JPH04339146A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御装置

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JPH04339146A
JPH04339146A JP3107340A JP10734091A JPH04339146A JP H04339146 A JPH04339146 A JP H04339146A JP 3107340 A JP3107340 A JP 3107340A JP 10734091 A JP10734091 A JP 10734091A JP H04339146 A JPH04339146 A JP H04339146A
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寛 原口
Yuichi Hishinuma
祐一 菱沼
Akio Fujiwara
藤原 章男
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    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
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    • F02D41/1439Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
    • F02D41/1441Plural sensors
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2550/00Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は触媒コンバータの上・下
流にそれぞれ酸素濃度センサ(以下、O2 センサとい
う)を設け、これらの出力信号に応じて空燃比を制御す
る内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より触媒コンバータの上流に設けた
O2 センサの出力信号に応じて、内燃機関の空燃比を
理論空燃比近傍に制御することにより触媒コンバータの
浄化率を高めるような装置がある。
【0003】さらに、触媒コンバータの上流側と下流側
にそれぞれO2 センサを設け、触媒コンバータの上流
に設けた第1のO2 センサの出力を触媒コンバータの
下流に設けた第2のO2 センサの出力信号に応じて補
正する(例えば、第1のO2 センサによる空燃比制御
のディレイ時間を制御する)ことにより、第1のO2 
センサの特性変化や特性のばらつき等による制御性の低
下を防止する装置が提案されている(例えば、特開昭6
1−286550号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一般に上記制御装置に
おいて使用される2つのO2 センサ素子の構造は、図
3(a)(b)に示す如く、ジルコニア(ZrO2 )
にイットリア(Y2 O 3)等を添加し、一端を閉じ
た管形状した公知の固体電解質31の内周面と外周面と
に白金などからなる電極32、33を被着し、さらに電
極33の外周にはO2 センサ素子を保護するための保
護層34を設けたものである。つまりO2センサ自身、
非平衡排出ガス中の特有の成分(一酸化炭素(CO)、
水素(H2 )、窒素酸化物(NOX )など)を酸化
させる、或いは還元させるといった作用(触媒作用)を
有するものではない。なお、図3(b)は図3(a)の
A部を拡大した図である。
【0005】よって、触媒コンバータの上流に設けられ
た第1のO2 センサの特性は、図2(a)(b)に示
すように非平衡排出ガス中の特有の成分の影響によりリ
ッチ側あるいはリーン側にずれが生じてしまう。詳しく
述べるなら、例えばCO、H2 が多く排出ガス中に含
まれると、電極33の表面において充分に酸化反応を行
わせるために時間を要すことから第1のO2センサの特
性がリーン側にずれてしまうものである。よって、この
ようなずれが生じると的確に内燃機関の空燃比を理論空
燃比に制御することができない。
【0006】また、触媒コンバータの下流に設けられた
第2のO2 センサの特性は、触媒コンバータにおいて
非平衡排出ガス中の特有の成分はある程度浄化されるた
めにリッチ側あるいはリーン側に大きなずれが生じるこ
とはないが、第1のO2 センサ出力にずれが生じてい
るため、第2のO2センサの出力に基づいて第1のO2
 センサの出力を補正すると、空燃比制御の制御周波数
が低下して制御性が悪化し、さらには図4の触媒浄化率
ー制御周波数特性に示されているように、触媒コンバー
タの浄化率も低下してしまうという問題が生じる恐れが
あった。
【0007】さらに、触媒コンバータも使用年数等によ
り劣化し、充分にその機能を果たさなくなる恐れがある
。このような不具合が生じると触媒コンバータの下流に
設けられた第2のO2 センサの特性も変動してしまい
