JP2692317B2

JP2692317B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2692317B2
Application number: JP33670089A
Authority: JP
Inventors: 光博灘
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-12-27
Filing date: 1989-12-27
Publication date: 1997-12-17
Anticipated expiration: 2012-12-17
Also published as: JPH03199642A

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〕

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センサシステ
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
且つ所定周波数の強制自励制御波形（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（参照：特開平１−66441号公報）。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、強制自励制御波形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）で強制自励制御波形が振れた場合（AF_s＝A
F_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）で強制自励制御波形が振れても（AF_s1，A
F_s2）触媒の浄化性能は発揮できない。このため、強制
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に近づけるために粗調整項AF_c（積分
項）を導入したものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述の従来形装置においては、触媒の
O₂ストレージ効果を十分発揮できるアイドル状態におい
て、空燃比フィードバック制御を行うと、制御空燃比の
理論空燃比への収束性が悪くなったり、あるいは制御空
燃比が過補正となったりして、エミッションの悪化を招
くという課題がある。

すなわち、第４図に示すごとく、触媒上流の空燃比が
点線のごとく変化しても、触媒のO₂ストレージ効果によ
り触媒下流の空燃比は実線に示すごとく遅延する。しか
も、このO₂ストレージ効果の持続時間は、走行時よりも
アイドル時の方が長い。さらに、触媒入口と触媒出口と
のガス輸送時間を考慮すると、触媒下流の空燃比は一点
鎖線に示すごとく遅延する。しかも、このガス輸送時間
も、走行時よりアイドル時の方が長い。

さらに、第５図に示すごとく、O₂センサのパージ時間
（応答性）はガス流量に依存する。なお、第５図は触媒
のO₂ストレージ効果は無視し、ガス流量が小さい場合を
示している。すなわち、斜線で示すごとく、ガス流量が
小さい場合には、O₂センサの出力のリッチからリーンへ
の変化、リーンからリッチへの変化のいずれも遅延し、
最悪の場合は、矢印X₁，X₂，X₃に示すごとく、O₂センサ
の出力V_OXは反転しないことがある。このようなO₂セン
サのパージ時間も、走行時よりアイドル時の方が大きく
なる。

したがって、上述のO₂ストレージ効果、ガス輸送時
間、O₂センサのパージ時間等により、アイドル時に、制
御空燃比が理論空燃比から大きくずれた場合には、上述
の徐々に変化する粗調整項AF_cの導入では制御空燃比が
理論空燃比に収束するのに時間を要し、エミッションの
悪化を招く。また、上述の粗調整項AF_cの更新速度を大
きくして制御空燃比の理論空燃比への収束速度を大きく
することも可能であるが、この場合には、制御空燃比の
変化速度が大きくなり、この結果、制御空燃比が過補正
されてやはりエミッションの悪化を招くことになる。

なお、空燃比センサの出力反転直後のみ粗調整項AF_c
の更新速度を大きく、その後小さくすることも考えられ
るが（参照：特開昭63−97847号公報）、特に、アイド
ル状態においては、触媒のO₂ストレージ効果が大きいこ
と、空燃比センサの出力が素子温低下等によりリーン出
力を出力し易いこと等により制御空燃比がリッチ側に過
補正され、HC,COエミッションの増大を招く。すなわ
ち、第５図に示すごとく、O₂センサの素子温が低下する
と、矢印Y₁，Y₂に示すように、O₂センサはリーン出力を
出力し易く、この結果、O₂センサの出力のリーンからリ
ッチへの変化（Y₂）はリッチからリーンへの変化（Y₁）
より遅くなり、制御空燃比がオーバリッチになり易い。

