JPS6133981B2 - - Google Patents

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。

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
ンサ（以下Ａ／Ｆセンサと称する）、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、の検出信号を用いて機関に供給する２次空気
量あるいは機関に供給する混合気空燃比を制御す
ることにより空燃比の補正制御を行なう空燃比フ
イードバツク制御システムを備えた機関において
は、フイードバツク制御を行つた後の混合気ある
いは排気ガスの空燃比（以下平均空燃比と称す
る）がキヤブレター基本空燃比のバラツキ、制御
部品のバラツキ、制御そのもののバラツキ等で変
動するため、機関の排気系に設けた触媒コンバー
タによる排気ガス浄化性能が不安定になる恐れが
ある。これは、平均空燃比の変化に伴つて空燃比
の実質上の制御中心が変化するために生じると考
えられる。即ち、従来の空燃比フイールドバツク
制御システムは、空燃比がその制御中心に対して
どれだけの量だけ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ものでな
く、空燃比がその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を検出することに
よつて補正量を増減制御するものであり、従つて
実質上の制御中心が変化した場合、その各々の制
御中心に対する最適な補正量でフイードバツクす
ることが不可能であるためである。

本発明は従来技術の前述の問題点を解決するも
のであり、本発明の目的は、平均空燃比が変動し
た場合にも安定した空燃比状態を維持できる空燃
比制御装置を提供することにある。

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、該検出信号の
値と設定値とを比較し、その比較結果を表わす空
燃比信号を発生する比較器とを備え、該空気燃比
信号を用いて該機関の空燃比のフイードバツク制
御を行なう空燃比制御装置において、前記空燃比
センサの検出信号から該機関の平均空燃比状態を
表わす信号を発生する平均空燃比検出回路と、該
平均空燃比検出回路からの信号により平均空燃比
がリツチ側では前記比較器の設定値が小さくなる
ように、リーン側では設定値が大きくなるように
制御する設定値制御回路とを備えたことにある。

以下図面を用いて本発明の詳細に説明する。第
１図には本発明の一実施例として、、Ａ／Ｆセン
サの検出信号を用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
行なうシステムが概略的に示されている。同図に
おいて、１０は内燃機関本体、１１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、１２
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１２の下流には排気管１３が接続さ
れており、この排気管１３にはＡ／Ｆセンサ１４
が設けられている。本実施例において、Ａ／Ｆセ
ンサ１４は排気ガス中の酸素成分の濃度状態に応
じた検出信号を発生する酸素濃度センサであり、
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１３のＡ／Ｆ
センサ１４より下流の位置には触媒コンバータ１
５が設けられている。この触媒コンバータ１５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１６は排気マニホールド１２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１７
から吐出される空気は導管１８を介して２次空気
噴射マニホールド１６に送られるが、導管１８の
途中に設けられた流量調整機構１９によつてその
通過流量が制御される。流量調整機構１９は、調
整機構制御回路２０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
ても良いし、また上記電記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
であつても良い。

Ａ／Ｆセンサ１４の出力端子は比較器２１の一
方の入力端子及び設定値発生システム２２の入力
端子にその検出信号が印加されるように接続され
ている。比較器２１の他方の入力端子は設定値発
生システム２２の出力端子に接続されており、そ
のシステム２２によつて制御される設定値を有す
る基準電圧が印加されるように構成されている。
比較器２１の出力端子は調整機構制御回路２０の
入力端子に接続されており、該制御回路２０は比
較器２１の比較結果を用いて流量調整機構１９を
制御する電気信号を作成する。この調整機構制御
回路２０として種々の構成が適用できるが、最も
簡易な形として、比較結果を積分する積分器とそ
の積分器出力に応じたデユーテイ比を有する矩形
波を形成する変換器とから構成することができ
る。

設定値発生システム２２はＡ／Ｆセンサ１４の
検出信号から極大値および機関の空燃比状態を表
わす信号を得、この信号に応じて極大値を変更し
て比較器の設定値にするように構成されている。
以下この設定値発生システム２２の構成及び動作
について実施例を用いてさらに詳細に説明する。

