JPH0325623B2

JPH0325623B2 -

Info

Publication number: JPH0325623B2
Application number: JP56138756A
Authority: JP
Inventors: Kyoshi Asada; Takayoshi Nakagawa; Hisao Nishiguchi; Takeshi Shiozawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1981-09-03
Filing date: 1981-09-03
Publication date: 1991-04-08
Also published as: JPS5848741A

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

本発明は、内燃機関の空燃比制御方法に係り、
特に、三元触媒を用いて排気ガス浄化対策が施さ
れた自動車用内燃機関に用いるに好適な、触媒流
入ガス中の残存酸素濃度を感知する酸素濃度セン
サと、混合気或いは触媒流入ガスの空燃比を制御
する空燃比制御アクチユエータとを用い、前記酸
素濃度センサの出力に対して積分を含む処理を施
すことによつて得られる帰還制御信号により前記
空燃比制御アクチユエータを帰還制御して、混合
気或いは触媒流入ガスの空燃比を所望空燃比とす
る内燃機関の空燃比制御方法の改良に関する。

【従来の技術】

内燃機関、特に、厳しい排気ガス浄化対策が要
求される自動車用内燃機関においては、近年、精
密な空燃比制御を行なうことが必要となつてお
り、例えば、触媒流入ガスの残存酸素濃度を感知
する酸素濃度センサと、混合気或いは触媒流入ガ
スの空燃比を制御する空燃比制御アクチユエータ
とを備え、前記酸素濃度センサの出力に対して積
分を含む処理を施すことによつて得られる帰還制
御信号により前記空燃比制御アクチユエータを帰
還制御して、触媒流入ガス中の残存酸素濃度を、
理論空燃比の混合気を燃焼させた場合の残存酸素
濃度と等しくするようにしたものが実用化されて
いる。このような空燃比制御によれば、エンジン運転
状態の変化に拘らず、良好な排気ガス浄化性能を
得ることができるという特徴を有する。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、一般にアイドル状態は、吸入空
気量が少なく、酸素濃度センサの応答性が悪くな
つているため、従来の空燃比制御においては、特
に、減速状態からアイドル状態に移つた時のよう
に、帰還停止状態からアイドル制御を開始する時
に、アイドル状態の積分定数では小さ過ぎて迅速
な空燃比帰還制御を行なうことができず、制御遅
れを発生したり、或いは、逆に制御過補償を発生
することがあつた。本発明は、前記従来の欠点を解消するべくなさ
れたもので、帰還停止状態からアイドル状態近傍
の帰還制御を行うべき状態に移行する帰還制御の
再開時に、制御遅れ或いは制御過補償を解消で
き、従つて、制御性を向上できる内燃機関の空燃
比制御方法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】

本発明は、触媒流入ガス中の残存酸素濃度を感
知する酸素濃度センサと、混合気或いは触媒流入
ガスの空燃比を制御する空燃比制御アクチユエー
タとを用い、前記酸素濃度センサの出力に対して
積分を含む処理を施すことによつて得られる帰還
制御信号により前記空燃比制御アクチユエータを
帰還制御して、混合気或いは触媒流入ガスの空燃
比を所望空燃比とし、又、必要に応じて該帰還制
御を停止する内燃機関の空燃比制御方法におい
て、前記帰還制御の停止状態から、アイドル状態
近傍の帰還制御を行うべき状態に移行する帰還制
御の再開時、酸素濃度センサの出力が所定サイク
ル変化するまで、前記アイドル状態近傍の前記帰
還制御に用いられる積分定数より大きい積分定数
を用いて前記酸素濃度センサの出力を処理するこ
とによつて得られる帰還制御信号により、前記空
燃比アクチユエータを帰還制御するようにして、
前記目的を達成したものである。

