JPH02125941A - エンジンの空燃比制御装置 - 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〕 本発明は例えば車両に搭載されるエンジンの空燃比制御
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、車両用エンジンの排気ガス浄化のための三元触媒
の劣化を検出する方法、あるいは装置が特開昭６２−２
９７１１号公報や特開昭６２−１５３５４６号公報等に
おいて示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記公報では三元触媒の劣化を検出し、この
異常を運転者に報知して、運転者に三元触媒の交換を促
すだけにすぎない。

従って、従来のものでは三元触媒が交換されるまでは、
何らの措置もとられておらず、劣化した状態の三元触媒
に対して劣化していない時と同じように混合気の空燃比
が調整されるために、異常時においては排気ガス中の有
害成分がむやみに大気中に放出されてしまうという問題
があった。

従って本発明の目的は、三元触媒劣化時であっても極力
排気ガス中の有害成分の大気への放出を減少させ得るエ
ンジンの空燃比制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

そこで本発明では上記問題点に鑑み、上記目的を達成す
るために、 エンジンの排気系に設けられた酸素濃度センサの出力に
基づいて、該酸素濃度センサの下流側に設けた三元触媒
にて排気ガス中の有害成分を良好に浄化できる所定の空
燃比になるようにエンジンに供給される混合気の空燃比
を制御する装置であって・ 前記排気系の三元触媒の下流側に設けられた排気ガス中
の有害成分の内の未燃成分の濃度を検出する第１の排気
センサと、 前記排気系の三元触媒の下流側に設けられた排気ガス中
の有害成分の内の窒素酸化物成分の濃度を検出する第２
の排気センサと、 前記第１．第２の排気センサの出力に基づき、前記未燃
成分濃度のみ許容値を越えるとき、前記所定の空燃比よ
りも薄い側に供給混合気の空燃比を調整し、前記窒素酸
化物成分濃度のみ許容値を越えるとき前記所定の空燃比
よりも濃い側に供給混合気の空燃比を調整する空燃比調
整手段とを備えることを特徴とするエンジンの空燃比制
御装置としている。

〔作用〕

上記構成によれば、第１の排気センサによって三元触媒
下流域での排気ガス中の有害成分の未燃成分の濃度が検
出され、第２の排気センサによって三元触媒下流域での
排気ガス中の有害成分の内の窒素酸化物成分の濃度が検
出される。そして三元触媒によって上記有害成分を良好
に浄化できる所定の空燃比に供給混合気の空燃比を制御
している状態で、上記第１．第２の排気センサの出力に
基づき、上記未燃成分濃度のみ許容値を越えるとき、供
給混合気の空燃比を所定空燃比よりもり一ン側に調整す
る。また逆に上記窒素酸化物濃度のみ許容値を越えると
き、供給混合気の空燃比を所定空燃比よりもリッチ側に
調整する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。本
例は本発明を燃料噴射システムに適用した場合の例であ
るが、もちろん空燃比フィードバック制御方式の気化器
にも適用できる。

第１図は、車両に搭載された空燃比制御装置の設けられ
る燃焼式内燃エンジンの概略的な構成を示すもので、エ
ンジン１の吸気系にはポテンショメータ１８をもつエア
フロメータ２．スロットル弁３．スロットル弁開度を検
出するスロットルセンサ４．吸気温センサ１７等が設け
られている。

この吸気系から吸入された空気は、サージタンク５を介
して吸気マニホールド６に供給され、電気パルス信号に
応じて作動する燃料噴射弁７から噴射される燃料と混合
され所定の空燃比の混合気としてエンジン１の燃焼室８
に供給されている。

そしてこの燃焼室８では、燃料と空気との混合気がシリ
ンダヘッド９に設けられた点火プラグ１０により点火燃
焼され、その燃焼ガスは排気系１１を介して排気系１２
に排出される。

