JP3608321B2

JP3608321B2 - Air-fuel ratio control device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3608321B2
Application number: JP34193696A
Authority: JP
Inventors: 愛生國政
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2016-12-20
Also published as: JPH10184427A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（エンジン）において、吸入空気量に応じて適量の燃料を供給することにより、空気と燃料との混合比（空燃比：Ａ／Ｆ）を所望の値に制御する装置である空燃比制御装置に関し、より詳細には、ダブルＯ_２センサシステムを採用して空燃比フィードバック補正を行う空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車用エンジンにおいては、排気ガス浄化対策として、不完全燃焼成分であるＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化と、空気中の窒素と燃え残りの酸素とが反応して生成されるＮＯ_ｘ（窒素酸化物）の還元と、を同時に促進する三元触媒が利用されている。そのような三元触媒による酸化及び還元能力を高めるためには、エンジンの燃焼状態を示す空燃比（Ａ／Ｆ）を理論空燃比近傍（ウィンドウ）に制御する必要がある。そのため、エンジンにおける燃料噴射制御においては、排気ガス中の残留酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを感知するＯ_２センサ（酸素濃度センサ）を設け、そのセンサ出力に基づいて燃料量を補正する空燃比フィードバック制御が行われている。
【０００３】
かかる空燃比フィードバック制御では、酸素濃度を検出するＯ_２センサをできるだけ燃焼室に近い箇所、すなわち触媒コンバータより上流側に設けているが、そのＯ_２センサの出力特性のばらつき（経年変化や個体差による）を補償するために、触媒コンバータより下流側に第２のＯ_２センサを更に設けたダブルＯ_２センサシステムも実現されている。
【０００４】
すなわち、上流側Ｏ_２センサは、燃焼室に近接して配置されるため、上流側Ｏ_２センサ近辺では、各気筒からの排気が必ずしも均一に混合していない。また、上流側Ｏ_２センサ近辺では、排気温度が高く、Ｏ_２センサ自体の劣化が生じやすい。このため、上流側Ｏ_２センサが特定の気筒からの排気の影響を強く受けたり、Ｏ_２センサが劣化したような場合には、上流側Ｏ_２センサ出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行っていると、正確な空燃比制御ができなくなるおそれがある。
【０００５】
一方、下流側Ｏ_２センサの位置では、排気は触媒通過時に均一に混合されており、排気温度も低くなっている。すなわち、触媒下流側では、排気ガスは十分に攪拌されており、その酸素濃度も三元触媒の作用によりほぼ平衡状態にあることにより、下流側Ｏ_２センサの出力は、上流側Ｏ_２センサよりも緩やかに変化し、従って混合気全体のリッチ／リーン傾向を示す。ダブルＯ_２センサシステムは、触媒上流側Ｏ_２センサによるメイン空燃比フィードバック制御に加え、触媒下流側Ｏ_２センサによるサブ空燃比フィードバック制御を実施するものであり、メイン空燃比フィードバック制御における制御定数を、下流側Ｏ_２センサの出力に基づき修正することにより、上流側Ｏ_２センサの出力特性のばらつきを吸収し、空燃比制御精度の向上を図っている（例えば、特開昭６３−１７６６４１号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
さて、触媒は、担体、活性成分、及び添加成分より構成される。担体の形状としては、ペレット型とモノリス（ハニカムともいう）型とがあるが、現在では耐久性等の観点からモノリス型が主流となっている。そして、モノリス型担体の材料としては、セラミックやメタル（金属）が使用されているが、コストの観点からセラミックの方が有利である。
【０００７】
かかるセラミック触媒をケース内に保持するために、有機成分を含むシール材が使用されている。そのため、触媒が新品の場合、高温になると、その有機成分が留出し、Ｈ_２及びＨＣが排気ガス中に排出される。下流側Ｏ_２センサに到達する排気ガス中にＨ_２が存在することは、次に示されるように、下流側Ｏ_２センサの出力特性に影響を及ぼす。
【０００８】
Ｏ_２センサは、ジルコニウム等の固体電解質の両側に白金電極を配置し、この固体電解質の一方の電極側に排気を接触させ、他方の電極側に大気を接触させる構成をとっている。排気の酸素成分の濃度が減少して、両電極間で酸素濃度の差が生ずると、酸素濃度の高い大気側電極では、大気中の酸素がイオン化して固体電解質中を排気側電極へと移動するようになる。そのため、大気と排気との酸素濃度差に応じた電流が排気側電極から大気側電極へ流れることとなり、両電極間には酸素濃度差に応じた電圧が発生する。Ｏ_２センサは、その電圧を信号として取り出すことにより、排気中の酸素濃度を検出するものである。
【０００９】
ところが、排気中にある程度以上の濃度のＨ_２成分が存在すると、排気中の酸素成分がＨ_２成分により阻止されて排気側電極に到達しにくくなる。このため、Ｈ_２成分が存在すると、Ｏ_２センサ出力は、実際の酸素濃度より低い酸素濃度信号を出力するようになる。つまり、Ｏ_２センサが、実際よりリッチ空燃比側の出力信号を発生するようになり、そのため、Ｏ_２センサが理論空燃比として認識する空燃比が理論空燃比よりリーン側にずれた状態、すなわち、Ｏ_２センサの出力特性がリーン空燃比側にシフトした状態となる。
【００１０】
従って、触媒でＨ_２成分が発生するようになると、実際に下流側Ｏ_２センサに到達する排気空燃比が理論空燃比である場合でも、下流側Ｏ_２センサからはリッチ空燃比信号が出力されることとなる。そのため、ダブルＯ_２センサシステムでは、そのような下流側Ｏ_２センサ出力に基づいて空燃比がリーン側に制御されてしまい、理論空燃比を維持することが困難となり、結果としてＮＯ_ｘ排出量の増大という問題につながる。
【００１１】
かかる実情に鑑み、本発明の目的は、セラミック触媒のシール材からの有機成分留出に伴うＨ_２発生に起因する空燃比制御精度の低下を防止することが可能な空燃比制御装置を提供することにより、内燃機関の排出ガス浄化性能の向上を図り、ひいては大気汚染防止に寄与することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく案出された、本発明に係る、内燃機関の空燃比制御装置は、排気系にセラミック触媒を設けるとともに、該セラミック触媒の上流側及び下流側にそれぞれＯ_２センサを配設し、該Ｏ_２センサの出力電圧と基準電圧との比較結果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おいて、該セラミック触媒のシール材に使用されている有機成分がＨ_２を発生する条件にあるか否かを判別する判別手段と、該有機成分がＨ_２を発生する条件にあると前記判別手段によって判別された場合に、該触媒下流側Ｏ_２センサの出力電圧と比較されるべき基準電圧をより高い値に変更する変更手段と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明によれば、上述の空燃比制御装置において、前記判別手段は、少なくとも走行距離、機関運転時間累積値、吸入空気量累積値、又は機関回転数累積値のうちの１つを基準値と比較することにより該Ｈ_２発生条件を判別するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る空燃比制御装置を備えた電子制御式内燃機関の全体概要図である。図１において、機関本体１の吸気通路２にはエアフローメータ３が設けられている。エアフローメータ３は、吸入空気量を直接計測するものであり、ポテンショメータを内蔵し、吸入空気量に比例したアナログ電圧の出力信号を発生する。この出力信号は、制御回路１０のマルチプレクサ内蔵Ａ／Ｄ変換器１０１に供給されている。
【００１６】
点火ディストリビュータ４には、その軸が例えばクランク角に換算して７２０°ごとに基準位置検出用パルス信号を発生させるクランク角センサ５及びクランク角に換算して３０°ごとに基準位置検出用パルス信号を発生させるクランク角センサ６が設けられている。これらクランク角センサ５，６のパルス信号は、制御回路１０の入出力インタフェース１０２に供給され、このうち、クランク角センサ６の出力は、ＣＰＵ１０３の割込み端子に供給される。また、入出力インタフェース１０２には、車速を表す出力パルスを発生させる車速センサ１７も接続されている。
【００１７】
さらに、吸気通路２には各気筒ごとに燃料供給系から加圧燃料を吸気ポートへ供給するための燃料噴射弁７が設けられている。また、機関本体１のシリンダブロックのウォータジャケット８には、冷却水の温度を検出するための水温センサ９が設けられている。水温センサ９は、冷却水の温度ＴＨＷに応じたアナログ電圧の電気信号を発生する。この出力もＡ／Ｄ変換器１０１に供給されている。
【００１８】
排気マニホールド１１より下流の排気系には、排気ガス中の３つの有害成分ＨＣ，ＣＯ，ＮＯ_ｘを同時に浄化する三元触媒を収容する触媒コンバータ１２が設けられている。この三元触媒の担体は、セラミックを材料としたモノリス型形状のものである。排気マニホールド１１には、すなわち触媒コンバータ１２の上流側には、第１のＯ_２センサ１３が設けられ、触媒コンバータ１２の下流側の排気管１４には第２のＯ_２センサ１５が設けられている。Ｏ_２センサ１３，１５は、排気ガス中の酸素成分濃度に応じた電気信号を発生する。すなわち、Ｏ_２センサ１３，１５は、空燃比が理論空燃比に対してリーン側かリッチ側かに応じて、異なる出力電圧を制御回路１０のＡ／Ｄ変換器１０１に供給する。
