JPH0528364Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、内燃機関の気筒内に供給する混合
気の空燃比を制御する空燃比制御装置に関する。

〔従来の技術〕

近時、特に自動車用内燃機関における排気対
策、運転性及び燃費の向上等の要求により、気筒
に供給する混合気の空燃比を精度よく目標値に制
御する空燃比制御が行なわれている。

そのため、例えば電子制御燃料噴射装置を用い
た内燃機関の場合、吸入空気量と機関回転数とに
より燃料の基本噴射量を決定し、それにその時の
機関状態に応じて種々の増量補正等を行なうと共
に、O₂センサ等を用いて機関排気通路内の酸素
濃度を検出することによつて実際の空燃比を検出
し、その検出結果に応じた空燃比フイードバツク
制御補正係数による補正を行なつて燃料噴射量を
制御することにより空燃比を目標値（理論空燃
比）に制御するようにしている。

また、電子制御式キヤブレータを用いた内燃機
関の場合には、機関の要求する燃料の基本供給量
は気化器（キヤブレータ）自体で決まるので、気
化器内に設けた混合比制御ソレノイドをオン・オ
フ制御することにより、増量補正分をフイードバ
ツク制御して、空燃比を目標値と一致させるよう
にしている。

しかしながら、このような従来の空燃比制御装
置においては、機関（以下「エンジン」ともい
う）が充分に暖まつた状態で、しかも一般に排気
浄化システムに三元触媒を使用するため、理論空
燃比が必要な限られた運転状態でのみ、フイード
バツク制御による精度の高い空燃比制御を行なつ
ていた。

したがつて、コールド状態からの始動後の暖機
運転中や高負荷域の運転状態では、上述のような
空燃比のフイードバツク制御（クローズド制御）
は行なわず、機関温度や負荷状態に応じて予め記
憶した各種増量補正係数等によるオープン制御の
みを行なつていた。

そのため、エンジン自体の特性や燃料供給系の
個々の部品のバラツキ、あるいは経年変化等の影
響により制御精度の悪化を招き、暖機運転中や高
負荷域の運転状態において、排気特性の劣化や運
転性が悪化する恐れがあつた。

また、大幅な低燃費化を実現するためには、空
燃比（以下「Ａ／Ｆ」ともいう）が理論空燃比
（Ａ／Ｆ＝14.7）より大きいリーン域で希薄燃焼
を行なうようにすることが有効であるが、その場
合、エンジンの燃焼安定限界内で運転状態に応じ
て決定した目標Ａ／Ｆになるように、Ａ／Ｆを精
度よくフイードバツク制御することが必要であ
る。

このような問題を解決するため、例えば特開昭
60−178942号公報に記載されているように、新し
いタイプの酸素センサを用いた空燃比検出回路に
よる空燃比検出手段（以下「Ａ／Ｆセンサ」とも
いう）により、実際の空燃比をリツチ域（Ａ／Ｆ
が理論空燃比より小さい領域）からリーン域まで
広範囲に検出できるようにすると共に、機関の要
求空燃比がリツチ域及びリーン域となる運転域を
含む機関運転状態に応じた目標空燃比を決定し
て、その目標空燃比と上記Ａ／Ｆセンサによつて
検出される空燃比とが一致するように、広範囲の
目標Ａ／Ｆに対してフイードバツク制御するよう
にした空燃比制御装置が既に本出願人によつて開
発されている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

このような従来の空燃比制御装置においては、
Ａ／Ｆのフイードバツク制御を行なうために、目
標Ａ／ＦとＡ／Ｆセンサによつて検出されたＡ／
Ｆとの差及びフイードバツク制御の定数（一般に
積分定数と比例定数）とによつて空燃比補正係数
αを算出し、それによつてエンジンの要求値に応
じて決定される燃料供給量を補正することによつ
て空燃比をフイードバツク制御するようにしてい
るが、その場合のフイードバツク制御の定数は常
に一定であつた。

ところで、排気浄化のために三元触媒を使用す
るシステムでは、Ａ／Ｆが理論空燃比（以下「ス
トイキ」ともいう）になつていないと浄化効率が
低下してしまう特性がある。

したがつて、目標Ａ／Ｆがストイキ以外の運転
領域からストイキの運転領域に移り変つた場合
は、出来るだけ速やかに且つオーバーシユートを
小さくフイードバツク制御する必要がある。

ところが、目標Ａ／Ｆがストイキであつても、
実際にはそれが真のストイキからは若干ずれてい
ることが往々にしてあり、そのような場合に実際
のＡ／Ｆを目標Ａ／Ｆに安定的に一致させるよう
に制御すると、真のストイキからずれたままの状
態が継続することになり、三元触媒の浄化効率が
低下するという問題点があつた。

