JPS6143239A - 空燃比制御装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関の排気ガス中に含有される残存酸素
量を検出して、内燃機関に供給する混合気の空燃比を目
標空燃比にフィードバンク制御する空燃比制御装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来、内燃機関を最適状態で作動させるため、その排気
系に限界電流型酸素濃度センサ（以下「リーンセンサ」
と呼ぶ）を装着し、内燃機関の排気ガス中に含有される
残存Ｍ素置を検出して内燃機関の空燃比を予め設定され
た目標空燃比にフィードバンク制御する方法が採用され
ている。

そして、前記リーンセンサは目標空燃比に応じて、つま
り検出される残存酸素量に応じてリーンセンサへ印加す
る電圧値を変化させなければ所望の限界電流値が得られ
ない。第６図のグラフはリーンセンサにおける印加電圧
と出力電流との関係を示しており、目標とする空燃比（
Ａ／Ｆ）が２１の場合、および１６の場合を示している
。第６図において、リーンセンサの両極板に電圧を印加
すると、排気ガス中の酸素が陰極でイオン化され、この
酸素イオンが陽極へと透過する。印加電圧を上げるとこ
れに比例して出力電流が上昇するが、印加電圧がある一
定値以上となると印加電圧を増加しても出力電流がほぼ
一定となる、いわゆる限界電流を発生する。そしてさら
に印加電圧を増加すると、再び出力電流はこれに伴い上
昇する。ここで上記の限界電流値は、第６図に示すごと
く、残存酸素量に比例して異なり、また限界電流値の発
生する範囲の印加電圧値も残存酸素量により異なる。ま
た目標空燃比を大きく設定すれば、残存酸素量も多くな
る。従って、上述したように目標空燃比に応じてリーン
センサへの印加電圧値を変化させる必要がある。

このため目標空燃比に応じた印加電圧を限界電流値の範
゛囲内を満足する傾斜直線と予め設定して、目標空燃比
に応じて印加電圧を傾斜直線に沿って変更する方法が特
開昭５８−１７２４４３号公報に示されている。

しかしながら、上記公報に示される方法では、予め傾斜
直線を設定する必要上、制御回路中のメモリが膨大なも
のとなり、制御も複雑となる。さらに目標空燃比が大き
く変更された場合、印加電圧の切換えが急激なものとな
り、この印加電圧の切換時に限界電流とは異なった電流
（スパイク電流）がリーンセンサより第７図に示すごと
く出力されている。そしてこの限界電流とは異なるスパ
イク電流がフィードバンク制御に反映されると、誤った
空燃比に制御され、ドライバビリティや排出ガスが悪化
するという問題点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明が解決しようとする問題点は、上述したごとく、
目標空燃比の変更時、印加電圧変化によるリーンセンサ
での限界電流とは異なる電流が発生し、この電流がフィ
ードバック制御されることによる誤制御である。

従って、本発明の目的とするところは、上述した限界電
流とは異なる電流による誤制御を防いだ制御の簡単な空
燃比制御装置を提供することにある。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決するために、本発明においては、内燃
機関の排気系に装着されるリーンセンサにより内燃機関
の排気ガス中に含有される残存酸素量を検出して、内燃
機関に供給する混合気の空燃比を内燃機関の状態に応じ
た目標空燃比にフィードバック制御する制御手段を有す
る空燃比制御装置において、目標空燃比に相当してリー
ンセンサに印加される複数の所定の印加電圧値が、内燃
機関の状態変化により目標空燃比が変更された時、予め
設定された一定の切換電圧を増減させることによって切
換えられる切換手段と、この切換手段の開始から所定時
間は制御手段を停止する停止手段とを具備したことを特
徴とする空燃比制御装置としている。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は、本発明の実施例を示す構成図であり、リーン
センサが装着される内燃機関およびその周辺装置を示し
ている。

■は内燃機関本体、２はピストン、３は点火プラグ、４
は排気マニホールド、５は排気マニホールド４に備えら
れ、排ガス中の残存酸素濃度を検出する限界電流型酸素
濃度センサ、６は内燃機関本体１の吸入空気中に燃料を
噴射する燃料噴射弁、７は吸気マニホールド、８は内燃
機関本体ｌに送られる吸入空気の温度を検出する吸気温
センサ、９は内燃機関冷却水の水温を検出する水温セン
サ、１０はスロットルバルブ、１１はスロットルバルブ
１０に連動し、スロットルバルブ１０の開度を検出して
信号を出力するスロットル開度センサ、１４は吸入空気
量を測定するエアフローメーク、１５は吸入空気の脈動
を吸収するサージタンクをそれぞれ表している。

