JPH02293655A - 空燃比検出方法 - 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、内燃エンジンの空燃比制御時や、エンジンの
ベンチテスト時に、エンジンに供給された混合気の空燃
比を正確に検出するのに好適な空燃比検出方法に関する
． （従来の技術） 内燃エンジンの排気ガス中の有害成分、例えば一酸化炭
素（Ｃｏ）　、未燃炭化水素（ＴＨＣ）、窒素酸化物（
ＮＯｘ）等を浄化する装置して三元触媒の有する排気ガ
ス浄化装置を用いることは広く知られている．この三元
触媒は、空燃比を理論空燃比を中心とした、所謂ウイン
ド範囲内に正確に制御することにより、ＣＯ、未燃炭化
水素とＮＯｘの双方を同時に最大の効率で浄化すること
が知られている． 一方、エンジンの特定運転時には空燃比を、例えば理論
空燃比より燃料リーン側の値に設定し、この値にフィー
ドバック制御して燃費の向上等を図るようにした空燃比
制御方法が知られている．この空燃比制御方法には、所
謂リニア型の０８センサが用いられ、０１センサのセン
シングセル電圧Ｖｓが一定値になるように酸素ポンプ電
流ｌ，がフィードバック制御される．そして、酸素ポン
プ電流Ｉ，に対応して検出される出力電圧■。富と目標
電圧■χとの偏差をＯにするように、この偏差に応じて
燃料供給量が設定されている．（発明が解決しようとす
る課題） このように、内燃エンジンの空燃比を所要値にフィード
バック制御し、排気ガス特性や燃費特性の向上を図るに
は、エンジンに供給された混合気の空燃比が所定値に正
確にフィードバック制御されなければならず、言い換え
れば、上述のＯｔセンサにより、エンジンに供給された
混合気の空燃比を正確に検出する必要がある．また、テ
ストベンチでのエンジン性能のマッチング調整試験等に
おいても、エンジンに供給された混合気の空燃比を正確
に検出する必要がある． 上述したリニア型０８センサを使用して空燃比を検出す
る場合、０８センサの出力から求められる空燃比と、実
際の空燃比とを一敗させるには、Ｏｔセンサが感知する
酸素濃度と空燃比との対応関係を明確にしておく必要が
ある．即ち、排気ガス中に含まれるＮＯＸは、空気中の
窒素（Ｎ．）と、酸素（０，）が高温状ｎ＜約１５００
℃以上）で結び付いて窒素酸化物Ｎｏｒになったもので
あり、その他排気ガス中にはＣＯや未燃炭化水素（ＴＨ
Ｃ）、水素（Ｈｇ　）等が含まれている．これらの不完
全？焼成分が含まれる分だけ、検出される酸素濃度は大
きな誤差を含むことになる．特にＮＯｘ中の酸素分だけ
、０■センサが感知する酸素量が減ることになり、０２
センサが検出する酸素濃度は検出すべき余剰酸素量（こ
こで云う「余剰酸素量」とは、完全燃焼の結果として排
出される酸素量を云う）とは異なったものとなり、その
分りニアＯｚセンサの出力から求める空燃比に誤差が生
じる．従来、この誤差を無視し、０オセンサが感知する
酸素濃度は、完全燃焼に近い状態で排出される余剰酸素
量と見做し、この検出した酸素濃度を用いて空燃比を求
めていた． 本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
ので、排気ガス中の窒素酸化物等の存在にも拘わらす空
燃比を正確に検出し、検出した空燃比に基づいてエンジ
ンの燃料供給量制御や、ベンチテストでのエンジン性能
を正確に求めることのできる空燃比検出方法を提供する
ことを目的とする． Ｃ問題点を解決するだめの手段） 上述の目的を達成するために本発明に依れば、内燃エン
ジンの排気通路にリニア型酸素センサを設け、該酸素セ
ンサにより排出される排気ガス中の酸素濃度を検出する
一方、排気ガス中の窒素酸化物濃度を求め、検出された
酸素濃度を、求めた窒素酸化物濃度により補正して余剰
酸素量を演算し、演算した余剰酸素量からエンジンに供
給された混合気の空燃比を演算することを特徴とする空
燃比検出方法が提供される． （作用） リニア型酸素センサが検出する酸素濃度は、排気ガス中
の窒素酸化物の濃度に応じた分だけ誤差を含んでいるの
で、酸素センサの出力に基づいて検出された酸素濃度を
、求めた窒素酸化物の濃度に応じて補正すれば、供給し
た混合気を完全燃焼した場合の酸素濃度に近い値、即ち
、余剰酸素量に補正することが出来る．そして、この余
剰酸素量を用いて空燃比を演算すれば、より正確な空燃
比が求まる．なお、窒素酸化物を求めるには、種々の方
法があり、例えば、窒素酸化物計測装置により排気ガス
