JP2806501B2 - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、排気センサの経時劣化、あるいは、ノイズ
混入などによる基準値のずれを解消し、吸入空気流量を
適正に制御することのできるエンジンの空燃比制御装置
に関する。 ［従来の技術と発明が解決しようとする問題点］ 最近、自動車用エンジンの有害排出ガスを減少させる
ための一手段として、エンジンの排出ガス成分に関する
情報によって吸入空気量、あるいは、燃料噴射量を制御
するフィードバック方式の空燃比制御が提案されてい
る。 第５図は、例えば特開昭53−82927号公報に開示され
ている制御手段のブロック図である。 排気通路１に設けられた排気センサ２によって検出さ
れた排気ガス成分（O₂,CO,CO₂,HC,NOxなど）の濃度に応
じた信号がバッファアンプ３で増幅された後、空燃比制
御回路４、および、極大値−極小値（Ｐ−Ｐ値）算出回
路５に入力される。 そして、上記Ｐ−Ｐ値算出回路５にて割り出された排
気ガス濃度の極大値（Ｐ値）と極小値（Ｐ値）からの信
号が基準値算出回路６へ入力され、ここで上記Ｐ−Ｐ値
に基づく基準値が割り出され、この基準値を上記空燃比
制御回路４に入力し、この空燃比制御回路４に入力され
ている上記排気センサ２からの出力信号と比較し、その
比較値に基づく信号をアクチュエータ駆動回路７へ入力
し、このアクチュエータ駆動回路７が、電子制御気化器
のエアリークバルブあるいはエアブリードバルブ、また
はインジェクタなどに設けられたアクチュエータ８を動
作させて、吸入空気量、あるいは、燃料噴射量を適正に
設定する。 この先行例によれば、上記空燃比のフィードバック制
御の基準値が排気ガス濃度のＰ−Ｐ値に基づいて定めら
れるので、上記排気センサ２の経時劣化に伴う出力特性
の変化が補償される。 ところで、上記排気センサ２は内部抵抗が比較的に高
く、また当然のことながらエンジン本体の近くに設置さ
れるので、イグニッションノイズなどが混入しやすい。 第６図は第５図に示した制御手段の具体的な回路図、
第７図は第６図の回路中の波形を示すものであり、縦軸
に電圧（Ｖ）、横軸に経過時間（ｔ）を示す特性図であ
る。 上記排気センサ２からは空燃比変化に応じて極大値と
極小値の信号（Vo₂）が交互に出力される。 上記排気センサ２にノイズなどの異常信号（Vnoise）
が混入されると、上記Ｐ−Ｐ値算出回路５に設けられた
極大値保持用コンデンサC₁に上記異常信号Vnoiseに伴う
高電圧が極大値Vpeakとしてチャージされる。すると、
この極大値Vpeakが上記コンデンサC₁から放電されるま
での間、上記コンデンサC₁では、実際の上記排気ガスセ
ンサ２に基づく出力信号Vo₂の最大値よりも著しく高い
電圧状態が継続されてしまう。 その結果、上記空燃比制御回路４に設けられたコンパ
レータOP₁の反転入力端子には、実際の基準値Vsよりも
高いレベルの値（Vs₁）が基準値として入力されてしま
い、このコンパレータOP₁の非反転入力端子に入力され
た上記排気センサ２からの出力信号Vo₂との比較値に著
しいずれが生じる。 そのため、このずれた値の出力信号が上記空燃比制御
回路４の他のコンパレータOP₂の非反転入力端子に入力
され、このコンパレータOP₂の反転入力端子に入力され
た発振回路12からの基準信号と比較されて、アクチュエ
ータ駆動回路７のパワートランジスタTrが上記アクチュ
エータ８を誤動作させてしまう。 その結果、正しい吸入空気量が設定されず、排出ガス
の浄化率が低下してしまうばかりでなく、燃料消費率の
悪化を招く。 また、上記特開昭53−82927号公報には、第８図に示
すように、上記基準値算出回路６に、ダイオードD₁、抵
抗R₁,R₂からなる下限リミッタ16と、ダイオードD₂、抵
抗R₃,R₄からなる上限リミッタ17とを設け、基準値が上
限値、あるいは下限値を越えた場合、上記ダイオード
D₁,D₂の一方が順バイアスされ、上記空燃比制御回路４
の上記コンパレータOP₁の反転入力端子に入力される基
準値の上限、下限を規制する技術が開示されている。 第９図（波形図）に示すように、上記先行技術におい
ては、上記排気センサ２に異常電圧Vperkが混入されて
も、上記上限リミッタ17によりバイアスがかけられて上
限値Vslimitが制限されるため、実際の基準値Vsに対し
