JPH0580617B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は内燃エンジンの空燃比制御装置に関す
る。

背景技術 内燃エンジンの排気ガス浄化、燃費改善等を目
的として、排気ガス中の酸素濃度を検出し、この
検出結果に応じてエンジンへの供給混合気の空燃
比を目標空燃比にフイードバツク制御する空燃比
制御装置がある。

このような空燃比制御装置に用いられる酸素濃
度検出装置として被測定気体中の酸素濃度に比例
した出力を発生するものがある（特開昭58−
153155号）。かかる酸素濃度検出装置においては、
一対の平板状の酸素イオン伝導性固体電解質材を
有する酸素濃度検出器が設けられている。その固
体電解質材は被測定気体中に配置されるようにな
され、固体電解質材の各表裏面には電極が々形成
されかつ固体電解質材が所定の間隙部を介して対
向するように平行に配置されている。固体電解質
材の一方が酸素ポンプ素子として、他方が酸素濃
度比測定用電池素子として作用するようになつて
いる。被測定気体中において間隙部側電極が負極
になるように酸素ポンプ素子の電極間に電流を供
給すると、酸素ポンプ素子の負極面側にて間隙部
内気体中の酸素ガスがイオン化して酸素ポンプ素
子内を正極面側に移動し正極面から酸素ガスとし
て放出される。このとき、間隙部中の酸素ガスの
減少により間隙部内の気体と電池素子外側の気体
との間に酸素濃度差が生ずるので電池素子の電極
間に電圧が発生し、その電圧を一定値にするよう
に酸素ポンプ素子に供給する電流値を変化させる
と、定温においてその電流値が被測定気体中の酸
素濃度にほぼ比例することになる。この酸素ポン
プ素子への供給電流値からエンジンに供給された
混合気の空燃比が目標空燃比よりリツチ及びリー
ンのいずれであるか判別される。空燃比を２次空
気によつて制御する場合、リツチと判別されたな
らば、２次空気をエンジンに供給し、リーンと判
別されたならば、２次空気の供給を停止すること
により空燃比が目標空燃比に制御される。

かかる酸素濃度検出装置においては、酸素ポン
プ素子に過剰の電流を供給すると、固体電解質材
から酸素を奪うブラツクニング現象が発生する。
例えば、固体電解質材としてZrO₂（二酸化ジルコ
ニウム）が用いられた場合、酸素ポンプ素子への
過剰電流供給によりZrO₂から酸素O₂が奪われて
ジルコニウムZrが析出される。このブラツクニ
ング現象は酸素ポンプ素子の劣化を急速に進め酸
素濃度検出器としての性能を悪化させる原因とな
るので酸素ポンプ素子への供給電流はブラツクニ
ング現象を防止するためにブラツクニング発生領
域の値より小さくしなければならない。

第１図は電池素子に発生する電圧V_Sをパラメ
ータとして酸素濃度と酸素ポンプ素子への供給電
流値I_Pとの関係特性及びブラツクニング現象発生
領域を示しており、ブラツクニング現象発生領域
との境界線は電圧V_Sをパラメータとした関係特
性と同様に１次関数的特性である。ブラツクニン
グ現象の発生を防止するために酸素ポンプ素子へ
の供給電流がブラツクニング現象発生領域に近い
値になると、該供給電流を減少させるリミツタ手
段を設けた酸素濃度検出装置が本出願人によつて
提案されている。

一方、排気ガス中の酸素濃度を検出する場合、
エンジンに供給する混合気の空燃比が理論空燃比
（14.7）付近であるときには電圧V_Sが激しく上下
に変動して非常に不安定となる。このとき、電圧
V_Sを一定値に制御するために酸素ポンプ素子へ
の供給電流値も変動し、その供給電流値が制限電
流値以上になると、リミツタ手段が作動して酸素
ポンプ素子への供給電流を減少せしめるので酸素
ポンプ素子への供給電流値から空燃比を正確に判
別できなくなり、運転性が悪化するのである。

発明の概要 そこで、本発明の目的はリミツタ手段の作動時
に誤つた空燃比判別をすることを防止して運転性
の向上を図つた空燃比制御装置を提供することで
ある。

本発明の空燃比制御装置はリミツタ手段の作動
時には酸素濃度検出装置の酸素濃度検出値から空
燃比を判別することを中止することを特徴として
いる。

実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明
する。

第２図は本発明による空燃比制御装置を示して
いる。本装置において、互いに平行な一対の平板
状素子の酸素ポンプ素子１及び電池素子２からな
る酸素濃度検出器は排気管（図示せず）内に配設
される。酸素ポンプ素子１及び電池素子２の主体
は酸素イオン伝導性固体電解質材からなり、その
一端部間には間隙部３が形成され、他端部はスペ
ーサ４を介して互いに結合されている。また酸素
ポンプ素子１及び電池素子２の一端部の表裏面に
多孔質の耐熱金属からなる方形状の電極板５ない
し８が設けられ、他端部面には電極板５ないし８
の引き出し線５ａないし８ａが形成されている。

