JPS6388244A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ヒータ何空燃比センサを用いて、空燃比の
フィードバック制御を行うようにした内燃機関の空燃比
制御装置に関し、特に空燃比センサの低温時における破
壊を保護するようにしたものである。

〔従来の技術〕

従来より珪論窒燃比で出力電圧が反転する空燃比センサ
（酸素センサ）を用いた空燃比フィードバック制御方式
において、内燃機関が軽負荷状態のときや、空燃比セン
サの装着位置が排気管の後方にあって空−燃比センサの
温度が低く活性化されない場合に、電熱ヒータを内蔵し
、センサを高温に保つようにしたものが実用化されてい
る。

また、空燃比に対して直線的に変化するアナログ値を出
力する空燃比センナも一部実用化されているが、このタ
イプの空燃比センサにも出力精度の向上や活性化を目的
として電熱ヒータが内蔵されている。

このような空燃比センサを用いた空燃比フィードバック
制御は排出ガス浄化のため気化器や燃料噴射装置付きの
内燃機関に多用されているが、ここでは、従来例として
スピード・デンシティ方式燃料噴射装置を用い、空燃比
に対してリニアな出力を発生する空燃比センサを適用し
たシステムについて説明する。

第１図は従来および後述するこの発明の内燃機関の空燃
比制御装置の構成を示すものであり、従来の内燃機関の
空燃比制御装置の説明に際し、仁の第１図を援用して説
明する。

この第１図において％１は内燃機関、２はこの内燃機関
１に接続された吸気管、３はこの吸気管２内に設けられ
た絞り弁である。

この吸気管２内の圧力は圧力センサ４で検出し、その検
出圧力はＡＤコンバータ９１に送出するようになってい
る。

また、内燃機関１の回転をパルスとして回転センサ５で
検出するようにしており、この回転センサ５の出力は入
力回路９２に送出するようになっている。

さらに、吸気管２ヘインジエクタ６により燃料を噴射す
るようになっており、このインジェクタ６は出力回路９
６の出力で駆動されるようになっている。

また、内燃機関１に排気管７が接続されており、この排
気管７内の排ガス成分がら空燃比に対応した出力が空燃
比センサ８からＡＤコンバータ９１に送出するようにし
ている。

一方、９は圧力センサ４と回転センサ５と空燃比センサ
８などの情報から所要燃料量を演算し、インジェクタ６
の駆動パルス幅を発生する制御装置である。

この制御装置９におけるＡＤコンバータ９１は空燃比セ
ン茗８および圧力センサ４などのアナログ信号をデジタ
ル値に変換してマイクロプロセッサ９３に送出するよう
になっている。

また、入力回路９２は回転センサ５のパルス入力信号を
レベル変換するための入力回路で、その出力もマイクロ
プロセッサ９３に送出するようになっている。

このマイクロプロセッサ９３はＡＤコンバータ９１およ
び入力回路９２から得られたデジタルおよびパルス信号
に基づいて内燃機関ｌへ供給すべき燃料量を演算し、そ
の結果にしたがってインジェクタ６の駆動パルス幅を出
力するものである。

このマイクロプロセッサ９３の制御平頭やデータを予め
ＲＯＭ９４で記憶しており、また、ＲＡＭ９５で演算過
程におけるデータを一時的に格納するようにしている。

そして、マイクロプロセッサ９３の出力信号にしたがっ
て出力回路９６でインジェクタ６を駆動するようにして
いる。

上記第１図中の空燃比セ／す８は笛３図に示すように構
成されており、８１は酸素ポンプセル、８２は酸素電池
セル、８３ａおよび８３ｂは多孔質でできた電極、８４
は拡散室、８５は基準電圧源、８６は比較増幅器、８７
はポンプ駆動回路、８８はポンプの電流を検出するため
の抵抗である。

また、１０３は電気的絶縁体である。この電気的絶縁体
１０３上に抵抗体１００が形成されている。この低抗体
１００は電熱ヒータの役目をなすものである。１０２は
エアギャップである。

