JPS6132489B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、閉ループ制御をなすよう燃料制御
回路に帰還される信号を発出するために排気ガス
成分検出装置が使用されている型の内燃エンジン
燃料制御装置に関する。

公知の装置のうちの一つは、低温度において、
極めて高い出力インピーダンスを有する排気ガス
成分検出装置を使用している。この装置は一度び
排気ガスによつて適当な動作温度に迄温められる
と、満足すべき排気ガス成分の存在を極めて正確
に指示することができるものであるが、低温度の
状態にあるときは該装置は高出力インピーダンス
のものであることから閉ループ制御を不満足にし
か利用することができない。この公知のシステム
においては、温度の測定或は上記装置の出力イン
ピーダンスの測定に複雑な電子装置が使用され、
そして温度が適当なものとなる迄閉ループ制御が
禁じられている。

この発明は、高出力インピーダンスを有する検
出装置の低温度における上述の如き問題を解消す
るための簡単で効果的な装置を採用した上述の如
き型の制御装置を提供することをその一つの目的
とするものである。

この発明による制御装置は、低温度において高
出力インピーダンスを有するが動作温度において
は排気ガス成分に関連した電圧信号を発生する排
気ガス成分検出装置、および上記検出装置からの
電圧信号の変動がエンジンに対する燃料流入速度
を該電圧信号が所望レベルに近づくよう変化させ
るように上記検出装置が接続せしめられた燃料制
御回路を具備した内燃エンジン燃料制御装置であ
つて、前記燃料制御回路は上記検出装置および基
準電圧源に接続されておりその出力が上記信号電
圧と基準電圧との間の相対レベルに依存する入力
段と、前記入力段の出力に接続されており入力段
の出力の変化の結果に応じて比較的ゆるやかに変
化する出力を発生する積分器段を備えており、前
記積分器段の出力はエンジンに供給される燃料の
供給速度を決定するものであり、更に前記積分器
段の出力と入力段の入力端子間を接続するインピ
ーダンス帰還回路を有しており、上記検出装置が
低温度の時のインピーダンスより小さなインピー
ダンスを有しており、上記帰還回路は積分器の出
力を検出装置が低温度のときに所望の値に近づけ
るものであることを特徴とする内燃エンジン燃料
制御装置である。

入力段は電圧比較器でありそして積分段は演算
増幅器積分器であると好適である。この場合、帰
還回路は、演算増幅器出力端子と接地端子との間
に接続されそして演算増幅器出力が所望値にある
とき基準電圧に等しい電圧を形成するよう接続さ
れた抵抗性電圧分割器、を有しており、上記イン
ピーダンス帰還回路は上記電圧分割器と電圧比較
器の入力端子との間に接続された高インピーダン
ス抵抗であると好適である。

上記の如き装置は、検出装置が低温度状態にあ
るとき抵抗を介する負帰還は検出装置により発生
せしめられる如何なる信号よりも重要なものであ
り、その結果演算増幅器積分器の出力電圧は電圧
比較器におけるヒステリシスにより導入される小
振幅リツプル成分を有する上記所望の値に落着
く。検出装置がその動作温度に迄温められたと
き、負帰還は重要なものでなくなり、そして装置
の正常動作を妨害することもないものとなる。

比較器出力と積分器入力との間の接続にはスイ
ツチ装置を具備することができ、このスイツチ装
置はエンジン・スピードに比例した周波数で各動
作毎に一定の持続時間だけ周期的に導通するよう
制御されるものである。このようにして、積分器
出力はエンジンの１回転（単位時間ではなく）当
りにつき一定の量だけ変化する。

或る場合においては、検出装置がその正常動作
温度のときでさえも、例えば全エンジン・パワー
が要求されているときでさえも閉ループ制御を無
効にすることが要求されることがある。このこと
は上記制御装置に簡単なスイツチを高インピーダ
ンス帰還回路にまたがるように接続して達成され
る。このスイツチが閉じられると、比較器に対す
る負帰還は信号電圧を優勢として積分器出力をそ
の所望値に近づけることとなる。

先ず、第１図に着目してこの発明を説明する
と、燃料制御装置は主デイジタル制御信号発生ユ
ニツト１０を具備している。上記ユニツト１０は
スロツトル・アングル・トランスジユーサ１１お
よびエンジン・スピード・トランスジユーサ１２
からの信号を受信し、そしてプログラムされたリ
ード―オンリ・メモリにより公知の手法で三次元
デイジタル関数発生器としてマルチ・ビツト・デ
イジタル出力信号を発生するものである。発生器
１０からのデイジタル出力信号はパルス持続時間
制御装置１３に印加され、ここにおいて可変周波
数のクロツク１４からの入力パルスを用いて公知
の手法或る持続時間のパルスに変換される。エン
ジン冷却液温度のような各種のパラメータはクロ
ツク１４に加えられるが、主制御パラメータは排
気ガス成分制御回路１５の出力である。上制御回
路１５は排気ガス成分検出器１６からの制御信号
を受信する。パルス持続時間制御装置１３は、複
数個のソレノイド操作燃料噴射バルブ１７に加え
られる励磁パルスの持続時間を変化させることに
より、エンジン１８に供給される燃料の量を制御
するものである。

