JP2855963B2

JP2855963B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2855963B2
Application number: JP4137103A
Authority: JP
Inventors: 光博灘
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-05-28
Filing date: 1992-05-28
Publication date: 1999-02-10
Anticipated expiration: 2014-02-10
Also published as: JPH0658189A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気系に設置
される三元触媒の下流に設けられた空燃比センサの出力
に基づいて空燃比補正量を演算する内燃機関の空燃比制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空燃比センサを使用した空燃比フィード
バック制御装置としては、三元触媒の上流ないしは下流
に空燃比センサを設置するシングルセンサシステムと、
三元触媒の上流及び下流の双方に空燃比センサを設置す
るダブルセンサシステムが存在する。

【０００３】シングルセンサシステムにおいて三元触媒
の上流に空燃比センサを設置する方式においては排気ガ
スの混合が十分でないため各気筒間のバラツキがそのま
ま空燃比センサによって検出され制御精度が低くなる問
題が生じる。また三元触媒の下流に空燃比センサを設置
する方式においては各気筒間のバラツキの影響は除かれ
るものの三元触媒の体積容量および熱容量のために応答
性が低くなるという課題が生じる。

【０００４】さらにダブルセンサシステムにおいては制
御精度および応答性に関する上記欠点は取り除かれる
が、空燃比センサを２個必要とするためコストが高くな
る。また、従来、空燃比センサとしては、ジルコニアセ
ンサ等を、いわゆるＯ₂センサとして用いる場合がほと
んどであった。ジルコニアセンサをＯ₂センサとして用
いる場合、センサ出力は理論空燃比を境にしてリッチ側
とリーン側とで急激に変化するため、空燃比が理論空燃
比近傍にあることを正確に検出できる。しかし、Ｏ₂セ
ンサ出力は空燃比には比例していないため、実際の空燃
比が理論空燃比から多少でも離れると、空燃比がリッチ
かリーンかは検出できても理論空燃比からの偏差を知る
ことはできない。このため、高精度の空燃比制御を行う
ためには制御装置が複雑化する問題があった。

【０００５】一方、ジルコニアセンサ等は電圧を印加し
て使用すると排気ガス空燃比に比例して連続的に変化す
る出力電流が得られるため、排気ガス空燃比に対してリ
ニアな応答特性を有する、いわゆるリニア空燃比センサ
として使用可能であることが知られている。このような
リニア空燃比センサを三元触媒の下流側に設置して空燃
比制御を行うことにより空燃比の変化に対応した応答性
の良い制御が可能となり、装置の複雑化を招くことなく
高精度の制御を行うことができる。

【０００６】しかし、リニア空燃比センサを使用して制
御を行った場合、センサの劣化等による出力特性の経時
的変化が問題となる。すなわち、装着後にリニア空燃比
センサの出力特性が変化した場合、理論空燃比相当のセ
ンサ出力が変化するため、制御定数もそれに応じて変更
しなければ正確な制御ができなくなる問題がある。一
方、内燃機関装着後にリニア空燃比センサ出力の較正、
すなわち理論空燃比相当のセンサ出力を検出することは
困難であり、リニア空燃比センサを使用する上で問題と
なっていた。

【０００７】本願出願人はこの問題を解決するために、
既に特願平３−１１１８３５号において、内燃機関運転
中に三元触媒下流側に設けたリニア空燃比センサの理論
空燃比相当出力を検出可能な内燃機関の空燃比制御装置
を提案している。上記特願平３−１１１８３５号の装置
は、内燃機関の空燃比を所定の粗調整値を中心として所
定の周期、振幅の方形波状に強制的に変動させ、この粗
調整値を徐々に変化させ、リニア空燃比センサ出力の振
幅が最小になるときの粗調整値を求め、そのときの粗調
整値に等しい空燃比におけるニリア空燃比センサ出力を
理論空燃比相当出力として制御に使用するようにしてい
る。

【０００８】すなわち、上記装置は触媒入口側の排気空
燃比が理論空燃比を中心として変動しているときに、触
媒のＯ₂ストレージ効果のため、触媒出口側の空燃比振
幅が最も小さくなることを利用して、運転中にリニア空
燃比センサの理論空燃比相当出力を求めるものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記特願平３−１１１
８３５号の装置によれば、運転中にリニア空燃比センサ
の理論空燃比相当出力を正確に検出できるが、検出に長
時間を要するため、その間は空燃比のフィードバック制
御ができず、排気エミッションが良好な状態になるまで
時間を要する問題がある。

