JP2790897B2

JP2790897B2 - 内燃機関の空燃比制御方法

Info

Publication number: JP2790897B2
Application number: JP2089591A
Authority: JP
Inventors: 俊夫山本; 洋一岩倉
Original assignee: Daihatsu Kogyo KK
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 1990-04-03
Filing date: 1990-04-03
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: JPH03290036A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、触媒コンバータの上流側と下流側にO₂セン
サを備えた自動車等に適用される内燃機関の空燃比制御
方法に関する。

［従来の技術］排気ガス浄化手段の一つとして広く利用されている三
元触媒は、混合気の空燃比が理論空燃比を中心とした狭
い領域（三元触媒のウィンドウ）内に維持されていない
と、排気ガス中に含まれているCO、HC、NO_Xの全てを効
率よく浄化することができない。そのため、インジェク
タを備えたエンジンでは、燃料噴射量を微細に調節する
ための空燃比フィードバック補正係数を設けておき、触
媒コンバータの上流側に配置したO₂センサの出力電圧が
空燃比リッチ状態を示した場合には、所定の遅延時間後
に前記補正係数を減少させることにより燃料供給量を絞
って、混合気の空燃比を理論空燃比側に変化させるよう
にしている。また、前記出力電圧が空燃比リーン状態を
示した場合には、所定の遅延時間後に前記補正係数を増
加させることにより燃料供給量を増加させて、混合気の
空燃比理論空燃比を側に変化させるようにしている。

ところが、単一のO₂センサを利用して空燃比のフィー
ドバック制御を行うと、O₂センサの出力特性のばらつき
や経時変化、インジェクタの燃料噴射量のばらつき等に
より所期の空燃比制御が行われず、空燃比の制御中心が
三元触媒のウィンドウ内からずれてしまうことがある。
また、触媒活性化温度が確保し易いエキゾーストマニホ
ールドに触媒コンバータを連結し、その上流におけるエ
キゾーストマニホールドの集合部にO₂センサが配置され
ている場合には、特定の気筒から排出された排気ガスに
よりO₂センサの出力電圧が左右されたり、高熱等によっ
て劣化が早められてしまうこともある。

このような不具合を回避するために、本発明の先行技
術として、例えば、特開昭62−29738号公報に示される
ように、触媒コンバータの上流側に配置した第１のO₂セ
ンサの出力電圧に基づいて空燃比のフィードバック制御
を行いつつ、触媒コンバータの下流側に配置した第２の
O₂センサの出力電圧に基づいて空燃比の制御中心を三元
触媒のウィンドウ内に補正するようにしたものがある。
第２のO₂センサの出力電圧に基づいて、空燃比の制御中
心を変化させる態様としては、例えば、第６図に示すよ
うに、一定のゲート時間毎にリッチ時間DUTYSOを検出
し、そのリッチ時間DUTYSOに対応させて、第２のO₂セン
サたるサブO₂センサの出力電圧により決定されるフィー
ドバック制御値FACFを一定値づつ徐々に変化させ、その
フィードバック制御値FACFに基づいて、前記空燃比フィ
ードバック補正係数のスキップ量やリッチ積分、リーン
積分を変化させる場合、又は空燃比リッチ、空燃比リー
ンの判定遅延時間を変化させる場合等が考えられる。

［発明が解決しようとする課題］ところが、触媒コンバータの下流側では、それぞれの
気筒から排出された排気ガスが撹拌された状態にあり、
排気ガス中の酸素濃度が平衡状態に近いため、第２のO₂
センサの出力電圧は、第１のO₂センサの出力電圧よりも
緩慢な変化を示す。すなわち、第１のO₂センサの出力電
圧に基づいて調節された混合気が全体としてリッチ傾向
の場合には、第２のO₂センサの出力電圧がリッチ状態を
示す時間が長くなり、混合気が全体としてリーン傾向の
場合には、第２のO₂センサの出力電圧がリーン状態を示
す時間が長くなる。このため、混合気がリッチからリー
ンに変わった場合と、リーンからリッチに変わった場合
とで、前記フィードバック制御値を微小値づつ徐々に増
加又は減少させるようにすると、空燃比全体がリッチよ
りの時間やリーンよりの時間が長くなり、排気ガスを浄
化効率の高い領域で効率よく浄化するのが困難になる。

