JPH08261977A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 燃料増量作用により排気系の過熱を阻止しつ
つ不必要な燃料増量作用が行われるのを阻止する。 【構成】 排気マニホルド16内に、大気側電極43表面と
排気側電極44表面とにおける酸素濃度差が基準値よりも
小さいと出力がリーンとなる空燃比センサ（Ｏ₂ セン
サ）40を配置する。Ｏ₂ センサの大気室42内に大気を導
くための大気通路46内にボール47を配置する。永久磁石
49の温度が低いときにはボールが永久磁石により保持さ
れて大気通路が開放される。排気系の温度が高くなって
永久磁石の温度が高くなると永久磁石の吸引力が小さく
なるので大気通路がボールにより閉鎖される。その結
果、酸素濃度差が小さくなってＯ₂ センサの出力がリー
ンとされる。Ｏ₂ センサの出力がリーンとなると燃料噴
射量が増大せしめられて空燃比が理論空燃比に対しリッ
チとされるので排気系の過熱が阻止される。

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
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、排気系内に配置されて空燃比
が理論空燃比に対しリッチかリーンかを検出する空燃比
センサと、空燃比センサの出力信号がリッチのときに補
正係数を増大し、空燃比センサの出力信号がリーンのと
きに補正係数を減少する補正係数算出手段と、機関運転
状態に応じて定まる基本燃料噴射量であって空燃比を理
論空燃比とするのに必要な基本燃料噴射量を算出する基
本燃料噴射量算出手段と、基本燃料噴射量に補正係数を
乗算することによって燃料噴射量を算出する燃料噴射量
算出手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置が知られ
ている。

【０００３】ところで、排気ガスの温度が過度に高くな
って排気系の温度が高くなると排気系要素、すなわち例
えば排気マニホルド、触媒、空燃比センサなどに作用す
る熱負荷が過度に大きくなってこれら排気系要素が破損
する恐れがある。一方、空燃比を理論空燃比よりもリッ
チにすることにより排気ガスの温度を低下できることが
知られている。そこで、排気系の過熱が予測されるとき
に補正係数を減少して燃料噴射量を増大せしめ、それに
よって空燃比を理論空燃比に対しリッチにすることによ
り排気ガスの温度を低下させるようにした内燃機関の空
燃比制御装置が公知である（特開昭６３−２５５５３５
号公報参照）。この空燃比制御装置では、吸入空気温度
が高温のときか、機関高回転運転時か、または吸入空気
量が多いときに排気系の過熱が予測されると判断してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところがこの空燃比制
御装置では、吸入空気温度、機関回転数、または吸入空
気量に基づいて排気系の過熱を予測しているので、すな
わち排気系の温度を間接的に検出するようにしているの
で高精度の検出結果は望めない。このため、実際には排
気系が過熱状態にあるにも関わらず空燃比が理論空燃比
に対しリッチにされないことがないように、排気系の過
熱を予測するときの判断基準を低温側に設定している。
しかしながら、このように排気系の過熱を予測するとき
の判断基準を低温側に設定すると実際には排気系が過熱
状態にないにも関わらず空燃比が理論空燃比に対しリッ
チにされる場合があり、この場合機関から多量のＨＣが
排出されるという問題がある。また燃料消費量も増大せ
しめられることとなる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に１番目の発明によれば、排気系内に配置されて空燃比
が目標空燃比に対しリッチかリーンかを検出する空燃比
センサと、空燃比センサの出力に基づいて空燃比が目標
空燃比となるように燃料噴射量を制御する燃料噴射量制
御手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、
空燃比センサの出力信号が実際の空燃比に関わらずリー
ンとなるように空燃比センサの出力特性を一時的に変更
する出力特性変更手段と、排気系内または排気系に隣接
して設けられた作動部材であって作動部材の温度が予め
定められた設定温度よりも高いときに出力特性変更手段
を作動させる作動部材とを具備している。

【０００６】２番目の発明によれば、１番目の発明にお
いて上記空燃比センサに設けられる大気室は排気ガス流
路から分離されつつ大気に連通可能になっており、空燃
比センサは、大気室内の酸素濃度と排気ガス流路内の酸
素濃度間の濃度差が予め定められた基準値よりも小さい
ときに出力信号がリーンとなるようになっており、上記
出力特性変更手段を、上記濃度差を基準値よりも小さく
する濃度差減少手段から形成している。

【０００７】３番目の発明によれば、１番目の発明にお
いて上記出力特性変更手段を、空燃比センサの出力信号
をリーンに保持可能な出力信号保持回路から形成し、作
動部材は、該作動部材の温度が上記設定温度よりも高い
ときに空燃比センサを出力信号保持回路に電気的に接続
して空燃比センサの出力信号が出力信号保持回路を介し
出力されるようにしている。

