JPS5934442A - 空燃比フイ−ドバツク制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は酸素濃度検出器を用いた空燃比フィードバック
装置に係り、特に、燃料燃焼系を有する装置の排気ガス
中の残留酸素濃度を酸素濃度検出器で検出し、これに基
づいて空燃比をフィードバック制御するに好適な空燃比
フィードバック制御装置に関する。

従来のこの種の空燃比フィードバック制御装置は、一般
に、空気と燃料とを所定の空燃比として燃焼系で燃焼さ
せ、該燃焼系から排出される排気ガス中の残留酸素濃度
を酸素濃度検出器で検出し、この検出信号に基づいて前
記空燃比を制御するように構成されていた。前記フィー
ドバック制御装置に用いられる酸素濃度検出器は、（８
’ＡＥ　ｐａｐｅｒ８１０４３３に開示されている）酸
素ポンプ式のものが周知である。

ところで、このような酸素濃度検出器は、拡散抵抗体を
高温に保持する必要があり、かつ例えば基準酸素濃度を
大気とした場合などは、熱放散が多くなってし１い、ヒ
ータ容量が増大することになる。このため、核酸累濃度
検出器は、基準酸素濃度を排気ガスとして用いる空燃比
フィードバック制御装置に好適である。しかしながら、
該酸素濃度検出器を空燃比フィードバック制御装置に用
いた場合、第４図に示すように、空燃比λ；１の点と供
給電流に比例するλの点との２点において、動作点が変
化し、この酸素濃度検出器をフィードバック制御装置に
適用する場合、大きな障害となる。特に、燃焼系が自動
車のエンジンである場合のように、負荷変動が大きく、
これに伴い空燃比も大きく変動するときには、空燃比の
フィードバック制御が不能となる欠点があった。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し、酸素濃
度検出器の不都合な特性の影響を受けずに正常なる空燃
比のフィードバック制御を行う空燃比フィードバック制
御装置を提供するにある。

本発明は、上記目的を達成するため、燃焼系の負荷変動
があった場合に、該酸素濃度検出器によって排気ガス中
の酸素濃度が薄い領域を検出したときにのみ、所定値の
電流全酸素ＩＪＩ［検出器に供給し、この状態の酸素濃
度検出器からの検出信号に基づいて空燃比のフィードバ
ック制御を行うようにしたものである。

以下、本発明の好適な実施例を図面に従って説明する。

第１図は本発明の一実施例が適用される自動車エンジン
の空燃比フィードバック制御装置が示されている。第１
図において、空燃比フィードバック制御装置は、エアー
クリーナ１及びバイパス通路２を有するスロットルボデ
ィ３を介して取り込んだ空気と、燃料供給系４から燃料
噴射弁５により噴射制御された噴射された燃料とで所定
の空燃比とされて吸気管６及び吸入弁７を介して燃焼系
としてのエンジン８に取り込１れ、このエンジン８内に
おいて点火プラグ９で点火して燃焼させ、このエンジン
８で燃焼後の排気ガスを排気管１０で排出し、この排気
管１０に設けた酸素濃度検出器１１で該排気ガス中の残
留酸素濃度を検出し、この酸素濃度検出器１１からの検
出信号から２進の空燃比信号ｖ０を得ると共に、前記酸
素濃度検出器１１に供給する電流を制御する検出器バッ
ファ回路１２′ｆ、介して該空燃比信号Ｖ、全制御回路
１３に取り込み、かつ、該エンジン８の負荷変動を検出
する負荷変動検出手段として該バイパス通路２にも設け
られた熱線式空気量検出器１４からの検出信号Ａｎ前記
制御回路１２に取り込み、前記制御回路１２が負荷変動
が生じたことを判定した際に前記空燃比信号■。が低濃
度と判定されたときに、該検出器バッファ回路１２に所
定値の電流を出力するような電流設定指令信号１出力す
るように構成されたものである。

さらに詳説すると、スロットルボディ３には、スロット
ル弁１５が設゛けられており、その開度はスロットル開
度検問１器１６で検出されて制御回路１３に供給される
ようになっている。このスロットル開度検出器１６Ｆｉ
、、負荷変動検出手段として用いてもよい。また、エン
ジン８には、ピストン１７が設けられており、かつ燃焼
室１８が設けられている。前記ピストン１７の運動は、
回転軸に伝達され、その回転軸に取り付けられたクラン
ク角検出器１９によってクランク角及び回転数ｎが検出
されて制御回路１３に取り込１れるようになっている。

