KR910009417B1

KR910009417B1 - 공연비 검출장치

Info

Publication number: KR910009417B1
Application number: KR1019860008079A
Authority: KR
Inventors: 다다히로 야마모도; 에이이찌 오오니시; 다다끼 오오다; 히로아끼 오오가네; 미노루 오오스가; 요시시게 오오야마
Original assignee: 가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼; 미다 가쓰시게; 닛산 지도오샤 가부시기가이샤; 구메 유다까
Priority date: 1985-09-27
Filing date: 1986-09-26
Publication date: 1991-11-15
Also published as: CN1004504B; GB2181253A; CN86106698A; EP0221305B1; CA1256998A; GB8622888D0; EP0221305A2; US4751907A; DE3675884D1; KR870003380A; GB2181253B; EP0221305A3

Abstract

내용 없음.

Description

공연비 검출장치

제1도는 본원발명의 잉여산소농도검출기의 구조를 나타낸 개략도.

제2도는 제1도의 산소농도검출기의 검지부분의 상세한 구조를 나타낸 설명도.

제3a도 내지 제3c도는 제1도의 산소농도검출기의 동작에 대한 설명도.

제4a도 및 제4b도는 공기초과비율에 대한 산소농도검출기의 출력특성의 예를 나타낸 설명도.

제5도는 본원 발명에 사용할 수 있는 또 다른 종류의 잉여산소농도검출기의 구조를 나타낸 개략도.

제6도는 본원 발명의 실시예에 의한 공연비 검출장치의 구성을 나타낸 개략도.

제7도 및 제8도는 제6도의 실시예의 동작원리도.

제9도는 교정계수(K_G)를 구할때까지의 동작이 예시된 제6도의 실시예의 동작의 일부분을 나타낸 플로우차아트.

제10도는 교정계수(K_G)를 사용한 산소농도검출기의 출력 교정동작이 예시된 제6도의 실시예의 동작의 또다른 다른 일부분을 나타낸 플로우차아트.

제11도는 공기과잉비율 테이블의 예를 설명한 도면.

제12도는 교정계수(K_G)에 의하여 공기과잉비율 테이블의 내용을 다시 작성한 교정동작의 변형을 나타낸 플로우차아트.

제13a도 내지 제13c도 및 제14도는 본원 발명의 또다른 실시예의 동작원리의 설명도.

제15도는 제13a도 내지 제13c도 및 제14도에서 설명한 동작원리에 따라 또다른 실시예의 동작을 나타낸 플로우차아트.

제16도는 본원 발명의 또다른 실시예의 동작원리를 설명도.

제17도 및 제18도는 또다른 실시예의 동작 설명도.

제19도는 제16도에 나타낸 동작원리에 따라 또다른 실시예의 동작을 나타낸 플로우차아트.

제20도 및 제21도는 본원 발명의 실험결과의 예를 나타낸 도면.

본 발명은 내연기관에 공급되는 혼합기의 공연비(空燃比)를 검출하는 공연비 검출장치에 관한 것이며, 특히 그 시간경과변화를 보정할 수 있는 공연비 검출장치에 관한 것이다.

공연비 검출장치는 시간경과변화를 수반하는 것이기 때문에, 예를들면 일본국 특허공개공보 제1983-57050호에 개시된 바와 같이, 검출기가 설치된 배기관내가 대기로 채워졌을 때의 검출기의 출력에 의해, 시간경과변화를 보정하는 것이 알려져 있었다.

그러나, 배기관내를 완전히 대기로 채우는 상태를 단시간으로 만들기는 곤란하며, 높은 정밀도를 시간경과변화를 보정하는 것은 어렵다고 하는 문제가 있었다. 또한, 배기관이 완전히 대기로 채워져 있는가를 확인하는 것도 어렵다.

본원 발명의 목적은 시간경과변화를 정확하게 보정하여 엔진에 공급하는 혼합기의 공연비를 결정할 수 있는 공연비 검출장치를 제공하는데 있다.

본원 발명의 특징은 혼합기의 공연비 검출장치가 엔진의 배기가스에 남아 있는 잉여산소의 농도를 검출하는 산소농도검출기를 갖추고 있으며, 산소농도검출기의 출력치로 미리 작성된 공기과잉비율테이블을 정정하므로써 공연비를 결정하고, 공기유량계와 스로틀밸브를 통하여 엔진 안으로 흡입된 원래의 공기에 추가하여, 엔진의 동작이 안정상태에 있는 소정기간중 공기가 추가되며, 이 공기가 추가되기 전후에 산소농도검출기로부터 얻은 출력신호가 진행되어, 이 진행결과에 따라 공연비를 결정하는 것이다.

본원 발명의 기타 목적 및 특징은 명세서와 도면에 의하여 명백할 것이며, 특히 특허청구의 범위에 기재되어 있다.

본원 발명이 적용된 공연비 검출장치의 예를 설명하며, 본원 발명이 적용되는 유형이 다음의 설명에만 제한되지 않는다는 것을 알아야 한다.

제1도는 공연비 검출장치에 사용되는 잉여산소농도검출기의 구성도이다. 농도검출기는 내연기관으로부터 배출된 가스속에 남아 있는 잉여산소의 농도를 검출한다. 그때, 엔진에 공급되는 혼합기의 공연비는 농도검출기의 출력치로부터 결정된다.

도면에서, (2)는 농도검출기의 검지부분을 가리키며, 동작원리에 대한 이해를 쉽게 하기 위하여 간단한 형태로 나타낸다. 상세한 것은 제2도에서 설명한다. 검지부분(2)은 산소이온전도성의 고체전해부재(4)와 이 부재에 접촉하고 있는 유공(有孔)확산 저항막(6)으로 이루어져 있다. 고체전해부재(4)의 일면에 제1전극(8)이 부착되어 있으며, 이 표면은 대기에 노출되어 있다. 고체전해부재(4)의 다른 표면은 제2전극(10)을 갖추고 있으며, 이 표면은 확산저항막(6)과의 경계면을 형성하고 있다. 후술하겠지만 내연기관으로부터의 배출가스는 유공막(6) 안으로 스며들며, 고체전해부재(4)의 다른 표면에 배출가스에 접하고 있다.

제1전극(8)에는 한쌍의 스위치(12) 및 (14)가 접속되어 있으며, 제2전극(10)에는 또 한쌍의 스위치(16) 및 (18)가 접속되어 있다. 호울드회로(20)가 스위치(12)를 통하여 제1전극(8)에 접속되며 스위치(12)를 오프했을 때 제1전극(8)에 나타나는 전위(E')를 수납하여 스위치(12)가 온되고 있는 동안 고르게 유지한다. 전위(E')는 자동적분회로(22)에 유도되며, 여기서(E)와 비교된다. (E)와 (E')사이의 차이에 따라 회로(22)는 출력전압을 발생하며 이 출력전압은 완충회로(24)에 유도된다. 회로(24)는 스위치(12)가 온되고 스위치(14)가 오프되었을 때 회로(22)로부터의 출력에 따라 전압을 전극(8)에 인가한다. 완충회로(24)의 출력전압은 또한 호울드회로(26)에 의하여 호울드되고, 호울드회로의 출력전압은 농도검출기의 출력신호(V_T)가 된다. 제2전극(10)은 스위치(16)가 오프되었을 때 접지전위에서 유지되고, 스위치(18)가 오프되었을 때는 완충회로(28)를 통하여 정전위(V_PG)에서 유지된다.

(30)은 프로세싱유니트를 가리키며 이것은 다음에 상술하는 공연비 검출을 위한 연산논리동작과 더불어 스위치(12)로부터 스위치(18)로의 스위치동작을 제어한다. 프로세싱유니트(30)는 연료분사제어, 점화시간제어 등과 같은 내연기관의 기타 각종 제어목적으로 설치된 통상의 마이크로프로세서로서 형성되어 있다. 상기 스위칭동작의 제어는 마이크로프로세서가 가지고 있는 것과 같은 기능의 일부로서 실시된다. 프로세싱유니트(30)의 제어하에 스위치(12)와 (16)은 동시에 온 또는 오프되며 스위치(14)와 (18)도 또한 동시에 동작하게 되지만 스위치(12)와 (16)과는 교호적으로 동작한다.

