JPS6185553A - 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） 本発明は、酸素センサの出力に基づいて空燃比を制御す
る空燃比制御装置に関する。

（従来技術） 近時、エンジンの出力向上、燃費、排気対策等の諸要求
を満たすため空燃比がより精密に制御される傾向にある
。このような空燃比制御では、排気中の酸素濃度をパラ
メータとして吸入混合気の空燃比を検出している。

従来のこの種の空燃比制御装置を開発動向に沿ってその
概略を順次分類すると、次のように示される。

（１）　　理論空燃比（λ＝１）へのフィードバック制
御 この装置では、排気通路に設けた酸素センサの出力に基
づいて空燃比を理論空燃比に補正する補正係数を演算し
、空燃比を理論空燃比にフィードバック制御している。

なお、一般的には上記酸素センサは理論空燃比以外の検
出が困難である（例えば「技術解説書ＥＣＣ５Ｌ系エン
ジン」　（昭和５６年６月側日産自動車発行参照）。

（ｎ）　　リーン空燃比（λ〈１）へのフィードバック
制御 これは省エネルギの観点からリーン空燃比（理論空燃比
より希薄（リーン）な空燃比をいう。以下同様）へのフ
ィードバック制御を行うもので、この種の装置としては
、例えば特開昭５６−８９０５１号公報に記載されてい
るものがある。この装置に用いられている酸素センサは
流し込み電流の値に応じた空燃比で出力電圧が急変する
特性があり、かかる特性を利用してリーン空燃比に精度
よくフィードバック制御することができる。

（ＤＩ）学習制御方式 学習制御の概念を取り入れて酸素センサの出力に基づく
フィードバック制御値を学習し、酸素センサの出力が適
切なものでないとき（例えば、始動時）にはこの学習値
を用いて空燃比をフィードバック制御するようなもので
ある（例えば、特開昭５８−１２４０３２号公報参照）
。また、上記学習値によりリーン空燃比にフィードフォ
ワード制御することも可能であるがその制御精度は本質
的にフィードバック制御に劣る。

しかしながら、このような（Ｉ）〜（Ｉ［［）の各装置
にあっては理論空燃比やリーン空燃比に制御することは
できるが、理論空燃比より過濃（リンチ）な空燃比（以
下、リッチ空燃比という）に制御することができず、加
速時等の高出力要求に対して空燃比の適否を直接判断す
ることができなかった。

そこで、本発明の出願人はリーン空燃比のみならずリッ
チ空燃比の範囲も連続的に検出できる酸素センサとして
先に「空燃比検出装置」（特願昭５９−８８１１５号参
照）を提案しており、第５〜８図のように示される。

この酸素センサについて詳述すると、第５図は酸素セン
サの分解斜視図、第６図は酸素センサの断面図である。

これらの図において、１は電気絶縁性の高い平板状のア
ルミナ基板であり、アルミナ基板１の上面（図面上方の
端面）にはヒータ２を挟んで基準ガス導入板３が積層さ
れる。基準ガス導入板３の上面には基準ガス導入溝４が
形成されており、また基準ガス導入板３の上面側には平
板状の第１固体電解質５、隔壁板６および第２固体電解
質７が略平行に順次積層される。第１、第２固体電解質
５．７は酸素イオン伝導性の酸化ジルコニウム等を主成
分としている。第１固体電解質５の上、下面には何れも
白金を主成分とする測定電極８および基準電極９がそれ
ぞれ印刷処理により積層されており、これらの各電極８
．９にはリード線１０．１１がそれぞれ接続される。ま
た、第２固体電解質７の上、下面にはそれぞれポンプ電
極としてのポンプアノード１２およびポンプカソード１
３が積層されており、これらの各電極１２．１３にはそ
れぞれリード線１４．１５が接続される。基準ガス導入
板３と第１固体電解質５は基準ガス導入部１６を画成し
ており、基準ガス導入部１６には矢印ＡＩＲで示すよう
に一定酸素濃度の基準ガス、この場合、大気が導かれる
。

