JP2796413B2 - 内燃機関の空燃比制御方法及び装置 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御方法及び装置

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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気筒に供給する混合気を調整する
内燃機関の空燃比制御方法及びその装置に関し、特に、
その排気管中に排気ガスを浄化するために設けられた触
媒の劣化をモニタするに好適な空燃比制御方法及びその
装置に関する。
〔従来の技術〕
排ガス中の有害成分を低減するため、内燃機関の排気
管中に設けた三元触媒等により浄化することは良く知ら
れているところであり、また、実際にも多くの自動車で
使用されている。
ところで、かかる触媒は、その使用時間により徐々に
劣化するが、その場合、劣化した触媒をそのまま放置し
て自動車の走行を続けると、当然ながら排ガスが浄化さ
れず、大気汚染等の社会的問題となる。近年、特にかか
る大気汚染防止等の鑑点から、例えば米国加州の法規制
であるOBD−II等に見られる様に、この触媒の劣化を検
出し、運転者に警報することが義務付けられる傾向にあ
る。
かかる触媒の劣化をモニタするための従来の装置ある
いは方法としては、例えば特開昭63−97852号公報ある
いは特開昭63−231252号公報等により知られる様に、内
燃機関が所定の運転状態(例えば、所定の回転数)にあ
る時の触媒下流側の空燃比センサ出力の所定時間当りの
反転回数が所定値以上の時、あるいは、上記上流側及び
下流側の空燃比(酸素)センサの極大値の差が所定値を
下回つた時、触媒が劣化したと判断するものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の従来技術になる触媒のモニタ装置及び方法で
は、しかしながら、反転回数を演算するために比較的長
い時間を要するために触媒劣化の検知遅れの問題があ
り、また、その検出結果の信頼性にも問題があつた。
そこで、本発明は、触媒の検出遅れが少なく、かつ、
その劣化の程度についても正確に把握することの出来る
内燃機関の空燃比制御方法及びその装置を提供すること
を目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記の本発明の目的は、内燃機関の排気管内に排気ガ
スを浄化する浄化手段を設け、上記浄化手段の上流側及
び下流側にそれぞれ空燃比検出手段を設け、上記上流側
の空燃比検出手段の検出信号に基づいて上記内燃機関の
気筒に供給する混合気の空燃比を制御する内燃機関の空
燃比制御方法において、上記空燃比フィードバック制御
を継続すると共に空燃比目標値をフィードバックゲイン
を変化させることにより変えた時の上記下流側の空燃比
検出手段の検出信号の応答変化によって上記浄化手段の
劣化をモニタすることを特徴とする内燃機関の空燃比制
御方法によって達成される。
また、上記本発明の目的は、内燃機関の排気管内に設
けられた浄化手段と、上記浄化手段の上流側及び下流側
にそれぞれ設けられた空燃比検出手段と、上記内燃機関
の気筒に燃料を供給する燃料供給手段と、上記空燃比検
出手段からの検出信号を入力し、上記燃料供給手段を制
御する電子的制御手段とを備え、上記上流側の空燃比検
出手段の検出信号に基づいて上記内燃機関の気筒に供給
する混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装
置において、上記制御手段は、上記空燃比フィードバッ
ク制御を継続すると共に空燃比目標値をフィードバック
ゲインを変化させることにより変えた時の上記下流側の
空燃比検出手段の検出信号の応答変化によって上記浄化
手段の劣化をモニタすることを特徴とする内燃機関の空
燃比制御装置によっても達成される。
〔作用〕
空燃比フイードバツク制御中の平均空燃比を変化させ
た時の触媒下流側の空燃比センサの応答性は、触媒の酸
素(O2)ストレージ能力と相関しており、そのため、酸
素ストレージ能力が低下する(すなわち、触媒が劣化す
る)と、この触媒下流の空燃比センサの応答性も速くな
る。そこで、本発明では、この空燃比センサの応答性を
モニタすることによつて触媒の転換効率の診断を確実に
行う様にしようとするものである。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について添付の図面を参照しな
がら詳細に説明する。
第2図には、本発明による内燃機関の空燃比制御方法
及び装置を実施するエンジン制御装置が示されている。
図において、エアクリーナ10から導入された空気は、吸
入空気量を計量するエアフローセンサ8(この実施例で
は、例えばホツトワイヤ式のエアフローセンサを使
用)、スロツトルバルブの開度(例えば回転角)を検出
するスロツトセンサ1を通り、コレクトチヤンバ11,吸
入管12を通つて内燃機関の各気筒内に導入される。ま
