JPH01110852A - 内燃機関の空燃比制御装置 - 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〕 本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関する。

〔従来の技術〕

一対のバンクを有すると共に各バンクが夫々独立した別
個の排気通路を具備し、各排気通路内に夫々酸素濃度セ
ンサを配置し、各酸素濃度センサの出力信号に基いて各
バンクに対し夫々独立して空燃比を制御するようにした
空燃比制御装置が公知である（実公昭６０−３２３５６
号公報参照）。この空燃比制御装置では各バンクに供給
される混合気の空燃比を夫々理論空燃比に制御すること
ができる。

ところでこのような空燃比制御装置において酸素濃度セ
ンナの出力信号に基くフィードバック制御の応答性を高
めるためには機関排気ポート近くの排気通路内に酸素濃
度センサを配置する必要がある。しかしながら機関排気
ポート近くの排気通路内に酸素濃度センサを配置すると
酸素濃度センサは高温の排気ガスにさらされるために酸
素濃度センサが劣化して出力特性が変化し、また各気筒
から排出された排気ガスが十分に混合されないうちに排
気ガス中の酸素濃度を検出することになるので全気筒の
平均空燃比を正確に検出することができない。従って機
関排気ポート近くの排気通路内に酸素濃度センサを配置
するとフィードバック制御の応答性を高めることはでき
るが長期間に亘って空燃比を理論空燃比に正確に一致せ
しめるのが困難であるという問題がある。

このような問題を解決するために酸素濃度センサの下流
に設けられた触媒コンバータよりも更に下流にサブ酸素
濃度センサを配置し、これら一対の酸素濃度センサの出
力信号に基いて空燃比を制御するようにした空燃比制御
装置が公知である（例えば特開昭５５−３７５６２号公
報、特開昭５８−４８７５５号公報或いは特開昭５８−
７２６４７号公報参照）。このように触媒コンバータの
下流に酸素濃度センサを配置すると応答性は悪いが酸素
濃度センサが熱劣化することがないので酸素濃度センサ
は長期間に亘って正規の出力信号を発生し続け、更に触
媒コンバータによって十分に混合された排気ガス中の酸
素濃度を検出することとなるので触媒コンバータ下流に
配置されたサブ酸素濃度センサは長期間に亘って全気筒
の平均空燃比が理論空燃比となっているか否かを検出で
きることになる。従って上述の空燃比制御装置における
ように機関排気ポート近くに配置されたメイン酸素濃度
センサの出力信号に基いて制御される空燃比の平均値が
理論空燃比となるようにメイン酸素濃度センサの出力信
号に基くフィードバック制御をサブ酸素濃度センサの出
力信号により修正すれば応答性がよく、しかも空燃比を
理論空燃比に正確に一致せしめる空燃比制御を行なうこ
とができる。

しかしながら上述した実公昭６０−３２３５６号公報に
記載されたＶ型エンジンに上述のサブ酸素濃度センサを
用いた空燃比制御を適用しようとすると一対のメイン酸
素濃度センサと一対のサブ酸素濃度センサ、即ち４個の
酸素濃度センサが必要となるために複雑な制御装置が必
要となり、しかも部品個数が増大するために空燃比制御
装置の製造コストが高腋するという問題を生ずる。

