JP2994099B2 - 内燃機関の空燃比制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気ガスを浄化するた
めの三元触媒を備えた自動車に適用される内燃機関の空
燃比制御方法に関するものである。

【０００２】

【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近
傍の値に維持されていないと、排気ガス中に含まれるＮ
Ｏ_X 、ＨＣ、ＣＯのすべてを効率よく浄化することがで
きない。その為、本発明の先行技術として特開昭６３−
１０９２５７号公報に示されるように、一般に自動車に
空燃比制御装置を設けて、エンジンに供給する混合気の
空燃比を理論空燃比近傍に維持する制御が行われてい
る。

【０００３】その制御の概要を説明すると、エンジン回
転速度と吸気管負圧とにより求められる基本燃料噴射量
をフィードバック補正係数やその他の補正係数で補正す
ることによって最終的な噴射時間を算出するように構成
し、その上で、触媒コンバータの上流側に酸素センサを
配置して、この酸素センサの出力に対応したＡ／Ｆ信号
が空燃比リッチ状態を検出したときに図６に示すように
フィードバック補正係数ＦＡＦをリーン積分定数ＫＩＭ
を用いてリーン側に漸減させ、Ａ／Ｆ信号が空燃比リー
ン状態を検出したときに前記フィードバック補正係数Ｆ
ＡＦをリッチ積分定数ＫＩＰを用いてリッチ側に漸増さ
せて、空燃比を理論空燃比近傍に維持するようにしてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来におい
ては、酸素センサがリッチ状態又はリーン状態を検出し
たときに空燃比が迅速に理論空燃比側に修正されるよ
う、リーン積分定数又はリッチ積分定数をある程度大き
な値に設定して、フィードバック補正係数の変化を機敏
にし、燃料噴射量の変化に反映させるようにしている。
しかし、このようにすると、リッチ積分またはリーン積
分が酸素センサの出力反転時まで常に一定の割合で続行
されるため、酸素センサが出力を反転させる頃には、酸
素センサと燃焼室の物理的な距離等により生じる燃焼室
内の空燃比の変化と酸素センサの出力の変化との時間的
なズレに起因して、惰性により空燃比がリッチ側又はリ
ーン側に不必要にオーバーシュートしてしまうという不
都合を生じる。

【０００５】本発明は、このような課題を解決すること
を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる目的を
達成するために、次のような方法を採用したものであ
る。

【０００７】すなわち、本発明に係る内燃機関の空燃比
制御方法は、排気系に酸素センサを配置し、この酸素セ
ンサが空燃比リッチ状態を検出したときにフィードバッ
ク補正係数をリーン積分定数を用いてリーン側に漸減さ
せ、前記酸素センサが空燃比リーン状態を検出したとき
にフィードバック補正係数をリッチ積分定数を用いてリ
ッチ側に漸増させて、空燃比を理論空燃比近傍に維持す
るようにしたものにおいて、前記リッチ積分又はリーン
積分が行われている最中に、フィードバック補正係数が
予め定められた設定値に達した場合には、フィードバッ
ク補正係数の漸増、漸減を停止させて、一定時間、前記
設定値に保持する制御を行うようにしたことを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】このような方法により、フィードバック補正係
数の設定値として例えば制御中心を理論空燃比近傍に保
持し得るような値を採用すると、リッチ積分定数、リー
ン積分定数をある程度大きな値にしても、フィードバッ
ク補正係数を速やかに設定値に漸増、漸減させた後、そ
こに一旦保持し、酸素センサと燃焼室の物理的な距離等
により生じる燃焼室内の空燃比の変化と酸素センサの出
力の変化との時間的なズレを解消するので、空燃比が理
論空燃比の反対側に惰性でオーバーシュートする不具合
を防止することができる。その結果、空燃比が理論空燃
比上に在る実時間を従来に比べて有効に引き伸ばし、空
燃比の荒れによるエミッションの悪化を解消することが
可能になる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図３を参照
して説明する。

【００１０】図１に示す内燃機関は、自動車用のもの
で、吸気系１にインジェクタ２を設けるとともに、排気
系３に三元触媒４を介設しており、その排気系３の触媒
４よりも上流側に酸素センサ５を配設している。そし
て、前記インジェクタ２から噴射する燃料の量を制御装
置６により制御するようにしている。制御装置６は、Ｃ
ＰＵ７と、メモリ８と、入力インターフェース９と、出
力インターフェース１０とを備えたマイクロコンピュー
タシステム１１を主体に構成されており、その入力イン
ターフェース９には、前記酸素センサ５からの信号ａ、
サージタンク１２内の吸気圧力を検出する吸気圧センサ
１３からの信号ｂ、エンジン回転数を検出するための回
転数センサ１４からの信号ｃのほかに、図示しないアイ
ドルスイッチからの信号等を入力するようにしている。

