JPH06272594A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】触媒の上下流にそれぞれ設けた酸素センサによ
って空燃比をフィードバック制御する装置において、サ
ージを発生させることなく空燃比制御を高精度に行わせ
る。 【構成】上流側の酸素センサを用いて比例積分制御によ
って空燃比フィードバック補正係数を設定する。一方、
前記比例制御で用いる比例分を補正するための補正値Ｐ
ＨＯＳを、下流側の酸素センサによる検出結果（Ｓ21）
に基づいて設定する（Ｓ22）。ここで、サージが許容レ
ベル内となるような最大値｜ＰＨＯＳ｜max を定め（Ｓ
24〜Ｓ26）、前記補正値ＰＨＯＳの絶対値を最大値｜Ｐ
ＨＯＳ｜max 以下に制限する（Ｓ27，Ｓ28）。そして、
基本比例分Ｐ_RB，Ｐ_LBを前記補正値ＰＨＯＳで補正し
て、最終的な比例分Ｐ_R ，Ｐ_L を設定する（Ｓ29）。

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、触媒式排気浄化装置の上流側及び
下流側それぞれで空燃比を検出し、これらの検出値に基
づいて空燃比フィードバック制御を実行するよう構成さ
れた空燃比制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、排気浄化用に排気系に設けら
れる三元触媒における転換効率を良好に維持するため
に、機関吸入混合気の空燃比を理論空燃比にフィードバ
ック制御することが行われている。かかる空燃比フィー
ドバック制御では、排気中の酸素濃度を介して機関吸入
混合気の空燃比を検出する酸素センサ（空燃比センサ）
を、応答性を確保するために燃焼室に比較的近い排気マ
ニホールドの集合部などに設け、この酸素センサで検出
される排気中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・リーンを検出して、機関への燃料
供給量をフィードバック制御するようにしている。

【０００３】しかしながら、上記のように燃焼室に比較
的近い排気系に設けられる酸素センサは、高温排気に曝
されることになるため、熱劣化などにより特性（内部抵
抗，起電力，応答時間）が変化し易く、また、気筒毎の
排気の混合が不十分であるため全気筒の平均的な空燃比
を検出し難いため、空燃比の検出精度にバラツキがあ
り、高精度な空燃比制御性を確保することが困難であっ
た。

【０００４】この点に鑑み、触媒の下流側にも酸素セン
サを設け、これらの２つの酸素センサの検出値を用いて
空燃比をフィードバック制御するものが種々提案されて
いる（特開平４−７２４３８号公報等参照）。例えば特
開平４−７２４３８号公報に開示される空燃比フィード
バック制御装置では、上流側酸素センサの検出に基づい
て比例・積分制御により空燃比フィードバック補正係数
を設定する一方、下流側酸素センサで目標空燃比に対す
るリッチ・リーンが検出されると、比例・積分制御にお
ける比例操作量（比例分）を目標空燃比に対するリッチ
・リーンが解消される方向に変化させることにより、上
流側酸素センサの検出結果に基づく空燃比フィードバッ
ク制御の空燃比制御点のずれを補償できるようにしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に、上流側の酸素センサを用いた空燃比フィードバック
制御の特性を、下流側の酸素センサによる検出結果に基
づいて補正する構成の場合、上流側の酸素センサが初期
特性の状態であるときに適合された制御特性を強制的に
変化させることになるから、平均空燃比として目標空燃
比に精度良く制御できたとしても、リッチ・リーンのバ
ランスが大きく崩れて出力変動（サージ）を発生し機関
運転性を悪化させてしまう惧れがあった。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、触媒の上流側に設けられた空燃比センサによる検
出結果を用いた空燃比フィードバック制御の特性を、触
媒下流側の空燃比センサの検出結果を用いて変化させる
構成の空燃比制御装置において、下流側の空燃比センサ
を用いた制御によって機関運転性が悪化することを防止
できるようにすることを目的とする。

