JP2526591B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御装置

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JP2526591B2 JP62179173A JP17917387A JP2526591B2 JP 2526591 B2 JP2526591 B2 JP 2526591B2 JP 62179173 A JP62179173 A JP 62179173A JP 17917387 A JP17917387 A JP 17917387A JP 2526591 B2 JP2526591 B2 JP 2526591B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は触媒コンバータの上流側および下流側に空燃
比センサ（本明細書では、酸素濃度センサ（O2センサ）
を設け、上流側のO2センサによる空燃比フィードバック
制御に加えて下流側のO2センサによる空燃比フィードバ
ック制御を行う内燃機関の空燃比制御装置に関する。
〔従来の技術〕
単なる空燃比フィードバック制御（シングルO2センサ
システム）では、酸素濃度を検出するO2センサをできる
だけ燃焼室に近い排気系の個所、すなわち触媒コンバー
タより上流である排気マニホールドの集合部分に設けて
いるが、O2センサの出力特性のばらつきのために空燃比
の制御精度の改善に支障が生じている。かかるO2センサ
の出力特性のばらつきおよび燃料噴射弁等の部品のばら
つき、経時あるいは経年的変化を補償するために、触媒
コンバータの下流に第２のO2センサを設け、上流側O2セ
ンサによる空燃比フィードバック制御に加えて下流側O2
センサによる空燃比フィードバック制御を行うダブルO2
センサシステムが既に提案されている（参照：特開昭58
−48756号公報）。このダブルO2センサシステムでは、
触媒コンバータの下流側に設けられたO2センサは、上流
側O2センサに比較して、低い応答速度を有するものの、
次の理由により出力特性のばらつきが小さいという利点
を有している。
（１）触媒コンバータの下流では、排気温が低いので熱
的影響が少ない。
（２）触媒コンバータの下流では、種々の毒が触媒にト
ラップされているので下流側O2センサの被毒量は少な
い。
（３）触媒コンバータの下流では排気ガスは十分に混合
されており、しかも、排気ガス中の酸素濃度は平衡状態
に近い値になっている。
従って、上述のごとく、２つのO2センサの出力にもと
づく空燃比フィードバック制御（ダブルO2センサシステ
ム）により、上流側O2センサの出力特性のばらつきを下
流側O2センサにより吸収できる。実際に、第２図に示す
ように、シングルO2センサシステムでは、O2センサ出力
特性が悪化した場合には、排気エミッション特性に直接
影響するのに対し、ダブルO2センサシステムでは、上流
側O2センサの出力特性が悪化しても、排気エミッション
特性は悪化しない。つまり、ダブルO2センサシステムに
おいては、下流側O2センサが安定な出力特性を維持して
いる限り、良好な排気エミッションが保証される。
上述のダブルO2センサシステムにおいては、下流側O2
センサによる空燃比フィードバック制御実行中にあって
は、上流側O2センサの出力にもとづく空燃比補正量FAF
の制御定数たとえばリッチスキップ量RSR、リーンスキ
ップ量RSLを下流側O2センサの出力にもとづいて可変制
御するシステムがあるが、燃料カット中、触媒過熱保護
の為の燃料増量（OTP増量）、下流側O2センサの非活性
等により下流側O2センサの出力による制御定数の可変制
御を停止するときには、制御定数が可変制御されていた
ときにバックアップRAM等に記憶されていた値を用いて
上流側O2センサの出力のみによる空燃比フィードバック
制御が行われていた（参照：特開昭61−192828号公報、
特開昭61−234241号公報）。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、下流側O2センサによる制御定数の可変
制御の停止条件、すなわち、下流側O2センサによる空燃
比フィードバック制御停止条件（オープンループ条件）
は、燃料カット中である、理論空燃比より空燃比を大き
くしてリーン制御するパーシャルリーン制御中である、
あるいは前述のOTP増量中であったりする為にこのオー
プンループ制御から下流側O2センサ出力による制御定数
の可変制御を再開した場合に空燃比の過補正が生じる。
即ち、一般に触媒はリーン空燃比時の過剰な酸素を触
媒中に保持し、その後のリッチ空燃比中の未燃物でその
酸素を消費するO2ストアレージ機能を有しているので、
オープンループ条件がリーン化条件（たとえば燃料カッ
ト）である場合には、 そのリーン制御中に酸素がストアされる為触媒上流の
空燃比は実際にリッチとなっても、下流側O2センサに暫
らくの間のリーン出力を示し、従って、制御定数はリッ
チ側に過補正される。しかもその影響は長い間残存して
しまい、この結果、HC,COエミッションの増大、燃費の
悪化等を招くという問題点があった。
同様に、オープンループ条件がリッチ化条件（たとえ
ばOTP増量）である場合には、下流側O2センサの出力に
よる制御定数の可変制御が再開され、触媒上流の空燃比
は実際にリーンとなっても、触媒内部に酸素がストアさ
れるまでの間下流側O2センサは暫らくの間のリッチ出力
を示し、従って、制御定数はリーン側に過補正され、や
はり、制御定数は上限値もしくは下限値に張りついてし
まい、しかもその影響は長い間残存してしまい、この結
果、NOxエミッションの増大、ドライバビリティの悪化