검지부분(2)의 주요부의 상세한 구조가 제2도에 나타나 있으며, 제1도에서와 동일한 부분에는 동일번호를 사용한다. 고체전해부재(4)는 속이 비어 있으며 그 상부에 원통부분(32)이 있으며, 그 한쪽끝은 막혀 있다. 막힌 상부의 안쪽면에 제1전극(8)이 부착되어 있다. 고체전해부재(4)의 빈 속 안으로 대기로부터 신선한 공기가 들어온다. 배선이 전극(8)을 외부회로에 접속시키고 있지만, 간단히 하기 위하여 도시생략하였다. 확산저항막(6)이 원통부분(32)의 바깥면의, 제1전극(8)의 위치부근에 설치되어 있다. 확산저항막에 의하여 덮이도록 제2전극(10)이 원통부분(32)의 바깥면에 부착되어 있다. 배선이 도한 전극(10)을 외부회로에 접속시키고 있지만 도시생략하였다.

고체전해부재(4)는 원통부분(32)을 제외하고는 전체적으로 적절한 지지부재에 의해 덮여 지지되고 있다. 원통부분(32)은 보호부재에 의해 둘러싸여 있으며, 보호부재의 일부에는 구멍(38)을 갖추고 있다. 이와 같은 구조로 된 검지부분(2)은 보호부재에 의해 둘러싸인 원통부분(32)이 벽(40)을 통하여 배기관내에 위치하도록 내연기관의 배기관에 부착되어 있다. 이와 같은 구조로서 배기관 내의 배출가스는 구멍(38)을 통하여 보호부재에 의해 둘러싸인 챔버 안으로 들어가서, 확산저항막(6)은 배출가스에 노출된다. 또, 동작기간중 전극(8)과 (10)부근은 히이터(43)에 의해 약 750°로 가열된다.

제3a도 내지 제3c도에서 상기 잉여산소농도검출기의 동작에 관해 설명한다. 우선, 프로세싱유니트(30)로부터의 신호에 따라 스위치(12), (16)는 오프되고, 스위치(14), (18)은 온된다. 제3a도는 이때의 회로상황을 나타낸다. 이 경우, 전극(10)은 접지되어 있기 때문에 전극(8)에는 전위(E')가 나타나며, 이것은 대기와 배출가스 사이의 산소의 분할압력의 차이에 정비례한다. 전위(E')는 호울드회로(20)에 의해 호울드되며, 차동적분회로(22)에서 (E)와 비교된다. 회로(22)는 (E)와 (E')사이의 차이에 따라 출력전압을 발생한다. 편리상, 이 상화에서의 동작을 앞으로 제1모우드동작이라고 한다.

다음으로, 프로세싱유니트(30)로부터의 신호에 따라, 스위치(12), (16)은 온되고, 스위치(14), (18)은 오프된다. 제3b도는 이때의 회로상황을 나타낸다. 이 경우 전극(10)은 정전압(V_PG)으로 유지되고, 회로(22)의 출력에 정비례하는 전압(V_T')이 전극(8)에 인가된다. 따라서 전압(V_T')가 전압(V_PC)보다 높으면, 전류는 고체전해부재(4)를 통하여 오른쪽 화살표방향으로 흘러서 배출가스내의 산소는 대기쪽으로 추출된다. 전압(V_T')이 전압(V_PG)보다 낮으면, 전류는 고체전해부재(4)를 통하여 왼쪽화살표방향으로 흘러, 산소는 대기로부터 배출가스 안으로 들어오게 된다. 이 경우의 동작을 제2모우드동작이라고 한다.

또, 전압(V_T')은 제1모우드에서 측정한(E)와 전위(E') 사이의 차이에 의하여 결정된다. 그래서, 전압(V_T')은 전위(E')가 (E)와 동등하게 되도록 제어된다. 이 사실은 전극(10) 부근의 산소의 분할압력이 (E)와 대응하는 값에서 유지된다는 것을 의미한다. 실제로, (E)는 약 0.4V로 정해진다. 이 전위의 선정은 전극(10) 부근의 산소의 분할압력이 10^-12atms에서 유지되며, 이 분할압력에서 배출가스내 산소분자의 농도는 거의 0(제로)이 된다는 것을 의미한다. 그래서, 전압(V_T')은 유공막(6) 안으로 스며든 배출가스내에 포함되어 있는 산소의 농도에 정비례한다. 이 전압(V_T')는 호울드회로(26)에 의해 호울드되며, 거기로부터 농도신호(V_T)로서 출력된다.

제3c도는 시간에 관해 상기한 바와 같은 동작을 나타낸 차아트이다. 즉(T₁) 기간에, 제1모우드동작이 행해지고, 그 다음 제2모우드동작이(T₂)기간에 행해진다. 내연기관에서 연소된 혼합기가 리인(lean)하면 배출가스내 잉여산소의 농도는 높고, 대기와 배출가스 사이의 산소분할압력의 차이는 작아진다. 그래서, 제1모우드에서 측정한 전위(E')는 낮아지며, 따라서 (E)와 (E') 사이의 차이는 커지고, 보다 높은 전압(V_L)이 제2모우드에서(V_T')로서 전극(8)이 인가된다. 이와 반대로, 혼합기가 리치(rich)하면 배출가스내 산소의 농도가 낮고 전위(E')는 높아져서, (E)와 (E') 사이의 차이는 작아지고 보다 낮은 전압(V_R)이 제2모우드에서(V_T')로서 전극(8)에 인가된다.

제4a도는 상기한 바와 같이 잉여산소농도검출기의 출력 특성을 나타낸 그래프이며, 여기서 종좌표는 검출기의 출력전압(V_T)을 표시하며, 횡축은 공기과잉비율(λ)을 나타낸다. 공기과잉비율(λ)은 이론공연비(14.7)에 대한 실제 공연비의 비율로서 표시된다. 그래서, λ=1.0은 실제 공연비가 이론공연비와 동등하다는 것을 의미한다. 이론공연비하에서 동작하는 내연기관으로부터의 배출가스는 혼합기가 엔진에서 완전 연소하기 때문에 잉여산소를 포함하지 않는다. 그 결과, 전극(10) 부근의 산소의 분할압력은 10^-12atms와 같이 되며, 따라서 전위(E')는 (E)(0.4V)가 되어서 출력전압(V_T)도 정전압(V_PG)과 동등하게 된다.

λ＞1.0(리인혼합기)영역에서는, 산소의 분할압력은 배출가스내의 과잉산소 때문에 높아지며, 출력전압(V_T)은 잉여산소의 농도와 더불어 증가한다. λ＜1.0(리치혼합기)영역에서는, 산소농도검출기의 출력전압(V_T)은 배출가스내에 남아있는 가연성 성분의 지배를 받는다. 이 성분은 주로 CO, H₂및 HC로 이루어져 있다. 확산저항막(6)내의 이러한 성분의 확산계수는 산소의 계수와 다르기 때문에, 이 영역의 농도검출기의 이득(gain)(βK)은 λ＞1.0 여역의(K)와 다르다.

제4a도에, 출력특성이 각 영역에서 직선으로 변하는 것처럼 나타나 있지만, 실제로는 제4b도에서 곡선으로 표시된 것처럼 비직선이다. 그 이유는 저항성이 확산저항막(6)내의 위치에 크게 달려있기 때문이다. 또, 장기간의 사용 때문에, 유공막(6)의 통공성이 막혀진 경우에는, 곡선(b)(파선)에 의해 나타낸 바와 같이 출력특성이 변한다. 한편, 확산저항막(6)의 일부가 벗겨졌을 경우에는, 출력특성은 곡선(c)(일점쇄선)으로 나타낸 바와 같이 변한다.

이와 같이, 검지부분(2)의 시간경과변화에 따라 출력특성이 변한다. 그러나 제4b도에서 보는 바와 같이, 출력전압(V_PG)의 점이 λ=1.0인 점은 검지부분(2)이 상기와 같이 시간경과변화해도 변하지 않는다. 이것은 전극(10) 부근의 산소의 분할압력이 이론공연비의 경우의 압력과 항상 동등하도록 제어되기 때문이다. 즉, λ=1.0인 경우에는 대기와 배출가스 사이에 산소의 이전이 발생하지 않으므로, 고체전해부재(4)를 통하여 전류가 흐르지 않고, 따라서 (V_T')는 (V_PG)에서 유지된다.

