JPH0373742B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関のラムダ制御方法およびそ
の装置、さらに詳細にはラムダセンサの少なくと
も２個の切り換え時点間の制御データを負荷、回
転速度、時間等の運転パラメータ（以下運転特性
という）に従つて調整することによりラムダ制御
を行なう内燃機関のラムダ制御方法およびその装
置に関する。

自動車の内燃機関のラムダ制御装置は今日多く
の国々で比較的厳しい排気ガス規制が立法化され
ているためにすでに標準装備となつている。ラム
ダ制御装置は排気ガスセンサ（ラムダセンサ、酸
素センサ）を備えており、そのセンサは混合気の
ラムダ値（空気比、すなわち供給空気量と必要空
気量の比）が「１」となるように切り換え動作
し、混合気は間断なく濃くされたり薄くされたり
してこの切り換え動作が行なわれる。ラムダセン
サには応答時間があつて混合気組成を変化させる
ために時間がかかるので、望ましくない排気ガス
のピーク値が生じる。混合気がわずかに濃くなる
ようにされた場合には次の切り換え時点に達する
までに場合によつては長い時間かゝることにな
る。逆の場合、すなわち混合切の濃縮を強くする
場合には混合気と排気ガスに遅延時間があるため
にオーバーシユートが生じ、それにより排気ガス
のピーク値が生ずる結果になる。

ドイツ特許公開公報第2206276号に開示された
ラムダ制御装置においては２個の切り換え間の時
間が測定されており、切り換えの行なわれない時
間が所定時間続くと制御増幅器時定数は他の短か
い値に切り換えられる。その結果、この所定時間
経過後には混合気の変化が強度に行なわれ、従つ
て切り換えが速くなるようになる。もちろん、こ
の場合望ましくない排気ガスの排出を伴つた一種
の過剰制御の危険が存在する。

これらの公知の制御装置で充分に満足の行く結
果が得られる場合にも、排気ガスのピーク値が必
然的に現われるので、従来の解決方法では排気ガ
スをきれいにする点では最適値を得ることはでき
ないという欠点がある。

本発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、
望ましくない排気ガスのピーク値の発生を伴なわ
ずに、常にきれいな排気ガスが得られ最適なラム
ダ制御が可能な内燃機関のラムダ制御方法および
その装置を提供することを目的とする。

本発明は、この目的を達成するために、ラムダ
センサの少なくとも２個の切り換え時点間の制御
データを負荷、回転速度、時間等の運転パラメー
タに従つて調整することによりラムダ制御を行な
う内燃機関のラムダ制御方法において、前記切り
換え時点に発生するセンサ電位の変化により開始
並びに終了時点が定められる期間の前回期間終了
時から現在までの継続長さ並びに前回の期間長さ
に従つてラムダ制御器の積分勾配を変化させる構
成を採用した。

また、本発明は、ラムダセンサの少なくとも２
個の切り換え時点間の制御データを負荷、回転速
度、時間等の運転パラメータに従つて調整するこ
とによりラムダ制御を行なう内燃機関のラムダ制
御装置において、ラムダセンサと、前記ラムダセ
ンサからの信号に従いラムダ値を制御するラムダ
制御器と、ラムダセンサの切り換え時点に発生す
るセンサ電位の変化により開始並びに終了時点が
定められる期間の前回期間終了時から現在までの
継続長さ並びに前回の期間長さを検出する手段
と、前記検出された現在までの継続長さ並びに前
回の期間の長さに従つてラムダ制御器の積分勾配
を変化させる手段とを備える構成も採用した。

以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説
明する。以下の実施例は間欠的に動作する燃料噴
射装置を例にとり説明する。しかしこのようなラ
ムダλ制御は混合気の供給の方式には関係なく、
例えば気化器を用いた装置にも用いることができ
る。

第１図において、符号１０は時間信号発生器を
示し、時間信号発生器１０は負荷センサ１１と回
転速度センサ１２からの入力信号を受けて出力側
にパルス幅tpの基準噴射パルスを発する。時間信
号発生器１０の後段には補正回路１３が接続され
ており、補正回路１３内で内燃機関の温度θによ
りまたラムダ制御によつて基準噴射パルスが補正
される。この補正されたパルスは内燃機関の吸気
管の領域内に配置された少くとも１個の噴射弁１
４に導かれる。

符号１５はラムダセンサ（排気ガス中の酸素成
分を測定するセンサ）を示す。ラムダセンサ１５
はラムダ制御器１６に出力信号を発し、その出力
信号はラムダ制御器１６内で制御入力信号１７を
介して他の特性により補正されラムダ補正信号が
形成されてそのラムダ補正信号が補正回路１３の
入力信号として用いられる。

