JPH02181048A - 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、内燃機関の空燃比を制御する装置に関し、特
に電気抵抗変化型の酸化チタン（チタニア）を備えた酸
素センサを用いて空燃比フィードバック制御を行う装置
における酸素センサの劣化対策技術に関する。

〈従来の技術〉 従来の内燃機関の空燃比制御装置としては例えば特開昭
６０−２４０８４０号公報に示されるようなものがある
。

このものの概要を説明すると、機関の吸入空気流量Ｑ及
び回転数Ｎを検出してシリンダに吸入される空気量に対
応する基本燃料供給量Ｔ、　　（−Ｋ・Ｑ／Ｎ　、には
定数）を演算し、この基本燃料供給量ＴＰを機関温度等
により補正したものを排気中酸素濃度の検出によって混
合気の空燃比を検出する酸素センサからの信号によって
フィードバック補正を施し、バッテリ電圧による補正等
をも行って最終的に燃料供給量Ｔ１を設定する。

そして、このようにして設定された燃料供給量Ｔ１に相
当するパルス巾の駆動パルス信号を所定タイミングで出
力することにより、機関に所定量の燃料を噴射供給する
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第７図、第８
図（実開昭６２−１９２２４８号公報等参照）に示され
るようなセンサ部構造を有したものを用いている。即ち
、アルミナ（Ａｆｆ２０．）の焼結体を基板として、こ
のアルミナ製基板１の一側に白金（ｐｔ）製の電極２．
３を印刷により並設し、これを約１５００°Ｃで焼成す
る。そして、これらの電極２，３を包覆するように酸化
チタン（Ｔ、Ｏ□）　　を塗布焼成（約１２００’　Ｃ
）　Ｌ、多孔性の酸化チタン層４を形成する。これによ
って、前記画電極２，３の間隙に多孔性の酸化チタン層
が介在するようにする。また、一方の電極２を電源５の
」−側に接続し、他方の電極３を抵抗６を介して電源５
の一側に接続し、前記抵抗６の両端電圧■。を出力とし
て取り出す。

この酸素センサによると、電極２，３間に介在する酸化
チタン層４の抵抗値変化（電圧■。の変化）を測定する
ことによって、被検出体の酸素濃度を検出することがで
きる。

このような特性を有した酸素センサの出力電圧Ｖｏと理
論空燃比相当の基準電圧（スライスレベル）ＳＬ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ＴＰ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Ｔ１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
。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、このように酸素濃度を抵抗値変化で検出する
酸素センサにあっては、劣化により応答速度が遅くなる
ことが実験的に確かめられている。

このため、かかる酸素センサを用いて前記空燃比フィー
ドバック制御を行う場合、初期においては酸素センサの
応答速度が十分大きいため、Ｃ０９ＨＣ，ＮｏＸの排出
量は共に低いレベルに抑えられるが、劣化が進んで酸素
センサの応答速度が遅くなるにつれて空燃比がリッチ状
態及びリーン状態にある滞留時間が長引き目標空燃比か
らのズレ量が大きくなる。このため、リッチ化の促進に
よりＣＯ，ＨＣの排出量が増大すると共に、リーン化の
促進によりＮＯＸ排出量も増大してしまうという問題を
生じていた。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもの
で、酸化チタン型の酸素センサの劣化状態を検出して空
燃比のフィードバック制御を修正することにより空燃比
のリッチ化を抑制し、以てＣｏ、ＨＣの濃度増加を長期
的に抑制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。

く課題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、基板の一側に、
相対する一対の電極及び酸化チタンを順次積層し、前記
電極間に介在する酸化チタンの電気抵抗変化に基づいて
酸素濃度を検出する酸素センサを内燃機関の排気系に備
え、前記酸素センサの出力値と目標空燃比相当の基準値
とを比較しつつ空燃比が目標空燃比よりリッチ、リーン
のいずれの側にあるかを判別し、比例積分制御により設
定されるフィードバック補正係数を用いてリッチ側と判
定されたときは燃料供給手段による機関への燃料供給量
を増量させ、リーン側と判定されたときは燃料供給量を
減量させ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含んでなる内燃機関
の空燃比制御装置において、前記空燃比フィードバック
制御が実行中のときに燃料供給量の増減周期が安定する
運転条件を検出する運転条件検出手段と、前記検出され
た運転条件での燃料供給量の増減周期に基づいて酸素セ
ンサの劣化状態を判定する劣化判定手段と、酸素センサ
が劣化していると判定されたときには、前記フィードバ
ック補正係数設定用の比例定数及び積分定数の値を酸素
センサの正常時の値より小さい値に変更する比例・積分
定数変更手段とを備えて構成した。

〈作用〉 酸素センサの劣化が進むと、応答速度が低下する。この
ため、運転条件検出手段により空燃比フィードバック制
御が実行中のときに燃料供給量の増減周期が安定する運
転条件が検出されたときに、劣化判定手段により燃料供
給量の増減周期に基づいて酸素センサの劣化状態が判定
される。

