JPH029926A - 内燃機関の空燃比制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、燃料噴射弁を介して燃焼室へ燃料を供給する
ように構成された内燃機関の空燃比制御装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 近時の自動車には、排気ガス浄化手段の一つとして、三
元触媒が広く利用されている。ところが、かかる三元触
媒は、混合気の空燃比が理論空燃比近傍の値に維持され
ていないと、排気ガス中に含まれているＮｏ、　、ＨＣ
ＳＣｏのすべてを効率よく浄化することができない。そ
のため、燃料噴射弁を備えている内燃機関では、排気ガ
ス中の酸素濃度を検出する酸素センサの出力電圧に基づ
いて空燃比フィードバック補正係数を変化させることに
より、燃料噴射弁からの燃料噴射量を調節し、混合気を
理論空燃比近傍に維持させるようにしている。

詳述すると、酸素センサは、理論空燃比近傍に存在する
変換点を境にして、混合気の空燃比がリーンになれば出
力電圧が低下し、リッチになれば出力電圧が上昇する。

そのため、かかる特性を利用し、例えば本発明の先行技
術として、特開昭５６−１２４６４７号公報に示される
ように、酸素センサの出力電圧が変換点を下回ると、空
燃比フィードバック補正係数を一定値（スキップ量）だ
け燃料増量方向ヘスキップさせ、その後序々に積分時定
数に基づいて一定の割合で増加させるようにしている。

他方、酸素センサの出力電圧が変換点を上回ると、空燃
比フィードバック補正係数を燃料減少方向へ一定値（ス
キップ量）だけスキップさせ、その後序々に積分時定数
に基づいて一定の割合で減少させるようにしている。

また、排気ガス量が大幅に異なるアイドリング時と非ア
イドリング時とで、前記スキップ量や積分時定数の変化
率を切り替えて、空燃比の補正速度を運転状況に適合さ
せるようにしている例も少なくない。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、アイドリンク時等のように、排気ガス量が少
ない運転状態の場合には、酸素センサの反応も緩慢とな
っているため、単に前記スキップ量を小さくしたり、積
分時定数を長くしてその変化率を小さくしただけでは、
空燃比を理論空燃比の近傍に速やかに収束させ難くなる
。すなわち、このようなものによると、アイドリング時
のような軽負荷状態の場合は、空燃比が長い周期でもっ
てリッチ側とリーン側との間で緩慢に変化するとともに
、空燃比が理論空燃比から離れた領域ではその変化速度
も略一定となる。そして、酸素センサの応答が緩慢とな
っていることも相俟って、空燃比の調節に遅れが生じる
場杏が少なくない。このため、空燃比のバラツキによる
トルク変動やアイドル不安定をきたしたり、排気ガスの
浄化効率を高めるのが難しくなる。

また、高負荷時に前記スキップ量や積分時定数の変化率
を高めると、空燃比の補正速度が速められるが、従来の
ものは積分時定数の変化率が一定となっているため、空
燃比が理論空燃比から離れた領域ではその補正速度も略
一定となり、空燃比が速やかに理論空燃比側へ調節され
難い。このため、空燃比のバラツキによるドライバビリ
ティの悪化を改善し、排気ガスの浄化効率をさらに向上
させるのが難しくなる。

本発明は、このような不具合を解消することを目的とし
ている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、かかる目的を達成するために、次のような構
成を採用したものである。

すなわち、本発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は
、燃焼室（３）に燃料を供給する燃料噴射弁（２）と、
排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ（７）と、
この酸素センサ（７）の出力電圧に基づいて空燃比フィ
ードバック補正係数を変化させる空燃比フィードバック
補正係数変更手段（８）と、この空燃比フィードバック
補正係数変更手段（８）により変更される空燃比フィー
ドバック補正係数に基づいて前記燃料噴射弁（２）から
の燃料噴射量を調節し、前記燃焼室（３）に供給する混
合気の空燃比を理論空燃比近傍に維持するフィードバッ
ク制御手段（９）とを具備してなる内燃機関において、
前記空燃比フィードバック補正係数の積分時定数の積分
途中に該空燃比フィードバック補正係数をリッチ側およ
びリーン側へ変化させる逆スキップ、又は積分を一時的
に休止させて前記空燃比フィードバック補正係数を一定
値に固定する積分休止時間を設けたことを特徴とする。

