JPH0422725A - 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、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に空燃
比センサを排気浄化用触媒の上流側及び下流側にそれぞ
れ備え、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バック制御する装置に関する
。

〈従来の技術〉 従来から、排気浄化用に排気系に設けられる三元触媒に
おける転換効率を良好に維持するために、機関吸入混合
気の空燃比を理論空燃比にフイードバック制御すること
が行われており、排気中の酸素濃度を介して空燃比を検
出する酸素センサ（空燃比センサ）を、応答性を確保す
るために燃焼室に比較的近い排気マニホールドの集合部
などに設け、この酸素センサで検出される排気中酸素濃
度に基づいて理論空燃比に対する実際の空燃比のリッチ
・リーンを検出して、機関への燃料供給量などをフィー
ドバック制御するようにしている。

しかしながら、上記のように燃焼室に比較的近い排気系
に設けられる酸素センサは、高温排気に曝されることに
なるため、熱劣化など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全気筒の平均的
な空燃比を検出し難いため、空燃比の検出精度にバラツ
キがあり、引いては、空燃比の制御精度を悪化させてい
た。

この点に鑑み、触媒の下流側にも酸素センサを設け、２
つの酸素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５８−４８７
５６号公報等参照）。

即ち、下流側の酸素センサは、燃焼室から離れているこ
とと三元触媒の０２ストレージ効果によって応答性は悪
いが、触媒の下流側であるために熱的影響が少なく、ま
た、排気中の毒性成分による被毒量も少なく、更に、排
気の混合状態が良いため全気筒の平均的な空燃比を検出
できるなど、上流側に設けられる酸素センサに比較して
高精度で安定した検出性能が得られる。

そこで、２つの酸素センサの検出値に基づいてそれぞれ
に独立した空燃比のフィードバック制御を行わせたり、
上流側の酸素センサによる空燃比フィードバック制御の
特性を下流側の酸素センサで補償したりして、上流側の
センサで応答性を確保しつつ、下流側で制御点の精度を
補償して、高精度な空燃比フィードハ・ンク制御を行う
ようにしている。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、上記のように触媒上流側の空燃比センサに基
づく空燃比フィードバック制御を、下流側の空燃比セン
サによる制御で補償しようとする場合、触媒下流側の空
燃比センサに基づく制御量の要求は、空燃比制御の結果
として表れる上流側の空燃比センサで検出される目標空
燃比に対するリッチ・リーン周期で異なり、第５図に示
すように、前記周期が長いときには、下流側空燃比セン
サでの検出結果に基づいて大きな制御量を設定して目標
空燃比に対する収束性を確保する必要がある。

第５図は、燃料供給量を増減補正するための空燃比フィ
ードバック補正値を上流側空燃比センサ（酸素センサ）
の出力に基づいて比例積分制御するときの比例操作量を
、下流側の空燃比センサ（酸素センサ）での検出結果に
基づいて補正して、前記空燃比フィードバック補正値に
よる空燃比制御点を真の目標空燃比に補正するよう構成
した場合において、上流側のセンサに基づく空燃比フィ
ードバック制御の周期（上流側センサで検出される空燃
比の目標に対するリッチ・リーン反転周期）が大きいと
きほど、比例操作量の補正量であるＰＨ０３を大きくし
て比例操作による空燃比フィードバック補正値の変化を
大きくしなければ、真の目標空燃比に対する収束性を示
す下流側センサでのリッチ・リーン検出周期を短く維持
できないことを示している。

