JPS63109257A - 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もので、特に、空
燃比センサ及び三元触媒を用いて排出ガス浄化対策が施
された自動車用内燃機関に使用するのに好適な内燃機関
の空燃比制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、排出ガス対策として、酸素ガスセンサを用いた空
燃比フィードバック（Ｆ、Ｂ、）制御が実用化されてお
り、このものでは、空燃比の制御精度は太き（向上する
ものの、内燃機関アイドル時、Ｆ、Ｂ、補正量の増減周
期に同期して回転変動が現れ、使用者に不快感を与える
。そこで、従来、内燃機関がアイドル状態に移行した時
に補正量の積分処理を停止して、補正量を一定時間所定
の値に保持するものが考えられている（例えば、特開昭
５８−２１７７４５号公＠）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上述した従来のものでは、非アイドル時より
小さな量だけ補正量をスキップした後に所定時間ホール
ドし、その後、少しずつ階段的に補正量を増加し、空燃
比がリーンからリッチに切り換わると補正量を少しだけ
減少させた後、所定時間ホールドするものであるので、
空燃比がり−ン側に偏り、空燃比を適性値に制御するこ
とができないという問題があった。

そこで、本発明は、アイドル時の高精度な空燃比制御と
アイドル安定性の向上との双方を満足することを目的と
するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため、本発明は第１図に示すごとく、内燃機関の空
燃比を検出する空燃比検出手段と、前記内燃機関がアイ
ドル状態であることを判別するアイドル判別手段と、こ
のアイドル判別手段によりアイドル状態であることを判
別すると前記空燃比検出手段の出力に応じてアイドル時
の空燃比補正量を決定するアイドル時空燃比補正量決定
手段と、前記アイドル判別手段によりアイドル状態でな
いことを判別すると前記空燃比検出手段の出力に応じて
非アイドル時の空燃比補正量を決定する非アイドル時空
燃比補正量決定手段と、これら各空燃比補正量決定手段
により決定された空燃比補正量に応じて前記内燃機関の
空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック
手段とを備え、前記アイドル時空燃比補正量決定手段は
、前記アイドル判別手段の出力に応じて空燃比がリーン
かリッチかを判別するリッチ、リーン判別手段と、この
リッチ、リーン判別手段により空燃比がリーンまたはり
ソチになったことを判別すると空燃比の補正量を非アイ
ドル時より大きくスキップさせるスキップ手段と、この
スキップした後の補正量を所定時間ホールドするホール
ド手段と、この所定時間経過後、補正量を積分する積分
手段とを有してなる内燃機関の空燃比制御装置を提供す
るものである。

〔作用〕

−これにより、アイドル時空燃比補正量決定手段におい
て、アイドル判別手段の出力に応じて空燃比がリーンか
リッチかをリッチ、リーン判別手段により判別し、この
リッチ、リーン判別手段により空燃比がリーンまたはリ
ッチになったことを判別するとスキップ手段により空燃
比の補正量を非アイドル時より大きくスキップさせて見
込み補正をし、このスキップした後の補正量をホールド
手段により所定時間ホールドし、この所定時間経過後、
積分手段により補正量を積分してこの補正量の振幅を少
なくし、この補正量にもとづいて空燃比フィードバック
手段により内燃機関の空燃比をフィードバック制御する
。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の一実施例を示すもので、内燃機関（エ
ンジン）１は自動車に積載される公知の４サイクル６気
筒火花点火式エンジンで、燃焼用空気をエアクリーナ２
．吸気管３．スロットル弁４を経て吸入する。また燃料
は図示しない燃料系からスロットル弁４上流側の吸気管
３に１つのみ設けられた電磁式燃料噴射弁５を介して各
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７．三元触媒コンバータ８等を経て大気に
放出される。吸気管３にはエンジン１に吸入される吸気
量を検出し、吸気量に応じたアナ口グミ圧を出力するポ
テンショメータ式吸気量センサ１１及びエンジン１に吸
入される空気の温度を検出し、吸気温に応じたアナログ
電圧（アナログ検出信号）を出力するサーミスタ式吸気
温センサ１２が設置されている。また、エンジン１には
冷却水温を検出し、冷却水温に応じたアナログ電圧（ア
ナログ検出信号）を出力するサーミスタ式水温センサ１
３が設置されている。さらに排気マニホールド６には排
気ガス中の酸素濃度がら空燃比を検出し、空燃比が理論
空燃比より小さい（リンチ）とき１ボルト程度（高レベ
ル）の電圧を出力し、理論空燃比より大きい（リーン）
とき０．１ボルト程度（低レベル）の電圧を出力する０
２センサ１４が設置されている。回転速度センサ１５は
、エンジン１のクランク軸の回転速度を検出し、回転速
度に応じた周波数のパルス信号を出力する。

