JPS60252134A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、内燃機関の空燃比制御方法に関するもので、
特に空燃比に対してリニアな出力が得られるセンサを用
いた空燃比制御装置に好適な制御方法に係る。

〔発明の背景〕

空燃比に対してリニアな一出力が得られるセンサを用い
た従来の空燃比制御装置では、センサが誤動作（例えば
ドリフト、断線）した場合に、制御空燃比が過薄になっ
て、エンストする可能性があった。

また、例えば特開昭５８−５７０５０号に示されている
ように、出力信号■が目標値Ｖｏに合致するように閉ル
ープ制御するような装置では、負荷に応じて、目標空燃
比を変化させようとするときに、負荷が変化した場合に
、対応するのが遅く、誤差が生じる。

〔発明の目的〕

、本発明の目的は、空燃比に対してＩＪ　ニアな出力が
得られるセンサを用いた空燃比制御装置において、セン
サが誤動作しても、エンスト等のエンジントラブルが回
避できる空燃比制御方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、空燃比を検出するセンサの誤動作が検出され
たときに空燃比の閉ループ制御中に記憶されていたλ＝
１．０でのフィードバック補正係数を用いて、負荷に対
応した各設定空燃比に開ループ制御するようにしたもの
である。

閉ループ制御中のフィードバック補正係数は、工／ジン
の応答遅れや、排ガスの流動遅れを考慮して決定される
。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の望ましい一実施例を図面を参照して説明
する。

第１図は空燃比に対してリニアな出力が得られるセンナ
の一例として、例えばリーンセンサを備えた自動車エン
ジンの制御システムの一実施例を示す構成図である。第
１図において、１０１はスロットルチャンバ、１０２は
熱線式吸入空気量検出器、１０３は噴射弁、１０４はス
ロットルアクチュエータ、１０５は点火プラグ、１０６
は水温センサ、１０７はリーンセンサ、１０８はクラン
ク角センサ、１０９は感応コイル、１１０はマイクロコ
ンピュータ、ＩＬＩＵＩＪ−ンセンサ１０７の制御回路
、１１２はヒータ制御回路、１１３は燃焼室で、本シス
テムにおいては、リーンセンサ１０７を用いて空燃比を
検出して空燃比制御を行う↓うにしである。すなわち、
回転数、負荷、水温等によシ制御したい空燃比がマイク
ロコンピュータ１１０で決定されると、それが噴射弁１
０３、スロットアクチュエータ１０４に出力され、吸入
空気量は吸入空気量検出器１０２で検出されて閉ループ
制御される。スロットルチャンバ１０１において形成さ
れた混合気は、燃焼室１１３に入９１点火プラグ１０５
によシ点火され、その後、排気ガスが排気管１１４に流
れる。このとき、リーンセンサ１０７によって実空燃比
を検出し、その信１−マイクロコンピュータ１１０に入
力して閉ループ制御を行う。なお、リーンセンサ１０７
は、使用している固体電解質の特性上、高温に加熱しな
ければならないので、ヒータ駆動回路１１２を設けてる
る。

第２図は第１４図のマイクロコンピュータ１１０の詳細
構成図である。アナログの入力信号としては、熱線式吸
入空気量検出器１０２からの空気量信号ＡＦ、水温セン
サ１０６からの水温信号ＴＷ。

スロットルアクチュエータ１０４からのスロットル開度
信号θなどがあシ、これらの信号はマルチクプンツサ１
３０に入力をれ、時分割的に各信号がセレクトされ、Ａ
Ｄコンバータ１３１に送られ、ここでディジタル信号に
変換される。また、オン−オフ信号として入力される情
報としては、リーンセンサ１０７の制御回路１１１から
の信号１１１ｂがアシ、これらは１ビツトのディジタル
信号として扱う。さらに、クランク角センサ１０８から
のパルス列信号Ｃ几Ｐ、ＣＰＰも入力される。

