JPH0328577B2 - - Google Patents

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、
特に排気ガス中の酸素濃度に応じてその出力がリ
ニアに変化する空燃比センサを用いてエンジンの
空燃比を所定値にフイードバツク制御するように
したものに関する。

（従来の技術） 従来より、エンジンの排気ガス中の酸素濃度に
よりエンジンの空燃比を検出してエンジンに供給
する混合気の空燃比を所定値にフイードバツク制
御することは広く知られている。

そして、この場合、排気ガス中の酸素濃度を検
出して間接的に空燃比を検出する空燃比センサと
しては、理論空燃比に対応する酸素濃度を境にし
て出力（起電力）がステツプ状に変化する、いわ
ゆるλセンサがある。このλセンサは、その出力
特性から空燃比を理論空燃比に制御する場合には
好適であるが、加速時や高負荷運転時等、高出力
が要求されるときに空燃比を理論空燃比よりもリ
ツチに設定する場合、あるいは高速定常走行時に
おいて燃費向上のために空燃比を理論空燃比より
もリーンに設定する場合には、上述の如く理論空
燃比に対する大小のみを判別するだけであるの
で、これら理論空燃比からリーン又はリツチ側に
外れた空燃比を正確に検出することはできず、空
燃比を任意の値に制御する場合には不向きであ
る。

そこで、本出願人は、上記λセンサに代わる空
燃比センサとして、特開昭59−100854号公報に示
されるように、排気ガス中の酸素濃度に応じて出
力がリニアに変化して、空燃比をリツチ領域から
リーン領域に亘つて連続的に検出できる、いわゆ
る広域空燃比センサを提案しており、このものに
より空燃比を任意の値に制御することを可能とし
ている。すなわち、この広域空燃比センサは、酸
素イオン伝導性の固体電解質の両面に多孔質電極
を形成し、被測定ガス（排気ガス）に接触する側
の多孔質電極としてPt等を主成分とする半触媒
性能を有するものを使用するとともに、該電極と
固体電解質と被測定ガスとで構成される３相点近
傍に、HCを酸化してCOを生成するSnO₂等の金
属酸化物を存在させてなるものである。

（発明が解決しようとする課題） しかるに、上記の如き広域空燃比センサは、そ
の構造から、排気ガス温度つまり該広域空燃比セ
ンサ自体の温度に応じてそのPt等の多孔質電極
の触媒活性度が異なるので、温度変化により起電
力特性が変化する（第４図参照）。（尚、このこと
は、上記λセンサについても同様のことが言える
が、該λセンサは理論空燃比との大小を判別する
だけであるので、起電力特性が多少変化しても問
題はない。）また、広域空燃比センサの起電力は
３相点のCOの割合に影響され、このCOは排気ガ
ス中のHC（炭化水素）濃度に支配されるので、
HC濃度の変化により起電力特性が変化する（第
５図参照）。このため、上記広域空燃比センサを
用いてエンジンの空燃比を所定値にフイードバツ
ク制御する場合、広域空燃比センサの温度及び排
気ガス中のHC濃度によりその出力値が変化して
空燃比の検出にズレが生じ、空燃比制御を正確に
行い得ないという問題がある。このことは、排気
ガス中の酸素濃度に応じてその出力がリニアに変
化するその他の広域空燃比センサについても同様
のことが言える。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、広域空燃比センサによる
空燃比制御の際、該広域空燃比センサの出力と比
較する比較値としての目標値を広域空燃比センサ
の温度（排気ガス温度）と排気ガス中のHC濃度
とに応じて補正することにより、上記温度及び
HC濃度に対する空燃比のズレを補償して空燃比
制御を正確に行い得るようにすることにある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段
は、第１図に示すように、エンジンの排気通路中
に設けられ、排気ガス中の酸素濃度に応じてその
出力が変化する空燃比センサ８と、予め説明され
た混合気の空燃比に対応した上記空燃比センサ８
の目標値を設定する目標値設定手段１５と、上記
空燃比センサ８の出力と目標値設定手段１５によ
り設定された目標値とを比較する比較手段１７
と、該比較手段１７の出力を受け、エンジンに供
給する混合気の空燃比を上記目標値に制御する空
燃比制御手段１８とを備えることを基本構成とす
る。これに加えて、上記空燃比センサ８の温度及
び排気ガス中の炭化水素濃度を検出する検出手段
９，１０と、該検出手段９，１０の出力を受け、
空燃比センサ８の温度と排気ガス中の炭化水素濃
度とに応じて上記目標値設定手段１５の目標値を
補正する補正手段１６とを設ける構成としたもの
である。