この回転速度センサ１５としては例えば点火装置の点火
コイルを用いればよく、点火コイルの一次側端子からの
点火パルス信号を回転速度信号とすればよい。また、ス
ロットル弁４の全閉時に０Ｎとなるアイドルスイッチ１
７が設けられている。

制御回路２０は、各センサ１１〜１５．１７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の開弁時間を制御することにより燃料噴射量を調
整する。

第３図により制御回路２０について説明する。

１００は燃料噴射量を演算するマイクロプロセッサ（Ｃ
Ｐ　Ｕ）である。１０１は回転数カウンタで回転速度（
数）センサ１５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トである。

またこの回転数カウント１０１はエンジン回転に同期し
て割り込み制御部１０２に割り込み指令信号を送る。割
り込み制御部１０２にはこの信号を受けると、コモンバ
ス１５０を通じてマイクロプロセッサ１００に割り込み
信号を出力する。１０３はデジタル入力ボートで０□セ
ンサ１４．アイドルスイッチ１７の信号や図示しないス
タータの作動をオンオフするスタータスイッチ１６から
のスタータ信号等のデジタル信号を波形成形した後、マ
イクロプロセッサ１００に伝達する。１０４はアナログ
マルチプレクサとＡ−Ｄ変換器から成るアナログ入力ボ
ートで吸気量センサ１１．吸気温センサ１２．冷却水温
センサ１３がらの各信号をＡ−Ｄ変換して順次マイクロ
プロセッサ１００に読み込ませる機能を持つ。これら各
ユニッ）１０１．１０２，１０３，１０４の出力情報は
コモンバス１５０を通してマイクロプロセッサ１００に
伝達される。１０５は電源回路で後述するＲＡＭ１０７
に電源を供給する。１７はバッテリ、１８はキースイッ
チであるが電源回路１０５はキースイッチ１８を通さず
直接、バッテリー１７に接続されている。よって後述す
るＲＡＭ１０７はキースイッチ１８に関係無く常時電源
が印加されている。１０６も電源回路であるがキースイ
ッチ１８を通してパンテリーＩ７に接続されている。電
源回路１０６は後述するＲＡＭ１０７以外の部分に電源
を供給する。１０７はプログラム動作中−時使用される
一時記憶ユニット（ＲＡＭ）であるが前述の様にキース
イッチ１８に関係なく常時電源が印加されキースイッチ
１８をＯＦＦにして機関の運転を停止しても記憶内容が
消失しない構成となっていて不揮発性メモリをなす。１
０８はプログラムや各種の定数等を記憶しておく読み出
し専用メモリ　（ＲＯＭ）である。１０９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、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）１００で演算され
た電磁式燃料噴射弁５の開弁時間つまり燃料噴射量を表
すデジタル信号を実際の電磁式燃料噴射弁５の開弁時間
を与えるパルス時間幅のパルス信号に変換する。１１０
は電磁式燃料噴射弁５を駆動する電力増幅部である。１
１１はタイマーで経過時間を測定しマイクロプロセ・７
す１００に伝達する。

回転数カウンタ１０１は回転速度センサ１５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
測定の終了時に割り込み制御部１０２に割り込み指令信
号を供給する。割り込み制御部１０２にはその信号から
割り込み信号を発生し、マイクロプロセッサ１００に燃
料噴射量の演算を行なう割り込み処理ルーチンを実行さ
せる。

