JPS6033987B2 - フイ−ドバツク式空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、機関の排気成分濃度を検出し、この検出結果
をもとに機関への燃料供給量または空気供給量をフィー
ドバック制御し、空燃比を設定値に維持するようにした
フィードバック式空燃比制御装置に関する。

内燃機関の排気成分濃度の検出結果をもとに機関の実際
の空燃比を検出し、これにより機関の実際の空燃比が目
標値と一致するよう機関への燃料供給量、または機関吸
気系への補助空気供給量または機関排気系への２次空気
供給量をフィードバック制御し混合気の空燃比または機
関の排気系に設けられた排気ガス浄化装置へ流入する排
出ガスの空燃比（機関吸気系から排気系の排出ガス浄化
装置にいたる通路中に供給される全空気供給量と全燃料
量との比を示す。

以下、総合空燃比と称する。）を設定値を中心とした極
めて狭い範囲に維持し、もって排出ガスの浄化を図るよ
うにしたフィードバック空燃比制御装置は公知である。
特に排出ガス浄化装置に三元触媒コンバータを用いた場
合は、前記の設定値を理論空燃比とすることで排気ガス
中の有害三成分すなわちＨＣ、Ｃ○、Ｎ○×を同時に低
減せしめることが可能である。このような従来のフィー
ドバック空燃比制御装置について第１図および第２図を
参照して説明する。第１図は機関吸気系の混合気の空燃
比を制御する、すなわち機関吸気系への燃料供給量また
は補助空気供給量を排気センサの検出出力にもとづいて
フィードバック制御する従来周知のフィードバック空燃
比制御装置であり、たとえば米国特許３９０３８５３号
、同３７４５７６８号、同４０２０８１３号、同３９６
０１１８号等に記載されているようなものである。第１
図において１０は内燃機関本体、１１は吸気マニホルド
、１２は排気マニホルド、１３は排気管である。１４は
該排気管１３の途中に設けられた空燃比検出用の排気セ
ンサである。

１５は該排気センサ１４の下流側の排気管１３の途中に
設けられた三元触媒コンバータである。

３１は制御回路であり、排気センサー４の出力を一方の
入力側に、固定レベルの設定値を出力する設定値発生回
路１７の出力を他方の入力側にそれぞれ入力し、排気セ
ンサ１４の出力の大小に応じて、すなわち空燃比の大小
に応じて偏差信号を出力する偏差検出回路１６、および
該偏差検出回路１６の出力の偏差信号を入力し、該偏差
信号の積分分出力「比例分出力等を含んだ空燃比補正信
号を出力する空燃比補正回路１８とを有している。

１９は機関の前記空燃比補正信号を入力としそれに応じ
て吸気マニホルド１１内に供給される燃料の流量または
補助空気の流量を制御するためのアクチュェータである
。

また第２図は機関吸気系の混合気の空燃比を目標値より
若干濃い（ｌｉッチ）側にあらかじめ調整しておき「機
関排気系への２次空気供給量を排気センサの検出出力に
もとづいてフィードバック制御するようにした従来周知
のフィードバック空燃比制御装置であり、たとえば特開
昭５２−１３３４１２号に記載されているごときもので
ある。第２図においては２Ｑは内燃機関本体、２竃は吸
気マニホルドである。２２は排気マニホルドであり、２
次空気分配管２３が取り付けられ排気マニホルド内に２
次空気を供給できるように構成されている。

１３，１４？ １５はそれぞれ第１図のものと同じ排気
管、排気センサ「三元触媒コンバータである。

３２は制御回路であり第８図の実施例と同様に偏差検出
回路１６を有しているが、第竃図に示す空燃比補正回路
１８は有していない。

２８は機関により騒動されるェアポンプであり、２９５
まェァポンプ２８と２次空気分離管２３との間に設けら
れ、制御回路３２の出力を入力し、該制御回路３２の出
力に応じて２次空気の供給量を制御する２次空気ァクチ
ュェータである。

