JPH0211841A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、内燃機関（エンジン）の空燃比を制御するた
めの内燃機関の空燃比制御装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、内燃機関の排気系に排ガス浄化用の三元触媒
を配置して、排ガスの浄化を行なっている排ガス浄化シ
ステムがある。

かかるシステムにおいては、理論空燃比近傍において、
空燃比を振動させると、排ガス浄化効率を改善できるこ
とが知られている。

このため、従来より、排気マニホルド（触媒コンバータ
よりも上流側）にλ型酸素濃度センサ［所定の空燃比近
傍（理論空燃比）で出力値か急激に変化する酸素濃度セ
ンサ；以下、このセンサを０２センサという］を設け、
この０２センサの出力が理論空燃比を境にしてローから
ハイあるいはその逆にオンオフ変化することに着目して
、このｏ２センサ出力をフィードバックすることにより
、空燃比が理論空燃比近傍となるよう、空燃比を制御す
ることが行なわれている。かかる制御をいわゆる０２フ
イードバツク制御といっている。

そして、かかる０２フイ一ドバツク制御時に、０□セン
サ出力とオンオフ判定電圧（基準値）とを比較し、例え
ば０２センサ出力がこの判定電圧よりも大きいと、リー
ン化し、逆に０２センサ出力がこの判定電圧よりも小さ
いと、リンチ化するという空燃比制御を行なっている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、かかる従来の０２フイードバツク制御で
は、フィードバック制御に使用する０２センサが紅年変
化や劣化を起こすと、制御信頼性の低下を招くおそれが
ある。また、０□センサのバラツキにより、エミッショ
ンレベルのバラツキも大きくなり、これがやはり制御信
頼性の低下を招くおそれがある。

また、燃料供給部から０２センサ配設部までのガス輸送
遅れ（無駄時間）およびセンサ遅れにより、空燃比変動
の最大周波数が制限されるため、触媒能力が十分に発揮
されないおそれがある。

そこで、内燃機関の排ガス浄化システムにおいて、更に
排ガス浄化特性を改善するために、例えば特開昭５６−
１１８５３５号公報に示すように、三元触媒へ導入され
る空燃比を積極的に変動させるものが提案されている。

しかしながら、このような従来の手段では、空燃比の変
動中心値が固定であるので、やはり三元触媒の最大浄化
効率付近で空燃比を変動させることができないおそれが
ある。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので
、λ型酸素濃度センサを触媒コンバータの下流側（内部
も含む）に設け、空燃比を強制的に変動させた場合に、
その時のλ型酸素濃度センサの出力により、空燃比変動
の平均（平均空燃比）等の空燃比の強制変動状態を補正
して、触媒コバータの浄化効率が最大となるよう空燃比
を制御することができるようにした、内燃機関の空燃比
制御装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ このため、本発明の内燃機関の空燃比制御装置は、内燃
機関の排気系に設けられた排ガス浄化用触媒コンバータ
の内部または下流側排気系部分にλ型酸素濃度センサを
そなえるとともに、所要の周期、振幅で空燃比を強制的
に変動しうる空燃比強制変動手段をそなえ、上記λ型酸
素濃度センサからの出力に基づき上記空燃比強制変動手
段による空燃比の強制変動状態を制御する空燃比変動制
御手段が設けられたことを特徴としている。

［作　用］ 上述の本発明の内燃機関の空燃比制御装置では、空燃比
強制変動手段によって、所要の周期、振幅で空燃比が強
制的に変動せしめられるが、このとき空燃比変動制御手
段によって、λ型酸素濃度センサからの出力に基づき空
燃比強制変動手段による空燃比の強制変動状態が制御さ
れる。

