JPS62174547A - エンジンの空燃比制御装置 - 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〕 本発明はエンジンの空燃比制御装置に関し、特に、エン
ジン始動後に最初に走り出してから所定時間内は空燃比
補正値にリッチ側の制限を設け、この間は空燃比（Ａ／
Ｆ）がオーバリッチにならないようにしたエンジンの、
空燃比センサの異常判別を行うことができる空燃比制御
装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、エンジンの排気通路に設けられた空燃比センサ
、特に排気ガス中の酸素濃度を測定する０２センサには
、その素子が低温雰囲気内にある場合は非活性状態にあ
り、空燃比如何に係わらすリーン信号を発生してしまう
ものがある。このようなＯｔセンサを使用したエンジン
では、冷間始動後のしばらくの間、０□センサの出力が
リーンを維持するので空燃比がリッチ側に制御され、空
燃比がオーバリッチとなって排気ガスが悪化する。

これを防止するため、近年、エンジン始動後に最初に走
り出してからしばらくの間は空燃比補正値にリッチ側の
制限（ガード）を設け、空燃比がオーバリッチにならな
いようにすることが行われている。

また、同様の理由により０２センサが非活性になりやす
い（例えばアイドル状態が続く）場合にも、空燃比補正
値にガードを設けている。

さらに、０２センサ出力の入力回路が、０２センサの非
活性時にリッチ信号を受ける構成のものでは、前述の運
転下では空燃比補正値にリーン側の制限を設けている。

（特公昭５７−３２７７２号公報参照） この制御の手順は例えば第４図及び第５図のフローチャ
ートに示される。なお、この例の手順の基になるエンジ
ンでは０２センサが排気マニホルド下流側の排気通路に
設けられているものとする。

第４図は車両がそのエンジン始動後、初めて走り出して
からの時間ＴＩＭＥの演算ルーチンであり、例えば０．
５秒毎に実行される。まずステップ４０１においてスタ
ータがＯＮＬ、たか否かが判定され、スタータが回って
クランキング状態にあるＯＮ状態（ＹＥＳ）では、ステ
ップ４０６に進んで時間カウント値ＣＴＩＭＥにＯが入
る。一方、エンジンが始動してスタータがＯＦＦした時
（ＮＯ）はステップ４０２に進み、車速かあるか否かが
判定される。

車速≠Ｏの場合（ＮＯ）はステップ４０３に進んで時間
カウント値ＣＴＩＭＥに１が加えられる。ステップ４０
４．４０５は時間カウント値ＣＴＩＭＥのオーバフロー
ガードであり、時間カウント値ＣＴＩＭＥが２５５（時
間ＴＩＭＥにして約１２８秒）を越えないようにするも
のである。また、前記ステップ４０２で車速＝０　（Ｙ
ＥＳ）と判定された場合は、これらのステップ４０３〜
４０５は省略され、時間カウント値ＣＴＩＭＥは増大さ
れない。

このようにして演算される時間カウント値ＣＴＩＭＥを
基に、第５図に示す空燃比補正値のリッチ側のガード値
ＲＦＢの演算が行われるが、このルーチンも例えば０．
５秒毎に実行される。まず、ステップ５０１では車両の
エンジン始動後、初めて走り出してからの時間ＴＩＭＥ
の値が１００秒を越えたか否かがＣＴＩＭＥより判定さ
れる。そして、走行時間が１００秒未満の場合（Ｎｏ）
はステップ５０６に進み、ガード値ＲＦＢ＝３％となる
。また走行時間が１００秒以上ある場合（ＹＥＳ）はス
テップ５０２に進み、ここでアイドルスイッチがＯＮか
否かが判定される。ＹＥＳの場合（アイドル中）はステ
ップ５０５に進み、ＮＯの場合（アイドル時以外）はス
テップ５０３に進んでエンジン回転数Ｎｅの１５００ｒ
ｐｍとの大小が判定される。Ｎ　ｅ　＜　１５００ｒｐ
＋ｍの場合（Ｎｏ）は前記アイドル中の場合と同様にス
テップ　５０５に進むが、Ｎｅ≧１５００ｒｐｍの場合
（ＹＥＳ）はステップ５０４に進む。ステップ５０４で
はＲＦＢの値に所定値ΔＲＦＢが加えられ、ステップ５
０５では逆に所定値ΔＲＦＢが減らされる。