제1도의 잉여산소농도검출기에서, 단일 검지부분(2)이 사용되고 제1모우드동작과 제2모우드동작 양쪽에 공통으로 사용되도록 전환되고 있다. 검지부분이 각 한쌍의 전극을 가진 2세트의 고체전해부재로 구성되어 있으며, 각 모우드의 동작을 위하여 각 세트가 전용된다면 검지부분을 수반한 회로의 배열은 더 간소화된다.

이와 같은 유형의 잉여산소농도검출기를 제5도에 나타내며, 여기에서 제1도와 같은 부분에는 같은 번호를 사용한다. 이 검출기에는 2개의 고체전해부재(41)과 (42)가 설치되어 있으며, 이 부재에는 각각 한쌍의 전극(81), (101)과 (82), (102)이 부착되어 있다. 이와 같은 구조를 가진 센싱유니트(검지장치)의 2개 세트는 챔버를 형성하며, 이 챔버에는 작은구멍(48)이 있으며, 이 구멍을 통하여 배출가스가 챔버 안으로 들어간다. 따라서 전극(101), (102)이 부착되어 있는 고체전해부재(41), (42)의 표면은 배출가스에 노출된다. 고체전해부재(41), (42)의 반대쪽 표면은 대기에 노출된다. 이와 같은 구조로서, 챔버 안으로 들어온 배출가스내의 산소의 분할압력(P₀)은 제1도의 검출기에 있어서와 동일한 방법으로 검출할 수 있다. 출력특성은 제4a도 또는 제4b도에 나타낸 것과 동일한 것이 된다. 그러므로, 본원 발명의 공연비 검출장치는 이와 같은 유형의 잉여산소농도검출기를 이용하므로써 실현시킬 수 있다.

상기 2개 유형의 검출기는 모두 λ＜1.0 및 λ＞1.0영역의 산소농도를 측정할 수 있지만, 본원 발명은 소위 리인센서(검지기)에 적용될 수 있으며, 이 센서는 또 빈번히 사용되며 λ=1.0이나 λ＞1.0영역에 있어서만의 산소농도를 측정할 수 있다.

이제, 제6도에 의하여 본원 발명의 실시예에 따라 공연비 검출장치에 대하여 설명한다.

제6도에 있어서, (50)은 에어클리너이며, 이것은 흡기관(54)에 의해 엔진(52)에 결합되어 있다. 흡기관(54)은 도면에 나타낸 순서대로 공기유량계(56), 스로틀밸브(58) 및 연료분사밸브(60)를 갖추고 있다. 공기유량계(56)와 스로틀밸브(58)의 전후를 연결하는 바이패스통로(62)가 있어, 이 통로를 통하여 추가적으로 공기가 엔진(52) 안으로 들어간다. 통로(62)의 출구 끝에 솔레노이드노즐(64)이 있으며, 이것은 솔레노이드노즐(66)에 의해 작동되며, 그것을 통과하는 추가적인 공기의 유통을 제어한다. 상기 바이패스통로(62)와 상기 노즐(64)을 추가공기도입수단을 구성한다.

공기유량계(56)는 첫째로 통과하는 공기의 유량을 측정하여 출력신호(S_a)를 발생하여 프로세싱유니트(30)로 보낸다. 본 실시예에서는 열선식 공기유량계를 사용했지만, 베인(vane)식이나 흡입매니포울드 압력식과 같은 다른 형의 공기유량계를 사용할 수 있는 것은 물론이다. 스로틀밸브(58)에는 스로틀스위치(도시생략)가 부착되어 있으며, 이 스위치는 스로틀밸브(58)가 닫혀질 경우 출력신호(S_t)를 발생하여 프로세싱유니트(30)로 보낸다. 신호(S_a)와 (S_t)를 후술하는 기타 신호들과 함께 격납하면 프로세싱유니트(30)는 소정의 프로세싱을 실시하여 연료분사제어신호(S_f)를 발생하여 연료분사밸브(60)로 보내고, 또 노즐제어신호(S_v)를 발생하여 솔레노이드코일(66)로 보낸다. 노즐(64)이 열릴 경우, 후술하는 정확도 동작을 위하여 노즐은 소정기간동안 일정각도로 스로틀밸브(58)를 열어 주는 방법으로 대치할 수도 있다. 연료분사제어신호(S_f)는 밸브개방시간(T_f)(분사시간)의 신호이며, 밸브개방시간동안, 연료분사밸브(60)가 열려 연료가 흡기관안으로 분사된다.

(68)은 배기관이며, 이미 설명한 바와 같이 산소농도검출기의 검지부분(2)이 배기관에 부착되어 있다. (70)은 검출기의 구동회로이며 검지부분(2)을 제외한 제1도 또는 제5도의 모든 구성부분을 포함하고 있다. 즉, 검지부분(2)과 구동회로(70)는 도면에 나타낸 바와 같이 산소농도검출기를 구성한다. 그러므로, 공연비를 결정하기 위한 농도신호(V_T)는 구동회로(70)로부터 출력된다. 이 신호(V_T)는 프로세싱유니트(30)로 보낸다. 트랜스밋숀(도시생략)에 장비된 뉴트럴스위치(72)로부터의 신호가 프로세싱유니트(30)에 전달된다. 이 신호는 트랜스밋숀이 중립위치에 있다는 것을 의미한다. 프로세싱유니트(30)에 전달되는 또 하나의 신호는 엔진(52)의 회전수(n)이 나타내는 신호다.

다음에 이 실시예의 동작을 설명한다. 도면상 배치에서 소위 기본분사시간은 공기유량계(56)로부터의 신호(S_a)와 엔진(52)의 회전수(n)에 의해 계산된다. 기본분사시간은 각종 신호에 의해서, 예를 들면 그들 모두가 표시되어 있지는 않지만, 공연비신호(V_T), 엔진(52)의 온도 및 기타 제어하는데 필요한 신호에 의해 교정되고 있다. 분사시간(V_f)은 이 교정동작에 의해 구해진다. 이들 동작은 각종 공지의 수법에 의하여 프로세싱유니트(30)에서 실시될 수 있다. 또, 분사시간(V_f)을 구하는 방법은 본원 발명과는 아무런 관계가 없고 반대로 말하면 본원 발명은 분사시간(V_f)을 결정하는 방법에 제한되어 있지 않기 때문에 여기서는 분사시간(V_f)를 구하는 방법에 관한 설명은 생략하였다.

본 실시예의 특징인 동작의 제1단계가 스로틀밸브(58)를 통해 유통한 본래의 공기의 유속이 음속과 동등하다는 엔진(52)의 동작상태하에서 수행된다. 이와 같은 상태는 스로틀밸브(58)가 아이들(idle)각에 있으며 엔진(52)이 아이들인 경우에 발생한다. 또, 이와 같은 상태하에서는 P_n＞＞P_m의 관계가 성립되며, 여기서 (P_n)은 스로틀밸브(58)의 상류쪽에 있는 흡기관(54)내의 압력이며, (P_m)은 하류쪽의 압력이다. 노즐(64)출구의 직경은 노즐(64)을 통하여 공기가 스로틀밸브(58)의 하류 안으로 추가해서 흘러들어 올지라도 압력이 상기 관계가 무너지지 않도록 선택된다. 압력의 상기 관계가 항상 만족하다면, 공기유량계(56)를 통한 정상의 공기유량은 노즐(64)을 통하여 공기가 추가하여 도입된다할지라도 변하지 않으며, 따라서 신호(S_a)도 변하지 않는다.

이와 같이 하여, 노즐(64)을 통하여 추가된 공기의 유속이 음속과 동등하다면, 바이패스통로(62)를 통하여 도입된 공기의 양(ΔQ_a)은 하기의 식으로 표시된다 :

여기서 a : 노즐(64)의 개구면적, γ : 비열비, ρ : 공기의 밀도(온도의 함수)로 표시된다. 이 때문에 압력(P_n)과 온도(따라서 밀도)가 대략 일정하면, (Q_a)는 노즐(64)의 개구면적(a)만의 함수로 되어, (ΔQ_a)가 정확하게 구해진다. 또 압력(P_n)과 온도에 의한 보정을 가하면, 더욱 정확한 값으로 된다.

