KR880000160B1

KR880000160B1 - 기관의 공연비 제어 장치

Info

Publication number: KR880000160B1
Application number: KR1019840005981A
Authority: KR
Inventors: 세이야 고미나미; 요시아끼 아사야마
Original assignee: 미쓰비시전기 주식회사; 카다야마히도 하지로
Priority date: 1983-10-14
Filing date: 1984-09-28
Publication date: 1988-03-12
Also published as: KR850003924A; EP0138170B1; US4586476A; EP0138170A2; DE3475961D1; EP0138170A3

Abstract

내용 없음.

Description

기관의 공연비 제어 장치

제 1 도는 본 발명의 한 실시예를 나타낸 구성도.

제 2 도는 본 발명장치에 사용되는 공연비센서의 한 실시예를 나타낸 구성도.

제 3 도는 제 2 도의 II-II의 단면도.

제 4 도및 제 5 도는 제 2 도에 보인 공연비센서를 승용차용 가솔린기관에 장착해서 시험하여 얻은 특성도 이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기관 2 : 흡입공기 검출장치

16 : 고체전해질 산소펄프 20 : 고체전해질 산소센서

본 발명은 자동차용 기관의 공연비의 제어장치에 관한 것이며, 특히 상기 기관의 운전공연비를 연료의 희박영역에서 농후영역의 넓은 범위에 걸쳐서 임의치로 피드백제어할 수 있는 기관의 공연비제어장치에 관한 것이다. 종래로부터 이온전도성 고체 전해질(예를 들면 안정화지르코니어(Zirconia)로 구성된 산소센서를 써서 배기가스중의 산소분압(酸素分壓)과 공기의 산소분압과의 차이때문에 생기는 기전력의 변화에 의하여 이론공연비에서의 연소상태를 검지함으로써, 예를 들면 자동차의 기관을 이론공연비로 운전하도록 제어하는 것은 주지하는 바이다. 그런데, 상기 산소센서는 공기돠 연료의 중량비율인 공연비 A/F가 이론공연비일때는 큰 변화출력을 얻을 수 가 있지만, 다른 운전공연비 영역에서의 변화가 거의 없어서, 이론공연비 이외의 공연비로 기관을 운전하는 경우에는 상시 산소센서의 출력을 이용할수가 없는 결점이 있었다. 본 발명은 상기와 같은 결점을 개선할 목적으로 발명된 것이며, 이론 공연비 및 그것 이외의 범위에서 정확한 공연비가 검출됨과 아울러, 이론 공연비로 운전하는 경우는 물론이고, 이론 공연비 이외의 바람직한 공연비로 운전하는 경우에도 공연비센서의 출력신호에 의한 운전공연비의 피드백제어가 가능한 공연비제어장치를 제공하는 것이다.

아래, 도시하는 본 발명의 산 실시예에 관하여 설명한다. 제1도는 본 발명의 한 실시 예를 보인 구성도 이며, 도면중 1은 기관, 2는 기관(1)의 흡기관, 3은 드로틀밸브(throttle vavle), 4는 기관(1)에 흡입되는 흡입 공기량을 검출하는 흡입공기검출장치, 5는 드로틀 밸브(3)의 상류측에 성치된 연료공급밸브, 6은 흡입공기검출장치(4)의 상류측에 배치되어 있는 에어클리너, 7은 기관(1)의 배기관, 8은 배기관(7)에 설치된 공연비세서, 9는 공연비검지전자장치, 10은 기관(1)의 회전수 검출기, 11은 기관(1)의 온도를 검출하는 온도검출기, 12는 온도검출기(11)및 상기 흡입공기검출장치(4), 공연비검지전자장치(9), 회전수검출기(10)의 각 출력신호를 입력하고, 이들 입력정보에 대응하여 연료공급밸브(5)를 구동시켜 기관(1)에공급하는 연료량을 제어하는 전자제어장치이다. 이 전자제어장치(12)는 상기 공연비검지전자장치(9)의 절환스위치 SW를 구동시켜 상기 입력정보에 대응하여 공연비센서(8)의 펌프전류IP가 흐르는 방향을 절환 하는 기능도 갖추고 있다. 제2도는 상기 공연비센서(8)및 공연비 검지전자장치 (9)의 상세한 구성도이며, 제3도는 제2도의 II-II선의 단면도이다. 도면중 공연비센서(8)는 두께가 약 0.5㎜의 평판형 이온전도성 고체 전해질(안정화 지르코니어)(13)의 양측면에 각각 백금전극(14)및 (15)를 설치하여 구성된 고체 전해질 산소펌프(16)와, 그 산소펌스(16)처럼 평판형이온전도성 고체 전해질(17)의 양측면에 각각 백금전극(18)및 (19)를 설치하여 구성된 고체 전해질 산소센서(20)와, 상기 산소펌프(16)와 상기 산소센서(20)를 0.1㎜정도의 미소간극d를 사이에 두고 대향배치하기 위한 지지대(21)로 구성되어 있다.