［実施例コ 以下、図面により本発明の一実施例としての内燃機関の
空燃比制御装置について説明すると、第１図（ａ）はそ
の燃料供給制御系を示すブロック図、第１図（ｂ）はそ
の空燃比強制変動手段および空燃比変動制御手段のブロ
ック図、第２図はそのハードウェアを主体にして示すブ
ロック図、第３図はそのエンジンシステムを示す全体構
成図、第４図はその空燃比制御要領を説明するためのメ
インルーチンを示すフローチャート、第５図はその電磁
弁駆動ルーチンを説明するためのフローチャート、第６
図はその空燃比中央（平均）値演算ルーチンを説明する
ためのフローチャート、第７図はその空燃比強制変動分
を演算するためのフローチャー１〜、第８図はそのフィ
ードバック補正係数演算ルーチンを説明するためのフロ
ーチャート、第９図はその空燃比中央（平均）値演算フ
ラグセットのためのフローチャート、第１０図はその空
燃比強制変動演算タイマをインクリメントするためのフ
ローチャート、第１１図はその０２センサ出力のフィル
タリング要領を説明するためのフローチャート、第１２
図（ａ）〜（ｃ）はいずれもその空燃比強制変動に際し
ての作用を説明するグラフ、第１３．１４図はそれぞれ
その空燃比強制変動に際しての他の例の作用を説明する
グラフである。

さて、本装置によって制御されるエンジンシステムは、
第３図のようになるが、この第３図において、エンジン
（内燃機関）Ｅはその燃焼室１に通じる吸気通路２およ
び排気通路３を有しており、吸気通路２と燃焼室１とは
吸気弁４によって連通制御されるとともに、排気通路３
と燃焼室１とは排気弁５によって連通制御されるように
なっている。

また、吸気通路２には、上流側から順にエアクリーナ６
、スロワ１ヘル弁７および電磁式燃料噴射弁（電磁弁）
８が設けられており、排気通路３には、その上流側から
順に排ガス浄化用の触媒コンバータ（三元触媒）９およ
び図示しないマフラ（消音器）が設けられている。なお
、吸気通路２には、図示しないが、サージタンクが設け
られている。

さらに、電磁弁８は吸気マニホルド部分に気筒数だけ設
けられている。今、本実施例のエンジンＥが直列４気筒
エンジンであるとすると、電磁弁８は４個設けられてい
ることになる。即ちいわゆるマルチポイント燃料噴射（
ＭＰＩ）方式のエンジンであるということができる。

また、スロワ１ヘル弁７はワイヤケーブルを介してアク
セルペダルに連結されており、これによりアクセルペダ
ルの踏込み量に応じて開度が変わるようになっているが
、更にアイドルスピードコントロール用モータ　（ＩＳ
Ｃモータ）１０によっても開閉駆動されるようになって
おり、これによリアイドリング時にアクセルペダルを踏
まなくても、スロットル弁７の開度を変えることができ
るようにもなっている。

このような構成により、スロットル弁７の開度に応じエ
アクリーナ６を通じて吸入された空気が吸気マニホルド
部分で電磁弁８からの燃料と適宜の空燃比となるように
混合され、燃焼室１内で点火プラグを適宜のタイミング
で点火させることにより、燃焼せしめられて、エンジン
トルクを発生させたのち、混合気は、排ガスとして排気
通路３へ排出され、触媒コンバータ９で排ガス中のＣ０
２ＨＣ，ＮＯｘの３つの有害成分を浄化されてから、マ
フラで消音されて大気側へ放出されるようになっている
。

さらに、このエンジンＥを制御するために、種々のセン
サが設けられている。まず吸気通路２側には、そのエア
クリーナ配設部分に、吸入空気紙をカルマン渦情報から
検出するエアフローセンサ１１、吸入空気温度を検出す
る吸気温センサ１２および大気圧を検出する大気圧セン
サ１３が設けられており、そのスロットル弁配設部分に
、スロットル弁７の開度を検出するポテンショメータ式
のスロットルセンサ１４．アイドリング状態を検出する
アイ１くルスイッチ１５およびＩＳＣモータ１０の位置
を検出するモータポジションセンサ１６が設けられてい
る。

また、排気通路３側には、触媒コンバータ９の下流側部
分に、排ガス中の酸素濃度（０，濃度）を検出して所定
の空燃比（理論空燃比）近傍で出力値が急激に変化する
λ型酸素濃度センサ１８（以下、単に０２センサ１８と
いう）が設けられている。

なお、この○、センサ１８は触媒コンバータ９の出口近
傍の内部に設けてもよい。

さらに、その他のセンサとして、エンジン冷却水温を検
出する水温センサ１９や車速を検出する車速センサ２０
（第２図参照）が設けられるほかに、第１図（ａ）、第
２図に示すごとく、クランク角度を検出するクランク角
センサ２１　（このクランク角センサ２１はエンジン回
転数を検出する回転数センサも兼ねている）および第１
気筒（基準気筒）の上死点を検出するＴＤＣセンサ２２
がそれぞれディストリビュータに設けられている。

