JPS5824609B2 - 空燃比帰還式燃料噴射制御装置 - Google Patents

空燃比帰還式燃料噴射制御装置

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JPS5824609B2
JPS5824609B2 JP50073969A JP7396975A JPS5824609B2 JP S5824609 B2 JPS5824609 B2 JP S5824609B2 JP 50073969 A JP50073969 A JP 50073969A JP 7396975 A JP7396975 A JP 7396975A JP S5824609 B2 JPS5824609 B2 JP S5824609B2
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昭雄 小林
秀明 乗松
明 益田
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NipponDenso Co Ltd
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出しその
検出信号を燃料供給系に帰還して前記酸素濃度が一定と
なる一定の空燃比で機関を作動せしめる空燃比帰還式燃
料噴射制御装置の改良に関するものである。
従来周知の電子式燃料噴射装置は、吸入空気流量計によ
って得られたエンジンの吸入空気量に見合った燃料が計
算されて燃料噴射が行なわれていた。
しかし、空燃比をきびしく一定に保つためには排気管に
設けられた酸素濃度検出器でもって検出した酸素濃度の
値により混合気が濃いか、薄いかを判定し、燃料噴射パ
ルスの時間幅に帰還補正をかけていたが、その方法は酸
素濃度検出器の出力による帰還制御回路の帰還補正出力
は積分出力であり、定常状態で目的値即ちこの場合空気
過剰率λ−1で燃料と空気中の酸素の量が完全燃焼でき
る理論空燃比となる値を中心としてリミットサイクルを
生じる。
この場合、従来では機関の運転領域全体において、空燃
比を濃くする際の積分出力の積分定数と、薄くする際の
積分定数を同じにし、かつ一定のまま排気ガスの高浄化
率を得ようとした。
しかしながら、この帰還系には時間おくれがあり混合気
の濃くするRich側から混合気を薄(するLean側
への遅れ時間と、Lean側からRich側への遅れ時
間は同一でなく、また、機関の運転状態によっても変化
するので平均空燃比は排気ガスの高浄化率を得られる領
域からずれる場合がある。
また、平均空燃比を一定にするにしても第1図の:3w
ay触媒の浄化率特性を見てわかるように中心となる空
気過剰率λをλ−1よりRich側にずらすとNOx
は高浄化率になるがHC,Coは浄化率が悪(なる。
一方、Lean側にずらすとHCCOは高浄化率になる
が、NOxは浄化率が悪くなる。
又、空気過剰率λ−1の理論空燃比近辺に固定するとN
Oxの浄化率が不安定になる。
従って、機関の定常時、及び過渡時等の常時HC、CO
,NOx 3成分の高浄化を得るためにはRich側に
ずらすかL ean側にずらすか、又は空気過剰率λ−
1の理論空燃比にするかが大きな問題となった。
ここで、従来装置は酸素濃度検出器の出力により、燃料
供給量が濃いか薄いかを知り積分器の積分出力により燃
料噴射量の増減制御を行っているが、この際、積分器の
積分定数をRichからLeanの定数と、L ean
からRichの定数を変えれば平均空燃比を変化させる
ことができる。
たとえばLeanからRichの積分定数をRichか
らLeanの積分定数より大きく(傾斜を大きくすれば
、帰還系の応答お(れ時間の間によりRichになるの
で平均空燃比は濃い側即ちRich側に移行する。
逆に、RichからLeanの積分定数をLeanから
Richの積分定数より大きくすれば平均空燃比を薄い
側即ちLean にできることは同様である。
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり排気ガス
中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器の出力と設定値
とを比較する比較手段と積分手段を備え、例えば定常時
、加速時及び減速時の如く機関の運転状態に応じて、こ
の積分手段の出力の増加方向と減少方向とでは出力勾配
を異ならしめるように、前記積分手段の積分定数を変化
させることにより、機関Q運転状態に応じた平均空燃比
に変更することができ、従って3way触媒による排気
ガス(HC,Co、N0x)の高浄化率を可能にできる
空燃比帰還式燃料噴射制御装置を提供することを目的と