【００１０】上記装置で理論空燃比相当出力の検出に時
間を要するのは、理論空燃比を精度良く検出するために
は、リニア空燃比センサの出力振幅を正確に検出しなけ
ればならず、そのために１つの粗調整値に対して或る程
度の期間空燃比を変動させて出力の最大値と最小値を求
める必要があるからである。また、上記装置では、理論
空燃比相当値を検出するためには空燃比の粗調整値を徐
々に変化させて理論空燃比に一致させる必要があるが、
このとき粗調整値の１回の変化量を大きくとると粗調整
値が充分に理論空燃比に近い値をとらないまま理論空燃
比付近を通過してしまい、検出精度が低下する問題が生
じる。このため粗調整値の変化率はできるだけ小さくす
ることが好ましく、これにより理論空燃比相当出力の検
出に更に時間を要することになる。

【００１１】本発明は、上記問題に鑑み、短時間でリニ
ア空燃比センサの理論空燃比相当出力を検出可能な空燃
比制御装置を提供し、排気エミッションの悪化を防止す
ることを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、図１の
発明の構成図に示すように、排気系の三元触媒Ａ下流側
に配置され、排気空燃比に対応した連続信号を出力する
空燃比センサＢを備え、少なくとも該空燃比センサ出力
に基づいて機関空燃比を理論空燃比にフィードバック制
御する内燃機関の空燃比制御装置において、機関空燃比
を所定の空燃比を中心に所定の振幅と周期とで方形波状
に変動させる強制発信手段Ｃと、該強制発信手段による
空燃比変動時に、前記空燃比センサ出力の最大値と最小
値とを検出する最大値最小値検出手段Ｄと、前記強制発
信手段による空燃比変動時に、前記空燃比センサ出力の
時間変化率を検出する変化率検出手段Ｅと、前記強制発
信手段による空燃比変動時に、前記空燃比センサ出力
が、前記最大値又は最小値以外で、かつ前記時間変化率
がゼロになった場合に、そのときの空燃比センサ出力を
理論空燃比相当出力と判定する判定手段Ｆとを備えた内
燃機関の空燃比制御装置が提供される。

【００１３】

【作用】本発明の作用は、図２を用いて説明される。図
２（Ａ）〜（Ｃ）は、機関空燃比を方形波状に変動させ
た場合の触媒入口と出口の排気空燃比の変化を示し、点
線は触媒入口での排気ガス空燃比、実線は触媒出口での
排気ガス空燃比をそれぞれ示している。図２（Ａ）〜
（Ｃ）に示すように触媒入口での排気ガス空燃比は機関
空燃比と同じ方形波状の変動を示している。図にＡＦ_c
で示すのは触媒入口側での空燃比変動の中心値、またＡ
Ｆ_stoicで示すのは理論空燃比である。

【００１４】図２（Ａ）は触媒入口側での空燃比変動の
中心値ＡＦ_cが理論空燃比ＡＦ_stoi _cと一致した場合を
示している。この場合には、入口側ガスの空燃比変動周
期を或る程度短くすると触媒出口ガスの空燃比は理論空
燃比ＡＦ_stoicになったまま変動しなくなる。これは触
媒の持つＯ₂ストレージ効果によるものである。すなわ
ち、触媒は入口ガス空燃比がリーン側に振れたときには
ガス中の余剰の酸素を吸着し、リッチ側に振れたときに
は吸着した酸素を放出する作用を行うが、図２（Ａ）の
ように入口ガス空燃比の変動中心（ＡＦ_c）が理論空燃
比と一致する場合にはリーン側での吸着酸素量とリッチ
側での放出酸素量とがバランスするため触媒出口側での
空燃比は平均化され、理論空燃比ＡＦ_stoicに維持され
るようになるのである。

