JPH0618639U - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】気筒群毎に酸素センサを設け、気筒群別に空燃
比フィードバック制御を行う空燃比制御装置において、
各気筒群の排気が合流して流入する触媒下流に設けた酸
素センサの出力に基づき、高精度な補正を施す。 【構成】第１気筒群の空燃比フィードバック補正係数α
₁ の平均値を求め（Ｓ３）、この平均値にクランプする
（Ｓ４）。そして、第２気筒群の空燃比フィードバック
制御のみを実行させ、触媒下流側の酸素センサの出力に
基づいて第２気筒群における空燃比フィードバック制御
の補正量を設定する（Ｓ５，Ｓ６）。次に、第２気筒群
の空燃比フィードバック制御をクランプし（Ｓ７〜Ｓ
９）、第１気筒群の空燃比フィードバック制御を実行さ
せる（Ｓ10）。そして、第１気筒群における空燃比フィ
ードバック制御の補正量を設定する（Ｓ11，Ｓ12）。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は内燃機関の空燃比制御装置に関し、詳しくは、触媒式排気浄化装置の 上流側及び下流側それぞれで空燃比を検出し、これらの検出値に基づいて空燃比 フィードバック制御を実行するよう構成された空燃比制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来から、排気浄化用に排気系に設けられる三元触媒における転換効率を良好 に維持するために、機関吸入混合気の空燃比を理論空燃比にフィードバック制御 することが行われている。かかる空燃比フィードバック制御では、排気中の酸素 濃度を介して機関吸入混合気の空燃比を検出する酸素センサ（空燃比センサ）を 、応答性を確保するために燃焼室に比較的近い排気マニホールドの集合部などに 設け、この酸素センサで検出される排気中酸素濃度に基づいて理論空燃比に対す る実際の空燃比のリッチ・リーンを検出して、機関への燃料供給量をフィードバ ック制御するようにしている。

【０００３】 しかしながら、上記のように燃焼室に比較的近い排気系に設けられる酸素セン サは、高温排気に曝されることになるため、熱劣化などにより特性（内部抵抗， 起電力，応答時間）が変化し易く、また、気筒毎の排気の混合が不十分であるた め全気筒の平均的な空燃比を検出し難いため、空燃比の検出精度にバラツキがあ り、高精度な空燃比制御性を維持させることが困難であった。

【０００４】 この点に鑑み、触媒の下流側にも酸素センサを設け、２つの酸素センサの検出 値を用いて空燃比をフィードバック制御するものが種々提案されている（特開昭 ５８−４８７５６号公報等参照）。 即ち、触媒下流側の酸素センサは、三元触媒のＯ₂ ストレージ効果（理論空燃 比よりもリーン時には酸素量が大、リッチ時には酸素量小となる状態が一定時間 継続し出力が遅延する。）によって応答性は悪いが、三元触媒にとってＣＯ，Ｈ Ｃ，ＮＯx の転換効率が最も良い空燃比を検出することができるため、上流側の 酸素センサの劣化状態を補償した高精度で安定した検出特性が得られる。

【０００５】 そこで、２つの酸素センサの検出値に基づいてそれぞれに独立した空燃比のフ ィードバック制御を行わせたり、触媒上流側の酸素センサによる空燃比フィード バック制御の特性を下流側の酸素センサで補償したりして、上流側のセンサで応 答性を確保しつつ、下流側で制御点の精度を補償して、高精度な空燃比フィード バック制御を行うようにしている。

【０００６】 上流側の酸素センサによる空燃比フィードバック制御の特性を下流側の酸素セ ンサで補償する装置としては、例えば応答性の良い上流側センサの検出に基づい て空燃比フィードバック制御を行わせながら、下流側センサで制御点のずれを検 出し、下流側センサで目標に対するリッチ・リーンが検出されたときには、上流 側センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御の制御定数（制御操作量）を目 標に対するリッチ・リーンが解消される方向に徐々に変化させることにより、下 流側センサで検出される空燃比が目標に対してリッチ・リーンを繰り返して、結 果、上流側センサに基づくフィードバック制御の制御点の平均を目標空燃比付近 とする制御が行われている。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、Ｖ型機関や水平対向機関では、片バンク毎（気筒群毎）の排気マニ ホールドそれぞれに酸素センサ（以下、上流側酸素センサと称する。）を設け、 片バンク毎にそれぞれの酸素センサによる検出値を用いて独立に空燃比フィード バック補正値を設定し、各バンク毎に空燃比フィードバック制御を並列に実行さ せる場合があった。

