JPS5844854B2

JPS5844854B2 - クウネンヒチヨウセイソウチ

Info

Publication number: JPS5844854B2
Application number: JP50140465A
Authority: JP
Inventors: 公昭山口; 隆道中瀬; 正服部
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1975-11-21
Filing date: 1975-11-21
Publication date: 1983-10-05
Also published as: DE2652725C2; GB1546880A; DE2652725A1; JPS5264538A; US4079711A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、エンジンにおける排気ガス浄化達成のために
、空燃比をフィードバック制御して機関運転状態に応じ
た適正値に調整する空燃比調整装置に関するものである
。

従来周知のとの種空燃比調整装置は、エンジンの排気管
に設けた空燃比検出器により排気ガス中の酸素濃度等か
ら混合気の空燃比を検出し、この空燃比検出器の信号に
応じて補正用空気の量を制御する弁を駆動し、混合気の
空燃比を適正値にフィードバック制御する構成となって
いる。

しかしながら、この従来システムにおいては、空燃比変
動以外のエンジンの他要素による影響についてほとんど
考慮されておらず充分満足できるものではなかった。

つまり、エンジンの吸気系における空燃比変動力要項系
に設けられた空燃比検出器により検出されるまでの遅れ
時間がエンジンの運転領域内において種々異なり、空燃
比をフィードバック制御する際、エンジンの加減速時に
はこの遅れ時間が空燃比の変動幅に大きな影響を与えて
、常に良好に制御できないという不具合があった。

特に、エンジンの低速、低負荷領域においては空燃比の
変動幅が大きく、機関から排出される排気ガスを浄化す
る触媒の浄化率を低下させ、さらには車両走行時にサー
ジング現象が生じドライバビリティ−の悪化を招いてい
るという問題があり、まだ改良の余地が残されていた。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とす
るところは、空燃比検出器からの信号によってバイパス
弁の駆動をフィードバック制御する空燃比調整装置にお
いて、エンジンのスロットル弁と連動し、スロットル弁
開度に応じた信号を発生する加減速検出器と、その加減
速検出器からの信号によりスロットル弁の開度変化時か
ら所定時間の間をエンジンの加速、減速期間と判別し、
加速、減速期間かどうかによってバイパス弁の駆動スピ
ードを切換えて制御する制御手段を備える構成とするこ
とによって、系の遅れ時間による影響を少なくして、よ
り良好に空燃比を制御し、触媒の機能を充分発揮させる
とともに、サージ現象を解消してドライバビリティ−の
向上を図ることにある。

以下、本発明を図に示す一実施例について説明する。

本発明のシステム全体を示す第１図において、エンジン
１は気化器２によって吸気マニホールド３を通して混合
気が供給されるようになっている。

また、エンジン１の排気系には、排気マニホールド４、
および排気ガス浄化用の触媒、例えば３元触媒が充填さ
れている触媒コンバータ５が配置されており、排気マニ
ホールド４には二酸化ジルコニウムにより排気ガス中の
酸素濃度を検出しその起電力がステップ状に変化するい
わゆる空燃比検出器６が設置されている。

判別回路Ｉは空燃比検出器６等の信号によりパルスモー
タ８を所定の駆動方向に所定の駆動スピードで作動させ
るもので、制御手段をなしている。

パルスモータ８は補正用空気通路９に設置されているバ
イパス弁１０を駆動するもので、そのドライブシャフト
はバイパス弁１０に連結されている。

コノバイパス弁１０は公知のバラフライ弁でこのバイパ
ス弁１０にはその全閉位置を検出する全閉位置検出器１
１が設置されており、判別回路７に全閉信号が入力され
るようになっている。

吸気系において、気化器２にはスロットルバルブ１２が
設げられており、気化器２の上流にはエアクリーナ１３
が設げられている。

そして、補正用空気通路９がエアクリーナ１３とスロッ
トルバルブ１２の下流とを連通ずるよう設置されている
。

加減速検出器１４は遅れ時間要素であるエンジン１の加
減速を検出するもので、ここではポテンショメータを用
いてスロットル弁１２と連動させるようにしたものを使
用しており、スロットル弁開度が太き（なるに比例して
抵抗値が大きくなるように設定しである。

