JPH05180042A - 内燃機関内の空燃比制御方法及び装置 - Google Patents

内燃機関内の空燃比制御方法及び装置

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JPH05180042A
JPH05180042A JP4166073A JP16607392A JPH05180042A JP H05180042 A JPH05180042 A JP H05180042A JP 4166073 A JP4166073 A JP 4166073A JP 16607392 A JP16607392 A JP 16607392A JP H05180042 A JPH05180042 A JP H05180042A
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exhaust gas
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fuel
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JP4166073A
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Alexander Yuri Gopp
ユリ ゴップ アレクサンダー
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Ford Motor Co
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
    • F02D41/1441—Plural sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関内空燃比を化学量論比に維持するに
当たり、触媒コンバータ上流、下流排気ガス酸素センサ
出力を単一比例積分制御器に入れる閉ループを通して、
燃料制御の正確性及び応答性を極めて向上する。 【構成】 上流排気ガス酸素センサ１２８の出力ＶＥＧ
Ｏ１と第１基準電圧ＲＥＦ１とから第１比較器２００が
出力する第１信号ＣＯＭＰ１を高域通過フィルタ２０４
に通して加算器２０８に入れ、下流排気ガス酸素センサ
１３０の出力ＶＥＧＯ２と第２参照信号ＲＥＦ２とから
第２比較器２０２が出力する第２信号ＣＯＭＰ２を利得
ブロック２０６でＫ倍した第２信号とバイアス信号と加
算し、加算結果に応答する比例積分制御器２１０の出力
信号ＬＡＭＣＯＲと内燃機関運転状態信号から計算ブロ
ック２１２が燃料制御信号を発生する。フィルタ２０４
の特性及び利得Ｋは、内燃機関速度及び負荷の関数であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気ガス制
御、特に２つの排気ガス酸素（以下、ＥＧＯと称する）
センサ及び三方触媒コンバータを具備する内燃機関の空
燃比閉ループ燃料制御に関する。これらのＥＧＯセンサ
は、この触媒コンバータの上流及び下流に配置される。
【０００２】
【従来の技術】触媒コンバーション効率が内燃機関に供
給される混合物中の空燃比によって大きく影響されるこ
とは、知られている。もしこの空燃比が理想空燃比にあ
る狭い範囲に維持されるならば、触媒コンバーション効
率は、酸化コンバーション及び還元コンバーションの両
方に対して共に高い。理想空燃比は、完全燃焼中に空気
及び燃料の両方が完全に消耗するような比例関係をとっ
て空気と燃料を含むその比として定義され、また空燃比
ＬＡＭＢＤＡは理想空燃比にわたり空気の重量を燃料の
重量で除したものとして定義される。いずれの閉ループ
燃料制御装置の目的もこの空燃比をコンバーション窓と
して知られるこの狭い範囲に維持することにある。
【０００３】触媒の前方又は後方に配置された１つのＥ
ＧＯセンサを利用する制御装置が、空燃比を一貫してこ
のコンバーション窓内に維持しないことも、また、知ら
れている。触媒の前方に配置された１つのＥＧＯセンサ
を備える制御装置は、許容時定数を有するが、しかし、
ＥＧＯセンサ汚染及びエージングに起因する長期ドリフ
トを示す。他方、触媒の後方に配置された１つのＥＧＯ
センサを備える制御装置は、許容不能時間応答特性を有
するが、しかし、長期安定性を示しかつ狭いコンバーシ
ョン窓を示すことができる。したがって、両方のＥＧＯ
センサの利点、すなわち、上流ＥＧＯセンサの良好な時
定数及び下流ＥＧＯセンサの高正確性を利用する制御装
置が、有利である。
【０００４】両ＥＧＯセンサを利用する多数の閉ループ
燃料制御装置が提案されているが、これらのいずれも完
全に満足すべきものではない。クレプス（Ｃｒｅｐｓ）
に交付されたが米国特許第３，９３９，６５４号及びス
トーリ（Ｓｔｏｒｙ）に交付された米国特許第４，０２
７，４７７号は、２つの閉ループを有する双ＥＧＯセン
サ閉ループ燃料制御装置を記載している。その第１制御
