JPH05296087A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
内燃機関の空燃比制御装置Info
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Abstract
機関の空燃比制御装置を提供する。 【構成】リニアライザ50にて酸素センサ19の出力値
に応じた標準空気過剰率λ1を求め、更に補正リニアラ
イザ51にて標準空気過剰率λ1に応じた制御用空気過
剰率λ2を求めて、そのλ2と目標空気過剰率λ0との
偏差Δλに基づきコントローラ59、61にて制御用の
補正係数FAFを算出し空燃比フィードバック制御を実
行する。補正リニアライザ51の特性グラフは、酸素セ
ンサ19の出力のばらつきが大きい所定空気過剰率範囲
外において、標準空気過剰率λ1の増減にかかわらず制
御用空気過剰率λ2は増減しないという関係にある。
Description
急変する酸素センサの出力信号にしたがって空燃比フィ
ードバック制御を実行する内燃機関の空燃比制御装置に
関する。
燃比を表す基準値とを比較することにより、リーンおよ
びリッチの判定を行ない空燃比制御を実行する空燃比制
御装置がある。この空燃比制御装置では、リーンかリッ
チかの判定結果に応じてフィードバック補正係数を大き
く階段状にスキップさせ、そのうえで積分によりフィー
ドバック補正係数を徐々に変化させていき、実際の空燃
比を理論空燃比に収束させる。ところが、この空燃比制
御装置は制御の追従性が悪いという問題がある。とりわ
けインジェクタの特性ばらつきにより空燃比制御のベー
スがずれた場合、スキップや積分では制御が追い付か
ず、追従性がめだって悪くなる。
制御装置として、従来、例えば特開平1−121541
号公報記載の装置が提案されている。この従来の空燃比
制御装置は、酸素センサの出力信号と制御用空燃比との
対応関係をほぼ一次関数で規定した関係補正特性を用い
て空燃比制御を実行する。一次関数で規定された関係補
正特性では、理論空燃比の近くでも離れた部分でも酸素
センサの出力信号の大きさの増減に応じ一様に制御用空
燃比が増減する。したがって、酸素センサの出力信号値
が理論空燃比から離れるにつれ、制御用空燃比の値が理
論空燃比から離れていくことになる。従来装置では、酸
素センサの出力信号の大きさを関係補正特性に照らして
制御用空燃比を算出し、制御用空燃比と目標空燃比との
偏差に基づいて空燃比フィードバック制御を実行するか
ら、制御の追従性が向上する。
装置は制御の追従性を向上させるが、酸素センサの固体
差や測定時の酸素センサの温度等に起因する酸素センサ
の出力信号のばらつきにより、制御性能がばらつくとい
う問題がある。制御性能のばらつきはエミッションに悪
影響を及ぼしたり、制御の追従性を悪化させたりする。
図16に酸素センサの出力のばらつきを示す。酸素セン
サの出力信号VOXは理論空燃比の前後にわたる所定の
空燃比範囲内では、ばらつきがさほど認められないが、
所定空燃比範囲外では大きなばらつきが認められる。こ
のばらつきが上記問題を起こす。
ーンに転ずる時、あるいはリーンからリッチに転ずる時
で異なり、一般にリーンからリッチに転ずる時の応答時
間よりもリッチからリーンに転ずる時の応答時間が長く
なる。したがって、従来装置では空燃比制御の中心がリ
ーン側にずれてしまう傾向がある。この結果、エミッシ
ョンが悪化するという問題が生ずる。
小)を良くするため制御の振幅を小さくする必要がある
が、従来装置ではアイドル時と非アイドル時とで制御方
法を変えていないので、アイドル時に制御振幅が大とな
り、アイドル時の安定性が悪化する。また、既述したス
キップと積分を用いる空燃比制御ではアイドル時の安定
性を実現するために、スキップ後制御値をホールドし積
分項が入らないようにして制御振幅が大きくならないよ
うにしているが、これは制御追従性を悪化させる。
エミッションが規制値内に収まる最適な空燃比制御中心
がエンジン毎で異なるため、制御中心を最適値に合わせ
込む手段が必要である。しかし、従来装置ではこの手段
がないためエンジンの個々の特性に対応できないという
問題がある。
ような過渡時と定常走行をしている定常時とでは求めら
れる制御特性が異なる。つまり、過渡時の空燃比は目標
空燃比から大きくはずれ、制御の追従性が問題となる。
また定常走行時にはO2 センサ特性ばらつきによらず、
目標空燃比を実現することが問題となる。ところが、従
来装置は過渡時も定常時も同じ制御を実行するため、急
加速や定常走行といった運転状態の違いに応じた制御を
実現できないという問題がある。
上の課題を解決し、酸素センサの特性を補償しかつ実用
性を高めることを目的とする。
内燃機関の空燃比制御装置は、図1に例示するように、
理論空燃比近傍で出力が急変する酸素センサの出力信号
の大きさから空燃比制御用にとくに修正した制御用空燃
比を算出し、該制御用空燃比と目標空燃比との偏差を偏
差演算手段により求め、該偏差に基づいてコントローラ
が空燃比フィードバック制御を実行する空燃比制御装置
において、前記酸素センサの出力信号と該出力信号に対
応する空燃比との標準的な関係を予め記憶した標準関係
記憶手段と、該標準関係記憶手段が予め記憶した標準関
係にしたがって前記酸素センサの出力信号に対応する標
準空燃比を検出する標準空燃比検出手段と、前記標準空
燃比と前記制御用空燃比との対応関係を規定しており、
理論空燃比近傍の所定空燃比範囲内においては前記標準
空燃比の増減に応じて前記制御用空燃比が増減し、前記
所定空燃比範囲外においては前記標準空燃比の増減にか
かわらず前記制御用空燃比の増減が略停止する関係補正
特性を予め記憶した関係補正特性記憶手段と、該関係補
正特性記憶手段が予め記憶した関係補正特性にしたがっ
て、前記標準空燃比検出手段が検出した標準空燃比に対
応する制御用空燃比を検出する制御用空燃比検出手段と
を備えることを特徴とする。
予め記憶した標準関係にしたがって、標準空燃比検出手
段が酸素センサの出力信号に対応する標準空燃比を検出
する。そして、関係補正特性記憶手段が予め記憶した関
係補正特性にしたがって、制御用空燃比検出手段が、検
出された標準空燃比に対応する制御用空燃比を検出す
る。酸素センサの出力信号から求められる標準空燃比が
所定空燃比範囲内にあるときは、標準空燃比の増減に応
じて制御用空燃比が増減する。また、標準空燃比が所定
空燃比範囲を外れると制御用空燃比はその増減を略停止
するが、制御用空燃比は既に充分に大きな値あるいは充
分に小さな値に増減されている。
空燃比との偏差を偏差演算手段が算出し、算出した偏差
に基づいてコントローラが空燃比フィードバック制御を
実行する。したがって、制御用空燃比と目標空燃比との
ずれ量が反映した、追従性のよい制御が実現される。こ
のように追従性のよい制御が実現されるのであるが、標
準空燃比が所定空燃比範囲外にあるときは、標準空燃比
の増減にかかわらず制御用空燃比の増減が略停止するた
め、図16にて既述したように所定空燃比範囲外におい
て顕著となる酸素センサの出力のばらつきは、空燃比フ
ィードバック制御に入り込まない。したがって、制御性
能のばらつきがなくなり、エミッションに対する影響も
なくなる。
は、請求項1記載の内燃機関の空燃比制御装置のコント
ローラが、入力された偏差に基づいて空燃比をPID制
御するコントローラであることを特徴とする。上記構成
によれば、酸素センサの動特性、つまり一般にリーンか
らリッチに転ずる時の応答時間よりもリッチからリーン
に転ずる時の応答時間が長くなるという特性がPID制
御の微分要素によりならされ、リーンからリッチに転ず
る時の応答時間もリッチからリーンに転ずる時の応答時
間もほぼ同一になる。したがって、空燃比制御の中心が
リーン側にずれるという従来の傾向が解消され、また、
リッチからリーンに転ずる時の応答時間と、リーンから
リッチに転ずる時の応答時間とにばらつきがあっても、
空燃比制御中心が目標値からずれることがない。この結
果、エミッションの悪化も防止される。
は、図2に例示するように、請求項1又は2記載の内燃
機関の空燃比制御装置において、前記関係補正特性記憶
手段は前記関係補正特性とともに、前記所定空燃比範囲
内においては、前記標準空燃比の増減に応じ増減する制
御用空燃比の増減率が、理論空燃比を略中心に前記関係
補正特性に規定される制御用空燃比の増減率よりも低減
された関係を規定し、前記目標空燃比からはずれたとこ
ろでは前記制御用空燃比の増減率よりも増加された関係
を規定し、前記所定空燃比範囲外においては、前記標準
空燃比の増減にかかわらず前記制御用空燃比の増減が略
停止する関係を規定した低減化関係補正特性を予め記憶
し、さらに、アイドル状態を検出するアイドル状態検出
手段と、前記制御用空燃比検出手段が制御用空燃比の検
出に使用する関係補正特性として、前記アイドル状態検
出手段によりアイドル状態が検出されていない場合、前
記関係補正特性記憶手段が記憶する関係補正特性を選択
し、前記アイドル状態検出手段によりアイドル状態が検
出されている場合、前記関係補正特性記憶手段が記憶す
る低減化関係補正特性を選択する特性選択手段とを備え
ることを特徴とする。
段によりアイドル状態が検出されていなければ、関係補
正特性記憶手段が予め記憶した関係補正特性および低減
化関係補正特性のうち特性選択手段が選択した関係補正
特性にしたがって、制御用空燃比検出手段が標準空燃比
に対応する制御用空燃比を検出する。これに対して、ア
イドル状態検出手段によりアイドル状態が検出されてい
れば、特性選択手段が選択した低減化補正特性にしたが
って、標準空燃比に対応する制御用空燃比を制御用空燃
比検出手段が検出する。このように検出された制御用空
燃比により空燃比制御が実行されるから、制御用空燃比
と目標空燃比とのずれ量が反映した、追従性のよい制御
が実現される。そして、アイドル時には制御用空燃比の
増減が低減されるから、制御振幅が小さくなり、アイド
ル時の回転数変動も小さくなり安定性が向上される。ま
た、目標空燃比からはずれたところでは実際の空燃比ず
れよりも大きく推定するため追従性を確保できる。こう
して、アイドル時には安定性と追従性とが両立した制御
が実現される。
は、図3に例示するように、請求項1、2又は3記載の
内燃機関の空燃比制御装置において、前記関係補正特性
記憶手段が記憶する関係補正特性は、前記所定空燃比範
囲内において、前記標準空燃比の増減に応じ増減する制
御用空燃比の値が全体的にリッチ側あるいはリーン側に
偏った関係で規定されていることを特徴とする。
