JP2556002B2 - 空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、内燃機関に供給する混合気の空燃比制御
装置に係り、特に、内燃機関の排気系に設けた排気セン
サから入力する濃度信号により所定の空燃比に制御する
空燃比制御装置において、鉛含有燃料の供給による前記
所定の空燃比からの変動を防止し排気有害成分の増加を
防止し得る空燃比制御装置に関する。

〔従来の技術〕 近年、内燃機関においては、燃料消費率の低減や排気
有害成分の低減を図るために、最良の燃焼状態を得るべ
き空燃比に収束させるフィードバック制御方式の空燃比
制御装置が提案されている。空燃比制御装置は、排気系
に設けた排気センサである例えばO₂センサから入力する
濃度信号たるリッチ信号およびリーン信号に基づいて供
給燃料量や供給空気量を制御して吸入混合気を所定の空
燃比に制御する。また、燃焼後において排ガス中の有害
成分を低減させるために、三元触媒などの触媒コンバー
タを排気系に設けたものもある。さらに、これら装置に
よる排気有害成分の低減機能を有効に作用させるために
は、鉛などを含有しない燃料を供給することが望まし
い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、前記O₂センサによる濃度信号たるリッチ信
号およびリーン信号に基づき所定の空燃比にフイードバ
ック制御する方式において、O₂センサはリッチ信号とリ
ーン信号との間の遷移にある時間を要する。即ち、第６
図の如く、リッチ信号からリーン信号への遷移に要する
時間としては応答時間Tr→ｌを要し、リーン信号からリ
ッチ信号への遷移に要する時間としては応答時間Tl→ｒ
を要する。ところが、これら応答時間Tr→ｌ・Tl→ｒに
あって、リッチ信号からリーン信号への遷移に要する時
間としての応答時間Tr→ｌは、燃料として低濃度の鉛含
有燃料が供給された場合に、第７図の如く変化する。即
ち、Ｏ2センサは、排気中の酸素濃度に応じて起電力を
発生する。この起電力によるＯ2センサの出力電圧は、
理論空燃比付近の排気中の酸素濃度を中心に、酸素濃度
が高い場合の最高値側と酸素濃度が低い場合の最低値側
とに、急激に変化する。空燃比制御装置は、このＯ2セ
ンサの出力電圧を基準電圧と比較して、基準電圧よりも
高い側にある場合にリッチ信号とし、基準電圧よりも低
い側にある場合にリーン信号とし、これらリッチ信号お
よびリーン信号に基づいて所定の空燃比に制御する。

ところが、Ｏ2センサは、低濃度の鉛含有燃料が供給
された場合に、時間の経過とともに鉛によって次第に劣
化し、起電力が低下して出力電圧の最高値が低下する問
題がある。したがって、Ｏ2センサの出力電圧の最高値
は、時間の経過にとともに基準電圧に近づくことにな
る。

このように、Ｏ2センサは、時間の経過とともにリッ
チ信号としての出力電圧の最高値が基準電圧に近づくこ
とにより、リッチ信号から基準電圧を横切ってリーン信
号へ遷移する際に要する応答時間Tr→ｌが短くなる。一
方、Ｏ2センサは、劣化により出力電圧の最高値が低下
しても、リーン信号としての出力電圧の最低値が基準電
圧に対して変化することがないため、リーン信号からリ
ッチ信号への遷移に要する応答時間Tl→ｒが変化するこ
とがない。

このため、初期の時点Ａにおける応答時間Tr→ｌによ
り所定の空燃比に制御すべく設定した場合に、ある時間
が経過した時点においては応答時間Tr→ｌが短くなって
所定の空燃比から変動するという不都合がある。この結
果、第８図の如く、COやＴ・HCなどの排気有害成分が増
加する不都合がある。

さらに、燃料として高濃度の鉛含有燃料が供給された
場合には、Ｏ2センサが鉛によって急激に劣化し、出力
電圧の最高値が急激に基準電圧に近づいてリッチ信号か
らリーン信号への遷移に要する応答時間Tr→ｌが急激に
短くなり、所定の空燃比から変動して排気有害成分が急
激に増加する不都合があり、また、Ｏ2センサのみなら
ず触媒コンバータの排気浄化性能をも著しく低下させる
不都合があり、排気有害成分を多量に排出する問題を生
じた。

