JPS58106150A - 内燃機関のラムダ制御方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関のラムダ制御方法およびその装置、
さらに詳細（−はラムダセンサの少なくとも２個の切り
換え時点間の制御データを負荷１回転速度９時間等の運
転特性（二従って調整することによりラムダ制御を行な
う内燃機関のラムダ制御方法およびその装置（ユ関する
。

自動車の内燃機関のラムダ制御装置は今日多くの国々で
比較的厳しい排気ガス規制が立法化されているため（二
すでに標率装備となってい、る。ラムダ制御装置は排気
ガスセンサ（ラムダセンサ、酸素センサ）を備えており
、そのセンサは混合気のラムダ値（空気比、すなわち供
給空気量と必要空気量の比）が「１」となるよう（二切
り換え動作し、混合気は間断なく濃くされたり薄くされ
たりしてこの切り換え動作が行なわれる。ラムダセンサ
（二は応答時間があって混合気組成を変化させるため（
二時間がかかるので、望ましくない排気ガスのピーク値
が生じる。混合気がわずかに濃くなるようにされた場合
には次の切り換え時点に達するまでに場合（二よっては
長い時間か＼ることになる。逆の場合、すなわち混合気
の濃縮を強くする場合ｃ二は混合気と排気ガス（−遅延
時間があるため（ニオ−バーシュートが生じ、それ（二
より排気ガスのピーク値が生ずる結果（二なる。

ドイツ特許公開公報第２２０６２７６号に開示されたラ
ムダ制御装置においては２個の切り換え間の時間が測定
されており、切り換えの行なわれない時間が所定時間続
くと制御増幅器時定数は他の短かい値Ｃ１切り換えられ
る。その結果、この所定時間経過後には混合気の変化が
強度（１行なわれ、従って切り換えが速くなるようにな
る。もちろん、この場合望ましくない排気ガスの排出を
伴った一種の過剰制御の危険が存在する。

これらの公知の制御装置で充分ζユ満足の行く結果が得
られる場合（−も、排気ガスのピーク値が必然的（−現
われるので、従来の解決方法では排気ガスをきれい（ユ
する点では最適値を得ることはできないという欠点があ
る。

本発明は以上の事情（１鑑みてなされたもので、望まし
くない排気ガヌのピーク値の発生を伴なわずに、常にき
れいな排気ガスが得られる内燃機関のラムダ制御方法お
よびその装置を提供することを目的とする。

本発明によるラムダ制御方法および装置によればそれぞ
れの運転状態とは無関係（二、また定常運転であるか否
か（ユも無関係に排気ガスの組成Ｃ−関して継続的（１
最適値が得られる。

以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細（−説明する
。以ドの実施例は間欠的に動作する燃料噴射装置を例（
二とり説明する。しかしこのようなラムダ（λ）制御は
混合気の供給の方式には関係なく、例えば気化器を用い
た装置にも用いることができる。

第１図において、符号１０は時間信号発生器を示し、時
間信号発生器１０は負荷センｆ１１と回転速度センサ１
２からの入力信号を受けて出力側（ニパルス幅ｔｐの基
準噴射パルスを発する。時間信号発生器１０の後段には
補正回路１３が接続されており、補正回路１３内で内燃
機関の温度（のによりまたラムダ制＠Ｃ二よって基準噴
射パルスが補正される。この補正されたパルスは内燃機
関の吸気管の領域内（二装置された少くとも１個の噴射
弁１４（二導かれる。

符号１５はラムダセンサ（排気ガス中の酸素成分を測定
するセンサ）を示′ｆ１ラムダセンサ１５はラムダ制御
器１６（２出力信号を発し、その出力信号はラムダ制御
器１６内で制御入力信号１７を介して他の特性（ユより
補正されラムダ補正信号が形成されてそのラムダ補正信
号が補正回路１３の入力信号として用いられる。

第１図ζ二示された基本構成はそれ自体公知である。負
荷と回転速度（二関連して基準噴射パルスが形成され、
続いて基準噴射パルスが内燃機関の他の運転特性（二関
連して補正され、しかる後に電磁噴射弁の駆動信号とし
て用いられる。

