JPS6059415B2 - 内燃機関の空燃比制御方法 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御方法

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JPS6059415B2
JPS6059415B2 JP18120880A JP18120880A JPS6059415B2 JP S6059415 B2 JPS6059415 B2 JP S6059415B2 JP 18120880 A JP18120880 A JP 18120880A JP 18120880 A JP18120880 A JP 18120880A JP S6059415 B2 JPS6059415 B2 JP S6059415B2
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真一 杉山
芳樹 中條
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/26Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1477Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation circuit or part of it,(e.g. comparator, PI regulator, output)
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の空燃比フィードバック制御方法に
係り、特にデジタル計算機を用いて空燃比制御を行なう
方法に関する。
内燃機関は、一般に、一酸化炭素(Co)、窒素酸化
物(NOx)、未燃焼あるいは一部だけ燃焼した炭化水
素(HC)等の汚染物質を含むガスを排出する。
これらの汚染物質を浄化するためにΞ元触媒コンバータ
を用いる場合、三成分Co、Nα、HC全ての浄化率を
高めるためには、空燃比を化学等量(理論空燃比)近辺
で高精度に制御することが要求される。 従つてこのよ
うなΞ元触媒コンバータを用いる内燃機関においては、
その排気ガス中の特定成分濃度を検出する濃度センサか
らの信号に応じて空燃比をフィードバック制御する方法
が通常は採用される。
濃度センサのうち自動車用として広く使用されているの
は、酸素成分濃度を検知する酸素濃度センサ(以下O2
センサと称する)であり、例えば安定化ジルコニア素子
あるいはチタニア素子等によるO2センサが知られてい
る。この種の00センサは、その雰囲気の空燃比が14
.5(理論空燃比)近傍となると電気的特性が急変し、
従つて空燃比の変化を電気的信号変化として取り出すこ
とができる。 しカルながら、00センサは、一般に個
体差を有しており、また、温度特性変化も非常に大きい
従つて運転時の機関の広い温度範囲にわたつて空燃比制
御を行ない、しかも00センサの個体差によつてその制
御ずれが生じないようにするためには、00センサから
の出力電圧を処理する際に特別の配慮をする必要がある
。その一つの処理方法として、比較基準電圧を可変制御
する方法がある。即ち、通常、O2センサの出力電圧は
、比較器において基準電圧と比較され、現在の空燃比が
リッチかリーンかが判別されるが、この比較基準電圧を
00センサの出力電圧の極大値等に応じて可変にしよう
とするものである。例えは本出願人は先に出願した特願
昭55−87917号明細書において、02センサの出
力電圧の極大値■MAXと極小値VMlNと定数Kl,
K2とから、比較器の基準電圧VRを、■R=VMAX
XKlあるいはVR=(VMAX一VMIN)×K2+
VMINに制御することにより上述の如き問題点を解消
する技術を提案している。しかしながら、02センサと
して、酸素濃度の変化を抵抗の変化に変換する如き半導
体型の02センサ、例えばチタニア素子による02セン
サを用いた場合、使用温度によりその出力電圧の特性が
著しく変化してしまう。周知の如く、半導体の抵抗値は
、低温て高抵抗、高温て低抵抗となる特性があり、従つ
て、半導体型の02センサと基準抵抗とを直列接続した
ものの両端に02センサ側が正となるように直流の定電
圧を印加しかつ02センサと基準抵抗との接続点から出
力電圧を取り出した場合、温度が低い際にその出力電圧
の極大値が零に近づき、温度が高い際にその出力電圧の
極小値が前記定電圧に近づくように変化してしまう。こ
のため、前述した如く単に極大値及び極小値の一次式で
比較基準電圧を変化させるのみでは、空燃比制御を全て
の温度範囲て正しく行なうことができず、低温域で所望