１３２はＲＯＭ、１３３はＣＰｔＪで、ＣＰＵ１３３は
、ディジタル演算処理を行うプロセシングセントラルユ
ニツトであυ、ＲＯＭ１３２は、制御プログラムおよび
固定データを格納する記憶素子である。ＲＡＭ１３４は
、読み出しおよび書き込み可能の記憶素子である。■１
０回路１３５はＡＤコンバータ１３１および各センサか
らの信号をＣＰＵ１３３に送ったり、ＣＰＵ１３３から
の信号を噴射弁１０３の駆動回路１３６、スロットルア
クチュエータ１０４、点火コイル１０９およびリーンセ
ンサ１０７のヒータ駆動回路１１２に送つたシ、制御回
路１１１へ制御信号１１１ａを送る機能を持っている。

第３図に、本発明に用いるリーンセンサ１０７の構成が
示される。センサセル２０２は板状テあり、センシング
部は、ヒーター線２０３が内蔵されているルーパー２０
４内にある。第３図でＡは大気側、Ｂは排気側である。

第４図には、センサセル２０２の構成が示される。セン
サセル２０２は、固体電解質２０５と電極２０６，２０
６’　、２０７，２０７’さらに拡散抵抗体２０８によ
って構成されている。ここで人は大気側、Ｂは排気側で
ある。排気中にある電極２０６がマイナス、２０６’が
プラスになるように電圧が印加されると、排ガス中の０
２は、プラス側に向って移動する。この時拡散抵抗体２
’、１０８の効果によシ限界電流工が出力されこの工が
空燃比に依存する。電極２０７，２０７’はλ＝１．０
を検出するための電極である。

リーンセンサ１０７の出カニは第５図に示される。第５
図の（ａ）はセンサの出力でメジ、空気過剰率λが零の
理論空燃比では、出カニはＩ＝０となる。空燃比のフィ
ードバック制御では、例えばセンサ出力１１を見て空気
過剰率をλ１に制御する。

しかし、センサの出力は、拡散抵抗体２０８の目づまり
等の原因により、出力が減少する方向に経時変化して、
第５図の６２のような特性となる。この場合、前と同じ
センサ出力■１により閉ループ制御していたのでは、λ
２に制御されるため、前のλｌ工りリーン側に移行する
ことになる。通常、リーンバーンにおいては、失火限界
（領域Ｍ）の空気過剰率λＭぎりぎりのλ３で運転され
る。この場合、前述したように、センサが経時変化した
場合（缶）の特性）には、同じセンサ出力Ｉ２で閉ルー
プ制御したとすると、失火領域（領域Ｍ）内のλ４に制
御されることになシ、エンジン制呻上大きな問題となる
。

また、センサ１０７が断線などの事故を起こすと、出力
はＩ＝０となり、λ３が制御の目標値であった場合には
、出力が１２となるまでリーン側に制御される。しかし
、■＝０は変化しないので、λはしだいに大きくなり、
やがてはλＭｔ−こえて、エンストしてしまう。

以上のようなリーンセンサ特有の問題を解決するために
は、自動較正機能、制限機能、開ループ制御への変更な
どのＦａｉｌ　５ａｆｅ機能が必要となってくる。

このため、本発明ではセンサの断線等で出力がＩ＝Ｏと
なった場合には、閉ループ制御は行なわずに１．ｌ＝ｉ
、ｏの時のＣＩＰＭを用いて開ループ制御するものでお
る。

第、６図は、このときのフローチャートを示したもので
ある。

初めにセンサが断線したかどうかを判断する。

断線していないときには、回転数ｎと負荷を検出してマ
ツプよυＣＰＬを検索し、ＣＦｌｌを決定し、　４Ｇｔ
を決めて、また始めにもどる閉ループ制御する。この途
中に、λ＝１の状態のＣＦＢ　、つまシ（ＣＦＩＩを記
憶しておく。次に、センサが断線したと判断された場合
には、λ＝１．０の場合の記憶されてい−ｆ＜　Ｃｐｓ
ｘを用いて開ループ制御する。つまｐＣ，，１は固定さ
れ、ＣＰＬのみがｎと負荷によシ変化する。このように
すれば、センサ断線時のエンストは回避できる。