【０００８】 ここで、上記の気筒群毎の排気が合流する合流部よりも下流側に介装したメイ ン触媒の下流側に酸素センサ（以下、下流側酸素センサと称する。）を設け、前 述のように、並列に実行される各気筒群毎の空燃比フィードバック制御に対して 前記下流側酸素センサの出力に基づいて補正を加える構成とした場合、上流側酸 素センサ個々の出力特性ばらつきにより、以下のような不具合が発生する惧れが あった。

【０００９】 即ち、酸素センサの出力特性ばらつきにより、各気筒群において空燃比フィー ドバック制御で得られる実際の空燃比がアンバランスであったり、各気筒群にお けるフィードバック制御の周波数が各酸素センサの熱劣化形態の違いによって異 なる場合に、触媒下流側の酸素センサは、各気筒群の混合排気中の酸素濃度を検 出し、各気筒群毎の空燃比フィードバック制御における空燃比制御点のずれを個 別に検知することができないから、制御点のずれを誤って検知し、いずれの上流 側酸素センサ（空燃比フィードバック制御系）に対しても最適な補正が行えなく なる可能性があった。

【００１０】 更に、上流側酸素センサの下流側にそれぞれプリ触媒を設ける場合があるが、 この場合も、プリ触媒間の劣化度合いに差があると、下流側酸素センサによって 空燃比制御点のずれを精度良く検知できなくなり、以て、最適な補正を施すこと ができなくなるという問題があった。 本考案は上記問題点に鑑みなされたものであり、複数の気筒群毎に空燃比を検 出し、前記気筒群毎に個別に空燃比フィードバック制御を実行するシステムにお いて、気筒群毎の排気が合流して流入するメイン触媒の下流側に設けた空燃比セ ンサによって、気筒群毎に設けられる空燃比センサに出力特性のばらつきがあっ ても、気筒群毎の空燃比フィードバック制御をそれぞれに高精度に補正できるよ うにすることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

そのため本考案にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、複数の気筒群毎に独立 した排気系を備えると共に、該気筒群毎の排気系を合流させた合流部よりも下流 側に触媒式排気浄化装置を備えた内燃機関に適用されるものであって、図１に示 すように構成される。

【００１２】 図１において、空燃比センサは、前記気筒群毎の排気系それぞれと、前記触媒 式排気浄化装置の下流側とにそれぞれ設けられ、機関吸入混合気の空燃比によっ て変化する排気中の特定成分の濃度に感応して出力値が変化するセンサである。 そして、空燃比フィードバック制御手段は、前記気筒群毎の排気系それぞれに 設けられた空燃比センサそれぞれの出力値に基づいて、気筒群別に空燃比フィー ドバック制御を実行する。

【００１３】 また、補正量設定手段は、前記触媒式排気浄化装置の下流側に設けられた空燃 比センサの出力値に基づいて、前記空燃比フィードバック制御手段による空燃比 フィードバック制御の補正量を設定する。 ここで、気筒群別補正制御手段は、前記空燃比フィードバック制御手段による 空燃比フィードバック制御を１つの気筒群ずつ個別に実行させ、前記補正量設定 手段による補正量の設定を気筒群毎に個別に行わせる。

【００１４】

【作用】

かかる構成によると、気筒群毎の排気系にそれぞれ空燃比センサが設けられ、 これらの空燃比センサによって検出される気筒群毎の空燃比に基づいて、各気筒 群別に空燃比フィードバック制御が実行される。 一方、気筒群毎の排気系を合流させた合流部よりも下流側に設けられた触媒式 排気浄化装置の下流側にも空燃比センサが設けられ、この空燃比センサの出力値 に基づいて、前記空燃比フィードバック制御の補正量が設定される。

