JPH01206251A - 空燃比センサの測定信号を処理する装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は空燃比センサの測定信号を処理する装置に係り
、ざらに詳細には内燃機関の排気ガス内に配置された空
燃比センサの測定信号からノイーズを除去した出力信号
を得るための、空燃比センサの測定信号を処理する装置
に関するものである。

［従来の技術］ 空燃比センサ（ラムダセンサあるいは酸素センサとも呼
はれる）の測定信号は多数のパラメータに依存しており
、特に検出すべき酸素濃度に関係するだけでなく、温度
及び排気ガスの背圧にも関係している。以下においては
圧力の影響を検出することについて説明する。

ボンピング型のセンサ（第１図）とネルンストタイプの
センサ（第２図）について圧力変動が測定信号に及ぼす
影響が、それぞれ４気筒エンジンについて示されている
。いずれの場合にもシリンダに供給される空気量を適当
に制御することによって、ラムダ値（空気比の値）は１
．２５に調節されている。圧力の影響がなけれは、排気
ガス流内に配置されている空燃比センサは常にラムダ値
１．２５に相当する電圧を出力することになる。しかし
図は明らかにそうでないことを示している。第１図は、
プラス２４％とマイナス１３％程度の最大偏差を有する
激しい変動を示している。ネルンストタイプのセンサの
最大偏差は約プラス３％である（第２図）。

［発明が解決しようとする課題］ 空燃比センサの測定信号を処理する従来の処理装置には
、急激なノイズ信号を濾波するローパスフィルタとＡ　
／　Ｄ変換器が設けられており、このＡ／Ｄ変換器の出
力信号が各プログラムループに従って検出される。Ａ／
Ｄ変換器の出力信号が実際のラムダ値に余り遅延せずに
反応することができるようにするためには、ローパスフ
ィルタの積分時間を余り長く選択することはできない。

それによって圧力によってもたらされるノイズが濾波さ
れないので、サンプリング時点で決定される出力信号は
実際のラムダ値から上方あるいは下方にずれる危険があ
る。従って出力信号が印加される制御装置が受は取る実
際値情報には誤差が含まれており、従って最適な制御結
果が得られないという欠点がある。

本発明の課題は、空燃比センサの測定信号に及ぼされる
圧力の影響を補正することのできる冒頭で述べた種類の
処理装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決するため本発明によれば、内燃機関の
排気ガス内に配置された空燃比センサの測定信号からノ
イズを除去した出力信号を得るための、空燃比センサの
測定信号を処理する装置において、センサの測定信号を
開始時点から所定の積分時間にわたって積分し、積分し
た信号を出力信号として出力する積分装置と、積分を開
始する開始時点を決定し、入力される運転パラメータか
ら排気ガスの圧力脈動の周期期間を計算し、計算された
この周期期間に基づき所定の整数の係数を用いて乗算す
ることによって前記積分時間を決定するタイミングパル
ス発生器を設けた構成が採用されている。

［作用］ 本発明の処理装置によれば、従来使用されていたローパ
スフィルタのように非常に短い時定数で非連続的に積分
を行うのでなく、圧力変動の周期期間の整数倍の期間に
わたってできるだけ正確に、特に正確に１周期にわたっ
て積分を行う積分装置が設けられている。この周期期間
は供給される運転パラメータ、特にエンジン回転数に関
係して、タイミングパルス発生器により計算される。さ
らに、タイミングパルス発生器によって積分を開始する
時点も決定される。

処理装置の出力信号に基づいてマルチシリンダ内燃機関
の全ての噴射弁の噴射時間を同時に決定する場合には、
積分の開始時点を個々のシリンダに関係なく自由に選択
することができる。さらに、各シリンダの空燃比センサ
の圧力変動がほぼ等しい場合には、１つの脈動の周期期
間にわたって積分するだけで十分である。それに対して
シリンダ毎に圧力変動が異なる場合には、すべてのシリ
ンダの圧力変動が検出される時間にわたって、例えば４
サイクル４気筒内燃機関の場合には４周期朋問にわたっ
て積分する方が効果的である。

各シリンダが異なる特性を有する場合には、１周期期間
にわたってできるだけ正確に積分を行））、かつ所定の
シリンダからの排気ガスが空燃比センサに達したその時
にできるだけ正確に積分を開始することが必要である。

