JPH0932608A

JPH0932608A - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH0932608A
Application number: JP7203839A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Okazaki; 和弘岡崎; Naoto Miwa; 直人三輪; Isao Watabe; 勲渡部
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-07-17
Filing date: 1995-07-17
Publication date: 1997-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】始動直後から空燃比を適切に制御する空燃比制
御装置の提供。【構成】内燃機関１の始動検知手段と，固体電解質の酸
素イオン伝導を利用した空燃比検知手段（空燃比センサ
１６０）と，空燃比変更手段と，空燃比制御手段として
のマイクロコンピュータ１８０とを有する。空燃比セン
サ１６０は，起電力を出力する第一出力と，電極間に所
望の電圧を印加して電流出力を得る第二出力とを出力可
能である。制御手段は，第一の所定の時間帯Ｔ1 の間
は，空燃比センサ１６０の出力によらないオープン制御
を実施し，Ｔ１経過後の第二の所定時間帯Ｔ２の間は，
第一出力に基づいてオンオフ制御し，それ以降の時間帯
については空燃比センサ１６０の第二出力に基づいてよ
り高度のフィードバック制御を実施する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，自動車等の内燃機
関の空燃比制御装置に関するものであり，特に内燃機関
の始動後の早期から制御を開始する空燃比制御装置に関
する。

【０００２】

【従来技術】自動車等の内燃機関においては，排気ガス
の状態及び燃費を良好にするために，運転状態の広い範
囲に渡って空燃比を精度良く制御することが求められて
いる。そして，空燃比を検知するセンサとして，起電力
を出力とする旧来からある酸素センサに加えて，最近で
は広範囲の空燃比に対して精度よく検知可能な限界電流
式の空燃比センセが用いられるようになってきている。
ところが，限界電流式空燃比センサは，センサの活性化
する温度が相対的に高いため，内燃機関の始動時等にお
いて検出可能になるのに時間が掛かり，空燃比の制御の
開始が遅れてしまうという問題がある。

【０００３】そこで，この問題を解決するために様々の
提案がなされている。例えば，特開平５−５２１４０号
公報では，空燃比センサが半暖機状態（例えば，センサ
温度で４００°Ｃ以上）にあり限界電流出力が安定しな
い状態では，古典的な比例・積分（ＰＩ）制御によって
制御レベルを下げて空燃比を制御し，完全に暖機状態と
なった段階に現代制御理論に基づく高度の制御を実施す
る方法が提案されている。

【０００４】また，特開平７−１２７５０２号公報に
は，更に，空燃比センサの出力信号の有無を判定する手
段と，センサが活性化状態に入ったか否かを判定する判
定手段とを設けて，センサから安定した限界電流出力が
得られない早期の段階から空燃比制御を開始する方法か
提案されている。即ち，非活性段階では空燃比がリッチ
か否か程度の判定が可能なセンサを用いて，センサの出
力が得られない場合には，オープン制御を実施し，セン
サからリッチか否かの出力が得られるようになれば，比
例・積分制御を実施する。

【０００５】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記特開平５
−５２１４０号公報の空燃比制御装置では，空燃比セン
サの限界電流のリッチ又はリーン出力が始まる半暖機状
態になる迄の間は有効な制御がなされず制御が遅れると
いう問題がある。一方，特開平７−１２７５０２号公報
に提案された方法は，早期から制御を開始するが，セン
サの出力信号の有無を判定する手段及びセンサが活性化
状態に入ったか否かを判定する判定手段が必要であり，
制御及び装置が複雑であるという問題がある。本発明
は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり，
装置や制御を複雑にすることなく，内燃機関の始動直後
から広い範囲に渡って空燃比を適切に制御することの出
来る空燃比制御装置を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題の解決手段】本発明は，内燃機関の始動を検知す
る始動検知手段と，固体電解質の酸素イオン伝導を利用
した空燃比検知手段と，内燃機関の空燃比を変化させる
空燃比変更手段と，上記両検知手段の出力信号を受けて
上記空燃比変更手段に操作指令を発する空燃比制御手段
とを有する内燃機関の空燃比制御装置であって，上記空
燃比検知手段は，固体電解質を活性化するための加熱手
段と，電極間に所望の電圧を印加する電圧源とを有する
と共に，酸素イオン伝導によって電極間に発生する起電
力を出力信号とする第一出力と電極間に上記所望の電圧
を印加した場合における電流出力を出力信号とする第二
出力の２種類の出力信号を出力可能なように構成されて
おり，上記制御手段は，内燃機関が始動したのち第一の
所定の時間帯Ｔ1 の間は，上記空燃比変更手段に対して
空燃比検知手段の出力によらないオープン制御を実施
し，第一の所定時間帯Ｔ１経過後の第二の所定時間帯Ｔ
２の間は，上記空燃比検知手段の第一出力をフィードバ
ックして空燃比がリツチかリーンか理論空燃比域かの判
定をし，目標とするいずれかの状態となるように上記空
燃比変更手段をオンオフ制御し，それ以降の時間帯につ
いては上記空燃比検知手段の第二出力に基づいて空燃比
のフィードバック制御を実施することを特徴とする内燃
機関の空燃比制御装置にある。

