JPH0491341A - 内燃機関の空燃比制御方法 - 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、触媒コンバータの上流側と下流側に各別の０
２センサを備えた自動車等に適用される内燃機関の空燃
比制御方法に関する。

［従来の技術］ 排気ガス浄化手段の一つとして広く利用されている三元
触媒は、混合気の空燃比が理論空燃比を中心とした狭い
領域（三元触媒のウィンドウ）内に維持されていないと
、排気ガス中に含まれているＣ０１ＨＣＳＮＯ，の全て
を効率よく浄化することができない。そのため、インジ
ェクタを備えたエンジンでは、触媒コンバータの上流側
に配置した０２センサの出力電圧が空燃比リッチ状態を
示した場合には、前記インジェクタからの燃料供給量を
減少させて、混合気の空燃比を理論空燃比側に変化させ
るようにし、前記出力電圧が空燃比リーン状態を示した
場合には、燃料供給量を増加させて、混合気の空燃比を
理論空燃比側に変化させるようにしている。

ところが、単一の０２センサを利用して空燃比のフィー
ドバック制御を行うと、０２センサの出力特性のばらつ
きや経時変化、インジェクタの燃料噴射量のばらつき等
により所期の空燃比制御が行われず、空燃比の制御中心
が三元触媒のウィンドウ内からずれてしまうことがある
。また、触媒活性化温度が確保し易いエキゾーストマニ
ホールドに触媒コンバータを連結し、その上流における
エキゾーストマニホールドの集合部に０２センサが配置
されている場合には、特定の気筒から排出された排気ガ
スにより０２センサの出力電圧が左右されたり、高熱等
によって劣化が早められてしまうこともある。

このような不具合を回避するために、本発明の先行技術
として、例えば、特開昭６２−２９７３８号公報に示さ
れるように、触媒コンバータの上流側に配置した第１の
０２センサの出力電圧に基づいて空燃比のフィードバッ
ク制御を行いつつ、触媒コンバータの下流側に配置した
第２の０２センサの出力電圧に基づいて空燃比の制御中
心を三元触媒のウィンドウ内に補正するようにしたもの
がある。すなわち、触媒コンバータの下流側では、それ
ぞれの気筒から排出された排気ガスが攪拌された状態に
あるため、第１の０２センサの出力電圧に基づいて調節
された混合気が全体としてリッチ傾向の場合には、第２
の０２センサの出力電圧がリッチ状態を示す時間が長く
なり、混合気が全体としてリーン傾向の場合には、第２
の０２センサの出力電圧がリーン状態を示す時間が長く
なる。

そこで、一定のゲート時間毎に第２の０２センサにより
排気ガス中の酸素濃度を検出し、その出力電圧が空燃比
リッチを示している場合には、燃料供給量を減少させて
空燃比の制御中心をリーン側に変化させるようにし、前
記出力電圧が空燃比リーンを示している場合には、燃料
供給量を増加させて空燃比の制御中心をリッチ側に変化
させるようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前述のように空燃比の制御中心を変化させて
からその反応が現れるまでの時間は、触媒コンバータの
劣化状態により異なってくる。すなわち、触媒コンバー
タが比較的新しい場合は、空燃比制御による反応が第２
の０２センサの出力として現れるまでの時間が長くなる
。したがって、その間は、第６図に概略的に示すように
、一定のゲート時間毎に空燃比の制御中心がリッチ側又
はリーン側に刻々と変化していくことになり、空燃比の
制御中心の振れ幅が大きくなる。一方、触媒コンバータ
の劣化が進行すると、その酸化・還元作用等の変化によ
り、空燃比制御による反応が現れるまでの時間が短くな
る。そのため、制御による反応速度とゲート時間が適合
していれば、第７図に概略的に示すように、制御中心の
振れ幅を小さくすることができるが、ゲート時間が長す
ぎる場合には、制御遅れが生じてしまうことになる。