これは次のような理由に基づく。

所定のシリンダの排出弁が閉放されると、排気ガスによ
り音速で伝播する圧力波が生じる。空燃比センサを通過
する圧力波の振幅は、１周期期間にわたって観察すると
第１図と第２図に示すように、センサによって表示され
る空気比（ラムダ）に相当するカーブを示す。すでに説
明したように、測定の閏は空気比が常に１．２５に保た
れており、図示の空気比の変動は圧力変動によってもた
らされたものである。排気ガス自体は、シリンダから放
出された圧力波に比較して、シリンダが開放されてから
非常にゆっくりと空燃比センサに達する。

従って第１シリンダから放出された圧力波が空燃比セン
サを通過する周！１１　ｇ１間の間に、その少し前に第
３シリンダから排出された排気ガスがセンサを通過する
ことが可能になる。回転数が変化すると、圧力波の伝播
速度には影響はないが、排気ガスが流れる速度は影響を
受ける。従って前述の場合と回転数が異なると、第４シ
リンダから排出された排気ガスは、第１シリンダから放
出される圧力波がセンサの位置を通過する期間に、セン
サを通過することが可能となる。さらに回転数が変化す
ると、圧力波の最初の部分においては第３シリンダから
の排気ガスが通過するが、圧力波のその他の部分におい
ては第４シリンダからの排気ガスが通過する。所定のシ
リンダに関してそれぞれ空気比を測定しなければならな
いので、積分時間は圧力の脈動とは無関係に、所定のシ
リンダからの排気ガスが空燃比センサに達するその時点
に正確に設定しなければならない。通過する圧力波が空
気比に与える影響を除去するために、積分は圧力波の位
相とは関係なく、正確に１つの周期にわたって行われる
。

今日、自動車の電装装置において広く行われているよう
に、処理装置全体をマイクロコンピュータで形成するこ
とも可能である。しかし、特殊な積分の課題をマイクロ
コンピュータに課することを避けるために、市場に出て
いる専用の積分装置を使用する方が効果的である。その
場合には積分装置は積分の開始時間と終了時間あるいは
開始信号及び該当する積分時閏に関する情報のみをマイ
クロコンピュータから取り出す。

［実施例］ 本発明の実施例を図面に示し、以下で詳細に説明する。

第３図のブロック図によれば、処理装置ｌＯには積分装
置１１とタイミングパルス発生器１２が設けられている
。本実施例によれば、タイミングパルス発生器１２には
６つのパラメータ、すなわち負荷し、クランク軸角度γ
、回転数ｎ、シリンダの数Ｚ、クロック数Ｔ、積分が行
われる周期期間の数Ｎが供給される。

タイミングパルス発生器１２は、次式に従って積分時閏
を計算する。

Ｎ　Ｘ　Ｔ　／　　（２Ｘ　ｎ　Ｘ　Ｚ　）すなわち、
タイミングパルス発生器は、運転パラメータ（特に回転
数）に従って排気ガスの圧力脈動の周期期間を計算し、
この周期期間に所定の係数を乗算して積分時間を決定す
る。

積分開始時点は主として、該当するシリンダの排気ガス
の排出が開始された時点から経過したクランク角度差Δ
γに関係して決められる。タイミングパルス発生器１２
内にはデータ値がメモリで構成されたデータ発生器に記
憶されており、このデータ値の中には開始クランク角度
が負荷りと回転数ｎを介してアクセス可能に格納されて
いる。

負荷りと回転数ｎのその時の値を介して該当する開始ク
ランク角度が読み出される。供給された実際の開始クラ
ンク角度γが読み出されたクランク角度と一致すると、
タイミングパルス発生器１２から開始信号が積分装置１
１に出力される。さらに、計算された積分時間が経過す
ると、時間回路が作動されて、積分装置１１に停止信号
を印加する。

積分装置１１は全積分時間（回転数が低くかつ積分が脈
動の多数周期にわたる場合には、約１秒になる可能性の
ある）の間、線形に積分を行うように構成されている。

このような積分は、前段にＡ／Ｄ変換器を有するディジ
タルの積分装置を用いて頻繁にサンプリングを行うか、
あるいは短い時定数を有するＲＣ素子を用いて行われる
。ＲＣ素子を用いる場合にはそれぞれ線形の領域におい
て積分を行うように頻繁にサンプリングされ、かつ各サ
ンプリング毎にゼロにリセットされ、各サンプリング毎
に読み出された値が加算される。

