JPH0559262B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関の排気ガス中に含有される
残存酸素量を検出して、内燃機関に供給する混合
気の空燃比を目標空燃比にフイードバツク制御す
る空燃比制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、内燃機関を最適状態で作動させるため、
その排気系に言外電流型酸素濃度センサ（以下
「リーンセンサ」と呼ぶ）を装着し、内燃機関の
排気ガス中に含有される残存酸素量を検出して内
燃機関の空燃比を予め設定された目標空燃比にフ
イードバツク制御する方法が採用されている。

そして、前記リーンセンサは目標空燃比に応じ
て、つまり検出される残存酸素量に応じてリーン
センサへ印加する電圧値を変化させなければ所望
の限界電流値が得られない。第６図のグラフはリ
ーンセンサにおける印加電圧と出力電流との関係
を示しており、目標とする空燃比（Ａ／Ｆ）が21
の場合、および16の場合を示している。第６図に
おいて、リーンセンサの両極板に電圧を印加する
と、排気ガス中の酸素が陰極でイオン化され、こ
の酸素イオンが陽極へと透過する。印加電圧を上
げるとこれに比例して出力電流が上昇するが、印
加電圧がある一定値以上となると印加電圧を増加
しても出力電流がほぼ一定となる、いわゆる限界
電流を発生する。そしてさらに印加電圧を増加す
ると、再び出力電流はこれに伴い上昇する。ここ
で上記の限界電流値は、第６図に示すごとく、残
存酸素量に比例して異なり、また限界電流値の発
生する範囲の印加電圧値も残存酸素量により異な
る。また目標空燃比を大きく設定すれば、残存酸
素量も多くなる。従つて、上述したように目標空
燃比に応じてリーンセンサへの印加電圧値を変化
させる必要がある。

このため目標空燃比に応じた印加電圧を限界電
流値の範囲内を満足する傾斜直線と予め設定し
て、目標空燃比に応じて印加電圧を傾斜直線に沿
つて変更する方法が特開昭58−172443号公報に示
されている。

しかしながら、上記公報に示される方法では、
予め傾斜直線を設定する必要上、制御回路中のメ
モリが膨大なものとなり、制御も複雑となる。さ
らに目標空燃比が大きく変更された場合、印加電
圧の切換えが急激なものとなり、この印加電圧の
切換時に限界電流とは異なつた電流（スパイク電
流）がリーンセンサより第７図に示すごとく出力
されている。そしてこの限界電流とは異なるスパ
イク電流がフイードバツク制御に反映されると、
誤つた空燃比に制御され、ドライバビリテイや排
出ガスが悪化するという問題点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明が解決しようとする問題点は、上述した
ごとく、目標空燃比の変更時、印加電圧変化によ
るリーンセンサでの限界電流とは異なる電流が発
生し、この電流がフイードバツク制御されること
による誤制御である。

従つて、本発明の目的とするところは、上述し
た限界電流とは異なる電流による誤制御を防いだ
制御の簡単な空燃比制御装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、本発明において
は、内燃機関の排気系に装着されるリーンセンサ
により内燃機関の排気ガス中に含有される残存酸
素量を検出して、内燃機関に供給する混合気の空
燃比を内燃機関の状態に応じた目標空燃比にフイ
ードバツク制御する制御手段を有する空燃比制御
装置において、目標空燃比に相当してリーンセン
サに印加される複数の所定の印加電圧値が、内燃
機関の状態変化により目標空燃比が変更された
時、予め設定された一定の切換電圧を増減させる
ことによつて切換えられる切換手段と、この切換
手段の開始から所定時間は制御手段を停止する停
止手段とを具備したことを特徴とする空燃比制御
装置としている。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

第１図は、本発明の実施例を示す構成図であ
り、リーンセンサが装着される内燃機関およびそ
の周辺装置を示している。

１は内燃機関本体、２はピストン、３は点火プ
ラグ、４は排気マニホールド、５は排気マニホー
ルド４に備えられ、排ガス中の残存酸素濃度を検
出する限界電流型酸素濃度センサ、６は内燃機関
本体１の吸入空気中に燃料を噴射する燃料噴射
弁、７は吸気マニホールド、８は内燃機関本体１
に送られる吸入空気の温度を検出する吸気温セン
サ、９は内燃機関冷却水の水温を検出する水温セ
ンサ、１０はスロツトルバルブ、１１はスロツト
ルバルブ１０に連動し、スロツトルバルブ１０の
開度を検出して信号を出力するスロツトル開度セ
ンサ、１４は吸入空気量を測定するエアフローメ
ータ、１５は吸入空気の脈動を吸収するサージタ
ンクをそれぞれ表している。

