JPH0128213B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に係り、
特に、三元触媒を用いて排気ガス浄化対策が施さ
れた自動車用内燃機関に用いるに好適な、触媒流
入ガス中の残存酸素濃度から、その空燃比を感知
する空燃比センサと、混合気の空燃比を制御する
空燃比制御手段とを用い、前記空燃比センサの出
力に基づいて、混合気の空燃比が理論空燃比近傍
となるよう、前記空燃比制御手段を帰還制御する
内燃機関の空燃比制御装置の改良に関するもので
ある。

内燃機関、特に、厳しい排気ガス浄化対策が要
求される自動車用内燃機関においては、近年、精
密な空燃比制御を行なうことが必要となつてお
り、例えば触媒流入ガス中の残存酸素濃度から、
その空燃比を感知する空燃比センサと、混合気の
空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、前記
空燃比センサの出力に基づいて前記空燃比制御手
段を帰還制御することにより、触媒流入ガス中の
残存酸素濃度を、理論空燃比の混合気を燃焼させ
た場合の残存酸素濃度と等しくなるようにしたも
のが実用化されている。このような空燃比制御装
置としては、例えば、第１図に示す如く、機関の
燃焼室から排気ガスが排出される排気管１に配設
され、該排気管１の下流側に配設される触媒、例
えば三元触媒に流入する触媒流入ガス中の残存酸
素濃度から、その空燃比を感知する空燃比センサ
２と、スロツトルバルブ３の下流側に設けられた
空気吸入管４に装着されかつ該空気吸入管４の有
効面積を制御することにより、補正空気の吸入量
を制御し、混合気の空燃比を制御する制御電磁弁
５と、前記空燃比センサ２の出力に基づいて制御
電磁弁５を帰還制御することにより、混合気の空
燃比が理論空燃比近傍となるよう制御する電子制
御装置６（前記空燃比センサ２の信号が要求理論
空燃比に対してリツチ状態かリーン状態かを比較
する比較器７と、該比較器７の出力を積分し、空
燃比に応じた帰還電圧信号を作成するためのスキ
ツプ制御付積分器８と、該積分器８から出力され
た信号に基づいて制御信号を発生する制御信号発
生器９とから構成される。）とを備えた装置とか、
あるいは第２図に示すように、キヤブレタのスロ
ー系及びメイン系のスローポート１０、エマルジ
ヨンチユーブ１１に大気に通じる吸入管１２，１
３を設け、該吸入管１２，１３にそれぞれ制御電
磁弁５（５ａ，５ｂ）を設け、該制御電磁弁５
ａ，５ｂによつて前記吸入管１２，１３の有効面
積を制御することにより、エアブリード量を要求
理論空燃比に適するよう制御する装置が従来から
既に知られている。

このような空燃比制御装置にあつては、正常な
状態のときは、空燃比センサ２の信号は、第３図
Ａに示す如く、リツチ信号とリーン信号とをくり
返し出力しており、これに応じて積分器８の制御
信号も同図Ｂに示す如く変化しており、さらに空
燃比は、同図Ｃに示す如くベース空燃比ｊから変
化して要求理論空燃比ｉ近傍を維持している。

しかるに、これらの装置にあつては、次のよう
な欠点を持つ。すなわち、寒冷地において、制御
電磁弁５が結露等により凍結してしまい、その凍
結による保持力が大きい場合、電子制御装置６か
らの制御信号が制御電磁弁５に与えられても、該
制御電磁弁５を作動させることができなくなる。
前記電子制御装置６は、排気ガスの空燃比を検知
する空燃比センサ２の信号を基にして制御してい
る関係上、該信号が第３図Ｄに示す如く、リツチ
状態からリーン状態に変化しない場合、制御電磁
弁５の開弁量不足と判断して積分定数に応じて同
図Ｅに示す如く制御量を増大していくことにな
る。また、このように制御電磁弁５が凍結等によ
り作動不良を起こしている場合、吸気管１４内に
補正空気を供給することができなくなるため、空
燃比は同図Ｆに示す如く、凍結時にあつては、ベ
ース空燃比ｊのままとなり、要求理論空燃比ｉが
得られない。

しかしながら、このような凍結状態から制御電
磁弁５が、機関からの伝導熱とか輻射熱等により
解凍してくると、凍結による保持力が電子制御装
置６からの制御力に負け、制御電磁弁５は過剰制
御のため、瞬時に大きく開弁してしまい、第１図
においては大量の空気が吸気管１４内に流入し、
また第２図においてはキヤブレタのエアブリード
量が大となつてしまう。この結果、機関に供給す
る混合気の空燃比を第３図Ｆに点線で示す如く、
著しくリーン状態にするため、安定燃焼が得られ
ず、走行時の息付き及びアイドル時のストール等
を誘発し、機関の性能に著しく影響を及ぼすとい
う欠点をもつ。

