JP2958224B2 - 内燃機関の空燃比制御方法 - Google Patents
内燃機関の空燃比制御方法Info
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
- F02D41/1441—Plural sensors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02D41/1477—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation circuit or part of it,(e.g. comparator, PI regulator, output)
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の電子的エンジ
ン制御に関する。
ン制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンからの排気流（exhaust strea
m）に置かれた排気ガス内酸素（ＥＧＯ：exhaust gas o
xygen）センサと、排気ガスセンサに結合している電子
式制御モジュールを使用して、内燃機関の空燃比を制御
することは公知である。このシステムおよび排気ガス流
路内の触媒などの部品の応答時間のため、前記触媒の後
に置かれた排気ガス内酸素（ＥＧＯ）センサからのフィ
ードバックにより不規則な低周波発振が発生する場合が
ある。この不規則な低周波発振を除くことが望まれてい
る。
m）に置かれた排気ガス内酸素（ＥＧＯ：exhaust gas o
xygen）センサと、排気ガスセンサに結合している電子
式制御モジュールを使用して、内燃機関の空燃比を制御
することは公知である。このシステムおよび排気ガス流
路内の触媒などの部品の応答時間のため、前記触媒の後
に置かれた排気ガス内酸素（ＥＧＯ）センサからのフィ
ードバックにより不規則な低周波発振が発生する場合が
ある。この不規則な低周波発振を除くことが望まれてい
る。
【０００３】触媒ウインドウ（catalyst window ）に関
する空燃比をより精密に制御するため、触媒の後に置か
れた排気ガス内酸素（ＥＧＯ）センサを有するエンジン
用の空燃比制御システムは公知である。この対策の根拠
は図１のＡとＢに示されている。即ち、普通の触媒の前
と後ろに置かれた両センサに関係なく、触媒浄化率対空
燃比とＥＧＯセンサ出力電圧対空燃比の関係が示されて
いる。これらの図が示す通り、触媒の後に置かれたＥＧ
Ｏセンサ（post-catalyst sensor：以下「触媒後方ＥＧ
Ｏセンサ」と呼称する）の切り換え点（switch point）
は触媒ウインドウと正確に一致するのに対して、触媒の
前に置かれたＥＧＯセンサ（pre-catalyst sensor:以下
「触媒前方ＥＧＯセンサ」と呼称する）の切り換え点
（switch point）はそうなっていない。
する空燃比をより精密に制御するため、触媒の後に置か
れた排気ガス内酸素（ＥＧＯ）センサを有するエンジン
用の空燃比制御システムは公知である。この対策の根拠
は図１のＡとＢに示されている。即ち、普通の触媒の前
と後ろに置かれた両センサに関係なく、触媒浄化率対空
燃比とＥＧＯセンサ出力電圧対空燃比の関係が示されて
いる。これらの図が示す通り、触媒の後に置かれたＥＧ
Ｏセンサ（post-catalyst sensor：以下「触媒後方ＥＧ
Ｏセンサ」と呼称する）の切り換え点（switch point）
は触媒ウインドウと正確に一致するのに対して、触媒の
前に置かれたＥＧＯセンサ（pre-catalyst sensor:以下
「触媒前方ＥＧＯセンサ」と呼称する）の切り換え点
（switch point）はそうなっていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】都合の悪いことに、触
媒後方ＥＧＯセンサからのフィードバックを使用してい
る空燃比フィードバック制御システムは、ある種の動作
条件のもとで前記低周波発振が現れることが多い。これ
に関する２つの例を図２のＡとＢに示す。即ち、触媒後
方ＥＧＯセンサの出力電圧対時間を図示したものである
が、これは触媒後方ＥＧＯセンサからの低ゲイン積分フ
ィードバックを従来どおり使用する空燃比フィードバッ
ク制御によりエンジンが運転されている時にえられたも
のである。図２のＡでは、ＥＧＯセンサの出力電圧は約
０．０２４ヘルツの不規則な低周波発振をしていること
を示しており、図２のＢでは、該センサの出力電圧は約
０．０１５ヘルツの規則的な発振をしていることを示し
ている。この低周波発振を予測することはできず、触媒
とＥＧＯセンサの一定の組み合わせによって発生する
が、これだけで決まるのではない。これらの低周波発振
は、有害物放射（emission）の観点（これらの低周波発
振により触媒浄化率（catalyst conversion efficienc
y）が低下する）からも、また触媒監視の観点（これら
の低周波発振は触媒監視システムからの誤表示の原因と
なることがある）からも望ましくない。本発明はこれら
の問題点を克服している。
媒後方ＥＧＯセンサからのフィードバックを使用してい
る空燃比フィードバック制御システムは、ある種の動作
条件のもとで前記低周波発振が現れることが多い。これ