一方、第１固体電解質５、隔壁板６および第２固体電解
質７は測定電極８を覆ってこの測定電極８の周りに間隙
部（酸素層）１７を画成する酸素層画成部材１８を構成
しており、この酸素層画成部材１８の第６図中左方には
符号ＧＡＳで示すように、被測定ガス、すなわち排気が
導かれる。なお、間隙部１７の間隔りは極めて狭く、例
えばＬ＝０、ｌ　ｍｍ程度に設定される。酸素層画成部
材１８は排気中と間隙部１７との間における単位時間当
りの酸素分子の拡散量を規制している。

上記、第１固体電解質５、測定電極８および基準電極９
はセンサ部１９を構成しており、第２固体電解質７、ポ
ンプアノード１２およびポンプカソード１３はポンプ部
２０を構成している。したがって、センサ部１９はその
基準電極９側が大気に接し、測定電極８側が間隙部１７
に接する（すなわち、酸素層画成部材１８を介して排気
に接する）こととなり、酸素濃淡電池を形成して後述す
るネルンストの式■で示すように電極８．９間の酸素分
圧比に応じた起電力Ｅを発生する。

この起電力Ｅはセンサ部１９の出力Ｖｓとして外部に取
り出される。また、ポンプ部２０には後述する電流供給
回路から流し込み電流（以下、ポンプ電流という）■ｐ
が供給されており、ポンプ電流ｒｐはポンプ電極１２．
１３間を流れる。このとき、第２固体電解質７中をポン
プ電流Ｉｐと逆方向に酸素イオンが移動し、その移動量
はポンプ電流ｒｐの値に比例する。したがって、ポンプ
部２０はポンプ電流１ｐの値に応じて排気と間隙部１７
との間で酸素分子を移動させる（すなわち、酸素ポンプ
作用を行う）。これらのセンサ部１９、ポンプ部２０、
酸素層画成部材１８および基準ガス導入板３は全体とし
て酸素センサ２を構成している。なお、ヒータ２は第１
、第２固体電解質５．７を適温に加熱しそれらの活性を
保っている。

このような酸素センサ２１は単体では空燃比を連続的に
算出することができず、外部からのエネルギを必要とし
その外部エネルギを酸素濃度に相関させている。第７図
は上記酸素センサ２１を使用した空燃比検出回路の回路
図である。

第７図において、酸素センサ２１はリード線１０．１１
．１４．１５を介して空燃比検出回路３１に接続されて
おり、空燃比検出回路３１は電流供給回路３２、電流値
検出回路３３、差動アンプＤＦＩ、基準電源３４および
抵抗Ｒ１により構成される。電流値検出回路３２は酸素
センサ２１のポンプ部２０にポンプ電流Ｉｐを供給して
おり、このポンプ電流■ｐの値は電流値検出回路３３に
より検出される。

電流値検出回路３３はポンプ電流ｒｐの値を抵抗Ｒ１の
両端間の電圧降下として検出し電圧信号Ｖｉを出力する
。この電圧信号Ｖｉはポンプ電流１ｐが図中矢印■し方
向に供給されるとき正の値、矢印ＩＢ　方向に供給され
るとき負の値となる（なお、第６図参照）。電流供給回
路３２は差動アンプＤＦ１の出力Δ■の値に応じてポン
プ電流ｒｐの大きさおよびその向きを制御しており、差
動アンプＤＦＩはセンサ部１９の出力電圧Ｖｓから目標
電圧Ｖａを減算して差値Δ■（ΔＶ＝Ｖｓ−Ｖａ）を電
流供給回路３２に出力する。この目標電圧Ｖａは、間隙
部１７の酸素濃度が所定値に維持されているときのセン
サ部出力Ｖｓの急変する電圧値の上限と下限の中間値で
あり、基準電源３４により設定される。そして、センサ
部出力Ｖｓは間隙部１７の酸素濃度に対応し、目標電圧
Ｖｓは上記所定値に対応しているから、差値ΔＶは間隙
部１７における現酸素濃度の所定値からのずれの大きさ
を表している。したがって、前記電流供給回路３２は差
値Δ■が零となるように、すなわちセンサ部出力Ｖｓが
目標電圧Ｖａと一致するようにポンプ電流Ｉｐの大きさ
および向きを制御する。

