JP2684751B2

JP2684751B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2684751B2
Application number: JP5098589A
Authority: JP
Inventors: 光博灘
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-03-04
Filing date: 1989-03-04
Publication date: 1997-12-03
Anticipated expiration: 2012-12-03
Also published as: JPH02230936A

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、触媒
下流の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。

〔従来の技術および発明が解決しようとする課題〕

O₂センサを用いた空燃比フィードバック制御として
は、単一のO₂センサにもとづくシングルO₂センサシステ
ムと、触媒の上流、下流に設けた２つのO₂センサにもと
づくダブルO₂センサシステムとがあり、さらに、シング
ルO₂センサシステムとしては、O₂センサを触媒上流に設
けた型式のもの、およびO₂センサを触媒下流に設けた型
式のものがある。

O₂センサを触媒上流に設けたシングルO₂センサシテム
においては、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、排気ガスの非平
衡度（不均一性）たとえば空燃比がリッチであるのにO₂
が存在するために、O₂センサの反転時期がずれたり、ま
た、多気筒機関では、気筒間の空燃比ばらつきの影響を
受け、したがって、O₂センサは平均空燃比を検出でき
ず、この結果、空燃比の制御精度が低いという課題があ
った。

他方、O₂センサを触媒下流に設けたシングルO₂センサ
システムにおいては、排気ガスの非平衡度および平均空
燃比の不検出については解消されるものの、O₂センサの
位置が排気弁より遠くなること、触媒の容量および浄化
性能（O₂ストレージ効果等の大きさ）によりO₂センサの
応答性が低く、従って、空燃比フィードバック制御系の
応答性が悪化し、この結果、触媒の性能を充分発揮でき
ず、エミッションの悪化を招くという課題がある。

また、触媒上流、下流にO₂センサを設けたダブルO₂セ
ンサシステムにおいては、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。たとえば、下流側O₂セン
サにて平均空燃比を検出し、その結果を上流側O₂センサ
による空燃比フィードバック制御のスキップ制御定数等
の値に反映させて全体の空燃比制御を行う。したがっ
て、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。しかしなが
ら、ダブルO₂センサシステムにおいては、２つのO₂セン
サを要するためにコストが高く、また、上流側O₂センサ
による空燃比フィードバック制御周期が経時変化等で低
下すると、触媒の性能をやはり充分に発揮できないとい
う課題がある。

このため、本願出願人は、既に、触媒下流にO₂センサ
を設けたシングルO₂センサシステムにおいて、所定振幅
且つ所定周波数の自励制御波形（強制発振波形）の中心
値を下流側O₂センサの出力に応じて変化させるものを提
案している。すなわち、第２図に示すように、下流側O₂
センサの出力V_OXが変化した場合には、自励制御波形AF_S
の中心値（粗調整項）AF_Cを下流側O₂センサの出力V_OXに
応じて変化させる。この場合、下流側O₂センサの出力V
_OXがリーンの場合には、粗調整項AF_Cは徐々に増加さ
れ、他方、下流側O₂センサの出力V_OXがリッチの場合に
は、粗調整項AF_Cは徐々に減少される。つまり、粗調整
項AF_Cは積分制御される。これは第３図に示すように、
理論空燃比近傍（λ＝１）で自励制御波形が振れた場合
（AF_S＝AF_S0）には、触媒は浄化性能を最大に発揮でき
るが、リッチ側の空燃比（λ＜１）もしくはリーン側の
空燃比（λ＞１）で自励制御波形が振れても（AF_S1,AF
_S2）触媒の浄化性能は発揮できない。このため、自励制
御波形AF_S1もしくはAF_S2を触媒の浄化性能を発揮できる
ようにAF_S0に近づけるために上述の粗調整項（積分項）
AF_Cを導入したものである。しかしながら、粗調整項AF_C
を通した場合でも、O₂センサの応答性が悪い場合には空
燃比の理論空燃比への収束性が悪くなり、エミッション
の低減が不十分になる場合がある。触媒下流側の排気空
燃比は触媒のO₂ストレージ効果のために触媒上流側の排
気空燃比に対して変動が遅れる。このため、触媒下流側
のO₂センサ出力には実際の機関空燃比に対する応答遅れ
が生じる。また、O₂センサ自体の応答性もガス流量、ガ
ス流速、ガス当たり、ガス組成、λ＝１からずれた空燃
比にO₂センサがさらされた時間等によって変化する。従
って、条件によっては触媒のO₂ストレージ効果による応
答遅れにO₂センサ自体の応答遅れが加わることになり、
応答遅れによる過補正が生じる問題がある。特に、排気
空燃比が理論空燃比からかなりずれた状態が続いた場合
にはO₂センサ自体の応答性の悪化も大きくなるため、粗
調整項の過補正が生じやすくなり、理論空燃比からずれ
た空燃比を理論空燃比に収束させるのに長時間を要する
問題がある。

