JPH0450446Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

（産業上の利用分野） この考案は内燃機関の空燃比制御装置に関す
る。 （従来の技術） 排気系に三元触媒を用いて排気ガスを浄化する
三元触媒方式では、三元触媒が理論空燃比の混合
気であるときに最も有効に作用するので、排気系
に空燃比センサ（たとえば酸素センサ）を設け、
この実際の空燃比信号を用いて理論空燃比の混合
気が得られるように供給燃料量をフイードバツク
制御している（たとえば(株)山海堂 昭和55年７月
発行「自動車工学全書第４巻ガソリンエンジン」
第183頁参照）。 こうした装置の空燃比制御を第７図に基づいて
説明すると、同図には空燃比、酸素センサの出力
電圧Ｖ、空燃比制御信号（PI信号）を示し、セ
ンサの出力電圧Ｖは理論空燃比を境にして急変す
る特性を有するので、この電圧変動の中間付近に
基準電圧V_Sを設定し、ＶとV_Sとを比較すること
により、混合気が理論空燃比の混合気よりも濃い
か薄いかを判別している。 そして、実空燃比の判別結果に従い、混合気を
濃くする、あるいは薄くする信号を発生させるの
であるが、この信号発生には比例積分制御（PI
制御）の方法が採用されている。 ここに、PI制御では基準電圧V_Sとの偏差（V_S
−Ｖ）に比例した大きさを有する比例分Ｐと、偏
差の積分値に比例した大きさを有する積分分Ｉと
の組み合わせにて制御量が決定され、たとえば、
理論空燃比よりも濃くなつた瞬間には、比例分
P_Rにて混合気を薄くする方向にステツプ的に変
化させることにより応答性を高め、その後は積分
分I_Rにて徐々に薄くすることにより、制御の安定
性を図る。 一方、理論空燃比よりも薄くなつた瞬間には比
例分P_Lにて混合気を濃くする方向にステツプ的
に変化させ、その後は積分分I_Lにて徐々に濃くし
ていく。こうした動作を繰り返すことにより混合
気が理論空燃比付近に制御される。 （考案が解決しようとする問題点） ところで、機関の吸入空気量が多いほど流速が
速くなり、制御の結果がセンサにでる時間が短く
なるため、フイードバツク制御の周期が短くなる
という変化をすることはあるが、車両の運転条件
との間では制御周期が何等考慮されておらず、し
たがつて車両の運転状態に関係なく、フイードバ
ツク制御周期は一律に定められるものであつた。 このため、空燃比制御によつて生じる機関のト
ルク変動が使用するギヤ位置によつては車両に共
振し、いわゆるサージを起こしてしまうことがあ
り、運転者に不快感を与える原因になることがあ
つた。 これを説明すると、サージは車両の前後方向の
低周波（10Hz以下）振動をいい、機関の不円滑な
作動によつて引き起こされる駆動系の捩り振動が
原因とされている。 そこで、サージを捩り振動に原因するものとす
ると、機関トルクが周期的変動を起こす場合に
は、このトルクを強制力として強制振動が生じ、
車両駆動系の固有振動の周期とトルク変動の周期
が接近すると、共振現象が発生することになる。 こうした現象は物理的に扱うことが可能であ
り、共振周波数₀（＝w₀／2π）は次式のようにな
る。 f₀＝［（１／Ie＋１／Ic）×ｋ］^1/2／2π ただし、 Ic＝（ｒ／in）²M／ｇ ｋ＝kc／（in×if）² ここに、 Ie；機関の慣性２次モーメント Ic；駆動系の慣性２次モーメント ｒ；タイヤ半径 in；各ギヤ比 Ｍ；車重 ｇ；重力加速度 ｋ；駆動系の捩り剛さ kc；基準ギヤ比での駆動系の捩り剛さ if；最終ギヤ比 すなわち、icとｋとは駆動系に固有の値であ
り、ギヤ比inにより変化し、ギヤ位置が１速から
４速へとなるにしたがい、ギヤ比inが小さくなる
ので、₀は逆に大きくなる。そこで、ギヤ比inに
対する共振周波数₀を第６図に示すと、₀はギヤ
比が小さくなるほど大きくなるように変化する。、
１速から４速における共振周波数の変動幅は車両
にもよるが、およそ１〜４Hzである。 一方、実際の空燃比は第７図にも示したよう
に、空燃比が周期的に変動するので、この空燃比
変動により機関トルクがわずかながら周期的に変
動する。このトルク変動の振動数（周波数）は、
酸素センサの応答性及び混合気、排気ガスの流れ
に要する遅れ時間によつてほぼ２Hz程度が一般的
である。 このため、ギヤ位置によつては、フイードバツ
ク制御に伴うトルク変動の周期が、車両駆動系固
有振動の周期と接近あるいは一致する事態が生
じ、周期的トルク変動を加振力として低周波の共
振を生じ、車両が前後方向にガクガクと振動する
のである。なお、この共振を生じるときの機関回
転数Ne（rpm）を₀＝60／Neより計算すると、
実際にサージの生じる回転数に近い結果が得られ
