JPH0758053B2 - 空燃比制御装置 - Google Patents

空燃比制御装置

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JPH0758053B2
JPH0758053B2 JP62268457A JP26845787A JPH0758053B2 JP H0758053 B2 JPH0758053 B2 JP H0758053B2 JP 62268457 A JP62268457 A JP 62268457A JP 26845787 A JP26845787 A JP 26845787A JP H0758053 B2 JPH0758053 B2 JP H0758053B2
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    • 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
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、内燃機関等の排気ガス中の酸素濃度を測定
して空燃比を検知する場合に、特にイオン伝導性固体電
解質で構成された酸素ポンプ式の空燃比センサを用いた
空燃比制御装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来より、イオン伝導性固体電解質(例えば安定化ジル
コニア)で構成された酸素セサを用い、排気ガスの酸素
分圧と空気の酸素分圧との差によって生じる起電力の変
化によって理論空燃比での燃焼状態を検知することによ
り、例えば自動車の機関を理論空燃比で運転するように
制御することは周知の通りである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、上記酸素センサは空気と燃料との重量比率で
ある空燃比A/Fが理論空燃比14.7である時は大きな変化
出力が得られるが他の運転空燃比域では出力変化がほと
んどなく、理論空燃比以外の空燃比で機関を運転する場
合には、上記酸素センサの出力を利用することができな
い。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、極めて簡単な構成で正確な理論空燃比の検
知はもちろんのこと、それ以外の空燃比をも検知するこ
とができ、機関の操作状態、運転状態にかかわらず、空
燃比センサ素子の劣化を防止できる空燃比制御装置を得
ることを目的とする。
〔問題点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、空燃比センサの酸素
センサが発生する起電力を所定値に保つのに必要な酸素
ポンプのポンプ電流を供給する機能を有し、かつ機関の
停止時にポンプ電流を流さないようにするポンプ電流停
止手段を含む電子制御装置と、空燃比センサのポンプ電
流に基づくフィードバック制御を行いかつ電源投入期間
中で機関の回転がほぼ停止時と判断してポンプ電流停止
手段を作動させる制御装置とを設けたものである。
〔作 用〕
この発明においては、ポンプ電流によるフィードバック
制御時に電源投入期間中で機関の回転がほぼ停止時であ
ることを検出すると、ポンプ電流停止手段を作動させて
酸素ポンプにポンプ電流の供給を停止させるように作用
する。
〔実施例〕
以下、この発明の空燃比制御装置の実施例について図面
に基づき説明する。第1図はその一実施例を示す構成図
であり、第2図は第1図のII−II線に沿う断面図であ
る。この第1図、第2図の両図において、1は機関の排
気管、2は排気管1内に配設された空燃比センサであ
る。
空燃比センサ2は厚さが約0.5mmの平板状のイオン伝導
性固体電解質(安定ジルコニア)3の両側面にそれぞれ
白金電極4,5を設けて構成された固体電解質酸素ポンプ
6(以下、酸素ポンプという)と、この酸素ポンプ6と
同じように平板状のイオン伝導性固体電解質7の両側面
にそれぞれ白金電極8および9を設けて構成された固体
電解質酸素センサ10(以下、酸素センサという)と、上
記酸素ポンプ6と上記酸素センサ10を0.1mm程度の微小
間隙dを介して対向配置するための支持台11で構成され
ている。
また、12は電子制御装置であり、上記酸素センサ10が電
極8,9間に発生する起電力eを抵抗R1を介して演算増幅
器Aの反転入力端子に印加し、上記演算増幅器Aの非反
転入力端子((+)入力端子)に印加されている基準電
圧VS(電源V1より得られる)と上記起電力eの差異に比
例した上記演算増幅器Aの出力によりトランジスタTRを
駆動して上記酸素ポンプ6の電極4,5間に流すポンプ電
