JPS61286551A - 空燃比制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関の排気系に設置された空燃比センサ
の出力信号に応じて内燃機関に供給される混合気の空燃
比をフィードバック制御するとともに、空燃比センサの
良否を判定し、この判定結果に応じて空燃比フィードバ
ック制御を実行または中止する構成を備えた空燃比制御
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より内燃機関の運転状態をより良好にするために、
該内燃機関の排気の空燃比をフィードバックして内燃機
関を運転する装置が利用されている。これは内燃機関の
排気系に空燃比を検出するための空燃比センサとしての
酸素濃度センサを装着し、該酸素濃度センサ出力に応じ
て内燃機関に噴射供給する燃料量をフィードバック係数
を適宜変更することで制御するのである。即ち、空燃比
が所望値よりも大きなとき（以下リーンという）には燃
料噴射を増量制御し、また空燃比が所望値よりも小さな
とき（以下リッチという）には燃料噴射を減量制御する
という増・減量制御、いわゆるフィードバック制御を実
行することで全体として内燃機関の空燃比を所望値近傍
に維持するのである。

しかし、この装置も次のような不具合があった。

まず、酸素濃度センサが故障又は不良となったとき、そ
の出力に応じて内燃機関の空燃比を制御すると、空燃比
が異常にリンチ又はリーン側に制御されることになり却
って内燃機関の運転特性を悪化させることになること、
また酸素濃度センサは、その特性上所定の温度に維持し
続けなければ空燃比の検出が不能となる、いわゆる不活
性状態を有しており、この不活性状態を検出しなければ
正確な空燃比制御ができないのである。

そこで、これらの酸素濃度センサの良否を判定するため
に特公昭５６−２９１００号公報に開示されるごとく酸
素濃度センサの出力電圧を所定の設定電圧と比較し、所
定時間内にこの設定電圧と一致するような電圧が出力さ
れなければ酸素濃度センサに異常が生じていると判断す
る装置が提案されるに至った。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記装置も以下のごとき問題点を有して
おり未だに充分なものではなかった。

即ち、酸素濃度センサを含む空燃比検出系の動作不良は
どのような状態で生じるものかは全く予想できるもので
はなく、前記所定電圧と一致するような出力を所定時間
内に生じつつ酸素濃度センサの検出が不良な不活性状態
であったり、また酸素濃度センサ出力を処理する電気系
統の故障により前記所定電圧と一致するような電圧が出
力されるような可能性も皆無ではないのである。

このような動作不良や故障が生じると、内燃機関の空燃
比は従来同様に異常状態となり、内燃機関はトルク変動
や回転数ハンチング等を生じることとなる。

本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、内燃機関の
空燃比を検出する空燃比センサのいかなる動作不良、即
ち所定電圧値を所定時間内には出力するような不良であ
っても、正確にその空燃比検出センサの良否を判定する
ことのできる優れた空燃比センサの良否判定機能を有す
る空燃比制御装置を提供することをその目的としている
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明の構成した手段は、
第１図の基本的構成図に示すごとく、内燃機関Ｍ１の排
気系に設置された空燃比センサＭ２の出力信号に基づき
、前記内燃機関Ｍ１に供給される混合気の空燃比をフィ
ードバック制御する空燃比制御装置において、 前記空燃比センサＭ２の出力信号と前記内燃機関Ｍ１に
供給される混合気の空燃比状態がリッチ状態かリーン状
態かを判別するために前記空燃比センサＭ２の出力信号
に対応して予め設定された第１の設定値とを比較すると
ともに、横切る回転ｎ、を計数する第１の比較手段Ｍ３
と、前記第１の設定値に対し所定値だけ異なる第２の設
定値と前記空燃比センサＭ２の出力信号とを比較して横
切る回数ｎ２を計数する第２の比較手段Ｍ４と、 前記第１の比較手段Ｍ３と前記第２の比較手段Ｍ４との
比較結果から、前記空燃比センサＭ２の出力信号が前記
第１の設定値を横切る回数ｎ、と前記第２の設定値を横
切る回数ｎ２との比を求め、この比と判定値とを比較し
て前記空燃比センサＭ２の良否を判定する良否判定手段
Ｍ５と、前記第１の比較手段Ｍ３の比較結果に基づいて
前記内燃機関Ｍ１に対する空燃比フィードバック制御を
実行するとともに、前記良否判定手段Ｍ５の判定結果に
対応して前記空燃比フィードバック制御を実行または中
止する空燃比制御手段Ｍ６とを備えることを特徴とする
空燃比制御装置としている。

