JPS5848749A - 内燃機関の空燃比制御方法及び装置 - 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９１１Ｆｉ、内燃機関の空燃比制御方法及び装置に
係シ、特に、燃料噴射式エンジンを備えた自動車等の車
両用内燃機関に用いるに好適な内燃機関の空燃比制御方
法及び装置に関する。

従来から排気ガス中の＃に：ｊｇｉｌＩＩＬを関知する
空燃比センｔ（以下Ｏ８七ンデと称する）と、混合気あ
るいは排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御装置を用
い、０．センサの出力に基づいて混合気Ｏ空燃比が理論
空燃比近傍となるよう、空燃比制御装置を帰還側−する
方法及び装置が提案されている− ところで、Ｏｆセンサは、排気ガス中の空燃比０ｆｆｌ
論空燃比より濃い（リッチ）場合は電圧を発生し、淡い
（り一ン）場合は電圧を発生しないいわゆゐＯＮ、ＯＦ
Ｆ出力特性を有する丸め、０゜センナに基づいて理論空
燃比及びその近傍のきわめて狭い空燃比を制御すること
かで−る。しかし、従来ＯＯ□センｔＦｉ、、その他の
領域では出力が変化しないため、例えば、燃料が薄くな
るいわゆる燃料リーン空燃比を検出することができなか
った。

そのため、従来のＯ，センサは、燃料リーン空燃比をｎ
度よくフィードバック制御できないので、燃費と出力特
性の改善を図ることが要求されている機関の空燃比制御
装置の０．センサとしては不適であった。

そこで、理論空燃比及び理論空燃比以外の領域における
空燃比を精度よく検出できるＯ、センナが提案されてい
る。この種の０．センサとして、例えば、特開昭５５−
１５４４５０、％開開５５−１５６８５３に記載されて
いる膜振酸木無度検出器があ−る。ところが、これらＯ
Ｏ，センサでは、機関の燃費を大きく改善できる領域で
ある空燃比が２０以上に対して、空燃比を精度よく検出
できない欠点がある。又、これらの０．センサはＭ型構
造である良め、陽極と陰極の２つの電極を排気ガス中に
、ポーラスな電極コーティング層を介してさらす必要が
あシ、排気ガス中の電導性のある排出物に対して絶縁性
を維持するのが離しく、理論空燃比を検出する０！セン
サとして信頼性に問一方、膜製の０．＊ｙすとは異なる
ディスク型のＯ麿竜ンｔ（例えば％開開５５−１５６８
４９）があるが、このディスク型の０．センサも、前述
し九属履の０８センサと同様絶縁性を維持することが離
しく信頼性に問題がある。

又、膜製及びディスク酸のＯ，センサは、前述の欠点に
加えて、陰極と陽極間に電圧を連続して印加し良状態で
は、理論空燃比の近傍において出力電流がわずかしか変
化せず理論空燃比を精度よく検出てきない欠点がある。

又、機関の空燃比が、燃料が濃くなるいわゆる燃料リッ
チ空燃比となったとｍＫＦｉｓ履の電子伝導が綽起され
、酸素濃度に対応し九大きさの電流が発生し、空燃比が
リーンかリッチかの区別ができない欠点がある。

このように、従来の０．センサを備え九装置では、理論
空燃比及び燃料リーン空燃比を精度よくフィードバック
制御することができない。

本発ＷＡＦｉ、前記課題に−みなされたもので、そＯ目
的は、理論空燃比及び燃料リーン空燃比を精度よくフィ
ードバック制御することができる内燃機関の空燃比制御
方法及び装置を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明は、空燃比を感知する
検出素子として酸素イオン伝導性の安定化ジルコニア個
体電解質が用いられ、この電解質の両面に設けられた陰
極と陽極の両電極間に、阪界電流が生じるような電圧が
印加され九とき、ジルコニア電解質の酸素ポンプ作用に
よシ、排気ガス中の酸素員度に対して出力される電流に
基づいて燃料り一ン空燃比域における混合気の空燃比を
感知し、前配電極間への電圧の印加が停止されたとき、
理論空燃比近傍における混合気の空燃比を感知する空燃
比センサを用い、との空燃比センナの出力に基づいて、
混合気の空燃比が理論空燃比又は燃料リーン空燃比域の
目標空燃比となるよう混合気の空燃比を制御する空燃比
制御装置を帰還制御するようにし九ことを特徴とする。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図には、本発明に係る内燃機関の空燃比制御方法及
び装置に適用されるＯ、センナ及び印加電圧切換装置の
構成が示されている。図において、Ｏｌセンサｌは、そ
の検出素子２がｊ１１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ｌ、Ｕ字状に形成されてい
る検出素子２の両面には、陰極３と陽極４の電極が形成
されている。