なお２次空気ァクチュェータ２９は第１図の例における
空燃比補正回路１８の機能をも果たすように構成されて
いる。第３図は前記排気センサー４の出力特性図であり
、図から明らかなごと〈排気センサー４は総合空燃比が
理論空燃比（すなわち空気過剰率入：１）よりリッチの
場合は０．９Ｖ程度の出力を発生し、総合空燃比が理論
空燃比（ハ＝１）よりリーンの場合は０．１Ｖ程度の出
力を発生し「 その出力は入＝１付近で急変する。従っ
て排気センサ１４の出力を０．５Ｖ程度の設定値ＶＲと
比較することにより総合空燃比が三元触媒コンバータ１
５の目標空燃比である理論空燃比よりリッチになってい
るかりーンになっているかを検出することができる。こ
の検出結果にもとづき第ｉ図において空燃比制御回路１
８を介してアクチュェータ１９を作動させるかまたは第
２図において２次空気アクチュェータ２９を作動させ、
総合空燃比が目標値よりリッチになれば空気供給量を増
大させるかまたは燃料供給量を減少させて総合空燃比が
リーンに向かうよう修正し、総合空燃比が目標値よりリ
ーンになれば空気供給量を減少させるかまたは燃料供給
量を増大させて総合空燃比がリッチに向かうように修正
し、総合空燃比が目標値と一致するようにしている。こ
こで総合空燃比がアクチュェータ１９または２次空気ア
クチュェータ２９によって修正されてから排気センサー
４がその修正結果を検出するまでにはアクチュェータ１
９または２次空気アクチュヱ−夕２９の取り付け位置か
ら排気センサー４の取り付け位置までを混合気または排
気ガスが移動するのに要する時間お〈れ（以下、移送お
〈れと称する）および排気センサ１４自体の検出おくれ
があり、これらのおくれ時間によって総合空燃比は目標
空燃比を中心にある幅をもってサィクリッ外こ変動する
。第４図はこの様子を示すものであり、図の横軸は時間
、実線Ａは排気センサー４の出力「実線Ｂはアクチュェ
ータ１９または２次空気アクチュェ−夕２９の取り付け
位置での総合空燃比を示す。ＶＲは前記設定値であり入
＝１の線は目標値すなわち理論空燃比を示している。Ｔ
ＡＬはアクチュェータ１９または２次空気アクチュェー
タ２９の取り付け位置での総合空燃比がＩＪ−ンになっ
てから排気センサｉ４がそれを検出するまで、すなわち
排気センサー４の出力がＶＲ以下になるまでのおくれ時
間であり、ＴＡＲはアクチュェータ１９または２次空気
アクチュェータ２９の取り付け位置での総合空燃比がリ
ッチになってから排気センサー４がそれを検出するまで
、すなわち排気センサー４の出力がＶＲを越えるまでの
おくれ時間である。実線Ｂの傾きは空燃比補正回路１８
の特性または２次空気アクチュェー夕２９の特性によっ
て決定される空燃比変化率（制御利得）である。△入Ａ
はこの空燃比変化率と前記お〈れ時間Ｔ＾Ｌ，Ｔ＾Ｒに
よって決定される空燃比変動幅である。この空燃比変動
幅に図からも明らかなごとく、空燃比変化率が小さいほ
ど、またおくれ時間Ｔ仇，Ｔ＾Ｒが短いほど小さくなり
、排気浄化装置を効果的に作動させることができる。と
ころで、排気センサ１４が空燃比のりーンを検出すると
きの設定値をＶＲより高いＶ，に設定し、排気センサ１
４が空燃比のりッチを検出するときの設定値をＶＲより
低いＶ２に設定するようにすれば、前記おくれ時間Ｔ＾
ＬおよびＴ＾ＲをそれぞれＴＢＬ，ＴＢＲに減少させ得
ることが知られている。

この場合の排気セソサ１４の出力は第４図破線Ｃに示す
ように変化し、また総合空燃比は第４図破線Ｄのように
変化する。このようにすれば、空燃比変動幅は△入Ａよ
りも小さい△＾Ｂとなり、排気浄化装置をよりいっそう
効率的に作動させることができる。このように排気セン
サ出力と比較させる設定値にヒステリシス特性を持たせ
るようにしたフィードバック式空燃比制御装置としては
特関昭５２一１１４８２１号に記載されたごとさものが
知られている。

この従来公知の装置は、排気センサ出力が設定値ＶＲ以
上であるか以下であるか、排気センサ出力が増大しつつ
あるか減少しつつあるかおよび排気センサ出力が設定値
ＶＲを中心に土△Ｖの範囲内にあるか杏か（なおＶＲ＋
△ＶをＶ，に、ＶＲ−△ＶをＶ２に設定してある）の３
種類の条件を検出し、これらの条件を論理回路により処
理して前記のヒステリシス特性を与えるようにしている
。ところが、この従来装置においては上記のとおり検出
条件が多いため、複雑な論理回路を必要としていた。ま
た排気センサ出力が経時変化や温度変化などにより第４
図の一点鎖線Ｅに示すように変化した場合は、もはやヒ
ステリシス特性を与えることができなくなり、排気セン
サ出力の微分値のみに応じて制御が行なわれてしまうと
いう問題を有していた。本発明の目的は前記従来装置の
欠点を解消し簡単な回路構成によって排気センサ出力特
性の変化にかかわらず確実に前記ヒステリシス特性を与
えることのできるフィードバック空燃比制御装置を提供
することにある。

