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    公开号:WO1991017349A1
    申请号:PCT/JP1991/000607
    申请日:1991-05-07
    公开日:1991-11-14
    发明作者:Shinpei Nakaniwa
    申请人:Japan Electronic Control Systems Co., Ltd.；
    IPC主号:F02D41-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 内燃機関の空燃比制御方法及び装置
    [0003] く技術分野〉
    [0004] 本発明は内燃機関の空燃比制御方法及び装置に関し、 詳しくは、 自動 車用内燃機関の排気系に設けられた触媒式排気浄化装置の上流側及び下 流側それぞれにおいて、 排気成分濃度に基づいて空燃比を検出し、 該検 出結果に基づいて機関吸入混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバッ ク制御するよう構成された空燃比制御方法及び装置に関する。
    [0005] く背景技術〉
    [0006] 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 ィ―ドバック制御することが行われている。
    [0007] かかる空燃比フィードバック制御においては、 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二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の酸素濃度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， リーンを検出し、 該検出結 果に基づいて機関への燃料供給量をフィ一ドバック制御するようにして いる。
    [0008] 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 特性が変化し易いという問題があった。 また、 特に排気マ二ホールドの 集合部に設けられる場合には、 気筒毎の排気の混合が不十分であるため に、 全気筒の平均的な空燃比を検出することが困難であって、 空燃比の 検出精度にバラツキが発生するという問題があった。 このため、 前述の ように燃焼室の近くに酸素センサを設けることで検出応答性は確保でき るものの、 該酸素センサのみを用いた空燃比フィードバック制御では、 空燃比の制御精度を安定して得ることが困難であった。
    [0009] かかる問題点に鑑み、 従来の触媒上流側の酸素センサに加え、 触媒の 下流側にも酸素センサを設け、 これら 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 5 8 - 4 8 7 5 6号公報等参照） 。
    [0010] 即ち、 下流側の酸素センサは、 三元触媒の 0 2 ストレージ効果 （理論 空燃比よりもリーン時は酸素量大、 リッチ時は酸素量小の状態が継続し て出力が遅延する。 ） によって応答性は悪いが、 三元触媒において C O， H C , N O の転換効率が最も良い空燃比を安定して検出できるため、 上流側の酸素センサの劣化状態を補償した高精度で安定した検出性能が 得られる。
    [0011] 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、 下流側の酸素センサで検出さ れる空燃比が目標空燃比に近づく方向に、 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操作量を修正させたりする。 よって、 上流側 の酸素センサで空燃比制御の応答性を確保しつつ、 下流側の酸素センサ で空燃比制御の制御精度を補償して、 高精度な空燃比フィードバック制 御が行えるようにしている。
    [0012] しかしながら、 上記の従来の 2つの酸素センサを用いた空燃比制御シ ステムによると、 その時々での下流側酸素センサの出力に基づき、 機関 への燃料供給量を直接更新しており、 上流側の酸素センサの出力特性が 変化した場合に、 目標空燃比を得られる制御に戻すための制御の修正目 標をもたなかったため、 以下のように、 制御のオーバーシュートが発生 してしまうことがあった。
    [0013] 即ち、 下流側の酸素センサの出力は上流側に比べ大きな応答遅れがあ るが、 下流側の酸素センサで目標空燃比に対するリーン （リツチ） 状態 が検出されていると、 従来制御では、 かかるリーン （リッチ） 状態を解 消するように燃料供給量の補正を直接行うから、 燃焼室内の空燃比が既 にリーン （リツチ） 状態からリツチ （リーン） 状態に反転していても、 下流側の酸素センサで検出される空燃比がかかる反転を示すまでは、 実 空燃比をリッチ化 （リーン化） のための制御を継続することになる。 このため、 下流側の酸素センサによる検出空燃比がリッチ · リーン反 転する直前の段階では、 制御がオーバ一シュート現象を生じ、 平均空燃 比としては目標空燃比が得られても、 前記オーバ一シュ一トによって空 燃比の変動幅が大きくなるので、 前記オーバーシュート時に C O, H C , N 0 Xのスパイクが発生するという問題があった。