そして、この加減速検出器１４と、全閉位置検出器１１
は前記判別回路７に接続されており、判別回路７は空燃
比検出器６からの信号とともに、全閉位置検出器１１と
加減速検出器１４とからの信号を入力として、これらか
らの信号に応じて調整手段の一部をなすパルスモータ８
の回転方向および回転速度を制御し、追加空気の流量を
変化させることによって、混合気の空燃比を調整してい
る。

次に判別回路７について第２図により詳細に説明する。

空燃比判別回路７ａは一種の比較回路で空燃比検出器６
からの信号入力部をなしており、入力抵抗１０１、ＯＰ
アンプ１０４、およびｏｐアンプ１０４の反転入力端子
に設定電圧を入力する２個の分圧抵抗１０２，１０３か
ら構成されており、ＯＰアンプ１０４の非反転入力端子
は抵抗１０１を介してエンジン１の排気マニホールド４
に設げた空燃比検出器６に接続されている。

そして、分圧抵抗１０２，１０３にて決定される設定電
圧は、空燃比検出器６のほぼ理論空燃比における起電力
よりは若干小さな値に設定してあり、空燃比検出器６に
て検出された空燃比が理論空燃比より小さいとき、即ち
混合気の濃度が濃いときは空燃比検出回路７ａの出力端
子Ａにルベルの信号を発生し、逆に理論空燃比より大き
いとき、即ち混合気濃度が薄いときは出力端子ＡにＯレ
ベルの信号を発生する。

加減速検出回路７ｂは、加減速検出器１４からの信号入
力部をなす回路で抵抗１０５，１０６゜１０９、ダイオ
ード１０７、コンデンサ１０８゜およびＯＰアンプ１１
０から構成される加速検出回路７ｂ１と、抵抗１１１
．１１２，１１３、ダイオード１１４、コンデンサ１１
５、およびＯＰアンプ１１６から構成される減速検出回
路７ｂ２とからなっている。

このうち、加速検出回路７ｂ１は加減速検出器１４から
の信号によりエンジン１の加速時から所定時間のみ出力
が０レベルの信号を発生するようになっている。

つまり、加減速検出器１４をなすポテショメータの可変
端子Ｂにおける電圧ＶＢを入力信号としており、そのと
きの抵抗１０５゜１０９の分圧点Ｃにおける電圧■ｃと
、コンデンサ１０８の端子りにおける電圧■。

とは、エンジン１の定常運転時（すなわち、スロットル
弁１２の開度一定時）においてはｖＤ＞ｖＣの関係とな
るように設定して、ＯＰアンプ１１０の出力がルベルと
なるようにしである。

そして、エンジン１の加速時にスロットル弁１２の開弁
作動に伴ってポテンショメータの端子Ｂにおける電圧ｖ
Ｂが上昇すると、この入力信号に対して、電圧Ｖｃは時
間遅れなしに上昇し、一方電圧■。

は抵抗１０６、コンデンサ１０８の積分作用により遅延
して上昇する。

このため、加速時にはスロットル弁１２の開弁に伴っで
ある所定時間たけ電圧Ｖｃと電圧ｖＤの関係はｖＤ＜
ｖ（、となり、ＯＰアンプ１１０の出力は、（ＶＤ−ｖ
ｃ）となってルベルから０レベルに反転する。

そして、所定時間経過後、電圧ＶＤが上昇すると再びｖ
Ｄ＞ｖ（、となりＯＰアンプ１１０の出力はルベルに復
帰する。

エンジン１の減速時には、ポテンショメータの端子Ｂに
おける電圧ｖＢは下降するが、ダイオード１０７により
コンデンサ１０８を急速放電させるため、ＯＰアンプ１
１０の出力は反転せず、加速、減速の早急な繰り返しに
も加速検出の感度は良好に保たれる。

