JPS5872646A - 内燃機関の空燃比制御方法 - 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、排気系の空燃比センサからの帰還信号に基づ
いて燃料供給量あるいは空気供給量を補正して空燃比の
帰還制御を行なう内燃機関の空燃比制御方法に関する。

このような空燃比制御方法では、排気ガス中の酸素濃度
を検出する空燃比センサの帰還信号から積分波形を形成
し、帰還信号の反転に応動して積分波形にスキップ処理
を施し、このスキップ付き積分波形に基づいて吸気系へ
の燃料供給量あるいは空気供給量を補正している。空燃
比センサの出力特性は、空燃比センサの個体差によりあ
るいは経時的に正常な出力特性からずれるために、従来
の空燃比制御方法では、空燃比の制御精度が悪化すると
いう問題が生じている。

本発明の目的は、空燃比センサの出力特性が正常な出力
特性からずれている場合にも、空燃比を適切に制御する
ことができる内燃機関の空燃比制御方法を提供すること
である。

この目的を達成するために本発明によれば、空燃比セン
サの出力の最大値および最小値を検出し、最小値が第１
の所定値より大きい場合には、その空燃比センサを希薄
ずれ空燃比センサ（空燃比が理論空燃比に対して希薄側
にずれる傾向がある空燃比センサ）、最大値が第２の所
定値より小さい場合には、その空燃比センサを過濃ずれ
空燃比センサ（空燃比が理論空燃比に対して過濃側にず
れる傾向がある空燃比センサ）と判定する。そして、希
薄ずれ空燃比センサの場合には燃料供給量の増大あるい
は空気供給量の減少が行なわれるように、また過濃ずれ
セ、ンサの場合には燃料供給量の減少あるいは空気供給
量の増大が行なわれるように、積分波形のスキップ処理
の遅延時間あるいは積分波形のレベルを制御する。さら
に本発明によれく空燃比センサの出力を整形する比較器
の基準値を、希薄ずれセンサの場合にはその基準値を上
昇させ、過濃センサの場合にはその基準値を下降させる
。

図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明が適用される電子制御機関の全体を概略
的に示す。第１図において、エアクリーナ１から゛吸入
された空気は、スロットルボデー２に設けられて運転室
の加速ペダルｉに連動する絞り弁４により流量を制御さ
れ、その後サージタンク５、吸気管６、および吸気弁７
を介して機関本体８の燃焼室９へ供給される゛。燃焼室
９で燃焼された混合気は排気ガスとして排気弁１０、お
よび排気分岐管１１を介して放出される。電磁式燃料噴
射弁１４は各燃焼室９に対応して吸気管６に設けられる
。電子制御装置１５は、絞り弁４の全閉を検出するスロ
ットルスイッチ１６、機関本体８のウォータジャケット
１７に取付げられる水温センサ１８、エアクリーナ１と
絞り弁４との間に設けられて吸入空気流量を検出するエ
アフローメータ１９、吸気温度を検出する吸気温上ンサ
２０、ピストン２１に連接棒２２を介して結合している
クランク軸の回転角を検出するためにクランク軸に結合
するディストリビュータシャフトの回転角を検出するク
ランク角センサ２３、排気分岐管１１に設けられて排気
ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサ２４、および
車速４センサ２５等から入力信号を受ける。回転角セン
サ２３は、クランク軸の２回転につき１つのパルスを発
生する部分２６と、所定のクランク角度、例えば３０°
ごとにパルスを発生する部分２７とを備える。燃料噴射
弁１４へは燃料通路２９を介して燃料タンク３０から燃
料ポンプ３１により燃料が圧送される。

電子制御装置１５は種々の入力信号に基づいて燃料噴射
量、燃料噴射時期を計算し、燃料噴射パルスを燃料噴射
弁１４へ送るとともに、点火時期を計算し、点火コイル
３２へ信号を送る。点火コイル３２の二次電流はディス
トリビュータ３３へ送られる。なお噴射弁１４は、電子
制御装置１５がもパルスを受信して（・る期間だけ開状
態に維持される。

第２図は空燃比センサの出力特性を示している。酸素濃
度が増大するに連れて空燃比センサの出力電圧は減少し
、空燃比センサの出力は、混合気が理論空燃比より過濃
である場合、高レベル電圧となり、混合気が理論空燃比
より希薄である場谷、低レベル電圧となる。正常な空燃
比センサの出力特性はＡ（実線）で示され、基準値Ｖｒ
ｍに対して上下対称の出力特性となる。