［作用］ このような構成によると、空燃比のフィードバック制御
領域では、空燃比フィードバック補正係数変更手段（８
）に酸素センサ（７）からの信号が逐次入力され、空燃
比フィードバック補正係数をスキップ若しくは積分させ
るべきかが決定される。そして、フィードバック制御手
段（９）は、かかる空燃比フィードバック補正係数に基
づいて燃料噴射弁（２）の作動を制御し、燃焼室（３）
への燃料供給量を調節することになる。この場合、前記
空燃比フィードバック補正係数の積分途中に設けた逆ス
キップ、又は積分休止時間により、空燃比は微小の範囲
内で段階的に調節されるとともに、理論空燃比近傍では
微小の範囲内で急速に変化して理論空燃比に収束される
ことになる。このため、酸素センサ（７）の応答を活発
にすることができ、軽負荷時から高負荷時の広い領域に
亘って、空燃比制御の追従性を高めることが可能となる
。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第２図〜第６図を参照して説
明する。

図面に示すエンジン１は、自動車等に利用されるもので
、燃料噴射弁２を介して燃焼室３への燃料供給を行うよ
うに構成されており、吸気管４に装着された上記燃料噴
射弁２の開弁時間が電子制御装置５により調節されるよ
うになっている。

燃料噴射弁２は、電磁コイルを内蔵しており、該電磁コ
イルに前記電子制御装置５から噴射信号ａが印加される
と、噴射信号ａに相当する量の燃料を吸気ポート近傍に
噴射するようになっている。

一方、排気系に設けた三元触媒コンバータ６の上流側に
は、酸素センサ７を配置しである。この酸素センサ７は
、混合気の空燃比が理論空燃比の近傍に存在する変換点
よりもリーン側にあって排気ガス中の酸素濃度が高い場
合には、低い出力電圧しか発生せず、混合気の空燃比が
前記変換点よりもリッチ側にあって排気ガス中の酸素濃
度が低い場合には、高い出力電圧を発生し得るように構
成されたものである。

電子制御装置５は、前記空燃比フィードパ・・７二７補
正係数変更手段８と、フィードバック制御手段９との役
割を担っている。この電子制御装置５は、中央演算処理
装置１０と、メモリー１１と、入・出力インターフェー
ス１２．１３等を備えている。

そして、上記入力インターフェース１２に、少なくとも
、前記酸素センサ７からの信号すと、スロットルバルブ
１４に関連させて設けたアイドルスイッチ１５からの信
号Ｃと、吸気圧を検出する圧力センサ１６からの吸気圧
信号ｄと、ディストリビュータ１７に設けたクランク角
センサ１８がらのエンジン回転信号ｅと、エンジン冷却
水の温度を検出する水温センサ１９からの水温信号ｆと
がそれぞれ入力され、出力インターフェース１３から前
記燃料噴射弁２に向けて噴射信号ａを出力するようにし
である。アイドルスイッチ１５は、スロットルバルブ１
４が開成位置にあるか閉止位置にあるかを検出するＯＮ
・ＯＦＦスイッチである。