このような空燃比検出回路３１はポンプ電流Ｉｐという
形で外部エネルギを酸素センサ２１に供給し、これを排
気中の酸素濃度に対応させ空燃比を広範囲に検出してい
る。

すなわち、ＶｓｗＶａとなるように酸素センサ２１にポ
ンプ電流１ｐを供給すると、ポンプ電流Ｉｐの酸素ポン
プ作用により間隙部１７の酸素分圧が決定される。いま
、排気温度がｉｏ　ｏｏ　”Ｋであるとき、例えばＶａ
＝５００ｍＶに設定し間隙部１７の酸素分圧（測定電極
８の酸素分圧Ｐｂ）を理論空燃比に対応した値に維持し
ようとする場合、その値ｐｂは次に示すネルンストの式
■により求められＰ　ｂ　＝　０．２０６　Ｘ　１０　
　気圧となる。

Ｅ　＝　（ＲＴ／　４Ｆ）　　・ｌ！　ｎ　・（Ｐａ／
　Ｐｂ）　−−−−一■但し、Ｒ：気体定数 Ｔ：絶対温度 Ｆ：ファラディ定数 Ｐａ：基準電極９の酸素分圧 ポンプ電流１ｐの値は間隙部１７の酸素分圧ｐｂを理論
空燃比に対応した上記所定値（Ｐｂ＝Ｑ。

２０６　Ｘ　１０　　気圧）に維持するために必要なポ
ンプエネルギの大きさを表しており、ポンプ電流Ｉｐの
変化は排気の酸素分圧、すなわち排気中の酸素濃度の変
化に対応したものとなる。そして、これら両者の関係は
排気中の酸素濃度を空燃比で表すと第８図に示すような
Ｉｐ−Ａ／Ｆ特性になり、ポンプ電流１ｐの値を電圧信
号Ｖｉとして検出することにより、空燃比を連続して測
定することができる。この電圧信号Ｖｉは、その大きさ
が空燃比に対して緩やかに変化しており、理論空燃比で
零となる。なお、ポンプ電流ｒｐＯ値は理論空燃比より
リーン域では排気中の酸素分子ｏ２の量に対応し、リッ
チ域では排気中のＣＯやＨＣ等の量（これらが酸素分子
０２に変換されるため）に対応したものとなり、理論空
燃比を境に流れる方向が反転する。したがって、従来に
比してリンチ域の空燃比をも精度よく検出することがで
き、これを用いることによりリッチ空燃比の領域におい
てもフィードバンク制御を行うことができる。

（問題点） ところで、このような先願に係る酸素センサを使用した
空燃比制御装置にあっては、酸素センサの主要部が排気
に直接晒される構成であるため、酸素センサがリッチ空
燃比の燃焼排気ガスに長時間晒されていると、排気中の
カーボンやＨＣ成分等の不要物（以下、不要付着物とい
う）がその表面や電極等に堆積しやすい。すなわち、リ
ッチ空燃比にフィードバソ、り制御することができる反
面、このリッチ空燃比への制御状態が長時間継続される
可能性があり、かかる場合、上記堆積を招きやすい。こ
のため、酸素センサ表面の目詰まりや電極間での電流リ
ーク等を起こすおそれがあり、空燃比の検出精度が低下
して空燃比の制御精度の悪化が予想される。

（発明の目的） そこで、本発明はリッチ空燃比での運転が所定時間以上
継続しているか否かを検出し、継続しているときにはセ
ンサ部にポンプ電流を供給して基準ガス（例えば大気）
側から排気側へ酸素分子を強制的に移動させることによ
り、酸素センサ周囲の酸素濃度を一時的に高めて酸素セ
ンサに堆積した不要付着物を焼却し、空燃比検出の精度
低下を防いで空燃比制御の精度を向上させることを目的
としている。