この考案は、このような問題点を解決するため
になされたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため、この考案による空燃比制御装置は、
目標空燃比が理論空燃比に設定されている場合
に、実際の空燃比と目標空燃比との偏差が予め設
定した値を越えている時にはフイードバツク制御
の定数を小さくして安定的なフイードバツク制御
を行ない、上記偏差が設定値以下の時にはフイー
ドバツク制御の定数を大きくして非安定的なフイ
ードバツク制御を行なうようにしたものであり、
その基本的構成は第１図に機能ブロツク図で示す
ようになる。

すなわち、内燃機関Ａの吸入空気量Qa、回転
数Ｎ、冷却水温TW等の運転状態に応じて燃料供
給量決定手段Ｂによつて決定される燃料供給量を
空燃比補正手段Ｃを介して補正して、吸入空気と
混合した混合気を内燃機関Ａの燃焼室へ送つて燃
焼させ、その排気ガス中の酸素濃度から空燃比検
出手段Ｄが上記混合気の空燃比を検出し、目標空
燃比決定手段Ｅが機関の運転状態（回転数Ｎ、負
荷、冷却水温TW等）に応じて決定した目標空燃
比との差及びフイードバツク制御の定数とによつ
て、空燃比補正係数算出手段Ｆが補正係数αを算
出し、そのαによつて空燃比補正手段Ｃが空燃比
を補正するようにした内燃機関の空燃比制御装置
において、 空燃比検出手段Ｄによつて検出した実際の空燃
比と目標空燃比決定手段Ｅによつて決定した目標
空燃比との偏差を演算する偏差演算手段Ｇと、目
標空燃比が理論空燃比に設定されている場合で、
前記偏差演算手段Ｇによつて演算された実際の空
燃比と理論空燃比の偏差が設定値を越えている時
のフイードバツク制御定数KS2と、前記偏差が設
定値以下の時のフイードバツク制御定数KS1と、
目標空燃比が理論空燃比よりリツチ域あるいはリ
ーン域に設定されている場合のフイードバツク制
御定数KR，KLとを、KS1＞KS2＞（KR，KL）
の関係を満たすように設定し、前記フイードバツ
ク制御定数KS2を用いて、実際の空燃比が理論空
燃比に安定的に等しくなるように制御する安定制
御手段Ｈと、前記フイードバツク制御定数KS1を
用いて、実際の空燃比が理論空燃比を中心として
振動するように制御する非安定制御手段Ｉとを設
けたものである。

〔作用〕

このように構成することにより、ストイキ制御
において、実際の空燃比が目標空燃比（ストイ
キ）に向かつて安定に近づくまでは、小さい定数
（但し、リツチあるいはリーン制御時の定数より
は大きい定数）に基づく収束的なフイードバツク
制御によりオーバーシユートのない速やかな制御
特性が得られ、目標空燃比に近づいた時には、大
きい定数に基づき目標空燃比を中心とする振動的
なフイードバツク制御が行なわれるため、第２図
に示すように目標空燃比TLが真のストイキ（理
論空燃比）Tλから多少ずれていたとしても、実
際の空燃比（Ａ／Ｆ）が真のストイキTλを横切
る機会が増加するため、安定に制御した時よりも
三元触媒による排気浄化効率が向上する。

〔実施例〕

以下、この考案の実施例を図面の第３図以降に
基づいて説明する。

第３図は、この考案による空燃比制御装置を備
えた内燃機関のシステム構成図である。

このシステムにおいて、１はエンジン本体であ
り、吸入空気はエアクリーナ２から吸気管３を通
して各気筒の燃焼室１ａに吸入されるが、その際
後述するコントロールユニツト１０からの噴射信
号Siに基づいてインジエクタ４から噴射される燃
料と混合して混合気となる。

そして、コントロールユニツト１０からの点火
信号IAによつて、各気筒毎に設けられた点火プ
ラグ５が各点火時期に順次作動して吸入した混合
気を燃焼させ、ピストン６を駆動する。実際には
点火コイルを含む点火回路を必要とするが、図示
を省略している。

燃焼後の排気は、排気管７を通して触媒コンバ
ータ８に導入され、そこで排気中の有害成分であ
る（HC，CO，NOx）が三元触媒により清浄化
されて排出される。

吸入空気流量は吸気管３内の絞り弁（スロツト
ルバルバルブ）９によつて制御され、その吸入空
気流量Qaがエアフローメータ１１によつて検出
される。また、絞り弁９の開度Cvが絞り弁開度
センサ１２により、吸気管３の絞り弁９より内側
の圧力（吸入負圧）が圧力センサ１３によつてそ
れぞれ検出される。

さらに、エンジンの回転数Ｎがクランク角セン
サ１４からのパルス信号により検出され、ウオー
タジヤケツト１ｂ内を流れる冷却水の温度Twが
水温センサ１５により、排気中の酸素濃度が酸素
センサ１６によつてそれぞれ検出される。なお、
酸素センサ１６及びそれによるＡ／Ｆ検出回路の
具体例は後述する。

