JPS584177B2 - 電子制御噴射エンジンの帰還式空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジンの排便ガス中の有害成分である炭火
水素、一酸化炭素、窒素酸化物を浄化する排気浄化装置
において、排気ガス中の酸素成分量（０量）を感知して
空燃比を検出する空燃比センサと燃料噴射制御用の電子
回路とを備えた電子制御噴射エンジンの帰還式空燃比制
御装置の改良に関する。

従来から用いられたこの種の電子制御噴射エンジンの帰
還式空燃比制御装置は、空燃比が理論空燃比から外れた
ことを空燃比センサが検出したときに一定の時定数をも
って変化する信号を発生させ、該信号と吸気量信号およ
び点火栓用配電器の信号などの補正信号を入力する燃料
噴射制御用の電子回路の出力信号によって空燃比が理論
空燃比に近づくように噴射燃料量を制御するのである。

この場合、燃料は噴射ノズルから吸気へ噴射され、空燃
比センサは排気系の一部に装着されているために、燃約
噴射がら空燃比検出までの間には吸入混合気のシリンダ
内滞溜時間および吸、排気通路通過時間に相当する遅れ
時間がある。

したがって、噴射燃料量はこの遅れ時間分だけ理論空燃
比に相当する量よりもオーバーシュートすることになり
、排気ガスの浄化上好ましくない。

前記オーバーシュートを減ずるには前記時定数を大なら
しめればよいが、そうすわば空燃比が急激に変化したと
きに理論空燃比に落ちつくまでにかなり時間がかかり，
応答性すなわち車両の運転性が低下する。

上記従来装置の燃料噴射調節作用をさらに具体的に説明
すると、第１図において、１はエンジン本体、２は吸入
空気を各シリンダに分配する吸便マニホルド、３は吸気
マニホルド２の吸入口に取り付けた空気清浄器、４は吸
気マニホルド２の空気流量検出器、５は吸気量調節用絞
り弁、６は点火栓用配電器、７は燃料噴射ノズル、８は
排気マニホルド、９は空燃比センサ、１０は燃料噴射制
御用の電子回路で、検出器４、配電器６および空燃比セ
ンサ９からの各電気信号をそれぞれ信号線１１，１２，
１３により入力して、信号線１４から噴射ノズル７に適
正な燃料噴射を行わせるよう指令信号を出力する。

１５は一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物を同時に浄化
する周知の三元触媒装置である。

第２図は空燃比センサ９の周知の特性曲線を示し、空燃
比ρに対し、出力電圧ｅが理論空燃比付近において例え
ば０． ２ Ｖから０６〜０．７Ｖに急変する特性をも
つ。

第３図は電子回路１０のブロック回路図であり、演算増
巾器ＯＰ１の反転入力端には空燃比センサ９の出力電圧
ｅを、また非反転入力端には定電圧Ｅを抵抗Ｒ１，Ｒ２
により分圧して理論空燃比における空燃比センサ９の出
力電圧（例えば第２図において０． ５ Ｖ ）と等し
い電圧を与える。

抵抗Ｒ３およびダイオードＤ１は演算増巾器ＯＰ１の作
動を安定ならしめるためにこれにヒステレシス特性を与
える正帰還素子である。

演算増巾器ＯＰ２と抵抗Ｒ４とコンデンサＣとにより積
分回路Ｉを構成し、演算増巾器ＯＰ１の出力電圧を時間
積分した出力Ｖ。

がパルス巾修正回路１６に出力する。

一方パルス巾制御回路１７は検出器４と配電器６との信
号に基づいて混合気が理論空燃比となるような噴射ノズ
ル制御パルスを発生し、該パルスの巾をパルス巾修正回
路１６において■。

により修正した上でパワートランジスタＴ ｒ １を介
して噴射ノズル７の１駆動ソレノイド７ａを作動せしめ
る。

いま第２図において空燃比センサ出力ｅが０．５■以上
のときは濃混合便、０．５Ｖ以下のときは稀薄混合気で
あると判断するように、演算増巾器ＯＰ１の非反転入力
電圧を０．５■に定めておく。