そして、これらのセンサ１１〜１６．１８〜２２からの
検出信号は、電子制御ユニツ１〜（ＥＣＵ）２３へ入力
されるようになっている。

なお、ＥＣＵ２３へは、バッテリ２４の電圧を検出する
バッテリセンサ２５からの電圧信号やイグニッションス
イッチ（キースイッチ）２６からの信号も入力されてい
る。

また、ＥＣＵ２３のハードウェア構成は第２図のように
なるが、このＥＣＵ２３はその主要部としてＣＰＵ２７
をそなえており、このＣＩ）　Ｕ　２７へは、吸気温セ
ンサ１−２．大気圧センサ１３．スロットルセンサ１４
，０２センサ１８．水温センサ１９およびバッテリセン
サ２５からの検出信号が入力インタフェイス２８および
Ａ／Ｄコンバタ３０を介して入力され、アイドルセンサ
１５゜車速センサ２０およびイグニッションスイッチ２
６からの検出信号が入力インタフェイス２９を介して入
力され、エアフローセンサ１１．クランク角センサ２１
およびＴＤＣセンサ２２からの検出信号が直接に六カポ
−１−へ入力されるようになっている。

さらに、ＣＰＵ２７は、パスラインを介して、プログラ
ムデータや固定値データを記憶するＲＯＭ３１．更新し
て順次書き替えられるＲＡＭ３２およびバッテリ２４に
よってバッテリ２４が接続されている間はその記憶内容
か保持されることによってバックアップされたバッテリ
バックアップＲＡＭ　（ＢＵＲＡＭ）３３との間でデー
タの授受を行なうようになっている。

なお、ＲＡＭ３２内データはイグニッションスイッチ２
６をオフすると消えてリセツトされるようになっている
。

今、燃料噴射制御（空燃比制御）に着目すると、ＣＰＵ
２７からは後述の手法で演算された燃料噴射用制御信号
がドライバ３４を介して出力され、例えば４つの電磁弁
８を順次駆動させてゆくようになっている。

そして、かかる燃料噴射制御（電磁弁駆動時間制御）の
ための機能ブロック図を示すと、第１図（ａ）のように
なる。すなわちラフ１〜ウエア的にこのＥＣＵ２３を見
ると、このＥＣＵ２３は、まず電磁弁８のための基本駆
動時間ＴＢを決定する基本駆動時間決定手段３５を有し
ており、この基本駆動時間決定手段３５はエアフローセ
ンサ１】からの吸入空気量Ｑ情報とクランク角センサ２
１からのエンジン回転数Ｎｅ情報とからエンジン１回転
あたりの吸入空気量Ｑ　／　Ｎ　ｅ情報を求め、この情
報に基づき基本駆動時間ＴＢを決定するものである。

また、水温センサ１９で検出されたエンジン冷却水温に
応して補正係数に、□を設定する冷却水温補正手段４０
．吸気温センサ１２て検出された吸気温に応じて補正係
数ＫＡＴを設定する吸気温補正手段４１．大気圧センサ
１３で検出された大気圧に応じて補正係数ＫＡＰを設定
する大気圧補正手段４２、加速増量用の補正係数ＫＡＣ
を設定する加速増量補正手段４３．バッテリセンサ２５
で検出されたバッテリ電圧に応じて駆動時間を補正する
ためテントタイム（無効時間）Ｔｏを設定するデッドタ
イム補正手段４４が設けられている。

なお、加速増量補正手段４３へは、Ｑ／Ｎｅの変化率信
号またはスロットルセンサ１４で検出されるスロノ１ヘ
ル開度の変化率信号が入力されている。

さらに、エンジンの運転状態（エンジン回転数。

負荷）に応じた空燃比補正係数ＫＡＦｘを設定する空燃
比補正係数設定手段３６が設けられている。

ところで、フィードバック補正係数ＫＦＢを設定して所
要の周期（例えば５〜１０Ｈｚ程度）や振幅で空燃比を
強制的に変動（振動）させる空燃比強制変動手段４５お
よび０２センサ１８からの出力に基づき空燃比強制変動
手段４５による空燃比の強制変動状態を制御する空燃比
変動制御手段４７が設けられているが、これらの空燃比
強制変動手段４５．空燃比変動制御手段４７と空燃比補
正係数設定手段３６とはスイッチング手段３８，３９を
介していずれか一方が選択されるようになっている。

