JP2600259B2

JP2600259B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2600259B2
Application number: JP63074786A
Authority: JP
Inventors: 広樹松岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-03-30
Filing date: 1988-03-30
Publication date: 1997-04-16
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JPH01249937A

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ダブル空燃比センサシステム、ある
いは触媒コンバータ下流もしくは触媒コンバータ中にO₂
センサを設けて該O₂センサによる空燃比フィードバック
制御を行うシングル空燃比センサシステムに関する。

〔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箇所、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
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。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。

他方、O₂センサの出力の入力回路としては、第3A図に
示すプルダウン型入力回路がある。すなわち、プルダウ
ン型入力回路（公開技報87−5098号参照）は、プルダウ
ン抵抗R₁およびノイズ吸収用キャパシタC₁により構成さ
れている。素子温が低いときにはO₂センサOXの内部抵抗
R₀が大きく、従って、第4A図に示すごとく、ベース空燃
比がリッチでO₂センサOXの起電力があってもO₂センサ出
力電圧V_OXはローレベルとなり、他方、素子温が高くな
ると、O₂センサOXの内部抵抗R₀が小さくなり、ベース空
燃比がリッチの場合にはO₂センサOXの起電力によりO₂セ
ンサ出力電圧V_OXは起電力×R₁/（R₀＋R₁）相当のハイレ
ベルとなる。このようなプルダウン型入力回路を用いた
場合のO₂センサOXの活性判別は、O₂センサ出力電圧V_OX
が所定値を超えたか否かあるいは反転したか否かにより
行うのが通常であるが、ベース空燃比がリーンの場合に
はたとえO₂センサOXが活性化していても活性と判断され
ない。

そこで、ベース空燃比のリッチ、リーンに関係なくO₂
センサOXの活性判別が可能な入力回路として、第3B図に
示すプルアップ型入力回路（公開技報87−5098号参照）
が提案されている。すなわち、プルアップ型入力回路
は、プルアップ抵抗R₂およびノイズ吸収用キャパシタC₂
により構成されている。素子温が低いときにはO₂センサ
OXの内部抵抗R₀はプルアップ抵抗R₂に比べて大きく、第
4B図に示すごとく、O₂センサ出力電圧V_OXはベース空燃
比に関係なくほぼ電源電圧に近い値（V_CC×R₀/（R₀＋
R₂））までプルアップされ、他方、素子温が高くなる
と、O₂センサOXの内部抵抗R₀がプルアップ抵抗R₂に比べ
て小さくなり、ベース空燃比がリッチの場合にはO₂セン
サ出力電圧V_OXは起電力＋V_CC×R₀/（R₀＋R₂）相当のハ
イレベルとなり、また、ベース空燃比がリーンの場合に
はO₂センサ出力電圧V_OXはV_CC×R₀/（R₀＋R₂）相当のロ
ーレベルとなる。従って、プルアップ型入力回路を用い
た場合には、O₂センサOXの活性判別はO₂センサ出力電圧
V_OXが暖機後のリッチ出力レベルより少し高いレベルた
とえば第4B図に示す活性レベルＡより低いか否かによっ
て行うことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述のダブルO₂センサシステムにおい
て、プルアップ型入力回路を下流側O₂センサに対して用
いると、活性レベルＡはベース空燃比に応じて可変とさ
れていないために、ベース空燃比がリーンのときに活性
判別された直後では、リッチ誤判定による空燃比の誤制
御があり、また、その後でも、ベース空燃比のリッチ、
リーン反転によって活性、非活性のハンチング（範囲
Ｙ）が発生して空燃比がリッチずれするという課題があ
る。すなわち、活性レベルＡを第５図に示すごとく設定
すると、ベース空燃比がリッチの場合は素子温T₃で活性
と判別されるが、ベース空燃比がリーンの場合はより低
い素子温T₁で早く活性と判別され、しかも、この場合、
範囲Ｘ（T₁〜T₂）ではリッチと誤判定され、この結果、
空燃比は誤制御される。さらに、素子温がT₁〜T₂の範囲
では、ベース空燃比に応じて活性、非活性のハンチング
を起こし、この結果、空燃比の誤制御が発生するという
課題がある。

