JPH0267443A - 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】 〈産業上の利用公費〉 本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に係り、特に理論
空燃比を含む全域にわたって空燃比フィードバック制御
を行ないしかも高精度で応答性の良い装置に関する。

〈従来の技術と発明が解決しようとする課題〉内燃機関
の空燃比制御に当っては、吸入空気量に基づいて燃料噴
射量が決定されるが、この基本燃料噴射量の外にいわゆ
る排ガス規制に基づく空燃比制御も必要になる。すなわ
ち、燃料の燃焼後に酸素が含有せずかつ未然ガスも含有
しない酸素と燃料とが全て反応した理想状態換言すれば
理論空燃比（ストイキオポイント）での燃焼が排ガスと
しては望ましい。このため、このストイキオポイントの
検出のため排気管に酸素（ｏ２）センサを設置して、こ
の０２センサ出力にてインジェクタによる燃料噴射量を
制御する方式が採用されている。

ところが、この０２センサには問題があって、まず排ガ
ス内にＣｏガスが存在すると、このＣｏガスに対し０セ
ンサが燃料電池となってＣＯとＯの反応出力を得ること
になり、例えばリーン（０２ｉｌｌ！度大）のはずがリ
ッチ（燃料濃度大）となってしまい誤動作が生じる点、
排気管内には三元触媒が備えられ、Ｇｏ、ＩＣ。

ＮＯｘが除かれるため０２センサを三元触媒の後方に位
置させるのが好ましいが、三元触媒後方までの排気管が
長くなって０２センサまでの全排気管がストイキオポイ
ントにならなければこのポイント検出ができずに応答性
能も悪化するという点とが問題である。

そこで、三元触媒の上流側と下流弾１とにそれぞれ０２
センサを配置させて下流鋼０２センサを補助的に用いこ
のセンサ出力を目標値とするように上流側の０□センサ
を含めたメイン（第１）フィードバック制御系の制御定
数を変えることにより、上述の誤動作と応答性能の悪化
を軽減できるようにしたものがある。

したがって、ストイキオポイントでのフィードバック制
＄１（ストイキオフィードバック制御）は三元触媒の上
流、下流に位置する２個の０センサによって高精度で応
答性良く行なねれることになる。この場合、第６図に示
すように０２センサの出力特性はストイキオポイントの
み検出可能であり、したがってストイキオフィードバッ
クＩＩＩ御が高精度に行なわれるのであるが、ストイキ
オポイント以外のリッチ、リーン換言すれば全領域での
フィードバック制御は第６図に示すように特性上粗くな
る。

運転上り−ン状態は少ないのであるが、燃料が濃いリッ
チ運転にあっては燃料の無駄を省くためにもフィードバ
ック制御が殊に必要である。すなわち、第７図に示すよ
うにエンジン回転数とトルクとの特性上から判明するよ
うにストイキオ領域の外リッチ運転が行なわれるが、こ
のリッチ運転にあって高回転数高トルクの例えば斜線部
での最大リッチ部分では排気温度が許容温度以下となる
ようにリッチ状態を更にリッチとして運転されるが、こ
の場合無駄な燃料を多く用いることになって、リッチに
おけるフィードバックｉｉ！１ＩＩＩが必要となる。ま
た、低温時でのリッチ運転にあっても無駄な燃料を少な
くするためフィードバック制御が有用である。

このような要望によりストイキオポイントのみならず、
リーン、リッチにわたる全領域にてフィードバック制御
をするために、０２センサに酸素ポンプを付加した構造
のりニアＡ／Ｆセンサを用いて制御を行なう方式がある
。第８図はリニアＡ／Ｆセンサの設置状態図である。同
図にて、１はエンジン、２はエアクリーナ、３はスロッ
トル弁、４は吸気管、５はインジェクタ、６は排気マニ
ホルド、７は排気管であり、この排気管７には三元触媒
８、及び暖機触媒９が備えられ、この暖機触媒９の上流
側には、リニアＡ／Ｆセンサ１０が配置されている。１
１はこのリニアＡ／Ｆセンサ１０のアンプである。リニ
アＡ／Ｆセンサフ、０の特性は、リーンからリッチまで
リニアに変化するすへストイキオポイントからどの程度
リーンか又はリッチかを検出することができるものであ
る。したがって、リニアＡ／Ｆセンサ１０の出力をＥＣ
Ｕにとり込みインジェクタ５を制御することにより全域
にわたって空燃比制御が可能となる。

ところが、このリニアＡ／Ｆセンサを用いた場合、アン
プ１１と組合せて使用するためストイキオフィードバッ
ク時においてもアンプの誤差分だけ制度が劣るので、排
ガスレベルが悪化するという問題があり、リニアＡ／Ｆ
センサ又はアンプが劣化した場合にもストイキオポイン
トがシフトして排ガスレベルが悪化する。