そして、一方が選択された場合は、これを係数ＫＡＦと
する。これは、燃料噴射量演算に際して、空燃比補正係
数ＫＡＦｔのデータとフィードバック補正係数ＫＦＢｘ
のデータとを共通のメモリ（レジスタ）空間にセットす
るための操作である。

ここで、空燃比変動制御手段４７は、０２センサ１８か
らの出力に応じ空燃比中央値（あるいは平均値）を補正
するための係数（ＫＦＲ）Ｃ［この係数は上記では空燃
比中央（平均）領袖正係数（Ｋ＋、・Ｂ）Ｃといってい
るが、以下、この係数を空燃比中央値補正係数（ＫＡＦ
）Ｃという］を設定して、空燃比の中央値（平均値）を
変更補正するための手段として構成されている。

なお、フィードバック補正係数ＫＦＢは、空燃比中央値
補正係数（ＫＦＢ）Ｃと強制振動分ΔＫＦＢとの和とし
て表わされる。

また、空燃比中央値補正係数（ＫＦＢ）Ｃは、後述のご
とく、１．Ｑ＋Ｇｐ・ΔＶ十Ｇ■・ｆΔＶｄＱで表オ）
される。ここで、ΔＶは０２センサ１８の出力変化分（
偏差）で、このΔＶは（Ｘ０２月−）−（ＺＰＩＯ２人
）より求められる。そして、（ＸＯ２ＴＬ）は目標電圧
［所要の空燃比中央値補正係数（ＫＦＢ）Ｃとなるよう
な電圧］であり、（ＺＰＩＯ２Ａ）はフィルタリンク処
理（なまし処理）後の０２センサ１８の出力電圧である
。なお、フィルタリンク処理については後述する。また
、Ｇ　ｌ）は比例ゲイン、Ｇ■は積分ゲインで、これら
はＲＯＭ内データである。

従って、上記の空燃比強制変動手段４５．空燃比変動制
御手段４７を更に機能ブロック図で示すと、第１図（ｂ
）のようになる、即ち、この第１図（ｂ）に示すごとく
、空燃比変動制御手段４７は、ｌ」標電圧設定手段４７
１．偏差演算手段４７２、偏差積算値比例要素演算手段
４７３．偏差積算値積分要素演算手段４７４．加算手段
４７５゜４７６、定数設定手段４７７を有している。

ここで、Ｉ］標主電圧設定手段４７１上記目標電圧（Ｘ
Ｏ２ＴＬ）を設定するもので、偏差演算手段４７２は、
目標電圧（ＸＯ２ＴＬ）とフィルタリンク処理後の０２
センサ１８の出力電圧（ＺＰＩＯ２Ａ）との偏差へＶを
演算するものである。

偏差積算値比例要素演算手段４７３はＧｐ・ΔＶを演算
するもので、偏差積算値積分要素演算手段４７４はＧ工
・ｆΔＶｄＱを演算するものである。

加算手段４７５は、偏差積算値比例要素演算手段４７３
からの演算結果（Ｇｐ・八Ｖ）と、偏差積算値積分要素
演算手段４７４からの演算結果（Ｇ■・ｆΔＶｄＱ）と
を加算するもので、加算手段４７６は、ＧＰ・Δｖ十Ｇ
■・ｆΔ■ｄＱと、定数設定手段４７７からの出力とを
加算するものである。

さらに、加算手段４７７からの出力ｃｉ、、ｏ＋ＧＰ・
ΔＶ＋ＧＩ−ｆΔＶ　ｄＱ　−（ＫＦＢ）ＣＩと空燃比
強制変動手段４５からの出力（ΔＫＦＢ）とを加算する
加算手段４６が設けられている。

ところで、電磁弁８は、上記の各手段で求められた時間
や係数に基づき算出された所要の駆動時間Ｔ　ＩＮ、＋
　［＝　ＴＢ　Ｘ　ＫｗｒＸ　ＫＡＴＸ　ＫＡＰＸ　Ｋ
ＡＣＸ　ＫＡＦ＋　Ｔ　ｏ　］で駆動されるようになっ
ている。