本発明は、このような不具合を解消することを目的と
している。

［課題を解決するための手段］本発明は、上記目的を達成するために、次のような構
成を採用している。

すなわち、本発明にかかる内燃機関の空燃比制御方法
は、排気ガスを浄化する触媒コンバータの上流側に排気
ガス中の酸素濃度を検出する第１のO₂センサを配置し、
その出力電圧に基づいて燃焼室に供給する混合気の空燃
比を理論空燃比近傍にフィードバック制御するととも
に、前記触媒コンバータの下流側に第２のO₂センサを配
設しておき、一定のゲート時間が満了する毎に、当該ゲ
ート時間中に継続して検出していた前記第２のO₂センサ
の出力電圧に対する検出結果を総括して、その第２のO₂
センサの出力電圧が所定の判定電圧よりも高い状態にあ
る時間割合または所定の判定電圧よりも低い状態にある
時間割合を確定し、その時間割合に基づいて当該ゲート
時間中の空燃比がリッチ傾向にあったのかリーン傾向に
あったのかを判定し、その判定結果に基づいて前記フィ
ードバック制御の制御中心を変化させるためのフィード
バック制御値を決定し、そのフィードバック制御値を当
該ゲート時間が満了した直後から開始される次回のゲー
ト時間中に用いるようにし、以上の動作を繰り返すこと
によって、前記制御中心を理論空燃比近傍に変化させる
ように構成した内燃機関の制御方法であって、各ゲート
時間が満了した時点で、当該ゲート時間中における空燃
比がリッチ傾向にあったと判定された場合には、前記フ
ィードバック制御値を一定値だけ減少させ、空燃比がリ
ーン傾向にあったと判定された場合には前記フィードバ
ック制御値を一定値だけ増加させるようにしたことを特
徴とする。

なお、前記フィードバック制御値に基づいて空燃比の
制御中心を変化させる態様としては、第１のO₂センサの
出力電圧に基づいて決まる空燃比フィードバック補正係
数のスキップ量、リッチ積分、リーン積分等を変化させ
る場合、又は空燃比のリッチ判定遅延時間、リーン判定
遅延時間を変える場合等がある。

［作用］本発明による空燃比制御においては、一定のゲート時
間が経過する間中、第２のO₂センサの出力電圧の状況を
検出し続け、そのゲート時間が満了する毎にその継続的
な検出結果を総括して、当該ゲート時間中の空燃比がリ
ッチ傾向にあったのかリーン傾向にあったのかを判定
し、その判定結果を踏まえて次のゲート時間中における
フィードバック制御を行うようにしているので、例え
ば、第１のO₂センサの出力電圧が反転する毎に、第２の
O₂センサの出力電圧を検証し、その度毎に第２のO₂セン
サの出力電圧に基づいてフィードバック制御値を決定す
る場合に比べて、より精度が高くしかも安定した制御が
可能になる。

すなわち、O₂センサの出力電圧は、微少に振動しなが
らリーン側またはリッチ側へ変動することがある。この
ため、第１のO₂センサの出力電圧が反転した時点におけ
る第２のO₂センサの出力電圧が仮に空燃比リッチを示し
ていても、実際の雰囲気は若干リーン気味の場合もあ
り、逆に、第２のO₂センサの出力電圧が空燃比リーンを
示していても、実際の雰囲気は若干リッチ気味の場合も
ある。

