JPS6118664B2 - - Google Patents

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JPS6118664B2
JPS6118664B2 JP55039747A JP3974780A JPS6118664B2 JP S6118664 B2 JPS6118664 B2 JP S6118664B2 JP 55039747 A JP55039747 A JP 55039747A JP 3974780 A JP3974780 A JP 3974780A JP S6118664 B2 JPS6118664 B2 JP S6118664B2
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JP
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air
fuel ratio
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JP55039747A
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Seietsu Yoshida
Yukihide Niimi
Masao Ito
Yutaka Sawada
Takayuki Demura
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Denso Corp
Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
NipponDenso Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1477Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation circuit or part of it,(e.g. comparator, PI regulator, output)
    • F02D41/1479Using a comparator with variable reference

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関する。
従来の空燃比制御装置としては、排気ガス中の
特定成分の濃度を検出することにより内燃機関の
空燃比状態を検出する空燃比センサ、例えば、排
気ガス中の酸素成分濃度を検出する酸素濃度セン
サ(O2センサ)の検出信号に基いて機関に供給
する2次空気量あるいは機関に吸入される混合気
空燃比を制御することにより空燃比の補正を行な
うフイードバツク制御式のものがある。
しかし従来この種の空燃比制御装置では、キヤ
ブレターの設定基本空燃比の製造上のバラツキ、
2次空気供給式における2次空気アクチユエータ
のような制御部品の精度上のバラツキ、回路中の
電気部品のバラツキ等によつて空燃比の制御中心
が設定値からずれた場合に空燃比制御が不安定に
なる。これは空燃比がその設定制御中心に対して
どれだけの量変化したかを検出しその量に応じた
補正量でフイードバツク制御するのではなく、空
燃比が設定制御中心に対してリツチ側にあるかあ
るいはリーン側にあるかのみを検出することによ
つて補正量を増減制御しているために生ずると考
えられる。このように従来装置では実質上の制御
中心が変化した場合、所定空燃比に安定して制御
することができなかつた。
本発明は従来装置の上述のような問題点を解決
するためになされたもので、空燃比の実質上の制
御中心が変動した場合にも安定して所定空燃比に
維持できる空燃比制御装置を提供することを目的
とする。
上述の目的を達成する本発明の特徴は、内燃機
関の排気ガス中の特定成分の濃度状態を表わす検
出信号を発生する空燃比センサと、該検出信号を
増幅する増幅回路と、該増幅回路の出力を所定の
第1基準値と比較する第1比較回路と、該第1比
較回路による比較結果に応じて前記増幅回路の増
幅度を変化させ、前記増幅回路の出力の最大値を
ほぼ一定にする増幅度演算回路と、前記増幅回路
の出力を第2の基準値と比較する第2比較回路
と、前記空燃比センサの検出信号の積分値を所定
