JPH0833127B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、内燃機関の空燃比を制御する装置に関し、
特に排気還流装置を備える一方、空燃比センサを排気浄
化触媒の上流側及び下流側に備え、これら２つの空燃比
センサの検出値に基づいて空燃比を高精度にフィードバ
ック制御する装置に関する。

〈従来の技術〉 従来の一般的な内燃機関の空燃比制御装置としては例
えば特開平1-134749号公報に示されるようなものがあ
る。

このものの概要を説明すると、機関の吸入空気流量Ｑ
及び回転数Ｎを検出してシリンダに吸入される空気量に
対応する基本燃料供給量Ｔ_P（＝Ｋ・Q/N;Kは定数）を演
算し、この基本燃料供給量Ｔ_Pを機関温度等により補正
したものを排気中酸素濃度の検出によって混合気の空燃
比を検出する空燃比センサ（酸素センサ）からの信号に
よって設定される空燃比フィードバック補正係数（空燃
比補正量）を用いてフィードバック補正を施し、バッテ
リ電圧による補正等をも行って最終的に燃料供給量Ｔ_I
を設定する。

そして、このようにして設定された燃料供給量Ｔ_Iに
相当するパルス巾の駆動パルス信号を所定タイミングで
燃料噴射弁に出力することにより、機関に所定量の燃料
を噴射供給するようにしている。

上記空燃比センサからの信号に基づく空燃比フィード
バック補正は空燃比を目標空燃比（理論空燃比）付近に
制御するように行われる。これは、排気系に介装され、
排気中のCO,HC（炭化水素）を酸化すると共にNO_xを還元
して浄化する排気浄化触媒（三元触媒）の転化効率（浄
化効率）が理論空燃比燃焼時の排気状態で有効に機能す
るように設定されているからである。

前記、空燃比センサの発生起電力（出力電圧）は理論
空燃比近傍で急変する特性を有しており、この出力電圧
Ｖ₀と理論空燃比相当の基準電圧（スライスレベル）SL
とを比較して混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッ
チかリーンかを判定する。そして、例えば空燃比がリー
ン（リッチ）の場合には、前記基本燃料供給量Ｔ_Pに乗
じるフィードバック補正係数ALPPをリーン（リッチ）に
転じた初回に大きな比例定数Ｐを増大（減少）した後、
所定の積分定数Ｉずつ徐々に増大（減少）していき燃料
供給量Ｔ_Iを増量（減量）補正することで空燃比を理論
空燃比近傍に制御する。

ところで、上記のような通常の空燃比フィードバック
制御装置では１個の空燃比センサを応答性を高めるた
め、できるだけ燃焼室に近い排気マニホールドの集合部
分に設けているが、この部分は排気温度が高いため空燃
比センサが熱的影響や劣化により特性が変化し易く、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にくく空燃比の検出精度に難があ
り、引いては空燃比制御精度を悪くしていた。

この点に鑑み、排気浄化触媒の下流側にも空燃比セン
サを設け、２つの空燃比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提案されている（特開
昭61-237852号公報参照）。

即ち、下流側の空燃比センサは燃焼室から離れている
ため応答性には難があるが、排気浄化触媒の下流である
ため、排気成分（HC,CO,NOx等）の影響や劣化による特
性の変化を生じにくく、排気中の毒性成分による被毒量
が少ないため、被毒による特性変化も受けにくく、しか
も排気の混合状態がよいため全気筒の平均的な空燃比を
検出できる等上流側の空燃比センサに比較して、高精度
で安定した検出性能が得られる。

そこで、２つの空燃比センサの検出値に基づいて前記
同様の演算によって夫々設定される２つの空燃比フィー
ドバック補正係数を組み合わせたり、或いは上流側の空
燃比センサにより設定される空燃比フィードバック補正
係数の制御定数（比例分や積分分）、上流側の空燃比セ
ンサの出力電圧の比較電圧や遅延時間を補正すること等
によって上流側空燃比センサの出力特性のばらつきを下
流側の空燃比センサによって補償して高精度な空燃比フ
ィードバック制御を行うようにしている。