【０００８】

【作用】１番目の発明では、排気系内または排気系に隣
接して配置された作動部材により出力特性変更手段を作
動させるようにしているので排気系の温度が直接的に検
出されて空燃比センサの出力信号がリーンとされ、斯く
して燃料噴射量が増大せしめられる。燃料増量作用によ
り排気系の過熱が阻止されつつ不必要な燃料増量作用が
行われるのが阻止される。

【０００９】また２番目の発明では、１番目の発明にお
いて、作動部材の温度が設定温度よりも高いときに大気
室内の酸素濃度と排気ガス流路内の酸素濃度間の濃度差
が小さくされ、その結果空燃比センサの出力信号がリー
ンに保持される。また３番目の発明では、１番目の発明
において、作動部材の温度が設定温度よりも高いときに
空燃比センサの出力信号が出力信号保持回路を介して出
力され、その結果空燃比センサの出力信号がリーンに保
持される。

【００１０】

【実施例】図１を参照すると、１はシリンダブロック、
２はシリンダブロック内で往復動するピストン、３はシ
リンダブロック１上に固定されたシリンダヘッド、４は
ピストン２の頂面とシリンダヘッド３内壁面間に形成さ
れた燃焼室、５は吸気弁、６は排気弁、７はシリンダヘ
ッド３内に形成された吸気ポート、８はシリンダヘッド
３内に形成された排気ポートをそれぞれ示す。各吸気ポ
ート７は対応する吸気枝管９を介して共通のサージタン
ク１０に接続され、サージタンク１０は吸気ダクト１１
を介してエアフローメータ１２およびエアクリーナ１３
に接続される。各吸気枝管９内には電子制御ユニット２
０からの出力信号に基づいて制御される燃料噴射弁１４
が配置されており、また吸気ダクト１１内にはスロット
ル弁１５が配置されている。一方、各排気ポート８は排
気マニホルド１６に接続され、排気マニホルド１６は三
元触媒１７を内蔵した触媒コンバータ１８に接続され
る。触媒コンバータ１８は排気管１９を介して図示しな
いマフラに接続される。なお、排気マニホルド１６、触
媒コンバータ１８および排気管１９はそれぞれの内部に
排気ガス流路３２を画定する。

【００１１】電子制御ユニット２０はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス２１を介して相互に接続さ
れたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッ
サ）２４、入力ポート２５および出力ポート２６を具備
する。エアフローメータ１２は吸入空気量Ｑに比例した
出力電圧を発生し、この出力電圧はＡＤ変換器２９を介
して入力ポート２５に入力される。また、入力ポート２
５にはクランクシャフトが例えば３０度回転する毎に出
力パルスを発生するクランク角センサ３０が接続され
る。ＣＰＵ５４ではこの出力パルスに基づいて機関回転
数Ｎが算出される。一方、出力ポート２６は駆動回路３
１を介して燃料噴射弁１４に接続される。

【００１２】排気マニホルド１６の集合部には、空燃比
を目標空燃比に制御するための空燃比センサ４０が取付
けられる。目標空燃比としてはどのような空燃比を用い
てもよいが本発明による実施例では目標空燃比が理論空
燃比とされており、したがって以下目標空燃比を理論空
燃比とした場合について説明する。なお、目標空燃比が
理論空燃比であるときには空燃比センサ４０として排気
ガス中の酸素濃度に応じ出力電圧が変化するセンサが使
用され、したがって以下空燃比センサ４０をＯ ₂ センサ
と称する。Ｏ₂ センサ４０の構造を示す図２を参照する
と、Ｏ₂ センサ４０はジルコニアから形成される固体電
解質４１を具備する。固体電解質４１は筒状をなして排
気ガス流路３２と分離された大気室４２を画定する。固
体電解質４１の大気室４２側周面上には白金からなる大
気側電極４３が設けられ、一方固体電解質４１の排気ガ
ス流路３２側周面上には白金からなる排気側電極４４が
設けられる。排気側電極４４はセラミックからなるコー
ティング層（図示しない）により被覆され、またＯ₂ セ
ンサ４０周りには保護カバー（図示しない）が設けられ
る。