等を招くという問題点があった。
なお、上述のダブルO2センサシステムの問題点は触媒
下流にO2センサを配置したシングルO2センサシステムに
おいても発生する。
従って、本発明の目的は、上述のオープンループ制御
から閉ループ制御移行後における空燃比過補正によるエ
ミッションの悪化、燃費の悪化、ドライバビリティの悪
化等を防止したダブルO2センサシステムおよびシングル
O2センサシステムを提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上述の問題点を解決するための手段は第1A図、第1B図
に示される。
第1A図はダブル空燃比センサシステムを示す。すなわ
ち、内燃機関の排気通路に設けられた三元触媒CCR0の上
流側の排気通路には、機関の空燃比を検出する上流側空
燃比センサが設けられ、また、三元触媒CCR0の下流側の
排気通路には、機関の空燃比を検出する下流側空燃比セ
ンサが設けられている。下流側空燃比制御判別手段は下
流側空燃比センサによる空燃比制御条件が理論空燃比閉
ループ条件かオープンループ条件かを判別し、理論空燃
比閉ループ条件時に、制御定数演算手段は下流側空燃比
センサの出力V2に応じて空燃比フィードバック制御定数
たとえばスキップ量RSR,RSLを演算する。他方、反転判
別手段は下流側空燃比センサの出力が過濃信号から過薄
信号へ又は過薄信号から過濃信号へ反転したか否かを判
別し、この結果、過補正補償手段はオープンループ条件
から理論空燃比閉ループ条件へ移行後にあって下流側空
燃比センサの出力V2の最初の反転後のみ空燃比フィード
バック制御定数演算手段における空燃比フィードバック
制御定数RSR,RSLの制御速度を増加せしめる。この結
果、空燃比補正量演算手段は空燃比フィードバック制御
定数RSR,RSLおよび上流側空燃比センサの出力V1に応じ
て空燃比補正量FAFを演算する。そして、空燃比調整手
段はこの空燃比補正量FAFに応じて機関の空燃比を調整
するものである。
第1B図はシングル空燃比センサシステムを示す。すな
わち、三元触媒CCR0の下流側の排気通路には、機関の空
燃比を検出する下流側空燃比センサが設けられている。
下流側空燃比制御判別手段は下流側空燃比センサによる
空燃比制御条件が理論空燃比閉ループ条件かオープンル
ープ条件かを判別し、理論空燃比閉ループ条件時に、制
御量演算手段は下流側空燃比センサの出力V2に応じて空
燃比制御量FAFを演算する。他方、反転判別手段は下流
側空燃比センサの出力が反転したか否かを判別し、この
結果、過補正補償手段はオープンループ条件から理論空
燃比閉ループ条件へ移行後にあって下流側空燃比センサ
の出力V2の最初の反転後のみ制御演算手段における空燃
比制御量FAFの制御速度を増加せしめる。そして、空燃
比調整手段はこの空燃比制御量FAFに応じて機関の空燃
比を調整するものである。
〔作 用〕
上述の手段によれば、オープンループ条件としての、
リーン化条件（たとえば燃料カット）もしくはリッチ化
条件（たとえばOTP増量）により空燃比がリーンもしく
はリッチとなってから理論空燃比閉ループ条件に移行し
た場合には、下流側空燃比センサの出力の最初の反転ま
では空燃比フィードバック制御量RSR,RSLまたは空燃比
制御量FAFの制御速度（更新速度）は通常の速度で行う
が、下流側空燃比センサの出力の最初の反転後（たとえ
ば反転直後もしくは反転後所定期間）は、大きくし、こ
れにより、オープンループ条件持続に伴う空燃比フィー
ドバック制御定数RSR,RSLもしくは空燃比制御量FAFの過
補正を是正する。
〔実施例〕 第３図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一
実施例を示す全体概略図である。第３図において、機関
本体１の吸気通路２にはエアフローメータ３が設けられ
ている。エアフローメータ３は吸入空気量を直接計測す
るものであって、ポテンショメータを内蔵して吸入空気
量に比例したアナログ電圧の出力信号を発生する。この
出力信号は制御回路10のマルチプレクサ内蔵A/D変換器1
01に供給されている。ディストリビュータ４には、その
軸がたとえばクランク角に換算して720゜毎に基準位置
検出用パルス信号を発生するクランク角センサ５および
クランク角に換算して30゜毎に基準位置検出用パルス信
号を発生するクランク角センサ６が設けられている。こ
れらクランク角センサ5,6のパルス信号は制御回路10の
入出力インターフェイス102に供給され、このうち、ク
ランク角センサ６の出力はCPU103の割込み端子に供給さ
れる。
さらに、吸気通路２には各気筒毎に燃料供給系から加
圧燃料を吸気ポートへ供給するための燃料噴射弁７が設
けられている。
また、機関本体１のシリンダブロックのウォータジャ
ケット８には、冷却水の温度を検出するための水温セン
サ９が設けられている。水温センサ９は冷却水の温度TH
Wに応じたアナログ電圧の電気信号を発生する。この出
力もA/D変換器101に供給されている。
排気マニホールド11より下流の排気系には、排気ガス
中の３つの有毒成分HC,CO,NOxを同時に浄化する三元触
媒を収容する触媒コンバータ12が設けられている。
排気マニホールド11には、すなわち触媒コンバータ12
の上流側には第１のO2センサ13が設けられ、触媒コンバ
ータ12の下流側の排気管14には第２のO2センサ15が設け
られている。O2センサ13,15は排気ガス中の酸素成分濃
度に応じた電気信号を発生する。すなわち、O2センサ1
3,15は空燃比が理論空燃比に対してリーン側かリッチ側
かに応じて、異なる出力電圧を制御回路10でA/D変換器1
01に発生する。制御回路10は、たとえばマイクロコンピ