よりリッチ側あるいはリーン側に偏った値となる。この
ようにリッチ側あるいはリーン側に偏った制御用空燃比
により空燃比制御が実行されると、これを補償するため
空燃比制御中心がリーン側あるいはリッチ側に微妙にず
れる。したがって、エンジンの個性に応じ相違する、エ
ミッションが規制値内に収まる最適な空燃比に空燃比制
御中心を設定することが可能となる。
は、図4に例示するように、請求項1、2、3又は4記
載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記コントロ
ーラは、前記偏差に基づいて空燃比をPI制御するPI
制御手段と、前記偏差に基づいて空燃比をPID制御す
るPID制御手段とを備え、さらに、急加速を検出する
急加速検出手段と、該急加速検出手段が急加速を検出し
た場合、前記PI制御手段を選択し、該急加速検出手段
が急加速を検出しない場合、前記PID制御手段を選択
する制御手段選択手段とを備えることを特徴とする。
り急加速が検出されていれば、コントローラが備えるP
I制御手段およびPID制御手段のうちで、制御手段選
択手段が選択したPI制御手段により空燃比制御が実行
される。これに対して、急加速検出手段により急加速が
検出されていなければ、制御手段選択手段が選択したP
ID制御手段によって空燃比制御が実行される。
は、微分要素のないPI制御により、空燃比制御中心が
目標空燃比にすばやく追従する。また、定常時には、微
分要素のあるPID制御により、空燃比制御中心がO2
センサ特性ばらつきによらず目標空燃比を実現する。こ
のように急加速時と定常時とに応じた制御特性が実現さ
れる。
装置の構成は、請求項1、2、3、4又は5記載の内燃
機関の空燃比制御装置において、内燃機関の排気系に設
けられた前記酸素センサの下流側に配設されて排気ガス
を浄化する触媒コンバータの更に下流に取り付けられ、
該触媒コンバータを通過した排気ガス中の特定成分濃度
を検出する下流側空燃比センサと、前記関係補正特性記
憶手段が記憶する前記関係補正特性を、前記所定空燃比
範囲内において、前記標準空燃比の増減に応じて増減す
る前記制御用空燃比の値が前記下流側空燃比センサの出
力値に応じ全体としてリッチ側又はリーン側に偏った関
係となるように補正する関係補正特性補正手段と、を備
えたことを特徴とする。
出力値に応じて関係補正特性補正手段が、図3に矢印で
例示するように、所定空燃比範囲内において、関係補正
特性記憶手段の記憶する関係補正特性を、全体としてリ
ッチ側又はリーン側に偏った関係に補正する。
に設けられた触媒コンバータの下流側に取り付けられて
いるため、その出力特性は、触媒コンバータの上流に取
り付けられた酸素センサの出力特性に比べて安定してい
る。そこで、個々のエンジンの異なる個性が原因で、ま
た酸素センサの経時劣化などが原因で空燃比制御中心が
目標空燃比からずれた場合であっても、より安定した特
性を示す下流側空燃比センサの出力値に応じ、所定空燃
比範囲内において、関係補正特性の制御用空燃比の値を
全体としてリッチ側又はリーン側に補正することによ
り、可能な限り空燃比の制御中心を目標空燃比に一致さ
せ、目標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を図り、
エミッションの悪化を防止することができる。
の構成は、請求項6記載の内燃機関の空燃比制御装置に
おいて、内燃機関の運転状態に基づいて排気ガスの輸送
遅れに関する機関パラメータを算出する機関パラメータ
算出手段と、該機関パラメータ算出手段が算出した機関
パラメータに応じた補正量を算出する補正量算出手段
と、を備え、前記関係補正特性補正手段は、前記空燃比
センサの出力がリッチからリーンへ又はリーンからリッ
チへ反転したときに、前記関係補正特性記憶手段が記憶
する前記関係補正特性を、前記所定空燃比範囲内におい
て、前記標準空燃比の増減に応じて増減する前記制御用
空燃比の値が前記補正量算出手段の算出した補正量に応
じ全体としてリッチ側又はリーン側に偏った関係となる
ように補正することを特徴とする。
発明において、下流側空燃比センサの出力がリッチから
リーンへ又はリーンからリッチへ反転したときに、関係
補正特性を、所定空燃比範囲内において、標準空燃比の
増減に応じて増減する制御用空燃比の値が補正量に応じ
全体としてリッチ側又はリーン側に偏った関係となるよ
うに補正される。
ラメータに応じて算出されるので、排気ガス輸送遅れに
より下流側空燃比センサの応答速度が遅くなることに基
づく弊害、例えばエミッションや燃費の悪化、触媒排気
異臭の発生及びドライバビリティの悪化等を防止するこ
とができると共に、請求項6記載の発明同様、個々のエ
ンジンの異なる個性が原因で、また酸素センサの経時劣
化などが原因で空燃比制御中心が目標空燃比からずれた
場合であっても、可能な限り空燃比の制御中心を目標空
燃比に一致させ、目標空燃比への収束及び空燃比制御の
安定を図り、エミッションの悪化を防止することができ
る。
の構成は、図5に例示するように、内燃機関の排気系に
設けられた触媒コンバータの上流側と下流側とに各々設
けられ、排気ガス中の特定成分濃度を検出する上流側及
び下流側空燃比センサと、予め定められた空燃比フィー
ドバック制御定数を記憶する制御定数記憶手段と、前記
下流側空燃比センサの出力値の大きさに応じて前記フィ
ードバック制御定数を補正するための補正量を算出し、
該補正量に基づき前記空燃比フィードバック制御定数を
補正する制御定数補正手段と、該上流側空燃比センサの
出力と前記制御定数補正手段にて補正された前記空燃比
フィードバック制御定数とに基づいて内燃機関のフィー
ドバック制御を実行する制御手段と、を備えたことを特
徴とする。
バック制御定数を、下流側空燃比センサの出力値の大き
さに応じた補正量に基づいて補正し、その補正後の空燃
比フィードバック制御定数に基づき内燃機関のフィード
バック制御が実行される。そのため、空燃比制御中心が
目標空燃比からずれた場合であっても、上流側空燃比セ
ンサに比べより安定した特性を示す下流側空燃比センサ
の出力値の大きさに応じて補正した空燃比フィードバッ
ク制御定数に基づく制御により、応答性よく空燃比の制
御中心を目標空燃比に一致させ、目標空燃比への収束及
び空燃比制御の安定を図り、エミッションの悪化を防止
することができる。
機関(以下エンジンという)の空燃比制御装置を説明す
る。図6にエンジンの概略、図7に制御装置の構成を示
す。エンジン1は吸気系3と、燃焼室5と、排気系7と
に大別される。以下に吸気系3と排気系7とを簡単に説
明する。
リーナ(図示略)、スロットルバルブ9、サージタンク
11、吸気圧センサ13、スロットルポジションセンサ
15、吸気温センサ17等を備える。これらのうち吸気
圧センサ13はサージタンク11に配置されており、吸
気管負圧を検出する。スロットルポジションセンサ15
は開度センサ15a、アイドルスイッチ15bを内蔵す
る。アイドルスイッチ15bはエンジン1のアイドリン
グ時にオン状態になるスイッチである。
ンサ19、イグナイタ21、ディストリビュータ23、
回転数センサ25、気筒判別センサ27、冷却水温セン
サ29等を備える。酸素センサ(O2 センサ)19は排
気中の酸素濃度を検出する起電力型のセンサである。回
転数センサ25はエンジン1の回転数NEに応じたパル
スを発生する。なお、エンジン1のシリンダブロック1
aは循環する冷却水によって冷却される。その冷却水温
度がシリンダブロック1aに設けた冷却水温センサ29
により検出される。
等の各センサの信号は、電子制御装置30に入力され
る。電子制御装置30はCPU31a、ROM31b、
RAM31c等を内蔵したマイクロコンピュータ31を
中心に構成される。マイクロコンピュータ31の入出力
ポートにアイドルスイッチ15b、回転数センサ25、
気筒判別センサ27、イグナイタ21、ヒータ通電制御
回路33、駆動回路35等が接続される。イグナイタ2
1にはディストリビュータ23が接続され、ディストリ
ビュータ23には点火プラグ41が接続される。ヒータ
通電制御回路33はバッテリ37を電源とし、酸素セン
サ19のヒータ19bに通電する電力を制御する。ヒー
タ19bにより検出素子19aが加熱される。駆動回路
26は燃料噴射弁39を駆動するための回路である。
ポートには、A/D変換回路41を介して吸気圧センサ
13、開度センサ15a、吸気温センサ17、冷却水温
センサ29等のアナログ信号を出力するセンサが接続さ
れる。A/D変換回路41には、さらにヒータ通電制御
回路33の出力、電流検出用抵抗器43の端子電圧、検
出素子19aの出力が入力される。
センサの出力や、ヒータ通電制御回路33の出力に基づ
いて、電子制御装置30はエンジン1の運転状態を検出
し、エンジン1の運転を制御する。以下に、空燃比制御
を説明する。図8に電子制御装置30において実行され
る第一の空燃比フィードバック制御処理ルーチンのフロ
ーチャート、図9に図8のルーチンの実行により実現さ
れるフィードバック制御のブロック線図を示す。まず、
図8の処理ルーチンを説明し、その後、図9のブロック
線図にしたがい本空燃比フィードバック制御を詳述す
る。
御ルーチンは、電子制御装置30のCPU31aにて、
20msec毎のタイマ割り込みとして実行される。その実
行においては先ず、空燃比フィードバック実施条件が成
立したか否かを判断する(S100)。空燃比フィード
バック実施条件としては公知の例えば水温のレベル、燃
料カットの有無、加速増量中か否かといった条件があ
る。ここで空燃比フィードバック実施条件が成立してい
ないと判断された場合は(S100)、本ルーチンを一
旦終了する。
いると判断した場合(S100)、酸素センサ19の出
力電圧VOXを入力する(S110)。そして、出力電
圧VOXから標準空気過剰率λ1を算出する(S12
0)。ここで空気過剰率とは、理論空燃比のときの空気
量を基準(=1.0)として、混合気のために供給され
る空気量の割合を表す。標準空気過剰率λ1は、酸素セ
ンサ19の出力電圧に基づき排気管内の酸素濃度から、
実際の混合気における空気量を推定して算出した値であ
る。
かを判断する(S130)。アイドルスイッチ15bが
オンでないと判断した場合(S130)、アイドル状態
でないとして、非アイドル時用の特性グラフを参照し、
ステップS120で求めた標準空気過剰率λ1に対応す
る制御用空気過剰率λ2を算出する(S140)。続い
て、目標空気過剰率λ0からステップS140で算出し
