JPH07158489A - エンジンの空気/燃料操作を維持する装置 - Google Patents

エンジンの空気/燃料操作を維持する装置

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JPH07158489A
JPH07158489A JP6241177A JP24117794A JPH07158489A JP H07158489 A JPH07158489 A JP H07158489A JP 6241177 A JP6241177 A JP 6241177A JP 24117794 A JP24117794 A JP 24117794A JP H07158489 A JPH07158489 A JP H07158489A
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JP
Japan
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air
engine
fuel
sensor
fuel ratio
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JP6241177A
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English (en)
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Douglas R Hamburg
レイ ハンバーグ ダグラス
Eleftherios M Logothetis
ミルティアディス ロゴセティス エレフサーリオス
Jeffrey Arthur Cook
アーサー クック ジェフリィ
Lajos Rimai
リマイ ラジョス
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Ford Motor Co
Original Assignee
Ford Motor Co
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1473Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method
    • F02D41/1475Regulating the air fuel ratio at a value other than stoichiometry
    • F02D41/1476Biasing of the sensor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1439Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 触媒コンバータの下流側に配置した排気ガス
酸素センサの出力のステップ変化をコンバータのピーク
効率ウインドに正確に整合させることのできる装置を提
供すること。 【構成】 触媒コンバータの効率ウインド内にエンジン
の空気/燃料操作を維持する装置。排気ガス酸素センサ
はコンバータの下流側に配置され、第1の出力状態から
第2の出力状態にステップ変化する特性を備えている。
下流側センサ出力のステップ変化は、下流側センサの検
出電力の一方を通じてポンピング電流を流し初期空燃比
に初期設定される。初期設定した下流側センサ出力から
エミッション制御信号を得て空気/燃料フィードバック
ループをバイアスする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、触媒コンバータのピー
ク効率ウインド内にエンジンの空気/燃料操作を維持す
る制御装置に係る。
【0002】
【従来の技術】触媒コンバータの上流側と下流側にそれ
ぞれ配置された排気ガス酸素センサに応答する空気/燃
料制御装置は周知である。典型例では、触媒コンバータ
の上流側に配置した2相排気ガス酸素センサの出力を積
分することによりフィードバック変数を経ている。この
上流側排気ガス酸素センサの出力には、所定の空燃比の
下でリッチな出力状態からリーンな出力状態にスイッチ
するステップ変化が表われる。同様に、下流側センサ
は、所定の空燃比の下でリッチ表示ステップからリーン
表示ステップに出力がステップ変化する2相装置であ
る。下流側センサからの出力は上流側フィードバックル
ープをバイアスし、エンジンの空燃比は平均して下流側
センサの出力のステップ変化に整合される。
【0003】下流側センサのステップ出力とこれに相対
する所定の空燃比が触媒コンバータのピーク効率ウイン
ドに整合しないことのある事実は、本件出願の発明者の
認識するところである。特許請求の範囲に特定した本発
明の目的は、触媒コンバータの下流側に配置した排気ガ
ス酸素センサの出力のステップ変化をコンバータのピー