【００１３】さらに図２を参照すると、Ｏ₂ センサ４０
は排気マニホルド１６の外周面に連結されたハウジング
４５を具備する。ハウジング４５は、例えば排気マニホ
ルド１６と同様のアルミニウム合金から形成される。ま
た、ハウジング４５内には大気室４２と大気とを互いに
連通する大気通路４６が形成され、この大気通路４６内
には濃度差減少手段としてのボール４７が配置される。
ボール４７は例えば鉄などの磁性体から形成される。さ
らに大気通路４６内には、一端がハウジング４５に取付
けられてボール４７を図面において下方に付勢する圧縮
ばね４８と、ハウジング４５によって支持された棒状の
永久磁石４９とが配置される。作動部材を構成する永久
磁石４９は図３に示すような磁力特性を有しており、し
たがって永久磁石４９の温度が約７００℃を越えると永
久磁石４９の吸引力が急激に低下する。永久磁石４９の
磁力に基づく吸引力が圧縮ばね４８のばね力よりも大き
いときにはボール４７は永久磁石４９によって保持さ
れ、斯くして大気通路４６が開放される。これに対し永
久磁石４９の磁力に基づく吸引力が圧縮ばね４８のばね
力よりも小さくなるとボール４７が永久磁石４９から離
脱して固体電解質４１の頂部に当接せしめられ、斯くし
て大気通路４６が遮断される。したがって、ボール４７
は大気通路４７を開放、遮断する弁として作用する。な
お、通常の機関運転状態においてボール４７は永久磁石
４９に保持されており、したがって大気通路４６は通常
開放されている。また、永久磁石４９周りには大気通路
の一部を構成するスリットが形成されている。

【００１４】排気側電極４４に排気ガスが接触すると大
気室４２内の酸素が固体電解質４１を介して排気ガス流
路３２に到る。このとき、大気側電極４３上および排気
側電極４４上では次式の反応が行われる。 大気側電極４３上：Ｏ₂ ＋４ｅ^- →２Ｏ^2- 排気側電極４４上：２Ｏ^2-→Ｏ₂ ＋４ｅ^- すなわち大気室４２内の酸素は酸素イオンＯ^2-の形で固
体電解質４１中を大気側電極４３から排気側電極４４に
向けて移動する。その結果、大気側電極４３と排気側電
極４４間に電圧Ｖ１が発生し、この電圧Ｖ１は固体電解
質４１中を移動する酸素イオンＯ^2-量に比例する。

【００１５】固体電解質４１中を通過する酸素イオンＯ
^2-量は大気室４２内の酸素濃度と排気ガス流路３２内の
酸素濃度間の濃度差、すなわち大気側電極４３表面上の
酸素濃度と排気側電極４４表面上の酸素濃度間の濃度差
に比例する。空燃比が理論空燃比よりもリッチのときに
は排気側電極４４表面上の酸素濃度は比較的低く、した
がって酸素濃度差が大きいので固体電解質４１中を通過
する酸素イオンＯ^2-量が多く、斯くしてＯ₂ センサ４０
の出力電圧Ｖ１が図４に示すように高くなる（約０．９
ボルト）。ところが、空燃比が理論空燃比（空気過剰率
λ＝１）を越えてリーンになると排気側電極４４表面上
の酸素濃度が急激に増大して酸素濃度差が小さくなり、
したがって固体電解質４１中を通過する酸素イオンＯ^2-
量が少なくなる。その結果、Ｏ₂ センサ４０の出力電圧
Ｖ１が理論空燃比において急激に低下し、斯くして空燃
比がリーンのときには出力電圧Ｖ１が図４に示すように
約０．１ボルトとなる。そこで図１の内燃機関では、Ｏ
₂ センサ４０の出力電圧Ｖ１が０．４５ボルトよりも高
いときには空燃比が理論空燃比よりもリッチであると判
別し、出力電圧Ｖ１が０．４５ボルトよりも低いときに
は空燃比が理論空燃比よりもリーンであると判別するよ
うにしている。なお、排気ガス流路３２内に到った酸素
は次いで排気側電極４３上における排気ガス中のＨＣお
よびＣＯの酸化反応によって消費される。

【００１６】図１に示すように、Ｏ₂ センサ４０の出力
電圧Ｖ１はＡ／Ｄ変換器３３を介して入力ポート２５に
入力される。一方、図１に示す内燃機関では基本的には
次式に基いて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。 ＴＡＵ＝ＴＰ・ＦＡＦ・Ｃ ここで各係数は次のものを表わしている。

【００１７】ＴＰ：基本燃料噴射時間 ＦＡＦ：フィードバック補正係数 Ｃ：増量係数 基本燃料噴射時間ＴＰは空燃比を理論空燃比とするのに
必要な予め実験で求められた噴射時間であってこの基本
燃料噴射時間ＴＰは機関負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機
関回転数Ｎ）および機関回転数Ｎの関数として予めＲＯ
Ｍ２２内に記憶されている。

【００１８】増量係数Ｃは加速増量、暖機増量などを一
まとめにして表したものであり、増量する必要がないと
きにはＣ＝１．０とされる。フィードバック補正係数Ｆ
ＡＦはＯ₂ センサ４０の出力信号に基づいて空燃比を理
論空燃比に制御するためのものである。次に、図５およ
び図６を参照しつつＯ₂ センサ４０の出力信号に基づい
て行われるフィードバック補正係数ＦＡＦの制御につい
て説明する。