本発明は、論理空燃比からずれた状態から空燃比を短
時間で理論空燃比に収束させ、触媒の浄化機能を十分に
発揮させることを可能とする空燃比フィードバック制御
システムを提供することを目的としている。

〔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１図に示され
る。第１図においては、内燃機関の排気通路に三元触媒
が設けられ、さらに、三元触媒の下流側に機関の空燃比
を検出する触媒下流空燃比センサが設けられている。粗
調整項演算手段は空燃比センサの出力V_OXがリッチのと
きにリーン側に漸次変化し、空燃比センサの出力V_OXが
リーンのときにリッチ側に漸次変化する粗調整項AF_Cを
演算する。他方、反転判別手段は空燃比センサの出力V
_OXの反転を判別し、微調整項演算手段は空燃比センサの
出力V_OXのリッチからリーンへの反転の際にリッチ側へ
スキップ的に変化し、空燃比センサの出力のリーンから
リッチへの反転の際にリーン側へスキップ的に変化する
微調整項AF_fを演算する。また、反転周期判別手段は前
記空燃比センサの出力V_OXの反転周期が所定値以下か否
かを判別し、この結果、空燃比センサ出力V_OXの反転周
期が所定値以下のときに、ホールド手段は、粗調整項AF
_Cの演算を禁止して粗調整項AF_Cをホールドする。そし
て、空燃比調整手段は粗調整項AF_C及び微調整項AF_f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、空燃比センサの出力の反転自身
で生成される微調整項AF_fにより自己デューティ比で空
燃比が振動する。したがって、空燃比が収束していない
たとえばλ＞1,λ＜１の領域では、微調整項AF_fは振動
せず、粗調整項AF_Cのみで空燃比制御中心が変化する。
すなわち、空燃比制御中心は積分制御される。この結
果、空燃比制御中心は理論空燃比に近づくように制御さ
れる。また、空燃比センサ中心が理論空燃比を横切り、
空燃比センサ出力が反転すると微調整項AF_fが伸銅を開
始し空燃比制御中心が理論空燃比近傍にある場合には空
燃比が短い時間（周期）で反転するようになる。この結
果、空燃比センサ出力の反転周期が所定値より小さくな
ると粗調整項AF_Cはホールドされるため空燃比制御中心
は理論空燃比近傍に維持されるようになる。このため、
理論空燃比から外れた状態から空燃比を理論空燃比に収
束させる際に空燃比センサの応答遅れ等による過補正が
防止され、短時間で空燃比を理論空燃比近傍に収束させ
ることができる。また、空燃比制御中心が理論空燃比に
収束後は微調整項AF_fにより空燃比が空燃比制御中心ま
わりに振動するため三元触媒の浄化機能が最大限に発揮
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THW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。

触媒コンバータ12の下流側の排気管13にはO₂センサ14
が設けられている。O₂センサ14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
14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、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15には、スロットル
弁15が全閉か否かを検出するためのアイドルスイッチ16
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。