また、上記電子制御装置５は、空燃比のフィードバック
制御下で酸素センサ７からの信号により、空燃比をリッ
チ側およびリーン側のいづれかへ変化させるべきかを判
断するとともに、第３図に概略的に示すように、空燃比
フィードバック補正係数の積分時定数ｆ１、ｆ２の変化
率を一定に保ちつつ、スキップ量ａ。、ｂｏと積分途中
に設けた逆スキップ量ａｌ、ｔ）ｌとを負荷に対応させ
て適宜変化させる役割も担っている。例えば、高負荷時
には、第４図に概略的に示すように、スキップｆｆ１ａ
。％ｋ）０を大きくするようにしである反面、逆スキッ
プｆｆ１ａｌ、ｂｌを小さくするようにしである。他方
、アイドリンク時等の軽負荷時には、第５図に概略的に
示すように、高負荷時の積分時定数ｆ、、ｆ２の変化率
と同じ変化率で以て積分を行うようにしである。そして
、前記スキップ量ａｏｓｔ）０は、負荷に応じて序々に
小さくなるようにしである反面、逆スキップ量ａ１、ｂ
ｌは、軽負荷に移行するほど大きくなるように設定しで
ある。そして、この電子制御装置５は、かかる空燃比フ
ィードバック補正係数に基づいて、前記燃料噴射弁２か
ら燃焼室３に供給する燃料を微細に調節し、混合気の空
燃比を理論空燃比の近傍に維持させる役割を担っている
。そして、このような制御を実行するために、上記電子
制御装置５には、第６図に概略的に示すようなプログラ
ムを内蔵しである。

先ず、圧力センサ］６とクランク角センサ１８からの信
号ｄ、ｅによってエンジン１が高負荷・高速運転状態で
ないこと、水温センサ１９からの水温信号ｆによりエン
ジン冷却水の温度が設定値以−ヒであること、およびフ
ューエルカット実行中でないこと等の空燃比フィードバ
ック条件が成立していることを前提として、ステップ５
１で、酸素センサ７の出力電圧が変換点に達したか否か
により、空燃比フィードバック補正係数をリッチ側若し
くはリーン側ヘスキップさせるべきか、積分すべきかを
判断する。酸素センサ７の出力電圧が前記変換点に達し
、空燃比フィードバック補正係数をスキップさせるべき
であると判断した場合にはステップ５２へ進み、積分す
べきであると判断した場合にはステップ５４へ進む。

ステップ５２では、空燃比フィードバック補正係数をス
キップｉａ。Ｓｂｏだけ瞬間的にリッチ側若しくはリー
ン側へ変化させてステップ５３へ進む。ステップ５３で
は、空燃比フィードバック補正係数をリッチ側若しくは
リーン側へスキップさせる毎に、又は逆スキップ間の積
分時間ｔの経過毎にタイマｔを０にセットする。ステッ
プ５４では、酸素センサ７の出力電圧が前記変換点を上
回っているか否かにより、空燃比がリッチかり一ンかを
判断し、リーンであると判断した場合にはステップ５５
へ進み、リッチであると判断した場合にはステップ５９
へ進む。ステップ５５では、空燃比フィードバック補正
係数をリッチ側へスキップさせた時点からの積分時間ｔ
、又は逆スキップさせた時点からの積分時間ｔと、逆ス
キップ間隔ｔ、とを比較する。そして、積分時間ｔが逆
スキップ間隔ｔ１に達していないと判断した場合にはス
テップ５６へ進み、空燃比をリッチ側へ調節するための
リッチ積分を続ける。一方、積分時間ｔが逆スキップ間
隔ｔ１に達したと判断した場合にはステップ５８へ進み
、空燃比フィードパ１．り補正係数を逆スキップｆｆ１
ａｌだけスキップさせて減少させるとともに、タイマｔ
を０にセットする。

ステップ５９では、空燃比フィードバック補正係数をリ
ーン側ヘスキップさせた時点からの積分時間ｔ、又は逆
スキップさせた時点からの積分時間ｔと、逆スキップ間
隔ｔ２とを比較する。そして、積分時間ｔが逆スキップ
間隔ｔ２に達していないと判断した場合にはステップ６
０へ進み、空燃比をリーン側へ調節するためのリーン積
分を続ける。一方、積分時間ｔが逆スキップ間隔ｔ２に
達したと判断した場合にはステップ６２へ進み、空燃比
フィードバック補正係数を逆スキップ量ｂ１だけスキッ
プさせて増加させるとともに、タイマｔを０にセットす
る。なお、以上の手順は、空燃比のフィードバック制御
時に繰り返し実行されるようになっている。

