JPH0343584B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術水準 本発明は、酸素ゾンデを有す装置に関する。ド
イツ連邦共和国特許第2442229号明細書から既に
内燃機関の燃焼室内の燃料−空気混合気の組成を
調整する装置が公知であり、その際、調整可能な
持続時間だけ出力信号を延長できる酸素ゾンデが
使われている。これによつて、排気ガスの組成を
λ＝0.95〜1.05の範囲で調整できる。しかし、こ
の装置は任意の温度のもとで、λ値を変えずに酸
素ゾンデを使うのには適していない。更に、ドイ
ツ特許出願第P3117790.5号から、酸素ゾンデの温
度を酸素ゾンデの交流抵抗を測定することによつ
て測定することが公知である。例えば、そのよう
な装置によつて、酸素ゾンデを加熱し、または酸
素ゾンデが所定の温度に達してから初めてスイツ
チングすることができ、その結果、測定装置の作
動をより確実にすることができる。

発明の効果 それに対して、本発明の装置は、従来慣用の温
度範囲の外側でも同じ調整精度で酸素ゾンデを使
用でき、従つて内燃機関または暖房装置の温度が
低い場合にも最適な燃焼に調整できるという利点
を有している。酸素ゾンデを高い温度範囲でも同
じ装置の調整定数で使用できる。内燃機関または
暖房装置の温度に依存して混合比を変えることに
よつて内燃機関または暖房装置をいずれの温度の
場合でも良好な作動領域で作動させるようにでき
るという利点がある。

酸素ゾンデの燃料濃度希薄状態を示す信号から
燃料濃度濃厚状態を示す信号への急激な変化を遅
延して調整装置に伝送する、調整可能な時限素子
を使うと有利である。これによつて、低い温度範
囲において燃料濃度希薄状態の方にシフトしたゾ
ンデ電圧特性曲線を調整装置によつて補償でき
る。更に、酸素ゾンデの燃料濃度濃厚状態を示す
信号から燃料濃度希薄状態を示す信号への急激な
変化を遅延して調整装置に伝送する、別の調整可
能な時限素子を設けると有利である。ゾンデ信号
を遅延することによつて、ゾンデ温度が非常に高
い場合、燃料濃度の濃厚状態の方にシフトしたゾ
ンデ特性曲線を調整装置によつて補償できる。両
方の手段を利用するために、所定の温度限界値に
依存して一方の時限素子または他方の時限素子の
パルスを供給する評価論理回路を設けると有利で
ある。それによつて、非常に広い温度範囲でゾン
デを使うことができ、温度補償した出力信号を供
給できる。時限素子を単安定マルチバイブレータ
として構成すると特に簡単になる。

酸素ゾンデの温度は有利には酸素ゾンデの交流
抵抗を測定することによつて測定される。その
際、交流抵抗に比例する電圧は有利には直流電圧
に変換され、時限素子を温度に依存して調整する
のに使われる。酸素ゾンデの温度に比例する交流
電圧信号と直流電圧信号とは簡単には高域フイル
タと低域フイルタを用いて分離される。温度に依
存する直流電圧を得るために、出力信号が時限素
子の時定数を決める整流器を交流電圧路に接続す
る。この手段によつて、ゾンデを交換せずに、温
度に依存して調整されるスイツチング装置を交換
することによつて既に使われている酸素ゾンデを
補足することができる。信号の処理時間を短くす
るために、酸素ゾンデの温度に依存する信号の所
定値を越えた場合には降下縁でトリガされる単安
定マルチバイブレータを接続し、下回る場合には
上昇縁でトリガされる単安定マルチバイブレータ
を接続し、従つて、ゾンデの出力信号を燃料濃度
希薄状態を示す信号から燃料濃度濃厚状態を示す
信号への急激な変化ないし燃料濃度濃厚状態を示
す信号から燃料濃度希薄状態を示す信号への急激
な変化の際相応に遅延する別の比較器を設けると
有利である。この構成によつて、出力信号が簡単
に得られ、既に公知の積分方式に従つて作動する
内燃機関用燃料噴射装置に供給できる。交流抵抗
を求めるための交流電圧源を有利にはコンデンサ
を介して酸素ゾンデと接続し、酸素ゾンデの直流
負荷は僅かである。

