JPH01193051A - エンジンの空燃比制御装置 - 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、排気ガス中に含まれる特定成分の濃度を検出
する空燃比センサから得られる検出出力に基づいて、燃
焼に供される混合気の空燃比を制御するエンジンの空燃
比制御装置に関する。

（従来の技術） 一般に、三元触媒コンバータにより排気ガスの浄化を図
るようにされた車両用エンジンにおいては、燃焼に供さ
れる混合気の空燃比を理論空燃比もしくはその近傍の値
に維持することが要求されるため、エンジンの排気系に
酸素濃度センサ等の空燃比センサが配設され、エンジン
の運転状態が所定の条件を満たすとき、混合気の空燃比
を理論空燃比に合致させるべく、空燃比センサから得ら
れる検出出力に基づき、燃料供給量等についてのフィー
ドバック制御が行われるようにされる。斯かるフィード
バック制御によって、空燃比が、理論空燃比もしくはそ
の近傍の値に維持されるもとでは、三元触媒コンバータ
によるＨＣ及びＣＯの酸化とＮＯｘの還元とが円滑に行
われて、排気ガスの浄化が効果的になされることになる
。

このようなフィードバック制御を行うために従来汎用さ
れている空燃比センサは、例えば、実開昭５７−７２１
６２号公報にも示されている如く、通常、排気通路に挿
入される酸化ジルコニア等の固体電解質から成る管素子
を有し、この管素子の内外周面に触媒及び電極の役目を
果たす白金の被覆層が形成されるとともに、管素子の外
周面に形成された白金等の被覆層の外周側に多孔質材料
から成る保護層が形成されている。斯かる空燃比センサ
にあっては、管素子の内外周面に形成された白金の被覆
層間に、排気ガス中に含まれる酸素濃度に応じた起電力
が発生し、それにより、空燃比センサから、排気ガス中
に含まれる酸素濃度に応じた検出出力が得られる。

空燃比センサから得られる検出出力のレベルＶは、空燃
比センサが正常であるもとでは、第５図に示される如く
、混合気の空燃比Ａ／Ｆが、理論空燃比Ｒａもしくはそ
の近傍の値よりリッチ側であれば高レベルをとり、また
、理論空燃比Ｒａもしくはその近傍の値よりリーン側で
あれば低レベルをとるものとされ、理論空燃比Ｒａを中
心とするその近傍の範囲では急激なレベル変化を示すも
のとなる。このような出力特性を有する空燃比センサが
用いられて、空燃比のフィードバック制御が行われるに
あたっては、空燃比センサから得られる検出出力のレベ
ル■が、第５図に示される如く、混合気の空燃比Ａ／Ｆ
が理論空燃比Ｒａであることをあられす基準レベルＶｓ
以上か否かが検知される。そして、検出出力のレベル■
が基準レベル■Ｓ以上であることが検知される場合には
、燃料供給量が減量され、また、基準レベルＶｓ未満で
あることが検知される場合には、燃料供給量が増量せし
められて、空燃比が理論空燃比に合致するようにされる
。

斯かるフィードバック制御が行われるエンジンにおいて
は、その運転状態が所定の条件を満たすとき、例えば、
ス、ロットル弁が全閉状態とされ、かつ、エンジン回転
数が所定の値以上であるとき、燃料供給を停止する、所
謂、燃料カットを行うことにより、燃費の向上等を図る
ようになすことも知られている。

（発明が解決しようとする課題） 上述の如くに、空燃比センサから得られる検出出力に基
づき、空燃比のフィードバック制御が行われるようにさ
れたエンジンにあっては、空燃比センサが高温の排気ガ
スに晒されること等に起因して、空燃比センサにおける
固体電解質から成る管素子に微小クランクが発生する。