流IPを制御する機能を備えている。
すなわち、上記起電力eを所定値VSに保つのに必要な上
記ポンプ電流IPを供給する作用をする。
トランジスタTRは1対設けられ、両トランジスタTRのコ
レクタはそれぞれ電源Bを介してアースされ、エミッタ
は共通にして、抵抗R0を介して酸素ポンプ6の電極4に
接続されている。抵抗R0の両端は電流電圧変換器13の入
力端に接続されている。
上記抵抗R0はポンプ電流供給手段である直流電源Bから
供給される上記ポンプ電流IPに対応した出力信号を得る
ための抵抗である。
両トランジスタTRのベースはトランジスタTR1のコレク
タに接続され、トランジスタTR1のエミッタはアースさ
れ、ベースは出力インタフェース回路24に接続されてい
る。このトランジスタTR1はポンプ電流お停止,非停止
をコントロールするためのトランジスタであり、ポンプ
電流停止手段を構成し、後述する制御装置14に制御され
る。
また、Cはコンデンサで、演算増幅器Aの出力端と反転
入力端間に接続されている。
次に、制御装置14の構成について説明する。
20は電流電圧変換器13のアナログ出力や吸入空気量情報
をデジタル値に変換するADコンバータ、21はROM22に予
め書き込まれたプログラムの手順に従って演算および論
理処理を行うマイクロプロセッサ、23はマイクロプロセ
ッサ21の演算値を一時的に記憶しておくRAM、24は上記
マイクロプロセッサ21の演算および論理処理の結果を受
けて電子制御装置12内のポンプ電流停止手段を働らかす
信号や混合気生成手段15への燃料供給量または吸入空気
量を制御する電気信号を出力する出力インタフェース回
路であり、25はここでは図示しないクランク軸等の回転
数信号から機関回転数を入力する入力インタフェース回
路であり、これらの要素により制御装置14が構成され
る。
なお、16は内燃機関、17はキースイッチである。
上記空燃比センサ2をガソリン機関に装着した場合の空
燃比と酸素ポンプ電流との関係を第3図に示す。
なお、この第3図の特性が示すように、空燃比A/Fが理
論空燃比より大きい範囲で、ポンプ電流IPが空燃比に比
例して変化する理由は特開昭56−130649号公報に記載さ
れている。すなわち、微小間隙部d内に導入された排気
ガスの酸素分圧を上記酸素ポンプ6の作用により変更す
ることにより、排気管1内を流れる排気ガスの酸素分圧
と差異をもたせ、この酸素分圧の差異に応じて発生する
上記酸素センサ10の起電力eが所定値となるように上記
酸素ポンプ6に供給されるポンプ電流IPを制御する時、
このポンプ電流IPは上記排気ガス中の酸素濃度に比例し
て変化するのである。そして空燃比は上記酸素濃度にほ
ぼ比例するので、結果的に上記ポンプ電流IPは空燃比A/
Fに比例して変化する。
ところで、理論空燃比より小さい範囲でポンプ電流IP
変化するのは、排気ガス中の一酸化炭素(CO)濃度等に
上記空燃比センサ2が感応しているように考えられる。
又、上記電子制御装置12において、ガソリン機関が正常
に燃焼している場合は問題ないが、機関が停止した場
合、あるいは機関を始動するために、キースイッチ17を
導通状態にした後、放置された場合には、電子制御装置
12は酸素センサ10の起電力eを所定値VSに保つために、
酸素ポンプ6のポンプ電流IPの供給を増大させる。
しかし、機関が停止しているため、燃焼時に比例して酸
素量が多すぎ、従ってポンプ電流IPの値も大きくなる。
この状態で長時間使用すると、酸素ポンプ6を構成して
いる安定化ジルコニア、あるいはポンプ電流を取り出す
ための電極等が素子劣化を起こし、ひいては、センサと
して使用できなくなるということがわかった。
そこで、この発明は機関の操作あるいは運転状態にかか
わらず、空燃比センサ素子の劣化を防止しようとするも
ので、電源投入期間中で期間の回転がほぼ停止時である
ことを検出し空燃比センサの酸素ポンプのポンプ電流を
流れないようにしたものであり、第1図において、上記
電流電圧変換器13によりポンプ電流IPを電圧レベルに変
換し、この電流電圧変換器13の出力信号を制御装置14に
送り、混合気生成手段15に信号を送るとともに、制御装
置14は期間の停止を検出するための機関回転数を入力し
て、ポンプ電流を停止するための出力信号を電子制御装
置12に送るようにしている。
次に、この動作についてさらに詳述する。まず空燃比セ
ンサ2によるフィードバック制御を行わない運転状態で
は、吸入空気量情報のアナログ値をADコンバータ20によ
るデジタル値に変換し、マイクロプロセッサ21はROM22
に予めプログラムされた手順および定数を読み出いて、
最適な燃料供給量を演算する。