17は車速センサ、たとえば永久磁石とリードスイッチ
より構成されたものであって、その出力は制御回路10の
車速形成回路111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
後にそのボローアウト端子が“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、したがって、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図は微調整項AF_fを演算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500では、空燃比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
定値たとえば40℃以下の時、機関始動中、始動後増量
中、暖機増量中、暖機増量中、パワー増量中、燃料カッ
ト中等はいずれも空燃比フィードバック条件成立であ
る。空燃比フィードバック条件が不成立のときには、ス
テップ512に直接進む。空燃比フィードバック条件成立
の場合にはステップ501に進む。ステップ501ではO₂セン
サ14の出力V_OXをA/D変換して取込み、ステップ502にて
基準電圧V_Rたとえば0.45Vと比較する。この結果、V_OX≦
V_R（リーン）であればステップ503にて空燃比フラグXOX
を“0"（リーン）とし、ステップ504にて前回の空燃比
フラグXOXOが“1"（リッチ）か否かを判別する。この結
果、フラグXOXが“1"（リッチ）から“0"（リーン）へ
反転した場合のみ、第６図に示すごとく、ステップ506
にて微調整項AF_fをΔAF_f（一定値）とする。そして、ス
テップ511に進む。他方、ステップ502にて、V_OX＞V
_R（リッチ）であればステップ507にて空燃比フラグXOX
を“1"（リッチ）とし、ステップ508にて前回の空燃比
フラグXOXOが“0"（リーン）か否かを判別する。この結
果、フラグXOXが“0"（リーン）から“1"（リッチ）へ
反転した場合のみ、第６図に示すごとく、ステップ510
にて微調整項AF_fをΔAF_fとする。そして、ステップ511
に進む。

ステップ511では、後述の第７図のルーチンにおいてO
₂センサ14の出力V_OXの反転周期を演算するためのカウン
タCNTをクリアする。

そして、ステップ512にてこのルーチンは終了する。

このように、第５図のルーチンによれば、第６図に示
すように、O₂センサ14の出力反転毎にスキップした波形
の微調整項AF_fが演算される。つまり、O₂センサ14の出
力自身により自励制御波形が得られる。言い換えると、
微調整項AF_fの制御はスキップ制御に相当する。

第７図は粗調整項AF_Cを演算するためのルーチンであ
って、所定時間たとえば64ms毎に実行される。ステップ
700では、第５図のステップ500と同様に、空燃比フィー
ドバック条件が成立しているか否かを判別し、空燃比フ
ィードバック条件が成立していなければステップ707に
直接進み、空燃比フィードバック条件が成立していると
きにはステップ701に進む。ステップ701では、カウンタ
CNTが一定値KCNTに到達したか否かを判別する。なお、
カウンタCNTは、上述のごとく、O₂センサ14の出力V_OXの
反転毎にクリアされている。したがって、始めは、ステ
ップ701からステップ702に進み、カウンタCNTを＋１カ
ウントアップしてステップ707に進む。カウンタCNTがKC
NTに到達すると、すなわち時間KCNT×64ms経過すると、
ステップ701でのフローはステップ703〜706に進む。

ステップ703では、カウンタCNTをクリアし、ステップ
704では、空燃比フラグXOXにより現在の触媒下流空燃比
がリーン（“0"）かリッチ（“1"）かを判別する。この
結果、リーンであれば、ステップ705にて粗調整項AF_Cを
ΔAF_C（一定値）だけ増大させ、他方、リッチであれば
ステップ706にてΔAF_Cだけ減少させる。そして、ステッ
プ707に進む。

なお、値ΔAF_Cは第５図のステップ506,510において用
いられたスキップ量ΔAF_fに比べて小さい。すなわち、 ΔAF_C＜ΔAF_f である。したがって、第８図に示すように、空燃比がリ
ーンであれば（XOX＝“0"）；粗調整項AF_Cは、ΔAF_Cに
より徐々に増大され、空燃比がリッチであれば（XOX＝
“1"）、粗調整項AF_Cは、ΔAF_Cにより徐々に減少され
る。つまり、粗調整項AF_Cの制御は積分制御に相当す
る。

