JPS58143108A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御装置

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JPS58143108A
JPS58143108A JP57024345A JP2434582A JPS58143108A JP S58143108 A JPS58143108 A JP S58143108A JP 57024345 A JP57024345 A JP 57024345A JP 2434582 A JP2434582 A JP 2434582A JP S58143108 A JPS58143108 A JP S58143108A
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oxygen sensor
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桜井 茂徳
Takashi Kamo
加茂 尚
Hisanobu Furuya
古谷 寿伸
Shiro Kimura
木村 史郎
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Toyota Motor Corp
Toyota Jidosha Kogyo KK
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    • 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
    • F02D41/1493Details
    • F02D41/1496Measurement of the conductivity of a sensor

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

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】 本発明は、排気系の酸素センナの出力を帰還信号として
用いて吸気系への燃料あるいは空気の供給量を制御する
内燃機関の空燃比制御方法に関する。
はぼ理論空燃比を検出する場合には酸素センサへの定電
圧の印加を中止して酸素センサを電圧出力として作動さ
せ、また、理論空燃比より大きい空燃比、すなわち希薄
空燃比領域における酸素濃度を検出する場合には酸素セ
ンサへ定電圧を印加して酸素センサを電流出力として作
動させることは、本出願人が先願においてすでに開示し
ている。
本発明の目的は排気系の酸素センサの出力喉才゛を 態詐切換えて空燃比を適切に制御することができる内燃
機関の空燃比制御方法を提供することである。
この目的を達成するために本発明では、車両の運転状態
に関係して酸素センサを電流出力あるいは電圧出力とし
て作動させる。すなわち本発明によれば、酸素センナが
、定電圧を印加されている場合には排気系の酸素濃度に
関係する出力電流を発生し、定電圧の印加を中止されて
いる場合にはほぼ理論空燃比を境にして出力電圧レベル
を反転し、このような酸素センサの出力を帰還信号とし
て用いる内燃機関の空燃比制御方法において、車両の運
転状態に関係して目標空燃比を設定し、目標空燃比に関
係して酸素センサへの定電圧の印加を制御し、目標空燃
比と酸素センサからの帰還空燃比を比較して吸気系への
燃料あるいは空気の供給量を増減する。
好ましい実施態様によれば、目標空燃比に対応する酸素
センサ出力を求め、この対応出力と酸素センサの出力と
を比較して吸気系への燃料あるいは空気供給量を増減す
る。
例えば、加速期間では酸素センサを電圧出力として作動
させ、アイドリンク期間および定常走行期間では酸素セ
ンサを電流出力として作動させる。
図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図において、02センサ(酸素センサ)1は、その
検出素子2が酸素イオン伝導性の安定化ジルコニア固体
電解質で構成されており、U字状に形成されている検出
素子20両面には、陰極3と陽極4との電極が形成され
ている。そして、陰極3の上面5は、排気ガス中の酸素
濃度の拡散を制御する機能を有する多孔質(ポーラス)
セラミック層により被覆されている。また、U字状に形
成された陽極4に沿って大気を吸入するための人嫌吸入
管6が設けられている。
また、さらに、U字型に形成されている大気吸入管6の
間隙7にはセラミックヒータ8が設けられている。セラ
ミックヒータ8は後述の温度調整器に接続され、検出素
子2の先端部9を所定の温度、例えば650〜700℃
以上に加熱し、検出素子2の酸素ポンプ作用を機能させ
るために設けられている。また、02センサ1は、大気
11が基準極となるように、陽極4が大気吸入管6に吸
入される大気と接触するようにし、陽極4が排気ガス1
2と接触しないように充分気密性のある構造とされてい
る。02センサ1の陰極3と陽極4はそれぞれリード線
13 、14を介して印加電圧切換装置15に接続され
ている。
印加電圧切換装置15は、電源V、抵抗R13極スイッ
チ16で構成されており、後述する制御部のON指令に
より、図示の如く3極スイツチ16の接点A−B、 D
−E、 F−Gが接続されると、陰極と陽極4間には抵
抗Rを介して電源Vの電源が印加される。陰極3と陽極
4間に印加される電圧は、検出素子2がセラミックヒー
タ8により650℃〜700℃以上に加熱された状態で
、大気側の陽極4と排気ガス側の陰極3に限界電流が生
