JPS591070Y2 - 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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JPS591070Y2
JPS591070Y2 JP1977026214U JP2621477U JPS591070Y2 JP S591070 Y2 JPS591070 Y2 JP S591070Y2 JP 1977026214 U JP1977026214 U JP 1977026214U JP 2621477 U JP2621477 U JP 2621477U JP S591070 Y2 JPS591070 Y2 JP S591070Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関の空燃比制御装置に係り、特にフィー
ドバック制御停止回路を備えた内燃機関の空燃比フィー
ドバック制御装置に関する。
内燃機関の排気系に排気ガス中の酸素濃度を検出する酸
素濃度検出器を設け、該酸素濃度検出器からの検出信号
を電子制御燃料噴射装置にフィードバックして内燃機関
への燃料噴射量を補正することにより機関の排気ガスの
空燃比が理論空燃比となるように精度良く制御するシス
テムは周知である。
この空燃比フィードバック制御システムにＨＯ，ＣＯ，
ＮＯｘの３戊分を同時に浄化できる三元触媒を組合わせ
ることにより清浄な排気ガスを得ることができる。
しかしながら、この種システムは、内燃機関の全運転域
において空燃比が理論空燃比となるように制御するもの
であるため、触媒が過熱する問題点を有している。
上述の欠点を解消する内燃機関の空燃比フィードバック
制御装置が本出願人により既に提案されている（特願昭
５ｌ−８３１８４）。
この装置は内燃機関の負圧及び回転数を検出する機構と
、検出した負圧及び回転数が共に所定値を越えた場合に
空燃比フィードバックによる補正を停止すると共に空燃
比補正信号をあらかじめ設定した値に保持するフィード
バック停止機構とを備えたものである。
しかしこの装置はフィードバック停止制御範囲に誤差が
あるため、触媒の過熱を効率良く確実に防止することが
できない欠点を有しており、さらにフィードバック停止
時に補正信号を所定値に保持する回路を必要とする欠点
、及び燃料消費率の向上が困難であるという欠点を有し
ている。
本考案の目的は排気ガス浄化用触媒の過熱防止が行える
内燃機関の空燃比フィードバック制御装置を提供するこ
とにある。
本考案の他の目的は燃料消費率が低減できる内燃機関の
空燃比フィードバック制御装置を提供することにある。
本考案のさらに他の目的は回路構成が簡単な内燃機関の
空燃比フィードバック制御装置を提供することにある。
以上の目的を達成する本考案の要旨は、内燃機関の空燃
比制御装置に吸入空気流量が所定量以下のとき実際より
も少ない吸入空気流量を示す出力信号を発しかつ吸入空
気流量が所定量よりも多いとき実際よりも多い吸入空気
流量わを示す出力信号を発する吸入空気流量検出器と該
検出器及び機関排気系に設けられ排気ガスの酸素濃度を
検出する酸素濃度検出器の出力信号に基すいて燃料噴射
量をフィードバック制御する手段と、機関の高速運転状
態を検出する検出器と、機関が所定の高速運転状態にな
ったとき該高速運転状態検出器の出力信号に応じて前記
酸素濃度検出器からのフィードバック制御を停止する手
段とを備え、高速運転状態時に、吸入空気流量が所定量
以上のとき濃い混合気を機関シリンダ内に供給し、吸入
空気流量が所定量より少ないとき薄い混合気を機関シリ
ンダ内に供給するようにしたことにある。
以下図面を用いて本考案を説明する。
第１ａ図は内燃機関の空燃比と排気ガス温度との関係を
表わす特性図であり、第１ｂ図は内燃機関の空燃比と燃
料消費率との関係を表わす特性図である。
一般に、内燃機関の排気ガス温度は第１ａ図に示す如く
理論空燃比近傍にて最大となる。
従って空燃比を常に理論空燃比に制御すると高負荷高速
走行時のような場合に排気系、特に三元触媒の温度が異
常に高くなり触媒の劣化が発生する問題がある。
また、第１ｂ図に示す如く、燃料消費率は機関の空燃比
が理論空燃比より大きい側、即ちリーン側で最小値とな
る。
従って内燃機関の特定の運転範囲において、空燃比フィ
ードバック制御を停止し、空燃比が理論空燃比よりリー
ン側あるいはリッチ側の値となるように燃料噴射量を制
御する必要がある。
