JPS61272437A - エンジンの排気浄化装置 - 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） 本発明はエンジンの排気浄化装置、特に排気通路に設け
られた排気センサの出力に基づいて混合気の空燃比を目
標値に収束させるフィードバック制御が行われるエンジ
ンの排気浄化装置に関する。

（従　　来　　技　　術） エンジンの排気系には、排気ガス中に含まれる有害成分
を除去する触媒コンバータ等の排気浄化装置が備えられ
るが、この排気浄化装置の浄化作用を促進させるには該
装置内における反応温度を十分高温に保持する必要があ
る。そのため、近年、排気通路における排気浄化装置の
上流側に２次空気を供給することにより積極的に排気ガ
ス中の未燃ガスを燃焼させ、この時に発生する燃焼熱に
よって排気浄化装置内を高温状態に保持することが行わ
れている。しかし、このような方法によるにしても、エ
ンジンの総運転時間が長くなると排気浄化装置が劣化し
て十分な浄化能力を維持することが困難になり、そのた
め多量の未燃ガス或は窒素酸化物等の有害ガスが外部に
排出されるといった不具合を招くことになる。

そこで、排気浄化装置の劣化に伴う上記のような不具合
を回避するために、本出願人は先の特許出願（特願昭５
８−１９７１６６号）において次のような発明を提案し
た。これは、排気通路における排気浄化装置の上流側に
排気センサを設けると共に、この排気センサにより検出
される排気ガス中の酸素濃度に基づいてエンジンに供給
される混合気の空燃比を最適値に収束させるように燃料
供給量をフィードバック制御するようにした構成におい
て、排気通路に２次空気を供給する２次空気供給通路か
ら分岐した分岐通路を上記排気通路における排気センサ
の上流側に合流させたものである。そして、エンジンの
総運転時間が所定値以上となった時に、上記分岐通路か
ら２次空気を排気センサの上流側に供給することにより
”該センサにより検出される排気ガスの酸素濃度が最適
空燃比に対応する濃度よりも希薄になるようにすると共
に、この検出結果に基づいてフィードバック制御を行わ
せることにより、エンジンの燃焼室に供給される混合気
の空燃比を最適値よりもリッチ（過濃）状態となるよう
に構成したものである。

このような構成によれば、エンジンの総運転時間が所定
値以上となった時、つまり排気浄化装置が劣化した時に
、劣化前よりも多量の燃料が燃焼室に供給されることに
なり、これに伴って該燃焼室から排出される排気ガス中
の未燃ガスが壜加することになる。そして、この未燃ガ
スが２次空気によって燃焼されることにより排気浄化装
置が高温状態に保持され、これにより該排気浄化装置の
劣化時においても良好な浄化性能が得られることになる
。

ところで、上記のような空燃比を最適値に収束させるフ
ィードバック制御は、エンジンの高回転高負荷時、アイ
ドル時及び減速時等には停止されて、これらの領域では
燃料供給量を所定値に固定する固定制御が行われるのが
通例であるが、上記排気浄化装置の劣化時に、エンジン
の運転領域がこの固定制御領域からフィードバック制御
領域に移行した場合には次のような不具合が生じる。つ
まり、フィードバック制御が開始された時に、上記分岐
通路からすし気センサの上流側に２次空気が直ちに供給
されるのに対して該センサの検出結果による空燃比をリ
ッチにする制御が遅れるため、第６図に符号（ア）で示
すように排気浄化装置上流の未燃ガスの濃度が希薄な状
態から上記フィードバック制御が開始されることになる
。そして、この濃度が最適値Ｚｏに達するまでの間、未
燃ガスの濃度が希薄であることに起因して排気浄化装置
の温度が低下し或は高温状態に保持されず、そのためこ
の間に排気性能が悪化して窒素酸化物等の有害成分が外
部に排出されるのである。

