JPS5946350A - 内燃機関の空燃比制御方法 - 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、内燃機関の空燃比制御方法に関する。

内燃機関の排気ガスの酸素濃度と空燃比とは、理論空燃
比より大きい空燃比の領域において良−好な相関性をも
っているので、この領域における排気ガスの酸素濃度を
測定することにより、排気ガス空燃比を正確に検出する
ことができる。

このような領域における排気ガス酸素濃度を測定するセ
ンサ（以下リーンセンサと称する）として、被測定排気
カス側に設けられる通気性測定電極、既知の酸素濃度を
有する基準カスたとえば大気の側に設けられる通気性対
向？８極および両電極間にある固体電解質たとえば安定
化ジルコニアからなる有底筒駄センサがある。このよう
なリーンセンサにおいて両電極間に電流を流すと、電解
質を通じて酸素を一方向に移動させることができるが、
通気性測定電極の酸素送出能力より少ない酸素を送入す
る微細孔の拡散抵抗層でこの通気性測定電極を被覆する
ことにより、ある印加電圧範囲では、その電流値をほぼ
一定の値に維持することができる。この一定電流値は限
界電流値と称され、酸素濃度にけば比例して直線的に変
化する！こめ、この限界電流値の変化から酸素濃度を連
続的に検出することができる。一方このリーンセンサに
おいて、一定の印加電圧で排気ガスの酸素ン農度に対応
した限界電流値を出力させるためには、リーンセンサの
素子温度をほば６５００Ｃ以りにヒータ加熱して活性状
態に維持する必要がある。したかつてこのリーンセンサ
の出力に１．（いて、機関の空燃比フィードバック制御
を実行または停止するには、リーンセンサが活性状態に
あるか古かを判別することが必要である。

リーンセンサが活性状態にあるか内かを判別するには、
一定の空燃比でセンサ出力が所定値以上であるか杏かを
判別すれば、よい。しかし＋Ｊｌ気ガスの空燃比すなわ
ち酸素濃度が種々に変化する運転状態では、リーンセン
勺の出力がこび）空燃比に応じて変化するため、屯にセ
ン→すσ）出力値のみを検出するだけでは、この出力値
もこよりリーンセンサが活性状態にあるか占かを判別す
ることは不可能である。一方リーンセンサの素子温度を
検出して、この−センサが活性状態に相当する温度にな
っているか杏かで活性状態を知ることができるが、素子
温度を検出するために湿度検出器が必要であり、装置の
構造が複雑。

となる。

本発明は、リーンセンサの出力に基いて機関の空燃比を
フィードバック制御するに際し、その空燃比フィードバ
ック制御の実行または停止Ｆ条件を正確に判別し、その
判別結果に基いてフィードバック制御の実行または停止
を行なう方法を提供する、ことにある。

このため本発明によれば、機関の排気通路に設けられる
リーンセンサの出力とｆＪｌ気ガスの酸素濃度との関係
をあらかじめ記憶しておき、（Ｊ１気通路内の酸素濃度
が一定となるように、機関シリンダへ供給される混合気
の空燃比をフィードバック制御する方法において、排気
通路が大気で満たされる運転状態でリーンセンサの出力
を検出し、この出力をり〜ンセンサの活性状態に対応す
る所定値と比較して、リーンセンサが活性状態にあるか
否かを判別し、この判別結果に基いて機関の空燃比のフ
ィードバック制御の実行まプこは停止を行なう。この場
合機関ＩＪＩ気通路が人気でｔに１される運転状態とし
て、燃オ′２１カット中の運転Ｘｆｌ１４をとるのがよ
い。

本発明を図示した実施例について以下に説明する。

第１図は本発明で用いられるリーンセンサを示し、ジル
コニアからなる有底円面状の酸素イオン伝導性固体電解
質Ｉは、その内面および外１ｎ１を陽極としての通気性
白金薄ｊ漠′市極２および陰極としての通気性白金ＶＩ
膜電極３てそれぞれ被覆され、これら電極２および３に
接続されるリード線２ａ　＋　３ａ間には直流゛、ｔＬ
ｎ：が聞Ｉ：Ｍされる。陰ｉ３の外面にはに故抵抗にう
としての多孔質セラミック層４が設けられている。こう
して形成されるセンサ素子９を加熱するため、中心に大
気に通ずる空気孔５ａをもつ管状セラミックヒータ５が
絶縁ブシュ６を貫通してセンサ素子９内へ突出し、リー
ド線５ｂ＋５ｃを介して給電される。センサ素子９は多
数の穴７ａをもつケーシング７に収容され、排気通路例
えば＃Ｊ１気管の壁８を貫通してυ１気管内へ突出して
いる。

