JPH01116213A

JPH01116213A - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH01116213A
Application number: JP27024787A
Authority: JP
Inventors: Makoto Suzuki; 誠鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-10-28
Filing date: 1987-10-28
Publication date: 1989-05-09
Anticipated expiration: 2011-10-09
Also published as: JP2540887B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は触媒コンバータを備えた内燃機関の空燃比制御
に関するものである。

〔従来の技術〕

排気系内触媒コンバータと空燃比センサ（以下０□セン
サと言う）と二次空気供給装置を備えた内燃機関の空燃
比制御装置においては、減速時やアイドル運転時等で未
燃のＨＣやＣＯが多量に発生した場合には０２センサが
誤作動をする。第７図にＣＪｓ、ＣＪａ等各種のＨＣを
排気ガスに加えた場合のそれぞれのセンサ出力特性の一
例を示すがここに示すようにいづれもリッチ、リーンの
判定点となるセンサ出力急変点が第７図に示すＨＣを加
えない排気ガスの特性Ｓに比しリッチ側にずれている。

このために軽負荷未燃ＨＣ発生域では、０！センサのリ
ッチ、リーン判定点がリッチ側にずれ、このために空燃
比フィードバック補正係数ＦＡＦの値も第８図に示すよ
うにリッチ側にずれ、このま−では適正な空燃比フィー
ドバック（Ａ／ＦＦ／Ｂ）制御が出来ず、触媒コンバー
タの過熱、排気臭の発生等が起り、その浄化作用に支障
を来すことになる。

このために、特開昭５７−７０９２９号公報においては
、減速時及びアイドリング時にＯＸセンサで感知される
空燃比に拘らず大量の二次空気を排気マニホルドのみに
供給して、触媒床を冷却してその温度の上昇を防止し、
また、触媒からの臭気の発生を防止している。また、本
出願人は特願昭６１−１０７４０６号において減速又は
アイドル運転時には車速によって変化する一定の遅延時
間経過後、空燃比制御を開ループ制御とし、同時に、二
次空気の供給を行い、Ｏ２の欠乏による触媒臭の発生を
防止している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

スロットル弁が全閉、すなわち、アイドルスイッチ信号
がＯＮになる前の軽負荷域には、充填効率７ｖが小さ（
残留ガスが多いため、第９図に示すように失火域となっ
ている。そのために、降板時のようなスロットル弁全閉
°直前の）ニーニルカット（減速時の燃料噴射停止）し
ない軽負荷走行では、失火域走行となり、未燃ＨＣ，Ｃ
ｏが多量に発生する。このような失火域で０□センサに
よる空燃比フィードバック制御を行うと、前述の通り、
Ｏ！センサが多量の未燃ＨＣにより誤作動し、フィード
バック制御の中心位置となるリッチ、リーンの判定点が
リッチ側にずれるために、このま−空燃比制御を閉ルー
プとして行うと実際はリッチであってもリーンと判定さ
れ燃料の増量が行われこのため燃焼室内では０□が不足
して未燃ＨＣ。

ＣＯを増々増大させる一方、排気に０２がなくなり、還
元雰囲気となるために硫黄分が燃焼されずに触媒表面に
付着し、触媒臭が発生する。また、その様な状態のもと
で二次空気供給装置を作動させると、二次空気供給分だ
け排気系内は更にり−ンになるために、空燃比制御は益
々リッチとなる方向に制御される。このため燃焼室内で
は０２不足となり、増々多量のＨＣ，Ｃｏが排出され、
−大排気管内には二次空気が供給されているので触媒内
で多量のＨＣ、Ｃｏが燃焼し、触媒が高温となり過熱す
る。

また、失火域に入っている時間が長く、二次空気の供給
が長く続けられると、余剰のＨＣ、Ｇ。

が燃焼したあとは二次空気によって触媒が冷やされ、触
媒が適冷してその作動が不活発となる。

以上のように、減速時及びアイドリング時等の軽負荷域
で、従来例のように単に二次空気の供給を行うのみでは
、上記の問題点は解決しない。

本発明は上記に鑑み、空燃比制御と二次空気供給との組
合せを適切に行って軽負荷域運転中における未燃ガスＨ
Ｃ，ＣＯの低減を大幅に図り更に、排気臭の発生と触媒
の適冷を防止することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題点を解決するために、本発明においては第１
図に示すように、排気系３に触媒コンバータ６と空燃比
センサ５と二次空気供給装置４とが配設され、前記空燃
比センサ５の出力信号に基いて混合気の空燃比フィード
バック（Ａ／Ｆ　　Ｆ／Ｂ）ｌｌｌＩＩする手段■を具
備した内燃機関１において、機関ｌが軽負荷域運転中の
失火域を判定する手段■と、該失火域内で運転中に前記
空燃比センサ５の出力信号がリーンの場合には前記空燃
比フィードバック制御を開ループとするＡ／Ｆ　　Ｆ／
８制御手段■と前記失火域内運転中一定時間内に限り、
前記二次空気供給装置４より排気系３内に二次空気の供
給を行うように制御するＡＳＩＪ御手段■より成る内燃
機関の空燃比制御装置を提供する。