【００１９】図５はフィードバック補正係数ＦＡＦの算
出ルーチンを示しており、このルーチンは例えばメイン
ルーチン内で実行される。図５を参照するとまず初めに
ステップ５０においてＯ₂ センサ４０の出力電圧Ｖが
０．４５（Ｖ）よりも高いか否か、すなわちリッチであ
るか否かが判別される。Ｖ≧０．４５（Ｖ）のとき、す
なわちリッチのときにはステップ５１に進んで前回の処
理サイクル時にリーンであったか否かが判別される。前
回の処理サイクル時にリーンのとき、すなわちリーンか
らリッチに変化したときにはステップ５２に進んでフィ
ードバック補正係数ＦＡＦがＦＡＦＬとされ、ステップ
５３に進む。ステップ５３ではフィードバック補正係数
ＦＡＦからスキップ値ＳＲが減算され、したがって図６
に示されるようにフィードバック補正係数ＦＡＦはスキ
ップ値ＳＲだけ急激に減少せしめられる。次いでステッ
プ５４ではＦＡＦＬとＦＡＦＲの平均値ＦＡＦＡＶが算
出される。一方、ステップ５１において前回の処理サイ
クル時にリッチであったと判別されたときはステップ５
５に進んでフィードバック補正係数ＦＡＦから積分値Ｋ
Ｒ（ＫＲ≪ＳＲ）が減算される。したがって図６に示さ
れるようにフィードバック補正係数ＦＡＦは徐々に減少
せしめられる。

【００２０】一方、ステップ５０においてＶ＜０．４５
（Ｖ）であると判断されたとき、すなわちリーンのとき
にはステップ５６に進んで前回の処理サイクル時にリッ
チであったか否かが判別される。前回の処理サイクル時
にリッチのとき、すなわちリッチからリーンに変化した
ときにはステップ５７に進んでフィードバック補正係数
ＦＡＦがＦＡＦＲとされ、ステップ５８に進む。ステッ
プ５８ではフィードバック補正係数ＦＡＦにスキップ値
ＳＬが加算され、したがって図６に示されるようにフィ
ードバック補正係数ＦＡＦはスキップ値ＳＬだけ急激に
増大せしめられる。次いでステップ５４ではＦＡＦＬと
ＦＡＦＲの平均値ＦＡＦＡＶが算出される。一方、ステ
ップ５６において前回の処理サイクル時にはリーンであ
ったと判別されたときはステップ５９に進んでフィード
バック補正係数ＦＡＦに積分値ＫＬが加算される。した
がって図６に示されるようにフィードバック補正係数Ｆ
ＡＦは徐々に増大せしめられる。

【００２１】Ｏ₂ センサ４０の出力信号がリッチとなっ
てＦＡＦが小さくなると燃料噴射時間ＴＡＵが短かくな
り、Ｏ₂ センサ４０の出力信号がリーンとなってＦＡＦ
が大きくなると燃料噴射時間ＴＡＵが長くなる。したが
って空燃比が理論空燃比に維持されることになる。な
お、図６からわかるようにステップ４４において算出さ
れた平均値ＦＡＦＡＶはフィードバック補正係数ＦＡＦ
の平均値を示している。

【００２２】図７は燃料噴射量の算出ルーチンを示して
いる。このルーチンは一定クランク角毎の割込みによっ
て実行される。図７を参照すると、まずステップ６０に
おいて基本燃料噴射時間ＴＰが算出され、続くステップ
６１において増量係数Ｃが算出される。続くステップ６
２では次式に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵが算出され
る。

【００２３】ＴＡＵ＝ＴＰ・ＦＡＦ・Ｃ 燃料噴射弁１４からはこの燃料噴射時間ＴＡＵに基づい
て燃料が噴射される。ところで、永久磁石４９はＯ₂ セ
ンサ４０内に設けられているので機関から排出される排
気ガスの温度が高くなるにつれて永久磁石４９の温度も
高くなる。ところが、永久磁石４９の温度が高くなると
図３を参照して上述したように永久磁石の吸引力が次第
に低下し、圧縮ばね４８のばね力よりも小さくなるとボ
ール４７が図２において下方に移動せしめられるので大
気通路４６の流路面積が次第に減少される。次いでボー
ル４７が固体電解質４１の頂部に当接せしめられると大
気通路４６が遮断される。云い換えると、大気室４２内
への酸素の供給が停止されることとなる。上述したよう
に、Ｏ₂ センサ４０は大気室４２内の酸素が固体電解質
４１を介して排気ガス流路３２内に移動することにより
出力信号を発生し、したがって大気室４２内への酸素の
供給が停止されると大気室４２内の酸素濃度が次第に低
くなる。その結果、大気室４２内の酸素濃度と排気ガス
流路３２内の酸素濃度間の濃度差が小さくなり、したが
って空燃比がリッチであってもＯ₂センサ４０の出力電
圧が０．４５ボルトよりも低くなることになる。すなわ
ち、Ｏ₂ センサ４０からの出力信号が空燃比に関わらず
リーンに保持されることとなる。Ｏ₂ センサ４０の出力
信号がリーンのときにはフィードバック補正係数ＦＡＦ
が大きくされ、それによって燃料噴射量が増大されるの
で空燃比が理論空燃比よりもリッチとされることとな
る。

