JPH041440A - 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、内燃機関において、排気ガス浄化用の触媒の
上流側及び下流側に酸素センサを設け、上流側の酸素セ
ンサによる空燃比フィードバック制御に加えて下流側の
酸素センサによる空燃比フィードバック制御を行う空燃
比制御装置に関し、特に、触媒及び酸素センサの劣化を
考慮して空燃比を制御する装置に関する。

（従来の技術） 単一の酸素センサを設けた通常の空燃比フィードバック
制御にあっては、酸素センサをできるだけ燃焼室に近い
排気系の例えば排気ガス浄化用の触媒コンバータより上
流側である排気マニホールドの集合部分に設けているが
、酸素センサの出力特性のばらつきのために空燃比の制
御精度の改善に支障を来している。かかる酸素センサの
出力特性のばらつき及び燃料噴射弁等の部品のばらつき
、経時変化を補償するために、触媒コンバータの下流に
も酸素センサを設け、上流側酸素センサによる空燃比フ
ィードバック制御に加えて下流側の酸素センサによる空
燃比フィードバック制御を行うデュアル酸素センサシス
テムが提案されている。

このデュアル酸素センサシステムでは、触媒コンバータ
の下流側に設けられた酸素センサは、上流側に設けられ
た酸素センサに比較して、応答速度が低いものの、触媒
コンバータの下流であるため、排気温度が低く、熱的影
響が少ない点と、被毒量が少ない点と、排気ガスが充分
に混合し、かつ排気ガス中の酸素濃度が平衡状態に近い
点と、によって出力特性のばらつきが小さいという利点
を有している。

従って、２つの酸素センサの出力に基づく空燃比フィー
ドバック制御により、上流側酸素センサの出力特性のば
らつきを下流側酸素センサにより吸収できる。例えば、
単一の酸素センサを設けただものでは、酸素センサ出力
特性が悪化した場合、排気エミッション特性に直接影響
するのに対して、デュアル酸素センサシステムでは、上
流側酸素センサの出力特性が悪化しても、排気エミッシ
ョン特性は悪化しない。

そこで、従来、特開昭６３−２０５４４１号公報に示す
ように、下流側酸素センサの出力によって上流側酸素セ
ンサの劣化を補正制御するようにしたものがある。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、このような従来のデュアル酸素センサシ
ステムにあっては、次のような問題点を有していた。

即ち、触媒の劣化が大きくなった場合、種々の毒がトラ
ップされなくなり、下流側の酸素センサの被毒量も多く
なって、更に下流側酸素センサも劣化する。

この場合、この下流側酸素センサの出力は第６図に示す
ようになる。

この結果、下流側酸素センサの出力によって上流側酸素
センサの劣化を補正制御しても、制御される空燃比はリ
ッチ側にずれてしまい、排気エミッションの悪化等を来
す。

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、触
媒及び酸素センサの劣化時に、制御される空燃比がリッ
チ側にずれることがないようにして、排気エミッション
の向上環を図れる内燃機間の空燃比制御装置を提供する
ことを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 このため、本発明の内燃機関の空燃比制御装置は、第１
図に示すように、内燃機関の排気系に介装された排気ガ
ス浄化用の触媒の上流側及び下流側に夫々排気ガス中の
酸素濃度を検出する酸素センサを備え、下流側酸素セン
サの出力に応じて空燃比フィードバック制御定数を演算
する制御定数演算手段と、前記上流側酸素センサの出力
及び前記制御定数演算手段により演算された空燃比フィ
ードバック制御定数に応じて空燃比補正量を演算する空
燃比補正量演算手段と、上流側及び下流側の酸素センサ
夫々の出力に基づいて触媒の劣化程度を判定する劣化程
度判定手段と、該劣化程度判定手段による判定結果に基
づいて前記制御定数演算手段による制御定数を変化させ
る制御定数変化手段と、前記空燃比補正量演算手段によ
って演算された空燃比補正量に基づいて空燃比を調整す
る空燃比調整手段と、を備えて構成した。