に関する２つの例を図２のＡとＢに示す。即ち、触媒後
方ＥＧＯセンサの出力電圧対時間を図示したものである
が、これは触媒後方ＥＧＯセンサからの低ゲイン積分フ
ィードバックを従来どおり使用する空燃比フィードバッ
ク制御によりエンジンが運転されている時にえられたも
のである。図２のＡでは、ＥＧＯセンサの出力電圧は約
０．０２４ヘルツの不規則な低周波発振をしていること
を示しており、図２のＢでは、該センサの出力電圧は約
０．０１５ヘルツの規則的な発振をしていることを示し
ている。この低周波発振を予測することはできず、触媒
とＥＧＯセンサの一定の組み合わせによって発生する
が、これだけで決まるのではない。これらの低周波発振
は、有害物放射（emission）の観点（これらの低周波発
振により触媒浄化率（catalyst conversion efficienc
y）が低下する）からも、また触媒監視の観点（これら
の低周波発振は触媒監視システムからの誤表示の原因と
なることがある）からも望ましくない。本発明はこれら
の問題点を克服している。
【０００５】
【課題を解決する手段】本発明の実施例にもとづく構造
によれば、上に説明したような低周波発振が発生するこ
とは触媒後方型空燃比フィードバック・システム（post
-catalyst feedback system ）によって防止できる。本
発明には、触媒後方ＥＧＯセンサの出力電圧の大きさに
基づいて、３つの異なるフィードバック信号の１つを選
択する動作が含まれている。
によれば、上に説明したような低周波発振が発生するこ
とは触媒後方型空燃比フィードバック・システム（post
-catalyst feedback system ）によって防止できる。本
発明には、触媒後方ＥＧＯセンサの出力電圧の大きさに
基づいて、３つの異なるフィードバック信号の１つを選
択する動作が含まれている。
【０００６】ＥＧＯセンサの出力電圧が濃い状態（たと
えば、ＶOUT ＞０．７ボルト）を示すと、フィードバッ
ク信号は直線傾斜（ramp）となって、時間の関数として
エンジンの空燃比を徐々に低濃度にする。ＥＧＯセンサ
の出力電圧が薄い状態（たとえば、ＶOUT ＜０．１５ボ
ルト）を示すと、フィードバック信号は直線傾斜（ram
p）となって、時間の関数としてエンジンの空燃比を徐
々に高濃度にする。ＥＧＯセンサの出力電圧が濃い状態
と薄い状態の限界値の間にある時、フィードバック信号
はＥＧＯセンサの出力と、適切な基準電圧、たとえば
０．４５ボルト、の差に比例する。
えば、ＶOUT ＞０．７ボルト）を示すと、フィードバッ
ク信号は直線傾斜（ramp）となって、時間の関数として
エンジンの空燃比を徐々に低濃度にする。ＥＧＯセンサ
の出力電圧が薄い状態（たとえば、ＶOUT ＜０．１５ボ
ルト）を示すと、フィードバック信号は直線傾斜（ram
p）となって、時間の関数としてエンジンの空燃比を徐
々に高濃度にする。ＥＧＯセンサの出力電圧が濃い状態
と薄い状態の限界値の間にある時、フィードバック信号
はＥＧＯセンサの出力と、適切な基準電圧、たとえば
０．４５ボルト、の差に比例する。
【０００７】更に、定状偏差（steady-state offset er
rors）を低減しようとするには、ＥＧＯセンサが濃い状
態と薄い状態の間にある時に、比例フィードバックと共
に小量の積分フィードバックを含めると良い結果が生じ
る。使用条件によっては、ＥＧＯセンサが濃い状態と薄
い状態の間にある場合はフィードバック信号を凍結して
不感帯（dead band ）を発生させても良い。
rors）を低減しようとするには、ＥＧＯセンサが濃い状
態と薄い状態の間にある時に、比例フィードバックと共
に小量の積分フィードバックを含めると良い結果が生じ
る。使用条件によっては、ＥＧＯセンサが濃い状態と薄
い状態の間にある場合はフィードバック信号を凍結して
不感帯（dead band ）を発生させても良い。
【０００８】
【実施例】内燃機関が触媒ウインドウの濃い状態（即
ち、触媒後方ＥＧＯセンサによって示される通り、理論
空燃比より濃い状態（rich of stoichiometry ））の側
で運転されている場合、ＥＧＯセンサの出力は必然的に
「高濃度」出力電圧に飽和しており、エンジンの空燃比
が理論空燃比よりどの程度濃い状態にあるかを示す意味
のある情報を全然与えない（図１のＡおよびＢを参
照）。この場合のフィードバック方法は、センサの出力
電圧が薄い状態に向かって切り換えを開始するまで、エ
ンジン空燃比を理論空燃比に向かって単純に傾斜して下
げることである。排気ガスが触媒を通過するためにはそ
の時間にかなりの遅れが生じるから、エンジン空燃比が
理論空燃比に向かうようにフィードバック信号が指令す
る速度は非常に小さい値に限定されなければならない。
このことは、エンジン空燃比はＥＧＯセンサにより検出
されその後触媒のウインドウにおいて保持されるのであ
るが、そうなる前に理論空燃比を通過してしまうことの
ないようにするために必要なのである。
ち、触媒後方ＥＧＯセンサによって示される通り、理論
空燃比より濃い状態（rich of stoichiometry ））の側
で運転されている場合、ＥＧＯセンサの出力は必然的に
「高濃度」出力電圧に飽和しており、エンジンの空燃比
が理論空燃比よりどの程度濃い状態にあるかを示す意味
のある情報を全然与えない（図１のＡおよびＢを参