よって、触媒コンバータの劣化状態に拘らず、−定のゲ
ート時間毎に空燃比を制御していたのでは、長期に亙っ
て排気ガスを浄化効率の高い領域で効率よく浄化するの
に限界があり、エミッションを効果的に改善するのが難
しくなる。

本発明は、このような不具合をことごとく解消すること
を目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を達成するために、次のような構成
を採用している。

すなわち、本発明にかかる内燃機関の空燃比制御方法は
、排気ガスを浄化する触媒コンバータの上流側に排気ガ
ス中の酸素濃度を検出する第１の０２センサを配置し、
その出力電圧に基づいて燃焼室に供給する混合気の空燃
比を理論空燃比近傍にフィードバック制御するとともに
、前記触媒コンバータの下流側における排気ガス中の酸
素濃度を第２の０２センサにより所定のゲート時間毎に
検出し、その出力電圧に基づいて空燃比の制御中心を理
論空燃比近傍に変化させるように構成した内燃機関の空
燃比制御方法であって、前記触媒コンバータの劣化状態
を検出し、その検出結果に基づいて前記ゲート時間を変
化させるようにしたことを特徴とする。

なお、ここで、触媒コンバータの劣化状態は、第１の０
２センサの出力と第２の０２センサの出力との相関係数
に基づいて判別するようにしてもよいし、あるいは、車
両の走行距離やエンジンの運転期間等に基づいて判別す
るようにしてもよい。

［作用］ このような構成によれば、触媒コンバータが比較的新し
い場合には、空燃比制御による反応時間に対応させてゲ
ート時間を長くすることになる。

しかして、ゲート時間を長くすれば、第２の０゜センサ
による空燃比の検出間隔が長くなるとともに、制御中心
が刻々と変化するのが防止され、制御中心の振れ幅を抑
えることが可能になる。

他方、触媒コンバータの劣化が進行した場合には、空燃
比制御による反応時間に対応させて前記ゲート時間を短
縮することになる。この場・合には、第２の０２センサ
による空燃比の検出間隔が短縮されるため、その検出結
果に基づいて速やかに空燃比の制御中心が調節されるこ
とになり、空燃比制御の追従性が高められる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図を参照して説
明する。

第１図に概略的に示した内燃機関たるエンジンは、自動
車に利用されるもので、インジェクタ１と、クランク角
センサ２と、圧力センサ３と、アイドルスイッチ４と、
水温センサ５と、第１の０２センサたるメイン０２セン
サ６と、第２の０２センサたるサブ０□センサ７とを具
備している。

インジェクタ１は、吸気管８に装着してあり、電磁コイ
ル等を内蔵している。そして、電磁コイルに電子制御装
置９から燃料噴射信号ａが印加されると、その印加時間
に相当する量の燃料を吸気ポート付近に噴射するように
なっている。クランク角センサ２は、ディストリビュー
タ１０に内蔵してあり、エンジン回転速度に対応してエ
ンジン回転信号すを発生するように構成されたものであ
る。圧力センサ３は、サージタンク１１に設けてあり、
吸気圧に比例して吸気圧信号Ｃを出力するようになって
いる。アイドルスイッチ４は、スロットルシャフト１２
に連結してあり、スロットルバルブ１３が閉じている場
合はＯＮになり、スロットルバルブ１３が開弁した場合
はＯＦＦになる０Ｎ−ＯＦＦスイッチで、スロットル信
号ｄを出カするようになっている。水温センサ５は、例
えば、サーミスタ等を内蔵したもので、エンジン冷却水
温に応じて水温信号ｅを出力するようになっている。メ
イン０２センサ６は、触媒コンバータたるマニバータ１
４の上流側に配置してあり、排気ガス中の酸素濃度に対
応してフィードバック信号ｆを出力するようになってい
る。具体的には、第３図に示すように、混合気の空燃比
Ａ／Ｆが理論空燃比近傍に存在する判定電圧よりもリー
ン側にあって、排気ガス中の酸素濃度が高い場合には低
い電圧を発生し、混合気の空燃比Ａ／Ｐが前記判定電圧
よりもリッチ側にあって、排気ガス中の酸素濃度が低い
場合には高い電圧を発生し得るように構成されたもので
ある。サブ０□センサ７は、メイン０２センサ６と同様
な構成のもので、排気ガス中の酸素濃度に対応してフィ
ードバック信号ｇを出力するようになっている。すなわ
ち、混合気の空燃比が理論空燃比近傍・に存在する判定
電圧よりもリーン側にあって、排気ガス中の酸素濃度が
高い場合には低い電圧を発生し、混合気の空燃比が前記
判定電圧よりもリッチ側にあって、排気ガス中の酸素濃
度が低い場合には高い電圧を発生するようになっている
。