しかるとき前記ヒステレンス現象を省略すると、演算増
巾器ＯＰ１の出力Ｖｓはｅ＝ｏ．５Ｖを境として反転す
る。

例えばいま運転条件の変化により混合勿が稀薄空燃比と
なって出力ｅが０．ＩＶに低下したとすると、演算増巾
器ＯＰ１は高レベルのステップ出力Ｖｓを生じ、演算増
巾器ＯＰ２の出力Ｖｏは． Ｖｏ ＝−Ｖｓ （ １−ｅ−−）ただしｒ ＝Ｒ，Ｃ
に従って変化する。

パルス巾修正回路１６の出力パルスの巾は出力Ｖｏに比
例して増加し、噴射燃料量ｑは時間ｔに対し第４図の曲
線Ａのように増加する。

゛同図においてｑ。

をある定常運転時の理論空燃比に要求される燃料量、ｑ
１を運転条件変更後の要求燃料量、△ｔを前記遅れ時間
とすれば、△ｔ内に△ｑ１のオーバーシュートを生ずる
ことになる。

曲線Ａの如く時定数ｒを比較的大ならしめておけばオー
バーシュート△ｑ１は小となるが、理論空燃比を回復す
るまでに犬なる時間ｔ１を要し運転性が低下する。

これに反し、運転性を良好ならしめるため時定数ｒを小
ならしめれば、噴射燃料量ｑは曲線Ｂの如く急速に増加
して理論空燃比回復時間が１２に短縮されるが、遅れ時
間△ｔ内におけるオーバーシュート△ｑ２が犬となり、
排気ガス中の有害成分が増加して触媒装置１５の浄化機
能を低下せしめることになる。

上記の如く噴射燃料量を一定時定数をもって変化せしめ
るときは、運転性と排気ガス浄化性のいずれか一方が低
下することは避けられないのである。

本発明の目的は噴射燃料量を理論空燃比近傍に対する燃
料量までを小なる時定数をもって急速に変化させ、該燃
料量に達したのちは自動的に前記時定数を増大させて遅
れ時間内におけるオーバーシュートを減少せしめること
により、運転性と排気ガス浄化機能とを両立せしめる電
子制御噴射エンジンの帰還式空燃比制御装置を提案する
にある。

以下第５図に示す実施例について説明する。

同図において第３図と同符号のものは同一構成部分を示
す。

本発明においては第２図の空燃比特性曲線上において濃
空燃比および稀薄空燃比に対応する２点以上の電圧を検
出する電圧検出器を設ける。

第５図においては、この電圧検出器としてそれぞれ演算
増巾器ＯＰ３，ＯＰ４を含む電圧検出器Ｋ２，Ｋ３を設
けており、該両電圧検出器は演算増巾器ＯＰ１を含む電
圧検出器Ｋ１と同様の回路構成を有し、演算増巾器ＯＰ
１は第３図におけると同様に空燃比センサー９の出力ｅ
が０．５Ｖに達したときに反転し（ヒステレシス現象は
省略、以下同じ）、また演算増巾器ＯＰ３，ＯＰ４はそ
れぞれ出力ｅが０． ２ Ｖおよび０．８Ｖに達したと
き反転するよう抵抗Ｒ７〜Ｒ１ｏ が選定されている。

トランジスタＴｒ２は演算増巾器ＯＰ３の出力を反転す
るＮＯＴ回路を構成し、ダイオードＤ４，Ｄ５と抵抗Ｒ
ｌｌとは前記ＮＯＴ回路の出力と演算増巾器ＯＰ４の出
力とを入力するＡＮＤ回路を構成する。