そしてこの後ステップ５０７に進み、ステップ５０７〜
５１０においてＲＦＢの値が３％と２０％との間に制御
される。（参照特開昭５８−３０４２５号公報）〔発明
が解決しようとする問題点〕 ところが、以上のような手順で空燃比がオーバリッチに
ならないように制御されるエンジンでは、第６図に示す
ようにエンジン始動後に所定時間アイドル放置されるこ
とがあり、このような場合、０２センサが活性化しない
までも冷却水温Ｔ　ＨＷが高温（例えば７０℃以上）に
なることがある。

この状態から車両エンジン始動後初めての走行を開始す
ると、走行開始から１００秒間はＲＦＢが３％に抑えら
れるので、空燃比補正値ＦＡＦも低く抑えられて大きく
ならない。この結果、空燃比はリーン状態に維持され、
ｏ２センサからの出力信号もリーン側にはりついて走行
開始後１００秒間は反転しないことになる。

ところで現在、０□センサ等の各種センサ類の異常を検
出するためにエンジンに取り付けられた自己診断装置の
多くは、ｏ２センサ出力が所定条件下で、即ち、本来な
らばリッチとリーン間で反転信号を出すべき条件下、例
えば「フィードバック条件を満足し、かつＴＨＷ≧７０
℃、吸入空気量Ｑ≧２０ｍ３／ｈの状態」において、０
□センサが所定時間、例えば８０秒以上リッチ、リーン
反転しない時０□センサが異常であると判定している。

このため、前述のように機能するエンジンは、０２セン
ザの異常判別条件である「０２センサが８０秒以上リッ
チ、リーン反転しない」に該当するために、自己診断装
置によって０□センサの異常と判定されてしまうという
問題点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は前記従来のように空燃比補正を行うエン
ジンにおける空燃比センサの異常の誤判別という問題点
を解消し、車両がどのような状態で運転されても、正常
状態にある空燃比センサを異常と判定することのない優
れた空燃比制御装置を提供することにある。

前記目的を達成する本発明のエンジンの空燃比制御装置
は、第１図（ａ）に示すように、エンジンの排気通路に
設けられた空燃比センサと、この空燃比センサ出力に応
じて空燃比補正値を演算する空燃比補正値演算手段と、
エンジン状態により前記空燃比センサが非活性となりや
すい条件下で、前記空燃比補正値の補正幅の制限値を設
定する制限値設定手段と、前記制限値内に前記空燃比補
正値を制限する制限手段と、制限された空燃比補正値を
用いてエンジンの空燃比を調整する空燃比調整手段と、
前記空燃比センサの活性条件下における制限値が所定値
以上の場合に、前記空燃比センサ出力に基づき空燃比セ
ンサの異常判別を実行する空燃比センサ異常判別手段と
を備えていることを特徴としている。

〔作　用〕

本発明のエンジンの空燃比制御装置によれば、エンジン
を始動して車両が走行している時に、エンジンが定常状
態で使用されて空燃比フィードバック条件が満足され、
エンジンの冷却水温が所定値以下になり、エンジンの吸
入空気量が所定値以上になり、空燃比補正値のリッチ側
の制限値が所定値以上になった状態で、空燃比センサの
反転信号が所定時間以上ない時に、空燃比センサの異常
信号が出力される。

