JPS60104734A - 空燃比制御装置 - Google Patents

空燃比制御装置

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JPS60104734A
JPS60104734A JP58212236A JP21223683A JPS60104734A JP S60104734 A JPS60104734 A JP S60104734A JP 58212236 A JP58212236 A JP 58212236A JP 21223683 A JP21223683 A JP 21223683A JP S60104734 A JPS60104734 A JP S60104734A
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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】 (技術分野) 本発明はエンジンの空燃比制御装置、詳しくは流し込み
電流の値に応じた空燃比で出力電圧の急変する酸素セン
サを用いた空燃比のフィードハック制御装置に関する。
(従来技術) 近時、エンジンの吸入混合気の空燃比を精度よく口(:
)1埴に制御するために、排気系に酸素センサを設りて
空燃比と相関関係をもつ排気中の酸素濃度に応じて燃料
供給量をフィードハック制御している。
また、最近では省エネルギーの観点から燃費の向上を図
るために、エンジンを稀薄混合気燃焼させるような空燃
比のフィードバンク制御が試みられており、そのため理
論空燃比より稀薄な空燃比(以下、リーン空燃比という
)を検出できる酸素センサが開発されている。
従来のこの種の酸素センサとしては、例えば特開昭56
−89051号公報に記載されたものがある。そして、
このような酸素センサを用いて空燃比を制御するものと
しては、例えば本出願人が先に出願した「空燃比制御装
置」 (昭和58年10月7日提出の特許願)があり、
第1図のように示すことができる。第1図において、1
はエンジンの排気管内に挿入され、排気管内の酸素濃度
を検出する酸素センサであり、酸素センサ1は排気管内
の酸素濃度に応じて起電力を発生ずる一種の濃淡電池の
原理を応用したもので、起電力を表す電源2と内部抵抗
Rsにより示される。すなわち、酸素センサ1は、酸素
イオン伝導性の固体電解質を映さんで、一方に基準電極
、他方に酸素電極を有している。
基準電極には電流供給手段3から流し込み電流Isが供
給されており、この流し込み電流Isは基1111電極
に基i1p、酸素分圧Paを発生させる。
一方、酸素電極における酸素分圧Pbは被測定ガスの有
する酸素分圧であり、これらの酸素分圧P a s P
 bに基づいて両電極間に、E−(RT/4F) ・I
n (Pa/Pb)但し、R:気体定数、T:絶対温度
、 F:ファラディ定数 なるネルンストの式によって表される起電力Eが発生す
る。そして、この起電力Eは、所定の空燃比を境として
稀薄側から過濃側に切り換わったとき、プラス側へ大き
く急変化し、その切り換わり空燃比は前記流し込み電流
Isの値により変化する。また、酸素センサ1は内部抵
抗Rsを有しており、この内部抵抗Rsは酸素センサ1
の活性状態に応じて変化する。
酸素センサ1の起電力2は内部抵抗Rsを通して酸素セ
ンサ出力Vsとして外部に取り出されており、この出力
Vsが切り換わり空燃比で急変するときの上限と下限の
中間の電圧値(以下、急変点出力Vspという)は流し
込み電流Isの値に比例して高くなる。これは酸素セン
サ1が内部抵抗Rsを有しており、この内部抵抗Rsに
よる電圧上昇分R5−1sが加わるからである。すなわ
ち、流し込み電流Isが供給されているときの急変点出
力Vspは次式■により示される。
Vsp=Vo+Rs HR5−−−一〇但し、■o:流
し込み電流が零のときの急変点出力 したがって、例えば酸素センサ1にセンサ出力Vsが常
に急変点出力Vspとなるように流し込み電流1sを供
給すると、この流し込み電流IsO値は切り換わり空燃
比に対応した大きさとなる。すなわち、流し込み電流1
sと切り換わり空燃比(言い換えれば、排気中の酸素濃
