JPH087176B2

JPH087176B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH087176B2
Application number: JP61116147A
Authority: JP
Inventors: 靖佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-05-22
Filing date: 1986-05-22
Publication date: 1996-01-29
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: JPS62273446A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は排気通路にヒータ付酸素濃度センサ（O₂セン
サ）の設けられた内燃機関であって、排気通路の触媒の
暖機性向上のために機関の特定運転時に２次空気を排気
通路に導入する内燃機関の空燃比制御装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、酸素濃淡電池型O₂センサの温度特性は、空燃
比がリッチの場合には素子温度が上昇するにつれてO₂セ
ンサの出力（リッチ信号）は上昇してあるハイレベルで
安定し、他方、空燃比がリーンの場合には、素子温度が
上昇するにつれてO₂センサの出力（リーン信号）は一旦
上昇するが、再び低下してあるローレベルで安定する。
つまり、O₂センサは素子温度に応じて非活性状態、活性
状態となり、使用可能領域は限定される。

そこで、O₂センサを前述の活性状態に保持するため
に、ヒータを内蔵したO₂センサが実用化されている。こ
のヒータの通電制御はO₂センサの素子温度を直接検出し
てその温度に応じて行うことが理想的であるが、素子温
度を検出するためのセンサ及び測定回路の耐久性、コス
トの点で実用的でない。

このため、ヒータ付O₂センサのヒータの通電制御は、
機関の運転状態信号、例えばアイドル状態信号、機関の
回転速度信号、車速信号等に応じて、オン／オフの２段
階で行うものが一般的である。

そして、燃焼室から排出されるガスの浄化のために内
燃機関の排気系に触媒コンバータを設け、上述のような
ヒータ付O₂センサを用いて空燃比フィードバック（以下
F/Bという）制御を行うようにした空燃比制御装置を備
えた内燃機関においては、この内燃機関の暖機時に触媒
の浄化効率向上（触媒の暖機性向上）を目的とし２次空
気を供給する場合、従来は内燃機関の暖機情報、例えば
冷却水温が所定値以上になった時に制御装置の制御によ
り２次空気を遮断し、同時にヒータ付O₂センサによる空
燃比のF/B制御を開始していた。また、ヒータ付O₂セン
サのヒータへの通電は、２次空気の供給に関係なく、ヒ
ータの通電領域は機関運転条件等のマップにより一義的
に決められていた。

更に、触媒からのH₂Sの排出を防止するために、完全
暖機後であっても減速運転時等に２次空気を供給する必
要があり、このような場合には２次空気供給中に空燃比
をオープンループ制御し、２次空気供給停止後同時にO₂
センサによる空燃比F/B制御を再開していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、従来のヒータ付O₂センサを用いて空燃比F/
B制御を行うようにした空燃比制御装置を備えた内燃機
関においては、２次空気供給中は供給された２次空気が
O₂センサに当たり、O₂センサの素子を冷却してしまうた
め、O₂センサの暖機性が悪化し、結果的にエミッション
が悪化するという問題点があった。これは排気通路に供
給される２次空気は大気であり、特に機関冷間時はほと
んど加熱されることなく供給されるためであり、O₂セン
サは内蔵のヒータとO₂センサを通過する排気ガスにより
加熱されて活性温度に達するため、冷えた２次空気が当
たると暖機が遅れるためである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は前記従来のヒータ付O₂センサを用いて
空燃比F/B制御を行うようにした空燃比制御装置の有す
る問題点を解消し、供給さた２次空気によりO₂センサの
素子が冷却されてもO₂センサの暖機性が悪化せず、エミ
ッションも悪化しない優れた内燃機関の空燃比制御装置
を提供することである。

前記目的を達成する本発明の内燃機関の空燃比制御装
置は、内燃機関の排気通路内に、２次空気を供給する２
次空気供給手段と、この２次空気手段の下流側の排気通
路内に設けられたヒータ付酸素濃度センサ手段と、内燃
機関の負荷が設定値より大きいか否かの負荷の判別手段
と、該負荷の検出値が設定値以下の時にヒータ付酸素濃
度センサ手段のヒータに通電する通電制御手段と、前記
２次空気供給手段が作動されて２次空気が供給されてい
る状態の前記負荷の設定値を、前記２次空気供給手段が
非作動で２次空気が供給されていない状態に比べて高い
値に設定変更する設定値変更手段とを備えていることを
特徴としている。

