JPS6336140A - 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、内燃機関等の燃焼装置へ供給される混合気の
空燃比を精度よく検出する装置に関する。

（従来の技術） 従来、ジルコニアの酸素崇淡電池作用と酸素イオンボン
ピング作用といつ！時性を利用した空燃比検出装置が提
案されているが、この種装置は、その構造上金主れる誤
差等のため、例えば三元触媒のための理論空燃比検出用
として用いるにはその精度が不十分である。

しかも、従来の理論空燃比検出装置としての０２センナ
の場合、理論空燃比からの偏差を判別できず、空燃比の
フィードバック制＠Ｊにおける変動幅が大きくなり、こ
れが出力変動やアイドリンク時の回転変動の原因となっ
ている。

そこで、特願昭６０−２６２９８２号の明細書及び図面
に開示されるような空燃比検出装置が提案されている。

これは、センサセルによって排ガス中の酸素濃度と参照
気体中の酸素濃度との差に応じた電気信号を出力させ、
この出力に応じた制御手段が電気制御信号を出力し、こ
の電気制御信号をポンプセルへ供給し、このポンプセル
が電気制御信号に応じ酸素イオンを移動させ、この時上
記の制御手段とポンプセルとの間で授受される空燃比清
報が矛１、第２の検出手段によって空燃比レベル及び理
論空燃比に達したタイミングが検出されるという構成を
採る。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、この種空燃比検出装置を用いた場合、製作上
の製品間誤差や、使用による経時変化が精度な低下させ
ることがあり、問題となっている。

本発明の目的は精度の良い空燃比検出装置を提供するこ
とにある。

（問題点を解決するための手段） 上述の問題を解決するため、本発明は、混合気燃焼後の
排ガス中の酸素濃度と参照気体中の酸素濃度との差に応
じた電気信号をセンサセルにより出力し、このセンサセ
ルからの出力ＶＣ応じた電気制御信号を制御手段により
出力し、ポンプセルにより上記制御手段から供給される
電気制御信号に応じて酸素イオンを移動させ、上記制御
手段とポンプセルとの間で授受される制御電流て応じた
空燃比算出信号を第１の検出手段により出力し、第２の
検出手段により、上記制御電流の方向を検出して上記混
合気が理論空燃比に達すると検出１百号を出力し、空燃
比算出手段により、これが上記検出信号を受けた際、上
記空燃比算出信号と設定された理論空燃比信号との差分
を算出し、かつ、この差分により上記空燃比算出信号の
偏差を修正した上で空燃比を算出するという構成を採る
。

（作　　用〕 ３・１の検出手段の出力する空燃比算出信号と、第２の
検出手段の出力する検出信号とを空燃比算出手段が受け
た際、この空燃比算出手段は理論空燃比に相当する設定
された理論空燃比信号と笑顔の値であるその時の空燃比
算出信号との差分を偏差として求め、以後の空燃比の算
出においては、各時点での空燃比算出信号より偏差を除
去した上でこれを行なうよう作動する。

（実施例） 矛１図の空燃比検出装置は、まず、内燃機関の排気通路
内に面してセルユニットＵを設けている。

このセルユニットはセンサセル５、ポンプセル１、及び
ヒータ７等を有する。

センサセル５にはジルコニアが使用されるが、このセン
サセル５はその両壁部が排ガスを拡散孔２を通じて導く
検出室（キャビティ）Ｃ１（この検出室と拡散孔２とで
拡散体連体が構成される）と、参照気体としての大気（
空気）を導く大気室Ｃ２とに面するように設けられてお
り、検出室Ｃ１側の壁部にはセンサ電極６が設けられる
とともに、大気室Ｃ２側の壁部には参照電極８が設けら
れている。なお、センサ電極６や参照電極８はプラチナ
製で、センサ電極６や参照電極８には多数の微小孔が形
成されている。

このような構成になっているので、このセンサセル５に
おける電極６．８間に、検出室Ｃ１へ導かれた排ガス中
の酸素ｍ　Ｐ＜と大気室Ｃ２へ導かれた大気中の酸素濃
度との差すなわち空燃比に応じた電気信号（起電力）が
発生するようになっている（第２図参照）。

また、ポンプセル１としてもジ°ルコニアが使用される
が、このポンプセル１はその両壁部が検出室Ｃ１と排気
通路とに面するよ５に設けられており、各壁部にはポン
プ電ｔｉ３Ａ、３Ｂが設けられている。なお、ポンプ電
画３Ａ、３Ｂもプラチナ製で多数の微小孔を有している
。