以下、本発明を要約する。従来公知の空燃比調
整方法の場合、調整用センサとして使われる酸素
ゾンデのλ−電圧特性曲線が温度変動の場合にシ
フトする（第１図参照）という問題点があつた。
作動中酸素ゾンデの温度は強く変動することがあ
るので、そのため、所望のλ値への調整が低い温
度でも高い温度でも極めて制限された精度でしか
可能でない。その問題の解決のため、本発明は、
λ−電圧特性曲線の温度依存のシフトを補償する
方法を提供するのである。これは次のようにして
行われる。

酸素ゾンデの出力信号が、公知のように当該酸
素ゾンデの所定の限界値との比較によつて矩形信
号に変換される。この矩形信号の２つの可能なレ
ベル間の各変化には、混合気成分の燃料濃厚領域
と燃料希薄領域との間の変化が相応している。本
発明の核心は、各信号の変化が時間的に遅延して
混合気組成の公知調整装置のその他の構成要素に
供給され、時間的遅延の値が酸素ゾンデの温度に
依存して、特性曲線のシフトの作用が補償される
ように行われることにある。

実施例の説明 第１図は、温度が異なつている場合の酸素ゾン
デのλ特性曲線を示す。温度が上昇した際の、特
性曲線は矢印の方向に移動して示されている特性
曲線となる。温度が低い場合、ゾンデ電圧の特性
曲線はλが１より大きい領域で変化し、温度の上
昇につれて燃料濃度の濃厚な方向に移行すること
がわかる。極端に温度が高い場合、酸素ゾンデは
燃料濃度の濃厚領域、即ちλが１より小さい値で
変化する。本発明の装置によると、酸素ゾンデの
温度特性は、調整装置のλ特性曲線を装置の出力
側で常時λ＝１のところに位置するように補償で
きる。

第２図のλゾンデ１は、直流電圧源２と内部抵
抗３とから成る等価回路で示されている。酸素ゾ
ンデ１の一方の端子はアースに接続され、他方の
端子は抵抗４を介してコンデンサ５に接続され、
コンデンサ５にはアースに接続されている交流電
圧源６が接続されている。λゾンデ１と抵抗４と
の接続点から、出力側がシユミツトトリガ８とし
て構成された限界値検出手段に接続されている低
域フイルタ７の入力側に接続されている。シユミ
ツトトリガ８は電圧制御可能な単安定マルチバイ
ブレータとして構成された持続時間形成用手段９
と接続されている。更に、λゾンデ１には、出力
側が増幅器１２に接続されている高域フイルタ１
０が接続されている。増幅器１２の出力側には、
出力側が単安定マルチバイブレータの制御入力側
に接続されている整流器回路１１が接続されてい
る。単安定マルチバイブレータ９の出力側とシユ
ミツトトリガ８の出力側とはそれぞれオアゲート
１３の入力側に接続されている。オアゲート１３
の出力側には測定信号が出力され、例えば暖房装
置または燃料噴射装置における排気ガス調整に使
われる。

次に、本発明の回路装置の動作を第３図を用い
て詳細に説明する。電位が排気ガス中の酸素成分
の尺度となる電圧がλゾンデ１から取出される。
この直流電圧信号は、例えば８〜10Hzの遮断周波
数を有する低域フイルタ７に供給される。例えば
排気ガスに依存して制御される燃料噴射装置が設
けられている内燃機関の排気ガス通路のλゾンデ
１を調整回路に接続する場合、低域フイルタ７の
出力側に第３図ａに示す信号が取出せる。調整過
程の間、混合気の組成は連続的に燃料濃度の濃厚
状態から希薄状態に変化し、そしてまた逆に希薄
状態から濃厚状態に変化し、ゾンデ電圧は調整さ
れた電圧限界値を中心に振動する。低域フイルタ
７の出力側のこの信号は、シユミツトトリガ８に
よつて第３図ｂに示されている矩形信号に変換さ
れる。この矩形信号の降下縁によつて単安定マル
チバイブレータ９がセツトされる。単安定マルチ
バイブレータ９は、持続時間が単安定マルチバイ
ブレータの制御入力側の電圧によつて決定される
矩形信号を送出する。シユミツトトリガ８の出力
信号と単安定マルチバイブレータ９の出力信号と
はオアゲート１３によつて合成され、第３図ｄに
相応する出力信号を形成する。