ループは、上流ＥＧＯセンサ及び比例制御器又は位相進
み比例制御器を含む。その第２閉ループは、下流ＥＧＯ
センサ及び双積分比例器を含む。制御装置のこれらの配
置は、本質的に不安定であって、校正によって安定化さ
れることができないので、同時に両制御ループ中に積分
又は比例制御器、及び積分制御器を使用することを阻ま
れている。これらの装置の欠点は、比例制御器を備える
第１制御ループの低正確さである。制御正確さは、下流
ＥＧＯセンサがその動作温度に到達する前の初期動作中
の場合のように、第２制御ループが動作していないとき
に許容不能にさえなる。
【０００５】ナガイ（Ｎａｇａｉ）他に交付された米国
特許第４，８３１，８３８号及びオクムラ（Ｏｋｕｍｕ
ｒａ）他に交付された米国特許第４，８４０，０２７号
記載によって代表される他の技術は、上流ＥＧＯセンサ
を備える第１制御ループ内に比例積分（以下、ＩＰと称
する）制御器を利用する。これらの特許の１実施例にお
いて、ＰＩ制御器の校正可能パラメータは、下流ＥＧＯ
センサの出力に基づいて修正され、修正されたパラメー
タはスキップ量、すなわち、ジャンプバック（立上り下
り）、及び積分量、すなわち、ランプ（傾斜）である。
時間遅延及び基準電圧のようないくつかの他の制御装置
パラメータも、また、下流ＥＧＯセンサの出力に基づい
て修正される。
【０００６】同じ特許の他の実施例においては、下流Ｅ
ＧＯセンサの出力は、主燃料方程式（主燃料方程式は後
に紹介される）内の乗数として使われる第２空燃比訂正
量を発生するために使用される。両実施例において、下
流ＥＧＯセンサによって導入される訂正は極低周波数リ
ミットサイクルを有し、これが上流ＥＧＯセンサ制御ル
ープによって生成される比較的高周波数リミットサイク
ルに重畳される。この結果、制御分野においてうなり周
波数として知られる好ましからざる作用を生じる。更
に、下流ＥＧＯセンサの初期応答は非常に低いので、こ
の欠点を軽減するために苦心した手順が組み込まれてい
る。したがって、双ＥＧＯセンサ制御装置についてのこ
れらの両調査研究は、共に満足すべきでものではないこ
とが判っている。
【０００７】双ＥＧＯセンサを、１つは触媒の上流に１
つはこの触媒の下流に、使用する他の知られた技術は、
カスケード制御であり、この制御においては下流ＥＧＯ
センサからの信号が１つの基準信号と共に加算器に印加
される。この加算器の出力は、第１ＰＩ制御器に印加さ
れる。上流ＥＧＯセンサからの信号は１つの基準信号と
共に加算器に印加され、この基準信号は第１ＰＩ制御器
の出力である。第２加算器の出力は第２ＰＩ制御器に印
加され、この第２ＰＩ制御器が、次いで、内燃機関の空
燃比を制御するための帰還信号を発生する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】直ぐ上に述べたものと
類似の他の方式は、これら加算器の両方が１つの印加基
準信号を有する。第１ＰＩ制御器の出力は第２加算器に
印加されず、しかしその代わりに第２ＰＩ制御器のパラ
メータを制御する。これは、第２ＰＩ制御器のパラメー
タが第１ＰＩ制御器の出力によって制御されるので、パ
ラメータ制御として知られている。この装置及び先行の
装置の両方共に、比較的動作が遅い。後者のパラメトリ
ック制御に関しては、制御機能のジャンプバック、ラン
プ、又は遅延のような、パラメータが変化させられると
き、その変化は数分は充分にかかり、その影響が感じら
れる程である。更に、この装置は、始動が遅い。これら
の問題を克服することが望ましい。
【０００９】本発明は、遙かに高速で応答し、かつ上流
ＥＧＯセンサ及び下流ＥＧＯセンサの両方からの入力を
有する単一ＰＩ制御器を使用する。
【００１０】
【問題を解決するための手段】本発明は、内燃機関用双
ＥＧＯセンサ燃料制御装置を含みかつ上流ＥＧＯセンサ
と下流ＥＧＯセンサからの出力信号の組合わせを入力と
して有する単一ＰＩ制御器を利用する。この組わせは実
時間微分器として働きかつ上流ＥＧＯセンサの出力に接
続される高域通過フィルタの出力を組み込む。
【００１１】本発明は、先行技術に関連して上に論じら
れた問題及び欠点を克服し、かつ燃料制御装置を提供す
る。本発明の１実施例においては、１つ触媒コンバータ
及び、この触媒コンバータの上流に配置された１つのＥ
ＧＯセンサと下流に配置された他のＥＧＯセンサとの、
２つのＥＧＯセンサを有する内燃機関が、燃料制御装置
を具備する。この制御装置は、触媒の上流に配置された
ＥＧＯセンサの上流出力信号から第１信号を発生する第
１比較器を含み、この第１信号は同じ絶対値（例えば、
“１”）を有するがしかしこの上流出力信号の関数とし
てその符号を変動し、この制御装置は、触媒の下流に配
置されたＥＧＯセンサの下流出力信号の関数としての第
２信号を発生する第２比較器を含み、この第２信号は同
じ絶対値をするがしかしこの下流出力信号の関数として
その符号を変動し、この制御装置は、また、第３信号を
