JPH03233155A

JPH03233155A - 内燃機関の空燃比制御方法

Info

Publication number: JPH03233155A
Application number: JP2698190A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Nakagawa; 中川　達雄
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 1990-02-06
Filing date: 1990-02-06
Publication date: 1991-10-17
Anticipated expiration: 2013-10-08
Also published as: JP2807528B2

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、電子制御燃料噴射装置を備えた自動車等に適
用される内燃機関の空燃比制御方法に関する。

［従来の技術］排気ガス浄化手段の一つとして広く利用されている三元
触媒は、混合気の空燃比が理論空燃比（ストイキ）を中
心とした狭い領域（三元触媒のウィンドウ）内に維持さ
れていないと、排気ガス中に含まれているＣＯ，ＨＣ，
Ｎｏ、の全てを効率よく浄化することができない。その
ため、インジェクタを備えたエンジンでは、本発明の先
行技術として、例えば、特開昭５９−８７２４１号公報
に示されるように、排気ガス中の酸素濃度を検出する０
２センサの出力信号に基づいて、燃焼室に供給する混合
気の空燃比をフィードバック制御するようにしている。

このようなものでは、第９図に示すように、燃料供給量
を微細に調節するための補正係数ＦＡＦを設けておき、
前記出力信号（０２センサ信号）が空燃比リッチ状態を
示した場合には、所定の遅延時間ＫＴＤＬ後に前記補正
係数ＦＡＦを減少させることにより燃料供給量を絞って
、混合気の空燃比Ａ／Ｐを理論空燃比側に変化させ、前
記出力信号が空燃比リーン状態を示した場合には、所定
の遅延時間ＫＴＤＲ後に前記補正係数ＦＡＦを増加させ
ることにより燃料供給量を増加させて、混合気の空燃比
を理論空燃比側に変化させるようにしている。

また、空燃比を常に理論空燃比の近傍に維持すると、エ
ンジン状況に即した空燃比制御を行うことが困難になる
。例えば、高負荷側ではドライバビリティ等を良くする
上でリッチよりの制御を行うのが好ましく、低負荷側で
は燃料経済性等の点からリーンよりの制御を行うのが好
ましい。そのため、これらの領域で前記遅延時間ＫＴＤ
ＬＳＫＴＤＲを異ならせて、リッチよりの制御若しくは
リーンよりの制御を行うようにしているものもある。

［発明が解決しようとする課題］ところが、このような構成によると、０２センサの出力
信号に基づいて調節された混合気の空燃比が適切か否か
を判断するのに、燃料噴射−吸気一圧縮一爆発一排気一
〇２センサの各行程をたどり、クランキング回転の場合
で、最低でもエンジン２回転十α回転が必要となる。そ
のため、このような手法では、第９図に示すように、混
合気の空燃比Ａ／Ｐが理論空燃比を大きく外れて、リッ
チ、リーンを繰り返す。その結果、三元触媒による排気
ガスの浄化効率が低下し、有害なガスを排出することに
なる。

また、空燃比の振れ幅が大きいため、前記遅延時間を異
ならせてリッチより若しくはリーンよりの制御を行う場
合でも、空燃比が三元触媒のウィンドウを外れて断続的
にリーン及びリッチに大きく変化することになる。その
結果、所定の領域で空燃比を狭い範囲内に維持すること
が難しく、エミッションが乱れる難点がある。

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、上記目的を達成するために、次のような構成
を採用している。

すなわち、本発明にかかる内燃機関の空燃比制御方法は
、排気ガス中の酸素濃度を検出する０２センサの出力信
号に基づいて燃料供給量を調節し、燃焼室に供給する混
合気の空燃比を調節するように構成した内燃機関の空燃
比制御方法において、前記出力信号が空燃比リッチを示
した前回のリッチ期間と空燃比リーンを示した前回のリ
ーン期間から前記出力信号の次回の変換時をそれぞれ決
定し、各変換時よりも設定時間前に燃料の増減調節を開
始するとともに、所定の領域で、空燃比リッチから空燃
比リーンに変わる直前の前記設定時間と、空燃比リーン
から空燃比リッチに変わる直前の前記設定時間とを異な
らせたことを特徴とする。

