JPH04153538A - 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 この発明は、触媒コンバータの上流側と下流側とに配設
した空燃比センサの出力に基づいて空燃比をフィートバ
ー、・り制御するようにした内燃機関の空燃比制御装置
に関する。

従来の技術 内燃機関の触媒コンバータの上流側および下流側にそれ
ぞれ空燃比センサ例スばＯ，センサを配設し７、上流側
０．センサの出力信号を主にして空燃比フィードバック
制御を実行するとともに、下流側Ｏ，センサの出力信号
に基づいて、上流側０゜センサによる空燃比フィードバ
ック制御の全体的な空燃比の片寄りを学習補正するよう
にした空燃比制御装置が従来から知られていイ（例えば
特開昭６３−２０５４４１号公報等参照）、。

すなわち、空燃比フィードバック制御の実行中には、主
に上流側Ｏ，センサの出力信号に基づいて例えば疑似的
な比例積分制御によりフィードバック補正係数αが演算
され、このフィードバック補正係数αを基本燃料噴射量
Ｔｐに乗じることで空燃比のクローズトループ制御がな
される。従って、実際の空燃比は１〜２Ｈｚ程度の周期
でリッチ、リーンの反転を繰り返ずことになる。これに
対し、触媒コンバータの下流側では、触媒の０２ストレ
ージ能力により残存酸素濃度の変動が非常に緩やかなも
のとなるので、下流側Ｏ，センサの出力信号としては、
上流側Ｏ，センサに比べて変動幅が小さく、かつ周期が
長くなる。つまり非常に緩く変化する形となる。

そして、ト流側０．センサを用いた空燃比フィードバッ
ク制御による空燃比が経年変化等により全体としてリー
ン側に片寄っていれば、下流側Ｏ、センサの出力信号は
リーン側で連続したものとなり、また空燃比がリッヂ側
に片寄っていればリッチ側で連続したものとなる。従っ
て、この空燃比の全体的な片寄りの傾向に応じて、例え
ば各運転領域毎に学習値Ｐ　Ｈ２Ｓを割り付けておき、
リッチ−リーン反転時およびリーン−リッチ反転時に与
えられるフィートバック補正係数αの比例骨Ｐｔ、、ｐ
Ｒ（第４図参照）を上記学習値ＰＨ０５により補正する
ことで、上述した経年変化等を補償することができる。

一方、内燃機関の排気浄化の手段として排気系に２次空
気を導入することは従来から広く知られているが、上記
のような空燃比制御装置と組み合わせる場合には、主に
アイドル時において２次空気導入を行い、この２次空気
導入の間は、フィードバック補正係数αをα−Ｉの固定
値に保っていわゆるオーブンループ制御を行わせるのが
一般的である。また、２次空気の導入位置としては、当
然のことながら触媒コンバータよりも上流側となる。尚
、上記のようにオーブンループ制御となっている間は、
下流側Ｏ，センサを用いた学習補正は勿論停止される。

発明が解決しようとする課題 Ｅ記のように触媒コンバータの上流側および下流側に０
．センサ（空燃比センサ）を備え、かつアイドル時に２
次空気導入を行う構成においては、アイドル運転をある
程度の期間継続して行うと、触媒コンバータ上流で供給
される２次空気の影響により、下流側Ｑ、センサの出力
は第７図（ロ）に示すように連続したり一ン状態となる
。また、この過剰な酸素は、触媒の有するＯ、ストレー
ジ能力により触媒に蓄積される。

従って、次にこのアイドル状態から第７図（イ）のよう
に発進すると、実際の空燃比がリッチ傾向になったとし
ても、触媒に蓄積されていた酸素が放出され続けるため
、下流側０２センサの出力は、第７図の（ロ）のように
、しばらくリーン状態のままとなる。そのたぬ、下流側
０．センサの出力に基づいて学習補正が行われると、学
習値Ｐ８θ５は第７図の（ハ）のようにリッチ側へ補正
すべく増加し続け、空燃比を過度にリッチ化させようと
する。従って、発進後の空燃比の集束性が悪化し、排気
浄化性能や運転性が一時的に悪くなる虜れがあった。

課題を解決するだめの手段 そこで、この発明は、２次空気が導入されるアイドル時
には、下流側空燃比センサの出力が理論空燃比相当とな
るように、該下流側空燃比センサによってフィードバッ
ク制御を行うようにした。

