JPH04101038A - 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関し、特に空燃
比センサを排気浄化用触媒の上流側及び下流側に備え、
これら２つの空燃比センサの出力値に基づいて空燃比を
高精度にフィードバック制御する装置に関する。

〈従来の技術〉 従来の一般的な内燃機関の空燃比制御装置としては例え
ば特開昭６０−２４０８４０号公報に示されるようなも
のがある。

このものの概要を説明すると、機関の吸入空気流量Ｑ及
び機関回転数Ｎを検出してシリンダに吸入される空気量
に対応する基本燃料噴射量Ｔｐ（＝に−Ｑ／Ｎ；には定
数）を演算し、この基本燃料噴射量Ｔｐを機関冷却水温
等により補正したものを排気中酸素濃度の検出によって
吸入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ（酸素セン
サ）からの信号によって設定される空燃比フィードバッ
ク補正係数を用いてフィードバック補正を施し、バッテ
リ電圧による補正等をも行って最終的に燃料噴射量Ｔｉ
を設定する。

そして、このようにして設定された燃料噴射量Ｔｉに相
当するパルス巾の駆動パルス信号を所定タイミングで燃
料噴射弁に出力することにより、機関に所定量の燃料を
噴射供給するようにしている。

上記の空燃比センサからの信号に基づく空燃比フィード
バック補正は空燃比を目標空燃比である理論空燃比付近
に制御するように行われる。これは、排気系に介装され
、排気中のＣｏ、ＨＣを酸化すると共にＮＯ工を還元し
て浄化する排気浄化用触媒（三元触媒）の浄化効率（転
化効率）が理論空燃比燃焼時の排気状態で有効に機能す
るように設定されているからである。

上記の空燃比センサの発生起電力（出力電圧）は理論空
燃比近傍で急変する特性を有しており、この出力電圧と
理論空燃比相当のスライスレベル電圧とを比較して空燃
比が理論空燃比に対してリッチかリーンかを判定する。

そして、例えば空燃比かリーン（リッチ）の場合には、
前記基本燃料噴射量ＴＩ）に乗じる空燃比フィードバッ
ク補正係数αをリーン（リッチ）に転じた初回に大きな
比例分Ｐ増大（減少）した後、所定の積分分Ｉずっ徐々
に増大（減少）していき、これにより燃料噴射量Ｔｉを
増量（減量）補正することで空燃比を理論空燃比近傍に
制御する。

ところで、上記のような通常の空燃比制御装置では、１
個の空燃比センサを応答性を高めるため、できるだけ燃
焼室に近い排気マニホールドの集合部分に設けているが
、この部分は排気温度が高いため空燃比センサか熱的影
響や劣化により特性か変化し易く、また、気筒毎の排気
の混合か不十分であるため金気筒の平均的な空燃比を検
出しにくく、空燃比の検出精度に難があり、ひいては空
燃比制御精度を悪くしていた。

この点に鑑み、排気浄化用触媒の下流側にも空燃比セン
サを設け、２つの空燃比センサの出力値を用いて空燃比
をフィードバック制御するものが提案されている（特開
昭５８−４８７５６号公報参照）。

すなわち、下流側の空燃比センサは燃焼室から離れてい
るため応答性には難があるか、排気浄化触媒の下流であ
るため、排気成分（Ｃｏ、　ＨＣ。

Ｎ０ｘ）のばらつきによる特性のばらつきを生じにくく
、排気中の毒性成分による被毒量が少ないため被毒によ
る特性変化も受けにくく、しかも排気の混合状態がよい
ため金気筒の平均的な空燃比を検出できる等、上流側の
空燃比センサに比較して、高精度で安定した検出性能が
得られる。

そこで、２つの空燃比センサの出力値に基づいて前記同
様の演算によって夫々設定される２つの空燃比フィード
バック補正係数を組合わせたり、あるいは上流側の空燃
比センサにより設定される空燃比フィードバック補正係
数の制御定数（比例分、積分分）、上流側の空燃比セン
サの出力電圧のスライスレベル電圧や遅延時間を補正す
ること等によって、上流側空燃比センサの出力特性のば
らつきを下流側の空燃比センサによって補償して高精度
な空燃比フィードバック制御を行うようにしている。