そして、酸素センサが劣化していると判定されると、比
例・積分定数変更手段により、前記空燃比フィードバッ
ク制御時に、フィードバック補正係数の比例定数と積分
定数とを酸素センサの正常時の値より小さい値に変更す
る。

この結果、酸素センサの劣化によって応答速度が低下し
てもフィードバック補正係数による制御速度も小さくな
るため、目標空燃比からリッチ側及びリーン側へのズレ
量を小さくでき、以てｃｏ。

ＨＣ，ＮｏＸの排出量を低いレベルに抑えられる。

〈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。

一実施例の構成を示す第２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
ク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
分には気筒毎に燃料供給手段としての電磁式の燃料噴射
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こコ
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Ｔｗ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の排気中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が
設けられ、更に下流側の排気中のＣｏ、ＨＣの酸化とＮ
Ｏｘの還元を行って浄化する三元触媒２０が設けられる
。

ここで、前記酸素センサ１９は前記第７図、第８図に示
したように酸化チタン層４を備え、電気抵抗値変化によ
り酸素濃度を検出するタイプのものが使用される。

また、第２図で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
位角信号を一部時間カウントして、又は、クランク基準
角信号の周期を計測して機関回転数Ｎを検出する。

この他、車速を検出する車速センサ２２が設けられ、そ
の信号■。はコントロールユニット１６に入力され、本
発明に係る空燃比フィードバック制御の修正制御を実行
する運転条件の判断に用いられる。

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３図〜第５図のフローチャートに従って説明す
る。第３図は燃料噴射量設定ルーチンを示し、このルー
チンは所定周期（例えば１０ｍ５）毎に行われる。

ステ・ンプ（図ではＳと記す）１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からの信号に基づい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に相当する基
本燃料噴射量Ｔ、を次式によって演算する。

Ｔ、＝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Ｔｗ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ＬＡＭＢＤＡを読み込
む。

ステップ４では、バッテリ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、最終的な燃料噴射量Ｔ、を次式に従っ
て演算する。

Ｔ、　　＝ＴＰ　　ＸＣＯＥＦＸＬＡＭＢＤＡ＋ＴＳス
テップ６では、演算された燃料噴射弁Ｔ１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Ｔ１のパルス巾
を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、空燃比のフィードバック補正係数設定ルーチンを
第４図に従って説明する。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、空燃比のフィードバンク制御を行う
運転条件であるか否かを判定する。運転条件を満たして
いないときには、このルーチンを終了する。この場合、
フィードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡは全開のフィード
バック制御終了時の値若しくは一定の基準値にクランプ
され、フィードバック制御は停止される。

ステップ１２では、酸素センサ１９からの信号電圧ＶＯ
２を入力する。

ステップ１３では、ステップ１１で入力した信号電圧■
。２と目標空燃比（理論空燃比）相当の基準値ＳＬとを
比較する。

そして、空燃比がリッチ（Ｖ　０２　＞　Ｓ　Ｌ　）の
ときはステップ１４へ進んでリーンからリッチへの反転
時か否かを判定し、反転時にはステップ１５へ進んで後
述する制御反転回数計測用のカウンタＣｃをカウントア
ツプした後ステップ１６へ進み、フィードハック補正係
数ＬＡＭＢＤＡを比測定数分ＰＬ減少させる。反転時以
外はステップ１７へ進み、フィードバック補正係数ＬＡ
ＭＢＤＡを積分定数ＩＬ分減少させる。

また、ステップ１３でクランク角センサがリーン（ＶＯ
２＜ＳＬ）と判定されたときは、ステップ１８へ進んで
リッチからリーンへの反転時か否かを判定し、反転時に
はステップ１９へ進んで前記カウンタＣｃをカウントア
ツプした後ステップ２０へ進み、フィードバック補正係
数ＬＡＭＢＤＡを比測定数分ＰＲ分増大させる。反転時
以外はステップ２１へ進み、フィードバック補正係数Ｌ
ＡＭＢＤΔを積分定数■、分増大させる。

次に、酸素センサの劣化を判別して比例・積分定数を設
定するルーチンを第６図に従って説明する。このルーチ
ンは、前記酸素センサ１９の反転回数つまり燃料供給量
の増減反転回数（増減周期）を判別するために設定され
た周期毎に実行される。

ステップ３１では、車速センサ２２によって検出される
車速■。が、燃料供給量の増減周期つまりフィードバッ
ク補正係数ＬＡＭＢＤＡの増減周期が安定する条件の範
囲（例えば２０〜４０ｋｍ／　ｈ　）であるか否かを判
定する。