発生するためにこの第１信号に応答する高域通過フィル
タ手段、第４信号を発生するために一定倍第２信号をこ
の第３信号と組み合わせる手段、及び主燃料方程式内に
空燃比訂正量として適用される第５信号を発生するため
にこの第４信号に応答するＰＩ制御器を使用する制御手
段を含む。
【００１２】本発明の他の実施例においては、制限手段
が、第２比較器の代わりに使用されて、新たな触媒コン
バータを使って燃料制御動作を改善する。
【００１３】図１を参照すると、マイクロコンピュータ
１００は、内燃機関１０２へ供給される空燃比を制御す
るように示されている。マイクロコンピュータ１００
は、更に、中央処理装置（ＣＰＵ）１０４、主ルーチ
ン、燃料流ルーチンのような他のルーチン、校正定数、
及び表、等を記憶する読取り専用メモリ（以下、ＲＯＭ
と称する）１０６、ランダムアクセスメモリ（以下、Ｒ
ＡＭと称する）１０８、及び従来の入出力（Ｉ／Ｏ）イ
ンタフェース１１０を含む。インタフェース１１０は、
種々なアナログ入力信号をディジタル入力信号に変換す
るアナログ−ディジタル（以下、Ａ／Ｄと称する）変換
器、及び種々なディジタル出力信号をアナログ出力信号
に変換するディジタル−アナログ（以下、Ｄ／Ａと称す
る）変換器を含む。
【００１４】マイクロコンピュータ１００は、また、ク
ロック発生器、種々なクロック信号を発生する手段、計
数器、駆動器等ような従来の要素（図には示されていな
い）を含む。マイクロコンピュータ１００は、内燃機関
１０２の種々の測定された運転パラメータに応答して噴
射駆動器１１２を附勢することによって空燃比を制御す
る。マイクロコンピュータ１００は、入力パラメータを
取り出すことができ、及び、例えば、２０ｍｓのような
固定サンプリング速度ＤＥＬＴＡＴで制御信号の計算を
遂行することができる。もしマイクロコンピュータ１０
０が可変サンプリング速度で動作するように設計されて
いるならば、２つの逐次続くサンプリングの間で時間測
定を遂行しかつ測定されたサンプリング時間をＤＥＬＴ
ＡＴに割当てることのできるタイマが配設される。
【００１５】内燃機関１０２は、この特定の実施例にお
いては、燃料レール１２１に結合された燃料噴射器１１
４，１１６，１１８，及び１２０を有する従来の４シリ
ンダガソリン内燃機関として示されている。各燃料噴射
器は、噴射駆動器１１２からのそれぞれの信号によって
電気的に活性化される。噴射器１１４，１１６，１１
８，及び１２０の各々は、また、それぞれの燃焼シリン
ダ１，２，３，及び４（図には示されていない）に従来
のように結合されている。燃焼シリンダ１，２，３，及
び４の各々からの排気ガスは、排気マニホルド１２２へ
送られ、この排気ガスから３つの汚染物質ＣＯ，ＨＣ，
及びＮＯｘを同時に除去する三元触媒コンバータ１２４
及び排気管１２６を通して排出される。触媒コンバータ
１２４の上流の、排気マニホルド１２２の集中部分内
に、内燃機関排気ガス内の酸素濃度を検出する第１ＥＧ
Ｏ（ＥＧＯ１）センサ１２８が配設されている。更に、
触媒コンバータ１２４の下流、排気管１２６内に触媒コ
ンバータ１２４を通った後の酸素濃度を検出する第２Ｅ
ＧＯ（ＥＧＯ２）センサ１３０が配設されている。両Ｅ
ＧＯセンサ１２８及び１３０は、出力信号電圧を発生
し、これらは入出力インタフェース１１０のＡ／Ｄ変換
器へ伝達される。
【００１６】吸気１３２は、吸気マニホルド１３４に結
合されて示され、空気をスロットル板１３６を通して燃
焼シリンダ内へ導入する。スロットル位置センサ１３８
は、スロットル弁１３６に結合されて示され、スロット
ル位置信号ＴＰを供給する。また、吸気マニホルド１３
４に結合されて、内燃機関内に導入される質量空気流に
関連する質量空気流量信号ＭＡＦを供給する質量空気流
量センサ１４０、及び吸気温度ＴＡ表示信号を供給する
空気温度センサ１４２がある。内燃機関１０２のシリン
ダブロックに結合されて、冷却水温度ＴＷ表示信号を供
給する冷却水温度センサ１４４がある。クランク角位置
センサ１４６は、内燃機関１０２のクランクシャフトに
結合されて示され、クランク位置表示信号ＣＡを供給す
る。
【００１７】マニホルド圧力センサＭＡＰは、質量空気
流量センサ１４０の代わりに使用されて、既知の技術に
よって、内燃機関が負荷されたことを表示する。スパー
ク送出装置のような、内燃機関にとって必要な他の従来
の要素は、図１に示されていない。また、認められるよ
うに、本発明は、４つより多いシリンダ数を有する内燃
機関のような、他の型式の内燃機関にも利点をもたらす
ように使用される。
【００１８】空燃比制御中の双ＥＧＯセンサ閉ループ燃
料制御装置の動作を、特に図２に示された制御ブロック
線図、及びＥＧＯセンサ出力電圧ＶＥＧＯに対するＬＡ
ＭＢＤＡ、理想空燃比に対する空燃比を示す図３内の関
連グラフ、を参照して、いまから、説明する。図２にお
いて、マイクロコンピュータ１００、内燃機関１０２、
噴射駆動器１１２、排気マニホルド１２２、触媒コンバ
