JPH0323331A - 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（よ　内燃機関の空燃比をフィードバック制御す
る空燃比制御装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、内燃ｔａＵの排ガス中のエミッションを低下
させるために　内燃機関の排気系に取り付けた酸素セン
サの出力信号に基づいて、内燃機関に供給する燃料混合
気の空燃比が制御されている。

即ち第９図に示すように、空燃比を排ガスの浄化率の高
い理論空燃比点に制御するために、酸素センサの出力信
号に基づいて空燃比フィードバック制御が行われている
。

そして、この様な制御に使用される酸素センサ等の検出
系が正常に機能しないときに｛九　排ガスのエミッショ
ンが悪化することがあるので、従来より検出系に異常が
生じたときに、通常のフィ−ドパック制御を補正する各
種の技術が提案されている（特開昭５８−２２２９３９
号公糀　特開昭５９−３１３７号公報参照）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前記検出系の酸素センサが種々の物質に
よって被毒された場合に（上　第１０図に示すように、
センサ出力がリーン或はリッチにシフトして特性が変化
してしまうことがあり、その結漿　酸素センサの出力信
号に基づいた空燃比フィードバック制御が良好に行われ
なくなり、エミッションが悪化してしまうという問題が
あった例えばシリコン等によって被毒された酸素センサ
を用いて空燃比フィードバック制御を行うと、排ガス中
のＮＯｘが増加し、また鉛等によって被毒された酸素セ
ンサを用いて空燃比フィードバック制御を行うと、排ガ
ス中のＣＯが増加してしまうという問題があった 本発明１上　前記問題点を解消するためになされたもの
で、酸素センサ等に異常が生じた場合でも、好適に空燃
比の制御が可能な空燃比制御装置を提供することを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 前記問題点を解決するためになされた本発明の空燃比制
御装置（よ　第１図に例示するように、内燃機関Ｍ１の
排気系に備えられた酸素センサＭ２の出力信号に基づい
て、前記内燃機関Ｍ１に供給する燃料混合気の空燃比を
フィードバック制御する空燃比制御装置において、 前記酸素センサＭ２の出力信号の変動に基づいて酸素セ
ンサＭ２の異常を検出する異常検出手段Ｍ３と、 前記内燃機関Ｍ２に供給する燃料混合気の空燃比をオー
プンループ制御によってリーン及びリッチの状態に設定
する空燃比設定手段Ｍ４と、該空燃比設定手段Ｍ４によ
って空燃比がリーン及びリッチに設定された場合に　前
記酸素センサＭ２のリーン及びリッチの出力信号から該
出力信号の中央値を求める中央値算出手段Ｍ５と、前記
異常検出手段Ｍ３によって酸素センサＭ２の異常が検出
された場合に（よ　前記中央値算出手段Ｍ５１二よって
求めた中央値を前記フィードバック制御時に空燃比のリ
ーンとリッチとを区分する閾値として設定する閾値設定
手段Ｍ６と、を備えたことを要旨とする． ここで、前記異常検出手段Ｍ３として（友　各種の検出
手段を採用できる。例え（Ｌ ■　内燃機関Ｍ１に供給する燃料混合気の空燃比をオー
プンループ制御によってリーン或はリッチの状態に設定
し、空燃比がリーンに設定された時に酸素センサＭ２の
出力信号が所定の閾値以上の場合、或は空燃比がリッチ
に設定された時に酸素センサＭ２の出力信号が所定の閾
値以下の場合に１友　酸素センサＭ２に異常があると判
定する手既 ■　また、空燃比をオープンループ制御によってリーン
及びリッチの状態に周期的に設定し、空燃比がリーン及
びリッチに設定されたときの酸素センサＭ２の出力信号
の極小値及び極大値を検出し、この極小値或は極大値の
少なくとも一方が所定の出力値の範囲内である場合に｛
上　酸素センサＭ２に異常があると判定する手睨 尚、極大値及び極小値（上　各々複数回の平均値から求
めたものでもよい。

