JPS645059Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈技術分野〉 本考案は内燃機関における排気センサからの信
号に基づいて空燃比をフイードバツク制御する制
御装置に関し、特にＶ型機関等バンク別に２系統
に分かれた排気管にそれぞれ排気センサを設けた
ものの制御方式の改良に関する。

〈背景技術〉 従来のこの種の制御方式としては、例えば第１
図に示すようなものがある（参考文献：日産自動
車サービス周報第476号ニツサンプレジデント）。
図において、Ｖ型内燃機関１の吸気系はエアクリ
ーナ２、エアフロメータ３、絞り弁４、補助空気
弁５、EGR（排気還流）制御弁６を備え、又、図
中左右のバンク，の各気筒群に燃料噴射弁７
Ａ，７Ｂを備えている。

又、排気系は、機関１の左右のバンクの気筒群
にそれぞれ排気マニホールド８Ａ，８Ｂが接続さ
れ、各排気マニホールド８Ａ，８Ｂの下流端部に
夫々触媒コンバータ９Ａ，９Ｂを介装した排気管
１０Ａ，１０Ｂが接続される。各排気管１０Ａ，
１０Ｂの下流端部は合流して一本化され、マフラ
１１が接続される。そして、排気マニホールド８
Ａ，８Ｂの合流部に夫々取り付けられた排気中の
酸素濃度を検出する酸素センサ１２Ａ，１２Ｂか
らの信号に基づき、定常運転時、空燃比λがλ＝
１となるように燃料噴射量を設定してフイードバ
ツク制御を行つている。

第２図は従来広く用いられている空燃比フイー
ドバツク制御の特性を示したものであり、１つの
酸素センサからの信号に基づいて制御を行うもの
である。図中信号a₀は機関運転条件に応じて設定
される燃料の基本噴射量に乗じられる空燃比フイ
ードバツク補正系数であり、酸素センサの検出信
号が排気中酸素濃度に対応する空燃比のリツチ
（リーン）側からリーン（リツチ）側へ反転した
時、初回に比例分Ｐだけ減少（増大）させ、以後
微小量な積分分Ｉずつ減少（増大）させるとい
う、いわゆる比例積分制御により設定される。
又、空燃比フイードバツク補正系数αに制御値に
対して空燃比λ＝１である線を示してある。

この場合、図中区間T₁では酸素センサの信号
はリツチを示しており、この間燃料噴射量減少制
御が行われることにより時点t₁において空燃比は
λ＝１となり以後λ＜１の方向に制御が進行する
が、酸素センサがこの状態を検出して信号b₀がリ
ツチ側からリーン側に切換わるまでには、燃料制
御系の制御結果に対応する酸素濃度をもつ排気が
酸素センサに到達するまでの無駄時間Tdがある
ため、それだけ遅れている。即ち、t₁から時間
Tdだけ遅れて酸素センサがリーン状態を検出し、
その時点t₂から燃料増量制御が行われる（制御方
式の参考文献：特開昭48−91425号公報）。

このように酸素センサからの信号に基づくフイ
ードバツク制御は、主として無駄時間Tdが存在
することと酸素センサがON／OFF型であること
により制御量がハンチングしているが、制御ゲイ
ンを適当に選べば振巾、周期とも適当な値に設定
することができ実用上問題はない。

このため、前記従来のＶ型機関の場合も、左右
のバンクに夫々制御系を設けて独立に制御を行つ
ているが、独立した制御系を２つ必要とするため
高価につく難点があつた。この他特開昭52−
97024号公報の従来例に示すものも同様の制御を
行つている。尚、同公報に示す発明では、１個の
酸素センサで左右のバンクの制御を行つている
が、このものでは左右バンクのバラツキの経時変
化、運転条件による変化に対処できない。

そこで、かかる問題を解決するため、２つの酸
素センサの信号に基づき一つの制御装置で制御す
ることが考えられるが、単純に２つのANDをと
り共通の信号結果に基づいて両バンクを同一信号
出力によつて制御を行つた場合には後述するよう
な問題を生じる。