ータ１２４、排気管１２６、及びＥＧＯセンサ１２８，
１３０は、図１を参照して先に説明された。
【００１９】上流ＥＧＯセンサ１２８及び下流ＥＧＯセ
ンサ１３０からの出力信号電圧ＶＥＧＯ１及びＶＥＧＯ
２は、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）を通してそれぞれの比
較器２００及び２０２へ供給される。各比較器は、参照
（基準）信号ＲＥＦ１及びＲＥＦ２を供給され、これら
の参照信号は図３に示されたような理想空燃比における
ＥＧＯセンサの出力信号電圧を表示する。各比較器２０
０及び２０２は、出力信号ＣＯＭＰ１及びＣＯＭＰ２
を、それぞれ、これらの絶対値は等しいがしかしこれら
の符号は、それぞれ、ＥＧＯセンサの出力信号電圧ＶＥ
ＧＯ１及びＶＥＧＯ２が理想空燃比のどちらの側にある
かに応じて変動するように、生成する。比較器２００の
出力ＣＯＭＰ１は、訂正ブロック２０４によって修正さ
れる。訂正ブロック２０４は、好適には、高域通過フィ
ルタであって、この実施例においては、一次高域通過フ
ィルタとして示されているが、しかし一次フィルタに限
定されず、高次高域通過フィルタであってもよい。
【００２０】一次高域通過フィルタは、また、制御分野
においては、実時間微分器として知られており、次の微
分方程式によって表される。
【００２１】
【数１】 Ｔd ＊ｄ（ＤＩＦ）／ｄｔ＋ＤＩＦ＝ｄ（ＣＯＭＰ１）／ｄｔ （式１） ここに、ＤＩＦ 一次高域通過フィルタの出力信号；Ｔ
d 前記フィルタの時定数、この制御装置の校正可能
パラメータ、ｄ（…）／ｄｔ それぞれの信号の一次導
関数を表示する符号。
【００２２】ディジタルマイクロコンピュータ計算に適
した微分方程式は、（式１）から誘導され、最も簡単な
形においては、
【００２３】
【数２】DIF(i)＝(1-DELTAT/Ｔd )*DIF(i-1)＋(COMP1
(i) −COMP1(i-1)) ここに、DELTAT 上に論じたようにマイクロコンピュー
タサンプリング速度；ｉ及びi-1 計算又は測定の現行結
果及び先行結果を示す。
【００２４】第２比較器２０２の出力ＣＯＭＰ２は、一
定利得Ｋを有する利得ブロック２０６に接続され、この
結果、比較器２０２の出力はＫ* ＣＯＭＰ２に等しくな
る。両比較器２００及び２０２の出力信号は、加算ブロ
ック２０８によって追加バイアス信号ＢＩＡＳと加算さ
れる。バイアス信号ＢＩＡＳは、もし修正するように望
まれるならば、参照信号ＲＥＦ２を修正するように働く
のみの校正目的のために供給される。加算ブロック２０
８の出力信号ＳＵＭは、次の等式で示され、
【００２５】
【数３】 ＳＵＭ＝ＤＩＦ＋Ｋ* ＣＯＭＰ２＋ＢＩＡＳ （式２）
【００２６】かつ制御ブロック２１０に送られる。制御
ブロック２１０は、ＰＩ制御器に相当する計算を遂行
し、この制御器は次の微分方程式によって表される。
【００２７】
【数４】 ｄ（ＬＡＭＣＯＲ）／ｄｔ＝Ｈ* ｄ（ＳＵＭ）／ｄｔ＋Ｇ* ＳＵＭ （式３） ここに、ＬＡＭＣＯＲ ＰＩ制御器の出力信号であって
空燃比訂正量を示す；Ｈ及びＧ このＰＩ制御器の
それぞれジャンプバック及びランプ、この制御装置の校
正可能パラメータ。
【００２８】ディジタルマイクロコンピュータ計算に適
した微分方程式は、（式３）から誘導され、最も簡単な
形においては、
【００２９】
【数５】ＬＡＭＣＯＲ（ｉ）＝ＬＡＭＣＯＲ（ｉ−１）
＋Ｈ* (SUM(i) −SUM(i-1)）＋ G* DELTAT* SUM (i-1)
【００３０】当業者が認めるであろうように、微分方程
式の形においての微分方程式（式１）及び（式２）の表
現は、他の異なる形をとることもある。制御装置の校正
可能パラメータＨ，Ｇ，Ｋ，及びＴｄは、速度及び負荷
表２１４の関数として修正される。また、この説明はマ
イクロコンピュータ実現に関連しているが、これまでに
説明された制御装置は、後に示されるように、アナログ
手段による実現に容易に変換され得る。
【００３１】燃料計算ブロック２１２は、空燃比訂正量
ＬＡＭＣＯＲを使用して、従来の方法で、燃料流制御信
号を計算し、かつ噴射駆動器１１２へ信号を供給する。
【００３２】燃料流制御中のマイクロコンピュータ１０
０の動作を、いまから、特に図４に示された流れ図を参
照して説明する。下に説明される動作、又はステップ
は、各シリンダごとに遂行される。しかしながら、シリ
ンダ識別及び噴射駆動器選択については、特に言及しな
い。
【００３３】各サンプリング区間の開始に、内燃機関パ
ラメータが、ステップ４００において取り出される。内
燃機関（エンジン）速度及び負荷が、次いで、クランク
位置信号ＣＡ及び質量空域流量信号ＭＡＦから、従来の
ように、計算される。ステップ４０２中、基本開ループ
燃料噴射量ＦＢが、ＲＯＭ１０６の記憶内容からの速度
／負荷表の索引及び補間によって決定される。ステップ
４０４において、燃料訂正量ＦＣＯＲが、例えば、内燃
機関起動吸気温度ＴＡ及び冷却水温度ＴＷ、バッテリ電