第２図は第１図のＡ／Ｆセンサ１４、比較器２
１、及び設定値発生システム２２の一構成例を示
すブロツク図であり、第３図は第２図の回路の各
部の波形図である。第２図において、２３はＡ／
Ｆセンサ１４の検出信号のインピーダンス変換を
行うバツフアアンプであり、このバツフアアンプ
２３を介して出力される検出信号ａ（第３図Ａ参
照）は極大値検出回路２４に印加されその極大値
に対応するレベルを有する極大値信号ｄ（第３図
Ｄ参照）が形成される。この極大値検出回路２４
が、例えば直列接続したダイオードとキヤパシタ
とを入力端子とアースとの間に接続し、該キヤパ
シタの両端から出力を取り出すようにすることで
構成できることは良く知られている。検出信号ａ
はさらに波形成形回路２５に印加されて第３図Ｂ
に示す如く矩形波信号ｂに波形成形された後、積
分回路２６において積分され、第３図Ｃに示す如
く矩形波信号ｂのデユーテイ比に対応したレベル
を有する信号ｃとなる。波形成形回路２５は例え
ばシユミツトトリガ回路で構成され、積分回路２
６は例えばオペレーシヨナルアンプを用いた周知
の積分器で構成される。可変分圧器２７は積分回
路２６から送り込まれる出力信号ｃのレベルに応
じて分圧比が可変制御されるように、即ち、出力
信号ｃのレベルが大きくなると分圧比が大きくな
つて可変分圧器２７に入力されるもう１つの信号
ｄの分圧された信号レベルが小さくなるように、
また出力信号ｃのレベルが小さくなるとその逆と
なるように構成されている。極大値検出回路２４
から印加された極大値信号ｄは上述の如く可変制
御される分圧比に基づいて分圧されて第３図Ｅに
示す如き設定値信号ｅとなり、基準電圧として比
較器２１に印加される。上述のようにこの設定値
信号ｅは出力信号ｃのレベルが大きくなると小さ
くなり、出力信号ｃのレベルが小さくなると大き
くなるものである。可変分圧器２７は例えば分割
抵抗の一部にFET素子を用い、そのFET素子の
ゲートに積分回路２６の出力信号ｃを印加するよ
うに構成することで容易に実現できる。

第２図の如く構成することにより、Ａ／Ｆセン
サ１４の検出信号のデイーテイ比の増大時には極
大値を分圧した設定値を小さくし、デイーテイ比
の減少時には逆に設定値を大きくしてこれを比較
器２１の基準電圧として与えることができる。こ
のように、本発明では第２図の実施例に示される
ように、Ａ／Ｆセンサ１４の検出信号の極大値を
検出し、その値を平均空燃比状態に応じて分圧し
た値としているが、これは、Ａ／Ｆセンサ１４の
検出信号の極大値を比較器２１の設定値に反映さ
せることによつてＡ／Ｆセンサ１４の劣化、周囲
温度の変動等によるその検出特性の変化を補償す
るために行われるものである。

一般に、Ａ／Ｆセンサを用いて空燃比のフイー
ドバツク制御を行なうシステムにおいては、その
平均空燃比が変化すると、Ａ／Ｆセンサの検出信
号波形が第４図に示す如く変化する。即ち、第４
図において、縦軸はＡ／Ｆセンサの検出信号電
圧、横軸は時間を表わしており、ｇは平均空燃比
が標準の空燃比、例えば理論空燃比にある場合、
ｈは平均空燃比が標準空燃比よりリツチ側にある
場合、ｉは平均空燃比が標準空燃比よりリーン側
にある場合の検出信号波形をそれぞれ示してい
る。即ち、平均空燃比がリツチ側になると、Ａ／
Ｆセンサの検出信号の値が所定値以上にある時間
（リツチ信号時間）は所定値未満にある時間（リ
ーン信号時間）より大きくなり、またその検出信
号の極大値及び極小値は平均空燃比が標準空燃比
にある場合より大きくなる。これとは逆に平均空
燃比がリーン側になるとリツチ信号時間はリーン
信号時間より小さくなり、かつまた極大値及び極
小値が共に小さくなる。