すなわち、この発明に係る内燃機関の空燃比制御装置は
、第１図に示すように、排気通路に介装された触媒コン
バータの上流側に配設された上流側空燃比センサ１と、
触媒コンバータの下流側に配設された下流側空燃比セン
サ２と、内燃機関の運転条件に応じて基本燃料噴射量を
設定する基本燃料噴射量設定手段３と、所定のフィード
バック制御条件成立時に上流側空燃比センサ１の出力に
基づいてフィードバック補正係数を設定する通常時補正
係数設定手段４と、この通常時のフィードバック制御中
に下流側空燃比センサ２の出力に基づいて上記フィード
バック補正係数を学習補正する学習補正手段５と、少な
くともアイドル時において排気通路に２次空気の導入を
行う２次空気制御手段６と、上記アイドル時に、上記下
流側空燃比センサ２の出力に基づき、該センサの出力が
理論空燃比相当となるようにフィードバック補正係数を
設定するアイドル時補正係数設定手段７と、上記フィー
ドバック補正係数を用いて上記基本燃料噴射量を補正す
る燃料噴射量補正手段８とを備えたことを特徴としてい
る。

作用 所定のフィードバック制御条件が成立している場合には
、上流側空燃比センサｌの出力に基づいてフィードバッ
ク補正係数が設定され、燃料噴射量が補正される。また
、このとき下流側空燃比センサ２の出力は、経年変化等
による空燃比の全体的な片寄りを補償するように学習補
正のために用いられる。

一方、機関アイドル時には、２次空気が導入されるとと
もに、上流側空燃比センサｌによるフィードバック制御
が停止される。そして、これに代えて、下流側空燃比セ
ンサ２の出力に基づき、該センサの出力か理論空燃比相
当となるようにフィードバック制御が実行される。

従って、アイドル運転中に触媒コンバータに過剰酸素が
蓄積されることがなく、次に発進した際には、発進直後
から下流側空燃比センサ２において正確な出力が得られ
る。

実施例 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第２図はこの発明の一実施例の機械的構成を示す構成説
明図であって、１１は内燃機関、１２はその吸気通路、
１３は排気通路を示している。上記吸気通路Ｉ２には、
各吸気ポートへ向けて燃料を供給する燃料噴射弁１４が
気筒毎に配設されているとともに、スロットル弁１５が
介装されており、その上流側に、吸入空気量を検出する
例えば熱線式のエアフロメータ１６が配設されている。

上記排気通路１３には、三元触媒を用いた触媒コンバー
タ１７が介装されているとともに、該触媒コンバータ１
７よ・りも上流位置に上洸側Ｏ，センサ１８が、下流位
置に下流側ＯｔセンサＩ９がそれぞれ配設されている。

この空燃比センサとしての０．センサ１８．１９は、排
気中の残存酸素濃度に応じた起電力を発生するもので、
特に、理論空燃比を境に起電力が９変し、理論空燃比よ
り過濃側（リッチ側）で高レベル（約ＩＶ程度）に、希
薄側（リーン側）で低レベル（約１００ｚＶ程度）にな
る。

また上記排気通路１３の触媒コンバータ１７上流側に、
２次空気通路２０の先端が接続されている。この２次空
気通路２０は、２次空気導入用の空気ポンプ２１を備え
ているとともに、その通路中に、２次空気の導入、停止
を制御するための２次空気制御弁２２が介装されている
。尚、排気脈動が十分大きく得られる場合には、リード
弁等を介して圧力差により２次空気の導入を行い、上記
空気ポンプ２１を省略することも可能である。

また、２３は内燃機関の冷却水温を検出する水温センサ
、２４は機関回転数を検出する回転数センサ、詳しくは
所定クランク角毎にパルス信号を発するクランク角セン
サ、２５は機関アイドル状態の判定のためにスロットル
弁１５の開度に応じた出力を発するスロットル開度セン
サをそれぞれ示している。

上述した各種センサの検出信号が入力されるコントロー
ルユニット２６は、所謂マイクロコンビュータンステム
を用いたもので、Ｏ，センサ１８゜１９の出力信号に基
づく燃料噴射弁１４の噴射量制御つまりフィードバック
制御方式による空燃比制御や、２次空気制御弁２２を介
した２次空気制御等、内燃機関の種々の制御を実行する
ようになっている。

