JPS623142A - 内燃エンジンの空燃比制御装置 - 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】 １五立１ 本発明は内燃エンジンの空燃比制御装置に関する。

背景技術 内燃エンジンの排気ガス浄化、燃費改善等を目的として
、排気ガス中の酸素濃度を検出し、この検出結果に応じ
てエンジンへの供給混合気の空燃比を目標空燃比にフィ
ードバック制御する空燃比制御装置がある。

このような空燃比制御装置に用いられる酸素濃度検出装
置として被測定気体中の酸素濃度に比例　　　　　゛し
た出力を発生するものがある（特開昭５８−１５３１５
５号）。かかるＦｉｌｌ素濃度検出装置においては、一
対の平板状の酸素イオン導電性固体電解質材を有する酸
素濃度検出器が設けられている。

その固体電解質材は被測定気体中に配置されるようにな
され、固体電解質材の各表裏面には電極が各々形成され
かつ固体電解質材が所定の間隙部を介して対向するよう
に平行にに配置されている。

固体電解質材の一方が酸素ポンプ素子として、他方が酸
素濃度比測定用電池素子として作用するようになってい
る。被測定気体中において欄隙部側電極が負極になるよ
うに酸素ポンプ素子の電極間に電流を供給すると、酸素
ポンプ素子の負極面側にて間隙部内気体中の酸素ガスが
イオン化して酸素ポンプ素子内を正極面側に移動し正極
面から酸素ガスとして放出される。このとき、間隙部中
の酸素ガスの減少により間隙部内の気体と電池素子外側
の気体との間に酸素Ｓ度差が生ずるので酸素ポンプ素子
への供給電流が一定値であれば電池素子の電極間にその
酸素濃度差、すなわち被測定気体中の酸素濃度に比例し
た電圧が発生するのである。この電圧レベルからエンジ
ンに供給された混によって制御する場合、リッチと判別
されたならば、２次空気をエンジンに供給し、リーンと
判別されたならば、２次空気の供給を停止することによ
り空燃比が目標空燃比に制御される。

かかる酸素濃度検出装置においては、酸素ポンプ素子に
過剰の電流を供給すると、固体電解質材から酸素を奪う
ブラックニング現象が発生する。

例えば、固体電解質材としてＺｒ０ｚ　　（−酸化ジル
コニウム）が用いられた場合、酸素ポンプ素子への過剰
電流供給によりＺｒ０ｚから酸素０２が奪われてジルコ
ニウムＺｒが析出される。このブラックニング現象は酸
素ポンプ素子の劣化を急速に進め酸素濃度検出器として
の性能を悪化さ゛せる原因となるので酸素ポンプ素子へ
の供給電流はブラックニング現象を防止するためにブラ
ックニング発生領域の値より小さくしなければならない
。

第１図は電池素子に発生する電圧Ｖｓをパラメータとし
て酸素濃度と酸素ポンプ素子への供給電流との関係特性
及びブラックニング現象発生領域を示しており、ブラッ
クニング現象発生領域との境界線は電圧Ｖｓをパラメー
タとした関係特性と同様に１次関数的特性であるので電
圧Ｖｓから酸素ポンプ素子への供給電流がブラックニン
グ現象発生領域の値に属するか否かを判別することがで
きる・よって、ブラックニング現象の発生を防止するた
めに電圧Ｖｓが所定電圧以上に上昇したときには酸素ポ
ンプ素子への供給ｍ流がブラックニング現象発生領域に
近い値になるとして該供給電流を減少させるリミッタ回
路を設けた酸素濃度検出装置が本出願人によって既に特
願昭６０−０５６３４４号において提案されている。

一方、排気ガス中の酸素濃度を検出する場合、エンジン
に供給する混合気の空燃比が理論空燃比（１４，７＞付
近であるときには電圧Ｖｓが第２図（ａ）に示すように
激しく上下に変動して非常に不安定となる。このとき、
電圧Ｖｓが所定電圧以上になるとリミッタ回路が作動し
て酸素ポンプ素子への供給電流を第２図（１））に示す
ように減少せしめるので電圧Ｖｓが正常検出時の変動範
囲内であっても電圧Ｖｓに対する空燃比判別の基準電圧
が一定ならば電圧Ｖｓがら空燃比を正確に判別できなく
なり、運転性が悪化するのである。