【００１１】インジェクタ２からは、所定のクランクア
ングル毎に所要の噴射時間Ｔだけ燃料を噴射させるよう
にしているが、その噴射時間Ｔを演算するためのプログ
ラムを前記マイクロコンピュータシステム１１のメモリ
８内に格納してある。このプログラムは、次のような手
順で噴射時間Ｔを算出するようにしたものである。先
ず、吸気圧センサ１３からの信号ｂと回転数センサ１４
からの信号ｃに基づいて基本噴射時間ＴＰを決定する。
そして、この基本噴射時間ＴＰを、空燃比制御用のフィ
ードバック補正係数ＦＡＦや、他の種々の補正係数によ
り補正して有効噴射時間ＴＡＵを算出する。しかる後、
この有効噴射時間ＴＡＵに所定の無効噴射時間ＴＡＵＶ
を加えて最終的な噴射時間Ｔを算出する。

【００１２】前記フィードバック補正係数ＦＡＦは、燃
料噴射量を変化させて混合気の空燃比を原則として理論
空燃比近傍にフィードバック制御するために用いられる
ものであり、前記マイクロコンピュータシステム１１の
メモリ８内に格納したプログラムにおいて逐次演算され
使用されるようになっている。そのプログラムの概要を
図２に示す。

【００１３】プログラムがスタートすると、先ずステッ
プ１０１で、Ａ／Ｆ信号がリーンか否かを判断する。こ
のＡ／Ｆ信号は、図３に示すように、酸素センサ５の出
力電圧が予め定めた判定電圧を上回っている場合にＨレ
ベルのリッチ信号となり、判定電圧を下回っている場合
にＬレベルのリーン信号になるものである。そして、Ｙ
ｅｓの場合にステップ１０２に進み、任意の値だけフィ
ードバック補正係数ＦＡＦをリッチ化して、ステップ１
０３でその値が予め定めた設定値αに初めて達したか否
かを判断する。この設定値は、制御中心を理論空燃比近
傍に保持するフィードバック制御が有効に行われた場合
のフィードバック補正係数ＦＡＦの平均値ＦＡＦＡＶに
対応している。Ａ／Ｆ信号がリーン側に反転した後、暫
くの間は、前記ステップ１０３における判断がＮｏとな
るので、再びステップ１０１に戻り、ステップ１０３ま
で進む手順を繰り返す。この間に、フィードバック補正
係数ＦＡＦは一定の割合ｕで増え続けることになる。そ
の割合ｕは、前述した所定値に繰返し時のサイクルタイ
ムを乗じた値となり、これがリッチ積分定数と称される
ものになる。そして、フィードバック補正係数ＦＡＦが
前記基準値αに達した時点で、ステップ１０３における
判断がＹｅｓになると、ステップ１０４に進んで時間τ
₁ だけその時のフィードバック補正係数ＦＡＦの値αを
ホールドする。そして、そのホ−ルド時間τ₁ が経過し
た後に、ステップ１０１に戻る。その後、酸素センサ５
の出力は暫くの間リッチ側に反転することなくリーン状
態を保持するので、ステップ１０１における判断が引き
続きＹｅｓになり、ステップ１０２を経てステップ１０
３から再びステップ１０１に戻る手順を繰り返す。この
間、フィードバック補正係数ＦＡＦは更に前述した一定
の割合ｕで漸増していく。