照）。この場合のフィードバック方法は、センサの出力
電圧が薄い状態に向かって切り換えを開始するまで、エ
ンジン空燃比を理論空燃比に向かって単純に傾斜して下
げることである。排気ガスが触媒を通過するためにはそ
の時間にかなりの遅れが生じるから、エンジン空燃比が
理論空燃比に向かうようにフィードバック信号が指令す
る速度は非常に小さい値に限定されなければならない。
このことは、エンジン空燃比はＥＧＯセンサにより検出
されその後触媒のウインドウにおいて保持されるのであ
るが、そうなる前に理論空燃比を通過してしまうことの
ないようにするために必要なのである。
【０００９】たとえば、ＥＧＯセンサの特性の非飽和
（あるいは線形）領域が空燃比の０．０５倍の幅を持っ
ていて、エンジンと触媒を通過する遅延時間は１０秒で
あるとすると、最大空燃比の傾斜速度は１秒当たり０．
０５／１０＝０．００５空燃比となる。この値によって
保証されることは次の通りである。即ち、一旦空燃比が
センサの非飽和領域に入ると、センサは空燃比の変化を
開始し、続いて、この空燃比によってセンサ電圧がその
別の側の飽和レベルに達してしまう前に、その変化の効
果を検出することができるように保証されている。空燃
比の傾斜速度はフィードバックにより、不安定なシステ
ム動作を惹起することなく、できるかぎり速く修正され
るように自動的に調整される。この自動速度制御は、適
切に規定された限定サイクル（limit-cycle ）によりシ
ステムが発振し始めるまで空燃比の傾斜速度を定期的に
増加させ、ついで傾斜速度を適切な量だけ減少させるこ
とにより実現される。本発明による触媒前方型使用方法
（pre-catalyst applications ）では、エンジンを通る
ときのこの遅延時間は回転数（ｒｐｍ）（およびトル
ク）の関数となるであろう。したがって、傾斜速度の最
適値はエンジンの回転数（ｒｐｍ）（およびトルク）の
関数となり、エンジン制御コンピュータ内の適当なテー
ブルに納めることができるであろう。
（あるいは線形）領域が空燃比の０．０５倍の幅を持っ
ていて、エンジンと触媒を通過する遅延時間は１０秒で
あるとすると、最大空燃比の傾斜速度は１秒当たり０．
０５／１０＝０．００５空燃比となる。この値によって
保証されることは次の通りである。即ち、一旦空燃比が
センサの非飽和領域に入ると、センサは空燃比の変化を
開始し、続いて、この空燃比によってセンサ電圧がその
別の側の飽和レベルに達してしまう前に、その変化の効
果を検出することができるように保証されている。空燃
比の傾斜速度はフィードバックにより、不安定なシステ
ム動作を惹起することなく、できるかぎり速く修正され
るように自動的に調整される。この自動速度制御は、適
切に規定された限定サイクル（limit-cycle ）によりシ
ステムが発振し始めるまで空燃比の傾斜速度を定期的に
増加させ、ついで傾斜速度を適切な量だけ減少させるこ
とにより実現される。本発明による触媒前方型使用方法
（pre-catalyst applications ）では、エンジンを通る
ときのこの遅延時間は回転数（ｒｐｍ）（およびトル
ク）の関数となるであろう。したがって、傾斜速度の最
適値はエンジンの回転数（ｒｐｍ）（およびトルク）の
関数となり、エンジン制御コンピュータ内の適当なテー
ブルに納めることができるであろう。
【００１０】つぎにエンジンが、触媒ウインドウの空燃
比で運転されている時（即ち、空燃比がＥＧＯセンサ特
性の非飽和領域にある時）ＥＧＯセンサの出力電圧は、
図１のＢに示す触媒後方ＥＧＯセンサの図によって示さ
れる空燃比に直線的に比例するであろう。この場合のＥ
ＧＯセンサ出力電圧は、エンジン空燃比が理論空燃比か
らどれだけ遠く離れているかを示す情報を提供するか
ら、フィードバック方法はＥＧＯセンサの出力と適切な
基準電圧、たとえば０．４５ボルト、との差に比例した
信号をフィードバックすることになる。触媒による遅延
時間はフィードバック・モードとは関係なくかなりの時
間に達するから、この比例フィードバックによるゲイン
の値は低い値に保持されていなければならないので、フ
ィードバック・システムが不安定になり発振することは
ない。このゲインは、発振を惹起せずに空燃比の外乱を
できるかぎり速く修正するのに十分な高い値でなければ
ならない。発振させることが最大の課題であるという使
用条件では、ゲインは減少されてゼロになるであろうか
ら、実際には線形領域は不感帯になる。
比で運転されている時（即ち、空燃比がＥＧＯセンサ特
性の非飽和領域にある時）ＥＧＯセンサの出力電圧は、
図１のＢに示す触媒後方ＥＧＯセンサの図によって示さ
れる空燃比に直線的に比例するであろう。この場合のＥ
ＧＯセンサ出力電圧は、エンジン空燃比が理論空燃比か
らどれだけ遠く離れているかを示す情報を提供するか
ら、フィードバック方法はＥＧＯセンサの出力と適切な
基準電圧、たとえば０．４５ボルト、との差に比例した
信号をフィードバックすることになる。触媒による遅延
時間はフィードバック・モードとは関係なくかなりの時
間に達するから、この比例フィードバックによるゲイン
の値は低い値に保持されていなければならないので、フ
ィードバック・システムが不安定になり発振することは
ない。このゲインは、発振を惹起せずに空燃比の外乱を
できるかぎり速く修正するのに十分な高い値でなければ
ならない。発振させることが最大の課題であるという使