〔実施例〕

以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係る空燃比制御装置の一実施例を示す
全体概略図である。第１図において、エンジン１の吸気
通路２にはエアフローメータ３が設けられている。エア
フローメータ３は吸入空気量を直接計測するものであっ
て、ポテンショメータを内蔵して吸入空気量に比例した
アナログ電圧の出力信号を発生する。この出ノＪ信号は
制御回路１０のマルチプレクサ内蔵Ａ／Ｄ変換器１０１
に供給されている。ディストリビュータ４には、その軸
がたとえばクランク角（ＣＡ）に換算して７２０゜毎に
基準位置検出用パルス信号を発生するクランク角センサ
５およびクランク角に換算して３０゜毎に基準位置検出
用パルス信号を発生するクランク角センサ６が設けられ
ている。これらクランク角センサ５，６のパルス信号は
制御回路１０の人出ツノインタフェイス１０２に供給さ
れ、このうち、クランク角センサ６の出力ＣＰＵ１０３
の割込み端子に供給される。

さらに、吸気通路２にはスロットル弁１８．および各気
筒毎に燃料供給系から加圧燃料を吸気ポートへ供給する
ための燃料噴射弁７が設けられている。

また、エンジン１のシリンダブロックのウォータジャケ
ット８には、冷却水の温度を検出するための水温センサ
９が設けられている。水温センサ９は冷却水の温度ＴＨ
Ｗに応じたアナログ電圧の電気信号を発生する。この出
力もＡ／Ｄ変換器１０１に供給されている。

排気マニホルド１１より下流の排気系には、排気ガス中
の３つの有害成分ＨＣ，Ｃｏ、ＮＯｘを同時に浄化する
三元触媒を収容する触媒コンバータ１２が設けられてい
る。

排気マニホルド１１の下流値であって、触媒コンバータ
１２の上流側の排気パイプ１４には、空燃比センサの一
種である０２センサ１３が設けられている。０２センサ
１３は排気ガス中の酸素成分濃度に応じて電気信号を発
生する。すなわち、０２センサ１３は空燃比が理論空燃
比に対してリーン側かリッチ側かに応じて、異なる出力
電圧を制御回路１０の信号処理回路１１１を介してＡ／
Ｄ変換器１０１に発生する。

また、前記入出力インタフェイス１０２にはキースイッ
チ１５からのスタータの０Ｎ１０ＦＦ信号が供給される
ようになっている。１６はトランスミッション１７から
のスピードメータケーブルに設けられた車速センサであ
って、車速に比例した数のパルス信号を発生し、この車
速センサ１６のパルス信号は制御回路１０の車速形成回
路１１２に供給される。車速形成回路１１２はカウンタ
により形成され、一定のゲート時間毎に２進数の車速デ
ータとして入出力インタフェイス１０２に供給される。

さらに制御回路１０の入出力インクフェイス１０２には
駆動回路１１３を介してアラーム１１４が接続されてお
り、０２センサ１３に異常がある時に入出力インクフェ
イス１０２から異常信号が出力されると、このアラーム
１１４が０２センサ１３の異常を運転者に知らせるよう
になっている。

制御回路１０は、たとえばマイクロコンピュータとして
構成され、Ａ／Ｄ変換器１０１、人出力インクフェイス
１０２　、ＣＰ　Ｕ２Ｏ５、信号処理回路１１１の外に
、ＲＯＭ１０４　、ＲＡＭ１０５　、バックアップＲＡ
Ｍ１０６、クロック発生回路１０７等が設けられている
。

また、制御回路１０において、ダウンカウンタ１０８、
フリップフロップ１０９、および駆動回路１１０は燃料
噴射弁７を制御するためのものである。

すなわち、後述のルーチンにおいて、燃料噴射量ＴＡＵ
が演算されると、燃料噴射量ＴＡＵがダウンカウンタｌ
Ｏ８にプリセットされると共にフリップフロップ１０９
もセットされる。この結果、駆動回路１１０が燃料噴射
弁７の付勢を開始する。他方、ダウンカウンタ１０８が
クロック信号（図示せず）を計数して最後にそのキャリ
アウド端子が“１”レベルとなったときに、フリップフ
ロップ１０９がリセットされて駆動回路１１０は燃料噴
射弁７の付勢を停止する。つまり、上述の燃料噴射量Ｔ
ＡＵだけ燃料噴射弁７は付勢され、従って、燃料噴射量
ＴＡＵに応した量の燃料が機関本体１の燃焼室に送り込
まれることになる。

