JPH05248285A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】空燃比の変化方向で異なる酸素センサの検出応
答性を、高精度に補正し、空燃比制御性を向上させる。 【構成】酸素センサの出力値Ｖ_O2の変化割合ΔＶ_O2を演
算する（Ｓ１，Ｓ２）。そして、該変化割合ΔＶ_O2が、
空燃比がリーン化方向に変化していることを示す場合に
は（Ｓ３）、前記変化割合ΔＶ_O2に所定の補正定数Ｘを
乗算した値を最新の出力値Ｖ_O2に加算して応答遅れ補正
を施す（Ｓ４）。次いで、前記補正された出力値Ｖ_O2を
空燃比を示す値に変換し（Ｓ５）、この空燃比を示す値
に基づいて空燃比フィードバック制御を実行する（Ｓ
６）。

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空燃比制御装
置に関し、詳しくは、機関吸入混合気の空燃比を目標空
燃比にフィードバック制御する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の空燃比フィードバック制御として
は、特開昭６０−２４０８４０号公報等に開示されるよ
うなものがある。このものは、機関吸入混合気の空燃比
と密接な関係にある排気中の酸素濃度を検出する空燃比
センサを設け、この空燃比センサから排気中の酸素濃度
に応じて出力される検出信号と目標空燃比に相当するス
ライスレベルとを比較することで、実際の空燃比が目標
空燃比よりもリッチであるかリーンであるかを判別す
る。

【０００３】そして、リッチ（リーン）であるときに
は、空燃比フィードバック補正値（空気過剰率λコント
ロール補正値）ＡＬＰＨＡを始めに予め設定された比例
操作量Ｐだけ減少（増大）させ、その後は機関負荷状態
に応じて設定される積分操作量Ｉずつ徐々に減少（増
大）させていき、実際の空燃比が目標空燃比付近で反転
を繰り返すように制御するものであり、かかるリッチ・
リーンの繰り返しによって平均的な空燃比が目標空燃比
に制御されるようにしている（図６参照）。

【０００４】しかしながら、上記のような空燃比フィー
ドバック制御装置では、目標空燃比に対するリッチ・リ
ーンのみを判別して制御しており、目標空燃比と実空燃
比との偏差が不明であるために、制御の応答性とハンチ
ング発生の抑止とを両立させることが困難であった。そ
こで、空燃比センサからの検出信号（出力値）を空燃比
を示す値に変換することで、目標空燃比に対する実空燃
比の偏差に応じた制御や前記偏差の変化割合に応じた制
御が行なえるようにした装置が提案されている（図７参
照）。

【０００５】尚、図７では、空燃比センサの出力値を、
空燃比（空気過剰率λ）を示す値ＬＭＤに変換すること
をリニアライズと称しており、リニアライズ後出力と
は、空燃比センサの出力を空燃比を示す値ＬＭＤに変換
した値を示す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的に前
記空燃比センサは、図８に示すように、空燃比の変化方
向によってその検出応答性が異なるため、前述のように
リッチ・リーン判別に基づいて比例・積分制御を行なう
装置においては、目標空燃比に対する実空燃比のリッチ
・リーン反転時に与える比例操作量をその反転方向によ
って変化させることで、前記検出応答性の違いによる制
御点のずれを大まかに補償している（図６参照）。

【０００７】従って、前述のように空燃比センサの検出
信号を空燃比を示す値に変換してから空燃比フィードバ
ック制御に用いる場合においても、前記空燃比変化方向
による検出応答性の違いに対応して何らかの補正を行な
わせる必要がある。しかしながら、操作量を空燃比の変
化方向に応じて補正するように構成しても、前記検出応
答性は空燃比センサ自体の電気的特性によるものである
から、空燃比センサの出力値を空燃比を示す値に変換し
て行なわれる空燃比制御の操作量を補正しても、検出応
答性に関して高精度な補正を施すことはできないという
問題があった。

【０００８】即ち、空燃比センサの出力を空燃比を示す
値に変換する場合には、目標空燃比と実空燃比との偏差
や実空燃比の変化割合に応じた空燃比制御を行なわせる
ことになるが、前記応答性は空燃比センサの出力値がも
つ特性であるから、変換後の値を用いて算出される前記
偏差や変化割合を前記検出応答特性に対応して高精度に
補正することはできず、前記検出応答性の違いによって
高い制御性を発揮させることができなくなる惧れがあっ
た。