（発明の構成） 第１図は本発明の構成を明示するための全体構成図であ
る。

酸素センサａは酸素イオン伝導性の固体電解質を挟んで
、一定酸素濃度の基準ガスに接する基準電極と酸素層に
接する測定電極とが配設され、両電極間の酸素分圧比に
応じた電圧を出力するとともに、センサポンプ電流が供
給されると基準電極側から測定電極側に酸素分子を移動
させるセンサ部と、測定電極を覆い測定電極の周りに酸
素層を画成するとともに該酸素層と被測定ガスとの間の
酸素分子の拡散量を制限する酸素層画成部材と、ポンプ
電極間に供給される流し込み電流の値に応じて酸素分子
を移動させ酸素層の酸素分圧を決定するポンプ部と、を
有している。空燃比検出手段すは前記センサ部の出力電
圧が所定値となるようにポンプ部に流し込み電流を供給
し、この電流値を検出して空燃比を算出するとともに、
切換信号が入力されると該流し込み電流の供給を停止し
てセンサ部に前記センサポンプ電流を供給する。制御手
段Ｃは空燃比検出手段すの出力に基づいて吸入混合気の
空燃比が所定空燃比となるように吸入空気あるいは燃料
の供給量を制御する制御信号を出力しており、操作手段
ｄは制御信号に基づいて吸入空気あるいは燃料の供給量
を操作する。

そして、判別手段ｅが空燃比が所定値よりリッチ側に所
定時間以上制御されているか否かを判別し、制御され“
Ｃいるとき前記切換信号を出力することにより、酸素セ
ンサａに堆積した不要付着物を焼却して空燃比の検出精
度低下を防ぐものである。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜４図は本発明の一実施例を示す図である。

まず、構成を説明すると、第２図において、４１はエン
ジンであり、吸入空気はエアクリーナ４２より吸気管４
３を通して各気筒に供給され燃料は噴射信号Ｓ１に基づ
いてインジェクタ（操作手段）４４により噴射される。

そして、気筒内で燃焼した排気は排気管４５を通して触
媒コンバーク４６に導入され、触媒コンバータ４６内で
排気中の有害成分（Ｃ○、ＨＣ，Ｎ０ｘ）を三元触媒に
より清浄化して排出される。吸入空気の流量Ｑａはエア
フローメータ４７により検出され、吸気管４３内の絞弁
４８によって制御される。絞弁４８の開度Ｃｖは絞弁開
度センサ４９により検出され、エンジン１の回転数Ｎは
クランク角センサ５０により検出される。またウォータ
ジャケットを流れる冷却水の温度ＴＷは水温センサ５１
により検出される。排気管４５には先願例と同タイプの
酸素センサ５２が取り付けられており、酸素センサ５２
は空燃比検出手段５３に接続される。

空燃比検出手段５３は第３図に詳細を示すように先願例
に対して新たにアナログスイッチ５４．５５およびセン
サポンピング回路謁が追加して構成されており、空燃比
検出回路５３には所定条件下で切換信号Ｓｃが入力され
る。アナログスイッチ５４は電流供給回路３２と抵抗Ｒ
１との間に介挿されており、切換信号Ｓｃの非入力時に
はその接点を閉じ、切換信号Ｓｃが入力されると接点を
開く。一方、アナログスイッチ５５は酸素センサ２１の
センサ部１９と差動アンプＤＦＩあるいはセンサボンピ
ング回路５６との接続を択一的に切り換えており、切換
信号Ｓｃの非入力時にはその接点５５　ａを図中下方に
切り換えてセンサ部１９と差動アンプＤＦとを接続し、
切換信号Ｓｃが入力されると、同接点５５ａを上方に切
り換えてセンサ部１９とセンサポンピング回路５６とを
接続する。センサボンピング回路５６は電流供給回路５
７、電流値検出回路５８、差動アンプＤＦ２、基準電源
５９および抵抗Ｒ２により構成される。