単安定マルチバイブレータから送出されるパル
スの持続時間は、λゾンデの温度に依存してい
る。このため、酸素ゾンデ１は交流電圧源６から
交流電流が供給されている。コンデンサ５は交流
電圧を阻止せずに通過できるが、直流電圧を阻止
するので、酸素ゾンデ１が直流的に負荷されるこ
とはない。温度に依存して酸素ゾンデ１の交流抵
抗が変わるので、λゾンデ１から、高域フイルタ
１０を介して増幅器１２に印加される温度に依存
する交流電圧が取出せる。整流器１１の出力側の
直流電圧は単安定マルチバイブレータ９の遅延時
間を制御する。酸素ゾンデの温度が低い場合、λ
値が１よりも大きい所でゾンデ電圧は急激に変化
する。このことは、内燃機間において混合気を調
整する場合、作動点を燃料濃度の希薄方向にシフ
トすることになる。付加的なパルスを加えること
によつて、このシフトを調整装置内で動的に補償
することにより、出力側に元のパルスに比べて延
長された信号を取出して調整装置に使用し、信号
の平均値を正確にλ＝１に相応させる。

オアゲート１３の出力側には例えば公知排気ガ
ス調整装置の積分器を接続することができる。こ
の回路装置は殊に200℃〜500℃の温度範囲に適し
ている。200℃の範囲において、単安定マルチバ
イブレータによつて送出されるパルスが最大であ
るが、パルスの長さは温度の上昇と共に短くな
り、約500℃の温度の際パルスの長さは最も短く
なる。それ故、酸素ゾンデの調整特性は温度が低
い際にも使用できる。と言うのは、低い温度範囲
における酸素ゾンデ温度のままで単安定マルチバ
イブレータを用いて調整装置において補償できる
からである。その際、ゾンデ温度を既存のゾンデ
ケーブルを介して高周波交流電圧を用いることに
よつて、酸素ゾンデの低い周波数の排気ガス調整
信号に影響を与えずに検出できるので好都合であ
る。

本発明の装置の場合、燃料濃度の希薄状態の方
にシフトした特性曲線を調整装置において燃料濃
度濃厚状態の方に動的にシフトすることによつて
補償する際、温度が低い場合の温度補償だけが可
能である。しかし、比較的高い温度範囲では、酸
素ゾンデの特性曲線の急激な変化部分は燃料濃度
の濃厚な方にシフトする、即ちλが１より小さい
範囲で変化する。しかし、内燃機関の場合、λ＝
１に保持するために所定の温度から燃料濃度を希
薄状態に調整する必要があることもしばしばあ
る。このための装置を第４図に示す。