空燃比よりリッチ側に、高温域でリーン側に制御してし
まう不都合が生じる。従つて本発明は前述した如き問題
点を解決するものてあり、その目的は、種々の運転状態
において最適の空燃比制御を高精度で行なえる空燃比制
御方法を提供することにある。
上述の目的を達成する本発明の特徴は、排気ガ.ス中の
特定成分濃度を表わす濃度センサの出力電圧を間欠的に
検出してデジタル変換した後デジタル計算機に入力せし
め、該デジタル計算機において入力した濃度センサ出力
値の極大値及び極小値を算出し、該算出した極大値と極
小値との差に比J例した値と該算出した極大値と極小値
との和に比例した値とを乗じて得た値に極小値を加算す
ることにより比較基準値を算出すると共に当該比較基準
値が常に前記極大値と極小値との間の範囲内になるよう
に比例定数を設定し、前記算出した比較く基準値と前記
濃度センサ出力値との大小を比較判別してその判別結果
を表わす信号を得、該判別結果信号に応じて機関の空燃
比をフィードバック制御することにある。
以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明の一実施例のブロック図である。この実
施例は02センサとして抵抗値変化型の半導体式Q2セ
ンサ、例えばチタニア素子を用い、その抵抗変化を電圧
変化に変換して得た出力電圧に応じて燃料噴射弁からの
燃料供給量を制御することにより、空燃比をフィードバ
ック制御する装置に関するものでる。同図において、1
0はチタニア型αセンサであり、端子11には正のノ定
電圧、例えば5■の定電圧が供給される。また、12は
デジタル計算機を含む制御回路であり、14は燃料噴射
弁を示している。制御回路12には02センサ10から
の信号の他にエアフローセンサ16及び冷却水温センサ
18の出力電圧、回転速度センサ20及びスロットルポ
ジションセンサ22からの信号等が印加される。02セ
ンサ10の定電圧供給側端子と反対側の端子(出力端子
)は、100kΩ程度の基準抵抗24を介して接地され
ており、これにより、02センサ10の抵抗値変化が上
記出力端子に現れる電圧(以下出力電圧と称する)の変
化となつて取り出される。
この出力電圧は、バッファアンプ26を介してアナログ
マルチプレクサ28に印加される。このアナログマルチ
プレクサ28には、前述のエアフローセンサ16からの
機関の吸入空気流量を表わす吸気量電圧信号、前述の冷
却水温センサ18から冷却水温度を表わす水温電圧信号
、及ひ機関の運転状態を表わすその他の各種アナログ信
号が印加される。これらのアナログ電圧信号はコントロ
ールバス30を介して中央処理装置(CPU)32から
与えられる制御信号により時分割的にアナログ−デジタ
ル変換器(A/D変換器)34に送り込まれ、順次デジ
タル変換される。回転速度センサ20からの機関の回転
速度を表わすデジタル信号、スロットルポジションスイ
ッチ22からのスロットル弁(図示なし)の開度状態を
表わす信号は、入力インターフェース36に印加される
A/D変換器34及び入力インターフェース36は、ア
ドレスデータバス38を介して前述のCPU32、リー
ドオンメモリ(ROM)及びランダムアクセスメモリ(
RAM)から成るメモリ40、さらに出力インターフェ
ース42に接続されている。
メモリ40のROMにはこのデジタル計算機の制御プロ
グラムと実験によつて予め設定される各種の演算定数及
び初期値等か記憶せしめられている。出力インタフェー
ス42はCPU32によつて算出された燃料の噴射時間
に関する演算値を受けとり、これをアナログ信号に変換
した後増幅して燃料噴射弁14に出力する。これにより
噴射弁14の開弁時間が制御され燃料噴射量が制御され
て空燃比のフィードバック制御が行なわれる。デジタル
計算機による燃料噴射時間の演算処理については周知で
あるため、詳しい説明は省略するが、例えは第2図に概
略的に表わす如き流れに従つて演算処理が行なわれる。
即ち、CPU32は所定クランク角度毎あるいは所定時
間毎の割込み要求に応じて第2図に示した如き演算処理
を実行する。CPU32は、まずステップ50において
、回転速度に関するデータN1吸入空気量に関するデー
タQ、水温による補正データα、空燃比フィードバック
処理に関する補正データβを取り出す。これらのデータ
N及びQは、各センサ16及び20からあらかじめ取り
込まれ、RAM等に一時的に格納されている。また、補
正データαはセンサ18からの水温信号に応じて前もつ
て算出され、RAM等に一時的に格納されている。補正
データβは本発明の方法によつて後述する如く算出され
るものてこれもRAM等に一時的に格納されている。次
いで、ステップ51において、 の演算が行なわれ、さらにステップ52においてτ=τ
