JPS6043140A - 内燃機関の空燃比制御方法及び装置 - 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】 イ）技術分野 本発明は内燃機関の空燃比制御方法及び装置、更に詳細
には燃焼された混合気の酸素成分を検出する酸素センサ
（λセンサ）を用いて内燃機関に供給される混合気の空
燃比を制御する内燃機関の空燃比制御方法及び装置に関
する。

町従来技術 通常酸素センサは濃厚な混合気に対しては「ハイレベル
」（約ＩＶ）の信号を、又希薄な混合気に対しては「ロ
ーレベル」（約５０　ｍ　Ｖ　）を出力し実質的にパイ
ナリイ々出力信号を発生する。この酸素センサのハイレ
ベルからローレベルへアルいはその逆への切り替え点は
はソ空気比が正確に化学計量的な理論値に対応するλ−
１の空気比になったとどろに存在する。

して空燃比が調節される。酸素センサが濃厚々混合気を
検出すると、例えば燃料供給量が絞られ、それによシ混
合気は希薄になり、混合気が内燃機関を通過する所定の
時間経過したあと酸素センサにより混合気が希薄に々っ
だことが検出される。

テ」 一方こんどは燃料供給装置を介して掲合気が濃厚化され
、酸素センサは再び混合気が濃くなったことを示すよう
になる。このようにして酸素センサの出力信号は過遮状
態において「ハイレベル」「ローレベル」の二つの状態
間を何度も切り替わることになる。

酸素センサの出力信号を処理するのに従来のλ制御（空
燃比を所定゛の値にするためのフィードバック制御）で
は例えば回転数に順応させたＰＩ調節器が用いられてい
る。この調節器のＰＣ比例）及び■（積分）成分は種々
の理由から勝手々値に選ぶことはできない。その理由は
一つには内燃機関を通過する空気燃料の混合気に上述し
たような遅延時間が発生し、それによってダイナミック
な不整合（ミスマツチ）が発生し排気ガスが不本意に大
きくなるからであり、又内燃機関の走行特性が定常状態
においても好捷しく々い値を発生させてしまうからであ
る。

この欠点を解消するために、また制御装置の遅延を改善
するためにドイツ特許公開公報第２２０６２７６号には
酸素センサ出力信号の二つの切り替え動作量の時間を検
出し所定め時間が経過し、その間に切り替えが発生しな
いと積分調節器の時定数を他の値、特に小さな値に切り
替えるようにしたλ制御装置が提案されている。

上 このような従来の制御装置は、実質状満足のいくもので
あるが、排気ガス放出を考えた場合内燃機関の出力特性
を最適なものにすることができない。

又このような従来の制御装置であっても内燃機関を種々
に運転してみると、特性に遅れが発生し排気ガス特許を
悪化させたり走行特性が悪くなったシしてし捷うという
問題が発生する。

ハ）目　的 ↑ 従って本発明はこのような従来の欠点を解消するために
なされたもので、λ制御におけるミスマツチを減少させ
、有害な排気ガスの発生を減少させるとともに、走行特
性を改善した内燃機関の空イ多５ 燃比制御方法及び装置を提幽することを目的とする。

本発明によればこの目的を達成するために酸素センサの
出力時間が所定の監視時間不変な状態を保った場合、そ
の監視時間が経過後酸素センサの出力信号を処理する信
号処理回路の出力値を飛躍的に変化させる構成を採用し
た。

二）実施例 以下図面に示す実施例に従い本発明の詳細な説明する。

第１図（ａ）には酸素センサーｏが等価回路で図示され
ており、この酸素センサー０は電源Ｕ、と抵抗Ｒ４の直
列回路として図示されている。成木センサ１０の出力信
号Ａは信号処理回路１３に入力される。この信号処理回
路１３は比較回路１４、λシフト回路１５、積分制御回
路１６並びに増幅器１７の直列回路から構成されている
。符号Ｅで図示した増幅器１７の出力信号は少くとも空
燃比を調節する操作部材（アクチュエイタ）を駆動する
駆動信号を補正する機能を果たす。積分制御回路１日に
は例えば実際の態別供給量ないし空気流量Ｑ、回転数ｎ
、負荷りあるいは温度θ等の矢印で図示した内燃機関の
１駆動パラメータ（動作特性量）が入力される。更に積
分制御回路１６はリード線を介して比較回路１４、制御
回路１８並びにカウンタ１９と接続されている。