【０００７】本発明において最も注目すべきことの第一
点は，空燃比検知手段は，固体電解質を活性化するため
の加熱手段と，電極間に所望の電圧を印加する電圧源と
を有すると共に，酸素イオン伝導によって電極間に発生
する起電力を出力信号とする第一出力と電極間に上記所
望の電圧を印加した場合における電流出力を出力信号と
する第二出力の２種類の出力信号を出力可能であること
である。

【０００８】そして，本発明において最も注目すべきこ
との第二点は，制御手段は，内燃機関が始動した直後の
第一の所定の時間帯Ｔ1 の間は，上記空燃比変更手段に
対して空燃比検知手段の出力によらないオープン制御を
実施し，上記第一の所定時間帯Ｔ１経過後の第二の所定
時間帯Ｔ２の間は，上記空燃比検知手段の第一出力に基
づいて空燃比がリツチかリーンか理論空燃比域かの判定
をし，目標とするいずれかの状態となるように上記空燃
比変更手段をオンオフ制御し，それ以降の時間帯につい
ては上記空燃比検知手段の第二出力に基づいて空燃比の
フィードバック制御を実施することにある。

【０００９】固体電解質を用いる空燃比（酸素濃度）検
知手段においては，比較的低温の状態から起電力の出力
信号が得られることが知られている。従って，本発明に
かかる空燃比検知手段では，第一出力を得ることによっ
て内燃機関始動後の早期から検知出力を得ることが出来
る。そして，制御手段は，内燃機関の始動直後から空燃
比のオープン制御を実施した後，第一出力が得られる時
間帯（Ｔ２）に達したら，上記第一出力に基づいて早期
から空燃比のフィードバック制御を開始する。なお，こ
の段階では，空燃比検知手段の出力精度は低いから，制
御装置に負担が掛からない比較的ラフな制御を実施す
る。即ち，空燃比がリツチかリーンか理論空燃比域かの
判定をし，目標とする上記いずれかの状態となるように
上記空燃比変更手段をオンオフ制御する。

【００１０】そして，更に空燃比検知手段の温度が上昇
し，電流出力（第二出力）が得られる段階に達した後
（第二時間帯Ｔ２後）に，上記第二出力に基づいて空燃
比のフィードバック制御を実施する。上記のように，本
発明にかかる空燃比制御装置では，内燃機関始動後の早
期から空燃比検知手段の状態に応じた適切な制御を実施
する。また，本発明の空燃比制御装置においては，制御
モードを上記のように三段階に切り換える基準として，
内燃機関の運転履歴等に基づいて予め予測可能な時間帯
（タイムスケジュール）を用い，特開平７−１２７５０
２号公報の装置のようにセンサ出力信号の有無を判定す
る手段やセンサが活性化状態に入ったか否かを判定する
判定手段などを用いない。従って，装置が複雑になるこ
とがなく，極めて簡素である。

【００１１】なお，前記第一，第二の時間帯Ｔ１，Ｔ２
に続く第三の所定の時間帯Ｔ３の間は，前記空燃比検知
手段の第二出力に基づいて古典制御理論による空燃比の
比例・積分（ＰＩ）制御を実施し，それ以後の第四の時
間帯Ｔ４については，上記空燃比検知手段の第二出力に
基づいて現代制御理論による空燃比制御を実施すること
が好ましい。そして，空燃比検知手段の電極間に一定の
電圧を印加した場合に得られる限界電流値（第三出力）
を基に，上記第四の時間帯Ｔ４における空燃比制御を実
施することが好ましい。空燃比検知手段の電流出力は，
温度の上昇と共に安定した出力となり，やがてほぼ一定
の限界電流値が得られるようになる。従って，出力が安
定した値となるのに対応して高度の制御モードに移行す
ることが適切な対応方法である。