即ち、第３図は上記の方法による制御を行つた
場合の左右バンクにおける空燃比フイードバツク
補正系数αの信号a₁，a₂（両者は等しく制御され
る）と、これに対応するλ＝１の位置および、左
右のバンクに接続される排気管に夫々設けられた
２つの酸素センサからの信号b₁，b₂の特性を示
す。図において、時点t₁₁において２つの酸素セ
ンサの信号b₁，b₂が共にリツチを示し、空燃比フ
イードバツク補正系数αの信号a₁，a₂が増から減
に反転して燃料噴射量制御が行われる。

ところが、左右のバンクの空燃比は個体バラツ
キ等により通常ズレを生じており、この場合、一
方のバンク例えば、（図中信号a₁に対応するバン
クの方が時点t₁₂において他方のバンクより先に
λ＝１に達する。そして、該時点t₁₂から無駄時
間Tdだけ遅れて時点t₁₄で該バンクに対応する酸
素センサの信号b₂がリーン状態を検出するが、他
方の酸素センサの信号は依然としてリツチ状態を
示しており、従つて燃料を減少させる制御が継続
される。

他方のバンクは時点t₁₂よりやや遅れて時点t₁₃
でλ＝１に達し、さらに無駄時間Tdだけ遅れて
時点t₁₅で酸素センサの信号b₂がリーン状態を検
出する。

この時点t₁₅で２つの酸素センサの信号b₁，b₂
が共にリーン状態を示すため燃料増量制御に切換
えられる。

このように、左右のバンクの空燃比のズレによ
り制御系の切換えに遅れを生じる結果、制御量の
ハンチングの振巾、周期共に第２図に示した場合
に比べて大きく増大し、排気特性、燃費に悪影響
を及ぼすおそれがあつた。

又、同一の信号で両バンクの制御を行つている
ため機関全体としてはλ＝１に制御されるものの
一方のバンクの空燃比はリーン側に保たれ、他方
のバンクの空燃比はリツチ側に保たれ、この面で
も排気特性、燃費に悪影響を及ぼすおそれがあつ
た。

〈考案の目的〉 本考案はこのような従来の実状に鑑みなされた
もので、２つの酸素センサからの信号のズレに応
じて２つの気筒群へ出力される空燃比フイードバ
ツク制御量に差をもたせることにより、２つの気
筒群を同一の設定空燃比に制御できるようにし、
もつて前記問題点を解決した内燃気関の空燃比制
御装置を提供することを目的とする。

〈考案の構成〉 このため、本考案は、２つの気筒群に夫々接続
される２系統の排気管に夫々排気中酸素濃度を検
出し、排気中酸素濃度に対応する空燃比の大小に
応じて反転する２種類の信号を出力する酸素セン
サを備え、これら２つの酸素センサからの信号に
基づいて燃料供給量を増減制御することにより空
燃比を設定値に保つようにフイードバツク制御す
る内燃機関の空燃比制御装置において、２つの酸
素センサらの信号を判別する信号判別手段と、該
信号判別手段により２つの酸素センサが異種類の
信号を出力している時に２つの気筒群に出力され
る空燃比フイードバツク制御量に偏差を与える２
つの気筒群においては空燃比フイードバツク制御
量と設定空燃比に対応する制御量との差がなくな
るように補正制御する制御量補正手段とを設けた
構成とする。

〈実施例〉 以下、本考案の実施例を説明する。但し、酸素
センサ、燃料供給系の構成については第１図に示
したものと同様であり、同一構成要素については
同図に付された符号を使用して説明する。

第４図は、本考案に係る空燃比制御装置の制御
ブロツク図を示す。

基本噴射量演算回路２１は、機関回転数Ｎを検
出するクランク角センサ１３からの信号と、吸入
空気量Ｑを検出するエアフロメータ３からの信号
とを入力して基本噴射量TpをTp＝KQ／Ｎ（Ｋは
定数）として演算し、その信号S1を後述する２
つの乗算回路２５，２７に出力する。

信号判別回路２２は、２つの酸素センサ１２
Ａ，１２Ｂからの信号Ｓ２，Ｓ３を入力し、Ｓ
２，Ｓ３ともリツチである場合、Ｓ２がリツチで
Ｓ３がリーンである場合、Ｓ２がリーンでＳ３が
リツチである場合、Ｓ２，Ｓ３ともリーンである
場合の４通りの組合わせの判別を行い、その判別
信号Ｓ４を出力する。

