JPS5857050A - 内燃機関の空燃比制御装置 - 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】 本発明は内燃機関の空燃比制御装置Ｋｌ［する。

気体中の酸素ａｍを検出することのできる酸素濃度検出
器として例えば特開昭５２−７２２８６号公報に記載さ
れているようにノルコニアのような酸素イオン伝躊性固
体１１Ｎ質を用いた酸素＃度検出器が公知である。この
酸素濃度検出器ではジルコニア板の一〇ＩＩＩ表面上に
陰極をなす薄膜をコーティングすると共にジルコニア板
の他０１１１表面上ＶＣ陽極をなす薄膜をコーティング
してこ力ら陰極と陽極との間に電圧を印加し、陰極に接
触して電子を付与された酸素分子がジルコニア板肉を通
過した後に陽極において電子を放出することにより陽極
から陰極に向かう電流が発生せしめられ、このｔ流がジ
ルコニア板内を通過する酸素分子の数、即ち陰極に接触
する気体中の酸素の分圧に比例するのでこの電流値から
酸素濃度を知ることができる。従ってこの酸素濃度検出
器を機関排気通路内に取付けると排気通路内の酸素濃度
を検出で春、従って機関シリンダ内に供給される混合気
の空燃比を知ることができる。このようにこの酸素濃度
検出器は排気通路内の酸素濃度を検出するようにしてい
るので機関シリンダ内に供給される混合気が稀薄混合気
のときに検出器としての機能を果し、斯くしてこのよう
な酸素濃度検出器を以後リーンセンサと称する。しかし
ながらこのリーンセンサを機関排気通路内に取付けた場
合に祉高温の排気ガスによる電極の劣化によって電極薄
膜とジルコニア板との界面における抵抗値が増大したり
、或いは排気ガス中に含まれるＰ、Ｚｍ、Ｆ・、Ｐｂ等
の付着並びに熱衝撃に基づく物理的破壊によってジルコ
ニア板の外周面を覆う多孔質セラ？、り層内における酸
素ガスの拡散速度および拡散量が変化したりすることに
よって同一の酸素濃度であっても時間を経るに従って電
流値が次第に増加或いは減少してくる。斯くしてこの電
流値に基いて空燃比を目標空燃比に制御するようにした
場合には目標空燃比が時間の経過と共に変化し、斯くし
て空燃比を初期に設定した目標空燃比に正確に制御でき
なくなるという問題を生ずる。

本発明は経時的変化によってリーンセンサの出力電流値
が変化してもこの電流値を自動的に較正することにより
空燃比を初期に設定した目標空燃比に正確に制御できる
ようにした空燃比制御装置を提供することにある。

以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロ
ック、３はシリンダグロック２内において往復動するピ
ストン、４はシリンダグロック２上に固締されたシリン
ダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４間に形成
された燃焼室、６Ｆｉ燃焼室５内に配置された点火栓、
７は吸気ポート、８は吸気弁、９ｉｉ排気ポート、１０
は排気弁を夫夫示す。吸気ポート７は枝管１１を介して
共通のサージタンク１２に連結され、一方排気ポート９
は排気マニホルド１３に連結される。各枝管１１には電
子制御ユニ、）１４の出力信号によって制御される燃料
噴射弁１５が夫々設けられ、これらの燃料噴射弁１５か
ら対応する吸気ポート７に向けて燃料が噴射される。サ
ージタンク１２は［気管１６．エアフローメータ１７並
びに図示しないエアクリーナを介して大気に連結される
。ａ気管１６内にはスロットル弁１８が配置され、この
スロットル弁１８は車両運転室に設けられたアクセル（
タルに連結される。フロ、）ル弁１８にはスロットルス
イッチ１９が連結され、このスロットルスイッチ１９は
電子制御ユニ、）１４に：接続される。このスロツトル
スイツチ１９は例えばスロットル弁１８がアイドリング
位置にあるときにオン状態となシ、このオン信号が電子
制御ユニット１４に送り込まれる。エアフローメータ１
７は吸入空気−￥ｋＫ応じて回転する計量板２０を有し
、この計量板２０の回転量が電圧に変換される。この。