ク効率ウインドに正確に整合させることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】エンジン排気管に配置し
た触媒コンバータの効率ウインド内にエンジンの空気/
燃料操作を維持する装置を提供することにより前述の目
的は達成され、従来の各種の試みに対する問題点も解消
される。本発明の特殊な一実施形態によれば、この装置
は、酸素イオン伝達材料により仕切られた酸素濃度を変
化させる第1と第2の電極を有し、所定の空燃比の下で
第1から第2の出力状態にステップ変化する出力を生じ
る、触媒コンバータのエンジン排気管下流側に配置した
下流側排気ガス酸素センサと、下流側センサの前記第1
の電極に電流を発生させる電流手段を備えた、コンバー
タの効率ウインド内で下流側センサのステップ変化を初
期空燃比にシフトする初期設定手段とを有している。
【0005】前述した実施形態による利点は、下流側排
気ガス酸素センサ出力のステップ変化が触媒コンバータ
のピーク効率ウインドに正確に整合し、空気/燃料制御
装置を下流側センサに非常に正確に応答するようにでき
ることにある。以下、添付図面に基づき本発明を実施す
るのに適した具体例を説明することで、特許請求の範囲
に則る本発明の目的、利点およびその他の目的と利点に
ついて明らかにする。
【0006】
【実施例】図1のブロック図は、従来のマイクロコンピ
ュータを内蔵するコントローラ10を示している。マイ
クロコンピュータは、マイクロプロセッサユニット1
2、ディジタルとアナログの入力部を持つ入力ポート1
4、ディジタルとアナログの出力部を持つ出力ポート1
6、制御プログラムを記憶するリードオンリーメモリー
(ROM)18、計測またはタイマー用に使用することのあ
る一時的なデータ保存用のランダムアクセスメモリー
(RAM)20、学習した値を保存するキープアライブメモ
リー(KAM)22、および慣用的なデータバスを備えてい
る。その他の図面を参考にして以下に詳細に説明するよ
うに、コントローラ10は信号fpwのパルス幅調整を
経てエンジン24に送られる液体燃料を制御する。
【0007】図2(A)、図2(B) に示すように、EGO
センサ34の出力のステップ変化は、それぞれのセンサ
毎に予め設定されている空燃比(AFR) の下で生じる。以
下に詳しく説明するように、信号EGOSは、EGOセ
ンサ34の出力電圧(ライン30)を基準電圧(ライン
32)に比較して形成されている。図示の基準電圧は、
EGOセンサ34による出力ステップ変化におけるピー
ク/ピーク偏位の中間点を占めている。信号EGOS
は、EGOセンサ34による出力中間点に対応して燃焼
ガスの空燃比がリッチかまたはリーンかを示す2相信号
である。本明細書に記載の特殊な実施例では、図2(A)
、図2(B) に示す点線31、33は、それぞれ、EG
Oセンサ34の出力シフトとコンバータの効率ウインド
に対する信号EGOSを表わしている。
【0008】この特殊な実施例では、図示のプレ触媒E
GOセンサ34は、従来の触媒コンバータ38の上流側
にあってエンジン24の排気マニホルド36に連結され
ている。第1のポンピング電流発生器39は、以下に詳
しく説明するEGOセンサ34のバイアス用のコントロ
ーラ10に連結されている。ポスト触媒EGOセンサ4
0は、従来の触媒コンバータ38の下流側にあってテー
ルパイプ42に連結して示されている。第2のポンピン
グ電流発生器43は、以下に詳しく説明するEGOセン
サ40をバイアスするコントローラ10に連結されてい
る。
【0009】吸気マニホルド44は、一次スロットルプ
レート48を内蔵したスロットル本体46に連結して示
されている。また、図示のスロットル本体46には燃料
インジェクタ50が連結されている。この燃料インジェ
クタ50は、コントローラ10から送られてくるパルス
幅信号に比例して液体燃料を供給するためのものであ
る。燃料は、燃料タンク52、燃料ポンプ54、および
燃料レール (rail) 56を備えた従来形式の燃料システ
ムを通じ燃料インジェクタ50に供給される。
【0010】以下、図3に示すフローチャートに基づ
き、エンジン24の制御用コントローラ10の実行する
液体燃料分配ルーチンについて説明する。所望の液体燃
料の開ループ計算がステップ300にて行なわれる。具
体的に説明すると、導入空気量MAFの測定値を化学量
論に基づく燃焼に必要な所望の空燃比AFDで割算す
る。閉ループ制御またはフィードバック制御を開始(ス
テップ302)した後、開ループ燃料計算は燃料フィー
ドバック可変FFVによりトリミングされ、ステップ3
04で所望の燃料信号fdが形成される。この所望の燃
料信号は、燃料インジェクタ50を作動する燃料パルス
幅信号fpwに変換される(ステップ306)。
【0011】コントローラ10により実行され燃料フィ
ードバック可変FFVを形成する空燃フィードバックル
ーチンにつき、図4に示すフローチャートに基づいて説
明する。閉ループ空燃制御をステップ410にエンター
