JPH0718359B2 - エンジンの空燃比制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明はエンジンの空燃比制御方法に関する。 〔従来の技術〕 近年、自動車分野においては、燃費の省約化，排気公害
の防止を図るために、エンジンの空燃比（A/F）を許容
の目標リーン空燃比（A/F値）に設定して、できるだけ
リーン燃焼限界に近い状態（但し、目標リーン空燃比
は、燃焼の安定性を保つため、リーン燃焼限界点より空
燃比が小さい点に設定してある）でエンジンを運転す
る、リーンバーンシステムが実用化されつつある。 このようなリーンバーンシステムとしては、例えば排気
通路に空燃比センサ（A/Fセンサ）を設けて実際の空燃
比を検出し、この検出信号をマイクロコンピユータに入
力して目標のリーン空燃比になるよう閉ループ制御する
ものがある。 また、従来の空燃比制御技術には、上記の如くA/Fセン
サを用いて実空燃比が目標リーン空燃比になるよう制御
する閉ループ（フィードバック）制御に代わる技術によ
り、リーン空燃比運転時の安定した燃焼，運転を図ろう
とする技術が種々提案されている。 例えば、特開昭52-17127号公報では、エンジンの排気ガ
ス中のリーン燃焼限界点（失火限界点）付近のリーン空
燃比領域で運転を行う場合に、空燃比の変動，分配，微
粒化の変化，外気温度等外的条件によって燃焼状態が悪
化して失火が発生するのを考慮して、エンジンの排気ガ
ス中の炭化水素（HC）濃度を検知し、この検知された電
気信号の振幅が予め設定された基準値より大きいときに
失火の兆候をとらえて、混合気の実質的な空燃比をリッ
チ側に補正する技術が開示されている。 その他、例えば、特開昭60-27748号、特開昭60-13938号
公報等に開示されるように、エンジンの燃焼変動状態を
ラフネスセンサ（例えばトルク変動，筒内圧変動，回転
数変動等の検出するセンサ）により検出して、燃焼変動
量が許容設定値となるよう空燃比を制御するリーン限界
フィードバック制御や、特開昭60-135634号公報に開示
されるように、エンジンの運転中に故意的に短期間のみ
運転性を損なわない程度に空燃比をリーン側に変化させ
て、この時のエンジンの不安定度を検出して、制御空燃
比を補正する技術等が提案されている。 〔発明が解決しようとする課題〕 ところで、リーンバーンシステムでは、その制御精度を
高めるには、上記従来技術の最初に述べたリーン空燃比
閉ループ制御、すなわち、排気通路にA/Fセンサを設け
て実空燃比を検出し、この実空燃比が目標のリーン空燃
比になるようフィードバック制御する技術が理想であ
り、このリーン空燃比閉ループ制御にリーン燃焼限界点
の変化を加味して目標リーン空燃比を常に最適値にする
ことが望まれる。 しかし、上記従来技術には、この点の技術的な配慮がな
されていなかった。 すなわち、特開昭52-17127号公報では、正常燃焼状態の
時は空燃比をオープンモードで制御し、燃焼状態が悪化
した時にのみHC検出信号から混合気をリッチ補正すると
いった特殊なフィードバック制御技術を採用するだけで
あり、しかも、リーン燃焼限界点が今までよりリーン側
に移行したときのリーン補正は不可能である。 また特開昭60-27748号公報では、目標リーン空燃比を定
めたリーン空燃比フィードバック制御を採用しているも
のの、燃焼変動量が異常になると、上記リーン空燃比フ
ィードバック制御からリーン空燃比限界フィードバック
（燃焼変動量が所定の許容燃焼変動量となるよう空燃比
を制御）に切り替わる方式であり、 特開昭60-13938号公報では、上記同様のリーン空燃比限
界フィードバックのみを採用するものである。これらの
リーン空燃比限界フィードバックは、ラフネスセンサで
検出したトルク変動，筒内圧変動，エンジン回転数変動
のいずれかのパラメータで燃焼変動量をとらえて、空燃
比をフィードバック制御するため、空燃比センサを用い
ての上記リーン空燃比フィードバック制御（実空燃比が
目標リーン空燃比となるような制御）とは異なる態様と
なり、このラフネスセンサを用いたリーン空燃比限界フ
ィードバック制御は、エンジンの回転数，トルク変動，
筒内圧等のパラメータがエンジン（ピストン，コンロツ
ド等）の慣性，車体慣性，車体の振動系等の外的要因に
大きく影響されるため、燃焼変動のみを上記外的要因と
分離して検出することが困難であるため、上記外的要因
の影響を受ける分だけ、フィードバック制御精度が犠牲
