JPH0629580B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に燃料に
アルコール混合燃料を用いる内燃機関の空燃比制御装置
に関する。

［従来技術］ 従来アルコール混合燃料を用いる内燃機関を最適状態で
運転するものとして特開昭５６−９８５４０号公報に示
されている技術がある。該技術はアルコール混合燃料の
混合割合を検出して、その混合割合における最適の燃料
量をマップ等で定め供給しようとするものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、更に燃費を改善するために第１３図に示
すようなリーン空燃比に対応した出力を発するリーンミ
クスチャセンサを用いて空燃比フィードバック制御する
ことを試みた。しかし、以下に示す問題点が新たに見い
だされた。すなわち上記リーンミクスチャセンサは、第
１４図に示すようにガソリンに対しては酸素濃度に比例
した出力電流特性を示すが、そのガソリンをメタノール
に変更すると酸素濃度が低い領域で出力電流が多くなる
特性を示すものである。一方、バイアス電圧を変更して
第１５図に示すようにメタノールの出力特性を比例する
ように設定するとガソリンに対しては酸素濃度の高い領
域で出力電流が小さくなる特性を示す。

そのためメタノールとガソリンとが混合された燃料を上
記リーンミクスチャセンサを用いて空燃比フィードバッ
ク制御をした場合に、該フィードバック制御の基準とな
るリーンミクスチャセンサの出力電流が、同じ酸素濃度
であってもメタノールの混合状態に応じて変化して空燃
比制御が変動してしまう問題点がある。

そこで、本発明は上記の問題点を解決して、適正な空燃
比制御を行なうことを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記の問題点を解決し目的を達成する手段として第１図
に示すように、 内燃機関Ｍ１へアルコールと他の燃料とを混合したアル
コール混合燃料を供給する燃料供給手段Ｍ２と、 バイアス電圧が印加された状態にて上記内燃機関Ｍ１の
排気系Ｍ３の酸素濃度を定量的に検出可能なリーンミク
スチャセンサからなる酸素濃度検出手段Ｍ４と、 上記酸素濃度検出手段Ｍ４の検出値に基づいて上記燃料
供給手段Ｍ２を制御して上記内燃機関Ｍ１の理論空燃比
と実際の空燃比との比である当量比を所定当量比にする
制御手段Ｍ５と、 を備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、 上記燃料供給手段Ｍ２が供給するアルコール混合燃料の
アルコール濃度割合が大きくなるにつれて上記酸素濃度
検出手段Ｍ４のバイアス電圧を小さくするよう補正する
アルコール濃度補正手段Ｍ６と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置を
要旨とする。

上記内燃機関Ｍ１へ供給されるアルコール混合燃料にお
ける他の燃料とは、例えば、ガソリン、イソペンタン、
又はイソブタン等である。

上記燃料供給手段Ｍ２とは、例えばキャブレタ、又は燃
料噴射装置である。

酸素濃度検出手段Ｍ４とは、例えば第２図に示すよう
に、所定以上の温度条件下でジルコニア固体電解質ＺＳ
にバイアス電圧Ｖを印加し、強制的に電流Ｉを流すと固
体電解質隔壁を通して酸素イオンの移動が起こる原理を
利用して、排気ガス中の酸素濃度を定量的に検出可能な
リーンミクスチャセンサである。該リーンミクスチャセ
ンサは、第３図に示すように酸素濃度がＡ％から４Ａ％
に濃くなるほど出力電流が大きくなり、かつバイアス電
圧が大きくなると出力電流が飽和して一定になる特性を
示すものである。そして、実際に検出素子として用いら
れる場合の構造は、第４図に示すようなものである。該
構造は第２図に示されたリーンミクスチャセンサ部分が
保護カバーで覆われて排気ガス中に曝され、この曝され
ている部分の反対面が大気側に開放されその部分にヒー
タが設けられているものである。