第４図はマイクロプロセッサ１００の概略フローチャー
トを示すもので、このフローチャートに基づきマイクロ
プロセッサ１００の機能を説明すると共に構成全体の作
動をも説明する。キースイッチ１８並びにスタータスイ
ッチ１６がＯＮしてエンジンが始動されると、第１ステ
ツプ１０００のスタートにてメインルーチンの演算処理
が開始されステップ１００１にて初期化の処理が実行さ
れ、ステップエ００２においてアナログ入力ボート１０
４からの冷却水温、吸気温に応じたデジタル値を読み込
む。ステップ１００３では各デジタル値に応じてＲＯＭ
１０８内にて記憶されている各々の補正値から補正量に
１を演算し、その結果をＲＡＭ１０７に格納する。ステ
ップ１００４ではデジタル入力ボートより波形成形され
た０２センサ１４の信号（リッチ信号、あるいはリーン
信号）やアイドルスイッチ１７の信号を入力し、このリ
ッチ信号ならびにリーン信号のｍＶｔ時間、およびリッ
チ信号からのリーン信号への、あるいはリーン信号から
リッチ信号への変化（反転）、およびアイドル、非アイ
ドルに応じて積分時性分の処理や比例時性分の処理等が
行われて算出される補正量に２をＲＡＭ１０７に格納す
る。そしてこのステップ１００４での処理終了後は、再
びステップ１００２へと戻って、上記の処理を再び実行
する。

またマイクロプロセッサ１００に対して割り込み制御部
１０２からの割り込み信号が送られると、上記メインル
ーチンの処理は一旦中断されて、ステップ１０１０の割
り込み処理ルーチン入口にてこの割り込み処理ルーチン
の演算処理が開始され、ステップ１０１１にて現在の回
転数Ｎが、またステップ１０１２にて現在の吸気量Ｑが
各々取り込まれる。ステップ１０１３では上記回転数Ｎ
と吸気量ＱとをＲＡＭ１０７に格納し、ステップ１０１
４にてこのＲＡＭＩ　ＯＴ内に格納された回転数Ｎと吸
気量Ｑとを使って基本噴射量ＴＰ　　（−ＫＯＸＱ／Ｎ
　：　Ｋ、は定数）を計算する。ステップ１０１５では
メインルーチンにて求められた補正量に、、に２によっ
て基本噴射量Ｔ、を補正して、噴射量’ｒ　（−ＴＰ　
ｘ　（ＫＩ　ＸＫ２　）　）を算出し、ステップ１０１
６ではこの噴射量Ｔをカウンタ１０９にセットした後、
ステップ１０１７でこの割り込み処理ルーチンを終了し
て、メインルーチンへと復帰する。

第５図に示すのは、ステップ１００４で実行される補正
量に２の演算処理の詳細を示すプログラムのフローチャ
ートであって、まずステップ４００で、０２センサが活
性状態になっているかどうか、また冷却水温等がら空燃
比の帰還制御ができるか否かを判定する。帰還制御でき
ない時、つまりオープンループと判断された時は別ルー
チン４０１に進んで補正量に２をに２＝１とする制御を
行う。帰還制御できる場合は、ステップ４０２に進み、
アイドルスイッチ１７がＯＮか否かを判定する。アイド
ルスイッチ１７がＯＮのときにはステップ４０３に進み
、アイドルスイッチ１７がＯＦＦのときには別ルーチン
４１０に進む。ステップ４０３ではタイマＴ１を０にセ
ットした後、ステップ４０４に進んでタイマＴ、の値が
ＫＴ、以上か否かを判定する。これらステップ４０３，
４０４によりアイドルスイッチ１７がＯＮした後、所定
時間（Ｋ　Ｔ　＋秒）経過したか否かを判定し、所定時
間経過しているときにステップ４０５に進む。

