JPH07133734A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関の空燃比制御装置において、空燃比
センサの出力を正確に補正する。 【構成】 触媒３７より上流の排気通路３８に介装され
た排気の空燃比に応じた出力をする空燃比センサ３１
と、空燃比センサ３１より上流側の排気通路３８に二次
空気を圧送するエアポンプ３３と、機関の運転停止後に
エアポンプ３３を駆動して排気通路３８に二次空気を導
入する手段３４と、排気通路３８に所定量の二次空気が
導入された後に空燃比センサ３１の出力を大気較正値と
して設定する手段３５と、大気較正値に基づいて空燃比
センサ３１の出力を補正する手段３６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の空燃比制御
装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】排気エミッション対策として排気通路に
触媒を備える内燃機関にあっては、排気三成分（ＣＯ，
ＨＣ，ＮＯｘ）の転換効率をいずれも高めるため、触媒
を通過する排気中の空燃比が、理論空燃比を中心とした
狭い範囲に収まるように空燃比のフィードバック制御を
行っているが、空燃比センサの経時変化等による出力特
性の変化を補正する必要がある。

【０００３】従来、空燃比センサの出力特性を補正する
装置として、例えば特開昭５８−５７０５０号公報、特
開昭５８−１６１８５９号公報、特開昭６２−２１４９
号公報等に開示されているものがある。これらのもの
は、車両の減速時等に燃料の供給が停止される運転状態
で、排気通路に大気が満たされた状態で空燃比センサの
出力を読込んで大気較正値としてストアしておき、この
大気較正値に基づいて通常のセンサ出力を補正するよう
になっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の内燃機関の空燃比制御装置は、車両の減速時
等に燃料の供給が停止される運転状態であっても、吸気
系に残留した燃料等の影響を受けて、排気通路に大気が
満たされた状態にすることができず、空燃比センサの出
力を正確に補正することは困難である。

【０００５】本発明は上記の問題点に着目し、内燃機関
の空燃比制御装置において、空燃比センサの出力を正確
に補正することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、図１に示すよ
うに、触媒３７より上流の排気通路３８に介装された排
気の空燃比に応じた出力をする空燃比センサ３１と、空
燃比センサ３１の出力に基づいて機関３０に供給される
混合気の空燃比を目標値にフィードバック制御する手段
３２とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、空
燃比センサ３１より上流側の排気通路３８に二次空気を
圧送するエアポンプ３３と、機関３０の運転停止後にエ
アポンプ３３を駆動して排気通路３８に二次空気を導入
する手段３４と、排気通路３８に所定量の二次空気が導
入された後に空燃比センサ３１の出力を大気較正値とし
て設定する手段３５と、大気較正値に基づいて空燃比セ
ンサ３１の出力を補正する手段３６とを備える。

【０００７】

【作用】機関３０の運転停止後にエアポンプ３３を駆動
して排気通路３８に所定量の二次空気が導入されること
により、吸気系に残留した燃料等の影響を受けることな
く、排気通路３８に大気が満たされた状態における空燃
比センサ３１の出力値を大気較正値として読込むことが
できる。

【０００８】大気較正値に基づき、空燃比センサ３１の
出力を補正することにより、生産時のバラツキや経時劣
化により空燃比の制御精度が悪化することが防止でき
る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１０】図２において、１は機関本体、３は吸気通
路、４は吸気通路３の各吸気ポートに燃料を噴射する燃
料噴射弁、５は排気通路である。排気通路５には三元触
媒６が設置され、排気中のＨＣ、ＣＯを酸化するととも
にＮＯｘを還元する。

【００１１】一方、コントロールユニット２１は、エア
フローメータ７の検出する吸入空気量と、回転数センサ
１０の検出する機関回転数に応じて基本燃料噴射量を演
算する。そして、三元触媒６の転化効率を最大限に維持
するために、コントロールユニット２１は、空燃比セン
サ１２の出力に基づいて燃料噴射弁４からの燃料噴射量
が理論空燃比を中心とした狭い範囲に収まるようにフィ
ードバック制御を行う。

【００１２】機関１の冷間時に燃焼を安定させるため、
コントロールユニット２１は冷却水温センサ１３の検出
値に基づいて、冷却水温が所定値より低い冷間時に空燃
比のフィードバック制御を停止し、冷却水温に応じて燃
料噴射量を増量する。

【００１３】ところで、触媒６はその温度が低い状態で
は、理論空燃比付近でＨＣ、ＣＯ酸化およびＮＯｘの還
元を同時に行わせる触媒能力が発揮されないため、機関
１の冷間始動後に、触媒６の温度を早急に高める必要が
ある。