第１図に示された基本構成はそれ自体公知であ
る。負荷と回転速度に関連して基準噴射パルスが
形成され、続いて基準噴射パルスが内燃機関の他
の運転特性に関連して補正され、しかる後に電磁
噴射弁の駆動信号として用いられる。

第２Ａ，Ｂ図は本発明を説明するものである。
第２Ａ図には混合気の組成が変化している場合の
ラムダセンサ１５の出力信号が示されており、第
２Ｂ図には第１図のラムダ制御器１６の積分出力
信号が図示されている。ラムダ制御器１６内の積
分器は第２Ａ図の電位のプラス・マイナスに従つ
て、即ち濃い混合気が存在するのかそれとも薄い
混合気が存在するのかに従つて上方向にまたは下
方向に積分する。

第２図の本実施例の場合、積分器はラムダセン
サ１５の出力信号がプラスである場合に上方向に
積分し、マイナスである場合に下方向に積分す
る。重要なことは積分勾配がラムダセンサ１５の
前の切り換え時点までないしその後の諸関係に従
つて変化することである。これは第２Ｂ図に記入
された式により明らかである。それによれば期間
の間の勾配は少くとも期間の持続時間とその
勾配によつて決められる。また切り換え後の時間
経過に従つて勾配が変化させられる。

一般的な式で表わせば、 m_i＝ｆ（t_i−１，t_i，m_i−１，ｎ，Ｑ） となる。たゞし、 t_i-1＝前回の積分期間の総継続時間 t_i＝前回の切換え時点からのいままでの継続時間 ｍ＝積分勾配 ｎ＝回転速度 Q〓＝負荷 最適化を顧慮して積分の勾配に関しては次のよう
に選択される。すなわち先行するセンサ電位が一
定値である時間が長いほど、また現在の一定出力
電位の継続時間が長いほど後続する勾配値が大き
くなるように選択される。それにより制御装置の
積分成分は継続して所与の最大値ないし最小値ま
で増加ないし減少させられる。このように純粋な
時間と関係させる他にクランク軸が所定数回転す
る間にラムダセンサの切り換えが行なわれない場
合にも、積分成分を増加させるようにすることも
できる。その場合、切り換えが行なわれると積分
成分は減少させられる。

さらに、特に制御装置が限界値において不安定
になることを防ぐために、負荷信号または回転速
度信号に関連して勾配値を変化させることもでき
る。

第３図には本発明によるラムダ制御方法を行な
う実施例が示されている。第３図は第１図のラム
ダ制御器１６の回路構成の詳細図であり、個々の
構成要素としてセンサ信号処理回路２０、ゲート
回路２１、メモリ２２、カウンタ２３、シフトレ
ジスタ２４、制御電源２５、積分器２６がそれぞ
れ示されている。ラムダセンサ１５において電位
が変化する時は常に信号処理回路２０の第１の出
力端子２８に切り換え信号が発生する。信号処理
回路２０の第２の出力端子２９にはセンサの信号
がその時高い電位にあるのか低い電位にあるのか
を示す信号が発生する。出力端子２８はカウンタ
２３のリセツト入力端と、ゲート回路２１の入力
端子及びシフトレジスタ２４の下方向入力端子３
０に接続されている。一方センサ信号処理回路２
０の第２の出力端子２９は積分器２６の積分方向
制御入力端子に接続されている。この積分器２６
はさらに入力端子３１を有し、それを介して積分
器２６の積分値を固定することが可能になる。

カウンタ２３のカウント入力端子３２には不図
示の回転速度センサから回転速度信号が入力され
る。カウンタ２３の出力はシフトレジスタ２４の
上方向入力端子３４とゲート回路２１の入力端子
およびカウンタ２３の転送入力端子３５に接続さ
れている。シフトレジスタ２４はリード線３６を
介して後段の電源２５に接続されて制御され、さ
らに電源２５は他の入力３７を介して負荷に関連
して制御される。第３図の実施例の場合電源２５
は、出力が補正回路１３に導かれる積分器２６の
勾配に直接作用を及ぼす。

符号４０は第２のカウンタを示し、このカウン
タ４０もまたセンサ信号処理回路２０の出力端子
２８からの信号によりリセツトされ、カウンタ２
３が零点になつた回数を計数する。本実施例の場
合、カウンタ２３の出力端子はカウンタ４０のカ
ウント入力端子４１に直接に接続されている。さ
らに本実施例の場合、カウンタ４０は、メモリ２
２の制御入力端子４２またはシフトレジスタ２４
の制御入力端子４３のいずれか一方に接続され
る。