【００２４】本実施例では、排気ガスの温度が、排気系
要素、すなわち例えば排気マニホルド１６、三元触媒１
７、Ｏ₂ センサ４０などが過熱される温度よりもわずか
ばかり低い温度になったときにボール４７が大気通路４
６を遮断するように永久磁石４９の吸引力と圧縮ばね４
８のばね力とが定められており、したがって排気系要素
の過熱が生じうる直前に空燃比がリッチとされることと
なる。空燃比がリッチとされると排気ガスの温度が低下
するので排気系要素に作用する熱負荷が低減される。し
たがって、排気系要素が過熱されるのを阻止することが
できる。

【００２５】本実施例におけるように、永久磁石４９を
Ｏ₂ センサ４０内に配置することによって排気系要素の
温度を直接的に検出し、その検出結果に基づいて大気通
路４６の開放、遮蔽を制御することができる。その結
果、排気系要素の過熱を阻止すべきときのみに燃料増量
作用を行うことができる。したがって、多量のＨＣが排
出されるのを阻止することができ、また燃料消費量を低
減することができる。

【００２６】空燃比がリッチとなって排気ガス温度が低
下せしめられ、それによって永久磁石４９の温度が低下
すると再び永久磁石４９の吸引力が増大する。永久磁石
４９の吸引力が圧縮ばね４８のばね力よりも大きくなる
とボール４７が図面において上昇せしめられ、斯くして
大気通路４６が開放せしめられる。その結果、大気室４
２内に酸素が供給されるようになり、このときのＯ₂ セ
ンサ４０の出力信号に基づいてフィードバック補正係数
ＦＡＦを制御し、それによって燃料噴射量を制御すれば
空燃比を理論空燃比に維持できることになる。

【００２７】なお図１の実施例において、例えばボール
４７が固体電解質４１の頂部に当接したことを検出する
検出装置と、燃焼室３内に気化潜熱の大きい液体、例え
ば水を導入する導入装置とを設け、ボール４７が固体電
解質４１の頂部に当接したときにＯ₂ センサ４０の出力
信号をリーンに保持しつつ燃焼室３内に水を導入して排
気ガス温度をさらに低下させるようにすることもでき
る。また、ボール４７を永久磁石から形成してもよい。
この場合ボール４７も作動部材を構成する。さらに、大
気通路４６内に、受熱することにより変位する、例えば
バイメタルを配置してＯ₂ センサ４０の出力信号をリー
ンとすべきときにこのバイメタルによって大気通路４６
を遮断するようにしてもよい。

【００２８】また図１の実施例では、目標空燃比が理論
空燃比とされ、この場合少なくとも空燃比が理論空燃比
に対しリッチとなるまで燃料増量作用が継続される。目
標空燃比が理論空燃比に対しリーン側に定められている
ときも同様である。目標空燃比が理論空燃比に対しリッ
チ側に定められているときには空燃比がさらにリッチと
なるよう燃料増量作用が行われる。

【００２９】図８に別の実施例を示す。この実施例で
は、Ｏ₂ センサ４０の排気側電極４４表面上に２次空気
を供給する２次空気供給装置７０が設けられており、濃
度差減少手段を構成するこの２次空気供給装置７０は排
気マニホルド１６上に取付けられる。図８に示すよう
に、ハウジング７１内には連通孔７７によって互いに連
通された高圧室７２と低圧室７３とが形成される。高圧
室７２には例えば機関駆動式の空気ポンプ７４が接続さ
れ、高圧室７２と空気ポンプ７４間には空気ポンプ７４
から吐出された２次空気を逃がすことができるリリーフ
弁７５が設けられる。一方、低圧室７３には２次空気噴
出管７６が接続され、この２次空気噴出管７６は排気ガ
ス流路３２内まで延びてＯ₂ センサ４０の排気側電極４
４近傍において終端する。なお、２次空気噴出管７６は
少なくともＯ₂ センサ４０の排気ガス流れの上流側にお
いて開口せしめられる。また、２次空気噴出管７６内に
は低圧室７３から排気ガス流路３２に向けてのみ流通可
能な逆止弁８１が設けられる。

【００３０】低圧室７３内には連通孔７７内を開放また
は閉鎖する弁部材７８が配置される。弁部材７８は磁性
体から形成される。弁部材７８の底面には、一端がハウ
ジング４５に取付けられて弁部材７８を図面において上
方に付勢する圧縮ばね７９が取付けられ、またハウジン
グ７１内には永久磁石８０が配置される。圧縮ばね７９
および永久磁石８０は図１に示す実施例における圧縮ば
ね７９永久磁石とそれぞれ同様に形成される。

