JPH1130141A - Air-fuel ratio control device for gas engine - Google Patents

Air-fuel ratio control device for gas engine

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JPH1130141A
JPH1130141A JP9184088A JP18408897A JPH1130141A JP H1130141 A JPH1130141 A JP H1130141A JP 9184088 A JP9184088 A JP 9184088A JP 18408897 A JP18408897 A JP 18408897A JP H1130141 A JPH1130141 A JP H1130141A
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JP
Japan
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air
fuel ratio
gas
sensor
exhaust
Prior art date
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Pending
Application number
JP9184088A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Jun Yamada
潤 山田
Kenji Kanehara
賢治 金原
Motomasa Iizuka
基正 飯塚
Takashi Mizobuchi
剛史 溝渕
Kohei Yamada
康平 山田
Hidetaka Hayashi
秀隆 林
Chikahiko Kuroda
京彦 黒田
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Denso Corp
Soken Inc
Original Assignee
Denso Corp
Nippon Soken Inc
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Publication date
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Priority to US09/112,289 priority patent/US6210641B1/en
Publication of JPH1130141A publication Critical patent/JPH1130141A/en
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    • Y02T10/40Engine management systems

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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】目標空燃比での燃焼を行って排気浄化用触媒に
よる排気ガスの浄化を確実に行わせることができるガス
エンジンの空燃比制御装置を提供する。 【解決手段】エンジンの排気管には三元触媒が設けられ
その上流にO2 センサ11が配置されている。O2 セン
サ11は素子12を有し、素子12の内面に大気側電極
15が形成されるとともに外面に排気ガス側電極14が
形成されている。排気ガス側電極14は、触媒反応によ
り水素を除去する触媒層17で被覆されている。ECU
はO2 センサ11の出力に基づいてフィードバック補正
係数FAFを用いてO2 センサ11による空燃比と目標
空燃比との偏差を小さくすべくガスインジェクタによる
燃料供給量を制御する。
(57) [Object] To provide an air-fuel ratio control device for a gas engine capable of performing combustion at a target air-fuel ratio and reliably purifying exhaust gas by an exhaust purification catalyst. A three-way catalyst is provided in an exhaust pipe of an engine, and an O 2 sensor is disposed upstream of the three-way catalyst. The O 2 sensor 11 has an element 12, and an atmosphere-side electrode 15 is formed on the inner surface of the element 12, and an exhaust gas-side electrode 14 is formed on the outer surface. The exhaust gas side electrode 14 is covered with a catalyst layer 17 for removing hydrogen by a catalytic reaction. ECU
Controlling the fuel supply amount of the gas injector in order to reduce a deviation between the air-fuel ratio and the target air-fuel ratio according to O 2 sensor 11 by using the feedback correction coefficient FAF based on the output of the O 2 sensor 11.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、天然ガスを主成
分とした車両用、発電用等のガスエンジンにおける空燃
比制御装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an air-fuel ratio control device for a vehicle or power generation gas engine mainly composed of natural gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年では、環境保護、大気質改善の観点
から、内燃機関の排気エミッション(HC,CO,NO
X ,CO2 )の抑制要求が高まっており、これに対応す
る手段として、天然ガスを燃料とする自動車やコージェ
ネレーション用機関が開発されている。
2. Description of the Related Art In recent years, from the viewpoints of environmental protection and air quality improvement, exhaust emissions (HC, CO, NO
X , CO 2 ) has been increasingly demanded, and as a means for responding to this demand, automobiles and cogeneration engines using natural gas as fuel have been developed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、天然ガ
スエンジンでは、O2 センサ(リッチ・リーンセンサ)
の起電力が急変する点が、ストイキよりもリーンの領域
にずれるため、制御空燃比(A/F)がリーンとなり三
元触媒のウィンドウから外れてしまう。そのため、NO
X 排出量が増大するという問題が生じる。
However, in a natural gas engine, an O 2 sensor (rich / lean sensor) is used.
The point at which the electromotive force suddenly changes is shifted to a region leaner than the stoichiometric state, so that the control air-fuel ratio (A / F) becomes lean and deviates from the window of the three-way catalyst. Therefore, NO
There is a problem that X emission increases.

【0004】そこで、この発明の目的は、目標空燃比で
の燃焼を行って排気浄化用触媒による排気ガスの浄化を
確実に行わせることができるガスエンジンの空燃比制御
装置を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide an air-fuel ratio control device for a gas engine that can perform combustion at a target air-fuel ratio and reliably purify exhaust gas by an exhaust gas purifying catalyst. .

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】SAE872165や内
燃機関28巻12号等にも述べられているように、天然
ガスエンジンはガソリンに比べ排気中のH2 が約2倍も
多く排出される。そこで、本発明者らは、空燃比がリー
ンになる要因については、排気ガス中のH2 がO2 より
拡散速度が速いため、センサの反応界面においては、実
際の排気ガスの成分濃度と異なってくるのが原因であろ
うと考えている。
As also described in SAE872165 and internal combustion engine 28 Vol 12 No., etc. SUMMARY OF THE INVENTION Natural gas engines are H 2 in the exhaust gas than gasoline is discharged approximately twice as much. Therefore, the present inventors consider that the reason why the air-fuel ratio becomes lean is that the diffusion rate of H 2 in the exhaust gas is higher than that of O 2, so that the concentration of the component at the reaction interface of the sensor differs from the actual concentration of the component of the exhaust gas. I think that it may be the cause.

【0006】このことを背景にして、請求項1に記載の
ガスエンジンの空燃比制御装置は、空燃比センサにおけ
る排気ガス側電極の表面への排気ガス中の水素の侵入を
防止する水素侵入防止手段を設けたことを特徴としてい
る。
[0006] Against this background, the air-fuel ratio control apparatus for a gas engine according to the first aspect of the present invention prevents hydrogen intrusion in the exhaust gas from entering the surface of the exhaust gas side electrode in the air-fuel ratio sensor. It is characterized in that means are provided.

【0007】よって、水素侵入防止手段により排気ガス
側電極の表面への水素の侵入が防止される。このように
してセンサの出力ずれ要因となるH2 をセンサの反応界
面(排気ガス側電極の表面)から除去することにより、
センサの出力ずれを防ぎ適正な空燃比制御が可能とな
る。
Therefore, the intrusion of hydrogen into the surface of the exhaust gas side electrode is prevented by the hydrogen intrusion prevention means. By removing H 2, which is a cause of the sensor output deviation, from the reaction interface of the sensor (the surface of the exhaust gas side electrode) in this manner,
The output deviation of the sensor can be prevented, and appropriate air-fuel ratio control can be performed.

【0008】また、請求項2に記載のガスエンジンの空
燃比制御装置は、空燃比センサにおける排気ガス側電極
を、触媒反応により水素を除去する触媒層で被覆したこ
とを特徴としている。
Further, the air-fuel ratio control device for a gas engine according to the present invention is characterized in that the exhaust gas side electrode of the air-fuel ratio sensor is coated with a catalyst layer for removing hydrogen by a catalytic reaction.

【0009】よって、空燃比センサの排気ガス側電極が
触媒層で被覆されているので、触媒反応によりH2 が除
去される。このようにしてセンサの出力ずれ要因となる
2をセンサの反応界面(排気ガス側電極の表面)から
除去することができる。その結果、センサの出力ずれを
防ぎ適正な空燃比制御が可能となる。
Accordingly, since the exhaust gas side electrode of the air-fuel ratio sensor is covered with the catalyst layer, H 2 is removed by the catalytic reaction. In this way it is possible to remove and H 2 as the output deviation factor of the sensor from the reaction interface of the sensor (the surface of the exhaust gas side electrode). As a result, the output deviation of the sensor can be prevented and appropriate air-fuel ratio control can be performed.

【0010】請求項3に記載のガスエンジンの空燃比制
御装置は、空燃比センサにヒータを設け、該ヒータにて
排気ガス側電極の表面を600℃以上に保つようにした
ことを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an air-fuel ratio control device for a gas engine, wherein a heater is provided in the air-fuel ratio sensor, and the surface of the exhaust gas side electrode is maintained at 600 ° C. or higher by the heater. .