    [0014] 本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、 触媒下流側に設けられる 空燃比センサの検出応答遅れに影響されて、 空燃比フィードバック制御 のオーバーシュートが発生することを防止することを目的する。
    [0015] 具体的には、 触媒上流側の空燃比センサの出力特性が熱劣化等により 変化したときに、 空燃比フィードバック制御を真に目標空燃比が得られ る制御に修正するための修正目標値を、 下流側の空燃比センサによる検 出結果に基づいて設定し、 該修正目標値と実際値との比較を行わせつつ、 制御の修正を行わせることで、 修正目標値を大きく越える制御の修正が 行われないようにして、 空燃比振れ幅の増大を回避することを目的とす る。
    [0016] また、 前記修正目標値の設定が、 下流側の空燃比センサで検出される 空燃比に対して過敏に反応して、 修正目標値値の設定安定性が損なわれ ることを防止することを目的とする。
    [0017] 更に、 前記修正目標値に対応する実際値が、 空燃比フィードバック制 御の一時的な変動に影響されることがないようにして、 空燃比フィード バック制御の誤制御が誤って判断されたり、 過敏に制御の修正が行われ たりすることを防止することを目的とする。
    [0018] 〈発明の開示〉
    [0019] 上記目的達成のため本発明にかかる内燃機関の空燃比制御方法及び装 置では、 まず、 基本的に、 内燃機関の排気系に設けられた触媒式排気浄 化装置の上流側及び下流側に、 機関吸入混合気の空燃比によって変化す る排気中の特定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 空燃比センサをそれぞれ設け、 第 1の空燃比センサの出力値に基づいて 機関吸入混合気の空燃比を目標空燃比にフィ一ドバック制御する。 ここ までの構成は従来技術に存在する。
    [0020] ここで、 本発明にかかる特徴的な構成として、 前記第 1の空燃比セン サを用いた空燃比フィ一ドバック制御におけるリ一ン方向制御量の総量
    [0021] (実空燃比をリーン化させるために用いた制御量の総和） とリツチ方向 制御量の総量 （実空燃比をリツチ化させるために用いた制御量の総和） とをそれぞれに求める。 一方、 第 2の空燃比センサの出力値に基づいて、 前記リッチ方向とリ一ン方向とでのそれぞれの制御総量の相違の程度を 示す差又は比等を含むパラメータの修正目標値を可変設定させる。 そし て、 前記リッチ方向とリ一ン方向とでの制御総量の相違の程度を示すパ ラメ一夕が、 前記修正目標値になるように、 前記第 1の空燃比センサを 用レ、た空燃比フィードバック制御における制御操作量を変化させるよう にした。
    [0022] 即ち、 第 1の空燃比センサの出力特性が変化すると、 換言すれば、 何 らかの原因で第 1の空燃比センサに検出誤差が生じると、 目標空燃比が 実際に得られるリーン方向制御量の総量とリツチ方向制御の総量とのバ ランスが変化する。 ここで、 初期のバランスを維持すべく制御するので は、 実際に目標空燃比に制御できなくなくなるが、 このことは、 第 2の 空燃比センサで検出される空燃比が目標空燃比からずれることによって 検出されるので、 前記バランス状態の目標である修正目標値を第 2の空 燃比センサの出力値に基づき変化させることで、 前記バランスを目標空 燃比相当レベルに随時修正し、 第 1の空燃比センサの検出結果に基づい て行われる空燃比フィ一ドバック制御で正しく目標空燃比が得られるよ うにするものである。
    [0023] 前記第 1及び第 2の空燃比センサとしては、 排気中の酸素濃度に感応 して出力値が変化するセンサを用いることができ、 空燃比フィードバッ ク制御は、 機関への燃料供給量をフィードバック制御して行わせること ができる。
    [0024] リーン方向制御量の総量及びリツチ方向制御量の総量は、 第 1の空燃 比センサで検出される実際の空燃比の目標空燃比に対するリツチ， リー ン反転間において求めるようにすれば良く、 更に、 前記総量をそれぞれ に加重平均することで、 制御バランスの一時的な変動に影響されること を回避することが可能となる。
    [0025] また、 空燃比フィ一ドバック制御における目標空燃比と同じ目標空燃 比に相当する値に第 2の空燃比センサの出力値が近づくように、 前記修 正目標値を所定値ずつ変化させるよう構成すれば、 修正目標値に一致さ せる制御によつて空燃比フィードノ ック制御で得られる実空燃比を正し く目標空燃比に一致させることができる。
    [0026] 更に、 第 2の空燃比センサの出力値における所定の不感帯を設け、 第 2の空燃比センサの出力値が前記所定の不感帯内であるときに修正目標 値の可変設定が停止すれば、 第 2の空燃比センサの出力値に基づく修正 目標値の設定が不安定になることを回避できる。
    [0027] また、 リ一ン方向制御量の総量とリッチ方向制御量の総量との相違の 程度を示すパラメータが修正目標値になるように制御操作量を変化させ るに当たっては、 前記修正目標値に対する偏差に応じて制御操作量の補 正値を設定し、 この補正値を用いて制御操作量を変化させるようにする ことが好ましく、 ここで、 前記偏差に対する補正値の特性を適宜設定す ることで、 修正目標値と実際値とのずれが大きいときの応答性確保と、 ずれが少ないときの安定性の確保とを、 容易に実現できる。