【００１５】次に図２（Ｂ）は、中心値ＡＦ_cが理論空
燃比ＡＦ_stoicよりリーン側にずれた場合を示してい
る。この場合には入口側空燃比がリーン側にあるときに
吸着された酸素が空燃比がリッチ側になったときに放出
されるため、リーンからリッチに変化した状態でも最初
は出口側空燃比が理論空燃比ＡＦ_stoicに一定に保たれ
（図２（Ｂ）、区間Ｉ）、吸着した酸素を全部放出した
時点で出口側空燃比がリッチ側に振れるようになる。ま
た、逆に入口側空燃比がリッチからリーンに変化したと
きも触媒に酸素が吸着されている間は出口側空燃比は理
論空燃比ＡＦ_stoi _cに一定に保たれ（図２（Ｂ）、区間
II）、触媒が飽和して酸素を吸着できなくなると出口側
空燃比がリーン側に振れるようになる。

【００１６】また、図２（Ｃ）は中心値ＡＦ_cが理論空
燃比・ＡＦ_stoicよりリッチ側にある場合を示してい
る。この場合も同様に、入口側空燃比がリッチからリー
ンに、及びリーンからリッチに変化した直後には一定時
間出口側空燃比が理論空燃比ＡＦ_stoicに保持される
（図２（Ｃ）、区間III, IV)。上記から、触媒入口側空
燃比を周期的に変動させた場合、振幅範囲内に理論空燃
比がある場合には、触媒のＯ₂ストレージ効果により、
出口側空燃比は必ず理論空燃比に保持される区間（すな
わち、空燃比の変化率がゼロになる区間）（図２
（Ｂ），（Ｃ）、区間Ｉ〜IV）が存在することがわか
る。

【００１７】本発明は上記を利用して触媒入口側空燃比
を方形波状に変化させた場合に、リニア空燃比センサ出
力の変化率がゼロになるときのセンサ出力値を理論空燃
比相当出力として検出するようにしている。上述のよう
に、入口側空燃比の振幅範囲内に理論空燃比があれば、
必ず出口側空燃比が理論空燃比に保持される区間が存在
するため、従来のように振幅中心値（粗調節値）を理論
空燃比に一致させる操作が不要となり、検出時間が大幅
に短縮される。

【００１８】なお、本発明で振幅の最大値、最小値を検
出して理論空燃比相当出力値の判定から除外しているの
は、振幅の最大値最小値付近でもセンサ出力の変化率が
ゼロになる区間が生じるのでこれを除外するためであ
る。また、入口側空燃比を方形波状に変動させているの
は触媒のＯ₂ストレージ効果を効率的に利用することに
より、理論空燃比相当出力を示す区間が明確に現れるよ
うにするためである。

【００１９】

【実施例】図３は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装
置の１つの実施例を示す図である。図３において内燃機
関１の吸気通路２にはエアフローメータ３が設置されて
いる。エアフローメータ３は内燃機関が吸入する空気量
を計測するための機器であって吸入空気の質量流量に比
例した電気信号を出力する。この電気信号は制御回路１
０のＡ／Ｄコンバータ１０１に供給される。

【００２０】ディストリビュータ４には、例えばクラン
ク角度に換算して７２０°毎にパルス信号を出力するク
ランク角度センサ５およびクランク角度の換算して３０
°毎にパルスを出力するクランク角度センサ６が取り付
けられている。クランク角度センサのパルス出力は制御
回路１０の入出力インターフェース１０２に供給され
る。

【００２１】さらに内燃機関の吸気通路２には、制御装
置１０からの指令にしたがって、各気筒毎に燃料を供給
するための燃料噴射弁７が設けられている。また内燃機
関のウォータージャケット８には、冷却水の温度を検出
する水温センサ９が設置され、この出力もＡ／Ｄコンバ
ータ１０１に供給される。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ＨＣ，ＣＯ，ＮＯx を同
時に浄化する三元触媒１２が配置されている。

【００２２】三元触媒の下流側の排気管１３にはジルコ
ニア型酸素濃度センサ等を用いたリニア空燃比センサ１
４が設置され、Ｄ／Ａコンバータ１１１により一定電圧
が印加されている。このため、本実施例ではリニア空燃
比センサ１４は排気ガスの酸素濃度に比例した電流信号
を出力する。この電流信号を電流／電圧変換器１１２に
より電圧信号に変換してＡ／Ｄコンバータ１０１に供給
する。

