JPH03290035A - 内燃機関の空燃比制御方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、触媒コンバータの上流側と下流側に０２セン
サを備えた自動車等に適用される内燃機関の空燃比制御
方法に関する。

［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を中心とした狭い
領域（三元触媒のウィンドウ）内に維持されていないと
、排気ガス中に含まれているＣ０１ＨＣ，Ｎｏ、の全て
を効率よく浄化することができない。そのため、インジ
ェクタを備えたエンジンでは、燃料噴射量を微細に調節
するための空燃比フィードバック補正係数を設けておき
、触媒コンバータの上流側に配置した０２センサの出力
電圧が空燃比リッチ状態を示した場合には、所定の遅延
時間後に前記補正係数を減少させることにより燃料供給
量を絞って、混合気の空燃比を理論空燃比側に変化させ
るようにしている。また、前記出力電圧が空燃比リーン
状態を示した場合には、所定の遅延時間後に前記補正係
数を増加させることにより燃料供給量を増加させて、混
合気の空燃比を理論空燃比側に変化させるようにしてい
る。

ところが、単一の０２センサを利用して空燃比のフィー
ドバック制御を行うと、０２センサの出力特性のばらつ
きや経時変化、インジェクタの燃料噴射量のばらつき等
により所期の空燃比制御が行われず、空燃比の制御中心
が三元触媒のウィンドウ内からずれてしまうことがある
。また、触媒活性化温度が確保し易いエキゾーストマニ
ホールドに触媒コンバータを連結し、その上流における
エキゾーストマニホールドの集合部に０２センサが配置
されている場合には、特定の気筒から排出された排気ガ
スにより０２センサの出力電圧が左右されたり、高熱等
によって劣化が早められてしまうこともある。

このような不具合を回避するために、本発明の先行技術
として、例えば、特開昭６２−２９７３８号公報に示さ
れるように、触媒コンバータの上流側に配置した第１の
０２センサの出力電圧に基づいて空燃比のフィードバッ
ク制御を行いつつ、触媒コンバータの下流側に配置した
第２の０２センサの出力電圧に基づいて空燃比の制御中
心を三元触媒のウィンドウ内に補正するようにしたもの
がある。その際、第２の０２センサの出力電圧は、第１
の０２センサの出力電圧よりも緩慢な変化を示すため、
一定時間毎に制御を行うことが考えられる。例えば、第
６図に示すように、一定のゲート時間を設けておくとと
もに、空燃比がリッチの場合にカウントアツプされるリ
ッチ時間ＤＵＴＹＳＯ等を設定しておく。そして、リッ
チ時間ＤｔｌＴＹＳＯが判定時間を上回っているかを一
定のゲート時間毎に検出した上で、空燃比がリーンから
リッチに変わったと検出された場合に、第２の０２セン
サたるサブ０２センサの出力電圧により決定されるフィ
ードバック制御値ＰＡＣＰをリーンスキップさせ、リッ
チ状態が連続している場合はフィードバック制御値ＦＡ
ＣＦを一定値ＰＡＣＦＫＩＭづつ徐々に減少させる。

逆に、リッチ時間ＤＵＴＹＳＯが判定時間を下回り、か
つ、空燃比がリッチからリーンに変化したと検出された
場合には、フィードバック制御値ＦＡＣＦをリッチスキ
ップさせ、リーン状態が連続している場合はフィードバ
ック制御値ＦＡＣＦを一定値ＦＡＣＦＫＩＰづつ徐々に
増加させる。これと共にフィードバック制御値ＦＡＣＦ
に基づいて前記空燃比フィードバック補正係数のスキッ
プ量やリッチ積分、リーン積分を変化させ、又は空燃比
リッチ、空燃比リーンの判定遅延時間を変化させて、空
燃比の制御中心を変化させるようにする。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、触媒コンバータの下流側では、それぞれの気
筒から排出された排気ガスが攪拌された状態にあり、排
気ガス中の酸素濃度が平衡状態に近いため、第２の０２
センサの出力電圧は、第１の０２センサの出力電圧より
も緩慢な変化を示す。

すなわち、第１の０２センサの出力電圧に基づいて調節
された混合気が全体としてリッチ傾向の場合には、第２
の０２センサの出力電圧がリッチ状態を示す時間が長く
なり、混合気が全体としてリーン傾向の場合には、第２
の０２センサの出力電圧がリーン状態を示す時間が長く
なる。このため、ゲート時間毎に空燃比を制御していた
のでは、空燃比がリッチからリーンに変わった場合やリ
ーンからリッチに変わった場合にその変化に速やか対処
することができず、制御に応答遅れが生じる。