そして１６は点火に必要な高電圧を出力するイ
グナイタ、１７は図示していないクランク軸に連
動し上記イグナイタ１６で発生した高電圧を各気
筒の点火プラグ３に分配供給するデイストリビユ
ータ、１８はデイストリビユータ１７内に取り付
けられ、デイストリビユータ１７の１回転、即ち
クランク軸２回転に24発のパルス信号を出力する
回転角センサ、１９はデイストリビユータ１７の
１回転に１発のパルス信号を出力する気筒判別セ
ンサ、２０は電子制御回路、２１はキースイツ
チ、２２はスタータモータをそれぞれ表してい
る。２６は車軸に連動し、車速に応じたパルス信
号を発信する車速センサを表す。

次に第２図は電子制御回路２０例とその関連部
分とのブロツク図を表している。

３０は各センサより出力されるデータを制御プ
ログラムに従つて入力及び演算すると共に、各種
装置を作動制御等するための処理を行うセントラ
ルプロセシングユニツト（以下単にCPUと呼
ぶ）、３１は制御プログラム及び初期データが格
納されるリードオンメモリ（以下単にROMと呼
ぶ）、３２は電子制御回路２０に入力されるデー
タや演算制御に必要なデータが一時的に読み書き
されるランダムアクセスメモリ（以下単にRAM
と呼ぶ）、３３はキースイツチ２１がオフされて
も以後の内燃機関作動に必要なデータを保持する
よう、バツテリによつてバツクアツプされた不揮
発性メモリとしてのバツクアツプランダムアクセ
スメモリ（以下単にバツクアツプRAMと呼ぶ）、
３４〜３７は各センサの出力信号のバツフア、３
８は各センサの出力信号をCPU３０に選択的に
出力するマルチプレクサ、３９はアナログ信号を
デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、４０はバ
ツフア３７を介してあるいはバツフア３４〜３
６、マルチプレクサ３８及びＡ／Ｄ変換器３９を
介して各センサ信号をCPU３０に送ると共に
CPU３０からのマルチプレクサ３８、Ａ／Ｄ変
換器３９のコントロール信号を出力する入出力ポ
ートを表している。

そして４１は限界電流型酸素濃度センサ５の出
力信号を一時記憶するバツフア、４１Ａはバツフ
ア４１からのアナログ信号をデイジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換器、４２は限界電流型酸素濃度
センサ５の駆動電圧を発生し、印加する電圧印加
回路、４３は回転角センサ１８及び器筒判別セン
サ１９の出力信号の波形を整形する整形回路を表
し、スロツトル開度センサ１１等の各センサ信号
は直接に、あるいはバツフア４１等を介して入出
力ポート４６によりCPU３０に送られる。

更に、４７，４８は出力ポート４９，５０を介
してCPU３０からの信号によつて燃料噴射弁６、
イグナイタ１６を駆動する駆動回路をそれぞれ表
している。また５１は信号やデータの通路となる
バスライン、５２はCPU３０を始めROM３１、
RAM３２等へ所定の間隔で制御タイミングとな
るクロツク信号を送るクロツク回路を表してい
る。

次に本実施例の作動について説明する。

暖機完了後の内燃機関１の目標空燃比は、デイ
ストリビユータ１７の回転角センサ１８より検出
される内燃機関１の回転数Ｎとエアフローメータ
１４より検出される吸入空気量Ｑとにより予め複
数個ROM３１内に設定されており、第４図には
回転数Ｎと１回転当りの吸入空気量Ｑ／Ｎに対し
て設定された目標空燃比Ａ／Ｆの一例を示してい
る。第４図中、吸入空気量の多い領域はその目標
空燃比を13とし、フイードバツク制御を実行せ
ず、また吸入空気量の低い領域は目標空燃比を理
論空燃比よりやや薄い16として燃焼を安定させ、
その他の領域は目標空燃比を21〜22とし、ともに
フイードバツク制御を実行する。そしてこの様に
目標空燃比を設定するのに対し、リーンセンサ５
への印加電圧は前述のごとくその目標空燃比に応
じて変更する必要があり、第５図に示すごとく、
各目標空燃比に応じてリーンセンサ５への印加電
圧は各々設定されており、本実施例では目標空燃
比11〜14に対し0V、15〜19に対し0.45V、20〜24
に対して0.75Vと設定してある。

第３図は本実施例のフローチヤートである。図
示するような制御手順が電子制御回路２０にて実
行されるように予めROM３１にプログラムとし
て格納されており、CPU３０がクロツク５２に
よつて与えられるタイミングに従つて処理を行う
のである。本印加電圧切換ルーチンは、例えば所
定時間毎の割込みにより、または内燃機関１の所
定回転数毎に実行される。