また、減速検出回路７ｂ２も加速検出回路７ｂ１とほぼ
同様の作用で、加減速検出器１４のポテンショメータか
らの信号によりエンジン１０減速時から所定時間の間の
み出力がルベルの信号を発生するようになっている。

つまり、ポテンショメータの電圧ｖＢを入力信号として
おり、そのときの抵抗１１１．１１２の分圧点Ｅにおけ
る電圧ｖＥと、コンデンサ１１５の端子Ｆにおける電圧
ｖＦとは、エンジン１の定常運転時（すなわち、スロッ
トル弁１２の開度一定時）においては■。

＞ｖＦの関係となるように設定して、ＯＰアンプ１１６
の出力がＯレベルとなるようにしである。

そして、エンジン１０減速時にスロットル弁１２の閉弁
作動に伴ってポテンショメータにおける電圧ＶＢが下降
すると、この入力信号に対して、電圧■Ｅは時間遅れな
しに下降し、一方電圧ｖＦは抵抗１１３とコンデンサ１
１５の積分作用により遅延して下降する。

このため減速時にはある所定時間たけ電圧ｖＥと電圧ｖ
Ｆの関係はＶＥ＜ＶＦとなり、ＯＰアンプ１１６の出力
は、（ｖＦ−ｖＥ）となってＯレベルからルベルに反転
する。

そして、所定時間経過後、電圧ｖＦが下降すると再びｖ
Ｅ＞ＶＦとなりｏｐアンプ１１６の出力はＯレベルに復
帰する。

さらに、エンジン１の加速時にはポテンショメータにお
ける電圧ＶＢは上昇するが、ダイオード１１４によりコ
ンデンサ１１５を急速充電させるため、ＯＰアンプ１１
６の出力は反転せず、加速、減速の早急な繰り返しにも
減速検出の感度は良好に保たれる。

パルス発生回路ＩＣは、インバータ１１Ｔ。

１１８．１１９、抵抗１２０，１２１、およびコンデン
サ１２２から構成され、クロックパルスを発生する発振
回路と、バイナリ−カウンタで構成され、クロックパル
スを分周する分周回路１２３とからなっている。

このパルス発生回路ＩＣの出力は分周回路１２３の分周
出力Ｑ１．Ｑ２．Ｑ３から取り出され、その出力のパル
ス周波数はＱｌ〉Ｑ２＞Ｑ３に設定されている。

時限回路７ｄは、加速時限回路７ｄ１と減速時限回路７
ｄ２とからなり、それぞれ加減速検出回路７ｂからの信
号に応じて所定時間ルベルの信号を発生するようになっ
ている。

すなわち、加速時限回路７ｄ１は、インバータ１２４、
ＮＡＮＤゲート１２５、抵抗１２９、およびコンデンサ
１３０から構成される第１ワンショット回路と、ＮＡＮ
Ｄゲート１３３，１３４、インバータ１３５、および１
／２分周山力Ｘ１．１／４分周出力Ｘ２を発生する分周
回路１３６から構成される第１タイマー回路とからなり
、同様に減速時限回路７ｄ２はインバータ１２６．１２
７．ＮＡＮＤゲート１２８、抵抗１３１．およびコンデ
ンサ１３２から構成される第２ワンショット回路と、Ｎ
ＡＮＤゲート１３７，１３８、インバータ１３９および
１／２分周出力Ｙ１．１／８分周出力Ｙ２を発生する分
周回路１４０から構成される第２タイマー回路とからな
っている。

ここで、エンジン１の加速、減速時に第１、第２ワンシ
ョット回路がそれぞれ加速、減速検出回路７ｂ１，７ｂ
２からの信号により、分周回路１３６．１４０にリセッ
ト信号を発生すると、第１、第２タイマー回路が作動す
る。