そして１６は点火に必要な高電圧を出力するイブナイタ
、１７は図示していないクランク軸に連動し上記イグナ
イタ１６で発生した高電圧を各気筒の点火プラグ３に分
配供給するディストリビュータ、１８はディストリビュ
ータ１７内に取り付けられ、ディストリビュータ１７の
１回転、即ちクランク軸２回転に２４発のパルス信号を
出力する回転角センサ、１９はディストリビュータ１７
の１回転に１発のパルス信号を出力する気筒判別センサ
、２０は電子制御回路、２１はキースイッチ、２２はス
タータモータをそれぞれ表している。

２６は車軸に連動し、車速に応じたパルス信号を発信す
る車速センサを表す。

次に第２図は電子制御回路２０例とその関連部分とのブ
ロック図を表している。

３０は各センサより出力されるデータを制御プログラム
に従って入力及び演算すると共に、各種装置を作動制御
等するための処理を行うセントラルプロセシングユニッ
ト（以下単にＣＰＵと呼ぶ）、３１は制御プログラム及
び初期データが格納されるリードオンメモリ　（以下単
にＲＯＭと呼ぶ）、３２は電・子制御回路２０に入力さ
れるデータや演算制御に必要なデータが一時的に読み書
きされるランダムアクセスメモリ　（以下単にＲＡＭと
呼ぶ）、３３はキースイッチ２１がオフされても以後の
内燃機関作動に必要なデータを保持するよう、バッテリ
によってバックアップされた不揮発性メモリとしてのバ
ックアップランダムアクセスメモリ（以下単にバックア
ップＲＡＭと呼ぶ）、３４〜３７は各センサの出力信号
のバッファ、３８は各センサの出力信号をＣｊＵ３０に
選択的に出力するマルチプレクサ、３９はアナログ信号
をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、４０はバッフ
ァ３７を介しであるいはバッファ３４〜３６、マルチプ
レクサ３８及びＡ／Ｄ変換器３９を介して各センサ信号
をＣＰＵ３０に送ると共にＣＰＵ３０からのマルチプレ
クサ３８、Ａ／Ｄ変換器３９のコントロール信号を出力
する入出力ボートを表している。

そして４１は限界電流型酸素濃度センサ５の出力信号を
一時記憶するバッファ、４１Ａはバッファ４１からのア
ナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、
４２は限界電流型酸素濃度センサ５の駆動電圧を発生し
、印加する電圧印加回路、４３は回転角センサ１８及び
気筒判別センサ１９の出力信号の波形を整形する整形回
路を表し、スロットル開度センサ１１等の各センサ信号
は直接に、あるいはバッファ４１等を介して入出力ボー
ト４６によりＣＰＵ３０に送られる。

更に、４７．４８は出力ボート４９．５０を介してＣＰ
Ｕ３０からの信号によって燃料噴射弁６、イグナイタ１
６を駆動する駆動回路をそれぞれ表している。また５１
は信号やデータの通路となるパスライン、５２はＣＰＵ
３０を始めＲＯＭ３１、ＲＡＭ３２等へ所定の間隔で制
御タイミングとなるクロック信号を送るクロック回路を
表している。

次に本実施例の作動について説明する。

暖機完了後の内燃機関１の目標空燃比は、ディストリビ
ュータ１７の回転角センサ１８より検出される内燃機関
１の回転数Ｎとエアフローメータ１４より検出される吸
入空気量Ｑとにより予め複数個ＲＯＭ３１内に設定され
ており、第４図には回転数Ｎと１回転当りの吸入空気量
Ｑ／Ｎに対して設定された目標空燃比Ａ／Ｆの一例を示
している。第４図中、吸入空気量の多い領域はその目標
空燃比を１３とし、フィードバック制御を実行せず、ま
た吸入空気量の低い領域は目標空燃比を理論空燃比より
やや薄い１６として燃焼を安定させ、その他の領域は目
標空燃比を２１〜２２とし、ともにフィードバック制御
を実行する。そしてこの様に目標空燃比を設定するのに
対し、リーンセンサ５への印加電圧は前述のごとくその
目標空燃比に応じて変更する必要があり、第５図に示す
ごとく、各目標空燃比に応じてリーンセンサ５への印加
電圧は各々設定されており、本実施例では目標空燃比１
１〜１４に対しＯｖ、１５〜１９に対し０．４５Ｖ、２
０〜２４ニ対シテ０．７５　Ｖ、！：設定シである。

第３図は本実施例のフローチャートである・図示するよ
うな制御手順が電子制御回路２０にて実行されるように
予めＲＯＭ３１にプログラムとして格納されており、ｃ
　ｐ、Ｕｓ　ｏがクロック５２によって与えられるタイ
ミングに従って処理を行うのである。本印加電圧切換ル
ーチンは、例えば所定時間毎の割込みにより、または内
燃機関１の所定回転数毎に実行される。