度)とは1:1の関係で表され、流し込み電流ISの値
を検出することにより現空燃比を検出することができる
そこで、現空燃比に対応する急変点出力Vspを目標電
圧Vaとして設定しくVa=Vs■)とし)、センサ出
力Vsがこの目標電圧Vaとなるように流し込み電流I
sを供給して、その電流値を検出することにより、現空
燃比を検出している。
ずなわら、流し込み電流Isの値は抵抗R8の両端間の
電圧降下として電流値検出手段4により検出されており
、電流値検出手段4はオペアンプOPI、01)2およ
び抵抗R1、R2、R3、R4より構成されている。こ
の電流値検出手段4は流し込み電流Isの値を抵抗RB
の両端間の電圧降下として測定し電圧信号Viを出力し
ている。電流供給手段3は目標電圧決定回路5およびオ
ペアンプOP3より構成されており、酸素センサ出力V
sが次式■で与えられる目標電圧Vaとなるように流し
込み電流Isを供給している。
V a = V o 十k V 1−−−−−■但し、
k:定数 ■o:流し込み電流Isが零のときの 電流値検出手段4の出力Vi すなわち、目標電圧決定回路゛5はオペアンプOP4、
OF2および抵抗R5、R6、R7、R8、R9、RI
Oより構成され、電源電圧15Vを抵抗R5、R6で分
圧して上記0式中のVoに相当する基準電圧Voを設定
するとともに、この基準電圧Voに電流値検出手段4の
出力Viを定数に倍した電圧を加算することにより目標
電圧Vaを決定する。そして、オペアンプoP3は酸素
センサ出力Vsが目標電圧Vaと一致するように流し込
み電流Isを制御する。なお、定数には内部抵抗Rsに
よる電圧上昇分Rs・ISO上乗せを補償するため、次
式■が成立する値に設定される。
Va=Vo+kVi=Vo+Rs HR5−−−−−−
■ ところで、上記出力電圧Vi、すなわち流し込み電流I
sと空燃比との関係(以下、Vi−A/F特性という)
は酸素センサlの個体差により、あるいは酸素センサ1
の劣化等によりばらつきが生じることがある。すなわち
、酸素センサlが異なれば、あるいは酸素センサ1が劣
化すれば同−出力Viに対して検出される空燃比の値が
異なるおそれがある。
そこで、先願発明においては、V i −A/F特性が
酸素センサ1の個体差等によるばらつきに拘わらず、理
論空燃比においてVi=Oとなり、空燃比が大きくなる
に従って出力Viが一定値に近づくことに着目して、V
iを大気におけるViの値Vioに対する比■iNとし
て規格化し、この規格化した値に基づいて空燃比判断を
行っている。
すなわら、電流値検出手段4の出力Viは規格化手段6
に入力されており、規格化手段6はサンプルボールド回
路7および規格化回路8より構成されている。サンプル
ホールド回路7はホールド信号発生回I/&9からホー
ルド信号SIIが入力されたとき、出力Viをホールド
値■ioとしてボールドし規格化回路8に出力する。
ボールド信号発生回路9は空燃比制御手段10からツユ
ニルカット信号F/Cが入力されたとき、ホールド信号
Ssをサンプルホールド回路7に出力する。空燃比制御
手段】0はエンジンへの燃料の供給を制御することによ
り空燃比を制御するもので、例えば、エンジン回転数、
吸気量、冷却水温等に基づいて基本供給量を演算し、こ
れに補正係数を乗じて最終供給量を決定して供給量信号
S、を燃料供給手段(例えば、インジェクタ)に出力す
るとともに、減速状態や車両停止状態のときにはフユエ
ルカソト信号F/Cを出力して燃料の節減と排気ガス量
の減少を図っている。フユエルカソトが所定時間継続さ
れると、排気管内は大気で充満されることとなる。
したがって、サンプルホールド回路7によりボールドさ
れた上記ホールド値Vioは排気管内が大気であるとき
の流し込み電流1soの値に対応している。規格化回路
8は電流値検出手段4の出力Vi(排気管内が排気ガス
で充満されているときの出力)をホールド値Vioで割
算、ずなわちViのViaに対する比Vin(Vis=
Vi/Vio)を演算しており、この比■i+iはIs
のIsoに対する比1sh(Is= I s / l 
S (+ )に対応している。そして、この比ViNは
空燃比制御手段10に入力されており、空燃比制御:f