（発　　明　　の　　目　　的） 本発明はエンジンの排気浄化装置における上記のような
問題に対処するもので、所定のエンジン運転領域におい
て、排気通路における排気浄化装置の上流側に設けられ
た排気センサにより検出される排気ガスの状態に基づい
て混合気の空燃比を最適値に収束させるように燃料供給
量をフィードバック制御すると共に、排気浄化装置の劣
化時に、上記排気センサの上流側に２次空気供給通路か
ら分岐した分岐通路から２次空気を供給して、上記混合
気の空燃比をリッチ状態とすることにより、該浄化装置
の浄化能力の低下を防止するように構成されたエンジン
において、運転状態が燃料供給量を所定値に固定する領
域から上記フィードバック制御を行う領域に移行した際
に、分岐通路から供給される２次空気によって排気浄化
装置の上流側の未燃ガスの濃度が一時的に希薄となるこ
とに起因して、該装置の温度がフィードバック制御の開
始時に十分上昇しないといった不具合を防止し、これに
より上記領域の移行時においても排気浄化装置の良好な
浄化性能を得ることを目的とする。

（発　　明　　の　　構　　成） 本発明は上記目的達成のため、次のように構成したこと
を特徴とする。

即ち、排気通路における排気浄化装置の上流側に設けた
排気センサからの出力に基いて燃焼室に供給される混合
気の空燃比を目標値に収束させるように燃料供給量を制
御するフィードバック制御と、燃料供給量を所定値に固
定する固定制御とを運転状態に応じて切換えて行う燃料
制御手段を備えたエンジンにおいて、上記排気浄化装置
の劣化時に排気通路における上記排気センサの上流側に
所定通の２次空気を供給する２次空気供給手段を設ける
と共に、上記燃料制御手段におけるフィードバック制御
時の基本燃料量を補正する補正手段を設ける。この補正
手段は、上記２次空気供給手段によって排気センサの上
流側に供給される２次空気量に応じて上記基本燃料量を
可変制御するものである。尚、上記排気浄化装置の劣化
状態は、エンジンの総運転時間ないし当該自動車の総走
行距離等によって判断され、またこれらの値の増加に応
じて上記２次空気量が増大される。

（発　　明　　の　　効　　果） 上記の構成によれば、所定のエンジン運転領域において
、排気通路に設けられた排気センサにより検出される排
気ガスの状態に基づいて混合気の空燃比を最適値に収束
させるように燃料供給量をフィードバック制御し、且つ
排気通路に設けられた排気浄化装置の劣化時に上記排気
センサの上流側に２次空気を供給するように構成された
エンジンにおいて、上記フィードバック制御時の基本燃
料口を排気センサの上流側に供給される２次空気の流量
に応じて補正するようにしたので、排気浄化装置の劣化
時において、エンジンの運転領域が燃料供給量の固定制
御領域から上記フィードバック制御が行われる領域に移
行した際に、排気浄化装置の上流側への未燃ガスの排出
量が増大された状態から上記フィードバック制御が開始
されることになる。これにより、該フィードバック制御
の開始時に未燃ガスが不足して排気浄化装置が十分に高
温にならないといった不具合が回避され、フィードバッ
ク制御の開始直後から良好な排気性能が得られることに
なる。

（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１図に示すようにエンジン１の燃焼室２には、吸、排
気バルブ３．４を介して吸気通路５及び排気通路６が夫
々連通されている。上記吸気通路５には、上流側からエ
アクリーナ７、エアフローメータ８、スロットルバルブ
９及び燃料噴射ノズル１０が配設され、また上記排気通
路６には、燃焼室２から排出される排気ガス中の酸素濃
度を検出する０２センサ１１及び該排気ガスを浄化する
触媒１２が設けられている。そして、この排気通路６に
おける０２センサ１１と触媒１２との間には２次空気供
給通路１３の一端が開口され、該通路１３の他端に配備
されたエアポンプ１４がモータ１５によって駆動される
ことにより、フィルター１６から取入れられた２次空気
が上記通路１３を経て排気通路６に供給されるようにな
っている。

