JP2526595B2

JP2526595B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2526595B2
Application number: JP62190307A
Authority: JP
Inventors: 廣樹松岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-07-31
Filing date: 1987-07-31
Publication date: 1996-08-21
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: JPS6436943A

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、下流
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、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、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センサ出力による制御定数の
可変制御がたとえば燃料カット等のリーン化制御により
一旦停止された後に該リーン化制御の終了と同時に再び
開始されると空燃比が過補正される問題点がある。すな
わち、リーン化制御中（たとえば燃料カット）に触媒内
に大量の酸素が導入され、これが保持される（O₂ストレ
ージ効果）ため、該リーン制御が終了した後に仮にリッ
チ空燃比の排ガスが触媒内に導入されても、保持されて
いた酸素を消費するまでは触媒下流にはリッチ空燃比の
排ガスが排出されない。このため、下流側O₂センサはそ
の間リーンと判定し従って、リッチ側へ過補正されるの
である。

従って、本発明の目的は、上述のオープンループ制御
としてのリーン化条件（たとえば燃料カット）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、燃費の悪化等を防止したダブル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１図に示され
る。すなわち、内燃機関の排気通路に設けられた三元触
媒CC_R0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CC_R0
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空
燃比閉ループ条件かオープンループ条件かを判別し、遅
延手段はオープンループ条件としてのリーン化条件から
空燃比閉ループ条件への判別結果を所定の遅延時間だけ
遅延させる。この遅延時間は遅延時間可変手段により可
変とされる。すなわち、三元触媒のO₂ストレージ量に応
じたパラメータに応じて可変とされる。この結果、遅延
された空燃比閉ループ条件の成立後に、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。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。

〔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）により空燃比がリー
ン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、三元触媒のO₂ストレージ量に応じた時間だけ空燃
比フィードバック制御定数は更新されず、これにより、
オープンループ条件としてのリーン化条件の持続に伴う
空燃比フィードバック制御定数RSR,RSL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の空気通路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,NO_x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,ROM105、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、18は車速セ
ンサであって、その出力は制御回路10の車速形成回路11
1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。

以下、第３図の制御回路の動作を説明する。

第４図はリーン化条件としての燃料カットフラグXFC
および下流側O₂センサ15による空燃比フィードバック制
御禁止フラグXSBの演算ルーチンであって、所定時間た
とえば4ms毎に実行される。このルーチンは第５図に示
すような燃料カットフラグXFCを設定するためのもので
ある。なお、第５図において、N_cは燃料カット回転速
度、N_Rは燃料カット復帰回転速度を示し、いずれも機関
の冷却水温THWによって更新される。

ステップ401では、アイドルスイッチ５の出力信号LL
が“1"か否か、すなわち、アイドル状態が否かを判別す
る。非アイドル状態であればステップ404に進み、他
方、アイドル状態であれば、ステップ402に進む。ステ
ップ402では、RAM105より回転速度N_eを読み出して燃料
カット回転速度N_cと比較し、ステップ403では、燃料カ
ット復帰回転速度N_Rと比較する。この結果、N_e≦N_Rのと
きにはステップ404に進み、他方、N_e≧N_cのときにはス
テップ407に進み、燃料カットフラグXFCをセットする
（XFC＝“1"）。

ステップ404では、燃料カットフラグXFCが“1"か否か
を判別し、この結果、XFC＝“1"のときのみ、ステップ4
05にてフラグXFCを反転させ、また、ステップ406にて禁
止フラグXSBをセットする。

N_R＜N_e＜N_cのときには、フラグXFCは以前の状態に保
持されることになる。

そして、ステップ408にてこのルーチンは終了する。

なお、燃料カットフラグXFCが“1"であれば、後述の
ごとく、上流側O₂センサ13および下流側O₂センサ15によ
る空燃比フィードバック制御は共に禁止され、また、禁
止フラグXSBが“1"であれば、後述のごとく、下流側O₂
センサ15による空燃比フィードバック制御は禁止され
る。

第６図は禁止フラグXSBをリセットするためのルーチ
ンであって、所定時間たとえば4ms毎に実行される。第
６図においては、リーン化条件（燃料カット）制御後の
触媒のO₂ストレージ効果の影響はその後の吸収空気量Ｑ
の積算量ΣＱに依存することを利用する。すなわち、積
算量ΣＱが所定値に到達したときに、触媒のO₂ストレー
ジ効果がなくなったと判断した禁止フラグXSBをリセッ
トするものである。ステップ601では、禁止フラグXSBが
“1"であるか否かを判別する。この結果、XSB＝“0"で
あれば禁止フラグXSBは既にリセットされているので、
ステップ607にて積算量ΣＱをリセットしてステップ608
に進む。XSB＝“1"であれば、ステップ602〜606にて禁
止フラグXSBのリセットのための処理を行う。