このエンジン８には、これを冷却する冷却水の水温を検
出する冷却水温検出器２０が設けられており、この検出
器２０からの検出信号は制御回路１３に取り込１れるよ
うに電気回路で接続されている。葦だ、前記エンジン８
に設けられた点火プラグ９に点火火花を発生させる高電
圧を供給するイグナイタ２１は、制御回路１３により制
御されるように回路が構成されている。

さらに、燃料供給系は、燃料タンク２２と、燃料ポンプ
等と燃料配管２３とで構成されている。

この燃料系４に接続された燃料噴射弁５は、制御回路１
３でその噴射時間が制御されるように電気回路が構成さ
れている。

上述のように構成された本実施例の作用全以下に説明す
る。エアークリーナ１より吸入した空気は、スロットル
ボディ３のバイパス通路２に付けた熱線式空気量検出器
１４で検出され制御回路１３に検出信号ＡＰを送る。こ
の制御回路１３は、燃料量Ｑｔ’ｒ計算し、燃料噴射弁
５を動作して燃料全供給する。これら空気及び燃料から
なる所定の空燃比の混合体は、吸気管６を通り燃焼室１
８に入り、点火プラグ９で点火されて燃焼して排気管１
０に排出される。該排気管１０には、酸素濃度検出器１
１が設けられており、検出器バッファ回路１２より空燃
比信号■。を制御回路１３に送る。

一方、制御回路１６より検出器バッファ回路１２には空
燃比の設定指令信号（アナログ量に変換された信号ＩＡ
）が入力されており、この設定指令信号ＩＡに合致する
よう制御回路１３は、燃料噴射弁５０開弁時間を制御す
る。

同、ヒータ回路２４は、酸素濃度検出器が約８００℃に
保持できるように制御している。

第２図は、第１図に示す制御回路１３の詳ａを示すブロ
ック図である。入力信号としては、空気量検出器１４か
らの検出信号ＡＦ、冷却水温検出器２０からの水温検出
信号ＴＷスロットル弁開皮検出器１６からの検出信号θ
等がある。これらアナログ信号（ＡＰ、　ＴＷ、θ）は
、マルチプレノサ３０に入力され、時分割的に各検出器
からの出力が選択されアナログ−デジタル（ＡＤ）コン
バータ３１に送られデジタル信号となる。さらに、デジ
タル信号として入力される情報としては、検出器バッフ
ァ回路１２からの空燃比信号ｖ０があり、これは１ビッ
トのデジタル信号として取り扱う。さらニ、クランク角
検出器１９のようにパルス列トする信号も入力される。

演算処理装置（ＣＰＵ）３３は、デジタル演算処理を行
うものであり、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）３２は、
制御プログラムおよび固定データを格納するだめの記憶
素子であり、かつランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３
４は、読み出しおよび書込み可能な記憶素子である。

入出力（Ｉｌｏ）回路３５は、ＡＤコンバータ３１及び
各検出器からの信号をＣＰＵ３３に送ったり、またＣＰ
Ｕ３３からの信号を噴射弁５、イグナイタ２１、及び検
出器バッファ回路１２に各種の出力信号（ＩＮＪ、ＩＧ
Ｎ及び■）を送る機能をもっている。１だ、出力信月Ｉ
ＮＪと空気量信号ＡＦ。

水温信号ＴＷ及びスロットル弁開度信号θを取り込んで
燃料噴射弁５を制御する噴射計算回路３６が設けられて
いる。尚、３７はデジタルアナログ（ＤＡ）コンバータ
であり、電流設定指令工がらアナログの電流設定指令エ
ムを出力するものである。

第３図は、酸素濃度検出器１１の実施例であり、同図（
Ｉ）は断面図、同図面は平面図を示したものである。排
気管１０に取り付けられたカバー４３には排ガス人口４
４と排ガス出口４５Ｂ、４５ｂが設けられている。この
カバー４３内に多孔質の固体電解質４０が設けられてお
り、この固体電解質４０には後述するように両面に白金
電極４７が配設されている。筐た、この固体電解質４０
の図示下部には、オリフィス４８を有するセラミックス
の拡散抵抗体４１が配設され、この抵抗体４１には、加
熱用抵抗４９（図示せず）のリード線４６が接続されて
おり、リード線４６の１端は、絶縁体５２ａの内部を通
して外部に引出され、ヒータ回路２４に接続されており
、その他端はアースされている。