したがって、本発明の目的は、アイドル時にあっても
リッチ側過補正をすることなく制御空燃比の収束性を向
上させた下流側空燃比センサを有するシングル空燃比セ
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
媒の下流側の排気通路には、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。アイドル状態判
別手段は機関がアイドル状態か否かを判別する。この結
果、機関がアイドル状態のときに、反転後時間計測手段
は空燃比センサの出力V_OXの反転後時間を計測し、粗調
整項演算手段は、反転後時間が所定時間より小さいとき
には（CNTF≠０）空燃比センサのリッチ出力V_OXに応じ
て第１の更新速度Δ_1Lにより、また、反転後時間が所定
時間より小さいときに空燃比センサのリーン出力V_OXに
応じて第１の更新速度Δ_1Lより小さい第２の更新速度Δ
_1Rにより、反転後時間が所定時間より大きいときに（CN
TF＝０）空燃比センサの出力V_OXに応じて第２の更新速
度Δ_1Rよりさらに小さい第３の更新速度Δ₂により、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。そして、
空燃比調整手段は粗調整項AF_c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、第６図に示すように、更新速度
（Δ_1L，Δ_1R）の大きい粗調整項AF_cf1，AF_cf2により制
御空燃比を理論空燃比近傍まで近づけ、その後は更新速
度（Δ₂）の小さい粗調整項AF_csにより制御空燃比を理
論空燃比とし、しかも、更新速度の大きい粗調整項AF
_cf1，AF_cf2の更新速度を空燃比センサのリッチ出力の場
合（Δ_1L）をリーン出力の場合（Δ_1R）より大きくして
非対称にしているので、リッチ側に過補正されることな
く、制御空燃比の理論空燃比への収束性は向上する。

〔実施例〕

第７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７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クジャ
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。

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10
2、CPU103の外に、ROM104,RAM105、バックアップRAM10
6、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２次空気導入吸気弁であって、所定の減速時ある
いはアイドル時に２次空気を排気管11に供給してHC,CO
エミッションを低減するためのものである。

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毎に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８図は微調整項AF_fおよびO₂センサ14の反転周期Ｔ
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。ステップ801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70℃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、燃料カ
ット中、回転速度Ne、車速、アイドルスイッチ16の信号
LL、冷却水温THW等にもとづいて２次空気が導入されて
いるとき、O₂センサ14が活性化していないとき等はいず
れも空燃比フィードバック条件が不成立であり、その他
の場合が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829,
830を介してステップ831に進む。すなわち、ステップ82
9では、後述のアイドル時用粗調整項AF_c1の更新禁止フ
ラグXT1をセットし、ステップ830では、アイドル時の粗
調整項AF_c1の更新速度制御を行うカウンタCNTFをクリア
し、つまり、更新速度の小さい状態にし、ステップ831
に進む。

ステップ801にて、空燃比フィードバック条件成立の
場合にはステップ802〜828のフローに進む。ここで、ス
テップ802〜811は微調整項AF_fを演算するフローであ
り、ステップ812〜821はアイドル時のO₂センサ14の反転
周期Ｔを演算するフローであり、ステップ822〜828は反
転周期Ｔに応じて後述のアイドル時の粗調整項AF_c1の演
算の禁止、実行を決定するフローである。

まず、ステップ802〜811について説明する。ステップ
802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803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804にて
空燃比フラグXOXを“0"（リーン）とし、ステップ805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９図に示すごと
く、ステップ807にて微調整項AF_fをΔAF_f（一定値）と
する。そして、ステップ816に進む。他方、ステップ803
にて、V_OX＞V_R（リッチ）であればステップ808にて空燃
比フラグXOXを“1"（リッチ）とし、ステップ809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９図に示すごとく、
ステップ811にて微調整項AF_fを−ΔAF_f（一定値）とす
る。そして、ステップ819に進む。

このように、第８図のステップ802〜811によれば、第
９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。

次に、ステップ812〜821について説明する。ステップ
805にてフラグXOXが反転していなければ、ステップ812
にてアイドルスイッチ16がオン（LL＝“1"）か否か、す
なわちアイドル時か否かを判別する。この結果、アイド
ル時のときのみステップ813にてリーン持続時間カウン
タCNTLを＋１カウントアップすることによりリーン持続
時間CNTLを計測する。同様に、ステップ809にてフラグX
OXが反転していなければ、ステップ814にてアイドルス
イッチ16がオン（LL＝“1"）か否か、すなわちアイドル
時か否かを判別する。この結果、アイドル時のときのみ
ステップ815にてリッチ持続時間CNTRを＋１カウントア
ップすることによりリッチ持続時間CNTRを計測する。

なお、ステップ812,814にて走行時（LL＝“0"）であ
れば、ステップ829,830を介してステップ831に進む。

また、ステップ816でも、アイドルスイッチ16がオン
（LL＝“1"）か否か、すなわちアイドル時か否かを判別
する。この結果、アイドル時のときのみステップ817に
て、O₂センサ14の反転周期Ｔを、Ｔ←CNTL＋CNTR により演算し、ステップ818にてカウンタCNTLをクリア
してステップ822に進む。同様に、ステップ819でも、ア
イドルスイッチ16がオン（LL＝“1"）か否か、すなわち
アイドル時か否かを判別する。この結果、アイドル時の
ときのみステップ820にて、O₂センサ14の反転周期Ｔ
を、Ｔ←CNTR＋CNTL により演算し、ステップ821にてカウンタCNTRをクリア
しステップ822に進む。