用条件では、ゲインは減少されてゼロになるであろうか
ら、実際には線形領域は不感帯になる。
【００１１】空燃比に起こる定状偏差を除去するため、
この「直線的」動作領域における比例フィードバック信
号に小量の積分フィードバックをプラスすることが望ま
しい。この積分フィードバックに使用されるゲインの値
は十分高い値に選択され定状偏差は除去されるが、不安
定な動作（即ち、発振状態）になるほど高い値は選択さ
れない。更に、低濃度スイッチ電圧を（たとえば、０．
１５ボルトから０．５ボルトへ）引き上げ、また基準電
圧を（たとえば、０．４５ボルトから０．６ボルトへ）
高くすることにより、ＥＧＯセンサの線形領域の低端を
「切り捨てる」ことは利点を生じるであろう。これの理
由は、空燃比フィードバック制御システムの能力を向上
させるため、ＥＧＯセンサの実効直線動作範囲でわずか
に濃い状態にシフトさせ、触媒浄化率を最適にするから
である。エンジン／動力測定法に関するいくつかの研究
によれば、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物に対して
同時に最高となる触媒浄化率は、触媒後方ＥＧＯセンサ
制御電圧が約０．６ボルトであるときに得られることが
示されている。実際の制御電圧はＥＧＯセンサの動作温
度の関数である。
この「直線的」動作領域における比例フィードバック信
号に小量の積分フィードバックをプラスすることが望ま
しい。この積分フィードバックに使用されるゲインの値
は十分高い値に選択され定状偏差は除去されるが、不安
定な動作（即ち、発振状態）になるほど高い値は選択さ
れない。更に、低濃度スイッチ電圧を（たとえば、０．
１５ボルトから０．５ボルトへ）引き上げ、また基準電
圧を（たとえば、０．４５ボルトから０．６ボルトへ）
高くすることにより、ＥＧＯセンサの線形領域の低端を
「切り捨てる」ことは利点を生じるであろう。これの理
由は、空燃比フィードバック制御システムの能力を向上
させるため、ＥＧＯセンサの実効直線動作範囲でわずか
に濃い状態にシフトさせ、触媒浄化率を最適にするから
である。エンジン／動力測定法に関するいくつかの研究
によれば、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物に対して
同時に最高となる触媒浄化率は、触媒後方ＥＧＯセンサ
制御電圧が約０．６ボルトであるときに得られることが
示されている。実際の制御電圧はＥＧＯセンサの動作温
度の関数である。
【００１２】エンジンが触媒ウインドウの薄い状態（即
ち、触媒後方ＥＧＯセンサによって示される通り、理論
空燃比より薄い状態（lean of stoichiometry ））の側
で運転されている場合、ＥＧＯセンサの出力は必然的に
「低濃度」出力電圧に飽和しており、エンジンの空燃比
が理論空燃比よりどの程度薄い状態にあるかを示す意味
のある情報を全然与えない（図１のＢを参照）。この場
合のフィードバック手段は、センサの出力電圧が濃い状
態に向かって切り換えを開始するまで、エンジン空燃比
を理論空燃比に向かって単純に傾斜することになる。こ
れは、エンジン空燃比がこれから薄い側へではなく濃い
側へ傾斜してゆくことを除けば、エンジンが触媒ウイン
ドウの濃い状態の側で運転されている場合に使用された
のと同じ手段である。
ち、触媒後方ＥＧＯセンサによって示される通り、理論
空燃比より薄い状態（lean of stoichiometry ））の側
で運転されている場合、ＥＧＯセンサの出力は必然的に
「低濃度」出力電圧に飽和しており、エンジンの空燃比
が理論空燃比よりどの程度薄い状態にあるかを示す意味
のある情報を全然与えない（図１のＢを参照）。この場
合のフィードバック手段は、センサの出力電圧が濃い状
態に向かって切り換えを開始するまで、エンジン空燃比
を理論空燃比に向かって単純に傾斜することになる。こ
れは、エンジン空燃比がこれから薄い側へではなく濃い
側へ傾斜してゆくことを除けば、エンジンが触媒ウイン
ドウの濃い状態の側で運転されている場合に使用された
のと同じ手段である。
【００１３】前に説明した通り、フィードバック信号が
エンジン空燃比を理論空燃比に向かって傾斜させる速度
は非常に小さい値に限定されなければならないので、エ
ンジン空燃比はＥＧＯセンサにより検出され触媒のウイ
ンドウにおいて保持されるのであるが、そうなる前に理
論空燃比を通過してしまうことはない。またこれも前に
説明した通り、空燃比の傾斜速度はフィードバックによ
り、不安定なシステム動作を惹起することなく、できる
かぎり速く修正されるように自動的に調整される。本発
明による触媒前方型使用方法では、傾斜速度の最適値は
エンジンの回転数（ｒｐｍ）（およびトルク）の関数と
なり、エンジン制御コンピュータ内の適当なテーブルに
納めることができるであろう。
エンジン空燃比を理論空燃比に向かって傾斜させる速度
は非常に小さい値に限定されなければならないので、エ
ンジン空燃比はＥＧＯセンサにより検出され触媒のウイ
ンドウにおいて保持されるのであるが、そうなる前に理
論空燃比を通過してしまうことはない。またこれも前に
説明した通り、空燃比の傾斜速度はフィードバックによ
り、不安定なシステム動作を惹起することなく、できる
かぎり速く修正されるように自動的に調整される。本発
明による触媒前方型使用方法では、傾斜速度の最適値は