、 15210は規格化手段6からの信号Vi+iに基
づいて前記補正係数の値を変化させ゛(最終燃料供給量
を制御している。この場合、規格化手段6の出力Vi 
は現在のViのホールド値Vio (大気のときのVi
o)に対する比であるため、Vil、I−A/F特性ば
、Vi−Δ/F特性にばらつきが生していても第2図に
示すようにばらつきのないものとなる。したがっ°ζ、
空燃比が正確に判断され、目標空燃比からのずれの大き
さに対応した適切な空燃比制御が行われる。
しかしながら、このような先願の空燃比制御装置にあっ
ては、フユエルカソト時、すなわら排気管内が大気であ
るときの流し込み電流の値をボールド値としてホールド
するとともに、1ノ1気管内が排気ガスであるときの流
し込み電流の値をボールド値に対する比として規格化し
、この規格化した値に基づいて空燃比を制御しており、
またホールド値をボールドした後も流し込み電流を供給
する構成となっていたため、上記ホールド時の流し込み
電流の値が安定していない(例えば、後述する第4図中
のX点の値等)と、すなわちフユエルカソトした後排気
管内が確実に大気で充満されていないと規格化した値が
空燃比に正確に対応しなくなり、空燃比判断を誤るおそ
れがある。
また、上記ボールド後も流し込み電流が継続して供給さ
れているため(因に、このときの電流値はリーン空燃比
時の3〜4倍の大きさである)、酸素センサが劣化する
おそれがある。
すなわち、前述したように流し込み電流は基準電極に基
準酸素分圧Paを発生させており、基準酸素分圧Paは
流し込み電流により固体電解質中の酸素イオン(02−
一)が基準電極に向けて移動することにより (いわゆ
る、酸素ポンプ作用により)発生している。そして、こ
の基準酸素分圧Paの大きさは流し込み電流の値に応じ
て高(なる。したがって、流し込み電流の値が大きくな
ると、基準電極の内圧が高くなって破壊等の劣化を起こ
すおそれがある。その結果、酸素センサの性能が低下し
、空燃比判断を正確に行うことができない。
(発明の目的) そこで本発明は、排気管内が大気となり流し込み電流の
変化率が略零となったときく流し込み電流の値が安定し
たとき)、流し込み電流の値をボールドするとともに、
このホールド後流し込み電流の供給を停止させることに
より、規格化した値を空燃比に正確に対応させるととも
に、基準電極の劣化を防止し、空燃比判断を正確なもの
とし、空燃比制御の精度を向上させることを目的として
いる。
(発明の構成) 本発明による空燃比制御装置は、エンジンの排気管内の
酸素濃度を検出し流し込み電流の値に応じた空だ4比で
出力電圧の急変する酸素センナと、酸素センサ出力が所
定値となるように流し込み電流を供給する電流供給手段
と、流し込み電流の値を検出する電流値検出手段と、ボ
ールド信号が入力されたとき排気管内が大気であるとき
の流し込み電流の値をボールド値としてボールドすると
ともに、排気管内が排気ガスであるときの流し込み電流
の値を前記ボールド値に対する比として出力する規格化
手段と、該規格化手段の出力に基づいて空燃比をフィー
ドハック制御する空燃比制御手段と、電流値検出手段の
出力を微分し、この微分係数を所定基準値と比較して流
し込み電流の変化率を判別する変化率判別手段と、排気
管内が大気となり流し込み電流の変化率が所定値以下に
低下したとき前記ボールド信号を出力するとともに、こ
のホールド信号の出力後に前記流し込み電流の供給を停
止させる供給停止手段と、を備えており、排気管内が大
気となり流し込み電流の変化率が所定値以下に低下した
とき流し込み電流の値をボールドするとともに、このホ
ールト後流し込み電流の供給を停止させるものである。
(実施例) 以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第3.4図は本発明の第1実施例を示す図であり、本実
施例の説明にあたり、第1図に示した先願例と同一構成
部分には、同一符号を附しその説明を省略する。
まず、構成を説明すると、第3図において、21は変化
率判別手段である。変化率判別手段21は微分回路22
、比較器23.24およびアンド回路25より構成され
ており、微分回路22には電流値検出手段4の出力Vi