    [0028] く図面の簡単な説明〉
    [0029] 第 1図は本発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置の基本構成を示す ブロック図である。
    [0030] 第 2図は本発明にかかる内燃機関の空燃比制御方法及び装置の一実施 例のシテス厶概略図である。
    [0031] 第 3図及び第 4図はそれぞれ同上実施例における空燃比フイードバッ ク制御の様子を示すフローチャートである。
    [0032] 第 5図は同上実施例における空燃比フィードバック補正係数 αの変化 特性を示すタイムチャートである。
    [0033] 第 6図は三元触媒の転換効率と同上実施例における修正目標値との関 係を示す線図である。
    [0034] く発明の実施例〉
    [0035] 本発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置の概略構成は、 第 1図に示 すとおりであり、 かかる内燃機関の空燃比学習制御装置及び方法の実施 例は第 2図〜第 6図に示される。 —実施例を示す第 2図において、 機関 1には、 エアクリーナ 2から吸 気ダクト 3， スロッ トル弁 4及び吸気マ二ホールド 5を介して空気が吸 入される。 吸気マ二ホールド 5のブランチ部には各気筒毎に燃料噴射弁 6が設けられている。 前記燃料噴射弁 6は、 ソレノィ ドに通電されて開 弁し、 通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であって、 後述するコ ントロールュニッ ト 12からの駆動パルス信号により通電されて開弁し、 図示しない燃料ポンプから圧送されプレツシャレギュ一レー夕により所 定の圧力に調整された燃料を吸気マ二ホールド 5内に噴射供給する。 尚、 本実施例では上記のようにマルチポイントインジヱクシヨンシス テム （M P I方式） としたが、 スロッ トル弁 4の上流などに全気筒共通 に単一の燃料噴射弁を設けるシングルボイントインジヱクションシステ ム （S P I方式） であっても良い。
    [0036] 機関 1の燃焼室にはそれぞれ点火栓 7が設けられていて、 これにより 火花点火して混合気を着火燃焼させる。
    [0037] そして、 機関 1からは、 排気マ二ホールド 8 , 排気ダクト 9 , 三元触 媒 10及びマフラー 11を介して排気が排出される。 前記三元触媒 10は、 排 気成分中の C O, H Cを酸化し、 また、 N Ox を還元して、 他の無害な 物質に転換する触媒式排気浄化装置であり、 機関吸入混合気を理論空燃 比で燃焼させたときに還元 ·酸化の両転換効率が最も良好なものとなる (第 6図参照） 。
    [0038] コントロールユニッ ト 12は、 C P U, R OM, R AM, AZD変換器 及び入出力ィンタフヱイスを含んで構成されるマイクロコンピュー夕を 備え、 各種のセンサからの検出出力を入力して、 後述の如く演算処理し て燃料噴射弁 6の作動を制御する。
    [0039] 前記各種のセンサとしては、 吸気ダクト 3中に熱線式或いはフラップ 式などのエアフローメータ 13が設けられていて、 機関 1の吸入空気流量 Qに応じた電圧信号を出力する。
    [0040] また、 クランク角センサ 14が設けられていて、 4気筒の場合、 クラン ク角 180° 毎の基準信号と、 クランク角 1 ° 又は 2 ° 毎の単位信号とを 出力する。 ここで、 前記基準信号の周期、 或いは、 所定時間内における 前記単位信号の発生数を計測することより、 機関回転速度 Nを算出する ことができる。
    [0041] また、 機関 1のウォー夕ジャケットの冷却水温度 Twを検出する水温 センサ 15が設けられている。
    [0042] 更に、 三元触媒 10の上流側となる排気マ二ホールド 8の集合部に第 1 の空燃比センサとしての第 1酸素センサ 16が設けられており、 また、 三 元触媒 10の下流側でマフラー 11の上流側には第 2の空燃比センサとして の第 2酸素センサ 17が設けられている。
    [0043] 前記第 1酸素センサ 16及び第 2酸素センサ 17は、 排気中の特定成分と しての酸素の濃度に感応して出力値が変化する公知のセンサであり、 理 論空燃比を境に排気中の酸素濃度が急変することを利用し、 基準気体と しての大気と排気との酸素濃度差に応じて理論空燃比よりもリツチであ るときには 1 V付近の電圧を、 また、 理論空燃比よりもリーンであると きには 0付近の電圧を出力するリツチ · リーンセンサである （第 6図参 照） 。
    [0044] ここにおいて、 コントロールュニット 12に内蔵されたマイクロコンビ ユー夕の C P Uは、 第 3図及び第 4図のフローチャートにそれぞれ示す R O M上のプログラムに従って演算処理を行い、 機関吸入混合気の空燃 比が目標空燃比 （理論空燃比） になるようにフィードバック制御を行い つつ機関 1への燃料供給量を制御する。 尚、 第 1図に示される本発明にかかる空燃比制御装置の基本構成であ る空燃比フィードバック制御手段， 制御総量演算手段， 制御操作量設定 手段， 修正目標値設定手段としての機能は、 前記第 3図及び第 4図のフ ローチャートにそれぞれ示すようにコントロールュニッ ト 12がソフトウ エア的に備えている。