■　更に　酸素センサＭ２の出力信号に基づいて空燃比
のフィードバック制御を行い、この空燃比のフィードバ
ック制御が行われている時に　酸素センサＭ２の出力信
号が所定の出力値の範囲内にある場合に１表　酸素セン
サＭ２に異常があると判定する手段等である． 尚、前記オープンループ制御と（友　酸素センサＭ２の
出力信号に基づいて燃料混合気の空燃比をフィードバッ
ク制御するものではなく、単に空燃比をリーン又はリッ
チの状態に切り換えて設定する制御を示している． ［作用］ 本発明の空燃比制御装置｛よ　内燃機関Ｍ１の排気系に
備えられた酸素センサＭ２の出力信号に基づいて、内燃
機関Ｍ１に供給する燃料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であり、異常検出手段Ｍ３に
よって酸素センサＭ２の異常が検出された場合に（上　
空燃比設定手段Ｍ４によって、内燃機関Ｍ２に供給する
燃料混合気の空燃比をオープンループ制御してリーン及
びリッチの状態に設定し、中央値算出手段Ｍ５によって
、酸素センサＭ２のリーン及びリッチの出力信号から出
力信号の中央値を求める。そして、閾値設定手段Ｍ６に
よって、前記中央値をフィードバック制御時に空燃比の
リーンとリッチとを区分する閾値として設定する。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第２図は第１実施例の空燃比制御装置のシステム構成図
である。

同図に示すよう１ミ　空燃比制御装置１｛よ　エンジン
２の状態を検出して異常診断の処理や空燃比等の各種の
制御を行う電子制御装置（以下単にＥＣＵと呼ぶ）３を
備えている． エンジン２１ヨ　　シリンダ４，ピストン５及びシリン
ダヘッド６から構成される燃焼室７を備え、燃焼室７に
は点火ブラグ８が配置されている。

エンジン２の吸気系（上　吸気バルブ９，吸気ボ−　ト
１　０，　　吸気管１１，吸入空気の脈動を吸収するサ
ージタンク１２，吸入空気量を調節するスロットルバル
ブ１４及びエアクリーナ１５から構成されている． エンジン２の排気系（友　排気パルプ１６，排気ボート
１７，排気マニホールド１８，三元触媒を充填した触媒
コンバータ１９及び排気管２０から構成されている． エンジン２０点火系１．ｔ．点火に必要な高電圧を出力
するイグナイタ２１及び図示しないクランク軸に連動し
てイグナイタ２１で発生した高電圧を点火プラグ８に分
配供給するディストリビュータ２２から構成されている
． エンジン２の燃料系統１上　フユーエルタンク（図示せ
ず）からの燃料を吸気ボート１０近傍に噴射する電磁式
の燃料噴射弁２５から構成されている． また、エンジン２の運転状態を検出するセンサとして、
吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサ３１，吸入空気
の温度を検出する吸気温センサ３２，スロットルパルブ
１４の開度を検出するスロットルポジションセンサ３３
，冷却水温度を検出する水温センサ３５，触媒コンバー
タ１９に流入する前の排ガス中の酸素濃度を検出する上
流側酸素センサ（以下単に酸素センサと称す）３６，触
媒コンバータ１９から流出した排ガス中の酸素濃度を検
出する下流側酸素センサ（以下サブ酸声センサと称すが
このセンサは必要に応じて取り付ける）３７，ディスト
リビュータ２２のカムシャフトの１回転毎に基準信号を
出力する気筒判別センサ３８，ディストリビュータ２２
のカムシャフトの１／２４回転毎に回転角信号を出力す
る回転数センサ３９等を備えている． 前記各センサの検出信号はＥＣＵ３に入力さ札その信号
に基づいてエンジン２の回転数や空燃比等の制御が行わ
れる。Ｅ　Ｃ　ｔＪ　３　ｉ；ｔ．，　　周知のＣＰＵ
３ａ，ＲＯＭ３ｂ，ＲＡＭ３ｃ，　　バ・シクアップＲ
Ａ　Ｍ　３　ｄ，　　タイマ３ｅを中心に論理演算回路
として構成さ札　コモンバス３ｆを介して入出力ボート
３ｇに接続されて外部との入出力を行う。ＣＰＵ　３　
ａ　ＬＬ　　吸気圧センサ３１，吸気温センサ３２，ス
ロットルポジションセンサ３３，木温センサ３５，酸素
センサ３６，サブ酸素センサ３７の検出信号を、Ａ／Ｄ
変換器３ｈ及び入出力ボート３ｇを介して入力する．ま
た気筒判別センサ３８，回転数センサ３９の検出信号を
波形整形回路３．１及び入出力ボート３ｇを介して入力
する。一方、ＣＰ　Ｕ　３　ａ　ｌ上　　入出力ボート
３ｇ及び駆動回路３ｍを介して、前記イグナイタ２１及
び燃料噴射弁２５，酸素センサ３６の異常を知らせるチ
ェックランプ４０等を駆動制御する． 尚、前記ＥＣＵ３のバックアップＲＡＭ３ｄｌ上イグニ
ッションスイッチ（図示せず）を介することのない経路
より電力が供給さね　後述するフィードバック制御の閾
値等が、イグニッションスイッチの状態にかかわらず保
持される様に構成されている． 次に、前記ＥＣＵ３の実行する空燃比の制御の処理につ
いて、順次説明する。