そして、陰極３の上面５は、排気ガス中の酸素嬢度の拡
散を制御する機能を有する多孔質（ポーラス）　＊Ｉ）
＜ツク層によシ被橿されている。又、Ｕ字状に形成され
九陽極４に沿って大気を吸入するえめの大気吸入管６が
設けられている。又、さらに、Ｕ学理に形成されている
大気吸入管６の間隙７にはセツ々ツクヒータ８が般けら
れている。セ２建ツクヒータ８は後述の温度ＮＩＣＥ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。又、０、
−にンナ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１２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。０゜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［１５は、電源■、抵抗Ｒ１３極スイツ
チ１６で構成されており、後述する１１制御部のＯＮ指
令によシ、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′Ｉｋ３と陽極４
間には抵抗Ｒを介して電源■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
ックと−タ８によｐ６５０℃〜７００℃以上（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
電流力五生じるような電圧であシ、例えば０．５〜１．
０　Ｖ程度の電圧である。このようにＯｌセンサ１の陰
極３と陽極４間に所定の電圧カニ印カロされると、検出
索子２の酸素ポンプ作用によシ排気ガス中の酸素＃ｆに
対応し九電流が抵抗Ｒを介して流れる。この電流は出力
端子１７．１８力為ら検出することｉＸで１１ゐ。

こＯ電流は、第２図の（−）に示される如く、空燃比が
通論空燃比よシもリーン側となったとき、燃料り、−ン
空燃比及び酸素濃度に対応した値で変化する。

その丸め、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シ、燃料リーン空燃比を制
御することが可能となる。

一方、制御部からのＯＦＦ指令によシ３極スイッチ１６
の接点が切換わシ、接点Ａ−Ｃ，Ｄ−Ｃ。

Ｆ−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（ｈ）に示される如く、従来ＯＯ，センサと
同Ｓ理論空燃比近傍で出力電圧が急変する０Ｎ−ＯＦＦ
％性を有する信号が出力される。

従って、印加電圧切換装置１５の３極スイツチ１６を、
図示の状態から切シ換えることによシ理論空燃比におけ
るフィートノ（ツク側脚が可能となる・ 第３図には、第１図に示されているＯ、センサ及び印加
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。

本寮九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、及
び燃料供給装置２４で構成されておシ、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［２４を制御部２２によってフィードバ
ック制御することができる。

センサ群２０には、前述したＯ、センサｌが含まれると
ともに、散気管負圧を検出する吸気管センｔ２６、エン
ジン冷却水温を検出する冷却水温センサ２８、エンジン
回転速度を検出する回転速ｇ　−ｋ　ンサ３０、スロッ
トルバルブの開閉状態全検出ｆるスロットルセンサ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２２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
ミグデジタル変換器（以下Ａ／Ｄ変換器と称する）４６
、ＣＰＵ４８、ＲＯＭ５０、ＲＡＭ５２、Ｉ／Ｆ５４．
５６等ＩＫ１つてｍ成されている。

増幅１１ｉ、４２はＯ，センサ１の出力信号を所定値に
増幅する増幅器であシ、０．セン・すｌ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２
６、冷却水温セ／す２８の検出信号等の各種アナログ信
号が供給される。これらのアナ胃グ信号祉、コントロー
ルバス５８を介してＣＰＵ４ｇから与えられる制御信号
により時分割的にＡ／Ｄ変換−４６に迭シ込まれ順次デ
ジタル信号に返還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ＣＰＵ４Ｂへ供給される
。ＣＰＵ４８はともデータに基づいて各種の演算を行な
う。

Ｘ、ｉ１転速［センサ３０、スロットルセンｔ３２の検
出信号４Ｉ／１Ｐ５４を介して、回転速度データ、ス冒
ットル弁の開閉状態を示すデータとじてＣＰＵ４８へ供
給される。

ＣＰＵ４８はセンサ群２０の各株センチからのデータを
取シ込み、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／Ｆ５５に供給する。

Ｉ／Ｆ５６からは、演算結果に基ついた制御信号が印加
電圧切換装置１５、温度１４整器４０、増幅器４２、燃
料供給装置２４へ供給される。

ＲＯＭ５０．及びＲＡＭ５２からなるメモリ部には、第
２図の（α）、（ｂ）に示される如く、０１センサ１の
検出信号に基づいて機［を理−空燃比又は燃料リーン空
燃比斌における目標空燃比制御するためのデータ、及び
装置の制御プログラム尋が予め格納されている。

又、さらに、吸気管セン＋２６、冷却水温セン＋２８、
ＵＥｆｆｉ度センｔ３０、スロットルセンサ３２の検出
信号によ〕機関を理論空燃比又は燃料リーン空燃比域に
おける目標１空燃比で制御するためのデータが予め格納
されている。

