JP2741764B2

JP2741764B2 - 空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2741764B2
Application number: JP63196847A
Authority: JP
Inventors: 正信打浪; 敏久高橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-08-06
Filing date: 1988-08-06
Publication date: 1998-04-22
Anticipated expiration: 2013-04-22
Also published as: JPH0245634A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明はエンジンの空燃比制御装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来の空燃比制御装置においては、吸気量とエンジン
回転数から目標空燃比を算出し、エンジンの状態パラメ
ータ（例えば水温等）により目標空燃比を補正し、補正
後の目標空燃比と広域空燃比センサからの実空燃比との
偏差及び実空燃比の変化率より、フィードバック修正係
数Ｋを比例項Ｐ、積分項Ｉ、微分項Ｄの関数としてより決定していた。ただし、ΔA/Fは偏差、は変化率である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、通常市街走行時など理論空燃比で運転する
領域においては、空燃比を理論空燃比に一定に燃焼を行
うより、理論空燃比を中心として微小範囲（例えば、Δ
A/F＝0.3）でゆっくり（周波数１〜2Hz）周期的に変動
させた方が触媒の浄化効率が向上し、排気ガスが清浄化
されることが知られている。しかしながら、従来装置に
おいては、目標空燃比及び実空燃比が共に理論空燃比と
なると偏差がゼロとなり、空燃比が理論空燃比一定で運
転されるので、排気ガスが思うように清浄化されず、不
必要に容量の大きな触媒を用いなければならないためコ
ストアップになるという課題があった。

又、例えば特開昭62-251443号公報に参照されるよう
に、空燃比を理論空燃比を中心として微小範囲で周期的
に変化させ、触媒の浄化効率向上及び排気ガスの清浄化
を行う方法も提案されている。しかし、この文献の内容
は、Ｏ₂センサのリッチ及びリーンとは無関係に、各気
筒に対するTDC信号の発生毎に交互に燃料を変化させる
ものであり、実際に触媒浄化に効果があるリッチ側及び
リーン側に微小変動させるか否かについては具体的な記
載がない。

又、この文献において、補正係数Ｋ₀₂に対する所定値
Ｋ₁は固定値と考えられるうえ、実際に制御される空燃
比は、理論空燃比を中心に設定されるとは限らない。従
って、微小変動させる場合の補正係数Ｋ₀₂の値は、偏差
が0.5以内に入っているものの、エンジンのばらつき等
により、偏差の上下限値の近傍で微小変動することも考
えられる。この結果、上記文献によれば、効果的な微小
範囲での周期的変化が正確に行われないため、排気ガス
を悪化させるおそれがある。

即ち、理論空燃比（＝14.7）の近傍（±0.5）の領域
でリッチ・リーン間を微小振動させようとしても、例え
ば、エンジン及び各種部品のバラツキにより、実空燃比
が15.2よりもわずかに小さい値に制御され得る。この場
合、リーン・リッチ間で微小振動させるためには、補正
係数を0.5の空燃比に相当する値以上に設定する必要が
ある。

しかし、実空燃比が15.2の場合に±0.5の補正をかけ
ると、加算補正時の空燃比が15.7になることから、次の
判定時に、｜実空燃比−目標空燃比｜＞0.5となり、微
小振動処理ルーチンから逸脱してPID制御に復帰してし
まい、結局、14.7を中心として微小振動させることはで
きなくなる。

この発明は上記のような課題を解決するために成され
たものであり、理論空燃比領域における触媒の浄化効率
を向上し、排気ガスの清浄化を安価に行うことができる
エンジンの空燃比制御装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る空燃比制御装置は、エンジンの運転状
態を検出する手段と、エンジンの排気ガス成分より実空
燃比を連続的に検出する広域空燃比センサと、エンジン
の運転状態から目標空燃比を設定する手段と、目標空燃
比と実空燃比との偏差及び実空燃比の変化率よりフィー
ドバック修正係数を決定するPID制御手段と、実空燃比
が理論空燃比よりリッチかリーンかによりフィードバッ
ク修正係数の積分処理を行う積分制御手段と、目標空燃
比が理論空燃比以外の場合にPID制御手段を用い、目標
空燃比が理論空燃比の場合に積分制御手段を用いる切換
手段と、目標空燃比が理論空燃比以外の場合にPID制御
手段によるフィードバック修正係数により燃料噴射量を
補正するとともに、目標空燃比が理論空燃比の場合に積
分制御手段によるフィードバック修正係数により燃料噴
射量を補正する補正手段とを設けたものである。

