JPH04339146A - 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】

【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。