また、このものでは、過渡運転時（加減速時）には上
流側の空燃比センサによる空燃比フィードバック制御の
応答遅れ等により、空燃比変化が大きく、この間にも下
流側の空燃比センサによる空燃比フィードバック制御を
行うと、空燃比が過補正されてしまう。例えば、加速時
には下流側の空燃比センサによる空燃比フィードバック
制御によってリッチ側に過補正される結果、加速終了後
に目標空燃比への戻りに遅れが大きく、最悪の場合は空
燃比が大きく発散して、その間燃費の悪化，排気エミッ
ションの悪化，出力の悪化等を招くこととなる（第６図
参照）。

このため、スロットル弁が全閉か否か、或いはスロッ
トル弁開度，吸入空気流量，吸入空気圧，機関回転数，
車速の何れかの変化率が所定値以上か否かを判定して過
渡運転を検出し、過渡運転時には下流側空燃比センサに
よる空燃比フィードバック制御を停止して過補正の防止
を図っている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記のように下流側の空燃比センサに
よる空燃比フィードバック制御を停止する過渡運転の判
定方式では、過渡の程度が大きい時に有効であるが、空
燃比フィードバック補正係数の反転が十分可能な程度の
過渡の程度が低い運転状態の検出は、精度が低く検出の
遅れ時間も大きいため良好な検出性能が得られず、空燃
比の過補正を効果的に防止できるものではなかった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたも
ので、上流側の空燃比センサの出力を監視しつつ下流側
の空燃比センサによる空燃比フィードバック制御の実
行，停止を決めることにより上記問題点を解決した内燃
機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 このため本発明は第１図に示すように、 機関の排気通路に備えられた排気浄化触媒の上流側及
び下流側に夫々設けられ、空燃比によって変化する排気
中特定気体成分の濃度比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応じて第１の空燃
比補正量を演算する第１の空燃比補正量演算手段と、 前記第２の空燃比センサの出力値に基づいて第２の空
燃比補正量を演算する第２の空燃比補正量演算手段と、 前記第１の空燃比補正量と第２の空燃比補正量とに基
づいて最終的な空燃比補正量を演算する空燃比補正量演
算手段と、 を含んで構成される内燃機関の空燃比制御装置におい
て、 前記第１の空燃比センサによる第１の空燃比補正量の
平均値を演算する平均値演算手段と、 前記第１の空燃比補正量の平均値の変化量が所定値を
超えた場合は、超えてから所定値以内に戻って所定時間
を経過するまでの間、前記空燃比補正量設定手段におけ
る空燃比補正量の演算に際して第２の空燃比補正量を所
定値に固定する第２の空燃比補正量固定手段と、を備え
て構成した。

〈作用〉 第１の空燃比補正量演算手段は、第１の空燃比センサ
からの検出値に基づいて、第１の空燃比補正量を設定
し、第２の空燃比補正量設定手段は、第２の空燃比セン
サからの検出値に基づいて、第２の空燃比補正量を演算
する。

一方、平均値演算手段は、第１の空燃比補正量の平均
値を演算する。

そして、前記第１の空燃比補正量の平均値が所定値以
下である場合には、空燃比補正量演算手段により、第１
及び第２の空燃比センサからの検出値に基づいて設定さ
れた第１の空燃比補正量及び第２の空燃比補正量とによ
って最終的な空燃比補正量を演算する。

また、前記第１の空燃比補正量の平均値の変化量が所
定値を超えた場合は、第２の空燃比補正量固定手段によ
り、超えてから所定値以内に戻って所定時間を経過する
までの間は、第２の空燃比補正量を所定値に固定し、こ
の固定された第２の空燃比補正量と、第１の空燃比補正
量とに基づいて空燃比補正量演算手段により最終的な空
燃比補正量を演算する。

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

一実施例の構成を示す第２図において、機関11の吸気
通路12には吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ
13及びアクセルペダルと連動して吸入空気流量Ｑを制御
する絞り弁14が設けられ、下流のマニホールド部分には
気筒毎に燃料供給手段としての電磁式の燃料噴射弁15が
設けられる。

