JPS6328215B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、排気ガスの排気濃度を検出して各種
制御を行うエンジンの制御装置に関するものであ
る。

従来より、排気ガス中の酸素等の排気濃度を検
出し、この検出値に基づいて例えばエンジンに供
給する混合気の空燃比、排気ガスの還流量または
２次エアの供給を調整制御するようにした技術は
公知である。

しかして、上記排気ガス中の排気濃度を検出す
る排気センサーは、一定の温度に達しないと活性
化せず、温度が低く不活性状態にあるときの検出
信号は真の排気濃度を検出しておらず、この不活
性時の検出信号に基づいて空燃比等の各種制御を
行うと、その制御の応答性が低く不正確となる問
題がある。

そこで、特開昭53−112331号公報に示されるよ
うに、上記排気センサーからの電気信号の出力レ
ベルは、低温時には非常に小さい値となることか
ら、排気センサーの電気信号の出力レベルが、予
め設定された比較レベル以下にあるときには、こ
れを不活性状態と判定し、排気センサーの電気信
号に基づく制御を停止する技術が提案されてい
る。なお、この比較レベルは、一般に排気センサ
ーの最大出力の1/2程度のレベルに設定されてい
る。

しかるに、上記提案技術のように排気センサー
の電気信号の出力レベルの大小から、その活性状
態を判定するものでは、正確な活性、不活性の検
出をすることができず、半活性状態にもかかわら
ず制御を開始して不正確な制御を行う場合が生ず
る。

つまり、排気センサーの温度変化は、エンジン
始動後の運転状態等に応じて大きく相違し、始動
後直ちに走行を開始した場合ではその温度上昇は
急であり、これに対応して排気センサーの電気信
号の出力レベルも急激に上昇するものであつて、
その結果、排気センサーは早期に活性状態にな
る。一方、冷間始動後に放置暖機している場合で
は、排気センサーの温度上昇は緩やかであり、こ
れに対応して排気センサーの電気信号の出力レベ
ルの上昇も緩やかであり、このときには電気信号
の出力レベルが前述した比較レベルより高くても
排気センサーはまだ半活性状態にある。そして、
上記のような半活性状態にある排気センサーの電
気信号に応じて各種制御を行うと、その電気信号
は排気濃度の変化に対し応答性が悪く、これに対
応して制御の応答性も低いものとなり、その結果
各種制御に過大なサージングが生じて正確な制御
が実行できずエンジンの運転安定性等に悪影響を
与える不具合を有する。

すなわち、この現象は、排気センサーの電気信
号を増幅するため、排気センサーを構成する酸化
ジルコニアの表面にコーテイングした白金の触媒
作用の応答性に起因し、排気センサーが充分に活
性温度に達してないときには、この白金の触媒作
用が緩慢に行われることが原因となつている。

本発明はかかる点に鑑み、排気センサーの活性
化状態は、電気信号の出力レベルの大小よりむし
ろその変化度合と大きな相関関係があることを知
得したのに基づいて、排気センサーの電気信号を
受け、この排気センサーの暖機中の電気信号の単
位時間あたりの変化量を算出し、この変化量が設
定値以上のときを活性時と判定して、排気ガスの
排気濃度を調整する調整装置の制御を上記排気セ
ンサーの電気信号に応じて開始するようにしたエ
ンジンの制御装置を提供し、排気センサーの活性
状態を正確に検出し、調整装置の制御精度を向上
せんとするものである。

以下、本発明の実施例を図面に沿つて説明す
る。この実施例は、排気ガス中の酸素濃度を検出
してエンジンに供給する空燃比をフイードバツク
制御するものである。

第１図に示す全体構成において、１はエンジ
ン、２は該エンジン１の排気通路３に介設された
三元触媒よりなる触媒装置、４はエンジン１の吸
気通路５に介設された気化器、６はエアクリーナ
であつて、該気化器４には絞弁と別個に空燃比を
調整するアクチユエータ７が付設され、この気化
器４とアクチユエータ７とにより吸気通路５を介
してエンジン１に供給する混合気の空燃比を調整
する調整装置８が構成されている。この調整装置
８のアクチユエータ７としては、例えば吸気通路
５に供給する気化器４のブリードエア量を増減す
るソレノイドバルブが使用されている。

また、９は、触媒装置２の上流側の排気通路３
に配設された酸素濃度検出センサー等の排気ガス
の排気濃度に対応した電気信号を出力する排気セ
ンサーで、該排気センサー９の電気信号は制御回
路１０に出力される。

上記制御回路１０は、排気センサー９の電気信
号を受け、この電気信号により検出された空燃比
を所定の空燃比とするべく、該電気信号に応じて
前記調整装置８のアクチユエータ７の作動を制御
し、エンジン１に供給する混合気の空燃比をフイ
ードバツク制御する機能を有するとともに、前記
排気センサー９の電気信号を受けて該電気信号の
単位時間あたりの変化量を算出し、該変化量が設
定値以上のときには前記排気センサー９の電気信
号に応じて調整装置８をフイードバツク制御する
一方、前記変化量が設定値未満のときには前記電
気信号に応じた調整装置８のフイードバツク制御
を解除する機能を有するものである。

