JPH0417749A - 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〉 本発明は、内燃機関の空燃比を制御する装置に関し、特
に空燃比センサを排気浄化触媒の上流側及び下流側に備
え、これら２つの空燃比センサの検出値に基づいて空燃
比を高精度にフィードハンり制御する装置に関する。

〈従来の技術〉 従来の一般的な内燃機関の空燃比制御装置としては例え
ば特開昭６０−２４０８４０号公報に示されるようなも
のがある。

このものの概要を説明すると、機関の吸入空気流量Ｑ及
び回転数Ｎを検出してシリンダに吸入される空気量に対
応する基本燃料供給量ＴＰ　　（−Ｋ・Ｑ／Ｎ　、には
定数）を演算し、この基本燃料供給量Ｔ、を機関温度等
により補正したものを排気中酸素濃度の検出によって混
合気の空燃比を検出する空燃比センサ（酸素センサ）か
らの信号によって設定される空燃比フィードバック補正
係数（空燃比補正りを用いてフィードバック補正を施し
、バッテリ電圧による補正等をも行って最終的に燃料供
給量Ｔ１を設定する。

そして、このようにして設定された燃料供給量Ｔ１に相
当するパルス巾の駆動パルス信号を所定タイミングで燃
料噴射弁に出力することにより、機関に所定量の燃料を
噴射供給するようにしている。

上記空燃比センサからの信号に基づく空燃比フィードバ
ック補正は空燃比を目標空燃比（理論空燃比）付近に制
御するように行われる。これは、排気系に介装され、排
気中のＣｏ、ＨＣ（炭化水素）を酸化すると共にＮ　Ｏ
ｘを還元して浄化する排気浄化触媒（三元触媒）の転化
効率（浄化効率）が理論空燃比燃焼時の排気状態で有効
に機能するように設定されているからである。

前記、空燃比センサの発生起電力（出力電圧）は理論空
燃比近傍で急変する特性を有しており、この出力電圧Ｖ
０と理論空燃比相当の基準電圧（スライスレベル）ＳＬ
とを比較して混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッ
チかリーンかを判定する。そして、例えば空燃比がリー
ン（リッチ）の場合には、前記基本燃料供給量Ｔ、に乗
しるフィードバック補正係数αをリーン（リッチ）に転
じた初回に大きな比例定数Ｐを増大（減少）した後、所
定の積分定数■ずつ徐々に増大（減少）していき燃料供
給量Ｔ１を増量（減量）補正することで空燃比を理論空
燃比近傍に制御する。

また、かかる空燃比制御装置にあっては、空燃比の非フ
イードバツク制御領域での空燃比の目標値からのずれ或
いはフィードバック制御中の運転領域が移動する過渡運
転時における理論空燃比からのずれを抑制するため、空
燃比フィードパ・ンク制御時に所定の定常運転条件で空
燃比フィードバック補正係数αの平均値を基準値に近づ
けるように学習補正値に１を設定して学習制御を行うこ
とが一般化してきている。

ところで、上記のような通常の空燃比フィードバック制
御装置では１個の空燃比センサを応答性を高めるため、
できるだけ燃焼室に近い排気マニホールドの集合部分に
設けているが、この部分は排気温度が高いため空燃比セ
ンサが熱的影響や劣化により特性が変化し易く、また、
気筒毎の排気の混合が不十分であるため金気筒の平均的
な空燃比を検出しにくく空燃比の検出精度に難があり、
延いては空燃比制御精度を悪（していた。

この点に鑑み、排気浄化触媒の下流側にも空燃比セ゛／
すを設け、２つの空燃比センサの検出値を用いて空燃比
をフィードバック制御するものが提案されている（特開
昭５８−４８７５６号公報参照）。