〔作用〕

この発明においては、目標空燃比が理論空燃比の場合
には積分制御手段が用いられ、実空燃比がリーンの場合
にはリッチになるまで燃料噴射量を徐々に増加させ、実
空燃比がリッチの場合にはリーンになるまで燃料噴射量
を徐々に減少させる。これにより、実空燃比は理論空燃
比を中心にして微小範囲で周期的に変動する。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面とともに説明する。第
１図はこの実施例による空燃比制御装置の構成を示し、
エンジン11は自動車に搭載される公知の４サイクル火花
点火式エンジンで、燃焼用空気をエアクリーナ12、吸気
管13、スロットル弁14を順次介して吸入する。又、燃料
はエンジン11の各気筒に対応して設けられた燃料噴射弁
15a,15b…を介してエンジン11に供給される。又、燃焼
後の排気ガスは排気マニホールド16、排気管17、三元触
媒コンバータ18等を経て大気に放出される。又、吸気管
13には、エンジン11に吸入される吸気量を検出して吸気
量に応じたアナログ電圧を出力するポテンショメータを
式吸気量センサ19と、エンジン11に吸入される空気の温
度を検出し、吸気温に応じたアナログ電圧（アナログ検
出信号）を出力するサーミスタ式吸気温センサ20が設置
される。又、エンジン11には、冷却水温を検出し、冷却
水温に応じたアナログ電圧を出力するサーミスタ式水温
センサ21が設置され、排気マニホールド16には排気ガス
中の酸素濃度から空燃比をリッチからリーンまで連続的
に検出する広域空燃比センサ22が設置されている。エン
ジン11のクランク軸の回転速度は回転速度センサ23で検
出し、回転速度に応じた周波数パルス信号を出力する。
この回転速度センサ23としては、例えば点火装置の点火
コイルを用いればよく、点火コイルの一次側端子からの
点火コイル信号を回転速度信号とすればよい。上記各セ
ンサ19〜23の検出信号は制御回路24に供給され、制御回
路24はこれらの検出信号に基づいて燃料噴射量を演算
し、電磁式燃料噴射弁15a,15b…の開弁時間を制御する
ことによって燃料噴射量を制御する。

第２図は制御回路24の詳細を示し、100は燃料噴射量
を演算するマイクロプロセッサ（CPU）、101は回転数カ
ウンタで、回転速度センサ23からの信号よりエンジン回
転数をカウントする。この回転数カウンタ101は、エン
ジン回転に同期して割り込み制御部102に対して割り込
み指令信号を送る。割り込み制御部102はこの信号を受
けると、コモンバスCBを通じてCPU100に割り込み信号を
出力する。103はデジタル入力ポートで、図示しないス
タータの作動をオン，オフするスタータスイッチ25から
のスタータ信号のデジタル信号を受け、これをCPU100に
伝達する。104はアナログマルチプレクサA/D変換器から
なるアナログ入力ポートで、吸気量センサ19、吸気温セ
ンサ20、水温センサ21、空燃比センサ22からの各信号を
A/D変換して順次CPU100に読み込ませる。105は電源回路
で、後述するRAM107に対してバッテリ26から直接的に電
源を供給する。このバッテリ26の回路には、キースイッ
チ27が設けられているが、電源回路105はキースイッチ2
7を介さずに直接バッテリ26に接続され、RAM107はキー
スイッチ27に関係なく常時電源が印加されている。又、
バッテリ26はキースイッチ27を介して他の電源回路106
に接続され、電源回路106はRAM107以外の部分に電源を
供給する。RAM107はプログラム動作中一時使用される一
時記憶ユニットで、キースイッチ27をオフにして機関の
運転を停止してもその記憶内容が消失しない不揮発性メ
モリである。108はプログラムや各種の定数等を記憶し
ておく読み出し専用メモリ（ROM）である。109はレジス
タを含む燃料噴射時間制御用カウンタで、ダウンカウン
タで構成され、CPU100で演算された電磁式燃料噴射弁15
a,15bの開弁時間即ち燃料噴射量を表すデジタル信号
を、実際の燃料噴射弁15a,15b…の開弁時間を与えるパ
ルス時間幅のパルス信号に変換する。110は燃料噴射弁1
5a,15b…を駆動する電力増幅部であり、111はタイマ
で、経過時間を測定してCPU100に伝達する。回転数カウ
ンタ101は回転速度センサ23の出力により、例えばエン
ジン１回転につき１回エンジン回転数を測定し、その測
定の終了時に割り込み制御部102に割り込み指令信号を
供給する。割り込み制御部102はその割り込み指令に基
づき割り込み信号を発生し、CPU100に燃料噴射量の演算
を行う取り込み処理ルーチンを実行させる。