電子制御装置９は、燃焼室１５に供給する混合気の空燃
比を調節する役割を担っており、中央演算処理装置１６
と、メモリー１７と、入力インターフェース１８と、出
力インターフェース１９を備えたマイクロコンピュータ
ユニットにより構成されている。入力インターフェース
１８には、少くとも、クランク角センサ２からのエンジ
ン回転信号すと、圧力センサ３からの吸気圧信号Ｃと、
アイドルスイッチ４からのスロットル信号ｄと、水温セ
ンサ５からの水温信号ｅと、メイン０２センサ６からの
フィーバツク信号ｆと、サブ０２センサ７からのフィー
ドバック信号ｇがそれぞれ人力されるようになっている
。出力インターフェース１９からは、前記インジェクタ
１に燃料噴射信号ａが出力されるよ、うになっている。

しかして、この電子制御装置９は、エンジン回転信号す
および吸気圧信号Ｃ等から吸入空気量を算出し、その吸
入空気量に応じて基本噴射量ＴＰを決定する。次いで、
この基本噴射量ＴＰを、メイン０２センサ６のフィード
バック信号ｆにより決まる空燃比フィードバック補正係
数ＰＡＰや、エンジンの運転状況に応じて決まる各種補
正係数に１および、無効噴射時間１’ＡＵＶで補正して
、インジェクタ１への最終通電時間Ｔを次式に基づいて
決定し、その時間Ｔに相当する量の燃料をインジェクタ
１から噴射させる役割を担っている。

Ｔ　＝ＴＰＸＰＡＰ　ＸＫ　＋ＴＡＵＶまた、前記電子
制御装置９には、第２図に概略的に示すようなプログラ
ムを内蔵しである。サブ０２センサ７によるフィードバ
ックの実行条件が成立しているのを前提に、ステップ５
１でゲート時間計測ルーチンを処理してステップ５２に
進む。

ゲート時間計測ルーチンでは、例えば、次のような処理
を行う。第４図に概略的に示すように、ゲト時間毎にサ
ブ０２センサ７の出力電圧に基づいて空燃比がリッチか
否かを判別する。空燃比がリーンからリッチに変化した
場合には、燃料供給量を減少させて空燃比の制御中心を
リッチ側からリーン側に変化させる。前回の検出時に引
き続いて空燃比がリッチである場合には、制御中心をさ
らにリーン側へ変化させる。空燃比がリッチからリーン
に変化した場合には、燃料供給量をスキップ的に増加し
て制御中心をリーン側からリッチ側にリッチスキップさ
せる。空燃比が前回に引き続いてリーンである場合には
、燃料供給量を増加させて制御中心をさらにリッチ側へ
変化させることになる。ステップ５２では、エンジンの
定常条件が成立しているか否かを判別する。例えば、一
定時間毎に検出した吸気圧の変化量が一定範囲内にあ−
っで燃料の加速増量が行われていない場合には、ステッ
プ５３に進み、エンジンが定常状態でない場合には、ス
テップ５５に進む。ステップ５３では、メイン０２セン
サ６の出力ＯＸＩとサブ０２センサ７の出力ＯＸ２から
相関係数を求めてステップ５４に進む。ステップ５４で
は、相関係数に対するゲート時間を決定する。一般に、
マニバータ１４が比較的新しい場合は相関係数が小さく
なり、マニバータ１４の劣化が進行するにつれて、相関
係数が大きくなる。そこで、相関係数が小さな場合はゲ
ート時間を長くし、相関係数が大きな場合はゲート時間
を短く設定することになる。ステップ５５では、前回の
ゲート時間を使用する。