この排気系１２には、固体電界質、例えばＺｒＯ□を利
用した排気ガス中の残留酸素濃度に応じた電圧信号を発
生する酸素濃度センサ（０□センサ）１３が設けられて
おり、第３図（ａ）に示すごとく、この０２センサ１３
の出力信号により空燃比が検出される。また排気系１２
の０□センサ１３の設けられた位置の下流側には、排気
ガス中に含まれる有害成分、例えばＨＣ，Ｃｏ、Ｎｏ、
等の浄化を行う三元触媒１４が設けられている。さらに
三元触媒１４の下流側の排気系１２には半導体、例えば
ＳｎＯ□を利用した、ＮＯＸ濃度に応じて抵抗値が変化
するＮｏ、センサ１５、および同じく例えばＳｎｕｇを
利用した、ＣＯ濃度に応じて抵抗値が変化するＣｏセン
サ１６が設けられており、ＮｏＸセンサ１５およびＣｏ
センサ１６の抵抗値は第４図（ａ）、　（ｂ）に示す如
く、Ｎｏ、濃度Ｄ　（Ｎｏ。

およびＣＯ濃度Ｄ　（Ｃｏ）に応じて変化することが知
られており、この抵抗値変化を電圧信号■８およびＶｃ
として検出し、この出力信号ｖＮおよびＶＣより三元触
媒１４の下流側のＮＯＸ濃度Ｄ（ＮＯＸ　）およびＣＯ
濃度Ｄ　（ＣＯ）が検出されまた、エンジン１のシリン
ダブロック１９にはエンジン冷却水温を検出する水温セ
ンサ２０が設けられ、またイグナイタ２１からの点火信
号を各気筒に分配するディストリビュータ２２には気筒
判別センサ２３５回転角センサ２４が内蔵されている。

そして、上記エンジン１の各運転状況を検出する上記の
エアフローメータ２．０□センサ１３、ＮｏＸセンサ１
５．Ｃｏセンサ１６．水温センサ２０．気筒判別センサ
２３、および回転角センサ２４等からの検出信号は、制
御ユニット２５に供給される。制御ユニット２５は、例
えばマイクロコンピュータを用いて構成されるもので、
第２図はその構成を示している。すなわち、演算処理を
実行する中央処理装置（以下ｒＣＰＵＪという）２７に
対して一時記憶等を行うランダム・アクセス・メモリ（
以下ｒＲＡＭＪという）２８゜プログラムメモリ等に使
用されるリード・オンリー・メモリ（以下ＦＲＯＭ、と
いう）２９を備え、ＣＰＵ２７．ＲＡＭ２Ｂ、ＲＯＭ２
９等はデータバス３０によって接続されている。このデ
ータバス３０には、入出力ボート３１，３２、出力ボー
ト２６，３３．３４が接続されており、入出力ポート３
１にはポテンショメータ１Ｂ、Ｏｘセンサ１５、Ｃｏセ
ンサ１６．水温センサ２０からの信号をマクチプレクサ
３６を介して取出し、Ａ／Ｄ変換器３７でデジタル信号
に変換して供給する。

気筒判別センサ２３および回転角センサ２４からの信号
は、波形整形回路３８で波形整形され入出力ポート３２
に供給され、さらにスロットルセンサ４からの検出信号
は入力回路４０で適宜Ａ／Ｄ変換されて入出力ボート３
２に供給される。出カポ−）２６．３３．３４のそれぞ
れからの出力信号は駆動回路３５，４１．４２を介して
、イグナイタ２１．燃料噴射弁７．異常警告手段３９に
供給され、点火制御、燃料噴射量、報知の制御が行われ
る。４３はクロック発振器であり、ＣＰＵ２７等に対し
タイミングクロック信号を与える。

以下に上記構成についての作動を述べる。

まず制御ユニット２５のＣＰＵ２７は、エアフロメータ
２中のポテンショメータ１８からの検出信号より得られ
た吸入空気量Ｑと回転角センサ２４の検出信号より得ら
れたエンジン回転数Ｎとにより、本噴射時間ＴＰを下記
の式から算出する。

