JPS6238546B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は帰還制御回路、特に排気センサの活性
化、非活性化状態を表わす電気信号に基づいて内
燃機関への燃料の供給量を調量制御する帰還制御
を行なう電子燃料噴射装置の帰還制御回路に関す
るものである。

背景技術 内燃機関の有害排気ガスを減少させるための方
法として、内燃機関の排気ガス成分に関する情報
に基づいて空燃比を制御する帰還制御方式の空燃
比制御装置が知られている。この方式は、例えば
エンジンの排気ガス成分の濃度を排気管に設けら
れた排気センサーで検出し、その出力と基準値と
の偏差に基づいて燃料調量装置によつて燃料供給
量を付加的に制御して、エンジンに供給する混合
気の空燃比を設定値に維持するように構成されて
いる。従来、排気センサの出力と基準値との偏差
を検出する方法としては、例えば排気センサへ電
流を流しそれによつて生じるセンサの内部抵抗を
表わす電圧値が二つの閾値の間にあるかそれ以外
にあるかを検出する方法がある。この方法は精度
においてすぐれているが従来の回路構成は非常に
複雑である。

発明の概要 本発明は、このような従来の欠点をなくし、簡
単な回路構成でしかも精度の高い空燃比制御を行
なうことができる電子燃料噴射装置の帰還制御回
路を提供することを目的とする。

このような目的は次のような本発明による電子
燃料噴射装置の帰還制御回路によつて達成され
る。すなわち、この帰還制御回路は、排気センサ
からの電気信号を第１の基準電圧と比較しこの電
気信号が第１の基準電圧より高い場合に第１の出
力信号を発生する第１の比較器と、第１の基準電
圧より低い第２の基準電圧とこの電気信号を比較
しこの電気信号が第２の基準電圧より低い場合第
２の出力信号を発生する第２の比較器と、第１及
び第２の比較器に接続され第１若しくは第２の出
力信号に応動して電子燃料噴射装置の帰還制御を
開始させ、第１若しくは第２の出力信号が所定の
期間受信されないとこの帰還制御を停止させる時
限回路手段を含み、更に、帰還制御の開始に応動
して第２の基準電圧を所定の値だけ上昇させ、そ
の後これを徐々に低下させて、帰還制御開始直後
におけるセンサ活性化判別をより精確に行なうの
である。

実施例 次に、本発明による電子燃料噴射装置の帰還制
御回路の実施例を添付図面を参照して詳細に説明
する。

第１図は電子燃料噴射装置の閉ループ制御系を
示すブロツク図である。同図において、エンジン
１から排気浄化装置７に至る排気管２に設けられ
た排気センサ３の出力電圧を偏差検出回路４で検
出して、偏差検出回路４はこれを端子８からの基
準電圧と比較する。制御回路５は、検出回路４の
比較結果に応動して燃料調量装置６の燃料供給量
を付加的に制御する。このようにしてエンジン１
へ供給される混合気の空燃比が設定値に維持され
る。

第２図は第１図に示す偏差検出回路４の実施例
を示すブロツク図である。同図において、抵抗
Riは排気センサ３の内部インピーダンスを表わ
し、電源信号Ｖ_Sはセンサ３の起電力を示す。排
気センサ３からの出力リード９は、抵抗Ｒ_Oを介
して定電圧電源Ｖ_Oに接続されている。排気セン
サ３の出力リード９はさらに比較器として働くオ
ペアンプOP₁及びOP₂の反転入力端子（−）にそ
れぞれ接続されている。オペアンプOP₁の非反転
入力端子（＋）は、排気センサ３の不活性状態の
上限に対応する閾値を示す基準電圧Ｖ_Eに接続さ
れている。同様に、オペアンプOP₂の非反転入力
端子（＋）は、センサ３の不活性状態の下限であ
る閾値を示す基準電圧Ｖ_Rに接続されている。オ
ペアンプOP₁及びOP₂の出力A₁及びA₂は時限回路
M₁に接続され、時限回路M₁の出力はオペアンプ
OP₃の非反転入力端子（＋）に接続されている。
オペアンプOP₃の反転入力端子（−）は基準電圧
Ｖ_Cに接続されている。オペアンプOP₃の出力端
子A₃は、第１図に示す制御回路５の入力に接続
される。

