JP2596009B2

JP2596009B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2596009B2
Application number: JP27024587A
Authority: JP
Inventors: 靖佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-10-28
Filing date: 1987-10-28
Publication date: 1997-04-02
Anticipated expiration: 2012-04-02
Also published as: JPH01113553A

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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

たとえば、スキップ量RSR,RSLを可変とするダブルO₂
センサシステム（参照：特開昭61−234241号公報）にお
いては、下流側O₂センサの出力がリーンの場合にリッチ
スキップ量RSRを増加せしめ、O₂センサの出力がリッチ
の場合にリッチスキップ量RSRを減少せしめる（リーン
スキップ量RSL＝10％−RSRで、リッチスキップ量RSRと
逆に変化させる）が、例えば、新品触媒にて機関高負荷
運転を行うと、触媒のO₂ストレージ効果が大きいため
に、O₂を吸着するサイクルとO₂を離脱するサイクルの時
間が長くなり、従って、スキップ量RSR,RSLは周期的に
過補正される。この結果、スキップ量RSR,RSLがリッチ
側に過補正されると、制御空燃比がオーバリッチとな
り、触媒排気臭（H₂S）が発生するという問題点があ
る。

たとえば、第３図に示すように、80km/hの高負荷定常
運転では、リッチスキップ量RSRが４％〜６％の間を上
下に変化し、その周期は６〜７分となると、リッチスキ
ップ量RSRが5.8％を超えるあたりから触媒排気臭が発生
し始め、リッチスキップ量RSRが６％で反転して5.3％程
度に下がるまで触媒排気臭が発生し続ける。

従って、本発明の目的は、機関高負荷運転時における
触媒排気臭を低減したダブル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。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。
負荷状態判別手段は機関が低負荷状態か高負荷状態かを
判別する。この結果、機関が低負荷状態のときに、第１
のガード手段が空燃比フィードバック制御定数RSR,RSL
を第１の許容範囲内に制限し、機関が高負荷状態である
ときに、第２のガード手段が空燃比フィードバック制御
定数RSR,RSLを、第１の許容範囲内に設けられ、且つ第
１の許容範囲より狭い第２の許容範囲内に制限する。空
燃比補正量演算手段は機関が低負荷状態のときには第１
のガード手段により制限された空燃比フィードバック制
御定数RSR,RSLと上流側空燃比センサの出力V₁とに応じ
て、また、機関が高負荷状態であるときには第２のガー
ド手段により制限された空燃比フィードバック制御定数
RSR,RSLと上流側空燃比センサの出力V₁とに応じて、空
燃比補正量FAFを演算する。そして、空燃比調整手段は
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、触媒排気臭が発生し易い高負荷
時に、空燃比フィードバック制御定数の許容範囲が小さ
くされる。

〔実施例〕

第４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４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には角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13,15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のA/D変換器101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ース
102、CPU103の外に、ROM104,RAM105、バックアップRAM1
06、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５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501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、
触媒過熱冷却防止のため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527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528に直接進む。他方、
閉ループ条件成立の場合はステップ502に進む。

ステップ502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503にてV₁が比較電圧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504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505
にてCDLYを０とし、ステップ506に進む。ステップ506で
は、ディレイカウンタCDLYを１減算し、ステップ507,50
8にてディレイカウンタCDLYを最小値TDLで制限する。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509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1
3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510にてディレイカウンタCD
LYが負か否かを判別し、CDLY＜０であればステップ511
にてCDLYを０とし、ステップ512に進む。ステップ512で
はディレイカウンタCDLYを１加算し、ステップ513,514
にてディレイカウンタCDLYを最大値TDRで制限する。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515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1
3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516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517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518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519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512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520,521,522にて積分処理を
行う。つまり、ステップ520にて、F1＝“0"か否かを判
別し、F1＝“0"（リーン）であればステップ521にてFAF
←FAF＋KIRとし、他方F1＝“1"（リッチ）であればステ
ップ522にてFAF←FAF−KILとする。ここで、積分定数KI
R,KILはスキップ量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521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522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518,519,521,522にて演算された空燃比補正
係数FAFはステップ523,524にて最小値たとえば0.8にて
制限され、また、ステップ525,526にて最大値たとえば
1.2にて制限される。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528にてこのルーチンは終了する。