エンジンの回転数（ｒｐｍ）（およびトルク）の関数と
なり、エンジン制御コンピュータ内の適当なテーブルに
納めることができるであろう。
【００１４】不規則な発振を除去するため、本発明の実
施例による３状態制御方法（tri-state control metho
d）は、触媒前方型あるいは触媒後方型空燃比フィード
バックを使ったシステムに適用することができる。低周
波発振を除去する本発明の能力の１例が図３のＡおよび
Ｂに示されており、純粋な積分型触媒後方型空燃比フィ
ードバック・コントローラに対する触媒後方ＥＧＯセン
サ出力電圧対時間（図３のＡ）と、この３状態コントロ
ーラに対する触媒後方ＥＧＯセンサ出力電圧対時間（図
３のＢ）が示されている。これらの図が示す通り、純粋
積分フィードバックのときに発生する低周波発振は、３
状態フィードバックが使用されたとき除去されている。
また本発明の１実施例は、ある種の触媒監視方式の動作
を向上させるために使用できる。たとえば、触媒後方型
３状態空燃比フィードバック・システムは、より均一な
空燃比対時間特性を与えることによって触媒監視方式を
向上させることに使用できる。
施例による３状態制御方法（tri-state control metho
d）は、触媒前方型あるいは触媒後方型空燃比フィード
バックを使ったシステムに適用することができる。低周
波発振を除去する本発明の能力の１例が図３のＡおよび
Ｂに示されており、純粋な積分型触媒後方型空燃比フィ
ードバック・コントローラに対する触媒後方ＥＧＯセン
サ出力電圧対時間（図３のＡ）と、この３状態コントロ
ーラに対する触媒後方ＥＧＯセンサ出力電圧対時間（図
３のＢ）が示されている。これらの図が示す通り、純粋
積分フィードバックのときに発生する低周波発振は、３
状態フィードバックが使用されたとき除去されている。
また本発明の１実施例は、ある種の触媒監視方式の動作
を向上させるために使用できる。たとえば、触媒後方型
３状態空燃比フィードバック・システムは、より均一な
空燃比対時間特性を与えることによって触媒監視方式を
向上させることに使用できる。
【００１５】図４を参照すると、エンジン４１は触媒４
２に結合する排気流を備えている。触媒前方ＥＧＯセン
サ４３は触媒４２の上流に置かれ、触媒後方ＥＧＯセン
サ４４は触媒４２の下流に置かれている。触媒後方型フ
ィードバック・コントローラ４６がセンサ４４から信号
を受信すると、空燃比調整信号（air/fuel ratio trim
signal）を、センサ４３から信号を受信する触媒前方型
フィードバック・コントローラ４５に送る。フィードバ
ック・コントローラ４５の出力は、燃料制御信号をエン
ジン４１に供給する基本燃料コントローラ４７に供給さ
れる。
２に結合する排気流を備えている。触媒前方ＥＧＯセン
サ４３は触媒４２の上流に置かれ、触媒後方ＥＧＯセン
サ４４は触媒４２の下流に置かれている。触媒後方型フ
ィードバック・コントローラ４６がセンサ４４から信号
を受信すると、空燃比調整信号（air/fuel ratio trim
signal）を、センサ４３から信号を受信する触媒前方型
フィードバック・コントローラ４５に送る。フィードバ
ック・コントローラ４５の出力は、燃料制御信号をエン
ジン４１に供給する基本燃料コントローラ４７に供給さ
れる。
【００１６】図４を参照すると、触媒前方型フィードバ
ック・ループによる高周波の修正能力を実現するため
に、触媒後方型３状態空燃比コントローラを触媒前方型
空燃比コントローラと組み合わせることもできる。触媒
後方型空燃比フィードバック・コントローラ４６は触媒
前方型空燃比フィードバック・コントローラ４５の調整
の役目をしている。空燃比調整信号によって触媒前方型
フィードバック・ループの「直流」の値が適切に変更さ
れ、触媒後方ＥＧＯセンサ４４は理論空燃比に保たれ
る。注意されたいことは、実際の空燃比の調整はいくつ
かの異なる方法の１つにより実行されるということであ
る。たとえば、触媒後方型空燃比コントローラ４６から
のフィードバック信号を触媒前方ＥＧＯセンサ４３の切
り換え点を変更するために使用しても良い。触媒後方型
コントローラ４６からのフィードバック信号は、触媒前
方型コントローラ４５において上から下へ積分する速度
（up-down integration rate）及び／或いは下から上へ
（jump back ）積分する速度の相対値（relative value
s ）を交互に変更するために使用しても良い。
ック・ループによる高周波の修正能力を実現するため
に、触媒後方型３状態空燃比コントローラを触媒前方型
空燃比コントローラと組み合わせることもできる。触媒
後方型空燃比フィードバック・コントローラ４６は触媒
前方型空燃比フィードバック・コントローラ４５の調整
の役目をしている。空燃比調整信号によって触媒前方型
フィードバック・ループの「直流」の値が適切に変更さ
れ、触媒後方ＥＧＯセンサ４４は理論空燃比に保たれ
る。注意されたいことは、実際の空燃比の調整はいくつ
かの異なる方法の１つにより実行されるということであ
る。たとえば、触媒後方型空燃比コントローラ４６から
のフィードバック信号を触媒前方ＥＧＯセンサ４３の切
り換え点を変更するために使用しても良い。触媒後方型
コントローラ４６からのフィードバック信号は、触媒前
方型コントローラ４５において上から下へ積分する速度