、第2のO2 センサの出力に基づき、触媒コンバータ
における浄化率を向上すべく内燃機関の空燃比の制御を
することはできない。
【0008】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、あらゆる非平衡排出ガス中に含まれる
特有成分の状態に対応し、常に触媒コンバータにおいて
効果的に浄化可能となるような内燃機関の空燃比に制御
する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。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明による内燃機関の空燃比制御装置は図18に示
す如く、内燃機関の排気系に配設され、内燃機関におい
て発生する排気ガスを浄化する触媒コンバータと、前記
触媒の上流に配設され、排気ガス中の酸素濃度から空燃
比が理論空燃比に対してリッチ状態にあるかリーン状態
にあるかを検出する第1の酸素濃度センサと、前記触媒
の下流に配設され、排気ガス中の酸素濃度から空燃比が
理論空燃比に対してリッチ状態にあるかリーン状態にあ
るかを検出する第2の酸素濃度センサと、前記第1の酸
素濃度センサおよび前記第2の酸素濃度センサの検出結
果に応じて前記内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御
手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、前
記第1の酸素濃度センサにおいて前記第2の酸素濃度セ
ンサより排気ガス中に含まれる特定成分を酸化または還
元させる作用が強いものを用いるという技術的手段を採
用する。
【0010】
【作用】本発明によれば、内燃機関において発生する排
気ガスを浄化する触媒コンバータの上流に、触媒コンバ
ータの下流に配設された第2の酸素濃度センサより排気
ガス中に含まれる特定成分を酸化または還元させる作用
が強い第1の酸素濃度センサを設け、第1の酸素濃度セ
ンサおよび第2の酸素濃度センサの検出結果に基づいて
上記内燃機関の空燃比を制御する。
【0011】
【実施例】以下、本発明をメタンガスを主成分とする燃
料を用いたガスエンジンに適用した一実施例について図
を用いて詳細に説明する。
【0012】図1は本実施例の構成図である。1はガス
エンジン(内燃機関)であり、ガスエンジン1の吸気系
は吸入空気を浄化するエアクリーナ2と、このエアクリ
ーナ2により浄化された吸入空気と図示しない燃料ガス
供給源から供給される燃料ガスとの混合気をガスエンジ
ン1へ導く吸気管3とにより構成されている。さらに、
吸気管3には吸入空気と燃料ガスとを混合して理論空燃
比より若干希薄な混合気を形成するミキサ4、供給する
混合気量(トータルガス流量)を調節する絞り弁5が配
設されている。
【0013】また、燃料ガスをガス供給源から直接ミキ
サ4へ供給する主供給路6と燃料ガスをガス供給源から
ミキサ4の下流に供給する副供給路7とを有している。 さらに、副供給路7には混合気の空燃比を所望の値に制
御するために副供給路7から供給される燃料ガス量(バ
イパス流量)を調節する空燃比制御用の制御弁8が設け
られている。また、絞り弁5下流の吸気管3には吸気圧
PMを検出する吸気圧センサ9が設けられている。
【0014】一方、ガスエンジン1の排気系には、排気
ガスをガスエンジン1から導く排気管10が設けられて
おり、この排気管10には排気ガス中に含まれる有害成
分を浄化する触媒コンバータとしての三元触媒11が配
設されている。さらに、この三元触媒11の上・下流に
はそれぞれガスエンジン1に供給される混合気の空燃比
を検出するために、第1,2の酸素濃度センサ(以下、
O2 センサという)12,13が設けられている。な
お、第1,2のO2 センサ12,13は、周知のとお
り理論空燃比において出力信号が反転するという特性を
有し、この特性から空燃比が理論空燃比に対してリッチ
状態であるかリーン状態であるかを検出するものである
【0015】14はガスエンジン1のシリンダヘッドに
設けられた点火プラグ、15はガスエンジンの回転数N
Eを検出する回転数センサである。20は前述の制御弁
8,点火プラグ14等の各種アクチュエータの制御量を
演算し、その制御量に応じた制御信号を出力する電子制
御装置(ECU)である。周知のとおり、ECU20は
種々の演算を行うセントラル・プロセッシング・ユニッ
ト(CPU)20a、制御プログラム等が予め記憶され
ている読み出し専用のリード・オンリ・メモリ(ROM
)20b、演算データ等を一時的に記憶する書き込み・
読み出し可能なランダム・アクセス・メモリ(RAM)
20c、アナログ信号をディジタル信号に変換するアナ
ログ・ディジタル・コンバータ(ADC)20d、前述
の各種センサからのセンサ信号をECU20に取り込む
ための入力ポート20e、前述の各種アクチュエータへ
の制御信号等を出力するための出力ポート20f、これ
らを相互接続するバス20gにより構成されている。
【0016】ここで、本発明の特徴とするところは三元
