JPS62139942A - 内燃機関の空燃比制御方法 - 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】 ［発明の利用分野］ 本発明は内燃機関の空燃比制御方法に係り、特に燃料噴
射弁を積分動作させて空燃比を理論空燃比より稀薄側の
目標空燃比にフィードバック制御する内燃機関の空燃比
制御方法に関する。

［従来の技術］ 従来より、排ガス中のＨＣｌＧＯ，ＮＯｘを同時に浄化
するために、機関負荷（例えば、ａ関１回転当りの吸入
空気量）と機関回転数とで定まる基本燃料噴射量と吸気
系の空燃比が理論空燃比のときの排ガス中の残留酸素濃
度を境に反転した空燃比信号（：ｊＳ２図）を出力する
０２センサの出力とに基づいて、空燃比を理論空燃比に
フィードバック制御することが行われている。この空燃
比フィードバック制御では、空燃比が理論空燃比より濃
いか薄いかを検出できるのみであるため、比例動作およ
び微分動作を行うことができず第２図に示す０２センサ
出力に基づいて燃料噴射弁を積分動作させるための空燃
比フィードバック補正係数ＦＡＦを演算し、基本燃料噴
射量に空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを乗算して
燃料噴射弁を開弁するための燃料噴射時間を演算して燃
料噴射弁を制御することにより空燃比を理論空燃比に制
御している。かかる空燃比フィードバック制御では、燃
料消費量の低減および排ガス中のＨＣ，ＣＯの低減を目
的として、排ガス中の有害成分が比較的少なくなる定常
走行状態においてフィードバック制御を巾計して空燃比
を理論空燃比より！４薄側に制御するオープンループ制
御が行われている。しかしながら、このオープンループ
制御では　現在の空燃比と目標の空燃比との偏差が検出
できないため、空燃比を正確に目標空燃比に制御できな
いという問題があった。

そこで、最近では空燃比が理論空燃比より稀薄側の領域
で排ガス中の残留酸素濃度に比例した空燃比信号（第２
図）を出力するリーンセンサを用いて空燃比を理論空燃
比より！４薄側の目標空燃比に制御（空燃比リーン制御
）することが行われている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、かかる空燃比リーン制御においてフィー
ドバック制御によって燃料噴射弁を積分動作させようと
すると、積分動作は偏差の時間積分値によって行なわれ
る結果出力が適当な大きさになるまでに時間がかかって
フィードバック制御の周期が長くなるため、例えば、目
標空燃比より稀薄側から［１標空燃比にフィードバック
制御するときに１」標空燃比に制御するまでの時間が長
くかかってドライバビリティが悪化する、という問題が
ある。

本発明は上記問題点を解決すべく成されたもので、空燃
比を理論空燃比より稀薄側にフィードバック制御すると
きの周期を最適にしてドライバビリティの悪化等が発生
しないようにした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。

［問題点を解決するための手段］ 上記［１的を達成するために本発明は排ガス中の残留酸
素濃度に比例した空燃比信号に基づいて燃料噴射ブＣを
積分動作させて空燃比を理論空燃比より稀薄側の目標空
燃比にフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御方
法において、前記燃料噴射弁を前記空燃比信号に基づい
て比例動作および微分動作させることを特徴とする。

［作用］ 本発明によれば、燃料噴射弁が、現在の空燃比と［］標
空燃比との偏差に比例した比例動作、偏差の時間積分値
に応じた積分動作および偏差の変化率に応じた微分動作
を同時に行うＰＩＤ動作により制御される。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は１本発明が適用”ｒ　ｔ＠な内燃機関（エンジ
ン）の概略構成図であり、エンジン１は、自動・１に積
載される４サモ 用空気はエアクリーナ２、吸気管３、スロットルバルブ
４を経て吸入される。また、燃料は制御回路２０の出力
により、電磁式燃料噴射弁５１〜５６を開弁作動させて
各気筒に供給される。燃焼後の排気ガスは排気マニホー
ルド６、排気管７および三元触媒を充填した触媒装置１
３を経て、大気に放出される。排気管７には、理論空燃
比より積薄血の領域で排ガス中°の残留酸素濃度に比例
した信号を出力するリーンセンサ１２が取付られている
。吸気管３には、エンジンｌに吸入される空気量を検出
し、吸入空気量に応じたアナログ電圧を出力するポテン
ショメータ式吸入空気量センサ８が設置されている。ま
た、このセンサ８の入口には、吸入空気の温度を検出し
、吸気温に応じて抵抗値が変化するサーミスタ式吸気温
センサ９が設置されている。スロットルバルブ４には、
スロットル／＜ルブが全閉のとき（アイドル状態）オン
するアイドルスイッチ１７が設置されている。エンジン
１には、冷却水温を検出し冷却水温に応じて抵抗値が変
化するサーミスタ式水温センサ１０が設置されており、
回転数センサ１１はエンジン１のクラーンク軸の回転速
度に応じた周波数のパルス信号を出力する。この回転数
センサとしては、例えば、点火装置の点火コイルを用い
れば良く、コイルの一次端子からの点火パルス信号を回
転速度信ｔ）とすれば良い。制御回路２０には、上記の
センサ８〜１２およびスイッチ１７が接続されている。