なお、０２センサの出力信号は、負荷に応じて一定周期
毎に空燃比リッチ若しくは空燃比リーンを示すため、前
記出力信号が空燃比リッチを示した前回のリッチ期間と
空燃比リーンを示した前回のリーン期間から前記出力信
号の次回の変換時が予測可能となる。

［作用コこのような構成によれば、前記出力信号が空燃比リッチ
がら空燃比リーンを示す場合には、その変換時の設定時
間前に燃料供給量を増量させることになる。また、前記
出力信号が空燃比リーンから空燃比リッチに変換する場
合には、その変換時の設定時間前に燃料供給量を減少さ
せることになる。しかして、この手法によれば、直前の
空燃比データをもとに次回の空燃比が先行的に調節され
るとともに、その調節結果が、さらに、次回に利用され
ることになる。その結果、制御遅れが解消できるととも
に、空燃比の振れ幅を小さくすることが可能となる。

空燃比を理論空燃比近傍に維持する場合には、前記両段
定時間を同じにすればよい。

また、低負荷側で空燃比リッチから空燃比リーンに変わ
る直前の設定時間を短縮して、燃料を減量側から増加側
に転換する時間を遅らせると、燃料の増加量が減少する
ため、空燃比の制御中心はリーン側に変化することにな
る。他方、高負荷側で空燃比リーンから空燃比リッチに
変わる直前の設定時間を短縮して、燃料を増量側から減
少側に転換する時間を遅らせると、燃料の増加量が増え
るため、空燃比の制御中心はリッチ側に変化することに
なる。

［実施例コ以下、本発明の一実施例を第１図〜第８図を参照して説
明する。

第１図に概略的に示した内燃機関たるエンジンは、自動
車に利用されるもので、電子制御燃料噴射装置１を備え
ている。電子制御燃料噴射装置１は、吸気管２に装着し
たインジェクタ３と、インジェクタ３から燃焼室４に供
給する燃料の量をエンジン状況に応じて調節する電子制
御装置５とを具備してなり、この電子制御装置５に燃料
供給量等を調節するための種々の情報が入力されるよう
になっている。

インジェクタ３は、電磁コイルを内蔵しており、その電
磁コイルに前記電子制御装置５から燃料噴射信号ａが印
加されると、その印加時間に相当する量の燃料を吸気ポ
ート付近に噴射するように構成されたものである。

電子制御装置５は、中央演算処理装置６と、メモリー７
と、人力インターフェース８と、出力インターフェース
９を備えたマイクロコンピュータユニットからなり、前
記人力インターフェース８には、少なくとも、クランク
角センサ１０からのエンジン回転信号すと、圧力センサ
１１からの吸気圧信号Ｃと、０□センサ１２の出力信号
ｄ等がそれぞれ入力されるようになっている。出力イン
ターフェース９からは、前記燃料噴射弁３に燃料噴射信
号ａが出力されるようになっている。

クランク角センサ１０は、エンジン回転に対応する信号
を出力するように構成されたもので、ディストリビュー
タ１３に内蔵しである。圧力センサ１１は、吸気管圧力
に比例した信号を出力するよ′うになっており、サージ
タンク１４に設けである。０２センサ１２は、排気ガス
中の酸素濃度を検出するためのもので、三元触媒コンバ
ータ１５の上流に配置しである。この０２センサ１２は
、混合気の空燃比が理論空燃比近傍に存在するスレッシ
ュレベルＴＨＯ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電圧を発生し、混合気の空
燃比が前記スレッシュレベルＴＨＯ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電圧を
発生し得るように構成されたものである。

