JPH07119743B2

JPH07119743B2 - 空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH07119743B2
Application number: JP2127203A
Authority: JP
Inventors: 尋善鈴木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-05-17
Filing date: 1990-05-17
Publication date: 1995-12-20
Anticipated expiration: 2010-12-20
Also published as: JPH0422865A

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に前記ヒ
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、エンジンには、エンジン回転セ
ンサが付設され、さらに、空燃比制御装置の電源として
バッテリが備えられている。また、エンジンの吸気管に
は吸気ポー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燃比制御装置に送出
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ュ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（μ−
Ｐ）,ROM,RAM,入力ポート，出力ポート,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
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が入力
ポートを通って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、入力ポートを通ってμ−Ｐ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
回路から空燃比出力として出力され、A/D変換されて入
力ポートよりμ−Ｐに送出される。

μ−Ｐ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，吸気量，スロットル開度，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
制御回路に出力されて、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、出力ポ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が変化し、空燃比センサの
センサ素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から、これを防ぐた
め、μ−Ｐにより、エンジンの運転条件（回転数，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ューティが算出され
る。そして、この算出デューティが出力ポートに出力さ
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ON−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msec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
の出力タイミングと空燃比センサ出力の検出タイミング
は同期しないため、空燃比センサ出力の演出タイミング
によっては、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
な空燃比の検出が不可能であった。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が一
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が重畳しても、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ものである。

［作用］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１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Qaを検
出する吸気量センサ７が設けられている。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には吸気ポ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31c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を介して所定デューティにチョッパ制御
された駆動パルスが印加されて、ヒータが駆動される。

エンジン１が運転され、センサ３の素子部31が活性化す
ると、酸素濃淡電池素子31bが排気ガス拡散部31cと基準
酸素部31dの酸素濃度差に相当する起電力Vs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R
o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Vrefとなるよう、酸素ポ
ンプ素子31aに制御電流Ipを流して制御すると、この電
流Ipが空燃比に比例した値をとる。そこで、この電流Ip
を検出抵抗Roで検出し、差動増幅器DPで増幅して空燃比
出力Voutを得る。

第３図に示す空燃比制御装置50は、マイクロプロセッサ
（μ−Ｐ）52,ROM53,RAM54,入力ポート55a,出力ポート5
5b,A/D変換器56および燃料制御回路57を備えている。ス
ロットル開度θを検出するスロットル開度センサ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/D変換された後、入力ポート55aを通っ
てμ−P52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
−P52に送出され、また、バッテリー９の電圧VBはA/D変
換器56でA/D変換された後、入力ポート55aを通ってμ−
P52に送出される。また、空燃比は空燃比センサ３の素
子部31で検知され、空燃比検出回路51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μ−P52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。μ−P52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10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VBを
出力ポート55bにより制御される制御トランジスタTr1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,Q
a,θ等）およびバッテリー電圧VBをともに、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
ータ駆動のデューティが算出され、その算出デューティ
に応じたパルス幅の信号が出力ポート55bに出力され、
制御トランジスタTr1により算出デューティでヒータ部3
2が駆動される。

ここで、空燃比制御装置50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）_n+1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ΔTdだけ遅延されることによっ
て、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１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、上記運転状態（Ne,Q
a,θ）に見合った基本ヒータ駆動デューティ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ュー
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＝Ｋ＊DOとして実際のヒータ駆
動デューティ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Tr1を計算さ
れたデューティＤ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にセットし、遅延時間Δ
Tdになると、ステップ106で、空燃比検出回路51の出力V
outを読み込む。そして、上記デューティＤの期間が終
了した時点で、ステップ107で出力ポートを再度制御
し、制御トランジスタTr1をOFFにしてヒータ駆動パルス
を立ち下げる。

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
ートであって、ステップ101〜104は先の実施例と同じで
ある。この実施例では、ステップ104で、ヒータ駆動パ
ルスを立ち上げた後、ステップ108で、ヒータ駆動デュ
ーティＤが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
ち上がり時点で立ち上がり検出遅延タイマをΔTUdにセ
ットし、遅延時間がΔTUdになると、ステップ106で空燃
比出力Voutを読み込む。そして、デューティ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で空燃比出力Voutを読み込む。この
実施例の制御によれば、駆動デューティが極めて小さく
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
ュ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、ヒータ駆動デューティの大きさ
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
を検出する場合も示したが、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
テッツ101〜103は先の実施例と同じであり、ステップ10
3で駆動デューティのバッテリー電圧補正を行った後、
ステップ109でデューティ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111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、ONすなわち所定遅延時間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
効果が得られる。

［発明の効果］以上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す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、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RAM、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

【特許請求の範囲】

【請求項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。