じるような電圧であり、例えば0.5〜1.0V程度の
電圧である。このような02センサ1の陰極3と陽極4
間に所定の電圧が印加されると、検出素子2の酸素ポン
プ作用により排気ガス中の酸素濃度に対応した電流が抵
抗Rを介して流れる。この電流は出力端子17 、18
から検出することができる。
この電流は、第2図の(a)に示される如く、空燃比が
理論空燃比よりもリーン側となったとき、すなわち燃料
リーンでの空燃比域では酸素濃度に対応した値で変化す
る。
そのため、この電流を燃料リーン空燃比域における目標
空燃比として用いることにより、燃料リーンでの空燃比
を制御することが可能となる。
一方、制御部からのOFF指令により3極スイツチ16
の接点が切換わり、接点A−C,D−C1F−Hが接続
されると、陰極3と陽極4には電源が供給されなくなる
。この場合、出力端子17゜18からは、第2図の(b
)に示される如く、従来の02センサと同様理論空燃比
近傍で出力電圧レベルが反転するON −OFF特性を
有する信号が出力される。
したがって、印加電圧切換装置15の3極スイツチ16
を、図示の状態から切換えることにより理論空燃比(−
おける帰還制御が可能となる。
第3図には、第1図に示されている02センサおよび印
加電圧切換装置15を含む内燃機関の空燃比制御装置の
全体構成図が示されている。
本実施例における空燃比制御装置は、車両の機能に関す
る各種の情報を検出するセンサ群20、制御部22、お
よび燃料供給装置24で構成されており、センサ群20
からの検出信号に応じて、インジェクタ等を含む燃料噴
射式の燃料供給装置24を制御部22によって帰還制御
することができる。
センサ群20には、前述した02センサ1が含まれると
ともに、吸気管負圧を検出する吸気管センサ26、エン
ジン冷却水温を検出する冷却水温センナ28、エンジン
回転速度を検出する回転速度センナ30、スロットルバ
ルブの開閉状態を検出するスロットルセンナ32等が含
まれる。センサ群20の各センサの検出信号は制御部2
2に供給される。
印加電圧切換装置15を含む制御部22は、温度調整器
40、増幅器42、アナログマルチプレクサ44、アナ
ログデジタル変換器(以下A/D変換器と称する)46
、CPU48、ROM 50、RAM 52、I/F5
4.56等によって構成されている。
増幅器42は02センサ1の出力信号を所定値に増幅す
る増幅器であり、02センサ1の出力信号は増幅器42
を介してアナログマルチプレクサ44に供給される。ア
ナログマルチプレクサ44には吸気管センサ26、冷却
水温センサ28の検出信号等の各種アナログ信号が供給
される。これらのアナログ信号は、コントロールバス5
8を介してCPU48から与えられる制御信号により時
分割的にA/D変換器46に送り込まれ順次デジタル信
号(=伝速されるとデジタル量のデータとしてアドレス
データバス60を介してCPU48へ供給される。
CPo 48はこのデータに基づいて各種の演算を行な
う。
また、回転速度センサ30、スロットルセンサ32の検
出信号I/F 54を介して、回転速度データ、スロッ
トル弁の開閉状態を示すデータとしてCPU 48へ供
給される。
CPU48はセンサ群20の各種センサからのデータを
取り込み、所定のプログラムに基づいた演算を行ない、
演算結果をI/F56に供給する。I/F56からは、
演算結果に基づいた制御信号が印加電圧切換装置15、
温度調整器40、増幅器42、燃料供給装置24へ供給
される。
ROM50およびRAM 52からなるメモリ部には、
第2図の(a)、(b)に示される如く、02センサ1
の検出信号に基づいて機関を理論空燃比または燃料リー
ン空燃比域における目標空燃比制御するためのデータ、
および装置の制御プログラム等が予め格納されている。
また、さらに、・吸気管センサ2d、冷却水温センサ2
8、回転速度センサ30、スロットルセンサ32の検出
信号により機関を理論空燃比または燃料希薄空燃比域に
おける目標空燃比で制御するためのデータが予め格納さ
れている。
第4図は本発明の制御ブロック図である。ステップ61
で車両の運転状態が検出され、この運転状態に基づいて
ステップ62で目標空燃比が設定される。ステップ63
では目標空燃比に対応する02センサ出力を求め、これ
を基準値とする。
ROM 50には対応する02センチ出力がテーブルと
して記憶されており、目標空燃比に対応する02センチ
出力はこのテーブルから直接、あるいは周知の補間法に
より求められる。前述の印加電圧切換装置15はステッ
プ62で設定された目標空燃比に関係して02センサ1
への定電圧の印加を制御する。目標空燃比がほぼ理論空
燃比である場合には02センサ1への定電圧の印加が中
止され、すなわち第1図において接点A−C,D−C1
F−Hのような接続状態となり、02センサ1は電圧出
力として作動する。また、目標空燃比が理論空燃比より
大きい空燃比、すなわち希薄側領域にある場合には02
センサ1へ定電圧、例えL! 0.75 Vが印加され
、すなわち第1図において接点がA−B、 D−E、 
E−Gのような接続状態となり、02センサ1は電流出
力として作動する。
ステップ64では、02センサ1の出力と基準値とが比
較され、この比較に基づいてステップ65で燃料供給量
を決定する。機料供給装置24はステップ65における
決定された燃料供給量に基づいて制御される。帰還空燃
比が目標空燃比l二対して燃料希薄側へずれている場合
、燃料供給量は増大され、帰還空燃比が目標空燃比に対
して燃料過濃側へずれている場合、燃料供給量は減少さ
れる。
なお吸気系への燃料供給量の代わりに吸気系への空気供