た、図において、水温センサ3,回転センサ4が設けら
れ、後者の回転センサ4は、例えばクランクシヤフトに
取付けられた外周に複数の歯を形成しかつ側面に突起を
形成した回転盤と、この歯及び突起に近接して配置され
た磁気ピツクアツプから構成されている。
また、エンジンからの排気ガスを排出するエギゾース
トパイプには、排気ガスを浄化するためのいわゆる触媒
(例えば、三元触媒)7が設けられ、さらに、この触媒
7の上流側及び下流側には、それぞれ、第1のO2センサ
5及び第2のO2センサ6が取り付けられている。これら
のO2センサは、既知の様に、排気ガス中の酸素濃度を検
出するものである。
そして、これらのセンサからの出力信号、即ち、エア
フローセンサ8からのエンジン吸入空気量Qa、スロツト
ルセンサ1からのスロツトル開度信号QTH、水温センサ
4からのエンジン冷却水温TW、回転センサ4からのエン
ジン回転数N、第1及び第2のO2センサ5,6からの触媒
前後の空燃比信号が、例えばマイクロコンピユータ等に
より構成されるエンジンコントロールユニツト9に入力
される。このエンジンコントロールユニツト9は、これ
ら各種の入力信号から、エンジンの運転状態に適した燃
料噴射パルス信号を演算し、インジエクタ2に出力する
ことにより、エンジンに供給される燃料量(空気燃料混
合気の空燃比)を制御する。
この供給燃料の制御について説明すると、まず、第1
のO2センサから実際の空燃比が理論空燃比より濃いか薄
いかを検出し、その検出値に応じて、燃料噴射量を増加
または減少させることにより、常に理論空燃比付近に空
燃比が制御される。第1図は本発明の空燃比制御装置の
ブロツク図を示したものである。エンジンの運転状態を
運転状態検出手段により検出し、その検出値に応じた燃
料噴射パルス信号Tiが空燃比制御手段14で算出され、燃
料供給手段11に出力される。燃料噴射パルス信号Tiは第
1O2センサの空燃比信号に応じて補正されるため、実際
にエンジンに供給され空燃比は理論空燃比付近に制御さ
れる。
一方、触媒7後の第2O2センサの平均空燃比のステツ
プ応答信号を平均空燃比のステツプ応答検出手段16によ
り計測し、その応答性から触媒効率演算手段により触媒
効率を算出する。算出された触媒効率が所定値より低い
場合は、触媒劣化の警報手段18により警報し、同時にそ
の結果をメモリーのRAMに記憶する。
第3図(a)〜(d)は本発明の動作を説明する各部
信号波形図である。まず、第3図(b)のλ補正係数α
は基本噴射パルス幅を乗算される係数であり、これが増
加すると噴射パルス幅も長くなり、燃料噴射量が増加し
空燃比が濃くなる。他方、αが減少すると反対の動作を
行なう。また、このαの波形において、空燃比制御のフ
イードバツクゲイン比例分PR,PL積分分IR,ILを適切に選
定することにより、空燃比のリーン時間tLとリツチ時間
tRの割合を調整することができる。その結果、平均空燃
比燃比をリーンからリツチ状態へ移行させることができ
る。
次に、第2のO2センサ6の出力信号は触媒7の内部の
O2の呼吸作用により、平均空燃比(第3図(c)参照)
が理論空燃比より薄ければ約0Vになり、濃ければ約1Vを
示す(第3図(d)参照)。またこの平均空燃比を目標
空燃比をステップ状に変化させることにより、第3図
(c)に示すように変化させた後の第2のO2センサ6の
出力信号の遅れ時間TC(TC0,TC1)は触媒効率に対して
第4図に示す関係があり、このことを利用して、遅れ時
間TC(数秒〜数十秒)により触媒効率を求めることがで
きる。すなわち、第3図(d)の第2のO2センサ6の出
力の遅れTC0は触媒7が劣化している場合の、また遅れT
C1は触媒7が劣化していない場合の遅れの状態を示して
いる。より具体的には、触媒効率50%の時の遅れ時間T
C50を予め求めておき、実際に計測されたTCがこのTC50
よりも短い場合に触媒の劣化と判断し、警報を発生する
様にすることも可能である。
また、平均空燃比を変化させるのに、上記の第3図で
は積分分であるIRを小から大へ(IR0(小)→I
R1(大))、ILを大から小へ(IL0(大)→IL1(小))
に変化させているが、これだけに限らず、例えば第5図
にも示すように比例分PR,PLを変化させたり(第5図
(b)参照)、また判定レベル電圧VSL(第5図(a)
参照)を変化させてもよい。
第6図と第7図は本発明の空燃比制御方法を実行する
ための制御プログラムの一例を示すフローチヤートであ
る。まず、ステツプ20でエンジンの運転状態を示すパラ
メータQaTH,TWNを検出する。ステツプ21ではこれら
のパラメータを基に運転状態に応じた噴射パルス幅補正
係数KTW,KAC,KAFを求める。次に、ステツプ22では、基
本噴射パルス幅TPをQaとNから算出する。ここで、Kは
インジエクタの噴射量特性から決まる定数である。さら
に、ステツプ23ではインジエクタ駆動電圧補正パルス幅
TBを算出し、ステツプ24では噴射パルス幅Tiを算出して
インジエクタ2へ駆動出力して終了する。