    [0045] 次に第 3図及び第 4図のフローチヤ一トを参照しつつコントロ一ルュ ニッ ト 12内のマイクロコンピュー夕の演算処理の様子を説明する。 第 3図のフローチャートは、 所定微小時間 （例えば 10ms) 毎に実行さ れ、 空燃比フィードバック補正係数 αを比例積分制御で設定して、 該空 燃比フィードバック補正係数 αに基づいて基本燃料噴射量 Τ ρを補正し て燃料噴射量 T iを設定するプログラムであり、 このプログラムで設定 される燃料噴射量 T iに対応する駆動パルス信号を、 燃料噴射弁 6に所 定タイミングで出力して燃料噴射を実行させるようになつている。
    [0046] まず、 ステップ 1 (図中では S 1 としてある。 以下同様） では、 排気 マ二ホールド 8の集合部、 即ち、 三元触媒 10の上流側に設けられた第 1 酸素センサ 16 ( F 02/S ) の出力値を F V 02 にセッ 卜する。
    [0047] 次のステップ 2では、 ステップ 1で F V〇2 にセッ トした出力値 （電 圧値） と、 目標空燃比である理論空燃比相当のスライスレベルである所 定電圧 （例えば 500mV)とを比較することによって、 第 1酸素センサ 16で 検出される機関吸入混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチである かリーンであるかを判別する （第 5図参照） 。
    [0048] そして、 ステップ 2で F V 02 > 500mv であると判別されて、 理論空 燃比よりもリッチであるときには、 ステップ 3へ進み、 フラグ F Rの判 別を行う。
    [0049] 前記フラグ F Rは、 後述するようにリーン判別の初回、 即ち、 リ ッチ からリーンに反転した初回にゼロがセッ トされるようにしてあり、 リー ン状態ではゼロを保ち、 然も、 リーンからリッチへ反転した初回に 1が セッ トされるようにしてあるので、 ステップ 3でフラグ FRがゼロであ ると判別されたときは、 リーンからリツチへの反転初回である。
    [0050] ステップ 3でフラグ F Rがゼロであると判別されたリッチへの反転初 回時には、 ステップ 4へ進み、 後述するように基本燃料噴射量 Tpに乗 算される空燃比フィードバック補正係数 （基準値 = 1 ) の比例制御に よる減少設定を以下の式に従って行う。
    [0051] α^-α- Ρ X SR
    [0052] 上式で、 Ρは予め設定された空燃比フィードバック制御における制御 操作量としての比例定数であり、 SR {%) は前記比例定数の補正係数 (補正値） であって、 後述するように空燃比フィードバック補正係数 α の増大 （リツチ方向） 制御量の総量と減少 （リーン） 方向制御量の総量 との差と、 該差の修正目標値との比較結果に基づいて可変設定されるよ うになつている。
    [0053] 次のステップ 5では、 今回上記のステツプ 4で空燃比フィ一ドバック 補正係数なを減少させた量である PXSRを∑ aRにセッ 卜する。
    [0054] 次のステップ 6では、 空燃比がリーンであると判別されている間にお いて、 空燃比フィードバック補正係数 αを増大補正させて空燃比のリッ チ化を図つたときの補正係数ひの増大制御量の総量をサンプリングした ∑aLを MLにセッ トする。 尚、 上記の∑ひ Lは、 今回リツチに反転す る前のリーン空燃比状態において補正係数 を比例積分制御で増大補正 した値の総量であり、 MLにセッ トされた後はリセッ トされて、 次のリ 一ン空燃比状態での制御総量がセッ トされるようにする。
    [0055] ステップ 7では、 前記フラグ FRに 1をセッ トする。 これにより、 次 回もリツチ判別されると、 ステップ 3でフラグ F Rが 1であると判別さ れることにより、 ステップ 9へ進むことになる。
    [0056] 次のステツプ 8では、 前記ステツプ 6で求めた最新のリ一ン状態にお ける補正係数ひの増大補正の総量である MLと、 前回までの加重平均結 果 MLavとを加重平均して、 その結果を新たに MLavにセッ 卜する。 一方、 ステップ 3でフラグ FRが 1であると判別されるリツチ空燃比 の継続状態においては、 ステップ 9で補正係数 αを積分制御によって徐 々に減少設定させる。 ここでは、 機関負荷に対応する燃料噴射量 T iと 所定の積分定数 Iとを乗算した値を補正係数 αから減算するようにして あり （α— 一 I xT i) 、 ここでの補正係数 αの減少制御量 （制御操 作量） は I XT iとなる。
    [0057] 従って、 次のステップ 10では、 リッチ空燃比への反転初回に比例制御 分の PxSRをセッ トした∑ Rに、 ステップ 9での減少制御量である I XT iを加算して、 該加算結果を新たに∑aRとする。 このように、 リツチ空燃比への反転初回における比例制御での PxSRに対して、 そ の後の積分制御における I XT iがその都度加算されて、 空燃比のリッ チ状態において補正係数 αを全部でどれだけ減少制御したかが∑ R ( =リーン方向の制御操作量の総量） に設定されるようにしてある。