前記範囲以外のときには、ステップ３２へ進んで前記カ
ウンタＣｃを０にリセットしてこのルーチンを終了する
。

また、車速■。が前記範囲内にあるときには、ステップ
３３に進んで現在のカウンタＣｃの値、つまり、このル
ーチンの実行周期内での燃料供給量の増減反転回数を読
み込んだ後ステップ３４に進み、該カウント値Ｃｃを、
酸素センサ１９の劣化状態に応じて設定された設定（ｌ
ｉＩＣｃｏと比較する。

そして、カウント値Ｃｃが設定値Ｃｃｏ以上のときは、
酸素センサ１９が正常（劣化の程度が小さい）と判断し
、ステップ３５へ進んでカウンタＣ６をＯにリセットす
ると共に、燃料供給量増量方向及び減量方向の比例定数
ＰＲ，ＰＬと積分定数ＩＲ１ＩＬとを夫々酸素センサ正
常時に合わせた初期値ＰＲＯ，ＰＬｏ、　　Ｉ　ＲＱ、
’　ＩＬＯに設定した後、このルーチンを終了する。

一方、カウント値Ｃ６が設定値Ｃｃｏ未満と判定された
ときは、酸素センサ１９の劣化が進んでいると判断し、
ステップ３６へ進み、比例定数ＰＲ，ＰＬと積分定数Ｉ
Ｒ，ＩＬとを前記初期値より夫々所定割合小さくした値
ＰＲＯ−ΔＰ　Ｒ＋　Ｐ　ＬＯ−ΔＰ、、１．。

ΔｌＲ，Ｉ、。−Δ■、に設定した後、このルーチンを
終了する。

尚、酸素センサの劣化の判別は、応答速度従ってカウン
ト値Ｃ６が例えば３０％低下したときに劣化と判定し、
このとき比例定数と積分定数とを３０％減少させるよう
な設定とする。

このようにすれば、酸素センサ１９が劣化して応答速度
が低下してリッチ制御時間とリーン制御時間が長引いて
も、第６図に示すようにリッチ方向へのフィードバック
制御量とリーン方向へのフィードバック制御量（図示Ａ
の面積）を正常時の初期値を使用する場合（図示Ｂの面
積）に比較して減少できるため、目標空燃比（理論空燃
比）近傍の三元触媒による転化効率（浄化効率）の良い
所に空燃比を制御することができ、以てＣＯ，ＨＣ。

ＮＯＸをバランスよく低減できるのである。

尚、上記構成において、第４図で示したフィードバック
補正係数設定ルーチンが空燃比フィードバック制御手段
に相当し、車速センサ２２とステップ３１の機能とが運
転条件検出手段に相当し、ステップ３４の機能が劣化判
定手段に相当し、ステップ３６の機能が比例・積分定数
変更手段に相当する。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、酸化チタンにより
酸素濃度を電気抵抗値変化によって検出する酸素センサ
の劣化を検出して空燃比フィードバック制御時における
比例・積分定数を劣化前の値より減少する構成としたこ
とにより、リッチ制御量とリーン制御量を小さくして劣
化後も目標空燃比近傍に制御することによりＣｏ、ＨＣ
，Ｎｏ、１濃度を総合的に低減できるものである。

【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、
本発明の一実施例の構成を示す図、第３図〜第５図は同
上実施例の空燃比制御のための各種ルーチンを示すフロ
ーチャート、第６図は酸素センサの新品時と劣化時の特
性及びそれに基づく空燃比のフィードバック補正係数の
変化を示す線図、第７図は、酸化チタン層を有する酸素
センサの構造を示す平面図、第８図は、第７図の■−■
矢視断面図である。 １・・・基板　　２゜ 層　　１１・・・機関 トロールユニット 速センサ ３・・・電極　　４・・・酸化チタン １５・・・燃料噴射弁　　１６・・・コン１９・・・酸
素センサ　　２２・・・車特許出願人　　　日本電子機
器株式会社代理人　弁理士　笹　島　　冨二雄 Ｚ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板の一側に、相対する一対の電極及び酸化チタンを順
   次積層し、前記電極間に介在する酸化チタンの電気抵抗
   変化に基づいて酸素濃度を検出する酸素センサを内燃機
   関の排気系に備え、前記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空燃比が目標空燃比より
   リッチ、リーンのいずれの側にあるかを判別し、比例積
   分制御により設定されるフィードバック補正係数を用い
   てリッチ側と判定されたときは燃料供給手段による機関
   への燃料供給量を増量させ、リーン側と判定されたとき
   は燃料供給量を減量させ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含ん
   でなる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が実行中のときに燃料供給量の増減
   周期が安定する運転条件を検出する運転条件検出手段と
   、前記検出された運転条件での燃料供給量の増減周期に
   基づいて酸素センサの劣化状態を判定する劣化判定手段
   と、酸素センサが劣化していると判定されたときには、
   前記フィードバック補正係数設定用の比例定数及び積分
   定数の値を酸素センサの正常時の値より小さい値に変更
   する比例・積分定数変更手段とを備えて構成したことを
   特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。