【００１２】そして，上記時間帯Ｔ１〜Ｔ４を適切な値
に設定するために，内燃機関の暖機状態又は空燃比検知
手段の暖機状態を判定または検知する暖機判定手段を設
けて，上記所定の時間帯Ｔ１〜Ｔ４を上記暖機判定手段
の出力に基づいて決定することが好ましい。空燃比検知
手段の出力状態を決める時間は，運転状態（履歴）によ
って変化するからである。このとき，内燃機関の暖機状
態は，例えば内燃機関の水温により検知する。また，空
燃比検知手段の暖機状態とは，空燃比検知手段の活性化
状態のことであり，例えば加熱手段の抵抗値やセンサ素
子の内部インピーダンスを測定することにより検知す
る。例えば，第一の制御モード（オープン制御）におけ
る時間帯Ｔ１とセンサの電圧出力に基づく第二の制御モ
ードの時間帯Ｔ２の合計値は，運転の履歴によって変化
させ，暖機状態から始動する場合は零（なし）でよく，
冷機状態から始動する場合にはおよそ４０秒以下の値で
あり，好ましくは２０秒以下になるよう，センサの取付
位置やセンサの加熱手段等の調整をはかると良い。

【００１３】そして，空燃比検知手段から安定した出力
が得られない第二の時間帯Ｔ２における空燃比検知手段
の目標値は，内燃機関の特性によってリーン，リッチ，
又は理論空燃比に対応した幅を持った値に設定すること
が好ましい。センサの出力精度の低い段階で，目標値の
幅を狭く設定しても意味がなく，幅を持たせた値にする
ことが適切である。また，内燃機関の始動初期において
目標とすべき空燃比のリッチ又はリーンの状態は，内燃
機関によって異なるからである。

【００１４】また，この第二の時間帯Ｔ２における制御
の場合には，制御遅れ要素を設けて所定の遅延時間Ｔｄ
後において前記第一出力の目標値となるようディレイ制
御することが好ましい。固体電解質を用いた空燃比検知
手段は，入力の変化に対する出力の応答に遅れがあり，
遅延時間Ｔｄを設けることによってより適切な制御特性
とすることが出来るからである。

【００１５】なお，空燃比検知手段から第一，第二出力
を得るためには，単一のセンサによることも出来るが，
第一出力を得るための第一センサと第二出力を得るため
の第二センサとを別個に設けてもよい。空燃比検知手段
に用いる酸素センサには，例えば，コップ式の空燃比セ
ンサ（図６及び実開昭６０−１７９８６２号公報参
照），積層式の２セルセンサ（図７及び特開平５−１２
６７９３号公報参照，又は図８及び特開昭６２−２１４
３４７号公報参照）等がある。

【００１６】

【発明の実施の形態】

実施形態例本例は，図１に示すように，内燃機関１の始動を検知す
る図示しない始動検知手段（エンジンスィッチ等）と，
固体電解質の酸素イオン伝導を利用した空燃比検知手段
としての空燃比センサ１６０と，内燃機関１の空燃比を
変化させる後述する空燃比変更手段と，上記両検知手段
の出力信号を受けて上記空燃比変更手段に操作指令を発
する空燃比制御手段としてのマイクロコンピュータ１８
０とを有する内燃機関の空燃比制御装置である。

【００１７】上記空燃比センサ１６０は，固体電解質を
活性化するための加熱手段と，固体電解質の酸素イオン
の流れを制限する拡散抵抗層又は拡散制限孔（ピンホー
ル）と，電極間に所望の電圧を印加する電圧源（バッテ
リ８１）を外部に有すると共に，酸素イオン伝導によっ
て電極間に発生する起電力を出力信号とする第一出力と
電極間に上記所望の電圧を印加した場合における電流出
力を出力信号とする第二出力の２種類の出力信号を出力
可能である。

