JPS62220829A - 内燃機関の安定限界検知装置 - 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〕 この発明は、空燃比制御装置を備えた内燃機関における
燃焼状態の安定限界を検知するための安定限界検知装置
に関する。

〔従来の技術〕

近時、特に自動車用内燃機関における排気対策。

運転性及び燃費の向上等の要求により、気筒に供給する
混合気の空燃比を精度よく目標値に制御する空燃比制御
が行なわれている。

そのため１例えば電子制御燃料噴射装置１ｄ（ＥＣＴ）
を用いた内燃機関の場合、吸入空気量と機関回転数とに
より燃料の基本噴射量を決定し、それにその時の機関状
態に応じて種々の増量補正等を行なうと共に、０２セン
サ等を用いて機関排気通路内の酸素濃度を検出すること
によって実際の空燃比を検出し、その検出結果に応じた
空燃比フィードバック補正係数による補正を行なって燃
料噴射量を制御することにより空燃比を目標値（理論空
燃比）に制御するようにしている。

また、電子制御式キャブレータ（ＦＣＣ）を用いた内燃
機関の場合には、機関の要求する燃料の基本供給量は気
化器（キャブレータ）自体で決まるので、気化器内に設
けた混合比制御ソレノイドをオン・オフ制御することに
より、増量補正分をフィードバック制御して、空燃比を
目標値と一致させるようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような空燃比制御装置を備えた内燃
機関においても、冷間運転時や過渡運転時等には燃焼が
不安定になりやすく、上述のような空燃比のフィードバ
ック制御のみでは対応できないことがある。

その場合、燃焼の安定限界を越えると出力が低下するば
かりか、エンストを起こすこともあるという問題点があ
った。

この発明は、このような問題を解決するため、内燃機関
の燃焼状態が安定限界を越えるような場合には、直ちに
それを検知できるようにすることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

り図で示すように、排気ガス中の酸素濃度から供給混合
気の空燃比を検出する空燃比検出手段Ｂと。

該手段Ｂによる空燃比検出信号に応じて供給する燃料量
を制御する空燃比制御手段Ｃとからなる空燃制御装置り
を備えた内燃機関Ａにおいて、空燃比検出手段Ｂによる
空燃比検出信号の変化量を算出する変化量演算手段Ｅと
、該手段Ｅによって算出された変化量が所定値以上か否
かを判断する変化量判断手段Ｆと、該手段Ｆによって上
記変化量が所定値以上と判断される状態が所定時間以上
継続した時に機関の燃焼状態が安定限界を越えたと判定
する安定限界判定手段Ｇとからなるものである。

〔作　用〕

このように構成した内燃機関の安定限界検知手段によれ
ば、燃焼状態が不安定になると、空燃比検出手段Ｂによ
る空燃比検出信号のバラツキが大きくなるので、変化量
演算手段Ｅによって算出される変化量が変化量判断手段
Ｆによって所定値以上であると判断され、その状態が所
定時間以上継続すると安定限界判定手段Ｇが機関の燃焼
状態が安定限界を越えたと判定するので、直ちに安定度
を増すための制御を行なうことができる。

〔実　施　例〕

以下、この発明の実施例を図面の第２図以降に基づいて
説明する。

第２図は、この発明による空燃比制御装置を備えた内燃
機関のシステム構成図である。

このシステムにおいて、１はエンジン本体であり、吸入
空気はエアクリーナ２から吸気管３を通して各気筒の燃
焼室１ａに吸入されるが、その際後述するコントロール
ユニット１０からの噴射信号Ｓｉに基づいてインジェク
タ４から噴射される燃料と混合して混合気となる。

そして、コントロールユニット１０からの点火信号ＩＡ
によって、各気筒毎に設けられた点火プラグ５が各点火
時期に順次作動して吸入した混合気を燃焼させ、ピスト
ン６を駆動する。実際には点火コイルを含む点火回路を
必要とするが、図示を省略している。

燃焼後の排気は、排気管７を通して触媒コンバータ８に
導入され、そこで排気中の有害成分である（ＨＣ，Ｃｏ
、Ｎ０ｘ）が三元触媒により清浄化されて排出される。

吸入空気量は吸気管３内の絞り弁（スロットルバルブ）
９によって制御され、その吸入空気流量Ｑａがエアフロ
ーメータ１１によって検出される。

また、絞り弁Ｓの開度Ｃｖが絞り弁開度センサ１２によ
り、吸気管３の絞り弁Ｓより下流側の圧力（吸入負圧）
が圧力センサ１３によってそれぞれ検出される。

さらに、エンジンの回転数Ｎがクランク角センサ１４か
らのパルス信号により検出され、ウォータジャケット１
ｂ内を流れる冷却水の温度Ｔｗが水温センサ１５により
、排気中の酸素濃度が酸素センサ１６によってそれぞれ
検出される。なお。