圧、等に基づいて計算される。
【００３４】ステップ４０６は、上流ＥＧＯセンサ１２
８が閉ループ動作を開始させるために起動されるかどう
かを検査する。これらの条件は、或る限界に到達する冷
却水温度ＴＷ、吸気温度ＴＡ、観測されるＥＧＯセンサ
スイッチング、開始からの経過時間、等でよいが、しか
し、これらに限定されるわけではない。また、広開スロ
ットル又は延長遊び時間は、その他の閉ループ条件が満
たされた後にも開ループ制御を要求することがある。全
てこれらの閉ループ要件は、ステップ４０６において検
査され、かつ、もし閉ループが呼び出されるならば、ス
テップ４０８が空燃比訂正量ＬＡＭＣＯＲを計算する。
そうでないならば、ステップ４１０において、ＬＡＭＣ
ＯＲが１に設定される。ステップ４０８におけるＬＡＭ
ＣＯＲの計算は、後に、より詳細に説明される。ステッ
プ４１０及び４０８の両方からの論理流れは、ステップ
４１２へ行き、ここで、次の燃料流方程式に基づいて最
終燃料流ＦＰＷを計算し、
【００３５】
【数６】ＦＰＷ＝ＦＢ* ＦＣＯＲ* ＬＡＭＣＯＲ
【００３６】かつステップ４１４において燃料噴射器を
附勢する。ステップ４１６は、燃料流計算ルーチンを主
ルーチンに復帰させる。
【００３７】ステップ４０８における空燃比訂正量ＬＡ
ＭＣＯＲの計算を、いまから、特に図５に示された流れ
図を参照して説明する。ステップ５０４，５０６，及び
５０８は、第１比較器２００を説明し、かつその出力Ｃ
ＯＭＰ１を計算する。ＣＯＭＰ１の値は、次のサンプリ
ング区間に使用されるためにステップ５１０においてＲ
ＡＭ１０８内に記憶される。ステップ５１２は、高域通
過フィルタ２０４を説明する（式１）に関連する計算を
遂行する。次いで、ステップ５１４は、下流ＥＧＯセン
サが第２閉ループ、すなわち、下流閉ループ動作を開始
するために起動されるかどうかを検査する。これらの条
件は、上に説明された（ステップ４０６参照）上流ＥＧ
Ｏセンサ１２８の場合の条件に類似しているが、しか
し、異なる。もしこれらの条件が満たされたならば、ス
テップ５０６，５１８，及び５２０が第２比較器２０２
の出力ＣＯＭＰ２を計算する。
【００３８】ステップ５２２は、加算ブロック２０８を
表示しかつ（式２）を計算する。ステップ５２２からの
出力値ＳＵＭは、次のサンプリング区間に使用されるた
めにステップ５２４においてＲＡＭ１０８内に記憶され
る。ステップ５２６は、ＰＩ制御器２１０を説明する
（式３）に関連する計算を遂行する。ステップ５３０
は、このルーチンを燃料流計算のステップ４１２へ復帰
させる。もしステップ５１における上述の条件が満たさ
れなければ、ステップ５２８はＣＯＭＰ２を０に等しく
設定し、かつＤＩＦをＣＯＭ１に等しく設定し、このよ
うにして第２閉ループ動作及び高域通過フィルタを使用
禁止する。ステップ５２８は、次いで、ステップ５２２
へ進み、したがって、単一ＥＧＯセンサ閉ループ燃料制
御から双ＥＧＯセンサ閉ループ燃料制御への自動転換を
提供する。
【００３９】本発明の他の実施例では、制限ブロック２
０２′が、図２において第２比較器２０２の代わりに挿
入される。図６に示される制限器の電圧特性は、参照電
圧の近旁において利得１を有し、かつその上限及び下限
は前記参照電圧に関して対称に設定され、ＥＧＯセンサ
出力電圧信号ＶＥＧＯの最低電圧Ｖmin 及び最高電圧Ｖ
max を超えることはない。この実施例の場合の空燃比訂
正量ＬＡＭＣＯＲの計算を説明する流れ図は、主実施例
に類似しており、図７に示される。この場合、ステップ
７１６は、制限器２０２′に関連する計算を遂行する。
【００４０】云うまでもなく、特に様々な速度及び負荷
における様々な内燃機関運転中、制御装置の校正可能パ
ラメータは、最適制御のための再調整を必要とすること
がある。これらのパラメータは、ＰＩ制御器２１０のジ
ャンプパックＨ及びランプＧ、高域通過ブロック２０４
の時定数Ｔd 、利得ブロック２０６の利得Ｋ、及び加算
ブロック２０８へのバイアス信号ＢＩＡＳである。これ
らのパラメータの全て又はなんらかの組合わせを達成す
るために、内燃機関速度及び負荷と共にいくつかの関数
又は表（例えば、図２内の表２１４）が、入力として図
５及び図７に示される流れ図に組み込まれる。また、云
うまでもなく、時間遅延又は低域通過フィルタのよう
な、或る種の処置が、高周波ＥＧＯセンサスイッチング
の影響からこの制御装置を保護するのに採用される。こ
のような修正が、本発明に組み込まれることもある。
【００４１】図８は、図２の要素２００，２０２，２０
４，２０６，２０８，及び２１０において説明された制
御論理に対する好適実施例を回路形式において示す。信
号調節器及びおそらく低域通過フィルタ（両方共に図に
は示されていない）を通った後の上流ＥＧＯセンサ１２
８からの出力電圧信号ＶＥＧＯ１は、演算増幅器２５０
によって代表される比較器２００の入力に印加される。
参照電圧ＲＥＦ１は、調整電圧源Ｖ及び抵抗回路網（図
には示されていない）によって供給され、かつ演算増幅