次に、ステップ822〜828について説明する。ステップ
822では、ステップ817もしくは820にて演算されたO₂セ
ンサ14の反転周期Ｔを所定周期T₁と比較し、この結果、
Ｔ＜T₁であればステップ823〜826に進み、アイドル時用
粗調整項AF_c1の更新を禁止し、逆に、Ｔ≧T₁であればス
テップ827,828に進み、アイドル時用粗調整項AF_c1の更
新を行うようにする。すなわち、ステップ823では、更
新禁止フラグXT1が“0"か否かを判別し、XT1＝“0"のと
きに、アイドル時用粗調整項AF_c1の更新停止時の値を、 AF_c1←（AF_c1max＋AF_c1min）/2 として直前の最大値と最小値との中間値にする。そし
て、ステップ825にてフラグXT1をセットして（XT1＝
“1"）、Ｔ＜T₁の場合にはステップ824を１回のみ実行
するようにし、これにより、以後はアイドル時用粗調整
項AF_c1を上記中間値に固定するようにする。次に、ステ
ップ826にてアイドル時用粗調整項AF_c1の更新速度カウ
ンタCNTFをクリアしておく。他方、ステップ822にて、
Ｔ≧T₁であればステップ827にて更新禁止フラグXT1を
“0"としてアイドル時粗調整項AF_c1の更新を可能にする
と共に、ステップ828にてアイドル時粗調整項AF_c1の更
新速度カウンタCNTFを所定値たとえば８としておく。つ
まり、O₂センサ14の出力の反転毎に更新速度カウンタCN
TFは８とされ、これにより、後述の第11図のルーチンに
より、たとえば８×512ms間だけ、アイドル時粗調整項A
F_c1の更新速度を大とする。

そして、ステップ831にてこのルーチンは終了する。

第10図は走行からアイドル時移行処理ルーチンであっ
て、所定時間たとえば64ms毎に実行される。このルーチ
ンはアイドル移行直前における吸入空気量状態によりO₂
センサ14のパージ時間（応答性）を推量して該パージ時
間が大きい場合には、アイドル移行直後からアイドル時
粗調整項AF_c1の更新を開始すると共にその更新速度を大
きく設定するためのものである。すなわち、第８図のル
ーチンにおいては、走行状態からアイドル移行直後は、
O₂センサ14の最初反転までは、XT1＝“1"（ステップ829
による）、CNTF＝０（ステップ830による）が保持さ
れ、したがって、アイドル時粗調整項AF_c1の更新速度大
の制御は禁止されるが、第10図のルーチンにより走行状
態におけるO₂センサ14のパージ時間が大きい場合には、
走行状態からアイドル状態移行直後からアイドル時粗調
整項AF_c1の更新を開始し、しかも、その更新速度の増大
を可能にする。

ステップ1001では、走行時（LL＝“0"）か否かを判別
し、この結果、走行時（LL＝“0"）であればステップ10
02〜1007に進み、アイドル時（LL＝“1"）であればステ
ップ1008に進む。

ステップ1002〜1007について説明する。ステップ1002
では、RAM105より吸入空気量データＱを読出し、Ｑ≦Q₀
（一定値）か否かを判別する。この結果、低負荷（Ｑ≦
Q₀）であれば、ステップ1003に進み、O₂センサ14のパー
ジ時間を示すカウンタCNTQを＋１カウントアップし、他
方、高負荷であればステップ1004に進み、カウンタCNTQ
を１カウントダウンする。そして、ステップ1005にてCN
TQ＞Ａ（一定値）か否かを判別することにより、O₂セン
サ14のパージ時間を推定する。この結果、O₂センサ14の
パージ時間が大きければ（CNTQ＞Ａ）、更新速度カウン
タCNTFを８とし、他方、O₂センサ14のパージ時間が小さ
ければ（CNTQ≦Ａ）、ステップ1007にて更新速度カウン
タCNTFを０に保持し、ステップ1009に進む。

