JPH01159436A

JPH01159436A - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH01159436A
Application number: JP24447088A
Authority: JP
Inventors: Shinpei Nakaniwa; 伸平中庭; Akira Uchikawa; 晶内川
Original assignee: Japan Electronic Control Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1987-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1989-06-22

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、内燃機関の空燃比を制御する装置に関し、特
に排気浄化性能改善を図った装置に関する。

〈従来の技術〉この種の空燃比制御装置を備えた電子制御燃料噴射式内
燃機関としては、従来、特開昭６０−２４０８４０号に
示されるようなものがある。

これについて説明すると、エアフローメータにより検出
される機関の吸入空気流量Ｑと、クランク角センサ等の
機関回転速度センサにより検出される機関回転速度Ｎと
から基本燃料噴射量ＴＰ　（＝ＫＸＱ／Ｎ：には定数）
を演算し、更に、機関温度等の機関運転状態に応じた各
種補正係数ｃ。

ＥＦと、空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡと
、　　゛バッテリ電圧による燃料噴射弁の有効噴射時間
の変化を補正するための補正分子、とをそれぞれ演算し
、これらにより前記基本燃料噴射ｆｆ１ＴＰを補正演算
して最終的な燃料噴射量Ｔ、（＝Ｔ、ＸＣＯＥ　Ｆ　Ｘ
　ＬＡＭＢＤＡ　＋　Ｔ　ｓ　）を設定する。

そして、このようにして設定された燃料噴射量Ｔ、に相
当するパルス巾の駆動パルス信号を電磁式燃料噴射弁に
所定タイミングで出力することにより、機関に所定の量
の燃料を噴射供給するようにしていた。

前記空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡは、機
関の吸入混合気の空燃比を所定の目標空燃比（理論空燃
比）に制御するためのものであり、この空燃比フィード
バック補正係数ＬＡＭＢＤＡの値は、比例積分制御によ
り変化させて安定した制御としている。

即ち、混合気を理論空燃比で燃焼させたときの排気中の
酸素濃度比により起電力が急変し、リッチ混合気側で起
電力が高く、リーン混合気側では起電力が低くなる酸素
センサ（実開昭６１−１８２８４６号公報等参照）を機
関の排気系に設け、かかる酸素センサからの出力電圧と
所定の基準電圧（スライスレベル）とを比較して、機関
吸入混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチかリー
ンかを判定し、第１１図に示すように、例えば空燃比が
リーン（リッチ）の場合には、空燃比フィードバック補
正係数ＬＡＭＢＤ＾を所定の積分分（１分）ずつ徐々に
上げて（下げて）いき、燃料噴射１１Ｔｉを増量（減量
）補正することで空燃比を理論空燃比に制御する。尚、
酸素センサからの出力が理論空燃比で急変するものであ
って、理論空燃比を特定できない（理論空燃比相当の起
電力に範囲があり、理論空燃比に対するリッチ・リーン
しか判定できない）特性を有するため、空燃比のリッチ
・リーン判定の反転時には、空燃比フィードバック補正
係数ＬＡＭＢＤ＾を前記積分定数（１）分よりも大きな
所定の比例定数（Ｐ）分だけ変化させて、制御応答性を
高めるようにしている。

ところで、上記酸素センサからの信号に基づく空燃比フ
ィードバック補正は空燃比を目標空燃比（理論空燃比）
付近に制御するように行われる。

これは、排気系に介装され、排気中のＣＯ、ＨＣ（炭化
水素）を酸化すると共にＮＯｘを還元して浄化する三元
触媒の転化効率（浄化効率）が理論空燃比燃焼時の排気
状態で有効に機能するように設定されているからである
。

このため、前記酸素センサとしては例えば特開昭５８−
２０４３６５号公報等に示されるような周知のセンサ部
構造を有したものを用いている。

このものは、酸素イオン導電性を有したセラミツク管の
排気と接触する外表面に排気中のＣ０１ＨＣの酸化反応
を促進させる白金触媒層を積層しである。そして、理論
空燃比よりリッチな混合気で燃焼させたときに白金触媒
層付近に残存する低濃度の０２をＣＯ、ＨＣと良好に反
応させて０２１度をゼロ近くにし、セラミック管内表面
に接触させた大気のＯ２濃度との濃度比を大きくして、
セラミック管内外表面間に大きな起電力を発生させる。

一方、理論空燃比よりリーンな混合気で燃焼させたとき
には、排気中に高濃度の０□と低濃度のＣＯ、ＩＣが存
在するため、ＣＯ、ＨＣと０２とが反応してもまだ０□
があまり、セラミック管内外表面のＯ２濃度比は小さく
殆ど電圧は発生しない。