触媒11の上・下流に設けられた2つのO2 センサ1
2,13であり、以下にO2 センサ12,13につい
て詳細に説明する。
【0017】つまり、三元触媒11の上流に設けられた
O2 センサ12は、図3(c)(d)に示す如く、Z
rO2 にY2 O 3等を添加した公知の固体電解質
31の内周面と外周面とに白金などで被着して電極32
,33を形成し、電極33の外周に排気ガス中に含まれ
る有害成分(HC(特に、メタンガスを主成分とする燃
料ではメタンCH4 )、CO)を酸化させる、或いは
同じく排気ガス中に特有に含まれる窒素酸化物(NOX
 )を還元する作用(触媒作用)を有する触媒層35を
備える。そして、この触媒層35の外周面をさらにO2
 センサ素子を保護するための保護層34を形成すると
いった構造である。
【0018】ここで、図3(d)は図3(c)のB部を
拡大した図であり、触媒層35の主成分は例えば、白金
0.4mg,パラジウム0.01mg,およびロジウム
0.04mgであり、例えば特公昭59ー10616号
公報に開示されているような手法を用いて触媒層35を
形成するものである。
【0019】既に説明した如く、触媒層35を形成して
いない常用のO2 センサ(図3(a)(b))は、図
2(a)(b)の破線に示す如く、非平衡燃焼ガス中、
および低温排気ガス中において、HC、COが多く含ま
れている場合には電極33表面で排気ガス成分(HC,
CO)の酸化反応が充分に行われるために時間がかかる
ことから、空気過剰率λが1で起電力が変化しない、つ
まり起電力特性が理論空燃比よりリーン側にずれてしま
うといった不具合が生じる。
【0020】ところが、触媒層35を設けることにより
、触媒層35中において酸化反応がある程度行われるた
めに、非平衡燃焼ガス中および低温排気ガス中でも、排
出ガス成分が電極33に到達する途中の触媒層35中に
おいて短時間で充分に酸化反応することから、図2(a
)(b)の実線に示す如く起電力特性が理論空燃比より
ずれてしまうことはない。また、NOX の影響により
同様にO2 センサの出力がずれてしまうことから、さ
らに触媒層35においてCH4 を還元することにより
理論空燃比に制御することが可能となる。
【0021】一方、三元触媒11の下流に設けられたO
2 センサ13は、図3(a)(b)に示したような触
媒層35が形成されていない常用のものである。ここで
、三元触媒11の下流側に触媒層35が形成されていな
いO2 センサ、言い換えるなら触媒作用の弱い(白金
にも触媒作用があるため)O2 センサを用いることに
より得られる効果について図5を用いて詳細に説明する
【0022】図5において、図5(a)(b)は三元触
媒11が正常に作動しているときの空気過剰率λに対す
る排気ガス中に含まれるCOおよびNOX の触媒浄化
率特性と、空気過剰率λに対するO2 センサ13の出
力特性を示している。また、図5(c)(d)は三元触
媒11が劣化したときの空気過剰率λに対する排気ガス
中に含まれるCOおよびNOX の触媒浄化率特性と、
空気過剰率λに対するO2 センサ13の出力特性を示
している。
【0023】図5(a)(b)に示す如く、三元触媒1
1が正常に作動しているときには空気過剰率λが1(理
論空燃比)近傍において触媒浄化率が高いが、三元触媒
11が劣化すると図5(c)(d)に示す如く触媒浄化
率が高い領域(以下、ウインドウという)は、リッチ側
に移行する。このウインドウ位置のづれの原因について
は様々であるが、その1つの原因として、三元触媒11
の劣化に伴い、三元触媒11内での酸化反応により消費
され尽くせなかった酸素がリッチ側で多く存在するため
にNOX の浄化性能が低下するためと考えられている
【0024】このように劣化した三元触媒11において
、ウインドウの位置がリッチ側に移行しているにも拘ら
ず、三元触媒11下流に触媒作用の強いO2センサを用
いると、図5(d)に示すように常に空気過剰率λが1
でより起電力が変化する(実線)ため、触媒浄化率が高
い領域で制御することができない。これに対し触媒作用
の弱いO2 センサを三元触媒11下流に配設すると、
O2 センサ出力の起電力の変化(図5(d)破線)は
ウインドウの位置に追従し、常に触媒浄化率が高い領域
、つまりウインドウの位置を検知することができる。
【0025】したがって、本発明における実施例では三
元触媒11の上流には触媒作用の強いO2 センサ12
を設け、また三元触媒11の下流には触媒作用の弱いO
2 センサ13を設けることにより、O2 センサ12
においては非平衡燃焼ガス中でもその出力特性にづれが
生じることなく理論空燃比に制御することができ、さら
にO2 センサ12においては三元触媒11の劣化によ
るウインドウ位置のづれに的確に対応して、後述する手
法を用いて三元触媒11において常に触媒浄化率が高い
空燃比に制御することができる。
【0026】次に上記2つのO2 センサ12,13を
用いて、実際にガスエンジン1の空燃比を制御する方法
、即ち制御弁8の制御量演算方法について図6〜図9に
