JPH0116332B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関の燃料調量装置、さらに詳
細には混合気あるいは排気ガス組成に従つて補正
可能な出力信号を発生する燃料調量信号発生器
と、混合気あるいは排気ガスの少くとも１成分を
検出するセンサと、燃料補正信号を形成する回路
装置とを備えた内燃機関の燃料調量装置に関す
る。

一般的に例えば燃料噴射弁を制御する燃料調量
信号を排気ガス組成に従つて行なうことが知られ
ている。そのためにセンサを用いて排気ガス中に
おける酸素成分が測定され混合気組成の制御に用
いられている。しかし酸素センサは必ずしも故障
しないとも限らないので、監視（モニタ）装置を
設けなければならない。例えば酸素センサとして
機能するラムダセンサの出力信号における変動は
稼動時間が長くなるとともに平坦となり、混合気
の組成を制御する制御装置の反応速度は鈍くなつ
てしまう。

従つて酸素センサに対する監視センサに２つの
コンパレータを設けることが知られている。これ
らのコンパレータは例えば混合気が濃い状態から
薄い状態に移つた場合酸素センサの出力信号が所
定の中間領域に滞在する期間を検出し、エラーな
いし故障が発生したかどうかに用いられる。しか
し２つのコンパレータを用いることは安全性の理
由から好ましくない。

従つて本発明はこのような従来の欠点を解消し
故障が少くしかも簡単な構成で確実な燃料調量を
行なえる内燃期間の燃料調量装置を提供すること
にある。

本発明によれば燃料補正信号を形成する回路装
置にセンサの出力信号を比較するしきい値が切り
換え可能な単一のコンパレータ（比較器）が設け
られる。このコンパレータの出力レベルの経過曲
線が監視されそこから補正ならびにエラー識別信
号が引き出される。

本発明による内燃機関の燃料調量装置によつて
必要な安全性ならびに信頼性が得られるようにな
り、とりわけコンパレータの出力信号において得
られる信号を用いて混合気の組成の補正が精密に
行なわれる。また場合によつては酸素センサ等が
故障した場合制御の切り換えが行なわれ、エラー
が発生したことが指示される。

次に添付図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。第１図ａにはガス組成が変化する内
燃機関の排気ガス管に設けられたラムダ（λ）セ
ンサ（ラムダゾンデ）の出力信号が図示されてい
る。最初は電圧値が大きいことがわかり、そのこ
とは吸気管の混合気が濃い（リツチ）ことを示
し、排気ガス中には酸素がごくわずかであるかあ
るいはほとんど含まれないことが理解される。特
性曲線に従えば燃料の調量はしばらくして混合気
があまり濃くない領域に移り、続いて薄い領域
（リーンな領域）に変化する。次に再び濃くなり、
また再び薄くなつて最後にセンサの故障が模擬さ
れており、それによつてセンサの出力電圧は中央
領域で一定となる。またセンサの出力信号が下限
値あるいは上限値になつてしまうようなエラーが
センサ自体及びそれに続くセンサ回路において発
生する可能性もあるが、このようなエラーは他の
回路（図示せず）によつてあるいはコンピユータ
ー制御によつて検出することができる。

センサが完全な場合には濃い領域から薄い領域
あるいはその逆に変化した場合電圧変動は比較的
鋭いものとなる。とりわけ稼動時間が長いセンサ
の場合には電圧変動はゆるやかなものとなるの
で、もはや十分応答の早い混合気制御を行うこと
は不可能となる。センサの駆動特性における劣化
はセンサの出力信号が所定の値に留まる滞留時間
を測定することによつて検出することができる。
本発明における燃料制量ないし調量装置の場合セ
ンサの出力信号を２つの電圧しきい値で比較し、
コンパレータの出力信号の変化を検出することに
よつてセンサの劣化ないし故障が検出される。