〔発明の目的〕

そこで、この発明の目的は、低濃度の鉛含有燃料の供
給による所定の空燃比からの変動を防止し得て、排気有
害成分の増加を防止し得て、また、高濃度の鉛含有燃料
の供給による触媒コンバータの排気浄化性能の低下を回
避し得て、排気有害成分の増加を防止し得る空燃比制御
装置を実現することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するために、この発明は、内燃機関の
排気系に設けたO₂センサから入力するリッチ信号および
リーン信号の入力時間が夫々リッチ信号に対するフィル
タ定数以上およびリーン信号に対するフィルタ定数以上
であるときにのみ前記リッチ信号およびリーン信号を有
効とし所定の空燃比に制御する空燃比制御装置におい
て、前記リッチ信号からリーン信号への遷移に要する応
答時間および前記リーン信号からリッチ信号への遷移に
要する応答時間を計測して所定の空燃比となるべき応答
時間と比較しその差異に応じて前記リッチ信号に対する
フィルタ定数およびリーン信号に対するフィルタ定数を
調整して前記所定の空燃比からの変動を防止すべく制御
するとともに、前記リッチ信号からリーン信号への遷移
に要する応答時間を計測して前記リーン信号からリッチ
信号への遷移に要する応答時間と比較し前記リッチ信号
からリーン信号への遷移に要する応答時間が前記リーン
信号からリッチ信号への遷移に要する応答時間よりも小
さくなった場合に高濃度の鉛含有燃料が供給されたこと
を検出して警告回路を作動すべく制御する制御回路部を
設けたことを特徴とする。

〔作用〕

上述の如く構成したことにより、この発明によれば、
制御回路は、リッチ信号からリーン信号への遷移に要す
る応答時間およびリーン信号からリッチ信号への遷移に
要する応答時間を計測して所定の空燃比となるべき応答
時間と比較し、その差異に応じてリッチ信号に対するフ
ィルタ定数およびリーン信号に対するフィルタ定数を調
整して所定の空燃比からの変動を防止するように制御す
る。また、この発明によれば、制御回路部は、リッチ信
号からリーン信号への遷移に要する応答時間を計測して
リーン信号からリッチ信号への遷移に要する応答時間と
比較し、リッチ信号からリーン信号への遷移に要する応
答時間が前記リーン信号からリッチ信号への遷移に要す
る応答時間よりも小さくなった場合に、高濃度の鉛含有
燃料が供給されたことを検出して警告回路を作動するよ
うに制御する。

これにより、低濃度の鉛含有燃料が供給された場合
に、時間の経過によりＯ2センサが劣化してリッチ信号
からリーン信号への遷移に要する応答時間およびリーン
信号からリッチ信号への遷移に要する応答が変化して
も、空燃比が所定の空燃比から変動することを防止し得
て、また、高濃度の鉛含有燃料が供給された場合には、
Ｏ2センサの急激な劣化によるリッチ信号からリーン信
号への遷移に要する応答時間の急激な短縮によりこれを
検出して警告を発せしめ得て、対策を講じ得ることによ
り、触媒コンバータの排気浄化性能低下を回避し排気有
害成分の増加を防止する。

〔実施例〕

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明す
る。

この発明は、内燃機関の排気系に設けた排気センサか
ら入力する濃度信号により所定の空燃比に制御する空燃
比制御装置に係り、より具体的には、内燃機関の排気系
に設けた排気センサから入力する濃度信号の入力時間が
設定値以上であるときにのみ前記濃度信号を有効とし所
定の空燃比に制御する空燃比制御装置に係り、この設定
値を運転状態に応じて調整すべくフィルタ定数を設定し
ている。このような空燃比制御装置において、鉛を含有
する燃料が供給された場合に、前記所定の空燃比からの
変動を防止して排気有害成分の増加を防止するものであ
る。

第１〜５図は、この発明の実施例を示すものである。
第２図において、２は制御回路部、４は内燃機関、６は
気化器である。前記制御回路部２は、エアクリーナ８下
流側の吸気通路10途中に設けた前記気化器６の空燃比を
フィードバック制御する中枢部をなす。この制御回路部
２は、排気通路12に設けた排ガス中の酸素濃度を検出す
る排気センサたるO₂センサ14から入力する濃度信号であ
るリッチ信号およびリーン信号を前記した如くフィルタ
定数で取入れ、吸気通路10内の空燃比を所定の空燃比に
調整すべく制御弁16を動作する。この制御弁16は、気化
器６の燃料通路あるいは空気通路を開閉制御し、空燃比
を調整する。また、前記排気通路12の途中には、排ガス
の後処理を行う三元触媒からなる触媒コンバータ18を設
ける。

前記制御回路部２は、第１図の如く、前記O₂センサ14
から入力する濃度信号であるリッチ信号およびリーン信
号を基準電圧と比較する比較回路20と、各種の信号を入
力として取入れる入力回路22と、この入力回路22から入
力した信号により判断・処理するCPU24と、及びこのCPU
24の判断に基づき前記制御弁16に空燃比補正の制御信号
を出力する出力回路26とから成る。この制御回路部２に
より、O₂センサ14から入力するリッチ信号およびリーン
信号のフィルタ定数を設定し、空燃比を所定の空燃比に
調整する。また、内燃機関４の運転状態を検出する手段
として回転数センサ28、スロットルスイッチ30を設け、
入力回路22に信号を入力する。なお、符号32はイグニシ
ョンスイッチ、34はバッテリである。

