JPS6045297B2 - 内燃機関の燃料制御装置 - Google Patents

内燃機関の燃料制御装置

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JPS6045297B2
JPS6045297B2 JP52087426A JP8742677A JPS6045297B2 JP S6045297 B2 JPS6045297 B2 JP S6045297B2 JP 52087426 A JP52087426 A JP 52087426A JP 8742677 A JP8742677 A JP 8742677A JP S6045297 B2 JPS6045297 B2 JP S6045297B2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1477Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation circuit or part of it,(e.g. comparator, PI regulator, output)
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は内燃機関の燃料制御装置に係り、特に、排気
管中に設置された排気センサの電気信号により帰還制御
を行なう内燃機関の燃料制御装置に関する。
〔発明の背景〕
従来より行なわれている状態の燃料制御装置は、排気
管中に排気中の特定ガス濃度に感知するセンサを置き、
その信号を燃料制御装置に帰還し、空燃比を制御する方
法が知られている。
特に、酸化ジルコン等の固体電解質を用て排気ガス中の
酸素分圧を捉え、空燃比を化学量論的平衡点(以下、理
論空燃比と呼ぶ)に制御する方法が一般に行なわれてい
る。この技術は例えば特開昭48−82215号公報に
示されている。 第1図A、B、Cは、この種の制御に
用いられている従来の一般的制御方法を示す動作説明図
である。
第1図Aは排気センサとして、酸素分圧変化を捉える
酸化ジルコン等を主体とするものを用いた場合のセンサ
(以下、酸素センサと呼ぶ)出力を示す。
同センサは理論空燃比を境として、過濃燃料側で高レベ
ル、稀薄燃料側で低レベル出力を示す。第1図Bは空燃
比調整装置の操作量を示し、同調整装置は時間的に空燃
比が一様な割合で増加または減少する作用をなし、その
増加、減少の方向切換えは、酸素センサ出力が基準レベ
ルを切つた時点で行なう。すなわち、同センサが稀薄レ
ベルから過濃レベルに出力変化を示したときは、増加方
向を減少方向に、過濃レベルから稀薄レベルへの変化時
は減少方向から増加方向へ切換わる。このような操作量
に対して実際のエンジンでは、燃料供給装置から燃焼室
に至るまでの吸気系での所要時間で生じるむだ時間が存
在し、実際に燃焼室で燃焼するときの空燃比は、第1図
Bの操作量に対して吸気側むだ時間だけ位相おくれを示
し、第1図Cのごとくなる。燃焼が完了してから酸化セ
ンサが応答する迄にも排気側むだ時間は存在するが、通
常吸気側のそれに比べて小さい。第1図Cの尖頭値は、
それぞれ、その平均値からの行き過ぎ量となり、その変
化量が大きいときは、排ガス中の有害成分の増加、運転
中の不安定を招く。このように、空燃比を燃焼後の排ガ
ス中の酸素分圧から求めるため、一般の帰還制御におい
て問題となる応答遅れの他に、吸気管、燃焼、排気に伴
うむだ時間が存在する。このため、制御系のループ利得
を高めると空燃比がハンチングして、極めて安定度が悪
い燃焼状態を引き起こし、有害排出ガスの増加を招く。
また、ループ利得を低く抑えると、系の応答性は極めて
緩慢となり、過渡的変化の大きい内燃機関には不満足な
ものとなる。同様に、空燃比の変動を招来し、有害排出
ガスを増加する結果となる。このために、ループ利得を
ハンチングを引き起こさない限界まで高めて制御を行な
う必要があるが、系の遅れ時間、およびむだ時間は機関
の運転状態に依存して大きく変動するため、適正な利得
設定は困難であつた。尚むだ時間の存在は昭和5評7月
12日優先権の特開昭54一20231に示されている
。〔発明の目的〕 本発明の目的は安定でしかも応答性の高い内燃機関の燃
料制御装置を提供するにある。
〔発明の概要〕
本発明は空燃比を決定するための情報を記憶し、排ガス
センサの出力が所定値にあつたことを!検出し、この検
出時点からむだ時間分だけ以前の上記情報を、空燃比を
所定値に制御するために使用するものである。
例えば第1図において、酸素センサの出力が基準レベル
を切つた時点から、むだ時間以前の操作量は、理論空燃