【００１４】上記水温増量補正が行われる冷間時に触媒
６がリッチ雰囲気になるとＨＣ、ＣＯの転化効率が悪化
するために、コントロールユニット２１は水温増量補正
が行われる冷間時に電動エアポンプ１０を駆動し、排気
通路５に二次空気を圧送して、ＨＣ、ＣＯの酸化を促
し、これらの酸化反応熱によって触媒６の昇温を促し、
理論空燃比付近でＨＣ、ＣＯ酸化およびＮＯｘの還元を
同時に行わせる触媒能力を早期に回復させるようになっ
ている。

【００１５】排気通路５の触媒６より上流側に二次空気
を圧送する電動エアポンプ１０が設けられる。エアポン
プ１０はエアクリーナ２０から取り入れられた新気をサ
イレンサ１９を介して吸入し、サイレンサ１８およびカ
ットバルブ１５を介して排気通路５に二次空気を圧送す
る。

【００１６】エアポンプ１０が接続するエアクリーナ２
０は、吸気通路３が接続するエアクリーナ２と独立して
設けられる。エアポンプと吸気通路を一つのエアクリー
ナに接続することも考えられるが、独立させるとエアフ
ロメータ７による吸入空気量の検出精度を悪化させるこ
とがない。また、配管を短縮するとともに、各エアクリ
ーナ２，２０の配置自由度が高められる。

【００１７】カットバルブ１５は電磁弁１６および逆止
弁１７を介して吸気通路３の絞弁８より下流側に生じる
負圧が導かれることにより開弁する。

【００１８】コントロールユニット２１は、機関の冷間
時の触媒の活性化を促進するため、冷間始動後に所定時
間だけカットバルブ１５を開弁するとともに、エアポン
プ１０を駆動して触媒６の上流側に二次空気を供給す
る。

【００１９】図３のフローチャートはコントロールユニ
ット２１において実行される冷間始動時の二次空気を供
給する制御プログラムを示しており、これは一定周期毎
に実行される。

【００２０】これについて説明すると、イグニッション
スイッチがＯＮとなり、冷却水温度が基準値（例えば４
０°Ｃ）より低い二次空気を導入する運転条件を判定す
る（ステップ１，２，３）。これは、触媒６が十分な転
換作用を開始する活性温度に達っしているかどうかを判
定するものであるが、触媒６の下流側の排気温度を検出
して、排気温度が基準値より低い二次空気を導入する運
転条件を判定することも考えられる。

【００２１】続いて、スタータスイッチがＯＮからＯＦ
Ｆになったら、エアポンプ１０を所定時間（例えば６０
秒）駆動する（ステップ４，５，６，７，８）。このよ
うにして一定量の二次空気を触媒６の上流側に導入する
ことにより、触媒６の活性化を促進する。

【００２２】ところで、前記空燃比センサ１２は、その
出力が排気の酸素濃度に反応して理論空燃比を境に出力
が急変する特性をもっている。

【００２３】このセラミックスよりなる空燃比センサ１
２の出力Ｉｐは、ｎを電荷数、Ｆをファラデー定数、Ｒ
をガス定数、Ｔを温度、Ｄを拡散定数、Ａを拡散断面
積、Ｉを拡散距離、Ｐｖを排気ガス中のＯ₂分圧とする
と次式で表される。

【００２４】

【数１】

【００２５】温度と圧力が一定の場合、拡散係数Ｄは定
数となり、したがって出力Ｉｐは以下のように拡散経路
の幾何学的寸法と排気ガス中のＯ₂分圧に比例する。

【００２６】

【数２】

【００２７】ところが、セラミックスよりなる空燃比セ
ンサ１２の生産時にＡ，Ｉを正確に設定することは極め
て困難であり、空燃比センサ１２の出力特性の生産中心
値を図５に実線で示すように設定すると、生産時のバラ
ツキや経時劣化により図５に破線で示すように、その出
力Ｉｐ換算として±１５％程度のバラツキが生じる可能
性がある。

【００２８】このような空燃比センサ１２の出力Ｉｐの
バラツキを補正するため、コントロールユニット２１
は、機関１の運転停止後にエアポンプ１０を駆動して排
気通路５に二次空気を圧送し、排気通路５に所定量の二
次空気を導入して空燃比センサ１２の雰囲気を大気状態
にした後に空燃比センサ１２の出力を大気較正値として
読込み、大気較正値に基づき空燃比センサ１２の出力を
補正するようになっている。