【００２３】制御回路１０は例えばマイクロコンピュー
タシステムで構成され、Ａ／Ｄコンバータ１０１、入出
力インターフェース１０２、ＣＰＵ１０３、ＲＯＭ１０
４、ＲＡＭ１０５、バックアップＲＡＭ１０６、クロッ
ク発生回路１０７等を含む。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。即ち後に説明する燃料噴射量演算ルーチンで
燃料噴射量ＴＡＵが演算されると、その演算結果がダウ
ンカウンタ１０８に設定され同時にフリップフロップ１
０９もセット状態とされる。この結果駆動回路１１０が
燃料噴射弁７を付勢する。ダウンカウンタ１０８はクロ
ックパルスの計数を開始しダウンカウンタ１０８の値が
零となったときにフリップフロップ１０９をリセットし
駆動回路１１０は燃料噴射弁の付勢を停止する。即ち燃
料噴射量演算ルーチンで演算された期間だけ燃料噴射弁
７が付勢され、演算結果に応じた量の燃料が内燃機関１
の各気筒に供給される。

【００２４】図４は本発明に使用するリニア空燃比セン
サ１４の出力特性図であり、横軸は排気の空燃比ＡＦ_i
を、縦軸は空燃比センサ１４の出力（電流）値ＳＡＦ_i
をそれぞれ示している。図のように、リニア空燃比セン
サ１４出力ＳＡＦ_iは空燃比ＡＦ_iに比例した値とな
る。しかしリニア空燃比センサの劣化や経時変化がある
と、出力特性は新品の場合（図４、実線）に対して、例
えば図４、点線に示すように変化するため、出力ＳＡＦ
_iは実際の空燃比からずれることになる。このため理論
空燃比ＡＦ _stoicに対応するセンサ出力も新品時のＳＡ
Ｆ_oから経時変化によりＳＡＦ_stoi _c（図４）に変化す
る。

【００２５】従って、新品時の理論空燃比相当出力ＳＡ
Ｆ_oを基準にして空燃比をフィードバック制御していた
のでは正確な制御ができなくなり、経時変化後の理論空
燃比相当出力ＳＡＦ_stoicを用いてセンサ出力ＳＡＦ_i
を補正する必要が生じるが、このためには機関運転中に
ＳＡＦ_stoicを短時間で正確に同定しなければならな
い。

【００２６】そこで、本発明においては、前述のよう
に、三元触媒の入口側空燃比を変動させた場合に、出口
側空燃比が必ず理論空燃比に一定に保持される期間が生
じることを利用してリニア空燃比センサ１４の理論空燃
比相当出力ＳＡＦ_stoicを検出している。図５はリニア
空燃比センサ１４の理論空燃比相当出力ＳＡＦ_stoicの
検出動作の一例を示す。

【００２７】本ルーチンは、制御回路１０により一定時
間毎（例えば４msec毎）に実行される。図５においてル
ーチンがスタートするとステップ５００ではＳＡＦ
_stoic検出条件が成立しているか否かが判定される。Ｓ
ＡＦ_stoic検出は内燃機関の運転条件が安定した状態で
行われ、冷却水温センサ９により検出した冷却水温度が
所定値以上（すなわち暖機完了）、かつ回転数と負荷の
変動が所定値以下の条件が成立した場合にのみ行われ
る。ステップ５００で検出条件が成立している場合は、
ステップ５０２に進み、リニア空燃比センサ１４の出力
ＳＡＦ_iを制御回路１０のＲＡＭ１０５から読出す。リ
ニア空燃比センサ１４の出力ＳＡＦ_iは所定時間毎にＡ
／Ｄ変換され、制御回路１０のＲＡＭ１０５に格納され
ており、ＲＡＭ１０５には常に最新のＳＡＦ_i値が格納
されている。

【００２８】ステップ５０４はセンサ出力ＳＡＦ_iの平
均値ＭＳＡＦ_i算出を示す。平均値ＭＳＡＦ_iは前回ル
ーチン実行時の平均値ＭＳＡＦ_iと今回読出したセンサ
出力ＳＡＦ_iの算術平均としてＭＳＡＦ_i＝（ＭＳＡＦ
_i＋ＳＡＦ_i）／２の式で求められる。次いで、ステッ
プ５０６では、センサ１４の理論空燃比検出実行開始を
示すフラグＸＳＩＣがセット（“１”）される。後述の
ようにフラグＸＳＩＣがセットされると燃料噴射量が所
定空燃比を中心に方形波状に強制的に変動される（図
７）。