【０００７】

【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、第１及び第２の空燃比センサは、
内燃機関の排気系に設けられた触媒式排気浄化装置の上
流側及び下流側にそれぞれ設けられ、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の濃度に感応
して出力値が変化するセンサである。

【０００８】空燃比フィードバック制御手段は、第１の
空燃比センサの出力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。また、フィ
ードバック特性補正手段は、第２の空燃比センサの出力
値に基づいて設定した特性補正値に基づいて前記空燃比
フィードバック制御手段による空燃比制御の特性を変化
させる。

【０００９】一方、出力変動検出手段は、機関出力トル
クの変動を検出し、特性補正値制限手段は、出力変動検
出手段で検出される機関出力トルクの変動が所定レベル
以下となるように前記特性補正値を制限する。

【００１０】

【作用】かかる構成によると、触媒式排気浄化装置より
も上流側に設けられた第１の空燃比センサの出力値を基
づいて空燃比がフィードバック制御されるが、かかる空
燃比フィードバック制御の特性が、下流側に設けられた
第２の空燃比センサの出力値に基づいて変更される。

【００１１】ここで、機関出力トルクの変動が所定レベ
ル以下となるように、前記フィードバック制御の特性を
変化させるための特性補正値が制限されるようにしてあ
る。即ち、下流側の第２の空燃比センサの検出結果に基
づいて要求される補正をそのまま実行させるのではな
く、出力トルクの変動が所定レベルを越えて大きくなら
ない範囲で前記補正を認めることで、空燃比制御精度と
機関運転性の確保とを両立させるようにした。

【００１２】

【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
ブランチ部には各気筒毎に燃料噴射弁６が設けられてい
る。前記燃料噴射弁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
調整された燃料を吸気マニホールド５内に噴射供給す
る。

【００１３】尚、本実施例では上記のようにマルチポイ
ントインジェクションシステム（ＭＰＩ方式）とした
が、スロットル弁４の上流などに全気筒共通に単一の燃
料噴射弁を設けるシングルポイントインジェクションシ
ステム（ＳＰＩ方式）であっても良い。機関１の燃焼室
にはそれぞれ点火栓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。

【００１４】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（触媒式排気浄化装置）10
及びマフラー11を介して排気が排出される。前記三元触
媒10は、排気成分中のＣＯ，ＨＣを酸化し、また、ＮＯ
x を還元して、他の無害な物質に転換する触媒式排気浄
化装置であり、機関吸入混合気を理論空燃比で燃焼させ
たときに両転換効率が最も良好なものとなる。

【００１５】コントロールユニット12は、ＣＰＵ，ＲＯ
Ｍ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスを
含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種の
センサからの検出信号を入力して、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中に熱線式或いはフラップ式
などのエアフローメータ13が設けられていて、機関１の
吸入空気流量Ｑに応じた電圧信号を出力する。

【００１６】また、クランク角センサ14が設けられてい
て、所定ピストン位置毎の基準角度信号と、単位角度毎
の単位角度信号とを出力する。ここで、前記基準角度信
号の発生周期、或いは、所定時間内における前記単位角
度信号の発生数を計測することより、機関回転速度Ｎｅ
を算出することができる。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。

【００１７】更に、三元触媒10の上流側となる排気マニ
ホールド８の集合部に第１の空燃比センサとしての第１
酸素センサ16が設けられており、また、三元触媒10の下
流側でマフラー11の上流側には第２の空燃比センサとし
ての第２酸素センサ17が設けられている。前記第１酸素
センサ16及び第２酸素センサ17は、排気中の特定成分と
しての酸素の濃度に感応して出力値が変化する公知のセ
ンサであり、理論空燃比を境に排気中の酸素濃度が急変
することを利用し、基準気体としての大気と排気との酸
素濃度差に応じて理論空燃比よりもリッチであるときに
は１Ｖ付近の電圧を、また、理論空燃比よりもリーンで
あるときには０付近の電圧を出力する公知の酸素センサ
である。