ることが確認されている。 そこで、こうした共振現象を回避する方策とし
ては、駆動系固有振動の振動数を変更すること、
あるいは機関トルク変動を抑さえること等も考え
られるが、ここではそのいずれでもなく、フイー
ドバツク制御に伴うトルク変動の周期が使用ギヤ
位置にて定まる駆動系固有振動の周期を外れるよ
うに、フイードバツク制御の制御速度を制御する
ようにした装置を提供することを目的とする。 （問題点を解決するための手段） この考案では、第１図に示すように、排気中の
実際の空燃比を検出する空燃比検出手段１と、こ
の空燃比信号に基づいて所定の空燃比の混合気が
得られるように供給燃料量をフイードバツク制御
する空燃比フイードバツク制御手段２とを備える
内燃機関の空燃比制御装置において、ギヤ位置を
判別する判別手段３と、この判別信号に基づいて
フイードバツク制御周期が車両系固有振動の周期
と一致しないようにフイードバツク制御速度を変
化させる制御速度可変手段４とを設けた。 （作用） このように構成すると、フイードバツク制御に
伴うトルク変動の周期が使用ギヤ位置にて定まる
駆動系固有振動の周期と接近あるいは一致するこ
とがないので、周期的トルク変動が駆動系捩り振
動の強制力として作用することが回避される。こ
れにより車両の共振現象を防いで運転者に与える
不快感を解消するという運転性の向上が期待でき
るのである。 以下実施例を用いて具体的に説明する。 （実施例） 第２図はこの考案の一実施例の機械的構成を示
し、三元触媒方式の電子制御機関に適用したもの
である。 こうした三元触媒方式は良く知られているよう
に、三元触媒１３よりも上流の排気管１２に空燃
比センサ１４を設け、この空燃比センサ１４から
の信号をフイードバツク制御信号として、コント
ロールユニツト１６が、機関に供給される混合気
が理論空燃比となるように、吸気管１１に設けた
混合気供給装置１５からの供給燃料量を制御する
のである。なお、この混合気供給装置１５は燃料
噴射式あるいは気化器式のいずれでもよい。 次に、この考案の特徴部分はギヤ位置を判別す
る判別信号に基づいてフイードバツク制御周期が
車両系固有振動の周期と一致しないようにフイー
ドバツク制御速度を変化させるようにした点にあ
り、このため、ギヤ位置を検出するセンサ１８が
トランスミツシヨン１７に設けられ、このギヤ位
置信号はコントロールユニツト１６に入力され
る。 コントロールユニツト１６は、第１図に示す手
段２〜４の機能を有するものであり、コントロー
ルユニツト内で実行される動作を第３図を参照し
ながら説明する。なお、コントロールユニツト１
６はCPU，ROM，RAM，インターフエイス等
からなるマイクロコンピユータにて構成され、同
図の動作は機関回転に同期して、あるいは所定時
間毎に実行される。図中の番号は処理番号を示
す。 同図において、空燃比の基本的な制御は空燃比
センサ１４の出力電圧Ｖを基準電圧V_Sと比較す
ることにより理論空燃比の混合気よりも濃いか薄
いかを判別し、濃い場合には混合気を薄くするよ
うに、薄い場合には濃くするように制御量が演算
される。 この制御量は、比例積分制御の演算方法におい
ては、比例分Ｐと積分分Ｉであり、混合気が理論
空燃比よりも濃い場合には混合気を薄くする方向
にステツプ的に変化させる比例分P_Rと徐々に薄
くする積分分I_Rが、反対に薄い場合には混合気を
濃くする方向に変化する比例分P_Lと積分分I_Lが求
められる（２０，２１，２４，２８）。 この考案では、こうしたフイードバツク制御の
制御速度をギヤ位置に応じて可変制御する点に特
徴があり、制御速度は比例分Ｐ（P_RとP_L）、積分
分Ｉ（I_RとI_L）の値を求める際の係数をギヤ位置
に応じて変化することにより制御されるので、具
体的には下記に示す係数K_P，K_Iをギヤ位置に応
じて異なる値に設定するのである。 Ｐ＝K_P・ΔV Ｐ＝K_I・∫ΔVdt ここに、係数K_P，K_Iは２次関数等の関数で与
えることも可能であるが、簡単には定数でよく、
この意味するところは、K_Pにてステツプ的に変
化するP_RあるいはP_Lの幅が定まり、またK_Iにて
漸増あるいは漸減するI_RあるいはI_Lの傾きが定ま
るということである。なお、ΔV（＝V_S−Ｖ）は
偏差（電圧差）である。 このため、K_P，K_Iを大きくすることは、混合
気の供給が大量に行なわれることを意味し、この
結果、空燃比変動の周期が短くなる。反対にK_P，
K_Iを小さくすると空燃比変動の周期が長くなる。 一方、共振周波数₀はたとえば下表のように、
１速から４速へと大きくなつていくので、フイー
ドバツク制御の制御周波数_Fを、この_Fが₀と接
近あるいは一致しないように、１速、２速では₀
