JPS63147941A - 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】 〔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係り、特に排ガス
を浄化する触媒の下流側にＩＪＦガス中の残留酸素濃度
を検出するＯ２センサを配置し、ｏ２センサ出力に基づ
いて空燃比をフィードバック制御する内燃機関の空燃比
制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来より、機関負荷（吸入空気量または吸気管圧力）と
機関回転速度とに基づいて基本燃料噴射　。

時間を演算し、この基本燃料噴射時間を吸気温や機関冷
却水温等で補正して燃料噴射時間を求め、この燃料噴射
時間に相当する時間燃料噴射弁を開（ことにより燃料を
供給する燃料噴射式の内燃機関が知られている。この内
燃機関においては、排ガス中の有害成分であるＨ　Ｃ、
ＣＯ１゛Ｎ　ＯＸを同時に浄化するために、排気管に三
元触媒を充填した触媒装置を取付けると共に、この触媒
装置の上流側に理論空燃比に対応するｉＪＩガス中の残
留酸素濃度を境に反転した１ｄ号を出力する。２センサ
を。

取付け、このＯ２センサ出力に基づい°ζ比例積分制御
によって空燃比が理論空燃比になるようにフィードバッ
ク制御するようにしている。ここで、二元触媒は、空燃
比が理論空燃比よりリーンのときにはＯ２を取り込み、
空燃比が理論空燃比よりリッチになったときにはｌＲ人
するＣｏ、ＨＣと空燃比リーンのときに取り込んだ０２
とを反応させるというＯ２ストレージ効果を有しており
、空燃比フィードバック制御はこのＯ２ストレージ効果
を積穫的に利用するため、比例定数（スキップ量）や積
分定数を最適な値に定めて最適な周波数、振幅で空燃比
を制御するようにしている。

しかしながら０２センサを触媒の上流側に取付けている
ため、排ガスの熱による熱害、排ガス中の有害成分によ
る劣化等によってＯ！センサが劣化し易くなり理論空燃
比への正確な制御が困難になる。このため、０２センサ
の熱害や排ガス中の有害成分による劣化を防止するため
に、ＯＲセンサを触媒装置の下流側に取付けて空燃比を
フィードバック制御することが行なわれている（特開昭
５０−１３７５９１号公報、実開昭６０−７３８１９５
公報）。

〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、Ｏ２センサを触媒の下流側に取付ける場
合には、触媒によって浄化された後の排ガス中の残留酸
素１１度をＯ２センサが検出することになるため、触媒
の劣化によるＯ。ストレージ効果の変化も考ＪＳする必
要があるが、上記従来の方法では触媒の劣化による制御
周期の変化を考慮していない。このため、触媒が劣化し
てＯ２ストレージ効果が小さくなると、触媒に取り込ま
れるＯ２゛の■が少なくなり０２センサの触媒上流空燃
比変化を検出する時間が早まることになる。このため、
比例定数および積分定数を一定にして空燃比を制御する
と、第２図に示すように、触媒の劣化度合に応じて空燃
比フィードバック制御の周期が短くなり、従って空燃比
の変動周期が早くなる。

この場合、Ｏ２ストレージ効果が大きいと空燃比制御の
応答遅れが発生するため、比例定数を大きくし空燃比の
変化が速やかになるようにして制御周期を短くすると共
に、積分定数を小さくして制御振幅が大きくならないよ
うにする。換言すると、触媒が新しいとき周期は長くフ
ィードバックが遅いのでエミッション悪化があり、エミ
ッション悪化を防止すべく、周期を早めるため比例定数
を大きくとる必要があり、そうすると空燃比変化が大き
くなるためドライバビリティが悪化する、という問題点
があった。

本発明は、上記問題点を解決すべく成されたもので、０
２センサを触媒の下流側に取付けて空燃比をフィードバ
ック制御する場合に、触媒の劣化によってドライバビリ
ティが悪化しない（ドライバビリティを回復する）よう
にした内燃機関の空燃比制御＃Ａ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〕

上記目的を達成するために本発明は、排ガスを浄化する
触媒の下流側に排ガス中の残留酸素濃度を検出する０２
センサを配置し、前記Ｏ！センサ出力に基づいて比例積
分制御によって空燃比をフィードバック制御する内燃機
関の空燃比制御装置において、前記触媒の劣化度合を検
出する検出手段と、前記劣化度合が大きくなるに従って
空燃比をフィードバック制御するための比例定数を小さ
くする補正手段と、を設けたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の空燃比制御装置は、排ガスを浄化する触媒の下
流側に排ガス中の残留酸素濃度を検出するＯ、センサを
配置し、Ｏ２センサ出力に基づいて比例積分制御によっ
て空燃比をフィードバック制御する。この空燃比制御装
置には、触媒の劣化度合を検出する検出手段と、空燃比
をフィードバック制御するための比例定数を補正する補
正手段とが設けられており、この補正手段は検出手段に
よって検出された触媒の劣化度合が大きくなるに従って
比例定数を小さくするように補正する。

