JPH01267449A - 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目標空燃比にすべくフィ
ードバック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） 自動車等に搭載されるエンジンにおいては、排気ガスの
浄化性能や燃費の向上を図るべく空燃比センサを配設し
、その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の制御を行うことが知ら
れている。

このような、空燃比の制御を行うために用いられる空燃
比センサとして、従来、固体電解質とされるジルコニア
の内外周面に白金電極が配され、その白金電極間に生じ
る起電力により排気ガス中の酸素濃度を検出するように
された、ジルコニア空燃比センサが汎用されている。

それに対し、近年においては、排気ガス中に含まれる特
定成分の濃度、例えば、酸素濃度に応じて抵抗値が変化
する酸化物半導体から成る検出素子が用いられた半導体
空燃比センサの開発が進められている。半導体空燃比セ
ンサは、通常、酸化物半導体から成る検出素子と固定抵
抗素子との直列接続が電源に並列に接続されて將り、検
出素子と固定抵抗素子との間に酸素濃度に応じた検出出
力を発生するようにされている。

斯かるジルコニア空燃比センサあるいは半導体空燃比セ
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
る場合には、エンジンが定常状態にあるときには、第６
図Ａに示される如く、燃焼。

に供される混合気の空燃比Ａ／Ｆが、目標空燃比とされ
る理論空燃比Ｒｓを境界としてリッチ側のものからリー
ン側のものに、もしくは、リーン側のものからリッチ側
のものに変化したとき、空燃比センサから得られる検出
信号ＳＯの電圧レベルが、第６図Ｂに示される如く、空
燃比Ａ／Ｆの変化より若干遅れて増大もしくは減少して
、本来、空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比Ｒｓとなるときとる
べき基準レベルＶｓを横切るものとなり、検出信号ＳＯ
の電圧レベルが基準レベルＶｓをとった時点に対応して
、燃料供給量の過不足を補うフィードバック補正値ＣＦ
が、第６図Ｃに示される如く、値Ｐだけ減少もしくは増
大せしめられ、その後再び検出信号Ｓｏの電圧レベルが
基準レベルＶｓをとるまで所定の勾配θをもって漸減も
しくは漸増せしめられる。そして、このように変化せし
められるフィードパ・・り補正値ＣＦが用い本れて燃料
供給量の補正が行われ、それにより、空燃比Ａ／Ｆが理
論空燃比Ｒｓの値もしくはその近傍の値に維持される。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、半導体空燃比センサが用いられる場合、
その検出素子を構成する酸化物半導体は、一般に、温度
が高い程抵抗値が小となる特性を有しており、従って、
半導体空燃比センサから得られる検出出力に基づくフィ
ードバック制御が行われる場合には、排気ガスの温度が
比較的低いときには、半導体空燃比センサから得られる
検出信号Ｓｏの電圧レベルが、例えば、前述の第６図Ｂ
に示される如くに適正に変化するものとなるが、排気ガ
スの温度が比較的高いときには、燃焼に供される混合気
の空燃比Ａ／Ｆが略理論空燃比Ｒｓにされている状態に
おいては、検出信号Ｓｏの電圧レベルが、第７図Ａに示
される如くに、基準レベルＶｓ以下となる期間に比して
基準レベルＶｓを越える期間が長いものとなり、フィー
ドバック補正値ＣＦが、第７図Ｂに示される如くに、増
大する期間に比して減少する期間が長くなる。その結果
、燃料供給量が必要以上に減少せしめられることになっ
て、空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比Ｒｓよりリーン側へ偏り
、排気ガス中のＮＯｘ成分が増大して、排気浄化性能が
低下してしまうという問題が生じる。

このような問題を解消するための一つの方策として、空
燃比Ａ／Ｆが理論空燃比Ｒｓよりリーン側に偏ってしま
う虞があるときには、例えば、第７図Ｂにおいて破線で
示される如くに、フィードバック補正値ＣＦを減少させ
る時点を、検出信号ＳＯの電圧レベルが基準レベルｖＳ
を越えるものとなった時点から所定の期間Ｔｄｒ遅らせ
て、燃料供給量が増量される期間が、検出信号ＳＯの電
圧レベルが基準レベルＶｓ以下となる期間より長くされ
るようになすことが、例えば、特開昭５１−５３１２６
号公報に開示されている□事柄から考えられるが、斯か
る方策が採られる場合には、空燃比Ａ／Ｆのフィードバ
ック制御時における制御応答性が低下してしまうという
新たな問題が生じる。