【００１９】
制御回路１０は、例えばマイクロコンピュータシステムとして構成され、Ａ／Ｄ変換器１０１、入出力インタフェース１０２，ＣＰＵ１０３の外に、ＲＯＭ１０４，ＲＡＭ１０５、バックアップＲＡＭ１０６、クロック発生回路１０７等が設けられている。
【００２０】
また、制御回路１０において、ダウンカウンタ１０８、フリップフロップ１０９、及び駆動回路１１０は、燃料噴射弁７を制御するためのものである。すなわち、後述のルーチンにおいて、燃料噴射量ＴＡＵが演算されると、燃料噴射量ＴＡＵがダウンカウンタ１０８にプリセットされると共にフリップフロップ１０９もセットされる。この結果、駆動回路１１０が燃料噴射弁７の付勢を開始する。他方、ダウンカウンタ１０８がクロック信号（図示せず）を計数して最後にそのキャリアウト端子が“１”レベルとなったときに、フリップフロップ１０９がリセットされ、駆動回路１１０は燃料噴射弁７の付勢を停止する。つまり、上述の燃料噴射量ＴＡＵだけ燃料噴射弁７は付勢され、従って、燃料噴射量ＴＡＵに応じた量の燃料が機関本体１の燃焼室に送り込まれることになる。
【００２１】
なお、ＣＰＵ１０３の割込み発生は、Ａ／Ｄ変換器１０１のＡ／Ｄ変換終了時、入出力インタフェース１０２がクランク角センサ６のパルス信号を受信した時、クロック発生回路１０７からの割込信号を受信した時、等である。エアフローメータ３の吸入空気量データＱ及び冷却水温データＴＨＷは、所定時間ごとに実行されるＡ／Ｄ変換ルーチンによって取込まれてＲＡＭ１０５の所定領域に格納される。つまり、ＲＡＭ１０５におけるデータＱ及びＴＨＷは、所定時間ごとに更新されている。また、回転速度データＮｅは、クランク角センサ６の３０°ＣＡごとの割込みによって演算されてＲＡＭ１０５の所定領域に格納される。
【００２２】
図２は、図１におけるＯ_２センサ１３及び１５の出力電圧が空気過剰率λすなわち空燃比Ａ／Ｆに応じてどのように変化するかを示す特性図である。Ｏ_２センサの出力電圧は、排気ガス中にＨ_２が存在しない場合、同図の曲線Ｃ_０に示されるような特性を表す。ところが、前述したように、排気ガス中にＨ_２が含まれるようになると、曲線Ｃ_１及びＣ_２に示されるように、Ｏ_２センサの出力特性はリーン空燃比側にシフトしてくる。
【００２３】
前述のように、セラミック触媒をケース内に保持するために、有機成分を含むシール材が使用されているが、触媒が新品の場合、高温になると、その有機成分が留出し、Ｈ_２及びＨＣが排気ガス中に排出され、下流側Ｏ_２センサに到達する排気ガス中にＨ_２が存在することとなる。そこで、本実施形態においては、そのような状況が発生しうることを考慮して、下流側Ｏ_２センサ１５によるリッチ／リーン判定のための基準電圧Ｖ_Ｒ２が可変値とされる。一方、上流側Ｏ_２センサ１３によるリッチ／リーン判定のための基準電圧Ｖ_Ｒ１は、上述のような特性のずれのおそれがないため、０．４５Ｖの固定値に設定される。
【００２４】
次に、基準電圧Ｖ_Ｒ２の設定について説明する。高温時にシール材から有機成分が留出するという現象は、触媒が新しいとき、すなわち走行距離が長くても数十ｋｍの範囲で発生する。そこで、本実施形態では、図３に示されるようなマップを予め設けておき、走行距離ＤＩＳＴに応じて基準電圧Ｖ_Ｒ２を変更するようにしている。すなわち、基準電圧Ｖ_Ｒ２は、ＤＩＳＴが０ｋｍのときに０．８５Ｖに設定され、ＤＩＳＴが長くなるにつれて徐々に減少せしめられ、ＤＩＳＴが５０ｋｍに達した後は０．４５Ｖに設定される。このように基準電圧Ｖ_Ｒ２を設定すれば、図２の曲線Ｃ_１及びＣ_２のようにＯ_２センサ出力特性がずれていても、リッチ／リーン判定を誤るおそれはない。なお、このマップは、ＲＯＭ１０５に予め記憶され、次に説明する基準電圧Ｖ_Ｒ２設定ルーチンにて参照される。
【００２５】
図４は、図３のマップに基づき具体的に基準電圧Ｖ_Ｒ２を設定するルーチンの処理手順を示すフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間周期で実行されるように構成されている。まず、ステップ２０１では、本ルーチンの前回までの走行により得られている走行距離ＤＩＳＴが所定の最大値ＤＩＳＴ_ｍａｘに達しているか否かを判定し、その判定結果がＹＥＳのときにはステップ２０７に進み、ＮＯのときにはステップ２０２に進む。
【００２６】
ステップ２０２では、車速センサ１７の出力に基づき現在の車速ＳＰＤを検出する。次いで、ステップ２０３では、その車速ＳＰＤと本ルーチンの前回までの走行により求められている車速積算値ＴＳＰＤとに基づき、
ＴＳＰＤ←ＴＳＰＤ＋ＳＰＤ
なる演算を実行して、車速積算値ＴＳＰＤを更新する。次いで、ステップ２０４では、現在までの走行距離ＤＩＳＴを、
ＤＩＳＴ［ｋｍ］＝ＴＳＰＤ［ｋｍ／ｈ］×ルーチン周期［ｓ］／３６００［ｓ／ｈ］
なる演算により求める。そして、ステップ２０５及び２０６では、求められた走行距離ＤＩＳＴを所定の最大値ＤＩＳＴ_ｍａｘ以下に制限するガード処理を実行して、ステップ２０７に進む。なお、走行距離ＤＩＳＴは、バックアップＲＡＭ１０６にて保持される。また、触媒を新品に交換した場合、制御回路１０のリセットに伴い、走行距離ＤＩＳＴが０に初期化されるように構成されている。
【００２７】
最後のステップ２０７では、前述した、図３に示される如きマップを参照することにより、下流側Ｏ_２センサ１５によるリッチ／リーン判定のための基準電圧Ｖ_Ｒ２を走行距離ＤＩＳＴに応じて求める。こうして求められた基準電圧Ｖ_Ｒ２は、上流側Ｏ_２センサ１３によるリッチ／リーン判定のための基準電圧Ｖ_Ｒ１（０．４５Ｖの固定値）とともに、以下に説明されるＡ／Ｆフィードバック制御において参照される。
【００２８】
図５は、上流側Ｏ_２センサ１３の出力に基づいて空燃比補正係数ＦＡＦを演算するメイン空燃比フィードバック制御ルーチンであって、所定時間例えば４ｍｓごとに実行される。ステップ３０１では、空燃比の閉ループ（フィードバック）制御条件が成立しているか否かを判別する。機関始動中、始動後の燃料増量動作中、暖機増量動作中、パワー増量動作中、リーン制御中、上流側Ｏ_２センサ不活性状態時等はいずれも閉ループ制御条件が不成立であり、その他の場合は閉ループ制御条件が成立する。なお、上流側Ｏ_２センサの活性／不活性状態の判別は、ＲＡＭ１０５から水温データＴＨＷを読出して一旦ＴＨＷ≧７０℃になったか否かを判別するか、あるいは上流側Ｏ_２センサの出力レベルが一度上下したか否かを判別することによって行われる。閉ループ制御条件が不成立の場合は、ステップ３１７に進んで空燃比補正係数ＦＡＦを１．０とする。他方、閉ループ制御条件成立の場合はステップ３０２に進む。
【００２９】
ステップ３０２では、Ｏ_２センサ１３の出力Ｖ_１をＡ／Ｄ変換して取込み、ステップ３０３にてＶ_１が基準電圧Ｖ_Ｒ１（０．４５Ｖの固定値）以下か否か、すなわち、空燃比がリーンかリッチかを判別する。リーン（Ｖ_１≦Ｖ_Ｒ１）であれば、ステップ３０４にてディレイカウンタＣＤＬＹより１を減算し、ステップ３０５，３０６でディレイカウンタＣＤＬＹを最小値ＴＤＲでガードする。なお、最小値ＴＤＲは、上流側Ｏ_２センサ１３の出力においてリーンからリッチへの変化があってもリーン状態であるとの判断を保持するためのリッチ遅延時間であって、負の値で定義される。他方、リッチ（Ｖ_１＞Ｖ_Ｒ１）であれば、ステップ３０７にてディレイカウンタＣＤＬＹに１を加算し、ステップ３０８，３０９にてディレイカウンタＣＤＬＹを最大値ＴＤＬでガードする。なお、最大値ＴＤＬは、上流側Ｏ_２センサ１３の出力においてリッチからリーンへの変化があってもリッチ状態であるとの判断を保持するためのリーン遅延時間であって、正の値で定義される。
【００３０】
ここで、ディレイカウンタＣＤＬＹの基準を０とし、ＣＤＬＹ≧０のときに遅延処理後の空燃比をリッチとみなし、ＣＤＬＹ＜０のときに遅延処理後の空燃比をリーンとみなすものとする。ステップ３１０では、ディレイカウンタＣＤＬＹの符号が反転したか否か、すなわち遅延処理後の空燃比のリッチ／リーンが反転したか否かを判別する。空燃比が反転していれば、ステップ３１１にて、リッチからリーンへの反転か、リーンからリッチへの反転かを判別する。リッチからリーンへの反転であれば、ステップ３１２にてＦＡＦ←ＦＡＦ＋ＲＳと空燃比補正係数ＦＡＦをスキップ的に増大させ、逆に、リーンからリッチへの反転であれば、ステップ３１３にてＦＡＦ←ＦＡＦ−ＲＳと空燃比補正係数ＦＡＦをスキップ的に減少させる。つまり、スキップ処理を行う。
【００３１】
ステップ３１０にてディレイカウンタＣＤＬＹの符号が反転していなければ、ステップ３１４，３１５，３１６にて積分処理を行う。つまり、ステップ３１４にて、ＣＤＬＹ＜０か否かを判別し、ＣＤＬＹ＜０（リーン）であればステップ３１５にてＦＡＦ←ＦＡＦ＋ＫＩとし、他方、ＣＤＬＹ≧０（リッチ）であればステップ３１６にてＦＡＦ←ＦＡＦ−ＫＩとする。ここで、積分定数ＫＩはスキップ定数ＲＳに比して十分小さく設定してあり、つまりＫＩ≪ＲＳである。従って、ステップ３１５はリーン状態（ＣＤＬＹ＜０）で燃料噴射量を徐々に増大させ、ステップ３１６はリッチ状態（ＣＤＬＹ≧０）で燃料噴射量を徐々に減少させる。
【００３２】
ステップ３１２、３１３、３１５、３１６、又は３１７にて演算された空燃比補正係数ＦＡＦは、最小値例えば０．８及び最大値例えば１．２にてガードするものとし、これにより、何らかの原因で空燃比補正係数ＦＡＦが大きくなり過ぎ又は小さくなり過ぎた場合に、その値で機関の空燃比を制御してオーバリッチ、オーバリーンになるのを防ぐ（ステップ３１８）。最後に、ステップ３１９にてＦＡＦがＲＡＭ１０５に格納され、このルーチンは終了する。
【００３３】