中の窒素酸化物を直接測定してもよいし、エンジン回転
数、エンジン負荷及び目標空燃比に応じて予め記憶して
ある窒素酸化物３次元マップから間接的に読み出しても
よい．（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る． 第１図は、本発明方法を実施する内燃エンジンの空燃比
制１ル装置の概略構成を示す．エンジンＥは、例えば４
気筒ガソリンエンジンであり、その吸気側には吸気通路
２が接続されている．吸気通路２の大気側端にはエアク
リーナ６が取り付けられており、吸気通路２の途中には
スロットル弁７が配設されている．また、吸気通路２の
大気側開口端部にはカルマン渦式のエアフローセンサ１
３が取り付けられており、このエアフローセンサ１３は
後述する電子制御装置（ＥＣｔＪ）２０の人力側に電気
的に接続され、カルマン渦が発生する毎にカルマン渦発
生信号ｆを電子制御装置２０に供給する．そして、吸気
通路２の各気筒近傍には電磁？料噴射弁８がそれぞれ配
設され、各燃料噴射弁８は電子制御装Ｗ．２０の出力側
に電気的に接続され、電子制御装置２０からの駆動信号
により開弁駆動されて燃料を各気簡に噴射供給する．エ
ンジンＥの排気側には排気通路３が接続されており、該
排気通路３の途中には三元触媒を備えた排気ガス浄化装
置９が配設されている．そして、この排気ガス浄化装置
９の上流の排気通路３には０■センサｌ７が取り付けら
れている．この０■センサ１７は所謂リニア型センサで
あり、従来公知のものであってよい．この０！センサ１
７は電子制御装置２０に接続されており、０怠センサ１
７から電子制御装置２０にセンシングセル電圧Ｖｓが供
給される一方、電子制御装置２０からＯ！センサ１７の
ヒータ素子（図示せず）に加熱用の電力及び酸素ポンプ
素子（図示せず）に酸素ボンブ電流■，が供給される． 電子制御装置２０には上述したセンサ以外にも種々のセ
ンサ、例えばエンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回
転数センサ１５、エアクリーナ６内に取り付けられ、吸
気温度Ｔａを検出する吸気温度センサ１８、エンジン冷
却水温度Ｔｗを検出する水温センサ、スロットル弁７の
弁開度θｔｈを検出するスロットル間度センサ等が接続
されており、これらのセンサは電子制御装置２０に検出
信号を供給している． 次に、上述のように構成される空燃比制御装置による空
燃比検出手順を第２図のフローチャートを参照して説明
する． 第２図に示すルーチンは、所定の制御信号の入力毎、例
えば所定クランク角度位置を検出する毎に電子制御装置
２０により実行されるもので、電子制御装置２０は、先
ず、ステップＳＩＯにおいて、各種センサからの検出信
号、例えばＯｔセンサ１７に供給する酸素ボンブ電流Ｔ
，（実際にはこの酸素ポンプ電流ＩＦに対応する電圧■
。．が読み込まれる）、エンジン回転数センサ１５が検
出するエンジン回転数Ｎｅ，エアフローセンサ１３が検
出するカルマン渦発生信号ｆ等を読み込み、これらを記
憶しておく．そして、電子制御装置２０は、次のステッ
プ３１２においてＮＯｘ量を求める．このＮＯｘ量の求
め方には種々の方法があるが、本実施例では以下のよう
にして電子制御装置２０に内蔵される記憶装置から読み
出される．先ず、電子制御装置２０は、カルマン渦発生
信号ｆ及びエンジン回転数Ｎｅ等に基づいて１吸気行程
当たりに気筒が吸入する吸気量（Ａ／Ｎ）を演算する．
そして、この演算値（Ａ／Ｎ）及びエンジン回転数Ｎｅ
，更にはエンジン冷却水温Ｔｗ等に応じてエンジン運転
状態を検出し、このエンジン運転状態に応じて目標空燃
比を設定する．この目標空燃比、吸気！　（Ａ／Ｎ）　
、及びエンジン回転数Ｎｅに応じて予め記憶されている
三次元マップから、前述の演算値（Ａ／Ｎ）及びエンジ
ン回転数Ｎｅに応じたＮＯｘ量が読み出される．第３図
は、目標空燃比が一定（例えば、空燃比１６．５）の場
合の、吸気量（Ａ／Ｎ）とエンジン回転数Ｎｅとに応じ
て読み出されるＮＯｘｌのマップ図を示す．エンジン已
に供給される混合気の空燃比は、現在の運転状態に対応
して設定される目？空燃比近傍にあるものと仮定しても
、准定されるＮＯｘ量に大差がなく、空燃比がこの目標
空燃比近傍にフィードバック制御される場合、吸気量（
Ａ／Ｎ）とエンジン回転数Ｎｅとで規定されるエンジン
運転状態に対応してＮｏｘｉを決定することができる．
この三次元マップ図は各目標空燃比に対してそれぞれ予
め実験的に求めて記憶したものであり、このマップから
