JPS6115230Y2

JPS6115230Y2 -

Info

Publication number: JPS6115230Y2
Application number: JP1985081094U
Authority: JP
Priority date: 1976-05-22
Filing date: 1985-05-31
Publication date: 1986-05-12
Also published as: US4187806A; GB1578560A; JPS615343U; JPS52154930A

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、内燃機関に供給すべき燃料混合気の
混合比制御装置に関する。その場合この装置で
は、燃料混合気の組成が、排気ガス組成を検出す
るλゾンデ（酸素ゾンデ）によつて補充的に制御
され、λゾンデ出力信号を閾値電圧と比較する比
較回路が設けられており、この比較回路が、「濃
い混合気」または「薄い混合気」の運転状態を表
わす出力切換信号を、混合気準備装置の引続き処
理を行う回路部に供給し、また比較回路の１方の
入力側に、λゾンデの出力信号、または該出力信
号に比例する信号が供給され、比較回路の他方の
入力側が、ゾンデ電圧に依存する可変基準電圧を
発生する回路と接続され、該回路は充電回路を有
している。

λゾンデと共に動作する制御式燃料噴射装置に
おいて、λゾンデが動作準備できていない状態で
は自動制御を全くしや断し、単純制御に切換るよ
うな装置はすでに公知である。しかしこの装置に
おいて所望の目的を達成するには、複雑な回路装
置が必要である。

それに対して実用新案登録請求の範囲に記載さ
れた特徴を有する本考案による装置は、非常に簡
単に構成されており、かつ閾値電圧をλゾンデの
変化する状態に、またλゾンデから送出される出
力電圧に連続的に整合させることができる、とい
う利点を有する。さらに本考案による装置は、正
常動作の際、従つてλゾンデが十分に加熱された
場合には作用を及ぼさないので、回路を構成する
際に正常動作に対しては何ら考慮する必要がな
い。

有利な実施例では、閾値調節のためにトランジ
スタの形の能動回路素子しか必要としない。この
トランジスタのコレクタエミツタ間は、閾値電圧
を発生する分圧器回路に対して並列分路を形成し
ている。このトランジスタを適当に制御すれば、
閾値電圧を簡単にシフトすることができ、かつ変
化するゾンデ電圧、さらに正確に言うならばゾン
デ電圧の下側の極端な値に合わせることができ
る。本考案は、内燃機関に燃料空気混合気を供給
する種々の混合気準備装置、例えば任意の構造の
燃料噴射装置、気化器等に対する用途に適してい
る。

本考案の実施例を以下図面によつて説明する。

まず本考案をわかり易くするため、第１図およ
び第１ａ図によりいわゆるλゾンデの系について
簡単に説明する。酸素ゾンデとも称するλゾンデ
は、内燃機関の排気ガス通路内に、従つて排気装
置の範囲内に配置される装置である。この装置
は、ステツプ関数に似たスイツチ特性に基いて、
内燃機関の入力側に供給される濃い燃料空気混合
気と薄い燃料空気混合気とを区別することができ
る。このようなスイツチ特性は、なるべく車両の
内燃機関が制御区間をなし、燃料噴射装置または
一般的に表わして内燃機関へ混合気を供給する装
置が制御装置を形成し、かつλゾンデが、制御回
路の入力側へ戻す実際値を発生するような制御の
ため利用できる。

このような酸素またはλゾンデの等価回路が第
１ａ図に示されている。この等価回路は、λゾン
デの内部抵抗Ris、およびこのλゾンデから発生
される起電力、すなわちこのλゾンデから発生さ
れる電圧Ｕ_pを含んでいる。内部抵抗Risおよび電
圧Ｕ_pは一定ではなく、大幅に温度に依存し、か
つそれ故に第１図に概略的に示したように時間ｔ
または温度θ_sに関してはつきりした関係を有す
る。