이제, 노즐(64)이 닫혀 있는 동안 공기유량계(56)에 의해 측정한 정상의 공기량을(Q_a0)라고 가정하고, 연료분사가(T_f0) 기간동안 실시되었다고 하면, 분사된 연료량은 Q_f0(=Q_a0/n)가 된다. 또 노즐(64)을 시점(t₁)에서 열었다고 가정하면 추가공기량(ΔQ_a)이 스로틀밸브(58)의 하류에 도입되며, 노즐(64)은 시점(t₂)에서 닫혀진다. 이 경우, 상술한 바와 같이 공기유량계(56)를 통하여 흐른 정상의 공기량은 변하지 않고(Q_a0)와 동등하다. 그러므로, 분사될 연료량(Q_f0)은 (Q_a0)에 따라 계산되며 변하지 않는다. 그 결과, 엔진(52)에 공급되는 혼합기의 공연비는 변한다. 노즐(64)을 열음으로써 공연비는 다음과 같이 변한다 :

(열기전) (연 다음)

Q_a0/Q_f0(Q_af+ΔQ_a)/Q_fo

본원 발명에 있어서, 잉여산소농도검출기의 시간경과변화는 노즐(64)의 열기 전과 연 다음의 공연비의 차이를 알아가지고 검출한다. 다음, 제7도에 의하여 시간경과변화를 검출하는 방법의 원리에 대해서 설명한다. 이 검출동작은 λ=1.0의 상태하에서 엔진(52)이 동작하는 동안 실시된다. 이와 같은 엔진(52)의 동작상태는 농도검출기의 출력전압(V_T)이 전압(V_PG)과 동등하게 하는 피이드백제어에 의해서 이루어진다. 이것은 시간경과변화에도 불구하고 농도검출기의 출력전압이 λ=1.0 시점에서 변하지 않는다는 사실을 이용하기 위한 것이다. 이 점을 고정하므로써, 검출동작기간의 분출연료량(Q_f)을 알 수 있다.

이러한 상태하에서, 노즐(64)이 닫혀 있는 동안의 잉여산소농도검출기의 출력전압(V₀)은 아래와 같이 표시된다 :

여기서, K는 산소농도검출기의 이득이다. 또, 노즐(64)을 열었을때의 산소농도검출기의 출력전압(V₁)은 아래와 같은 식으로 표시된다.

출력전압 V₀와 V₁와의 차이는 다음과 같다.

즉, 노즐(64)을 열음으로써 발생하는 λ의 변화는 ΔQ_a/Q_f0이고, 여기에 따라 산소농도검출기의 출력전압의 변화는 V₁-V₀가 된다. 이것은 제7도에서 설명되고 있으며, 또 상기 식(4)은 아래와 같이 변형된다.

(ΔQ_a)는 식(1)에서 구할 수 있고, (Q_f0)는 가지의 값이기 때문에, 이득(K)은 상기 식(5)에서 구할 수 있다. 이와 같이 구한 이득(K)은 현시점에서의 산소농도검출기의 이득이며, 시간경과변화는 검출기의 이득의 변화형태로서 나타나기 때문에, 검출기의 시간경과변화를 알기 위해서 검출된 현재의 이득(K)은 원래의 이득과 비교된다.

제8도는 각 부분의 신호변화나 프로세싱유니트(30)에 데이터를 입력하는 시간의 변화를 나타내는 타임차아트이다. 우선, 노즐(64)이 닫혀 있는 동안(제8e도 참조) 산소농도검출기의 출력전압(V₀)을 프로세싱유니트(30)에 읽어 넣는다. 시점(t1)에서 노즐(64)을 연다(제8a도 참조). 노즐(64)을 열었을때일지라도, 공기유량계(56)의 출력전압(S_a)와 나아가서는 엔진(52)에 공급되는 연료량(Q_f)은 불변이며(제8b도 및 제8d도 참조), 엔진(52)에 흡입된 흡입량(Q_a)은 (Q_a0)에서 (ΔQ_a)만큼 증가한다(제8c도 참조). 노즐(64)을 연 다음, 시각(t_w)에서, 검출기의 출력전압(V₁)을 프로세싱유니트(30)에 읽어 넣는다(제8e도 참조). 시각(t_w)은 노즐(64)이 열린 후 공기의 유량이 충분히 안장되는 기간을 선택한다. 전압(V₁)을 읽고 난 다음, 노즐(64)은 시점(t₂)에서 다시 닫힌다(제8a도 참조).

상기 노즐(64)의 제어와 산소농도검출기의 시간경과변화를 알기 위한 연산논리적 동작을 프로세싱유니트(30)에 의하여 행한다. 프로세싱유니트(30)의 동작을 제9도의 플로우차아트에 의하여 설명한다. 또, 제9도의 동작을 다음에 정확도검정동작이라고 하기로 하며, 그 이유는 이 동작에서 산소농도검출기의 시간경과변화와 그 정도를 검출하여 교정계수를 찾아내기 때문이다.

스타아트 후, 스텝(100)에서 엔진(52)이 아이들링상태에 있는지의 여부를 판정한다. 이 판정을 뉴트럴스위치(72)로부터의 신호와 엔진(52)의 회전수에 의한다. 엔진(52)이 아이들링상태에 있는 경우, 동작은 스텝(102)으로 진행되며, 그렇지 않으면 동작은 종료된다. 스텝(102)에서 정확도검정동작을 위한 플랙(CAFLAG)이 0인지 아닌지를 판단한다. 정확도검정동작에 필요한 모든 데이터를 읽었을 때, 이 플랙이 올려진다. 플랙(CAFLAG)이 0이면 동작은 스텝(104)으로 진행되며, 그렇지 않으면 동작은 종료된다. 정확도검정동작이 종료되었기 때문이다.

스텝(104)와 (106)을 반복하므로써, 엔진(52)은 λ=1.0의 동작상태로 들어간다. 엔진(52)의 이와 같은 동작상태하에서 그때 공급된 연료의 양(Q_f0), 엔진(52)의 회전수(N₀), 산소농도검출기의 출력전압(V₀)을 계속해서 판독한다(스텝 108, 110 및 112), 스텝(114)에서 회전수(N)가 다시 판독되고, 회전수(N)의 변화가 소정 범위내에 있는지의 여부를 스텝(116)에서 점검한다. 이 스텝의 목적은 엔진의 동작상태가 전번 스텝의 시기와 변화하지 않았는지, 그리고 여기서 정확도검정동작에 필요한 데이터를 취득했는지를 확인하는 데 있다. 동작상태가 변하면, 각 스텝에서 판독된 데이터는 무효가 되며, 따라서 앞으로의 동작은 종료된다. 동작상태에 변함이 없으면, 동작은 스텝(118)으로 진행된다. 스텝(118)에서 분사될 연료량(Q_r)은 스텝(108)에서 읽은 값(Q_f0)으로 유지된다. 그 다음, 노즐(64)은 스텝(120)에서 열린다. 스텝(122)와 (124)의 동작은 타이머동작이다. 그러므로, 노즐(64)을 열고서 시간(t_w)후에, 스텝(126)과 (128)을 계속해서 실시하므로써, 산소농도검출기의 출력전압(V₁)과 회전수(N)가 판독된다. 스텝(130)에서 엔진(52)의 회전수(N)를 다시 점검한다. 이 스텝의 목적은 스텝(116)과 같다. 회전수(N)가 변하면, 동작은 종료된다. 회전수(N)의 변화가 소정 범위내에 있으면, 스텝(132)에서 값(1)이 플랙(CAFLAG)에 정해지며 이것은 정확도검정동작에 필요한 데이터의 판독이 끝났다는 것을 의미한다.

프로세싱유니트(30)에 필요한 데이터를 입력한 후, 마지막 정확도검정동작에서 구하여 기억해 둔 전의 이득(K₀)을 스텝(134)에서 기억장치로부터 판독한다. 스텝(136)에서 전의 스텝에서 판독한 데이터에 따라서, 식(5)에 의하여 새로운 이득(K_N)을 연산한다. 다음 스텝(138)에서, K₀와 K_N과의 비율(K_G)을 연산한다. 비율(K_G)은 앞으로 교정계수라고 부른다. 이와 같이 구한 교정계수(K_G)가 (1)이 아니면, 즉 새로운 이득(K_G)이 전의 이득(K₀)과 동등하지 않으면, 그 사실은 산소농도검출기가 시간경과변화 했다는 것을 의미한다. 시간경과변화 즉, 유공막(6)이 막힌 정도가 심하면, 새로운 이득(K_N)의 값은 시간경과변화의 정도에 따라 전의 이득(K₀)보다 작게 되어, 계수(K_G)는 여기에 따라, 1이 아닌 다른 값이 된다. 즉, 계수(K_G)는 검출기의 시간경과변화의 정도를 표시하는 것이라고 말할 수 있다. 그러므로, 계수(K_G)는 시간경과변화된 검출기로 측정한 값에 따라 결정된 공연비를 교정하는데 이용된다.

