JPH01187338A - 空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、酸素濃度センサを用いて排ガス中の酸素濃度
を検出し、エンジンに供給する混合気の空燃比をリーン
フィードバック制御する空燃比制御装置に関するもので
、詳しくは、オープンループ制御からリーンフィードバ
ック制御への切換手段に関するものである。

［従来の技術］ 従来、この種の空燃比制御装置において、排ガス中の酸
素濃度を検出するためのセンサとして限界電流型酸素濃
度センサを用いたものがあり、例えば、特開昭５８−１
７２４４３号公報および特開昭５８−１７９３５１号公
報に記載されている。

このような限界電流型酸素濃度センサは、所定の素子温
度の状態において、センサの素子に電圧を印加すると、
排ガスの酸素濃度に応じて素子に限界電流が流れるので
、この出力電流を測定することにより、排ガス中の酸素
濃度を検出することができる。

したがって、このような酸素濃度センサは、所定の限界
電流を出力している状態、つまり所定の素子温度で活性
状態になっている必要があり、従来、このような酸素濃
度センサの活性判定の手法として、例えば、特開昭６０
−９０９３７号公報に記載されているように、オープン
ループ制御中に異なった２つの電圧を素子に加え、その
ときに出力される電流値が所定四差以下のとき活性状態
と判定するものである。そして、酸素濃度センサが活性
状態と判定された後に、オープンループ制御からリーン
フィードバック制御へ切り換えている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、リーンフィードバック制御への切換によって
、空燃比が急激に変わり、エンジントルクの変動しこよ
りショックが発生する。特に、定常走行時におけるこの
ようなショックは、ドライバーにとっては、不意のもの
であるためにドライビリティを損なっていた。

このような問題を解決するのに、例えば、特開昭５９−
５１１４７号公報に記載されているような、理論空燃比
からリーンフィードバック制御への切換時にリーン補正
係数をなまし処理して目標となる空燃比に徐々に移行さ
せる技術を応用することが考えられる。しかしながら、
この技術では、切換を徐々に行っているために、ＮＯｘ
の最も多い空燃比１６付近の経過時間が長＜ＮＯｘの増
加を招いていた。

本発明は、上記従来の技術における課題を解決するため
になされたもので、ＮＯｘの増加を招かず、また、オー
プンループ制御からフィードバック制御への切換時に不
意なショックをドライバーに与えない空燃比制御装置を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するためになされた本発明は、第１図に
示すように、 エンジンＡの排ガス中の酸素）震度を検出する酸素）農
産センサＢからの検出信号に基づいて空燃比をリーンフ
ィードバック制御するフィードバック制御手段Ｃと、 空燃比のオープンループ制御を行うオープンループ制御
手段りと、 上記リーンフィードバック制御とオープンループ制御と
を切り換える切換手段Ｅと、 空燃比のオープンループ制御中に酸素濃度センサＢの活
性判定を行う活性判定手段Ｆと、エンジンＡの過渡状態
を検出する過渡状態検出手段Ｇと、 上記活性判定手段Ｆにて酸素）農産センサＢの活性状態
と判定され、かつ、上記過渡状態検出手段Ｇにてエンジ
ンＡの過渡状態が検出されたときに、切換手段Ｅに対し
てオープンループ制御からり−ンフィードバック制御へ
切換を指令する切換指令手段Ｈと、 を備えたことを特徴とする。

上記過渡状態検出手段Ｇの好適な対応として、エンジン
Ａのアイドル状態への移行を検出するスイッチ、スロッ
トルバルブの全開状態を検出する機構、また燃料噴射量
の加速増量を検出する増量検出手段などが適用できる。

［作用コ 本発明の構成によれば、エンジンＡは、排ガス中の酸素
濃度を検出する酸素濃度センサＢからの検出信号に基づ
いてフィードバック制御手段Ｃにてリーンフィードバッ
ク制御がされ、また、オープンループ制御手段りにより
オープンループ制御が行われ、これらは切換手段Ｅによ
り択一的に切り換えられて所望の空燃比に制御される。