〔作　用〕

機関の軽負荷運転中に失火域判定手段により現在失火域
内で運転中であることが判明した場合にはＯ！センサ信
号がリッチを示す場合にのみ空燃比フィードバック（Ａ
／Ｆ　　Ｆ／Ｂ）制御を閉ループで行い、Ｏｚセンサ信
号がリーンを示す場合には開（オーブン）ループと・し
、Ａ／ＦのＦ／Ｂ制御は行わない、また、二次空気供給
装置により排気管内に二次空気（ＡＳ、エアサクション
）の供給を行ない、一定時間経過した後は、この供給を
停止する。

前記失火域判定手段により失火域内運転中でないことが
判明した場合には、前記二次空気の供給は行なわず、Ａ
／Ｆ　　Ｆ／Ｂ制御を実行する。

〔実施例〕

本発明の実施例を第２図に示す。

第２図において、１２はピストン、１６は燃焼室、１８
は点火栓、２０は吸気弁、２１は吸気ポート、２２は排
気弁、２３は排気ポートである。

吸気ボート２１は吸気管２４、サージタンク２６、スロ
ットル弁２８を介してエアフローメータ３０に接続され
る。排気ポート２３は排気マニホルド３２、排気管３４
を介して触媒コンバータ３６に接続される。

燃料インジェクタ３８は各気筒毎において吸気ポート２
１の近傍の吸気管２４に取付られる。

４０はディストリビュータで、共通電極は点火袋？１ｉ
４２の点火コイル４３に接続される。また分配電極は各
気筒の点火栓１８に接続される。

二次空気導入システムはり一ド弁４４を備えた、所謂ニ
アサクションシステムである。リード弁４４はその上流
側が空気フィルタ４６に接続され、下流は二次空気制御
弁４８及びエアサクション通路５０を介して排気マニホ
ルド３２に接続される。

二次空気制御弁４８は常態では閉じており、必要に応じ
て開放され、二次空気を導入することにより触媒コンバ
ータ３６における触媒の活性を促進するためのものであ
る。

二次空気制御弁４８は、この実施例では、負圧により駆
動されるもので、ダイヤフラム５４を備え、ダイヤフラ
ム５４は負圧通路５６を介して電磁切替弁５８に連結さ
れる。切替弁５８はダイヤフラム５４を空気フィルタ５
９に連通ずる位置と、サージタンク２６に連通ずる位置
とで切り替わる。

常態では、切替弁５８はダイヤフラム５４を大気圧側に
接続し、このとき二次空気制御弁４８は閉弁するため二
次空気の導入は行われない。切替弁５８を励磁すること
によりダイヤフラム５４はサージタンク２６の負圧に連
通され、二次空気制御弁４８が開弁され、二次空気の導
入が行われる。

制御回路６０はこの発明による空燃比制御を行なうため
のものであり、マイクロコンピュータシステムとして構
成される。制御回路６０はマイクロプロセシングユニッ
ト（ＭＰＵ）６２と、メモリ６４と、入力ポートロ６と
、出力ポードロアと、これらの要素を接続するバス６８
とより構成される。

入力ポートロ６は各センサに接続され、エンジン運転条
件信号が入力される。エアフローメータ３０からは吸入
空気量Ｑに応じた信号が入力される。ディストリビュー
タ４０にはクランク角センサ７２　、７４が取付けられ
、分配軸の回転、即ちクランク軸の回転に応じたパルス
信号が得られる。即ち、第１のクランク角センサ７２は
エンジンの１回転、即ち７２０°クランク角毎のパルス
信号Ｇを発生し、第２のクランク角センサ７４は３０°
クランク角毎のパルス信号を発生し、エンジン回転数Ｎ
ｅを知ることができる。

０□センサ７５は排気管３４において二次空気導入通路
５０の下流で、触媒コンバータ３６の上流に設置される
。０□センサ７５はなるべく排気マニホルド３２から離
れて設置され、排気ガスの熱的な影響から遮断すること
ができる。