本ルーチンにCPU３０の処理が実行するとま
ずステツプ100が実行される。本ステツプでは内
燃機関１の運転状態に応じて予めROM３１内に
設定された目標空燃比に対応した所定印加電圧
VRを選定する。そしてステツプ110ではステツ
プ100にて選定された所定印加電圧VRと現在リ
ーンセンサ５に印加されている印加電圧VMとを
比較して、一致していない場合ステツプ120に進
み、RAM３２内のフラグXCHGを１にセツトす
る。ここでXCHG＝１とするのは、図示しない
フイードバツク制御ルーチンにおいてフイードバ
ツク制御実行状態が成立しているか否かを判断す
るとき、このXCHGが１であればフイードバツ
ク制御実行状態では無いと判断させるためであ
り、従つてこの印加電圧切換ルーチンで切換が実
行されている間は、空燃比のフイードバツク制御
は実行されない。次にステツプ130に進み、本ス
テツプでは目標空燃比に対応した所定印加電圧
VRと現在リーンセンサ５に印加されている印加
電圧VMとの大小関係を判断する。そして所定印
加電圧VRが印加電圧VMより大きいと判断され
るとステツプ140へと進む。ステツプ140では、リ
ーンセンサ５に現在印加されている印加電圧VM
にROM３１内に予め設定された一定の切換電圧
ΔVを加算する。なおこの切換電圧ΔVはリーン
センサ５でのスパイク電流を考慮して、0.1V以
下にすることが望ましい。そしてステツプ150で
の印加電圧VMが所定印加電圧VRに達したか否
かを判断し、達したと判断されるとステツプ160
で改めてVM＝VRとする。そしてステツプ170で
フラグXCHGを０に設定して他のルーチンへと
進む。なおステツプ150でまだ印加電圧VMが所
定印加電圧VRに達していないと判断された時
は、ステツプ160、170を迂回して他のルーチンへ
と進む。またステツプ130で所定印加電圧VRが
印加電圧VMより小さいと判断されるとステツプ
141に進み、印加電圧VMから切換電圧ΔVを減算
し、ステツプ151で印加電圧VMが所定印加電圧
VRに達したか否かを判断し、達したと判断され
るとステツプ161で改めてVM＝VRとして、ステ
ツプ171でフラグXCHGを０に設定して他ルーチ
ンへと進み、またステツプ151でまだ印加電圧
VMが所定印加電圧VRに達していないと判断さ
れた時はステツプ161、171を迂回して他のルーチ
ンへと進む。さらにステツプ110にてステツプ100
で選定された所定印加電圧VRが印加電圧VMと
一致している場合は、前述の各ステツプを迂回
し、ステツプ121にてフラグXCHGを０として他
のルーチンへと進む。なおステツプ110にて所定
印加電圧VRが印加電圧VMと一致している場合
は、もちろんフラグXCHGは０でRAM３２内に
記憶されているはずであるが、ステツプ121にて
フラツグXCHGを０と改めて設定するのは確認
のためである。なおこの印加電圧の切換が実行さ
れている間に目標空燃比の変更があつて所定印加
電圧VRの変更されても、各ステツプの所定印加
電圧VRの値が変更されてこれに応じて各ステツ
プが進行するため印加電圧VMはこの所定印加電
圧VRに一致するようになる。

そしてリーンセンサ５への印加電圧が目標空燃
比に対応した所定印加電圧に達しXCHGが０と
なつて、他のフイードバツク制御条件が満たされ
た時、空燃比のフイードバツク制御が実行され
る。

まず、現在の運転状態に最適な目標空燃比に相
当する限界電流値iRをROM３１内に設けられた
マツプから内燃機関１の回転数Ｎと吸入空気量Ｑ
とに応じて読み出し、一方リーンセンサ５より現
在の限界電流値ｉを検出し、両者の偏差Δi＝ｉ
−iRを求め、この偏差Δiに応じて燃料噴射弁６
からの燃料噴射量を増減して現在の空燃比を目標
空燃比へと制御する。また印加電圧の切換および
所定の空燃比においてはリーンセンサ５の出力を
用いたフイードバツク制御は実行されず、ROM
３１内に設定された空燃比やその時の内燃機関の
状態より演算される基本的な燃料量を内燃機関１
に供給して内燃機関１の制御をする。