ＴＰ＝ＫＯ＊　（Ｑ／Ｎ） さらに、各センサからの検出信号に応して基本噴射時間
ＴＰを補正するごとにより、燃料噴射時間ＴＡＵを算出
する。

ＴＡＵ＝ＴＰ＊に ここで、Ｋは補正係数である。

この補正係数にの中には、暖機増量や始動増量や加速増
量を含む補正係数に１の他に、０２センサ１３の検出信
号に基づく空燃比フィードバック補正係数に２などを含
む。

ここで空燃肚フィードバック補正係数に２の算出処理を
第５図に基づいて説明する。なお、この処理は枚ｍ５ｅ
ｃ毎に実行される。

（ステップ５０１） まず０□センサ１３の信号によるフィードバック実行条
件を調べ、もし実行条件が不成立であったならば空燃比
フィードバック補正係数に２の制御は行なわれない。実
行条件が成立していたらステップ５０２に進む。

（ステップ５０２） ０、センサ１３の出力が所定値以上であるか未満である
かを調べる。

（ステップ５０３，５０４，５０５，５０６）もし０．
センサ１３の出力がリッチであったならば、その継続時
間を調べ、もし所定時間未満であればステップ５１０に
進む。所定時間以上たっていれば、初めてこの所定時間
に達したのかどうかを調べ、０□センサ１３の状態が反
転したと判定されれば、空燃比フィードバック補正係数
に２のリーン化のための比例処理を行う。そうでなけれ
ばリーン化のための積分処理を行う。

（ステップ５０７，５０８，５０９，５１０）もし０□
センサ１３の出力がリーンであったならばその継続時間
を調べ、もし指定時間未満であればステップ５０６に進
む。所定時間以上たっていれば初めてこの所定時間に達
したのかどうかを調べ、０□センサ１３の状態が反転し
たと判定されれば、空燃比フィードバック補正係数に２
のリッチ化のための比例処理を行う。そうでなければリ
ッチ化のための積分処理を行う。

このようにして決定された燃料噴射時間ＴＡＵに対応す
る燃料噴射信号が噴射弁７に駆動回路４２を介して出力
され、エンジン回転と同期して噴射弁７が燃料噴射時間
ＴＡＵだけ開かれて、エンジン１の吸気マニホールド６
内に燃料が噴射される。

このように燃料が噴射されることで、理論空燃比近傍の
空燃比に調整された混合気が燃焼室８内へと供給される
。

そして排気系１２の三元触媒１４は供給混合気の空燃比
が約１５以下でＮＯＸの浄化率が極めて高く、１５以上
では徐々に低下し、また空燃比が約１４以上ＨＣ，Ｃｏ
の浄化率が極めて高く、１４以下では徐々に低下すると
いう特性を有しており、従って上記の如く供給混合気の
空燃比を理論空燃比（１４，７）近傍に調整しておくこ
とで、常に三元触媒でのＨＣ，Ｃｏ、ＨＯ，の３成分に
対して良好な浄化率が得られるようになり、有害成分の
大気への放出を抑制できるようになる。

ところで上記の如くエンジン制御システムが構成され動
作していたとしても、排気ガス浄化用触媒の浄化性能が
低下している場合には、排気ガスの浄化が十分達成され
ず、その結果排気ガス中の有害成分（ＮＯｘ、ＣＯ，Ｈ
Ｃ）が予め定めた基準レベルを越えて多量に大気中に排
出される恐れがある。

