JPS5844845B2 - クウネンヒキカンシキネンリヨウフンシヤセイギヨソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子式燃料噴射制御装置の燃料噴射量の調量に
エンジン排気管に設けられた酸素濃度検出器の濃度検出
信号により、この調量即ち燃料噴射量を決める噴射パル
スの時間巾にＦｅｅｄ Ｂａｃｋすることにより空燃比
を一定とする空燃比帰還式燃料噴射制御装置に関するも
のである。

従来周知の電子式燃料噴射装置は、吸入空気流量計によ
って得られたエンジンの吸入空気量に見合った燃料が計
算されて燃料噴射が行なわれていた。

しかし、空燃比をきびしく一定に保つためには排気管に
設けられた酸素濃度検出器でもって検出した酸素濃度の
値により混合気が濃いか薄いかを判定し、燃料噴射パル
スの時間巾に帰還補正をかげていたが、その方法は酸素
濃度検出器の出力（出力特性は第３図図示の如く混合気
が濃いとき即ち排気ガス中の酸素濃度が低いとき出力を
出す）により、第４図４０図示のように帰還回路出力は
積分出力つまり積分信号であり、定常状態で目的値即ち
空気過剰率λ＝１で燃料と空気中の酸素の量が完全燃焼
できる理論空燃比となる値を中心としてリミットサイク
ルを生じる。

これは燃料が噴射されてから排気管に達し酸素濃度検出
器が応答するまでの系に時間遅れがあるからである。

したがって、第４図４ａ図示の酸素濃度検出器の出力信
号によって電子式燃料噴射制御装置の噴射パルスの時間
巾を、第４図４ｃ図示のような積分波形の帰還回路出力
により帰還制御するのでは、リミットサイクルの噴射パ
ルスの時間巾が目的値（λ＝１）から最高にずれた点か
ら目的とする中心値（λ−１）にもどるまでの時間Ｔ１
．Ｔ２は全くむだな時間、即ち帰還制御の際の追従遅れ
となってしまうという欠点がある。

また、その為時々刻々と変化する運転条件、何個のエン
ジン差となる機関差等を補正して予定した空燃比で運転
することは極めて困難であり、このことは特に排気ガス
浄化の為の触媒浄化装置等を取付けた場合に大きな障害
となってしまうという欠点がある。

本発明は上述の欠点に鑑みてなされたものであり、排気
ガス中の酸素濃度を検出してその出力に従って燃料噴射
量を補正する際、帰還制御するための前記出力に応じた
積分出力つまり積分信号補正して帰還制御の応答時間を
早くすると共に、定常運転中は勿論、過渡時の帰還追従
性を向上して、一定の空燃比で機関を運転することがで
きる空燃比帰還式燃料噴射制御装置を提供することを目
的とするものである。

以下本発明を図に示す一実施例について説明する。

第１図の空燃比帰還式燃料噴射制御系を示すブロック線
図において、１は内燃機関であるエンジン本体、２は吸
気管、３は排気管、４はスロットルバルブで、このスロ
ットルバルブ４の全閉を検出する検出スイッチ４ａが配
設しである。

５は吸気管２の前部に取付けられ機関の吸入する空気量
を計測する吸入空気流量計、６は酸化ジルコン等の固体
電解質よりなる酸素濃度検出器で、排気管３に配設して
排気ガス中の酸素濃度を検出するものであり、排気ガス
の温度が４５０℃〜６００℃の許容温度以上になると前
記酸素濃度に応答して正常作動し、濃度検出信号を発生
するものである。

γはサーミスタよりなる温度検出器で、排気ガスの温度
を検出するものである。

８はサーミスタよりなり機関温度を知るための水温検出
器、９は燃料を吸気管２内に噴射する噴射弁で、後述す
る燃料噴射制御装置から出力する燃料噴射パルス信号に
より開弁作動するものである。

１０はエアクリーナ、１１は触媒で、特に３ ｗａｙ触
媒であってＮＯｘ、ＨＣ，ＣＯの３成分の浄化率の高い
空燃比を空気過剰率λ−１附近にもつものであり、酸素
濃度検出器６の出力との関係を第６図に示す。

１２は電子式燃料噴射制御装置で、前記吸気管２の前部
に取付けられた吸入空気流量計５の出力に見合った燃料
量を前記噴射弁９より供給するため、この噴射弁９を開
弁作動させる所定時間巾の燃料噴射パルス信号を発生す
る。

１３は排気管３に配設した前記酸素濃度検出器６より出
力する濃度検出信号に応じて前記電子式燃料噴射制御装
置１２による燃料噴射量を帰還補正する帰還制御回路で
、この帰還制御回路１３の出力が電源電圧ｖＢの半分で
ある基準電圧ＶＢ／２の出力を有するとき、この基準電
圧ＶＢ／２に保持して帰還制御系の補正量を零とし基本
の予め設定した要求燃料を噴射するようにしである。