た制御用空気過剰率λ2を減算し、減算した値を偏差Δ
λにセットする(S150)。ここで目標空気過剰率λ
0とは、車両の走行状態に応じて決定される目標空燃比
のときの空気過剰率をいい、例えば目標空燃比が理論空
燃比であるときλ0=1.0となる。
断する(S160)。急加速でないと判断した場合(S
160)、PID制御用演算パラメータを検索する(S
170)。一方、運転状態が急加速と判断した場合(S
160)、PI制御用の演算パラメータを検索する(S
180)。
るが、ステップS130でアイドルスイッチ15bがオ
ンと判断した場合、アイドル状態であるとして、アイド
ル時用の特性グラフを参照し、ステップS120で求め
た標準空気過剰率λ1に対応する制御用空気過剰率λ2
を算出する(S190)。続いて、目標空気過剰率λ0
からステップS190で算出した制御用空気過剰率λ2
を減算し、減算値を偏差Δλにセットする(S20
0)。そして、PI制御用演算パラメータを検索する
(S210)。
ドル状態か、非アイドル状態であれば急加速状態か定常
状態かという運転状態に応じて検索した演算パラメータ
(S170,180,210)から、次にFAFを演算
する(S220)。この後、先頭のステップS100に
戻る。
比制御に利用され、FAFに基づいた空燃比制御が実行
される。次に、以上の図8の処理ルーチンの実行により
実現される空燃比フィードバック制御を等価の図9のブ
ロック線図にしたがい説明する。
ライザ50に入力する。リニアライザ50は上記ステッ
プS110,120により実現されるもので、標準関係
記憶手段(請求項1)および標準空燃比検出手段(請求
項1)に相当する。リニアライザ50は、図10に示す
特性グラフをもつ(特性グラフのデータは予めROM3
1bにストアされている)。この特性グラフは酸素セン
サ19の出力電圧VOXと標準空気過剰率λ1との関係
を示す。この特性グラフを参照して、リニアライザ50
は、入力した出力電圧VOXに対応する標準空気過剰率
λ1を算出する。
用の補正リニアライザ51、およびアイドル用の補正リ
ニアライザ53に入力する。補正リニアライザ51は上
記ステップS140により実現されるもので、関係補正
特性記憶手段(請求項4)および制御用空燃比検出手段
に相当する。補正リニアライザ53は上記ステップS1
90により実現されるもので、低減化関係補正特性を予
め記憶した関係補正特性記憶手段(請求項3)および制
御用空燃比検出手段に相当する。補正リニアライザ51
は図11(A),(B)に示す非アイドル時用の特性グ
ラフを持ち、補正リニアライザ53は図12に示すアイ
ドル時用の特性グラフを持つ(これらを規定するデータ
についても予めROM31bにストアされている)。
12のアイドル時用の特性グラフとはともに標準空気過
剰率λ1と制御用空気過剰率λ2との関係を規定するも
のであるが、各特性グラフは部分的に共通した基本関係
を持つ。この共通した基本関係を図13に示す。
=1.0即ち理論空燃比である時の標準空気過剰率の値
を中心とする前後各0.5パーセント計1パーセントの
幅の範囲外においては、標準空気過剰率λ1の増減にか
かわらず制御用空気過剰率λ2は増減せず一定値を保つ
という関係である。図17にも所定空燃比範囲として示
したように、酸素センサ19の個体差や測定温度の差に
よる酸素センサ19の出力電圧のばらつきが際だつの
は、空気過剰率λ1=1.0を中心とする前後各0.5
パーセント計1パーセントの幅の範囲外であって、その
範囲内では、酸素センサ19の出力電圧のばらつきは無
視できる程度に微少であり、それは本発明者が実験によ
り確認している。そこで、そのように酸素センサ19の
出力電圧がばらつく空気過剰率λ1=1.0を中心とし
た前後各0.5パーセント計1パーセントの幅の範囲外
においては、標準空気過剰率λ1が増減しても制御用空
気過剰率λ2が増減しない基本関係を定めることによ
り、酸素センサ19の出力電圧がその個体差や測定温度
の差によりばらついても、そのばらつきを制御用空気過
剰率λ2に反映させないようにした。
1)とアイドル時の特性グラフ(図12)のもつ相違点
を説明する。図11(A),(B)に示すように、非ア
イドル時の特性グラフには、上記所定空燃比範囲内にお
いて、上下あるいは左右に偏らせ、標準空気過剰率λ1
の増減に応じ増減する制御用空気過剰率λ2の値を全体
的にリッチ側あるいはリーン側に偏らせた関係が規定さ
れている。ここにリッチ又はリーンとは空燃比が理論空
燃比よりもリッチかリーンかということを意味し、図中
にそれぞれR、Lの符号にて示す(以下同じ)。
は、図12に示すように、理論空燃比の前後にわたる所
定空燃比範囲において、標準空気過剰率λ1の増減に応
じて増減する制御用空気過剰率λ2の増減率が、理論空
燃比を中心に基本的な増減率(図中鎖線で示した線の増
減率)よりも低減させた関係が規定されている。
2)を参照して、補正リニアライザ51および補正リニ
アライザ53からは、リニアライザ50より入力された
標準空気過剰率λ1に対応する制御用空気過剰率λ2が
出力される。非アイドル時用の補正リニアライザ51か
ら出力された制御用空気過剰率λ2は偏差演算回路55
に入力され、アイドル時用の補正リニアライザ53から
出力された制御用空気過剰率λ2は偏差演算回路57に
入力される。
た制御用空気過剰率λ2と目標空気過剰率λ0との偏差
Δλが出力される。偏差Δλに基づいて、以降、後述の
空燃比制御がなされる。空燃比制御においては、上述し
た非アイドル時とアイドル時との特性グラフの特徴の相
違から、次の制御特性が基本的に得られる。
3に示したように、所定空燃比範囲を外れた標準空気過
剰率λ1の入力に対しては一定値の制御用空気過剰率λ
2を出力する。従って、標準空気過剰率λ1が所定空燃
比範囲内にあるときは、標準空気過剰率λ1の増減に応
じて制御用空気過剰率λ2が増減するが、標準空気過剰
率λ1が所定空燃比範囲を外れると制御用空気過剰率λ
2はその増減を停止することになる。増減を停止して
も、制御用空気過剰率λ2は既に充分に大きな値あるい
は充分に小さな値に増減されている。このように増減さ
れる制御用空気過剰率λ2と目標空気過剰率λ0との偏
差Δλに基づいて実行される空燃比フィードバック制御
は、制御用空気過剰率λ2と目標空気過剰率λ0とのず
れ量が反映しており、追従性がよい。このように追従性
が優れるのであるが、標準空気過剰率λ1が所定空燃比
範囲外にあるときは、標準空気過剰率λ1の増減にかか
わらず制御用空気過剰率λ2の増減が停止するため、所
定空燃比範囲外において顕著となる酸素センサ19の出
力のばらつきは、空燃比フィードバック制御に入り込ま
ない。したがって、制御性能のばらつきがなくなり、エ
ミッションに対する影響もなくなる。
剰率が所定空燃比範囲内にある時は、次のような制御特
性が基本的に実現される。図14に非アイドル時の特性
グラフの一例を示す。この特性グラフには実線と鎖線と
で2つの特性が示される。実線は、制御用空気過剰率λ
2の値を全体的にリーン側に偏らせた特性である。鎖線
は偏りのない特性で比較のためにとくに示した。この2
つの特性のいずれかが補正リニアライザ51に登録され
ている場合、補正リニアライザ51が出力する制御用空
気過剰率λ2は、図15のタイムチャートに示すように
変化する。タイムチャートで実線で示す変化は特性グラ
フ(図14)で実線で示した特性によるもの、タイムチ
ャートで鎖線で示す変化は特性グラフ(図14)で鎖線
で示した特性によるものである。
2の平均値、つまり制御用空気過剰率λ2がリッチ側に
あるときの面積とリーン側にあるときの面積とが同じに
なる位置が理論空燃比に重なる。これに対して、実線で
示す変化では、制御用空気過剰率λ2の平均値つまり制
御用空気過剰率λ2がリッチ側にあるときの面積とリー
ン側にあるときの面積(斜線で図示)とが同じになる値
がリーン側にずれる。
制御はリッチ側に補正するように働く。もし、図14の
特性が制御用空気過剰率λ2の値を全体的にリッチ側に
偏らせた関係にあれば、同じ作用により空燃比制御はリ
ーン側に補正するように働く。つまり、特性グラフ(図
14)における制御用空気過剰率λ2の値をリーン側あ
るいはリッチ側に偏らせるずれ量を設定変更することに
より空燃比制御の中心の微調整が可能になる。したがっ
て、エンジンの個性により、エミッションが規制値内に
収まる最適な空燃比が異なっても、上記ずれ量の設定変
更により、この最適な空燃比に空燃比制御中心を設定す
る制御が簡単に実現されることになる。
率が所定空燃比範囲内にある時は、次のような空燃比フ
ィードバック制御が基本的に実現される。図12の特性
グラフに示したように、理論空燃比を中心に、標準空気
過剰率λ1の増減に応じて増減する制御用空気過剰率λ
2の増減率が、鎖線で示した上記基準的な特性よりも低
められている結果、実際の空気過剰率より制御用空気過
剰率λ2が小さく設定される。この結果、アイドル時に
は制御振幅を小さくすることができ、高い安定性が得ら
れる。
囲から外れようとすると制御用空気過剰率λ2が急増あ
るいは急減するから、制御の追従性も高くなる。以上の
ように、偏差Δλに基づいた空燃比制御が基本的に実現
される。以下に空燃比制御を詳細に説明する。
アイドル時用の偏差演算回路55から出力された偏差Δ
λは、定常時用のPIDコントローラ59と急加速時用
のPIコントローラ61とに出力される。PIDコント
ローラ59は以下の数1で示される伝達関数Gc(S)
のフィードバック制御を行なうもので、コントローラ
(請求項2)およびPID制御手段(請求項5)に相当
する。
S)/(1+k・Kd・S)は近似微分である。この数
1と等価の数2に示す演算式とにしたがって、既述した
処理ルーチン(図8)のステップS220では演算量F
AFが求められる。
c,d,eは以下の数3に示すとおりである。処理ルー
チン(図8)のステップS170では数3に基づいて係
数a,b,c,d,eを獲得する。
い説明する。図16(A)に酸素センサ19の出力の変
化の様子を示す。酸素センサ19の動特性は、実線で示
すようにリッチからリーンに転ずる時、あるいはリーン
からリッチに転ずる時で異なり、一般にリーンからリッ
チに転ずる時の応答時間よりもリッチからリーンに転ず
る時の応答時間が長い。この図16(A)の信号を微分
すると、図16(B)の信号になる。上記数1の伝達関
数Gc(S)に基づくPIDコントローラ59からは、
図16(C)に示す信号が出力される。
の相違が微分要素によりなまされており、リーンからリ
ッチに転ずる時もリッチからリーンに転ずる時もほぼ同
