JPS622149A - 空燃比検出装置 - 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、酸素センサを用いて自動車等内燃機関の空燃
比を検出する装置に関する。

（従来の技術） 近時、内燃機関の電子制御化が急速に進展しており・こ
のような制御ではセンサの情報精度の確保が重要である
。

かかる制御物理量の主なものに空燃比があり、空燃比は
通常、排気中の酸素濃度をパラメータとして酸素センサ
により検出される。酸素センサ情報は空燃比と一義的に
正確に対応することが望まれるため、その経時変化によ
る特性を補正する必要がある。

このため、空燃比の検出情報を補正する手段が考案され
ており、例えばそのようなものとして特開昭５８−５７
０５０号、特開昭５８−１６１８５９号公報に記載のも
のがある。これらのものは排気管内が大気で満たされて
いるとき（例えば、ツユニルカット中）のセンサ出力を
読み込んで大気較正値としてストアしておき、この大気
較正値に基づいて通常のセンサ出力を補正し上述した特
性変化に対処している。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の空燃比検出装置にあっ
ては、排気管内が大気となる条件のときは常にセンサ出
力を大気較正値としてストアする構成となっているため
、例えば大気の湿度が非常に高いような場合には、通常
の大気状態に比して大気中の酸素分圧が低く酸素センサ
に拡散してくる酸素の分子数が実質的に少なくなって、
センサ出力が低下する傾向を示す。

これは、酸素分圧が低くなるとセンサの固体電解質内を
移動する排気側からの０２−イオンの量が少なくなって
、このイオン量に対応するためポンプ電流の値が小さく
なるからである。したがって、このような高湿度状態に
おける大気条件出力で経時変化補正を行っても、その補
正結果が正確な空燃比に対応したものにならないおそれ
があり、空燃比検出の精度が低下する。因に、このとき
は後述の第６図に示すように正規の空燃比に対してリン
チ側に補正される。

（発明の目的） そこで本発明は、大気の湿度を検出し、湿度に応じて大
気条件出力を適切に補正して大気較正値として採用する
ことにより、大気較正値を大気の酸素分圧に正確に対応
させて、センサ特性の補正を正確なものとし、空燃比の
検出精度を向上させることを目的としている。

（発明の構成） 本発明による空燃比検出装置はその基本概念図を第１図
に示すように、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検
出する空燃比検出手段ａと、排気管内が大気であること
を検出する大気判別手段すと、大気の酸素分圧と所定の
因果関係を有する大気の湿度を検出する湿度検出手段Ｃ
と、排気管内が大気であるときの空燃比検出手段ａの出
力を大気の湿度に応じて補正し大気較正値として設定す
る較正値設定手段ｄと、大気較正値に基づき空燃比検出
手段ａの出力を補正して空燃比を算出する補正手段ｅと
、を備えており、大気較正値を大気の酸素分圧に正確に
対応させてセンサ特性の補正を正確なものとするもので
ある。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜７図は本発明の一実施例を示す図であり、本発明
を空燃比制御装置に適用した例である。

まず、構成を説明する。

第２図において、１はエンジンであり、吸入空気はエア
クリーナ２より吸気管３を通して各気筒に供給され燃料
は噴射信号Ｓｉに基づいてインジエクタ４により噴射さ
れる。気筒内で燃焼した排気は排気管５を通して触媒コ
ンバータ６に導入され、触媒コンバータ６内で排気中の
有害成分（ＣＯ，ＨＣ，Ｎ０ｘ）を三元触媒により清浄
化して排出される。

吸入空気の流１１Ｑａはエアフロメータフにより検出さ
れ、吸気管３内の絞弁８によって制御される。吸入空気
の温度Ｔａは気温センサ９により検出され、湿度Ｈｍは
湿度センサ（湿度検出手段）１０により検出される。

湿度センサ１０は第３図（ａ）、（ｂｌに詳細を示すよ
うに、本体となるアルミナ基盤１１を有しており、アル
ミナ基盤１１の上にくし歯状の金電極１２、感湿膜１３
、保護膜１４が順次積層して配設される。金電極１２の
端末には銀パラジウム電極１５が配設され、銀パラジウ
ム電極１５は半田１６によってリード線１７に接続され
る。このような湿度センサ１０は第４図に示すようにい
わゆる交流ブリッジ回路の一辺に組み込まれており、そ
のリード線１７間の抵抗ＲｓＯ値は湿度Ｔａに応じて変
化する。そして、交流電源１８からの信号Ｅｓ１ｎωｔ
は抵抗Ｒｓの変化に伴い湿度Ｔａに対応した電圧変化分
として出力される。すなわち、湿度Ｔａに応じた抵抗Ｒ
ｓの変化が電圧の変化に変換されて出力される。なお、
第４図中Ｒｔ　”’　Ｒａはブリッジ回路各辺の抵抗を
示す。