になり易い。 また、特開昭60-135634号は、エンジンの運転中に空燃
比を故意的に短期間のみ運転性を損なわない程度にリー
ン側に変化させて、この時の燃焼変動量からエンジンの
リーン燃焼限界点の変化をとらえ、この変化に応じて制
御空燃比を補正するが、空燃比制御そのものが開ループ
方式のもので、本願出願人の望むリーン空燃比閉ループ
制御の精度をさらに向上させるといった期待に応えるこ
とはできない。 本発明は以上の点に鑑みてなされ、その目的は、リーン
空燃比閉ループ制御の目標リーン空燃比をリーン燃焼限
界点の変化に応じて修正可能にしてリーン空燃比閉ルー
プ制御精度を向上させ、しかも、上記リーン燃焼限界点
の変化を検出する手段を上記閉ループ制御に用いる空燃
比センサと兼用させて制御システムの合理化を図ること
にある。

【課題を解決するための手段】

本発明は、上記目的を達成するために、空燃比センサを
用いてエンジンの排気ガスから実空燃比を検出し、前記
実空燃比が目標リーン空燃比になるように閉ループ制御
し、且つ、このリーン空燃比制御時にリーン燃焼限界点
の変化を知るためのモードを設定し、このモード時に前
記閉ループ制御を一時中断して開ループ制御により空燃
比センサの出力変動値を求め、このセンサ出力変動値が
予め設定した基準値より大きい時には前記リーン燃焼限
界点の空燃比がリッチ寄りに変化したものとして、前記
目標リーン空燃比を今までより小さくなるよう修正し、
このセンサ出力変動値が前記基準値より小さい時には前
記リーン燃焼限界点の空燃比がリーン寄りに変化したも
のとして、前記目標リーン空燃比を今までより大きくな
るよう修正し、前記閉ループ制御に用いる空燃比制御マ
ップを前記修正された目標リーン空燃比に書き換えて、
以後のリーン空燃比閉ループ制御を実行することを特徴
とする。

【作用】

本発明によれば、リーン燃焼運転中は、基本的には、空
燃比センサで検出した実空燃比が目標リーン空燃比にな
るよう閉ループ制御される。 この目標リーン空燃比の最適値は、エンジンの経時変化
等に伴うリーン燃焼限界点により変化してしまうため、
前記閉ループ制御を一次中断して開ループ制御により空
燃比センサの出力変動値からリーン燃焼限界点の変化を
とらえて、リーン燃焼限界点が変化している場合には、
目標リーン空燃比の修正がなされる。 ここで空燃比センサの出力変動値からリーン燃焼限界
点の変化をとらえられる原理及びリーン燃焼限界点の
変化を開ループ制御により検出する理由について述べ
る。 について…空燃比がリーン燃焼限界（失火限界）を超
えない場合には、空燃比センサの出力中に含まれる変動
成分（時間的に変化する脈動成分）がほとんどなく、空
燃比がリーン燃焼限界点を超えるほど空燃比センサのセ
ンサ出力の変動成分が大きくなる。これは、空燃比セン
サが排気ガス中の成分（例えば酸素濃度）に応じた出力
を出すため、空燃比がリーン燃焼限界点を超えるほどエ
ンジンの燃焼変動が大きくなると、排気ガス中の酸素濃
度がこれに応じて気筒の排気時に対応して脈動的に顕著
にあらわれ、これがセンサ出力の変動成分となるためで
ある。 また、エンジンのリーン燃焼限界点は、エンジンの経時
変化によりリッチ側に変化するほかに、リーン側に変化
することもあり、この変化に応じて今まで空燃比センサ
の出力変動が生じていたとされる或る空燃比点（例えば
当初のリーン燃焼限界点或いはそれ以上のリーン空燃
比）におけるセンサ出力変動の程度も、リーン燃焼限界
点の変化に応じて変化する。この或る空燃比点のセンサ
出力変動は、リーン燃焼限界点の空燃比が今までリッチ
寄りなると大きくなり、逆に今までよりリーン寄りにな
ると小さくなる。したがって、空燃比センサの任意に設
定した空燃比点（センサ出力変動の変化をとらえること
が可能な空燃比点）の出力変動値からリーン燃焼限界点
の変化を検出できる。 について…上記したように、空燃比センサの任意に設
定した空燃比点（センサ出力変動の変化をとらえること
が可能な空燃比点で、例えば今までリーン燃焼限界点と
されていた空燃比点或いはその前，後付近）の出力変動
値からリーン燃焼限界点の変化を検出するためには、リ
ーン空燃比閉ループ制御のままでは目標リーン空燃比に
拘束されて不可能であるが、この閉ループを一次中断し
て開ループにすれば上記任意の空燃比点を設定できる。
特に、リーン燃焼限界点が今までよりリーン側に移行し
た場合には、目標リーン空燃比では空燃比センサ出力変
動がさほど生じない安定した状態を継続するので、この