そして、このポンプセル１は、ポンプ’１翫３入側を正
にすると、検出室Ｃ１内の酸素をイオン化して排気通路
側へ汲み出す一方、ポンプ電極６Ａ側を負にすると、排
気通路側から酸素をイオン化して検出室Ｃ１内に汲み込
むよって作動する。

なお、ポンプセル１には拡散孔２が穿設されており、こ
れにより排気通路と検出室Ｃ１とが拡散孔２′？：介し
て連通している。

さらに、ヒータ７は大気室Ｃ２のセンサセル５とは反対
側の隔壁部に絶縁層４を介して設けられており、このヒ
ータ７へ電源７ａ　からの電力を供給スると、セルユニ
ットＵ全体が加熱されるようになっている。これにより
セルユニツ）Ｕが例えば６００〜７００℃にまで加熱さ
れるため、ポンプセル１やセンサセル５の作動が確実と
なる。

ところで、参照電極８およびポンプ電極３Ｂハアースさ
れているが、センサ電画６は増幅器９を介して比較回路
１０の一入力端ＶＣ接続されている。

また比較回路１０の他入力端には基準電源１０ａ（この
電源１０ａの電圧は理論空燃比のときの起電力に相当す
る〕に接続されており、これにより比較回路１ａで増［
鴎器９からの出力Ｖｓ　　と基準電源ＩＤａからの基準
値信号Ｖｒｅｆ　　とが比較されて、例えばＶｓ≧Ｖｒ
ｅｆのときに比較回路１０からは）・イレベル信号（以
下、「Ｈｌ　　信号」という〕が出力され、ｖｓ　＜　
Ｖｒｅｆのときに比較回路１０からはローレベル信号（
以下、ｒｒ＝ｏ信号ゴとい５）が出力されるようになっ
ている。

さらに、比較回路１０から信号を受ける極性反転式電源
付き制御手段としての正負電源付き積分増幅器１１が設
けられている。この正負電源付き積分増幅器１１は、比
較側Ｂ８１０からの信号がＨｉ　信号である間は負の電
圧を出力し、比較回路１０からの信号がＬｏ　　信号で
ある間は正の電圧を出力し、しかもＨｉ　　信号である
時間、　　Ｌｏ　　信号である時間に応じた値（例えば
この値は上記時間が長い程、その絶対値が大きくなるよ
う設定される。）の？に圧を出力できるよう（でなって
いる。

そして、比較回路１０からの出力およびその時間に応じ
それぞれ極性および大きさを変えられて正負電源付き積
分増幅器１１から出力された電気制御信号は、ポンプ電
極３Ａ　へ供給されるよ５（でなっている。

ところで、正負電源付き積分増幅器１１からの′−電気
制御信号空燃比清報を有しているが、この積分増幅器１
１とポンプセル１との間で授受される制御電流に応じた
孕燃比算出百号を出力する２ｉの検出手段ＤＭＩと、上
記制御卸電流の方向を検出して上記混合気が理論空燃比
Ｖｃ達すると検出（５号を出力する牙２の検出手段ＤＭ
２とが設けられている。

すなわち正負電源付き積分増幅器１１とポンプセル１の
ポンプ電極３Ａ　　とをつなぐ結線中に雨検出手段が共
に用いる空燃比検出用抵抗器１７が介装されており、こ
の抵抗器１７０両端からの信号Ｖ　、　Ｖ２は第２の検
出手段ＤＭＺ内の比較回路１５へ入力されるようになっ
ている。

そして、この比較回路１５は、　Ｖ、　−Ｖ２≧０のと
きにＨｌ　　信号となり、■１−Ｖ２く０のときＩｃ　
Ｌ。

信号となる検出信号としての出力０ＵＴＰＵＴｉを出す
。

また矛１の検出手段ＤＭ１は窒燃比Ａ出信号兇としての
出力○ＵＴＰＵＴ２を出力するもので、抵抗器１７と、
その両端電圧を検出する電圧検出回路１２　　と、これ
Ｉｃ接続される加算回路１６とを備える。

なお、牙６図に示すよ５に電圧検出回路１２の出力はマ
イナス出力をも含むので、ここでは加算回路１３　出力
０ＵＴＰＵＴ２　　をすべてプラス化すべく矛４図に示
すように電圧検出回路１２からの出力にバイアス値Ｖα
を加えて出力する。