再び第２図において、絞弁８の開度Ｃｖは絞弁開度セン
サ２１により検出され、エンジン１の回転数Ｎはクラン
ク角センサ２２により検出される。またウォータジャケ
ットを流れる冷却水の温度Ｔｗは水温センサ２３により
検出される。

排気管５には酸素センサ２４が取り付けられておリ、酸
素センサ２４はセンサ電極間が所定電位差であるときの
拡散限界酸素量が酸素濃度に相関するという特性に着目
し、これを拡散電流（ポンプ電流）として外部回路によ
り検出することで、空燃比を広範囲に検出するタイプの
ものが用いられる。

酸素センサ２４は空燃比検出回路２５に接続されており
、空燃比検出回路２５は酸素センサ２４にポンプ電流ｔ
ｐを供給するとともに、その電流値を検出して排気酸素
濃度に対応する電圧信号Ｖｉを出力する。

これらの酸素センサ２４および空燃比検出回路２５は空
燃比検出手段２６を構成しており、空燃比検出手段２６
および各センサ７．９．１０．２１．２２．２３からの
信号はコントロールユニット２７に入力される。

コントロールユニット２７はこれらのセンサ情報に基づ
いて空燃比を算出し、その制御を行う。

コントロールユニット２７は大気判別手段、較正値設定
手段および補正手段としての機能を有し、ＣＰ　Ｕ３１
、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３およびＩ１０ボート３４によ
り構成される。ＣＰ　Ｕ３１はＲＯＭ３２に書き込まれ
ているプログラムに従ってＩ１０ポート３４より必要と
する外部データを取り込んだり、またＲＡＭ３３との間
でデータの授受を行ったりしながら演算処理し、必要に
応じて処理したデータをＩ１０ボート３４へ出力する。

Ｉ１０ボート３４にはセンサ群７．９．１０．２１．２
２．２３．２６からの信号が入力されるとともに、Ｉ１
０ボート３４がらは噴射信号Ｓｉが出力される。ＲＯＭ
３２はＣＰ　Ｕ３１における演算プログラムを格納して
おり、ＲＡＭ３３は一部が不揮発性メモリからなり演算
に使用するデータをマツプ等の形で記憶する。

次に作用を説明する。

第５図はＲＯＭ３２に書き込まれている空燃比検出のプ
ログラムを示すフローチャートであり、図中Ｐ、〜Ｐ、
はフローの各ステップを示している。

本プログラムは所定時間毎に一度実行される。

Ｐｌでツユニルカットであるか否かを判別する。

ツユニルカットは、例えば回転数Ｎや絞弁開度ＣＶに基
づき所定の減速運転範囲内にあるか否かを判別して行う
。ツユニルカット中であるときはＰ２でツユニルカット
開始から所定時間が経過したか否かを判別する。所定時
間が経過しているときは、吸気管３内が十分に大気で満
たされその酸素濃度が安定していると判断する。本実施
例ではこの状態を大気安定状態という。

大気安定状態にあるときはＰ、に進み、大気安定状態に
ないとき、すなわち上記ステップＰ１、Ｐ２でＮＯ命令
に従うときは後述のステップＰ。

を経て今回のルーチンを終了する。Ｐ、では大気状態の
ときのポンプ電流１ｐの値、すなわち空燃比検出手段２
６の出力ＶｉをＶｉａとして読み込む。

なお、本実施例ではポンプ電流Ｉｐの値が検出空燃比に
対応しており、以後の説明の便宜上このＩｐに対応する
出力Ｖｉを適宜、センサ出力と呼称し前述したセンサ電
圧ｖｓとは異なる概念で用いる。そして、このセンサ出
力という概念は従来例におけるそれと同じ意味内容を表
す。

次いで、Ｐ４で大気の湿度Ｈｍと温度Ｔａを読み込み、
Ｐ、でそのときの大気の酸素分圧ＰｏｔａＷを次式■に
従って演算する。

ＰｏｚａＷ＝ＰｏｚａＸ（Ｉ　　　ＨｍＸＰｗｔ）−−
−００式において、Ｐｏ、ａは湿度Ｈｍが零のときの酸
素分圧であり、Ｐｗｔは温度Ｔａに対応する飽和水蒸気
圧である。飽和水蒸気圧Ｐｗｔは、例えば次の第１表で
示すように温度Ｔａに応じて変化しており、このような
変化の値が第１表よりも細かくマツプ形式でＲＡＭ３３
に予めストアされている。