即ち、下流側の空燃比センサは燃焼室から離れでいるた
め応答性には難があるが、排気浄化触媒の下流であるた
め、排気成分（Ｃｏ、ＨＣ，Ｎ０ｘＣｏ２）のばらつき
による特性のばらつきを生しにくく、排気中の毒性成分
による被毒量が少ないため被毒による特性変化も受けに
くく、しがち排気の混合状態がよいため金気筒の平均的
な空燃比を検出できる等上流側の空燃比センサに比較し
て、高精度で安定した検出性能が得られる。

そこで、２つの空燃比センサの検出値に基づいて前記同
様の演算によって夫々設定される２つの空燃比フィード
バック補正係数を組み合わせたり、或いは上流側の空燃
比センサにより設定される空燃比フィードハ・ツク補正
係数の制御定数（比例骨や積分分）、上流側の空燃比セ
ンサの出力電圧の比較電圧や遅延時間を補正すること等
によって上流側空燃比センサの出力特性のばらつきを下
流側の空燃比センサによって補償して高精度な空燃比フ
ィードバック制御を行うようにしている。

また、このものにおいても前述の空燃比フィードバック
補正係数の学習を、２個の空燃比センサを備えた空燃比
制御装置においても、実行したものが例えば特開昭６２
−６０９６５号等に開示されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記のように空燃比センサを２個備えた
もので空燃比補正量としての空燃比フィードバンク補正
係数を学習するものでは、かかる学習が進行しない間、
つまり空燃比フィードパ・ンク補正係数の平均値が所定
値に収束せず、運転領域間の学習のばらつきが大きく段
差がある間に下流側の空燃比センサによる空燃比補正を
行うと、該補正量は、学習が十分に進行した場合とは大
幅に異なる値となり、この間の補正は信頬性がない。

特に、下流側の空燃比センサの反転周期は上流側の空燃
比センサの反転周期に対して大幅に遅いため、学習が進
行した後も下流側の空燃比センサによる空燃比補正量は
所定値に収束せず、補正により却って排気エミッション
特性を悪化させていた。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもの
で、排気浄化触媒の上流及び下流に空燃比センサを備え
た内燃機関の空燃比制御装置において、学習の進行度に
応した空燃比補正を行うことにより上記問題点を解決し
た内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とす
る。

く課題を解決するための手段〉 このため本発明は第１図に示すように、機関の排気通路
に備えられた排気浄化触媒の上流側及び下流側に夫々設
けられ、空燃比によって変化する排気中特定気体成分の
濃度比に感応じて出力値が変化する第１及び第２の空燃
比センサと、前記第１の空燃比センサの出力値に応じて
第１の空燃比補正量を演算する第１の空燃比補正量演算
手段と、 前記第２の空燃比センサの出力値に応じて第２の空燃比
補正量を演算する第２の空燃比補正量演算手段と、 前記第１の空燃比補正量及び第２の空燃比補正量に基づ
いて最終的な空燃比補正量を演算する空燃比補正量演算
手段と、 空燃比補正量の学習補正値を運転領域毎に記憶する学習
補正値記憶手段と、 前記学習補正値記憶手段から検索した学習補正値と前記
最終的な空燃比補正量とに基づいて該空燃比補正量の平
均値を所定値に収束させるように新たな学習補正値を設
定すると共に、該学習補正値で前記学習補正値記憶手段
の対応する運転領域の学習補正値を更新する学習補正値
更新手段と、を備えた内燃機関の空燃比制御装置におい
て、前記学習補正値更新手段により空燃比補正量を所定
値に近づける学習の進行度を判定する学習進行度判定手
段と、 前記学習進行度が所定以上となるまでの間、第２の空燃
比補正量演算手段による第２の空燃比補正量の演算を禁
止させる第２の空燃比補正量演算禁止手段と、を備えて
構成した。

〈作用〉 第１の空燃比補正量演算手段は、第１の空燃比センサか
らの検出値に基づいて、第１の空燃比補正量を設定し、
第２の空燃比補正量演算手段は、学習進行度判定手段に
より学習進行度が所定以上となった後に第２の空燃比セ
ンサからの検出値に基づいて、第２の空燃比補正量を設
定する。

