JPS6379049A - エンジンの空燃比制御装置 - 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、排気ガス中の特定成分の濃度を検出する０２
センサ等の排気センサから得られる検出信号に基づいて
、エンジンにおける燃焼に供される混合気の空燃比を所
定のものとすべく燃料供給手段に対するフィードバック
制御を行うようにされたエンジンの空燃比制御装置に関
する。

（従来の技術） 例えば、三元触媒コンバータを用いて排気ガスの浄化を
図るようにされた車両用エンジンにおいては、燃焼に供
される混合気の空燃比を理論空燃比近傍に維持すること
が要求され、そのため、排気通路に０２センサを臨設し
て、エンジンの運転状態が所定の条件を満たすとき、０
□センサから得られる検出信号に基づいて燃料供給手段
に対するフィードバック制御を行うようにしている。斯
かるフィードバック制御によって空燃比が理論空燃比近
傍に維持されるもとでは、三元触媒コンバータによる炭
化水素（ＨＣ）及び−酸化炭素（ＣＯ）の酸化と窒素酸
化物（ＮｏＸ）の還元とが円滑に行われて排気ガスの浄
化が効果的になされることになる。

ところで、汎用されている０２センサは、排気ガスの温
度が比較的低い場合、例えば、３００〜３５０℃以下で
ある場合には不活性状態となるので正常に作動せず、従
って、それから得られる検出信号が排気ガス中の酸素濃
度に正確に対応したものではなくなってしまう。

このため、例えば、特開昭５６−４４８３３号公報にも
示される如く、ｏ２センサにヒータを付設し、必要に応
じてヒータに対する通電を行ってそれを発熱させること
により、排気ガスの温度が低いときでも０□センサを活
性状態にするようになすことが知られている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上述の如くのヒータが付設された０２センサ
等の排気センサが採用されたエンジンの空燃比制御装置
において、ヒータに断線等の異常が生じてそれが発熱し
なくなる、あるいは、ヒータの発熱量が正常時に比して
低下したものとなる事態が発生したときには、それに対
する何んらかの対策を講じなければ、排気ガスの温度が
比較的低い場合において排気センサが正常に作動しない
ものとなるため、燃焼に供される混合気の空燃比を所定
のものとすることができなくなり、排気ガスの浄化性能
等が劣化してしまう虞がある。

しかしながら、従来、上述の如くの、ヒータに断線等の
異常が生じたときにおける対策を効果的に講じるように
されたエンジンの空燃比制御装置は見当たらない。

斯かる点に鑑み本発明は、ヒータが付設された排気セン
サから得られる検出信号に基づいて、空燃比を所定のも
のとすべく燃料供給手段に対するフィードバック制御を
行うようになされ、しかも、ヒータに断線等の異常が生
じてそれが発熱しなくなる、あるいは、その発熱量が正
常時に比して低下したものとなっても、排気センサを正
常に作動させることができて、排気浄化性能等を充分に
確保することができるようにされたエンジンの空燃比制
御装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） 上述の目的を達成すべく、本発明に係るニレジンの空燃
比制御装置は、エンジンに燃料を供給する燃料供給手段
と、排気ガス中の特定成分の濃度を検出する排気センサ
と、排気センサに付設されてそれを加熱するヒータと、
排気センサから得られる検出信号に基づいて、エンジン
における燃焼に供される混合気の空燃比を所定のものと
すべく、燃料供給手段に対するフィードバック制御を行
うフィードバック制御手段と、ヒータの異常を検出する
異常検出手段と、異常検出手段によりヒータの異常が検
出されるとき、排気ガスの温度を上昇させる排気ガス昇
温手段とを具備して構成される。

（作　用） 上述の如くの構成とされる本発明に係るエンジンの空燃
比制御装置においては、排気ガスの温度が比較的低いと
き、異常検出手段によりヒータの異常が検出されない場
合には、ヒータにより排気センサが加熱されて、排気セ
ンサが活性状態となり排気センサから排気ガス中の特定
成分の濃度に正確に対応する検出信号が得られる。この
ため、フィードバック制御手段による燃料供給手段に対
するフィードバック制御が適正に行われることになり、
この結果、空燃比が目標空燃比に収束せしめられて排気
ガスの浄化等が効果的に行われる。