第２Ａ、　　巳・図は本発明を説明するものである。

第２Ａ図には混合気の組成が変化している場合のラムダ
センサ１５の出力信号が示されており、第２Ｂ図には第
１図のラムダ制御器１６の積分出力信号が図示されてい
る。ラムダ制御器１６内の積分器は第２Ａ図の電位のプ
ラス・マイナスに従って、即ち濃い混合気が存在するの
かそれとも薄い混合気が存在するのか（−従って上方向
（二または下方向に積分する。

第２図の本実施例の場合、積分器はラムダセンｆ１５の
出力信号がプラスである場合に上方向（−積分し、マイ
ナスである場合（ユニ方向に積分する。

重要なことは積分勾配がラムダセンサ１５の前の切り換
え時点までないしその後の諸関係に従って変化すること
である。これは第２Ｂ図に記入された式により明らかで
ある。それ（ユよれば期間■の間の勾配は少くとも期間
Ｉの持続時間とその勾配（ユよって決められる。また切
り換え後の時間経過に従って勾配が変化させられる。

一般的な式で表わせば、 ｍ１＝ｆ　（ｔｌ−１，ｔｌ、　ｍｌ−１，ｎ、　Ｑ）
となる。たソし、 ｔｉ−１−前回の積分期間の総継続時間ｔｉ　＝前回の
切換え時点からのいままでの継続時間 ｍ−積分勾配 ｎ＝回転速度 ６−負荷 最適化を顧慮して積分の勾配ζ１関しては次のように選
択される。丁なわち先行するセンサ電位が一定値である
時間が長いほど、また現在の一定出力電位の継続時間が
長いほど後続する勾配値が大きくなるよう（二選択され
る。それ（二より制御装置の積分成分は継続して所与の
最大値ないし最小値まで増加ないし減少させられる。こ
のように純粋な時間と関係させる他にクランク軸が所定
数回転する間にラムダセンサの切り換えが行なわれない
場合にも、積分成分を増加させるより（ユすることもで
きる。その場合、切り換えが行なわれると積分成分は減
少させられる。

さら（二、特Ｃ二制御装置が限界値において不安定（二
なることを防ぐため（二、負荷信号または回転速度信号
（二関連じて勾配値を変化させることもできる。

第３図には本発明によるラムダ制御方法を行なう実施例
が示されている。第３図は第１図のラムダ制御器１６の
回路構成の詳細図であり、個々の構成要素としてセンサ
信号処理回路２０．ゲート回路２１．メモリ２２．カウ
ンタ２３．シフトレジスタ２４．制御電源２５．積分器
２６がそれぞれ示されている。ラムダセンサ１５におい
て電位が変化する時は常Ｃ信号処理回路２０の第１の出
力端子２８に切り換え信号が発生する。信号処理回路２
０の第２の出力端子２にはセンサの信号がその時高い電
位（二あるのか低い電位（−あるのかを示す信号が発生
する。出力端子２８はカウンタ２３のリセット入力端と
、ゲート回路２１の入力端子及びシフトレジスタ２４の
下方向入力端子３０に接続されている。−万センチ信号
処理回路２０の第２の出力端子２９は積分器２６の積分
方向制御入力端子（二接続されている。この積分器２６
はさらＣ−人力）子３１を有し、それを介して積分器２
６の積分値を固定することが可能Ｃ二なる。

カウンタ２３のカウント入力端子３２（二は不図示の回
転速度センサから回転速度信号が入力される。カウンタ
２３の出力はシフトレジスタ２４の下方向入力端子３４
とゲート回路２１の入力端子およびカウンタ２３の転送
入力端子３５（二接続されている。シフトレジスタ２４
はリード線３６を介して後段の電源２５に接続されて制
御され、さら（二電源２５は他の入力３７を介して負荷
（二関連して制御される。第３因の実施例の場合電源２
５は、出力が補正回路１３（二導かれる積分器２６の勾
配ｆ二直接作用を及ぼす。

符号４０は第２のカウンタを示し、このカウンタ４０も
またセンサ信号処理回路２ｏの出力端子２８からの信号
によりリセットされ、カウンタ２３が零点（−なった回
数を計数する。木尤施例の場合、カウンタ２３の出力端
子はカウンタ４０のカウント入力端子４１に直接Ｃ″−
−接続ている。さらに本実施例の場合、カウンタ４０は
、メモリ２２の制御入力端子４２またはシフトレジスタ
２４０制御入力端子４３のいずれか一方≦二接続される
。