燃料噴射弁15は、マイクロコンピュータを内蔵したコ
ントロールユニット16からの噴射パルス信号によって開
弁駆動し、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圧力に制御された燃料を噴
射供給する。更に、機関11の冷却ジャケット内の冷却水
温度Twを検出する水温センサ17が設けられる。一方、排
気通路18にはマニホールド集合部に排気中酸素濃度を検
出することによって吸入混合気の空燃比を検出する第１
の空燃比センサ19が設けられ、その下流側の排気管に排
気中のCO,HCの酸化とNO_xの還元を行って浄化する排気浄
化触媒としての三元触媒20が設けられ、更に該三元触媒
20の下流側に第１空燃比センサと同一の機能を持つ第２
の空燃比センサ21が設けられる。

更に、第２図で図示しないディストリビュータには、
クランク角センサ22が内蔵されており、該クランク角セ
ンサ22から機関回転と同期して出力されるクランク単位
角信号を一定時間カウントして、又は、クランク基準角
信号の周期を計測して機関回転数Ｎを検出する。

次に、コントロールユニット16による空燃比制御ルー
チンを第３図及び第４図のフローチャートに従って説明
する。第３図は燃料噴射量設定ルーチンを示し、このル
ーチンは所定周期（例えば10ms）毎に行われる。

ステップ（図示ではＳと記す）１では、エアフローメ
ータ13によって検出された吸入空気流量Ｑとクランク角
センサ24からの信号に基づいて算出した機関回転数Ｎと
に基づき、単位回転当たりの吸入空気量に相当する基本
燃料噴射量Ｔ_Pを次式によって演算する。

Ｔ_P＝Ｋ×Q/N （Ｋは定数） ステップ２では、水温センサ17によって検出された冷
却水温度Tw等に基づいて各種補正係数COEFを設定する。

ステップ３では、後述するフィードバック補正係数設
定ルーチンにより設定されたフィードバック補正係数AL
PPを読み込む。

ステップ４では、バッテリ電圧値に基づいて電圧補正
分Ｔ_Sを設定する。これは、バッテリ電圧変動による燃
料噴射弁15の噴射流量変化を補正するためのものであ
る。

ステップ５では、最終的な燃料噴射量（燃料供給量）
Ｔ_Iを次式に従って演算する。

Ｔ_I＝Ｔ_P×COEF×ALPP＋Ｔ_S ステップ６では、演算された燃料噴射弁Ｔ_Iを出力用
レジスタにセットする。

これにより、予め定められた機関回転同期の燃料噴射
タイミングになると、演算した燃料噴射量Ｔ_Iのパルス
巾をもつ駆動パルス信号が燃料噴射弁15に与えられて燃
料噴射が行われる。

次に、空燃比フィードバック補正係数設定ルーチンを
第４図に従って説明する。このルーチンは機関回転に同
期して実行される。

ステップ11では、空燃比のフィードバック制御を行う
運転条件であるか否かを判定する。運転条件を満たして
いないときには、このルーチンを終了する。この場合、
フィードバック補正係数ALPPは全開のフィードバック制
御終了時の値若しくは一定の基準値にクランプされ、フ
ィードバック制御は停止される。

ステップ12では、第１の空燃比センサ19からの信号電
圧Ｖ₀₂及び第２の空燃比センサ21からの信号電圧Ｖ′₀₂
を入力する。

ステップ13では、ステップ11で入力した信号電圧Ｖ₀₂
と目標空燃比（理論空燃比）相当の基準値SLとを比較
し、空燃比がリーンからリッチ又はリッチからリーンへ
の反転時か否かを判定する。

反転時と判定されたときはステップ14へ進み、現在の
空燃比フィードバック補正係数ALPP₀と前回の第１の空
燃比センサ19検出の空燃比反転時の空燃比フィードバッ
ク補正係数ALPP_-1との平均値ALPAVE₀（＝｛ALPP₀＋ALPP
_-1｝/2）を演算する。

ステップ15では、前記演算された平均値ALPAVE₀と前
回の平均値ALPAVE_-1との偏差DALPAVE即ち平均値ALPAVE
の変化量を演算する。

ステップ16では、ステップ15で演算された平均値の偏
差の絶対値|DALPAVE|と過渡運転判定用の正の基準値RDA
LRCとを比較する。

そして、|DALPAVE|≦RDALRCと判定された時には、過
渡運転ではないと判断してステップ17へ進み、第２の空
燃比センサ21による第２の空燃比補正量（後述する空燃
比フィードバック補正係数設定用の比例分の補正量ＰHO
S）の設定更新を停止させる停止フラグFSPがセットされ
ているか否かを判定する。