ここでまずリーンセンサを用いた空燃比の閉ループ制御
法について説明する。

燃料ｊ！−Ｇｆ、は、空気量Ｇ、に対しＧｆ＝ＣＰＬ−
ＣＩ！１１・Ｇ、　・・・・・・・・・（１）ここに、
ＣＰＬ：設定値 ＣＦＢ　：フィードバック補正係数 のように決定される。

基本的には、ＣＰＬは、回転数と負荷により設定してお
き、フィードバックで誤差の補正ＣＦＢ　を行う。

例えば、第７図に示したような、回転数ω）と負荷によ
るマツプに設定空燃比λが格納されている。

ここで負荷信号としては、吸入負圧ＰＢ６るいは、空気
量Ｇ、／の場合にはＧ、’／ｎを用いる。第８図には、
ある回転数における、負荷とＣＰＬとの関係である。同
図には、Ｃｐｒ、に対応するλの値も記入しである。ま
た、Ｃｙｍは各運転状態により異なつ゛てくる。このＣ
ｒｓは、ｎ１負荷のマツプに常に記憶されている。

（１）式において、ＧＩがｘＧｔとＸだけくるっている
場合の測定される空燃比は、 ０、　１ λ′＝−＝　□　・・・・・・（２） ｘＧＩＸＣＰＬ　＠Ｃｙ＋＊ であり、 λ′・ＣＰＬ　＝　１　・・・・・・（３）になるよう
にＣＰｌｌが補正される。つまシ、□　＝１　・・・・
・・（４） 、ｘＩＩＣｒｌ となり、誤差が零の場合（ｘ＝りは、Ｃｒｓ　＝　１と
なる。このＣＦｌｌは各運転状態で記憶されている。

誤差がない場合のλをλ０とすると％Ｘ”１１ＣＦＢ　
＝　１で １　・・・・・・（５） ２°＝靜 となり、ＣＦｌｌは（２）式よシ となる。したがって、測定値λ′は、目標値λ０と比較
される。目標値λＧは負荷に対して記憶されている。（
６）式かられかるように、燃料系のつまν等でＸが小さ
くなると、Ｃｒｎを大きくして、制御する。

λの検出値λ′がドリフト等で誤差を生じた場合は、Ｃ
ｒａもその値を異にする。このときのλをλ〃とすると
、 λ“−にλ′　・・・・・・（７） で現わされｋだけ誤差を生じる。（７）式と（６）式よ
りのようになる。

ここで、ドリフトがない場合には、（６）式よシ、λ０
＝λ′になるようにすると ＣＦｌ・ｘ＝１・・・・・・（９） となるが、ドリフトがある場合には、（８）式より、Ｃ
ＦＩＩ″ｘ　＝　ｋ　・・・（１０）となｐＳｋの誤差
が残る。このｋが１となるように自動較正しなければな
らない。

上記のようなＣアＢ祉、燃料系等の経時変化を補正する
ものでｈｃｓ各運転状態に工ｐ異なる。

次に閉ノ【−プ制御時でのＣＦｌｌの決定法について説
明する。前述し７た↓うにＣｙＢは、（６）式によシ決
定される。（６）に示した目標空燃比λ０と、実際にリ
ーンセンサで測定されるλ′とは、第９図に示したよう
に、Δτだけ遅れて（位相がづれて）いる。このΔτは
、排ガスの流動遅れや、エンジンの応答遅れなどに↓る
遅れ時間である。このΔτは、第１０図に示したように
、空気量Ｑ、に比例した値であり、エンジン容量、エン
ジンとセンサの距離などによって決るものでオシ、この
グラフをマツプとして記憶しておき、各Ｑ、に対して、
読み出す。

λ０に対応するλ′の決定は次のようにして行う。第１
１図に示したように、それぞれｎ個のレジスタを持ち、
レジスタＡには負荷、レジスタＢには、負荷に対応する
目標値λ０が時々刻々格納されていく。ＮｏＬが古い内
容でおるために、新しいＰＭｅａやｌとλＯｒｅ。１が
人ってきたら、下から順時くシ上がシ、ｐＨ＊λｏ１が
消される。この工うにしである一定時間より前のＰＲと
λ０を保持しておく。そこで現在のλ′（実測値）をレ
ジスタＣに持ってきて、Ｑｍ　ｒに対応した遅れ時間Δ
τ１に相当する、Ｂレジスタ内の古いλｏ２と比較して
、λ０２　／λ′を得る。Ｑ、がＱあ２となった場合に
は、Δτ２に相当するにありλｏトを読み出して、八１
／λ′　を得る。

