JPH0517397Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、
特に排気温度変化に対処して空燃比制御を改善し
たものに関する。

〈従来の技術〉 電子制御燃料噴射式内燃機関においては、一般
に吸入空気量に基づいてパルス幅のパルス信号に
よつて機関回転に同期した所定のタイミングで電
磁式の燃料噴射弁を駆動し、吸入空気量に対応し
た量の燃料を供給するものであり、部分負荷の定
常運転時等は排気系に装着したO₂センサからの
排気中酸素濃度信号に基づいてλ（空気過剰率）＝
１つまり理論空燃比に保持されるように空燃比フ
イードバツク制御を行い、それ以外の加速時や所
定以上の高速領域等は燃料噴射量を増量補正して
空燃比を濃化する制御を行つている（特開昭58−
214629号等参照）。

ここで、前記空燃比フイードバツク制御時にお
いては第５図に示すようにO₂センサの出力電圧
Ｖを理論空燃比に相当する基準電圧V₀と比較し、
その大小に応じて空燃比が理論空燃比より濃いか
薄いかを判別し、この判別結果に応じて燃料噴射
量を補正することにより空燃比を制御している。

具体的には、機関運転条件に応じて設定された
燃料噴射量をフイードバツク補正係数αを乗じる
ことにより補正する。ここで、フイードバツク補
正係数αの値は後述するように比例積分（PI）
制御により変化させ安定した制御としている。

即ち、O₂センサの出力電圧Ｖが基準電圧V₀よ
りも高い場合、低い場合に空燃比を急に濃くした
り、薄くしたりすることなく空燃比が濃い（薄
い）場合には始めにＰ分だけ下げて（上げて）、
それから分ずつ徐々に下げて（上げて）いき、
空燃比を薄く（濃く）するように制御する（第５
図参照）。

一方、空燃比フイードバツク制御を行なわない
条件下ではαをクランプし、燃料噴射量を機関運
転状態に応じて補正して所望の空燃比を得るよう
にしている。

〈考案が解決しようとする問題点〉 しかしながら、かかる従来の空燃比制御装置に
あつては、排気温度が低い時にはO₂センサの活
性が十分でないため、反応速度が低下し、応答遅
れが増大して空燃比フイードバツク制御性能を低
下させていた。

一方、過給機付機関等においては高負荷時にト
ルクが上がり過ぎることを防止しつつ、排気温度
の過昇を制御するため空燃比を濃側に制御するこ
とが行われ、この場合、排気温度センサを設けて
制御するものもあるが、コスト高についていた。

本考案は、このような従来の問題点に着目して
なされたものでコンパクトで低コストに実施でき
る構成でありながら、高精度に検出される排気温
度に基づいて空燃比フイードバツク制御性能を高
めると共に、排気温度の過昇を抑制できるように
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。

〈問題点を解決するための手段〉 このため本考案は、第１図に示すように、機関
の排気通路に装着されて排気中の酸素濃度を検出
するO₂センサと、機関の所定の運転条件で前記
O₂センサによつて検出された排気中酸素濃度に
基づいて機関に供給される混合気の空燃比を一定
の目標値に近づけるようにフイードバツク制御す
る空燃比フイードバツク制御手段と、前記所定以
外の運転条件で空燃比を運転条件に応じて設定さ
れた設定値に近づけるようにフイードフオワード
制御する空燃比フイードフオワード制御手段とを
備えてなる内燃機関の空燃比制御装置において、
前記O₂センサの外側が排気と接触して内側が大
気と接触してセンサ部を構成するジルコニアチユ
ーブの内側に、リング状の素子本体の外側をガラ
ス材で封止し、そのリード線を前記センサ部の電
極に接続されたリード線と共にO₂センサの外部
に引き出した構造を有した感温素子を装着すると
共に、該感温素子によつて検出された排気温度に
基づいて前記所定の運転条件でのフイードバツク
制御量を補正するフイードバツク制御量補正手段
と、前記空燃比フイードフオワード制御手段によ
つて制御される空燃比の設定値を排気温度に基づ
いて補正する空燃比補正手段とを備えた構成とす
る。

〈作用〉 所定の運転条件では、空燃比フイードバツク制
御手段により、空燃比フイードバツク制御が行わ
れるが、この場合O₂センサかの排気中酸素濃度
によつて設定されるフイードバツク制御量が、感
温素子にて検出される排気温度に基づいて補正さ
れる。これによつて、排気温度に対応した良好な
制御速度が得られ、空燃比フイードバツク制御性
能が向上する。