ュータとして構成され、A/D変換器101、入出力インター
フェイス102,CPU103の外に、ROM104,RAM105、バックア
ップRAM106、クロック発生回路107等が設けられてい
る。
また、吸気通路２のスロットル弁16には、スロットル
弁16が全閉か否かを検出するためのアイドルスイッチ17
が設けられており、この出力信号は制御回路10の入出力
インターフェイス102に供給される。
また、制御回路10において、ダウンカウンタ108、フ
リップフロップ109、および駆動回路110は燃料噴射弁７
を制御するためのものである。すなわち、後述のルーチ
ンにおいて、燃料噴射量TAUが演算されると、燃料噴射
量TAUがダウンカウンタ108にプリセットされると共にフ
リップフロップ109もセットされる。この結果、駆動回
路110が燃料噴射弁７の付勢を開始する。他方、ダウン
カウンタ108がクロック信号（図示せず）を計数して最
後にそのキャリアウト端子が“1"レベルとなったとき
に、フリップフロップ109がセットされて駆動回路110は
燃料噴射弁７の付勢を停止する。つまり、上述の燃料噴
射量TAUだけ燃料噴射弁７は付勢され、従って、燃料噴
射量TAUに応じた量の燃料が機関本体１の燃焼室に送り
込まれることになる。
なお、CPU103の割込み発生は、A/D変換器101のA/D変
換終了時、入出力インターフェイス102がクランク角セ
ンサ６のパルス信号を受信した時、クロック発生回路10
7からの割込信号を受信した時、等である。
エアフローメータ３の吸入空気量データＱおよび冷却
水温データTHWは所定時間毎に実行されるA/D変換ルーチ
ンによって取込まれてRAM105の所定領域に格納される。
つまり、RAM105におけるデータＱおよびTHWは所定時間
毎に更新されている。また、回転速度データNeはクラン
ク角センサ６の30゜CA毎の割込みによって演算されてRA
M105の所定領域に格納される。
第４図は上流側O2センサ13の出力にもとづいて空燃比
補正係数FAFを演算する第１の空燃比フィードバック制
御ルーチンであって、所定時間たとえば4ms毎に実行さ
れる。
ステップ401では、上流側O2センサ13による空燃比の
閉ループ（フィードバック）条件が成立しているか否か
を判別する。たとえば、冷却水温が所定値以下の時、機
関始動中、始動後増量中、暖機増量中、パワー増量中、
OTP増量中、上流側O2センサ13の出力信号が一度も反転
していない時、燃料カット中等はいずれも閉ループ条件
が不成立であり、その他の場合が閉ループ条件成立であ
る。閉ループ条件が不成立のときには、ステップ427に
進んで空燃比補正係数FAFを1.0とする。なお、FAFを閉
ループ制御終了直前値としてもよい。この場合には、ス
テップ428に直接進む。他方、閉ループ条件成立の場合
はステップ402に進む。
ステップ402では、上流側O2センサ13の出力V1をA/D変
換して取込み、ステップ403にてV1が比較電圧VR1たとえ
ば0.45V以下か否かを判別する、つまり、空燃比がリッ
チかリーンかを判別する、つまり、空燃比がリーン（V1
≦VR1）であれば、スキップ404にてディレイカウンタCD
LYが正か否かを判別し、CDLY＞０であればステップ405
にてCDLYを０とし、ステップ406に進む。ステップ406で
は、ディレイカウンタCDLYを１減算し、ステップ407,40
8にてディレイカウンタCDLYを最小値TDLでガードする。
この場合、ディレイカウンタCDLYが最小値TDLに到達し
たときにはステップ409にて第１の空燃比フラグF1を
“0"（リーン）とする。なお、最小値TDLは上流側O2セ
ンサ13の出力においてリッチからリーンへの変化があっ
てもリッチ状態であるとの判断を保持するためのリーン
遅延状態であって、負の値で定義される。他方、リッチ
（V1＞VR1）であれば、ステップ410にてディレイカウン
タCDLYが負か否かを判別し、CDLY＜０であればスキップ
411にてCDLYを０とし、ステップ412に進む。ステップ41
2ではディレイカウンタCDLYを１加算し、ステップ413,4
14にてディレイカウンタCDLYを最大値TDRでガードす
る。この場合、ディレイカウンタCDLYが最大値TDRに到
達してときにはステップ415にて第１の空燃比フラグF1
を“1"（リッチ）とする。なお、最大値TDRは上流側O2
センサ13の出力においてリーンからリッチへの変化があ
ってもリーン状態であるとの判断を保持するためのリッ
チ遅延時間であって、正の値で定義される。
ステップ416では、第１の空燃比フラグF1の符号が反
転したか否かを判別する、すなわち遅延処理後の空燃比
が反転したか否かを判別する。空燃比が反転していれ
ば、ステップ417にて、第１の空燃比フラグF1の値によ
り、リッチからリーンへの反転か、リーンからリッチへ
の反転かを判別する。リッチからリーンへの反転であれ
ば、ステップ418にてFAF←FAF＋RSRとスキップ的に増大
させ、逆に、リーンからリッチへの反転であれば、ステ
ップ419にてFAF←FAF−RSLとスキップ的に減少させる。
つまり、スキップ処理を行う。
ステップ416にて第１の空燃比フラグF1の符号が反転
していなければ、ステップ420,421,422にて積分処理を
行う。つまり、ステップ420にて、F1＝“0"か否かを判
別し、F1＝“0"（リーン）であればステップ421にてFAF
←FAF＋KIRとし、他方F1＝“1"（リッチ）であればステ
ップ422にてFAF←FAF＋KILとする。ここで、積分定数KI
R,KILはスキップ定数RSR,RSLに比して十分小さく設定し
てあり、つまり、KIR（KIL）＜RSR（RSL）である。従っ