【００１４】その後、Ａ／Ｆ信号がリッチ信号に切り替
わると、ステップ１０１における判断がＮｏとなり、ス
テップ１０５に進んで、今度は任意の値だけフィードバ
ック補正係数ＦＡＦをリーン化し、ステップ１０３でそ
の値が前記設定値αを始めて下回ったか否かを判断す
る。Ａ／Ｆ信号がリッチ側に反転した後、暫くの間は、
このステップ１０５における判断がＮｏとなるので、再
びステップ１０１に戻り、ステップ１０６まで進む手順
を繰り返す。この間に、フィードバック補正係数ＦＡＦ
は一定の割合ｗで減り続けることになる。その割合ｗ
は、前述した所定値に繰返し時のサイクルタイムを乗じ
た値となり、これがリーン積分定数と称されるものにな
る。そして、フィードバック補正係数ＦＡＦが前記基準
値αを下回った時点で、ステップ１０６における判断が
Ｙｅｓになると、ステップ１０７に進んで時間τ₂ だけ
その時のフィードバック補正係数ＦＡＦの値αをホール
ドする。そして、そのホールド時間τ₂ が経過した後
に、再びステップ１０１に戻る。その後、Ａ／Ｆ信号は
暫くの間リーン側に反転せずリッチ状態を保持するの
で、ステップ１０１における判断が引き続きＮｏにな
り、ステップ１０３を経てステップ１０７から再びステ
ップ１０１に戻る手順を繰返す。この間、フィードバッ
ク補正係数ＦＡＦは前述した一定の割合ｗで漸減してい
く。

【００１５】そして、その後Ａ／Ｆ信号が再度リーン信
号に切り替わると、プログラムはステップ１０１〜１０
３までのサイクルを再開し、フィードバック補正係数Ｆ
ＡＦを漸増させていく。

【００１６】以上のような構成のものであると、リッチ
積分定数ｕ、リーン積分定数ｗをある程度大きな値にし
ても、フィードバック補正係数ＦＡＦを速やかに設定値
αに漸増、漸減させた後、そこに一旦保持し、酸素セン
サ５と燃焼室の物理的な距離等により生じる燃焼室内の
空燃比の変化と酸素センサ５の出力の変化との時間的な
ズレを解消するので、空燃比が理論空燃比の反対側に惰
性でオーバーシュートする不具合を防止することができ
る。その結果、空燃比が理論空燃比上に在る実時間を従
来に比べて有効に引き伸ばし、空燃比の荒れによるエミ
ッションの悪化を解消することが可能になる。

【００１７】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
るものではない。例えば、図４に示すように、設定値α
をフィードバック補正係数ＦＡＦの平均値ＦＡＦＡＶよ
りもリ−ン側（又はリッチ側）にずらせて設定すること
で、制御中心を微調節することにも利用できる。また、
図５に示すように、リッチ積分途中のホールド時間τ₁
と、リーン積分途中のホールド時間τ₂ とを、異なる値
に設定しても、制御中心を微調節する上で有効である。
さらに、本発明は、制御定数にスキップ定数やディレイ
時間を採用している制御にも適用可能であり、その他の
構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可
能である。

【００１８】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の空燃比制御方法
は、リッチ積分定数、リーン積分定数をある程度大きな
値にしても、フィードバック補正係数を速やかに設定値
に漸増、漸減させた後、そこに一旦保持し、酸素センサ
と燃焼室の物理的な距離等により生じる燃焼室内の空燃
比の変化と酸素センサの出力の変化との時間的なズレを
解消するので、空燃比が理論空燃比の反対側に惰性でオ
ーバーシュートする不具合を防止することができ、その
結果、空燃比が理論空燃比上に在る実時間を従来に比べ
て有効に引き伸ばし、空燃比の荒れによるエミッション
の悪化を解消することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例が適用されるエンジンを示す
部分断面図。

【図２】同実施例において実行されるプログラムの概要
を示すフローチャート図。

【図３】同実施例におけるフィードバック補正係数の変
化の様子を示す図。

【図４】本発明の他の実施例を示す図３に対応した図。

【図５】本発明の他の実施例を示す図３に対応した図。

【図６】従来例を示す図３に対応した図。

【符号の説明】

３…排気系 ５…酸素センサ ＦＡＦ…フィードバック補正係数 ｕ…リッチ積分定数 ｗ…リーン積分定数 τ₁ 、τ₂ …一定時間 α…設定値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−34432（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−217745（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−242441（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−275954（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−197739（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−107746（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/14 310

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気系に酸素センサを配置し、この酸素セ
   ンサが空燃比リッチ状態を検出したときにフィードバッ
   ク補正係数をリーン積分定数を用いてリーン側に漸減さ
   せ、前記酸素センサが空燃比リーン状態を検出したとき
   にフィードバック補正係数をリッチ積分定数を用いてリ
   ッチ側に漸増させて、空燃比を理論空燃比近傍に維持す
   るようにしたものにおいて、 前記リッチ積分又はリーン積分が行われている最中に、
   フィードバック補正係数が予め定められた設定値に達し
   た場合には、フィードバック補正係数の漸増、漸減を停
   止させて、一定時間、前記設定値に保持する制御を行う
   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。