電圧は吸入空気量に比例しておシ、この吸入空気量に比
例した電圧が電子制御ユニツ）１４に送り込まれる。更
に、電子制御ユニット１４には機関クランクシャフトの
回転速度を検出するための回転数センサ２１が接続され
る。一方、排気マニホルド１３にはリーンセンサ２２が
を付けられ、このリーンセンサ２２は電子制御ユニット
１４に接続される。リーンセンサ２２Ｆｉ例えば第２図
に示すようにノルコニアからなるカップ状の酸素イオン
伝導性固体１解ｆｆ２３と、その外周面を棲う多孔質セ
ラミック２４とを具備し、この多孔質セラミック２４が
排気ガス流中に配置される。また、酸素イオン伝導性固
体電解質２３の内周面並びに外周面上に祉夫々陽極用白
金薄膜並びに陰極用白金薄膜がコーティングされ、これ
ら白金薄膜に接続されたリード線２５ｉ２６間には電圧
が印加される。排気ガス中の酸素分子は多孔質セラミッ
ク２４内を拡散によシ通過して酸素イオン伝導性固体電
解質２３の陰極用白金薄膜に到達し、ここで電子を付与
された酸素分子が酸素イオン伝導性固体電解質２３内を
通過した後に酸素イオン伝導性固体電解質２３の陽極用
白金薄膜と接触して電子を放出することによシ１１流が
発生せしめられる。

第５図は排気ガス中の酸素濃度Ｐ（重量パーセント）と
発生電流Ａ（ｍＡ）との関係を示す。第５図において実
線にで示されるように発生電流人は酸素濃度が増大する
につれて増大することがわかる。

なお、排気ガス中の酸素濃度がわかれば機関シリンダ内
に供給される空燃比がわかり、この空燃比を第５図の横
軸Ａ／Ｆに示す。従って第５図から発生を流がわかれば
機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を検出でき
ることがわかる。第５図に示されるように酸素濃度Ｐに
対応した電流が安定して発生するのは酸素イオン伝導性
固体電解質２３の温度がほぼ７００℃よシも高くなうた
ときであり、従って酸素イオン伝導性固体電解質２３の
内部には酸素イオン伝導性固体電解質２３の温度を７０
０℃以上に保持するためのヒーター２７が設けられる。

また、酸素イオン伝導性固体電解質２３の温度を検出す
るために、例えば熱電対２８が酸素イオン伝導性固体電
解質２３内に配置される。

第５図の実線にで示すように排気ガス中の酸素濃度Ｐと
発生器流人とは一定の関係を有するがリーンセンサ２２
を長時間に亘って使用すると排気ガス中に含まれるＰ　
、　Ｚｎ　、　Ｆ・、　Ｐｂ等の付着により多孔質セラ
ミック２４内における酸素ガスの拡散速度および拡散量
が変化し、また白金薄膜の熱劣化により酸素イオン伝導
性固体電解質２３と白金薄膜との界面における抵抗値が
低下して第５図の破線に′に示されるように発生器流人
が減少する。しかしながらこのように発生１に流人の酸
素濃度Ｐとの関係に′が初期の関係Ｋからずれると発生
器ｆｉＡが空燃比〜乍を正確に表わさなくなる。

第３図に電子制御ユニット１４を示す。第３図を参照す
ると、電子制御ユニット１４はディジタルコンピュータ
からなり、各種の演算処理を行なうマイクロプロセッサ
（ＭＰＵ）３０、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ　）
　３１　、制御グロダラム、演算定数等が予め格納され
ているリードオンリメモリ（ＲＯＭ　）　３２、入力ポ
ート３３並びに出力ポート３５が双方向パス３６を介し
て互に連結されている。更に電子制御ユニｙ）１４内に
は各種のクロック信号を発生するクロック発生器３７が
設けられる。第３図に示されるようにエアフローメータ
１７はバッファ３９並びにＡＤ変換器４０を介して入力
ポート３３に接続される。エアフローメータ１７は前述
したように吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、こ
の電圧がＡＤ変換器４０において対応する２進数に変換
されてこの２進数が入力ポート３３並びにパス３５を介
してＭＰＵ　３０に入力される。一方、スロットルスイ
ッチ１９並びに回転数センサ２１は夫々対応するバッフ
ァ４１．４２を介して入力ポート３３に接続される。

