JPH01106936A

JPH01106936A - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH01106936A
Application number: JP62262911A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Matsuoka; 松岡　広樹
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-10-20
Filing date: 1987-10-20
Publication date: 1989-04-24
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JP2600208B2; US4905469A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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（０□センサ）
）を設け、上流側の０２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Ｏｚ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
０２センサを設けて該０□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０□センサ
システム）では、酸素濃度を検出する０２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、０□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０□
センサの出力特性のばらつきおよび燃焼噴射弁等の部品
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０２センサを設け、上
流側０２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０２センサによる空燃比フィードバック制御を
行うダブル０２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％）０このダブル０
□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０２センサは、上流側０□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０□センすの被毒量は少な
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０２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０□センサシス
テム）により、上流側０２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０２センサシステムでは、０□
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０□センサシステ
ムでは、上流側０□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０□
センサシステムにおいては、下流側０□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、０２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０□センサＯＸの内部抵抗Ｒｏ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０２センサＯＸの起電力があっても０２セン
サ出力電圧■。Ｘはローレベルとなり、他方、素子温が
高くなると、０□センサＯＸの内部抵抗Ｒ８が小さくな
り、ベース空燃比がリッチの場合には０□センサ起電力
により０２センサ出力電圧■。Ｘは起電力ＸＲＩ／　（
Ｒｏ＋Ｒ＋）相当のハイレベルとなる。このようなプル
ダウン入力回路を用いた場合の０□センサＯＸの活性判
別は、０２センサ出力電圧Ｖ。Ｘ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０．センサＯ
Ｘ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０□
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（公開波＠８１　−　５
０９８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Ｒ
２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０□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、０。センサ出力電圧Ｖ。Ｘはベース空燃比
に関係なくほぼ電源電圧に近い値（ＶＣＣＸＲＯ／（Ｒ
Ｏ　＋Ｒ２））までプルアップされ、他方、素子温が高
くなると、０□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０□センサ出力電圧Ｖ。Ｘは起電力士Ｖｃｃ　
Ｘ　Ｒｏ／（Ｒｏ　＋　Ｒｚ）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０□センサ出
力電圧ＶＯＸはＶｃｃＸＲｏ／　（ＲＯ＋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、０□センサＯＸの活性判別は０□センサ
出力電圧■。Ｘ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図に示す活性判別値ＶＡ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問題点〕

しかしながら、上述のダブル０□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０□センサに対して
用いると、活性判別値ｖＡ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問題点
がある。すなわち、活性判別値Ｖヶを第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Ｔ
，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（Ｔ，〜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Ｔ，〜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問題点がある。

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ｔ。にて下流側０２センサが活性と判別され
ると（■。Ｘ＜ＶＡ）、下流側０２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（■。８〉ＶＲ）、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Ｒ
ＳＲは本来のごとくリッチ側に制御される。しかも、下
流側０２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〜ｊ３　＋　ｊ４〜
ｔｓ　、　ｔｂ〜ｔ，において、下流側０２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ｖＡ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（ｔｏ〜１＋）の時間が長
くなると共に、下流側０□センサの生活性状態での空燃
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。

上述の問題点は、触媒下流もしくは触媒中のみ０２セン
サを設けたシングル０２センサシステムにおいても同様
である。

従って、本発明の目的は、空燃比センサの活性判定後の
空燃比誤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。

〔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Ｃ
ＣＲｏ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
下流側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に微少電流を流し込むと共
に下流側空燃比センサの出力を入力する。第１の比較手
段は、下流側空燃比センサが非活性状態と判別されてい
るときにプルアップ型入力回路の出力Ｖ２を暖機後のリ
ッチ出力レベルよりわずかに高い第１のレベルＶＡＩと
比較し、この結果、プルアップ型入力回路の出力ｖ２が
第１のレベルｖＡ＋より低くなっタトきに下流側空燃比
センサを活性状態と判別する。