するものである。
以下本発明を図に示す一実施例について説明する。
第2図の空燃比帰還式燃料噴射制御系を示すブロック線
図において、1は内燃機関であるエンジン本体、2は吸
気管、3は排気管、4はスロットバルブで、全閉を検出
する全閉検出スイッチ4aを有している。
5は吸気管2の前部に取付けられた機関の吸入する空気
量を計測する吸入空気流量計、6は酸化ジルコン等の固
体電解質よりなる酸素濃度検出器で、排気管3に配設し
て排気ガス中の酸素濃度を検出するものであり、排気ガ
スの温度が450℃〜600℃の許容温度以上になると
前記酸素濃度に応答して正常作動し、濃度検出信号を発
生するものである。
7は燃料を吸気管2内に噴射する噴射弁で、後述する燃
料噴射制御装置が出力する燃料噴射パルス信号により開
弁作動するものである。
8はエンジン回転数等の機関状態を検出する検出手段、
9はエアクリーナ、10は電子式燃料噴射制御装置で、
前記吸気管2の前部に取付けた吸入空気流量計5の出力
に見合った燃料量を前記噴射弁7より供給するため、こ
の噴射弁7を開弁作動させる所定時間巾の燃料噴射パル
ス信号を発生する。
11は排気管3に配設した前記酸素濃度検出器6より出
力する濃度検出信号に応じて前記電子式燃料噴射制御装
置10による燃料噴射量を帰還補正する帰還制御回路で
、この帰還制御回路11の出力が電源電圧vBの半分で
ある基準電圧V8/2の出力を有するとき、この基準電
圧ゝ1に保持して帰還制御系の補正量を零とし基本の予
め設定した要求燃料を噴射するようにしである。
従って、帰還制御回路11は出力として基準電圧VB/
2より低い電圧のとき燃料噴射パルスの時間巾を小さく
するようにし、他方基準電圧VB/2より高い電圧のと
き燃料噴射パルスの時間巾を長くするようにして燃料噴
射量を補正するものである。
12は触媒で、特に3 way触媒であって排気ガス中
NOx、HC,COの3成分の浄化率の高い空燃比を空
気過剰率λ−1即ち理論空燃比附近にもつものであり、
第1図に示す如く、その浄化率特性は理論空燃比(λ−
1)の時、NOx、HClC0の3成分共に浄化率が高
く、Rich側(λく1)ではHC,COの浄化率が悪
くなっており、一方、Lean側(λ〉1)ではNOx
の浄化率が悪くなっている。
次に、本発明の要部となる帰還制御回路11の詳細構成
及びその作動を第3図及至第5図において述べる。
第3図において、vBは電源電圧VBの電源ライン、G
NDはアースラインである。
6は前述した排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度
検出器、101はこの酸素濃度検出器6の検出出力を予
め定めた設定値でもって比較判別し、機関の空燃比がR
ichであるかLeanであるかの信号を出力する比較
回路であり、抵抗301,302゜303.304,3
05、ツェナーダイオード306、及び比較器Q1から
構成しである。
特に、この比較器Q1 には抵抗302,303によ
りツェナーダイオード306により決まるツェナー電圧
を抵抗分割した所定レベルの基準電圧Vsを該定値とし
て設定入力しである。
102は機関の運転状態を検出する機関状態検出器で、
本実施例ではスロットルバルブ4に運動してこのスロッ
トルバルブ4の全閉状態を検出する全閉検出スイッチ4
aが配設してあり、トランジスタT5及び抵抗320.
321でインバータを成している。
なお、この全閉検出スイッチ4aはアイドリング時或は
減速時のスロットルバルブ4の全閉時にオンし、定常時
或は加速時のスロットルバルブ4が開いている時オフす
るものである。
103は積分回路104の積分定数を決定する積分出力
制御回路で、トランジスタTI 、T2 t T3 。
T4、及び抵抗307,308,309,310゜31
1.312,313,314,315,322から構成
され、全閉検出スイッチ10aがオンの時、トランジス
タT3.T4がオンしトランジスタT1.T2がオフす
るようになっており、一方、スイッチ10aがオフの時
トランジスタT1.T2がオンしトランジスタT3.T
4がオフするようになっている。
104は積分回路で、積分器Q2、積分用のコンデンサ
319、及び抵抗316,317318から構成され、
この積分器Q2には抵抗316.317により電源電圧
vBを抵抗分割しB て所定レベルの基準電圧−を設定入力しである。
次に、上記構成によるその作動を述べる。
まず酸素濃度検出器6の出力(第4図4A及び第5図5
A図示)と抵抗302,303で予め設定された基準電
圧Vsとにより、比較器Q1 は第4図4B及び第5図
5B図示の如(機関空燃比がRichであるかL ea
nであるかの出力信号を出す。