スロットルスイッチ１９は前述したようにスロットル弁
１８がアイドリング位置にあるときにオン状態となり、
このオン信号が入力／−）３３並びにパス３６を介して
ＭＰＵ　３　Ｑに入力される。回転数センサ２１はクラ
ンクシャフトが所定クランク角度回転する毎にパルスを
発生し、こＣ）Ａルスが入力−一ト３３並びにパス３６
を介してＭＰＵ　３０に入力される。一方、リーンセン
サ２２は電流電圧変換器４３、増巾器４４並びにＡＤ変
換器４５を介して入力ポート３３に接続される。このリ
ーンセンサ２２は前述したように排気ガス中の酸素濃度
に対応した電流を尭生じ、この電流線電流電圧変換器４
３において電流値に比例した電圧に変換され、次いでこ
の電圧はＡＤ変換器４５において対応する２進数に変換
されてこの２進数が入力ｙｊｅ−）３３並びにパス３６
を介してＭＰＵ　３０に入力される。

出力ｚ−）３５＃′ｉ燃料噴射升１５を作動するだめの
データを出力するために設けられており、この出力ポー
ト３５には２進数のｒ−夕がＭＰＵ　３０からパス３６
を介して書き込まれる。出力ポート３５の各出力端子は
ダウンカウンタ４６の対応する各入力端子に接続されて
いる。このダウンカウンタ４６はＭＰＵ　３０から書き
込まれた２進数のデータをそれに対応する時間の長さに
変換するために設ゆられており、このダウンカウンタ４
６は出力ポート３５から送り込まれたデータのダウンカ
ウントをクロック発生器３７のクロック信号によって開
始し、カウント値が０になるとカウントを完了して出力
端子にカウント完了信号を発生する。

８−Ｒフリップフロッグ４７のリセット入力端子Ｒはダ
ウンカウンタ４６の出力端子に接続され、Ｓ−Ｒフリッ
プフロッグ４７のセット入力端子Ｓはクロ、り発生器３
７に接続される。このＳ−Ｒフリップフロップ４７はク
ロ、り発生器３７のクロック信号によシダウンカラン）
開始と同時にセ、トされ、ダウンカウント完了時にダウ
ンカウンタ４６０カウント完了信号によってリセットさ
れる。従ってＳ−Ｒフリ、７″フ資、グ４７の出力端子
Ｑはダウンカウントが行なわれている間高レベルトする
。Ｓ−Ｒフリッグ７０．プ４７の出力端子Ｑは電力増巾
回路４８を介して燃料噴射弁１５に接続されておシ、従
って燃料噴射弁１５嫁ダウンカウンタ４６がグウンカ、
トシている間付勢されることがわかる。

次に第４図に示すフローチャートを参照して本発明によ
る空燃比制御装置の作動について説明する。第４図を参
照すると、まず始めにステップ５０においてエアフロー
メータ１７の出力信号から吸入空気量が計算され、次い
でステ、プ５１において目標空燃比が設定される。この
目標空燃比の設定については詳細な説明を省略するが例
えｄこの目標空燃比は機関回転数或いは機関負荷に応じ
て望ましい空燃比に設定される。ただし仁の目標空燃比
は理論空燃比よりも大きな空燃比である。