目標リーン空燃比から燃焼変動量の変化ひいてはリーン
燃焼限界点の変化をとらえるのは極めて困難であり、こ
れに代わり上記開ループ制御が必要となる。このように
して、開ループによりとらえたリーン燃焼限界点の変化
（空燃比センサ出力変動の程度）は精度良くとらえるこ
とができ、この変化に応じて目標リーン空燃比の最適値
を正確に修正することができる。 具体的には、開ループ制御により検出した空燃比センサ
の出力値が予め設定した基準値より大きい時には、リー
ン燃焼限界点がリッチ側に移行したものとして、目標リ
ーン空燃比を今までより小さくなるよう修正し、空燃比
センサの出力値がこの燃焼変動量が前記基準値より小さ
い時には、リーン燃焼限界点がリーン側に移行したもの
として、目標リーン空燃比を今までより大きくなるよう
修正する。 そして、リーン空燃比閉ループ制御の空燃比制御マップ
がこの修正された目標リーン空燃比に書き換えられるの
で、リーン燃焼限界点がリッチ，リーンいずれの方向に
変化しても、目標リーン空燃比を正確にとらえて、精度
の高い閉ループ制御によりリーン空燃比制御を実行する
ことができる。 さらに、上記リーン燃焼限界点を検出するセンサを目標
リーン空燃比制御に用いる空燃比センサと兼用させるこ
とができる。 〔実施例〕 本発明の実施例を図面により説明する。 第１図は本実施例の自動車エンジンの制御システムを示
す構成図であり、図中、１はスロツトルチヤンバ、２は
絞り弁,3は燃料噴射弁、４は点火プラグ、５は気筒内の
燃焼室、６はエンジンの冷却水温を検出する水温セン
サ、７はクランク角センサ、８は排気管、９は空燃比セ
ンサ（以下、A/Fセンサと略する）、10はA/Fセンサ９の
制御回路、11はヒータ駆動回路、12は感応コイル、13は
空燃比制御を行うマイクロコンピユータである。 本実施例における自動車エンジン制御システムでは、エ
ンジンの回転数，負荷，水温等により制御したいA/F
（目標A/F）がマイクロコンピユータ13で決定され、こ
の決定値に基づき噴射弁３が出力される。そして、スロ
ツトルチヤンバ１において形成された混合気は燃焼室５
に入り、点火プラグ４により点火され、その後、排気ガ
スが排気管８に流れる。このとき、A/Fセンサ９が排気
ガス中の酸素濃度に比例した出力信号V_outを出力して実
A/Fを検出し、その信号をマイクロコンピユータ13に入
力して、マイクロコンピユータ13が目標A/F値と実A/F値
との偏差を求め、この偏差に基づき閉ループ制御（Ｐ・
Ｉ制御）して目標A/Fとなるよう空燃比制御を行う。 ここで目標リーンA/F制御は、リーン燃焼限界（失火限
界）点近くでリーン燃焼限界点よりも空燃比が小さい所
にある程度余裕を持たせて設定される。その理由を第４
図に基づき説明する。第４図は、エンジンのA/Fと、排
気ガス中のHCガス，燃費Ｆ及びA/Fセンサ９の出力特性V
_outを示すものである。図示するように排気ガス中の有
害成分であるHC及び燃費Ｆは、A/Fがリーンとなつて失
火領域（斜線部分）に近づくと最も減少するが、失火領
域に入ると急激に増加する。従つて、排気公害対策及び
燃費の省約化を図るためには、目標リーンA/Fをリーン
燃焼限界点近くである程度余裕を持たせた手前のところ
に設定することが好ましく、以上の見地から目標リーン
A/Fが定められる。 また、本実施例のA/Fセンサ９は、酸化ジルコニウム等
の固体電解質よりなり、排気ガス中の酸素濃度量に比例
した出力信号を取り出せるもので、第４図に示すように
A/Fが大きくなると、排気ガス中の酸素濃度が増加する
ため、これに比例してA/Fセンサ９の出力V_outも大きく
なる。 このA/Fセンサの出力特性により前述した如く排気ガス
中の実A/Fを検出するものである。 なお、A/Fセンサ９は、使用している固体電解質の特性
上、高温に加熱しなければならないので、ヒータ駆動回
路11を設けてある。 リーン空燃比制御は、一般に暖機後の部分負荷運転時に
行われるが、目標リーンA/Fは、常に一定に保てば安定
した運転が保障されるわけではなく、リーンA/Fを一定
にしてもエンジン等の経時変化に伴い失火領域の限界
（リーン燃焼限界）点が変化するので、このようなリー
ン燃焼限界点の変化に対応して目標リーンA/Fを修正す
る必要がある。 第２図（ａ）は、エンジンの経時変化に伴うリーン燃焼
限界点の変化を示すもので、斜線の部分が失火領域であ
る。同図の特性線は空気過剰率λ＝実空燃比／理論空燃
比（14.7）に対するセンサ出力V_outの変化を表わし、当