〔作用〕

本発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、排気通
路内に２次空気を供給する２次空気供給装置を備えた内
燃機関において、２次空気の供給時におけるヒータ付O₂
センサのヒータが通電される機関負荷の設定値が、２次
空気の非供給時に比べで高い値に変更される。

〔実施例〕

第１図は本考案に係る内燃機関の空燃比制御装置の一
実施例を備えた電子制御燃料噴射式内燃機関の概略図で
ある。この図において、機関本体１の吸気通路２にはエ
アクリーナ2aと、その下流側にエアフローメータ３が設
けられている。エアフローメータ３は吸入空気量Ｑを直
接計測するものであって、ポテンショメータを内蔵して
吸入空気量Ｑに比例したアナログ電圧の出力信号を発生
する。この出力信号は制御回路10のマルチプレクサ内蔵
A/D変換器101に供給されている。また、ディストリビュ
ータ４には、その軸が例えばクランク軸（CA）に換算し
て360°毎に基準位置検出用パルス信号を発生するクラ
ンク角センサ５およびクランク角に換算して30°毎に角
度位置検出用パルス信号を発生するクランク角センサ６
が設けられている。これらのクランク角センサ5,6のパ
ルス信号は制御回路10の入出力インタフェース102に供
給され、このうち、クランク角センサ６の出力はCPU103
の割込端子に供給される。

更に、吸気通路２には各気筒毎に燃料供給系から加圧
燃料を吸気ポートへ供給するための燃料噴射弁７が、吸
気ポートに近い吸気マニホルド2bに設けられている。

機関の排気通路８には排気ガス中の酸素成分濃度に応
じた電気信号を発生するヒータが内蔵されたヒータ付O₂
センサ９が排気マニホルド8aと触媒コンバータ8bとの間
に設けられている。このO₂センサ９の出力は制御回路10
のバッファ回路を含む比較回路111を介して入出力イン
タフェース102に供給される。更に、O₂センサ９に内蔵
されるヒータ（図示せず）の通電制御は、制御回路10の
駆動回路113によって行われる。

また、機関本体１のシリンダブロックの冷却水通路に
は、機関の暖機状態を冷却水温度を介して検出するため
の水温センサ11が設けられている。水温センサ11は冷却
水の温度THWに応じたアナログ電圧の電気信号を発生す
る。この出力もA/D変換器101に供給されている。

一方、排気通路８の排気マニホルド8aには２次空気が
供給されるようになっており、この実施例では２次空気
は空気導入管12を介して吸気通路２から供給されるよう
になっている。この空気導入管12の空気取入口は吸気通
路２のエアクリーナ2aとエアフローメータ３との間に開
口しており、この空気導入管12の途中には排気通路８側
から吸気通路２側への空気の逆流を防止するリード弁を
使用した逆止弁13、及びASV（空気切換弁）14が設けら
れている。

ASV14はそのばね室14aに負圧が導かれた時に、常時は
前記空気導入管12を遮断している弁体14bが開弁するよ
うに構成されており、前記ばね室14aにはVSV（電気式負
圧切換弁）15を介して吸気負圧が導入されるようになっ
ている。VSV15は前記ばね室14aをスロットル弁下流側の
吸気通路２または大気に連通するように構成されてお
り、その切り換えを行うソレノイド15aは制御回路10の
入出力インタフェース102に駆動回路112を介して接続さ
れている。

そして、入出力インタフェース102からの信号により
ソレノイド15aが通電されると“黒”−“黒”が連通し
てばね室14aが吸気通路２に接続され、ソレノイド15aが
非通電状態の時に“白”−“白”が連通してばね室14a
が大気に解放される。即ち、制御回路10からの通電信号
により２次空気が排気マニホルド8aに供給されるのであ
る。

制御回路10は、例えばマイクロコンピュータとして構
成され、前述のA/D変換器101,入出力インタフェース10
2,CPU103の他にROM104,RAM105,イグニッションスイッチ
オフ後も情報の保持を行うバックアップRAM106等が設け
られており、これらはバス107で接続されている。この
制御回路10において、ダウンカウンタ108,フリップフロ
ップ109及び駆動回路110は燃料噴射弁７を制御するため
のものである。即ち、燃料噴射量TAUが演算されると、
燃料噴射量TAUがダウンカウンタ108にプリセットされる
と共にフリップフロップ109もセットされる。この結
果、駆動回路110が燃料噴射弁７の付勢を開始する。他
方、ダウンカウンタ108がクロック信号（図示せず）を
計数して最後にそのキャリアウト端子が“1"レベルとな
った時に、フリップフロップ109がリセットされて駆動
回路110は燃料噴射弁７の付勢を停止する。つまり、前
述の燃料噴射量TAUだけ燃料噴射弁７は付勢され、従っ
て、燃料噴射量TAUに応じた量の燃料が機関本体１の燃
焼室に送り込まれることになる。