よりも大きく、逆に３速、４速ではf₀よりも小さ
く設定すればよい。

【表】 結局、１速、２速において、_Fを大きくするに
は、K_P，K_Iを大きく設定し、逆に３速、４速に
おいて_Fを小さくするため、K_P，K_Iを小さく設
定するのである。具体的には、K_P，K_Iの値は機
関や車両に応じて相違するので、最適値が実験に
より求められることになる。そして、これらの値
はテーブルとしてROMに格納しておくことによ
り、ギヤ位置に応じて容易に取り出すことができ
る。 こうした動作を実行するのが、第３図のステツ
プ２２，２３，２６，２７であり、２４，２８に
て混合気の濃い薄いに応じてP_R，I_RあるいはP_L，
I_Lが求められるのである。なお、ギヤ位置の判別
は他のルーチンにて求められ、この判別結果がス
テツプ２２，２６にて使用されている。 なお、ここには簡単のため、K_P，K_Iを１速と
２速で、あるいは３速と４速で同一にしている
が、ギヤ位置ごとにK_P，K_Iを相違させるもので
あつてもよく、また、濃くなる場合と薄くなる場
合とでさらにK_P，K_Iを相違させるようにするも
のであつても構わない。 次に、こうした実施例の作用を第４図、第５図
に基づいて説明すると、同図はそれぞれ１速、４
速で与えられるＰ，Ｉとそれに対する空燃比の変
動を示す。 同図から明らかなように、１速においては、
K_P，K_Iが大きくされるので、Ｐ（P_RとP_L）、Ｉ（I_R
とI_L）が大きくなり、したがつて理論空燃比を境
にした空燃比変動の周波数が大きくなる（周期は
逆に短くなつている）。この周波数はたとえば、
上表に示す３Hzであり、この１速のギヤ位置にて
定まる共振周波₀（たとえば２Hz）よりも高い。
これにより空燃比制御に伴うトルク変動の周期が
そのギヤ位置での駆動系固有振動数の周期から外
されることになり、車両の共振減少を防ぐことが
できる。 また４速では₀が大きいが（たとえば５Hz）、
４速においてはK_P，K_Iが小さくされるので、Ｐ，
Ｉが小さくなり、空燃比変動の周波数は小さくな
る。この周波数はたとえば２Hzであり、₀よりも
逆に小さく、これにより車両の共振現象を防ぐこ
とができる。 このように、この考案ではギヤ位置にて定まる
車両駆動系の固有振動を考慮して、空燃比変動に
伴う周期的トルク変動が駆動系の捩り振動の加振
力として作用することのないように、ギヤ位置に
応じて制御速度（PI制御ではＰとＩの値）を可
変制御するようにした。これにより、車両が前後
方向にガクガク振動を生じる、いわゆるサージを
回避して運転性を向上することができるのであ
る。 （考案の効果） 以上説明したように、この考案では所定の空燃
比の混合気が得られるように実際の空燃比信号に
基づいて供給燃料量のフイードバツク制御を行う
空燃比制御装置において、フイードバツク制御周
期がギヤ位置に応じて変化する車両系固有振動の
周期と一致しないように、ギヤ位置に応じてフイ
ードバツク制御速度を可変制御するようにしたの
で、機関トルク変動の周期と駆動系固有振動の周
期が接近することによる共振現象を防いで運転性
を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の概念構造図、第２図はこの
考案の一実施例の機械的な構成を示す概略図、第
３図は第２図中のコントロールユニツトにて実行
される動作を説明する流れ図、第４図、第５図は
ギヤ位置が１速、４速にある場合のこの実施例の
作用を説明する波形図、第６図はギヤ比に対する
共振周波数の作用を説明する特性図である。 第７図は従来例の作用を説明する波形図であ
る。 １……空燃比検出手段、２……空燃比フイード
バツク制御手段、３……ギヤ位置判別手段、４…
…制御速度可変手段、１３……三元触媒、１４…
…空燃比センサ、１５……混合気供給装置、１６
……コントロールユニツト、１８……ギヤ位置検
出センサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 排気中の実際の空燃比を検出する空燃比検出手
   段と、この空燃比信号に基づいて所定の空燃比の
   混合気が得られるように供給燃料量をフイードバ
   ツク制御する空燃比フイードバツク制御手段とを
   備える内燃機関の空燃比制御装置において、ギヤ
   位置を判別する判別手段と、この判別信号に基づ
   いてフイードバツク制御周期が車両系固有振動の
   周期と一致しないようにフイードバツク制御速度
   を変化させる制御速度可変手段とを設けたことを
   特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。