初のリーン燃焼限界点Ａは、空気過剰率でいえばλ_Aの
所にあり、初めはこのλ_A手前の空気過剰率λ₀（λ₀＜
λ_A）を閉ループ制御の目標リーンA/Fとすると、λ₀に
対応するA/Fセンサ９の出力値V_out,0をセンサ出力目標
値として実際のA/Fセンサ出力がV_out,0になるように燃
料噴射量が閉ループ制御される。 ここで、エンジンの経時変化によりリーン燃焼限界点が
リツチ寄りのＢ点（λ_B）に変わると、空気過剰率がλ₀
＞λ_Bとなるので、閉ループ制御の目標出力値V_out,0を
そのままにしておけば失火が生じる。一方、リーン燃焼
限界がさらにリーン寄りのＣ点（λ_C）に変わると、空
気過剰率がλ₀＜λ_Cとなるので、現在のλ₀よりもリー
ン空燃比を大きくした運転が可能となる。 本実施例では以上のリーン燃焼限界の変化を配慮して、
次のようにしてリーン空燃比閉ループ制御の基準となる
センサ出力目標値すなわち目標リーンA/F（空気過剰
率）を修正する。ここで、このような目標値修正を説明
するに先立ち、A/Fセンサ９の出力変動特性について説
明する。第５図はA/Fの変化とA/Fセンサ９の出力変動幅
ΔV_outの関係及びHCの変動幅ΔHCの関係を表わし、また
グラフの上部には、実際のA/Fセンサ９の出力信号の様
子を表わしている。同図に示すように、排気されるHCガ
スの排気量の変動量ΔHCは、失火領域限界ぎりぎりのA/
F（本例ではA/F値が18.8の位置）に至るまではほぼ一定
であるが、機関の気筒のうち少なくとも１つに失火が発
生すると、HCの排気量が時間的に変動する。このような
現象は、失火した気筒から排気されるHC排気量が脈動的
に増加するためであり、その変動量ΔHCは、グラフから
も明らかなように失火領域のA/Fの大きさ、すなわち失
火の程度に比例する。また、このHC排出量の変動幅ΔHC
が大きくなるにつれて、A/Fセンサ９の出力変動幅ΔV
_outも、第５図のセンサ信号の波形及びこの波形（出力
変動幅）グラフに示すように大きくなる。これは、失火
によりHCガスの排気量が時間的に変動すると、この変動
ΔHCに対応して排気ガス中の酸素濃度もA/Fに比例して
時間的に変動し、ひいてはA/Fセンサ９の出力信号の変
動量ΔV_outが大きくなるためである。 以上のようにA/Fセンサ９は、その出力特性からして失
火が始まると、その出力レベルV_outは勿論のこと、更に
は出力レベルの時間的な変動度合ΔV_outも失火の程度に
比例して大きくなる。 本実施例では、このようなA/Fセンサ９の出力信号V_out
から変動成分ΔV_outをとり出し、この変動量ΔV_outが顕
著にあらわれる現象をとらえてリーン燃焼限界点の変化
を監視（検出）し、このリーン燃焼限界がエンジンの経
時変化により変化した場合には、これに対応できるよう
に目標リーンA/Fを修正しようとするものである。 以下、上記目標リーンA/Fを補正する具体的手段につい
て説明する。 第６図（ａ）はA/Fセンサ９の信号V_outから変動成分ΔV
_outを取出すための回路例を示すもので、この回路は変
動する信号ΔV_outを全波整流するものである。ここで、
第６図（ｂ）に示すような変動成分ΔV_outを含むセンサ
信号V_outを入力すると、コンデンサ14により直流分をカ
ツトして交流成分（変動成分）ΔV_outが取り出される。
次いで、アンプ15,16により構成された回路により第６
図（ｂ）の点線より上部の半波が抽出され、また、アン
プ17よりなる回路で点線より下部の半波が抽出される。
更にアンプ18よりなる回路で夫ぞれ抽出された半波を合
せて整流し、ΔV_outに比例したアナログ値を出力するこ
とができる（第６図（ｃ））。このようにして取出され
た検出信号ΔV_outが第１図に示すマイクロコンピユータ
13に入力される。ΔV_outに比例したアナログ値を得るの
に、マイクロコンピユータによるデジタル処理も可能で
あるが、処理時間，コンピユータの容量を考慮すれば、
前述の如く予めアナログ処理した方が好ましい。マイク
ロコンピユータ13は、上記検出信号ΔV_outをリーンA/F
設定（補正）モード時に求め、この検出信号ΔV_outを基
にして目標リーンA/Fを次のように修正する。 第２図（ａ），（ｂ）は、この修正を行うための説明図
で、同図（ａ）は空気過剰率（A/F）に対するエンジン
経時変化の失火領域の変動を表わし、同図（ｂ）は空気
過剰率に対するエンジン経時変化のセンサ出力変動量Δ