が入力されている。微分回(?δ22ば抵抗R11、R
12、コンデンサC1およびオペアンプ01)6より構
成されており、上記出力Viを微分し、微分信号dVi
を比較器側、24に出力している。比較器23のプラス
端子には基準電圧■1が入力されており、比較器側はd
Vi≦■1のときHとなる信号S、を出力する。
また、比較器24のマイナス端子には基準電圧(マイナ
スの電圧)■2が入力されており、比較器24はdVi
≧V2 (絶対値では1dVi1≦1V21)のときH
となる信号S2を出力する。
これらの信号S1、S2はアンド回路25に入力されて
おり、アンド回Flf!r25は信号S、 、S2が共
にHであるときHとなる信号S、を出力する。
したがって、変化率判別手段21は電流値検出手段4の
出力Viを微分し、この微分係数dViを所定基準値V
l、v2と比較することにより、流し込み電流Isの変
化率の大きさを判別しており、変化率が所定基準値V、
 、V2によって決定される値(■□〉0〉V2でVl
+ V2とも0に近い値)以下であるとき(変化率が略
零であるとき)Hとなる信号S3を出力する。変化率判
別手段21の出力S3は供給停止手段26に入力されて
おり、供給停止手段26にはさらにフユエルカソト時、
空燃比制御手段10からツユニルカット信号F/Cが入
力される。供給停止手段26はホールド信号発生回路2
7、アンド回路28、インバータ29.30、フリップ
フロップ回路31およびアナログスイッチ32より構成
されており、アント回路28はツユニルカット信号F/
Cが入力されるとともに変化率判別手段21からの信号
S、がHになったときI(となる信号S−4をホールド
信号発生回路27に出力する。ホールド信号発生回路2
7はツユニルカット信号F/Cが入力された後、信号S
−4の最初の立上りに同期して1−1となるボールド信
号S1.lをサンプルホールド回路7に出力し、所定の
ボ°−ルド時間TH経過後にこのボールド信号S)lを
Lとする。なお、ボールド時間′1゛hはジ・ンプルホ
ールド回路7がボールド処理を行うことができる範囲で
極力短い時間に設定される。ボールド信号5I−1はイ
ンバータ29を介しIi’j ”J’ S s として
フリップフロップ回M831のセットα1j11子Sに
入力されており、フリップフロップ回路31のリセット
端子Rにはフユエルカソ1−信号F/Cがインバータ3
0を介し信号S6として入力されている。このフリップ
フロップ回路31は信号SGの立下りに同期してリセッ
トされ、信号S5の立上りに同期してセットされるもの
で、セットされるとHとなりリセットされるとLとなる
停止信号Sτを出力する・したがって、フリップフロッ
プ回路31はボールド信号5I−1の立下りでHとなっ
た後、ツユニルカット信号F/Cの立下りでLとなる停
止信号STを出力する。停止信号s−rばアナログスイ
ッチ32に入力されており、アナログスイッチ32の一
端は抵抗R13を介して目標電圧決定回路5の出力端に
接続され、他端は接地されている。このアナログスイッ
チ32は停止信号8丁が入力されるとONとなってオペ
アンプOP3への目標電圧Vaの供給を停止させる。ず
なゎち、酸素センサ1への流し込み電流I’sの供給を
停止させる。し、たがって、供給停止手段21は排気管
内が大気となり流し込み電流Isの変化率が所定基準値
■3、■2以下に低下したときボールド信号5l−1を
サンプルホールド回路7に出力するとともに、ボールド
時間Tl−1経過後に流し込み電流Isの供給を停止さ
せる。
次に作用を説明する。
一般に、ジルコニア酸素濃淡電池の原理を応用した酸素
センサでは、流し込み電流を供給して固体電IIl?質
中を基Y(lj組電極向けて酸素イオン(0□−−)を
移動させることにより、切り換り空燃比を変えリーン空
燃比を検出している。
この酸素イオンの移動量は切り換り空燃比に対応してお
り、流し込み電流の値に比例して多くなる。したがって
、空燃比がリーン側に移動する程、酸素イオンの移動量
が多くなる。ところが、酸素イオンの移動量が多くなる
と、基準電極の内圧が上昇して酸素センサが劣化するお
それがある。言い換えれば、酸素センサの劣化は流し込
み電流の値が大きくなる程起きやすい。