この結果、触媒の劣化度合が小さいときすなわち０２ス
トレージ効果が大きいときは、比例定数を大きくするこ
とにより空燃比のリッチからリーンまたはリーンからリ
ッチへの変化を速やかにして排気エミッションの浄化率
を良好にすることができる。一方、触媒の劣化度合が大
きくなるとすなわち触媒のＯｘストレージ効果が小さく
なると、比例定数が小さくされ、これによって空燃比の
リッチからリーンまたはリーンからリッチへの変化が確
保されると共にドライバビリティを回復することができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、触媒の劣化度合が
大きくなるに従って空燃比をフィードバック制御するた
めの比例定数を小さくしているため、空燃比が不必要に
急変するのが防止され、これによってドライバビリティ
の悪化を防止することができる、という効果が得られる
。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第３図は本発明が適用可能な空燃比制御’Ａ　Ｍを備え
た火花点火内燃機関（エンジン）の概略を示すものであ
る。エアクリーナｌＯの下流側にはエアフロメータ１２
が配置されている。このエアフロメータ１２は、ダンピ
ングチャンバ内に回動可能に配置されたコンペンセーシ
ョンプレートとコンペンセーションプレートに固定され
たメジャリングプレートとメジャリングプレートの開度
変化から吸入空気量を検出するポテンショメータ１２Ａ
とから構成されている。エアフロメータ１２は、吸気通
路１４、サージタンク１６及びインテークマニホールド
１８を介してエンジン本体２０の吸気ポート２２に連通
されている。サージタンク１６の上流側にはスロットル
弁２４が配置され、このスロットル弁２４にはスロット
ル弁が全閉状態でオンするアイドルスイッチ２４Ａが取
付けられており、またインテークマニホールド１８には
各気筒毎に突出するように燃料噴射弁（インジェクタ）
２６が配置されている。

吸気ポート２２は吸気バルブ２０Ａを介してエンジン本
体２０内に形成された燃焼室２８に連通されている。こ
の燃焼室２８は、排気バルブ２０Ｂ　、ｔＪＦ気ボート
３０、エキゾーストマニホールド３２を介して排気通路
３・１に連通されている。排気通路３４は、三元触媒を
充填した上流側触媒装置４６を介して、三元触奴を充填
した下流側触媒装置５０に接続されている。なお、上流
側触媒装置４６、下流側触媒装置５０は、酸化触媒を充
填した触媒装置を用いるようにしてもよい。そして、Ｌ
流側触媒装置４６の下流側でかつこの−ＦｆＬ側触媒装
置４６の近傍には、理論空燃比に対応した排ガス・中の
残留酸素濃度を境に反転した信号を出力する０２センサ
４０が取付けられている。

エンジン本体２０には、シリンダブロックを貫通してウ
ォータジャケット内に突出するように冷却水温センサ３
８が取付けられている。また、エンジン本体２０の燃焼
室２８内に突出するように各気筒毎に点火プラグ（図示
せず）が取付けられており、この点火プラグはディスト
リビュータ４２及びイブナイフ（図示せず）を介してマ
イクロコンピュータを含んで構成された制御回路４５に
接続されている。ディストリビュータ４２には、デ・イ
ストリピユータシャフトに固定されたシグナルロータと
ディストリビュータハウジングに固定されたピックアッ
プとで構成された回転角センサ４８が取付けられている
。回転角センサ４８は３０°ＣＡ毎に回転角信号を出力
し、この回転角１３号の周期からエンジン回転速度Ｎを
演算することができる。また、５２はスピードメータケ
ーブルに固定されたマグネットと磁気怒応素子とで構成
された車速センサである。

上記ボテンソヨメータ１２Δ、吸気温センサ１２Ｂ、ス
ロットルセンサ２４Ａ、回転角センサ４８、冷却水温セ
ンサ３８．０２センサ４０及び車速センサ５２は信号を
入力するように制御回路４５に接続されており、また、
イブナイフ及び燃料噴射弁２６は制御回路４５から出力
される制御１３号によって制御されるように接続されて
いる。

マイクロコンピュータを謹んで溝底された制御回Ｖ３４
５は第４図に示すように、バックアップＲＡＭを備えた
ランダムアクセスメモリ　（ＲＡＭ）５８、リードオン
リメモリ　（ＲＯＭ）６０．マイクロプロセツンングユ
ニット（ＭＰ　Ｕ）６２、出力ポートロ８、アナｒ：１
グデジタル（Ａ／Ｄ）変換器７４、回転速度１３号形成
回路７６及びこれらを接続スるデータバスやコントロー
ルバス等のバス７２を備えている。

