JPS6056253B2 - 空燃比フイ−ドパツク制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関の排気ガス中に含まれる酸素濃度を
検出して吸入混合気の空燃比をフィードバック制御する
ものにおいて、酸素濃度検出手段の出力異常時にフィー
ドバック制御を中断するようにした装置に関する。

（従来の技術） 機関排気系に排気ガス成分測定器（酸素濃度検出器）
を設け、これによつて燃焼混合気の空燃比を検出し、燃
料調量装置にフィードバックをかけることにより、空燃
比を所定の値に収束されるようにした酸素濃度制御シス
テムがある（例えば特開昭４９−１０８４２時公報参照
）。

（発明が解決しようとする問題点） ところがこのようなフィードバック制御を行う場合、
制御信号の信頼度は、排気系に設けた検出器の検出信号
に依存するため、この検出信号が正常でないとき、例え
ば所要時間以上出力値が変化しないようなときは、内燃
機関の正常な動作に必要な燃料流量の調整が困難となる
。

したがつてこのような場合は、内燃機関の作動不安定
化を防ぐ意味から、むしろフィードバック制御を中断す
ることが望ましい。

本発明はこのような点に着目して、排気系の酸素濃度
検出手段の出力を比較判別することにより異常状態を判
断し、異常状態にあるときは空燃比のフィードバック制
御を中断し、機関の作動が不安定となるのを未然に防止
するようにした空燃比フィードバック制御装置を提供す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明は、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手段と、この酸素濃度検出手段か
らの検出値を第１の設定値と比較判別する空燃比判別手
段と、この空燃比判別手段からの判別値を少なくとも積
分処理し混合気の空燃比をフィードバック補正する制御
手段を備えた空燃比フィードバック制御装置において、
前記第１の設定値とは別に酸素濃度検出手段の出力状態
の異常を判別するための第２の設定値を有し、この第２
の設定値と前記酸素濃度検出手段からの検出値とを比較
する状態判別手段、及びこの状態判別手段の出力状態を
検出しその出力が継続して変化しないとき、前記制御手
段における積分処理に基づくフィードバック補正を停止
する時限手段を備えたのである。

（作用） したがつて、酸素濃度検出手段の出力が異常を判別する
ための第２の設定値を越え、さらにこの状態が継続して
変化しないようなときは、酸素濃度検出手段が異常状態
にある判断され、この酸素濃度検出手段の出力にもとづ
いて空燃比のフィードバック制御が中断される。

これにより、混合気の空燃比は、気化器などの本来の機
能に基づいて所定値に制御されるのであり、異常状態の
ままフィードバック制御が持続されたときのように、空
燃比の制御が混乱することがない。（実施例） 以下本発明の実施例を図面に基ついて説明する。

第１図の実施例は気化器を利用して燃料を制御する場合
を示すもので、図中、１は機関本体、２は排気管、３は
この排気管内に設けられた排気温度計、４は同じくジル
コニア酸素計（酸素濃度検出手段）で、この酸素計４は
排気ガス中の酸素濃度を検出して燃焼混合気の空燃比を
測定する。

５は制御指令回路、６は積分機能をもつた空燃比制御回
路、７は気化器、８はスロットルバルブ、９はスロット
ル開度検出スイッチである。

制御指令回路５は酸素計牡排気温度計３、スロットル開
度検出スイッチ９からの信号と、機関回転信号を入力し
て、フィードバック制御を中断するか否かを判断して、
空燃比制御回路６およびまたは警報装置１０に指令信号
を出力する。ジルコニア酸素計４は、第２図に示すよう
に、空燃比（酸素濃度）に応じて急激な出力変化を起こ
し、この出力信号が空燃比制御回路６に入力される。こ
の空燃比制御回路６は、後述するように、酸素計４の出
力を所定の設定値と比較すると・ともに、この比較判別
値を少なくとも積分処理した信号に基づいて、気化器７
て生成される混合気の空燃比をフィードバック補正する
もので、この場合気化器７は、図示しないが、燃料通路
あるいはエアブリード通路に電磁開閉弁を備えていて、
空燃比制御回路６からの制御信号に基づいてこれらがオ
ンオフして空燃比が補正制御される。第３図に制御指令
回路５の具体例を示す。制御指令回路５は、ジルコニア
酸素計４の異常検出回路１１と、機関回転数判別回路１
２の出力及びスロットル開度検出スイッチ９からのスロ
ットル判別信号のアンドをとるアンドゲート１４と、温
度計３の出力から排気温度の状態を判別すｊる温度判別
回路１３とを備え、オアゲート１５がこれらいずれか１
つでも出力があれば、フィードバック制御の中断信号を
空燃比制御回路６に出力し、またはこれと同時に警報装
置１０に作動指令信号を出力する。