固体電解質４０と拡散抵抗体４１はチャンバー５３を有
して高温接着材（ガラス又はセラミックス等）（９） で固定され、リード線４６でカバー４３内につり下げら
れているため固体電解質４０及び拡散抵抗体４１は小さ
な加熱量で高温に保持されることになる。検出器バッフ
ァ回路１２には電流設定指令信号（制御回路１３より送
られる）■により定電流を固体電解質４０に流す定電流
回路が含１れる。

また、固体電解質４０の起電力全測定し、空燃比信号■
。を発生する回路も有している。第３図■は、酸素濃度
検出器１１の端子取り出し状態を示したものである。リ
ード線４６ａ、４７ａ及び４７ｂは絶縁体５２ａ、５２
ｂ及び５２Ｃで絶縁されている。

第４図は本実施例の固体電解質４０の単体図である。第
４図（Ｉ）は平面図で円形の固体電解質の外周に厚めの
白金層５０ｂがありリード線４７ｂが付いている。中央
部は白金層が薄く多孔状の電極５１ｂがある。第４図■
はその断面図である。多孔質の固体電解質４０の両面に
白金電極５０ａ１５０ｂ１多孔状の白金電極５１ａ、、
５１ｂが設けられている。

（１０） 第５図はオリフィス４８を有する拡散抵抗体４１を示す
。同図（Ｉ）は平面図で加熱抵抗体４９が印刷されてい
る。この加熱抵抗体４９は外周と内周の長さによる抵抗
値の差を内周はどせマくシ、て抵抗を合せ、均一な加熱
特性としている。また加熱抵抗体４９のリード線４６ａ
、４６ｂにより電力全供給する。同図（社）はその断面
図で拡散抵抗体４１の片面に加熱抵抗体４９が印刷され
ている。

第６図は本実施例の酸素濃度検出器の特性図であり、そ
の横軸には電極４７に印加する電圧Ｖ（’ｖ”）と、そ
の縦軸には電流１．（ｍＡ、）とがそれぞれ示されてい
る。第６図において、第３図に示すオリフィス４８の排
ガス中の酸素濃度を５％、１２チ、２１％（大気）とし
た時の固体電解質４０の両端に加えた電圧■と電流工ゆ
の関係を示したものである。各酸素濃度において、■を
変化させても電流■ゆが一定となる領域があることが理
解できる。

第７図は、第３図３に示す検出器バッファ回路１２によ
り一定電流を流しておき、排ガスの酸素濃度（λで示す
）を変化させた時の固体電解質４０（１１） の起電力Ｅ（Ｖ）の関係を示した特性図である。第７図
において、固体電解質４０に電流を７　（ｍＡ）流して
おき、λを変化させると、λ＝１以下で起電力は約０．
０６　（Ｖ）、λ−１以上で、１．０６（至）近くにな
るλをもつと太きくシ、λ＝１．３近くて起電力は可変
低下しλ＝１．４で０．０６（Ｖ）となる。■。

＝１７　（ｍＡ）の場合もλ−１で起電力が発生し、λ
＝１．６で起電力が低下する。この起電力の変化は固体
電解質４０の酸素の濃度差により発生する。

１、＝７　（ｍＡ）の場合を考えると、λ＝１．４以上
では、排ガス中の酸素濃度が高く、固体電解質のポンプ
作用によりチャンバー５３より排出されを る酸素量より、オリフィス４８通る酸素量が多く、△ 濃度差がなくなり、起電力がなくなる。λ＝１．３より
小さくなると、ポンプ作用により排出される酸素量が流
入量より多くなり、チャンバー５３内の酸素濃度が下が
り、起電力が発生する。しかし、λ＝１近くなると排ガ
ス中の酸素濃度が零となるため、固体電解質４０の起電
力は再びなくなる。