【００１５】 ここで、上記のように触媒下流側の空燃比センサの出力値に基づいて空燃比フ ィードバック制御の補正量を設定するに当たって、空燃比フィードバック制御を １つの気筒群ずつ個別に実行させ、補正量の設定を気筒群別に行わせるようにし た。 即ち、触媒下流側の空燃比センサの出力値に基づいてフィードバック制御の補 正量を設定するときには、複数の気筒群で同時に空燃比フィードバック制御を実 行させず、１つの気筒群のみで空燃比フィードバック制御を実行させておいて、 そのときの触媒下流側空燃比センサの検出結果に基づいて、実行中の空燃比フィ ードバック制御に対応する補正量を設定させるようにした。

【００１６】

【実施例】

以下に本考案の実施例を説明する。 一実施例を示す図２において、Ｖ型内燃機関１の吸気通路２には、機関の吸入 空気流量Ｑを検出するエアフローメータ３、及び、図示しないアクセルペダルと 連動して吸入空気流量Ｑを制御するスロットル弁４が設けられ、下流の吸気マニ ホールドのブランチ部には各気筒毎に電磁式の燃料噴射弁５が設けられる。

【００１７】 前記燃料噴射弁５は、マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット ６からの噴射パルス信号によって開弁駆動し、図示しない燃料ポンプから圧送さ れてプレッシャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料を機関に噴射供給 する。 また、機関１の冷却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ７が 設けられている。

【００１８】 一方、排気通路は、Ｖ型をなす両バンクの一方のバンクの気筒群を第１気筒群 とし、他方のバンクの気筒群を第２気筒群として、それぞれの気筒群毎に排気マ ニホールド８，９が接続されている。そして、各排気マニホールド８，９の下流 側は合流して１本の排気通路10となっている。 前記各排気マニホールド８，９それぞれの合流部には、排気浄化用のプリ触媒 11，12が装着されると共に、前記排気通路10にはメイン触媒13（触媒式排気浄化 装置）が装着されている。

【００１９】 また、前記排気マニホールド８，９のプリ触媒11，12よりも上流側の合流部に は、排気中の酸素濃度を検出することによって機関吸入混合気の空燃比を検出す る空燃比センサとしての酸素センサ14，15が装着され、メイン触媒13の下流にも 酸素センサ16が装着されている。 また、図示しないディストリビュータには、クランク角センサ17が内蔵されて おり、このクランク角センサ17から機関回転に同期して出力されるクランク単位 角信号を一定時間カウントして、又は、クランク基準角信号の周期を計測して機 関回転速度Ｎｅが検出される。

【００２０】 コントロールユニット６は、吸入空気流量Ｑと機関回転速度Ｎｅとに基づいて 基本燃料噴射量Ｔｐを演算すると共に、前記酸素センサ14，15で検出される各気 筒群毎の空燃比に基づいて、目標空燃比（例えば理論空燃比）を得るための各気 筒群別の空燃比フィードバック補正係数α₁ ，α₂ を比例積分制御などによって それぞれ演算する。

【００２１】 そして、前記基本燃料噴射量Ｔｐを前記空燃比フィードバック補正係数α₁ ， α₂ で補正することによって、各気筒群別に最終的な燃料噴射量Ｔｉ₁ ，Ｔｉ₂ を演算し、この各気筒群別の燃料噴射量Ｔｉ₁ ，Ｔｉ₂ に従って対応する燃料噴 射弁５に噴射パルス信号を送って、各気筒群別に空燃比フィードバック制御を行 いつつ燃料噴射量を制御する。

【００２２】 更に、メイン触媒13下流側の酸素センサ16によって、上流側酸素センサ14，15 を用いた空燃比フィードバック制御における制御点のずれを検出し、かかる検出 結果に基づいて前記空燃比フィードバック制御における補正量を設定する。 具体的には、上流側酸素センサ14，15の検出値を用いた空燃比フィードバック 制御中に、下流側酸素センサ16によって検出される目標空燃比に対するリッチ・ リーンが解消される方向に、空燃比フィードバック補正係数αの制御操作量（例 えば比例操作量）を補正し、かかる補正量を学習させることによって、目標空燃 比に精度良くフィードバック補正させるために要求される補正量を求めるもので ある。

