JPH06323185A - Air-fuel ratio control device - Google Patents

Air-fuel ratio control device

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JPH06323185A
JPH06323185A JP11176893A JP11176893A JPH06323185A JP H06323185 A JPH06323185 A JP H06323185A JP 11176893 A JP11176893 A JP 11176893A JP 11176893 A JP11176893 A JP 11176893A JP H06323185 A JPH06323185 A JP H06323185A
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JP
Japan
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air
fuel ratio
concentration sensor
oxygen concentration
ion concentration
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Pending
Application number
JP11176893A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisashi Oki
久 大木
Norihiko Nakamura
徳彦 中村
Tatsuo Kobayashi
辰夫 小林
Makoto Ueno
真 上野
Shigeki Miyashita
茂樹 宮下
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

PURPOSE:To realize high accurate control of air-fuel ratio in an engine just after starting it or at the time of its transient operation by concurrently using an ion concentration sensor and an oxygen concentration sensor, combining or selectively using detection values of both the sensors, and detecting air-fuel ratio. CONSTITUTION:In an engine for feedback controlling air-fuel ratio of a mixture to a target value by controlling an amount of fuel, injected from an injector 21 provided to appear in an intake pipe 15 of the engine in accordance with concentration of oxygen in exhaust, the engine is provided with an oxygen concentration sensor 29 arranged in the upstream of a catalytic converter 23 and an ion concentration sensor 31 formed to be exposed in a combustion chamber 30, as the sensor for detecting air-fuel ratio. Air-fuel ratio control is executed by using the ion oxygen sensor 31 at non-activation time of the oxygen concentration sensor 29 and by using the oxygen concentration sensor 29 at activation time in a non-transient condition, and air-fuel ratio control is executed by mainly using a detection value of the ion concentration sensor 31 corrected by an output of the oxygen concentration sensor 29 at transient condition time.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は空燃比制御装置に係り、
特に燃焼ガスの空燃比を検出して、その空燃比を基に内
燃機関に供給する混合気を所定の空燃比にフィードバッ
ク制御する空燃比制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an air-fuel ratio control device,
In particular, the present invention relates to an air-fuel ratio control device that detects an air-fuel ratio of combustion gas and feedback-controls an air-fuel mixture supplied to an internal combustion engine to a predetermined air-fuel ratio based on the air-fuel ratio.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、車載用内燃機関においては、
大気中に排出される排気ガスのエミッションを良好に維
持するために、排気通路中に排気ガス浄化作用を有する
触媒コンバータを配設する構成が広く用いられている。
この触媒コンバータには、排気ガス中に含まれる一酸化
炭素COや炭化水素HC等の未燃成分、若しくは窒素酸
化物NOx等に代表される酸化物を有効に除去できるこ
とが要求される。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a vehicle-mounted internal combustion engine,
In order to maintain good emission of exhaust gas discharged into the atmosphere, a configuration in which a catalytic converter having an exhaust gas purification action is arranged in the exhaust passage is widely used.
This catalytic converter is required to be able to effectively remove unburned components such as carbon monoxide CO and hydrocarbons HC contained in exhaust gas, or oxides represented by nitrogen oxides NOx.

【0003】かかる要求を満たすため、一般に車載用内
燃機関の触媒コンバータとしては三元触媒を包含してな
るものが用いられている。ここで三元触媒は、排気ガス
中に酸素が過剰に含まれている場合は、その酸素を吸着
し、排気ガス中に酸素が不足している場合は吸着してい
た酸素を放出する部材である。
In order to meet such requirements, a catalytic converter for a vehicle-mounted internal combustion engine generally includes a three-way catalyst. Here, the three-way catalyst is a member that adsorbs oxygen when the exhaust gas contains excess oxygen, and releases the adsorbed oxygen when the exhaust gas lacks oxygen. is there.

【0004】つまり、空燃比が燃料リーンである場合に
は、排気ガス中に存在するNOx等の酸化物から酸素を
奪って還元作用を発揮し、空燃比が燃料リッチである場
合には、排気ガス中に酸素を放出してCOやHC等の未
燃成分を酸化する作用を発揮することにより、排気ガス
の浄化を行う部材である。
That is, when the air-fuel ratio is lean, oxygen is taken from oxides such as NOx existing in the exhaust gas to exert a reducing action, and when the air-fuel ratio is rich in fuel, the exhaust gas is exhausted. It is a member that purifies exhaust gas by releasing oxygen into gas and exerting an action of oxidizing unburned components such as CO and HC.

【0005】従って、触媒コンバータ通過後において良
好な排気エミッションを確保するためには、三元触媒の
酸素吸着能力の範囲内で酸素の授受が続行されることが
必要である。そして、そのためには内燃機関から触媒コ
ンバータに流入する排気ガスの空燃比を、理論空燃比を
中心として燃料リッチと燃料リーンを繰り返すように制
御することが必要である。その空燃比がリッチまたはリ
ーンの何方かに大きく偏ると、燃焼ガス中の酸素過多量
または不足量が三元触媒の酸素吸着能力では吸収しきれ
なくなる場合が生ずるからである。
Therefore, in order to ensure good exhaust emission after passing through the catalytic converter, it is necessary to continue the transfer of oxygen within the range of the oxygen adsorption capacity of the three-way catalyst. For that purpose, it is necessary to control the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalytic converter from the internal combustion engine so that fuel rich and fuel lean are repeated centering on the theoretical air-fuel ratio. If the air-fuel ratio is greatly deviated to either rich or lean, the excess or insufficient amount of oxygen in the combustion gas may not be absorbed by the oxygen adsorption capacity of the three-way catalyst.

【0006】このため、上記した触媒コンバータを備え
る内燃機関においては、精度良く空燃比制御を実行でき
るとして公知の空燃比フィードバック制御が広く行われ
ている。この空燃比フィードバック制御とは、燃焼ガス
の空燃比を検出する空燃比センサを内燃機関の排気系に
配し、その検出値に基づいて内燃機関に供給する燃料の
量を微調整するものである。
Therefore, in the internal combustion engine equipped with the above-mentioned catalytic converter, the air-fuel ratio feedback control, which is known to be capable of accurately performing the air-fuel ratio control, is widely performed. In this air-fuel ratio feedback control, an air-fuel ratio sensor that detects the air-fuel ratio of combustion gas is arranged in the exhaust system of the internal combustion engine, and the amount of fuel supplied to the internal combustion engine is finely adjusted based on the detected value. .

【0007】かかる空燃比フィードバックセンサを実現
する空燃比センサとしては、従来より酸素濃度センサが
広く用いられている。この酸素濃度センサは、雰囲気中
の酸素濃度に応じた電流を発生するセンサで、燃焼ガス
の空燃比を容易かつ直接的に検出することができる。
As an air-fuel ratio sensor for realizing such an air-fuel ratio feedback sensor, an oxygen concentration sensor has been widely used. This oxygen concentration sensor is a sensor that generates a current according to the oxygen concentration in the atmosphere, and can easily and directly detect the air-fuel ratio of the combustion gas.

【0008】しかしながら、この酸素濃度センサを用い
て空燃比制御を行う構成において、安定した検出精度の
確保するためには、燃焼ガスが均一になるまで十分に混
合された後に空燃比測定を行う必要があり、燃焼室と酸
素濃度センサとの間には適当な距離を要する。このた
め、酸素濃度センサによる空燃比の検出には、時間的遅
れを伴うことが避けられなかった。
However, in the structure for performing air-fuel ratio control using this oxygen concentration sensor, in order to ensure stable detection accuracy, it is necessary to measure the air-fuel ratio after the combustion gases are sufficiently mixed until they become uniform. Therefore, an appropriate distance is required between the combustion chamber and the oxygen concentration sensor. Therefore, the detection of the air-fuel ratio by the oxygen concentration sensor is unavoidably accompanied by a time delay.

【0009】このような時間的遅れは、内燃機関の運転
状態が定常状態にある場合にはなんら問題となることは
ないが、車両に対する加減速の要求に伴ってその運転状
態が変化する状況下では、大きく制御精度を悪化させる
こととなる。
Such a time delay does not cause any problem when the operating state of the internal combustion engine is in a steady state, but under the situation where the operating state changes in accordance with the acceleration / deceleration request to the vehicle. Then, the control accuracy is greatly deteriorated.

【0010】更に、従来一般に用いられている酸素濃度
センサは、その出力特性が環境温度によって変動するも
のであり、所定の活性化温度領域に達するまでは全く出
力を発しないものであった。このため、かかる酸素濃度
センサを用いて空燃比制御装置を構成した場合、内燃機
関が始動した後酸素濃度センサが適当に加熱されて所定
温度に達するまでの間は空燃比フィードバック制御を実
行することができないという問題があった。
Further, the oxygen concentration sensor that has been generally used conventionally has an output characteristic that varies depending on the ambient temperature and does not emit any output until it reaches a predetermined activation temperature range. Therefore, when the air-fuel ratio control device is configured using such an oxygen concentration sensor, the air-fuel ratio feedback control should be executed until the oxygen concentration sensor is appropriately heated and reaches a predetermined temperature after the internal combustion engine is started. There was a problem that I could not do it.

【0011】このように、酸素濃度センサを用いた空燃
比制御装置には、種々の問題が存在し、必ずしも理想的
な空燃比フィードバック制御を実現し得るのもではなか
った。これに対して特開平4−194336号公報は、
かかる空燃比制御装置の特性を改善すべく、燃焼室内に
おいて混合気が燃焼する際に発生する電離イオンの濃度
に基づいて空燃比を算出する空燃比制御装置について開
示している。
As described above, the air-fuel ratio control device using the oxygen concentration sensor has various problems, and it is not always possible to realize ideal air-fuel ratio feedback control. On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 4-194336 discloses
In order to improve the characteristics of the air-fuel ratio control device, an air-fuel ratio control device is disclosed that calculates the air-fuel ratio based on the concentration of ionized ions generated when the air-fuel mixture burns in the combustion chamber.

【0012】上記公報記載の装置は、内燃機関を構成す
る各気筒毎に公知のイオン濃度センサを設置して、各気
筒毎に燃焼に伴って発生するイオン濃度を検出するもの
である。この場合、イオン濃度センサの検出対象である
電離イオンは、酸素濃度と異なり燃焼ガスが十分に混合
されていなくても安定した検出が可能である。
The apparatus described in the above publication installs a known ion concentration sensor for each cylinder constituting the internal combustion engine and detects the ion concentration generated by combustion in each cylinder. In this case, unlike the oxygen concentration, the ionized ions to be detected by the ion concentration sensor can be stably detected even if the combustion gas is not sufficiently mixed.