センづ１０７の断線の検出は、例えば、第１２図に示し
たように、センサセル２０２に、通常の測定に用いる配
線２１０の他に、断線検出用の回路２１２を用ける。始
動時にイグニッションキーをＯＮしたときにスイッチ２
１４をＯＮする。このときは、センサも加熱されていな
いので、固体電解質の抵抗は無限大に近い。このためＶ
。による電流Ｉ６は回路２１２を通って流れる。もし断
線している場合には、１．Ｕ流れない。

もう一つの例は第１３図に示される。実際のエンジンで
は、図１３（イ）に示したように定常状態といえども負
荷例えば空気量Ｑ、Ｕ多少変化している。このため、実
際の空燃比は、燃料系の遅れなどによ、！ｌ）、（ロ）
のように変動する。この変動はリーンセンサにより検出
され、出力１はＣ）のように変動する。もし断線１７て
いたとすると、出力はに）に示したように１′＝０に一
定にへばり付くので、この■とＴ′の比較によｐ断線１
−でいるかどうかが判断される。

次に、空燃比の開ループ制御時における動作を説明する
。第１４図（イ）に示し７たように閉ループ制御時は、
目標空燃比λ０に対して収れんしているが、開ループ制
御時は、（ロ）に示し７たように、センサ、アクチュエ
ータのバラツキによシλ０±Δλのように変化している
。このため閉ループ制御時は、目標空燃比λ０を、失火
限界の２Ｍぎりぎりの所までもっていける。しかし、開
ループ制御時には、Δλのマージンを設けておかないと
失火領域に入ってしまう。このため第１５図に示したよ
うに、閉ループ制御時には、（イ）に示したような目標
値とし、開ループ制御時は、（ロ）に示したように、リ
ーン領域では、λ０を小さくする工うにする。

〔発明の効果〕

本発明によれば、リーンセンサが誤動作（断線等）した
場合にも、エンストなどのエンジントラブルが発生せず
、しかも適性空燃比に制御できるようになる。また、通
常の閉ループ制御時にも、系の応答遅れを見こして制御
しているので、負荷の変化による、空燃比制御の誤差を
少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される自動車エンジン制御システ
ムの一実施例を示す構成図、第２図は第１図に示される
マイクロコンピュータの詳細構成図、第３図および第４
図は第１図に示されるリーフ−Ｌ−７すの構成図、第５
図はリーンセンサの出力線図、第６図は本発明の一実施
例を示すフローチャート図、第７図乃至第１１図は本発
明の一実施、例における空燃比の閉ループ制御の説明図
、第１２図、第１３図は本発明の一実施例におけるセン
サの断線検出法の説明図、第１４．第１５図は本発明の
−・実施例における開ループ制御の説明図である。 １０７・・・リーンセンサ、１１０・・・マイクロコン
ピッ　２　ｚ 鴻　３　図 ２０４ 第　４ｒ￥Ｊ ５２θ２ め　５　図 、に′ｌ゛−７ｕ°１゛０　−紡 璧瓦通刺キ ＄　Ｚ　目 諮　７ＥＪ 回判数（ηン 第　と　男 諺　ｑｍ 易　、。回 第　／／　／ｆＪ 詔　７２　図 請　／３　回 （ｒｊ）　２ヒ （へン　■ （二ノエ島□

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、空燃比に対してリニアな出力が得られるセンサを用
   いて内燃機関の空燃比を閉ループにてフィードバック制
   御するものにおいて、前記センサの出力がセンサの誤動
   作を表す出力として検出されたとき、前記センサの出力
   を、前記センサの基準出力として予め記憶されている値
   に設定して、開ループにて空燃比制御を行なうことを特
   徴とする空燃比制御方法。