JPH02153242A - 内燃機関の空燃比制御装置 - 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、内燃機関の空燃比制御装置に係り、特に酸素
センサを用いて空燃比をフィードパンク制御する空燃比
制御装置に関する。

（従来の技術） 近時、エンジンにより高い燃料経済性、運転性が要求さ
れる傾向にあり、かかる観点からマイクロコンピュータ
等を応用して空燃比をより精密に制御することが行われ
ている。このような制御ではセンサ情報を適切に処理す
ることが、制御精度を左右する。

従来の内燃機関の空燃比制御装置としては、例えば特開
昭６１３１６４０号公報に記載のものがあり、そのブロ
ック図は第３図のように示される。同図において、１は
内燃機関（以下、エンジンという）であり、エンジン１
は燃料噴射弁２から噴射された燃料と吸気管（図示路）
を通して吸入された吸気との混合気（混合の重量比は空
燃比で表わされる）を各シリンダ内で爆発燃焼させて外
部動力を得た後、排気として外部に排出する。

吸入空気の流量（吸気流量）は吸気流量計測手段（例え
ば、エアフローメータ）３により検出され、その検出結
果はコントロールユニット４に入力される。一方、排気
中の酸素濃度は空燃比に相関する情報として酸素センサ
５により検出され、同じくコントロールユニット４に入
力される。なお、図中ではセンサ情報に対応する物理量
として吸気流量、空燃比という表示をしている。

コントロールユニット４は基本噴射量演算手段６、噴射
量決定手段７、燃料補正量演算手段８、および？Ｍ薄判
定手段９により構成される。基本噴射量演算手段６は吸
気流量計測手段３の検出結果に基づき単位回転当たりの
吸気流量を算出し、これから基本噴射量を演算する。ま
た、製画判定手段９は酸素センサ５の出力に基づいて現
在の空燃比が好適な空燃比（すなわち、目標値）に対し
て濃いか、薄いかを判定するもので、酸素センサ５の出
力は第４図に示すように目標値を境にして急変する特性
となっている。具体的には、製画判定手段９は酸素セン
サ５の出力に対して所定の基準値（スライスレベル：　
Ｓ／Ｌ）を設け、この基準値により上記出力の大きさを
判別して現在の空燃比が目標値より濃いか、薄いかを判
定する。製画判定手段９の判定結果は燃料補正量演算手
段８に入力されており、燃料補正量演算手段８は判定結
果に基づいて空燃比が目標値に一致するように基本噴射
量を補正する補正量（空燃比補正量に相当）を演算し、
噴射量決定手段７に出力する。噴射量決定手段７は基本
噴射量を上記補正量で補正して最終噴射量を決定し、噴
射パルスとして燃料噴射弁２に出力する。

以上のような制御ループにより第５図に示すようなＰＩ
制御で空燃比が目標値にフィードハック制御される。す
なわち、検出した現在の空燃比が目標値（第５図中では
基準値に対応）より濃くなると、その時点で燃料噴射弁
２から噴射される燃料の補正量の指令値をある値だけ減
する（比例補正分Ｐ、に相当）。その後、指令値は酸素
センサ５の出力が反転し空燃比が薄くなったと判定され
るまで、ある一定の時間（Δｔに相当）毎に所定の値づ
つ徐々に減ぜられる（積分補正分１＋に相当）。その結
果、空燃比が薄くなったと判定されると、今度は燃料噴
射の補正量を濃いときと同様に所定の値だけ高める（比
例補正分Ｐ２に相当）。

その後、やはり同様に補正量は一定の時間毎に所定の値
づつ徐々に増加しく積分補正分Ｉ２に相当）、これは酸
素センサ５の出力が反転し、空燃比が濃くなったと判定
されるまで続けられる。以上の動作を繰り返しなから空
燃比の制御が行われ、第５図に示すような波形をとりな
から空燃比補正量の指令値が変化し、空燃比がほぼ目標
値の近傍に保たれるように制御される。

（発明が解決しようとする課題） しかしなから、このような従来の内燃機関の空燃比制御
装置にあっては、酸素センサ５の出力が基準値を横切る
ような変化を呈するまで燃料噴射の補正量の指令値を単
調に増加あるいは減少する構成となっていたため、酸素
センサ５の経時変化等によりその応答速度が第６図に示
すように太きな遅れを有する場合、空燃比の製画の判定
の周期が長くなり、その結果、燃料噴射の補正量は目標
値の前後に大きく変動し、適性な空燃比制御が行えない
という問題点があった。