（作用） 上記の構成により、本発明では、排気ガス中の
酸素濃度に応じてその出力がリニアに変化する、
いわゆる広域空燃比センサを用いて空燃比を設定
値にフイードバツク制御する場合、該空燃比セン
サの温度（排気ガス温度）と排気ガス中のHC濃
度とに応じて上記設定空燃比に対応する空燃比セ
ンサの目標値が補正されることによつて、該目標
値が上記温度及びHC濃度による空燃比センサの
出力値の変化と対応することになり、空燃比のズ
レが補償されることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第２図以下の図面に基
づいて説明する。

第２図は本発明の一実施例に係るエンジンの空
燃比制御システムの概略構成を示し、１はエンジ
ン、２はエンジン１に吸気を供給するための吸気
通路、３はエンジン１からの排気ガスを排出する
ための排気通路である。上記吸気通路２には、エ
ンジン１に供給する吸入空気量を制御するスロツ
トル弁４が配設され、該スロツトル弁４下流の吸
気通路２にはエンジン１に燃料を噴射供給する燃
料噴射弁５が配設されている。

また、上記吸気通路２のスロツトル弁４上流に
は、吸入空気量を検出するエアフローセンサ６お
よび吸気の温度を検出する吸気温センサ７が設け
られている。一方、上記排気通路３には、排気ガ
ス中の酸素濃度により空燃比を検出する空燃比セ
ンサ８、排気ガス中の炭化水素（HC）濃度を検
出するHCセンサ９および排気ガス温度により上
記空燃比センサ８の温度を検出する排気温センサ
１０が設けられており、これらセンサ６〜１０の
各出力は、上記燃料噴射弁５を制御する空燃比コ
ントローラ１１に入力されている。また、１２は
点火プラグ、１３はイグニツシヨンコイル、１４
はイグナイタであつて、該イグナイタ１４からの
点火信号はエンジン回転数信号等として上記空燃
比コントローラ１１に入力されている。

上記空燃比センサ８は、例えば既述の如く酸素
イオン伝導性の固体電解質の両面に多孔質電極を
形成し、被測定ガス（排気ガス）に接触する側の
多孔質電極としてPt等の半触媒性能を有するも
のを使用するとともに、該電極と固体電解質と被
測定ガス（排気ガス）とで構成される３相点近傍
に、HCを酸化してCOを生成するSnO₂、In₂O₃、
NiO、Co₃O₄、CnO等の金属酸化物を存在させて
なるもので、その起電力特性は第３図に示すよう
に排気ガス中の酸素濃度に応じてその出力として
起電力がリニアに変化して、空燃比をリツチ領域
からリーン領域に亘つて連続的に検出できる基本
特性を有するいわゆる広域空燃比センサである。
そして、この空燃比センサ８の起電力特性は第４
図に示すように、空燃比センサ８の温度（排気ガ
ス温度）により変化する温度特性を有し、該温度
が高くなるに従つて理論空燃比よりもリーン側で
は起電力が低下し、リツチ側では起電力が増大す
る。また、上記空燃比センサ８の起電力は第５図
に示すように、排気ガス中のHC濃度により変化
するHC濃度特性を有し、理論空燃比よりもリー
ン側でHC濃度が大になるにつれて起電力が増大
する（尚、リツチ側では元来HC濃度が高いので
ほとんど起電力の変化は生じない）。

次に、上記空燃比コントローラ１１の作動を第
６図に示すフローチヤートにより説明するに、リ
セツト後、ステツプS₁で空燃比のリーンゾーンと
リツチゾーンとを区別するためのゾーンフラグ
Fzone（リーン側で“０”、リツチ側で“１”）を
“０”に、燃料噴射がデイレイ中か否かを区別す
るためのリーン側およびリツチ側のデイレイフラ
グFl，Fr（デイレイ中でないときは“０”、デイ
レイ中は“１”）を共に“０”に、またエンジン
回転数と噴射時間との関係を決めるフイードバツ
ク係数Cfbを“１”にそれぞれ初期設定する。さ
らにステツプS₂でエンジン回転数等を計算するた
めの一定周期を定める基本タイマをリセツトし
て、次のステツプS₃で基本タイマが一定時間Ti
経過するのを待ち、一定時間Ti経過するとステ
ツプS₄で上記基本タイマを再びリセツトする。
尚、この基本タイマはリセツトされた瞬間から時
間をアツプカウントするカウンタである。