その結果、空燃比全体がリッチよりの時間やリーンより
の時間を有効に短縮するのが難しく、排気ガスを浄化効
率の高い領域で効率よく浄化するのが困難になる。

本発明は、このような不具合を解消することを目的とし
ている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を達成するために、次のような構成
を採用している。

すなわち、本発明にかかる内燃機関の空燃比制御方法は
、排気ガスを浄化する触媒コンバータの上流側に排気ガ
ス中の酸素濃度を検出する第１の０２センサを配置し、
その出力電圧に基づいて燃焼室に供給する混合気の空燃
比を理論空燃比近傍にフィードバック制御するとともに
、前記触媒コンバータの下流側に配置した第２の０２セ
ンサの出力電圧に基づいてフィードバック制御値を決定
し、そのフィードバック制御値に基づいて空燃比の制御
中心を理論空燃比近傍に変化させるように構成した内燃
機関の空燃比制御方法であって、少くとも、前記第２の
０２センサの出力電圧により空燃比リーンが検出された
場合に前記フィードバック制御値を空燃比リッチ側にス
キップ的に増加させるようにしたことを特徴とする。

なお、前記フィードバック制御値に基づいて空燃比の制
御中心を変化させる態様としては、第１の０２センサの
出力電圧に基づいて決まる空燃比フィードバック補正係
数のスキップ量、リッチ積分、リーン積分等を変化させ
る場合、又は空燃比のリッチ判定遅延時間、リーン判定
遅延時間を変える場合等がある。

［作用コ 第２の０２センサの出力電圧によって、空燃比がリッチ
からリーンに切替わったのが検出された際に直ちにフィ
ードバック制御値をスキップ的に増加させると、これに
伴って制御中心がリッチ側へ急速に変化することになり
、空燃比全体がり一ンよりにある時間を短縮することが
できる。また、第２の０２センサの出力電圧により空燃
比がり−ンからリッチに切替わったのが検出された際に
直ちにフィードバック制御値をスキップ的に減少させる
ようにした場合には、制御中心がリッチ側へ急速に変化
することになり、空燃比全体がリッチよりにある時間を
短縮することができる。そして、かかる制御を交互に繰
り返して行うようにした場合には、空燃比の変化に対応
させて速やかに制御中心を理論空燃比付近に変化させる
ことができ、空燃比制御の追従性を高めることが可能に
なるとともに、空燃比全体がリッチよりにある時間やリ
ーンよりにある時間を短縮することが可能になる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図を参照して説
明する。

第１図に概略的に示した内燃機関たるエンジンは、自動
車に利用されるもので、インジェクタ１と、クランク角
センサ２と、圧力センサ３と、アイドルスイッチ４と、
水温センサ５と、第１の０２センサたるメイン０２セン
サ６と、第２の０２センサたるサブ０２センサ７とを具
備している。

インジェクタ１は、吸気管８に装着してあり、電磁コイ
ル等を内蔵している。そして、電磁コイルに電子制御装
置９から燃料噴射信号ａが印加されると、その印加時間
に相当する量の燃料を吸気ポート付近に噴射するように
なっている。クランク角センサ２は、ディストリビュー
タ１０に内蔵してあり、エンジン回転速度に対応してエ
ンジン回転信号すを発生するように構成されたものであ
る。圧力センサ３は、サージタンク１１に設けてあり、
吸気圧に比例して吸気圧信号Ｃを出力するようになって
いる。アイドルスイッチ４は、スロットルシャフト１２
に連結してあり、スロットルバルブ１３が閉じている場
合はＯＮになり、スロットルバルブ１３が開弁した場合
はＯＦＦになる０Ｎ−ＯＦＦスイッチで、スロットル信
号ｄを出力するようになっている。水温センサ５は、例
えば、サーミスタ等を内蔵したもので、エンジン冷却水
温に応じて水温信号ｅを出力するようになっている。メ
イン０２センサ６は、触媒コンバータたるマニバータ１
４の上流側に配置してあり、排気ガス中の酸素濃度に対
応してフィードバック信号ｆを出力するようになってい
る。具体的には、第３図に示すように、混合気の空燃比
Ａ／Ｆが理論空燃比近傍に存在する判定電圧よりもリー
ン側にあって、排気ガス中の酸素濃度が高い場合には低
い電圧を発生し、混合気の空燃比Ａ／Ｆが前記判定電圧
よりもリッチ側にあって、排気ガス中の酸素濃度が低い
場合には高い電圧を発生し得るように構成されたもので
ある。サブ０２センサ７は、メイン０２センサ６と同様
な構成のもので、排気ガス中の酸素濃度に対応してフィ
ードバック信号ｇを出力するようになっている。すなわ
ち、混合気の空燃比が理論空燃比近傍に存在する判定電
圧よりもリーン側にあって、排気ガス中の酸素濃度が高
い場合には低い電圧を発生し、混合気の空燃比が前記判
定電圧よりもリッチ側にあって、排気ガス中の酸素濃度
が低い場合には高い電圧を発生するようになっている。

