JPH0417748A - 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、排
気浄化触媒の下流側に備えた空燃比センサにより空燃比
をリンチ側でフィードバンク制御する装置に関する。

〈従来の技術〉 従来の一般的な内燃機関の空燃比制御装置としては例え
ば特開平１−１３４７４９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ＴＰ　　（＝Ｋ・Ｑ／Ｎ　、には
定数）を演算し、この基本燃料供給量Ｔ、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空燃比センサ（酸素センサ）か
らの信号によって設定される空燃比フィードバック補正
係数（空燃比補正量）を用い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ＴＩ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燃
料噴射弁に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。

上記空燃比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排気浄化触媒（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。

前記、空燃比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■
。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Ｔ、に乗
じるフィードバック補正係数ＡＬＰＰをリーン（リッチ
）に転じた初回に大きな比例定数Ｐを増大（減少）した
後、所定の積分定数■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。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、上記のような通常の空燃比フィードバック制
御装置では、理論空燃比へのフィードバック制御は行え
るものの、それ以外の理論空燃比よりリッチ側の空燃比
に制御する領域では、空燃比センサによるリッチ空燃比
の検出を行えないため、フィードバック制御を行うこと
ができなかった。尚、かかる非フイードバツク制御領域
では、部品ばらつきによる空燃比のリーン化に伴う焼き
付き防止のため、相当リッチ量を相当大きくした制御を
行っている。

このように、リッチ空燃比制御時にはフィードバック制
御を行えないため、空燃比のずれを補正することができ
ず、燃費の悪化や出力低下を招いていた。

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、空燃比センサで検出できる空燃比よりリッチ側の空
燃比にフィードバンク制御できるようにして上記の問題
点を解決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図に示すように、機関の排気通路
に備えられた排気浄化触媒の下流側に所定空燃比近傍の
混合気燃焼時に排気中の特定気体成分の濃度比に感応し
て出力値が反転する空燃比センサを設けると共に、前記
所定空燃比より小のリッチ空燃比に制御する時に、吸入
空気流量検出手段によって検出された吸入空気流量に対
して前記リッチ空燃比を前記所定空燃比に増大する場合
に不足する空気流量を演算する不足空気流量演算手段と
、前記リッチ空燃比制御時に前記演算された不足空気流
量相当の空気を前記排気触媒上流の排気通路に供給する
空気供給手段と、前記リッチ空燃比制御時に前記空燃比
センサの出力値を反転レベル近傍に保持するように空燃
比をフィードバック制御するリッチ空燃比制御用フィー
ドバンク制御手段と、を含んで構成した。

く作用〉 リッチ空燃比制御時には、吸入空気流量検出手段によっ
て検出された吸入空気流量に対して前記リッチ空燃比を
所定空燃比に増大する場合に不足する空気流量が不足空
気流量演算手段によって演算される。

そして、空気供給手段により前記演算された不足空気流
量相当の空気が空気供給手段から、排気浄化触媒上流の
排気通路に供給される。

この場合、リッチ空燃比に対応して燃料供給量が設定さ
れると、吸入空気流量と不足空気流量とを合計した空気
流量の該燃料供給量に対する空燃比は所定空燃比となる
。その場合、排気通路に供給された空気は排気と混合し
つつ排気浄化触媒通過時にリッチ空燃比燃焼によって発
生した排気中のＣｏ、ＨＣ等が供給空気中００分で酸化
され、触媒下流側の排気は所定空燃比燃焼時の排気と成
分が略等しくなる。

したがって、フィードバック制御手段によって空燃比セ
ンサの出力値を排気成分による見掛は上の空燃比が所定
空燃比近傍となるように反転レベルに保持することによ
り、設定されたリッチ空燃比にフィードバック制御する
ことができる。

〈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。

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を検出する吸入空気流量検
出手段としてのエアフローメータ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Ｔｗを検出する水温センサ１７が設けられる。

一方、排気通路１８にはマニホールド集合部に排気中酸
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
出する第１の空燃比センサ１９が設けられ、その下流側
の排気管に排気中のＣｏ、ＨＣの酸化とＮＯｘの還元を
行って浄化する排気浄化触媒としての三元触媒２０が設
けられ、更に該三元触媒２０の下流側に第１空燃比セン
サと同一の機能を持つ第２の空燃比センサ２１が設けら
れる。