次いで回転数センサ２１の出力信号から計算され九機関
回転数並びに吸入空気量からステップ５２において基本
燃料噴射時間τ。が計算される。次いでステップ５３で
はＲＯＭ　３２内に記憶された第５図に示す関係（ただ
しこの場合縦軸＃ｉ電流電圧変換器により変換された電
圧値■となっている。）から目標空燃比に対応するリー
ンセンサ２２の目標出力電圧値Ｖ。が計算される。次い
でステップ５４ではスロットルスイッチ１９の出力信号
からスロットルスイッチ１９がオンであるか否かが判別
され、スロットルスイッチ１９がオンのとき、即ちスロ
ットル弁１８がアイドリング位置にあるときにはステッ
プ５５に進む。ステップ５５では回転数センサ２１の出
力信号から機関回転数が予め設定された回転数、例えば
１２００　ｒ、ｐ、ｍ　　よシも大きいか否かが判別さ
れ、機関回転数が予め定められた設定回転数Ｎよシも大
きいと判別されたときはステップ５６に進んで燃料カッ
トフラグが立てられる。従って燃料カットフラグが立て
られるのは機関回転数が設定回転数Ｎより４大きな減速
運転時である。一方、ステ、！５４においてスロットル
スイッチ１９がオンでないと判別されたとき、或いはス
テ、グ５５において機１１回転数が設定回転数Ｎよシも
大きくないと判別されたときにはステ、グ５７に進んで
燃料カットフラグが降ろされた稜ステップ５８に進む、
従うて、燃料カット７″ｙグが降ろされた状態でステツ
ーｆ５８に進むのは減速運転時でないとき、或いは減速
運転時であっても機関回転数が設定回転数によりも低い
ときである。ステップ５６において燃料力、ドアラグが
立てられるとステップ５９に進んで一定時間軽遇したか
否かが判別され、燃料カットフラグが立てられた後一定
時間を経過していないときはステ、グ６０に進んで燃料
噴射処Ｉ！が行なわれる。ただし、この場合燃料力、ト
フッダが立てられているので燃料噴射作用は停止される
。一方、ステ、グ５９において燃料カットフラグが立て
られた後、即ち燃料の噴射作用が停止され九稜一定時間
経過したと判別されたときはステ、プロ１に進んで第５
図の■１を■、で検算し、その検算結果を補正係数αと
する。即ち、このときにＶｉ燃料噴射が停止されてから
一定時間を経過しているので排気マニホルド１３内は大
気で満たされており、従って排気マニホルド１３内にお
ける酸素濃度は約２０チとなっている。このときリーン
センサ２２が初期の特性を維持していると出力電圧は第
５図においてＶ、となシ、一方、リーンセンサ２２の経
時的変化による劣化が生じていると出力電圧は第５図に
おいて■、となる。従ってこのような鮭時的変化金較正
するためにＶ、をＶ、で検算してその検算結果を補正係
数αとし、後述するように経時的変化による発生電流の
減少分をこの補正係数αを用いて較正するようにしてい
る。ステップ６１におい−ｒ補正係数αが計算されると
この補正係数αはＲＡＭ　３１の予め定められた番地に
記憶され、次いでステップ６０に進む。このときも燃料
力、ドアラグが立てられているので燃料噴射作用は停止
したままである。

一方、前述したようにスロットル弁１８がアイドリング
位置に々いとき、或いはスロットル弁１８がアイドリン
グ位置にありても機関回転数が設定回転数Ｎよシも低い
ときはステップ５７において燃料力、トフラグが降ろさ
れた後にステ、グ５８に進む。ステップ５８ではリーン
センサ２２の目標出力電圧値Ｖ。Ｋ補正係数αが乗算さ
れ、その乗算結果を目標出力電圧値Ｖ、とする。従りて
ステ、グ５８において得られた目標出力電圧値Ｖ。

はリーンセンサ２２が経時変化をしたときの目標空燃比
に対応する出力電圧Ｖを示している。次いでステ、ｆ６
２においてリーンセンサ２２の現在発生している電流、
即ち出力電圧Ｖが目標値Ｖ・よシも大きいか否か判別さ
れ、リーンセン９２２の出力電圧Ｖが目標値ｖ０より４
大きいときにはステップ６３に進んで燃料噴射時間Ｔが
基本噴射時間τ。に対してγだけ増大せしめられる。ｔ
ｔ、ステップ６２においてリーンセンサ２２０出力電圧
Ｖが目標値ｖｏよυも大きくないと判別されたときはス
テ、グ６４においてリーンセンナ２２の出力電圧Ｖが目
標値ｖｏよシも小さいか否かが判別される。ステ、プロ
４においてリーンセンサ２２の出力電圧■が目標値■。