した後、EGOセンサ34の調整出力電圧VMPREが測定
される(ステップ414)。以下に詳細に説明するよう
に、EGOセンサ34の出力は、ポスト触媒フィードバ
ック信号PCFSに応答して電流バイアス操作により調
整またはシフトされ、出力ステップ変化をコンバータの
効率ウインドに整合させている。前述した2相排気ガス
酸素センサ信号(EGOS) は、EGOセンサ34の調整出
力を基準値に比較することによりステップ416で形成
される(図2(A) 参照)。次いで、ステップ418で2
相排気ガス酸素センサ信号EGOSをサンプリングす
る。
【0012】信号EGOSが低くても(ステップ41
8)、マイクロコントローラ10の事前バックグラウン
ドループ中に高かったなら(ステップ420)、所定の
比例項Pjがフィードバック可変FFVから減じられる
(ステップ422)。信号EGOSが低い場合でも(ス
テップ418)、事前バックグラウンドループ中に低い
状態にあったなら(ステップ420)、所定の積分項Δ
jがフィードバック可変FFVから減じられる(ステッ
プ424)。同様に、信号EGOSが高くても(ステッ
プ418)、コントローラ10の事前フィードバックル
ープ中に高かったなら(ステップ426)、積分項Δi
がフィードバック可変FFVに加えられる(ステップ4
28)。信号EGOSが高い場合でも(ステップ41
8)、事前バックグラウンドループ中に低い状態にあっ
たなら(ステップ426)、比例項Piがフィードバッ
ク可変FFV(ステップ430)に加えられる。
【0013】前述した操作によれば、信号EGOSに応
じて比例プラス積分フィードバック制御によりフィード
バック可変FFVが形成される。本明細書中に記載の特
殊な実施例では、フィードバック可変FFVは単位平均
値を中心に変動する。変更例では、フィードバック可変
FFVの平均値はポスト触媒フィードバック信号PCF
Sから求めた単位数値より大きいか小さい値にバイアス
される。ポスト触媒信号PCFSの教えるエンジン空気
/燃料操作がコンバータ効率ウインドからリッチであれ
ば、比例項Pi、Pjと積分項Δi、Δjが選択され、
単位数値よりも大きなフィードバック可変FFVの平均
振幅にされ、分配燃料のリーンバイアス操作が行なわれ
る。その結果、コンバータの効率ウインドの操作リッチ
が補正される。特殊な操作の一例において、比例項Pi
は比例項Pjに対し増加され、フィードバック可変FF
Vのバイアス処理が行なわれる。従って、比例項は平均
して単位数値よりも大きい。他の操作例では、積分項Δ
jに対し積分項Δiを増加しても同じ結果が得られる。
【0014】ポスト触媒フィードバック信号PCFSが
教えるエンジン空気/燃料操作がコンバータ38の効率
ウインドからリーンであれば、比例項Pi、Pjおよび
/または積分項Δi、Δjの組合せが選択され、フィー
ドバック可変FFVを名目的な値すなわち単位数値より
小さい平均値にバイアスする。このようにしてエンジン
の空燃比に対するリッチバイアス操作が行なわれる。変
更例では、比例項Piに対し比例項Pjを増加し、フィ
ードバック可変FFVを単位数値より小さな平均値にバ
イアスする。また別の変更例では、積分項Δjを積分項
Δiに対して増加し、フィードバック可変FFVを単位
数値より小さい値にバイアスすることが行なわれる。
【0015】図5に示す実施例では、プレ触媒エミッシ
ョンセンサはEGOセンサ34を備えている。EGOセ
ンサは、酸素イオン伝達材料74で分割された酸素濃度
を変化させる第1と第2の電極70、72を備えてい
る。理想的な状態では、センサ出力のステップ変化すな
わち「スイッチポイント」は化学量論的燃焼に一致して
いる。しかしながら、構成要素の劣化やその他の装置特
性により、ステップ変化は様々な値にシフト変化する。
このようなシフトを補正するために、フィードバック可
変FFVを発生する比例プラス積分フィードバックコン
トローラーは前述したようにバイアスすることができ
る。
【0016】他の変更例では、センサ34の第1の電極
に電流の流れを形成することによりプレ触媒EGOセン
サ34はバイアスされ、酸素は酸素イオン伝達材料74
を介し第1の電極70から第2の電極72に、またはそ
の逆に搬送すなわち「ポンプ送り」される。発生した電
流は、ポンピング電流の向きに応じてステップ変化を高
いかまたは低い空燃比にシフトする。具体的には、電極
70の正電流はスイッチポイントをリーンな空燃比へと
シフトし、また電極70の負電流はスイッチポイントを
リッチな空燃比へとシフトする。さらに、このシフトの
程度は電流の大きさに比例して増加する。電流の大きさ
と方向はポスト触媒フィードバック信号PCFSにより
決定され、センサ34の出力のステップ変化をシフトし
て触媒コンバータ38のピーク効率ウインドに一致させ
る。
【0017】以下、図6(A) 、図6(B) に示すフローチ
ャートおよび図7に示す回路図に基づき、プレ触媒セン