そこで触媒コンバータ上流の一方の排気通路内にメイン
酸素濃度センサを配置すると共にその触媒コンバータ下
流に第１のサブ酸素濃度センサを配置し、触媒コンバー
タ下流の他方の排気通路内に第２のサブ酸素濃度センサ
を配置し、これら３個の酸素濃度センサの出力信号に基
いて空燃比を制御するようにしたＶ型エンジンが本出願
人により提案されている（実願昭６２−１１５１４号参
照）。このＶ型エンジンではメイン酸素濃度検出器およ
び第１サブ酸素濃度検出器を具えている方の第１気筒群
の燃料噴射量、および第２サブ酸素濃度検出器のみを具
えている方の第２気筒群の燃料噴射量を計算するに当っ
て夫々別のフィードバック補正係数を用いており、これ
らフィードバック補正係数のスキップタイミングがメイ
ン酸素濃度検出器の出力信号により制御される。そして
第１気筒群のフィードバック補正係数のスキップ量は第
１気筒群の空燃比が理論空燃比となるように第１サブ酸
素濃度検出器の出力信号に基いて修正され、第２気筒群
のフィードバック補正係数のスキップ量は第２気筒群の
空燃比が理論空燃比となるように第２サブ酸素濃度検出
器の出力信号に基いて修正される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらこの■型エンジンでは第６図に示されるよ
うに第２気筒群のフィードバック補正係数ＦＡＦが不安
定であり、うねりや発散が生じやすく、斯くして第２気
筒群の空燃比は変動しやすいという問題がある。即ち、
第１気筒群の空燃比の平均値がリーン側になったと第１
サブ酸素濃度検出器により検出されるとフィードバック
補正係数ＦＡＦを大きくするときのリンチスキップｉＲ
が増大せしめられ、ＦＡＦを小さくするときのリーンス
キップ量りが減少せしめられる。その結果、ＦＡＦの平
均値は全体として大きくなるために第１気筒群の平均空
燃比は理論空燃比に近づけられる。ところがこのとき第
２気筒群の第２サブ酸素濃度検出器は必ずしも第２気筒
群の空燃比の平均値がリーン側になったと判断せず、従
って第２気筒群リンチスキップ量Ｒおよびリーンスキッ
プ量りは一定に維持される。その結果、第６図に示すよ
うに第２気筒群のフィードバック補正係数ＦＡＦは次第
に小さくなり、それに伴なって第２気筒群の空燃比がリ
ーン側にずれることになる。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明によれば気筒を第１
の気筒群と第２の気筒群に分割し、第１気筒群を第１の
排気通路に連結すると共に第２気筒群を第２の排気通路
に連結し、各排気通路内に夫々触媒コンバータを配置し
、機関の運転状態に応じて定まる基本燃料噴射量を排気
通路内に設けた酸素濃度検出器の出力信号に応じて変化
するフィードバック補正係数により補正して各気筒に噴
射される燃料噴射量を定めるようにした内燃機関におい
て、触媒コンバータ上流の第１排気通路内にメイン酸素
濃度検出器を配置すると共に触媒コンバータ下流の第１
排気通路内に第１のサブ酸素濃度検出器を配置し、触媒
コンバータ下流の第２排気通路内に第２のサブ酸素濃度
検出器を配置し、メイン酸素濃度検出器の出力信号に応
じてフィードバック補正係数を変化させると共に第１気
筒群の空燃比が理論空燃比となるようにフィードバック
補正係数を第１サブ酸素濃度検出器の出力信号により修
正し、修正されたフィードバック補正係数と基本燃料噴
射量から第１気筒群に噴射される燃料噴射量を定め、修
正されたフィードバック補正係数と基本燃料噴射量から
定まる第２気筒群の燃料噴射量を第２気筒群の空燃比が
理論空燃比となるように第２サブ酸素濃度検出器の出力
信号により修正するようにしている。

〔実施例〕

第１図を参照すると、１は一対のバンク２．３を有する
Ｖ型エンジン本体を示しており、各バンク２．３は夫々
４個の気筒４．５を有する。６は吸気マニホルドを示し
、各気筒４．５に通ずる吸気マニホルド枝管には夫々燃
料噴射弁７．８が配置される。吸気マニホルド６は吸気
ダクト９およびエアフローメータ１０を介してエアクリ
ーナ１１に接続されており、吸気ダクト９内にはスロッ
トル弁１２が配置される。各バンク２，３は夫々独立し
た排気マニホルド１３　、１４を具備しており、ｌ気マ
ニホルド１３　、１４は夫々独立した排気管１５゜１６
を介して大気に連結される。排気マニホルド１３と排気
管１５の接続部には三元触媒を内蔵した触媒コンバータ
１７が配置され、排気マニホルド１４と排気管１６の接
続部には三元触媒を内蔵した触媒コンバータ１８が配置
される。触媒コンバータ１７上流の排気マニホルド１３
内にはメインの酸素濃度センサ（以下０□センサという
）１９が配置され、触媒コンバータ１７下流の排気管１
５内には第１のサブ０２センサ２０が配置される。更に
触媒コンバータ１８下流の排気管１６内には第２のサブ
０２センサ２１が配置される。

