JPH01121539A - アルコール燃料使用内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

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〉 本発明は酸素センサを用いて空燃比をフィードバック制
御する空燃比制御装置に関し、特にアルコール燃料を使
用する内燃機関に好適な空燃比制御装置に関する。

〈従来の技術〉 電子制御燃料噴射式内燃機関において、噴射量Ｔ１は次
式によって定められる。

Ｔｉ　＝Ｔ、−Ｃ０ＥＦ・α＋Ｔ。

ここで、ＴＰは基本燃料噴射量であってＴｐ＝Ｋ　−Ｑ
／Ｎで与えられ、Ｋは定数、Ｑは機関吸入空気流量、Ｎ
は機関回転数である。Ｃ０ＥＦは水温補正等の各種補正
係数、αは後述する空燃比フィードバック制御（以下λ
コントロールとする）のための空燃比フィードバック補
正係数、Ｔ、は電圧補正骨である。

λコントロールは、排気系に酸素センサを設けて実際の
空燃比を検出し、この空燃比が目標空燃イードバック補
正係数αというものを定めて、このαを変化させること
により目標空燃比に保っている（実開昭６０−１１６０
５３号等参照）。

そして、従来この種の空燃比制御装置に使用される酸素
センサとしては、特開昭５８−２０４３６５号公報等に
示されるものが一般的である。

この酸素センサは酸化ジルコニウム（ＺｒＯｚ）を主成
分とするセラミック管の内外表面に白金電極を設け、外
表面の白金電極上に白金触媒層、マグネシウムスピネル
等の保護層を順次積層して構成されており、セラミック
管の内側空洞に大気（基準気体）を導く一方、セラミッ
ク管の外側を機関排気と接触させ、大気中の酸素濃度（
略一定）と排気中の酸素濃度との比に応じた電圧を両電
極間に発生させて排気中の酸素濃度を検出するものであ
る。

ここで、酸素センサの白金触媒層では、−酸化炭素ｃｏ
や炭化水素ＨＣと酸素０□とのＣＯ＋％０□→Ｃｏｔ、
ＨＣ＋Ｏ□→Ｈ，Ｏ＋ＣＯ□なる酸化反応を促進し、理
論空燃比よりリッチ混合気で燃焼させたときには、その
部分に残存するＯｔをＣＯやＨＣと良好に反応させて０
２濃度を略零としセラミック管内外の０２濃度比を大き
くして大きな電圧を発生させる一方、理論空燃比よりリ
ーン混合気で燃焼させたときには、排気中に多量のＯｔ
と少量のＣｏ、ＨＣが存在するのでｃｏ。

ＨＣとｏ２とが反応しても０２が余りセラミック管外内
の０□濃度比が小さく電圧はほとんど発生しない。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、アルコール燃料、例えばメタノール燃料を使
用する内燃機関にあっては、排気中に未燃焼のメタノー
ルが存在する。そして、急加速や高速運転時の燃焼温度
が高い運転状態ではメタノール燃料解（ＣＨ３０Ｈ−＋
ＣＯ＋　２　Ｈｚ　）が活発化して排気中にＨ２が多量
に発生する。

このＨ２は白金触媒層において、Ｈ２＋′７ＡＯ□→Ｈ
，Ｏの反応によってＯｔを消費するため、燃焼温度の高
い運転状態では、第６図示の点線で示すように酸素セン
サの空燃比制御点がＨ２濃度が小（図中実線）のときに
比べてリーン側に大きくずれてしまう。

このため、空燃比のリーン化によって窒素酸化物ＮＯｘ
の排出量が増大し排気特性が悪化するという問題がある
。

本発明は上記の実情に鑑みてなされたもので、燃焼温度
高温運転状態でのＮＯＸ発生量を抑制できるアルコール
燃料使用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。

く問題点を解決するための手段〉 このため本発明は第１図に示すように、排気系に設けた
酸素センサからの信号に基づいて検出される実際の空燃
比を目標空燃比に近づけるように機関への燃料供給量を
フィードバック制御して空燃比を制御するアルコール燃
料使用内燃機関の空燃比制御装置において、空燃比制御
点が互いに異なる第１酸素センサと第２酸素センサを排
気系に設けると共に、機関運転状態を検出する機関運転
状態検出手段と、該機関運転状態検出手段が燃焼温度の
高い運転状態を検出したとき空燃比検出用酸素センサを
空燃比制御点が第１酸素センサよりリッチ側にある第２
酸素センサに切換制御する酸素センサ切換制御手段とを
備えて構成した。