λゾンデの内部抵抗Risは、低温状態において
非常に大きい。そしてほぼ250℃ないし300℃であ
るλゾンデの動作温度に近付くと、大幅に低下す
る。他方においてλゾンデの起電力は、低温時に
はごく小さく、温度上昇につれて増大する。その
際起電力の値は、２つの限界値分岐Ｕ_s１とＵ_s２
に枝分かれする。これらの限界値分岐は、λゾン
デから取出される電圧Ｕ_sの極端な値、つまり混
合気が混い場合および薄い場合に生じる電圧値、
を表わす上限曲線と下限曲線である。第１図で、
λゾンデはほぼ時点t₁において動作可能な温度に
達したと見なすことができる。なぜなら、時点t₁
以降の温度で、λゾンデの発生する電圧は混合気
の濃薄（濃厚か希薄か）に応じて２つの値に分か
れているからである。従つて時点t₁以後は、制御
のためにλゾンデの電圧Ｕ_sを評価することがで
きる。この場合、時点t₂以後は全く問題なくゾン
デ電圧を評価できる。なぜなら、混合気の状態を
明確に表わすためにゾンデ電圧Ｕ_sと比較される
閾値電圧が、時点t₂以降一定の値、例えば500mV
に保持されるからである。

λゾンデから送出される電圧Ｕ_sを評価できる
ようにするため、わずかな測定電流の場合にも強
制的に測定電流を引出す制御回路の入力段に、λ
ゾンデを接続する必要がある。ｔt₁の範囲に対
してλゾンデの状態に関する情報を得ることがで
きるようにするため、またこの範囲に対して場合
によつては系全体の制御に切換ることができるよ
うにするため、場合によつては意識的にλゾンデ
に制御電流を供給する。

定常的にλゾンデを流れるこの測定電流のため
に、ゾンデの内部抵抗において降下する電圧が、
常に制御回路の入力段の入力端子に印加される。
ところで、混合気の濃薄に依存してλゾンデの出
力電圧が上下の電圧分岐Ｕ_s1，Ｕ_s2の間で変化す
る状態になるには、λゾンデは所定の最低動作温
度に達していなければならない。従つて、λゾン
デが最低動作温度に達していない時、あるいは長
い登坂路などでλゾンデが冷却してしまつた場合
には、λゾンデの出力電圧は上述の電圧分岐の間
で上下に変動することはなく、その下側電圧分岐
は比較器における比較電圧を常に上回るようにな
る。その結果、このゾンデで制御を行なうことは
不可能となる。なぜなら、ゾンデの出力信号によ
つて吸入混合気の濃薄を識別することができない
からである。この点については第２図を見れば明
らかである。第２図では、低温になるにつれて
（つまり図の左側になるほど）、ゾンデ電圧の分岐
が狭く、電圧値が大きくなつている。これは、低
温になるほどゾンデの内部抵抗が上昇し、わずか
な測定抵抗でも大きな電圧降下が生じるからであ
る。長時間の登坂時以外でも、無負荷運転時など
にλゾンデの温度が所定の最低動作温度を下回る
ことがある。そうなると上述のような不都合が生
じるので、これを防止しなければならない。

第３図に示す回路は、ゾンデがほぼ第１図の時
点t₁とt₂との間の状態に相当する状態にある時に
も、ゾンデ電圧Ｕ_sと比較される閾値を追従する
ことによつて、制御機能を確実にはたすことがで
きる。第３図の回路の入力端子１０に、例えば１
で示すλゾンデを直接接続することができる。λ
ゾンデの出力電圧Ｕ_sは、抵抗Ｒ１を介して入力
段回路２の一方の入力端子に達する。この入力段
回路は、例えば演算増幅器として構成することが
でき、かつこの入力段回路の他方の入力端子に、
帰還導線３を介して入力電圧が供給されている。
この入力電圧は、入力段２の出力電圧にも依存し
ており、従つてスイツチ特性が改善され、かつヒ
ステリシス特性が導入される。入力段２の出力端
子は、接続点Ｐ２において２つの抵抗Ｒ２および
Ｒ３の接続点に接続されており、これらの抵抗
は、直列接続された別の抵抗Ｒ４と共に、安定化
電圧を供給する導線４から出発してアースまたは
負導線５へ通じる分圧器を形成している。安定化
電圧は、分圧器回路によつて発生され、この分圧
器回路は、例えば電池電圧UBから通じる導線６
から出発して、抵抗Ｒ５およびこの抵抗に直列接
続されたツエナダイオードＺ１を含んでいる。抵
抗Ｒ３およびＲ４の接続点に、帰還導線３が接続
されている。