示すフローチャートを用いて説明する。なお、図10(
a)〜(i)は本実施例のタイムチャートである。
【0027】図6は制御弁8の制御量Dを演算する制御
量演算ルーチンを示すフローチャートである。まず、ス
テップ301で基本制御量DBを吸気圧センサ9により
検出される吸気圧PMと回転数センサ15により検出さ
れる回転数NEとに応じて次式(数式1)により算出す
る。
【0028】
【数1】DB←(PM−PMOS)×KPMB×KNE
×KDB+DOS ここで、PMOSは吸気圧PMとトータルガス流量との
間に図11に示すような関係があり、この関係のオフセ
ット分に対応する値であり、各ガスエンジンに応じて設
定される値である。KPMBは吸気圧PMをデューティ
比に変換するための変換係数である。KNEは回転数N
Eに応じて設定される回転補正係数であり、回転数NE
と回転補正係数NKEとの間には図12に示すような関
係がある。KDBは吸気圧PMと回転数NEとに応じて
設定される補正係数である。DOSはデューティ比とバ
イパス流量との間に図13に示すような関係があり、こ
の関係のオフセット分に対応する値であり、PMOS同
様に各ガスエンジンに応じて設定される値である。
【0029】続くステップ302で補正制御量DFを吸
気圧PM、回転数NEおよび後述する空燃比補正係数F
AFとに応じて次式(数式2)により算出する。
【0030】
【数2】 DF←(PM−PMOS)×KPMF×KNE×FAF
ここで、KPMFは図11に示す吸気圧PMとトータル
ガス流量との特性の傾きαと、図13に示すデューティ
比とバイパス流量との特性の傾きβとにより次式(数式
3)で設定される値である。
【0031】
【数3】KPMF←α/β そして、ステップ303で前述のようにして演算された
基本制御量DBと補正制御量DFとに応じて制御量Dを
演算し、ステップ304で制御量Dに対応した制御信号
を制御弁8へ出力して制御量演算ルーチンを終了する。
【0032】次に、空燃比補正係数FAFの設定方法に
ついて説明する。図7は図10(a)に示す第1のO2
 センサ12の出力値(第1の出力値)V1に基づいて
空燃比補正係数FAFを演算する主空燃比フィードバッ
ク制御ルーチンを示すフローチャートである。この主空
燃比フィードバック制御ルーチンは所定時間(例えば、
本実施例では4ms)毎に起動・実行されるものである
【0033】まず、ステップ401で主空燃比フィード
バック条件が成立しているか否かを判断する。ここで主
空燃比フィードバック条件としては、例えば本実施例で
は、エンジン始動後でかつ第1のO2 センサ12が活
性状態であること等である。ステップ401で主空燃比
フィードバック条件が成立していないと判断された場合
はステップ402へ進み、空燃比補正係数FAFを0に
設定する(FAF←0)。
【0034】一方、ステップ401で主空燃比フィード
バック条件が成立していると判断された場合は、ステッ
プ403以降の主空燃比フィードバック制御を実行する
。まず、ステップ403で第1の出力値V1を取り込む
。ステップ404で第1の出力値V1が第1の比較電圧
VR1(例えば、本実施例では0.45V)以下か否か
、即ち空燃比がリッチ状態かリーン状態かを判定する。 即ち、図10(a)に示すような第1の出力値V1が図
10(b)に示すように判断される。ここで第1の出力
値V1が第1の比較電圧VR1以下、即ち空燃比がリー
ン状態である場合はステップ405へ進み、第1のディ
レイカウンタCDLY1の値をデクリメントする(CD
LY1←CDLY1−1)。
【0035】続くステップ406,407で第1のディ
レイカウンタCDLY1を第1のリッチ遅延時間TDR
1でガード処理する。詳しくは、ステップ406で第1
のディレイカウンタCDLY1の値が第1のリッチ遅延
時間TDR1未満か否かを判定する。ここで、第1のデ
ィレイカウンタCDLY1の値が第1のリッチ遅延時間
TDR1未満の場合はステップ407へ進み、第1のデ
ィレイカウンタCDLY1の値を第1のリッチ遅延時間
TDR1に再設定する。
【0036】一方、ステップ403で第1の出力値V1
が第1の比較電圧VR1より大きい、即ち空燃比がリッ
チ状態である場合はステップ408へ進み、第1のディ
レイカウンタCDLY1の値をインクリメントする(C
DLY1←CDLY1+1)。
【0037】続くステップ409,410で第1のディ
レイカウンタCDLY1を第1のリーン遅延時間TDL
1でガード処理する。詳しくは、ステップ409で第1
のディレイカウンタCDLY1の値が第1のリーン遅延
時間TDL1より大きいか否かを判定する。ここで、第
1のディレイカウンタCDLY1の値が第1のリーン遅
延時間TDL1未満の場合はステップ410へ進み、第
1のディレイカウンタCDLY1の値を第1のリーン遅
延時間TDL1に再設定する。
【0038】前述の第1のリッチ遅延時間TDR1は、
図10(c)に示すように第1のO2 センサ12の出
力信号がリーン状態からリッチ状態への変化があっても
リーン状態であるとの判断を保持するリッチ側ディレイ