第７図の粗調整項演算ルーチンの実質的な実行、不実
行は、第５図の微調整項演算ルーチンの実質的な不実
行、実行にそれぞれ依存する。すなわち、触媒下流空燃
比が理論空燃比からずれている場合には、V_OX≦V_R（リ
ーン）もしくはV_OX＞V_R（リッチ）のいずれか一方に保
持され、したがって、第５図のルーチンによる微調整項
AF_fはΔAF_fのいずれか一方に保持され、この結果、ステ
ップ511によるカウンタCNTのクリアはない。他方、この
場合には、第７図のルーチンによる粗調整項AF_CはKCNT
×64ms毎に徐々に増大もしくは減少される。つまり、微
調整項AF_fの制御よりもむしろ粗調整項AF_Cの制御が行わ
れる。

逆に、触媒下流空燃比が理論空燃比に収束した場合に
は、O₂センサ14の出力V_OXの反転は頻雑に行われ、つま
り、O₂センサ14の出力V_OXの反転周期は短かくなり、微
調整項AF_fは頻雑にΔAF_f,−ΔAF_f間を繰返す。この場
合、カウンタCNTはKCNTに到達する前に第５図のステッ
プ511によってクリアされ、この結果、第７図のステッ
プ701でのフローは常にステップ702に進むようになる。
つまり、粗調整項AF_Cの増大もしくは減少はなく、した
がって、粗調整項AF_Cの制御は禁止されてその値はホー
ルドされ、微調整項AF_fの制御のみが行われる。

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902では、最終
噴射量TAUを、TAU←TAUP・（AF_f＋AF_C＋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
って定める補正量である。次いで、ステップ903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904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のボローアウト信号によ
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５図、第７図、第９図のルーチンによる空
燃比制御を説明するタイミング図である。すなわち、時
刻t₁以前においては、空燃比（V_OX）はリーン側にずれ
ており、この場合には、粗調整項AF_Cのみが制御され
る。つまり、積分制御機関である。時刻t₁〜t₂の間で
は、上記積分制御により空燃比（V_OX）が理論空燃比を
横切ってリッチ側になると、すなわち空燃比が反転する
と微調整項AF_Cが振動を開始する。この場合、空燃比が
論理空燃比に近い領域では空燃比が反転してから次に反
転するまでの時間（反転の周期）が短くなるが、空燃比
の制御中心が理論空燃比から離れている場合には反転周
期は長くなる。時刻t₁〜t₂の間では、反転周期が長い場
合には（空燃比制御中心が理論空燃比から離れている場
合には）粗調整項AF_Cの積分制御により空燃比制御中心
が理論空燃比に近づけられ、反転周期が短い場合には
（空燃比制御中心が理論空燃比に近づけられ、反転周期
が短い場合には（空燃比制御中心が理論空燃比近傍にあ
る場合には）粗調整項がホールドされるため過補正が生
じることが防止される。従って、時刻t₁〜t₂の間で空燃
比制御中心は過補正を生じることなく速やかに理論空燃
比に収束する。時刻t₂以降となると、空起比は理論空燃
比に完全に収束しており、この結果、O₂センサ14の出力
V_OXは基準電圧V_Rを頻繁に横切り、反転周期が短かくな
る。この結果、粗調整項AF_Cの制御は禁止され、その値A
F_Cはホールドされる。

このようにして得られる微調整項AF_fと粗調整項AF_Cと
の和AF_f＋AF_Cに応じて空燃比が制御されることになり、
制御空燃比が粗調整項制御（積分制御）により理論空燃
比に追いつくと、O₂センサ14の出力自身による自己デュ
ーティ比制御（微調整項制御）に移る。この結果、O₂セ
ンサ14の出力反転周期は短かく、つまり、制御周波数は
高く維持され、触媒の浄化性能を最大に発揮できる。ま
た、粗調整項制御の禁止（ホールド）により、O₂センサ
14の応答遅れに伴う空燃比の過補正もなくなり、制御空
燃比の収束性も向上する。