第２図は、所定の印加電圧でリーンセンサの発生する限
界電流＋１（ｍＡ）と排気ガス中の酸素濃度Ｄ　（％）
との関係を示す。図において発生電流１１は酸素濃度１
〕が増大するにつれて増大することがわかる。なおυ［
気ガス中の酸素濃度がオつかれば、機関シリンダへ供給
される混合藏の空燃比Δ／Ｆがわかるので、このＡ　／
　Ｉ＝’も第２図の横軸Ａ／Ｆに示しである。したがっ
て第２図から発生電流＋Ｌがわかれば、機関のシリンダ
へ供給すべき混合気の空燃比を検出できることがわかる
。第２図に示されたように酸素濃度りに対応した電流■
１が発生するのは、リーンセンサの酸素イオン伝導性固
体電解質）からなるセンサ素子９の温度が前述したよう
にほぼ６５０ａＣより高いときであり、このため電解質
１の内部に、電解質１の温度（素子温度）を６５００Ｃ
以上に維持するヒータ５が１設けられているのである。

第３図は大気に対応する酸素り度にお心づるリーンセン
サの出力ｔＪｓと素子１？ｌｉ’１度ｔ　　（ＱＣ）　
ト（１）関係を示しである。この場合出力として、限界
電流の代りに、後述するように電流−電圧変換器で電圧
に変換した値（Ｖ）で示しである。図かられかるように
素子温度が６５Ｐ以下ではその出力′電圧が急激に（Ｌ
下し、この温度以上ではほば一定の値Ｖｏをとることが
わかる。したがってリーンセンサの素子温度が６５００
Ｃの活性温度以上になっているか盃かは、例文は機関の
排気通路内の酸素？農度が大気に相当する儂度である運
転条件でリーンセンサの出力電圧Ｖｓが素子温度６５　
ｏｏｃにおける所定の出力市川・（設定電圧）Ｖｏ以上
であるか盃かをｒ４ｊ別することにより、正確に知るこ
とができる。

このように大気に相当する酸素を農度でリーンセン→ノ
ーの活性駄態を判別して空燃比のフィードバックを行な
う方法の実施例を第４図ない−し第６１１′について説
明する。

まず第４図において、１１は燃′ｔＡ噴射式内燃機関の
機関本体で、吸気マニホルドの各枝管１３には、電子制
御ユニット１４の出力信号によって制御される燃料噴射
弁１５から燃料が噴射される。枝管１３は共通なサージ
タンク１２を介して吸気管１６に接続され、この吸気管
Ｉ　Ｉ’ｒ内にあるスロットル弁１７の開度がスロワ１
ヘルセンサ２１により検出される。サージタンク１２内
には電圧センサ１８が取付けられている。

この９圧センザ１８とスロットルセン→Ｊ−２＋と回転
数センサ１９は、電子制御ユニット１４に接続されてい
る。−万Ｄ１気マニホルド１０には前述したリーンセン
サ２０が取付けら株間様に電子制御ユニット１４に接続
されている。