このとき、第１、第２タイマー回路の出力の時限設定は
、それぞれＮＡＮＤゲート１３４，１３８に入力される
分周回路１３６，１４００分周出力によって決定される
。

例えば、パルス発生回路ＩＣの出力Ｑ３が発生するクロ
ックパルスの周波数をｆｌとすると、加速時にリセット
信号により第１タイマー回路において、１／２分周出力
Ｘ１と１／４分周出力Ｘ２とがＮＡＮＤゲート１３４
に入力されるため、ＮＡＮＤゲート１３４の出力は、第
１ワンショット回路よりリセット信号が入力されてから
、３／ｆ１（秒）〔たたし、最大−１／２ｆ１（秒
）の誤差を含む〕の間ルベルに保たれる。

同様に、減速時にリセット信号により第２タイマー回路
において、１／２分周出力Ｙ１と１／８分周出力Ｙ２
とがＮＡＮＤゲート１３８に入力されるため、ＮＡＮＤ
ゲート１３８の出力は第２ワンショット回路よりリセ
ット信号が入力されてから、５／ｆ１（秒）の間ルベル
に保たれる。

こうして、時限回路７ｄの端子Ｇ、Ｈにおける出力とし
ては、加速時あるいは減速時のスロットル弁１２の作動
時からそれぞれ設定された時間の間ルベルの信号が現わ
れべこの時間領域を、加速あるいは減速期間と判別する
。

周波数選択回路７ｅは、インバータ２０１゜２０２．２
０４、およびＮＡＮＤゲート２０３゜２０５．２０６，
２０７から構成されており、エンジン１が加、減速運転
状態かあるいは定速運転状態かを時限回路７ｄからの信
号により判別し、それに応じてパルス発生回路７ｃかも
の、周波数の異なるパルスを選択して可逆指令回路７ｆ
に出力する。

つまり、加速時あるいは減速時にはＮＡＮＤゲート２０
３の出力がルベルとなって、周波数選択回路７ｅの出力
端子Ｉにはパルス発生回路７ｃの分周出力Ｑ１が現われ
、−力走常時にはＮＡＮＤゲート２０３の出力がＯレベ
ルとなって、出力端子Ｉには分周出力Ｑ２が現われる。

全閉位置検出器１１は抵抗１１ａおよびスイッチ１１ｂ
から構成され、バイパス弁１０が全閉位置にあるとスイ
ッチ１１ｂがオンして、出力端子ＪにＯレベルの信号を
生ずる。

可逆指令回路７ｆは、インバータ２０８，２０９および
ＮＯＲゲート２１０，２１１から構成され、空燃比判別
回路７ａ、周波数選択回路７ｅ、および全閉位置検出器
１１からの信号を入力信号としている。

すなわち、空燃比判別回路７ａの出力は、ＮＯＲゲート
２１０にインバータ２０８を介して入力されるとともに
ＮＯＲゲート２１１に直接入力されており、混合気が濃
いか薄いか（空燃比が設定空燃比より小さいか大きいか
）によってＮＯＲゲートの一方にＯレベル信号が入力さ
れる。

また、周波数選択回路７ｅの出力は、ＮＯＲゲート２１
０．２１１に直接入力され、さらに全閉位置検出器１１
の出力は、インバータ２０９を介してＮＯＲゲート２１
１に入力されている。

また、ＮＯＲゲート２１０，２１１の出力は、それぞれ
可逆シフトレジスタ７ｇの入力端子ｏ、Ｐに入力されて
おり、混合気が濃いか薄いかによってＮＯＲゲート２１
０．２１１の一方が開き、エンジン１が加、減速状態か
定常状態かによって周波数の異るパルスがパルス発生回
路７ｃから可逆シフトレジスタ７ｇに入力される。

この可逆シフトレジスタ７ｇは、その入力端子Ｏにパル
ス信号が入力されると、第３図ａに示すように出力端子
Ｑｉ、Ｑ２、Ｑ３．Ｑ４が順次シフトされる。

また、入力端子Ｐにパルス信号が入力されると出力端子
Ｑ４、Ｑｓ、Ｑ２、Ｑｔが第４図すに示すように
順次シフトされる。

この出力端子σ１ｓＱ２、Ｑ３ｓＣｋはそれぞ
れ抵抗１４５，１４６，１４７，１４８、トランジスタ
１４９，１５０，１５１．１５２、及び逆起電力吸収用
ダイオード１５３，１５４゜１５５．１５６より構成さ
れるスイッチング回路７ｈに接続され、さらに該スイッ
チング回路７ｈはパルスモータ８の界磁コイルｃ１．ｃ
２．ｃ３．ｃ４に接続されている。