比を与える操作・量にきわめて近い値であつた筈であり
、これを基準値として現実の制御量を修正することは明
らかである。むだ時間以前の操作量を見出す方法として
は、何時到来するかわからない、酸素センサの出力変化
に対して、常に連続的に操作量のむだ時間分遅延される
ことが必要であり、この遅延手段として記憶装置が使用
される。〔発明の実施例〕第2図は本発明の実施例を示
すブロック図である。
空燃比調整装置1は電気的入力によつて空燃比の調整を
行なう装置であり、例えば、電子回路を用いて燃料噴射
弁の開弁時間を制御する電子式燃・料噴射装置、あるい
は電流量によつて針弁位置を制御し、燃料あるいは空気
通路の断面積を変化させる電子制御式気化器であつて、
これらはそれ自身では粗精度であるが吸気空気流量に対
して燃料調整を行なうものである。
吸気管2は空燃比調整装置1により形成された混合気を
燃焼室3に導びくためのものである。燃焼室は周知の通
り、吸気弁ならびに点火プラグを備えて、混合気に点火
、燃焼を起こさせ、その際に生じる圧力の変化を動力に
変換する。燃焼後の排気は排気弁を通して排気管4を介
して外部に放出される。排気管4の中には、酸化ジルコ
ン固体電解質等で構成された酸素センサ5が設けられて
いる。酸素センサ5の出力は、比較器6の一方に入力さ
れる。比較器6の他方の入力には基準電圧■1が印加さ
れる。比較器6の出力は空燃比の修正操作量発生回路7
に入力される。修正操作量発生回路7の出力は空燃比調
整装置1に入力され、空燃比を修正する。空燃比調整装
置1の操作量、例えば空燃比制御の電気量(例えば、電
子式燃料噴射装置の噴射弁開弁時間あるいは電子制御式
気化器の針弁電圧)は遅延回路8に入力される。遅延回
路8の一構成例を示したのが第3図である。
遅延回路8は、変換器81、クロックパルス発生器82
、シフトレジスタ83、変換器84の各々で構成される
変換器81は空燃比調整装置1の制御量をディジタル変
換する。シフトレジスタ83は変換器81て変換された
並列ディジタル量を各々クロックパルス発生器82の出
力パルスでシフトする働きをする。一般に、むだ時間は
吸入空気量で決まる。
このため吸入空気流量を検出するセンサ、例えば、気流
中に設けられて、たわみ量が流量に依存する塞止板のた
わみ量を電気量に変換するものを設け、この電気量をむ
だ時間発生回路のクロック周波数に変換する。これによ
り、吸入空気流量と一義的な関係を持つむだ時間を発生
でき、燃料制御を全ての運転状態に適合させることが可
能となる。そこで、吸入空気量センサの出力をクロック
パルス発生回路82に送るように構成する。変換器84
はシフトレジスタ83の出力信号を修正操作量発生回路
7へ入力しやすい形に変換するものである。
このような構成により、空燃比調整装置1の制御量は、
クロックパルスの繰返し周波数で決定される当該運転状
態で予想されるむだ時間だけ遅延されて修正量発生回路
7に入力される。第4図は、修正操作量発生回路7の一
構成例を示す回路図である。
修正操作量発生回路7は、反転ゲート701,702,
単安定マルチバイブレータ703,704,0Rゲート
705、のこぎり波発生回路706、サンプルホールド
回路707、スイッチ回路708,709、加算回路7
10、減算回路711、加算回路712、より構成され
る。
酸素センサ6の出力は反転ゲート701,702の各々
を介して単安定マルチバイブレータ703,704の各
々をトリガする。
これらの出力は0Rゲート705を介して、一方は鋸波
発生回路706をトリガし、他方は遅延回路8の出力を
記憶するサンプルホールド回路707のサンプリング信
号となる。鋸波発生回路706では0Rゲート705の
出力パルス到来と共にリセットされ、直ちに規定の時間
変化率を持つて増大する鋸波を出力する。また、サンプ
ルホールド回路707には、酸素センサ6の出力が基準
レベルを切つた時点から、むだ時間前の制御量が記憶さ
れ、これが基準値となる。酸素センサ6の出力が高レベ
ルにあるとき、すなわち過濃状態下ではサンプルホール
ド回路707の出力との鋸波電圧がスイッチ回路709
を介して減算回路711に入力され、サンプルホールド
回路707の出力と鋸波発生回路706との出力差が加
算回路712に入力される。
また、酸化センサ6の出力が低レベルにあるとき、すな
わち稀薄状態では、サンプルホールド回路707、鋸波
発生回路706の各出力はスイッチ回路708を介して
加算回路710に入力され、この両人力の和が次段の加
算回路712の入力となる。従つて、加算回路712の
出力は、過濃時にあつては減算回路711の、稀薄時に
あつては加算回路710の各出力と相等しい。第5図A
