JPS643807Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、内燃機関の空燃比制御装置に係り、
特に、三元触媒を用いて排気ガス浄化対策が施さ
れた自動車用エンジンに用いるのに好適な、排気
空燃比を検知するための酸素濃度センサと、吸気
系に導入される２次空気の量を制御することによ
つて吸気空燃比を制御するめの吸気系空燃比制御
アクチユエータと、前記酸素濃度センサ出力から
判定される排気空燃比の状態に応じて、排気空燃
比が理論空燃比となるように前記吸気系空燃比制
御アクチユエータをフイードバツク制御する電子
制御装置とを有する内燃機関の空燃比制御装置の
改良に関する。

内燃機関、特に、厳しい排気ガス浄化対策が要
求される自動車用エンジンにおいては、近年、精
密な空燃比制御を行うことが必要となつており、
例えば、理論空燃比よりリツチ側とされたベース
空燃比の混合気を形成する気化器と、排気ガス中
の残存酸素濃度から排気空燃比を検知するための
酸素濃度センサと、吸気系に導入される空気の量
を制御することによつて吸気空燃比を制御するた
めの吸気系空燃比制御アクチユエータと、前記酸
素濃度センサ出力から判定される排気空燃比の状
態に応じて、排気空燃比が目標空燃比、例えば理
論空燃比となるように前記吸気系空燃比制御アク
チユエータをフイードバツク制御する電子制御装
置とを有する内燃機関の空燃比制御装置が実用化
されている。

このような空燃比制御装置によれば、空燃比を
理論空燃比近傍となるように制御することがで
き、従つて、排気系に配設される三元触媒におけ
る排気ガス浄化性能を十分高めることができるも
のである。しかしながら、エンジン高負荷時にお
いても、前記フイードバツク制御をそのまま続行
すると、吸気空燃比が理論空燃比近傍に維持され
るため、エンジン出力が不足すると共に、排気ガ
ス温度が上昇して、酸素濃度センサと触媒を過熱
する恐れがあつた。

このような欠点を解消するべく、エンジン高負
荷時に、吸気系空燃比制御アクチユエータを直ち
に全閉状態にすることが考えられるが、この場合
には、吸気空燃比がベース空燃比なつて濃厚にな
り、排気ガス中の有害成分である炭化水素、一酸
化炭素等の排出量が増大するという欠点を有して
いた。

本考案は、前記従来の欠点を解消するべくなさ
れたもので、機関の高負荷時に、加速状態に合わ
せた適切な制御を行つて、エンジン出力が不足す
ることがなく、しかも、良好な排気ガス浄化性能
を得ることができる内燃機関の空燃比制御装置を
提供することを目的とする。

本考案は、内燃機関の空燃比制御装置におい
て、排気空燃比を検知するための酸素濃度センサ
と、吸気系に導入される２次空気の量を制御する
ことによつて吸気空燃比を制御するための吸気系
空燃比制御アクチユエータと、機関の低・中負荷
時は、前記酸素濃度センサ出力から判定される排
気空燃比の状態に応じて、排気空燃比が理論空燃
比となるよう前記吸気系空燃比制御アクチユエー
タをフイードバツク制御する空燃比制御手段と、
機関の高負荷時は、前記吸気系空燃比制御アクチ
ユエータを徐々に閉じて排気空燃比が理論空燃比
よりもリツチとなるようにするフイードバツク制
御停止手段と、低・中負荷から高負荷に移行した
時は、前記酸素濃度センサの出力変化が大きい
程、前記フイードバツク制御停止手段によつて制
御停止を開始するまでの時間を短くする遅延時間
設定手段とを備えることにより、前記目的を達成
したものである。