【００２９】図４のフローチャートは、コントロールユ
ニット２１において実行される上記空燃比センサ１２の
出力を補正する補正係数を算出する制御プログラムを示
しており、これは一定周期毎に実行される。

【００３０】イグニッションスイッチがＯＮからＯＦＦ
となって機関１の運転が停止されたことが判定される
と、エアポンプ１０を所定時間（例えば１０秒）だけ駆
動し、排気通路５に所定量の二次空気を導入する（ステ
ップ１〜４）。

【００３１】このようにして、エアポンプ１０を所定時
間だけ駆動した後、空燃比センサ１２の出力値Ｖ_HOSを
読込み、この出力値Ｖ_HOSを大気較正値とする（ステッ
プ５）。なお、この機関の運転停止直後は、空燃比セン
サ１２は依然高温で空燃比を正しく計測できる活性状態
が維持されている。

【００３２】なお、エアポンプ１０の駆動を初めて２秒
毎に空燃比センサ１２の出力値Ｖ_HOSを読込み、この出
力値Ｖ_HOSが前回の出力値Ｖ_HOSと一致すると、エアポン
プ１０を停止するとともに、その出力値Ｖ_HOSを大気較
正値としてもよい。これにより、エアポンプ１０の駆動
時間を最小限に抑えられる。

【００３３】このようにして、エアポンプ１０を介して
排気通路５に所定量の二次空気が導入されることによ
り、吸気系に残留した燃料等の影響を受けることなく、
排気通路５に大気が満たされた状態における空燃比セン
サ１２の出力値を読込むことができる。

【００３４】大気較正値Ｖ_HOSに基づき、空燃比センサ
１２の出力を補正する補正係数Ｋ_HOSを次式で算出する
とともに、エアポンプ１０の作動を停止する（ステップ
６，７）。ただし、Ｖ_AIRは生産時に設定された大気状
態における空燃比センサ１２の出力値、Ｖ₀は同じく生
産時に設定されたストイキ状態における空燃比センサ１
２の出力値である。

【００３５】

【数３】

【００３６】このようにして算出された補正係数Ｋ_HOS
に基づいて次回の運転時に空燃比センサ１２の出力値Ｖ
_Xは次式で補正され、生産時のバラツキや経時劣化によ
り空燃比の制御精度が悪化することが防止できる。

【００３７】Ｖ_X＝Ｋ_HOS（Ｖ−Ｖ₀）＋Ｖ₀ …（４） なお、上記実施例では機関の運転が停止される毎に空燃
比センサの出力を補正するように構成しているが、車両
の累積走行時間が所定値を越えた後に機関の運転が停止
された場合に空燃比センサの出力を補正するように構成
してもよい。これにより、エアポンプ１０によるバッテ
リの消費電力を抑えられる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、内
燃機関の空燃比制御装置において、機関の運転停止後に
エアポンプを駆動して排気通路に二次空気を導入し、排
気通路に所定量の二次空気が導入された後に空燃比セン
サの出力を大気較正値として設定し、大気較正値に基づ
いて空燃比センサの出力を補正するように構成したの
で、空燃比センサが活性化しており、かつ排気通路に大
気が満たされた状態において大気較正値を設定して、空
燃比センサの出力を正確に補正することが可能となり、
生産時のバラツキや経時劣化により空燃比の制御精度が
悪化することが防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクレーム対応図。

【図２】本発明の実施例を示す機械的構成図。

【図３】同じく二次空気を導入する制御内容を説明する
ための流れ図。

【図４】同じく空燃比センサの出力を補正する制御内容
を説明するための流れ図。

【図５】同じく空燃比センサの出力特性線図。

【符号の説明】

３０ 機関 ３１ 空燃比センサ ３２ 空燃比フィードバック制御手段 ３３ エアポンプ ３４ 二次空気導入手段 ３５ 大気較正値設定手段 ３６ 出力補正手段 ３７ 触媒 ３８ 排気通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】触媒より上流の排気通路に介装され排気の
   空燃比に応じた出力をする空燃比センサと、 空燃比センサの出力に基づいて機関に供給される混合気
   の空燃比を目標値にフィードバック制御する手段とを備
   える内燃機関の空燃比制御装置において、 空燃比センサより上流側の排気通路に二次空気を圧送す
   るエアポンプと、 機関の運転停止後にエアポンプを駆動して排気通路に二
   次空気を導入する手段と、 排気通路に所定量の二次空気が導入された後に空燃比セ
   ンサの出力を大気較正値として設定する手段と、 大気較正値に基づいて空燃比センサの出力を補正する手
   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。