次に、ステツプS₅でイグナイタ１４からのイグ
ニツシヨンパルス信号によりエンジン回転数Ne
を計算し、またステツプS₆でエアフローセンサ６
および吸気温センサ７からの信号により吸入空気
流量Ueを計算する。

次いで、ステツプS₇で空燃比センサ８からの出
力信号としての起電力Vs信号、HCセンサ９から
のHC濃度信号および排気温センサ１０からの排
気ガス温度信号（空燃比センサ温度信号）を入力
したのち、ステツプS₈において目標空燃比、HC
濃度および排気ガス温度を第７図に示すようなデ
ータテーブルに入力して、目標空燃比に対応する
空燃比センサ８の目標値としてのスライスレベル
中央値Vrefを求める。

ここにおいて、上記目標空燃比は例えば第８図
に示すマツプに基づいてエンジン回転数とエンジ
ン負荷によるエンジン運転状態に応じて設定さ
れ、例えば高負荷運転時には目標空燃比Ａ／Ｆが
リツチ（Ａ／Ｆ＝12）に、高速定常走行時にはリ
ーン（Ａ／Ｆ＝18）に設定される。また、上記第
７図のデータテーブルには、各目標空燃比毎に排
気ガス温度とHC濃度とに応じたスライスレベル
中央値Vrefが書き込まれていて、排気ガス温度
に対しては第９図に示すマツプによりスライスレ
ベル中央値Vrefが求められ、リツチ側（例えば
Ａ／Ｆ＝12）では温度の上昇に伴つてVrefが増
大し、リーン側（例えばＡ／Ｆ＝18）では温度の
上昇に伴つてVrefが低下し、理論空燃比（Ａ／
Ｆ＝14.7）では温度変化に対してVrefがほぼ一定
である（尚、第９図ではHC濃度一定としてい
る）。また、HC濃度に対しては第１０図に示す
マツプによりスライスレベル中央値Vrefが求め
られ、リーン側（Ａ／Ｆ＝18）ではHC濃度の増
大に伴つてVrefが増大し、理論空燃比（Ａ／Ｆ
＝14.7）およびリツチ側（Ａ／Ｆ＝12）ではHC
濃度変化に対してVrefがほぼ一定である（尚、
第１０図では排気ガス温度一定としている）。

しかる後、以下のステツプS₉〜S₂₉において、
第１１図に示す如き空燃比センサ８の出力特性と
燃料噴射弁５からの平均燃料噴射量との対応関係
でもつて空燃比を目標空燃比にすべくフイードバ
ツク制御が実行される。すなわち、先ず、耐ノイ
ズ性のため空燃比センサ８の目標起電力のヒステ
リシス（不感帯）を決めるべく、ステツプS₉でゾ
ーンフラグFzoneが“０”か“１”かを判定し、
Fzone＝０のリーン側のときにはステツプS₁₀で
スライスレベル中央値V′refをVref＋Vhl（Vhl：
リーン側での不感帯幅）とし、Fzone＝１のリツ
チ側のときにはステツプS₁₁でスライスレベル中
央値V′refをVref−Vhr（Vhr：リツチ側での不感
帯幅）として、それぞれステツプS₁₂に進む。そ
して、ステツプS₁₂で空燃比センサ８からの実測
した起電力Vsと上記ステツプS₁₀又はS₁₁で定め
たスライスレベル中央値V′refとの大小を比較判
別する。

このステツプS₁₂での判別がVs≧V′refのとき
にはステツプS₁₃でゾーンフラグFzoneの判定を
行い、Fzone＝１のリツチ側のときには空燃比が
目標値よりもリツチ側であると判断してステツプ
S₁₄で空燃比をリーン化つまり燃料噴射量を減少
すべくフイードバツク係数CfbをCfb−Cr（Cr：積
分定数）とし、ステツプS₁₅で燃料噴射時間τを
式Ｋ・Cfb・Ue／Neより演算してステツプS₃に
戻る。