て、ステップ421はリーン状態（F1＝“0"）で燃料噴射
量を徐々に増大させ、ステップ422はリッチ状態（F1＝
“1"）で燃料噴射量を徐々に減少させる。
ステップ418,419,421,422にて演算された空燃比補正
係数FAFはステップ423,424にて最小値たとえば0.8にて
ガードされ、また、ステップ425,426にて最大値たとえ
ば1.2にてガードされる。これにより、何らかの原因で
空燃比補正係数FAFが大きくなり過ぎ、もしくは小さく
なり過ぎた場合に、その値で機関の空燃比を制御してオ
ーバリッチ、オーバリーンになるのを防ぐ。
上述のごとく演算されたFAFをRAM105に格納して、ス
テップ428にてこのルーチンは終了する。
第５図は第４図のフローチャートによる動作を補足説
明するタイミング図である。上流側O2センサ13の出力に
より第５図（Ａ）に示すごとくリッチ、リーン判別の空
燃比信号A/Fが得られると、ディレイカウンタCDLYは、
第５図（Ｂ）に示すごとく、リッチ状態でカウントアッ
プされ、リーン状態でカウントダウンされる。この結
果、第５図（Ｃ）に示すごとく、遅延処理された空燃比
信号A/F′（フラグF1に相当）が形成される。たとえ
ば、時刻t1にて空燃比信号A/Fがリーンからリッチに変
化しても、遅延処理された空燃比信号A/F′はリッチ遅
延時間TDRだけリーンに保持された後に時刻t2にてリッ
チに変化する。時刻t3にて空燃比信号A/Fがリッチから
リーンに変化しても、遅延処理された空燃比信号A/F′
はリーン遅延時間（−TDL）相当だけリッチに保持され
た後に時刻t4にてリーンに変化する。しかし空燃比信号
A/Fが時刻t5,t6,t7のごとくリッチ遅延時間TDRもしくは
リーン遅延時間（−TDL）より短い期間で反転すると、
ディレイカウンタCDLYが最大値TDRに到達するのに時間
を要し、この結果、時刻t8にて遅延処理後の空燃比信号
A/F′が反転される。つまり、遅延処理後の空燃比信号A
/F′は遅延処理前の空燃比信号A/Fに比べて安定とな
る。このように遅延処理後の安定した空燃比信号A/F′
にもとづいて第５図（Ｄ）に示す空燃比補正係数FAFが
得られる。
次に、下流側O2センサ15による第２の空燃比フィード
バック制御について説明する。第２の空燃比フィードバ
ック制御としては、第１の空燃比フィードバック制御定
数としてのスキップ量RSR,RSL、積分定数KIR,KIL、遅延
時間TDR,TDL、もしくは上流側O2センサ13の出力V1の比
較電圧VR1を可変にするシステムと、第２の空燃比補正
係数FAF2を導入するシステムとがある。
たとえば、リッチスキップ量RSRを大きくすると、制
御空燃比をリッチ側に移行でき、また、リーンスキップ
量RSLを小さくしても制御空燃比をリッチ側に移行で
き、他方、リーンスキップ量RSLを大きくすると、制御
空燃比をリーン側に移行でき、また、リッチスキップ量
RSRを小さくしても制御空燃比をリーン側に移行でき
る。従って、下流側O2センサ15の出力に応じてリッチス
キップ量RSRおよびリーンスキップ量RSLを補正すること
により空燃比が制御できる。また、リッチ積分定数KIR
を大きくすると、制御空燃比をリッチ側に移行でき、ま
た、リーン積分定数KILを小さくしても制御空燃比をリ
ッチ側に移行でき、他方、リーン積分定数KILを大きく
すると、制御空燃比をリーン側に移行でき、また、リッ
チ積分定数KIRを小さくしても制御空燃比をリーン側に
移行できる。従って、下流側O2センサ15の出力に応じて
リッチ積分定数KIRおよびリーン積分定数KILを補正する
ことにより空燃比が制御できる。リッチ遅延時間TDR＞
リーン遅延時間（−TDL）と設定すれば、制御空燃比は
リッチ側に移行でき、逆に、リーン遅延時間（−TDL）
＞リッチ遅延時間（TDR）と設定すれば、制御空燃比は
リーン側に移行できる。つまり、下流側O2センサ15の出
力に応じて遅延時間TDR,TDLを補正することにより空燃
比が制御できる。さらにまた、比較電圧VR1を大きくす
ると制御空燃比をリッチ側に移行でき、また、比較電圧
VR1を小さくすると制御空燃比をリーン側に移行でき
る。従って、下流側O2センサ15の出力に応じて比較電圧
VR1を補正することにより空燃比が制御できる。
これらスキップ量、積分定数、遅延時間、比較電圧を
下流側O2センサによって可変とすることはそれぞれに長
所がある。たとえば、遅延時間は非常に微妙な空燃比の
調整が可能であり、また、スキップ量は、遅延時間のよ
うに空燃比のフィードバック周期を長くすることなくレ
スポンスの良い制御が可能である。従って、これら可変
量は当然２つ以上組み合わされて用いられ得る。
第６図、第７図、第８図を参照して空燃比フィードバ
ック制御定数としてのスキップ量を可変にしたダブルO2
センサシステムについて説明する。
第６図は第８図のルーチンに用いられるリーンフラグ
FLを設定するためのルーチンであって、所定時間たとえ
ば4ms毎に実行される。すなわち、ステップ601では、リ
ーン化要求条件か否かを判別する。このリーン化条件は
たとえば燃料カット中であり、従って、リーン化条件時
では空燃比制御はオープンループ制御である。リーン化
条件時のときのみステップ602に進み、下流側O2センサ1
5の出力V2をA/D変換して取込み、次いで、ステップ603
にてV2＜VR2′（リーン）か否かを判別する。この結
果、V2＜VR2′（リーン）のときのみステップ604に進
み、リーンフラグFLを設定する。そして、ステップ605
にてこのルーチンは終了する。
このように、リーンフラグFLは、オープンループ条件
としてのリーン化条件のもとで触媒下流の空燃比が十分
にリーン化したことを確認した上で設定されることにな