従って前記可逆シフトシジスタ７ｇの入力端子Ｏにパル
ス信号が入力されると、トランジスタ１４９，１５０，
１５１．１５２が順次導通制御され、パルスモータ８の
界磁コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が順次通電されて、
パルスモータ８のロータが図中矢印の方向に回転し、バ
イパス弁１０を開く方向に駆動する。

また入力端子Ｐにパルス信号が入力されると、逆にパル
スモータ８が反矢印方向に回転し、バイパス弁１０を閉
じる方向に駆動する。

上記構成において、エンジン１の定常運転時には、スロ
ットル弁１２が一定開度に保たれており、加減速検出回
路７ｂの出力信号は変化しない。

そのため、時限回路７ｂにおいてリセット信号が発生せ
ず、周波数選択回路７ｅのＮＡＮＤゲート２０３の出力
は０レベルとなっている。

従って、ＮＡＮＤゲート２０５が開かれ、周波数選択回
路７ｅの出力としては、パルス発生回路７ｃの分周出力
Ｑ２、すなわち低周波のパルスが現われ、可逆指令回路
７ｆに入力される。

そして、可逆指令回路７ｆにおいて、空燃比判別回路７
ａからの信号により低周波パルスを可逆シフトレジスタ
７ｇの端子ＯあるいはＰに入力し、パルスモータ８を設
定方向に駆動してバイパス弁１０を作動させ、補正用空
気の流量を制御して混合気の空燃比が一定値に保たれる
ようにする。

ここで、パルスモータ８は低周波のパルスによって駆動
されるため、このパルス周波数を低速、低負荷域にも適
応できる周波数に設定しておけば、バイパス弁１０は適
切なる駆動スピードで駆動され、その結果吸気マニホー
ルド３に供給される補正用空気の流量は適切に制御され
、系の時間遅れの影響により補正用空気の流量過多ある
いは過少となるようなことが少な（、混合気の空燃比の
変動幅は小さく抑えられる。

エンジン１の加速あるいは減速時には、スロットル弁１
２の開度が変化するため、加減速検出回路７ｂの出力信
号が所定時間の間反転し、時限回路７ｄの第１あるいは
第２ワンショット回路はリセット信号を発する。

そして、リセット信号を受けた分周回路１３６あるいは
分周回路１４０は、分周出力を発生し、時限回路７ｄの
出力端子ＨあるいはＧに所定時間の間ルベルの信号を発
生する。

こうして、スロットル弁１２の開度が変化してリセット
信号が発生してから、所定時間の間加速、あるいは減速
状態とみなしエンジン１の加速、減速に十分対応する時
間の間加速、減速領域としている。

そして、この加速領域においては、周波数選択回路７ｅ
のＮＡＮＤゲート２０３の出力はルベルとなり、ＮＡＮ
Ｄゲート２０６を開く。

従って、周波数選択回路７ｅの出力としては、パルス発
生回路７ｃの分周出力Ｑ１％すなわち高周波のパルスが
現われ、可逆指令回路７ｆに入力される。

そして、定常運転時と同様に空燃比判別回路７ａからの
信号によって決定される駆動方向にパルスモータ８を駆
動して混合気の空燃比の補正を行う。

ここで、パルスモータ８は高周波のパルスによって、加
速あるいは減速運転に適した速い駆動スピードで駆動さ
れ、かつ、加速、減速状態はスロットル弁１２の開度変
化時のみという瞬時的なものとして判別されるのではな
く、時限回路７ｄにより決まる所定時間の間が加速、減
速期間として判別されることによって、エンジン１の加
速、減速時に要求される時間の間十分に駆動されるため
、吸気マニホールド３に供給される補正用空気の流量は
加速、減速に応じて必要時間の開運やかに制御され、混
合気の空燃比の変動幅を小さく抑える。