또 공연비 검지전자장치(9)는 상기 산소센서(20)가 전극(18)(19)사이에 발생하는 기전력 e를 저항R₁를 통하여 연산증폭기 A의 반전입력단자에 인가하여, 상기 연산증폭기 A의비 반전입력단자에 인가되어 있는 기준전압V_R과 상기 기전력 e의 차이에 비례한 상기 연산 증폭기 A의 출력에 의하여 트랜지스터 T_R을 구동시켜 상기 산소펌프(16)의 전극(14)(15)사이에 흐르는 펌프 전류I_P를 제어하는 기능을 갖추고 있다. 즉, 상기 기전력e를 일정치 V_R에 유지하는데 필요한 상기 펌프전류 I_P를 공급하는 작용을 한다. 그리고 직류전원 B에서 공급되는 상기 펌프전류 I_P에 대응한 출력신호를 얻기위한 저항 Ro를 갖추고 있다. 이 저항 Ro는 상기 직류전원 B와 대응하여 상기 펌프 전류I_P가 과대하게 흐르지 않는 바람직한 저항치로 선정되어 있다. C는 콘텐서이다.

SW는 절환스위치이며, 상기 펌프류 I_P가 상기 산소펌프(16)의 전극(14)(15)사이를 흐르는 방향을 절환함과 동시에 상기 산소센서(20)의 전극(18)(19)사이에 발생하는 기전력 e의 정극성(正極性)이 상기 연산증폭기 A의 반전입력단자에 인가되도록 절환된다. 제4도및 제5도는 상기 제2도에 보인 공연비센서(8)를 일본제 승용차용2,000cc의 가솔린 기관에 장착해서 시험하여 얻은 특성도 있다. 과대한 펌프전류I_P는 120mA이상은 흐르지 않도록 상기 직류전원B에 의하여 제한하고 있다. 제 4 도는 펌프전류 I_P가 흐르면 상기 산소펌프(16)가 파괴되므로, 상기 펌프전류 I_P를 산소펌프(16)의 미소간극측의 전극(15)을 (+)극으로 하고, 이 전극(15)에서 전극(14)의 방향으로 흘리도록한 경우의 펌프전류 I_P와상기 기관의 운전공연비 A/F의 대응을 보인 특성도 이며, 기준전압 V_R을 바꾸어서 상기 기전력 e를 200mV와 100mV, 50mV로 각각 유지하며, 상기 기관의 공연비 A/F를 바꾼때의 시험결과가 표시되어 있다.

위와같이 미소간극측의 전극(15)에서 전극(14)방향으로 펌프전류 I_P가 흐르면, 상기 산소펌프(16)의 작용으로 인하여 상기 미소간극(d)내의 산소분압이 간극외의 배기가스중의 산소분압보다 높아진다. 그 결과, 상기 산소센서(20)는 미소간극측의 전극(19)을 (+)극성으로 하는 기전력 e를 발생하는 것은 지지하는 바와 같다. 제5도는 상기 펌프전류I_P가 상기 산소펌프(16)의 전극(14)에서 전극(15)의 방향으로 흐르도록 절환스위치 SW에 의하여 절환한 경우의 시험결과이다. 이 경우는 상기 제4도의 경우와는 반대로, 상기 미소간극(d)내의 산소분압은 간극외의 배기가스중의 산소 분압보다도 낮아지게 되므로 상기 산소센서(20)는 전극(18)을 (+)극성이 인가되도록 상기 절환스위치 SW에 의하여 동시에 절환된다. 상기 시험에 의하여 얻어진 상기 제4도 및 제5도에 있어서 펌프전류 I_P에 대응한 출력신호에 의하여 정확한 이론 공연비(A/F=14.7)를 검지하려면 이론공연비근방에 있어서 상기 펌프전류 I_P의 변화가 큰쪽이 바람직하다.