吸気管３のインジエクタ４付近にスワールバル
ブ１７が設けられており、コントロールユニツト
１０からの信号によつて制御されるソレノイド弁
１９を介して導入される負圧によつて作動される
駆動弁１８により開閉駆動される。

このスワールバルブ１７は、例えば特開昭58−
195048号公報にも見られるように、閉じることに
よつて吸気通路を狭めてヘリカルポートを通過さ
せるようにし、燃焼室１ａ内にスワール（渦流）
を生じさせて燃焼を早める役目をなすもので、リ
ーン域での失火限界を伸ばし、稀薄空燃比で安定
した燃焼を得るのに有効である。

なお、IVは吸気弁、EVは排気弁で、それぞれ
エンジン本体１の各気筒の燃焼室１ａに対して設
けられている。

コントロールユニツト１０は、この考案による
空燃比制御のほかに、点火時間の制御及びスワー
ルコントロールバルブの制御も行なうものであ
り、前述のエアフローメータ１１及び各センサ１
２〜１６からの信号を入力して、それらの入力情
報に基づいて、燃料噴射量及び点火時機時期を算
出して噴射信号Si及び点火信号IAを出力し、ま
たソレノイド弁１９の制御信号を出力してスワー
ルバルブ１７を開閉制御し、その結果、エンジン
の運転状態に応じた最適な燃焼を行なわせるもの
である。

このコントロールユニツト１０は、CPU，
ROM，RAM及び入出力インタフエース（Ａ／
Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路を含む）等からなる
マイクロコンピユータと、出力用のドライバ回
路、後述する空燃比検出回路等によつて構成され
ている。

次に、第３図における酸素センサ１６及びそれ
によつて広範囲なＡ／Ｆを検出する空燃比検出回
路の具体例について説明する。

先ず、この実施例に使用する酸素センサ１６の
構成を第４図によつて説明すると、加熱用ヒータ
２１を設けた基板２０上にチヤンネル状の大気導
入部２３を形成した大気導入板２２を積層し、そ
の上に酸素イオン伝導性の板状固体電解質２４を
積層しており、この固体電解質２４の下面には基
準電極２５が、それに対応する上面にはポンプ電
極２６とセンサ電極２７がそれぞれ印刷により設
けられている。

さらにこの固体電解質２４の上に、被測定ガス
（排気）を導入するガス導入部２９を窓状に形成
した板状体２８を積層し、その上にガスの拡散を
規制する小孔３１を設けた板状体３０を積層して
構成されている。

また、基板２０、大気導入板２２、および板状
体２８，３０は、アルミナ、ムライト等の耐熱性
絶縁材料、あるいは耐熱性合金等によつて形成さ
れる。固体電解質２４としては、酸素イオン伝導
体であるZrO₂，HrO₂，ThO₂，Bi₂O₃等の酸化物
にCa₂Ｏ，MgO，Y₂O₃，YB₂O₃等を固溶させた
焼結体が用いられる。

各電極２５〜２７は白金又は金を主成分とす
る。そして、ポンプ電極２６と基準電極２５が、
固体電解質２４に酸素イオンの移動を生じさせて
上下両面間の酸素分圧比を一定に保つ電流を流す
ための電極を構成し、センサ電極２７と基準電極
２５が、固体電解質２４の両面間の酸素分圧比に
よつて発生する電圧を検出するための電極を構成
している。

この酸素センサ１６を用いて燃焼室に供給され
る混合気の空燃比を検出する空燃比検出回路４０
は、第５図に示すように、目標電圧Va（負電圧）
を発生する電圧源４１、差動アンプ４２、ポンプ
電流供給部４３、抵抗４４及びその両端電圧から
ポンプ電流Ipを検出する電流検出部４５によつて
構成されている。

そして、差動アンプ４２は、前述した酸素セン
サ１６の基準電極２５に対するセンサ電極２７の
電位Vs（負電圧）を目標電圧Vaと比較して、そ
の差ΔVs＝Vs−Vaを算出する。

ポンプ電流供給部４３は、この差動アンプ４２
の出力ΔVsがゼロになるように、酸素センサ１
６のポンプ電極２６からポンプ電流Ipを流し出す
（あるいは流し込む）。すなわち、ΔVsが正の時
はIpを増やし、ΔVsが負の時はIpを減らす。

ポンプ電流検出部４５は、抵抗４４の両端間の
電位差によりポンプ電流Ipを電圧Vi（Vi∝Ip）に
変換して検出する。なお、ポンプ電流Ipは第５図
に実線矢印で示す方向を正とし、その時検出電圧
Viも正になり、破線矢印で示す逆方向の時は負
になる。