制御手段Ｍ５とは、例えばマイクロコンピュータで構成
され、上記酸素濃度検出手段Ｍ４の出力電流が所定当量
比に対応する所定値になる方向へ上記燃料供給手段Ｍ２
を制御して供給燃料量を制御すものである。上記の当量
比は、当量比＝理論空燃比／実際の空燃比である。

アルコール濃度補正手段Ｍ６とは、例えば上記燃料供給
手段Ｍ２が供給するアルコール混合燃料のアルコール濃
度に対応したバイアス電圧を酸素濃度検出手段であるリ
ーンミスクチャセンサに加えて補正するもので、詳しく
はアルコール濃度割合が大きくなるにつれて酸素濃度検
出手段のバイアス電圧を小さくするよう補正するもので
ある。上記バイアス電圧は、アルコール濃度が既知の場
合はスイッチにて設定でき、一方未知の場合は燃料の誘
電率の変化でアルコール濃度を検出するアルコール濃度
センサを用いてこの検出値にて設定できる。このアルコ
ール濃度センサは燃料タンクから噴射バルブ間のいずれ
に設けてもよいが、噴射バルブに近いほどアルコール濃
度が途中で変化する場合によく対応することができる。

［作用］ 上記構成における酸素濃度検出手段Ｍ４であるリーンミ
クスチャセンサにおいてガソリンを用いた場合のバイア
ス電圧と出力電流との特性は第５図の点線に示すような
曲線になる。該特性はバイアス電圧の中間に平坦な飽和
領域を有する特性であり、酸素濃度が高いほど、つまり
Ｇｒ（リッチ空燃比）よりＧ（リーン空燃比）曲線の
方が出力電流が大きい特性を示す。その飽和領域の中間
が図中のバイアス電圧Ｖｇであり、このＶｇにて酸素濃
度を検出すると、第６図の点線に示すような右上がりの
特性が得られる。

一方、アルコールを用いた場合を計測した結果が第５図
に実線で示すＭおよびＭｒ曲線である。該曲線の飽和
領域の中間が図中のバイアス電圧Ｖｍであり、このＶｍ
にて酸素濃度を検出すると、第６図の実線で示すように
ガソリンに対するのと同一の右上がりの特性が得られ
る。

従って、第５図に示すような飽和領域のほぼ中間にバイ
アス電圧を設定することで、第６図に示すように酸素濃
度に対応する出力電流が、アルコール濃度にかかわりな
く同一になる。

上記飽和領域におけるバイアス電圧ＶｇおよびＶｍを補
間した補正曲線が第７図である。該特性はバイアス電圧
ＶｇからＶｍにアルコール濃度に比例して小さくなるも
のである。この特性に従ってバイアス電圧を補正するこ
とで、アルコール濃度が変わっても、一定の酸素濃度が
検出されることになる。結果として空燃比検出装置は所
定の当量比に制御されることになる。

以下実施例について説明するが、本発明の実施例はこれ
に限るものではなく要旨を逸脱しない範囲で種々の態様
で実施可能である。

［実施例］ 第８図は本発明の一実施例の構成図である。該構成図に
おける１はエンジンであり、このエンジン１は、周知の
排気ガスの酸素濃度を検出するリーンミクスチャセンサ
１０、希薄吸気に強いスワールを発生させるためのスワ
ールコントロールバルブ１２、吸気圧に応じてスワール
コントロールバルブ１２を駆動するアクチュエータ１
４、スロットルバルブ２４、スロットル開度センサ２
６、サージタンク２８、吸気負圧に比例した出力電圧を
発生する吸気圧センサ３０、インテークマニホールド３
２、燃料噴射バルブ３４、点火プラグ３６、エクゾース
トマニホールド３８、点火コイル４０、ディストリビュ
ータ４２、回転数センサ４４、水温センサ４６および電
子制御ユニット（ＥＣＵ）４８から構成されている。上
記燃料噴射バルブ３４には、燃料タンク５０、燃料ポン
プ５２、誘電率を検出してアルコール濃度に比例した出
力電圧を発生するアルコール濃度センサ５４、を経由し
てアルコール混合燃料が供給されている。上記リーンミ
クスチャセンサ１０、スロットル開度センサ２６、吸気
圧センサ３０、回転数センサ４４、水温センサ４６、お
よびアルコール濃度センサ５４の各センサはそれぞれＥ
ＣＵ４８に接続されている。