〔作　用〕

本発明において、内燃機関Ｍ１とは、後述する空燃比セ
ンサＭ２の出力により空燃比を制御されるものである。

従って、その空燃比が排気系に備えられる前記空燃比セ
ンサＭ２の出力に基づきフィードバック制御されるもの
であればよいのである。また、そのフィードバック制御
の方法も通常の電子制御式燃料噴射装置によるもの、あ
るいはキャブレークによるもの、どちらでもよい。更に
は、燃料噴射装置として採用するものがスピードデンシ
ティ一方式、スロットルスピード方式またはマスフロ一
方式等のどのような方式のものでよいのである。

空燃比センサＭ２とは、上記内燃機関Ｍ１の排気系に設
置され上記内燃機関Ｍ１に供給される混合気の空燃比に
応じた出力をするものであり、例えばある空燃比に対し
てステップ的に変化する出力をする型のものである。

第１の比較手段Ｍ３とは、上記空燃比センサＭ２の出力
信号と理論空燃比（λ＝１）に対応して予め設定された
第１の設定値（例えば電圧値）とを比較して上記内燃機
関Ｍ１に供給される混合気の空燃比のリーン／リッチを
判定するとともに、上記空燃比センサＭ２の出力信号が
前記第１の設定値を横切る回数ｎ１を計数するものであ
る。

第２の比較手段Ｍ４とは、上記空燃比センサＭ２の正常
作動時のリーン時出力とリッチ時出力との間であって、
上記第１の設定値と所定値だけ異なる第２の設定値を上
記空燃比センサＭ２の出力信号が横切る回数ｎ２を計数
するものである。

良否判定手段Ｍ５は、第１．第２の比較手段Ｍ３、Ｍ４
の比較結果に基づいき回数比ｎ　１　／　ｎ　ｚを算出
し、この比ｎ、／ｎ、と予め設定された判定値とを比較
し判定値より大となる時、上記空燃比センサＭ２自体、
またはその出力処理系が正常作動していないと判定する
ものである。

空燃比制御手段Ｍ６とは、上記第１の比較手段Ｍ３から
のリーン判定結果に基づき上記内燃機関Ｍ１に供給され
る混合気の空燃比をフィードバック制御するとともに、
上記良否判定手段Ｍ５にて上記空燃比センサＭ２自体、
またはその出力処理系が正常作動していないと判定され
た場合は前記空燃比フィードバック制御を中止するもの
である。

〔実施例〕

以下、本発明の空燃比制御装置の一実施例を図面に基づ
いて説明する。

第２図は本実施例の空燃比制御装置が搭載される内燃機
関とその制御系統の概略構成図を示す。

ｌは６気筒内燃機関のシリンダ、２はシリンダニに接続
されるインテークマニホルド３内の吸入空気圧力を検出
する吸気管圧力センサであって、半導体形圧力センサに
より構成される。４はインテークマニホルド３の各シリ
ンダ吸気ポート付近に設けられた電磁作動式の燃料噴射
弁、５はイグナイタの一部をなす点火コイル、６は点火
コイル５に接続されたディストリビュータである。この
ディストリビュータ６のロータは機関回転の１／２の回
転数で回転駆動され、内部には機関回転数、燃料噴射時
期を示す信号と気筒判別信号を出力する回転センサ７が
配設される。９はスロットルバルブ、１０はスロットル
バルブ９の開度を検出するスロットルポジションセンサ
、１１は機関の冷却水温度を検出するサーミスタ式の水
温センサ、１２は吸入空気温度を検出する吸気温センサ
、１３はエキゾーストマニホルド】４に設けられた空燃
比センサとしての酸素濃度センサである。この酸素濃度
センサ１３は排気ガス中の酸素濃度がら空燃比を検出し
、この空燃比を示す信号、例えば、空燃比が理論空燃比
に比ベリフチの時には１ボルト程度、リーンの時には０
．１ボルト程度の電圧信号を出力する。

