JPH061747U - 内燃機関の空燃比フィードバック制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】酸素センサの検出応答性が低温時に悪化して
も、空燃比制御性が大きく悪化することを回避できるよ
うにする。 【構成】酸素センサの素子温度に相関する冷却水温度Ｔ
ｗに基づいて、基準レベルＳ／Ｌを可変設定する（Ｓ
２）。ここで、前記基準レベルＳ／Ｌと、酸素センサの
出力電圧ＶＯ₂ とを比較して、実際の空燃比の理論空燃
比に対するリッチ・リーンを判別させる（Ｓ４）。そし
て、かかるリッチ・リーン判別結果に基づいて、空燃比
フィードバック補正係数ＬＭＤを設定する（Ｓ５〜Ｓ1
0）。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は内燃機関の空燃比フィードバック制御装置に関し、特に、低温時で空 燃比センサの素子活性が不足して検出応答性が悪化するときに、空燃比制御性が 悪化することを抑止し得る装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

内燃機関の空燃比フィードバック制御装置として、酸素センサで検出される排 気中の酸素濃度に基づいて、理論空燃比に対する実際の空燃比のリッチ・リーン を判別し、かかる判別結果に基づいて実際の空燃比を目標空燃比に近づけるよう に燃料供給量を制御するものが知られている（特開昭６０−２４０８４０号公報 等参照）。

【０００３】 前記酸素センサとしては、ジルコニアチューブの内外表面にそれぞれ電極を形 成し、チューブの内側に導入した大気中の酸素濃度（基準酸素濃度）と外側の排 気中の酸素濃度との比に応じて前記電極間に起電力を発生させ、この起電力と理 論空燃比相当の基準レベルとを比較することで、機関吸入混合気の空燃比の理論 空燃比に対するリッチ・リーンを検出するものがある（実開昭６３−５１２７３ 号公報等参照）。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、前述のような酸素センサ（空燃比センサ）では、始動直後などの素 子温度の低いときには、図７に示すように、素子活性の不足により特にリッチ→ リーン（酸素濃度小→大）方向の検出応答性が悪化すると共に、リーン側での起 電力が浮く傾向を示す。

【０００５】 ここで、前述のように、リッチ→リーン方向の検出応答性が遅くなると、それ だけ実際の空燃比変化から基準レベルを横切るまでの時間が遅れるため、リッチ 検出時間が実際よりも長くなり、結果、空燃比制御点がリーン側にシフトしてし まうという問題があった。 本考案は上記問題点に鑑みなさたものであり、低温状態で素子活性の不足によ り検出応答性が悪化しても、空燃比制御点が本来の目標から大きくずれてしまう ことを抑止できる空燃比フィードバック制御装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

そのため本考案にかかる内燃機関の空燃比フィードバック制御装置は、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 気中の特定気体成分の濃度に感応して出力値が変化するセンサである。

【０００７】 そして、空燃比制御手段は、空燃比センサの出力値と目標空燃比相当の基準レ ベルとの比較結果に基づいて実際の空燃比を前記目標空燃比に近づけるように機 関吸入混合気の空燃比を制御する。 ここで、素子温度検出手段は、空燃比センサの素子温度に相当するパラメータ を検出し、基準レベル設定手段は、素子温度検出手段で検出された素子温度に相 当するパラメータに基づいて前記基準レベルを可変設定する。

【０００８】

【作用】

かかる構成によると、空燃比センサの素子温度によってその検出応答性に変化 が生じるときに、かかる検出応答性の変化は素子温度に相当するパラメータの検 出結果に基づいて検知できる。従って、空燃比センサの出力値と比較される基準 レベルを、前記パラメータに応じて変化させれば、検出応答性の変化に応じて基 準レベルを変化させることができ、基準レベルの変更によって検出応答性の変化 による制御点のずれを修正し得る。

【０００９】

【実施例】

以下に本考案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。前記吸 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。

【００１０】 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からの噴射パルス信 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。 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９，三元触媒10及びマフラー11を介して排気が排出される。

【００１１】 コントロールユニット12は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，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の作動を制 御する。 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。

【００１２】 また、クランク角センサ14が設けられていて、４気筒機関でクランク角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ＰＯ Ｓ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。 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。

【００１３】 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 けられている。 前記酸素センサ16は、大気中の酸素濃度（基準酸素濃度）に対する排気中の酸 素濃度の比に応じた起電力を発生する濃淡電池であり、排気中の酸素濃度が理論 空燃比（本実施例における目標空燃比）を境に急変することを利用し、理論空燃 比相当の基準レベルと前記起電力とを比較することで実際の空燃比の理論空燃比 に対するリッチ・リーンを検出し得る公知のセンサである。