第11図は第７図の変更例であって、第７図のルーチン
にステップ1101〜1105を付加したものである。すなわ
ち、粗調整項AF_Cに積分制御と共にスキップ制御を導入
したものである。すなわち、カウンタCNTがKCNTに到達
毎にステップ703〜706,1101〜1105によって粗調整項AF_C
は更新されるが、更新時の空燃比が反転しないときに
は、第７図と同様に、ステップ704〜706によって粗調整
項AF_CはΔAF_C（小さい値）で積分制御されるが、更新時
の空燃比が反転したときには、ステップ1102〜1104によ
って粗調整項AF_CはΔAFSKP（大きい値）でスキップ制御
される。たとえば、第12図に示すように、時刻t₁,t₂,
t₃,t₄の更新時には、空燃比はリーンに保持され（XOX＝
XOX1＝“0"）、したがって、ステップ1101でのフローは
ステッ７プ704705に進み、粗調整項AF_Cは小さい値ΔAF_C
だけ増大される。また、時刻t₆の更新時には、空燃比は
リッチに保持され（XOX＝XOX1＝“1"）、したがって、
ステップ1101でのフローはステップ704,706に進み、粗
調整項AF_Cは小さい値ΔAF_Cだけ減少される。これに対
し、時刻t₇,t₉の更新時には、空燃比はリッチ（XOX1＝
“1"）からリーン（XOX＝“0"）に反転するので、ステ
ップ1101でのフローはステップ1102,1103に進み、粗調
整項AF_Cは大きい値ΔAFSKPだけ増大される。また、時刻
t₅,t₈,t₁₀の更新時には、空燃比はリーン（XOX1＝
“0"）からチッチ（XOX＝“1"）に反転するので、ステ
ップ1101でのフローはステップ1102,1104に進み、粗調
整項AF_Cは大きい値出歌AFSKPだけ減少される。

このように、粗調整項AF_Cにさらにスキップ制御を導
入すると、空燃比の理論空燃比への収束性は向上する。

なお、三元触媒の浄化性能をさらに発揮させたい場合
には上述の実施例に後述する自励発振項（強制発振項）
AF_Sを導入すればよい。

第13図は自励発振項（強制発振項）AF_Sを生成するた
めのルーチンであって、所定時間毎たとえば4ms毎に実
行される。ステップ1301では、第５図のステップ500と
同様、空燃比フィードバック条件成立か否かを判別す
る。この結果、空燃比フィードバック条件不成立であれ
ばステップ1310に直接進み、空燃比フィードバック条件
成立のときのみステップ1302に進む。ステップ1302で
は、カウンタCNTSが周期ＴのT/2に到達したか否かを判
別する。つまり、カウンタCNTSはステップ1309にて＋１
カウントアップされており、CNTS＝T/2毎にステップ130
3〜1308に進む。

すなわち、ステップ1303でな、カウンタCNTSをクリア
し、ステップ1304では、自励発振フラグXSICが“0"か否
かを判別し、XSIC＝“0"であればステップ1305にて自励
発振項AF_Sを−ΔAF_S（一定値）とし、ステップ1306にて
フラグXSICを“1"に反転させる。この結果、再びカウン
タCNTSがT/2に到達したときには、ステップ1304のフロ
ーはステップ1307,1308に進む。ステップ1307にて自励
発振項AF_SをΔAF_Sとし、ステップ1308にてフラグXSICを
“0"に反転させる。

そして、ステップ1310にてこのルーチンは終了する。

このようにして、第13図のルーチンによれば、第15図
に示すような一定の振幅（ΔAF_S）且つ周期Ｔの自励発
振波形を生成できる。

第14図は自励発振波形を加えた場合の噴射量演算ルー
チンであって、第９図のステップ902の代りにステップ1
401を設けてある。すなわち、最終噴射量TAUは、 TAU ←TAUP・（AF_f＋AF_S＋AF_C＋β）＋γ である。