さらに、詳細に第6A図、第6B図（第6A図のＢ部分の拡
大図）を用いて説明すると、ベース空燃比がリーンのま
ま時刻t₀にて下流側O₂センサが活性と判別されると（V
_OX＜Ａ）、下流側O₂センサによる空燃比フィードバック
制御たとえばリッチスキップ量RSRの更新が開始する
が、この場合、リッチと誤判定されるので（V_OX＞
V_R）、リッチスキップ量RSRはリーン側に制御された後
に、時刻t₁にてリッチスキップ量RSRは本来のごとくリ
ッチ側に制御される。しかも、下流側O₂センサの活性初
期時には、燃料カット、増量等のためにベース空燃比の
リッチ、リーンの変動が激しく、第6B図に示すごとく、
時間t₂〜t₃,t₄〜t₅,t₆〜t₇において、下流側O₂センサの
非活性状態となる。この間、リッチスキップ量RSRの更
新は行われず、リッチスキップ量RSRはリッチ側に過補
正されることになる。なお、点線RSR′はリッチ側過補
正がない場合を示す。

また、後者の活性、非活性のハンチングを防止するた
めに、活性判別値Ａを高めに設定することもできるが、
この場合には、リッチ誤判定（t₀〜t₁）の時間が長くな
ると共に、下流側O₂センサの半活性状態での空燃比フィ
ードバック実行が多くなるので、採用することができな
い。

上述の課題は、触媒下流もしくは触媒中のみO₂センサ
を設けたシングルO₂センサシステムにおいても同様であ
る。

なお、本願出願人は、既に、下流側O₂センサの出力す
なわちプルアップ型入力回路の出力が活性レベルＡより
低くなってから一定時間遅延して下流側O₂センサによる
空燃比フィードバック制御を開始させることにより、誤
制御が行われない時間的領域で空燃比フィードバック制
御を行うことを提案している（参考：特願昭62−262910
号）。しかし、この一定時間の遅延後には確実に下流側
O₂センサが活性化している保証はない。

従って、本発明の目的は、上記先願をさらに一歩進
め、空燃比センサの活性判定後の空燃比制御によるエミ
ッションの悪化、燃費の悪化、ドライバビリティの悪化
等を確実に防止したダブル空燃比センサシステムおよび
シングル空燃比センサシステムを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の課題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CC_RO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_ROの下流側の
排気通路には、機関の空燃比を検出する下流空燃比セン
サが設けられている。プルアップ型入力回路は下流側空
燃比センサが非活性状態と判別されているときに、該下
流側空燃比センサが活性状態と判別された後の該下流側
空燃比センサのリッチ出力レベルより高い電圧を印加す
るとともに、該下流側空燃比センサの出力電圧を入力す
る。第１判別手段は、プルアップ型入力回路の出力が暖
機後のリッチ出力レベルよりわずかに高い活性判別レベ
ルＡより低いか否かを判別する。そして、プルアップ型
入力回路の出力が活性判別レベルＡより低いと判別され
た時点から所定時間後に、第２の判別手段はプルアップ
型入力回路の出力が暖機後のリッチ出力レベル領域に相
当する第１のレベル領域および、該第１のレベル領域か
ら所定の間隔を隔てて且つ暖機後のリーン出力レベル領
域に相当する第２のレベル領域にあるか否かを判別す
る。この結果、プルアップ型入力回路の出力が第１、第
２のレベル領域のいずれかにあると判別された後、空燃
比調整手段は上流側空燃比センサの出力V₁に加えて下流
側空燃比センサの出力V₂に応じた前記機関の空燃比の調
整を開始するものである。