第３図はCPU100のフローチャートを示し、キースイッ
チ27及びスタータスイッチ25がオンしてエンジン11が始
動されると、ステップ120で起動指令が発生されてメイ
ンルーチンの演算処理が開始され、ステップ121で初期
化が実行される。ステップ122では、アナログ入力ポー
ト104から冷却水温，吸気温に応じたデジタル値を読み
込む。ステップ123では、その結果から燃料噴射量の補
正量Ｋ₁を演算し、RAM107に格納する。ステップ124で
は、アナログ入力ポート104から空燃比センサ22に応じ
たデジタル値を読み込む。次に、ステップ125では第４
図の割り込み処理ルーチン200で計測した回転数及び吸
気量と冷却水温から目標空燃比を算出する。ステップ12
6では、エンジンの運転状態が高負荷，高回転であって
空燃比をリッチとして出力を増加する領域あるいはエン
ジン始動直後で冷却水温が低く、燃焼状態が安定しない
領域などが判定され、このように目標空燃比が理論空燃
比に設定されない場合にはステップ107に進み、目標空
燃比が通常の理論空燃比に設定される場合にはステップ
130に進む。ステップ107では目標空燃比と実空燃比の偏
差及び実空燃比の時間当りの変化率を演算し、ステップ
108ではフィードバックの修正係数Ｋ₂を比例項Ｐ、積分
項Ｉ、微分項Ｄの関数としての演算により決定する。このPID制御では、後述する積
分制御に比較し、実空燃比を目標空燃比にその偏差に応
じて素速く収束させることができる。ステップ129では
修正係数Ｋ₂をRAM107に格納するとともに、後述する積
分制御の修正係数Ｋ₃の値をＫ₂の値に書き換える。これ
は、２つの制御が互に切換ったとき修正係数の値に大き
な差があるとショックが感じられ、ドライバビリティを
悪化させるのみならず、加減速した直後などのように実
空燃比と目標空燃比が大きくずれたとき、PID制御で素
速く収束させた後に積分制御に切換えるとエンストを生
じるなどの不具合を生じるからである。なお、この場合
は、使用していないフィードバック制御（PID制御）の
修正係数Ｋ₂を1.0にリセットしても同様の効果がある。
ステップ129が終了すると、ステップ122へ戻る。

一方、運転状態が定常状態で理論空燃比領域の場合に
は、ステップ126からステップ130へ進み、経過時間が単
位時間Δｔ₁を過ぎたか否かを測定し、過ぎていなけれ
ばＫ₃の補正をせずにステップ122に戻る。Δｔ₁経過し
た場合にはステップ131へ進み、実空燃比がリッチかリ
ーンかが判定され、リッチであればステップ133に進
み、以前のサイクルで求めた積分制御の修正係数Ｋ₃を
ΔＫだけ減少させ、ステップ134ではこの新しい修正係
数Ｋ₃をRAM107に格納するとともに、PID制御の修正係数
Ｋ₂をＫ₃に書き換える。又、ステップ131で空燃比がリ
ーンであればステップ132に進み、Ｋ₃をΔＫだけ増加さ
せ、ステップ134へ進む。このように修正係数Ｋ₃を増減
させ、積分制御を終える。