【００３１】排気ガスの温度が比較的低く、したがって
排気系要素が加熱される恐れがないときには弁部材７８
は永久磁石８０によって保持されており、その結果連通
孔７７が弁部材７８によって閉鎖されている。このた
め、空気ポンプ７４から吐出された全ての２次空気がリ
リーフ弁７５から流出せしめられる。一方、排気ガスの
温度が高くなって排気系要素が過熱される恐れが生ずる
と永久磁石８０の吸引力が圧縮ばね７９のばね力よりも
小さくなり、その結果弁部材７８が図面において上方に
移動せしめられることにより連通孔７７が開放せしめら
れる。連通孔７７が開放せしめられると高圧室７２内の
２次空気が次いで低圧室７３内に流入し、次いで２次空
気噴出管７６を介してＯ₂ センサ４０の排気側電極４４
に向けて噴出せしめられる。排気側電極４４に向けて２
次空気が供給されると排気側電極４４表面上の酸素濃度
が高くなり、その結果大気側電極４３表面上の酸素濃度
と排気側電極４４表面上の酸素濃度間の濃度差が小さく
なるので空燃比に関わらずＯ ₂ センサ４０の出力信号が
リーンとされることとなる。この場合、燃料噴射量が増
大せしめられて空燃比がリッチとされるようになり、斯
くして排気系要素の過熱を阻止することができる。

【００３２】本実施例では、２次空気の供給、停止を永
久磁石８０の吸引力によって制御するようにしており、
この永久磁石８０は排気マニホルド１６上に配置されて
いるので排気ガスの温度を直接的に検出して２次空気の
供給、停止を制御していることとなる。したがって、排
気系要素の過熱を阻止しつつ排気系要素の過熱を阻止す
べきときのみに燃料増量作用を行うことができる。

【００３３】ところで、排気系要素の過熱を阻止すべき
ときには空燃比がリッチとされる。ところが、触媒を三
元触媒から構成した場合には空燃比が理論空燃比からず
れると三元触媒における浄化率が低下してしまう。本実
施例では、Ｏ₂ センサ４０周りに供給された２次空気が
次いで排気ガスと共に三元触媒１７に導かれるようにな
っており、このとき三元触媒１７内に流入する排気ガス
中の酸素濃度を、空燃比が理論空燃比であるときの酸素
濃度とほぼ同じにすることができる。したがって空燃比
をリッチとした場合であっても三元触媒１７において良
好な浄化作用を確保することができる。

【００３４】一方、本実施例では、２次空気噴出管７６
をＯ₂ センサ４０の近傍まで延長して２次空気をＯ₂ セ
ンサ４０に吹き付けるようにしており、このためＯ₂ セ
ンサ４０の出力信号をリーンとするのに必要な２次空気
量を少なくすることができる。その結果、２次空気によ
って三元触媒１７が必要以上に冷却されるのが阻止さ
れ、すなわち三元触媒１７の浄化率が低下されるのが阻
止される。なお、２次空気の替わりに酸素のみを供給す
るようにしてもよい。その他の構成および作用について
は図１に示す実施例と同様であるので説明を省略する。

【００３５】図１に示す実施例では大気側電極４３表面
上への酸素の供給を停止することにより、第８に示す実
施例では排気側電極４４表面上に酸素を供給することに
より大気側電極４３表面上の酸素濃度と排気側電極４４
表面上の酸素濃度間の濃度差が小さくなるようにしてい
る。しかしながら、大気室４２内に例えば三元触媒１７
から排出された排気ガスを導入することにより大気側電
極４３表面上に供給される酸素を低減するようにするこ
ともできる。この場合大気側電極４３表面上への排気ガ
スの供給、停止は図８の実施例におけるような弁部材７
８によって行われる。

【００３６】図９にさらに別の実施例を示す。図９に示
すように、大気側電極４３および排気側電極４４はＡ／
Ｄ変換器３３のそれぞれ対応する入力端子９０，９１に
電気的に接続される。図１０にも示すように、大気側電
極４３および排気側電極４４と入力端子９０，９１間に
は作動部材を構成するスイッチ９２が並列に接続されて
おり、それによって出力信号保持回路が構成される。こ
のスイッチ９２は図９からわかるように大気室４２内に
配置されている。スイッチ９２は受熱することにより変
位する、例えばバイメタルから形成される。なお、図１
０において９３はノイズを低減するためのコンデンサ、
９４はＯ₂ センサ４０の出力電圧を分圧するための抵抗
をそれぞれ示す。また、排気側電極４４は例えば排気マ
ニホルド１６に電気的に接続されることにより接地され
る。