空燃比フイードバツク補正係数演算回路２３
は、前記信号判別回路２２からの判別信号Ｓ４に
応じて、空燃比フイードバツク補正係数αを後述
するようにして演算する。即ち、判別信号Ｓ４に
よる判別で、Ｓ２，Ｓ３が共にリツチ（リーン）
である場合は、この状態に切換わつたことを判別
した１回目に空燃比フイードバツク補正係数αを
前回の値より比例分Ｐだけ減少（増大）し、２回
目以降は、微少な積分分Ｉずつ減少（増大）す
る。

制御量補正回路２４は、酸素センサ１２Ａ，１
２Ｂからの信号Ｓ２，Ｓ３を入力し、後述する如
く一方のバンク、本実施例では第１図中右側のバ
ンク側の空燃比フイードバツク補正系数αの制
御量を補正する信号Ｓ６を加算回路２６に出力す
る。

即ち、左右のバンク，の個体バラツキによ
り同一の空燃比フイードバツク補正係数αの制御
値に対する空燃比λにずれを生じた場合、一方の
酸素センサはリツチ期間の占める割合が大きく、
他方の酸素センサはリーン期間の占める割合が大
きくなる。

この場合、前記一方の酸素センサは他方の酸素
センサに比べてリーンからリツチに反転する時期
は早められ、リツチからリーンに反転する時期は
逆に遅れる。

そこで、制御量補正回路２４は２つの酸素セン
サ１２Ａ，１２Ｂの信号の反転時期のずれを検出
した場合は空燃比フイードバツク補正係数αの制
御値を反転させる際、即ち２つの酸素センサの信
号Ｓ２，Ｓ３が共にリツチ又はリーンとなつた時
点、バンク側の酸素センサ１２Ｂがリツチ期間
が長いときは、同バンクの空燃比フイードバツ
ク補正係数をバンクにおいてなされるように通
常のPI制御により±Ｐ分を与えて設定した値か
ら所定量△αを減少させる信号を出力し、逆にリ
ーン期間が長いときは同じく所定量△αを増大さ
せる信号を出力する。

但し、具体的には、後述するように加算回路２
６においてバンク側の空燃比フイードバツク補
正係数αの値を基準としてバンク側の空燃比フ
イードバツク補正係数αの値を補正するため、制
御量補正回路２４においては、制御値の反転毎に
所定量△αの積算した値に相当する信号を出力す
る。

加算回路２６はＳ５，Ｓ６の信号により空燃比
フイードバツク補正係数αを所定量だけ加算又は
減算し、その値α′に相応する信号Ｓ７を第２の乗
算回路２７へ出力する。

第１の乗算回路２５は、信号Ｓ１とＳ５とによ
り、基本噴射量Tpに空燃比フイードバツク補正
係数αを乗算して燃料噴射量Tiを求め、その信
号Ｓ８を第１の燃料噴射弁駆動回路２８に出力す
る。第１の燃料噴射弁駆動回路２８は、Tiに相
応するパルス巾をもつ駆動パルス信号Ｓ９をバン
ク側の各気筒に取り付けられた燃料噴射弁７Ａ
に出力する。

第２の乗算回路２７は信号Ｓ１とＳ７とにより
基本噴射量Tpと補正された空燃比フイードバツ
ク補正係数α′とを乗算して燃料噴射量Ti′を求め、
その信号Ｓ１０を第２の燃料噴射弁駆動回路２９
に出力する。第２の燃料噴射弁駆動回路２９は
Ti′に相応する駆動パルス信号Ｓ１１をバンク
側の各気筒に取り付られた燃料噴射弁７Ｂに出力
する。

次に、かかる制御装置による一連の制御動作を
第５図に示す信号特性図を参照しつつ説明する。
時点t₂₁において２つの酸素センサ１２Ａ，１２
Ｂの信号Ｓ２，Ｓ３は共にリツチの状態を示し、
信号判別回路２２の信号に基づき空燃比フイード
バツク補正係数演算回路２３は空燃比フイードバ
ツク補正係数αの値を初回に比例分Ｐだけ減じ、
２回目以後は積分分Ｉずつ減じる演算を行ない、
その信号Ｓ５を出力する。