【００２３】 ここで、前記上流側酸素センサ14，15の検出値を用いた気筒群別の空燃比フィ ードバック制御に対する下流側酸素センサ16を用いた補正の様子を、図３のフロ ーチャートに従って説明する。 尚、本実施例において、空燃比フィードバック制御手段，気筒群別補正制御手 段，補正量設定手段としての機能は、前記図３のフローチャートに示すようにコ ントロールユニット６がソフトウェア的に備えている。

【００２４】 まず、ステップ１（図中ではＳ１としてある。以下同様）では、機関回転速度 Ｎｅ，吸入空気流量Ｑ，冷却水温度Ｔｗ，各酸素センサ（Ｏ₂ ／Ｓ）14，15，16 からの検出信号などを入力する。 次のステップ２では、上流側酸素センサ14，15を用いた空燃比フィードバック 制御の補正量を、下流側酸素センサ16の出力に基づいて設定する条件が成立して いるか否かを判別する。

【００２５】 前記条件としては、少なくとも上流側酸素センサ14，15を用いた空燃比フィー ドバック制御が行われる運転状態であって、冷却水温度Ｔｗが所定温度以上、始 動から所定時間以上経過などを条件とする。 ここで、補正量の設定を行う条件が成立していないときには、補正量の設定を 行わないので、フローチャートではそのまま終了するようになっているが、実際 には、空燃比フィードバック制御を行う条件が成立していれば、各上流側酸素セ ンサ14，15からの出力値を用いた空燃比フィードバック補正係数α₁ ，α₂ の演 算が並列に実行され、かかる演算では、後述するようにして各気筒群毎に設定さ れた補正量を用いて制御操作量（比例操作量）が補正されるようになっている。

【００２６】 尚、空燃比フィードバック制御の補正量を下流側酸素センサ16の出力に基づい て設定する条件として、機関が始動されてから１回だけ補正量の設定を行わせる こととしても良い。 一方、補正量を設定する条件が成立していると、ステップ２で判別されたとき には、ステップ３へ進む。

【００２７】 ステップ３では、酸素センサ14を用いて比例積分制御される第１気筒群に対応 する空燃比フィードバック補正係数α₁ の平均値を演算する。 次のステップ４では、第１気筒群で用いられる空燃比フィードバック補正係数 α₁ を、前記ステップ３で演算した平均値にクランプし、第１気筒群に対する空 燃比フィードバック制御を停止させ、第２気筒群に対する酸素センサ15を用いた 空燃比フィードバック制御のみを実行させる。

【００２８】 続いてステップ５では、上記のように第２気筒群のみを空燃比フィードバック 制御している状態で、下流側酸素センサ16の出力値から、第２気筒群における空 燃比フィードバック制御に対する補正量、具体的には補正係数α₂ を比例制御す るときに用いる比例操作量Ｐの補正量ＰＨＯＳ２を算出する。 即ち、下流側酸素センサ16で目標空燃比に対するリッチ（リーン）状態が検出 されているときには、空燃比フィードバック補正係数α₂ が減少（増大）制御さ れるように、補正係数α₂ の比例制御に用いる増量方向の比例操作量を減少（増 大）させ、逆に減量方向の比例操作量を増大（減少）させるように補正量を設定 する。そして、下流側酸素センサ16で検出される空燃比の平均が目標空燃比に略 一致させることができる補正量ＰＨＯＳ２を、前記補正結果から学習する。かか る学習は、例えば下流側酸素センサ16によるリッチ・リーン反転検出時における 補正レベルを平均化処理するなどして行われる。

【００２９】 次のステップ６では、下流側酸素センサ16による目標空燃比に対するリッチ・ リーン判別の反転回数などに基づいて、前記第２気筒群の空燃比フィードバック 制御に対する補正量ＰＨＯＳ２が、要求レベルに対応して必要充分に学習された か否かを判別する。 そして、前記第２気筒群の空燃比フィードバック制御に対する必要補正量が求 められると、ステップ７へ進み、前記補正量ＰＨＯＳ２を用いて第２気筒群に対 する空燃比フィードバック制御を実行させ、次のステップ８では、前記空燃比フ ィードバック制御における補正係数α₂ の平均値を演算する。