更に、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２２が内蔵されており、該クランク角セ
ンサ２２から機関回転と同期して出力されるクランク単
位角信号を一定時間カウントして、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。

また、エアフローメータ１３の上流側に装着されたエア
クリーナ３１の内部通路から分岐して三元触媒２０上流
近傍の排気通路１８に至る空気供給通路２３が配設され
、該空気供給通路２３に過給機２４と流量制御弁２５と
流量計２６とが介装されている。これら空気供給通路２
３．過給機２４．流量制御弁２５．流量計２６は空気供
給手段を構成する。

そして、後述するようにコントロールユニット１６が、
流量計２６からの検出信号に応じて設定された制御信号
を出力して、流量制御弁２５の開度を制御することによ
り、流量を制御するようになっている。

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図及び第４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１０！Ｉｓ）毎に行われる。

ステップ（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２２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ＴＰを次式によって演算する。このステップ
１の機能が基本燃料供給量設定手段に相当する。

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
ルーチンにより設定されたフィードバック補正係数ＦＨ
Ｏ５Ａ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、を設定する。これは、バッテリ電圧変動による燃料
噴射弁Ｉ５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（燃料供給量）Ｔ
＋を次式に従って演算する。このステップ５の機能が燃
料供給量設定手段に相当する。

Ｔ、＝ＴＰ　ＸＣ０ＥＦＸＦＨＯ５Ａ　＋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Ｔ、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、第１の空燃比センサ１９からの信号
電圧ｖ０２及び第２の空燃比センサ２１からの信号電圧
■゛。２を入力する。

ステップ１２では、空燃比を理論空燃比（λ＝１）にフ
ィードバック制御する運転条件であるか否かを判定する
。

理論空燃比フィードバック制御条件と判定された時には
、ステップ１３へ進み第１の空燃比センサ１９の出力電
圧Ｖ。２を基準電圧ＳＬと比較し、Ｖ０２ンＳＬである
リッチ判定時にはステップ１４へ進んでリーンからリッ
チへの反転直後か否かを判定し、反転直後である時には
ステップ１５へ進んでフィードバック補正係数ＦＨＯＳ
へを現在値から比例骨Ｐａ減少した値で更新する。また
、反転直後でない場合はステップ１６へ進んで、積分分
１．ずつ減少していく。

また、Ｖｏ２〈ＳＬであるリーン判定時にはステップ１
７へ進んでリッチからリーンへの反転直後が否かを判定
し、反転直後である時にはステップ１８へ進んでフィー
ドバック補正係数ＦＨＯ５Ａを現在値に比例骨ＰＬを加
算した値で更新する。また、反転直後でない場合はステ
ップ１９へ進んで、積分分■１ずつ増加していく。

一方、ステップ１２で理論空燃比フィードバック制御条
件でないと判定された時にはステップ２ｏへ進み、機関
回転速度Ｎ及び基本燃料噴射量Ｔ１等の運転条件によっ
て設定されるリッチ空燃比ＡＦＴＥＧを入力する。

ステップ２１では、理論空燃比（空燃比センサ１９２１
において出力値が反転する近傍の所定空燃比）ＡＦＴＨ
Ｅのリッチ空燃比ＡＦＴＥＧに対する比率ＡＦＴＨＥ／
ＡＦＴＥＧから１を引いた値に、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を乗じた値を三元触
媒２０上流の排気通路に供給される空気流量Ｑ　Ａｓ　
ｒ　ｓとして演算する。この空気流量Ｑａｓｒｓは、検
出された吸入空気流量Ｑでリッチ空燃比ＡＦＴＥＧに制
御している状態から理論空燃比ＡＦＴＨＥに増大させる
場合に吸入空気流量Ｑに対して不足する空気流量を示す
ことになる。

次いでステップ２２では、上記のようにして演算された
空気流量Ｑａｓ＋ｓ相当の空気が空気供給通路２３から
排気通路１８に供給されるように、過給１１２４で過給
される空気を流量制御弁２６で絞り制御する。