この制御回路２−０は、上記各センサの検出信号に基づ
いて燃料噴射量を演算する回路で、電磁式燃料噴射弁５
１〜５６の開弁時間を制御することにより、空燃比を調
整する。

第３図により制御回路２０について詳細に説明する。２
００は燃料噴射量を演算するマイクロプロセッサ（ＣＰ
Ｕ）である。２０１は、回転数センサ１１からの信号よ
りエンジン回転数をカウントする回転数カウンタである
。また、この回転数カウンタ２０１は、エンジン回転に
同期して割り込み制御部２０２に割り込み指令信号を送
る０割り込み制御部２０２はこの信号を受けると、コモ
ンバス２１２を通じてＣＰＵ２００に割り込み信号を出
力する。デジタル入力ボート２０３は、デジタル信号で
あるアイドルスイッチ１７からのスロットルバルブ全閉
信号をＣＰＵ２００に伝達する。

アナログ入力ボート２０４は、アナログマルチプレクサ
とＡ−Ｄ変換器から成り、吸入空気量センサ８、吸気温
センサ９、水温センサ１０およびリーンセンサ１２から
の各イ１）号をＡ−Ｄ変換してｊ目次ＣＰＵ２００に読
み込ませる機能をマ論つ。これら各ユニット２０１〜２
０４の出力信号は、コモンパス２１２を通してＣＰＵ２
００に伝達される。２０５は電源回路であり、キースイ
ッチ１５を通してバッテリ１６に接続されている。２０
６は読取り、占込みを行い得るランダムアクセスメモリ
（ＲＡＭ）であり、２０７は各種の定数および第４図に
示すプログラム等を記憶しておく読み出し専用メモリ（
ＲＯＭ）である。２０８はレジスタを含む燃料噴射時間
制御用カウンタで、ダウンカウンタより成り、ＣＰＵ２
００で演算された電磁式燃料噴射弁５１〜５６の開弁時
間、つまり燃料噴射ｊ４を表すデジタル信号を実際の電
磁式燃料噴射弁５１〜５６の開弁時間を与えるパルス信
号に変換する。２０９は電磁式燃料噴射弁５１〜５６を
駆動する電力増幅部である。２１０はタイマで、経過時
間を測定し、ＣＰＵ２００に伝達する。

回転数カウンタ２０１は１回転数センサ１１の出力によ
りエンジン１回転に１回エンジン回転数を測定し、その
信号に応答して割り込み信号を発生し、ＣＰＵ２００に
燃料噴射量の演算を行う割り込み処理ルーチンを実行さ
せる。割り込み制御部２０２からの割り込み信号が入力
されると、ＣＰＵ２００は、メインルーチンの処理中で
あってもだちにその処理を中断し、割り込み処理ルーチ
ンに移る。

次に第４図を参照して本発明の一実施例のメインルーチ
ンを説明する。

ステップ１００において、リーンセンサから入力された
電圧値ＬＳ（ディジタル値）から目標＃妄空燃比に対応
する基準電圧ＬＳＲ（ディジタル値）を減算して偏差ｅ
を演算する。そして、ステップ１０２およびステップ１
０４において前回演算した空燃比フィードバック補正係
数ＦＡＦにｅＫｌ、ｅＫ２およびΔｅＫ３を加算して、
燃料噴射弁をＰＩＤ動作させるための新たな空燃比フィ
ードバック補正係数ＦＡＦを演算する。ここでｅＫ工は
偏差ｅと定数に１との積で与えられる積分動作項、ｅＫ
２は偏差ｅと定数に２どの積で与えられる比例動作項、
ΔｅＫ３は偏差ｅの変化量Δｅ（今回演算された偏差−
前回演算された偏差）と定数に３との積で与えられる微
分動作項であり、定＊に１．に２　、に３は各エンジン
に応じて実験により最適値が定められる。

第５図は本実施例の燃料噴射量を演算する割込みルーチ
ンを示すもので、ステップ１０６で吸入空気量Ｑとエン
ジン回転数ＮＥとを取込み、ステップ１０８でこの吸入
空気量およびエンジン回転数にノ、（づいて基本燃料噴
射量に対応する）、（本燃料ただし、ｆ（入）は目標空
燃比（空気過剰十人）によって定まる定数である。

次のステップ１１０では、基本燃料噴射時間τＢに上記
のようにして計算された空燃比フイードパツク補正係数
ＦＡＦを乗算して燃料噴射時間τを求める。そして、第
６図の燃料噴射ルーチンのステップ１１２において、燃
料噴射時間τに相と１する時間燃料噴射が開弁されて燃
料噴射が実行される。

