JPS5819318Y2 - 空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関の空燃比制御装置に関するものである
。

最近、自動車の有害排気ガスを減少させるための一方法
として、エンジンの排気ガス成分に関する情報によって
空燃比を制御するフィードバック方式の空燃比制御装置
が提案されている。

この方式は、例えば第１図に示すごとく、エンジン１の
排気ガス成分（例えば０２．ＣＯ５ＣＯ２，ＨＣ９ＮＯ
ｘ等）の濃度を排気管２に設けた排気センサ３で検出し
、該排気センサ３の出力と設定値（設定空燃比に対応し
た値）との偏差を偏差検出回路４（差動増幅器、比較器
等）で検出し、制御回路５によって上記偏差に応じた制
御信号（例えば偏差に比例する比例分信号、又は偏差を
積分した積分分信号、もしくはこれら両信号を加算した
信号等）を作り、その制御信号に基づいて燃料調量装置
６（気化器、燃料噴射装置等）の燃料供給量や空気供給
量を付加的に制御（燃料調量装置は運転者がスロットル
弁を操作する事等の他の要素によっても当然制御される
）することにより、エンジン１に供給する混合気の空燃
比を設定空燃比に維持するように構成されている。

そしてこの設定空燃比を、例えば排気浄化装置７（触媒
装置、リアクタ装置等）の最適動作点に設定すれば、各
種の運転状態において排気ガス中の有害成分を効率よく
減少させることが出来る。

例えば、排気浄化装置としてＣＯ及びＨＣの酸化とＮＯ
ｘの還元とを同時に行なう三元触媒装置を用いる場合に
は、設定空燃比を理論空燃比近傍の値に設定する。

上記のごとき空燃比制御装置においては、空燃比の変化
を排気系で検出しているため、制御信号によって燃料調
量装置が制御されて空燃比が変化した時点から、その空
燃比の変化がエンジンを通って排気系に設けた排気セン
サに到達するまでに遅れが生じ、この制御系の遅れ時間
によって制御信号にハンチングが生ずる。

そのため空燃比も設定空燃比を中心として過濃側と希薄
側とに脈動し、この脈動の平均値が設定空燃比と一致す
るように制御される。

しかし上記の脈動の幅があまり大きいとエンジン回転が
不安定になり、また排気浄化装置に与える排気ガスは、
出来るだけ排気浄化装置の最適動作点に一致させること
が望ましいので、脈動の幅を出来るだけ小さくすること
が必要である。

従来の装置においては、制御可能な範囲を広くするため
、制御信号による空燃比（空気量と燃料量との比Ａ／Ｆ
）の変化幅を２〜３と比較的大きくしてあり、そのため
空燃比の脈動幅がＡ／Ｆで０゜７〜１．０程度と大きく
なる。

本考案は上記の欠点を解消するため、制御信号の変化範
囲すなわち該制御信号による全制御範囲（Ａ／Ｆで２〜
３）内に比較的狭い制御帯域（Ａ／Ｆで０．３〜０．５
）を設定し、その制御帯域内に制御信号を制限し、制御
信号の値が該制御帯域の上限又は下限の値を所定時間以
上継続した場合に、上記制御帯域を全制御範囲内で移動
させることにより、制御可能範囲は従来と同様に広く、
シかも空燃比の脈動幅を狭くすることのできる制御性の
良い空燃比制御装置を提供することを目的とする。

以下図面に基づいて本考案を詳細に説明する。

第２図は本考案の一実施例のブロック図であり、第１図
の制御回路５の部分を示す。

第２図において、８は偏差信号の入力端子、９は制御信
号の出力端子である。

また１０は偏差信号の変化に比例した比例分信号を出力
する比例回路、１１は偏差信号を積分した積分分信号を
出力する積分回路であり、上記比例分信号と積分分信号
とを加算回路１２で加算した信号が従来の制御信号とな
る。

また１３は上記加算回路１２の出力の変化幅を制限する
ため上記出力の上限と下限を限定する限定回路である。

なお積分回路１１の飽和値を適当な値に設定すれば、限
定回路１３を省略することが出来る。

また１４は偏差信号が所定時間以上高レベルを継続した
とき増加トリガ信号を出力する高レベル時間判別回路、
１５は偏差信号か゛所定時間以上低レベルを継続したと
き減少トリガ信号を出力する低レベル時間判別回路、１
６は上記増加トリガ信号又は減少トリガ信号に応じて所
定の値だけ出力信号レベルを増加又は減少させる増減演
算回路、１７は加算回路である。

第２図の回路において、通常、比例分信号と積分分信号
を加算した信号は、限定回路１３で限定された変化幅内
で変動（上限又は下限に達すると飽和する）シ、該信号
と所定の基準信号（増減演算回路１６の基準出力）とを
加算した信号が出力端子９から制御信号として出力され
る。