電流供給回路５７は切換信号Ｓｃがアナログスイ・ノチ
５４．５５に入力されている期間中アナログスイッチ５
５を介してセンサ部１９にセンサポンプ電流１ｓｐを供
給しており、このセンサポンプ電流１ｓｐの値は電流値
検出回路５８により検出される。電流値検出回路５８は
センサポンプ電流Ｉｓｐの値を抵抗Ｒ２の両端間の電圧
降下として検出し電圧信号Ｖｓｐを差動アンプＤＦ２に
出力する。差動アンプＤＦ２にはさらに基準電源５９か
ら所定電圧ｖｂが入力されており、差動アンプＤＦ２は
電圧信号Ｖｓｐから所定電圧ｖｂを減算して差値ΔＶｓ
ｐ　（ΔＶｓｐ＝Ｖｓｐ−ｖｂ）を電圧供給回路５７に
出力する。電圧供給回路５７は差値ΔＶｓｐが零となる
ように、すなわちセンサポンプ電流１ｓｐの値が所定電
圧Ｖｂに対応する所定電流値となるようにセンサポンプ
電流１ｓｐをセンサ部１９に供給する。

以上の空燃比検出回路５３の機能をまとめると、空燃比
検出回路５３は切換信号Ｓｃの非入力時にはセンサ部出
力Ｖｓが目標電圧Ｖａと一致するようにポンプ部２０に
ポンプ電流１ｐを供給するとともに、この値を検出して
空燃比を算出する。一方、切換信号Ｓｃが入力されると
、アナログスイッチ５４．５５をそれぞれ切り換えて上
記ポンプ電流ｒｐの供給を停止するとともに、センサポ
ンピング回路５６からセンサ部２８にセンサポンプ電流
Ｉｓｐを供給する。

センサポンプ電流１ｓｐはセンサ部】９の基準電極９か
ら°測定電極８に向けて流れており、このときこれと逆
方向、すなわち測定電極８かち基準電極９に向けて酸素
分子が移動する。いい換えれば、センサ部１９はセンサ
ポンプ電極Ｉｓｐが供給されると大気側の酸素分子を間
隙部１７側に移動させる（酸素ポンプ作用を行う）。

再び第２図において、エンジン４１各部の状態を検出し
ているセンサ群、すなわちエアフローメータ４７、絞弁
開度センサ４９、クランク角センサ５０、水温センサ５
１および空燃比検出回路５３からの信号はコントロール
ユニット６０に入力される。コントロールユニット６０
は制御手段および判別手段としての機能を有しており、
ＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３、およびＩ１０ポ
ート７４より構成さる。ＣＰＵ７１はＲＯＭ７２に書き
込まれているプログラムにしたがってＩ１０ポート７４
より必要とする外部データを取り込んだり、またＲＡＭ
７３との間でデータの授受を行ったりしながら演算処理
し、必要に応じて処理したデータをＩ１０ポート７４へ
出力する。Ｉ１０ポート７４には前記センサ群４７．４
９．５０．５１．５３からの信号が入力されるとともに
、Ｉ１０ボート７４からは噴射信号Ｓｉおよび切換信号
Ｓｃが出力される。ＲＯＭ７２はＣＰＵ７１における演
算プログラムを格納しており、ＲＡＭ７３は演算に使用
するデータをマツプ等の形で記憶している。

次に作用を説明する。

一般に、空燃比のフィードバック制御系では外乱（エン
ジン負荷等）によって制御量（空燃比）が変化しても、
これを排気中の酸素濃度として酸素センサにより検出し
て目標値と比較し、その偏差を打ち消すように装置を差
動させている。したがって、制御量を高精度で目標値に
一致させることができる。ところで、このような制御は
酸素センサの出力が排気中の酸素濃度に正確に対応して
いるとき成立するもので、両者の相関にずれが発生する
と制御精度が低下する。すなわち、空燃比の検出が正確
であるとの前提の下にかかる制御の効果が期待される。

一方、酸素センサは高温でかつカーボン成分等が入り混
じっているという排気を被測定対象物としており、測定
環境の厳しい条件下にある。また、空燃比を連続的に検
出するために、例えば拡散電流（ポンプ電流）を酸素濃
度に応じて変化させる等、特有の構造を必要としている
。先願では空燃比の連続的検出に重点がおかれており、
厳しい環境下でこの検出態勢を良好に維持してい（とい
う点でやや不十分である。