入力段２の出力端子Ｐ２における電圧は、第２
図に示すゾンデ電圧Ｕ_sの曲線に相応して極端な
電圧値Ｕ_s１とＵ_s２との間で往復変動する。その
際、初めに述べたように温度が低い場合には、ゾ
ンデ出力電圧は２重矢印Ａで示す方向へ移動す
る、つまり電圧値は高くなる。同時に、極端な値
の分岐幅は狭くなる。

入力段２の出力端子は、抵抗Ｒ６を介して比較
回路７の一方の入力端子に接続されており、この
比較回路は、同様に演算増幅器として構成するこ
とができる。比較回路７の他方の入力端子に、前
に説明した閾値電圧が供給される。この閾値電圧
は、まずこの実施例において導線４の安定化電圧
を抵抗Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９およびＲ１０の直列回路
によつてアースに接続する分圧器回路から得られ
る。抵抗Ｒ８およびＲ９の接続点は、別の抵抗Ｒ
１１を介して比較回路７の閾値電圧入力端子に接
続されている。この時内燃機関に供給される混合
気に応じて高いまたは低い比較回路７の出力か
ら、制御回路によつてさらに処理すべき実際値信
号が取出される。閾値に追従するため閾値追従回
路が設けられており、この閾値追従回路の出力側
は、比較回路７の閾値入力端子に作用し、かつ入
力側は、ゾンデ電圧の実際の値を検出する。本実
施例において閾値追従回路は、トランジスタＴ１
を有し、このトランジスタのコレクタは、例えば
この場合正導線に通じる導線、すなわち導線６に
直接接続されており、一方トランジスタＴ１のエ
ミツタは、分圧回路Ｒ７ないしＲ１０の分圧に作
用を及ぼし、しかもこのエミツタが本実施例にお
いて抵抗Ｒ１２を介して抵抗Ｒ９およびＲ１０の
接続点に接続されていることにより作用を及ぼ
す。トランジスタＴ１のベースは、一方において
抵抗Ｒ１３を介して正導線に通じる導線４に接続
されており、また他方においてゾンデ電圧検出回
路１２に接続されており、その際ゾンデ電圧検出
回路は、ダイオードＤ１と別の抵抗Ｒ１４とコン
デンサＣとから成り、かつ入力段２の出力端子と
しての接続点Ｐ２とアースとの間に接続されてい
る。

ゾンデ信号Ｕ_sに対する閾値電圧を制御する動
作は次のように行われる。すなわちコンデンサＣ
が抵抗Ｒ１３を介して正電圧に充電され、かつ接
続点Ｐ２の負の電圧に対して導通方向に向けられ
たダイオードと抵抗Ｒ１４の直列回路を介して、
その都度変動するゾンデ電圧Ｕ_sの最小値（第２
図参照）に放電される。

