JPS638293B2 - - Google Patents

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JPS638293B2
JPS638293B2 JP54043011A JP4301179A JPS638293B2 JP S638293 B2 JPS638293 B2 JP S638293B2 JP 54043011 A JP54043011 A JP 54043011A JP 4301179 A JP4301179 A JP 4301179A JP S638293 B2 JPS638293 B2 JP S638293B2
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JP
Japan
Prior art keywords
feedback control
comparison reference
reference potential
output signal
exhaust sensor
Prior art date
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JP54043011A
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English (en)
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JPS55137334A (en
Inventor
Shuichi Toki
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Nippon Denshi Kiki Co Ltd
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Nippon Denshi Kiki Co Ltd
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Publication date
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の空燃比帰還制御装置に関
し、特に内燃機関の燃料供給量を演算するデジタ
ル計算機と、機関の排気管に取付けられ排気ガス
内の酸素濃度を検知する排気センサとを有し、排
気センサの出力信号を比較基準電位と比較して、
排気センサ出力信号レベルが帰還制御可能状態に
あると判定された時、排気センサ出力信号により
上記デジタル計算機の演算結果を修正して空燃比
を所望値に帰還制御する空燃比帰還制御装置に関
する。
上述の型式の空燃比帰還制御装置については
種々の提案がある。しかし排気ガスの酸素濃度を
検知する排気センサ即ちO2センサは低温度にな
れば内部抵抗が著しく増大して起電力も低下する
特性を有するため所定温度以下では空燃比の2状
態即ち“濃”“薄”混合気の状態を弁別できなく
なる。
このため、従来の装置では大別して次の2方式
を使用する。第1は帰還制御領域はO2センサ温
度が所定値以上の時に限定する。センサ信号の入
力回路はセンサ信号を電圧検知し、それを比較基
準電位と比較する基本構成とする。センサ温度は
直接測定せず、冷却水温等によつて推定する場合
が多い。第2はO2センサに所定の電流を外部か
ら流しこむことによつてセンサの内部抵抗の変化
を監視し、内部抵抗が所定値以下となつた時に帰
還制御を開始する。
上述の第1の方式の欠点は、入力回路構成は比
較的簡単であるが、所定のO2センサ温度は比較
的高温度に設定する必要があり、帰還制御領域が
狭くなる。更に、O2センサ温度と冷却水温との
間には一義的な関係はなく、誤動作を生ずること
が多い。第2の方式の欠点は、帰還制御領域は広
くなるが排気センサに電流を流しこむ回路および
排気センサの出力信号レベルを抵抗分圧された比
較基準電位と比較して帰還制御可能状態にあるか
否かを判定する回路等が必要になり、回路が著し
く複雑になることである。この場合、帰還制御可
能状態の判定には、第1の比較基準電位と第2の
比較基準電位とを設定し、排気センサが低温で内
部抵抗の大きい時は、排気センサ出力信号レベル
が上記第1、第2の比較基準電位の間に存在する
が、排気センサの内部抵抗が所定値以下になる
と、排気センサ出力信号レベルが上記第1、第2
の比較基準電位の間から逸脱することで帰還制御
可能状態と判定する方法が好んで用いられる。こ
れは、混合気の“濃”または“薄”のいずれの状
態からでも帰還制御を速やかに開始できるという
理由によるものであるが、“濃”状態から帰還制
御を開始した場合、当初は排気センサの応答が遅
いため、帰還制御開始後“薄”混合気になつた状
態を排気センサが検知するまでに比較的長時間を
要し、このため過渡的に機関は過薄混合気運転を
続け、機関回転数が低下してエンジン停止に至る
可能性もあつた。
近年デジタル計算機を使用して機関の制御が行
なわれるシステムが多いが、空燃比帰還制御装置
として、制御可能領域が広く、回路構成が簡単な
O2センサ出力信号のデジタル演算処理方式は使
用されていない。
本発明の目的は、上述の第2の方式による帰還
制御装置において、O2センサの信号処理をマイ
クロプロセサのプログラムとして行うことによ
り、回路構成が簡単で、帰還制御領域が広く、混
合気の“濃”、“薄”いずれの状態からでも空燃比
帰還制御を速やかに開始でき、かつ“濃”状態か
らの帰還制御開始時に過渡的に機関の回転低下を