【００１８】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
ラムに従って空燃比フィードバック制御を行いながら機
関への燃料供給を電子制御する。尚、本実施例におい
て、空燃比フィードバック制御手段，フィードバック特
性補正手段，出力変動検出手段，特性補正値制限手段と
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。

【００１９】図３のフローチャートに示すプログラム
は、空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを比例・積分
制御によって設定し、更に、該空燃比フィードバック補
正係数ＬＭＤを用いて燃料噴射量Ｔｉを設定するための
プログラムである。図３のフローチャートにおいて、ま
ず、ステップ１（図中ではＳ１としてある。以下同様）
では、上流側の第１酸素センサ16の出力電圧を読み込
む。

【００２０】次のステップ２では、前記ステップ１で読
み込んだ出力電圧と目標空燃比（理論空燃比）相当の所
定値とを比較することで、目標空燃比に対する実際の空
燃比のリッチ・リーンを判別する。出力電圧が所定値よ
りも大きく空燃比がリッチであると判別されたときに
は、ステップ３へ進み、かかるリッチ判別が初回である
か否かを判別する。

【００２１】リッチ判別の初回でるときには、ステップ
４へ進み、前回までの空燃比フィードバック補正係数Ｌ
ＭＤから、後述するようにして設定される比例分Ｐ_R を
減算する比例制御を行って、空燃比フィードバック補正
係数ＬＭＤを更新する。一方、リッチ判別の初回でない
とステップ３で判別されたときには、ステップ５へ進
み、前回までの空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤか
ら所定の積分分Ｉを減算する積分制御を行って、空燃比
フィードバック補正係数ＬＭＤを更新する。

【００２２】前記空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤ
の減少制御は、燃料噴射量Ｔｉの減量補正に相当するか
ら、前記ステップ５における積分制御を繰り返すこと
で、空燃比がリーンに反転するようになる。空燃比がリ
ーンに反転したことがステップ２で判別されると、ステ
ップ６へ進み、リーン判別の初回であるか否かを判別す
る。

【００２３】リーン判別の初回であるときには、ステッ
プ７へ進み、前回までの空燃比フィードバック補正係数
ＬＭＤに対して、後述するようにして設定される比例分
Ｐ_Lを加算する比例制御を行って、空燃比フィードバッ
ク補正係数ＬＭＤを更新する。リーン判別の初回でない
場合には、ステップ８へ進み、前回までの空燃比フィー
ドバック補正係数ＬＭＤに所定の積分分Ｉを加算する積
分制御を行って、空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤ
を更新する。

【００２４】このようにして、上流側の第１酸素センサ
16で検出される実際の空燃比を、目標空燃比に近づける
方向に空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを比例積分
制御すると、ステップ９へ進み、前記空燃比フィードバ
ック補正係数ＬＭＤを用いて基本燃料噴射量Ｔｐを補正
して、最終的な燃料噴射量Ｔｉを設定する。具体的に
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
する一方、冷却水温度Ｔｗ等の運転条件に基づいた各種
補正係数ＣＯＥＦ、バッテリ電圧に応じた電圧補正分Ｔ
ｓを演算する。そして、前記基本燃料噴射量Ｔｐを、前
記空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤ，各種補正係数
ＣＯＥＦ，電圧補正分Ｔｓで補正し、該補正結果を最終
的な燃料噴射量Ｔｉ（←Ｔｐ×ＣＯＥＦ×ＬＭＤ＋Ｔ
ｓ）とする。

【００２５】コントロールユニット12は、最新に演算さ
れた前記燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の噴射パル
ス信号を所定の噴射タイミングで燃料噴射弁６に出力し
て、燃料噴射弁６による噴射量を制御し、以て、目標空
燃比の混合気を形成させる。ここで、前記空燃比フィー
ドバック補正係数ＬＭＤの比例・積分制御に用いる比例
分Ｐ_R ，Ｐ_L は、図４のフローチャートに示すプログラ
ムに従って設定される。