【００１８】上記制御手段（マイクロコンピュータ１８
０）は，図２に示すように，内燃機関１が始動したのち
第一の所定の時間帯Ｔ1 （０〜ｔ₁s）の間は，上記空燃
比変更手段に対して空燃比センサ１６０の出力によらな
いオープン制御を実施し，第一の所定時間帯Ｔ１経過後
の第二の所定時間帯Ｔ２（ｔ₁〜ｔ₂s）の間は，上記空
燃比センサ１６０からの第一出力に基づいて空燃比がリ
ツチかリーンか理論空燃比域かの判定をし，目標とする
いずれかの状態となるように上記空燃比変更手段をオン
オフ制御し，それ以降の時間帯（ｔ＞ｔ₂）については
上記空燃比センサ１６０の第二出力に基づいて空燃比の
フィードバック制御を実施する。

【００１９】そして，制御手段（マイクロコンピュータ
１８０）は，前記第一，第二の時間帯Ｔ１，Ｔ２に続く
第三の所定の時間帯Ｔ３（ｔ₂〜ｔ₃s）の間は，前記空
燃比センサ１６０の第二出力に基づいて古典制御理論に
よる空燃比の比例・積分（ＰＩ）制御を実施し，それ以
後の第四の時間帯Ｔ４（ｔ＞ｔ₃）については，電極間
に前記一定の電圧を印加した場合における限界電流値を
出力信号とする第三の出力に基づいて現代制御理論によ
る空燃比制御を実施する。また，更に，内燃機関１の暖
機状態を判定する暖機判定手段（水温センサ１４０）が
設けられており，制御手段（マイクロコンピュータ１８
０）は，所定の時間帯Ｔ１〜Ｔ４を上記暖機判定手段
（水温センサ１４０）の出力に基づいて決定する。

【００２０】そして，第二の時間帯Ｔ２における空燃比
センサ１６０の第一出力の目標値は，本例ではリーン状
態に対応した幅を持った値に設定する。また，このと
き，制御手段（マイクロコンピュータ１８０）は，制御
遅れ要素を設けて所定の遅延時間Ｔｄ後において前記第
一出力の目標値となるようディレイ制御し，第一出力の
目標値又は遅延時間Ｔｄの値を，内燃機関１の暖機状態
（水温センサ１４０）やエミッションの状態（空燃比セ
ンサ１７０）など運転状態に応じて変化させる。

【００２１】以下それぞれについて詳説する。図１は，
４気筒４サイクル型火花点火式内燃機関（エンジン）１
の燃料噴射制御システムに本発明が適用された例を示し
ている。エンジン１は，その動作下にて，エアクリーナ
１０を通り吸気管２０内に流入する空気流をこの吸気管
２０内のスロットルバルブ２０ａ及びサージタンク３０
を通りインテークマニホールド４０内に流入させ，この
流入空気をインテークマニホールド４０内に各燃料噴射
弁４１〜４４により噴射される燃料タンクからの燃料と
混合して混合気を形成する（空燃比変更手段）。そし
て，この混合気を機関本体５０の各気筒の燃焼室内に供
給して各点火プラグ５１の点火のもとに燃焼させ，イグ
ゾーストマニホールド６０および三元触媒７０を通し排
気ガスとして排気管８０内に排出する。

【００２２】なお，各点火プラグ５１は，ディストリビ
ュータ９０から点火回路９１との協働により配電される
高電圧を受けて点火する。また，三元触媒７０はインテ
ークマニホールド６０からの排気ガス中の有害成分（Ｃ
Ｏ，ＨＣ，ＮＯ_x等）を低減する役割を果たす。

【００２３】燃料噴射システムは，回転数センサ１１０
を有しており，この回転数センサ１１０は，ディストリ
ビュータ９０に配設されて，機関本体５０の出力軸の現
実の回転数（エンジン１の現実の回転数に相当する）を
検出し，この検出結果に比例する周波数にてパルス信号
を順次発生する。ただし，回転数センサ１１０からのパ
ルス信号の発生数は，エンジン１の２回転（即ち，７２
０°ＣＡ（クランク角））あたり２４個である。