다음 제10도에 의하여 공연비의 값을 부정확하게 측정한 것을 교정하는 동작과 정확한 공연비의 결정에 관해 설명한다.

또, 유공막(6)의 구멍이 막혀진 경우를 예를들면(제4b도의 파선 b 참조) 실제로 측정한 전압은 λ＞1.0의 영역에서 정상치(제4b도의 실선)보다 낮으며, λ＜1.0의 영역에서는 전자가 후자보다 높은 것을 나타내고 있다. 또, 확산저항막(6)의 일부가 벗겨질 경우 상기한 바와 같이 검출기의 출력전압 대 λ의 관계는 반대로 된다. 그러므로, 교정동작은 각각 λ＜1.0 및 λ＞1.0 영역에서 별개로 실시되어야 한다.

우선, 그때의 산소농도검출기의 출력전압(V_T)이 스텝(150)에서 판독되며, 스텝(152)에서는 출력전압(V_T)을 λ=1.0인 경우 출력전압인 전압(V_PG)과 비교한다. (V_T)가 (V_PG)보다 작은 경우, 즉 λ＜1.0의 영역에서 동작은 스텝(154)으로 진행되며, 여기서(V_PG)로부터 (V_T)를 감하여 차이(V_D)를 구한다. 스텝(156)에서 교정치(V_G)는 차이(V_D)에 제9도의 동작에서 이미 얻은 교정계수(K_G)를 곱하여 구한다. 또, 교정된(V_TC)는 스텝(158)에서, (V_PG)로부터 (V_G)를 감하여 구한다. 스텝(152)으로 돌아가서, (V_T)가 (V_PG)보다 클 경우, 즉 λ＞1.0의 영역에서 동작은 스텝(154')으로 진행된다. 스텝(154')에서 시작하는 프로세스에서 스텝(154)에서 (158)까지의 프로세스와 동일한 동작을 실시한다. 그러나 차이(V_D)는 (V_T)로부터 (V_PG)를 감하므로써 구하고, 교정된(V_TC)는 (V_PG)에 (V_G)를 더하여 구한다. 교정된(V_TC)에 따라서, 스텝(160)에서 공기과잉비율테이블(λ-테이블)을 설치하며, 이것에 대하여는 다음에 상세히 설명한다. 그리하여, 정확한 공연비를 식별하여 정확한 연료분사제어를 위하여 이용한다.

제11도는 λ-테이블의 일례이다. 테이블은 프로세싱유니트(30)의 기억장치 속에 작성되어 있으며, 산소농도검출기의 출력전압(V_T)에 대응하는 어드레스를 가지고 있다. 이 예에 있어서, λ＜1.0영역의 출력전압(V_T)에서 어드레스 N, N+1, ..., N+n가 지정되어 있으며, λ＞1.0 영역의 출력전압(V_T)에는 어드레스 M, ..., M+n이 지정되어 있다. 또 전압(V_PG)(λ=1.0)에 대응하는 어드레스는 N₀이다. 각 어드레스의 기억위치에서 대응하는 λ가 기억되어 있다. 기억된 λ가 시간경과변화되지 않은 산소농도검출기의 정상출력전압에 따라 미리 결정된 정확한 값이라면, 교정된(V_TC)에 대응하여 판독한 λ의 값은 정확한 것이다.

상기 실시예에서, 제10도의 교정동작이 산소농도검출기의 출력전압을 프로세싱유니트(30)안에 읽어 넣을 때마다 실시된다. 그러나, 제9도의 정확도검정동작에 의해 교정계수(K_G)를 구한후 제11도의 λ-테이블의 내용을 다시 기재하므로써, 본원 발명의 요망되는 목적이나 효과를 달성할 수 있다. 다음은 제12도에 의하여 λ-테이블 내용을 다시 기재하는 방법에 대해 설명한다.

우선, 스텝(162)에서 교정계수(K_G)의 역수치(K_G')를 계산한 다음 스텝(164)에서, λ-테이블의 어드레스(N)에 기억된(λ)의 값을 판독한다. 스텝(166)에서 스텝(170)에 이르는 프로세스에서, 제10도의 플로우차아트에 대응하는 프로세스와 동일한 방법으로 교정된(V_TC)를 구한다. 스텝(172)에서 스텝(164)에서 판독한 (λ)의 값을 교정된 (V_TC)에 대응하는 λ-테이블의 어드레스에 기억해 넣는다. 즉, 교정된(V_TC)에 대응하는 어드레스의 내용을(λ)의 값에 의해 다시 기재하며, 스텝(164)에서 판독한다. 그 다음, 어드레스값(N)은 스텝(174)에서 1만큼 증가되며, 어드레스값(N)이 (N+n)에 도달했는지 여부를 스텝(176)에서 판정한다. 도달하지 않았으면, 동작은 스텝(164)으로 되돌아가서, 어드레스값(N)이 (N+n)이 될 때까지 상기 프로세스를 반복한다. 어드레스값(N)이 (N+n)에 도달하면, 동작은 스텝(178)으로 진행한다. 스텝(164)에서 스텝(176)으로의 상기 플로우는 어드레스(N)에 기억된 내용을 λ-테이블의 (N+n)로 다시 기재하는 프로세스이다. 즉 λ-테이블의 λ＜1.0 범위가 이 프로세스에 의해 다시 기재된다.

스텝(176) 다음에 스텝(178)을 실시하며, 여기서는 λ-테이블의 어드레스(M)에 기억된(λ)의 값을 판독한다. 스텝(180)에서 스텝(184)에 이르는 프로세스에서 교정된(V_TC)는 제10도의 플로우차아트에 대응하는 프로세스와 동일한 방법으로 구한다. 스텝(186)에서 스텝(178)에서 판독된(λ)의 값은 스텝(184)에서 구한 교정된(V_TC)에 대응하는 λ-테이블의 어드레스에 기억해 넣는다. 즉, 교정된(V_TC)에 대응하는 어드레스의 내용은 스텝(178)에서 판독된(λ)의 값에 의해 다시 기재된다. 그 다음, 어드레스값(M)은 스텝(188)에서 1만큼 증가되며, 어드레스값(M)이 (M+n)에 도달했는지의 여부를 스텝(190)에서 판정한다. 도달하지 못하면, 동작은 스텝(178)으로 되돌아가서 어드레스값(M)이 (M+n)이 될 때까지 스텝(178)으로부터 스텝(188)에 이르는 스텝(178)으로 되돌아가서 어드레스값(M)이 (M+n)에 도달하여 동작은 종료된다. 스텝(178)으로 이 프로세스를 시작하므로써 λ-테이블의 어드레스(M)에서 (M+n)에 기억된 내용이 다시 기재된다. 즉, λ-테이블의 λ＞1.0범위를 다시 기재할 수 있다.

이와 같이, 산소농도검출기의 시간경과변화의 정도에 따라 λ-테이블을 교정하면, λ-테이블에서 판독한(λ)의 값은 다음의 연료분사제어를 위하여 즉시 이용할 수 있다.

상기 실시예에서, 교정계수(K_G)나, 검출기의 이전 이득(K₀) 및 새로운 이득(V_N)에 따라 구한 그의 역수치(K_G')를 사용하여 산소농도검출기의 출력전압을 교정하게 되며, 연료분사제어를 위하여 사용될(λ)의 값은 교정된 전압(V_TC)에 따라 정해진다. 다음에, 검출기의 시간경과변화의 정도에 따라 산소농도검출기의 이득 자체가 교정되는 또 하나의 실시예를 설명한다.

우선, 제13도 및 제14도에 의하여 또하나의 실시예의 동작원리를 설명한다. 이 실시예는(λ)의 동일한 값에 대하여 출력전압(V_T')은 제1도의 신호의 온·오프기간을 스위치(12)에서 (18)로 바꾸므로써, 즉(V_T')의 전극(8)에 대한 인가기간을 바꾸므로써, 바꿀 수 있다는 사실을 이용하고 있다. 즉, 산소농도검출기의 이득은 스위치(12)에서 (18)에 대한 신호의 온·오프기간에 따라 변한다. 제13a도는 기간(T₁)과 (T₂) 사이의 표준적인 관계를 나타낸다. 제3c도에서와 동일한 모양으로, (T₁) 기간(제1모우드동작)에 스위치(12), (16)는 닫히고, 스위치(14), (18)는 열리며, 이와 반대로(T₂) 기간(제2모우드동작)에 스위치(12), (16)는 열리고, 스위치(14), (18)은 닫힌다.