なお、ＣＰＵ１０３の割込み発生は、Ａ／Ｄ変換器１０
１のＡ／Ｄ変換終了時、入出力インタフェイス１０２が
クランク角センサ６のパルス信号を受信した時、クロッ
ク発生回路１０７からの割込信号を受信した時、等であ
る。

エアフローメータ３の吸入空気量データＱおよび冷却水
温データＴ）ＩＷは所定時間毎に実行されるＡ／Ｄ変換
ルーチンによって取込まれてＲＡＭ１０５０所定領域に
格納される。つまり、ＲＡＭ１０５におけるデータＱお
よびＴ　ＨＷは所定時間毎に更新されている。また、回
転速度データＮｅはクランク角センサ６の３０°ＣＡ毎
の割込みによって演算されてＲＡＭ１０５の所定領域に
格納される。

以下第１図（ｂ）の制御回路ｌＯの動作について説明す
る。

第７図は燃料噴射量演算ルーチンであって、所定クラン
ク角、例えば３６０″ＣＡ毎に実行される。

ステップ７０１では基本噴射ｔｌＴＰを演算する。即ち
、吸入空気ＮＱ及び回転速度ＮｅのデータをＲＡＭ１０
５から読み出して、 ＴＰ−ｋＱ／Ｎｅ（但しｋは定数） により演算する。ステップ７０２では燃料噴射量ＴＡＵ
を、 ＴＡＵ−ＴＰ−ＦＡＦ・α＋β によって演算する。ここでＦＡＦは第８図のルーチンに
よって演算される空燃比補正係数、α、βはその他の補
正係数あるいは補正量であって、例えば暖機増量補正、
吸気温補正、過渡時補正、電源電圧補正等に相当する。

次いで、ステップ７０３にて噴射３ｊｌＴＡＵをダウン
カウンタ１０８にセットすると共にフリップフロップ１
０９をセットして燃料噴射を開始させる。そして、ステ
ップ７０４にてこのルーチンは終了する。なお、前述の
ように噴射ＩＴＡＵに相当する時間が経過すると、ダウ
ンカウンタ１０８のキャリアウドによってフリンブフロ
フプ１０９がリセツトされて燃料噴射は終了する。

図のルーチンは所定時間毎に実行される。

ステップ８０１では空燃比のＦ／Ｂ条件が成立している
か否かを判別する。機関始動中、始動後の燃料増量動作
中、暖機増量動作中、パワー増量中等はいずれもＦ／Ｂ
条件不成立であり、その他の場合がＦ／Ｂ条件成立であ
る。そして空燃比のＦ／Ｂ条件が不成立の時（ＮＯ）は
ステップ８１０に進んでＦ　Ａ　Ｆ　＝　１．０とし、
Ｆ／Ｂ条件が成立している時（ＹＥＳ）はステップ８０
２に進み、空燃比Ｆ／Ｂ補正制御を行う。

ステップ８０２では、０□センサ９の出力値βを取り込
んで空燃比がリッチかリーンかを判別する。

リーンの時（ＹＥＳ）にはステップ８０３にて最初のリ
ーンか否かを判別、つまり、リッチからリーンへの変化
点か否かを判別する。この結果、最初のリーンであれば
（ＹＥＳ）ステップ８０５にてＦＡＦ←ＦＡＦ＋Ａとし
て所定量（スキップ量）Ａを加算し、他方、最初のリー
ンでなければ（Ｎ　Ｏ）ステップ８０６にてＦ　Ａ　Ｆ
　＝　Ｆ　Ａ　Ｆ　＋　ａとして所定量ａを加算する。