１つ−１７　（ｍＡ）の場合は、固体電解質４０の（１
２） ポンプ作用が活発になり排出酸素量も大きくなるため、
λ＝１．６以上で起電力が低下する。１．＝３０（ｍＡ
）とすると排ガスの酸素濃度が２１チ（λ＝ｃｏ）で起
電力が低下する。このように酸素濃度検出器１１０基準
酸累濃度を従来の大気に替えて、本実施例のように排ガ
スとするとλ＝１．０以下と、電流■ゆに比例しだλと
の２つのλ値で起電力が変化する。つ筐り、検出器１１
が２位置で検出動作するという現象が発生する。

第８図は第１図及び第３図において示す検出器バッファ
回路１１の具体的回路例を示す回路図である。第８図（
Ｉ）において、ＤＡコンバータ３７より出力される制御
回路１３からの電流設定指令信号Ｉのアナログ値■ムを
可変抵抗器ｖＲを介して加算器６３のθ入力端に入力す
ると共に、抵抗６８で発生する工。に比例した電圧を増
幅器６４で増幅して加算器６３のｅ入力端に入力し、こ
の加算器６３からの加算結果を抵抗Ｒｓｅ介してトラン
ジスタ６２０ベースに供給し、これを動作させて、その
出力を抵抗Ｒ８を介してトランジスタ６１の（１３） ベースに供給し、トランジスタ６１により電流を制御す
るものである。同、抵抗Ｒ１は、トランジスタ６１のベ
ースバイアス用である。

第８図（６）は、固体電解質４０の起電力を端子Ｐｔ、
Ｐ＊に介して増幅器６５の■ｅ入力端に取り込み、その
出力をコンパレータ６７のｅ入力端に供給し、基準電圧
をｅ入力端に取り込んでこのコンパレータ６７で゛（Ｏ
Ｚ　　％（１７１の２進信号に変換した空燃比信号■。

とじて得るもので、その信号Ｖ、は酸素濃度検出器１１
の空燃比信号Ｖ。

として制御回路１３に入力される。

第９図は本発明の空燃比フィードバック制御を行う制御
回路１３のフローチャートである。割込信号により空燃
比フィードバック制御がスタートすると、ステップＳ１
でデータ（ＡＦ％　ｎｓ　ｖ−）を読み込み、次のステ
ップＳ２に移る。次のステップＳ２では、基本噴射量Ｑ
ｔ、を計算して、ステップＳ３に移行する。ステップＳ
３では、ＡＰ倍信号吸入負圧、スロットル弁開度でも可
）の微分値ｄＡＦを計算して、ステップＳ４に移行する
。

（１４） ステップＳ４では、補正％ｊ　Ｑ　ｔ　ｔ　の計算をす
る。

次いで、ステップＳ５において、前回の状態を知るため
、Ｋ〉０か否かの判定をし、否（ＮＯ）の場合は、ステ
ップＳ６でｄＡＦ）Ｏの判定をして、ここでＮＯの場合
は、さらにステップＳ７に移り、ここで■。〉０である
なら、ステップＳ８でＱｔ　ｔＱ　ｔ　１　　として、
ステップＳ９で燃料噴射し、ステップ８１０でＫ　＝　
”　Ｏ”を設定し、ステップＳ１１で電流設定指令Ｉ（
ｒＩ＝Ｉとする。ステップＳ７において、ＮＯの場合は
、ステップ８１２でＱｔ　＋　＋Ｑｔ　ｔ　　として噴
射して、ステップ８１０でに＝０とし、ステップ８１１
で電流設定指令をＩ＝１として終了する。ステップＳ５
でＫ〉０がＮｏと判定され、ステップＳ６でｄＡＦ〉０
がＹｅＳと判定された１場合は、過渡状態であるので、
ステップ８１３においてｖｏ〉０か否かを判定し、ステ
ップ８１３でＹｅＳの場合は、ステップＳ８に移り、ス
テップＳ８でＱｘ−Ｑｔ＊　　として噴射する（ステッ
プ８９〜５１１）。ステップ８１３でＮｏと判定された
場合は、ステップ８１１で電（１５） 流設定指令工を■＝ΔＩ＋Ｉとし、ステップ８１５で基
本噴射量Ｑｔ＋とし、ステップ８１６でＱｒ　＋を噴射
し、ステップ８１７でに＝１として終了する。