なお、CPU103の割込み発生はA/D変換器101のA/D変換
終了後、入出力インタフェース102がクランク角センサ
６のパルス信号を受信した時、等である。

エアフローメータ３吸入空気量Ｑのデータは所定時間
毎に実行されるA/D変換ルーチンによって取り込まれてR
AM105の所定領域に格納される。つまり、RAM105におけ
る吸入空気量Ｑのデータは所定時間毎に更新されてい
る。また、回転速度Neのデータはクランク角センサ６の
30°CA毎の割込みによって演算されてRAM105の所定領域
に格納される。

次に、以上のように構成された本発明の内燃機関の空
燃比制御装置の制御回路10のヒータ付O₂センサの通電制
御についてフローチャートを用いて説明する。

第４図は排気通路８に２次空気が供給される２次空気
供給ルーチンを示すものであり、メインルーチンあるい
は割込ルーチンで実行されるものである。このルーチン
ではまず、ステップ401で２次空気供給条件か否かが判
定される。２次空気供給条件としては、例えば機関の暖
機運転状態がその１つに相当し、この状態は機関の冷却
水温度がその１つに相当し、この状態は機関の冷却水温
度を前述の水温センサ11からの信号により検出される。

機関が暖機状態等で２次空気供給条件が成立する時
（YES）はステップ402に進み、ここでヒータオンフラグ
HOFが“1"にされてRAM105に格納された後、ステップ404
でVSV15に通電される。この結果、VSV15の“黒”−
“黒”が連通し、ASV14に負圧が導入されて弁体14bが開
弁して空気導入管12が連通するので、２次空気が排気通
路８に供給される。

一方、機関の２次空気供給条件が成立しない時（NO）
はステップ403に進み、ここでヒータオンフラグHOFが
“0"にされてRAM105に格納された後、ステップ405でVSV
15への通電が停止される。この結果、VSV15の“白”−
“白”が連通し、ASV14に大気が導入されて弁体14bが閉
弁して空気導入管12が遮断されるので、２次空気の排気
通路８への供給が停止される。

このように、２次空気供給ルーチンにて、２次空気が
供給されている時はヒータオンフラグHOFが“1"であ
り、２次空気が供給されていない時は、ヒータオンフラ
グHOFが“0"となっているので、現在２次空気が供給さ
れているか否かはこのヒータオンフラグHOFにより判別
することができる。

第２図は本発明の内燃機関の空燃比制御装置における
制御回路10の制御の一実施例の手順を示すヒータ通電ル
ーチンである。

このルーチンではまず、ステップ201において前述の
ヒータオンフラグHOFが“1"か否かが判定される。そし
て、フラグHOFが“1"の時（YES）はステップ202に進む
が、“0"の時（NO）はステップ203に進む。

排気通路８に２次空気が供給されない時に進んでくる
ステップ203では、前述したようにRAM105に格納されて
いる吸入空気量Ｑのデータが機関負荷として読み出さ
れ、次のステップ205で読み出したＱの値（負荷値）が
設定値Ｂ以下か否かが判定される。ここで負荷の判定に
使用される設定値Ｂは機関回転数に無関係の一定値であ
り、Ｑ≦Ｂの時（YES）は負荷が小さく排気ガス温度も
低いのでステップ208に進んでO₂センサ９のヒータが通
電される。一方、ステップ205でＱ＞Ｂと判定された時
（NO）は、負荷が大きく排気ガス温度も高いので、O₂セ
ンサ９は排気ガスによって十分活性状態になるので、ス
テップ207に進んでO₂センサ９への通電は行われない。