く作用〉 かかる装置においては、下流側酸素センサによる空燃比
フィードバック制御により、上流側酸素センサの出力に
基づく空燃比フィードバック制御の制御定数としての微
分量や積分定数、空燃比判定のデイレイ時間或いは上流
側酸素センサと比較するスライスレベル等が補正される
。即ち、下流側酸素センサの出力に応して前記制御定数
が補正されるので、上流側酸素センサの出力特性のばら
つきが下流側酸素センサにより吸収される。しかも、触
媒の劣化程度に応じて上記微分量や積分定数等の補正量
が変化させられるので、触媒の劣化が大きくなって、下
流側酸素センサも劣化した場合に、制御される空燃比が
リッチ側にずれるのが防止され、排気エミッションの悪
化等を来すのが防止される。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図において、エンジン１の排気管２には、排気ガス
中の有害成分ＨＣ，Ｃｏ、ＮＯｘを同時に浄化する三元
触媒を収納する触媒コンバータ３が設けられている。

この触媒コンバータ３の上流側と下流側の排気管２には
、夫々酸素センサ４，５が設けられている。

これら酸素センサ４，５は排気ガス中の酸素成分濃度に
応じた電気信号を夫々発生し、この信号をエンジン制御
装置、６の入力回路７．８を介してＡ／Ｄ変換器９に夫
々出力する。即ち、両酸素センサ４，５は空燃比が理論
空燃比に対してリーン側かリンチ側かに応じて異なる出
力電圧を前記Ａ／Ｄ変換器９に発生する。

エンジン制御装置６の入出力回路１０には、吸気管１１
のスロットル弁１２の上流側に取り付けられたエアフロ
ーメータ１３からの吸入空気量検出信号、クランク角セ
ンサ１４からの機関回転数検出信号及び水温センサ１５
からの機関冷却水温度検出信号の他に種々の機関運転条
件検出センサからの検出信号が入力され、燃料噴射弁１
６による燃料噴射量を制御する信号（空燃比フィードバ
ック信号を含む）を前記燃料噴射弁】６に出力するよう
になっている。

尚、上記エンジン制御装置６は、例えばマイクロコンピ
ュータとして構成され、上述した入力回路７，８、Ａ／
Ｄ変換器９、入出力回路１０の他に、ＣＰＵ１７、ＲＯ
Ｍ１Ｂ、ＲＡＭ１９等が設けられている。

次に、上記のハードウェア構造に基づく本発明に係る空
燃比制御の一例を、第３図〜第５図に示したフローチャ
ートに基づいて説明する。

第３図は空燃比補正係数αを演算する空燃比フィードバ
ック制御ルーチンを示すフローチャートである。

ステップ１においては、上流側酸素センサ４による空燃
比の閉ループ（フィードバック）条件が成立しているか
否かを判別する。

閉ループ（フィードバック）条件成立の時は、ステップ
２に進んで空燃比補正係数αを１．０とする。又、閉ル
ープ（フィードバック）条件が不成立の時は、ステップ
３に進む。このステップ３では、上流側酸素センサ４の
出力Ｏ３Ｒ’ｌをＡ／Ｄ変換して読み込み、ステップ４
において０３ＲＩがスライスレベル電圧ＳＬＦ以下か否
かを判別する。つまり、空燃比がリッチかリーンかを判
別する。リッチが判別されたならば、ステップ５に進ん
で空燃比フラグＦ１を１（リッチ）とする。リーンが判
別されたならば、ステップ６に進んで空燃比フラグＦ１
をＯ（リーン）とする。ステップ７においては、前記空
燃比フラグＦｌの符号が反転したか否かを判別する。即
ち、空燃比が反転したか否かを判別する。空燃比が反転
していれば、ステップ８に進んで、反転回数Ｎ１に１を
加える演算を実行し、ステップ９に進む。尚、この演算
は後述する触媒の劣化程度を判別するのに必要なもので
ある。