このように、酸素センサの発生起電力（出力電圧）は理
論空燃比近傍で急変する特性を有しており、この出力電
圧Ｖ。２と基準電圧（スライスレベル）とを比較して混
合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかを
判定する。そして、例えば空燃比がリーン（リッチ）の
場合には、前記基本燃料供給量Ｔ、に乗じる空燃比フィ
ードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡを所定量ずつ徐々に増
大（減少）していき燃料供給量Ｔ、を増量（減量）補正
することで空燃比を理論空燃比近傍に制御する。

ところで、前記三元触媒は総合的にみれば理論空燃比制
御時にＣＯ、ＨＣ，ＮＯｘのいずれをも有効に低減でき
るのであるが、例えばＮＯｘの場合、理論空燃比近傍で
の転化率の変１化が大きいため部品バラツキ等も考慮す
ると高い転化率を安定して得ることは難しい。

また、本来ＮＯｘ中の酸素分は、排気中酸素濃度として
検出されるべきものであるが、前記酸素センサではこれ
を捉えることができないため、真の理論空燃比よりＮＯ
ｘ中の酸素分だけり−・ン側で起電力が反転する傾向が
あり、空燃比がリーン側に制御されてしまうため、三元
触媒におけるＮＯｘの転化率の低下を助長する結果とな
っている。

このため、いわゆるＥＧＲ（排気還流）制御を併用して
ＮＯＸ低減を図っているが、ＥＧＲ装置搭載によるコス
トアップを招き、排気導入による燃焼効率の低下に伴い
燃費も大きく低下する要因となっていた。

この点に鑑み、酸素センサに排気中のＮＯｘの還元反応
を促進させるロジウムＲｈ等を含むＮＯＸ還元触媒層を
設け、Ｎ　ＯＸを還元させることでＮＯｘ中の酸素を検
出可能にした酸素センサ・か提案されている。

これにより、酸素センサの起電力が真の理論空燃比で反
転するようにする。この真の理論空燃比とは、Ｎｏや還
元能力のない酸素センサによる起電力反転時の理論空燃
比よりもＮ０８中の酸素分だけリッチ側にシフトされる
。従ってかかる酸素センサを使用すれば、従来よりも相
対的にり、ツチ側にシフトされて（以下リッチシフト効
果という）真の理論空燃比付近に空燃比が制御されると
共に、ＮＯＸの濃度にかかわらずほぼ一定の空燃比とな
るから三元触媒におけるＣＯ、ＨＣ及びＮＯＸの転化率
を十分高めてＣＯ、ＨＣ排出量を最も有効に低減でき、
ＥＧＲ装置の省略を可能にする。

〈発明が解決しようとする課題〉ところで、空燃比フィードパ・ンク制御において、空燃
比のリーン時に燃料供給量を増量補正して空燃比をリッ
チ化させるためのフィードバック制御定数（比例定数Ｐ
、、積分定数ＩＲ）と、空燃比のリッチ時に燃料供給量
を減量補正して空燃比をリーン化させるためのフィード
バック制御定数（比例定数ＰＬ、積分定数ＩＬ）との比
を変えることにより、空燃比がリーンであるときとリッ
チであるときとの時間割合を変えることができる。

例えばＰＲ，’Ｉ＊をＰＬ、ＩＬに対して大きく設定し
た場合には、リッチ時間割合が長引き、逆の場合にはリ
ーン時冊割合が長引く。

このことを利用し、例えば燃焼性が悪く、Ｃ０２ＨＣの
発生し易い（Ｎｏ、は発生しにくい）機関にあっては、
燃料減量補正用のフィードバック制御定数（ＰＬ、ＩＬ
）を相対的に大きくしてり−ン時間割合を長引かせるこ
とによりＣＯ、ＨＣの低減を強化し、逆に燃焼性が良す
ぎてＮＯｘの発生し易い機関にあっては燃料増量補正用
のフイードパツク補正１　（ＰＲ、Ｉ＋＋　）を相対的
に大きくしてリッチ時間割合を長引がせることによりＮ
ｏＸの低減を図ることができる。

また、機関運転状態によってＣＯ、ＨＣ濃度が高くなる
領域では、ＰＬ、Ｉ、を相対的に大、ＮＯｘ濃度が高く
なる領域（例えば加速時は壁流燃料のシリンダへの到達
遅れにより一時大きくり−ン化してＮＯＸ濃度が高くな
る）ではＰＲ，ＩＲを相対的に大とするように可変に設
定することも考えられる。

この場合、燃料増量補正用のフィードバック制御定数と
燃料減量補正用のフィードバック制御定数との大きさを
調整するに際し、Ｎ　Ｏｘ還元触媒層を有しない通常型
の酸素センサにあっては、以下の問題がある。

例えばＮＯＸ増大時にＰＩｌ、Ｉ、Ｉを相対的に大きく
しても、センサの出力電圧が反転する制御目標空燃比が
ＮＯ，１増大によってリーン側にシフトしているため、
真の理論空燃比に対するリッチ時間割合を十分長引かせ
ることができず、良好なＮＯＸ低減効果を得ることがで
きない。逆にＰＬ。