８は内燃機関の燃料噴射量をその運転状態に応じて制御
し、空燃比のフィードバック制御を行う電子制御回路で
あって、マイクロコンピュータにより構成される。制御
回路８は、吸気管圧力センサ２、回転センサ７、スロッ
トルポジションセンサ１０、水温センサ１１、吸気温セ
ンサ１２、及び酸素濃度センサ１３からの各検出信号を
取り込み、これらの検出データに基づいて燃料噴射量を
算出し、燃料噴射弁４の開弁時間を制御して空燃比のフ
ィードバック制御を行う。

第３図は制御回路８及び各機関センナ等のブロック図を
示し、１００は所定のプログラムによって演算処理を実
行するＭＵＰ　（マイクロプロセッサユニット）、１０
１はＭＰＵ１００に割り込み信号を出力する割り込み制
御部、１０２は回転センサ７からの回転角信号をカウン
トし、エンジン回転速度を算出するカウンタ部、１０３
はスロットルポジションセンサ１０からの検出信号を入
力するデジタル入力ボート、１０４は吸気管圧力センサ
２及び酸素濃度センサ１３からの検出信号（アナログ信
号）を入力してデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部で
ある。１０５はプログラムや演算に使用するマツプデー
タ等が予め記憶された読み出し専用メモリであるＲＯＭ
、１０６は書き込み読み出し可能な不揮発性メモリであ
るＲＡＭであり、キースイッチのオフ後も記憶内容を保
持する。１０７はレジスタを含む点火時期制御信号出力
用の出力カウンタ部であり、ＭＰＵ１００で演算された
点火時期データを取り込み、点火時期制御信号をクラン
ク角に応じて出力する。１０８はレジスタを含む燃料噴
射量（時間）制御信号出力用の出力カウンタ部であって
、ＭＰＵ１００から送られる燃料噴射量データを入力し
、このデータに基づいて燃料噴射弁４の開弁時間を制御
する制御パルス信号のデユーティ比を決定し、噴射量制
御信号を出力する。なお、出力用のカウンタ部１０７又
は１０８から出力される制御信号は電力増幅器１０９．
１１０を介してそれぞれ点火コイル５、又は各気筒毎の
燃料噴射弁４に印加される。

また、上記制御回路８内において、ＭＰＵ１００、割り
込み制御部１０１、入力カウンタ部１０２、デジタル入
力ボート１０３、Ａ／Ｄ変換器１０４、ＲＯＭＩ　Ｏ５
、ＲＡＭ１０６、出力カウンタ部１０７．１０８はそれ
ぞれコモンバス１１１に接続され、必要なデータの転送
がＭＰＵ１００の指令により行われる。

回転センサ７は３個のセンサ７１，７２．７３を備え、
第１の回転角センサ７１は第４図のタイミングチャート
の（Ａ）に示すように、ディストリビニ−タロの１回転
毎、つまりクランク軸２回転（７２０度の角度）毎に１
回だけ、クランク角０°から所定の角度０手前の位置で
角度信号Ａを発生する。第２の回転角センサ７２はクラ
ンク軸の２回転毎に１回、クランク角３６０°から所定
の角度０手前の位置において角度信号Ｂを発生する。第
３の回転角センサ７３は、クランク軸の１回転毎に気筒
数に等しい個数の角度信号を等間隔に発生し、例えば６
気筒エンジンの場合はクランク角０°から６０°毎に６
個の角度信号Ｃを発生する。

割り込み制御部１０１は、これらの角度信号を回転セン
サ７から入力し、第３の回転角センサ７３の角度信号Ｃ
を２分周した信号を、第１の回転角センサ７１の角度信
号Ａが送出された直後に割り込み指令信号りとしてＭＰ
ｔＪｌｏｏに出力する。