１里立且Ｉ そこで、本発明の目的はリミッタ回路の作動時に誤った
空燃比判別をすることを防止して運転性の向上を図った
空燃比制御装置を提供することである。

本発明の空燃比制御装置はリミッタ回路の作動時には酸
素濃度検出装置の酸素濃度検出値から空燃比を判別する
ことを中止することを特徴としている。

衷−」Ｌ−１ 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第３図は本発明による空燃比制御装置を示している。本
装置においては、互いに平行な一対の平板状素子の酸素
ポンプ素子１及び電池素子２からなる酸素濃度検出器は
排気管（図示せず）内に配設される。酸素ポンプ素子１
及び電池素子２の主体は酸素イオン伝導性固体電解質材
からなり、そ　　　　　゛の一端部間には間隙部３が形
成され、他端部はスペーサ４を介して互いに結合されて
いる。また酸素ポンプ索子１及び電池素子２の一端部の
表裏面に多孔質の耐熱金属からなる方形状の電極板５な
いし８が設けられ、他端部面には電極板５ないし８の引
き出し線５ａないし８ａが形成されている。

酸素ポンプ素子１の電極板５．６間には定電流回路１１
から定電流が供給される。定電流回路１１は吸い込み型
回路であり、オペアンプ１２．ＮＰＮトランジスタ１３
．ダイオード１４及び抵抗１５ないし１７からなる。オ
ペアンプ１２の出力端は抵抗１５を介してトランジスタ
１３のベースに接続されている。またトランジスタ１３
のエミッタは抵抗１６を介してアースされると共に抵抗
１７を介してオペアンプ１２の反転入力端に接続されて
いる。トランジスタ１３のコレクタは酸素ポンプ素子１
の内側電極板６に引き出し線６ａを介して接続され、外
側電極板５には電圧Ｖａが引き出し線５ａを介して供給
されるようになっている。

オペアンプ１２の非反転入力端には抵抗１８を介してプ
ログラマブル電圧発生回路１９が接続されている。プロ
グラマブル電圧発生回路１９は空燃比制御回路２０のＩ
ｐ出力端から出力されるディジタル信号に応じた電圧を
発生する。

一方、電池素子２の内側電極板７は引き出し線７ａを介
してアースされ、外側電極板８は引き出し線８ａを介し
てオペアンプ２１．抵抗２２ないし２４からなる非反転
増幅器２５に接続されている。非反転増幅器２５の出力
端はを空燃比制御回路２０のＶｓ　　入力端に接続され
ている。

また非反転増幅器２５の出力端にはリミッタ回路２６が
接続されている。リミッタ回路２６はオペアンプ２７．
抵抗２８ないし３１．可変抵抗器３２及びダイオード３
３からなる。抵抗２８．２９及び可変抵抗器３２は直列
に接続され電圧Ｖａの分圧電圧をリミッタ基準電圧ＶＬ
として出力するリミッタ基準電圧発生器３４を形成し、
その出ノ】端である可変抵抗器３２の可動端がオペアン
プ２７の反転入力端に接続されている。オペアンプ２７
の非反転入力端に非反転増幅器２５の出力端が接続され
、非反転増幅器２５の出力電圧ＶＳ′とリミッタ基準電
圧発生器３４から出力されるリミッタ基準電圧ＶＬとの
差電圧に応じた電圧がオペアンプ２７の出力端から抵抗
３０．ダイオード３３を順方向に介してオペアンプ１２
の反転入力端に供給されるようになっている。

オペアンプ３６．抵抗３７，３８はリミッタ作動検出回
路３９を形成している。オペアンプ３６の反転入力端は
抵抗３７を介してオペアンプ１２の非反転入力端に接続
され、オペアンプ３６の非反転入力端は抵抗３８を介し
てオペアンプ１２の反転入力端に接続されている。オペ
アンプ３６はリミッタ回路２６の出力電圧が基準電圧Ｖ
ｒ＋より大になるとリミッタ作動検出信号を空燃比制御
回路２０のＬ入力端に供給する。