すなわち、制御回路１０において、１１は排気
センサー９の電気信号と設定電圧発生回路１２か
らの目標空燃比に対応する設定値とを比較しその
偏差信号を出力する比較回路、１３は該比較回路
１１の偏差信号を積分する積分回路で、この積分
回路１３の信号はゲート回路１４を介して駆動回
路１５に出力され、駆動回路１５から調整装置８
のアクチユエータ７に制御信号が出力される。

上記ゲート回路１４は積分回路１３の出力信号
を遮断してフイードバツク制御を停止するための
ものであり、このゲート回路１４の動作はホール
ド回路１７を介して入力される活性判定回路１６
の出力によつて制御される。

上記ホールド回路１７はイグニシヨンスイツチ
１８の信号を受け、活性判定回路１６で排気セン
サー９の電気信号から排出センサー９が活性状態
にあると判定した出力信号を保持し、この信号に
よつてゲート回路１４を開いて積分回路１３の信
号を駆動回路１５に入力させるものであり、上記
ホールド回路１７のホールド状態はイグニシヨン
スイツチ１８が開成した信号を受けてエンジン１
の停止時に解除するように設けられている。

また、活性判定回路１６は、前記排気センサー
９の電気信号の単位時間あたりの変化量を算出
し、この算出量を設定値と比較して、変化量が設
定値以上のときに排気センサー９は活性化してい
ると判定するものであるが、この実施例において
は、単位時間が異なる第１判定回路１９と第２判
定回路２０およびOR回路２１を有し、異なる単
位時間あたりの電気信号の変化量を算出し、両変
化量の少なくとも一方が設定値以上のときを活性
時と判定するように構成し、排気センサー９に発
生するノイズにより誤判定するのを防止し、かつ
製造誤差等により排気センサー９の検出特性に差
異があつても適正な活性検出が行えるようにして
いる。

すなわち、エンジン１始動後の時間と排気セン
サー９の出力との関係を示す第３図において、曲
線Ａ（実線）は第１の排気センサー９の出力、曲
線Ｂ（破線）は第２の排気センサー９の出力で、
両曲線ＡおよびＢはエンジン１が既に暖機状態に
あつて始動後直ちに走行を開始するような運転条
件についてのものであり、両曲線ＡとＢの差は排
気センサー９の製品間の検出特性の差異に基づい
ている。上記運転状態においては、両曲線Ａ，Ｂ
のものは始動直後から活性化した状態の検出を行
う。これに対し、第３図の曲線Ｃ（鎖線）は、前
記曲線Ａの排気センサー９の出力で、冷間始動後
の放置暖機時のように温度上昇が遅い運転状態に
おけるものであり、この場合には活性化は完了し
ていない。

上記曲線Ａ，Ｂに示すような出力特性の排気セ
ンサー９の電気信号の単位時間あたりの変化量を
検出する際に、検出する変化量の大きさとしては
ある程度の大きさ（例えば第３図のΔV）を検出
するようにしなければ、排気センサー９に発生す
るノイズを変化量として検出するおそれがある。
その際、曲線Ｂの如く活性時でも変化量の比較的
小さいものを活性であると判定するためには、そ
の単位時間を例えば１秒間と長く設定しなければ
ならないが、このような長い単位時間とすると、
曲線Ａのように変化量の大きいものでは0.5秒の
単位時間で同様の変化量となることから、この長
い単位時間が経過するまでは活性の判定が行われ
ずに検出遅れが発生して制御開始時期が遅れる問
題がある。上記点につき、この実施例においては
曲線Ａの出力変化に相当する第１の単位時間あた
りの変化量を検出し設定値と比較する第１判定回
路１９と、曲線Ｂの出力変化に相当する第２の単
位時間あたりの変化量を検出し設定値と比較する
第２判定回路２０とを備え、OR回路２１により
一方が設定値以上となつたときを活性時と判定し
て信号を出力するものである。

上記活性判定回路１６の具体的構成は第２図に
示すように、排気センサー９の電気信号は、第１
判定回路１９の第１サンプリング回路２２および
第２サンプリング回路２３に出力され、第１サン
プリング回路２２は一定周期（0.5秒）で信号を
出力する発振回路２６の信号が1/2分周回路２５
で周期が半分（1.0秒）に変換された信号を受け
たときに、排気センサー９の電気信号をサンプリ
ングして第１ホールド回路２７に保持し、一方、
第２サンプリング回路２３は1/2分周回路２５の
信号が移相回路２４で移相された信号を受けたと
きに、第１サンプリング回路２２より0.5秒遅れ
て排気センサー９の電気信号をサンプリングして
第２ホールド回路２８に保持するものであつて、
両ホールド回路２７，２８の信号は演算回路２９
に出力される。