このように、上流側センサに基づく制御周期によって、
下流側センサによる制御量を変化させる必要があるが、
前記制御周期は、空燃比センサのチップ温度１機関回転
速度、空燃比センサの劣化程度などによって異なるため
、例えば下流側空燃比センサによる制御量を複数に区分
される機関運転状態（例えば機関回転速度と機関負荷と
で区分される領域）毎に学習させるようにする場合に、
各領域で前記制御周期に関わる条件が異なることムこよ
り、領域間で学習の進行度合いにバラツキが生し、制御
周期が長く学習収束性の悪い領域においては学習値と要
求値との間に段差が生じ、学習の収束性及び精度に悪影
響を与えることになり、所望の空燃比制御精度が得られ
なくなるという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、触媒上
流側の空燃比センサによる制御周期に応じて、下流側の
空燃比センサによる空燃比制御補正量を修正できるよう
にして、空燃比収束性を改善した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〉 そのため本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置では、
第１図に示すように、 内燃機関の排気通路に備えられた排気浄化用触媒の上流
側及び下流側にそれぞれ設けられ、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、 第１の空燃比センサの出力値に基づいて空燃比制御量を
演算する空燃比制御量演算手段と、第２の空燃比センサ
の出力値に基づいて前記空燃比制御量を補正する空燃比
制御補正量を演算する空燃比制御補正量演算手段と、 空燃比制御量演算手段で演算される空燃比制御量による
空燃比の制御周期を検出する上流側制御周期検出手段と
、 この上流側制御周期検出手段で検出された制御周期に基
づいて空燃比制御補正量を修正する補正量修正手段と、 この補正量修正手段で修正された空燃比制御補正量に基
づいて空燃比制御量を補正して最終的な空燃比制御量を
設定する空燃比制御量補正設定手段と、 この空燃比制御量補正設定手段で設定された空燃比制御
量に基づいて機関吸入混合気の空燃比を制御する空燃比
制御手段と、 を含んで構成するようにした。

〈作用〉 かかる構成において、空燃比制御量演算手段は、排気浄
化用触媒の上流側に設けられた第１の空燃比センサの出
力値に基づいて空燃比制御量を演算し、一方、空燃比制
御補正量演算手段は、排気浄化用触媒の下流側に設けら
れた第２の空燃比センサの出力値に基づいて前記空燃比
制御量を補正する空燃比制御補正量を演算する。

一方、上流側制御周期検出手段は、前記第１の空燃比セ
ンサに基づく空燃比制御量による空燃比の制御周期を検
出し、補正量修正手段はこの制御周期に基づいて前記第
２の空燃比センサによる空燃比制御補正量を修正し、前
記制御周期の違いによる補正量の要求値変化に対応して
補正量を設定する。

そして、上記のように第１の空燃比センサによる制御周
期に基づいて補正された空燃比制御補正量に基づき、空
燃比制御量補正設定手段が、前記第１の空燃比センサに
よる空燃比制御量を補正して最終的な空燃比制御量を設
定する。

空燃比制御手段は、空燃比制御補正量で補正された空燃
比制御量に基づいて機関吸入混合気の空燃比を制御する
。

〈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及び図示しないアクセルペダルと連動して吸入空
気流量Ｑを制御するスロットル弁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１
５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
ッ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１８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Ｎ　ＯＸの還元
を行って排気を浄化する排気浄化用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２
１が設けられる。

尚、前記第１の空燃比センサ１９及び第２の空燃比セン
サ２１は、排気中の酸素濃度に感応して出力電圧が変化
する公知の酸素濃度センサであり、理論空燃比に境に排
気中の酸素濃度が急変することを利用して、空燃比制御
の目標である理論空燃比に対するリッチ・リーンを検出
できるものである。

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。

次ニ、コントロールユニット１６による空ｆｉ　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。

尚、本実施例において、空燃比制御量演算手段。

空燃比制御補正量演算手段、上流側制御周期検出手段、
補正量修正手段、空燃比制御量補正設定手段、空燃比制
御手段としての機能は、前記第３図及び第４図のフロー
チャートに示すようにコントロールユニット１６がソフ
トウェア的に備えている。

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１（ｍ）毎に行われる。

ステップＣ図ではＳとしである）ｌでは、エアフローメ
ータエ３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２４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ＴＰを次式によって演算する。

Ｔｐ＝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、後述するフィードバック補正係数設定
ルーチンにより設定された空燃比制御量としての空燃比
フィードバック補正係数αを読み込む。