Ａ　／”　Ｉ）変換器７４には、スロットルセンサ２４
Ａ、ポテンショメータ１２八、吸気温センサ１２Ｂ、水
温センサ３８．Ｏ２センサ４０及び車速センサ５２が接
続されており、Ａ／Ｄ変換器７４はこれらから入力され
る信号を１１１ｎ次デジタル信号に変換する。ＣＰＵは
車速センサ５２からＡ／Ｄ変換器７４を介して人力され
る信号と時間とに基づいて走行距離を演算すると共に、
この走行距離を積算して積算走行距離をバックアップＲ
ＡＭに記憶する。また、回転速度信号形成回路７６には
回転角センサ４８が接続されており、回転角センサ４８
から出力される３０°ＣＡ毎の１３号の周期からエンジ
ン回転速度が演算される。そして、出力ポートロ８は駆
動回路７８を介して燃料噴射弁２６に接続されている。

なお８０はクロック発生回路である。

第１図は、積算走行距離によって触媒の劣化度合を検出
し、この触媒の劣化度合によって比例定数および積分定
数を変化させる本発明の実施例の制御ルーチンを示すも
のである。まずステップ８０において車速センサ出力に
基づいて演算された積算走行距離Ｄ１をバックアップＲ
ＡＭから読み込み、ステップ８２において積算走行距離
の基準値Ｄ２をバックアップＲＡＭから読み込む。この
基準値Ｄ２の初期値はＯにされており、予めバックアッ
プＲＡＭに記憶されている。

次のステップ８４では積算走行路ｆ４Ｄｌと基準値Ｄ２
とを比較し、積算走行距離Ｄ１が基準値０２以上のとき
には触媒の劣化度合が所定値以上にムったと判断してス
テップ８６においてアイドルスイッチがオンしたか否か
を判断することによりアイドル状態か否かを判断する。

そして、ステップ８８およびステップ９０において以下
の表に示すマツプからアイドル時の比例定数Ｒ５ｌ０Ｌ
および積分定数ＫＨ＋ｎＬまたはアイドル状態以外での
比例定数Ｒ８および積分定数に、を演算する。

表 上記表から理解されるように、比例定数Ｒ１１゜１、Ｒ
５は触媒の劣化度合を示す積算走行距離に応じて小さく
なるように定められており、−力積分定数に１１．いに
、は、積算走行距離に応じて大きくなるように定められ
ている。

次のステップ９２ではステップ８８またはステップ９０
で演算された積分定数および比例定数をバックアップＲ
ＡＭに記ｔαし、ステップ９４において３！Ｅ準値Ｄ２
を所定値（例えば、５００ｋｍ）大きくする。そしてス
テップ９６においてこの基準）直Ｄ２をバックアップＲ
ＡＭに記憶する。なお、基バ１値Ｄ２を所定値づづ大き
くした例について説明したが、第２図から理解されるよ
うに積算走行距離が所定値以上の領域ではフィードバッ
ク周期がほとんど変化しないので、基準値Ｄ２を大きく
する割合を徐々に大きくする（例えば、５００　ｋｍ、
１０００ｋｎ＋、２０００ｋｍと大きくする）ようにし
てもよい。

第５図は燃料噴射時間”ｌ’　Ａ　Ｕを演算するルーチ
ンを示すもので、ステップｌＯＯにおいて吸入空気ＩＱ
およびエンジン回転速度Ｎを取込み、ステップ１０２に
おいて吸入空気ＩＱとエンジン回転速度Ｎとからエンジ
ン１回転当りの吸入空気量を演算すると共に目標空燃比
（理論空燃比）を考慮して従来と同様の方法で基本燃料
噴射時間ＴＰを演算する。そして次のステップ１（）４
において基本燃料噴射時間ＴＰと第６図のルーチンで演
算される空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦとを乗算
すると共に、吸気温やエンジン冷却水温等によってこの
積を補正して燃料噴射時間ＴＡりを演算する。そして所
定クランク角毎にこの燃料噴射時間ＴへＵに相当する時
間燃料噴射弁を開弁することによりクランク角に同ｎ、
ｕ　して燃料噴射が実行される。

次に、アイドル以外の空燃比フィードバック補正係数Ｆ
ＡＦを演算するルーチンを第６図を参照して説明する。

なお、アイドル時の空燃比フィードバック係数Ｆ　Ａ　
Ｆの、Ｉｉｉ算も第６図と同様であるので説明は省略す
る。まず、ステップ１１０においで空燃比フィードバッ
ク制御条件が成立しているか否かを判断する。例えば、
エンジン始動状態でなく、始動後増量中でなく、エンジ
ン冷却水温が４０°Ｃ以上であり、パワー増世中でなく
、リーン制御中でないときに、フィードバック制御条件
が成立したと判断される。空燃比フィードバック制御条
件が成立していないときは、ステップ１１２において空
燃比フィードバック補正係￥２ＦＡＦを１．０とした後
メインルーチンへリターンする。