よシも小さいと判別されたときＫはステップ６５におい
て燃料噴射時間τが基本噴射時間τ。に対してβだけ減
少せしめられ、一方ステ、グ６４においてリーンセンサ
２２の出力電圧■が目標値ｖｏよりも小さくないと判別
されたときはステップ６６に進んで燃料噴射時間τに基
本噴射時間１丁。が入れられる。ステ、プロ３，６５゜
６６のいづれかにおいて燃料噴射時間τが求められると
この燃料噴射時間τに従ってステラ７’６０において燃
料噴射作用が行なわわる。ステップ６２乃至ステ、グ６
６並びに第５図から空燃比が目標空燃比よシも薄くなる
と燃料が増量され、空燃比が目標空炉比よりも濃くなる
と燃料が減量され、斯くして空燃比が目標空燃比に制御
されることがわかる。

上述したように補正係数αを求めることができるのは排
気マニホルド１３内が大気で満たされたときであシ、従
って本発明では排気マニホルド１３内が大気で満たされ
ているか否かを判別する判別装置を具備する必要がある
。これ壕で述べた実施例ではこの判別装置がスロットル
スイッチ１９と回転数センサ２１からなシ、車両減速時
に燃料噴射作用が停止されるのを利用して補正係数αを
求めるようにしている。

一方、機開始動前においても排気マニホルド１３内は大
気で満たされているのでこのときに補正係数αを求める
ことができる。即ち、この場合には第３図において破線
の枠内に示すようにイグニッションスイッチ７０をバッ
ファ７１を介して入力ポート３３に接続し、温度センｔ
７２をバッファ７３並びにＡＤ変換器７４を介して入力
ポート３３に接続する。温度センサ７２は例えが第２図
に示す熱電対２８からなり、また館２図に示すヒーター
２７はイグニッションスイッチ７０がオンとなったとき
に加熱せしめられる。従うてイブ二、ションスイ、テア
０がオンとな〉、ヒーター２７の加熱作用によって酸素
イオン伝導性固体電解質２３の温度がほぼ７００℃よ）
も高くなシ、しかも回転数センサ２１の出力信号から機
関回転数が零であることを判別してこのときに補正係数
αを求めるようＫしてもよい。

以上述べたように本発明によればリーンセンサの経時変
化による発生電流の変動を機開始動前、或いは減速運転
になる毎に較正することができる。

従りて機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を常
時目標空燃比に正確に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関の側面断面図、第２図は
リーンセンサの側面断面図、第３図は電子制御ユニット
の回路図、第４図は本発明による空燃比制御装置の作動
を示すフローチャート、第５図はリーンセンサの発生１
１１流と酸素濃度の関係を示す図である。 １３・・・排気マニホルド、１４・・・電子制御ユニッ
ト、１５・・・燃料噴射弁、１７・・・エアフローメー
タ、１８−・・スロットル弁、１９・・・スロットルス
イッチ、・２２・・・リーンセンサ。 第５図 Ｖ　ｍ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関排気通路に該排気通路内の酸素濃度に比例した出力
   信号を発生するリーンセンサを取付けると共に核リーン
   センサを電子制御ユニツ）Ｋ接続し、該′電子制御ユニ
   ットがリーンセンサの出力信号と酸素濃度との関係を記
   憶した記憶手段を具備し、該排気通路内の酸素濃度が一
   定となるように機関シリンダ内に供給される混合気の空
   燃比を制御するようにした空燃比制御装置において、上
   記機関排気通路が大気で満たされているか否かを判別す
   る判別装置を具偏し、該判別装置に応動じて機関排気通
   路が大気で満たされているときに上記記憶手段に記憶さ
   れたリーンセンサの出力信号と酸素濃度との関係を較正
   する較正手段を上記電子制御ユニットに設けた内燃機関
   の空燃比制御装置。