〈発明か解決しようとする課題〉 しかしながら、上記のように、排気浄化用触媒上流側の
空燃比センサの出力値に応じて第１の空燃比補正量を演
算し、また、下流側の空燃比センサの出力値に応じて第
２の空燃比補正量を演算し、これら第１の空燃比補正量
及び第２の空燃比補正量に基づいて最終的な空燃比補正
量を演算して、空燃比フィードバック制御を行うものに
おいて、非空燃比フィードバック制御条件にては、前記
第１の空燃比補正量及び第２の空燃比補正量が固定され
るが、この非空燃比フィードバック制御条件から空燃比
フィードバック制御条件に移行したときに、すぐさま前
記第１の空燃比補正量及び第２の空燃比補正量（特に第
２の空燃比補正量）の演算を再開すると、次のような問
題がある。

非空燃比フィードバック制御条件において、２次空気導
入又は減速リーンクランプが行われると、触媒入口の排
気ガスがリーン化し、触媒の０□吸着量が増大するが、
しかる後に、空燃比フィードバック制御に移行した場合
、触媒の０□吸着量が安定するまでの間、触媒の０２吐
き出しにより、触媒下流側の空燃比センサがリーン判定
となって、誤検出し、これに基づいて空燃比を補正する
と、空燃比がリッチ方向に誤制御されてしまい、却って
排気エミッション特性や運転性を悪化させてしまう。

この対応として、空燃比フィードバック制御移行後、一
定時間、触媒下流側の空燃比センサに基づく第２の空燃
比補正量の演算を禁止して、第２の空燃比補正量を固定
することが考えられる。

しかし、触媒の０２吸着量が安定する時間は、触媒がリ
ーンガスに曝されている時間や、触媒の劣化度合い等に
より大幅に異なる（例えば劣化すると０２吸着量か少な
くなって安定するまでの時間か短くて済む）ため、一定
時間の演算禁止では、制御の収束性が悪く、エミッショ
ンバラツキを招く。

尚、２次空気導入は、アイドル時の安定性を高めるため
空燃比をリッチ側にクランプする時に、排気中のＣＯ，
ＨＣ成分か増加するのに対処して、触媒とその上流側の
空燃比センサとの間にて行い、触媒によるＣｏ、ＨＣ浄
化機能を促進する。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、非空燃比フ
ィードバック制御条件における空燃比リーン状態（２次
空気導入又は減速リーンクランプ等）から、空燃比フィ
ードバック制御条件に移行した際の、制御性能を向上さ
せることを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 このため、本発明は、第１図に示すように、機関の排気
通路に備えられた排気浄化用触媒の上流側及び下流側に
それぞれ設けられ、空燃比によって変化する排気中特定
気体成分の濃度に感応して出力値か変化する第１及び第
２の空燃比センサと、 空燃比フィードバック制御条件にて、前記第１の空燃比
センサの出力値に応じて第１の空燃比補正量を演算する
第１の空燃比補正量演算手段と、空燃比フィードバック
制弧条件にて、前記第２の空燃比センサの出力値に応じ
て第２の空燃比補正量を演算する第２の空燃比補正量演
算手段と、前記第１の空燃比補正量及び第２の空燃比補
正量に基づいて最終的な空燃比補正量を演算する空燃比
補正量演算手段と、 を備えて、機関への燃料供給量を空燃比補正量により補
正することにより、空燃比を制御する内燃機関の空燃比
制御装置において、 非空燃比フィードバック制御条件における空燃比リーン
状態から空燃比フィードバック制御条件に移行したとき
に、その移行時から前記第２の空燃比センサの出力値か
リッチ状態を示すまで、前記第２の空燃比補正量演算手
段の作動を禁止して、前記第２の空燃比補正量を固定す
る第２の空燃比補正量固定手段を設ける構成としたもの
である。

〈作用〉 空燃比フィードバック制御条件においては、第１の空燃
比補正量演算手段が、第１の空燃比センサの出力値に基
づいて、第１の空燃比補正ユを演算し、第２の空燃比補
正量演算手段か、第２の空燃比センサからの出力値に基
づいて、第２の空燃比補正量を演算する。そして、空燃
比補正量演算手段か、第１の空燃比補正量及び第２の空
燃比補正量に基づいて最終的な空燃比補正量を演算する
。