この場合、流量計２６で計測される空気流量を監視しつ
つ空気流量Ｑａｓｒｓに一致するように流量制御弁２６
０開度をフィードバック制御して行う。

このようにして、流量Ｑ。Ｉ！で排気中に空気を供給す
るように制御した後、ステップ２３で第２の空燃比セン
サ２１の出力電圧Ｖ“。２を基準値ＳＬと比較する。

そして、■”。、＞ＳＬであるリッチ時（後述するよう
にリッチ空燃比ＡＦＴＥＧに対して）には、ステップ２
４で空燃比フィードバック補正係数ＦＨＯＳＡを所定量
ＤＦＨＯ５Ｒ減算した値で更新する一方、■”。２＜Ｓ
Ｌであるリーン時には、ステップ２５で空燃比フィード
バック補正係数ＦＨＯ５Ａを所定量ＤＦＨＯ５Ｌ加算し
た値で更新する。

上記ステップ２０〜２５において実行されるリッチ空燃
比制御（シたがってこのステップ２０〜２５０部分がリ
ッチ空燃比フィードハック制御手段を構成する。）によ
れば、吸入空気流量Ｑと排気中に供給される不足空気流
量Ｑ　Ａ　Ｓ　Ｉ　３とを合計した空気流量とリッチ空
燃比ＡＦＴＥＧに対応して設定される燃料供給量Ｔ１と
の比率、つまり空燃比は所定空燃比となる。そして、上
記の場合、排気中に供給された空気は排気と混合しつつ
三元触媒２０通過時にリッチ空燃比燃焼によって発生し
た排気中のＣ０ＨＣ等が供給空気中の０分で酸化される
ので、触媒２０下流側の排気は所定空燃比燃焼時の排気
と成分が略等しくなる。

したがって、前記リッチ空燃比フィードバック制御によ
って空燃比センサ２１の出力値を排気成分による見掛は
上の空燃比が所定空燃比近傍となるように反転レベルに
保持することにより、設定されたリッチ空燃比ＡＦＴＥ
Ｇにフィードバック制御することかできる。

尚、従来より排気浄化触媒の上流側と下流側とに夫々空
燃比センサを備え、上流側空燃比センサの検出値に基づ
く理論空燃比フィードバック制御を基調としつつ、その
空燃比フィードバック補正係数の比例骨を下流側空燃比
センサの検出値に基づいて補正したり、夫々の空燃比セ
ンサによって空燃比フィードバック補正係数を設定し、
双方の値を合成して得た空燃比フィードバック補正係数
を使用したり、上流側空燃比センサによる理論空燃比フ
ィードバック制御を行いつ゛つ、リッチ、リーン判定の
基準値ＳＬや出力遅延時間を下流側空燃比センサの検出
で補正したりするものがあり（特開昭６３−９７８５１
号等参照）、本発明はかかる理論空燃比フィードバック
制御を併用できることは勿論である。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、排気浄化触媒の下
流側に空燃比センサを備え、排気浄化触媒上流に所定量
の空気を供給しつつ前記空燃比センサによる空燃比フィ
ードバック制御を行うことで、リッチ空燃比制御領域に
おいてもフィードバンク制御を行うことができ、以て燃
費、出力等を改善することができる。

【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図は同上実施例の燃
料噴射量設定ルーチンを示すフローチャート、第４図は
同じく空燃比フィードバンク補正係数設定ルーチンを示
すフローチャートである。 １１・・・Ｆ［［関１６・・・コントロールユニット１
９・・・第１の空燃比センサ　　２０・・・三元触媒２
１・・・第２の空燃比センサ　　２３・・・空気供給通
路２４・・・過給機　　２５・・・流量制御弁　　２６
・・・流量計特許出願人　　　日本電子機器株式会社代
理人　弁理士　笹　島　　冨二雄 第１図 第３図 ＝３２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　機関の排気通路に備えられた排気浄化触媒の下流側に
   所定空燃比近傍の混合気燃焼時に排気中の特定気体成分
   の濃度比に感応して出力値が反転する空燃比センサを設
   けると共に、前記所定空燃比より小のリッチ空燃比に制
   御する時に、吸入空気流量検出手段によって検出された
   吸入空気流量に対して前記リッチ空燃比を前記所定空燃
   比に増大する場合に不足する空気流量を演算する不足空
   気流量演算手段と、前記リッチ空燃比制御時に前記演算
   された不足空気流量相当の空気を前記排気触媒上流の排
   気通路に供給する空気供給手段と、前記リッチ空燃比制
   御時に前記空燃比センサの出力値を反転レベル近傍に保
   持するように空燃比をフィードバック制御するリッチ空
   燃比制御用フィードバック制御手段と、を含んで構成し
   たことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。