JPS6254974B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、内燃機関の混合気組成制御装置、さ
らに詳細には内燃機関の燃焼室における混合気の
組成が排気ガスセンサー、特に酸素センサーの出
力信号ならびに他の動作特性量に従つて決められ
る内燃機関の混合気組成制御装置に関する。 内燃機関の排気ガス流に排気ガスセンサーない
し酸素センサーを配置した燃料制量装置はすでに
知られている。その場合、燃料は排気ガス中の酸
素濃度に従つて、燃焼室における酸素と燃料の比
ができるだけ化学量的な計算式に従つた理論比と
なるように（外部点火式内燃機関の場合）制量さ
れている。 この場合、酸素センサーを有する制御回路は積
分器を有し、それによつて酸素センサーからパル
ス的に発生する信号から燃料制量を行う可変直流
電圧が発生される。排気ガス中に配置された酸素
センサーの出力信号は、排気ガスの組成がそれぞ
れ個々の排気弁の開放状態に従つて変化するの
で、パルス状となる。また、制御回路に積分器を
設けると、偏差が長く続いた場合それだけ逆制御
が強くなり、従つて所望の混合気組成がそれだけ
早く得られるという利点が得られる。 内燃機関の排気ガスを浄化する従来の装置の場
合（ドイツ公開公報第2251167号）コンデンサー
によつて負帰還された演算増幅器を用いて積分器
が構成されている。この積分器の出力信号は長い
期間にわたつて所望の一定値を保たせることがで
きないことが判明した。一方、積分器の出力信号
を長い時間にわたつて一定値にすることはとりわ
け、たとえば全負荷駆動、推進軸駆動や加速時の
ような特殊な駆動状態の間で、多かれ少なかれ所
望の走行特性を得るために排気ガスをきれいにす
るための混合気制御を断念しなければならないよ
うな時に必要となる。 さらに従来の装置の場合、積分器の充電および
放電を対称にすることは回路技術的にみて複雑な
構成になるので欠点であつた。 従つて本発明の目的はこれらの欠点を解決し、
内燃機関の燃焼室において所望の混合気の組成を
制御できる内燃機関の混合気組成制御装置を提供
することにある。 本発明によれば混合気の組成を制御する信号を
記憶する記憶器（コンデンサー）が設けられ、そ
の記憶器には排気ガスセンサーの信号に従つて制
御可能な充電源および放電源が接続される。その
場合充電信号および放電信号の大きさ、すなわち
充放電量は動作特性量に従つて変化される。記憶
器としてコンデンサーないしコンデンサーと抵抗
の組み合わせを用いた場合、記憶器の一方の端子
は駆動電圧端子と接続され、それによつて一定の
電位を発生させることができるようになる。 従来の装置に比較して、本発明装置は充電なら
びに放電に対してその積分傾斜を、たとえば回転
数に関係した単一の信号によつて対称に制御する
ことができるという利点が得られる。充電源なら
びに放電源が遮断された場合、記憶器の内容は一
定の電位に保たれ、制御状態が終わつた後、制御
工程を前の記憶値にもとづいて開始することがで
きるという利点も得られる。 本発明によれば、記憶器の充電信号ないし放電
信号はたとえば回転数や吸気管に流入する空気量
ないしはその両方に関係させて変化させることが
できる。記憶器としてコンデンサーあるいはコン
デンサーと抵抗の組み合わせを用いた場合、充電
源および放電源を、いわゆる電流ミラーとして形
成するのが好ましく、それによつて電流を容易に
電圧制御することが可能になる。 次に、添付図面を参照して本発明の実施例を詳
細に説明する。第１図には外部点火式内燃機関の
噴射装置に関する概略図が図示されている。この
種の燃料制量装置および内燃機関を用いることに
よつて排気ガスの組成を良好に制御することがで
きる。このような制御方法は、原理的にキヤブレ
ータを備えた燃料制量の場合にも利用できること
はもちろんである。さらに、自己点火式の内燃機
関（デイーゼルエンジン）の場合にも、このよう
な排気ガス制御装置を原則的に用いることも可能
であるが、もつともその場合には内燃機関は通常
空気量を過剰にして駆動される。 第１図で、内燃機関は１０で図示されている。
吸気管１１には紋り弁１２ならびに電磁噴射弁１
３が配置され、この噴射弁には制御装置１４から
の制御信号が印加され、それによつて燃料装置１