これらの０２センサ１９　、２０　、２１の出力信号は
電子制御ユニット３０に入力される。

電子制御ユニット３０はディジタルコンピュータからな
り、双方向性バス３１によって相互に接続されたＲＯＭ
　（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ　（ランダムア
クセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３
４、入力ポート３５および出力ボート３６を具備する。

エアフローメータｌＯは吸入空気量に比例した出力電圧
を発生し、この出力電圧はＡＤ変換器３７を介して入力
ポート３５に入力される。また、機関本体ｌには機関ク
ランクシャフトが一定クランク角度回転する毎に出力パ
ルスを発生する回転数センサ２２が取付けられ、この出
力パルスは入力ポート３５に入力される。メイン０２セ
ンサ１９、第１サブ０□センサ２０および第２サブ０２
センサ２１は正常に作動していれば理論空燃比を境とし
て出力電圧が急変し、排気ガスが酸化雰囲気のとき、即
ち空燃比が理論空燃比よりも大きなときには０．１ボル
ト程度の出力電圧を発生し、排気ガスが還元雰囲気のと
き、即ち空燃比が理論空燃比よりも小さいときには０．
９ボルト程度の出力電圧を発生する。これら０２センサ
１９　、２０　、２１の出力電圧は対応するＡＤ変換器
３Ｂ　、　３９　、４０を介して入力ポート３５に入力
される。一方、出力ボート３６は駆動回路４１゜４２を
介して各燃料噴射弁７．８に接続される。なお、便宜上
駆動回路４１　、４２から各燃料噴射弁７゜８に向かう
信号線を夫々−本で示しているが各燃料噴射弁７１日毎
に独立して燃料噴射制御が行なわれることは云うまでも
ない。

排気マニホルド１３内に排気ガスが排出されるとこの排
気ガス中の酸素濃度がメイン０！センサ１９によって検
出され、次いでこの排気ガスは触媒コンバータ１７内に
流入して十分に混合される。

次いで十分に混合された排気ガスは排気管１５内に排出
され、この十分に混合された排気ガス中の酸素濃度が第
１サブ０２センサ２０によって検出される。一方、排気
マニホルド１４内に排出された排気ガスは触媒コンバー
タ１８内に流入し、触媒コンバータ１８内において十分
に混合される。

次いで十分に混合された排気ガスは排気管１６内に排出
され、この十分に混合された排気ガス中の酸素濃度が第
２サブ０□センサ２１によって検出される。各触媒コン
バータ１７　、１８を通過した排気ガスの温度は比較的
低く、従って第１サブＯｚセンサ２０および第２サブ０
２センサ２１は長期間使用しても熱劣化することがない
ので長期間に亘って論理空燃比であるか否かを正確に検
出することができる。更に第１サブａｔセンサ２０は触
媒コンバータ１７内において十分に混合された排気ガス
中の酸素濃度を検出しているのでこの第１サブ０！セン
サ２０によりバンク２に供給される混合気の平均空燃比
が理論空燃比であるか否かを長期間に亘って検出するこ
とができ、一方策２サブ０□センサ２１は触媒コンバー
タ１８内において十分に混合された排気ガス中の酸素濃
度を検出しているのでこの第２サブｏ２センサ２１によ
りバンク３に供給される混合気の平均空燃比が理論空燃
比であるか否かを長期間に亘って検出することができる
。

これに対してメイン０２センサ１９は排気マニホルド１
３内に排出された直後の排気ガス中の酸素濃度を検出す
るようにしているのでこのメイン０□センサ１９の出力
信号に基いて燃料噴射量をフィードバック制御すれば良
好なフィードバック応答性を確保することができる。し
かしながら触媒コンバータ１７の上流にメイン０！セン
サ１９を配置するとメイン０□センサ１９の周りを成る
特定の気筒４の排気ガスが主に流れるためにこのメイン
０．センサ１９は必ずしも全気筒４の排気ガス中の平均
酸素濃度を検出しておらず、従ってこのメイン０８セン
サ１９の出力信号に基いて燃料噴射量を制御しても全気
筒４の平均空燃比を理論空燃比に正確に一致させるのは
困難である。また、メイン０□センサ１９は高温の排気
ガスにさらされるために劣化しやすく、ｏ２センサが劣
化すると理論空燃比で正確に出力電圧が急変しなくなる
ために０２センサの出力信号に基いて空燃比を理論空燃
比に正確に一致させるのが困難となる。

