JPS58200060A - 内燃機関の空燃比制御装置 - 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】 本発明は内燃機関の排気ガス成分によシ空燃比を検出し
、この検出信号によ）内燃機関に供給する混合気の空燃
比を所定の値になるようフィードバック制御する内燃機
関の空燃比制御装置に関するものである。

一般に、内燃機関の排気ガス成分により空燃比を検出す
る手段としては通常酸素センサが使用され、この酸素セ
ンナの出力を所定の電圧レベルと比較し、この比較結果
に基いて積分器の積分方向を反転させ、この積分器の出
方に比例して内燃機関へ供給する燃料量を変化させるこ
とにより空燃比を制御することが行われている。しかる
に、自動車用の内燃機関の場合、高負荷運転状態におい
てＦｉ、理論空燃比よシ若干濃い（リッチ）空燃比が必
要とされ、この場合に蝶酸素センサにょる空燃比のフィ
ードバック制御を停止しなければならない。又、通常使
用されている酸素センサは３５０℃以上位から動作し始
めるようになっているため、内燃機関の冷態時にはフィ
ードバック制御を行うことができない。しかし、フィー
ドバック制御を停止すると制御系の誤差にょ多制御しよ
うとする空燃比よシずれる可能性がある。そこで、フィ
ードバック制御中の前記積分器の出方を平均化してメモ
リに記憶させ、このメモリに記憶されたデータを内燃機
関のキースイッチがオフになった際にも保持するように
し、上記のようにフィードバック制御を行うことができ
ない場合には、メモリに記憶されたデータに基いて空燃
比を制御する仁とによシ制御系の誤差を補償することが
考えられる。

しかるに、自動車用の内燃機関の場合加減速のような過
渡状態が多くこの間は理論空燃比に制御することが難し
いため積分器の出力は定常状態の場合よりも大きく変動
する可能性があり、この間の積分器の出力の平均値も制
御系の静的な誤差以外の誤差を含むこととなシ、空燃比
の制御が良好に行われなくなる。

本発明は上記の欠点を除去するために成されたものであ
）、積分手段の出力を平均化する平均化手段は積分手段
の出力の変化率が所定範囲内にある場合において平均化
を行って内燃機関の過渡状態においては平均化を行わな
いようにし、過負荷運転時や冷態時等の積分子□段の出
力に応じた制御が不適な場合には平均化手段の出力に応
じた制御を行うことによ）空燃比制御管常時正確に行う
ことができる内燃機関の空燃比制御装置を提供すること
を目的とする。

以下本発明の実施例を図面とともに説明する。

第１図において％ｌは内燃機関３の吸入管３１の先端に
設けられたカルマン渦式のエアーフローセンナで、その
内部には内燃機関３の吸入空気が通過する。従って、エ
アーフローセンサー内に設ｆｆられた渦発生体１１の下
流には渦が発生し、エアーフローセンサーの外周に設け
られた超音波発振子２１よシ発生した超音波は上記渦が
発生するごとに周波数変調を受け、同じくエアーフロー
センサーの外周に設けられた超音波受信子２２に到達す
る。渦検出装置２は超音波発振子２１に超音波を発生さ
せる信号を出力するとともに超音波受信子２２で検出し
た信号を内蔵した図示しないＦＭ信号復調器によシ復調
し、カルマン渦の周波数に対応し九周波数のパルス列を
出力する。このパルス列の周波数はエアーフローセンサ
ーを通過する蒐 内燃機関３の吸入空気量に比例する。３２は吸入管３１
内のスロットルバルブ３３よシ上流側に設けられた燃料
供給弁で、内燃機関３は吸入管３１を経て吸入された空
気と燃料供給弁３２から供給された燃料との混合気を吸
入して動作する。スロットルバルブ３３は内燃機関３に
吸入される空気量を調節する。燃料供給弁３２には図示
しない燃料ポンプおよび燃料圧力レギュレータが接続さ
れ。