【0013】このため、上記したように各気筒の燃焼室
内における空燃比検出が可能となり、混合気の燃焼後ほ
とんど時間的遅れなしに、かつ各気筒毎に正確な検出が
可能となる。更に、かかるイオン濃度センサは、従来の
酸素濃度センサと異なり活性化に時間を要することもな
く、内燃機関の始動後即座に正確な空燃比の検出が開始
できる。このため、内燃機関の始動直後から空燃比フィ
ードバック制御を実行することも可能となる。
Therefore, as described above, it is possible to detect the air-fuel ratio in the combustion chamber of each cylinder, and it is possible to perform accurate detection for each cylinder with almost no time delay after combustion of the air-fuel mixture. Further, unlike the conventional oxygen concentration sensor, such an ion concentration sensor does not require time for activation and can start accurate detection of the air-fuel ratio immediately after starting the internal combustion engine. Therefore, the air-fuel ratio feedback control can be executed immediately after the internal combustion engine is started.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
空燃比制御装置においては、イオン濃度センサが内燃機
関の各気筒燃焼室内に露出した状態で配設することが必
須要件である。そして、かかる環境下では混合気の燃焼
に伴って発生する“すす”等がイオン濃度センサに付着
することなる。
However, in the above-mentioned conventional air-fuel ratio control device, it is an essential requirement that the ion concentration sensor be provided in an exposed state in each cylinder combustion chamber of the internal combustion engine. Then, under such an environment, "soot" or the like generated by the combustion of the air-fuel mixture adheres to the ion concentration sensor.

【0015】このような“すす”等が付着した場合、イ
オン濃度センサは、その構造上出力特性を変化させるこ
とが知られている。従って、上記従来の空燃比制御装置
の如く何らの較正手段も備えずに、イオン濃度センサが
発するイオン濃度信号を直接空燃比制御に用いる構成で
は、その出力特性が変化した場合には正確な制御を続行
することができなくなるという問題がある。
It is known that when such "soot" adheres, the ion concentration sensor changes its output characteristics due to its structure. Therefore, in the configuration in which the ion concentration signal generated by the ion concentration sensor is directly used for the air-fuel ratio control without providing any calibration means like the above-mentioned conventional air-fuel ratio control device, accurate control is performed when the output characteristic changes. There is a problem that you can not continue.

【0016】つまり、イオン濃度センサの検出値を基に
空燃比を算出する従来の空燃比制御装置は、内燃機関の
始動後即座に空燃比制御が開始でき、かつ時間的な遅れ
のないリアルタイム性に優れた空燃比制御を実行できる
反面、検出した空燃比の信憑性に欠け、結局高精度な空
燃比制御が実現できないという問題を有していた。
That is, the conventional air-fuel ratio control device for calculating the air-fuel ratio based on the detected value of the ion concentration sensor can start the air-fuel ratio control immediately after the start of the internal combustion engine and has a real-time property without a time delay. Although excellent air-fuel ratio control can be executed, there is a problem that the detected air-fuel ratio is lacking in credibility and highly accurate air-fuel ratio control cannot be realized.

【0017】また、イオン濃度センサの空燃比に対する
出力値は、常用空燃比領域においてピーク値を有してい
る。すなわち、測定対象の空燃比がピーク値を示す空燃
比よりリーンとなるほどまた、測定対象の空燃比がピー
ク値を示す空燃比よりリッチとなるほどイオン濃度セン
サの出力値は小さくなる。
The output value of the ion concentration sensor with respect to the air-fuel ratio has a peak value in the normal air-fuel ratio region. That is, the output value of the ion concentration sensor becomes smaller as the air-fuel ratio of the measurement target becomes leaner than the air-fuel ratio showing the peak value and as the air-fuel ratio of the measurement target becomes richer than the air-fuel ratio showing the peak value.

【0018】従って、イオン濃度センサの出力値がピー
ク値を示していない限り、その出力値に対応する空燃比
が、リッチ側とリーン側とにそれぞれ考えられ、その出
力値のみからではいずれの空燃比が検出されているのか
が特定できない事態が生ずる。特に、内燃機関の運転状
態が過渡状態にある場合は、吸気ポートに付着する燃料
の量や吸気管負圧の大きさ等が相互に作用して大きく空
燃比が変動するため、イオン濃度センサの出力値のみに
基づいて正確に空燃比を判断することは困難な場合があ
る。
Therefore, as long as the output value of the ion concentration sensor does not show the peak value, the air-fuel ratios corresponding to the output value are considered to be on the rich side and the lean side, respectively. A situation occurs in which it is not possible to determine whether the fuel ratio is detected. In particular, when the operating state of the internal combustion engine is in a transient state, the amount of fuel adhering to the intake port, the magnitude of the intake pipe negative pressure, etc. interact to cause a large change in the air-fuel ratio. It may be difficult to accurately determine the air-fuel ratio based on only the output value.

【0019】このように、上記従来の装置においては、
イオン濃度センサを用いて空燃比を検出することにより
実現し得る優れた特性を十分に発揮することができず、
結局、内燃機関の始動直後から、また内燃機関の過渡運
転時において、高精度な空燃比制御を実現するという目
的が達成できないという問題を有していた。
As described above, in the above conventional device,
The excellent characteristics that can be realized by detecting the air-fuel ratio using the ion concentration sensor cannot be fully exerted,
After all, there is a problem that the purpose of realizing highly accurate air-fuel ratio control cannot be achieved immediately after the start of the internal combustion engine and during the transient operation of the internal combustion engine.

【0020】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、イオン濃度センサと酸素濃度センサとを併用
し、適宜両センサの検出値を組み合わせて、または選択
的に用いることにより上記の課題を解決し得る空燃比制
御装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and it is possible to use the ion concentration sensor and the oxygen concentration sensor in combination, and to appropriately combine the detection values of both sensors or to selectively use the above values. An object is to provide an air-fuel ratio control device that can solve the problems.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】図1は、上記の目的を達
成する空燃比制御装置の原理構成図を示す。すなわち、
図1(A)に示すように、内燃機関の燃焼ガス中の酸素
濃度を検出する酸素濃度センサ1を備え、該酸素濃度セ
ンサ1の検出値に基づいて内燃機関に供給する混合気の
空燃比をフィードバック制御する空燃比制御装置におい
て、前記酸素濃度センサ1が所定の活性状態に達してい
るか否かを検出する酸素濃度センサ活性検出手段2と、
前記内燃機関の燃焼室内に発生するイオンの濃度を検出
するイオン濃度検出手段3と、前記酸素濃度センサ1が
所定の活性状態に達していない場合には、前記イオン濃
度検出手段3で検出されたイオン濃度に基づいて燃焼ガ
スの空燃比を算出し、該算出値に応じて前記内燃機関に
供給する混合気の空燃比制御を行う空燃比制御手段4と
を備える空燃比制御装置によれば、内燃機関の始動開始
直後から高精度な空燃比制御が実現される。
FIG. 1 is a block diagram showing the principle of an air-fuel ratio control system for achieving the above object. That is,
As shown in FIG. 1A, an oxygen concentration sensor 1 for detecting the oxygen concentration in the combustion gas of the internal combustion engine is provided, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine based on the detection value of the oxygen concentration sensor 1. In an air-fuel ratio control device for feedback control of oxygen concentration sensor activity detecting means 2 for detecting whether or not the oxygen concentration sensor 1 has reached a predetermined activation state,
If the ion concentration detecting means 3 for detecting the concentration of ions generated in the combustion chamber of the internal combustion engine and the oxygen concentration sensor 1 have not reached a predetermined activation state, the ion concentration detecting means 3 detects the ion concentration. According to the air-fuel ratio control device including the air-fuel ratio control means 4 for calculating the air-fuel ratio of the combustion gas based on the ion concentration and performing the air-fuel ratio control of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine according to the calculated value, Highly accurate air-fuel ratio control is realized immediately after the start of the internal combustion engine.

【0022】また、図1(B)に示すように、内燃機関
の運転状態が所定水準を越える過渡状態であるか否かを
検出する過渡状態検出手段5を備え、該過渡状態検出手
段5により所定水準を越える過渡状態が検出された場合
には、前記酸素濃度センサ1で検出された酸素濃度と、
前記イオン濃度検出手段3で検出されたイオン濃度とに
基づいて燃焼ガスの空燃比を算出し、該算出値に応じて
内燃機関に供給する混合気の空燃比制御を行う空燃比制
御手段6とを備える空燃比制御装置によれば、過渡運転
時における高精度な空燃比フィードバック制御が実現さ
れる。
Further, as shown in FIG. 1 (B), a transient state detecting means 5 for detecting whether or not the operating state of the internal combustion engine exceeds a predetermined level is provided. When a transient state exceeding a predetermined level is detected, the oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor 1 and
An air-fuel ratio control means 6 for calculating an air-fuel ratio of the combustion gas based on the ion concentration detected by the ion concentration detection means 3 and controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine in accordance with the calculated value. According to the air-fuel ratio control device including the above, highly accurate air-fuel ratio feedback control is realized during transient operation.

【0023】[0023]

【作用】上記図1(A)に示す空燃比制御装置におい
て、前記イオン濃度検出手段3は、内燃機関が始動する
と即座に燃焼ガス中のイオン濃度の検出を開始する。一
方、前記酸素濃度センサ1は、内燃機関が始動した後所
定の活性化温度領域に到達するまでの間は燃焼ガス中の
酸素濃度の検出ができない反面、活性化温度領域に達し
た後には、高精度にその酸素濃度を検出する。
In the air-fuel ratio control apparatus shown in FIG. 1A, the ion concentration detecting means 3 immediately starts detecting the ion concentration in the combustion gas when the internal combustion engine is started. On the other hand, the oxygen concentration sensor 1 cannot detect the oxygen concentration in the combustion gas until the predetermined activation temperature region is reached after the internal combustion engine is started, but after reaching the activation temperature region, The oxygen concentration is detected with high accuracy.

【0024】また、前記空燃比制御手段4は、前記酸素
センサ活性検出手段2の検出信号に基づいて、前記酸素
濃度センサ1が活性化されているか否かを判断し、まだ
活性化されていないと判断した場合には前記イオン濃度
検出手段3の検出値を基に燃焼ガスの空燃比を算出す
る。また、前記酸素濃度センサ1がすでに活性化されて
いると判断した場合には、前記酸素濃度センサ1の検出
値を基に燃焼ガスの空燃比を算出する。
Further, the air-fuel ratio control means 4 judges whether or not the oxygen concentration sensor 1 is activated based on the detection signal of the oxygen sensor activity detection means 2, and is not activated yet. If it is determined that the air-fuel ratio of the combustion gas is calculated based on the detection value of the ion concentration detecting means 3. When it is determined that the oxygen concentration sensor 1 has already been activated, the air-fuel ratio of the combustion gas is calculated based on the detection value of the oxygen concentration sensor 1.

【0025】従って、上記図1(A)の空燃比制御装置
を備える内燃機関においては、始動直後から前記イオン
濃度検出手段3の検出値に基づく空燃比制御が開始さ
れ、かつ前記酸素濃度センサ1が活性化した後には、前
記酸素濃度センサ1の検出値に基づいた高精度な空燃比
制御が実行される。
Therefore, in the internal combustion engine equipped with the air-fuel ratio control device of FIG. 1 (A), the air-fuel ratio control based on the detection value of the ion concentration detecting means 3 is started immediately after the engine is started, and the oxygen concentration sensor 1 is operated. After is activated, highly accurate air-fuel ratio control based on the detection value of the oxygen concentration sensor 1 is executed.