乙のようなリーンフィードバック制御を行うには、酸素
）農産センサＢが所定の素子温度状態にあって所定の電
流値を出力する活性状態になければならないが、このよ
うな活性状態の判定処理は、活性判定手段Ｆにてオープ
ンループ制御中に行われる。そして、活性判定手段Ｆに
て酸素）農産センサＢが活性状態と判定された場合には
、切換指令手段Ｈによるオープンループ制御からリーン
フィードバック制御への切換を指令するための２つの条
件のうち１つが満たされたことになり、さらに、過渡状
態検出手段ＧによってエンジンＡの過渡状態が検出され
た場合には、もう１つの条件も満たされることになり、
切換指令手段Ｈから切換手段Ｅに切換指令が出力される
。

すなわち、本発明では、オープンループ制御からリーン
フィードバック制御への切換は、過渡状態検出手段Ｇ、
例えば、アイドルスイッチ、スロットルバルブの全開状
態を検出するスイッチあるいは加速増量を検出する機構
がエンジンの過渡状態を検出したとき、つまり、エンジ
ンＡの出力変化が予測される場合にこれと同時に行われ
る。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。第
２図は実施例の空燃比制御装置が適用されるエンジンと
その周辺装置を示す概略構成図、第３図はその電子制御
装置を中心に示すブロック図である。

図示するように、エンジン１は、大気より空気を吸入す
るとともに燃料噴射弁３から噴射される燃料と空気とを
混合して吸気ボート５に導く吸気系７と、点火プラグ９
に形成される電気火花によって点火された混合気の燃焼
のエネルギをピストン１０を介して回転運動として取り
出す燃焼室１１と、燃焼後のガスを排気ボート１２を介
して排出する排気系１３とを備えて構成されている。

吸気系７には、上流から、エアクリーナ（図示せず）、
吸入空気量を制御するスロットルバルブ１６、吸入空気
の脈流を平滑化するサージタンク１日、サージタンク１
日に設けられ吸気管負圧Ｐを検出する吸気圧センサ１９
が設けられている。

吸入空気量は、通常、図示しないアクセルペダルに連動
したスロットルバルブ１６の開度によって制御される。

なお、吸気系７には、吸気圧センサ１９の他に、エンジ
ン１の運転状態を検出するためのスロットルポジション
センサ２３や吸気温センサ２４等が設けられている。

スロットルバルブ１６を介して吸入される空気と燃料噴
射弁３より噴射された燃料との混合気は燃焼室１１に吸
入され、ピストン１０により圧縮された後、点火プラグ
９に形成される電気火花によって着火される。着火され
た混合気は、爆発的に燃焼してピストン１０を駆動した
後、排ガスとなって排気系１３に排出され、図示しない
触謀装置により浄化された後、大気に放出される。この
排気系１３には、排気中の酸素濃度を検出するいわゆる
限界電流型の酸素濃度センサ２５が設けられ、この酸素
濃度センサ２５は、リーンにて空燃比制御が可能なリー
ンセンサである。

エンジン１の各気筒に設けられた点火プラグ９は、図示
しないクランク軸の回転に同期してイグナイタ２７に生
成される高電圧を配電するディストリビュータ２９に、
高耐圧コード（図示せず）により接続されている。この
ディストリビュータ２９内には、エンジン１の回転数Ｎ
Ｅに応じたパルスを発生する回転数センサ３２と、気筒
判別センサ３４とが設けられている。なお、エンジン１
のシリンダブロック３日は、循環する冷却水によって冷
却されており、エンジン１の運転状態のひとつであるこ
の冷却水の温度は、シリンダブロック３８に設けられた
冷却水温センサ３９により検出される。

