JPH0422865A - 空燃比制御装置 - 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］ この発明は、空燃比センサの検出信号に基づいて機関の
空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置に関する。

［従来の技術］ 内燃機関の吸入混合気の空燃比を精度良く目標値に制御
するためには、排気系に空燃比センサを設け、空燃比と
相関する排気成分を検出して燃料供給量をフィードバッ
ク制御するのが普通である。

その場合、空燃比センサの特性劣化を防止するとともに
、空燃比センサの温度特性の影響を除去して正確な空燃
比検出を行う必要があることから、例えば特開昭６０−
２３５０５０号公報に記載されているように、空燃比セ
ンサにパルス駆動によってセンサ素子部を加熱するヒー
タ部を設けるとともに、上記センサ素子部が活性化温度
以上の所定温度となるよう前記ヒータ部駆動のパルス幅
を制御するようにしたものが提案されている。

かかる空燃比センサを有するエンジンの空燃比制御系に
おいては、エンジンの排気管に空燃比センサが設けられ
、吸気管にはスロットル開度センサと吸気量センサが設
けられている。また、工；ジンには、エンジン回転セン
サが付設され、さぐに、空燃比制御装置の電源としてバ
ッテリが備メられている。また、エンジンの吸気管には
吸気→−トに向けて燃料を噴射する燃料噴射弁が設けら
れている。上記スロットル開度センサ、吸気量センサお
よびエンジン回転センサの検出信号は、エンジンの運転
状態の状態量を示す情報として空炊比制御装置に送出さ
れる。

上記空燃比センサは、そのセンサ素子部が、酸素ポンプ
素子、酸素濃淡電池素子、排気ガス拡散部および基準酸
素部より構成され、このセンサ素子部とヒータ部とはス
ペーサを介して積層されるそして、上記ヒータ部には、
エンジンの運転状態によって排気ガス温度が変化した場
合でもセンサ素子部の温度が活性温度以上に維持される
よう、リードを介して所定デユーティのパルス電圧が印
加される。

エンジンが運転され、空燃比センサのセンサ素子部が活
性化すると、酸素濃淡電池素子は排気ガス拡散部と基準
酸素部の酸素濃度差に相当する起電力を発生する。ここ
で、空燃比検出回路は、例えば、二つの差動増幅器と検
出抵抗を含む回路構成を有するものであって、いま、上
記起電力を、この空燃比検出回路中の差動積分増幅器を
介して所定の一定電圧となるよう、酸素ポンプ素子に制
御電流を流して制御すると、その電流値は空燃比に比例
したものとなる。そこで、この電流値を検出抵抗で検出
し、差動増幅器で増幅して空燃比出力を得る。

空燃比制御装置は、通常、マイクロプロセッサ（μｍＦ
）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、人力ボート、出力ボート、Ａ／Ｄ
変換器および燃料制御回路から構成され、それに、空燃
比検出回路および定電圧制御手段が設けられている。こ
のような空燃比制御装置において、スロットル開度セン
サの出力および吸気量センサの出力がＡ／Ｄ変換器でＡ
／Ｄ変換された後、入力ポートを通ってμ−Ｐに送出さ
れ、エンジン回転センサの出力か人力ボートを通ってμ
−Ｐに送出され、また、バッテリー電圧がＡ／Ｄ変換さ
れた後、人力ボートを通ってμｍＰに送出される。また
、空燃比センサの検出信号が空燃比検出回路がら空燃比
出力として出方され、Ａ／Ｄ変換されて入力ポートより
μ−Ｐに送出される。

