JPS589261B2 - 空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明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，ＣＯ，ＣＯ２ＨＣ ，ＮＯ
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（例えば設定空燃比に
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）を作る。

そしてデイザ発生回路６から出力されるデイザ信号（三
角波、鋸歯状波等）と上記制御信号とを比較回路７で比
較することにより、制御信号に対応したデューテイをも
つパルス信号を作り、このパルス信号を駆動回路８を介
して電磁弁９に与えて開閉させる。

電磁弁９は気化器１０の燃料通路又は空気通路（例えば
エアブリードの空気流入孔）に設けられており、この開
閉によって気化器の燃料供給量又は空気供給量を制御す
ることによってエンジン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１１（
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。

次に第２図は第１図の回路の信号波形図である。

第２図において、Ａは偏差検出回路４から出力される偏
差信号であり、例えば空燃比が設定空燃比より過濃のと
き１、希薄のときＯになるとする。

またＢは制御信号であり、偏差信号Ａが１のときは上昇
し、０のときは下降する。

またＣは最大電圧がＶ ＤＨ Ｎ最小電圧がＶＤＬのデ
イザ信号（鋸歯状波）である。

またＤは比較回路７から出力されるパルス信号であり、
制御信号Ｂがデイザ信号Ｃより大のとき１、小のときＯ
になる。

そして電磁弁９はパルス信号Ｄが１のときオン（開）、
０のときオフ（閉）になる。

第２図から判るように、空燃比が過濃のときは偏差信号
Ａが１であり、そのため制御信号Ｂが上昇し、したがっ
て電磁弁の開いている割合が増加して気化器の空気流量
が増加（又は燃料流量が減少）するので、空燃比は過濃
側から次第に希薄側に移行する。

一方、空燃比が希薄な場合には、上記と逆に電磁弁の閉
じている割合が増加し、空燃比は過濃側に移行する。

したがって常に空燃比が設定空燃比に近づくように制御
される。

上記のごとき従来の空燃比制御装置においては次のごと
き問題がある。

すなわち、第２図の時点ｔ１において偏差信号Ａが１に
なり、制御信号Ｂが増加するにつれてパルス信号Ｄのデ
ューテイは増加し、電磁弁が開いている時間が増加して
ゆく。

そして時点ｔ２において全開となる。

次に時点ｔ３において偏差信号ＡがＯになっても電磁弁
の全開状態は継続され、時点ｔ４において漸く電磁弁が
閉じ始める。

したがって時点ｔ３からｔ４までの間は制御が遅れてし
まい、応答性が悪くなる。

また上記と逆に、電磁弁が全閉状態を継続してから開く
場合も同様に制御が遅れてしまう。

また、電磁弁のデューテイ比と空気流量との関係は第３
図に示すようになり、デューテイ比が０〜２０％の範囲
及び９０〜１００％の範囲においては空気流量が一定に
なり作動効果がなくなる。

したがってデューテイ比をＯ〜１００％の範囲にわたっ
て変化させてやっても、０〜２０％及び９０〜１００％
の範囲では有効な制御が行なわれておらず、この範囲を
使うために応答性が悪化している。

本発明は上記のごとき問題を解決するため、制御信号（
少なくとも積分分信号を含むもの）とデイザ信号にそれ
ぞれ上限値と下限値とを定めることによってパルス信号
のデューテイ比を所定の最大デューテイ比と最小デュー
テイ比との間に制限し、電磁弁を作動効果のある範囲内
すなわち空気流量が有効に変化する範囲で使用すること
により制御の応答性を改善した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発明を詳細に説明する。

第４図は本発明の一実施例図であり、第１図の３〜９の
部分を示し、第１図と同符号を付した部分は同一部分を
示す。

また１２は電源である。第４図において、排気センサ３
は空燃比が過濃のとき約０．８Ｖ、希薄のときＯ■を出
力する。

この出力Ｖｉは演算増幅器ＯＰ１のプラス入力端子に与
えられ、かつ抵抗Ｒ１で終端される。

演算増幅器ＯＰ，及び抵抗Ｒ１〜Ｒ５は差動増幅回路を
？成しており、抵抗Ｒ６とツエナダイオードＺＤ１で作
られる安定化した電圧ｖ２を抵抗Ｒ２とＲ３とで分圧し
た基準電圧Ｖｓ（すなわち制御の設定値）と排気センサ
３の出力Ｖｉとの差を増幅して出力する。

この出力をダイオードＤ２を介してトランジスタＱ１の
ベースに与えると、トランジスタＱ１のエミツタ出力す
なわち偏差検出回路４の出力は、例えば排気センサ出力
Ｖｉが０．８Ｖのとき７Ｖ，ＯＶのときＯ■にすること
が出来る。