その後、ステツプS₁₅での燃料噴射量の減少に
より第１１図に示す如く空燃比がリーン方向に向
い、ステツプS₁₂での判別がVs＜V′refとなると、
ステツプS₁₆でゾーンフラグFzoneの判定を行い、
未だFzone＝１のリツチ側であるので、次のステ
ツプS₁₇でリーン側デイレイフラグFlが“１”か
否かを判別する。Fl＝０のNOのときにはリツチ
側からリーン側へ反転したときと判断してステツ
プS₁₈でデイレイフラグFlを“１”としたのち、
ステツプS₁₉でデイレイタイマをリセツトする
（尚、このデイレイタイマは上述の基本タイマと
同様、リセツトされた瞬間から時間をアツプカウ
ントするタイマである。）そして、Fl＝１のYES
のデイレイ中のときと共に次のステツプS₂₀でデ
イレイタイマが所定のデイレイ時間tdlを経過し
たか否かを判別し、経過していないときにはノイ
ズの影響を防止すべくステツプS₁₄に移りフイー
ドバツク係数CfbをCfb−Crに維持して、ステツ
プS₁₅で燃料噴射量を減少したままステツプS₃に
戻る。一方、デイレイ時間tdlを経過すると、ス
テツプS₂₁でゾーンフラグFzoneを“０”に、か
つデイレイフラグFlを“０”にしたのち、ステツ
プS₂₂において空燃比をリツチ化すべくフイード
バツク係数CfbをCfb＋Csl（Csl：比例定数）とし
て、ステツプS₁₅で燃料噴射量を増大してステツ
プS₃に戻る。

次いで、この燃料噴射量の増大によつても未だ
ステツプS₁₂の判別がVs＜V′refであるので、ス
テツプS₁₆でゾーンフラグFzone＝０のリーン側
と判定されて、ステツプS₂₃でさらに空燃比をリ
ツチ化すべくフイードバツク係数CfbをCfb＋Cl
（Cl：積分定数）とし、ステツプS₁₅でさらに燃料
噴射量を増大してステツプS₃に戻る。

その後、この燃料噴射量の増大によりステツプ
S₁₂での判別がVs≧V′refとなるが、ステツプS₁₃
での判定がゾーンフラグFzone＝０のリーン側で
あるので、ステツプS₂₄でリツチ側デイレイフラ
グFrが“１”か否かを判別し、Fr＝０のNOのと
きにはリーン側からリツチ側へ反転したときと判
断してステツプS₂₅でデイレイフラグFrを“１”
にしたのち、ステツプS₂₆でデイレイタイマをリ
セツトする。そして、Fr＝１のYESのデイレイ
中のときと共に次のステツプS₂₇でデイレイタイ
マが所定のデイレイ時間tdrを経過したか否かを
判別し、経過していないときにはノイズの影響を
防止すべくステツプS₂₃に移りフイードバツク係
数CfbをCfb＋Clに維持して、ステツプS₁₅で燃料
噴射量を増大したままステツプS₃に戻る。一方、
デイレイ時間tdrを経過すると、ステツプS₂₈でゾ
ーンフラグFzoneを“１”に、かつデイレイフラ
グFrを“０”にしたのち、ステツプS₂₉において
空燃比をリーン化すべくフイードバツク係数Cfb
をCfb−Csr（Csr：比例定数）として、ステツプ
S₁₅で燃料噴射量を減少してステツプS₃に戻る。
その後、ステツプS₁₂の判別がVs≧V′refで、ス
テツプS₁₃での判定がFzone＝１となり、以下上
記と同じ動作を繰返すことになる。

尚、燃料噴射弁５の噴射タイミングは、第１２
図に示すようにイグナイタ１４からのイグニツシ
ヨンパルスの立上りによつて上記空燃比コントロ
ーラ１１のメインフロー中にインタラプトされ、
先ず噴射タイマを燃料噴射時間τにセツトした
（尚、この噴射タイマはセツトされた時間をダウ
ンカウントし、零となつた瞬間に後述の噴射終了
インタラプト信号を発生するカウンタである）の
ち、燃料噴射弁５への電流をONにして燃料噴射
を開始する。そして、燃料噴射の終了は第１３図
に示すように上記噴射タイマからの噴射終了イン
タラプト信号によつてインタラプトされ、燃料噴
射弁５への電流をOFFにしてなされる。