本発明の特徴は或る時定数をもって増幅度を変化させ、
排気センサ出力の変化にかかわらず出力を同一に維持す
るような自動利得制御増幅器（以下、ＡＧＣ増幅器と略
称する）を介して排気センサの出力を前記偏差検出回路
に入力させるようにしたところにある。以下本発明の一
実施例を第５図乃至第１０図により詳細に説明する。

第５図は本発明の一実施例の制御回路図である。図にお
いて５川ま自動利得制御増幅器（ＡＧＣ増幅器）であり
５５はその入力端子である。入力端子５５には排気セン
サ１４の出力信号が入力される。５１は利得可変増幅器
であり積分回路５２より出力される制御電圧Ｖｃの大き
さによって第６図に示すように増幅度を変化させる。

なお第６図に示すＧは利得可変増幅器の最大の増幅度を
示している。５３は比較回路、５４は基準電圧発生器で
あり、基準電圧Ｖｓを出力する。

比較回路５３は前記利得可変増幅器５１の出力電圧と基
準電圧Ｖｓとを比較し、利得可変増幅器５１の出力電圧
が基準電圧Ｖｓを上回ると積分回路５２に高レベルの電
圧信号を送り、利得可変増幅器５１の出力電圧が基準電
圧Ｖｓを下回ると積分回路５２に低レベルの電圧信号を
送る。積分回路５２は高レベルの電圧信号が入力させた
場合すなわち利得可変増幅器５１の出力電圧が基準電圧
Ｖｓを上回った場合は固有の時定数により利得可変増幅
器５１へ出力する制御電圧Ｖｃを徐々に増大させ、利得
可変増幅器５１の増幅度が徐々に低下させる。一方積分
回路５２に低レベルの電圧信号が入力された場合すなわ
ち利得可変増幅器５１の出力電圧が基準電圧Ｖｓを下回
った場合は固有の時定数により利得可変増幅器５１へ出
力する制御電圧Ｖｃを徐々に減少させ、利得可変増幅器
５１の増幅度を徐々に増大させる。

従って利得可変増幅器５１は入力電圧が積分回路５２の
時定数に比べて極めてゆっくりとした変化をしている場
合は入力電圧の大きさにかかわらず出力電圧が前記基準
電圧ｖｓと同一の値に固定されることになる。この特性
を第７図に示す。

第７図において横軸は利得可変増幅器５１の入力電圧す
なわち排気センサー４の出力信号を示し、縦軸は利得可
変増幅器５１の出力電圧を示す。傾き８，は利得可変増
幅器５１の最大増幅度を示す。従って排気センサ出力が
Ｖ３以下のときは利得可変増幅器５１の出力は基準電圧
Ｖｓには達せず、排気センサの出力に最大増幅度８，を
乗じた値が出力電圧となる。排気センサ出力カＷ３を越
えると利得可変増幅器５１の出力電圧は静的特性で考え
れば前記したとおり基準電圧Ｖｓに固定されてしまうこ
とになる。すなわち、排気センサの出力がＶ４に示す値
であれば利得可変増幅器５１の増幅度は８２ にまで低
下することになる。利得可変増幅器５１の出力電圧は偏
差検出回路１６の一方の入力端子（非反転入力端子）に
入力される。偏差検出回路１６の他方の入力端子（反転
入力端子）には設定値発生回路５７から一定レベルの設
定値ＶＰが入力される。ＶＰの値は前記基準電圧Ｖｓよ
り低い値とされる。その値はＶｓの８０％〜９０％が好
ましい。偏差検出回路１６の出力は前記第１図および第
２図に示す従来装置同様に空気比補正回路１８を介して
ァクチュェータ１９にまたは直接２次空気アクチュェー
タ２９に伝達され、空燃比の補正が行なわれる。次に排
気センサの出力電圧が積分回路５２の時定数に比べて短
い時間隅で変動している場合のＡＧＣ増幅器６０の動作
について第８図および第９図を参照して説明する。

