JPS60113046A - 機関の空燃比制御装置 - Google Patents

機関の空燃比制御装置

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JPS60113046A
JPS60113046A JP58221087A JP22108783A JPS60113046A JP S60113046 A JPS60113046 A JP S60113046A JP 58221087 A JP58221087 A JP 58221087A JP 22108783 A JP22108783 A JP 22108783A JP S60113046 A JPS60113046 A JP S60113046A
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fuel ratio
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solid electrolyte
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浅山 嘉明
Masakuni Kominami
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Mitsubishi Electric Corp
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    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
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    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
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    • F02D41/1473Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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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】 〔発明の技術分野〕 この発明は自動車用機関の空燃比制御装置に係り、特に
上記機関の運転空燃比を燃料希薄域から燃料過濃域の広
い範囲における任意の値にフィードバック制御すること
ができる機関の空燃比制御装置に関する。
〔従来技術〕
従来よりイオン伝導性固体電解質(例えば安定化ジルコ
ニア)で構成された酸素セーンサを用い排気ガス中の酸
素分圧と空気の酸素分圧との差によつて生じる起電力の
変化によって理論空燃比での燃焼状態を検知することに
より、例えば自動車の機関を理論空燃比で運転するよう
に制御することは衆知の通りである。ところで上記酸素
センサは空気と燃料との重量比率である空燃比A/Fが
理論空燃比である時は大きな変化出力が得られるが他の
運転空燃比域での変化がほとんどなく理論空燃比以外の
空燃比で機関を運転する場合には上記酸素センサの出力
を利用することができないという欠点があった。
〔発明の概要〕
この発明は、かかる欠点を改善する目的でなされたもの
で、理論空燃比で運転する場合はもちろん、理論空燃比
以外の所望の空燃比で運転する場合にも空燃比センサの
出力信号による運転空燃比のフィードバック制御が可能
な機関の空燃比制御装置を提供するものである。
〔発明の実施例〕
以下1図に示すこの発明の一実施例について説明する。
第1図はこの発明の一実施例を示す構成図であり、図中
1は機関、2は該機関1の吸気管、3はスロットル弁、
4は上記機関1に吸入される吸入空気量を検出する吸入
空気検出装置、5は上記スロットル弁3の上流側に設け
られた燃料供給弁、6は上記吸入空気検出装置4の上流
側に配設されているエアクリーナ、7は上記機関1の排
気管、8は該排気管Tに取付られた空燃比センサ、9は
空燃−比検知電子装置、10は上記機関10回転数検出
器、11は上記機関1の温度を検出する温度検出器、1
2は該温度検出器11および上記吸入空気検出装置4、
空燃比検知電子装置9、回転数検出器10のそれぞれの
出力信号を入力し、これらの入力情報に対応して上記燃
料供給弁5を駆動し上記機関1に供給する燃料量を制御
する電子制御装置である。この電子制御装置12は上記
空燃比検知電子装置9の切換スイッチSWを駆動し上記
入力情報に応じて上記空燃比センサ8のポンプ電流IP
の流れる方向を切換える機能をも備えている。
第2図は上記空燃比センサ8および空燃比検知電子装置
9の詳細な構成図であり、第3図は第2図の■−■線に
沿う断面図である。図中、空燃比センサ8は厚さが約帆
5 mmの平板状のイオン伝導性固体電解質(壺定化ジ
ルコニア)130両側面にそれぞれ白金電極14および
15を設けて構成された固体電解質酸素ポンプ16と、
該酸素ポンプ16と同じように平板状のイオン伝導性固
体電解質170両側面にそれぞれ白金電極18および1
9を設けて構成された固体電解質酸素センサ20と、上
記酸素ポンプ16と上記酸素センサ20を0・1 mm
 程度の微小間隙dを介して対向配置するための支持台
21で構成されている。また、空燃比検知電子装置9は
上記酸素センサ20が電極18.19間に発生する起電