従つて第２図に示す構成によれば平均空燃比が
リツチ側に変化すると、矩形波信号ｂの持続時間
が大きくなり、積分回路２６の出力信号ｃの値が
大きくなることから比較器２１の設定値信号ｅの
値は小さくなる方向に制御される。その結果、第
５図のｊに示す如く、空燃比の制御中心が標準値
ｋよりもリーン方向に制御されることになる。ま
た、これとは逆に、平均空燃比がリーン側に変化
すると、第５図のｌに示す如く、空燃比の制御中
心がリツチの方向に制御される。従つて、平均空
燃比の変化に伴つて生じる実質的な制御中心の変
化がこれによつて打消されることになり、平均空
燃比変化に対する制御中心の安定化が計られる。

第６図は第１図のＡ／Ｆセンサ１４、比較器２
１、及び設定値発生システム２２の他の構成例を
示すブロツク図であり、また、第７図は第６図の
回路の各部の波形図である。この例は第２図の例
に比して次の点で異なることを除いて同じ構成と
なつている。即ち、第６図の構成例においては、
バツフアアンプ２３を介して出力されるＡ／Ｆセ
ンサ１４の検出信号ａ（第７図Ａ参照）は極大値
検出回路２４と共に極小値検出回路２８に印加さ
れるように構成されている。極小値検出回路２８
において形成されるところの検出信号ａの極少値
に対応するレベルを有する極小値信号ｍ（第７図
Ｃ参照）は極大値検出回路２４からの極大値信号
ｄ（第７図Ｂ参照）と共に加算回路２９に印加さ
れ、両信号ｍ、ｄのレベルを加算したレベルに比
例した信号ｎ（第７図Ｄ参照）となり、可変分圧
器２７に送られる。極小値検出回路２８は、第２
図に関連して説明した極大値検出回路２４の構成
においてダイオードを逆向きに接続した構成とす
れば容易実現できるものであり、また、加算回路
２９はオペレーシヨナルアンプを用いた周知の加
算増幅器で実現できる。この加算増幅器の入力抵
抗を適宜選択することによつて入力信号レベルに
重みづけを施した加算出力信号が得られることは
周知であり、第６図の回路において、入力信号
ｍ，ｄにこのような重みづけ処理を行うことは可
能である。

第６図の如く構成することによりＡ／Ｆセンサ
１４の検出信号の極大値と極小値とを平均した値
を加味してＡ／Ｆセンサ１４の検出値の極大値を
変更して設定値となし、これを比較器２１の基準
電圧として与えることができる。平均空燃比の変
化が検出信号の極大値及び極小値の変化に対応し
ていることは第４図に関連して説明した通りであ
り、従つて本構成例の作用効果も第２図の構成例
の場合と同様である。

第８図は第１図のＡ／Ｆセンサ１４、比較器２
１、及び設定値発生システム２２のさらに他の構
成例を示すブロツク図であり、また第９図は第８
図の回路の各部の波形図である。この例は、第２
図の例に対して、平均空燃比検出回路の波形形回
路２５及び積分回路２６の代りに積分回路３０を
設けたことを除いて全く同じ構成となつている。
即ち、第８図の構成例において、バツフアアンプ
２３を介して出力されるＡ／Ｆセンサ１４の検出
信号ａ（第９図Ａ参照）は積分回路３０に印加さ
れて、その積分平均値を表わすレベルを有する積
分平均信号Ｏ（第９図Ｂ参照）となり、可変分圧
器２７に印加されてその分圧比を制御する。極大
値検出回路２４からの極大値信号ｄ（第９図Ｃ参
照）からその分圧信号Ｐ（第９図Ｄ参照）を形成
する可変分圧器２７の構成及び動作は第２図の構
成の場合と全く同じである。

第８図の如く構成することにより、Ａ／Ｆセン
サ１４の検出信号の積分平均値に応じて、該検出
信号の極大値を変更して前述のように平均空燃比
がリツチ側にある場合は小さくし、リーン側ある
場合は大きくして設定値となし、これを比較器２
１の基準電圧として与えることができる。この検
出信号の積分平均値の変化は検出信号のデユーテ
イ比の変化と検出信号の極大値及び極小値の変化
という両方の要素を含むものであり、従つて平均
空燃比の変化をより効果的に表わすものである。
本構成例のその他の作用効果については第２図の
構成例の場合と同様である。

