JPS6130137B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジンの排気ガス中のある成分濃
度、例えば酸素濃度を検出し、その検出信号をフ
イードバツクして、エンジンを所定空燃比に調整
制御する空燃比制御装置に関するものである。

従来上記の如き空燃比制御装置では、エンジン
の排気ガス中酸素濃度を検出する排気ガスセンサ
（O₂センサ）を排気ガス通路に配設し、その検出
信号を制御回路を介してフイードバツクし、エン
ジンの吸入混合気の空燃比を調整して所定空燃
比、例えば14.7に制御しているか、あるいは排気
ガス中に２次空気を供給してそのガスの空燃比を
制御している。その際、排気ガスセンサは排気ガ
スの温度が低いエンジンの運転初期にあつては不
活性状態で、その起電力：出力信号が低い電圧領
域で高低（リツチ・リーン）レベルの反転が生
じ、また、排気ガス温度が上昇するに従つて半活
性状態に移行して、その起電力が徐々に大きくな
り、更に排気ガス温度が充分に高くなつたときに
は活性状態となつて、高い電圧領域で高低レベル
の反転が生ずるように移行する。従つて、この排
気ガスセンサの出力信号の高低に基づいてエンジ
ンの空燃比を判定してフイードバツク制御するた
めには、空燃比のリツチ（過濃）、リーン（稀
薄）判別としてその出力信号が高レベルか低レベ
ルかの判別のための比較回路における設定値：ス
ライスレベルをエンジンの作動状態（温度）によ
つて切り換えねばならない。

このスライスレベルを切り換えるものとして従
来から、上記排気ガス温度や冷却水温などの温度
を検出してそれに応じて変化させるもの、或は排
気ガスセンサの出力信号の高、低の各ピーク値を
識別記憶しその中心値を求めて設定値を定めるも
のなどがあるが、前者は正確な調整が難かしく、
また後者は複雑な演算回路を設けなければならな
いという問題がある。

排気ガスセンサにおける前記の如き低温時の起
電力低下特性に対処するため、交流状に変化する
電流を排気ガスセンサに流す第１の回路と、排気
ガスセンサ出力の変化幅から閉ループ制御の開始
時期（排気ガスセンサが十分動作できる温度に達
した時期）を判別するため、排気ガスセンサ出力
の交流分を整流平滑して直流信号にする回路と、
上記直流信号と所定値とを比較する回路とからな
る第２の回路とを備え、排気ガスセンサに時間的
に変化する電流を流し、端子電圧のうち変化分の
みを検出することによつて直流的な排気ガスセン
サ起電力の影響をなくし、閉ループ制御の開始時
期の判断を正確に行なうことのできる空燃比制御
装置は特開昭54−86025号公報に見られるが、電
圧発生器、電流制御回路を特に必要とするので装
置を複雑とし、コストを高める外、排気ガスセン
サの素材（例えばジルコニア）の純度等のバラツ
キによる起電力の値のバラツキによる影響は除去
できない。

本発明は上記に鑑み、簡単な演算回路構成で、
前記センサが充分に活性化されていない場合にも
正確に空燃比を制御することができる空燃比制御
装置を提供することを目的とするもので、エンジ
ンの排気ガス成分の濃度に応じた検出信号を発生
する排気ガスセンサと、該センサの信号から直流
成分を除き変動分を取出し、該変動分に同期して
スライスレベルを補償する交流結合回路、スライ
スレベル設定回路及び前記交流結合回路の出力信
号とスライスレベルとを比較しリツチ、リーンを
判別して出力する比較器からなる交流結合判別回
路と、該判別回路出力を変調する変調回路、該変
調回路の出力を駆動出力とするための駆動回路及
び該駆動出力により作動する負圧制御弁からなる
エンジンの空燃比調整手段を備えたことを要旨と
する。