【００３０】 平均値が求められると、ステップ９では、第２気筒群に対応する補正係数α₂ を前記平均値にクランプして、第２気筒群に対する空燃比フィードバック制御を 停止させ、次のステップ10では、代わりに第１気筒群に対する空燃比フィードバ ック制御を再開させる。 第１気筒群に対する空燃比フィードバック制御のみが実行されるようになると 、ステップ11へ進み、前記と同様に、このときの下流側酸素センサ16の出力に基 づいて補正係数α₁ を比例制御するときに用いる比例操作量Ｐの補正量ＰＨＯＳ １を学習する。そして、学習が終了したことがステップ12で判別されると、学習 された補正量ＰＨＯＳ１を実際に用いて第１気筒群に対する空燃比フィードバッ ク制御を実行させる。

【００３１】 このように本実施例では、気筒群別の空燃比フィードバック制御を１気筒群ず つ個別に実行させ、実行されている空燃比フィードバック制御に対する補正量を 、下流側酸素センサ16の出力に基づいて各気筒群別に設定させるものである。 かかる構成によると、他方の気筒群の空燃比フィードバック制御が停止されて いるから、２つの酸素センサ14，15の出力特性のばらつきに基づく制御周波数の 差によって、下流側酸素センサ16が制御点のずれを大幅に誤って検知することが なく、高精度な補正が可能である。また、気筒群毎の制御点ずれに差があっても 、個別にフィードバック制御させて個別に補正量を求めるから、個々の制御点の ずれをそれぞれに目標付近に収束させることができる。更に、本実施例のように 、上流側酸素センサ14，15の下流部分にプリ触媒11，12が設けられる場合に、前 記プリ触媒14，15の劣化差があっても、前記劣化差によって誤った補正がなされ ることを回避し得る。

【００３２】 尚、本実施例では、前述のようにプリ触媒14，15を備える構成としたが、触媒 としてメイン触媒13のみを備える構成であっても良い。また、触媒下流側に設け た酸素センサ16に基づく空燃比フィードバック制御に対する補正量の設定方法を 上記の方法に限定するものでないことは明らかである。

【００３３】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によると、複数の気筒群毎に独立した排気系を備え 、これらの排気系毎に設けた空燃比センサで、気筒群別の空燃比フィードバック 制御を実行するシステムにおいて、各排気系の合流部よりも下流に装着された触 媒の下流側に設けられた空燃比センサによって、前記各気筒群別の空燃比フィー ドバック制御を高精度に補正することができるようになり、最適な空燃比フィー ドバック制御によって排気性状の改善を図れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の構成を示すブロック図。

【図２】本考案の一実施例を示すシステム概略図。

【図３】実施例の空燃比フィードバック制御を示すフロ
ーチャート。

【符号の説明】

１ 機関 ３ エアフローメータ ４ スロットル弁 ５ 燃料噴射弁 ６ コントロールユニット ７ 水温センサ ８，９ 排気マニホールド 10 排気通路 11，12 プリ触媒 13 メイン触媒 14，15，16 酸素センサ（空燃比センサ） 17 クランク角センサ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の気筒群毎に独立した排気系を備える
   と共に、該気筒群毎の排気系を合流させた合流部よりも
   下流側に触媒式排気浄化装置を備えた内燃機関の空燃比
   制御装置であって、 前記気筒群毎の排気系それぞれと、前記触媒式排気浄化
   装置の下流側とにそれぞれ設けられ、機関吸入混合気の
   空燃比によって変化する排気中の特定成分の濃度に感応
   して出力値が変化する空燃比センサと、 前記気筒群毎の排気系それぞれに設けられた空燃比セン
   サそれぞれの出力値に基づいて、気筒群別に空燃比フィ
   ードバック制御を実行する空燃比フィードバック制御手
   段と、 前記触媒式排気浄化装置の下流側に設けられた空燃比セ
   ンサの出力値に基づいて、前記空燃比フィードバック制
   御手段による空燃比フィードバック制御の補正量を設定
   する補正量設定手段と、 前記空燃比フィードバック制御手段による空燃比フィー
   ドバック制御を１つの気筒群ずつ個別に実行させ、前記
   補正量設定手段による補正量の設定を気筒群毎に個別に
   行わせる気筒群別補正制御手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の空燃比
   制御装置。