第６図は第５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６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６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６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の短
い期間で反転すると、ディレイカウンタCDLYが最大値TD
R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６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。

次に、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７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701〜705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、下流側
O₂センサ13による閉ループ条件の不成立（ステップ70
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702）、スロットル弁16が全閉（LL
＝“1"）のとき（ステップ703）、軽負荷のとき（Q/Ne
＜X₁）（ステップ704）、下流側O₂センサ15が活性化し
ていないとき（ステップ705）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721に進む。

閉ループ条件が満たされていればステップ706〜711に
進み、リッチスキップ量RSRの上限値MAXを機関が低負荷
状態か高負荷状態かに応じて設定する。すなわち、ステ
ップ706にて吸入空気量ＱがＱ＜100m³/hか否かにより負
荷状態を判別する。Ｑ＜100m³/h（低負荷状態）であれ
ば、触媒排気臭は発生しにくい条件であることから、ス
テップ707にてカウンタＣをクリアしてステップ708にて
リッチスキップ量RSRの上限値MAXを7.8％と大きく設定
する。つまり、許容範囲〔MIN,MAX〕を〔2.2％,7.8％〕
と広く設定する。他方、Ｑ≧100m³/h（高負荷状態）で
あれば、触媒排気臭が発生し易い条件であることから、
ステップ709に進み、カウンタＣを＋１カウントアップ
し、ステップ710にてＣ＞Co（時間で５秒程度に相当）
か否かを判別し、Ｃ＞Coのときのみ、ステップ711にて
リッチスキップ量RSRの上限値MAXを5.5％と小さく設定
する。つまり、許容範囲〔MIN,MAX〕を〔2.2％,5.5％〕
と狭く設定する。なお、カウンタＣによる遅延を導入し
た理由は、高負荷状態が成立してもすぐに排気臭が発生
される訳ではなく、また、このような遅延を設けない
と、リッチスキップ量RSRが頻繁に変化して空燃比が大
きくばらつく可能性があるからである。

ステップ712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713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。なお、比較電圧V_R2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V_R1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713にてV₂≦V_R2（リーン）であればステップ
714〜716に進み、他方、V₂＞V_R2（リッチ）であればス
テップ717〜719に進む。ステップ714では、リッチスキ
ップ量RSRが上限値MAXを超えているか否かを判別し、RS
R＜MAXのときのみステップ715に進み、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、他方、RSR≧MAXであればステ
ップ716にてリッチスキップ量RSRを上限値MAXとする。

また、ステップ717では、リッチスキップ量RSRが下限
値MINより小さいか否かを判別し、RSR＞MINのときのみ
ステップ718に進み、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、他方、RSR≦MINであればリッチスキップ量RSRを
下限値MINとする。

なお、下限値MIN（2.2％）は過渡追従性がそこなわれ
ないレベルの値であり、また、上限値MAX（7.8％）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。

ステップ720では、リーンスキップ量RSLを、 RSL←10％−RSR により演算する。

そして、上述のごとく演算されたスキップ量RSR,RSL
はバックアップRAM106に格納され、第７図のルーチンは
ステップ721にて終了する。

第８図は第７図のフローチャートを補足説明するタイ
ミング図である。第８図（Ａ）に示すごとく、吸入空気
量Ｑが変化して時刻t₁,t₃にて高負荷状態になり、高負
荷状態が持続すると、第８図（Ｃ）に示すごとく、５秒
後の時刻t₁′,t₃′にてリッチスキップ量RSRの上限値は
7.8％から5.5％に変更される。従って、第８図（Ｂ）に
示すごとく、下流側O₂センサ15の出力V₂が変化すると、
リッチスキップ量RSRのリッチ側補正は制限され、空燃
比はリーン側に向うことになる。そして、第８図（Ａ）
に示すごとく、たとえば時刻t₂にて低負荷状態になる
と、リッチスキップ量RSRの上限値はただちに5.5％から
7.8％に変更される。

第９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901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RAUPを演算する。たとえばTAUP←
α・Q/Ne（αは定数）とする。ステップ902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903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904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905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。