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ｓ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、最終的な燃料噴射量（燃料供給量）Ｔ
ｉを次式に従って演算する。下式のように空燃比フィー
ドバック補正係数α（空燃比制御量）で補正しつつ燃料
噴射量Ｔｔを設定するステップ５の機能が空燃比制御手
段に相当する。

Ｔ　１−ＴｐＸＣＯＥＦＸα＋Ｔｓ ステップ６では、演算された燃料噴射弁Ｔｉ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Ｔｉ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（空燃比制御量）
設定ルーチンを第４図のフローチャートに従って説明す
る。尚、このルーチンは機関回転に同期して実行される
ようになっている。

ステップ１１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。前記運転条件を満た
していないときには、このルーチンを終了する。この場
合、空燃比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１２では、第１の空燃比センサ１９からの信号
電圧■。２及び第２の空燃比センサ２１からの信号電圧
■°。２を入力する。

ステップ１３では、ステップ１２で入力した第１の空燃
比センサ１９の信号電圧■。、と目標空燃比（理論空燃
比）相当の基準値ＳＬとを比較し、空燃比がリーンから
リッチ又はリッチからリーンへの反転時か否かを判定す
る。

反転時と判定されたときにステップ１４へ進み、第１の
空燃比センサ１９の信号電圧■。２の反転周期として求
められる空燃比フィードバック補正係数αによる制御周
期Ｔを設定する。即ち、前記ステップ１３においてリッ
チ・リーン反転が判別される周期を計測しておき、その
周期をＴにセントする。

そして、次のステップ１５では、上ｉｓの第１の空燃比
センサ１９に基づく空燃比フィードバック補正係数α（
空燃比制御量）による空燃比制御周期に相当する前記周
期Ｔに基づき、予め設定されている補正値ＦＣＯＮＦを
検索して求める。

次のステップ１６では、基本燃料噴射量Ｔｐと機関回転
速度Ｎとによって区分される複数の運転領域毎に、空燃
比フィードバック補正係数α（空燃比制御量）の比例分
捕正量ＰＨ０５ｘ　（空燃比制御補正量）を学習したエ
リア別学習補正量Ｐ　）ＩＯ５のマツプから、現在の運
転状態に対応する補正量Ｐ　ＨＯＳを検索して求める。

尚、前記エリア別学習補正量Ｐ　ＨＯＳは、後述するよ
うに第２の空燃比センサ２１からの信号電圧Ｖ′。２に
基づいて検出される理論空燃比に対するリッチ・リーン
に従って学習される。

ステップ１７では、第２の空燃比センサ２１の出力Ｖ″
。８と、理論空燃比相当のスライスレベルＳＬとを比較
して空燃比のリッチ・リーンを判別する。

そして、空燃比がリッチ（Ｖ’。、＞ＳＬ）と判定され
たときにはステップ１８へ進み、ステップ１６で検索さ
れたエリア別学習補正値Ｐ　ＨＯＳから所定値ＤＰＨＯ
５Ｒを差し引いて現在の運転状態に対応するエリア別学
習補正値Ｐ　ＨＯＳｘを修正演算する。

また、空燃比がリーン（Ｖｏ。、＜ＳＬ）と判定された
ときにはステップ１９へ進み、検索されたエリア別学習
補正値Ｐ　ＨＯＳに所定値ＤＰ）ＩＯ５Ｌを加算した値
でエリア別学習補正値Ｐ　ＨＯＳｘを修正演算する。