また、前記電子制御装置５は、エンジン回転信号すおよ
び吸気圧信号Ｃ等から吸入空気量を算出し、その吸入空
気量に応じて基本噴射ｆｌＴＰを決定するように設定し
である。そして、この基本噴射量ＴＰを、０２センサ１
２からの信号ｄにより決まる空燃比フィードバック補正
係数ＰＡＰや、エンジンの状況に応じて決まる各種補正
係数に１および、無効噴射時間ＴＡＵＶで補正して、イ
ンジェクタ３への最終通電時間Ｔを下記式に基づいて決
定し、その時間Ｔに相当する量の燃料をインジェクタ３
から噴射させる役割等を担っている。

Ｔ　＝ＴＰｘＦＡＦ　ＸＫ　＋ＴＡＵＶさらに、この電
子制御装置５には、第２図〜第４図に概略的に示すよう
なプログラムを内蔵しである。まず、０２センサ１２の
出力信号ｄをＡ／Ｄ変換した上で、第２図のステップ５
１では、設定時間（例えば、４〜８ｍ５ｅｃ）毎に０２
センサ１２の出力信号ｄに基づいて、空燃比のリッチ、
リーン判定を行う。具体的には、第６図に示すように、
０２センサ１２の出力信号ｄ（起電力Ｏｘ）が理論空燃
比付近に存在するスレッシュレベルＴＨＯを上回ってい
る場合には空燃比リッチと判断して所定の番地ＯＭに１
をセットし、出力信号ｄが前記スレッシュレベルＴＨＯ
を下回っている場合には空燃比リーンと判断して前記番
地ＯＮにＯをセットし、ステップ５２に進む。ステップ
５２では、空燃比がリーンからリッチに変化したか否か
を判別し、変化したと判断した場合はステップ５３に進
み、変化していないと判断した場合はステップ５５に進
む。ステップ５３では、リーン期間ＴＯＬに応じて変化
するｔ、カラ〉・夕の値を所定のメモリＴＯＬに格納し
て、ステップ５４に進む。ステップ５４では、前記ｔＬ
カウンタをクリアするとともに、所定のＦＴＲフラグに
空燃比がリーンからリッチに変化した旨を示す１をセッ
トする。ステップ５５では、空燃比がリッチからリーン
に変化したか否かを判別し、変化したと判断した場合に
ステップ５６に進む。ステップ５６では、リッチ期間Ｔ
ＯＨに応じて変化するｔＲカウンタの値を所定のメモリ
ＴＯＨに格納して、ステップ５７に進む。ステップ５７
では、前記ｔＲカウンタをクリアするとともに、所定の
ＦＴＬフラグに空燃比がり・ソチからリーンに変化した
旨を示す１をセットする。

また、第３図に示すプログラムに基づいて、４ｍ５ｅｃ
毎にカウンタ処理を行う。ステップ６１で、混合気の空
燃比がリッチ（ＯＭ＝　１　）か否かを判別する。そし
て、リッチであると判断した場合はステップ６２に進み
、リーンであると判断した場合はステップ６３に進む。

ステップ６２では、リーン期間ＴＯＬに応じて前記ｔＬ
カウンタをカウントアツプしていく。ステップ６３では
、リッチ期間ＴＯＨに応じて前記ｔＲカウンタの値をカ
ウントアツプしていく。