空燃比に対応する第3の基準値と比較する第3比
較回路と、該第3比較回路の出力に応じて前記第
2の基準値を変化させる基準値設定回路とを備
え、前記第2比較回路が可変な時間幅の出力信号
を空燃比補正量調整機構に加えて前記機関の空燃
比をフイードバツク制御することにある。
以下本発明の実施例について図面を参照しなが
ら説明する。
第1図は本発明の一実施例として、空燃比セン
サの検出信号に基いて機関の排気系への2次空気
供給量を制御し、空燃比のフイードバツク制御を
行う空燃比制御装置を概略的に示している。同図
において20は内燃機関本体、21はその吸気マ
ニホールドの上流に設けられたキヤブレタ、22
は排気マニホールドをそれぞれ示している。排気
マニホールド22の下流には排気管23が接続さ
れており、この排気管23には空燃比センサ1が
設けられている。本実施例において、空燃比セン
サ1は排気ガス中の酸素成分の濃度状態に応じて
第2図に示すような検出信号を発生する酸素濃度
センサ(O2センサ)であり、酸素イオン電導体
として酸化ジルコニウムを用いた周知の構成のも
のである。排気管23のO2センサ1より下流の
位置には触媒コンバータ24が設けられている。
この触媒コンバータ24は排気ガス中の3つの有
害成分NOx,CO及びHCを浄化する三元触媒コン
バータで構成される。2次空気を排気系に噴出す
る2次空気噴射マニホールド25が排気マニホー
ルド22に設けられている。機関の回転に伴つて
駆動されるエアポンプ26から吐出される空気は
導管27を介して2次空気噴射マニホールド25
に送られるが導管27の途中に設けられた空燃比
補正量調整機構として働く流量調整機構28によ
つてその通過流量が制御される。流量調整機構2
8は詳しい構成を図示していないが、空燃比制御
回路29から送られる電気信号に応じて直接的に
その通過流量を調整する電磁弁であつてもよい
し、また上記電気信号に応じて負圧制御用の電磁
弁を制御し、その電磁弁を介して印加される負圧
によつて通過流量を調整する空気制御弁であつて
もよい。30は機関状態センサで例えば水温、機
関回転数、あるいは負圧等の1つもしくは複数個
を検出することにより機関の異常時や冷間時など
フイードバツク制御を停止すべき状態を検出する
ためのものであり、公知の技術を用いて構成でき
るので詳しい説明は省略する。31は機関状態セ
ンサ30の検出信号を受けて上述のような状態の
ときに空燃比制御回路29に制御信号を送つてフ
イードバツク制御を停止させる制御停止回路であ
る。
第3図は空燃比制御回路29の具体的構成を示
すブロツク図である。同図において空燃比センサ
1の出力端子は第1の増幅回路40および第2の
増幅回路80に接続され、第1の増幅回路40の
増幅度は増幅度演算回路60からの帰還量に応じ
て変化する様になつており、第1の増幅回路40
の出力は、第1の比較回路50および第2の比較
回路70に接続されている。第1の比較回路50
は所定電圧以上か否かを判別して出力を増幅度演
算回路60に印加するように接続されている。一
方、第2の増幅回路80にて増幅された空燃比セ
ンサ1の出力信号は積分回路90に入力され第3
の比較回路100にて所定値と比較され、その出
力は基準値設定回路120に入力される。この基
準値設定回路120と前記第1の増幅回路40の
信号は第2の比較回路70にて大小比較される。
第2の比較回路70のオン、オフ信号に基き出力
駆動回路130は電流増幅し流量調整機構28を
作動させる。
第3図図示の空燃比制御回路29の回路実施例
を第4図に示す。以下第4図の回路動作を第5図
および第6図に示した波形図とともに説明する。
第4図において空燃比センサ1の出力電圧は第
1増幅回路40の演算増幅器41に入力される。
抵抗44とコンデンサ45との接続点での電圧V
Aは第5図aで示すような波形であり、第2図か
ら明らかなように、排気系で空燃比センサ1が検
出した空燃比(空気過剰率)が理論空燃比(λ=
1)より小さい(リツチ)のとき高レベルとな
り、理輪空燃比より大きい(リーン)のとき低レ
ベルとなる。
今排気系の空燃比がリツチになり空燃比センサ
1の出力電圧VAが第5図aの実線で示す波形の
ように高レベルになると演算増幅器41の出力電
圧VBが高くなる。出力電圧VBが、抵抗52,5
3で電源電圧+Vを分割して作つた基準電圧VC