ＩＬを大きくするとＮＯＸ大領域ではリーン側にシフト
される上にリーン時間が長引くのでＮ　ＯＸの増大を助
長することになり好ましくない。

これに対し、前述したＮＯｘ還元触媒層を有する酸素セ
ンサにあっては、排気中のＮＯ８濃度に影響されず真の
理論空燃比で反転するため、目的　−に応じて制御定数
を変えることによりＣＯ、ＨＣ。

ＮＯＸを同時に低減させることが可能である。

しかし、Ｐｔ、Ｉｔを大きくし過ぎた場合は目標空燃比
よりリーンな時間割合が大き過ぎるため、ＣＯ発生量が
減少し、ＮＯｘとＣＯとの還元反応に伴う酸素センサの
リッチシフト機能によるＮＯ。

低減機能が殆ど得られなくなってしまう。

一方、Ｐ、、１．を大きくし過ぎた場合には、リッチ時
間割合が長引き過ぎるため、ＮＯｘ還元触媒層において
ＮＯＸとＣＯとの還元反応が促進されてもなお大量のＣ
Ｏが残存し、このｃｏが白金触媒層にて０□と酸化反応
を生じて０゜を消費する。即ち、リッチ時間割合の増大
により、ＮＯ。

還元反応は限界に達しており、それ以上ＰＲ，ＩＩを増
大してもリッチシフト効果は得られないのみならず、Ｃ
Ｏ、ＨＣが増大するだけである。

したがって、ＮＯｘ還元触媒層を有した酸素センサにあ
っては、ＣＯ、ＨＣ低減を図りつつ、リッチシフト効果
によるＮＯＸ低減有効に図るためにはフィードバック制
御定数の比を適切な値に設定する必要がある。

また、フィードバック制御定数の代わりに、酸素センサ
の出力値と比較される基準値を理論空燃比に対してずら
して目標空燃比を調整することによってもＣＯ、ＨＣ，
ＮｏＸを良好に低減することが可能である。

但しこの場合も、基準値を空燃比リーン側の値へ大きく
ずらせ過ぎるとＣＯ発生量が減少し、ＮＯｘとＣＯとの
還元反応による酸素センサのリッチシフト機能が殆ど得
られず、ＮＯＸ低減機能が相殺されてしまう。

一方、基準値を空燃比リッチ側の値へ大きくずらせ過ぎ
ると、ＮＯｘ還元触媒層においてＮＯＸとＣＯとの還元
反応が促進されてもなお大量のＣＯが残存し、このＣＯ
が白金触媒層にて０２と酸化反応を生じて０２を消費す
る。即ち、ＮＯＸ還元反応は限界に達しており、かつ、
三元触媒においても、ＮＯＸの転化率は十分高められて
いるから、それ以上基準値をリッチ側へずらしてもリッ
チシフト効果は得られないのみならず、ＣＯ、ＨＣが増
大するだけである。

したがって、ＮＯｘ還元触媒層を有した酸素センサにお
いて、ＣＯ、ＨＣ低減を図りつつ、リッチシフト効果に
よるＮＯＸ低減を有効に図るためには基準値を適切な値
に設定する必要がある。

本発明は上記の点に着目してなされたもので、ＮＯｘ還
元触媒層を有した酸素センサを用いた空燃比フィードバ
ック制御の燃料増量方向のフィードバック制御定数と燃
料減量方向のフィードバック制御定数との比を適切な値
に設定することにより、または酸素センサの出力値と比
較される基準値を適切な値に設定することにより、リッ
チシフト機能を活かしつつＣＯ、ＨＣ，Ｎｏ、等を総合
的にバランスよく低減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。

〈課題を解決するための手段〉このため本発明は第１図（Ａ）に示すように、排気中の
酸素濃度を介して機関吸入混合気の空燃比を検出するも
のであって窒素酸化物の還元触媒層を有して排気中の窒
素酸化物濃度が増大する程排気中酸素濃度に対応する空
燃比がリッチ側に移動した点で出力値が変化する特性を
有した酸素センサを機関の排気通路に設けると共に、該
酸素センサの出力値と目標空燃比相当の基準値とを比較
しつつ燃料供給量を増減制御して空燃比を目標空燃比に
近づけるように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、前記空燃
比フィードバック制御手段における燃料供給量増量方向
のフィードバック制御定数と燃料供給量減量方向のフィ
ードバック制御定数とを両者の比が０．６〜１．４にな
るように設定するフィードバック制御定数設定手段を備
えた構成とする。

また、第１図（Ｂ）に示すように上記構成のものにおい
て、フィードバック制御定数設定手段を、燃料供給量増
量方向のフィードバック制御定数と燃料供給量：＄ｉ量
方向のフィードバック制御定数との比は、排気中の窒素
酸化物（ＮＯＸ　）濃度が高い所で大、排気中還元物質
（ＣＯ、ＨＣ）濃度が高い所で小となるように可変に設
定するものとしてもよい。