上述の状態で機関が走行状態からアイドル状態に切替
わると、ステップ1001でのフローはステップ1009に進
む。

このように、第10図のルーチンによれば、機関がアイ
ドル状態に移行直後からXT1＝“0"によりアイドル時粗
調整項AF_c1の更新が可能となり、しかも、O₂センサ14の
パージ時間が大きいときにはAF_c1の更新速度を大きくす
るべく更新速度カウンタCNTFを８にセットしている。

第11図は粗調整項AF_c0，AF_c1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。こ
こで、AF_c1は上述のごとくアイドル時の粗調整項であ
り、AF_c0は走行時の粗調整項である。また、ステップ11
05〜1112は更新速度大であるアイドル時粗調整項AF_c1の
更新フローであり、ステップ1113〜1117のフローは更新
速度小であるアイドル時粗調整項AF_c1の更新フローであ
り、ステップ1118〜1120は走行時粗調整項AF_c0の更新フ
ローである。

すなわち、ステップ1101では、第８図のステップ801
と同様に、空燃比フィードバック制御条件成立か否かを
判別する。ただし、この条件には、燃料カット復帰後所
定時間経過したか否かの条件を含むとする。この結果、
空燃比フィードバック制御条件が成立した場合のみステ
ップ1102に進み、不成立の場合には直接ステップ1121に
進む。

ステップ1102では、アイドルスイッチ16がオン（LL＝
“1"）か否かによりアイドル時（LL＝“1"）か走行時
（LL＝“0"）かを判別し、アイドル時にはステップ1103
に進み、走行時にはステップ1118に進む。

ステップ1103では、アイドル時粗調整項AF_c1の更新実
行、禁止を更新禁止フラグXT1により判別する。なお、
上述のごとく、更新禁止フラグXT1は第８図のルーチン
によりO₂センサ14の最初の反転後の反転周期Ｔが長い場
合（Ｔ≧T₁）クリアされる。この結果、更新禁止フラグ
XT1が“0"のときのみステップ1104に進み、他方、XT1＝
“1"のときにはステップ1121に直接進む。

ステップ1104では、更新速度カウンタCNTFにより更新
速度大の状態（CNTF≠０）か更新速度小の状態（CNTF＝
０）かを判別する。この結果、更新速度大の状態であれ
ば（第６図のAF_cf1，AF_cf2参照）、ステップ1105〜1112
に進み、更新速度小の状態であれば（第６図のAF_cs参
照）、ステップ1113〜1117に進む。

ステップ1105〜1112について説明する。ステップ1105
では、カウンタCNTFを１カウントダウンし、ステップ11
06,1107にて０でガードする。つまり、ステップ1108〜1
112は所定期間（CNTF＝８相当期間であって、この場
合、64ms×８）だけ実行される。ステップ1108では、空
燃比フラグXOXにより現在の触媒下流空燃比がリッチ
（“1"）かリーン（“0"）かを判別する。この結果、リ
ッチであれば、ステップ1109にてアイドル時粗調整項AF
_c1をΔ_1L（一定値）だけ減少させ、ステップ1110にて最
小値AF_c1minを更新する。他方、リーンであればステッ
プ1111にてΔ_1Rだけ増加させ、ステップ1112にて最大値
AF_c1maxを更新する。ここで、値Δ_1L，Δ_1Rは、 Δ_1L＞Δ_1R なる関係を有する。つまり、O₂センサ14の出力V_OXがリ
ッチ出力の場合の更新速度をリーン出力の場合の更新速
度より大きくする。これにより、O₂センサ14の出力の非
対称性を補償する。そして、ステップ1121に進む。な
お、最小値AF_c1min、最大値AF_c1maxは第８図のステップ
824におけるアイドル時粗調整項AF_c1の固定値演算に用
いられる。

次に、ステップ1113〜1117について説明する。ステッ
プ1113では、空燃比フラグXOXにより現在の触媒下流空
燃比がリッチ（“1"）かリーン（“0"）かを判別する。
この結果、リッチであれば、ステップ1114にてアイドル
時粗調整項AF_c1をΔ₂（一定値）だけ減少させ、ステッ
プ1115にて最小値AF_c1minを更新する。他方、リーンで
あればステップ1116にてΔ₂だけ増加させ、ステップ111
2にて最大値AF_c1maxを更新する。そして、ステップ1121
に進む。なお、上記一定値Δ₂は、 Δ_1L＞Δ_1R＞Δ₂ なる関係を有する。