第15図は第５図、第７図、第13図、第14図のルーチン
による空燃比制御を説明するタイミング図である。すな
わち、微調整項AF_f＋自励発振項AF_Sが第10図における微
調整項AF_fの代りをなす。この場合、三元触媒の浄化性
能を十分発揮できるように自励発触波形の触幅及び周波
数を設定し、自励発振項AF_Sの導入による空燃比の乱れ
を最小限とする。

第16図は第13図の変更例であって、第13図のルーチン
に対してステップ1601〜1609を付加したものである。す
なわち、非アイドル状態（LL＝“0"）であれば第16図の
ルーチンは第13図のルーチンと同一であり、他方、アイ
ドル状態（LL＝“1"）であればステップ1601からステッ
プ1602〜1609のフローへ進む。ステップ1602〜1609は各
ステップ1302〜1309に対応しており、この場合、自励発
振項AF_Sの振幅はΔAF_S′（ΔAF_S）であり、周期Ｔ′
（＞Ｔ）である点のみが異なる。すなわち、第17図に示
すように、アイドル時には自励発振波形AF_Sの振幅を小
さく且つ周期を大きくして空燃比の乱れを小さくするよ
うにする。

また、三元触媒のO₂ストレージ効果の変動による空燃
比の乱れを防止するために後述するO₂ストレージ項AF
_CCROを導入すれば、一層制御空燃比の収束性が向上す
る。

第18図はO₂ストレージ項AF_OOROを演算するためのルー
チンであって、所定時間たとえば16ms毎に実行される。
ステップ1801では、第５図のステップ500と同様に、空
燃比フィードバック条件成立か否かを判別し、空燃比フ
ィードバック条件不成立の場合にはステップ1808に進
み、O₂ストレージ項AF_CCROを０とし、空燃比フィードバ
ック条件成立の場合のみステップ1802に進む。ステップ
1802では、車速形成回路111より車速SPDを取込み、低速
時（SPD＜5km/h）か否かを判別し、低速時であればやは
りステップ1808に進み、O₂ストレージ項AF_CCROを０とす
る。SPD≧5km/hのときのみステップ1803に進む。ステッ
プ1803では、１回転当りの吸入空気量QNを、 QN←Q/Ne により演算し、変化率ｄ（QN）dtを、ただし、QNOはQNの前回値により演算する。そして、
ｄ（QN）/dtにより大加速、中加速、もしくは減速かを
判別する。大加速であれば（＞DQN1）、ステップ1804に
てO₂ストレージ項AF_CCROを、 AF_CCRO←AF_CCRO1 とし、中加速であれば（＞DQN2）、ステップ1805にてO₂
ストレージ項AF_CCROを、 AF_CCRO←AF_CCRO2 とし、中加速であれば（＞DQN3）、ステップ1807にてO₂
ストレージ項AF_CCROを、 AF_CCRO←AF_CCRO3 とし、定常の場合（DQN2とDQN3との間）、ステップ1806
にてO₂ストレージ項AF_CCROを０とする。

そして、ステエップ1809にてこのルーチンは終了す
る。

すなわち、大加速度ほど触媒入ガスの空燃比が理論空
燃比からリーン側に大きくずれ、減速であれば触媒入ガ
スの空燃比が陸論空燃比からリッチ側に大きくずれ、三
元触媒のO₂ストレージ量が変化する。したがって１回転
当りの吸入空気量のQ/Neの変化率d/QN）/dtと三元触媒
のO₂ストレージ量の関係をあらかじめ把握しておくこと
によりｄ（QN）/dtにより三元触媒のO₂ストレージ量を
モニタでき、したがって、この量に応じてO₂ストレージ
項AF_CCROを演算する。