【0011】よって、ヒータにて排気ガス側電極の表面
が600℃以上に保たれているので、H2 が自発燃焼し
て除去される。このようにしてセンサの出力ずれ要因と
なるH2 をセンサの反応界面(排気ガス側電極の表面)
から除去することができる。その結果、センサの出力ず
れを防ぎ適正な空燃比制御が可能となる。
Therefore, since the surface of the exhaust gas side electrode is maintained at 600 ° C. or higher by the heater, H 2 is spontaneously combusted and removed. In this way, H 2, which is a cause of sensor output deviation, is transferred to the reaction interface of the sensor (the surface of the exhaust gas side electrode).
Can be removed from As a result, the output deviation of the sensor can be prevented and appropriate air-fuel ratio control can be performed.

【0012】請求項4に記載のガスエンジンの空燃比制
御装置は、空燃比センサによる空燃比をリッチ側に補正
する補正手段を設けたことを特徴としている。よって、
空燃比センサがリーン側にずれても、ずれ分を見込み、
空燃比センサに基づく空燃比制御目標値をリッチ側に設
定し、最適なる空燃比制御を行うことができる。
An air-fuel ratio control device for a gas engine according to a fourth aspect is characterized in that a correction means for correcting the air-fuel ratio by the air-fuel ratio sensor to the rich side is provided. Therefore,
Even if the air-fuel ratio sensor deviates to the lean side, the deviation is expected,
By setting the air-fuel ratio control target value based on the air-fuel ratio sensor to the rich side, it is possible to perform optimal air-fuel ratio control.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1の実施の形態)以下、この発明を具体化した第1
の実施の形態を図面に従って説明する。
(First Embodiment) Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described.
An embodiment will be described with reference to the drawings.

【0014】図1には、本実施形態におけるガスエンジ
ンの空燃比制御装置の全体構成図を示す。エンジン1に
おいてシリンダ2内にはピストン3が配置されている。
また、エンジン1には吸気管4が接続されるとともに、
吸気ポートには吸気バルブ5が設けられている。吸気管
4にはガスインジェクタ6が配置されている。そして、
吸気管4および吸気バルブ5を通して空気が吸入される
とともに、ガスインジェクタ6から天然ガスを主成分と
する燃料が供給され、空気と天然ガスとの混合気がエン
ジンのシリンダ2内に供給される。
FIG. 1 shows an overall configuration diagram of an air-fuel ratio control device for a gas engine according to this embodiment. In the engine 1, a piston 3 is arranged in a cylinder 2.
An intake pipe 4 is connected to the engine 1,
An intake valve 5 is provided at the intake port. A gas injector 6 is arranged in the intake pipe 4. And
Air is sucked through the intake pipe 4 and the intake valve 5, and a fuel mainly composed of natural gas is supplied from the gas injector 6, and a mixture of air and natural gas is supplied into the cylinder 2 of the engine.

【0015】エンジン1には点火プラグ7が設置され、
シリンダ2内の混合気が点火プラグ7にて点火される。
エンジン1には排気経路を形成するための排気管8が接
続されるとともに、排気ポートには排気バルブ9が設け
られている。排気バルブ9および排気管8を通して排気
ガスが大気側に排出される。また、排気管8の途中には
排気ガス浄化用触媒としての三元触媒10が設けられて
いる。さらに、排気管8における三元触媒10の上流側
には空燃比センサとしてのO2 センサ11が設けられて
いる。
The engine 1 is provided with a spark plug 7,
The air-fuel mixture in the cylinder 2 is ignited by an ignition plug 7.
An exhaust pipe 8 for forming an exhaust path is connected to the engine 1, and an exhaust port is provided with an exhaust valve 9. Exhaust gas is exhausted to the atmosphere through the exhaust valve 9 and the exhaust pipe 8. A three-way catalyst 10 as an exhaust gas purifying catalyst is provided in the exhaust pipe 8. Further, an O 2 sensor 11 as an air-fuel ratio sensor is provided upstream of the three-way catalyst 10 in the exhaust pipe 8.

【0016】図2にはO2 センサ11の断面図を示す。
図2において、排気管8にはセンサ取付穴8aが形成さ
れ、このセンサ取付穴8aには固体電解質よりなるコッ
プ型素子12が挿入されている。素子12はジルコニア
よりなり、有底円筒状をなしている。素子(固体電解質
管)12の外周面にはPt製外側電極14が被着される
とともに素子12の内周面にはPt製内側電極15が被
着されている。このように、O2 センサ11は固体電解
質よりなる素子12を有し、内面(一側面)に大気側電
極としての内側電極15が形成されるとともに外面(他
側面)に排気ガス側電極としての外側電極14が形成さ
れている。
FIG. 2 is a sectional view of the O 2 sensor 11.
In FIG. 2, a sensor mounting hole 8a is formed in the exhaust pipe 8, and a cup-shaped element 12 made of a solid electrolyte is inserted into the sensor mounting hole 8a. The element 12 is made of zirconia and has a bottomed cylindrical shape. An outer electrode 14 made of Pt is attached to an outer peripheral surface of the element (solid electrolyte tube) 12, and an inner electrode 15 made of Pt is attached to an inner peripheral surface of the element 12. As described above, the O 2 sensor 11 has the element 12 made of the solid electrolyte, the inner electrode 15 is formed on the inner surface (one side surface) as the atmosphere side electrode, and the outer surface (other side surface) is formed as the exhaust gas side electrode. An outer electrode 14 is formed.

【0017】また、外側電極14は電極保護用のコーテ
ィング膜16で覆われるとともに、コーティング膜16
の表面は触媒層17でコーティング(塗布)されてい
る。触媒層17は、アルミナ等の材料に白金ロジウム等
の触媒金属を3〜5wt%混入したものである。さら
に、触媒層17は触媒層保護用の保護層(アルミナ)1
8で覆われている。
The outer electrode 14 is covered with a coating film 16 for protecting the electrode.
Is coated (applied) with a catalyst layer 17. The catalyst layer 17 is obtained by mixing a catalyst metal such as platinum rhodium with a material such as alumina in an amount of 3 to 5 wt%. Further, the catalyst layer 17 has a protective layer (alumina) 1 for protecting the catalyst layer.
8 covered.

【0018】外側電極14と内側電極15との間には、
素子(固体電解質管)12を通して排気ガス中の酸素濃
度に応じた起電力が発生し、これが起電力検出器19に
より測定される。図3の(a)には、O2 センサ11の
出力を示す。
Between the outer electrode 14 and the inner electrode 15,
An electromotive force corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas is generated through the element (solid electrolyte tube) 12, and this is measured by the electromotive force detector 19. FIG. 3A shows the output of the O 2 sensor 11.

【0019】一方、図1のガスインジェクタ6への燃料
供給系は、ボンベ20a,20bと燃料遮断弁21とレ
ギュレータ22を有しており、ボンベ20a,20bは
天然ガスを約200気圧に圧縮して貯えている。このボ
ンベ20a,20bの天然ガスは燃料遮断弁21を通し
てレギュレータ22に送られ、レギュレータ22により
ボンベ内圧力の200気圧から3〜8気圧まで減圧され
てガスインジェクタ6に供給される。なお、燃料遮断弁
21とレギュレータ22との間のガス圧(ボンベ内圧)
が圧力センサ23により測定され、フューエルメータ2
4にてボンベ内の燃料残量が表示される。
On the other hand, the fuel supply system to the gas injector 6 shown in FIG. 1 has cylinders 20a and 20b, a fuel cutoff valve 21 and a regulator 22, and the cylinders 20a and 20b compress natural gas to about 200 atm. I'm saving. The natural gas in the cylinders 20a and 20b is sent to the regulator 22 through the fuel cutoff valve 21, and the regulator 22 reduces the internal pressure of the cylinder from 200 atm to 3 to 8 atm and supplies the gas to the gas injector 6. The gas pressure between the fuel cutoff valve 21 and the regulator 22 (inside cylinder pressure)
Is measured by the pressure sensor 23 and the fuel meter 2
At 4, the remaining fuel in the cylinder is displayed.