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CC_ROの下流側の排気通路もしくは三元触
媒中には、機関の空燃比を検出する空燃比センサが設け
られている。プルアップ型入力回路は空燃比センサが非
活性状態と判別されているときに、該空燃比センサが活
性状態と判別された後の該空燃比センサのリッチ出力レ
ベルより高い電圧を印加するとともに、該空燃比センサ
の出力電圧を入力する。第１の判別手段は、プルアップ
型入力回路の出力が暖機後のリッチ出力レベルよりわず
かに高い活性判別レベルＡより低いか否かを判別する。
そして、プルアップ型入力回路の出力が活性判別レベル
Ａより低いと判別された時点から所定時間後に、第２の
判別手段はプルアップ型入力回路の出力が暖機後のリッ
チ出力レベル領域に相当する第１のレベル領域および、
該第１のレベル領域から所定の間隔を隔てて且つ暖機後
のリーン出力レベル領域に相当する第２の出力レベル領
域にあるか否かを判別する。この結果、プルアップ型入
力回路の出力が第１、第２のレベル領域のいずれかにあ
ると判別された後、空燃比調整手段は下流側空燃比セン
サの出力V₂に応じた前記機関の空燃比の調整を開始する
ものである。

〔作用〕

上述の手段による作用は第７図に示される。すなわ
ち、暖機後の完全に活性化した空燃比センサの出力は、
活性判別レベルＡを横切った後は、空燃比がリッチであ
る場合にはリッチ出力レベル領域、すなわち比較的高い
第１のレベル領域（Ａ〜Ｂ）にあり、空燃比がリーンで
ある場合にはリーン出力レベル領域、すなわち比較的低
い第２のレベル領域Ｃ〜にあるはずである。他方、非活
性の空燃比センサの出力はたとえ活性判別レベルＡを横
切っても、第１のレベル領域（Ａ〜Ｂ）および第２のレ
ベル領域（Ｃ未満）に存在しない。従って、空燃比セン
サの出力が活性判別レベルＡを横切った時点t₁から所定
時間CA₀後の時点t₂にて第１のレベル領域（Ａ〜Ｂ）、
第２のレベル領域（Ｃ未満）のいずれかにある場合に空
燃比センサは完全に活性化したとみなし、該空燃比セン
サの出力に応じて空燃比フィードバック制御を開始す
る。なお、第７図におけるＦは非活性判別レベルを示
す。

〔実施例〕

第８図は本発明の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８図において、機械
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,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のプルアップ
型入力回路111,112を介して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イス102、C
PU103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がダウンタウンタ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がリ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の吸気空気量データＱおよび冷却
水温データTHWは所定時毎に実行される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RAM1
05の所定領域に格納される。

第９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901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のOTP増量中、上流側O₂センサ1
3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927に直接進み、閉ループ制御終了
直前値とする。他方、閉ループ条件成立の場合はステッ
プ902に進む。

ステップ902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903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904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905
にてCDLYを０とし、ステップ906に進む。ステップ906で
は、ディレイカウンタCDLYを１減算し、ステップ907,90
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909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は上流値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910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
911にてCDLYを０とし、ステップ912に進む。ステップ91
2ではディレイカウンタCDLYを１加算し、ステップ913,9
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
達したときにはステップ915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916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917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918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919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916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920,921,922にて積分処理を
行う。つまり、ステップ920にて、F1＝“0"か否かを判
別し、F1＝“0"（リーン）であればステップ921にてFAF
←FAF＋KIRとし、他方、F1＝“1"（リッチ）であればス
テップ922にてFAF←FAF−KILとする。ここで、積分定数
KIR,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921はリーン状態（F1＝“0"）で燃料噴射
量を徐々に増大させて空燃比をリッチ側に移行させ、ス
テップ922はリッチ状態（F1＝“1"）で燃料噴射量を徐
々に減少させて空燃比をリーン側に移行させる。

ステップ918,919,921,922にて演算された空燃比補正
係数FAFはステップ923,924にて最小値たとえば0.8にて
ガードされ、また、ステップ925,926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927にてこのルーチンは終了する。

第10図は第９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10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1
0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10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T
DR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10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、
リーン遅延時間（−TDL）を小さくしても制御空燃比は
リッチ側に移行できる。逆に、リーン遅延時間（−TD
L）を大きくすると制御空燃比をリーン側に移行でき、
リッチ遅延時間（TDR）を小さくしても制御空燃比をリ
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
するが、その前に、下流側O₂センサ15の活性判別を第11
図を参照して説明する。なお、このルーチンは所定時間
たとえば512ms毎に実行される。