なお、スキップ量Ａはａより十分大きく設定される。す
なわち、Ａ＞＞ａである。

ステップ８０２においてＮｏとなるリッチであれば、ス
テップ８０４に進む。ステップ８０４にて最初のリッチ
か否かを判別、つまり、リーンからリッチへの変化点か
否かを判別する。この結果、最初のりソチであれば（Ｙ
ＩＥＳ）ステップ８０７にてＦＡＦ−ＦＡＦ−Ｂとして
所定量（スキップ量）Ｂを減算し、他方、最初のリッチ
でなければ（Ｎｏ）ステップ８０８に進んでＦＡＦ←Ｆ
ＡＦ−ｂとして所定量すを減算する。ここでもスキップ
量Ｂはｂより十分大きく設定される。すなわちＢ＞＞ｂ
である。

つまり、ステップ８０５．８０８に示す制御は積分制御
と称されるものであり、またステップ８０５．８０７に
示す制御はスキップ制御と称されるものである。

リッチ側の制限値ＲＦＢにてガードされ、所定値を越え
ないように制御される。

ステップ８０５〜ステツプ８０９にて演算された空燃比
補正係数ＦＡＦおよび前述のようにステップ８１０で固
定値となった空燃比補正係数ＦＡＦ　（＝１．０）はス
テップ８１１にてＲＡＭ１０５に格納されて第８図のル
ーチンは終了する。

第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ制御回路ＩＯ
が０□センサの異常を判定するための条件判定ルーチン
である。

第２図（ａ）のルーチンはフィードバンク（Ｆ／Ｂ）条
件、水温条件、吸入空気量（負荷）条件を判定するもの
であり、例えば１３０ｍ５毎に実行される。ステップ２
０１ではＦ／Ｂ条件（空燃比の閉ループ条件）が成立し
ているか否かを判定する。

エンジン始動中、始動後増量中、暖機増量中、出力増大
中、燃料カット中はいずれも閉ループ条件が不成立であ
り、その他の場合が閉ループ条件成立である。このステ
ップ２０＋でＹＥＳの場合はステップ２０２に進むが、
ステップ２０１でＮｏの場合はステップ２０４に進む。

ステップ２０２では次にエンジンの冷却水温が所定値、
例えば７０℃を越えているか否かを判定され、７０℃を
越えている（ＹＥＳ）の場合はステップ２０３に進むが
７０℃以下の場合はステップ２０４に進む。ステップ２
０３では吸入空気量Ｑが所定値、例えば２０ｍ３／ｈが
判定され、ＹＥＳの場合はリターンするが、ＮＯの場合
はステップ２０４に進む。ステップ２０４では０□セン
サの異常診断タイマＣＪＯＸＯ値をＯにする。

ステップ２０３でＹＥＳの場合は０２センサの異常判定
条件が揃っている場合であるが、ステップ２０４てに進
んだ場合０□センサの異常判定条件が揃っていない場合
である。

第２図（ｂ）のルーチンは空燃比補正値のリッチ側の制
限値ＲＦＢの条件を判定するものであり、例えばＩＳ毎
に実行される。ステップ２０５では前記空燃比補正値の
リッチ側の制限値ＲＦＢが所定値、例えば２０％である
か否かが判定される。このようにリッチ側の制限値ＲＦ
Ｂの判定基準を２０％とするのは、既に第５図において
説明したように、ＲＦＢＯ値が３〜２０％の範囲に制御
され、２０％を越えることがないからである。そして、
ＲＦＢＯ値が２０％となり、これが維持されるのは車両
が所定速度以上の一定速度等で走行している時である。

ステップ２０５でＹＥＳとなった時はそのままリターン
するが、ステップ２０５でＮＯとなった時は、０□セン
サの異常判定条件が揃っていない状態であるので、ステ
ップ２０６に進んで前記ＣＪＯＸを０にした後にリター
ンする。（尚、ＲＦＢが所定値以上か否かで判別しても
良い。）第２図（Ｃ）のルーチンは０２センサの出力が
反転したか否かを判定するものであり、例えば４ｍｓ毎
に実行される。ステップ２０７においてＹＥＳとなった
場合は反転がある場合で、０２センサに異常がないので
ステップ２０８に進んで前述のＣＪＯＸの値をＯにして
リターンするが、ステップ２０７でＮｏの場合は０２セ
ンサに異常がある可能性があるのでＣＪＯＸＯ値はＯに
せずにリターンする。