この制御回路１８は、Ｑ＋ｎ＋θ等内燃機関の駆動パラ
メータを示す信号やアイドリング（ｉｆ、　Ｌ　）ある
いは全負荷（ＶＬ）を示す信号等が入力される。Ｂで示
した比較回路の出力信号はカウンタ１９だけではなくク
ロック発生器２０にも入力される。このクロック発生器
２０には、例えばＱ　Ｔ　ｎ＋θ等の内燃機関の特性を
示す信号が入力される。

クロック発生器２０とカウンタ１９間の接続は点線で示
したスイッチ２１により遮断するように構成されており
、その場合クロック発生器２ｏの出力信号Ｃをリセット
回路２２を介１７てカウンタ１９の入力端子Ｆに入力さ
せるようにすることができる。このリセット回路２２に
は遅延回路２３を介して比較回路１４からの出力信号Ｂ
が入力される。

カウンタ１９の出力信号はテジタルアナログ変換器２４
に入力される。このテジタルアナログ変換器の出力側は
リード線りを介して二つのコンテンツ２５　、２６の直
列回路を経て増幅器１７０入カ端子に接続される。コン
デンサ２５にはそれと並列に抵抗２７が接続されている
。

第１図（１））にはり七ノド回路２２の詳細な構成が図
示されている。クロック発生器２０の出カ信月（：にＪ
、１２１１７）　”　ルア、　全発生する単安定マルチ
バイフＬ／−タ２８とオアゲート２９に入力される。ま
たｉｌｌ安定マルチバイブレーク２８は後段に接続され
た他のｔ）′１−安定マルチハイブレータ３０の「イネ
ーブル」入力端子に接続される。単安定マルチバイブレ
ーク３ｏけ遅延回路２３に接続され、この遅延回路２３
が比較回路１４の出力と接続されている。単安定マルチ
バイブレーク３０の出力信号はオアゲート２９の他方の
入力端子に接続され、そのオアゲートを介してカウンタ
１９が駆動される。スイッチ２１の機能により、それが
接続されるとＣとＦの点が接続されリセット回路２２が
不動作となり、又スイッチ２１が開放するとＣとＦがリ
セット回路２２を介して接続されることになる。

次に本発明による装置の動作を第２図に図示した信号波
形図を参照して説明する。酸素センサ１０の出力信号の
特性は第２図（Ａ）に図示されたようを形状となり、こ
の信号は例えばシュミットトリガ回路として構成された
比較回路１４に入力される。

比較回路の出力には第２図（功に図示したような傾斜の
急な矩形信号が発生する。クロック発生器２０ばそれぞ
れ信号Ｂの立ち下がり端及び立ち上がり端によってリセ
ットされる。リセット後ｔ１で示した監視時間が経過し
、その間に信号Ｂの立ち上がり端あるいは立ち下がシ端
が発生しない場合には時間ｔ１にクロックパルスを発生
する。この場合ｔ１の監視時間の長さは内燃機関の種々
の駆動パラメータ、例えば空気流量、回転数、あるいは
温度等の駆動パラメータに従って変えられるようになっ
ている。いずれにしても監視時間１工は全制御系のデッ
ド時間（不感時間）と同じかそれよりも太きいように選
ばれる。

この監視時間１１の間に比較回路１４の出力信号Ｂｐ；
変化しない場合には、クロック発生器２ｏは１．の時間
毎にパルスを発生し、このパルスはカウンタ１９によシ
カラントされる。これに対して監視時間１、の間に比較
回路１４の出力信号が変化すると、クロック発生器２０
はすセットされるので出力信号は発生し々くなる。この
ようにクロック発生器の出力信号のパルス発生状態が酸
素センサ信号Ａに対応して第２図Ｉ（Ｑに図示されてい
る。点線で示した線はクロック発生器２０がリセットさ
れることを示している。

スイッチ２１が閉じ、リセット回路２２が不動作となる
場合には、カウンタ１９には直接パルス列Ｃか入力され
る。カウンタ１９は好ましくは可逆カウンタとして構成
されており、そのカウント方向（正方向あるいは負方向
）は比較回路１４の出力信号Ｂのレベルによって決めら
れる。デジタルアナログ変換器の出力にあられれる信号
が第２図（Ｄに図示されている。同図から信号Ｂのレベ
ルが低い場合にはカウンタはクロック発生器２０によっ
て発生するパルス毎に減数されることが理解できる。同
様に比較回路の出力電圧Ｂが正の値をとるとデジタルア
ナログ変換器から得られる出力電圧はパルスＣの発生毎
に大きくなる。このようにしてカウンタ１９のカウント
値はλ制御を行なう場合の補正値、すなわち空燃比の実
際値と理論値の偏差量に対応した値となっている。