最小値（第２図の電圧Ｕ_s２に相応する）が十
分低くなるとすぐに、トランジスタＴ１は阻止状
態になる。なぜならこのトランジスタのエミツタ
電位は、通常の場合抵抗Ｒ９およびＲ１０の接続
点に存在する電位に持上げられているからであ
る。通常の制御動作においてゾンデが十分に加熱
された場合、抵抗Ｒ７ないしＲ１０の分圧器回路
によつて設定される閾値Ｕ_v（第２図参照）はほ
ぼ500mVであり、かつこの閾値は、例えばゾン
デ電圧Ｕ_sの最小値が所定の限界値Ｕ_gを上回らな
い限り作用を受けない。しかし第２図における時
点t₄においてλゾンデの相応した冷却によつて限
界値電圧Ｕ_gを上回り、かつもはや検出回路１２
は増大の程度に応じて、コンデンサＣにおける電
圧、従つてトランジスタＴ１のベースにおける電
圧を、トランジスタＴ１をしや断する程小さな値
に維持できない。これに反してトランジスタＴ１
のベースに、この時点t₄（第２図の線図において
時間または温度目盛を表わす横軸を逆向きに見
て）以後に、常に正の電圧が供給されるので、こ
の時点以後に抵抗Ｒ９，Ｒ１０およびＲ１２の接
続点としての接続点Ｐ４は、トランジスタＴ１の
コレクタエミツタ間を介してますます導線６の正
の電位に接続され、これにより入力端子９におけ
る閾値電圧Ｕ_vの総合的な上昇は、例えば第２図
において大体において直線的に上昇する閾値電圧
分岐Ｕ_vxに相応して正の値になる。閾値追従回路
の回路素子を適当に決めることにより、曲線分岐
Ｕ_vxの経過は、第２図にも示したように大体にお
いて閉じた両方の限界値電圧分路Ｕ_s１およびＵ_s
２の間にあるようにすることができるので、λゾ
ンデが比較的強力に冷却された場合にも混合気状
態に関する支障ない表示を得ることが最適に行わ
れることは明らかである。

すでに述べたように閾値電圧Ｕ_vを上昇する回
路は、下側ゾンデ電圧の所定の最小値を上回つた
時に初めて閾値を変更するように構成されている
ので、通常の制御動作において（ゾンデが高温の
場合）確実に回路は何の作用も受けないようにな
る。λゾンデが冷却すると、本考案による回路が
動作を開始し、かつゾンデにおける基本電圧レベ
ルが高い際にも制御を引続き行うことができる程
閾値を上昇する。なぜなら引続き閾値の通用が可
能であり、かつ回路により検出可能であるからで
ある。目的に合うように回路は、少なくとも閾値
電圧分岐Ｕ_vxを、混合気が濃い際および薄い際の
ゾンデ電圧の両方の値の中間にできるだけ常に置
くように決められ、かつ場合によつてはその他の
素子を補充され、従つてゾンデがまだ濃い混合気
と薄い混合気との間の区別ができる限り制御動作
が可能である。

その他の点において入力段２の出力端子Ｐ２に
おける定常的な電圧変動のため生じる検出回路１
２の出力電圧、すなわちコンデンサＣにかかる電
位に相当する電圧の変動を防止するため、このコ
ンデンサおよびこのコンデンサに付属の充電抵抗
Ｒ１３から形成される時定数Ｒ１３×Ｃは、系の
最大の不感時間よりも大きくしなければならない
ことは明らかである。

前に述べたように本考案は、任意の種類の混合
気準備装置、例えば気化器、燃料噴射装置等に使
用するのに適しており、その際気化器の範囲にお
いて吸入範囲に燃料を供給するノズル断面積を変
えることができるが、λゾンデの準備された出力
信号を監視して燃料空気混合気の組成を制御する
のに適した任意の構造の気化器の他の範囲を変え
ることもできる。