説明の簡略化のため入力端子５５に加えられる排気セン
サー４の出力信号を第８図に示すような矩形波として考
える。排気センサ１４の出力が第８図の実線にて示すよ
うに最大値Ｖ５と最小値Ｖ６との間で変動している場合
を考える。この場合最大値Ｖ５が高いため利得可変増幅
器５１の増幅度は低下させられて８３〜８４となってい
る。この理由については後ほど説明する。時刻りこおい
て排気センサー４の出力はＶ５からＶ６へステップ的に
低下する。このとき利得可変増幅器５１の出力はＶ，３
となり基準電圧Ｖｓよりも低くなるため、積分回路５２
の出力は徐々に低下し利得可変増幅器５１の増幅度がａ
３から８４へと徐々に増大し、その出力はＶ，３からＶ
，４へと徐々に増大していく。時刻らもこおいて排気セ
ンサー ４の出力はＶ６からＶ５へステップ的に増大し
、そのため利得可変増幅器５１の出力もＶ，４からＶ，
５へとステップ的に増大する。その後は利得可変増幅器
５１の出力が基準電圧Ｖｓを上回るため積分回路５２の
出力信号Ｖｃは徐々に増大し利得可変増幅器５１の増幅
度８４から８３へと徐々に低下しその出力信号はＶ，５
からＶ，６へと徐々に低下していく。時刻ｔ３において
排気センサ１４の出力信号がＶ５からＶ６へステップ的
に低下すると利得可変増幅器５１の出力は再び基準電圧
Ｖｓより低下し、前記の動作を繰り返すこととなる。従
ってこの場合利得可変増幅器６１の出力信号は第９図の
実線で示すような右回りのループを描いて変化する。偏
差検出回路１６はこの利得可変増幅器５１の出力と設定
値ＶＰとを比較し、利得可変増幅器５１の出力が設定値
ＶＰを下回ったとさすなわち排気センサ１４の出力が低
下してＶ９を下回ったときから再び増大してＶ，ｏに達
するときまでをリーン状態と判別し、利得可変増幅器５
１の出力が設定値ＶＰを上回ったときすなわち排気セン
サー４の出力が増大してＶ，ｏを上回ったときから再び
低下してＶ９に達するまでをリッチと判断する。このた
め、排気センサー４の出力が増大しつつあるときの比較
レベルを排気センサー４の出力が低下しつつあるときの
比較レベルよりも低くすること、すなわち前記のヒステ
リシス特性を与えることができる。一方、排気センサ１
４の出力信号が経時変化や温度変化により第８図の破線
にて示すような特性になっている場合、すなわち最大値
Ｖ７と最小値Ｖ８との間で変動している場合を考えると
、このときは排気センサ出力の最大値Ｖ７が低いために
利得可変増幅器５１の増幅度は最大増幅度近くに増大し
て０５ 〜ａ６ になっている。（この理由については
後ほど説明する。）時亥山，において排気センサ１４の
出力はＶ７からＶ８へステップ的に低下する。このとき
利得可変増幅器５蔓の出力はＶ，７となり基準電圧Ｖｓ
よりも低くなるため積分回路５２の出力は徐々に低下し
利得可変増幅器５１の増幅度は８５からａ６へと徐々に
増大しその出力はＶ，７からＶ，８へと徐々に増大して
いく。時刻ら‘こおいて排気センサ１４の出力はＶ８か
らＶ７へとステップ的に増大し、そのため利得可変増幅
器６１の出力もＶ，８からＶ，７へとステップ的に増大
する。その後は利得可変増幅器５１の出力が基準電圧Ｖ
ｓを上回るため、積分回路５２の出力信号Ｖｃは徐々に
増大し利得可変増幅器５１の増幅度がａ６から８５へと
徐々に低下しその出力信号はＶ，９からＶ２。へと徐々
に低下していく。時刻ら１こおいて排気センサ１４の出
力信号がＶ７からＶ８へとステップ的に低下すると利得
可変増幅器５１の出力信号は再び基準電圧Ｖｓより低下
し、前記の動作を繰り返すこととなる。従ってこの場合
利得可変増幅器５１の出力信号は第９図の破線で示すよ
うな右回りのループを描いて変化する。そのため、偏差
検出回路１６は前記の場合と同様に排気センサー４の出
力がＶ，．を下回ったときにリーン信号を出力し、排気
センサー４の出力がＶ，２を上回ったときにリッチ信号
を出力する。Ｖ，，はＶ，２よりも高レベルであり、従
って排気センサ１４の出力が経時変化や温度変化により
変化した場合であってもやはり前記のヒステリシス特性
を与えることができる。なお、排気センサ出力の最大値
の変化により利得可変増幅器５１の増幅度が変化するこ
とについて第１０図を参照して説明する。