時間に対応するカウント値が設定されており、負の値で
定義される。また、第1のリーン遅延時間TDL1は、
第6図(c)に示すように第1のO2 センサ12の出
力信号がリッチ状態からリーン状態への変化があっても
リッチ状態であるとの判断を保持するリーン側ディレイ
時間に対応するカウント値が設定され、正の値で定義さ
れる。
【0039】そして、基準を0とし、第1のディレイカ
ウンタCDLY1の値が正の場合、遅延処理後の空燃比
をリッチ状態と判断し、第1のディレイカウンタCDL
Y1の値が負の場合、遅延処理後の空燃比をリーン状態
と判断する。これら第1のリッチ遅延時間TDR1、第
1のリーン遅延時間TDL1は後述する副空燃比フィー
ドバック制御により第2のO2 センサ13の出力信号
に応じて補正される。
【0040】ステップ411で前述のようにして設定さ
れた第1のディレイカウンタCDLY1の符号が反転し
たか否か、即ち遅延処理後の空燃比が反転したか否かを
判別する。遅延処理後の空燃比が反転した場合は、ステ
ップ412〜ステップ414のスキップ処理を行う。
【0041】まず、ステップ412でリッチ状態からリ
ーン状態への反転であるか否かを判別する。ここで、リ
ッチ状態からリーン状態への反転であると判別された場
合はステップ413へ進み、空燃比補正係数FAFを第
1のスキップ量RS1だけ増加させる(FAF←FAF
+RS1)。また、ステップ412でリーン状態からリ
ッチ状態への反転であると判別された場合はステップ4
14へ進み、空燃比補正係数FAFを第1のスキップ量
RS1だけ減少させる(FAF←FAF−RS1)。
【0042】一方、ステップ411で遅延処理後の空燃
比が反転していない場合はステップ415〜ステップ4
17の積分処理を行う。まず、ステップ415で第1の
ディレイカウンタCDLY1が0以下か否か、即ち空燃
比がリッチ状態かリーン状態かを判別する。ここで、リ
ーン状態であると判別された場合はステップ416へ進
み、空燃比補正係数FAFを第1の積分定数K1だけ増
加させる(FAF←FAF+K1)。また、ステップ4
15でリッチ状態であると判別された場合はステップ4
17へ進み、空燃比補正係数FAFを第1の積分定数K
1だけ減少させる(FAF←FAF−K1)。
【0043】以上で主空燃比フィードバック制御ルーチ
ンを終了する。したがって、触媒作用の強い第1のO2
 センサ12を用いることで、非平衡燃焼ガス中でも常
にガスエンジン1の空燃比が理論空燃比であるときに第
1の出力値V1が変化し、精度良く空燃比がリッチ状態
であるか、或いはリーン状態であるかを検出することが
できる。つまり、三元触媒11において最も効果的に浄
化される空燃比を設定することができる。
【0044】また、この主空燃比フィードバック制御で
は、第1の積分定数K1は第1のスキップ量RS1に比
べて十分に小さく設定してあるため、第6図(e)に示
すように空燃比がリーン状態である場合は、空燃比補正
係数FAFが徐々に増加するため、供給される燃料ガス
も徐々に増加し、空燃比が徐々にリッチ側へ制御される
。  また、空燃比がリッチ状態である場合は、空燃比
補正係数FAFが徐々に減少するため、供給される燃料
ガスも徐々に減少し、空燃比が徐々にリーン側へ制御さ
れる。
【0045】図8、図9は図10(e)に示す第2のO
2 センサ13の出力値(第2の出力値)V2に基づい
て主空燃比フィードバック制御におけるディレイ時間、
即ち第1のリッチ遅延時間TDR1と第1のリーン遅延
時間TDL1とを設定する副空燃比フィードバック制御
ルーチンを示すフローチャートである。なお、この副空
燃比フィードバック制御ルーチンは所定時間(例えば、
本実施例では1s)毎に起動・実行されるものである。
【0046】まず、ステップ501で副空燃比フィード
バック条件が成立しているか否かを判断する。この副空
燃比フィードバック条件として、例えば本実施例では、
(1)主空燃比フィードバック条件が成立している。 (2)第2のO2センサ13が活性状態である。という
条件を全て満足していることである。
【0047】ここで、副空燃比フィードバック条件が成
立していないと判断された場合、即ち副空燃比フィード
バック制御を実行しない場合はステップ502へ進み、
次回の副空燃比フィードバック制御に備えて後述する学
習値DLTDAVを前回の遅延補正値DLTDOに代入
する(DLTDO←DLTDAV)。続くステップ50
3で学習値DLTDAVを遅延補正値DLTDに代入し
(DLTD←DLTDAV)、ステップ523へ進む。
【0048】一方、ステップ501で副空燃比フィード
バック条件が成立している、即ち副空燃比フィードバッ
ク制御を実行する場合はステップ504以降の処理を実
行する。
【0049】まず、ステップ504で第2のO2 セン
サ13の出力値(第2の出力値)V2を取り込む。続く
ステップ505で吸気圧PMに応じて第2の比較電圧V
R2を設定する。ここで、吸気圧PMと第2の比較電圧
VR2との間には図14に示すように、吸気圧PMが大
きいほど第2の比較電圧VR2が小さくなるような関係
がある。