次に制御回路５において、抵抗Ｒ，とコンデンサＣ１は
積分回路、抵抗Ｒ１５は比例回路を構成する。

また抵抗Ｒ１ｏ，Ｒ１、ダイオードＤ４ｊ Ｄ５は積分
回路の下限リミツタ、抵抗Ｒ１２，Ｒ１３，ダイ？ード
Ｄ３，Ｄ６は上限リミッタを構成する。

したがって積分回路の出力（コンデンサＣ１の端子電圧
）は■Ｚを抵抗Ｒ，ＯとＲｌｌで分圧した下限電圧ＶＬ
Ｉ、以下又は■ｚを抵抗Ｒ１とＲ１３で分圧した上限電
圧ＶＬＨ以上にはならない。

また演算増幅器ＯＰ２はインピーダンス変換用のバツフ
ァ回路を構成し、この回路の出力（積分分信号）と抵抗
Ｒ１５の比例回路の出力（比例分信号Ｖｐ）との和の信
号が制御信号ｖｃとして演算増幅器ＯＰ３のプラス入力
端子に与えられる。

上記のｖ１及びＶｏの波形を第５図に示す。

一方、デイザ発生回路６において、トランジスタＱ４、
ダイオードＤ７及び抵抗Ｒ１６〜Ｒ１８は定電流回路を
構成し、定電流でコンデンサＣ２を充電する。

また演算増幅器ＯＰ４は比較器を構成し、コンデンサＣ
２の端子電圧が抵抗Ｒ１９とＲ２０とで定まる最高電圧
ＶＤＨに達すると、演算増幅器ＯＰ４の出力がトランジ
スタＱ５に与えられ、ト？ンジスタＱ５がオンになって
コンデンサＣ２の電荷を放電させる。

そしてコンデンサＣ２の端子電圧が抵抗Ｒ１９ ？ Ｒ
２０及びＲ２で定まる最低電圧ＶＤＬまで低下すると、
トランジスタＱ５がオフになり、コンデンサＣ２は再び
充電される。

したがってデイザ発生回路６の出力ＶＤ（コンデンサＣ
２の端子電圧）は、第６図に示すごとく、最高電圧ＶＤ
Ｈと最低電圧■ＤＬとを往復する三角波となる。

一方、演算増幅器ＯＰ３は比較回路７を構成しており、
前記した制御信号■ｃと上記デイザ信号ＶＤとを比較し
、両者の大小に応じて“１”又は“０”となるパルス信
号を出力する。

このパルス信号をトランジスタＱ２ ，Ｑｓ及び抵抗Ｒ
２４で構成される駆動回路８に与え、電磁弁９を開閉さ
せて空燃比制御を行なう。

上記のごとき第４図の装置において、制御信号の上限値
ｖＬＨ１下限値ＶＬＬとデイザ信号の最高電圧Ｖ ＤＨ
１最低電圧ｖＤＬとの関係を、第６図に示すごとく、
Ｖ ＬＨ ＜Ｖ ＤＨ ” Ｖ ＬＬ ＞Ｖ ＤＬに設
定してやれば、パルス信号のデューテイ比を所定の最大
デューテイ比と最小デューテイ比との間に制限すること
が出来る。

すなわち、第６図のＰＭＡＸは最大デューテイ比のとき
のパルス信号、ＰＭＩＮ は最小デューテイ比のときの
パルス信号を示す。

そして例えば最大デューテイが最小デューテイ比が０，
２ になるようにＶＬＨ、ＶＬＬ， ？ＤＨ，ＶＤＬの値を定めてやれば、第３図の２０％〜
９０％の範囲のみで電磁弁を駆動することが出来、空燃
比制御の応答性を向上させることが出来る。

次に、第７図は本発明の第２の実施例図である。

第７図において、第４図と同符号は同一物を示しまた３
，４及び８，９の部分は同一なので図示を省略している
。

前記第４図の実施例においては、制御信号の上限値、下
限値とデイザ信号の最高電圧、最低電圧とを全く独立の
回路で設定しているため、生産時の調整個所が２個所に
なる。

すなわち、上限値、下限値は抵抗ＲｌＯ〜Ｒ１３を調整
して設定し、最高電圧、最低電圧は抵抗Ｒ１９〜Ｒ２を
調整して設定する必要がある。

第７図の実施例はこの点を改良？、無調整で制御信号と
デイザ信号との関係を定めることの出来る生産性の良い
回路を示す。

第７図において、デイザ発生回路６は、演算増幅器ＯＰ
５、ツエナダイオードＺＤ２、コンデンサＣ３及び抵抗
Ｒ２，Ｒ２８で構成され、ＲＣ充電回路で擬似三角波を
発生する回路を用いている。