以下第３図（二元されたラムダ制御装置の動作を説明す
る。

ラムダセンｆ１５の信号がｒＯＪがら「１」仁、またそ
の逆に変化した場合、センサ信号処理回路２０の出力端
子２８からパルスが発生する。このパルスがゲート回路
２１とカウンタ２３を制御することによって、メモリ２
２（ユ格納されている値がカウンタ２３に転送される。

カウンタ２３は、カウンタ入力端子３２への回転速度パ
ルスが送られる毎にこの値から減算カウントする。

ゲート回路２１とカウンタ２３は入力３５を介し−Ｃ制
御され、その結果改めてメモリ２２の値がメモリ２２か
らカウンタ２３内（二転送される。

カウンタ２３かｒＯＪまで計数する以前Ｃニセンサ信号
処理回路２０の出力端子２８にパルスが発生した場合に
はカウンタ２３（ユはメモリ２２に記憶さＡｔた値が再
びロードされる。さら（ニシフトレジスタ２４は下方向
に一桁シフトされる。

シフトレジスタ２４の出力信号は電源２５を制御する。

シフトレジスタ２４の桁ＪＪ−高くなればなる程、電源
２５の電流は高くなり、それ（二より積分器２６の信号
の勾配は大きくなる。

ラムダ制御の場合には、通常積分器２６の積分方向はセ
ンサ電圧に従って上方向又は下方向に切り換えられる。

　特別な制御人力３１を介してこの積分器２６の値を切
り換えて、一定【二Ｔることができる。これはスタート
時の暖気運転時や加速時および減速時（−行なわれる。

以上に述べた積分勾配の制御Ｃ二よって、　ラムダ制御
器は常（ユ可能な限り小さな積分成分（Ｉ成分）で動作
することが可能（−なる。また、大きな偏差を補償しな
ければならない場合（二は迅速≦二鎖分成分を大きくす
ることができるようになっている。それＣ二よりラムダ
制御の制御領域を拡大することができる。

本発明Ｃ二よるラムダ制御装置の他の実施例（−よれば
センサ信号処理回路２０の出力端子２８（ユバルスが出
された後（−、ラムダセンサの次の切り換え時点までＣ
ニカウンタ２３が何回零点≦ユ達するかをカウンタ４０
で計数する。この計数結果に従ってメモ９２２の出力値
が大きくまたは小さくされる。

更に次のことも可能である。すなわち選択スイッチ４５
（−よって示されているようじカウンタ２３が何回零Ｃ
−達したかの回数Ｃ二従ってシフトレジスタ２４を、強
力（ニシフトさせ、その結果電源２５を直接制御させ、
それ監−より積分信号の勾配を制御するよう（二Ｔるこ
とができる。

第３図はハードウェア（二よって本発明の方法を実施す
る実施例を示したものであるが、プログラム可能なコン
ピュータ（−よる構成で本発明の目的を達成テることも
問題はない。というのは、本発明は明瞭（−理解される
ものであり、第３図の八−ドウエアの構成を基礎にコン
ピュータを用い、プログラム（二よって課題を解決する
ことは当業者には容易であるからである。

以上示した例では応用面は別（二してラムダ制御に積分
成分制御を組み合わせる原理が説明されたが、以下では
　準定常状態　（二おける運転時にラムダ制御を行なっ
た場合の例を説明する。基本的な考え方は、ラムダ制御
を定常運転状態と非定常連転状態とで区別して取り扱う
よう（ユし、準定常運転状態が持続する場合にはラムダ
制御のある制御からラムダ制御のない制御（二移行する
ようにし、１　・□ たことである。制御対象が複雑であるのでコンピュータ
制御Ｃ二よる構成を採用した。

第４図（二はコンピュータ（二よる制御構成の要部が概
略図示されている。符号５０は中央処理回路ラムダセン
サ１５からの信号の他に種々の入力信号１ｉを受けると
ともＣ二種々の出力信号Ｏｉ、例えば噴射時間やエラー
信号等を出力する。

第５図はコンピュータ制御を用いた場合のラムダ制御器
のブロック構成を示す。ここでは運転特性人力１ｉは、
ラムダセンサ１５と同様に積分器５６に接続されたΔ（
偏り検知ユニット５５に導かれる。積分器５６の出力は
、第１図の燃料供給量制御装置と同様に加算回路（第５
図中符号５７で示Ｔ）に接続されている。