酸素ポンプ素子１の電極板５，６間には電流供
給回路１１よつて電流が供給される。電流供給回
路１１はオペアンプ１２，NPNトランジスタ１
３及び抵抗１４，１５からなる。オペアンプ１２
の出力端は抵抗１４を介してトランジスタ１３の
ベースに接続されている。またトランジスタ１３
のエミツタは抵抗１５を介してアースされてい
る。抵抗１５は酸素ポンプ素子１の電極板５，６
間に流れるポンプ電流値I_Pを検出するために設け
られており、その端子電圧がポンプ電流値I_Pとし
て制御回路３１のI_P入力端に供給される。トラン
ジスタ１３のコレクタは酸素ポンプ素子１の内側
電極板６に引き出し線６ａを介して接続され、外
側電極板５には電圧V_Bが引き出し線５ａを介し
て供給されるようになつている。

一方、電池素子２の内側電極板７は引き出し線
７ａを介してアースされ、外側電極板８は引き出
し線８ａを介してフイルタ回路１９に接続されて
いる。フイルタ回路１９は抵抗２０、コンデンサ
２１からなり、電池素子２の電極板７，８間に発
生した電圧信号のノイズ成分を除去するようにな
つている。フイルタ回路１９の出力端にはオペア
ンプ２６、抵抗２７ないし２９からなる非反転増
幅器３０を介してオペアンプ１２の反転入力端に
接続されている。制御回路３１のI_C制御出力端に
はＤ／Ａ変換器３２が接続され、Ｄ／Ａ変換器３
２は制御回路３１のI_C制御出力端から出力される
デイジタル信号に応じた電圧を発生する。Ｄ／Ａ
変換器３２の出力端はオペアンプからなる電圧ホ
ロワ回路３３、そして抵抗３４を介してオペアン
プ１２の非反転入力端に接続されている。

制御回路３１は好ましくはマイクロコンピユー
タからなり、上記したI_C出力端、I_P入力端の他に
Ａ／Ｆ駆動端を有し、Ａ／Ｆ駆動端には２次空気
供給調整用の電磁弁４４に接続されている。電磁
弁４４はエンジンの気化器絞り弁下流の吸気通路
に連通する吸気２次空気供給通路に設けられてい
る。

かかる構成においては、制御回路３１のI_C出力
端からデイジタル信号がＤ／Ａ変換器３２に出力
されると、Ｄ／Ａ変換器３２によつてデイジタル
信号が電圧に変換され、そして電圧ホロワ回路３
３に供給される。電圧ホロワ回路３３の出力電圧
は基準電圧Vr₁として抵抗３４を介してオペアン
プ１２の非反転入力端に供給される。このとき、
オペアンプ１２の反転入力端の電圧レベルは基準
電圧Vr₁より小であるのでオペアンプ１２の出力
レベルは高レベルとなりトランジスタ１３がオン
となる。トランジスタ１３のオンにより酸素ポン
プ素子１の電極板５，６間にポンプ電流が流れ
る。

ポンプ電流が流れると、電池素子２の電極板
７，８間には電圧V_Sが発生し、電圧V_Sはフイル
タ回路１９を介して非反転増幅器３０に供給され
る。非反転増幅器３０はフイルタ回路１９の出力
電圧を電圧増幅してオペアンプ１２の反転入力端
に供給する。電圧V_Sが上昇すると、非反転増幅
器３０の出力電圧V_S′も上昇する。出力電圧V_S′
が基準電圧Vr₁を越えるとオペアンプ１２の出力
レベルが低レベルに反転し、トランジスタ１３が
オフとなる。トランジスタ１３のオフによりポン
プ電流が減少するので電池素子２の電極板７，８
間の発生電圧V_Sが低下し、非反転増幅器３０か
らオペアンプ１２の反転入力端に供給される電圧
V_S′も低下する。電圧V_S′が基準電圧Vr₁を下回る
と再びオペアンプ１２の出力レベルが高レベルと
なり、ポンプ電流を増加せしめる。この動作が高
速にて繰り返されるので電圧V_Sは一定値に制御
されると共にデイジタル制御信号が表わす値に応
じた電圧となる。

基準電圧Vr₁のオペアンプ１２への供給時に酸
素ポンプ素子１の電極板５，６間を流れるポンプ
電流値I_Pは抵抗１５の端子電圧V_Pによつて検出さ
れ、その端子電圧V_Pは制御回路３１のI_P入力端に
供給される。