μｍＰでは、ＲＯＭに記憶されたプログラムにより、入
力されたエンジン回転数２吸気量、スロ・トル開度、バ
ッテリー電圧等に基づいて燃料噴射弁の開弁時間が計算
される。そして、μ−Ｐの出力が出力ポートを介して燃
料制御回路に出方されて、燃料噴射弁が制御され、上記
開弁時間に相当する燃料が噴射されることにより、エン
ジンの空燃比が目標空燃比となるようフィードバック制
御される。ここで、ＲＡＭは計算過程で一時的にデータ
を記憶するために用いられる。このとき、空燃比センサ
のヒータ部には、出力ボートからの信号により制御され
る制御トランジスタによりチョッパ制御した駆動パルス
がリードを介して印加される。そして、エンジンの運転
条件の変化によって排気ガス温度か変化し、空燃比セン
サのセンサ皇子部の温度が変化したのでは、センサの温
度依存性のために正確な空燃比の検出ができなくなるば
かりでなく、センサ劣化を生じることがら、これを防ぐ
ため、μ−Ｐにより、エンジンの運転条件（回転数２吸
気量、スロットル開度等）およびバッテリー電圧をもと
に、センサ素子部の温度が活性化温度以上の所定温度に
維持されるようヒータ部の駆動デユーティが算出される
。そして、この算出デユーティが出力ボートに出力され
、制御トランジスタによりヒータ部が駆動制御される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような空燃比制御装置においては、ヒータ部駆動
パルスの０Ｎ−ＯＦＦに同期して、空燃比センサ出力に
実際の空燃比変化とは異なるパルス状の出力が生ずるこ
とがある。これは、ヒータ部と酸素ポンプ素子との間の
スペーサの容量成分によるヒータ電流のリーク成分によ
るものと考えられ、通常はこれが数ｍ５ｅｃ程度持続す
る。ところが、従来の空燃比制御装置では、ヒータ部駆
動パルスの由す々ノ；・７がＪ−蜘謙ｌシ・、−山本小
検出タイミングは同期しないため、空燃比センサ出力の
検出タイミングによ−）では、実際の空燃比変化と関係
のないヒータリーク電流による上述のようなパルス状の
出力をセンサ出力として読み取ってしまうことがあって
、そのため、正確な空燃比の検出か不可能であった。と
くに、ヒータリークによるパルスピークにセンサ読み取
りタイミングか一致したような場合は、正常な空燃比制
御ができず、最悪の場合、エンジンが失火してしまう恐
れもあった。

この発明は、このような問題点を解消するためになされ
たもので、空燃比センサ出力にヒータリークによるパル
ス状の変動誤差波形か重畳しても、常に実際の空燃比変
動成分のみを精度良く検出できる空燃比制御装置を得る
ことを目的とする。

「課題を解決するための手段］ この発明に係る空燃比制御装置は、機関の空燃比と相関
する排気成分を検出する空燃比検知素子部と該空燃比検
知素子部をパルス駆動によって加熱するヒータ部とから
なる空燃比センサと、前記空燃比検知素子部が所定の温
度となるようにヒータ部駆動のパルス幅を制御する駆動
パルス幅制御手段を備え、空燃比センサの検出信号に基
づいて機関の空燃比を目標値にフィードバック制御する
ようにした空燃比制御装置において、空燃比センサの出
力信号をヒータ部駆動のパルスの立ち上がりタイミング
あるいは立ち下かりタイミングより所定時間ずらして検
出せしめる検出遅延手段を設けたものである。

［作用コ この発明の空燃比制御装置は、駆動パルス幅制御手段に
よりヒータ部の駆動パルス幅を制御して空燃比センサの
空燃比検知素子部の温度を一定に保ち、また、この空燃
比センサの出力信号をヒータ部の駆動パルスの立ち上が
りあるいは立ち下がりタイミングより所定時間ずらせて
検出するようにして、真の空燃比変動成分のみを検出す
る。

［実施例］ 第１図はこの発明による空燃比制御装置を含むエンジン
の空燃比制御系の全体構成図、第２図はその空燃比セン
サと空燃比検出回路の構成図、第３図はその空燃比制御
装置の構成図、第４図はそのヒータ駆動パルスと空燃比
センサ出力の特性を示すタイムチャート、第５図はその
制御を実行するフローチャートである。