演算回路２９は発振回路２６の信号を受けたと
きに、第１および第２ホールド回路２７，２８の
信号の差を演算して、単位時間（0.5秒間）あた
りの変化量を算出し、この変化量は比較回路３０
で設定電圧発生回路３１からの設定値と比較され
る。該設定値は活性状態における下限変化量に相
当する値に設定されており、比較回路３０は演算
回路２９で算出した変化量が設定値以上のときに
信号を出力するものである。

また、第２判定回路２０は、上記第１判定回路
１９と回路構成は同じであり、同一構成要素には
同一符号を付している。ただし、該第２判定回路
２０の発振回路２６の周期は、第１判定回路１９
の発振回路２６の周期（0.5秒）より長い周期
（1.0秒）に設定されているものである。

この第２判定回路２０の第１サンプリング回路
２２に対し、第２サンプリング回路２３は１秒遅
れて排気センサー９の電気信号をサンプリング
し、演算回路２９は発振回路２６の周期毎に、第
１および第２ホールド回路２７，２８のホールド
信号の差を演算して、単位時間（１秒間）あたり
の変化量を算出し、比較回路３０で設定値（第１
判定回路１９における設定値と同一）と比較し、
変化量が設定値以上のときに信号を出力する。な
お、設定電圧発生回路３１の設定値は、第１判定
回路１９と第２判定回路２０とでは、その単位時
間の差に基づき設定するものであり、両者は必ず
しも同一となるものではなく、ノイズが影響しな
い大きさに適宜設定する。

第１判定回路１９もしくは第２判定回路２０
は、第３図の曲線ＡもしくはＢの特性を有する排
気センサー９の電気信号を受けたときには、両比
較回路３０，３０の両方もしくは一方から信号が
出力されることになり、OR回路２１は前記ホー
ルド回路１７に信号を出力し、このホールド回路
１７をホールド状態とするとともに、ゲート回路
１４を開動作させて、調整装置８を排気センサー
９の信号に応じてフイードバツク制御する一方、
第３図の曲線Ｃのような排気センサー９の電気信
号を受けたときには、その変化量は設定値未満で
あるのでOR回路２１から信号は出力されず、ゲ
ート回路１４は遮断状態にあつて、排気センサー
９の信号によるフイードバツク制御を解除してい
る。

なお、ホールド回路１７で活性判定回路１６か
らの信号をホールドするのは、排気センサー９が
一旦活性化されると、その後エンジン１が停止す
るまでは、その活性状態は継続するものであり、
一方、フイードバツク制御中において、排気セン
サー９の電気信号は排気濃度の変化が少ないとき
には、これに対応して変化量が小さくなるので、
この状態を不活性状態であると判定して、ゲート
回路１４を遮断するのを防止するためであり、そ
の結果排気センサー９の暖機中の電気信号の単位
時間あたりの変化量を確実に検出できるものであ
る。

本発明は上記実施例の構造に限定されるもので
はなく種々の変形例を包含している。すなわち、
上記実施例における制御回路１０の第１判定回路
１９を省略して、第２判定回路２０だけで判定を
行うようにしてもよい。また、上記実施例におい
ては、排気センサー９の電気信号により空燃比を
調整する調整装置８をフイードバツク制御する場
合における適用例を示しているが、その他、排気
ガスを吸気系に還流する排気ガス還流調整もしく
は排気センサー９上流の排気通路３に供給する２
次エアをフイードバツク制御する場合、さらに
は、排気センサー９の信号により単に排気センサ
ー９下流に供給する２次エアを調整するような制
御に対しても、本発明は適用可能である。その
際、空燃比制御もしくは排気ガス還流制御を行う
調整装置は、直接的には排気センサー９によつて
検出する排気ガスの排気濃度を調整するものでは
ないが、間接的に排気ガスの排気濃度を調整する
ことになるものである。さらに、制御回路１０と
してはコンピユータを利用したデジタル方式が適
宜採用可能である。

以上説明したように、本発明によれば、排気セ
ンサーの暖機中の電気信号の単位時間あたりの変
化量を算出するようにしたことにより、排気セン
サーの活性状態を正確に検出することができ、こ
れに基づいて、上記変化量が設定値以上となつた
時に電気信号に応じて各種調整装置の制御を開始
することにより、精度よい制御を行つて運転性能
を改善することができるものである。

【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図は制御回路における活性判定回
路の具体例を示すブロツク図、第３図はエンジン
始動後における時間と排気センサー出力との関係
を示すグラフである。 １……エンジン、３……排気通路、８……調整
装置、９……排気センサー、１０……制御回路、
１６……活性判定回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エンジンの排気通路に配設され、該排気通路
   内の排気ガスの排気濃度に対応した電気信号を出
   力する排気センサーと、排気ガスの排気濃度を調
   整する調整装置と、前記排気センサーの電気信号
   を受けて該排気センサーの暖機中の電気信号の単
   位時間あたりの変化量を算出し、該変化量が設定
   値以上となつた時に前記電気信号に応じて前記調
   整装置の制御を開始する制御回路とからなること
   を特徴とするエンジンの制御装置。