以下図面を参照して、本考案の実施例を詳細に
説明する。

本考案の第１実施例は、第１図に示す如く、理
論空燃比よりリツチ側とされたベース空燃比の混
合気を形成するための気化器１２と、該気化器１
２で形成された混合気をエンジン１０の各気筒に
分配するための吸気マニホルド１４と、エンジン
１０の燃焼室内で燃焼され形成された排気ガスを
集合するための排気マニホルド１６と、該排気マ
ニホルド１６の下流部に配設された、排気ガス中
の残存酸素濃度から排気空燃比を検知するための
酸素濃度センサ（以下O₂センサと称する）１８
と、排気管２０の途中に配設された三次触媒コン
バータ２２と、吸気系に導入される２次空気の
量、例えば、気化器１２におけるエアブリード量
を制御することによつて吸気空燃比を制御するた
めの吸気系空燃比制御アクチユエータ（以下吸気
系アクチユエータと称する）２４と、前記吸気マ
ニホルド１４に配設された、吸気負圧が所定値以
上となつた機関高負荷時に閉じられる負圧スイツ
チ２６と、機関の低・中負荷時は、前記O₂セン
サ１８の出力から判定される排気空燃比の状態に
応じて、排気空燃比が理論空燃比となるよう前記
吸気系アクチユエータ２４をフイードバツク制御
する空燃比制御手段と、機関の高負荷時は、前記
吸気系空燃比制御アクチユエータ２４を徐合に閉
じて、排気空燃比が理論空燃比よりもリツチとな
るようにするフイードバツク制御停止手段と、
低・中負荷から高負荷に移行した時、前記酸素濃
度センサ１８の出力変化が大きい程、前記フイー
ドバツク制御停止手段によつて制御停止を開始す
るまでの時間を短くする遅延時間設定手段とを含
む電子制御装置（以下ECUと称する）２８とか
ら構成されている。

前記ECU２８は、同じく第１図に詳細に示す
如く、前記O₂センサ１８の出力電圧と比較電圧
を比較して、空燃比のリツチーリーン判定を行う
ための空燃比判定回路３０と、該空燃比判定回路
３０の出力に応じて吸気系アクチユエータ２４を
駆動するのに適した駆動用フイードバツク制御信
号（以下フイードバツク信号と称する）を作成す
るための、積分時定数を含む空燃比修正回路３２
と、低・中負荷から、前記負圧スイツチ２６が閉
じられている高負荷に移行した時は、高負荷とな
つた時点から徐々に低減される徐閉用の電圧信号
（以下徐閉信号と称する）のレベルが前記フイー
ドバツク信号のレベル以下となつた遅延時間経過
後に、前記吸気系アクチユエータ２４に前記フイ
ードバツク信号の代りに前記徐閉信号を供給し、
これを徐々に閉じて、前記フイードバツク制御を
停止するための制御回路３４と、該制御回路３４
出力の電圧信号を、吸気系アクチユエータ２４を
駆動するのに適した電流信号に変換するための駆
動回路３６とから構成されている。

前記制御回路３４は、第２図に詳細に示す如
く、負圧スイツチ６が閉じられた時に、徐々に低
減する徐閉用の前記徐閉信号を作成するための、
抵抗器４０，４２、ダイオード４４及びコンデン
サ４６と、コンデンサ４６の端子電圧（徐閉信
号）と前記空燃比修正回路３２出力のフイードバ
ツク信号との大小関係を比較するための比較器４
８と、抵抗器４９と、該比較器４８出力に応じ
て、徐閉信号或いはフイードバツク信号のいずれ
か一方（小さい方）を前記駆動回路６に出力する
ためのフリツプフロツプ回路５０と、該フリツプ
フロツプ回路５０の出力によつて交互にオンオフ
駆動されるトランジスタ５２，５４とから構成さ
れている。

従つて、この制御回路３４においては、負圧ス
イツチ２６が開いている低・中負荷の場合、抵抗
器４２の抵抗値が抵抗器４０の抵抗値よりはるか
に大きな抵抗値とされているため、コンデンサ４
６に、抵抗器４０の一端に印加された電圧α（Ｖ）
とほぼ等しい電圧α（Ｖ）が蓄積され、徐閉信号
とされている。この場合、この徐閉信号の電圧値
は、空燃比修正回路３２出力のフイードバツク信
号の電圧値よりも高いため、フリツプフロツプ回
路５０のＳ端子には、マイナス信号が入り、端
子から作動信号がトランジスタ５４に送られ、同
時に、Ｑ端子からは停止信号がトランジスタ５２
に送られるため、駆動回路３６には、空燃比修正
回路３２出力のフイードバツク信号がそのまま与
えられることとなる。一、機関運転状態が高負荷
となり、負圧スイツチ２６が閉じられた場合に
は、コンデンサ４６に蓄積されていた電圧が放電
されて徐閉信号となり、比較器４８で、前記徐閉
信号が空燃比修正回路３２出力のフイードバツク
信号よりも小さくなると、フリツプフロツプ回路
５０のＳ端子にプラス信号が入り、Ｑ端子から作
動信号がトランジスタ５２に送られ、同時に端
子からは停止信号がトランジスタ５４に送られる
ため、駆動回路３６には、コンデンサ４６から放
電される徐閉信号が与えられることとなる。