起こすこともなく、適切な制御が行える空燃比帰
還制御装置を提供することにある。
第5図は、本発明の機能を示すブロツク図であ
る。第5図において、排気センサ100は、内燃
機関の排気ガス中の酸素濃度に対応した信号を出
力する。また、電流流し込み回路101は、所定
の電圧を抵抗により分圧し、上記分圧電位点から
抵抗を介して上記排気センサとの接続点に電流を
流しこむ回路であり、例えば後記第2図の5のご
ときものである。また、入力回路102は、上記
接続点からの排気センサ出力信号を増幅しA/D
変換してマイクロプロセサ(破線で囲んだ部分)
に入力するものである。また、上記マイクロプロ
セツサの機能としては、下記の各手段がある。す
なわち、第1比較基準電位設定手段103は、第
1の比較基準電位(空燃比の濃状態側の基準とな
る高い方の値)を設定し、第2比較基準電位設定
手段104は上記第1の比較基準電位より低い第
2の比較基準電位(空燃比の希薄状態側の基準と
なる低い方の値)を設定する。また、判定手段1
05は、排気センサ出力信号レベルが上記第1、
第2の比較基準電位の間から逸脱した時に帰還制
御可能状態と判定して空燃比帰還制御手段に帰還
制御を開始させ、排気センサ出力信号レベルが上
記第1、第2の比較基準レベルの間に所定時間存
在することを判別して帰還制御を停止させるもの
である。また、比較基準電位変更手段106は、
排気センサ出力信号レベルが上記第1の比較基準
電位を超えて帰還制御が開始された時に上記第2
比較基準電位を初期設定値よりも上昇した他の設
定値に移行させ、その後所定の割合で上記設定値
を下降させて初期設定値または他の設定値に向つ
て変化させるものである。なお、空燃比帰還制御
手段は、従来と同様に、排気センサ出力信号に応
じてデジタル計算機における演算結果を修正して
空燃比を所望値に帰還制御する。
上記のごとく、本発明においては、マイクロプ
ロセツサのプログラムによつて比較基準電位の設
定、比較、演算などを行うことにより、アナログ
制御システムやワイヤロジツクシステムで必要と
した複雑な比較判定回路は不要で、回路構成が簡
単となり、また“濃”状態からの帰還制御開始時
に上記他方の比較基準電位を初期設定値から上昇
した他の設定値に移行させ、その後所定割合で上
記設定値を下降させて初期設定値または他の設定
値に向つて変化させることもソフト的手法で容易
にでき、これにより“濃”状態からの帰還制御開
始時にも機関の回転低下を起こさずに適切な制御
を行うことができる。
本発明を例示とした実施例並びに図面について
説明する。
第1図は本発明による空燃比帰還制御装置を適
用するに好適なデジタル計算機による内燃機関制
御装置のブロツク線図を示す。車両及び内燃機関
の種々の状態を検知するセンサ群1、例えば排気
管に取付けて排気ガス中の酸素濃度を検出する
O2センサ11、クランクと共働して機関の回転
速度と回転の位相とを検出するクランク角センサ
12、シリンダの冷却水温度を検出する水温セン
サ13等、からの出力をインターフエース2を介
して演算処理装置(CPU)4に入力する。イン
ターフエース2はセンサ群1からの入力信号の取
りこみA/D変換、データの保持等を行う。
CPU4はこの入力信号を所要の時に取りこみ、
所要の演算を行つて作動信号データを作成し、イ
ンターフエース2を介してアクチユエータ群3の
所要のアクチユエータ、例えば燃料噴射弁31、
点火装置32、排気還流弁33を作動させる。
排気中の酸素濃度を検出するO2センサの出力
は基準値と比較して“濃”“薄”混合気の信号と
なり、CPUはこの信号に応じて吸入空気量基準
の演算燃料噴射量を修正して空燃比を所要の値に
保つ。この制御を空燃比帰還制御と称する。
第2図は本発明によるO2センサ信号処理回路
を示す。O2センサ11の等価回路として内部抵
抗111と内部超電力112を示す。O2センサ
11への電流流しこみ回路5はO2センサ11に
接続され、所定電圧+Bを抵抗分圧する構成であ
る。O2センサ11の出力信号は信号増巾器6で
増巾される。信号増巾器6の出力はインターフエ
ース21に供給されてA/D変換され、CPU4
との間で信号の受け渡しを行う。電流流しこみ回
路5においては所定電圧+Bを抵抗51,52に
よつて分圧し抵抗53を経てO2センサ11に電
流を流しこむ。CPU4はA/D変換されたO2
ンサ出力信号を適時取りこんで、本発明によつて
ソフトウエアプログラムの制御によつて信号の処
理及び帰還制御のための演算を行う。
第2図の回路の動作を説明する。機関始動後に
排気管が加熱されるまでの間はO2センサ温度が
低く、内部抵抗値は高く、応答が遅い。従つてこ
の時期は帰還制御を行うことはできない。この時
の端子電位VSは電流流しこみ回路5の分圧電位
VOとほぼ等しい値となつている。第3図はO2
ンサ11の内部抵抗111の値ρの変化に応じて
VSの値の変化を示す。第3図の部分AがO2セン
サ低温状態を示す。ρの値は矢印に示す通り左方
が大きい。
O2センサ11の温度が上昇し、内部抵抗値ρ
が減少すれば、電圧VSには内部起電力112の
影響が生ずる。機関の混合比が理論空燃比よりも
“濃”い状態であれば約0.8Vの内部起電力を発生
し、“薄”い状態であれば約0.1Vの値を出力す
る。従つて端子電位VSはO2センサ内部抵抗の低
下と共に部分Bに示す変化となる。ソフトウエア
プログラムの中に基準電位VREF1,VREF2を設定し
ておけば基準電位と端子電位VSとを比較するこ
とによつてO2センサ内部抵抗値の監視を行なう