この割り込み信号りの出力によりＭＰＵ１００では点火
時期制御のための図示しない演算処理ルーチンが実行さ
れる。さらに割り込み制御部１０１は、第３の回転角セ
ンサ７３の角度信号Ｃを６分周して得られる信号を、第
１の回転角センサ７１の角度信号人及び第２の回転角セ
ンサ７２の角度信号Ｂが送出されてから６番目、つまり
クランク角３００°を起点として３６０°毎に割り込み
指令信号ＥとしてＭＰＵ１００に出力する。この割り込
み指令信号ＥはＭＰＵ１００に対し、燃料噴射量の演算
の割り込み指令を行う。

上記のごとき各種のセンサの検出出力によりＭＰＵ１０
０は適宜演算を実行し、適量の燃料を燃料噴射弁４よた
噴射供給し、点火を行い空燃比フィードバック制御を実
行することが可能となるのである。

次に、ＭＰＵ１００によって処理される、もう１つの制
御である本実施例の空燃比センサ良否判定ルーチンにつ
いて説明する。第５図は該空燃比センサ良否判定ルーチ
ンのフローチャートを表したものである。本ルーチンは
ＭＰＵ１００にて所定時間、５ｍｓ毎に実行される割り
込みルーチンである。

まず、本ルーチンの処理にＭＰＵ１００が移ると、ステ
ップ２００が実行され、酸素濃度センサ１３の出力電圧
ＶＯが理論空燃比（λ＝１）に対応する第１の設定電圧
Ｖ、を横切る回数ｎ１を計数する。次にステップ２０１
ではｎ、と設定値ａ・ｎｏとを比較し、ｎｌくａ−ｎｏ
である場合は、ステップ２０８に進み、酸素濃度センサ
１３の良否判定を連続して行わなかった回数にとその回
数ｋに対応して設定された設定値に０との比較を行いｋ
＜ｋｏの場合、ステップ２０９でｋをインクリメントし
て本ルーチンを終了する。

またステップ２０１でｎ、≧ａ−ｎ、であればステップ
２０２に進む。ステップ２０２では酸素濃度センサ１３
の正常時のリッチ信号電圧と第１の設定電圧■１との間
に設定された第２の設定電圧ｖ２を酸素濃度センサ１３
の出力電圧ＶＯが横切る回数ｎ！を計数する。次にステ
ップ２０２ではステップ２００，２０２で求められたｎ
　ｌ　＋　　ｎ　Ｚの比ｎｌ／ｎ２の値を求め、設定値
ａ　（ステップ２０１の設定値ａ−ｎ０の係数）とを比
較して（ｎ＋／ｎ２）＞ａであれば、酸素濃度センサ１
３の出力電圧■０が第１の設定電圧ｖ１を充分に横切る
状態にあるが、第２の設定電圧■２を横切る回数ｎ２が
かなり少ないとしてステップ２０７に進み、空燃比フィ
ードバックの中止の指令を出力し、ステップ２０６に進
む。またｎ　１　／　ｎ　２がａよりも小さい時は酸素
濃度センサ１３の出力状態が正常であるとして空燃比の
フィードバック制御を実行の指令を出力する。

次にステップ２０４からステップ２０５に進むと、ｎｌ
を０にリセットするとともにｎ２をｎｏ−１にセントす
る。このようにすることで、ステップ２０１でｎ１≧ａ
−ｎｏとなるまで空燃比のフィードバック制御を実行す
る状態を維持する。

そして再度ｎ、≧ａ’ｎＱとなるとステップ２０２に進
み、ステップ２０２でｎｔが計数されるとｊｌ、＝ｆｉ
ｏとなるのでステップ２０３にてＮｏと判断されてステ
ップ２０４に進み、空燃比のフィードバック制御が継続
して実行の指令が出力される。またｎｔが計数されない
とステップ２０３の条件を満たし、ステップ２０７にて
空燃比のフィードバック制御を中止の指令を出力する。