サ34のバイアス処理について詳細に説明する。閉ルー
プ制御が望ましいとする決定(ステップ500)がなさ
れた後、ポスト触媒フィードバック信号PCFSに応答
して所望のポンピング電流IPld が決められる(ステッ
プ502)。ポスト触媒フィードバック信号PCFS
は、エンジンの空燃比が触媒ウインドの中心にあるかど
うかの指標である。図示の実施例では、(図1に示す)
ポスト触媒EGOセンサ40等のポスト触媒エミッショ
ンセンサ手段の出力をサンプリングし、センサ出力から
基準電圧を減じてポスト触媒エラー信号を計算し、エラ
ー信号は積分される。ポスト触媒フィードバック信号P
CFSが零であれば(すなわち、ポスト触媒フィードバ
ックループにエラーが検知されない場合)、所望のポン
ピング電流IPld は零であり(ステップ504)、エン
ジン空燃比は触媒ウインドの中心にある。この状態で
は、プレ触媒閉ループ空燃比に調整は不要である。従っ
て、コントローラ10は正と負の供給電圧+VPと−V
Pに等しいベース電圧VB1とVB2をそれぞれ設定し
てトランジスタ80、82をターンオフする。その結
果、ポンピング電流はEGOセンサ34に流入せずセン
サから流出することがない(ステップ506)。
【0018】エンジンの空燃比が触媒ウインド内になけ
れば、ポスト触媒フィードバック信号PCFSに応答し
てIPld を変化させ、センサ34の出力電圧のステップ
変化は触媒ウインド内にシフトされる。例えば、所望の
ポンピング電流IPld が零より小さければ(ステップ5
08)、コントローラ10はVB1を+VPに等しく設
定してトランジスタ80をターンオフし、またVB2を
調節することによりトランジスタ82をその直線領域内
で操作し、センサからの電流を制御する(ステップ51
0)。
【0019】具体的に説明すれば以下のようになる。
【数1】 VB2=−VP+VBE2+(IPld ・RE2) ここで、VBE2はトランジスタ82の内部ベース/エ
ミッタ電圧であり、またRE2はトランジスタ82のエ
ミッタと負供給電圧である−VPとの間に連結された抵
抗器84である。電極70から実際に出る電流IPla
強制的に所望の電流IPld に等しくするために、トラン
ジスタ82のエミッタ電圧VE2はコントローラ10に
よりサンプリングされ(ステップ512)、抵抗器84
を介した電圧降下をチェックする。抵抗器84を介して
の電圧降下について、VE2+VP−(IPld ・RE
2)がエラー下限、すなわち−ERRより小さいようで
あれば、IPla はIPld よりも小さい(ステップ51
4)。従って、VB2は僅かに増加し(ステップ51
6)、電極70から流出するポンピング電流を増加させ
る。これとは逆に、抵抗器84を介しての電圧降下につ
いて、VE2+VP−(I Pld ・RE2)がエラー上
限、すなわち+ERRより大きいようであれば、電流I
Pla は所望のポンピング電流IPld よりも大きい(ステ
ップ518)。従って、VB2は僅かに減少し(ステッ
プ520)、電極70から流出するポンピング電流を減
少させる。ステップ512は、エラーが許容範囲に納ま
るまで繰り返される。
【0020】これとは別に、所望のポンピング電流I
Pld が零より大きければ(ステップ508)、コントロ
ーラ10はVB2を−VPに等しく設定してトランジス
タ82をターンオフし、VB1を調節してトランジスタ
80を直線範囲内で操作し、電極70に流入する電流を
制御する(ステップ522)。
【0021】具体的に説明すれば以下のようになる。
【数2】VB1=VP−VBE1−(IPld ・RE1) ここで、VBE1はトランジスタ80の内部ベース/エ
ミッタ電圧であり、またRE1はトランジスタ80のエ
ミッタと正供給電圧である+VPとの間に連結された抵
抗器86である。電極70に実際に供給される電流I
Pla を強制的に所望の電流Ipld に等しくするために、
トランジスタ80のエミッタ電圧VE1はコントローラ
10によりサンプリングされ(ステップ524)、RE
1を介した電圧降下をチェックする。抵抗器86を介し
ての電圧降下について、VE1−VP+(IPld ・RE
1)がエラー下限、すなわち−ERRより小さいようで
あれば、IPla はIPld よりも大きい(ステップ52
6)。従って、VB1は僅かに増加し(ステップ52
8)、電極70に流入するポンピング電流を減少させ
る。これとは逆に、抵抗器86を介しての電圧降下につ
いて、VE1−VP+(IPl d ・RE1)がエラー上
限、すなわち+ERRより大きいようであれば、電流I
Pla はIPld よりも小さい(ステップ530)。従っ
て、VB1は僅かに減少し(ステップ532)、電極7
0にポンプ送りされるポンピング電流を増加させる。ス
テップ524は、エラーが許容範囲に納まるまで繰り返
される。
【0022】プレ触媒EGOセンサ34に流入しまたセ
ンサから流出するポンピング電流は、センサ出力のステ