なお前記第４図と同様に定電流回路を用いた三角波発生
回路を使用することも出来る。

本実施例の特徴は、三角波の最高電圧と最低電圧とを制
御信号の上限値、下限値に対応して自動的に定めること
である。

すなわち、制御信号の上限値がダイオードＤ９と抵抗Ｒ
２５を介し、下限値がダイオードＤ１ｏと抵抗Ｒ２６を
介して演算増幅器ＯＰ５のプラス端子に与えられている
。

したがって上限値ｖＬＨ１下限値ＶＬＬＮ最高電圧ＶＤ
ＨＮ最低電圧ＶＤＬは次のようになる。

まず、ツエナダイオードＺＤ１（第４図参照）のカソー
ド電圧をＶｚとし、ダイオードの順方向電圧降下を■，
とすれば、ｖＬＨ及びＶＬＬはとなる。

次に、演算増幅器ＯＰ５の出力を■ｚとすると（すなわ
ちツエナダイオードＺＤ２はＺＤ１と同じものを使う）
、ＶＤＨ及びＶＤＬは、 ？なる。

すなわち、ＶＤＨはｖＩ，Ｈに対応し、ＶＤＬはＶＬＬ
に対応して定まるから、前記の最大デューテイ比と最小
デューテイ比を実現するように抵抗Ｒ２５〜Ｒ２の値を
設定しておけば、生産時に調整する必要がなくなる。

次に第８図は本発明の第３の実施例図であり、第９図は
第８図の回路の信号波形図である。

なお第８図において第４図と同符号は同一物を示し、ま
た３，４及び８，９の部分は同一なので図示を省略して
いる。

本実施例は、前記第７図の実施例とは逆に、デイザ信号
の最高電圧、最低電圧から制御信号の上限値、下限値を
定めるように構成したものである。

すなわち第８図においては、演算増幅器ＯＰ６、ダイオ
ードＤ１１、コンデンサＣ４からなる最高値検出回路で
デイザ発生回路６から出力されるデイザ信号ＶＤの最高
電圧ＶＤＨを検出し、抵抗Ｒ２９によってＶＤＨより所
定値だけ低い上限値ＶＬＨを作る。

また演算増幅器ＯＰ７、ダイオードＤ１及びコンデンサ
Ｃ５からなる最低値検出回路でデイザ信号ＶＤの最低電
圧ＶＤＬを検出し、抵抗Ｒ３０によってＶＤＩ，より所
定値だけ高い下限値ＶＴ，Ｌを作る。

一方、積分回路の抵抗Ｒ９をＲ′９とＲ“９とに分割し
、その交点Ｋに演算増幅器ＯＰ８及びＯＰ９の出力を接
続する。

演算増幅器ＯＰ８及びＯＰ９は、それぞれ比較器を構成
し、制御信号■ｃの値が上限値ＶＬＨを越えるとＫ点の
電圧を低下させ、■ｏの値が下限値Ｖ Ｌ Ｌ以下にな
るとＫ点の電圧を上昇させる。

したがって制御信号Ｖｃの値は、デイザ信号ＶＤの最高
電圧ＶＤＨと最低電圧ＶＤＬとにそれぞれ対応して定ま
る上限値ＶＬＨと下限値Ｖ１，Ｌとの間に制限されるこ
とになる。

したがって生産時における調整は不要になる。

なお第９図のＶＰＡはパルス信号である。

また第１０図は第９図の時点ｔ５〜ｔ６の区間の拡大図
である。

次に、第１１図は本発明の第４の実施例図であり、第８
図と同符号は同一物を示す。

？１１図の実施例においては、抵抗Ｒ３４〜Ｒ３９で電
源電圧Ｖａｃを分圧することにより、デイザ信号の最高
電圧ＶＤＨ１最低電圧ＶＤＬＮ制御信号の上限値■ＬＨ
１下限値ＶＬＴ，に相当する電圧を作り、これらの電圧
の範囲内にディザ信号及び制御信号を制限するように構
成している。

すなわち、演算増幅器ＯＰ，及びＯＰＩ３は比較器を構
成し、制御信号Ｖｏの値が上限値ＶＬＨを越えると積分
回路Ｍ点へ制御信号ｖｃが下がるような信号をＤ１５
，Ｒ４０を介して入力し、またｖｃの値が下限値ＶＬＬ
以下になるとＭ点へ制御信号ＶＣが上がるような信号を
Ｄ１６，Ｒ４ｏを介して入力し、制御信号■ｃがＶＬＨ
とｖｒ，ｒ、の範囲を越えないように制限する。

