして、アルコールセンサ５が燃
料の混合割合を正常に検出しているときは、該検出値に
基づいて前記燃料の基本供給量Tpは理論空燃比に対応し
て設定されるので、空燃比フィードバック制御において
空燃比は、リッチとなる時間割合とリーンとなる時間割
合とは略等しくなる。

ところが、第６図に示すように、例えば断線等で出力
が０となるような、アルコールセンサ５に異常が生じる
と、コントロールユニット10はアルコールの割合が０％
と判断し、燃料供給量を必要量より減少して設定するの
で、O₂センサ４の出力はＬレベルが継続する。この場
合、空燃比フィードバック補正係数αは最大値に達して
へばり付き、空燃比のリーン時間が長引くこととなる。

ここで、第７図に示したフローチャートに従って前記
フェールセーフ制御のルーチンを説明する。

先ず、ステップ11では、O₂センサ４の出力がスライス
レベルよりＨレベルか、Ｌレベルかを判定する。

Ｈレベルであれば、前述したように例えば断線等でア
ルコールセンサ５の出力が０となり、即ちアルコールセ
ンサ５が異常となって、燃料供給量が必要量より減少し
て設定されていると判定して、ステップ12において、ア
ルコール濃度検出信号のA/D変換値ALCを一定割合C₁（C₁
＞０）だけ増加させて設定する（第６図参照）。

ALCを増加させることにより空燃比はリッチ化してゆ
くので、ステップ13では、空燃比が目標空燃比である理
論空燃比に達したか否か、即ち、O₂センサ４の出力がＨ
レベルからＬレベルに反転したか否かを判定する。

ステップ13では、O₂センサ４の出力が反転していれ
ば、フィードバック制御時において空燃比フィードバッ
ク補正係数αを増大，減少させることにより空燃比フィ
ードバック制御を行うことが可能になったと判断し、ス
テップ14に進んで前記ステップ12で設定したアルコール
濃度検出信号のA/D変換値ALCをクランプする（第６図参
照）。ここで、クランプしたALCは燃料の入れ替え、若
しくは再始動時にキャンセルされて、新たな基準燃料の
濃度に応じたフェールセーフ制御が行われる。

尚、ステップ13において、O₂センサ４の出力が反転し
ていなければ、ステップ12に戻り、再びALCを増加させ
る。

一方ステップ11において、O₂センサ４の出力がスライ
スレベルよりＬレベルのときは、燃料供給量が必要量よ
り増大して設定されていると判定して、ステップ15にお
いて、アルコール濃度検出信号のA/D変換値ALCを一定割
合C₂（C₂＞０）だけ減少させて設定する。

ALCを減少させることにより空燃比はリーン化してゆ
くので、ステップ16では、空燃比が目標空燃比である理
論空燃比に達したか否か、即ち、O₂センサ４の出力がＬ
レベルからＨレベルに反転したか否かを判定する。

ステップ16において、O₂センサ４の出力が反転してい
れば、前記ステップ15で設定したアルコール濃度検出信
号のA/D変換値ALCをクランプする。

以上説明したステップ12,ステップ14及びステップ15
の機能が燃料濃度設定手段に相当する。

従って、アルコール濃度検出信号のA/D変換値ALCを増
減させ、その後空燃比が目標空燃比である理論空燃比に
達したか否かによってクランプするようにしたので、ア
ルコールセンサの濃度補正係数も同様に増減し、クラン
プされる。よって、アルコールセンサ５が異常となった
ときに、基準燃料（アルコール）の濃度に応じて基本と
なる燃料供給量が供給される場合と、前記基本となる燃
料供給量が空燃比に応じてフィードバック補正されて供
給される場合とも、空燃比が目標空燃比である理論空燃
比に対して大きくずれることは無く、空燃比制御が行な
われる。従って、最適なフェールセーフ制御を行うこと
が可能となり、機関運転性能や排気エミッション特性を
向上させることが可能となる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、燃料濃度検出
手段が異常であると検出されたときに所定の状態まで燃
料濃度出力を一定割合で変化させ、その後所定値に固定
する構成としたため、異常時でも空燃比が目標空燃比で
ある理論空燃比に対して大きくずれることは無く、空燃
比を迅速に安定させることができ、もって機関の運転を
支障なく継続することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例の構成を示す図、第３図は同上実施例にお
けるアルコールセンサの濃度補正係数の変化を示す図、
第４図は同上実施例におけるアルコールセンサの異常を
検出するルーチンを示すフローチャート、第５図は同上
実施例におけるアルコールセンサ異常時における燃料供
給量のずれを示す図、第６図は同上実施例における作用
を説明する作用図、第７図は同じく異常検出時のフェー
ルセーフ制御を示すフローチャートである。 １……機関、２……エアフローメータ、３……クランク
角センサ、４……O₂センサ、５……アルコールセンサ、
10……コントロールユニット

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】異種類の燃料を切り換えて若しくは混合し
   て使用可能な内燃機関の運転状態を検出する運転状態検
   出手段と、機関に供給される燃料から、該燃料中の基準
   となる燃料の濃度を検出する燃料濃度検出手段と、検出
   された機関の運転状態と基準となる燃料の濃度とに基づ
   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、機関に供給される混合気の空燃比を検出する空燃比
   検出手段と、該空燃比検出手段からの空燃比検出信号に
   基づいて、所定の運転時に空燃比を目標空燃比に近づけ
   るように前記設定された基本燃料供給量を補正するため
   のフィードバック補正量を設定するフィードバック補正
   量設定手段と、前記設定された基本燃料供給量とフィー
   ドバック補正量と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、を備えてなる内燃機関の空燃比制御
   装置において、 前記燃料濃度検出手段の異常を検出する異常検出手段
   と、前記燃料濃度検出手段が異常であると検出されたと
   きに空燃比検出手段からの空燃比検出信号が目標空燃比
   に対してリッチからリーンまたはリーンからリッチに反
   転するまで該燃料濃度検出手段の燃料濃度出力を一定割
   合で変化させ、その後反転したときの値で固定する燃料
   濃度設定手段と、を含んで構成したことを特徴とする内
   燃機関の空燃比制御装置。