白金から成る被覆層に排気ガス中に含まれるオイ、ルミ
スト等が付着する、あるいは、斯かる被覆層が管素子か
ら剥離する等の、異常が生じる虞がある。空燃比センサ
にこのような異常が生じると、例えば、管素子における
内部抵抗の増大等が生じ、空燃比センサから得られる検
出出力のレベル■が、例えば、第５図において破線で示
される如くに、混合気の空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比Ｒａ
とされていても基準レベルＶｓに達せず、理論空燃比Ｒ
ａよりある程度リッチ側のものであるとき基準レベルＶ
ｓをとり、理論空燃比Ｒａよりある程度以上リーン側の
ものであるときには負のレベルをとることが、本願の発
明者により確認されている。

このように、空燃比センサに異常が生じて、空燃比セン
サから得られる検出出力のレベル■が、実際の空燃比に
対応しないものとなると、実際の空燃比が、フィードバ
ック制御によって理論空燃比を含むその近傍の範囲に収
束せしめられている状態において、空燃比センサが正常
である場合には、第６図において実線で示される如くに
、検出出力のレベルＶが、基準レベルＶｓ以上となる期
間と基準レベルＶｓ未満となる期間とが路間−とされて
、規則正しく変化するのに対し、第６図において破線で
示される如くに、基準レベル■Ｓ以上となる期間より基
準レベルＶｓ未満となる期間の方が長いものとなり、そ
の結果、混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側のも
のに制御されることになり、排気浄化性能や燃費が悪化
してしまう虞がある。そのため、空燃比センサに異常が
生じたか否かの判別が行われることが必要とされるが、
従来においては、空燃比センサの異常の有無が、フィー
ドバック制御時に空燃比センサから得られる検出出力の
レベルが、所定の期間以上基準レベルＶｓをとらないも
のであるときのみ、空燃比センサに異常が生じたと判断
するようになされている。

しかしながら、このようにして空燃比センサの異常の有
無が判別されるようになされる場合には、空燃比センサ
に異常が生じているにも関わらず空燃比センサから得ら
れる検出出力のレベルＶが、第６図において破線で示さ
れる如く、基準レベルＶｓを挾んで変化するものとされ
る期間においては、空燃比を理論空燃比よりリッチ側の
ものとなすフィードバック制御が行われることになり、
排気浄化性能や燃費が悪化することを回避することがで
きない。

斯かる点に鑑み本発明は、空燃比センサに異常が生じた
もとで燃料供給停止状態がとられるときには、空燃比セ
ンサから得られる検出出力のレベルが負のレベルをとる
ことに着目し、空燃比センサの異常の有無が、空燃比セ
ンサから得られる検出出力のレベルに基づいて確実に判
定するようになされ、空燃比センサに異常が生じたとき
、それに対して有効な対策がとられて、排気浄化性能や
燃費の悪化をまねくことがないようにされたエンジンの
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） 上述の目的を達成すべく本発明に係るエンジンの空燃比
制御装置は、第１図にその基本構成が示される如く、工
°ンジンの運転状態が特定の条件を満たすとき、エンジ
ンに設けられた燃料供給手段に燃料供給停止状態をとら
せる燃料供給停止手段と、燃焼に供される混合気の空燃
比を制御するフィードバック制御手段に用いられ、エン
ジンからの排気ガス中に含まれる特定成分の濃度に応じ
た検出出力を発生する空燃比センサと、空燃比センサの
異常の有無を判定する異常判定手段とが備えられ、異常
判定手段が、燃料供給手段が燃料供給停止状態をとるも
とで空燃比センサから得られる検出出力に基づき、空燃
比センサの異常の有無を判定するようにされる。

（作　用） 上述の如くに構成される本発明に係るエンジンの空燃比
制御装置においては、燃料供給手段が燃料供給停止状態
とされたもとで、異常判定手段により、空燃比センサか
ら得られる検出出力に基づく、空燃比センサの異常の有
無の判定が行われるようにされる。