【００２９】ステップ５１０は、センサ１４出力ＳＡＦ
_iの変化率ΔＳＡＦ_iがゼロになっているか否かの判定
を示す。ここで、ＳＡＦ_iの変化率ΔＳＡＦ_iは今回ル
ーチン実行時のセンサ出力ＳＡＦ_iと前回ルーチン実行
時のセンサ出力ＳＡＦ_i-1との差として、ΔＳＡＦ_i＝
ＳＡＦ_i−ＳＡＦ_i-1により算出され、｜ＳＡＦ_i−Ｓ
ＡＦ_i-1｜が誤差を考慮した許容値より小さくなったと
きに、ΔＳＡＦ_i＝０と判断する。

【００３０】ステップ５１０で変化率ΔＳＡＦ_i＝０で
あった場合はステップ５１２，５１４で現在のセンサ出
力値ＳＡＦ_iが出力振幅の最大値ＳＡＦ_max及び最小値
ＳＡＦ_min近傍にないことを確認する。ここでＫ_{1 ,}Ｋ
₂は正の定数である。これは、図２で説明したように空
燃比変動時には理論空燃比以外にも振幅の最大値又は最
小値でセンサ出力変化率がゼロになるため、これらの部
分を排除して誤検出を防止するためである。

【００３１】なお、振幅最大値ＳＡＦ_max及び最小値Ｓ
ＡＦ_minは所定時間毎（例えば４msec毎）に実行される
図６のルーチンにより、過去３回分のルーチン実行時の
センサ出力（ＳＡＦ_i，ＳＡＦ_i-1，ＳＡＦ_i-2）によ
り求められ、ＲＡＭ１０５に常時最新の値が格納されて
いる。ステップ５１６，５２０は、上記の状態が所定時
間継続したか否かを判定するステップであり、ＣＤＡＦ
はルーチン実行毎にインクリメントされるカウンタ、Ｔ
は予め設定した判定時間に対応するルーチン実行回数で
ある。

【００３２】ステップ５２０で、所定時間上記状態が継
続している場合には、すなわち理論空燃比相当出力が検
出されたことを意味するため、ステップ５２２でフラグ
ＸＳＩＣをリセット（“０”）し、ステップ５０４で求
めた出力平均値ＭＳＡＦ_iが前回までの理論空燃比相当
出力と一致するか否かを判定し（ステップ５２４）、前
回までの値と相違する場合にはＭＳＡＦ_iをＳＡＦ
_stoicとして採用し（ステップ５２６）、バックアップ
ＲＡＭにこのＳＡＦ_stoicを記憶して（ステップ５２
８）ルーチンを終わる。

【００３３】ステップ５２６で今回のセンサ出力値ＳＡ
Ｆ_iの代わりに平均値ＭＳＡＦ_iを採用しているのは、
検出誤差等があった場合でもＳＡＦ_stoicが急激に変化
しないようにするためであるが、ＭＳＡＦ_iを使用せ
ず、直接ＳＡＦ_iを採用するようにしても良い。なお、
ＳＡＦ_stoicは経時変化等により徐々に変化して行くた
め、平均値ＭＳＡＦ_iを採用しても実用上問題は生じな
い。

【００３４】次に、図７に本実施例の燃料噴射量制御動
作のフローチャートを示す。本ルーチンは制御回路１０
により機関クランク軸所定回転角毎（例えば３６０度
毎）に実行される。本ルーチンでは燃料噴射量ＴＡＵ
は、通常運転時には、空燃比振幅中心が理論空燃比に一
致するようにフィードバック制御されるが、図５のＳＡ
Ｆ_stoic検出動作時には、予め設定した所定の空燃比を
中心として変動するように制御される。

【００３５】図７においてルーチンがスタートすると、
ステップ７００では理論空燃比を与える所定の基本燃料
噴射量（時間）ＴＰが算出される。ＴＰはエアフローメ
ータ（図３）で検出される吸入空気量Ｑと機関回転数Ｎ
とから求められる機関１回転当りの吸入空気量Ｑ／Ｎを
用いてＴＰ＝Ｋ・Ｑ／Ｎにより算出される。ここでＫは
機関回転数に応じて定まる定数であり、マップとしてＲ
ＯＭ１０４に格納されている。