次に上記実施例における制御の内容について説明する。

先ず、通常の運転条件下における空燃比フィードバック
制御の概略を説明する。この通常時の空燃比フィードバ
ック制御は、主に上流側Ｏｔセンサ１８の出力に基づい
て行われるもので、先ずエアフロメータ１６か検出した
吸入空気量Ｑとクランク角センサ２４が検出した機関回
転数ＮとからＴｐ＝Ｑ／Ｎとして基本パルス幅Ｔｐ（基
本燃料噴射量）を演算する。そして、これに種々の増量
補正やフィードバック補正を加えて燃料噴射弁１４の実
際の駆動パルス幅Ｔｉ（燃料噴射量）を決定するのであ
り、具体的には次式によってパルス幅Ｔｉが求められる
。

Ｔｉ＝ＴｐＸＣＯＸａ＋Ｔｓ ここでＣＯは各種増量補正係数であり、例えば水温に応
じた水温増量補正、高速高負荷時の空燃比補正などから
なる。Ｔｓは、燃料噴射弁Ｉ４の無効時間を補償するよ
うにバッテリ電圧に応じて付加される電圧補正係数であ
る。

また、αは主に上流側Ｏ，センサ１８の検出信号に基づ
いて演算されるフィードバック補正係数である。すなわ
ち、上流側Ｏ，センサ１８の出力信号を所定のスライス
レベル（理論空燃比に相当する）と比較し、かつそのリ
ーン側およびリッチ側への反転に基づく疑似的な比例積
分制御によって求められる値で、１以上であればリッチ
側へ１以下であればリーン側へ空燃比が制御される。

第４図の（１）は、上流側Ｏ，センサ１８の出力信号の
一例を示し、（ｂ）はこれに対応するフィードバック補
正係数αの変化を示している。上記フィードバック補正
係数αは、上述したように疑似的な比例積分制御により
求められるもので、上流側Ｏ，センサ１８の出力が所定
のスライスレベルＳ／Ｌを横切ってリッチ側からり一ン
側へ反転すると、補正係数αには一定の比例分ＰＬが加
算され、かつ所定の積分定数ＩＬによる傾きで積分分が
徐々に加算されて行く。このフィードバック補正係数α
は、前述したように基本燃料噴射量Ｔｐに乗じられるの
で、実際の空燃比は徐々に濃化する。そして、次に上流
側Ｏ，センサ１８の出力がリーン側からリッチ側へ反転
すると、補正係数αから一定の比例分ＰＲか減算され、
かつ所定の積分定数ＩＲによる傾きで積分分が徐々に減
算されて行く。このような作用の繰り返しによって、実
際の空燃比は、１〜２Ｈｚ程度の周期で変化しつつ略理
論空燃比近傍に維持される。

尚、何らかの燃料増量を行う必要がある低水温時や高速
高負荷時、あるいは減速中のフューエルカット時等の非
フイードバツク制御条件時には上記フィードバック補正
係数αが１にクランプされ、実質的にオーブンループ制
御となる。

方、このような通常の空燃比フィードバック制御中には
、下流側０．センサ１９の出力信号が、上流側Ｏ，セン
サ１８によるフィードバック制御の全体的な片寄りの学
習補正のために用いられる。

すなわち、上流側０．センサ１８によるフィードバック
制御の結果、実際の空燃比が理論空燃比を中心として周
期変化していれば、下流側Ｏｔセンサ１９の出力信号は
緩やかにリッチ、リーンの反転を繰り返す形となるが、
上流側Ｏｔセンサ１８の経年変化等により空燃比が全体
としてリッチ傾向にあれば、下流側Ｏ，センサ１９の出
力信号はリッチ側で連続したものとなる。また空燃比か
全体としてリーン傾向にあれば、下流側Ｏ，センサ１９
の出力信号はリーン側で連続したものとなる。従って、
この空燃比の全体的な片寄りの傾向に応じて、各運転領
域に予め学習値ＰＦｌｏｓを割り付けておき、リッチ−
リーン反転時の比例分ＰＬおよびリーン→リブチ反転時
の比例分ＰＲを、それぞれ Ｐｏ、＝ＰＬ＋ＰＨＯ，。

Ｐ　Ｒ”　Ｐ　ＲＰ　ＨＯ５ として補正するのである。詳しくは、機関回転数Ｎと負
荷（例えば基本燃料噴射！！１Ｔｐ）をパラメータとし
て運転領域を複数個（ｎ個）の区画に分す、それぞれの
区画に対応する学習Ｐ　Ｈｏ５ｔ〜ＰＨ０９ｏが、車載
バブテリにバックアップされた読み書きＤＪ能なメモリ
内に記憶されている。そして、この学習値の中でそのと
きの運転条件に対応する値が読み出され、これによって
上述のように比例分ＰＬ、ＰＲの補正がなされるのであ
る。