また、上記問題点は酸素センサ５の応答遅れに起因する
ものであるが、この他にもエンジン１の燃料プロセスを
含む制御システムの伝達系の応答遅れによっても程度の
差はあれ、同様の不具合が指摘される。

（発明の目的） そこで本発明は、酸素センサ出力の極大、極小値を検出
し、この時点でも空燃比制御の補正量を逆方向に変更す
ることにより、酸素センサの応答遅れや制御システム伝
達系の応答遅れが大きい場合であっても、空燃比の変動
を小さく押さえ、空燃比制御の精度を向上させることを
目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明による内燃機関の空燃比制御装置は上記目的達成
のため、排気中の酸素濃度から空燃比を検出する酸素セ
ンサを有し、制御手段により酸素センサ出力を所定基準
値と比較して空燃比が目標値より濃いか薄いかを判定し
、濃いときには空燃比が薄くなるよ・うに空燃比を補正
する補正量を演算し、薄いとぎには空燃比が濃くなるよ
うに該補正量を演算して空燃比を制御する内燃機関の空
燃比制御装置において、前記酸素センサの出力の極大値
、極小値を検出する極値判定手段を設け、前記制御手段
は、空燃比を補正中に酸素センサ出力が何れかの極値に
なると、空燃比を補正する補正量を変更して該極値を示
す前の空燃比補正方向とは逆の方向に空燃比の補正を開
始するようにしている。

（作用） 本発明では、空燃比の補正中に酸素センサ出力が何れか
の極値になると、空燃比を補正する補正量が変更され、
該極値を示す前の空燃比補正方向とは逆の方向に空燃比
の補正が開始される。

具体的には、空燃比を薄くなる方向に補正中に酸素セン
リ゛出力が空燃比の濃い方向の極値を示すと、空燃比を
補正する補正量が変更され空燃比が濃くなるように補正
され、一方、空燃比を濃くなる方向に補正中に酸素セン
サ出力が空燃比の薄い方向の極値を示すと、該補正量が
変更され空燃比が薄くなるように補正される。

したがって、酸素センサの応答が遅い等のような場合で
も空燃比の変動が目標値に対して小さく押さえられ、空
燃比制御の精度が向上する。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１．２図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の
一実施例を示す図である。本実施例の説明に当たり、従
来例と同一構成部分には同一番号を符してその説明を省
略する。

まず、構成を説明する。第１図は内燃機関の空燃比制御
装置のブロック図であり、この図において、２０はコン
トロールユニットである。コントロールユニット２０の
構成は従来例と異なり、コントロールユニット２０は基
本噴射量演算手段６、噴射量決定手段７および製画判定
手段９については従来と同様の構成であるが、新たに極
値判定手段２１を有し、また燃料補正量演算手段２２の
内容が従来例と相違する。すなわち、極値判定手段２１
は酸素センサ５の出力の極大値および極小値を判定して
検出し、その判定結果を燃料補正量演算手段２２に出力
する。この場合、酸素センサ５の極大値は空燃比が濃い
方向の最大値に対応し、極小値は空燃比が薄い方向の最
小値に対応する。燃料補正量演算手段２２は従来例のよ
うな基本噴射量の補正演算に加えて酸素センサ５の極大
、極小値に基づいて補正演算のうちの積分補正骨の値を
反転させる。

詳しくは、空燃比を薄くなる方向に補正中に酸素センサ
５の出力が極大値を示すと、基本噴射量を補正する補正
量（請求の範囲にいう空燃比を補正する補正量に相当）
を変更して空燃比が濃くなるように積分補正骨の値を反
転させ、逆の方向への空燃比の補正を開始する。同様に
、空燃比を濃くなる方向に補正中に酸素センサ５の出力
が極小値を示すと上記積分補正骨の値を反転させ、空燃
比が薄くなる方向への補正を開始する。

上記燃料補正量演算手段２２は基本噴射量演算手段６、
噴射量決定手段７、製画判定手段９と共に制御手段２３
を構成する。

次に、作用を説明する。

いま、酸素センサ５の出力が第２図の実線で示すように
変化しているとき、酸素センサ５の出力が■の時点で基
準値を横切り空燃比が目標値より薄くなったと判定され
ると、基本噴射量を補正する補正量のうち比例補正骨Ｐ
２だけ増加する。その後、一定時間（Δｔ）毎に積分補
正分子Ｉ２が増加していく。これにより、空燃比は濃く
なる方向に補正されていく。そして、酸素センサ５の出
力が極小値Ｏになると、いままでは積分補正骨を＋１２
だけ加えていたが、今度は逆に一定時間毎に積分補正骨
をＩ２だけ減じるような補正がなされる。すなわち、積
分補正骨■２の値が反転する。