    [0058] 上記のリツチ状態における制御と略同様な制御がリーン状態において も行われるが、 リーンへの反転初回における比例制御では、 所定の比例 定数 Ρに対して （1— SR) を乗算した結果を補正係数 αに加算するよ うにしてある （ステップ 12) 。 従って、 制御操作量の補正係数 SRを増 大させたときには、 補正係数ひを比例制御で減少させる値が大きくなり、 逆に、 補正係数 を比例制御で増大させる値が小さくなり、 結果、 空燃 比フィードバック制御における空燃比制御点がリーン側にずれることにな る。
    [0059] また、 リーンへの反転初回においては、 前回までのリッチ空燃比状態 において補正係数 を減少制御した総量がサンプリングされている∑ Rを MRにセッ 卜し （ステップ 14) 、 この MRの加重平均値 MRavを演 算する （ステップ 16) 。
    [0060] 更に、 空燃比リーン状態において、 補正係数ひを増大制御した値の総 量を∑ a Lに積算していく制御も行われる （ステツプ 13, 18)。
    [0061] 上記のようにして、 空燃比のリッチ ' リーン反転時に更新設定される リツチ状態における補正係数 の減少補正の総量 MRav及びリーン状態 における補正係数 aの増大補正の総量 M L avは、 ステツプ 19の演算処理 で用いられる。
    [0062] ステップ 19は、 リツチ又はリーンへの反転初回に実行されるものであ り、 上記のようにして算出される M Lavと MRavとの差、 即ち、 リーン 方向制御総量の加重平均値 MRavと、 リツチ方向制御総量の加重平均値 M Lavとの偏差 （総量相互の相違の程度を示すパラメータ） を求め （M Lav— MRav) 、 この差を A Dにセッ トする。 尚、 前記偏差 A Dが、 リ ッチ方向とリ一ン方向とでの制御総量相互の相違の程度を示すパラメ一 夕に相当する。
    [0063] そして、 次のステップ 20では、 前記ステップ 19で求めた A Dと該厶 D の修正目標値との差 （A D -修正目標値） に基づいて、 前記比例定数 P の補正係数である S Rの更新設定を行わせる。
    [0064] 即ち、 —修正目標値が略ゼロであって、 A Dが略修正目標値と一 致しているときには、 前記補正係数 S Rは更新されないが、 図中に示す ように、 A D—修正目標値がプラスの値となった場合、 換言すれば、 修 正目標値に対してリツチ方向の制御量 M Lavが大きすぎて （MRavが小 さすぎて） 、 修正目標値に対して制御点がリッチ側にずれているときに は、 SRがプラス側に補正設定されるようにしてある。
    [0065] 補正係数 SRがプラス補正されると、 PxSRが大きくなり、 逆に、 P X ( 1— SR) が小さくなるから、 ステップ 4において補正係数ひが 比例制御で減少する割合が大きくなり、 逆に、 ステップ 12において補正 係数 が比例制御で増大する割合が小さくなる。 従って、 SRがプラス 補正されると、 リッチ方向の制御量 MLavを減少させ、 MRavを増大さ せる方向に補正されることになり、 これによつて、 AD ( = Lav-M Rav) を減少させて修正目標値に近づけることができる。
    [0066] 逆に、 AD—修正目標値がマイナス側の値となったときには、 SRは マイナス側に補正され、 これによつて MLavが大きくなり MRavが小さ くなって Δϋを大きくすることができるから、 この場合にも を修正 目標値に近づけることができる。
    [0067] 尚、 —修正目標値がゼロ近傍であるときには、 AD—修正目標値 に応じた SRの補正値がゼロ近傍に設定されるようにして、 修正目標値 に近い Δ Dで空燃比フィードバック制御されているときの安定性を図り、 △ D—修正目標値が大きくプラス又はマイナス側に振れているときには、 大きく補正係数 S Rが補正されて応答性が確保できるようにしてある。 前記偏差 の修正目標値は、 第 1酸素センサ 16による空燃比フィ一 ドバック補正によって実際に得られる空燃比を決定することになり、 第 1酸素センサ 16の出力特性が熱劣化などで変化して理論空燃比を境とし た出力反転特性がずれた場合でも、 前記修正目標値を理論空燃比相当と すれば、 第 1酸素センサ 16に基づいて理論空燃比にフィ一ドバック制御 させることができる （第 6図参照） 。
    [0068] 即ち、 例えば初期状態において MLav： MRav=50： 50で理論空燃比 にフィードバック制御できていても、 第 1酸素センサ 16の出力特性が変 化すると、 例えば MLav： MRav=45： 55にして初めて理論空燃比にフ イードバック制御されるようになることがある。 このとき、 MLav: M
    [0069] Rav=50： 50では理論空燃比に制御されてなく、 目標よりもリツチ側に 空燃比がずれていることが分かれば、 Δ Dの修正目標値を徐々に減少さ せることで前記 SRが増大補正されるようになり、 これによつて MLav を減少させ、 MRavを増大させる方向に補正して、 理論空燃比相当の M Lav： MRav=45： 55に近づけることができるものである （第 6図参照） ここで、 後述するように第 1酸素センサ 16に基づくフィ一ドバック制御 で得られる空燃比の理論空燃比 （目標空燃比） からのずれを第 2酸素セ ンサ 17の出力に基づいて検出し、 このずれに基づいて修正目標値を増減 変化させるようにしてある。
    [0070] 上記のようにして、 空燃比フィ一ドバック補正係数 が設定されると、 本プログラム実行毎に処理されることになるステツプ 21で、 前記補正係 数 αを用いた燃料噴射量 T iの設定が行われる。