そして、停止フラグFSPがセットされていない時には
ステップ18へ進み、第２の空燃比センサ21からの信号電
圧Ｖ′₀₂と目標空燃比（理論空燃比）相当の基準値SLと
を比較する。

そして、空燃比がリッチ（Ｖ′₀₂＞SL）と判定された
ときにはステップ19へ進み、前回の比例分補正量ＰHOS
_-1（又は機関回転数N,基本燃料噴射量Ｔ_P等で区分され
た運転領域毎に比例分補正量をそのまま若しくは加重平
均等の学習を行って記憶しておき、対応する運転領域か
ら検索して得た値）から所定量DPHOSを差し引いた値を
新たな比例分補正量ＰHOSとして更新設定した後、ステ
ップ24へ進む。

また、空燃比がリーン（Ｖ′₀₂＜SL）と判定されたと
きにはステップ20へ進み、同様にして得た比例分補正量
ＰHOS_-1に所定値DPHOSを加算した値を新たな比例分補正
量ＰHOSとして更新設定した後ステップ24へ進む。

また、ステップ16で|DALPAVE|＞RDALRCと判定された
時には、ステップ21へ進み前述の停止フラグFSPを１に
セットすると共に、第２の空燃比補正量の設定更新停止
の遅延期間を計測するカウンタCOUNTの値を０リセット
した後、ステップ18〜ステップ20を経由することなくス
テップ24へ進む。したがって、比例分補正量ＰHOSは更
新されることなく、前回値（前述の学習を行う場合は検
索値）に固定される。

また、ステップ17で停止フラグFSPがセットされてい
ると判定された時にはステップ22へ進み、前述のカウン
タCOUNTの値をカウントアップした後、ステップ23へ進
んで所定値COUNT₀と比較しカウント値COUNT≦COUNT₀の
場合は、比例分補正量ＰHOSの更新，学習を行うことな
くステップ24へ進む。ここで、所定値COUNT₀は排気が第
１の空燃比センサ19から第２の空燃比センサ21に至るま
での遅れ時間と三元触媒20のＯ₂ストレージ容量分によ
る第２の空燃比センサ21の第１の空燃比センサ19に対す
る応答遅れ時間に相当して設定されている。

一方、カウント値COUNT＞COUNT₀の場合にはステップ2
4へ進み、比例分補正量ＰHOSの設定更新を再開する。

ステップ24では、第１の空燃比センサ19によるリッ
チ，リーン判定を行い、リーン→リッチの反転時にはス
テップ25へ進んで、空燃比フィードバック補正係数ALPP
設定用のリッチ反転時に与える減少方向の比例分Ｐ_Rを
基準値Ｐ_R0から前記比例分補正量ＰHOSを減少した値で
更新する。次いで、ステップ26で空燃比フィードバック
補正係数ALPPを現在値から前記比例分Ｐ_Rを減じた値で
更新する。

又、リッチ→リーンの反転時にはステップ27へ進み、
空燃比フィードバック補正係数ALPP設定用のリーン反転
時に与える増加方向の比例分Ｐ_Lを基準値Ｐ_L0に比例分
補正量ＰHOSを加算した値で更新する。次いで、ステッ
プ28で空燃比フィードバック補正係数ALPPを現在値に前
記比例分Ｐ_Lを加算した値で更新する。

また、ステップ13で第１の空燃比センサ19の出力が反
転時でないと判定された時には、ステップ29へ進んでリ
ッチ，リーン判定を行い、リッチ時はステップ30へ進ん
で空燃比フィードバック補正係数ALPPを現在値から積分
分Ｉ_Rを減少した値で更新し、リーン時はステップ31へ
進んで積分分Ｉ_Lを加算した値で更新する。

ここで、ステップ24〜ステップ31の部分でステップ2
5,ステップ27による比例分の補正を除いて空燃比フィー
ドバック補正係数ALPPを設定する機能が第１の空燃比セ
ンサ19による第１の空燃比補正量演算手段に相当し、ス
テップ18〜ステップ20で比例分補正量ＰHOSを設定する
機能が第２の空燃比補正量演算手段に相当し、ステップ
14の機能が平均値演算手段に相当し、ステップ15〜ステ
ップ17,ステップ21〜ステップ23によりステップ18〜ス
テップ20をジャンプする機能が第２の空燃比補正量固定
手段に相当し、更新設定若しくは固定された比例分補正
量ＰHOSにより補正された比例分を使用しつつ、空燃比
フィードバック補正係数ALPPを演算するステップ26,ス
テップ28,ステップ30,ステップ31の機能が空燃比補正量
演算手段に相当する。