即ち、本ルーチン実行毎に第２の空燃比センサ２１の出
力Ｖ’０２に基づいて理論空燃比（目標空燃比）に対す
る実際の空燃比のリッチ・リーンを判別し、第１の空燃
比センサ１９によるリッチ・リーン判別に基づく空燃比
フィードバック補正係数αの比例制御における比例操作
量を、第２の空燃比センサ２１で検出される空燃比が目
標（理論空燃比）に近づく方向に増減補正するものであ
り、前記エリア別学習補正値Ｐ　ＨＯＳｘは後述するよ
うに空燃比をリッチ化させる制御量（比例定数ＰＬ）に
加算され、逆に空燃比をリーン化させる制御量（比例定
数ＰＩ　）から減算されるから、第２の空燃比センサ２
１でリッチが検出されたときに上記のようにして補正値
Ｐ　ＨＯＳｘを減少補正すれば、リッチ化させる制御量
（比例定数ＰＬ）が減少すると共に、リーン化させる制
御量（比例定数Ｐつ）から減算される量が小さくなって
リーン化制御量が大きくなるから、結果、補正値Ｐ　Ｈ
ＯＳｘで補正後の制御量を用いて空燃比フィードバック
補正係数αを操作すれば、空燃比制御点がリーン方向に
移動することになる。

次のステップ２０では、今回第２の空燃比センサ２１で
検出された目標空燃比に対するリッチ・リーンに基づい
て増減補正したエリア別学習補正値ＰＨ０Ｓｘを、現在
の運転条件に対応するデータとしてマツプ値の学習書き
換えを行う。

また、ステップ２１では、上記ステップ２０でマツプ値
の更新に用いたエリア別学習補正値Ｐ　ＨＯＳｘと、前
記ステップ１５で第１の空燃比センサ１９による制御周
期Ｔに基づいて求めた補正値ＦＣＯＮＦとによって、空
燃比フィードバック補正係数αを比例制御する操作量の
補正設定を行う、ここでは、空燃比フィードバック補正
係数αを比例制御によって増大（空燃比リッチ方向に）
操作する比例定数ＰＬに補正値ＦＣＯＮＦを加算した結
果に更にエリア別学習補正値Ｐ　ＨＯＳｘを加算した結
果を最終的な比例定数Ｐ　Ｌ（←Ｐ　ｔ　十ＦＣＯＮＦ
　＋Ｐ　ＨＯＳｘ）にセットする一方、空燃比フィード
バック補正係数αを比例制御によって減少（空燃比リー
ン方向に）操作する比例定数Ｐａに補正値ＦＣＯＮＦを
加算した結果からエリア別学習補正値Ｐ　ＨＯＳｘを減
算した結果を最終的な比例定数Ｐ１にセットする。

前記補正値ＦＣＯＮＦは、制御周期Ｔが長いときほど大
きな値が設定されるから、制御周期Ｔが長いときには比
例定数Ｐ、及び比例定数Ｐ１がより増大設定され、空燃
比フィードバック補正係数αを比例制御によってより大
きく変化させることになるから、制御周期Ｔを短くする
方向に制御することになり、以て、第２の空燃比センサ
２１で検出される空燃比の目標に対する収束性を確保で
きる（第２の空燃比センサ２１で検出されるリッチ・リ
ーン周期を短くできる）ものである（第５図参照）。

これにより、第１の空燃比センサ１９に基づく制御周期
が長くなる運転状態であっても、該運転状態のエリアに
対応して学習されるエリア別学習補正値Ｐ　ＨＯＳの学
習収束性及び精度を改善でき、制御周期が長いことによ
る目標空燃比（第２の空燃比センサ２１で検出される真
の目標空燃比）への収束性の悪化、引いては学習収束性
の悪化を防止して、制御周期が長い運転状態における空
燃比制御性を改善できる。尚、制御周期Ｔが短いときに
は、前記補正［ＦＣＯＮＦが比較的小さく設定されるこ
とから、比例定数が過大に設定されて空燃比フィードバ
ック補正係数αで制御される空燃比のオーバーシュート
エラーが発生することは回避できる。

