JPH08201334A - 空燃比検出装置 - Google Patents
空燃比検出装置Info
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- JPH08201334A JPH08201334A JP7012325A JP1232595A JPH08201334A JP H08201334 A JPH08201334 A JP H08201334A JP 7012325 A JP7012325 A JP 7012325A JP 1232595 A JP1232595 A JP 1232595A JP H08201334 A JPH08201334 A JP H08201334A
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Abstract
正確かつ高精度に検出する装置の提供を目的とする。 【構成】 内燃機関10の排気系に配設される空燃比セ
ンサ20と、空燃比センサ20に電圧を供給すると共に
空燃比センサから発生する電流を検出し、検出した電流
の大きさに比例する出力を発生する空燃比センサ回路3
0と、空燃比センサ回路30の出力に対応する内燃機関
10の空燃比を算出するための変換マップのデータを記
憶する記憶手段40と、を備える空燃比検出装置におい
て、空燃比センサ回路30の固体差による出力誤差を検
出する回路誤差検出手段50と、回路誤差検出手段50
により検出された前記出力誤差に基づき記憶手段40に
記憶されたその変換マップのデータを校正するマップ校
正手段60と、を備えて構成する。
Description
特に空燃比センサや空燃比センサ回路のもつ個々の特性
に基づき内燃機関の空燃比を正確かつ高精度に検出する
空燃比検出装置に関する。
配設され機関の排気ガスから機関の空燃比を検出しその
検出した空燃比に比例した出力を発生するリニア型の空
燃比センサが知られている。この空燃比センサを用いた
空燃比フィードバック制御装置は、空燃比センサの出力
に対応する機関の空燃比を算出するマップを予め台上試
験(ベンチテスト)で作成し、作成したマップを記憶回
路に格納し、このマップと実機に使用される空燃比セン
サの出力とから機関の空燃比を算出し、機関の空燃比が
例えば排気ガスを最も浄化する理論空燃比になるように
フィードバック制御している。
マップを作成する空燃比センサ出力を処理するための処
理回路(以下簡単のため空燃比センサ回路と呼ぶ)と実
機に使用される空燃比センサ回路とはそれぞれ異なるも
のであることから実機で検出される機関の空燃比は正確
とならない。特開昭62−214249号公報に開示さ
れた内燃機関の酸素濃度(空燃比)センサの出力補正方
法は空燃比センサの出力に対応する機関の空燃比を算出
するマップのデータを空燃比センサの出力から校正する
ものであり、空燃比センサ自体の特性誤差は考慮されて
いるものであるが、空燃比センサ回路は考慮していな
い。従って個々の空燃比センサの出力特性の補正は行っ
ているものの理論空燃比対応出力値には誤差がないこと
が前提となっており、理論空燃比対応出力値には補正が
行われない。
14249号公報に開示された内燃機関の空燃比センサ
の出力補正方法は、理論空燃比に対応する空燃比センサ
の出力を全ての空燃比センサに対し同一に設定してお
り、空燃比センサ回路に誤差があることを考慮していな
いので機関の空燃比を正確かつ高精度に検出できず、そ
れゆえ空燃比フィードバック制御の信頼性を欠き、ひい
ては機関の排気ガスの浄化性が悪化するという問題があ
る。
わち空燃比センサ回路の固体差による出力誤差を補正し
て機関の空燃比を正確かつ高精度に検出する空燃比検出
装置を提供することを目的とする。
ック構成図である。本図において本発明の空燃比検出装
置1を破線で囲んで示す。前記目的を達成する本発明に
よる空燃比検出装置は、内燃機関10の排気系に配設さ
れ電圧を印加すると電流を発生する固体電解質からなる
空燃比センサ20と、その空燃比センサ20に前記電圧
を供給すると共に前記電流を検出しその検出した電流の