例えば、機関の燃費やエンジン出力性能の改善を図るた
めに、エンジン回転数が２０００　ｒｐｍ以上のと龜、
機関を燃料リーン空燃比で制御するように設定した場合
、燃料リーン空燃比域における目標空燃比がメモリ部に
格納される。この場合、回転速度センｔ３０からの検出
信号によシ、エン−ジン回転数が２００　Ｏｒｐｍ以上
になったことがＣＰＵ４８によって判定されると、ＣＰ
Ｕ４８から機関を燃料リーン空燃比域における目標空燃
比にするための制御信号がＩ／Ｆ５６を介して印加電圧
切換装置１５、ｍｆｖ４ｕ器４０．増幅器４２、燃料供
給装置２４に供給される。この場合、温度調整１）４０
が駆動されセラミックヒータ８によってＯｌセン１０検
田素子２が加熱されるとと４に、印加電圧切換装置１５
の３極スイツチ１６の接・テ点は第１図に示される接続
状態となシ、印加電圧切換装置１５の出力からＦｉ第２
図の（ａ）に示されるような信号が出力される。そして
ＣＰＵ４８Ｆｉ、この信号に基づいた演算を行い、機関
が燃料り一ン空燃比域におけ□る目標空燃比となるよう
に燃料供給装置２４を制御する。

一方、エンジン回転数が２００Ｏｒｐｍ以下のとき理論
空燃比で制御するように設定した場合は、エンジン回転
数が２００Ｏｒｐｍのとき機関を理論空燃比で制御する
ためのデータがメモリ部に格納される。そして、エンジ
ン回転数が２００Ｏｒｐｍ以下になると、制御部２２か
らの指令によシ温度調整器４０によってセラミックヒー
タ８のヒータ電力が低減されるかもしくはヒータへの電
力の供給が停止されると共に、印加電圧切換装に１５の
接点が切換えられ、０．センナの電極に電圧が印加され
なくなる。この結果、ＣＰＯ４８は、第２図のＣｂ）に
示される如く、０．七ンｔｌの検出信号に応じて、機関
が理論空燃比によって制卸されるように燃料供給装［２
４を制御する。

なお、機関を理論空燃比又は燃料り一ン空燃比域におけ
る目標空燃比で制御するための情報はエンジン回転数に
限られるものではなく、＠気管センナ、冷却水温センナ
、スロットルセンを勢の値を、燃費やエンジン出力性能
等機関にＩＩ’″ＩＣされる値に設定することによｐ１
檄関を理論空燃比又は燃料り一ン空燃比域における目標
空燃比で制御できることは前述の場合と同様である。

本爽施例によれば、０．センナへの電源の供給と供給の
停止を切換えるようにしているので羊−のｏ、＊ｙ＋に
よシ機関の理−空燃比と燃料リーン空燃比を精度よくフ
ィードバック制御することができる。

又、排気浄化のための三元触媒を本発明による装置を適
用した車両勢の機関に設ければ、理−空燃比における運
転条件において、その浄化作用を効率よく行なえること
ができる。

以上説明し良ように、本発明によれば、機関の理論空燃
比と燃料り一ン空魅比をｆｒｆＩ度よくフィードバッタ
制御することができるので、燃費やエンジン出力性能の
改善が図れると共に、排気ガス浄化装置による浄化作用
を効率よぐ行なわせることが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、本発明による空燃比センサと印加電圧切換装
置の構成を説明するための構成図、第２図の（−）は、
空燃比及びａ！木一度と電流との関係を示す線図、帖２
図のＣｂ）は、空燃比と空自比センサ出力との間係を示
す線図、第３図は、２発明に係る内燃機関の空燃比制御
装置の全体横力を示す構成図である。 ｌ・・・空燃比センサ、 ３・・・溺極、 ４・・・陽極、 １５・・・印加電圧切換装置、 ２０・・・セン？群、 ２２・・・制御部、 ２４・・・燃料供給装置。 代理人　鵜　沼　辰　之 （ほか２名。 、　　　　第１図 ド シ 第２図 １０）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｔ
））〉 ｏ！ｓ度

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１排気ガス中の酸素装置から、理論空燃比近傍及び
   燃料リーン空燃比域における混合気の空燃比を感知する
   空燃比センサと、混合気の空燃比を制御する空燃比制御
   手段とを用い、前記空燃比センナの出力に基づいて、混
   合気の空燃比が理論空燃比及び燃料り一ン空燃比域の目
   標空燃比となるよう、前記空燃比制御手段を帰還制御す
   るようにしたことを！＃黴とする内燃機関の空燃比制御
   方法。 （２）排気ガス中の酸素磯度から、理論空燃比近傍及び
   燃料り一ン空燃比域における混合気の空燃比を感知する
   空燃比センサと、混合気をエンジンへ供給する混合気供
   給装置と、空燃比センサの出力に基づいて、混合気の空
   燃比が理−空燃比又は燃料リーン空燃比域の目標空燃比
   となるよう混合気供給装置を帰還制御する制御部と、を
   ｉむことを％徴とする内燃機関の空燃比制御装置。