このような構成によると、空燃比フィードバック補正係
数の全体の変化度合いは、運転状況に応じて適宜変更さ
れることになる。すなわち、高負荷時の場合は、スキッ
プ量ａ。ｓｂｏが大きな値に変更される反面、逆スキッ
プ量ａ１、ｂｌは小さな値に変更されるため、全体の変
化度合いが大きくなる。このため、燃料噴射弁２から供
給される燃料の調節速度は、軽負荷時に比較して全体的
に速められる。そして、空燃比が理論空燃比から離れた
領域では、積分期間に対応して燃料調節量が段階的に変
化し、理論空燃比近傍では微小な範囲内で急速に増減さ
れることになり、酸素センサ７の応答が活発となる。

他方、アイドリング状態等の如き軽負荷時の場合は、高
負荷時の積分時定数ｆ１、ｆ２の変化率が保たれたまま
、スキップ量ａ。、ｂｏが小さな値に変更される。そし
て、逆スキップｆｆ１ａｌ、ｂｌは高負荷時に反して大
きな値に変更されるため、空燃比フィードバック補正係
数の全体の変化度合いは小さくなる。このため、燃料噴
射弁２から供給される燃料の調節速度は、高負荷時に比
較して全体的に緩やかになり、排気ガス量に適合したも
のとなる。そして、空燃比が理論空燃比から離れた領域
では、積分期間に対応して燃料調節量が微小な範囲内で
段階的かつ急速に増減されることになり、酸素センサ７
の応答が活発となる。

したがって、以上のような構成によると、スキップ量や
積分時定数の変化率を軽負荷時と高負荷時とで、単に変
化させている場合に比較して、酸素センサ２の応答を活
発にすることができるとともに、理論空燃比の近傍にお
いては、空燃比を微小な範囲内で急速に変化させること
ができるので、空燃比を速やかに理論空燃比に到達させ
ることができる。そのため、軽負荷時の空燃比の振れ幅
を小さくして速やかに理論空燃比の近傍に収束させるこ
とができるので、空燃比のバラツキによるトルク変動、
アイドル不安定等が効果的に抑制できるとともに、排気
ガスの浄化効率をさらに高めることが可能となる。そし
て、高負荷時には、酸素センサ７の出力電圧が変換点に
達した旨の判定が速やかに得られることと相俟って、燃
焼室３への燃料供給世が排気ガス量の増加に応じて急速
に調節されるため、混合気の空燃比が速やかに理論空燃
比付近に収束される。その結果、走行中など時々刻々の
空燃比の変化を抑制して理論空燃比近傍に維持できるの
で、高負荷時のドライバビリティが向上できるとともに
、排気ガスの浄化効率を効果的に高めることができる。

なお、上記実施例では、燃料増量時の積分途中と燃料減
少時の積分途中で、空燃比フィードバック補正係数をそ
れぞれ燃料の減少方向と燃料の増量方向へ逆にスキップ
させた場合について述べたが、第７図〜第１０図に概略
的に示すように、積分途中に積分を一時的に休止させて
空燃比フィードバック補正係数を一定値に固定するため
の積分休止時間を設けてもよい。なお、第３図〜第６図
に相当する部分には図面に同じ符号を付すとともに、説
明を省略する。この実施例では、第７図に示すように、
空燃比フィードバック補正係数の積分時定数ｆ工、Ｃ２
の変化率を一定に保ちつつ、スキップｆｉａａｚｂｏと
積分途中に設けた積分休止時間Ｃ１、Ｃ２とを負荷に対
応させて適宜変化させるようにしである。そして、高負
荷時には、第８図に概略的に示すように、スキップ量ａ
。、ｂｏが大きくなるようにしである反面、積分休止時
間ＣＩ、Ｃ２が小さくなるようにしである。他方、アイ
ドリング時等の軽負荷時には、第９図に概略的に示すよ
うに、高負荷時の積分時定数ｆ１、Ｃ２の変化率と同じ
変化率で以て積分が行われるようにしである。そして、
前記スキップｉａ。、ｂｏは、負荷に応じて序々に小さ
くなるようにしである反面、積分休止時間ｃｌ、Ｃ２は
、軽負荷に移行するほど大きくなるように設定しである
。