空気比（ラムダ）の値が１．２のときに不図示の空燃比
センサから測定信号として常時あるいは平均して６０ｍ
Ｖの電圧ＵＳが出力される場合には、アナログで構成さ
れた積分装置１１は４０ｍＶの積分を行い、ディジタル
で構成された積分装置１１の場合には計数値１２０の積
分を行う。前述の測定信号の６０ｍＶより大きいあるい
は小さい測定電圧に対しては同−比で大きくあるいは小
さくなる積分値ＵＳｉｎｔが得られる。積分された電圧
に相当する積分値は、不図示の制御装置において該当す
るラムダ値に変換される。このような変換は例えば、メ
モリに格納された互いに関連する積分値とラムダ値のテ
ーブルを用いて行われる。

回転数が異なる場合に同一の測定電圧ＵＳから同じ積分
値を得るためには、合計信号ないし積分信号をさらに時
間的に規格化しなければならない。

しかしこのような時間的な規格化は通常は行われない。

というのは積分値は通常制御装置に使用され、この制御
装置には運転パラメータ（特に回転数など）の値を介し
てラムダ目標値を読み出すアクセス可能なメモリが設け
られているからである。

好ましくはこの目標値はメモリ内に格納され、回転数が
異なる場合にそれに合わせて種々の積分時間が存在する
ようになって゛いる。それによって制御偏差が消滅すれ
ば時間的な規格化が行われないことは問題にならず、か
つ実際にわずかな制御偏差が生じても問題にならない。

しかし、この小さい誤差を除去しようとする場合には、
時間的な規格化を行えばよく、これは積分装置に設けら
れている規格化装置において積分信号を周期期間で割り
算することによって、あるいは回転数で乗算することに
よって行うことができる。

本発明の実施例においては乗算係数Ｎは「１」に設定さ
れているので、積分時間は圧力脈動の周期期間に相当す
る。こうすることによって、マルチシリンダ内燃機関の
すべての燃料噴射弁に関して共通に実験を行うことがで
きると共に、個々の燃料噴射弁の噴射時間に関して別々
に実験を行うこともできるという利点が得られる。後者
の場合には、それぞれのシリンダに関する積分値は停止
信号に基づいてマルチプレクサを介して、測定が行われ
たシリンダに設けられているメモリにそれぞれ格納され
る。制御装置の駆動は、制御装置が所定のシリンダの燃
料噴射弁の噴射時間を制御するために実際値を必要とし
た時に、制御装置が該当するシリンダに関する積分値を
格納しているそのメモリに正確にアクセスするように行
われる。

それぞれの積分値の処理は、多種多様な方法で行うこと
ができる。上述した方法では、　（ディジタルあるいは
アナログの）積分値はメモリで構成されるデータ発生器
に供給され、データ発生器から該当するラムダ値が読み
出される。この種のデータ発生器の代わりに、センサ測
定信号とラムダ値との間の直接的な関係を示す従来のデ
ータ発生器を使用することができるようにするために、
各積分値をまず測定信号に規格化すると効果的である。

このことは前記の実施例に関して言えば次のようなこと
である。すなわち、４０ｍＶの積分値が６０ｍＶの平均
測定信号に対応すると仮定する。そこから乗算係数が１
．５であることが計算される。実際の測定信号の平均値
を得るためには、前記各乗算係数を用いて乗算を行われ
なければならない。

この乗算が済めば、ラムダ値へ換算するために従来のデ
ータ発生器を使用することができる。

前述の実施例においては、積分に関する開始時点は回転
数ｎと負荷りに関係してタイミングパルス発生器に設け
られた、メモリで構成されるデータ発生器から読み出さ
れている。しかしデータ発生器のアドレス量として例え
ば測定された電流値あるいは圧力値などを使用すること
も可能である。

また、考慮するパラメータの中に排気ガス温度を加えて
もよい。というのは、排気ガス中を圧力波が伝播する音
速は、排気ガスの温度と関係があるからである。データ
発生器から開始時点を読み出す代わりに、排気ガス移動
時間の計算値から開始時点を決定することもできる。前
記の計算も監視によって得られた運転パラメータに基づ
いてタイミングパルス発生器において行われる。それぞ
れの場合に開始時点をデータ発生器から読み出すのか、
あるいは計算するのかということは特に、全制御システ
ムの計算プログラムに必要な最小サイクル時閉に基づい
て決定される。開始時点の決定を計算するのにわずかな
時間しか使用できない場合には、データ発生器を使用し
て処理したほうが効率的である。しかし、データ発生器
を使用すると、計算する場合に比較してより大きいメモ
リが必要とされる。