また、第２の比較手段は、下流側空燃比センサが活性状
態と判別されているときにプルアップ型入力回路の出力
を第１のレベル■□より高い第２のレベルＶＡ□と比較
し、この結果、プルアップ型入力回路の出力が第２のレ
ベル■４□より高くなったときに下流側空燃比センサを
非活性状態と判別する。下流側空燃比センサが活性状態
のときに、制御定数演算手段は下流側空燃比センサの出
力■２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Ｒ３Ｒ，Ｒ３Ｌを演算する。この結果、空燃
比補正量演算手段は空燃比フィードバック制御定数Ｒ３
Ｒ，Ｒ３Ｌおよび上流側空燃比センサの出力■。

に応じて空燃比補正量ＦＡＦを演算する。そして、空燃
比調整手段はこの空燃比補正量ＦＡＦに応じて機関の空
燃比を調整するものである。

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ＣＣＲＯ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・ツブ型入力回路は下流側空燃
比センサに微少電流を流し込むと共に下流側空燃比セン
サの出力を入力する。

第１の比較手段は、空燃比センサが非活性状態と判別さ
れているときにプルアップ型入力回路の出力を暖機後の
リッチ出力レベルよりわずかに高い第１のレベルと比較
し、該プルアップ型入力回路の出力が該第１のレベルよ
り低くなったときに前記空燃比センサを活性状態と判別
する。プルアップ型入力回路は下流側空燃比センサに微
少電流を流し込むと共に下流側空燃比センサの出力を入
力する。第１の比較手段は、空燃比センサが非活性状態
と判別されているときにプルアップ型入力回路の出力Ｖ
２を暖機後のリッチ出力レベルよりわずかに高い第１の
レベルｖＡ＋と比較し、この結果、プルアップ型入力回
路の出力■２が第１のレベルＶ４１より低くなったとき
に空燃比センサを活性状態と判別する。また、第２の比
較手段は、下流側空燃比センサが活性状態と判別されて
いるときにプルアップ型入力回路の出力を第１のレベル
■Ａ１より高い第２のレベルＶＡ２と比較し、この結果
、プルアップ型入力回路の出力が第２のレベルＶＡ２よ
り高くなったときに空燃比センサを非活性状態と判別す
る。下流側空燃比センサが活性状態のときに、制御量演
算手段は空燃比センサの出力■２に応じて空燃比制御量
ＦＡＦを演算する。そして、空燃比調整手段は空燃比制
御量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、活性判別値を２値■□。

ＶＡ２（Ｖ□＜ＶＡ２）とすることにより活性判別をヒ
ステリシス的に行うことになる。

〔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１０１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ず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ＣＰ［１１
０３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
燃料を吸気ボ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ＩＣ、Ｃｏ　、　ＮＯｘ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１
２の上流側には第１の０２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０２セ
ンサ１５が設けられている。

０□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、０゜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ン
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１１Ｌ１１２を介してＡ／Ｄ変換器１
０１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、ＲＯ
Ｍ１０４　、　ＲＡＭ１０５、バンクアップ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１
０８にプリセン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
アウド端子が“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Ｔ
ＡＵ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１０
１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
ック発注回路１０７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ｌ？ＡＭＩ０５０所定領域に
格納される。つまり、Ｉ？ＡＭ１０５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ＲＡＭ１０５の所定領域に
格納される。

第８図は上流側０□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ン
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８０１では、上流側０□センサ１３による空燃
比の閉ループ（フィードバンク）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、触媒過熱防止のためＯＴＰ増量中、上流側０□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８２７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。その場合には、ステップ８２８
に直接進む。他方、閉ループ条件成立の場合はステップ
８０２に進む。