従って、帰還制御回路１３は出力として基準電圧ＶＢ／
２より低い電圧のとき燃料噴射パルスの時間巾を小さく
するようにし、他方、基準電圧ＶＢ／２より高い電圧の
とき燃料噴射パルスの時間巾を長くするようにして燃料
噴射量を補正するものである。

従って、帰還制御回路１３の出力を基準電圧ＶＢ／２に
固定したいとき、即ち帰還制御をしたくないとき、又は
できないとき、具体的には排気管３中の温度が低くて酸
素濃度検出器６が動作しない時や、エンジン本体１の暖
機中濃Ｌ・燃料が必要であるとき、又は燃料カット時や
アイドリング時等の帰還制御を必要としない時は、機関
は定常運転にはなく異常運転状態にあると判断して帰還
制御を中止できるようになっているものである。

次に、本発明の要部となる帰還制御回路１３の詳細構成
を第２図乃至第５図において作動と共に述べる。

第２図において、図中ｖＢは電源電圧ｖＢの電源ライン
、ＧＮＤは一端をアース接続したアースラインである。

１０１．１０２，１０３，１０４゜１０７．１０８，１
０９，１１０，１１１は抵抗で、特に抵抗１０１，１０
２あるいは抵抗１０８゜１０９により電源電圧ｖＢを抵
抗分割して比較器Ｑ＋ 、Ｑ２に所定レベルの基準電圧
を設定入力しである。

１４は出力経路を選択するスイッチング回路で、機関の
運転状態によりスイッチ選択するものであり、酸素濃度
検出器６の出力電圧と前記所定レベルの電圧とを比較器
Ｑ１ で比較して比較器Ｑ２に出力を与える際、端子１
４ａと端子１４ｂが接続されている場合は、酸素濃度検
出器６の出力は時間遅れなく帰還制御回路１３の出力端
０２まで伝わるが、端子１４ａと端子１４Ｃとが接続さ
れている場合には、ダイオード１０５を介してコンデン
サ１０６、抵抗１０７で決まる所定時間の遅れを有して
出力するので、酸素濃度検出器６の出力が予め設定した
比較電圧とにより比較器Ｑ１ 出力を極性反転する所
が中心値即ちこの場合空気過剰率λ−１の値とならない
。

つまり、第２図図示回路によれば、排気管３中に設けた
酸素濃度検出器６が「噴射する燃料量が少なち・」と判
断していて「燃料量が多い」という出力を出したときに
時間遅れを有するので、出力端０２の帰還出力は「燃料
量を多（せよ」という出力から燃料量を減すよう変化す
る時、時間遅れを有するので、全体の排気管３中の酸素
濃度は小さくなり、噴射する燃料量を少し多い方にずら
すことができる。

また、逆の指令に対して同様に時間遅れを設ければ上述
と逆の効果が期待できる。

次に、１６は補正手段で、１１２，１１３，１１６，１
１７゜１１８．１１９，１２５，１２６は抵抗、１１５
はインバータ、１２０は積分用のコンデンサ、Ｑ３は積
分器、１５は抵抗１１８と並列に接続され、この抵抗１
１８との合成抵抗値を変えて積分定数を変化させるフォ
トカプラ、Ｔｒ １は入力端子０１ より燃料噴射パ
ルス信号入力時導通してフォトカプラ１５を作動させる
ためのトランジスタである。

そこで、酸素濃度検出器６の出力による比較器Ｑ２の出
力は、積分器Ｑ３及び積分定数決定素子等から成る補正
手段１６によって出力波形変換され、その積分出力を出
力端０２に出力する。

このときホトカプラ１５は燃料噴射パルス信号全入力端
０１ に受けてトランジスタＴｒ １を導通させ、比
較器Ｑ２の出力は抵抗１１８／抵抗１１７とコンデンサ
１２０及び積分器Ｑ３によって積分出力を与えることに
なる。

従って、第５図に示すように燃料噴射パルス信号がある
ときとないときでは、出力端０２の積分出力の時間的変
化（積分定数）は変化し、また、燃料噴射パルス信号の
時間巾の大きさにより積分出力の積算量は第５図中直線
Ａ、Ｂに示す如く時間軸に対する勾配が変化することに
なる。

つまり、この直線Ａ、Ｂの勾配が第４図４０或は第４図
４ｅ、４ｆにおける積分出力波形の上り勾配に相当する
。

次に、第２図図示回路の各点の積分出力波形を第３図及
び第４図において説明すると、第４図４ａは排気管３中
に設けた酸素濃度検出器６の出力波形で、これは第３図
に示す空気過剰率λと出力電圧との関係において、機関
の噴射燃料量を電子式燃料噴射制御装置１２が吸入空気
量に応じて逐次増減制御することによって周期的な波形
が得られるものである。