【００２４】スロットルセンサ１２０は，スロットルバ
ルブ２０ａの現実の開度を検出し開度検出信号として発
生する。また，スロットルセンサ１２０は，アイドルス
イッチをも内蔵しており，このアイドルスイッチはスロ
ットルバルブ２０ａの全閉時にこれを検出し全閉検出信
号を発生する。負圧センサ１３０は，吸気管２０内のス
ロットルバルブ２０ａの下流に生ずる現実の負圧を検出
し，負圧検出信号として発生する。

【００２５】水温センサ１４０は，機関本体５０の冷却
系統内の現実の冷却水温を検出し，水温検出信号として
発生する。空気温センサ１５０は吸気管２０内のスロッ
トルバルブ２０ａの上流に流入する空気流の現実の温度
を空気温検出信号として発生する。第１の空燃比センサ
１６０は，排気管８０内の三元触媒７０の上流における
排気ガス中の現実の未燃焼酸素濃度を検出し，酸素濃度
検出信号として発生する。

【００２６】このとき，この空燃比センサ１６０の酸素
濃度検出信号は機関本体５０に供給される混合気の現実
の空燃比λに対しリニアな値を取る。三元触媒７０の下
流に設けた第２の空燃比センサ１７０は，排気管８０内
の三元触媒７０の下流における排気ガス（エミッショ
ン）中の現実の未燃焼酸素濃度を検出し酸素濃度検出信
号として発生する。但し，この第２の空燃比センサ１７
０からの酸素濃度検出信号は，空燃比λが理論空燃比λ
₀に対しリッチかリーンであるかを表す。

【００２７】マイクロコンピュータ１８０は，ＣＰＵ１
８１，ＲＯＭ１８２，ＲＡＭ１８３，バックアップＲＡ
Ｍ１８４，入力ポート１８５，出力ポート１８６および
バスライン１８７等により構成されている。ＣＰＵ１８
１は，回転数センサ１１０からのパルス信号，スロット
ルセンサ１２０からの開度検出信号および全閉検出信
号，負圧センサ１３０からの負圧検出信号，水温センサ
１４０からの水温検出信号，空気温センサ１５０からの
空気温検出信号，第１の空燃比センサ１６０からの酸素
濃度信号ならびに第２の空燃比センサ１７０からの酸素
濃度検出信号を入力ポート１８５およびバスライン１８
７を通して受け，ＲＯＭ１８２，ＲＡＭ１８３およびバ
ックアップＲＡＭ１８４内の記憶データをバスライン１
８７を通して受けて，コンピュータプログラムを実行
し，この実行中において，バスライン１８７および出力
ポート１８６を介し各燃料噴射弁４１〜４４および点火
回路９１を駆動制御するために必要な演算処理を行う。
ただし，上述のコンピュータプログラムはＲＯＭ１８２
内にあらかじめ記憶されているものである。

【００２８】また，マイクロコンピュータ１８０はバッ
テリＢａから供給された電源を第１，第２の空燃比セン
サ１６０，１７０の加熱用ヒータに供給すると共に，電
流出力（第２，第３出力）を得るための第１の空燃比セ
ンサ１６０への電源供給を制御している。

【００２９】なお，空燃比センサ１６０には，各種のタ
イプのものがあり，例えば，図６に示すコップ型のもの
１６０ａ，図７，図８に示す積層式の２セルタイプのも
の１６０ｂ，１６０ｃ等がある。図６において，符号１
６１，１６２，１６３，１６４は，それぞれ固体電解
質，加熱用ヒータ，内部電極及び外部電極を示す。図７
において，符号１６５〜１６９，１９０は，それぞれ固
体電解質，加熱用ヒータ，第一出力を取り出す第一電
極，第二出力を取り出す第二電極，拡散制限孔，及び大
気導入部を示す。図８に示すものは，図７に示す様な２
セルタイプのものに対して大気導入部を無くするように
したものである。

【００３０】以上のように構成した本実施形態例におい
て，燃料噴射制御システムを作動状態におけば，マイク
ロコンピュータ１８０のＣＰＵ１８１が図５のフローチ
ャートにしたがい，ステップ２００にてコンピュータプ
ログラムの実行を開始し，ステップ３００にて，エンジ
ン１の３６０°ＣＡ毎に回転数センサ１１０から生ずる
各パルス信号に応答し，同回転数センサ１１０から順次
生ずるパルス信号の周波数に応じて内燃機関１の回転数
Ｎ_eを演算し，この回転数Ｎ_e，負圧センサ１３０から
の負圧検出信号の値等に基づき，インテークマニホール
ド４０内への燃料の基本噴射量Ｔ_pを演算し，コンピュ
ータプログラムを空燃比演算処理ルーチン４００（図２
参照）に進める。