本ルーチンにＣＰＵ３０の処理が実行するとまずステッ
プ１００が実行される。本ステップでは内燃機関１の運
転状態に応じて予めＲＯＭ３１内に設定された目標空燃
比に対応した所定印加電圧ＶＲを選定する。そしてステ
ップ１１０ではステップ１００にて選定された所定印加
電圧ＶＲと現在リーンセンサ５に印加されている印加電
圧ＶＭとを比較して、一致していない場合ステップ１２
０に進み、ＲＡＭ３２内のフラグＸＣＨＧを１にセット
する。ここでＸＣＨＧ−１とするのは、図示しないフィ
ードバック制御ルーチンにおいてフィードバック制御実
行状態が成立しているか否かを判断するとき、このＸＣ
ＨＧが１であればフィードバンク制御実行状態では無い
と判断させるためであり、従ってこの印加電圧切換ルー
チンで切換が実行・されている間は、空燃比のフィード
バック制御は実行されない。次にステップ１３０に進み
、本ステップでは目標空燃比に対応した所定印加電圧Ｖ
Ｒと現在リーンセンサ５に印加されている印加電圧ＶＭ
との大小関係を判断する。そして所定印加電圧ＶＲが印
加電圧ＶＭより大きいと判断されるとステップ１４０へ
と進む。ステップ１４０では、リーンセンサ５に現在印
加されている印加電圧ＶＭにＲＯＭ３１内に予め設定さ
れた一定の切換電圧ΔＶを加算する。なおこの切換電圧
ΔＶはリーンセンサ５でのスパイク電流を考慮して、０
．１Ｖ以下にすることが望ましい。そしてステップ１５
０での印加電圧ＶＭが所定印加電圧■Ｒに達したか否か
を判断し、達したと判断されるとステップ１６０で改め
てＶＭ＝ＶＲとする。そしてステップ１７０でフラグＸ
ＣＨＧを０に設定して他のルーチンへと進む、なおステ
ップ１５０でまだ印加電圧ＶＭが所定印加電圧ＶＲに達
していないと判断された時は、ステップ１６０．１７０
を迂回して他のルーチンへと進む。またステップ、１３
０で所定印加電圧ＶＲが印加電圧ＶＭより小さいと判断
されるとステップ１４１に進み、印加電圧ＶＭから切換
電圧ΔＶを減算し、ステップ１５１で印加電圧ＶＭが所
定印加電圧ＶＲに達したか否かを判断し、達したと判断
されるとステップ１６１で改めてＶＭ＝ＶＲとして、ス
テップ１７１でフラグＸＣＨＧを０に設定して他ルーチ
ンへと進み、またステップ１５１でまだ印加電圧ＶＭが
所定印加電圧ＶＲに達していないと判断された時はステ
ップ１６１．１７１を迂回して他のルーチンへと進む。

さらにステップ１１０にてステップ１００で選定された
所定印加電圧ＶＲが印加電圧ＶＭと一致している場合は
、前述の各ステップを迂回し、ステップ１２１にてフラ
グＸＣＨＧをＯとして他のルーチンへと進む。なおステ
ップ１１０にて所定印加電圧ｖＲが印加電圧ＶＭと一致
している場合は、もちろんフラグＸＣＨＧは０でＲＡＭ
３２内に記憶されているはずであるが、ステップ１２１
にてフラッグＸＣＨＧを０と改めて設定するのは確認の
ためである。なおこの印加電圧の切換が実行されている
間に目標空燃比の変更があって所定印加電圧ＶＲの変更
されても、各ステップの所定印加電圧ＶＲの値が変更さ
れてこれに応じて各ステップが進行するため印加電圧■
Ｍはこの所定印加電圧ＶＲに一致するようになる。

そしてリーンセンサ５への印加電圧が目標空燃比に対応
した所定印加電圧に達しＸＣＨＧが０となって、他のフ
ィードバック制御条件が満たされた時、空燃比のフィー
ドバック制御が実行される。

まず、現在の運転状態に最適な目標空燃比に相当する限
界電流値ｉＲをＲＯＭ３１内に設けられたマツプから内
燃機関１の回転数Ｎと吸入空気量Ｑとに応じて読み出し
、一方リーンセンサ５より現在の限界電流値ｉを検出し
、両者の偏差Δ１＝ｉ−３Ｒを求め、この偏差Δｉに応
じて燃料噴射弁６からの燃料噴射量を増減して現在の空
燃比を目標空燃比へと制御する。また印加電圧の切換お
よび所定の空燃比においてはリーンセンサ５の出力を用
いたフィードバック制御は実行されず、ＲＯＭ３１内に
設定された空燃比やその時の内燃機関の状態より演算さ
れる基本的な燃料量を内燃機関１に供給して内燃機関１
の制御をする。