以下第３図に示されたラムダ制御装置の動作を
説明する。

ラムダセンサ１５の信号が「０」から「１」
に、またその逆に変化した場合、センサ信号処理
回路２０の出力端子２８からパルスが発生する。
このパルスがゲート回路２１とカウンタ２３を制
御することによつて、メモリ２２に格納されてい
る値がカウンタ２３に転送される。カウンタ２３
は、カウンタ入力端子３２への回転速度パルスが
送られる毎にこの値から減算カウントする。

カウンタ２３が計数状態「０」に達するとシフ
トレジスタ２４は次の高い桁にシフトされる。さ
らにゲート回路２１とカウンタ２３は入力３５を
介して制御され、その結果改めてメモリ２２の値
がメモリ２２からカウンタ２３内に転送される。

カウンタ２３が「０」まで計数する以前にセン
サ信号処理回路２０の出力端子２８にパルスが発
生した場合にはカウンタ２３にはメモリ２２に記
憶された値が再びロードされる。さらにシフトレ
ジスタ２４は下方向に一桁シフトされる。

シフトレジスタ２４の出力信号は電源２５を制
御する。シフトレジスタ２４の桁が高くなればな
る程、電源２５の電源は高くなり、それにより積
分器２６の信号の勾配は大きくなる。

ラムダ制御の場合には、通常積分器２６の積分
方向はセンサ電圧に従つて上方向又は下方向に切
り換えられる。特別な制御入力３１を介してこの
積分器２６の値を切り換えて、一定にすることが
できる。これはスタート時の暖気運転時や加速時
および減速時に行なわれる。

以上に述べた積分勾配の制御によつて、ラムダ
制御器は常に可能な限り小さな積分成分（成
分）で動作することが可能になる。また、大きな
偏差を補償しなければならない場合には迅速に積
分成分を大きくすることができるようになつてい
る。それによりラムダ制御の制御領域を拡大する
ことができる。

本発明によるラムダ制御装置の他の実施例によ
ればセンサ信号処理回路２０の出力端子２８にパ
ルスが出された後に、ラムダセンサの次の切り換
え時点までにカウンタ２３が何回零点に達するか
をカウンタ４０で計数する。この計数結果に従つ
てメモリ２２の出力値が大きくまたは小さくされ
る。

上記説明において、カウンタ３２は、メモリ２
２からのロード値を回転数ｎで減数しており、零
に達する毎にシフトレジスタ２４をシフトさせて
積分勾配を変化させているので、前回期間の終了
時から現在までの継続長さtiに従つて積分勾配を
変化させていることになる。また、カウンタ４０
は、カウンタ３２が何回零に達しかを計数しメモ
リ２２の出力値を変化させており、カウンタ３２
にメモリ２２からの出力値がロードされるとき
は、メモリ２２の出力値は前記期間長さを示す値
となつているので、カウンタ３２の値は、前回期
間の長さにも従つて変化し、従つて積分勾配は前
回期間の長さにも従つて変化することになる。更
に、シフトレジスタ２４のシフト位置（積分勾配
を示している）はti−１からtiに変化したときそ
の位置が保持されるので、期間tiの積分勾配miは
前回の期間の積分勾配に従つて変化することにな
る。

更に次のことも可能である。すなわち選択スイ
ツチ４５によつて示されているようにカウンタ２
３が何回零に達したかの回数に従つてシフトレジ
スタ２４を、強力にシフトさせ、その結果電源２
５を直接制御させ、それにより積分信号の勾配を
制御するようにすることができる。

第３図はハードウエアによつて本発明の方法を
実施する実施例を示したものであるが、プログラ
ム可能なコンピユータによる構成で本発明の目的
を達成することも問題はない。というのは、本発
明は明瞭に理解されるものであり、第３図のハー
ドウエアの構成を基礎にコンピユータを用い、プ
ログラムによつて課題を解決することは当業者に
容易であるからである。

以上示した例では応用面は別にしてラムダ制御
に積分成分制御を組み合わせる原理が説明された
が、以下では「準定常状態」における運転時にラ
ムダ制御を行なつた場合の例を説明する。基本的
な考え方は、ラムダ制御を定常運転状態と非定常
運転状態とで区別して取り扱うようにし、準定常
運転状態が持続する場合にはラムダ制御のある制
御からラムダ制御のない制御に移行するようにし
たことである。制御対象が複雑であるのでコンピ
ユータ制御による構成を採用した。