本考案は、混合気準備装置において排気ガス再
循環量を制御するため、バイパス導管を制御する
ため、または燃料噴射装置において、例えばこの
ような系の掛算段に作用して燃料噴射パルスの幅
を補充制御するためにも特に適している。一般に
負圧によつて燃料を吸入するかまたは加圧によつ
て燃料範囲に燃料を供給するすべての系および装
置において、λゾンデおよびこのλゾンデの出力
信号を評価する付属の部品を使用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、酸素ゾンデまたはλゾンデにおいて
時間または温度に関して電圧および抵抗の経過を
示す線図、第１ａ図は、λゾンデの等価回路を示
す図、第２図は、本考案による閾値制御によつて
制御機能を確実にできるλゾンデ出力電圧の主要
部範囲を示す線図、第３図は、任意の混合気準備
装置に付属できる部分回路を形成した閾値調節回
路の実施例を示す図である。１……λゾンデ、２……入力段、５……負導
線、７……比較回路、９……閾値電圧入力端子、
１２……検出回路、Ｐ２……入力段出力端子。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】１燃料混合気の組成が、排気ガス組成を検出す
るλゾンデ（酸素ゾンデ）によつて補充的に制
御され、λゾンデ出力信号を閾値電圧と比較す
る比較回路が設けられており、この比較回路
が、「濃い混合気」または「薄い混合気」の運
転状態を表わす出力切換信号を、混合気準備装
置の引続き処理を行う回路部に供給し、また比
較回路の１方の入力側に、λゾンデの出力信
号、または該出力信号に比例する信号が供給さ
れ、比較回路の他方の入力側が、ゾンデ電圧に
依存する可変基準電圧を発生する回路と接続さ
れ、該回路は充電回路を有している、内燃機関
に供給すべき燃料混合気の混合比制御装置にお
いて、充電回路Ｄ１，Ｒ１４，Ｃが、ゾンデ電
圧の可変下側限界値電圧Ｕ_s2だけを検出し、基
準電圧回路の中に、能動切換素子Ｔ１を有する
閾値調節回路が設けられ、該閾値調節回路は、
前記充電回路によつて制御され、かつ基準電圧
回路の基準電圧分圧器Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１
０を調整し、該調整はゾンデ電圧Ｕ_sと比較さ
れる閾値が、常にゾンデの下側限界値電圧Ｕ_s2
より上にあるようにしてなる、内燃機関に供給
すべき燃料混合気の混合比制御装置。２充電回路が、ゾンデ電圧Ｕ_sに比例する電圧
の加わるダイオードＤ１、抵抗Ｒ１４、および
コンデンサＣから成る直列回路を有し、トラン
ジスタＴ１として構成された閾値調節回路の能
動切換素子が、充電回路によつて制御され、そ
れによつて、ゾンデ電圧が所定の限界値電圧Ｕ
_gを上回つた時に始めて、閾値調節回路が徐々
に制御される実用新案登録請求の範囲第１項記
載の装置。３閾値電圧Ｕ_vを発生するため、閾値調節回路
Ｔ１によつてこの閾値電圧の分圧値を制御され
る分圧器回路Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０が設け
られている、実用新案登録請求の範囲第１項ま
たは第２項記載の装置。４ゾンデ出力電圧が、演算増幅器として接続さ
れた入力段２の一方の入力端子に供給され、こ
の入力段の他方の入力端子に、入力段出力電圧
に依存した帰還信号が供給される、実用新案登
録請求の範囲第１項から第３項までのいずれか
１項に記載の装置。５入力段の出力端子Ｐ２が、演算増幅器の形に
構成された比較回路７の一方の入力端子に接続
され、かつ同時に検出回路１２に接続されてい
る、実用新案登録請求の範囲第１項から第４項
までのいずれか１項に記載の装置。６検出回路が記憶素子Ｃを含み、この記憶素子
が、ゾンデ出力電圧Ｕ_sの下側限界値電圧Ｕ_s２
の値に向つて放電可能である、実用新案登録請
求の範囲第５項記載の装置。７コンデンサから成る記憶素子Ｃが、抵抗Ｒ１
４およびダイオードＤ１と直列接続されてお
り、かつ入力段出力端子Ｐ２に接続されてお
り、またアース導線５から離れた方のコンデン
サＣの端子が、閾値調節回路の一部であるトラ
ンジスタＴ１のベースに接続されている、実用
新案登録請求の範囲第５項または第６項記載の
装置。８閾値調節のため検出回路１２から制御される
トランジスタＴ１のコレクタエミツタ間が、閾
値電圧Ｕ_vを発生する分圧路回路（Ｒ７ないし
Ｒ１０）の接続点Ｐ４に接続されており、それ
により比較回路の閾値電圧入力端子９が、大き
くなる下側限界値電圧Ｕ_s２と共にますます大
きくシフトされるようにした、実用新案登録請
求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項
に記載の装置。９記憶コンデンサＣのために充電抵抗Ｒ１３が
設けられており、また充電抵抗Ｒ１３と記憶コ
ンデンサＣとから形成された時定数が、系の最
大不感時間より大きい、実用新案登録請求の範
囲第１項から第８項までのいずれか１項に記載
の装置。