大きさに比例する出力を発生する空燃比センサ回路30
と、その空燃比センサ回路30の出力に対応する内燃機
関10の空燃比を算出するための変換マップのデータを
記憶する記憶手段40と、を備える空燃比検出装置にお
いて、空燃比センサ回路30の固体差による出力誤差を
検出する回路誤差検出手段50と、その回路誤差検出手
段50により検出された前記出力誤差に基づき記憶手段
40に記憶された前記変換マップのデータを校正するマ
ップ校正手段60と、を備えたことを特徴とする。なお
空燃比制御装置は、空燃比検出装置1の他に記憶手段4
0に記憶された前記変換マップと空燃比センサ回路30
の出力とから実空燃比を算出する実空燃比算出手段80
と、その実空燃比算出手段80により算出された前記実
空燃比に基づき内燃機関10の空燃比が例えば理論空燃
比になるように内燃機関10の運転状態に応じて燃料噴
射量を内燃機関10に供給するように制御する燃料噴射
制御手段90と、を備えて構成される。
出手段50は、空燃比センサ20が非活性状態であるか
否かを判定する非活性判定手段と、空燃比センサ20が
非活性状態であると判定されたときの空燃比センサ回路
30の出力と前記変換マップから算出される理論空燃比
に対応する空燃比センサ回路30の出力との差を算出す
る誤差算出手段と、を備える。
手段は、内燃機関10が低温の始動中であるか否かを判
別する低温始動判別手段と、内燃機関10の低温始動時
に空燃比センサ回路30の出力の変化率を算出する出力
変化率算出手段と、前記変化率が所定値以下となったと
き空燃比センサ回路30の出力が安定したと判定する出
力安定判定手段と、を備える。
センサに空燃比センサ回路が電圧を印加すると、空燃比
センサに空燃比に応じた電流が生じる。該空燃比センサ
回路は該電流の大きさに比例した出力を発生させ、記憶
手段に記憶されたマップより該出力値に対応する空燃比
を読み出す。更に、前記空燃比センサ回路の固体差によ
る出力誤差が回路誤差検出手段によって検出され、該出
力誤差に基づきマップ校正手段がマップのデータを校正
する。従って校正されたマップから前記出力値としての
空燃比値を前記空燃比センサ回路は読み出すことになり
回路誤差が補正される。
出手段50は空燃比センサ20が非活性状態であるか否
かを非活性状態判定手段により判定する。これら空燃比
センサは理論空燃比で電流がゼロとなるが、空燃比セン
サ20が非活性状態であると判定されたときも空燃比セ
ンサ20は電流を発生しないのでこのときの空燃比セン
サ回路30の出力は理論空燃比に相当するとみなすこと
ができる。また本発明による空燃比検出装置の回路誤差
検出手段50は、ベンチテスト用の空燃比センサ回路3
0を用いて予め作成した変換マップ上の理論空燃比に対
応する空燃比センサ回路30の出力と空燃比センサ20
が非活性状態であると検出されたときの実機用の空燃比
センサ回路30の出力との差を誤差算出手段により算出
して変換マップのデータを校正するので、内燃機関10
の空燃比を正確に検出できる。
手段は、内燃機関10が低温の始動中であるか否かを低
温始動判別手段により判別し、内燃機関10の低温始動
時に空燃比センサ回路30の出力の変化率を出力変化率
算出手段により算出し、その変化率が所定値以下となっ
たとき出力安定判定手段により空燃比センサ回路30の
出力が安定したことを判定する。したがって空燃比セン
サ回路30の安定した出力に基づいて前記変換マップの
データが校正されることになり内燃機関10の空燃比を
高精度に検出できる。
電気回路図である。本図においてR1〜R16は抵抗
器、C1とC2はコンデンサ、D1〜D4はダイオー
ド、Tr1〜Tr4はトランジスタ、OP1〜OP3は
演算増幅器を示す。定電圧V1とV2がこの空燃比セン
サ回路に供給され、図中演算増幅器OP1とOP2の間
に示される電極S+と電極S−の間に図示しない空燃比
センサが接続されるとその電極間には演算増幅器OP1
により設定された一定の電圧が空燃比センサに供給され
る。抵抗器R10は空燃比センサから発生される電流を
検出するための抵抗器である。供給電圧V1はトランジ