このため、1ノ1気12・内が大気となるような条件下
では流し込み電流の供給を停止させるのが好ましい。し
かしながら、酸素センサ個体間の特性のばらつきを較正
し、空燃比判断を規格化するためには、大気のときの流
し込み電流の値を用いるのが最も有効である。
そこで、本実施例では、このような相反する2つの要求
を満足させるため、排気管内が大気となる条件下では流
し込み電流の値のポールドに要する時間を最小限にする
とともに、このボールドが終わると同時に流し込み電流
の供給を停止させている。
すなわち、第4図gに示すように空燃比制御手段10が
タイミングt1でフユエルカソト信号F/Cを出力する
と、空燃比が第4図gに示すように大気側に移行し、電
流値検出手段4の出力Viは第4図dに示すように変化
する。そして、この出力Viを微分した微分信号dVi
はタイミングt2で略零(dVt#0)となることから
、変化率判別手段21が第4図すに示すように該タイミ
ングt2て信号S3をHとする。
したがって、供給停止手段26が第4図gに示すように
タイミングt2で信号S−+をHにするとともに、第4
図fに示すようにホールド信号SRを出力し、規格化手
段6がこのホールド信号SL、Iに基づいて第4図すに
おけるY点の出力■iの値をホールド値Vioとしてホ
ールドする。
このホールド値VioはdVi=0であることから流し
込み電流Isが安定した時点の値であり、正確に大気に
対応している。その結果、規格化手段6の出力ViNを
現空燃比に正確に対応させることができ、空燃比判断を
正確なものとして適切な空燃比制御を行うことができる
上記ボールド後、すなわちタイミングt2からボールド
時間T1.Iが経過すると、タイミングt3で供給停止
手段あがホールド信号St4の出力を停止するとともに
、第4図gに示すように停止信号STを11としてアナ
ログスイッチ32をONとし流し込み電流Isの供給を
停止させる。これにより、第4図すに示すようにタイミ
ングt−4で固体電解質中の酸素イオンの移動が停止(
Vi=Oとなる)し、基準電極の内圧上昇が抑制される
。この結果、酸素センサ1の劣化を防止してその耐久性
を向上させることができる。
そして、タイミングt、で空燃比制御手段IOがフユエ
ルカソト信号F/Cの出力を停止すると、供給停止手段
加が停止信号8丁をLとしてアナログスイッチ32をO
FFとし、流し込み電流Isの供給を再開させる。これ
により、酸素センサ1が作動を開始し、空燃比が再び目
標空燃比に制御される。
次に、第5図は本発明の第2実施例を示す図であり、こ
の実施例では酸素センサの構成が第1実施例と異なる。
すなわち、第5図において、41は酸素イオン伝導性の
固体電解質であり、固体電解質41の一面には、第1基
準電極42と第2基準電極43が並列に設けられている
。また、固体電解質41を挾んで、第1基準電極42に
対向する位置に第1酸素電極44が設けられ、第2基準
電極43に対向する位置に第2酸素電極45が設けられ
ている。
上記固体電解質41、第1基準電極42および第1酸素
電極44はセンサセル46を構成し、上記固体電解質4
1、第2基4!!電極43および第2酸素電極45はポ
ンプセル47を構成している。そして、これらのセンサ
セル46およびポンプセル47の酸素電極44.45側
は隔壁体48により取り囲まれており、この隔壁体48
の内部(図中G部)には小口径の開口部49を通して矢
印GASで示すように排気が導かれる。一方、基準電極
42.43側は隔壁体48の側部が延長して配設されて
いるが、取り囲まれておらず矢印AIRで示すように大
気が導かれている。なお、排気の導入は隔壁体48に1
つの開口部49を穿設することにより行っているが、こ
れに限らず、例えば開口部49を複数個穿設したり、あ
るいは開口部49自体を多孔質体で形成することにより
排気を導入するようにしてもよい。上記センサセル46
、ポンプセル47および隔壁体48は全体として酸素セ
ンサ50を構成している。
このような酸素センサ50は、センサセル46の出力電
圧Vsが前記0式で決定される目標電圧Vaとなるよう
にポンプセル47に流し込み電流1sfc供給すると、
この流し込み電流Isの値を検出し”ζいる電流値検出