を越えると比較器51の出力は高レベルとなり、
抵抗64,66、コンデンサ65で決定される時
定数でコンデンサ65を充電する。コンデンサ6
5両端の電圧は演算増幅器61により抵抗61,
62で決定される比で増幅され第1増幅回路40
にフイードバツクされて抵抗42,43で決定さ
れる。第1増幅回路40の増幅度を減少させる。
同様にして出力電圧VBが低レベルになる第1増
幅回路40の増幅度は大きくなる。ここで空燃比
センサ1の出力電圧が高レベルのとき演算増幅器
41の出力電圧VBが基準電圧VCをわずかに越え
るように抵抗42,43,62,63等を調整し
て第1増幅回路40の増幅度を設定すれば、空燃
比センサ1の出力電圧が劣下や温度変化のために
第5図aの破線で示すように出力が低下したり、
一点鎖線で示すように移動しても、演算増幅器4
1の出力電圧VBは第5図bに示すようなほぼ一
定の波形になる。しかも得られた波形は最大値が
基準電圧VCに抑えられた一種の基準化した形に
なつている。
一方、空燃比センサ1の出力電圧VAは第2増
幅回路80にも入力され、ここで演算増幅器81
により抵抗82,83で決る増幅度で増幅され
る。なおこの増幅度は1であつてもよいが(すな
わち、第2増幅回路80は省略してもよいが)、
精度、温度特性、耐雑音性向上にため、本実施例
では4程度の増幅度としている。増幅された電圧
は電圧は抵抗91、コンデンサ92から成る積分
回路90に入力され、平均化(面積積分)され電
圧VDを得る。電圧VDは抵抗104を介して比較
器101に加えられ、分割抵抗102,103で
作られる基準電圧VEと比較される。基準電圧VE
は本実施例では理論空燃比相当の値にしている。
今排気系の空燃比がリツチの場合空燃比センサ
1の出力電圧VAは第6図aの左側に示すような
波形となり、これを増幅積分した電圧VDは第6
図bの左側に示す通り基準電圧VEより高くな
る。同様にして排気系の空燃比がリーンの場合は
空燃比センサ1の出力電圧VAは第6図aの右側
に示すような波形となつて電圧VDは第6図bの
右側に示すように基準電圧VEより低くなる。空
燃比が理論空燃比付近にあれば電圧VDは第6図
bの中央に示す波形のように基準電圧VEを上下
する。
比較器101の出力電圧は、トランジスタ10
7,115,118、抵抗105,106,10
9,112〜114,116,117、ダイオー
ド108,110,111で構成されるスイツチ
ング回路に入力される。スイツチング回路は比較
器101が高レベル出力のときはトランジスタ1
07がオンで、トランジスタ115がオン、トラ
ンジスタ118がオフになり、また比較器101
が低レベル出力のときには同様にトランジスタ1
15がオフ、トランジスタ118がオンになるよ
う作動する。従つて電圧VFは排気系の空燃比が
リツチのときは第6図cの左側に示すように低レ
ベルのままとなり、リーンのときは第6図cの右
側に示すように高レベルのままとなる。そして排
気系の空燃比が理論空燃比付近のとき第6図cの
中央のように高低レベルに変化する。この電圧V
Fは基準値設定回路120においてボルテージホ
ロアとして働く演算増幅器121によりインピー
ダンス変換され抵抗124、コンデンサ125で
決まる時定数で電圧VFに応じてコンデンサ12
5を充放電する。従つてコンデンサ125の端子
電圧VGは排気系の空燃比がリツチのとき徐々に
下降し、リーンの場合は徐々に上昇する。
抵抗72を介してこの電圧VGと前述の増幅電
圧VBとが第6図dに示すように第2比較回路7
0にて比較され、比較器71の出力端に第6図e
に示すような波形の電圧VHを得る。即ち、排気
系の空燃比がリツチであればあるほど電圧VH
パルス幅が長くなる。前述のようにこの電圧VH
を公知の流量調整機構28に加えれば排気系の空
燃比がその設定制御中心に対してどれだけの量ず
れたかを検出しその量に応じた補正量で空燃比フ
イードバツク制御が行なえる。なお本実施例の場
合、比較器70が出力駆動回路130の機能も兼
ねている。
次に第4図において制御停止回路31は抵抗3
2,34,36,38、ダイオード33,35、
トランジスタ37で構成され、抵抗32は比較器
101の非反転入力端子に、抵抗34のトランジ
スタ115のベースに、トランジスタ37のエミ
ツタと抵抗38とは抵抗124の両端に夫々接続