このように、ステップ1109,1111とステップ1114,1116
では、アイドル時用粗調整項AF_c1の更新速度をΔ_1L（Δ
_1R）とΔ₂と切替えることにより、更新速度差をつけて
いる。

ステップ1118〜1120について説明する。ステップ1118
では、空燃比フラグXOXにより現在の触媒下流空燃比が
リッチ（“1"）かリーン（“0"）かを判別する。この結
果、リッチであれば、ステップ1119にて走行時粗調整項
AF_c1をΔ₀（一定値）だけ減少させ、他方、リーンであ
ればステップ1120にてΔ₀だけ増加させる。そして、ス
テップ1121に進む。ここで、上記一定値Δ₀は、 Δ_1L＞Δ_1R＞Δ₀＞Δ₂ なる関係を有し、いずれの値Δ₀，Δ_1L，Δ_1R，Δ₂も、
第８図のステップ807,811において用いられたスキップ
量ΔAF_fに比べて小さい。したがって、空燃比がリーン
であれば（XOX＝“0"）、粗調整項AF_c0，AF_c1は共に徐
々に増大され、空燃比がリッチであれば（XOX＝
“1"）、粗調整項AF_c0，AF_c1も共に徐々に減少される。
つまり、粗調整項の制御は積分制御に相当する。特に、
アイドル時粗調整項AF_c1は、第12A図、第12B図に示すよ
うに、空燃比フラグXOXの反転後（アイドル直後であっ
てもO₂センサ14のパージ時間が長い場合も含む）、所定
期間（CNTF＝８回相当値）だけ更新速度が大きくされる
が、XOX＝“1"（リッチ）の場合の更新速度Δ_1L（第12A
図）はXOX＝“0"（リーン）の場合の更新速度Δ_1Rより
大きい。

第13図はO₂ストレージ項AF_CCROを演算するためのルー
チンであって、所定時間毎たとえば16ms毎に実行され
る。ステップ1301では、第８図のステップ801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1315にO₂ストレージ項AF_CCROを０としてステップ1316
に進み、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、O₂センサ14の出力
V_OXをA/D変換して取込み、ステップ1303では、アイドル
時（LL＝“1"）か走行時（LL＝“0"）かを判別してステ
ップ1304〜1307のフローとステップ1308〜1314のフロー
とに切分ける。これにより、アイドル時であれば走行時
に比べてO₂ストレージ項AF_CCROの振幅を小さくして空燃
比の乱れを小さくするものである。

ステップ1304〜1307について説明する。ステップ1304
では、O₂センサ14の出力V_OXを判別する。ここで、V_OXの
領域を３分割する。すなわち、 0V〜V₁ V₁〜V₂ V₂〜1.0V に３分割し、V_OXがこれらの領域のいずれにあるかを判
別する。すなわち、0V＝V_OX＜V₁であれば、ステップ130
5にて、O₂ストレージ項AF_CCROを、 AF_CCRO←AF_CCROP（一定値）とし、V₁＜V_OX＜V₂であれば、ステップ1306にて、O₂ス
トレージ項AF_CCROを、 AF_CCRO←０とし、V₂≦V_OX≦1.0Vであれば、ステップ1307にて、O₂
ストレージ項AF_CCROを、 AF_CCRO←AF_CCROP とする。

つまり、O₂ストレージ項AF_CCROをスキップ的に変化させ
る。

ステップ1308〜1314について説明する。ステップ1308
では、O₂センサ14の出力V_OXを判別する。ここでも、V_OX
の領域を３分割する。この結果、０≦V_OX≦V₁であれ
ば、ステップ1309にて、O₂ストレージ項の積分項AF
_CCROiを、 AF_CCROi←AF_CCROi＋δ（一定値）により更新し、ステップ1310にて、O₂ストレージ項AF
_CCROを、 AF_CCRO←AF_CCROP＋AF_CCROi とする。V₁＜V_OX＜V₂であれば、ステップ1311にて、O₂
ストレージ項の積分項AF_CCROiを、 AF_CCROi←０とし、ステップ1312にて、O₂ストレージ項AF_CCROを、 AF_CCRO←０とする。さらに、V₂≦V_OX≦1.0Vであれば、ステップ131
3にて、O₂ストレージ項の積分項項AF_CCROiを、 AF_CCROi←AF_CCROi＋δ により更新し、ステップ1314にて、O₂ストレージ項AF
_CCROを、 AF_CCRO←−AF_CCROP−AF_CCROi とする。