従つて、上述のごとくリーンセンサ５への印加
電圧の切換えを行うことによつて、リーンセンサ
５に発生する限界電流とは異なるスパイク電流を
小さくすることを可能としており、またこの印加
電圧切換中は前記フイードバツク制御を実行しな
いように構成してあるので、この間発生する限界
電流とは異なる電流は燃料量の演算に反映され
ず、誤つた制御が防げる。さらには、リーンセン
サ５への所定印加電圧を目標空燃比に対応して、
一定の値（本実施例では、0V、0.45V、0.75V）
としているのでROM３１内のメモリ負荷は前述
の特開昭58−172443号公報に比べはるかに小さく
て済み、メモリ負荷が小さくて済むことで切換時
の制御も簡単になる。

なお、上述の実施例は、エアフロメータ１４に
より吸入空気量を測定するＬジエトロ方式のもの
に適用していたが、吸気管圧力を圧力センサによ
り測定し燃料噴射量を演算するＤジエトロ方式の
ものにも適用でき、さらには気化器を用いたリー
ンフイードバツク制御方式のものにも適用でき
る。

また、上記実施例では印加電圧の切換中のみフ
イードバツク制御を停止するよう構成していた
が、印加電圧の切換えが完了しても所定時間、フ
イードバツク制御を停止させ、この所定時間経過
してからフイードバツク制御を実行するように構
成してもかまわない。

また、上述の実施例では印加電圧の切換えを予
め小さく設定した切換電圧を徐々に増減させるこ
とで行つていたが、各々の目標空燃比に対応した
切換電圧を予め設定して目標空燃比に対応した所
定印加電圧に直ちに変更されるように構成し、こ
の切換えが開始されてから限界電流とは異なるス
パイク電流が発生している間を考慮した所定時
間、フイードバツク制御を停止させる構成として
もかまわない。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明においては、内燃機関
の排気系に装着されるリーンセンサにより内燃機
関の排気ガス中に含有される残存酸素量を検出し
て、内燃機関に供給する混合気の空燃比を内燃機
関の状態に応じた目標空燃比にフイードバツク制
御する制御手段を有する空燃比制御装置におい
て、目標空燃比に相当してリーンセンサに印加さ
れる複数の所定の印加電圧値が、内燃機関の状態
変化により目標空燃比が変更された時、予め設定
された一定の切換電圧を増減させることによつて
切換えられる切換手段と、この切換手段の開始か
ら所定時間は制御手段を停止する停止手段とを具
備したことを特徴とする空燃比制御装置としたこ
とから、切換手段の実行時にリーンセンサに限界
電流とは異なる電流が発生しても、この切換手段
の実行中は制御手段の実行を停止する停止手段に
より、切換手段実行中のリーンセンサに発生する
限界電流とは異なる電流が制御手段中に反映され
ず、誤つた制御が防げて良好なドライバビリテイ
が得られ、かつ排気ガスの悪化も防げるという優
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を示す概略構成
図、第２図は第１図中図示の電子制御回路のブロ
ツク図、第３図は本発明の実施例のフローチヤー
ト、第４図は回転数Ｎと１回転当りの吸入空気量
Ｑ／Ｎとに対して設定された目標空燃比の一例を
示す図、第５図は、目標空燃比の変化に対するリ
ーンセンサへの印加電圧の変化およびリーンセン
サへの印加電圧の変化に対する制御状態を示すタ
イムチヤート、第６図はリーンセンサの印加電圧
に対する出力電流を示す特性図、第７図はリーン
センサの印加電圧の変化に対する出力電流の変化
を示す図、第８図は本発明の模式構成図である。 １……内燃機関、４……排気マニホールド、５
……リーンセンサ（限界電流型酸素濃度センサ）、
６……燃料噴射弁、１４……エアフローメータ、
１８……回転角センサ、２０……電子制御回路、
３０……CPU（セントラルプロセツシングユニツ
ト）、３１……ROM（リードオンリメモリ）、３
２……RAM（ランダムアクセスメモリ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の排気系に装着される限界電流型酸
   素濃度センサにより内燃機関の排気ガス中に含有
   される残存酸素量を検出して、内燃機関に供給す
   る混合気の空燃比を内燃機関の状態に応じた目標
   空燃比にフイードバツク制御する制御手段を有す
   る空燃比制御装置において、 前記目標空燃比に相当して前記限界電流型酸素
   濃度センサに印加される複数の所定の印加電圧値
   が、内燃機関の状態変化により前記目標空燃比が
   変更された時、予め設定された一定の切換電圧を
   増減させることによつて切換えられる切換手段
   と、 前記切換手段の開始から所定時間は前記制御手
   段を停止する停止手段とを具備したことを特徴と
   する空燃比制御装置。 ２ 前記切換手段における切換電圧の増減は徐々
   に行われることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の空燃比制御装置。 ３ 前記停止手段は前記切換手段が実行されてい
   る間行われることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の空燃比制御装置。