次に、第２図について説明すると、排気ガス成
分制御回路は入力端子２２と接地との間に直列接
続して挿入された抵抗２０およびコンデンサ２１
より成る入力フイルタを具備する。このフイルタ
は例えば0.1mSのような極く短い時定数を有する
ものであり、従つて高周波ノイズを除去すること
のみのために働く。

この回路はヒステリシスを有する電圧比較器と
して構成した高入力インピーダンス演算増幅器２
３より成る入力段を有する。抵抗２０とコンデン
サ２１との接続点は増幅器２３の反転入力端子に
接続しており、給電線２７と接地の間に接続した
３個の抵抗２４，２５，２６より成る電圧分割器
は増幅器２３の非反転入力端子に対する入力を構
成するものである。この電圧分割器は増幅器２３
の非反転入力端子に350mV程度の基準電圧Ｖ_REF
を供給するために挿入されたものである。増幅器
２３の正帰還は該増幅器の出力端子と非反転入力
端子との間に接続した抵抗２８によりなされる。
抵抗２８の抵抗値は抵抗２４，２５，２６を組合
せたものの抵抗値に比して極めて大なるものであ
つて、その結果、比較器に導入されるヒステリシ
スは小なるものとなる。

増幅器２３の出力端子は直列接続した２個の抵
抗３０，３１により接地されている。上記２個の
抵抗３０，３１の相互接続点はトランジスタ３２
（npn）のベースに接続している。上記トランジ
スタ３２は、このエミツタは接地され、コレクタ
は抵抗３３を介して給電線２７に接続している。
トランジスタ３２のコレクタ（これは入力段の出
力端子である）はFETスイツチ３４を介して演
算増幅器３５を用いた積分器に接続されている。
この積分器の他の素子としては、スイツチ装置３
４を演算増幅器の反転入力端子に接続する入力抵
抗３６、増幅器３５の出力端子をその反転入力端
子に接続する帰還コンデンサ３７がある。増幅器
３５の非反転入力端子は、導線２７と接地間に挿
入された２個の互に等しい抵抗値を有する抵抗３
８，３９より成る電圧分割器により上記導線上の
電圧の中間の電圧にバイアスされている。増幅器
３５の出力端子はクロツク１４の制御端子に接続
し、また２個の直列接続抵抗４０，４１を介して
接地されている。これらの抵抗４０，４１の抵抗
値は増幅器３５の出力端子が中間電圧のときに
（或はその他の適当な電圧のときに）抵抗４０，
４１の共通点における電圧がＶ_REF―即ち約
350mVにほぼ等しいものとなるように選定され
ている。これらの抵抗４０，４１の共通点は高抵
孔４２を介して演算増幅器２３の反転入力端子に
接続している。

スイツチ装置３４はエンジン・シヤフトの各１
回転毎に一定の総時間の間導通し、積分器３５，
３６，３７は時間に関してではなくエンジン・シ
ヤフトの偏位に関して積分する。ここで上記スイ
ツチ装置はタイミング用の抵抗４７およびコンデ
ンサ４６を具備した集積回路単安定マルチバイブ
レータ４５により制御されて、スピード・トラン
スジユーサ（これは簡単な機械接点或は電気装置
とすることができる）が１パルスを発生する度毎
に一定持続時間のパルスを発生するものである。

上述した構成に於て、増幅器（比較器）２３、
トランジスタ３２、スイツチ装置３４及び増幅器
（積分器）３５はこれら全体でスルーレートが増
幅器３５の時定数（抵抗３６及びコンデンサ３７
により）で決定される演算増幅器とみなすことが
できる。増幅器２３の帰還抵抗２８を無視して考
えられる期間は抵抗４２により前記演算増幅器は
反転モードで動作する演算増幅器と見なすことが
でき、抵抗４０と４１の接続点の電圧は非反転入
力端子の基準電圧と等しくなる。換言すれば、反
転モードの演算増幅器では、抵抗４０と４１との
接続点から抵抗４２を介して検出装置出力からア
ースへと電流が流れるので、増幅器２３の非反転
入力端子の入力インピーダンスは不定（定まらな
い）となる。一方検出装置が暖まつていない場
合、その出力インピーダンスは非常に高いので、
前述した流れる電流は少なく従つて抵抗４２によ
る電圧降下は少なく、増幅器２３の非反転入力端
子と抵抗４０，４１の接続点の電圧が等しいとい
う平衡状態を保証することができる。