【００２６】図４のフローチャートにおいて、まず、ス
テップ21では、下流側の第２酸素センサ17の出力電圧を
読み込む。そして、次のステップ22では、前述の第１酸
素センサ16の出力電圧に基づく空燃比フィードバック補
正係数ＬＭＤの比例積分制御と同様にして、前記ステッ
プ22で読み込んだ第２空燃比センサ17の出力電圧に基づ
く比例積分制御によって、基本比例分Ｐ_RB，Ｐ_LBを補正
するための補正値ＰＨＯＳ（初期値＝０）を、第２空燃
比センサ17による検出空燃比が目標空燃比に近づく方向
に設定する。

【００２７】次のステップ23では、機関１のサージトル
ク（トルク変動）の検出を行う。かかるサージトルクの
検出は、機関回転速度Ｎｅの変動に基づいて検出した
り、筒内圧センサで検出される燃焼圧の変動に基づいて
検出したりすれば良く、サージ検出方法として公知の種
々の方法を用いることができる。また、前記サージトル
クの検出においては、機関１が搭載される車両の乗員に
不快感を与えるような周波数域のトルク変動を検出させ
るようにすると良い。

【００２８】ステップ24では、前記ステップ23で検出さ
れたサージトルクと、サージトルクの許容最大値に相当
する所定レベルとを比較する。ここで、検出されたサー
ジトルクが許容レベルを上回る場合には、ステップ25へ
進み、前記補正値ＰＨＯＳの絶対値を制限する最大値｜
ＰＨＯＳ｜max を所定値αだけ減少設定することで、補
正可能範囲を抑制する。

【００２９】また、検出されたサージトルクが許容レベ
ル以下である場合には、ステップ26へ進み、前記補正値
ＰＨＯＳの絶対値を制限する最大値｜ＰＨＯＳ｜max を
所定値β（＜α）だけ増大設定することで、補正可能範
囲を拡大する。そして、ステップ27では、前記ステップ
22で設定された補正値ＰＨＯＳの絶対値｜ＰＨＯＳ｜
と、前記ステップ24〜ステップ26で設定された最大値｜
ＰＨＯＳ｜max とを比較する。

【００３０】ステップ22で設定された補正値ＰＨＯＳの
絶対値｜ＰＨＯＳ｜が、最大値｜ＰＨＯＳ｜max よりも
大きい場合には、ステップ28へ進む。ステップ28では、
ステップ22で設定された補正値ＰＨＯＳの絶対値を｜Ｐ
ＨＯＳ｜max とする処理を行って、補正値ＰＨＯＳの絶
対値が｜ＰＨＯＳ｜max を越えることがないように制限
する。即ち、所定レベル以上のサージが発生しないよう
に設定される最大値｜ＰＨＯＳ｜max によって前記補正
値ＰＨＯＳによる補正レベルが制限されるようになって
いる。

【００３１】一方、ステップ27で、補正値ＰＨＯＳの絶
対値｜ＰＨＯＳ｜が最大値｜ＰＨＯＳ｜max 以下である
と判別されたときには、ステップ28をジャンプしてステ
ップ29へ進む。ステップ29では、基本比例分Ｐ_RBから前
記補正値ＰＨＯＳを減算し、該減算結果を比例分Ｐ
_R （←Ｐ_RB−ＰＨＯＳ）にセットすると共に、前記基本
比例分Ｐ_LBに前記補正値ＰＨＯＳを加算して、該加算結
果を比例分Ｐ_L （←Ｐ_LB＋ＰＨＯＳ）にセットする。