制御回路３１はエンジン回転に同期して次の如
く動作する。第３図に示すように先ず、制御回路
３１はポンプ電流値I_Pとして端子電圧V_Pを読み込
み（ステツプ51）、そのときの電圧V_Sの制御電圧
に対応するポンプ電流I_Pの制限電流値I_PLを算出す
る（ステツプ52）。電圧V_SはI_C制御出力端から出
力されるデイジタル信号、すなわち基準電圧Vr₁
に応じて予め設定される。制限電流値I_PLはブラ
ツクニング現象発生領域の値より若干小さい値で
かつ酸素濃度が小なるほど小さく設定される。制
限電流値I_PLの算出後、ポンプ電流I_Pが制限電流値
I_PLより大であるか否かを判別する（ステツプ
53）。I_P＞I_PLならば、ブラツクニング現象の発生
の可能性があるのでポンプ電流の供給を停止すべ
く基準電圧Vr₁を０〔Ｖ〕にするようにI_C制御出力
端から出力されるデイジタル信号の内容が“０”
に、例えば、４ビツトのデイジタル信号の場合、
“0000”に変更される（ステツプ54）。基準電圧
Vr₁を０〔Ｖ〕にするとオペアンプ１２の出力レ
ベルが低レベルとなるのでトランジスタ１３がオ
フになり、酸素ポンプ素子１の電極板５，６間に
ポンプ電流が流れなくなる。制御回路３１はステ
ツプ54の実行後、２次空気のエンジンへの供給を
停止するために電磁４４の開弁駆動を停止する
（ステツプ55）。一方、I_P≦I_PLならば、ポンプ電流
を供給するためにデイジタル信号を予め定められ
た酸素濃度検出用の値にし（ステツプ56）、読み
込んだポンプ電流値I_Pが目標空燃比に対応する基
準値Ir₁より小であるか否かを判別する（ステツ
プ57）。I_P＜Ir₁ならば、エンジンに供給された混
合気の空燃比がリツチであるとして制御回路３１
は電磁弁４４を開弁駆動して２次空気をエンジン
に供給せしめる（ステツプ58）。I_P≧Ir₁ならば、
供給混合気の空燃比がリーンであるとしてステツ
プ55を実行して２次空気のエンジンへの供給を停
止させる。

なお、上記した本発明の実施例においては、I_P
＞I_PLのときにはデイジタル信号の内容を変更す
ることによりポンプ電流の供給が停止されるが、
これに限らず、例えばオペアンプ１２の非反転入
力端の電圧を強制的に０〔Ｖ〕にするようにして
もよいのである。

発明の効果 以上の如く、本発明の空燃比制御装置において
は、リミツタ手段が作動して酸素ポンプ素子に流
れるポンプ電流値が制限されているときには酸素
濃度検出装置の出力値、すなわちポンプ電流値に
応じて供給混合気の空燃比を判別することが中止
されるので誤つた空燃比判別をすることが防止さ
れる。よつて、空燃比が理論空燃比付近にあり、
電池素子の発生電圧が上下に変動しそれによりポ
ンプ電流値が変動してリミツタ手段がポンプ電流
値を制限した場合のエンジンの運転性の向上を図
ることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は酸素濃度−ポンプ電流特性及びブラツ
クニング現象発生領域を示す図、第２図は本発明
による空燃比制御装置を示す回路図、第３図は第
２図の装置中の制御回路の動作を示すフロー図で
ある。 主要部分の符号の説明、１……酸素ポンプ素
子、２……電池素子、３……間隙部、４……スペ
ーサ、５ないし８……電極板、１１……電流供給
回路、３０……非反転増幅器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃エンジンの排気ガス中に配設される一対
   の酸素イオン伝導性固体電解質材を有しその各固
   体電解質材に一対の電極が形成されかつ前記一対
   の固体電解質材が所定の間隙部を介して対向する
   ように配置され前記一対の固体電解質材の一方が
   酸素ポンプ素子として他方が酸素濃度比測定用電
   池素子として各々作用する酸素濃度検出器と、前
   記酸素ポンプ素子の電極間に電流を供給し前記電
   池素子の電極間に発生した電圧を一定値にするよ
   うに供給電流値を変化させる電流供給手段と、前
   記酸素ポンプ素子の電極間に流れる電流値に応じ
   てエンジンに供給された混合気の空燃比を判別す
   る判別手段と、該判別手段の判別結果に応じて供
   給混合気の空燃比を調整する空燃比調整手段と、
   排気ガス中の酸素濃度に応じた電流値以下に前記
   電流供給手段の前記酸素ポンプ素子への供給電流
   を制限するリミツタ手段とを含み、前記判別手段
   は前記リミツタ手段によつて前記ポンプ素子への
   供給電流が制限されているときには空燃比の判別
   を中止することを特徴とする空燃比制御装置。