次に第７図を参照して本発明の他の実施例を説明する。

なお、本実施例の燃料噴射量演算ルーチンおよび燃料噴
射ルーチンは第５図および第６図と同様であるので説明
を省略する。ステップ１１４において、リーンセンサか
ら入力された電圧値ＬＳから目標空燃比に対応する基準
電圧ＬＳＲを一減算して偏差ｅを演算する。ステップ１
１６では、偏差ｅが正が負かを判断し、正ならばステッ
プ１１８でエンジン回転数ＮＥが所定値（例えば、１５
００　［ｒｐｍ］　）以下か否かを判断し、所定値以下
ならばステップ１２０でＰＩＤ動作用の定数に、Ｌを予
めＲＯＭに記憶されているマツプから演算する。一方、
エンジン回転数ＮＥが所定値を越えていれば、ステップ
１２２でＰＩＤ動作用の定数に２Ｌを上記と同様にして
演算する。

また、偏差ｅが負の場合も、ステップ１２４でエンジン
回転数ＮＥが所定値（例えば、１５００［ｒｐｍ］）以
下か否かを判断し、ステップ１２６およびステップ１２
８で上記と同様にしてＰＩＤ動作用の定数に３　ｔ　、
　Ｋａ　Ｌを演算する。

ここで、上記定数ＫｒＬ−に４ＬにおけるＬはｌ、２．
３の値を取り、４＝ｌの場合は積分動作用の定数を、Ｌ
＝２の場合は比例動作用の定数を、＆＝３の場合は微分
動作用の定数を各々表している。これらの定数の大きさ
は、各エンジンについて実験により定められるが、偏差
ｅが正の場合すなわち空燃比が目標空燃比より稀薄の場
合は、ドライバビリティが悪化するため速やかに目標空
燃比に戻す必要がある。従って、偏差ｅが正の場合は偏
差ｅが、負の場合よりも定数を大きく、すなわちＫｉｂ
＞Ｋ３Ｌ、に２　Ｌ＞Ｋ４　ｔ、を満たすように定めら
れる。また、エンジン回転数が低いときは、燃料を噴射
してから実際に機関燃焼室に吸入されるまでの時間がエ
ンジン高回転時より長くかかり、フィードバック動作を
速くするとハンチングが生じるおそれがある。従って、
エンジン低回転域では、エンジン高回転域より定数を小
さく、すなわちに、　Ｌ＜Ｋ２　Ｌ、に３　Ｌ＜Ｋｍ　
Ｌを満たすように定められる。

次のステップ１３０およびステップ１３２では、前回演
算した空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦにｅＫｊｌ
　　、ｅＫｊ２　、ΔｅＫｊ３を加算することにより新
たな空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが演算される
。ただし、ｊ＝１．２．〜３．４であり、上記各定数の
添字！、２．３．４を示す６ 以上説明したように本実施例によれば、偏差の正負およ
びエンジン回転の高低によってＰＩＤ動作の定数を変化
させているため、最適な応答性が得られると共に最適な
空燃比の振れ幅が得られる。

なお、上記では偏差とエンジン回転数とに応じて定数を
変化させる例について説明したが、機関冷却水温、吸入
空気量（吸気管圧力で基本燃料噴射時間を定め機関では
吸気管圧力）、機関負荷等に基づいて定数を変化させて
もよい。機関冷却水温が低いときは本来空燃比が不安定
であり、ＰＩＤ動作を速くするとハンチング等が生じ易
いため１機関冷却水温が低いときの定数は機関冷却水温
が高いときの定数よりも小さくされる。また、吸入空気
ら１が多いときや機関負荷が大きいときは空燃比が不安
定になり易いので、吸入空気量が少ないときや機関負荷
が小さいときより定数が小さくされる。

［発明の効果］ 従って、本発明によれば、空燃比フィードバック制御の
応答性が良くなり、ドライバビリティの悪化等を防＋ｈ
することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用可能なエンジンの概略図、第２図
は０２センサ出力とリーンセンサ出力とを比較して示す
線図、第３図は第１図の制御回路のブロック図、第４図
は本発明の一実施例のメインルーチンの一部を示す流れ
図、第５図は燃料噴射時間演算ルーチンを示す流れ図、
第６図は燃料噴射ルーチンを示す流れ図、第７図は本発
明の他の実施例のメインルーチンの一部を示す流れ図で
ある。 ８・・・エアフローメータ、 １２・争・リーンセンサ、 ５２〜５６・・・燃料噴射弁。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）排ガス中の残留酸素濃度に比例した空燃比信号に
   基づいて燃料噴射弁を積分動作させて空燃比を理論空燃
   比より稀薄側の目標空燃比にフィードバック制御する内
   燃機関の空燃比制御方法において、前記燃料噴射弁を前
   記空燃比信号に基づいて比例動作および微分動作させる
   ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御方法。
2. （２）前記積分動作、比例動作および微分動作させるた
   めのフィードバック定数の少なくとも１つを、前記空燃
   比信号によって得られる空燃比と前記目標空燃比との偏
   差またはエンジンパラメータによって変化させる特許請
   求の範囲第（１）項記載の内燃機関の空燃比制御方法。