酸素計４の異常状態を判断する異常検出回路１１は、酸
素計４からの信号が最大あるいは最小のまま変化しない
時間が一定値を越えたときに検出信号を発生する。

酸素計４の出力値は、その検出部が損傷を受けて測定不
能となつたり、あるいは気化器７などの燃料調量装置に
よる混合気が過濃あるいは希薄の状態で空燃比制御回路
６からの信号が飽和しているとき（第２図において空燃
比が１４以下または１７以上で出力変化が少ない状態の
とき）などに第２図の出力電圧の最大または最小の一定
値を維持し、このようなときはその変化がほとんどない
ため、的確な空燃比の制御を行うことは不可能となり、
したがつてかかる事態が発生したときは、フィードバッ
ク制御を止めて気化器７の通常の燃料制御（オープン制
御）に移行したほうがよい。

異常検出回路１１はかかる状態を酸素計４の出力に基づ
いて判断するものてあり、第４図にその具体例を示す。
１６は最大値滞在時間検出回路、１７は最小値滞在時間
検出回路、１８設定時間発生回路、１９ａ，１９ｂはオ
アゲートである。

そして酸素計４の出力信号は端子２１に入力され、最大
値滞在時間検出回路１６は前述したような酸素計４の出
力の最大値を判別するための設定値を有し、酸素計４の
出力がこの設定値を越えたときに最大値信号を出力し、
また最小値滞在時間検出回路１７は同様に酸素計４の出
力の最小値を判別するための設定値を有し、酸素計４の
出力がこの設定値以下のときに最小値信号を出力する。

この検出信号はそれぞれ比較器１９ａ，１９ｂに入力し
、ここで設定時間発生回路１８から入力する設定時間信
号との比較が行なわれ、設定時間に対して検出信号（最
大値、最小値）の滞在時間の方が長いときに、比較器１
９ａ，１９ｂから異常検出信号が出力されるのてある。
つまり、設定時間発生回路１８からの出力信号は所定の
時間継続し、さらにこれらが一定間隔で繰り返されるよ
うになつているので、酸素計４からの出力が最大値また
は最小値のままこの設定時間以上変化しないと、比較器
１９ａまたは１９ｂによりオアゲート２０を介して異常
検出信号として出力されるのである。第５図イは異常検
出回路１１の他の実施例を示すもので、第５図口にその
各部の出力波形を示す。

酸素計４の出力信号ａは比較器２３の入力端子２２に入
力され、比較器２３の他方に入力される設定値との比較
によりｂのようなパルス整形波形信号になおされ、この
信号が可逆カウンタ２４の加算減算動作切換端子に入力
し、可逆カウンタ２４はパルス信号が入力するごとに加
算から減算または減算から加算動作に切り換える。同時
にこの可逆カウンタ２４のクロック端子には発振器２５
、または図示しないエンジン回転に同期した周波数発生
器の出力信号ｄが入力される。可逆カウンタ２４は比較
器２３の出力信号ｂと発振器２５の出力信号ｄによりキ
ャリー信号（例えば可逆カウンタ２４が３ビットのカウ
ンタだとすると、加算動作時にカウンタ内容が１，１，
１の状態になつたときに出力する信号）またはボロー信
号（同じくカウンタの減算動作時にカウンタ内容が０，
０，０の状態で出力する信号）ｃを出力する。

このキャリー信号またはボロー信号ｃはフリップフロッ
プ２６に入力し、これによりフリップフロップ２６をセ
ットする。（なおフリップフロップ２６は一度セットさ
れるとリセット信号ｆが入力するまでその状態を保ち続
けるが、上記キャリー信号またはボロー信号が入力する
ごとにセット、リセットを繰り返すようにしてもよい。

）またリセット信号ｆにより可逆カウンタ２４の内容を
中間の値（例えば１０カウントの容量があれば５カウン
トにプリセットし、この時点で５カウント加算または減
算すると、キャリー信号またはボロー信号をｃを出すよ
うにする）にプリセットする。