第11図においては、下流側O₂センサ15が非活性状態か
ら活性状態に変化する際を考察する。第12図のタイミン
グ図を参照すると、時刻t₁以前では、下流側O₂センサ15
は非活性状態である、すなわち、仮活性フラグPF_ACおよ
び活性フラグF_ACは共に“0"である。この状態では、ス
テップ1101にて、下流側O₂センサ15の出力V₂（ここで
は、プルアップ型入力回路112の出力）をA/D変換して取
込み、ステップ1102,1103を介してステップ1104にて活
性カウンタCAをクリアし、ステップ1105にてV₂が活性判
別レベルＡより低いか否かを判別する。この結果、V₂＞
Ａであるのでステップ1115に進み、フローは終了する。

次に、時刻t₁に到達すると、ステップ1105でのフロー
はステップ1106に進み、仮活性フラグPF_ACをセットする
（PF_AC＝“1"）。

そして、このルーチンが再び実行されると、ステップ
1103でのフローはステップ1107に進み、活性カウンタCA
を＋１歩進させてステップ1108を介してステップ1115に
進み、フローは終了する。この状態は時刻t₂まで持続す
る。

時刻t₂（CA＝CA₀）にては、ステップ1108でのフロー
がステップ1109〜1111に進む。すなわち、図示のごと
く、ベース空燃比がリッチであってプルアップ型入力回
路112の出力V₂が暖機後の空燃比センサのリッチ出力レ
ベル領域、すなわち第１のレベル領域（Ａ〜Ｂ）にあれ
ばステップ1109を介してステップ1110にて活性フラグF
_ACをセットし（F_AC＝“1"）、また、ベース空燃比がリ
ーンであってプルアップ型入力回路11の出力V₂が暖機後
の空燃比センサのリーン出力レベル領域、すなわち第２
のレベル領域、（Ｃ未満）にあればステップ1111を介し
てやはりステップ1110にて活性フラグF_ACをセットす
る。他方、第１、第２のレベル領域のいずれでもない場
合には、ステップ1112に進み、仮活性フラグPF_ACがリセ
ットされるので、再び上述の動作が繰返されることにな
る。すなわち、第13図に示すように、時間t₁〜t₂と同様
の動作が、時間t₃〜t₄,t₅〜t₆,……で活性フラグF_ACが
“1"とされるまで繰返される。

また、活性フラグF_ACがセットされた後は、ステップ1
102でのフローはステップ1113,1114に進む。従って、活
性状態にあっても、プルアップ型入力回路112の出力V₂
が非活性判別レベルＦ（≧Ａ）を超えた場合には、ステ
ップ1113でのフローはステップ1114に進み、活性フラグ
F_ACをリセットする。この結果、下流側O₂センサ15は非
活性状態とされる。

以上のごとくして得られた活性フラグF_ACは第14図の
ルーチンに用いられる。

第14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1401〜1405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140
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1402）、スロットル弁16が全閉（LL
＝“1"）のとき（ステップ1403）、軽負荷のとき（Q/Ne
＜X₁）（ステップ1404）、下流側O₂センサ15が活性化し
ていないとき（ステップ1405）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1413に進む。

ステップ1405における下流側O₂センサ15の活性判別は
第11図のルーチンで得られる活性フラグF_ACによって行
われる。

閉ループ条件で満たされていればステップ1406に進
み、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1407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、V₂が第１のレベル領域と第２のレベル領域と
の間の領域内にあれば（すなわち、Ｃ＜V₂＜Ｂであれ
ば）任意でもよい。

ステップ1407にてV₂≦V_R2（リーン）であればステッ
プ1408,1409に進み、他方、V₂＞V_R2（リッチ）であれば
ステップ1410,1411に進む。ステップ1408では、RSR←RS
R＋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1409
にてRSR←RSL−ΔRSとし、つまり、リーンスキップ量RS
L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1410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1411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1412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は過度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14図のルーチンはステップ1413にて終了す
る。

