JPS61192830A - 車両用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〕 この発明は、車両用内燃機関の空燃比側？ＩＩ装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

内燃機関の排気系に触媒コンバータを設けて燃焼室から
排出されるガスの浄化を行うようにした排気ガス浄化シ
ステムにおいては、その触媒コンバータに送り込まれる
ガスの空燃比状態を触媒コンバータの要求する所定範囲
内、多くの場合、理論空燃比近傍の所定範囲内、に収め
ることが排気ガス浄化効率向上の点から有利である。そ
のため、従来の排気ガスシステムにおいては、排気ガス
中の特定成分濃度を検出することにより内燃機関の実際
の空燃比状態を検出する空燃比センサを排気系に設け、
その検出結果に応じて内燃機関の吸気系に設けられたキ
ャプレタを制御し、燃焼室に送り込まれる混合気の空燃
比が理論空燃比近傍になるようにするか、あるいは燃焼
室へ送り込む混合気の空燃比を理論空燃比よりリッチ側
に設定しておき、燃焼室から排出されるガス中に前述の
空燃比センサの検出結果に応じて二次空気を供給するこ
とによって触媒コンバータに流入するガスの空燃比状態
を所定範囲内に制御するようにしていた。

前者の方法によると、燃焼室に供給されるガスの空燃比
がほぼ理論空燃比に合わされるため、燃焼室から排出さ
れる未燃成分が少なく、触媒コンバータの温度上昇が抑
えられる点でを利であるが、その反面、内燃機関の低速
回転時あるいは低負荷時における空燃比のフィードバッ
ク制御の精度が悪（、そのために空燃比の変動を引き起
こし、同時に車両の運転特性を損なうという問題が生じ
る。

さらに、燃焼室に供給される混合気が理論空燃比近傍に
あると、排気ガス中のＮＯｘ成分が増大し、ＮＯｘ成分
浄化の面で著しく不利となる。

一方、後者の方法によると、排気系で制御が行われるた
め空燃比のフィードバック制御の精度が良く、従ってエ
ミッシッン浄化性の面で有利であり、また、燃焼室に供
給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側にあ
るため、排出されるＮＯｘ成分が少なくなり、さらに内
燃機関の出力が大きく、車両の運転特性が向上する。し
かしながら、その反面、燃焼室から排出されるガス中に
未燃成分が多く残るため、その燃焼に必要なだけの二次
空気を過不足なく供給すると、触媒コンバータが過熱す
る恐れがある。

そのため、前述の再排気ガス浄化方法を運転状態あるい
は環境条件等に応じて併用あるいはどちらか一方を使用
することにより、両者それぞれの欠点を相補しようとす
るものが、特開昭５６−２９０１３号にて提案されてい
る。

これは、排気ガスの空燃比状態を検出する空燃比センサ
と、排気ガスの浄化を行う触媒コンバータと、内燃機関
の燃焼室に供給する混合気の空燃比を空燃比センサの検
出信号に応じてフィ−ドバック制御する吸気系空燃比制
御機構と、燃焼室から排出される排気ガスに印加する二
次空気量を空燃比センサの検出信号に応じてフィードバ
ック制御する排気系空燃比制御機構とを備えた内燃機関
において、内燃機関の運転状態を検出し、通常の運転状
態においては排気系空燃比制御機構の作動により空燃比
フィードバック制御を行うが、検出した運転状態が触媒
コンバータの温度が所定値以上となる運転状態である場
合は、吸気系空燃比制御機構を作動させて空燃比フィー
ドバック制御を行うようにしたものである。

ところで、４輪車両における車輪の駆動方式には、悪路
走行、山岳走行などに好適なように４輪金部に内燃機関
からの動力を伝達して駆動する４輪駆動方式と、市街地
走行、高速走行などに好適なように、前後いずれかの２
輪のみに内燃機関からの動力を伝達して駆動する２輪駆
動方式がある。

一般の車両では、前駆動方式のいずれか一方が採用され
ているが、一部には、前駆動方式を車両の走行状態に合
わせて任意に選択できるようにした車両もある。このよ
うに、前駆動方式を選択可能とした車両においては、２
輪駆動状態では主に経済性が要求され、４輪駆動状態で
は主に強めな動力性能が要求される。

このような要求を満たすため、選択された駆動方式に応
じて自動変速機における変速比を変更するものは提案さ
れている（特願昭５８−１７３８９７号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記要求を満たすように内燃機関を制御するも
のは未だ提案されていない。

従って、本発明の目的は、上記要求を満たすように内燃
機関を制御することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明は、内燃機関における燃焼室の空燃比を、
２輪駆動時に比べて４輪駆動時にはよりリッチ側に制御
することを特徴とする。