そこで本発明では第１サブ０２センサ２０の出力信号に
よりメイン０２センサ１９によるフィードバック制御を
修正することにより応答性よく全気筒４の平均空燃比を
理論空燃比に一致せしめるようにしている。また、本発
明ではメイン０□セン゛す１９および第１サブ０□セン
サ２０の出力信号に基いてバンク２の燃料噴射弁７から
の燃料噴射量を制御すると共にバンク３の燃料噴射弁８
からの燃料噴射量も制御するようにしている。しかしな
がらこのようにバンク３の燃料噴射弁８からの燃料噴射
量をメイン０２センサ１９および第１サブｏ２センサ２
０の出力信号に基いて制御してもバンク３に供給される
混合気の平均空燃比が理論空燃比となるか否かは不明で
ある。そこで本発明ではメイン０２センサ１９および第
１サブＯ２センサ２０の出力信号に基いて燃料噴射弁８
からの燃料噴射量をフィードバック制御しつつこの燃料
噴射量を第２サブ０２センサ２１の出力信号により修正
することによってバンク３の各気筒５に供給される混合
気の平均空燃比が理論空燃比となるように制御している
。

次に第２図から第５図を参照して本発明による空燃比の
制御方法について説明する。

第２図はメインＯｚセンサ１９の出力信号に基いて一定
時間毎の割込みによって行なわれるフィードバック補正
係数ＦＡＦの計算ルーチンを示している。このフィード
バック補正係数ＦＡＦは燃料噴射弁７からの燃料噴射量
の計算に対しても燃料噴射弁８からの燃料噴射量の計算
に対しても共通に使用される。

第２図を参照するとまず初めにステップ５０においてフ
ィードバック条件が成立しているか否かが判別され、フ
ィードバック条件が成立していればステップ５１に進ん
でメインＯｔセンサ１９の出力電圧Ｖ、を読込む。この
出力電圧Ｖ、が第５図（ａ）に示される。次いでステッ
プ５２ではこの出力電圧Ｖ、と基準電圧Ｖ、（第５図（
ａ）参照）とが比較され、■、くｖＲであれば、即ち混
合気がリーンであればステップ５３に進む。ステップ５
３では前回の割込みルーチンから今回の割込みルーチン
の間でリッチからリーンに反転したか否かが判別され、
リッチからリーンに反転していればステップ５４に進ん
でフィードバック補正係数ＦＡＦにスキップ値Ｒを加算
する。一方、前回の割込みルーチンにおいてもリーンで
あればステ、プ５５に進んでＦＡＦに積分値Ｆ　（＜Ｒ
）が加算される。従って第５図（ｂ）に示されるように
リーンになるとＦＡＦはスキップ値Ｒだけ一気に上昇し
、次いで徐々に上昇する。

一方、ステップ５２においてＶ、≧ＶＩｌ、即ち混合気
がリッチであると判別されたときはステップ５６に進む
、ステップ５６では前回の割込みルーチンから今回の割
込みルーチンの間でリーンからリッチに反転したか否か
が判別され、リーンからリッチに反転していればステッ
プ５７に進んでＦＡＦからスキップ値りが減算される。

一方、前回の割込みルーチンにおいてもリッチであれば
ステップ５８に進んでＦＡＦから積分値Ｆ（＜Ｌ）が減
算される。従って第５図（ｂ）に示されるようにリッチ
になるとＦＡＦはスキップ値りだけ一気に減少し、次い
で徐々に減少せしめられる。