このように、バイパス弁１０はその駆動方向、ならびに
駆動スピードを常に適切に選択決定され、エンジン１の
あらゆる運転領域において、最適フィードバック制御を
行う。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、例えば加減速検出回路からの信号により所定時間の
間を加速、減速期間と判別する時限回路をディジタル回
路にて行ったが、もちろんアナログ回路を用いてもよい
。

また、上述の実施例では吸気系におけるフィードバック
制御について述べたが、排気系にエアポンプ等から供給
される補正用空気、いわゆる２次空気をフィーバツク制
御して、いわゆる排気空燃比を制御するシステムに適用
しても同様の効果が得られる。

さらに、加速時、減速時のパルスモータの駆動スピード
を同一としたが、それぞれ独立した異る駆動スピードと
してもよい。

以上述べたように本発明においては、エンジンの排気系
に設置され空燃比を検出する空燃比検出器と、バイパス
弁を有しエンジンのスロットル弁下流にこのバイパス弁
開度に応じた量の空気を追加する調整手段とを備え、前
記空燃比検出器からの信号に応じて空気追加量を制御す
るようにした空燃比調整装置において、前記スロットル
弁と連動しこのスロットル弁開度に応じた信号を発生す
る加減速検出器と、この加減速検出器からの信号により
前記スロットル弁の開度変化時から所定時間の間をエン
ジンの加速、減速期間と判別し、加速、減速期間かどう
かによって前記バイパス弁の駆動スピードを切換えて制
御する制御手段とを備えているから、エンジンの加速、
減速を適切に判別することができ、エンジンの加減速状
態、つまり過度状態において、速やかに空燃比を補正す
るというフィードバック制御の過渡応答に対する追従性
を良好にでき、また、定常状態においてもバイパス弁の
駆動スピードの適切なる設定が可能となり低速、低負荷
状態における系の遅れ時間の影響を少なくすることがで
きる。

こうして、空燃比変動幅を小さく抑え、しいては排気ガ
ス浄化用触媒の浄化率を向上させ、サージング問題も解
消できるという優れた効果を発揮する。

また、スロットル弁開度の変化により、所定時間の間を
加速、減速期間と判別してフィードバック制御を行うよ
うにしであるから、スロットル弁を作動させるアクセル
の踏込み量の違いによる検出感度調整が容易にでき、さ
らに加、減速が繰り返し行なわれても検出感度が低下す
るようなことがないため、精度良く加、減速を検出して
フィードバック制御を行うことができるという優れた効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図は
第１図に示した判別回路を示す電気回路図、第３図は第
２図に示した可逆シフトレジスタの動作波形図である。１・・・・・・エンジン、２・・・・・・気化器、３・
・・・・・吸気マニホールド、４−°°°・°排気マニ
ホールド、６・・・・・・空燃比検出器、７・・・・・
・判別回路、８・・・・・・パルスモータ、９・・・・
・・補正用空気通路、１０・・・・・・バイパス弁、１
２・・・・・・スロットル弁、１４°・°°・”加減速
検出器。

Claims

【特許請求の範囲】

１エンジンの排気系に設置され空燃比を検出する空燃
比検出器と、バイパス弁を有しエンジンのスロットル弁
下流にこのバイパス弁開度に応じた量の空気を追加する
調整手段とを備え、前記空燃比検出器からの信号に応じ
て空気追加量を制御するようにした空燃比調整装置にお
いて、前記スロットル弁と連動しスロットル弁開度に応
じた信号を発生する加減速検出器と、この加減速検出器
からの信号により前記スロットル弁の開度変化時から所
定時間の間をエンジンの加速、減速期間と判別し、加速
、減速期間かどうかによって前記バイパス弁の駆動スピ
ードを切換えて制御する制御手段とを備えることを特徴
とする空燃比調整装置。