次に第３図を参照して、第２図に示す回路の動
作を説明する。磁気センサ３が不活性状態にある
場合、その出力電圧Ｖ_Aは第３図Ａに示すように
基準電圧Ｖ_E及びＶ_Rの間にあり、これによつてオ
ペアンプOP₁は第３図Ｂに示すようにその出力A₁
に高レベル信号を発生し、オペアンプOP₂は同図
Ｃに示すようにその出力A₂に低レベル信号を発
生する。センサ３の出力電圧Ｖ_Aが基準電圧Ｖ_Eを
越えると（時刻t₁、第３図）、オペアンプOP₁の
出力が低レベルになり、これによつて時限回路
M₁の出力も低レベルになるのでオペアンプOP₃
は第３図Ｄに示すようにその出力A₃が高レベル
から低レベルに遷移する。これによつて電子燃料
噴射装置の閉ループ制御系は帰還制御を開始す
る。帰還制御が開始されると排気センサ３の出力
電圧Ｖ_Aは第３図Ａに示すようにセンサの不活性
領域を示す２つの閾値Ｖ_E及びＶ_Rを越えて大きく
変化し、これに応動して両オペアンプOP₁及び
OP₂の出力電圧A₁及びA₂は同図Ｂ及びＣに示す
ようにパルス状に変化する。このように帰還制御
が行われセンサ３が徐々に不活性領域に保持され
るようになると、その出力電圧Ｖ_Aは両閾値Ｖ_E及
びＶ_Rの間の領域に常に含まれるようになる。例
えば第３図Ａに示すように時刻T₂以降は常に電
圧Ｖ_Aが電圧Ｖ_E及びＶ_Rの間にあるようになる
と、同図Ｃに示すように時刻t₂以降はオペアンプ
OP₂の出力電圧A₂は高レベルから低レベルに遷移
したままとなる。時限回路M₁は電圧A₂の最後の
立上がりから所定の期間τ_２の時限を計数し、こ
の期間内に再び電圧A₂が立上がらなければ回路
M₁の出力電圧を高レベルにする。この高レベル
は基準電圧Ｖ_Cよりも高く設定してあるので、オ
ペアンプOP₃はその出力A₃を再び高レベルにす
る。これによつて閉ループ制御系の帰環制御を停
止する。

第４図は第２図に示す帰還制御回路の詳細な回
路図である。同図において、定電圧発生部Ｖ_Xは
ツエナーダイオードZD₁で定まる定電圧Ｖ_Zを抵
抗R₁及びR₂で分割し、一定の電圧Ｖ_Oを出力す
る。オペアンプOP₁の非反転入力端子（＋）に
は、電圧Ｖ_Zを抵抗R₄及びR₅で分圧した電圧Ｖ_E
が供給される。またオペアンプOP₂の非反転入力
端子（＋）には定電圧Ｖ_Zを抵抗R₆及びR₇で分圧
した電圧Ｖ_Rが供給されている。時限回路M₁は、
抵抗R₁₀，R₁₁，R₁₂及びR₁₃、ダイオードD₁、トラ
ンジスタT₁、並びにコンデンサC₁で構成されて
いる。コンデンサC₁は、抵抗R₁₆及びダイオード
D₂を介してイグニツシヨンスタート信号を受信
する端子A₄に接続されているが、オペアンプOP₁
及びOP₂の出力論理によつてこれに電荷が蓄積さ
れるように、抵抗R₁₂を介してオペアンプOP₁の
出力端子A₁に、またトランジスタT₁からなる回
路を介してオペアンプOP₂の出力端子A₂にそれぞ
れ接続されている。また、電圧Ｖ_Zは抵抗R₃を介
して電源線L₁によつて供給され、オペアンプOP₃
の基準電圧Ｖ_Cは電源線L₁の電圧を抵抗R₁₄及び
R₁₅で分圧することによつて供給される。

