JPS5996451A - エンジンの空燃比制御装置 - 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、排気ガス成分の濃度を検出する排気センサの
出力に応じてエンジンに供給する混合気の空燃比を目標
値に帰還制御するエンジンの空燃比制御装置の改良に関
するものである。

従来より、エンジンに供給する混合気の空燃比の帰還制
御を行うエンジンの空燃比制御装置において、排気ガス
成分濃度に基づく信号を出力する排気センサの信号が所
定期間継続して変化しないときに、上記空燃比の帰還制
御を停止するようにした技術が提案されている（特公昭
ｊグー２ｊり７３号公報参照）。

上記提案技術においては、排気センサの異常時、例えば
、断線、短絡によりその検出信号がローレベルもしくは
ハイレベルに一定な出方となった場合に、そのままでは
、この信号に対応して制御回路によって空燃比の調整が
行われて、エンジンに供給される混合気の空燃比がオー
バリッチ本しくはオーバリーン状態となって運転性、エ
ミ、ジョン性に悪影響を及ぼすのを防止するためである
。

しかるに、排気センサの出力が所定期間継続して変化し
ない状態としては、上記のような排気センサの断線、短
絡等の異常に加えて、例えば、気化器のアイシングもし
くはパーコレーション等による混合気調整装置の異常、
または環境の変化等によって実際にエンジンに供給され
る混合気の空燃比が帰還制御の制御範囲を越えてオーバ
ＩＪ　ノチもしくはオーバリーン状態となっている場合
がある。しかして、このような場合においても、前記提
案技術のように帰還制御を停止するようにしたものでは
、正常に作動している排気センサおよび制御回路によっ
てオーバリッチもしくはオーバリーンとなっている混合
気の空燃比を正常な方向に帰還制御しようとする動作を
停止し、ますます空燃比のオーバリッチもしくはオーバ
リーンを増大することになる不具合を有するものである
。

そこで本発明は、排気センサの信号が所定期間継続して
変化しない状態を、排気センサの断線、短絡等の異常時
、すなわち、排気センサの検出信号が実際の排気ガス成
分濃度に基づく信号を出力していないときき、気化器の
アイシングもしくはパーコレーション等による混合気調
整装置の異常または環境の変化等による供給混合気の空
燃比異常時とに判別するべく、両者の差異を鋭意研究し
た結果、排気センサの信号が所定期間継続して変化しな
い状態になったときに、排気センサの信号に基づいてエ
ンジンに供給する混合気の空燃比を目標値に帰還制御す
るための制御信号の変化量が、空燃比の異常によるもの
より排気センサの異常によるものが顕著に大きいことを
新たに究明し、その知見に基づいてなされたものである
。

すなわち、本発明のエンジンの空燃比制御装置は、排気
通路に配設され排気ガス成分濃度に基づく信号を出力す
る排気センサと、該排気センサの信号に基づいてエンジ
ンに供給する混合気の空燃比を目標値に帰還制御する制
御信号を出力するとともに、上記排気センサの信号が所
定期間継続して変化しないときで、かつ上記制御信号の
変化量が設定値以上のときに、上記排気センサの異常を
示す信号を出力する制御回路と、」二記制御信号に応じ
てエンジンに供給する混合気の空燃比を調整する混合気
調整装置とから構成され、排気センサの断線、短絡等に
よって排気センサが実際の排気ガス成分濃度に基づく信
号を出方できない排気センサの異常時のみを検出するよ
うにして、その他の異常時における誤作動を防止せんと
するものである。

以下、本発明の実施例を図面に沿って説明する。

第１図において、１はエンジン、２はエンジン１の吸気
通路６に介設された気化器、４はエアクリーナであって
、該気化器２には絞弁５と別個に空燃比を調整するアク
チュエータ６が付設され、この気化器２とアクチュエー
タ６とにより吸気通路６を介してエンジン１に供給され
る混合気の空燃比を調整する混合気調整装置７が構成さ
れている。

この混合気調整装置７のアクチュエータ６としては、吸
気通路乙に供給する気化器２のブリードエア通路８から
のブリードエア量を増減するソレノイドバルブにて構成
され、その開作動により空燃比をリーン化するように設
けられている。