第９図に構成を示す電子制御ユニット（ＥＣＵ）４８は
ディジタルコンピュータからなり、双方向性バス６０に
よって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）
６２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）６４、ＣＰＵ
（マイクロプロセッサ）６６、入力ポート６８および出
力ポート７０を具備する。更に電子制御ユニット４８は
マルチプレクサ機能を有するＡＤ変換器７２を具備し、
このＡＤ変換器７２は入力ポート６８に接続される。Ａ
Ｄ変換器７２の入力端子には水温センサ４６、スロット
ル開度センサ２６、アルコール濃度センサ５４、吸気圧
センサ３０およびリーンミクスチャセンサ１０が接続さ
れ、これら水温センサ４６、スロットル開度センサ２
６、アルコール濃度センサ５４、吸気圧センサ３０およ
びリーンミクスチャセンサ１０の出力信号はＡＤ変換器
７２を介して順次入力ポート６８に入力される。更に、
入力ポート６８には機関クランクシャフトが所定のクラ
ンク角だけ回転する毎に出力パルスを発生する回転数セ
ンサ４４が接続される。また、出力ポート７０は駆動回
路７４を介して燃料噴射バルブ３４およびリーンミクス
チャセンサ１０のバイアス電圧を出力するバイアス部７
６を介してリーンミクスチャセンサ１０に接続される。

アルコール濃度センサ５４は燃料噴射バルブ３４から噴
射される燃料中のアルコール濃度を検出し、アルコール
濃度に比例した出力電圧を発生する。一方、リーンミク
スチャセンサ１０は排気ガス中の酸素濃度に比例して出
力電流値が変化するがこの出力電流値は燃料中のアルコ
ール濃度によって変化する。これを第１０図に示す。第
１０図において縦軸はリーンミクスチャセンサ１０の出
力電流値を示し、横軸はバイアス電圧を示す。また、第
１０図において実線Ｍ１ないしＭ４はアルコールのみを
供給した場合を示し、１点鎖線ＭＧ１ないしＭＧ４はガ
ソリンとアルコールとをほぼ等量混合して供給した場合
を示し、破線Ｇ１ないしＧ４はガソリンのみを供給した
場合を示す。上記Ｍｉ，ＭＧｉ，およびＧｉ（但しｉは
１ないし４）は同一の酸素濃度の場合を示し、ｉが大き
くなるほど酸素濃度の薄い状態を示す。該第１０図にお
けるバイアス電圧Ｖｍは、アルコールを燃焼した場合の
酸素濃度の検出特性がほぼ直線になる場合の電圧であ
り、Ｍｉの飽和特性部分の中央部分である。同様にＶmg
はアルコールとガソリンとをほぼ等量混合した場合のバ
イアス電圧であり、Ｖｇはガソリンの場合のバイアス電
圧である。該バイアス電圧とアルコール濃度との特性曲
線を第１１図に示す。従って、アルコール濃度に応じて
該第１１図から求められるバイアス電圧をリーンミクス
チャセンサ１０に加えることで、リーンミクスチャセン
サ１０の出力はアルコール濃度に影響されなくなる。