なお、第３図においてＲｉｃｈとは空気量に対して燃料
量が多い場合で、Ｌｅａｎとはその逆の場合を言う。

第４図４ｂは端子１４ａ 、１４ｂが接続され遅延され
てない場合の比較器Ｑ２の出力波形、第４図４０は積分
器Ｑ３の（−Ｆ）側入力基準レベルを一定として第４図
４ｂの信号波形を入力した場合の積分波形である出力端
０２の出力波形、第４図４ｄは第４図４ｂ図示の比較器
Ｑ２の出力波形をインバータ１１５により反転させ、更
に積分器Ｑ３の基準入力端子である抵抗１１２，１１３
の分圧レベルを抵抗１１４／抵抗１１３と抵抗１１２と
の分圧レベルとするか、抵抗１１４／抵抗１１２と抵抗
１１３との分圧レベルとするかによって得られる積分器
Ｑ３の（−）−１側入力波形、第４図４０は第４図４ｂ
、４ｄの両波形を積分器Ｑ３の各々両入力側に入力して
積分した場合の出力端０２の出力波形であり、第４図４
０に示す如き時間Ｔ１．Ｔ２とＬ・う時間遅れがなくな
り帰還制御系の時間遅れを最小にすることができるもの
である。

また、第４図４ｆはスイッチング回路１４において端子
１４ａと端子１４ｃとを接続し、コンデンサ１０６と抵
抗１０７で決まる遅延時間Ｔを与えた場合の積分器Ｑ３
の出力端０２の積分出力波形を示すものであり、帰還出
力が「燃料噴射量を多くせよ」という補正出力を出して
いる時、酸素濃度検出器６が「燃料噴射量が多過ぎる」
という信号に時間遅れＴを与えたものであり、上述の如
く噴射する燃料量を少し多い方にずらすことができる。

さて、第２図におち・て１７は出力保持回路で、出力端
０２の出力信号保持用のリレー１８、ダイオード１２１
、オペアンプＱ４、抵抗１４５゜１４６．１４７、電源
電圧ｖＢの分圧比で決まる基準レベル設定用の分割抵抗
１４３，１４４から構成され、機関状態検出回路１９内
のトランジスタＴｒ２オン時リレー１８の作動により、
比較器Ｑ４の出力を積分器Ｑ３の逆相入力に接続し、出
力端０２の積分出力を抵抗１４３，１４４で分割された
電圧に保持するものである。

この際、機関状態検出回路１９は、スロットルバルブ４
の全閉全検出する検出スイッチ４ａ、ギヤチェンジ等に
よる誤動作を防止するため全閉信号に遅延時間を与える
コンデンサ１２３、抵抗１２２、及び抵抗１２４から戒
るスロットルバルブ全閉検出回路２０、及び排気管３中
の排気温度を検出する負特性のサーミスタ７、抵抗１２
７，１３０，１３Ｌ１３２、比較電圧を設定するための
電圧分割用の抵抗１２８，１２９、比較器Ｑ５かも成る
排気温度検出回路２１、及び機関温度を検出する負特性
のサーミスタ８、抵抗１３３，１３６，１３７゜１３８
、比較電圧を設定するための電圧分割用の抵抗１３４，
１３５、比較器Ｑ６がも成る機関温度検出回路２２、及
び論理和を取るためのダイオード１４０，１４１，１４
２及びトランジスタＴｒ２で構成しである。

そこで、上述したように出力保持回路１７を作動させる
ためにはトランジスタＴｒ２をオンさせればよい。

このために、スロットルバルブ４の全閉時、或は排気温
度、或は機関温度が所定温度より低いときには各検出回
路のいずれかの出力に１″が出てトランジスタＴｒ２が
オンしてリレー１８が作動し、積分器Ｑ３の積分出力即
ち補正出力をオペアンプＱ４に入力し、更にこのオペア
ンプＱ４の出力を積分器Ｑ３に逆相入力し、出力端０２
の積分出力（補正出力）を抵抗１４３゜１４４で分割さ
れた電圧レベル即ち補正量を零に保持することになる。

つまり、排気温度或は機関温度が暖機運転により所定温
度以上になれば保持作動は解除されることになる。

なお、上述の実施例ではスイッチング回路１４の回路構
成を具体的に詳述してないが、−例として比較器Ｑ１
の出力端子１４ａと端子１４ｂ、及び出力端子１４ａと
端子１４ｃの夫々の端子間に７オトカプラから成る２個
スイッチング素子を設け、スロットルバルブ４の全閉を
検出する検出スイッチ４ａのオン・オフにより前記スイ
ッチング素子のいずれか一方をオン、他方をオフさせる
ように回路構成すれば機関の状態に応じて制御できる。