以下本発明を図に示す実施例について説明する
と、第１図は、その一実施例の全体構成図であ
り、１は吸入空気を清浄化するエアクリーナ、２
はエアクリーナ１からの吸入空気に燃料を供給す
る気化器、３は該気化器で形成された混合気をエ
ンジン４に導く吸気管、５はエンジン４からの排
気ガスを三元触媒６に導く排気管で、排気ガス中
の一酸化炭素（CO）炭化水素（HC）、窒素酸化
物（NOx）等の有害成分を浄化するものであ
り、空燃比がが理論最適空燃比（例えば14.7）に
調整されているときに、その浄化率が最も高くな
るものである。７は排気管５内の排気ガスの一部
を吸気管３側へ再循環させる排気再循環装置
（EGR）である。８は排気ガス中の酸素濃度を検
出する排気ガスセンサで、排気管５の三元触媒６
の前段部に取付け、排気ガスの酸素濃度に応じた
検出信号を発生するO₂センサであり、理論最適
空燃比でエンジン４が作動しているときを基点と
して、そのリツチサイドは高レベルの起電力を、
またリーンサイドでは低レベルの起電力を発生
し、そのときの混合気濃度によつて、高、低レベ
ルの起電力が急傾斜にて反転するものである。そ
して、この排気ガスセンサ８が充分な活性状態に
なるまでは、その高レベルの電圧が低い値（絶対
値で）になつており、活性状態に移行するに従つ
て徐々に高い値になる特性を有している。９は排
気ガスセンサ８の検出信号を受けて、空燃比のリ
ツチ・リーンを識別してフイードバツク制御する
制御回路で、リツチ判別およびリーン判別に応じ
てデユーテイの変化する駆動信号を得、この駆動
信号によつて負圧制御弁１０のソレノイド１１に
通電して負圧通路１２と大気通路１３との開閉割
合を調整し、適確な強さの負圧をバイパスエア制
御弁１４に導いてそのダイヤフラム１５に作用さ
せ、バイパスエア通路１６を適切に開放し、エア
クリーナ１よりバイパスエアを気化器２の下流側
の吸気管３内に供給し、空燃比を調整する構成に
なつている。

この制御回路９の詳細構成は、段２図の電気結
線図に示している。この第２図において、９１は
排気ガスセンサ８の検出信号を増幅する増幅器、
９２は増幅器９１の増幅信号に基づいて空燃比の
リツチ、リーンを判別する交流結合判別回路であ
り、９２ａは増幅器９１の増幅信号から直流成分
を除いて変動分を取出して通過させる交流結合コ
ンデンサ、９２ｂは交流結合コンデンサ９２ａの
時定数を定める抵抗、９２ｃ，９２ｄはスライス
レベルを定める分圧抵抗で該スライスレベルの設
定回路を構成している。前記抵抗９２ｂは前記交
流結合コンデンサ９２ａとともにスライスレベル
補償回路を構成し、前記分圧抵抗９２ｃ，９２ｄ
による分圧電圧に対して変動分の一部を重畳して
そのスライスレベルの補償を行なつている。９２
ｅは入力抵抗、９２ｆは比較器で交流結合コンデ
ンサ９２ａを通過した出力信号とスライスレベル
とを比較している。そして前記交流結合コンデン
サ９２ａと抵抗９２ｂの結合は交流結合回路をも
構成し、また前記抵抗９２ｃ，９２ｄ，９２ｅ及
び比較器９２ｆにて比較回路が構成される。

９３は比較器９２ｆの１〜２Hz程度の比較出力
を約30Hzに変調する変調回路であり、９３ａは前
記比較出力に応じて積分傾斜が反転する比例積分
回路、９３ｂは約30Hz三角波を発生する三角波発
生器、９３ｃはその三角波と積分出力とを比較す
る変調用比較器である。この変調回路９３は、こ
の種の空燃比制御装置に於ては公知のものであ
り、その変調出力の高レベルのデユーテイが交流
結合判別回路９２の比較出力のリツチ、リーン判
別の時間に応じて徐々に増加、減少するものであ
る。

９４は駆動回路で、変調回路９３の変調出力に
よりオン・オフする駆動回路であり、そのオン・
オフ駆動信号に応じて負圧制御弁１０のソレノイ
ド１１への通電を断続させている。

そして、変調回路９３、駆動回路９４、負圧制
御弁１０及びバイパスエア制御弁１４によりエン
ジン４の空燃比を調整する調整手段を構成してい
る。

次に、上記構成における作動を設明する。

第３図はその作動説明に供する各部電圧波形図
であり、第３図ａは増幅器９１の出力端Ａの電
圧、同ｂは交流結合コンデンサ９２ａの出力端Ｂ
の電圧および分圧点Ｃのスライスレベルの電圧、
同ｃは比較器９２ｆの比較出力をそれぞれ示して
いる。

自動車のエンジン４の作動初期においては、排
気ガス温度が未だ十分に高くなつておらず、従つ
て排気ガスセンサ８が半活性状態であつて小さな
電圧範囲で変動する検出信号が発生する。この状
態は第３図ａの波形図の前半部に示すように、増
幅器９１の出力端Ａでは小さな振巾の増幅信号が
発生し、交流結合コンデンサ９２ａの出力端Ｂの
電圧は第３図ｂの前半部に示す如く増幅信号の変
動分に対応したものとなる。他方、分圧点Ｃの電
圧は抵抗９２ｂの作用により第３図ｂの破線に示
す如く上記の変動分に補償された値Ｃとなり、こ
れが前記設定値（スライスレベル）になる。よつ
て、このスライスレベルと前記変動分の信号を比
較する比較器９２ｆは、第３図ｃの前半部に示す
如く高低レベルが周期的に反転する比較出力を発
生し、この比較出力がリツチ、リーンの判別に対
応したものとなる。