【0026】また、図1(B)に示す空燃比制御装置に
おいて、前記過渡状態検出手段5により所定水準を越え
る過渡状態が検出された場合、前記空燃比制御手段6
は、前記イオン濃度検出手段3の検出値を、時間遅れの
ない現実の空燃比を表す値として取り込む。この際、前
記空燃比制御手段6は、前記酸素濃度センサ1の検出値
をも取り込み、燃焼ガスが燃料リッチ側であるのか燃料
リーン側であるのかを判断する。
Further, in the air-fuel ratio control device shown in FIG. 1B, when the transient state detecting means 5 detects a transient state exceeding a predetermined level, the air-fuel ratio controlling means 6
Takes in the detection value of the ion concentration detecting means 3 as a value representing an actual air-fuel ratio with no time delay. At this time, the air-fuel ratio control means 6 also takes in the detection value of the oxygen concentration sensor 1 and determines whether the combustion gas is on the fuel rich side or the fuel lean side.

【0027】この結果、内燃機関の運転状態の変動に伴
って燃焼ガスの空燃比が大幅に変動するにもかかわら
ず、前記イオン濃度センサ3の検出値が、燃料リッチ側
の空燃比を表すのか、あるいは燃料リーン側の空燃比を
表すのかの判断が可能となる。従って、上記図1(B)
の空燃比制御装置を備える内燃機関においては、内燃機
関の運転状態が過渡的に変化している場合にも、高精度
な空燃比制御が実行される。
As a result, does the detected value of the ion concentration sensor 3 represent the air-fuel ratio on the fuel rich side, even though the air-fuel ratio of the combustion gas fluctuates greatly with the change of the operating state of the internal combustion engine? , Or the air-fuel ratio on the fuel lean side can be determined. Therefore, FIG. 1 (B) above
In an internal combustion engine equipped with the air-fuel ratio control device of No. 1, even if the operating state of the internal combustion engine changes transiently, highly accurate air-fuel ratio control is executed.

【0028】[0028]

【実施例】図2は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射装
置の一実施例の構成を表す全体図を示す。本実施例装置
を備える内燃機関10のシリンダヘッド11の中央部に
は点火プラグ12が配設されている。そして、内燃機関
10の燃焼室を構成するシリンダ13の外壁には、ウォ
ータジャケット内を流通する冷却水の温度を検出する水
温センサ14が配設されている。
FIG. 2 is a general view showing the configuration of an embodiment of a fuel injection device for an internal combustion engine according to the present invention. An ignition plug 12 is arranged at the center of a cylinder head 11 of an internal combustion engine 10 including the device of this embodiment. A water temperature sensor 14 that detects the temperature of the cooling water flowing in the water jacket is provided on the outer wall of the cylinder 13 that forms the combustion chamber of the internal combustion engine 10.

【0029】内燃機関10の吸気孔には吸気管15が連
通している。この吸気管15には、吸入空気の脈動を吸
収するサージタンク16、アクセルペダル(図示せず)
と連動して吸入空気量を調整するスロットルバルブ1
7、及び吸入空気量を検出するエアフロメータ18が設
けられている。そして、サージタンク16には、その内
圧を測定する吸気圧センサ19が、またスロットルバル
ブ17には、その開度を検出するスロットルセンサ20
が設置されている。
An intake pipe 15 communicates with an intake hole of the internal combustion engine 10. The intake pipe 15 has a surge tank 16 for absorbing pulsation of intake air and an accelerator pedal (not shown).
Throttle valve 1 that adjusts the intake air amount in conjunction with
7 and an air flow meter 18 for detecting the amount of intake air. The surge tank 16 has an intake pressure sensor 19 for measuring its internal pressure, and the throttle valve 17 has a throttle sensor 20 for detecting its opening.
Is installed.

【0030】また、符号21は燃料を吸気管15内に供
給するインジェクタを示す。このインジェクタ21には
周知の燃料系統(図示せず)から所定の圧力で燃料が供
給されている。そして、供給される燃料は、インジェク
タ21内を通ってその先端に設けられた燃料噴射孔に導
かれる。
Reference numeral 21 indicates an injector for supplying fuel into the intake pipe 15. Fuel is supplied to the injector 21 at a predetermined pressure from a known fuel system (not shown). Then, the supplied fuel passes through the inside of the injector 21 and is guided to the fuel injection hole provided at the tip thereof.

【0031】燃料噴射孔には、後述の電子制御装置(E
CU)40から供給される駆動信号に応じて開閉する燃
料噴射弁が設けられている。従って、かかる燃料噴射弁
を適当に開弁させると、その開孔時間に応じた燃料が間
欠的に噴射され、その開弁時間を適当にデューティ制御
すれば、単位時間当たりの燃料噴射量を容易に変更する
ことができる。
The fuel injection hole has an electronic control unit (E
A fuel injection valve that opens and closes in response to a drive signal supplied from the CU) 40 is provided. Therefore, when the fuel injection valve is appropriately opened, fuel is intermittently injected according to the opening time of the fuel, and if the duty of the valve opening time is appropriately controlled, the fuel injection amount per unit time can be easily increased. Can be changed to

【0032】また内燃機関10の排気孔に連通する排気
管22には、排気ガス中に含有されるHC,CO等の未
燃成分及びNOx等の酸化物を浄化する触媒コンバータ
として、マニホールド触媒コンータ23及びアンダフロ
ア触媒コンバータ24が連通している。
The exhaust pipe 22 communicating with the exhaust hole of the internal combustion engine 10 has a manifold catalytic converter as a catalytic converter for purifying unburned components such as HC and CO and oxides such as NOx contained in the exhaust gas. 23 and the underfloor catalytic converter 24 communicate with each other.

【0033】ここで、触媒コンバータ16を2段重ねる
構成を採用しているのは、触媒の持つ酸素吸着能力を十
分に確保して、より良好な排気エミッションを得るため
である。従って、必ずしも2段重ねて設ける必はなく、
何方か一方のみを配設する構成を採用してもよい。
Here, the structure in which the catalytic converters 16 are stacked in two stages is adopted in order to sufficiently secure the oxygen adsorption capacity of the catalyst and obtain better exhaust emission. Therefore, it is not always necessary to stack two layers,
A configuration in which only one of them is provided may be adopted.

【0034】ディストリビュータ25は図示されないク
ランクシャフトに連動すると共に、ECU40から供給
される点火信号に従って、各気筒点火プラグ12に高電
圧の点火信号を分配する。また、ディストリビュータ2
3には、クランクシャフトの回転状態を検出するクラン
ク角センサ26,27が設けられている。
The distributor 25 is interlocked with a crankshaft (not shown) and distributes a high voltage ignition signal to each cylinder ignition plug 12 according to an ignition signal supplied from the ECU 40. Also, the distributor 2
3 is provided with crank angle sensors 26 and 27 for detecting the rotation state of the crankshaft.

【0035】ここで、クランク角センサ26は、クラン
クシャフトが2回転(内燃機関1サイクル)する間に所
定回数、例えば24回のパルス信号を出力する。また、
クランク角センサ27は、クランクシャフトが2回転す
る間に一回のパルス信号を出力する。そして、電子制御
装置40は、これら両クランク角センサ24,25の出
力信号を組み合わせて、単位時間当たりのクランクシャ
フトの回転数と、クランクシャフトの回転位置とを検出
する。
Here, the crank angle sensor 26 outputs a pulse signal a predetermined number of times, for example 24 times, while the crankshaft makes two revolutions (one cycle of the internal combustion engine). Also,
The crank angle sensor 27 outputs a pulse signal once while the crankshaft makes two revolutions. Then, the electronic control unit 40 combines the output signals of the both crank angle sensors 24 and 25 to detect the number of revolutions of the crankshaft per unit time and the rotational position of the crankshaft.

【0036】ところで、図2に示す内燃機関10は、マ
ニホールド触媒コンバータ23の上流に排気温センサ2
8共に、酸素濃度センサ29を備えている。この場合に
おいて排気温センサ28は、触媒コンバータ23,24
が過熱状態とならないよう、内燃機関10から排出され
る排気ガスの温度を適当に制御するために設置されたも
のである。
In the internal combustion engine 10 shown in FIG. 2, the exhaust temperature sensor 2 is provided upstream of the manifold catalytic converter 23.
Both 8 are equipped with an oxygen concentration sensor 29. In this case, the exhaust temperature sensor 28 uses the catalytic converters 23, 24.
Is installed in order to appropriately control the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 10 so as not to be overheated.

【0037】酸素濃度センサ29は、内燃機関10から
排出された排気ガス中の酸素濃度センサを検出するセン
サである。この酸素濃度は、排気ガスの空燃比を表す特
性値であり、所定の酸素濃度が維持されるように燃料の
供給量を制御すれば、触媒コンバータ23,24へ向け
て排出される排気ガスを理論空燃比付近に制御すること
が可能となる。
The oxygen concentration sensor 29 is a sensor for detecting the oxygen concentration sensor in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 10. This oxygen concentration is a characteristic value representing the air-fuel ratio of the exhaust gas, and if the fuel supply amount is controlled so that a predetermined oxygen concentration is maintained, the exhaust gas discharged toward the catalytic converters 23, 24 will be It becomes possible to control near the stoichiometric air-fuel ratio.

【0038】また、本実施例においては、燃焼ガスの空
燃比を検出する手段として、酸素濃度センサ29に加
え、内燃機関10の燃焼室30にその検出部を露出させ
た状態で、イオン濃度センサ31を配設している。この
イオン濃度センサ31は、雰囲気中に存在する電離イオ
ンの濃度に応じたイオン電流を発生するセンサとして知
られるものであり、燃焼室30内で混合気が燃焼する際
に生じるイオン濃度の検出のために配設されている。
Further, in this embodiment, as a means for detecting the air-fuel ratio of the combustion gas, in addition to the oxygen concentration sensor 29, the ion concentration sensor is exposed in the combustion chamber 30 of the internal combustion engine 10 with its detecting portion exposed. 31 are provided. The ion concentration sensor 31 is known as a sensor that generates an ion current according to the concentration of ionized ions existing in the atmosphere, and detects the ion concentration generated when the air-fuel mixture burns in the combustion chamber 30. It is provided for.