排気通路８に２次空気が供給されている時に進んでく
るステップ202では、前記同様にRAM105に格納されてい
る吸入空気量Ｑのデータが機関負荷として読み出され、
次のステップ204で読み出したＱの値（負荷値）が設定
値Ａ以下か否かが判定される。排気通路８に２次空気が
供給されている時は、O₂センサ９が冷たい２次空気によ
って冷やされているので、ヒータへに通電を行う機関負
荷の領域を、２次空気が排気通路８に供給されていない
時よりも広くしなければO₂センサ９の暖機性が悪化す
る。そこで、ステップ204で使用される設定値Ａは前記
設定値Ｂより大きい、機関回転数に無関係の一定値にし
てある。そして、ステップ204でＱ≦Ａの時（YES）は負
荷が小さく排気ガス温度も低いのでステップ208に進ん
でO₂センサ９のヒータが通電される。一方、ステップ20
4でＱ＞Ａと判定された時（NO）は、負荷が大きく排気
ガス温度も高いので、O₂センサ９は排気ガスによって十
分活性状態になるので、ステップ206に進んでO₂センサ
９への通電は行われない。

以上のように、この実施例では２次空気が排気通路８
に供給されている時は、O₂センサ９に通電するか否かを
判定する機関負荷の領域が広がるので、O₂センサ９の暖
機性が損なわれない。

第３図は本考案の内燃機関の空燃比制御装置の制御回
路10の制御の他の実施例の手順を示すヒータ通電ルーチ
ンである。この実施例が前述の実施例と異なる点は、O₂
センサ９のヒータに通電するか否かを判定する設定値A,
Bの値を機関回転数速度Neによって変えている点であ
る。

即ち、ステップ301でYESとなる２次空気供給時は、ス
テップ302で機関回転速度NeをRAM105から取込み、ステ
ップ304で回転速度Neに応じた負荷の設定値Ａをマップ
から読出す。次いでステップ306で負荷ＱをRAM105から
読出し、ステップ308でＱと読出したＡとの大小を比較
する。Ｑ≦Ａの時（YES）はステップ312に進んでO₂セン
サ９への通電を実行し、Ｑ＞Ａの時（NO）はステップ31
0に進んでO₂センサ９への通電を停止する。

また、ステップ301でNOとなる２次空気非供給時は、
ステップ303で機関回転速度NeをRAM105から取込み、ス
テップ305で回転速度Neに応じた負荷の設定値Ｂをマッ
プから読出す。次いでステップ307で負荷ＱをRAM105か
ら読出し、ステップ309でＱと読出したＢとの大小を比
較する。但し、何れの同じ回転速度においてもＡ＞Ｂと
なっている。そして、Ｑ≦Ｂの時（YES）はステップ312
に進んでO₂センサ９への通電を実行し、Ｑ＞Ｂの時（N
O）はステップ311に進んでO₂センサ９への通電を停止す
る。

この実施例ではO₂センサ９のヒータに通電を行うか否
かを判定する機関負荷の値が２次空気供給時も非供給時
も、機関回転速度に応じて変化するので、より細かい制
御が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ヒータ付O₂セン
サを用いて空燃比F/Bを行い、機関の特定運転状態の時
に排気通路に２次空気を供給する内燃機関において、２
次空気供給時にはO₂センサのヒータに通電を行う機関負
荷の設定値の領域が広がるので、O₂センサの通電域が広
がり、排気通路内に供給された２次空気によってO₂セン
サが冷却された場合でも、O₂センサが活性状態に保たれ
るので、O₂センサの暖機性が悪化することがなく、エミ
ッションも悪化しないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の空燃比制御装置を備えた内燃機関の全
体概略図、第２図、第３図、第４図は第１図の制御回路
の動作を説明するためのフローチャートである。１…機関本体、２…吸気通路、2b…吸気マニホルド、３
…エアフローメータ、４…ディストリビュータ、5,6…
クランク角センサ、７…燃料噴射弁、８…排気通路、8a
…排気マニホルド、９…O₂センサ、10…制御回路、11…
水温センサ、12…空気導入管、13…逆止弁、14…ASV、1
5…VSV。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路内に、２次空気を供給
する２次空気供給手段と、この２次空気供給手段の下流側の排気通路内に設けられ
たヒータ付酸素濃度センサ手段と、内燃機関の負荷が設定値より大きいか否かの負荷の判別
手段と、該負荷の検出値が設定値以下の時にヒータ付酸素濃度セ
ンサ手段のヒータに通電する通電制御手段と、前記２次空気供給手段が作動されて２次空気が供給され
ている状態の前記負荷の設定値を、前記２次空気供給手
段が非作動で２次空気が供給されていない状態に比べて
高い値に設定変更する設定値変更手段と、を備えた内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】前記負荷の設定値が機関回転数により可変
である特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関の空燃比
制御装置。