第１図に示した他の信号波形図は、センサなら
びにそれに関連したセンサ信号処理回路を示した
第２ａ図の回路の各点において発生する信号波形
である。

第２ａ図において符号１０で示したラムダセン
サは一端がアースに直接接続され、他端はセンサ
の内部抵抗１１ならびに 抵抗１２を介して演算増幅器（差動増幅器）を
用いて構成されるコンパレータ（比較器）１３の
プラス入力に接続される。プラス線１４とアース
線１５間には３つの抵抗１６，１７，１８から成
る分圧器が接続される。両抵抗１６，１７の接続
点は抵抗１９を経てコンパレータ１３のマイナス
入力に接続され、一方抵抗１７，１８の接続点は
抵抗２０を経てプラス入力に接続される。コンパ
レータ（差動増幅器）１３は抵抗２２を経て正帰
還されており、さらにコンパレータ１３の出力と
プラス線１４間には抵抗２３が接続される。ノイ
ズを抑圧するためにコンパレータ１３のプラス入
力とアース間にはさらにコンデンサ２４が接続さ
れる。コンパレータ１３のマイナス入力は抵抗２
５及びスイツチ２６から成る直列回路を経てアー
スに接続されており、コンパレータ１３のしきい
値はこのマイナス入力を経て切り換えることがで
きる。

コンパレータ１３の出力にはＤフリツプフロツ
プ３０が接続され、その反転出力Ｑはイクスクル
ーシブオアゲート（排他的ORゲート）３１の第
１の入力と接続される。一方このゲート３１の第
２の入力には他のＤフリツプフロツプ３２の反転
出力から得られる出力信号が印加される。Ｄフ
リツプフロツプ３２の出力レベルはクロツク周波
数rに同期した切り換えられる。このフリツプフ
ロツプ３２のＱ出力はスイツチ２６を備えたリレ
ー３３に接続される。

イクスクルーシブオアゲート３１の後には他の
イクスクルーシブオアゲート３４が接続され、そ
の一方の入力は直接ゲート３１の出力信号と又他
方の入力はＤフリツプフロツプ３５を経てゲート
回路３１の出力信号とそれぞれ接続される。イク
スクルーシブオアゲート３４の出力はオアゲート
３６の第１の入力と接続される。オアゲート３６
の他の入力はリセツト線３７と接続され、またオ
アゲート３６の出力はカウンタ３９のロード入力
３８と接続される。カウンタ３９はクロツク周波
数によつて駆動され、そのオーバーフロー（キヤ
リー）によつてフリツプフロツプ４０が制御され
る。このフリツプフロツプ４０はリセツト線３７
に現われる信号によつてリセツトされる。センサ
からの信号が２つのしきい値の間にある領域に長
く存在する場合フリツプフロツプ４０の出力４１
を介してエラー信号が検出される。

第２ａ図にはＡ〜Ｅの符号を付した６つの引き
出し線が図示されている。端子Ａはコンパレータ
（差動増幅器）１３の出力と、端子Ｂはフリツプ
フロツプ３２のＱ出力と接続される。Ｃはイクス
クルーシブオアゲート３４の出力が得られるリー
ド線を示し、Ｄはリセツト線３７を、Ｅはフリツ
プフロツプ４０の出力と接続された端子を示す。