    [0071] ステップ 21では、 まず、 エアフローメータ 13で検出される吸入空気流 量 Qと、 クランク角センサ 14からの検出信号に基づいて算出される機関 回転速度 Nとから、 基本燃料噴射量 Tp ( = KxQ/N； Kは定数） を 演算する一方、 水温センサ 15で検出される冷却水温度 T wを主とした機 関運転条件による各種補正係数 CO EFを設定し、 また、 バッテリ電圧 による燃料噴射弁 6の有効開弁時間の変化を補正するための補正分 T s を設定し、 これらの補正値と前記空燃比フィードバック補正係数 とに よつて前記基本燃料噴射量 T pを補正して最終的な燃料噴射量 T i (― 2Tpx«xCOEF+Ts) を設定する。
    [0072] コントロールュニッ ト 12は、 所定の燃料噴射タイミングになったとき に、 上記ステツプ 21で本プログラ厶実行毎に更新演算される燃料噴射量 T iの最新値を読み出して、 該燃料噴射量 T iに対応するパルス巾の駆 動パルス信号を燃料噴射弁 6に出力することにより、 燃料噴射弁 6によ る燃料噴射量を制御する。
    [0073] ところで、 上記のように、 A Dの修正目標値を理論空燃比相当に可変 設定する必要があり、 かかる修正目標値の設定制御を第 4図のフローチ ヤートに従って以下に説明する。
    [0074] 第 4図のフローチャートに示すプログラムは、 微小時間 （例えば 10ms) 毎に実行されるようになっており、 まず、 ステップ 31では、 三元触媒 10 の下流側に設けた第 2酸素センサ 17の出力電圧を R V 02 にセッ 卜する。 そして、 次のステップ 32では、 前記ステップ 31で第 2酸素センサ 17の 出力電圧をセッ トした R V 0 2 が、 理論空燃比を中心とする所定電圧範 囲に含まれているか否かを判別する。
    [0075] ここで、 理論空燃比相当のスライスレベルを例えば 500mv すると、 この値を中心とする例えば 400 〜600mv を不感帯として設定し、 第 2酸 素センサ 17の出力電圧 R V 0 2 がこの不感帯内であれば、 空燃比が理論 空燃比になっているものと見做し、 600mv を越える電圧が出力されてい るときに空燃比がリツチ、 400mv 未満の電圧が出力されているときにリ ーンであると判別されるようにする。
    [0076] 上記のようにして一定値のスライスレベルとの比較でリツチ · リーン を判定させるのではなく、 所定電圧範囲以外でリッチ · リーン判定させ るようにすることで不感帯を設けたものである。 第 1酸素センサ 16によ るリッチ . リーン判定は、 応答速度の確保のために一定値のスライスレ ベルと比較することによって行わせることが望ましいが、 三元触媒 10の 下流側に設けられる第 2酸素センサ 17は元々応答速度が低く、 然も、 第 1酸素センサ 16の出力に基づいて行われる空燃比フィ一ドバック制御に おける制御空燃比の第 6図に示すようなウインドを越えるズレを検出で きれば良いので、 上記のように不感帯を設けるようにした。
    [0077] 第 2酸素センサ 17は、 前述のように三元触媒 10の下流側に設けられる から、 比較的低い温度の排気に曝されることになり、 また、 鉛， ィォゥ などの有害物質が三元触媒 10でトラップされて被毒が避けられるので、 劣化し難い状況にあり、 然も、 各気筒からの排気が十分に混合にされて 略平衡状態の酸素濃度を検出することができる。 従って、 第 1酸素セン サ 16に対して第 2酸素センサ Πの検出信頼性が高く、 然も、 第 1酸素セ ンサ 16による空燃比フィードバック制御でリツチ · リーンを繰り返す空 燃比の制御中心を検出することができる。
    [0078] 従って、 ステップ 32で空燃比が不感帯を越えてリツチ化していると判 別されたときには、 第 1酸素センサ 16に基づいて理論空燃比にフィード バック制御させているつもりが、 実際には目標よりもリツチ側にずれて いることになり、 この場合は、 ステップ 33へ進んで前記 の修正目標 値を所定微小値 m (例えば 0. 0001 %) だけ減少させる。
    [0079] この修正目標値は、 前記第 3図のフローチャートにおけるステップ 20 で用いられるものであり、 修正目標値が減少すると Δ D—修正目標値が プラス側に変化し、 補正係数 S Rを増大補正することになる。 補正係数 S Rが増大補正されると、 比例制御によつて補正係数 αを減少させる量 が大きくなつて、 逆に、 比例制御によって補正係数ひを増大させる量 （ 二 P x S R ) が小さくなるから、 減少制御量側の MRavが増大し、 増大 制御量側の M L avが減少する。 これにより、 A D =M Lav— MRavが減 少するから、 リツチ検出によって減少させられた修正目標値に A D = M L av - MR avが近づくことになる。 第 2酸素センサ 17によるリツチ検出が継続している間は修正目標値が 所定微小値 mずつ徐々に減少するが、 その割合を充分に小さく してあり、 これに対して A Dが目標に近づく速度を比較的早く してあるので、 厶 D が目標にどんどん近づいていって、 補正係数 S Rの補正量をゼロ近傍に することになり、 かかる補正係数 S Rの補正を何回か繰り返すことによ つて修正目標値が理論空燃比相当の値となって、 結果、 理論空燃比相当 の Δ Dを得て、 第 2酸素センサ 17で検出される空燃比が略理論空燃比付 近になるフィ一ドバック制御に戻すことができる。