第３図は、このフィルタ定数に対する空燃比変化の一
例を示し、O₂センサ14のリッチ信号に対するフィルタ定
数Frを一定とし、リーン信号に対するフィルタ定数Flを
変化させたものである。例えばO₂センサ14のリーン信号
を有効とするフィルタ定数Flを大きく、即ち、有効とす
る入力時間ｔを長く設定すると、第４図の如くリーン信
号は長い入力時間の信号でないと有効とならないため、
有効となるリッチ信号の方が多くなる。これら有効とな
ったリーン信号およびリッチ信号の入力により前記制御
回路部２は空燃比を補正すべき信号をリーン側に傾け、
出力回路26により制御弁16を動作して空燃比をリーン化
する。

反対に、リーン信号を有効とするフィルタ定数Flを小
さく設定すると、リーン信号は短い時間の入力信号でも
有効となるため、リッチ信号よりも多くなる。このた
め、前記制御回路部２は空燃比を補正すべき信号をリッ
チ側に傾け、制御弁16を動作して空燃比をリッチ化す
る。

一方、図示しないが第３図と逆にO₂センサ14のリーン
信号に対するフィルタ定数Flを一定とし、リッチ信号に
対するフィルタ定数Frを変化させた場合、フィルタ定数
Frを大きく設定すると有効となるリーン信号が多くな
り、前記制御回路部２は空燃比をリッチ化する。反対
に、フィルタ定数Frを小さく設定すると有効となるリッ
チ信号が多くなり、空燃比をリーン化する。

このように、O₂センサ14から制御回路部２に入力する
リッチ信号およびリーン信号のフィルタ定数Fr・Flを変
化させることにより、空燃比はリッチ側あるいはリーン
側に変動する。従って、前記各リッチ信号およびリーン
信号のフィルタ定数Fr・Flを種々組合せて設定すること
により、運転状態に対応する種々の空燃比に調整するこ
とができる。

このため、フィルタ定数を変化させることにより、例
えば定常時には所定の空燃比に、非定常時には対応する
リッチ側あるいはリーン側の空燃比にそれぞれ調整すべ
くフィルタ定数を変化させることにより、運転状態に対
応する空燃比に調整し、運転性を向上しまた排ガス成分
を安定させて清浄化を図ることができるものであり、ま
た、高温・高地の条件下など運転状態により自動的に、
あるいは手動でフィルタ定数を変化させることもでき
る。

前記運転状態によりフィルタ定数を変化させ空燃比を
調整するために、運転状態の検出手段として第１図に示
す如く回転数センサ28とスロットルスイッチ30とを設け
ている。これら内燃機関４の運転状態を検出する回転数
センサ28およびスロットルスイッチ30からの信号によ
り、前記制御回路部２は運転状態に応じた空燃比に調整
すべく前記O₂センサ14から入力するリッチ信号およびリ
ーン信号のフィルタ定数を変化させる。これにより、前
述の如く運転状態に対応する空燃比に調整し、運転性の
向上や排ガス成分の安定による清浄化を図るものであ
る。

このような空燃比制御装置において、この発明は、鉛
を含有する燃料が供給された場合に、所定の空燃比から
の変動を防止して排気有害成分の増加を防止するもので
ある。

そこで、制御回路部２は、第５図100〜103の如く、Ｏ
2センサ14からのリッチ信号およびリーン信号をフィル
タ定数Fr・Flで取入れ（101）、第６図に示すリッチ信
号からリーン信号への遷移に要する時間としての応答時
間Tr→ｌを計測し、さらにはリーン信号からリッチ信号
への遷移に要する時間としての応答時間Tl→ｒをも計測
（102）する。

前記応答時間Tr→ を基準値である所定の空燃比とな
るべき応答時間と比較して、その差異に応じてフィルタ
定数Frを調整し、さらには応答時間Tl→ｒをも同様に基
準値である所定の空燃比となるべき応答時間と比較し
て、その差異を調整（103）し、所定の空燃比からの変
動を防止する。

即ち、リッチ信号に対する係数をAr、リーン信号に対
する係数をAlとし、応答時間Tr→ｌ・Tl→ｒが変化した
場合に、フィルタ定数Fr・Flを Fr＝Ar×Tr→ｌ Fl＝Al×Tl→ｒ の式より演算して調整し、空燃比の変動を防止する。

例えば、第７図の如くリッチ信号からリーン信号への
応答時間Tr→ｌが短くなって空燃比が変動する不都合
を、リッチ信号に対するフィルタ定数Frを調整すること
により防止することができる。もちろん、フィルタ定数
Fr・Flをそれぞれ調整することにより、空燃比の変動を
防止することができる。