前述の本出願人提案による従来技術では、内燃機関に供
給される混合気をリッチにする運転領域、即ち空燃比フ
ィードバック制御を停止し空燃比を理論空燃比より小さ
な一定値とする運転領域が内燃機関の負荷を表わす信号
と回転数を表わす信号との論理積によって設定されてい
る。
従って上記従来装置による空燃比フィードバック制御停
止運転領域は第２図の斜線部分となる。
しかしながら実際に排気系の触媒温度を規定する機関吸
入空気流量は該機関の負荷と回転数との積で表わされ、
従って吸入空気流量が一定の場合に負荷と回転数との関
係は第２図に曲線Ａ、 Ｂ、 Ｃ，Ｄで示す如き反比
例関係となる。
ここで曲線Ａ、 Ｂ、 Ｃ。Ｄは順次吸入空気流量が大
きくなった場合を表わしており、空燃比フィードバック
制御を停止すべき運転領域はこの種曲線の上側の領域と
なる。
第２図から明らかなように、従来技術によると、空燃比
フィードバック制御を停止する運転領域が実際にその停
止が望まれる運転領域に一致せず、従って前述の如く燃
料消費率の低減が困難であり、かつ触媒の過熱を効率良
く防止できなかったのである。
第３図は本考案に係る電子制御燃料噴射式内燃機関の空
燃比制御装置の概要を表わす図である。
第３図に示すように、内燃機関１の吸気系２には該内燃
機関に吸入される空気流量を測定する空気流量メータ（
エアフローメータ）３が設けられている。
該空気流量メータ３の出力は空燃比制御装置４に電気的
に接続されている。
内燃機関１の排気系５には排気ガスの浄化を行うための
三元触媒６と排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度
検出器７が設けられている。
該酸素濃度検出器１の出力は空燃比制御装置４に電気的
に接続されている。
機関１の吸気バルブの上流には電磁式燃料噴射弁８が設
けられており、該噴射弁８の噴射弁作動用ソレノイドは
前記制御装置４の出力に電気的に接続されている。
制御装置４は機関１の回転数を表わす信号及び冷却水温
度の検出信号が供給される入力端子９及び１０を備えて
いる。
この空燃比制御装置４は空気流量メータ３からの機関の
吸気信号と機関回転数信号と機関の冷却水温度信号とか
ら燃料の基本噴射パルスを発生すると共に、酸素濃度検
出器７からの信号に従って上記基本噴射パルスを補正し
た噴射パルスを燃料噴射弁８に供給するものである。
第４図及び第５図に空気流量メータ３の斜視図及び断面
図を示す。
空気流量メータ３はそのハウジング内に吸入空気通路１
１を有し、この吸入空気通路１１内には流量計測板１２
が設けられている。
この流量計測板１２はハウジングに回動可能に枢着され
た回動軸１３に固着されている。
回動軸１３とハウジング間にはコイルばね１４が装着さ
れ、このコイルがね１４のばね力により流量計測板１２
は常時第５図における時計回りに付勢されている。
さらにハウジング内には扇形のダンパ室１５が形成され
ており、このダンパ室１５内には流量計測板１２と一体
化されたダンパ板１６が設けられている。
第４図に示す如く、空気流量メータ３はさらに回転摺動
子１７と固定摺動抵抗１Ｂとから成るポテンションメー
タ１９を備えている。
上記回転摺動子１７は前記回動軸１３の上端部に連結さ
れている。
吸入空気通路１１内を吸入空気が矢印Ａ方向に流れた場
合、流量計測板１２は吸入空気量に応じて第５図におけ
る反時計回りの方向に回動し、それに伴って摺動子１７
が回動する。
これによりポテンションメータ１９内の出力抵抗値が変
化する。
第６図は空気流量メータ３の検出特性を説明する図であ
る。
従来の空気流量メータではこの図に破線で示すように検
出される吸入空気流量Ｑが実際の吸入空気流量Ｑａを正
確に表示するように抵抗１Ｂが構成されている。
しかしながら本考案では第６図において実線で示すよう
に、実際の吸入空気流量が所定量以下のとき当該空気流
量メータ３で検出される吸入空気流量Ｑが実際の吸入空
気流量Ｑａよりも小さい値を表わすように抵抗１８が設
定されている。
また、実際の吸入空気流量が所定量より多いとき空気流
量メータ３で検出される吸入空気流量Ｑが実際の吸入空
気流量Ｑａよりも大きい値を表わすように抵抗１８が設
定されている。
これにより、例えば実際の吸入空気流量Ｑａが所定量以
下のとき空気流量メータ３から燃料噴射制御装置４ （
第３図）に送り込まれる空気流量検出信号は実際の吸入
空気流量よりも少ない空気があたかも吸入されたことを
示すものとなる。