比較回路１４の出力信号は又λシフト回路１５に入力さ
れる。このλンフト回路は例えば信号端部の傾斜に従っ
て矩形パルスを遅延させるもので、それにより空燃比を
理論値と異なるものに調節することができる。積分制御
回路１６ではλシフト回路１５のに翫＋信号に従って逆
極性の二つの電源が交互に駆動される。ここでデジタル
アナログ変換器２４の出力が一定の値であるとする。増
幅器１７の出力には第２図の）で示した信号Ｅが発生す
る。この信号により燃料供給量が補正される。なお同図
において点線で示したものは従来の方法によって得られ
る特性を示す。第２図■には異なる補正値を発生させる
例えば二つの異なる負荷状態に変化する様子が図示され
ている。λシフト回路１５の出力信号に従ってコンデン
サ２６は積分制値１回路１Ｇの二つの電源の一方により
充電される。信号Ｂが切り替わると第２の電源が作動し
コンデンサ２６は放電される。コンデンサ２６の充放電
に伴う変化量はコンチン日ノ−２５と抵抗２７の並列回
路によって決められる。

本実施例の場合この値は第２図（１つに図示したように
Ｐｌで示されている。積分制御回路１６の切り替えで１
駆動される電源は例えば回転数ＩＬ負イ：ロ・、シ、ゼ
；相供給量Ｑあるいは温度θ等のような内燃機関の種々
な１駆動パラメータに従って制御することが可能である
。

本発明の装置に従って増幅器１７の出力にあらゎれる信
号特性が第２図（ト）で実線で図示されている。

酸素センサ１０のスイッチング時間が監視時間ｔ、より
犬きくなる場合は点線で図示した特性からのずれが発生
する。その場合クロック発生器２０からパルスが発生し
、上述したようにこのパルスによってデジタルアナログ
変換器２４の出力には飛躍的な電位変動があられれ、こ
れがコンデンサ２５　、２６並びに抵抗２７を介して増
幅器１７の入力端子に伝達され、増幅器１７ノからの出
力信号もそれに対応して飛躍的な電位変動が現われる。

このように本発明装置による不整合（ミスマツチ）の時
間ｔＦと従来装置へのミスマツチの時間ｉｓと比較して
みると本発明での効果がよく理解できる。すなわち本発
明による方法ならびに装置ではミスマツチの時間が顕著
に減少されることが理解できる。

第２図（ｈ線で図示したものは従来装置を利用した場合
の酸素センサのスイッチング特性を示したもので、酸素
センサはｔｓとｔＦ時間差ΔｔＰたけ遅れてハイレベル
からローレベルに切り替えられて電位変動Ｐ２の大きさ
はデジタルアナログ変換器２４の感度によって決められ
、又これによっても調節することができる。増幅器１７
からの出力信号Ｅにより噴射時間は例えば次のように、
すなわち混合気が希薄々（ローレベル）場合には燃料が
増量され又混合気が濃厚々場合（ハイレベル）燃料供給
量が減量されるように補正される。

第１図−気線で図示されたり七ツ］・回路ηは次のよう
な機能を有する。例えば監視時間１．の時間が経過して
比較的わずかな時間内に酸素センサの信号が変化する場
合にはＤの点における電位を増減させる必要性は発生し
ない。従ってこのような場合にはリセット回路２２が作
動され、前の動作を中性化する。すなわちデジタルアナ
ログ変換器１４の出力信号は前の値にリセットされる。

これを実現するために第１の単安定マルチバイブレーク
２８を用いて所定の時間ｔ２が定められる。この時間ｔ
２は好ましくは監視時間１、の半分に選ばれるが、もち
ろん他の値をとるようにすることもできる。第２の単安
定マルチバイブレーク３０はこの時間ｔ２の間比較回路
１４の信号変化を検知する。従ってクロック発生器２０
がパルスを発生すると、時間１□の間単安定マルチバイ
ブレータ３０が１駆動される。この時間＋　２の間酸素
センサがハイレベルからローレベルないしはその逆に切
り替わると、単安薙−ルチバイブレータ３０はこの電圧
変動に従って出力信号を発生し、これがオアゲート２９
を介してカウンタ１９に入力される。この電圧パルスに
よってクロック発生器２０からのパルスは常に無効にさ
れる。というのは酸素センサの出力信号の変化によりカ
ウンタ１９のカウント方向が変わるからである。遅延回
路２３はパルス列Ｂを少し遅延させ、カウンタ１９のカ
ウント方向を確実に切り替えさせる機能を有する。