かかる構成とすれば、程度の低い過渡運転も空燃比フ
ィードバック補正係数の平均値の変化量の大きさに基づ
いて高精度で応答良く検出することができ、かつ、前記
平均値の変化量が所定値を超えて過渡運転と検出された
後所定値以内に戻って所定時間を経過するまでの間比例
分補正量ＰHOSを固定して空燃比フィードバック補正係
数を設定するため、過渡運転時の比例分補正による空燃
比のズレの影響を可及的に取り除くことができ、良好な
空燃比フィードバック制御を維持できる。ここで、空燃
比フィードバック補正係数の平均値の演算は第１の空燃
比補正量と第２の空燃比補正量との双方を含んだ値の平
均値であるが、第２の空燃比補正量である比例分補正量
ＰHOSの影響は過渡運転判定のための平均値の演算には
無視できるので、そのまま使用して十分な精度を得られ
る。

尚、本実施例では第１の空燃比センサ19の検出値に基
づく空燃比フィードバック制御を基調としつつ、その空
燃比フィードバック補正係数の比例分を第２の空燃比セ
ンサの検出値に基づいて補正するものに適用した例を示
したが、これに限らず夫々の空燃比センサによって空燃
比フィードバック補正係数を設定し、双方の値を合成し
て得た空燃比フィードバック補正係数を使用したり、第
１の空燃比センサによる空燃比フィードバック制御を行
いつつ、リッチ，リーン判定の基準値SLや出力遅延時間
を第２の空燃比センサの検出で補正したりするようなも
のにも適用できる。

〈発明の効果〉 以上説明したように本考案によれば、排気浄化触媒の
上流側及び下流側に空燃比センサを備え、これら両空燃
比センサの検出値に基づいて空燃比フィードバック制御
を行うものにおいて、第１の空燃比補正量の平均値の変
化量によって過渡運転を検出したため、程度の低い過渡
運転も高精度で応答良く検出することができ、かつ、前
記平均値の変化量が所定値を超えて過渡運転と検出され
た後所定値以内に戻って所定時間を経過するまでの間第
２の空燃比補正量を固定して最終的な空燃比補正量を演
算設定するため、過渡運転時の第２の空燃比補正量に基
づく補正による空燃比のズレの影響を可及的に取り除く
ことができ、良好な空燃比フィードバック制御を維持で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例の構成を示す図、第３図は同上実施例の燃
料噴射量設定ルーチンを示すフローチャート、第４図は
同じく空燃比フィードバック補正係数設定ルーチンを示
すフローチャート、第５図は同上実施例による空燃比フ
ィードバック制御時の各部の状態を示す線図、第６図は
従来例による空燃比フィードバック制御時の各部の状態
を示す線図である。 11……内燃機関、16……コントロールユニット 19……第１の空燃比センサ、20……三元触媒 21……第２の空燃比センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の排気通路に備えられた排気浄化触媒
   の上流側及び下流側に夫々設けられ、空燃比によって変
   化する排気中特定気体成分の濃度比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応じて第１の空燃比
   補正量を演算する第１の空燃比補正量演算手段と、 前記第２の空燃比センサの出力値に基づいて第２の空燃
   比補正量を演算する第２の空燃比補正量演算手段と、 前記第１の空燃比補正量と第２の空燃比補正量とに基づ
   いて最終的な空燃比補正量を演算する空燃比補正量演算
   手段と、 を含んで構成される内燃機関の空燃比制御装置におい
   て、 前記第１の空燃比センサによる第１の空燃比補正量の平
   均値を演算する平均値演算手段と、 前記第１の空燃比補正量の平均値の変化量が所定値を超
   えた場合は、超えてから所定値以内に戻って所定時間を
   経過するまでの間、前記空燃比補正量設定手段における
   空燃比補正量の演算に際して第２の空燃比補正量を所定
   値に固定する第２の空燃比補正量固定手段と、を備えて
   構成したことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。