次に本実施例の動作を示すフローチャートを第１２図に
示し、説明する。該フローチャートは図示しない空燃比
制御ルーチンの処理の間に定期的に割り込み処理され
る。まず、本バイアス電圧補正ルーチンが呼び出される
と、はじめにアルコール濃度センサ５４の出力を読み込
む（ステップ１００）。該アルコール濃度センサ５４
は、アルコール濃度に比例した出力電圧を発生するもの
である。次にアルコール濃度（（アルコール／（アルコ
ール＋ガソリン））×１００％）に対応したバイアス電
圧を上記第１１図に示したグラフに基づき算出する（ス
テップ１１０）。次に得られたバイアス電圧をバイアス
部７６へ設定する（ステップ１２０）。つまり、バイア
ス部７６にアルコール濃度に対応し、アルコール濃度割
合が大きくなるにつれて小さくなるバイアス電圧が設定
される。従って、リーンミクスチャセンサ１０のバイア
ス電圧がアルコール濃度に影響されることなく高精度の
酸素濃度を示すように補正されることになる。

なお、上記リーンミクスチャセンサ１０の出力電流を用
いて行なう空燃比制御の概略を説明する。

はじめにエンジン回転数と吸気圧とから基本噴射量を求
める。次に、各種運転状態から目標当量比（理論空燃比
／目標空燃比）を求める。その目標当量比に対応する比
較電流を算出し、リーンミクスチャセンサ１０の出力電
流と比較する。該比較の結果に基づいて、上記基本噴射
量を増減補正する。以上が空燃比制御の概略であり、実
行することでエンジン１の空燃比が目標目標当量比に対
応した値に制御される。

以上に説明した実施例を実行することで、例えば、燃料
温度等によって燃料中のアルコール濃度が運転中に変化
するような場合にもリーンミクスチャセンサ１０の検出
出力が常に酸素濃度に対応した値に補正される。従っ
て、空燃比制御装置は、燃料のアルコール濃度が変化し
た場合に常に高精度に空燃比制御を行なうことができ
る。結果として、燃料のアルコール濃度の変動に基づく
燃費、公害対策、および運転性をよりよい状態に保つこ
とができる。

［発明の効果］ 以上に示した本発明は、酸素濃度検出手段Ｍ４の検出値
がアルコール濃度に応じて実際の当量比に対応した値に
なるように補正されている。従って内燃機関Ｍ１の当量
比をアルコール濃度に影響されることなく所定値に最適
に制御することができる。その結果、アルコール濃度が
変動しても、燃費、公害対策、および運転性を最適状態
に保つことができる内燃機関の空燃比制御装置の提供が
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成図、第２図は酸素センサの
原理説明図、第３図はその出力特性グラフ、第４図はリ
ーンミクスチャセンサの構造図、第５図および第６図は
その出力特性グラフ、第７図は同バイアス電圧特性グラ
フ、第８図は実施例の構成図、第９図は実施例のＥＣＵ
の構成図、第１０図はリーンミクスチャセンサの特性グ
ラフ、第１１図はそのバイアス電圧特性グラフ、第１２
図は実施例のバイアス電圧補正ルーチンのフローチャー
ト、第１３図はガソリンに対する空燃比センサの出力特
性グラフ、第１４図および第１５図は酸素濃度センサの
出力特性グラフである。 Ｍ１……内燃機関 Ｍ２……燃料供給手段 Ｍ３……排気系 Ｍ４……酸素濃度検出手段 Ｍ５……制御手段 Ｍ６……アルコール濃度補正手段 １……エンジン １０……リーンミクスチャセンサ ３４……燃料噴射バルブ ４８……電子制御ユニット ５４……アルコール濃度センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関へアルコールと他の燃料とを混合
   したアルコール混合燃料を供給する燃料供給手段と、 バイアス電圧が印加された状態にて上記内燃機関の排気
   系の酸素濃度を定量的に検出可能なリーンミクスチャセ
   ンサからなる酸素濃度検出手段と、 上記酸素濃度検出手段の検出値に基づいて上記燃料供給
   手段を制御して上記内燃機関の理論空燃比と実際の空燃
   比との比である当量比を所定当量比にする制御手段と、 を備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、 上記燃料供給手段が供給するアルコール混合燃料のアル
   コール濃度割合が大きくなるにつれて上記酸素濃度検出
   手段のバイアス電圧を小さくするよう補正するアルコー
   ル濃度補正手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。