図６は、図５のフローチャートによる図１の制御回路の動作を補足説明するタイミング図である。上流側Ｏ_２センサ１３の出力により図６（Ａ）に示すごとくリッチ、リーン判別の空燃比信号Ａ／Ｆが得られると、ディレイカウンタＣＤＬＹは、図６（Ｂ）に示すごとく、リッチ状態でカウントアップされ、リーン状態でカウントダウンされる。この結果、図６（Ｃ）に示すごとく、遅延処理された空燃比信号Ａ／Ｆ′が形成される。例えば、時刻ｔ_１にて空燃比信号Ａ／Ｆがリーンからリッチに変化しても、遅延処理された空燃比信号Ａ／Ｆ′はリッチ遅延時間（−ＴＤＲ）だけリーンに保持された後に時刻ｔ_２にてリッチに変化する。時刻ｔ_３にて空燃比信号Ａ／Ｆがリッチからリーンに変化しても、遅延処理された空燃比信号Ａ／Ｆ′はリーン遅延時間ＴＤＬ相当だけリッチに保持された後に時刻ｔ_４にてリーンに変化する。しかも、空燃比信号Ａ／Ｆが時刻ｔ_５，ｔ_６，ｔ_７のごとくリッチ遅延時間（−ＴＤＲ）より短い期間で反転すると、ディレイカウンタＣＤＬＹが基準値０と交差するのに時間を要し、この結果、時刻ｔ_８にて遅延処理後の空燃比信号Ａ／Ｆ′が反転される。つまり、遅延処理後の空燃比信号Ａ／Ｆ′は、遅延処理前の空燃比信号Ａ／Ｆに比べて安定となる。このように遅延処理後の安定した空燃比信号Ａ／Ｆ′に基づいて図６（Ｄ）に示す空燃比補正係数ＦＡＦが得られる。
【００３４】
さらに遅延時間ＴＤＲ，ＴＤＬを適切に設定すると、上流側Ｏ_２センサ１３による空燃比フィードバック制御の制御空燃比をリッチ側又はリーン側に移行することができる。例えば、リッチ遅延時間（−ＴＤＲ）＞リーン遅延時間（ＴＤＬ）と設定すれば、制御空燃比はリッチ側に移行し、逆に、リーン遅延時間（ＴＤＬ）＞リッチ遅延時間（−ＴＤＲ）と設定すれば、制御空燃比はリーン側に移行する。
【００３５】
図７は、下流側Ｏ_２センサ１５の出力に基づいて遅延時間ＴＤＲ，ＴＤＬを演算するサブ空燃比フィードバック制御ルーチンであって、所定時間例えば１ｓごとに実行される。ステップ４０１では、下流側Ｏ_２センサ１５による空燃比の閉ループ制御条件が成立しているか否かを判別する。このステップは、図５のステップ３０１とほぼ同一であるが、下流側Ｏ_２センサの活性／不活性状態時等が異なる。閉ループ制御条件が不成立のときには、ステップ４２０，４２１に進んでリッチ遅延時間ＴＤＲ、リーン遅延時間ＴＤＬを一定値にする。例えば、ＴＤＲを−１２（４８ｍｓ相当）、ＴＤＬを６（２４ｍｓ相当）とする。閉ループ制御条件成立であれば、ステップ４０２に進む。
【００３６】
ダブルＯ_２センサシステムにおいては、以下に示すように、下流側Ｏ_２センサ１５の出力に応じて遅延時間ＴＤＲ，ＴＤＬを補正することによりさらに空燃比を制御している。ステップ４０２では、Ｏ_２センサ１５の出力電圧Ｖ_２をＡ／Ｄ変換して取込み、ステップ４０３にてＶ_２が基準電圧Ｖ_Ｒ２以下か否か、すなわち、空燃比がリーンかリッチかを判別する。なお、この基準電圧Ｖ_Ｒ２は、前述した基準電圧Ｖ_Ｒ２設定ルーチンによって設定された値であって、排気ガス中のＨ_２に伴うリッチ／リーン誤判定を防止可能とするものである。
【００３７】
リーン（Ｖ_２≦Ｖ_Ｒ２）のときには、ステップ４０４にてＴＤＬ←ＴＤＬ−１とし、つまり、リーン遅延時間ＴＤＬを減少させ、リッチからリーンへの変化の遅延を小さくして制御空燃比をリッチ側にさせる。ステップ４０５，４０６では、リーン遅延時間ＴＤＬを最小値Ｔ_Ｌ１でガードし、ステップ４０７にてＴＤＬをＲＡＭ１０５に格納する。さらに、ステップ４０８では、ＴＤＲ←ＴＤＲ−１とし、つまり、リッチ遅延時間（−ＴＤＲ）を増大させ、リーンからリッチへの変化の遅延をさらに大きくして制御空燃比をリッチ側にさせる。ステップ４０９，４１０では、リッチ遅延時間（−ＴＤＲ）を最大値（−Ｔ_Ｒ２）でガードし、ステップ４１１にてＴＤＲをＲＡＭ１０５に格納する。このように、下流側Ｏ_２センサ１５の出力がリーンであれば、リーン遅延時間（ＴＤＬ）が減少しかつリッチ遅延時間（−ＴＤＬ）が増大するので、制御空燃比はリッチ側となる。
【００３８】
ステップ４０３にてリッチ（Ｖ_２＞Ｖ_Ｒ２）のときには、ステップ４１２にてＴＤＲ←ＴＤＲ＋１とし、つまり、リッチ遅延時間（−ＴＤＲ）を減少させ、リーンからリッチへの変化の遅延を小さくして制御空燃比をリーン側にさせる。ステップ４１３，４１４では、リッチ遅延時間（−ＴＤＲ）を最小値（−Ｔ_Ｒ１）でガードし、ステップ４１５にてＴＤＲをＲＡＭ１０５に格納する。さらに、ステップ４１６では、ＴＤＬ←ＴＤＬ＋１とし、つまり、リーン遅延時間ＴＤＬを増大させ、リッチからリーンへの変化の遅延をさらに大きくして制御空燃比をリーン側にさせる。ステップ４１７，４１８では、リーン遅延時間ＴＤＬを最大値Ｔ_Ｌ２でガードし、ステップ４１９にてＴＤＬをＲＡＭ１０５に格納する。このように、下流側Ｏ_２センサ１５の出力がリッチであれば、リッチ遅延時間（−ＴＤＲ）が減少し且つリーン遅延時間（ＴＤＬ）が増大するので、制御空燃比はリーン側となる。
【００３９】
以上で、このルーチンは終了する。このように、ＴＤＬは、Ｔ_Ｌ１≦ＴＤＬ≦Ｔ_Ｌ２の範囲で制御され、ＴＤＲは、（−Ｔ_Ｒ１）≦（−ＴＤＲ）≦（−Ｔ_Ｒ２）の範囲で制御される。
【００４０】
図８は、燃料噴射量演算ルーチンであって、所定クランク角ごと、例えば３６０°ＣＡごとに実行される。ステップ５０１では、ＲＡＭ１０５より吸入空気量データＱ及び回転速度データＮｅを読出して基本噴射量ＴＡＵＰを演算する。例えば、
ＴＡＵＰ←Ｋ・Ｑ／Ｎｅ（Ｋは定数）
とする。ステップ５０２では、ＲＡＭ１０５より冷却水温データＴＨＷを読出し、ＲＯＭ１０４に格納された１次元マップにより暖機増量値ＦＷＬを補間計算する。この暖機増量値ＦＷＬは、図示のごとく、現在の冷却水温ＴＨＷが上昇するに従って小さくなるように設定されている。
【００４１】
ステップ５０３では、最終燃料噴射量ＴＡＵを、
ＴＡＵ←ＴＡＵＰ・ＦＡＦ・（１＋ＦＷＬ＋α）＋β
により演算する。なお、α，βは他の運転状態パラメータによって定まる補正量であり、例えば図示しないステップ位置センサからの信号、あるいは吸気温センサからの信号、バッテリ電圧等により決められる補正量であり、これらもＲＡＭ１０５に格納されている。次いで、ステップ５０４にて、燃料噴射量ＴＡＵをダウンカウンタ１０８にセットすると共にフリップフロップ１０９をセットして燃料噴射を開始させる。そして、このルーチンは終了する。なお、上述のごとく、燃料噴射量ＴＡＵに相当する時間が経過すると、ダウンカウンタ１０８のキャリアウト信号によってフリップフロップ１０９がリセットされて、燃料噴射は終了する。
【００４２】
図９は、図５及び図７のフローチャートによって得られる遅延時間ＴＤＲ，ＴＤＬのタイミング図である。図９（Ａ）に示すごとく、下流側Ｏ_２センサ１５の出力電圧Ｖ_２が変化すると、図９（Ｂ）に示すごとく、リーン状態（Ｖ_２≦Ｖ_Ｒ２）であれば遅延時間ＴＤＲ，ＴＤＬは共に増大せしめられ、他方、リッチ状態であれば遅延時間ＴＤＲ，ＴＤＬは共に減少せしめられる。このとき、ＴＤＲはＴ_Ｒ１〜Ｔ_Ｒ２の範囲で変化し、ＴＤＬはＴ_Ｌ１〜Ｔ_Ｌ２の範囲で変化する。下流側Ｏ_２センサ１５の閉ループ制御条件になければ、図９（Ｂ）のＴＤＲ，ＴＤＬの制御は停止され、例えばＴＤＲ＝−１２及びＴＤＬ＝６に保持される。
【００４３】
なお、メイン空燃比フィードバック制御を４ｍｓごとに行い、サブ空燃比フィードバック制御を１ｓごとに行っているが、これは、空燃比フィードバック制御は応答性の良い上流側Ｏ_２センサによる制御を主にして行い、応答性の悪い下流側Ｏ_２センサによる制御を従にして行うようにしたものである。
【００４４】
上述の実施形態においては、セラミック触媒のシール材に使用されている有機成分がＨ_２を発生する条件にあるか否かを判別するために、走行距離を使用している。しかし、かかるＨ_２発生は、触媒が新品のときに起こるものであるため、走行距離以外のパラメータを使用して、かかる条件判別を行うことができる。例えば、機関運転時間累積値、吸入空気量累積値、機関回転数累積値等によっても、又は以上のパラメータのうちのいくつかを組み合わせても、前記判別手段を実現することが可能である。
【００４５】
また、上述の実施形態においては、上流側Ｏ_２センサによる空燃比フィードバック制御における制御定数としての遅延時間を下流Ｏ_２センサの出力により補正するダブルＯ_２センサシステムを示したが、本発明は、他の制御定数、例えば積分制御定数、スキップ制御定数、上流側Ｏ_２センサの基準電圧等を下流側Ｏ_２センサの出力により補正するダブルＯ_２センサシステムにも適用し得る。さらに、制御定数を固定する一方、２つの空燃比補正係数ＦＡＦ１，ＦＡＦ２を導入して、それぞれを上流側Ｏ_２センサ、下流側Ｏ_２センサの両出力に応じて演算するダブルＯ_２センサシステムにも本発明は適用し得る。
【００４６】
また、吸入空気量センサとして、エアフローメータの代りに、カルマン渦センサ、ヒートワイヤセンサ等を用いることもできる。さらに、上述の実施形態では、吸入空気量及び機関回転速度に応じて燃料噴射量を演算しているが、吸入空気圧と機関回転速度との組み合わせ又はスロットル弁開度と機関回転速度との組み合わせに応じて燃料噴射量を演算してもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ダブルＯ_２センサシステムにおいて、セラミック触媒のシール材からの有機成分が留出し、排気ガス中にＨ_２及びＨＣが排出され、そのＨ_２に起因して触媒下流側Ｏ_２センサの出力特性がリーン側にずれる場合においても、リッチ／リーン判定のための基準電圧が高い値に設定されるため、かかる特性ずれによる誤判定が防止される。その結果、空燃比制御精度の向上すなわち内燃機関の排出ガス浄化性能の向上が図られる。ひいては、本発明は大気汚染防止に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る空燃比制御装置を備えた電子制御式内燃機関の全体概要図である。
【図２】空気過剰率λ（すなわち空燃比Ａ／Ｆ）とＯ_２センサ出力電圧との関係を示す特性図である。
【図３】走行距離ＤＩＳＴに応じて基準電圧Ｖ_Ｒ２を設定するためのマップを示す図である。