本発明の目的は、制御弁の凍結解除の前後にお
ける補助エア供給量の偏差を小さく抑えることが
できる内燃機関の空燃比制御装置を提供すること
にある。

前記目的を達成するために、本発明は、触媒流
入ガス中の残存酸素濃度から空燃比を感知する空
燃比センサと、吸気系への補助エア供給量を制御
量に応じて調整する制御弁と、前記空燃比センサ
の出力信号に基づいて混合気の空燃比が理論空燃
比となるように制御弁の作動を制御し、混合気の
空燃比が理論空燃比よりも濃い状態を示すリツチ
信号が前記空燃比センサから出力される間は時間
の経過とともに、前記制御弁に対する制御量を増
加させる制御弁制御手段と、前記リツチ信号の
中、前記制御弁に対する制御量が基準レベルに達
したときに、所定時間前記制御量を小さくして前
記制御量が基準レベルに到達したときよりも前記
補助エア供給量を減少させた後、前記空燃比セン
サの出力信号に基づいた補助エア供給量の制御を
再度制御弁制御手段に開始させる制御停止手段と
を備えた内燃機関の空燃比制御装置を構成したも
のである。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。本発明の第１実施例は、第４図に示す
如く、前記従来と同様の、空燃比センサ２、制御
電磁弁５を備えた内燃機関の空燃比制御装置にお
いて、さらに、前記空燃比センサ２から出力され
た信号を要求理論空燃比に対してリツチ状態かリ
ーン状態かを比較する比較器７と、該比較器７の
出力を積分し、空燃比に応じた帰還電圧信号を作
成するためのスキツプ制御付積分器８と、該積分
器８から出力された信号に基づいて制御信号を発
生する制御信号発生器９と、該制御信号発生器９
から制御電磁弁５に送られる制御量が基準レベル
Ｚに達した時に信号を出力する基準レベル比較器
１５と、該基準レベル比較器１５の信号と前記比
較器７の信号との理論積を出力するAND回路１
６と、該AND回路１６の出力により作動され、
比較器７の出力の積分を一定時間停止して、制御
信号発生器９から制御電磁弁５に出力される制御
信号を一定時間停止する制御停止タイマー１７
と、から構成される電子制御装置１８を設けたも
のである。

なお、比較器７、積分器８、制御信号発生器９
は制御弁制御手段を、基準レベル比較器１５、
AND回路１６、制御停止タイマー１７は制御停
止手段を構成している。

以下、作用を説明する。まず、内燃機関の要求
理論空燃比ｉを得るため排気管１に装着された空
燃比センサ２の信号により、電磁制御装置１８
は、比較器７で要求理論空燃比ｉに対してリツチ
状態かリーン状態かを比較する。そして、その結
果において、リツチの場合はリーン方向、すなわ
ち制御電磁弁５を開弁して空気を流入する方向に
スキツプRs及び積分定数Ｋの波形をもつ制御信
号で要求理論空燃比ｉを追いかけ、その空燃比を
得ようとする。一方、リーンの場合は、その全く
逆方向の制御となる。

しかるに、このような電子制御装置１８におい
て、制御電磁弁５が凍結等によつて作動不良の場
合、吸気管１４に補正空気を吸入することができ
ないため、要求理論空燃比ｉを追いかけることが
できない。そのため、キヤブレタで得られるベー
ス空燃比ｊから変化してないことになる（第５図
Ｃ参照）。しかし、電子制御装置１８は、制御電
磁弁５に対して積分定数の波形をもつ制御信号で
要求理論空燃比ｉを得るため、信号出力を増して
いく。そして、制御量は基準レベルＺに達した時
に、基準レベル比較器１５から信号が出力され
る。そして、該信号と、前記比較器７の信号が
ANDで入力された時、制御電磁弁５が凍結等に
より固着しているものと判断して制御停止タイマ
ー１７を作動させて、制御電磁弁５に出力される
制御信号を停止させ制御量を零にする。そして、
Ｔ時間後、再度、制御を開始させる（第５図Ｂ参
照）。一方、制御量が基準レベルＺに達する前に
空燃比センサ２の信号がリツチ状態からリーン状
態に変化すれば、制御停止タイマー１７を作動さ
せるAND回路１６が成立しなくなる。よつて、
制御停止タイマー１７は作動を停止し、電子制御
装置１８は速やかに第５図Ｂで示すようにスキツ
プRs及び積分定数Ｋの波形をもつ従来の空燃比
制御にもとづいて制御するものである。

第５図Ａ，Ｂ，Ｃは凍結時及び解凍後における
空燃比センサ信号、制御信号及び空燃比の波形図
を示すもので、本発明の空燃比制御装置によれ
ば、空燃比センサ２は、第５図Ａに示す如く、例
えば、凍結時にあつてリツチ信号のみを出力して
いても、解凍後にあつてはリツチ信号とリーン信
号とをくり返し出力する正常な状態になり、また
これに応じて積分器８の出力も第５図Ｂに示す如
く変化することになる。さらに空燃比も、解凍後
にあつては、ベース空燃比ｊから要求理論空燃比
ｉに変化するものである。