酸素ゾンデ１は等価回路として直流電源２と内
部抵抗３とを有している。酸素ゾンデ１の一方の
端子はアースに接続され、他方の端子は抵抗４と
コンデンサ５とを介して交流電圧源６の一方の端
子と接続され、交流電圧源の他方の端子はアース
に接続されている。酸素ゾンデ１から取出された
信号は低域フイルタ７に供給される。低域フイル
タ７の出力側はシユミツトトリガ８と接続されて
いる。シユミツトトリガ８の出力側は一方では単
安定マルチバイブレータ９と接続され、他方では
別の単安定マルチバイブレータ１４として構成さ
れた持続時間形成用手段と接続されている。酸素
ゾンデ１の出力側は、更に出力側が整流器１１と
接続されている高域フイルタ１０と接続されてい
る。感度を高めるために整流器１１に増幅器を前
置接続することができる。整流器１１の出力側は
一方では単安定マルチバイブレータ９の制御入力
側と接続され、他方では反転器１５を介して単安
定マルチバイブレータ１４の制御入力側に接続さ
れている。単安定マルチバイブレータ９の出力側
とシユミツトトリガ８の出力側とはそれぞれオア
ゲート１６の入力側と接続されている。同じく、
シユミツトトリガ８の出力側と単安定マルチバイ
ブレータ１４の否定出力側とは、それぞれアンド
ゲート１７の入力側と接続されている。オアゲー
ト１６の出力側はアンドゲート１９の一方の入力
側に接続され、アンドゲート１７の出力側はアン
ドゲート２１の一方の入力側に接続されている。
整流器１１の出力信号は比較器１８の一方の入力
側に供給され、比較器１８の他方の入力側には、
外部比較電圧が印加されている。比較器１８の出
力側は一方ではアンドゲート１９の他方の入力側
と接続され、他方では反転器２０を介して別のア
ンドゲート２１と接続されている。アンドゲート
１９と２１の両出力側はそれぞれオアゲート２２
の入力側に接続されている。オアゲート２２の出
力側から調整装置用制御信号を取出すことができ
る。

次に、この第４図の回路装置の動作について第
５図を用いて詳細に説明する。既述の様に、酸素
ゾンデ１の交流抵抗を介して温度を測定する。温
度が低く、酸素ゾンデ１のλ特性曲線の急激な変
化部分が燃料濃度の希薄状態の方にシフトしてい
る場合、シユミツトトリガ８の出力信号は降下縁
で制御される単安定マルチバイブレータ９によつ
て延長される。シユミツトトリガ８と単安定マル
チバイブレータ９の両出力信号はオアゲート１６
によつて合成される。比較器１８の入力側に印加
されている所定の基準電圧を上回つた時、比較器
１８は論理値１の信号を送出する。その信号は温
度が低い場合生ずる。

それ故、アンドゲート１９の別の入力側には論
理値１の信号が供給されているので、オアゲート
１６の出力側がオアゲート２２に導通接続され
る。その際、回路装置は第２図を用いて説明した
装置とちようど同じように作動する。比較的高い
温度範囲で、ゾンデ電圧に対するλ特性曲線の急
激な変化部分が燃料濃度の濃厚状態の方に、即ち
λが１より小さい値にシフトすると、比較器１８
は所定の温度値に相応する所定の電圧で切換り、
その結果、アンドゲート１９が阻止され、反転器
２０を介してアンドゲート２１はアンドゲート１
７の出力側から信号をオアゲート２２に対して導
通接続する。この場合、上昇縁でトリガされる単
安定マルチバイブレータ１４の時間特性が重要で
ある。

第５図ａに示されている、燃料噴射装置用調整
回路における酸素ゾンデ１の出力信号が低域フイ
ルタ７の出力側に現れる。それから、シユミツト
トリガ８の出力側から第５図ｂに示す信号を取出
すことができる。シユミツトトリガ８の出力信号
の上昇縁で始動する単安定マルチバイブレータ１
４は、第５図ｃに示す出力信号を送出する。単安
定マルチバイブレータ１４のパルス持続時間は測
定された温度によつて決定される。反転器１５を
接続することによつて、温度が低い場合、単安定
マルチバイブレータ１４の出力信号は短く、温度
の増大と共に出力信号の持続時間が長くなる。ア
ンドゲート１７によつて第５図ｄに示すパルスが
形成され、アンドゲート２１が導通接続されてい
る場合にオアゲート２２の出力側から取出せる。
この短縮された出力信号によつて、例えば燃料噴
射電子装置の後置接続された積分器が燃料濃度濃
厚状態を示す信号から燃料濃度希薄状態を示す信
号への急激な変化に応じて比較的長く燃料濃度希
薄状態の方向にいくようにすることができる。そ
の結果、燃料濃度の希薄状態への動的なシフトに
よつて排気ガスの燃料濃度をさらに薄くでき、従
つて調整装置のλ特性曲線位置は再び正確にλ＝
１の所となり、その結果、車両の排気ガスを適正
にすることができる。そうすることによつて、過
度に燃料濃度が濃厚な排気ガスを調整する酸素ゾ
ンデの濃厚すぎる特性曲線位置が補償される。比
較器１８に対する調整可能な限界値電圧として、
約300〜400℃の酸素ゾンデの温度に相応する電圧
値が適している。この温度の下側では、酸素ゾン
デ１の信号は燃料濃度希薄状態を示す信号から燃
料濃度濃厚状態を示す信号への急激な変化の際単
安定マルチバイブレータ段９によつて延長され、
この温度の上側では燃料濃度濃厚状態を示す信号
から燃料濃度希薄状態を示す信号への急激な変化
の際単安定マルチバイブレータ段１４によつて信
号が遅延される。その際、単安定マルチバイブレ
ータ段９，１４は時定数が切換温度限界値の場合
零であるように調整されているので、一方の単安
定マルチバイブレータ段から他方の単安定マルチ
バイブレータ段に連続的に移行できる。