第５図は電子制御ユニットＩ４の１例を示している。こ
の制御ユニットはデジタルコンピュータからなり、各種
の演算処理を行なうマイクロプロセッサ（以下ＭＰＵと
称する）３０、ランダムアクセスメモリ　（以下ＲＡ　
Ｍと称する）３１、制御プログラムや演算定数等をあら
かじめ記憶するリードオンリメモリ　（以下ＲＯＭと称
、する）３２、入力ボート３３および出方ポート３４が
双方向データバス３５を介して互に接続されている。さ
らに各種のクロック信号を発生するクロック信号発生器
（以下ＣＬ　ＯＣｌ（と称する）３６が設けられている
。Ｏ月二センザ１８はバッファ３７およびＡ−Ｄｉ換ｉ
４）！３ｓを介して入力ポート３３に接続されて、サー
ジタンク１２内に発生する吸気ｆｒｆ１角Ｎ−に比例し
た出力′電圧を発生し、この出力電圧がＡ−１１ｇ換器
３８において対応する２進数に変換されて、入カポ−ｌ
−３３およびバス３５を介し’Ｔ：　Ｍ　Ｐ　１１３０
　ヘ入力される。−刀回転数センサ＋　Ｃ＋はバッファ
３９を介して人カポ−１−３３へＪＭ　続されて、ｌｆ
ｆ１関クランクシヤフトの所定のクランク角度回転ごと
にパルスを発生し、このパルスが人カポ−１−３３およ
びバス３５を介してＭ　ｌ’　Ｌｌ　３　（ｌへ人力さ
れる。Ｍ　Ｐ　Ｕ　３０において、回獣数セン→）１９
の出力パルスから機関回転数が削）ｉされる。

バッファ４６を介して入力ボ−ト３：３に接続されるス
ロットルセンサ２１は、スロットル弁１７がアイドリン
ク位置にあるときにオン状ｔｔ−＝となり、このオン信
号が入力ボート３３およびバス３５を介してＭ　Ｐ　Ｕ
　３０へ入力される。またリーンセンサ２０は、電流−
電圧変換器４０゜増幅器４１およびＡ−Ｄ変換器４２を
介して入力ポート３３へ接続されている。このリーンセ
ンサ２０の発生電流は、電流−電圧変換器４゜において
対応する電圧に変換され、さらにＡ−り変換器４２にお
いて対応する２進数に変換されて、この２進数が入カポ
−１−３３およびバス３５を介してＭ　Ｐ　Ｕ　３０へ
入力される。ＲＯＭＢ２内には、第２図における限界電
流１１と酸素濃度りしたがって空燃比Ａ／Ｆとの関係が
あらかしめ記憶されているが、この場合電流−電化５変
換器４０を介して、この限界電流に対応する電圧Ｖｓと
して表わされ、したがってＲＯＭ３２内には第２図でボ
す電圧Ｖｓと空燃比Ａ／Ｆとの関係がデータテーブルあ
るいは関数の形で記憶されている。燃′Ｂ噴射弁１５を
操作するデ〜夕を出力するために設けられている出力ポ
ート３４にはＭ　Ｉ”Ｕ　３０からバス３５を介して２
進数のデータが書き込まれる。出）Ｊポー１〜３４σ」
各出力端子はダウンカウンタ４３の対応する各入力端子
に接続されている。このダウンカウンタ４３はＭ　＋’
　Ｌｌ　３０から書き込ま旧た２進数σ）データをそれ
に対応する時間′の」４さくこ変換するために設けられ
、このダウンカウンタ４；３４よＩｌｌ。

カポート３４から送り込まれたデータのダＶンシ力ウシ
１〜をＣＩ−ＯＣＲ３６のタロツク（ｉ　ｋ７４こよっ
て開始し、カウント値が零になると）Ｊラン１−を究了
して、出力端子にカランｈ　、’ｉ＋ｉ了信号全信号す
る。Ｓ−Ｒフリップフロック４４σ）Ｉノセ゛ント入力
２Ｍ子Ｒはダウンカウンタ４′３σ）出力１ｆ１１，１
子に、またセラ１−入力端子ＳはＣＬ　ＯＣｌ（３（ｉ
　Ｌこ接続され、その出力端子Ｑは′ｉＪｊ子Ｊ曽幅回
路４５を介して燃料噴射弁Ｉ５に接続されてｌ／）る。

したがって燃オＳ１噴射弁１５は、ダウン力Ｖ′１ンタ
４３がセット入力端子Ｓにりｒコック信りを受（、ｆ　
−Ｃダウンカウントしている間（−Ｊ　勢されることＧ
こ／よる。

）ぎに第６図に委すフローチャートを参照して本発明に
よる空燃比制御装置の作動について説明する。まずステ
ップ５０において回転数センサ１９と電圧センサ１８の
出力信号から」１（本燃料噴射時間７０が引算される。