酸素センサ１６及びそれによるＡ／Ｆ検出回路の具体例
は後述する。

吸気管３のインジェクタ４付近にスワールバルブ１７が
設けられており、コントロールユニット１０からの信号
によって制御されるソレノイド弁１日を介して導入され
る負圧によって作動される駆動弁１８により開閉駆動さ
れる。

このスワールバルブ１７は、例えば特開昭５８−１９５
０４８号公報にも見られるように、閉じることによって
吸気通路を狭めてヘリカルポートを通過させるようにし
、燃焼室１ａ内にスワール（渦流）を生じさせて燃焼を
早める役目をなすもので、リーン域での失火限界を伸ば
し、稀薄空燃比で安定した燃焼を得るのに有効である。

なお、ＩＶは吸気弁、ＥＶは排気弁で、それぞれエンジ
ン本体１の各気筒の燃焼室１ａに対して設けられている
。

コントロールユニット１０は、この発明による安定限界
検知のほかに、空燃比及び点火時期の制御及びスワール
バルブの制御も行ない、前述のエアフローメータ１１及
び各センサ１２〜１６からの信号を入力して、それらの
入力情報に基づいて。

燃料噴射量及び点火時期を算出して噴射信号Ｓｉ及び点
火信号ＩＡを出力し、またソレノイド弁１日の制御信号
を出力してスワールバルブ１７を開閉制御し、その結果
、エンジンの運転状態に応じた最適な燃焼を行なわせる
ものである。

このコントロールユニット１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｒ
ＡＭ及び入出力インタフェース（Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／
Ａ変換回路を含む）等からなるマイクロコンピュータと
、出力用のドライバ回路、後述する空燃比検出回路等に
よって樋成さ九でいる。

次に、第２図における酸素センサ１６及びそれによって
広範囲なＡ／Ｆを検出する空燃比検出回路とからなる空
燃比検出手段の具体例について説明する。

先ず、この実施例に使用する酸素センサ１６の構成を第
３図によって説明すると、加熱用ヒータ２１を設けた基
板２０上にチャンネル状の大気導入部２３を形成した大
気導入板２２を積層し、その上に酸素イオン伝導性の板
状固体電解質２４を積層しており、この固体電解質２４
の下面には基準電ｔｉ２ｓが、それに対応する上面には
ポンプ電極２６とセンサ電Ｆｉ２７がそれぞせ印刷によ
り設けられている。

さらにこの固体電解質２４の上に、被測定ガス（排気）
を導入するガス導入部２日を窓状に形成した板状体２８
を積層し、その上にガスの拡散を規制する小孔３１を設
けた板状体３０を積層して構成されている。

また、基板２０．大気導入板２２．および板状体２８．
３０は、アルミナ、ムライト等の耐熱性絶縁材料、ある
いは耐熱性合金等によって形成される。固体電解質２４
としては、酸素イオン伝導体であるＺｒＯ２、Ｈｒ０２
　、Ｔｈ０２．１３１２０３等の酸化物ニｃ　ａ　２０
．　Ｍ　ｇ　Ｏ，Ｙ２０３　。

ＹＢ２０３等を固溶させた焼結体が用いられる。

各電極２５〜２７は白金又は金を主成分とする。

そして、ポンプｔ′！極２６と基準電極２５が、固体電
解質２４に酸素イオンの移動を生じさせて上下両面間の
酸素分圧比を一定に保つ電流を流すための電極を構成し
、センサ電極２７と基準電極２５が、固体電解質２４の
両面間の酸素分圧比によって発生する電圧を検出するた
めの電極を構成している。

この酸素センサ１６を用いて燃焼室に供給される混合気
の空燃比を検出する空燃比検出回路４０は、第４図に示
すように、百標電圧Ｖ　ａ　（負電圧）を発生する電圧
源４１．差動アンプ４２．ポンプ電流供給部４３．抵抗
４４及びその両端電圧からポンプ電流ＩＰを検出する電
流検出部４５によって構成されている。

そして、差動アンプ４２は、前述した酸素センサ１６の
基準電極２５に対するセンサ電極２７の電位Ｖｓ（負電
圧）を目標電圧ｖａと比較して、その差ΔＶ　ｓ　＝　
Ｖ　ｓ　−Ｖ　ａを算出する。

ポンプ電流供給部４３は、この差動アンプ４２の出力Δ
Ｖｓがゼロになるように、酸素センサ１６のポンプ電極
２６からポンプ電流Ｉｐを流し出す（あるいは流し込む
）。すなわち、ΔＶｓが正の時はＩｐを増やし、ΔＶｓ
が負の時はｒｐを減らす。

ポンプ電流検出部４５は、抵抗４４の両端間の電位差に
よりポンプ電流１ｐを電圧Ｖｉ（Ｖｉａｇ：Ｉｐ）に変
換して検出する。なお、ポンプ電流Ｉｐは第４図に実線
矢印で示す方向を正とし、その時検出電圧Ｖｉも正にな
り、破線矢印で示す逆方向の時は負になる。