【図４】基準電圧Ｖ_Ｒ２設定ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図５】メイン空燃比フィードバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図６】メイン空燃比フィードバック制御の処理に関する補足説明をするためのタイミング図である。
【図７】サブ空燃比フィードバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図８】燃料噴射量演算ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図９】遅延時間ＴＤＲおよびＴＤＬのタイミング図である。
【符号の説明】
１…機関本体
２…吸気通路
３…エアフローメータ
４…点火ディストリビュータ
５…第１のクランク角センサ
６…第２のクランク角センサ
７…燃料噴射弁
８…ウォータジャケット
９…水温センサ
１０…制御回路
１０１…Ａ／Ｄ変換器
１０２…入出力インタフェース
１０３…ＣＰＵ
１０４…ＲＯＭ
１０５…ＲＡＭ
１０６…バックアップＲＡＭ
１０７…クロック発生回路
１０８…ダウンカウンタ
１０９…フリップフロップ
１１０…駆動回路
１１…排気マニホールド
１２…触媒コンバータ
１３…上流側（第１の）Ｏ_２センサ
１５…下流側（第２の）Ｏ_２センサ
１７…車速センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is an apparatus for controlling a mixture ratio (air-fuel ratio: A / F) of air and fuel to a desired value by supplying an appropriate amount of fuel in accordance with the amount of intake air in an internal combustion engine (engine). More particularly with respect to an air-fuel ratio control device, more particularly, double O ₂ The present invention relates to an air-fuel ratio control apparatus that employs a sensor system to perform air-fuel ratio feedback correction.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in automobile engines, as an exhaust gas purification measure, oxidation of incomplete combustion components HC (hydrocarbon) and CO (carbon monoxide), and nitrogen in the air react with unburned oxygen. NO generated _x A three-way catalyst that simultaneously promotes the reduction of (nitrogen oxide) is used. In order to increase the oxidation and reduction capability of such a three-way catalyst, it is necessary to control the air-fuel ratio (A / F) indicating the combustion state of the engine to be close to the theoretical air-fuel ratio (window). For this reason, in fuel injection control in an engine, an O that detects whether the air-fuel ratio is richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio based on the residual oxygen concentration in the exhaust gas. ₂ A sensor (oxygen concentration sensor) is provided, and air-fuel ratio feedback control is performed to correct the fuel amount based on the sensor output.
[0003]
In such air-fuel ratio feedback control, oxygen concentration is detected. ₂ A sensor is provided as close to the combustion chamber as possible, that is, upstream of the catalytic converter. ₂ To compensate for variations in sensor output characteristics (due to aging and individual differences), a second O ₂ Double O with additional sensor ₂ A sensor system has also been realized.
[0004]
That is, upstream O ₂ Since the sensor is arranged close to the combustion chamber, the upstream side O ₂ In the vicinity of the sensor, the exhaust from each cylinder is not necessarily mixed uniformly. Also upstream O ₂ In the vicinity of the sensor, the exhaust temperature is high and O ₂ The sensor itself is likely to deteriorate. For this reason, upstream O ₂ Sensor is strongly influenced by exhaust from a specific cylinder, or O ₂ If the sensor has deteriorated, the upstream O ₂ If air-fuel ratio feedback control is performed based on the sensor output, accurate air-fuel ratio control may not be possible.
[0005]
On the other hand, downstream O ₂ At the sensor position, the exhaust gas is uniformly mixed when passing through the catalyst, and the exhaust gas temperature is also low. That is, on the downstream side of the catalyst, the exhaust gas is sufficiently agitated, and the oxygen concentration thereof is almost in an equilibrium state due to the action of the three-way catalyst. ₂ Sensor output is upstream O ₂ It changes more slowly than the sensor, thus showing a rich / lean tendency of the overall mixture. Double O ₂ The sensor system is located upstream of the catalyst. ₂ In addition to the main air-fuel ratio feedback control by the sensor, the catalyst downstream side O ₂ The sub air-fuel ratio feedback control is performed by the sensor, and the control constant in the main air-fuel ratio feedback control is set to the downstream side O ₂ By correcting based on sensor output, upstream O ₂ Variations in the output characteristics of the sensor are absorbed to improve air-fuel ratio control accuracy (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-176661).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Now, a catalyst is comprised from a support | carrier, an active component, and an addition component. As the shape of the carrier, there are a pellet type and a monolith (also referred to as a honeycomb) type, but at present, the monolith type is mainly used from the viewpoint of durability and the like. As the material of the monolithic carrier, ceramic or metal (metal) is used, but ceramic is more advantageous from the viewpoint of cost.