そして空燃比補正量演算手段は、第１の空燃比補正量及
び第２の空燃比補正量に基づいて最終的な空燃比補正量
を演算する。

一方、学習補正値更新手段は、空燃比補正量の学習補正
値を運転領域毎に記憶した学習補正値記憶手段から、対
応した運転領域の学習補正値を検索し、該学習補正値と
前記最終的な空燃比補正量とに基づいて該空燃比補正量
の平均値を所定値に収束させるように新たな学習補正値
を設定すると共に、該学習補正値で前記学習補正値記憶
手段の対応する運転領域の学習補正値を更新する。

但し、学習判定手段により判定される学習の進行度が所
定以上となるまでの間は、第２の空燃比補正量演算禁止
手段により、第２の空燃比補正量演算手段による第２の
空燃比補正量の演算が禁止される。

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

一実施例の構成を示す第２図において、機関１１の吸気
通路１２には吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメー
タ１３及びアクセルペダルと連動して吸入空気流量Ｑを
制御する絞り弁１４が設けられ、下流のマニホールド部
分には気筒毎に電磁式の燃料噴射弁１５が設けられる。

燃料噴射弁１５は、マイクロコンピュータを内蔵したコ
ントロールユニット１６からの噴射パルス信号によって
開弁駆動し、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレ
ンシャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料を
噴射供給する。更に、機関１１の冷却ジャケット内の冷
却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１７が設けられる。

一方、排気通路工８にはマニホールド集合部に排気中酸
素濃度を検出することによって吸入混合気の空燃比を検
出する第１の空燃比センサ１９が設けられ、その下流側
の排気管に排気中のＣｏ、ＨＣの酸化とＮＯＸの還元を
行って浄化する排気浄化触媒としての三元触媒２０が設
けられ、更に該三元触媒２０の下流側に第１空燃比セン
サと同一の機能を持つ第２の空燃比センサ２１が設けら
れる。

また、第２図で図示しないディストリビュータには、ク
ランク角センサ２２が内蔵されており、該クランク角セ
ンサ２２から機関回転と同期して出力されるクランク単
位角信号を一定時間カウントして、又は、クランク基準
角信号の周期を計測して機関回転数Ｎを検出する。

次に、コントロールユニット１６による空燃比制御ルー
チンを第３図及び第４図のフローチャートに従って説明
する。第３図は燃料噴射量設定ルーチンを示し、このル
ーチンは所定周期（例えば１０ｕｓ）毎に行われる。

ステップ（図ではＳと記す）１では、エアフローメータ
１３によって検出された吸入空気流量Ｑとクランク角セ
ンサ２２からの信号に基づいて算出した機関回転数Ｎと
に基づき、単位回転当たりの吸入空気量に相当する基本
燃料噴射量Ｔ、を次式によって演算する。このステップ
１の機能が基本燃料供給量設定手段に相当する。

Ｔ、＝ＫｘＱ／Ｎ　　　（Ｋは定数） ステップ２では、水温センサ１７によって検出された冷
却水温度Ｔｗ等に基づいて各種補正係数Ｃ０ＥＦを設定
する。

ステップ３では、後述する空燃比フィードバンク補正係
数設定ルーチンにより設定された空燃比フィードバック
補正係数α及び該空燃比フィードバンク補正係数αの後
述する学習補正係数に２を機関回転数Ｎと基本燃料噴射
量Ｔ、とに基づいてＲＡＭの対応する運転領域から検索
して読み込む。

ステップ４では、バッテリ電圧値に基づいて電圧補正分
子、を設定する。これは、バッテリ電圧変動による燃料
噴射弁１５の噴射流量変化を補正するためのものである
。

ステップ５では、最終的な燃料噴射ＩＣ燃料供給量）Ｔ
＋を次式に従って演算する。このステップ５の機能が燃
料供給量設定手段に相当する。

Ｔ＋　＝ＴＦ　ＸＣ０ＥＦ　×ｒｘ×Ｋｌ＋Ｔｓステッ
プ６では、演算された燃料噴射弁Ｔ、を出力用レジスタ
にセットする。

これにより、予め定められた機関回転同期の燃料噴射タ
イミングになると、演算した燃料噴射量Ｔ１のパルス巾
をもつ駆動パルス信号が燃料噴射弁１５に与えられて燃
料噴射が行われる。