目標電圧Ｖａを、酸素センサ１６のガス漂入部２Ｓ内の
酸素濃度が所定値に維持されているとき、すなわち固体
電解質２４の両面間の酸素分圧比が所定値となるときの
基準電極２５とセンサ電極２７の間に発生される電圧Ｖ
ｓに相当する値に設定しておくと、この空燃比検出回路
４０によって検出される出力電圧Ｖｉは、第５図に示す
ようにＡ／Ｆと一意的に対応する。

したがって、この回路によって現空燃比をリッチ域から
リーン域まで広範囲に亘って精度よく検出することがで
きる。

なお、この発明に使用する空燃比検出手段はこれに限る
ものではなく、Ａ／Ｆをリッチ域からリーン域まで広範
囲に亘って精度よく検出できるものであればよく、その
ような種々のものが既に知られている。

第２図のコントロールユニット１０は、内燃機関の運転
状態に応じて目標空燃比を決定し、上述のようにして検
出した実際の空燃比がその目標空燃比と一致するように
供給する燃料量を制御する空燃比制御手段の機能も果し
ており、さらに、この発明による安定限界検知装置とし
ての第１図におけるＥ−Ｇの機能、及び点火時期制御手
段としての機能も果している。

そこで、このコントロールユニット１０内のマイクロコ
ンピュータによるこの発明に係わる安定限界検知機能に
ついて、第６図のフローチャートによって説明する。

このルーチンがスタートすると、先ずステップ１で第４
図の空燃比検出回路４０の出力電圧Ｖｉ（空燃比検出信
号）を読み込み、ステップ２で前回読込んだ出力電圧ｖ
ｉ′との差ΔＶｉを。

ΔＶｉ−ＩＶｉ−Ｖｉ’　　Ｉの演算によって求める。

そして、ステップ３でこの差すなわち空燃比検出信号の
変化量ΔＶｉが予め設定した値ΔＶＲ４以上が否かを判
断し、ΔＶｉ≧ΔＶＭであれば、ステップ４へ進んでそ
の状態にある時間を計測するためのカウンタをインクリ
メントし、ΔＶｉ＜ΔＶＭであれば、ステップ５へ進ん
でそのカウンタをクリアしてこのルーチンを抜ける。

ステップ４からはさらにステップ６へ進み、カウンタの
カウント値Ｎが予め設定した値Ｎｏ以上になったか否か
を判断し、Ｎ＜Ｎｏであればそのままこのルーチンを抜
け、Ｎ≧Ｎｏであればステップ７で安定限界を越えたと
判定し、ステップ８で安定度を増す制御、例えば点火時
期を遅角したり空燃比をリッチ化する等の制御を行なう
。

なお、空燃比検出信号の変化量を差分値によって算出す
る代りに微分値によって算出するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明による内燃機関の安
定限界検知装置は、機関の燃焼状態が不安定になって安
定限界を越えた時には直ちにそれを検知できるので、そ
の検知時に安定度を増す制御を行なって、機関の出力低
下やエンストを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による内燃機関の空燃比制御装置の基
本的構成を示す機能ブロック図、第２図はこの発明の一
実施例を示す内燃機関のシステム構成図、 第３図及び第４図はこの発明を実施するために使用する
酸素センサ及び空燃比検出回路の例を示す模式的断面図
及びブロック回路図、第５図は広範囲のＡ／Ｆを検出で
きるＡ／Ｆセンサの一般的特性を示す曲線図、 第６図は第２図のコントロールユニットにおける安定限
界検知動作を示すフロー図である。 １・・・エンジン本体　　　　２・・・エアクリーナ３
・・・吸気管　　　　　　　４・・・インジェクタ５・
・・点火プラグ　　　　　７・・・排気管８・・・触媒
コンバータ　　　Ｓ・・・絞り弁１０・・・コントロー
ルユニット １１・・・エアフローメータ １２・・・絞り弁開度センサ　１３・・・圧力センサ１
４・・クランク角センサ　１５・・・水温センサ１６・
・・酸素センサ　　　　１７・・・スワールバルブ４０
・・・空燃比検出回路 第１図 第３図 第４図 第５図　　　　第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　排気ガス中の酸素濃度から供給混合気の空燃比を検
   出する空燃比検出手段と、該手段による空燃比検出信号
   に応じて供給する燃料量を制御する空燃比制御手段とか
   らなる空燃比制御装置を備えた内燃機関において、 前記空燃比検出手段による空燃比検出信号の変化量を算
   出する変化量演算手段と、該手段によって算出された変
   化量が所定値以上か否かを判断する変化量判断手段と、
   該手段によって前記変化量が所定値以上と判断される状
   態が所定時間以上継続した時に機関の燃焼状態が安定限
   界を越えたと判定する安定限界判定手段とからなること
   を特徴とする内燃機関の安定限界検知装置。