次に動作を説明する。

エンジン始動から制御系の帰還制御開始まで
（以後オープンループと称する） イグニツシヨンスタートスイツチをオンにす
ると、端子A₄が高レベルになりダイオードD₂
及び抵抗R₁₆を介してコンデンサC₁が急速に充
電される。従つてオペアンプOP₃の非反転入力
端子（＋）は反転入力端子（−）の電圧より高
レベルとなり、オペアンプOP₃の出力電圧A₃は
高レベルとなる。またエンジン１の冷間始動時
はセンサ３が不活性状態であるので、その出力
電圧Ｖ_Aは２つの閾値レベルＶ_E及びＶ_Rの間に
位置している。これは排気センサ３のインピー
ダンスが無限大の時出力電圧Ｖ_AがＶ_EとＶ_Rの
間に位置するように定電圧Ｖ_Oが設定されてい
るためである。従つてオペアンプOP₁の出力は
高レベル、オペアンプOP₂の出力は低レベルと
なる。このためトランジスタT₁は非導通であ
り、コンデンサC₁の蓄積電荷はそのまま保持
される。

帰還制御開始時点t₁ 排気センサ３が活性化すると共にそのインピ
ーダンスが小さくなるため出力電圧Ｖ_Aが大き
くなり基準電圧Ｖ_Eに達する。これによつて前
述のようにオペアンプOP₁の出力は高レベルか
ら低レベルに遷移し、コンデンサC₁に充電さ
れていた電荷は抵抗R₁₃、ダイオードD₁及び出
力端子A₁の経路で放電する。抵抗R₁₃の値は抵
抗R₁₂の値より充分に低く設定されているた
め、この放電は急速に行われる。従つてオペア
ンプOP₃の非反転入力端子（＋）の入力電圧は
急速に下降し、これによつて出力電圧A₃は高
レベルから低レベルに変化する。これによつて
閉ループ制御系は帰還制御を開始する。次に電
圧Ｖ_Aが徐々に減少し基準電圧Ｖ_Rに達すると、
オペアンプOP₂の出力が低レベルから高レベル
に変化し、これによつてトランジスタT₁が導
通する。これによつてコンデンサC₁の電荷は
抵抗R₁₃及びトランジスタT₁のコレクターエミ
ツタ路によつて放電する。従つてオペアンプ
OP₃は低レベルの出力を保持する。オペアンプ
OP₂のこの高レベルの出力は、抵抗R₉を介して
その非反転入力端子（＋）に帰還され、基準電
圧Ｖ_Rを第３図Ａに示すように所定の値だけ上
昇させる。これによつてオペアンプOP₂の出力
電圧A₂は、その入力電圧Ｖ_Aの変化に対してヒ
ステリシスを生じ、出力論理状態が安定する。

クローズドループ 排気センサ３が活性化しそのインピーダンス
が充分に小さくなると、センサのリツチ・リー
ン信号に応じてオペアンプOP₁及びOP₂の出力
に高低両レベルの電圧が現われる。この高低両
レベルの電圧によつてコンデンサC₁は充放電
を繰り返す。充電は抵抗R₁₂を介して行われ、
放電は抵抗R₁₃を介してダイオードD₁又はトラ
ンジスタT₁へ電流が流れることによつて行わ
れるが、前述のように抵抗R₁₂は抵抗R₁₃より充
分に大きく設定してあるので、電圧A₁及びA₂
が高低両レベルを頻繁に操り返しても電圧Ｖ_B
が急速に上昇することはない。従つて電圧Ｖ_B
はＶ_Cより低いのでオペアンプOP₃の出力A₃は
低レベルを保持する。すなわち帰還制御を継続
する。

