JPS6217657B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は空燃比センサからの信号により内燃機
関の空燃比状態をフイードバツク制御する方法に
関する。

内燃機関の排気系に機関の空燃比状態を検出す
る空燃比センサ（以下Ａ／Ｆセンサと称する）、
例えば排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度
検出器を設け、その検出結果に応じて燃料供給量
もしくは空気供給量を制御することにより機関の
空燃比状態を制御する空燃比フイードバツク制御
システムは良く知られている。この種のシステム
においては、Ａ／Ｆセンサの故障あるいは不活性
状態時に空燃比フイードバツク制御を中止せしめ
る機能が設けられている。即ち、Ａ／Ｆセンサの
出力電圧と比較してその結果により空燃比のフイ
ードバツク制御を行うためのＡ／Ｆ比較レベルを
有する通常の比較機能の他にＡ／Ｆセンサの活性
状態を知るためのモニタ比較レベルを有するモニ
タ用比較機能が設けられている。このモニタ比較
レベルはＡ／Ｆ比較レベルより小さい値に設定さ
れている。Ａ／Ｆセンサの出力電圧がこのモニタ
比較レベルよりも下がらず高い状態が所定時間以
上継続すると、Ａ／Ｆセンサは不活性であると見
なされ、空燃比フイードバツク制御が強制的に停
止せしめられる。即ちオープンループ制御とな
る。Ａ／Ｆセンサはその温度が低く活性が悪い場
合は特にその雰囲気の空燃比状態が理論空燃比に
関してリツチ側からリーン側に変化した際（以下
リツチ→リーン変化時と称する）に応答遅れが大
きくなる。従つてこのような場合に上述の如くオ
ープンループ制御とすることにより、空燃比が大
幅にリーン方向に制御されて運転特性の悪化さら
にはエンストを招く恐れがなくなるのである。

しかしながら、この種のフイードバツク制御シ
ステムは次の如き問題点を有している。一般に、
Ａ／Ｆセンサの出力電圧が反転する空燃比状態と
触媒コンバータの浄化効率が最適となる空燃比状
態とには差があり、これを補償するため、リーン
→リツチ変化時のＡ／Ｆセンサの出力電圧の遅延
時間やスキツプ幅を大きくしてフイードバツク制
御後の空燃比中心をリツチ側にずらす操作がしば
しば行われる。このような場合、機関が高回転速
度もしくは高負荷状態となると、燃焼に供するガ
スの流速が早くなるあるいはＡ／Ｆセンサの温度
が高くなつて反応遅延時間が短くなること等から
Ａ／Ｆセンサの出力の周波数が著しく高くなり、
その結果Ａ／Ｆセンサの出力電圧がモニタ比較レ
ベルより下がらず斯くして前述のフイードバツク
制御停止機能が働いてしまう。即ち、この場合、
フイードバツク制御を行いたいにもかかわらずこ
れが停止され、オープンループ制御となつてしま
う。

従つて本発明は従来技術の上述した問題点を解
決するものであり、本発明の目的は、Ａ／Ｆセン
サが完全に活性しているとみなされる高回転速度
運転状態もしくは高負荷運転状態にオープンルー
プ制御に切換えられてしまうことが防止できる空
燃比制御方法を提供することにある。

上述の目的を達成する本発明の特徴は、内燃機
関の空燃比状態を検出する空燃比センサの出力信
号値と第１の基準値とを比較し、その比較結果に
応じて機関の空燃比状態をフイードバツク制御す
ると共に前記出力信号が前記第１の基準値より過
薄側の空燃比状態を表わす第２の基準値より過濃
な空燃比状態を表わす値を所定時間以上継続して
縦持する場合は前記フイードバツク制御を停止す
るようにした空燃比制御方法において、機関が高
回転速度運転状態もしくは高負荷運転状態にある
場合は前記第２の基準値を変化せしめるようにし
たことにある。

以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。

第１図には本発明の一実施例として、内燃機関
の燃料噴射制御システムのブロツク図が示されて
いる。同図において、１０は機関の吸入空気量に
応じたアナログ電圧レベルを有する吸気量信号を
発生するエアフローセンサ、１１は冷却水温に対
応するアナログ電圧レベルを有する水温信号を発
生する水温センサである。１２は機関の所定のク
ランク角度位置毎、例えばクランク角０゜の位置
から30゜間隔毎、180゜間隔毎等にパルスを発生
するクランク角度センサ、１３は機関の排気系に
設けられ、排気ガス中の特定成分、例えば酸素成
分の濃度に応じて信号を出力するＡ／Ｆセンサで
ある。

