JPH03220449A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、内燃機関の排出ガス中の酸素濃度から間接
的に空燃比を検出する空燃比センサに関する。

（従来の技術） 一般に、排気通路に設けた排出ガス浄化用の三元触媒の
転換効率を最良なものとするには、混合気を常に理論空
燃比近傍にするのが望ましいことから、三元触媒上流の
排気通路に排出ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ
（空燃比センサ）を設け、この検出信号から排出ガスの
空燃比を間接的に検出し５、これに基づき燃料供給量を
制御することで、混合気が常に理論空燃比となるよう空
燃比帰還制御を行っている。

ところが上記酸素センサては、センサ自体の出力特性の
ばらつきのために空燃比の制御精度に支障が生じるので
、この対策として従来では、第７図に示すように、機関
本体１の排気通路°３に設けた三元触媒５の上流側に酸
素センサ７を、また排出ガス中の酸素濃度が平衡状態に
近い値となる下流側に酸素センサ９をそれぞれ設け、上
流側の酸素センサ７て空燃比帰還制御を、下流側の酸素
センサ９て上記空燃比帰還制御の制御定数を変更して上
記空燃比帰還制御のずれを補正するようコントロールユ
ニット１１を介してそれぞれ行い、吸気通路１３に設け
た燃料噴射弁１５の噴射量を制御するようにしている（
特開昭５８−７２６４７号公報参照）。

（発明が解決しようとする課題） しかしなから、このような構成とすることによって空燃
比の制御精度を向上させることができるものの、酸素セ
ンサを２つ設ける必要があることから、その分組み付は
作業が煩雑となり、コストアップも生じることとなる。

そこでこの発明は、組み付は作業が煩雑となることを防
止するとともに、コストアップも抑えた上で、空燃比の
制御精度を向上させることを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前述した課題を解決するためにこの発明は、酸素イオン
伝導性固体電解質の一部位に基準電極と測定電極とを形
成し、この測定電極上に多孔質保護層を設けてこれを第
１のセンサ部とする一方、前記固体電解質の他の部位に
も基準電極と測定電極とを形成し、この測定電極上に触
媒を担持させた多孔質保護層を設けてこれを第２のセン
サ部とする構成としである。

またこの発明は、酸素イオン伝導性固体電解質の一部位
に基準電極と測定電極とを形成し、この測定電極上に多
孔質保護層を設けてこれを第１のセンサ部とする一方、
前記固体電解質の他の部位にも基準電極と測定電極とを
形成し、この測定電極上に、前記多孔質保護層より孔密
度の高い多孔質保護層を設けてこれを第２のセンサ部と
してもよい。

（作用） 第１のセンサ部の出力信号に基づき空燃比の帰還制御を
行い、第２のセンサ部の出力信号に基づき前記空燃比帰
還制御の制御定数を補正する。

第２のセンサ部は、測定電極が、触媒を担持させた多孔
質保護層で覆われるが、あるいは第１のセンサ部の多孔
質保護層より孔密度の高い多孔質保護層で覆われている
ので、この触媒を担持させた多孔質保護層あるいは孔密
度の高い多孔質保護層か排出ガスの拡散を充分ダンピン
グして第２のセンサ部の測定電極付近の酸素濃度が平衡
状態に近い値となり、この結果節２のセンサ部の出力特
性のばらつきが小さいものとなり、前記制御定数の補正
か効果的になされる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図はこの発明の空燃比センサとしての酸素センサ１
７を示すもので、この酸素センサ１７は、第３図に示す
ように機関本体１９の下流側でかつ三元触媒２１の上流
側の排気通路２３に、先端が臨んだ状態で取付けられて
いる。上記酸素センサ１７は、ジルコニアあるいはチタ
ニアからなる酸素イオン伝導性の固体電解質２５を、第
２図に示すように、両側に矩形状薄板の第１の固体電解
質２５ａ及び第２の固体電解質２５ｂを設けてその間に
、切り欠き２７が形成された第３の固体電解質２５Ｃを
複数積層することによって構成したものであり、切り欠
き２７の部位に大気導入部２９が形成されることになる
。

第１の固体電解質２５Ｈの内側及び外側には、多孔質の
白金からなる基準電極３１及び測定電極３３が形成され
、測定電極３３の周囲に多孔質の保護層３５が設けられ
て第１のセンサ部３７を構成している。一方、第２の固
体電解質２５ｂの内側及び外側には、多孔質の白金から
なる基準電極３９及び測定電極４１が形成され、測定電
極４１の周囲に触媒を担持させた多孔質保護層４３が設
けられて第２のセンサ部４５を構成している。

