JPH03290037A - 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Ｃｏ、ＨＣ，Ｎｏ、の全て
を効率よく浄化することかできない。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
電圧か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。第２の０２センサの出力電圧に基づいて、空燃
比の制御中心を変化させる態様としては、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
ン積分を変化させる場合、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る場合等がある。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、空燃比の制御中心は、常に一定ではなく、機
関の負荷条件によって異なることがある。

このため、機関負荷が急速に変化した場合、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がその機
関負荷に適した値に調節されるまでには時間遅れが生じ
る。例えば、第８図に概略的に示すように、第２の０２
センサの出力電圧により決まるフィードバック制御値Ｆ
ＡＣＦで燃料供給量を補正して、空燃比の制御中心を変
える場合、機関負荷が急変（■−■）すると、フィード
バック制御値ＦＡＣＰが機関負荷の要求値付近まで変化
するのに時間遅れが生じる。そのため、機関負荷の変化
直後には、制御中心が三元触媒のウィンドウ内から一時
的に外れてしまい、エミッションが悪化することになる
。

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、機関負荷に対応させて
複数の学習ゾーンを設定するとともに、各学習ゾーンで
前記フィードバック制御値の学習値を決定しておき、機
関負荷が変化した場合は、機関負荷に対応する学習ゾー
ンの学習値から空燃比のフィードバック制御を行うよう
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ついて空燃比の制
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かある。

［作用］ このような構成によれば、空燃比のフィードバック制御
が行われている場合は、それぞれの機関負荷に対応する
各学習ゾーンでフィードバック制御値の学習が行われる
とともに、各機関負荷における学習値が決定される。そ
して、機関負荷が変化した場合は、対応する機関負荷の
学習値を起点にして直ちに空燃比のフィードバック制御
が行われることになる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図〜第７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ｏ２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が開弁じた場合
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／Ｐ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、中央成算処理装置１６
と、メモリー１７と、入力インタフェース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。人力インターフェース１
８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
ィーバツク信号ｆと、サブ０２センサ７からのフィード
バック信号ｇかそれぞれ人力されるようになっている。

出力インターフニス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
量に応じて基本噴剃量ＴＰを決定する。次いて、この基
本噴射量ＴＰを、メイン０２センサ６のフィードバック
信Ｊ　ｆにより決まる空燃比フィトバック補正係数ＦＡ
Ｆや、エンジンの運転状況に応じて決まる各種補正係数
に１および、無効噴射時間ＴＡＩＪＶで補正して、イン
ジェクタ１への最終通電時間Ｔを次式に基ついて決定し
、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　＝ＴＰＸＦＡＰ、ＸＫ　＋ＴＡｔＪＶ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。まず、ステップ５１で、エンジン
回転数ＮＥと吸気圧ＰＭに基づいて学習ゾーンを設定し
た後、ステ・ンプ５２に進む。学習ゾーンは、アイドリ
ング状態の場合と、非アイドリング状態の場合とに設定
しである。さらに、非アイドリング状態の場合は、第４
図に示すように、サブ０２センサ７によるフィトバック
領域内をエンジン回転数ＮＥと吸気圧ＰＭに基づいて区
分しである。ステップ５２では、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か否
かを判別し、成立していると判断した場合は、ステップ
５３に進み、成立していないと判断した場合は、ステッ
プ５４に進む。ステップ５３では、学習ゾーンが変化し
たか否かを判別し、変化したと判断した場合はステップ
５４に進み、変化していないと判断した場合はステップ
５５に進む。ステップ５４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の学習値に、
変化前の学習ゾーンにおける制御値をホールドしておく
。ステップ５５では、サブ０２センサ７による空燃比の
フィードバックＦ／Ｂ制御を実行して、ステップ５６に
進む。

