JPH0146698B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、エンジンの排気系に排気ガス浄化用
三元触媒を具備するものにおいて、吸入混合気の
空燃比を三元触媒が最も有効に働く理論空燃比付
近に常に保つように制御する空燃比制御装置に関
し、特に、O₂センサからの検出信号を電気的に
処理し易い様に検出することができる空燃比制御
装置に関する。

【従来の技術】

従来この種の空燃比制御装置は、排気系にO₂
センサを設けてこれにより排気ガス中の酸素濃度
を検出して空燃比を知り、このO₂センサからの
信号により空燃比が理論空燃比に対して濃いか薄
いかを判定して電磁弁を開閉し、気化器に所定の
空気量を補給してフイードバツク制御するもの
で、非線形リレー制御系であつた。このフイード
バツク制御において、制御回路は比例回路と積分
回路を内蔵し比例、積分制御をおこなつている
が、この比例定数、積分定数は三元触媒の浄化効
率、運転性などから決定していた。 まず、従来の空燃比制御装置の構成と作用を図
により説明する。 第１図において従来の装置の概略を説明する
と、符号１はエンジン本体２の上流側に連設され
る気化器であり、この気化器１のフロートチヤン
バ３からベンチユリー４のノズル５に至るメイン
燃料通路６の途中のエアブリード７に空気補正通
路８が連通している。また、メイン燃料通路６か
ら分岐してスロツト弁９の付近に開口するスロー
ポート１０に至るスロー燃料通路１１の途中のエ
アブリード１２にも空気補正通路１３が連通して
いる。そしてこれらの各空気補正通路８，１３に
開閉用の電磁弁１４，１５が設けられ、この電磁
弁１４，１５の吸入側がエアクリーナ１６を介し
て大気に連通している。次いでエンジン本体２の
下流側の排気管１７には排気ガス浄化用三元触媒
のコンバータ１８が介設され、排気管１７のエン
ジン本体２とコンバータ１８の間に位置してO₂
センサ１９が排気ガス中の酸素濃度により空燃比
を検出すべく設けられている。 ２０は電気的な制御を行うための制御回路で、
前記O₂センサ１９の信号が制御回路２０に入力
され、この制御回路２０から出力する信号で電磁
弁１４，１５を或るデユーテイ比で開閉すること
で、空気補正通路８，１３、エアブリード７，１
２を介して燃料系に適量の空気を補給して混合気
の空燃比をリーンにしたり、その空気補給量を減
じて空燃比をリツチにするようになつている。 従来の制御回路２０の内部は第２図に示される
構成をしており、O₂センサ１９の出力は補正用
電流回路２１に接続され、補正用電流回路２１に
はフイルタ２２が接続されており、フイルタ２２
の出力は比較回路２３と中心値設定回路２４に接
続されている。中心値設定回路２４の出力は比較
回路２３に中心電圧として接続してあり、比較回
路２３の出力は演算回路２５、駆動回路３３を介
して電磁弁１４，１５に接続され、これを駆動し
ている。また、駆動回路３３には三角波発生回路
３４の出力が入力している。 上述の制御回路２０では、O₂センサ１９の出
力を演算して電磁弁１４，１５を駆動するもので
あるが、O₂センサ１９の出力信号は第３図ａに
示す波形をしており、この波形を補正用電流回路
２１、フイルタ２２を通過させることでｂに示す
なだらかな波形に整形する。そして、この波形ｂ
を比較回路２３と中心値設定回路２４に出力し、
中心値設定回路２４では波形ｂのピークトウピー
ク（極大、極小）の中間値をｃの中心電圧として
比較回路２３に出力し、比較回路２３内では波形
ｂの中心に中心電圧ｃを設定して演算回路２５に
出力する。演算回路２５では中心電圧ｃに対して
波形ｂが正か負かを判断し、その正又は負の電圧
によつて三角波と合成し、電磁弁１４，１５を開
閉させるデユーテイ比を変化させ、空燃比を補正
している。これに関連するものとして特開昭54−
22028号公報に示される空燃比制御装置がある。