これに対し、混合気の空燃比が理論空燃比に対して希薄
側にずれる傾向のある希薄ずれ空燃比センサの出力特性
はＢ（破線）で示されるように、最小出力電圧がＶｒｌ
！　（Ｖｒｌｌ　（Ｖｒｍ　）より高（なり、また混合
気の空燃比が理論空燃比に対して過濃側にずれる傾向が
ある過濃ずれ空燃比センサの出力特性はＣ（一点鎖線）
で示されるように、最大出力電１圧がＶｒｈ（Ｖｒｈ　
）　Ｖｒｍ　）より低く第３図は空燃比センサの出力電
圧Ｖｏの最大値Ｖｏｍａｘ　オ、Ｊ：び最小値Ｖｏｍ　
ｉ　ｎを求めるプログラムのフローチャートである。こ
のプログラムは所定の時間間隔ごとに、あるいは所定の
クランク角ごとに所定の期間に渡って実行される。初期
値設定ではＶｏｍａｘ　＝　ｏ、ｏｖ、　Ｖｏｍｉｎ　
＝　］、ＯＶとされる。

ステップ３７では空燃比センサ２４の出力電圧Ｖｏを読
取る。ステップ３８ではＶｏ≧Ｖｏｍａｘが否がを判別
し、判別結果が正であればステップ３９へ進ノ４否であ
ればステップ４ｏへ進む。ステップ３９ではこのＶｏを
新たなＶｏｍ　ａ　ｘとする。ステップ４ｏではＶｏ≦
Ｖｏｍ　ｉ　ｎか否がを判別し、判別結果が正であれば
ステップ４１へ進み、否であればこのプログラムを終了
する。ステップ４１ではこのＶｏを新たなＶｏｍ　ｉ　
ｎとする。こうして所定時間の経過後ではＶｏｍａｘは
出力電圧Ｖｏの最大値となり、Ｖｏｍｉｎは出力電圧Ｖ
ｏの最小値となる。

第４図は、ＶｏｍａｘおよびＶｏｍｉｎより空燃比セン
サが正常か、希薄ずれ空燃比センサが、ある℃・は過濃
ずれ空燃比センサかを判定するプログラムのフローチャ
ートである。ステップ４５ではＶｏｍａｘ≧Ｖｒｈか否
かを判別し、判別結果が正であればステップ４６へ、否
であればステップ４８へ進む。ステップ４６ではＶｏｍ
　ｉ　ｎ≧Ｖｒｌか否かを判別し、判別結果が正であれ
ばステップ４７へ、否であればステップ４９へ進む。ス
テップ４７では空燃比センサを希薄ずれ空燃比センサと
判定すヘステップ４８ではＶｏｍｉｎ≧■ｒｌか否かを
判別し、判別結果が正であればステップ５０へ進み、否
であればステップ４９へ進む。ステップ４９では空燃比
センサを正常と判定し、ステップ５０では空燃比センサ
を過濃ずれ空燃比センサと判定する。

したがって空燃比センサは、Ｖｏｍ　ｉ　ｎ≧Ｖｒｄの
場合では希薄ずれ空燃比センサと判定され、■０ｆｆｌ
ａＸ（Ｖｒｈの場合には過濃ずれ空燃比センサと判定さ
れ、Ｖｏｍａｘ≧ＶｒｈでかツｖＯｍＩｎ〈Ｖｒｌの場
合、およびＶｏｍａｘ　（ＶｒｈでかつＶｏｍｉｎ　（
Ｖｒｌの場合では正常と判定される。なおＶｏｍａｘ　
（ＶｒｈでかつＶｏｍｉｎ　）　Ｖｒｌの場合が、空燃
比センサの出力電圧の範囲がＶｒｍに対して対称に縮小
した場合、例えば排気ガス量が増大して空燃比センサの
帰還周波数が増大した場合に生じるが、この場合には空
燃比センサの帰還制御には支障がない。

第５図は燃料噴射量の計算の基礎となる積分波形の形成
方法を説明する図である。空燃比センサは混合気が過濃
および希薄である場合、それぞれ１（高レベル電圧）、
０（低レベル電圧）を発生し、空燃比センサの出力が１
に維持されている期間では積分波形は所定の時定数で減
少し、空燃比センサの出力がＯに維持されている期間で
は積分波形は所定の時定数で増大する。