電子制御装置９は、燃焼室１５に供給する混合気の空燃
比を調節する役割を担っており、中央演算処理装置１６
と、メモリー１７と、入力インターフェース１８と、出
力インターフェース１つを備えたマイクロコンピュータ
ユニットにより構成されている。入力インターフェース
１８には、少くとも、クランク角センサ２からのエンジ
ン回転信号すと、圧力センサ３からの吸気圧信号Ｃと、
アイドルスイッチ４からのスロットル信号ｄと、水温セ
ンサ５からの水温信号ｅと、メイン０２センサ６からの
フィルバック信号ｆと、サブ０２センサ７からのフィー
ドバック信号ｇがそれぞれ人力されるようになっている
。出力インターフェース１つからは、前記インジェクタ
１に燃料噴射信号ａが出力されるようになっている。し
かして、この電子制御装置９は、エンジン回転信号すお
よび吸気圧信号Ｃ等から吸入空気量を算出し、その吸入
空気量に応じて基本噴射量ＴＰを決定する。次いで、こ
の基本噴射量ＴＰを、メイン０２センサ６のフィルドパ
ック信号ｆにより決まる空燃比フィードバック補正係数
ＦＡＦや、エンジンの運転状況に応じて決まる各種補正
係数Ｋ、および、無効噴射時間ＴＡＵＶで補正して、イ
ンジェクタ１への最終通電時間Ｔを次式に基づいて決定
し、その時間Ｔに相当する量の燃料をインジェクタ１か
ら噴射させる役割を担っている。

Ｔ　＝ＴＰＸＦＡＦ　ＸＫ　＋ＴＡＵＶまた、前記電子
制御装置９には、第２図に概略的に示すようなプログラ
ムを内蔵しである。サブ０２センサ７によるフィードバ
ックＦ／Ｂの実行条件が成立しているのを前提に、ステ
ップ５コで、ゲート時間が終了ＥＮＤ　したか否かを判
別し、終了したと判断した場合はステップ５２に進み、
終了していないと判断した場合はステップ５７に進む。

ステップ５２では、リッチ時間ＤＵＴＹＳＯが判定時間
を上回っているか否かを判別し、上回っていると判断し
た場合はステップ５３に進み、上回っていないと判断し
た場合はステップ５５に進む。ステップ５３では、サブ
０２センサ７の出力電圧により決まるフィードバック制
御値ＦＡＣＦをリーン積分ＦＡＣＦＫＩＭにより１ステ
ツプ減少させた後、ステップ５４に進む。ステップ５４
では、空燃比がリッチである旨を示す信号１をリッチフ
ラグ５ＯＦＬＧにセットしてステップ６５に進む。ステ
ップ５５では、フィードバック制御値ＦＡＣＦをリッチ
積分ＦＡＣＦＫＩＰにより１ステツプ増加させた後、ス
テップ５６に進む。ステップ５６では、リッチフラグ５
ＯＦＬＧをクリアしてステップ６５に進む。ステップ５
７では、サブ０２センサ７の出力電圧に基づいて空燃比
Ａ／Ｆがリッチか否かを判別し、リッチであると判断し
た場合はステップ５８に進み、リッチでないと判断した
場合はステップ６２に進む。ステップ５８では、リッチ
フラグ５ＯＦＬＧが１にセットされているか否かを判別
し、１にセットされていると判断した場合はステップ５
９に進み、１にセットされていないと判断した場合はス
テップ６０に進む。ステップ５９では、リッチ時間ＤＬ
ＩＴＹＳＯに１を加算する。ステップ６０では、フィー
ドバック制御値ＦＡＣＦをリーン積分ＦＡＣＰＫＩＭよ
りも大きな値でもってスキップ的に減少させた後、ステ
ップ６１に進む。ステップ６１では、リッチフラグ５Ｏ
ＦＬＣ；に１をセットしてステップ６５に進む。ステッ
プ６２では、リッチフラグ５ＯＦＬＧが１にセットされ
ているか否かを判別し、１にセットされていると判断し
た場合にステップ６３に進む。ステップ６３では、フィ
ードバック制御値ＦＡＣＦを前記ノツチ積分ＦＡＣＰＫ
ＩＰよりも大きな値でもってスキップ的に増加させた後
、ステップ６４に進む。ステップ６４ては、リッチフラ
グ５ＯＦＬＧをクリアしてステップ６５に進む。ステッ
プ６５では、リッチ時間ＤｔｊＴＹＳＯをクリアする。