제2모우드동작의 기간(T₂)이 제13b도에서와 같이 (T₂)보다 긴(T₂')로 바뀌면 산소농도검출기의 이득은 제14도의 파선으로 나타낸 바와 같이 작아진다. 그 이유는, 제2모우드동작기간이 연장되면, 고체전해부재(4)를 통하여 흐르는 전류가 소량일지라도 충분한 양의 산소가 대기와 배출가스 사이의 고체전해부재(4)를 통하여 옮겨질 수 있기 때문이다. 이와 반대로, 제2모우드동작기간(T₂)이 제13c도에서와 같이 (T₂″)로 단축되면 검출기의 이득은 제14도의 일점쇄선에 의해 나타낸 바와 같이 커진다. 그 이유는 아래와 같다. 제2모우드동작기간이 단축되면, 고체전해부재(4)를 통해 흐르는 전류가 증가하여 전극(8)의 전위를 0.4V로 유지하기 위하여 충분한 양의 산소를 확실히 옮기게 된다. 또 제13a도 내지 제13c도에서 보는 바와 같이, 제1모두으동작기간(T₁)은 변하지 않는다.

더욱이, 이미 설명한 바와 같이, λ=1.0일 경우에는 어느때나 산소농도검출기이 출력전압(V_PG)에서 유지된다는 것을 알게 될 것이다.

다음에, 제15도의 플로우차아트에 의하여 상기 동작원리를 이용한 실시예의 동작에 대해 설명한다.

스타아트로부터 산소농도검출기의 출력전압(V₁)을 판독하는 스텝까지의 프로세스는 제9도의 스텝(100)에서 (126)까지와 동일하기 때문에 상세한 스텝은 도시에서 생략되었다. 또, 현재 판독한 출력전압(V₁)은 (V₁)(NEW)으로 나타내며, 전에 판독한 출력전압(V₁)은 (V₁)(OLD)으로 나타낸다. (V₁)(NEW)을 판독한 다음, 스텝(192)에서 (V₁)(OLD)과 비교한다. (V₁)(OLD)이 (V₁)(NEW)보다 클 경우에, 제2모우드 동작의 기간(T₂)은 양자가 서로 동등하게 될 때까지(스텝 194 및 196)감소된다. (V₁)(NEW)이 (V₁)(OLD)과 동등하게 되는 기간(T₂)은 다음의 제2모우드동작을 위하여 사용되는 시간이다. 이와 반대로, (V₁)(OLD)이 (V₁)(NEW)보다 작을 경우, 제2모우드동작기간(T₂)은 양자가 서로 동등하게 될 때까지(스텝 194' 및 196')증가된다. 상기와 동일한 방법으로, (V₁)(NEW)이 (V₁)(OLD)과 동등하게 되는 기간(T₂)는 다음의 제2모우드동작을 위하여 사용되는 것이다.

제2모우드동작기간을 이와 같이 결정한 다음, 엔진의 회전수(N)는 스텝(198)에서 판독하고, 회전수의 변화는 스텝(200)에서 점검된다. 회전수의 변화가 소정범위내에 있을 경우, 값(1)은 플랙(CAFLAG)에서 올려지고 동작은 종료된다. 회전수의 변화가 소정범위를 넘었을 경우에는 플랙(CAFLAG)을 올리지 않고 동작은 종료된다.

본 실시예에 의하면, λ-테이블을 다시 기재하는 동작은 불필요하며, 따라서 다음의 프로세스가 간단해진다.

또, 제10도 및 제12도의 실시예에서 전의 이득(K₀)과 새로운 이득(K_N)에서 계산된 교정계수(K_G)나 그의 역수치(K_G')는 (λ)의 정확한 값을 정하기 위해 사용된다. 이득(K)을 계산하기 위한 상기 식(5)에서 명백한 것과 같이, 바이패스통로(62)를 통하여 추가로 도입된 공기의 양(ΔQ_a)과 분사된 연료의 양(Q_f0)은 가변량으로 거기에 포함되고 있다. 예를 들면, 식(5)의 가변량중 추가공기량(ΔQ_a)은 장기간에 걸쳐 사용한 후, 여러 가지 이유 때문에 변할 수 있다. 또, 분사연료량(Q_f0)은 항상 충분히 정확하지 않기 때문에, 가능하면 이득(K)을 계산하기 위한 가변량으로서(Q_f0)를 사용하지 않는 것이 요망된다. 다음에, 추가공기량(ΔQ_a)과 분사연료량(Q_f0)을 이용하지 않고 교정계수(K_G)를 구하는 실시예에 대해 설명한다.

우선 본 실시예의 동작원리를 제16도의 동작의 타임차아트에 의하여 설명한다.

우선 엔진(52)을 아이들링상태로 하고 노즐(64)을 닫는다(제16a도). 이때, 엔진에 흡입된 공기량(Q_a0)이다(제16b도). 이러한 상태하에서(λ)의 값은 λ0(=1.0)가 된다(제16d도). 이것은 산소농도검출기의 출력전압이 V₀(=V_PG)가 되도록(제16e도) 제어되는 피이드백제어에 의해 달성된다. 그 결과, 연료량(Q_f0)이 엔진에 공급된다(제16c도). 이때의 동작상황을 상황 1(S1)이라고 한다.

다음, 연료량(Q_f)이 (Q_f0)로 유지되므로써(제16c도), 노즐(64)이 열리고(제16a도) 추가공기량(ΔQ_a)이 엔진(52)안으로 도입된다(제16b도). 이때 엔진에 흡입된 공기의 전량(Q_aa)은 다음과 같이 표시된다.

이미 설명한 바와 같이, 노즐(64)이 열려 있어도 공기유량계(56)에 의해 측정된 값은 불변이며(Q_a0)에 대응한다. 그 이유는 스로틀밸브(58)를 통하여 흐르는 원래의 공기의 유속은 음속과 같기 때문이다. 그러므로, 공기유량계(56)로부터의 신호에 따라 계산된 연료량(Q_f0)은 불변이다(제16c도). 따라서, 엔진(52)안으로 흡입되는 혼합기는 리인하게 되며, (λ)의 값은 λ₀(=1.0)보다 큰(λ1)으로 된다(제16d도). 이때의 산소농도검출기의 출력전압은 V₀(=V_PG)보다 큰(V₁)이 된다(제16e도). 이 동작상황을 이 도면에서 상황 2(S2)으로 나타낸다.

그 다음, 노즐(64)이 열린 상태에서(λ)의 값은 다시 λ₀(=1.0)(제16d도)으로 된다. 그 결과, 엔진(52)안으로 흡입된 공기량(Q_a)은 (Q_aa)(제16b도) 그대로 유지되기 때문에, 연료량은(ΔQ_f)만큼 증가된다(제16c도). 공급될 연료의 전량(Q_fa)은 다음과 같이 표시된다.

이때, 산소농도검출기의 출력전압은 V₀(=V_PG)가 된다(제16e도). 이때의 동작상황을 상황3(S3)이라고 한다.

그 다음, 연료량은(Q_fa)로 유지되므로(제16c도), 노즐(64)은 다시 닫힌다(제16a도). 그리하여, 엔진(52)안으로 흡입되는 공기량(Q_a)은 (Q_a0)로 되돌아간다(제16b도). 엔진(52)에 공급되는 혼합기는 리치하게 되고, (λ)의 값은 λ₀(=1.0)보다 작은(λ₂)로 된다(제16d도). 산소농도검출기의 출력전압은 또 V₀(=V_PG)보다 작은 (V₂)로 된다(제16e도). 이 마지막 동작상황을 상황 4(S4)로서 도면에 나타낸다.