【0039】すなわち、内燃機関においては、燃焼室内
で混合気が燃焼する際、C3H3 + ,COH + , H3O + ,H
5O2 + ,C2HO+ 等の電離イオンが発生し、その濃度は燃
焼した混合気の空燃比に対応した値を示すことが知られ
ている。従って、このイオン濃度を検出することができ
れば、混合気の空燃比を検出することが可能である。本
実施例におけるイオン濃度センサ31は、かかる要求を
満たす手段として配設されたものである。
That is, in the internal combustion engine, the combustion chamber
When the air-fuel mixture burns at3H3 +, COH +, H3O+, H
FiveO2 +, C2HO+Ionized ions such as
It is known to show a value corresponding to the air-fuel ratio of the burned mixture.
ing. Therefore, this ion concentration can be detected.
If so, it is possible to detect the air-fuel ratio of the air-fuel mixture. Book
The ion concentration sensor 31 in the embodiment meets such a requirement.
It is provided as a means for filling.

【0040】そして、ECU40は、上記した水温セン
サ14,エアフロメータ18,吸気圧センサ19,スロ
ットルセンサ20,排気温センサ28等の検出値に基づ
いて内燃機関10に供給する混合気の空燃比として算出
した基準値を、酸素濃度センサ29及びイオン濃度セン
サ31の検出値に基づいて補正し、各気筒の吸気工程に
おいて、所望の噴射量が供給されるべくインジェクタ2
2に駆動信号を供給する。
Then, the ECU 40 determines the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to be supplied to the internal combustion engine 10 based on the detected values of the water temperature sensor 14, the air flow meter 18, the intake pressure sensor 19, the throttle sensor 20, the exhaust temperature sensor 28, etc. The calculated reference value is corrected based on the detection values of the oxygen concentration sensor 29 and the ion concentration sensor 31, and in the intake stroke of each cylinder, the injector 2 is supplied so that a desired injection amount is supplied.
2 is supplied with a drive signal.

【0041】次に図3〜図8を参照して、イオン濃度セ
ンサ31の出力特性と、その出力信号を処理して適切な
空燃比信号とするための検出回路について詳細に説明す
る。
Next, the output characteristics of the ion concentration sensor 31 and the detection circuit for processing the output signal to obtain an appropriate air-fuel ratio signal will be described in detail with reference to FIGS.

【0042】図3は、イオン濃度センサ31の出力信号
を処理するためにECU40内に設けられた回路の構成
図を示す。同図に示すように、イオン濃度センサ31
は、電源41により直流駆動されており、その一方の端
子には電源電圧Eが供給されている。
FIG. 3 shows a block diagram of a circuit provided in the ECU 40 for processing the output signal of the ion concentration sensor 31. As shown in the figure, the ion concentration sensor 31
Is driven by direct current from a power supply 41, and a power supply voltage E is supplied to one terminal thereof.

【0043】また、イオン濃度センサ31の他方の端子
は、接地レベルの電位が維持されるべくアースされると
共に、所定の抵抗値Rcを有する抵抗器42及び入力イ
ンピーダンスRinを有する検出回路43の入力端子に接
続される。そして、これら抵抗器42の他端及び検出回
路43の他方の入力端子は、共に電源41の負極端子に
接続される。
The other terminal of the ion concentration sensor 31 is grounded so that the potential of the ground level is maintained, and the input of the resistor 42 having the predetermined resistance value Rc and the detection circuit 43 having the input impedance Rin. Connected to the terminal. The other end of the resistor 42 and the other input terminal of the detection circuit 43 are both connected to the negative terminal of the power supply 41.

【0044】内燃機関10の燃焼室30に露出したイオ
ン濃度センサ31にかかる結線を施した場合、燃焼室3
0内に電離イオンが発生すると、イオン濃度センサ31
にはそのイオン濃度に応じた電流Igが流通する。イオ
ンセンサ31に電流Igが流通すると、その電流は抵抗
器42及び検出回路43に分流して電源41の負極端子
に通じる閉ループを流通することになる。
When the ion concentration sensor 31 exposed in the combustion chamber 30 of the internal combustion engine 10 is connected, the combustion chamber 3
When ionized ions are generated in 0, the ion concentration sensor 31
A current Ig corresponding to the ion concentration flows through the. When the current Ig flows through the ion sensor 31, the current is shunted to the resistor 42 and the detection circuit 43 and flows through a closed loop that leads to the negative terminal of the power supply 41.

【0045】従って、抵抗器42(または検出回路4
3)の両端電圧をVcとすると、イオン濃度センサ31
を流通する電流Igは下記のように表すことができる。
Therefore, the resistor 42 (or the detection circuit 4)
If the voltage across both ends of 3) is Vc, the ion concentration sensor 31
The current Ig flowing through can be expressed as follows.

【0046】 Ig=Vc・(1/Rc+1/Rin) ・・・(1) ここで、上記したようにRc及びRinについては、所定
値の設定値であり定数であるから、結局Vcが検出でき
れば、イオン濃度センサ31を流通する電流Igを算出
できることになる。すなわち本実施例の検出回路43
は、その入力端子間に発生した電位差を出力する回路
で、イオン濃度センサ31の設置される燃焼室30で混
合気が燃焼した場合、例えば図4に示す如き波形の信号
を出力する。
Ig = Vc · (1 / Rc + 1 / Rin) (1) As described above, since Rc and Rin are set values of predetermined values and are constants, if Vc can be detected after all. Therefore, the current Ig flowing through the ion concentration sensor 31 can be calculated. That is, the detection circuit 43 of this embodiment
Is a circuit for outputting the potential difference generated between the input terminals, and when the air-fuel mixture burns in the combustion chamber 30 in which the ion concentration sensor 31 is installed, outputs a signal having a waveform as shown in FIG. 4, for example.

【0047】尚、図4に示す波形は、燃焼室30内にお
いてえ時刻t1 に爆発工程における点火が実行された場
合の信号であり、図4中斜線で示す部分が、燃焼に伴っ
て発生した電離イオンに起因して生じた電圧信号であ
る。
The waveform shown in FIG. 4 is a signal when ignition in the explosion process is executed at the time t 1 in the combustion chamber 30, and the hatched portion in FIG. 4 is generated with combustion. It is a voltage signal caused by the generated ionized ions.

【0048】信号処理回路44は、検出回路43から供
給されるかかる電圧信号を、空燃比の演算がし易いよう
に処理する回路である。図5は、その処理の一例として
検出回路43から供給される電圧信号のピーク値をホー
ルドする処理を行った際の信号波形を示している。
The signal processing circuit 44 is a circuit for processing such a voltage signal supplied from the detection circuit 43 so that the air-fuel ratio can be easily calculated. FIG. 5 shows a signal waveform when a process of holding the peak value of the voltage signal supplied from the detection circuit 43 is performed as an example of the process.

【0049】この場合、信号処理回路43では、先ず図
5(A)に示すように検出回路43から供給される電圧
信号から、電離イオンの発生に起因して発生する信号部
分(上記図4における斜線部分)だけを取り出す処理を
行う。イオン濃度センサ31の接地性等の影響により、
図4に示す如くバイアス電圧が重畳する場合にあるから
である。
In this case, in the signal processing circuit 43, first, as shown in FIG. 5A, from the voltage signal supplied from the detection circuit 43, the signal portion generated due to the generation of ionized ions (in FIG. 4, above). Only the shaded area) is taken out. Due to the influence of the grounding property of the ion concentration sensor 31,
This is because there is a case where bias voltages are superimposed as shown in FIG.

【0050】そして、その処理を行った後の電圧波形の
ピーク値をホールドして、空燃比の演算を行う演算回路
45が確実に信号を取り込めるだけの時間を確保してい
る。この場合において、本実施例においては、図5に示
すように時刻t1 (またはt 11)が点火時期であれば、
クランク角センサ26、27から供給されるクランク角
信号に基づいてその前後に所定の時刻t2 (t12)及び
3 (t13)を設定し、その間をデータ取り込み期間と
している。
Then, the voltage waveform after the processing is performed
An arithmetic circuit that holds the peak value and calculates the air-fuel ratio
45 has enough time to get the signal
It In this case, in this embodiment, as shown in FIG.
Time t1(Or t 11) Is the ignition timing,
Crank angle supplied from crank angle sensors 26, 27
Predetermined time t before and after the signal2(T12)as well as
t3(T13) Is set and the interval between
is doing.

【0051】イオン濃度センサ31の配設された燃焼室
30で爆発工程が行われている期間以外に発せられる電
圧信号を無視するためである。この結果、信号処理回路
44から出力される信号は、図5(B)に示すように、
リセット時刻として設定されたt4 (t14)においてリ
セットされるまで確実に電離イオン濃度を表す電圧値に
維持される。
This is because the voltage signal generated during a period other than the period in which the explosion process is performed in the combustion chamber 30 in which the ion concentration sensor 31 is disposed is ignored. As a result, the signal output from the signal processing circuit 44 is, as shown in FIG.
Until t 4 (t 14 ) set as the reset time, the voltage value representing the ionized ion concentration is reliably maintained until reset.

【0052】このため、演算回路45においては、信号
処理回路44から供給される電圧信号を、そのまま空燃
比に対応させて読み込むことができる。すなわち、上記
したように信号処理回路44においてピークホールド処
理を行う場合、そのピーク電圧値と、その電圧値が発生
した際に燃焼室30内で燃焼した混合気の空燃比との間
には図6に示すような関係が成立する。従って、かかる
関係を予めマップとして記憶しておけば、信号処理回路
44から供給される処理信号ピーク値に基づいて、燃焼
した混合気の空燃比を算出できることとなる。
Therefore, in the arithmetic circuit 45, the voltage signal supplied from the signal processing circuit 44 can be read as it is in correspondence with the air-fuel ratio. That is, when performing the peak hold process in the signal processing circuit 44 as described above, there is a graph between the peak voltage value and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 30 when the voltage value is generated. The relationship shown in 6 is established. Therefore, if such a relationship is stored in advance as a map, the air-fuel ratio of the burned air-fuel mixture can be calculated based on the processing signal peak value supplied from the signal processing circuit 44.

【0053】また、図7は、信号処理回路44において
検出回路43から供給される電圧信号を積分処理するこ
とにより、演算回路45が読み込むだけの時間を確保し
た場合の信号波形を示している。
FIG. 7 shows a signal waveform when the signal processing circuit 44 integrates the voltage signal supplied from the detection circuit 43 to secure a time sufficient for the arithmetic circuit 45 to read it.

【0054】すなわち、この処理例を行う場合、信号処
理回路44では上記したピークホールドによる場合と同
様に、先ず検出回路43から供給される電圧信号からオ
フセット電圧を除去する(図7(A))。そして、クラ
ンク角センサ26,27の検出信号に基づいて設定した
所定の取り込み時期に入力された信号を積分し、図7
(B)に示す如き波形とする。
That is, when this processing example is performed, the signal processing circuit 44 first removes the offset voltage from the voltage signal supplied from the detection circuit 43, as in the case of the peak hold described above (FIG. 7A). . Then, the signals input at the predetermined fetch timing set based on the detection signals of the crank angle sensors 26 and 27 are integrated,
The waveform is as shown in (B).