第３図は第１サブ０２センサ２０および第２サブ０２セ
ンサ２１の出力信号に基いて一定時間毎の割込みによっ
て行なわれる変数制御ルーチンを示している。

第３図を参照するとまず初めにステップ６０においてフ
ィードバック条件が成立しているか否かが判別され、フ
ィードバック条件が成立していればステップ６１に進ん
で第１サブＯｔセンサ２０の出力電圧■１を読込む。こ
の出力電圧Ｖ、は第５図（Ｃ）かられかるようにメイン
Ｏｔセンサ１９の出力電圧■。に比べてゆっくりと変化
する。

次いでステップ６２では出力電圧ｖ１と基準電圧Ｖ＊＋
（第５図（Ｃ）参照）とが比較されＶ、＜Ｖ□であれば
、即ちリーンであればステップ６３に進む。ステップ６
３ではスキップ値Ｒに一定値αが加算され、次いでステ
ップ６４ではスキップ値りから一定値αが減算される。

一方、ステップ６２においてｖ１≧■□、即ちリッチで
あると判別されたときはステップ６５に進む。ステップ
６５ではスキップ値しに一定値αが加算され、次いでス
テップ６６ではスキップ値Ｒから一定値αが減算される
。従って第５図（ｄ）に示されるようにスキップ値Ｒは
リーンである間増大し、リッチになると減少する。一方
、第５図（ｅ）に示されるようにスキップ値しはリーン
である間減少し、リッチになると増大する。スキップ値
Ｒが増大してスキップ値りが減少するとＦＡＦが大きく
なるために混合気全体としてリッチ側に移行し、スキッ
プ値Ｒが減少してスキップ値りが増大するとＦＡＦが小
さくなるために混合気全体としてリーン側に移行する。

次いでステップ６７では第２サブｏ２センサ２１の出力
電圧Ｖ２を読込む、この出力電圧ｖ８も第５図（ｃ）に
示される■１と同様にゆっくりと変化する０次いでステ
ップ６Ｂでは出力電圧ｖ８と基準電圧Ｖａｔ（基準電圧
ＶＩＩ　、Ｖ□とほぼ同じ電圧）とが比較され、Ｖ！＜
Ｖ□であれば、即ちリーンであればステップ６９に進ん
で噴射量補正係数Ｋに一定値βが加算される。一方、ス
テップ６８においてｖ２≧ｖ０、即ちリッチであると判
別されたときはステップ７０に進み、噴射量補正係数Ｋ
からβが減算される。従って噴射量補正係数にはリーン
である間増大し、リッチである間減少する。

第４図は燃料噴射時間の計算ルーチンを示しており、こ
のルーチンは予め定められたクランク角における割込み
によって実行される。

第４図を参照するとまず初めにステップ８０において吸
入空気量Ｑを表わすエアフローメータ１０の出力信号お
よび機関回転数Ｎを表わす回転数センサ２２の出力信号
を読込む。次いでステップ８１ではバンク２の燃料噴射
弁７の燃料噴射期間を計算するか否かが判別される。バ
ンク２の燃料噴射弁７の燃料噴射期間を計算する場合に
はステップ８２に進んで次式から燃料噴射時間ＴＡＵが
計算される。

ＴＡＵ＝に−Ｑ／Ｎ・　（ＦＡＦ＋ＦＸ）ここでｋは一
定値の定数、ＦＸは期間冷却水温等から予め定められて
いる補正係数である。また、ｋ　−Ｑ／Ｎは基本燃料噴
射量を示している。フィードバック補正係数ＦＡＦはメ
イン０２センサ１９および第１サブ０□センサ２０の出
力信号に基いて制御され、従ってバンク２の燃料噴射弁
７の燃料噴射量はメイン０２センサ１９および第１サブ
Ｏｔセンサ２０の出力信号に基いて制御される。即ち、
バンク２の燃料噴射弁７の燃料噴射量はＦＡＦのスキッ
プｌｉＲ、Ｌを第１サブ０２センサ２０の出力信号に基
いて制御することによりバンク２の空燃比の平均値が理
論空燃比となるように制御される。

ところで第１サブ０□センサ２０は前述したようにバン
ク２に供給される混合気全体の空燃比が理論空燃比であ
るか否かを正確に検出しており、この第１サブ０．セン
サ２０の出力信号に基いて空燃比が理論空燃比となるよ
うにスキップ値Ｒ９Ｌが制御されるのでバンク２に供給
される全混合気の平均空燃比は正確に理論空燃比に一致
せしめられる。