〈作用〉 上記の構成において、通常の運転状態では空燃比制御点
が理論空燃比にある第１酸素センサを用制御手段によっ
て第１酸素センサより空燃比制御点がリッチ側にある第
２酸素センサに切換えて空燃比検出を行う。これにより
、燃焼温度高温運転時における空燃比制御点のリーン側
へのずれ巾を従来よりも少なくすることができるため、
ＮｏＸの発生を抑制することができるようになる。

〈実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

本実施例のハードウェア構成を示す第２図において、機
関本体１の吸気通路２に介装された吸入空気流ｆｆ１Ｑ
を検出するエアフローメータ３と、機関回転数Ｎを検出
するクランク角センサ等の回転数センサ４とからの各検
出信号をコントロールユニット５に入力する。

コントロールユニット５では、内蔵されたマイクロコン
ピュータにより前記雨検出信号に基づいて基本燃料噴射
量Ｔ、を演算し、この演算された基本燃料噴射量ＴＰを
、図示しない水温センサからの冷却水温等機関運転状態
に応じた各種補正係数Ｃ０ＥＦ、排気通路６に装着した
第１及び第２酸素センサ７．８のうちそのときの運転状
態に対応して選択されている一方の酸素センサからの酸
素濃度検出信号に基づいて設定される空燃比フィードバ
ック補正係数α及びバッテリ電圧に基づく電圧補正分子
ｓにより補正して最終的な燃料噴射量Ｔ、を演算する。

そして、このＴ、に対応する燃料噴射信号を吸気通路２
のスロットル弁９上流側に装着した燃料供給手段として
の燃料噴射弁１０に出力してＴ、に相当する量の燃料を
供給する。

また、コントロールユニット５は、例えばエアフローメ
ータ３の吸入空気流量検出信号の変化率に基づいて急加
速状態か否かを判定すると共に、回転数センサ４からの
機関回転数Ｎと演算により求めた基本燃料噴射量Ｔｐと
により高速状態か否かを判定し、急加速時又は高速時に
は燃焼温度が高い運転状態と判断して空燃比検出用酸素
センサを空燃比制御点が理論空燃比にある第１酸素セン
サ７から該第１酸素センサ７より空燃比制御点がリッチ
側にある第２酸素センサ８側に切換制御する。従って、
エアフローメータ３３回転数センサ４が運転状態検出手
段を構成し、コントロールユ′　ニット５が空燃比フィ
ードバック制御手段及び酸素センサ切換制御手段に相当
している。尚、１１はスロットル弁９の開度を検出する
スロットルセンサである。

次に第１及び第２酸素センサについて説明する。

第１酸素センサ７は従来と同様で第３図のような構成に
なっている。

即ち、先端部を閉塞した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ□）
を主成分とするセラミック管２１の内表面と外表面の各
一部に白金（ＰＬ）ペーストを乎布シた後、セラミック
管２１を焼成することで起電力取出し用の内側電極２２
と外側電極２３とを形成しである。更に、外側電極２３
上に白金を装着して白金触媒層２４を形成し、その上か
らマグネシウムスピネル等の酸化金属を溶射して白金触
媒１ｉ１２４を保護するための保護層２５を形成してな
る。

第２酸素センサ８は、前記第１酸素センサ７の保護層２
５内に、例えば白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）の酸
化触媒金属とロジウム（Ｒｈ）の還元触媒金属を含有さ
せて保護層が形成され、その他の構成は第１酸素センサ
７と同じである。

この第２酸素センサ８゛によれば、メタノールの分解に
よって発生したＨ２は保護層内の酸化触媒金属Ｐｔ、Ｐ
ｄによって排気中の０２と反応（Ｈ。

＋′ＡＯ□→Ｈ２０）するため、白金触媒層表面にはほ
とんど到達せず、白金触媒層におけるＨ２の影響を取除
くことができ空燃比制御点のり一ン側へのずれが抑制で
きる。同時に排気中のＮＯｘは、保護層内の還元触媒金
属Ｒｈの作用により排気中の未燃成分であるＣｏ、ＨＣ
と次式のように反応する。

ＮＯＸ　　＋　Ｃ０−Ｎｚ　　＋　ＣＯｘＮ　ＯＸ　　
＋　ＨＣ−Ｎｚ　　＋　Ｈｚ　　Ｏ＋　ＣＯｔこの結果
、白金触媒層で０２と反応するＣ０２ＨＣが減少しその
分０８濃度が増大することになる。

このようなことから、セラミック管内外のＯ！濃度差が
減少し、理論空燃比よりリッチ側でり一ン検出がなされ
ることとなり、第１酸素センサ７に比べて空燃比制御点
がリッチ側に存在することになる。