また、排気温度が所定以上の高温時は、空燃比
補正手段によつて補正して設定された空燃比とな
るように、空燃比フイードフオワード制御手段に
より制御され、排気温度の過昇を抑制できる。

また、O₂センサのセンサ部の内側に感温素子
を設けた構成としたため、O₂センサのセンサ部
の温度を高精度に検出して前記空燃比フイードバ
ツク制御性能をより向上できると共に、温度セン
サ取付け用の孔を排気マニホールド等に加工した
り温度センサを排気浄化触媒に装着したりする必
要もない。

また、感温素子の素子本体の外側を封止するガ
ラス材とジルコニアチユーブの熱膨張係数が近い
値であるため、排気加熱による熱膨張時に応力の
発生を抑制でき、耐久性を確保できる。

また、素子本体がリング状であるため、リング
内側の孔を介してジルコニアチユーブの内側に大
気を導くことができる。

また、素子本体のリード線O₂センサのセンサ
部のリード線と一体にO₂センサの外側に引き出
す構成としたため、O₂センサを大型化すること
もない。

〈実施例〉 以下、本考案の実施例を図に基づいて説明す
る。一実施例の概要構成を示す第２図において、
内燃機関１の吸気通路２には絞り弁３上流側に電
磁式の燃料噴射弁４が装着されると共に、吸入空
気流量を検出するエアフローメータ５が装着され
ている。

また、機関１のクランク軸近傍には、機関回転
数検出用のクランク角センサ６、シリンダブロツ
クのウオータジヤケツト近傍には冷却水温度を検
出する水温センサ７が夫々装着されている。

一方、排気通路８には本考案に係るO₂センサ
９が装着されている。前記O₂センサ９は、第３
図に示すようになつており、排気中に接触してセ
ンサ部を構成するジルコニアチユーブ１０の内側
に排気温度を検出する感温素子１１が挿入して取
り付けられている。

前記感温素子１１は、リング状の素子本体１１
ａの外側をガラス材１１ｂで封止した構造を有
し、そのリード線１１ｃは、センサ部の電磁に接
続されたリード線と共にO₂センサ９外部に引き
出されている。

そして、前記エアフローメータ５、クランク角
センサ６、水温センサ７からの各信号と共にO₂
センサ９のセンサ部から排気中酸素濃度信号と感
温素子１１からの排気温度信号がマイクロコンピ
ユータを内蔵したコントロールユニツト１２に入
力される。

コントロールユニツト１２は前記各種信号に基
づいて得られる運転条件に応じて燃料噴射量を演
算し、これに相当するパルス幅を持つ噴射パルス
信号を燃料噴射弁４に出力して燃料噴射制御を行
い、このように燃料供給量を制御することによつ
て空燃比を制御する。

前記燃料噴射量演算ルーチンを第４図に示した
フローチヤートに基づいて説明する。ステツプ
（図ではＳと記す）１では、エアフローメータ５
から検出される吸入空気流量Ｑとクランク角セン
サ６から検出される機関回転数Ｎとに基づいて基
本燃料噴射量Tp（＝Ｋ・Ｑ／Ｎ）を演算する。

ステツプ２では、水温センサ７から検出される
冷却水温度等に基づいて各種補正係数COEFを設
定する。

ステツプ３ではバツテリの電圧値に基づいて電
圧補正分Tsを設定する。

ステツプ４では空燃比フイードバツク制御を行
う運転条件であるか否かを判定する。

ステツプ４の判定がYESの場合は、ステツプ
５〜11でO₂センサ９の出力電圧と理論空燃比相
当の基準電圧とを比較して空燃比のリツチ・リー
ンを判定し、積分制御又は比例積分制御によりフ
イードバツク補正係数αを設定する。

具体的に積分制御の場合は、ステツプ５での比
較により、空燃比＝リツチと判定された時にステ
ツプ６で機関回転数Ｎ及び冷却水温度Twに対し
て予め設定された基本積分分I₀のマツプから検索
し、次いでステツプ７で排気温度E_Tに応じた基
本積分分I₀の補正係数e₁を演算する（又はマツプ
から検索してもよい）。ステツプ８では前記基本
積分分I₀に補正係数e₁を乗じて得られる積分分
e₁・I₀を現状のフイードバツク補正係数αから減
算してαを更新する。

ここでe₁は、排気温度E_Tが小さい程大となる値
に演算される。

また、空燃比＝リーンと判定された時はステツ
プ９，10へ進んでリツチの場合と同様基本積分分
I₀及び補正係数e₁を求めた後、ステツプ11でαか
らI₀・e₁を加算してαを更新する。