力eを抵抗R1を介して演算増幅器への反転入力端予圧
印加し、上記演算増幅器Aの非反転入力端子に印加され
ている基準電圧vBと上記起電力eの差異に比例した上
記演算増幅器Aの出力により、トランジスタTRを駆動
して上記酸素ポンプ16の電極14.15間に流すポン
プ電流IPを制御する機能を備えている。すなわち上記
起電力eを一定値VRに保つのに必要な上記ポンプ電流
IPを供給する作用をする。そして直流電源Bから供給
される上記ポンプ電流1p K対応した出力信号を得る
ための抵抗ROを備えている。この抵抗ROは上記直流
電源Bと対応して上記ポンプ電流IPが過大に流れない
ような所望の抵抗値が選ばれている。Cはコンデンサで
ある。SWは切換スイッチであり上記ポンプ電流IPが
上記酸素ポンプ16の電極14゜15間を流れる方向を
切換えると同時に上記酸素センサ20の電極18.19
間に発生する起電力eの正極性が上記演算増幅器Aの反
転入力端子に印加されるように切換えられる。
第4図および第5図は上記第2図に示した空燃比センサ
8を国産乗用車用2000CCのガソリン機関に装着し
て試験し、得られた特性図である。
過大なポンプ電流IPが流れると上記酸素ポンプ16が
破壊するので、上記ポンプ電流IPは120mA以上流
れないように上記直流電源Bにより制限している。第4
図はポンプ電流IPを酸素ボンプ16の微小間隙側の電
極15を正極とし、該電極15から電極14の方向に流
すようにした場合のポンプ電流IPと上記機関の運転空
燃比/Fの対応を示す特性図そあり、基準電圧vHを変
えて上記起電力eを200mV、100 mV、 5Q
 mVにそれぞれ保ち上記機関の空燃比ηを変えた時の
試験結果が示されている。上記のように微小間隙側の電
極15から電極14の方向にポンプ電流IPが流れると
上記酸素ポンプ16の作用により上記微小間隙d内の酸
素分圧が間隙外の排気ガス中の酸素分圧より高くなる。
その結果上記酸素センサ20は微小間隙側の電極19を
正極性とする起電力eを発生するのは衆知の通りである
。第5図は上記ポンプ電流IPが上記酸素ポンプ16の
電極14から電極15の方向に流れるように切換スイッ
チSWにより切換えた場合の試験結果である。
この場合は上記第4図の場合とは逆に上記微小間隙d内
の酸素分圧は間隙外の排気ガス中の酸素分圧より低くな
るので上記酸素センサ20は電極18を正極性とする起
電力eが発生する。したがって上記演算増幅器Aの反転
入力端子に上記電極18の正極性が印加されるよう罠上
記切換スイッチSWにより同時に切換えられる。上記試
験により得られた上記第4図および第5図においてポン
プ電流IPに対応した出力信号により正確な理論空燃比
(A/F= 14L7 )の検知を行なうには理論空燃
比近傍における上記ポンプ電流IPの変化が大きい方が
好ましい。この発明は上記第4図、第5図に示す特性か
ら上記起電力eを100 mV以上の所定値、例えば2
00 mV 11(保ち、上記ポンプ電流IPが理論空
燃比近傍で急激に変化する特性を利用して正確な理論空
燃比の検知を行なうと同時に理論空燃比より小さい空燃
比域(燃料過濃域)で機関を運転する場合には上記燃料
過濃域において空燃比に比例した上記ポンプ電流の変化
が得られる上記第4図の特性が得られるよ5に上記微小
間隙d内の酸素分圧が間隙外の排気ガス中の酸素分圧よ
り高くなる方向に上記ポンプ電流を流し、上記機関を理
論空燃比より大きい空燃比域(燃料希薄域)で運転する
場合には燃料希薄域において空燃比に比例した上記ポン
プ電流の変化が得られる上記第5図の特性が得られるよ
うに上記微小間隙d内の酸素分圧が間隙外の排気ガス中
の酸素分圧より低くなる方向麩上記ポンプ電流を流すよ
うにして上記機関の運転空燃比を燃料過濃域から燃料希
薄域の広い範囲において上記ポンプ電流IPに対応した
出力信号により、任意の空燃比にフィードバック制御す
るようにしたものである。
以下、この発明装置の動作について説明する。
機関1が始動されると該機関1に吸入される吸入空気は
大気中からエアクリーナ6内に導入され吸入空気検出装
置4でその吸入量が検出され吸気管2を通り上記機関1
に導入される。上記吸入空気検出装置4の出力信号を入
力した電子制御装置12は燃料供給弁5を駆動し、上記
吸入空気量に対応した燃料を上記機関1に噴射供給する
。そして始動直後のように上記機関1の温度が低いこと
を温度検出器11の出力信号により検知した上記電子制
御装置12は上記機関1の運転空燃比を燃料過濃側の所
望の空燃比(例えばA/F=12)で運転するために空
燃比センサ8のポンプ電流IPの流れる方向を微小間隙
d内の酸素分圧が高くなる方向に切換スイッチSWを駆
動する。そして第4図に示した特性から燃料過濃域にお
ける所望の空燃比を上記ポンプ電流に対応した出力信号
として検知し、該出力信号を入力した上記電子制御装置
12は上記出力信号が所望値となるように上記燃料供給
弁5から噴射供給する燃料量を制御する。すなわち上記
出力信号により上記機関1の運転空燃比を所望値にフィ
ードバック制御する。つぎに自動車の市内走行時のよう
に通常よく使用される上記機関1の運転状態を上記吸入
空気検出装置4と回転数検出器10の出力信号により検
知した上記電子制御装置12は上記機関1の燃費率が良
くなるように運転空燃比を燃料希薄側の所望の空燃比(
例えばA//F−17)とするために空燃比検知電子装
置9の上記切換スイッチSWを駆動し、上記微小間隙d
内の酸素分圧が間隙外の排気ガス中の酸素分圧より低く
なる方向に上記ポンプ電流IPが流れるように切換える