これに対して、本発明では、一定したゲート時間中に
第２のO₂センサの出力電圧が空燃比リッチを示していた
時間と空燃比リーンを示していた時間との割合を総括
し、当該ゲート時間中における空燃比がリッチ気味であ
ったのか、リーン気味であったのかを当該ゲート時間が
満了する度に判定するようにしているので、第２のO₂セ
ンサの出力電圧が一時的に変動するようなことがあって
も、誤判定を招く可能性が低く、より実際に即した検出
結果を得ることができる。したがって、かかる検出結果
に基づいて決定されるフィードバック制御値によりフィ
ードバック制御を実行すれば、より精度の高い空燃比制
御が可能になり、排気ガスを浄化率の高い領域において
効率よく浄化することができる。

［実施例］以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図を参照して
説明する。

第１図に概略的に示した内燃機関たるエンジンは、自
動車に利用されるもので、インジェクタ１と、クランク
角センサ２と、圧力センサ３と、アイドルスイッチ４
と、水温センサ５と、第１のO₂センサたるメインO₂セン
サ６と、第２のO₂センサたるサブO₂センサ７とを具備し
ている。

インジェクタ１は、吸気管８に装着してあり、電磁コ
イル等を内蔵している。そして、電磁コイル電子制御装
置９から燃料噴射信号ａが印加されると、その印加時間
に相当する量の燃料を吸気ポート付近に噴射するように
なっている。クランク角センサ２は、ディストリビュー
タ10に内蔵してあり、エンジン回転速度に対応してエン
ジン回転信号ｂを発生するように構成されたものであ
る。圧力センサ３は、サージタンク11に設けてあり、吸
気圧に比例して吸気圧信号ｃを出力するようになってい
る。アイドルスイッチ４は、スロットルシャフト12に連
結してあり、スロットルバルブ13が閉じている場合はON
になり、スロットルバルブ13が開弁した場合はOFFにな
るON・OFFスイッチで、スロトル信号ｄを出力するよう
になっている。水温センサ５は、例えば、サーミスタ等
を内蔵したもので、エンジン冷却水温に応じて水温信号
ｅを出力するようになっている。メインO₂センサ６は、
触媒コンバータたるマニバータ14の上流側に配置してあ
り、排気ガス酸素濃度に対応してフィードバック信号ｆ
を出力するようになっている。具体的には、第３図に示
すように、混合気の空燃比A/Fが理論空燃比近傍に存在
する判定電圧よりもリーン側にあって、排気ガス中の酸
素濃度が高い場合には低い電圧を発生し、混合気の空燃
比A/Fが前記判定電圧よりもリッチ側にあって、排気ガ
ス中の酸素濃度が低い場合には高い電圧を発生し得るよ
うに構成されたものである。サブO₂センサ７は、メイン
O₂センサ６と同様な構成のもので、排気ガス中の酸素濃
度に対応してフィードバック信号ｇを出力するようにな
っている。すなわち、混合気の空燃比が理論空熱比近傍
に存在する判定電圧よりもリーン側にあって、排気ガス
中の酸素濃度が高い場合には低い電圧を発生し、混合気
の空燃比が前記判定電圧よりもリッチ側にあって、排気
ガス中の酸素濃度が低い場合には高い電圧を発生するよ
うになっている。

電子制御装置９は、燃焼室15に供給する混合気の空燃
比を調節する役割を担っており、中央演算処理装置16
と、メモリー17と、入力インターフェース18と、出力イ
ンターフェース19を備えたマイクロコンピュータユニッ
トにより構成されている。入力インターフェース18に
は、少なくとも、クランク角センサ２からのエンジン回
転信号ｂと、圧力センサ３からの吸気圧信号ｃと、アイ
ドルスイッチ４からのスロットル信号ｄと、水温センサ
５からの水温信号ｅと、メインO₂センサ６からのフィー
バック信号ｆと、サブO₂センサ７からのフィードバック
信号ｇがそれぞれ入力されるようになっている。出力イ
ンターフェース19からは、前記インジェクタ１に燃料噴
射信号ａが出力されるようになっている。しかして、こ
の電子制御装置９は、エンジン回転信号ｂおよび吸気圧
信号ｃ等から吸入空気量を算出し、その吸入空気量に応
じて基本噴射量TPを決定する。次いで、この基本噴射量
TPを、メインO₂センサ６のフィードバック信号ｆにより
決まる空燃比フィードバック補正係数FAFや、エンジン
の運転状況に応じて決まる各種補正係数Ｋ、および、無
効噴射時間TAUVで補正して、インジェクタ１への最終通
電時間Ｔを次式に基づいて決定し、その時間Ｔに相当す
る量の燃料をインジェンクタ１から噴射させる役割を担
っている。