第２ａ図に図示した回路の動作を第１ａ〜第１
ｉ図までの図面を参照して説明する。

第１ａ図はセンサ１０の出力信号を示し、一方
第１ｂ図はフリツプフロツプ３２のＱ出力に現わ
れる出力信号を示す。この信号によつてスイツチ
２６は一方の状態から他方の状態に切り換えられ
るので、第１ｃ図に図示したようにコンパレータ
１３のマイナス出力にはレベルが異なる直流電圧
が発生する。コンパレータ１３のマイナス入力に
現われるこの信号によつて第１ａ図に図示したセ
ンサ入力信号は異なるしきい値で比較され、コン
パレータ１３の出力には第１ｄ図に図示したよう
な出力信号が発生する。上述したしきい値の切り
換えは一定の周波数で行なわれる。センサからの
信号電圧が第１ａ図に点線で図示した２つのしき
い値の間にある領域にある限り出力信号は周期的
に変化することが理解される。一方第１ａ図の
ｂ，ｃの時点の間で示したようにセンサ信号が上
方しきい値よりも大きくなると、出力信号はそれ
ぞれのしきい値に無関係に高い値となる。それと
は逆にセンサ信号が下方のしきい値よりも下の値
となるとコンパレータ１３の出力信号には変化が
現われない。上方しきい値より大きくなつた場
合、または下方しきい値よりも小さくなつた場合
の差は、センサの出力信号が高い場合にはコンパ
レータの出力信号が高い値となり、センサの出力
レベルが小さい場合にはコンパレータの出力信号
がゼロとなるところである。コンパレータ１３の
後に接続されたフリツプフロツプ３０はスクリー
ニングすなわちコンパレータの出力信号の同期化
を行なう機能をする。第１ｅ図にはフリツプフロ
ツプ３２の反転出力に発生する信号が図示され
ている。センサの出力信号がしきい値（第１ａ図
参照）を通過する位置の検出がイクスクルーシブ
オアゲート３１によつて行なわれる。そのゲート
回路３１の出力信号が第１ｆ図に図示されてい
る。イクスクルーシブオアゲート３１の後に接続
されたフリツプフロツプ３５とイクスクルーシブ
オアゲート３４によつてイクスクルーシブオアゲ
ート３１の出力信号のエツジが識別される。第１
ｇ図に示したようなイクスクルーシブオアゲート
３４の出力信号が現われるごとにメモリとして機
能するカウンタ３９は所定の値がロードされるの
で、第１ｇ図に示した信号においてパルス間の休
止期間が長く続く間のみカウントが長く行なわれ
る（ロードパルスに代え消去パルスを印加するよ
うにしてもよい）。この状態が第１ｈ図に図示さ
れている。第１ｈ図においてカウント状態が短か
い場合には複雑さを避けるためにその状態は図示
されておらず、第１ｇ図に示したパルス休止期間
が大きい間におけるカウント状態のみが図示され
ている。このような計数が行なわれている間初期
値、すなわち上述したロードされた値に対応した
計数値以上になつたときカウンターはオーバーフ
ローになるが、その場合にはエラーあるいは故障
と解釈される。その例が第１ｉ図に図示されてい
る。

第１ｄ図に図示した曲線を観察すると、センサ
の出力信号と両しきい値との関係が直接理解され
る。すなわちセンサ信号が上方しきい値よりも大
きくなると電圧値が高くなる「連続駆動」が行わ
れ、一方センサ信号が両しきい値の間にあるとパ
ルス駆動が支配し、一方センサ信号が下方しきい
値よりも下になると第２ａ図に図示したコンパレ
ータ１３の出力信号はゼロとなる。第１ｄ図に図
示した信号は混合気の制御に利用される。そのた
めの回路が第２ｂ図に図示されている。

第２ｂ図に示した回路の主要部は可逆カウンタ
５０並びにそれと接続された比較回路５１ならび
に加算器５２である。５３は、信号発生器を示
し、その信号発生器は回転数及び吸気管における
空気流量などのような動作特性量に基づいて噴射
信号により燃料を供給する燃料供給装置において
噴射時間を表わす長さtiの出力信号を発生する。
この排気ガス組成に関してまだ補正されていない
噴射信号は乗算回路５４（Intel 7497）ならびに
加算回路５５に供給される。この乗算回路５４は
アンドゲート５６を経て加算回路５５の他の入力
と接続される。この加算回路５５の出力から補正
された噴射信号が取り出され最終的に燃料噴射弁
５７に供給される。