近似した値の基準値Vs₁が出力されるが、上記コンデン
サC₁にチャージされた異常電圧Vpeakが放電されるまで
の間は上記実際の基準値Vsとの間にずれが生じたままで
あり、その間、前述と同様、設定吸入空気量と理論吸入
空気量との間に誤差が生じ、適正な空燃比制御が困難に
なり、排気ガスの浄化率が低下し燃料消費率が悪化す
る。 ［発明の目的］ 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ノイズ
などの異常信号の影響をほとんど受けることなく、吸入
空気量が適正に制御されて、排気ガス浄化率の向上、お
よび燃料消費率の改善が図れるエンジンの空燃比制御装
置を提供することを目的としている。 ［問題点を解決するための手段及び作用］ 本発明は、エンジンの排気通路に設けられた排気セン
サからの出力信号の極大値と極小値とを算出する第１の
算出手段と、上記第１の算出手段で算出された極大値と
極小値に基づいて基準値を算出する第２の算出手段と、
上記排気センサの出力信号を上記第２の算出手段で算出
された基準値と比較して空燃比制御値を設定する制御手
段と、上記制御手段で設定された空燃比制御値に基づい
て空燃比を調整する駆動手段とが設けられているエンジ
ンの空燃比制御装置において、上記第１の算出手段で算
出された極大値と極小値との少なくとも一方に基づいて
上記排気センサの出力信号に対する上限値と下限値との
少なくとも一方を可変設定し、上記排気センサの出力信
号の上限と下限との少なくとも一方を上記上限値と下限
値との少なくとも一方により制御するリミットレベル手
段を有することを特徴とする。 すなわち、第１の算出手段では、排気センサの出力信
号に基づいて極大値と極小値とを算出し、リミットレベ
ル手段において上記極大値と極小値との少なくとも一方
に基づいて上記排気センサの出力信号に対する上限値或
いは下限値を可変設定し、上記排気センサの出力信号の
値が上記上限値より高く、或いは上記下限値より低いと
き、例えば、排気センサの出力信号にノイズなどの異常
信号が混入されて、該出力信号の値が瞬間的に高く、或
いは低くなったとき、上記極大値或いは極小値を上記上
限値或いは下限値で制限する。そして、第２の算出手段
で、上記極大値と極小値とに基づいて上記排気センサの
出力信号に対する基準値を設定し、制御手段において上
記基準値と排気センサの出力信号とを比較して空燃比制
御値を設定し、該空燃比制御値を駆動手段へ出力する。 ［発明の実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 第１図〜第４図は本発明の一実施例を示し、第１図は
制御回路のブロック図、第２図は回路図、第３図は縦軸
に電圧（Ｖ）、横軸に経過時間（ｔ）を示す波形図、第
４図はエンジン制御系の概略図である。 第４図の符号22は制御手段としての制御回路であり、
この制御回路22の入力側に、触媒コンバータ23を介して
マフラ29に連通する排気通路１に臨まされた排気センサ
の一例であるO₂センサ２からの検知信号が入力される。
また、上記制御回路22の出力側に、吸気通路24に設置さ
れた電子制御気化器25のエアブリード25aに連通する空
気補正通路28a、および、スロー燃料通路25bの途中のエ
アブリード25cに連通する空気補正通路28bにそれぞれ設
けられた電磁弁27のソレノイドコイル（以下「アクチュ
エータ」）８が接続されている。 また、上記各電磁弁27の吸込側がエアクリーナ40を介
して大気に連通しており、この電子制御気化器25では、
上記制御回路22から出力する信号で電磁弁（以下「エア
リークバルブ」）27を所定のデューティ比で開閉するこ
とにより、上記空気補正通路28a,28b,エアブリード25a,
25cを介して燃料系に多量の空気を補給して混合気の空
燃比をリーンにしたり、その空気補給量を減じて空燃比
をリッチにするように制御動作する。 また、第１図に示すように、上記制御回路22には、従
来と同様のバッファアンプ３、極大値−極小値（Ｐ−Ｐ
値）算出回路５、基準値算出回路６、空燃比制御回路
４、上記電子制御気化器25のエアリークバルブ27を開閉
動作させるアクチュエータ８に接続されたアクチュエー
タ駆動回路７が組み込まれている。さらに、上記バッフ
ァアンプ３と上記Ｐ−Ｐ値算出回路５との間に、このＰ
−Ｐ値算出回路５からの出力電圧に応じて動作するリミ