このＡ／Ｆセンサ１３は機関の空燃比状態が理
論空燃比より過濃側（リツチ側）にあるときは約
1V程度のリツチ信号を、過薄側（リーン側）に
あるときは約0.1〜0.2V程度のリーン信号をそれ
ぞれ出力する。第１図において、さらに１４は機
関の吸気系に各シリンダ毎あるいは複数のシリン
ダ毎に設けられた燃料噴射電磁弁である。

上述の各センサ10乃至13さらには図示しないセ
ンサからの信号はマイクロコンピユータを含む電
子制御ユニツト１５に送り込まれ、機関の運転状
態に応じて最適な燃料供給量が算出され、最終的
に燃料噴射弁１４の噴射時間が制御されて空燃比
制御が行われるのである。

次にこの電子制御ユニツト１５の構成について
説明すると、１６はセンサ１０及び１１さらには
図示しないセンサのうちの１つのセンサからの信
号を選択するアナログマルチプレクサ、１７はマ
ルチプレクサ１６によつて選択されたアナログ信
号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、
１８はクランク角度センサ１２から送り込まれる
例えばクランク角30゜毎のパルスによつて開閉制
御され線１９を介して印加されるクロツクの通過
制御を行うゲート回路、２０はゲート回路１８を
通過するクロツクを計数し、その結果従つて機関
の回転速度の逆数に対応するデータを記憶するカ
ウント及びラツチ回路、２１はＡ／Ｆセンサ１３
の出力信号レベルと第１の基準レベル（Ａ／Ｆ比
較レベル）とを比較して“１”、“０”のリツチ信
号、リーン信号を形成した後それらの反転点で
Ａ／Ｆ反転点パルスをそれぞれ形成し、この各反
転点パルスを割込みラツチ回路２４へ送り込むと
共に第１の基準レベルより小さい第２の基準レベ
ル（モニタ比較レベル）とＡ／Ｆセンサ１３の出
力信号レベルとを比較し、その出力信号レベルが
モニタ比較レベルを上から下へあるいは下から上
へ横切る際に立下り、立上りモニタ反転点パルス
をそれぞれ形成しタイマ回路２３へ送り込む比較
判別回路をそれぞれ示している。

比較判別回路２１の上述のモニタ比較レベルは
入出力ポート２２から印加される信号に応じて選
択的に変化せしめられる。

タイマ回路２３は比較判別回路２１から印加さ
れる立下りモニタ反転点パルスによつてリセツト
され、立上りモニタ反転点パルスによつて線１９
を介して印加されるクロツクの計数を開始するカ
ウンタ回路であり、Ａ／Ｆセンサ１３の出力信号
レベルがモニタ比較レベルを継続的に上回つた場
合のその継続時間Ｔに対応するデータを作成し入
力ポート２５に送り出すように構成されている。
さらに第１図において、２６は燃料噴射弁１４の
１回の噴射時間τに対応する出力データの格納さ
れる出力ポート、２７はその出力データに応じた
パルス幅を有する噴射信号を形成し、線２８を介
して送り込まれるクランク角パルスに同期してそ
の噴射信号を出力する出力制御回路、２９は噴射
信号の電力増幅回路をそれぞれ示している。

マルチプレクサ１６、Ａ／Ｄコンバータ１７、
カウント及びラツチ回路２０、入出力ポート２
２、入力ポート２５、割込みラツチ回路２４、及
び出力ポート２５は共通バス３０を介してマイク
ロコンピユータを構成するRAM、ROM等のメモ
リ３１、中央処理装置（CPU）３２、クロツク
発生回路を含むＩ／Ｏ及びメモリコントロール装
置３３に接続されている。

メモリ３１のROM内には燃料噴射時間等に関
する演算プログラムが格納されており、イニシヤ
ライズ信号がCPU３２に印加されると、この演
算プログラムに基づく演算処理が開始せしめられ
る。この場合、センサ１０，１１からの信号は、
所定の時間毎に発生する時間同期割込み信号に応
じてマルチプレクサ１６及びＡ／Ｄコンバータ１
７が制御されることにより吸気量データＱ、水温
データにそれぞれ変換され、メモリ３１のRAM
内に格納される。また、カウント及びラツチ回路
２０に格納される回転速度に関するデータ１／Ｎ
は所定のクランク角度毎にメモリ３１のRAM内
に格納される。