ステップ８０２では、上流側０□センサ１３の出力■、
をＡ／Ｄ変換して取込み、ステップ８０３にて■１が比
較電圧ｖ、１．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がを判別する、つ
まり、空燃比がリーン（Ｖ、≦ＶＲＩ）であれば、ステ
ップ８０４にてデイレイカウンタＣＤＬＹが正か否かを
判別し、ＣＤＬＹ＞Ｑであればステップ８０５にてＣＤ
ＬＹをＯとし、ステップ８０６に進む。ステップ８０６
では、デイレイカウンタＣＤＬＹを１減算し、ステップ
８０７．８０８にてデイレイカウンタＣＤＬＹを最小値
ＴＤＬでガードする。この場合、デイレイカウンタＣＤ
ＬＹが最小値ＴＤＬに到達したときにはステップ８０９
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０２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（Ｖ＋　＞Ｖ
□）であれば、ステップ８１０にてデイレイカウンタＣ
ＤＬＹが負か否かを判別し、ＣＤＬＹ＜　０であればス
キップ８１１にてＣＤＬＹを０とし、ステップ８１２に
進む。ステップ８１２ではデイレイカウンタＣＤＬＹを
１加算し、ステップ８１３．３１４にてデイレイカウン
タＣＤＩＪを最大値ＴＤＲでガードする。この場合、デ
イレイカウンタＣＤＬＹが最大値ＴＤＲに到達したとき
にはステップ８１５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０
□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
リッチ遅延であって、正の値で定義される。

ステップ８１６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８１７にて、第１の空燃比フラグＦ１の値
により、リッチからり−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８１ＢにてＦＡＦ←ＦＡＦ　＋　Ｒ３
Ｒ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８１９にてＦＡＦ　−ＦＡＦ
−Ｒ５Ｌ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８１２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８２０，８２１．８２２に
て積分処理を行う。つまり、ステップ８２０にて、Ｆ１
＝“０″か否かを判別し、Ｆ１＝”Ｏ”　（リーン）で
あればステップ８２１にてＦＡＦ←ＦＡＦ　＋　ＫＩＲ
とし、他方Ｆ、−“１”　（リッチ）であればステップ
８２２にてＦＡＦ　４−ＦＡＦ−ＫＩＬとする。ここで
、積分定数ＫＩＲ、ＫＩＬはスキップ定数Ｒ３Ｒ，Ｒ３
Ｌに比して十分小さく設定してあり、つまり、ＫＩＲ（
ＮＩＬ）＜　Ｒ３Ｒ（Ｒ５Ｌ）である。従って、ステッ
プ８２１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８２２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８１８．８１９．８２１．８２２にて演算され
た空燃比補正係数ＦＡＦはステップ８２３．８２４にて
最小値たとえば０．８にてガードされ、また、ステップ
８２５．８２６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ＦＡ
Ｆ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Ｆ　Ａ　Ｆ　−ｔ−ＲＡＭ１０
５に格納して、ステップ８２８にてこのルーチンは終了
する。

第９図は第８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０□センサ１３の出力
により第９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、デイレイカウンタＣＤ
ＬＹは、第９図（Ｂ）に示すごとく、リッチ状態でカウ
ントア・ノブされ、リーン状態でカウントダウンされる
。この結果、第９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ｔ、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ｔＳ＋ｔ６＋ｊ？のごとくリッチ遅延時間ＴＤＲの短
い期間で反転すると、デイレイカウンタＣＤＬＹが最大
値ＴＤＲに到達するのに時間を要し、この結果、時刻ｔ
８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９図（Ｄ）に示す空燃比補正係数ＦＡＦが得られ
る。

次に、下流側０２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Ｒ３Ｒ，Ｒ５Ｌ　、積分定数Ｋ
ＩＲＩＫＩＬ　、遅延時間ＴＤＲ，ＴＤＬ　。

もしくは上流側０２センサ１３の出力■１の比較電圧Ｖ
ＲＩを可変にするシステムと、第２の空燃比補正係数Ｐ
ＡＦ　２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Ｒ３Ｒ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Ｒ３Ｌ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Ｒ３Ｌ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Ｒ３Ｒ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０□センサ１５の出力に応じてリッチス
キップ量Ｒ３Ｒおよびリーンスキップ量Ｒ３Ｌ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０２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０２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ＶＲ
Ｉ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■□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０□センサ１５の出力に
応じて比較電圧ＶＲＩ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０□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。