器２５０の第２入力に印加される。同様に、下流ＥＧＯ
センサ１３０からの出力電圧ＶＥＧＯ２及び他の抵抗器
によって供給される参照電圧ＲＥＦ２は、演算増幅器２
５２によって代表される比較器２０２の入力に印加され
る。
【００４２】抵抗器Ｒ２５４，Ｒ２５３，及びＲ２６
０，コンデンサＣ２５６，及び演算増幅器２６２は、高
域通過フィルタ２０４を構成する。参照電圧Ｖ１は、増
幅器２６２が単極性電圧源で動作するように、増幅器２
５０の低出力電圧と高出力電圧との間のレベル中間に設
定される。演算増幅器２７４に対する参照電圧Ｖ２及び
演算増幅器２８４に対する参照電圧Ｖ３も、共に後に説
明されるように、これと同じ目的のために働く。抵抗器
Ｒ２５２及びコンデンサＣ２５６の値の積は、（式１）
中の高域通過フィルタの時定数に相当する。演算増幅器
２６２からの出力信号ＤＩＦ、演算増幅器２５２からの
出力信号ＣＯＭＰ２，及びバイアス信号ＢＩＡＳは、抵
抗器Ｒ２６２，Ｒ２６６，及びＲ２６８の抵抗回路網へ
印加される。この抵抗回路網は、帰還抵抗器Ｒ２７０及
び演算増幅器２７５と共に、加算ブロック２０８に相当
する。
【００４３】抵抗器Ｒ２６６の値は、利得ブロック２０
６の利得Ｋを提供する任務を有する。演算増幅器２７４
からの出力信号ＳＵＭは抵抗器Ｒ２７４に印加され、こ
の抵抗器は、抵抗器Ｒ２７８およびＲ２８２，コンデン
サＣ２８０，及び演算増幅器２８４と共にＰＩ制御器２
１０を構成する。抵抗器Ｒ２７８とＲ２７６との値の比
は、ＰＩ制御器のジャンプバックＨに相当し、及び抵抗
器Ｒ２７８とコンデンサＣ２８０との値の積はＰＩ制御
器のランプＧに当し、Ｈ及びＧの両方は（式３）に使用
される。演算増幅器２８４からの出力信号ＬＡＭＣＯＲ
は、主燃料方程式内に使用され、又は図８に示された燃
料噴射駆動に使用される。これで、電気回路の説明を完
結する。
【００４４】図９は、定常状態内燃機関運転における双
ＥＧＯセンサ閉ループ燃料制御を備える燃焼装置の典型
的な波形図である。上側の波形図９Ａは上流ＥＧＯセン
サの出力であり、中間の波形図９Ｂは下流ＥＧＯセンサ
の出力であり、及び下側の波形図９ＣはＰＩ制御器の出
力ＬＡＭＣＯＲである。当業者ならば、上流ＥＧＯセン
サによって発生される典型的リミットサイクルを認める
であろう。このリミットサイクルの周波数は、制御装置
の上流部分のパラメータによって主として決定され、し
たがって、単一上流ＥＧＯセンサ制御装置の周波数に接
近している。しかしながら、下流ＥＧＯセンサはバイア
ス電圧を供給し、このバイアス電圧は上流ＥＧＯセンサ
の出力を下方へシフトさせて、このサイクルリミットを
その参照電圧ＲＥＦ１の回りに非対称になるようにす
る。同時に、下流ＥＧＯセンサの出力は、その参照電圧
ＲＥＦ２を中心にその回りに変動する。ＰＩ制御器の出
力は、２つのジャンプバックを示す。符号１によって指
示される第１ジャンプバックは、上流ＥＧＯセンサの出
力信号電圧がその基準電圧ＲＥＦ１と交差することに起
因し、及び符号２によって指示される第２ジャンプバッ
クは下流ＥＧＯセンサの出力信号電圧がその参照電圧Ｒ
ＥＦ２と交差することに起因する。
【００４５】これで、好適実施例の説明を完結する。当
業者は、この説明を読むならば、本発明の精神と範囲か
ら逸脱することなく、更に多くの代替及び変更を着想す
るであろう。したがって、意図するのは、本発明の範囲
が、先に掲げた特許請求の範囲にのみに限定されると云
うことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を含む内燃機関の概略ブロック
線図。
【図２】本発明による双ＥＧＯセンサ閉ループ燃料制御
装置の制御ブロック線図。
【図３】空燃比の関数としてのＥＧＯセンサの典型的出
力信号電圧を示すグラフ図。
【図４】本発明の実施例により燃料流量の計算を遂行す
る種々な処理ステップを示す流れ図。
【図５】本発明の実施例により空燃比訂正量の計算を遂
行する種々な処理ステップを示す流れ図。
【図６】本発明の他の実施例により使用される制限器の
典型的出力信号電圧を示すグラフ図。
【図７】本発明の第２実施例により空燃比訂正量の計算
を遂行する種々な処理ステップを示す流れ図。
【図８】本発明の実施例による制御回路の概略回路図。
【図９】本発明による双ＥＧＯセンサ閉ループ燃料制御
装置内に使用されるＥＧＯセンサ及びＰＩ制御器の時間
に対する出力振幅を示す波形図であって、Ａは上流ＥＧ
Ｏセンサの出力の波形図、Ｂは下流ＥＧＯセンサの出力
の波形図、ＣはＰＩ制御器の出力の波形図。
【符号の説明】