【００１４】 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それぞれ示すＲＯＭ上のプログラム に従って演算処理を行い、機関吸入混合気の空燃比が目標空燃比（理論空燃比） となるように燃料噴射量Ｔｉを演算する。 本実施例において、空燃比制御手段，基準レベル設定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ものとする。

【００１５】 また、本実施例では、酸素センサ16（空燃比センサ）の素子温度に相当するパ ラメータとして、前記素子温度に相関する冷却水温度Ｔｗを用いるので、前記水 温センサ15が素子温度検出手段に相当する。尚、冷却水温度Ｔｗの代わりに排気 温度を、素子温度に相当するパラメータとして用いても良いし、勿論、素子温度 を直接的に検出するセンサを設けて構成しても良い。

【００１６】 図３のフローチャートに示すプログラムは、基本燃料噴射量Ｔｐに乗算される 空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを比例・積分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、水温センサ15 で検出された冷却水温度Ｔｗを読み込む。

【００１７】 次のステップ２では、予め冷却水温度Ｔｗに対応する基準レベルＳ／Ｌを記憶 したマップを参照し、前記ステップ１で読み込んだ冷却水温度Ｔｗに対応する基 準レベルＳ／Ｌを求める。前記基準レベルＳ／Ｌは、酸素センサ16の出力電圧Ｖ Ｏ₂ と比較され、実際の空燃比の理論空燃比に対するリッチ・リーンを判別する ための基準となるものである。

【００１８】 前記基準レベルＳ／Ｌのマップは、冷却水温度Ｔｗが低く、酸素センサ16の素 子温度が低いと推定されるときほど高く設定され、中・高温時には一定値に設定 されるようになっている。 前記酸素センサ16は、低温時には素子活性が不足し、図７に示すようにリッチ →リーン変化時の検出応答性が大きく遅れ、リッチ検出時間が真のリッチ状態よ りも長くなり、以て、空燃比制御点としては本来の理論空燃比よりもリーン側に ずれてしまう。

【００１９】 そこで、本実施例では、リッチ→リーン変化時の検出応答性に遅れが生じる低 温時には、基準レベルＳ／Ｌを中・高温時に比べて高く設定することで（図５参 照）、空燃比リッチ→リーン変化時に出力電圧ＶＯ₂ が基準レベルＳ／Ｌを横切 る時間を速めてリッチ→リーン変化時の検出応答遅れを補償し、以て、空燃比制 御点がリーン側に大きくずれてしまうことを回避できるようにした。

【００２０】 上記のようにして基準レベルＳ／Ｌを設定すると、ステップ３では、酸素セン サ16の出力電圧ＶＯ₂ を読み込む。 そして、次のステップ４では、前記読み込んだ出力電圧ＶＯ₂ と、冷却水温度 Ｔｗに応じて設定した基準レベルＳ／Ｌとを比較し、出力電圧ＶＯ₂ が基準レベ ルＳ／Ｌよりも高いときには理論空燃比よりもリッチであり、逆に低いときにリ ーンであると判別する。

【００２１】 リッチ判別時には、まず、ステップ５へ進み、リッチ判別が初回であるか否か を判別し、リーンからリッチへ移行したリッチ判別初回であるときには、ステッ プ６で空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを所定の比例分Ｐだけ減少修正し、 初回でないときには、ステップ７で補正係数ＬＭＤを所定の積分分だけ減少修正 し、実際の空燃比がリッチからリーンに反転するまで間、徐々に補正係数ＬＭＤ を減少させる。

【００２２】 一方、リーン判別時にも、前記リッチ判別時と同様に、補正係数ＬＭＤを比例 ・積分制御により増大変化させ（ステップ８〜ステップ10）、実際の空燃比が目 標空燃比に近づくように補正係数ＬＭＤを設定する。 前記空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤは、図４のフローチャートに示す燃 料噴射量Ｔｉの演算に用いられる。

【００２３】 図４のフローチャートにおいて、まず、ステップ31では、吸入空気流量Ｑや機 関回転速度Ｎｅや冷却水温度Ｔｗなどの各種検出信号を読み込む。 そして、次のステップ32では、吸入空気流量Ｑと機関回転速度Ｎｅとに基づい て基本燃料噴射量Ｔｐ（←Ｋ×Ｑ／Ｎｅ；Ｋは定数）を演算する。 ステップ33では、冷却水温度Ｔｗ等に基づいて前記基本燃料噴射量Ｔｐを補正 するための各種補正係数ＣＯＥＦを設定する。

【００２４】 更に、ステップ34ではバッテリ電圧の変化による燃料噴射弁６の有効開弁時間 の変化を補正するための電圧補正分Ｔｓを設定する。 ステップ35では、前記図３のフローチャートに従って設定される空燃比フィー ドバック補正係数ＬＭＤを読み込む。 そして、ステップ36では、前記基本燃料噴射量Ｔｐを、各種補正係数ＣＯＥＦ ，電圧補正分Ｔｓ，空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤで補正して、最終的な 燃料噴射量Ｔｉ（←Ｔｐ×ＬＭＤ×ＣＯＥＦ＋Ｔｓ）を設定する。