第１図に示すように、エンジンｌの排気管２には空燃比
センサ３が設けられ、吸気管４にはスロットル弁５の開
度θを検出するスロットル開度センサ６と吸気量Ｑ２Ｌ
を検出する吸気量センサ７が設すられている。また、エ
ンジン１にはエンジン回転数を検出するためのエンジン
回転センサ８が付設され、空燃比制御装置５０の電源と
してバッテリー９が備えられている。また、エンジン１
の吸気管４には吸気ボートに向けて燃料を噴射する燃料
噴射弁１０が設けられている。上記スロットル開度セン
サ６、吸気量センサ７およびエンジン回転センサ８によ
り検出されたスロットル開度θ吸気量Ｑａおよびエンジ
ン回転数Ｎｅは、エンジン１の運転状態の状態量を示す
情報として空燃比制御装置５０に送出される。

空燃比センサ３は、第２図に示すように、素子部３１と
ヒータ部３２とよりなり、素子部３１とヒータ部３２は
スペーサ３３を介して積層されている。素子部３１は、
酸素ポンプ素子３１ａ、酸素濃淡電池素子３１ｂ、排気
ガス拡散部３１：および基準酸素部３１ｄよりなる。ま
た、ヒータ部３２には、エンジン１の運転状態によって
排気ガス温度が変化した場合でも素子部３１の温度が活
性温度以上に維持されるよう、リード３２ａ、３２ｂを
介して一定のヒータ電圧ｖｈが印加される。

エンジンＩが運転され、センサ３の素子部３Ｉが活性化
すると、酸素濃淡電池素子３１ｂが排気ガス拡散部３１
ｃと基準酸素部３１ｄの酸素濃度差に相当する起電力Ｖ
ｓを発生する。

空燃比検出回路５１は二つの差動増幅器ＯＰ。

ＤＰと検出抵抗Ｒｏを含むそれ自体公知の回路構成を有
するものであって、上記起電力Ｖｓを、空燃比検出回路
５１中の差動積分増幅器ＯＰを介して所定の一定電圧Ｖ
　ｒｅｆとなるよう、酸素ポンプ素子３１２Ｌに制御電
流Ｉｐを流して制御すると、この電流１ｐが空燃比に比
例した値をとる。そ。

で、この電流Ｉｐを検出抵抗Ｒｏで検出し、差１増幅器
ＤＰで増幅して空燃比出力Ｖ　ｏｕｔを得る。

第３図に示ず空燃比制御装置５０は、マイク℃プロセッ
サ（μｍＰ）５２．ＲＯＭ５３．ＲＡＩ＋５４、入力ポ
ート５５ａ、出力ボート５５ｂ、メ／Ｄ変換器５６およ
び燃料制御回路５７を備え玉いる。スロットル開度θを
検出するスロットル１度センサ６の出力、および吸気量
を検出する吸気量センサ７の出力は、Ａ／Ｄ変換器５６
でＡ／Ｌ変換された後、入力ポート５５ａを通ってμ〜
Ｆ５２に送出され、エンジン回転数Ｎｅを検出するエン
ジン回転センサ８の出力は入力ポート５５ａを通ってμ
ｍＰ５２に送出され、また、バッテリー９の電圧ＶＢは
Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換された後、人力ボート５５ａ
を通ってμｍＰ５２に送出される。また、空燃比は空燃
比センサ３の素子部３】で検知され、空燃比検出回路５
１で空燃比出力Ｖｏｕｔとして出力され、同様にＡ／Ｄ
変換されて入力ポート５５ａよりμｍＰ５２に送出され
る。μ−Ｐ５２では、ＲＯＭ５３に記憶されたプログラ
ムに基づき、エンジン回転数Ｎｅ、吸気量Ｑａ、スロッ
トル開度θ、バッテリー電圧ＶＢ等を情報として燃料噴
射弁１０の開弁時間が計算される。μｍＰ５２の出力は
出力ポート５５ｂを介して燃料制御回路５７に出力され
る。そして、燃料噴射弁ｌＯが制御され上記開弁時間に
相当する燃料が噴射されることにより、エンジンの空燃
比が目標空燃比となるようフィードバック制御される。