１００ マイクロコンピュータ １０２ 内燃機関 １０４ 中央処理装置 １０６ ＲＯＭ １０８ ＲＡＭ １１２ 噴射駆動器１１２ １１４，１１６，１１８，１２０ 燃料噴射器 １２２ 排気マニホルド １２４ 触媒コンバータ １２６ 排気管 １２８ 上流ＥＧＯセンサ １３０ 下流ＥＧＯセンサ １３２ 吸気 １３４ 吸気マニホルド １３６ スロットル弁 １３８ スロットル位置センサ １４０ 質量空気流量センサ １４２ 空気温度センサ １４４ 冷却水温度センサ １４６ クランク角位置センサ ２００ 第１比較器 ２０２ 第２比較器 ２０４ 訂正ブロック（高域通過フィルタ） ２０６ 利得ブロック ２０８ 加算ブロック（加算器） ２１０ 制御ブロック（ＰＩ制御器） ２１２ 燃料計算ブロック ２１４ 内燃機関速度及び負荷表

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関に空気と燃料とを可変化で混合
    して供給する手段と、排気マニホルドを含む排気手段
    と、触媒コンバータ及び排気管と、排気ガス中の或る酸
    素濃度に応答する２つの排気ガス酸素センサとを有し、
    前記センサの一方は前記触媒コンバータの上流に配置さ
    れ、他方は前記触媒コンバータの下流に配置される内燃
    機関内の空燃比制御装置であって、 前記触媒コンバータの上流の前記排気マニホルド内の空
    燃比を示す第１信号を発生する第１比較器である第１手
    段と、 前記触媒コンバータの下流の前記排気管内の空燃比を示
    す第２信号を発生する第２手段と、 前記第１信号に応答しかつ前記第２信号を発生する広域
    通過フィルタである第３手段と、 前記第２信号に応答する利得ブロックである第４手段
    と、 バイアス信号を発生する第５手段と、 前記第３信号と、一定倍された第２信号と、前記バイア
    ス信号との組合わせに応答し第４信号を発生する、加算
    ブロックである第６手段と、 前記第４信号に応答しかつ空燃比訂正量を発生する、比
    例積分制御器である第７手段と、 前記空燃比訂正量に従い空燃比を調節する調節手段と、
    を含む空燃比制御装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の空燃比制御装置におい
    て、前記第２手段は第２比較器である空燃比制御装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の空燃比制御装置におい
    て、前記第２手段は制限器である空燃比制御装置。
  4. 【請求項４】 内燃機関に空気と燃料との混合気を可変
    化で供給する手段と、排気マニホルドを含む排気手段
    と、触媒コンバータ及び排気管と、排気ガス中の或る酸
    素濃度に応答する２つの排気ガス酸素センサとを有し、
    前記センサの一方は前記触媒コンバータの上流に配置さ
    れ、他方は前記触媒コンバータの下流に配置される内燃
    機関内の空燃比制御装置であって、 前記上流に配置された排気ガス酸素センサに結合された
    高域通過フィルタと、 第１入力を前記高域通過フィルタの出力に結合され、第
    ２入力を前記下流に配置された排気ガス酸素センサの出
    力に結合され、かつ前記バイアス信号に結合された加算
    器と、 前記加算器の出力に結合された比例積分制御器と、 前記内燃機関内へ噴射される燃料量を決定する信号を発
    生するために前記比例積分制御器の出力に結合された燃
    料計算手段と、を含む空燃比制御装置。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の空燃比制御装置であっ
    て、前記触媒コンバータの下流の前記排気管内の空燃比
    を表示する一定倍された第２信号を発生するために前記
    下流に配置された前記排気ガス酸素センサに結合された
    利得手段を、更に、含む空燃比制御装置。
  6. 【請求項６】 内燃機関に可変比において空気と燃料と
    を供給することと、触媒コンバータを通して排気ガスを
    送ることと、前記排気ガス内の酸素濃度を検知するため
    に前記触媒コンバータの上流に第１排気ガス酸素センサ
    を配置しかつ前記触媒コンバータの下流に第２排気ガス
    酸素センサを配置することとを含む、内燃機関内の空燃
    比制御方法であって、 前記上流に配置された排気ガス酸素センサからの前記上
    流の点における酸素濃度を表示する第１信号を発生する
    ステップと、 前記下流に配置された排気ガス酸素センサからの前記下
    流の点における酸素濃度を表示する第２信号を発生する
    ステップと、 高域通過フィルタを通して前記第１信号を送るステップ
    と、 前記高域通過フィルタの出力を加算器に送るステップ
    と、 前記下流に配置された排気ガス酸素センサからの前記第
    ２信号を前記加算器に印加するステップと、 前記加算器の計算結果を比例積分制御器に印加するステ
    ップと、 前記内燃機関内へ噴射される所望燃料量を計算するため
    に燃料計算手段に前記比例積分制御器の出力を印加する
    ステップと、を含む空燃比制御方法。
  7. 【請求項７】 内燃機関に可変比において空気と燃料と