そこで、本発明は高い応答性を得るのみならず、全域の
空燃比フィードバック制御ができて少なくともストイキ
オポイントでは特に高精度のフィードバック制御を行な
うようにした空燃比制御装置を提供する。

＜ａ題を解決するための手段〉 上述の目的を達成する本発明は、内燃機関の排気系にあ
って三元触媒の上流側にリニアＡ／Ｆセンサを配置しこ
のリニアＡ／Ｆセンサの出力をＥＣＵに取り込みこのＥ
ＣＵにてインジェクタを制御する第１フィードバック制
御系と、上記三元触媒の下流鋼にλＯ２センサを配置し
、とのλＯ２センサの出力ガストイキオ運転時には設定
値となるように上記リニアＡ／Ｆセンサの制御変数を変
化さす又はＡ／Ｆ係数を補正する副制御系と、を有する
ことを特徴とする。

く実　施　例〉 ここで、第１図ないし第５図を参照して本発明の詳細な
説明する。なお、第１図にて第８図と同一部分には同符
号を付す。第１図にて、１　はエンジン、２はエアクリ
ーナ、３はスロットル弁、４は吸気管、５はインジェク
タ、６は排気マニホルド、７は排気管、８は三元触媒、
９は暖機触媒、１０は暖機触媒９の上流側に配置したり
ニアＡ／Ｆセンサ、１１はこのリニアＡ／Ｆセンサ１０
のアンプで電圧検出して電流制御する制御系含むもの１
２は三元触媒８の下流に配置したλＯ□センサ、１３は
ＥＣＵである。

ここにおいて、第１図では暖機触媒９を有する装置につ
き示しであるが、暖機触媒９が無いときリニアＡ／Ｆセ
ンサ１０は三元触媒８の上流側に、０２センサ１２は三
元触媒８の下流鋼にそれぞれ配置する。

第１フィードバック制御系としては、リニアＡ／Ｆセン
サ１０．アンプ１１、ＥＣＵ　１３、及びインジェクタ
５からなる系であり、り一ン及びリッチ運転ではこの制
御系により空燃比制御が行なわれる。

一方、ストイキオフィードバック運転時においては、三
元触媒８下流のλＯ２センサ１２の出力が第６図に示す
ストイキオポイントとなろように、例えば０．３ｖ〜０
．５ｖの設定値となるようにリニアＡ／Ｆセンサ１０の
制御変数を変化させる副制御系がある。この場合、λＯ
センサ１２は三元触媒下流にあるためＣＯ等による誤差
発生要因は無視できる。ここで、制御変数とは、目標電
圧、比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインのうちいずれ
かひとつ又はこれらのうち任意のものと組合せたもので
ある。この結果、ストイキオフィードバックにおいては
λＯ２センサによる高精度なストイキオポイントを加味
することになり、リニアＡ／Ｆセンサによる制御で高精
度が得られることになる。

また、別の制御方式としては、ストイキオフィードバッ
ク運転時に三元触媒８下流のλＯ２センサ１２の出力が
前述の設定値となるように微調整用の第２フィードバッ
ク制御を行なう副制御系があり、例えばＡ／Ｆ補正係数
ＫＦ。

を微調整するものである。すなわち、第１フィードバッ
ク制御の係数をに、、、、第２フィードバック制御の係
数をに□２とするとき、Ｋ、、。

＞＞Ｋｐｅａの関係において、ＫＦ、＝ＫＦ、１×ＫＦ
Ｂ２を新たに補正係数として与えるものである。

このように補正係数を与えてもストイキオフィードバッ
ク制御としてλＯ□センサ出力を加味する以上高精度の
制御が可能となる。

ここで、第２図、第３図を参照して三元触媒下流のλＯ
□センサ出力によるＡ／Ｆフィードバック制御補正ルー
チンを説明する。第２図は目標電圧補正、第３図は補正
係数ＫＦＢの算出をそれぞれ行なうルーチンである。第
２図において、補正ルーチン開始後、ステップＡではリ
ニアＡ／ＦセンサによろＡ／Ｆフィードバック制御中か
否かを判定する。このステップＡにて制御中でない状態
は始動直後とかセンサ故障の状態ｔいう。ついで、ステ
ツー／Ｂにて定期的にλＯ２センサ出力の読み込みを行
なう。このλＯ２センサの読み込み後、ステップＣでは
λＯセンサが活性か否かを判定する。この場合、λＯ２
センサの不活性はリッチやリーンに応じた起電力を生じ
ないことをいい、具体的にはセンサ素子温が低くてセン
サ起電力が低い状態等をいう。したがって、λＯセンサ
が活性でないときりニアＡ／Ｆセンサのみにてフィード
バック制御を行ない活性であると判断されろと次ステツ
プへ移行する。ステップＤでは目標空燃比がストイキオ
か否かを判定する。ストイキオ判定がされた場合、λＯ
２センサ出力を加味した副制御が可能になる。ついて゛
、ステップＥにて燃料カット後一定時間経過しているか
否かを判定する。