V_out特性線の変化を表わす。ここで、当初のエンジン状
態における失火限界領域がＡ点（空気過剰率λ_A）にあ
るものとし、当初はこのλ_Aの手前の空気過剰率λ₀が初
期の目標リーンA/Fとして、このλ₀に対応するセンサ出
力V_out,0を目標閉ループ制御値（リーンA/F値）とし
て、A/Fセンサの出力がV_out,0になるように、マイクロ
コンピユータ13が燃料噴射量を制御しているものとす
る。 また、エンジンの経時変化に伴う目標リーンA/Fの修正
を行うための基準値をリーン燃焼限界点のセンサ出力変
動ΔV_out＝ε（第２図（ｂ）参照）に設定する。このよ
うな条件の下でエンジンの経時変化により、リーン燃焼
限界点Ａが第２図（ａ）のリツチ側のＢ点に移行する
と、第２図（ｂ）の１点鎖線Ｂ′に示す如くセンサ出力
変動の立上りが早まる。従つて、初期のリーン燃焼限界
点Ａのセンサ出力値V_out,Aを基準にして、その時の初期
の失火基準センサ出力変動値εとエンジンの経時変化後
のセンサ出力変化量ΔV_out1とを比較して、エンジン経
時変化後の失火の程度が判断できる。そして、本例で
は、ΔV_out1は基準のセンサ出力変動値εより大きいの
で、ΔV_out1−εに相当するα分だけ目標リーンA/Fに対
応のセンサ出力目標値を修正すればよい。この場合の修
正後の空気過剰率（目標リーンA/F値）λ_mは（１）式で
表わされる。 λ_m＝λ₀-K₁α ……（１） ここで、K₁は修正係数、λ₀はもとの空気過剰率であ
る。このような修正を行うことにより、第２図（ａ）に
示す如く新たな目標リーンA/Fすなわちλ_mがエンジン経
時変化後の失火限界点Ｂの手前に設定できる。そして、
この場合には、センサ出力特性に基づきλ_mに対応するV
_out,mを求め、修正後はこのV_out,mを目標センサ出力と
して、A/Fの閉ループ制御が行われる。 逆に、失火限界領域Ａが第２図（ａ）のリーン側のＣ点
に移行した場合には、第２図（ｂ）の破線Ｃ′に示す如
く、センサ出力変動の立上りが遅まる。この場合には初
期の失火限界Ａ点における、基準センサ出力変動値εと
エンジン経時変化のセンサ出力変動量ΔV_out2とを比較
して、エンジン経時変化後の失火の程度が判断できる。
そして、本例では、ΔV_out2はεより小さいので、もつ
とリーン側での運転が可能であると判断して、制御目標
とする修正後の空気過剰率λ_nをε−ΔV_out2に相当する
β分だけ大きくなるように修正すればよい。この場合の
修正後の空気過剰率λ_nは（２）式で表わされる。 λ_n＝λ₀+K₂β ……（２） K₂は修正係数である。そして、この修正により新たな目
標A/F,λ_nがエンジン経時変化後のリーン燃焼限界点Ｃ
の手前に設定される。また予め定めたセンサ出力特性に
基づきλ_nに対応するV_out,nを求め、補正後はこのV
_out,nをセンサ出力目標値として、A/Fの閉ループ制御が
行われる。 このような目標リーン空燃比（センサ出力目標値）修正
後に再度エンジンの経時変化により失火限界領域が変動
した場合には、上記同様の修正がなされるが、この場合
には、Ｂ或いはＣ点がリーン燃焼限界点とみなして、こ
の時のεとエンジン経時変化後のＢ点,C点におけるV_out
の差に相当するα分、或いはβ分に基づき目標空気過剰
率を修正すればよい。 以上のような制御を行うフローチヤートを第３図に示
す。同図に示すように、目標リーンA/Fの修正を行う場
合には、始めに、部分負荷運転時のようなリーンA/F運
転域であるか否かを、エンジン回転数とアクセル開度
（負荷）を基に判断する。次にリーン燃焼限界の変化を
検出するモード（リーン限界モード）になると、リーン
A/Fの閉ループ制御を一時中断し、開ループ制御とす
る。その理由は、目標リーン空燃比のA/Fの閉ループ制
御のままでは、センサ信号に制御動作の影響が出てしま
い、出力V_out,A点の失火によるΔV_outの成分を抽出でき
ないためである。 すなわち、リーン限界検出モードになると、開ループと
した後に空燃比λ_A点のセンサ出力値ΔV_out（本例では
ΔV_out1或いはΔV_out2）を検出し、既述の如くΔV_outと
εの差を求め、ΔV_out＞εの場合はα（＝ΔV_out−ε）
分だけλ₀を修正し、ΔV_out＜εの場合はβ（＝ε−ΔV
_out）の分だけλ₀を修正する。そして、この修正後の空
気過剰率λ_m，λ_nに対応するA/Fセンサ出力に基づき、A
/Fを再び閉ループ制御することにより、エンジンが経時