この場合、比較器Q1 の出力が出力″1″のときR
ich、出力”0“のときL eanである。
次に、定常時、或は加速時にはスロットルバルブ4は全
閉状態になく開いており全閉検出スイッチ4aはオフ状
態にある。
従って、トランジスタT1.T2はオン、トランジスタ
T3.T、はオフしておりこの時比較器Q1 より第4
図4B図示の出力が積分出力制御回路103の入力端A
に入力すると、比較器Q1 の出力電流の一部は抵抗3
09を通してトランジスタT1へ流れ、積分器Q2への
電流iは第4図4Cの如く正方向の電流値の方が負方向
の電流値より小さくなり、これは第4図中C点の基準電
圧y旦に対する図中B点の電圧波形と同様のものである
詳細すれば比較器Q、の出力が・・1・、)ワき。
ランジスタT1 を介して電流が流れてしまうため電
流iはあまり大きくなく、一方、比較器Q、 の出力
が出力″0“のときには積分器Q2側から比較器Q1
の出力側及びトランジスタT1 側の両方に向かって流
れるため負方向の電流iが大きくなるわけである。
ここで、積分回路104の積分定数はコンデンサ319
と積分器Q2への電流iにより決定されるものであり、
この電流iの正負両方向の電流値を変化させることによ
り積分定数が変わり、積分器Q2の積分出力の傾斜率が
RichがらL eanの上昇の場合或はLeanから
Richの下降の場合では差違を生じ、積分出力である
帰還補正量の平均を理論空燃比λ−1よりRich側、
又はLean側にずらすことができる。
そこで、第4図4Cの入力電流に対する積分器Q2 の
出力は、第4図4D図示のように電流絶対値が大きいと
き積分定数は大きくなって積分出力の傾斜率は太き(な
り、一方、電流絶対値が小さいときには積分定数は小さ
くなって積分出力の傾斜率は小さくなる。
従って、機関空燃比の帰還制御系に一定時間の遅れがあ
る為、傾斜率の小さいRich−+Lean側への帰還
応答速度が遅いためRich補正量が結果として多(な
り積分出力の平均値即ち帰還補正量の平均を理論空燃比
λ−1よりRich側(λ〈1)にずらすことができる
次に、アイドリンク時、或は減速時においてはスロット
ルバルブ4は全閉状態にあり全閉検出スイッチ4aはオ
ン状態となる。
従ってトランジスタT1.T2はオフし、トランジスタ
T3 、 T4はオンしており比較器Q1 より第5
図5B図示の出力が積分出力制御回路1030入力端子
Aに入力すると、この比較器Q1の出力が出力゛1“の
とき、電源ラインvBよりトランジスタT4 を介した
電流と比較器Q1 から電流との合成電流が積分器C2
側へ流れ込むため電流iは正方向に大きな値を示し一方
、比較器Q1 の出力が出力“0“のときには電源ライ
ンVBよりトランジスタT4 を介した電流は比較器C
1側に流れ、それと共に積分器C2側からも比較器C1
側へ電流が流れるため電流iは負方向の小さな電流とな
り、従って第5図5c図示の電流信号波形となる。
そこで、第5図5cの入力電流に対する積分器Q2の出
力は上述と同様にして第5図5D図示のようになる。
この場合時間に対する帰還補正量の大きいRich−+
Lean側へのLean補正量が結果として多くなり積
分出力の平均値即ち帰還補正量の平均を理論空燃比λ−
1よりLean側(λ〉■)にずらすことができる。
こうして抵抗307,308,309を適当に選ぶこと
によって空燃比の平均値を希望する値に設定できる。
次に、積分出力制御回路103の他の実施例を第6図に
示す。
第6図において、103′は積分出力制御回路で、抵抗
401.402,403゜404.405,406,4
07,408,409、トランジスタT6.T7.T8
、ホトカプラ410゜411及びダイオード412,4
13から構成されている。
そこで、機関の定常時或は加速時スロットルバルブ4は
開いており全閉検出スイッチ4aはオフ状態にある。
従ってトランジスタT6がオン、トランジスタT7.T
8がオフしてホトカプラ411がオンするため、正方向
電流(線中矢印方向の電流)に対して比較器Q1 と
積分器Q2゜の間には抵抗402,403が並列に入り
、合成インピーダンスが小さくなって積分器Q2への電
流iは増加することになり、逆に負方向の電流に対して
はダイオード413が逆方向にあるため合成インピーダ
ンスはほとんど変わらず電流値は変、化しない。
一方、機関のアイドリンク時或は減速時ではスロットル
バルブ4は閉じており全閉検出スイッチ4aはオン状態
にある。
従って、トランジスタT7.T8がオン、トランジスタ
T6 がオフしてホトカプラ410がオンするため、負
方向型l流(図中矢印と逆方向の電流)に対して比較器
Q1 と積分器Q2の間には抵抗40L402が並列