さらに、上記構成のフィードバック制御定数設定手段に
代えて（又は併有して）前記空燃比フィードバック制御
手段によって酸素、センサの出力値と比較される基準値
を理論空燃比に対してリッチ側及びリーン側へのずれ分
が夫々５％以内にある空燃比に相当する値に設定する基
準値設定手段を備えた構成としてもよい。

このものにおいて、基準値設定手段を、排気中酸素物質
（ＮＯ，）が高いところで基準値を理論空燃比に対して
リッチ側に設定し、排気中還元物質（ＣＯ、ＨＣ）１度
が高いところで基準値を理論空燃比に対してリーン側に
設定するものとじてもよい。

さらに以上の各装置において、酸素センサを、酸素イオ
ン導電性を有した固定電解質からなる基材の排気と接触
する外表面に機関排気中のＣ０１ＨＣ（炭化水素）の酸
化反応′を促進させる酸化触媒層を積層し、さらに窒素
酸化物還元触媒層とが積層され、基材の排気と接触する
外表面と大気と接触する内表面との間に生じる起電力を
出力値として取り出す構成としてもよい。

〈作用〉かかる構成とすれば、第１図（Ａ）に示すも゛のは、フ
ィードバック制御定数設定手段により燃料増量方向のフ
ィードバック制御定数Ｆ１と燃料減量方向のフィードバ
ック制御定数Ｆ２とを両者の比（Ｆｌ　／Ｆ２　）が０
．６〜１．４なる適正範囲内となるように設定しである
ため、リーン時間割合が長引き過ぎることによるＣＯ低
減に伴うリッチシフト効果の相殺を防止しつつ、リッチ
時間割合が長引き過ぎることによりＣＯ、ＨＣ排出量が
増大することを防止でき、もって機関の排気特性に合わ
せた設定によりＣＯ，ＨＣ，ＮＯＸをバランスよく低減
できる。

また、排気中のＮＯｘ１４度とＣＯ、ＨＣ濃度とに応じ
てＦ＋／Ｆｚの比を可変とすれば全運転領域に亘ってＣ
Ｏ、ＨＣ，ＮｏＸをバランスよく低減できる。

また、第１図（Ｂ）に示すものは基準値設定手段により
理論空燃比に対しリッチ側及びリーン側へのずれ分が夫
々５％以内にある空燃比に相当する値に設定しであるた
め、リーン側へのずれが大き過ぎることによるＣＯ低減
に伴うリッチシフト効果の相殺を防止しつつ、リッチ側
へのずれが大き過ぎることによりＣＯ、ＨＣ排出量が増
大することを防止でき、もってＣＯ、ＨＣ，Ｎｏ、をバ
ランスよく低減できる。

このものも、排気中のＮＯＸ濃度、ＣＯ、ＨＣ濃度に応
じて基準値を可変とすれば、全運転領域に亘ってＣＯ、
ＨＣ，Ｎｏ、をバランスよく低減できる。

〈実施例〉以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本実施例に使用する酸素センサのセンサ部構造
を示す。

図において、酸素イオン導電性を有する固体電解質であ
る酸化ジルコニウム（ＺｒＯｚ）を主成分とする閉塞先
端部を有する基材としてのセラミック管１の内裏２面及
び外表面の一部に、それぞれ白金からなる内側電極２及
び外側電極３を形成してあり、更に、セラミック管１の
外表面には、白金を蒸着して白金触媒層４を形成しであ
る。該白金触媒層４は、排気中のＣＯ，ＨＣの酸化反応
を促進させる酸化触媒層を構成する。

前記白金触媒層４の外表面に、酸化チタンＴ。

０２や酸化ランタンＬａｔｅｘ等を担体とし、ロジウム
ＲｈやルテニウムＲｕ等の窒素酸化物ＮＯＸの還元反応
を促進させる触媒の粒子をこの担体に混在（例えば１％
〜１０％）させてＮＯ，還元触媒層５（例えば膜厚０．
１〜５μｍ）を形成しである。

そして、このＮＯｘ還元触媒層５の外表面にマグネシウ
ムスピネル等の酸化金属を溶射して、前記白金触媒層４
及びＮＯｘ還元触媒層５を保護する保護層６を形成しで
ある。

尚、前記ロジウムＲｈやルテニウムＲｕは、窒素酸化物
ＮＯＸの還元触媒として一般に知られているものであり
、その担体として酸化チタンＴ＋０□や酸化ランタンＬ
ａｚＯ□を用いることによりγ−アルミナ等を用いた場
合に比べてＮＯＸ還元反応が極めて効率良く行われるこ
とが実験により確かめられている。また、第２図に示す
酸素センサでは、ＮＯｘ還元触媒層５の外表面に保護層
６を形成しであるが、白金触媒層４とＮ　ＯＸ還元触媒
層５との間に保護層６を設けるようにしても良い。