次のフローにおいて、ステップＳ５でＩ（〉０の判定は
、必ずＹｅｓとなるので、ステップ８１８に移る。この
ステップＳ８で、■。〉０か否か判定し、ＮＯの場合は
ステップ８１２に移して、定常運転とは逆にＱｔ＋　＋
　Ｑ、ｔｔとし、Ｙｅｓの場合はステップＳ８に移して
Ｑ、、−Ｑ、雪とする。

第１０図は本発明に実施した電流設定のマツプの概念図
で回転数ｎと負荷（ＡＰ、吸入圧力、絞り弁開変）であ
る。第１１図は、第９図のフローチャートにおいて、ｄ
ＡＦ＞０と判定された場合の二つの動作類型を説明する
ために示すタイムチャートである。

すなわち、第１の動作類型（ａ）の場合は、ステップＳ
６でｄＡＦ）０と判定された場合に、時刻１゜において
、ｖ０＝−Ｑ　”　（スｆ　ツゾＳ　１３　）’ｔ［ル
ノテ、ｔ、において電流設定指令■をＩ＝Ｉ十Δ１とす
る。すると、時刻ｔｓにオイテ、ｖｏ−ｕＯ″かうＶ＊
−”ｌ”（１６） へと実際は変化するが、噴射はＱｔ＋　　とじておく（
ステップ８１４〜８１７）。次のフローにおいて、ステ
ップＳ５でステップＳ１８に移り■。を判定すると、■
。＝パ１″′であるので、Ｑｒ　ｒをＱｔ＋Ｑｔｓとす
る（ステップＳ８）。

しかしながら、第２の動作類型中）は、時刻ｔ。

で■。；ｕＯ”（ステップ５１３）と判定されたので、
電流設定指令Ｉを■ニエ＋ΔＩとしても、ｔＩで■。＝
°”０”となっている。ｔ、でＱｒｓ”を噴射し、次の
フローにおいて１．で再びｖｏの判定をすると（ステッ
プ８１８　）、Ｖ、　＝”Ｏ”だから時刻ｔ６でＱ目＋
Ｑｘとしている（ステップ８１２、ステップ８９〜５１
１）。

以上述べたように本発明によれば、酸素濃度検出器の不
都合な特性に影響されることなく確実に空燃比フィード
バック制御ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構成図、第２図は本発明
の実施例に用いる制御回路を示す構成図、第３図（■）
、■は本発明の実施例の酸素濃度検出量を示す構成図、
第４図（Ｉ）、（イ）は本発明の実施例の酸素濃度検出
器を示す固体電解質を示す構成図、第５図（■）、■は
本発明の実施例の拡散抵抗体を示す構成図、第６図は本
発明の実施例の酸素濃度検出量の特性を示す特性図、第
７図は本発明の実施例の酸素濃度検出器の特性を示す特
性図、第８図は本発明の実施例に用いる検出器バッファ
回路の具体的構成例を示す回路図、第９図は本発明の実
施例の動作を説明するために示すフローチャート、第１
０図は電流設定指令の概念図、第１１図は本発明の実施
例の動作を示すタイムチャートである。 １・・・エアークリーナ、３・・・スロットルボディ、
５・・・噴射弁、１１・・・酸素濃度検出器、１２・・
・検出器バッファ回路、１３・・・制御回路、２４・・
・ヒータ回路。 紹３　■ 第４０ 茅１０固 一１ンシー＞回置入数Ａ ＄ｌ１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、空気と燃料とを所定の空燃比として燃焼する燃焼系
   からの排気ガス中の残留酸素濃度を酸素濃度検出器で検
   出し、この検出信号に基づいて前記空燃比を制御する空
   燃比フィードバック制御装置において、該燃焼系の負荷
   変動を検出する負荷変動検出手段と、該酸素濃度検出器
   からの検出信号から２進の空燃比信号を得ると共に、該
   酸素濃度検出器に供給する電流を電流設定指令により制
   御する検出器バッファ回路と、前記負荷変動検出手段か
   らの負荷変動検出信号及び該検出器バッファ回路からの
   空燃比信号を取り込み、負荷変動があったときで空燃比
   信号が薄い領域のときに前記検出器バッファ回路に与え
   る電流設定指令を所定の値として、しかる後の空燃比信
   号に基づいて前記空燃比を制御する制御回路とを含んで
   構成したことを特徴とする空燃比フィードバック制御装
   置。