ットレベル回路33が介装されている。 上記Ｐ−Ｐ値算出回路５には、ダイオードD₃,D₄が並
列に配設されており、このダイオードD₃のカソード側に
他のダイオードD₄のアノード側が接続され、その間に上
記O₂センサ２がバッファアンプ３を介して接続されてい
る。さらに、上記ダイオードD₃のアノード側と他のダイ
オードD₄のカソード側とが基準値算出回路６の抵抗R₅,R
₆を介して互いに接続されている。 また、上記ダイオードD₃のアノード側と上記抵抗R₅と
の間に、極小値保持用コンデンサC₂を介してプラス電源
が接続されている。さらに、上記ダイオードD₄のカソー
ド側と上記抵抗R₆との間に、極大値保持用コンデンサC₁
を介してマイナス電源（アース）が接続されている。 また、上記基準値算出回路６の上記抵抗R₅,R₆間が、
バッファアンプ34を介して空燃比制御回路４に設けられ
たコンパレータOP₁の反転入力端子に接続されている。
さらに、このコンパレータOP₁の非反転入力端子が、上
記バッファアンプ３と上記Ｐ−Ｐ値算出回路５のダイオ
ードD₃,D₄との間に接続されている。 上記コンパレータOP₁の出力端子が抵抗R₇を介して積
分用演算増幅器OP₃の反転入力端子に接続されている。
また、この積分用演算増幅器OP₃の上記反転入力端子と
出力端子とがコンデンサC₃を介して接続されている。な
お、この積分用演算増幅器OP₃の非反転入力端子はアー
スされている。 また、この積分用演算増幅器OP₃の出力端子が抵抗R₈
を介して、コンパレータOP₂の非反転入力端子に接続さ
れている。さらに、このコンパレータOP₂の反転入力端
子に、所定周波数の三角波を出力する周知の発振回路12
が接続されている。 また、上記コンパレータOP₂の出力端子がアクチュエ
ータ駆動回路７に設けられたダイオードD₅、抵抗R₉を介
してパワートランジスタTrのベースに接続されている。
さらに、このパワートランジスタTrのコレクタ側に上記
アクチュエータ８のコイルが接続されており、また、上
記パワートランジスタTrのエミッタ側がアースされてい
る。 （特徴部分の説明） また、前記リミットレベル回路33に設けられた加算器
OP₄の反転入力端子が、電源（Vcc）に直列接続された抵
抗R₁₀,R₁₁間に抵抗R₁₂を介して接続されている。なお、
この加算器OP₄の上記反転入力端子に出力端子からの出
力の一部が抵抗R₁₃を介して加算される。また、この加
算器OP₄の非反転入力端子はアースされている。 さらに、上記加算器OP₄の上記反転入力端子が上記Ｐ
−Ｐ値算出回路５の上記ダイオードD₄と極大値保持用コ
ンデンサC₁との間に抵抗R₁₄を介して接続されている。 また、上記加算器OP₄の出力端子が抵抗R₁₅を介して反
転増幅器OP₅の反転入力端子に接続されている。なお、
この反転増幅器OP₅の反転入力端子に、出力端子からの
出力の一部が抵抗R₁₆を介して負帰還されている。ま
た、この反転増幅器OP₅の非反転入力端子がアースされ
ている。 また、上記反転増幅器OP₅の出力端子が最大値規制用
定電圧ダイオードZD₁のアノード側に接続されている。
さらに、この定電圧ダイオードZD₁のカソード側が最小
値規制用定電圧ダイオードZD₂のアノード側に接続さ
れ、この定電圧ダイオードZD₂のカソード側がプラス電
源に接続されている。さらに、上記両定電圧ダイオード
ZD₁,ZD₂間が、前記バッファアンプ３と、前記空燃比制
御回路４のコンパレータOP₁の非反転入力端子との間に
接続されている。 次に、上記構成による実施例の作用について説明す
る。 エンジンが駆動すると、O₂センサ２からの検出信号が
制御回路22に入力され、このO₂センサ２からの情報に基
づいて、電子制御気化器25のエアリークバルブ（あるい
はエアブリードバルブ）27に設けられたアクチュエータ
８を制御動作させ、吸入空気量を適正に制御する。 上記O₂センサ２からは、空燃比の変化に応じて極大値
（混合気過濃状態）と、極小値（混合気稀薄状態）とが
交互に出力される（第３図の波形Vo₂）。 このO₂センサ２から出力された電圧Vo₂がバッファア
ンプ３で増幅された後、極大値−極小値（Ｐ−Ｐ値）算
出回路５へ入力され、このＰ−Ｐ値算出回路５の極大値
保持用コンデンサC₁と極小値保持用コンデンサC₂をダイ
オードD₄,D₃を介して充放電する。その結果、上記極大
値保持用コンデンサC₁に増幅後の極大値Vpeakが保持さ