５から燃料が燃料ポンプ１６を経て噴射弁に供給
される。制御装置１４に入力される入力信号は回
転数、吸気管に流入する空気量、内燃機関の温度
ならびに排気ガス組成などの動作特性量から得ら
れる信号である。その場合、排気ガス組成は内燃
機関１０の排気管１８に配置された酸素測定セン
サー（酸素ゾンデ）１７を経て求められる。 制御装置１４には個々の動作特性量にもとづい
て調べられる期間ｔ_iの噴射信号が発生され、こ
の噴射信号によつて電磁噴射弁１３が駆動され
る。 第１図の図示例から酸素センサーの出力信号に
もとづいて混合気の組成を変化させる場合、必然
的に大きな遅延時間が発生することが理解され
る。その原因は内燃機関が全作動サイクルを完了
してはじめて排気ガスセンサー、すなわち酸素セ
ンサーによつて混合気の組成が変化したことを識
別できるようになるからである。従つて、この理
由によりすでに従来から知られているように酸素
センサーの制御回路に積分素子を用いることが提
唱されている。 第２図には、第１図の制御回路１４が回転数セ
ンサー２０、空気量センサー２１、λセンサー１
７、温度センサー２２ならびに電磁噴射弁１３と
ともに、概略ブロツク図として図示されている。
制御装置１４は時限素子２３を有し、その時限素
子によつて回転数ならびに吸気管の空気量にもと
づいて概略噴射時間、すなわち期間がtpの噴射パ
ルスが求められる。この時限素子２３の出力は補
正回路２４と接続される。この補正回路において
期間がtpの噴射パルスは温度及び排気ガス組成に
関して補正され、期間がｔ_iの噴射パルスとなつ
て噴射弁１３に供給される。 符号２５で示したλ制御回路は内燃機関の排気
管に設けられた酸素センサー１７の出力信号及び
回転数信号にもとづいて信号を発生し、それによ
つて期間がtpの概略噴射信号が補正回路２４にお
いて補正される。 第３図には、第２図のλ制御回路の概略構成が
図示されている。その主要部はメモリ（記憶器）
２８であり、そのメモリに関連して充電源２９な
らびに放電源３０が接続される。この充電源２９
および放電源３０にはそれぞれ排気ガス組成に従
つて開閉するスイツチ３１，３２が接続されてい
る。たとえばスイツチ３１は混合気が濃い場合に
開放し、またスイツチ３２は混合気が薄い場合に
開放する。このことは混合気が濃い場合にはメモ
リ２８の内容が減少し、また反対に混合気が薄い
場合にはメモリの内容がふえることを意味する。
充電源２９および放電源３０はそれぞれ動作特性
量に関して制御することが可能である。好ましく
はこれらの充放電源を回転数に関係させて制御す
るのが好ましいけれども必要な場合には空気量に
関係させ、あるいは二つ、またはそれ以上の動作
特性量と関係させて制御することも可能である。 第４図には、第３図の回路の一実施例が示され
ており、その場合λ制御回路２５の出力信号には
さらに種々の要素が関係してくることが示されて
いる。 第４図の実施例の場合、メモリ２８と並列に電
流ミラー（後述するような特性をもつ回路。第７
図、第８図参照）の形をした放電源３０が接続さ
れる。この並列回路と直列に同様に電流ミラーに
よつて実現される充電源２９が接続される。充電
源２９は出力３１と入力３２を有する。この出力
３１によつてメモリ２８を充電する充電流が供給
され、また一方入力３２は他の電流ミラー３４の
出力３３に接続され、その電流ミラー３４の入力
３５は可変抵抗３６を介して動作特性量に関した
電圧UNを受ける入力３７と接続されている。同
様に放電源３０の入力３８は可変抵抗４０を経て
入力３７と接続され、その放電源の出力３９はメ
モリ２８と接続される。電流ミラー３４，３０の
両入力３５，３８はスイツチ４１，４２によつて
アースと接続させることができる。その場合スイ
ツチ４１（S₂）は、混合気が濃すぎる場合に閉
じ、またスイツチ４２（S₁）は、混合気が薄すぎ
る場合に閉じる。 充電源２９は電源電圧Ｕ_Bに接続されたプラス
線４５と、また電流ミラー３４，３０はマイナス
線と、それぞれ接続される。 充電源２９と放電源３０の接続点はリード線４
６に接続されている。このリード線４６とアース
の間には抵抗４７とスイツチ４９からなる直列回
路ならびに抵抗４８とスイツチ５０からなる直列
回路がそれぞれ接続される。このリード線４６は