目標電圧Vaを、酸素センサ１６のガス導入部
２９内の酸素濃度が所定値に維持されていると
き、すなわち固体電解質２４の両面間の酸素分圧
比が所定値となるときの基準電極２５とセンサ電
極２７の間に発生される電圧Vsに相当する値に
設定しておくと、この空燃比検出回路４０によつ
て検出されるポンプ電流Ipは、第６図に示すよう
にＡ／Ｆと一義的に対応する。

したがつて、この回路によつて現空燃比をリツ
チ域からリーン域まで広範囲に亘つて精度よく検
出することができる。

なお、この考案に使用する空燃比検出手段はこ
れに限るものではなく、Ａ／Ｆをリツチ域からリ
ーン域まで広範囲に亘つて精度よく検出できるも
のであればよく、そのような種々のものが既に知
られている。

この考案による空燃比制御装置の機能は殆ど第
３図のコントロールユニツト１０によつてなさ
れ、特に第１図のＢ，Ｃ及びＥ〜Ｉの各手段の機
能は内蔵のマイクロコンピユータによつてなされ
る。

一般に、エンジンを運転するのに最適な空燃比
は、エンジン本体の仕様とともにエンジンの暖機
状態、負荷状態を含め運転状態により異る。

定常状態でのエンジンの要求空燃比の一例を第
７図，第８図に示す。

第７図で領域イは一般市街地走行を含めた使用
頻度の高い領域で、排気浄化システムで三元触媒
を使つている場合には、Ａ／Ｆが約14.7の理論空
燃比付近を使い、酸化触媒を使つている場合はそ
れよりも一般的に薄い空燃比がよい。

領域口は拘束高負荷領域で、領域イと同じ空燃
比で運転してもよいが燃費向上の面から理論空燃 比より薄い（リーン域；Ａ／F20〜23）で運転す
るのが望ましい。

領域ハは高負荷全開域で、高出力を得るためと
排気温上昇によるエンジン破壊等を防止する冷却
効果を得るため、濃い空燃比（リツチ域；Ａ／
F10〜13）で運転するのが望ましい。

第８図は、第７図に１点鎖線で示すＡ−Ｂライ
ンの負荷と要求空燃比との関係を表わしたもので
ある。この図から判るように定常状態であつても
エンジンの要求空燃比は一定ではない。

第９図は、エンジンの暖機状態による定常無負
荷時の要求空燃比の例である。この図ではエンジ
ンの暖機状態のパラメータとしてエンジン冷却水
温をとつており、それとエンジン回転速度による
要求空燃比を示している。

この図から明らかなように、エンジン冷却水温
が低い程、またエンジン回転速度が低い程濃い空
燃比が要求される。

このように、エンジンの要求空燃比は、エンジ
ン回転速度（回転数Ｎ）負荷状態（吸入空気流量
Qa又は吸入負圧Pvによつて検出できる）と、暖
機状態を示す冷却水温Twとによつて異なるの
で、目標空燃比（TLとする）もこれらの入力情
報に基づいて算出して決定する。

次に、燃料供給量の決定及び空燃比補正機能に
ついて説明する。

燃料供給量は、第３図のインジエクタ４を駆動
する噴射信号Siのパルス幅によつて決まるので、
このパルス幅Tiを次式によつて算出して求める。

Ti＝QA×KMR×COFF×α＋Ts Q_Aは１気筒当りの吸入空気量で、定常運転状
態では第３図のエアフローメータ１１からの検出
信号Qaとエンジン回転数Ｎにより算出されるが、
吸気温による補正等が加えられる。また、過渡時
においては、絞り弁開度センサ１２の出力Cvや
圧力センサ１０の出力Pvによつて補正される。

KMRはエンジンの要求空燃比の逆数に相当す
る係数で目標空燃比TLと同様に、エンジン回転
数Ｎと負荷状態、及び冷却水温Twとによつて算
出される。

COEFは過渡時の燃料補正係数であり、燃料の
気化や壁流割合等によつて定められるものである
が、具体的には加減速度の大小や暖機状態（冷却
水温Tw）および運転状態や始動直後か否か等に
よつて算出される。

ここで加速時の増量補正係数をKACCとし、減
速時の減量補正係数をKDECとすると、次のよう
になる。

COEF＝（１＋KACC−KDEC） このKACC及びKDECは、例えば、特開昭58−
144642号公報にも記載されているが、例えば第１
０図Ａ，Ｂ，Ｃに示すようなアイドルスイツチ
（アクセルを離している時にオンで踏み込んだ時
にオフになるスイツチ）のオン・オフ、絞り弁開
度Cvの変化速度、及び吸気管圧力Pvの変化速度
によつて、同図Ｄに太線で示すように設定され
る。

αは前述した酸素センサ１６とＡ／Ｆ検出回路
４０によつて検出される実際のＡ／Ｆ（センサ出
力Ip）が目標空燃比TLとなるようにフイードバ
ツク制御する時の補正係数であり、次式によつて
算出される。