    [0080] 一方、 ステツプ 32で空燃比がリーンであると判別されたときにはステ ップ 34で目標を所定値 mだけ増大させ、 を現状よりも増大させるこ とにより、 上記の場合と同様にして空燃比フィ一ドバック制御で実際に 得られる空燃比を理論空燃比に戻すことができる。
    [0081] 従って、 熱的影響を受け易く、 然も、 被毒量の比較的多い第 1酸素セ ンサ 16が劣化して、 その出力特性が変化したために、 初期の制御定数を 用いたのでは空燃比フィ一ドバック制御で得られる空燃比が目標空燃比 である理論空燃比からずれるようになつたときに、 これを補償して理論 空燃比へのフィ一ドバックを実行させることができるようになる。
    [0082] 尚、 目標の変化速度を上記のように充分に小さくしても、 第 1酸素セ ンサ 16の劣化による特性変化が急激に起こることが少ないので充分に対 応させることができる。
    [0083] ここで、 第 2酸素センサ 17で検出される空燃比に応じて増減設定され る修正目標値と実際の Δ Dとを比較して比例制御の操作量 （比例定数 P を補正する補正係数 S R ) を変化させるので、 修正目標値から遠い場合 には大きく変化させる一方、 目標に近い場合には操作量の変化を鈍らす という望ましレ、制御が容易に行え、 応答性を確保しつつ修正目標値に近 づくときのオーバーシュート （リーン ' リツチスパイクの発生） を抑止 させることができ、 以て、 空燃比の振れ巾を抑止して、 三元触媒 10にお ける転換効率を良好に維持できる。
    [0084] 換言すれば、 第 2酸素センサ 17の出力に基づく空燃比フィードバック 制御によって理論空燃比を精度良く得るための修正目標値を設定し、 該 修正目標値と実際値との偏差に応じて制御操作量を補正するから、 制御 操作量の修正を最適に行つて、 無用な空燃比の振れを抑止できるもので あり、 本実施例のように、 目標空燃比に達するリッチ · リーンのみを検 出する酸素センサを用いる場合であっても、 見掛け上は真の実空燃比と 目標空燃比との偏差に対応するような修正を行わせることができるもの であ 。
    [0085] また、 前記ステップ 32におけるリッチ · リーン判定において、 例えば 500mv のスライスレベルとの比較を行わせるようにしても良いが、 本実 施例のように第 2酸素センサ 17によるリツチ ' リーン検出の不感帯を設 けてあれば、 更に、 目標空燃比付近での無用な制御操作量 （比例定数 P ) の増減補正を避けることができる。
    [0086] 尚、 酸素センサ 16, 17が空燃比をリニアに計測できるものである場合 には、 三元触媒 10の転換効率が最良である目標空燃比状態と、 第 2酸素 センサ 17で検出される実際の空燃比とのずれ量が分かるので、 前記第 4 図のフローチャートにおいて目標を増減させる所定微小値 mを前記空燃 比ずれ量に応じて変化させるようにすることもでき、 この場合には更に 応答性を向上させつつ空燃比の振れ巾を三元触媒のストレージ効果が発 揮される所定巾内に抑えることができる。
    [0087] 本実施例では、 減少補正の総量 MRavと増大補正の総量 M L avとの相 違の程度を示すパラメータとして偏差 を求め、 この偏差 を目標 に近づけるように、 比例制御の操作量を増減変化させるようにしたが、 減少補正の総量 MRavと増大補正の総量 M L avとの比を、 相互の相違の 程度を示すパラメータとして用い、 この比を目標に近づけるように構成 しても、 同様な効果が得られる。
    [0088] く産業上の利用可能性〉
    [0089] 以上のように本発明による内燃機関の空燃比制御方法及び装置による と、 空燃比フィードバック制御の精度を長期に渡って安定させつつ、 空 燃比の変動巾を充分に抑制できるので、 電子制御燃料噴射式ガソリン内 燃機関の空燃比制御に最も適しており、 内燃機関の品質 ·性能を高める 上で極めて有効なものである。
    权利要求:
    Claims

    言青求の範囲
    (1)内燃機関の排気系に設けられた触媒式排気浄化装置の上流側及び下 流側にそれぞれ設けられ、 機関吸入混合気の空燃比によって変化する排 気中の特定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 比センサを備えて構成され、 前記第 1の空燃比センサの出力値に基づい て機関吸入混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御するステ ップと、 該空燃比フィ一ドバック制御における空燃比のリ一ン方向制御 量の総量とリッチ方向制御の総量とをそれぞれに演算するステップと、 前記総量相互の相違の程度を示すパラメータの修正目標値を前記第 2の 空燃比センサの出力値に基づいて可変設定するステップと、 前記前記総 量相互の相違の程度を示すパラメータが前記修正目標値になるように前 記空燃比フィ一ドバック制御における制御操作量を可変設定するステッ プとからなる内燃機関の空燃比制御方法。
    (2)前記第 1及び第 2の空燃比センサが、 排気中の酸素濃度に感応して 出力値が変化するセンサである請求項 1記載の内燃機関の空燃比制御方
