(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の排気中の酸素濃度に感応して出力値が変化する酸素センサを備え、該酸素センサの出力値に対応して機関に供給される混合気の空燃比を設定したマップテーブルに基づいて空燃比を検出し、空燃比を目標空燃比に近づけるよう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を備えた内燃機関の空燃比制御装置において、
前記酸素センサの出力値が安定する機関のリッチ制御状態或いはリーン制御状態を検出する特定運転状態検出手段と、
前記マップテーブルの設定値を、リッチ制御状態の時は該リッチ制御状態での酸素センサの出力値に基づいて出力値が大きい側で減少幅が順次大きくなるように減少修正し、リーン制御状態の時は該リーン制御状態での酸素センサの出力値に基づいて出力値が小さい側で増大幅が順次大きくなるように増大修正する設定値修正手段を設けたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に排気中の酸素濃度に感応して出力値が変化する酸素センサの出力値に対応して空燃比をリニアに検出し、該検出値に基づいて空燃比を目標空燃比に近づけるようにフィードバック制御するようにした装置の制御精度の安定化を図った技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子制御燃料噴射装置を備えた内燃機関においては、排気通路に空燃比を検出する酸素センサを備え、所定の運転条件で前記検出された空燃比に基づいて空燃比をフィードバック制御することが一般的に行われている  （特開昭５８−１０６４４  号公報参照）  。
【０００３】
通常の空燃比フィードバック制御では酸素センサの出力をスライスレベルと比較し、スライスレベルよりも高い場合、低い場合に空燃比がリッチ，リーンであると検出して、夫々空燃比をリーン化，リッチ化方向に制御している。具体的には、空燃比がリッチ  （リーン）  と判定されると、始めに比例分Ｐ等により大きく空燃比をリーン  （リッチ）  化し、それから積分分Ｉ等により徐々に空燃比をリーン  （リッチ）  化するように燃料供給量を増減制御している。
【０００４】
このような制御に対応して、通常の酸素センサは目標空燃比を境として比較的急激に値を反転するように形成されている。
しかしながら、上記のように空燃比センサの出力から目標空燃比に対するリッチ，リーンの判定のみを行う制御方式では、前記のようなＰＩ制御を行ったとしても、空燃比の変化に良好に対応した空燃比制御を行っているとはいえず、排気エミッション性能や、運転性能に改善の余地があった。
【０００５】
そこで、前記のような通常の酸素センサの変化する出力に対応する空燃比を予め求めておき、該出力値から求められた空燃比に応じて比例分Ｐや積分分Ｉ等の制御定数を可変に設定して実空燃比に見合ったきめ細かなフィードバック制御を行うことにより、空燃比のずれを極力小さくして排気浄化性能，運転性能をより改善することが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の酸素センサにおいては、劣化や製品のバラツキにより出力値と空燃比との対応関係にずれを生じることがあり、空燃比フィードバック制御精度を低下させてしまうことがあった。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもので、酸素センサの出力値と空燃比との対応を常時正しい関係に維持することにより、空燃比フィードバック制御精度を良好に維持できるようにした内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、図１に示すように、
機関の排気中の酸素濃度に感応して出力値が変化する酸素センサＡを備え、該酸素センサＡの出力値に対応して機関に供給される混合気の空燃比を設定したマップテーブルＢに基づいて空燃比を検出し、空燃比を目標空燃比に近づけるよう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Ｃを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、