なお、別ルーチン４１０では、「スキップ−積分」方式
Ｆ、Ｂ、制御のための従来と同様の補正量に２の演算処
理を行う。

また、ステップ４０５ではデジタル入力ポート１０３に
て波形成形されたｏ２センサ１４の信号がリッチ信号で
あるかリーン信号であるかを判別し、リッチ信号のとき
ステップ４０６に進む。

ステップ４０６では前回の補正量に２−１から比例特性
骨Ｐだけ減少（スキップ）させてその値をＲＯＭ１０７
に補正量に２として格納した後、ステップ４０７に進む
。ステップ４０７ではタイマＴ２をＯにセントした後ス
テップ４０８に進んで０□センサ１４の信号がリッチ信
号であるか否かを再度判別する。ステップ４０８でリッ
チ信号であると判断された場合はステップ４０９に進ん
でタイマＴ２の値が所定のホールド時間Ｋ　Ｔ　ｚ以上
か否かを判定し、Ｋ　Ｔ　２より大きい場合はステ・ノ
ブ４１１に進み、ＫＴ２以下の場合はステップ４０８に
もどる。ステップ４１１では補正量に２をΔにだけ減少
させてその値をＲＯＭ１０７に補正量に２として格納し
た後、ステップ４１２に進み、０□センサ１４の信号が
リッチ信号であるか否かを再度判定し、リッチ信号と判
断された場合には再度ステップ４１１に戻る。これによ
り、比例特性骨Ｐだけ減少方向にスキップしてからホー
ルド時間ＴＫ２の間、補正量に２がホールドされた後、
０□センサ１４の信号がリッチ信号であれば、Δにの積
分速度によって補正量に２が減少積分される。

また、ステップ４０５，４０８，４１２のいずれかで０
□センサ１４の信号がリーン信号と判別された場合には
ステップ４１３に進んで前回の補正量Ｋｇ−１から比例
特性骨Ｐだけ増大（スキップ）させてその値をＲＯＭ１
０７に補正量に２として格納した後、ステップ４１４に
進む。ステップ４１４ではタイマＴ２を０にセットした
後、ステップ４１５に進んで０２センサ１４の信号がリ
ーン信号であるか否かを判別する。ステップ４１５でリ
ーン信号であると判断された場合はステップ４１６に進
んでタイマＴ２の値が所定のホールド時間ＫＴ、以上か
否かを判定し、ＫＴＺより大きい場合はステップ４１７
に進み、ＫＴＺ以下の場合はステップ４１５にもどる。

ステップ４１７では補正量に２をΔにだけ増加させてそ
の値をＲＯＭ１０７に補正量に２として格納した後、ス
テップ４１８に進み、０□センサ１４の信号がリーン信
号であるか否かを再度判定し、リーン信号と判断された
場合には再度ステップ４１７に戻る。これにより、比例
特性骨Ｐだけ増加方向にスキ・ノブしてからホールド時
間Ｔ　Ｋ　ｔの間、補正量に２がホールドされた後、０
□センサ１４の信号がリーン信号であれば、Δにの積分
速度によって補正量に２が増加積分される。

また、ステップ４１５，４１８のいずれかで０２センサ
１４の信号がリッチ信号と判別された場合にはステップ
４０６にもどる。

以上要約すると制御回路２０は、０２センサ１４からの
空燃比信号に基づいて空燃比がリーンである場合には燃
料噴射量を増量し、リッチである場合には減量する空燃
比フィードバック（Ｆ、Ｂ、）制御信号を形成しており
、さらに本信号はアイドルスイッチ１７のオン／オフ状
態に応じて異なる制御信号となっている。

すなわち、 ■オンアイドル時は、別ルーチン４１０によって第６図
（ａｌに示すととく空燃比判定信号に応じて「スキップ
■→積分■」なる従来からの補正量に２信号を形成し、 ■オンアイドル時は、ステップ４０３〜４０９゜４１１
〜４１８によって第６図（ｂｌに示すごとく「スキップ
■→スキップ直後の値ホールド■−積分■」なる補正量
に２信号を形成する。