【作用】

従来から、帰還制御において、積分処理を含む
処理が施された帰還制御信号が用いられている。
このように積分処理を帰還制御信号に施すのは、
センサから出力される信号に含まれてしまつてい
る比較的周期の短い（周波数の高い）ノイズ（電
気的なものや、機構的なもの等）を効果的に除去
するためである。しかしながら、このような積分処理を施した帰
還制御信号を用いた場合には、帰還制御の応答性
が低下してしまうという問題がある。又、帰還制
御の再開時は、目標値からの偏差が比較的大き
く、この帰還制御の応答性の低下の問題は大き
い。特に、アイドル状態近傍或いはアイドル状態近
傍に移行するときにおいては、前述のように酸素
濃度センサの応答性が悪くなつており、このよう
なときに帰還制御を再開すると、この帰還制御の
帰還制御信号に積分処理を施している場合には、
応答性の低下が著しくなつてしまう。このため、本発明では、帰還制御の停止状態か
ら、帰還制御を行うアイドル状態に移行する際、
即ち、帰還制御開始時に、酸素濃度センサの出力
が所定サイクル変化するまで（ほぼ必要十分な期
間）、アイドル状態の帰還制御に用いられる積分
定数より大きい積分定数を用いて積分処理を行う
ことにより、酸素濃度センサの応答性低下の問題
をも解決して、空燃比制御の応答性の向上を図つ
ている。ここで、本発明で、帰還制御再開時に、アイド
ル状態の帰還制御に用いられる積分定数より大き
い積分定数を用いる期間を、単に所定時間（一定
時間）とせず、酸素濃度センサの出力が所定サイ
クル変化するまでの期間としているのは、制御さ
れる空燃比が実際に目標値に追従できるようにな
つた時点で、大きくなつている積分定数を、アイ
ドル状態の帰還制御に用いられる小さな積分定数
に、速やかに戻すためである（ほぼ必要十分な期
間）。もし、このアイドル状態の帰還制御に用いられ
る積分定数より大きい積分定数を用いる期間を、
単に所定時間（一定時間）とすると、帰還制御が
実際に追従できるようになつたか否かはわからな
い。即ち、空燃比が目標値に追従していないのに
積分定数が小さい値に戻されたり（所定時間が短
い）、空燃比が目標値に既に追従してしまつてい
るのに積分定数が小さい値に戻されなかつたり
（所定時間が長い）という問題が生じてしまう。なぜなら、帰還制御が収束するまでの時間は、
酸素濃度センサの出力の応答性や、積分処理を含
む帰還制御の応答性に依存しているが、これらの
応答性は常に一定ではないために、この収束する
までの時間も一定時間ではないからである。例え
ば、酸素濃度センサの出力の応答性は、各酸素濃
度センサ間の個体差があるだけでなく、同一の酸
素濃度センサであつても、検出時の周囲温度や酸
素濃度等にも依存して変化してしまうからである
（応答性の変化）。又、積分処理を含む帰還制御の
応答性も、再開時の制御される空燃比の目標値か
らの偏差等に依存して変化してしまうからである
（応答性の変化）。一方、本発明では、帰還制御が収束するまでの
期間を、酸素濃度センサの出力が所定サイクル変
化するまでの期間としている。酸素濃度センサの
出力が所定サイクル変化したということは、空燃
比を制御するための制御系全体が、実際に空燃比
の目標値に追従し始めた、あるいは追従したとい
うことである。従つて、前述のような、酸素濃度
センサの出力の応答性に変化があつたり、積分処
理を含む帰還制御の応答性に変化があつても、空
燃比を制御するための制御系全体が実際に空燃比
の目標値に追従し始めた、あるいは追従した時点
で、時間的ずれを生じることなく積分定数を小さ
に値に戻すことができる。従つて、本発明によれば、積分定数が大きくな
るのはほぼ必要十分な期間（即ち、帰還制御の再
開時の比較的大きな目標値からの偏差を応答性よ
く解消でき、且つ、ハンチングが発生してしまう
よりは短い期間）であり、通常は大きくない積分
定数が用いられるので、空燃比制御の安定度を低
下させることもなく、ハンチング等をも防止する
ことができる。なお、本発明の、帰還制御の停止状態から、帰
還制御を行うアイドル状態近傍に移行する帰還制
御再開時とは、減速状態からアイドル状態への移
行時等に限定したものではない。これは、継続的
にアイドル状態乃至はアイドル状態近傍であつて
も、帰還制御が停止したり、再開するものである
からである。即ち、この帰還制御の停止は、帰還
制御が好ましくないときに行われるものであつ
て、アイドル状態であるか否かや或いはスロツト
ル弁の状態等には、単独に関係するものではない
からである（エンジン回転数等にも関係してい
る）。