水温センサ７６はエンジンのウォータジャケットに設置
され、エンジン冷却水の温度に応じた信号ＴＨＷを発生
する。アイドルスイッチ７８はスロットル弁２８に連結
され、スロットル弁２８がアイドル位置のときＯＮ、そ
れ以外のときＯＦＦされる。車速センサ７９は車両速度
ＳＰＤに応じた信号を発生するもので、例えば、変速機
の出力軸上に設置することができる。

メモリ６４にはこの発明に従って空燃比制御及びエアサ
クション制御を行なうためのプログラムが格納される。

出力ポードロアは、燃料インジェクタ３８、電磁切替弁
５８、更に点火装置４２に接続される。

次に、制御回路６０の作動による空燃比制御をフローチ
ャートにより説明する。

第３図に燃料噴射ｉ１　（ＴＡＵ）の演算ルーチンを示
す。このルーチンは燃料噴射を開始すべきクランク角度
をクランク角センサ７２　、７４からの信号により検知
することで実行が開始される。ステップ３０１で基本噴
射量ＴｐがＴ　ｐ　＝　Ｋ　ｘ　Ｑ／Ｎ　ｅ　　　　・・・＝　（
１）により演算される。ただし、Ｑは吸入空気量、Ｎｅ
はエンジン回転数、Ｋは常数である。次にステップ３０
３で燃料噴射１１ＴＡＵがＴＡＵ＝ＦＡＦＸＴｐＸ　（１＋α）β＋ｙ・”（２）
により演算される。ここに、α、β、γはこの発明と直
接関係しない他の運転状態のパラメータによる補正係数
、補正量を代表的に示すもので、例えばスロットル開度
センサ、あるいは吸気温センサからの信号等により決め
られる。ステップ３０５では演算された燃料噴射量ＴＡ
Ｕの信号が出力ポードア２より出力され、演算された量
の燃料がインジェクタ３８より噴射される。このルーチ
ンは所定のクランク角毎に、例えばクランク角３６０゜
毎に行う。

第４図に、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの演算
ルーチンを示す、ステップ４０１に於ては、０！センサ
７５の出力信号による空燃比のＦ／Ｂ（フィードバック
）条件、すなわち、閉ループ条件が成立しているか否か
を判断する。エンジンの始動中、始動後の燃料増量動作
中、暖機増量動作中、パワー増量動作中、リーン制御中
、０２センサ７５の不活性能等は、いづれもＦ／Ｂ条件
が不成立であり、その他の場合にＦ／Ｂ条件が成立する
。Ｆ／Ｂ条件が不成立でＮＯのときは、ステップ４０３
に進み、Ｆ　Ａ　Ｆ　＝　１．０とされる。これにより
、空燃比は間ループ制御（非フイードバツク制御）とな
る。

ステップ４０１でＹｅｓの場合には、ステップ４０５に
進み、Ｏｔセンサ７５からの信号がリッチか否かを判別
する。すなわち空燃比が理論空燃比又は設定空燃比より
リッチのときは空燃比をリーン側に動かすためにステッ
プ４０７に進み、ＦＡＦがδ。

たけ減算される。ステップ４０５でリーンと判定された
ときはステップ４０５よりステップ４０９に進み、ここ
でＦＡＦが６２だけ加算される。ステップ４０７　．４
０９における閉ループ制御（フィードバック制御）によ
り、空燃比は所定値に制御される。

このルーチンは一定時間毎、例えば４ｍｓ毎に実行され
る。

以上により０□センサ出力信号を基にして演算されたＦ
ＡＦＯ値を前記（２）式に入れて計算することにより燃
料噴射１１ＴＡＵがＭＰｔｌ　６２により演算され、こ
れにより出力ポードロアより燃料インジェクタ３８に指
令されて空燃比フィードバック制御が行われる。