第２図は第１図の比較判別回路２１の一構成例
を表わす回路図である。同図において１３はＡ／
Ｆセンサ、４０はＡ／Ｆ比較レベルを有する比較
器、４１はモニタ比較レベルを有する比較器、４
２，４３は比較器４０の出力の立上り、立下り時
点、即ちリツチ、リーン信号の反転点でそれぞれ
Ａ／Ｆ反転点パルスを発生するパルス発生器、４
４，４５は比較器４１出力の立上り、立下り時
点、即ち反転点でそれぞれモニタ反転点パルスを
発生するパルス発生器を示している。パルス発生
器４２及び４３の出力するパルスは前述の割込み
ラツチ回路２４へパルス発生器４４及び４５の出
力するパルスはタイマ回路２３へそれぞれ送られ
る。

線４６を介して入出力ポート２２から印加され
る信号が低レベルの場合、比較器４１のモニタ比
較レベルは比較器４０のＡ／Ｆ比較レベルより小
さな一定値に保たれるが、入出力ポート２２から
の信号が高レベルとなると、トランジスタ４７が
オンとなり、分圧抵抗４８が短絡されるため、モ
ニタ比較レベルは所定値だけ増大する。増大後の
モニタ比較レベルはこれに限定される必要はない
が、例えばＡ／Ｆ比較レベルに一致する。

次に本実施例の動作を説明する。

所定のクランク角度位置毎に割込みラツチ回路
２４からクランク軸同期割込み信号が送り込まれ
ると、CPU３２は燃料噴射時間τに関する演算
処理を行う。即ち、 τ＝Ｑ／Ｎ・Ｋ・（Ａ／Ｆ）・Ｒ＋τ〓 の演算処理を行う。ただし上式で（Ａ／Ｆ）は
空燃比フイードバツク係数であり、Ｒは例えば暖
機補正等のその他の補正係数であり、τ〓は燃料
噴射弁の無効噴射時間補正係数である。算出され
た燃料噴射時間τに関する出力データは前述の如
く出力ポート２６を介して出力制御回路２７に送
られ、燃料噴射信号となつて燃料噴射弁１４の開
弁時間が制御され、その結果、機関の空燃比フイ
ードバツク制御が行われる。

空燃比フイードバツク係数（Ａ／Ｆ）は、比
較判別回路２１から送り込まれる信号に基づいて
演算処理されるものであり、以下この演算処理に
ついて第３図及び第４図のフローチヤート、第５
図の波形図を用いて説明する。

比較判別回路２１からＡ／Ｆ反転点パルスが割
込みラツチ回路２４を介して印加されると、
CPU３２は第３図に示す割込み処理を行う。ま
ず、ステツプ５０において、その割込がリーン→
リツチ変化時の割込みかあるいはリツチ→リーン
変化時の割込みかを判別し、リーン→リツチ割込
みの場合はステツプ５１に進み、リツチ→リーン
割込みの場合はステツプ５２へ進む。ステツプ５
１においては、フイードバツク係数（Ａ／Ｆ）
が定数Ａだけ減少せしめられ、これにより、リー
ン→リツチ変化時の空燃比のスキツプ制御（第５
図Ａのａの部分）が行われる。一方、ステツプ５
２においては、フイードバツク係数（Ａ／Ｆ）
が定数Ｂだけ増大せしめられ、これにより、リツ
チ→リーン変化時の空燃比のスキツプ制御（第５
図Ａのｂの部分）が行われる。ステツプ５１ある
いは５２の処理が終了するとプログラムはメイン
ルーチンに戻る。

第３図に示す割込み処理が実行された後、所定
時間毎に時間割込み信号が割込みラツチ回路２４
に印加され、これによりCPU３２は第４図に示
す時間割込み処理を実行する。即ち、まず、ステ
ツプ６０において、機関の実際の回転速度を表わ
すデータＮが所定値を上回つたか否か、即ち、高
回転速度になつたか否かが判別される。高回転速
度となつていない場合はステツプ６１へ進み、タ
イマ回路２３から与えられる継続時間Ｔのデータ
即ち、Ａ／Ｆセンサ１３の出力信号レベルがモニ
タ比較レベル以上となつている時間Ｔのデータが
所定値Ｄより大きいか否かが判別される。Ｔ／Ｄ
の場合、Ａ／Ｆセンサ１３が活性状態であるとし
て通常の空燃比フイードバツク制御が行われる。