抵抗５１および通常状態で開放したスイツチ５２
を経てプラス線４５と接続される。またリード線
４６は増幅器５５の第１の入力と接続され、その
増幅器の第２の入力は加速信号が印加される端子
５６と接続される。この増幅器５５の出力はアー
スに対して電圧UQを発生し、その信号は第２図
で図示された補正回路２４に入力される。 電流ミラーは電流ミラーに送りこまれた電流の
うち、所定の割合の電流を引き入れ、またその電
流ミラーから取られた電流のうち、所定の割合の
電流を放出するような特性を持つ。このことは電
流が簡単な方法で電圧制御されることを意味す
る。たとえばスイツチ４２が開放している場合、
入力３７の電位と抵抗４０の抵抗値に従つて、所
定の電流が電流ミラー３０に供給されると、電流
ミラー３０はその出力３９を経て所定量変化した
電流を引き入れる。このようにして入力３７にあ
らわれる電圧制御によつて電流ミラー３０の出力
３９の電流を変化させることができるようにな
る。スイツチ４２が閉じている場合には電流ミラ
ー３０の入力３８には電流が流れないので出力３
９にも電流が流れない。このことは電流ミラー３
０を経てメモリ２８を放電することができないこ
とを意味する。 このようにしてスイツチ４１，４２を用いるこ
とによつてメモリ２８、たとえばコンデンサーの
充電、放電ならびに充電状態の停止を行なうこと
が可能となる。抵抗３６，４０の抵抗値を選ぶこ
とによつて、それぞれ充電電流および放電電流を
変えることができる。本発明の好ましい実施例に
よればメモリ２８の充電および放電を対称とする
ためにこれらの充電および放電電流は等しくされ
る。 一方、スイツチ４１，４２，５２および４９な
いし５０を閉じると、リード線４６にはそれぞれ
の分圧比によつて与えられる一定の電位があらわ
れる。このようにしてリード線４６には一定の電
位を得ることができる。このような特性は、たと
えば全負荷駆動、推進軸駆動（たとえばエンジン
ブレーキ）またはオイルあるいは水の温度が低く
なつた場合およびセンサーが作動状態でなくなつ
た場合に必要となる。同様に自動車の運転手が加
速を望む場合には、できるだけ遅延させずに対応
した燃料制量信号を得るようにしなければならな
い。この理由から増幅器５５には入力５６を経て
直接加速信号が印加され、その結果この増幅器５
５の出力信号はリード線４６にあらわれる信号値
と無関係に最大とすることができる。 下記の表にはλセンサー（酸素センサー）の信
号、種々のスイツチの位置および入力５６にあら
われる加速信号に従つて増幅器５５の出力電圧
UQがどのように変わるかが図示されている。

【表】 ここで、「０」はスイツチが開放し、「１」はス
イツチが閉じ、「Ｘ」は影響をおよぼさないこと
を示す。 増幅器５５の出力信号はスイツチS₄，S₅，S₆が
開放し、入力５６に加速信号が存在しない場合、
連続的に変化し、その場合変化の方向は混合気組
成に従つて正あるいは負の方向となる。スイツチ
S₄，S₅ないしS₄，S₆が閉じる特殊駆動条件の場合
には出力信号は一定の値となり、加速信号があら
われる場合には他のスイツチの状態およびλセン
サーの信号と無関係に出力UQは最大となる。 第５図には、第３図および第４図のメモリ２８
の回路例が図示されている。この回路で主要部は
メモリ素子ないし積分素子として機能するコンデ
ンサー６０であり、このコンデンサー６０と直列
に抵抗６１が、またそのコンデンサー６０と直列
にコンデンサー６２と抵抗６３から成る並列回路
が接続される。この抵抗とコンデンサーの組み合
わせによつて所定の時間特性が得られ、その時間
特性を内燃機関のタイプと合わせて選ぶのが好ま
しいことが判明した。 第６ａ図および第６ｂ図にはそれぞれ第４図の
回路の入力３７を経てλ制御回路に入力される回
転数に関係した信号を発生させる回路が図示され
ている。 第６ａ図の回路図にはアイドリング時回転数に
関係して閉じられるアイドリングスイツチ６５が
図示されている。このスイツチ６５がプラス線４
５とアースの間に接続された二つの抵抗６６，６
７と直列に接続され、その場合両抵抗６６，６７
の接続点はリード線６８を経て出力６９に接続さ
れる。この回路によつて回転数に関係した信号を
発生させる場合、第６ａ図の点６９と第４図の点
３７が互いに接続される。スイツチの位置に従つ