次に、空燃比フィードバック補正係数設定ルーチンを第
４図に従って説明する。このルーチンは機関回転に同期
して実行される。

ステップ１０では、空燃比のフィードバック制御を行う
運転条件であるか否かを判定する。運転条件を満たして
いないときには、このルーチンを終了する。この場合、
フィードバック補正係数αは前回のフィードバック制御
終了時の値若しくは一定の基準値にクランプされ、フィ
ードバック制御は停止される。

ステップ１】では、第１の空燃比センサ１９がらの信号
電圧■。２及び第２の空燃比センサ２１からの信号電圧
Ｖ’０２を入力する。

ステップ１２では、ステップ１０で入力した第１の空燃
比センサ１９の信号電圧■。２と目標空燃比（理論空燃
比）相当の基準値ＳＬとを比較する。

そして、Ｖ　ｏｚ　＞　Ｓ　Ｌであるとき、即ち、リッ
チと判定された時には、更にステップ１３へ進み、リー
ン→リッチの反転直後か否かを判定する。

反転時にはステップ１４へ進んで、空燃比フィードバッ
ク補正係数αの現在値α。と前回の第１の空燃比センサ
１９の出力反転時の値α−１（比例骨Ｐｔ付与前の値）
との平均値αやを演算する。

ステップ１５では、前記平均値α８と所定値α。

との偏差Δαの絶対値を正の基準値Δα。と比較する。

ここで、前記所定値α。は、後述する空燃比フィードバ
ック補正係数αの学習が十分に進行した場合に空燃比フ
ィードバック補正係数αが収束する値であり、換言すれ
ば空燃比フィードバック補正係数αをこの値α。にクラ
ンプした時に目標空燃比（理論空燃比）が得られる値に
設定されている。

そして、１Δα］≦Δα。となって学習が十分に進行し
たと判定された時には、ステップ１６に進み、第２の空
燃比センサ２１からの信号電圧ｖ’ｏ２と目標空燃比（
理論空燃比）相当の基準値ＳＬとを比較する。

そして空燃比がリッチ（Ｖ″ｏｚ＞ＳＬ）と判定された
ときにはステップ１７へ進んで空燃比フィードバック補
正係数α設定用の反転時に与える比例骨Ｐを補正するた
めの第２の空燃比補正量Ｐ　ＨＯＳを現在値Ｐ）ＩＯ５
−、から所定量Δ叶ＨＯＳ引いた値で更新した後ステッ
プ１８へ進み、比例骨ＰＲの基準値ＰＲＯから前記第２
の空燃比補正量Ｐ　ＨＯＳを減少した値で更新してから
ステップ２１へ進む。

また、空燃比がリーン（Ｖ”。２＜ＳＬ、）と判定され
たときにはステップ１９へ進んで第２の空燃比補正量Ｐ
　ＨＯＳを現在値ＰＨ０５−、に所定量Δ叶ＨＯ５加え
た値で更新した後ステップ２ｏへ進み、比例骨Ｐ、の基
準値ｐｔｏに前記第２の空燃比補正量Ｐ　ＨＯＳを増加
した値で更新してからステップ２１へ進む。

一方、ステップ１５で、１Δα１〉Δα。と判定された
時には、未だ十分に空燃比フィードバック補正係数αの
学習が進行していないため、第２の空燃比補正量Ｐ　Ｈ
ＯＳによる比例骨Ｐ、ｌの補正を行うことなく、ステッ
プ２１へ進む。

