JPH07103040A - 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】空燃比ずれ発生時の空燃比制御の精度を向上さ
せる。 【構成】空燃比フィードバック補正係数αを、目標空燃
比に対するリッチ・リーン検出（Ｓ２）に基づいて比例
積分制御する（Ｓ６，Ｓ８，Ｓ13，Ｓ15）。ここで、リ
ッチ化方向への積分制御量Ｉ_L とリーン化方向への積分
制御量Ｉ_R との偏差に基づき、比例制御で用いる比例分
Ｐ_L ，Ｐ_R を補正する（Ｓ４，Ｓ11）。かかる補正は、
例えばリッチ化方向への積分制御量Ｉ_L に比してリーン
化方向への積分制御量Ｉ_R が大きい場合には、比例分Ｐ
_L による補正係数αの増大制御量をより大きくし、ま
た、比例分Ｐ_R による補正係数αの減少制御量をより小
さくする。

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フィー
ドバック制御装置に関し、詳しくは、比例積分制御によ
り空燃比フィードバック制御を行なう装置において、空
燃比ずれが生じたときの空燃比制御精度を向上させ得る
技術に関する。

【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、目標空燃比（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理論空燃比（目標空燃比）に近づけ
るように機関への燃料供給量をフィードバック制御する
ものが知られている（特開昭６０−２４０８４０号公報
等参照）。

【０００３】具体的には、図４に示すように、空燃比の
リッチ→リーン（リーン→リッチ）反転時に空燃比フィ
ードバック補正係数αを目標空燃比に近づける方向に所
定比例分だけ増大（減少）修正し、その後、空燃比がリ
ッチ（リーン）に反転するまで所定積分分によって所定
周期毎に空燃比フィードバック補正係数αを徐々に増大
（減少）修正し、かかる空燃比フィードバック補正係数
αで基本燃料噴射量を補正するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図４に示す
ように、例えば目標空燃比に対するリッチ側へのずれを
生じ、かかる空燃比ずれを解消すべく空燃比フィードバ
ック補正係数αを減少変化させるときには、積分制御に
よって補正係数αを増大制御する量Ｉ_L と減少制御する
量Ｉ_R とに偏差を生じ、増大制御量Ｉ_L に比して減少制
御量Ｉ_R が大きくなるため、比例制御の時点では略目標
空燃比になっていても平均空燃比としてはリーン側にず
れてしまうという問題があった。

【０００５】即ち、実際の空燃比が目標空燃比に安定し
ていて、積分制御によるリーン化方向への制御量Ｉ_R と
リッチ化方向への制御量Ｉ_L とが均衡しているときに
は、平均空燃比が目標空燃比になるが、上記のように空
燃比ずれを解消すべく補正係数αを変化させるときに
は、前記均衡状態が崩れることになるため、たとえ目標
空燃比に対するリッチ・リーンを繰り返していても、平
均空燃比としてはリッチ或いはリーン方向にずれること
になってしまっていた。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、空燃比ずれを解消すべく空燃比フィードバック補
正係数を変化させているときにも、目標空燃比に対する
高い空燃比制御性が得られ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、リッチ・リーン検
出手段は、機関吸入混合気の空燃比の目標空燃比に対す
るリッチ・リーンを検出する。

【０００８】そして、比例制御手段は、リッチ・リーン
検出手段により機関吸入混合気の空燃比の目標空燃比に
対するリッチ・リーン反転が検出されたときに、空燃比
制御値を所定の比例分に基づいて機関吸入混合気の空燃
比を目標空燃比に近づける方向に制御する。また、積分
制御手段は、リッチ・リーン検出手段の検出結果に応じ
て前記空燃比制御値を所定の積分分に基づいて機関吸入
混合気の空燃比を目標空燃比に近づける方向に一定周期
毎に制御する。

【０００９】ここで、燃料供給制御手段は、前記空燃比
制御値に基づいて燃料供給手段による機関への燃料供給
量を制御する。一方、積分制御偏差演算手段は、前記積
分制御手段による空燃比リッチ化方向の積分制御量と空
燃比リーン化方向の積分制御量との偏差を演算する。そ
して、比例分補正手段は、前記積分制御偏差演算手段で
演算された偏差で示される空燃比シフトを打ち消す方向
に前記比例制御手段で用いる比例分を補正する。