空燃比制御回路２０は上記したＩｐ出力端、■ｓ、Ｌ入
力端の他にＡ／Ｆ駆動端を有し、Ａ／Ｆ駆動端には２次
空気供給調整用の電磁弁３５に接続されている。電磁弁
３５はエンジンの気化器絞り弁下流の吸気通路に連通す
る吸気２次空気供給通路に設けられている。

かかる構成においては、空燃比制御回路２０のＩｐ出力
端からディジタル信号がプログラマブル電圧発生回路１
９に出力されると、プログラマブル電圧発生回路１９は
ディジタル信号が表わす電圧を基準電圧Ｖｒ＋　とじて
抵抗１８を介してオペアンプ１２の非反転入力端に供給
する。基準電圧Ｖｒ＋の供給時に酸素ポンプ素子１の電
極板５゜６を流れるポンプ電流値１ｐは抵抗１６の端子
電圧Ｖｐによって検出され、その端子電圧Ｖｐは抵抗１
７を介してオペアンプ１２の反転入力端に供給される。

端子電圧Ｖｐが基準電圧Ｖｒ＋より小のときにはオペア
ンプ１２の出力レベルが高レベルのになりトランジスタ
１３のベース電流を増加　　　　　′されるのでポンプ
電流が増大し、端子電圧Ｖｐが基準電圧Ｖｒ＋より大の
ときにはオペアンプ１２の出力レベルは低レベルとなり
、トランジスタ１３のベース電流を減少させるのでポン
プ電流が低下する。この動作が高速で繰り返されるので
ボンブ電流１ｐは基準電圧Ｖｒ＋に応じた定電流値とな
る。

一方、電池素子２の電極板７．８間には電圧■Ｓが発生
し、電圧Ｖｓは非反転増幅器２５によって電圧増幅され
て空燃比制御回路２０のＶｓ−入力端に供給される。

ここで、エンジンの供給混合気の空燃比が理論空燃比付
近に変動したとすると、電池素子２の電極板７．８間の
電圧Ｖｓが上昇し、非反転増幅器２５の出力電圧■ｓ′
も上昇する。出力電圧Ｖｓ−がリミッタ基準電圧ＶＬを
越えると出力電圧ＶＳ′とリミッタ基準電圧ＶＬとの差
電圧に応じた電圧が端子電圧Ｖｐより高くなるのでオペ
アンプ２７から抵抗３０．ダイオード３３．抵抗１７そ
して抵抗１６を介して電流が流れてオペアンプ１２の反
転入力端の電圧を基準電圧Ｖ　ｒ　＋より上昇させる。

よって、オペアンプ１２の出力電圧が低下してトランジ
スタ１３のペース電流が減少するので酸素ポンプ素子１
のポンプ電流１ｐも減少するのである。リミッタ基準電
圧ｖＬＧ、を基準電圧■ｒ２より若干高く設定されてい
るので非反転増幅器２５の出力電圧Ｖｓ′がリミッタ基
準電圧ＶＬに達するとブラックニング現象発生領域に接
近したことを表わす。ＶＳ”＞ＶＬでは空燃比がリッチ
であるほどオペアンプ２７の出力電圧が高くなりポンプ
電流１ｐを減少せしめてブラックニング現象の発生が防
止されるのである。このリミッタ回路２６の作動時には
リミッタ回路２６の出力電圧が基準電圧Ｖ　ｒ　＋を越
えるのでオペアン７３６の出力レベルが高レベルとなる
。この高レベルがリミッタ作動検出信号として空燃比制
御回路２０のＬ入力端に供給される。