α＝α′±Kp×Dip α′＝α′（前回）±Ki×Dip （＋；リーンずれしている場合、−；リツチず
れしている場合） Dip＝｜Ip−TL｜ Kp：比例分補正定数 Ki：積分分補正定数 この実施例においては、この定数Kp（ｐ分），
Ki（ｉ分）を第１１図イに示すように目標空燃比
TLがリーンかストイキがリツチかによつて異な
る値に設定すると共に、TLに対してリーン側に
ずれている（リーンズれ）かリツチ側にずれてい
るか（リツチずれ）かによつても異なる値に設定
する。

第１１図イ中Kp，Kiの次の３字目のＬはリー
ンずれをＲはリツチずれを示し、４字目のＬ，
Ｓ，Ｒはリーン、ストイキ、リツチを示してい
る。

ここで、これらの各定数の大小関係を示すと次
のようになる。

(ア) KpLS＞KpLL，KpLS＞KpLS (イ) KiLS＞KiLL，KiLS＞KiLR (ウ) KpRS＞KpRL，KpRS＞KpRR (エ) KiRS＞KiRL，KiRS＞KiRR (オ) KpLS≧KpRS，KiLS≧KiRS 但し、上記（ア）及び（イ）の何れか一方、若
しくは（ウ）及び（エ）の何れか一方には等号を
付けても構わない。

すなわち、TLが理論空燃比の時にはTLがリツ
チ域及びリーン域にある時よりKp，Kiを大きく
している。

なお、ストイキ時の定数は、空燃比で例えば
0.3程度の振幅の振動が得られるように設定する
ば良く、定数を大きくする程振幅が大きくなる傾
向にある。

但し、定数をあまり大きくし過ぎると、かえつ
て三元触媒による浄化作用が損われるばかりか、
トルク変動も発生してくる。

また、第１１図イ中のTLがストイキ時の
KpLS，KiLS，KpRS，KiRSは、第１１図ロに
示すように夫々非安定制御定数（５字目が１）と
安定制御定数（５字目が２）とに分れる。

そして、第１１図ロの各定数の大小関係を示す
と次のようになる。

(カ) KpLS1≧KpLS2，KiLS1≧KiLS2 (キ) KpRS1≧KpRS2，KiRS1≧KiRS2 (ク) （KpLS1＋KiLS1＋KpRS1＋KiRS1）＞
（KpLS2＋KiLS2＋KpRS2＋KiRS2） すなわち、目標空燃比TLがストイキの時にお
いては、実際のＡ／ＦとTLとの偏差DIPが予じ
め設定した値を越えている時の定数より、越えて
いない時の定数の方を大きくしている。

なお、前記Tiを求める式におけるTsは無効パ
ルス幅である。

次に、第３図のコントロールユニツト１０にお
けるＡ／Ｆ制御動作を、第１２図及び第１３図に
示すフローチヤートによつて説明する。

第１２図のＡ／Ｆフイードバツク制御のルーチ
ンがスタートすると、まずステツプ１でフイード
バツク制御系が故障していないかどうか、すなわ
ちＡ／Ｆのフイードバツク制御が正常になされて
いるか否かを判断する。

故障している場合には他のルーチンで、例えば
酸素センサのヒータが断線していると、それをチ
エツクするルーチンで故障フラグFABNを立て
る（“１”にする）。

したがつて、ステツプ１でFABN＝１であれ
ば、フイードバツク制御系が故障していると判断
して、以下のフイードバツク制御に関する処理は
行なわずにステツプ18へ進んで、λコントロール
用の空燃比補正係数α（この例では後述する積分
分の定数による補正係数α′も）を100％にクラン
プ（固定）し、ステツプ20でクローズ・オープン
フラグFCOを“０”にしてメインルーチンヘリ
ターンする。すなわち、オープン制御に切り換え
ることになる。

このフラグFCOは、フイードバツク制御して
いるかオープン制御しているかを示すフラグで、
“１”がフイードバツク制御状態、“０”がオープ
ン制御状態を示す。

ステツプ１でFABN＝１でなければ、フイー
ドバツク制御系が正常であると判断してステツプ
２へ進む。ここではＡ／Ｆの目標値TLを算出す
る。これは、前述したようにエンジンの運転状態
（回転数、負荷、冷却水温）に応じて算出される。

次に、ステツプ３で前述した空燃比検出回路の
出力Ipを読込む。そして、ステツプ４でTLデイ
レイを行なう。

これは、空燃比を排気側で検出しているので、
燃料を噴射してから燃焼して排気が出てくるまで
の時間だけ時間的に検出が遅れるので、その時点
で算出された目標値TLによる制御結果は上述し
た時間後に表われることになるので、その時間だ
け目標値を遅らせるためである。