第19図はO₂ストレージ項AF_CCROを加えた場合の噴射量
演算ルーチンであって、第９図のステップ902の代りに
ステップ1901を設けてある。すなわち、最終噴射量TAU
は、 TAU ←TAUP・（AF_f＋AF_C＋AF_CCRO＋β）＋γ である。

第20図は第５図、第７図、第18図、第19図のルーチン
による空燃比制御を説明するタイミング図である。すな
わち、微調整項AF_f＋O₂ストレージ項AF_CCROが第10図に
おける微調整項AF_fの代りをなす。これにより、加速時
等の過渡時、非同期増量、シフトチェンジ、吸気弁デポ
ジット、エアフローメータの検出遅れ等で三元触媒のO₂
ストレージ効果が変動して空燃非が荒れた場合の制御遅
れを補正でき、したがって、触媒下流の空燃比の収束性
を向上でき、この結果、エミッションの悪化を防止でき
る。

第21図は第18の変更例であって、第18図の１回転当り
の吸入空気量O/Neの変化率ｄ（QN）/dtの代りにO₂セン
サ14の出力V_OXを用いる。すなわち、ステップ2101で
は、第５図のステップ500と同様に空燃比フィードバッ
ク条件成立か否かを判別し、空燃比フィードバック条件
成立時のみステップ2102〜2106を実行する。ステップ21
02では、O₂センサ14の出力V_OXをA/D変換して取込み、ス
テップ2103にてV_OXに応じてｍを演算する。ｍはV_OXがV_R
（λ＝１相当）より離れる程大きく設定する。なお、ス
テップ2103では、V_OXに応じて連続的に変化させている
が、離散的に変化させることもできる。後者の場合に
は、ROM104のマップを用いず、単純な比較理論演算で行
う。次に、ステップ2104では、空燃比フラグXOXにより
“0"（リーン）か否かを判別し、この結果、リーンであ
れば（XOX＝“0"）、ステップ2105にてO₂ストレージ項A
F_CCROをｍとし、他方、“0"（リーン）か否かを判別
し、この結果、リッチであれば（XOX＝“1"）、ステッ
プ2106にてO₂ストレージ項AF_CCROを−ｍとする。

そして、ステップ2107にてこのルーチンは終了する。

このように、O₂センサ14は触媒下流に位置するので、
O₂センサ14の出力V_OXにより三元触倍のO₂ストレージ量
をモニタでき、したがって、この量に応じてO₂ストレー
ジ項AF_CCROを演算する。

第22図は第21図のさらに変更例を示し、第21図のステ
ップ2105,2106の代りに、ステップ2105′,2106′を設け
てある。すなわち、ステップ2105′,2106′では、O₂ス
トレージ項AF_CCROを AF_CCRO←ｍ・α_tL AF_CCRO←ｍ・α_tR としている。ここで、α_tLはO₂センサ14のリーン出力継
続時間、α_tRはO₂センサ14のリッチ出力継続時間であ
り、つまり、O₂センサ14の出力V_OXが同一レベルであっ
ても、当該レベルの継続時間が長い場合にはO₂ストレー
ジ効果の影響が大きいとみなしO₂ストレージ項AF_CCROを
大きくするものである。

リーン継続時間α_tL及びリッチ継続時間α_tRは第23図
のルーチンにより演算される。このルーチンは所定時間
たとえば512ms毎に実行される。すなわち、ステップ230
1では、第５図のステップ500と同様に、空燃比フィード
バック条件成立か否かを判別し、ステップ2302では、ア
イドル状態（LL＝“1"）か否かを判別する。この結果、
空燃比フィードバック条件が成立且つ非アイドル時（LL
＝“0"）のときのみステップ2303〜2320が実行される。

ステップ2303では、O₂センサ14の出力V_OXをA/D変換し
て取込み、ステップ2304にてV_OX≦V_R（リーン）か否か
を判別する。この結果、V_OX≦V_R（リーン）であればス
テップ2305に進み、V_OX＞V_R（リッチ）であればステッ
プ2313に進む。