等の応答時間となっている。したがって、このPID制
御によれば、酸素センサの動特性により空燃比制御の中
心がリーン側にずれてしまうという従来の傾向は解消さ
れ、また、リッチからリーンに転ずる時の応答時間と、
リーンからリッチに転ずる時の応答時間とにばらつきが
あっても、空燃比制御中心が目標値からずれることがな
い。この結果、エミッションの悪化も防止されることに
なる。なお、数1に示すように微分要素が近似微分であ
るのは、酸素センサ出力電圧に含まれる脈動の影響を強
調しないようにするためである。
は、以下の数4で示される伝達関数Gc(S)のフィー
ドバック制御を行なうもので、PI制御手段(請求項
5)に相当する。
d・S)/(1+k・Kd・S)を含まない。この数4
と等価の数5に示す演算式とにしたがって、既述した処
理ルーチン(図8)のステップS220では演算量FA
Fが求められる。
eは以下の数6に示すとおりである。処理ルーチン(図
8)のステップS180では数6に基づいて係数a,
b,c,d,eを獲得する。
理由による。既述した定常時のPID制御では微分要素
により酸素センサ19の出力波形をなまし酸素センサの
動特性の影響を排除したが、微分要素は制御の追従性を
にぶらせる作用がある。そこで、急加速時のような過渡
時には、微分要素をはずしたPI制御により空燃比制御
を行なう。この結果、急加速時には、空燃比制御中心が
目標空燃比にすばやく追従する制御の追従性が重視され
た制御が実現される。
およびPIコントローラ61から出力された演算両FA
Fは第1選択回路63に入力される。また、第1選択回
路63には吸気圧センサ13の圧力変化ΔPmが入力す
る。この第1選択回路63は処理ルーチン(図8)のス
テップS160により実現されるもので、急加速検出手
段(請求項5)および制御手段選択手段(請求項5)に
相当する。第1選択回路63は、圧力変化ΔPmにより
定常時か急加速時かを判断し、定常時であればPIDコ
ントローラ59からの演算量FAFを下流の第2選択回
路67に出力し、急加速時であればPIコントローラ6
1からの演算量FAFを第2選択回路67に出力する。
ル時用の偏差演算回路57から出力された偏差Δλは、
PIコントローラ65に出力される。PIコントローラ
65は以下の数7で示される伝達関数Gc(S)のフィ
ードバック制御を行なう。
d・S)/(1+k・Kd・S)を含まない。この数7
と等価の数8に示す演算式とにしたがって、処理ルーチ
ン(図8)のステップS220では演算量FAFが求め
られる。
c,d,eは以下の数9に示すとおりである。処理ルー
チン(図8)のステップS210では数9に基づいて係
数a,b,c,d,eを獲得する。
i;積分定数は、非アイドル時における急加速時用のP
Iコントローラ61のKpとKiとは値が異なる。この
ようにPIコントローラ61はPI制御を実現する。P
Iコントローラ65から出力された演算量FAFは第2
選択回路67に入力される。第2選択回路67には、ま
た、アイドルスイッチ15bからの信号が入力される。
第2選択回路67は上記ステップS130により実現さ
れるもので、アイドル状態検出手段(請求項3)および
特性選択手段(請求項3)に相当する。この第2選択回
路67は、アイドルスイッチ15bの接点状態によりア
イドル時か非アイドル時かを判断し、非アイドル時であ
ればPIDコントローラ59またはPIコントローラ6
1から出力された演算量FAFをエンジン1に出力し、
アイドル時であればPIコントローラ65から出力され
た演算量FAFをエンジン1に出力する。エンジン1は
公知構成により演算量FAFに基づいて空燃比フィード
バック制御を実行する。
に示したように、基本的に、酸素センサ19の出力信号
からもとめた標準空気過剰率λ1が所定空燃比範囲内で
あれば、標準空気過剰率λ1の増減に応じて制御用空気
過剰率λ2を増減させるが、標準空気過剰率λ1が所定
空燃比範囲を外れていれば制御用空気過剰率λ2を一定
値とするから、追従性のよい制御を実現することができ
ると共に、酸素センサの出力のばらつきを空燃比フィー
ドバック制御から排除することができるという効果を奏
する。したがって、制御性能のばらつきがなく、エミッ
ションが悪化することもない。
ID制御を実行するから、図16(A)に示した酸素セ
ンサ19の動特性、つまり一般にリーンからリッチに転
ずる時の応答時間よりもリッチからリーンに転ずる時の
応答時間が長くなるという特性をならして見かけ上は応
答時間の差をほぼなくすことができ、空燃比制御の中心
がリーン側にずれてしまうという従来の傾向を解消でき
るという効果を奏する。この結果、エミッションの悪化
も防止される。
れば、制御用空気過剰率λ2と目標空気過剰率λ0との
偏差Δλに基づいた追従性のよい制御を実行するのであ
るが、アイドル時には、図12の特性グラフにしたがっ
て、制御用空気過剰率λ2が小さく設定される結果、制
御振幅が小さくなり回転数変動も小さくなる。したがっ
て、アイドル時には制御の追従性と高い安定性との両立
を図ることができるという効果を奏する。
の特性グラフにしたがって、制御用空気過剰率λ2を実
際よりリッチ側あるいはリーン側に偏った値にするか
ら、これを補償しようと空燃比制御中心がリーン側ある
いはリッチ側に微妙にずれることになる。したがって、
エンジンの個性に応じて、エミッションが規制値内に収
まる最適な空燃比に空燃比制御中心を設定できるという
効果を奏する。
のあるPID制御により、空燃比制御中心が目標空燃比
に安定して収束する安定性を重視した制御を実現でき、
急加速時には微分要素のないPI制御により、空燃比制
御中心が目標空燃比にすばやく追従する制御の追従性を
重視した制御を実現できるから、急加速時か定常時かと
いった走行状態に応じた制御特性を実現できるという効
果を奏する。
11,図12に示すように一次関数にて各々直線的な特
性として規定された補正リニアライザ51、53の特性
は、二次関数により曲線的な特性として規定されてもよ
い。また補正リニアライザ51、53の特性を換算テー
ブルや関数として与えた構成としてもよい。さらにアイ
ドル状態の検出や急加速の検出については公知の各種構
成が適用される。
27に基づき説明する。なお、第二実施例において、前
述した第一実施例と対応する部分には、第一実施例を示
す図に付した符号と対応する符号を付すにとどめ説明を
省略する。第二実施例では、所定空燃比範囲内で制御用
空気過剰率λ2の値がリッチ側又はリーン側に偏った関
係を規定する第一実施例の補正リニアライザ51の特性
(図11及び図14参照)を、触媒コンバータの下流に
取り付けられて一層安定した特性を示す下流側空燃比セ
ンサとしてのリヤ酸素センサ119の出力値に応じて、
更にリッチ側又はリーン側に補正する。即ち、図18に
その概略構成を示し、図19にその作動を模式的に示す
ように、排気系7に設けられた酸素センサ19の下流側
に取り付けられた触媒コンバータ118の更に下流にリ
ヤ酸素センサ119を設け、そのリヤ酸素センサ119
の出力を電子制御装置30内に取り込む。そのリヤ酸素
センサ119の出力電圧V2から、出力電圧V2と出力
電圧V2から推定される混合気の空気過剰率である平均
空気過剰率λ1xとの関係をマップ化したマップ120
(図21に示す)、及び目標空気過剰率λ0に対する平
均空気過剰率λ1xの偏差Δλx と補正量dλy との関係
をマップ化したマップ122(図22に示す)、を順次
用いて補正量dλy を算出する。そして、その補正量d
λy に基づいて前述した補正リニアライザ51の特性
(図14に例示)における制御用空気過剰率λ2の値を
所定空燃比範囲内で更にリーン側又はリッチ側に補正
し、その補正した補正リニアライザ51の特性に基づ
き、前述した第一実施例と略同様な制御を行う(図1
9、図8乃至図10、図15、及び図16等参照)。
ザ51の特性を補正するのは、次の理由による。即ち、
リヤ酸素センサ119が設けられる触媒コンバータ11
8の下流側は、 排気ガス中の酸素濃度も平衡状態に近く酸素センサの
個体差による出力特性の変化が少ない、 排気温が低いので熱の影響が小さく、また触媒コンバ
ータにより排気ガス中の毒物も捕らえられるので毒物の
影響も受け難く、従って酸素センサの出力特性の経時変
化も小さい、 といった特徴を有する。そのため、リヤ酸素センサ11
9は、酸素センサ19に比べ、応答速度は遅いけれども
出力特性のばらつきが小さく安定している。
数の各気筒毎の空燃比のばらつき、又はフロント酸素セ
ンサの経時劣化などが原因で、酸素センサ19の出力特
性が変化し、そのため空燃比フィードバック制御の中心
が目標空燃比からずれてエミッションが悪化するといっ
た問題が生じる可能性がある。
解決するため、酸素センサ19に比べて安定した特性を
有するリヤ酸素センサ119の出力電圧V2に応じて、
補正リニアライザ51の特性における制御用空気過剰率
λ2の値を所定空燃比範囲内で更にリーン側又はリッチ
側に補正することにより、空燃比フィードバック制御の
中心を微調整して可能な限り目標空燃比に一致させ、目
標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を図り、エミッ
ションの悪化を防止している。
9の出力電圧V2から空燃比のリッチ又はリーンを二値
的に判断するものではなく、その出力電圧V2に応じて
推定した平均空気過剰率λ1xと、目標空気過剰率λ0と
の偏差Δλx に基づいて補正リニアライザ51の特性に
おける制御用空気過剰率λ2の値を所定空燃比範囲内で
更にリーン側又はリッチ側に補正しているので、リヤ酸
素センサ119で検出した実際の空燃比のリッチ度合又
はリーン度合に応じて空燃比フィードバック制御の中心
を微調整し目標空燃比へ合わせ込むことができ、目標空
燃比への収束性及び安定性を一層向上させることができ
る。
リニアライズ特性補正処理は、図18に示した電子制御
装置30内のCPU31aにて、図8の第一の空燃比フ
ィードバック制御ルーチンよりも長い周期のタイマ割り
込み処理として実行される。なお電子制御装置30の構
成は、前述した図7に示す第一実施例の構成に加え、リ
ヤ酸素センサ119の出力端がA/D変換回路41を介
してCPU31に接続されている。
基づき詳細に説明する。第一のリニアライズ特性補正処
理が開始されると、まずステップ210でリヤ酸素セン
サ119の出力電圧V2を、A/D変換回路41(図7
参照)を介してCPU31a内に取り込む。ここでリヤ
酸素センサ119は、前述した酸素センサ19と同様