そして、前記電子制御装置５には、かかる空燃比フィー
ドバック補正係数に基づいて、前記燃料噴射弁２から燃
焼室３に供給する燃料を微細に調節させ、混合気の空燃
比を理論空燃比の近傍に維持させるために、第１０図に
概略的に示すようなプログラムを内蔵しである。

この実施例では、ステップ５５とステップ５８との間に
ステップ５７を設定し、ステップ５９とステップ６２と
の間にステップ６１を設定しである。ステップ５５では
、空燃比フィードバック補正係数をリッチ側ヘスキップ
させた時点からの積分時間ｔ１、又は積分の休止を解除
した時点からの積分時間ｔ１と、経過時間ｔとを比較す
る。そして、経過時間ｔが積分時間ｔ１を上回っていな
いと判断した場合にはステップ５６へ進み、空燃比をリ
ッチ側へ調節するためのリッチ積分を続ける。一方、経
過時間ｔが積分時間ｔ１を上回ったと判断した場合には
、積分を一時的に休止させて空燃比フィードバック補正
係数を一定値に固定するとともに、ステップ５７へ進む
。ステップ５７では、経過時間ｔが積分時間ｔ１と積分
休止時間ｃ１とを加算した時間を上回っているが否かを
判断する。そして、経過時間ｔが積分時間ｔ１と積分休
止時間ｃ１とを加算した時間を上回ったと判断した場合
にはステップ５８へ進み、タイマｔを０にセットする。

ステップ５９では、空燃比フィードバック補正係数をリ
ーン側ヘスキップさせた時点がらの積分時間ｔ２、又は
積分の休止を解除した時点からの積分時間ｔ２と、経過
時間ｔとを比較する。そして、経過時間ｔが積分時間ｔ
２を上回っていないと判断した場合にはステップ６０へ
進み、空燃比をリーン側へ調節するためのリーン積分を
続ける。

一方、経過時間ｔが積分時間ｔ２を上回ったと判断した
場合には、積分を一時的に休止させて空燃比フィードバ
ック補正係数を一定値に固定するとともに、ステップ６
１へ進む。ステップ６１では、経過時間ｔが積分時間ｔ
２と積分休止時間ｃ２とを加算した時間を上回っている
か否かを判断する。

そして、経過時間ｔが積分時間ｔ２と積分休止時間ｃ２
とを加算した時間を上回ったと判断した場合にはステッ
プ６２へ進み、タイマｔを０にセットする。

このような構成によると、空燃比フィードバック補正係
数の全体の変化度合いは、運転状況に応じて適宜変更さ
れることになる。すなわち、高負荷時の場合は、スキッ
プｆｉｔａ。Ｓｂｏが大きな値に変更される反面、積分
休止時間Ｃ１、Ｃ２は小さな値に変更されるため、全体
の変化度合いが大きくなる。このため、燃料噴射弁２か
ら供給される燃料の調節速度は、軽負荷時に比較して全
体的に速められる。そして、空燃比が理論空燃比から離
れた領域では積分期間に対応して燃料調節量が段階的に
変化し、理論空燃比近傍では微小な範囲内で急速に増減
されることになり、酸素センサ７の応答が活発となる。

他方、アイドリング状態等の如き軽負荷時の場合は、高
負荷時の積分時定数ｆ１、ｆ２の変化率が保たれるとと
もに、スキップＨｋａ。、ｂｏが小さな値に変更される
。そして、積分休止時間Ｃ１、Ｃ２は高負荷時に反して
大きな値に変更されるため、空燃比フィードバック補正
係数の全体の変化度合いは小さくなる。このため、燃料
噴射弁２から供給される燃料の調節速度は、高負荷時に
比較して全体的に緩やかになり、排気ガス量に適合した
ものとなる。そして、空燃比が理論空燃比から離れた領
域では、積分期間に対応して燃料調節世が微小な範囲内
で段階的かつ急速に増減されることになり、酸素センサ
７の応答が活発となる。