[0007]
In order to hold the ceramic catalyst in the case, a sealing material containing an organic component is used. Therefore, when the catalyst is new, when the temperature is high, the organic component is distilled off and H ₂ And HC are discharged into the exhaust gas. Downstream side O ₂ H in the exhaust gas reaching the sensor ₂ Is present, as shown below, the downstream O ₂ It affects the output characteristics of the sensor.
[0008]
O ₂ The sensor has a configuration in which platinum electrodes are arranged on both sides of a solid electrolyte such as zirconium, exhaust is brought into contact with one electrode side of the solid electrolyte, and air is brought into contact with the other electrode side. When the concentration of oxygen components in the exhaust gas decreases and a difference in oxygen concentration occurs between the two electrodes, oxygen in the atmosphere is ionized and moves in the solid electrolyte to the exhaust electrode at the atmosphere-side electrode with a high oxygen concentration. To come. Therefore, a current corresponding to the oxygen concentration difference between the atmosphere and the exhaust flows from the exhaust side electrode to the atmosphere side electrode, and a voltage corresponding to the oxygen concentration difference is generated between the electrodes. O ₂ The sensor detects the oxygen concentration in the exhaust gas by taking out the voltage as a signal.
[0009]
However, the concentration of H in the exhaust ₂ If the component is present, the oxygen component in the exhaust is H ₂ It is blocked by the components and is difficult to reach the exhaust side electrode. For this reason, H ₂ If ingredients are present, O ₂ The sensor output comes to output an oxygen concentration signal lower than the actual oxygen concentration. In other words, O ₂ The sensor generates an output signal on the rich air-fuel ratio side from the actual value. ₂ The air / fuel ratio that the sensor recognizes as the stoichiometric air / fuel ratio is shifted to the lean side from the stoichiometric air / fuel ratio, that is, O ₂ The sensor output characteristics are shifted to the lean air-fuel ratio side.
[0010]
Therefore, H ₂ When the components are generated, the downstream O ₂ Even when the exhaust air-fuel ratio reaching the sensor is the stoichiometric air-fuel ratio, the downstream side O ₂ A rich air-fuel ratio signal is output from the sensor. Therefore, double O ₂ In the sensor system, such a downstream O ₂ The air-fuel ratio is controlled to the lean side based on the sensor output, making it difficult to maintain the theoretical air-fuel ratio, resulting in NO _x This leads to the problem of increased emissions.
[0011]
In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide H that accompanies distillation of organic components from a sealing material of a ceramic catalyst. ₂ By providing an air-fuel ratio control device capable of preventing a decrease in air-fuel ratio control accuracy due to generation, it is intended to improve exhaust gas purification performance of an internal combustion engine and thus contribute to prevention of air pollution.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, which has been devised to achieve the above object, is provided with a ceramic catalyst in an exhaust system, and an O on the upstream side and the downstream side of the ceramic catalyst. ₂ A sensor is disposed and the O ₂ In an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that feedback-controls an air-fuel ratio based on a comparison result between a sensor output voltage and a reference voltage, an organic component used in the sealing material of the ceramic catalyst is H ₂ Determining means for determining whether or not the condition for generating the organic component is present, and the organic component is H ₂ If the determination means determines that the condition for generating the catalyst is under the condition, the catalyst downstream side O ₂ And changing means for changing the reference voltage to be compared with the output voltage of the sensor to a higher value.