제17도는 상기 동작상황의 과도적 상황을 나타낸다. 도면에 있어서 횡좌표는 엔진(52)에 공급되는 연료량(Q_f)을, 종좌표는 엔진(52) 안으로 흡입되는 공기량(Q_a)를 각각 나타낸다. 도면의 파선은 엔진(52) 안으로 흡입된 혼합기의 이론공연비(Q_a/Q_f=14.7)의 선을 나타낸다. 그러므로, λ=1.0의 동작상황은 이 파선상에 있게 된다. 파선 위의 영역은 혼합기가 리인한 것을 의미하며, 파선 아래의 영역은 혼합기가 리치한 것을 의미한다. 상기 동작은 파선상의 점(S1)(Q_f0, Q_a0)에서 시작한다. (Q_f0)에서 유지되는 연료량(Q_f)으로 노즐(64)을 열음으로써 동작상황은 점(S2)(Q_f0, Q_aa)으로 이동한다. 그리하여, 연료량(Q_f)은 (Q_aa)로 유지되며, 공기량(Q_a)이 (ΔQ_f)만큼 증가되어, λ의 값은 λ₀(=1.0)이 된다. 그리하여, 동작상황은 파산상의 점(S3)(Q_fa, Q_aa)에 도달한다. 그 다음, 노즐(64)은 다시 닫힌다. 공기량(Q_a)은 노즐(64)을 닫음으로써(ΔQ_a)만큼 감소된다. 그리하여 동작상황은 점(S4)(Q_fa, Q_a0)이 된다.

제18도는 산소농도검출기의 출력특성상 상기 동작을 나타낸다. 도면에 있어서, 실선(a)의 검출기의 시간경과변화 전의 당초 특성을, 파선(b)은 시간경과변화 후의 검출기의 특성을 각각 나타낸다. 시간경과변화의 예로서 유공막(6)이 막힌 경우를 들 수 있다. 도면에서 명백한 바와 같이, 상황(S1) 및 (S3)하에서 산소농도검출기의 출력전압은 양 특성상 동일하며 V₀(=V_PG)와 동등하다. 상황(S2) 및 (S4)하에서, 특성(a) 및 (b)사이에 검출기의 출력전압의 차이가 있다.

(λ)가 1.0보다 큰(λ₁)인 경우 즉, 리인영역에서 산소농도검출기의 출력전압은 특성(a)에서는 (V₁)이고, 특성(b)에서는 (V₁)보다 낮은 (V₁')이 된다. 한편, (λ)가 1.0보다 작은 (λ₂)인 경우, 즉 리치영역에서 검출기의 출력전압은 특성(a)에서는 (V₂)이고, 특성(b)에서는 (V₂)보다 높은 (V₂')가 된다. 검출기 출력전압의 변화는 시간경과변화의 정도를 나타내므로, 정확도검정동작은 이 변화에 따라 실시된다. 상기 동작원리를 이용한 정확도검정방법은 다음과 같다.

특성(a)에 대하여, 상황(S1)하에서 공기량(Q_a)과 연료량(Q_r) 사이에는 다음과 같은 관계가 있다 ;

여기서, λ=1.0이기 때문에 C는 14.7이며, 이것은 이론공연비에 대응한다.

상황(S2)하에서, 공기량(ΔQ_a)이 추가되었기 때문에 다음과 같은 관계가 성립된다 ;

여기서, K는 λ＞1.0영역에서 산소농도검출기의 이득을 나타낸다.

상황(S3)하에서, 노즐(64)이 열려 λ=1.0이기 때문에 다음과 같은 관계가 성립된다 ;

여기서, Q_fa=Q_f0+ΔQ_f

상황(S4)하에서, 연료량(Q_f)은 (Q_fa)에서 유지되고 노즐(64)은 닫혀 있기 때문에, 다음과 같은 관계가 성립된다 ;

여기서, βK는 λ＜1.0 영역에서의 산소농도검출기의 이득을 나타낸다.

상기 식(8) 내지 식(11)으로부터 이득(K)은 다음과 같이 구한다.

같은 방법으로, 시간경과변화된 산소농도검출기의 출력특성(b)에 대하여, 이득(K')도 구할 수 있다. 이득(K')은 다음의 식으로 나타낸다.

따라서, 전번의 이득과 새로운 이득의 비율로서 구한 교정계수(K_G)는 다음과 같이 된다.

제10도 및 제12도에서 보는 바와 같이, 이와 같이 구한 교정계수(K_G)는 교정동작을 위하여 이용될 수 있는 것은 물론이다. 식(14)에서 명백한 바와 같이, 이 식은 가변량으로서 측정된 값만을 포함하고 있으며, 따라서 교정계수(K_G)는 (Q_a0) 및 (Q_f0), 그리고 노즐(64)의 여린 부분의 변동의 영향없이도 얻을 수 있다.

다음, 상기 동작원리에 의하여, 프로세싱유니트(30)에 의한 동작에 대하여 설명한다. 제19도에 이 동작의 플로우차아트를 나타낸다.

스텝(204)에서, 엔진(52)이 아이들링상태에 있는지 여부를 점검하고, 스텝(206)에서 플랙(CAFLAG)의 값을 검토한다. 엔진이 아이들링상태에 있지 않던가, (CAFLAG)의 값이 1이면, 그 이상의 동작은 실시하지 않는다. 엔진(52)이 아이들링상태에 있고, (CAFLAG)의 값이 0이면, 동작은 다음 스텝으로 진행한다. 즉, 스텝(208) 및 (210)을 실시하므로써, (λ)의 값은 1.0이 되며, 상황(S1)이 발생된다. 연료량(Q_f0)과 산소농도검출기의 출력전압(V₀)을 스텝(212) 및 (214)에서 판독하고, 연료량(Q_f)을 스텝(216)에서 (Q_f0)로 고정 유지한다.

스텝(218)에서, 노즐(64)을 열어 상황(S2)이 발생된다. 스텝(220)에서 엔진(52)이 아직도 아이들링상태에 있는 것을 확인한 다음, 스텝(222)에서 검출기의 출력전압(V₁)을 판독한다. 이때, 엔진(52)이 아이들링상태에 있지 않으면, 그 다음 동작은 실시하지 않는다. 출력전압(V₁)을 판독한 다음, 스텝(224) 및 (226)이 실시되고(λ)의 값은 다시 1.0으로 한다. 그리하여, 상황(S3)이 발생된다. 상황(S3)하에서의 연료량(Q_fa)을 스텝(228)에서 판독하고, 스텝(230)에서 엔진(52)이 아이들링상태에 있는지를 다시 확인한다. 엔진(52)이 아이들링상태에 있지 않으면, 동작은 종료된다. 엔진(52)이 아이들링상태에 있으면, 검출기의 출력전압(V₀)은 스텝(232)에서 판독한다.

그 다음, 스텝(234)에서 연료량(Q_f)이 (Q_fa)로 고정 유지되며, 이것은 스텝(228)에서 판독되며, 노즐(64)은 스텝(236)에서 닫는다. 그 결과, 상황(S4)이 발생된다. 다시, 스텝(238)에서, 엔진(52)이 아이들링상태에 있는지 여부를 점검한다. 엔진(52)이 아이들링상태에 있지 않으면, 다음 동작은 실시하지 않는다. 엔진이 아직도 아이들링상태이면, 검출기의 출력전압(V₂)을 스텝(240)에서 판독한다. 다음에 스텝(242) 및 (244)을 실시하므로써, 동작상황은 원래의 상황(S1)으로 되돌아간다. 그 다음, 스텝(246)에서, 현재의 이득(K')을 우선 스텝(214), (222), (232) 및 (240)에서 판독한 (V₀), (V₁) 및 (V₂)에 따라 식(12)에 의하여 계산한다. 그 다음, 마지막으로 계산한 이득이나, 기억장치에 기억되고 있는 최초의 이득(K)을 판독하여 교정계수(K_G)를 (K) 및 (K')의 비율을 가지고 계산한다. 교정계수(K_G)를 계산한 다음, 스텝(248)에서 값1을 플랙(CAFLAG)에서 올리고 동작은 종료된다.

본원 발명이 실제 내연기관에 적용된 실험결과를 제20도에 나타낸다. 이 도면에서 보는 바와 같이, 공기과잉비율(λ)과 산소농도검출기의 출력전압(V_T)은 동작상황에 따라 변하지만, 상기한 바와 같이 공기유량계(56)의 출력신호는 전혀 변하지 않는다. 그 이유는 공기의 유속이 음속과 동등하기 때문이다. 제21도는 시간경과변화 이전의 산소농도검출기의 출력특성(즉, 최초의 출력특성), 시간경과변화 후의 산소농도검출기의 출력특성, 및 정확도 검정특성 사이의 비교를 나타낸다. 정확도 검정특성은 제20도의 동작에 있어서의 산소농도검출기의 실제출력지에 따라 계산된 교정계수에 의해 시간경과변화 후의 특성을 교정하므로써 구해진다. 정확도검정특성은 시간경과변화 전의 출력특성, 즉 최초의 출력특성과 잘 일치하고 있다는 것을 이 비교에서 명백히 알 수 있다. 양 특성 사이의 차이는 공연비로서 1-2%이내이다.