かかる構成によれば、排気中に含まれる窒素酸化物ＮＯ
ｘがＮＯｘ還元触媒層５に達すると、ＮＯｘ還元触媒層
５はＮ　Ｏｘと排気中の未燃成分であるＣＯ，ＩＣとの
次式に示す反応を促進させる。

Ｎｏ、＋ＣＯ→Ｎ、＋ＣＯ□ ＮＯＸ　＋ＨＣ４Ｎ！　＋Ｈｚ　ｏ＋ｃｏ□この結果、
Ｎ　ＯＸ還元触媒層５より内側にある白金触媒層４に達
したＯ２と反応する未燃成分ＣＯ，ＨＣが前記Ｎ　ＯＸ
還元触媒層５における反応によって減少しているため、
その分０２濃度が増大することになる。

従って、大気と接触するセラミック管１内側の０□濃度
と排気側のＯ２濃度との濃度差が減少し、排気中のＮ　
ＯＸ成分が還元されない従来型の酸素センサに比較して
リッチ側で酸素センサの起電力がスライスレベル以下に
低下し、リーン検出がなられることとなる。

このため、この酸素センサの検出結果（吸入混合気のリ
ッチ・リーン判定）に基づいて空燃比フィードバック制
御を行うと、空燃比はＮＯ８中の酸素成分を加味して酸
素濃度を検出して得た真の理論空燃比に近い所に制御さ
れることとなる（第３図参照）。

尚、ＮＯｘ還元触媒層５は未燃成分ＣＯ、ＨＣと０□と
の反応を促進する機能を併せもっているのであるが、こ
れは、白金触媒層４の機能を代用しているだけであるか
ら、これによって排気側の０□濃度が減少することには
ならない。

次に上記に説明した窒素酸化物ＮＯＸ濃度に応じて特性
が変化する酸素センサを用いた本発明に係る内燃機関の
空燃比制御装置の一実施例を説明する。

第４図において、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には気筒毎に電磁式
の燃料噴、射弁１５が設けられる。

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Ｔ、、を検出する水温センサ１７が設けられる
と共に、排気通路１８内の排気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
（センサ部構造は第２図参照）が設けられ、更に、下流
側の排気中のＣＯ、ＨＣの酸化とＮＯｘの還元を行って
浄化する三元触媒２０が設けられる。また、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度信号を一定時間カウ
ントして、又は、クランク基準角度信号の周期を計測し
て機関回転数が検出される。

次にコントロールユニット１６による空燃比制御ルーチ
ンを第５図に示したフローチャートに従って説明する。

第５図は、燃料噴射量演算ルーチンを示す。このルーチ
ンは所定周期（例えば１０ｍ５　）毎に行われる。

ステップ（図ではＳと記す）■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２１からの信号によって算出した機関回転数Ｎとに
基づき、単位回転当たりの吸入空気量Ｑに相当する基本
燃料噴射量ＴＰを次式により算出する。

Ｔｐ　＝ＫｘＱ／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Ｔ８
等に基づいて各種補正係数Ｃ０ＥＦを設定する。

、ステップ３では、後述するフィードバック補正係数設
定ルーチンにより酸素センサ１９からの信号に基づいて
設定されたフィードバック補正係数ＬＡ？ＩＢＤＡを読
み込む。

ステップ４では、バッテリの電圧値に基づいて電圧補正
分子ｓ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５では、最終的な燃料噴射ｆＴ、を次式に従っ
て演算する。

Ｔ、＝ＴＰ　ＸＣＯＥＦＸＬＡＭＢＤ＾＋Ｔ。

ステップ６では、演算された燃料噴射量Ｔ８を出力用レ
ジスタにセットする。

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Ｔ、のパルス巾
の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。

次にフィードバック制御定数設定手段を備えた発明のフ
ィードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡ設定ルーチンを第６
図（Ａ）に従って説明する。このルーチンは機関回転に
同期して実行される。

ステップ１１では、酸素センサ１９からの信号電圧■。

２を入力する。

ステップ１２では、現在の機関回転数Ｎと基本燃料噴射
量Ｔ、と最新のデータに基づき、ＲＯＭに記憶されたマ
ツプからフィードバック制御定数を検索する。

ここで、前記マツプは、ＮとＴ、とで細分された運転領
域の中燃焼温度が高＜Ｎｏ、濃度が高い領域では、燃料
増量補正方向の比例定数ＰＩ１．ＩＲと燃料減量補正方
向の比例定数Ｐｔ、ＩＬとは夫々の比Ｐ＊　／ＰＬ　、
ＩＲ／Ｉｔが大きく（最大１．４）なる値に設定されて
おり、燃焼性が悪＜ＣＯ、ＨＣ濃度が高い領域では、Ｐ
え／ＰＬ、ＩＲ／Ｉｔが小さく（最小０．６）となる値
に設定されている。

