JPH03202650A - 内燃機関の空燃比補正方法 - 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、内燃機関の空燃比補正方法に関し、特に内燃
機関の排出ガスの空燃比を検出する酸素センサの劣化を
考慮して空燃比を補正する方法に関する。

〈従来の技術と発明が解決しようとする課題〉この種酸
素センサの劣化を考慮して空燃比を補正する方法として
、従来、次のようなものが知られている。

例えば、特開昭６０−６５２４７号公報に示された方法
は、酸素センサからの検出信号がリッチからり一ンに変
化する際の単位電圧当たりの変化時間を正常時の設定値
と比較し、この変化時間が長い場合に燃料噴射量を増量
補正して、空燃比のリッチシフトを防ぐようにしている
。

しかし、実際には、多くの酸素センサが劣化して、リッ
チからリーンへの変化速度が遅くなると、空燃比はリー
ンシフトするので、この方法では空燃比制御精度は殆ど
向上しない。加えて酸素センサの劣化を検知するために
は、リーンからリッチへの変化速度も検出しなければな
らない。

上記のリーンからリッチへの変化速度も検出しなければ
ならないという考え方を用いた装置としては、例えば、
特開昭６２−９９６５３号公報に示すものがある。

この装置は、少なくとも上述の特開昭６０−６５２４７
号公報では、既に示されていた方法の概念、つまり、第
１４図に示すように、酸素センサ出力の変化速度を検出
し、その結果に応じてフィードバック信号を補正すると
いう考え方を、そのまま装置化したものであって、酸素
センサ出力の変化速度を検出して、リッチ、リーンの検
知遅れ時間の変化に応じてフィードバック信号を操作す
るためのコンピュータの遅れ時間を調整し、全体として
のフィードバックの遅れ時間を一定として、空燃比のリ
ッチのリーンシフトを防ぐようにしている。

しかし、これを実現するには、酸素センサの劣化により
長くなった検知遅れ時間以上にコンピュータの遅れ時間
を設定しておかなければならない。

この結果、フィードバック操作そのものの遅れは劣化セ
ンサによる遅れと同等以上となってしまい、例え、リッ
チ、リーンシフトが低減できたとしても、制御中のリッ
チ側、リーン側への補正誤差は双方とも大きくなり、結
果としてエミッションを全酸分とも悪化させてしまう虞
がある。

これに対して、特開昭６３−１８９６３４号公報〜特開
昭６３−１８９６３８号公報及び特開昭６３−１８９６
４２号公報〜特開昭６３−１８９６４５号公報等は、酸
素センサ出力の特徴的な２点間（極大、極小の点又は出
力の基準値）内の該出力の変化速度の検出を、リッチか
らリーン及びリーンからリッチの双方において測定し、
それら測定結果の比を求め、その結果によって、該酸素
センサ出力の基準値又はフィードバック信号を補正する
ことで問題の解決を図っている。

しかし、この方法によって、コンピュータの遅れ時間を
故意に大きくすることなく、空燃比のリッチ、リーンシ
フトを防ぐことができたとしても、やはり酸素センサが
劣化して、その検出が遅れた時、この遅れによる空燃比
の検出誤差の問題は依然として残り、酸素センサが劣化
して生じるリーン側及びリッチ側での補正誤差によるエ
ミッションの低減効果は期待できない場合がある。

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、酸
素センサの劣化による空燃比の検出遅れの悪化を防止し
、かつリーンシフト、リッチシフトを低減するようにし
た内燃機関の空燃比補正方法を提供することを目的とす
る。

く課題を解決するための手段〉 このため、本発明の内燃機関の空燃比補正方法は、排出
ガスの空燃比を検出する酸素センサ出力がリッチ／リー
ン判定の基準値より低くなると、空燃比フィードバック
信号を補正して燃料を増量し、酸素センサ出力がリッチ
／リーン判定の基準値より高くなると、空燃比フィード
バック信号を補正して燃料を減量する内燃機関の空燃比
補正方法であって、前記酸素センサ出力に対してリーン
判定用の基準値とリッチ判定用の基準値とを夫々設け、
酸素センサ出力のリッチからり一ンの変化速度が遅くな
った時には前記リーン判定用の基準値をリッチ寄りに設
定し、リーンからリッチの変化速度が遅くなった時には
前記リッチ判定用の基準値をリーン寄りに設定するもの
である。