【0020】電子制御ユニット(以下、ECUという)
25は、マイクロコンピュータを中心に構成されてい
る。ECU25は、エンジン回転数センサからの信号や
吸気圧センサからの信号やエンジン水温センサからの信
号を入力し、エンジン回転数Neや吸気圧PMやエンジ
ン水温Tw等を検知する。また、ECU25は、図3の
(a)に示すO2 センサ11の出力信号を入力し、比較
電圧Vref と比較し、センサ信号が比較電圧Vref より
小さければLレベルとし、センサ信号が比較電圧Vref
より大きければHレベルとする。この比較結果により、
ECU25は後述するように図3の(b)に示す空燃比
フィードバック補正係数FAFを算出する。さらに、E
CU25は、ガスインジェクタ6を駆動制御して、O2
センサ11によりストイキとなるよう、フィードバック
補正係数FAFを用いて噴射量をフィードバック制御
し、三元触媒10が最も浄化性能が高くなるように制御
している。
Electronic control unit (hereinafter referred to as ECU)
Reference numeral 25 mainly includes a microcomputer. The ECU 25 receives a signal from the engine speed sensor, a signal from the intake pressure sensor, and a signal from the engine water temperature sensor, and detects the engine speed Ne, the intake pressure PM, the engine water temperature Tw, and the like. Further, the ECU 25 receives the output signal of the O 2 sensor 11 shown in FIG. 3A, compares it with the comparison voltage Vref, and sets the L level if the sensor signal is smaller than the comparison voltage Vref.
If it is larger, it is set to the H level. According to this comparison result,
The ECU 25 calculates an air-fuel ratio feedback correction coefficient FAF shown in FIG. Furthermore, E
The CU 25 controls the driving of the gas injector 6 to generate O 2
The injection amount is feedback-controlled using the feedback correction coefficient FAF so that the sensor 11 becomes stoichiometric, and the three-way catalyst 10 is controlled to have the highest purification performance.

【0021】次に、このように構成したガスエンジンの
空燃比制御装置の作用を説明する。図4には、ECU2
5によるフィードバック補正係数FAFの算出ルーチン
を示す。即ち、図3の(b)のフィードバック補正係数
FAFの算出ルーチンを示す。
Next, the operation of the air-fuel ratio control device for a gas engine configured as described above will be described. FIG.
5 shows a routine for calculating a feedback correction coefficient FAF according to FIG. That is, a routine for calculating the feedback correction coefficient FAF shown in FIG.

【0022】図4において、ECU25はステップ10
1でO2 センサ11の出力信号が比較電圧Vref を横切
ることによる反転が発生したか否か判定し、反転が発生
しないとステップ102に移行してHレベルか否か判定
する。Hレベルであると、ECU25はステップ103
でその時のフィードバック補正係数FAFに対し比例係
数KILを減算する。この処理によりフィードバック補
正係数FAFは図3(b)に示すように傾きKILにて
徐々に小さくなっていく。一方、ECU25はステップ
102においてO2 センサ11の出力信号がLレベルの
時には、ステップ104でその時のフィードバック補正
係数FAFに対し比例係数KIRを加算する。この処理
によりフィードバック補正係数FAFは図3(b)に示
すように傾きKIRにて徐々に大きくなっていく。
In FIG. 4, the ECU 25 determines in step 10
At step 1, it is determined whether or not inversion has occurred due to the output signal of the O 2 sensor 11 crossing the comparison voltage Vref. If no inversion has occurred, the process proceeds to step 102 to determine whether or not the output is at the H level. If it is at the H level, the ECU 25 proceeds to step 103
Then, the proportional coefficient KIL is subtracted from the feedback correction coefficient FAF at that time. By this process, the feedback correction coefficient FAF gradually decreases at the slope KIL as shown in FIG. Meanwhile, ECU 25 an output signal of the O 2 sensor 11 in step 102 is at the L level, adds the proportional coefficient KIR to the feedback correction coefficient FAF at that time in step 104. By this processing, the feedback correction coefficient FAF gradually increases with the slope KIR as shown in FIG.

【0023】また、ECU25はステップ101におい
てO2 センサ11の出力信号が比較電圧Vref を横切り
反転が発生するとステップ105に移行してその反転が
LレベルからHレベルへの反転か、あるいはHレベルか
らLレベルへの反転かを判定する。ECU25はLレベ
ルからHレベルへの反転であると、ステップ106でデ
ィレイ時間TDRをセットする。また、ECU25はH
レベルからLレベルへの反転であると、ステップ107
でディレイ時間TDLをセットする。
Further, ECU 25 is from the inverted or, alternatively H level of the O 2 when the output signal of the sensor 11 crosses the reference voltage Vref inversion occurs shifts to its inverted to step 105 from L level in step 101 to the H level It is determined whether the inversion is to the L level. If it is the inversion from the L level to the H level, the ECU 25 sets the delay time TDR in step 106. Also, the ECU 25
If it is the inversion from the level to the L level, step 107
Sets the delay time TDL.

【0024】そして、ECU25は、ステップ108,
109でディレイ時間TDR,TDLが経過したか否か
判定し、反転からディレイ時間TDRが経過した時にス
テップ110でその時のフィードバック補正係数FAF
に対しスキップ量SLを減算する。一方、ECU25は
反転からディレイ時間TDLが経過した時にステップ1
11でその時のフィードバック補正係数FAFに対しス
キップ量SRを加算する。この処理により(所定量S
L,SRの加減算により)、フィードバック補正係数F
AFは図3(b)に示すように大きく変化(スキップ)
する。
Then, the ECU 25 executes step 108,
At 109, it is determined whether or not the delay times TDR, TDL have elapsed. When the delay time TDR has elapsed since the inversion, at step 110, the feedback correction coefficient FAF at that time is determined.
, The skip amount SL is subtracted. On the other hand, when the delay time TDL has elapsed since the reversal, the ECU 25 executes step 1.
In step 11, the skip amount SR is added to the feedback correction coefficient FAF at that time. By this processing, (the predetermined amount S
L, SR), the feedback correction coefficient F
AF changes greatly (skip) as shown in FIG.
I do.

【0025】このように、ECU25は、O2 センサ1
1の出力信号を基準レベルVref と比較してその結果が
反転するとフィードバック補正係数FAFを所定値S
R,SLだけ加算あるいは減算し、反転しないとフィー
ドバック補正係数FAFを徐々に増加あるいは減少させ
る。そして、このフィードバック補正係数FAFを用い
て下記のように燃料量を算出する。
As described above, the ECU 25 controls the O 2 sensor 1
1 is compared with the reference level Vref, and when the result is inverted, the feedback correction coefficient FAF is set to a predetermined value S.
By adding or subtracting only R and SL, and not inverting, the feedback correction coefficient FAF is gradually increased or decreased. Then, the fuel amount is calculated using the feedback correction coefficient FAF as described below.

【0026】図5には、ECU25による燃料噴射制御
ルーチンを示す。図5において、ECU25はステップ
201でエンジン回転数Neと吸気圧PMを取り込み、
ステップ202で予め用意されているマップを用いてエ
ンジン回転数Neおよび吸気圧PMに応じた基本噴射量
Tpを算出する。そして、ECU25はステップ203
で空燃比フィードバック制御条件(エンジン冷却水の温
度Twが所定温度以上)を満足するか否か判断し、条件
が成立するとステップ204に移行してフィードバック
補正係数FAFに基本噴射量Tpを乗算して最終噴射量
を算出する。
FIG. 5 shows a fuel injection control routine performed by the ECU 25. In FIG. 5, the ECU 25 takes in the engine speed Ne and the intake pressure PM in step 201,
In step 202, a basic injection amount Tp corresponding to the engine speed Ne and the intake pressure PM is calculated using a map prepared in advance. Then, the ECU 25 determines in step 203
It is determined whether or not the air-fuel ratio feedback control condition (the temperature Tw of the engine cooling water is equal to or higher than a predetermined temperature) is satisfied. If the condition is satisfied, the process proceeds to step 204, where the feedback correction coefficient FAF is multiplied by the basic injection amount Tp. Calculate the final injection amount.

【0027】この最終噴射量となるようにガスインジェ
クタ6が駆動制御される。このように、空燃比制御手段
としてのECU25はO2 センサ11による空燃比と目
標空燃比との偏差を小さくすべくガスインジェクタ6に
よる燃料供給量を制御する。
The driving of the gas injector 6 is controlled so as to attain the final injection amount. As described above, the ECU 25 as the air-fuel ratio control means controls the amount of fuel supplied by the gas injector 6 so as to reduce the deviation between the air-fuel ratio detected by the O 2 sensor 11 and the target air-fuel ratio.