偏差検知二二ツ）５５（二おいて、”準定常領域の始め
（二運転脣性入力、例えば回転速度ｎ、空気量るまたは
エンジンの温度Ｔ等が記憶される。さら（二制御装置内
で入力量から導かれる信号も入力信号として用いられ乞
。

これらの運転特性の一つの偏差が所与の値ΔＩｉを越え
ると、 即座に偏差検知ユニット５５で切り換えが行われ、その
結果それぞれ入力量Ｉｉのその瞬間の値が対応するメモ
リＣ二転送される。そして偏差検知ユニッ）５５には非
定常領域に対する信号が出力されど、。さらに各検知時
点毎（二七のときの運転特性人力１ｉの値が先行の検知
時点の運転特性人力１ｉ（１ｎ−］、）の値と比較され
る。偏差が再び所定の値ΔＩｉより小さくなった場合（
看マ、偏差検知ユニット４４〒５５は準定常運転領域の
ための信号を出力し、前回（２現われたラムダ値が有効
な値として保持される。

第６図（−その方法が示されているが、種々の装置で平
均値を形成することも有効であることが判明した。第６
図Ｃ二おいて種々のラムダ値が時間に対して図示されて
おり、所定の時点に検知されたラムダ値が平均され、ラ
ムダ制御をできるだけ正確（二行なうために利用される
。この平均値の形成は例えば補正値Ｋｌ、　Ｋ２　＋二
より決められる。

補正値に１は、運転時（−記憶された値の最小値（二対
する偏差を特徴づけるのに対して、補正、値に２は最大
値（二対する偏差を示す。図中Ｃ二元された平均値Ｍは
、ラムダ制御の新たな制御値として用いられるラムダ値
を示す。

換言すれば、上述のラムダ制御により積分の勾配が最小
値Ｃ二連したときに、第６図（二図示したよう（二、ラ
ムダ制御器の両切り換え時点（二補正値Ｋｌ。

Ｋ２が記憶される。これらの補正値に１と補正イ誼Ｑと
の平均値Ｍが形成され、ラムダ制御器は遮断される。勿
論平均値を２個より多くの補正値から形成することや平
均値自体（ユもとづいて形成することも可能である。

このようＣ二して形成された平均値がラムダ値「１」用
の補正値となる。中央処理装置５０＆ユおいて、この補
正値とメモリ５２ニ記憶された基本値から、ラムダ値「
１」となるようζユ調整される燃料供給量に対応する合
計値が決められる。

ラムダ値が「１」に等しくない値が望まれる場合には、
それ（一応じてこの値はそれぞれの運転時点（二おけろ
所望のラムダ値と乗算され、それ（二より燃料供給量が
定められる。この方法１二よりそれぞれの運転時点で任
意のラムダ値を形成することができる。

種々の関数９例えば始動時濃縮や暖気運転時の濃縮など
の特性がデジタル的（二記憶されている場合Ｃ二は、記
憶されている特性の補正は次のよう（二行なわれる。

ラムダ値＝「ｌ」用の値のみが補正される場合には、上
述したよう≦二平均値が形成される。その時（二はラム
ダ制御器を遮断すること無しに、求められた補正値（二
より、特性曲線の値が補正され、この補正された値は記
憶されて学習効果が得られるようにされるラムダ値が「
１」に等しくない場合の値が補正される場合には、最小
積分の勾配に達した後、再び平均値形成が行なわれ、ラ
ムダ制御器が遮断され、前述したよう（六所望のラムダ
値（二合わせて補正された燃料供給量（ユ対応する合計
値が演算される。そしてこの値は、今までの値のかわり
（−現運転時点の制御値として記憶される。

さら（二この値は、再び非定常運転が検知されるまで燃
料供給量の制御に用いられる。燃料供給量は、それぞれ
の運転時点の記憶された値により定められる。偏差検知
回路が再び定常運転（二戻されると、され前述したラム
ダ制御が行なわれる。積分勾配が可能な限り小さな値（
二なると、補正値の形成が再び行なわれ、対応した運転
時点Ｃ二対して記憶された燃料供給量の値が補正される
。