れる。また、上記極小値保持用コンデンサC₂に増幅後の
極小値電圧が保持される。なお、この両コンデンサC₁,C
₂に保持された極大値、極小値に対応する電荷は基準値
算出回路６に設けられた抵抗R₆,R₅を通して放電される
ので、上記両コンデンサC₁,C₂には入力電圧に応じて常
に新しい極大値、極小値が保持される。 そして、上記両コンデンサC₁,C₂に保持された極大値
と極小値が上記基準値算出回路６の抵抗R₆,R₅によって
所定の割合（例えば1/2）に分割された値が基準値Vsと
なり、この基準値Vsがバッファアンプ34で増幅された
後、空燃比制御回路４のコンパレータOP₁の反転入力端
子に入力される。 一方、このコンパレータOP₁の非反転入力端子には、
上記バッファアンプ３で増幅された後の上記O₂センサ２
からの電圧Vo₂が入力されており、上記基準値Vsと比較
され、基準値Vsよりも電圧Vo₂が高いときにのみ積分用
演算増幅器OP₃の非反転入力端子へＨ信号が出力され
る。 そして、この積分用演算増幅器OP₃にて上記Ｈ信号が
積分され、その積分された電圧値がコンパレータOP₂の
非反転入力端子される。また、このコンパレータOP₂の
反転入力端子には、周知の発振回路12から出力される所
定周波数の三角波電圧が入力されており、この三角波電
圧と上記非反転入力端子に入力された積分電圧値とが比
較される。 そして、上記積分電圧値が三角波電圧よりも高けれ
ば、アクチュエータ駆動回路７に設けられたパワートラ
ンジスタTrのベースにＨ信号が入力されて、このパワー
トランジスタTrがON動作される。一方、上記積分電圧値
が三角波電圧よりも低ければ、上記パワートランジスタ
TrのベースにＬ信号が入力され、このパワートランジス
タTrがOFF動作される。 その結果、このパワートランジスタTrに接続されて電
子制御気化器25のエアリークバルブ（あるいはエアブリ
ードバルブ）27に設けられたアクチュエータ８が上記パ
ワートランジスタTrをON/OFFさせるパルス（デューティ
信号）に応じて上記エアリークバルブ27の開度を制御動
作し、吸入空気量を制御する。 （特徴部分の作用） ところで、上記O₂センサ２に、イグニッションコイル
などからノイズが混入されると、このO₂センサからの出
力電圧Vo₂が瞬間的に高い異常値を示す（第３図の波形V
noise）。 一方、このときリミットレベル回路33に設けられた加
算器OP₄の反転入力端子には、上記極大値保持用コンデ
ンサC₁にかかる電圧Vo₂に電源電圧Vccで決まる所定電圧
を加算した電圧が入力され、この出力端子からは負極電
圧が出力される。そして、この負極電圧が反転増幅器OP
₅の反転入力端子に入力されて、この出力端から最大値
規制用定電圧ダイオードZD₁のアノード側へ正極電圧が
印加される。この定電圧ダイオードZD₁に印加されてい
る電圧は上記Ｐ−Ｐ値算出回路５に設けられたコンデン
サC₁、抵抗R₆、上記加算器OP₄、および反転増幅器OP₅に
よりノイズ混入前の加算電圧が印加されている。 上記O₂センサ２に混入されてバッファアンプ３にて増
幅された異常値Vnoiseは、上記最大値規制用定電圧ダイ
オードZD₁に印加されている加算電圧より高いため、こ
の定電圧ダイオードZD₁が逆バイアスされる。その結
果、この異常値Vnoiseのうちノイズ混入前の電圧Vo₂に
基づく加算電圧よりも高い分だけカットされ、上記Ｐ−
Ｐ値算出回路５には、上記加算電圧以上の電圧が入力さ
れず、よって、このＰ−Ｐ値算出回路５から出力されて
吸入空気量を設定する際の基準となる基準値Vsが実際の
基準値よりも大幅にずれてしまうことがない。 上記定電圧ダイオードZD₁にかかる加算電圧が、上記O
₂センサ２から出力される電圧Vo₂の上限最大値Vo₂max
（第３図参照）を規制するものであり、この上限最大値
Vo₂maxは上記Ｐ−Ｐ値算出回路５の極大値保持用コンデ
ンサC₁にかかる電圧に応じて可変される。 よって、上記Ｐ−Ｐ値算出回路５の極大値保持用コン
デンサC₁にかかる極大値Vpeakも異常値Vnoise混入前に
較べわずかに上昇するだけで直ちに正常レベルに復帰さ
れる。よって、上記基準値Vsが大幅に変動することがな
く、空燃比は適正にフィードバック制御される。 また、上記O₂センサ２からの出力電圧Vo₂の極小値が
バッファアンプ３によって増幅された後も異常に低い値