【０００９】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、空燃比センサからの出力値を空燃比を示す値に変
換し、この変換後の値に基づいて空燃比制御を行なう装
置において、空燃比の変化方向による空燃比センサの検
出応答性の違いを高精度に補正して、空燃比制御の精度
を向上させることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そのため本発明にかかる
内燃機関の空燃比制御装置は、図１に示すように構成さ
れる。図１において、空燃比センサは、機関吸入混合気
の空燃比によって変化する排気中の特定成分の濃度に感
応して出力値が変化するものであり、応答補正手段は、
空燃比の変化方向による前記空燃比センサの検出応答性
の違いに対応する補正を前記空燃比センサの出力値に対
して施す。

【００１１】また、出力変換手段は、応答補正手段で補
正された出力値を空燃比を示す値に変換する。そして、
空燃比制御手段は、出力変換手段で得られた空燃比を示
す値に基づいて機関吸入混合気の空燃比を目標空燃比に
フィードバック制御する。ここで、前記応答補正手段
が、前記空燃比センサの出力値の変化方向に基づいて空
燃比の変化方向を検知すると共に、前記出力値の変化割
合と空燃比の変化方向に応じた所定の補正定数とに基づ
いて設定した補正値によって前記出力値を補正する構成
とすれば良い。

【００１２】

【作用】かかる構成によると、空燃比センサの出力値
は、まず、空燃比の変化方向による検出応答性の違いに
対応すべく補正され、次いで、空燃比を示す値に変換さ
れる。そして、前記実際の空燃比を示す値を用いて目標
空燃比を得るためのフィードバック制御を実行する。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。一実施例
を示す図２において、内燃機関１にはエアクリーナ２か
ら吸気ダクト３，スロットル弁４及び吸気マニホールド
５を介して空気が吸入される。吸気マニホールド５の各
ブランチ部には、各気筒別に燃料噴射弁６が設けられて
いる。この燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電されて開
弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であっ
て、後述するコントロールユニット12からの駆動パルス
信号により通電されて開弁し、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の圧力
に調整された燃料を、機関１に噴射供給する。

【００１４】機関１の各燃焼室には点火栓７が設けられ
ていて、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させ
る。そして、機関１からは、排気マニホールド８，排気
ダクト９，触媒10及びマフラー11を介して排気が排出さ
れる。コントロールユニット12は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，Ｒ
ＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等を含ん
で構成されるマイクロコンピュータを備え、各種のセン
サからの入力信号を受け、後述の如く演算処理して、燃
料噴射弁６の作動（機関への燃料供給量）を制御する。

【００１５】前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３
中にエアフローメータ13が設けられていて、機関１の吸
入空気流量Ｑに応じた信号を出力する。また、クランク
角センサ14が設けられていて、本実施例の４気筒の場
合、クランク角180 °毎の基準信号ＲＥＦと、クランク
角１°又は２°毎の単位信号ＰＯＳとを出力する。ここ
で、基準信号ＲＥＦの周期、或いは、所定時間内におけ
る単位信号ＰＯＳの発生数を計測することにより、機関
回転速度Ｎｅを算出できる。

【００１６】また、機関１のウォータジャケットの冷却
水温度Ｔｗを検出する水温センサ15が設けられている。
また、排気マニホールド８の集合部に空燃比センサとし
ての酸素センサ16が設けられ、機関吸入混合気の空燃比
によって変化する排気中の特定成分である排気中酸素濃
度を介して機関吸入混合気の空燃比を検出する。前記酸
素センサ16は、例えば基準気体としての大気中の酸素濃
度と排気中の酸素濃度との比に応じた起電力を発生する
公知のジルコニア酸素センサであり、機関吸入混合気の
空燃比（空気過剰率λ）に対して図５に示すような静的
出力特性を有する。

【００１７】尚、空燃比センサを、前記ジルコニア酸素
センサに限定するものではない。ここにおいて、コント
ロールユニット12に内蔵されたマイクロコンピュータの
ＣＰＵは、図３及び図４のフローチャートに示すＲＯＭ
上のプログラムに従って演算処理を行い、空燃比フィー
ドバック制御を実行する。尚、本実施例において、応答
補正手段，出力変換手段，空燃比制御手段としての機能
は、前記図３及び図４のフローチャートに示すようにコ
ントロールユニット12がソフトウェア的に備えている。