図示の回路装置では、ゾンデの燃料濃度希薄状
態を示す信号から燃料濃度濃厚状態を示す信号へ
の急激な変化の遅延された大きさに相応するスイ
ツチングパスルを付加的に加えることによつて、
例えば内燃機関または暖房装置の排気ガスの燃料
を濃厚にすることができ、その結果、ソンデの希
薄状態の燃料濃度特性曲線位置は調整装置によつ
て下方の温度範囲において補償され、またはエン
ジンに制約された必要な濃厚状態の燃料濃度に適
合できる。調整可能な温度限界値からシユミツト
トリガ８から送出された、ゾンデの燃料濃厚状態
を示す信号から燃料濃度希薄状態を示す信号への
急激な変化の遅延された大きさに相応するパルス
の遅延を用いて排気ガスの燃料濃度を薄くでき
る。その結果、必要に応じて調整装置を用いて、
内燃機関または暖房装置を温度に依存して動的に
燃料濃厚状態または燃料希薄状態に適合させるこ
とができ、またはゾンデの過度な燃料濃厚状態ま
たは燃料希薄状態の特性曲線位置を補償できる。
両方の単安定マルチバイブレータ段が同時に能動
シフト時間で作動することはなく、温度限界値が
選択できるスイツチング論理回路によつて単安定
マルチバイブレータ段９，１４のうち片方だけ作
動するので、高速の調整装置において調整の質を
低下させる付加的に加算される不感時間は生じな
い。図示の回路装置は殊に内燃機関の場合、また
は暖房装置の場合排気ガス調整に使用できる。排
気ガス中の燃料濃度が過度に濃厚な混合気とは、
排気ガス中のλ値が１よりも小さい混合気であ
り、燃料濃度が過度に希薄な混合気とは、排気ガ
ス中のλ値が１よりも大きい混合気のことであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の説明に供する、異なつた温
度の場合の酸素ゾンデの特性曲線を示す図、第２
図は、本発明の第１の実施例のブロツク図、第３
図ａ〜ｄは、第２図の実施例を説明するためのパ
ルス線図、第４図は、本発明の第２の実施例のブ
ロツク図、第５図ａ〜ｄは、第４図の実施例を説
明するための別のパルス線図である。 １……酸素ゾンデ、６……交流電圧発生器、７
……低域フイルタ、８……シユミツトトリガ、
９，１４……時限素子、１０……高域フイルタ、
１１……整流器、１２……増幅器、１５……反転
器、１８……比較器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸素ゾンデを有する装置であつて、該酸素ゾ
   ンデは内燃機関の排気ガス管内に設けられてお
   り、前記酸素ゾンデの出力信号を当該酸素ゾンデ
   の所定の限界値と比較する限界値検出手段８を有
   しており、該限界値検出手段８は前記比較の結果
   を示す実質的に２つの別個の信号の高さを有する
   出力信号を送出し、前記酸素ゾンデの出力信号に
   依存して空燃比を調整するための調整装置を有し
   ている、酸素ゾンデを有する装置において、酸素
   ゾンデの温度検出手段４，５，６，１０，１１，
   １２が設けられており、前記酸素ゾンデの出力信
   号を限界値と比較する限界値検出手段８によつて
   トリガされ、かつ前記酸素ゾンデの温度によつて
   持続時間が決められる信号を形成する温度依存持
   続時間信号形成用手段９が設けられており、前記
   酸素ゾンデの出力信号を限界値と比較する限界値
   検出手段８の出力信号と前記酸素ゾンデの温度に