これにより、時間の経過によりＯ2センサ14が劣化し
て応答時間Tr→ｌ・Tl→ｒが変化しても、第８図の如く
COやＴ・HCなどの排気有害成分が増加する不都合を防止
し得る。

さらに、制御回路部２は、第５図104〜105の如く、前
記リッチ信号からリーン信号への応答時間Tr→ｌを、特
定値である値の変化しないリーン信号からリッチ信号へ
の応答時間Tl→ｒと比較（104）する。Ｏ2センサ14の急
激な劣化によって、リッチ信号からリーン信号への応答
時間Tr→ｌがリーン信号からリッチ信号への応答時間Tl
→ｒよりも小さくなった（Tr→ｌ＜Tl→r:YES）場合に
は、高濃度の鉛を含有する燃料が供給されたことを検出
する。

制御回路部２は、高濃度の鉛含有燃料が供給されたこ
とを検出した場合に、出力回路26により第１・２図に二
点鎖線で示す如く外部に設けた警告回路36を作動させて
警告を発せしめる（105）。これにより、燃料交換等の
対策を講じさせ得て、触媒コンバータ18の排気浄化性能
の低下を回避し得て、排気有害成分の増加を防止するこ
とができる。

なお、応答時間Tr→ｌが特定値である応答時間Tl→ｒ
よりも大きい（Tr→ｌ＜Tl→r:NO）の場合には、フィル
タ定数を応答時間Tr→ｌ・Tl→ｒに応じて調整し、空燃
比の変動を防止する。もちろん特定値は、任意に設定し
得るものである。

〔発明の効果〕

このように、この発明によれば、制御回路部は、リッ
チ信号からリーン信号への遷移に要する応答時間および
リーン信号からリッチ信号への遷移に要する応答時間を
計測して所定の空燃比となるべき応答時間と比較し、そ
の差異に応じてリッチ信号に対するフィルタ定数および
リーン信号に対するフィルタ定数を調整して所定の空燃
比からの変動を防止すべるように制御する。これによ
り、低濃度の鉛含有燃料が供給された場合には、時間の
経過によりＯ2センサが劣化して遷移に要する応答時間
が変化しても、所定の空燃比からの変動を防止し得て、
COやＴ・HCなどの排気有害成分が増加する不都合を防止
することができる。また、この発明によれば、制御回路
部は、リッチ信号からリーン信号への遷移に要する応答
時間を計測してリーン信号からリッチ信号への遷移に要
する応答時間と比較し、Ｏ2センサの急激な劣化による
リッチ信号からリーン信号への遷移に要する応答時間の
急激な短縮により高濃度の鉛含有燃料が供給されたこと
を検出して警告を発せしめ得て、対策を講じさせ得るこ
とにより、触媒コンバータの排ガス浄化性能低下を回避
して排気有害成分の増加を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図はこの発明の実施例を示し、第１図は制御回
路部のブロック図、第２図は内燃機関の概略図、第３図
はフィルタ定数と空燃比との関係を示す図、第４図
（ａ）（ｂ）はフィルタ定数によるリッチ信号・リーン
信号取入の説明図、第５図は制御のフローチャートであ
る。 第６〜８図は応答信号の変化による排ガス有害成分増加
の関係を示し、第６図はO₂センサのリッチ信号・リーン
信号を示す図、第７図は応答時間を示す図、第８図は排
ガス有害成分の増加関係を示す図である。 図において、２は制御回路部、４は内燃機関、６は気化
器、14はO₂センサ、16は制御弁、18は触媒コンバータ、
20は基準電圧比較回路、22は入力回路、24はCPU、26は
出力回路、36は警告回路である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気系に設けたO₂センサから入
   力するリッチ信号およびリーン信号の入力時間が夫々リ
   ッチ信号に対するフィルタ定数以上およびリーン信号に
   対するフィルタ定数以上であるときにのみ前記リッチ信
   号およびリーン信号を有効とし所定の空燃比に制御する
   空燃比制御装置において、前記リッチ信号からリーン信
   号への遷移に要する応答時間および前記リーン信号から
   リッチ信号への遷移に要する応答時間を計測して所定の
   空燃比となるべき応答時間と比較しその差異に応じて前
   記リッチ信号に対するフィルタ定数およびリーン信号に
   対するフィルタ定数を調整して前記所定の空燃比からの
   変動を防止すべく制御するとともに、前記リッチ信号か
   らリーン信号への遷移に要する応答時間を計測して前記
   リーン信号からリッチ信号への遷移に要する応答時間と
   比較し前記リッチ信号からリーン信号への遷移に要する
   応答時間が前記リーン信号からリッチ信号への遷移に要
   する応答時間よりも小さくなった場合に高濃度の鉛含有
   燃料が供給されたことを検出して警告回路を作動すべく
   制御する制御回路部を設けた特徴とする空燃比制御装
   置。