一方、空燃比フィードバック制御条件が成立したと判断
されたときには、ステップ１１４においてＯ２センサ出
力を取込み、ステップ１１６において０２センサ出力が
空燃比リッチを示しているか否かを判断する。Ｏ２セン
サ出力が空燃比リッチを示しているときには、ステップ
ｔｔＳにおいてフラグＣＡＦＬをリセットした後ステッ
プ１２０においてフラグＣＡ　ＦＲがリセットされてい
るか否かを判断する。フラグＣＡＦＲがリセットされて
いるときは、Ｏｔ　センサ出力が空燃比リーンからリッ
チに反転した時点であるためステップ１２４において空
燃比フィードバック補正係数ＦＡＦから比例定数Ｒ３を
減算した後ステップ１２６においてフラグＣＡＦＲをセ
ットする。ステップ１２０においてフラグＣＡＦＲがセ
ットされていると判断されたとき、すなわち０２センサ
出力が空燃比リーンからリッチに反転した後はステップ
１２２において空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦか
ら積分定数に、を減算する。

ステップ１１６において０２センサ出力が空燃比リーン
を示していると判断されたときには、ステップ１２８に
おいてフラグＣＡＦＲをリセットした後ステップ１３０
においてフラグＣＡＦＬがリセットされているか否かを
判断する。フラグＣＡＦＬがリセットされてい°るとき
は、０２センサ出力が空燃比リッチからリーンに反転し
た時点であるのでステップ１３４において空燃比フィー
ドバック補正係数ＦＡＦに比例定数Ｒ３を加算した後ス
テップ１３６でフラグＣＡＦＬをセットする。

一方、ステップ１３０でフラグＣＡＦＬがセットされて
いると判断されたとき、すなわち０２センサ出力が空燃
比リッチからリーンに反転した後はステップ１３２にお
いて空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦに積分定数に
、を加算する。

以上の結果、積算走行距離が長くなるに従って、すなわ
ち触媒の劣化度合が大きくなるに従って空燃比をフィー
ドバック制御するための比例定数が小さくされると共に
積分定数が大きくされる。この結果、触媒の劣化度合が
小さいときには比例定数が大きくされるため空燃比のリ
ッチからリーンまたはリーンからリッチへの変化が速や
かになり、触媒の０２ストレージ効果が大きいことによ
る応答遅れが防止されると共に、比例定数によって空燃
比を速やかに変化させた後は小さい値の積分定数によっ
て空燃比を緩やかに変化させることができる。一方、触
媒の劣化度合が大きくなるに従って比例定数が小さくさ
れるため空燃比のリッチからリーンまたはリーンからリ
ッチへの変化が緩やかになり、触媒の劣化によってエミ
ッションが悪化することが防止されると共に、空燃比変
化を小さくしてドライバビリティを回復させ、また比例
定数によって空燃比を緩やかに変化させた後は大きい値
の積分定数によって空燃比を速やかに変化させることが
できる。

なお、上記では積算走行距離によって触媒の劣化度合を
検出する例について説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではな（、比例定数および積分定数を一定にし
たときのフィードバック周期（または周波数）から触媒
の劣化度合を検出するようにしてもより、ｆｔ荷（機関
１回転当りの吸入空気量または吸気管絶対圧力）の積算
値やエンジン回転速度の積′Ｗ、値または運転時間の積
算値によって触媒の劣化度合を検出するようにしてもよ
い。また、上記では比例定数と積分定数とを共に変化さ
せる例について説明したが、フィートノ・ツク制御の周
期は主に比例定数の大きさに関係するから、積分定数を
一定値にするようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の積分定数および比例定数を変
化させるためのメインルーチンを示す流ね１図、第２図
はアイドル時の従来のフィードバック制御周期の変化を
示す線図、第３図は本発明が適用可能な空燃比制御装置
を備えた内燃機関の概略図、第４図は第３図の制御回路
の詳細を示すブロック図、第５図は燃料噴射時間演算ル
ーチンを示す流れ図、第６図は空燃比フィードバック補
正係数を演算するためのルーチンを示す流れ図である。 １２・・・エアフロメータ、 ２６・・・燃料噴射弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）排ガスを浄化する触媒の下流側に排ガス中の残留
   酸素濃度を検出するＯ＿２センサを配置し、前記Ｏ＿２
   センサ出力に基づいて比例積分制御によって空燃比をフ
   ィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置におい
   て、前記触媒の劣化度合を検出する検出手段と、前記劣
   化度合が大きくなるに従って空燃比をフィードバック制
   御するための比例定数を小さくする補正手段と、を設け
   たことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。