ップ変化をシフトさせるだけでなく、センサの内部イン
ピーダンスを介した電圧降下により、出力電圧レベルの
シフトも行なう。センサの内部インピーダンスが小さけ
ればシフトは無視できる程度である。従って、電圧シフ
トの補償は必要ない。このため、インピーダンスの小さ
いセンサを使用することが望ましい。しかしながら、好
ましい実施例では、電圧レベルのこのシフトを補償する
ために電圧調節手段が選択使用される。一般には、EG
Oセンサ34の内部インピーダンスはエンジンの排気温
度に関係している。その他の温度測定法を利用すること
もできるが、エンジン速度と負荷は前述の例では共に温
度の便宜上の概算要素として使用される。
【0023】引き続き図6(B) に基づき、内部インピー
ダンスの変化を補正する電圧調節について説明する。ポ
ンピング電流エラーが許容範囲内にあれば、コントロー
ラ10はエンジン速度と負荷のサンプリングを行なう
(ステップ534)。電圧レベルのシフト値VSHFT1
所望のポンピング電流IPld 、エンジン速度およびエン
ジン負荷の関数としてVSHFT1 を保有するテーブルから
読み取る(ステップ536)。次いで、コントローラ1
0はプレ触媒EGOセンサ34の出力電圧VPREをサン
プリングし(ステップ538)、VSHFT1 をVPRE から
減じることにより調整される出力電圧VMPREを計算す
る。調整した出力電圧VMPREをプレ触媒空燃比フィード
バックループに使用し、前述したような信号EGOSを
形成する。
【0024】以下、図8に示す回路図および図9(A) 、
図9(B) に示すフローチャートに基づきポスト触媒EG
Oセンサ40の初期設定について説明する。この実施例
では、EGOセンサ40は排気ガス酸素センサから構成
されている。センサは、酸素イオン伝達材料94により
仕切られた酸素濃度を変化させる第1と第2の電極9
0、92を備えている。プレ触媒センサ34の場合と同
じように、ポスト触媒センサ40の出力のステップ変化
は、電極90を流れる電流の大きさと方向を適当に選択
することによりリッチな空燃比またはリーンな空燃比の
値にシフトさすことができる。電極90に流入する電流
を制御することにより、センサ40のステップ変化は初
期空燃比にシフトまたは初期設定することができ都合が
よい。
【0025】図9(A) について説明する。閉ループ制御
を開始した後(ステップ900)、ポンピング電流I
P2d を実験データから得た初期空燃比または所定の空燃
比に応じて決定する。一実施例において、初期空燃比は
所定の一定した値に設定される。変更例においては、エ
ンジン操作条件に応じ初期空燃比は調節される。例え
ば、ルーチンキャリブレーション過程で得たポンピング
電流IP2d の値は、エンジン速度および負荷の関数とし
てコントローラ10のROM18に保存される。フィー
ドバック空燃制御中に精密な測定が行なわれ、ポスト触
媒センサのポンピング電流値を経験的に求め、様々なエ
ンジン運転状況下での理想的な触媒変換効率を求める。
キャリブレーション過程で使用するエンジン運転選択ポ
イントに符合して、ポンピング電流値はROMのテーブ
ルにセットアップしてある特定の速度/負荷セルに記憶
される。実際のエンジン速度と負荷がテーブルの速度/
負荷セルに正確に一値しない場合、ステップ902に使
用したポンピング電流Ip2d の値は、実際の運転時期を
カバーしたセルから読み取った値で補間(interpolate
d) される。
【0026】ポンピング電流IP2d が零(ステップ90
4)の場合、ポスト触媒EGOセンサ40は初期空燃比
でスイッチングし、ステップ変化の調整は必要としな
い。従って、コントローラ10は正と負の供給電圧+V
Pと−VPに等しいベース電圧VB3とVB4をそれぞ
れ設定してトランジスタ96、98をターンオフする。
その結果、ポンピング電流はEGOセンサ40に流入せ
ずセンサから流出することがない(ステップ906)。
【0027】EGOセンサ40の出力電圧のステップ変
化が初期空燃比でスイッチしなければ初期設定は必要と
しない。その結果、ポンピング電流IP2d はステップ変
化がシフトして所望の初期空燃比に一致するようにセッ
トされる。例えば、ポンピング電流IP2d が零よりも小
さければ(ステップ908)、コントローラ10は+V
Pに等しくVB3をセットすることでトランジスタ96
をターンオフし、VB4を調節することによりトランジ
スタ98を直線領域で操作してEGOセンサ40から流
出する電流を制御する(ステップ910)。
【0028】具体的に説明すれば以下のようになる。
【数3】 VB4=−VP+VBE4+(IP2d ・RE4) ここで、VBE4はトランジスタ98の内部ベース/エ
ミッタ電圧であり、またRE4はトランジスタ98のエ
ミッタと負供給電圧である−VPとの間に連結された抵
抗器100である。電極90から実際に出る電流Ip2a
を強制的に所望の電流IP2d に等しくするために、トラ