次に、メイン０２センサ６およびサブ０２センサ７によ
るフィードバック制御を説明する。

先ず、メイン０２センサ６による空燃比のフィトバック
制御条件、例えば、エンジン冷却水温が４００Ｃ以上で
ある、フューエルカット中でない、パワー増量中でない
、エンジン始動後から所定時間経過している、メイン０
２センサ６が活性中である、圧力センサ３が正常である
、等の条件が全て成立している場合には、メイン０２セ
ンサ６の出力電圧に基づいてフィードバック制御が行わ
れる。具体的には、第３図に示すように、メイン０２セ
ンサ６の出力電圧が判定電圧を上回った場合には、リッ
チ判定遅延時間ＴＤＲ後に空燃比フィードバック補正係
数ＦＡＦを所定値Ｒ８Ｍだけ減少側にスキップさせ、次
にリーン積分ＫＩＭに基づいて一定値づつ徐々に減少さ
せる。このため、インジェクタ１からの燃料供給量が絞
られて、混合気の空燃比が理論空燃比側に変化すること
になる。他方、メイン０２センサ６の出力電圧が判定電
圧を下回った場合には、リーン判定遅延時間ＴＤＬ後に
空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを所定値Ｒ８Ｐだ
け増加側にスキップさせ、次にリッチ積分ＫＩＰに基づ
いて一定値づつ徐々に増加させる。その結果、インジェ
クタ１から供給される燃料の量が増加して、混合気の空
燃比が理論空燃比側に変化することになる。

かかるフィードバック制御中にサブ０２センサ７による
フィードバックＰ／Ｂ条件が成立すると、例えば、メイ
ン０２センサ６による空燃比のフィトバック実行開始か
ら所定時間経過している、メイン０２センサ６が活性に
なってから所定時間経過している、エンジン冷却水温が
７００Ｃ以上である、過渡時の燃料補正量が所定量を下
回っている、エンジンがアイドリーング状態で車速が０
である、又はエンジンが非アイドリーング状態で所定の
運転領域にある、等の諸条件が全て成立すれば、サブ０
２センサ７によるフィードバックＦ／Ｂ制御が行われる
。具体的には、サブ０２センサ７の出力電圧が判定電圧
を上回っている場合には、フィトバック制御値ＦＡＣＦ
がリーン積分ＦＡＣＦＫＩＭに基づいてゲート時間ＣＤ
ＬＩＴＹＳＯ毎に微小値づつ減少される（ステップ５１
〜５３）。逆に、前記出力電圧が判定電圧を下回ってい
る場合には、フィードバック制御値ＦＡＣＰがリッチ積
分ＦＡＣＰＫＩＰに基づいてゲート時間ＣＤＵＴＹＳＯ
毎に微小値づつ増加される（ステップ５１→５２→５５
）。一方、サブ０２センサ７の出力電圧が判定電圧を上
回り、しかも、前回にリッチでなかった場合は、直ちに
フィードバック制御値ＦＡＣＰか減少する側にスキップ
される（ステップ５１−５７−５８→６０）。また、サ
ブ０２センサ７の出力電圧が判定電圧を下回り、しかも
、前回にリッチであった場合は、直ちにフィードバック
制御値ＦＡＣＦが増加する側にスキップされる（ステッ
プ５１−５７−６２−６３）。このよう手順に基づいて
フィードバック制御値ＦＡＣＦが変化されるとともに、
その値に基づいて第５図に示すマツプからリッチ判定遅
延時間ＴＤＲおよびリーン判定遅延時間ＴＤＬが決定さ
れる。ここで、フィードバック制御値ＦＡＣＦが大きく
なれば、リッチ判定遅延時間ＴＤＲが長くなる一方、リ
ーン判定遅延時間ＴＤＬが短縮される。このため、空燃
比フィードバック補正係数ＰＡＰが増加側から減少側に
転換する時期が遅くなるとともに、減少側から増加側に
転換される時期が早くなり、インジェクタ１から供給さ
れる燃料の量が増加することになる。