一方増幅器２３には帰還抵抗２８が設けられて
いるのでこの平衡状態を破ろうとするので、抵抗
４０，４１の接続点の電圧は基準電圧を中心とし
て発振する。

検出装置が暖まつておりその出力インピーダン
スが低い場合には抵抗４２を介して流れる電流は
大きくなり、したがつて抵抗４２による電圧降下
が大きくなる。従つて検出装置の電圧変化は影響
を受ける。

すなわち、反点モードで動作する演算増幅器に
於て、その利得は、入力端子に接続される素子の
出力インピーダンス（この場合、検出装置の出力
インピーダンス）により変化し、その出力インピ
ーダンスが高い場合総合利得は低く、低い場合に
は相対的に高くなるものである。

検出装置１６は、Lucas Electrical Limitedの
名称が2LSである酸素検出器とすることができ
る。検出装置には酸素含有量および温度の双方に
依存する電圧源と温度に依存する出力抵抗との組
合せ体であるものとみなされている。電圧源およ
び抵抗特性は時の経過および使用によつて変化す
るので、この検出装置と線形動作をする制御回路
との間のマツチングを正確にとることは極めて困
難である。しかし、広い“正常”動作温度に亘つ
て高インピーダンス負荷に対し350mVより小さ
なDC出力が供給された場合は装置を包囲するガ
ス中に酸素が存在することを指示する一方、
350mV以上の出力が供給された場合は酸素は存
在しないことを指示するということがわかつた。
従つて、排気ガス成分の制御に適用した場合、
“低”出力電圧は燃料供給が少なすぎることを示
し、“高”出力電圧は燃料供給が多すぎることを
示すものであることは明らかである。

これら“正常”動作状態にある場合、装置１６
の出力抵抗は帰還抵抗４２の抵抗と比較したとき
無視し得る程度のものである。如くして装置１６
の出力が350mVを超えたとき、増幅器３５の出
力はエンジン・シヤフトの角偏位につれて直線状
に減少する。このことに応じてクロツク周波数は
減少し、如くして回路１３の出力パルス持続時間
は減少し、そしてエンジンに対する燃料供給量も
減少する。同様に、装置１６の出力が350mVよ
り小さいときは燃料供給量は増大する。

例えばエンジンがスタートしたばかりのときの
ような低温のときは、装置１６の電圧およびイン
ピーダンス特性は上述の閉ループ制御が信頼度大
なる状態でなされないようなものである。装置１
６が低温の時の出力インピーダンスは帰還抵抗４
２の抵抗値に比して可成り大なるものとなる。こ
の状態においては、抵抗４２を介する負帰還は優
勢となり、増幅器３５の出力は電圧比較器のヒス
テリシスにより導入される小振幅三角波リツプル
を有する所望の中間供給電圧に落ちつくに至る。

抵抗４２の抵抗値は検出装置１６が制御を引受
け始めるべき温度を決定し、該装置の出力インピ
ーダンスは温度上昇につれて降下する。閉ループ
制御に対する切換えは、検出装置が温度上昇につ
れて徐々に優勢となるのでスムーズに行なわれ
る。

或る場合、例えばエンジンが全負荷状態（スロ
ツトルは広く開となつているが、スピードは比較
的に低い）にあるとき、排気ガス成分閉ループ制
御は無効とすることが望ましいことであり、そし
て上記の如き無効の操作は帰還抵抗４２にまたが
つて接続したスイツチ４３により容易に実施され
る。このスイツチはリレー接点或は極めて大なる
オフ抵抗を有する電子スイツチとすることができ
る。スイツチ４３が導通しているとき、増幅器３
５から増幅器２３への負帰還は再び優勢となつ
て、増幅器３５の出力は中間供給電圧値に落着
く。

第３図に示される回路においては、入力段は第
２図に示される入力段と同様であるが、積分器段
は単安定マルチバイブレータ４５からの出力パル
スによりクロツクされる２進アツプ／ダウン・カ
ウンタ５０により構成されるものである。トラン
ジスタ３２のコレクタはカウンタ５０のアツプ／
ダウン制御端子に接続している。帰還抵抗４２は
カウンタの最上位ビツト出力端子と接地との間に
直列接続して挿入された２個の抵抗４０′，４
１′の共通点に接続している。これらの抵抗は
MSB出力端子電圧が高いとき抵抗４０′，４１′
の共通点における電圧が350mVより充分に高
く、比較器を検出装置１６が冷のときに高出力を
低出力に切換えるような値に選定される。