エンジン１の運転状態を検出する各センサの出力信号は
、電子制御装置４０に人力され、燃料噴射量制御や点火
時期制御等に用いられる。電子制御装置４０は、第３図
に示すように、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を内蔵し人出
力ボートを備えたワンチップマイクロコンピュータ４１
を中心に構成されている。このワンチップマイクロコン
ピュータ４１の人出力ボートには、ワンチップマイクロ
コンピュータ４１外部の回転数センサ３２、気筒判別セ
ンサ３４、イグナイタ２７が直接接続されているが、こ
のほか、コンピユータ４１内部のＡ／Ｄ変換入力回路４
３と、バッテリ４δを電源として酸素濃度センサ２５の
ヒータ２５ｂに通電する電力を制御するヒータ通電制御
回路４６と、燃料噴射弁３を駆動する駆動回路４日とが
接続されている。なお、酸素濃度センサ２５の検出素子
２５ａには、電圧印加回路４９が接続されており、検出
素子２５ａに検出用の所定の電圧ＶＬＳ（Ｖｌ、Ｖ２）
を印加する。

Ａ／Ｄ変換入力回路４３には、吸気圧センサ１９、フロ
・ントルポジションセンサ２３、吸気温センサ２４、冷
却水温センサ３９等のアナログ信号を出力するセンサが
接続されている。したがって、ＣＰＵは、エンジン１の
運転状態を反映した種々のパラメータを、Ａ／Ｄ変換入
力回路４３を介して読み込み、逐次知ることができる。

また、このＡ／Ｄ変換入力回路４３には、酸素濃度セン
サ２５のヒータ２５ｂに電圧を印加するヒータ通電制御
回路４６の出力、電流検出用抵抗器５２の端子電圧を増
幅する増幅器５４の出力および電流検出用抵抗器５０の
端子が接続されており、ヒータ２５ｂの印加電圧Ｖ　Ｌ
Ｓ、検出素子２５ａに流れる電流Ｉ　ＬＳおよび酸素濃
度センサ２５のヒータ２５ｂに流れる電流を検出するこ
とができる。

一方、ワンチップマイクロコンピュータ４１は、直接イ
グナイタ２７に駆動信号を出力したり、駆動回路４日を
介して燃料噴射弁３等に制御信号を出力するなどして、
これらのアクチュエータを駆動する。

こうした構成を有する電子制御装置４０は、エンジン１
の運転状態を読み込んで諸制御を行うが、排ガス中の酸
素濃度を用いたリーンフィードバック制御を行うために
は、酸素濃度センサ２５が限界電流値を出力している活
性状態になっていなければならないが、この酸素濃度セ
ンサ２５の活性判定処理は、電子制御装置４０によって
第４図（Ａ）（Ｂ）のフローチャートにしたがって処理
される。まず、イグニッションキーをオンすることによ
り、酸素濃度センサ２５の活性状態を示すフラグ、カウ
ンタなどの初期イヒを含めた初期設定が行われた後に、
ステップ１０１以下の処理を実行する。

まず、ステップ１０１からステップ１０７では、酸素濃
度センサ２５の活性判定処理を実行すべきか否かについ
ての諸条件の判定が行われる。すなわち、該ステップ１
０１では、空燃比のリーンフィードバック制御中か否か
の判定がフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御許可フラグＦＦ
のセット・リセット状態の判断により行われる。このフ
ラグＦＦは、プログラムの起動時にリセット状態にあり
、かつ、以下の酸素濃度センサ２５の活性判定処理は、
オープンループ制御からリーンフィードバック制御へ移
行する条件を判断するためのものであるから、この最初
の起動では、オープンループ制御と判定されて次のステ
ップ１０３へ進む。ステップ１０３では、フューエルカ
ット状態か否かの判定が実行される。このフューエルカ
ット状態は、他のルーチンによりセット・リセットされ
るフューエルカットフラグの判定により行われる。例え
ば、フロ・ントルポジションセンサ２３に内蔵されたア
イドルスイッチのオン時にエンジン回転数ＮＥが所定以
上のときに、フューエルカットフラグがセットされる。