上記の状態において、例えば混合気が過濃側に片寄り、
偏差信号が高レベル（極大側）を所定時間継続すると、
加算回路１２の出力が例えば限定回路１３の上限に達し
、この状態が所定時間継続すると高レベル時間判別回路
１４が増加トリガ信号を出力し、それによって増減演算
回路１６の出力が所定レベルだけ増加する。

この増減演算回路１６の出力と限定回路１３の出力とを
加算した信号が制御信号となる。

すなわち増減演算回路１６の出力が増加した分だけ制御
信号のレベルが全体的に高くなる。

一方、混合気が希薄側に片寄り、偏差信号が低レベル（
極小側）を所定時間継続した場合には、上記と逆に加算
回路１２の出力が下限に達し、低レベル時間判別回路１
５が減少トリガ信号を出力し、それによって増減演算回
路１６の出力が所定レベルだけ減少し、制御信号のレベ
ルがその分だけ全体的に低下する。

したがって第２図の回路においては、制御信号の脈動幅
は限定回路１３で限定される変化幅すなわち制御帯域に
制限され、混合気が過濃側又は希薄側に大きく片寄るこ
とによって制御信号の値が制御帯域の上限又は下限の値
を所定時間以上継続すると、制御帯域を全制御範囲内で
移動させるように構成している。

そのため空燃比が短時間だけ一方向に偏って制御信号が
短時間だけ制御帯域からはずれるような場合には制御帯
域を移動させないので、過剰制御によるハンチングが生
じることがなく、制御の安定性が向上する。

また、空燃比が大巾に偏って制御信号の値が制御帯域の
上限又は下限の値を所定時間以上継続した場合には、制
御信号のレベルを全体的に増加又は減少させるので、全
体の制御範囲は大きくすることが出来、制御性が向上す
る。

なお上記の回路においては、偏差信号の片寄り時間を検
出することによって制御信号が制御帯域の上限又は下限
に所定時間継続していることを検出している。

また偏差信号の代りに排気センサ出力又は該出力を増幅
した信号を用いてもよい。

次に第３図は本発明の一実施例図であり、増加、減少の
判別部分をディジタル回路で構成した回路を示す。

また第４図は第３図の回路の信号波形図であり、Ａ−Ｈ
は第３図の同符号を付した個所の信号波形を示す。

また第３図において第２図と同符号は同一物を示す。

第３図の回路において、カウンタ１９及び２０は発振器
１８から与えられるクロックパルスＡをカウントし、リ
セット端子Ｒに与えられる信号によってリセットされる
。

そしてカウンタ１９のリセット端子Ｒには偏差信号Ｂが
、カウンタ２０のリセット端子Ｒには偏差信号Ｂをイン
バータ２１で反転した信号が与えられる。

したがってカウンタ１９は偏差信号が高レベルのときカ
ウントし、カウンタ２０は偏差信号が低レベルのときカ
ウントする。

第４図Ｃ，ＤにおいてＣ及びＲはカウント及びリセット
の区間を示す。

次に混合気が片寄って偏差信号が高レベルを所定時間継
続すると、カウンタ１９が飽和し、パルスＰ１を出力す
る。

このパルスＰ１はオア回路２２を介してアツブタ゛ウン
カウンタ２３に与えられる。

アップダウンカウンタ２３のカウントアツプとカウント
ダウンの制御端子ＵＤには偏差信号Ｂが与えられており
、アップダウンカウンタ２３は偏差信号Ｂが高レベルの
ときにはカウントアツプし、低レベルのときにはカウン
トダウンする。

この場合偏差信号は高レベルになっているからパルスＰ
１が与えられた時はアップダウンカウンタ２３はカウン
トアツプし、その出力をＤ−Ａ変換器２４でアナログ信
号に変換した信号は、第４図Ｇに示すごとく、レベル■
１からレベル■２に上昇する。

上記のレベルＶ２と限定回路１３の出力とが加算回路１
７で加算されるので、制御信号は第４図Ｈに示すごとく
、レベルＶ１と■２の差だけ上方に移動する。

なお第４図Ｅ（７）Ｕ及びＤは、アップダウンカウンタ
２３のカランＩ・アップ区間及びカウントダウン区間を
示す。

次に上記の状態において偏差信号Ｂが所定時間低レベル
を継続すると、カウンタ２０が飽和し、パルスＰ２を出
力する。

この場合偏差信号Ｂは低レベルになっているから、アッ
プダウンカウンタ２３はカウントダウンし、Ｄ−Ａ変換
器２４の出力はレベルｖ２からレベルｖ１に低下する。

その後、更に偏差信号Ｂが所定時間低レベルを継続する
と、カウンタ２０が再び飽和し、パルスＰ３を出力する
。

そしてＤ−Ａ変換器２４の出力はレベルＶ１からレベル
■３に低下する。

すなわち第３図の回路においては、制御信号が限定回路
１３の上限又は下限に達すると飽和するので、制御信号
の脈動幅は第４図ＨのＷ２で示す制御帯域に制限され、
かつ制御信号の全体の変化幅すなわち制御範囲はＷｌに
なる。