。そして第に図に示した特性から燃料希薄域における所
望の空燃比を上記ポンプ電流IPに対応した出力信号と
して検知し、該出力信号を入力した上記電子制御装置1
2は上記出力信号が所望値°となるように上記燃料供給
弁5から供給される燃料量を制御する。すなわち上記出
力信号により上記機関1の運転空燃比を燃料希薄側の所
望値にフィードバック制御する。つぎに上記機関1の排
気ガス中の有害成分を減じるために運転空燃比を理論空
燃比にする必要のある運転状態を上記吸入空気検出装置
41回転数検出器10および温度検出器11の出力信号
により検知した上記電子制御装置12は理論空燃比で階
段状に変化している上記第4図または第5図の特性を利
用して従来装置と同じようにして上記機関1の運転空燃
比を理論空燃比にフィードバック制御する。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明は平板状の固体電解質の両側面に
電極を設けて構成された固体電解質酸素センサと固体電
解質酸素ポンプを微小間隙を介して対向配置し、該間隙
に機関の排気ガスを導入するように構成するとともに上
記酸素センサが発生する起電力を100 mV以上の所
定値(例えば200mV)に保つのに必要な上記酸素ポ
ンプのポンプ電流に対応した出力信号により上記機関の
運転空燃比を検知するようにした空燃比センサを備え、
上記機関の運転空燃比を理論空燃比よりも燃料希薄側に
制御する時は上記間隙内の酸素分圧が間隙外の排気ガス
中の酸素分圧より低くなる方向に上記ポンプ電流を流し
、逆に上記運転空燃比を燃料量の側に制御する時は上記
間隙内の酸素分圧が高くなる方向に上記ポンプ電流を流
すようにし、上記ポンプ電流に対応した出力信号により
上記運転空燃比をフィードバック制御するようにしたの
で、正確な理論空燃比にフィードバック制御できると同
時に従来装置では困難であった燃料過濃域から燃料希薄
域の広い空燃比範囲にわたって上記機関の運転状態に応
じた最適な運転空燃比に精度よくフィードバック制御す
ることができる機関の空燃比制御装置が得られる。なお
、上記説明では所望の空燃比を得るために機関に供給さ
れる燃料量を制御する場合の実施例を説明したが、これ
に限定することな(機関に吸入される空気量を制御して
もよいことは説明するまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す構成図、第2図はこ
の発明装置に使用される空燃比センサの一実施例を示す
構成図、第3図は第2図の■−■線に沿う断面図、第4
図および第5図は第2図に示す空燃比センサを乗用車用
ガソリン機関に装着して試験し、得られた特性図である
。 1・・・機関、4・・・吸入空気検出装置、5・・・燃
料供給弁、T・・・排気管、8・・・空燃比センサ、1
2・・・電子制御装置、16・・・固体電解質酸素ポン
プ、2゜・・・固体電解質酸素センサ。 第1図 2 第2図 7 手続補正書(自発) 特許庁長官殿 1、事件の表示 特願昭58−221087号2、発明
の名称 機関の空燃比制御装置 3、補正をする者 図 面 6、 補正の内容 第2図を別紙のとおシ補正する。 7、添付書類の目録 補正後の第2図を記した書面 1通 以上

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)平板状の固体電解質の両側面に電極を設けて構成
    された固体電解質酸素センサおよび固体電解質酸素ポン
    プ、該固体電解質酸素センサと上記固体電解質酸素ポン
    プを微小間隙を介して対向配置し、該間隙に機関の排気
    ガスを導入するように構成するとともに、上記固体電解
    質酸素センサが発生する起電力を所定値に保つのに必要
    な上記固体1電解質酸素ポンプのポンプ電流に対応した
    出力信号により上記機関の空燃比を検知するよ5Kした
    空燃比センサを設け、上記機関の運転空燃比を理論空燃
    比よりも燃料希薄側に制御する時は上記間隙内の酸素分
    圧が間隙外の排気ガス中の酸素分圧より低くなる方向に
    上記ポンプ電流を流し、逆に上記運転空燃比を理論空燃
    比よりも燃料過濃側に制御する時は上記間隙内の酸素分
    圧が高くなる方向に上記ポンプ電流を流す手段を設け、
    上記ポンプ電流を流す・方向と、該ポンプ電流に対応し
    た出力信号に応じて上記機関に供給される燃料量または
    空気量を制御する手段を備えた機関の空燃比制御装置。
  2. (2)固体電解質酸素センサが発生する起電力をIQ 
    Q mV以上の所定値に保ち、固体電解質酸素ポンプの
    ポンプ電流が理論空燃比近傍で急激に変化する空燃比セ
    ンサを備えたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の機関の空燃比制御装置。
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EP84111936A EP0138170B1 (en) 1983-10-14 1984-10-05 Air-to-fuel ratio detector for engines
DE8484111936T DE3475961D1 (en) 1983-10-14 1984-10-05 Air-to-fuel ratio detector for engines
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