【００１０】

【作用】かかる構成によると、機関吸入混合気の空燃比
を目標空燃比に近づけるように空燃比制御値が比例積分
制御され、該空燃比制御値に基づいて燃料供給量を制御
することで、目標空燃比の混合気を形成させる。一方、
積分制御における空燃比リッチ化方向の積分制御量と空
燃比リーン化方向の積分制御量との偏差が演算される。
ここで、例えばリーン化方向への積分制御量が、リッチ
化方向への積分制御量よりも大きい場合には、平均空燃
比のリーン側へのシフトを示すことになる（図４参
照）。

【００１１】そこで、上記のような積分制御の不均衡に
基づく空燃比シフトの発生を、前記偏差から判別し、比
例制御で用いる比例分を前記空燃比シフトを打ち消す方
向に補正することで、積分制御の不均衡による空燃比シ
フトが抑制されるようにする。

【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。前記吸気マニホールド５
の各ブランチ部には、各気筒別に燃料供給手段としての
燃料噴射弁６が設けられている。

【００１３】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に間欠的に噴射供給す
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９，三元触媒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，ＲＯ
Ｍ，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。

【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、基準ピストン位置毎の基
準角度信号ＲＥＦと、クランク角１°又は２°毎の単位
角度信号ＰＯＳとを出力する。ここで、基準角度信号Ｒ
ＥＦの周期、或いは、所定時間内における単位角度信号
ＰＯＳの発生数を計測することにより、機関回転速度Ｎ
ｅ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の集合部にリッチ・リーン検
出手段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酸
素濃淡電池であり、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、理論空燃比のみ（理論空燃比に対するリッチ・リー
ン）を検出し得る公知のリッチ・リーンセンサである。

【００１７】ここにおいて、燃料供給制御手段としての
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、吸入空気流量Ｑと機関回転速度Ｎｅと
に基づいて目標空燃比（本実施例では理論空燃比）相当
の基本燃料噴射量Ｔｐ（基本噴射パルス幅）を演算する
一方、前記冷却水温度Ｔｗに基づく基本補正係数や加減
速補正係数などを含む各種補正係数ＣＯＥＦを設定し、
更に、前記酸素センサ16による検出結果に基づいて実際
の機関吸入混合気の空燃比を目標空燃比（理論空燃比）
にフィードバック制御するための空燃比フィードバック
補正係数（空燃比制御値）αを演算する。

【００１８】次いで、前記基本燃料噴射量Ｔｐに、前記
各種補正係数ＣＯＥＦ，空燃比フィードバック補正係数
αを乗算して有効噴射量Ｔｅ（←Ｔｐ×ＣＯＥＦ×α）
を演算し、更に、この有効噴射量Ｔｅにバッテリ電圧の
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を加算して、この加算結果を最
終的な燃料噴射量（噴射パルス幅）Ｔｉ（←Ｔｅ＋Ｔ
ｓ）として設定する。

【００１９】そして、コントロールユニット12は、前記
演算した燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の噴射パル
ス信号を燃料噴射弁６に対して機関回転に同期した所定
タイミングで出力することで、機関への燃料供給を電子
制御する。ここで、前記コントロールユニット12による
比例積分制御を用いた空燃比フィードバック補正係数α
（初期値＝1.0 ）の演算の様子を図３のフローチャート
に従って詳細に説明する。

【００２０】尚、本実施例において、比例制御手段，積
分制御手段，積分制御偏差演算手段，比例分補正手段と
しての機能は、前記図３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。図３のフローチャートに示すプログラムは、機関回
転に同期した一定周期毎（例えば基準角度信号ＲＥＦ
毎）に実行されるようになっており、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の出力電圧ＶＯ₂をＡ／Ｄ変換して読み込む。

【００２１】そして、次のステップ２では、前記読み込
んだ酸素センサ16の出力電圧ＶＯ₂と、理論空燃比（目
標空燃比）相当の基準電圧Ｓ／Ｌ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・リーンを判
別する。ステップ２で、出力電圧ＶＯ₂ が基準電圧Ｓ／
Ｌ以上であると判別されたとき、即ち、実際の空燃比が
理論空燃比よりもリッチであると判別されたときには、
ステップ３へ進む。ステップ３では、リッチ判別が初回
であるか否か、換言すれば、リーン空燃比状態からリッ
チ空燃比状態への反転時であるか否かを判別する。