帰還制御終了時点 アイドル放置によりセンサ３が不活性に向う
とそのインピーダンスが次第に大きくなりセン
サ３のリツチ・リーンの応答も遅くなる。従つ
てオペアンプOP₁の出力が高レベル、オペアン
プOP₂の出力が低レベルの両条件の少なくとも
一方を満たす期間が次第に長くなるので、コン
デンサC₁が高レベルの出力電圧A₁によつて抵
抗R₁₂を介して充電される割合が増加する。従
つてコンデンサC₁の電圧Ｖ_Bが所定の時定数で
徐々に増加し基準電圧Ｖ_Cを越えるとオペアン
プOP₃の出力電圧A₃は低レベルから高レベルに
変化する。これは電圧A₂の最後の立下がり時
刻t₂から設定時間τ_２を経過した時刻に生ずる
（第３図Ｃ，Ｄ）。このようにして閉ループ制御
系は帰還制御を終了する。

アイドル放置によるオープンループ この条件下における回路各部の動作は前述の
第項の場合と全く同様である。

尚第４図の実施例の回路における各素子の定数
の一例を下記に示す。

Ｒ_O＝240KΩ Ｖ_E＝700ｍＶ Ｖ_R＝400ｍＶ（Ｒ_Qによるヒステリシス幅50ｍ
Ｖ） Ｖ_A＝500ｍＶ（Ｒ_Iが無限大の場合） このような諸定数で帰還制御可能状態を検出す
る場合、センサ３の内部抵抗Ｒ_Iは、Ｖ_S＝800ｍ
ＶでＲ_I＝100ないし200KΩとなり、Ｖ_S＝０ｍＶ
ではＲ_I＝300ないし500KΩとなる。

第４図の偏差検出回路において、センサ３の出
力電圧Ｖ_Aが第１基準電圧Ｖ_Eを超過してオペアン
プOP₃の出力電圧A₃が高レベルから低レベルに変
化した時点t₁で、２つの基準電圧のうちの低い方
の第２基準電圧Ｖ_Rを上昇させ、これを所定の大
きな時定数で徐々に下降させる。（第５図参照）。
このための回路構成を第６図ないし第９図に示す
が、これらの回路の各端子A₃，A₄，A₆は第４図
に示す回路の同一の各称の端子に接続されるもの
である。

第６図は端子A₄に供給されるイグニツシヨン
スタート信号を利用して基準電圧Ｖ_Rの制御を行
なう回路例である。イグニツシヨンスタート信号
が高レベルになるとコンデンサC₂が充電され
る。これによつてスイツチング手段としてのトラ
ンジスタT₂のエミツタが高レベルになつている
が、時刻t₁においてオペアンプOP₃の出力電圧A₃
が低レベルになるとトランジスタT₂が導通す
る。従つてコンデンサC₂の充電電荷はトランジ
タT₂を介して端子A₆に供給され、この高レベル
は基準電圧Ｖ_Rを所定の値だけ上昇させる。コン
デンサC₂の電圧は抵抗R₁₇を介して徐々に放電さ
れ減少する。このようにオペアンプOP₂の非反転
入力端子（＋）に供給される基準電圧Ｖ_Rは、第
５図に示すような波形となる。第７図は第６図と
ほぼ同様の回路を示すが、端子A₅にエンジンの
負荷によつて変化するパルス信号を供給する点が
異なる。すなわちこの回路は、同じイグニツシヨ
ンスタート信号を用いているが基準電圧Ｖ_Rの下
降時間をエンジンの負荷によつて変化するパルス
信号にリンクさせたものである。端子A₃の電位
が低レベルの場合コンデンサC₂の電荷はスイツ
チング手段としてのトランジスタT₂を介して
徐々に放電されるが、この放電の度合いは端子
A₅に供給されるパルス信号によつてチヨツパー
的に制御される。