一方、ＯＰ５，Ｒ２８，Ｃ３からなる発振回路は次のよ
うに動作する。

ＯＰ５の出力がＬＯＷレベルの時はＳＷ１はＯＦＦであ
る。

従ってＯＰ５の＋端子の電圧はＶＤＬになっている。

Ｃ３はＲ２８を通して放電されてＯＰ５の一端子電圧ｖ
Ｄは下がってくる。

一端子電圧がＶＤＬより低くなると、ＯＰ５は反転して
出力はＨＩＧＨレベルになる。

するとＳＷ１が閉じる。Ｒ４１としてＲ３４〜３９に比
較して十分大きな抵抗値を有する抵抗を用いると、ＯＰ
５の十端子電圧はＶＤＨになる。

今度はＣ３がＲ２８を通して充電さわてＯＰ５の一端子
電圧ＶＤが上がり、ＶＤＨに等しくなるまで上がるとＯ
Ｐ５の出力が再びＬＯＷレベルになり最初の状態にもど
り、以後これを繰返し、ｖＤはＶＤＩ，とＶＤＨの間で
発振する三角波となる。

即ちデイザ信号の最高電圧はＶ ＤＨ ｓ最低電圧はＶ
ＤＬとなる。

従って生産時における調整は不要になる。

なお、本実施例では、デイザ信号の最高値、最低値を決
める回路にダイオードを使用していないために、ダイオ
ードの電圧降下の温度特性や、バラツキの影響を受けず
高精度な動作をする。

このダイオードの影響をがまんすれば、第１２図に示す
ような回路で、デイザ信号をＶＤＨとＶＤＬの間におけ
る三角波とすることもできる。

第１２図の回路は、第１１図の回路の６の部分だけを示
すもので同一物に対しては同一符号を記してある。

第１２図において、ＯＰ５がＬＯＷレベルの時は、ダイ
オードＤ１７は逆バイアスとなり、ｖＤＬの電圧がダイ
オードＤ１８を通して、ＯＰ５の十端子にかかる。

ＯＰ５がＨＩＧＨレベルの時は、Ｄ？１８が逆バイアス
になり、ＶＤＨの電圧がＤ１７を，通してＯＰ５の十端
子にかかる。

これによってデイザはＶＤＨとＶＤＬの間で同様に発振
する。

なお、この場合、Ｄ１，Ｄ１８の電圧降下による影響に
よってデイザの最高値はＩ）ｔｓによる分だけ高くなり
、最低値はＤ１による分だけ低くなるので、ＶＤＨおよ
びＶＤＬをその分だけ変更するとよい。

なお第１１図の実施例において、演算増幅器ＯＰ，。

、コンデンサＣ６及び抵抗Ｒ３２は積分回路を構成し、
この回路の出力を演算増幅器Ｏ Ｐｌｌで反転した信号
が積分分信号となる。

また抵抗Ｒ３３、は比例回路である。

また抵抗Ｒ３４〜Ｒ，で分圧された電圧■Ｍは積分回路
の積分の中点となる電圧である。

次に第１３図は本発明の第５の実施例図であり、？７図
と同符号は同一物を示す。

第１３図の実施例においては、抵抗ＲＩＯとＲ１１とで
作られる下限電圧と、抵抗Ｒ１とＲ１３とで作られる上
限電圧とが、そのままダイオードＤ３，Ｄ４ ，Ｄ９
ｔ ＤＩＯ及びＤ１９，Ｄ２ｏを介して積分回路、デイ
ザ発生回路６及び比例回路に与えられる。

したがって積分回路及び比例回路の上限値とデイザ信号
の最大電圧、及び下限値と最小電圧とはそれぞれ等しい
値になっている。

しかし、積分回路の出力（演算増幅器ＯＰ２を介した出
力）、比例回路の出力及び電源電圧を抵抗Ｒ４とＲ４３
とで分圧した電圧ＶＢ（ＶＬＬ＜ＶＢ＜ＶＬＨ ）とが
抵抗Ｒ４４〜Ｒ４６で抵抗加算された信号が制御信号Ｖ
ｏとなるので、制御信号Ｖｃの上限値は上記の上限電圧
よりやや低い値、下限値は上記の下限電圧よりやや高い
値になる。

すなわち、上記の三つの電圧を抵抗Ｒ４４〜Ｒ４６で抵
抗加算して平均化（ Ｒ４４ ” Ｒ４５ ＝ Ｒ４６
なら単純平均となる）した値が制御信号ｖｃとなるから
、■Ｌ１，く■Ｂ＜ｖＬＨであれば、■ｏの値は必ずＶ
ＬＨより低く、ＶＬＬより高くなる。