従って、上述のごとくリーンセンサ５への印加電圧の切
換えを行うことによって、リーンセンサ５に発生する限
界電流とは異なるスパイク電流を小さくすることを可能
としており、またこの印加電圧切換中は前記フィードバ
ック制御を実行しないように構成しであるので、この間
発生する限界電流とは異なる電流は燃料量の演算に反映
されず、誤った制御が防げる。さらには、リーンセンサ
５への所定印加電圧を目標空燃比に対応して、一定の値
（本実施例では、Ｏｖ、０．４５Ｖ、０．７５Ｖ）とし
ているのでＲＯＭ３１内のメモリ負荷は前述の特開昭５
８−１７２４４３号公報に比べはるかに小さくて済み、
メモリ負荷が小さくて済むことで切換時の制御も簡単に
なる。

なお、上述の実施例は、エアフロメータ１４により吸入
空気量を測定するＬジェトロ方式のものに適用していた
が、吸気管圧力を圧力センサにより測定し燃料噴射量を
演算するＤジェトロ方式のものにも通用でき、さらには
気化器を用いたリーンフィードバンク制御方式のものに
も通用できる。

また、上記実施例では印加電圧の切換中のみフィードバ
ック制御を停止するよう構成していたが、印加電圧の切
換えが完了しても所定時間、フィードバック制御を停止
させ、この所定時間経過してからフィードバック制御を
実行するように構成してもかまわない。

また、上述の実施例では印加電圧の切換えを予め小さく
設定した切換電圧を徐々に増減させることで行っていた
が、各々の目標空燃比に対応した切換電圧を予め設定し
て目標空燃比に対応した所定印加電圧に直ちに変更され
るように構成し、この切換えが開始されてから限界電流
とは異なるスパイク電流が発生している間を考慮した所
定時間、フィードバンク制御を停止させる構成としても
かまわない。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明においては、内燃機関の排気系
に装着されるリーンセンサにより内燃機関の排気ガス中
に含有される残存酸素量を検出して、内燃機関に供給す
る混合気の空燃比を内燃機関の状態に応じた目標空燃比
にフィードバック制御する制御手段を有する空燃比制御
装置において、目標空燃比に相当してリーンセンサに印
加される複数の所定の印加電圧値が、内燃機関の状態変
化により目標空燃比が変更された時、予め設定された一
定の切換電圧を増減させることによって切換えられる切
換手段と、この切換手段の開始から所定時間は制御手段
を停止する停止手段とを具備したことを特徴とする空燃
比制御装置としたことから、切換手段の実行時にリーン
センサに限界電流とは異なる電流が発生しても、この切
換手段の実行中は制御手段の実行を停止する停止手段に
より、切換手段実行中のリーンセンサに発生する限界電
流とは異なる電流が制御手段中に反映されず、誤った制
御が防げて良好なドライバビリティが得られ、かつ排気
ガスの悪化も防げるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図゛は本発明の実施例の構成を示す概略構成図、第
２図は第１図中図示の電子゛制御回路のブロック図、第
３図は本発明の実施例のフローチャート、第４図は回転
数Ｎと１回転当りの吸入空気量Ｑ／Ｎとに対して設定さ
れた目標空燃比の一例を示す図、第５図は、目標空燃比
の変化に対するリーンセンサへの印加電圧の変化および
リーンセンサへの印加電圧の変化に対する制御状態を示
すタイムチャート、第６図はリーンセンサの印加電圧に
対する出力電流を示す特性図、第７図はリーンセンサの
印加電圧の変化に対する出力電流の変化を示す図、第８
図は本発明の模式構成図である。 １・・・内燃機関、４・・・排気マニホールド、５・・
・リーンセンサ（限界電流型酸素濃度センサ）、６・・
・燃料噴射弁、１４・・・エアフローメーク、１８・・
・回転角センサ、２０・・・電子制御回路、３０・・・
ＣＰＵ（セントラルプロセッシングユニソト）２３１・
・・ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、３２・・・ＲＡＭ
（ランダムアクセスメモリ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内燃機関の排気系に装着される限界電流型酸素濃度
   センサにより内燃機関の排気ガス中に含有される残存酸
   素量を検出して、内燃機関に供給する混合気の空燃比を
   内燃機関の状態に応じた目標空燃比にフィードバック制
   御する制御手段を有する空燃比制御装置において、 前記目標空燃比に相当して前記限界電流型酸素濃度セン
   サに印加される複数の所定の印加電圧値が、内燃機関の
   状態変化により前記目標空燃比が変更された時、予め設
   定された一定の切換電圧を増減させることによって切換
   えられる切換手段と、前記切換手段の開始から所定時間
   は前記制御手段を停止する停止手段とを具備したことを
   特徴とする空燃比制御装置。 ２　前記切換手段における切換電圧の増減は徐々に行わ
   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。 ３　前記停止手段は前記切換手段が実行されている間行
   わ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。