o ・α・βの補正演算が行なわれる。
ただし、Kは定数である。次いでステップ53において
、算出されたτが出力インタフェース42へ出力される
。第3図は、上述した補正データβを算出するための処
理ルーチンを概略的に表わしており、以下同図を用いて
本実施例の動作を説明する。
CPU32は、あらかじめ定めた周期毎、例えば4〜8
n1sec毎に第3図に示す処理ルーチンを実行する。
まず、ステップ60において、02センサ10の出力電
圧をA/D変換して得られる出力電圧データ■0xを取
り込み、次のステップ61において、前回の演算サイク
ルにおけるV。Xと比較基準値■Rとの大小判別により
機関がリッチの空燃比状態であつたか否かが即ち、前回
の演算サイクルによつて定められたリッチフラグかオン
であるか否かが判別される。リッチフラグがオフであつ
た場合、換言すればリッチ状態ではなかつた、即ち、リ
ーン状態であつたと判別した場合プログラムはステップ
62へ進む。。ステップ62においては、VOxが前回
の演算サイクルにおける値■″0xより大きいか否かを
判別することにより、■0xが上昇中であるか否かが判
別される。ステップ62で上昇中ではないと判別された
場合、即ち、リーン状態で■。xが下降中の場合プログ
ラムはステップ63に進み、■0xの極小値■MINの
算出及びメモリ40のRAMへのそのVMlNの記憶処
理が必要に応じて行なわれた後、ステップ64へ進む。
。ステップ61においてリッチフラグがオンであつた場
合、即ちリッチ状態であると判別された場合は、ステッ
プ65へ進み、■0xが上昇中であるか否かが判別され
る。■0xが上昇中でない場合、即ち、リッチ状態で■
。xが下降中の場合はそのままステップ64へ進むが、
■0xが上昇中の場合は、ステップ66へ進み、■0x
の極大値■MAXの算出及びメモリ40のRAMへのそ
のVMAXの記憶処理が必要に応じて行なわれその後、
ステップ64へ進む。ステップ62において、■0xが
上昇中であると判別された場合、即ち、■0xがリーン
状態から上昇している場合はステップ87及び68へ進
み、比較基準値■Rの更新が行なわれる。
ステップ6ノ7において補正係数Dが、から算出される
ただし、ここではVOは、VMAXより必ず大きな値で
ある基準値であり、例えは第1図において、端子11を
介して02センサ10に印加される定電圧(たとえば+
5V)に相当する値が選ばれる。従つて補正係数Dは、
0くD〈2の範囲となる。次のステップ68においては
、比較基準値■8がから算出され、メモリ40のRAM
内の■Rが更新される。
ただしCはあらかじめ定められる演算定数であり、0く
C〈0.5の範囲に設定される。ステップ64において
は、入力データVOxと比較基準値VRとの大小の比較
が行なわれ、■0x≧VRの場合はステップ69に進ん
でリッチフラグをオンとした後、また、■。ぇくVRの
場合はステップ70に進んでリッチフラグをオフとした
後ステップ71へ進む。ステップ71においてはリッチ
フラグのオン、オフにそれぞれ応じて空燃比フィードバ
ック補正データβを作成する。
この作成方法に関しては周知であるため、詳細には説明
しないが、例えば、リッチフラグがオンの場合はこの補
正データβを各演算サイクル毎に一定値だけ減少させ、
リッチフラグがオフの場合は各演算サイクル毎に一定値
だけ増大させるような処理を行なう。また、前回の演算
サイクルではリッチフラグがオンであつたのに今回の演
算サイクルではこれがオフとなつたような場合、あるい
はその逆の場合は今回におけるβの増減量を大きくする
如き処理(ステップ処理)を行なつても良い。作成され
た補正データβは、メモリ40のRAM内に格納せしめ
られる。次に、以上述べた処理ルーチンによる作用効果
を説明する。第4図は本実施例て用いられる抵抗値変化
型の半導体型02センサの空燃比一抵抗特性を表わして
いる。
前にも述べたように、この種の02センサはその温度に
応じて抵抗特性が大きく変化する。即ち、同図において
、aは正常な02センサが適切な温度条件にある場合の
空燃比一抵抗特性、bは温度が低い場合、cは温度が高
い場合をそれぞれ示している。また、02セイサの個体
差あるいは劣化等が生じた場合にも、bもしくはCの如
き特性となることがある。なお、第1図の基準抵抗24
の抵抗値は、第4図のdに等しく設定されている。第5
図は、第4図に示した如き特性の02センサを第1図の
如く結線し、定電5圧を与えた場合の.”空燃比一出力
電圧特性を表わしている。
第4図のA,b,cにそれぞれ相当する状態における特
性が第5図ではa″,b″,c″で表わされている。第
5図に示す如き対温度特性変化を行なう02センサの出