【００２５】 所定の噴射タイミングになると、前記ステップ36で最新に演算された燃料噴射 量Ｔｉに相当するパルス幅の噴射パルス信号が燃料噴射弁６に与えられることに より、機関吸入混合気の空燃比が理論空燃比になるように機関への燃料供給量が 電子制御される。 ところで、上記実施例では、冷却水温度Ｔｗのみをパラメータとして基準レベ ルＳ／Ｌを可変設定させたが、前記出力電圧ＶＯ₂ の最大・最小値ＭＡＸ，ＭＩ Ｎをそれぞれ検出し、この最大・最小値ＭＡＸ，ＭＩＮの中央値として設定され る基準レベルＳ／Ｌを、冷却水温度Ｔｗに応じて補正しても、上記実施例と同様 に、低温時のリッチ→リーン変化に対する検出応答遅れによるリーンシフトを抑 止できる。

【００２６】 かかる基準レベルＳ／Ｌの設定制御を、図３のフローチャートのステップ21〜 ステップ23に示してある。 まず、ステップ21では水温センサ15で検出される冷却水温度Ｔｗを読み込み、 ステップ22では、出力電圧ＶＯ₂ の最大・最小値ＭＡＸ，ＭＩＮに基づいて求め られる出力電圧範囲の中央値を補正するための補正係数αを、冷却水温度Ｔｗに 基づいて設定する。

【００２７】 ここで、前記補正係数αは、冷却水温度Ｔｗが低く酸素センサ16の素子活性が 不足すると予測される温度状態において、1.0 よりも大きな値として設定され、 充分な素子活性が得られる中・高温状態では、1.0 に設定されるようになってい る。これにより、充分な素子活性が得られる中・高温時には、出力電圧範囲の中 央値に基準レベルＳ／Ｌが設定され、素子活性が不足する低温時には、前記中央 値よりも高い値を基準レベルＳ／Ｌとして設定できるようにしてある（図６参照 ）。

【００２８】 次のステップ23では、実際に出力電圧ＶＯ₂ を観察して求めた最大・最小値Ｍ ＡＸ，ＭＩＮの中央値（＝（ＭＡＸ＋ＭＩＮ）／２＋ＭＩＮ）に前記補正係数α を乗算し、かかる演算結果を基準レベルＳ／Ｌとして設定する。 ステップ23で基準レベルＳ／Ｌを設定すると、上記に説明したステップ３〜ス テップ10の比例・積分制御に移行し、前記基準レベルＳ／Ｌを用いたリッチ・リ ーン判定に基づき補正係数ＬＭＤを制御する。

【００２９】 上記のようにして基準レベルＳ／Ｌを設定する場合も、低温時には高温時より も高い基準レベルＳ／Ｌと出力電圧ＶＯ₂ とを比較させてリッチ・リーン判別が 行われるから、リッチ→リーン変化時にセンサの検出応答遅れが発生しても、基 準レベルＳ／Ｌを持ち上げることで、リーン判別への移行を速め、前記検出応答 遅れを補正することができるため、結果、フィードバック制御点がリーン側にず れることを回避できる。

【００３０】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によると、低温時に空燃比センサの素子活性が不足 し、検出応答性が悪化することがあっても、前記検出応答性の悪化に応じて基準 レベルを変化させ、この基準レベルとセンサ出力とを比較して空燃比フィードバ ック制御を行わせるようにしたので、低温状態であっても空燃比制御性が大きく 悪化することを回避できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の構成を示すブロック図。

【図２】本考案の一実施例を示すシステム概略図。

【図３】空燃比フィードバック補正係数の設定を示すフ
ローチャート。

【図４】燃料噴射量の演算を示すフローチャート。

【図５】温度状態に応じた基準レベルの設定特性を示す
タイムチャート。

【図６】最大・最小出力値を用いた基準レベルの設定特
性を示すタイムチャート。

【図７】低温時における応答特性の悪化の様子を示すタ
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 15 水温センサ 16 酸素センサ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】機関吸入混合気の空燃比によって変化する
   排気中の特定気体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、 該空燃比センサの出力値と目標空燃比相当の基準レベル
   との比較結果に基づいて、実際の空燃比を前記目標空燃
   比に近づけるように機関吸入混合気の空燃比を制御する
   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フィードバック制
   御装置において、 前記空燃比センサの素子温度に相当するパラメータを検
   出する素子温度検出手段と、 該素子温度検出手段で検出された素子温度に相当するパ
   ラメータに基づいて前記基準レベルを可変設定する基準
   レベル設定手段と、 を設けたことを特徴とする内燃機関の空燃比フィードバ
   ック制御装置。