また空燃比センサの出力が反転する時刻ｔｌ、ｊ、２゜
１３等において、帰還信号に対する応答性を改善するた
めに積分波形電圧には所定のスキップ処理が施される。

この積分波形電圧は所定周期の三角波電圧と比較され、
積分波形電圧が三角波形電圧より高（・期間では燃料噴
射弁１４が付勢状態に維持されて、燃料噴射弁１４がら
吸気系へ燃料が噴射される。積分波形電圧の高レベルの
期間が増大する程、燃料噴射量も増大する。

第６図は本発明の第１の実施例の説明図である。積分波
形の立下がりスキップは空燃比センサの出力が１からＯ
へ変化すると同時あるいは一定時間後に行なわれるが、
立上がりスキップは空燃比センサの出力が０から１へ反
転した時刻から遅延時間Ｔｄ後に行なわれる。正常な空
燃比センサに対してはこの遅延時間、Ｔｄを所定値Ｔｄ
ｍに設定し、また希薄ずれ空燃比センサに対しては遅延
時間ＴｄをＴｄｍ　　より増大させて、積分波形の高レ
ベル部分の期間を延長することにより燃料噴射量を増大
させ、また禍濃ずれ空燃比センサに対しては遅延時間Ｔ
ｄをＴｄｍより減少させて積分波形の高レベル部分の期
間を短縮することにより燃料噴射量を減少させる。さら
に積分波形の立下がりスキップの遅延時間を固定して、
立上がりスキップの遅延時間を空燃此方ンサの出力特性
に関係して制御してもよい。

第７図は第１の実施例の制御ブロック図である。空燃比
センサ５５の出力は、比較判定回路５６において基準値
と比較されることにより整形され、また出力特性判別回
路５８により正常か、希薄すれかあるいは過濃ずれかを
判別される。遅延時間設定回路５９は空燃比センサが正
常か、希薄ずれ空燃比センサか、あるいは過濃ずれセン
サかに関係して遅延時間を設定する。遅延時間制御回路
５７は遅延時間設定回路５９からの入力信号に関係して
比較判定回路５６の出力を遅延させ、こうして遅延時間
を遅延時間制御回路５７により制御された比較判定回路
の出力が積分回路６０により積分およびスキップ処理さ
れる。空燃比制御回路６１は積分回路６０の出力に基づ
いて空燃比を制御する。− 第８図は本発明の第２実施例の説明図であへ空燃比セン
サが正常である場合には積分波形の基準線がＲに設定さ
れるが、空燃比センサが希薄ずれ空燃比センサである場
合には基準線をＲ−ΔＲに移動させて積分波形の（電圧
）レベルを全体的に上昇させることにより燃料供給量の
増大を図り、逆に空燃比センサが過濃ずれ空燃比センサ
である場合には基準線をＲ＋Δｌ（へ移動させて積分波
形の（電圧）レベルを全体的に下降させることにより燃
料供給量の減少を図る。“第９図は第２の実施例の制御
ブロック図である。空燃比設定回路６４は空燃比センサ
が正常か、希薄ずれ空燃比センサか、あるいは過濃ずれ
空燃比センサかに関係して基本空燃比を設定する。

空燃比補正回路６５は空燃比設定回路６４からの入力信
号により、空燃比センサが正常な場合には基本空燃比の
補正量を零とし、空燃比センサが希薄ずれ空燃比センサ
の場合には基本空燃比を過濃側にずらし、空燃比センサ
が過濃ずれセンサの場合には基本空燃比を希薄側にずら
し、積分回路６０において積分波形を形成する。基本空
燃比の設定は第８図の積分波形のレベルの設定に対応す
る。

第１０図は本発明の他の実施例の説明図である。

空燃比センサが正常である場合（Ａ）には、空燃比セン
サの出力波形を整形するための基準値はＶｒｍに設定さ
れるが、空燃比センサが希薄ずれ空燃比センサの場合（
Ｂ）には基準値はＶｒｍより大きいＶｒａ　（Ｖｒａ　
＝Ｖｒｈであってもよい。）に設定されて、整形波形に
おける１０期間を減少させることにより燃料噴射量を増
大させ、また逆に空燃比センサが希薄ずれ空燃比センサ
の場合には基準値はＶｒｍより小さいＶｒｂ（Ｖｒｂ　
＝　Ｖｒｌであってもよい。）に設定されて、整形波形
における１０期間を増大させることにより燃料噴射量を
減少させる。