【0028】次に、図2に示すように、空燃比センサ1
1に触媒層17を設けた場合と、触媒層17を設けなか
った場合の差異について説明する。触媒層17が無い場
合におけるセンサ出力ずれの発生メカニズムを図6,7
を用いて説明する。図6において、触媒層17がない場
合、O2 、H2 がコーティング層16を通り、Pt製外
側電極14で酸化反応を生じる。この時、O2 よりガス
拡散速度の速いH2 はO2 より多く拡散するため、排気
ガス成分はストイキであっても、電極近傍ではH2 リッ
チとなり、O2 センサ11の出力は、排気ガス成分がス
トイキよりリーンにならないと急変しない。そのため、
図7に示すように空気過剰率λとセンサ出力の関係がリ
ーン側にシフトする。
Next, as shown in FIG.
The difference between the case where the catalyst layer 17 is provided and the case where the catalyst layer 17 is not provided will be described. FIGS. 6 and 7 show the mechanism of occurrence of sensor output deviation when the catalyst layer 17 is not provided.
This will be described with reference to FIG. In FIG. 6, when there is no catalyst layer 17, O 2 and H 2 pass through the coating layer 16 and cause an oxidation reaction at the outer electrode 14 made of Pt. At this time, since the fast H 2 of the gas diffusion rate than O 2 are to be spread more than O 2, the exhaust gas component be stoichiometric, will with H 2 rich near the electrode, the output of the O 2 sensor 11, the exhaust gas If the ingredients are not leaner than stoichiometric, they will not change suddenly. for that reason,
As shown in FIG. 7, the relationship between the excess air ratio λ and the sensor output shifts to the lean side.

【0029】これに対し、図8のように触媒層17を設
けた場合には、触媒層17でO2 とH2 が反応し、平衡
ガス(反応後ガス;H2 Oガス)としてPt製外側電極
14に到達するため、図9に実線にて示すようにセンサ
出力のシフトを抑制できる。
On the other hand, when the catalyst layer 17 is provided as shown in FIG. 8, O 2 and H 2 react in the catalyst layer 17 and Pt is used as an equilibrium gas (post-reaction gas; H 2 O gas). Since the light reaches the outer electrode 14, the shift of the sensor output can be suppressed as shown by the solid line in FIG.

【0030】図26は、三元触媒10を通過した後の排
出ガスのHC量、CO量、NOx 量を示すものであり、
「○」にて触媒層17が無いものを示し、「▲」にて触
媒層17が有るものを示す。これから分かるように、触
媒層17を設けることにより、HC、CO、NOx が共
に減り、三元触媒後の排出量を抑制することができる。
[0030] Figure 26, HC amount of exhaust gas after passing through the three-way catalyst 10, CO amount, which shows the amount of NO x,
“O” indicates that there is no catalyst layer 17, and “▲” indicates that there is a catalyst layer 17. As can be seen, by providing the catalyst layer 17, HC, CO, NO x is reduced both can suppress emissions after the three-way catalyst.

【0031】このように本実施の形態は、下記の特徴を
有する。 (イ)O2 センサ11における外側電極14を、触媒反
応により水素を除去する触媒層17で被覆した。よっ
て、外側電極14の排気ガス側の表面に触媒が担持され
ているので、触媒反応によりH2 が除去される。つま
り、触媒層17が、O 2 センサ11における外側電極1
4の表面への排気ガス中の水素の侵入を防止する水素侵
入防止手段として機能する。このようにしてセンサの出
力ずれ要因となるH2 をセンサの反応界面(外側電極の
表面)から除去することができる。その結果、センサの
出力ずれを防ぎ適正な空燃比制御が可能となる。 (第2の実施の形態)次に、第2の実施の形態を、第1
の実施の形態との相違点を中心に説明する。
As described above, the present embodiment has the following features.
Have. (B) OTwoThe outer electrode 14 of the sensor 11 is
In addition, it was covered with a catalyst layer 17 for removing hydrogen. Yo
The catalyst is carried on the surface of the outer electrode 14 on the exhaust gas side.
The HTwoIs removed. Toes
The catalyst layer 17 TwoOuter electrode 1 in sensor 11
4 prevents hydrogen in the exhaust gas from entering the surface
It functions as an entry prevention means. In this way, the sensor output
H that causes force deviationTwoThe reaction interface of the sensor (of the outer electrode
Surface). As a result, the sensor
Output deviation can be prevented and appropriate air-fuel ratio control can be performed. (Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described with reference to the first embodiment.
The following description focuses on the differences from this embodiment.

【0032】本実施形態においては、リッチ・リーンセ
ンサ(O2 センサ)11の代わりに、図10に示す広域
空燃比センサ(リニアセンサ)26を用いている。そし
て、素子(固体電解質管)12の外側電極14よりも外
側を、触媒反応により水素を除去する触媒層27で被覆
している。
In this embodiment, a wide-range air-fuel ratio sensor (linear sensor) 26 shown in FIG. 10 is used in place of the rich / lean sensor (O 2 sensor) 11. The outside of the outer electrode 14 of the element (solid electrolyte tube) 12 is covered with a catalyst layer 27 for removing hydrogen by a catalytic reaction.

【0033】つまり、広域空燃比センサの構造は基本的
に図2に示すO2 センサと同様であり、図2のコーティ
ング層16の代わりに、ガスの拡散を律速させるコーテ
ィング膜27が設けられている。コーティング膜27は
触媒層28でコーティングされている。また、触媒層2
8の表面は保護層(アルミナ)33で覆われている。さ
らに、電極14,15間には電源29が接続され、素子
(固体電解質管)12内にはアルミナヒータ30が配置
されている。アルミナヒータ30は電源31からの電力
を受けて素子(固体電解質管)12を加熱する。また、
電極14,15間に流れる電流が電流検出器32にて検
出されるようになっている。
That is, the structure of the wide-range air-fuel ratio sensor is basically the same as that of the O 2 sensor shown in FIG. 2, except that a coating film 27 for controlling the diffusion of gas is provided instead of the coating layer 16 of FIG. I have. The coating film 27 is coated with a catalyst layer 28. Further, the catalyst layer 2
The surface 8 is covered with a protective layer (alumina) 33. Further, a power supply 29 is connected between the electrodes 14 and 15, and an alumina heater 30 is arranged in the element (solid electrolyte tube) 12. The alumina heater 30 receives power from the power supply 31 and heats the element (solid electrolyte tube) 12. Also,
The current flowing between the electrodes 14 and 15 is detected by a current detector 32.

【0034】広域空燃比センサの原理を図11〜図13
を用いて説明する。図12に示すように、ジルコニア素
子(固体電解質管)12にλ=1で生じる起電力0.5
ボルトを図11に示すように起電力の逆向きに印加し、
電極間の電流IG により、空燃比を検出するものであ
る。
FIGS. 11 to 13 show the principle of the wide area air-fuel ratio sensor.
This will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 12, an electromotive force generated at λ = 1 in the zirconia element (solid electrolyte tube) 12 is 0.5.
A volt is applied in the opposite direction of the electromotive force as shown in FIG.
The air-fuel ratio is detected by the current IG between the electrodes.