このようにして下流側O₂センサ15の出力すなわちプル
アップ型入力回路112の出力V₂が変化したときには、V₂
＜V_A以後さらに所定時間経過後プルアップ型入力回路11
2の出力がベース空燃比に応じたレベル領域にあるか否
かに応じて下流側O₂センサ15は活性状態（F_AC＝“1"）
となり、活性状態と判別されないときには再度活性判別
を行う。従って、リッチスキップ量RSR、リーンスキッ
プ量RSLはリッチ側に過補正されない。また、ベース空
燃比がリーンで活性化判別された場合の活性化判別直後
のリッチ誤判定がなくなる。

第15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1501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1052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1503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1504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1505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、触媒下流もしくは触媒中のみに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、空燃
比フィードバックに反映させるサブO₂センサの出力とし
てプルアップ型入力回路の出力値を用いたが、プルアッ
プ型入力回路を介さず、下流側サブO₂センサの出力を直
接用いることもできる。

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
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逆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1501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1503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、活性判別レベル
を横切った後に下流側空燃比センサの活性判別をベース
空燃比に応じたレベル領域で行うので、活性、非活性判
定を確実に行うことができ、この結果、活性、非活性判
別のハンチングがなくなり、また、ベース空燃比がリー
ンで活性化判別された場合の活性化判別直後のリッチ誤
判定がなくなり、従って、空燃比の誤制御がなくなり、
この結果、制御定数、空燃比制御量等の過補正を防止で
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3A図、第3B図はO₂センサの出力の入力回路の例を示す
回路図、第4A図、第4B図は第3A図、第3B図の回路の出力特性図、第５図はO₂センサの活性判別を説明する図、第6A図、第6B図は本発明が解決しようとする課題を説明
するタイミング図、第７図は本発明の作用を説明するタイミング図、第８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９図、第11図、第14図、第15図は第８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10図は第９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12図、第13図は第11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が非活性状態と判別されていると
きに、該下流側空燃比センサが活性状態と判別された後
の該下流側空燃比センサのリッチ出力レベルより高い電
圧を印加するとともに、該下流側空燃比センサの出力電
圧を入力するプルアップ型入力回路（112）と、該プルアップ型入力回路の出力が暖機後のリッチ出力レ
ベル領域よりわずかに高い活性判別レベルより低いか否
かを判別する第１の判別手段と、前記プルアップ型入力回路の出力が前記活性判別レベル
より低いと判別された時点から所定時間後に、該プルア
ップ型入力回路の出力が暖機後のリッチ出力レベル領域
に相当する第１のレベル領域および、該第１のレベル領
域から所定の間隔を隔てた暖機後のリーン出力レベル領
域に相当する第２のレベル領域にあるか否かを判別する
第２の判別手段と、該プルアップ型入力回路の出力が前記第１、第２のレベ
ル領域のいずれかにあると判別された後に前記上流側空
燃比センサの出力に加えて前記下流側空燃比センサの出
力に応じた前記機関の空燃比の調整を開始する空燃比調
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】内燃機関の排気通路に設けられた三元触媒
（12）と、前記三元触媒の下流側の排気通路もしくは該三元触媒中
に設けられ、前記機関の空燃比を検出する空燃比センサ
（15）と、該空燃比センサが非活性状態と判別されているときに、
該空燃比センサが活性状態と判別された後の該空燃比セ
ンサのリッチ出力レベル電圧より高い電圧を印加すると
ともに、該空燃比センサの出力電圧を入力するプルアッ
プ型入力回路（112）と、該プルアップ型入力回路の出力が暖機後のリッチ出力レ
ベルよりわずかに高い活性判別レベルより低いか否かを
判別する第１の判別手段と、前記プルアップ型入力回路の出力が前記活性判別レベル
より低いと判別された時点から所定時間後に、該プルア
ップ型入力回路の出力が暖機後のリッチ出力レベル領域
に相当する第１のレベル領域および、該第１のレベル領
域から所定の間隔を隔てた暖機後のリーン出力レベル領
域に相当する第２のレベル領域にあるか否かを判別する
第２の判別手段と、該プルアップ型入力回路の出力が前記第１、第２のレベ
ル領域のいずれかにあると判別された後に前記空燃比セ
ンサの出力に応じた前記機関の空燃比の調整を開始する
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。