前記ステップ９では、前記空燃比フラグＦ１の値により
、リッチからリーンへの反転か、リーンからリッチへの
反転かを判別する。リッチからリーンへの反転であれば
、ステップ１０に進んで後に説明するサブルーチンによ
り空燃比フィードバック制御定数としてのリッチ微分量
ＰＬの補正量ＰＨ０５を演算した後にステップ１１に進
んで、α＝α＋ＰＬ＋ＰＨ０３とスキップ的に増大させ
、逆にリーンからリッチへの反転であれば、ステップ１
２に進んでやはりサブルーチンにより空燃比フィードバ
ック制御定数としてのリーン微分１ｉＰＲの補正量ＰＨ
０３を演算した後にステップ１３に進んで、α＝α−Ｐ
Ｒ＋ＰＨ０５とスキップ的に減少させる。つまり、微分
処理を行う。

ステップ７において、空燃比フラグＦ１の符号が反転し
ていなければ、ステップ１４，１５．１６にて積分処理
を行う。つまり、ステップ１４において、Ｆ１＝０か否
かの判定を行う。Ｆ１＝０（リーン）であれば、ステッ
プ１５において、α＝α±ＩＬ（リッチ積分定数）とし
、Ｆ１＝１（リッチ）であれば、ステップ１６において
、α＝α−ＩＲ（リーン積分定数）とする。

ここで、上記の積分定数ＩＬ、ＩＲは、前記微分量ＰＬ
、ＰＲに比して充分に小さく設定しである。

従って、ステップ１５はリーン状Ｌ！（Ｆ１＝０）で燃
料噴射量を徐々に増大させ、ステップ１６はリッチ状ｍ
１（Ｆ１＝１）で燃料噴射量を徐々に減少させる。

上述のようにして演算された空燃比補正係数αを第２図
のＲＡＭ１９に格納し、このルーチンは終了する。

次に、第４図に基づいて第３図のフローチャートのステ
ップ１０．１２におけるサブルーチンの作用を説明する
。

このサブルーチンは、上述したようにＰＨ０３の演算ル
ーチンである。

即ち、ステップ２１においては、下流側酸素センサ５の
出力０３Ｒ２をＡ／Ｄ変換して読み込み、ステップ２２
において０３Ｒ２がスライスレヘル電圧ＳＬＲ以下か否
かを判別する。つまり、空燃比がリッチかリーンかを判
別する。リッチが判別されたならば、ステップ２３に進
んで空燃比フラグＦ２を１（リッチ）とする。リーンが
判別されたならば、ステップ２４に進んで空燃比フラグ
Ｆ２をＯ（リーン）とする。ステップ２５においては、
前記空燃比フラグＦ２の符号が反転したか否か、つまり
、空燃比が反転したか否かを判別する。

空燃比が反転していれば、ステップ２６に進んで、反転
回数Ｎ２に１を加える演算を実行し、ステップ２７に進
む。尚、この演算は後述する酸素センサの劣化程度を判
別するのに必要なものである。

前記ステップ２７では、前記空燃比フラグＦ２の値によ
り、リッチからリーンへの反転か、リーンからリッチへ
の反転かを判別する。リッチからリーンへの反転であれ
ば、ステップ２８に進んでＰＨ０３＝ＰＨＯ３＋ΔＰＨ
０３Ｌを演算してＰＨ０３を増大させ、逆にリーンから
リッチへの反転であれば、ステップ２９に進んでＰＨ０
３＝ＰＨＯ５−ΔＰＨ０３Ｒを演算してＰＨ０３を減少
させる。

次に、第５図に示した本発明制御のベースフローに基づ
いて、上記のサブルーチンにおけるΔＰＨ０３Ｌ及びΔ
ＰＨ０３Ｒの設定方法について説明する。

ステップ３１においては、ＰＨ０５＝Ｏ，Ｎ１＝Ｏ，Ｎ
２＝０とおいて、これらの初期値設定を実行する。ステ
ップ３２においては、タイマを０にセットして、一定の
経過時間のカウントをスタートさせる。