つまり、この場合、O₂ストレージ項AF_CCROをスキップ
的に変化させると共に積分的にも変化させる。

そして、ステップ1316にて第13図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を演算するが、この際に、O₂センサ14の出力
V_oxの同一領域の持続時間も触媒のO₂ストレージ量に影
響するので積分量AF_CCROiを導入してある。

なお、第13図における分割数は３以外の数になし得
る。

また、ステップ1305,1307においても、AF_CCROP、−AF
_CCROP′（AF_CCROP＜−AF_CCROP′）とすることにより、O
₂センサ14の出力V_oxに対して非対称制御することも可能
である。これにより、さらにO₂センサ14の素子温低下に
よるリッチ出力傾向を補償できる。

第14図は自励発振項（強制発振項）AF_sを成功するた
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1401では、第８図のステップ801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1419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1402に進む。ステップ1402で
は、アイドル時（LL＝“1"）か走行時（LL＝“0"）かを
判別し、この結果、アイドル時にはステップ1403〜1410
のフローで自励発振項AF_sを生成し、走行時にはステッ
プ1411〜1418のフローで自励発振項AF_sを生成する。

すなわち、ステップ1403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CNT
Sはステップ1410にて＋１カウンタアップされており、C
NTS＝T/2毎にステップ1404〜1409に進む。ステップ1404
では、カウンタCNTSをクリアし、ステップ1405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1406にて自励発振項AF_sを−ΔAF_s（一定
値）とし、ステップ1407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に達したとき
には、ステップ1405のフローはステップ1408,1409に進
む。ステップ1408にて自励発振項AF_sをΔAF_sとし、ステ
ップ1409にてフラグXSICを“0"に反転させる。

他方、走行時（LL＝“0"）には、同様に、ステップ14
11〜1418のフローにて自励発振項AF_sを生成する。この
場合、各ステップ1411〜1418はステップ1403〜1410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、周期はＴ′（＜Ｔ）である点のみ
が異なる。すなわち、第15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。

第16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1601で
はRMA105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1602では、ア
イドル時（LL＝“1"）か走行時（LL＝“0"）かを判別
し、この結果、アイドル時であれば、ステップ1603に
て、粗調整項AF_cをアイドル時用粗調整項AF_c1とし、他
方、走行時であればステップ1604にて粗調整項AF_cを走
行時粗調整項AF_c0とする。次に、ステップ1606では、最
終噴射量TAUを、TAU←TAUP・（AF_f＋AF_c＋AF_CCRO＋AF_s
＋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1606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1607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17図、第18図は、それぞれ、第８図、第11図のルー
チンの変更例であって、本発明の第２の実施例を示すも
のである。すなわち、第２の実施例においては、走行時
用粗調整項AF_c0の制御にも、アイドル時粗調整項AF_c1の
制御と同様に、O₂センサ14の反転周期Ｔが所定周期T₀よ
り小さくなった場合には、走行時用粗調整項AF_c0の更新
を禁止して走行時の空燃比の乱れを小さくするようにし
たものである。

第17図においては、第８図のステップ812,814,816,81
9を削除し、アイドル時（LL＝“1"）も走行時（LL＝
“0"）もO₂センサ14の反転周期Ｔを演算するようにす
る。また、走行時用粗調整項AF_c0の更新禁止フラグXT0
を導入すると共に、ステップ1701〜1707を付加する。す
なわち、空燃比フィードバック制御条件不成立であれば
ステップ1707にて更新禁止フラグXT1を“0"として初期
化する。

また、空燃比フィードバック制御条件成立時にあって
はアイドル時も走行時もO₂センサ14の反転周期Ｔが演算
されてステップ1701に進む。この結果、アイドル時（LL
＝“1"）であれば、ステップ822〜828のフローが実行さ
れるのは第８図の場合と同様である。他方、走行時（LL
＝“0"）であれば、ステップ1702〜1706のフローに進
む。