また、この排気通路６における０２センサ１１の直上流
側には、上記２次空気供給通路１３から分岐された分岐
通路１７の一端が開口され、該通路１７上に設けられた
りニアソレノイドバルブ１８の開閉作動により、上記エ
アポンプ１４によって２次空気が所定の時期に且つ流分
を調整された上で２次空気供給通路１３及び分岐通路１
７を経て排気通路６に供給されるようになっている。

一方、このエンジン１には、上記モータ１５及びリニア
ソレノイドバルブ１８の作動を制御する２次空気制御回
路１つと、上記燃料噴射ノズル１０の噴射量を制御する
燃料制御回路２０とが設けられている。そして、２次空
気制御回路１９は、上記触媒１２の温度を検出する触媒
温度センサ２１、エンジン１の冷却水温を検出する水温
センサ２２、スロットルバルブ９の開度を検出するスロ
ットル開度センサ２３、自動車の総走行距離を検出する
総走行距離センサ２４及びエンジン回転数を検出するエ
ンジン回転センサ２５からの各信号ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ
を受けて、上記エアポンプ１４を駆動するモータ１５及
び上記分岐通路１７上に設けられたりニアソレノイドバ
ルブ１８にモータ回転信号ｒ及びバルブ駆動信号ｇを夫
々出力するようになっている。また、燃料制御回路２０
は、上記エアフローメータ８．０２センサ１１及びエン
ジン回転センサ２５からの各信号り、ｉ　、ｅに基づい
て燃焼室２に供給される混合気の空燃比が最適値となる
ように燃料供給量を設定し、この燃料供給量を上記燃料
噴射ノズル１０に燃料制御信号ｊとして出力するフィー
ドバック制御を行うと共に、上記２次空気制御回路１９
からの信号ｋ。

１を受けて上記燃料制御信号ｊの制御値を補正する補正
制御を行うようになっている。尚、この燃料制御回路２
０は、エンジン１の運転領域が高回転高負荷領域、アイ
ドル領域及び減速領域等にある時には、上記のフィード
バック制御を行わず、所定回の燃料を供給するように燃
料制御信号ｊを出力する。

次に、上記２次空気制御回路１９について更に詳細に説
明する。

第２図に示すように２次空気制御回路１９は、上記エア
ポンプ駆動用モータ１５の回転を制御するモータ制御部
１９１と、２次空気供給通路１３から分岐された分岐通
路１７上のりニアソレノイドバルブ１８の開閉動作を制
御するバルブ制御部１９２とから構成されている。

上記モータ制御部１９１は、スロットル開度センサ２３
からのスロットル開度信号Ｃ及びエンジン回転センサ２
５からのエンジン回転数信号ｅが入力される基本量設定
回路２６と、水温センサ２２からの水温信号すが入力さ
れる調整量設定回路２７と、該回路２７からの調整量信
号ｍ及び上記基本ｍ設定回路２６からの基本量信号ｎと
が入力される演算回路２８とを有する。ここで、上記基
本ｍ設定回路２６は、スロットル開度信号Ｃが示すスロ
ットル開度とエンジン回転数信号ｅが示すエンジン回転
数とに基づいてエンジンの運転領域を判別すると共に、
第１メモリ２９に記憶されているマツプ、つまり第３図
（Ｉ）に示すように領域Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅの順に２次
空気供給通路１３から排気通路６に供給される２次空気
の基本量が多くなるように設定されたマツプに基づいて
その時のエンジンの運転領域に応じた２次空気の基本量
を設定する。また、上記調整量設定回路２７は、第３図
（ＩＩ）に示す特性を有する水温係数に１を用いて２次
空気の調整量を上記水温信号わが示す冷却水温に応じて
設定する。そして、上記演算回路２８は、この調整量と
上記基本量とを加算して２次空気供給量を設定すると共
に、この設定値を示す信号つまり２次空気供給量信号０
を出力する。