スタTr1〜Tr4、演算増幅器OP1〜OP3および
空燃比センサを作動するために供給される。供給電圧V
S2は演算増幅器OP1とOP2に精度の高い基準電圧
を入力するために供給される。供給電圧V2は約5ボル
トであり抵抗器R1とR2により3.0ボルトに分圧さ
れた電圧が演算増幅器OP1に入力され、抵抗器R7と
R8により3.3ボルトに分圧された電圧が演算増幅器
OP2に入力される。電極S+と電極S−の間に接続さ
れた空燃比センサが機関の排気系に配設され、機関の排
気ガスを受けると固体電解質からなる空燃比センサは内
部電流を変化させる。演算増幅器OP2は空燃比センサ
から発生された電流の変化に応じてその出力を変化させ
る。空燃比センサは機関の排気ガスが理論空燃比のとき
または空燃比センサが非活性状態のときには内部電流を
発生させない。したがってこのときの演算増幅器OP2
の出力は入力電圧3.3ボルトに等しい。次に演算増幅
器OP2の出力は積分回路の演算増幅器OP3に入力さ
れ、それゆえ空燃比センサ回路の出力端子OTからは機
関の空燃比に応じて過渡的変化のない電圧が出力され
る。
出力波形を示す図である。本図において横軸は時間、縦
軸は空燃比センサ回路の出力電圧を示す。時刻t0 に機
関を始動すると空燃比センサ回路と空燃比センサとにバ
ッテリーから電圧が印加され、空燃比センサ回路の出力
電圧は時刻t0 の0ボルトから急激に上昇し例えば3秒
後の時刻t1 には3.3ボルトになる。空燃比センサ回
路の出力電圧は、空燃比センサが非活性状態である間は
3.3ボルトで一定であるが、やがて空燃比センサが半
活性状態になると図示するように3.3ボルトを中心に
して低い周波数で振幅するようになり、空燃比センサが
活性状態になると同じく3.3ボルトを中心にして高い
周波数で振幅するようになる。前述したように空燃比セ
ンサが発生する出力電流は空燃比センサが検出する排気
ガスの空燃比が理論空燃比のときまたは空燃比センサが
非活性状態のときに0となるので、このときの空燃比セ
ンサ回路の出力電圧3.3ボルトを読み取ればこの空燃
比センサが理論空燃比の機関の排気ガスを検出したとき
の空燃比センサ回路の出力電圧すなわちストイキ電圧が
検出できる。後述するように本発明によるストイキ電圧
は例えば時刻t1 から5秒後の時刻t2 までの空燃比セ
ンサ回路の出力電圧の平均値として求められる。
機関の空燃比の変換マップを示す図である。本図におい
て横軸は空燃比センサが検出する機関の空燃比、縦軸は
空燃比センサ回路の出力電圧VAFを示す。本図は空燃
比センサ回路の出力に対応する機関の空燃比を算出する
ために予めベンチテストで作成した変換マップの特性曲
線を太い実線で示す。この変換マップを作成するデータ
は予めベンチテストにより標準の空燃比センサと標準の
空燃比センサ回路とを用いて測定して求め、記憶回路R
AMに記憶される。本図において破線で描かれる曲線は
次のように作成される真の空燃比センサ回路の特性曲線
である。先ず空燃比センサ回路の出力電圧VAFが実機
の機関に設けられた空燃比センサと空燃比センサ回路と
を用いて測定したストイキ電圧VAFSであり空燃比が
理論空燃比14.5である点Sをプロットする。次ぎに
太線で示される変換マップの特性曲線上の理論空燃比1
4.5に対応する点MSをプロットし、この点に対応す
る空燃比センサ回路の出力電圧をVAFMSとする。次
ぎに変換マップの特性曲線に沿ってVAFS−VAFM
Sだけ縦軸方向にシフトさせた点を複数箇所プロットし
てそのプロットした点を破線で結んで真の空燃比センサ
回路の特性曲線を作成する。実機で測定される空燃比セ
ンサ回路の出力電圧VAFはこの破線で示す特性曲線と
一致する。したがって空燃比センサ回路の出力電圧VA
Fを読み取り、VAF−(VAFS−VAFMS)を演
算してVAFを更新し、更新したVAFに対応して予め
ベンチテストにより作成した変換マップの特性曲線上の
空燃比を読み取ればそのときの実機の機関の空燃比が算
出できる。
フローチャートである。このフローチャートは本発明に
より実機に用いられる空燃比センサおよび空燃比センサ