ステップ３３においては、第３図に基づいて説明したル
ーチンによる空燃比補正係数αの演算を行い、ステップ
３４で燃料噴射量の演算、ステップ３５で第２図の燃料
噴射弁１６の駆動、を夫々実行する。

次のステップ３６においては、前記タイマにより所定時
間（例えば、２０　ｓ　ｅ　ｃ）がカウントされたか否
かを判定し、カウントされれば、ステップ３７に進み、
カウントされなければ、ステップ３３〜ステツプ３５ス
テツプを繰り返す。

ステップ３７及びステップ３８においては、触媒の劣化
程度ＤＣＡＴを前記反転回数Ｎｌ、Ｎ２により判定する
。つまり、下流側酸素センサ５出力のリーン、リッチの
切り換わり回数が下流側酸素センサ５出力のリーン、リ
ッチの切り換わり回数と比較して大であるか小であるか
を判定して、つまり、ステップ３７でＮ２／Ｎｌの比を
算出し、ステップ３８でこの比の値から触媒の劣化程度
を判定する。この場合、下流側酸素センサ５出力の切り
換わり回数が大で、上記の比が大であれば、劣化程度が
大きく、下流側酸素センサ５出力の切り換わり回数が小
で、上記の比が小であれば、劣化程度が小さい。

ステップ３８の判定では、ＤＣＡＴが所定の基準値（例
えば、０．５〜０．７）を越えるか否かを判定し、ＤＣ
ＡＴが所定の基′ｅＪ、値を越えたならば（劣化程度大
）であれば、ステップ３９に進み、ＤＣＡＴが所定の基
準値以下（劣化程度小）であれば、ステップ４０に進む
。

そして、ステップ３９及びステップ４０においては、夫
々ΔＰＨ０３Ｒ及びΔＰＨ０ＳＬの設定を行う。

ここで、劣化程度の大きい時、ステップ３９で、例えば
ΔＰＨ０３Ｒ＝７Ｘ１０”’　、ΔＰＨ０３Ｌ−７Ｘ１
０−　とし、劣化程度の小さい時、ステップ４０で、例
えばΔＰＨ０３Ｒ＝７Ｘ１０ΔＰＨ０３Ｌ＝１５Ｘ１０
−’　　とする。

つまり、劣化程度の大きい時は、劣化程度の小さい時よ
りもΔＰＨ０３Ｌを小さくして、リーン微分量ＰＬを小
さくし、制御空燃比をリーン側にシフトするようにして
いる。

この場合、劣化程度の大きい時は、劣化程度の小さい時
よりも八ＰＨ０３Ｒを大きくして、リーン微分量ＰＲを
大きくし、制御空燃比をリーン側にシフトするようにし
ても良い。

以上の説明から明らかなように、触媒の劣化程度を判定
して、劣化程度の大きい時、つまり下流側酸素センサ５
の劣化も生じている時に、空燃比をリーン側にシフトす
る結果、下流側酸素センサ５の出力によって上流側酸素
センサ４の劣化を補正制御した場合に、制御される空燃
比がリッチ側にずれるのを防止することができ、エミッ
ションの悪化等を防止することができる。

尚、上記実施例において、第４図のフローチャートの各
ステップは、下流側酸素センサ５の出力に応じて空燃比
フィードバック制御定数を演算する本発明の制御定数演
算手段に相当する。

又、第３図のフローチャートの各ステップは、上流側酸
素センサの出力及び制御定数演算手段により演算された
空燃比フィードバック制御定数に応じて空燃比補正量を
演算する本発明の空燃比補正量演算手段に相当する。

更に、第５図のフローチャートのステップ３７゜３８は
、上流側及び下流側の酸素センサ４，５夫々の出カムこ
基づいて触媒の劣化程度を判定する本発明の劣化程度判
定手段に相当する。