そこで本実施例では、酸素センサの検出精度が低下する
主原因はカーボンやＨＣ成分の付着によるという点に着
目して、カーボン等の付着が予想される条件下でこれを
推定、判別し、カーボン等が付着したときセンサ部１９
に酸素ポンプ作用を行わせて大気側の酸素を排気側にポ
ンピングさせることで、これらの不着物を焼切り、除去
している。

第４図はＲＯＭ７２に書き込まれているボンピング切換
制御のプログラムを示すフローチャートであり、図中Ｐ
、−Ｐ、はフローチャートの各ステップを示している。

本プログラムは所定時間毎に１度実行される。

まず、Ｐ、、Ｐ２で他のルーチン（図示略）においてそ
れぞれ演算された基本噴射量Ｔｐおよび最終噴射量Ｔｉ
を読み込む。これらの各噴射量Ｔｐ、Ｔｉはそれぞれ次
式２．３に従って演算される。

Ｔｐ　＝　Ｋ　ｘ　Ｑ　ａ　／　Ｎ　−−−−■但し、
Ｋ：定数 Ｔｉ＝ＴｐＸＣＯＥＦＸα＋Ｔｓ−−−■なお、基本噴
射量’ｒｐは略理論空燃比近傍との値となるように演算
される。また、■式中、Ｃ０ＥＦは各種増量係数であり
、例えば冷却水温Ｔｗや加速増量（絞弁開度ＣＶに基づ
いて判断）等に基づいて基本噴射量Ｔｐを各増量補正す
るするものである。αは空燃比を目標空燃比にフィード
バンク制御するときの空燃比補正係数であり、Ｔｓはイ
ンジェクタ４４の応答遅れ（むだ時間）を補正するため
の係数である。したがって、インジェクタ４４からは最
終噴射量Ｔｉの燃料が吸気管４３内に噴射され、吸入混
合気の空燃比が常に目標値に制御される。

次いで、Ｐ、〜Ｐ７からなる判別フローＨＦに移行し、
判別フローＨＦでポンピング切換についての判別を行う
。そして、その判別結果がら空燃比の制御状態が次に示
すＡ−Ｃの何に該当するかを判別し、この状態に応じて
それぞれ異なるステップに進む。

Ａ状態：空燃比が理論空燃比よりリーン側に制御されて
いるとき。

Ｂ状態：空燃比が理論空燃比よりリッチ側に制御されて
いるが、その制御時 間が所定値未満のとき。

Ｃ状態：空燃比が理論空燃比よりリッチ側に制御されて
おり、その制御時間 が所定値以上のとき。

判別フローＨＦでは、Ｐ３で現空燃比が理論空燃比から
どの程度ずれているかを表すずれ率ΔＦを次式■に従っ
て演算するとともに、これを正の所定値βと比較する。

ΔＦ＝　（Ｔ　１−ＴＩ））／Ｔｐ−−−−−一〇ずれ
率（ΔＦ）は正の値であるときリッチ側にずれているこ
とを、負の値であるときり一ン側にずれていることを表
す。なお、ずれ率ΔＦの演算は０式に限らず、例えば次
式■に従って演算してもよく、そのようにすればより一
層正確さを増すことができる。

ΔＦ＝　（Ｔｉ　−Ｔｐ−Ｔｓ）／Ｔｐ−Ｔｓ−・−−
ｍ−■ ΔＦ〉βのときは空燃比がリッチ側に制御されていると
判別して、Ｐ４で切換フラグＫＦＬが立っているか否か
を判別する。切換フラグＫＦＬは酸素センサ５２の酸素
ポンプ作用をポンプ部２０からセンサ部１９に切り換え
るか否かを表すもので切り換えるとき立てられ（ＫＦＬ
＝１）、切り換えないとき降ろされる（ＫＦＬ＝０）。