逆に、フィードバック制御値ＦＡＣＦが小さくなる場合
は、燃料供給量が減少することになる。

なお、以上の制御は、エンジン運転中に繰り返し実行さ
れるようになっている。

このような構成によると、メイン０２センサ６の出力電
圧に基づいて空燃比のフィードバック制御が行われてい
る場合、空燃比の制御中心がリッチ側又はリーン側にず
れると、サブ０２センサ７の出力電圧により決まるフィ
ードバック制御値の増減によって、急速かつ微細に混合
気の空燃比が調節されることになる。すなわち、サブ０
２センサ７の出力電圧により空燃比がリッチからリーン
に切替わったのが検出された場合には、直ちにフィード
バック制御値ｒ’ＡｃＦがスキップ的に増加されるため
、制御中心がリッチ側へ急速に変化することになる。逆
に、サブ０２センサ７の出力電圧により空燃比かリーン
からリッチに切替わったのが検出された場合には、フィ
ードバック制御値ＰＡＣＰがスキップ的に減少されるた
め、制御中心がリーン側へ急速に変化することになる。

したがって、以上のような構成によれば、メイン０２セ
ンサ６の出力特性のばらつきや経時変化、インジェクタ
１の燃料噴射量のばらつき等により、又は特定の気筒か
ら排出された排気ガスによってメイン０２センサ６の出
力電圧が左右され、所定の空燃比制御が得られなくなる
ような事態が生じても、サブ０２センサ７によるフィー
ドバック制御によって、混合気の空燃比を有効に三元触
媒のウィンドウ内に収束させることができる。

しかも、このような制御方法によれば、サブ０２センサ
７の出力電圧が空燃比リーン状態を示した場合には、直
ちに制御中心が空燃比リッチ側に移行され、逆に、前記
出力電圧が空燃比リッチ状態を示した場合には、直ちに
制御中心が空燃比リーン側に移行されるため、空燃比制
御の追従性を有効に高めることができるとともに、空燃
比全体がリーンよりにある時間およびリッチよりにある
時間を短縮できる。その結果、排気ガスを三元触媒のウ
ィンドウ内で効率よく浄化することができ、エミッショ
ンを有効に改善することができる。

なお、第２の０２センサの出力信号に基づいて決定する
フィードバック制御値は、前述の制御手順に基づいて決
定する場合に限らないのは勿論である。また、前記フィ
ードバック制御値に基づいて空燃比フィードバック補正
係数のリッチ積分、リーン積分、スキップ量を変化させ
ることにより、空燃比の制御中心を調節することも可能
である。

さらに、前記実施例では、空燃比の変化に対応させて、
フィードバック制御値をリッチ側とリーン側との双方ヘ
スキップさせるようにしたが、リッチ側にのみスキップ
させるようにしてもよい。

［発明の効果］ 本発明は、以上のような構成であるから、第１の０２セ
ンサにより混合気の空燃比が理論空燃比付近からずれる
のを第２の０２センサによって防止することができるだ
けでなく、第２の０２センサの出力電圧の変化に対応さ
せて速やかに空燃比を理論空燃比付近に調節することが
できるので、空燃比全体がリッチよりにある時間やリー
ンよりにある時間を確実に短縮することができる。その
結果、経時変化等によってエミッションが悪化するのを
有効に回避することができるとともに、排気ガスを浄化
効率の高い領域で浄化することができる制御性および応
答性に優れた内燃機関の空燃比制御方法を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は本発明の一実施例を示し、第１図は
概略的な全体構成図、第２図は制御手順を概略的に示す
フローチャート図、第３図は制御態様を示すタイミング
チャート図、第４図は制御態様を示すタイミングチャー
ト図、第５図は制御設定条件を示す図である。第６図は
従来例を示す第４図相当のタイミングチャート図である
。 １・・・インジェクタ ６・・・第１の０２センサ（メイン０２センサ）７・・
・第２の０２センサ（サブ０２センサ）１４・・・触媒
コンバータ（マニバータ）１５・・・燃焼室 ＰＡＣＦ・・・フィードバック制御値 ０ 第　１　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排気ガスを浄化する触媒コンバータの上流側に排気ガス
   中の酸素濃度を検出する第１のＯ＿２センサを配置し、
   その出力電圧に基づいて燃焼室に供給する混合気の空燃
   比を理論空燃比近傍にフィードバック制御するとともに
   、前記触媒コンバータの下流側に配置した第２のＯ＿２
   センサの出力電圧に基づいてフィードバック制御値を決
   定し、そのフィードバック制御値に基づいて空燃比の制
   御中心を理論空燃比近傍に変化させるように構成した内
   燃機関の空燃比制御方法であって、少くとも、前記第２
   のＯ＿２センサの出力電圧により空燃比リーンが検出さ
   れた場合に前記フィードバック制御値を空燃比リッチ側
   へスキップ的に増加させる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。