したがって生産時の調整なしに、制御信号■ｃの上限値
、下限値とデイザ信号ＶＤの最高電圧、最低電圧の関係
を定めることが出来、パルス信号のデューテイ比を所定
の範囲に設定することが出来る。

なおデイザ信号の発振回路の動作は、第１２図の例と同
様である。

以上説明したごとく本発明によれば、制御信号とデイザ
信号との関係を規定することによって電磁弁を最大デュ
ーテイ比との間の作動効果のある範囲で動作させること
により、空燃比制御の応答性を向上させることが出来る
。

また、制御信号とデイザ信号との関係を自動的に設定さ
せるように構成することにより、生産時の調整工数が減
少し、生産性が向上するという効果がある。

【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図は従来の信号波形図、第３図は電磁弁の動作特性図
、第４図は本発明の一実施例図、第５図及び第６図は第
４図の回路の信号波形図、第７図及び第８図はそれぞれ
本発明の実施例図、第９図及び第１０図は第８図の回路
の信号波形図、第１１図〜第１３図はそれぞれ本発明の
実施例図である。 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・・・・・・
デイザ発生回路、７・・・・・・比較回路、８・・・・
・・駆動回路、９・・・・・・電磁弁、１０・・・．・
．気化器、１１・・・・・・排気浄化装置、１２・聞・
電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、上記偏差信号に対応した制御信号を
   出力する制御回路と、デイザ信号を出力するデイザ発生
   回路と、上記制御信号と上記デイザ信号との大小関係に
   応じたパルス信号を出力する比較回路とを備え、気化器
   の燃料供給量又は空気供給量を調節する電磁弁を上記パ
   ルス信号に応じて開閉することにより、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
   、制御信号の最大値よりデイザ信号の最大値を大きく設
   定し、かつ制御信号の最小値よリディザ信号の最小値を
   小さく設定する手段を設けることにより、上記パルス信
   号のデューテイ比を所定の最大デューテイ比と最小デュ
   ーテイ比との間に制限することを特徴とする空燃比制御
   装置。 ２ 上記制御信号の上限値及び下限値を定める回路と、
   上記デイザ信号の最高電圧と最低電圧とを定める回路と
   を設け、最高電圧を上限値以上の所定値に、最低電圧を
   下限値以下の所定値に設定することによって最大デュー
   テイ比及び最小デューテイ比を定めることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の空燃比制御装置。 ３ 上記制御信号の上限値及び下限値を定める回路と、
   上記デイザ信号の最高電圧と最低電圧を上限値と下限値
   に対応して設定する回路とを備え制御信号の上限値及び
   下限値に応じてデイザ信号の最高電圧及び最低電圧を自
   動的に設定することによって最大デューテイ比と最小デ
   ューテイ比を定めることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の空燃比制御装置。 ４ 上記デイザ信号の最高電圧及び最低電圧を検出し、
   それらの電圧に応じた上限値及び下限値を設定する回路
   と、制御信号と上限値及び下限値とを比較し、制御信号
   が上限値以上のときは制御信号を低下させ、下限値以下
   のときは上昇させる回路とを備え、デイザ信号の最高電
   圧及び最低電圧に応じて制御信号の上限値及び下限値を
   自動的に設定することによって最大デューテイ比と最小
   デューテイ比を定めることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の空燃比制御装置。 ５ 上記デイザ信号の最高電圧ＶＤＨ、最低電圧ＶＤＬ
   、上記制御信号の上限値ＶＬＨ、下限値ＶＬＬに相当す
   る電圧を作る抵抗分圧回路と、制御信号と上記抵抗分圧
   回路の上限値ＶＬＨ、下限値ＶＬＬとを比較して制御信
   号が上限値以上のときは制御信号を低下させ、かつ下限
   値以下のときは上昇させる回路と、上記抵抗分圧回路の
   最高電圧ＶＤＨと最低電圧ＶＤＬとの間で振動する信号
   を発生するデイザ発生回路とを備えた特許請求の範囲第
   １項記載の空燃比制御装置。 ６ 最小デューテイ比を電磁弁の作動効果が現われ初め
   る値に設定し、最大デューテイ比を電磁弁の作動効果が
   なくなる値に設定したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項乃至第５項のいずれかに記載の空燃比制御装置。 ７ 最小デューテイ比を０．２、最大デューテイ比を０
   ．９にしたことを特徴とする特許請求の範囲第６項記載
   の空燃比制御装置。