第１０図を参照して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０□センサシステム
について説明する。

第１０図は下流側０□センサ１５の出力にもとづいてス
キップ量Ｒ３Ｒ，Ｒ３Ｌを演算する第２の空燃比フィー
ドバンク制御ルーチンであって、所定時間たとえば５１
２ｍ５毎に実行される。ステップ１００１〜１０１０で
は、下流側０□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０２センサ１３による閉ル
ープ条件の不成立（ステップ１００１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１００２）　、スロットル弁１６が全閉（ＬＬ−“
１″）のとき（ステップ１００３）　、軽負荷のとき（
Ｑ／Ｎｅ＜Ｘ＋）（ステップ１００４）　、下流側０□
センサ１５が活性化していないとき（ステップ１００５
〜１０１０’）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１０１７に進む。

下流側０２センサ１５の活性化判別ステップ１００５〜
１０１０は第１１図に示す活性フラグＦＡＣを設定する
ものである。すなわち、ステップ１００５では、下流側
０□センサ１５の出力すなわちプルアップ型入力回路１
１２の出力Ｖ２をＡ／Ｄ変換して取込み、ステップ１０
０６にて第１の活性判別値ＶＡＩと比較し、ステップ１
００７にて第２の活性判別値ＶＡ２（＞ＶＡＩ）と比較
する。この結果、ＶＺ　＜ＶＡＩであればステップ１０
０Ｂにて活性フラグＦＡｃを“１”（活性）とし、ｖｚ
　＞ＶＡ２であればステップ１００８にて活性フラグＦ
’ｔｔｃを“０”　（非活性）とする。

その他の場合には、活性フラグＦＡｃは変更されず、ス
テップ１０１０にてＦＡｃ−“０”　（非活性）か否か
判別する。この結果、下流側０□センサ１５が活性状態
（ＦＡＣ＝“１”）のときにはステップ１０１１〜１０
１６に進み、下流側０２センサ１５が非活性状態（ＦＡ
Ｃ＝　”　０”）のときにはステップ１０１７に進む。

ステップ１０１１にてＶＺが比較電圧ｖＲ□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ＶＲ２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０２センサ１３の出力の比較電圧ＶＲＩ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１０１１にてｖ２≦Ｖ＊ｚ（リーン）であれば
ステップ１０１２　、１０１３に進み、他方、Ｖ　２　
＞　Ｖ　Ｒ□（リッチ）であればステップ１０１４　、
１０１５に進む。

ステップ１０１２では、Ｒ５Ｒ−ＲＳＲ＋ΔＲ３とし、
つまり、リッチスキップ量Ｒ５Ｒ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１０１３にてＩ
？ＳＬ　４−Ｒ５Ｌ−ΔＲ５とし、つまり、リーンスキ
ップ量Ｒ３Ｌ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１０１４にてＲ３Ｉ？←Ｒ３
Ｒ−ΔＲ５とし、つまり、リッチスキップ量Ｒ３Ｒ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１０１５にてＲ３Ｌ　−Ｒ３Ｌ＋ΔＲ３とし、つまり
、リーンスキップ量Ｒ３Ｌ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１０１６は、上述のごとく演算されたＲ３Ｒ。

Ｒ５Ｌ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ＭＩＮは過渡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１０図のルーチンはステップ１０１７にて終
了する。

第１０図のルーチンによれば、第１２図に示すごとく、
下流側０２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■２が変化したときには、ＶＺ＜ＶＡ
Ｉ以後下流側０２センサ１５は活性状態（Ｆａｃ＝“１
”）となるが、ｖｚ＞ｖａｚとならない限り非活性状態
（Ｆｌ、−“Ｏ”）とならず、従って、リッチスキップ
量Ｒ３Ｒはリッチ側に過補正されない。また、第１の値
■□を低く設定すれば、Ｖ　Ｚ　＜　Ｖ　４１になった
直後のリッチ誤判定期間も小さくすることができる。