本考案における吸入空気流量メータは上記構成に限定さ
れることなく、例えば従来の吸入空気流量メータの出力
側に第６図の実線に示す如き特性を遠戚する電気信号変
換回路を付設し、この回路によって空気流量検出信号を
変換制御するものであっても良い。
第７図は本考案における空燃比制御装置４の回路図を示
している。
第７図において、２１は内燃機関の回転数を表わす回転
信号を発生する回転信号発生器２０と空気流量メータ３
それぞれに人力が接続されている割算器である。
この割算器２１は回転信号発生器２０からの回転信号Ｎ
と空気流量メータ３からの吸入空気流量Ｑとがら機関１
サイクル当りの吸入空気量Ｑ／Ｎを演算するものである
。
該割算器２１の出力は乗算器２２の一方の入力に接続さ
れ、該乗算器２２の出力は出力増幅器２３を介して燃料
噴射弁８に前述の如く接続されている。
割算器２１の出力信号が印加されると乗算器２２は燃料
噴射量を定めるパルス幅とを有するパルス信号を発生し
、該パルス信号は出力増幅器２３において増幅された後
燃料噴射弁８に印加されこの噴射弁８を開弁駆動する。
酸素濃度検出器７は例えばＺｒＯ２セラミックがら成る
検出器であって、この検出器７は排気ガスが酸化雰囲気
のときは０．１Ｖ程度の出力を発生し、排気ガスが環元
雰囲気のときは０．９Ｖ程度の出力を発生する。
この酸素濃度検出器７の出力は比較器２４の一方の入力
に接続されており、該比較器２４の他方の入力には基準
電圧が供給されている。
比較器２４の出力は積分器２５を介して、前述の乗算器
２２の他方の入力に接続されている。
積分器２５には積分動作を停止させる半導体等のスイッ
チ２６が接続されている。
このスイッチ２６は例えば第７図に示す如く積分器２５
内の演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に挿入
され、通常は開成している。
このスイッチ２６の制御端子はフィードバック制御停止
信号発生回路２７の出力に接続されており、この停止信
号発生回路２７の入力には回転信号発生器２０、当該内
燃機関の原動する車両等の速度信号発生器２８、あるい
は上記車両の変速機シフト位置信号発生器２９が接続さ
れている。
上記停止信号発生回路２７は機関が高速運転状態となっ
た場合、即ち回転信号あるいは速度信号が所定値以上と
なった場合、又は所定の変速機シフト位置信号が印加さ
れた場合、あるいはこれらが組み合わされた場合に停止
信号を発生する回路であり、該停止信号がスイッチ２６
の制御端子に印加されることによりスイッチ２６は閉成
する。
本考案装置の動作をまずフィードバック制御が行われる
場合について以下説明する。
酸素濃度検出器７及び比較器２４の働きにより、機関の
排気ガスが環元雰囲気である場合、即ち機関吸入混合気
がリッチである場合、電圧信号が比較器２４の出力側に
得られる。
この電圧信号は積分器２５において積分されその積分出
力電圧は時間と共に減少する信号電圧となる。
この積分出力電圧は乗算器２２に供給される。
乗算器２２において割算器２１より送り込まれたパルス
信号Ｑ／Ｎのパルス幅が上記積分出力電圧に応じて制御
される。
即ち機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比が理論
空燃比より小（即ちリッチ）である場合はパルス幅を狭
くし、大（即ちリーン）である場合はパルス幅を広くし
、混合気が常に理論空燃比となるように燃料噴射パルス
ｔのパルス幅がフィードバック制御される。
フィードバック制御停止信号発生回路２７により機関が
高速運転状態となった場合、即ち回転数が所定値以上と
なった場合、あるいは車両速度が所定値以上となった場
合、あるいは変速機が所定位置にシフトされた場合等が
検出され停止信号が出力されるとスイッチ２６か゛閉成
する。
これにより積分器の積分動作は停止し酸素濃度検出器７
からの信号による空燃比フィードバック制御が停止する
。
この場合、燃料噴射弁８からの燃料噴射量は空気流量メ
ータ３の検出信号のみによって制御される。
前述の如く空気流量メータ３の検出信号は実際の吸入空
気流量が所定量以下のときは該実際の吸入空気流量より
少ない空気量を表わし、一方実際の吸入空気流量が所定
量より多いとき該実際の吸入空気流量より多い空気量を
表示する。
従って実際の吸入空気流量が所定量以下のとき空気量に
対する燃料噴射量が減少し、斯くして薄い混合気が機関
シリンダ内に供給される。
一方実際の吸入空気流量が所定量より多いとき空気量に