【0055】この場合、図7(B)に示す信号の波高値
は、イオン濃度センサ31の配設される燃焼室内30に
発生した電離イオンに起因してイオン濃度センサ31を
流通した電流Igの積分値に相当し、上記図5に示す信
号処理ピーク値と同様混合気の空燃比の代用特性値とな
る。
In this case, the peak value of the signal shown in FIG. 7B is the current Ig flowing through the ion concentration sensor 31 due to the ionized ions generated in the combustion chamber 30 in which the ion concentration sensor 31 is arranged. It corresponds to the integral value and serves as a substitute characteristic value of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture, like the signal processing peak value shown in FIG.

【0056】図8は、燃焼した混合気の空燃比と、それ
に対して発生した処理信号積分値との関係を表してい
る。同図に示すように、かかる構成を採った場合もピー
クホールド処理を行った場合と同様の特性を得ることが
でき、演算回路45における高精度な空燃比検出が可能
となる。
FIG. 8 shows the relationship between the air-fuel ratio of the burned air-fuel mixture and the processing signal integral value generated for it. As shown in the figure, even when such a configuration is adopted, it is possible to obtain the same characteristics as when the peak hold processing is performed, and it is possible to detect the air-fuel ratio with high accuracy in the arithmetic circuit 45.

【0057】ところで、本実施例におけるイオン濃度セ
ンサ31は、上記したように燃焼室30内にその検出部
を露出させた状態で設置されている。つまり、イオン濃
度センサ31の検出するイオン濃度にれば、現に燃焼し
た混合気についてのイオン濃度の検出が可能であり、排
気管22に配設された酸素濃度センサ22に比べて極め
て優れたリアルタイム性を有している。
By the way, the ion concentration sensor 31 in the present embodiment is installed in the combustion chamber 30 with its detecting portion exposed as described above. That is, the ion concentration detected by the ion concentration sensor 31 can be used to detect the ion concentration of the actually burned mixture, which is extremely excellent in real time as compared with the oxygen concentration sensor 22 arranged in the exhaust pipe 22. Have sex.

【0058】また、酸素濃度センサ29は、その温度が
所定の活性化温度領域に達していないと酸素濃度の検出
ができないのに対して、イオン濃度センサ31にはかか
る制限はなく、内燃期間10が冷間始動した直後であっ
ても安定したイオン濃度の検出が可能である。
Further, the oxygen concentration sensor 29 cannot detect the oxygen concentration unless its temperature has reached the predetermined activation temperature region, whereas the ion concentration sensor 31 has no limitation and the internal combustion period 10 Stable ion concentration detection is possible even immediately after the cold start.

【0059】従って、イオン濃度センサ31の検出する
イオン濃度に基づいて空燃比制御を実行することとすれ
ば、従来酸素濃度センサ29によっては実現できなかっ
た空燃比制御、すなわち内燃機関の始動直後から所定の
期間における空燃比制御及び内燃機関の運転状態が過渡
的に変化している際の時間遅れのない空燃比制御が実現
可能となる。
Therefore, if the air-fuel ratio control is executed based on the ion concentration detected by the ion concentration sensor 31, the air-fuel ratio control which cannot be realized by the conventional oxygen concentration sensor 29, that is, immediately after the internal combustion engine is started. It is possible to realize the air-fuel ratio control in a predetermined period and the air-fuel ratio control without a time delay when the operating state of the internal combustion engine is transiently changed.

【0060】ところが、上記図6及び図8に示すよう
に、イオン濃度センサ31の検出値、すなわち信号処理
回路44の出力値は、常用空燃比領域にピーク値を有す
る特性を示す。このため、内燃機関10に供給されてい
る混合気の空燃比が大きく変動する状況下においては、
信号処理回路44の検出値(図6,8中、I)が、リッ
チ側の空燃比(図6,8中、A)を検出した結果なのか
リーン側の空燃比(図6,8中、B)を検出した結果な
のかが特定できない場合が生ずる。
However, as shown in FIGS. 6 and 8, the detected value of the ion concentration sensor 31, that is, the output value of the signal processing circuit 44 has a characteristic having a peak value in the normal air-fuel ratio region. Therefore, in a situation where the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine 10 fluctuates greatly,
Whether the detection value of the signal processing circuit 44 (I in FIGS. 6 and 8) is the result of detecting the air-fuel ratio on the rich side (A in FIGS. 6 and 8), the air-fuel ratio on the lean side (in FIGS. 6 and 8: There may be a case where it is not possible to determine whether the result is the result of detecting B).

【0061】つまり、図9(A)に示すように時刻t1
において加速のためスロットルバルブ17の開度(以
下、スロットル開度と称す)が大きくなると、それに伴
って内燃機関10に供給される混合気の空燃比(図9
(C))は通常リーン側へ偏る。加速時においては、適
切な量として演算した燃料を噴射する段階では、更に多
量の燃料が必要となっている場合があり、また燃料噴射
量が増加された直後においては、吸気ポート周辺への付
着量が増加するだけで燃焼室30内に流入する燃料の量
の増加に直接結びつかないからである。
That is, as shown in FIG. 9A, time t 1
When the opening degree of the throttle valve 17 (hereinafter referred to as the throttle opening degree) becomes large due to the acceleration in the above, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine 10 (FIG.
(C)) usually leans toward the lean side. During acceleration, a larger amount of fuel may be needed at the stage of injecting the fuel calculated as an appropriate amount, and immediately after the fuel injection amount has been increased, the adhesion to the area around the intake port This is because an increase in the amount does not directly lead to an increase in the amount of fuel flowing into the combustion chamber 30.

【0062】一方、かかる状態から急に減速されるよう
な場合は、スロットル開度が小さくなると同時に(図9
(A)中、時刻t2 )空燃比(図9(C))はリッチ側
へ偏る。スロットル開度が小さくなると共に吸気負圧が
大きくなり、吸気ポート付近に付着していた燃料が急激
に気化するからである。
On the other hand, when the vehicle is suddenly decelerated from such a state, the throttle opening becomes small (see FIG. 9).
In (A), the air-fuel ratio (FIG. 9 (C)) at time t 2 is biased to the rich side. This is because as the throttle opening becomes smaller and the intake negative pressure becomes larger, the fuel adhering to the vicinity of the intake port is rapidly vaporized.

【0063】尚、図10は、かかる状況における空燃比
(図10(A))と、排出される燃焼ガス中のHC濃度
(図10(B))を測定した結果を示しているが、同図
よりその空燃比及びHC得ミッションが大幅に変動する
ことが判る。
FIG. 10 shows the results of measurement of the air-fuel ratio (FIG. 10 (A)) and the HC concentration in the exhausted combustion gas (FIG. 10 (B)) in such a situation. From the figure, it can be seen that the air-fuel ratio and the HC acquisition mission vary greatly.

【0064】このように、内燃機関10に供給される混
合気の空燃比は、運転状態が変化する場合には、その運
転状態に応じて大幅に変動する。更に、図9中、時刻t
3 〜t5 に示すように急加速・急減速が繰り返された場
合は、時刻t5 において加速に移行しているにもかかわ
らず、減速時に吸気ポートに付着した燃料の影響で燃料
リッチが持続されるような場合も生ずる。
As described above, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine 10 greatly changes according to the operating state when the operating state changes. Further, in FIG. 9, time t
3 If ~t 5 sudden acceleration and sudden deceleration, as shown in is repeated, despite the transition to the acceleration at time t 5, the fuel-rich sustained under the influence of fuel adhering to the intake port during deceleration In some cases, it may occur.

【0065】かかる場合には、内燃機関10の運転状態
からは、空燃比がリッチ側に偏っているかリーン側に偏
っているかを判断することはできず、イオン濃度センサ
31の検出値が、リッチ側の空燃比を示しているのか、
あるいはリーン側の空燃比を示しているのかを特定する
ことは不可能である。
In such a case, it cannot be determined from the operating state of the internal combustion engine 10 whether the air-fuel ratio is biased to the rich side or the lean side, and the detected value of the ion concentration sensor 31 becomes rich. Side shows the air-fuel ratio,
Alternatively, it is impossible to specify whether the air-fuel ratio on the lean side is indicated.

【0066】そこで、本実施例の空燃比制御装置におい
ては、イオン濃度センサ31と酸素濃度センサ29とを
併用することとし、内燃機関10の運転状態が過渡状態
にあるときは、イオン濃度センサ31から供給される時
間遅れのない検出値が示す空燃比を、酸素濃度センサ2
9から供給される検出値に基づいて特定することとし
た。
Therefore, in the air-fuel ratio control system of this embodiment, the ion concentration sensor 31 and the oxygen concentration sensor 29 are used together, and when the operating state of the internal combustion engine 10 is in the transient state, the ion concentration sensor 31 is used. The air-fuel ratio indicated by the detected value without time delay supplied from the oxygen concentration sensor 2
It was decided to specify based on the detection value supplied from No. 9.

【0067】以下、図11に示す演算回路45が実行す
るルーチン処理のフローチャートを参照して、本実施例
装置の動作について説明する。
The operation of the apparatus of this embodiment will be described below with reference to the flowchart of the routine processing executed by the arithmetic circuit 45 shown in FIG.

【0068】図11に示すように、このルーチンが起動
すると先ずステップ100において酸素センサ29が活
性化しているか否かを判別する。活性化しているか否か
は、酸素濃度センサ29の温度を測定し、その温度が活
性化温度領域、例えば200℃に達しているか否かで判
断することができる。
As shown in FIG. 11, when this routine is started, first, at step 100, it is judged if the oxygen sensor 29 is activated. Whether or not it is activated can be determined by measuring the temperature of the oxygen concentration sensor 29 and determining whether or not the temperature has reached the activation temperature region, for example, 200 ° C.

【0069】かかる判別を行うのは、酸素濃度センサ2
9が活性化温度領域に達していなければ、イオン濃度セ
ンサ31と酸素濃度センサ29とを併用する空燃比制御
は実行できないからである。従って、ステップ100に
おいて酸素濃度センサ29が活性化温度領域に達してい
ないと判別された場合は、両センサの併用による空燃比
制御は実行しない。
The oxygen concentration sensor 2 is used to make such a determination.
This is because the air-fuel ratio control using both the ion concentration sensor 31 and the oxygen concentration sensor 29 cannot be executed unless 9 has reached the activation temperature region. Therefore, when it is determined in step 100 that the oxygen concentration sensor 29 has not reached the activation temperature range, the air-fuel ratio control by using both sensors together is not executed.

【0070】ところで、酸素濃度センサ29が活性化温
度領域に達していないと判別されるのは、内燃機関10
が始動された後所定の期間だけである。また、かかる間
は、一般に内燃機関10の早期暖機を目的とした燃料増
量補正が行われている。従って、酸素濃度センサ29に
よる検出を行うまでもなく空燃比はリッチ側に偏ってい
ると判断することができる。
By the way, it is determined that the oxygen concentration sensor 29 has not reached the activation temperature range.
Only for a predetermined period after it has been started. Further, during this period, generally, the fuel amount increase correction for the purpose of early warm-up of the internal combustion engine 10 is performed. Therefore, it is possible to determine that the air-fuel ratio is biased toward the rich side without performing detection by the oxygen concentration sensor 29.