かかる電磁弁駆動のための制御要領を示すと、第５図の
フローチャートのようになるが、この第５図に示すフロ
ーチャー１〜は１８０°毎のクランクパルスの割込みに
よって作動し、まずステップｂ１で、燃料カッＩ・フラ
グセントかどうかが判断され、燃料カットフラグセット
の場合は燃料噴射の必要がないので、リターンするが、
そうでない場合は、ステップｂ２で、前回のクランクパ
ルスと今回のクランクパルスの間に発生したカルマンパ
ルス数およびカルマンパルス間の周期データに基づいて
クランク角１８０°あたりの吸入空気量ＱＣＲ（Ｑ／　
Ｎ　ｅ　）を設定する。

そして、次のステップｂ３て、このＱＣＲに応じて基本
駆動時間Ｔ　Ｂを設定し、ついでステップｂ４で、電磁
弁駆動時間ＴＩＮＪをｒＢｘ　ＫｗＴＸ　ＫＡＴＸ　Ｋ
ＡＰＸ　ＫＡＣＸ　ＫＡＦ　＋Ｔｏから演算により求め
、ステップｂ５で、このＴ　ＩＮＪを噴射タイマにセッ
トしたのち、ステップｂ６で、この噴射タイマをトリガ
することが行なわれている。そして、このようにトリガ
されると、時間Ｔ’ＴＮＪの間だけ燃料が噴射されるの
である。

つぎに、空燃比制御要領をメインルーチンを示すフロー
チャート（第４図参照）を用いておおまかに説明する。

まず、ステップａ１で、種々のセンサを通して運転状態
情報を入力してから、ステップａ２て、空燃比強制変動
可能な運転状態かどうかを判断する。ここで、空燃比強
制変動可能な条件は次のとおりである。

（１）０□センサ１８が活性状態にあること（２）エン
ジン運転状態が空燃比フィーｌくバック制御領域内（例
えばエンジン中負荷以下の運転領域）であること （３）エンジン運転状態が空燃比フィードバック制御領
域へ突入後のエンジン吸入空気量が所定値以上であるこ
と （４）燃料カット後のエンジン吸入空気量が所定値以上
であること （５）エンジン始動後、所定時間が経過していること （６）エンジン冷却水温が所定温度以上であること もし、空燃比強制変動可能な条件が満たされないなら、
ステップａ２でＮｏルートをとって、ステップａ３で、
ＲＯＭのＮ　ｅ　＋　Ｑ　／　Ｎ　ｅで規定されるマツ
プより運転状態に応じた空燃比補正係数ＫＡＦ□を設定
し、ステップａ３′で、このＫＡＦ工をＫＡＦとおく。

かかる設定は空燃比補正係数設定手段３６にて行なわれ
る。

また、空燃比強制変動可能な条件が満たされたら、ステ
ップａ２でＹＥＳルー１〜をとって、ステップａ４で、
空燃比中央値補正係数（ＫＦＢ）Ｃを演算し、ステップ
ａ５で、強制振動分ΔＫＦＢの演算を行ない、ステップ
ａ６で、フィー１−バック補正係数ＫＩＸＢを（ＫＦＩ
Ｉ）Ｃ＋ΔＫＦＢから求め、更にはステップａ７で、こ
のＫＦＢをＫＡＦとおく。なお、ステップ８４〜ａ７に
かかる処理は、空燃比強制変動手段４５（偏差演算手段
４７２．偏差積算値比例要素演算手段４７３．偏差積算
値積分要素演算手段４７４．加算手段４７５，４７６等
）と、空燃比変動制御手段４７とによって実行される。

また、ステップａ３’、ａ７のあとは、ステップａ８で
、その他の係数ＫＷＴ＋　ＫＡＴ＋　ＫＡＰ＋　ＫＡＣ
を演算する。

次に、第４図のステップａ４で行なわれる空燃比中央値
補正係数（ＫＦＢ）Ｃの演算ルーチンについて、第６図
を用いて説明する。まずステップＣ１で、空燃比中央値
演算フラグ（ＺＦＫＦＢＣ）がセットかリセットかが判
定される。（ＺＦＫＦＢＣ）＝Ｏ（リセット）なら、空
燃比中央値補正係数（ＫＦＢ）Ｃの演算は行なわないが
、（ＺＦＫＦＢＣ）≠０（セット）なら、以下のステッ
プで、空燃比中央値補正係数（ＫＦＢ）Ｃを算出して、
この空燃比中央値補正係数（ＫＦＢ）Ｃの値を更新（学
習）する。