また第２図における酸素計４の持続して出る出力が、最
大ａか最小ｂかを判別するために、アンドゲート２７，
２８のそれぞれの入力端子の一方に上記フリップフロッ
プ２６の出力ｅを入れ、もう一方の端子に比較器２３の
出力信号ｂと、この出力信号ｂの信号極性を反転回路２
９で反転した信号を入力し、アンドゲート２７，２８の
出力により酸素計４の状態を判別することができる。

ここでフリップフロップ２６の出力信号ｅが第１図で示
した空燃比制御回路６、あるいは警報装置１０に対する
異常検出信号となる。またアンドゲート２７，２８から
出力する信号Ｇ，ｈでランプ、ブザー等を作動させても
よいが、これらの信号Ｇ，ｈを図示しないオアゲートに
入力して、これを上記異常検出信号とすることもできる
。

次にジルコニア酸素計４は、排気温度が低過ぎると正常
に機能しないため、このようなときもフィードバック制
御を中断した方がよく、したがつてかかる状態を、第３
図において、温度判別回路１３により判別し、酸素計４
の作動が不安定になる温度領域に達したならば、この温
度判別回路１３の信号をオアゲート１５に出力する。

ただしこの排気温度によらなくても、酸素計４の出力が
変化しなければ、前述したように異常検出回路１１によ
つて正常に機能しないことを判別することはできる。

このジルコニア酸素計４は、未燃ガスが排気中に多量に
含まれているときにも、正常な作用が保証されないので
、このようなときにも制御を中断することが望ましい。

しかして、排気ガス中に未燃ガスが多量に含まれる運転
領域として減速運転（エンジンブレーキも含めて）があ
る。この状態ては機関回転数は一定以上の回転数を保持
するが、スロットルバルブ８は全閉する。

回転数判別回路１２は回転信号を入力して、回転数が一
定以上であればアンドゲート１４の一方の入力側に信号
を出力する。そしてこのとき、スロットルバルブ８が全
閉の場合は、スロットル全閉信号がアンドゲート１４の
他方の入力側に出力する。これにより、機関回転数が高
くかつスロットル開度の小さい減速時には、アンドゲー
ト１４からの出力信号がオアゲート１５に入力し、オア
ゲート１５が制御中断信号を出力するのである。

以上の各場合につきオアゲート１５からの信号が出力さ
れ、これにより空燃比制御回路６は制御を中断し、また
は警報装置１０が警報を発し、そして気化器７は通常の
制御に戻る、つまり機関吸入空気量などの機関状態に応
じて、予め設定された燃料流量の比例制御を行う。そし
て中断信号が終了すれば、すなわち前述のような異常状
態が解消され、オアゲート１５の入力信号が消失すると
、制御が再開されるのである。

ところで、フィードバック制御の開始に際し、大幅な空
燃比の修正が急激に行なわれると、機関運転性が著しく
阻害されることもある。

この状態を未然に防ぐためには、制御再開時の空燃比の
修正量はゼロの状態にしておくことが望ましい。

この対策手段としては、前述の中断信号の発生時に、こ
の信号と連動したスイッチにより、空燃比制御回路６の
積分回路部の積分利得をゼロにしておけば、制御再開時
の空燃比の急激な変動を抑えることができる。

この具体例を第６図にもとづいて説明する。

図中３０は積分器、３１は比例増幅器、３２は比較器、
３３は加算器、３４は前記中断信号と連動し、その発生
時に接点３４ａが閉じると同時に接点３４ｂが開き、ま
た消失時は逆の動作をする．スイッチ回路である。酸素
計４の出力は比較器３２に入力し、比較器３２は所定の
設定値と比較して、この比較器３２の出力を積分器３０
て積分処理するとともに、比例増幅器３１て比例処理し
、これらの出力を加算．器３３で合成して空燃比のフィ
ードバック制御信号とする。

このような構成において、中断信号の発生によりスイッ
チ３４ａが閉じると積分器３０はその利得がゼ狛となり
、また比例増幅器３１は接点３４ｂが開いてその出力が
加算器３３に加わらないことになり、したがつて中断信
号の消失時、つまりフィードバック制御開始時には、修
正量をゼロの状態としておくことができる。