て第４図の回路の点３７にはスイツチの位置に関
係した電圧が発生する。 第６ａ図の変形例として第６ｂ図に示された回
路が考えられる。その場合情報はエンジンの回転
数から得られ、それによつて回転数に関係した電
圧UNが導き出される。回転数信号は端子７０に
入力され、その端子７０は抵抗７１，７２，７３
の直列回路を経てトランジスター７４のベースに
接続される。個々の抵抗の接続点は抵抗７５なら
びに二つのコンデンサー７６，７７を経てそれぞ
れアースに接続される。トランジスター７４のエ
ミツターは抵抗７８を経て同様にアースに接続さ
れ、また抵抗７９を経てプラス線４５と接続され
る。トランジスター７４のコレクターは、二つの
抵抗８０，８１から成る直列回路を経てプラス線
４５と接続され、その二つの抵抗８０，８１の接
続点はダイオード８２を経て出力８３と接続され
る。 第６ｂ図の場合、周波数は回転数に比例し、一
定の時間幅ｔを有する負のパルスが低域フイルタ
ーを経てトランジスター７４で構成される増幅器
に入力される。この増幅器は所定の回転数領域内
では回転数に比例した信号を発生する。この領域
では制御電圧UQの変化速度はほぼエンジンの回
転数に比例して大きくなり、その結果良好な排気
ガス値が得られる。 電流ミラー２９，３０，３４の例が第７図およ
び第８図に図示されている。 第７図の電流ミラー３０は入力３８、出力３９
ならびに第４図に図示し、アースに接続された端
子８９を有する。入力３８と端子８９の間に抵抗
９０とトランジスター９１のコレクターエミツタ
ー回路から成る直列回路が接続される。同様に入
力３９と出力８９の間には二つのトランジスター
９２，９３の二つのコレクターエミツター回路と
抵抗９４から成る直列回路が接続される。トラン
ジスター９２のベースは入力３８と接続される。
両トランジスター９２，９３のベースは互いに接
続され、両トランジスター９２，９３の接続点に
も接続される。 第７図に図示された電流ミラーは電流を減少さ
せるように接続される。この電流ミラーは出力３
９の電流が入力３８にあらわれる電流に対して所
定の割合で少なくなるように構成される。第４図
の例と同様に入力３８に入る電流を電圧制御する
ことができ、出力３９に流れる電流は同様に電圧
制御することができる。 第７図と同様な例が第８図に図示されている。
点９５はプラス線４５と接続され、その点９５と
入力３２の間には抵抗９７とトランジスター１０
０から成る直列回路が、また点９５と出力３１と
の間には抵抗９６とトランジスター９８，９９か
ら成る直列回路がそれぞれ接続される。その場
合、トランジスター９８，１００のベースは互い
に接続され、またトランジスター９８，９９の接
続点にも接続される。トランジスター９９のベー
スは出力３２と接続される。第８図に図示された
電流ミラー２９の場合、出力３１に流れる電流は
入力３２に流れる電流に関係する。第７図の例と
同様に、第８図の例の場合も出力電流を電圧制御
することができる。 第３図および第４図の回路において充電源およ
び放電源を比較的簡単に構成することができるの
で個々の回路素子を集積化することができる。 以上詳細に述べた本発明の主要な特徴は積分コ
ンデンサーないし抵抗コンデンサーの組合せ、あ
るいは一般的にメモリ（記憶器）２８が従来のよ
うに負帰還された演算増幅器の負帰還回路に接続
されているのではなく、電源電圧の駆動電圧端子
に接続されているところである。上に述べた例で
はその駆動電圧端子は電源電圧のマイナス極であ
り、そのマイナスの極には制御の目的に考慮され
る他のすべての信号、たとえばλセンサーの作動
状態がおかしくなつた場合、全負荷が駆動あるい
は推進軸駆動の場合、所定の積分状態を調節する
ための電源のような他のすべての信号が関連させ
られる。コンデンサーを制御可能な充放電源ない
し電流ミラーと組み合わせることによつて充電お
よび放電を行なうことにより、たとえば回転数に
関係した電圧のように単一のアナログ電圧を用い
ることによつて両方向すなわち充電および放電を
対称に制御することが可能になる。 電流ミラーを同時に遮断すると積分器はその機
能を停止し、所定の駆動状態で制御を遮断し、続
いて同じ混合気状態に戻すような時に好ましいも
のとなる。 上に述べた本発明の例で用いられるような回転