次のステップ２２は、第１の空燃比センサ１９の出力と
、理論空燃比相当のスライスレベルＳＬとを比較するこ
とによって理論空燃比に対するリッチ・リーンを判別し
、リーンであるときにはステップ２３へ進み、前回まで
の空燃比フィードバック補正係数αに比例定数ＰＬを加
算し、その結果を新たに補正係数αに設定することで空
燃比のリッチ化を図る。また、ステップ２２でリッチで
あると判別されたときには、ステップ２４へ進み、前回
までの空燃比フィードバック補正係数αから比例定数Ｐ
５を１ｊＥＸし、その結果を新たに補正係数αに設定す
ることで空燃比のリーン化を図る。

一方、ステップ１３でリッチ・リーン反転時ではないと
判別されたときには、ステップ２５以鋒へ進んで空燃比
フィードバック補正係数αの積分制御を行わせる。ステ
ップ２５では、第１の空燃比センサ１９の出力■。２と
スライスレベルＳＬとを比較し、リッチであるときには
ステップ２６で空燃比フィードバック補正係数αから所
定の積分定数■、を減算し、また、リーンであるときに
はステップ２７で空燃比フィードバック補正係数αに所
定の積分定数Ｉｔを加算する。

尚、本実施例では、空燃比制御量としての空燃比フィー
ドバック補正係数αの比例操作量の補正値ＰＨ０３を空
燃比制御補正量とし、この補正４ｆｉＰＨＯ５を制御周
期Ｔに応じて補正するようにしたが、第１の空燃比セン
サ１９の出力に基づく空燃比フィードバック補正係数α
の制御操作量である積分分や微分骨を制御周期Ｔに応じ
て補正するものであっても良い。更に、第２の空燃比セ
ンサ２Ｊの出力に基づき、前記空燃比フィードバック補
正係数αとは独自の空燃比フィードバック補正係数α２
を設定する構成であっても良く、この場合には、第２の
空燃比センサ２１に基づく空燃比フィードバック補正係
数α２を第１の空燃比センサ１９に基づく補正係数α（
空燃比制御量）の補正（１（空燃比制御補正量）と見做
し、前記補正係数α２を制御周期Ｔに基づいて補正する
ようにしても良い。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、排気浄化用触媒の
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制御を行うものにお
いて、触媒上流側の空燃比センサによる空燃比制御周期
に応じて、下流側の空燃比センサによる空燃比制御補正
量を修正することにより、前記制御周期が長くなる運転
状態において空燃比制御周期を短く補正することができ
、第２の空燃比センサで検出される真の目標空燃比に対
する収束性が改善されるという効果がある。

【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
同じく空燃比フィードバック補正係数設定ルーチンを示
すフローチャート、第５図は上流側空燃比センサによる
空燃比制御周期（周波数）に対する比例定数の要求補正
値を示す線図である。 １１・・・内燃機関　　１２・・・吸気通路耐昇１６・
・・コントロールユニット の空燃比センサ　　２０・・・三元触媒空燃比センサ １５・・・燃料噴 １９・・・第１ ２１・・・第２の 特許出願人　　　日本電子機器株式会社代理人　弁理士
　笹　島　　冨二雄 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の排気通路に備えられた排気浄化用触媒の上流
   側及び下流側にそれぞれ設けられ、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基づいて空燃比制御
   量を演算する空燃比制御量演算手段と、前記第２の空燃
   比センサの出力値に基づいて前記空燃比制御量を補正す
   る空燃比制御補正量を演算する空燃比制御補正量演算手
   段と、 前記空燃比制御量演算手段で演算される空燃比制御量に
   よる空燃比の制御周期を検出する上流側制御周期検出手
   段と、 該上流側制御周期検出手段で検出された制御周期に基づ
   いて前記空燃比制御補正量を修正する補正量修正手段と
   、 該補正量修正手段で修正された空燃比制御補正量に基づ
   いて前記空燃比制御量を補正して最終的な空燃比制御量
   を設定する空燃比制御量補正設定手段と、 該空燃比制御量補正設定手段で設定された空燃比制御量
   に基づいて機関吸入混合気の空燃比を制御する空燃比制
   御手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の空燃比
   制御装置。