このようにされることにより、空燃比センサに異常が生
じたもとで、エンジンが燃料供給停止状態にあるときに
は、その検出出力が負のレベルをとるものとされるので
、空燃比センサの異常の有無が、適正にかつ確実に判定
されて、空燃比センサの異常に対する対策を効果的にと
ることができるとともに、排気浄化性能や燃費の向上を
図ることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第２図は、本発明に係るエンジンの空燃比制御装置の一
例を、それが適用されたエンジンの主要部とともに示す
。

第２図において、エンジン本体１０の燃焼室１４に吸入
空気を導く吸気通路１２には、アクセルペダルに連動す
るスロットル弁１６が配されている。このスロットル弁
１６の開度がスロットル開度センサ１８により検出され
、スロットル開度センサ１８からスロットル弁１６の開
度に応じた検出信号Ｓｔが得られて、それが後に詳述さ
れるコントロールユニット１００に供給される。

吸気通路１２におけるスロットル弁１６より上流側部分
には、吸入空気量を検出するエアフローメータ２０が配
されており、このエアフローメータ２０から吸入空気量
に応じた検出信号Ｓａがコントロールユニット１００に
供給される。また、吸気通路１２におけるスロ・ントル
弁１６より下流側部分には、燃料噴射弁２４が配されて
いる。燃料噴射弁２４は、電子制御されるものとなされ
ており、コントロールユニット１００から供給される噴
射駆動パルス信号Ｐｃのパルス幅に応じた期間に開状態
とされて、燃料供給系から調圧されて圧送される燃料を
、燃焼室１４に対する吸気ボート部に向けて所定のタイ
ミングで、例えば、エン゛ジンの回転に同期して、間欠
的に噴射し、燃焼室１４内での燃焼に供される混合気を
作る。

混合気は、燃焼室１４に吸気弁３６を介して供給され、
点火プラグ２日により点火されて燃焼される。そして、
燃焼室１４において混合気が燃焼されて生成される排気
ガスは、排気弁３８を介して排気通路２６に排出される
。排気通路２６には、排気ガスを浄化するための三元触
媒コンバータ２２が配設されるとともに、酸素濃度セン
サ３ｏが臨設されている。

酸素濃度センサ３０は、既知の構成を有し、排気ガス中
の酸素濃度に応じた検出出力を発生し、この検出出力が
、検出信号Ｓｏとしてコントロールユニット１００に供
給される。なお、検出信号Ｓｏのレベルは、酸素濃度セ
ンサ３０が正常であるもとでは、燃焼に供される混合気
の空燃比が理論空燃比であるとき、基準レベルをとるも
のとされている。

検出信号ＳＬ、Ｓａ及びＳｏが供給されるコントロール
ユニット１００には、エンジン本体１０におけるピスト
ン４０の往復運動を回転運動に変換するクランク機構３
４に関連して配された、回転数センサ３２からエンジン
回転数に応じた検出信号Ｓｎが供給されるとともに、エ
ンジンの冷却水温や吸気温をあられす検出信号Ｓｘも供
給される。

コントロールユニット１００は、これら検出信号Ｓａ、
Ｓｎ、ＳＬ及びＳｘがあられすエンジンの運転状態が、
フィードバック制御条件を満たすとき、燃焼に供される
混合気の空燃比を理論空燃比にすべく、検出信号Ｓａが
あられす吸入空気量及び検出信号Ｓｎがあられすエンジ
ン回転数に応じた基本燃料噴射量を設定するとともに、
検出信号Ｓｏがあられす排気ガス中に含まれる酸素濃度
に応じたフィードバック補正値を設定し、基本燃料噴射
量をフィードバック補正値を用いて補正することにより
実効燃料噴射量を得、その実効燃料噴射量に応じたパル
ス幅を有する噴射駆動パルス信号Ｐｃを形成して、それ
を燃料噴射弁２４に供給することにより、燃料噴射量に
ついてのフィードバック制御を行う。斯かるフィードバ
ック制御にあっては、検出信号ＳＯのレベルが基準レベ
ル以上であるときには、実効燃料噴射量が減少せしめら
れ、また、検出信号Ｓｏのレベルが基準レベル未満であ
るときには、実効燃料噴射量が増加せしめられる。