第１１図は第３の実施例の制御ブロック図である。比較
電圧制御回路６８は空燃比センサが正常か、希薄ずれ空
燃比センサか、あるいは過濃ずれ空燃比センサかに関係
して比較電圧制御回路６９０基準値を設定する。空燃比
センサ５５の出力は比較電圧制御回路６９により整形さ
れた後、積分回路６０へ送られる。

なお実施例では、燃料供給量の制御により空燃比を制御
する内燃機関を示したが、気化器において過濃混合気を
生成し、吸気管への吸入空気量を空燃比センサからの帰
還信号により制御する内燃機関に本発明を適用できる。

この場合、希薄ずれ空燃比センサに対しては空気供給ｈ
１を減少させ、過濃ずれ空燃比センサに対しては空気供
給量を増大させる。

このように本発明によれば、空燃比センサからの帰還信
号の最大値および最小値がら空燃比セン・すが正常か、
希薄ずれ空燃比センサか、あるいは過濃ずれ空燃比セン
サかを判別し、希薄ずれ空燃比センサの場合には燃料噴
射叶ζ増大あるいは吸入空気量の減少が行なわれるよう
に、また過濃ずれ空燃比センサの場合には燃料噴射　−
量の減少あるいは吸入空気量の増大が行なわれる。これ
により空燃比センサの出力特性がずれている場合にも空
燃比を適切に制御して空燃比の制御精度の向上を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される電子制州Ｉ燃料噴射機関の
概略図、第２図は空燃比センサの出力特性を示す図、第
３図は空燃比センサの出力重圧の最大値および最小値を
求めるプログラムのフローチャート、第４図は空燃比セ
ンサの出力特性を判定するプログラムのフローチャート
、第５図は積分波形の形成方法の説明図、第６図は本発
明の第１の実施例の説明図、第７図は第１の実施例の制
御プロン″り図、第８図は本発明の第２の実施例の説明
図、第９図は第２の実施例の制御ブロック図、第１０図
は本発明の第３の実施例の説明図、第１１図は第３の実
施例の制イ」１１ブロック図である。 １４・・・燃料噴射弁、１５・・・電子制御装置６．２
４１・空燃比センサ 特許出願人　　トヨタ自動車工業株式会社−？′宇ト

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサの帰
   還信号から積分波形を形成し、帰還信号の反転に応動し
   て積分波形にスキップ処理を施し、このスキップ付き積
   分波形に基づいて吸気系への燃料供給量あるいは空気供
   給量を補正して空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御
   方法において、帰還信号の最大値および最小値から帰還
   信号が正常か否かを検出し、帰還信号の最小値が第１の
   所定値より大きい場合には燃料供給量の増大あるいは空
   気供給量の減少が行なわれるように、また帰還信号の最
   大値が第２の所定値より小さい場合には燃料供給量の減
   少あるいは空気供給量の増大が行なわれるように積分波
   形のスキップ処理の遅延時間を制御することを特徴とす
   へ内燃機関の空燃比制御方法。 ２、　排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサの
   帰還信号から積分波形を形成し、この積分波形に基づい
   て吸気系への燃料供給量あるいは空気供給量を補正して
   空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御方法において、
   帰還信号の最大値および最小値から帰還信号が正常か否
   かを検出し、帰還信号の最小値が第１の所定値より大き
   い場合には燃料供給量の増大あるいは空気供給量の減少
   が行なわれるように、また帰還信号の最大値が第２の所
   定値より小さい場合には燃料供給量の減少あるいは空気
   供給量の増大が行なわれるように積分波形のレベルを制
   御することを特徴とする、内燃機関の空燃比制御方法。 ３　排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサの出
   力を基準値との比較により整形し、この整形波形に基づ
   いて空燃比の帰還制御を行なう内燃機関の空燃比制御方
   法において、空燃比センサの出力の最大値および最小値
   がら空燃比センサの出力が正常か否かを検出し空燃比セ
   ンサの出力の最小値が第１の所定値より大きい場合には
   前記基準値を上昇させ、空燃比センサの出力の最大値が
   第２の所定値より小さい場合には前記基準値を下降させ
   ることを特徴とする、内燃機関の空燃比制御方法。