具体的には、本発明の車両用内燃機関の空燃比制御装置
は、第１図に示されているように、空燃比センサによっ
て排気ガスの空燃比状態を検出し、この空燃比センサの
検出信号に応じて、吸気系空燃比制御機構は、内燃機関
の燃焼室に供給する混合気の空燃比をフィードバック制
御し、排気系空燃比制御機構は、燃焼室から排出される
排気ガスに印加する二次空気量をフィードバック制御す
る。

一方、リッチ化制御手段では、２輪駆動状態、４輪駆動
状態を選択的に切り換える駆動輪選択機構において４輪
駆動状態が選択されると、吸気系空燃比制御機構または
排気系空燃比制御機構におけるフィードバック制御を停
止して、そのフィードバック制御が停止されていないと
きに比べて燃焼室に供給する混合気の空燃比をリッチ側
に制御する。

〔作用〕

その結果、駆動輪選択機構において２輪駆動が選択され
ている状態では、吸気系空燃比制御機構および排気系空
燃比制御機構は通常に作動され、内燃機関の燃焼室に供
給される混合気の空燃比は所定範囲内にフィードバック
制御される。一方、駆動輪選択機構において４輪駆動が
選択されている状態では、リッチ化制御手段によって、
吸気系空燃比制御機構または排気系空燃比制御機構にお
けるフィードバック制御が停止され、燃焼室への混合気
の空燃比は２輪駆動時よりリッチ側に制御される。その
ため、２輪駆動時には、４輪駆動時に比べて燃料消費量
は少なくなり、４輪駆動時には、２輪駆動時に比べて内
燃機関の出力が高められる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によって説明する。

第２図は、本発明の第１実施例の全体構成図であり、同
図において、１０は機関本体、１２はインテークマニホ
ルド、１４はインテークマニホルド１２より上流の吸気
系に設けられたキャブレタをそれぞれ示している。キャ
ブレタ１４には、機関ｌＯの燃焼室（図示せず）に供給
される混合気の空燃比を調節するためのアクチュエータ
１６が設けられている。第２図において、さらに、１８
はエキゾーストマニホールド、２０はエキゾーストマニ
ホールド１８内に二次空気を噴射するための二次空気噴
射マニホールド、２２は二次空気量を調節する二次空気
供給機構、２６は排気管、２８は排気管２６の途中に設
けられる触媒コンバータをそれぞれ示している。触媒コ
ンバータ２８は例えば、排気ガス中の三主要成分、ＨＣ
，Ｃｏ、ＮＯｘ成分を同時に浄化する三元触媒コンバー
タから成る。さらに、第２図において、２４は二次空気
噴射マニホールド２０より下流の排気系に設けられ、排
気ガス中の特定成分である酸素成分の濃度を検出する０
８センサ（空燃比センサ）、３０は２輪駆動状態、４輪
駆動状態を選択的に切り換える駆動輪選択機構において
４輪駆動状態が選択されたことを検出する４輪駆動検出
スイッチを表している。０．センサ２４および４輪駆動
検出スイッチ３０からの検出信号は、線３６および３２
を介して制御回路３４にそれぞれ送り込まれる。

制御回路３４は０．センサ２４からの検出信号に基ツい
て、排気ガスの空燃比状態を判定し、その判定結果によ
って吸気系のキャブレタ１４における混合気の空燃比調
節を行うとともに、排気系における二次空気供給量の調
節を行い、空燃比がフィードバック制御される。従って
、制御回路３４からは、線４０および３８を介してアク
チェエータ１６および二次空気供給機構２２に駆動信号
が送り込まれる。

また、駆動輪選択機構において４輪駆動状態が選択され
、４輪駆動検出スイッチ３０からの検出信号が線３２を
介して制御回路３４に送り込まれると、制御回路３４は
、０□センサ２４からの検出信号に基づくキャブレタ１
４における混合気の空燃比調節を停止し、線４０を介し
てアクチュエータ１６に駆動信号を送らなくなる。

なお、第２図において、制御回路３４およびアクチュエ
ータ１６によって本発明の吸気系空燃比制御機構が構成
されており、制御回路３４、二次空気供給機構２２およ
び二次空気噴射マニホールド２０によって本発明の排気
系空燃比制御機構が構成されており、さらに、４輪駆動
検出スイッチ３０および制御回路３４によって本発明の
リッチ化制御手段が構成されている。

第３図は、第１実施例の主要部である吸気系空燃比制御
機構およびリッチ化制御手段の詳細を示しており、リッ
チ・リーン判定回路４２、駆動回路４４およびアクチュ
エータ１６によって吸気系空燃比制御機構が構成されて
おり、４輪駆動検出スイッチ３０、アンドゲート４６お
よび抵抗４８によってリッチ化制御手段が構成されてい
る。