力電圧をeに示す如き常に一定の比較基準値4て比較判
別した場合に制御ずれが生じることは明らかである。ま
た、比較基準値VRをVMAXもしくはVMAX及びV
M!Nの一次式で可変した場合、即ち)VR:VMAX
XKlあるいはVR=(VMAX−VM!N)×K2+
VMINで可変した場合にも、その値は第5図のF,g
にそれぞれ示す如くなり、温度が低い場合に比較判別が
理論空燃比(約14.5)よりリッチ側で行なわれ、温
度が高い楊合にリーン側で行なわれてしまい、制御ずれ
が生じる。これに対して第3図の処理ルーチンによれは
、比較基準値■RがVR=(VMAX−VMIN)×(
VMAX+■MIN)×K3+VMINで算出される(
ただし、K3は定数)。即ち、本実施例によれは比較基
準値VRが上ノ述の場合に比して、さらに(■M,,X
+VM!N)に応じて変化せしめられる。従つて、第5
図のhに示す如く02センサの温度が低く、■MAX+
■MINが低下した場合には、比較基準値VRがより小
さくなり、また、同図のiに示す如く02センサの温−
度が高く、VMAX+■M!Nが高くなつた場合には比
較基準値VRがより大きくなる。その結果、比較判別が
温度にかかわらず理論空燃比近傍で行なわれることにな
り、広い温度範囲で高精度の空燃比フィードバック制御
を行なうことができる。第6図は02センサの出力電圧
の時間に対する特性及び比較基準値を表わすものてあり
、(4)は適切な温度条件にある場合、(B)は温度が
低い場合、(C)は温度が高い場合をそれぞれ表わして
いる。同図における各参照符号の意味するところは第5
図の場合と全く同じである。第7図は、本実施例におけ
る半導体型02センサの極大値VMAX及び極小値■M
iNの対温度特性を示している。
同図からも明らかのように、比較基準値VRをjの如く
常に一定にすると広い温度範囲で空燃比をフィードバッ
ク制御することは全く困難となる。また、同図kに示す
如く、比較基準値Vp.をVR=(VMAX−VMIN
)×K2+■M!Nで制御すると、広い温度範囲で空燃
比制御することは可能となるが、第5図に示したようば
制御ずれが生じ、精度の良い空燃比制御は行なえない。
これに対して本実施例の如く、比較基準値■8にさらに
VMAX+VM,Nの補正を加えることにより、同図1
に示す如く温度が低い際にはVMAXの影響によりVR
がより小さくなり、温度が高い際には■MINの影響に
よりVRがより大きくなつて第5図に示したように制御
すれが正しく修正される。なお、第3図の処理ルーチン
においては比較基準値■Rが更新されるのは、第8図に
示す如くリーン状態から■0xが上昇する際のみであり
、従つて、02センサの出力電圧の1サイクルについて
は■Rは1回だけ更新される。
しかしながら、第3図の破線に示す如く、ステップ65
において■0xが下降中であると判別した際にステップ
64へは進まず、ステップ67へ進むようにプログラム
を変更すれば、比較基準値■1の更新は第9図に示す如
くリッチ状態から■0xが下降する際にも行なわれ、0
2センサの出力電圧の1サイクルについてVRが2回更
新されることになる。これにより、空燃比制御の精度を
より向上せしめることができる。第10図は第3図の処
理ルーチンをより具体化すると共に付加的な制御につい
ても表わしたものてある。
以下、第10図の処理ルーチンについて簡単に説明する
まずステップ80においてはマルチプレクサ28に対し
て02センサ10に関するチャネルの選択を指示する。
次いでステップ81において、02センサ10からの出
力電圧のA/D変換開始一をA/D変換器34に指示す
る。ステップ82,83,84及び85では第3図にお
けるステップ60,61,62及び65の処理内容と全
く同じ処理をそれぞれ行なう。ステップ86乃至92は
第3図のステップ63に対応するものである。
まずステップ86では極小値VMINと比較基準値VR
の中間値として後述する極大値算出時に実行されるステ
ップ97において算出された値Bと■0xとの大小が比
較される。■0x<Bの場合は、次のステップ87にお
いて前回の演算サイクルにおける■。xの値V″。ぇと
Bとが比較される。V″0x≧Bの場合、即ち、前回の
演算サイクルではVOxがBより大きかつたが今回の演
算サイクルでは■。xがBより小さくなつている場合、
ステップ88乃至90に進んで■MINの更新を開始し
、以後の演算サイクルにおいてはステップ91及び92
によつて真のVMlNが求められる。即ち、第8図にも
示す如く、VOxが下降している場合にその値がB以下
となると各演算サイクル毎に前回の演算サイクルで求め
た■MONと今回のV。xとを比較し、■0xく■M!