り十ノド回路２２の出力にあられれる信号Ｆが第２図（
ト）に図示されている。本実施例の場合時間ｔ２は監視
時間ｔ１の半分に選ばれる。単安定マルチバイブレータ
２８が駆動されるのに対応しＴ時間ｔ□の後時間ｔ２が
経過する。この例では酸素センサのスイッチング動作が
このよう々時間１２内で行なわれる。このようにしてリ
セット回路２２によって発生されたパルスが第２図［Ｆ
］で矢印で図示されている。

それに対応してカウンタ１９のカウント状態、従って第
２図（ｑで図示したデジタルアナログ変換器２４の出力
であられれる電圧も変化する。

このようにリセット回路２２を用いた場合の増幅器１７
の出力信号が第２図σ→に図示されている。この図から
明らかなように、この付加的なパルスが発生した場合増
幅器１７の出力電圧の変動ｄ、その据幅が（Ｐ、　十Ｐ
２）となり、従って前のＰ２の変動が相殺されることが
理解できる。

又制御回路１８により内・燃機関か所定のｊ駆動状態に
橙っだ場合、例えばアイドリンク（■・Ｊ、　）や全負
荷状態（ｖ　ｉ、　）になった場合にはこのようなフィ
ードバックの制御を遮断し、開ループ制御に基づいた混
合気の形成に移すことか可能になる。この場合カウンタ
１９は制御回路１８により所定の、駆動パラメータに基
づいた所定の言１数値にセットされ杭 このように本発明装置によれば制御装置の応答特性を極
めて速いものにすることができるので、有害な排気物質
を最少にすることができるとともに内燃機関の出力発生
を最適にすることができる。

なお監視時間ｔ２の長さは内燃機関の駆動パラメータに
従って変えることもでき、あるいは監視時間ｔ１に従属
して調節するようにすることもできる。

更に本発明による装置は上述した実施例に示した信号処
理回路に限定されるのではなくマイクロコンピュータを
用いた信号処理ユニットにも適するものである。マイク
ロコンピュータを用いて制御を行なう場合上述した説明
から簡単に行なうことができるのでここでは詳細に説明
し々い。

信号処理回路１３、特に積分制御回路１６の機能がそれ
に対応してプログラムされたマイクロコンピュータによ
り実現でき、積分が加算によって置き変えることができ
る場合には、積分制御回路１６をカウンタ１９により直
接駆動することが可能になる。

例えば積分制御回路１６の出力値はリード線３２を介し
てカウンタ１９と接続されるＡＬＵ　３３　（演算論理
ユ二ツ日を介してソフトウェアにより実現でき為カウン
タ１９を用いて直接変化させることが可能になる。

ホ）効　果 以上説明したように本発明による混合気のλ制御方法並
びにその装置ではλ制御のダイナミックな特性、特に不
正確なアイドリンク調節によるミスマツチが生じた場合
の特性を改善することができるので、有害な排気物質の
放出を減少できるとともに、排気ガス装置に用いられて
いる触媒の全体の変換効率を向上させることができると
いう利点が得られる。更に本発明によればミスマツチを
’ｒＩ！ｒｒ著に減少することができるという効果も得
られる。

更に本発明によればリセット回路を用いることにより制
御装置の過制御を補正することが可能になる。

又本発明による装置は酸素センサの出力信号を処理する
場合アナログ的にも又デジタル的にも同様に処理するこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