【0050】続くステップ506で第2の出力値V2が
第2の比較電圧VR2以下か否か、即ち第6図(f)に
示すように第2のO2センサ13で検出される空燃比が
リッチ状態かリーン状態かを判定する。ここで、第2の
出力値V2が第2の比較電圧VR2以下、即ち空燃比が
リーン状態である場合はステップ507へ進み、第2の
ディレイカウンタCDLY2の値をデクリメントする(
CDLY2←CDLY2−1)。
【0051】続くステップ508,509で第2のディ
レイカウンタCDLY2を第2のリッチ遅延時間TDR
2でガード処理を行い、ステップ513へ進む。詳しく
は、ステップ508で第2のディレイカウンタCDLY
2の値が第2のリッチ遅延時間TDR2未満か否かを判
定する。ここで、第2のディレイカウンタCDLY2の
値が第2のリッチ遅延時間TDR2未満の場合はステッ
プ509へ進み、第2のディレイカウンタCDLY2を
第2のリッチ遅延時間TDR2に再設定する。
【0052】一方、ステップ506で第2の出力値V2
が第2の比較電圧VR2よりも大きい、即ち空燃比がリ
ッチ状態である場合はステップ510へ進み、第2のデ
ィレイカウンタCDLY2の値をインクリメントする(
CDLY2←CDLY2+1)。
【0053】続くステップ511,512で第2のディ
レイカウンタCDLY2を第2のリーン遅延時間TDL
2でガード処理を行い、ステップ513へ進む。詳しく
は、ステップ511で第2のディレイカウンタCDLY
2の値が第2のリーン遅延時間TDL2より大きいか否
かを判定する。ここで、第2のディレイカウンタCDL
Y2の値が第2のリーン遅延時間TDL2未満の時はス
テップ412へ進み、第2のディレイカウンタCDLY
2を第2のリーン遅延時間TDL2に再設定する。
【0054】ここで、第2のリッチ遅延時間TDR2は
、図10(g)に示すように第2のO2 センサ13の
出力信号がリーン状態からリッチ状態への変化があって
もリーン状態であるとの判断を保持するリッチ側ディレ
イ時間に対応するカウント値が設定されており、負の値
で定義される。また、第2のリーン遅延時間TDL2は
、第2のO2センサ13の出力信号がリッチ状態からリ
ーン状態への変化があってもリッチ状態であるとの判断
を保持するリーン側ディレイ時間に対応するカウント値
が設定されており、正の値で定義される。そして、主空
燃比フィードバック制御と同様に基準を0とし、第2の
ディレイカウンタCDLY2が正の場合、遅延処理後の
空燃比をリッチ状態と見なし、第2のディレイカウンタ
CDLY2が負の場合、遅延処理後の空燃比をリーン状
態と見なす。
【0055】ステップ513で第2のディレイカウンタ
CDLY2が反転したか否か、即ち遅延処理後の空燃比
が変化したか否かを判定する。ここで遅延処理後の空燃
比が変化した場合は、ステップ514へ進み、前回の遅
延補正値DLTDOと遅延補正値DLTDとの平均を学
習値DLTDAVへ代入する(DLTDAV←(DLT
D0+DLTD)/2)。
【0056】続くステップ515で遅延補正値DLTD
を前回の遅延補正値DLTDOに代入し(DLTDO←
DLTD)、ステップ516へ進む。ステップ516で
はリッチ状態からリーン状態への反転であるか否かを判
別する。ここで、リッチ状態からリーン状態への反転で
あると判別された場合はステップ517へ進み、遅延補
正値DLTDを第2のリッチスキップ量SSRだけ減少
させ(DLTD←DLTD−SSR)、ステップ523
へ進む。また、ステップ516でリーン状態からリッチ
状態への反転であると判別された場合はステップ518
へ進み、遅延補正値DLTDを第2のリーンスキップ量
SSLだけ増加させ(DLTD←DLTD+SSL)、
ステップ523へ進む。ここで、第2のリッチスキップ
量SSRは第2のリーンスキップ量SSL以上の値と設
定する(本実施例では第2のリッチスキップ量SSRと
第2のリーンスキップ量SSLとを等しい値に設定して
いる)。
【0057】一方、ステップ513で遅延処理後の空燃
比が反転していない場合はステップ519へ進み、吸気
圧PMに応じて第2の積分定数SKを設定する。ここで
、吸気圧PMと第2の積分定数SKとは図16に示すよ
うに吸気圧PMが小さくなるほど第2の積分定数SKは
小さくなるように設定される。
【0058】続くステップ520で第2のディレイカウ
ンタCDLY2が0以下か否か即ち、空燃比がリッチ状
態かリーン状態かを判別する。ここで、リーン状態であ
ると判別された場合はステップ521へ進み、遅延補正
値DLTDをステップ519で設定した第2の積分定数
SKだけ減少させ(DLTD←DLTD−SK)、ステ
ップ523へ進む。  また、ステップ520でリッチ
状態であると判別された場合はステップ522へ進み、
遅延補正値DLTDをステップ519で設定した第2の
積分定数SKだけ増加させ(DLTD←DLTD+SK
)、ステップ523へ進む。
【0059】ステップ523で前述のようにして設定さ
れた遅延補正値DLTDが基準値DLTD1未満か否か
を検出する。ここで、基準値DLTD1には次式(数式