   よつて持続時間が決められる信号を形成する温度
   依存持続時間信号形成用手段９の出力信号とを結
   合する手段１３が設けられており、前記結合手段
   は、前記酸素ゾンデの急激な変化を示す信号が空
   燃比調整用の調整装置に遅延して供給されるよう
   に構成されていることを特徴とする酸素ゾンデを
   有する装置。 ２ 温度依存持続時間信号形成用手段９は、持続
   時間が酸素ゾンデの温度に依存する信号を形成
   し、該信号は限界値検出手段８から送出された第
   １の信号高さの出力信号の延長のために使われる
   ように構成されており、該構成は酸素ゾンデの燃
   料濃度厚信号から燃料濃度希薄信号への急激な変
   化を示す信号を空燃比調整用の調整装置に遅延し
   て供給するためである特許請求の範囲第１項記載
   の酸素ゾンデを有する装置。 ３ もう１つの可変持続時間信号の形成用手段１
   ４が設けられており、前記可変持続時間信号は限
   界値検出手段８から送出された第１の信号高さの
   出力信号の短縮のために使われるように構成され
   ており、該構成は、酸素ゾンデの燃料濃度濃厚信
   号から燃料濃度希薄信号への急激な変化を示す信
   号を空燃比調整用の調整装置に遅延して供給する
   ためである特許請求の範囲第１項記載の酸素ゾン
   デを有する装置。 ４ 評価論理回路１６，１７，１８，１９，２
   ０，２１，２２を設け、評価論理回路１６，１
   ７，１８，１９，２０，２１，２２は所定の温度
   限界値に依存して、パルスの延長用の持続時間信
   号形成用手段９またはパルスの短縮用の持続時間
   形成用手段１４を接続する特許請求の範囲第１項
   記載の、酸素ゾンデを有する装置。 ５ 酸素ゾンデの温度が該酸素ゾンデの交流電流
   抵抗の測定を介して検出され、そのために交流電
   圧発生器６を設け、該交流電圧発生器６は抵抗４
   を介して酸素ゾンデ１に交流電流を給電し、前記
   酸素ゾンデ１の交流抵抗を求めるために評価回路
   １０，１１を接続し、前記交流抵抗の値を持続時
   間形成用手段９，１４を温度に依存して調整する
   ために使う特許請求の範囲第１項記載の、酸素ゾ
   ンデを有する装置。 ６ 高域フイルタ１０と低域フイルタ７を用いて
   交流電圧信号と酸素ゾンデ１の信号とを分離する
   特許請求の範囲第５項記載の、酸素ゾンデを有す
   る装置。 ７ 交流電圧路にに整流器１１を接続し、該整流
   器１１の出力信号が持続時間形成用手段９，１４
   の時定数を決める特許請求の範囲第５項記載の、
   酸素ゾンデを有する装置。 ８ 別の比較器１８を設け、該比較器１８は酸素
   ゾンデ１の温度依存信号の所定値を越えた際、降
   下縁でトリガされる持続時間形成用手段９を接続
   し、温度依存信号の所定値を下回る際、上昇縁で
   トリガされる持続時間形成用手段１４を接続し、
   前記持続時間形成用手段９または前記持続時間形
   成用手段１４を用いて前記酸素ゾンデ１の出力信
   号を燃料濃度希薄状態を示す信号から燃料濃度濃
   厚状態を示す信号への急激な変化または燃料濃度
   濃厚状態を示す信号から燃料濃度希薄状態を示す
   信号への急激な変化の場合に遅延する特許請求の
   範囲第１項記載の、酸素ゾンデを有する装置。