変化してリーン燃焼限界点が変動してもこれに対応した
リーン燃焼限界点手前の所でのリーン燃焼運転が可能と
なる。 以上の動作をA/F制御マツプで示すと第７図のようにな
る。第７図の横軸はエンジンの負荷状態で、縦軸は制御
目標とする空気過剰率λである。このマツプに示すよう
にスロツトル全開でλ＜1.0とリツチ側にするほかは、
ほとんどリーン運転であり、特に燃焼の安定する部分負
荷運転時には、リーン燃焼運転モードとなる。ここで、
リーン燃焼限界点が変化した後の検出センサ変動量ΔV
_outがΔV_out＞εと判断された場合には、現状のA/F制御
では失火が生じるものとされるので、既述の如く空気過
剰率λ₀をK₁α分だけリツチ側λ_mに変更される。また、
逆にΔV_outがΔV_out＜εと判断された場合には、失火域
に至るまで余裕があるのでλ₀がK₂β分だけリーン側λ_n
に変更される。このような修正はリーン限界域の全ての
負荷領域で行われ、このようにしてA/F制御マツプが書
き換えられる。 本実施例によれば、リーン燃焼限界点がリッチ，リーン
いずれの方向に変化しても、リーンA/F閉ループ制御時
に一時的に開モードにして目標リーンA/Fを上記リーン
燃焼限界点の変化に合わせて正確に修正することで、リ
ーン燃焼限界点変化後も精度の高い閉ループ制御により
リーンA/F制御を続行することができる。 さらに、上記リーン燃焼限界点の変化を検出するセンサ
をリーンA/F閉ループ制御に用いるA/Fセンサと兼用させ
コスト的に有利である。 第８図は、本発明の第２実施例を示すフローチヤートで
あり、本実施例は基本的には前述の第１実施例と同様に
検出すべきセンサ出力変動量ΔV_outに基づき目標空気過
剰率の補正を行うものであるが、異なる点は、ΔV_out＞
εとΔV_out＜εの両者の場合において補正値をある一定
値α′とする予め定めるものである。すなわち、ΔV_out
＞εでは、λ_m＝λ₀−α′として空気過剰率λを一定値
だけ小さくする。また、ΔV_out＜εの場合には、λ_n＝
λ₀＋α′として空気過剰率を一定値だけ大きくでき
る。このような制御方式によれば、制御を簡単に行い得
ると共に、更にα′に充分な幅をもたせることにより、
εを充分小さくしてもリーンA/Fの補正を行うことがで
きる。。 第９図は、目標リーンA/Fマツプを書き換える別の例
（第３実施例）を示すもので、本例では失火限界領域変
化後の所定のセンサ出力（例えば閉ループ制御の目標セ
ンサ出力）時のΔV_outを検出したら、目標リーンA/F
値、λ′を、 λ′＝λ₀・ｆ（ΔV_out） ……（３） の式で補正する。ここで、ｆ（ΔV_out）は、ΔV_outが大
きくなると（３）式左辺の目標リーンA/F,λ′が小さく
なり、ΔV_outが小さくなるとλ′が大きくなるような関
係を設定する。例えば、 のような関係を用いてλ′を書き換える。この場合は、
K₂がΔV_outの大きさを知る基準値的役割をなす。 第10図（ａ），（ｂ）及び第11図は本発明の応用例を示
すものである。本実施例は気筒別に失火を検出して目標
リーンA/Fを気筒別に補正するもので、第10図（ａ）に
その原理を示す。同図（ａ）の（イ）はクランクが２回
転ごとに出る気筒判別基準信号，（ロ）は排気の流動遅
れ等,A/Fセンサ９に排気が到達するまでの遅れ時間t_dを
配慮した気筒判別基準信号p₁である。パルス間の時間を
t_rとする。（ハ）はA/Fセンサ９の出力信号であり、失
火している気筒に対応する部分でセンサ出力変動値ΔV
_outは大きくなる。この大きくなる時期をコンパレータ
等でパルス信号p₂に変換したのが（ニ）の信号である。
しかして、（ニ）の信号が（ロ）の気筒判別基準信号か
らt_cだけ遅れて発生したとすれば（t_cは気筒判別信号p₁
とセンサ信号p₂との発生周期の時間差として表わされ
る）、t_c/t_rを求めることにより現在どこの気筒が失火
しているかを検出することができる。なお、第10図
（ｂ）に示すように、遅れ時間t_dはエンジン回転数Ｎ等
により変化するので、予めマイクロコンピユータ内にエ
ンジン回転数に対する遅れ時間t_dの関係を記憶しておく
必要がある。第11図は、このような原理に基づき気筒別
に目標A/Fを補正する方法を表わすフローチヤートであ
る。第11図の補正方法においては、先ずｎ回分のt_cの平
均値ｍを求める。すなわちｎ回分のt_cをｒ（＝t_c＋
ｒ′）で表わすと、平均値ｍは、ｍ＝r/nとなる。そし