を示し、この極小値が最小値規制用定電圧ダイオードZD
₂のカソード側に印加されている電源電圧よりも低い
と、この定電圧ダイオードZD₂が逆方向へバイアスさ
れ、上記O₂センサ２から出力される電圧Vo₂の下限値が
規制される。その結果、設定吸入空気量の基準となる基
準電圧Vsが実際の基準電圧よりも著しく低い値を示すこ
とがなく、吸入空気量適正に制御される。 また、上記基準電圧Vsは、上記O₂センサ２からの出力
電圧Vo₂の最大値と最小値とに基づいて設定されるの
で、このO₂センサ２の出力電圧Vo₂が経時劣化などの影
響を受けて低下した場合、上記基準電圧Vsも低下し、且
つ、低下した上記出力電圧Vo₂の極大値Vpeakに従って上
記最大値規制用定電圧ダイオードZD₁の上限最大値Vo₂ma
xも低下するので、ノイズなどの異常値の除去能力が低
下することはない。 なお、上記実施例では、空燃比制御の一手段として、
吸入空気側の制御を示したが、これに限らず、燃料噴射
側の制御、あるいは、その両方を採用する装置にも、本
発明を適用することができる。 また、この実施例では、アナログ回路として説明した
が、ディジタル回路あるいはコンピュータのソフトウェ
アなどでも同様な作用効果が得られる。 さらに、Ｐ−Ｐ値算出回路５に入力された最小値に基
づいてリミットレベル回路33の限度値が設定されるもの
であってもよい。 ［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、排気センサの出
力信号に基づいて算出される極大値と極小値との少なく
とも一方を算出し、この極大値と極小値との少なくとも
一方に基づいて、上記極大値と極小値との少なくとも一
方を制限する上限値と下限値との少なくとも一方を可変
設定するようにようにしたので、この上限値と下限値と
が上記排気センサの出力信号に沿った値となり、従っ
て、例えば排気センサが経時劣化した場合であっても、
その劣化の度合いに応じて上記上限値及び下限値が可変
設定されるので、高いノイズ除去効果が得られ、この排
気センサからの出力信号にノイズなどの異常信号が混入
しても、その影響を受けることなく常に適正な吸入空気
量、あるいは、燃料噴射量の制御を行うことができ、排
気ガスの浄化率が向上し、且つ、燃料消費率の大幅な改
善が図れるなど、優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】 第１図〜第４図は本発明の一実施例を示し、第１図は制
御回路のブロック図、第２図は回路図、第３図は縦軸に
電圧（Ｖ）、横軸に経過時間（ｔ）を示す波形図、第４
図はエンジン制御系の概略図、第５図以下は従来例を示
すものであり、第５図は制御回路のブロック図、第６図
は第５図の回路図、第７図は第６図の回路中の波形図、
第８図は第５図の他の回路図、第９図は第８図の回路中
の波形図である。 １……排気通路、２……排気センサ（O₂センサ）、４…
…制御手段、５……第１の算出手段、６……第２の算出
手段、７……アクチュエータ駆動手段、８……アクチュ
エータ、22……制御手段、27……エアリークバルブ、33
……リミットレベル手段、Vo₂……（排気センサから
の）出力信号、Vs……基準値、Vo₂max……上限最大値、
Vpeak……極大値、Vnoise……異常信号。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．エンジンの排気通路に設けられた排気センサからの
   出力信号の極大値と極小値とを算出する第１の算出手段
   と、上記第１の算出手段で算出された極大値と極小値に
   基づいて基準値を算出する第２の算出手段と、上記排気
   センサの出力信号を上記第２の算出手段で算出された基
   準値と比較して空燃比制御値を設定する制御手段と、上
   記制御手段で設定された空燃比制御値に基づいて空燃比
   を調整する駆動手段とが設けられているエンジンの空燃
   比制御装置において、 上記第１の算出手段で算出された極大値と極小値との少
   なくとも一方に基づいて上記排気センサの出力信号に対
   する上限値と下限値との少なくとも一方を可変設定し、
   上記排気センサの出力信号の上限と下限との少なくとも
   一方を上記上限値と下限値との少なくとも一方により制
   限するリミットレベル手段を有することを特徴とするエ
   ンジンの空燃比制御装置。