斯かる点に鑑み、本発明は、排気ガス中に含まれる特定
成分の濃度に応じて抵抗値を変化させる半導体から成る
検出素子を有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フィードバ
ック制御するようにされたもとで、排気ガスの温度が変
化して検出素子の抵抗値が変化せしめられた場合にも、
空燃比センサから実際の空燃比に対応した適正な検出出
力が得られるものとされて、空燃比が目標空燃比よりリ
ーン側に偏ってしまう事態を、制御応答性の低下をまね
くことなく回避することができるようにされたエンジン
の空燃比ＷＪ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、エンジンの排気ガス中に含まれる特定成
分の濃度に応じて捨抗値を変化させる半導体から成る検
出素子と可変抵抗手段との直列接続が電源に並列に接続
されて成り、検出素子と可変抵抗手段との間に検出出力
を発生する空燃比センサと、空燃比センサから得られる
検出出力に基づくフィードバック制御を行う空燃比制御
手段と、抵抗値変更手段とが備えられて構成され、抵抗
値変更手段が、可変抵抗手段における抵抗値を、エンジ
ンの排気ガスの温度が比較的高いとき、排気ガスの温度
が比較的低いときに比して小なるものとなす動作、もし
くは、排気ガスの温度が高い程小なるものとなす動作を
行うようにされる。

（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、抵抗値変更手段により、検出素子
と直列接続する可変抵抗手段における抵抗値が、排気ガ
スの温度が比較的高いとき、排気ガスの温度が比較的低
いときに比して小とされる、もしくは、排気ガスの温度
が高い程小とされるので、排気ガスの温度が上昇して検
出素子における抵抗値が減少した場合には、可変抵抗手
段における抵抗値も減少せしめられる。

このようにされることにより、検出素子と可変抵抗手段
との間に発生する検出出力が、排気ガスの温度変化によ
る影響を実質的に受けないものとされて、排気ガス中に
含まれる特定成分の濃度を適正にあられすものとなる。

従って、空燃比センサから得られる検出出力に基づくフ
ィードバック制御が行われる際、空燃比が目標空燃比よ
りり−ン側に偏ってしまう事態が制御応答性の低下をま
ねくことなく効果的に防止される。

（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１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と共に概略的に示す。

第１図において、エンジン本体ＥにはピストンＩＯが内
挿されており、ピストン１０の上部には点火プラグ７が
臨設された燃焼室１１が形成され、この燃焼室１１に、
吸気弁８及び排気弁９を介して吸気通路１２と排気通路
１３とが接続されている。

吸気ｍ路１２には、その上流側から順次、吸気通路１２
に吸入空気を導入するエアクリーナ１４゜吸入空気量を
検出するエアフローメータ１５．アクセルペダルに連動
して開閉作動せしめられ、燃焼室１１に導入される吸入
空気量を調整するスロットル弁１６．スロットル弁Ｉ６
の開度を検出するスロットル開度センサ１８．吸気通路
１２内の負圧を検出する吸気負圧センサ１９、及び、燃
料供給系から圧送される燃料を吸気ボート部に向けて噴
射する燃料噴射弁２０が設けられている。燃料噴射弁２
０は、後述されるコントロールユニット１００から噴射
駆動パルス信号Ｃｃが供給されることによって、噴射駆
動パルス（ｆＶｃｃのパルス幅に応じた期間に開状態と
され、図示されていない燃料供給系により調圧されて圧
送される燃料を、燃焼室１１の近傍の吸気ボート部に向
けて間欠的に噴射する。そして、燃焼室１１に導入きれ
た混合気は、点火プラグ７により点火されて燃焼せしめ
られ、排気ガスとして排気通路１３に排出される。

排気通路１３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、排気ガス中に
含まれる酸素濃度を検出する空燃比センサ３０が設けら
れている。