,Bの各々は、本発明の実施例の動作を示す動作波形図
である。
第5図Aは時間に対する検出々力の変化を示し、第5図
Bは時間に対る操作量の変化を示すものである。
図においては定常時から過渡時に移る過程を示している
が、ハンチング、応当性、収束、いずれをとつても完全
に解決されている。以上、詳細に説明したように本実施
例によれば、常に、酸素センサの出力レベルが基準レベ
ルを切る時点より、むだ時間以前の制御量を基準値とし
て保持しているため、レベル変化時では理論空燃比を得
る制御量に戻すことができ、且つ、過濃、稀薄への片寄
りに対し常に逆方向の修正制御量を加えて、これを修正
する働きをする。従つて、従来の如くに、過濃側の状態
においてもなお過濃側に制御量を設定する状態は無くな
り、同一の制御量に対して顕著に応答を高められるとい
う効果がある。また、同一のハンチング限界に対しても
ループ利得を上げられるため、制御利得は向上し、有害
排出ガスの低減、機関の運転の安定性が得られるという
効果もある。さらに、運転状態が変化しつつあるとき、
制御量の絶対値が刻々変化する場合においても、最大1
回のむだ時間の遅れのみで基準制御操作量が修正される
。従つて、十分高い追従性が得られ、特に、運転条件変
化のノ激しい自動車用内燃機関の制御に極めて有効であ
る。さらに上述した実施例においては、具体的な回路で
示したが、本発明の実施にあたつては、中央演算ユニッ
ト、一時記憶メモリ、読出し専用メモタリ等を主構成要
素とする半導体微少計算回路を使用することも可能であ
り、極めて有効な構成である。
この場合の利点は、第2図に示す遅延回路8のようにサ
ンプルホールド機能を個別の回路に頼る必要が無く、一
時記憶メモリに遅れ時間相当間Oの操作量を記憶してお
くのみで同一の機能を達成できる。また、当該遅れ時間
は機関の運転状態、特に、吸入空気流量に依存するが、
上記計算回路では空燃比調整装置も全て含めて同一の回
路で制御可能となるので、運転状態パラメータ入力を簡
易に利用することが可能である。しかも、読出し専用メ
モリを有するので、このメモリに運転状態に対応したむ
だ時間を記憶させておくことにより、常に最適な制御を
行なうことが可能である。〔発明の効果〕以上より明ら
かなように本発明によけば、記憶、遅延機能を持たせる
ことにより、安定性ならびに応当耐性の高い内燃機関の
燃料制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図A,B,Cの各々は従来の燃料制御方法を示す説
明図、第2図は本発明の実施例を示すブロック図、第3
図は第2図の実施例中の遅延回路の詳細ブロック図、第
4図は第2図の実施例中の修正操作量発生回路の詳細回
路図、第5図A,Bの各々は本発明の実施例の動作波形
図である。 4・・・・・・排気管、5・・・・・・酸素センサ、6
・・・・・・比較回路、7・・・・・・修正操作量発生
回路、8・・・・・・遅延回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 排気管内に設けられ排気ガスの状態を検出する排気
    ガスセンサと、希薄混合気の燃焼に基づく排気ガス状態
    と過濃混合気の燃焼に基づく排気ガス状態との間の排気
    ガス状態を示す基準信号を発生する基準信号発生回路と
    、上記排気ガスセンサの出力に基づく値と上記基準信号
    発生回路で発生した基準信号とを比較する比較器と、上
    記比較器の出力に基づいて混合気の空燃比の修正信号を
    発生する修正操作量発生回路と、上記修正操作量発生回
    路の修正信号に基づき燃料供給量を制御して混合気の空
    燃比を制御する燃料供給手段とを有するものにおいて、
    エンジンの吸気状態を検出するセンサと、上記吸気状態
    を検出するセンサの出力に基づきむだ時間まえの空燃比
    の修正値を発生する手段と、上記排気ガスセンサの出力
    に基づく値が上記基準信号の値を越えて排気ガスが希薄
    状態から過濃状態または過濃状態から希薄状態へ変化し
    たとき、上記むだ時間前の修正値を上記修正操作量発生
    回路に加え、これにより上記修正操作量発生回路の修正
    信号を上記むだ時間前の修正値に戻す回路とを有するこ
    とを特徴とする内燃機関の燃料制御装置。
JP52087426A 1977-07-22 1977-07-22 内燃機関の燃料制御装置 Expired JPS6045297B2 (ja)

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