【００１８】図３のフローチャートに示すプログラム
は、吸入空気流量Ｑと機関回転速度Ｎｅとに基づいて算
出される基本燃料噴射量Ｔｐ（←Ｋ×Ｑ／Ｎ；Ｋは定
数）に乗算される空燃比フィードバック補正値ＡＬＰＨ
Ａを、比例・積分・微分制御（Ｐ．Ｉ．Ｄ制御）により
設定するプログラムである。まず、ステップ１（図中で
はＳ１としてある。以下同様）では、酸素センサ16から
排気中の酸素濃度に応じて出力される電圧値Ｖ_O2を読み
込む。

【００１９】そして、次のステップ２では、今回上記ス
テップ１で読み込まれた最新の電圧値Ｖ_O2と前回の電圧
値Ｖ_O2-1と差分を演算し、これを出力電圧値Ｖ_O2の変化
割合ΔＶ_O2＝Ｖ_O2−Ｖ_O2-1とする。ステップ３では、前
記変化割合ΔＶ_O2がマイナス値であるか否かを判別する
ことによって、空燃比の変化方向を検知する。本実施例
の酸素センサ16は、図５に示すような静的出力特性を有
するから、出力電圧値Ｖ_O2の減少変化は空燃比のリッチ
→リーン変化を示すことになり、出力電圧値Ｖ_O2が減少
変化すれば、前記変化割合ΔＶ_O2はマイナスの値として
算出されることになる。

【００２０】空燃比がリーン方向に変化していて前記変
化割合ΔＶ_O2がマイナスの値として算出されるときに
は、ステップ４へ進み、前記変化割合ΔＶ_O2に所定の補
正定数Ｘ（＞０）を乗算した値を、最新の出力電圧値Ｖ
_O2に加算し、該加算結果を最終的に今回の出力電圧値Ｖ
_O2とする。尚、空燃比がリーン方向に変化していて前記
ステップ４における補正演算が行なわれる場合には、ス
テップ２で用いられる前回の電圧値Ｖ_O2-1とはステップ
４における補正結果の出力電圧値Ｖ_O2となる。

【００２１】前記ステップ４における補正演算を行なえ
ば、変化割合ΔＶ_O2の所定数倍として算出される補正値
は、変化割合ΔＶ_O2がマイナス値であるからマイナスの
値であり、これを最新の出力電圧値Ｖ_O2に加えること
は、最新の出力電圧値Ｖ_O2を減少変化割合に応じて減少
補正することになり、補正結果としての電圧値Ｖ_O2は、
補正前の出力電圧値Ｖ_O2よりも早い応答で減少すること
になる。

【００２２】本実施例の酸素センサ16は、図８に示すよ
うに、空燃比がリーン→リッチ方向に変化する場合に比
べリッチ→リーン方向の変化に対する応答性が遅れる特
性を有するものとする。従って、前述のように、検出応
答の遅いリッチ→リーン方向の空燃比変化時に出力電圧
値Ｖ_O2の減少変化を演算上で早めるように補正すること
で、空燃比の変化方向の如何に関わらず略同じような検
出応答性で出力を変化させることができるようになり、
後述する前記出力電圧値Ｖ_O2を用いた空燃比制御の精度
が応答特性のアンバランスによって悪化することを防止
できる。

【００２３】然も、空燃比の変化方向による検出応答性
の違いは、酸素センサ16の電気的な特性によるものであ
るから、出力電圧値Ｖ_O2の変化割合に応じて補正するこ
とで、高い精度で応答遅れを補正できることになる。出
力電圧値Ｖ_O2に対する応答補正が行なわれると、次にス
テップ５へ進み、出力電圧値Ｖ_O2を空燃比を示す値（例
えば空気過剰率λ）ＬＭＤに変換する処理を行なう。即
ち、出力電圧値Ｖ_O2と空燃比との関係を、図５に示すよ
うにして予め求めておき、出力電圧値Ｖ_O2が空燃比とし
てどの値に相当するかを求めるものである。