【0035】ストイキ時は、図13(b)に示すよう
に、素子12の起電力が、印加電圧と釣り合うため、電
流IG が「0」となる。リーン時は、図13(c)に示
すように、素子12の起電力が0ボルトとなるため、印
加電圧により、外側電極14から内側電極15にO2-
移動し、電流IG としてプラス電流を生じる。また、リ
ッチ時は、図13(a)に示すように、素子12の起電
力が1ボルトとなるため、印加電力との差により内側電
極15から外側電極14にO2-が移動し、電流IG とし
てマイナス電流を生じる。このとき流れる電流IG は、
リーン時は、コーティング膜(多孔質層)27を通るO
2 量、リッチ時はコーティング膜(多孔質層)27を通
るHC,CO量によって決まるため、天然ガスエンジン
のように、排気中にH2 が多くなると、同じ空燃比でも
電流値が異なってくる。
At the time of stoichiometry, as shown in FIG. 13B, the electromotive force of the element 12 is balanced with the applied voltage, so that the current IG becomes "0". At the time of leaning, as shown in FIG. 13 (c), the electromotive force of the element 12 becomes 0 volt, so that O 2- moves from the outer electrode 14 to the inner electrode 15 due to the applied voltage, and the positive current IG Is generated. In addition, when rich, as shown in FIG. 13A, the electromotive force of the element 12 is 1 volt, so that O 2- moves from the inner electrode 15 to the outer electrode 14 due to a difference from the applied power, and A negative current is generated as IG. The current IG flowing at this time is
At the time of leaning, O passing through the coating film (porous layer) 27
2 amount, since determined that the rich during coating film (porous layer) HC through 27, CO amount, like natural gas engine, when the H 2 increases in the exhaust, varies the current value for the same air-fuel ratio .

【0036】図14には、図10の触媒層28が無い一
般的な広域空燃比センサを、天然ガスエンジンでの三元
触媒10の前(上流)と、後(下流)に設けた場合にお
ける、空気過剰率λとセンサ電流の関係を示す。つま
り、三元触媒10の前は水素を含有した排気ガス雰囲気
であり、三元触媒10の後は水素を含有しない排気ガス
雰囲気であり、各雰囲気にセンサを配置したときの出力
特性の測定結果を示す。図15に示すように、ストイキ
〜リッチ領域では、排気中のH2 濃度が急激に増加する
ため、センサの活性面(外側電極14の表面)近傍では
2 リッチとなり、図14に示すように、センサ出力が
リッチ側にシフトする。
FIG. 14 shows a case where a general wide-range air-fuel ratio sensor without the catalyst layer 28 of FIG. 10 is provided before (upstream) and after (downstream) the three-way catalyst 10 in a natural gas engine. And the relationship between the excess air ratio λ and the sensor current. In other words, before the three-way catalyst 10, there is an exhaust gas atmosphere containing hydrogen, and after the three-way catalyst 10, there is an exhaust gas atmosphere containing no hydrogen. The measurement results of the output characteristics when the sensor is arranged in each atmosphere Is shown. As shown in FIG. 15, in the stoichiometric to rich region, the H 2 concentration in the exhaust gas rapidly increases, and thus becomes H 2 rich near the active surface (the surface of the outer electrode 14) of the sensor, as shown in FIG. , The sensor output shifts to the rich side.

【0037】この空燃比センサに図10に示した触媒層
28を設けることによって、図16に示すように、出力
ずれを抑制することができる。 (第3の実施の形態)次に、第3の実施の形態を、第1
の実施の形態との相違点を中心に説明する。
By providing the air-fuel ratio sensor with the catalyst layer 28 shown in FIG. 10, the output deviation can be suppressed as shown in FIG. (Third Embodiment) Next, a third embodiment will be described with reference to the first embodiment.
The following description focuses on the differences from this embodiment.

【0038】図17には、本実施形態におけるO2 セン
サの構造図を示す。ジルコニア素子12、内側電極1
5、外側電極14、コーティング層16は、図2に示す
構造と同様であるが、本実施形態では、コップ型素子
(固体電解質管)12の内側に、棒状のアルミナヒータ
40を挿入している。ヒータ付きセンサは一般的なガソ
リンエンジンにおいてセンサの早期活性化を図る目的で
用いられているものと同様である。図17において、ア
ルミナヒータ40にはスイッチング素子42を介して電
源41が接続されている。そして、ECU25によりス
イッチング素子42がデューティ制御(オン/オフ制
御)される。この制御の際にデューティ比を調整するこ
とによりヒータ40への電力供給量を調整できる。即
ち、デューティ比(オン時間)を大きくすると電力供給
量が大きくなる。
FIG. 17 is a structural view of the O 2 sensor according to the present embodiment. Zirconia element 12, inner electrode 1
5, the outer electrode 14 and the coating layer 16 are the same as the structure shown in FIG. 2, but in the present embodiment, a rod-shaped alumina heater 40 is inserted inside the cup-type element (solid electrolyte tube) 12. . The heater-equipped sensor is the same as that used for the purpose of activating the sensor early in a general gasoline engine. In FIG. 17, a power supply 41 is connected to an alumina heater 40 via a switching element 42. Then, the duty control (on / off control) of the switching element 42 is performed by the ECU 25. By adjusting the duty ratio during this control, the amount of power supply to the heater 40 can be adjusted. That is, when the duty ratio (ON time) is increased, the power supply amount is increased.

【0039】このヒータ40の制御は、図18に示す排
気温度600℃以下の領域Z1において、センサの外側
電極14の表面側温度が600℃以上になるよう、エン
ジン回転数と吸気管圧力の2次元マップにより供給電力
を決定するものである。即ち、排気温度600℃以下の
領域Z1には電力供給特性線L1〜L8を有し、電力供
給特性線L1に比べL2の方が電力供給量が多く、同様
に、L3,L4,L5,L6,L7,L8の順に電力供
給量が多くなるように決定されている。そして、その時
のエンジン状態(エンジン回転数と吸気管圧力)に応じ
た特性線L1〜L8を選択し、選択された特性線に対応
する電力供給量が供給される。
The heater 40 is controlled such that the engine speed and the intake pipe pressure are adjusted so that the surface side temperature of the outer electrode 14 of the sensor becomes 600 ° C. or higher in a region Z1 where the exhaust temperature is 600 ° C. or lower shown in FIG. The power supply is determined based on the dimensional map. That is, the power supply characteristic lines L1 to L8 are provided in the region Z1 at the exhaust temperature of 600 ° C. or lower, and the power supply amount of L2 is larger than that of the power supply characteristic line L1, and similarly, L3, L4, L5, L6 , L7, and L8 are determined so that the power supply amount increases in this order. Then, characteristic lines L1 to L8 corresponding to the engine state (engine speed and intake pipe pressure) at that time are selected, and the power supply amount corresponding to the selected characteristic line is supplied.

【0040】より具体的にはセンサの外側電極14の表
面側温度が600〜700℃の範囲内となるようにヒー
タ制御を行う。このように700℃以下とすることによ
りヒータの耐久性が確保できる。なお、センサの外側電
極14の表面側温度は600℃以上であればよい。
More specifically, the heater control is performed so that the surface side temperature of the outer electrode 14 of the sensor is in the range of 600 to 700 ° C. By setting the temperature to 700 ° C. or lower, the durability of the heater can be secured. The surface side temperature of the outer electrode 14 of the sensor may be 600 ° C. or more.

【0041】図19,20を用いて、ヒータ制御時の出
力ずれ抑制効果を説明する。一般にH2 は酸化雰囲気で
は600℃以上で自発燃焼することが知られており、図
19に示すように、センサの外側電極14の表面を60
0℃以上に保つことで、外側電極14の表面側でH2
2 が反応し、コーティング層16では平衡ガス(反応
後ガス;H2 Oガス)が通過することとなる。そのた
め、図20に実線で示すように出力ずれが抑制できる。
Referring to FIGS. 19 and 20, the effect of suppressing output deviation during heater control will be described. In general, H 2 is known to spontaneously burn at 600 ° C. or higher in an oxidizing atmosphere, and as shown in FIG.
By maintaining the temperature at 0 ° C. or higher, H 2 and O 2 react on the surface side of the outer electrode 14, and the equilibrium gas (reacted gas; H 2 O gas) passes through the coating layer 16. Therefore, the output shift can be suppressed as shown by the solid line in FIG.

【0042】図26において、「△」にて図17のヒー
タ40を設置し700℃に保持したものを示す。これか
ら分かるように、ヒータ40を設け700℃に保持する
ことにより、HC、CO、NOx が共に減り、三元触媒
後の排出量を抑制することができる。
In FIG. 26, "△" indicates that the heater 40 of FIG. 17 is installed and maintained at 700.degree. As can be seen, by providing the heater 40 and maintaining the temperature at 700 ° C., both HC, CO, and NO x are reduced, and the amount of exhaust after the three-way catalyst can be suppressed.