第５図にＡ／Ｆ　　Ｆ／Ｂ及び二次空気供給ＡＳ（エア
サクション）制御ルーチンを示す。ステップ５０１に於
てはエンジンが運転中に於て、クランク角センサ７２　
、７４及び吸入空気量センサ７７よりの出力信号が入力
ポートロ６に入り、これに応じて、吸入空気量データの
Ｑ及びエンジン回転数データＮｏがメモリ６４に読み込
まれ格納され、このデータに基いて、ＭＰＵ　６２によ
りＮｅとＱ／Ｎｅとの相関関係が演算される。次にステ
ップ５０２で第６図に示すような、予めメモリ６４に格
納しである該エンジンの失火限界Ｑ／Ｎｅ５ｉｎのマツ
プから、その時のエンジン回転数Ｎｅに対応するＱ／Ｎ
ｅ　ｗｉｎの値が求められる。第９図に於ては、実線Ａ
はＱ／Ｎｅｗｉｎの状態、破線Ｃはスロットルバルブ全
閉の状態を示し、Ａ、Ｃ線の間の領域Ｂが失火域を表わ
す。次にステップ５０゛３に進みここでは、その時のＱ
／ＮｅをこのＱ／Ｎｅｍ１ｎと比較して、Ｑ／　Ｎ　ｅ
　＜　Ｑ／Ｎｅ　ｗｉｎか否かを判定する。Ｑ／Ｎ　ｅ
　＜　Ｑ　／Ｎｅ　５ｈｉｎの場合にはその時Ｑ／Ｎｅ
は失火域にあり、第９図のＢｗＩ域内にあると判定され
、ステップ５０４に進む、ステップ５０４ではＡＳ（ニ
アサクション）を作動して、二次空気がエアサクション
通路５０より排気管３４へ導入され、触媒コンバータ３
６で未燃ＨＣ、Ｃｏが浄化され、触媒排気臭の発生が防
止される。

次にステップ５０５に進み、ここでカウンタＣをプラス
１アップし、次のステップ５０６に進む。ステップ５０
６では、Ｏｔセンサ７５からの信号がリッチか否かを判
別する。空燃比が理論空燃比又は設定空燃比よりリッチ
のときはステップ５０６はＹｅｓとなり、ステップ５０
７に進み、空燃比をリーン側に動かすために第４図に示
すようにＦＡＦがδ。

だけ減算され、閉ループ制御（Ａ／Ｆ　　Ｆ／Ｂ　ｉｔ
ｅｕｍ）が行われる。またステップ５０６で空燃比がリ
ーンと判定されたときは、ステップ５０６はＮＯとなり
ステップ５０８に進み、ここではＦ　Ａ　Ｆ　＝　１．
０とされる。これにより、Ａ／Ｆ　　Ｆ／Ｂは開ループ
（オープン）制御となる。これは、前記失火域Ｂ内での
運転中に空燃比がリーンの場合は、前述の通り、多量の
ＨＣが発生しているためにａｔセンサのスイッチ判定点
がリッチ側にずれたために０２センサの誤作動により、
実際はリッチの状態であるのに見せかけのリーンの状態
にあると考えられ、これに対して閉ループの制御のま＼
で空燃比フィードバック制御を続けると、増々燃料の供
給が過剰になり、ＨＣ、Ｇｏの発生が多くなる可能性が
あり、また、後述のＡｓ（ニアサクション）作動中の場
合には、Ａ３作動による空気が排気管内へ供給されるた
めに、排気が薄められて実際の燃焼室内での混合比より
もリーンの状態の信号が０２センサから出され、この場
合もこれに基いた空燃比フィードバック制御を続けると
燃料の供給が過剰となりＨＣ、ＣＯの発生が多くなる。

したがって失火域Ｂの状態で空燃比がリーンの場合には
上記の弊害を避けるためにステップ５０８でＦＡＦ＝１
、０とし、空燃比フィードバック制御を取り止め、オー
プンループ制御とする。次にステップ５０７゜５０８い
づれもステップ５１０に進みここで失火域Ｂに入ってい
る時間が設定値以内であるか否かが判定される。設定値
以内の場合にはステップ５１１に進み、Ａｓ（ニアサク
ション）の作動はそのま＼続行する。ステップ５１０で
失火域に入っている時間が設定値以上に長いと判定され
た場合すなわちＣ≦設定値がＮｏの場合にはステップ５
１２に進み、ＡＳの作動を停止し、触媒コンバータの適
冷を防止する。

ステップ５０３でＱ／ＮｅがＱ／Ｎｅｍ１ｎが以上にな
った場合には、失火域を脱して正常な燃焼が行われる状
態にあることを示す。したがって、ステップ５０３より
ステップ５２０に進み、カウントＣ＝０とし、次にステ
ップ５２１でＡＳを停止し、ステップ５２２で空燃比（
Ａ／Ｆ）フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御を開始し、正常
の運転状態に戻り、ステップ５３０に進みリターンする
。

上記の第５図のフローチャートの動きを示すタイミング
チャートを第６図に示す。第６図（イ）は前記フローチ
ャートステップ５０３を示し、これがＹｅｓのときは失
火域内で運転が行われている。

（ロ）はステップ５１０を示し、カウントＣが設定値に
達すると（ホ）に示すようにＡＳを停止（ステップ５１
２）する。　（ハ）はステップ５０６を示し、このＹｅ
ｓ　、　Ｎｏ　（ＯＮ　、　０ＦＦ）により、（ニ）に
示す＾／Ｆ　　Ｆ／Ｂの実行（閉制御）かオープン制御
かがステップ５０７　．５０８に示すように決められる
。