これに対し、異常検出手段によりヒータの異常が検出さ
れる場合には、ヒータが発熱しなくなる、あるいは、そ
の発熱量が正常時に比して低下するため、排気センサが
不活性状態になって正常に作動しなくなるが、この場合
には、排気ガス昇温手段が、排気ガスの温度を上昇させ
る。この結果、昇温された排気ガスにより排気センサが
加熱されて活性状態となり、ヒータに異常が生じてない
ときと同様に、排気センサから得られる検出手段に基づ
くフィードバック制御手段による燃料供給手段に対する
フィードバック制御が適正に行われて、空燃比が目標空
燃比に収束せしめられ、この場合も排気ガスの浄化等が
効果的に行われることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明に係るエンジンの空燃比制御装置の一
例を、それが適用されたエンジンの主要部とともに示す
。

第１図において、シリンダヘッド１１及びシリンダブロ
ック１３からなるエンジン本体１０には、気筒１４が設
けられており、気筒１４にはピストン１６が嵌挿される
とともに、吸気弁１８及び排気弁１９を介して吸気通路
２０及び排気通路２２が夫々接続されている。また、気
筒１４内にはシリンダヘッド１１．シリンダブロック１
３．ピストン１６．吸気弁１８及び排気弁１９等に包囲
されて燃焼室２４が形成され、この燃焼室２４には点火
プラグ２６が臨設されている。

吸気通路２０には、その上流側から、順次、吸入空気を
浄化するエアフィルタ２８．吸入空気量を検出するエア
フローメータ３０．アクセルペダルに連動して吸気通路
２０を開閉するスロットル弁３２、及び、燃料供給部か
ら圧送される燃料を吸気通路２０の下流部分を形成する
吸気ボート部に向けて噴射する燃料噴射弁３６が夫々設
けられている。排気通路２２には、その上流側から、順
次、ヒータ３５が付設されたｏ２センサ３７．排気ガス
浄化用の三元触媒コンバータ３８、及び、排気音を消音
するためのサイレンサ３９が設けられている。０□セン
サ３７は、排気ガスの温度が概ね３５０℃を越える場合
には活性状態となり、この状態で正常に作動して燃焼室
２４での燃焼に供される混合気の空燃比が理論空燃比近
傍となる状態を境界として、リッチ側にある場合とリー
ン側にある場合とで互いに異なるレベルをとる二値の検
出信号Ｓｏを送出するようにされている。

また、エンジン本体１０には、クランクシャフトにより
その回転軸が回転駆動されるディストリビュータ４４が
取り付けられており、このディストリビュータ４４には
、その回転軸の回転速度及び回転角に応じたものとなる
エンジンの回転数、及び、クランク角度を検出するクラ
ンク角センサ４６が設けられている。そして、ディスト
リビュータ４４には、点火時期制御部４０と一体化され
た点火コイル部４２が接続されている。

さらに、斯かる構成に加え、上述の点火プラグ２６によ
る点火及び燃料噴射弁３６による燃料噴射の夫々に対す
る制御を行うためのコントロールユニット１００が備え
られている。

コントロールユニット１００には、エアフローメータ３
０から得られる吸入空気量をあられす検出信号Ｓａ、ク
ランク角センサ４ｑから得られるエンジン回転数及びク
ランク角度をあられす検出信号Ｓｎ、Ｏ□センサ３７か
ら得られる排気ガス中の酸素濃度に応じた検出信号ＳＯ
１及び、エンジンの冷却水温をあられす検出信号Ｓｗ等
が供給される。また、コントロールユニット１００には
、バッテリ５０の電圧Ｖｅ（１２Ｖ）が印加され、さら
に、ヒータ３５のアース側の電圧■０も印加される。

コントロールユニット１００は、上述の各種の検出信号
のうちの検出信号Ｓａ、Ｓｎ、Ｓｏ、ＳＷ等に基づいて
、燃料噴射量を算出し、算出された燃料噴射量に応じた
パルス幅を有する噴射パルス信号Ｃｐを形成し、これを
所定のタイミングで燃料噴射弁３６に供給する。これに
より、燃料噴射弁３６が噴射パルス信号Ｃｐのパルス幅
に応じた期間だけ開弁じてエンジンの運転状態に応じた
量の燃料を吸気ボート部に噴射する。