この空燃比センサ８の！Ｊ成は既に公知（特開昭５９−
１９０６４６号公報および特開昭６０−１２８３４９号
公報）のものであり、基準電圧源８５を約帆４Ｖに設定
し、この電圧と酸素電池セル８２の’ｘＣＥＥを比較増
幅器８６にて比較し、その偏差が零になるようにポンプ
厄動回路８７′ｔ−介して酸素ポンプセル８１に電流を
流し込むことによって、拡散室８４内の排気ガスが理論
空燃比相当となるように作用させるものである。

このような原理を用いて理論空燃比よりもリーン、リッ
チ側とも検出可能であり、その測定結果は抵抗８８の両
端の電圧として取り出すことができ、第４図に示すよう
に広い空燃比の範囲に対して線形な出力電圧を得ること
ができる。

抵抗体１００は機関運転中は制御装置９内の出力回路９
７により通電され、空燃比センサ８を加熱し、過熱化さ
せる。

次に、上記空燃比センサ８を用いた空燃比フィードバッ
クの従来の制御方法について第５図にしたがって説明す
る。この第５図は第１図に示す制御装置９の制御手順を
フローチャートで表わしたものである。

ステップＳｌで回転センサ５から入力されるパルス信号
、すなわちエンジン回転数Ｎｅを読み込み。

ステップＳ２で圧力センサ４から得られた吸気管内圧力
（給体圧力）の値ｐｂｔ−読み込み、ステップＳ３では
、ステップＳ１およびＳ２で読み込まれた情報を基にイ
ンジェクタ６０基本駆動パルス幅γＧを演算する。

演算式はγＯ＝に−Ｐｂ・η７で表わされ、Ｋは定数、
η７は吸気圧力ｐｂとエンジン回転数Ｎｅに対応して予
め定められた充填効率である。

次に、ステップＳ４で目標空燃比（Ａ／Ｆ　）　Ｓが設
定される。この目標空燃比（Ａ／Ｆ）Ｓはたとえば第６
図（第６図（→は機関の運転、停止サイクルを示し、第
６図中）は空燃比センサ８のヒータ１００のオン、オフ
サイクルを示している。）に示すようにエンジン回転数
Ｎｅと吸気圧力ｐｂに対応して最適な動力性能と燃費を
得るように予め設定されているが、さらにエンジンの温
度や加減状態などによって変化されてもよい。

ステップＳ５では、空燃比センサ８の出力信号（Ａ／Ｆ
　）Ｒを読み込み、ステップＳ６で空燃比の偏差（Ａ／
Ｆ　）　Ｓ−目標空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒを求め、この値を
適轟なゲインで積分する。

ステップＳ７では、この積分値１の値が予め定めた上下
限（リミット）値１　（ＬＭＴ）を越えているか否かを
判別し、リミット値以内であれば、ステラ７’Ｓ８で補
正値工、ミニとし、もし、リミット値を越えていれば、
ステップＳ９で補正値Ｌ　＝　Ｉ（ＬＭＴ　）とする。

欠に、ステップＳＩＯで噴射パルス幅ｒをステップＳ３
で先に求め九基本噴射／４’ルス幅ｒｏに上記補正値工
、を乗算することＫより求める。

以上の動作が繰シ返されて、空燃比は目標値（ｋ／Ｆ　
）　Ｓになるようにフィードバック制御される。

ところで、以上の動作は空燃比センサ８が機関の排出ガ
ス温度や内蔵の抵抗本１００の加熱によ）活性化してい
ることが条件となっている。通常機関の軽負荷時には排
気温度が低く活性化温度に達しにくいので、空燃比セン
サに電熱ヒータを内蔵し、第７図のように機関作動中は
通電するようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のよりな従来の内燃機関の空燃比制御装置にあって
は、通常の雰囲気温度下では正常に機能するが　００〜
−３０℃のような低温雰囲気において横開始動後、機関
の暖機が完了する前に機関を停止すると、排気管７のｍ
度は充分上昇していないｔめ、運転中に排出ガス中に含
まれている水蒸気が排気管中で水滴となシ、空燃比セン
サ８にも水滴が付着することがある。