[0013]
Further, according to the present invention, in the above-described air-fuel ratio control device, the determination means uses at least one of a travel distance, an engine operating time cumulative value, an intake air amount cumulative value, or an engine speed cumulative value as a reference. The H by comparing with the value ₂ This is to determine the generation condition.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0015]
FIG. 1 is an overall schematic diagram of an electronically controlled internal combustion engine equipped with an air-fuel ratio control apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, an air flow meter 3 is provided in an intake passage 2 of the engine body 1. The air flow meter 3 directly measures the amount of intake air, has a built-in potentiometer, and generates an analog voltage output signal proportional to the amount of intake air. This output signal is supplied to the multiplexer built-in A / D converter 101 of the control circuit 10.
[0016]
The ignition distributor 4 has a crank angle sensor 5 that generates a reference position detection pulse signal every 720 °, for example, in terms of a crank angle, and a reference position detection pulse signal every 30 ° converted to a crank angle. Is provided. The pulse signals of the crank angle sensors 5 and 6 are supplied to the input / output interface 102 of the control circuit 10, and the output of the crank angle sensor 6 is supplied to the interrupt terminal of the CPU 103. The input / output interface 102 is also connected to a vehicle speed sensor 17 that generates an output pulse representing the vehicle speed.
[0017]
Further, the intake passage 2 is provided with a fuel injection valve 7 for supplying pressurized fuel from the fuel supply system to the intake port for each cylinder. The water jacket 8 of the cylinder block of the engine body 1 is provided with a water temperature sensor 9 for detecting the temperature of the cooling water. The water temperature sensor 9 generates an analog voltage electrical signal corresponding to the coolant temperature THW. This output is also supplied to the A / D converter 101.
[0018]
The exhaust system downstream of the exhaust manifold 11 has three harmful components HC, CO, NO in the exhaust gas. _x A catalytic converter 12 is provided that houses a three-way catalyst that simultaneously purifies the catalyst. This three-way catalyst support is of a monolithic shape made of ceramic. The exhaust manifold 11, that is, the upstream side of the catalytic converter 12, has a first O ₂ A sensor 13 is provided, and the exhaust pipe 14 on the downstream side of the catalytic converter 12 has a second O ₂ A sensor 15 is provided. O ₂ The sensors 13 and 15 generate an electrical signal corresponding to the oxygen component concentration in the exhaust gas. That is, O ₂ The sensors 13 and 15 supply different output voltages to the A / D converter 101 of the control circuit 10 depending on whether the air-fuel ratio is leaner or richer than the stoichiometric air-fuel ratio.
[0019]
The control circuit 10 is configured as a microcomputer system, for example, and includes a ROM 104, a RAM 105, a backup RAM 106, a clock generation circuit 107, and the like in addition to the A / D converter 101, the input / output interface 102, and the CPU 103.
[0020]
In the control circuit 10, a down counter 108, a flip-flop 109, and a drive circuit 110 are for controlling the fuel injection valve 7. That is, in a routine described later, when the fuel injection amount TAU is calculated, the fuel injection amount TAU is preset in the down counter 108 and the flip-flop 109 is also set. As a result, the drive circuit 110 starts energizing the fuel injection valve 7. On the other hand, when the down counter 108 counts a clock signal (not shown) and the carrier out terminal finally becomes “1” level, the flip-flop 109 is reset, and the drive circuit 110 is connected to the fuel injection valve 7. Stop energization. That is, the fuel injection valve 7 is energized by the above-described fuel injection amount TAU, and accordingly, an amount of fuel corresponding to the fuel injection amount TAU is sent into the combustion chamber of the engine body 1.
[0021]
The CPU 103 generates an interrupt signal when the A / D converter 101 finishes the A / D conversion, and when the input / output interface 102 receives the pulse signal from the crank angle sensor 6, it receives the interrupt signal from the clock generation circuit 107. And so on. The intake air amount data Q and the coolant temperature data THW of the air flow meter 3 are taken in by an A / D conversion routine executed every predetermined time and stored in a predetermined area of the RAM 105. That is, the data Q and THW in the RAM 105 are updated every predetermined time. The rotational speed data Ne is calculated by interruption every 30 ° CA of the crank angle sensor 6 and stored in a predetermined area of the RAM 105.
[0022]
FIG. 2 shows O in FIG. ₂ FIG. 6 is a characteristic diagram showing how output voltages of sensors 13 and 15 change according to an excess air ratio λ, that is, an air-fuel ratio A / F. O ₂ The output voltage of the sensor is H in the exhaust gas. ₂ If there is no curve, curve C in the figure ₀ Represents the characteristics shown in However, as described above, H in the exhaust gas ₂ Is included, curve C ₁ And C ₂ As shown in ₂ The output characteristics of the sensor shift to the lean air-fuel ratio side.
[0023]
As described above, a sealing material containing an organic component is used to hold the ceramic catalyst in the case. However, when the catalyst is new, when the temperature is high, the organic component is distilled off and H ₂ And HC are discharged into the exhaust gas, and downstream O ₂ H in the exhaust gas reaching the sensor ₂ Will exist. Therefore, in the present embodiment, considering that such a situation may occur, the downstream O ₂ Reference voltage V for rich / lean determination by sensor 15 _R2 Is a variable value. On the other hand, upstream O ₂ Reference voltage V for rich / lean determination by sensor 13 _R1 Is set to a fixed value of 0.45 V because there is no fear of the above-described characteristic shift.
[0024]
Next, the reference voltage V _R2 The setting of will be described. The phenomenon that the organic component is distilled off from the sealing material at a high temperature occurs when the catalyst is new, that is, within a range of several tens of kilometers even when the traveling distance is long. Therefore, in this embodiment, a map as shown in FIG. 3 is provided in advance, and the reference voltage V is set according to the travel distance DIST. _R2 To change. That is, the reference voltage V _R2 Is set to 0.85 V when DIST is 0 km, gradually decreased as DIST becomes longer, and is set to 0.45 V after DIST reaches 50 km. Thus, the reference voltage V _R2 2 is set, curve C in FIG. ₁ And C ₂ Like O ₂ Even if the sensor output characteristics are deviated, there is no possibility of erroneous rich / lean determination. This map is stored in advance in the ROM 105 and a reference voltage V to be described next. _R2 Referenced in the setting routine.
[0025]
FIG. 4 shows a specific reference voltage V based on the map of FIG. _R2 5 is a flowchart showing a processing procedure of a routine for setting the value. This routine is configured to be executed at a predetermined time period. First, in step 201, the travel distance DIST obtained by the previous travel of this routine is a predetermined maximum value DIST. _max If the determination result is YES, the process proceeds to step 207. If the determination result is NO, the process proceeds to step 202.
[0026]
In step 202, the current vehicle speed SPD is detected based on the output of the vehicle speed sensor 17. Next, at step 203, based on the vehicle speed SPD and the vehicle speed integrated value TSPD obtained by the previous travel of this routine,
TSPD ← TSPD + SPD
To calculate the vehicle speed integrated value TSPD. Next, in step 204, the travel distance DIST up to the present time is
DIST [km] = TSPD [km / h] × routine period [s] / 3600 [s / h]
Is obtained by the following calculation. In steps 205 and 206, the calculated travel distance DIST is set to a predetermined maximum value DIST. _max The guard process limited to the following is executed, and the process proceeds to Step 207. The travel distance DIST is held in the backup RAM 106. Further, when the catalyst is replaced with a new one, the travel distance DIST is initialized to 0 when the control circuit 10 is reset.
[0027]
In the final step 207, by referring to the map as shown in FIG. ₂ Reference voltage V for rich / lean determination by sensor 15 _R2 Is determined according to the travel distance DIST. The reference voltage V thus obtained _R2 Is upstream O ₂ Reference voltage V for rich / lean determination by sensor 13 _R1 Along with (a fixed value of 0.45 V), it is referred to in the A / F feedback control described below.