ステップ５１ではリーンセンサ２０の空燃比Ａ　／　Ｆ
に関する出力Ｖｓ（第２図）が電流−電圧変換器４０お
よびＡ−Ｄ変換器４２を介してＲＯＭ’　１３２へ読み
込まれる。ステップ５２で、機関燃′Ａ−１の噴射を中
断する燃料カットの運転条件か丙かを判別する。例えば
機関回転数が設定回転数より高くかつスロットル弁１７
がアイドリング稀′１置にあるとき機関は燃料カットの
運転条件となる。そのとき抽気通路たる排気マニホルド
１０内るは大気で満たされることになる。燃料カッ１−
の運転条件にあるときにはステップ５３に進み、大気酸
累濃度においてリーンセンサが活性状態となる設定電圧
Ｖｏ（第３図）とセンサにより検出された実際の出力電
圧Ｖｏｕｊとを比較する。

ＶｏｕｔｊＶｏ−のときステップ５４に進み、空燃比フ
ィードバック（Ｆ　／　１１　）制御実行フラッグを１
にする。Ｖｏｕｔ≧ｖＯてないときにはステップ５５に
進み、空燃比フィードバック制御実行フラッグを０にす
る。ついてステップ５８に進み、燃料カッ１への条件に
あるため燃料補正係数ｆを零にする。次のステップ６２
て燃料噴射時間７が零となり、ステップ６３の態別１５
別処理て燃料噴射は停止する。

一方ステップ５２において＋ｉｉＩ述した慾２・１カツ
１〜の運転条・件にない場合ステップ５０に進み、空燃
比フィードバック制御実行フラッグが１であるか盃かが
判別される。フラッグが１である場合ステップ５７に進
み、Ｉｉ　ＯＭ　１３２内に記＋：ｒ、ｔされた第２図
に示す間係から１」標りと燃比Ａ／ｌ・に対応するリー
ンセンサ２（］の１０：：１４９．″８イ比に対応する
Ｉ］標出力電市用値Ｖａに比ψ父して、リ　ンセンザ２
（）の現在発生している実際電流すなわち実際出力電圧
Ｖｏｕｌが大きいか百かが判別される。ステップ５７に
おいてＶｏｕｔ鑑Ｖ　ａの場合ステップ６０において燃
料補正係数１を燃利増量捕正係数９だけ増加し、Ｖ≧Ｖ
ａでない場合、ステップ５９において燃邪１補正係数ｆ
を１撚邪ト減量補正係数ρだけ減少する。ステップ５９
゜６０のいずれかにおいて得られた補正係数にノ入いて
ステップ６２で燃料噴射時間７が求められ、ステップ６
３て燃料噴射が行なわれる。すなわち実際の空燃比が第
２図の目標空燃比より大きくしたがって混合気がｆｌ￥
層になると、燃料が増量され、空燃比が／ＩＸさくした
がって混合気が心厚になると燃料が減量されて、空燃比
が１］標値、　　＋Ｔ＝正確に制御されることになる。

なおステップ５６で空燃比フィードバック制御実行フラ
ッグが１でない場合、すなわちリーンセンサ２０が活性
状態でない場合ステップ６Ｉに進み、燃料補正係数ｒは
１．００にされる。したがってステップ６２における燃
料噴射時間７は基本燃料噴射時間で　０となり、リーン
センサ２０の出力に基く燃料の増減がなくなり、空燃比
フィードバック制御が停止されることになる。