そしてこのような問題に対して従来は、有害成分が基準
レベルを越えて多量に大気中に排出されていることが検
出されれば、単に運転者にその異常を報知するだけであ
ったが、三元触媒が未燃成分（ＨＣ，Ｃｏ）とＮＯＸと
の双方に対して同時に浄化性能が低下するということは
まれであり、いずれか一方に対して先に浄化性能が低下
することから、本実施例では三元触媒１４の下流側のＮ
ＯＸセンサ１５及びＣｏセンサ１６の出力に基づいて、
０２センサ１３による空燃比のフィードハック制御が行
なわれている状態で、ＮＯＸ濃度とＣＯ濃度とのいずれ
か一方が設定範囲を越えた場合に、まずいずれかの有害
成分が設定範囲を越えたかを判断し、越えた方の有害成
分が設定範囲内に戻るよう供給混合気の空燃比を調整し
ている。

以下に具体的な処理を第６図を用いて説明する。

なお、第６図の処理も数ｍ５ｅｃ毎に実行される。

（ステップ６０１，６０２） ０゜センサ１３によるＦ／Ｂ制御実行中でかつエンジン
回転数、吸入空気量、スロットル開度等からエンジン運
転状態から定常運転状態と判別された時６０３に進む。

（ステップ６０３，６０４，６０５） ＮＯＸセンサ１５．Ｃｏセンサ１６からの出力信号Ｖ、
、Ｖ、からＮＯＸ濃度及びＣＯ濃度を求める。また、許
容されるＮｏ、、ＣＯの濃度は運転状態により異なるの
で、その運転状態における判定レヘルをエンジン回転数
Ｎと基本噴射時間ＴＰとから求める。

（ステップ６０６．６０７，６０８） まず、ＮＯｘ濃度が判定レベルを越えているかを判断し
、越えているならばＣＯ濃度の判定を行う。ＣＯ濃度も
判定レベルを越えているのであれば触媒の劣化で正常な
排気ガスの有害成分の浄化が行なえず、運転を行うのに
不適当な状態であるので直ちに異常警告手段３９を駆動
して、運転者に対しその旨を報知する。なお、上記Ｎｏ
、、Ｃ０濃度の判定はカウンタ等を用いて所定時間継続
することを確認するのが好ましい。

（ステップ６０９，６１０） ＮＯｘ濃度は判定レベル以上であるが、ＣＯ濃度は判定
レベル内の場合、まず第１の異常検出処理を行う。これ
は不揮発メモリＲＡＭ２Ｂの一部に異常の生じたことを
記憶しておいてもよく、濃度過剰時間計測カウンタをイ
ンクリメントして長時間この状態が継続したのなら異常
警告手段３９を駆動する等の処理をする。次にＮｏ、濃
度過剰のみならば、０□センサ１３のフィードバック処
理の遅延時間、とりわけ０２センサ１３がリッチを検出
してがら空燃比フィードバック補正をり−ン側に比例処
理するまでの時間を長くすることにより、供給混合気の
空燃比が理論空燃比よりリッチとなるよう空燃比フィー
ドバック補正係数を修正する。

（ステップ６１１，６１２，６１３） 次にＮＯ，１度は判定レベル以下であるが、ＣＯ濃度が
判定レベル以上の時について述べる。ステップ６１２に
関してはステップ６０９と同様であって、またステップ
６１３に関しては０２センサ１３によるフィードバック
処理において０゜センサ１３がリーンを検出してがら空
燃比フィードバック補正係数をリッチ側に比例処理する
までの時間を長くすることにより、供給混合気の空燃比
が理論空燃比よりリーンとなるよう空燃比フィードバッ
ク補正係数を修正する。

なお、上述の補正係数の修正は積分、比例定数を変更す
ることにより行ってもよい。

以上の処理によれば、三元触媒１４のＮＯＸに関する浄
化性能が低下して三元触媒下流側のＮＯｘ濃度のみ判定
レベル以上となった場合には供給混合気の空燃比は理論
空燃比よりも濃い（リッチ）状態とされる。よって第３
図（ｂ）からも解かるようにＣＯ濃度が判定レベルを上
回らない範囲でリッチ化によるＮＯｘ濃度の低減が行わ
れる。逆にｃ。