即ち、ステツプ６２において、現在リツチ信号
が出力されているのかあるいはリーン信号が出力
されているのか判別される。リーン→リツチ割込
み処理が行われてリツチ信号が出力されている場
合はステツプ６３へ進み、フイードバツク係数
（Ａ／Ｆ）を所定値Ｅだけ減少させメインルーチ
ンに戻る。次の時間割込み処理以降、繰返しこの
ステツプ６３の処理を行うと（Ａ／Ｆ）は第５
図Ａのｃに示す如く除々に減少し、その結果燃料
噴射量が徐々に減少して空燃比はリーン方向に制
御される。リツチ→リーン割込み処理の場合はス
テツプ６４において、フイードバツク係数
（Ａ／Ｆ）が所定値Ｅだけ増大せしめられ、この
ステツプ６４の処理が繰返し行われると、
（Ａ／Ｆ）は第５図Ａのｄに示す如く徐々に増大
し、その結果、空燃比はリツチ方向に制御され
る。なお、第５図Ａは機関が軽負荷、低回転速度
にあり、かつＡ／Ｆセンサ１３が活性である場合
のＡ／Ｆセンサ１３の出力信号ｅと空燃比フイー
ドバツク係数（Ａ／Ｆ）とを表わしている。同
図においてさらにはＡ／Ｆ比較レベル、ｇはモ
ニタ比較レベルを表わしている。

機関が軽負荷、低回転速度運転状態にありかつ
Ａ／Ｆセンサ１３が不活性である場合は、第５図
Ｂに示す如く、Ａ／Ｆセンサ１３の出力信号ｅの
レベルがモニタ比較レベルｇより常に大きくな
る。その結果タイマ回路２３によつて計数される
前述の継続時間Ｔが所定値Ｄ以上となると、ステ
ツプ６１においてこれが判別され、プログラムは
ステツプ６５に分岐する。ステツプ６５において
（Ａ／Ｆ）は１に等しくせしめられ、これによ
り、空燃比のフイードバツク制御が停止する。即
ちオープンループ制御となる。

次に機関が高回転速度運転状態となつた場合に
ついて説明する。第５図Ｃに示す如く、フイード
バツク係数（Ａ／Ｆ）のスキツプ制御量が対称
の場合、即ち、第３図に示すステツプ５１及び５
２における定数Ａ及びＢが互いに等しい場合は、
たとえ機関が高回転速度となり、Ａ／Ｆセンサ１
３の出力信号の周波数が高くなつても、このＡ／
Ｆセンサ１３の出力信号ｅの値はモニタ比較レベ
ルｇより低くなる期間があるため、誤つてオープ
ンループ制御となることがない。

第５図Ｄに示す如く、非対称スキツプ制御が行
われた場合、従来技術によるとＡ／Ｆセンサ１３
の出力信号ｅは、高回転速度運転状態ではモニタ
比較レベルｇより常に大きくなつてしまう恐れが
ある。しかしながら本実施例では、ステツプ６０
において、機関回転速度が所定値ｃを越えた高回
転速度となつたと判別すると、ステツプ６６に進
み、モニタ比較レベルを上昇させる制御を行う。
具体的には、ステツプ６６において、入出力ポー
ト２２から線４６を介して比較判別回路２１に送
られる信号を高レベルに反転させる。これにより
第２図のトランジスタ４７がオンとなり、抵抗４
８が短絡されて、比較器４１のモニタ比較レベル
が上昇する。例えば第５図Ｄに示す如く、モニタ
比較レベルはｇからg′まで上昇せしめられる。従
つて、本実施例によればＡ／Ｆセンサ１３が完全
に活性しているとみなされる高回転速度運転状態
において、空燃比のフイードバツク制御を行いた
いにもかかわらずオープンループ制御となつてし
まうような不都合な事態発生が防止できる。

以上、本発明の方法をスイアドプログラム方式
のデジタル式燃料噴射制御システムを用いて説明
したが、本発明は、アナログ式の燃料噴射制御シ
ステムによつても達成することができる。以下、
その後者のシステムの一実施例を第６図のブロツ
ク図を用いて説明する。

第６図において、エアフローセンサ１０、Ａ／
Ｆセンサ１３、燃料噴射弁１４、比較器４０及び
４１、分圧抵抗４８、及びトランジスタ４８は第
１図及び第２図に示したものと全く同様のもので
ある。また、第６図において、７０は機関の回転
速度に応じたアナログ電圧を発生する回転速度セ
ンサである。このセンサ７０から得られる回転速
度信号とエアフローセンサ１０から得られる吸気
量信号とが演算回路７１に送り込まれることによ
り、燃料噴射時間τに関する一部の演算処理 τ_０＝Ｑ／Ｎ・Ｋ が行われる。演算回路７１の出力は増量補正回路
７２に送り込まれ、この回路７２において、積分
器７３から送り込まれる空燃比フイードバツク信
号の値（Ａ／Ｆ）さらに定数Ｒと乗算されさら
に無効噴射時間τ〓の補正がなされて最終的に燃
料噴射時間τに対応するパルス幅を有する噴射信
号が形成される。この噴射信号が電力増幅回路７
４に送られることにより噴射弁１４が付勢され算
出した燃料噴射時間τに対応する燃料量が機関に
供給される。上述の演算回路７１及び増量補正回
路７２等の詳細な構成及び動作は例えば特開昭49
−67016公報等により公知であるため省略する。