尚、比例分ＰＬ、ＰＲに代えて、あるいはこれに加えて
積分定数ＩＬ、ＩＲを補正することもできる。

そして、上記の学習値Ｐ、Ｉｏｓは、機関運転条件が運
転領域の各区画内に一定期間とどまっていたときに修正
かつ更新される。つまり、下流側０゜センサ１９の出力
信号がなおもリッチ側にあれば、学習値Ｐ　ｓｏｓから
所定量へＰ８゜５を差し引き、新たな学習値Ｐ　１４０
８として記憶内容を更新する。同様に、下流側Ｏｔセン
サ１９の出力信号がなおもリーン側にあれば、学習値Ｐ
ｕｏｓに所定量ΔＰ　、４ｏｓを加算して、新たな学習
値ｐＨｏ５として記憶内容を更新する。

従って、上流側Ｏ，センサ１８の経年変化や各部の個体
差による全体的な空燃比の片寄りが一層精度良く、かつ
応答性良く補正され、フィードバック補正係数αがα−
１を中心として周期変化するようになる。

また上記のような空燃比フィードバック制御が実行され
ている間は、触媒コンバータ１７での酸化、還元作用を
有効に発揮させるために、２次空気の導入はなされない
。これに対し、機関アイドル時には、排気成分の酸化を
促進するために、２次空気制御弁２２がＯＮとなって、
２次空気の導入が行われる。そして、この場合には、上
述した上流側Ｏ，センサ１８による空燃比フィードバッ
ク制御は停止され、これに代わって下流側Ｏ，センサ１
９による空燃比フィードバック制御が実行される。

次に、第３図のフローチャートを参照して、このアイド
ル時のフィードバック制御について説明する。

この第３図に示すルーチンは、所定時間もしくは所定ク
ランク角毎に繰り返し実行されるもので、先ずステップ
１でアイドル状態か否かの判定を行う。これは例えばス
ロットル弁１５の開度と車速等から判定される。ここで
非アイドル状態と判定した場合には、２次空気制御弁２
２をＯＦＦとしくステップ１１）、２次空気導入を停止
するとともに、フラグＦ　Ｉ　ＦＢＥを０とする（ステ
ップ１２）。そして、前述した通常の空燃比フィードバ
ック制御を実行する（ステップ１３）。

一方、ステップ１でアイドル状態と判定した場合には、
ステップ２に進んでフラグＦ　Ｉ　ＦＢＥの判定を行う
。アイドルへ移行した直後はＦＩＦＢＥ＝Ｏであるから
、ステップ２からステップ７へ進み、フィードバラ・り
補正係数αの比例積分制御の演算を４周期分行ったか否
か判定する。この４周期が終了するまでは、それまでの
フィードバック制御が継続される（ステップ１１〜１３
）。

上記の比例積分制御の演算を４周期分行ったら、ステッ
プ７からステップ８へ進み、アイドル中のフィードバッ
ク補正係数αの初期値を求める。詳しくは、第５図に示
すようにフィードバック補正係数αの４周期における８
個のピーク値α１〜α。

を記憶しておき、そのピーク値の平均値αイを求めると
ともに、これに機関冷却水温に基づく補正針αＩＤＬを
加算して補正係数αの初期値とする。

従って、アイドル移行直後の補正係数αには、それまで
の学習の影響や機関冷却水温の影響が反映され、空燃比
の２激な変動や機関の不安定化を来すようなことがない
。尚、この時点で上流側Ｏ。

センサ１８を用いた通常のフィードバック制御は停止さ
れ、また下流側Ｏ，センサ１９による学習補正も停止さ
れる。

そして、２次空気制御弁２２をＯＮとし、２次空気の導
入を開始する（ステップ９）。同時に、フラグＦ　Ｉ　
ＦＢＥを１とする（ステップ１０）。

従って、以後はステップ２からステップ３以降へ進み、
下流側０．センサ１９を用いたフィードバック制御が開
始される。これは、第６図にも示すように、下流側Ｏ，
センサ１９の出力ｖＲｏｔが理論空燃比相当の所定範囲
（ＩＳＬＬ〜ｌ５ＬＨ）内に集束するように、フィード
バック補正係数αの加減算を行うもので、ステップ３で
下流側Ｏ。