次に、メイン０２センサ６およびサブ０□センサ７によ
るフィードバック制御を説明する。

先ず、メイン０２センサ６による空燃比のフィードバッ
ク制御条件、例えば、エンジン冷却水温が４０’Ｃ以上
である、フューエルカット中でない、パワー増量中でな
い、エンジン始動後から所定時間経過している、メイン
０□センサ６が活性中である、圧力センサ３が正常であ
る、等の条件が全て成立している場合には、メイン０２
センサ６の出力電圧に基づいてフィードバック制御が行
われる。具体的には、第３図に示すように、メイン０２
センサ６の出力電圧が判定電圧を上まわった場合には、
リッチ判定遅延時間ＴＤＲ後に空燃比フィードバック補
正係数ＦＡＦを所定値Ｒ８Ｍだけ減少側にスキップさせ
、次にリーン積分ＫＩＮに基づいて一定値づつ徐々に減
少させる。このため、インジェクタ１からの燃料供給量
が絞られて、混合気の空燃比が理論空燃比側に変化する
ことになる。

他方、メイン０２センサ６の出力電圧が判定電圧を下ま
わった場合には、リーン判定遅延時間ＴＤＬ後に空燃比
フィードバック補正係数ＰＡＰを所定値１？ｓＰだけ増
加側にスキップさせ、次にリッチ積分ＫＩＰに基づいて
一定値づつ徐々に増加させる。その結果、インジェクタ
１から供給される燃料の量が増加して、混合気の空燃比
が理論空燃比側に変化することになる。

かかるフィードバック制御中にサブ０２センサ７による
フィードバック条件が成立すると、例えば、メイン０２
センサ６による空燃比のフィードバック実行開始から所
定時間経過している、メイン０２センサ６が活性になっ
てから所定時間経過している、エンジン冷却水温が７０
°Ｃ以上である、過渡時の燃料補正量が所定量を下まわ
っている、エンジンがアイドリング状態で車速が０であ
る、又はエンジンが非アイドリング状態で所定の運転領
域にある、等の諸条件が全て成立すれば、サブ０２セン
サ７によるフィードバック制御が行われる。サブ０２セ
ンサ７の出力電圧が判定電圧を上まわっている場合には
、前記リッチ積分ＫＩＰを減少させ、又はリーン側への
スキップ量Ｒ８Ｍを大きくすることにより、燃料供給量
を減少させて制御中心をリーン側へ変化させる。この場
合、リッチ判定遅延時間ＴＤＲを短縮して燃料供給量を
減少させるようにしてもよい。逆に、サブ０２センサ７
の出力電圧が判定電圧を下まわっている場合には、前記
リッチ積分口ｌ）を増加させ、又はり一ン側へのスキッ
プ量Ｒ８Ｍを小さくすることにより、燃料供給量を増加
させて制御中心をリッチ側へ変化させる。この場合、リ
ッチ判定遅延時間ＴＤＲを長くして燃料供給量を増加さ
せるようにしてもよい。

なお、以上の制御は、エンジン運転中に繰り返し実行さ
れるようになっている。

このような構成によると、メイン０゜センサ６の出力電
圧に基づいて空燃比のフィードバック制御が行われてい
る場合、空燃比の制御中心がリッチ側又はリーン側にず
れると、サブ０２センサ７の出力電圧により空燃比の制
御中心が微細に調節されることになる。すなわち、サブ
０２センサ７の出力電圧に基づいて空燃比がリーンより
であるのがゲート時間終了時に検出された場合には、燃
料供給量が微少量だけ増量されて制御中心がリッチ側へ
変更されることになる。逆に、サブ０□センサ７の出力
電圧に基づいて空燃比がリッチよりであるのがゲート時
間終了時に検出された場合には、燃料供給量が微少量減
少されて制御中心がリン側へ変更されることになる。