回路に応じて変換マップを校正するルーチンを示す。こ
のルーチンは機関の所定クランク角、例えば180°C
R毎または所定時間毎に実行する。ステップ101では
イグニションスイッチがオフからオンに切り替わったか
否かを判別し、その判別結果がYESのときはステップ
102へ進み、NOのときはステップ103へ進む。ス
テップ102では初期設定0の始動フラグSTFLGを
1にセットし、かつタイマTを0にセットしてステップ
103へ進む。ステップ103では機関が始動したか否
かを機関のクランク角度を検出するクランク角センサの
出力信号から算出される機関の回転数NEが400RP
Mを越えたか否かにより判別し、NE≧400RPMの
ときは機関は始動したと判別しステップ104へ進み、
NE<400RPMのときはこのルーチンを終了する。
ステップ104では機関のエンジンブロックに埋設され
機関の温度を検出する水温センサから読み取られる水温
TWから空燃比センサの活性状態を判定する。すなわち
水温TW≦30°Cのときは機関が冷間始動状態であり
空燃比センサが非活性状態であると判定しステップ10
5へ進み、水温TW>30°Cのときは機関が暖機状態
であり空燃比センサが活性状態であると判定してこのル
ーチンを終了する。
力電圧VAFを読み取り前回値VAF(K-1) と今回値V
AF(K) との差ΔVAF(K) =VAF(K) −VAF
(K-1) を算出しステップ106へ進む。ステップ106
ではステップ105で算出したΔVAF(K) が所定範囲
内(DVAF1≦ΔVAF(K) ≦DVAF2)か否かを
判別し、その判別結果がYESのときはステップ107
へ進み、NOのときはこのルーチンを終了する。図3に
示すように空燃比センサ回路の出力電圧VAFは機関の
運転を開始すると時刻t0 に上昇し時刻t1 にストイキ
電圧となって飽和しΔVAF(K) はほぼ0になる。従っ
てこのステップ106では空燃比センサ回路の出力電圧
VAFが機関運転後に飽和したことを検出する。ここで
DVAF1、DVAF2は、例えば順に0.01ボル
ト、0.02ボルトに設定する。
結果がNOからYESに切り替わったか否かを判別しそ
の判別結果がYESのときはステップ108へNOのと
きはステップ109へ進む。ステップ108ではタイマ
T=T1 (約3秒)を読み取り、今回の空燃比センサ回
路の出力電圧VAF(K) をVAFS(K) に置き換えてス
テップ109へ進む。ステップ109では次式からスト
イキ電圧VAFSを算出する。 VAFS=VAFS(K) +a(VAF(K) −VAFS) ここで、aは例えば0.1のなまし定数である。最初の
ストイキ電圧VAFSは空燃比センサ回路の出力電圧V
AFを機関運転後の最初に飽和したタイマT=T1 のと
き(図3に示す時刻t1 )に読み取った電圧VAF(K)
になる。以降の各ルーチンで算出されるストイキ電圧V
AFSは各ルーチンで読み取った電圧VAF(K) の平均
値として上式で示すようになまして求められる。
=T2 (約8秒)になったか否かを判別し、その判別結
果がYESのときはステップ111へ進み、NOのとき
はこのルーチンを終了する。ステップ111ではステッ
プ109で求めたストイキ電圧VAFSと、基準の空燃
比センサと基準の空燃比センサ回路により予めベンチテ
ストで求めた変換マップ上の例えば理論空燃比14.5
に対応する基準の空燃比センサ回路の出力電圧VAFM
Sと、今回検出した空燃比センサ回路の出力電圧VAF
(K) とから次式により空燃比センサ回路の出力電圧VA
Fを校正して求めステップ112へ進む。 VAF=VAF(K) −(VAFS−VAFMS)
して求めた空燃比センサ回路の出力電圧VAFに対応す
る機関の空燃比、すなわち補正後の空燃比を予め作成し
RAMのような記憶回路に記憶させた変換マップに基づ
き算出する。これは図4に実線で示されるベンチテスト
で予め作成した変換マップの特性曲線をVAFS−VA
FMSだけ今回検出した空燃比センサ回路の出力電圧V
AF(K) に対してシフトして図4に破線で示される特性
曲線を求めることに相当する。
フローチャートである。図5に示すフローチャートにお