従つて、排気ガスセンサ８が半活性状態であつ
ても比較器９２ｆの比較出力が周期的に反転し、
リツチ、リーンの判別を容易に行なうことができ
る。そして、この比較出力に基づいて変調回路９
３により30Hz程度の周期にて変調し、その変調出
力に応じて駆動回路９４をオン・オフさせて負圧
制御１０を駆動し、バイパスエア制御弁１４を開
閉作動させてバイパスの供給を断続制御し、エン
ジン４の空燃比を理論最適空燃比に調整し、三元
触媒を浄化率の高い状態に維持する。

その後、排気ガス温度が上昇し、排気ガスセン
サ８が充分な活性状態に移行すると、大きな電圧
範囲で変動する検出信号が発生するようになる
が、この場合には増幅器９１の出力端Ａの増幅信
号は第３図ａの後半部に示すように変動する。そ
れによつて、交流結合コンデンサ９２ａの出力端
Ｂの電圧は第３図ｂの後半部に示す如く、増幅信
号に対応して大きな振幅で変動し、これに追従し
てスライスレベルも補償され、比較器９２ｆの比
較出力は、第３図ｃの後半部に示す如く周期的に
反転する。以後、上記と同様に変調回路９３、駆
動回路９４を通して負圧制御弁１０を約30Hzで駆
動し、バイパスエア制御弁１４を開閉作動させて
バイパスエアの供給を断続制御する。これによ
り、エンジン４の作動中はその空燃比を理論最適
空燃比に安定制御することができ、三元触媒６に
よる排気ガスの浄化を良好に制御でき、さらにそ
のための演算回路を極めて簡単な構成にすること
ができる。

また、このように排気ガス温度に基づく排気ガ
スセンサ８の活性度のちがいは本発明により十分
補うことができる訳であるが、この他に、製作時
に生ずる起電力のバラツキや、長時間の使用によ
つて劣化し発生起電力が低くなる傾向に対して
も、前記と全く同様に本発明によつて完全に補う
ことができ、リツチ、リーンの判別が円滑になし
得るのである。

次に、本発明の他の実施例について説明する。

第４図はその他の実施例の要部構成を示すブロ
ツク線図であり、上述の実施例に対して、増幅器
９１の増幅信号が予め定めた一定レベルに対して
高低のいずれになつているかを比較検出するリツ
チ・リーン検出回路９５と、このリツチ・リーン
検出回路９５の反転作動が所定時間内に生じてい
るか否かを判別する反転検出回路９６と、この反
転検出回路９６の出力信号により経路を切換えて
交流結合判別回路９２の出力信号及びリツチ・リ
ーン検出回路９５の出力信号の一方を選択して変
調回路９３に送出する切換回路９７とを付加した
ものである。そして、リツチ・リーン検出回路９
５の反転作動が生じている間は、切換回路９７が
リツチ・リーン検出回路９５の出力信号を選択
し、反転作動が生じなくなると切換回路９７を切
換作動させて交流結合判別回路９２の出力信号を
選択する構成になつている。その他の構成は、第
１図及び第２図のものと同じ構成である。

上記構成によれば、排気ガスセンサ８が活性状
態になつているときには、その検出信号が大きな
電圧範囲で変動するため、増幅器９１にて増幅し
た信号は第５図ａの前半部に示したものとなり、
リツチ・リーン検出回路９５の一定レベル（破線
にて示す）を周期的に交差し、その出力信号は第
５図ｂに示す電圧波形となる。よつて、反転検出
回路９６におけるタイマ用コンデンサの充放電に
よる電圧が第５図ｃに示す如く変化し、その比較
レベル（破線にて示す）より低下しないためその
出力信号は第５図ｄに示す如く高レベルのままに
なり、切換回路９７がリツチ・リーンの検出回路
９５の出力信号を選択通過させる。この出力信号
に応じて変調回路９３、駆動回路９４が作動し、
負圧制御弁１０をオン・オフ制御する。

他方、排気ガス温度の低下などにより、排気ガ
スセンサ８が半活性状態のときには、その検出信
号が小さな電圧範囲で変動するため、増幅器９１
の増幅信号が第５図ａの後半部に示すものとな
る。