前記酸素センサＡの出力値が安定する機関の特定の運転状態を検出する特定運転状態手段Ｄと、
前記マップテーブルの設定値を、リッチ制御状態の時は該リッチ制御状態での酸素センサの出力値に基づいて出力値が大きい側で減少幅が順次大きくなるように減少修正し、リーン制御状態の時は該リーン制御状態での酸素センサの出力値に基づいて出力値が小さい側で増大幅が順次大きくなるように増大修正する設定値修正手段Ｅと、を設けたことを特徴とする。
を設ける構成とした。
【０００８】
【作用】
酸素センサが劣化したり、製品バラツキを生じていたりすると、空燃比が目標空燃比  （理論空燃比）  に対してリッチ状態又はリーン状態で安定しているときの出力値が基準値に対してずれており、それに伴って出力値と空燃比との対応関係も初期に設定された特性に対してずれてくる。
【０００９】
そこで、特定運転状態検出手段により運転状態がリッチ状態やリーン状態で安定するような特定の運転状態を検出し、該運転状態における酸素センサの出力値に基づいてマップテーブルの設定値を設定値修正手段で修正することにより、酸素センサの出力値と空燃比との対応関係が良好に保持され、以て、空燃比フィードバック制御精度を良好に保持することができる。
【００１０】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図に基づいて説明する。
一実施例の構成を示す図２において、機関１１の吸気通路１２には吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ１３及びアクセルペダルと連動して吸入空気流量Ｑを制御する絞り弁１４が設けられ、下流のマニホールド部分には気筒毎に燃料供給手段としての電磁式の燃料噴射弁１５が設けられる。
【００１１】
燃料噴射弁１５は、マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット１６からの噴射パルス信号によって開弁駆動し、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料を噴射供給する。更に、機関１１の冷却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１７が設けられる。
【００１２】
一方、排気通路１８にはマニホールド集合部に排気中酸素濃度を検出することによって吸入混合気の空燃比を検出する酸素センサ１９が設けられ、その下流側の排気管に排気中のＣＯ，ＨＣの酸化とＮＯＸ  の還元を行って浄化する排気浄化触媒としての三元触媒２０が設けられる。前記酸素センサ１９は、例えば基準気体としての大気中の酸素濃度と排気中の酸素濃度との比に応じた起電力を発生する公知のジルコニア酸素センサであり、空燃比  （空気過剰率λ）  に対して図３に示すような静的出力特性を有する。但し、酸素センサ１９は、前記ジルコニア酸素センサに限定されるものではない。
【００１３】
また、図２で図示しないディストリビュータには、クランク角センサ２１が内蔵されており、該クランク角センサ２１から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントして、又は、クランク基準角信号の周期を計測して機関回転速度Ｎを検出する。
次に、コントロールユニット１６により燃料噴射量を制御することによって空燃比を制御するルーチンを図４のフローチャートに従って説明する。
【００１４】
ステップ（図ではＳと記す）１では、エアフローメータ１３によって検出された吸入空気流量Ｑとクランク角センサ２２からの信号に基づいて算出した機関回転速度Ｎとに基づき、単位回転当たりの吸入空気量に相当する基本燃料噴射量ＴＰ  を次式によって演算する。
ＴＰ  ＝Ｋ×Ｑ／Ｎ    （Ｋは定数）
ステップ２では、水温センサ１７によって検出された冷却水温度Ｔｗ等に基づいて各種補正係数ＣＯＥＦを設定する。
【００１５】
ステップ３では、酸素センサ１９の出力値  （電圧）  ＶＯ２を読み込む。
ステップ４では、前記出力値ＶＯ２に対応する空燃比を、マップテーブルからの検索により求める。ここで、前記マップテーブルは、書換え可能なＲＡＭに酸素センサ１９の出力値に対応する空燃比の値として設定されており、後述するルーチンにより酸素センサ１９の劣化や製品バラツキに応じて修正される。