る。なお、ステップ603における比較電圧VR2′は比較的
低い値たとえば0.2〜0.4Vでよい。従って、リーンフラ
グFLが設定されたことは触媒コンバータ12はそのO2スト
レージ効果により酸素を十分に蓄積したことを意味す
る。
第７図は第８図のルーチンに用いられるリッチフラグ
FRを設定するためのルーチンであって、所定時間たとえ
ば4ms毎に実行される。すなわち、ステップ701では、リ
ッチ化条件か否かを判別する。このリッチ化条件はたと
えばOTP増量、パワー増量中であり、従って、リッチ化
条件時には、空燃比制御はオープンループ制御である。
リッチ化条件時のときのみステップ702に進み、下流側O
2センチ15の出力V2をA/D変換して取込み、次いで、ステ
ップ703にてV2＞VR2″（リッチ）か否かを判別する。こ
の結果、V2＞VR2″（リッチ）のときのみステップ704に
進み、リッチフラグFRを設定する。そして、ステップ70
5にてこのルーチンは終了する。
このように、リッチフラグFRは、オープンループ条件
としてのリッチ化条件のもとで触媒下流の空燃比が十分
にリッチ化したことを確認した上で設定されることにな
る。なお、ステップ703における比較電圧VR2″は比較的
高い値たとえば0.5〜0.7Vでよい。従って、リッチフラ
グFRが設定されたことは触媒コンバータ12はそのO2スト
レージ効果により酸素を十分に放出したことを意味す
る。
第８図は下流側O2センサ15の出力にもとづいてスキッ
プ量RSR,RSLを演算する第２の空燃比フィードバック制
御ルーチンであって、所定時間たとえば512ms毎に実行
される。ステップ801〜805では、下流側O2センサ15によ
る閉ループ条件か否かを判別する。たとえば、上流側O2
センサ13による閉ループ条件の不成立（ステップ801、
この中には当然燃料カット中、OTP増量中等のオープン
ループ条件を含む。）に加えて、冷却水温THWが所定値
（たとえば70℃）以下のとき（ステップ802）、スロッ
トル弁16が全閉（LL＝“1"）のとき（ステップ803）、
下流側O2センサ15の出力V2が一度も基準電圧を横切って
いないとき（すなわち、下流側O2センサ15が活性化して
いないとき）（ステップ804）、軽負荷のとき（Q/Ne＜X
1）（ステップ805）、等が閉ループ条件が不成立であ
り、その他の場合が閉ループ条件成立である。閉ループ
条件でなければ直接ステップ826に進む。
閉ループであれば、ステップ806に進み、下流側O2セ
ンサ15の出力V2をA/D変換して取込む。次いで、ステッ
プ807にてV2が比較電圧VR2たとえば0.55V以下か否かを
判別する、つまり、空燃比がリッチかリーンかを判別す
る。なお、比較電圧VR2は触媒コンバータ12の上流、下
流で生ガスの影響による出力特性が異なることおよび劣
化速度が異なること等を考慮して上流側O2センサ13の出
力の比較電圧VR1より高く設定されているが、この設定
は任意でもよい。
ステップ807にてV2≦VR2（リーン）であればステップ
808に進み、第２の空燃比フラグF2を“0"とし、逆に、V
2＞VR2（リッチ）であればステップ809に進み、第２の
空燃比フラグF2を“1"とする。
ステップ810では、リーンフラグFLが“1"か否かを判
別し、ステップ811では、リッチフラグFRが“1"か否か
を判別する。この結果、リーンフラグFL、リッチフラグ
FRが共に“0"であれば、ステップ813〜816に進み、通常
の制御速度ΔRS（一定値）でリッチスキップ量RSR、リ
ーンスキップ量RSLを更新する。他方、リーンフラグFL
が“1"であればステップ817に進み、リッチフラグFRが
“1"であればステップ821に進む。
ステップ813〜816について説明する。ステップ812で
は第２の空燃比フラグF2が“0"か否かが判別され、この
結果、F2＝“0"（リーン）であればステップ813,814に
進み、他方、F2＝“1"（リッチ）であればステップ815,
816に進む。ステップ813では、RSR←RSR＋ΔRSとし、つ
まり、リッチスキップ量RSRを増大させて空燃比をリッ
チ側に移行させると共に、ステップ814にてRSL←RSL−
ΔRSとし、つまり、リーンスキップ量RSLを減少させて
空燃比をリッチ側にさらに移行させる。他方、ステップ
812にてF2＝“1"（リッチ）のときには、ステップ815に
てRSR←RSR−ΔRSとし、つまり、リッチスキップ量RSR
を減少させて空燃比をリーン側に移行させると共に、ス
テップ816にてRSL←RSL＋ΔRSとし、つまり、リーンス
キップ量RSLを増大させて空燃比をリーン側にさらに移
行させる。
ステップ817では、第２の空燃比フラグF2が“1"（リ
ッチ）か否かを判別する。つまり、リーンフラグFLがセ
ットされてからの触媒下流の空燃比のリーンからリッチ
へ最初の反転か否かを判別する。最初の反転のときのみ
ステップ818,819に進み、リッチスキップ量RSR、リーン
スキップ量RSLを大きくリーン側に移行させる。つま
り、 RSR←RSR−ｋ・ΔRS RSL←RSL＋k.ΔRS ただし、ｋは20〜80の定数、とする。そして、ステッ
プ820にてリーンフラグFLをクリアする。最初の反転で
なければステップ813,814に進み、通常の制御速度（ΔR
S）でリッチスキップ量RSR、リーンスキップ量RSLをリ
ッチ側に移行させる。
ステップ821では、第２の空燃比フラグF2が“0"（リ
ーン）か否かを判別する。つまり、リッチフラグFRがセ
ットされてからの触媒下流の空燃比のリッチからリーン
へ最初の反転か否かを判別する。最初の反転のときのみ
ステップ822,823に進み、リッチスキップ量RSR、リーン
スキップ量RSLを大きくリッチ側に移行させる。つま