ことが可能となる。即ち、VSがVREF1より大とな
つた時に帰還制御可能状態と判断し、帰還制御開
始信号を発生する。同様に“薄”い混合気の場合
はVSがVREF2よりも低くなつた時に帰還制御可能
と判断する。
O2センサの温度が十分高い場合には帰還制御
を続け、上述の基準電位VREF1,VREF2の一方を空
燃比比較の基準信号として端子電位VSの値を監
視する。別の基準電位VREF3を基準信号として設
定することが可能である。
機関をアイドリング状態で放置した場合等では
O2センサの温度が次第に低下し、内部抵抗ρが
増加して端子電位VSの特性は部分Bから部分A
に移る。従つて端子電位VSが基準電位VREF1
VREF2の間に所定時間存在することを判別して帰
還制御を停止することができる。端子電位と基準
電位との比較はソフトウエアプログラムによつて
CPU4が行う。CPU4が行う上述の比較機能、
帰還制御開始点の弁別、“濃”“薄”混合気の弁別
は極めて容易に作成され、アナログ制御システム
で必要とする複雑な回路は省略される。
下限基準電位VREF2の値は通常は一定値である。
第4図に示す通り、“濃”状態で帰還制御を開始
した場合にVS>VREF1となり、空燃比を“薄”混
合気側に制御する作動を行う。この制御によつて
“薄”混合気となつた状態をO2センサが検知し端
子電位VSは第4図のC点において“薄”信号を
出す。帰還制御開始からO2センサが“薄”信号
を出すまでに比較的長時間を必要とし、一時的に
機関は過薄混合気運転を続け、機関回転数の低下
又は停止を生ずる。
これを防ぐために、第4図に示す実施例におい
ては、“濃”混合気による帰還制御開始の時に下
限基準電位VREF2を高い電位VREF2′に移動させ、
その後に所定の割合で元の値まで低下させる。こ
れによつて、端子電位VSはC点よりも早くD点
で見かけの下限値に達し、ここで“薄”信号が生
ずるため、機関の過薄運転時間は短縮され、回転
低下を防止する。
なお、第4図D点での端子電圧VSの下限値の
判定に当つては、判定出力を安定させるため、通
常行なわれるように基準電位にヒステリシスを持
たせている。
上述によつて明らかにされた通り、本発明によ
つて極めて簡単な回路と容易に作成できる処理プ
ログラムとによつて所望の空燃比帰還制御を容易
に精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明空燃比帰還制御装置を適用する
内燃機関制御装置のブロツク線図、第2図は本発
明によるO2センサ信号処理回路図、第3図は第
2図のセンサ出力端子電位の変化を示す図、第4
図は“濃”信号による帰還制御開始時の基準電位
増加の実施例を示す図、第5図は本発明の機能を
示すブロツク図である。 1…センサ群、2,21…インターフエース、
3…アクチユエータ群、4…中央演算処理装置
(CPU)、5…電流流しこみ回路、6…増巾器、
11…O2センサ、111…内部抵抗、112…
起電力。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 内燃機関の燃料供給量を演算するデジタル計
    算機と、機関の排気管に取付けられ排気ガス内の
    酸素濃度を検知する排気センサとを有し、排気セ
    ンサの出力信号を比較基準電位と比較して、排気
    センサの出力信号レベルが帰還制御可能状態にあ
    ると判定された時、排気センサ出力信号により上
    記デジタル計算機の演算結果を修正して空燃比を
    所望値に帰還制御する空燃比帰還制御装置におい
    て、所定の電圧を抵抗により分圧し、上記分圧電
    位点から抵抗を介して上記排気センサとの接続点
    に電流を流しこむ電流流し込み回路と、上記接続
    点からの排気センサ出力信号を増幅しA/D変換
    してマイクロプロセサに入力する入力回路とを備
    え、かつ、上記マイクロプロセツサの機能とし
    て、第1の比較基準電位を設定する第1比較基準
    電位設定手段と、該第1の比較基準電位より低い
    第2の比較基準電位を設定する第2比較基準電位
    設定手段と、排気センサ出力信号レベルが上記第
    1、第2の比較基準電位の間から逸脱した時に帰
    還制御可能状態と判定して帰還制御を開始させ、
    排気センサ出力信号レベルが上記第1、第2の比
    較基準レベルの間に所定時間存在することを判別
    して帰還制御を停止させる判定手段と、排気セン
    サ出力信号レベルが上記第1の比較基準電位を超
    えて帰還制御が開始された時に上記第2比較基準
    電位を初期設定値よりも上昇した他の設定値に移
    行させ、その後所定の割合で上記設定値を下降さ
    せて初期設定値または他の設定値に向つて変化さ
    せる比較基準電位変更手段とを備えたことを特徴
    とする内燃機関の空燃比帰還制御装置。
JP4301179A 1979-04-11 1979-04-11 Air-fuel return controller for internal cumbustion engine Granted JPS55137334A (en)

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JPS55137334A JPS55137334A (en) 1980-10-27
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