以上（−述べたラムダ制御装置では積分勾配を可変（ユ
しているのでラムダ制御プロセス（−柔軟性をもたせる
ことができ、従って勾配値を継続して最適化でき、また
所望の値Ｃ二迅速（二制御できるという効果が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法および装置が適用される内燃機関の
燃料供給量制御装置の全体の概略構成を示すブロック回
路図、第２Ａ図は第１図中の排気ガスセンサの混合比の
変化時の出力信号な示す信号波形図、第２Ｂ図は第１図
中のラムダ制御装置の積分器の信号を示す信号波形図、
第３図以下は本発明の詳細な説明するもので、第３図は
一実施例の構成を示すブロック回路図、第４図はマイク
ロコンピュータによる他の実施例の要部構成を示すブロ
ック回路図、第５図はコンピュータによる実施例の全体
の概略構成を示すブロック回路図、第６図はラノ・ダ制
御値を平均値形成（二より選択する方法を説明する線図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　ラノ・ダセンサの少なくとも２個の切り換え
   時点間の制御データを負荷９回転速度２時間等の運転特
   性（二従って調整することによりラムダ制御を行なう内
   燃機関のラムダ制御方法（二おいて、ラムダ制御器の積
   分勾配を少なくとも時間Ｃ二関連して継続的≦１最適化
   すること（二よりラムダ制御を行なうことを特徴とする
   内燃機関のラムダ制御方法。 （２）　　ラムダ制御器の積分器は、ラムダセンサの連
   続する切り換え時点間の時間が長くなる場合にはより大
   きな勾配値に切り換えられ、その時間が短くなる場合（
   二はより小さな積分勾配に切り換えられることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関のラムダ制
   御方法。 （３）前記の積分勾配はラムダセンサの切り換え後の所
   定時間の経過に従って変化させられることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項Ｃユ記載の内燃機関
   のラムダ制御方法。 （４）前記の所定時間は、内燃機関の所定の回転数（二
   関係していることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第３項（二記載の内燃機関のラムダ制御方法。 （５）積分勾配が最小（二なった後（１補正値の平均値
   が形成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項か
   ら第４項までのいずれか一項に記載の内燃機関のうｔダ
   制御方法。 （６）積分勾配が最小許容値≦二なった後に、ラムダ制
   御は遮断され、制御値は平均値から導かれる値（ユよっ
   て決められることを特徴とする特許請求の範囲第１項か
   ら第５項までのいずれか一項（二記載の内燃機関のラム
   ダ制御方法。 （７）学習効果を備えた制御装置を組み合わせて用いた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第６項まで
   のいずれか一項（一記載の内燃機関のラムダ制御方法。 第１項から第７項のいずれか一項Ｃ二記載の内燃機関の
   ラムダ制御方法。 （９）少なくとも弁荷９回転速度、排気ガス組成を検知
   するセンサと、電子燃料供給量制御装置を備え、ラムダ
   センサの少なくとも２個の切り換え時点間の制御データ
   を負荷９回転速度９時間等の運転特性（二従って調整す
   ることＣ二よりラムダ制御を行なう内燃機関のラムダ制
   御装置Ｃ二おいてラムダセンサ（１５）の後にセンサ信
   号を処理する処理回路が設けられ、それＣ二よりラムダ
   センサ（１５）の連続−ｒる切り換え時点間のないし切
   り換え後の継続時間が検出され、この継続時間に関係し
   てラムダ制御の積分成分が調整されることを特徴とする
   内燃賎関のラムダ制御装置。 （１０）　　ラノ、グセンサ信号の変化後の継続時間が
   長くなると積分定数が大きくなることを特徴とする特許
   請求の範囲第９項（二記載の内燃機関のラムダ制御装置
   。 ０υ　ラムダセンサ（１５）の切り換え時点間の時間は
   記憶値を減数することＣ二より行なわれ、それＣ二より
   積分勾配が決定されることを特徴とする特許請求の範囲
   第９項または第１０項に記載の内燃機関のラムダ制御装
   置。 ０２１　　計数工程の初期値を変化させることができる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１１項（１記れ、そ
   の平均値が特（１準定常運転領域において制御値として
   用いられることを特徴とする特許請求の範囲第９項から
   第１２項までのいずれか一項（二記載の内燃機関のラム
   ダ制御装置。