以下、作用を説明する。

まず、エンジン１０の運転状態が低・中負荷の
場合は、O₂センサ１８の出力電圧に応じて、空
燃比判定回路３０が空燃比を判定し、積分時定数
を含む空燃比修正回路３２によつて形成されたフ
イードバツク信号がそのまま駆動回路３６に与え
られ、吸気系アクチユエータ２４がフイードバツ
ク制御されて、排気空燃比が理論空燃比となるよ
うに制御される。

一方、エンジン１０の運転状態が、低・中負荷
から高負荷に移つた場合には、第３図に示す如
く、前記負圧スイツチ２６により高負荷状態にあ
ることを判定し、判定と同時に、時刻t₁から、吸
気系アクチユエータ２４を徐々に閉じるための徐
閉駆動電流I₂の放電を開始し、遅延時間T₂（秒）
経過して、吸気系アクチユエータ２４ののフイー
ドバツク駆動電流I_xと一致した時刻t₂で、その時
のフイードバツク駆動電流値I₃から、徐閉駆動電
流I₂の放電曲線に沿つて、吸気系アクチユエータ
２４の駆動電流を下降させ、吸気系アクチユエー
タ２４を強制的に徐閉するものである。

一般に、高負荷となつた時点では、排気空燃比
がリツチとなつているので、吸気系アクチユエー
タ２４のフイードバツク駆動電流I_xは、第３図に
破線Ａで示す如く、徐々に増大していく。従つ
て、従来のように、フイードバツク制御をいつま
でも続けると、吸気空燃比が理論空燃比付近に維
持され、エンジン出力が不足していたものであ
る。

本実施例における空燃比の変化状態の一例を第
４図に実線Ｂで示す。又、比較のため、従来例の
ように、フイードバツク制御を続行した場合の空
燃比の変化状態を第４図に破線Ａで示し、同じく
従来例のように、高負荷検知と同時に吸気系アク
チユエータを全閉した場合の吸気系アクチユエー
タの駆動電流及び空燃比の変化状態を、第３図及
び第４図にそれぞれ一点鎖線Ｃで示す。又、気化
器単体で形成される混合気の変化状態を、参考迄
に第４図に二点鎖線Ｄで示す。

本実施例においては、機関が高負荷状態となつ
てから、遅延時間T₂経過後に、フイードバツク
制御の停止及び吸気系アクチユエータの徐閉を行
うようにしているので、遅延時間T₂の間は、理
論空燃比近傍の空燃比によるフイードバツク制御
が行われることとなり、優れた排気ガス浄化性能
を得ることができる。前記遅延時間T₂は、運転
状況によつて変化し、加速が大きい程、短くな
る。即ち、急加速の場合は、排気空燃比が急激に
リツチとなるので、第３図中に示した如く、駆動
電流I_x（フイードバツク信号に対応）の立上りも
急である。従つて、遅延時間T₂が短くなり
（T₂′）、出力空燃比に早く到達する。（第４図中の
時刻t₂′）。即ち、出力性能が重視される。逆に緩
加速の場合は、排気空燃比ゆるやかにリツチとな
るので、第３図中に示した如く、駆動伝流I_x（フ
イードバツク信号に対応）の立上りもゆるやかで
ある。従つて、遅延時間T₂が短くなり（T₂″）、
出力空燃比に遅く到達する（第４図中の時刻
t₂″）。即ち、排気ガス浄化性能が重視される。