吸入管３１内の圧力と燃料供給弁３２に供給される燃料
圧力との差圧が一定にされる。３４は内燃機関３の冷却
水温を検出する水温センナで１例えは温度が低くなると
抵抗が大きくなるサーミスタなどから成る。３５は内燃
機関３の排気管３６から排出される排気ガス中の酸素濃
度がら空燃比を検出し、空燃比が理論空燃比よシ小さい
（リッチ）場合にはＩＶＶ程度理論空燃比よシ大きい（
リーン）場合には０．１　Ｖ程度の電圧を出力する酸素
センサ、３７は吸゛、入管３１のスロットルバルブ３３
の下流側に設置され、吸入管３１の負圧が所定値よシ高
くなった場合にオンし、それ以外の場合にオフするバキ
ュームスイッチである。又、４は渦検出装置２．水温セ
ンサ３４．酸素センサ３５およびバキュームスイッチ３
７の出力等を入力され。

内燃機関３の運転状態に対応して燃料供給弁３２の開弁
時間を制御することによシ内燃機関３への燃料供給量を
制御する制御装置で、制御装置４はバキュームスイッチ
３７がオンの場合に内燃機関３が高負荷運転状態にある
と判断する。

第２図は制御装置４の構成を示し、４２は渦検出装置２
．水温センサ３４およびバキュームスイッチ３７の出力
を受けて燃料供給弁３２の開弁時間を演算し、この時間
に対応するディジタル数値をタイマＴＭへ出力する時間
幅演算装置である。

又、０８ＣＩは発振器で、その出力は分局器ＤＩＶによ
シ分周された後にタイマＴＭへ入力される。

分局器ＤＩＶの分周比はフィードバック制御装置４１に
よシ酸素センサ３５の出力に応じて制御される。渦検出
装置２の出力はフリラグフロップＦＦにおいて１／分周
された後にタイマＴＭヘトリガ信号として加えられる。

タイマＴＭはこのトリガ信号を加えられると出力をｒＨ
Ｊとして時間幅演算装置４２の出力する数値をロードす
るとともに分周器ＤＩＶの出力パルスのカウントを開始
し、上記数値だけカウントした後に出力をｒＬＪとする
。

ドライバＤＲはタイマＴＭの出力がｒＨＪの期間燃料供
給弁３２を駆動して開弁する。渦検出装置２の出力周波
数は内燃機関３の吸入空気量に比例するためこの吸入空
気量が増加するとタイマＴＭへのトリガ信号の回数が増
加し、燃料供給弁３２の開弁回数が増加する。従って、
タイマＴＭの出力パルス幅が一定であれば、上記吸入空
気量に対して常にほぼ一定の割合の燃料量が内燃機関３
へ供給される。一方、時間幅演算装置４２の出力は水温
センサ３４の出力変化によシ変化し、例えば内燃機関３
の冷態時にはその出力のディジタル数値が大きくなシ、
これによシタイマＴＭの出力パルス幅も大きくなって内
燃機関３への燃料供給量が増大する。又、フィードバッ
ク制御装置４１は酸素セ／す３５によシ検出した内燃機
関３の排気ガス中の酸素濃度がら空燃比を判１定し、こ
れによって分局器ＤＩＶの設定値を変化させ、タイマＴ
Ｍへ供給する基本クロックの周期を変化させる。ここで
、発振器Ｏ８ＣＩの出力パルスの周期をτ、フィードバ
ック制御装置４１によシ分周器ＤＩＶに設定される数値
をＭ１時間幅演算装置４２によシタイマＴＭに設定され
る数値をＮとすると、前記トリガ信号の入力時に発生す
るタイマＴＭの出力パルス幅はτＸ　Ｍ　Ｘ　Ｎとなシ
、時間幅演算装置４２および酸素センサ３５の出力に対
応して制御される。時間幅演算装置４２社バキュームス
イッチ３７がオフの場合即ち内燃機関３が高負荷運転状
態にない場合には理論空燃比に相当するディジタル数値
をタイマＴＭに設定するとともにフィードバック制御信
号をフィードバック制御装置４１へ出力する。また、バ
キュームスイッチ３７がオン即ち内燃機関３が高負荷運
転状態にある場合には時間幅演算装置４２は理論空燃比
よシリツチとなるようなディジタル数値をタイマＴＭに
設定するとともにフィードバック停止信号をフィードバ
ック制御装置４１へ出力する。同、分局器ＤＩＶはダウ
ンカウンタで−゛成され、発振器Ｏ８ＣＩの出力をカウ
ントしてカウント値が零になった際にフィードバック制
御装置４１の出力数値をプリセットし、再びダウンカウ
ントを開始するようになっている。