このステップＥではリーンの排ガス流れている状態で制
御を開始するとリッチ化する特性になって温度の制御と
なるので、これをタイマにて禁止するための一定時間を
採っている。

ステップＦでは目標空燃比がストイキオになった後一定
時間経過している否かを判定する。これは例えばリッチ
運転からストイキオ運転になった直後に排気管は未だリ
ッチの排ガスが充満しているので、直ちにλＯ２センサ
の出力を加味してフィードバック制御せずに一定時間楢
子をみることとしたものである。

ステップＧではλＯセンサ出力の平均化処理を行なう。

そして、この平均化された値が目標電圧とどの位差があ
るか偏差ΔＶを算出する（ステップＨ）。この後、この
偏差ΔＶの積分値を得る（ステップＩ）。この積分は一
定時間ごととか一定吸入空気量ごとに行なわれる。つい
で、ステップＪにて偏差の微分を行なう。すなわち、ス
テップＨ，Ｉ、ＪにてＰＩＤ制御の準備を行なうもので
ある。ステップにでは空燃比フィードバック制御での目
標電圧補正量δをステップ）１，１．Ｊに基づき算出す
る。そして、この補正量δをステップＬにおけろメイン
（第１）のフィードバック制御に加味するものである。

とうして、第１フィードバック制御にて目標電圧の補正
が可能となる。

第３図における補正ルーチンにあっては、ステップＫに
て第２フィードバック係数ＫＦ６２を算出し、ステップ
Ｌにて第１の空燃比フィードバック係数ＫＦ６Ｉに対し
て新たな係数ＫＦ、Ｌ×ＫＦＩＳ２　（ＫＦｉｌｌ　）
ＫＦ６２　）にて第１フィードバック制御を行なうもの
である。

このようにして、リニアＡ／Ｆセンサによる第１フィー
ドバック制御内にあって、三元触媒下流のλＯ２センサ
出力にて副制御を行なうことから、前述した０２センサ
を２個触媒の上流と下流に備えた場合と同等のストイキ
オ精度が得られる。

また、λＯセンサのみではリーンかリッチかは判明する
がそれがストイキオポイントからどの位リーンかリッチ
かが検出できないことから、フィードバック係数はある
範囲を行き来してリミットサイクルをえが（ことになる
が、リニアＡ／Ｆセンサにあってはその特性上り−ンの
程度リッチの程度が検出できて目標値制御が可能となる
ので、第４図に示すように三元触媒の浄化率が高くなり
換言すれば理論空燃比に収束させることができて触媒浄
化効率が高められ、ウィンドウＷの幅が小さく振れ（矢
印）を小さくできるので、サージャアイドルハンチング
等の問題が生じない。

更に、リニアＡ／Ｆセンサ特性は軽率変化とか構造精度
（例えば排気取入れ孔径）により変化し、例えば第５図
に示す特性上検出電流１ｐと空燃比Ａ／Ｆとの関係にて
ストイキオから大気までの傾きが変化するのであるが、
燃料カット時とか始動直前での大気の酸素濃度を学習し
λＯ石リンサてストイキオポイントを学習することによ
り、第５図に示す大気−ストイキオの傾きαが決定でき
、この傾が決定きれると拡散係数によりβが決まること
になって、全領域でも空燃比が精度良く得られるという
学習補正が可能となる。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、応答性良く全域に
て空燃比フィードバック制御が得られるのみならず、ス
トイキオポイントでの高精度制御、触媒浄化率の向上が
図れ、学習制御にて全域にて高精度空燃比フィードバッ
ク制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の配置構成図、第２図、第３図
はＡ／Ｆフィードバック制御の補正ルーチンフローチャ
ート、第４図は三元触媒の浄化率の特性線図、第５図は
りニアＡ／Ｆセンサの電流・空燃比特性線図、第６図は
０２センサの特性線図、第７図はトルクと回転数とから
みたストイキオとリッチ状態図、第８図は従来例の配ａ
構成図である。 図　　　　　中、 ５はインジェクタ、 ８は三元触媒、 １０はリニアＡ／Ｆセンサ、 １１はアンプ、 １２はλＯセンサ、 １３はＥＣＵ　。 Ａ−Ｌは補正ルーチンのステップ、 Ｗはウィンドウである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の排気系にあって三元触媒の上流側にリニアＡ
   ／Ｆセンサを配置しこのリニアＡ／Ｆセンサの出力をＥ
   ＣＵに取り込みこのＥＣＵにてインジェクタを制御する
   第１フィードバック制御系と、 上記三元触媒の下流鋼にλＯ＿２センサを配置し、この
   λＯ＿２センサの出力ガストイキオ運転時には設定値と
   なるように上記リニアＡ／Ｆセンサの制御変数を変化さ
   せ又はＡ／Ｆ係数を補正する副制御系と、 を有する空燃比制御装置。