第４図に示すフィードバック制御及びフォワード補正量
の計算ルーチンにおいて、ステップ７１で、フィードバ
ック条件が成立している（ＯＫ）か否かを種々の情報に
より判別する。例えば、エンジン冷却水の温度が設定温
度を上回っていること、減速フューエルカット中でない
こと、エンジン始動役所定時間経過していること、およ
び、圧力センサ１１が正常であること、エンジンが空燃
比フィードバック域にあること等の諸条件が全て成立し
ている場合に、ステップ７２に進む。ステップ７２では
、前回の空燃比リッチ期間ＴＯＲと前回の空燃比リーン
期間ＴＯＬに基づいて、燃料を予め調節するフォワード
制御の実行条件が成立しているか否かを判別し、成立し
ている場合にはステップ７４に進み、成立していない場
合にはステップ７３に進む。ステップ７３では、通常の
フィードバック制御を行うための空燃比フィードバック
補正係数ＦＡＦを計算する。ステップ７４では、空燃比
がリッチ（ＯＭ＝　１　）か否かを判別し、リッチであ
ると判断した場合にステップ７５に進み、リッチでない
と判断した場合にステップ８３に進む。ステップ７５で
は、前記ＦＴＲフラグに空燃比がり一ンからリッチに変
化した旨を示す１がセットされているか否かを判別し、
セットされている場合にはステップ７６に進み、セット
されていない場合にはステップ８０に進む。ステップ７
６では、前回のリッチ期間ＴＯＲを読込み、ステ・ツブ
７７に進む。ステップ７７では、設定時間たるフォワー
ド制御量ＴＲ（時間データ）を計算してステ・ツブ７８
に進む。このフォワード制御量ＴＲは、第７図に示すよ
うに、吸気管圧力ＰＭ及びエンジン回転数ＮＨに基づい
てマツプ化しであるとともに、低負荷側を高負荷側より
も小さく設定しである。そして、ステップ７７では、現
在の運転負荷（ＮＥ、　ＰＭ）に応じてフォワード制御
ｉｔ　Ｔ　Ｒを選定する。ステ・ツブ７８では、第６図
に示すように、前回のり・ソチ期間ＴＯＲからフォワー
ド制御ｆｉｔ　Ｔ　Ｒを減算して時間ｔを求め、その時
間ｔを所定のメモリに格納してステップ７９に進む。ス
テップ７９では、ＦＴＲフラグをクリアしてステップ９
１に進む。ステ・ノブ８０では、リッチ期間ＴＯＨに応
じて変化するｔＲカウンタの値が前記時間ｔに達したか
否かを判別し、達したと判断した場合はステップ８１に
進み、達していないと判断した場合はステップ９１に進
む。ステップ８１では、フォワード制御を行う場合の所
定の番地ＭＦＡＦに０がセットされているか否かを判断
する。そして、０がセットされている場合にはステップ
８２に進み、０がセ・ソトされていない場合はステップ
９１に進む。ステ・ツブ８２では、空燃比フィードバッ
ク補正係数ＦＡＦの制御切換えを行い、前記番地ＭＦＡ
Ｆに１をセットしてステップ９１に進む。ステップ８３
では、前記ＦＴＬフラグに空燃比がリッチからリーンに
変化した旨を示す１がセットされているか否かを判別し
、セットされている場合にはステップ８４に進み、セッ
トされていない場合にはステップ８８に進む。

ステップ８４では、前回のリーン期間ＴＯＬを読込み、
ステップ８５に進む。ステップ８５では、現在の運転負
荷に基づいてフォワード制御量ＴＬを決定し、ステップ
８６に進む。このフォワード制御量ＴＬは、第８図に示
すように、吸気管圧方間及びエンジン回転数ＮＨに基づ
いてマツプ化してあるとともに、高負荷側を低負荷側よ
りも小さく設定しである。そして、ステップ８５では、
現在の運転負荷（ＮＥ、　ＰＭ）に応じてフォワード制
御量ＴＬを選定する。ステップ８６では、第６図に示す
ように、前回のリーン期間ＴＯＬからフォワード制御量
Ｔ、を減算して時間ｔを求め、その時間ｔを所定のメモ
リに格納してステップ８７に進む。ステップ８７では、
ＦＴＬフラグをクリアしてステップ９１に進む。ステッ
プ８８では、リーン期間ＴＯＬに応じて変化するｔＬカ
ウンタの値が前記時間ｔに達したか否かを判別し、達し
たと判断した場合はステップ８９に進み、達していない
と判断した場合はステップ９１に進む。ステップ８９で
は、前記番地ＭＦＡＦに１がセットされているか否かを
判断する。そして、１がセットされている場合にはステ
ップ９０に進み、１がセットされていない場合はステッ
プ９１に進む。ステップ９０では、空燃比フィードバッ
ク補正係数ＦＡＦの制御切換えを行って前記番地ＭＦＡ
Ｆに０をセットし、ステップ９１に進む。ステップ９１
では、前記番地ＭＰＡＰに１がセットされているか否か
を判別し、１がセットされている場合にはステップ９２
に進み、０がセットされている場合にはステップ９３に
進む。ステップ９２では、フォワード補正係数ＰＡＰを
増量側にセットする。ステップ９３では、フォワード補
正係数ＰＡＰを減量側にセットする。このフォヮド補正
係数ＦＡＰは、前記空燃比フィードバック補正係数ＰＡ
Ｐと同様に変化させる補正係数である。