次に、ステツプ５でIp通電オフかどうかを判断
する。これは、例えば始動直後に酸素センサのヒ
ータが充分に暖まつていないときには、空燃比検
出回路によるIpは流さないので、その時は実際の
空燃比を検出できないから、通電していないとき
にはやはりステツプ18へ進んで、α，α′を100％
にクランプする。

Ipが流れていれば、次にステツプ６でエンジン
冷却水温が−30℃以下否かを判断する。そして、
−30℃以下の場合すなわち非常に寒い時には、燃
料の燃焼があまり良くないので誤差が大きくなる
ため、やはりステツプ18へ進んでα，α′を100％
にクランプしてオープン制御に切換える。

ステツプ６で−30℃以下でなければ、次にステ
ツプ７，８で、燃料噴射量の加速増量補正係数
KACCが所定値Ａより大きいか、あるいは減速減
量補正係数KDECが所定値Ｂより大きいかを判断
し、いずれかがＡ又はＢより大きい時、あるいは
このＡ，Ｂは「０」でもよいので、KACC又は
KDECがある時にはα，α′をクランプする。

さらに、ステツプ９でフユーエルカツト状態か
否かを判断して、フユーエルカツト状態の時にも
同様にα，α′をクランプする。

但し、これら場合のクランプは、α，α′を必ず
しも100％にクランプするということではなく、
その時にＡ／Ｆのフイードバツク制御が定常状態
になつていたかどうかによつてクランプの仕方が
異なる。

すなわち、ステツプ７，８，９のいずれかで
YESならばステツプ19へ進んで、ステデイステ
イトのカウンタCSTDのカウント値が定常状態に
なるのに必要な設定値Ｘより大きいか否かを判断
する。大きければ定常状態に収束しているので、
何もせずにステツプ20でクローズ・オープンフラ
グFOCを０にしてメインルーチンヘリターンし、
オープン制御を行なうことになる。

ここで、何もしないということは、前回演算さ
れたα，α′がそのままクランプされるということ
で、例えばα＝110％で収束していた場合には、
その110％をそのまま保持する。

カウンタCSTDのカウント値が設定値Ｘに達し
ていない場合は、フイードバツク制御が定常状態
に収束していなかつたので、ステツプ18へ進んで
α，α′を100％にクランプしてオープン制御を行
なうことになる。

一方、ステツプ７，８，９でいずれもNOであ
れば、フイードバツク制御を行なうことになる
が、まずステツプ10でクローズ・オープンフラグ
FCOをチエツクし、FCO＝１であれば前回もフ
イードバツク制御状態であつたので、ステツプ
11，12を飛ばしてステツプ13へ進む。

FCO＝０の場合は、前回がオープン制御状態
であり、これから新たにフイードバツク制御を行
なうことになるので、ステツプ11で前述のカウン
タCSTDをクリアして初期状態にし、ステツプ12
でフラグFCOを“１”（フイードバツク制御状態
を示す）にした後ステツプ13へ進む。

ステツプ13ではカウンタCSTDのカウント値が
設定値Ｘより大きいかどうかをチエツクし、大き
ければステツプ14を飛ばしてステツプ15へ進み、
大きくなければステツプ14でカウンタCSTDをイ
ンクリメントする。

そして、ステツプ15ではIpの異常判断を行な
う。すなわち、空燃比検出回路のIpに相当する出
力電圧Viが0Vまたは5V（電源電圧）になつてい
たりしないかどうかを見る。

次に、ステツプ16ではVsの異常判断を行なう。
このVsは酸素センサ１６のセンサ電極からの出
力電圧であり、この電圧が所定の値、例えば
0.4V一定になつているかどうかを判断する。

そして、ステツプ17ではKαTWを算出する。
このKαTWは、エンジン冷却水温によつて空燃
比補正係数αの積分分とか比例分の定数を変える
ことが必要なので、この水温補正係数を算出す
る。

すなわち、水温が低い時には変化がゆつくりな
ので、あまりフイードバツクのスペードを速くす
るとハンチングを起しりするからである。

その後、第１３図のフローへ進む。

ここではまず、ステツプ21でDiP＝Ip−TLを
演算（この考案における偏差演算手段に相当す
る）し、次にステツプ22，23で、ステツプ２で算
出したＡ／Ｆの目標値TLを２つのスライスレベ
ル（基準値）と比べて各種の定数セツトに振り分
ける。

TLLはリーン制御時のＡ／Ｆ目標値の基準値
であり、ステツプ22で目標値TLがTLLよりも大
きければリーン制御であるのでステツプ27へ進
み、大きくなければリツチ制御からストイキ（理
論空燃比）制御なので、ステツプ23へ進む。

TLRはリツチ制御時のＡ／Ｆ目標値の基準値
であり、ステツプ23で目標値TLがTLRより小さ
ければリツチ制御なのでステツプ28へ進み、小さ
くなければストイキ制御なのでステツプ24へ進
む。