対する燃料噴射量が増加し、斯くして濃い混合気が機関
シリンダ内に供給される。
このように、高速運転状態時にはオープンループ制御と
なりしかも吸入空気流量が所定量以上のとき理論空燃比
より濃い混合気が機関シリンダ内に供給されるので、第
１ａ図がらも明らかのように排気ガス温度が低くなり、
従って触媒温度が低下し、しかも高い機関出力を得るこ
とができる。
即ち、高出力が必要でかつ触媒の過熱が生じ易い高回転
、高負荷領域で触媒の過熱防止を図りつつ高出力を得る
ことができる。
しかも、触媒の過熱が機関の吸入空気流量によって規定
されること、即ち、触媒過熱領域と吸入空気量領域とが
第２図に関して説明したように互いに相似であることに
着目し高回転時に吸入空気量大で混合気チリツチとして
いるので正確な触媒過熱防止が図れることとなる。
一方、高速運転状態で吸入空気流量が所定量より少ない
とき理論空燃比より薄い空燃比が供給されるので、第１
ｂ図からも明らかのように燃料消費率が低減する。
さらにこの場合、第１ａ図にも示すように排気ガス温度
が低下し従って触媒温度が低下するのでこれと混合気が
希薄であることとあいまって排気ガス中の有害成分ＨＣ
。
ＣＯ，ＮＯｘの発生が減少せしめられる。
以上述べたように、本考案によれば、吸入空気流量検出
器自体に前述の如き特性が備えられているため、空燃比
フィードバック制御停止時に空燃比をリッチあるいはリ
ーン側に固定しておくための特別の補正信号保持回路が
不要となり、回路構成が簡略化できる。
また、吸入空気流量が多いとき吸入空気流量を見掛は上
増加させるというように吸入空気流量に応じて混合気の
リッチ制御をしているので、正確で効率の良い触媒過熱
防止を行うことができる。
しかも吸入空気流量少のときノーンとしているため燃料
消費率向上をも図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１ａ図は内燃機関の空燃比と排気ガス温度との関係を
表わす特性図、第１ｂ図は内燃機関の空燃比と燃料消費
率との関係を表わす特性図、第２図は内燃機関の回転数
と負荷との関係を表わす特性図、第３図は本考案に係る
燃料噴射式内燃機関の空燃比制御装置の概要を表わす全
体図、第４図は空気流量メータの分解斜視図、第５図は
空気流量メータの断面図、第６図は実際の吸入空気流量
と空気流量メータの検出する吸入空気流量との関係を表
わす特性図、第７図は本考案に係る空燃比制御装置の回
路図である。 １・・・内燃機関、２・・・吸気系、３・・・空気流量
メータ、４・・・空燃比制御装置、５・・・排気系、６
・・・三元触媒、７・・・酸素濃度検出器、８・・・燃
料噴射弁、２０・・・回転信号発生器、２７・・・フィ
ードバック制御停止信号発生回路、２Ｂ・・・速度信号
発生器、２９・・・変速機シフト位置信号発生器。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 機関排気系に排気ガス浄化用の触媒と排気ガス中の酸素
    濃度を検出する酸素濃度検出器とを設け、該検出器の検
    出信号をフィードバックして燃料噴射弁からの燃量噴射
    量を制御するようにした内燃機関の空燃比制御装置にお
    いて、吸入空気流量が所定量以下のとき実際よりも少な
    い吸入空気流量を示す出力信号を発しかつ吸入空気流量
    が所定量よりも多いとき実際よりも多い吸入空気流量を
    示す出力信号を発する吸入空気流量検出器と、該吸入空
    気流量検出器及び前記酸素濃度検出器の出力信号に基す
    いて燃料噴射量を制御する手段と、機関の高速運転状態
    を検出する高速運転状態検出器と、機関が所定の高速運
    転状態になったとき該高速運転状態検出器の出力信号に
    応じて前記酸素濃度検出器からのフィードバック制御を
    停止する手段とを備え、高速運転状態時に、吸入空気流
    量が所定量以上のとき濃い混合気を機関シリンダ内に供
    給し、吸入空気流量が所定量より少ないとき薄い混合気
    を機関シリンダ内に供給する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。
JP1977026214U 1977-03-07 1977-03-07 内燃機関の空燃比制御装置 Expired JPS591070Y2 (ja)

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