なお、以上の制御は、エンジン運転中に繰り返し実行さ
れるようになっている。

次に、この実施例の作動を説明する。

空燃比のフィードバック条件が成立している場合には、
０□センサ１２の出力信号ｄに基づいて通常のフィード
バック制御が行われる。すなわち、第５図に示すように
、０２センサ１２の出力信号ｄがスレッシュレベルＴＨ
Ｏを上回った場合には、所定の遅延時間後に空燃比フィ
ードバック補正係数ＦＡＦをスキップ値だけ減少側にス
キップさせ、次に積分定数に基づいて一定値づつ徐々に
減少させる。その結果、インジェクタ３からの燃料供給
量が絞られて、混合気の空燃比が理論空燃比側に変化す
ることになる。他方、０２センサ１２の出力信号ｄが前
記スレッシュレベルＴ）１０を下回った場合には、所定
の遅延時間後に空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを
スキップ値だけ増加側にスキップさせ、次に積分定数に
基づいて一定値づつ徐々に増加させる。その結果、イン
ジェクタ３からの燃料供給量が増加して、混合気の空燃
比が理論空燃比側に変化することになる。

一方、空燃比のフィードバック条件が成立し、かつ、前
記の諸処理が全て整った場合には、第６図に示すように
、フォワード制御が行われる。この場合には、０２セン
サ゛１２の出力信号ｄに基づいて、前回のリッチ期間Ｔ
ＯＲ及びリーン期間ＴＯＬがそれぞれ計測される。次い
で、実際の負荷に応じてマツプからフォワード制御量Ｔ
Ｒ１ＴＬがそれぞれ選択されるとともに、これらのフォ
ワード制御量ＴＲ１ＴＬと前記リッチ期間ＴＯＲ及びり
−ン期間ＴＯＬとから、前記信号ｄがスレッシュレベル
ＴＨＯを過ぎる次回の変換時よりも前の時間ｔがそれぞ
れ決定される。そして、０２センサ１２の出力信号ｄが
空燃比リーンから空燃比リッチを示した後の経過時間が
所定時間ｔに達すると、換言すれば、前記出力信号ｄが
空燃比リッチから空燃比リーンに変換するフォワード制
御量ＴＲ（時間）前に、フォワード補正係数ＦＡＦが、
前記空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦと同様に、減
少側から増加側に転換される。その結果、インジェクタ
３からの燃料供給量が増加して、混合気の空燃比が理論
空燃比側に変化することになる。他方、０２センサ１２
の出力信号ｄが空燃比リッチから空燃比リーンを示した
後の経過時間が所定時間ｔに達すると、換言すれば、前
記出力信号ｄが空燃比リーンから空燃比リッチに変換す
るフォワード制御量ＴＬ　（時間）前に、フォワード補
正係数ＰＡＰが、前記空燃比フィードバック補正係数Ｆ
ＡＦと同様に、増加側から減少側に転換される。その結
果、インジェクタ３からの燃料供給量が減少して、混合
気の空燃比が理論空燃比側に変化することになる。