に、排気中の酸素濃度を検出するための起電力型の酸素
センサである。
0にて、図19に例示する関係補正特性補正手段124
としての処理が実行され、リヤ酸素センサ119の出力
電圧V2に基づき、マップ120、122を用いて補正
量dλy が算出され、その補正量dλy に応じて補正リ
ニアライザ51の特性が補正される。
示すマップ120を用いて出力電圧V2から平均空気過
剰率λ1xを算出する。さらにステップ240では、車両
走行状態に応じて設定された目標空気過剰率λ0から平
均空気過剰率λ1xを引いた値を偏差Δλx としてRAM
31cに書き込む。リヤ酸素センサ119は起電力型の
酸素センサであるため、マップ120は前述した第一実
施例のリニアライザ50の特性(図10参照)とほぼ同
様の特性を有し、従って実際の空燃比が目標空燃比より
もリーンとなって排気管内の酸素濃度が高くなると、出
力電圧V2が低くなり偏差Δλx は負の値になる。逆
に、実際の空燃比が目標空燃比よりもリッチの場合、出
力電圧V2は高くなり偏差Δλx は正の値となる。
で算出された偏差Δλx から、図22に示すマップ12
2を用いて補正量dλy を算出する。マップ122の特
性は、原点を中心とする所定範囲内(即ち偏差Δλx の
絶対値がある大きさの範囲内)において原点を通る正比
例関係にあるが、その所定範囲を超えると偏差Δλxの
増減にかかわらず補正量dλy は増減しない関係にあ
る。
λy に基づき、ステップ260及びステップ270にて
第一実施例の補正リニアライザ51の特性(図14参
照)を補正する。ステップ260では、図23に点線で
示す(即ち図14に実線で示す)本処理直前の補正リニ
アライザ51の特性において、所定空燃比範囲内で制御
用空気過剰率λ2の値をリーン側に偏らせている中心点
(λ1,λ2)=(1.0,λ2B)のY座標λ2B(この
本処理直前の補正リニアライザ51において標準空気過
剰率λ1=1.0であるときの制御用空気過剰率λ2の
値即ちλ2Bを、以下「ベース値λ2B」という)に補正量
dλy を加えた値を補正ベース値λ2mとしてRAM31
cに書き込む。
テップ270では、図23に矢印で示すように、補正リ
ニアライザ51の特性をリーン側にずらしている前述し
た中心点(λ1,λ2)=(1.0,λ2B)を(λ0,
λ2m)へ移動させ、その移動後の中心点(λ1,λ2)
=(1.0,λ2m)と所定空燃比範囲の両端の各点a、
bとをそれぞれ結ぶことにより、補正量dλy の大きさ
に応じて補正前のリニアライズ特性を所定空燃比範囲内
で更にリッチ側又はリーン側にずらしたリニアライズ特
性を得る。その補正された補正リニアライザ51の特性
は、通常の車載用バッテリにて常時充電されている特別
の電源でバックアップされたRAMに書き込まれた後、
本処理を一旦終了する。そして、そのようにして補正さ
れた補正リニアライザ51の特性に基づき、前述した第
一実施例と同様な空燃比フィードバック制御が実行され
る(図19及び図9参照)。
更に具体的に説明すると、例えば図21に矢印線を用い
て示すように、触媒コンバータ118下流の排気ガス中
の酸素濃度が目標空気過剰率λ0よりも高くなったとき
(即ちリーンであるとき)、リヤ酸素センサ119の出
力電圧V2は低くなって、平均空気過剰率λ1xの値が大
きくなり偏差Δλx は負の値となる。さらに図22に矢
印線で示すように、偏差Δλx が負の値であるため補正
量dλy も負の値となって、図23中の実線で表すよう
に、補正リニアライザ51の特性のリーン側にずれた度
合は更に大きく補正される。従って、そのようにリーン
側に大きくずれた特性から求めた制御用空気過剰率λ2
もリーン側に大きくずれ、第二実施例による補正を行う
前に比べ目標空気過剰率λ0に対する偏差Δλはより大
きな負の値となる。そのような偏差Δλに基づき演算パ
ラメータを検索し制御用の補正係数FAFを得て空燃比
フィードバック制御を実行することによって、リーン側
にずれていた制御中心をリッチ側に微調整し目標空気過
剰率λ0に一致させることができる(図15参照)。
処理において、所定範囲内で補正量dλy は、リヤ酸素
センサ119の出力電圧V2に応じた平均空気過剰率λ
1xの目標空気過剰率λ0に対する偏差Δλx に比例す
る。そして、その補正量dλyを本処理による補正直前
のベース値λ2Bに加えて得た補正ベース値λ2mは、本処
理による補正後の補正リニアライザ51の特性がリッチ
側又はリーン側に偏った度合を表し、その補正ベース値
λ2mの時間的な変化は、図24に示すように、リヤ酸素
センサ119の出力電圧V2の時間的な変化に対応して
いる。
性を有するリヤ酸素センサ119の出力電圧V2に応じ
て補正リニアライザ51の特性における制御用空気過剰
率λ2の値を所定空燃比範囲内で更にリッチ側又はリー
ン側にずらすことによって、空燃比フィードバック制御
の中心を微調整し可能な限り目標空燃比に一致させ、目
標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を図り、エミッ
ションの悪化を防止することができる。
す補正リニアライザ51の特性を補正する場合を説明し
たが、請求項6記載の発明は所定空燃比範囲内で制御用
空燃比の値が全体的にリッチ側又はリーン側に偏った関
係を規定する関係補正特性を更にリッチ側又はリーン側
に補正するものであるから、その補正の手法は補正前の
関係補正特性をリッチ側またはリーン側に偏らせた手法
と同じ手法に従って、更にリッチ側またはリーン側に偏
らせれば良い。
が図11(B)に点線で示すような状態でリーン側に偏
った特性(図11(B)で原点側に偏った特性)である
ときには、図25の矢印で示すように、補正量dλy に
応じて更にリッチ側又はリーン側に補正しても良い(図
25に補正前の特性を点線で示し補正後の特性を実線で
示す)。
120、122に代えて、図26に示すように、リヤ酸
素センサ119の出力電圧V2と補正量dλy との関係
を表す一面のマップを用いてもよい。そのような一面の
マップを用いた場合、記憶すべき情報量が減ると共に処
理スピードが速くなる。なお図26において、V0は目
標空燃比のときの酸素濃度に対するリヤ酸素センサ11
9の出力電圧である。
用いてリヤ酸素センサ119の出力電圧V2の値を補正
量dλy に反映させていたが、そのような手法に代え
て、リヤ酸素センサ119の出力電圧V2を目標空気過
剰率λ0のときの基準電圧V0と比較して、空燃比が目
標空燃比に対してリッチかリーンかを判断し、リッチ・
リーン反転時に補正ベース値λ2Bをスキップ的に変化さ
せ、次のリッチ・リーン反転時まで補正ベース値λ2Bを
微少量づつ増加又は減少させても良く、そのような手法
を用いた第三実施例について、以下説明する。
力電圧V2を目標空気過剰率λ0のときの出力電圧V0
と比較して、空燃比がリッチかリーンかを判別する。リ
ッチからリーンへの反転時には、下記数10に示すよう
に所定量であるdλR だけスキップし、次に反転するま
での間、下記数11に示すように所定時間毎にΔλRづ
つ減算してゆく。
下記数12に示すように所定量であるdλL だけスキッ
プし、更にその後、次に反転するまでの間、下記数13
に示すように所定時間毎にΔλL づつ減算してゆく。
実行手順を、図27に基づき詳細に説明する。図27に
示す第二のリニアライズ特性補正処理は、図14に示す
補正リニアライザ51の特性マップを補正するための制
御ルーチンであり、図18に示した電子制御装置30内
のCPU31aにて1sec 毎の周期のタイマ割り込み処
理として実行される。
れると、まずステップ301〜305でリヤ酸素センサ
119による補正処理実施条件が成立しているか否かを
判断する。即ち、その補正処理実施条件は、図8にステ
ップS100として前述した条件(ステップ301)に
加えて、冷却水温THWが所定値(例えば70℃)以上
であること(ステップ303)、スロットルバルブ9が
全閉(LL=1)でないこと(ステップ305)であ
る。それらの条件の何れか一つでも満足されていない場
合には、本処理を一旦終了する。その場合、補正リニア
ライザ51の特性マップは、その直前の状態のまま保持
される。
すとき、ステップ307〜337を経て、リヤ酸素セン
サ119の出力V2に基づき補正リニアライザ51の特
性マップが補正される。まず、ステップ307〜313
でリヤ酸素センサ119の出力電圧V2に基づき、空燃
比のリッチ・リーンを判断し、ステップ315〜319
では補正リニアライザ51の特性マップを補正する上で
の基礎となる補正量ΔRSを算出し、ステップ321〜
333では補正量ΔRSに基づき、補正リニアライザ5
1の特性マップにおける理論空燃比のときの標準空気過
剰率λ1=1.0に対応する制御用空気過剰率λ2の値
λCを補正する。その補正後のλCに基づき、ステップ
335又は337で補正リニアライザ51の特性マップ
を補正する。
サ119の出力電圧V2を、A/D変換回路41(図7
参照)を介してCPU31a内に取り込み、ステップ3
09でV2が基準電圧V0以下か否かにより実際の空燃
比が目標空燃比に対してリッチかリーンかを判断する。
V2≦V0のとき(リーン)ステップ311でフラグF
2を「0」とし、V2>V0のとき(リッチ)ステップ
313でフラグF2を「1」とする。更に、ステップ3
15に進み、フラグF2が反転したか否かを判断し、そ
の反転時にはステップ317で排気ガス輸送遅れに関す
る機関パラメータとしてのエンジン回転数Nを回転セン
サ25の出力値から算出し、そのエンジン回転数Nに基
づいて、1次元マップにより補正量ΔRSを補間計算す
る。その1次元マップの特性はエンジン回転数Nが増す
ほど補正量ΔRSが減るという反比例的な関係にあり、
従って、高負荷運転時にエンジン回転数Nが大きくなり
排気ガスの輸送遅れが小さくなると補正量ΔRSは小さ
くなる。逆に、低負荷運転時にエンジン回転数Nの値が
小さくなって排気ガス輸送遅れが大きくなると補正量Δ
RSも大きくなる。また、ステップ315にてフラグF
2が反転していないと判断したときには、ステップ31
9にて補正量ΔRSの値を微少な一定値ΔRSjとす
る。
が0か1かに基づいてリッチ・リーンを判断し、フラグ
F2=0(リーン)のときにはステップ323にて直前
のλCから補正量ΔRSだけ減算してλCを更新し、ス
テップ327、329にてλCを最小値MINでガード
しつつ、そのようにして更新したλCをRAM31cに
書き込む。その更新後のλCに基づき、補正リニアライ
ザ51の特性マップを所定空燃比範囲内でリーン側に偏