第３図はフィードバック制御装置４１の構成を示し、発
振器０８Ｃ２は一定周期のパルスをカウンタＣＴＩへ出
力し、コンパレータｃｐＦｉ酸素センサ３５の出力電圧
を設定電圧と比較し、例えばその差がｏ、ｓｖよ、ｉｂ
高いとｒＨＪ　を出力し、０．５ｖよシ低いとｒＬＪの
信号を出力する。カウンタＣＴＩは８ビツトのアップダ
ウンカウンタで、内燃機関３の停止時には数値１２８に
プリセットされ、また時間幅演算装置４２が前述のフィ
ードバック停止信号を出力した場合にはカウントを停止
する。

内燃機関３の始動後はカウンタＣＴＩはコンパレータＣ
Ｐの出力が「Ｈ」であればダウンカウントし、「Ｌ」で
あればアップカウントする。内燃機関３の停止の検出は
１例えば内燃機関３０点火周期を検出して所定周期以上
であれば停止と判定する。データセレクタＤＳはコンパ
レータＣＰの出力が反転するごとにレジスタＲＥＧ４〜
ＲＥＧ７へ順番にカウンタＣＴＩの値を記憶させるよう
に作動する。この結果、コンパレータＣＰが反転するご
とにレジスタＲＩＧ４　、ＲＥＧ５　、ＲＥＧ６．ＲＥ
Ｇ７゜ＲＥＧ４　、ＲＥＧ５　、・・・の順序でカウン
タＣＴＩの値が記憶される。加算器ＡＤＤ２はレジスタ
ＲＥＧ４　、ＲＥＧ５を加算し、加算器ＡＤＤ３はレジ
スタＲＥＧ６　、ＲＥＧ７を加算する。ディジタルコン
パレータＣＭＰは加算器ＡＤＤ２．ＡＤＤ３の出力を比
較し、その差が所定値以下の場合にはｒＬＪの信号を出
力し、所定値以上の場合にＩＨＪの信号を出力する。ム
ＤＤＩは１２ビツトの加算器で、その出力は時間幅演算
装置４２がフィードバック停止信号を出力した際および
ディジタルコンパレータＣＭＰの出力がｒＨＪの場合は
零となシ、それ以外はコンパレータＣＰの出力が反転す
るごとにカウンタＣＴＩのカウント値を加算する。

ＣＴ２ｄ４ビットのカウンタで、その出力は時間幅演算
装置４２のフィードバック停止信号出力時およびディジ
タルコンパレータＣＭＰの出力信号がｒＨＪの場合は零
で、それ以外の場合はコンパレータｃｐの反転回数をカ
ウントし、コンパレータＣＰの１６回回転転るごとに零
になる。ＦＶｔｉＶｔ用装置２の出力周波数を電圧に変
換するｆ−Ｖ変換器、ＡＤはｆ−Ｖ変換器ＦＶの出力を
ディジタル変換するＡ−Ｄ変換器である。補正演算器４
３は時間幅演算装置４２がフィードバック制御信号を出
力している間カウンタＣＴ　Ｉ　Ｏ１’を分周器ＤＩＶ
に設定する。従って、コンパレータＣＰの出力がｒＬＪ
即ち内燃機関３の空燃比がリーンであれは分局器ＤＩＶ
への設定値は次第に大きくなシ燃料制御弁３２の開弁時
間が長くなるように制御され、コンパレータＣＰの出力
がｒＨＪ即ち内燃機関３の空燃比がリッチであれば逆に
開弁時間が短くなるように制御される。又、補正演算器
４３は前記フィードバック制御信号が出力中で、かつデ
ィジタルコンパレータＣＭＰの出力がｒＬＪ即ち加算器
ＡＤＤ２．．ＡＤＤ３の偏差が所定値以内であゎゆ、カ
ラ７．。１゜。カ具、□１，５７１、になるごとに即ち
コンパレータＣＰが反転する際のカウンタＣＴＩの値が
１６回加算器ＡＤＤｌに加算されるごとにこの加算結果
ｔ−，４６とし、内燃ＲＩＧ、３のいずれかに記憶させ
る。吸入空気量の判定ｔｉＡ−Ｄ変換器ＡＤの出力によ
って行う。従って、補正演算器４３はカウンタＣＴＩの
１６回の出力の平均値をＡ−Ｄ変換器ＡＤの出力に応じ
てレジスタＲＥＧＩ〜ＲＥＧ３のいずれかに選択して記
憶させる。又、時間幅演算装置４２がフィードバック停
止信号を出力した場合、補正演算器４３はＡ−Ｄ変換器
ＡＤの出力に応じてレジスタＲＥＧＩ−ＲＥＧ３のいず
れかに選択して記憶されているデータを分局器ＤＩＶに
設定する。従って、フィードバック停止信号の出力中社
分局器ＤＩＶにカウンタＣＴＩの平均値が設定される。