そしてステップ２０５、またはステップ２０７を通過す
るとステップ２０６に進み、ｋをＯにリセットして本ル
ーチンを終了する。

なお、ステップ２０１での条件を満たし、ｎ２が１回計
数されるまでの間に一時的にステップ２０３での条件を
満たし、ステップ２０７に進み空燃比のフィードバック
が中止されるが、正常作動時にはこの間の時間は極めて
短いので、制御に支障のない程度の遅延時間をステップ
２０１とステップ２０２との間に設けることで空燃比の
フィードバック制御の中断が防止できるようになる。

またステップ２０７で空燃比のフィードバック制御の中
止の指令が出力された場合、ステップ２０５を迂回する
ので、以降の本ルーチンはｎｌがａ−ｎ０以上の値で保
持されるために常に酸素濃度センサ１３の良否判定を行
う。

なお、上記ルーチンではステップ２０８でｋ〉ｋｏとな
った時はステップ２１０でｎ、をインクリメントしてル
ーチンを終了するよう構成している。

ところで、酸素濃度センサ１３が活性状態がら不活性状
態に変化すると、その電圧波形が第６図に示すようにｖ
Ｏｌから■０□へと最大ピーク値が低下する。しかしこ
の場合、上記ルーチンによればステップ２００でｎｌが
計数され、ステップ２０２でｎ２が計数されない状態と
なり、ステップ２０３での条件が満たされてステップ２
０７で空燃比のフィードバック制御の中止の指令が出力
される。

また、空燃比のフィードバック制御実行中でｎｌ＜ａ−
ｎ６の状態から第６図で■０．の状態となった時は、ス
テップ２００でｎｌが計数されない状態となり、ステッ
プ２０１からステップ２０８、ステップ２０９と進むよ
うになり、これが繰り返されるようになる。しかし、ス
テップ２０８にてｋ＞ｋｏとなるとステップ２１０でｎ
、を強制的にインクリメントすることでステップ２０１
の条件を満たさせてステップ２０２に進ませる。そして
第６図のＶ　Ｏ３の状態ではｎ２は計数されないのでス
テップ２０３での条件が満たされてステップ２０７にて
空燃比のフィードバック制御の中止の指令が出力される
ようになる。

なお、ステップ２０８で設定された設定値に０は、酸素
濃度センサ１３の正常時にステップ２０１での条件を満
たすまでにｋ＞ｋ、となることがないように設定してお
く必要がある。

また上記ルーチンにおける計数値、ｎｌ　＋　　”Ｚ　
＋にはエンジン始動時、すなわちイグニッションスイン
チＯＮとなった時に０にイニシャライズされる。

そして上述のルーチンに従って空燃比のフィードバック
制御の実行の指令が出力されると酸素濃度センサ１３の
出力電圧■０と第１の設定電圧Ｖ。

とを比較して、この比較結果に基づいて燃料噴射量に対
する補正を実行するよう空燃比フィードバック制御が実
行される。

上述のルーチンに従って作動すると、正常な時の酸素濃
度センサ３の出力電圧ＶＯ，は第６図に示すように第１
．第２の設定電圧Ｖ、、Ｖｚを各々横切る（Ｑｌ””Ｑ
４　、Ｐ　＋〜Ｐ４）の回数の比（ｎ、／ｎ、）はある
所定値ａ内になり、空燃比フィードバック制御を実行す
るよう指令が出力される。しかし、酸素濃度センサ１３
が動作不良を生じて、その周期や平均電圧が同一となる
出力信号ＶＯ２を発生したとしても、（ｎ、／ｎ、）は
所定値ａを越えて、ただちに空燃比のフィードバック制
御の中止の指令が出力される。また出力信号ＶＯ，のよ
うに第１の設定電圧ｖ１に全く達しない状態となっても
ステップ２１０を通過することでｎ、が強制的に計数さ
れて、ステップ２０７に導かれて空燃比のフィードバッ
ク制御の中止の指令が出力されるようになる。

なお、上記実施例では第２の設定電圧■２を酸素濃度セ
ンサ１３の理論空燃比（λ＝１）に対応して設定した第
１の設定電圧ｖ１より大きな値としていたが、第２の設
定電圧ｖ２を第１の設定電圧■１より小さな値として酸
素濃度センサ１３の良否判定を行ってもよい。