センサ１９の出力ＶＲＯ，を下限値ＴＳＬＬと比較し、
ＶＲＯ？＜ｌ５ＬＬであれば、αに所定量Ｉｏを加算し
て新たなフィードバック補正係数αとする（ステップ６
）。つまり空燃比がリッチ側へ向かうように補正する。

またステップ４で上限値ｌ５ＬＨと比較し、Ｉ　ＳＬＨ
≦ＶＲＯｙでＪれば、αから所定量Ｉ。を減算して新た
なフィードバック補正係数αとする（ステップ５）。つ
まり、空燃比がリーン側へ向かうように補正する。尚、
ＶＲＯ，がｌ５ＬＬ−ＩＳＬＨの範囲であれば、フィー
ドバック補正係数αはそのままの値に保つ。

これによって、フィードバック補正係数αは、第６図の
（ｂ）に示すように緩やかに変化し、触媒コンバータＩ
７下流側にある下流側０．センサ１９の出力が理論空燃
比相当となるように空燃比が維持される。

従って、２次空気による排気浄化性能を十分に維持しつ
つ触媒コンバータ１７での過剰酸素の蓄積が防止される
。そのため、第７図に示すように、アイドル状態から発
進して通常のフィードバック制御に移行した際に、触媒
コンバータ１７からの放出酸素に下流側０．センサ１９
が影響されることがなく、発進直後から適切な学習値Ｐ
、Ｉｏ８の演算が行われる。すなわち、触媒コンバータ
Ｉ７に蓄積していた酸素の放出による誤学習の虞れがな
く、発進直後の空燃比の集束性の悪化や排気性能の悪化
が防止される（第７図（ニ）、（ホ）参照）発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る内燃機関
の空燃比制御装置によれば、２次空気の導入が行われる
機関アイドル時に、下流側空燃比センサの出力が理論空
燃比相当となるように空燃比のフィードバック制御を行
うので、過剰な酸素が触媒コンバータに蓄積されること
がなく、非アイドル状態に移行した直後の下流側空燃比
センサへの悪影響を防止できる。従って、下流側空燃比
センサの出力に基づく誤学習が防止され、集束性の悪化
や一時的な排気性能の悪化といった不具合を生じること
がない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る空燃比制御装置の構成を示すク
レーム対応図、第２図はこの発明に係る空燃比制御装置
の一実施例を示す構成説明図、第３図はこの実施例にお
ける制御の要部を示すフローチャート、第４図は通常時
のフィードバック制御における上流側Ｏ，センサの出力
信号とフィードバック補正係数とを対比して示す波形図
、第５図はアイドル移行直後のフィードバック補正係数
を示す説明図、第６図はアイドル時のフィードバック制
御における下流側０．センサの出力信号とフィードバッ
ク補正係数とを対比して示す波形図、第７図は下流側Ｏ
，センサの出力信号および学習値の変化を従来のものと
比較して示す説明図であｌ・・上流側空燃比センサ、２
・・・下流側空燃比センサ、３・・基本燃料噴射量設定
手段、４・・・通常時補正係数設定手段、５−・・学習
補正手段、６・・・２次空気制御手段、７・・・アイド
ル時補正係数設定手段、８・燃料噴射量補正手段。 外３名 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気通路に介装された触媒コンバータの上流側に
   配設された上流側空燃比センサと、触媒コンバータの下
   流側に配設された下流側空燃比センサと、内燃機関の運
   転条件に応じて基本燃料噴射量を設定する基本燃料噴射
   量設定手段と、所定のフィードバック制御条件成立時に
   上流側空燃比センサの出力に基づいてフィードバック補
   正係数を設定する通常時補正係数設定手段と、この通常
   時のフィードバック制御中に下流側空燃比センサの出力
   に基づいて上記フィードバック補正係数を学習補正する
   学習補正手段と、少なくともアイドル時において排気通
   路に２次空気の導入を行う２次空気制御手段と、上記ア
   イドル時に、上記下流側空燃比センサの出力に基づき、
   該センサの出力が理論空燃比相当となるようにフィード
   バック補正係数を設定するアイドル時補正係数設定手段
   と、上記フィードバック補正係数を用いて上記基本燃料
   噴射量を補正する燃料噴射量補正手段とを備えたことを
   特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。