従来の装置の場合には、制御信号が第４図Ｈの破線で示
すように変化するので、脈動幅はＷ２′になる。

なお第４図Ｈは比例分信号を省略して積分分信号のみを
表示したものである。

なお第４図においては、アップダウンカウンタ２３の出
力がＶｌ、■２．Ｖ３の３段階に変化する場合を例示し
たが、偏差信号の片寄り具合によっては更に上昇又は下
降する場合がある。

すなわち第４図ＨのＷｌは更に広い範囲になり得る。

次に、第５図は本発明の他の実施例図であり、増加、減
少の判別部分をアナログ回路を構成した回路を示す。

また第６図は第５図の回路の信号波形図であり、Ｉ−Ｏ
は第５図の同符号を付した個所の信号波形を示す。

また第５図において第２図と同符号は同一物を示す。

第５図の回路において、偏差信号Ｉを抵抗Ｒ１とコンデ
ンサＣ２の平均化回路で平均化した信号Ｊが比較器２５
及び２６に与えられる。

比較器２５は信号Ｊが上限値ＥＵ組以上なると低レベル
の信号を出力し、比較器２６は信号Ｊが下限値Ｅ１−以
下になると高レベルの信号を出力する。

上記の比較器２５の出力をコンデンサＣ２と抵抗Ｒ２の
微分回路で微分した信号にと、比較器２６の出力をコン
テ゛ンサＣ３と抵抗Ｒ３の微分回路で微分した信号りと
を、それぞれダイオードＤ１及びＤ２を介して加算した
信号Ｍを作る。

そしてその信号Ｍを演算増幅器２７、コンデンサＣ４及
び抵抗Ｒ４で構成される積分回路に与える。

積分回路の出力Ｎは、信号Ｍが低下したとき増加し、信
号Ｍが上昇したとき低下する。

この信号Ｎと限定回路１３の出力とが加算回路１７で加
算され、制御信号Ｏとして出力端子９から出力される。

なお第６図は、偏差信号■が第４図Ｂと同じ変化をした
場合の動作波形を示す。

以上説明したごとく本発明によれば、制御信号の脈動幅
を狭くすることによって、空燃比の脈動幅を狭くするこ
とが出来、かつ全体の制御範囲は広い範囲に保つことが
出来るので、制御性、安定性が向上し、また空燃比の脈
動幅を狭くすることによって三元触媒を転換効率の良い
範囲で使用出来るので、排気浄化性能も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用する空燃比制御装置の一例図、第
２図及び第３図はそれぞれ本発明の実施例図、第４図は
第３図の回路の信号波形図、第５図は本発明の実施例図
、第６図は第５図の回路の信号波形図である。 符号の説明 １・・・・・・エンジン、２・・・・・・
排気管、３・・・・・・排気センサ、４・・・・・・偏
差検出回路、５・・・・・・制御回路、６・・・・・・
燃料調量装置、７・・・・・・排気浄化装置、８・・・
・・・入力端子、９・・・・・・出力端子、１０・・・
・・・比例回路、１１・・・・・・積分回路、１２・・
・・・・加算回路、１３・・・・・・限定回路、１４・
・・・・・高レベル時間判別回路、１５・・・・・・低
レベル時間判別回路、１６・・・・・・増減演算回路、
１７・・・・・・加算回路、１８・・・・・・発振器、
１９．２０・・・・・・カウンタ、２１・・・・・・イ
ンバータ、２２・・・・・・オア回路、２３・・・・・
・アップダウンカウンタ、２４・・・・・・Ｄ−Ａ変換
器、２５．２６・・・・・・比較器、２７・・・・・・
演算増幅器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. １．エンジンの排気ガス成分濃度を検出する排気センサ
   と、該排気センサの出力と設定値との偏差信号を出力す
   る偏差検出回路とを備え、上記偏差信号に対応した制御
   信号に基づいてエンジンに供給する混合気の空燃比を制
   御する空燃比制御装置において、上記制御信号の変化を
   制限する制御帯域を設け、上記制御信号の値が上記制御
   帯域の上限又は下限の値を所定時間継続したとき上記制
   御帯域を上昇又は低下させるように構成した空燃比制御
   装置。 ２、上記偏差信号又は上記排気センサ出力が極大側又は
   極小側に所定時間以上継続して片寄った場合に、上記制
   御信号の値が上記制御帯域の上限又は下限の値を所定時
   間継続したと判定して上記制御帯域を上昇又は下降させ
   ることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載
   の空燃比制御装置。