第７図は本発明の他の実施例を示し、程合気の供給に気
化器を使用する例を示している。

図において＋　＋１　＋１は気化器本体で、スｌ」ット
ル弁＋０１．メインベンチュリ１０３、燃利用メ　“イ
ンノズル１０４、スローポー＋−，＋　０２をｆ、ｉ　
Ｌ／、吸気管１０５と接続されている。スロワ１−ル弁
１０１より下流において負圧に応動するバキュームスイ
ッチ１０９とスロットル弁＋０１をバイパスして吸気管
＋０５へ送られる空気の１１１を制御する電磁空気は制
御弁＋　＋１７か設けらねている。ＪＪ＆気管１０６に
はリーンセンイノ°２０が取イτ」けらｉ）制御コ、ニ
ット１０８にリーンセンサ２０の出力信号がＪＲ’　Ｗ
ｅされる。制御ユニット１０８にあらかじめ設冗された
目標り、！燃比に対応する目標出力値とリーンセンサ２
０の実°際出力（１ｒｊとを比ｄＲし、その結果にＪｒ
Ｅいて制御ユニツｌ−１０８は空気１１．１制御井１０
７に励ｉ分′Ｉｌｊ流を供給する。この励イ滋電流に応
して弁１０７の開＋ｆｉ　ｆｆｉ　！５化し、吸気管＋
０５に導入される空気；１１が”ｒｌ　１ｌ１９されて
、混合気を目標空燃比に清割に制御するしとができる。

さらに気化器本体１ｏＯには、スローポー１−１０２か
らの燃料の流出を停止する燃料カット用ソレノイド弁１
１０を何する。

バキュームスイッチ＋０９と回転数センサ１１１との出
力信号より制御ユニット＋０８は燃オド１カッ１−の運
転′条件を判別し、燃料カッ１へ条り１・では弁＋１０
が励磁されて、燃利容洲たるフロート室１１３からスロ
ーボルト１０２へ通ずる通路を閉して燃料をカットする
。この場合条件を判別し、燃料カット条件では抽気管＋
０６が大気で満たされることになり、制御ユニット１０
８における第１実施例と同様の動作（第６図）により、
空燃比フィードバック制御の実行または停Ｊトを正確に
行なうことができる。

以上の説明から容易に了解されるように、本発明によれ
ば、リーンセンサ取付は位置で４１８気管内が大気で崗
たされる運転条件例えば燃料カット中でセンサ出力を検
出し、この出力を所定値と比較することにより、リーン
センサが活性状態にあるか否かを正確に判別し、これに
拭いて既存の装置を用いて空燃比フィードバック制御の
実行または停止を正確に行なうことができる。また温度
検出器を用いてリーンセンサの素子温度を検出する必要
がなくなり、センサの構造を筒中６にすることができる
。しかもｆ′ｌｒｉ中な１１′♂ｉ造のためセンサの信
頼性が向−１−する等のすぐれた利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はリーンセンサのに１・ニジｉ　ｏ’＋ｉ図、第
２図はリーンセンサの発生電流と酸軍１農度との関係を
示す線図、第３図は人気に対応する酸素ｌ農度における
リーンセンサの発生電流とセンザ素子７．１＋、！度と
の関係を示す線図、第４図は内燃榔関のり、９燃比制御
装置の概Ｉｌ＋δ図、第５区はその′電子制御ユニット
の構成図、第６図は本発明による全燃比制御装置の作動
を示すフロ　チャー１−１・乃７図は本発明の他の実施
例を示ずり、９１燃比制舶１装置の概略図である。 ９・・・センサ素子、１０・・・ｆＪＩ　％ＣＣマニホ
ルド１１・・・機関本体、１４・・・電子制御ユニット
、１５・・・燃料噴射弁、２ｏ・・−・・酸素センサ（
リーンセンサ）、３２・・・リードオンメモリ、１００
・・・気化器本体、１０２・・・スローポーｈ、１０６
・・・抽気管、＋０７・・・空気量制御弁、＋０８・・
・制御ユニット、１１０・・・ソレノイド弁。 （、。 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の排気通路に設けられて排気ガスの酸素濃度に
   比例する出力を発生する酸素センサを用いて、この酸素
   センサの出力と４．Ｉｔ気ガスの酸素濃度との関係をあ
   らかじめ’ＡＬＬ　Ｗしておき、排気通路内の酸素濃度
   が一冗値と／Ｊるように機関シリンダへ供給される混合
   う（の空燃１七をフィードバック制御する方法において
   、１Ｊ１気通路が大気で満たされる運転跋態て酸素セン
   サの出力を検出し、この出力を酸素セン→）の活性状態
   に対応する所定値と比較して、酸素センサが活性状態に
   あるか否かを判別し、この判別結果に基いて機関の空燃
   比のフィードバック制御を実行または停止することを特
   徴とする、内燃機関の空燃比制御方法。