【００３１】このステップ４００にて実行される処理を
示したフローチャートが図２である。図２に示すフロー
チヤートは，図３に示す空燃比センサ１６０の４つの温
度状態を４つの時間帯に対応させてそれぞれの制御モー
ドを変更させたものである。即ち，ステップ４０１で，
始動スイッチ等の信号により内燃機関１の始動を検知す
ると，始めにステップ４０２において，空燃比センサ１
６０によらないオープン制御（制御モード１）を実施す
る。次に，ステップ４０３において，所定の時間ｔ１が
経過すると，ステップ４０４にて，空燃比センサ１６０
の第一出力（起電力）に基づくＰＩ制御（制御モード
２）を実施する。

【００３２】そして，ステップ４０５において，上記ｔ
１を越える所定の時間ｔ２（ｔ２＞ｔ１）が過ぎた場合
には，ステップ４０６において，空燃比センサ１６０の
第二出力（電流値）に基づいたＰＩ制御（制御モード
３）を実施する。そして，ステップ４０７において，上
記ｔ２を越える所定の時間ｔ３（ｔ３＞ｔ２）が過ぎた
場合には，ステップ４０８において，空燃比センサ１６
０の第三出力（限界電流値）に基づき現代制御理論によ
る制御（制御モード４）を実施する。

【００３３】上記所定の時間ｔ１〜ｔ３の設定範囲は，
下記の通りである。ｔ１＝０〜１０ｓｔ２＝０〜２０ｓｔ３＝０〜３０ｓそして，内燃機関のコールドスタート時には，ｔ１＝６
ｓ，ｔ２＝１２ｓ，ｔ３＝２０ｓ程度とする。また，コ
ールドスタートではなく，水温センサ１４０の出力から
判断して，内燃機関１が完全に暖機状態にある場合（再
始動等）には，ｔ１〜ｔ３は０ｓに設定する。その他の
場合には，水温に応じてｔ１〜ｔ３をその中間値に設定
する。

【００３４】そして，上記制御モード３（ステップ４０
６），制御モード４（ステップ４０８）において，電流
出力（第２，第３出力）を得るために空燃比センサ１６
０に印加する電圧Ｖｐは，制御モード３：Ｖｐ＝−１〜＋１Ｖ制御モード４：Ｖｐ＝−１〜＋１Ｖであり，通常は，制御モード３：リーン時Ｖｐ＝０．８Ｖ，リッチ時Ｖｐ
＝０Ｖ制御モード４：Ｖｐ＝一定（または空燃比（Ａ／Ｆ）に
応じた値）とする。

【００３５】そして，制御モード２（ステップ４０４）
における第一出力の目標値は，通常は理論空燃比に対応
する０．４５Ｖに設定する。しかしながら，内燃機関１
が，コールド状態ではリッチで運転しないといけないタ
イプのものである場合には，上記目標値を０．４５〜
１．０Ｖの間に設定し，始動時にリッチ状態となるよう
にする。

【００３６】図４は，ステップ４０４の処理を更に分解
した制御の１例である。即ち，ステップ４０４ａでコー
ルド時には，ステップ４０４ｂにおいて目標値を０．７
Ｖに設定し，ステップ４０４ａで非コールド時には，ス
テップ４０４ｃにおいて目標値を０．２Ｖに設定する。
一方，コールド状態でもリーンで運転可能な内燃機関
や，再始動時など暖機状態においてリーン運転したほう
がエミッションが低くなる場合には，始動時における上
記目標値を０．１〜０．４５Ｖの間に設定し，始動時に
リーン状態となるようにする。

【００３７】本例の空燃比制御装置の空燃比センサ１６
０では，起電力の第一出力を得ることによって内燃機関
始動後の早期から空燃比センサ１６０の検知出力を得る
ことが出来る。そして，制御手段（マイクロコンピュー
タ１８０）は，内燃機関１の始動直後から空燃比のオー
プン制御を実施した後，第一出力が得られる時間帯（Ｔ
２）に達したら，第一出力に基づいて早期から空燃比の
フィードバック制御を開始する。