Ａ／Ｆセンサ１３の出力信号レベルが比較器４
０においてＡ／Ｆ比較レベルと比較され、その比
較結果に応じて積分器７３の積分方向が制御され
ることによつて空燃比フイードバツク信号が形成
される。ただし、本実施例ではスキツプ制御回路
が省略されている。

Ａ／Ｆセンサ１３の出力信号レベルが比較器４
１のモニタ比較レベルを越えると比較器４１の出
力は高レベルとなり、コンデンサ７５が抵抗７６
を介する電流により徐々に充電される。Ａ／Ｆセ
ンサ１３の出力信号レベルがモニタ比較レベルを
越えている時間が所定時間以上となると、コンデ
ンサ７５の端子電圧が比較器７７の比較基準電圧
より大きくなり、その結果、トランジスタ７８が
オンとなる。これにより、積分器７３の積分コン
デンサ７３ａが短絡され、積分器７３の出力、即
ち空燃比フイードバツク信号は一定値となり、オ
ープンループ制御となる。

機関が高回転速度運転状態となると、速度セン
サ７０の出力電圧が比較器７９の比較基準電圧よ
り大きくなり、その結果トランジスタ４７がオン
となつて分圧抵抗４８が短絡される。これによ
り、比較器４１のモニタ比較レベルは上昇する。
本実施例の作用効果は前述の実施例と同様である
ため、説明を省略する。

以上述べた実施例においては機関の回転速度が
高くなつた際にモニタ比較レベルを上昇せしめて
いるがこれは理論空燃比レベル側に変化させるも
のであり、Ａ／Ｆセンサの特性等によつては下降
させる場合もある。また、機関の負荷が高負荷と
なつた場合にもモニタ比較レベルを上昇もしくは
下降せしめるようにしても良い。また、さらに回
転速度及び負荷のどちらか一方が高くなつた場合
にモニタ比較レベルを上昇もしくは下降せしめる
ようにしても良い。なお、機関が高負荷となつた
ことを検出する方法として、スロツトル弁下流の
吸気通路の負圧が所定値以下となつたことを検出
しても良いし、スロツトル弁の開度が所定値以上
となつたことを検出しても良い。さらに、機関の
吸入空気量もしくは速度が所定値を越えたことを
検出しても良い。

以上詳細に説明したように本発明の方法は、機
関が高回転速度運転状態もしくは高負荷運転状態
にある場合はモニタ比較レベルを変化させるよう
にしているため、Ａ／Ｆセンサが完全に活性して
いるとみなされる上記運転状態時にフイードバツ
ク制御が不本意にオープンループ制御とされてし
まう恐れがない。

また、本発明の方法は非常に簡単な構成で達成
することができるという利点をも有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロツク図、第２
図は第１図の一部の詳細な回路図、第３図及び第
４図は上記実施例における演算処理の一部のフロ
ーチヤート、第５図は上記実施例の動作を説明す
る波形図、第６図は本発明の他の実施例のブロツ
ク図である。 １０……エアフローセンサ、１２……クランク
角センサ、１３……Ａ／Ｆセンサ、１４……燃料
噴射弁、１５……電子制御ユニツト、２１……比
較判別回路、２３……タイマ回路、３１……メモ
リ、３２……CPU、４０，４１，７７，７９…
…比較器、４７，７８……トランジスタ、４８…
…分圧抵抗、７０……回転速度センサ、７１……
演算回路、７２……増量補正回路、７３……積分
器、７５……コンデンサ、７６……抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関の空燃比状態を検出する空燃比セン
   サの出力信号値と第１の基準値とを比較し、その
   比較結果に応じて機関の空燃比状態をフイードバ
   ツク制御すると共に前記出力信号が前記第１の基
   準値より過薄側の空燃比状態を表わす第２の基準
   値より過濃な空燃比状態を表わす値を所定時間以
   上継続して縦持する場合は前記フイードバツク制
   御を停止するようにした空燃比制御方法におい
   て、機関が高回転速度運転状態もしくは高負荷運
   転状態にある場合は前記第２の基準値を変化せし
   めるようにしたことを特徴とする内燃機関の空燃
   比制御方法。