また、第６図は本発明空燃比制御装置の他の実
施例を示すもので、上述した第１実施例のものと
異なるところは、スロツトルバルブ３の開度を検
知するスロツトルセンサ１９を、スロツトルバル
ブ３と基準レベル比較器１５との間に配置したと
ころにある。なお、その他の構成は、上述した第
一実施例と同一であり、同一符号を付してある。

このようなスロツトルセンサ１９を設けた構成
としたことにより、上述した第一実施例の作用の
他に、次のような作用をする。すなわち、機関が
過負荷状態の場合、スロツトル開度に応じて（ま
たは負荷に応じて）、第７図に示すよう基準レベ
ル比較器１５の基準レベルＺを変化させ、これに
よつて、制御電磁弁５に対する凍結による固着の
保持力を弱め、早期に制御可能な状態にしようと
するものである。まず、アイドル時の制御レベル
ｖと、過負荷時の制御レベルＶは、機関の吸入空
気量の変化にほぼ比例して変化することから、過
負荷時は、第８図Ｂに示すよう、制御信号の基準
レベルを大きくしても（Ｚ→）、制御量過剰に
ならない。しかし、制御電磁弁５に加わる開弁し
ようとする力は大きくなる。一方、アイドル状態
になると開弁しようとする力は、小さくなる。本
実施例の空燃比制御装置は、このような変則的な
力を凍結部に与え、凍結による保持力を弱め、制
御電磁弁５を早期に空燃比制御可能な状態にしよ
うとするものである。なお、第８図Ａ，Ｂ，Ｃは
凍結時及び解凍後における空燃比センサ信号、制
御信号及び空燃比の波形図を示すもので前記第５
図Ａ，Ｂ，Ｃで示す波形図とほぼ同一である。第
８図Ｂにおいて、実線で示す波形図はアイドル時
における制御信号の波形図で、また点線で示す波
形図は過負荷時における制御信号の波形図を示
す。

以上説明したように、本発明によれば、制御弁
の凍結解除の前後における補助エア供給量の偏差
を小さく抑えるようにしたため、制御弁の凍結が
解除されたときには混合気の空燃比を正常値の範
囲内で制御することが可能となり、制御弁の凍結
解除に伴なう機関の不調やストールを確実に解消
できると共に、排気ガス中の有害成分の排出量を
早期に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ従来の内燃機関の
空燃比制御装置を示す説明図、第３図Ａ，Ｂ，Ｃ
は空燃比センサ信号、制御信号、空燃比の正常な
状態における波形図、同図Ｄ，Ｅ，Ｆは空燃比セ
ンサ信号、制御信号、空燃比の凍結時における波
形図、第４図は本発明に係る内燃機関の空燃比制
御装置の一実施例を示す説明図、第５図Ａ，Ｂ，
Ｃは凍結時及び解凍後における空燃比センサ信
号、制御信号及び空燃比の波形図、第６図は本発
明に係る内燃機関の空燃比制御装置の他の実施例
を示す説明図、第７図はスロツトルセンサ出力に
対する基準レベルの変化状態を示す図、第８図
Ａ，Ｂ，Ｃは凍結時及び解凍後における空燃比セ
ンサ信号、制御信号及び空燃比の波形図を示す。 ２……空燃比センサ、３……スロツトルバル
ブ、５……制御電磁弁、７……比較器、１５……
基準レベル比較器、１６……AND回路、１７…
…制御停止タイマー、１８……電子制御装置、１
９……スロツトルセンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 触媒流入ガス中の残存酸素濃度から空燃比を
   感知する空燃比センサと、吸気系への補助エア供
   給量を制御量に応じて調整する制御弁と、前記空
   燃比センサの出力信号に基づいて混合気の空燃比
   が理論空燃比となるよう制御弁の作動を制御し、
   混合気の空燃比が理論空燃比よりも濃い状態を示
   すリツチ信号が前記空燃比センサから出力される
   間は時間の経過とともに、前記制御弁に対する制
   御量を増加させる制御弁制御手段と、前記リツチ
   信号の出力中、前記制御弁に対する制御量が基準
   レベルに達したときに、所定時間前記制御量を小
   さくして前記制御量が基準レベルに到達したとき
   よりも前記補助エア供給量を減少させた後、前記
   空燃比センサの出力信号に基づいた補助エア供給
   量の制御を再度制御弁制御手段に開始させる制御
   停止手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の
   空燃比制御装置。 ２ 前記制御停止手段は、スロツトルバルブの開
   度を検知するスロツトルセンサからの信号によ
   り、基準レベルを機関の負荷に応じて変化させる
   ように構成してなる特許請求の範囲第１項記載の
   内燃機関の空燃比制御装置。