ンジスタ98のエミッタ電圧VE4はコントローラ10
によりサンプリングされ(ステップ912)、抵抗器1
00を介した電圧降下をチェックする。抵抗器100を
介しての電圧降下について、VE4+VP−(IP2d
RE4)がエラー下限、すなわち−ERRより小さいよ
うであれば、IP2a はIP2d よりも小さい(ステップ9
14)。従って、VB4は僅かに増加し(ステップ91
6)、電極90から流出するポンピング電流を増加させ
る。これとは逆に、抵抗器100を介しての電圧降下に
ついて、VE4+VP−(IP2d ・RE4)がエラー上
限、すなわち+ERRより大きいようであれば、電流I
P2a は電流IP2d よりも大きい(ステップ918)。従
って、VB4は僅かに減少し(ステップ920)、電極
90から流出するポンピング電流を減少させる。ステッ
プ912は、エラーが許容範囲に納まるまで繰り返され
る。
【0029】これとは別に、電流IP2d が零より大きけ
れば(ステップ908)、コントローラ10はVB4を
−VPに等しく設定してトランジスタ98をターンオフ
し、VB3を調節してトランジスタ96を直線領域内で
操作し、電極90に流入する電流を制御する(ステップ
922)。
【0030】具体的に説明すれば以下のようになる。
【数4】VB3=VP−VBE3−(IP2d ・RE3) ここで、VBE3はトランジスタ96の内部ベース/エ
ミッタ電圧であり、またRE3はトランジスタ96のエ
ミッタと正供給電圧である+VPとの間に連結された抵
抗器102である。電極90に実際に供給される電流I
P2a を強制的に所望の電流IP2d に等しくするために、
トランジスタ96のエミッタ電圧VE3はコントローラ
10によりサンプリングされ(ステップ924)、抵抗
器102を介した電圧降下をチェックする。抵抗器10
2を介しての電圧降下について、VE3−VP+(I
P2d ・RE3)がエラー下限、すなわち−ERRより小
さいようであれば、IP2a はIP2d よりも大きい(ステ
ップ926)。従って、VB3は僅かに増加し(ステッ
プ928)、電極90に流入するポンピング電流を減少
させる。これとは逆に、抵抗器102を介しての電圧降
下について、VE3−VP+(IP2d ・RE3)がエラ
ー上限、すなわち+ERRより大きいようであれば、電
流IP2a はIP2d よりも小さい(ステップ930)。従
って、VB3は僅かに減少し(ステップ932)、電極
90にポンプ送りされるポンピング電流を増加させる。
ステップ924については、エラーが許容範囲に納まる
まで繰り返される。
【0031】プレ触媒EGOセンサ34と同じように、
ポスト触媒EGOセンサ40に流入しまたセンサから流
出するポンピング電流は、センサ出力のステップ変化を
シフトさせるだけでなく、センサの内部インピーダンス
を介した電圧降下により、出力電圧レベルのシフトも行
なう。従って、後述する電圧調整はポスト触媒センサ出
力の電圧レベルにおけるこのシフトを補償するために行
なわれる。
【0032】引き続き図9(B) に基づいて説明する。ポ
ンピング電流エラーが許容範囲内にあれば、コントロー
ラ10はエンジン速度と負荷のサンプリングを行なう
(ステップ934)。電圧レベルのシフト値VSHFT2
電流IP2d 、エンジン速度およびエンジン負荷の関数と
してVSHFT2 を保有するテーブルから読み取る(ステッ
プ936)。次いで、コントローラ10はポスト触媒E
GOセンサ40の出力電圧VPOSTをサンプリングし(ス
テップ938)、VSHFT2 をVPOSTから減じることによ
り調整されるポスト触媒センサの出力電圧VMPOST を計
算する(ステップ940)。調整した出力電圧は比較器
と積分器に送られ(ステップ942)、前述したように
エミッション信号PCFSが形成される。
【0033】ここまでは本発明を具体化する一実施例に
則って説明してきたが、紹介できる実施例については他
にも様々なものがある。例えば、センサ電極に電流を発
生させるのに、アナログ装置やディスクリートICS
組合せ使用することもできる。本発明は、特許請求の範
囲に基づいて判断する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を用いるのに適した実施例のブロック
図。
【図2】(A) はEGOセンサ出力電圧と空燃比の関係を
示すグラフ図、また(B) はEGOセンサ出力のシフト変
化を表わした説明図。
【図3】図1に示した実施例の一部分により行なわれる
連続ステップを示したハイレベルフローチャート。
【図4】図1に示した実施例の一部分により行なわれる
連続ステップを示したハイレベルフローチャート。
【図5】内部で行なわれる酸素ポンピングの原理を図示
した排気ガス酸素センサの断面図。
【図6】(A) は図1に示した実施例の一部分により行な
われる連続ステップを示したハイレベルフローチャー
ト、また(B) は(A) に引き続いて行なわれる連続ステッ