ＫＦＬ＝１のとき（例えば、前回のルーチンで立てられ
ているようなとき）はＣ状態に該当するものとしてＰ８
に進む。また、ＫＦＬ−０のときはＰ、でリッチカウン
タのカウント値ＲＣを所定値Ｃｏを比較する。リッチカ
ウンタはΔＦ〉βとなった以降（すなわち空燃比がリッ
チ側に制御され初めてから）の経過時間をカウントする
もので、そのカウント値ＲＣは本ルーチンの実行毎にイ
ンクリメントされる。ＲＣ＜ＣＱのときはＰ６でリッチ
カウンタのカウント値ＲＣをインクリメントし、β状態
に該当するものとしてＰ、に進む。Ｒ≧ＣｏのときはＰ
７で切換フラグＫＦＬを立てＣ状態と判断してＰ８に進
む。一方、上記ステップＰ３でΔＦ≦βのときはＡ状態
に該当するものとしてＰ、）に進む。

さて、判別フローＨＦでＣ状態と判断したときは、Ｐ８
で切換信号Ｓｃの出力を開始し、酸素センサ５２のポン
プ部２０へのポンプ電流Ｉｐの供給を停止させるととも
に、センサ部１９にセンサポンプ電流１ｓｐを供給する
。これにより、大気側の酸素が排気側にポンピングされ
て酸素センサ５２周囲の酸素濃度が高まり、酸素センサ
さ５２に堆積した不要不着物の焼却が開始される。次い
で、Ｐｌ＋で切換カウンタのカウント値ＫＣをインクリ
メントし、ＰＩ３で酸素センサ５２のヒータ電圧ｖｈを
第１電圧ｖｈ□から第２電圧ｖｈ２　（但し、ｖｈ２＞
ｖｈ、）に切り換える。切換カウンタは切換信号Ｓｃの
出力が開始されてからの経過時間（以下、焼却時間とい
う）をカウントするものである。なお、ヒータ電圧切換
制御についてはハード的構成の図示が略されているが、
例えば酸素センサ５２のヒータへの通電制御を行うヒー
タ制御回路を設け、これにコントロールユニット６０か
ら指令を出すことにより実行する。ヒータ電圧ｖｈが低
い値ｖｈ１から高い値■ｈ２に切換えられたことにより
、上記焼却速度が早くなり焼却に必要な時間が短縮され
る。これは、酸素センサ５２のデッドタイムを出来る限
り短くするためである。

ここで、切換フラグＫＦＬが立っているときは空燃比の
制御方式をフィードバック制御からフィードフォワード
制御に切り換える。これは、センサ部１９のポンピング
中は排気管４５内が空燃比に対応する酸素濃度にならず
酸素センサ５２による検出情報が使えないからである。

なお、このとき前述した（■）学習制御方式を採用して
空燃比を制御するようにしてもよい。そのようにすれば
、焼却時間中においても高精度で目標値に制御すること
ができる。一方、切換フラグＫＦＬが降りたとき（後述
のステ７プＰ、に進んだとき）には、再びフィードバン
ク制御を実行する。

次いで、ＰＲで切換カウンタのカウント値ＫＣを所定値
Ｋｏと比較し、ＫＣ≦ＫＯのときは焼却時間が所定値以
下であると判断して今回のルーチンを終了する。したが
って、このときは焼却時間が所定値を超えるまで本ルー
チンが繰り返される。そして、ＫＣ＞Ｋｏになると、十
分な焼却時間が経過し焼却が完了したと判断して、完了
以後の処理ステップＰＫｌ−Ｐ、−Ｐ１４Ｐ１５を順次
実行する。まず、ＰＸ）でリッチカウンタをクリアし、
Ｐ、で切換カウンタをクリアするとともに切換フラグＫ
ＦＬを降ろす。

次いで、Ｐ、４で切換信号Ｓｋの出力を停止し、ＰＩ５
でヒータ電圧ｖｈを再び低い値ｖｈ、に復帰させる。

このように、空燃比がリンチ側に所定時間以上継続して
制御されると、酸素センサ５２への不要不着物の堆積を
予想し必要最小時間内大気側の酸素を排気側にボンピン
グしこの不要不着物を焼却する。したがって、酸素セン
サ５２表面の目詰りや電極管での電流リーク等が回避さ
れ、空燃比の検出精度低下を防止することができる。