また、コントロールユニット１００は、エンジンの運転
状態が燃料カット条件を満たすとき、例えば、スロット
ル弁が略全閉状態とされ、かつ、エンジン回転数が所定
の値以上であるとき、燃料噴射弁２４への噴射駆動パル
ス信号Ｐｃの供給を停止して燃料カットを行い、さらに
、エンジンの運転状態がフィードバック制御条件及び燃
料カット条件の何れも満たさないときには、基本燃料噴
射量を検出信号Ｓｔ及びＳｘ等があられすエンジンの運
転状態に応じたものに補正して、実効燃料噴射量を得、
その実効燃料噴射量に応じたパルス幅を有する噴射駆動
パルス信号Ｐｃを形成し、それを燃料噴射弁２４に供給
することにより、燃料噴射量についてのオープンループ
制御を行う。

斯かるコントロールユニット１００が行う制御において
は、酸素濃度センサ３０が正常である場合には、燃料噴
射量についてのフィードバック制御が行われ、燃焼に供
される混合気の空燃比が理論空燃比を含むその近傍の範
囲に収束せしめられている状態では、検出信号Ｓｏのレ
ベル■が、例えば、第３図における時点り、に至る期間
Ｔａで示される如くに、基準レベルＶｓを挾んでその高
レベル側と低レベル側とを路間−周期をもって交互に卑
則的にとるものとされるが、時点り、で燃料カットが開
始されたとすると、第３図における時点ｔｌ以後の期間
Ｔｂで示される如くに、検出信号Ｓｏのレベル■が零よ
り若干大なる正のレベルをとるまで低下せしめられ、以
後、燃料カットが行われている間はそのレベルが維持さ
れる。

それに対し、酸素濃度センサ３０に異常が生じた場合に
は、酸素濃度センサ３０が正常であるときと同一条件の
もとにおいても、第３図における期間Ｔａにおいて破線
で示される如くに、検出信号ＳｏのレベルＶが、基準レ
ベルＶｓ以上となる期間より基準レベルＶｓ未満となる
期間の方が長くなり、その結果、フィードバック制御時
において、燃料噴射量が酸素濃度センサ３０が正常であ
るときに比して増量されたものとされ、燃焼に供される
混合気の空燃比が理論空燃比より大幅にリッチ側へずれ
ることになる。また、斯かるちとで、時点ｔ、で燃料カ
ットが開始された、とすると、第３図における時点む１
以後の期間Ｔｂにおいて破線で示される如くに、検出信
号ＳＯのレベルＶが低下して負のレベルをとるものとな
り、以後、燃料カットが行われている間は、そのレベル
が維持される。

このような検出信号ＳＯのレベル■の特性変化に基づい
て、コントロールユニット１００は、燃料カットが行わ
れる期間、検出信号ＳＯのレベル■が負のレベルをとる
か否かを検知し、検出信号Ｓｏのレベル■が負のレベル
をとることが検知されたときには、酸素濃度センサ３０
に異常が生じたと判断し、燃料カット期間が終了した後
においては、エンジンの運転状態がフィードバック制御
条件を満たすものとなっても、フィードバック制御を停
止してオープンループ制御を行うようにされる。このよ
うにされることにより、酸素濃度センサ３０の異常の有
無が適正かつ確実に判定され、フィードバック制御時に
おいて、燃料噴射量が過剰に増量されることが回避され
、排気浄化性能や燃費の向上が図られるごとになる。

上述の如くの制御を行うコントロールユニット１００は
、例えば、マイクロコンピュータが用いられて構成され
るが、斯かる場合におけるマイクロコンピュータが実行
する燃料噴射制御に際してのプフグラムの一例を、第４
図のフローチャートを参照して説明する。

第４図のフローチャートであられされるプログラムにお
いては、例えば、イグニッションスイッチがオン状態に
されたときスタートし、スタート後、プロセス１０２に
おいて検出信号Ｓｎ、Ｓａ。