次のステップ１０５では、エンジン１の運転状態が酸素
濃度センサ２５の活性判定に適する状態にあるか否かの
判定が行われる。

この成立条件としては、例えば、次の条件が含まれる。

■　吸気圧センサ１９から出力された検出信号に基づい
た吸気管圧力ＰＭの変化差分△ＰＭが６゜ｌｍｍＨｇ以
下である条件。

■　酸素濃度センサ２５のヒータ２５ｂへの通電開始か
ら３分２０秒以上経過して素子温度２５ａが所定温度以
上であると推定される条件。

■　冷却水温センサ３９からの出力された検出信号に基
づいた冷却水温が５５℃以上である条件。

■　アイドルスイッチがＯＦＦである条件。

■　エンジン回転数ＮＥが１００Ｏｒ　りｍから３００
０ｒｐｍの範囲にある条件。

次のステップ１０７では、空燃比Ａ／Ｆが所定空燃比α
の近傍にあるか否かの判定が行われる。

ここで、αは一般にリーンフィードバック時よりやや濃
い側の空燃比、例えば１９とする。

これらの酸素）震度センサ２５の活性判定条件（ステッ
プ１０１〜１０７）が成立した場合には、ステップ１１
１へ移行する。ステップ１１１では、活性判定許可フラ
グＦＡＯの判定が行われるが、該フラグＦＡＯは初期化
の際に１にセットされているから、まず、ステップ１１
３へ進む場合について説明する。

ステップ１１３以降の処理では、酸素潤度センサ２５に
所定電圧が印加され、その時に出力される電流値Ｉｎ（
ｉｆ〜ｉ３）が計測されるのであるが、これを第５図を
用いて概略的に説明すると、まず、検出素子２５ａに電
圧Ｖ１を印加し、そして、所定時間経過したとき電圧Ｖ
２を印加し、さらに電圧Ｖ１を印加し、そのときに出力
される電流値１１〜１３の偏差が所定範囲内である場合
に活性状態であると判定するものである。

すなわち、まず、ステップ１１３からステップ１１９ま
では第１回目の電流値１１の読み込み、ステップ１２１
からステップ１２７までは第２回目の電流値１２の読み
込み、ステップ１２９からステップ１３５までは第３回
目の電流値ｊ３の読み込み処理が行われる。すなわち、
カウンタＣＡが０．　２秒以内のときに（ステップ１１
３）、酸素濃度センサ２５に電圧ｖ１を印加して（ステ
ップ１１５）、カウンタＣＡが０．２秒経過したときに
（ステップｌｌ７）、電流値ｉｔを計測してこの値をＲ
ＡＭに記憶する（ステップ１１９）。同様に、カウンタ
ＣＡが０．２秒から０．４秒までの間で（ステップ１２
１）、電圧Ｖ２を印加しくステップ１２３）、カウンタ
ＣＡが０．　４秒経過したときに（ステップ１２５）、
電流値１２を計測してこの値をＲＡＭに記憶する（ステ
ップ１２７）。さらに、カウンタＣＡが０．　４秒から
０．　６秒まで間で（ステップ１２９）で電圧Ｖ１を印
加しくステップ１３１）、カウンタＣＡが０．６秒を経
過したときに（ステップ１３３）、電流値１３を計測し
てこの値をＲＡＭに記憶する（ステップ１３５）。

このようにして計測された電流値１１〜ｉ３は、第４図
（Ｂ）に示すステップでその偏差により活性判定される
のであるが、その前に電流値１１〜１３のデータを読み
込んだことを示す活性判定許可フラグＦＡＯのリセット
（ステップ１３７）、および後述するカウンタＣＢのク
リア（ステップ１３９）が行われる。