また、このモータ制御部１９１には、触媒温度センサ２
１からの触媒温度信号ａ及び所定温度設定回路３０から
の所定温度信号ｐに基づいて触媒温度が所定温度以上で
あるか否かを判定し、その判定結果を判定信号にとして
出力する比較回路３１と、該判定信号ｋが触媒温度が所
定温度以下であることを示す時にゲートを開いて上記演
算回路２８からの２次空気供給最信号０をそのまま制御
信号Ｏ′として出力し、且つ触Ｉｓ温度が所定温度以上
の時にはゲートを閉じて制御信号０′の出力を停止する
ゲート回路３２と、触媒温度が所定温度以下の時にゲー
ト回路３２から出力される制御信号Ｏ′に基づいてモー
タ駆動信号ｆを出力するモータ駆動回路３３とが備えら
れている。そして、このモータ駆動信号ｆを受けてモー
タ１５が回転されることにより第１図に示すエアポンプ
１４が駆動され、これにより運転状態に応じて決まる所
定量の２次空気が２次空気供給通路１３を経て排気通路
６に供給される。

一方、上記バルブ制御部１９２は、総走行距離センサ２
４からの距離信号ｄが入力されると共に、第２メモリ３
４に記憶されているマツプ、つまり第３図（■）に示す
係数に２の特性線に基づいて、上記距離信号ｄが示す自
動車の総走行距離に応じた係数に２を設定する係数設定
回路３５と、該係数設定回路３５からの係数信号ｑが示
す係数に２の値に基づいて分岐通路１７上に設けられた
りニアソレノイドバルブ１８の開弁量を演算する開弁量
演算回路３６と、該開弁量演算回路３６からの聞弁伶信
号１が示す開弁ｍに基づいてリニアソレノイドバルブ１
８を駆動するバルブ駆動信号ｇを出力するバルブ駆動回
路３７とを有する。そして、上記バルブ駆動信号ｇを受
けてリニアソレノイドバルブ１８が開弁されることによ
り、２次空気が分岐通路１７を経て排気通路６における
０２センサ１１の直上流側に供給されるが、この２次空
気は、自動車の総走行距離が第３図（Ｉ）に示す所定走
行距離Ｌｏ以上となった時点、つまり上記触媒１２が劣
化したものと判断される時点から同図に示す特性に基づ
いて供給され、しかもエンジン１の運転領域が高回転高
負荷領域、アイドル領域等以外の領域、つまり空燃比を
最適値に収束させるフィードバック制御が行われる領域
においてのみ供給されるようになっている。従って、エ
ンジン１の運転領域が上記フィードバック制御領域にあ
り且つ触媒１２が劣化している時には、上記分岐通路１
７から供給される２次空気の影響を受けて０２センサ１
１によって検出される排気ガス中の酸素濃度が希薄にな
り、そのためこの酸素濃度に基づいて燃料制御回路２０
でフィードバック制御される燃料供給ｍが増量されて、
燃焼室２に供給される混合気の空燃比が最適値（例えば
１４゜７）よりもリッチな状態となる。その結果、上記
燃焼室２から排出される排気ガス中の未燃ガスが増ｍさ
れると共に、２次空気も上記２次空気供給通路１３から
の所定の供給量に分岐通路１７からの供給量が加えられ
て増量され、この増ｍされた未燃ガスと２次空気とが積
極的に反応することにより触媒１２の温度が上昇し、該
触Ｗ、１２の劣化時においても良好な浄化性能が得られ
ることになる。

然して、上記燃料制御回路２０は、第２図に示すように
２次空気制御回路１９のモータ制御部１９１における比
較回路３１からの判定信＠にと、バルブ制御部１９２に
おける開弁量演算回路３６からの開弁量信号ｌとを受け
て、触ｔｓ温度が所定温度以下の時にリニアソレノイド
バルブ１８の開弁量、つまり分岐通路１７から供給され
る２次空気Ｍに応じて燃料噴射ノズル１０に出力する燃
料制御信号ｊの制御値（空燃比を最適値に収束させるフ
ィードバック制御における基本燃料量）を補正するよう
になっており、次にこの補正制御を含む燃料制御回路２
０の作動を第４図に示すフローチャートに基づいて説明
する。