上記空燃比Ｆ、Ｂ、のための補正量に２信号の出力切り
換えとアイドルスイッチ１７との関係を第５図を参照し
て次に述べる。時間割込ルーチン従ってアイドルスイッ
チ１７の状態をステップ４０２にて監視し、現在アイド
ルスイッチ１７がＯＦＦならば別ルーチン４１０に進ん
で「スキップ→積分」によるＦ、Ｂ、制御を実施し、ア
イドルスイッチ１７がＯＮならばステップ４０３に進ん
でさらにＯＮ状態が所定時間（ＴＫ、秒）継続している
かを判定し、Ｙｅｓならばステップ４０５以降に進んで
「スキップ→ホールド→積分」なるＦ、Ｂ、制御法を実
施する。ＴＫＩの値は内燃機関に応じて任意に設定でき
るものとする。

以下、「スキップ−ホールド→積分」によるＦ。

Ｂ、制御を第７図に従って詳述する。第７図（ａ）はＯ
！セセン１４の出力信号波形を示し、第７図（ｂｌはア
イドル安定性の空燃比Ｆ、Ｂ、制御信号波形を示す、０
．センサ１４の出力信号に基き、空燃比信号がリッチか
らリーンへ移行すると、空燃比Ｆ、Ｂ、制御信号は第７
図（ｂｌの ■で示すごとく燃料噴射量を増量する様に所定量スキッ
プし、このスキップ後、第７図山）の■で示すごとく所
定時間ａこのスキップ後の値を保持（ホールド）し、所
定時間ａを経過するまでホールド値を空燃比Ｆ、　Ｂ、
制御に使う。

ホールド時間ａ経過後は、第７図ｆｂｌの■に示ずごと
く空燃比信号がリッチ側へ移るまで空燃比Ｆ。

Ｂ、制御信号の積分を続ける。

逆に、空燃比がリーンからリッチへ移行したときも、上
述と同様に（ただし、増量のところが減量になるが）「
スキップ→ホールド→積分」の処理を行なう。ここでス
キップ量及びホールド時間は積分過程が短かくなる様な
値を設定するのが望ましい。

なお、スキップ後の値をホールド中に空燃比信号がリッ
チ／リーン判定レヘルを横切り、リッチ／リーン状態が
切り換わった（リッチ−リーンへまたは、リーン−リッ
チへ）場合は、第７図（ｂｌの■で示すごとくホールド
すべき所定時間ａを経過せずとも、リッチ／リーン状態
が切換わった時点で、直ちに逆方向へのスキ・ノブを行
なう。

次に、アイドル時において積分期間を「ホールド＋積分
」にすることで得られる効果を第８図に従って述べる。

第８図中の破線ａは「スキップ→積分ｊ式の場合の空燃
比Ｆ、Ｂ、制御信号波形を示すもので、実ｗＡｂは［ス
キップ−ホールド→積分」式の場合の空燃比Ｆ、Ｂ、制
御信号波形を示すものである。この破線ａのときの制御
幅をＦＡとすると、実ｋｓｂのときの制御幅Ｆ３は、ス
キップ量、ホールド期間を適当に設定することでＦＡ＞
Ｆ、とすることが可能となる。このように制御幅が小さ
くなる様にスキップ量、ホールド期間を設定すれば、Ｆ
、Ｂ、制御の増減で変動していたエンジンのトルク変動
幅も抑えられ、アイドル安定性は向上する。ここで、ア
イドル時のスキップ量を非アイドル時のスキップ量の１
．２〜２倍、ホールド時間を０．５〜２秒に設定するこ
とにより、良好な結果が得られた。

特に、第２図に示すごとく、スロットル弁４の上流に１
つの燃料噴射弁５を配置する方式のものにおいては、ス
ロットル弁５の下流において各気筒に１つづつ燃料噴射
弁を配置する方式のものに比べ、燃料噴射弁から燃料を
噴射してから各気筒まで燃料が供給されるまでの時間遅
れが大きいため、有効である。

第９図は本発明の他の実施例を示すもので、第５図図示
のフローチャートに対し、破線で囲んだステップ４０６
ａ〜４０９ａ、４１３ａ〜４１６ａを追加し、補正量を
Ｐだけスキップしたのち、その値をＫＴ２時間ホールド
し、その直後にＰ。