ステップ2305では、空燃比フラグXOX2を“0"（リー
ン）とし、ステップ2306にて前回値XOX3が“0"（リー
ン）か否かを判別する。この結果、リーン継続状態（XO
X2＝XOX3＝“0"）のときには、ステップ2307にてリーン
継続カウンタCNTOXLが所定値T_Lを超えた否かを判別し、
CNTOXL＞T_Lの場合にはステップ2308にて、 α_tL←1.5 α_tR←０とし、他の場合にはステップ2309にてカウンタCNTOXLを
１カウントアップする。他方、リッチからリーンへの反
転であれば、ステップ2310にて前回値XOX3を“0"（リー
ン）とし、ステップ2311にてカウンタCNTOXL,CNTOXRを
クリアし、さらに、ステップ2312にて、 α_tL←1.0 α_tR←1.0 とする。

同様に、ステップ2313では、空燃比フラグXOX2を“1"
（リッチ）とし、ステップ2314にて前回値XOXOが“1"
（リッチ）か否かを判別する。この結果、リッチ継続状
態（XOX2＝XOX3＝“1"）のときには、ステップ2315にて
リッチ継続カウンタCNTOXRが所定値T_Rを超えたか否かを
判別し、CNTOXR＞T_Rの場合にはステップ2316にて、 α_tR←1.5 α_tL←０とし、他の場合にはステップ2317にてカウンタCNTOXRを
カウントアップする。他方、リーンからリッチへの反転
であれば、ステップ2318にて前回値XOXOを“1"（リッ
チ）とし、ステップ2319にてカウンタCNTOXL,CNTOXRを
クリアし、さらに、ステップ2320にて、 α_tL←1.0 α_tR←1.0 とする。

そして、ステップ2321にてこのルーチンは終了する。

このように、リーン持続時間が大きくなったときに
は、係数α_tLを大きく、他方、リッチ持続時間が大きく
なったときには、係数α_tRを大きくする。

なお、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、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か、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、理論空燃比に収
束した後には、空燃比センサの出力反転により制御周波
数は高く維持され、触媒の浄化性能を最大に発揮でき、
しかも、粗調整項制御の禁止（ホールド）により、空燃
センサの応答遅れに伴う空燃比の過補正もなくなり、制
御空燃比の収束性も向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示すブロック回路図、第２図は先願における課題を説明するタイミング図、第３図は自励制御波形と触媒浄化機能との関係を示すグ
ラフ、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11図、第13図、第14図、第
16図、第18図、第19図、第21図、第22図、第23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10図は第５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、第12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、第15図は第５図、第７図、第13図、第14図のフローチャ
ートを補足説明するタイミング図、第17図は第16図のフローチャートを補足説明するタイミ
ング図、第20図は第５図、第７図、第18図、第19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、 14……O₂センサ。

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
空燃比を検出する触媒下流空燃比センサ（14）と、該空燃比センサの出力がリッチのときにリーン側に漸次
変化し、前記空燃比センサの出力がリーンのときにリッ
チ側に漸次変化する粗調整項（AF_C）を演算する粗調整
項演算手段と、前記空燃比センサの出力の反転を判別する反転判別手段
と、該空燃比センサの出力のリッチからリーンへの反転の際
にリッチ側へスキップ的に変化し、前記空燃比センサの
出力のリーンからリッチへの反転の際にリーン側へスキ
ップ的に変化する微調整項（AF_f）を演算する微調整項
演算手段と、前記空燃比センサの出力の反転周期が所定値以下か否か
を判別する反転周期判別手段と、該空燃比センサの出力の反転周期が前記所定値以下のと
きに前記粗調整項の演算を禁止して該粗調整項をホール
ドするホールド手段と、前記粗調整項及び前記微調整項に応じて前記機関の空燃
比を調整する空燃比空調手段とを具備する内燃機関の空燃比制御装置。