、検出した吸気量（Ａ／Ｎ）とエンジン回転数Ｎｅとに
応じてＮＯｘ量を読み出すと、エンジンＥの運転状態に
対応して排気ガス中のＮＯｘ量を正確に予測することが
できる．なお、ＮＯｘ量を読み出すために準備する三次
元マップは、設定される目標空燃比に対応した数だけ準
備してもよいが、公知の内挿法を用いれば準備するマッ
プの数は少なくて済む． 次に、電子制御装置２０は、０■センサ１７の酸素ボン
ブ電流Ｉ，に基づいて酸素濃度を演算し、この演算され
た酸素濃度に、上述のＮＯｘ中に含まれる酸素量を加え
て補正し、これを余剰酸素量とする（ステップＳ１４）
．このようにして演算？れた余剰酸素量は、排気ガス中
に含まれるＮＯｘ中の酸素量をも考慮して求められたも
のであるから、エンジン已に供給された混合気が完全燃
焼した場合に排出される酸素量により近い値が得られる
．次いで、電子制御装置２０は演算した余剰酸素量から
公知の方法により空燃比を演算し、これを記憶する（ス
テップＳ１６）． このようにして演算された空燃比は、目標空燃比と比較
され、空燃比検出値と目標空燃比との偏差に応じて燃料
噴射弁８の開弁時間Ｔ　ｏ　ｏ　ｒが演算される．そし
て、電子制２１装置２０は、今回ルーチンで燃料を噴射
供給すべき気簡に対応する燃料噴射弁８に、演算した開
弁時間Ｔ．■に応じた駆動信号を出力してこれを開弁さ
せ、開弁時間Ｔ６ｕｖに応じた燃料量を当該気簡に供給
する．かくして、０■センサ１７の出力に応じて演算さ
れた酸素量はＮＯｘ量に応じて補正され、空燃比はエン
ジン運転状態に応じて設定される目標空燃比に正確にフ
ィードバック制御されることになる．なお、上述の実施
例では、排気ガス中のＮｏｗ量？求めるのにエンジン回
転数Ｎｅ，吸気！　（Ａ／Ｎ）及び目標空燃比により、
予め記憶されている三次元マップから読み出すようにし
たが、テストベンヂにおけるエンジン運転では、ＮＯｘ
量を排気ガスからＮＯｘ計で直接測定するようにしても
よい。

また、０■センサ１７に代えてＯｔセンサ１７゛　を排
気ガス浄化装置９の下流に配役し７、排気ガス浄化装置
９により後処理された排気ガス中の酸素濃度を検出する
ようにすると、排気ガス中のＮＯｘは、目標空燃比がリ
ッチ側の値に設定されたとき、排気ガス浄化装置９によ
り浄化されるために、排気ガス中の不完全燃焼成分（Ｃ
ｏ，ＴＨＣ，Ｈ．，ＮＯｘ）がＯ，センサ１７゛の素子
表面に存在せず、リッチ側の補正をする必要がなくなり
、好都合である． （発明の効果） 以上詳述したように本発明の空燃比検出方法に依れば、
内燃エンジンの排気通路にリニア型酸素センサを設け、
該酸素センサにより排出される排気ガス中の酸素濃度を
検出する一方、排気ガス中４． の窒素酸化物濃度を求め、検出された酸素濃度を、求め
た窒素酸化物濃度により補正して余剰酸素量を演算し、
演算した余剰酸素量からエンジンに与えられた混合気の
空燃比を演算するようにしたので、内燃エンジンに供給
された混合気の空燃比を正確に検出できる．また、この
ように検出した空燃比を用いて燃料供給量をフィードバ
ック制御すれば、空燃比を目標空燃比近傍に正確に制１
Ｔｊでき、排気ガス特性、燃費特性等の向上が図れる．

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は本発明方法を
実施する空燃比制御装置の概略構成を示すブロソク図、
第２図は第１図に示す電子制御装置２０による空燃比検
出手順を示すフローチャート、第３図は吸気量（Ａ／Ｎ
）　、エンジン回転数Ｎｅ，及び目標空燃比により読み
出されるＮＯｘ量のマップ例を示すグラフである． Ｅ・・・エンジン、２・・・吸気通路、３・・・排気通
路、７・・・スロットル弁、８・・・燃料噴射弁、９・
・・排気ガス浄化装置（三元触媒）、１３・・・エアフ
ローセンサ、ｌ５・・・エンジン回転数センサ、１７・
・・リニア型０！センサ、１８・・・吸気温度センサ、
２０・・・電子制御装置．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃エンジンの排気通路にリニア型酸素センサを設け、
   該酸素センサにより排出される排気ガス中の酸素濃度を
   検出する一方、排気ガス中の窒素酸化物濃度を求め、検
   出された酸素濃度を、求めた窒素酸化物濃度により補正
   して余剰酸素量を演算し、演算した余剰酸素量からエン
   ジンに供給された混合気の空燃比を演算することを特徴
   とする空燃比検出方法。