【0071】そこで、本実施例においては、酸素濃度セ
ンサが活性化されていないと判別された場合、ステップ
110へ進みイオン濃度センサ31単独での空燃比制御
を行うこととした。すなわち、ステップ110において
燃焼室30内に発生するイオン濃度を検出する。
Therefore, in the present embodiment, when it is determined that the oxygen concentration sensor is not activated, the routine proceeds to step 110, where the air-fuel ratio control is performed by the ion concentration sensor 31 alone. That is, in step 110, the concentration of ions generated in the combustion chamber 30 is detected.

【0072】そして、その検出が終了したら、ステップ
120へ進み上記図6または図8に示す如きマップを参
照して、各燃焼室30で燃焼した混合気の空燃比を算出
する。以後、ステップ130において、算出した空燃比
に基づいて公知の空燃比フィードバック制御を実行して
今回の処理を終了する。
When the detection is completed, the routine proceeds to step 120, where the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in each combustion chamber 30 is calculated with reference to the map shown in FIG. 6 or 8. After that, in step 130, known air-fuel ratio feedback control is executed based on the calculated air-fuel ratio, and the current processing is ended.

【0073】このように、本実施例の空燃比制御装置に
よれば酸素濃度センサ29が活性化するまでの間におい
ても、イオン濃度センサ31によって確実な空燃比制御
を実行することができる。
As described above, according to the air-fuel ratio control apparatus of the present embodiment, the air-fuel ratio control can be reliably performed by the ion concentration sensor 31 even before the oxygen concentration sensor 29 is activated.

【0074】尚、本実施例においては、内燃機関の始動
直後において燃料増量補正を行うことから燃料がリッチ
側に偏っていると判断する構成としたが、これに限るも
のではなく、その間の空燃比を強制的にリッチ側または
リーン側に偏らせる構成であればよい。
In this embodiment, the fuel amount is corrected immediately after the internal combustion engine is started, so that it is determined that the fuel is biased toward the rich side. However, the present invention is not limited to this, and the space between them is not limited. It suffices that the fuel ratio is forcibly biased to the rich side or the lean side.

【0075】一方、上記ステップ100において酸素濃
度センサ29が活性化されていると判別された場合は、
ステップ140へ進んで内燃機関10が過渡状態である
か否かを判別する。過渡状態であれば、上記したように
酸素濃度センサ29とイオン濃度センサ31とを併用し
た空燃比制御を実行する必要がある反面、過渡状態でな
い場合は、後述のように酸素濃度センサ29単独で空燃
比制御を実行することが好ましいからである。
On the other hand, if it is determined in step 100 that the oxygen concentration sensor 29 is activated,
In step 140, it is determined whether the internal combustion engine 10 is in a transient state. In the transient state, it is necessary to execute the air-fuel ratio control using both the oxygen concentration sensor 29 and the ion concentration sensor 31 as described above, while in the non-transient state, the oxygen concentration sensor 29 alone is used as described later. This is because it is preferable to execute the air-fuel ratio control.

【0076】従って、ステップ140において過渡状態
であると判別された場合は、ステップ150へ進んでイ
オン濃度センサ31によるイオン濃度の検出値を取り込
み、続くステップ160で酸素濃度センサ29による酸
素濃度の検出値を取り込む。
Therefore, if it is determined in step 140 that the state is the transient state, the routine proceeds to step 150, where the detected value of the ion concentration by the ion concentration sensor 31 is fetched, and in the following step 160, the oxygen concentration sensor 29 detects the oxygen concentration. Capture the value.

【0077】そして、これらのデータの取り込みが終了
したら、ステップ170において、上記した図6または
図8に示す如きマップをそれらの検出値で参照して、過
渡状態における内燃機関10で燃焼した混合気の空燃比
を特定する。以後、ステップ130において、特定した
空燃比に基づいて公知の空燃比フィードバック制御を実
行して今回の処理を終了する。
When the acquisition of these data is completed, at step 170, the mixture as burned in the internal combustion engine 10 in the transient state is referred to by referring to the map as shown in FIG. Specify the air-fuel ratio of. After that, in step 130, known air-fuel ratio feedback control is executed based on the specified air-fuel ratio, and the current processing is ended.

【0078】かかる処理を行うことにより、内燃機関1
0の運転状態が過渡的に変動している場合において、各
燃焼室30で燃焼した混合気の空燃比をリアルタイムに
検出することが可能となり、各気筒に供給すべき燃料の
量が刻々と変動しているにもかかわらず、極めて高精度
に要求される量を供給することが可能となる。
By performing such processing, the internal combustion engine 1
When the operating state of 0 is transiently changed, it becomes possible to detect the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in each combustion chamber 30 in real time, and the amount of fuel to be supplied to each cylinder fluctuates moment by moment. However, it is possible to supply the required amount with extremely high accuracy.

【0079】ところで、本実施例装置において内燃機関
10が過渡状態ではないと判断された場合は、上記した
ように酸素濃度センサ29単独による空燃比制御が実行
される。すなわち、ステップ140において内燃機関1
0が過渡状態でないと判別されると、ステップ180へ
進み、酸素濃度センサ29による酸素濃度の検出が実行
される。
By the way, when the internal combustion engine 10 is judged not to be in the transient state in the apparatus of this embodiment, the air-fuel ratio control by the oxygen concentration sensor 29 alone is executed as described above. That is, in step 140, the internal combustion engine 1
When it is determined that 0 is not in the transient state, the routine proceeds to step 180, where the oxygen concentration sensor 29 detects the oxygen concentration.

【0080】そして、その検出が終了すると、ステップ
190へ進み検出した酸素濃度に基づいて空燃比の算出
を行い、以後、ステップ130において算出した空燃比
に基づいた空燃比フィードバック制御を実行して今回の
処理を終了する。
When the detection is completed, the routine proceeds to step 190, where the air-fuel ratio is calculated based on the detected oxygen concentration, and thereafter, the air-fuel ratio feedback control based on the air-fuel ratio calculated at step 130 is executed to execute this time. Ends the process.

【0081】かかる処理を行うこととしたのは、内燃機
関10が定常状態にある場合は、イオン濃度センサ31
の検出値によるよりも、酸素濃度センサ29の検出値に
基づいて空燃比を算出するほうが良好な精度が確保でき
るからである。つまり、酸素濃度センサ29に基づく空
燃比制御における問題は、酸素濃度センサ29が活性化
されるまで制御が開始できないことと、混合気が燃焼し
てから酸素濃度が検出れるまでにある程度の時間を要す
ることである。
The above processing is performed when the internal combustion engine 10 is in a steady state.
This is because calculation of the air-fuel ratio based on the detection value of the oxygen concentration sensor 29 can ensure better accuracy than the detection value of. That is, the problems in the air-fuel ratio control based on the oxygen concentration sensor 29 are that the control cannot be started until the oxygen concentration sensor 29 is activated, and that there is a certain amount of time from the combustion of the air-fuel mixture to the detection of the oxygen concentration. The point is.

【0082】従って、酸素濃度センサ29が活性化さ
れ、かつ内燃機関が定常運転されている、すなわち燃料
供給量がほぼ一定である場合には、酸素濃度センサ29
による空燃比制御にはなんらの欠点も認められないこと
になる。
Therefore, when the oxygen concentration sensor 29 is activated and the internal combustion engine is operating steadily, that is, when the fuel supply amount is substantially constant, the oxygen concentration sensor 29 is used.
No drawbacks are recognized in the air-fuel ratio control by.

【0083】これに対して、図12に示すようにイオン
濃度センサ31の出力特性は、実線で示す新品特性と、
破線で示す経時品特性とを比較して明らかなように、使
用に伴ってその出力値が低下する傾向にある。この傾向
は、イオン濃度センサ31のイオン濃度検出部に燃料の
燃焼時に生ずる“すす”が付着することに起因するもの
で、イオン濃度センサ31を用いて空燃比の検出を行う
場合には避けられない構成である。
On the other hand, the output characteristics of the ion concentration sensor 31 as shown in FIG.
As is clear from comparison with the aged product characteristics indicated by the broken line, the output value tends to decrease with use. This tendency is caused by the attachment of "soot" generated during the combustion of the fuel to the ion concentration detecting portion of the ion concentration sensor 31, and is avoided when the air-fuel ratio is detected using the ion concentration sensor 31. There is no configuration.

【0084】このように、イオン濃度センサ31は、そ
の応答性、取扱い性の面では酸素濃度センサ29に勝る
ものの、検出値の安定性の面では酸素濃度センサ29が
勝っている。本実施例において、内燃機関10が定常運
転している場合には酸素濃度センサ29単独による空燃
比制御を実行することとしたのは、かかる両センサの得
失を併せ考慮したものである。
As described above, the ion concentration sensor 31 is superior to the oxygen concentration sensor 29 in terms of responsiveness and handleability, but is superior to the oxygen concentration sensor 29 in terms of stability of the detected value. In the present embodiment, the reason why the air-fuel ratio control by the oxygen concentration sensor 29 alone is executed when the internal combustion engine 10 is in steady operation is to consider the advantages and disadvantages of both sensors.

【0085】ところで、上記したようにイオン濃度セン
サ31の出力特性が経時的に変化するものである以上、
イオン濃度センサ31の検出値に基づいて行うこととし
た空燃比制御、すなわち内燃機関10の始動直後、及び
内燃機関10の過渡運転時における空燃比制御において
良好な精度を確保するためには、何らかの手だてを講ず
る必要がある。
By the way, as described above, since the output characteristics of the ion concentration sensor 31 change with time,
In order to ensure good accuracy in the air-fuel ratio control based on the detected value of the ion concentration sensor 31, that is, in the air-fuel ratio control immediately after the internal combustion engine 10 is started and during the transient operation of the internal combustion engine 10, It is necessary to take measures.

【0086】そこで、本実施例においては、図13に示
すように経時的に変化したイオン濃度センサ31の出力
特性を、新品時における出力特性に正規化する補正を行
うこととした。この補正は、酸素濃度センサ29の検出
値を基準としてイオン濃度センサ31の出力特性を監視
し、随時その特性を学習補正するものであり、図14に
示すフローチャートに沿った処理を実行することにより
実現される。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 13, the output characteristic of the ion concentration sensor 31 which has changed with time is corrected to be normalized to the output characteristic of a new product. In this correction, the output characteristic of the ion concentration sensor 31 is monitored with reference to the detection value of the oxygen concentration sensor 29, and the characteristic is learned and corrected at any time. By executing the processing according to the flowchart shown in FIG. Will be realized.

【0087】以下、演算回路45において同図に示すフ
ローチャートに沿った学習補正が実行される際の動作に
ついて説明する。
The operation when the learning correction is executed in the arithmetic circuit 45 according to the flowchart shown in the figure will be described below.