空燃比センサ３０は、例えば、第２図に模式化されて示
される如く、排気通路１３に挿入される金属酸化物半導
体から成る検出素子３１及び検出素子３１と直列接続す
る可変抵抗手段３２を有している。可変抵抗手段３２は
、スイッチ３３．固定抵抗器３５及び３７より成り、ス
イッチ３３における可動接点３３ａが、検出素子３１の
一方の端部に接続されるとともに、スイッチ３３におけ
る選択接点３３ｂ及び３３ｃが、夫々、固定抵抗器３５
及び３７の夫々の一方の端部に接続されている。固定抵
抗器３５の抵抗値は比較的大なるものとされ、また、固
定抵抗器３７の抵抗値は、固定抵抗器３５の抵抗値より
小なるものとされる。

そして、固定抵抗器３５及び３７の一他方の端部は、共
通接続されて接地されるとともに電源３９を介して検出
素子３１の他方の端部に接続されている。

従って、空燃比センサ３０は、検出素子３１と可変抵抗
手段３２との直列接続が電源３９に並列に接続されたも
のとされる。

スイッチ３３には、排気ガスの温度が比較的高温とされ
るとき、コントロールユニット１００から切換制御信号
Ｃｏが供給されるようになされており、スイッチ３３は
、切換制御信号Ｃｏが供給されないときには、可動接点
３３ａが選択接点３３ｂに接続される状態とされて、固
定抵抗器３５が選択され、また、切換制御信号Ｃｏが供
給されるときには、可動接点３３ａが選択接点３３ｃに
接続される状態とされ、固定抵抗器３７が選択される。

そして、スイッチ３３と検出素子３１との接続点Ｑと接
地電位点との間に得られる電圧が、空燃比センサ３０の
検出信号ＳＯ°とじてコントロールユニット１００に供
給される。

斯かる空燃比センサ３ｏにおける固定抵抗器３５及び３
７の夫々の抵抗値の設定にあたっては、排気ガスの温度
が比較的低温とされる状態にあるもとで、スイッチ３３
の可動接点３３ａが選択接点３３ｂに接続されて、固定
抵抗器３５が選択されるとき、検出信号Ｓｏ’　の電圧
レベル■が、横軸に空燃比Ａ／Ｆがとられ、縦軸に電圧
レベルＶがとられてあられされる第３図において、実線
で示される如くに変化するものとなるように固定抵抗器
３５の抵抗値が選ばれ、また、同じく排気ガスの温度が
比較的低温とされる状態にあるもとで、スイッチ３３の
可動接点３３ａが選択接点３３ｃに接続されて、固定抵
抗器３７が選択されたとすると、検出信号Ｓｏ’の電圧
レベル■が、第３図において破線で示される如くに変化
するものとなるような、固定抵抗器３５の抵抗値より小
なる固定抵抗器３７の抵抗値が選ばれる。このように固
定抵抗器３５及び３７の夫々の抵抗値が設定されること
により、排気ガスの温度が比較的低温とされる状態にお
いてスイッチ３３により固定抵抗器３５が選択されるこ
とによって、検出信号Ｓｏ’が第３図において実線で示
される如くの適正な変化をするものとなり、また、排気
ガスの温度が比較的高温とされる状態においてスイッチ
３３により固定抵抗器３７が選択されることによって、
検出信号Ｓｏ’が、第３図において実線で示される変化
と同様な、適正な変化をするものとなる。