【００３６】次いでステップ７０２では、フラグＸＳＩ
Ｃの値が判定される。前述のようにフラグＸＳＩＣはセ
ンサの理論空燃比相当出力検出動作を示すフラグであ
り、ＸＳＩＣ＝１の場合は検出動作を実行中であるた
め、ステップ７０４に進み燃料噴射量（時間）ＴＡＵを
ＴＡＵ＝ＴＰ・（ＡＦ_c＋ＡＦ_s＋δ）＋γとして算出
する。

【００３７】ここでＡＦ_cは空燃比の振幅中心を規定す
る係数であり、本実施例では一定値とされる。またＡＦ
_sは空燃比振幅を規定する係数で後述のように一定周期
毎に交互にΔＡＦ_sと−ΔＡＦ_sの値をとる。またδ，
γは定数である。図８は係数ＡＦ_s切換えのルーチンを
示す。本ルーチンは制御回路１０により一定時間毎（例
えば４msec毎）に実行される。図８からわかるようにＡ
Ｆ_sは一定の時間（ステップ８０４、Ｔ₁に相当する時
間）毎に＋ΔＡＦ_sと−ΔＡＦ_sの値に交互に切換えら
れる（ステップ８１０，８１４）。

【００３８】従って、図７、ステップ７０４で設定され
る燃料噴射量ＴＡＵは、ＡＦ_cを中心に振幅２ΔＡ
Ｆ_s、周期２Ｔの方形波状に変動することになり、図２
に点線で示した機関空燃比の変動を生じる。本実施例で
は周期２Ｔは最大でも０．５秒程度となるように、また
ΔＡＦは空燃比変動が理論空燃比の±３％程度に納まる
ように設定される。

【００３９】上記によりＴＡＵが設定されると、ステッ
プ７０８ではダウンカウンタ１０８にＴＡＵがセットさ
れ、燃料噴射弁７から時間ＴＡＵの間燃料が噴射され
る。これによりセンサ理論空燃比相当出力ＳＡＦ_stoic
検出に必要な方形波状の空燃比変動を得ることができ
る。次に、通常時の空燃比フィードバック制御について
説明する。

【００４０】理論空燃比相当出力検出時以外の場合に
は、フラグＸＳＩＣはゼロリセットされている（図５、
ステップ５０８，５２２）。このため図７、ステップ７
０２では否定判定がなされ、ステップ７０６が実行され
ＴＡＵ＝ＴＰ・（ＦＡＦ＋ＡＦ _s＋δ）＋γにより燃料
噴射時間が設定される。ここでＡＦ_{s ,}δ，γはステッ
プ７０４で使用するのと同一の係数である。

【００４１】また、ＦＡＦは通常運転時の空燃比変動の
振幅中心を規定する係数であり、振幅中心が理論空燃比
に一致するように、すなわち図２（Ａ）の状態が得られ
るようにフィードバック制御される。図９はＦＡＦのフ
ィードバック制御を示す。このルーチンは制御回路１０
により一定時間毎（例えば１６ミリ秒毎）に実行され
る。ルーチンがスタートするとステップ９００では、最
新のセンサ出力ＳＡＦ_i及び理論空燃比相当出力ＳＡＦ
_stoicが読込まれ、ステップ９０２ではこれらの値を用
いてＦＡＦ＝ＦＡＦ＋（ＳＡＦ_i−ＳＡＦ_stoic）／Ｓ
ＡＦ_stoicの形でＦＡＦが補正される。

【００４２】上記右辺第二項は、触媒出口ガスの理論空
燃比からのずれに相当する値である。ステップ９０２の
実行により、ＦＡＦは、ＳＡＦ_iがＳＡＦ_stoicに近づ
く方向に補正されるため、空燃比変動は次第に図２
（Ａ）に示した状態に近づく。一旦図２（Ａ）の状態が
達成されるとＳＡＦ_iは常時ＳＡＦ_stoicに等しい値を
とるため、ＦＡＦは一定値となる。