また、９は触媒装置１０の上流側の排気通路１１に配設
された酸素濃度検出センサ等よりなる排気センサで、排
気ガス成分濃度に基づき混合気の空燃比と相関関係のあ
る信号を出力する。

１２は、該排気センサ９の出力信号に基づいてエンジン
１に供給する混合気の空燃比を制御するべく上記混合気
調整装置７のアクチュエータ６の作動を調整する制御回
路であり、この制御回路１２は、排気センサ９の信号に
基づいてエンジン１に供給する混合気の空燃比を目標値
に帰還制御する制御信号を出力するとともに、上記排気
センサ９の信号が所定期間継続して変化しないときで、
かつ上記制御信号の変化量が設定値以上のときに、上記
排気センサ９の異常を示す信号を出力するものである。

上記制御回路１２は第２図に示し、１３は上記排気セン
サ９の信号と設定値発生回路１４からの目標空燃比（理
論空燃比）に対応する設定値との偏差信号を出力する比
較回路、１５は偏差信号の積分信号を出力する積分回路
で、該積分信号は空燃比制御信号として切換回路１６を
介して駆動回路１７に出力され、この駆動回路１７は積
分信号に応じて所定の開度にアクチュエータ６を作動す
るべくデユーティ比信号等の駆動信号を出力するもので
ある。

Ｌ記切換回路１６には、設定電圧発生回路１８が接続さ
才１、この設定電圧発生回路１８はγクチコニータロを
固定作動するための設定電圧を発生ずるものであり、切
換回路１６はゲート回路１９からの信号（排気センサ９
の異常を示す信号）が出力されたときに、積分回路１５
からの制御信号に換えて設定電圧発生回路１８の設定電
圧信号を駆動回路１７に出力するものである。

また、２０は比較回路１６の偏差信号が反転したときに
第１および第２カウンタ２１，２２にリセット信号を出
力するり七ノド回路で、第１および第２カウンタ２１，
２２は、クロック２ろからの信号を計数して偏差信号が
反転してからの期間を測定する。

２４は、第１カウンタ２１の計数値が設定値発生回路２
５からの予め設定された所定期間に相当する設定値信号
と比較する比較回路で、該比較回路２４は第１カウンタ
２１の計数が設定値より大きいときに、ゲート回路１９
に信号を出力する。

一方、２６は、積分回路１５からの制御信号（積分信号
）を微分する微分回路で、制御信号か変化しているとき
に信号をＡＮＤ回路２７に出力する。っこのＡＮＤ回路
２７は、微分回路２６からの出力があるときにクロック
２６の信号を第２カウンク２２に人力する。該第２カウ
ンタ２２は偏差信号の反転（リセット）から制御信号が
継続して変化する期間を計数１７、この第２カウンタ２
２の計数値か比較回路２８において設定値発生回路２９
からの予め設定された制御信号の変化量に相当する設定
値と比較され、該比較回路２８は第２カウンタ２２の計
数が設定値発生回路２９の設定値より大きいときにゲー
ト回路１９に信号を出力し、ゲート回路１９はゲートを
開いて比較回路２４の信号を切換回路１６に出力する。

上記実施例の作用を説明すれば、定常運転時においては
、第３図の左半部に示すように、例えばエンジン１に供
給される混合気の空燃比が第３図Ａの如（変動すると、
これに応じて排気センサ９（酸素センサ）は、第３図Ｂ
の如き検出信号を出力する。比較回路１６は、上記排気
センサ９の信号と設定値発生回路１４からの設定電圧（
設定空燃比）とを比較して、第３図Ｃに示すように、検
出信号が設定値を越えているとハイレベルの信号が、低
いとローレベルの信号がそれぞれ偏差信号として出力さ
れる。

よって、積分回路１５による上記偏差信号の積分信号（
制御信号）は第３図りに示すように、偏差信号がハイレ
ベルにあるときには徐々に高くなる一方、偏差信号がロ
ーレベルにあるときには徐々に低くなり、その信号の発
生期間に対応して所定積分定数により変動する信号とな
る。これに対応して、駆動回路１７は制御信号が大きく
なるに従ってアクチュエータ６の開度が大きくなるよう
に駆動し、エンジン１に供給される混合気の空燃比をリ
ーン化するものであり、定常運転時においては、空燃比
は目標値（理論空燃比）を越えてリッチ側にあるときと
、リーン側にあるときとの割合がほぼ半々のサージング
状態で変動し、目標値に収束するよう帰還制御されてい
る。