ステップ602では、吸入空気量ＱをA/D変換して取込
み、ステップ603にてROM104に格納された１次元マップ
により吸入空気量Ｑに応じてカウント数CQを補間計算す
る。そして、ステップ604にて積算量ΣＱをカウント数C
Qにより更新し、ステップ605,606にて積算量ΣＱが所定
値C₀以上になったときのみ、禁止フラグXSBをリセット
する。

そして、第６図のルーチンはステップ608にて終了す
る。

第７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701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、
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（XFC＝“1"）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72
7に進んで空燃比補正計数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728に直接進む。他方、閉ループ条件成立の場
合はステップ702に進む。

ステップ702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703にV₁を比較電圧V_R1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≦
V_R1）であれば、ステップ704にてディレイカウンタCDLY
が正か否かを判別し、CDLY＞０であればステップ705に
てCDLYを０とし、ステップ706に進む。ステップ706で
は、ディレイカウンタCDLYを１減算し、ステップ707,70
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709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＞V_R1）であれば、ステップ710にてディレイカウン
タCDLYが負か否かを判別し、CDLY＜０であればステップ
711にてCDLYを０とし、ステップ712に進む。ステップ71
2ではディレイカウンタCDLYを１加算し、ステップ713,7
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
達したときにステップ715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716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717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718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719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716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720,721,722にて積分処理を
行う。つまり、ステップ720にて、F1＝“0"か否かを判
別し、F1＝“0"（リーン）であればステップ721にてFAF
←FAF＋KIRとし、他方F₁＝“1"（リッチ）であればステ
ップ722にてFAF←FAF−KIR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
ており、つまり、KIR（KIL）＜RSR（RSL）である。従っ
て、ステップ721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722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718,719,721,722にて演算された空燃比補正
係数FAFはステップ723,724にて最小値たとえば0.8にて
ガードされ、また、ステップ725,726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728にてこのルーチンは終了する。

第８図は第７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８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８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８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８図（Ｄ）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V_R1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V_R1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
V_R1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
V_R1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９図、第10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９図は下流側O₂センサ15の出力にもとづいてスキッ
プ量は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901〜905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90
1）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902）、スロットル弁16が全閉（LL
＝“1"）のとき（ステップ903）、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904）、軽負荷のとき（Q/N_e＜X₁）（ステップ905）、
等が閉ループ条件が不成立であり、その他の場合が閉ル
ープ条件不成立である。閉ループ条件でなければ直接ス
テップ914に進む。

下流側O₂センサ15による閉ループ条件成立であれば、
ステップ906に進み、第４図、第６図のルーチンで演算
された下流側空燃比フィードバック制御禁止フラグXSB
が“0"か否かを判別する。この結果、XSB＝“0"のとき
のみ、ステップ907〜913のフローにて下流側O₂センサ15
の出力V₂による空燃比フィードバック制御を実質的に行
う。すなわち、ステップ907にて下流側O₂センサ15の出
力V₂をA/D変換して取込み、ステップ908にてV₂が比較電
圧V_R2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。この結果、ステッ
プ908にてV₂≦V_R2（リーン）であればステップ909に進
み、他方、V₂＞V_R2（リッチ）であればステップ910に進
む。

ステップ909では、バックアップRAM106よりリッチス
キップ量RSRを読出し、RSR←RSR＋ΔRS（一定値）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、さらに、ステップ910にてバッ
クアップRAM106よりリーンスキップ量RSLを読出し、RSL
←RSL−ΔRSとし、つまり、リッチスキップ量RSLを減少
させて空燃比をリッチ側に移行させる。

他方、V₂＞V_R2（リッチ）のときには、ステップ911に
てバックアップRAM106よりリッチスキップ量RSRを読出
し、RSR←RSR−ΔRSとし、つまり、リッチスキップ量RS
Rを減少させて空燃比をリーン側に移行させ、さらに、
ステップ912にてバックアップRAM106よりリーンスキッ
プ量RSLを読出し、RSL←RSL＋ΔRSとし、つまり、リー
ンスキップ量RSLを増加させて空燃比をリーン側に移行
させる。

ステップ913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％にてガードしバックアップRAM106
に格納する。なお、最小値MIN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９図のルーチンはステップ914にて終了す
る。