第３図は０２センサの出力信号が８０Ｓ間反転しない時
に０２センサの異常信号を出力する異常判定ルーチンで
あり、例えば５２８ｍ、ｓ毎に実行される。ステップ３
０１では０□センサの異常診断タイマＣＪＯＸの値に１
が加算され、ステップ３０２ではこのＣＪＯＸの値が１
５２より大きいか否かが判定される。ＣＪＯＸの値が１
５２より大きい場合（ＹＥＳ）は０２センサの出力が８
０ｓ以上反転していない（１５２Ｘ５２８ｍ５　＃８０
ｍ５）ことになるので、ステップ３０３にて０２センサ
異常信号を出力する。ところが、ＣＪＯＸＯ値が１５２
に達していない場合（Ｎｏ）は、０□センサの出力信号
が前に反転してから８０Ｓ経過していない時か、０□セ
ンサに異常がなく、前述のステップ２０４，２０６，２
０８の何れかでＣＪＯＸＯ値が０にされた時であるので
、０２センサ異常信号は出力されない。

このように前述の実施例のエンジンの空燃比制御装置で
は、空燃比のフィードバック条件が満足・ノチ側の制限
値ＲＦＢ＝２０％である時、即ち０□センサの異常判定
条件が整った時に、０２センサの出力信号が８０ｓ以上
反転しないと、０□センサが異常であると判定され、０
□センサ異異常骨が出力される。そして、０□センサの
異常判定条件が整っていない時には、０□センサが異常
であると誤診断されることがない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、エンジンが始動し
て車両が走行している時に、エンジンが定常状態で使用
されて空燃比フィードバック条件が満足され、エンジン
の冷却水温が所定値以上になり、エンジンの吸入空気計
が所定値以上になり、空燃比補正値のリンチ側の制限値
が所定値以上になった状態で、空燃比センサの反転信号
が所定時間以上ない時に、空燃比センサの異常信号が出
力されるので、正常な空燃比センサが異常であると誤診
断される恐れがなくなるというこう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の詳細な説明するための全体ブロ
ック図、第１図（ｂ）は本発明のエンジンの空燃比制御
装置の一実施例を示す全体概略図、第２図（ａ）　〜（
ｃ）及び第３図は第１図（ｂ）の制御回路の動作を示す
フローチャート、第４図及び第５図は従来の空燃比セン
サの異常検出手順を示すフローチャート、第６図は従来
装置の動作を示す波形図、第７図は燃料噴射量演算ルー
チン、第８図は空燃比Ｆ／Ｂ制御ルーチンをそれぞれ示
すフローチャートである。 １・・・エンジン、２・・・吸気通路、３・・・エアフ
ローメータ、 ４・・・ディストリビュータ、 ５．６・・・クランク角センサ、 ７・・・燃料噴射弁、９・・・水温センサ、１０・・・
制御回路、１３・・・０２センサ、１１４・・・アラー
ム。 第１図（ａ） （ａ） 第２図　　　　（ｃ） 第３図 第４図 第５図 第　６Ｆ２１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エンジンの排気通路に設けられた空燃比センサと、 この空燃比センサ出力に応じて空燃比補正値を演算する
   空燃比補正値演算手段と、 エンジン状態により前記空燃比センサが非活性となりや
   すい条件下で、前記空燃比補正値の補正幅の制限値を設
   定する制限値設定手段と、 前記制限値内に前記空燃比補正値を制限する制限手段と
   、 制限された空燃比補正値を用いてエンジンの空燃比を調
   整する空燃比調整手段と、 前記空燃比センサの活性条件下における制限値が所定値
   以上の場合に、前記空燃比センサ出力に基づき空燃比セ
   ンサの異常判別を実行する空燃比センサ異常判別手段と
   、 を備えたエンジンの空燃比制御装置。