よつて、上記空燃比コントローラ１１の作動フ
ローにおいて、ステツプS₈により、予め設定され
た混合気の空燃比に対応した空燃比センサ８の目
標値（スライスレベル中央値Vref）を設定する
目標値設定手段１５を構成しているとともに、空
燃比センサ８の温度（排気ガス温度）および排気
ガス中のHC濃度に応じて上記目標値設定手段１
５の目標値を補正する補正手段１６を構成してい
る。また、ステツプS₁₂により、空燃比センサ８
の出力（起電力Vs）と目標値設定手段１５によ
り設定された目標値（スライスレベル中央値
V′ref）とを比較する比較手段１７を構成してい
る。さらに、ステツプS₁₃〜S₂₉により、上記比較
手段１７の出力を受け、燃料噴射弁５の燃料噴射
量を制御することによりエンジン１に供給する混
合気の空燃比を上記目標値に制御する空燃比制御
手段１８を構成している。

したがつて、上記実施例においては、エンジン
１の排気ガス中の酸素濃度に応じてその出力（起
電力）が変化する空燃比センサ８により空燃比が
検出され、該空燃比センサ８の出力と予め設定さ
れた空燃比に対応した空燃比センサ８の目標値と
が比較されて、その偏差に応じて燃料噴射弁５か
らの燃料噴射量が制御されることにより、エンジ
ン１に供給する混合気の空燃比が上記目標値にフ
イードバツク制御されることになる。

この場合、空燃比センサ８の温度（排気ガス温
度）および排気ガス中のHC濃度により上記空燃
比センサ８の起電力特性が第４図および第５図に
示す如く変化するが、補正手段１６により上記設
定空燃比に対応した目標値（スライスレベル中央
値）が上記温度およびHC濃度に応じて補正され
て、上記起電力特性の変化と対応するようになる
ので、空燃比センサ８の温度及び排気ガス中の
HC濃度に対する空燃比のズレが補償されて、広
域空燃比センサ８を用いた空燃比制御を正確に行
うことができる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、その他種々の変形例をも包含するものであ
る。例えば、上記実施例では、燃料噴射方式にお
いてその燃料噴射量の制御により空燃比制御を行
つたが、気化器方式においてエアブリード量の制
御により空燃比制御を行うようにしてもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、エンジ
ンの排気ガス中の酸素濃度に応じてその出力が変
化する空燃比センサを用いてエンジンの空燃比を
設定空燃比にフイードバツク制御する場合、空燃
比センサの温度（排気ガス温度）及び排気ガス中
のHC濃度に応じて上記設定空燃比に対応する空
燃比センサの目標値を補正して、該温度及びHC
濃度による空燃比センサの出力特性変化と対応さ
せるようにしたので、上記温度及びHC濃度に対
する空燃比のズレを補償して、上記空燃比制御を
正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロツク図であ
る。第２図〜第１３図は本発明の実施例を例示
し、第２図はエンジンの空燃比制御システムの概
略構成図、第３図〜第５図はそれぞれ空燃比セン
サの起電力特性としての基本特性、温度特性およ
びHC濃度特性を示す特性図、第６図は空燃比コ
ントローラの作動を示すフローチヤート図、第７
図はデータテーブルの一例を示す図、第８図は目
標空燃比設定用のマツプを示す図、第９図は温度
に対するスライスレベル中央値のマツプを示す
図、第１０図はHC濃度に対するスライスレベル
中央値のマツプを示す図、第１１図は空燃比セン
サの出力特性と平均燃料噴射量との対応関係を示
す説明図、第１２図および第１３図はそれぞれ燃
料噴射開始時および終了時のインタラプト処理を
示す図である。 １……エンジン、３……排気通路、５……燃料
噴射弁、８……空燃比センサ、９……HCセン
サ、１０……排気温センサ、１１……空燃比コン
トローラ、１５……目標値設定手段、１６……補
正手段、１７……比較手段、１８……空燃比制御
手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エンジンの排気通路中に設けられ、排気ガス
   中の酸素濃度に応じてその出力がリニアに変化す
   る空燃比センサと、予め設定された混合気の空燃
   比に対応した上記空燃比センサの目標値を設定す
   る目標値設定手段と、上記空燃比センサの出力と
   目標値設定手段により設定された目標値とを比較
   する比較手段と、該比較手段の出力を受け、エン
   ジンに供給する混合気の空燃比を上記目標値に制
   御する空燃比制御手段と、上記空燃比センサの温
   度及び排気ガス中の炭化水素濃度を検出する検出
   手段と、該検出手段の出力を受け、空燃比センサ
   の温度と排気ガス中の炭化水素濃度とに応じて上
   記目標値設定手段の目標値を補正する補正手段と
   を設けたことを特徴とするエンジンの空燃比制御
   装置。