【0043】このように本実施の形態は、下記の特徴を
有する。 (イ)O2 センサにヒータ40を設け、ECU25によ
るヒータ40の通電制御により外側電極14よりも外側
を600℃以上に保つようにした。よって、ヒータ40
にて外側電極14よりも外側が600℃以上に保たれて
いるので、H2 が自発燃焼して除去される。つまり、ヒ
ータ40およびECU25が、O2 センサにおける外側
電極14の表面への排気ガス中の水素の侵入を防止する
水素侵入防止手段として機能する。このようにしてセン
サの出力ずれ要因となるH2 をセンサの反応界面(外側
電極の表面)から除去することができる。その結果、セ
ンサの出力ずれを防ぎ適正な空燃比制御が可能となる。 (第4の実施の形態)次に、第4の実施の形態を、第1
の実施の形態との相違点を中心に説明する。
As described above, this embodiment has the following features. (A) The heater 40 is provided in the O 2 sensor, and the outside of the outer electrode 14 is maintained at 600 ° C. or higher by controlling the energization of the heater 40 by the ECU 25. Therefore, the heater 40
Since the temperature outside of the outer electrode 14 is maintained at 600 ° C. or higher, H 2 is spontaneously combusted and removed. That is, the heater 40 and the ECU 25 function as hydrogen intrusion prevention means for preventing intrusion of hydrogen in the exhaust gas into the surface of the outer electrode 14 in the O 2 sensor. In this way it is possible to remove and H 2 as the output deviation factor of the sensor from the reaction interface of the sensor (the surface of the outer electrode). As a result, the output deviation of the sensor can be prevented and appropriate air-fuel ratio control can be performed. (Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment will be described with reference to the first embodiment.
The following description focuses on the differences from this embodiment.

【0044】本実施形態においては図2の触媒層17を
用いずに、図1のECU25が空燃比フィードバック制
御の制御中心をリッチ側へ移動させるべく、図3の比較
電圧(基準レベル)Vref 、比例係数(反転しない時の
徐変値)KIL,KIR、ディレイ時間(反転から補正
係数の加算あるいは減算までの時間)TDR,TDL、
スキップ量(反転時の加算値、減算値)SL,SRの少
なくともいずれか1つを調整し、その値をメモリに記憶
している。
In this embodiment, the comparison voltage (reference level) Vref of FIG. 3 is used without using the catalyst layer 17 of FIG. 2 so that the ECU 25 of FIG. 1 moves the control center of the air-fuel ratio feedback control to the rich side. Proportional coefficients (gradual change values without inversion) KIL, KIR, delay times (time from inversion to addition or subtraction of correction coefficient) TDR, TDL,
At least one of the skip amounts (addition value and subtraction value at the time of inversion) SL and SR is adjusted, and the value is stored in the memory.

【0045】つまり、図4に示すシステムの空燃比フィ
ードバック制御は、ECU25によりO2 センサの出力
と比較電圧Vref とを比較し、フィードバック補正係数
FAFを増減する方法により行っている。この時の制御
定数として、図3中のVref,SL,SR,KIL,K
IR,TDR,TDLを用いており、これらの定数を調
整する(定数の割合を変える)ことで、制御空燃比をス
トイキよりもリッチ側に制御している。
That is, the air-fuel ratio feedback control of the system shown in FIG. 4 is performed by a method in which the output of the O 2 sensor is compared with the comparison voltage Vref by the ECU 25 to increase or decrease the feedback correction coefficient FAF. As control constants at this time, Vref, SL, SR, KIL, K in FIG.
IR, TDR, and TDL are used, and the control air-fuel ratio is controlled to be richer than stoichiometric by adjusting these constants (changing the ratio of the constants).

【0046】例えば、図21に示す一般的なFAF算出
システムに対し、TDL又はKILを減少させるか、も
しくはTDR又はKIRを増加させるか、もしくはVre
f を増加させることにより、空燃比フィードバック周期
におけるリッチ時間割合を長くして、空燃比フィードバ
ック制御の制御中心をリッチ側へ移動させる。
For example, with respect to the general FAF calculation system shown in FIG. 21, TDL or KIL is reduced, TDR or KIR is increased, or Vre
By increasing f, the rich time ratio in the air-fuel ratio feedback cycle is increased, and the control center of the air-fuel ratio feedback control is moved to the rich side.

【0047】具体的には、例えば、センサ出力は図21
に示すように0〜1ボルトの範囲であり、通常、比較電
圧Vref は0.45ボルトであるが、これを、図22に
示すように比較電圧Vref =0.70ボルト以上(図2
2では0.8ボルト)にする。即ち、センサ出力電圧の
幅(1ボルト)の70%以上の値を比較電圧Vref とす
る。
Specifically, for example, the sensor output is shown in FIG.
As shown in FIG. 22, the comparison voltage Vref is 0.45 volts, and this is set to be equal to or greater than the comparison voltage Vref = 0.70 volts as shown in FIG.
0.8 for 2). That is, a value equal to or greater than 70% of the width (1 volt) of the sensor output voltage is set as the comparison voltage Vref.

【0048】あるいは、図21に示すように比例係数K
ILに比べ比例係数KIRを通常は同じ値(1倍)に設
定されるが、これを図23に示すように比例係数KIL
に比べ比例係数KIRを3倍の値に設定する。
Alternatively, as shown in FIG.
Normally, the proportional coefficient KIR is set to the same value (1 time) as compared to IL, but this is set to the proportional coefficient KIL as shown in FIG.
Is set to a value three times as large as

【0049】あるいは、図21に示すようにディレイ時
間TDLに比べディレイ時間TDRを通常は10倍程度
に設定されるが、これを図24に示すようにディレイ時
間TDLに比べディレイ時間TDRを20倍の値に設定
する。
Alternatively, as shown in FIG. 21, the delay time TDR is usually set to be about 10 times as long as the delay time TDL, but as shown in FIG. 24, the delay time TDR is set to be 20 times as large as the delay time TDL. Set to the value of.

【0050】このように天然ガスエンジンの場合、O2
センサの出力がリーン側へずれるため、その分、前記定
数の割合を調整することにより、制御目標をリッチ側に
設定することができ実際の制御A/Fをストイキにで
き、良好な触媒浄化性能が得られる。
As described above, in the case of a natural gas engine, O 2
Since the output of the sensor shifts to the lean side, the control target can be set to the rich side by adjusting the ratio of the constant, and the actual control A / F can be stoichiometric, and the catalyst purification performance can be improved. Is obtained.

【0051】図26において、「□」にて定数を変更し
たものを示す。これから分かるように、定数を変更する
ことにより、HC、CO、NOx が共に減り、三元触媒
後の排出量を抑制することができる。具体的には、対策
前においてはKIR=6%/sec、KIL=5%/s
ecであったものを、定数を変更してKIR=10%/
sec、KIL=2%/secとすると、上述したよう
に三元触媒後の排出量を抑制することができる。
In FIG. 26, "□" shows a constant changed. As can be seen, by changing the constants, HC, CO, NO x is reduced both can suppress emissions after the three-way catalyst. Specifically, KIR = 6% / sec and KIL = 5% / s before the measures
ec was changed to KIR = 10% /
When sec and KIL are set to 2% / sec, the emission amount after the three-way catalyst can be suppressed as described above.

【0052】このように本実施の形態は、下記の特徴を
有する。 (イ)補正手段としてのECU25は、O2 センサ11
による空燃比をリッチ側に補正する補正機能を有する。
即ち、リッチ側に補正すべく、図3中のVref ,SL,
SR,KIL,KIR,TDR,TDLの少なくともい
ずれかの値を調整した。よって、O2 センサ11がリー
ン側にずれても、ずれ分を見込み、O2 センサ11に基
づくA/F制御目標値をリッチ側に設定し、最適なる空
燃比制御を行うことができる。そのため、HC,CO,
NOX とも三元触媒後の排出量を抑制することが可能と
なる。 (第5の実施の形態)次に、第5の実施の形態を、第1
〜第3の実施の形態との相違点を中心に説明する。
As described above, this embodiment has the following features. (A) The ECU 25 as the correction means is the O 2 sensor 11
Has a correction function of correcting the air-fuel ratio to the rich side.
That is, Vref, SL, and
At least one of SR, KIL, KIR, TDR, and TDL was adjusted. Therefore, even if the O 2 sensor 11 shifts to the lean side, it is possible to anticipate the shift, set the A / F control target value based on the O 2 sensor 11 to the rich side, and perform optimal air-fuel ratio control. Therefore, HC, CO,
Both NO X and the emission amount after the three-way catalyst can be suppressed. (Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG.
The following mainly describes differences from the third embodiment.