けるステップ105〜108をステップ151に置き換
えたものであるのでステップ151のみを説明する。ス
テップ151ではタイマTがT1 以上となったか否かを
判別し、その判別結果がYESのときはステップ109
へ進み、NOのときはこのルーチンを終了する。このタ
イマの設定時間は実験結果からT1 を3秒、T2 を8秒
に設定すると図3を用いて説明したように非活性状態の
空燃比センサ回路の出力電圧、すなわちストイキ電圧を
求めることができる。この第二実施例では時刻T1 から
T2 の空燃比センサ回路の出力電圧の平均値がストイキ
電圧として求められる。
装置によれば、内燃機関の空燃比を正確かつ高精度に検
出でき、本発明の装置により検出した空燃比に基づいて
機関の燃料噴射量を制御することにより機関の排気ガス
の浄化性を向上することができる。また本発明の空燃比
検出装置によれば、実機の空燃比センサ回路の出力特性
に応じて機関の運転中に変換マップを校正するので実機
の出荷時にマップを校正する工程を不要とする。
燃比センサの非活性状態から理論空燃比に対する空燃比
センサ回路の出力を読み取って変換マップを校正するの
で、校正用の空燃比センサとして理論空燃比の検出精度
の高い濃淡電池式の酸素センサ等を別途設ける必要がな
く安価な空燃比検出装置が提供できる。
空燃比センサ回路の安定した出力に基づいて変換マップ
のデータが校正されるので機関の空燃比を高精度に検出
できる。
図である。
示す図である。
空燃比の変換マップを示す図である。
ートである。
ートである。
Claims (3)
- 【請求項1】 内燃機関の排気系に配設され電圧を印加
すると電流を発生する固体電解質からなる空燃比センサ
と、その空燃比センサに前記電圧を供給すると共に前記
電流を検出しその検出した電流の大きさに比例する出力
を発生する空燃比センサ回路と、その空燃比センサ回路
の出力に対応する前記内燃機関の空燃比を算出するため
の変換マップのデータを記憶する記憶手段と、を備える
空燃比検出装置において、 空燃比センサ回路の固体差による出力誤差を検出する回
路誤差検出手段と、 前記出力誤差に基づき前記変換マップのデータを校正す
るマップ校正手段と、を備えたことを特徴とする空燃比
検出装置。 - 【請求項2】 前記回路誤差検出手段は、 前記空燃比センサが非活性状態であるか否かを判定する
非活性判定手段と、 前記空燃比センサが非活性状態であると判定されたとき
の前記空燃比センサ回路の出力と前記変換マップから算
出される理論空燃比に対応する前記空燃比センサ回路の
出力との差を算出する誤差算出手段と、を備える請求項
1に記載の空燃比検出装置。 - 【請求項3】 前記非活性判定手段は、 前記内燃機関が低温の始動中であるか否かを判別する低
温始動判別手段と、 前記内燃機関の低温始動時に前記空燃比センサ回路の出
力の変化率を算出する出力変化率算出手段と、 前記変化率が所定値以下となったとき前記空燃比センサ
回路の出力が安定したと判定する出力安定判定手段と、
を備える請求項2に記載の空燃比検出装置。
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
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JP3257319B2 JP3257319B2 (ja) | 2002-02-18 |
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ID=11802168
Family Applications (1)
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JP01232595A Expired - Fee Related JP3257319B2 (ja) | 1995-01-30 | 1995-01-30 | 空燃比検出装置および方法 |
Country Status (2)
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