【００２２】ステップ３でリッチ判別の初回であると判
別されたときには、ステップ４へ進み、直前のリーン空
燃比状態において積分制御によって補正係数αをリッチ
方向（増大方向）に変化させた制御量Ｉ_L （この制御量
Ｉ_L は、後述するステップ16で演算される）と、該リー
ン空燃比判定状態の前のリッチ空燃比状態において積分
制御によって補正係数をリーン方向（減少方向）に変化
させた制御量Ｉ_R （この制御量Ｉ_R は、後述するステッ
プ９で演算される）との偏差（＝Ｉ_L −Ｉ_R ）を求め、
該偏差に応じて後述する補正係数αの比例制御に用いる
比例分Ｐを補正するための補正値Ｐ_K を設定する。

【００２３】ここで、前記偏差がマイナスであるとき、
即ち、リーン方向への積分制御量Ｉ _R がリッチ方向への
積分制御量Ｉ_L に比して大きいときには、前記補正値Ｐ
_K はマイナスの値として設定され、逆に、リッチ方向へ
の積分制御量Ｉ_L が大きく偏差としてプラスの値が算出
されるときには、前記補正値Ｐ_K はプラスの値として設
定されるようになっている。然も、前記偏差の絶対値が
所定値未満であるときには、偏差の絶対値が大きくなる
ほど補正値Ｐ_K の絶対値は増大するようになっている。

【００２４】ステップ４で補正値Ｐ_K を設定すると、次
のステップ５では、リッチ判別の初回に補正係数αを減
少方向に制御するのに用いる基本比例分Ｐ_RBに前記補正
値Ｐ _K を加算し、該加算結果を今回の比例制御に用いる
比例分Ｐ_R として設定する。そして、ステップ６では、
前回までの補正係数αから前記ステップ５で補正設定さ
れた比例分Ｐ_R を減算し、該減算結果を新たな補正係数
αとして設定する。

【００２５】次のステップ７では、今回のリーン→リッ
チ反転を受けて、前記リッチ方向への積分制御量Ｉ_L を
新たに求めるために、積分制御量Ｉ_L をゼロリセットす
る。一方、ステップ３でリッチ判別の初回でないと判別
されたときには、ステップ８へ進み、前回までの補正係
数αから所定の積分分ΔＩ_R を減算した値を、最新の補
正係数αとして設定し、空燃比がリッチ状態からリーン
状態に反転するまでの間、このステップ８における積分
制御を繰り返すことで、補正係数αを機関回転同期で徐
々に減少させる。

【００２６】ステップ９では、ステップ８における積分
制御による補正係数αの減少制御量Ｉ_R を、ステップ８
での処理実行毎に積分分ΔＩ_R を積算して求める。ま
た、ステップ２で空燃比がリーンであると判別されたと
きには、同様にしてステップ10で初回であるか否かの判
別を行なわせ、初回であれば比例制御により、初回でな
い場合には積分制御によって補正係数αを増大させる。

【００２７】リーン判別の初回時には、ステップ11へ進
み、前記ステップ４同様に、リッチ方向制御量Ｉ_L と、
リーン方向制御量Ｉ_R との偏差（＝Ｉ_L −Ｉ_R ）に応じ
て比例分Ｐの補正値Ｐ_K を設定するが、このステップ11
では、ステップ４における設定特性とは逆に、前記偏差
がマイナスであるときには補正値Ｐ_K としてプラスの値
が設定され、前記偏差がプラスであるときには補正値Ｐ
_K としてマイナスの値が設定されるようになっている。

【００２８】そして、ステップ12では、リーン判別の初
回に補正係数αをステップ的に増大制御するための基本
比例分Ｐ_LBに前記ステップ11で設定された補正値Ｐ_K を
加算して補正し、該補正設定された比例分Ｐ_L を用いて
次のステップ13で、補正係数αをステップ的に増大させ
る。また、次のステップ14では、今回のリッチ→リーン
反転を受けて、リッチ方向制御量Ｉ_L を新たに求めるべ
く、制御量Ｉ_L をゼロリセットする。