一方、第7図は空燃比制御の触媒劣化判定のフローチ
ヤートである。まず、ステツプ30,31,32でTW,N,θTH
より空燃比制御領域内か否かを判定し、判定の結果「N
O」の場合はステツプ35へ進んでα=1.0として終了す
る。
一方、上記のステツプ30,31及び32において「YES」と
判定された場合には、ステツプ33で定常運転か判定し、
その結果「NO」と判定された場合はステツプ37で通常の
空燃比フイードバツク制御を行なう。この定常運転の判
定は、例えば、Qa,N,θTHが一定かどうかで行なう。さ
らに、ステツプ34では触媒チエツク領域内か否か判定
し、その結果「NO」の場合にも上記のステツプ37の処理
を行なう。このチエツク領域内か否かの判定は、N≦NC
かつθTH≦θTHCかどうかで行うことが可能である。
そして、上記の実施例においては、上記のステツプ3
0,31,32,33及び34において「YES」と判定された場合、
ステツプ36に移り、このステツプ36でフイードバツク制
御ゲインを上記の第3図または第5図に示すように変化
させることにより、第2のO2センサの応答遅れ時間TC
計測することによつて触媒の劣化の有無を判定して警報
を行うものである。
具体的には、ステツプ38でTCがTC50以下か比較し、上
記結果が「YES」の場合にはステツプ39で警報ランプON
し、同時にRAM内に触媒劣化を記憶する。他方、「NO」
の場合にはステツプ40で警報ランプOFFし、RAMに触媒が
OK(即ち、劣化していない)であることを記憶する。
〔発明の効果〕
以上の本発明の詳細な説明からも明らかな様に、本発
明では、比較的短時間で触媒劣化の有無を高い信頼性で
判定することが可能となり、もつて、触媒劣化による大
気汚染等を最小限に抑制することが出来ると言う優れた
効果を発揮することとなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例になる内燃機関の空燃比制御
装置の動作を説明する動作ブロツク図、第2図は上記制
御装置の全体を示すシステム説明図、第3図(a)〜
(d)は上記制御装置の動作を説明するための各部波形
図、第4図は触媒の触媒効率と応答遅れ時間(TC)との
関係を示すグラフ、第5図は上記制御装置の動作を示す
各部波形図、そして、第6図及び第7図は上記制御装置
の動作を説明するフローチヤートである。 1……インジエクタ、5……第1のO2センサ、6……第
2のO2センサ、7……触媒、8……エアフローセンサ、
9……コントロールユニツト。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関の排気管内に排気ガスを浄化する
    浄化手段を設け、上記浄化手段の上流側及び下流側にそ
    れぞれ空燃比検出手段を設け、上記上流側の空燃比検出
    手段の検出信号に基づいて上記内燃機関の気筒に供給す
    る混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御方法
    において、上記空燃比フィードバック制御を継続すると
    共に空燃比目標値をフィードバックゲインを変化させる
    ことにより変えた時の上記下流側の空燃比検出手段の検
    出信号の応答変化によって上記浄化手段の劣化をモニタ
    することを特徴とする内燃機関の空燃比制御方法。
  2. 【請求項2】上記特許請求の範囲第1項において、上記
    浄化手段の劣化をモニタする際に用いる空燃比の目標値
    の変化はステップ状であることを特徴とする内燃機関の
    空燃比制御方法。
  3. 【請求項3】内燃機関の排気管内に設けられた浄化手段
    と、上記浄化手段の上流側及び下流側にそれぞれ設けら
    れた空燃比検出手段と、上記内燃機関の気筒に燃料を供
    給する燃料供給手段と、上記空燃比検出手段からの検出
    信号を入力し、上記燃料供給手段を制御する電子的制御
    手段とを備え、上記上流側の空燃比検出手段の検出信号
    に基づいて上記内燃機関の気筒に供給する混合気の空燃
    比を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、上記
    制御手段は、上記空燃比フィードバック制御を継続する
    と共に空燃比目標値をフィードバックゲインを変化させ
    ることにより変えた時の上記下流側の空燃比検出手段の
    検出信号の応答変化によって上記浄化手段の劣化をモニ
    タすることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
  4. 【請求項4】上記特許請求の範囲第3項において、上記
    制御手段は、上記空燃比の目標値がステップ状に変化し
    た時に上記浄化手段をモニタすることを特徴とする内燃
    機関の空燃比制御装置。
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