トランジスタＴｒ３は前記ＡＮＤ回路の出力により導通
ずると切換リレー１８を付勢する。

切換リレー１８は付勢すると接点ａ，ｃが閉じて抵抗Ｒ
５をコンデンサＣに接続し、消勢すると接点ｂ，ｃが閉
じて抵抗Ｒ６（＜Ｒ５）をコンデンサＣに接続する。

いま空燃比センサー９の出力ｅが０． ２ ＜ ｅ ＜
０，８Ｖであるときはほぼ理論空燃比に近く、この場合
は演算増巾器ＯＰ３の出力が負に反転し、トランジスタ
Ｔ ｒ ２は非導通となる。

したがって、そのコレクタ電位は正となり、また演算増
巾器ＯＰ４の出力は正であるから、前記ＡＮＤ回路が出
力してトランジスタＴｒ３は飽和状態となり、リレー１
８が付勢して接点ａ，ｃが閉じる。

出力ｅがｅ ＜ ０． ２ Ｖのときは演算増巾器ＯＰ
３，ＯＰ４は非反転状態にあり、トランジスタＴｒ２は
導通しコレクタは接地電位となってＡＮＤ回路は出力し
ない。

またｅ＞０．８Ｖのときは演算増巾器ＯＰ４が反転する
からこの場合もＡＮＤ回路は出力しない。

したがってｅ ＜ ０． ２ Ｖおよびｅ〉０−８Ｖの
ときはトランジスタＴｒ３は非導通でリレー１８は消勢
し、接点ｂ，ｃが閉じる。

Ｒ５〉Ｒ６であるから、０、２＜ｅ＜０．８Ｖの場合は
積分回路Ｉａの出力の変化時定数Ｒ５Ｃは大であり、ｅ
＜ ０． ２ Ｖおよびｅ＞０．８Ｖの場合の時定数
Ｒ６Ｃは小となる。

したがって空燃比がほぼ理論空燃比付近において変化し
た場合は噴射燃料量は例えば第４図曲線Ａの如く犬なる
時定数をもって変化し、オーバーシュートが少なくなる
。

また空燃比が理論空燃比より大巾にずれた場合は、噴，
射燃料量は先づ第４図曲線Ｂの如く小なる時定数をもっ
て急速に変化し、その結果噴射燃料量が理論空燃比に対
する燃料量９１近くになって０，２〈ｅ ＜ ０． ８
Ｖになれば時定数が大となり、噴射燃料量ｑは曲線Ａ
と同じ割合で変化する。

すなわち噴射燃料量ｑは第６図に示すように折曲線ａ−
ｂ一Ｃに沿って変化し，遅れ時間△ｔ内におけるオーバ
ーシュート△ｑ３は減少する。

上記実施例においては濃空燃比と稀薄空燃比とに対して
各１個の空燃比センサ出力ｅを検出し、該出力ｅに対し
て１個の抵抗Ｒ５を対応させたが、濃空燃比と稀薄空燃
比とに対してそれぞれ複数の空燃比センサ出力ｅを検出
するように電圧検出器を３個以上設け、これらの電圧検
出器の出力を組合せて複数の切換リレーを作動させれば
積分回路ｌａの時定数を３段以上に変化させることも可
能であり、これによって第６図の折線ａ − ｂ −
ｃをさらに細かく折曲させて運転性を良好ならしめると
共に△ｑ３を減少させることかできる。

第７図は濃空燃比と稀薄空燃比とに対して各々２個の電
圧検出器Ｋ２ 、 Ｋ３ 、 Ｋ４ 、 Ｋ５を設けた
回路例を示す。

同図において第５図と同符号のものは同一構成部分を示
し、Ｋ４， Ｋ５はＫ２ 、 Ｋ３と同様に構成される
が、Ｋ４の出力は例えばｃ ＜ ０． １Ｖで反転し、
Ｋ，の出力はｅ＞０．９Ｖで反転するものとする。