また、コントロールユニット１００は、上述の検出信号
Ｓａ、Ｓｎ等に基づいてエンジンの運転状態に応じた点
火時期（通常点火時期）を設定し、この通常点火時期に
対応するものとされた点火制御信号Ｃｑを点火時期制御
部４０に供給する。これにより、点火コイル部４２から
点火制御信号Ｃｑに対応するタイミングを有する二次側
高圧パルスが得られ、それがディストリビュータ４４を
介して点火プラグ２６に供給され、点火プラグ２６はコ
ントロールユニット１００により設定された点火時期に
従って火花を発し、燃焼室２４内の混合気を点火する。

点火された混合気は排気ガスとなって燃焼室２４から排
気通路２２に排出され、三元触媒コンバータ３８で浄化
された後外部に排出される。

ここで、コントロールユニット１００は、上述の燃料噴
射制御を行う際、燃料噴射量を算出するにあたり、エン
ジンの運転状態が所定の条件を満たすとき、例えば、そ
の運転状態が、加速状態及び減速状態でなく、高負荷高
回転状態でもなく、かつ、始動状態でもないときには、
Ｏｚセンサ３７から得られる検出信号Ｓｏに基づいて、
検出信号Ｓａがあられす吸入空気量と検出信号Ｓｎがあ
られすエンジン回転数に応じて算出される基本燃料噴射
量を補正する。この際、コントロールユニットｌＯＯは
、検出信号Ｓｏにより、混合気の空燃比が理論空燃比に
対してリーン側にあることが検知される場合には基本燃
料噴射量を所定量だけ増量し、リッチ側にあることが検
知される場合には基本燃料噴射量を所定量だけ減量する
ようにされる。これにより、空燃比のフィードバック制
御が行われて実際の空燃比が目標空燃比とされる理論空
燃比に収束するものとなる。

斯かるフィードバック制御が行われる際には、Ｏ！セン
サ３７が活性状態とされて正常に作動することが要求さ
れるが、０２センサ３７は、排気ガスの温度が比較的低
い温度、例えば、概ね３５０℃以下のときには不活性状
態とされる。そのため、それから得られる検出信号Ｓｏ
が、排気ガス中の酸素濃度に正確に対応するものではな
くなる。

このため、本例では、コントロールユニット１００が、
排気ガス温度が比較的低くなり、ｏ２センサ３７が正常
に作動しなくなる状態を検知し、斯かるときには、０□
センサ３７に付設されたヒータ３５に加熱電流■を供給
してそれを発熱させる。これにより、０□センサ３７が
加熱されて活性状態とされ、適正な検出信号ＳＯが得ら
れる。

なお、この場合、排気ガスの温度は、吸気通路２０に温
度センサ等を設けて直接検出することができるが、本例
では、エンジンの運転状態が例えば、第２図においてハ
ツチングで示される領域、即ち、噴射パルス信号Ｃｐの
パルス幅であられされるエンジン負荷が所定値Ｐ、以下
で、エンジン回転数が所定回転数Ｎ、以下の領域にある
ときには、排気ガスの温度が概ね３５０℃以下となるの
で、コントロールユニット１００が、エンジンの運転状
態が斯かる領域にあるときには排気ガスの温度が比較的
低いと判断して、上述の如くにヒータ３５に対する通電
制御を行うようにされる。

そして、本例では、コントロールユニット１００が上述
の如くの制御に加えて、ヒータ３５に断線等の異常が生
じて、エンジンの運転状態が、上述のフィードバック制
御及びヒータ３５に対する通電を行うべき領域にあるに
も関わらず、ヒータ３５が発熱しないあるいは正常時に
比してその発熱量が低下したものとなる事態が発生する
ときには、それを、ヒータ３５のアース側の電圧Ｖｏに
基づいて検知し、斯かるときには、点火側御信号Ｃｑの
送出タイミング、従って混合気の点火時期を通常点火時
期より遅らせるように補正する。