り、 RSR←RSR＋ｋ・ΔRS RSL←RSL−ｋ・ΔRS ただし、ｋは20〜80の定数、とする。そして、ステッ
プ824にてリッチフラグFRをクリアする。最初の反転で
なければステップ815,816に進み、通常の制御速度（ΔR
S）でリッチスキップ量RSR、リーンスキップ量RSLをリ
ーン側に移行させる。尚下流側O2センサによる通常の閉
ループ制御時の、O2センサ反転時に制御速度を早めた
（即ちRSR,RSLをスキップさせる）システムにおいて
は、そこでのｋは10〜40となり、本状態即ち閉ループ制
御開始後の最初の制御速度を早める定数ｋは40〜80とな
る。（第11図） ステップ825は、上述のごとく演算されたRSR,RSLのガ
ード処理を行うものであり、たとえば最大値MAX＝7.5
％、最小値MIN＝2.5％にてガードする。なお、最小値MI
Nは過渡追従性がそこなわれないレベルの値であり、ま
た、最大値MAXは空燃比変動によりドライバビリティの
悪化が発生しないレベルの値である。
そして、第８図のルーチンはステップ826にて終了す
る。
第９図は第８図のルーチンを補足説明するためのタイ
ミング図であって、オープンループ条件としてのリーン
化条件から理論空燃比閉ループ条件への移行を示す。す
なわち、時刻t1以前では、リーン化条件たとえば燃料カ
ット中であり、しかも、リーン化条件が十分長く持続し
ていると仮定すると、時刻t1では、第９図（Ａ）に示す
ごとく、触媒上流の空燃比A/Fはリーンであり、従っ
て、第９図（Ｄ）に示すごとく、第６図のルーチンによ
りリーンフラグFLは“1"とされる。この場合、オープン
制御であるので、第９図（Ｅ）に示すごとくリッチスキ
ップ量RSR（リーンスキップ量RSLも）は所定値に保持さ
れる。
時刻t1にて下流側O2センサ15による閉ループ制御が開
始すると、触媒上流の空燃比A/Fは第９図（Ａ）に示す
ごとくリッチ側に移行するが、下流側O2センサ15は触媒
コンバータ12のO2ストレージ効果により依然としてリー
ン出力を発生する。従って、第９図（Ｃ），（Ｄ）に示
すようにFL＝“1"且つF2＝“0"であるので、ステップ81
0,817,813,814のフローによりスキップ量RSR′（RSL）
は通常の制御速度（ΔRS）でリッチ側に移行する。
次に、時刻t2において、触媒下流の空燃比すなわち下
流側O2センサ15の出力がリーンからリッチに反転する
と、第９図（Ｃ）に示すごとく、第２の空燃比フラグF2
が“0"から“1"に反転し、この結果、ステップ810,817
〜820のフローによりスキップ量RSR（RSL）は大きな制
御速度ｋ・ΔRSでリーン側に移行する。つまり、本来の
空燃比A/F（第９図（Ａ））がリッチ化されているにも
かかわらず、触媒コンバータ12のO2ストレージ効果によ
り掃き出されるO2により触媒下流の空燃比（F2）がリー
ンからリッチへの遅延してスキップ量RSR（RSL）が過補
正された分を、大きな制御速度ｋ・ΔRSで逆補正するも
のである。また時刻t2では、リーンフラグFLをクリアす
る。
時刻t2以降は、リーンフラグFLが“0"であるので、ス
テップ812〜816のフローにより通常の制御速度（ΔRS）
でスキップ量RSR,RSLが制御される。
オープンループ条件としてのリッチ化条件（OTP増量
中、パワー増量中等）から理論空燃比閉ループ条件へ移
行した場合は上述と逆の動作が行われる。
なお、リーンスキップ量RSLは、第９図（Ｅ）には図
示していないが、リッチスキップ量RSRと対称に制御さ
れる。つまり、RSR＋RSL＝一定の関係が保持される。
第10図は噴射量演算ルーチンであって、所定クランク
角毎たとえば360゜CA毎に実行される。ステップ1001で
はRAM105より吸入空気量データＱおよび回転速度データ
Neを読出して基本噴射量TAUPを演算する。たとえばTAUP
←α・Q/Ne（αは定数）とする。ステップ1002にてRAM1
05より冷却水温データTHWを読出してROM104に格納され
た１次元マップにより暖機増量値FWLを補間計算する。
ステップ1003では、最終噴射量TAUを、TAU←TAUP・FAF
・（FWL＋β）＋γにより演算する。なお、β，γは他
の運転状態パラメータによって定まる補正量である。次
いで、ステップ1004にて、噴射量TAUをダウンカウンタ1
08にセットすると共にフリップフロップ109をセットし
て燃料噴射を開始させる。そして、ステップ1005にてこ
のルーチンは終了する。
なお、上述のごとく、噴射量TAUに相当する時間が経
過すると、ダウンカウンタ108のキャリアウト信号によ
ってフリップフロップ109がリセットされて燃料噴射は
終了する。
なお、触媒下流のみにO2センサを設けて、空燃比フィ
ードバック制御を行うシングルO2センサシステムにおい
ては、上述の第１の空燃比フィードバックルーチンに代
え第２の空燃比フィードバックルーチンのRSR,RSLをFAF
として計算してやればよい。
また、第１の空燃比フィードバック制御は4ms毎に、
また、第２の空燃比フィードバック制御は512ms毎に行
われるのは、空燃比フィードバック制御は応答性の良い
上流側O2センサによる制御を主として行い、応答性の悪
い下流側O2センサによる制御を従にして行うためであ
る。
また、上流側O2センサによる空燃比フィードバック制
御における他の制御定数、たとえば遅延時間、積分定
数、等を下流側O2センサの出力により補正するダブルO2
センサシステムにも、また、第２の空燃比補正係数を導
入するダブルO2センサシステムにも本発明を適用し得
る。たとえば、積分定数の場合には、第９図（Ｆ）に示
すごとくリッチ積分定数KIRを時間t2〜t3のみ大きな制