また、上記のフォワード制御において、エンジンが低負
荷状態にある場合には、フォワード制御量ＴＲがフォワ
ード制御量ＴＬより小さくなるため、フォワード補正係
数ＰＡＰが減少側から増加側に転換する時間が遅（なる
とともに、増加側の制御時間が全体的に短縮される。そ
の結果、燃料供給量が絞られ、空燃比の制御中心はリー
ンよりに変化することになる。他方、エンジンが高負荷
側に移行すると、逆に、フォワード制御量ＴＬがフォワ
ード制御量ＴＲより小さ（なるため、フォワード補正係
数ＰＡＰが増加側から減少側に転換する時間が遅くなる
とともに、増加側の制御時間が全体的に長くなる。その
結果、燃料供給量が増え、空燃比の制御中心はリッチよ
りに変化することになる。

したがって、このような制御方法によれば、直前の空燃
比データをもとに次回の空燃比を効果的に調節すること
ができるので、制御遅れが解消できるとともに、空燃比
の振れ幅を有効に抑えることができる。その結果、空燃
比を理論空燃比近傍に調節する場合、特に、エンジンの
運転状態が安定している場合には、空燃比を三元触媒１
２のウィンドウ内に維持することができ、排気ガスの浄
化効率を有効に高めることができる。

また、空燃比の振れ幅が小さくできるため、空燃比をリ
ッチより若しくはリーンよりに制御する場合でも、空燃
比の変化を狭い範囲内に抑えて、安定させることができ
る。その結果、低負荷から高負荷の広い領域においてエ
ミッションを改善することができる。

以上、本発明の一実施例について述べたが、本発明は、
前記実施例に限定されないのは勿論である。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明では、燃焼室に供給する混
合気の空燃比を直前のデータに基づきつつ、先行的に調
節するようにしているので、制御遅れを解消することが
できるとともに、空燃比のリッチ側及びリーン側への振
れ幅を有効に抑えることができる。その結果、特に、機
関の負荷が安定している場合の排気ガスの浄化効率を高
めることができる。

また、空燃比のリッチ側及びリーン側への振れ幅を抑え
て、空燃比を安定させることができるので、空燃比をリ
ッチより若しくはリーンよりに制御する場合のエミッシ
ョンを改善することもできる。このため、低負荷域から
高負荷域の広い領域においてエミッションが改善できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図から第８図は本発明の一実施例を示し、第１図は
概略的な全体構成図、第２図から第４図は制御手順を概
略的に示すフローチャート図、第５図と第６図は制御態
様を示すタイミングチャート図、第７図と第８図はフォ
ワード制御量の設定領域を示す図である。第９図は従来
例を示すタイミングチャート図である。１・・・電子制御燃料噴射装置３・・・インジェクタ４・・・燃焼室５・・・電子制御装置１２・・・０２センサ１５・・・三元触媒コンバータＴＯＲ・・・空燃比のリッチ期間ＴＯＬ・・・空燃比のリーン期間ＴＲ・・・設定時間（フォツＴ、・・・設定時間（フォツド制御量）ド制御量）

Claims

【特許請求の範囲】

排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ＿２センサの出力信
号に基づいて燃料供給量を調節し、燃焼室に供給する混
合気の空燃比を調節するように構成した内燃機関の空燃
比制御方法において、前記出力信号が空燃比リッチを示
した前回のリッチ期間と空燃比リーンを示した前回のリ
ーン期間から前記出力信号の次回の変換時をそれぞれ決
定し、各変換時よりも設定時間前に燃料の増減調節を開
始するとともに、所定の領域で、空燃比リッチから空燃
比リーンに変わる直前の前記設定時間と、空燃比リーン
から空燃比リッチに変わる直前の前記設定時間とを異な
らせたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御方法。