給量を制御する内燃機関では、例えば気化器において空
燃比の小さい、すなわち過濃の混合気を生成し、吸気管
への新気の供給量を制御して空燃比を制御する内燃機関
では、帰還空燃比が目標空燃比に対して希薄側へずれて
いる場合には吸気管への新気の供給量は減少され、帰還
空燃比が目標空燃比に対して過濃側へずれている場合に
は吸気管への新気の供給量は増大される。
第5図は本発明を実施するプログラムのフローチャート
である。ステップ70では車両の運転状態を検出する。
ステップ71では、車両の運転状態に応じて目標空燃比
を予め定めたテーブルから目標空燃比を設定する。ステ
ップ72では目標空燃比が理論空燃比か香かを判別し、
判別結果が正であればステップ73へ、否であればステ
ップ75へ進む。ステップ73では02センサ1への定
電圧の印加を中止する。ステップ74では比較電圧をv
rに設定する。ステップ74における比較電圧vrは、
混合気の空燃比が理論空燃比である場合の02センサ1
の出力電圧とする。また、ステップ75では02センサ
1に定電圧、例えば0.5〜1、OVの範囲内の所定電
圧、典型として0.75Vを印加する。ステップ76で
は目標空燃比(この目標空燃比は理論空燃比より大きい
。)と電圧との関係を定める表から目標空燃比に対応す
る電圧を比較電圧Viとして設定する。比較電圧viは
、空燃比がちょうど目標空燃比にある場合の02センサ
1の出力電流を電圧へ変換した電圧値である。こうして
02センサ1を電圧出力として作動させた場合には02
センサ1の出力電圧と基準電圧vrとを比較して吸気系
への燃料あるいは空気の供給量を増減し、02センサ1
を電流出力として作動させている場合には02センサ1
の出力電流を電圧へ変換した値と基準電圧Viとを比較
して吸気系への燃料あるいは空気の供給量を増減する。
第6図は車両がアイドリンク状態から定常走行状態へ移
るまでの実際の空燃比等の変化を示している。加速期間
では、大きな機関出力を必要とするので、目標空燃比は
理論空燃比14.6に設定される。したがって02セン
サ1は電圧出力として作動される。定常走行期間では、
さほど大きな機関出力を必要としないので、目標空燃比
は比較的大きい値としての19に設定され、すなわち0
2センサ1は電流出力として作動され、燃費の減少およ
び排気中の有害成分量の抑制が図られる。アイドリンク
期間は大きな機関出力は不必要であるが、少ない吸入空
気流量にもかかわらず安定な機関運転を確保する必要が
あるので、目標空燃比は中間の値15ないし16に設定
される。なお空燃比15ないし16は、窒素酸化物の発
生量が最大となる空燃比17を外して設定されたもので
ある。
このように本発明によれば、車両の運転状態に関係して
目標空燃比を設定し、目標空燃比がほぼ理論空燃比であ
る場合(=は酸素センサを電圧出力として作動させ、目
標空燃比が′理論空燃比より大きい場合には酸素センサ
を電流出力として作動させる。こうして空燃比が車両の
運転状態に適した値に制御され、機関の運転性能および
燃料消費効率を向上し、かつ排気ガス中の有害成分量を
減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は酸素センサおよび印加電圧の切換装置の構成お
よび接続を示す図、第2図(a)および(b)は酸素セ
ンサをそれぞれ電流出力および電圧出力として作動させ
た場合の出力特性図、第3図は燃料噴射量を計算する電
子制御部のブロック図、第4図は本発明の制御ブロック
図、第5図は本発明を実施するプログラムのフローチャ
ート、第6図は車両がアイドリンク状態から定常走行状
態へ変化する場合における実際の空燃比等の変化を示す
図である。 1・・・02センサ、15・・・印加電圧切換装置、2
0・・・センサ群、22・・・制御部、24・・・燃料
供給装置。 特許出願人  トヨタ自動車工業株式会社第2図 (a’) (b> 空燃比 第5図 時 間

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 酸素センサが、定電圧を印加されている場合には
    排気系の酸素濃度に関係する出力電流を発生し、定電圧
    の印加を中止されている場合にはほぼ理論空燃比を境に
    して出力電圧レベルを反転し、このような酸素センサの
    出力を帰還信号として用いる内燃機関の空燃比制御方法
    において、車両の運転状態に関係して目標空燃比を設定
    し、目標空燃比に関係して酸素センサへの定電圧の印加
    を制御し、目標空燃比と酸素センサからの帰還空燃比を
    比較して吸気系への燃料あるいは空気の供給量を増減す
    ることを特徴とする、内燃機関の空燃比制御方法。 2、 目標空燃比に対応する酸素センナ出力を求め、こ
    の対応出力と酸素センナの出力とを比較して吸気系への
    燃料あるいは空気供給量を増減することを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の内燃機関の空燃比制御方法。 3、加速期間では酸素センサへの定電圧の印加を中止し
    て酸素センナを電圧出力として作動させ、アイドリンク
    期間および定常走行期間では酸素センサへ定電圧を印加
    して酸素センサを電流出力として作動させることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項あるいは第2項記載の内燃
    機関の空燃比制御方法。
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