プを示すフローチャート。
【図7】図1に示した実施例の一部分に用いられる、調
整出力電圧を用いて信号EGOSを発生するプレ触媒E
GOセンサ回路の概略図。
【図8】図1に示した実施例の一部分に用いられる、調
整出力電圧を用いて信号EGOSを発生するポスト触媒
EGOセンサ回路の概略図。
【図9】(A) は図1に示した実施例の一部分により行な
われる連続ステップを示したハイレベルフローチャー
ト、また(B) は(A) に引き続いて行なわれる連続ステッ
プを示すフローチャート。
【符号の説明】
10 コントローラ 24 エンジン 34 プレ触媒排気ガス酸素EGOセンサ 36 排気マニホルド 38 触媒コンバータ 39 第1のポンピング電流発生器 40 ポスト触媒EGOセンサ 42 テールパイプ 43 第2のポンピング電流発生器 44 吸気マニホルド 46 スロットル本体 48 一次スロットルプレート 50 燃料インジェクタ 60 積分装置 70 第1の電極 72 第2の電極 74 酸素イオン伝達材料 90 第1の電極 92 第2の電極 94 酸素イオン伝達材料
フロントページの続き (72)発明者 ジェフリィ アーサー クック アメリカ合衆国ミシガン州ディアボーン, フォート ディアボーン ストリート 452 (72)発明者 ラジョス リマイ アメリカ合衆国ミシガン州ディアボーン, ロング ブールバード 22364

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジン排気管に配置した触媒コンバー
    タの効率ウインド内にエンジンの空気/燃料操作を維持
    する制御装置にして、 酸素イオン伝達材料により仕切られた酸素濃度を変化さ
    せる第1と第2の電極を有し、所定の空燃比の下で第1
    から第2の出力状態にステップ変化する出力を生じる、
    触媒コンバータの下流側に配置した下流側排気ガス酸素
    センサと、 前記下流側センサの前記第1の電極に電流を発生させる
    電流手段を備えた、コンバータの効率ウインド内で前記
    下流側センサの前記ステップ変化を初期空燃比にシフト
    する初期設定手段と、 少なくとも前記下流側センサに応答してエンジンに燃料
    を供給する燃料制御手段とを有するエンジンの空気/燃
    料操作を維持する制御装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載された制御装置におい
    て、さらに、バイアス手段により決められた所定の空燃
    比の下で、第1から第2の出力状態のステップ変化を伴
    った出力を生じる、コンバータの上流側に配置した上流
    側排気ガス酸素センサと、前記下流側センサに応答して
    前記所定の空燃比と前記初期空燃比の間の分散に関わる
    エラー信号を発生するエラー手段とを有し、前記バイア
    ス手段が前記エラー信号に応答して前記上流側センサの
    ステップ変化と前記所定の空燃比をシフトし、前記エラ
    ー信号を減少するようにしたエンジンの空気/燃料操作
    を維持する制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載された制御装置におい
    て、前記燃料制御手段がエンジンの空気/燃料操作を平
    均的に前記所定の空燃比に維持するエンジンの空気/燃
    料操作を維持する制御装置。
  4. 【請求項4】 エンジン排気管に配置した触媒コンバー
    タの効率ウインド内にエンジンの空気/燃料操作を維持
    する制御装置にして、 酸素イオン伝達材料により仕切られた酸素濃度を変化さ
    せる第1と第2の電極を有し、第1から第2の出力状態
    のステップ変化を生じる、触媒コンバータの下流側に配
    置した下流側排気ガス酸素センサと、 前記下流側センサの前記第1の電極に電流を発生させる
    電流手段を備えた、前記ステップ変化を初期空燃比にシ
    フトする前記下流側センサに連結された初期設定手段
    と、 エンジン運転状態に応答して前記空燃比をシフトする調
    節手段と、 少なくとも前記下流側排気ガス酸素センサに応答してエ
    ンジンに燃料を供給する燃料調節手段とを有するエンジ
    ンの空気/燃料操作を維持する制御装置。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載された制御装置におい
    て、前記エンジン運転状態にエンジン速度と負荷が含ま
    れるエンジンの空気/燃料操作を維持する制御装置。
  6. 【請求項6】 請求項4に記載された制御装置におい
    て、さらに、バイアス手段により決められた所定の空燃
    比の下で、第1から第2の出力状態のステップ変化を伴
    った出力を生じる、コンバータの上流側に配置した上流
    側排気ガス酸素センサと、前記下流側センサに応答して