第４図にはコンピユータによる制御構成の要部
が概略図示されている。符号５０は中央処理回路
CPUを示し、データ線、制御線、アドレス線５
１を介してメモリ５２と入出力ポート５３に接続
されている。入出力ポート５３は、ラムダセンサ
１５からの信号の他に種々の入力信号I_iを受ける
とともに種々の出力信号O_i、例えば噴射時間やエ
ラー信号等を出力する。

第５図はコンピユータ制御を用いた場合のラム
ダ制御器のブロツク構成を示す。ここでは運転特
性入力I_iは、ラムダセンサ１５と同様に積分器５
６に接続されたΔ（偏差）検知ユニツト５５に導
かれる。積分器５６の出力は、第１図の燃料供給
量制御装置と同様に加算回路（第５図中符号５７
で示す）に接続されている。

偏差検知ユニツト５５において、準定常領域の
始めに運転特性入力、例えば回転速度ｎ、空気量
Q〓またはエンジンの温度Ｔ等が記憶される。さら
に制御装置内で入力量から導かれる信号も入力信
号として用いられる。

これらの運転特性の一つの偏差が所与の値ΔI_i
を越えると、 即座に偏差検知ユニツト５５で切り換えが行わ
れ、その結果それぞれ入力量I_iのその瞬間の値が
対応するメモリに転送される。そして偏差検知ユ
ニツト５５には非定常領域に対する信号が出力さ
れる。さらに各検知時点毎にそのときの運転特性
入力I_iの値が先行の検知時点の運転特性入力I_i（t_o
−１）の値と比較される。偏差が再び所定の値
ΔI_iより小さくなつた場合には、偏差検知ユニツ
ト５５は準定常運転領域のための信号を出力し、
前回に現われたラムダ値が有効な値として保持さ
れる。

第６図にその方法が示されているが、種々の装
置で平均値を形成することも有効であることが判
明した。第６図において種々のラムダ値が時間に
対して図示されており、所定の時点に検知された
ラムダ値が平均され、ラムダ制御をできるだけ正
確に行なうために利用される。この平均値の形成
は例えば補正値Ｋ１，Ｋ２により決められる。

補正値Ｋ１は、運転時に記憶された値の最小値
に対する偏差を特徴づけるのに対して、補正値Ｋ
２は最大値に対する偏差を示す。図中に示された
平均値Ｍは、ラムダ制御の新たな制御値として用
いられるラムダ値を示す。

換言すれば、上述のラムダ制御により積分の勾
配が最小値に達したときに、第６図に図示したよ
うに、ラムダ制御器の両切り換え時点に補正値Ｋ
１，Ｋ２が記憶される。これらの補正値Ｋ１と補
正値Ｋ２との平均値Ｍが形成され、ラムダ制御器
は遮断される。勿論平均値を２個より多くの補正
値から形成することや平均値自体にもとづいて形
成することも可能である。

このようにして形成された平均値がラムダ値
「１」用の補正値となる。中央処理装置５０にお
いて、この補正値とメモリ５２に記憶された基本
値から、ラムダ値「１」となるように調整される
燃料供給量に対応する合計値が決められる。

ラムダ値が「１」に等しくない値が望まれる場
合には、それに応じてこの値はそれぞれの運転時
点における所望のラムダ値と乗算され、それによ
り燃料供給量が定められる。この方法によりそれ
ぞれの運転時点で任意のラムダ値を形成すること
ができる。

種々の関数、例えば始動時濃縮や暖気運転時の
濃縮などの特性がデジタル的に記憶されている場
合には、記憶されている特性の補正は次のように
行なわれる。

ラムダ値＝「１」用の値のみが補正される場合
には、上述したように平均値が形成される。その
時にはラムダ制御器を遮断すること無しに、求め
られた補正値により、特性曲線の値が補正され、
この補正された値は記憶されて学習効果が得られ
るようにされるラムダ値が「１」に等しくない場
合の値が補正される場合には、最小積分の勾配に
達した後、再び平均値形成が行なわれ、ラムダ制
御器が遮断され、前述したように、所望のラムダ
値に合わせて補正された燃料供給量に対応する合
計値が演算される。そしてこの値は、今までの値
のかわりに現運転時点の制御値として記憶され
る。さらにこの値は、再び非定常運転が検知され
るまで燃料供給量の制御に用いられる。燃料供給
量は、それぞれの運転時点の記憶された値により
定められる。偏差検知回路が再び定常運転に戻さ
れると、積分値を零そして所定の勾配値でラムダ
制御が再び開始される。このようにして積分勾配
が最適化され前述したラムダ制御が行なわれる。
積分勾配が可能な限り小さな値になると、補正値
の形成が再び行なわれ、対応した運転時点に対し
て記憶された燃料供給量の値が補正される。