て、ｍとパルス間の時間t_rとの比Ｑ＝m/t_rを求める。ま
た、マイクロコンピユータ等の記憶領域にＱと比較して
失火気筒を知らせる基準数値ε₁，ε₂，ε₃，ε₄が記録
されており、例えば４気筒の場合には、Ｑ≦ε₁の時は
第１気筒が失火しているものと判断し、ε₁＜Ｑ≦ε₂の
時は第２気筒が、ε₂＜Ｑ≦₃の時は第３気筒が、ε₃＜
Ｑの時は第４気筒が失火しているものと判断する。そし
て、失火が生じた各気筒別毎に目標リーンA/Fλ′を補
正する。なお、第11図のフローチヤート中の、λ₁，
λ₂，λ₃，λ₄は各気筒の補正前の目標リーンA/F、λ′
１、λ′₂、λ′₃、λ′₄は補正後の目標リーンA/Fであ
る。 以上の実施例は全てA/Fセンサの信号の変動分により失
火を検出し、この変動分ΔV_outに基づき目標リーンA/F
を補正するものであるが、第12図から第15図には、これ
と異なる目標リーンA/Fの補正方法を示す。 第12図（ａ），（ｂ）及び第13図に示す実施例は、A/F
閉ループ制御〔例えば比例−積分（Ｐ・Ｉ）制御）〕中
の、操作量βの変動値Δβを検出して、失火を判断し、
且つ目標リーンA/Fの補正を行うようにしたものであ
る。すなわち、第12図（ａ）に示すように、通常、A/F
の閉ループ制御では、エンジン回転数Ｎと負荷による制
御目標値の空燃比(A/F)_refのマツプを設定して、このマ
ツプより、(A/F)_refの指令を出して、A/Fセンサで検出
された実空燃比(A/F)_realと比較し、両者の偏差ｅに対
するＰ値（比例値,P＝Ke）,I値（積分値,I＝Ｋ′
∫_edt）の操作量β（＝Ｐ＋Ｉ）を算出し、次式によ
り、燃料噴射時間T_iを決定する。 ここで、λ：設定空燃比に対する空気過剰率 K:噴射弁によつて決まる定数 ΣCOEF:各種補正係数の和 Qa:負荷 Ts:バツテリー電圧補正 このβを測定すると、第12図（ｂ）のようになる。すな
わち、同図（イ）に示すように、失火が発生していない
と、（A/F）realの変動が少ない分だけ(A/F)_refと（A/
F）realの偏差ｅが小さくなるので、その分P,I値ひいて
はβの変動値Δβも小さくなり、逆に、（ロ）に示すよ
うに、失火が生じ（（A/F）realの変動が大きくなる
と、偏差ｅの大きくなる分、βの変動値Δβは大きくな
る。従つて、この操作量βの変動値Δβを検出すること
で失火が検出可能となり、更には、Δβを基に目標リー
ンA/Fを補正することができる。第13図は、このような
Δβを検出して、目標リーンA/F値の補正ひいてはリー
ン限界運転を可能にするための、フローチヤートの一例
である。リーン限界運転の時、PI制御中常にΔβを第６
図（ａ）〜（ｃ）の同様の信号検出方法で検出する。そ
して、Δβ≧ε（基準値）の場合には、失火と判断し、
下式に基づき(A/F)_refを小さくする。 (A/F)_ref＝（A/F）′_ref−Ｋ・Δβ ……（６） ここで、（A/F）′_refは補正前の目標リーンA/F,Kは補
正係数である。 また、Δβ＜εの場合には、失火まで余裕があると判断
し、下式に基づき(A/F)_refを大きくする。 (A/F)_ref＝（A/F）′_ref＋α ……（７） ここでは、αは(A/F)_refを適度に大きくするために設定
された定数値である。しかして、このようなA/F補正方
法によれば、常にリーン限界運転が可能であり、且つA/
Fの閉ループ制御中の操作量βの変動値Δβを検出する
ことにより、目標(A/F)_refを補正できる。 第14図（ａ），（ｂ）及び第15図の実施例は、A/Fセン
サ９を加熱するためのヒータ20の電気量を検出して、こ
の値を基に、A/F制御目標値を補正しようとする原理図
を示すものである。第14図（ａ）は、A/Fと、ヒータ電
流値I_H,HCの関係を示した。A/Fを大きくしてゆくと、失
火が始まり、HCが多く排出されるようになると、失火度
合が進行し燃焼温度が低くなるために、A/Fセンサ周り
の排気温度も低くなる。一方、この種のヒータ20は、セ
ンサ温度を一定に保とうとする機能が働くよう設定して
あるため、排気温度が低くなるとヒータ電流I_Hを大きく
する。このためI_Hを検出すれば、失火による燃焼温度の
低下、すなわち失火度合が検出できる。 第14図（ｂ）は、I_Hを検出するための実際のヒータ制御
回路を示すもので、同図に示すようにタイミング制御回
路21により制御された所定のタイミングでヒータ９の固
体電解質20の両側の電極22a,22b間に、定電流回路23に