これにより、混合気が燃焼室２４内で完全には燃焼せず
排気通路内で燃焼（所謂、あと燃え）して排気ガスの温
度が、例えば、第３図において実線で示される如くに、
点火時期が通常点火時期とされた場合（鎖線で示されて
いる）に比して、エンジン負荷が所定値ＰＩ以下では上
昇せしめられて、所定温度Ｔ８、例えば、３５０℃を越
えるものとなる。このため、０□センサ３７が、ヒータ
３５による加熱が行われない場合においても排気ガスに
よって昇温されて活性状態となる。従って、ヒータ３５
に断線等の異常が生じたときにも、０２センサ３７から
は、正常な検出信号Ｓｏが得られ、斯かる検出信号Ｓｏ
に基づき、適正なフィードバック制御が行われることに
なり、混合気の空燃比を理論空燃比に収束させることが
できて、三元触媒コンバータ３８による排気ガスの浄化
を効果的に図ることができる。

上述の如くの制御を行うコントロールユニット１００は
、例えば、マイクロコンピュータが用いられて構成され
るが、斯かる場合におけるマイクロコンピュータが実行
する、主としてヒータ３５に断線等の異常が生じた際に
おけるその対策のためのプログラムの一例を第４図のフ
ローチャートを参照して説明する。

このプログラムは、例えば、イグニッションスイッチが
オン状態とされたときスタートし、スタート後プロセス
１０１で検出信号３ａ、Ｓｎ、ＳＷ及びＳＯ等を取り込
み、続くプロセス１０２で検出信号Ｓａ、　　Ｓｎ、Ｓ
ｗに基づいて通常点火時期に相当する点火進角値θｉｇ
を設定する。次に進むディシジョン１０３では、検出信
号Ｓａ、Ｓｎ、Ｓｗに基づいて、エンジンの運転状態が
、フィードバック制御すべき領域にあるか否か、即ち、
フィードバック制御（Ｆ／Ｂ）条件が成立しているか否
かを判断し、Ｆ／Ｂ条件が成立していないと判断された
場合にはプロセス１０８に進み、プロセス１０２で設定
された点火進角値θｉｇに対応するものとされた点火制
御信号Ｃｑを形成し、斯かる点火制御信号Ｃｑを点火時
期制御部４０に供給して元に戻る。これにより、点火プ
ラグ２６が火花を発して混合気が通常点火時期で点火さ
れて燃焼せしめられる。

また、ディシジョン１０３においてＦ／Ｅ条件が成立し
ていると判断された場合には、ディシジョン１０４に進
み、エンジンの運転状態がヒータ３５に対する通電を行
う領域にあるか否か、即ち、ヒータ作動？ｉＮ　＋４に
あるか否かを判断する。この判断は、燃料噴射制御のた
めに行われる他のルーチンにおいて設定される噴射パル
ス信号Ｃｐのパルス幅と検出信号Ｓｎがあられすエンジ
ン回転数とに基づいて行われ、エンジンの運転状態が前
述の第２図におけるハンチングで示される領域にない場
合にはヒータ作動領域にないと判断して、プロセス１０
８に進み、前述の如くに点火時期制御部４０に点火制御
信号ＣＱを供給して元に戻り、−方、ディシジョン１０
４においてヒータ作動領域にあると判断された場合には
ディシジョン１０５に進む。

ディシジョン１０５では、ヒータ３５のアース側の電圧
ＶＯに基づいてヒータ３５に断線等の異常が生じたか否
かを判断し、断線等の異常が生じてないと判断された場
合には、前述の如くにプロセス１０８を実行して元に戻
り、断線等の異常が生じたと判断された場合にはディシ
ジョン１０６に進む。

ディシジョン１０６では、検出信号Ｓｏのレベルが基準
電圧（０，５５〜０．６　Ｖ）未満か否か、即ち、Ｏ２
センサ３７が不活性状態にあるか否かを判断し、Ｏ２セ
ンサ３７が不活性状態であると判断された場合にはプロ
セス１０７に進み、プロセス１０２で設定された点火進
角値θｉＨから所定値Δθを減じる補正を行い、得られ
た点火進角値を新たな点火進角値θｉｇとして設定して
プロセス１０８に進む。プロセス１０８では、プロセス
１０７で設定された点火進角値θｉｇに対応する点火制
御信号Ｃｑを形成してそれを点火時期制御１部４０に供
給する。これにより、混合気が通常点火時期より遅れて
点火され、排気ガスの温度が上昇せしめられて０□セン
サ３７が活性状態となる。