／ｎ） る信号波形図である。 １０・・酸素センサ、　１４・比較回路、１５・・・λ
ンフト回路、１６・・積分制御回路、１７・・・増幅器
、　１８・・制御回路、１９・・・カウンタ、　２０・
・・クロック発生器、２４・・・テジタルアナログ変換
器、 ２８　、３０・・・単安定マルチバイブレータ。 第１頁の続き ＠発明者　ハンス噛シュヌーレ　ド ク ＠発明者　ウルリツヒ・シュタイ　ド ンブレンナー　ケ： イツ連邦共和国７１２１つ゛アルハイム・モーツァルト
ウ゛エーイツ連邦共和国７０００シュトウットガルトト
パウルリンンユトラーセ　３７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）　酸素センサと、この酸素センナに接続され酸素
   センサからの信号を処理する信号処理回路とを備え、設
   定可能表所定の時間経過後酸素センサの少くとも二つの
   切り替え動作量での処理特性を内燃機関の動作特性量に
   従って変化させることが可能な内燃機関の空燃比制御方
   法において、酸素センサの出力信号が所定の監視時間（
   ｔ、）変化しんい状態があられれた場合、その監視時間
   経過後信号処理回路（１３）の出力値を飛躍的に変化さ
   せることを特徴とする内燃機関の空燃比制御方法。 （２）前記監視時間（１、）を内燃機関の、駆動パラメ
   ータに従って調節できるようにした特許請求の範囲第１
   項に記載の内燃機関の空燃比制御方法。 （３）前記監視時間（ｔｌ）を混合気の遅延時間によっ
   て定められる信号処理回路（１３）の不感時間よりも大
   きく選ぶようにした特許請求の範囲第１項又は第２項に
   記載の内燃機関の空燃比制御方法。 （４）信号処理回路（１３）の出力値（Ｅ　、　Ｈ）の
   変動の大きさをデジタルアナログ変換器（２４）の感度
   に従って決めるようにした特許請求の範囲第１項、第２
   項又は第３項に記載の内燃機関の空燃比制御方法。 （５）酸素センサの出力信号が監視時間（ｔｌ）に続く
   所定の時間（１２）内に変化した場合は信号処理回路（
   １３）の出力値（Ｅ、　ｌ−１）の変動を相殺するよう
   にした特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか
   １項に記載の内燃機関の空燃比制御方法。 （６）前記所定の時間（ｔ２）を監視時間（ｔｌ）に従
   って調節できるようにした特許請求の範囲第５項に記載
   の内燃機関の空燃比制御方法。 （７）前記所定の時間（ｔ２）を内燃機関の種々の駆動
   パラメータに従って調節できるようにした特許請求の範
   囲第５項又は第６項に記載の内燃機関の空燃比制御方法
   。 （８）信号処理回路（１３）の出力信号（Ｅ　、　）ｌ
   ）によって内燃機関の混合気の空燃比を調節するように
   した特許請求の範囲第５項から第７項までのいずれか１
   項に記載の内燃機関の・空燃比制御方法。 （９）酸素センサと、この酸素センサに接続され酸素セ
   ンサからの信号を処理する信号処理回路とを備え、設定
   可能な所定の時間経過後酸素センサの少くとも２つの切
   り替え動作量での処理特性を内燃機関の動作特性量に従
   って変化させることが可能な内燃機関の空燃比制御装置
   において、信号処理回路（１３）の出力信号を変化させ
   ることが可能なカウンタ（１９）を設け、このカウンタ
   の計数状態を所定の監視時間（ｔｌ）が経過後酸素セン
   サ（１０）のの出力信号（Ａ）に従って飛躍的に変化さ
   せるようにしたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御
   装置。 （１０）　カウンタの計数方向を酸素センサ（１０）の
   出力電位により決めるようにした特許請求の範囲第９項
   に記載の内燃機関の空燃比制御装置。 （１１）前記カウンタの計数状態をデジタルアナログ変
   換器（２４）によりアナログ量に変換し、それにより信
   号処理回路（１３）の出力値（Ｅ　、　Ｈ）を飛躍的に
   変動させるようにした特許請求の範囲第９項又（１２）
   前記監視時間（ｔｌ）が経過後駆動されるリセント回路
   （２２）を設け、監視時間に続く所定の時間’（ｔｌ）
   の間に酸素センサ（１０）の出力値が変化したときカウ
   ンタの計数値を前の値に戻すようにした特許請求の範囲
   第９項から第】１項寸でのいずれか］項に記載の内燃機
   関の空燃比制御装置。 （１３）所定の時間（ｔｌ）を監視時間（１１）に従っ
   て調節できるようにした特許請求の範囲第１２項に記載
   の内燃機関の空燃比制御装置。 （１４）前記所定の時間（ｔｌ）を内燃機関の種々の駆
   動パラメータに従って調節できるようにした特許請求の
   範囲第１２項又は１３項に記載の内燃機関の空燃比制御
   装置。 （１５）前記監視時間（ｔｌ）を内燃機関の種々のパラ
   ′燃比制御装置。 （Ｉ６）内燃機関が所定の１駆動状態になった場合空燃
   比を内燃機関の駆動パラメータに従った所定の機関の空
   燃比制御装置。 （１７）内燃機関の混合気の空燃比を開ループ制御する
   ためにカウンタの計数値を所定の値に設定するようにし
   た特許請求の範囲第１６項に記載の内燃機関の空燃比制
   御装置。