ところで、このフラグ（ＺＦＫＦＢＣ）のセットは、第
９図に示すようにして行なわれる。即ち、まず、ステッ
プｆ１で、カルマンパルスが入るたびにダウンカウント
する［　（ＺＤＣＫＦＢＣ）←（ＺＤＣＫＦＢＣ）−１
１゜ここで、（ＺＤＣＫＦＢＣ）はその初期値が（ＸＣ
ＫＦＢＣ）として設定されるもので、この（ＺＤＣＫＦ
ＢＣ）は空燃比中央値補正係数（ＫＦＢ）Ｃの演算タイ
ミングを規定すべくカルマンパルスを分周する機能を有
するものである。即ち、初期値（ＸＣＫＦＢＣ）が空燃
比中央値補正係数（ＫＦＢ）Ｃの演算周期を表わす。

その後は、ステップｆ２で、（ＺＤＣＫＦＢＣ）　＝○
かどうかが判定され、（ＺＤＣＫＦＢＣ）　＝　Ｏなら
ステップｆ３で、（ＺＤＣＫＦＢＣ）をその初期値（Ｘ
ＣＫＦＢＣ）　ニし、次のステップｆ４で、（ＺＦＫＦ
ＢＣ）に１を足してこれを新たな（ＺＦＫＦＢＣ）とす
る。

このステップｆ４では、（ｚＦＫ＋？ｎｃ）がＯとなら
ない限り、（ＺＦＫＦＢＣ）をアップカランｌ−してい
くことが行なわれるので、このアップカウント値は吸入
空気量情報も有する。即ち、このフラグ（ＺＦＫＦＢＣ
）は空燃比中央値補正係数（ＫＦＢ）Ｃ演算フラグとし
ての機能を有するほか、空燃比中央値補正係数（ＫＦＢ
）Ｃの演算に使用する吸入空気量情報をも提供するもの
である。

上記のようにして（ＺＦＫＦＢＣ）のセットが行なわれ
るわけであるが、このようにしてセラｌ−が行なわれる
と、（ＺＦＫＦＢＣ）≠Ｏとなるから、第６図のステッ
プｃ１でＮｏルートをとって、ステップＣ２で、八Ｖを
算出することが行なわれる。かかるステップでの処理は
、偏差演算手段４７２にて行なわれる。なお、ΔＶは、
前述のごとく、（ＸＯ２ＴＬ）−（ＺＰＩ０２Ａ）より
求められる。

ここで、（ＸＯ２ＴＬ）は目標電圧であり、（ＺＰＩＯ
２Ａ）はフィルタリング処理（なまし処理）後の０□セ
ンサ１８の出力電圧であるが、この場合のフィルタリン
グ処理とは、０□センサ１８の現出力値と前回の演算に
使用した出力値との間で適当な重み配分を行なった値を
○、センサ１８の出力値とする処理で、かかる処理のた
めのフローチャートを示すと、第１１図のようになる。

即ち、このフローチャー１−では、ステップｈ１で示す
ように、（ＺＰ工０２Ａ）　＋　（（ＺＰＩＯ２）−（
ＺＰｉ０２Ａ））／（ＸＴＱＯ２）を新たな（ＺＰＩＯ
２Ａ）とするのである。今、（ＺＰＩＯ２）は０２セン
サ１８の出力瞬時値（この値は所要の時間間隔毎にＡ／
Ｄ変換することにより得られる）で、（ＸＴＱＯ２）は
このフィルタリング処理のための手段（いわゆる、フィ
ルタリング回路）の時定数に相当する数（パルス数）で
ある。

今、（ＺＰＩＯ２Ａ）　＋　（（ＺＰＩＯ２）−（ＺＰ
１０２Ａ））／（ＸＴＱＯ２）を変形すると、 ［１−（１／　（ＸＴＱＯ２）　）］　（ＺＰＩＯ２Ａ
）＋　（１／　（ＸＴＱＯ２）　）　（ＺＰＩＯ２）＝
（１−ｋ）（ＺＰＩＯ２Ａ）＋ｋ（ＺＰＩＯ２）となる
。