【００３８】なお，この段階では，空燃比センサ１６０
の出力の精度は低いから，制御装置に負担が掛からない
比較的ラフな制御を実施する。即ち，空燃比がリツチか
リーンか理論空燃比域かという程度の判定をし，目標と
するいずれかの状態となるように空燃比変更手段をオン
オフ制御する。そして，更に空燃比検知手段の温度が上
昇し，電流出力（第二，第三出力）が得られる段階に達
した後（第二時間帯Ｔ２経過後）には，第二，第三出力
に基づいてより高度のフィードバック制御を実施する。

【００３９】即ち，第一，第二の時間帯Ｔ１，Ｔ２に続
く直後の第三の所定の時間帯Ｔ３の間は，空燃比センサ
１６０の第二（電流）出力に基づいて古典制御理論によ
る空燃比の比例・積分（ＰＩ）制御を実施し，それ以後
の第四の時間帯Ｔ４については，空燃比センサ１６０の
第三（限界電流）出力に基づいて現代制御理論による空
燃比制御を実施する。上記のように，本例にかかる空燃
比制御装置では，内燃機関始動後の早期から，空燃比セ
ンサ１６０の活性化の程度に応じた適切な制御を実施す
る。

【００４０】そして，上記時間帯Ｔ１〜Ｔ４を適切な値
に設定するために，内燃機関の暖機状態を判定する水温
センサ１４０を設けて，上記所定の時間帯Ｔ１〜Ｔ４を
水温センサ１４０の出力に基づいて決定する。そして，
本例の空燃比制御装置においては，制御モードを上記の
ように四段階に切り換える基準として，内燃機関１の運
転履歴に基づいて設定可能なタイムスケジュールを用い
ており，特開平７−１２７５０２号公報に示す従来装置
のように出力信号の有無を判定する手段やセンサが活性
化状態に入ったか否かを判定する判定手段などを必要と
しない。従って，制御モードの切り換え手順が極めて簡
素である。

【００４１】実施形態例２本例は，図９に示すように，実施形態例１において，空
燃比検知手段の第一出力を得るセンサと第二，第三出力
をうるセンサとを別体にしたもう一つの実施形態例であ
る。即ち，第一（起電力）出力を得る酸素センサ１９１
と第二，第三出力を得る空燃比センサ１９２とを排気通
路８０に配置する。内燃機関１の排気通路８０には，早
期に活性化する始動用触媒装置７１と遅れて活性化する
メイン触媒装置７２とが設けられており，酸素センサ１
９１は内燃機関１の直後に配置され早期に活性化する。
一方，空燃比センサ１９２は，メイン触媒装置７２の直
前に配置されている。

【００４２】また，メイン触媒装置７２の下流には，第
二の酸素センサ１９３が配置されており，これは，メイ
ン触媒装置７２の下流の排気ガスの酸素濃度を検知する
ためのものである。そして，これらセンサ１９１，１９
２，１９３の出力を比較することにより，触媒装置７
１，７２の劣化や性能を判断することが出来る。上記の
ようにセンサ１９１，１９２を配置することにより，エ
ンジン始動後においてセンサ１９１の第一出力をより早
い時期から精度良く得て空燃比を制御することが可能と
なり，更にこれに加えて複数の触媒装置を用いたシステ
ムでの触媒劣化の検出を行うことが可能となり，空燃比
の制御精度は一段と向上する。その他については，実施
形態例１と同様である。

【００４３】

【発明の効果】上記のように，本発明によれば，装置や
制御を複雑にすることなく，内燃機関の始動後から広い
範囲に渡って空燃比を適切に制御することの出来る空燃
比制御装置を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例の空燃比制御装置のシステム構成図