その後、ステツプ14では燃料噴射量T_Iを次式
に従つて演算する。

T_I＝Tp・COEF・α＋Ts 燃料噴射量T_Iが演算されるとそのT_Iのパルス
幅をもつ噴射パルス信号から燃料噴射弁４に機関
回転に同期して所定のタイミングで出力され、燃
料噴射が行われる。

このようにして空燃比を目標値（理論空燃比）
に近づけるように燃料噴射量を補正しつつ、フイ
ードバツク補正する。即ち、コントロールユニツ
ト１２による以上の機能が空燃比フイードバツク
制御手段に相当する。

ここで、本考案に係る構成として、基本積分分
I₀を排気温度E_Tに基づいて補正することにより、
フイードバツク制御量を補正するうにしたため、
排気温度が低くO₂センサ９自体の応答性が低い
場合にはフイードバツク制御量を大きくして空燃
比制御の応答性を高めることができる。また排気
温度が十分大きくO₂センサ９の応答性が良い時
にはフイードバツク制御量を大きくし過ぎると、
リツチ、リーンのオーバーシユート量が大きくな
り過ぎて回転変動が大きくなるため排気温度が低
い場合より小さく設定する。即ち、ステツプ７，
８，10，11の機能がフイードバツク制御量補正手
段に相当する。

また、ステツプ４で空燃比フイードバツク制御
を行わない運転条件即ち空燃比フイードフオワー
ド制御を行う条件であると判別された場合は、ス
テツプ12へ進んで排気温度に応じた空燃比の補正
係数e₂を演算する。

但し、前記e₂は、排気温度が設定値以下の常温
時は１として補正を行わず設定値以上の高温時に
排気温度を減少させるべく空燃比をリツチ側へ制
御するように排気温度増大に伴つて増大するよう
に設定してある。

次いでステツプ13でCOEFを前記e₂を乗算した
値で更新した後、ステツプ14へ進んで燃料噴射量
T₁を演算する。

このようにすれば排気温度が異常に高い時には
燃料噴射量T₁が増量補正され、これにより、空
燃比が濃化することにより燃焼温度が下げられ、
これに伴つて排気温度を下げることができる。

即ち、前記ステツプ12，13の機能が空燃比補正
手段に相当する。

また、感温素子１１をO₂センサ９に内蔵した
ことにより、排気温度センサを取り付けるスペー
ス、機関仕様の変更、組付作業等が不要となり、
コスト低減を図れる。

〈考案の効果〉 以上説明したように本考案によれば、O₂セン
サに内蔵した感温素子により排気温度を検出し、
この信号に基づいて空燃比フイードバツク制御性
能を向上できると共に、排気温度の過昇を抑制で
き、ひいては機関の耐久性向上を図れる。

また、別途排気温度センサを設ける必要がなく
その取付スペース、機関仕様の変更、組付作業等
が不要となるため、低コストで実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の構成・機能を示すブロツク
図、第２図は本考案の一実施例を示す全体構成
図、第３図は同上実施例のO₂センサの内部を示
す断面図、第４図は同上実施例の燃料噴射量演算
ルーチンを示すフローチヤート、第５図はO₂セ
ンサの出力と空燃比フイードバツク補正係数との
関係を示す線図である。 １……内燃機関、２……吸気通路、４……燃料
噴射弁、９……O₂センサ、１１……感温素子、
１２……コントロールユニツト。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 機関の排気通路に装着されて排気中の酸素濃度
   を検出するO₂センサと、機関の所定の運転条件
   で前記O₂センサによつて検出された排気中酸素
   濃度に基づいて機関に供給される混合気の空燃比
   を一定の目標値に近づけるようにフイードバツク
   制御する空燃比フイードバツク制御手段と、前記
   所定以外の運転条件で空燃比を運転条件に応じて
   設定された設定値に近づけるようにフイードフオ
   ワード制御する空燃比フイードフオワード制御手
   段とを備えてなる内燃機関の空燃比制御装置にお
   いて、前記O₂センサの外側が排気と接触し内側
   が大気と接触してセンサ部を構成するジルコニア
   チユーブの内側に、リング状の素子本体の外側を
   ガラス材で封止し、そのリード線を前記センサ部
   の電極に接続されたリード線と共にO₂センサの
   外部に引き出した構造を有した感温素子を装着す
   ると共に、該感温素子によつて検出された排気温
   度に基づいて前記所定の運転条件でのフイードバ
   ツク制御量を補正するフイードバツク制御量補正
   手段と、前記空燃比フイードフオワード制御手段
   によつて制御される空燃比の設定値を排気温度に
   基づいて補正する空燃比補正手段とを備えたこと
   を特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。