これにより第１の乗算回路２５を経て第１の燃
料噴射弁駆動回路２８から出力される燃料噴射量
Tiに相応するパルス信号Ｓ９のパルス巾が減じ
られ、バンクＩ側の燃料噴射弁７Ａの開弁時間が
減少して燃料噴射量が減少制御される。

一方、バンク側の酸素センサ１２Ｂの出力は
時点t₂₁より先に時点t₂₀で既にリツチとなつてい
るため、このずれを検出して制御量補正回路２４
により時点t₂₁においてバンクの空燃比フイー
ドバツク係数α′を所定量△α減少させる信号Ｓ６
が出力される。これにより、加算回路２６はバン
クの空燃比フイードバツク補正係数αから所定
量を減じた値をバンクの空燃比フイードバツク
係数α′として求め、その信号Ｓ７が第２の乗算回
路２７に出力される。

第２の乗算回路２７は、基本噴射量Tpと補正
された空燃比フイードバツク補正係数α′とを積算
して燃料噴射量Ti′を求め、その信号Ｓ１０が第
２の燃料噴射弁駆動回路２９へ出力され、該駆動
回路２９からのTi′に相応するパルス巾をもつ信
号Ｓ１１がバンク側の燃料噴射弁７Ｂに出力さ
れる。

このようにして、バンク側の燃料噴射弁７Ｂ
からの燃料噴射量も減少制御されるが、その減少
制御量はバンク側に比べて大きいのでリーン側
にスライドした制御が行われる。

次いで、時点t₂₂においてバンクの空燃比が
λ＝１に到達し無駄時間Tdの経過後の時点t₂₄で
酸素センサ７Ａの信号Ｓ２がリツチからリーンに
反転し、又、時点t₂₃でバンクの空燃比がλ＝
１に到達し無駄時間Td経過後の時点t₂₅で酸素セ
ンサ７Ｂの信号Ｓ３がリツチからリーンに反転す
る。従つて時点t₂₅で空燃比フイードバツク補正
係数演算回路２３が空燃比フイードバツク補正係
数αを比例分Ｐだけ増大させ、以後積分分Ｉずつ
増大する演算を行いその信号Ｓ５を出力する。こ
れにより、乗算回路２５、燃料噴射弁駆動回路２
８を介してバンク側の燃料噴射弁７Ａからの燃
料噴射量が増大制御に切換えられる。

一方、制御量補正回路２４は、酸素センサ１２
Ａ，１２Ｂの反転時期のズレを検出してバンク
側の空燃比フイードバツク補正係数α′を所定量△
α減少させる信号Ｓ６を出力する。

これにより、加算回路２６において空燃比フイ
ードバツク補正係数α′は、時点t₂₅で比例分Ｐか
ら所定量△αを差し引いた制御分が増大され、以
後積分分Ｉずつ増大する制御が行われる。

ここで、時点t₂₁においてバンク側の空燃比
フイードバツク補正係数αの減少量を△αだけ大
きくしたことによりλ＝１に到達する時点t₂₃が
それだけ早められ、従つて時点t₂₄，t₂₅間のずれ
が時点t₂₀，t₂₁間のずれに比べて短縮される。

又、時点t₂₅における空燃比フイードバツク補
正係数α′の増大量を△αだけ小さくしたことによ
りバンクにおいてλ＝１に到達する時点t₂₆が
それだけ遅れバンクにおいてλ＝１に到達する
時点t₂₇とのずれが小さくなるので２つの酸素セ
ンサ１２Ｂ，１２Ａがこれらの時点t₂₆，t₂₇を検
する時点t₂₈，t₂₉間のずれは時点t₂₄，t₂₅間のずれ
に比べて短縮される。

以降同様のことが繰返されて２つの酸素センサ
１２Ａ，１２Ｂの信号Ｓ２，Ｓ３の反転時期のず
れは短縮され、時点t₃₀において許容範囲内で一
致し、これと併行してバンク，の空燃比フイ
ードバツク補正係数α，α′はハンチングの振巾、
周期を減少しつつ空燃比λ＝１からのずれ量が等
しくなるように制御される。即ち２つのバンク
，がバラツキなく略λ＝１を制御中心として
同一の空燃比に制御されるのである。