尚前記実施例においては、本考案が吸気系アク
チユエータのみを備えた自動車用エンジンの空燃
比制御装置に適用されていたが、本考案の適用範
囲はこれに限定されず、吸気系アクチユエータ
と、排気系に導入される２次空気の量を制御する
ことによつて排気空燃比を制御するための排気系
空燃比制御アクチユエータ（以下排気系アクチユ
エータと称する）を備えた自動車用エンジンの空
燃比制御装置にも同様に適用可能である。

このような空燃比制御装置に適用された本考案
の第２実施例は第５図に示す如く、前記第１実施
例と同様の、気化器１２と、吸気マニホルド１４
と、排気マニホルド１６と、O₂センサ１８と、
排気管２０と、三元触媒コンバータ２２と、吸気
系アクチユエータ２４と、負圧スイツチ２６と、
空燃比判定回路３０、空燃比修正回路３２、制御
回路３４及び駆動回路３６からなるECU２８と
を備えた自動車用エンジン１０の空燃比制御装置
において、更に、排気脈動を利用して２次空気を
エンジン１０の各気筒の排気ポート周辺に導入す
るための、途中にリード弁６０が配設された２次
空気導入管６２と、該第２次空気導入管６２を介
して導入される２次空気の流量を制御することに
よつて、排気空燃比を制御するための排気系アク
チユエータ６４とを備え、更に、前記ECU２８
内に、前記空燃比判定回路３０出力に応じて排気
系アクチユエータ６４を駆動するためのフイード
バツク電圧信号を形成する空燃比修正回路６６
と、該空燃比修正回路６６出力の電圧信号を排気
系アクチユエータ６４を駆動するのに適した電流
信号に変換するための駆動回路６６とを備えたも
のである。

他の点及び動作については前記第１実施例と同
様であるので、説明は昇略する。

以上説明した通り、本考案によれば、高負荷運
転に入つた時のフイードバツク制御中断を遅延
し、且つ、急加速時は出力空燃比に早く到達させ
て出力性能を重視し、一方、緩加速時は出力空燃
比に遅く到達させて排気ガス浄化性能を重視する
ことにより、機関の高負荷時に、加速状態に合わ
せた適切な制御を行つて、エンジン出力を損うこ
となく、従つて、機関運転性能を損うことなく、
しかも、排気ガス浄化性能を向上することができ
るという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案に係る内燃機関の空燃比制御
装置の第１実施例の構成を示す、一部ブロツク線
図を含む平面図、第２図は、前記第１実施例で用
いられている電子制御装置内の制御回路の具体的
構成を示す回路図、第３図は、前記第１実施例、
従来例及び変形例における、低・中負荷時から高
負荷時に移行した際の吸気系アクチユエータの駆
動電流の変化状態を比較して示す線図、第４図
は、同じく空燃比の変化状態を比較して示す線
図、第５図は、本考案に係る内燃機関の空燃比制
御装置の第２実施例の構成を示す、一部ブロツク
線図を含む平面図である。 １０……エンジン、１２……気化器、１４……
吸気マニホルド、１８……酸素濃度センサ、２２
……三元触媒コンバータ、２４……吸気系空燃比
制御アクチユエータ、２６……負圧スイツチ、２
８……電子制御装置、３０……空燃比判定回路、
３２……空燃比修正回路、３４……制御回路、３
６……駆動回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 排気空燃比を検知するための酸素濃度センサ
   と、 吸気系に導入される２次空気の量を制御するこ
   とによつて吸気空燃比を制御するための吸気系空
   燃比制御アクチユエータと、 機関の低・中負荷時は、前記酸素濃度センサ出
   力から判定される排気空燃比の状態に応じて、排
   気空燃比が理論空燃比となるよう前記吸気系空燃
   比制御アクチユエータをフイードバツク制御する
   空燃比制御手段と、 機関の高負荷時は、前記吸気系空燃比制御アク
   チユエータを徐々に閉じて排気空燃比が理論空燃
   比よりもリツチとなるようにするフイードバツク
   制御停止手段と、 低・中負荷から高負荷に移行した時は、前記酸
   素濃度センサの出力変化が大きい程、前記フイー
   ドバツク制御停止手段によつて制御停止を開始す
   るまでの時間を短くする遅延時間設定手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御
   装置。