第２ｂ図に図示した回路は詳細には次にような
構成をとつている。端子Ａはリード線６０を経て
イクスクルーシブオアゲート６１の第１の入力と
接続される。このゲート６１の出力は接続点６２
と接続され、その接続点６２は可逆カウンタ５０
のカウント方向入力、ノア（NOR）ゲート６３
の一方の入力、ナンド（NAND）ゲート６４な
らびにフリツプフロツプ６５の入力と接続され
る。カウンタ５０のロード入力にはイクスクルー
シブオアゲート６６の出力からの信号が入力され
る。このゲート６６の入力はその一方が直接端子
Ｃに接続されまた他方の入力はＤフリツプフロツ
プ６７を経て端子Ｃと接続される。

カウンタ５０のリセツト入力は端子Ｄ，Ｅに入
力が接続されたオアゲート６９と接続される。す
なわちカウンタ５０のリセツト入力はリセツト線
３７とフリツプフロツプ４０の出力４１と接続さ
れる。

比較回路５１はカウンタ５０の他にさらにメモ
リ７０の出力と接続される。メモリ７０からは一
定値を呼び出すことができる。比較回路５１の出
力はリード線７１を経てフリツプフロツプ６５の
クロツク入力ならびにナンドゲート６４の第２の
入力と接続され、さらにインバータ７２を経てノ
アゲート６３の第２の入力と接続される。ノアゲ
ート６３の出力はフリツプフロツプ７４のクロツ
ク入力に接続され、フリツプフロツプ７４の反転
出力はフリツプフロツプ７４の入力に戻されると
ともに加算器５５の制御入力にも接続される。フ
リツプフロツプ７４の非反転出力はイクスクルー
シブオアゲート６１の第２の入力と接続される。

カウンタ５０のイネーブル入力の前段にはナン
ドゲート７５が接続され、そのナンドゲートの入
力はナンドゲート６４の出力ならびに乗算回路７
７のオバーフロー出力とそれぞれ接続される。こ
の乗算回路７７には第１の入力７８を経て所定の
数が入力され、一方その計数入力７９はアンドゲ
ート８０の出力と接続される。このアンドゲート
８０の入力信号はクロツク信号ならびにフリツプ
フロツプ３２の非反転出力からの信号（端子Ｂ）
である。制御駆動に関する指示信号はフリツプフ
ロツプ６５非反転出力から取り出され、一方その
フリツプフロツプ６５の反転出力は乗算回路５４
と加算器５５の間に接続されたアンドゲート５６
と接続される。

加算器５５の制御入力を介して、信号発生器５
３から得られる未補正の長さtiの噴射信号を排気
ガス組成に従つて延長すべきかあるいは短かくす
べきかどうかが定められる。このことはフリツプ
フロツプ７４の出力信号が濃すぎる混合気と薄す
ぎる混合気のレベル間を変動することを示してい
る。

そもそも補正が行なわれるかどうかは乗算回路
５４と加算回路５５の間に接続されたアンドゲー
ト５６の制御を介して定められる。エラーが発生
した場合にはこのアンドゲート５６は遮断しなけ
ればならないので、排気ガス制御はエラーを考慮
した制御に変わり、燃料の制量ないし調量は例え
ば回転数や吸気管における空気流量に関係しての
み行なわれる。

正あるいは負の補正量の大きさは乗算器５４の
出力信号によつて求められる。この出力信号は補
正されていない噴射時間ti（もちろんそれに対応
した数値）とカウンタ５０の計数状態に対応した
フアクタの積である。この計数状態に関係したフ
アクタは可逆カウンタ５０の計数方向ならびにそ
の計数状態がセンサ信号により制御されることに
よつてセンサ信号に関係して継続的に補正され
る。