又、同上のフローチャートのステップ３９．４０は、劣
化程度判定手段による判定結果に基づいて制御定数演算
手段による制御定数を変化させる本発明の制御定数変化
手段に相当する。

上記実施例においては、下流側酸素センサ５の出力に応
じて空燃比フィードバック制御定数を演算する制御定数
演算手段における制御定数として、微分量を採用し、こ
れを劣化程度に応じて変化させる構成としたが、制御定
数として、積分定数や遅延時間や下流側酸素センサ５の
出力の比較電圧としてのスライスレベルを採用し、これ
らを劣化程度に応じて変化させる構成としても良い。

例えば、積分定数を補正する場合は、劣化程度の大きい
時は、劣化程度の小さい時よりもリーン積分定数を小さ
くするように変化させるか、リーン積分定数　を大きく
するように変化させ、制御空燃比をリーン側にシフトす
れば良い。

又、リッチからリーンの変化があってもリッチ状態であ
るとの判断を保持するためのり−ン遅延時間と逆の判断
を保持するためのリッチ遅延時間との関係（リーン遅延
時間〉リッチ遅延時間）を劣化程度に応じて変化させ、
制御空燃比をリーン側にシフトするようにしても良い。

更に、下流側酸素センサ５の出力の比較電圧を劣化程度
に応じて変化させ、制御空燃比をリーン側にシフトする
ようにしても良い。

又、空燃比判定のデイレイ時間或いは上流側酸素センサ
の出力の比較電圧を変化させても良い。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明に係る内燃機関の空燃比制
御装置によると、内燃機関の排気系に介装された排気ガ
ス浄化用の触媒の上流側及び下流側に夫々排気ガス中の
酸素濃度を検出する酸素センサを備え、下流側酸素セン
サによる空燃比フィードバンク制御として、上流側酸素
センサの出力に基づく空燃比フィードバック制御の制御
定数としての微分量や積分定数等を補正する、即ち、下
流側酸素センサの出力に応じて前記制御定数を補正する
制御を行うものにおいて、触媒の劣化程度に応じて上記
微分量や積分定数等の補正量を変化させるようにしたか
ら、２つの酸素センサの出力に基づく空燃比フィードバ
ック制御により、上流側酸素センサの出力特性のばらつ
きを下流側酸素センサにより吸収でき、しかも、触媒の
劣化が大きくなって、下流側酸素センサも劣化した場合
に、制御される空燃比がリッチ側にずれるのを防止でき
、排気エミッションの悪化等を来すのを防止できる有用
性大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置のクレ
ーム対応図、第２図は本発明を実施するための装置のシ
ステム図、第３図〜第５図は夫々本発明の制御内容を説
明するフローチャート、第６図は従来のシステムの問題
点を説明する下流側酸素センサ出力特性図である。 １・・・エンジン　　２・・・排気管　　３・・・触媒
コンバータ　　４，５・・・酸素センサ　　６・・・エ
ンジン制御装置　　１６・・・燃料噴射弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の排気系に介装された排気ガス浄化用の触媒の
   上流側及び下流側に夫々排気ガス中の酸素濃度を検出す
   る酸素センサを備え、下流側酸素センサの出力に応じて
   空燃比フィードバック制御定数を演算する制御定数演算
   手段と、前記上流側酸素センサの出力及び前記制御定数
   演算手段により演算された空燃比フィードバック制御定
   数に応じて空燃比補正量を演算する空燃比補正量演算手
   段と、上流側及び下流側の酸素センサ夫々の出力に基づ
   いて触媒の劣化程度を判定する劣化程度判定手段と、該
   劣化程度判定手段による判定結果に基づいて前記制御定
   数演算手段による制御定数を変化させる制御定数変化手
   段と、前記空燃比補正量演算手段によって演算された空
   燃比補正量に基づいて空燃比を調整する空燃比調整手段
   と、を備えて構成されることを特徴とする内燃機関の空
   燃比制御装置。