以上説明して来た実施例は、１つの空燃比センサと処理
装置を有する内燃機関に関するものである。しかし、多
数の空燃比センサとそれに関連する処理装置を内燃機関
に設置することも可能である。各シリンダの個々の排気
管内に空燃比センサを配置する場合には、任意の開始時
点を選択して周期期間の整数倍の期間にわたって積分を
行うことができる。それに対して多数の二叉管を有する
機械で、各二叉管に設けられた個々の排気管のグループ
毎にそれぞれ空燃比センサが設けられる場合には、内燃
機関の集合管内に配置された唯一のセンサについて前述
したことがそれぞれのセンサについて当てはまる。この
場合にもそれぞれのシリンダに信号を対応させるために
は、前記と同様にクランク角度の差に関係してそれぞれ
の開始時点を決定することが必要である。

なお、タイミングパルス発生器は、例えばマイクロコン
ピュータを用いて構成することができる。

［発明の効果］ 以上の説明から明かなように本発明によれば、従来使用
されていたローパスフィルタのように非常に短い時定数
で積分を行うのでなく、圧力変動の周期期間の整数倍の
時間にわたってできるだけ正確に、特に正確に１周期に
わたって積分を行う積分装置が設けられており、この周
期期間は供給される運転パラメータ、特にエンジン回転
数に関係して、タイミングパルス発生器により計算され
、タイミングパルス発生器によって積分を開始する時間
も決定されるので、空燃比センサの測定信号に及ぼされ
る圧力の影響を補正することのできる空燃比センサの測
定信号を処理する優れた処理装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は圧力に関係する空気比を示す線図、第
３図は積分装置とタイミングパルス発生器を有する処理
装置のブロック図である。 １０・・・処理装置、１１・・・積分装置、１２・・・
タイミングパルス発生器 Ｘ−，ニョニシ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）内燃機関の排気ガス内に配置された空燃比センサの
   測定信号からノイズを除去した出力信号を得るための、
   空燃比センサの測定信号を処理する装置において、 センサの測定信号を開始時点から所定の積分時間にわた
   って積分し、積分した信号を出力信号として出力する積
   分装置（１１）と、 積分を開始する開始時点を決定し、入力される運転パラ
   メータから排気ガスの圧力脈動の周期期間を計算し、計
   算されたこの周期期間に基づき所定の整数の係数を用い
   て乗算することによって前記積分時間を決定するタイミ
   ングパルス発生器（１２）と、 を設けたことを特徴とする空燃比センサの測定信号を処
   理する装置。 ２）タイミングパルス発生器（１２）は供給される運転
   パラメータに従って所定のシリンダからの排気ガスが空
   燃比センサに到達する時点を積分開始時点とすることを
   特徴とする請求項第１項記載の処理装置。 ３）タイミングパルス発生器（１２）に内燃機関の運転
   パラメータに関係して開始時点を格納したメモリが設け
   られており、内燃機関の動作パラメータに従って開始時
   点が読み出し可能であることを特徴とする請求項第２項
   記載の処理装置。 ４）タイミングパルス発生器が、供給される運転パラメ
   ータのそれぞれ実際の値から各開始時点を計算すること
   を特徴とする請求項第２項記載の処理装置。 ５）内燃機関の各シリンダに関連してメモリが設けられ
   、各メモリには積分装置から該当するシリンダに関して
   得られた測定信号が入力されることを特徴とする請求項
   第１項から第４項のいずれか１項記載の処理装置。 ６）内燃機関の個々のシリンダに関係なく開始時点がタ
   イミングパルス発生器によって任意に決定されることを
   特徴とする請求項第１項記載の処理装置。 ７）開始時点がクランク角度によって決定されることを
   特徴とする請求項第１項から第６項のいずれか１項記載
   の処理装置。 ８）タイミングパルス発生器（１２）がマイクロコンピ
   ュータによって構成されることを特徴とする請求項第１
   項から第７項のいずれか１項記載の処理装置。 ９）積分装置（１１）が、リセット可能かつサンプリン
   グ可能なＲＣ積分回路を有する積分素子であることを特
   徴とする請求項第８項記載の処理装置。 １０）積分された信号を例えば周期期間で除算すること
   によって、あるいは内燃機間の回転数で乗算することに
   よって規格化する規格化装置を積分装置に設けることを
   特徴とする請求項第１項から第９項のいずれか１項記載
   の処理装置。