第10図は第７図の変更例を示し、下流側O₂センサ15の
出力V₂に応じて変化するバックアップRAM106の値RSRに
加えて、実際に空燃比フィードバック制御に用いられる
実効値ERSRを設け、これにより、高負荷状態にあって
も、バックアップRAMの値RSRは広い許容範囲〔2.2％,7.
8％〕で更新するようにし、他方、実効値ERSRを狭い許
容範囲〔2.2％,5.5％〕で更新するようにしたものであ
る。なお、実効値ERSRはRAM105に格納される。

ステップ1001〜1005は第７図のステップ701〜705と同
一であって、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。

閉ループ条件が満たされていなければステップ1026に
直接進み、閉ループ条件が満たされていればステップ10
06〜1025に進む。

ステップ1006では、機関が低負荷状態か高負荷状態か
を判別する。すなわち、ステップ1006にて吸入空気量Ｑ
がＱ＜100m³/hか否かにより負荷状態を判別する。Ｑ＜1
00m³/h（低負荷状態）であれば、触媒排気臭は発生しに
くい条件であることから、リッチスキップ量RSRの上限
値MAXを7.8％と大きく、つまり、許容範囲〔MIN,MAX〕
を〔2.2％,7.8％〕と広くしたステップ1007〜1016のフ
ローを実行し、他方、Ｑ≧100m³/h（高負荷状態）であ
れば、触媒排気臭が発生し易い条件であることから、リ
ッチスキップ量RSRの上限値MAXを5.5％と小さく、つま
り、許容範囲〔MIN,MAX〕を［2.2％,5.5％］と狭くし
た、ステップ1017〜1024およびステップ1013〜1016のフ
ローを実行する。なお、リーン側への制御であるステッ
プ1013〜1015およびステップ1016は両者で共通である。

すなわち、ステップ1006にてＱ＜100m³/h（低負荷状
態）であれば、ステップ1007にてカウンタＣをクリア
し、ステップ1008に進む。

ステップ1008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1009にてV₂が比較電圧V_R2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。

ステップ1009にてV₂≦V_R2（リーン）であればステッ
プ1010〜1012に進み、他方、V₂＞V_R2（リッチ）であれ
ばステップ1013〜1015に進む。ステップ1010では、リッ
チスキップ量RSRが上限値7.8％を超えているか否かを判
別し、RSR＜7.8％のときのみステップ1011に進み、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、他方、RSR≧7.8％
であればステップ1012にてリッチスキップ量RSRを上限
値7.8％とする。また、ステップ1013では、リッチスキ
ップ量RSRが下限値2.2％より小さいか否かを判別し、RS
R＞2.2％のときのみステップ1014に進み、RSR←RSR−Δ
RS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、他方、RSR≦2.2％であれば
リッチスキップ量RSRを下限値2.2％とする。

ステップ1016では、スキップ量RSRをバックアップRAM
106に格納すると共に、実効値ERSRとする。

ステップ1025では、実効リーンスキップ量ERSLを、 ERSL←10％−ERSR により演算する。

他方、ステップ1006にてＱ≧100m³/h（高負荷状態）
であれば、ステップ1017にてカウンタＣを＋１カウント
アップし、ステップ1018にてＣ＞Co（時間で５秒程度に
相当）か否かを判別し、Ｃ＞Coのときのみ、ステップ10
19に進み、Ｃ≦Coであれば低負荷状態の場合と同様であ
る。

ステップ1019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1020にてV₂が比較電圧V_R2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。ステップ1019にてV₂≦V_R2（リーン）で
あればステップ1021〜1024に進み、他方、V₂＞V_R2（リ
ッチ）であればステップ1013〜1015に進む。ステップ10
21では、リッチスキップ量RSRが上限値5.5％を超えてい
るか否かを判別し、RSR＜5.5％のときのみステップ1022
に進み、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、RSR≧
5.5％のときにもリッチスキップ量RSRを増加させる。そ
して、ステップ1024にてリッチスキップ量の実効値RSR
を上限値5.5％とする。また、ステップ1013では、前述
と同様に、リッチスキップ量RSRが下限値2.2％より小さ
いか否かを判断別、RSR＞2.2％のときのみステップ1014
に進み、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、他
方、RSR≦2.2％であればリッチスキップ量RSRを下限値
2.2％とする。