以上詳細に説明したように、本発明の空燃比制
御装置は、機関の平均空燃比状態を表わす信号を
平均空燃比検出回路において発生させ、その信号
に基づいてＡ／Ｆセンサの検出信号の極大値を、
平均空燃比がリツチ側では小さく、リーン側では
大きくなるように変更して、比較器の設定値とな
しているため、平均空燃比がたとえ変動した場合
にも安定した空燃比制御中心を維持でき、安定し
た排気ガス浄化効果を得ることができる利点を有
している。

更に、前述のようにＡ／Ｆセンサの検出信号を
比較する比較器の設定値に、この検出信号の極大
値を反映させているので、Ａ／Ｆセンサの劣化、
周囲温度の変動等による検出信号の特性変化に対
しても設定値が補償されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体を表わす概略
図、第２図は第１図の一部の一構成例を表わすブ
ロツク図、第３図は第２図の回路の波形図、第４
図はＡ／Ｆセンサの検出信号の波形図、第５図は
比較器の基準電圧と空燃比の制御中心との関係を
表わす図、第６図は第１図の一部の他の構成例を
表わすブロツク図、第７図は第６図の回路の波形
図、第８図は第１図の一部のさらに他の構成例を
表わすブロツク図、第９図は第８図の回路の波形
図である。 １０……機関本体、１１……キヤブレタ、１２
……排気マニホールド、１３……排気管、１４…
…Ａ／Ｆセンサ、１５……触媒コンバータ、１６
……２次空気噴射マニホールド、１７……エアポ
ンプ、１８……導管、１９……流量調整機構、２
０……調整機構制御回路、２１……比較器、２２
……設定値発生システム、２３……バツフアアン
プ、２４……極大値検出回路、２５……波形整形
回路、２６，３０……積分回路、２７……可変分
圧器、２８……極小値検出回路、２９……加算回
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
   検出信号の値と設定値とを比較し、その比較結果
   を表わす空燃比信号を発生する比較器とを備え、
   該空燃比信号を用いて該機関の空燃比のフイード
   バツク制御を行なう空燃比制御装置において、前
   記空燃比センサの検出信号から該機関の平均空燃
   比状態を表わす信号を発生する平均空燃比検出回
   路と、該平均空燃比検出回路から信号により平均
   空燃比がリツチ側では前記比較器の設定値が小さ
   くなるように、リーン側では設定値が大きくなる
   ように制御する設定値制御回路とを備えたことを
   特徴とする空燃比制御装置。 ２ 前記設定値制御回路が、前記空燃比センサの
   検出信号の極大値を検出する極大値検出回路と、
   前記平均空燃比検出回路からの信号に応じて分圧
   比が制御され、かつ前記極大値検出回路によつて
   検出された極大値を該分圧比で分圧して前記比較
   器の設定値を形成する分圧回路とを備えている特
   許請求の範囲第１項記載の空燃比制御装置。 ３ 前記平均空燃比検出回路が、前記空燃比セン
   サの検出信号の平均値を検出する回路である特許
   請求の範囲第１項記載の空燃比制御装置。 ４ 前記平均値検出回路が、前記空燃比センサの
   検出信号値が所定値以上にある時間と該所定値未
   満にある時間との比を表わす信号を発生する回路
   である特許請求の範囲第１項記載の空燃比制御装
   置。 ５ 前記平均値検出回路が前記空燃比センサの検
   出信号の積分平均値を検出する回路である特許請
   求の範囲第１項記載の空燃比制御装置。 ６ 前記平均値検出回路が、前記空燃比センサの
   検出信号の極大値と極小値との平均値を検出する
   回路である特許請求の範囲第１項記載の空燃比制
   御装置。 ７ 前記機関が、機関に供給する２次空気量を制
   御することにより空燃比のフイードバツク制御を
   行なう機関である特許請求の範囲第１項記載の空
   燃比制御装置。