より定電流Icを流す。この時、固体電解質20の内部抵抗
ｒに比例した電圧をサンプルホールド回路24により同期
して取り込み、基準値V_refと比較して、I_Hを制御し、内
部抵抗ｒを一定に保つように制御する。このため、排気
温が低下し、センサの温度が低下すると、I_Hを大きくし
て、ヒータ温度を上げセンサ温度を一定に保つようにす
る。すなわち、I_Hで排気温を検出できる。ここではI_Hを
検出するために、抵抗Ｒを介してV_Hを測定しており、こ
のV_Hの度合で失火の程度が判断できる。 第15図に、上記V_Hを基に目標リーンA/Fの補正を行うた
めのフローチヤートを示す。このフローチヤートに示す
ようにリーン運転域で、リーン限界検出モードになると
検出信号V_Hがリードされる。次にエンジン回転数Ｎをリ
ードして、回転数Ｎの値によつて、V_Hと比較する基準値
εを決定する（ε₁〜ε_n）。ここでエンジン回転数Ｎに
よつてεを変化させるのは、Ｎにより、排気温の度合が
異なるためである。すなわちエンジン回転Ｎの変化に対
応して基準値εをε₁〜ε_nまで種々設定し、現在のエン
ジン回転数に対応する基準値εよりも、V_HがV_H≧εの場
合には、制御目標リーンA/F（λ′）を、 λ′＝λ₀−α ……（８） により補正し、 V_HがV_H＜εの場合には、 λ′＝λ₀＋α ……（９） により補正する。 〔発明の効果〕 本発明によれば、（イ）リーン燃焼運転中はリーン燃焼
限界点がリッチ，リーンいずれの方向に変化しても、そ
の変化に応じた最適な目標リーン空燃比を正確にとらえ
（修正し）て、制御技術として精度の高い閉ループ制御
によるリーン空燃比制御を、しかも信頼性のある空燃比
センサを用いて実行することができ、 （ロ）さらに、上記リーン燃焼限界点の変化を検出する
センサをリーン空燃比閉ループ制御に用いる空燃比セン
サと兼用させることで、制御システムのコスト及び部品
搭載の合理化を図り得るといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用対象となる自動車エンジン制御シ
ステム図、第２図（ａ），（ｂ）は本発明のA/F制御法
における第１実施例を説明するための空気過剰率−セン
サ出力特性線図、第３図は上記第１実施例のA/F制御法
を表わすフローチヤート、第４図は上記第１実施例に使
用するA/Fセンサの出力と燃費、HCガスの関係を表わす
特性線図、第５図は上記A/Fセンサのセンサ出力変動成
分とA/Fとの関係を表わす特性線図、第６図（ａ），
（ｂ），（ｃ）は上記A/Fセンサの出力変動成分を取出
す回路及び波形説明図、第７図は上記第１実施例のA/F
制御マツプの補正前と補正後の状態を表わす線図、第８
図は本発明の第２実施例を示すフローチヤート、第９図
は本発明の第３実施例を示すフローチヤート、第10図
（ａ），（ｂ）は本発明の第４実施例を示す動作波形図
及び特性線図、第11図は上記第４実施例のフローチヤー
ト、第12図（ａ），（ｂ）〜第15図は本発明の変形例を
表わす説明図である。 １……スロツトルチヤンバ、２……絞り弁、３……燃料
噴射弁、５……エンジン（燃焼室）、８……排気通路、
９……A/Fセンサ、13……マイクロコンピユータ（空燃
比制御ユニツト，リーン空燃比補正手段）、14〜18……
センサ出力変動量検出回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空燃比センサを用いてエンジンの排気ガス
   から実空燃比を検出し、前記実空燃比が目標リーン空燃
   比になるように閉ループ制御し、且つ、このリーン空燃
   比制御時にリーン燃焼限界点の変化を知るためのモード
   を設定し、このモード時に前記閉ループ制御を一時中断
   して開ループ制御により空燃比センサの出力変動値を求
   め、このセンサ出力変動値が予め設定した基準値より大
   きい時には前記リーン燃焼限界点の空燃比がリッチ寄り
   に変化したものとして、前記目標リーン空燃比を今まで
   より小さくなるよう修正し、このセンサ出力変動値が前
   記基準値より小さい時には前記リーン燃焼限界点の空燃
   比がリーン寄りに変化したものとして、前記目標リーン
   空燃比を今までより大きくなるよう修正し、前記閉ルー
   プ制御に用いる空燃比制御マップを前記修正された目標
   リーン空燃比に書き換えて、以後のリーン空燃比閉ルー
   プ制御を実行することを特徴とするエンジンの空燃比制
   御方法。