空燃比センサ８はエアギャップ１０２や小孔を有する構
造となっているため、エアギャップなどく水滴が付着し
ｔ状態のまま低温中に放置されると、この水滴が凍結し
、凍結による膨張によって９燃センサ８のセルが破壊さ
れるという問題点を有してい友。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされｔも
ので、空燃比センサに水滴が付着しても水滴の凍結によ
る空燃比センサの破壊を防止できる空燃比制御装置を得
ることを目的とする。

〔問題点を解決する之めの手段〕

この発ｒｉＡＫ係る空燃比制御装置は、機関の停止後に
作動し、空燃比センサの電熱ヒータを制御する時限手段
を設は友ものである。

〔作　用〕

この発明においては、機関停止後に所定時間だけ時限手
段が作動して電熱ヒータに通電し、空燃比センサを加熱
する。

〔実施例〕

以下、この発明の空燃比制御装置の実施例について図面
に基づき、説明する。この発明の構成は前述の第１図の
ものと全く同一であるが、制御装置９内のマイクロプロ
セッサ９３を中心とする演算部における演算処理および
データ設定の方法が従来装置とは一部異な夕、第２図の
フローチャートに示す部分の機能が祈念に付加されてい
る。

第２図フローチャートにおいて、ステップ２００でキー
スイッチオフにより、機関が停止したか否かを判別し、
機関停止と同時にステップ２０１で時限手段が作動し、
第７図（第７図（ａ）は機関の運転、停止サイクルを示
し、第７図中）は時限手段のオン時期を示し、第７図（
Ｃ）は空燃比センサのヒータのオン、オフサイクルを示
す）に示すごとく、時限手段作動中は出力回路９７を介
して空燃比センサ８の抵抗体１０（ｌｃｔ源が供給され
、空燃比センサ８が加熱される。

この時限手段の作動時間は空燃比センサ８に付着した水
分を蒸発させるのに充分な値が必要であり、周囲温度が
低い場合には数分間程近となる。

なお、上記実施例の説明では、時限手段としてマイクロ
プロセッサ９３を用いたソフトウェアによる方法を取り
上げたが、回路（）・−ドウエア）によっても同等の機
能を実現できることは云うまでもない。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり５機関が停止された後、
所定時間だけ空燃比センサの電熱ヒータに通電し加熱す
るようにしたので、空燃比センサに付着し九水滴や水分
全蒸発させて除去することができる。

したがって、周囲温度が低く機関が充分に暖機されない
うちに停止したような場合においても、機関停止後空燃
比センサに付着した水分が凍結して空燃比センサを破壊
するという問題点を解決できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明および従来装置の内燃機関の空燃比制
御装置の構成を示す図、第２図はこの発明に関する動作
を表わすフローチャート、第３図はこの発明および従来
の内燃機関の空燃比制御装置における空燃比センサの構
成図、第４図は第３図に示す空燃比センサの特性図、第
５図は従来の空燃比制御装置の動作の流れを示すフロー
チャート、第６図は従来の空燃比制御装置の動作を示す
波形図である。第７図はこの発明の空燃比制御装置の動
作を示す波形図である。 １・・・内燃機関、２・・・吸気管、３・・・圧力セン
サ、５・・・回転センサ、６・・・インジェクタ％７・
・・排気管、８・・・空燃比センサ、９・・・制御装置
、８１・・・酸素ポンプセル、８２・・・酸素電池セル
、９３・・・マイクロプロセッサ、９４・・・ＲＯＭ、
９５・・・ＲＡＭ、１００・・・抵抗体。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排気管に装着され排出ガス成分に基づき空燃比情報を出
   力する空燃比センサ、この空燃比センサに一体的に構成
   された電熱ヒータ、機関の作動有無を検出する停止検出
   手段、この停止検出手段が作動後所定時間だけ作動する
   時限手段、この時限手段作動中は上記電熱ヒータに通電
   する手段とを備えたことを特徴とする空燃比制御装置。