そしてこの酸素センサ１７を、第１のセンサ部３７が第
２のセンサ部４５より排気通路２３の上流側となるよう
にして排気通路２３に取り付け、コントロールユニット
４７に接続する。コントロ−ルユニット４７は、例えば
マイクロコンピュータから構成されており、吸入空気量
信号Ｑａ、機関回転数信号Ｎｅ、冷却水温信号Ｔｗなと
の各種センサ信号が人力されており、吸気通路４９に設
けた燃料噴射弁５１に対して噴射量制御を行う。

このような構成の酸素センサ１７は、第２のセンサ部４
５の触媒を担持させた多孔質保護層４３がその触媒作用
により排出ガス中の酸素濃度をほぼ平衡状態にして排出
ガスの拡散を充分ダンピングした状態となり、第２のセ
ンサ部４５の出力特性のばらつきが極めて小さいものと
なる。これにより、第１のセンサ部３７の出力信号に基
づた実行される空燃比帰還制御の制御定数を、第２のセ
ンサ部４５の出力信号により効果的に補正することがで
き、空燃比の制御制度を著しく改善することができる。

また、制御精度を改善するに際し、酸素センサは２つ設
ける必要がなく１つて済み、したがって組み付は作業の
煩雑さが防止されて、コストアップも抑えられる。

次に、上記酸素センサ１７を用いた空燃比帰還制御の一
例を第４図及び第５図に示すフローチャートに基づき説
明する。ここでの制御では、機関回転数と機関負荷とに
より区分けされた複数の運転条件領域にそれぞれ対応す
る複数の記憶手段を設け、運転条件がある運転条件領域
に所定時間以上とどまった場合に、その運転条件領域に
対応する記憶手段に格納されている第２のセンサ部４５
による補正量を第２のセンサ部４５の出力信号に基づき
更新し、現在の運転条件に対応する記憶手段に格納され
ている前記補正量を用いて第１のセンサ部３７の出力信
号に基づく空燃比帰還制御の制御定数を補正するように
している。

第４図は、第１のセンサ部３７の出力信号に基づく空燃
比帰還制御を示すもので、これは現在の運転条件領域に
対応する記憶手段から補正量ＬＰを読み出し、補正量Ｌ
Ｐを更新することて、空燃比帰還制御の精度を向上させ
ている。まず第１のセンサ部３７で空燃比帰還制御（Ｆ
／Ｂ）が実行されたかどうかが判断され（ステップ４０
１）、実行されたときはそのときの空燃比がリッチ（過
ａ）気味であるかとうかが判断される（ステップ４０３
　）。実行されていないときは、空燃比の過濃状態と稀
薄状態とが切替わる反転回数のカウンタｊをクリアして
おき（ステップ４０５）、燃料噴射弁５１からの燃料噴
射量の要求値αを固定する（ステップ４０７）。

前記ステップ４０３て空燃比かリッチ気味の場合には、
前回もリッチ気味であったか、すなわち空燃比か反転し
たかどうかが判断され（ステップ４０Ｑ）、反転してい
ない場合には積分制御定数Ｉｒを算出しくステップ４１
１）噴射量要求値αをＩ「たけ減じたものとする（ステ
ップ４１３）。

前記ステップ４０９て空燃比か反転した場合、すなわち
空燃比が前回リーン（稀薄）気味で今回リッチ（過ａ）
気味の場合には、第５図に示す補正処理を実行する（ス
テップ４１５）。

このステップ４１５ては、まず第２のセンサ部４５て空
燃比帰還制御（Ｆ／Ｂ）が実行されたかどうかか判断さ
れ（ステップ５０１）、実行されたときはカウンタｊを
起動させ（ステップ５０３）、実行されていないときは
カウンタｊをクリアする（ステップ５０５）。カウンタ
ｊを起動させた後は、現在の運転条件領域を判定しくス
テップ５０７）、この運転条件領域が前回と同しかどう
かを判断する（ステップ５０９）。運転条件領域が前回
と同じ場合には、この運転条件領域が所定期間τを超え
て継続したかどうか（ここでは、第１のセンサ部３７の
出力がｎ回を超えて反転したかどうか）が判断される（
ステップ５１］）。

そして、運転条件領域が所定時間τを超えて継続した場
合には、この運転条件領域に見合った補正量ＬＰを記憶
手段からルックアップしくステップ５１３）、第２のセ
ンサ部４５による空燃比がリッチ（過濃）気味であるか
どうかが判断される（ステップ５１５）。リッチ気味の
場合は、補正量ＬＰを所定値ＤＬＰＲたけ減じたものと
しくステップ５１７）、さらに補正量ＬＰの最小値を制
限して（ステップ５１９）補正量ＬＰを決定する。