空燃比制御回路２０はエンジン回転に同期して次の如く
動作する。第４図に示すように先ず、リミッタ作動検出
信号が発生しているか否かが判別される（ステップ５１
）。リミッタ作動検出信号が発生していないならば、非
反転増幅器２５の出力電圧Ｓ′が空燃比制御回路２０に
読み込まれ（ステップ５２）、出力電圧Ｖｓ”が基準電
圧Ｖｒ２より大であるか否かが判別される（ステップ５
３）。出力電圧Ｖｓ”は供給混合気の空燃比がリッチに
なるに従って高くなるので、Ｖｓ′＞ＶＦ６ならば、空
燃比がリッチであるとして空燃比制御回路２０は電磁弁
３５を開弁駆動して２次空気をエンジンに供給せしめる
（ステップ５４）。

Ｖｓ−≦Ｖｒｚならば、空燃比がリーンであるとして空
燃比制御回路２０は電磁弁３５の開弁駆動を停止し、２
次空気のエンジンへの供給が停止される（ステップ５５
）。一方、ステップ５１においてリミッタ作動検出信号
が発生していると判別されたならば、ステップ５２．５
３が実行されず直ちにステップ５５が実行されて２次空
気の供給が停止される。

第５図は本発明の他の実施例を示している。この装置に
おいて、第３図に示した装置と同一部分は同一符号によ
って示されており、オペアンプ４１、抵抗４２ないし４
４がリミッタ作動検出回路３９を形成している。リミッ
タ作動検出回路３９は抵抗１６の端子電圧Ｖｐが抵抗４
３．４４による電圧Ｖｃｃの分圧電圧を下回ったとき、
すなわちリミッタ回路２６の作動によってポンプ電流値
■Ｐが低下したときにリミッタ作動検出信号を空燃比制
御回路２０のし入力端に供給する。その他の構成は第３
図に示した装置と同様であり、空燃比制御回路２０はリ
ミッタ作動検出信号に応じて空燃比の判別を中止するの
である。

発明の効果 以上の如く、本発明の空燃比制御装置においては、リミ
ッタ回路が作動してポンプ電流値が制限されているとき
には酸素濃度検出装置の出力値に応じて供給混合気の空
燃比を判別することが中止　　　　　″□されるので空
燃比が理論空燃比付近にあり、電池　　　　　゛パ素子
の電極間に発生する電圧が上下に変動してり　　　　　
゛ミッタ回路が作動した場合に誤った空燃比判別を　　
　　　□・。

することが防止される。よって、リミッタ回路の作動時
の運転性の向上を図ることができるのである。

第１図は酸素濃度−ポンプ電流特性及びブラフ　　　　
　耳」

【図面の簡単な説明】

クニング現象発生領域を示す図、第２図は電圧■Ｓ及び
ポンプ電流Ｉｐの変動を示す波形図、第３図は本発明の
実施例を示す回蕗図、第４図は第３図に示した装置中の
空燃比制ｍ回路の動作を示すフロー図、第５図は本発明
の他の実施例を示す回路図である。 主要部分の符号の説明 １・・・・・・酸素ポンプ素子 ２・・・・・・電池素子 ３・・・・・・間隙部 ４・・・・・・スペーサ ５ないし８・・・・・・電極板 １１・・・・・・定電流回路 ２５・・・・・・非反転増幅器 ２６・・・・・・リミッタ回路 ３５・・・・・・電磁弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃エンジンの排気ガス中に配設される一対の酸素イオ
   ン導電性固体電解質材を有しその各固体電解質材に一対
   の電極が形成されかつ前記一対の固体電解質材が所定の
   間隙部を介して対向するように配置され前記一対の固体
   電解質材の一方が酸素ポンプ素子として他方が酸素濃度
   比測定用電池素子として各々作用する酸素濃度検出器と
   、前記酸素ポンプ素子の電極間に電流を供給する電流供
   給手段と、前記電池素子の電極間に生ずる電圧に応じて
   エンジンに供給された混合気の空燃比を判別する判別手
   段と、該判別手段の判別結果に応じて供給混合気の空燃
   比を調整する空燃比調整手段と、前記電池素子の電極間
   に生ずる電圧に応じた電流値以下に前記電流供給手段の
   前記酸素ポンプ素子への供給電流を制限するリミッタ手
   段とを含み、前記判別手段は前記リミッタ手段によって
   前記ポンプ素子への供給電流が制限されているときには
   空燃比の判別を中止することを特徴とする空燃比制御装
   置。