又、酸素センサ出力のリッチからリーンの変化速度が遅
くなった時には前記リーン判定用の基準値をリッチ寄り
に設定する他に、空燃比フィードバックの減量補正係数
を小さくし、リーンからリッチの変化速度が遅くなった
時には前記リッチ判定用の基準値をリーン寄りに設定す
る他に、空燃比フィードバックの増量補正係数を小さく
するものである。

〈作用〉 かかる方法においては、空燃比の検出遅れを一定にして
、酸素センサが劣化し、その応答特性が変化しても、精
度の良い空燃比フィードバック補正を実行でき、この結
果において、経時しても工ごツションの悪化を補正でき
るという効果を得る。

又、酸素センサ出力の乱れに対するマージンを得ながら
、空燃比フィードバックの補正誤差を生じさせない。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、請求項１記載の第１発明の第１の実施例について
説明する。

第１図において、酸素センサ１はエンジン２の排気管３
の触媒４の上流側に取り付けられており、該エンジン２
の排出ガスの空燃比を検出して、この検出信号をエンジ
ン制御装置５に出力する。このエンジン制御装置５には
、吸気管６のスロットル弁７の上流側に取り付けられた
エアフローメータ８からの吸入空気量検出信号や図示し
ないクランク角センサからの機関回転数検出信号の他に
種々の機関運転条件検出センサからの検出信号が入力さ
れ、燃料噴射弁９による燃料噴射量を制御する信号（空
燃比フィードバック信号を含む）を前記燃料噴射弁９に
出力するようになっている。

ここで、上記酸素センサ１の出力は、第２図に示すよう
に、−船釣に、リッチ側で約ＩＶ、　　リーン側で約Ｏ
Ｖとなり、理論空燃比近傍で急変する特性を有している
。

従って、第３図（ａ）に示すように、例えば、空燃比が
リーンとなって、酸素センサ１の出力がリッチ／リーン
判定の基準値より低くなると、フィードバック信号を補
正して燃料を増量し、逆に空燃比がリッチとなって、酸
素センサ出力がリッチ／リーン判定の基準値より高くな
ると、フィードバック信号を補正して燃料を減量し、こ
の操作を繰り返すことによって、空燃比を理論空燃比付
近に制御するようになっている。この結果、空燃比。

酸素センサ１の出力、フィードバック信号は、第３図（
ａ）のような波形状となるのが一般的である。

ここで、酸素センサ１の応答特性のために、空燃比が理
論空燃比を越えて後、ある時間をおいてからりフチ／リ
ーンの判定が行われるため、第３図（ａ）に示すように
、所謂検出遅れなるものが存在する。この検出遅れの間
は、空燃比を言わば誤検出しているわけであるから、燃
料の過補正等を生して、空燃比制御精度を低下させると
共に、空燃比制御速度を低下させていることになる。

自動車等の機関のように、運転条件が刻々と変化する場
合には、制御速度の低下は致命的であり、工Ｓ　ツショ
ンを悪化させる。

実際には、検出遅れ、運転条件の変化を考慮して、フィ
ードバック定数や他の空燃比補正係数を調整しているの
で、特に大きな問題となることはないが、経時して酸素
センサが劣化してくると、第３図中）に示すようにこの
検出遅れが更に悪化して、上記の問題が生じてしまう。

そこで、まず、酸素センサ１の劣化を検出するために、
第３図（ハ）に示すように、所定の電圧（Ｖ＋　。

Ｖ、）を設定し、該酸素センサ１の出力が変化して、Ｖ
、、Ｖ、間を通過するのに要する時間を測定する。例え
ば、酸素センサ１の出力■がリッチ側からリーン側へ変
化する時、■が低下して、■！となってから■、に至る
までの変化時間をＴ、ＩＬとして記憶する。酸素センサ
１が劣化した時の変化時間Ｔれは、新品時のＴＩＬ’に
比べて長期化する。