検出信号Ｓｏ’が供給されるコントロールユニット１０
０には、エアフローメータ１５がら吸入空気量をあられ
す検出信号Ｓａ、スロットル開度センサ１８からスロッ
トル弁１６の開度をあられす検出信号Ｓｔ、及び、吸気
負圧センサ１９がら吸気通路１２内の負圧をあられす検
出信号ｓｂが供給されるとともに、エンジン本体已にお
けるピストン１０の往復運動を回転運動に変換するクラ
ンク機構４１に関連して配された回転数センサ４２から
エンジン回転数に応じた検出信号Ｓｎ、及び、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、エンジンの運転状態が
、フィードバック制御条件、例えば、検出信号Ｓｙがあ
られすエンジンの冷却水温が所定の値以上であり、検出
信号ｓｂ及びＳｎがあらゎす吸気負圧Ｂ及びエンジン回
転数Ｎが、例えば、第４図に示される如く、夫々、所定
の値Ｂ２及びＮ２以下とされる領域Ｘもしくは領域Ｙに
あること等の条件を満たすとき、燃焼に供される混合気
の空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比Ｒｓにすべく、検出信号Ｓ
ａ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Ｎに基づいて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、設定されたフィードバック補正値を用
いて補正することにより燃料噴射量を得、その燃料噴射
量に応じたパルス幅を有する噴射駆動パルス信号Ｃｃを
形成して、それを燃料噴射弁２ｏ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が行われる際には、空燃比セン
サ３０から得られる、検出信号ＳＯ°の電圧レベルＶが
基準レベルＶｓより大であるときには、フィードバック
−補正値が減少せしめられて燃料噴射量が減少せしめら
れ、また、検出信号Ｓｏ”の電圧レベル■が基準レベル
Ｖｓ以下であるときには、フィードバック補正値が増大
せしめられて燃料噴射量が増加せしめられる。

斯かる際、コントロールユニット１００により、エンジ
ンの運転状態が、第４図において領域Ｘで示される如く
の、検出信号ｓｂがあられす吸気負圧Ｂが値Ｂ２以下で
所定の値Ｂ、より大なる真空側とされ、かつ、検出信号
Ｓｎがあられすエンジン回転数Ｎが所定の値Ｎ１より大
とされる、排気ガスの温度が比較的高いものとされる高
負荷高回転領域、及び、第４図において領域Ｙで示され
る如くの、吸気負圧Ｂが値Ｂ、以下でエンジン回転数Ｎ
が値Ｎ２以下とされる領域から領域Ｘが除かれた、排気
ガスの温度が比較的低いものとされる通常運転領域のい
ずれにあるかが検知される。そして、エンジンの運転状
態が領域Ｙにあることが検知されるときには、コントロ
ールユニット１００からスイッチ３３に対する切換制御
信号Ｃｏの供給がなされず、スイッチ３３は、可動接点
３３ａが選択接点３３ｂに接続される状態とされ、エン
ジンの運転状態が領域Ｘにあることが検知されるときに
は、コントロールユニット１００からスイッチ３３に切
換制御信号Ｃｏが供給され、スイッチ３３は、可動接点
３３ａが選択接点３３ｃに接続される状態とされる。

このように、可変抵抗手段３２が動作せしめられること
により、排気ガスの温度が比較的低く、検出素子３１の
抵抗値が比較的大となるときには、可変抵抗手段３２の
抵抗値が比較的大とされて、検出素子３１の抵抗値と可
変抵抗手段３２の抵抗値との比の変化が小となるように
されるので、検出信号ＳＯ°の電圧レベル■が、燃焼に
供される混合気の空燃比Ａ／Ｆに対し、第３図において
実線で示される如くに適正に変化せしめられ、燃料噴射
量についてのフィードバック制御が行われる際には、燃
焼に供される混合気の空燃比Ａ／Ｆが、理論空燃比Ｒｓ
を含むその近傍の範囲に維持される。

また、排気ガスの温度が比較的高く、検出素子３１の抵
抗値が比較的小となるときにおいても、可変抵抗手段３
２の抵抗値が比較的小とされて、検出素子３１の抵抗値
と可変抵抗手段３２の抵抗値との比の変化が小となるよ
うにされるので、検出信号Ｓｏ“の電圧レベルＶが、第
３図において実線で示される如くに適正に変化せしめら
れて、排気ガスの温度が比較的低いときと同様に、燃焼
に供される混合気の空燃比Ａ／Ｆが、理論空燃比Ｒｓを
含むその近傍の範囲に維持される、燃料噴射量について
のフィードバック制御が行われる。

従って、検出信号ＳＯ°の電圧レベル■が、実質的に排
気ガスの温度変化を受けないものとされるので、エンジ
ンの運転状態が、排気ガスの温度が比較的高温とされる
もとにあるときにおいても、制御応答性の低下がまねか
れることなく、空燃比Ａ／Ｆがリーン側に偏ってしまう
事態が回避され、排気ガス中に含まれるＮＯｘ成分が増
大して、排気浄化性能が低下することが防止される。