ステップ２１では、空燃比フィードバンク補正係数αを
現在値から前記比例骨ＰＲを滅した値で更新する。

このようにして、空燃比フィードバック補正係数αを設
定した後、ステップ２２へ進み、次のようにして空燃比
フィードバック補正係数αの学習補正係数に２を設定更
新する。まづ、機関回転数Ｎと基本燃料噴射量Ｔ、とか
らＲＡＭのマツプに記憶された対応する運転領域の学習
補正係数（空燃比補正量の学習補正値）Ｋｆを検索し、
次式に従って検索された現在の学習補正係数Ｋｆに前記
偏差Δαを所定割合加算することによって新たな学習補
正係数Ｋｌを演算し、同一領域の学習補正係数に！のデ
ータを修正して書き換える。即ち、学習補正係数Ｋｆｆ
ｉを記憶したＲＡＭが学習補正値記憶手段に相当し、ス
テップ２２の機能が学習補正値更新手段に相当する。

Ｋ！←に！−Δα／Ｍ （Ｍは定数で、Ｍ〉１） 又、ステップ１３でリッチであるが反転直後でないと判
定された時にはステップ２３へ進み、空燃比フィートハ
ック補正係数αを現在値から積分分Ｉを滅した値で更新
する。

一方、ステップ１２で■。２＜ＳＬと判定されたとき、
即ち、リーンと判定された時には、ステップ２４へ進み
、リンチーリーンの反転直後か否かを判定し、反転時に
はステップ２５へ進んで、ステップ１４と同様にして平
均値αイを演算し、ステップ２６でステップ１５同様偏
差Δαの絶対値を正の基準値Δα。と比較する。

そして、同様にｊΔα；≦Δα。となって学習が十分に
進行したと判定された時にはステップ２７に進み、第２
の空燃比センサ２１の信号電圧電圧Ｖ°。２と基準値Ｓ
Ｌとを比較し、リッチ判定時はステップ２８へ進んで第
２の空燃比補正量Ｐ　ＨＯＳを所定量ΔＤＰＨＯ５滅し
た値で更新した後、ステップ２９へ進んで比例骨Ｐ８を
基準値ＰＲＯから第２の空燃比補正量Ｐ　）１０５を減
少した値で更新し、リーン判定時はステップ３０へ進ん
で第２の空燃比補正量Ｐ　ＨＯＳを所定量へ〇ＰＨ０５
加算した値で更新した後ステップ３１へ進み、比例骨Ｐ
Ｌを基準値Ｐｔｏに第２の空燃比補正量Ｐ　ＨＯＳを増
加した値で更新してからステップ３２へ進む。

ステップ３２で空燃比フィードバック補正係数αを現在
値に前記比例骨Ｐ、を増加した値で更新した後、ステッ
プ２２へ進んで前記学習補正係数に！を更新設定する。

又、ステップ２４で反転直後でないと判定された時には
ステップ３３へ進み、空燃比フィードバンク補正係数α
を現在値に積分分Ｉを増加した値で更新する。

かかる構成とすれば、空燃比フィードバック補正係数α
の学習が十分に進行していない間は、第２の空燃比補正
量Ｐ　ＨＯＳによる比例骨ＰＲ，ＰＬの補正演算が禁止
されるため誤補正による空燃比のずれを防止でき、良好
な空燃比フィードハック制御を維持できる。

尚、本実施例では第１の空燃比センサ１９の検出値に基
づく空燃比フィードバック制御を基調としつつ、その空
燃比フィードバック補正係数の比例骨を第２の空燃比セ
ンサの検出値に基づいて補正するものに通用した例を示
したが、これに限らず夫々の空燃比センサによって空燃
比フィードバンク補正係数を設定し、双方の値を合成し
て得た空燃比フィードバック補正係数を使用したり、第
１の空燃比センサによる空燃比フィードバック制御を行
いつつ、リッチ、リーン判定の基準値ＳＬや出力遅延時
間を第２の空燃比センサの検出で補正したりするような
ものにも適用できる。