カウンタ５０の計数状態はその値に関して言え
ばラムダ＝１に対するラムダ移動量に対応する。
濃い混合気あるいは薄い混合気に基づいた計数の
符号はフリツプフロツプ７４に記憶される。カウ
ンタ５０は端子Ｅに現われる信号を介して検出さ
れるセンサの故障時ならびにリセツト線を介して
リセツトされる。このリセツト線によるカウンタ
５０のリセツトによつて制御の開始時に所定の出
力状態に設定することができる。この場合には同
時に第２ｂ図に図示しなかつた他の手段による制
御に切り換えられる。

第２ａ図に図示したコンパレータ１３の出力信
号はフリツプフロツプ７４の出力信号とともにカ
ウンタ５０の計数方向を定める。フリツプフロツ
プ７４の非反転出力に正の信号が現われ、混合気
が薄い場合、あるいはフリツプフロツプ７４の出
力にゼロ信号が現われ、しかも混合気が濃い場合
にはイクスクルーシブオアゲート６１の出力には
論理「１」が現われ、カウンタ５０はアツプの方
向へ計数が行なわれる。一方、その他の場合には
ダウンの方向に計数が行なわれる。その場合計数
はカウンタ５０のイネーブル入力にゼロの信号が
発生した場合にのみ行なわれる。イネーブル入力
にゼロの信号が発生するのは乗算器７７がオーバ
ーフロー信号を発生しかつ比較回路５１の出力信
号ならびにイクスクルーシブオアゲート６１の信
号がゼロの場合である。

乗算器７７はカウンタ５０のカウント周波数を
回転数や負荷のようなエンジンに特有な量に適合
させる機能を有する。必要な場合にはこの乗算器
７７は半分のクロツク周波数でのみ駆動される。
それはクロツク信号とフリツプフロツプ３２Ｂの
出力信号を論理的に組み合わせることによつて行
なわれる。下方しきい値が印加された場合にのみ
濃い薄いの識別が行なわれる。

第１ａ図に示したしきい値を通過するとイクス
クルーシブオアゲート６６は第１ｇ図の信号に従
つて論理「１」を発生し、それによつてカウンタ
５０の内容は移動値（比例成分）に従い減少され
る（加算器５２の結合により）。

イクスクルーシブオアゲート６１の出力にゼロ
信号が現われ、また比較回路５１に値が等しくな
つたことを示す出力信号が現われるとフリツプフ
ロツプ７４（リツチ・リーン・フリツプフロツ
プ、すなわち混合気の濃い薄いを記憶ないし判別
するフリツプフロツプ）が反転する。ナンドゲー
ト６４はナンドゲート７５とともにカウンタ５０
のオーバーフローを遮断する機能を行なう。比較
回路５１において値が等しくなり計数方向が正の
場合にはカウントストツプに達したとみなされ、
全体のシステムはフリツプフロツプ６５を介して
異なる制御に切り換えられる。

加算器５５の出力信号は数学的に見ると、 tiλ＝ti＋｜Δλ｜・ti・（混合気が リツチかリーンかに従つて決まる符号） 上記符号は、例えばフリツプフロツプ７４の非
反転出力端子が「０」あるいは「１」に従つて
「プラス」あるいは「マイナス」となる。この式
は未補正の噴射期間tiがその符号に関してはリツ
チ・リーンの駆動状態に従つてまたその値に関し
てはラムダ移動の大きさに関して補正されること
を意味する。

第３図には可逆カウンタ５０の計数状態がラム
ダ値に関係して、すなわち混合気が濃いかあるい
は薄いかに従つて図示されている。横軸にはラム
ダ値が縦軸には計数状態が図示されており、右側
は薄い領域、左側は濃い領域である。ラムダ値が
「１」に達するとノアゲート６３従つてフリツプ
フロツプ７４も反転する。カウンタ５０の計数状
態はラムダ移動の大きさに関する情報しか示して
おらずその符号に関しては示されていないことが
わかる。同図の右半分に示された蛇行を描いた線
はカウンタ５０が連続的にカウントする状態を示
している（加算器５２の影響は取り除かれてい
る）。その場合カウンタ５０の計数方向に関して
符号が変化した場合新しい初期値は発生せず、そ
のことは計数速度が損われないことを意味する。