第４図は制御装置４の動作を示すタイミングチャートで
、（ａ）はバキュームスイッチ３７の状態。

（ｂ）はコンパレータＣＰの出力、（Ｃ）は補正演算器
４３の出力、（由はタイＹＴＭの出力パルス幅の変化を
　　１夫々示す。バキュームスイッチ３７が時刻ｔまで
オフであったとすると補正演算器４３はカウンタＣＴＩ
のカウント値を出力する。このため、コンパレータＣＰ
の出力が「Ｌ」即ち空燃比がリーンであれば補正演算器
４３の出力数値は次第に増加し。

タイマＴＭの出力パルス幅も次第に増加する。これに伴
い、燃料供給弁３２の開弁時間は次第に長くなり、内燃
機関３への燃料供給量が増加する。

コンパレータＣＰの出力が「Ｈ」即ち空燃比がリッチで
あれば上記と逆になり、内燃機関３への燃料供給量が減
少する。次に、時刻ｔにおいてバキュームスイッチ３７
がオンになると、時間幅演算装置４２はフィードバック
停止信号を出し、補正演算器４３ａレジスタＲＥ：Ｇ１
〜ＲＥＧ３のいずれかの記憶値即ちカウンタＣＴＩのピ
ーク値の１６回平均の値を出力する。ここで、バキュー
ムスイッチ３７のオフの際の補正演算器４３の出力値が
１２８、即ちフィードバック制御装置４１による空燃比
補正係数が１．０　（Ｃ２に相当）であった場合に内燃
機関３の空燃比が若干リーンであったとすると、カラ／
りＣＴＩのピーク値の１６回平均値は１２８よυ大とな
、ｌ、ＣＩのように０２よシ大きくなる。従って、バキ
ュームスイッチ３７がオンの場合は、タイマＴＭの出力
パルス幅は空燃比補正係数が１．０の場合の値ｄ２に比
べ若干リッチ側の値ｄｉになるようにフィードバック制
御装置４１によ多制御される。即ち、バキュームスイッ
チ３７がオンの場合にも所定の空燃比になるよう正確に
制御される。

第５図も制御装置４の動作を示すタイミングチャー　）
　テ、　（ｅ）ハコンパレータＣＰの出力％（ｆ）はカ
ウンタＣＴＩの出力、（ロ）はディジタルコンパレータ
ＣＭＰの出力を示す。時刻ｔ、においてスロットルバル
ブ３３が急激に開かれて空燃比がリーンになったとする
と、カウントＣＴＩのカウント値は時刻ｔ、までアップ
カウントを統轄る。従って、コンパレータＣＰがｒＬＪ
からｒＨＪに反転する時刻ｔ。

においてＶジスタＲＥＧ４に記憶される値はそれ以前に
コンパレータＣＰがｒＬＪからｒＨＪに反転した際の値
よシも大きく、従って加算器ＡＤＤ２の値は加算器ＡＤ
Ｄ３の値よ）も大きくなシ、ディジタルコンパレータＣ
ＭＰの出力はｒＨＪとなる。

上記空燃比のり一ンはフィードバック制御装置４１によ
シ次第に所定の空燃比に制御され、時刻ｔ、において空
燃比がスロットルバルブ３３の急開以前の状態に戻った
とするとその後のコンパレータＣＰが３回反転した時刻
ｔ４において加算器ＡＤＤ２　。

ＡＤＤ３の間の差がほとんど無くなシ、ディジタルコン
パレータＣＭＰの出力はｒＬＪとなる。ディジタルコン
パレータＣＭＰの出力がｒ！（Ｊの間ハ、カウンタＣＴ
Ｉの出力を加算する加算器ＡＤＤＩおよびコンパレータ
ＣＰの反転回数をカウントするカウンタＣＴ２の出力を
零にするので、カウンタＣＴＩの出力の平均化は停止さ
れる。このようにスロットルバルブ３３の急激な開閉に
よシ内燃機関３の空燃比がリーン又はリッチに大幅に変
化した場合にはカウンタＣＴＩの平均化処理を停止し、
レジスタＲＥＧＩ−ＲＥＧ３へ空燃比の大幅な変化の影
響を受けた値を記憶させないようにする。