また、マニバータ１４が比較的新しい場合には、第４図
に概略的に示すように、各ゲート時間が長くなるため、
サブ０２センサ７による空燃比の検出間隔が長くなると
ともに、その検出結果による制御間隔も長くなる。その
結果、空燃比の制御中心が制御の反応時間に応じた速度
で緩やかに変化することになり、制御中心がリッチ側若
しくはリーン側へ過剰に制御されてしまうようなことは
なく、制御中心の振れ幅が抑えられる。

他方、マニバータ１４の劣化が進行した場合には、第５
図に概略的に示すように、前記ゲート時間が短縮される
。このため、サブ０２センサ７による空燃比の検出間隔
が短縮されるとともに、その検出結果に基づいて空燃比
の制御中心が速やかに調節されることになり、制御遅れ
が回避される。

したがって、以上のよう−な構成によれば、メイン０２
センサ６の出力特性のばらつきや経時変化、インジェク
タ１の燃料噴射量のばらつき等により、又は特定の気筒
から排出された排気ガスによってメイン０２センサ６の
出力電圧が左右され、所定の空燃比制御が得られなくな
るような事態が生じても、サブ０２センサ７によるフィ
ードバック制御によって、混合気の空燃比を有効に三元
触媒のウィンドウ内に収束させて、効率よく排気ガスを
浄化させることができる。

また、マニバータ１４の劣化状態に対応させて、サブ０
２センサ７による空燃比の検出間隔を変化させれば、空
燃比制御の反応時間に応じて制御中心を変化させること
ができるので、制御中心がリッチ側やリーン側へ過剰に
制御されるのを防止することができ、制御中心の振れ幅
を有効に低減することができる。その結果、長期に亙っ
て、排気ガスを浄化効率の高い領域で効率よく浄化する
ことができ、エミッションを長期に亙って効果的に改善
することができる。

なお、触媒コンバータの劣化状態は、車両の走行距離や
エンジンの運転期間等から判別するようにしてもよい。

［発明の効果コ 本発明は、以上のような構成であるから、混合気の空燃
比が理論空燃比付近からずれるのを一６効に防止するこ
とができるとともに、触媒コンバータの機能変化に左右
されることなしに、空燃比の制御中心の振れ幅を有効に
低減して理論空燃比付近に収束させることができる。そ
の結果、長期に亙って排気ガスを浄化効率の高い領域で
浄化することができるとともに、エミッションを長期に
亙って改善することができる制御精度に優れた内燃機関
の空燃比制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は本発明の一実施例を示し、第１図は
概略的な全体構成図、第２図は制御手順を概略的に示す
フローチャート図、第３図は制御態様を示すタイミング
チャート図、第４図および第５図は作用説明図である。 第６図は従来例を示す第４図相当の作用説明図、第７図
は従来例を示す第５図相当の作用説明図である。 １・・・インジェクタ ６・・・第１の０□センサ（メイン０２センサ）７・・
・第２の０２センサ（サブ０２センサ）９・・・電子制
御装置 １４・・・触媒コンバータ（マニバータ）１５・・・燃
焼室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排気ガスを浄化する触媒コンバータの上流側に排気ガス
   中の酸素濃度を検出する第１のＯ＿２センサを配置し、
   その出力電圧に基づいて燃焼室に供給する混合気の空燃
   比を理論空燃比近傍にフィードバック制御するとともに
   、前記触媒コンバータの下流側における排気ガス中の酸
   素濃度を第２のＯ＿２センサにより所定のゲート時間毎
   に検出し、その出力電圧に基づいて空燃比の制御中心を
   理論空燃比近傍に変化させるように構成した内燃機関の
   空燃比制御方法であって、前記触媒コンバータの劣化状
   態を検出し、その検出結果に基づいて前記ゲート時間を
   変化させるようにしたことを特徴とする内燃機関の空燃
   比制御方法。