リーンからリッチへの変化についても同様である。第３
図（ｂ）に示すように、ＴＲＬが長期化しているならば
、酸素センサ１のリッチからリーンへの応答は鈍化して
おり、その検出遅れは同図に示すように、悪化している
。この悪化代を除去するために、第４図に示すように、
リーン判定用の基準値とリッチ判定用の基準値とを夫々
用意し、り一ン判定用の基準値をリッチ側にずらして設
定、リーン検出遅れが新品時のものと同様になるように
該基準値をリッチ側にずらし、リーン検出の遅れが新品
時のものと同等となるように該基準値を設定し直す。そ
の設定値をＳＬＬと置くと、該ＳＬＬは例えば次式によ
って与えられる。

５ＬＬ＝Ｖ、４ａｘ　　　ＣＣＶｚ　　ｖｌ）／”ｌＬ
〕”ｒＬ”（ＴＬ＊は新品時のリーン検出遅れ） この例では、リーンからリッチへの応答は劣化していな
い場合を想定しているため、リッチ判定用の基準値は新
品時と同レベルになるが、この場合でも、その設定値は
同様に与えられる。

Ｓ　　ＬＲ＝ＶＭＩＮ　　＋　　（（Ｖｚ　　　　Ｖ＋
　　）　　／ＴＬＩ）　　・　Ｔａｒ”（’ｒ＋ｔ＊は
新品時のリッチ検出遅れ）以上の手法はフローチャート
で示すと、第５図に示すようになる。

このフローチャートにおいて、ステップ１．　２では、
酸素センサ１の出力ＶがＶ、とＶ、の間にあるか否かを
判別し、ＹＥＳであれば、その通過時間Ｔをカウントす
る。そして、例えば、Ｖが低下して、■、より小となっ
た時に、ＴＩＬを算出するようにする。この場合、■が
低下して、■８を通過し、その後見に■１を通過した時
に、Ｔ、、を算出する。このＴＩＬの算出条件は、ステ
ップ１１゜１２で判別される。この例では、前記ＴＩＩ
Ｌは、時間の測定バラツキを抑えるため、重み係数ｋ（
０＜ｋ＜　１　’）の荷重平均値を用いている。このＴ
ｌ１Ｌによって、リーン判定基準値ＳＬＬをステップ１
５で求めるようにしている。

上記とは逆に、■がリーンからリッチに変化して、ｖ２
よりも大きくなった時には、ステップ２１〜２５に進ん
で、リッチ判定基準値ＳＬＲを求める。

以上のように、酸素センサ１の出力のり・ンチからリー
ンの変化速度が遅くなった時には前記り一ン判定用の基
準値をリンチ寄りに設定し、リーンからリッチの変化速
度が遅くなった時には前記リッチ判定用の基準値をリー
ン寄りに設定する方法により、比較的簡易な方法で、酸
素センサ１の劣化の影響を除去でき、エミッシゴンの悪
化を防止できるという効果がある。

次に、第１の発明の第２の実施例について説明する。

上記第１の実施例では、第５図のステップ操作によって
、酸素センサエが劣化しても精度の高い空燃比フィード
バック補正が比較的簡易に行えることを説明した。

ここで、エンジン制御装置５への負荷は重たくなるが、
更にきめ細かく精度の良い空燃比フィードバックを行う
ために、本実施例においては、第６図に示すブロック図
のような機能の中で、第５図のフローチャートに示すよ
うな操作を行う。