ＲＡＭ５４は計算過程で一時的にデータを記憶するため
に用いられる。

空燃比センサ３のヒータ部３２には、バッテリー電圧Ｖ
Ｂを出力ポート５５ｂにより制御される制御トランジス
タＴｒｌによりチョッパ制御した駆動パルスが、リード
３２ａ、３２ｂを介して与えられる。そして、エンジン
の運転条件（Ｎｅ。

Ｑａ、θ等）およびバッテリー電圧ＶＢをもとに、素子
部３１の温度が活性化温度以上の所定温度に維持される
よう、ヒータ駆動のデユーティが算出され、その算出デ
ユーティに応じたパルス幅の信号か出カポ−１−５５ｂ
に出力され、制御トランジスタＴｒｌにより算出デユー
ティでヒータ部３２が駆動される。

ここで、空燃比制御装置５ｏでは、第４図に図示するよ
うに、ヒータ駆動パルスの立ち上がりタイミングより所
定時間ΔＴｄだけ遅れて空燃比センサ出力Ｖｏｕｔの検
出が行われる。このように、各回の空燃比センサ出力（
Ｖｏｕｔ）　ｎ＋　　（Ｖｏｕｔ）　ｎｏ、の検出がヒ
ータ駆動パルスの立ち上がりタイミングより所定時間Δ
Ｔｄだけ遅延されることにょ１で、ヒータ駆動パルスの
立ち上がりに同期して生ずるヒータリーク電流を空燃比
信号として誤検出することがなくなり、常に、真の空燃
比変動成分のみが精度良く検出される。

以下、上記実施例の制御を第５図に示すフローチャート
によって更に詳細に説明する。

まず、ステップ１０１において、エンジンｌの運転状態
を示すエンジン回転数Ｎｅ、吸気量Ｑａスロットル開度
θを読み込む。そして、ステップ１０２で、上記運転状
！！’、（Ｎｅ、Ｑａ、θ）に見合った基本ヒータ駆動
デユーティＤＯを、ＲＯＭに予め記憶されたエンジン運
転状態とヒータ駆動デユーティのデータから算出し、次
いで、ステップ１０３へ行って、バッテリー電圧ＶＢを
読み込み、バッテリー電圧ＶＢの変化に伴うヒータ駆動
電圧変化による電力変化を補償する係数Ｋを計算して、
Ｄ＝に＊ＤＯとして実際のヒータ駆動デユーティＤを決
定する。そして、ステップ１０４で、出力ポート５５ｂ
を制御し、制御トランジスタＴｒｌを計算されたデユー
ティＤｏの期間ＯＮにしてヒータ部３２をパルス駆動す
る。

つぎに、ステップ１０５で、ヒータ駆動パルスの立ち上
がり時点で検出遅延タイマをΔＴｄにセントし、遅延時
間△Ｔｄになると、ステップ＋０６で、空燃比検出回路
５１の出力Ｖｏｕｔを読み込む。

そして、上記デユーティＤの期間が終了した時点で、ス
テップ＋０７で出力ポートを再度制御し、制御トランジ
スタＴｒｉをＯＦＦにしてヒータ駆動パルスを立ち下げ
る。

坑６Ｍは１″の！ｌ！ＢＢ小港の宋愉垢１の由１か九斗
千−ローチャートであって、ステシブ１０１〜１０４は
先の実施例と同しである。この実施例では、ステシブ１
０４で、ヒータ駆動パルスを立ち上げた後、ステップ１
０８て、ヒータ駆動デユーティＤか０．５以上かどうか
を判定し、Ｄ≧０．５すなわちＯＮ時間の方が長い場合
には、ステップ１０５ａへ行って、立ち上かり時点で立
ち上がり検出遅延タイマをΔＴＵｃｌにセットし、遅延
時間がΔＴｔＪｄになると、ステップ１０６で空燃比出
力Ｖｏｕ（を読み込む。そして、デユーティＤの期間が
終了すると、ステップ１０７でヒータ駆動パルスを立ち
下げる。