Ｔ＝TP×FAF×Ｋ＋TAUV また、前記電子制御装置９には、第２図に概略的に示
すようなプログラムを内蔵してある。サブO₂センサ７に
よるフィードバックF/Bの実行条件が成立しているのを
前提に、ステップ51で、ゲート時間が終了ENDしたか否
かを判別し、終了したと判断した場合はステップ52に進
み、終了していないと判断した場合にはステップ60に進
む。ステップ52では、リッチ時間DUTYSOが判定時間を上
回っているか否かを判別し、上回っていると判断した場
合にはステップ53に進み、上回っていないと判断した場
合にはステップ56に進む。ステップ53では、前回のゲー
ト時間終了時にリッチであったか否かを判別し、リッチ
であったと判断した場合にはステップ54に進み、リッチ
でなかったと判断した場合にはステップ55に進む。ステ
ップ54では、サブO₂センサ７の出力電圧により決まるフ
ィードバック制御値FACFをリーン積分FACFKIMにより１
ステップ減少させた後、ステップ59に進む。ステップ55
では、フィードバック制御値FACFをリーン積分FACFKIM
よりも大きな値でもってスキップ的に減少させた後、ス
テップ59に進む。ステップ56では、前回のゲート時間終
了時にリーンであったか否かを判別し、リーンであった
と判断した場合にはステップ57に進み、リーンでなかっ
たと判断した場合にはステップ58に進む。ステップ57で
は、フィードバック制御値FACFをリッチ積分FACFKIPに
より１ステップ増加させた後、ステップ59に進む。ステ
ップ58では、フィードバック制御値FACFを前記リッチ積
分FACFKIPよりも大きな値でもってスキップ的に増加さ
せた後、ステップ59に進む。ステップ59では、リッチ時
間DUTYSOをクリアする。ステップ60では、サブO₂センサ
７の出力電圧に基いて空燃比A/Fがリッチか否かを判別
し、リッチであると判断した場合にステップ61に進む。
ステップ61では、リッチ時間DUTYSOに１を加算する。

次に、メインO₂センサ６およびサブO₂センサ７による
フィードバック制御を説明する。先ず、メインO₂センサ
６による空燃比のフィードバック制御条件、例えば、エ
ンジン冷却水温が40゜C以上である、フューエルカット
中でない、パワー増量中でない、エンジン始動後から所
定時間経過している、メインO₂センサ６が活性中であ
る、圧力センサ３が正常である、等の条件が全て成立し
ている場合には、メインO₂センサ６の出力電圧に基づい
てフィードバック制御が行われる。具体的には、第３図
に示すように、メインO₂センサ６の出力電圧が判定電圧
を上回った場合には、リッチ判定遅延時間TDR後に空燃
比フィードバック補正係数FAFを所定値RSMだけ減少側に
スキップさせ、次にリーン積分KIMに基づいて一定値づ
つ徐々に減少させる。このため、インジェクタ１からの
燃料供給量が絞られて、混合気の空燃比が理論空燃比側
に変化することになる。他方、メインO₂センサ６の出力
電圧が判定電圧を下回った場合には、リーン判定遅延時
間TDL後に空燃比フィードバック補正係数FAFを所定値RS
Pだけ増加側にスキップさせ、次にリッチ積分KIPに基づ
いて一定値づつ徐々に増加させる。その結果、インジェ
クタ１から供給される燃料の量が増加して、混合気の空
燃比が理論空燃比側に変化することになる。