ステツプ24，25では、ステツプ21にて演算した
偏差DiPが −DiPL≦DiP≦DiPH （−DiPL：負側の設定値、DiPH：正側の設
定値）であるか否かを判別する。

そして、−DiPL≦DiP≦DiPHならステツプ26
へ進み、−DiPL＞DiP又はDiPH＜DiPならステ
ツプ30へ進む。

ステツプ26では、 −DiPL≦DiP≦DiPHの状態が所定時間以上継
続したか否かを判別し（一時的な状態を除去する
ため）、YESならばステツプ29へ、NOならステ
ツプ30へ進む。

ステツプ27〜30では、これらの各制御状態に応
じて、それぞれ第１１図イ，ロに示したように異
なるＡ／Ｆ制御の定数（リツチずれ用とリーンず
れ用の積分分補正定数と比例分補正定数）をセツ
トする。

このステツプ24，25，29，30がこの考案におけ
る安定制御手段及び非安定制御手段に夫々相当す
る。

次に、ステツプ31でDiPが０よりも大きいかど
うかを判断し、大きければ実際値が目標値より大
きいのでリーンにずれており（以下「リーンず
れ」という）、DiPが０より小さければ実際値が
目標値より小さいのでリツチにずれている（以下
「リツチずれ」という）と判断して、リツチずれ
の場合はステツプ32〜40へ進み、リーンずれの場
合及びDiP＝０（実際値と目標値が一致）の場合
はステツプ36〜41へ進む。

ステツプ32では、DiP（この場合のDiPは負の
値）の絶対値｜DiP｜にステツプ17で算出した水
温補正係数KαTWを掛けたものを新らたにDiP
として登録する。

次に、ステツプ３３でリツチ・リーンフラグ
FRLが“１”か否かを判断する。このフラグ
FRLは前回がリーンずれかリツチずれかを示す
フラグで、“１”がリーンずれを示し、“０”がリ
ツチずれを示す。

したがつて、ステツプ33でFRL＝１であれば、
前回はリーンずれで今回からリツチずれに変つた
ので、ステツプ34でグリーンのLEDをオフにし、
ステツプ35でフラグFRLを“０”にする。

なお、グリーンのLEDは、コントロールユニ
ツトに設けられていて、Ａ／Ｆのλコントロール
中は点滅（リツチずれで点灯しリーンずれになる
と消灯する）して、その動作状態を表示するため
のものである。

ステツプ33でFRL＝１でなければ、前回もリ
ツチずれであつたのでステツプ34，35を飛ばして
ステツプ40へ進む。

一方、リーンずれの場合は、ステツプ36でDiP
（この場合のDiPは正の値）に水温補正係数
KαTWを掛けたものを新らたにDiPとして登録
し、ステツプ37でリツチ・リーンフラグFRLが
“１”か否かを判断する。

“１”でなければ前回はリツチずれで今回から
リーンずれに変つたので、ステツプ38でグリーン
のLEDをオンにして、ステツプ39でフラグFRL
を“１”にする。

ステツプ37でFRL＝１であれば、前回もリー
ンずれであつたので、ステツプ38，39を飛ばして
ステツプ41へ進む。

ステツプ40，41では、ステツプ27〜30でセツト
した定数を用いて補正係数α′とαを演算するが、
αが最終的な空燃比補正係数であり、α′というの
は積分分を演算するもので、定常偏差をなくすた
めに積算をしていつてそのα′を更新保持する。

ステツプ40ではリツチずれの場合のα′，αを算
出するが、このα′は前回のα′とステツプ27〜30の
いずれかでセツトされたリツチずれ用の積分分補
正定数KiRとステツプ32で登録されたDiPから、
次式によつて算出する。

α′＝α′（前回）−KiR×DiP そして、αはこのα′の値とステツプ27〜30のい
ずれかでセツトされたリツチずれ用の比例分補正
定数KpR及び上記DiPを用いて、次式によつて算
出する。

α＝α′−KpR×DiP この場合、リツチにずれているのでαを小さく
しなければいけないので、α′からKiR×DiP，
KiR×DiPをそれぞれ減じている。

ステツプ41では同様にしてリーンずれの場合の
α′とαを次式によつて算出する。

α′＝α′（前回）＋KiL×DiP α＝α′＋KpL×DiP ここで、KiLとKpLはステツプ27〜30のいずれ
かでセツトされたリーンずれ用の積分分補正定数
と比例分補正定数、DiPはステツプ36で登録され
た値である。

最後に、この算出された空燃比補正係数αを75
％から125％の間に制限して、メインルーチンヘ
リターンし、燃料噴射パルス幅Tiが算出されて
フイードバツク制御がなされることになる。

そして、ストイキ制御時のストイキに対する空
燃比の制御値のズレによる排気浄化性能の悪化
は、上記実施例のように空燃比を目標空燃比を中
心として振動させて、実際の空燃比が真のストイ
キ（λ＝１）を横切る機会を増すことにより、例
えば第１４図に示すように少なくなり、浄化のバ
ラツキも例えば第１５図に示すように小さくな
る。