    前記所定の空燃比と前記初期空燃比の間の分散に関わる
    エラー信号を発生するエラー手段とを有し、前記バイア
    ス手段が前記エラー信号に応答して前記上流側センサの
    ステップ変化と前記所定の空燃比をシフトし、前記エラ
    ー信号を減少するようにしたエンジンの空気/燃料操作
    を維持する制御装置。
  7. 【請求項7】 エンジン排気管に配置した触媒コンバー
    タの効率ウインド内にエンジンの空気/燃料操作を維持
    する装置にして、 酸素イオン伝達材料により仕切られた酸素濃度を変化さ
    せる第1と第2の電極を有し、所定の空燃比の下で第1
    から第2の出力状態のステップ変化を伴った出力を生じ
    る、コンバータの下流側に配置した下流側排気ガス酸素
    センサと、 前記第1の電極に電流を発生し、コンバータの効率ウイ
    ンド内で前記ステップ変化を初期空燃比にシフトする電
    流手段を備えた初期設定手段と、 バイアス手段により決められた所定の空燃比の下で、第
    1と第2の出力状態のステップ変化に伴い出力を生じ
    る、コンバータの上流側に配置した上流側排気ガス酸素
    センサと、 前記下流側センサに応答して、前記所定の空燃比と前記
    初期空燃比の間の分散に関わるエラー信号を発生するエ
    ラー手段と、 前記上流側センサのステップ変化に応答してエンジンに
    分配される燃料を調節し、エンジンの空気/燃料操作を
    平均的に前記所定の空燃比に維持する燃料制御手段とを
    有し、 前記バイアス手段、前記エラー信号に応答して前記上流
    側センサのステップ変化と前記所定の空燃比をシフト
    し、前記エラー信号を減少するようにしたエンジンの空
    気/燃料操作を維持する装置。
  8. 【請求項8】 請求項7に記載された装置において、前
    記初期空燃比が予め設定された一定値であるエンジンの
    空気/燃料操作を維持する装置。
  9. 【請求項9】 請求項7に記載された装置において、さ
    らに、エンジン速度と負荷を含むエンジン運転条件に合
    わせて前記初期空燃比を調節する調節手段を有している
    エンジンの空気/燃料操作を維持する装置。
  10. 【請求項10】 請求項7に記載された装置において、
    前記電流手段が、前記第1の電極を流れる前記電流を制
    御するフィードバック制御手段を備えているエンジンの
    空気/燃料操作を維持する装置。
  11. 【請求項11】 請求項7に記載された装置において、
    前記初期設定手段が、さらに、前記電流手段により生じ
    た前記下流側センサ出力の振幅の変動を減少する電圧調
    節手段を備えているエンジンの空気/燃料操作を維持す
    る装置。
  12. 【請求項12】 請求項7に記載された装置において、
    前記燃料制御手段が、前記上流側センサ出力と基準値を
    比較し、排気ガス酸素レベルが基準値より低ければ第1
    の電圧極性を示し前記排気ガス酸素レベルが前記基準値
    より高ければ前記第1の電圧極性に相対する第2の電圧
    極性を示す電気信号を生じる比較手段と、フィードバッ
    ク変数を形成し、所定のステップのそれぞれのサンプリ
    ング時間内で前記電気信号を積分して前記分配される燃
    料を調節すると共に、前記電気信号が前記第2の極性か
    ら前記第1の極性にスイッチする際、前記第1の極性を
    備えた第1の所定値を加え、また前記電気信号が前記第
    1の極性から前記第2の極性にスイッチする際、前記第
    2の極性を備えた第2の所定値を加える制御手段とを有
    しているエンジンの空気/燃料操作を維持する装置。
  13. 【請求項13】 請求項7に記載された装置において、
    前記上流側センサは、酸素イオン伝達材料により仕切ら
    れた酸素濃度を変化させる第1と第2の電極を有し、ま
    た前記バイアス手段が、前記上流側センサの前記第1の
    電極に電流を発生して前記上流側センサ出力のステップ
    変化を前記初期空燃比にシフトする第2の電流手段を備
    えているエンジンの空気/燃料操作を維持する装置。
JP6241177A 1993-10-06 1994-10-05 エンジンの空気/燃料操作を維持する装置 Pending JPH07158489A (ja)

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US132407 1993-10-06
US08/132,407 US5379590A (en) 1993-10-06 1993-10-06 Air/fuel control system with hego current pumping

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