상기 실시예를 통하여, 정확도검정동작은 엔진의 아이들링상태에서 실시되었지만, 정확도검정동작의 시간은 엔진의 아이들링 시간에 제한되지 않는다. 엔진이 안정된 상태에서 동작만 한다면 언제라도 정확도검정동작은 실시할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본원 발명에 의한 공연비검출장치에서, 산소농도검출기의 시간경과변화에 의해 발생한 공연비 측정상 오차는 용이하게 정확히 교정될 수 있으며, 정확한 엔진제어가 가능하다.

여기에 포함된 본원 발명이 범위로부터 일탈하지 않고 상기 장치 및 프로세스에 어느 정도의 변경을 가져올 수 있으므로, 상기 상세한 설명에 포함되었거나 첨부 도면에 나타낸 모든 사항은 하나의 예시로서 해석할 것이며, 제한된 의미로 해석해서는 안된다.

Claims

엔진의 배기가스중에 잔류하는 산소의 농도를 검출하는 산소농도검출기를 가지며, 이 산소농도검출기의 출력에 의해 미리 작성된 공기과잉비율테이블을 검색하여 공연비(空燃比)를 결정하는 내연기관에 공급되는 혼합기의 공연비 검출장치에 있어서, 공기유량계 및 스로틀밸브를 통하여 엔진에 흡인되는 주공기외에, 추가공기를 상기 엔진에 도입하는 추가공기도입수단과, 상기 엔진의 안정동작기간중에 소정량의 추가공기를 도입하도록 상기 추가공기도입수단을 제어하며, 또한 추가공기의 도입전후의 상기 산소농도검출기의 신호를 처리하고, 그 처리결과에 의하여 상기 공연비를 결정하는 프로세싱유니트를 구비하며, 상기 추가공기의 소정량 ΔQ_a은 다음 식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 공연비 검출장치.

여기서, a는 추가공기도입통로의 단면적, γ는 비열비, P₀는 스로틀밸브 전후의 차압, ρ는 공기의 밀도를 표시한다.
제1항에 있어서, 정상의 공기의 유속이 거의 음속과 동등한 상태하에, 추가공기가 엔진 안으로 도입되는 것을 특징으로 하는 공연비 검출장치.
제1항에 있어서, 상기 도입수단은 공기유량계 및 스로틀밸브를 바이패스하는 바이패스통로와, 상기 프로세싱유니트로부터의 신호에 따라서 상기 바이패스통로를 통과하는 공기의 유통을 제어하는 노즐로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공연비 검출장치.
제1항에 있어서, 스로틀밸브를 일정기간 현재의 개방각도로부터 약간의 각도만큼 더 개방하므로써 추가공기를 엔진안에 도입하는 것을 특징으로 하는 공연비 검출장치.
제1항에 있어서, 정상동작기간중 산소농도검출기에 의해 발생된 출력치는 프로세싱 결과에 따라 교정되며, 공기과잉비율테이블은 교정된 출력치로 정정되는 것을 특징으로 하는 공연비 검출장치.
제1항에 있어서, 공기과잉비율테이블의 내용은 프로세싱 절차를 실시할 때마다 매번 프로세싱 결과에 따라 다시 작성되며, 공기과잉비율테이블은 정상동작기간중 산소농도검출기의 출력치로 직접 정정되는 것을 특징으로하는 공연비 검출장치.
제1항에 있어서, 상기 프로세싱유니트의 프로세싱 절차는, 엔진에 공급되는 혼합기의 공연비를 대략 이론공연비가 되도록 조정하는 제1스텝과, 엔진에 공급되는 연료량과 산소농도검출기의 출력치를 판독하는 제2스텝과, 제2스텝에서 판독한 값으로 연료량을 고정 유지하고, 그다음 엔진에 추가공기를 도입하는 제3스텝과, 산소농도검출기의 출력치를 판독하는 제4스텝과, 제2 및 제4스텝에서 판독한 출력치에 의하여 산소농도검출기의 이득을 계산하고, 앞으로 공연비를 결정하는데 사용될 교정계수를 얻기 위하여 이번에 계산한 이득과 전에 계산한 이득과를 비교하는 제5스텝으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공연비 검출장치.
제7항에 있어서, 최소한 제5스텝 이전에, 엔진의 회전수의 변화가 소정범위(N₀-ΔN＜N
N₀+ΔN, N 및 N₀는 엔진의 회전수)내에 있는가를 확인하고, 회전수의 변화가 상기 소정범위를 넘는 경우 다음 스텝의 진행을 종료시키는 스텝이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 공연비 검출장치.
제7항에 있어서, 제4스텝은 추가공기의 도입으로부터 일정한 기간(t_w)이 경과한 후에 실시되는 것을 특징으로 하는 공연비 검출장치.
제7항에 있어서, 정상동작기간중 산소농도검출기에 의해 발생된 출력치는 교정계수에 이하여 교정되며, 공기과잉비율테이블은 교정된 출력치로 정정되는 것을 특징으로 하는 공연비 검출장치.
제7항에 있어서, 공기과잉비율테이블의 내용은 프로세싱 절차가 실시될 때마다 매번 교정계수에 의하여 다시 작성되며, 공기과잉비율테이블은 정상동작기간중 산소농도검출기의 출력치로 직접 정정되는 것을 특징으로 하는 공연비 검출장치.
제1항에 있어서, 상기 프로세싱유니트의 프로세싱 절차는, 엔진에 공급되는 혼합기의 공연비를 대략 이론공연비가 되도록 조정하는 제1스텝과, 엔진에 공급되는 연료량과 산소농도검출기의 출력치를 판독하는 제2스텝과, 제2스텝에서 판독한 값으로 연료량을 고정 유지하고, 그다음 엔진에 추가공기를 도입하는 제3스텝과, 산소농도검출기의 출력치를 판독하는 제4스텝과, 엔진에 공급되는 혼합기의 공연비를 대략 이론공연비가 되도록 조정하는 제5스텝과, 연료량과 산소농도검출기의 출력치를 판독하는 제6스텝과, 제6스텝에서 판독한 값으로 연료량을 고정 유지하고, 그다음 추가공기의 도입을 중지하는 제7스텝과, 산소농도검출기의 출력치는 판독하는 제8스텝과, 제2, 제4, 제6 및 제8스텝에서 판독한 출력치에 의하여 산소농도검출기의 이득을 계산하고, 앞으로 공연비를 결정하는데 사용될 교정계수를 얻기 위하여, 이번에 계산한 이득과 전번에 동일한 방법으로 계산하여 기억된 이득과 비교하는 제9스텝으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공연비 검출장치.
제12항에 있어서, 산소농도검출기의 출력치를 판독하는 스텝 이전에, 엔진의 회전수의 변화가 소정범위(N₀-ΔN＜N
N₀+ΔN, N 및 N₀는 엔진의 회전수)내에 있는가를 확인하고, 회전수의 변화가 상기 소정범위를 넘는 경우 다음 스텝의 진행을 종료하는 스텝이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 공연비 검출장치.
제12항에 있어서, 정상동작기간중 산소농도검출기에 의해 발생된 출력치는 교정계수에 의하여 교정되며, 공기과잉비율테이블은 교정된 출력치로 정정되는 것을 특징으로 하는 공연비 검출장치.
제12항에 있어서, 공기과잉비율테이블의 내용은 프로세싱 절차가 실시될 때마다 매번 교정계수에 의하여 다시 작성되며, 공기과잉비율테이블은 정상동작기간중 산소농도검출기의 출력치로 직접 정정되는 것을 특징으로 하는 공연비 검출장치.
제1항에 있어서, 추가공기를 도입했을 때의 산소농도검출기의 출력치가 전번의 추가공기도입시 판독되어 기억된 산소농도검출기의 출력치와 동등하게 되도록 산소농도검출기의 이득이 조정되는 것을 특징으로 하는 공연비 검출장치.