に入り、合成インピーダンスが小さくなって比較器Q1
への電流iは増加することになり、逆に正方向の電流
に対してはダイオード412が逆方向にあるため合成イ
ンピーダンスはほとんど変わらず電流値は変化しない。
つまり、定常時或は加速時には比較器Q1 出力IT
、 llによる正方向電流は、出力”0“による負方
向電流よりも合成インピーダンスが小さくなるため、一
層増加し、積分器Q2 の出力の傾斜率は比較器Q1
の出力”1゛のとき太き(なり、出力t+ otaのと
き小さくなる。
従って、積分出力の平均値即ち帰還補正量の平均を理論
空燃比λ−1よりRich側(λ〈1)にずらすことが
できる。
また、アイドリンク時或は減速時には負方向電流に対し
て合成インピーダンスが小さくなるため、積分器Q2の
出力の傾斜率は比較器Q1 の出力”l”のとき小さく
、出力゛0“のとき大きくなり、帰還補正量の平均を理
論空燃比λ−1よりLean側(λ〉■)にずらすこと
ができる。
以下説明したように、定常時或は加速時排気ガス中のN
Ox増加時には理論空燃比λ−1よりRich側にして
第1図に示す如く排気浄化のための:3way触媒のN
OX成分に対する浄化率を向上させ、一方、アイドリン
ク時或は減速時のC01HC増加時には理論空燃比λ=
1よりLean側にして:3way触媒のCO,HC成
分に対する浄化率を向上させ、運転領域全体で排気ガス
中3成分の高浄化を得んとするものである。
なお、上述の実施例では機関状態検出器102としてス
ロットルバルブ4の全閉状態を検出する全閉検出スイッ
チ4aを用いたが、これに限らず吸気管内圧力を検出す
るバキュームスイッチ、或は機関の吸入空気量を測定す
る吸入空気流量計等を用いて機関の運転状態を検出する
ようにしても良い。
また、上述の実施例では比較器Q1 と積分器02間
のインピーダンス値を変えたが、積分器Q2 の入出力
間にあるコンデンサ319のコンデンサ容量を機関の運
転状態に応じて変化させても良い。
以上述べたように本発明では、内燃機関の排気ガス中の
酸素濃度を検出する酸素濃度検出器の検出出力を設定値
と比較する比較手段及びその比較出力を積分する積分手
段と、例えば定常時、加速時、及び減速時の如く機関の
運転状態に応じて、この積分手段の出力の増加方向と減
少方向とでは出力勾配を異ならしめるように、積分手段
の積分定数を変化させる積分出力制御手段とを備えてい
るから、機関の各運転状態に応じた最適な平均空燃比に
設定変更でき、またこの平均空燃比を選ぶことによって
3way触媒による排気ガス(主にHC,C01NOx
)の高浄化率を運転領域全体に渡って可能にできるとい
う優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は3way触媒のCo、HC,NOxに対する浄
化率特性を示す特性図、第2図は本発明にがかる空燃比
帰還式燃料噴射制御装置の全体構成を示すブロック線図
、第3図は本発明の要部となる帰還制御回路の一実施例
を示す電気結線図、第4図、第5図は本発明の作動説明
に供する各部電圧電流波形1図、第6図は第3図図示帰
還制御回路の他の実施例を示す電気結線図である。 6・・・°・°排気管に設けた酸素濃度検出器、11・
・・・・・帰還制御回路、12・・・・・・触媒特に3
way触媒、102・・・・・・スロットルバルブ4
の全閉検出スイッチ4aよりなる機関状態検出器、10
3,103’・・・・・・積分出力制御回路、Ql ・
・・・・・比較器、Q2 ・・・・・・積分器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を酸素濃度検出器
    により検出して、その検出出力と予め設定した設定値と
    を比較する比較手段を有し、この比較手段からの出力を
    積分手段にて積分した増減極性を有する積分出力により
    燃料噴射量の増減補正を行ない、前記酸素濃度を一定に
    制御する空燃比帰還式燃料噴射制御装置において、機関
    の運転状態を検出する機関状態検出器と、この機関状態
    検出器の検出信号に応じて前記積分手段の積分出力の増
    加方向と減少方向とでは出力勾配を異ならせるよう前記
    積分手段の積分定数を変化させる積分出力制御手段とを
    備え、前記運転状態に応じて機関の平均空燃比を変更す
    ることを特徴とする空燃比帰還式燃料噴射制御装置。 □
JP50073969A 1975-06-10 1975-06-17 空燃比帰還式燃料噴射制御装置 Expired JPS5824609B2 (ja)

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