【００４３】なお、本実施例で通常のフィードバック制
御時にも機関空燃比を方形波状に変動させているのは三
元触媒のＯ₂ストレージ効果を最大限に利用して、外乱
等により空燃比が乱れた場合でもエミッションが悪化し
ないようにするためである。また、本実施例では、リニ
ア空燃比センサ１４の経時変化による緩やかな出力特性
のずれを対象としているため、理論空燃比相当出力ＳＡ
Ｆ_stoic検出時の空燃比変動の振幅中心値ＡＦ_c（図
７、ステップ７０４）は一定値としている。

【００４４】すなわち、経時変化によるＳＡＦ_stoicの
ずれは小さいと考えられるため、経時変化が生じてもＳ
ＡＦ_stoicは空燃比振幅範囲（ＡＦ_c±ΔＡＦ_s）内に
存在することを前提としているが、何らかの原因でＳＡ
Ｆ_stoicが振幅範囲外まで大幅にずれた場合には上記方
法では検出できなくなる可能性がある。このような大幅
なずれも検出の対象とする場合には、ＳＡＦ_stoic検出
時のＡＦ_cを一定値とせずに、一定の増加率（減少率）
で変化させることにより、空燃比振幅範囲内にＳＡＦ
_stoicが入るようにすれば検出可能となる。

【００４５】なお、本実施例では、図４に示したように
空燃比センサ出力ＳＡＦ_iが実際の空燃比ＡＦ_iに比例
するリニア空燃比センサを使用した場合について説明し
たが、本発明では、空燃比センサ出力ＳＡＦ_iは必らず
しも空燃比ＡＦ_iに比例する必要はなく、空燃比ＡＦ_i
に応じてセンサ出力ＳＡＦ_iが連続的に変化するもので
あれば適用することができる。なお、このような空燃比
センサは広く知られており、例えば特開昭６０−２４４
４５号公報、特開昭６１−３０７５７号公報、特開昭６
１−３０７５８号公報、「内燃機関」第３１巻第５号第
６３頁から第７２頁（１９９２年５月）等多くの文献に
記載されている。

【００４６】

【発明の効果】本発明は、上述のように、機関空燃比を
所定の振幅で変動させたときの、空燃比センサ出力の変
化率から空燃比センサの理論空燃比相当出力を検出する
ようにしたことにより、短時間で正確に理論空燃比相当
出力を検出することができ、排気エミッション悪化を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る空燃比制御装置の基本構成図であ
る。

【図２】本発明の理論空燃比相当センサ出力の検出原理
を説明する図である。

【図３】本発明に係る空燃比制御装置の実施例構成図で
ある。

【図４】本発明に使用するリニア空燃比センサの特性図
である。

【図５】本発明の理論空燃比検出動作を示すフローチャ
ートである。

【図６】センサ出力の振幅最大値と最小値の検出ルーチ
ンを示すフローチャートである。

【図７】燃料噴射量制御ルーチンを示すフローチャート
である。

【図８】空燃比の強制変動ルーチンを示すフローチャー
トである。

【図９】空燃比のフィードバック制御を示すフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１…内燃機関３…エアフローメータ７…燃料噴射弁１０…制御回路１２…三元触媒１４…リニア空燃比センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/14 310 F02D 45/00 368

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】排気系の三元触媒下流側に配置され、排
気空燃比に対応した連続信号を出力する空燃比センサを
備え、少なくとも該空燃比センサ出力に基づいて機関空
燃比を理論空燃比にフィードバック制御する内燃機関の
空燃比制御装置において、機関空燃比を所定の空燃比を中心に所定の振幅と周期と
で方形波状に変動させる強制発信手段と、該強制発信手段による空燃比変動時に、前記空燃比セン
サ出力の最大値と最小値とを検出する最大値最小値検出
手段と、前記強制発信手段による空燃比変動時に、前記空燃比セ
ンサ出力の時間変化率を検出する変化率検出手段と、前記強制発信手段による空燃比変動時に、前記空燃比セ
ンサ出力が、前記最大値又は最小値以外で、かつ前記時
間変化率がゼロになった場合に、そのときの空燃比セン
サ出力を理論空燃比相当出力と判定する判定手段とを備
えた内燃機関の空燃比制御装置。