    (3)前記空燃比フィ一ドバック制御を、 機関への燃料供給量のフィ一ド バック制御によって行う請求項 1記載の内燃機関の空燃比制御方法。
    (4)前記リ一ン方向制御量の総量及びリッチ方向制御量の総量を、 前記 第 1の空燃比センサで検出される実際の空燃比の目標空燃比に対するリ ツチ ' リーン反転間において求める請求項 1記載の内燃機関の空燃比制 御方法。
    (5)前記リ一ン方向制御量の総量とリッチ方向制御量の総量とをそれぞ れに加重平均する請求項 1記載の内燃機関の空燃比制御方法。
    (6)前記修正目標値が、 空燃比フィードバック制御における目標空燃比 と同じ目標空燃比に相当する値に前記第 2の空燃比センサの出力値が近 づく方向に所定値ずつ可変設定される請求項 1記載の内燃機関の空燃比 制御方法。
    (7)前記第 2の空燃比センサの出力値における所定の不感帯を設け、 第 2の空燃比センサの出力値が前記不感帯内であるときに修正目標値の可 変設定を停止する請求項 1記載の内燃機関の空燃比制御方法。
    (8)前記リ一ン方向制御量の総量とリッチ方向制御量の総量との相違を 示すパラメ一夕と、 前記修正目標値との偏差に応じて制御操作量の補正 値を設定し、 該補正値を用いて制御操作量を可変とする請求項 1記載の 内燃機関の空燃比制御方法。
    (9)内燃機関の排気系に設けられた触媒式排気净化装置の上流側及び下 流側にそれぞれ設けられ、 機関吸入混合気の空燃比によって変化する排 気中の特定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機関吸入混合気の空燃比 を目標空燃比にフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段 と、
    該空燃比フィ一ドバック制御手段による空燃比のリ一ン方向制御量の 総量とリツチ方向制御量の総量とをそれぞれ演算する制御総量演算手段 と、
    該制御総量演算手段で演算されるリ一ン方向制御量の総量とリッチ方 向制御量の総量との相違の程度を示すパラメ一夕が修正目標値になるよ うに前記空燃比フィ一ドバック制御手段における制御操作量を可変設定 する制御操作量設定手段と、
    前記第 2の空燃比センサの出力値に基づいて前記修正目標値を可変設 定する修正目標値設定手段と、
    を含んで構成した内燃機関の空燃比制御装置。
    αο)前記第 1及び第 2の空燃比センサが、 排気中の酸素濃度に感応して 出力値が変化するセンサである請求項 9記載の内燃機関の空燃比制御装
    (11)前記空燃比フィ一ドバック制御手段が、 機関への燃料供給量をフィ 一ドバック制御することによつて機関吸入混合気の空燃比を目標空燃比 にフィードバック制御するよう構成された請求項 9記載の内燃機関の空 燃比制御装置。
    (1¾前記制御操作量設定手段におけるリ一ン方向制御量の総量及びリッ チ方向制御量の総量を、 前記第 1の空燃比センサで検出される実際の空 燃比の目標空燃比に対するリツチ， リーン反転間における制御量の総量 とする請求項 9記載の内燃機関の空燃比制御装置。
    (13前記制御総量演算手段が、 リ一ン方向制御量の総量とリッチ方向制 御量の総量とをそれぞれに加重平均して求めるよう構成された請求項 9 記載の内燃機関の空燃比制御装置。
    (14)前記修正目標値設定手段が、 前記空燃比フィ一ドバック制御手段と 同じ目標空燃比に相当する値に前記第 2の空燃比センサの出力値が近づ く方向に修正目標値を所定値ずつ可変設定するよう構成された請求項 9 記載の内燃機関の空燃比制御装置。
    (15)前記第 2の空燃比センサの出力値における所定の不感帯を設け、 前 記修正目標値設定手段が、 前記第 2の空燃比センサの出力値が前記所定 の不感帯内であるときに修正目標値の可変設定を停止するよう構成され た請求項 9記載の内燃機関の空燃比制御装置。
    (16)前記制御操作量設定手段が、 前記制御総量演算手段で演算されるリ ーン方向制御量の総量とリツチ方向制御量の総量との相違を示すパラメ 一夕と、 前記修正目標値との偏差に応じて制御操作量の補正値を設定し、 該補正値を用いて制御操作量を可変とするよう構成された請求項 9記載 の内燃機関の空燃比制御装置。
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    同族专利:
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    法律状态:
    1991-11-14| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE US |
    1992-04-23| RET| De translation (de og part 6b)|Ref document number: 4190939 Country of ref document: DE Date of ref document: 19920423 |
    1992-04-23| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 4190939 Country of ref document: DE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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