なお、目標空燃比が理論空燃比か否かは、求め
た目標空燃比TLからでなく、機関の運転状態に
よつて間接的に判別するようにしても良い。

また、上記実施例にように、ストイキ制御時に
おいても偏差DiPの大きさに応じて定数を変える
ことにより、従来なら第１６図イに示すようにオ
ーバーシユートを引き起こしていた場合でも、同
図ロに示すように実際のＡ／Ｆは目標値に速やか
にオーバーシユートなく近づくと共に、その後は
適度の振幅で振動し、前述したように目標値が真
のストイチから若干ずれていたとしても、三元触
媒による浄化作用を有効に活用できる。

〔考案の効果〕

以上説明してきたように、この考案による内燃
機関の空燃比制御装置は、目標空燃比が理論空燃
比に設定されている場合、実際の空燃比と理論空
燃比との偏差が予め定めた設定値を越えている時
には、空燃比補正係数を算出するためのフイード
バツク制御定数を小さく（但し、目標空燃比が理
論空燃比よりリツチ域あるいはリーン域にある場
合の定数よりは大きく）して、安定的なフイード
バツク制御を行い、前記偏差が設定値以下のとき
には、フイードバツク制御定数を大きくして非安
定的なフイードバツク制御を行うようにしたの
で、実際の空燃比が理論空燃比に近づくまではオ
ーバーシユートなく速やかに収束する制御特性が
得られ、理論空燃比に近づいた時には理論空燃比
を中心として実際の空燃比が振動的に微小変動す
るため、目標空燃比が真の理論空燃比から若干ず
れていたとしても、実際の空燃比が真の理論空燃
比を横切る機会が増加し、それによつて三元触媒
による排気の浄化効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案による内燃機関の空燃比制御
装置の基本的構成を示す機能ブロツク図、第２図
はこの考案の作用説明に共する線図、第３図はこ
の考案の一実施例を示す内燃機関のシステム構成
図、第４図及び第５図はこの考案を実施するため
に使用する酸素センサ及び空燃比検出回路の例を
示す模式的断面図及びブロツク回路図、第６図は
同じくそのＡ／Ｆ検出特性の一例を示す線図、第
７図及び第８図は定常状態におけるエンジンの要
求空燃比の一例を示す説明図、第９図はエンジン
の暖機状態による定常無負荷時の要求空燃比の一
例を示す三次元マツプ図、第１０図は加速増量補
正係数及び減速減量補正係数の求め方を説明する
ための各信号波形図、第１１図イ，ロはフイード
バツク制御の定数の設定例の説明図、第１２図及
び第１３図は第４図のコントロールユニツトにお
ける空燃比制御動作を示すフロー図、第１４図乃
至第１６図は夫々実施例の効果説明に供する線図
である。 １……エンジン本体、２……エアクリーナ、３
……吸気管、４……インジエクタ、５……点火プ
ラグ、７……排気管、８……触媒コンバータ、９
……絞り弁、１０……コントロールユニツト、１
１……エアフローメータ、１２……絞り弁開度セ
ンサ、１３……圧力センサ、１４……クランク角
センサ、１５……水温センサ、１６……酸素セン
サ、１７……スワールバルブ、４０……空燃比検
出回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 内燃機関の排気系に三元触媒を備え、内燃機関
   の運転状態に応じて決定される目標空燃比と空燃
   比検出手段によつて検出される実際の空燃比との
   差及びフイードバツク制御の定数によつて空燃比
   補正係数を算出し、その空燃比補正係数によつて
   内燃機関の気筒内に供給する混合気の空燃比を補
   正して、実際の空燃比が目標空燃比と一致するよ
   うにフイードバツク制御するようにした内燃機関
   の空燃比制御装置において、 前記実際の空燃比と前記目標空燃比との偏差を
   演算する偏差演算手段と、 目標空燃比が理論空燃比に設定されている場合
   で、前記偏差演算手段によつて演算された実際の
   空燃比と理論空燃比との偏差が設定値を越えてい
   る時のフイードバツク制御定数KS2と、前記偏差
   が設定値以下の時のフイードバツク制御定数KS1
   と、目標空燃比が理論空燃比よりリツチ域あるい
   はリーン域に設定されている場合のフイードバツ
   ク制御定数KR，KLとを、KS1＞KS2＞（KR，
   KL）の関係を満たすように設定し、前記フイー
   ドバツク制御定数KS2を用いて、実際の空燃比が
   理論空燃比に安定的に等しくなるように制御する
   安定制御手段と、 前記フイードバツク制御定数KS1を用いて、実
   際の空燃比が理論空燃比を中心として振動するよ
   うに制御する非安定制御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。