非空燃比フィードバック制御条件においては、第１の空
燃比補正量及び第２の空燃比補正量か共に固定されて、
空燃比フィードバック制御か停止される。

そして、非空燃比フィードバック制御条件における空燃
比リーン状態（２次空気導入又は減速リーンクランプ等
）から、空燃比フィードバック制御条件に移行した場合
は、第１の空燃比補正量演算手段の作動は再開されるが
、第２の空燃比補正量固定手段により、第２の空燃比補
正量演算手段の作動を禁止して、第２の空燃比補正量を
固定する。これにより、触媒下流側の第２の空燃比セン
サに基づく空燃比補正が禁止されるため、触媒に２次空
気導入時等に蓄えられた０□による空燃比リーン検出に
よって空燃比がリッチ方向に誤制御されることを防止で
きる。

この後、第２の空燃比センサの出力値がリッチ状態を示
すと、これにより触媒に吸着されていた０□の吐き出し
がすでに終了したことがわかるので、このときまで、第
２の空燃比補正量演算手段の作動を禁止するようにし、
これ以降、第２の空燃比補正量演算手段の作動を再開さ
せることで、良好な制御が可能となる。

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図において、機関１１の吸気通路１２には吸入空気
流量Ｑを検出するエアフローメータ１３及びアクセルペ
ダルと連動して吸入空気流量Ｑを制御するスロットル弁
１４が設けられ、下流のマニホールド部分には気筒毎に
電磁式の燃料噴射弁Ｉ５が設けられている。

燃料噴射弁１５は、マイクロコンピュータを内蔵したコ
ントロールユニット１６からの駆動パルス信号によって
開弁駆動され、図示しない燃料ポンプから圧送されてプ
レッシャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料
を噴射供給する。

排気通路１７にはマニホールド集合部に排気中酸素濃度
を検出することによって吸入混合気の空燃比を検出する
第１の空燃比センサ１８か設けられ、その下流側の排気
管に排気中のＣｏ、ＨＣの酸化とＮＯｘの還元とを行う
排気浄化用触媒（三元触媒）１９が設けられ、更に該触
媒１９の下流側に第１の空燃比センサ１８と同一の機能
を持つ第２の空燃比センサ２０が設けられている。

また、所定のアイドル運転条件で空燃比をリッチ側にク
ラップして安定性を確保する際に、第１の空燃比センサ
１８と触媒１９との間の排気中に２次空気を導入させる
べ（，２次空気導入装置（ＥＡＩ）２１か設けられてい
る。

更に、クランク角センサ２２が設けられており、該クラ
ンク角センサ２２から機関回転と同期して出力されるク
ランク単位角信号を一定時間カウントすることにより、
又はクランク基準角信号の周期を計測することにより、
機関回転数Ｎを検出可能である。

更にまた、機関１１のウォータジャケット内の冷却水温
度Ｔｗを検出すべく、水温センサ２３が設けられている
。

次に、コントロールユニット１６による燃料噴射弁１５
を介しての空燃比制御を第３図〜第５図のフローチャー
トに従って説明する。

第３図は燃料噴射量設定ルーチンを示し、所定時間毎又
は機関回転に同期して実行される。

ステップ１　（図にはＳｌと記しである。以下同様）で
は、エアフローメータ１３からの信号よって検出された
吸入空気流量Ｑとクランク角センサ２２からの信号によ
って算出された機関回転数Ｎとに基づいて、単位回転当
たりの吸入空気量に相当する基本燃料噴射量Ｔｐを次式
によって演算する。

Ｔｐ＝に−Ｑ／Ｎ　　　（Ｋは定数） ステップ２では、水温センサ２３からの信号によって検
出された冷却水温度Ｔｗ等に基づいて、各種補正係数Ｃ
０ＦＦを設定する。

ステップ３ては、後述する第４図の空燃比フィードバッ
ク補正係数設定ルーチンにより設定されている空燃比補
正量（第１の空燃比補正量）である空燃比フィードバッ
ク補正係数αを読込む。

