JPS62273446A - 内燃機関の空燃比制御装置 - 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】 ３、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流度センサ（０２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０２センサの温度特性は、空燃
比がリンチの場合には素子温度が上昇するにつれて０２
センサの出力（リッチ信号）は上昇しであるハイレベル
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０２センサの出力（リーン信号）は
一旦上昇するが、再び低下しであるローレベルで安定す
る。つまり、０２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、０２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０２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０２センザ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０２センサを用いて空燃比フィードハック（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）を目的として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０２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０２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ツプに
より一義的に決められていた。

更に、触媒からの■Ｉ２Ｓ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
０２センサによる空燃比Ｆ／Ｂ制御を再開していた。

〔発明が解決しようする問題点〕

ところが、従来のヒータ付０２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０２センサに当たり、０２センサの素子を冷却してし
まうため、０２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（供給されるためであり
、０□センサは内蔵のヒータと０２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０２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、供給された２次空気により０２セ
ンサの素子が冷却されても０２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機関の特定運転状態でのみ
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
いか否かの判別手段と、この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、前記機関の特定運転状態で前記負荷の
設定値を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、内燃機関
の特定運転状態の時に、排気通路に２次空気が供給され
ると共に、ヒータ付０２センサのヒータが通電される機
関負荷の設定値が低い値に変更される。

〔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ｌ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角（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
料を吸気ボ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０２
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０゜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
て入出力インクフェース１０２に供給される。更に、０
゜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１
０１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り
一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
連通ず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ｌＯ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１０２．　ＣＰ　ｔｕｏｊの他にＲＯＭ１０４゜Ｒ
ＡＭ１０５．イグニッションスイッチオフ後も情報の保
持を行うバックアツプ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ＴＡ
Ｕが演算されると、燃料噴射量ＴＡＵがダウンカウンタ
ｌＯ８にプリセットされると共にフリップフロップ１０
９もセントされる。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ド端子がｌ”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ＴＡＬＩ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の吸入空気量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ＲＡＭ１０５の所定領域に格納される。つまり、ＲＡ
Ｍ１０５における吸入空気ＩＱ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段間の空燃
比制御装置の制御回路１０のヒータ付０２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（Ｙ
ＥＳ）はステップ４０２に進み、ここでヒータオンフラ
グＨ叶が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、ＡＳ
Ｖ１４に負圧が導入されて弁体１４ｂが開弁して空気導
入管１２が連通ずるので、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１１
０Ｆが“０＃にされてＲＡＭ１０５に格納された後、ス
テップ４０５でＶＳＶ１５への通電が停止される。この
結果、ＶＳＶ１５の“白”−“白”が連通し、ＡＳＶ１
４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Ｉ（ＯＦ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“Ｏ″　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１（ＯＦが“Ｉ”の時（ＹＥＳ）はステ
ップ２０２に進むが、“Ｏ“の時（ＮＯ）はステップ２
０３に進む。

排気通路８に２次空気が供給されない一時に進んでくる
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ｉＱ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０２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、０２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０２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、０２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０２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
の一定値にしである。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０２センサ９のヒータが通電さ
れる。一方、ステップ２０４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０２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、０２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、０
２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をマツプから読出す。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≦への時（ＹＩ
ＥＳ）はステップ３１２に進んで０□センサ９への通電
を実行し、Ｑ＞Ａの時（Ｎｏ）はステップ３１０に進ん
で０２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をマツプから読出す。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０２センサ
９への通電を実行し、Ｑ＞Ｉ３の時（ＮＯ）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０２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０２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０２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、０２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
０２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、０２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。 ■・・・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・・・０□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、　
　　　１５・・・ＶＳＶ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．内燃機関の排気通路内に、機関の特定運転状態での
   み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、 前記機関の特定運転状態で前記負荷の設定値を高い値に
   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。
2. ２．前記負荷判別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。