運転域が失火域を脱してＱ／Ｎｅｗｉｎ以上の正常域運
転に戻った場合には、（イ）（ニ）（ホ）即ちフローチ
ャートでステップ５０３よりステップ５２０，５２１゜
５２２に移り、ＡＳは停止され、＾／Ｆ　　Ｆ／Ｂは実
行される。

以上のＡ／Ｆ　　Ｆ／Ｂ　、　Ａｓｔ＃ｌｌルーチンを
実行することにより、降板時のようなスロットル弁全閉
直前の軽負荷失火域での走行時に未燃ＨＣにより、０□
センサのリッチ、リーン判定点がリッチ側に大幅にずれ
る（第７図参照）ことにより０２センサの誤作動が発生
しても、０□センサ信号がリーンの時（第６図■）はＡ
／Ｆ　　Ｆ／Ｂオープン（第６図■）としであるのでフ
ィードバック中に空燃比が大幅にリッチにずれることな
く、従来の空燃比フィードバックの方法に比べて未燃Ｈ
Ｃ。

ｃｏを大幅に減らすことができ、この間ＡＳを供給して
も（第６図■）触媒コンバータ３６での発熱が過大にな
らず、触媒の過熱を防止することができる。また、軽負
荷失火域になってから一定時間だけＡｓによる二次空気
を供給し、カウントＣが設定値に達し、又は設定値を越
えたとき（第６図■）にはＡＳを停止（第６図■）する
ので、二次空気によって余剰のＨＣ、ＣＯが燃焼したあ
とＡＳの供給を続けたために起る触媒が適冷して不活性
となることが防止される。

以上により、触媒での未燃ＨＣ，Ｃｏの浄化と触媒排気
臭の発生の防止と触媒の適冷の防止とを適時適切に行う
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明を実施することにより、次の効果がある。

（１）軽負荷失火域内で運転中に、空燃比センサの出力
信号かり−ンの場合には空燃比フィードバック制御を間
ループ制御とすることにより、排気系中の未燃ＨＣ，Ｇ
ｏを大幅に減じ、触媒の過熱が防止でき、触媒排気臭の
発生が防止できる。

（２）失火域内運転中、二次空気の供給は一定時間に限
定して行い、後はその供給を停止することにより、触媒
が適冷して不活性となることが防止される。

（３）上記の手段のために、新たに多くの機構、装置を
設ける必要はなく、コスト的にも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成、手段を示すブロック線図、第２
図は本発明の構成、配置を示す説明図、第３図は燃料噴
射量（ＴＡＵ）の演算ルーチンを示すフローチャート、
第４図は空燃比フィードバック補正係数（ＦＡＦ）の演
算ルーチンを示すフローチャート、第５図は空燃比フィ
ードバック（Δ／Ｐ　　Ｆ／Ｂ）及び二次空気供給（Ａ
Ｓ）の制御ルーチン、第６図は本発明実行の時のタイミ
ングチャート、第７図は０□センサ出力特性図、第８図
は軽負荷運転時ＦＡＦ特性図、第９図は軽負荷運転域に
於ける吸入空気・エンジン回転特性図を示す。３・・・排気系、　　　　　　４・・・二次空気供給装
置、３６・・・触媒コンバータ、４８・・・二次空気制
御弁、６２・・・ＭＰＵ。７２　、７４・・・クランク角センサ、７５・・・Ｏｔ
センサ、　　　７６・・・水温センサ、７８・・・アイ
ドルスイッチ、 ■・・・失火域判定手段、 ■・・・Ａ／Ｆ　　Ｆ／８制御手段、 ■・・・ＡＳ制御手段。第１図第４図第５図空気過剰率　八第７国空気流量ｃＪ／Ｎｅ　　勢。、第８図第９図

Claims

【特許請求の範囲】１、排気系内に触媒コンバータと空燃比センサと二次空
気供給装置とが配設され、前記空燃比センサの出力信号
に基いて混合気の空燃比をフィードバック制御する手段
を具備した内燃機関において、機関の軽負荷運転中の失火域を判定する手段と、該失火
域内で運転中に前記空燃比センサの出力信号がリーンの
場合には、前記空燃比フィードバック制御を開ループ制
御とする手段と、前記失火域内運転中、一定時間に限定
して前記二次空気供給装置より排気管内に二次空気の供
給を行うように制御する手段とより成る内燃機関の空燃
比制御装置。