スキップしたのち、その値をＫＴ２°時間ホールドして
から積分するようにしたものである。

また、上述した実施例においては、基本噴射量を、吸入
空気量により求めたが、吸気管の圧力やスロットル弁の
開度に応じて基本燃料噴射量を求めるようにしてもよい
ことは勿論である。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明においては、アイドル時おける
空燃比の補正量を非アイドル時より大きくスキップさせ
て見込み補正をし、このスキップした後の補正量をホー
ルドし、この所定時間経過後、補正量を積分してこの補
正量の振幅を少なくするから、アイドル時の高精度な空
燃比の制御とアイドル回転の変動の抑制との双方を良好
に満足することができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の特許請求の範囲対応図、第２図は本発
明の一実施例を示す構成図、第３図は第２図図示装置に
おける制御回路の内部ブロック図、第４図及び第５図は
第３図図示回路におけるマイクロプロセッサのメインル
ーチン及び空燃比補正量演算ルーチンを示すフローチャ
ート、第６図（ａ）。 （ｂｌは第２図図示装置におけるアイドルオン時とアイ
ドルオフ時との空燃比補正量信号波形図、第７図は第２
図図示装置における０２センサ出力信号及び空燃比Ｆ、
Ｂ、信号波形図、第８図は第２図図示装置におけるアイ
ドル時の空燃比補正量を従来のものと比較して示す信号
波形図、第９図は本発明装置の他の実施例における第５
図に対応する要部のフローチャートである。 １・・・内燃機関、５・・・燃料噴射弁、１７・・・ア
イドルオン時、２０・・・制御回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   前記内燃機関がアイドル状態であることを判別するアイ
   ドル判別手段と、このアイドル判別手段によりアイドル
   状態であることを判別すると前記空燃比検出手段の出力
   に応じてアイドル時の空燃比補正量を決定するアイドル
   時空燃比補正量決定手段と、前記アイドル判別手段によ
   りアイドル状態でないことを判別すると前記空燃比検出
   手段の出力に応じて非アイドル時の空燃比補正量を決定
   する非アイドル時空燃比補正量決定手段と、これら各空
   燃比補正量決定手段により決定された空燃比補正量に応
   じて前記内燃機関の空燃比をフィードバック制御する空
   燃比フィードバック手段とを備え、前記アイドル時空燃
   比補正量決定手段は、前記アイドル判別手段の出力に応
   じて空燃比がリーンかリッチかを判別するリッチ、リー
   ン判別手段と、このリッチ、リーン判別手段により空燃
   比がリーンまたはリッチになったことを判別すると空燃
   比の補正量を非アイドル時より大きくスキップさせるス
   キップ手段と、このスキップした後の補正量を所定時間
   ホールドするホールド手段と、この所定時間経過後、補
   正量を積分する積分手段とを有してなる内燃機関の空燃
   比制御装置。
2. （２）前記アイドル時空燃比補正量決定手段は、前記ア
   イドル判別手段によりアイドル状態であることを判別し
   てから所定時間経過後に前記非アイドル時空燃比補正量
   決定手段に代えて実行されるものである特許請求の範囲
   第１項記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. （３）前記アイドル時空燃比補正量決定手段は、前記ス
   キップ手段によりスキップした補正量を前記ホールド手
   段によりホールドしている間に前記リッチ、リーン判別
   手段により空燃比のリッチ、リーン状態が変化したこと
   を判別すると、ホールドすべき所定時間を経過せずとも
   直ちに前記スキップ手段により補正量を逆方向にスキッ
   プさせるものである特許請求の範囲第１項記載の内燃機
   関の空燃比制御装置。
4. （４）前記スキップ手段のスキップ量は非アイドル時の
   スキップ量の１．２〜２倍に設定され、前記ホールド手
   段の所定時間は０．５〜２秒に設定されている特許請求
   の範囲第１項記載の内燃機関の空燃比制御装置。