次にステップ１３へ進みステップ１１で入力した信号電
圧■。２とステップ１２で検索した基準値ＳＬとを比較
する。

そして、空燃比がリッチ（■。、＞ＳＬ）のときはステ
ップ１４へ進み、リーンからリッチへの反転時か否かを
判定し、反転時にはフィードパ・ンク補正係数ＬＡＭＢ
ＤＡを所定の比例定数ＰＬ分減少させる。

反転時以外は、ステップ１６に進み、フィードバック補
正係数ＬＡＭＢＤ＾を前回値に対し、所定の積分定数Ｉ
ｔ分減少させる。

また、ステップ１３で空燃比がリーン（Ｖ、２＜ＳＬ）
と判定されたときはステップ１７へ進んで同様にリッチ
からリーンへの反転時か否かを判定し、反転時はステッ
プ１８へ進んでフィードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡを
所定の比例定数ＰＲ分増大させ、反転時以外はステップ
１９へ進み前回値に対して所定の積分定数１分増大させ
る。

こうして、フィードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡを一定
の傾きで増減させる。尚１．．ＩＲ＜＜ＰＬ。

Ｐ、である。

このようにすると、排気中のＮ　ＯＸ　１４度が高い領
域ではＮｏや還元触媒層５により酸素センサ１９の出力
変化特性が従来のＮＯＸ還元触媒層を備えない酸素セン
サと比較して相対的にリッチ側にシフトして真の理論空
燃比近傍での反転特性を維持できると共に、燃料増量補
正方向の比例定数ＰＲ及び積分定数ＩＭを夫々燃料減量
補正方向の比例定数ＰＬ及び積分定数ＩＬより大きく設
定しであることにより、空燃比フィードバック制御にお
けるリッチ時間割合が増大している（第７図参照）。

この結果、第９図に示すように三元触媒層２０における
ＮＯ，の転化率が十分高い所が使用され、部品バラツキ
等があっても良好なＮＯＸ低減機能を安定して確保でき
る。

ここでｐ＋ｔ　／ｐｔ　、　　Ｉ　Ｒ／　ＩＬの値をＮ
ＯＸ還元触媒層５によるリッチシフト機能を考慮して最
大１．４以下に制限しているため、リッチ時間割合が増
大し過ぎてＣＯ、ＨＣの排出量が増大する弊害を防止で
きる。

一方、第１０図に示すようにＣＯ、ＨＣ濃度が高い領域
ではＰＬ、ＩＬをＰａ、ＩＲより大きく設定しであるこ
とにより、リーン時間割合が増大している（第８図参照
）。この結果、、第９図に示すように、三元触媒２０に
おけるＧＯ，ＨＣの転化率が十分高い所が使用され部品
バラツキ等があっても良好なＣＯ、ＨＣ低減機能を安定
して確保できる。

この場合もＰＲ／　ＰＬ　、　　Ｉ　Ｒ／　Ｉｔ、の値
が必要以上に小さいとリーン時間割合が増大し過ぎるこ
とによりＣＯ、ＨＣ発生量減少に伴うＮＯ×還元反応の
低下が大となってリッチシフト効果が失われ、ＮＯｘ低
減機能損失の弊害が大となるが、本発明では、Ｐ＋ｓ　
／ＰＬ、ＩＲ／ＩＬを最小０．６以上とすることによっ
て上記弊害を回避でき、Ｎ　ＯＸも十分許容レベル以下
に確保できる。

即ち、０．６≦Ｐａ　／Ｐｔ　、　　ＩＲ／　ＩＬ≦１
．４の範囲内でＰｓ＝、Ｐｔ、Ｉ８．Ｉｔを設定するこ
とにより、ＮＯＸ還元触媒層によるＮ　Ｏｘ還元反応を
促進し、もってＥＧＲ装置等を備えることなくＮＯＸ低
減機能を確保しつつＣＯ、ＨＣ低減機能を高めることが
できるので、全運転領域に亘ってＣＯ、ＨＣ，ＮＯＸを
バランスよく低減で岩、総合的な排気エミッション性能
を大きく改善することができる。

さらに、燃費重視対策として常用運転域で点火時期を進
角側に制御することが知られているが、この場合、燃焼
温度の上昇によってＮｏ、量は増大するが上記本発明に
係る制御を行うことでＮＯｘ低減を図れ、燃費改善に寄
与できる。

また、サージ（車両前後振動）の発生し易い燃焼安定性
の悪い機関にあっては点火時期を進角することでサージ
を抑制できるが、この場合もＮＯｘ量が増大していたの
を前記制御によってＮｏつ低減を図れるため、サージ抑
制にも寄与できる。