본 발명은 상기 제4도, 제5도에 보인 특성으로 보아 상기 기전력e를 100mV이상의 소정치, 가령 200mV로 유지하고, 상기 펌프전류 I_P가 이론공연비근방에서 급격히 변화하는 특성을 이용하여 정확한 이론공연비의검지를 행함과 동시에 이론공연비보다 작은 공연비영역(열료농후영역)에서 기관을 운전하는 경우에는 상기 연료농후영역에 있어서 공연비에 비례한 상기 펌프전류의 변화가 생기는 상기 제4도의 특성이 얻어지도록 상기 미소간극d내의 산소분압이 간극외의 배비가스중의 산소분압보다 높아지는 방향으로 상기 펌프전류를 흐르게 하고, 상기 기관을 이론공연비보다 큰 공연비영역(연료희박영역)에서 운전하는 경우에는 단 연료희박 영역에 있어서 공연비에 비례한 상기 펌프전류의 변화가 생기는 상기 제5도의 특성이 얻어지도록 상기 미소 간극 d내의 산소분압이 간극외의 배기가스중의 산소분압보다 낮아지는 방향으로 상기 펌프전류를 흘리도록 하여, 상기 기관의 운전공연비를 연료농후영역에서 연료희박영역의 넓은 범위에서 상기 펌프전류 I_P에 대응한 출력신호에 의하여 임의의 공연비에 피드백제어하도록 한 것이다. 다음은 본 발명장치의 동작에 관하여 설명하다.

기관(1)이 시동되면, 이 기관(1)에 흡입되는 흡입공기는 대기속에서 에어클리너(6)안으로 도입되어서 흡입공기검출장치(4)에서 그 흡입량이 검출되어 흡기관(2)을 지나서 상기 기관(1)으로 도입된다. 상기 흡입공기 검출장치(4)의 출력신호를 입력한 전자제어장치(12)는 연료공급밸브(5)를 구동시켜 상기 흡입공기량에 대응한 연료를 상기 기관(1)에 분사하여 공급한다. 그리고, 시동직후처럼 상기 기관(1)의 온도가 낮은것을 온도검출기(11)의 출력신호로 검지한 상기 전자제어장치(12)는 상기 기관(1)의 운전공연비를 연료농후측의 소망하는 공연비(가령A/F=12)로 운전하기위하여 공연비센서(8)의 펌프전류 I_P가 흐르는 방향을 미소간극d내의 산소분압이 높아지는 방향으로 절환스위치 SW를 구동시킨다.

그리고, 제4도에 보인특성에서 연료농후영역에서의 소망하는 공연비를 상기 펌프전류에 대응한 출력신호로서 검지하고, 그 출력신호를 입력한 상기의 전자제어장치(12)는 상기 출력신호가 소망치가 되도록, 상기 연료공급밸브(5)에서 분사공급하는 연료량을 제어한다. 즉, 상기 출력신호에 의하여 상기 기관(1)의 운전공연비를 소망치로 피드백 제어한다. 다음에, 자동차의 시내주행시처럼 통상시에 흔히 사용 되는 상기 기관(1)의 운전상태를 상기 흡입공기검출장치(4)와 회전수검출기(10)의 출력신호에 의하여 검지한 상기 전자제어장치(12)는 상기 기관의 연소율이 좋아지도록 운전공연비를 연료희박측이 소망하는 공연비(가령 A/F=17)로 하기 위하여 공연비 검지전자장치(9)의 상기 절환스위치 SW를 구동하고, 상기 미소간극 d내의 산소분압이 간극외의 배기가스중의 산소분압보다 낮아지는 방향으로 상기 펌프전류 I_P가 흐르도록 절환한다. 그리고, 제5도에 나타낸 특성에서, 연료 희박영역에 있어서의 소망하는 공연비를 상기 펌프전류 I_P에 대응한 출력신호로서 검지하고, 그 출력신호를 입력한 상기전자제어장치(12)는 상기 출력신호가 소망치가 되도록 상기 연료공급밸브(5)로부터 공급되어 연료량을 제어한다. 즉, 상기 출력신호에 의하여 상기 기관(1)의 운전공연비를 연료희박측의 소망치로 피드백제어한다. 다음에, 상기 기관(1)의 배기가스중의 유해성분을 감소하기 위하여 운전공연비를 이론공연비로 할 필요가 있는 운전상태를 상기 흡입공기검출장치(4), 회전수검출기(10)및 온도 검출기(11)의 출력신호에 의하여 검지한 상기 전자제어장치(12)는 이론공연비에 계단형으로 변화하고 있는 상기 제4도 또는 제5도의 특성을 이용하여 종래장치와 마찬가지로 상기 기관(1)의 운전공연비를 이론공연비로 피드백제어한다.