その際、比較回路１６からの信号が反転する毎に、第１
カウンタ２１および第１カウンタ２１はリセットされる
ため、その計数値は小さく、それぞれ設定値発生回路２
５もしくは２９の設定値より小さいことにより、比較回
路２４および２８の信号は出力されず、ゲート回路１９
は開かれず、切換回路１６は積分回路１５の信号を駆動
回路１７に出力して、混合気の空燃比の帰還制御を行う
。

次に、排気センサ９の断線時の動作について説明すれば
、第３図の左半部の定常状態に対し、１点において断線
が発生すると、第３図Ｂに示すように排気センサ９の検
出信号はローレベルの信号すなわちリーン状態を検出し
ている信号に固定して変動せず、これにより比較出力も
第３図Ｃのようにローレベル信号が継続発生する。よっ
て、制御信号は第３図りのように、出力が低下し続ける
ことになり、これに伴ってアクチュエータ６は全閉状態
となるまで閉作動され、混合気の空燃比をリッチ化する
動作を行うものである。

しかして、上記断線が発生したときには、その後にはリ
セット回路２０からのリセット信号の出力がなく、偏差
信号の反転がないために、第１カウンタ２１の計数は継
続され、この第１カウンタ２１の計数が設定値発生回路
２５で設定される所定期間に相当する設定値を越えたと
きに、比較回路２４からゲート回路１９に信号が出力さ
れる。

さらに、上記リセット回路２０からのリセット信号がな
く、しかも制御信号の変動が継続するので、第２カウン
タ２２の計数も継続し、この第２カウンタ２２の計数が
設定値発生回路２９で設定される制御信号の変化量に相
当する設定値を越えると、比較回路２８からゲート回路
１９に信号が出力されて、このゲート回路１９を開き、
切換回路１６に比較回路２４からの信号（排気センサ９
の異常を示す信号）を入力し、切換回路１６を切換えて
積分回路１５の信号に換えて設定電圧発生回路１８から
の設定信号を駆動回路１７に出力する。

よって積分回路１５の信号に基づ（帰還制御を停止し、
アクチュエータ乙の開度を設定電圧発生回路１８で設定
される平均的動作量に固定制御す（１１） る。これにより、空燃比のオーバーリフチ化を防止する
ものである。

なお、排気センサ９が短絡した場合には、この排気セン
サ９の出力信号はハイレベルの信号が継続出力されるも
のであり、これに対応して比較出力もハイレベルとなり
、制御信号が上昇するのに伴い空燃比はリーン化するこ
とになるが、制御信号が所定量（所定期間）変化したと
きに、ゲート回路１９が開いて切換回路１６に信号（排
気センサ９の異常を示す信号）を出力し、前記断線時と
同様に帰還制御を停止し、アクチュエータ６を固定制御
してオーバーリーン化を防止するものである。

続いて、気化器２にアイシングが発生し、燃料供給量が
基本的に減少したときを第７図に基づいて説明する。第
７図の左部の定常状態から■点においてアイシングが発
生すると、空燃比のリーン化に対応する帰還制御により
、アクチュエータ６は徐々に閉作動して混合気の空燃比
のリッチ化を行うために、空燃比の急激な変動が阻止さ
れるが、（１２） 基本的な燃料供給量が低減しているために空燃比のリー
ン化は避けられず、排気センサ９の信号は第ｙ図Ｂのよ
うにローレベルの比率が大きくなり、−これに対応して
第グ図Ｃの偏差信号もローレベルの比率が大きくなり、
第７図りの制御信号は徐々に低下している。しかし、上
記帰還制御により、空燃比が一時的にも設定値を越えて
リッチ側に移行するため、各信号は反転するものであっ
て、最終的には制御信号が制御幅の限界（アクチュエー
タ６の全閉状態）となるため、■点から後においては排
気センサ９の信号は反転変動せず、制御信号の変動は小
さく、これ以上の空燃比のリッチ化はできず、空燃比は
さらにリーン化することになる。