【００３２】前記比例分Ｐ_R は前述のようにリッチ判別
の初回に空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤの減少補
正に用いられる比例分であり、また、前記比例分Ｐ_L は
前述のようにリーン判別の初回に空燃比フィードバック
補正係数ＬＭＤの増大補正に用いられる比例分であり、
更に、補正値ＰＨＯＳは、第２酸素センサ17によるリッ
チ検出時には減少設定されるから、第２酸素センサ17で
リッチ検出されているときには、前記比例分Ｐ_R による
リーン方向への制御が増大し、逆に、前記比例分Ｐ_L に
よるリッチ方向への制御が減少するから、第２酸素セン
サ17で検出されるリッチ空燃比を目標空燃比に近づける
方向に空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤの比例制御
特性が変更されることになる。

【００３３】従って、第１酸素センサ16の検出結果を用
いた空燃比フィードバック制御における空燃比制御点の
ずれが、第２酸素センサ17を用いて設定される補正値Ｐ
ＨＯＳによって補償されることになる。また、補正値Ｐ
ＨＯＳによる補正レベルが大きくなって比例分Ｐ_R と比
例分Ｐ _L とのバランスが初期状態から大きく崩れ、これ
によって生じるアンバランスな空燃比変動によって出力
トルクに変動が生じるようになると、前記補正値ＰＨＯ
Ｓによる比例分Ｐ_R ，Ｐ_L の補正割合を強制的に減縮す
るための最大値｜ＰＨＯＳ｜max をより小さくして、補
正値ＰＨＯＳによる補正レベルをサージトルクが発生し
ない範囲に制限する。従って、サージトルクの発生によ
って機関運転性が悪化しない範囲内で、空燃比フィード
バック制御の制御点のずれを補償することができる。

【００３４】尚、本実施例では、下流側の第２酸素セン
サ17の検出値に基づいて比例分Ｐ_R，Ｐ_L を補正するた
めの補正値ＰＨＯＳを設定させる構成において、サージ
トルクの検出値に基づいて前記補正値ＰＨＯＳによる補
正レベルに制限を加えるようにしたが、第２酸素センサ
17による検出結果に基づいて空燃比フィードバック制御
の特性を変化させる構成を上記に限定するものではな
く、例えば、下流側の第２酸素センサ17の検出値に基づ
いて第１酸素センサ16の検出値に基づくリッチ・リーン
判別のスレッシュホールドレベルを変化させる構成など
であっても良く、この場合には、前記スレッシュホール
ドレベルの変化量をサージ検出に基づいて制限するよう
にすれば良い。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、触
媒式排気浄化装置の上流側及び下流側にそれぞれ第１及
び第２の空燃比センサを備え、第１の空燃比センサで空
燃比フィードバック制御を行う一方、第２の空燃比セン
サによる検出結果に基づいて前記空燃比フィードバック
制御の特性を変化させることで、第１の空燃比センサの
検出特性の変化を補償するシステムにおいて、所定レベ
ル以上のサージが発生しない範囲内で空燃比制御点のず
れを補償させることができるようになり、機関運転性を
維持しつつ高精度な空燃比制御を可能にできるという効
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】同上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】同上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。

【符号の説明】

１ 機関 ６ 燃料噴射弁 10 三元触媒（触媒式排気浄化装置） 12 コントロールユニット 16 第１酸素センサ（第１の空燃比センサ） 17 第２酸素センサ（第２の空燃比センサ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気系に設けられた触媒式排気
   浄化装置の上流側及び下流側にそれぞれ設けられ、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
   の濃度に感応して出力値が変化する第１及び第２の空燃
   比センサと、 前記第１の空燃比センサの出力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
   燃比フィードバック制御手段と、 前記第２の空燃比センサの出力値に基づいて設定した特
   性補正値に基づいて前記空燃比フィードバック制御手段
   による空燃比制御の特性を変化させるフィードバック特
   性補正手段と、 機関出力トルクの変動を検出する出力変動検出手段と、 該出力変動検出手段で検出される機関出力トルクの変動
   が所定レベル以下となるように前記特性補正値を制限す
   る特性補正値制限手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の空燃比
   制御装置。