4)の関係がある。
【0060】
【数4】TDRMIN=TDR0+DLTD1ここで、
TDRMINは主空燃比フィードバック制御におけるリ
ッチ側ディレイ時間の最小時間に対応するカウンタ値で
ある。また、前述のように第1のリッチ遅延時間TDR
1は負の値で定義されるため、TDRMINは第1のリ
ッチ遅延時間TDR1の上限値に対応する。TDR0は
第1のリッチ遅延時間TDR1の初期値に対応するカウ
ンタ値である。
【0061】ステップ523で遅延補正値DLTDが基
準値DLTD1未満の場合、即ち遅延補正値DLTDに
より補正される第1のリッチ遅延時間TDR1が上限値
TDRMIN未満となる場合はステップ524へ進み、
第1のリーン遅延時間TDL1を最小値TDLMINに
設定する。ここで、最小値TDLMINは第1のリーン
遅延時間TDL1の最小値である。続くステップ525
で遅延補正値DLTDに初期値TDR0を加算した値を
第1のリッチ遅延時間TDR1へ代入し(TDR1←T
DR0+DLTD)、ステップ526,527のガード
処理を行う。詳しくは、ステップ526で第1のリッチ
遅延時間TDR1が下限値TR1未満か否かを判別する
。ここで、下限値TR1は主空燃比フィードバック制御
におけるリッチ側ディレイ時間の最大時間に対応するカ
ウンタ値である。
【0062】ステップ525で第1のリッチ遅延時間T
DR1が下限値TR1未満の場合はステップ527へ進
み、第1のリッチ遅延時間TDR1を下限値TR1に再
設定し(TDR1←TR1)、本ルーチンを終了する。
【0063】一方、ステップ523で遅延補正値DLT
Dが基準値DLTD1以上の場合、即ち遅延補正値DL
TDにより補正される第1のリッチ遅延時間TDR1が
上限値TDRMIN以上となる場合はステップ528へ
進み、第1のリーン遅延時間TDL1を設定する(TD
L1←TDL0+(DLTD−100))。
【0064】ここで、TDL0は第1のリーン遅延時間
TDL1の初期値である。続くステップ529で第1の
リッチ遅延時間TDR1を上限値TDRMINに設定し
、ステップ530,531のガード処理を行う。詳しく
は、ステップ530で第1のリーン遅延時間TDL1が
上限値TL1より大きいか否かを判別する。ここで、第
1のリーン遅延時間TDL1が上限値TL1より大きい
場合はステップ531へ進み、第1のリーン遅延時間T
DL1を上限値TL1に再設定し(TDL1←TL1)
、本ルーチンを終了する。
【0065】以上の副空燃比フィードバック制御におい
て、第2の積分定数SKは第2のスキップ量SSR,S
SLに比べて十分に小さく設定してあるため、図10(
h)に示すように空燃比がリーン状態である場合は、遅
延補正量DLTDが徐々に増加するため、第1のリッチ
遅延時間TDR1が徐々に増加、または第1のリーン遅
延時間TDL1が減少する。また、空燃比がリッチ状態
である場合は、遅延補正量DLTDが徐々に減少するた
め、第1のリッチ遅延時間TDR1が徐々に減少、また
は第1のリーン遅延時間TDL1が増加する。よって、
図5において説明した理由から触媒作用の弱いO2 セ
ンサを用いることにより、ガスエンジン1に供給される
混合気の空燃比の制御中心は、図10(i)に示すよう
にウインドウ位置が中心となるように制御される。
【0066】さらに、副空燃比フィードバック制御によ
り補正される第1のディレイ時間は、図15(a)〜(
d)のタイムチャートに示すように遅延補正量DLTD
が基準値DLTD1以上の場合、即ちリッチ側のディレ
イ時間が最小時間より大きく設定される場合は、リーン
側のディレイ時間を最小時間に設定し、遅延補正量DL
TDに応じてリッチ側のディレイ時間を設定する。一方
、遅延補正量DLTDが基準値DLTD1以下の場合、
即ちリッチ側のディレイ時間が最小時間以下に設定され
る場合は、リッチ側のディレイ時間を最小時間に設定し
、遅延補正量DLTDに応じてリーン側のディレイ時間
を設定する。よって、主空燃比フィードバック制御にお
けるディレイ時間は、リッチ側またはリーン側のディレ
イ時間のうち何れか一方のディレイ時間が最小時間に設
定されるため、ディレイ時間が大きくなり主空燃比フィ
ードバック制御の制御周波数が低下することにより触媒
浄化率が悪化することを防止できる。
【0067】なお、前記実施例では、副供給路7が絞り
弁5の上流に開口され、燃料ガスが絞り弁5の上流にバ
イバスされる構造であるが、燃料ガスが絞り弁5の下流
にバイパスされる構造でも、燃料ガスの変わりに吸入空
気をバイパスさせるような構造としてもよく、また燃料
を噴射弁により供給するというような構造としてもよい
【0068】また、前記実施例では混合気の流速に応じ
て第2の比較電圧VR2、第2の積分定数SKを設定す
るようにしているが、図17に示すような特性を用いて
吸気圧PMに応じて第2のスキップ量SSL、SSRを
設定するようにしてもよい。
【0069】また、前記実施例ではガスエンジン1に本
発明を適用した時の制御方法について述べたが、もちろ
んガソリンエンジン等の他の内燃機関に対して適用して