（up-down integration rate）及び／或いは下から上へ
（jump back ）積分する速度の相対値（relative value
s ）を交互に変更するために使用しても良い。
【００１７】３状態制御方法は、ＥＧＯセンサを使用し
ている全ての空燃比フィードバック・ループに適用可能
である。したがって、３状態制御方法は、触媒後方型フ
ィードバック・ループと同様に触媒前方型フィードバッ
ク・ループに直接応用することができる。触媒前方型フ
ィードバック・ループに３状態制御方法を使用すると、
通常触媒前方型フィードバック・ループに付随する限定
サイクルモードを除去することが可能である。
ている全ての空燃比フィードバック・ループに適用可能
である。したがって、３状態制御方法は、触媒後方型フ
ィードバック・ループと同様に触媒前方型フィードバッ
ク・ループに直接応用することができる。触媒前方型フ
ィードバック・ループに３状態制御方法を使用すると、
通常触媒前方型フィードバック・ループに付随する限定
サイクルモードを除去することが可能である。
【００１８】本発明の動作をより詳細に説明するため
に、図１のＢに示す高濃度領域、やや低濃度の領域、低
濃度領域を検討して頂きたい。更に、図５を参照する
と、エンジン空燃比は当初は理論空燃比より濃い状態で
あり、空燃比フィードバック・ループはｔ＝ｔ1 で閉じ
ているものと想定して頂きたい。ＥＧＯセンサは当初濃
い空燃比を感知していたのであるから、その出力は０．
８ボルトにほぼ等しく、したがって空燃比フィードバッ
ク・コントローラは空燃比を徐々に薄い側に傾斜させる
であろう。エンジン空燃比がＥＧＯセンサの線形領域に
達すると、フィードバック・コントローラは単純傾斜モ
ードから比例（あるいは比例プラス積分）フィードバッ
ク・モードに切り替わるであろう。これが（ｔ＝ｔ
2 で）起こると、コントローラはエンジン空燃比を予め
プログラムされた設定値（setpoint）（たとえば、１
４．７）に移す。これとは違う変化が全然なかったとす
ると、エンジン空燃比はこの点に留まっているであろ
う。この例に該当するエンジン空燃比、ＥＧＯセンサ出
力、フィードバック制御信号の理想的な波形が図５の
Ａ、Ｂ、Ｃに時間の関数として示されている。
に、図１のＢに示す高濃度領域、やや低濃度の領域、低
濃度領域を検討して頂きたい。更に、図５を参照する
と、エンジン空燃比は当初は理論空燃比より濃い状態で
あり、空燃比フィードバック・ループはｔ＝ｔ1 で閉じ
ているものと想定して頂きたい。ＥＧＯセンサは当初濃
い空燃比を感知していたのであるから、その出力は０．
８ボルトにほぼ等しく、したがって空燃比フィードバッ
ク・コントローラは空燃比を徐々に薄い側に傾斜させる
であろう。エンジン空燃比がＥＧＯセンサの線形領域に
達すると、フィードバック・コントローラは単純傾斜モ
ードから比例（あるいは比例プラス積分）フィードバッ
ク・モードに切り替わるであろう。これが（ｔ＝ｔ
2 で）起こると、コントローラはエンジン空燃比を予め
プログラムされた設定値（setpoint）（たとえば、１
４．７）に移す。これとは違う変化が全然なかったとす
ると、エンジン空燃比はこの点に留まっているであろ
う。この例に該当するエンジン空燃比、ＥＧＯセンサ出
力、フィードバック制御信号の理想的な波形が図５の
Ａ、Ｂ、Ｃに時間の関数として示されている。
【００１９】当初エンジン空燃比が理論空燃比より濃い
状態ではなく薄い状態であれば、当初ＥＧＯセンサは薄
い空燃比を感知していたのであるから、その出力は０．
１ボルトにほぼ等しいであろう。この場合、空燃比フィ
ードバック・ループが閉じると、エンジン空燃比がＥＧ
Ｏセンサの線形領域に達するまで空燃比フィードバック
・コントローラは空燃比を徐々に濃い側に傾斜させるで
あろう。その時点で、フィードバック・コントローラは
単純傾斜モードから比例（あるいは比例プラス積分）フ
ィードバック・モードに切り替わり、コントローラはエ
ンジン空燃比を予めプログラムされた設定値に移す。こ
れとは違う変化が全然ないとすると、エンジン空燃比は
この点に留まっているであろう。この状態に該当するエ
ンジン空燃比、ＥＧＯセンサ出力、フィードバック制御
信号の理想的な波形が図６のＡ、Ｂ、Ｃに時間の関数と
して示されている。
状態ではなく薄い状態であれば、当初ＥＧＯセンサは薄
い空燃比を感知していたのであるから、その出力は０．
１ボルトにほぼ等しいであろう。この場合、空燃比フィ
ードバック・ループが閉じると、エンジン空燃比がＥＧ
Ｏセンサの線形領域に達するまで空燃比フィードバック
・コントローラは空燃比を徐々に濃い側に傾斜させるで
あろう。その時点で、フィードバック・コントローラは
単純傾斜モードから比例（あるいは比例プラス積分）フ
ィードバック・モードに切り替わり、コントローラはエ
ンジン空燃比を予めプログラムされた設定値に移す。こ
れとは違う変化が全然ないとすると、エンジン空燃比は
この点に留まっているであろう。この状態に該当するエ
ンジン空燃比、ＥＧＯセンサ出力、フィードバック制御
信号の理想的な波形が図６のＡ、Ｂ、Ｃに時間の関数と
して示されている。
【００２０】図５、図６の時間尺度は定義されていない
ことに注意して頂きたい。これは、フィードバック・シ
ステムが触媒前方型か触媒後方型のいずれであるかによ
って実際の時刻は変わるからであるが、本発明はどちら
の状況にも適用可能である。分かりやすくするため、図