リッチ・リーン判定回路４２は、０□センサ２４からの
検出信号を受けて、排気ガスの空燃比が予め設定された
空燃比よりもリッチ側にあるかリーン側にあるかを判定
し、リッチ側で高レベルとなり、リーン側で低レベルと
なる論理信号を発生する。この論理信号は、アンドゲー
ト４６を介して駆動回路４４に送り込まれ、駆動回路４
４は、論理信号として高レベルの信号が送り込まれたと
きのみアクチュエータ１６に駆動信号を供給する。

アクチュエータ１６は、公知のように、キャブレタ１４
のエアブリード通路中に介挿された電磁弁であり、駆動
信号を供給されるとエアブリード通路を連通させて、キ
ャブシタ１４内にエアブリードを行い、キャブレタ１４
から燃焼室に供給される混合気の空燃比をリーン側に調
節する。また、駆動回路４４から駆動信号が供給されな
ければ、アクチュエータ１６は、エアブリード通路を遮
断し、キャプレタ１４におけるエアブリードをカットす
る。従って、このとき混合気の空燃比はリッチ側に調節
される。こうして、吸気系における空燃比がフィードバ
ック制御されている。

一方、アンドゲート４６の他方の入力には、４輪駆動検
出スイッチ３０からの信号が送り込まれており、４輪駆
動検出スイッチ３０は、上述のように、駆動輪選択機構
において４輪駆動状態が選択されたときそれを検出して
オンするものであるので、２輪駆動状態では４輪駆動検
出スイッチ３０はオフで、アンドゲート４６には抵抗４
８を介して高レベルの論理信号が送り込まれ、アンドゲ
ート４６はゲート開の状態となって、前述のリッチ・リ
ーン判定回路４２からの論理信号を駆動回路４４に送り
込むが、４輪駆動状態が選択されているときには、４輪
駆動検出スイッチ３０がオンであるため、アンドゲート
４６には高レベルの論理信号が送り込まれず、アンドゲ
ート４６はゲート開の状態となって、リッチ・リーン判
定回路４２からの論理信号にかかわらず、駆動回路４４
に低レベルの信号を送り込む、従って、４輪駆動状態と
されたときには、駆動回路４４は、アクチュエータ１６
に駆動信号を供給せず、アクチュエータ１６は、０□セ
ンサ２４によって検出される排気ガスの空燃比状態にか
かわらず、エアブリードをカットされたままとなる。こ
の結果、４輪駆動状態では、燃焼室に供給される混合気
の空燃比が２輪駆動状態のときに比べてリッチ側とされ
、内燃機関の出力が増大される。このため、４輪駆動状
態では、そのとき要求される動力性能を充分に発揮する
ことができる。

第４図は、本発明の第２実施例を示しており、第３図と
同様のブロック線図である。第４図において、リッチ・
リーン判定回路４２、駆動回路４４およびアクチュエー
タ１６は、第３図の場合と全く同様で、吸気系空燃比制
御機構を構成しており、リッチ・リーン判定回路４２、
駆動回路５０および二次空気供給機構２２は、排気系空
燃比制御機構を構成している。さらに、４輪駆動検出ス
イッチ３０、オアゲート５２、抵抗４８および反転回路
５４は、リッチ化制御手段を構成している。

リッチ・リーン判定回路４２からの論理信号は、駆動回
路４４に送り込まれると同時に、オアゲート５２を介し
て駆動回路５０にも送り込まれ、駆動回路５０は、リッ
チ・リーン判定回路４２から論理信号として空燃比がリ
ッチ側にあることを表す高レベルの信号を送り込まれた
ときのみ二次空気供給機構２２に駆動信号を供給する。

二次空気供給機構２２は、公知のように、エアポンプを
含み、そのエアポンプから二次空気噴射マニホールド２
０に供給される二次空気量を調節する機構であり、駆動
信号を供給されると、二次空気噴射マニホールド２０に
供給される二次空気量を増加する。また、駆動回路５０
から駆動信号が供給されなければ、二次空気供給機構２
２は、二次空気噴射マニホールド２０に供給される二次
空気量を少なくする。こうして、排気管における空燃比
がフィードバック制御される。

一方、オアゲート５２の他方の入力には、４輪駆動検出
スイッチ３０からの信号が反、転回路５４を介して送り
込まれており、２輪駆動状態で、４輪駆動検出スイッチ
３０がオフのときには、抵抗４８を介して高レベルの論
理信号が反転回路５４に送られ、反転回路５４で論理を
反転されてオアゲート５２には、低レベルの論理信号が
入力される。従って、このときは、オアゲート５２は、
ゲート開の状態となって、リッチ・リーン判定回路４２
からの論理信号を駆動回路５０に送り込む。