ステップ５６では、前記フィードバック制御値が増加側
から減少側に転換した際の値と、減少側から増加側に転
換した際の値との平均値を学習する。

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４０°Ｃ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ＰＡＰ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ＰＡＰ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
フィトバック制御条件が成立すると、例えば、メイン０
２センサ６による空燃比のフィード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７
０°Ｃ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、エンジンかアイドリング状態で車速が０であ
る、又はエンジンが各学習ゾーンのいづれかの運転領域
にある、各学習ゾーン内でサブ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学習回数が設定回
数を下回っている、等の諸条件が全て成立すれば、サブ
０２センサ７によるフィードバックＦ／Ｂ制御が行われ
る。なお、マニバータ１４の下流側では、各気筒から排
出された排気ガスが十分に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、サブ０２セン
サ７の出力電圧は、メイン０２センサ６よりも緩慢な変
化を示す。詳述すると、メイン０２センサ６によりフィ
ードバック制御が行われている際に、空燃比の制御中心
がリッチ側にあって混合気が全体としてリッチよりの場
合には、サブ０２センサ７の出力電圧がリッチ状態を示
し、逆に、空燃比の制御中心がリーン側にあって混合気
が全体としてリーンよりの場合には、サブ０２センサ７
の出力電圧かリーン状態を示すことになる。そこで、こ
のフィードハック制御では、第５図に示すように、所定
時間（例えば、４０ｍ５ｅｃ毎）のゲート時間ＣＤじＴ
ＹＳＯを設けて制御するようにしている。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
のが連続して検出されると、リッチ時間ＤＬＩＴＹＳＯ
が設定時間毎にカウントアツプされる。学習ゾーンに変
化がなく、しかも、リッチ時間ＤＵＴＹＳＯがカウント
アツプされて一定値に達すると、リッチフラグ５ＯＰＬ
Ｇに空燃比リッチを示す旨の信号１がセットされるとと
もに、フィードバック制御値ＦＡＣＦがリーン積分ＦＡ
ＣＦＫＩＭに基づいて一定値づつ減少される。サブ０２
センサ７の出力電圧が判定電圧を下回り、前記フラグ５
ＯＦＬＧに空燃比リーンを示す旨の信号がセットされた
場合には、フィードバック制御値ＰＡＣＦを一定値Ｆ”
ＡＣＰＲ８Ｐだけ増加側にスキップさせた後、リッチ積
分ＦＡＣＦＫＩＰに基づいて一定値づつ徐々に増加させ
る。このような手順に基づいてフィードバック制御値Ｆ
ＡＣＰが決定されると、各学習ゾーンにおいてフィード
バック制御値ＰＡＣＦの学習値が決定されるとともに、
フィードバック制御値ＦＡＣＰに基づいて、第６図に示
すマツプからリッチ判定遅延時間ＴＤＲおよびり〜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Ｐ
ＡＰ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か増加すること
になる。フィードバック制御値ＰＡＣＰが小さくなる場
合は、逆に、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の出力電圧に基づいて緩やか
に、しかも、微細に混合気の空燃比が調節されることに
なる。その際、所定の各学習ゾーンでは、フィードバッ
ク制御値の学習が行われ、第７図に概略的に示すように
、それぞれのエンジン負荷■、■に適した学習値が決定
されることになる。そして、空燃比のフィドバック制御
中にエンジン負荷が変化した場合は、直ちに負荷変化後
の学習値を起点にして、空燃比のフィードバック制御が
続行されることになる。

したかって、以上のような構成によれば、メイン０□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、所定の空燃比制御か得られなくなる
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、エンジン負荷が変化した場合には、直ちに変化
直後のエンジン負荷に適した要求値から空燃比のフィー
ドバック制御が行われるため、空燃比制御の追従性を高
めることができ、エンジン負荷が変化する際にエミッシ
ョンが悪化するのを有効に抑制することかできる。

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。

また、学習ゾーンは、エンジン負荷に対応させて、さら
にきめ細かく設定してもよい。

［発明の効果コ 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かできるた
けでなく、機関負荷か変化した場合に負荷変化に対応さ
せて直ちに空燃比の制御中心を理論空燃比付近に移行さ
せることができるので、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かできるとともに
、機関負荷の変化時におけるエミッションを有効に改善
することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第７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図は学習ゾーンを示す図、第５図は制
御態様を示すタイミングチャート図、第６図は制御設定
条件を示す図、第７図は作動説明図である。第８図は従
来例を示す第７図相当の作動説明図である。 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 ＦＡＣＰ・・・フィードバック制御値

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、機関負荷に対応させ
   て複数の学習ゾーンを設定するとともに、各学習ゾーン
   で前記フィードバック制御値の学習値を決定しておき、
   機関負荷が変化した場合は、機関負荷に対応する学習ゾ
   ーンの学習値から空燃比のフィードバック制御を行うよ
   うにしたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御方法。