に関する浄化性能が低下して三元触媒下流側のＣＯ濃度
のみ判定レベル以上となった場合には供給混合気の空燃
比は理論空燃比よりも薄い（リーン）状態にされる。よ
って第３図（ｂ）からも解がるようにＮｏつ濃度が判定
レベルを上回らない範囲でリーン化によるＣＯ濃度の低
減が行われる。

ところで上記処理における異常警告手段３９としては、
ランプ点灯、音声や文字警告等の種々の手段を利用でき
る。

また上記処理ではＮＯｘ濃度及びＣｏ１１１度の判定レ
ベルの決定を、エンジン回転数Ｎと基本噴射時間ＴＰと
から行っているが、その他吸入空気量Ｑや吸気管圧力Ｐ
ｍとの組合せ、または上記Ｎ。

ＴＰ、Ｑ、Ｐｍのいずれか１つを用いて１次元的に決定
する構成でもよい。

さらに上記構成では未燃成分を検出するセンサとしてＣ
Ｏセセン１６を用いたが、代りにＨＣを検出するＨＣセ
ンサを用いてもよく、並用してもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、三元触媒が劣化し、
その浄化性能が低下したとしてもその劣化の状態に応じ
て供給空燃比を調整しているので、触媒劣化時において
も排気ガス中の有効成分（例えばＮ　ＯＸ、　ＣＯ、Ｈ
Ｃ）の大気への放出は極力低減できるようになる。

さらには三元触媒下流側にて有害成分（未燃成分と窒素
酸化物成分）を直接監視して、空燃比を調整しているの
で触媒劣化時でも充分に排気ガス中の有害成分を浄化で
きるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を備えたエンジンとその周辺装置
の構成を示す概略構成図、第２図は第１図中の制御ユニ
ットの構成を示すブロック図、第３図は空燃比に対する
Ｏｔセセン出力、および排特性図、第５図および第６図
は制御ユニットで実行されるプログラムのフローチャー
ト、第７図は本発明の概略構成を示すブロック図である
。 １・・・エンジン、２・・・エアフローメータ、７・・
・燃料噴射弁、１２・・・排気系、１３・・・０□セン
サ、１４・・・三元触媒、１５・・・ＮＯＸセンサ、１
６・・・ＣＯセセン、２６・・・制御ユニット、２７・
・・ＣＰＵ、２８・・・ＲＡＭ、２９・・・ＲＯＭ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの排気系に設けられた酸素濃度センサの
   出力に基づいて、該酸素濃度センサの下流側に設けた三
   元触媒にて排気ガス中の有害成分を良好に浄化できる所
   定の空燃比になるようにエンジンに供給される混合気の
   空燃比を制御する装置であって、 前記排気系の三元触媒の下流側に設けられた排気ガス中
   の有害成分の内の未燃成分の濃度を検出する第１の排気
   センサと、 前記排気系の三元触媒の下流側に設けられた排気ガス中
   の有害成分の内の窒素酸化物成分の濃度を検出する第２
   の排気センサと、 前記第１、第２の排気センサの出力に基づき、前記未燃
   成分濃度のみ許容値を越えるとき、前記所定の空燃比よ
   りも薄い側に供給混合気の空燃比を調整し、前記窒素酸
   化物成分濃度のみ許容値を越えるとき前記所定の空燃比
   よりも濃い側に供給混合気の空燃比を調整する空燃比調
   整手段とを備えることを特徴とするエンジンの空燃比制
   御装置。
2. （２）請求項（１）記載の装置において、前記第１の排
   気センサは一酸化炭素の濃度を検出するセンサであるこ
   とを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
3. （３）請求項（１）記載の装置において、前記第１の排
   気センサは炭化水素の濃度を検出するセンサであること
   を特徴とするエンジンの空燃比制御装置。