その結果、空燃比の制御精度を向上させることができる
。なお、かかる効果は本タイプのようにリッチ空燃比へ
のフィードバック制御を行うものにあっては、特に有効
に発揮される。したがって、このような空燃比制御装置
を適用したエンジンにあっては、出力向上、燃費、排気
対策等の諸要求を高精度で満たすことができる。

なお、本実施例ではセンサ部１９のボンピングに際して
センサポンプ電流１ｓｐを一定値に制御しているが、こ
のような複雑な制御でなくセンサ部１９に単に所定電圧
を印加して上記ボンピングを行うようにしてもよい。そ
の場合、ボンピングされる酸素分子の量は一定ではなく
なるが、センサボンピング回路の構成を簡単なものとす
ることができる。

また、本発明は上記実施例に示したタイプの酸素センサ
に限定されるものではない。要は、拡散電流を排気中の
酸素濃度に相関させるように酸素分子のボンピングを行
うとともに、一定酸素濃度の基準ガス（大気のみとは限
らない）との比較のもとに空燃比を算出するタイプのも
のであればすべてに通用が可能である。したがって、ポ
ンプ電極の一部がセンサ電極と共用されているもの、あ
るいはセンサ部とポンプ部が一体構造のもの（見かけ上
はセンサ部のみとなる）であってもよいことは勿論であ
る。

さらに、ボンピング切換制御は空燃比制御の形態がフィ
ードバック制御中である場合に限らず、フィードフォワ
ード制御（オープン制御）の場合であっても勿論適用で
きる。

また、本発明は空燃比制御に際して燃料供給量のみを操
作する例に限らず、例えば吸入空気を操作して空燃比を
制御するもの、あるいは両者を共に変化させるものにも
適用できる。

（効果） 本発明によれば、酸素センサに堆積した不要不着物を焼
却して空燃比検出の精度低下を防ぐことができ、空燃比
制御の精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体構成図、第２〜４図は本発明の一
実施例を示す図であり、第２図はその概略構成図、第３
図はその空燃比検出回路の詳細な回路構成図、第４図は
そのポンピング切換制御のプログラムを示すフローチャ
ート、第５〜８図は先願に係る空燃比制御装置を示す図
であり、第５図はその酸素センサの分解斜視図、第６図
はその酸素センサの断面図、第７図はその空燃比検出回
路の回路図、第８図はそのＶｉ　−Ａ／Ｆ特性を示す図
である。 ４１−−−一エンジン、 ４４−−−−インジェクタ（操作手段）、５２−−−一
・−酸素センサ、 ５３−・−空燃比検出回路（空燃比検出手段）、６１−
−−コントロールユニット（制御手段、判別手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）酸素イオン伝導性の固体電解質を挟んで、一定酸素
   濃度の基準ガスに接する基準電極と酸素層に接する測定
   電極とが配設され、両電極間の酸素分圧比に応じた電圧
   を出力するとともに、センサポンプ電流が供給されると
   基準電極側から測定電極側に酸素分子を移動させるセン
   サ部と、測定電極を覆い測定電極の周りに酸素層を画成
   するとともに該酸素層と被測定ガスとの間の酸素分子の
   拡散量を制限する酸素層画成部材と、ポンプ電極間に供
   給される流し込み電流の値に応じて酸素分子を移動させ
   酸素層の酸素分圧を決定するポンプ部と、を有する酸素
   センサと、 ｂ）前記センサ部の出力電圧が所定値となるようにポン
   プ部に流し込みを供給し、この電流値を検出して空燃比
   を算出するとともに、切換信号が入力されると該流し込
   み電流の供給を停止してセンサ部に前記センサポンプ電
   流を供給する空燃比検出手段と、 ｃ）空燃比検出手段の出力に基づいて吸入混合気の空燃
   比が所定空燃比となるように吸入空気あるいは燃料の供
   給量を制御する制御信号を出力する制御手段と、 ｄ）制御信号に基づいて吸入空気あるいは燃料の供給量
   を操作する操作手段と、 ｅ）空燃比が所定値よりリッチ側に所定時間以上制御さ
   れているか否かを判別し、制御されているとき前記切換
   信号を出力する判別手段と、 を備えたことを特徴とする空燃比制御装置。