【0053】本実施の形態においては、図1に示すシス
テムにおいて、第1の実施形態の如く触媒層付きセンサ
としたり、第3の実施形態の如くヒータ付きセンサを使
用した場合、エンジンによっては、高回転、低負荷領域
で、低温のガス流量が多くなった際に、センサのH2
去能力が十分得られない場合がある。本実施形態では、
そのための工夫を行っている。
In this embodiment, in the system shown in FIG. 1, when a sensor with a catalyst layer is used as in the first embodiment or a sensor with a heater is used as in the third embodiment, depending on the engine, high rotation, in a low load region, when the increasingly cold gas flow, H 2 removal capacity of the sensor in some cases not sufficiently obtained. In this embodiment,
We are working on that.

【0054】図25に示すように、ECU25内に、エ
ンジン回転数、吸気管圧力により、空燃比フィードバッ
クのための定数(図3中のVref ,SL,SR,KI
L,KIR,TDR,TDL)の決定のためのマップを
持ち、高回転、低負荷領域では、制御目標のリッチ化度
合を大きくしている。
As shown in FIG. 25, constants (Vref, SL, SR, KI in FIG. 3) for air-fuel ratio feedback are stored in the ECU 25 according to the engine speed and the intake pipe pressure.
L, KIR, TDR, and TDL) are determined, and the degree of enrichment of the control target is increased in a high-speed and low-load region.

【0055】つまり、フィードバック領域には特性線L
1〜L9を有し、特性線L1に比べL2の方がリッチ量
が大きく、同様に、L3,L4,L5,L6,L7,L
8,L9の順にリッチ量が大きくなるように決定されて
いる。そして、その時のエンジン状態(エンジン回転数
と吸気管圧力)に応じた特性線L1〜L9を選択し、選
択された特性線に対応するリッチ量となるように補正係
数等が選択される。
That is, the characteristic line L
L1 to L9, the rich amount of L2 is larger than that of the characteristic line L1, and similarly, L3, L4, L5, L6, L7, L
The rich amount is determined to increase in the order of 8, L9. Then, characteristic lines L1 to L9 according to the engine state (engine speed and intake pipe pressure) at that time are selected, and a correction coefficient and the like are selected so as to have a rich amount corresponding to the selected characteristic line.

【0056】これにより、高回転、低負荷側で、H2
除去能力が低下し、センサのリーンずれが生じやすくな
るが、制御A/Fのリーンずれを抑制することが可能と
なる。
As a result, the H 2 removal capability is reduced at the high rotation speed and low load side, and the lean displacement of the sensor is easily caused. However, the lean displacement of the control A / F can be suppressed.

【0057】これまで説明したものの他にも、第1,第
3,第4の実施形態を組み合わせて実施してもよい。即
ち、図2の触媒層17および図17のヒータ40を設け
るとともに空燃比フィードバックのための定数(図3中
のVref ,SL,SR,KIL,KIR,TDR,TD
L)を変更してもよい。このようにすると、図26にお
いて、「×」にて示すように、HC、CO、NOx が共
に著しく減り、三元触媒後の排出量を抑制することがで
きる。
In addition to those described above, the first, third, and fourth embodiments may be implemented in combination. That is, the catalyst layer 17 shown in FIG. 2 and the heater 40 shown in FIG. 17 are provided, and constants (Vref, SL, SR, KIL, KIR, TDR, TD in FIG. 3) for the air-fuel ratio feedback are provided.
L) may be changed. In this way, as shown by “x” in FIG. 26, both HC, CO, and NO x are significantly reduced, and the emission after the three-way catalyst can be suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施の形態におけるガスエンジンの空燃
比制御装置の全体構成図。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an air-fuel ratio control device for a gas engine according to a first embodiment.

【図2】同じくO2 センサの断面図。FIG. 2 is a sectional view of the O 2 sensor.

【図3】O2 センサの出力信号およびFAFの説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of an output signal and an FAF of an O 2 sensor.

【図4】FAFの算出処理ルーチンを示すフローチャー
ト。
FIG. 4 is a flowchart illustrating an FAF calculation processing routine;

【図5】空燃比制御処理ルーチンを示すフローチャー
ト。
FIG. 5 is a flowchart showing an air-fuel ratio control processing routine.

【図6】触媒層が無い場合のO2 センサの模式図。FIG. 6 is a schematic diagram of an O 2 sensor without a catalyst layer.

【図7】触媒層が無い場合のセンサ出力特性図。FIG. 7 is a sensor output characteristic diagram when there is no catalyst layer.

【図8】触媒層がある場合のO2 センサの模式図。FIG. 8 is a schematic diagram of an O 2 sensor when a catalyst layer is provided.

【図9】触媒層がある場合のセンサ出力特性図。FIG. 9 is a sensor output characteristic diagram when a catalyst layer is present.

【図10】第2の実施の形態における広域空燃比センサ
の断面図。
FIG. 10 is a sectional view of a wide-range air-fuel ratio sensor according to a second embodiment.

【図11】広域空燃比センサの原理を示す模式図。FIG. 11 is a schematic diagram showing the principle of a wide area air-fuel ratio sensor.

【図12】広域空燃比センサの出力特性図。FIG. 12 is an output characteristic diagram of a wide area air-fuel ratio sensor.

【図13】広域空燃比センサの原理を示す模式図。FIG. 13 is a schematic diagram showing the principle of a wide area air-fuel ratio sensor.

【図14】触媒層が無い場合の出力特性図。FIG. 14 is an output characteristic diagram when there is no catalyst layer.

【図15】天然ガスエンジンの空気過剰率と排気中のH
2 量の関係を示す図。
FIG. 15: Excess air ratio of natural gas engine and H in exhaust gas
The figure which shows the relationship of 2 quantity.

【図16】触媒層がある場合の出力特性図。FIG. 16 is an output characteristic diagram when there is a catalyst layer.

【図17】第3の実施の形態におけるO2 センサの断面
図。
FIG. 17 is a sectional view of an O 2 sensor according to a third embodiment.

【図18】第3の実施の形態において使用する2次元マ
ップ。
FIG. 18 is a two-dimensional map used in the third embodiment.

【図19】第3の実施の形態におけるO2 センサの模式
図。
FIG. 19 is a schematic diagram of an O 2 sensor according to a third embodiment.

【図20】同じくO2 センサの出力特性図FIG. 20 is an output characteristic diagram of the O 2 sensor.

【図21】一般的なFAFの制御図。FIG. 21 is a control diagram of a general FAF.

【図22】第4の実施の形態におけるFAFの制御図。FIG. 22 is a control diagram of the FAF according to the fourth embodiment.

【図23】第4の実施の形態におけるFAFの制御図。FIG. 23 is a control diagram of the FAF according to the fourth embodiment.

【図24】第4の実施の形態におけるFAFの制御図。FIG. 24 is a control diagram of the FAF according to the fourth embodiment.

【図25】第5の実施の形態において使用する2次元マ
ップ。
FIG. 25 is a two-dimensional map used in the fifth embodiment.

