JPS5923045A - 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】 （技術分野） この発明は、内燃機関における膜構造酸素センサを用い
た空燃比制御装置に関づ−る０、（従来技術） 排気ガス中の酸素濃度を検出し、その結果に基づ（・て
態別調量装置（気化器、燃料１す゛実射装置等）をフィ
ードバック制御することにより、機関に４共給′１−る
混合気のりと燃比を所定の１１標値姓ニ一致させるよう
に制御−Ｊ−ろ空燃比制御装置か実用化されている。

−１−記のごときりと燃比制御装置に川℃・る酸素セン
サと１−で、従来は基準酸素極が大気に接触し、大気の
酸素分圧を基準とするように構成した管構造の酸素セン
サか川℃・られて℃・たか、最近、基準酸素極内蔵膜構
造型の酸素センサ（以下膜構造センサと略記１−ろ）が
使用されろようになってきた。

膜構造センサは、１９すえは第１図に小才ごとく、アル
ミナ基板１の−１に、基準酸素極２、固体電解質；つ、
白金電極４が層状に構成がＡ腰　２〜４の全体を保護層
（図示省略）か覆って（・る。なお保護層は、白金電極
等をイ］効に保獲し、かつ排気ガス中の酸素分子力情ト
易に通１ハできろ程度の細孔が多数開いたものであり、
例えばカルシウム・ジルコネットの粉体なプラズマ溶射
して作る。

上記のごとき膜構造センサにおいては、センザ周囲の排
気カス中の酸素分圧と基準酸素極２の酸素分圧との比較
により、排気ガス中の酸素Ｉａ度を検出ずろか、この際
、基準酸素極２へ排気ガス側から基準となる酸素を供給
する必要がある。

そのためリード線５（＋１則）、６　（−１則）を介し
て電流を流し込み、白金電極４側で０２＋４ｅ−→２０
　　、基準酸素極２側で２（、Ｙ　−４ｅ−→０２　の
反応を行なわせろことによって基準となる酸素を生成１
−る。そして生成された酸素は、固体電解質３の細孔を
通して白金電極４側に移動して拡散１−るため、電流を
流し込んで酸素を補給する必要かある。逆に基準酸素極
２の酸素分圧が高（なり１−ぎな（・ように電流を流し
出す必要もある。

ところが、基準酸素極２へ必要かつ十分な壁の酸素を供
給するだめの電流値すなわち最適流し込み電流は、膜構
造センサの環境によって変化する。

−１−ｊｓわち、固体電解質３の細孔の数や径は、セン
サ本体の温度によって変化し、また排気カスの流量によ
って拡散の量が変化１″ろので、最適流（〜込み電流も
変化する。

したかつて流１．．込・ｈ市、流の１的な−・７Ｎに１
−ていたのでは、環境の変化によ−）て要求される（（
４より小さくなったり友きくな′つたり１−ろか、流し
込み電流の値が要求されろ値より小さく・と、基準酸素
極２に十分な酸素を供給Ｉ−ることか出来な（・のて゛
測定か不確実とプ工す、また流ｌ〜込み電流の値か最適
流り、込み電流より太き℃・と、基準酸素極２の酸素ｎ
−力を不必蹟に高め、センサの劣化をイ１めたり、破壊
したり一１″ろ原因どなる。

このため、す１気系に設けられた酸素ヒンサの環境か機
関０．）　：、’ｊＩ！転状態に応して変ることに層目
し、機関の負荷量８、燃石供給量、排気温度等の機関の
運１１云変数に１底、じて流し２込み霜、流の領を制御
Ｉ−ろことにより、常に適切な電流を流（−込むことに
よって基準酸素極の酸素分圧を常に（１−常な１１白に
保つことの出来る酸素センサの電流制御装置か、本出願
人により既に提案されている（特願昭５５−７５４９１
（号明細曹）。

（−かしなから、このような従来の内燃機関θ）空燃比
制御装置にあっては、酸素センサに流し込む電流を機関
の運転条件に応じて予測的に力１」減ｆイ）描成て、実
際の空燃比の状態またＱ主酸素センーナθつ出力状態に
は無関係となって（・たため、空燃」：ヒカーリノチ（
燃料が譲いうの状態また＆ｉ　’Ｊ−ン（燃滓・１が薄
い）の状態θ八・ずれかが継続した時に、４】去に’ｉ
により基準酸素極と排気ガス中の酸素分圧θ）差カー少
なくなり、出力電圧が小さくなつ°（，４邑燈；ｋｌＺ
（１）検出か不用能になるという問題点かあつＪこ。