一方、バンク３の燃料噴射弁８の燃料噴射期間を計算す
る場合にはステップ８１からステップ８３に進み、次式
から燃料噴射時間ＴＡＵが計算される。

ＴＡＵ＝Ｋ　−Ｑ／Ｎ・　（ＦＡＦ＋ＦＸ）ここでＫは
第３図に示すルーチンにおいて求めされた噴射量補正係
数であり、フィードバック補正係数ＦＡＦはステップ８
２におけるＦＡＦと同じである。

従ってバンク３の燃料噴射弁８の燃料噴射量はメイン０
２センサ１９および第１サブＯ！センサ２０の出力信号
から求められた噴射１３　Ｑ／Ｎ・（ＰＡＰ＋ＰＸ）を
第２サブＯｘセンサ２１の出力信号に基づく噴射量補正
係数Ｋにより修正することによりバンク３の空燃比の平
均値が理論空燃比となるように制御される。

ところで第２サブ０．センサ２１は前述したようにバン
ク３に供給される混合気全体の空燃比が理論空燃比であ
るか否かを正確に検出しており、この第２サブ０２セン
サ２１出力信号に基いて空燃比が理論空燃比となるよう
に噴射量補正係数Ｋが制御されるのでバンク３に供給さ
れる全混合気の平均空燃比は正確に理論空燃比に一致せ
しめられる。

なお、フィードバック補正係数ＦＡＦはバンク２の燃料
噴射弁７およびバンク３の燃料噴射弁８に対して共通で
あり、このＦＡＦはバンク２の空燃比が理論空燃比とな
るように制御されているのでＦＡＦが不安定になること
がない。

〔発明の効果〕

フィードバック補正係数が不安定になるのを阻止するこ
とにより３個の０２センサを用いるのみで各バンクに供
給される混合気全体の平均空燃比を夫々正確に論理空燃
比に一致せしめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃機関の全体図、第２図はフィードバック補
正係数を計算するためのフローチャート、第３図は変数
制御を実行するためのフローチャート、第４図は燃料噴
射時間を計算するためのフローチャート、第５図はＯ！
センサの出力信号とフィードバック補正係数等の変化を
示すタイムチャート、第６図は従来のフィードバック補
正係数の変化を示す図である。 ２．３・・・バンク、１３．１４・・・吸気マニホルド
、１５　、１６・・・排気管、　　１７　、１８・・・
触媒コンバータ、１９・・・メインＯｔセンサ、 ２０・・・第１サブ０□センサ、 ２１・・・第２サブＯｔセンサ。 第１図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 気筒を第１の気筒群と第２の気筒群に分割し、第１気筒
   群を第１の排気通路に連結すると共に第２気筒群を第２
   の排気通路に連結し、各排気通路内に夫々触媒コンバー
   タを配置し、機関の運転状態に応じて定まる基本燃料噴
   射量を排気通路内に設けた酸素濃度検出器の出力信号に
   応じて変化するフィードバック補正係数により補正して
   各気筒に噴射される燃料噴射量を定めるようにした内燃
   機関において、触媒コンバータ上流の第１排気通路内に
   メイン酸素濃度検出器を配置すると共に触媒コンバータ
   下流の第１排気通路内に第１のサブ酸素濃度検出器を配
   置し、触媒コンバータ下流の第２排気通路内に第２のサ
   ブ酸素濃度検出器を配置し、メイン酸素濃度検出器の出
   力信号に応じてフィードバック補正係数を変化させると
   共に第１気筒群の空燃比が理論空燃比となるようにフィ
   ードバック補正係数を第１サブ酸素濃度検出器の出力信
   号により修正し、修正されたフィードバック補正係数と
   基本燃料噴射量から第１気筒群に噴射される燃料噴射量
   を定め、修正されたフィードバック補正係数と基本燃料
   噴射量から定まる第２気筒群の燃料噴射量を第２気筒群
   の空燃比が理論空燃比となるように第２サブ酸素濃度検
   出器の出力信号により修正するようにした内燃機関の空
   燃比制御装置。