もよい。
【0070】また、前記実施例では第2のO2 センサ
13からの出力信号に基づいて、第1のO2 センサ1
2の出力信号の処理におけるディレイ時間を補正してい
るが、第1のO2 センサ12の出力信号の処理におけ
る他のパラメータ(例えば、積分定数、スキップ、比較
電圧)を補正してもよい。
【0071】また、前記実施例では三元触媒11の劣化
によるウインドウ位置のづれに的確に追従させる目的で
、三元触媒11の下流に触媒層35を備えていない第2
のO2 センサ13を配設したが、第1のO2 センサ
12と比較して触媒作用の弱い触媒層を形成してなる第
2のO2 センサを配設してもよく、また、前記実施例
では触媒作用の強い第1のO2 センサ12を形成する
ために触媒層35を形成したが、第1のO2 センサ1
2の温度が第2のO2 センサ13より高温となるよう
にヒータ制御することで触媒作用を強化するなど他の手
法を用いてもよい。
【0072】
【発明の効果】以上詳述したように本発明では、内燃機
関において発生する排気ガスを浄化する触媒コンバータ
の上流に、触媒コンバータの下流に配設された第2の酸
素濃度センサより排気ガス中に含まれる特定成分を酸化
または還元させる作用が強い第1の酸素濃度センサを設
け、第1の酸素濃度センサおよび第2の酸素濃度センサ
の検出結果に基づいて上記内燃機関の空燃比を制御する
ことにより、排気ガスが非平衡状態、低温状態であって
も常に理論空燃比を正確に検知して、触媒コンバータに
おける浄化効率を高めるべく内燃機関の空燃比を制御す
ることができる。
【0073】これと共に、触媒コンバータの劣化等によ
り触媒コンバータにおける高浄化率領域のずれをも正確
に検知して常に触媒コンバータにおいて最も浄化するこ
とが可能な空燃比に設定することができるという優れた
効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明をガスエンジンに適応した一実施例の全
体構成図である。
【図2】(a)(b)は酸素濃度センサ(O2 センサ
)の特性を示す図である。
【図3】(a)は触媒層が形成されていないO2 セン
サである(O2 センサ13)。(b)は図3(a)の
A部における拡大図である。(c)は触媒層が形成され
ているO2 センサである(O2 センサ12)。(d
)は図3(c)のB部における拡大図である。
【図4】制御周波数に対する浄化率の特性を示す図であ
る。
【図5】(a)〜(d)は酸素濃度センサ(O2 セン
サ)の特性を示す図である。
【図6】図1に示した一実施例の装置の作動説明に供す
るフローチャートである。
【図7】図1に示した一実施例の装置の作動説明に供す
るフローチャートである。
【図8】図1に示した一実施例の装置の作動説明に供す
るフローチャートである。
【図9】図1に示した一実施例の装置の作動説明に供す
るフローチャートである。
【図10】(a)〜(i)は前記実施例の作動説明に供
するタイムチャートである。
【図11】トータルガス流量と吸気圧PMとの特性図で
ある。
【図12】回転数NEと回転数補正係数KNEとの特性
図である。
【図13】デューティ比とバイパス流量との特性図であ
る。
【図14】吸気圧PMと第2の出力値V2との特性図で
ある。
【図15】(a)〜(d)は前記実施例の作動説明に供
するタイムチャートである。
【図16】第2の積分定数SKと吸気圧PMとの特性図
である。
【図17】第2のスキップ量SSR,SSLと吸気圧P
Mとの特性図である。
【図18】本発明のクレーム対応図である。
【符号の説明】
1  ガスエンジン(内燃機関) 8  制御弁 11  三元触媒(触媒コンバータ) 12  第1のO2 センサ 13  第2のO2 センサ 20  電子制御装置(ECU)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  内燃機関の排気系に配設され排気ガス
    を浄化する触媒コンバータと、前記触媒コンバータの上
    流に配設され、排気ガス中の酸素濃度から前記内燃機関
    の空燃比が理論空燃比に対してリッチ状態にあるかリー
    ン状態にあるかを検出する第1の酸素濃度センサと、前
    記触媒コンバータの下流に配設され、排気ガス中の酸素
    濃度から前記内燃機関の空燃比が理論空燃比に対してリ
    ッチ状態にあるかリーン状態にあるかを検出する第2の
    酸素濃度センサと、前記第1の酸素濃度センサおよび前
    記第2の酸素濃度センサの検出結果に応じて前記内燃機
    関の空燃比を制御する空燃比制御手段とを備えた内燃機
    関の空燃比制御装置において、前記第1の酸素濃度セン
    サとして前記第2の酸素濃度センサより排気ガス中に含
    まれる特定成分を酸化または還元させる作用が強いもの
    を用いることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
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