クロツク１４はこの場合はカウンタ５０からの
マルチ・ビツト・デイジタル信号により制御され
る。

低温状態においては、カウンタ５０は
000・・・01から11・・・10の間でマルチバイブ
レータ４５からの交互のパルスによつてくり返し
てクロツクされる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の燃料制御装置の一例を示す
ブロツク・ダイヤグラムである。第２図は第１図
に示される装置の一部を構成する排気ガス成分制
御装置の電気回路図である。第３図は排気ガス成
分制御装置の他の例を説明するための図である。 図中、符号１０…デイジタル信号発生装置、１
１…トランスジユーサ、１２…スピード検出装
置、１３…パルス持続時間制御装置、１４…可変
クロツク、１５…排気ガス成分制御装置、１６…
検出装置、１７…ソレノイド操作燃料噴射バル
ブ、１８…エンジン、２０…抵抗、２１…コンデ
ンサ、２２…入力端子、２３…演算増幅器、２４
…抵抗、２５…抵抗、２６…抵抗、２７…給電
線、２８…抵抗、３０…抵抗、３１…抵抗、３２
…トランジスタ、３３…低抗、３４…スイツチ装
置、３５…演算増幅器、３６…抵抗、３７…コン
デンサ、３８…抵抗、３９…抵抗、４０…低抗、
４１…抵抗、４２…抵抗、４３…スイツチ、４５
…単安定マルチバイブレータ、４６…コンデン
サ、４７…抵抗、５０…アツプ／ダウン・カウン
タ、４０′および４１′…抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 低温度において高出力インピーダンスを有す
   るが動作温度においては排気ガス成分に関連した
   電圧信号を発生する排気ガス成分検出装置、およ
   び上記検出装置からの電圧信号の変動がエンジン
   に対する燃料供給量を変化させ該電圧信号が所望
   レベルに近づくよう変化させるように上記検出装
   置が接続せしめられた燃料制御回路を具備した内
   燃エンジン燃料制御装置において、前記燃料制御
   回路は、上記検出装置および基準電圧源に接続さ
   れておりその出力が上記信号電圧と基準電圧源と
   の間の相対レベルに依存する入力段と、前記入力
   段の出力に接続されており入力段の出力の変化の
   結果に応じて比較的にゆるやかに変化する出力を
   発生する積分器段とを備えており、前記積分器段
   の出力はエンジンに供給される燃料供給量を決定
   するものであり、更に前記積分器段の出力と入力
   端子間を接続するインピーダンス帰還回路を有し
   ており、上記検出装置が低温度の時のインピーダ
   ンスより小さなインピーダンスを有し、上記帰還
   回路は積分器の出力を検出装置が低温度のときに
   所望の値に近づけるものであることを特徴とする
   内燃エンジン燃料制御装置。 ２ 特許請求の範囲１に記載された制御装置にお
   いて、入力段は電圧比較器でありそして積分段は
   演算増幅器積分器であることを特徴とする制御装
   置。 ３ 特許請求の範囲２に記載された制御装置にお
   いて、帰還回路は、演算増幅器出力端子と接地端
   子との間に接続されそして演算増幅器出力が所望
   値にあるとき基準電圧に等しい電圧を形成するよ
   う接続された抵抗電圧分割器を有しており、上記
   インピーダンス帰還回路は上記電圧分割器と電圧
   比較器の入力端子との間に接続された高インピー
   ダンス抵抗であることを特徴とする制御装置。 ４ 特許請求の範囲２或は３に記載された制御装
   置は、更に、比較器出力と積分器入力との間に接
   続されそしてエンジン・スピードに比例した周波
   数で各動作毎に一定の持続時間だけ周期的に導通
   するよう制御されるスイツチ装置を備えているこ
   とを特徴とする制御装置。 ５ 特許請求の範囲１に記載された制御装置にお
   いて、上記入力段は電圧比較器により構成されそ
   して上記積分器段はマルチ―ビツト・バイナリ・
   アツプ／ダウン・カウンタにより構成されてお
   り、上記電圧比較器出力はカウンタのアツプ／ダ
   ウン制御端子に接続しており、更に、カウンタの
   クロツク入力端子に接続してエンジン・スピード
   に比例した周波数のパルスを発生する装置を具備
   することを特徴とする制御装置。 ６ 特許請求の範囲５に記載された制御装置にお
   いて、帰還回路はカウンタの最上位ビツト出力に
   接続していることを特徴とする制御装置。