第４図、第６図、第７図、第９図のフローチャートを
さらに、第10図をも参照して説明する。

第10図において、時間t₁〜t₂では、燃料カット中（XF
C＝“1"）であり、従って、積算量ΣＱは０に保持さ
れ、禁止フラグXSBは“0"に保持される。このとき、空
燃比補正係数FAFはステップk723により1.0とされるが、
スキップ量RSR,RSLの更新は当然停止される。次に、時
刻t₂にて燃料カット復帰して下流側O₂センサ15による空
燃比フィードバック制御条件が成立しても、この時点で
は、積算量ΣＱが所定値C₀以下であるので、禁止フラグ
XSBが“1"に保持され、ステップ906でのフローはステッ
プ914に進み、スキップ量RSR,RSLの更新は行われない。

次いで、時刻t₃にて、積算量ΣＱの値が所定値C₀を越
えると、ステップ605,606により禁止フラグXSBがリセッ
トされ、この結果、スキップ量RSR,RSLの更新が再開す
る。

このように、第８図の時間t₂〜t₃では、スキップ量RS
R,RSLは更新されず、従って、リッチ側の過補正は抑制
される。

なお、第８図において、時間t₂〜t₃においても、スキ
ップ量RSR,RSLを更新すると、スキップ量RSR,RSLはリッ
チ側に過補正され、しかも、その影響は暫くの間残存す
るので、HC,COエミッション、燃費、触媒排気異臭の点
で不利である。特に、下流側O₂センサ15による空燃比フ
ィードバック制御停止中にスキップ量RSR,RSLをホール
ドし、下流側O₂センサ15による空燃比フィードバック制
御を再開した時に、そのホールド値から制御を開始する
ものでは、頻繁な空燃比フィードバック制御の禁止、許
可が繰り返されるたびに時間t₂〜t₃において制御定数RS
R,RSLが発散する可能性があり、好ましくないが、本例
では、その誤補正を抑制している。

第11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1101で
は、燃料カットフラグXFCが“0"か否かを判別し、この
結果、XFC＝“1"であればステップ1106に直接進み、燃
料カットを実行する。他方、XFC＝“0"であればステッ
プ1102に進む。ステップ1102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1103にてRAM105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1104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1105に
て、噴射量TAUをダウンカウンタ108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1106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。

次に、上述の第６図の禁止フラグXSBのリセットの変
更例について第12図〜第15図を参照して説明する。

第12図においては、燃料カット制御後の触媒のO₂スト
レージ効果の影響は、その燃料カットの持続時間に依存
することを利用している。始めに、XFC＝“0"且つTFC≦
０とすれば、ステップ1201,1203,1205,1206,1210のフロ
ーにより燃料カット持続カウンタCFCは０に保持され
る。次に、燃料カットが実行されると（XFC＝“1"）、
ステップ1201,1202にて燃料カット持続カウンタCFCは＋
１カウントアップされ、ステップ1206を介してステップ
1210に進む。

次に、燃料カット復帰に移行すると、ステップ1201で
のフローはステップ1203からステップ1204に進み、ROM1
04に格納された１次元マップにより触媒のO₂ストレージ
量に相当する燃料カット持続実効時間TFCを補間計算
し、ステップ1205にてカウンタCFCをクリアする。この
結果、TFC＞０であるので、ステップ1206でのフロー
は、ステップ1207にて時間TFCを計測開始してステップ1
208を介してステップ1210に進む。

上述の状態が持続して時間TFCの計測が完了すると（T
FC≦０）、フローはステップ1201,1203,1205,1206〜120
8を介してステップ1209に進み、禁止フラグXSBをリセッ
トすることになる。

このように、燃料カットの持続時間CFCを触媒のO₂ス
トレージ量に相当する時間TFCに変換し、この時間TFCだ
け、下流側O₂センサ15による空燃比フィードバック制御
を停止する。

第13図においては、燃料カット制御後の触媒のO₂スト
レージ効果の影響は、減速時間の依存することを利用し
ている。このため、第12図のステップ1201,1203の代り
に、ステップ1301〜1305を設けてある。すなわち、ステ
ップ1301では、機関負荷として１回転当りの吸入空気量
Q/Neを演算し、その値をQNとし、ステップ1302では、負
荷QNのなまし値▲▼を演算する。なお、ステップ13
02のｉは適当な２以上の整数である。次に、ステップ13
03にて、負荷の変化DQNを演算し、ステップ1304にて減
速状態（DQN＞０）か否かを判別する。この結果、減速
状態（DQN＞０）であれば、ステップ1202にてその持続
時間CFCを＋１カウントアップし、減速状態から加速状
態に切替ったときに、持続時間CFCを触媒のO₂ストレー
ジ量に応じた時間TFCに変換してステップ1205を介して
ステップ1206〜1209に進む。その後の処理は第12図の場
合と同様であり、その説明を省略する。なお、機関負荷
としては他のパラメータたとえばスロットル弁開度、吸
入空気圧等を用いてもよい。