【図26】LAモードエミッションの測定結果を示す
図。
FIG. 26 is a view showing a measurement result of LA mode emission.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

6…ガスインジェクタ、8…排気管、10…三元触媒、
11…O2 センサ、12…素子、15…内側電極、14
…外側電極、17…触媒層、25…ECU、40…ヒー
タ。
6 gas injector, 8 exhaust pipe, 10 three-way catalyst,
11 ... O 2 sensor, 12 ... device, 15 ... inner electrode, 14
... outer electrode, 17 ... catalyst layer, 25 ... ECU, 40 ... heater.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G01N 27/409 G01N 27/58 B (72)発明者 飯塚 基正 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 溝渕 剛史 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 山田 康平 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 林 秀隆 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 黒田 京彦 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI G01N 27/409 G01N 27/58 B (72) Inventor Motomasa Iizuka 14 Iwatani, Shimowasumimachi, Nishio-shi, Aichi Japan Automotive Parts Co., Ltd. Within the Research Institute (72) Inventor Takeshi Mizobuchi 14 Iwatani, Shimowasumi-machi, Nishio City, Aichi Prefecture Inside the Japan Automobile Parts Research Institute, Inc. (72) Inventor Hidetaka Hayashi 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi, Japan Denso Corporation (72) Inventor Yoshihiko Kuroda 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi prefecture, Denso Corporation

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 エンジンの排気経路に設けられた排気浄
化用触媒と、 前記排気経路の排気浄化用触媒の上流側に配置され、一
側面に大気側電極が形成されるとともに他側面に排気ガ
ス側電極が形成された固体電解質よりなる素子を有する
空燃比センサと、 前記エンジンに天然ガスを主成分とする燃料を供給する
ガスインジェクタと、 前記空燃比センサによる空燃比と目標空燃比との偏差を
小さくすべく前記ガスインジェクタによる燃料供給量を
制御する空燃比制御手段と、を備えたガスエンジンの空
燃比制御装置において、 前記空燃比センサにおける前記排気ガス側電極の表面へ
の排気ガス中の水素の侵入を防止する水素侵入防止手段
を設けたことを特徴とするガスエンジンの空燃比制御装
置。
1. An exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage of an engine, and an exhaust gas catalyst is disposed on one side of the exhaust passage and disposed on an upstream side of the exhaust purification catalyst of the exhaust passage. An air-fuel ratio sensor having an element made of a solid electrolyte on which a side electrode is formed; a gas injector for supplying fuel mainly composed of natural gas to the engine; and a deviation between an air-fuel ratio and a target air-fuel ratio by the air-fuel ratio sensor. Air-fuel ratio control means for controlling the amount of fuel supplied by the gas injector in order to reduce the air-fuel ratio. An air-fuel ratio control device for a gas engine, comprising a hydrogen intrusion prevention means for preventing intrusion of hydrogen.
【請求項2】 エンジンの排気経路に設けられた排気浄
化用触媒と、 前記排気経路の排気浄化用触媒の上流側に配置され、一
側面に大気側電極が形成されるとともに他側面に排気ガ
ス側電極が形成された固体電解質よりなる素子を有する
空燃比センサと、 前記エンジンに天然ガスを主成分とする燃料を供給する
ガスインジェクタと、 前記空燃比センサによる空燃比と目標空燃比との偏差を
小さくすべく前記ガスインジェクタによる燃料供給量を
制御する空燃比制御手段と、を備えたガスエンジンの空
燃比制御装置において、 前記空燃比センサにおける前記排気ガス側電極を、触媒
反応により水素を除去する触媒層で被覆したことを特徴
とするガスエンジンの空燃比制御装置。
2. An exhaust gas purification catalyst provided in an exhaust path of an engine, and an exhaust gas catalyst is disposed on one side of the exhaust path and disposed on an upstream side of the exhaust purification catalyst of the exhaust path. An air-fuel ratio sensor having an element made of a solid electrolyte on which a side electrode is formed; a gas injector for supplying fuel mainly composed of natural gas to the engine; and a deviation between an air-fuel ratio and a target air-fuel ratio by the air-fuel ratio sensor. An air-fuel ratio control device for a gas engine, comprising: an air-fuel ratio control unit that controls the amount of fuel supplied by the gas injector to reduce the fuel consumption. An air-fuel ratio control device for a gas engine, wherein the device is coated with a catalytic layer.
【請求項3】 エンジンの排気経路に設けられた排気浄
化用触媒と、 前記排気経路の排気浄化用触媒の上流側に配置され、一
側面に大気側電極が形成されるとともに他側面に排気ガ
ス側電極が形成された固体電解質よりなる素子を有する
空燃比センサと、 前記エンジンに天然ガスを主成分とする燃料を供給する
ガスインジェクタと、 前記空燃比センサによる空燃比と目標空燃比との偏差を
小さくすべく前記ガスインジェクタによる燃料供給量を
制御する空燃比制御手段と、を備えたガスエンジンの空
燃比制御装置において、 前記空燃比センサにヒータを設け、該ヒータにて前記排
気ガス側電極の表面を600℃以上に保つようにしたこ
とを特徴とするガスエンジンの空燃比制御装置。
3. An exhaust gas purification catalyst provided in an exhaust path of an engine; and an exhaust electrode disposed on one side and an exhaust gas disposed on the other side, disposed on the upstream side of the exhaust purification catalyst on the exhaust path. An air-fuel ratio sensor having an element made of a solid electrolyte on which a side electrode is formed; a gas injector for supplying fuel mainly composed of natural gas to the engine; and a deviation between an air-fuel ratio and a target air-fuel ratio by the air-fuel ratio sensor. Air-fuel ratio control means for controlling the amount of fuel supplied by the gas injector in order to reduce the air-fuel ratio. A heater is provided for the air-fuel ratio sensor, and the exhaust gas side electrode is provided by the heater. An air-fuel ratio control device for a gas engine, wherein a surface of the gas engine is maintained at 600 ° C. or higher.
【請求項4】 エンジンの排気経路に設けられた排気浄
化用触媒と、 前記排気経路の排気浄化用触媒の上流側に配置され、一
側面に大気側電極が形成されるとともに他側面に排気ガ
ス側電極が形成された固体電解質よりなる素子を有する
空燃比センサと、 前記エンジンに天然ガスを主成分とする燃料を供給する
ガスインジェクタと、 前記空燃比センサによる空燃比をリッチ側に補正する補
正手段と、 前記補正手段による空燃比と目標空燃比との偏差を小さ
くすべく前記ガスインジェクタによる燃料供給量を制御
する空燃比制御手段と、を備えたことを特徴とするガス
エンジンの空燃比制御装置。
4. An exhaust gas purification catalyst provided in an exhaust path of an engine; and an exhaust gas catalyst disposed on an upstream side of the exhaust gas purification catalyst of the exhaust path and having an atmosphere-side electrode formed on one side surface and an exhaust gas on another side surface. An air-fuel ratio sensor having an element made of a solid electrolyte on which a side electrode is formed; a gas injector for supplying fuel mainly composed of natural gas to the engine; and a correction for correcting an air-fuel ratio by the air-fuel ratio sensor to a rich side. And an air-fuel ratio control means for controlling a fuel supply amount by the gas injector so as to reduce a deviation between an air-fuel ratio and a target air-fuel ratio by the correction means. apparatus.
【請求項5】 前記空燃比センサは、前記素子の一側面
と他側面での酸素濃度差による起電力を大気側および排
気ガス側電極にて取り出すものであり、 前記補正手段は、前記空燃比センサの出力信号を基準レ
ベルと比較してその結果が反転すると補正係数を所定値
だけ加算あるいは減算し、反転しないと補正係数を徐々
に増加あるいは減少させる際に、基準レベル、反転時の
加算値、減算値、反転しない時の徐変値、反転から補正
係数の加算あるいは減算までの時間の少なくともいずれ
か1つを、空燃比をリッチ側とすべく調整するものであ
る請求項4に記載のガスエンジンの空燃比制御装置。
5. The air-fuel ratio sensor detects an electromotive force due to a difference in oxygen concentration between one side surface and the other side surface of the element at an atmosphere side electrode and an exhaust gas side electrode. When the output signal of the sensor is compared with the reference level and the result is inverted, the correction coefficient is added or subtracted by a predetermined value. Otherwise, the correction coefficient is gradually increased or decreased. 5. The method according to claim 4, wherein at least one of the subtraction value, the gradual change value when not inverted, and the time from inversion to addition or subtraction of the correction coefficient is adjusted so that the air-fuel ratio is on the rich side. Air-fuel ratio control device for gas engine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002031618A (en) * 2000-05-12 2002-01-31 Denso Corp Gas sensor
JP2006170848A (en) * 2004-12-16 2006-06-29 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas sensor evaluation device
JP2009299500A (en) * 2008-06-10 2009-12-24 Toyota Motor Corp Apparatus and method for determining deterioration of air-fuel ratio sensor
US9279377B2 (en) 2012-02-01 2016-03-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Air-fuel ratio imbalance determination apparatus and air-fuel ratio imbalance determination method

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