【００１６】
ステップ５では、ステップ４で求められた空燃比に基づいて空燃比フィードバック制御における空燃比補正量αを設定する。具体例として空燃比補正量をＰＩＤ制御により設定する場合について示すと、求められた空燃比と目標空燃比との偏差に対して比例的に設定される比例分Ｐと、毎回求められる前記偏差を積分した値に対して比例的に設定される積分分Ｉと、偏差の変化量つまり今回値と前回値との差に対して比例的に設定される微分分Ｄと、を加算することにより設定される。
【００１７】
ステップ５では、バッテリ電圧値に基づいて電圧補正分ＴＳ  を設定する。これは、バッテリ電圧変動による燃料噴射弁１５の噴射流量変化を補正するためのものである。
ステップ６では、最終的な燃料噴射量ＴＩ  を次式に従って演算し、該演算された燃料噴射量ＴＩ  を出力用レジスタにセットする。
【００１８】
ＴＩ  ＝ＴＰ  ×ＣＯＥＦ×α＋ＴＳ  
これにより、予め定められた機関回転同期の燃料噴射タイミングになると、演算した燃料噴射量ＴＩ  のパルス巾をもつ駆動パルス信号が燃料噴射弁１５に与えられて燃料噴射が行われる。
次に、酸素センサの劣化による基本的な特性変化について説明する。
【００１９】
酸素センサの劣化は、次の２パターンに大別できる。
▲１▼    リッチシフト
高温による劣化や鉛  （Ｐｂ）  による被毒により、図５  （Ａ）  に示すようにリッチ出力が低下し、空燃比の制御点がリッチ側にシフトする。
▲２▼    リーンシフト
シリコン  （Ｓｉ）  やリン  （Ｐ）  による被毒を受けると、図５  （Ｂ）  に示すようにリーン出力が上昇し、空燃比の制御点がリーン側にシフトする。
【００２０】
かかる酸素センサの劣化や製品バラツキによる特性変化に対処しべくマップテーブルの設定値を修正する本発明に係るルーチンを図６のフローチャートに従って説明する。
ステップ１１では、酸素センサ１９が活性化しているか否かを判定する。活性化していないときは修正を行える条件ではないので修正を行うことなく、ステップ２８で後述する値ｎ，ｍを０リセットした後このルーチンを終了し、また、活性化している場合はステップ１２へ進む。
【００２１】
ステップ１２では、燃料噴射量を増量補正中か否かを判定する。
ステップ１２で増量補正中である、つまりリッチ制御状態であると判定された場合はステップ１３へ進み、酸素センサ１９の出力値ＶＲ  を読み込み記憶する。ここで、リッチ制御状態であるため酸素センサ１９の出力値  （電圧）  ＶＲ  は最大となっている。
【００２２】
次いでステップ１４へ進んで前記ステップ１３における読み込み回数ｎをインクリメントし、ステップ１５で該回数ｎが所定値Ｎに達したか否かを判定し、達したときはステップ１６へ進む。
ステップ１６では、ｎを０リセットすると共に、前記リッチ制御状態での酸素センサ１９のｎ回分の出力値ＶＲ  の平均値とＶＲＡＶ  前回のリッチ制御状態で同様にして求められたｎ回分の出力値の平均値ＶＲＡＶ０との偏差ΔＶＲ  を演算する。
【００２３】
ステップ１７では、前記偏差ΔＶＲ  が設定値Ａに達したか否かを判定する。
そして、設定値Ａに達していないときはステップ１１へ戻るが、設定値Ａに達したときはステップ１８へ進み、前記マップテーブルの出力値Ｖに対応する空燃比の設定値λＴ（Ｖ）を現在の値から前記偏差ΔＶＲ  の関数ｆ  （ΔＶＲ  ）を減少した値で修正更新する。ここで、前記関数ｆ  （ΔＶＲ  ）は、図７  （Ａ）  に示すように出力値Ｖの増大に応じて増大するように設定されるが、例えば、同時に偏差ΔＶＲ  に対して比例的に設定する｛ｆ  （ΔＶＲ  ）＝ａ・ΔＶＲ  ・ｆ’  （Ｖ）  ｝ことで、出力値の低下量に見合った特性に修正することができる。
【００２４】
ステップ１９では、次回の演算のため、前記今回の出力値の平均値ＶＲＡＶ  を前回の出力値の平均値ＶＲＡＶ０としてセットする。
一方、前記ステップ１２で燃料増量中でないと判定されたときはステップ２０へ進み、フューエルカット中か又は二次空気供給中  （エアポンプＯＮ）  、つまりリーン制御状態であるか否かを判定する。