通常はステップ122〜134のメインルーチンの処理を制
御プログラムに従ってくり返し実行する。第２図におい
て、割り込み制御部102から燃料噴射量演算の割り込み
信号が入力されると、CPU100はメインルーチンの処理中
であっても直ちにその処理を中断し、ステップ200の割
り込み処理ルーチンに移る。ステップ201では、回転数
カウンタ101からのエンジン回転数Ｎを表わす信号を取
り込み、次にステップ202でアナログ入力ポート104から
吸気量Ｑを表わす信号を取り込み、ステップ203では回
転数Ｎと吸気量Ｑを、メインルーチンの演算処理におけ
る修正係数Ｋ₃の記憶処理のためのパラメータとして使
用するために、RAM107に格納する。次に、ステップ204
で回転数Ｎと吸気量Ｑから決まる基本的な燃料噴射量
（即ち、燃料噴射弁15a,15b…の噴射時間幅ｔ）を計算
する。計算式は、（Ｆは定数）である。次に、ステップ205では前述と同
様に理論空燃比制御領域か否かを判定し、該領域でなけ
ればステップ206ではメインルーチンで求めたＫ₁,K₂をR
AM107から読み出し、Ｋ₁,K₂より空燃比を決定する噴射
量（噴射時間幅）の補正計算を行う。噴射時間幅Ｔの計
算式は、Ｔ＝ｔ×Ｋ₁×Ｋ₂である。又、理論空燃比制御
領域ではステップ207に進み、Ｔ＝ｔ×Ｋ₁×Ｋ₃により
噴射量の補正計算を行う。次に、ステップ208では補正
計算した燃料噴射量のデータをカウンタ109にセット
し、メインルーチンに復帰する。もちろん、燃料噴射は
補正された燃料噴射量によって行われる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、エンジンの運転状態
を検出する手段と、エンジンの排気ガス成分より実空燃
比を連続的に検出する広域空燃比センサと、エンジンの
運転状態から目標空燃比を設定する手段と、目標空燃比
と実空燃比との偏差及び実空燃比の変化率よりフィード
バック修正係数を決定するPID制御手段と、実空燃比が
理論空燃比よりリッチかリーンかによりフィードバック
修正係数の成分処理を行う積分制御手段と、目標空燃比
が理論空燃比以外の場合にPID制御手段を用い、目標空
燃比が理論空燃比の場合に積分制御手段を用いる切換手
段と、目標空燃比が理論空燃比以外の場合にPID制御手
段によるフィードバック修正係数により燃料噴射量を補
正するとともに、目標空燃比が理論空燃比の場合に積分
制御手段によるフィードバック修正係数により燃料噴射
量を補正する補正手段とを設け、理論空燃比制御領域で
はフィードバック修正係数を積分処理するようにしたの
で、実空燃比は理論空燃比を中心として微小範囲で周期
的に変化し、触媒の浄化効率が向上し、排気ガスの清浄
化を安価に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明装置の全体構成図及び制御
回路の構成図、第３図及び第４図はこの発明装置の動作
を示すフローチャートである。 11……エンジン、15a,15b……燃料噴射弁、19……吸気
量センサ、22……広域空燃比センサ、23……回転速度セ
ンサ、24……制御回路。なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの運転状態を検出する手段と、前記エンジンの排気ガス成分より実空燃比を連続的に検
出する広域空燃比センサと、前記エンジンの運転状態から目標空燃比を設定する手段
と、前記目標空燃比と前記実空燃比との偏差及び前記実空燃
比の変化率よりフィードバック修正係数を決定するPID
制御手段と、前記実空燃比が理論空燃比よりリッチかリーンかにより
前記フィードバック修正係数の積分処理を行う積分制御
手段と、前記目標空燃比が前記理論空燃比以外の場合に前記PID
制御手段を用い、前記目標空燃比が前記理論空燃比の場
合に前記積分制御手段を用いる切換手段と、前記目標空燃比が前記理論空燃比以外の場合に前記PID
制御手段によるフィードバック修正係数により燃料噴射
量を補正するとともに、前記目標空燃比が前記理論空燃
比の場合に前記積分制御手段によるフィードバック修正
係数により前記燃料噴射量を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする空燃比制御装置。