【0088】図14に示すルーチンが起動すると、先ず
ステップ200において、後述する補正係数Kに前回の
処理の際に算出した値KKをセットする。Kのセットが
終了したら、ステップ210へ進んでイオン濃度センサ
31の出力信号に基づいて信号処理回路44から供給さ
れる信号処理電圧の補正を行う。
When the routine shown in FIG. 14 is started, first, at step 200, a correction coefficient K described later is set to the value KK calculated at the time of the previous processing. When the setting of K is completed, the routine proceeds to step 210, where the signal processing voltage supplied from the signal processing circuit 44 is corrected based on the output signal of the ion concentration sensor 31.

【0089】すなわち、上記ステップ200において設
定した補正係数Kを用いて、 修正電圧値=K*処理電圧 ・・・(2) なる演算を行うことにより、適正な空燃比を表す修正電
圧値を演算し、その結果をH1 として記憶する。
That is, using the correction coefficient K set in step 200, the correction voltage value = K * process voltage (2) is calculated to calculate the correction voltage value representing the proper air-fuel ratio. Then, the result is stored as H 1 .

【0090】次に、ステップ220においては、酸素濃
度センサ29による空燃比フィードバック制御が実行さ
れているか、すなわち酸素濃度センサ29が活性化温度
領域に達し、かつ内燃機関10が定常状態であるかを判
別する。本ルーチンは、上記したように酸素濃度センサ
29の検出値を基準としてイオン濃度センサ31の出力
特性を補正するものであり、酸素濃度センサ29に基づ
いた正確な空燃比の検出が行われていることが前提とな
るからである。
Next, at step 220, it is determined whether the air-fuel ratio feedback control by the oxygen concentration sensor 29 is being executed, that is, whether the oxygen concentration sensor 29 has reached the activation temperature region and the internal combustion engine 10 is in the steady state. Determine. This routine corrects the output characteristic of the ion concentration sensor 31 based on the detected value of the oxygen concentration sensor 29 as described above, and the accurate air-fuel ratio is detected based on the oxygen concentration sensor 29. This is a prerequisite.

【0091】従って、ステップ220において酸素濃度
センサ29による空燃比フィードバック制御が実行され
ていないと判別された場合は、なんらの処理を行うこと
なくそのまま今回の処理を終了する。一方、酸素濃度セ
ンサ29による空燃比フィードバック制御が実行されて
いると判別された場合は、ステップ230へ進んで酸素
濃度センサ29の検出値に基づいた空燃比A/Fを算出
し、その値をAとして記憶する。
Therefore, when it is determined in step 220 that the air-fuel ratio feedback control by the oxygen concentration sensor 29 is not being executed, the current processing is ended without performing any processing. On the other hand, when it is determined that the air-fuel ratio feedback control by the oxygen concentration sensor 29 is being executed, the routine proceeds to step 230, where the air-fuel ratio A / F based on the detection value of the oxygen concentration sensor 29 is calculated, and the value is calculated. Store as A.

【0092】次に、ステップ240においては、上記ス
テップ210において記憶したH1に基づいて、すなわ
ちイオン濃度センサ31の出力値に基づいて、図15中
に実線で示す如く予め設定したマップを参照して空燃比
A/Fを算出し、その値をBとして記憶する。
Next, in step 240, based on H 1 stored in step 210, that is, based on the output value of the ion concentration sensor 31, a preset map as shown by the solid line in FIG. 15 is referred to. Then, the air-fuel ratio A / F is calculated, and the value is stored as B.

【0093】そして、続くステップ250において|A
−B|が所定の判定値εに比べて小さいか否かを判別す
る。ここで、イオン濃度センサ31の出力特性が変化し
ておらず、補正の必要がないとすれば、AとBとはほぼ
等しい値になるはずである。また、図15に示すように
イオン濃度センサ31の出力値が、経時変化により所定
水準を越えて低下している(図15中、破線で示す曲
線)場合には、A>Bが成り立つはずである。
Then, in the following step 250, | A
It is determined whether -B | is smaller than a predetermined determination value ε. Here, assuming that the output characteristics of the ion concentration sensor 31 have not changed and correction is not required, A and B should be substantially equal values. In addition, as shown in FIG. 15, when the output value of the ion concentration sensor 31 is lower than a predetermined level due to aging (curve shown by a broken line in FIG. 15), A> B should hold. is there.

【0094】従って、|A−B|<εが成立する場合
は、上記ステップ210において演算した修正電圧値は
現時点では修正する必要がないことになり、かかる場合
はそのまま今回の処理を終了する。そして、|A−B|
<εが不成立であると判別された場合は、補正係数Kを
新たな値に更新する必要があるとしてステップ260へ
進む。
Therefore, if | AB | <ε is satisfied, it means that the correction voltage value calculated in step 210 does not need to be corrected at this moment. In such a case, the current process is terminated. And | AB |
If it is determined that <ε is not satisfied, it is necessary to update the correction coefficient K to a new value, and the process proceeds to step 260.

【0095】すなわち、ステップ260以降の処理は、
イオン濃度センサ31の出力特性変化に伴って図15中
に破線で示す如く低下した修正電圧値を、図15中に実
線で示す如き正規の修正電圧値に補正し得る値に、補正
係数Kの値を更新しようとするものである。以下、図1
5を参照して、補正係数Kの更新手順について説明す
る。
That is, the processing from step 260 onward is as follows.
The correction voltage value lowered as shown by the broken line in FIG. 15 due to the change in the output characteristic of the ion concentration sensor 31 is corrected to the value that can be corrected to the normal correction voltage value as shown by the solid line in FIG. It tries to update the value. Below, Figure 1
The procedure for updating the correction coefficient K will be described with reference to FIG.

【0096】図15に示す如く、酸素濃度センサ29の
出力値に基づいて算出した空燃比、すなわち正真の空燃
比がAであるとすると、イオン濃度センサ31の出力値
に基づいて算出される修正電圧値は、本来H2 でなけれ
ばならない。しかしながら、イオン濃度センサ31の出
力特性が経時的に変化すると、図15中に破線で示す如
くその値がH1 にしか満たない状態となる。
As shown in FIG. 15, if the air-fuel ratio calculated based on the output value of the oxygen concentration sensor 29, that is, the true air-fuel ratio is A, it is calculated based on the output value of the ion concentration sensor 31. The corrected voltage value should originally be H 2 . However, when the output characteristic of the ion concentration sensor 31 changes with time, the value thereof becomes less than H 1 as shown by the broken line in FIG.

【0097】従って、イオン濃度センサ31の出力値か
ら正確な空燃比を算出するためには、上記ステップ21
0においてH1 として算出された修正電圧値をH2 に修
正する必要がある。そして、かかる修正が行われた場合
には、イオン濃度センサ31の出力値に基づいて算出さ
れる修正電圧値の特性が図15中実線で示す特性と一致
することとなり、正確な空燃比の算出が実現されること
となる。
Therefore, in order to accurately calculate the air-fuel ratio from the output value of the ion concentration sensor 31, the above step 21
It is necessary to correct the corrected voltage value calculated as H 1 at 0 to H 2 . Then, when such correction is performed, the characteristic of the corrected voltage value calculated based on the output value of the ion concentration sensor 31 matches the characteristic shown by the solid line in FIG. 15, and the accurate calculation of the air-fuel ratio is performed. Will be realized.

【0098】そこで、ステップ260において、先ず正
真の空燃比Aに対する正規の修正電圧値を図15中に実
線で示すマップから逆算し、続くステップ270におい
て補正係数Kを次式の如く更新する。(式中n n-1
更新後、更新前を示す) Kn =(H2 /H1 )*Kn-1 ・・・(3) そして、更新後の値をKKとして記憶して今回の処理を
終了する。
Therefore, in step 260, first, the normal corrected voltage value for the true air-fuel ratio A is back-calculated from the map shown by the solid line in FIG. 15, and in the following step 270, the correction coefficient K is updated as in the following equation. (In the formula, n and n-1 indicate after updating and before updating) K n = (H 2 / H 1 ) * K n-1 (3) Then, the value after updating is stored as KK. This processing ends.

【0099】従って、次回本ルーチンが起動した際に
は、ステップ210において (H2 /H1 )*Kn-1 *処理電圧=(H2 /H1 )*H1 =H2 なる演算が実行され、処理電圧値はH2 として算出され
ることになる。このように、本実施例装置によれば、イ
オン濃度センサ31の出力特性が変化しても、その変化
を相殺して適正な修正電圧値を算出することができるた
め、イオン濃度センサ31の出力値に基づいて適正な空
燃比を算出することができる。
Therefore, when this routine is started next time, the calculation of (H 2 / H 1 ) * K n-1 * process voltage = (H 2 / H 1 ) * H 1 = H 2 is performed in step 210. When executed, the processing voltage value will be calculated as H 2 . As described above, according to the apparatus of the present embodiment, even if the output characteristic of the ion concentration sensor 31 changes, the change can be canceled and an appropriate corrected voltage value can be calculated. An appropriate air-fuel ratio can be calculated based on the value.

【0100】そして、かかる修正電圧値の学習補正を、
空燃比フィードバック中に実行する構成であるため、内
燃機関10の始動直後において、及び内燃機関10が過
渡状態である場合においてイオン濃度センサ31の出力
値に基づいて空燃比フィードバック制御を実行する際に
は、常に高精度な空燃比の算出が実現される。
Then, the learning correction of the corrected voltage value is
Since the configuration is performed during the air-fuel ratio feedback, when performing the air-fuel ratio feedback control based on the output value of the ion concentration sensor 31 immediately after the internal combustion engine 10 is started and when the internal combustion engine 10 is in the transient state. Always realizes highly accurate calculation of the air-fuel ratio.

【0101】つまり、本実施例装置によれば、内燃機関
10が始動した後、酸素濃度センサ29が活性化するま
での間はイオン濃度センサ31の出力値に基づいて、ま
た内燃機関10が活性化した後はイオン濃度センサ31
及び空燃比センサ29双方の出力値に基づいて、高精度
に、かつ時間遅れのない空燃比を算出することが可能と
なる。
That is, according to the present embodiment, after the internal combustion engine 10 is started, until the oxygen concentration sensor 29 is activated, the internal combustion engine 10 is activated based on the output value of the ion concentration sensor 31. After conversion, the ion concentration sensor 31
Based on the output values of both the air-fuel ratio sensor 29 and the air-fuel ratio sensor 29, it is possible to calculate the air-fuel ratio with high accuracy and without time delay.

【0102】従って、酸素濃度センサからの出力値のみ
を取り込んで空燃比の算出を行う空燃比制御装置と比べ
て、より広い領域で、かつ高い応答性の下に空燃比フィ
ードバック制御が実行可能となる。また、イオン濃度セ
ンサからの出力値のみに基づいて空燃比の算出を行う空
燃比制御装置に比べて、著しく空燃比の算出精度が向上
し、より適切な空燃比フィードバック制御が実行可能と
なる。
Therefore, the air-fuel ratio feedback control can be executed in a wider area and with higher responsiveness as compared with the air-fuel ratio control device which takes in only the output value from the oxygen concentration sensor and calculates the air-fuel ratio. Become. Further, as compared with the air-fuel ratio control device that calculates the air-fuel ratio based only on the output value from the ion concentration sensor, the calculation accuracy of the air-fuel ratio is significantly improved, and more appropriate air-fuel ratio feedback control can be executed.