才１及び才２の雨検出手段ＤＭ１．ＤＭ２の出力０ＵＴ
ＰＵＴ２．１　　は共に空燃比算出手段としての機能を
有するコントローラ１９に入力される。なお、全燃比算
出手段は矛５図、才・６図に示すように、検出信号（出
力０ＵＴＰＵＴ２　　）Ｖｌ　　と空燃比算出信号（出
力０ＵＴＰＵＴ１　　）Ｖ２　　とに基づき理論空燃比
に達したタイミングをまず求め、その時点において求め
た空燃比算出信号■ｓｔと設定されている理論空燃比信
号Ｕｓｔとの差分Δ■＝（”５ｔ−Ｕｓｔ　’を求め、
その上で、各空燃比算出ｆ訂号Ｖ２を差分Δ■により修
正し、実際の空燃比Ａ／Ｆの算出を行なう機能を果す。

コントローラ１９はマイクロコンピュータにより、その
主要部を形成され、図示しないエンジンの燃料噴射弁を
所定タイミングで適正開弁時間（デ−ティ比〕だレナ繍
動すべく制御作動する。

即ち、このマイクロコンピュータのＲＯＭには周知のエ
ンジンコントローラとしてのメインルーチン、その他の
サブルーチンをなす制御プログラムが記憶処理されてお
り、ここではその内の燃料量算出プログラムを′３−８
図に示した。なおフィードバックゲイン算出用のデータ
マツプ（〕・７図参照〕等も記憶処理される。

牙８図のプログラムがスタートすると、まず、燃料量制
御のためのモードの１つであるフィードバック制御を行
なう条件が満たされているか否か、即ち、エンジン運転
状態が暖機を完了し、セルユニットＵが所定湯度に保た
れているか否かを周知子役の入力信号より判断する。

そし、て、ＮＯではステップａ２　へ、ＹＥＳでステッ
プａ６　へ進む。ステップａ２　へ進むと、空燃比によ
る燃料量補正係数に０を１とし、ステップａ４　　の燃
料量（デユーティ比）の算出を行な５゜ここでは、所定
の時間割込−ＺＡＶｃより行なわれる周知の吸入空気’
、ｉ　Ａ　／　Ｈの算出ルーチン、エンジン回転数の算
出ルーチンで得られているデータに基づき基準燃料量Ｆ
（Ａ／Ｎ、Ｎ）をまず算出し、この値を空燃比による燃
料量補正係数に、Ｂ（＝　１　）や、その他、たとえば
大気圧等による燃料量補正ステップａ１　　よりａ６　
　へ進むと、差分ΔＶの平均値Δｖ２　　の算出に先立
ち、これをクリアする必要があるか否か、の初期設定の
判断がなされ、必製時にはステップａ５　　ＶＣ進み上
記クリアを行ない、その後は、直接ステップａ６　　へ
進む。ステップａ６では０ＵＴＰＵＴ２　　及び１の出
力Ｖ１．Ｖ２を読み数る。次に、■１　　値が前回取込
み時における値と比べられて、両者がｖＨｆ　　→　■
、。の変化（７５１図参照〕をしたか否かを判断し、理
論空燃比に達したことによる変化があるとステップａ８
　　へ、無いとステップａ９　　へ進む。

ステップａ８　　では現在、混合気が理論空燃比に達し
ていることより、差分平均値ΔｖＭヲ修正する条件であ
る、例えば、アクセル開度θ変化が基準値α以下かのイ
１」断や、目標空燃比Ａ／Ｆを変更した直後でないのか
の＋＋Ｊ＠を行ない、これらか適正であるとＹＥＳのス
テップａ１０へ、そうでないとＮＯのステップａ９　　
へ進む。

ステップａｌＯでは加算回路１６の出力Ｖ２　　を理論
空燃比に達した時点での実際の値■ｓｔとして読み取る
。そして、あらかじめ設定されている理論空燃比信号Ｕ
ｓｔとの差分ΔＶ（＝ｖ８ｔ−Ｕｓｔ）を算出し、更に
、ここでは、差分ΔＶの平均化による外乱排除を図るべ
く、次々に得られる竹回あるいはそれ以前の差分ΔＶの
平均化を行ない、差分平均値ΔｖＭ　　を算出する。

そして、ステップａ９　　に達すると、空燃比Ａ／Ｆｔ
７）算出に入る。ここではその時点での空燃比算出信号
ｖ２　　の偏差を差分平均値へ九　により修正して（３
・６図参照〕、空燃比算出、たとえば（Ａ／Ｆ　）２＝
ｆ　（ｖ２−ΔｖＭ）　　を行なう。このような差分平
均値ΔｖＭ（あるいはΔ■〕を用いて空燃比算出信号■
２　　の修正を行なうことにより、加算回路１６のバイ
アス値Ｖαの製品間！Ｗ度誤差や経時変化を全て除去で
き、各時点での空燃比を精度よく算出できる。

これに玩いて、目標空燃比Ａ／Ｆと実際の空燃比との差
εを求め、しかも、これら値の前回値との差へεをも算
出しくおく。その上で空燃比による燃料量補正像ａＫｙ
Ｂの算出に入る。