また、ステップ１０８でＤ＜０．５すなわちＯＦＦ時間
の方が長いという場合には、ステップ１０７で、ヒータ
駆動パルスを立ち下げた後、ステップ１０５ｂで、立ち
下がり検出遅延タイマをΔＴＬｄにセットし、遅延時間
がΔＴＬｄになったときに、ステップ１０６て空燃比出
力Ｖ　ｏｕｔを読み込む。この実施例の制御によれば、
駆動デユーティか極めて小さくなった場合でも、ヒータ
駆動パルスの立ち上がりに同期して生ずる誤出力を検出
することがなく、逆に、駆動デユーティが極めて大きく
なった場合でも、ヒータ駆動パルスの立ち下がりに同期
して生ずる誤出力を検出することがない。したがって、
ヒータ駆動デユーティの大きさいかんに拘わらず、常に
、真の空燃比変化成分のみを精度良く検出することがで
きる。

上記実施例はいずれもヒータ駆動に同期して空燃比出力
を検出する場合を示したが、本発明は、また、第７図に
示すように、ヒータ駆動と空燃比検出タイミングを非同
期とすることもできる。すなわち、この実施例では、ス
テップ１０１〜１０３は先の実施例と同じであり、ステ
ップ１０３で駆動デユーティのバッテリー電圧補正を行
った後、ステップ！０９でデユーティＤの駆動パルスを
出力し、次いで、ステップ１１０で、空燃比読み込みタ
イミングであるかどうかを判定する。そして、空燃比読
み込みタイミングであれば、ステップ■１１で、ヒータ
パルス立ち上がりあるいは立ち下がりより所定遅延時間
内かどうかを判定し、Ｎ０オなわち所定遅延時間後であ
る場合のみ空燃比出力信号Ｖｏｕｔを検出する。この場
合も先の実施例と同様の効果が得らイする。

１発明の効果］ 以１−のようにこの発明によれば、空燃比センサ出力を
ヒータ駆動パルスの立ち上がりあるいは立ち下がりタイ
ミングより所定時間ずらして検出するようにしたため、
ヒータ駆動パルスの立ち上がり時あるいは立ち下がり時
に生ずる空燃比センサの誤出力を検出することなく、常
に真の空燃比変動成分のみを検出でき、正確な空燃比制
御ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による空燃比制御装置を含むエンジン
の空燃比制御系の全体構成図、第２図はその空燃比セン
サと空燃比検出回路の構成図、第３図はその空燃比制御
装置の構成図、第４図はそのヒータ駆動パルスと空燃比
センサ出力の特性を示ナタイムヂャート、第５図はその
制御を実行するフローチャート、第６図はこの発明の他
の実施例の制御を示すフローチャート、第７図はこの発
明のさらに他の実施例の制御を示すフローチャートであ
る。 １はエンジン、３は空燃比センサ、３１は素子部、３２
はヒータ部、６はスロットル開度センサ、７は吸気量セ
ンサ、８はエンジン回転センサ、９はバッテリー　５０
は空燃比制御装置、５１は空燃比検出回路、５２はマイ
クロプロセッサ（μ−Ｐ）、５３はＲＯＭ、５４はＲＡ
Ｍ、５５ａは入力ポート、５５ｂは出力ポート、５６は
Ａ／Ｄ変換器である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）機関の空燃比と相関する排気成分を検出する空燃
   比検知素子部と該空燃比検知素子部をパルス駆動によっ
   て加熱するヒータ部とからなる空燃比センサと、前記空
   燃比検知素子部が所定の温度となるように前記ヒータ部
   駆動のパルス幅を制御する駆動パルス幅制御手段を備え
   、前記空燃比センサの検出信号に基づいて機関の空燃比
   を目標値にフィードバック制御するようにした空燃比制
   御装置において、前記空燃比センサの出力信号を前記ヒ
   ータ部駆動のパルスの立ち上がりタイミングあるいは立
   ち下がりタイミングより所定時間ずらして検出せしめる
   検出遅延手段を設けたことを特徴とする空燃比制御装置
   。