らせている中心点の座標(λ1,λ2)=(1.0,λ
C)のλCの値を直前値から更新値へと補正することに
より、前述の第二実施例同様その中心点を移動させ、そ
の移動後の中心点と所定空燃比範囲の両端の各点a、b
とをそれぞれ結んで、補正リニアライザ51の特性マッ
プを補正する。また、ステップ321でフラグF2=1
(リッチ)のときにはステップ325にて直前のλCに
補正量ΔRSだけ加算してλCを更新し、ステップ33
1、333にてλCを最大値MAXでガードしつつ、そ
のようにして更新したλCをRAM31cに書き込む。
その更新後のλCに基づき、前述同様にして、補正リニ
アライザ51の特性マップを補正する。なお、ステップ
327、329の最小値MINは、過渡追従性が損なわ
れないレベルの値であり、ステップ331、333の最
大値MAXは、空燃比変動によりドライバビリティの悪
化が発生しないレベルの値である。
正リニアライザ51の特性マップを補正した後、本処理
を一旦終了し、補正後の補正リニアライザ51に基づい
て、前述した第一実施例及び第二実施例と同様な空燃比
フィードバック制御が実行される(図19及び図9参
照)。
ライザ51の制御用空気過剰率λ2を所定空燃比範囲内
でリッチ側又はリーン側に偏らせている中心点λC(補
正ベース値λ2mに対応する)の時間的な変化は、図28
に示すように、リヤ酸素センサ119の出力電圧V2の
時間的な変化にほぼ対応するので、第二実施例同様に空
燃比フィードバック制御の中心を微調整し可能な限り目
標空燃比に一致させ、エミッションの悪化を防止するこ
とができる。
Cをリッチ・リーン反転時にスキップ的に補正する補正
量ΔRSを排気ガス輸送遅れに関する機関パラメータと
してのエンジン回転数Nに基づいて算出しているので、
リヤ酸素センサ119の応答速度を実質的に向上させ、
エミッションの悪化やドライバビリティの悪化等を防止
することができる。
する機関パラメータとしてのエンジン回転数Nから算出
したΔRSは、エンジン負荷に対して設定されるもので
あり、吸入空気量から算出しても良い。また、ステップ
317で用いた1次元マップに代えて、エンジン回転数
と吸気圧とに応じた2次元マップを用い、その2次元マ
ップに基づきΔRSを補間計算しても良い。
転時にλCをスキップ的に変化させると共に次の反転時
までλCを微少量づつ増減していたが、その代わりに、
排気ガスの輸送遅れに関する機関パラメータに応じて補
正量ΔRSiを算出し、その補正量ΔRSiづつリーン
時にはλCから減算し、リッチ時にはλCに加算する手
法を用いても良い。その手法を用いて補正リニアライザ
51を補正する場合を、第三の補正リニアライズ特性補
正処理として図29に示す。
いて、図27に基づき前述した第二の補正リニアライズ
特性補正処理とほぼ同様のステップには、第二の補正リ
ニアライズ特性補正処理に付した符号に対応する符号を
付して説明を省略する。この第三の補正リニアライズ特
性補正処理においては、ステップ407でリヤ酸素セン
サ119の出力電圧V2を取り込んだ後、ステップ40
9に進み、排気ガス輸送遅れに関する機関パラメータと
してのエンジン回転数Nに基づいて、1次元マップから
補正量ΔRSiを補間計算する。その一次元マップは、
前述のステップ317の場合同様、エンジン回転数Nと
補正量ΔRSiとの反比例的な関係を定める。更にステ
ップ411に進み、前述同様リヤ酸素センサ119の出
力電圧V2を基準電圧V0と比較し実際の空燃比の目標
空燃比に対するリッチ・リーンを判断する。リーンと判
断したときにはステップ413で補正量ΔRSiづつ直
前のλCから減算してλCを更新し、リッチと判断した
ときにはステップ415で補正量ΔRSiづつ直前のλ
Cに加算してλCを更新し、そのようにして更新したλ
Cに基づき、ステップ425又はステップ427で補正
リニアライザ51の特性マップを前述と同様にして補正
する。
る場合も、前述した第二の補正リニアライズ特性補正処
理による場合同様、図28に示すようにλCの時間的な
変化は、リヤ酸素センサ119の出力電圧V2の時間的
な変化に応答して変化するため、簡単な処理にて空燃比
フィードバック制御の中心を微調整し可能な限り目標空
燃比に一致させ、エミッションの悪化を防止することが
でき、又、その際の補正量ΔRSiはエンジン回転数N
に基づいて算出されるので、リヤ酸素センサ119の応
答速度を実質的に向上させ、エミッションの悪化やドラ
イバビリティの悪化等を防止することができる。
様、吸入空気量等から算出しても良く、又、ステップ4
09で用いた1次元マップに代えて、エンジン回転数と
吸気圧とに応じた2次元マップを用いてΔRSiを補間
計算しても良い。なお、第二及び第三実施例では、空燃
比センサが起電力型の酸素センサである場合を説明した
が、空燃比センサとしては排気中の特定成分濃度を検出
することにより混合気の空燃比を算定することができる
ものであれば何でも良く、例えばCOセンサやリーンミ
クスチャセンサ等を用いることもできる。
ンサ119の出力電圧V2に応じて第一実施例における
補正リニアライザ51の特性を補正したが、更にすすめ
て、補正リニアライザ51の特性そのものをリヤ酸素セ
ンサ119の出力電圧V2に応じて作り込んでも良い。
即ち、製品完成時にエンジンを非アイドル回転させ、図
11(A)又は(B)に実線で示す偏りのない特性を、
それら図中に矢印で示すように、リヤ酸素センサ119
の出力電圧V2に応じて、所定空燃比範囲内で制御用空
気過剰率λ2の値が全体としてリッチ側又はリーン側に
偏るようにして、点線で示す補正リニアライザ51の特
性を作り込みバックアップRAMに書き込む。その際、
特性を所定空燃比範囲内で全体としてリッチ側又はリー
ン側に偏らせる手順は、第二実施例及び第三実施例に関
し各々前述したものと同様である。
(A)に実線で示す偏りのない特性において、理論空燃
比であるときの標準空気過剰率λ1の値λ1=1.0に
対する制御用空気過剰率λ2の値をベース値λ2Bとし
て、そのベース値λ2Bにリヤ酸素センサ119の出力電
圧V2から算出した補正量dλy を加えて補正ベース値
λ2mを得て、第二実施例と同様に(λ1,λ2)=
(1.0,λ2m)を中心として所定空燃比範囲内で制御
用空気過剰率λ2の値を全体としてリッチ側又はリーン
側に偏らせる。そのようにしてリヤ酸素センサ119の
出力電圧V2に応じ補正リニアライザ51の特性を作り
込んだ場合、簡便且つ的確に空燃比制御中心を目標空燃
比に合わせ込むことができる。
示すような補正リニアライザ51を作り込む場合を以下
説明する。即ち、図11(B)に実線で示す偏りのない
特性において、標準空気過剰率λ1の増減にも関わらず
制御用空気過剰率λ2が増減しない関係となる臨界点a
又はbの何れか一方の点を固定すると共に他方の点をX
軸(標準空気過剰率λ1の値を表す軸)と平行に移動さ
せる。即ち、リーン側に偏らせる場合は、図11(B)
にb→b1として示すように、aを固定してbのX座標
だけを(即ちbのY座標も固定して)リヤ酸素センサ1
19の出力電圧V2から算出した補正量dλy の大きさ
に対応する量だけリーン側に移動させ、b→b1間の移
動軌跡、及び移動後のb1と固定されたままのaとを結
んだ線により補正リニアライザ51の特性を得る。また
リッチ側に偏らせる場合は、逆にbを固定して、図11
(B)にa→a1として示すように、aのX座標だけを
補正量dλy の大きさに対応する量だけリッチ側に移動
させ、a→a1間の移動軌跡、及び移動後のa1とbと
を結んだ線により補正リニアライザ51の特性を得れば
よい。なお、前述の場合と逆方向に即ちb1→b方向に
移動させたり、a1→a方向に移動させたりしても良
い。
と同様に、補正リニアライザ51の特性そのものをリヤ
酸素センサ119の出力電圧V2に応じて作り込むこと
ができる。即ち、上述の第二実施例に関する説明におい
て、補正量dλy の代わりに、リーン時には負の符号、
リッチ時には正の符号をそれぞれ付したΔRS又はΔR
Siを用い、他の手順については前述した第二実施例を
用いた場合と同様にすれば良い。
3に示すように、補正リニアライザ51の特性は、理論
空燃比のときの標準空気過剰率λ1=1.0を軸として
所定空燃比範囲内で標準空気過剰率λ2の値が全体とし
てリッチ側又はリーン側に偏った関係にある場合を主に
説明したが、この補正リニアライザ51の特性は、空燃
比が目標空燃比であるときの空気過剰率λ1=λ0を軸
として、所定範囲内で標準空気過剰率λ2の値を全体と
してリッチ側又はリーン側に偏らせた関係にあっても良
い。
て、第四実施例である車両用内燃機関の空燃比制御装置
を図面に基づき説明する。第四実施例では、酸素センサ
19の出力電圧VOXを基準電圧VRと比較してリッチ
・リーンを判断し、その判断に基づきディレイ時間、ス
キップ量、及び積分定数等の制御定数から空燃比補正係
数FAFを算出し、そのFAFに基づいて実行する従来
の空燃比フィードバック制御において、リヤ酸素センサ
119の出力電圧V2の大きさに応じて算出した補正量
ΔRSyにより制御定数を補正する。
は、例えば特開昭和63年第212743号公報に開示
されているように、触媒コンバータの下流側に設けた下
流側酸素センサの出力値を基準値と比較してリッチ・リ
ーンを判断し、そのリッチ・リーン反転時に制御定数を
次の反転時まで所定量づつ補正していた。しかし、その
ような従来技術では、制御定数の補正は下流側酸素セン
サの出力値に基づくリッチ・リーン反転時から次の反転
時まで所定量づつ行われ、反転時のリッチ度合又はリー
ン度合は制御定数に反映されないため、例えば燃料入れ
替えにより燃料性状が著しく変化して空燃比フィードバ
ック制御中心が急にずれた場合、応答性が悪く、制御中
心をもとに戻し目標空燃比を達成するまでに時間がかか
った。
空燃比に収束し、空燃比フィードバック制御の安定を図
り、エミッションの悪化を防止するために、リヤ酸素セ
ンサ119の出力電圧V2の大きさに応じて算出した補
正量ΔRSyにより制御定数を補正する。
ヤ酸素センサ119の出力電圧V2の大きさに応じて算
出するため、補正量ΔRSyの時間特性には、V2に基
づくリッチ・リーン反転のタイミングだけでなく、基準
電圧(目標空気過剰率のときのリヤ酸素センサ119の
出力電圧)に対するリッチ又はリーンの度合即ち目標空
燃比に対する偏差が反映される。従って、補正量ΔRS
yづつ補正される制御定数の時間特性にも、V2の基準
電圧に対する偏差すなわち目標空燃比に対する実際の空
燃比の偏差が反映されるので、その偏差は、制御定数に