即ち、機関運転条件毎に最適なＴｌ傘、Ｔ−を設定し、
これに合わせて基準（！ＳＬＬ、ＳＬＲを設定する。

実際の機関においては、定常運転時には、これまでの説
明の中で用いてきた模式的な酸素センサ１の出力波形の
ように、その出力の乱れは比較的小さい。しかし、加速
時等、機関に負荷がかかっている状況では、第７図（ａ
）、（ｂ）に示すように酸素センサ１の出力に乱れを生
じることがある。一方で、前記出力の乱れが小さい時、
即ち、定常運転時は、機関の負荷が比較的小さく、排出
ガスの流量が低いため、空燃比フィードバック補正の演
算がなされて機関への燃料供給量が補正されて後、その
結果としての空燃比の変化が酸素センサ１に到達するま
での遅れ、即ち、排出ガスの機関内での遅れが大きく、
従って、このような運転条件では、酸素センサ１の検出
遅れはなるべく短くして、空燃比制御速度を向上させる
ことが望ましい、他方、機関への負荷が大きく、排出ガ
スの流量が高くて、元来の空燃比制御速度が高いような
運転条件では、上述したように、出力に乱れがあるため
、リーン判定用（或いはリッチ判定用）の基準値はあま
り高く（低く）設定し難い。従って、第７図（ａ）、（
ロ）に示すように、運転条件によってＴ−Ｔ−を変えて
用いることによってより最適な基準値を得ることができ
る。

即ち、第６図において、ブロックｌで、機関回転数と吸
気量から運転条件を判別し、ブロック２で判別された運
転条件の領域毎に設定されたＴ　Ｌｍ。

Ｔ−を読み込み、これをブロック３で検出遅れの目標値
として、酸素センサの応答の劣化に応じて基準値ＳＬＬ
、ＳＬＲを設定する。ブロック４では、新たに算出され
た基準値を運転条件毎に割り付ける。第８図は上記の運
転条件の領域毎にＴＬＩＴＩｌ率を読み込み、基準値Ｓ
ＬＬ、ＳＬＲを設定した状態を示すものである。

かかる第２の実施例の槽底によれば、制御はやや複雑と
なるが、運転条件に対して最適な基準値ＳＬＬ、ＳＬＲ
を設定することで、検出遅れを最小にすることができる
という利点がある。

更に、第１の発明の第３の実施例について説明する。

空燃比制御を行う機関や、その排気浄化用触媒の特性に
合わせて空燃比フィードバックゲインを、増量側と減量
側で変えることにより、平均空燃比を理論空燃比から僅
かにずらして制御することがある。

しかし、第９図（ロ）に示すように、増量側と減量側の
ゲイン差が大きいと、制御速度が遅くなってしまう、そ
こで、例えば、同じく第９図（ａ）に示すように、増量
側のゲインが小さい時には、リッチ判定用の基準値ＳＬ
Ｒをリーン寄りに設定し直す。

このことによって、制御速度を向上させながら、更に、
上述のゲインの調整の効果を高めることができる。逆に
、ゲイン調整の効果を同等に得るための、増量側と減量
側のゲイン差を小さくすることができる。従って、制御
速度は更に速くなり、目標空燃比への制御精度はより高
くなる。又、減量側のゲインが小さい時にも、上述と同
様の操作を行うことによって、その効果が得られる。

以上により、この実施例にあっては、先の実施例に加え
て理論空燃比以外の目標空燃比を得るために最適な基準
値を設定でき、検出遅れを最小とすることができる利点
を有する。

次に、請求項２記載の第２発明の第１の実施例について
説明する。

上記第１の発明の第１の実施例の説明で述べたように、
実際の酸素センサ１の出力波形は、第１１図に示すよう
に乱れる。そこで、第５図で、ＳＬＬ、ＳＬＲを算出す
る際に、 Ｓ　　Ｌｍ　　Ｃ（Ｖオ　−Ｖｌ　　）／ＴＩＬ）　　
・　ＴＬ率ｓ　Ｒ＝　（（Ｖｔ　　　　Ｖｌ　）／ＴＬ
ｍ）　　・　Ｔ、本と置いて、このＳＬ、ＳＲに係数α
１．αｌ（Ｏくα〈１）を乗じて、ＳＬＬ、ＳＬＨの動
きを小さくする。このことにより、目標とする基準値に
対して（１−αＬ）という誤差を故意に与えてしまうこ
とになるが、しかし、ＳＬ、ＳＲが小さく、該酸素セン
サ１の出力の乱れの影響がない時は、その誤差は小さく
、逆に、ＳＬ、ＳＲが大きくなってきて、酸素センサｌ
の出力の乱れを考慮しなければならない時に、その誤差
は言わばＳＬ、ＳＲのりラミツタの役割をなし、効果を
発揮する。