また、第２の空燃比補正量Ｐ　ＨＯＳについても機関回
転数Ｎと基本燃料噴射量Ｔ１等によって区分された運転
領域毎に記憶しておき（反転周期が長いため空燃比フィ
ードバック補正係数αの記憶領域よりは大まかに区分さ
れる）領域が変わると、記憶された値を初期値として更
新するような学習機能を持たせてもよい。更ムこ、第２
の空燃比補正量Ｐ　ＨＯＳをそのままではなく、第２の
空燃比センサの反転毎に該反転時の補正量Ｐ　ＨＯＳと
前回反転時の補正量Ｐ　ＨＯＳとの平均値を演算し、且
つ該平均値と過去の平均値の加重平均値とを新たに加重
平均して学習補正値を設定するような構成としてもよい
。かかる第２の空燃比補正量の学習を行うものでは、空
燃比フィードバック補正係数αの学習が進行しないうち
は、第２の空燃比補正量の学習も当然に停止する。

尚、ステップ１７．１９．２８．３０におけるＰ　ＨＯ
Ｓの演算が第２の空燃比補正量演算手段に相当し、ステ
ップ１８，２０，２９．３１における比例骨の補正を除
きステップ２１．２３．３２．３３で空燃比フィードバ
ック補正係数αを演算する機能が第１の空燃比補正量演
算手段に相当し、ステップ１５．２６における比較の機
能が学習手段判定手段に相当する。

また、学習進行度の判定は本実施例の方式に限られず、
例えば学習回数や学習が実行された領域数等によって判
定する方式としてもよい。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、排気浄化触媒の上
流側及び下流側に空燃比センサを備え、これら雨空燃比
センサの検出値に基づいて空燃比フィードバック制御を
行うものにおいて、空燃比補正量の学習が十分に進行し
ない間は第２の空燃比補正量の演算を禁止する構成とし
たため、誤補正による空燃比のずれ防止でき、十分学習
が進行した後に第２の空燃比補正量による補正を行うこ
とで可及的に精度の高い空燃比制御を実行できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例の構成を示す図、第３図は同上実施例の燃
料噴射量設定ルーチンを示すフローチャート、第４図は
同しく空燃比フィードバンク補正係数設定ルーチンを示
すフローチャートである。 １１・・・内燃機関　　１２・・・吸気通路　　１５由
燃料噴射弁１６・・・コントロールユニット　　１８・
・・排気通路 媒 １９・・・第１の空燃比センサ ２０・・・三元触 ２１・・・第２の空燃比センサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　機関の排気通路に備えられた排気浄化触媒の上流側及
   び下流側に夫々設けられ、空燃比によって変化する排気
   中特定気体成分の濃度比に感応して出力値が変化する第
   １及び第２の空燃比センサと、前記第１の空燃比センサ
   の出力値に応じて第１の空燃比補正量を演算する第１の
   空燃比補正量演算手段と、 前記第２の空燃比センサの出力値に応じて第２の空燃比
   補正量を演算する第２の空燃比補正量演算手段と、 前記第１の空燃比補正量及び第２の空燃比補正量に基づ
   いて最終的な空燃比補正量を演算する空燃比補正量演算
   手段と、 空燃比補正量の学習補正値を運転領域毎に記憶する学習
   補正値記憶手段と、 前記学習補正値記憶手段から検索した学習補正値と前記
   最終的な空燃比補正量とに基づいて該空燃比補正量の平
   均値を所定値に収束させるように新たな学習補正値を設
   定すると共に、該学習補正値で前記学習補正値記憶手段
   の対応する運転領域の学習補正値を更新する学習補正値
   更新手段と、を備えた内燃機関の空燃比制御装置におい
   て、前記学習補正値更新手段により空燃比補正量を所定
   値に近づける学習の進行度を判定する学習進行度判定手
   段と、 前記学習進行度が所定以上となるまでの間、第２の空燃
   比補正量演算手段による第２の空燃比補正量の演算を禁
   止させる第２の空燃比補正量演算禁止手段と、を備えて
   構成したことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。