したがって、以上のような構成においても、前述した場
合と同様な効果を得ることができる。すなわち、酸素セ
ンサ２の応答を従来の場合に比較して活発にすることが
できるとともに、理論空燃比の近傍においては、空燃比
を微小な範囲内で急速に変化させることができるので、
空燃比を速やかに理論空燃比に到達させることができる
。そのため、軽負荷時の空燃比の振れ幅を小さくして速
やかに理論空燃比の近傍に収束させることができるので
、空燃比のバラツキによるトルク変動、アイドル不安定
等が効果的に抑制できるとともに、排気ガスの浄化効率
をさらに高めることが可能となる。そして、高負荷時に
は、酸素センサ７の出力電圧が変換点に達した旨の判定
が速やかに得られることと相俟って、燃焼室３への燃料
供給量が排気ガス量の増加に応じて急速に調節されるた
め、混合気の空燃比が速やかに理論空燃比付近に収束さ
れる。その結果、走行中などの時々刻々の空燃比の変化
を抑制して理論空燃比近傍に維持できるので、高負荷時
のドライバビリティが向上できるとともに、排気ガスの
浄化効率を効果的に高めることができる。

なお、以上の各実施例では、軽負荷時と高負荷時の積分
時定数の変化度合いを一定に保ちつつ、逆スキップ量又
は積分休止時間を負荷に対応させて適宜変化させるよう
にしたが、逆スキップ量又は積分休止時間を一定に保ち
つつ、積分時定数を負荷に対応させて適宜変化させるこ
とにより、空燃比フィードバック補正係数の全体の変化
度合いを排気ガス量に適合させるようにしてもよい。ま
た、積分時定数、スキップ量、逆スキップ量および積分
休止時間の全てを運転状況に応じて変化させるようにす
れば、さらに制御精度に優れたフィードバック制御が可
能となる。

［発明の効果］ 以上のような構成からなる本発明によると、混合気の空
燃比を微小な範囲内で急速に変化させつつ、段階的に調
節するようにしているので、酸素センサの応答を活発に
させることができるとともに、軽負荷域から高負荷域の
広い領域に亘って空燃比を速やかに理論空燃比近傍に収
束させることが可能となる。このため、軽負荷域のアイ
ドル不安定や高負荷時のドライバビリティの悪化等が効
果的に抑制できるとともに、排気ガスの浄化効率を無理
なく向上させることのできる制御精度に優れた内燃機関
の空燃比制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を明示するための構成説明図、第２図〜
第６図は本発明の一実施例を示し、第２図は概略的な構
成説明図、第３図は制御の設定条件を示す図、第４図は
高負荷時の制御の設定条件を示す図、第５図は軽負荷時
の制御設定条件を示す図、第６図は制御手順を示すフロ
ーチャート図である。第７図〜第１０図は本発明の他の
実施例を示し、第７図は制御の設定条件を示す図、第８
図は高負荷時の制御の設定条件を示す図、第９図は軽負
荷時の制御の設定条件を示す図、第１０図は制御手順を
示すフローチャート図である。 ２・・・燃料噴射弁 ３・・・燃焼室 ５・・・電子制御装置 ６・・・三元触媒コンバータ ７・・・酸素センサ ８・・・空燃比フィードバック補正係数変更手段９・・
・フィードバック制御手段 ａｌ、ｂｌ・・・逆スキップ量 Ｃ工、Ｃ２・・・積分休止時間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁と、排気ガス中の酸
   素濃度を検出する酸素センサと、この酸素センサの出力
   電圧に基づいて空燃比フィードバック補正係数を変化さ
   せる空燃比フィードバック補正係数変更手段と、この空
   燃比フィードバック補正係数変更手段により変更される
   空燃比フィードバック補正係数に基づいて前記燃料噴射
   弁からの燃料噴射量を調節し、前記燃焼室に供給する混
   合気の空燃比を理論空燃比近傍に維持するフィードバッ
   ク制御手段とを具備してなる内燃機関において、前記空
   燃比フィードバック補正係数の積分時定数の積分途中に
   該空燃比フィードバック補正係数をリッチ側およびリー
   ン側へ変化させる逆スキップ、又は積分を一時的に休止
   させて前記空燃比フィードバック補正係数を一定値に固
   定する積分休止時間を設けたことを特徴とする内燃機関
   の空燃比制御装置。