（発明の目的） この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
ブこもので、実際の窒燃比カ″−長［１青Ｉｆ−ｆ］　
／′９ｒ定σ）値（予め定めた一定の値、又はエンジン
σ）　：＋車Ｉｌ広ノ％ラメータで定まる値）よりリッ
チまたＧ１１ノーンσ）状態で継続した時でも、酸素セ
ンツーのＬ１３ツノ電１■を絹持し、空燃比の検出をＤ
Ｊ能にし最適フ工空燃ｋＬ　ｔｔｉ制御を行なうことを
目的とする。

（発明の描成および作用） そこでこの発明は、酸素センサσ）出力力）１ノツチま
ｌニはリーンの状態が所定σ）時間継続した１１庁に、
酸素センサへの流１〜込み電流をリッチσ〕」欠態であ
れば所定の叶増加させ、リーフ０）状態−？ニル・Ｊ”
ｔ＆下Ｉヅ１定の紹減少させろことを特徴とするもので
ある。

以下、この発明を図面に基づいて説明寸ろ。

第２図は、この発明の一実施例を示す図である。

ま場′構成を説明１−ろと、７し１第１図に７トシた）
模構造型の酸素センサである。８は酸素センサ７σつ出
力電圧がリッチ状態かり一ノ状態かを判別１−ろための
比較器、り）は制御信号ぴｔす２回路、１０は演算回路
９の出力とそれ以外の＋１！！１定１１」Ｉを切り替え
るりｊ替器、１１は燃料噴射装置、１２は機関である。

Ｉｎ上流し込み電流設定回路、１・１は流し込み電流切
替器、１５は流し込み電流源、１０はリッチ継続時間計
時用比軟器、１７はリーン継続時間計時用比較器でプ）
ろ。

次に作用を説明１−る。

第３図は第２図の点■〜■におけべ）信号波形を示−１
，・ 先−４、（°ν素センサ７の出力＜Ｎ号（ユ、第３図値
）にツｊξ′１″通すテ、’）　ノｆ　時ｉ４０．４　
Ｖ　程［、リーン時＆−１’−０．４Ｖ程１ｆ！Ｌの出
カイＱ号を出す。■は比較器８σ）出力て゛、酸素セン
サ７の出力電圧が基準’ｌ＋、’　ＩＬＶｎｈ：ｐ・よ
り太きＣＩｔ；’Ｊ”−ｑ’なわちリッチの時、比較器
８の出力は＼乍。であり、逆にＶＲＥＦ　より小さい時
すなわちリーンの時、比較器８の出力はＶ。Ｃとなる。

比１殴器８の出力は制御信号演算回路９に入力され゛Ｃ
制命ｊ信号をωＬ碧１−る。制御信号は第３図＠の前半
ｆ５ｉＨ分に示１−ように、比較器８の出力が■。Ｃ（
リーン）からｖＥＥ　（’）ノチノに変化すると、ステ
ップ状にトーかった後に徐々に下方に変化づ−る。下方
−＼の変化は空燃比をリーンにする指令である。そして
比較器８の出力がＶＥｐ　（’）ッチ）から■ＣＣ（リ
ーン）に変化づ゛ろと、制御信号はステップ状に上がっ
た後。

徐々に上方に変化し、空燃比をリッチに１−る指令な出
１−８この制御信号は切替器用を経由して燃料噴射装置
１１へ入力されろ。燃料噴射装置ＩＩは、この制御イ＾
号の他に機関回転数、吸入空気ｈ１、冷却水温度等の入
力信号を基に、機関１２に燃オ゛−１を供給１゛る。

流し込み電流設定回路】３は、機関１２の負荷量や４ノ
１気温度等のパラメータを基に、酸素センサ７に流し込
んだり流し出したり１−ろ電流を決定し出力−４７，）
、、ｌ蔗し７込み市、流リノ替器１．ｉ＋１２、設シ↓
回路１；３の出力（ｉｆｆを最大値、中間顧、」覧小イ
的（ハ：（（７５階に分１１″し７、ノＪｊｊ常はその
中間１１１″ｌを選択（−て、（ｔｉｅ、　ｔ　、ｉイ
＼５存′４流源の指令信号（第：３図０前半）と１〜て
（・４）３゜ここで例えば加速状態に入り一〇、リッチ
状席が継Δ・ｉシシたとする３、−ツーると比較器８の
出力は第：う図■の後半に示１−ようにｖ部のレベルが
継続することになる。これに」ニリ、七４１まて゛タイ
オード１）１を通１−１てコンテンツＣ１にチャージさ
れて℃・た電荷は、抵抗１＜１を通って放電づ又ため、
コンデンサｃ１の端イ屯圧は第；３図■の後半に示′１
−ように基準′ｔＬ圧■Ｔ以−トに低−「」フ）。、こ
ねによりリッチ継続助Ｖｉ躇１時用」し数冊１（）の出
力がその時点で第３図■にンｊりすように反転し、比較
器１０と１・１を切り４Ｍ’え、制御信号を第：３図■
の後半に示′１−ように）自カニの顧に固定（ホールト
）し、かつ流し込み１１１．θＩＬを第３図■の抜十に
ノＪ＜すように１す「定の割合で増加させろ。