【発明が解決しようとする課題】

ここで、O₂センサ１９の出力が第３図で示す
波形になるのはエンジン２の各シリンダのバラツ
キによるノイズが入るためであり、このノイズを
除去するためにフイルタ２２が必要とされるもの
である。このことから、空燃比補正をマイクロコ
ンピユータによつて制御する場合にはＡ／Ｄコン
バータを必要とし、O₂センサ１９からの信号処
理が問題となる。また、O₂センサ１９のゼロ点
ドリフド等を補正するため、中心値設定回路２４
によりピークトウピーク補正を行わざるを得な
い。 上記第２図の構成で、O₂センサ１９のゼロド
リフトは補正され、また、ノイズも除去されてほ
ぼ正確な空燃比が検出されるが、O₂センサ１９
の応答遅れや劣化により検出する理論混合気点が
変動してくる。さらに、減速時等において、未燃
炭化水素の多い時（たとえば、失火の場合など）
を誤検出することになり、フイードバツク制御に
よつて目標空燃比を追従しているつもりでも実際
には空燃比はリツチ側（或いはリーン側）に変位
することになる。このため、O₂センサ１９の後
流にある三元触媒１８は有効に作動せず（三元触
媒１８は理論空燃比付近で最も効果を発揮する）、
一酸化炭素、炭化水素、或いは窒素酸化物の低減
が十分に行われないことになる。 なお、特開昭52−153034号公報にO₂センサを
触媒コンバータの下流に配設することが開示され
ているが、空燃比制御回路には、車速センサおよ
びその他のエンジン運転状態検出器からの出力信
号を入力しており、この信号を処理する手段が必
要となり構成が複雑化する。 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであ
り、O₂センサの出力信号処理のためにフイルタ、
Ａ／Ｄコンバータを必要とせず、構成が簡単であ
り、誤検出が防止され、正確に空燃比を理論空燃
比に収束させることが可能な空燃比制御装置を提
供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、本発明は、排気ガス
中の酸素濃度により空燃比を検出するO₂センサ
と、O₂センサからの検出信号を入力して電磁弁
駆動用の制御信号を出力する制御回路と、気化器
の空気補正通路に設けられて上記制御信号により
開閉する電磁弁とを備え、エンジン吸入側の吸入
混合気を理論空燃比に収束させるよう補正する空
燃比制御装置において、エンジンの排気系の途中
に設けた三元触媒より下流で、かつエンジンから
O₂センサまでの容積がエンジンから触媒上流ま
での容積の略々２倍となる位置に上記O₂センサ
を設け、上記制御回路は、上記O₂センサ出力を
微分する微分回路と、上記微分回路の出力信号を
入力してパルス信号を出力するマルチバイブレー
タと、上記マルチバイブレータからのパルス信号
に応じ上記電磁弁を駆動させる信号を出力する演
算回路とから構成されている。

【実施例】

以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。第４図は本実施例における各部の配置を示す
もので、同一機構については第１図と符号を同一
とし説明を省略する。三元触媒１８の後方には排
気管２７が接続してあり、この排気管２７にO₂
センサ２６が設けてあり、これによりエンジン２
からO₂センサ２６までの距離を大きくしてあり、
O₂センサ２６で検出する排気ガスは三元触媒１
８を通過させている。このO₂センサ２６の検出
出力は制御回路２０に接続してある。 第５図は制御回路２０内の構成を示すもので、
O₂センサ２６の検出出力は微分回路２８に接続
してあり、微分回路２８、マルチバイブレータ２
９、演算回路（マイクロコンピユータ）３０、駆
動回路３１を経て駆動出力は電磁弁１４，１５に
出力されている。 次に、本実施例の作用を説明する。 O₂センサ２６で検出された排気ガス中の酸素
濃度の検出出力は制御回路２０に入力し、その検
出出力に対応した補正用の駆動信号を電磁弁１
４，１５に伝える。電磁弁１４，１５は排気ガス
の酸素濃度がリツチ或いはリーンになるのに対応
してデユーテイ比を変化させ、混合気を逆方向に
リーンまたはリツチに補正し、理論空燃比に収束
するように作動している。このO₂センサ２６の
検出出力は三元触媒１８を通過しており、エンジ
ン２からの容量が大きく、また、触媒通過後の排
気ガスを検出するため、第６図Ａに示す様にノイ
ズが無い連続した矩形波に近い波形となる。この
検出信号Ａが微分回路２８に入力すると、そのレ
ベルの折返し点で正または負のトリガー波に近い
波形を発生し、第６図Ｂで示す波形となる。この
波形Ｂがマルチバイブレータ２９に入力すれば、
第６図Ｃに示す様に所定の時定数のワンシヨツト
パルスを発生することになり、C₁，C₂で示す様
なパルス波が演算回路（演算器）３０に伝えられ
る。したがつて、Ａ／Ｄコンバータを用いること
なしに、O₂センサ出力はデジタル信号に変換さ
れる。演算回路３０ではパルス波C₁，C₂の両波
形をデジタル信号として出力する。また、マルチ
バイブレータに双安定マルチバイブレータを使用
する場合は、第６図Ｄのような矩形波が演算回路
３０に伝えられ、演算回路ではON−OFFまたは
デジタル信号として入力する。上記演算回路３０
は、マルチバイブレータ２９からの信号により空
燃比を理論空燃比にすべくパルス信号を出力し、
駆動回路３１を介して電磁弁１４，１５のデユー
テイ比を変化させて駆動し、空燃比を補正してい
る。 次に、本発明の実験結果を第７図、第８図によ
り説明する。第７図は排気系の全体を示すもの
で、エンジン３５は水平対向型でその左右に排気
口があり、各排気口にはＶ字形をしたフロントパ
イプ３６が接続してあり、フロントパイプ３６の
集合部には三元触媒を収納したサブマフラ３７が
接続してあり、サブマフラ３７からはセンタパイ
プ３８、マフラ３９、テールパイプ４０の順に排
気系が続いている。従来はフロントパイプ３６の
集合部であるｅ点にO₂センサが設けられていた
が、本発明においてはセンタパイプ３８の上流で
あるｆ点でO₂センサが設けてある。この場合、
エンジン３５の排気口であるフロントパイプ３６
の吸入口ｄからｅ点までの容積は1500c.c.であり、
吸入口ｄからｆ点までの容積は3000c.c.であり、そ
の容積比は１：２となつている。このｅ点、ｆ点
の各部にそれぞれO₂センサを固定し、同時に排
気ガスの空燃比を測定したものが第８図に示すグ
ラフとなる。このグラフ中Ｇはｆ点で検出した出
力電圧の変化、Ｈはｅ点で検出した出力電圧の変
化であつて、排気系の容量が大きくなると検出出
力の波形はなだらかとなり、電気的なフイルタを
通したものと同じ様な効果が得られる。