御速度をリーン側に移行させる。この場合、リーン積分
定数KILはKIR＋KIL＝一定の関係を有する。また、スキ
ップ量、遅延時間、積分定数のうちの２つを同時に制御
することにより制御性を向上できる。さらにスキップ量
RSR,RSLのうちの一定を固定し他方のみを可変とするこ
とも、遅延時間TDR,TDLのうちの一方を固定し他方のみ
を可変とすることも、あるいはリッチ積分定数KIR、リ
ーン積分定数KILの一方を固定し他方を可変とすること
も可能である。
また、吸入空気量センサとして、エアフローメータの
代りに、カルマン渦センサ、ヒートワイヤセンサ等を用
いることもできる。
さらに、上述の実施例では、吸入空気量および機関の
回転速度に応じて燃料噴射量を演算しているが、吸入空
気圧および機関の回転速度、もしくはスロットル弁開度
および機関の回転速度に応じて燃料噴射量を演算しても
よい。
さらに、上述の実施例では、燃料噴射弁により吸気系
への燃料噴射量を制御する内燃機関を示したが、キャブ
レタ式内燃機関にも本発明を適用し得る。たとえば、エ
レクトリック・エア・コントロールバルブ（EACV）によ
り機関の吸入空気量を調整して空燃比を制御するもの、
エレクトリック・ブリード・エア・コントロールバルブ
によりキャブレタのエアブリード量を調整してメイン系
通路およびスロー系通路への大気の導入により空燃比を
制御するもの、機関の排気系へ送り込まれる２次空気量
を調整するもの、等に本発明を適用し得る。この場合に
は、ステップ1001における基本噴射量TAUP相当の基本燃
料噴射量がキャブレタ自身によって決定され、すなわ
ち、吸入空気量に応じた吸気管負圧と機関の回転速度に
応じて決定され、ステップ1003にて最終燃料噴射量TAU
に相当する供給空気量が演算される。
さらに、上述の実施例では、空燃比センサとしてO2セ
ンサを用いたが、COセンサ、リーンミクスチャセンサ等
を用いることもできる。
さらに、上述の実施例はマイクロコンピュータすなわ
ちディジタル回路によって構成されているが、アナログ
回路により構成することもできる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、触媒のO2ストレ
ージ効果等により下流側空燃比センサのリーンからリッ
チへもしくはリーンからリッチへの出力特性が遅い場合
にあっても、制御定数、空燃比制御量等のリッチ過補正
もしくはリーン過補正を防止でき、排気エミッションの
低減、燃費の向上、ドライバビリティの悪化の防止等に
役立つものである。
【図面の簡単な説明】
第1A図、第1B図は本発明の構成を説明するための全体ブ
ロック図、 第２図はシングルO2センサシステムおよびダブルO2セン
サシステムを説明する排気エミッション特性図、 第３図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例を示す全体概略図、 第４図、第６図、第７図、第８図、第10図は第３図の制
御回路の動作を説明するためのフローチャート、 第５図は第４図のフローチャートを補足説明するための
タイミング図、 第９図および第11図は第８図のフローチャートを補足説
明するタイミング図である。 １……機関本体、 ３……エアフローメータ、 ４……ディストリビュータ、 5,6……クランク角センサ、 10……制御回路、 12……触媒コンバータ、 13……上流側O2センサ、 15……下流側O2センサ、 17……アイドルスイッチ。

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられ、O2ストレ
    ージ効果を有する三元触媒と、 該三元触媒の上流側の排気通路に設けられ、前記機関の
    空燃比を検出する上流側空燃比センサと、 前記三元触媒の下流側の排気通路に設けられ、前記機関
    の空燃比を検出する下流側空燃比センサと、 該下流側空燃比センサによる空燃比制御条件が理論空燃
    比閉ループ条件かオープンループ条件かを判別する下流
    側空燃比制御判別手段と、 該理論空燃比閉ループ条件時に前記下流側空燃比センサ
    の出力に応じて空燃比フィードバック制御定数を演算す
    る制御定数演算手段と、 前記下流側空燃比センサの出力が過濃信号から過薄信号
    へ又は過薄信号から過濃信号へ反転したか否かのうち少
    なくとも一方を判別する反転判別手段と、 前記オープンループ条件から前記理論空燃比閉ループ条
    件へ移行後であってかつ前記下流側空燃比センサの出力
    の最初の反転後のみ前記制御定数演算手段における空燃
    比フィードバック制御定数の制御速度を増加せしめる過
    補正補償手段と、 前記空燃比フィードバック制御定数および前記上流側空
    燃比センサの出力に応じて空燃比補正量を演算する空燃
    比補正量演算手段と、 前記空燃比補正量に応じて前記機関の空燃比を補正する
    空燃比調整手段と、を具備する内燃機関の空燃比制御装
    置。
  2. 【請求項２】前記オープンループ条件がリーン化条件で
    ある場合には、前記過補正補償手段は前記空燃比フィー
    ドバック制御定数の制御速度を過薄側へ増加せしめる特
    許請求の範囲第１項に記載の内燃機関の空燃比制御装
    置。
  3. 【請求項３】前記オープンループ条件がリッチ化条件で
    ある場合には、前記過補正補償手段は前記空燃比フィー
    ドバック制御定数の制御速度を過濃側へ増加せしめる特
    許請求の範囲第１項に記載の内燃機関の空燃比制御装
    置。
  4. 【請求項４】内燃機関の排気通路に設けられ、O2ストレ
    ージ効果を有する三元触媒と、 該三元触媒の上流側の排気通路に設けられ、前記機関の