第７図は、本発明を燃料噴射装置に適用した場合の実施
例を示したもので、基本的には前記気化器７の場合と差
異はない。

図中、３５は吸気管、３６は燃料噴射弁、３７は燃料噴
射演算回路で、他の構成に関しては前記実施例と同様で
ある。

つまり、３８は機関本体、３９は排気管、４０はジルコ
ニア酸素計、４１は排気温度計、４２は制御指令回路、
４３は空燃比制御回路、４４はスｌロツトルバルブ、４
５はスロットルスイッチである。

上記演算回路３７は、機関吸入空気量、回転速度、機関
負荷などに応じて、燃料噴射弁３６の適正な噴射量及び
噴射時期を制御するもので、通常の電子制御燃料噴射シ
ステムと同様の働きを持つ。

そして酸素計４０が排気ガス中の酸素濃度を検出するこ
とにより、燃焼混合気の空燃比を検出し、これにもとづ
き空燃比制御回路４４が補正信号としての制御信号を演
算回路３７にフィードバックし、これにより演算回路３
７は他の諸量にもとづき設定した燃料噴射信号を補正し
て、適正な燃料噴射を行うのである。そして前述したの
と同様に、ジルコニア酸素計４０の異常などを検出した
ときは、制御指令回路４２の中断信号により空燃比制御
回路４３はフィードバック制御を中断または、及び警報
を発し、これと同様に積分利得をゼロにする。

この場合、演算回路３７へのへの補正量は、第６図に示
す抵抗Ｒ１とＲ２の比によつて設定される。

（発明の効果） 以上説明したことから理解されるように、本発明によれ
ば、酸素濃度検出手段の出力に異常のある場合に、これ
を判断して制御を中断する信号を発生できるようにした
ので、混合気の空燃比が設定値から大きく変動するよう
なことを防止でき、機関運転の安定性を向上させる。

またこの場合、酸素濃度検出手段の異常はその出力を判
断することにより行うので、異常を的確かつ直ちに判別
することができるといいう効果がある。

さらに、排気系に排気ガス中の有害成分を浄化するため
の触媒を設置するとともに、たとえば未燃成分が多量に
触媒に流れこみ触媒温度が過昇して焼損する、といつた
事態を防止することができ、また異常検出回路の出力を
利用して警報を発生するようにすれば、排気ガス成分測
定器の出力値の異常を速やかに運転者に知らしめること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を気化器に適用した場合の実施例を示す
ブロック図、第２図はジルコニア酸素計の出力特性を示
す線図、第３図は制御指令回路のブロック図、第４図は
異常検出回路のブロック図、第５図イは異常検出回路の
他の実施例のブロック図、第５図叫まその各部の出力波
形を示す説明図、第６図は空燃比制御回路の積分処理部
分など要部を示す説明図、第７図は本発明を燃料噴射装
置に適用した場合の実施例を示すブ咄ンク図である。 １・・・機関本体、２・・・排気管、３・・・排気温度
計、４・・・ジルコニア酸素計、５・・・制御指令回路
、６・・・空燃比制御回路、７・・・気化器、８・・・
スロットルバルブ、９・・・スロットル開度検出スイッ
チ、１０・・警報装置、１１・・・異常検出回路、１２
・・・回転数判別回路、１３・・・温度判別回路、１４
・・・アンドゲート、１９・・・オアゲート、１６・・
・最大値滞在時間検出回路、１７・・・最小値滞在時間
検出回路、１８・・設定時間発生回路、１９ａ，１９ｂ
・・・比較器、２４・・・可逆カウンタ、２５・・・発
振器、２６・・・フリップフロップ、２７，２８・・・
アンドゲート、２９・・反転回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃
   度検出手段と、この酸素濃度検出手段からの検出値を第
   １の設定値と比較判別する空燃比判別手段と、この空燃
   比判別手段からの判別値を少なくとも積分処理し混合気
   の空燃比をフィードバック補正する制御手段を備えた空
   燃比フィードバック制御装置において、前記第１の設定
   値とは別に酸素濃度検出手段の出力状態の異常を判別す
   るための第２の設定値を有し、この第２の設定値と前記
   酸素濃度検出手段からの検出値とを比較する状態判別手
   段、及びこの状態判別手段の出力状態を検出しその出力
   が継続して変化しないとき、前記制御手段における積分
   処理に基づくフィードバック補正を停止する時限手段を
   備えたことを特徴とする空燃比フィードバック制御装置
   。