このように、第10図のルーチンでは、高負荷状態にあ
って且つ下流側O₂センサ15によって検出された空燃比が
リーンであって、リッチスキップ量RSRは上限値5.5％を
超えていても、リッチスキップ量RSRはリッチ側に更新
される（ステップ1023）が、空燃比フィードバック制御
に実際に用いられるリッチスキップ量ERSRは5.5％に制
限される（ステップ1024）。

そして、上述のごとく演算されたスキップ量ERSR,ERS
LはRAM105に格納され、第10図のルーチンはステップ102
6にて終了する。

第11図は第10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。第11図（Ａ）に示すごとく、吸入空気
量Ｑが変化して時刻t₁,t₃にて高負荷状態になり、高負
荷状態が接続すると、第11図（Ｃ）に示すごとく、５秒
後の時刻t₁′,t₃′にてリッチスキップ量RSRの上限値は
7.8％から5.5％に変更される。従って、第11図（Ｂ）示
すごとく、下流側O₂センサ15の出力V₂が変化すると、リ
ッチスキップ量の実効値ERSRのリッチ側補正は制限さ
れ、空燃比はリーン側に向うことになるが、バックアッ
プRAM値であるRSRの演算自体は持続される。そして、第
11図（Ａ）に示すごとく、たとえば時刻t₂にて低負荷状
態になると、リッチスキップ量RSRの上限値はただちに
5.5％から7.8％に変更されるが、この場合、上述のごと
く、演算が持続されていたバックアップRAM値であるRSR
を実効値ERSRの開始値とするので、第７図の場合に比較
して過渡特性が優れる。

なお、第10図のルーチンを用いる場合には、第５図の
ステップ518,519における値RSR,RSLは実効値ERSR,ERSL
に置換する。

また、上述の高負荷時の上限値5.5％は、触媒の劣化
度もしくは活性度に応じて変化させてもよい。すなわ
ち、触媒が、活性になる程、酸素が触媒に吸着され易い
からである。触媒の活性度は、吸入空気量等により作動
するカウンタあるいは触媒温度を推定することができ
る。

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
なわれるのは、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、置延時間、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のうちの一方を固定し他方のみ
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
によりキャプ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901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903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、触媒排気臭が発
生し易い高負荷時に下流側空燃比センサによる空燃比制
御量の許容範囲を小さくしているので、制御空燃比が大
きくリッチ側へずれることなく、従って、触媒排気臭を
低減できる。

【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0₂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図は本発明が解決しようとする問題点を説明するタ
イミング図、第４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５図、第７図、第９図、第10図、は第４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６図は第５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11図は第10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た三元触媒
（12）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（13）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（15）と、該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、前記機関が低負荷状態か高負荷状態かを判別する負荷状
態判別手段と、前記機関が低負荷状態のときに前記空燃比フィードバッ
ク制御定数の値を第１の許容範囲内に制限する第１のガ
ード手段と、前記機関が高負荷状態であるときに前記空燃比フィード
バック制御定数の値を、前記第１の許容範囲内に設けら
れ、且つ第１の許容範囲より狭い第２の許容範囲内に制
限する第２のガード手段と、前記機関が低負荷状態のときには前記第１のガード手段
により制限された空燃比フィードバック制御定数の値と
前記上流側空燃比センサの出力とに応じて、また、前記
機関が高負荷状態であるときには前記第２のガード手段
により制限された空燃比フィードバック制御定数の値と
前記上流側空燃比センサの出力とに応じて、空燃比補正
量を演算する空燃比補正量演算手段と、該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】前記第２のガード手段は前記機関の高負荷
状態が所定時間持続したときのみ前記空燃比フィードバ
ック制御定数の値を前記第２の許容範囲内に制限する特
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３】前記制御定数演算手段は、前記空燃比フィ
ードバック制御定数の値が前記第２の許容範囲内に制限
されている間にあっても、前記第１の許容範囲内で前記
空燃比フィードバック制御定数の演算を持続させ、前記
機関が高負荷状態から低負荷状態へ移行した場合に該演
算の持続により得られた空燃比フィードバック制御定数
の値により該空燃比補正量の演算を行う特許請求の範囲
第１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】前記第２の許容範囲を前記三元触媒の劣化
度に応じて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。