上記実施例においては、コンパレータＣＰが反転するご
とのカウンタＣＴＩの２回ごとの加算値を比較し、その
偏差が大きい場合にはカウンタＣＴＩの平均化処理を停
止することにより内燃機関の過渡状態における空燃比の
大幅な変化による影響を受けることなくカウンタＣＴＩ
の平均化を行っておシ、この平均化した出力を用いるこ
とによシ通常のフィードバック制御ができない場合にお
いても空燃比制御を正確に行うことができるＯ淘、上記
実施例ではカウンタＣＴＩの平均回数を１６回としたが
、これ以外の回数でも良い。又、平均化は他の方法、例
えばカウンタＣＴＩの１６回の平均値とそれまでにレジ
スタ’ＲＥ　Ｇｌ　−ＲＥＧ３に記憶されている値とを
さらに平均化し、レジスタＲＥＧＩ−ＲＥＧ３に記憶す
るようにしても良い。又、レジスタＲＥＧＩ−ＲＥＧ３
の供給電源を制御装置４の供給電源が断たれても常時供
給するようにし、内燃機関３の始動時から水温センサ３
４の抵抗値が所定値以下になるまで即ち内燃機関３の冷
却水温度が所定値以上になるまでの冷態時、ｌ には酸素センサ３５による空燃比制御を停止し、レジス
タＲＥＧＩ−ＲＥＧ３の記憶値によシ空燃比を制御する
ようにしても良い。さらに、過負荷時や冷態時以外の通
常時においてもレジスタＲＥＧＩ−ＲＥＧ３の値によシ
空燃比の制御を行っても良い。

以上のように本発明においては、空燃比検出手段の出力
を積分する積分手段を設けるとともに。

この積分手段の出力をその変化率が一定範囲内にある場
合のみ平均化する平均化手段を設けている。

従って、平均化手段は変動の激しい内燃機関の過渡状態
においては平均化を行わないのでその出力は誤差の少い
ものとなる。このため、過負荷時などの積分手段の出力
に応じて通常の空燃比制御を行うことができない場合に
おいても平均化手段の出力を用いて空燃比制御を正確に
行うことができ、内燃機関の全運転領域における空燃比
の正確な制御を行うことができ、排気ガスや運転性も良
好となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の構成
図、第２図は本発明に係る制御装置の構成図、第３図は
本発明に係るフィートノ（ツク制御装置の構成図、第４
〜５図は本発明に係る制御装置のタイミングチャート。 ｌ・・・エアー７０−センサ、２°°°渦検出装置、３
・・・内燃機関％４・・・制御装置、３２・・・燃料供
給弁。 ３４・・・水温センサ、３５・・・酸素センサ、３７・
・・〕くキュームスイッチ、４１−°°フィードバック
制御装置、４２・・・時間幅演算装置、４３・・・補正
演算器、０８Ｃ１〜０８Ｃ２・・・発振器、ＤＩＶ・・
・分局器、ＴＭ・・・タイマ、ＤＲ・・・ドライバ、Ｃ
Ｐ・・・コンパレータ、ＣＴＩ−ＣＴ２・・・カウンタ
、ＡＤＤＩ〜ＡＤＤ３・・・加算器、ＲＥＧＩ−ＲＥＧ
７・・・レジスタ、ＣＭＰ・・・ディジタルコンパレー
タ。 淘、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　　葛　野　信　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｑ）内燃機関の排気ガス成分によシ空燃比を検出する空
   燃比検出手段と空燃比検出手段の出力を積分する積分手
   段とを備え、積分手段の出力に応じて内燃機関の空燃比
   を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、積分手
   段の出力をその変化率が一定範囲内にある場合つみ平均
   化する平均化手段を設け、少くとも積分手段のｉ力に応
   じた空燃比制御が不適の場合には平均化手段の出力に応
   じて空燃比制御を行うようにしたことを特徴とする内燃
   機関の空燃比制御装置。