尚、本実施例はＮＯＸ又はＧＯ，ＨＣの発生状態に応じ
て運転領域に応じて制御定数比を可変とするものである
が、全体的にＮＯｘ発生傾向の大の機関では、全領域で
リッチ側の制御定数を大としく簡易のため全領域で一定
値としてもよい）あるいは、逆にＣＯ、ＨＣ発生傾向大
の機関では全領域でリーン側の制御定数を大とする（一
定値でもよい）ようにしてもよい。

次に基準値設定手段を備えた発明のフィードバック補正
係数ＬＡＭＢＤＡ設定ルーチンを第６図（Ｂ）に示す。

ステップ２１．ステップ２２は、第６図（Ａ）のステッ
プ１１．ステップ１２と同様である。即ち、本実施例は
フィードバック制御定数設定手段を含む。

次にステップ２３へ進み同じくＮとＴ、とのデータに基
づきＲＯＭに記憶されたマツプから酸素センサの出力電
圧と比較される基準値ＳＬを検索する。

ここでも、前記マツプはＮとＴＰで細分された運転領域
の中ＮＯＸ濃度が高い領域では基準値ＳＬは、理論空燃
比に対してリッチ側にずらせた（最大５％）空燃比に相
当する値に設定されており、ＣＯ、ＨＣ濃度が高い領域
ではＳＬは理論空燃比に対してリーン側にずらせた（最
大５％）空燃比に相当する値に設定されている。

次にステップ２４へ進み、ステップ２１で入力した信号
電圧■。２とステップ２３で検索した基準値ＳＬとを比
較する。

ステップ２５〜ステツプ３０は、第６図（Ａ）のステッ
プ１４〜ステツプ１９と同様に行われるので説明を省略
する。

このものでは、排気中のＮ　ＯＸ濃度が高い領域では酸
素センサ１９の出力が真の理論空燃比近傍で反論する特
性を維持した上で基準値をリッチ側の空燃比に相当する
価にシフトしている。さらに、燃料増量補正方向の比例
定数ＰＲ及び積分定数Ｉ。

を夫々燃料減量補正方向の比例定数Ｐｔ及び積分定数Ｉ
Ｌより大きく設定しである。したがって、前記第６図（
Ａ）の実施例に比較して基準値のリッチシフト分さらに
リッチ時間割合を増大させることができ、良好なＮＯＸ
低減機能を安定し−で確保できる。

ここで基準値の値を理論空燃比に対するリッチ側へのず
れが５％以内の空燃比に相当する値に制限しているため
、空燃比がリッチ化し過ぎてＣ０２ＨＣの排出量が増大
する弊害を防止できる。

一方、第１０図に示すようにＣＯ、ＨＣ濃度が高い領域
ではＮＯｘ濃度は逆に低いため、酸素センサ１９の出力
変化特性がリーン側にシフトしており、加えて基準値も
リーン側の空燃比に相当する値にシフトしている。さら
にｐＬ、ｒ、をＰＲ，ＩＲより大きく設定しであること
により、リーン時間割合をより増大でき、良好なＣＯ、
ＨＣ低−＄ｉ機能を安定して確保できる。

この場合も基準値が必要以上にリーン側にずれた空燃比
相当値に設定されるとリーン化し過ぎることにより、Ｃ
Ｏ、ＨＣ発生量減少に伴うＮＯｘ還元反応の低下が大と
なってリッチシフト効果が失われ、ＮＯＸ低減機能損失
の弊害が大となるが、本発明では基準値を理論空燃比に
対するリーン側へのずれが５％以内の空燃比に相当する
値とすることによって上記弊害を回避でき、Ｎ　Ｏｘも
十分許容レベル以下に確保できる。

即ち、基準値ＳＬを理論空燃比に対するリッチ側又はリ
ーン側へのずれが５％以内の空燃比に相当する範囲内で
設定することにより、ＮＯＸ還元触媒層によるＮＯｘ還
元反応を促進し、もってＥＧＲ装置等を備えることなく
Ｎｏ、低減機能を確保しつつＣＯ、ＨＣ低減機能を高め
ることができるので、全運転領域に亘ってＣＯ、ＨＣ，
ＮｏＸをバランスよく低減でき、総合的な排気エミッシ
ョン性能を大きく改善することができる。

尚、本実施例ではフィードバック制御定数をＮｏｘ４度
に応じて設定する手段を併用したが、基準値設定手段の
みを備えたものであってよいことは勿論であり、ＮＯｘ
　、Ｃｏの発生傾向に応じて適宜選択すればよい。

また、全体的にＮＯｘＯｘ発生傾向機関では全領域で基
準値をリッチ側にシフトしく簡易のため一定値としても
よい）、逆にＣＯ、ＨＣ発生傾向大の機関では全領域で
リーン側にシフト（一定値でもよい）するようにしても
よい。