［１］第１実施例の処理 まず、第３図のフローチャートに基づいて、空燃比をリ
ーンの一定の状態に保ち、更１ニリッチの一定の状態に
保ち、その時の酸素センサ３６の出力信号を測定して中
央値を求める処理について説明する．本処理はエンジン
２の暖機が実施された状態で行われる． 初め１：．空燃比のフィードバック制御を停止する処理
を行う（ステップ１００），　　次１：．このフィード
バック制御が停止された状態で、即ちオープンループ制
御によって、燃料噴射弁２５を駆動制御して空燃比をリ
ーン（例えば空気過剰率λ＝１．０２）の状態に設定す
る処理を行う（ステップ１　１　０），　　そしてこの
状態を所定時間維持して、このリーン時の酸素センサ３
６の出力信号Ｄ，を検出する（ステップ１　２　０）， 更に　オープンループ制御によって、燃料噴射弁２５を
駆動制御して空燃比をリッチ（例えばλ＝Ｏ．９Ｓ）の
状態に設定する処理を行う（ステップ１３０）。そして
この状態を所定時間維持して、このリッチ時の酸素セン
サ３６の出力信号ＤＲを検出する（ステップ１４０）， 次に、酸素センサ３６のリーンの出力信号ＤＬが所定の
閾値ＶＬ（例えば４００ｍＶ）以上の場合に｛社　酸素
センサ３６が異常であると判定しくステップ１５０）、
チェックランプ４０を点灯する（ステップ１　６　０）
，　　また、酸素センサ３６のリッチの出力信号ＤＬが
所定の閾値ｖ，（例えば７００ｍＶ）以下の場合に（よ
　酸素センサ３６が異常である判定し（ステップ１７０
）、同様にチェックランプ４０を点灯する（ステップ１
６０），そして、前記ステップ１５０或は１７０にて、
酸素センサ３６が異常であると判定された場合に（上　
リーンの場合の出力信号ＤＬ及びリッチの場合の出力信
号ＤＲの中央値ＶＴ｝ｌを求め（ステップ１８０），そ
の中央値ＶＴＨをフィードバック制御時にリーンとリッ
チとを区分する閾値（スライスレベル）として設定し（
ステップ１９０）、一旦本処理を終了する． 即ち、第４図（ａ）に示すように　例えばλ＝１．０２
の時の出力信号ＤＬの電圧が５００ｍＶ，λ＝０．９８
の時の出力信号Ｄ，の電圧が９００ｍＶの場合に１１　
　その中央値ＶＶ，Ｉは７００ｍＶとなる。従って、こ
の中央値ＶＴｊｌをフィードバック制御時の閾値として
採用すると、酸素センサ３６の出力信号が、高電圧側或
は低電圧側にずれて振動していたとしても、その振動の
ほぼ中央が閾値となるので、空燃比のりーンやリッチを
確実に区分して、第４図（ｂ）に示すような％　ＯＶと
５Ｖの２値信号に変換することができる． つまり、酸素センサ３６の出力信号に応じて最適な閾値
を設定できるので、酸素センサ３６が被毒等によってそ
の出力が変動したとしても、空燃比のリーン及びリッチ
の状態を確実に検出して、好適に空燃比を制御すること
ができる。