ステップ４では、バッテリ電圧に基づいて電圧補正分子
ｓを設定する。これは、バッテリ電圧変動による燃料噴
射弁１５の噴射流量変化を補正するためのものである。

ステップ５では、最終的な燃料噴射量（燃料供給量）Ｔ
ｉを次式に従って演算する。

Ｔｉ＝Ｔｐ−ＣｏＥＦ・α十Ｔｓ ステップ６では、演算された燃料噴射量Ｔｉを出力用レ
ジスタにセットする。

これにより、予め定められた機関回転同期の燃料噴射タ
イミングになると、燃料噴射量Ｔｉのパルス巾をもつ駆
動パルス信号が燃料噴射弁１５に与えられて燃料噴射が
行われる。

第４図は空燃比フィードバック補正係数設定ルーチンを
示し、所定時間ごとに実行される。

ステップ１１では、空燃比フィードバック制御条件か否
かを判定する。

Ｎｏ（非空燃比フィードバック制御条件）の場合はその
ままこのルーチンを終了する。これにより空燃比フィー
ドバック補正係数αは空燃比フィードバック制御条件に
おける最終値に固定される。

従って、リッチクランプ条件及びリーンクランプ条件に
おいては、空燃比フィードバック補正係数αが固定され
ることにより、空燃比フィードバック制御が停止され、
前記各種補正係数Ｃ０ＥＦの設定により、所望の空燃比
が得られる。尚、２次空気導入装置２１による２次空気
導入は、アイドル・リッチクランプ条件で行われるから
、２次空気導入中も空燃比フィードバック補正係数αが
固定される。

ステップ１２ては、第１の空燃比センサ１８の出力電圧
Ｖ、及び第２の空燃比センサ２０の出力電圧ｖ２を読込
む。

ステップ１３では、第１の空燃比センサ１８の出力電圧
ＶＩをスライスレベル電圧ＳＬと比較して、Ｖ、＜ＳＬ
の場合はリーン、Ｖｌ　＞ＳＬの場合はリッチと判定し
、リーンの場合はステップ１４でフラグＦ１をＯにし、
リッチの場合はステップ１５てフラグＦ１を１にする。

ステップ１６では、第２の空燃比センサ２０の出力電圧
Ｖ２をスライスレベル電圧ＳＬと比較して、Ｖｌ　＜Ｓ
Ｌの場合はリーン、Ｌ　＞ＳＬの場合はリッチと判定し
、リーンの場合はステップ１７てフラグＦ２を０にし、
リッチの場合はステップ１８でフラグＦ２を１にする。

ステップ１９では、フラグＦ１か反転したか否かを判定
する。

ＹＥＳの場合（リッチからリーン又はリーンからリッチ
への反転時）は、ステップ２０へ進み、禁止フラグがセ
ットされているか否かを判定する。

禁止フラグかセットされていない場合は、ステップ２１
〜２３をジャンプして、ステップ２４へ進み、第２の空
燃比補正量である比例分補正量ＰＨ０３を演算する。

すなわち、ステップ２４では、フラグＦ２の値を判定し
、Ｆ２＝０の場合（触媒１９下流側の排気成分から検出
される空燃比がリーンである場合）は、ステップ２５へ
進み、現在の比例分補正量ＰＨ０３（初期値は０）に所
定量ΔＰＨ０３（＞０）を加算して、比例分補正量ＰＨ
０３を増大側に更新し、Ｆ２＝１の場合（触媒１９下流
側の排気成分から検出される空燃比がリッチである場合
）は、ステップ２６へ進み、現在の比例分補正量ＰＨ０
３から所定量ΔＰＨ０３を減算して、比例分補正量ＰＨ
０３を減少側に更新する。

次に、ステップ２７では、フラグＦ１の値を判定し、Ｆ
Ｉ＝０の場合（触媒１９上流側の排気成分から検出され
る空燃比がリーンである場合）は、ステップ２８へ進み
、現在の空燃比フィードバック補正係数αに、所定の比
例骨Ｐと比例分補正量ＰＨ０８とを加算して、空燃比フ
ィードバック補正係数αを増大側に更新し、Ｆ１＝１の
場合（触媒１９上流側の排気成分から検出される空燃比
がリッチである場合）は、ステップ２９へ進み、現在の
空燃比フィードバック補正係数αから所定の比例骨Ｐを
減算し、また比例分補正量ＰＨ０３を加算して、空燃比
フィードバック補正係数αを減少側に更新する。このα
か第３図のルーチンにおいて使用される。