かかるフィードバック制御中にサブO₂センサ７による
フィードバックF/B条件が成立すると、例えば、メインO
₂センサ６による空燃比のフィードバック実行開始から
所定時間経過している、メインO₂センサ６が活性になっ
てから所定時間経過している、エンジン冷却水温が70゜
C以上である、過渡時の燃料補正量が所定量を下回って
いる、エンジンがアイドリング状態で車速が０である、
又はエンジンが非アイドリング状態で所定の運転領域に
ある、等の諸条件が全て成立すれば、サブO₂センサ７に
よるフィードバックF/B制御が行われる。具体的には、
第４図に示すように、サブO₂センサ７の出力電圧が判定
電圧をを上回ると、リッチ時間DUTYSOがカウントアップ
される（ステップ60→61）。リッチ時間DUTYSOが判定時
間を上回っているのが判別されると、フィードバック制
御値FACFがリーンスキップされる（ステップ51〜53→5
5）。リッチ時間DUTYSOが判定時間を上回っているのが
連続して判別された場合には、フィードバック制御値FA
CFがリーン積分FACFKIMに基づいて微小値づつ減少され
る（ステップ51〜54）。逆に、リッチ時間DUTYSOが判定
時間に達していないのが判別されると、フィードバック
制御値FACFがリッチスキップされる（ステップ51→52→
56→58）。リッチ時間DUTYSOが判定時間に達していない
のが連続して判別されると、フィードバック制御値FACF
がリッチ積分FACFKIPに基づいて微小値づつ増加される
（ステップ51→52→56→57）。このような手順に基づい
てフィードバック制御値FACFが変化されるとともに、フ
ィードバック制御値FACFに基づいて、第５図に示すマッ
プからリッチ判定遅延時間TDRおよびリーン判定遅延時
間TDLが決定される。ここで、フィードバック制御値FAC
Fが大きくなれば、リッチ判定遅延時間TDRが長くなる一
方、リーン判定遅延時間TDLが短縮される。このため、
空燃比フィードバック補正係数FAFが増加側から減少側
に転換する時期が遅くなるとともに、減少側から増加側
に転換される時期が早くなり、インジェクタ１から供給
される燃料の量が増加することになる。逆に、フィード
バック制御値FACFが小さくなる場合は、燃料供給量が減
少することになる。

なお、以上の制御は、エンジン運転中に繰り返し実行
されるようになっている。

このような構成によると、メインO₂センサ６の出力電
圧に基づいて空燃比のフィードバック制御が行われてい
る場合、空燃比の制御中心がリッチ側又はリーン側にず
れると、サブO₂センサ７の出力電圧により決まるフィー
ドバック制御値の増減によって、急速かつ微細に混合気
の空燃比が調節されることになる。すなわち、サブO₂セ
ンサ７の出力電圧が空燃比リッチ状態に示した場合に
は、フィードバック制御値FACFがスキップ的に減少させ
れるため、制御中心がリーン側へ急速に変化することに
なる。逆に、サブO₂センサ７の出力電圧が空燃比リーン
状態を示した場合には、フィードバック制御値FACFがス
キップ的に増加されるため、制御中心がリッチ側へ急速
に変化することになる。

したがって、以上のような構成によれば、メインO₂セ
ンサ６の出力特性のばらつきや経時変化、インジェクタ
１の燃料噴射量のばらつき等により、又は特定の気筒か
ら排出された排気ガスによってメインO₂センサ６の出力
電圧が左右され、所定の空燃比制御が得られなくなるよ
うな事態が生じても、サブO₂センサ７によるフィードバ
ック制御によって、混合気の空燃比を有効に三元触媒の
ウィンドウ内に収束させることができる。