【実施例】

以下、図面を参照して、本発明に係る内燃機関
の空燃比制御方法が採用された空燃比制御装置の
実施例を詳細に説明する。本実施例は、第１図に示す如く、エンジン燃焼
室から排気ガスが排出される排気マニホルドに配
設され、該排気マニホルドの下流側に配設される
触媒、例えば三元触媒に流入する触媒流入ガス中
の残存酸素濃度を感知する酸素濃度センサ１０
と、混合気を形成するための燃料通路或いはエア
ブリード通路の有効面積を制御することにより、
或いは、排気ガスに混入される２次空気の流量を
制御することにより、混合気或いは触媒流入ガス
の空燃比を制御する、制御電磁弁等からなる空燃
比制御アクチユエータ１２と、前記酸素濃度セン
サ１０の出力を参照電圧と比較し、触媒流入ガス
の空燃比がリツチ状態であるかリーン状態である
かを判別するリツチ−リーン判定器１４と、アイ
ドル状態に適した第１の積分定数K₀で前記リツ
チ−リーン判定器１４の出力を積分して、空燃比
に応じた帰還制御信号を作成する第１の積分器１
６と、オフアイドル状態に適した第２の積分定数
K₁で前記リツチ−リーン判定器１４の出力を積
分して、空燃比に応じた帰還制御信号を作成する
第２の積分器１８と、エンジンの吸気管負圧、エ
ンジン回転数、及び、エンジン冷却水温に応じ
て、アイドル状態がオフアイドル状態であるかを
判別する第１の条件判別器２０と、該条件判別器
２０の出力に応じて、アイドル状態である場合に
は前記第１の積分器１６出力を選択し、一方、オ
フアイドル状態である場合には前記第２の積分器
１８の出溶を選択して出力する第１の切換回路２
２と、同じくエンジンの吸気管負圧、エンジン回
転数、及び、エンジン冷却水温に応じて、所定の
帰還停止条件が成立した時に、帰還停止信号を出
力する帰還停止信号出力回路２４と、該帰還停止
信号出力回路２４から帰還停止信号が出力された
時に、前記切換回路２２の出力を遮断する帰還停
止回路２６と、該帰還停止回路２６の出力に応じ
て、前記空燃比制御アクチユエータ１２を駆動す
るのに適した駆動出力を発生する駆動回路２８と
を備えた内燃機関の空燃比制御装置において、前
記アイドル状態の積分定数K₀とは異なる第３の
積分定数K₂を用いて、前記リツチ−リーン判定
器１４出力を積分し、空燃比に応じた帰還制御信
号を作成する第３の積分器３０と、前記帰還停止
信号出力回路２４の出力及び酸素濃度センサ１０
の出力に応じて、前記帰還停止信号がオフとなつ
てから前記酸素濃度センサ１０の出力が一サイク
ル変化するまでの間、切換信号を出力する第２の
条件判別器３２と、該第２の条件判別器３２から
切換信号が出力されている間は、前記帰還停止回
路２６の出力の代りに前記第３の積分器３０の出
力を前記駆動回路２８に入力する第２の切換回路
３４とを設けたものである。前記第３の積分器３０における第３の積分定数
K₂の大きさは、例えば、前記第１の積分器１６
におけるアイドル時の第１の積分定数K₀より大
とされている。なおこの第３の積分定数K₂と第
１の積分定数K₀との大小関係、及び、第３の積
分定数K₂と第２の積分器１８で設定された第２
の積分定数K₁との大小関係は、エンジン特性に
応じて最適なものとなるようにされている。以下第２図を参照して作用を説明する。まず通
常の運転状態、即ち、オフアイドル状態において
は、第１の条件判別器２０の出力に応じて、切換
回路２２により、第２の積分器１８の出力が、帰
還停止回路２６及び第２の切換回路３４を経て駆
動回路２８に入力され、空燃比制御アクチユエー
タ１２は、オフアイドル状態に適した第２の積分
定数K₁によつて積分処理された帰還制御信号に
より帰還制御されている。このオフアイドル状態
から、減速状態等に移つて帰還停止条件が成立す
ると、前記帰還停止信号出力回路２４から帰還停
止信号が帰還停止回路２２６に入力される。する
と帰還停止回路２６が開かれ、前記切換回路２２
の出力が前記第２の切換回路３４に入力されなく
なつて、帰還停止状態となる。減速状態が終了
し、エンジン回転数が所定回転数以下となり、し
かも、エンジンの吸気管負圧が所定値以上となつ
て、アイドル状態に移ると、前記帰還停止条件が
成立しなくなり、帰還停止回路２６が接続状態に
戻されると共に、第１の条件判別器２０の出力に
より第１の切換回路２２が切換えられて、第１の
積分器１６の出力が帰還停止回路２６に入力され
ることとなる。この時において、従来は、第２図
の破線Ａに示す如く、直ちにこのアイドル状態に
適した第１の積分定数K₀により処理された帰還
制御信号によつて前記空燃比制御アクチユエータ
１２を制御するようにしていたため、このアイド
ル制御開始時に、積分定数が小さ過ぎて酸素濃度
センサの応答遅れ等による制御遅れを生じたり
（第２図の場合）、又は逆に制御過補償によるオー
バーシユートを発生する等の問題があつた。これ
に対して、本発明においては、第２図の実線Ｂに
示す如く、この帰還停止状態からアイドル状態に
移行する際に、前記帰還停止信号出力回路２４か
ら出力される帰還停止信号がオフとなつてから、
前記酸素濃度センサ１０の出力が１サイクル変化
するまでの間は、前記第２の条件判別器３２出力
の切換信号によつて前記切換回路３４を一時的に
切換え、帰還停止状態からアイドル状態に移行す
る際に適した第３の積分定数K₂により前記酸素
濃度センサ１０の出力を処理することによつて得
られる帰還信号により、前記空燃比制御アクチユ
エータ１２を制御するようにしている。従つて、
帰還停止状態からアイドル状態に移行する際の、
積分定数過小による制御遅れ（第２図の場合）或
いは逆に制御のオーバーシユート等の問題が解消
されるものである。なお前記実施例においては、アイドル状態の積
分定数K₀とは異なる第３の積分定数K₂を用いて
前記酸素濃度センサ１０の出力を処理することに
よつて得られる帰還制御信号により前記空燃比制
御アクチユエータ１２を帰還制御する時間を、ア
イドル状態にしてから、酸素濃度センサ１０の出
力が１サイクル変化する間としていたが、前記第
３の積分定数により帰還制御を行なう時間はこれ
に限定されず、例えば、２サイクル以上の任意の
サイクルとしたり、或いは、酸素濃度センサ１０
の出力がリツチ信号からリーン信号に変わるまで
の間とすることも可能である。