されている。
今機関状態センサ30が機関の異常時や冷間時
のような空燃比フイードバツク制御を停止すべき
状態を検出したとき、端子Jに高レベル出力信号
を発生する。この高レベル信号により基準電圧V
Eが高レベルとなりトランジスタ107がオン、
トランジスタ118がオフになり、またトランジ
スタ115のベース電位が高くなつてトランジス
タ115がオフになる。同時にトランジスタ37
がオンになるのでコンデンサ125は急速に充放
電し、従つて電圧VGは抵抗122,123によ
つて決まる値に固定される。すなわち、フイード
バツク停止時には基準値設定回路120の出力電
圧VGを一定値にする。これにより流量調整機構
28は空燃比センサ1の信号にかかわらず、排気
系へ2次空気の供給を停止したり、または全量供
給したりする。
第7図は空燃比制御回路の第2の実施例を示す
ブロツク図であり、空燃比制御回路29′におい
ては第3図図示の第2増幅回路80を使用せず増
幅回路40の出力をかわりに使用したものであ
る。すなわち、第4図における電圧VBを積分回
路90の入力端子に直接接続する回路構成であ
る。また第8図は空燃比制御回路の第3の実施例
を示すブロツク図であり、空燃比制御回路29″
においては増幅度演算回路60の出力が第3比較
回路100に直接接続される。いずれの場合も第
3図図示の第1実施例と同様の効果が得られる。
以上述べたように本発明によれば検出した空燃
比がその制御中心からどれだけの量変化したかを
判別しその量に応じた補正書でフイードバツク制
御を行なつているから、制御部品等のバラツキ、
特にキヤブレターの設定基本空燃比にバラツキが
あつても、また劣下や気圧変化や気温変化が生じ
ても機関空燃比を精度良くかつ安定してフイード
バツク制御できるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の概略を示すシステム図であ
る。第2図は酸素濃度センサの出力特性図であ
る。第3図は本発明になる空燃比制御装置の要部
の第1実施例を示す機能ブロツク図である。第4
図は第3図図示のブロツク図の具体的構成を示す
電気回路図である。第5図および第6図は第4図
図示の回路動作を説明するための各部波形図であ
る。第7図は本発明になる空燃比制御装置の要部
の第2実施例を示す機能ブロツク図である。第8
図は本発明になる空燃比制御装置の要部の第3実
施例を示す機能ブロツク図である。 1…空燃比センサ、20…機関本体、28…流
量調整機構、29…空燃比制御回路、40…第1
増幅回路、50…第1比較回路、60…増幅度演
算回路、70…第2比較回路、100…第3比較
回路、120…基準値設定回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 内燃機関の排気ガス中の特定成分の濃度状態
    を表わす検出信号を発生する空燃比センサと、 該検出信号を増幅する増幅回路と、 該増幅回路の出力を所定の第1基準値と比較す
    る第1比較回路と、 該第1比較回路による比較結果に応じて前記増
    幅回路の増幅度を変化させ、前記増幅回路の出力
    の最大値をほぼ一定にする増幅度演算回路と、 前記増幅回路の出力を第2の基準値と比較する
    第2比較回路と、 前記空燃比センサの検出信号の積分値を所定空
    燃比に対応する第3の基準値と比較する第3比較
    回路と、 該第3比較回路の出力に応じて前記第2の基準
    値を変化させる基準値設定回路と を備え、前記第2比較回路が可変な時間幅の出
    力信号を空燃比補正量調整機構に加えて前記機関
    の空燃比をフイードバツク制御することを特徴と
    する空燃比制御装置。 2 前記フイードバツク制御を停止すべき状態に
    おいて前記第2の基準値が所定値に固定されるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の空燃
    比制御装置。
JP3974780A 1980-03-28 1980-03-28 Air-fuel ratio controller Granted JPS56138437A (en)

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