【0103】[0103]

【発明の効果】上述の如く、請求項1記載の発明によれ
ば、酸素濃度センサが活性化温度領域に達していない場
合には、イオン濃度検出手段による検出値に基づいて空
燃比を算出し、その値に基づいた空燃比制御が実行され
る。そして、酸素濃度センサ1が活性化した後は、安定
した出力特性を示す酸素濃度センサの出力値に基づいて
より高精度な空燃比制御が実行できる。
As described above, according to the invention described in claim 1, when the oxygen concentration sensor does not reach the activation temperature region, the air-fuel ratio is calculated based on the value detected by the ion concentration detecting means. , The air-fuel ratio control based on that value is executed. Then, after the oxygen concentration sensor 1 is activated, more accurate air-fuel ratio control can be executed based on the output value of the oxygen concentration sensor exhibiting stable output characteristics.

【0104】従って、本発明に係る空燃比制御装置によ
れば、酸素濃度センサのみを採用する空燃比制御装置に
比べてより広い領域で空燃比制御を実行することがで
き、またイオン濃度検出手段のみを採用する空燃比制御
装置に比べて高精度な空燃比制御を実行することができ
るという特長を有している。
Therefore, according to the air-fuel ratio control device of the present invention, it is possible to execute the air-fuel ratio control in a wider range than the air-fuel ratio control device which employs only the oxygen concentration sensor, and the ion concentration detecting means. Compared with the air-fuel ratio control device that employs only the air-fuel ratio control device, it has the feature that it can execute highly accurate air-fuel ratio control.

【0105】また、請求項2記載の発明によれば、内燃
機関が過渡状態にあって供給すべき燃料の量が随時変動
する際に、燃焼した混合気の空燃比をイオン濃度検出手
段に基づいて時間遅れなく検出することができる。この
ため、酸素濃度センサにより空燃比の検出を行う場合と
異なり、タイムラグのない空燃比制御を実行することが
可能となる。
According to the second aspect of the invention, when the internal combustion engine is in a transient state and the amount of fuel to be supplied fluctuates at any time, the air-fuel ratio of the burned mixture is determined by the ion concentration detecting means. Can be detected without time delay. Therefore, unlike the case where the oxygen concentration sensor detects the air-fuel ratio, it is possible to execute the air-fuel ratio control without a time lag.

【0106】更に、本発明に係る空燃比制御装置によれ
ば、過渡状態において空燃比が大きく変動した場合に
も、酸素濃度センサの出力値に基づいて空燃比のおおよ
その把握が可能であり、イオン濃度検出手段の検出値に
基づいた適切な空燃比の算出がが可能である。このた
め、従来の空燃比制御装置に比べて過渡状態における空
燃比算出精度が画期的に向上し、より適切な空燃比制御
を実現できるという特長を有している。
Further, according to the air-fuel ratio control device of the present invention, even if the air-fuel ratio fluctuates greatly in the transient state, it is possible to roughly understand the air-fuel ratio based on the output value of the oxygen concentration sensor. It is possible to calculate an appropriate air-fuel ratio based on the detection value of the ion concentration detection means. Therefore, compared with the conventional air-fuel ratio control device, the accuracy of calculating the air-fuel ratio in the transient state is remarkably improved, and a more appropriate air-fuel ratio control can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る空燃比制御装置の原理図である。FIG. 1 is a principle diagram of an air-fuel ratio control device according to the present invention.

【図2】本発明に係る空燃比制御装置の一実施例の構成
図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of an embodiment of an air-fuel ratio control device according to the present invention.

【図3】本実施例装置におけるイオン濃度センサの出力
信号の処理回路の一例のブロック構成図である。
FIG. 3 is a block configuration diagram of an example of a processing circuit of an output signal of an ion concentration sensor in the device of this embodiment.

【図4】イオン濃度センサの出力信号の一例を表す波形
である。
FIG. 4 is a waveform showing an example of an output signal of an ion concentration sensor.

【図5】イオン濃度センサの出力信号の処理後の波形の
一例である。
FIG. 5 is an example of a waveform after processing an output signal of an ion concentration sensor.

【図6】イオン濃度センサのさらされた燃焼ガスの空燃
比と、その出力信号との関係を表すグラフの1例であ
る。
FIG. 6 is an example of a graph showing the relationship between the output signal and the air-fuel ratio of the exposed combustion gas of the ion concentration sensor.

【図7】イオン濃度センサの出力信号の処理後の波形の
他の例である。
FIG. 7 is another example of the waveform after processing the output signal of the ion concentration sensor.

【図8】イオン濃度センサのさらされた燃焼ガスの空燃
比と、その出力信号との関係を表すグラフの他の例であ
る。
FIG. 8 is another example of a graph showing the relationship between the air-fuel ratio of the exposed combustion gas of the ion concentration sensor and its output signal.

【図9】内燃機関の負荷状態と混合気の空燃比との関係
を説明するための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining the relationship between the load state of the internal combustion engine and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture.

【図10】内燃機関が急減速した際の空燃比と排気得ミ
ッションの変化の様子を表したグラフの一例である。
FIG. 10 is an example of a graph showing how the air-fuel ratio and the exhaust gas acquisition mission change when the internal combustion engine decelerates rapidly.

【図11】本実施例装置の実行するルーチン処理の一例
のフローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart of an example of a routine process executed by the device of this embodiment.

【図12】イオン濃度センサの出力特性の経時変化を表
すグラフの一例である。
FIG. 12 is an example of a graph showing changes over time in the output characteristics of the ion concentration sensor.

【図13】イオン濃度センサの出力特性を正規化する必
要性を説明するための図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining the necessity of normalizing the output characteristics of the ion concentration sensor.

【図14】イオン濃度センサの出力特性を学習補正する
ためのルーチン処理の一例のフローチャートである。
FIG. 14 is a flowchart of an example of a routine process for learning and correcting the output characteristic of the ion concentration sensor.

【図15】イオン濃度センサの出力特性の学習補正の原
理を説明するための図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining the principle of learning correction of the output characteristic of the ion concentration sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,29 酸素濃度センサ 2 酸素濃度センサ活性検出手段 3 イオン濃度検出手段 4 空燃比制御手段 5 過渡状態検出手段 6 空燃比制御手段 10 内燃機関 23 マニホールド触媒コンバータ 24 アンダフロア触媒コンバータ 26,27 クランク各センサ 30 燃焼室 31 イオン濃度センサ 40 電子制御装置(ECU) 41 電源 42 抵抗器 43 検出回路 44 信号処理回路 45 演算回路 1, 29 Oxygen concentration sensor 2 Oxygen concentration sensor activity detection means 3 Ion concentration detection means 4 Air-fuel ratio control means 5 Transient state detection means 6 Air-fuel ratio control means 10 Internal combustion engine 23 Manifold catalytic converter 24 Underfloor catalytic converter 26, 27 Cranks Sensor 30 Combustion chamber 31 Ion concentration sensor 40 Electronic control unit (ECU) 41 Power supply 42 Resistor 43 Detection circuit 44 Signal processing circuit 45 Arithmetic circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 真 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 宮下 茂樹 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Makoto Ueno 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture, Toyota Motor Co., Ltd. (72) Inventor Shigeki Miyashita 1, Toyota Town, Aichi Prefecture, Toyota Motor Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内燃機関の燃焼ガス中の酸素濃度を検出
する酸素濃度センサを備え、該酸素濃度センサの検出値
に基づいて内燃機関に供給する混合気の空燃比をフィー
ドバック制御する空燃比制御装置において、 前記酸素センサが所定の活性状態に達しているか否かを
検出する酸素濃度センサ活性検出手段と、 前記内燃機関の燃焼室内に発生するイオンの濃度を検出
するイオン濃度検出手段と、 前記酸素濃度センサが所定の活性状態に達していない場
合には、前記イオン濃度検出手段で検出されたイオン濃
度に基づいて燃焼ガスの空燃比を算出すると共に、該算
出値に応じて前記内燃機関に供給する混合気の空燃比制
御を行う空燃比制御手段とを備えることを特徴とする空
燃比制御装置。
1. An air-fuel ratio control for feedback-controlling an air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to an internal combustion engine, comprising an oxygen concentration sensor for detecting an oxygen concentration in combustion gas of an internal combustion engine, based on a detection value of the oxygen concentration sensor. In the apparatus, an oxygen concentration sensor activity detecting means for detecting whether or not the oxygen sensor has reached a predetermined activation state, an ion concentration detecting means for detecting the concentration of ions generated in the combustion chamber of the internal combustion engine, When the oxygen concentration sensor has not reached a predetermined active state, the air-fuel ratio of the combustion gas is calculated based on the ion concentration detected by the ion concentration detection means, and the internal combustion engine is responsive to the calculated value. An air-fuel ratio control device, comprising: an air-fuel ratio control means for controlling an air-fuel ratio of an air-fuel mixture to be supplied.
【請求項2】 内燃機関の燃焼ガス中の酸素濃度を検出
する酸素濃度センサを備え、該酸素濃度センサの検出値
に基づいて内燃機関に供給する混合気の空燃比をフィー
ドバック制御する空燃比制御装置において、 前記内燃機関の運転状態が所定水準を越える過渡状態で
あるか否かを検出する過渡状態検出手段と、 該内燃機関の燃焼室内に発生するイオンの濃度を検出す
るイオン濃度検出手段と、 前記過渡状態検出手段により所定水準を越える過渡状態
が検出された場合には、前記イオン濃度検出手段で検出
されたイオン濃度と、前記酸素濃度センサで検出された
酸素濃度とに基づいて燃焼ガスの空燃比を算出すると共
に、該算出値に応じて内燃機関に供給する混合気の空燃
比制御を行う空燃比制御手段とを備えることを特徴とす
る空燃比制御装置。
2. An air-fuel ratio control for feedback-controlling an air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to an internal combustion engine, comprising an oxygen concentration sensor for detecting an oxygen concentration in combustion gas of an internal combustion engine, based on a detection value of the oxygen concentration sensor. In the device, a transient state detecting means for detecting whether or not the operating state of the internal combustion engine exceeds a predetermined level, and an ion concentration detecting means for detecting the concentration of ions generated in the combustion chamber of the internal combustion engine. When the transient state exceeding the predetermined level is detected by the transient state detecting means, the combustion gas is generated based on the ion concentration detected by the ion concentration detecting means and the oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor. And an air-fuel ratio control means for controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine in accordance with the calculated value. apparatus.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6453720B1 (en) * 1998-12-16 2002-09-24 Unisia Jecs Corporation Activation diagnosis method and activation diagnosis apparatus for air-fuel ratio sensor
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