このため、空燃比は目標値に対して濃（なる方向に大き
く外れることはない。その後、同様に酸素センサ５の出
力が徐々に大きくなって○の時点で再び基準値を横切る
と比例補正骨Ｐ、だけ減少させ、以後は一定時間毎に積
分補正骨がＩ、だけ減少していく。そして、酸素センサ
５の出力が極大値■になると、積分補正骨が反転し一■
１から＋■、となる。これにより、空燃比は徐々に濃く
なる方向に補正されていき、酸素センサ５の出力は小さ
くなるように変化する。

このように、酸素センサ５の出力が極小、極大値となる
毎に積分補正骨の値が反転するので、仮に酸素センサ５
が劣化してその応答速度が遅い場合であっても空燃比が
目標値に対して大きく外れ変動するようなことはなく、
従来に比べその変動が大幅に少なくなる。第２図中では
これを従来制御との比較で示してあり、本実施例の周期
は従来制御の周期に比べて短く、また制御の補正幅も小
さい。したがって、空燃比の変動が押さえられ、空燃比
制御の精度を向上させることができる。

なお、酸素センサ５の応答速度が空燃比の〔濃−薄〕、
〔薄→掘〕の変化方向によって異なり、従来の制御方法
では制御された空燃比の平均値が「濃い」あるいは「薄
い」状態の何れかに偏ってしまう場合においても、本実
施例の制御方法によるとその偏りを減少させ、目標値近
傍の空燃比に保つことが可能となる。

さらに、酸素センサ５自体には応答劣化がない場合であ
っても、立ンジン１の空燃比制御システムにはコントロ
ールユニット２０−燃料噴射弁２−エンジンｌ−酸素セ
ンサ５→コントロールユニット２０というシステム本来
のもつ伝達系の遅れがあり、この遅れによる空燃比の目
標値からの変動量も無視し得ないが、本実施例の制御方
法によれば、この変動量も小さくすることが可能である
。したがって、酸素センサ５に劣化がない通常の状態に
あっても、空燃比制御の性能を高め制御精度を向上させ
ることができる。

（効果） 本発明によれば、酸素センサ出力の極大、極小値を検出
し、この時点でも空燃比制御の補正量を逆方向に変更し
ているので、酸素センサの劣化に伴う応答遅れや制御シ
ステム伝達系の応答遅れが大きい場合であっても、目標
値に対する空燃比の変動を小さく押さえることができ、
空燃比制御の精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の
一実施例を示す図であり、第１図はそのブロック図、第
２図はその制御の動作を説明するための制御波形を示す
図、第３〜６図は従来の内燃機関の空燃比制御装置を示
す図であり、第３図はそのブロック図、第４図はその酸
素センサの出力波形を示す図、第５図はその制御の動作
を説明するための制御波形を示す図、第６図はその解決
課題を説明するための制御波形を示す図である。 １・・・・・・エンジン、 ３・・・・・・吸気流量計測手段、 ５・・・・・・酸素センサ、 ６・・・・・・基本噴射量演算手段、 ７・・・・・・噴射量決定手段、 ９・・・・・・製画判定手段、 ２０・・・・・・コントロールユニット、２１・・・・
・・極値判定手段、 ２２・・・・・・燃料補正量演算手段、２３・・・・・
・制御手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 排気中の酸素濃度から空燃比を検出する酸素センサを有
   し、制御手段により酸素センサ出力を所定基準値と比較
   して空燃比が目標値より濃いか薄いかを判定し、濃いと
   きには空燃比が薄くなるように空燃比を補正する補正量
   を演算し、薄いときには空燃比が濃くなるように該補正
   量を演算して空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装
   置において、 前記酸素センサの出力の極大値、極小値を検出する極値
   判定手段を設け、前記制御手段は、空燃比を補正中に酸
   素センサ出力が何れかの極値になると、空燃比を補正す
   る補正量を変更して該極値を示す前の空燃比補正方向と
   は逆の方向に空燃比の補正を開始するようにしたことを
   特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。