この２Ｌ５にｔ７て、機関に供給された空燃比がリッチ
の状態が継続して過（）農の状態になった場合、従来て
あれば、酸素センサ７の基準酸素極２の酸素が拡散し、
雰囲気で゛あるす１気との差かなくなり、第：３図（Ａ
）に破線て示′１−ように、酸素センサ７の起′屯力か
減少して空燃比の検出が不能になることが、この発明に
よればリッチの状態か継続した場合に、：ｌ１ｌｌ企１
１信号を第１の所定の値に固定して空燃比を第１の所定
の値に固定すると同時に、酸素センサ７に流し込む電流
を所定の割合で増加させることにより、基準酸素極２内
の酸素を増加さぜ、リッチ継続時の酸素センサ７の出力
電圧を第３図いジの後半に示１−ように維持することが
できる。

同様に、例えば長い下り坂を走行１−る場合１ｆトでリ
ーンの状態か継続する場合は、リーン継続時間訓時用比
較器１７が反転し、切替器１０の切替によって制御信号
したかって空燃比が第２の所定の値に固定されろと同時
に、酸素センサ７にで厄し込む電流を所定の割合で減少
させるかまたは流し出１−ようにすることにより、基準
酸素極２内の酸素を減少させて、リーン継続時の出力電
圧なにイ１持１−ることかできろ。

なお上記実施例におい又は、リッチ状態及びリーン状！
ｔ（（か所定１１−１．−１．ｉｌの、Ｉｌｌ、・だ継
に〕’＋：ｌ−，た場合酸素センサに所、し込む７Ｉう
、流を変化させど−）イ、のをｙＪ＋　ｌ−たが、リッ
チ状態のみ又（Ａ、リーン状態Ｃ１１ツノ、の」易ばだ
け一〇も効果があるのはもシ）７）んであイ）５、（４
６明の効果） 以上説明した、Ｙうにこの発明によりは、酸素センサの
出力状態に尾、ｌコて酸素センサに流し１Δむあろいは
流し７出す亀に＠を調整ゴーる構成としたため、４！燃
比がリッチまたはリーンの状態が長時間継続した場合て
゛も、酸素センサの出力電圧を維］寺−づ−ろことがで
き、次に空燃比の状態が俊化し２ても１１１隊・」応し
て制御づ−ることかできるという効果か得られろ。又、
−１−記実施例のごとくリッチまたはり一ンの状態が長
時間継続した場合、制御信号を所定値にＳイ１持１−る
ものにお（・ては空燃比が変化ｌ〜て、酸素センサ１ｆ
基づく制御を開始した場合も重鐘な空燃比の制御がイ■
なえろ。

【図面の簡単な説明】

第１図は１模構造ハリ酸素センザの全体斜視図、第２図
はこの発明の内・燃機関の空燃比制御装置の−実施例の
回路図、第：３図は第２図の回路中の主要部品の出力波
形図である。 ７　・酸素センサ ８・・比較器 ９・制御信号演算回路 １０・・切替器 １１・・・燃料噴射装置 １２・・・機関 １；３・・流し込み電流設定回路 １・１　流し込み電流切替器 １５・・・流し込み電流源 １（）・・リッチ継続時間言１時用比較器１７・・リー
ン継続時ｍ躇−１時用比較器特　　許　　出　　願　　
人 １ヨ産自動車株式会社 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関の排気管に装着され、かつ外部から電流を流（７込
   みまたは流し出すことによって基準酸素極に必要な酸素
   分圧を力える基準酸素極内蔵膜構造型酸素センサを用い
   た内燃機関の空燃比制御装置ＶＣオｄいて、該酸素セン
   サの出力にもとづき空燃比か所定時間継続して所定の値
   よりリンチ状態にあるか又はリーン状態にあるかを判別
   して出力する判別手段と、該判別手段の出力に応じて、
   上記酸素センサに流し込む電流を変化させる手段とを設
   けたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。