しかも、このような制御方法によれば、サブO₂センサ
７の出力電圧が空燃比リッチ状態を示した場合には、制
御中心が急速に空燃比リーン側に移行され、逆に、前記
出力電圧が空燃比リーン状態を示した場合には、制御中
心が急速に空燃比リッチ側に移行されるため、空燃比全
体がリッチよりにある時間およびリーンよりにある時間
を短縮することができる。その結果、排気ガスを三元触
媒のウィンドウ内で効率よく浄化することができ、エミ
ッションを有効に改善することができる。

なお、第２のO₂センサの出力信号に基づいて決定する
フィードバック制御値は、前述の制御手順に基づいて決
定する場合に限らないのは勿論である。また、前記フィ
ードバック制御値に基づいて空燃比フィードバック補正
係数のリッチ積分、リーン積分、スキップ量を変化させ
ることにより、空燃比の制御中心を調節することも可能
である。

［発明の効果］第１のO₂センサの出力電圧を用いて行われる空燃比フ
ィードバック制御の制御中心が理論空燃比付近からずれ
るのを、第２のO₂センサの出力電圧に基づいて防止する
ことができる。特に、本発明によれば、第２のO₂センサ
の出力状態を継続的に検出し、その継続検出結果を一定
のゲート時間が満了する毎に総括して、当該ゲート時間
中における空燃比がリッチ傾向にあったのかリーン傾向
にあったのかを判断するようにしているので、その判断
結果は、第２のO₂センサの出力電圧の一時的な変動に惑
わされる可能性が低く、より現実に即したものとなる。
そのため、前記制御中心が理論空燃比付近からずれるの
を、より効果的に防止することができる。したがって、
経時変化等によってエミッションが悪化するのを有効に
回避することができるとともに、排気ガスを浄化効率の
高い領域で浄化することができる制御性に優れた内燃機
関の空燃比制御方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は本発明の一実施例を示し、第１図は
概略的な全体構成図、第２図は制御手順を概略的に示す
フローチャート図、第３図は制御態様を示すタイミング
チャート図、第４図は制御態様を示すタイミングチャー
ト図、第５図は制御設定条件を示す図である。第６図は
従来例を示す第４図相当のタイミングチャート図であ
る。１……インジェクタ６……第１のO₂センサ（メインO₂センサ）７……第２のO₂センサ（サブO₂センサ） 14……触媒コンバータ（マニバータ） 15……燃焼室 FACF……フィードバック制御値

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】排気ガスを浄化する触媒コンバータの上流
側に排気ガス中の酸素濃度を検出する第１のO₂センサを
配置し、その出力電圧に基づいて燃焼室に供給する混合
気の空燃比を理論空燃比近傍にフィードバック制御する
とともに、前記触媒コンバータの下流側に第２のO₂セン
サを配設しておき、一定のゲート時間が満了する毎に、当該ゲート時間中に
継続して検出していた前記第２のO₂センサの出力電圧に
対する検出結果を総括して、その第２のO₂センサの出力
電圧が所定の判定電圧よりも高い状態にある時間割合ま
たは所定の判定電圧よりも低い状態にある時間割合を確
定し、その時間割合に基づいて当該ゲート時間中の空燃
比がリッチ傾向にあったのかリーン傾向にあったのかを
判定し、その判定結果に基づいて前記フィードバック制
御の制御中心を変化させるためのフィードバック制御値
を決定し、そのフィードバック制御値を当該ゲート時間
が満了した直後から開始される次回のゲート時間中に用
いるようにし、以上の動作を繰り返すことによって、前
記制御中心を理論空燃比近傍に変化させるように構成し
た内燃機関の制御方法であって、各ゲート時間が満了した時点で、当該ゲート時間中にお
ける空燃比がリッチ傾向にあったと判定された場合に
は、前記フィードバック制御値を一定値だけ減少させ、
空燃比がリーン傾向にあったと判定された場合には前記
フィードバック制御値を一定値だけ増加させるようにし
たことを特徴とする内燃機関の空燃比制御方法。