第８図及び第９図に示す回路は、帰還制御信
号、すなわちオペアンプOP₃の出力信号A₃を基準
電圧Ｖ_Rのシフトに利用した回路である。時刻t₁
においてオペアンプOP₃の出力電圧A₃が低レベル
になると、オペアンプOP₄はこれを検出してその
出力を高レベルにし、コンデンサC₅を充電す
る。これによつて端子A₆に供給される基準電圧
Ｖ_Rは高い電位に上昇する。第９図に示す回路で
は端子A₃の電圧が高レベルにある間コンデンサ
C₆は充電されている。時刻t₁において電圧A₃が低
レベルになるとコンデンサC₆の充電電荷はダイ
オードD₁₄及び抵抗R₃₁を経て放電する。この場合
抵抗R₃₂の値は抵抗R₃₁より充分に大きく設定して
ある。従つて電圧A₃が低レベルになつてからコ
ンデンサC₆の電圧が抵抗R₃₃及び抵抗R₃₄の接続
点の電圧より低くなるまでの間、オペアンプOP₅
は高レベルを出力し、これによつてトランジスタ
T₄は非導通、トランジスタT₅は導通状態とな
る。これによつてオペアンプOP₆の出力電圧は高
レベルに変移した端子A₆を介してオペアンプOP₂
に高い基準電圧Ｖ_Rを供給する。この高い基準電
圧Ｖ_Rは、コンデンサC₆が充分に放電しトランジ
スタT₅が非導通になるまで持続する。なお、オ
ペアンプOP₆はキヤパシタC₇と共に積分回路を形
成しており、OP₆の出力電圧の変位が緩やかであ
り基準電圧Ｖ_Rの下降時の変化を緩やかにするに
有効である。

発明の効果 上記したことから明らかな如く、本発明による
帰還制御回路においては、排気センサからの電気
信号レベルが第１及び第２基準電圧の間にあると
きは排気センサが非活性状態にあると判別して帰
還制御を中止する一方、第１及び第２基準電圧の
間にないときは排気センサが活性化状態にあると
判別して帰還制御をなす方式において、帰還制御
の中止状態から帰還制御をなすクローズループの
状態に移行したときには第２基準電圧の値を一旦
上昇させた後徐々に低下させるようにしており、
帰還制御開始直後における動作を安定にすると共
に帰還制御動作中における帰還停止の状態判別は
精確になすことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は帰還制御を行なう電子燃料噴射装置の
ブロツク図、第２図は本発明による帰還制御回路
の実施例を示すブロツク図、第３図は第２図に示
す回路の各部における信号波形を示す図、第４図
は第２図の帰還制御回路の詳細な回路図、第５図
は第４図に示す回路の変形動作を示す波形図、第
６図ないし第９図は第４図に示す回路の変形実施
例を示す回路図である。 主要部分の符号の説明、OP₁〜OP₆……オペア
ンプ、M₁……時限回路、Ｖ_E……第１の基準電
圧、Ｖ_R……第２の基準電圧。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排気センサからの電気信号に基いて内燃機関
   への燃料の供給量を調整制御する帰還制御を行な
   う電子燃料噴射装置の帰還制御回路であつて、前
   記電気信号を第１の基準電圧と比較して該電気信
   号が第１の基準電圧より高い場合に第１の出力信
   号を発生する第１の比較器と、前記電気信号を第
   １の基準電圧より低い第２の基準電圧と比較して
   該電気信号が第２の基準電圧より低い場合第２の
   出力信号を発生する第２の比較器と、前記第１若
   しくは第２の出力信号に応動して帰還動作を開始
   させ、前記第１若しくは第２の出力信号を所定の
   期間受信しないと帰還動作を停止させる時限回路
   手段とを含み、更に、帰還制御の開始に応動して
   前記第２の基準電圧を所定の値だけ上昇させその
   後これを徐々に低下させる基準電圧制御手段を含
   むことを特徴とする帰還制御回路。 ２ 前記基準電圧制御手段は、イグニツシヨンス
   タートスイツチに応動して電荷を蓄積するコンデ
   ンサを含み、帰還制御の開始に応動して該コンデ
   ンサの電荷によつて第２の基準電圧を所定の値だ
   け上昇させるスイツチング手段を有し、該コンデ
   ンサの蓄積電荷が該スイツチング手段を介して
   徐々に放電することによつて第２の基準電圧が
   徐々に減少することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の帰還制御回路。 ３ 前記スイツチング手段はエンジンの負荷によ
   つて変化するパルス信号に応動し、これによつて
   第２の基準電圧の減少をエンジンの負荷に対応さ
   せたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の帰還制御回路。