ＳＬ、Ｓｏ及びＳｘを取り込み、デイシジョン１０４に
おいて検出信号Ｓｎ、Ｓａ及びＳｘ等に基づき、エンジ
ンの運転状態がフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御条件を満
たしているか否かを判断する。そして、フィードバック
制御条件を満たしていないと判断された場合は、続くデ
イシジョン１０６において、検出信号Ｓｔ及びＳｎに基
づいてエンジンの運転状態が燃料カット条件を満たして
いるか否かを判断し、燃料カット条件を満たしていると
判断された場合は、デイシジョン１１０に進む。

デイシジョン１１０においては、検出信号ＳＯのレベル
■が零未満か否かを判断し、検出信号ＳＯのレベルＶが
零未満であると判断された場合は、プロセス１１２にお
いて、イグニッションスイッチがオン状態にされる毎に
零に設定される異常判定フラグＦを１に設定して元に戻
り、また、デイシジョン１１０において、検出信号ＳＯ
のレベルＶが零以上であると判断された場合は、プロセ
ス１１４において異常判定フラグＦを零に設定して元に
戻る。

一方、デイシジョン１０６において、エンジンの運転状
態が燃料カット条件を満たしていないと判断された場合
は、プロセス１１６において燃料噴射量についてのオー
プンループ制御用プログラムを実行して元に戻る。また
、デイシジョン１０４において、エンジンの運転状態が
フィードバック制御条件を満たしていると判断された場
合には、デイシジョン１１Ｂにおいて、異常判定フラグ
Ｆが１であるか否かを判断し、異常判定フラグＦが１で
ないと判断された場合には、プロセス１２０において燃
料噴射量についてのフィードバック制御用プログラムを
実行して元に戻り、デイシジョン１１Ｂにおいて、異常
判定フラグＦが１であると判断された場合には、プロセ
ス１１６に進み、燃料噴射量についてのオープンループ
制御用プログラムを実行して元に戻る。

（発明の効果） 以上の説明から明らかな如く、本発明に係るエンジンの
空燃比制御装置によれば、空燃比センサに異常が有る場
合には、その検出出力が負のレベルをとるものとされる
燃料供給停止状態がとられるもとで、空燃比センサから
得られる検出出力に基づき、空燃比センサの異常の有無
を判定するようになされるので、空燃比センサの異常の
有無を適正かつ確実に判定することができ、それによっ
て、空燃比センサの異常に対する有効な対策をとること
が可能となり、排気浄化性能や燃費の向上を効果的に図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエンジン、の空燃比制御装置を、
特許請求の範囲に対応して示す基本構成図、第２図は本
発明に係るエンジンの空燃比制御装置の一例を、それが
適用されたエンジンの主要部とともに示す概略構成図、
第３図は第２図に示される例の動作説明に供される特性
図、第４図は第２図に示される例におけるコントロール
ユニットに用いられたマイクロコンピュータが実行する
プログラムの一例を示すフローチャート、第５図及び第
６図は空燃比センサの出力特性の説明に供される図であ
る。 図中、１８はスロットル開度センサ、２０はエアフロー
メータ、２４は燃料噴射弁、３０は酸素濃度センサ、３
２は回転数センサ、１００はコントロールユニットであ
る。 特許出願人　　　マツダ株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エンジンの運転状態が特定の条件を満たすとき、上記エ
   ンジンに設けられた燃料供給手段に燃料供給停止状態を
   とらせる燃料供給停止手段と、燃焼に供される混合気の
   空燃比を制御するフィードバック制御手段に用いられ、
   上記エンジンからの排気ガス中に含まれる特定成分の濃
   度に応じた検出出力を発生する空燃比センサと、 上記燃料供給手段が燃料供給停止状態をとるもとで上記
   空燃比センサから得られる検出出力に基づき、上記空燃
   比センサの異常の有無を判定する異常判定手段と、 を具備して構成されるエンジンの空燃比制御装置。