α、を乗することによって、該酸素センサ１の出力の乱
れに対しての自動的なマージン設定が行えるようになる
。これに加えて、この操作によって発生する該誤差は１
−α、として認知されているのであるから、その補正も
簡便に行うことができる。

例えば、第１１図に示すように、本来第５図の操作によ
って得られる基準値は、ＳＬＬであるが、ＳＬにα、を
乗することによってＳＬＬはＳＬＬ’となり、ΔＳＬＬ
だけのマージンを得ている。このことにより、ｔだけ、
検出遅れが長期化しているわけであるから、この時間に
機関に供給されてしまう言わば本来は不要な燃料量を、
フィードバック信号の調整によって除去することにする
。

その操作としては、例えば、０〈βく１として、βＬ　
＝１−（ＰＬ／ＰＲ）　　・　（ｔ／１ｍ）（ｔ；リッ
チ時間＝増量している時間）を第３図に示したフィード
バック信号量ＰＲに乗することによってフィードバック
補正全体として供給される燃料の総和を同等にすること
ができる。

尚、上記の式は、次の操作によって得られる。

第１１図において、面積■と面積２とを、面積ｌ−面積
２とおき、（ＰＲ−ＰＲ’　）＊　ｔｌ−ＰＬ＊ｔを得
る。そして、ＰＲ’　−β、・ＰＲから（ＰＲ−β、・
ＰＲ）＊’ｌ’、−ＰＬ＊　ｔが得られ、上記の式が引
き出される。

尚、逆に、ＳＲにαえを乗じた時にも、同等である。

これらの操作を、フローチャートに示すと第１２図に示
すようになる。

即ち、第５図のフローチャートに対して、ステップ１５
．１６及びステップ２５．２６が加えられ、これらのス
テップで上記の操作が行われる。

かかる実施例によれば、第１の発明の第１の実施例の効
果に加え、酸素センサ１の出力の乱れに対するマージン
を得ながら、空燃比フィードバックの補正誤差を生じさ
せることがないという効果を奏する。

上記実施例においては、酸素センサエが劣化しても精度
の高い空燃比フィードバックを行うことができ、かつ酸
素センサ出力の乱れに対してもマージンを与えることが
比較的簡易に行えることを説明した。

ここで、第２の発明の第２実施例として、エンジン制御
装置５への負荷は重たくなるが、更に、きめ細かく精度
の良い空燃比フィードバックを行うために、第１３図に
示すブロック図のような作用を行う構成を採用する。

即ち、このブロック図のブロック１で各運転条件を判別
し、ブロック２で各運転条件毎にαを設定し、そのマー
ジンを調整する。尚、αはＳＬＬ用、ＳＬＲ用を分けて
、α５．α８と夫々設定しても良い。

かかる実施例によれば、上記第１の発明の第１の実施例
の効果に加えて、制御はやや複雑となるが、運転条件に
対して最適なマージンが得られるという利点も有する。

説明する。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明に係る内燃機関の空燃比補
正方法によると、酸素センサ出力に対してリーン判定用
の基準値とリッチ判定用の基準値とを夫々設け、酸素セ
ンサ出力のリッチからり一ンの変化速度が遅くなった時
には前記リーン判定用の基準値をリッチ寄りに設定し、
リーンからりッチの変化速度が遅くなった時には前記リ
ッチ判定用の基準値をリーン寄りに設定するようにした
から、空燃比の検出遅れを一定にして、酸素センサが劣
化し、その応答特性が変化しても、精度の良い空燃比フ
ィードバック補正を実行でき、この結果において、経時
しても工稟ツシゴンの悪化を補正できるという効果を得
ることができる有用性大なるものである。