一方、ディシジョン１０６において、０．センサ３７が
活性状態であると判断された場合には、０２センサ３７
が不活性状態から活性状態にされた直後は０２センサ３
７の作動状態が不安定であるので正常な検出信号ＳＯが
得られない虞があるためプロセス１０９に進み、０□セ
ンサ３７が不活性状態から活性状態になった後の経過時
間Ｈを計測し、続くディシジョン１１０において、経過
時間Ｈが、所定時間、例えば１０秒以上か否かを判断す
る。そして、経過時間Ｈが１０秒未満であると判断され
た場合には、０□センサ３７が不活性状態の場合と同様
にプロセス１０７及び１０８を順次実行して元に戻り、
経過時間Ｈが１０秒以上であると判断された場合にはプ
ロセス１０７を経由することなく、プロセス１０８を実
行して元に戻る。

なお、上述の例においては、排気センサとして、燃焼に
供される混合気の空燃比が理論空燃比よりリンチ側にあ
る場合とリーン側にある場合とで互いに異なるレベルを
とる二値の検出信号ＳＯを送出する。２センサが用いら
れるが、本発明に係るエンジンの空燃比制御装置は、斯
かるｏ２センサに限られず、空燃比に応じてそのレベル
が連続的に変化する検出信号を送出する。２センサが用
いられた場合にも同様に適用でき、また、排気センサは
、排気ガス中の酸素濃度を検出する。２センサに限られ
ることなく、排気ガス中の他の特定成分の濃度を検出す
る排気センサが用いられる場合でも同様に適用される。

また、上述の例においては点火時期を遅らせることによ
り排気ガスの温度を上昇させるようになされているが、
排気ガスの温度を他の方策により上昇させるようにされ
てもよく、例えば、アイドリング時においてアイドル回
転数を上昇させる、あるいは、排気弁の開閉タイミング
を変化させることで排気ガスの温度を上昇させるように
なされてもよい。

（発明の効果） 以上の説明から明らかな如く、本発明に係るエンジンの
空燃比制御装置においては、ヒータが付設された排気セ
ンサから得られる検出信号に基づいて、燃焼に供される
混合気の空燃比を所定のものとすべく、燃料供給手段に
対するフィードバンク制御を行うようになされ、しかも
、ヒータに断線等の異常が生じてそれが発熱しなくなる
、あるいは、その発熱量が正常時に比して低下したもの
となるときには、排気ガスの温度を上昇させるようにな
されるので、ヒータに異常が生じたときにも、排気セン
サを正常に作動させることができる。

このため、本発明に係るエンジンの空燃比制御装置にあ
っては、ヒータに異常が生じても、燃焼に供される混合
気の空燃比を所定のものとすることができて、排気浄化
性能等を充分に確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエンジンの空燃比制御装置の一例
をそれが適用されたエンジンとともに示す概略構成図、
第２図及び第３図は第１図に示される例の動作説明に供
される特性図、第４図は第１図に供される例におけるコ
ントロールユニットにマイクロコンピュータが用いられ
た場合における斯かるマイクロコンピュータが実行する
プログラムの一例を示すフローチャートである。 図中、１０はエンジン本体、２０は吸気通路、２２は排
気通路、２６は点火プラグ、３５はヒータ、３６は燃料
噴射弁、３７はＯｚセンサ、５０はバッテリ、１００は
コントロールユニットである。 第２図 第３図 エンジン負荷 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンに燃料を供給する燃料供給手段と、排気ガス中
   の特定成分の濃度を検出する排気センサと、該排気セン
   サに付設されてそれを加熱するヒータと、上記排気セン
   サから得られる検出信号に基づいて、上記エンジンにお
   ける燃焼に供される混合気の空燃比を所定のものとすべ
   く、上記燃料供給手段に対するフィードバック制御を行
   うフィードバック制御手段と、上記ヒータの異常を検出
   する異常検出手段と、上記異常検出手段により上記ヒー
   タの異常が検出されるとき、上記排気ガスの温度を上昇
   させる排気ガス昇温手段とを具備して構成されるエンジ
   ンの空燃比制御装置。