基づき算出されるFAFにも反映される。それ故、例え
ば燃料入れ替え等により燃料の性状が著しく変化して空
燃比フィードバック制御中心が急にずれた場合にも、そ
のずれ量に応じたV2の基準電圧に対する偏差がFAF
に反映され、そのFAFに基づく空燃比フィードバック
制御を行うことにより、応答性よく制御中心をもとに戻
して目標空燃比への収束を図ることができ、制御を安定
させて、エミッションの悪化を防止することができる。
の制御装置の構成は、図18及び図7に示すとおりであ
り、前述の第二実施例と同様であるから説明を省略す
る。図30に示す、第四実施例に従った第二の空燃比フ
ィードバック制御ルーチンは、酸素センサ19の出力電
圧VOXによるリッチ・リーン判断に基づき所定の制御
定数であるディレイ時間TDR,TDL、スキップ量R
SR,RSL、積分定数KIR,KILから、空燃比フ
ィードバック制御の空燃比補正係数FAFを算出するた
めの処理であり、図18に示す電子制御回路30内のC
PU31aにて、4msec毎のタイマ割り込み処理として
実行される。
件の成否を判断した後(ステップ501)、条件成立の
場合には酸素センサの出力電圧VOXを取り込んで(ス
テップ505)、基準電圧VRと比較し目標空燃比に対
する実際の空燃比のリッチ・リーンを判断し(ステップ
507)、その判断に基づき本処理実行毎にカウントア
ップ・カウントダウンされるディレイカウンタCDLYを最
大値TDR及び最小値TDLでガードしつつディレイカ
ウンタCDLYが最大値TDR又は最小値TDLに達したと
きフラグF1を反転させ(ステップ509〜531)、
そのフラグF1反転時にリッチ・リーンが反転したもの
として後述する空燃比フィードバック制御用の補正係数
FAFを算出する(ステップ533〜553)。その
際、フラグF1の反転は、酸素センサ19の出力VOX
に基づくリッチ・リーン判断よりも、ディレイ時間であ
るディレイカウンタCDLYの最大値TDR又は最小値TD
Lだけ遅れ、それ故、フラグF1の反転に基づくリッチ
・リーン判断は一層安定なものになると共に、ディレイ
時間である最大値TDR又は最小値TDLを調整するこ
とによって空燃比フィードバック制御の中心をリッチ側
又はリーン側に微調整することができる。
F1の反転という遅延処理されたリッチ・リーンを判断
し、リッチからリーンへの反転時にはリッチスキップ量
RSRだけ、リーンからリッチへの反転時にはリーンス
キップ量RSLだけFAFをスキップ的に変化させ(ス
テップ535、539、541)、フラグF1が反転し
ていないときにはリッチ・リーンに応じてリーン積分定
数KIL又はリッチ積分定数KIRづつ直前のFAFの
値から増減してFAFの値を更新する(ステップ53
7、543、545)。更にステップ547〜553で
は、FAFを最大値1.2と最小値0.8とでガードし
本処理を一旦終了する。また、ステップ501で条件不
成立と判断したときには、ステップ503に進み、空燃
比補正係数FAFを1.0とした後、本処理を一旦終了
する。
バック制御ルーチンにおけるスキップ量RSR,RSL
をリヤ酸素センサ119の出力電圧V2の値に応じて補
正するための制御定数補正処理の実行手順を図31に基
づき説明する。この制御定数補正処理は、第二の空燃比
フィードバック制御ルーチンの演算周期よりも長い所定
時間例えば150msec毎にタイマ割り込み処理として実
行される。
述したステップ301〜305と同様な実施条件の成否
を判断し(ステップ601〜605)、その条件が成立
していると判断したときには、リヤ酸素センサ119の
出力電圧V2を取り込んで(ステップ607)、図20
に基づき前述した第二実施例のステップ220、240
と同様にして、目標空気過剰率λ0と出力電圧V2から
算出した実際の空気過剰率λxとの偏差Δλ2を算出し
RAM31cに書き込む。更に、ステップ613に進ん
で、偏差Δλ2と補正量ΔRSyとの関係を定めたマッ
プを用いてRAM31cに書き込まれた偏差Δλ2の値
に応じた補正量ΔRSyを算出する。そのマップは、図
32に示すように、原点を中心とする所定空燃比範囲内
(即ち偏差Δλ2の絶対値がある大きさの範囲内)にお
いて、偏差Δλ2の増加に応じて補正量ΔRSyが減少
するという負の傾きの正比例関係にあり、その所定空燃
比範囲外ではΔλ2の増減に関わらず補正量ΔRSyは
増減しない関係にある。
流の排気ガス中の酸素濃度が目標空気過剰率λ0よりも
高くなったとき(即ちリーンであるとき)、リヤ酸素セ
ンサ119の出力電圧V2は低くなって、空気過剰率λ
xは大きくなり偏差Δλ2は負の値となる。そして、そ
の偏差Δλ2から算出した補正量ΔRSyは正の値とな
る。逆に、触媒コンバータ118下流の排気ガス中の酸
素濃度がリッチとなれば、補正量ΔRSyは負の値とな
る。
Syが正か否かを判断し、正と判断したときには、ステ
ップ617にて直前のリッチスキップ量RSRに補正量
ΔRSyを加えて更新すると共に、ステップ619〜6
25でRSRの値を最大値及び最小値でガードし、一
方、補正量ΔRSyが正でないときには、ステップ62
7にて直前のリーンスキップ量RSLから補正量ΔRS
yを減じて更新すると共に、ステップ629〜635で
RSLの値を最大値及び最小値でガードし、そのように
してスキップ量をガードした後、本処理を一旦終了す
る。
増減されたスキップ量RSR,RSLに基づいて、前述
した図30の第二の空燃比フィードバック制御ルーチン
が実行される。図31の制御定数補正処理では、前述し
たように補正量ΔRSyをリヤ酸素センサ119の出力
電圧V2の大きさに応じて算出するため、図33に示す
ように、補正量ΔRSyの時間特性には、V2に基づく
リッチ・リーン反転のタイミングだけでなく、基準電圧
(目標空気過剰率のときのリヤ酸素センサ119の出力
電圧)に対するリッチ度合又はリーン度合即ち目標空燃
比に対する偏差が反映される。従って、図34に示すよ
うに、補正量ΔRSyづつ補正されるスキップ量RS
R,RSLの時間特性にも、V2の基準電圧に対する偏
差すなわち実際の空気過剰率の目標空気過剰率に対する
偏差が反映されるので、その偏差は、スキップ量RS
R,RSLに基づき算出されるFAFにも反映される。
それ故、例えば燃料入れ替え等により燃料の性状が著し
く変化して空燃比フィードバック制御中心が急にずれた
場合にも、そのずれ量に応じたV2の基準電圧に対する
偏差がFAFに反映され、そのFAFに基づく空燃比フ
ィードバック制御を行うことにより、応答性よく制御中
心をもとに戻して目標空燃比への収束を図ることがで
き、制御を安定させて、エミッションの悪化を防止する
ことができる。なお、図34においてスキップ量RS
R,RSLの時間特性における基準値は、補正量ΔRS
yにて補正する前の値である。
基づいてスキップ量RSR,RSLを補正していたが、
スキップ量に代えて積分定数KIR,KILやディレイ
時間TDR,TDLを補正しても良い。その補正の手順
は、図31に基づき前述したスキップ量の補正の場合と
同じである。そのように積分定数KIR,KILやディ
レイ時間TDR,TDLを補正する場合も、前述のスキ
ップ量の補正の場合と同様、図35及び図36に示すよ
うに、積分定数KIR,KILやディレイ時間TDR,
TDLの時間特性には、V2の基準電圧に対する偏差す
なわち実際の空気過剰率の目標空気過剰率に対する偏差
が反映され、その偏差は、それら積分定数及びディレイ
時間に基づき算出されるFAFにも反映される。それ
故、積分定数やディレイ時間を補正量ΔRSyに基づき
補正した場合も、空燃比フィードバック制御中心が急に
ずれた場合に、応答性よく制御中心をもとに戻し目標空
燃比への収束を図ることができ、制御を安定させて、エ
ミッションの悪化を防止することができる。
正したときには空燃比のフィードバック周期を長くする
ことなくレスポンスの良い制御が可能であり、積分定数
を補正したときには簡単な処理で済み、ディレイ時間を
補正したときには微妙な空燃比の調整が可能である。そ
れら補正したスキップ量、積分定数、及びディレイ時間
の何れか二以上を組み合わせて用いることができること
は当然である。又、スキップ量RSR,RSLの何れか
一方を固定し他方を補正することも可能であり、それと
同様に積分定数及びディレイ時間についてもリッチ側又
はリーン側の一方の制御定数を固定し他方を補正するこ
とが可能である。
述したステップ609〜613の手順により、二枚のマ
ップを用いてリヤ酸素センサ119の出力電圧V2から
補正量ΔRSyを算出していたが、図37に示すような
V2とΔRSyとの関係を定めるマップを用いて、V2
から直接ΔRSyを算出してもよい。その場合、記憶す
べき情報量が減ると共に処理速度が増す。
及びリヤ酸素センサ119という二つの起電力型の酸素
センサを用いたが、その代わりに、COセンサ、リーン
ミクスチャセンサ等を用いることもできる。また、以上
の実施例では、燃料噴射弁により吸気系への燃料噴射量
を制御する内燃機関を示したが、キャブレタ式内燃機関
にも本発明を適用し得る。
タル回路により構成した前述の実施例は、アナログ回路
により構成することもできる。
明によれば、酸素センサの出力信号から求めた標準空気
過剰率が所定空気過剰率範囲内であれば、標準空気過剰
率の増減に応じ制御用空気過剰率を増減させるが、標準
用空気過剰率が所定空気過剰率範囲を外れていれば制御
用空気過剰率の増減を略停止するから、制御用空気過剰
率と目標空気過剰率との偏差に基づいた追従性のよい制
御が実現できると共に、酸素センサの出力のばらつきを
空燃比フィードバック制御から排除することができると
いう効果を奏する。制御性能のばらつきがなくなり、エ
ミッションが悪化することもない。
の微分要素により、酸素センサの動特性、つまりリーン
からリッチに転ずる時の応答時間よりもリッチからリー
ンに転ずる時の応答時間が長くなるという特性をなら
し、応答時間の差をほぼなくすことができるから、空燃
比制御の中心がリーン側にずれてしまうという従来の傾
向を解消でき、また、リッチからリーンに転ずる時の応
答時間とリーンからリッチに転ずる時の応答時間とにば
らつきがあっても、空燃比制御中心が目標値からずれる
ことがないという効果を奏する。この結果、エミッショ
ンの悪化も防止される。
過剰率と目標空気過剰率との偏差に基づいた追従性のよ
い制御を実現しつつも、とくにアイドル時には制御用空
気過剰率を小さく設定するから、制御振幅が小さくなり
アイドル時の安定性を向上でき、目標空気過剰率からは