上記電流値１１〜ｉ３の偏差による判定は、ステップ１
４１〜１４５にて行われる。まず、ステップ１４１にて
、電流値１１と電゛流値１２の差が演算され、その差が
０．７ｍＡ以内であるかの判定が行われ、ついでステッ
プ１４３にて電流値１１と電流値ｉ３の偏差が０．４ｍ
Ａ以内であるかの判定が行われ、そしてステップ１４５
にて電流値１１〜ｉ３が全て５ｍＡ〜１０ｍＡの範囲で
あるかの判定が行われ、いずれも肯定判断された場合に
は、活性判定フラグＦＡが１にセットされる。この活性
判定フラグＦＡは、後述するように第６図に示す他のル
ーチンにて用いられ、他の条件を加えてオープンループ
制御からリーンフィードバック制御への切換が可能か否
かの判定が行われる。一方、いずれかのステップ１４１
〜１４５にて否定判断された場合には、酸素）震度セン
サ２５の活性判定フラグＦＡが０にリセットされるとと
もに（ステップ１４９）、Ｆ／Ｂ制御許可フラグＦＦが
０にリセットされる（ステップ１５１）、これにより、
空燃比制御の実行が禁止され、オープンループ制御とな
る。

このように酸素濃度センサ２５の活性判定処理は行われ
るのであるが、ステップ１４１〜１４５にて電流値１１
〜１３の偏差等が所定範囲外と判定された場合における
再度の活性判定処理は、所定時間経過した後に実行され
る。すなわち、ステップ１３７にて活性判定許可フラグ
ＦＡＯが０にリセットされるとともにカウンタＣＢがク
リアされるために、次回の処理では、ステップ１１１の
フラグ判定により、否定判断されてステップ１５９に移
行してカウンタＣＢが１６秒以上経過した場合に、ステ
ップ１６１にて活性判定許可フラグＦＡＯが１にセット
されて、ステップ１６３にてカウンタＣＡの計測が開始
される。そして、次の繰り返し処理では、ステップ１１
１のフラグ判定処理にて肯定判断されることによりステ
ップ１１３に移行して上述した酸素）震度センサ２５の
活性判定処理が実行される。

また、ステップ１０１からステップ１０７にて活性判定
条件を満たさなくなった場合には、ステップ１５３に移
行して、活性判定許可フラグＦＡＯをＯにリセットした
後、カウンタＣＢをクリアし、ざらにカウンタＣＡをク
リアする。これにより、ステップ１１１のフラグ判定処
理で否定判断され、ステップ１５９にてカウンタＣＢに
より１６秒経過したと判定したときに、再度活性判定処
理が実行される。

第４図のフローチャートでセット・リセットされる酸素
濃度センサ２５の活性判定フラグＦＡは、第６図のフロ
ーチャートで表す処理で用いられる。

このフローチャートは、オープンループ制御からリーン
フィードバック制御への切換開始条件を示すものである
。第６図において、まず、ステップ２０１にて活性判定
フラグＦＡの判定を行い、その後に、ステップ２０３に
てアイドルスイッチからの検出信号に基づいてアイドル
スイ・ソチがオン状態になったか否かの判定が実行され
る。これらのステップ２０１．２０３にていずれも肯定
判断がされたときに、Ｆ／Ｂ制御許可フラグＦＦが１に
セ・ントされ、このフラグＦＦを用いて他のルーチンに
てリーンフィードバック制御が開始される。

したがって、上記実施例によれば、オープンループ制御
からリーンフィードバック制御への切換を、酸素濃度セ
ンサ２５が活性状態と判定しただけでは行わず、アイド
ルスイッチのオン信号を検出したときに行っている。す
なわち、エンジンの減速状態を検出したときにフィード
バックを開始するため、空燃比を変えても定常時に変え
た場合のようにドライバーがショックを感じるというこ
とはない。

なお、上記実施例では、リーンフィードバック制御への
切換を、アイドルスイッチのオン信号を検出したときに
実行しているが、これに限らずエンジンの加速状態を検
出する手段からの信号を検出したとき、すなわち、スロ
ットルバルブ１６の全開状態を検出するスイッチまたは
アクセルペダルの踏込加速度等に基づいて出力される加
速増量信号が検出されたときに切り換えてもよい。この
ような場合は、ドライバーがアクセルペダルを踏み込ん
で加速を要求したときであるために、空燃比制御の切換
があってもアクセルペダルの踏みしろ分がわずかに増え
るだけで、ドライバーに空燃比の変化に伴うショックと
気付かせないで制御の切換を行うことができる。したが
って、ドライバーにとって不意の時にショックが生じな
い。