次に第４図のフローチャートに基づいて作用を説明する
。

ステップ（図中Ｓで示し以下同様とする）１では、吸入
空気流量Ｑ２機関回転数Ｎ等の各種検出信号を読込み、
これに基づいてＴ、、Ｃ０ＥＦ。

Ｔ、を設定する。

ステップ２では、燃焼温度の高い運転状態、例えば急加
速時又は所定以上の高速運転時か否かを判定する。ここ
で、ＮＯの判定のときはステップ３へ進み、第１酸素セ
ンサ７を選択し、ステップ４でフラグＦをＯとしステッ
プ１０で第１酸素センサ７からの検出信号に基づいて空
燃比フィードバック制御を行う。

一方、燃焼温度が高温の運転状態のときはステップ２の
判定がＹＥＳとなりステップ５に進む。

ステップ５では第２酸素センサ８を選択する。

ステップ６ではフラグＦの判定を行い、フラグＦ＝Ｏの
ときは第１酸素センサ７から第２酸素センサ８への切換
直後であることからステップ７で酸素センサ出力のスラ
イスレベルを予め定めた所定値にダウンする。これは同
一スライスレベルに対して第１酸素センサ７と第２酸素
センサ８との空燃比制御点の象、変により空燃比が大き
くずれ運転性に悪影響を及ぼす。従って、第１酸素セン
サ７から第２酸素センサ日への切換え直後でスライスレ
ベルを所定値まで下げ空燃比制御点の急変を防いでいる
。

次に、ステップ８ではフラグＦ＝１としステップ１０で
第２酸素センサ８の検出信号に基づし）て工燃比フィー
ドバック制御を行う。

そして、第２酸素センサ８に基づく空燃比フィードバッ
ク制御の２回目以降では、フラグＦ＝１であるからステ
ップ６からステップ９に進み徐々にスライスレベルをア
ップし最終的には第１酸素センサ７と同一のスライスレ
ベルまで上げる。

かかる空燃比制御によれば、第５図の実線で示すように
Ｈ２濃度が小さくその影響が小さい領域への間では、第
１酸素センサ７を使用し、Ｈ２濃度が増大しその影響が
大になる領域Ｂでは第２酸素センサ８を使用して空燃比
フィードバック制御を行う。これにより、空燃比制御点
のリーン側へのずれを少なくできＮＯＸの増大を防ぐこ
とができる。また、低速時等に従来の第１酸素センサ７
を使用することによって、空燃比リッチ状態で増大する
ＣＯの発生を防ぐことができる。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明によれば、通常の酸素センサと
これよりリッチ側に空燃比制御点のある酸素センサを設
け、メタノールの分解により発生するＨ２の濃度が低い
低温運転領域では通常の酸素センサを使用し、Ｈ２濃度
の高い運転領域ではリッチ制御用の酸素センサを使用し
て空燃比フィードバック制御を行う構成としたので、ア
ルコール燃料使用機関において高温運転領域で発生し易
いＮＯ，１の発生量を抑制でき、排気特性の悪化を防ぐ
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するブロック図、第２図は
本発明の一実施例を示すハードウェア構成図、第３図は
酸素センサの構成図、第４図は同上実施例のフローチャ
ート、第５図は同上実施例の作用を説明する図、第６図
は従来の動作を説明する図である。 １・・・機関本体　　２・・・吸気通路　　３・・・エ
アフローメータ　　４・・・回転数センサ　　５・・・
コントロールユニット　　６・・・排気通路　　７・・
・第１酸素センサ　　８・・・第２酸素センサ　　１０
・・・燃料噴射弁 １階注史願り早本悶子豊器株袋１ 第３図 ヤ　圭

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排気系に設けた酸素センサからの信号に基づいて検出さ
   れる実際の空燃比を目標空燃比に近づけるように機関へ
   の燃料供給量をフィードバック制御して空燃比を制御す
   るアルコール燃料使用内燃機関の空燃比制御装置におい
   て、空燃比制御点が互いに異なる第１酸素センサと第２
   酸素センサを排気系に設けると共に、機関運転状態を検
   出する機関運転状態検出手段と、該機関運転状態検出手
   段が燃焼温度の高い運転状態を検出したとき空燃比検出
   用酸素センサを空燃比制御点が第１酸素センサよりリッ
   チ側にある第２酸素センサに切換制御する酸素センサ切
   換制御手段とを備えて構成したことを特徴とするアルコ
   ール燃料使用内燃機関の空燃比制御装置。