ここでは、算出した差εのレベルに応じたゲイン（矛８
図参照）の比例項ＫＡ　（ε）と三元触媒（図示せず）
の応答遅れを防ぐためのオフセットｆ：ＫＰとを算出し
、更に、微分項としてＫＤ　（Δ６〕を、積分項として
ＪＫＩ（ε、ｔ□）をそれぞれ算出し、これらの加減算
により、燃料量補正係数ＫＦＢの算出を行なう。

この後ステップａ４　　に進み、算出した燃料量補正係
数ＫＦＢ、その他の補正係数Ｋ、基準燃料量Ｆ（Ａ／Ｎ
、Ｎ）より、この時点での燃料供給量を算出し、メイン
ルーチン側ヘリターンする。

このように、上述の空燃比検出装置は理ｉ、、諭空燃比
に実際に達した時点な才２の検出手段ＤＭ２の出力■１
　　より求め、その時点での１・１の検出手段ＤＭ１の
出力Ｖ２　　Ｙ実際の理論空燃比に相当する出力■ｓｔ
として求め、あらかじめコンピュータＶＣｐ定した理論
空燃比負号Ｕ　と出力”ｓｔとの差分ｔ ΔＶ＝（Ｖ　　−Ｕ　　）を求め、その上で全空燃比ｓ
ｔ　　　　　ｓｔ 域での空燃比の算出の際■２−Δ■Ｍ（ΔＶの平均値〕
のイじ正を行なって、精度のよい空燃比（Ａ／Ｆ）２＝
ｆ（Ｖ２−ΔｖＭ）　　の３２出を行な５ことができる
。このため、ここで得られた空燃比に基づき行なわれる
燃料供給量の算出は精度が向上し、理論空燃比での運Ｗ
Ｉｉｘ時（フィードバック制御時〕にその制御幅（空燃
比のウィンド幅）を離脱することを防止でき三元触媒の
性能を確実に発揮させることができる。

上述の処において差分Δ■の平均化（ステップａｌｏ　
）を行なった上で空燃比を算出していたが、各１面の差
分ΔＶを用いて直接空燃比を算出する構成として簡素化
を図ってもよい。

（発明の効果〕 空燃比の算出において、矛１の検出手段ｆｌ（ＩＩの空
燃比算出信号ｖ２　の含む誤差成分なわト除でき、精度
よい空燃比を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

矛１図は本発明の一実施例としての空燃比検出装置の全
体概略構成図、牙２図は向上装置のセンサセルの出力特
性図、矛６図は同上装置の電圧検出回路の出力特性図、
矛４図は同上装置の加算回路の出力！砕性図、牙５図は
向上装置の才２の検出手段の出力特性図、矛６図は同上
装置の３−１の検出手段の出力特性図、オフ図は同上装
置で燃料量補正係数の算出を行なう際用いるオフセット
及び比例頂部分のデータマツプの概念図、３・８図は同
上装置の制御プログラムのフローチャートをそれぞれ示
す。 １・・・ポンプセル、５・・・センサセル、９・・・増
幅器、１０・・・比較回路、１０ａ・・・基準電源、１
１・・・積分増幅器、１２・・・電圧検出回路、１６・
・・加算回路、１５・・・比較回路、１７・・・空燃比
検出用抵抗器、１９・・・コントローラ、ＤＭｌ、　　
ＤＭ２・・・才１、Ｊ−２の検出手段、Ｕ９９．セルユ
ニット。 傑　（図 気Ｚ図 １Ｅ理論宇竺ｔｈ了 夕ら　　う　　図　　　　　　　　　　　　　　　党　
／１　四］儂　５　図　　　　　　俤　Ｇ　図 俯７図 一ε　○　　十と

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　混合気燃焼後の排ガス中の酸素濃度と参照気体中の酸
   素濃度との差に応じた電気信号を出力するセンサセルと
   、上記センサセルからの出力に応じた電気制御信号を出
   力する制御手段と、上記制御手段から供給される電気制
   御信号に応じて酸素イオンを移動させるポンプセルと、
   上記制御手段とポンプセルとの間で授受される制御電流
   に応じた空燃比算出信号を出力する第１の検出手段と、
   上記制御電流の方向を検出して上記混合気が理論空燃比
   に達すると検出信号を出力する第２の検出手段と、上記
   検出信号を受けた際、上記空燃比算出信号と設定された
   理論空燃比信号との差分を算出し、かつ、この差分によ
   り上記空燃比算出信号の偏差を修正した上で空燃比を算
   出する空燃比算出手段とを有した空燃比検出装置。