【図２】実施形態例の空燃比制御装置の制御フローチャ
ート

【図３】実施形態例の空燃比制御装置における制御モー
ドと空燃比センサの温度との関係を示す図

【図４】図２のステップ４０２の詳細図

【図５】マイクロコンピュータの大筋の動作手順を示す
図

【図６】実施形態例１の空燃比センサの構成の模式図
（その一）

【図７】実施形態例１の空燃比センサの構成の模式図
（その二）

【図８】実施形態例１の空燃比センサの構成の模式図
（その三）

【図９】実施形態例２の空燃比制御装置のセンサの配置
を示す図

【符号の説明】

１．．．内燃機関１６０．．．空燃比センサ（空燃比検知手段）１８０．．．マイクロコンピュータ（制御手段）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｎ 27/419 Ｇ０１Ｎ 27/46 ３２７Ｓ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の始動を検知する始動検知手段
と，固体電解質の酸素イオン伝導を利用した空燃比検知
手段と，内燃機関の空燃比を変化させる空燃比変更手段
と，上記両検知手段の出力信号を受けて上記空燃比変更
手段に操作指令を発する空燃比制御手段とを有する内燃
機関の空燃比制御装置であって，上記空燃比検知手段
は，固体電解質を活性化するための加熱手段と，電極間
に所望の電圧を印加する電圧源とを有すると共に，酸素
イオン伝導によって電極間に発生する起電力を出力信号
とする第一出力と電極間に上記所望の電圧を印加した場
合における電流出力を出力信号とする第二出力の２種類
の出力信号を出力可能なように構成されており，上記制
御手段は，内燃機関が始動したのち第一の所定の時間帯
Ｔ1 の間は，上記空燃比変更手段に対して空燃比検知手
段の出力によらないオープン制御を実施し，第一の所定
時間帯Ｔ１経過後の第二の所定時間帯Ｔ２の間は，上記
空燃比検知手段の第一出力をフィードバックして空燃比
がリツチかリーンか理論空燃比域かの判定をし，目標と
するいずれかの状態となるように上記空燃比変更手段を
オンオフ制御し，それ以降の時間帯については上記空燃
比検知手段の第二出力に基づいて空燃比のフィードバッ
ク制御を実施することを特徴とする内燃機関の空燃比制
御装置。
【請求項２】請求項１において，前記制御手段は，前
記第一，第二の時間帯Ｔ１，Ｔ２に続く第三の所定の時
間帯Ｔ３の間は，前記空燃比検知手段の第二出力に基づ
いて古典制御理論による空燃比の比例・積分（ＰＩ）制
御を実施し，それ以後の第四の時間帯Ｔ４については，
上記空燃比検知手段の第二出力に基づいて現代制御理論
による空燃比制御を実施することを特徴とする内燃機関
の空燃比制御装置。
【請求項３】請求項２において，前記空燃比検知手段
は，電極間に前記一定の電圧を印加した場合における限
界電流値を出力信号とする第三の出力を出力可能であ
り，前記制御手段は，第四の時間帯Ｔ４においては，上
記第三の出力に基づいて空燃比制御を実施することを特
徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】請求項１から請求項３のいずれか１項に
おいて，更に，内燃機関の暖機状態又は空燃比検知手段
の暖機状態を判定または検知する暖機判定手段が設けら
れており，前記制御手段は，前記所定の時間帯Ｔ１〜Ｔ
４を上記暖機判定手段の出力に基づいて決定することを
特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】請求項１から請求項４のいずれか１項に
おいて，前記所定の時間帯Ｔ１，Ｔ２の合計値は，０を
含む４０秒以下であることを特徴とする内燃機関の空燃
比制御装置。
【請求項６】請求項１から請求項５のいずれか１項に
おいて，前記第二の時間帯Ｔ２における空燃比検知手段
の第一出力の目標値は，内燃機関の特性によってリー
ン，リッチ，又は理論空燃比に対応した幅を持った値に
設定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】請求項６において，前記制御手段は，制
御遅れ要素を設けて所定の遅延時間Ｔｄ後において前記
第一出力の目標値となるようディレイ制御することを特
徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項８】請求項６又は請求項７において，前記第
一出力の目標値又は遅延時間Ｔｄの値を，内燃機関の暖
機状態やエミッションの状態など運転状態に応じて変化
させるようにしたことを特徴とする内燃機関の空燃比制
御装置。
【請求項９】請求項１から請求項８のいずれか１項に
おいて，前記第一出力に基づく空燃比の制御は，前記第
一の時間帯Ｔ１内にある場合においても，上記第一出力
の値が所定値を越えた場合には直ちに実施するようにし
たことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１０】請求項１から請求項９のいずれか１項
において，前記空燃比検知手段は，第一出力を得るため
の第一センサと第二出力を得るための第二センサとを別
個に有していることを特徴とする内燃機関の空燃比制御
装置。