〈発明の効果〉　　　′ 以上説明したように、本発明によればＮ　Ｏｘ還元触媒
層を有した酸素センサを用いた空燃比フィードバック制
御に際し、酸素センサの出力値との比較により設定され
る燃料供給量増量方向のフィードバック制御定数と燃料
供給量減量方向のフィードバック制御定数との比を適切
な範囲に設定し、若しくは酸素センサの出力値と比較さ
れる基準値を理論空燃比に対しリッチ側及びリーン側へ
のずれが５％以内の空燃比に相当する値に設定しなこと
によってＮＯ８還元触媒層によるＮ　Ｏｘ低減機能を確
保しつつＣＯ、ＨＣ低減機能をも確保でき、全運転領域
に亘って総合的に排気エミッション特性を改善できる。

しかも、ソフトウェア機能のみで上記効果が得られＥＧ
Ｒ装置等も不要となるため、性能を川なうことなく大幅
な低コスト化を図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例に使用する酸素センサの要部断面図、第３
図は同上酸素センサの出力特性図、第４図は同上実施例
のシステム図、第５図は同じく燃料噴射量演算ルーチン
を示すフローチャート、第６図（＾）、（Ｂ）は同上実
施例と別実施例におけるフィードバック補正係数設定ル
ーチンを示すフロ−チャート、第７図、第８図は夫々同
上実施例による空燃比のフィードバック制御時の酸素セ
ンサ出力電圧とフィードバック補正係数の変化を示すタ
イムチャート、第９図は同上実施例で使用する三元触媒
の特性図、第１０図は同上実施例の各種排、気成分の濃
度特性図、第１１図は従来例の空燃比のフィードバック
制御時のフィードバック補正係数の変化を示す°タイム
チャートである。５・・・ＮＯＸ還元触媒層　　１１・・・機関　　１５
・・・燃料１’Ｊｔ　射弁１６・・・コントロールユニ
ット１８・・・排気通路　　１９・・・酸素センサ特許出願人　日本電子機器株式会社代理人　弁理士　笹　島　　冨二雄第１図（Ａ）第１図（Ｂ）第２図第４図第３図ソツケ　　ん＝］　　　リーン第５図第９図第１０図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）排気中の酸素濃度を介して機関吸入混合気の空燃
比を検出するものであって窒素酸化物の還元触媒層を有
した酸素センサを機関の排気通路に設けると共に、該酸
素センサの出力値と目標空燃比相当の基準値とを比較し
つつ燃料供給量を増減制御して空燃比を目標空燃比に近
づけるように制御する空燃比フィードバック制御手段を
供えた内燃機関の空燃比制御装置において、前記空燃比
フィードバック制御手段における燃料供給量増量方向の
フィードバック制御定数と燃料供給量減量方向のフィー
ドバック制御定数とを両者の比が０．６〜１．４になる
ように設定するフィードバック制御定数設定手段を備え
たことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
（２）前記フィードバック制御定数設定手段は、燃料供
給量増量方向のフィードバック制御定数と燃料供給量減
量方向のフィードバック制御定数との比は、排気中の窒
素酸化物（ＮＯ＿ｘ）濃度が高い所で大、排気中還元物
質（ＣＯ、ＨＣ）濃度が高い所で小となるように可変に
設定してなる請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装
置。
（３）排気中の酸素濃度を介して機関吸入混合気の空燃
比を検出するものであって窒素酸化物の還元触媒層を有
した酸素センサを機関の排気通路に設けると共に、該酸
素センサの出力値と目標空燃比相当の基準値とを比較し
つつ燃料供給量を増減制御して空燃比を目標空燃比に近
づけるように制御する空燃比フィードバック制御手段を
供えた内燃機関の空燃比制御装置において、前記空燃比
フィードバック制御手段によって酸素センサの出力値と
比較される基準値を理論空燃比に対してリッチ側及びリ
ーン側へのずれ分が夫々５％以内にある空燃比に相当す
る値に設定する基準値設定手段を備えたことを特徴とす
る内燃機関の空燃比制御装置。
（４）基準値設定手段は、排気中の窒素酸化物（ＮＯ＿
ｘ）濃度が高いところで基準値を理論空燃比に対してリ
ッチ側に設定し、排気中還元物質（ＣＯ、ＨＣ）濃度が
高いところで基準値を理論空燃比に対してリーン側に設
定してなる請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置
。
（５）前記酸素センサは、酸素イオン導電性を有した固
体電解質からなる基材の排気と接触する外表面に機関排
気中のＣＯ、ＨＣ（炭化水素）の酸化反応を促進させる
酸化触媒層を積層し、さらに窒素酸化物還元触媒層とが
積層され、基材の排気と接触する外表面と大気と接触す
る内表面との間に生じる起電力を出力値として取り出す
構成を有してなる請求項１〜４のいずれか１つに記載の
内燃機関の空燃比制御装置。