このようにして、バンク，の空燃比フイー
ドバツク補正係数α，α′の振巾、周期を減少で
き、かつ、同一の空燃比に制御できることによ
り、排気特性、燃費とも大幅に向上する。

尚、本実施例において補正を行わない側の空燃
比フイードバツク補正係数αの制御量が所定範囲
に限定されている場合、制御中心値を前記所定範
囲の中央値に近づける方が制御の余裕が大きい。
したがつて、他方の空燃比フイードバツク補正係
数α′を補正することによつて空燃比フイードバツ
ク補正係数αの制御中心が前記所定範囲の中央値
に近づくように補正を行う側のバンクを選定する
ことが望ましい。

又、本実施例では酸素センサの信号のずれを検
出した場合一方の空燃比フイードバツク補正係数
を一定の値ずつ増減補正する構成としたが、ずれ
量に比例して増減補正量を設定するようにしても
よい。

さらに、２系統の空燃比フイードバツク補正係
数α，α′を共に互いに逆方向に増減補正する構成
としてもよい。

又、一方の酸素センサが故障した場合は、その
時点で２系統の空燃比フイードバツク補正係数
α，α′間のずれ量を記憶しておき、正常な酸素セ
ンサの信号に基づいて、従来通りのPI制御を行
つて一方の空燃比フイードバツク補正係数を設定
し、他方は、これに前記ずれ量を加算して設定す
れば２系統間のバラツキを吸収した良好な制御が
続行される。この場合、回転数、負荷等によつて
定まる異なる運転状態毎に２系統の空燃比フイー
ドバツク補正係数を記憶しておけば凡ゆる運転状
態に亘つてより良好な制御を行える。

〈考案の効果〉 以上説明したように本考案によれば、２つの酸
素センサの信号出力の種類に応じて空燃比フイー
ドバツク制御量に偏差を与えることにより２つの
気筒群が同一の設定空燃比に制御される構成とし
たため、ハンチングする制御量の振巾、周期が短
縮されることとも相埃つて排気特性、燃費を可及
的に改善できる。

又、２つの気筒群を全く独立した制御系で制御
する場合に比べ、２つの酸素センサの共通の信号
に基づいて基本となる空燃比フイードバツク制御
量を設定し、この値に所定量を加減補正して２系
統の制御量を設定する構成であるため、演算回路
等の共通化が図れ、コスト的にも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、内燃機関の空燃比制御装置の機械的
な構成部分の一例を示す構成図、第２図は１個の
酸素センサの信号に基づく空燃比フイードバツク
制御の一例を示す特性図、第３図は２つの酸素セ
ンサの信号に基づく空燃比フイードバツク制御の
一例を示す特性図、第４図は本考案の一実施例を
示す制御ブロツク図、第５図は同上実施例の制御
特性図である。 １……Ｖ型内燃機関、７Ａ，７Ｂ……燃料噴射
弁、８Ａ，８Ｂ……排気マニホールド、１２Ａ，
１２Ｂ……酸素センサ、２１……基本噴射量演算
回路、２２……判別回路、２３……空燃比フイー
ドバツク補正係数演算回路、２４……制御量補正
回路、２５，２７……乗算回路、２６……加算回
路、２８，２９……燃料噴射弁駆動回路、Ｓ１〜
Ｓ９……信号。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ２つの気筒群に夫々接続される２系統の排気管
   に夫々排気中酸素濃度を検出し、排気中酸素濃度
   に対応する空燃比の大小に応じて反転する２種類
   の信号を出力する酸素センサを備え、これら２つ
   の酸素センサからの信号に基づいて燃料供給量を
   増減制御することにより空燃比を設定値に保つよ
   うにフイードバツク制御する内燃機関の空燃比制
   御装置において、２つの酸素センサからの信号を
   判別する信号判別手段と、該信号判別手段により
   ２つの酸素センサが互いに異種類の信号を出力し
   ていることを判別した時に２つの気筒群に出力さ
   れる空燃比フイードバツク制御量に偏差を与え２
   つの気筒群における空燃比フイードバツク制御量
   と設定空燃比に対応する制御量との差が等しくな
   るように補正制御する制御量補正手段を設けた構
   成としたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御
   装置。