手段4の出力Vi1、L第1実施例と同様に切り換り空
燃比に対応した大きさとなる。したがって、この酸素セ
ンサ50においても第3図に示す第1実施例と同様の空
燃比制御回路により空燃比制御を行うことができる。
また、この実施例においては、センサセル46に発生し
た酸素分子をポンプセル47を通じて大気側に逃がすこ
とができるため、第1実施例以上に酸素センサ50の耐
久性を向上させることができる。
(効果) 本発明によれば、排気管内が大気となり流し込み電流の
変化率が所定値以下に低下したとき流し込み電流の値を
ホールドするとともに、ホールド後流し込み電流の供給
を停止させることにより、規格化した値を空燃比に正確
に対応させるとともに、酸素センサの劣化を防止してそ
の耐久性を向上させることができる。その結果、空燃比
判断を正確なものとして空燃比制御の精度を向上させる
ことができる。
また、上記第2実施例にあっては、センサセルに発生し
た酸素分子をポンプセルを通して大気側に逃がすことが
できるため、より−N酸素センサの耐久性を向上させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1.2図は先願の空燃比制御装置を示す図であり、第
1図はその回路構成図、第2図はソo)V r−A/i
’特性を示す図、第3.4図は本発明の第1実施例を示
す図であり、第3図はその回路構成図、第4図a −g
はその作用を説明するためのタイミングチャート、第5
図は本発明の第2実施例を示すその酸素センサの断面図
である。 1.50−一−−・−酸素センサ、 3−・−電流供給手段、 4−−−−−一電流値検出手段、 6−・・・−規格化手段、 10−−−−−一空燃比制御手段、 21−−−−−一変化率判別手段、 2G −−−−−一供給停止手段。 特許出願人 日産自動車株式会社 代理人弁理士 有我軍一部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. エンジンの排気管内の酸素濃度を検出し流し込み電流の
    値に応じた空燃比で出力電圧の急変する酸素センサと、
    該酸素センサ出力が所定値となるように前記流し込み電
    流を供給する電流供給手段と、前記流し込み電流の値を
    検出する電流値検出手段と、ボールド信号が入力された
    とき排気管内が大気であるときの流し込み電流の値をボ
    ールド値としてホールドするとともに、排気管内が排気
    ガスであるときの流し込み電流の値をホールド値に対す
    る比として出力する規格化手段と、該規格化手段の出力
    に基づいて空燃比をフィードバック制御する空燃比制御
    手段と、電流値検出手段の出力を微分し、この微分係数
    を所定基準値と比較して流し込み電流の変化率を判別す
    る変化率判別手段と、排気管内が大気となり流し込み電
    流の変化率が所定値以下に低下したとき前記ホールド信
    号を出力するとともに、このホールド信号の出力後に前
    記流し込み電流の供給を停止させる供給停止手段と、を
    備えたことを特徴とする空燃比制御装置。
JP58212236A 1983-11-11 1983-11-11 空燃比制御装置 Granted JPS60104734A (ja)

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JPH0477140B2 JPH0477140B2 (ja) 1992-12-07

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01110855A (ja) * 1987-10-22 1989-04-27 Mitsubishi Electric Corp 空燃比制御装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH01110855A (ja) * 1987-10-22 1989-04-27 Mitsubishi Electric Corp 空燃比制御装置

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