尚、前記第１実施例で］友　酸素センサ３６の異常を検
出するために、オーブンループ制御によって、空燃比を
リーン或はリッチの状態に変更してその状態を一定に保
つ制御を行ったが、それ以外にも後述するように各種の
異常検出の手段を採用できる．例え（Ｌ　オーブンルー
プ制御によって、空燃比乞リーン及びリッチの状態に所
定の周期で切り換えて、その時の極小値や極大値が所定
の範囲内にない場合１：．酸素センサ３６を異常と判定
してもよい。或（よ　空燃比のフィードバック制御を行
い、その時の出力信号が所定の範囲内で振動する場合に
異常と判定してもよい。尚、下記の他の実施例のハード
の構成は前記実施例と同様であり、更に以下の説明にお
いては異常判定の処理の説明は簡潔に記述する。

［２］第２実施例の処理 次に、第５図のフローチャートに基づいて、酸素センサ
３６の出力信号の極小値及び極大値を用いて、空燃比を
制御する処理について説明する。

まず、前記処理と同様に空燃比のフィードバック制御を
停止する処理を行う（ステップ２００）。

次にオープンルーブ制御によって、燃料噴射弁２５を駆
動制御して空燃比をリッチ及びリーンの状態に周期的に
切り換える処理を行う（ステップ２１０）．そして、こ
の時の酸素センサ３６の出力信号を検出して（ステップ
３２０）、その出力信号の極小値及び極大値を求める処
理を行う（ステップ２　３　０），　　次に、酸素セン
サ３６の出力信号の極小値或は極大値のどちらか一方で
も所定の出力値の範囲内である場合に｛上　酸素センサ
３６が異常であると判定して（ステップ２４０）、チェ
ックランプ４０を点灯する処理を行う（ステップ２　５
　０）． そして、酸素センサ３６が異常である場合に１友前記極
小値ＶＮＩＮ及び極大値ＶＭＡＸの中央値ＶＴＨを求め
（ステップ２６０）、この中央値ＶＴＨを実際のフィー
ドバック制御における空燃比のリーンとリッチとを区分
する閾値として設定し（ステップ２７０）、一旦本処理
を終了する． 即ち、第６図（ａ）に示すように　例えば酸素センサ３
６の出力信号が、予め設定した閾値Ｖ．より大きな電圧
で振動する場合に｛よ　酸素センサ３６が異常であると
判断して、出力信号の極小値ＶＩＮと極大値Ｖ。，の中
央値ＶＴｌ４を求め、この中央値Ｖｒ８を閾値として採
用する。それによって、酸素センサ３６の出力信号が異
常であっても、実際の空燃比フィードバック制御時に１
上　確実に空燃比のリーン或はリッチの状態を区別して
、第６図（ｂ）に示すようｌ；ＯＶと５ｖの２値信号に
変換することができる． この様に　本実施例で（上　酸素センサ３６の出力信号
に応じて閾値を変更できるので、酸素センサ３６が被毒
等によって、その出力が高電圧側或は低電圧側に変動し
たとしても、空燃比を好適に制御することができる． ［３］第３実施例の処理 次に　第７図のフローチャートに基づいて、酸素センサ
３６の出力信号の中央値ＶＴｌ４を用いた他の処理につ
いて説明する． まず、前記第１実施例或は第２実施例と同様にして、酸
素センサ３６の異常を検出した場合には（ステップ３０
０）、酸素センサ３６の出力信号から中央値ＶＴＨを求
める処理を行う（ステップ３１０）．そして，この中央
値ＶＴｌ４に基づいて、実際のフィードバック制御時に
酸素センサ３６から出力される信号の電圧を比例配分し
て、振幅の大きな正常な信号に変更する処理を行い（ス
テップ３２０）、一旦本処理を終了する。