    空燃比を検出する上流側空燃比センサと、 前記三元触媒の下流側の排気通路に設けられ、前記機関
    の空燃比を検出する下流側空燃比センサと、 該下流側空燃比センサによる空燃比制御条件が理論空燃
    比閉ループ条件かオープンループ条件かを判別する下流
    側空燃比制御判別手段と、 該理論空燃比閉ループ条件時に前記下流側空燃比センサ
    の出力に応じて空燃比フィードバック制御定数を演算す
    る制御定数演算手段と、 前記下流側空燃比センサの出力が過濃信号から過薄信号
    へ又は過薄信号から過濃信号へ反転したか否かのうち少
    なくとも一方を判別する反転判別手段と、 前記オープンループ条件から前記理論空燃比閉ループ条
    件へ移行後であってかつ前記下流側空燃比センサの出力
    の最初の反転後から次の反転までの間のみ前記制御定数
    演算手段における空燃比フィードバック制御定数の制御
    速度を増加せしめる過補正補償手段と、 前記空燃比フィードバック制御定数および前記上流側空
    燃比センサの出力に応じて空燃比補正量を演算する空燃
    比補正量演算手段と、 前記空燃比補正量に応じて前記機関の空燃比を補正する
    空燃比調整手段と、を具備する内燃機関の空燃比制御装
    置。
  5. 【請求項５】前記オープンループ条件がリーン化条件で
    ある場合には、前記過補正補償手段は前記空燃比フィー
    ドバック制御定数の制御速度を過薄側へ増加せしめる特
    許請求の範囲第４項に記載の内燃機関の空燃比制御装
    置。
  6. 【請求項６】前記オープンループ条件がリッチ化条件で
    ある場合には、前記過補正補償手段は前記空燃比フィー
    ドバック制御定数の制御速度を過濃側へ増加せしめる特
    許請求の範囲第４項に記載の内燃機関の空燃比制御装
    置。
  7. 【請求項７】内燃機関の排気通路に設けられ、O2ストレ
    ージ効果を有する三元触媒と、 該三元触媒の下流側の排気通路に設けられ、前記機関の
    空燃比を検出する下流側空燃比センサと、 該下流側空燃比センサによる空燃比制御条件が理論空燃
    比閉ループ条件かオープンループ条件かを判別する下流
    側空燃比制御判別手段と、 該理論空燃比閉ループ条件時に前記下流側空燃比センサ
    の出力に応じて空燃比制御量を演算する空燃比制御量演
    算手段と、 前記下流側空燃比センサの出力が過濃信号から過薄信号
    へ又は過薄信号から過濃信号へ反転したか否かのうち少
    なくとも一方を判別する反転判別手段と、 前記オープンループ条件から前記理論空燃比閉ループ条
    件へ移行後であってかつ前記下流側空燃比センサの出力
    の最初の反転後のみ前記制御定数演算手段における空燃
    比制御量の制御速度を増加せしめる過補正補償手段と、 前記空燃比制御量に応じて前記機関の空燃比を補正する
    空燃比調整手段と、を具備する内燃機関の空燃比制御装
    置。
  8. 【請求項８】前記オープンループ条件がリーン化条件で
    ある場合には、前記過補正補償手段は前記空燃比制御量
    の制御速度を過薄側へ増加せしめる特許請求の範囲第７
    項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  9. 【請求項９】前記オープンループ条件がリッチ化条件で
    ある場合には、前記過補正補償手段は前記空燃比制御量
    の制御速度を過濃側へ増加せしめる特許請求の範囲第７
    項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  10. 【請求項１０】内燃機関の排気通路に設けられ、O2スト
    レージ効果を有する三元触媒と、 該三元触媒の下流側の排気通路に設けられ、前記機関の
    空燃比を検出する下流側空燃比センサと、 該下流側空燃比センサによる空燃比制御条件が理論空燃
    比閉ループ条件かオープンループ条件かを判別する下流
    側空燃比制御判別手段と、 該理論空燃比閉ループ条件時に前記下流側空燃比センサ
    の出力に応じて空燃比制御量を演算する空燃比制御量演
    算手段と、 前記下流側空燃比センサの出力が過濃信号から過薄信号
    へ又は過薄信号から過濃信号へ反転したか否かのうち少
    なくとも一方を判別する反転判別手段と、 前記オープンループ条件から前記理論空燃比閉ループ条
    件へ移行後であってかつ前記下流側空燃比センサの出力
    の最初の反転後から次の反転までの間のみ前記制御定数
    演算手段における空燃比制御量の制御速度を増加せしめ
    る過補正補償手段と、 前記空燃比制御量に応じて前記機関の空燃比を補正する
    空燃比調整手段と、を具備する内燃機関の空燃比制御装
    置。
  11. 【請求項１１】前記オープンループ条件がリーン化条件
    である場合には、前記過補正補償手段は前記空燃比制御
    量の制御速度を過薄側へ増加せしめる特許請求の範囲第
    10項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  12. 【請求項１２】前記オープンループ条件がリッチ化条件
    である場合には、前記過補正補償手段は前記空燃比制御
    量の制御速度を過濃側へ増加せしめる特許請求の範囲第
    10項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
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