以上説明したように、本発明では、ラムダ制御
器の積分勾配がラムダセンサの切り換え時点間で
定まる期間の前回期間終了時から現在までの継続
長さ並びに前回の期間長さに従つて変化されるの
で、積分勾配を継続的に最適化して所望の値に迅
速に設定でき、排気ガスをきれいにし最適なラム
ダ制御が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法および装置が適用される内
燃機関の燃料供給量制御装置の全体の概略構成を
示すブロツク回路図、第２Ａ図は第１図中の排気
ガスセンサの混合比の変化時の出力信号を示す信
号波形図、第２Ｂ図は第１図中のラムダ制御装置
の積分器の信号を示す信号波形図、第３図以下は
本発明の実施例を説明するもので、第３図は一実
施例の構成を示すブロツク回路図、第４図はマイ
クロコンピユータによる他の実施例の要部構成を
示すブロツク回路図、第５図はコンピユータによ
る実施例の全体の概略構成を示すブロツク回路
図、第６図はラムダ制御値を平均値形成により選
択する方法を説明する線図である。 １５……ラムダセンサ、１６……ラムダ制御
器、２０……信号処理回路、２１……ゲート回
路、２２……メモリ、２３，４０……カウンタ、
２４……シフトレジスタ、２６……積分器、５０
……中央処理回路、５２……メモリ、５３……入
出力ポート、５５……偏差検知ユニツト、５６…
…積分器、５７……補正回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ラムダセンサの少なくとも２個の切り換え時
   点間の制御データを負荷、回転速度、時間等の運
   転パラメータに従つて調整することによりラムダ
   制御を行なう内燃機関のラムダ制御方法におい
   て、前記切り換え時点に発生するセンサ電位の変
   化により開始並びに終了時点が定められる期間の
   前回期間終了時から現在までの継続長さti並びに
   前回の期間長さti−１に従つてラムダ制御器の積
   分勾配miを変化させることを特徴とする内燃機
   関のラムダ制御方法。 ２ 前記積分勾配miを前記前回の期間における
   勾配値に従つて変化させることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の内燃機関のラムダ制御
   方法。 ３ 前記積分勾配を前記期間が長くなる場合には
   より大きな値に、また短くなる場合にはより小さ
   な値に切り換えることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項又は第２項に記載の内燃機関のラムダ制
   御方法。 ４ 前記積分勾配を負荷に従つて変化させること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項から第３項ま
   でのいずれか１項に記載の内燃機関のラムダ制御
   方法。 ５ 前記積分勾配を回転速度に従つて変化させる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第３
   項までのいずれか１項に記載の内燃機関のラムダ
   制御方法。 ６ 前記積分勾配が最小値になつたとき前記２個
   の切り換え時点におけるラムダ値の平均値を求め
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
   ５項までのいずれか１項に記載の内燃機関のラム
   ダ制御方法。 ７ 前記積分勾配が最小値になつた場合、ラムダ
   制御を遮断し前記ラムダ値の平均値を用いて燃料
   供給量を補正することを特徴とする特許請求の範
   囲第６項に記載の内燃機関のラムダ制御方法。 ８ ラムダセンサの少なくとも２個の切り換え時
   点間の制御データを負荷、回転速度、時間等の運
   転パラメータに従つて調整することによりラムダ
   制御を行なう内燃機関のラムダ制御装置におい
   て、 ラムダセンサ１５と、 前記ラムダセンサからの信号に従いラムダ値を
   制御するラムダ制御器１６と、 ラムダセンサの切り換え時点に発生するセンサ
   電位の変化により開始並びに終了時点が定められ
   る期間の前回期間終了時から現在までの継続長さ
   ti並びに前回の期間長さti−１を検出する手段と、 前記検出された現在までの継続長さ並びに前回
   の期間の長さに従つてラムダ制御器の積分勾配を
   変化させる手段とを備えたことを特徴とする内燃
   機関のラムダ制御装置。 ９ 前記前回の期間における勾配値に従つてラム
   ダ制御器の積分勾配を変化させる手段を設けるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の内
   燃機関のラムダ制御装置。 １０ 前記積分勾配を前記期間が長くなる場合に
   はより大きな値に、また短くなる場合にはより小
   さな値に切り換えることを特徴とする特許請求の
   範囲第８項又は第９項に記載の内燃機関のラムダ
   制御装置。