ステップ1702〜1706はステップ822〜825,827に対応す
る。すなわち、ステップ1702では、ステップ817もしく
は820にて演算されたO₂センサ14の反転周期Ｔを所定周
期T₀（＜T₁）と比較し、この結果、Ｔ＜T₀であればステ
ップ1703〜1705に進み、走行時用粗調整項AF_c0の更新を
禁止し、逆に、Ｔ≧T₀であればステップ1706に進み、走
行時用粗調整項AF_c0の更新を行うようにする。すなわ
ち、ステップ1703では、更新フラグXT0を“0"か否かを
判別し、XT0＝“0"のときに、走行時用粗調整項AF_c0の
更新停止時の値を、 AF_c0←（AF_c0max＋AF_c0min）/2 として直前の最大値と最小値との中間値にする。そし
て、ステップ1705にてフラグXT0をセットして（XT0＝
“1"）、Ｔ＜T₀の場合にはステップ1703を１回のみ実行
するようにし、これにより、以後は走行時用粗調整項AF
_c0を上記中間値に固定するようにする。他方、ステップ
1702にて、Ｔ≧T₀であればステップ1706にて更新禁止フ
ラグXT0を“0"として走行時粗調整項AF_c0の更新を可能
にする。

第18図においては、第11図のルーチンに対してステッ
プ1801〜1803を付加したものである。すなわち、走行時
には、第17図のルーチンによって演算された更新禁止フ
ラグXT0がリセットもしくはセットされるかを判別す
る。禁止フラグXT0が“1"であればステップ1121に直接
進み、走行時用粗調整項AF_c0の更新を禁止する。他方、
禁止フラグXT0が“0"であればステップ1118〜1120,180
2,1803に進む。すなわち、ステップ1118では、空燃比フ
ラグXOXにより現在の触媒下流空燃比がリッチ（“1"）
かリーン（“0"）かを判別する。この結果、リッチであ
れば、ステップ1119にて走行時粗調整項AF_c0をΔ₀だけ
減少させ、ステップ1802にて最小値AF_c0minを更新す
る。他方、リーンであればステップ1120にてΔ₀だけ増
加させ、ステップ1803にて最大値AF_c0maxを更新する。
そして、ステップ1121に進む。なお、最小値AF_c0min、
最大値AF_c0maxは第17図のステップ1704における走行時
粗調整項AF_c0の固定値演算に用いられる。

このように、第17図、第18図のルーチンによれば、O₂
センサ14の反転周期Ｔが小さくなった場合には、走行時
用粗調整項AF_c0の更新は禁止され、制御空燃比の安定化
を図る。

なお、上述の実施例では、微調整項AF_f、O₂ストレー
ジ項AF_CCRO、強制自励項AF_sを導入しているが、粗調整
項AF_cのみの導入でも空燃比制御は可能である。

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1601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1605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。特に、空燃比センサとしてTiO₂
センサを用いると、制御応答性が向上し、下流側空燃比
センサの出力による過補正が防止できる。

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、アイドル時にあ
って、空燃比センサの出力反転後の所定期間だけ粗調整
項の更新速度を大きくし、その際に、リーン側への更新
速度をリッチ側への更新速度を大きくし、その後小さく
しているので制御空燃比の収束性が向上し、しかも、リ
ッチ側の過補正を防止でき、この結果、エミッションの
悪化を防止でき、したがって、触媒の浄化性能を最大に
発揮できる。

【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図は従来の技術を説明するタイミング図、第３図は強制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、第５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６図は本発明の作用を説明するタイミング図、第７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８図、第10図、第11図、第13図、第14図、第16図、第
17A図、第17B図、第18図は第７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９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、第12A図、第12B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17A図、第17B図の結合を示す図である。

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、前記機関がアイドル状態か否かを判別するアイドル状態
判別手段と、前記機関がアイドル状態のときに、前記空燃比センサの
出力のリーンからリッチまたはリッチからリーンへの反
転後の時間を計測する反転後時間計測手段と、前記空燃比センサの出力がリーンからリッチへ反転した
ときであって前記反転後時間が所定時間より小さいとき
には第１の更新速度でもって粗調整項（AF_c）をリーン
側に漸次変化させ、前記空燃比センサの出力がリッチか
らリーンへ反転したときであって前記反転後時間が前記
所定時間より小さいときには前記第１の更新速度より小
さい第２の更新速度でもって粗調整項をリッチ側に漸次
変化させ、前記空燃比センサの出力がリーンからリッチ
またはリッチからリーンへ反転したときであって前記反
転後時間が前記所定時間より大きいときには第２の更新
速度より小さい第３の更新速度でもって粗調整項をリー
ン側またはリッチ側に漸次変化させる粗調整項演算手段
と、前記粗調整項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。