５、図６に示す各種グラフには信号の雑音は全然含まれ
ていない。
ことに注意して頂きたい。これは、フィードバック・シ
ステムが触媒前方型か触媒後方型のいずれであるかによ
って実際の時刻は変わるからであるが、本発明はどちら
の状況にも適用可能である。分かりやすくするため、図
５、図６に示す各種グラフには信号の雑音は全然含まれ
ていない。
【図１】触媒浄化率対空燃比および排気ガス内酸素セン
サ出力電圧対空燃比のグラフを示す図であって、Ａは触
媒浄化率対空燃比を示す図、Ｂは排気ガス内酸素センサ
出力電圧対空燃比を示す図。
サ出力電圧対空燃比のグラフを示す図であって、Ａは触
媒浄化率対空燃比を示す図、Ｂは排気ガス内酸素センサ
出力電圧対空燃比を示す図。
【図２】触媒後方排気ガス内酸素センサの出力電圧対空
燃比の時間軸上の図であって、Ａは触媒後方排気ガス内
酸素センサの出力電圧対空燃比の時間軸上の図、Ｂは触
媒後方排気ガス内酸素センサの出力電圧対空燃比の時間
軸上の図。
燃比の時間軸上の図であって、Ａは触媒後方排気ガス内
酸素センサの出力電圧対空燃比の時間軸上の図、Ｂは触
媒後方排気ガス内酸素センサの出力電圧対空燃比の時間
軸上の図。
【図３】触媒後方排気ガス内酸素センサの出力電圧対空
燃比で純粋な積分コントローラに対するものと３状態フ
ィードバック・コントローラに対するものとのグラフを
示す図であって、Ａは純粋な積分コントローラに対する
触媒後方排気ガス内酸素センサの出力電圧対空燃比のグ
ラフを示す図、Ｂは３状態フィードバックコントローラ
に対する触媒後方排気ガス内酸素センサの出力電圧対空
燃比のグラフを示す図。
燃比で純粋な積分コントローラに対するものと３状態フ
ィードバック・コントローラに対するものとのグラフを
示す図であって、Ａは純粋な積分コントローラに対する
触媒後方排気ガス内酸素センサの出力電圧対空燃比のグ
ラフを示す図、Ｂは３状態フィードバックコントローラ
に対する触媒後方排気ガス内酸素センサの出力電圧対空
燃比のグラフを示す図。
【図４】本発明の実施例によるフィードバックシステム
のブロック図。
のブロック図。
【図５】本発明の実施例によるエンジン空燃比、センサ
出力、時間に関連するフィードバック制御信号と時間の
関係をグラフにした図であって、Ａは空燃比のグラフを
示す図、ＢはＥＧＯセンサの出力のグラフを示す図、Ｃ
はフィードバック制御信号のグラフを示す図。
出力、時間に関連するフィードバック制御信号と時間の
関係をグラフにした図であって、Ａは空燃比のグラフを
示す図、ＢはＥＧＯセンサの出力のグラフを示す図、Ｃ
はフィードバック制御信号のグラフを示す図。
【図６】本発明の実施例によるエンジン空燃比、センサ
出力、時間に関連するフィードバック制御信号と時間の
関係をグラフにした図であって、Ａは空燃比のグラフを
示す図、ＢはＥＧＯセンサの出力のグラフを示す図、Ｃ
はフィードバック制御信号のグラフを示す図。
出力、時間に関連するフィードバック制御信号と時間の
関係をグラフにした図であって、Ａは空燃比のグラフを
示す図、ＢはＥＧＯセンサの出力のグラフを示す図、Ｃ
はフィードバック制御信号のグラフを示す図。
【符号の説明】 ４１ エンジン ４２ 触媒 ４３ 触媒前方ＥＧＯセンサ ４４ 触媒後方ＥＧＯセンサ ４５ 触媒前方型フィードバック・コントローラ ４６ 触媒後方型フィードバック・コントローラ ４７ 基本燃料コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジュディス エム．カーラン アメリカ合衆国ミシガン州ノースビル, ヒーサーリッジ レーン 22098 (56)参考文献 特開 昭61−232349（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−121541（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−20655（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−11844（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−224433（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−243939（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02D 41/00 - 41/40
Claims (3)
- 【請求項１】 電子式エンジン制御装置によって制御さ
れ、かつエンジンからの排気流に置かれた排気ガス内酸
素（ＥＧＯ）センサを有する内燃機関の空燃比を制御す
る方法であって、前記排気ガス内酸素センサの出力電圧
が濃い状態を示している場合には、時間の関数としてエ
ンジン空燃比を薄くするようにするため、薄い側へ直線
的に傾斜するフィードバック信号を利用するステップ
と、前記排気ガス内酸素センサの出力電圧が薄い状態を
示している場合には、時間の関数としてエンジン空燃比
を濃くするようにするため、濃い側へ直線的に傾斜する
フィードバック信号を利用するステップと、および前記
排気ガス内酸素センサの出力電圧が高濃度飽和限界と低
濃度飽和限界の間にある場合には、前記排気ガス内酸素
センサの出力と適切な基準電圧との差の関数であるフィ