また、上記実施例では、酸素濃度センサ２５の活性判定
処理を、該酸素濃度センサ２５の素子に２つの電圧ｖ１
、Ｖ２を印加して電流値ｉｆ〜１３を検出しているが、
これに限らず、例えば、第７図に示すように、フューエ
ルカット時における排ガス中の酸素濃度が大気中の酸素
濃度２０％にほぼ等しく、所定電圧の印加によって通常
の運転時と比べて酸素濃度センサ２５から大きな電流が
出力されることから、この時の電流値が基準値以上の場
合に活性状態と判定する手法を用いてもよい。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、酸素濃度センサ
の活性判定後に行われるオープンループ制御からリーン
フィードバック制御への切換開始条件を活性判定後直ち
に行うのでなく、エンジンの過渡状態となったときに実
行しでいるので、ドライバーにフィードバック制御への
切換に伴う不意なショックを与えなく、また、切換の際
にＮ。

Ｘの増加を招くこともない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による空燃比制御装置の一例を示す構成
図、第２図は本発明の一実施例による空燃比制御装置を
搭載したエンジンおよびその周辺装置を示す構成図、第
３図はその電子制ｉ１装置を中心に示すブロック図、第
４図（Ａ）（Ｂ）は同実施例の空燃比制御を示すフロー
チャート、第５図は酸素濃度センサにおける印加電圧と
電流値との関係を示すグラフ、第６図はリーンフィード
バック制御への切換条件を示すフローチャート、第７図
はフューエルカット時における酸素）震度センサの出力
電流を示すグラフである。 Ａ・・−エンジン　　　　　Ｂ・・・酸素濃度検出手段
Ｃ・・・フィードバック制御手段 Ｄ・・・オープンループ制御手段 Ｅ−・・切換手段　　　　　Ｆ・・−活性判定手段Ｇ・
・−過渡状態検出手段　Ｈ・・・切換指令手段１・・・
エンジン　　　　３・・・燃料噴射弁７・・・吸気系　
　　　　１３・・・排気系１９・・・吸気圧センサ　２
５・・・酸素）震度センサ２５ａ・・・検出素子　　２
５ｂ・・・ヒータ３２・・・回転数センサ　４０・・・
電子制御装置代理人　　弁理士　　定立　勉峠鋤号將汁
第１図 へ 第４図 （Ｂ） 第５図 酸素濃度センサの印加電圧Ｖｔｓ 第６図 第７図 フューエルカット０圧

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　エンジンの排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度
   センサからの検出信号に基づいて空燃比をリーンフィー
   ドバック制御するフィードバック制御手段と、 空燃比のオープンループ制御を行うオープンループ制御
   手段と、 上記リーンフィードバック制御とオープンループ制御と
   を切り換える切換手段と、 空燃比のオープンループ制御中に酸素濃度センサの活性
   判定を行う活性判定手段と、 エンジンの過渡状態を検出する過渡状態検出手段と、 上記活性判定手段にて酸素濃度センサの活性状態と判定
   され、かつ、上記過渡状態検出手段にてエンジンの過渡
   状態が検出されたときに、切換手段に対してオープンル
   ープ制御からリーンフィードバック制御へ切換を指令す
   る切換指令手段と、を備えたことを特徴とする空燃比制
   御装置。 ２　上記過渡状態検出手段は、エンジンのアイドル状態
   への移行を検出するスイッチである請求項第１項記載の
   空燃比制御装置。 ３　上記過渡状態検出手段は、スロットルバルブの全開
   状態を検出する機構である請求項第１項記載の空燃比制
   御装置。 ４　上記過渡状態検出手段は、燃料噴射量の加速増量を
   検出する増量検出手段である請求項第１項記載の空燃比
   制御装置。