なお、■□は０２センサ暖機後ベース空燃比リッチ時の
出力電圧よりやや高めに設定され、ｖＡ２はＶ　４１以
上で活性、非活性のハンチングが生じないような電圧（
たとえば第５図のＶ！ｌもしくはやや高め）に設定され
る。

第１３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１３０１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Ｔ
ＡＵＰを演算する。たとえばＴＡＵＰ−α・Ｑ／Ｎｅ（
αは定数）とする。ステップ１３０２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次元マツプにより暖機増量値ＦＷＬを補間計
算する。ステップ１３０３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、Ｔ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１３
０４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１３０５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のキャリアウド信号に
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０□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０□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Ｒ２Ｈ，Ｒ３Ｌ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０２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０□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４ｍ毎に、ま
た、第２の空燃比フィードバック制御は５１２　ｍｓ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０２センサによる制御を主として行い、応答
性の悪い下流側０２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０□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０□センサの出力により補正するダブル０
２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０２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Ｒ５Ｒ，Ｒ３Ｌのうちの一定を固定し
他方のみを可変とすることも、遅延温時間ＴＤＲ，ＴＤ
Ｌ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
、エレクトリンク・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１３０１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１３０３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０□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、下流側空燃比セン
サの活性判別をヒステリシス的に行ったので、活性、非
活性判定のハンチングがなくなり、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図は本発明の詳細な説明するための全
体ブロック図、第２図はシングル０□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３Ａ図、第３Ｂ図は０２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０□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問題点を説明す
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１３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ためのタイミング図、第１１図、第１２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０□センサ、１５・・・下流側０□センサ、１７・・・アイドルスイッチ。

Claims

【特許請求の範囲】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に微少電流を流し込むと共に該下
流側空燃比センサの出力を入力するプルアップ型入力回
路（１１２）と、前記下流側空燃比センサが非活性状態と判別されている
ときに前記プルアップ型入力回路の出力を暖機後のリッ
チ出力レベルよりわずかに高い第１のレベルと比較し、
該プルアップ型入力回路の出力が該第１のレベルより低
くなったときに前記下流側空燃比センサを活性状態と判
別する第１の比較手段と、前記下流側空燃比センサが活性状態と判別されていると
きに前記プルアップ型入力回路の出力を前記第１のレベ
ルより高い第２のレベルと比較し、該プルアップ型入力
回路の出力が前記第２のレベルより高くなったときに前
記下流側空燃比センサを非活性状態と判別する第２の比
較手段と、前記下流側空燃比センサが活性状態のときに
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、前記空燃
比フィードバック制御定数および前記上流側空燃比セン
サの出力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、前記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。２、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、該空燃比センサに微少電流を流し込むと共に該空燃比セ
ンサの出力を入力するプルアップ型入力回路（１１２）
と、前記空燃比センサが非活性状態と判別されているときに
前記プルアップ型入力回路の出力を暖機後のリッチ出力
レベルよりわずかに高い第１のレベルと比較し、該プル
アップ型入力回路の出力が該第１のレベルより低くなっ
たときに前記空燃比センサを活性状態と判別する第１の
比較手段と、前記空燃比センサが活性状態と判別されて
いるときに前記プルアップ型入力回路の出力を前記第１
のレベルより高い第２のレベルと比較し、該プルアップ
型入力回路の出力が前記第２のレベルより高くなったと
きに前記空燃比センサを非活性状態と判別する第２の比
較手段と、前記空燃比センサが活性状態のときに該空燃比センサの
出力に応じて空燃比制御量を演算する制御量演算手段と
、前記演算された空燃比制御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。