一方、ステップ５１５て空燃比がリッチ気味でない場合
は、補正量ＬＰを所定値ＤＬＰしたけ加えたものとしく
ステップ５２１）、さらに補正量ＬＰの最大値を制限し
て（ステップ５２３）補正量ＬＰを決定する。決定した
補正量ＬＰは記憶手段に格納する（ステップ５２５）。

上記第２のセンサ部４５の信号に基づく補正処理か実行
された後、すなわち第４図のステップ４１５の後は、比
例制御定数Ｐｒをルックアップしくステップ４１７）、
現在の運転条件領域を判定する（ステップ４１９）。そ
してこの運転条件領域に対応する記憶手段に格納されて
いる補正量ＬＰをルックアップして（ステップ４２１）
制御定数を補正し、所望の噴射量要求値αを得る（ステ
ップ４２３）。

前記ステップ４０３で、第１のセンサ部３７にりよる空
燃比がリッチ気味でなくリーン気味の場合には、前回も
リーン気味であったが、すなわち空燃比が反転したかど
うかが判断され（ステップ４２５）、反転していない場
合には積分制御定数ＩＮを算出して（ステップ４２７）
噴射量要求値αをＩｇだけ加えたものとする（ステップ
４２９）。前記ステップ４２５て空燃比が反転した場合
には、前述した第５図に示す補正処理を実行する（ステ
ップ４３１）。

その後は、比例制御定数Ｐｇをルックアップしくステッ
プ４３３）、現在の運転条件領域を判定する（ステップ
４３５）。そしてこの運転条件領域に対応する記憶手段
に格納されている補正量ＬＰをルックアップして（ステ
ップ４３７）制御定数を補正し、所望の噴射量要求値α
を得る（ステップ４３つ）。

第６図はこの発明の他の実施例に係わる酸素センサ４９
を示している。この実施例は、排気通路２３の下流側に
位置する第２のセンサ部４５の測定電極４１を、第１の
センサ部３７の測定電極３３を覆う多孔質の保護層３５
より孔密度の高い多孔質の保護層５１て覆ったもので、
これよって保護層５１は第１のセンサ部３７の保護層３
５に比べて排出ガスの拡散をダンピングしやすくなって
出力特性のをばらつきも小さくる。したがってこの酸素
センサ４９を用いても前述した実施例と同様の制御方法
で同様の効果か得られる。

［発明の効果］ 以上説明してきたようにこの発明によれば、空燃比帰還
制御を行う空燃比センサの制御定数を変更することによ
り空燃比の制御精度を向上させるために、空燃比センサ
を２つ設ける必要がないので、空燃比センサの組み付は
作業が煩雑となることを防止できるとともに、コストア
ップをも抑えることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す酸素センサの断面図
、第２図は第１図の酸素センサにおける固体電解質の斜
視図、第３図は上記酸素センサを用いた空燃比帰還制御
のシステム構成図、第４図は第１のセンサ部の信号に基
づく空燃比帰還制御のフローチャート、第５図は第２の
センサ部の信号に基づく補正制御のフローチャート、第
６図はこの発明の他の実施例を示す酸素センサの断面図
、第７図は従来の酸素センサを用いた空燃比帰還制御の
システム構成図である。 １７・・酸素センサ（空燃比センサ） ２５・・・固体電解質　　　３１・・・基準電極３３・
・・測定電極　　　３５・・・多孔質保護層３７・・・
第１のセンサ部 ３つ・・・基準電極　　　４１・・・測定電極４３・・
・触媒を担持させた多孔質保護層４５・・・第２のセン
サ部 ４９・・・酸素センサ（空燃比センサ）５１・・・多孔
質保護層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸素イオン伝導性固体電解質の一部位に基準電極
   と測定電極とを形成し、この測定電極上に多孔質保護層
   を設けてこれを第１のセンサ部とする一方、前記固体電
   解質の他の部位にも基準電極と測定電極とを形成し、こ
   の測定電極上に触媒を担持させた多孔質保護層を設けて
   これを第２のセンサ部としたことを特徴とする空燃比セ
   ンサ。
2. （２）酸素イオン伝導性固体電解質の一部位に基準電極
   と測定電極とを形成し、この測定電極上に多孔質保護層
   を設けてこれを第１のセンサ部とする一方、前記固体電
   解質の他の部位にも基準電極と測定電極とを形成し、こ
   の測定電極上に、前記多孔質保護層より孔密度の高い多
   孔質保護層を設けてこれを第２のセンサ部としたことを
   特徴とする空燃比センサ。