一方、ステップ１９てフラグＦｌの反転時てないと判定
された場合は、ステップ３０へ進んでフラグＦｌの値を
判定する。ここで、Ｆ１＝０の場合（触媒１９上流側の
排気成分から検出される空燃比かリーンである場合）は
、ステップ３エヘ進み、現在の空燃比フィードバック補
正係数αに、所定の積分分Ｉを加算して、空燃比フィー
ドバック補正係数αを増大側に更新し、Ｆ１＝１の場合
（触媒１９上流側の排気成分から検出される空燃比かリ
ッチである場合）は、ステップ３３へ進み、現在の空燃
比フィードバック補正係数αから所定の積分分Ｉを減算
して、空燃比フィードバック補正係数αを減少側に更新
する。

尚、第６図に第１及び第２の空燃比センサの出力電圧Ｖ
、、Ｖ２．空燃比フィードバック補正係数α、比例分捕
正量ＰＨ０３の挙動の一例を示している。

第５図は禁止フラグ設定ルーチンであり、所定時間毎に
実行される。

ステップ４１ては２次空気導入装置（ＦＡＩ）２１が作
動中（ＯＮ）か否かを判定する。

ＯＮの場合は、ステップ４２でＦＡＩフラグをセットし
、ステップ４３て禁止フラグをセットし、また、ステッ
プ４４でタイマ（ＴＩＭ）をリセットする。

尚、２次空気導入装置２１か作動するのは、アイドル・
リッチクランプ条件であり、非空燃比フィードバック制
御条件であるので、このとき、第４図のルーチンはステ
ップ１１て終了しており、空燃比フィードバック補正係
数α（及び比例分捕正量ＰＨ０３）の演算はなされず、
固定されている。

２次空気導入装置２１による２次空気の導入か停止され
ると、ステップ４１からステップ４５へ進み、ＦＡＩフ
ラグかセットされているか否かを判定する。

ここで、ＦＡＩフラグかセットされているということは
、２次空気導入の終了時という意味であり、同時に空燃
比フィードバック制御条件となったことを意味する。

従って、このときは、ステップ４６へ進んてＥＡ■フラ
グをリセットし、次いてステップ４７てタイマ（ＴＩＭ
）をスタートさせる。

このようにして非空燃比フィードバック制御条件におけ
る空燃比リーン状態（２次空気導入状態）がら空燃比フ
ィードバック制御条件に移行すると、第４図のルーチン
のステップ１２以降の実行か再開されるか、禁止フラグ
が立ったままであるので、前述とは異なる処理を行う。

すなわち、ステップ１９でフラグＦｌか反転したと判定
されて、ステップ２０へ進んだ場合、禁止フラグかセッ
トされているので、ステップ２１へ進む。

ステップ２１ては、タイマ（ＴＩＭ）の値を所定値と比
較し、所定値未満（所定時間内）の場合は、ステップ２
２へ進む。

ステップ２２では、フラグＦ２＝１　（第２の空燃比セ
ンサ２０の出力値かリッチ状態）か否かを判定し、ＮＯ
の場合は、ステップ２４〜２６を実行することなく、ス
テップ２７へ進む。

すなわち、非空燃比フィードバック制御条件における空
燃比リーン状態（２次空気導入状態）がら空燃比フィー
ドバック制御条件に移行したときに、その移行時から触
媒１９下流側の第２の空燃比センサ２０の出力値がリッ
チ状態を示すまで、ステップ２４〜２６での第２の空燃
比補正量である比例分捕正量ＰＨ０３の演算を禁止して
、比例分捕正量ＰＨ０８を固定するのである。