しかるとき、空燃比が理論空燃比より著しく外れてｅ＜
０．ＩＶになれば、前記の如く接点ｂ，ｃが閉じる。

しかしこれと同時に、Ｋ４，Ｋ５の出力は非反転であり
、トランジスタＴｒ４は導通ずる。

したがってダイオードＤ７，Ｄ８、抵抗Ｒ１２により構
成される第２のＡＮＤ回路は前記と同様に出力しない。

またｅ＞０．９Ｖのときも前記の如く接点ｂ，ｃが閉じ
るが、同時にＫ５の出力が負に反転するから、この場合
も前記第２のＡＮＤ回路は出力しない。

したがってｅ＜ ０． Ｉ Ｖおよびｅ＞Ｏ〜９■のと
きはトランジスタＴｒ５は非導通でリレー１９は消勢し
、その常閉接点１９ｂは抵抗Ｒ６の一部Ｒ６２を短絡し
ている。

そのため抵抗Ｒ６はＲ６１のみとなり、積分回路■ａの
時定数はＲ６、Ｃに減少する。

かくして噴射燃料量ｑは時定数Ｒ６１Ｃをもって急速に
変化し、その結果０．１＜ｅ＜０．２Ｖ、または０．
８ ＜ ｅ ＜ ０． ９ Ｖになれば、前記第２のＡ
ＮＤ回路が出力してトランジスタＴｒ５が導通し、リレ
ー１９が付勢して接点１９ｂが開く。

そのため積分回路Ｉａの時定数はＲ６Ｃに増加し、以後
は第５図について前記した噴射燃料量の制御が行われる
。

第６図破線ａ − ｄ − ｅ − ｆは上記制御によ
る噴射燃料量ｑの増加曲線を示す。

第８図は、濃空燃比および稀薄空燃比に対してさらに多
数の電圧検出器と切換装置（リレー）とを設けて、噴射
燃料量の変化時定数を細かく制御する場合の抵抗Ｒの切
換回路を示し、制御原理は第７図の回路におけると同様
である。

本発明は上記構成を有し、空燃比が理論空燃比から大巾
にずれたときは噴射燃料量を急速に変化させて運転性を
良好ならしめると共に、該変化により空燃比が理論空燃
比に近づいたときは噴射燃料量を減少させてオーバーシ
ュートを減じ、もって排気ガスの有害成分の増加を防止
して触媒装置の排気ガス浄化機能を充分に発揮せしめう
る効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の電子制御噴射エンジンの帰還式空燃比制
御装置の全体の概略構成図，第２図は空燃比センサの特
性図、第３図は従来装置における燃料噴射制御用電子回
路の要部のブロック回路図、第４図は噴射燃料量の変化
特性図、第５図は本発明の一実症例の要部のブロック回
路図、第６図は本発明における噴尉燃料量の変化特性図
、第７図は他の実施例の要部のブロック回路図、第８図
はさらに他の実施例の抵抗切換回路図である。 ９・・・・・・空燃比センサ、１０・・・・・・空燃比
制御用電子回路、１Ｂ，１９・・・・・・切換装置、Ｋ
２，Ｋ３・・・・・・電圧検出器、Ｃ・・・・・・コン
デンサ、Ｒ５ Ｊ Ｒ６・・・・・一抵抗、（ａ・・・
・・・積分回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 排気ガス成分から空燃比を検出し理論空燃比におい
   て出力が急変する空燃比センサと、空燃比センサ信号と
   目標空燃比信号との偏差信号を出力する比較器と、空燃
   比制御用電子回路とを具えた電子制御噴射エンジンの空
   燃比制御装置において，理論空燃比以外の濃空燃比およ
   び希薄空燃比に対応する２点以上の空燃比センサ出力電
   圧を検出する電圧検出器と、電圧検出器の紹合せ出力に
   より作動する切換装置と、切換装置により選択されたコ
   ンデンサと抵抗とにより時定数か定まる積分回路とを有
   し、理論空燃比との差が大きくなるに従？て該積分回路
   の時定数を小ならしめるように機関の燃料供給量を補正
   制御することを特徴とする電子制御噴射エンジンの帰還
   式空燃比制御装置。