エンジン１の総走行距離が上記所定走行距離１０以上で
あり、つまり触媒１２が劣化しており、且つエンジン１
の運転領域が、空燃比を最適値に収束させるフィードバ
ック制御が行われる領域にある場合には、燃料制御回路
２０は先ずステップ８１．８２で、エンジン回転センサ
２５の出力信号ｅが示すエンジン回転数と、エアフロー
メータ８の出力信号りが示す吸入空気徂と、０２センサ
１１の出力信号ｉが示す酸素濃度とを読み込むと共に、
上記エンジン回転数及び吸入空気楢に基づいて第１燃料
噴射伍［１を演算−する。

次に、該制御回路２０は、ステップＳ３で２次空気制御
回路１９のモータ制御部１９１における比較回路３１か
ら出力される判定信号ｋに基づいて触媒温度が所定温度
以下であるか否か、つまり該モータ制御部１９１におけ
るゲート回路３２のゲートが間かれて２次空気供給通路
１３から排気通路６に２次空気が供給されているか否か
を判定する。そして、ゲートが開かれている場合（触媒
温度が所定温度以下であって、２次空気が供給されてい
る場合）にはステップＳ４を実行して、上記２次空気制
御回路１９のバルブ制御部１９２における開弁量演算回
路３６からの開弁量信号１が示すリニアソレノイドバル
ブ１８の開弁量、即ち分岐通路１７から排気通路６に供
給される２次空気聞に基づいて補正燃料噴射ｆｆ１Ｆ２
を演算する。

尚、上記ゲートが閉じられている場合には、ステップＳ
５を実行して補正燃料噴射ｆｆ１Ｆ２をＯに設定する。

更に、燃料制御回路２０は、ステップ８６〜ステツプＳ
９を実行してフィードバック制御量（燃料噴射量）Ｆ３
を演算する。即ち、第５図（Ｉ）に示すような０２セン
サ１１の出力特性曲線における混合気の空燃比が最適値
Ｙｏとなるような０２センサ１１の基準出力値Ｘｏに所
定幅の不感帯αを加えた値と、実際の０２センサ１１の
出力値Ｘとを比較した結果、実際の出力１１１ｉ　Ｘの
方が大きい場合には、ステップＳ６からステップＳ７を
実行して前回のフィードバック制御ｆｆ１Ｆ３から所定
の制御ｍＡ　Ｆ３を減算し、この減算した値を新たなフ
ィードバック制御量Ｆ３として設定する。また、上記基
準出力値Ｘｏに不感帯αを加えた値よりも実際の出力値
Ｘの方が小さく、且つこの出力値Ｘが基準出力値Ｘｏか
ら不感帯αを減じた値よりも小さい場合には、ステップ
Ｓ８からステップＳ９を実行して前回のフィードバック
制ｍｍＦ３に所定の制御量ΔＦ３を加算し、この加算値
を新たなフィードバック制ｍｍＦ３として設定する。

尚、上記実際の出力値ＸがＭ早出力値ＸＯ±α内に収ま
っている場合には前回のフィードバック制御量Ｆ３をそ
のまま新たなフィードバック制御ｌ１間Ｆ３とする。

このようにして各燃料噴射量が設定されると、燃料制御
回路２０はステップＳ１ｏで上記第１燃料噴射吊Ｆ１と
補正燃料噴射ＩＦ２とフィードバック制ａωＦ３とを夫
々加算して全燃料噴ｔＪ４量Ｆを求め、然る後ステップ
Ｓ１１でこの全燃料噴射ＩＦを燃料制御信号ｊとして燃
料噴射ノズル１０に出力する。そして、エンジン１の運
転領域が燃料供給量のフィードバック制御を行う領域に
ある間、該燃料制御回路２０は上記ステップ８１〜Ｓ１
１の処理を繰り返す。