第１表 ここで、大気の酸素分圧をパラメータとして大気条件下
におけるセンサ出力Ｖｉａを表すと、第６図のようにリ
ニアな関係となる。なお、同図中ＶｉａｏはＨｍ＝０の
ときのセンサ出力を示している。この図から明らかであ
るように較正時の大気の酸素分圧Ｐｏｚａｗが判明すれ
ば、Ｐ６！ａを基としてそのときの正規のセンサ出力Ｖ
ｉａｗを求めることができる。

一方、大気の酸素分圧は０式に示されるように、湿度Ｈ
ｍにより決定される。したがって、Ｐｏ２ａｗに対応す
る正規のセンサ出力Ｖｉａｗは現出力Ｖｉａを湿度Ｈｍ
によって補正すれば算出することができる。

そこで、Ｐ、で湿度補正係数Ｋｗを次式〇に従って演算
する。

Ｂａｗ この係数Ｋｗを現出力Ｖｉａに乗じると正規の出力Ｖｉ
　ａｗ　（Ｖｉ　ａｗ＝Ｖｉ　ａＸＫｗ）に一致し、従
来と異なり次の大気較正値αの精度が飛躍的に高められ
る。

次いで、Ｐ７で次式■に従って大気較正値αを演算する
。

ｉａｗ ０式において、Ｖｉａｉｎは大気条件下におけるセンサ
出力の初期値である。したがって、大気較正値αは大気
条件出力を大気の酸素分圧によって補正するとともに経
時変化に伴うずれをも補正する係数として性格づけられ
、このαにより通常のセンサ出力Ｖｉを補正すれば正確
な空燃比に一致させることができる。

そこで、Ｐ８で次式■に従って通常のセンサ出力Ｖｉを
補正し較正出力ｖｉＣを求める。

Ｖｉｃ＝ＶｉＸα−・−−一−−・■ 較正出力Ｖｉｅは上述したように大気の湿度変化に伴う
酸素分圧の相違に拘りなく正確な空燃比に対応したもの
となる。すなわち、較正出力ＶｉＣにより空燃比を正確
に検出することができる。

また、本実施例ではセンサ特性の経時変化に伴うずれも
適切に補正することができるという効果がある。

なお、ステップＰｒ、ＰｚでＮｏ命令に従ったときは前
回の大気較正値αに基づいてそのときのセンサ出力Ｖｉ
が補正されて較正出力Ｖｉａが算出される。そして、こ
の較正出力Ｖｉｃに基づき他のプログラムで空燃比制御
が精度よく行われる。

また、本発明は上記実施例に示したタイプの酸素センサ
に限定されるものではない。要は、拡散電流を排気中の
酸素濃度に相関させるように酸素分子のボンピングを行
うとともに、一定酸素濃度の基準ガス（大気のみとは限
らない）との比較のもとに空燃比を算出するタイプのも
のであればすべてに適用が可能である。したがって、ポ
ンプ電極の一部がセンサ電極と共用されているもの、あ
るいはセンサ部とポンプ部が一体構造のもの（見かけ上
はセンサ部のみとなる）であってもよいことは勿論であ
る。

（効　果） 本発明によれば、大気の湿度の変化に拘らず大気較正値
を大気の酸素分圧に正確に対応させてセンサ特性の補正
を正確なものとすることができ、空燃比の検出精度を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜６図は本発明に係
る空燃比検出装置の一実施例を示す図であり、第２図は
その全体構成図、第３図（ａ）はそ、の湿度センサの正
面図、第３図（ｂ）はその湿度センサの側面図、第４図
はその湿度センサの出力を取り出すための回路図、第５
図はその空燃比検出のプログラムを示すフローチャート
、第６図はその酸素分圧とセンサ出力との関係を示す図
である。 １０−−−−−−−−一湿度センサ（湿度検出手段）、
２６・−−−−−一空燃比検出手段、 ２７−−−−−−・−コントロールユニット（大気判別
手段、較正値設定手段、補正手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する空燃
   比検出手段と、 ｂ）排気管内が大気であることを検出する大気判別手段
   と、 ｃ）大気の酸素分圧と所定の因果関係を有する大気の湿
   度を検出する湿度検出手段と、 ｄ）排気管内が大気であるときの空燃比検出手段の出力
   を大気の湿度に応じて補正し大気較正値として設定する
   較正値設定手段と、 ｅ）大気較正値に基づき空燃比検出手段の出力を補正し
   て空燃比を算出する補正手段と、 を備えたことを特徴とする空燃比検出装置。