[0028]
FIG. 5 shows upstream O ₂ This is a main air-fuel ratio feedback control routine for calculating an air-fuel ratio correction coefficient FAF based on the output of the sensor 13, and is executed every predetermined time, for example, 4 ms. In step 301, it is determined whether or not an air-fuel ratio closed loop (feedback) control condition is satisfied. During engine start-up, fuel increase operation after start-up, warm-up increase operation, power increase operation, lean control, upstream O ₂ The closed loop control condition is not satisfied in any of the sensor inactive states, and the closed loop control condition is satisfied in all other cases. Upstream O ₂ Whether the sensor is active / inactive is determined by reading the water temperature data THW from the RAM 105 and determining whether or not THW ≧ 70 ° C. has been reached. ₂ This is done by determining whether the output level of the sensor has once increased or decreased. If the closed loop control condition is not satisfied, the routine proceeds to step 317, where the air-fuel ratio correction coefficient FAF is set to 1.0. On the other hand, if the closed loop control condition is satisfied, the routine proceeds to step 302.
[0029]
In step 302, O ₂ Output V of sensor 13 ₁ Is A / D converted and taken in, and at step 303, V ₁ Is the reference voltage V _R1 It is determined whether or not it is equal to or less than (a fixed value of 0.45 V), that is, whether the air-fuel ratio is lean or rich. Lean (V ₁ ≦ V _R1 ), 1 is subtracted from the delay counter CDLY in step 304, and the delay counter CDLY is guarded with the minimum value TDR in steps 305 and 306. The minimum value TDR is the upstream O ₂ This is a rich delay time for holding the judgment that the engine is in the lean state even if the output of the sensor 13 changes from lean to rich, and is defined as a negative value. On the other hand, rich (V ₁ > V _R1 ), 1 is added to the delay counter CDLY in step 307, and the delay counter CDLY is guarded with the maximum value TDL in steps 308 and 309. The maximum value TDL is the upstream O ₂ This is a lean delay time for holding a determination that the sensor 13 is in a rich state even if there is a change from rich to lean in the output of the sensor 13, and is defined as a positive value.
[0030]
Here, it is assumed that the reference of the delay counter CDLY is 0, the air-fuel ratio after delay processing is regarded as rich when CDLY ≧ 0, and the air-fuel ratio after delay processing is regarded as lean when CDLY <0. In step 310, it is determined whether or not the sign of the delay counter CDLY has been inverted, that is, whether the rich / lean of the air-fuel ratio after the delay process has been inverted. If the air-fuel ratio has been reversed, it is determined in step 311 whether the reversal is rich to lean or lean to rich. If the reversal is from rich to lean, FAF ← FAF + RS and the air-fuel ratio correction coefficient FAF are increased in a skipping manner at step 312. Conversely, if the reversal is from lean to rich, FAF ← FAF at step 313. -Decrease RS and air-fuel ratio correction coefficient FAF in a skipping manner. That is, skip processing is performed.
[0031]
If the sign of the delay counter CDLY is not inverted in step 310, integration processing is performed in steps 314, 315, and 316. That is, in step 314, it is determined whether or not CDLY <0. If CDLY <0 (lean), FAF ← FAF + KI is set in step 315. On the other hand, if CDLY ≧ 0 (rich), step 316 is performed. FAF ← FAF-KI. Here, the integral constant KI is set sufficiently smaller than the skip constant RS, that is, KI << RS. Accordingly, step 315 gradually increases the fuel injection amount in the lean state (CDLY <0), and step 316 gradually decreases the fuel injection amount in the rich state (CDLY ≧ 0).
[0032]
The air-fuel ratio correction coefficient FAF calculated in steps 312, 313, 315, 316, or 317 is to be guarded at a minimum value, for example, 0.8 and a maximum value, for example, 1.2. When the fuel ratio correction coefficient FAF becomes too large or too small, the air / fuel ratio of the engine is controlled with that value to prevent over-rich and over-lean (step 318). Finally, in step 319, the FAF is stored in the RAM 105, and this routine ends.
[0033]
FIG. 6 is a timing chart for supplementarily explaining the operation of the control circuit of FIG. 1 according to the flowchart of FIG. Upstream O ₂ When the rich / lean discrimination air-fuel ratio signal A / F is obtained by the output of the sensor 13 as shown in FIG. 6A, the delay counter CDLY is counted up in the rich state as shown in FIG. Counts down in a lean state. As a result, as shown in FIG. 6C, a delayed air-fuel ratio signal A / F ′ is formed. For example, time t ₁ Even if the air-fuel ratio signal A / F changes from lean to rich, the delayed air-fuel ratio signal A / F ′ is held lean for the rich delay time (−TDR), and then the time t ₂ Changes to rich. Time t ₃ Even if the air-fuel ratio signal A / F changes from rich to lean at time t, the delayed air-fuel ratio signal A / F ′ is kept rich for the lean delay time TDL and then the time t ₄ Change to lean. Moreover, the air-fuel ratio signal A / F is at time t ₅ , T ₆ , T ₇ When inverted in a period shorter than the rich delay time (−TDR) as described above, it takes time for the delay counter CDLY to cross the reference value 0. As a result, the time t ₈ The air-fuel ratio signal A / F ′ after the delay process is inverted at. That is, the air-fuel ratio signal A / F ′ after the delay process is more stable than the air-fuel ratio signal A / F before the delay process. Thus, the air-fuel ratio correction coefficient FAF shown in FIG. 6D is obtained based on the stable air-fuel ratio signal A / F ′ after the delay processing.
[0034]
If the delay times TDR and TDL are set appropriately, the upstream side O ₂ The control air-fuel ratio of the air-fuel ratio feedback control by the sensor 13 can be shifted to the rich side or the lean side. For example, if rich delay time (−TDR)> lean delay time (TDL) is set, the control air-fuel ratio shifts to the rich side. Conversely, lean delay time (TDL)> rich delay time (−TDR) is set. Then, the control air-fuel ratio shifts to the lean side.
[0035]
FIG. 7 shows the downstream O ₂ This is a sub air-fuel ratio feedback control routine for calculating the delay times TDR and TDL based on the output of the sensor 15, and is executed every predetermined time, for example, 1s. In step 401, the downstream O ₂ It is determined whether the air-fuel ratio closed-loop control condition by the sensor 15 is satisfied. This step is almost the same as step 301 in FIG. ₂ The active / inactive state of the sensor is different. When the closed loop control condition is not satisfied, the routine proceeds to steps 420 and 421, where the rich delay time TDR and the lean delay time TDL are set to constant values. For example, TDR is set to −12 (equivalent to 48 ms) and TDL is set to 6 (equivalent to 24 ms). If the closed loop control condition is satisfied, the process proceeds to step 402.
[0036]
Double O ₂ In the sensor system, as shown below, the downstream O ₂ The air-fuel ratio is further controlled by correcting the delay times TDR and TDL according to the output of the sensor 15. In step 402, O ₂ Output voltage V of sensor 15 ₂ A / D converted and taken in, V in step 403 ₂ Is the reference voltage V _R2 It is determined whether the air-fuel ratio is less than or not, that is, whether the air-fuel ratio is lean or rich. This reference voltage V _R2 Is the aforementioned reference voltage V _R2 It is a value set by the setting routine, and H in exhaust gas ₂ This makes it possible to prevent the rich / lean misjudgment associated with.
[0037]
Lean (V ₂ ≦ V _R2 ), TDL ← TDL-1 in step 404, that is, the lean delay time TDL is decreased, the delay of the change from rich to lean is reduced, and the control air-fuel ratio is made rich. In steps 405 and 406, the lean delay time TDL is set to the minimum value T. _L1 In step 407, the TDL is stored in the RAM 105. Further, in step 408, TDR ← TDR-1 is satisfied, that is, the rich delay time (-TDR) is increased, and the delay of the change from lean to rich is further increased to bring the control air-fuel ratio to the rich side. In steps 409 and 410, the rich delay time (-TDR) is set to the maximum value (-T _R2 ) And the TDR is stored in the RAM 105 in step 411. Thus, downstream O ₂ If the output of the sensor 15 is lean, the lean delay time (TDL) decreases and the rich delay time (-TDL) increases, so the control air-fuel ratio becomes rich.