Nの場合は、■M,N+−VOX(ステップ92)とす
る。これにより、真の■M!Nを得ることができる。な
お、ステプ88は後述するステップ104乃至108で
用いられる更新前の比較基準値■″Rを保持しておくた
めのものであり、ステップ90は極大値VMAXを求め
る際に用いる基準値Aを算出するためのものである。ス
テップ93乃至9は第3図のステップ66に対応するも
のであり、これらのテツプは、上述した極小値VM!N
の算出とほぼ逆の方法により極大値■MAXを求めよう
とするものである。
即ち、第8図に示す如く、VOxが上昇している場合に
その値がA以上となると各演算サイクル毎に前回の演算
サイクルで求めたVMAXと今回の■。ぇとを比較し)
■MAXく■0xの場合は■MAX+′■0x(ステッ
プ99)とする。これにより、真のVMAXを得ること
ができる。ステップ100及び101は比較基準値VR
の更新を、第8図に示す如くVOxがBを越えた際に行
なうようにするためのものである。
ステップ102及び103は、第3図のステップ67及
び68は全く同じである。次にステップ104乃至10
8はステップ103において更新したVRが更新前の値
V″Rに対してあまり大きく変化しないようにその変化
範囲を制限するためのものである。これらのステップに
よれば、■″8−F≦VR≦■″8+Eの範囲にVRが
制御される。ただし、E,Fは定数である。このように
制御することにより、02センサの出力振幅の一時的な
乱れによつてVRが急激に変動して誤つた空燃比制御が
行なわれてしまうことを防止できる。次のステップ10
9,110,111,112は第3図のステップ64,
69,70,71それぞれと全く同じである。第11図
は第10図の処理ルーチンの変更例のその変更部分のみ
を表わしている。
即ち、第11図の例では、第10図のステップ85でV
。X≧・V″0xではないと判別された場合に直ちにス
テップ109へは進まず、ステップ113,114の処
理を行なう。これらのステップは比較基準値■Rの更新
を、第9図に示す如くVOxが下降中のときはAを越え
た際に、VOxが上昇中のときはBを)越えた際にそれ
ぞれ行なうようにするためのものである。従つて第11
図の例によればVRの更新は02センサの出力電圧の1
サイクルにつき2回行なわれる。第10図及び第11図
の処理ルーチンにおいては極大値VMAXl極小値VM
INl及び比較基準値V8の更新を行なうか否かを決定
する際にA及びBが閾値として用いられているがこれは
、02センサの出力電圧に何らかの原因、例えば排気ガ
ス中の空燃比分配が不均衡となつたこと等によりノイズ
が生じた場合、そのノイズの振幅が値A,Bを越えない
ようなノイズに対しては■MAX,VMINl及びVR
の更新をせず、これにより、正しい空燃比制御を行なわ
せるためのものである。
以上詳細に説明したように本発明の方法によれば、濃度
センサ出力値の極大値と極小値との差に比例例した値と
極大値と極小値との和に比例した値とを乗算して得た値
に極小値を加算して比較基準値を得、この比較基準値に
よつて濃度センサ出力値の大小判別を行なつているため
、濃度センサの対温度特性によつてその出値が種々の温
度条件下て大きく変化した場合、あるいは濃度センサの
個体差又は劣化によつてその出力値が大きく変化した場
合にも空燃比の制御ずれを起すことなく高精度かつ最適
な空燃比フィードバック制御を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施のブロック図、第2図、第3図
は第1図の実施例における制御プログラムを概略的に表
わすフローチャート、第4図、第5図は02センサの対
空燃比特性図、第6図は02センサの出力電圧の波形図
、第7図は02センサの出力電圧の対温度特性図、第8
図及び第9図は、上述の実施例の動作説明図、第10図
、第11図は第3図の制御プログラムの詳細なフローチ
ャートである。 10′・・02センサ、12・・・制御回路、14・・
・燃料噴射弁、28・・・マルチプレクサ、32・・・
CPUl34・・・A/D変換器、36・・・入力イン
タフェース、40・・・メモリ、42・・・出力インタ
フェース。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 排気ガス中の特定成分濃度を表わす濃度センサの出
    力電圧を間欠的に検出してデジタル変換した後デジタル
    計算機に入力せしめ、該デジタル計算機において、入力
    した濃度センサ出力値の極大値及び極小値を算出し、該
    算出した極大値と極小値との差に比例した値と該算出し
    た極大値と極小値との和に比例した値とを乗じて得た値
    に極小値を加算することにより比較基準値を算出すると
    共に当該比較基準値が常に前記極大値と極小値との間の
    範囲内になるように比例定数を設定し、前記算出した比
    較基準値と前記濃度センサ出力値との大小を比較判別し
    てその判別結果を表わす信号を得、該判別結果信号に応
    じて機関の空燃比をフィードバック制御することを特徴
    とする内燃機関の空燃比制御方法。
JP18120880A 1980-12-23 1980-12-23 内燃機関の空燃比制御方法 Expired JPS6059415B2 (ja)

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