第14図においては、燃料カット復帰後の低吸入空気量
もしくはアイドル状態が続いた後は、触媒のO₂ストレー
ジ効果の影響が大きく残存するので、車速SPDが所定値D
₀未満のときには禁止フラグXSBをリセットしないように
したものである。逆に、車速SPDが所定値D₀に到達した
ときに禁止フラグXSBをリセットするようにしたもので
ある。すなわち、ステップ1401では、禁止フラグXSBが
“1"か否かを判別し、XSB＝“1"のときにステップ1402
に進み、車速データSPDを取込んで、SPD≧D₀か否かを判
別する。この結果、SPD≧D₀ときのみ禁止フラグXSBをリ
セットする。そして、ステップ1404にてこのルーチンは
終了する。

第15図においては、触媒下流の空燃比がリーンからリ
ッチへ変化したときは、触媒のO₂ストレージ効果の影響
は全く残存しないことを利用したものである。すなわ
ち、ステップ1501にて禁止フラグXSBが“1"か否かを判
別し、XSB＝“1"のときのみステップ1502,1503に進む。
ステップ1502では下流側O₂センサ15の出力V₂をA/D変換
して取込み、ステップ1503にてV₂＞V_R2（リッチ）か否
かを判別する。この結果、V₂＞V_R2（リッチ）のときの
み、ステップ1504に進み、禁止フラグXSBをリセットす
る。そして、ステップ1505にてこのルーチンは終了す
る。

さらに、禁止フラグXSB（XSB＝“1"）の設定時間（遅
延時間）を、触媒の劣化度に応じて可変としてもよい。
つまり、触媒の劣化度はそのO₂ストレージ効果に影響す
るからである。なお、触媒の劣化度は上流側O₂センサ13
と下流側O₂センサ15との出力周期比等で推定できる。

また、上述のオープンループ条件としてのリーン化条
件として燃料カット条件を用いたが、パーシャルリーン
制御時（λ/1）もしくはエアサクション（AS）制御時と
してもよい。

以上のごとく、禁止フラグXSBのリセットの方法につ
いて数種述べたが、当然これらを組み合わせて用いるこ
とができる。たとえば第12図と第15図を組み合わせて、
燃料カット時間に応じた時間XSBを“1"としている場合
であっても、下流側O₂センサ15がリーンからリッチへ反
転すればO₂ストアレージによる影響はないとしてただし
にXSB←０としてやってよく、この場合は過度のディレ
イを避けることができる。この種のものとして、第15図
と第14図、第15図と第６図、第15図と第13図を組み合わ
せたものが考えられる。また、第15図のものと、燃料カ
ット後一定時間XSBを０としておくシステムも考えられ
る。すなわち、下流側O₂センサ15がリーンからリッチと
なればただちにXSBを“1"とするが、所定時間経過して
もリッチへ反転しない場合はXSBを１とするシステムで
ある。

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。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、遅延滞時間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、リーン成分定数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
を調節するもの、等に本発明を適用し得る。この場合に
は、ステップ1101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1104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
チへの出力特性が遅い場合にあっても、制御定数等のリ
ッチ過補正を防止でき、排気エミッションの低減、燃費
の向上等に役立つものである。

【図面の簡単な説明】

第１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９図、第11図〜第15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
図、第８図は第７図のフローチャートを補足説明するタイミ
ング図、第10図は第４図、第６図、第７図、第９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

(57)【特許請求の範囲】

【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、前記オープンループ条件としてのリーン化条件から前記
空燃比閉ループ条件への判別結果を所定の遅延時間だけ
遅延させる遅延手段と、前記三元触媒のO₂ストレージ量に応じたパラメータに応
じて前記遅延時間を可変とする遅延時間可変手段と、前記遅延された空燃比閉ループ条件の成立後に前記下流
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調整する
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。
【請求項２】前記リーン化条件が燃料カットである特許
請求の範囲第１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】前記遅延時間可変手段は前記空燃比閉ルー
プ条件成立後の前記機関の吸入空気量の積算値に応じて
前記遅延時間を可変とす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。
【請求項４】前記遅延時間可変手段は前記オープンルー
プ条件としてのリーン化条件状態の持続時間に応じて前
記遅延時間を可変とす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。
【請求項５】前記遅延時間可変手段は前記機関の減速状
態の持続時間に応じて前記遅延時間を可変とする特許請
求の範囲第１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】前記遅延時間可変手段は車速が所定値以上
になったか否かにより前記遅延時間を可変とする特許請
求の範囲第１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】前記遅延時間可変手段は前記下流側空燃比
センサの出力がリッチ出力となったか否かにより前記遅
延時間を可変とす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。
【請求項８】前記遅延時間可変手段は前記三元触媒の劣
化度に応じて前記遅延時間を可変とする特許請求の範囲
第１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。