【００３７】排気系要素が加熱される恐れがない場合に
はスイッチ９２の温度は低く、この場合スイッチ９２は
オフとされている。このため、Ｏ₂ センサ４０の出力信
号が変換されることなく入力ポート２５に入力される。
排気ガスの温度が高くなって排気系要素が過熱される恐
れが生ずるとスイッチ９２の温度が高くなってスイッチ
９２が変位し、斯くしてスイッチ９２がオンとされる。
スイッチ９２がオンとされると大気側電極４３と排気側
電極４４とが互いに短絡されることとなり、斯くしてＯ
₂ センサ４０の出力電圧Ｖ１がほぼ零となる。したがっ
て空燃比に関わらずＯ₂ センサ４０の出力信号がリーン
とされることとなる。この場合、燃料噴射量が増大せし
められて空燃比がリッチとされるようになり、斯くして
排気系要素の過熱を阻止することができる。

【００３８】本実施例では、スイッチ９２をオンにする
ことによってＯ₂ センサ４０の出力信号がリーンとなる
ようにしており、このスイッチ９２は大気室４２内に配
置されているので排気ガスの温度を直接的に検出してＯ
₂ センサ４０の出力信号をリーンに変換していることと
なる。したがって、排気系要素の過熱を阻止しつつ排気
系要素の過熱を阻止すべきときのみに燃料増量作用を行
うことができる。その他の構成および作用については図
１に示す実施例と同様であるので説明を省略する。

【００３９】図１１にさらに別の実施例を示す。この実
施例では、大気側電極４３とＡ／Ｄ変換器２５の入力端
子９０間に抵抗９５が直列接続される。また図１２にも
示すように、作動部材を構成するスイッチ９６が抵抗９
５と並列に接続され、それによって出力信号保持回路が
形成される。スイッチ９６は図９に示す実施例のスイッ
チ９２と同様に構成され、また図１１に示すように大気
室４２内に配置される。なお、抵抗９５の抵抗は比較的
大きく定められており、（例えば３．３ＭΩ）、これに
対しスイッチ９６の抵抗値は比較的小さく定められてい
る。

【００４０】スイッチ９６がオンとされているときに
は、抵抗９５の抵抗値がスイッチ９６のそれよりも極め
て大きいので入力端子９０と大気側電極４３間に流れる
電流のほとんどはスイッチ９６を介して流れる。この場
合、図１３において実線でもって示すように、空燃比が
リッチであればＯ₂ センサ４０の出力電圧Ｖ１は約０．
９ボルトとなり、空燃比がリーンであればＶ１は約０．
１ボルトとなる。云い換えると、スイッチ９６がオンの
ときにはＯ₂ センサ４０の出力電圧Ｖ１は変換されるこ
となく出力される。

【００４１】これに対し、スイッチ９６がオフにされる
と入力端子９０と大気側電極４３間に流れる全ての電流
は抵抗９５を介して流れる。その結果、Ｏ₂ センサ４０
の出力電圧Ｖ１が図１３において破線でもって示される
ようになり、すなわち空燃比がリッチであってもＶ１≧
０．４５（Ｖ）とならない。したがってＯ₂ センサ４０
の出力信号がリーンとされることとなる。なお、抵抗９
５の抵抗値をＲ１とし、抵抗９４の抵抗値をＲ２とし、
大気側電極４３と排気側電極４４間に生ずる電圧をｖと
するとＯ₂ センサ４０の出力電圧Ｖ１、正確に云うとＡ
／Ｄ変換器２５に入力される電圧Ｖ１は次式で求められ
る。

【００４２】Ｖ１＝ｖ・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２） したがって、例えばｖ＝０．９ボルトのときにＶ１＝
０．３となるようにＲ２／（Ｒ１＋Ｒ２）を定めれば空
燃比に関わらずＯ₂ センサ４０の出力信号をリーンに変
換できることになる。本実施例では、排気ガスの温度が
低く、したがって排気系要素が加熱される恐れがないと
きにはスイッチ９６がオンとされる。この場合、上述し
たようにＯ₂センサ４０の出力信号は変換されることな
く出力されるのでＯ₂ センサ４０の出力信号に基づいて
燃料噴射量を制御すれば空燃比を理論空燃比に維持する
ことができることになる。一方、排気ガスの温度が高く
なって排気系要素が過熱がされる恐れが生ずるとスイッ
チ９６の温度が高くなってスイッチ９６が変位し、斯く
してスイッチ９６がオフとされる。スイッチ９６がオフ
とされるとＯ₂ センサ４０の出力信号がリーンとされる
ので燃料噴射量が増大せしめられ、斯くして排気系要素
の過熱を阻止することができる。

【００４３】本実施例では、スイッチ９６をオンにする
ことによってＯ₂ センサ４０の出力信号がリーンとなる
ようにしており、このスイッチ９６は大気室４２内に配
置されているので排気ガスの温度を直接的に検出してＯ
₂ センサ４０の出力信号をリーンに変換していることと
なる。したがって、排気系要素の過熱を阻止しつつ排気
系要素の過熱を阻止すべきときのみに燃料増量作用を行
うことができる。