【００２９】一方、リーン判定の初回でないとステップ
10で判別されたときには、ステップ15において積分分Δ
Ｉ_L による補正係数αの増大制御を実行させ、更に、ス
テップ16では、前記ステップ15における積分制御が実行
される毎に積分分ΔＩ_L を積算してリッチ方向制御量Ｉ
_L を求める。かかる構成によると、例えばリーン方向制
御量Ｉ_R がリッチ方向制御量Ｉ_L に比して大きくなり、
偏差（＝Ｉ_L −Ｉ_R ）としてマイナスの値が設定される
状況では、リッチ判別の初回に補正係数αのステップ的
な減少制御に用いられる比例分Ｐ_R が縮小補正される一
方、リーン判別の初回に補正係数αのステップ的な増大
制御に用いられる比例分Ｐ_L が増大補正されることにな
り、これにより、比例制御による空燃比制御点がリッチ
シフト補正されることになる。

【００３０】即ち、ベース空燃比のリッチずれが生じ、
かかる空燃比ずれを解消すべく図４に示すようにして補
正係数αが徐々に減少変化するときには、リーン方向制
御量Ｉ_R がリッチ方向制御量Ｉ_L に比して大きくなるこ
とによって、補正係数αが徐々に減少することになる。
このときに、目標空燃比に対するリッチ・リーンを繰り
返し、比例制御実行時には目標空燃比になっているが、
前記リーン方向制御量Ｉ_R がリッチ方向制御量Ｉ_L に比
して大きくなることによって、平均空燃比としてはリー
ン方向への空燃比シフトが生じる。

【００３１】そこで、偏差（＝Ｉ_L −Ｉ_R ）がマイナス
の値として算出された場合には、積分制御量の不均衡に
よって空燃比のリーンシフトが生じているものと見做
し、比例制御における減少制御量Ｐ_R を減少すると共
に、増大制御量Ｐ_L を増大させることで、比例制御が空
燃比をリッチ化させる方向に修正されるようにし、以
て、積分制御がリーン方向に偏っていることによるリー
ンシフトを、前記比例制御のリッチシフトで打ち消すよ
うにしている。

【００３２】逆に、リッチ方向制御量Ｉ_L がリーン方向
制御量Ｉ_R に比して大きくなることによって空燃比のリ
ッチシフトが生じているときには、比例制御における減
少制御量Ｐ_R を増大させると共に、増大制御量Ｐ_L を減
少させることで、積分制御によるリッチシフトが、比例
制御のリーン修正によって打ち消されるようにする。こ
れにより、例えば機関の過渡運転時などに空燃比ずれが
生じ、かかる空燃比ずれを解消すべく補正係数αを変化
させているときに、積分制御量Ｉ_L ，Ｉ_R が不均衡状態
になっても、大きな空燃比シフトが生じることを抑制で
き、以て、空燃比ずれ発生時の空燃比制御精度を向上さ
せることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、空
燃比ずれを解消すべく目標空燃比を得るための空燃比制
御値を比例・積分制御によって変化させているときに、
積分制御におけるリッチ方向への制御量とリーン方向へ
の制御量とに差を生じても、かかる積分制御量の差によ
る空燃比シフトを打ち消す方向に比例分を補正するよう
にしたので、過渡運転などに伴う空燃比ずれ発生時の空
燃比制御精度が向上し、以て、排気性状の改善を図るこ
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】比例積分制御による空燃比フィードバック制御
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 16 酸素センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関吸入混合気の空燃比の目標空燃比に対
   するリッチ・リーンを検出するリッチ・リーン検出手段
   と、 該リッチ・リーン検出手段により機関吸入混合気の空燃
   比の目標空燃比に対するリッチ・リーン反転が検出され
   たときに、空燃比制御値を所定の比例分に基づいて機関
   吸入混合気の空燃比を目標空燃比に近づける方向に制御
   する比例制御手段と、 前記リッチ・リーン検出手段の検出結果に応じて前記空
   燃比制御値を所定の積分分に基づいて機関吸入混合気の
   空燃比を目標空燃比に近づける方向に一定周期毎に制御
   する積分制御手段と、 前記空燃比制御値に基づいて燃料供給手段による機関へ
   の燃料供給量を制御する燃料供給制御手段と、 前記積分制御手段による空燃比リッチ化方向の積分制御
   量と空燃比リーン化方向の積分制御量との偏差を演算す
   る積分制御偏差演算手段と、 前記積分制御偏差演算手段で演算された偏差で示される
   空燃比シフトを打ち消す方向に前記比例制御手段で用い
   る比例分を補正する比例分補正手段と、 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
   フィードバック制御装置。