ところで、上記のような空燃比を最適値に収束させるよ
うに燃料供給量を制御するフィードバック制御は、エン
ジン１のアイドル時、高回転高負荷時及び減速時等には
行われず、燃料供給ｍを所定温に固定する固定制御が行
われる。そして、エンジン１の運転領域が、このような
固定制御領域からフィードバック制御領域に移行した際
には、上記フローチャートにおけるステップＳ２で演算
される第１燃料噴射ＩＦ＋とステップＳ４で演算される
補正燃料噴射ＩＦ２とを加算した基本燃料噴射量を初期
値としてフィードバック制御が開始される。その場合に
、従来のように上記補正燃料噴射ｆｉｆｔＦ２を加算す
ることなく上記第１燃料噴射ｆｆ１Ｆ＋のみが基本燃料
噴射量とされていると、上記フィードバック制御領域へ
の移行時に、分岐通路１７から排気通路６に２次、空気
が供給されることに起因して、第６図に符号（ア〉で示
すように触媒１２の上流における排気ガス中の未燃ガス
の濃度が希薄な状態から上記フィードバック制御が開始
され、未燃ガスの濃度が最適値Ｚｏに達するまでの間は
触１１２の温度が上昇しないことになる。

しかし、この燃料制御回路２０においては、フローチャ
ートにおけるステップＳ４で求めた補正燃料噴射量Ｆ２
を上記第１燃料噴射量Ｆ１に加算した値、つまり第５図
（Ｉｆ）に示すように分岐通路１７から供給される２次
空気量の増加に伴って増量される基本燃料噴射量を初期
値としてフィードバック制御が開始されることになる。

従って、第５図（ＩＩＩ）に符号（イ）で示すように未
燃ガスの濃度がフィードバック制御の開始直後から最適
１ｉＺｏとされて、該未燃ガスの燃焼により触媒１２の
温度が直ちに上昇されることになる。これにより、触媒
１２の劣化時における上記フィードバック制御の開始時
に該触媒１２が高温状態にならないことに起因する排気
浄化性能の低下が防止されることになる。

尚、この実施例は、排気浄化装置として触媒が使用され
たエンジンに本発明を適用したものであるが、本発明は
他の排気浄化装置を使用したエンジンにも同様に適用し
得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図は本発明の実施例を示ずもので、第１図は制
御システム図、第２図は２次空気制御回路の構成を示す
ブロック図、第３図（Ｉ）、（Ｉ）、（■）は夫々エン
ジンの運転領域に対する２次空気供給量の特性図、水温
係数に１の特性図、走行距離係数に２の特性図、第４図
は燃料制御回路の作動を示すフローチャート図、第５図
（■）。 （ＩＩ）、（１）は夫々０２センサの出力特性図、基本
燃料噴ｒＪ１ｍの特性図、作用効果を示す未燃ガス濃度
の継時変化図である。また、第６図は従来の問題点を示
す未燃ガス８１度の継時変化図である。 ２・・・燃焼室、６・・・排気通路、１１・・・排気セ
ンサ（０，２センサ）、１２・・・排気浄化装置（触媒
）、１７．１８・・・２次空気供給手段（分岐通路、リ
ニアソレノイドバルブ）、２０・・・燃料制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気通路における排気浄化装置の上流に設けられ
   た排気センサからの出力に基づいて混合気の空燃比を目
   標値に収束させるように燃料供給量を制御するフィード
   バック制御と、燃料供給量を所定量に固定する固定制御
   とを運転状態に応じて切換えて行う燃料制御手段を備え
   たエンジンにおいて、排気浄化装置の劣化時に排気通路
   における上記排気センサの上流に所定量の２次空気を供
   給する２次空気供給手段と、上記燃料制御手段によるフ
   ィードバック制御の基本燃料量を上記２次空気の供給量
   に応じて補正する補正手段とを設けたことを特徴とする
   エンジンの排気浄化装置。