上記アイシングが発生したときには、■点後にはリセッ
ト回路２０に比較出力の反転信号が入力されないために
、第１カウンタ２１の計数は継続され、この第１カウン
タ２１の計数が設定値発生回路２５で設定される所定期
間に相当する設定値を越えたときに、比較回路２４から
ゲート回路１９に信号が出力される。

しかし、上記■点以降には制御信号の変動が小さいので
、微分回路２６からの信号の出力は短期間であり、これ
により第２カウンタ２２の計数は小さく９．比較回路２
８からゲート回１１１９に信号が出力されることはない
。よって、ゲート回路１９は閉じたままであり、切換回
路１６へのゲート回路１９からの信号の入力はなく、切
換回路１６は積分回路１５の信号を継続して駆動回路１
７に出力することにより、アクチュエータ乙の排気セン
サ９の検出信号に基づく帰還制御を継続するものであり
、アクチュエータ６を固定制御によって開作動すること
なく、それ以上の空燃比のリーン化を阻止する。

また、気化器２にパーコレーションが発生したときには
、空燃比は基本的にリッチ化するものであり、空燃比の
リッチ化に対応する帰還制御により、アクチュエータ６
は徐々に開作動して混合気の空燃比のリーン化を行うも
のであるが、制御幅を越えると、それ以上の空燃比のリ
ーン化が行えず、リッチ化が進むので、排気センサ９の
信号はハイレベル信号のままで変動しないことになる。

しかし、その際には、制御信号はすでに制御限界に達し
２ているので、その変動量は少ないことがら、ゲート回
路１９からの信号は出力されず、アクチュエータ乙の排
気センサ９の検出信号に基づく帰還制御を継続するもの
である。

本発明は」１記実施例の構造に限定されることなく種々
の変形例を包含している。すなわち、上記実施例におい
ては、排気センサ９の断線、短絡等の排気センサ９の異
常を示す信号により、エンジン１に供給する混合気の空
燃比の帰還制御を停止し、アクチュエータ６を固定制御
するようにしているが、上記排気センサ９の異常を示す
信号により警報を行うようにしてもよく、帰還制御の停
止は必須のものではない。

また、上記実施例では気化器２とそのブリードエア量を
調整するアクチュエータ乙により空燃比を調整する混合
気調整装置７の例を示したが、この混合気の空燃比を変
更する手段はその他公知の（１５） 技術が適宜採用可能である。

以−Ｌ説明し５たように、本発明によれば、４ｕ＋気セ
ンサの信号に基づ（空燃比の帰還制御に対し、排気セン
サの信号が所定期間継続して変化しないときで、かつ帰
還制御を行うための制御信号の変化量が設定値以上のと
きに、排気センサの異常を示す信号を出力する制御回路
を設けたことにより、排気センサの異常に起因しない要
因によって排気センサの信号が所定期間以上変動しない
状態における誤信号の発生を阻止することができる。

これにより、排気センサの断線、短絡等の排気センサの
異常時と、気化器のアイシング、パーコレーション発生
時もしくは燃料系統、エア系統の目詰り時、その他環境
の変化等により、排気センサの異常に起因しない空燃比
の変動時とを明確に区分して、それぞれ適切な空燃比制
御を行うことが可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施態様を例示し、第１図は全体構成図
、第２図は制御回路のブロック図、第３（１６） 図Ａ、Ｄは排気センサの断線時における各部の信号波形
を例示する信号波形図、第グ図Ａ、Ｄは気化器のアイシ
ング時における各部の信号波形を例示する信号波形図で
ある。 １・・・・・・エンジン、２・・・・・・気化器、６・
・・・・・アクチュエータ、７・・・・・・混合気調整
装置、９・・・・・・排気センサ、１１・・・・・・排
気通路、１２・・・・・・制御回路ｇ呼量 晴　　間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気通路に配設され排気ガス成分濃度に基づく信
   号を出力する排気センサと、該排気センサの信号に基づ
   いてエンジンに供給する混合気の空燃比を目標値に帰還
   制御する制御信号を出力するとともに、上記排気センサ
   の信号が所定期間継続して変化しないときで、かつ上記
   ゛制御信号の変化量が設定値以上のときに、上記排気セ
   ンサの異常を示す信号を出力する制御回路と、上記制御
   信号に応じてエンジンに供給する混合気の空燃比を調整
   する混合気調整装置とからなることを特徴とするエンジ
   ンの空燃比制御装置。