【発明の効果】

以上説明した通り、本発明によれば、帰還制御
の停止状態からアイドル状態近傍の帰還制御を行
うべき状態に移行する帰還制御の再開時、帰還制
御の積分を含む処理等による応答性の低下や、酸
素濃度センサの低応答性による制御遅れ、或いは
制御過補償によるオーバーシユートやハンチング
等が解消され、空燃比制御性が向上するという優
れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る内燃機関の空燃比制御
方法が採用された空燃比制御装置の実施例の構成
を示すブロツク線図、第２図は、前記実施例の各
部動作波形を示す線図である。１０……酸素濃度センサ、１２……空燃比制御
アクチユエータ、１４……リツチ−リーン判定
器、１６，１８，３０……積分器、２０，３２…
…条件判別器、２２，３４……切換回路、２４…
…帰還停止信号出力回路、２６……帰還停止回
路、２８……駆動回路。

Claims

【特許請求の範囲】１触媒流入ガス中の残存酸素濃度を感知する酸
素濃度センサと、混合気或いは触媒流入ガスの空
燃比を制御する空燃比制御アクチユエータとを用
い、前記酸素濃度センサの出力に対して積分を含
む処理を施すことによつて得られる帰還制御信号
により前記空燃比制御アクチユエータを帰還制御
して、混合気或いは触媒流入ガスの空燃比を所望
空燃比とし、又、必要に応じて該帰還制御を停止
する内燃機関の空燃比制御方法において、前記帰還制御の停止状態から、アイドル状態近
傍の帰還制御を行うべき状態に移行する帰還制御
の再開時、酸素濃度センサの出力が所定サイクル変化する
まで、前記アイドル状態近傍の前記帰還制御に用
いられる積分定数より大きい積分定数を用いて前
記酸素濃度センサの出力を処理することによつて
得られる帰還制御信号により、前記空燃比アクチ
ユエータを帰還制御することを特徴とする内燃機
関の空燃比制御方法。