また、上述の実施例において、積分器Ｑ３の（中側入力
基準電圧レベルに設定し、更にインバータ１１５等によ
りこの基準電圧レベル値を変えてこの基準電圧レベル変
動を積分器Ｑ３の積分出力に加算してこの積分出力波形
を補正しているが、基準電圧レベル変動なるこの信号を
積分器Ｑ３の出力側に加えても同様に加算補正した積分
出力である補正出力を得ることができる。

以上述べたように本願の第１番目の発明においては、比
較信号を積分処理した積分信号により燃料噴射量の増減
補正を行なうものにおいて、酸素濃度検出器の検出出力
に応じて前記比較信号の状態が変化したとき、前記積分
信号に対し所定量を加算又は減算する補正手段と、前記
比較信号を遅延させる遅延手段と、機関状態に応じてこ
の遅延手段の遅延作動を切換える切換手段を備えている
から、排気ガス中の酸素濃度の変化に追従して帰還補正
量となる積分値を所定方向にステップ状に変化させるこ
とができ、積分処理による応答遅れを解決できる。

これによって定常運転中は勿論、過渡時の帰還追従性を
向上して、空燃比のバラツキをよりよく一定巾に制御で
きると共に、機関の状態に応じて、制御しようとする目
標空燃比を空気過剰率λ＝１より少し濃い側或いは薄い
側に調整できるようになり、広範囲の機関状態に良好に
対応できるという優れた効果がある。

さらに、本願の第２番目の発明においては、前記補正手
段として、前記比較信号が第１の状態から第２の状態に
変化したとき前記積分信号に対し第１の量を加算し、他
方、前記比較信号が第２の状態から第１の状態に変化し
たとき前記積分信号に対し第２の量を減算するように構
成しており、排気ガス中の酸素濃度の変化方向（つまり
ＲｉｃｈからＬｅａｎ又はＬｅａｎからＲｉｃｈ）に応
じて帰還補正量となる積分値を所定方向にステップ状に
変化させることができ、積分処理による応答遅れをより
効果的に解決でき、従って空燃比の制御性を一段と向上
できるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる空燃比帰還式燃料噴射制御装置
の全体構成を示すブロック線図、第２図は本発明の要部
となる帰還制御回路の一実施例を示す電気結線図、第３
図は酸素濃度検出器の出力特性を示す特性図、第４図、
第５図は本発明の作動説明に供する各部電圧波形図、第
６図は本発明の作動説明に供する：３ｗａｙ触媒浄化率
及び酸素濃度検出器の出力特性図である。 ６・・・・・・排気管３に設けた酸素濃度検出器、７・
・・・・・排気ガスの温度を検出する温度検出器、８・
・・・・・機関温度を計る水温検出器、１３・・・・・
・帰還制御回路、Ｑｌ、Ｑ２．Ｑ５．Ｑ６・・・・・・
比較器、Ｑ３・・・・・・積分器、Ｑ、・・・・・・オ
ペアンプ、１４・・・・・・スイッチング回路、１５・
・・・・・フ第１・カプラ、１６・・・・・・第１及び
第２の補正手段となる補正手段、１７・・・・・・出力
保持手段をなす出力保持回路、１８・・・・・・リレー
１９・・・・・・機関状態検出回路、１０５，１０６゜
１０７・・・・・・遅延回路をなすダイオード、コンデ
ンサ、抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を酸素濃度検出器
   により検出して、その検出出力と設定値とを比較し、こ
   の比較信号を積分処理した増減極性を有する積分信号に
   より燃料噴射量の増減補正を行ない、前記酸素濃度を一
   定に制御する空燃比帰還式燃料噴射制御装置において、
   前記酸素濃度検出器の検出出力に応じて前記比較信号の
   状態が変化したとき、前記積分信号に対し所定量を加算
   又は減算する補正手段と、前記比較信号を遅延させる遅
   延手段と、機関状態に応じてこの遅延手段の遅延作動を
   切換える切換手段とを有することを特徴とする空燃比帰
   還式燃料噴射制御装置。 ２、特許請求の範囲１に記載した空燃比帰還式燃料噴射
   制御装置において、前記補正手段は、前記比較信号が第
   １の状態から第２の状態に変化したとき前記積分信号に
   対し第１の量を加算し、他方前記比較信号が第２の状態
   から第１の状態に変化したとき前記積分信号に対し第２
   の量を減算するように構成されていることを特徴とする
   空燃比帰還式燃料噴射制御装置。