第１０図は利得可変増幅器５１の出力信号の時間的変化
を示す図であり、排気センサ１４の出力が実際には第８
図に示すような完全な矩形波にならず第４図Ａ，Ｃ，Ｅ
に示すようななだらかな波形となるため、利得可変増幅
器５１の出力信号も同じようななだらかな波形となる。
第１０図の実線は利得可変増幅器５１がある一定の平均
増幅度をもって排気センサー４の出力信号を増幅してい
るときの利得可変増幅器５１の出力信号を示している。
利得可変増幅器５１の平均増幅度が変化しないのである
から、その出力信号の変化の周期をＴとすれば、出力信
号が前記基準電圧Ｖｓより大となる期間すなわち増幅度
を一定の時定数で減少させている期間Ｔ，と、出力信号
が前記基準電圧Ｖｓより小となる期間すなわち増幅度を
一定の時定数で増大させている期間（Ｔ−Ｔ，）とは等
しいはずであり、従ってＴ，＝１／２Ｔとなっている。
ここで排気センサー４が経時変化や温度変化により変化
しその最大出力が低したとすると、利得可変増幅器５１
の平均増幅度が変化しないと仮定すればその出力は第１
０図の破線のようになる。このとき、利得可変増幅器５
１の出力信号が基準電圧Ｖｓを上回る期間はＴ２となり
これは図からも明らかなとおり前記Ｔ，より小となる。
従って増幅度を一定の時定数で減少させている期情町２
が、増幅度を一定の時定数で増大させている期間（Ｔ−
Ｔ２）よりも短くなるので平均増幅度は増大させられる
こととなる。すなわち排気センサ１４の最大出力が低下
すればこのように利得可変増幅器５１の平均増幅度は自
動的に増大させられ、排気センサ１４の最大出力が増大
すれば前記とは逆の作用により利得可変増幅器５１の平
均増幅度は減少させられることとなる。このように、本
発明においては排気センサー４の出力特性の変化にかか
わらず、排気センサ出力の比較レベルに前記ヒステリシ
ス特性を与えることができ、排気系に設けられた排気浄
化装置を効果的に作動させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は機関吸気系の混合気の空燃比を制御するように
した従来のフィードバック空燃比制御装置の概略構成図
、第２図は機関排気系への２次空気供給量を排気センサ
の検出出力にもとづいてフィードバック制御するように
した従来のフィードバック空燃比制御装置の概略構成図
、第３図は排気センサの出力特性図、第４図は排気セン
サの出力および総合空燃比の時間的変化を示す図、第５
図は本発明に係る一実施例の構成図、第６図は利得可変
増幅器の増幅度と制御電圧との関係を示す特性図、第７
図は自動利得可変増幅器の静的な特性を示す図、第８図
は排気センサの出力を矩形波と仮定した場合の該排気セ
ンサ出力の時間的変化を示す図、第９図は排気センサ出
力が第８図のごとく変化している場合の自動利得可変増
幅器の出力特性図、第１０図は利得可変増幅器の出力信
号の時間的変化を示す図である。 １４：排気センサ、１６：偏差検出回路、１７：設定値
発生回路、１８：空燃比補正回路、１９：アクチュェー
タ、２９：２次空気アクチュェータ、３１，３２：制御
回路、５０：自動利得可変増幅器（ＡＧＣ増幅器）、５
２：積分回路、５７：設定値発生回路。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第Ｔ図 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 排気成分濃度を検出する排気センサ、該排気センサ
   の検出出力信号を入力とし、空燃比制御信号を出力する
   制御回路、および前記空燃比制御信号を入力とし該空燃
   比制御信号に応じて総合空燃比を目標値に修正するアク
   チユエータを有するフイードバツク式空燃比制御装置に
   おいて、前記制御回路は、排気センサ検出出力信号を入
   力とし排気センサの変化にかかわらず出力を一定とする
   よう或る時定数をもつて増幅度を変化させるようにした
   自動利得制御増幅器、固定レベルの設定値を出力する設
   定値発生回路、および前記自動利得制御増幅器の出力と
   前記設定値とを比較判別する偏差検出回路とを有してい
   ることを特徴とするフイードバツク式空燃比制御装置。