이상과 같이 본 발명은 평판형 고체 전해질의 양측면에 전극을 설치하여 구성된 고체 전해질 산소센서와 고체 전해질 산소펌프를 미소간극을 두고 대향배치하여 그 간극에 기관의 배기가스를 도입하도록 구성함과 아울러 상기 산소센서가 발생하는 기전력을 100mV이상의 소정치(가령200mV)로 유지하는데 필요한 상기 산소펌프의 펌프전류에 대응한 출력신호에 의하여 상기 기관의 운전공연비를 검지하도록한 공연비센서를 갖추고, 상기 기관의 운전공연비를 이론공연비보다도 연료희박측으로 제어할때는 상기 간극내의 산소분압이 간극외의 배기가스중의 산소분압보다 낮아지는 방향으로 상기 펌프전류를 흘리고, 반대로 상기 운전공연비를 연료 농후측으로 제어할때는 상기 간극내의 산소분압이 높아지는 방향으로 상기 펌프전류를 흘리도록 하고, 상기 펌프전류에 대응한 출력신호에 의하여 상기 운전공연비를 피드백제어하도록 하였으므로, 정확한 이론공연비로 피드백제어가 됨과 아울러 종래장치에서는 곤란하였던 연료농후영역에서 연료 희박영역의 넓은 공연범위에 걸쳐서 상기 기관의 운전상태에 따른 최적한 운전공연비에 정밀도 있게 피드백 제어할 수가 있는 기관의 공연비 제어장치를 구성할 수가 있다.

Claims

평판형고체 전해질과, 이 고체 전해질의 양측면에 설치한 전극으로 각각 구성되고, 미소간극을 사이에 두고 서로 대향하여 기관의 배기가스의 유로내에 설치된 산소펌프 및 산소센서로 이루어진 공연비센서, 상기 산소펌프에 펌프전류를 공급하는 수단, 소정의 펌프전류가 공급된 상기 산소펌프에 의하여 생긴 상기간극내와 그 외부간의 산소분압의 차에 대응하는 상기 산소센서의 기전력크기를 검출하는 수단, 상기 기전력검출수단에 의하여 검출된 기전력이 일정하게 유지되도록 상기 산소 펌프에 공급되는 펌프전류를 제어하는 수단, 상기 기관의 원전공연비를 이론공연비보다도 연료희박측으로 제어할때는 상기 간극내의 산소분압이 간극외의 배기가스중의 산소분압보다 낮아지는 방향으로 상기 펌프전류를 흘리고, 반대로 상기 운전공연비를 이론공연비보다도 연료농후측으로 제어할때는 상기 간극내의 산소분압이 높아지는 방향으로 상기 펌프전류를 흘리는 수단, 산기 산소센서의 출력신호극성을 절환하는 절환수단, 상기 펌프전류에 비례한 출력을 공연비 검출출력으로 하여 인출하는 수단 및 상기 공연비검출출력에 따라서 상기 기관에 공급되는 연료량을 제어하는 수단을 갖춘 기관의 공연비제어장치.