ステップ２１てタイマ（ＴＩＭ）の値か所定値以上（所
定時間経過）の場合、又は、ステップ２２でフラグＦ２
＝１　（第２の空燃比センサ２ｏの出力値がリッチ状態
）となった場合は、ステップ２３へ進んで、禁止フラグ
をリセットした後、ステップ２４〜２６へ進む。従って
、以降は、第２の空燃比補正量である比例分捕正量ＰＨ
０３の演算か行われる。

このようにして、第７図のごとく空燃比フィードバック
制御条件の成立後、図示への時点から触媒１９下流側の
第２の空燃比センサ２０の出力電圧ｖ２に基づく補正が
再開される。

ここで、本実施例においては、第４図のステップ１９．
２７〜２９．３０〜３２の部分のうち比例分捕正量ＰＨ
０３による補正を除く部分か第１の空燃比補正量演算手
段に相当し、ステップ２４〜２６の部分か第２の空燃比
補正量演算手段に相当し、ステップ１９、２７〜２９．
３０〜３２の部分のうち比例分捕正量ＰＨ０３による補
正の部分が空燃比補正量演算手段に相当し、ステップ２
０〜２３及び第５図のルーチンか第２の空燃比補正量固
定手段に相当する。

尚、以上では、触媒１９上流側の第１の空燃比センサＩ
８の出力値に基づく空燃比フィードバック制御を基調と
しつつ、その空燃比フィードバック補正係数αの比例分
Ｐを第２の空燃比センサ２０の出力値に基づいて実質的
に補正するものに適用した例を示したが、これに限らず
夫々の空燃比センサによって空燃比フィードバック補正
係数を設定し、双方の値を合成して得た空燃比フィード
バック補正係数を使用したり、第１の空燃比センサによ
る空燃比フィードバック制御を行いつつ、リッチ・リー
ン判定のスライスレベル電圧ＳＬや出力遅延時間を第２
の空燃比センサの出力値で補正したりするものにも適用
できる。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、非空燃比フィード
バック制御条件における空燃比リーン状態（２次空気導
入又は減速リーンクランプ等）から、空燃比フィードバ
ック制御条件に移行した場合に、触媒の０２吸着状態に
見合った時間、触媒下流側の空燃比センサに基づく空燃
比補正を禁止して、誤制御を防止することができ、しか
もこれを最適な時間で行うことかできるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す機能ブロック図、第２図は
本発明の一実施例を示すシステム図、第３図は燃料噴射
量設定ルーチンのフローチャート、第４図は空燃比フィ
ードバック補正係数設定ルーチンのフローチャート、第
５図は禁止フラグ設定ルーチンのフローチャート、第６
図及び第７図は制御特性を示す図である。 １１・・・機関　　Ｉ５・・・燃料噴射弁　　１６・・
・コントロールユニット　　１８・・・第１の空燃比セ
ンサ　　１９・・・触媒　　２０・・・第２の空燃比セ
ンサ　２１・・・２次空気導入装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 機関の排気通路に備えられた排気浄化用触媒の上流側及
   び下流側にそれぞれ設けられ、空燃比によって変化する
   排気中特定気体成分の濃度に感応して出力値が変化する
   第１及び第２の空燃比センサと、 空燃比フィードバック制御条件にて、前記第１の空燃比
   センサの出力値に応じて第１の空燃比補正量を演算する
   第１の空燃比補正量演算手段と、空燃比フィードバック
   制御条件にて、前記第２の空燃比センサの出力値に応じ
   て第２の空燃比補正量を演算する第２の空燃比補正量演
   算手段と、前記第１の空燃比補正量及び第２の空燃比補
   正量に基づいて最終的な空燃比補正量を演算する空燃比
   補正量演算手段と、 を備えて、機関への燃料供給量を空燃比補正量により補
   正することにより、空燃比を制御する内燃機関の空燃比
   制御装置において、 非空燃比フィードバック制御条件における空燃比リーン
   状態から空燃比フィードバック制御条件に移行したとき
   に、その移行時から前記第２の空燃比センサの出力値が
   リッチ状態を示すまで、前記第２の空燃比補正量演算手
   段の作動を禁止して、前記第２の空燃比補正量を固定す
   る第２の空燃比補正量固定手段を設けたことを特徴とす
   る内燃機関の空燃比制御装置。