【００２５】
そして、前記リーン制御状態でない場合は、マップテーブルを修正する条件でないので、このルーチンを終了するが、リーン制御状態と判定されたときはステップ２１へ進む。
ステップ２１では、酸素センサ１９の出力値ＶＬ  を読み込み記憶する。ここで、該出力値ＶＬ  はリーン制御状態であるため最小となっている。
【００２６】
以下前記リッチ制御状態の場合と同様にしてステップ２２でステップ２１での読み込み回数ｍをインクリメントし、ステップ２３で該回数ｍを所定値Ｍと比較してＭに達すると、ステップ２４でｍを０リセットすると共に今回のｍ回の出力値ＶＬ  の平均値ＶＬＡＶ  と前回の平均値ＶＬＡＶＯとの偏差ΔＶＬ  を演算し、ステップ２５で偏差ΔＶＬ  を設定値Ｂと比較し、ΔＶＬ  ≧Ｂのときにステップ２５でマップテーブルの出力値Ｖに対応する空燃比の設定値λＴ（Ｖ）を現在の値に前記偏差ΔＶＬ  の関数ｇ  （ΔＶＬ  ）を加算した値で修正更新する。ここで、前記関数ｇ  （ΔＶＬ  ）は、図７  （Ｂ）  に示すように出力値Ｖの減少に応じて増大するように設定されるが、例えば、同時に偏差ΔＶＬ  に対して比例的に設定する｛ｇ  （ΔＶＬ  ）＝ｂ・ΔＶＬ  ・ｇ’  （Ｖ）  ｝ことで、出力値の低下量に見合った特性に修正することができる。ステップ２６では、今回の平均値ＶＬＡＶ  を前回の出力値の平均値ＶＬＡＶ０としてセットする。
【００２７】
このようにして、酸素センサ１９の出力特性が劣化や製品バラツキによって基準特性に対してずれを生じた場合には、リッチ制御状態における最大出力やリーン制御状態における最小出力の基準値に対するずれの大きさに応じて出力値に対して空燃比を設定したマップテーブルの設定値を修正するようにしたため、空燃比を常に精度よく検出することができ、以て、空燃比を目標空燃比に精度よくフィードバック制御することができ、排気浄化性能，  運転性能を可及的に良好に維持することができる。
【００２８】
尚、本発明は、元々目標空燃比に対してリッチ・リーンを検出するタイプの酸素センサに対して適用できるが、空燃比に対する出力値の傾斜をより滑らかとなるように形成されたタイプのものに適用できることは勿論であり、更には、同様のセンサ素子を用いるが、該センサ素子を通電して所定の空室における酸素濃度を基準値とするように排気中から前記センサ素子を介して酸素を輸送し、そのときの通電電流値  （限界電流）  から空燃比をリニアに求める所謂広域型空燃比センサにも適用可能である。この場合には、リッチ制御状態あるいはリーン制御状態における電流値がセンサの劣化や製品バラツキに応じて変化してくるので、該変化量に応じて電流値に対応して設定した空燃比のマップテーブルを修正すればよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、酸素センサの出力値に対して空燃比を設定したマップテーブルを、酸素センサのリッチ制御状態或いはリーン制御状態における出力値に基づいて修正する構成としたため、劣化や製品バラツキにより出力値と空燃比との対応がずれを生じても適宜修正されるので、常時良好な目標空燃比へのフィードバック制御を行え、排気浄化性能，  運転性能を可及的に良好に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施例の構成を示す図。
【図３】同上実施例で使用する酸素センサの出力特性を示す図。
【図４】同上実施例の空燃比制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】酸素センサの劣化による特性変化を示す図。
【図６】同上実施例のマップテーブル修正ルーチンを示すフローチャート。
【図７】同上実施例におけるリッチシフト時とリーンシフト時とにおけるマップテーブルの修正を示す図。
【符号の説明】
１１    内燃機関
１３    エアフローメータ
１５    燃料噴射弁
１６    コントロールユニット
１９    酸素センサ
２１    クランク角センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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