又、酸素センサ出力のリッチからリーンの変化速度が遅
くなった時には前記リーン判定用の基準値をリッチ寄り
に設定する他に、空燃比フィードバックの減量補正係数
を小さくし、リーンからリッチの変化速度が遅くなった
時には前記リッチ判定用の基準値をリーン寄りに設定す
る他に、空燃比フィードバックの増量補正係数を小さく
するようにしたから、上記の効果に加えて、酸素センサ
出力の乱れに対するマージンを得ながら、空燃比フィー
ドバックの補正誤差を生じさせないという利点がある有
用性大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関の空燃比補正方法を実施
するための装置のシステム図、第２図は一般の酸素セン
サの出力特性図、第３図（ａ）、　（ｂ）は空燃比、酸
素センサ出力、フィードバック信号の波形状を示し、検
出遅れの状態を示す図、第４図及び第５図は第１の発明
の第１実施例の説明図で、第４図はリーン判定用の基準
値とり・ンチ判定用の基準値とを設定した状態を示す図
、第５図はリーン判定用の基準値とリッチ判定用の基準
値との設定を行うための操作を示すフローチャート、第
６図〜第８図は第１の発明の第２実施例の説明図で、第
６図は機能ブロック図、第７図（ａ）、　（ｂ）は酸素
センサ出力の乱れを示す図、第８図は運転条件の領域毎
にＴＬ掌、ＴＲ本を読み込み、基準（１ｉＳＬＬＳＬＲ
を設定した状態を示す図、第９図（ａ）、　（ｂ）は第
１の発明の第３の実施例を説明する図で、増量側と減量
側のゲイン差とリッチ判定用の基本値ＳＬＲの設定の仕
方を示す図、第１０図〜第１２図は第２の発明の第１実
施例の説明図で、第１０図は酸素センサの出力波形の乱
れを示す図、第コ１図はフィードバック補正全体として
供給される燃料の総和を同等にするのを説明する図、第
１２図は第１１図の作用を示すフローチャート、第１３
図は第２の発明の第２実施例の説明図で、運転条件毎に
αを設定し、そのマージンを調整する方法を示すブロッ
ク図、第１４図は従来例を説明する図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）排出ガスの空燃比を検出する酸素センサ出力がリ
   ッチ／リーン判定の基準値より低くなると、空燃比フィ
   ードバック信号を補正して燃料を増量し、酸素センサ出
   力がリッチ／リーン判定の基準値より高くなると、空燃
   比フィードバック信号を補正して燃料を減量する内燃機
   関の空燃比補正方法であって、前記酸素センサ出力に対
   してリーン判定用の基準値とリッチ判定用の基準値とを
   夫々設け、酸素センサ出力のリッチからリーンの変化速
   度が遅くなった時には前記リーン判定用の基準値をリッ
   チ寄りに設定し、リーンからリッチの変化速度が遅くな
   った時には前記リッチ判定用の基準値をリーン寄りに設
   定することを特徴とする内燃機関の空燃比補正方法。
2. （２）排出ガスの空燃比を検出する酸素センサ出力がリ
   ッチ／リーン判定の基準値より低くなると、空燃比フィ
   ードバック信号を補正して燃料を増量し、酸素センサ出
   力がリッチ／リーン判定の基準値より高くなると、空燃
   比フィードバック信号を補正して燃料を減量する内燃機
   関の空燃比補正方法であって、前記酸素センサ出力に対
   してリーン判定用の基準値とリッチ判定用の基準値とを
   別々に設け、酸素センサ出力のリッチからリーンの変化
   速度が遅くなった時には前記リーン判定用の基準値をリ
   ッチ寄りに設定すると共に、空燃比フィードバックの減
   量補正係数を小さくし、リーンからリッチの変化速度が
   遅くなった時には前記リッチ判定用の基準値をリーン寄
   りに設定すると共に、空燃比フィードバックの増量補正
   係数を小さくすることを特徴とする内燃機関の空燃比補
   正方法。