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ログラムの一例を、第５
図のフローチャートを参照して説明する。

第５図のフローチャートに示されるプログラムにおいて
は、例えば、イグニ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
各種検出信号を取り込み、デイシジョン１０４において
検出信号Ｓｂ、Ｓｎ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
件を満たしている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ｓｂ及びＳｎに基づいて、
エンジンの運転状態が、第４図に示される如くの領域Ｘ
にあるか否かを判断し、エンジンの運転状態が領域Ｘに
あると判断された場合には、続くプロセス１０８におい
て、スイッチ３３に切換制御信号Ｃｏを供給してプロセ
ス１１０に進み、プロセス１１０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
元に戻る。

一方、デイシジョン１０６において、エンジンの運転状
態が領域Ｘにないと判断された場合は、続くプロセス１
１４においてスイッチ３３に対する切換制御信号Ｃｏの
供給を停止し、続（プロセス１１０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ないと判断さ
れた場合には、続くプロセス１１２において、燃料噴射
量についてのオーブンループ制御用プログラムを実行し
て元に戻る。

なお、上述の例においては、可変抵抗手段の抵抗値が、
排気ガスの温度が比較的高いときには、排気ガスの温度
が比較的低いときに比して小となるように段階的に変化
せしめられるものとなされているが、本発明に係るエン
ジンの空燃比制御装置は、必ずしもそのようにされる必
要はなく、可変抵抗手段の抵抗値が、排気ガスの温度上
昇に伴って連続的に減少せしめられ、検出素子の抵抗値
と可変抵抗手段の抵抗値との比が常に一定となるように
されてもよいことは勿論である。

また、上述の例においては、目標空燃比が理論空燃比と
されているが、本発明に係るエンジンの空燃比制御装置
は、それに限られることなく、目標空燃比が理論空燃比
よりリッチ側もしくはり一ン例のものとされてもよいこ
と勿論である。

（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、抵抗値変更手段により、可変
抵抗手段における抵抗値が、エンジンの排気ガスの温度
が比較的高いとき、排気ガスの温度が比較的低いときに
比して小となるように、もしくは、排気ガスの温度が高
い程小となるように変化せしめられるので、検出素子の
抵抗値と可変抵抗手段の抵抗値の比の変化が小とされ、
もしくは、一定とされて、得られる検出出力が実質的に
排気ガスの温度変化を受けないものなる。

それにより、空燃比センサがら得られる検出出力に基づ
いて行われる空燃比のフィードバック制御時に、制御応
答性の低下がまねかれることなく、排気ガスの温度上昇
によって検出素子の抵抗値が小となることに起因して空
燃比がリーン側に偏ってしまう事態を回避でき、排気浄
化性能の低下を防止することができる。

【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２図は第１図に示される例に用いられる空
燃比センサを示す等価回路図、第３図及び第４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５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６図Ａ、Ｂ及びＣ１及び
、第７図Ａ及びＢは従来の半導体空燃比センサが用いら
れた場合における、空燃比のフィードバック制御の説明
に供されるタイムチャートである。 図中、３０は空燃比センサ、３１は検出素子、３２は可
変抵抗手段、３３はスイッチ、３５及び３７は固定抵抗
器、３９は電源、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 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エンジンの排気ガス中に含まれる特定成分の濃度に応じ
   て抵抗値を変化させる半導体から成る検出素子と可変抵
   抗手段との直列接続が電源に並列に接続されて成り、上
   記検出素子と上記可変抵抗手段との間に検出出力を発生
   する空燃比センサと、該空燃比センサから得られる検出
   出力に基づくフィードバック制御を行う空燃比制御手段
   と、上記可変抵抗手段における抵抗値を、上記排気ガス
   の温度が比較的高いとき、該温度が比較的低いときに比
   して小なるものとなす動作、もしくは、上記温度が高い
   程小なるものとなす動作を行う抵抗値変更手段と、 を具備して構成されるエンジンの空燃比制御装置。