そして、リツチ・リーン検出回路９５の出力信
号が高レベルから低レベルに反転した時点から所
定時間内に高レベルへの反転が生じないため、そ
の所定時間の経過時点で反転検出回路９６の出力
信号が低レベルになり、これによつて切換回路９
７が切換作動して、交流結合判別回路９２の出力
信号を選択通過させる。そのとき交流結合判別回
路９２は第２図のものと同一構成になつているた
め、その中の交流結合コンデンサ９２ａの出力信
号が第５図ｅに示す信号になり、それと設定レベ
ルの比較により、その比較出力信号として第５図
ｆに示す電圧波形が発生し、その出力信号が切換
回路９７から変調回路９３、駆動回路９４に作用
し、負圧制御弁１０をオン・オフ制御する。

従つて、排気ガスセンサ８の半活性状態で、そ
の検出信号が小さな電圧範囲で変動した場合にも
その直流成分を除いてその変動分のみを取出し、
設定レベルと比較して、リツチ・リーンの判別を
行なつているため、その演算回路が簡単で正確な
空燃比制御を行なうことができ、また排気ガスセ
ンサ８の作動が安定化する活性状態では、高周波
ノイズに対して、リツチ・リーンの判別作動が安
定なリツチ・リーン検出回路における単純比較作
動にて空燃比制御を行なうことがきる。

なお、上述の実施例においては、エンジン４の
空燃比を調整するためにバイパスエアの供給を制
御する例を示したが、燃料供給量あるいは排気ガ
ス中に供給される２次空気の量を制御して空燃比
調整する構成にしてもよい。

以上述べたように本発明においては、エンジン
の排気ガス成分の濃度に応じた検出信号を発生す
る排気ガスセンサと、該センサの信号から直流成
分を除き変動分を取出し、該変動分に同期してス
ライスレベルを補償する交流結合回路、スライス
レベル設定回路及び前記交流結合回路の出力信号
とスライスレベルとを比較してリツチ、リーンを
判別して出力する比較器からなる交流結合判別回
路と、該判別回路出力を変調する変調回路、該変
調回路の出力を駆動出力とするための駆動回路及
び該駆動出力により作動する負圧制御弁からなる
エンジンの空燃比調整手段を備えてなるから、従
来の装置即ち、排気ガス温度や冷却水温などを検
出して、その値に応じてスライスレベルを変化さ
せるものに比してより正確に且つ簡単に調整がで
き、また電圧波形図の高、低の各ピーク値を識別
記憶し、その中間値に基づいてリツチ・リーンを
判別するものに比して簡単な演算回路構成で安価
となり、更に前記特開昭54−86025号公報に比し
ても、電圧発生器、電流制御回路を必要としない
点で装置が簡単となり安価となる外、排気ガスセ
ンサの経年劣化による起電力の低下や上記ガスセ
ンサの素材純度等のバラツキによる起電力の値の
バラツキによる影響も除去することができ、常に
正確に空燃比をフイードバツク制御することがで
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、
第２図は第１図中の要部詳細構成を示す電気結線
図、第３図ａ，ｂ，ｃは、第２図の回路の作動説
明に供する各部波形図、第４図は本発明の他の実
施例の要部構成を示すブロツク図、第５図は第４
図に示す回路の作動説明のための各部波形図であ
る。 １；エアクリーナ、２；気化器、３；吸気管、
４；エンジン、５；排気管、６；三元触媒、８；
排気ガスセンサ、９；制御回路、１０；負圧制御
弁、１４；バイパスエア制御弁、９１；増幅器、
９２；交流結合判別回路、９２ａ；交流結合コン
デンサ、９２ｂ；抵抗、９２ｃ，９２ｄ；分圧抵
抗、９２ｅ；入力抵抗、９２ｆ；比較器、９３；
変調回路、９４；駆動回路、９５；リツチ、リー
ン検出回路、９６；反転検出回路、９７；切換回
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エンジンの排気ガス成分の濃度に応じた検出
   信号を発生する排気ガスセンサと、該センサの信
   号から直流成分を除き変動分を取出し、該変動分
   に同期してスライスレベルを補償する交流結合回
   路、スライスレベル設定回路及び前記交流結合回
   路の出力信号とスライスレベルとを比較しリツ
   チ、リーンを判別して出力する比較器からなる交
   流結合判別回路と、該判別回路出力を変調する変
   調回路、該変調回路の出力を駆動出力とするため
   の駆動回路及び該駆動出力により作動する負圧制
   御弁からなるエンジンの空燃比調整手段を備えて
   なる空燃比制御装置。