上に説明した燃料調量装置の例は燃料噴射装置
に適用される。本発明は燃料噴射装置をどのよう
なものとも述べていないので、一般的に燃料調量
装置、例えば電子的に制御されるキヤブレタ装置
などに適用される。本質的なことはセンサ信号に
対して単一のコンパレータだけで足りることであ
り、このコンパレータの出力信号に応じて燃料調
量の方向ならびに燃料調量の大きさが補正される
ことである。

これまでは、内燃機関の排気ガスにおける１つ
の成分に基づいて混合気の組成を決めることが行
なわれていたが、そのような制御装置の反応時間
は混合気をさらに内燃機関の吸気管において触媒
を用いて燃焼させ、その燃焼工程の結果得られる
成分に基づいて制御を行なうようにする時かなり
改良できることが示されている。

このように本発明では、混合気あるいは排気ガ
スの成分を検出するセンサからの出力信号を比較
する単一の比較手段を設け、この比較手段のしき
い値を一定の周波数で交互に異なるしきい値に切
り替え、センサからの出力信号がこの異なるしき
い値によつて形成される範囲内にあるか否かを監
視し、また、センサからの出力信号がその範囲内
にある期間を計数する計数手段を設け、センサ出
力信号が前記範囲内に所定期間以上留まつた場合
センサが故障していると判断するようにしている
ので、二つの比較手段を用いることなく、安価な
しかも簡単な構成でセンサの故障を検出すること
ができ、信頼性のある混合気の組成制御が可能に
なり、確実な燃料調量を行えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｉはそれぞれ本発明装置を実現する
電気回路（第２図）における各点の出力波形を示
した波形図、第２ａ図は本発明の燃料調量装置の
電気部分を示した電気回路図、第２ｂ図は燃料調
量信号の補正を行なう補正回路を示した電気回路
図、第３図は補正信号を形成するカウンタの動作
を示したグラフ図である。 １０……ラムダセンサ、１３……コンパレー
タ、２６……スイツチ、３３……リレー、３９…
…カウンタ、５０……可逆カウンタ、５１……比
較回路、５２……加算器、５４……乗算器、７０
……メモリ、７４……フリツプフロツプ、７７…
…乗算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関に供給される空気と燃料の混合気の
   組成を制御する内燃機関の燃料調量装置におい
   て、 混合気あるいは排気ガスの少なくとも１つの成
   分を検出するセンサ１０と、 前記センサからの出力信号を交互に切り替えら
   れる異なる２つのしきい値で比較し、センサから
   の出力信号が前記２つのしきい値で形成される値
   の範囲内UHにあるときしきい値の切り替えに従
   つて変化する値を出力する単一の比較手段１３
   と、 前記比較手段からの信号に従つて混合気の組成
   を補正する手段と、 前記比較手段からの出力信号を計数し、センサ
   からの出力信号が前記２つのしきい値で形成され
   る範囲内にある期間を計数する手段３９とを備
   え、 前記２つのしきい値を一定の周波数で交互に切
   り換え、前記計数手段による計数値が所定の値を
   越えたとき前記検出センサが故障していると判断
   することを特徴とする内燃機関の燃料調量装置。 ２ 前記比較手段をコンパレータで構成し、コン
   パレータ１３の後に論理ゲート３１が接続され、
   その論理ゲートにコンパレータ１３の出力信号な
   らびにしきい値切り換え信号が供給される特許請
   求の範囲第１項に記載の内燃機関の燃料調量装
   置。 ３ 前記論理ゲートとしてイクスクルーシブオア
   ゲート３１が用いられ、このオアゲートにはコン
   パレータ出力信号ならびに切換え信号が入力され
   る特許請求の範囲第２項に記載の内燃機関の燃料
   調量装置。