即ち、第８図及び下記第１表に示すように　酸素センサ
３６の出力信号の電圧を変換する。

第１表 例え（戴　予め設定された閾値Ｖ＠より出力信号の電圧
が高い場合に（よ　空燃比のリーン（λ＝１。

０２）ｌｍおける５００ｍＶの信号をＯＶｌ＝！たリッ
チ（λ＝０．９８）における９　０　０　ｍ　Ｖの信号
を１■にという具合いに変換する．つまり、酸素センサ
３６の異常な出力信号の振幅の中心を、予め設定された
閾値Ｖ＠の５００ｍＶに補正するとともに、出力信号を
大きな振幅の信号となるように比例配分して変換する処
理を行う。尚、本実施例で（よ　酸素センサ３６の出力
信号の測定値をＸとし、変換値をＹとすると、下記の変
換式に基づいて変換する． Ｙ＝２．５Ｘ−１２５０ 従って、この様な処理によって信号が補正されるので、
酸素センサ３６の出力信号が高電圧側や低電圧側に偏っ
ていたり或は振幅の小さなものであっても、予め設定さ
れた閾値Ｖ＠を用いて空燃比の状態を確実に検出でき、
それによって、好適に空燃比のフィードバック制御を行
うことができる。

砥　本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明
の範囲内で種々なる態様で実施できることは勿論である
． ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の空燃比制御装置１よ　オ
ープンループ制御によって空燃比をリーンやリッチの状
態に設定し、その時の酸素センサの出力信号から出力信
号の中央値を求めるものであり、酸素センサの異常が検
出された場合に（上　この中央値をフィードバック制御
時の空燃比のり一ンとリッチとを区分する閾値として設
定するので、酸素センサが被毒等によって劣化して、異
常な信号が出力された場合でも、空燃比のフィードバッ
ク制御を好適に行うことができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成の例示は　第２図本発明の
第１実施例のシステム構成は　第３図は第１実施例の処
理を示すフローチャート、第４図は第１実施例の出力信
号を説明するグラフ、第５図は第２実施例の処理を示す
フローチャート，第６図は第２実施例の出力信号を説明
するグラフ、第７図は第３実施例の処理を示すフローチ
ャート、第８図は第３実施例の出力信号を説明するグラ
フ、第９図は空燃比とエミッションとの関係を示すグラ
フ、第１０図は空燃比とセンサ出力との関係を示すグラ
フである． Ｍ１・・・内燃機関 Ｍ２・・・酸素センサ Ｍ３・・・異常検出手段 Ｍ４・・・空燃比設定手段 Ｍ５・・・中央値設定手段 Ｍ６・・・閾値設定手段 ２・・・内燃機関 ３・・・電子制御装置（ＥＣＵ） ２５・・・燃料噴射弁 ３６・・・酸素センサ ４０・・・チェックランプ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内燃機関の排気系に備えられた酸素センサの出力信
   号に基づいて、前記内燃機関に供給する燃料混合気の空
   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
   、 前記酸素センサの出力信号の変動に基づいて酸素センサ
   の異常を検出する異常検出手段と、前記内燃機関に供給
   する燃料混合気の空燃比をオープンループ制御によつて
   リーン及びリッチの状態に設定する空燃比設定手段と、 該空燃比設定手段によつて空燃比がリーン及びリッチに
   設定された場合に、前記酸素センサのリーン及びリッチ
   の出力信号から該出力信号の中央値を求める中央値算出
   手段と、 前記異常検出手段によつて酸素センサの異常が検出され
   た場合には、前記中央値算出手段によつて求めた中央値
   を前記フィードバック制御時に空燃比のリーンとリッチ
   とを区分する閾値として設定する閾値設定手段と、 を備えたことを特徴とする空燃比制御装置。