ードバック信号を利用するステップとを具備することを
特徴とする内燃機関の空燃比制御方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の方法であって、前記差の
関数は比例関数であることを特徴とする内燃機関の空燃
比制御方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の方法であって、前記差の
関数は比例関数プラス積分関数であることを特徴とする
内燃機関の空燃比制御方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US968937 | 1978-11-16 | ||
| US07/968,937 US5282360A (en) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | Post-catalyst feedback control |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06200808A JPH06200808A (ja) | 1994-07-19 |
| JP2958224B2 true JP2958224B2 (ja) | 1999-10-06 |
Family
ID=25514963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5272588A Expired - Fee Related JP2958224B2 (ja) | 1992-10-30 | 1993-10-29 | 内燃機関の空燃比制御方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5282360A (ja) |
| EP (1) | EP0595586B1 (ja) |
| JP (1) | JP2958224B2 (ja) |
| DE (1) | DE69306084T2 (ja) |
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| IT1257100B (it) * | 1992-09-14 | 1996-01-05 | Fiat Auto Spa | Sistema di monitoraggio dell'efficienza di un catalizzatore, particolarmente per autoveicoli. |
| US5359852A (en) * | 1993-09-07 | 1994-11-01 | Ford Motor Company | Air fuel ratio feedback control |
| US5392598A (en) * | 1993-10-07 | 1995-02-28 | General Motors Corporation | Internal combustion engine air/fuel ratio regulation |
| US5392599A (en) * | 1994-01-10 | 1995-02-28 | Ford Motor Company | Engine air/fuel control with adaptive correction of ego sensor output |
| IT1273045B (it) * | 1994-07-19 | 1997-07-01 | Weber Srl | Sistema elettronico di controllo titolo della miscela aria benzina alimentante un motore a combustione interna. |
| IT1273044B (it) * | 1994-07-19 | 1997-07-01 | Weber Srl | Sistema elettronico di controllo titolo della miscela aria benzina alimentata ad un motore a combustione interna |
| FR2746851B1 (fr) * | 1996-03-27 | 1998-04-30 | Siemens Automotive Sa | Procede et dispositif de regulation en boucle fermee de la richesse d'un melange air/carburant destine a l'alimentation d'un moteur a combustion interne |
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| US6301880B1 (en) | 2000-01-20 | 2001-10-16 | Ford Global Technologies, Inc. | Method and system for controlling air/fuel level for internal combustion engine with two exhaust banks |
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