【００４４】ところで、内燃機関にＯ₂ センサ４０の故
障を診断する装置を設けることもできる。通常の故障診
断装置では、Ｏ₂ センサ４０の出力電圧Ｖ１が零となっ
たときにＯ₂ センサ４０が故障であると判断するように
している。図９の実施例では、大気側電極４３と排気側
電極４４とを短絡することによりＯ₂ センサ４０の出力
信号がリーンとなるようにしており、したがってＶ１＝
０の場合にＯ₂ センサ４０の故障であるか否かを判別す
ることができない。これに対し、本実施例ではＶ１が零
とされることはないのでＯ₂ センサ４０の故障を確実に
診断することができる。なお、その他の構成および作用
については図９に示す実施例と同様であるので説明を省
略する。

【００４５】

【発明の効果】１番目の発明では、排気系内または排気
系に隣接して配置された作動部材により出力特性変更手
段を作動させるようにしているので排気系の温度を直接
的に検出して空燃比センサの出力信号をリーンとするこ
とができる。その結果、排気系の過熱を確実に阻止しつ
つ排気系の過熱を阻止すべきときのみに燃料増量作用を
行うことができ、斯くして多量のＨＣが機関から排出さ
れるのを阻止することができ、同時に燃料消費量を低減
することができる。

【００４６】また２番目の発明では、１番目の発明にお
いて、大気室内の酸素濃度と排気ガス流路内の酸素濃度
間の濃度差が小さくなると空燃比センサの出力信号がリ
ーンとされ、作動部材の温度が設定温度よりも高いとき
に濃度差が小さくなるようにしているので排気系の温度
を直接的に検出して空燃比センサの出力信号をリーンと
することができる。また３番目の発明では、１番目の発
明において、空燃比センサの出力信号が出力信号保持回
路を介して出力されるとリーンにされ、作動部材の温度
が設定温度よりも高いときに空燃比センサの出力信号が
リーンにされるので排気系の温度を直接的に検出して空
燃比センサの出力信号をリーンとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の全体図である。

【図２】Ｏ₂ センサの拡大断面図である。

【図３】永久磁石の温度と磁力との関係を示す線図であ
る。

【図４】通常の機関運転状態におけるＯ₂ センサの出力
特性を示す線図である。

【図５】フィードバック補正係数を算出するためのフロ
ーチャートである。

【図６】フィードバック補正係数の変化を示す線図であ
る。

【図７】燃料噴射時間を算出するためのフローチャート
である。

【図８】別の実施例を示す図である。

【図９】さらに別の実施例を示す図である。

【図１０】図９の実施例における電気回路を示す図であ
る。

【図１１】さらに別の実施例を示す図である。

【図１２】図１１の実施例における電気回路を示す図で
ある。

【図１３】Ｏ₂ センサの出力を示す線図である。

【符号の説明】

１４…燃料噴射弁 １６…排気マニホルド １８…触媒コンバータ ３２…排気ガス流路 ４０…Ｏ₂ センサ ４２…大気室 ４３…大気側電極 ４４…排気側電極 ４６…大気通路 ４７…ボール ４９，８０…永久磁石 ７０…２次空気供給装置 ７６…２次空気噴出管 ７８…弁部材 ９２，９６…スイッチ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気系内に配置されて空燃比が目標空燃
   比に対しリッチかリーンかを検出する空燃比センサと、
   空燃比センサの出力に基づいて空燃比が目標空燃比とな
   るように燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段とを
   備えた内燃機関の空燃比制御装置において、空燃比セン
   サの出力信号が実際の空燃比に関わらずリーンとなるよ
   うに空燃比センサの出力特性を一時的に変更する出力特
   性変更手段と、排気系内または排気系に隣接して設けら
   れた作動部材であって作動部材の温度が予め定められた
   設定温度よりも高いときに出力特性変更手段を作動させ
   る作動部材とを具備した内燃機関の空燃比制御装置。
2. 【請求項２】 上記空燃比センサに設けられる大気室は
   排気ガス流路から分離されつつ大気に連通可能になって
   おり、空燃比センサは、大気室内の酸素濃度と排気ガス
   流路内の酸素濃度間の濃度差が予め定められた基準値よ
   りも小さいときに出力信号がリーンとなるようになって
   おり、上記出力特性変更手段を、上記濃度差を基準値よ
   りも小さくする濃度差減少手段から形成した請求項１に
   記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 【請求項３】 上記出力特性変更手段を、空燃比センサ
   の出力信号をリーンに保持可能な出力信号保持回路から
   形成し、作動部材は、該作動部材の温度が上記設定温度
   よりも高いときに空燃比センサを出力信号保持回路に電
   気的に接続して空燃比センサの出力信号が出力信号保持
   回路を介し出力されるようにする請求項１に記載の内燃
   機関の空燃比制御装置。