さらに、本実施例の各設定値ａ、に０等を内燃機関運転
状態、例えば負荷の大きさや、機関暖機状態等に応じて
適宜設定すれば酸素濃度センサ１３の良否判定精度を一
層高めることが可能となる。

〔発明の効果〕

以上、述べたように本発明における空燃比制御装置は、 内燃機関の排気系に設置された空燃比センサの出力信号
に基づき、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を
フィードバック制御する空燃比制御装置において、 前記空燃比センサの出力信号と前記内燃機関に供給され
る混合気の空燃比状態がリッチ状態かリーン状態かを判
別するために前記空燃比センサの出力信号に対応して予
め設定された第１の設定値とを比較するとともに、横切
る回転ｎ、を計数する第１の比較手段と、 前記第１の設定値に対し所定値だけ異なる第２の設定値
と前記空燃比センサの出力信号とを比較して横切る回数
０２を計数する第２の比較手段と、前記第１の比較手段
と前記第２の比較手段との比較結果から、前記空燃比セ
ンサの出力信号が前記第１の設定値を横切る回数ｎ、と
前記第２の設定値を横切る回数ｎ２との比を求め、この
比と判定値とを比較して前記空燃比センサの良否を判定
する良否判定手段と、 前記第１の比較手段の比較結果に基づいて前記内燃機関
に対する空燃比フィードバック制御を実行するとともに
、前記良否判定手段の判定結果に対応して前記空燃比フ
ィードバック制御を実行または中止する空燃比制御手段
と を備えることを特徴とする空燃比制御装置であり、 従って、単に空燃比センサの出力が所定の出力を発生し
ているか否かを瞬間的に検出するものや、所定の周期で
出力が変動しているかを検出するものによって、該空燃
比センサの不良を判定するものでは判定できない空燃比
センサの不良でも正確に判定することができる精度の高
い空燃比センサの良否判定装置となるのである。

また、上記のごとく精度よく空燃比センサの良否が判定
できるため、この装置の判定結果に応じて空燃比フィー
ドバック制御をオーブン制御に切換えたりすることで、
より一層正確な空燃比制御が可能となる。更には、この
装置により空燃比センサの不良を判定後警報装置または
内燃機関の作動特性に影響を与える装置を作動させれば
運転者に空燃比センサの異常を報知することもできるの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成図、第２図は実施例の空燃
比制御装置を搭載した内燃機関及びその周辺装置の概略
図、第３図はその制御回路のブロック図、第４図はその
回転センサの出力説明図、第５図はその制御プログラム
のフローチャート、第６図はその動作説明図を示す。 ４・・・燃料噴射弁、５・・・点火コイル、６・・・デ
ィストリビュータ、７・・・回転センサ、８・・・制御
回路。 １３・・・酸素１度センサ。 代理人弁理士　　岡　部　　　隆 第１図 第４図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の排気系に設置された空燃比センサの出力信号
   に基づき、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を
   フィードバック制御する空燃比制御装置において、 前記空燃比センサの出力信号と前記内燃機関に供給され
   る混合気の空燃比状態がリッチ状態かリーン状態かを判
   別するために前記空燃比センサの出力信号に対応して予
   め設定された第１の設定値とを比較するとともに、横切
   る回転ｎ＿１を計数する第１の比較手段と、 前記第１の設定値に対し所定値だけ異なる第２の設定値
   と前記空燃比センサの出力信号とを比較して横切る回数
   ｎ＿２を計数する第２の比較手段と、前記第１の比較手
   段と前記第２の比較手段との比較結果から、前記空燃比
   センサの出力信号が前記第１の設定値を横切る回数ｎ＿
   １と前記第２の設定値を横切る回数ｎ＿２との比を求め
   、この比と判定値とを比較して前記空燃比センサの良否
   を判定する良否判定手段と、 前記第１の比較手段の比較結果に基づいて前記内燃機関
   に対する空燃比フィードバック制御を実行するとともに
   、前記良否判定手段の判定結果に対応して前記空燃比フ
   ィードバック制御を実行または中止する空燃比制御手段
   と を備えることを特徴とする空燃比制御装置。