[0038]
In step 403, rich (V ₂ > V _R2 ), In step 412, TDR ← TDR + 1 is set, that is, the rich delay time (−TDR) is decreased, the delay of the change from lean to rich is reduced, and the control air-fuel ratio is set to the lean side. In steps 413 and 414, the rich delay time (-TDR) is set to the minimum value (-T _R1 ) And the TDR is stored in the RAM 105 at step 415. Further, in step 416, TDL ← TDL + 1 is set, that is, the lean delay time TDL is increased, and the delay of the change from rich to lean is further increased to bring the control air-fuel ratio to the lean side. In steps 417 and 418, the lean delay time TDL is set to the maximum value T. _L2 In step 419, the TDL is stored in the RAM 105. Thus, downstream O ₂ If the output of the sensor 15 is rich, the rich delay time (−TDR) decreases and the lean delay time (TDL) increases, so the control air-fuel ratio becomes lean.
[0039]
This routine is completed. Thus, TDL is T _L1 ≦ TDL ≦ T _L2 TDR is controlled in the range of (−T _R1 ) ≦ (−TDR) ≦ (−T _R2 ) Is controlled within the range.
[0040]
FIG. 8 shows a fuel injection amount calculation routine which is executed every predetermined crank angle, for example, every 360 ° CA. In step 501, the intake air amount data Q and the rotational speed data Ne are read from the RAM 105 and the basic injection amount TAUP is calculated. For example,
TAUP ← K ・ Q / Ne (K is a constant)
And In step 502, the coolant temperature data THW is read from the RAM 105, and the warm-up increase value FWL is calculated by interpolation using a one-dimensional map stored in the ROM 104. The warm-up increase value FWL is set so as to decrease as the current cooling water temperature THW increases as shown in the figure.
[0041]
In step 503, the final fuel injection amount TAU is set to
TAU ← TAUP ・ FAF ・ (1 + FWL + α) + β
Calculate by Α and β are correction amounts determined by other operating state parameters, for example, correction amounts determined by a signal from a step position sensor (not shown), a signal from an intake air temperature sensor, a battery voltage, and the like. Stored in Next, at step 504, the fuel injection amount TAU is set in the down counter 108 and the flip-flop 109 is set to start fuel injection. Then, this routine ends. As described above, when the time corresponding to the fuel injection amount TAU elapses, the flip-flop 109 is reset by the carry-out signal of the down counter 108, and the fuel injection ends.
[0042]
FIG. 9 is a timing chart of the delay times TDR and TDL obtained by the flowcharts of FIGS. As shown in FIG. ₂ Output voltage V of sensor 15 ₂ Changes, as shown in FIG. 9B, the lean state (V ₂ ≦ V _R2 ), The delay times TDR and TDL are both increased. On the other hand, in the rich state, both the delay times TDR and TDL are decreased. At this time, TDR is T _R1 ~ T _R2 And TDL is T _L1 ~ T _L2 It varies in the range. Downstream side O ₂ If the closed loop control condition of the sensor 15 is not satisfied, the control of TDR and TDL in FIG. 9B is stopped, for example, maintained at TDR = −12 and TDL = 6.
[0043]
The main air-fuel ratio feedback control is performed every 4 ms, and the sub air-fuel ratio feedback control is performed every 1 s. ₂ It is mainly controlled by sensors, and the downstream side with poor responsiveness ₂ This is performed according to the control by the sensor.
[0044]
In the above embodiment, the organic component used in the sealing material for the ceramic catalyst is H. ₂ The travel distance is used to determine whether or not the condition for generating is satisfied. But such H ₂ Since the occurrence occurs when the catalyst is new, such a condition can be determined using parameters other than the travel distance. For example, the determining means can be realized by an engine operating time cumulative value, an intake air amount cumulative value, an engine speed cumulative value, etc., or by combining some of the above parameters.
[0045]
In the above-described embodiment, the upstream O ₂ The delay time as the control constant in the air-fuel ratio feedback control by the sensor ₂ Double O corrected by sensor output ₂ Although a sensor system has been shown, the present invention is not limited to other control constants such as integral control constants, skip control constants, upstream O ₂ Sensor reference voltage etc. ₂ Double O corrected by sensor output ₂ It can also be applied to sensor systems. Furthermore, while fixing the control constant, two air-fuel ratio correction factors FAF1, FAF2 are introduced, ₂ Sensor, downstream O ₂ Double O that calculates according to both sensor outputs ₂ The present invention can also be applied to a sensor system.
[0046]
Further, as the intake air amount sensor, a Karman vortex sensor, a heat wire sensor, or the like can be used instead of the air flow meter. Further, in the above-described embodiment, the fuel injection amount is calculated according to the intake air amount and the engine rotational speed, but the combination of the intake air pressure and the engine rotational speed or the combination of the throttle valve opening and the engine rotational speed is used. The fuel injection amount may be calculated accordingly.
[0047]
【The invention's effect】
As explained above, according to the present invention, the double O ₂ In the sensor system, organic components from the sealing material of the ceramic catalyst are distilled off, and H in the exhaust gas. ₂ And HC are discharged, the H ₂ Due to the catalyst downstream O ₂ Even when the output characteristics of the sensor are shifted to the lean side, the reference voltage for rich / lean determination is set to a high value, so that erroneous determination due to such characteristic deviation is prevented. As a result, the air-fuel ratio control accuracy is improved, that is, the exhaust gas purification performance of the internal combustion engine is improved. As a result, this invention contributes to air pollution prevention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic diagram of an electronically controlled internal combustion engine equipped with an air-fuel ratio control apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows excess air ratio λ (ie, air-fuel ratio A / F) and O ₂ It is a characteristic view which shows the relationship with a sensor output voltage.
FIG. 3 shows a reference voltage V corresponding to the travel distance DIST. _R2 It is a figure which shows the map for setting.
FIG. 4 Reference voltage V _R2 It is a flowchart which shows the process sequence of a setting routine.
FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure of a main air-fuel ratio feedback control routine.
FIG. 6 is a timing chart for supplementary explanation regarding processing of main air-fuel ratio feedback control.
FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure of a sub air-fuel ratio feedback control routine.
FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of a fuel injection amount calculation routine.
FIG. 9 is a timing diagram of delay times TDR and TDL.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine body
2 ... Intake passage
3 ... Air flow meter
4 ... Ignition distributor
5 ... 1st crank angle sensor
6 ... Second crank angle sensor
7 ... Fuel injection valve
8 ... Water jacket
9 ... Water temperature sensor
10 ... Control circuit
101 ... A / D converter
102 ... I / O interface
103 ... CPU
104 ... ROM
105 ... RAM
106 ... Backup RAM
107: Clock generation circuit
108: Down counter
109 ... flip-flop
110 ... Drive circuit
11 ... Exhaust manifold
12 ... Catalytic converter
13 ... Upstream side (first) O ₂ Sensor
15: Downstream side (second) O ₂ Sensor
17 ... Vehicle speed sensor

Claims

排気系にセラミック触媒を設けるとともに、該セラミック触媒の上流側及び下流側にそれぞれＯ_２センサを配設し、該Ｏ_２センサの出力電圧と基準電圧との比較結果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おいて、
該セラミック触媒のシール材に使用されている有機成分がＨ_２を発生する条件にあるか否かを判別する判別手段と、
該有機成分がＨ_２を発生する条件にあると前記判別手段によって判別された場合に、該触媒下流側Ｏ_２センサの出力電圧と比較されるべき基準電圧をより高い値に変更する変更手段と、
を具備することを特徴とする、内燃機関の空燃比制御装置。A ceramic catalyst is provided in the exhaust system, and an O ₂ sensor is provided on each of the upstream and downstream sides of the ceramic catalyst, and the air-fuel ratio is feedback controlled based on the comparison result between the output voltage of the O ₂ sensor and a reference voltage. In an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine,
Discriminating means for discriminating whether or not the organic component used in the sealing material of the ceramic catalyst is in a condition for generating H ₂ ;
Changing means for changing the reference voltage to be compared with the output voltage of the catalyst downstream O ₂ sensor to a higher value when the determining means determines that the organic component is in a condition for generating H ₂ ; ,
An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, comprising:

前記判別手段は、少なくとも走行距離、機関運転時間累積値、吸入空気量累積値、又は機関回転数累積値のうちの１つを基準値と比較することにより該Ｈ_２発生条件を判別するものである、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。The discriminating means discriminates the H ₂ generation condition by comparing at least one of a travel distance, an engine operating time cumulative value, an intake air amount cumulative value, or an engine speed cumulative value with a reference value. The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1.