しかし、４輪駆動状態で、４輪駆動検出スイッチ３０が
オンのときには、上述の２輪駆動状態のときとは反対に
反転回路５４からオアゲート５２に高レベルの論理信号
が送り込まれるため、オアゲート５２は、ゲート開の状
態となって、リッチ・リーン判定回路４２からの論理信
号にかかわらず、駆動回路５０に高レベルの信号を送り
込む。このため、２輪駆動状態では、二次空気供給機構
２２は、リッチ・リーン判定回路４２からの論理信号に
従うて制御され、排気管の空燃比がフィードバック制御
され°るが、４輪駆動状態では、二次空気供給機構２２
は、リッチ・リーン判定回路４２からの論理信号にかか
わらず、駆動回路５０から駆動信号を供給されたままと
なり、二次空気噴射マニホールド２０に供給される二次
空気量を最大値に制御する。このように、二次空気量が
最大値で固定制御されると、０□センサ２４によって検
出される空燃比状態はリーン側となるため、リッチ・リ
ーン判定回路４２は、リーン側である低レベルの論理信
号を発生する比率が多くなり、アクチュエータ１６は駆
動回路４４から駆動信号を供給されにくくなる。その結
果、４輪駆動状態では、燃焼室に供給される混合気の空
燃比が２輪駆動状態のときに比べてリッチ側とされ、内
燃機関の出力が増大される。このため、４輪駆動状態で
は、そのとき要求される動力性能を充分に発揮すること
ができる。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本発
明は、この実施例に限定されるものではなく、特許請求
の範囲に記載の範囲内で種々の実施態様が包含されるも
のであり、例えば、駆動輪選択機構が、選択スイッチの
オンオフ信号によって４輪駆動状態あるいは２輪駆動状
態が選択されるように構成されている場合には、リッチ
化制御手段には、４輪駆動検出スイッチは不要であり、
選択スイッチからのオンオフ信号を４輪駆動検出スイッ
チからの検出信号と同様に扱うことができる。また、第
２図における制御回路３４は、マイクロコンピュータを
中心に構成しても良い。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、内燃機関の燃焼室に供給
される混合気の空燃比を、２輪駆動時に比べて４輪駆動
時にはよりリッチ側に制御するので、２輪駆動時には、
４輪駆動時に比べて燃料消費量が少なくなり、４輪駆動
時には、２輪駆動時に比べて内燃機関の出力が高められ
る。従って、２輪駆動と４輪駆動とを選択可能とされた
車両における各駆動方式選択時の要求、つまり、２輪駆
動時の経済性、４輪駆動時の動力性能をそれぞれ満たす
ことができる。

しかも、リッチ化制御手段は、吸気系空燃比制御機構ま
たは排気系空燃比制御機構のフィードバック制御を停止
して混合気の空燃比をリッチ側に制御するものであるた
め、既存の手段を活用して、極めて簡単な構成で所期の
目的を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、クレーム対応図、第２図および第３図は、本
発明の第１実施例を示し、第２図は全体構成図、第３図
は主要部の詳細を示すブロック線図である。また、第４
図は、本発明の第２実施例のブロック線図である。 ２４−−−−−−−’Ｏｔセンサ（空燃比センサ）１６
．４２．４４−＝−・・−アクチュエータ、リッチ・リ
ーン判定回路、駆動回路 （吸気系空燃比制御機構） ２０．２２．４２．５０・・−−−−一・二次空気噴射
マニホールド、二次空気供給機構、リッチ・リーン判定
回路、駆動回路（排気系空燃比制御機構）３０．４６．
４８・−−−−−−−４輪駆動検出スイッチ、アンドゲ
ート、抵抗 （リッチ化制御手段） ３ｏ、４８．５２．５４曲曲４輪駆動検出スイッチ、抵
抗、オアゲート、反転回路 （リッチ化制御手段） 出願人　　トヨタ自動車株式会社 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、排気ガスの空燃比状態を検出する空燃比センサと、 内燃機関の燃焼室に供給する混合気の空燃比を前記空燃
   比センサの検出信号に応じてフィードバック制御する吸
   気系空燃比制御機構と、 前記燃焼室から排出される排気ガスに印加する二次空気
   量を前記空燃比センサの検出信号に応じてフィードバッ
   ク制御する排気系空燃比制御機構と、 ２輪駆動状態、４輪駆動状態を選択的に切り換える駆動
   輪選択機構において４輪駆動状態が選択されると、吸気
   系空燃比制御機構または排気系空燃比制御機構における
   フィードバック制御を停止して、そのフィードバック制
   御が停止されていないときに比べて燃焼室に供給する混
   合気の空燃比をリッチ側に制御するリッチ化制御手段と
   、を備える車両用内燃機関の空燃比制御装置。