    を供給することと、触媒コンバータを通して排気ガスを
    送ることと、前記排気ガス内の酸素濃度を検知するため
    に前記触媒コンバータの上流に第１排気ガス酸素センサ
    を配置しかつ前記触媒コンバータの下流に第２排気ガス
    酸素センサを配置することとを含む、内燃機関内の空燃
    比制御方法であって、 内燃機関運転パラメータを取り出すステップと、 比例積分制御器に前記内燃機関運転パラメータを印加す
    るステップと、 前記内燃機関運転パラメータと前記加算器の出力を使用
    して前記比例積分制御器内の基本帰還パラメータを計算
    するステップと、 燃料訂正パラメータを計算するステップと、 閉ループが要求されるかどうかを判定するステップと、 もし閉ループが要求されるならば空燃比訂正率を計算す
    るステップと、 もし閉ループが要求されないならば前記空燃比訂正率を
    １に設定するステップと、 内燃機関運転のための所望燃料量を計算するステップ
    と、 前記所望燃料量を表示する噴射信号を発生するステップ
    と、 全ての前記ステップを繰り返す論理流れの開始へ復帰す
    るステップと、を含む内燃機関の空燃比制御方法。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の空燃比制御方法におい
    て、前記空気燃料訂正率を計算するステップは、 前記第１排気ガス酸素センサからの第１信号を表示する
    電圧が第１基準電圧より高いかどうかを判定するステッ
    プと、 もし前記判定するステップの結果が肯定であるならば、
    第１比較器の出力を１に等しいように設定するステップ
    と、 もし前記判定するステップの結果が否定であるならば、
    第１比例器の出力を−１に等しいように設定するステッ
    プと、 前記第１比較器の前記出力を記憶するステップと、 前記第１比較器の前記出力の関数として高域通過フィル
    タの出力を計算するステップと、 前記第２排気ガス酸素センサの出力の関数として閉ルー
    プ運転がなされるべきかどうかを判定するステップと、 もし前記閉ループ運転がなされるべきかどうかを判定す
    るステップの結果が否定であるならば、第２比較器の出
    力を０に等しいように設定し、かつ差を前記第１比較器
    の出力に等しいように設定するステップと、 もし閉ループ動作が行われるならば、前記第２排気ガス
    酸素センサの出力信号を表示する電圧が第２基準電圧よ
    り高いかどうかを判定するステップと、 もし前記第２排気ガス酸素センサの出力信号を表示する
    電圧が第２基準電圧より高いかどうかを判定するステッ
    プの結果が否定であるならば、第２比較器の出力を−１
    に等しいように設定するステップと、 もし前記第２排気ガス酸素センサの出力信号を表示する
    電圧が第２基準電圧より高いかどうかを判定するステッ
    プの結果が肯定であるならば、第２比較器の出力を１に
    等しいように設定するステップと、 前記差に前記第２比較器の出力の一定倍とバイアスとを
    加えたものに等しい和を計算するステップと、 前記和を記憶するステップと、 燃料制御に使用する比例積分値を計算するステップと、
    を含む空燃比制御方法。
  9. 【請求項９】 請求項７記載の空燃比制御方法におい
    て、前記空燃比訂正率を計算するステップは、 前記第１排気ガス酸素センサの出力信号を表示する電圧
    を第１基準電圧と比較し、もし第１排気ガス酸素センサ
    の出力信号を表示する電圧が前記第１基準電圧より高く
    なければ第１比較器の出力を−１に等しいように設定
    し、もし第１排気ガス酸素センサの出力信号を表示する
    電圧が前記第１基準電圧より高いならば第１比較器の出
    力を１に等しいように設定するステップと、 前記第１比較器の出力値を記憶するステップと、 前記第１比較器の出力の関数として前記高域通過フィル
    タの出力を計算するステップと、 第２排気ガス酸素センサの出力と関連して閉ループ運転
    が行われるべきかどうかを判定するステップと、 もし前記閉ループ運転が行われるべきかどうかを判定す
    るステップの結果が否定であるならば、制限器を０に等
    しいように設定し、差を前記第１比較器の出力に等しい
    ように設定するステップと、 もし前記閉ループ運転が行われるべきかどうかを判定す
    るステップの結果が肯定であるならば、前記制限器の出
    力を計算するステップと、 前記差に前記制限器の出力の一定倍とバイアスとを加え
    たものに等しい和を計算するステップと、 前記和を記憶するステップと、 燃料制御に使用する比例積分値を計算するステップと、
    を含む空燃比制御方法。
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