ずれたところでは制御用空気過剰率を大きく設定するか
らアイドル時の制御追従性を実現できるという効果を奏
する。
過剰率をリッチ側あるいはリーン側に偏った値にするこ
とで、空燃比制御中心をリーン側あるいはリッチ側に微
妙にずらすことができるから、エンジンの個性に応じて
相違する、エミッションが規制値内に収まる最適な空燃
比に空燃比制御中心を設定することが容易にできるとい
う効果を奏する。
微分要素のあるPID制御によって、空燃比制御中心が
O2 センサ特性ばらつきによらず実現し、急加速時には
微分要素のないPI制御により、空燃比制御中心が目標
空気過剰率にすばやく追従することを実現するから、急
加速時と定常時とに応じた制御特性を実現できるという
効果を奏する。
性補正手段を設けて、より安定した下流側空燃比センサ
の出力値に応じ、所定空燃比範囲内において、関係補正
特性の制御用空燃比の値を全体としてリッチ側又はリー
ン側に補正しているので、エンジンの個性や酸素センサ
の経時劣化等が原因で、エミッションが規制値内に納ま
る最適値から空燃比制御中心がずれた場合であっても、
可能な限り空燃比の制御中心を最適値に合わせ込み、最
適値である目標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を
図り、エミッションの悪化を防止することができる。
正手段が、下流側空燃比センサの出力のリッチ・リーン
反転時に、関係補正特性の制御用空燃比の値を内燃機関
の機関パラメータに応じて算出した補正量だけ全体とし
てリッチ側またはリーン側に補正している。従って、排
気ガス輸送遅れにより下流側空燃比センサの応答速度が
遅くなることに基づく弊害、例えばエミッションや燃費
の悪化、触媒排気異臭の発生及びドライバビリティの悪
化等を防止することができると共に、請求項6記載の発
明同様、個々のエンジンの異なる個性が原因で、また酸
素センサの経時劣化などが原因で空燃比制御中心が目標
空燃比からずれた場合であっても、可能な限り空燃比の
制御中心を目標空燃比に一致させ、目標空燃比への収束
及び空燃比制御の安定を図り、エミッションの悪化を防
止することができる。
バック制御定数を、下流側空燃比センサの出力値の大き
さに応じた補正量に基づき補正して、その補正された空
燃比フィードバック制御定数に基づき内燃機関のフィー
ドバック制御を実行しているので、空燃比制御中心が目
標空燃比からずれた場合であっても、応答性よく空燃比
の制御中心を目標空燃比に一致させ、目標空燃比への収
束及び空燃比制御の安定を図り、エミッションの悪化を
防止することができる。
例示するブロック図である。
例示するブロック図である。
置の構成を例示するブロック図である。
例示するブロック図である。
例示するブロック図である。
を表す流れ図である。
の実行により実現される空燃比制御のブロック線図であ
る。
関係を規定した特性グラフである。
用空気過剰率との関係を規定した特性グラフである。
空気過剰率との関係を規定した特性グラフである。
共通な基本特性を示す特性グラフである。
性グラフである。
トである。
タイムチャートである。
に生ずる固体差等に起因するばらつきを示すグラフであ
る。
ジンの概略構成図である。
図である。
気過剰率λ1Xを求める手順を表す説明図である。
λy を求める手順を表す説明図である。
補正する手法を表す説明図である。
ス値λ2mとを対応させて表すタイムチャートである。
特性を補正する手法を表す説明図である。
プで構成した例を表す特性図である。
図である。
イムチャートである。
図である。
表す流れ図である。
の特性マップ表す図である。
すタイムチャートである。
係数FAFとの時間特性を対応させて表すタイムチャー
トである。
数FAFとの時間特性を対応させて表すタイムチャート
である。
正係数FAFと、VOXと、フラグF1との時間特性を
対応させて表すタイムチャートである。
マップを表す図である。
スイッチ,19…酸素センサ,30…電子制御装置,5
0…リニアライザ,51…非アイドル時の補正リニアラ
イザ,53…アイドル時の補正リニアライザ,55…非
アイドル時の偏差演算回路,57…アイドル時の偏差演
算回路,59…定常時用PIDコントローラ,61…急
加速時用PIコントローラ,63…第1選択回路,65
…アイドル時用PIコントローラ,67…第2選択回
路,118…触媒コンバータ,119…リヤ酸素セン
サ,λ0…目標空気過剰率,λ1…標準空気過剰率,λ
2…制御用空気過剰率,Δλ…偏差
Claims (8)
- 【請求項1】 理論空燃比近傍で出力が急変する酸素セ
ンサの出力信号の大きさから空燃比制御用にとくに修正
した制御用空燃比を算出し、該制御用空燃比と目標空燃
比との偏差を偏差演算手段により求め、該偏差に基づい
てコントローラが空燃比フィードバック制御を実行する
空燃比制御装置において、 前記酸素センサの出力信号と該出力信号に対応する空燃
比との標準的な関係を予め記憶した標準関係記憶手段
と、 該標準関係記憶手段が予め記憶した標準関係にしたがっ
て前記酸素センサの出力信号に対応する標準空燃比を検
出する標準空燃比検出手段と、 前記標準空燃比と前記制御用空燃比との対応関係を規定
しており、理論空燃比近傍の所定空燃比範囲内において
は前記標準空燃比の増減に応じて前記制御用空燃比が増
減し、前記所定空燃比範囲外においては前記標準空燃比
の増減にかかわらず前記制御用空燃比の増減が略停止す
る関係補正特性を予め記憶した関係補正特性記憶手段
と、 該関係補正特性記憶手段が予め記憶した関係補正特性に
したがって、前記標準空燃比検出手段が検出した標準空
燃比に対応する制御用空燃比を検出する制御用空燃比検
出手段とを備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制
御装置。 - 【請求項2】 前記コントローラが、入力された偏差に
基づいて空燃比をPID制御するコントローラであるこ
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。 - 【請求項3】 前記関係補正特性記憶手段は前記関係補
正特性とともに、 前記所定空燃比範囲内においては、前記標準空燃比の増
減に応じ増減する制御用空燃比の増減率が、理論空燃比
を略中心に前記関係補正特性に規定される制御用空燃比
の増減率よりも低減された関係を規定し、前記目標空燃
比からはずれたところでは前記制御用空燃比の増減率よ
りも増加された関係を規定し、前記所定空燃比範囲外に
おいては、前記標準空燃比の増減にかかわらず前記制御
用空燃比の増減が略停止する関係を規定した低減化関係
補正特性を予め記憶し、 さらに、 アイドル状態を検出するアイドル状態検出手段と、 前記制御用空燃比検出手段が制御用空燃比の検出に使用
する関係補正特性として、前記アイドル状態検出手段に
よりアイドル状態が検出されていない場合、前記関係補
正特性記憶手段が記憶する関係補正特性を選択し、前記
アイドル状態検出手段によりアイドル状態が検出されて
いる場合、前記関係補正特性記憶手段が記憶する低減化
関係補正特性を選択する特性選択手段とを備えることを
特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の空燃比制御
装置。 - 【請求項4】 前記関係補正特性記憶手段が記憶する関
係補正特性は、 前記所定空燃比範囲内において、前記標準空燃比の増減
に応じ増減する制御用空燃比の値が全体的にリッチ側あ
るいはリーン側に偏った関係で規定されていることを特
徴とする請求項1、2又は3記載の内燃機関の空燃比制
御装置。 - 【請求項5】 前記コントローラは、 前記偏差に基づいて空燃比をPI制御するPI制御手段
と、 前記偏差に基づいて空燃比をPID制御するPID制御
手段とを備え、 さらに、 急加速を検出する急加速検出手段と、 該急加速検出手段が急加速を検出した場合、前記PI制
御手段を選択し、 該急加速検出手段が急加速を検出しない場合、前記PI
D制御手段を選択する制御手段選択手段とを備えること
を特徴とする請求項1、2、3又は4記載の内燃機関の
空燃比制御装置。 - 【請求項6】 内燃機関の排気系に設けられた前記酸素
センサの下流側に配設されて排気ガスを浄化する触媒コ
ンバータの更に下流に取り付けられ、該触媒コンバータ
を通過した排気ガス中の特定成分濃度を検出する下流側
空燃比センサと、 前記関係補正特性記憶手段が記憶する前記関係補正特性
を、前記所定空燃比範囲内において、前記標準空燃比の
増減に応じて増減する前記制御用空燃比の値が前記下流
側空燃比センサの出力値に応じ全体としてリッチ側又は
リーン側に偏った関係となるように補正する関係補正特
性補正手段と、を備えたことを特徴とする請求項1、
2、3、4又は5記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 【請求項7】 内燃機関の運転状態に基づいて排気ガス
の輸送遅れに関する機関パラメータを算出する機関パラ
メータ算出手段と、 該機関パラメータ算出手段が算出した機関パラメータに
応じた補正量を算出する補正量算出手段と、を備え、 前記関係補正特性補正手段は、前記空燃比センサの出力
がリッチからリーンへ又はリーンからリッチへ反転した
ときに、前記関係補正特性記憶手段が記憶する前記関係
補正特性を、前記所定空燃比範囲内において、前記標準
空燃比の増減に応じて増減する前記制御用空燃比の値が
前記補正量算出手段の算出した補正量に応じ全体として
リッチ側又はリーン側に偏った関係となるように補正す
ることを特徴とする請求項6記載の内燃機関の空燃比制
御装置。 - 【請求項8】 内燃機関の排気系に設けられた触媒コン
バータの上流側と下流側とに各々設けられ、排気ガス中
の特定成分濃度を検出する上流側及び下流側空燃比セン
サと、 予め定められた空燃比フィードバック制御定数を記憶す
る制御定数記憶手段と、 前記下流側空燃比センサの出力値の大きさに応じて前記
フィードバック制御定数を補正するための補正量を算出
し、該補正量に基づき前記空燃比フィードバック制御定
数を補正する制御定数補正手段と、 該上流側空燃比センサの出力と前記制御定数補正手段に
て補正された前記空燃比フィードバック制御定数とに基
づいて内燃機関のフィードバック制御を実行する制御手
段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御
装置。
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