この演算結果は出力インタフェース回路24を経て混合気
生成手段15に送られる。この演算結果は混合気生成手段
15内に設けられた例えば電磁式燃料噴射弁の駆動パルス
幅に対応し、これにより混合気生成手段15における空燃
比が制御される。
次に、空燃比センサ2の出力つまりポンプ電流IPに基づ
いてフィードバック制御する運転状態では、上述のフィ
ードバック制御を行わないオープンループ制御の演算に
対し、さらにこのポンプ電流IPによる補正を付加する
が、この補正は一般にPI(比例、積分)制御により適度
なリップルを含んだものとなる。
この発明における空燃比センサ2のポンプ電流の制御は
次のような手順で行われる。
すなわち、車両の運転開始時にキースイッチ17が投入さ
れると、第4図のフローチャートに示したように、まず
ステップ401において機関回転数を検出する。次にステ
ップ402において、機関回転数がたとえば30rpm以上か以
下かを判定し、以下の場合は機関が停止状態であるとし
て、ステップ403に進み、そうでない場合(30rpmより高
い場合)はステップ404に進む。
ステップ403では、ポンプ電流を停止する出力信号をマ
イクロプロセッサ21から出力インターフェース回路24を
経て電子制御装置12のトランジスタTR1に与え、両トラ
ンジスタTRのベースをアース電位にしてポンプ電流IP
停止させる。
又、ステップ404では、ポンプ電流IPを検出空燃比に応
じて流すための出力信号を同様にマイクロプロセッサ21
から出力インタフェース回路24を経て、トランジスタTR
1に与える。
〔発明の効果〕
以上述べたようにこの発明によれば、空燃比に対して出
力が比例的に変化する空燃比センサを用い、機関に吸入
される混合気をフィードバック制御する装置において、
電源投入期間中で期間の回転がほぼ停止時と判断した場
合に、制御装置の出力により電子制御装置に含まれるポ
ンプ電流停止手段を駆動して酸素ポンプのポンプ電流を
停止するように構成したので、極めて簡単な構成で、機
関の操作状態、運転状態にかかわらず空燃比センサ素子
の劣化を防止することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の空燃比制御装置の概略構
成図、第2図は同上実施例における空燃比センサを示す
第1図のII−II線の断面図、第3図は同上空燃比センサ
の特性図、第4図は同上実施例の動作手順を示すフロー
チャートである。 2……空燃比センサ、6……固体電解質酸素ポンプ、10
……固定電解質酸素センサ、12……電子制御装置、13…
…電流電圧変換気、14……制御装置、15……混合気生成
手段、16……内燃機関、17……キースイッチ、21……マ
イクロプロセッサ、d……微小間隙、TR1……トランジ
スタ(ポンプ電流停止手段)。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 真一 兵庫県姫路市定元町13番地の1 三菱電機 コントロールソフトウエア株式会社姫路事 業所内 (56)参考文献 特開 昭60−104734(JP,A) 特開 昭58−133463(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】機関の排気ガスを導入する間隙部、前記間
    隙部内の酸素分圧を制御する固体電解質酸素ポンプ、並
    びに、前記間隙部内の酸素分圧及び前記間隙部外の排気
    ガス中の酸素分圧に対応した起電力を発生する固体電解
    質酸素センサを有する空燃比センサと、 前記固体電解質酸素センサの起電力を所定値に保つよう
    に前記固体電解質酸素ポンプのポンプ電流を制御すると
    ともに、前記機関の停止時に前記ポンプ電流を流さない
    ように制御するポンプ電流停止手段を有する電子制御装
    置と、 前記空燃比センサの出力信号による前記機関のフィード
    バック制御を行わない運転状態では吸入空気量に応じて
    最適燃料供給量を演算して混合気生成手段による空燃比
    制御を行い、かつ前記ポンプ電流に基づいて前記フィー
    ドバック制御する運転状態では電源投入期間中で機関の
    回転がほぼ停止時と判断すると前記ポンプ電流停止手段
    を作動させ、前記ポンプ電流を流さないように制御する
    制御装置と を備えた空燃比制御装置。
JP62268457A 1987-10-22 1987-10-22 空燃比制御装置 Expired - Lifetime JPH0758053B2 (ja)

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