【００２４】そして、次のステップ６では、前記実際の
空燃比を示す値ＬＭＤに基づく空燃比フィードバック補
正値ＡＬＰＨＡの演算を行なう。この空燃比フィードバ
ック補正値ＡＬＰＨＡの演算の様子は、図４のフローチ
ャートに示してある。図４のフローチャートにおいて
は、まず、ステップ11では、出力電圧値Ｖ_O2から換算し
た空燃比を示す値ＬＭＤと、所定の目標空燃比に相当す
る値ＴＧＬＭＤとの偏差ＥＲＬＭＤを演算する。

【００２５】次のステップ12では、前記偏差ＥＲＬＭＤ
の変化割合ＤＥＲＬＭＤを、今回演算された偏差ＥＲＬ
ＭＤと前回演算された偏差ＥＲＬＭＤ_-1との偏差として
求める。更に、ステップ13では、前記偏差ＥＲＬＭＤの
積分値ＩＥＲＬＭＤを、前回までの積分値ＩＥＲＬＭＤ
に今回演算された偏差ＥＲＬＭＤを加算して更新する。

【００２６】そして、ステップ14では、前記偏差ＥＲＬ
ＭＤ，積分値ＩＥＲＬＭＤ，変化割合ＤＥＲＬＭＤに、
それぞれ比例定数ＫＰ，積分定数ＫＩ，微分定数ＫＤを
乗算して、比例操作量Ｐ←ＫＰ×ＥＲＬＭＤ，積分操作
量Ｉ←ＫＩ×ＩＥＲＬＭＤ，微分操作量Ｄ←ＫＤ×ＤＥ
ＲＬＭＤを設定する。ステップ15では、前記比例操作量
Ｐ，積分操作量Ｉ，微分操作量Ｄの総和に基準値1.0 を
加算した値を、新たな空燃比フィードバック補正値ＡＬ
ＰＨＡとしてセットする。

【００２７】ここで設定された空燃比フィードバック補
正値ＡＬＰＨＡは、機関の吸入空気量に応じて設定され
る基本燃料噴射量Ｔｐに乗算されて、この空燃比フィー
ドバック補正値ＡＬＰＨＡで補正された燃料噴射量Ｔｉ
に対応するパルス巾の駆動パルス信号を燃料噴射弁６に
出力することで、機関吸入混合気の空燃比を燃料供給量
の調整によって目標空燃比に制御する。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、空
燃比センサからの出力値を空燃比を示す値に変換して行
なわれる空燃比フィードバック制御において、空燃比の
変化方向による前記空燃比センサの検出応答性の違いを
高精度に補正することができ、以て、空燃比制御性を向
上させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例を示すシステム概略図。

【図３】実施例の空燃比フィードバック制御を示すフロ
ーチャート。

【図４】実施例の空燃比フィードバック制御を示すフロ
ーチャート。

【図５】酸素センサ（空燃比センサ）の静的出力特性を
示す線図。

【図６】リッチ・リーン判別に基づくフィードバック制
御の様子を示すタイムチャート。

【図７】センサ出力を空燃比を示す値に変換して行なわ
れるフィードバック制御の様子を示すタイムチャート。

【図８】空燃比の変化方向による検出応答性の違いを示
すタイムチャート。

【符号の説明】

１ 機関 ６ 燃料噴射弁 12 コントロールユニット 13 エアフローメータ 14 クランク角センサ 16 酸素センサ（空燃比センサ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関吸入混合気の空燃比によって変化する
   排気中の特定成分の濃度に感応して出力値が変化する空
   燃比センサと、 空燃比の変化方向による前記空燃比センサの検出応答性
   の違いに対応する補正を前記空燃比センサの出力値に対
   して施す応答補正手段と、 該応答補正手段で補正された出力値を空燃比を示す値に
   変換する出力変換手段と、 該出力変換手段で得られた空燃比を示す値に基づいて機
   関吸入混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制
   御する空燃比制御手段と、 を含んで構成された内燃機関の空燃比制御装置。
2. 【請求項２】前記応答補正手段が、前記空燃比センサの
   出力値の変化方向に基づいて空燃比の変化方向を検知す
   ると共に、前記出力値の変化割合と空燃比の変化方向に
   応じた所定の補正定数とに基づいて設定した補正値によ
   って前記出力値を補正する構成であることを特徴とする
   請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。