【発明の効果】

本発明は上述の様に、三元触媒の後流で、かつ
エンジンからO₂センサまでの容積がエンジンか
ら触媒上流の容積の略々２倍となる位置にO₂セ
ンサを設けるため、エンジンのシリンダ間のバラ
ツキによるノイズを検出することもなく、O₂セ
ンサの検出出力は滑らかな連続波形となり、フイ
ルタ等を用いることもない。また、O₂センサの
ゼロドリフトが補正されるので、簡単にデジタル
信号化でき、演算回路をデジタルの演算器に変え
た時割込みまたはデジタルの信号として直接入力
できる。Ａ／Ｄコンバータを用いる必要もなくな
る。さらに、三元触媒を通過した排気ガスを検出
するため、誤検出することもなく正確に理論空燃
比に収束させることが可能となり、更に従来のス
ライスレベルによるリツチ、リーン判別より早い
時期に判別がなされ、フイードバツクの遅れによ
る行き過ぎ量が縮少される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の空燃比制御装置を示す概略図、
第２図は同上の制御回路の構成を示すブロツク
図、第３図は制御回路各部における信号を示す波
形図、第４図は本発明の一実施例を示す概略図、
第５図は同上の制御回路の構成を示すブロツク
図、第６図は制御回路各部における信号を示す波
形図、第７図は実験における排気系の説明図、第
８図はその実験における検出出力を示す波形図で
ある。 ２……エンジン、１８……三元触媒、１９，２
６……O₂センサ、２０……制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排気ガス中の酸素濃度により空燃比を検出す
   るO₂センサと、O₂センサからの検出信号を入力
   して電磁弁駆動用の制御信号を出力する制御回路
   と、気化器の空気補正通路に設けられて上記制御
   信号により開閉する電磁弁とを備え、エンジン吸
   入側の吸入混合気を理論空燃比に収束させるよう
   補正する空燃比制御装置において、 エンジンの排気系の途中に設けた三元触媒より
   下流で、かつエンジンからO₂センサまでの容積
   がエンジンから触媒上流までの容積の略々２倍と
   なる位置に上記O₂センサを設け、 上記制御回路は、上記O₂センサ出力を微分す
   る微分回路と、上記微分回路の出力信号を入力し
   てパルス信号を出力するマルチバイブレータと、
   上記マルチバイブレータからのパルス信号に応じ
   上記電磁弁を駆動させる信号を出力する演算回路
   とから構成したことを特徴とする空燃比制御装
   置。