数制御で積分の傾斜度を定める回転数に関係した
直流電圧によつて回転数を制御する方法は積分器
クロツクすることにより回転数を制御した従来の
方法に比較して次のような利点を有する。 １ λ変化を所望通り回転数に関係させることが
できる。すなわちλ変化は回転数が上昇するに
従つて増加する。 ２ 充電電流および放電電流による回転数の制御
は時間とともに変化する積分器電圧の急激な上
昇部分および平坦な上昇部分に対して比例する
ように行なわれる。これは適合を行なう場合に
望まれるものである。 ３ 回転数制御回路を、第６ｂ図に示したように
回転数の関数として出力電圧の上方および下方
値が制限されるような増幅器として実現するこ
とにより積分傾斜の調節領域を制限することが
でき、また所定の回転数領域において積分の傾
斜を選択することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は外部点火式内燃機関の噴射装置の概略
を示した配置構成図、第２図は第１図の噴射装置
の電気部分を示した概略ブロツク図、第３図はλ
制御回路の概略を示した回路図、第４図は第４図
のλ制御回路をさらに詳細に示した回路図、第５
図は第４図および第５図に利用されるメモリの例
を示した回路図、第６ａ図および第６ｂ図はそれ
ぞれ回転数に関係した電圧信号を発生させるため
の回路図、第７図および第８図はそれぞれ電流ミ
ラーの実施例を示す回路図である。 １０……内燃機関、１２……紋り弁、１３……
噴射弁、１４……制御装置、１５……燃料容器、
１６……燃料ポンプ、１７……酸素センサー、１
８……排気管、２０……回転数センサー、２１…
…空気量センサー、２２……温度センサー、２３
……時限素子、２４……補正回路、２５……λ制
御回路、２８……メモリ、２９……充電源、３０
……放電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の燃焼室における混合気組成を排気
   ガスセンサーの出力ならびに他の動作特性量に従
   つて決めるようにした内燃機関の混合気組成制御
   装置において、 充電源２９並びに放電源３０と接続され混合気
   組成を変化させる記憶器２８を設け、 排気ガスセンサーの出力が高いか低いかに従つ
   て前記充電源並びに放電源２９，３０を選択的に
   作動させ、 前記充電源並びに放電源から記憶器２８に供給
   される充電信号及び放電信号を内燃機関の動作特
   性量に従つて変化させることを特徴とする内燃機
   関の混合気組成制御装置。 ２ 前記充電信号および放電信号の大きさは互い
   に所定の割合になつていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の内燃機関の混合気組成
   制御装置。 ３ 前記充電信号および放電信号の大きさは、回
   転数あるいは吸気管における空気流量に従つて変
   化する特許請求の範囲第１項または第２項に記載
   の内燃機関の混合気組成制御装置。 ４ 記憶器２８の内容あるいは後続の回路５６の
   入力は所定の動作状態の間あらかじめ定められた
   値に制御される特許請求の範囲第１項に記載の内
   燃機関の混合気組成制御装置。 ５ 前負荷駆動、推進軸駆動、オイルあるいは水
   の温度が低いような運転状態および排気ガスセン
   サーが作動しないような場合に、記憶器の信号が
   あらかじめ与えられた値に制御される特許請求の
   範囲第４項に記載の内燃機関の混合気組成制御装
   置。 ６ 加速時後続の回路５６に記憶器の信号と異な
   る信号が入力される特許請求の範囲第４項に記載
   の内燃機関の混合気組成制御装置。 ７ 記憶器としてコンデンサーないし抵抗とコン
   デンサーの組み合わせが用いられる特許請求の範
   囲第１項から第６項までのいずれか１項に記載の
   内燃機関の混合気組成制御装置。 ８ 充電源あるいは放電源は、電流ミラーとして
   構成される特許請求の範囲第１項に記載の内燃機
   関の混合気組成制御装置。 ９ 充電あるいは放電信号の大きさを決める回転
   数制御回路はその出力電圧の上方値および下方値
   を制限する制限器を有する特許請求の範囲第３項
   に記載の内燃機関の混合気組成制御装置。