ここで、ｋは重み係数で、Ｏ≦に≦１　（通常はに≠０
，１）となるように設定される。

このように０２センサ１８の出力をフィルタリング処理
することにより、出力ノイズ分がカットされる。

」二足のようにしてフィルタリング処理後の０２センサ
出力に基づいて、偏差ΔＶを求めた後は、つぎのステッ
プｃ３（第６図参照）で、ｆＡｖｄＱ（偏差積算値）を
算出する。かかるステップでの処理は、偏差積算値積分
要素演算手段４７４にて行なわれる。なお、ｆＡｖｄＱ
は、現在値（ｆＡｖｄＱ）に変化量［ΔＶ　Ｘ　（ＺＦ
ＫＦＢＣ）　Ｘ　（ＸＣＫＦＢＣ）　］を加算すること
により求められる。

ここで、（ＺＦＫＦＢＣ）　Ｘ　（ＸＣＫＦＢＣ）は、
カルマンパルスの数、即ち、吸入空気量に相当する。従
って、この（ＺＦＫＦＢＣ）が、空燃比中央値補正係数
（ＫＦＢ）Ｃの演算に使用する吸入空気量情報をも提供
すると前述したのは、このことを意味するのである。

その後は、ｆＡｖｄＱが所定の範囲（例えば１００〜１
００ＶＱ）内に収容する処理が施される。即ち、ステッ
プｃ４で、ｆＡｖｄＱが上限値（ＸＵＬ）よりも大きい
かどうかが判断され、もしそうであれば、ステップＣ５
で、上限値（ＸＵＬ）をｆＡｖｄＱとして、上限をクリ
ップし、ステップｃ６で、ｆＡｖｄＱが下限値（ＸＬＬ
）よりも小さければ、ステップＣ７で、下限値（ＸＬＬ
）をｆＡｖｄＱとして、下限をクリップするのである。

このようにしてｆＡｖｄＱを所定の範囲内に収容したあ
とは、ステップＣ８で、ΔＶやｆＡｖｄＱを用いて、空
燃比中央値補正係数（ＫＦＢ）Ｃを演算することにより
、空燃比中央値補正係数（ＫＦＢ）Ｃの値を更新する。

即ち、 （ＫＦＢ）ｃ←１．Ｏ＋ＧＰ・Δｖ＋Ｇ工・ｆΔＶｄ　
Ｑとすることが行なわれる。ここで、前述のごとく、Ｇ
Ｐは比例ゲイン、Ｇ、は積分ゲインである。

かかる演算は、偏差積算値比例要素演算手段４７３、偏
差積算値積分要素演算手段４７４．加算手段４７５，４
７６等で行なわれる。

その後は、この更新値（ＫＦＢ）Ｃを所定範囲（例えば
０．８〜１．２）内に収容する処理が施される。即ち、
ステップＣ９で、（ＫＦＢ）Ｃが上限値（ＸＫＦＢＣＵ
）よりも大きいかどうかが判断され、もしそうであれば
、ステップｃｌＯで、上限値（ＸＫＦＢＣＩＩ）を（Ｋ
ＦＢ）Ｃとして、上限をクリップし、ステップｃ］、１
で、（ＫＦＢ）Ｃが下限値（ＸＫＦＢＣＬ）よりも小さ
ければ、ステップｃ１２で、下限値（ＸＫＦＢＣＬ）を
ｆＡｖｄＱとして、下限をクリップするのである。

これにより、空燃比中央値補正係数（ＫＦＢ）Ｃが、所
要の範囲内において、更新される。

このようにして（ＫＦＢ）Ｃを所定の範囲内に収容した
あとは、ステップｃ１３で、フラグ（ＺＦＫＦＢＣ）を
Ｏにして、フラグをリセットする。

次に、第４図のステップａ５で行なわれる強制振動の演
算ルーチンについて、第７図を用いて説明する。まずス
テップｄ１で、タイマ値（ＺＦＫＦＩＩＶ）が例えば５
〜１０Ｈｚ程度の強制振動周期（ＸＦＫＦｌ’１■）の
１／２よりも大きいかどうかが判定される。

なお、この強制振動周期（ＸＦＫＦＢＶ）は、０□セン
サを触媒コンバータ９の上流側の燃焼室１の出口付近に
設けて、この０２センサからの検出信号に基づき空燃比
のフィードバック制御を行なうＯ。

センサを用いた通常の空燃比フィードバック制御時の振
動周期（通常は２〜５　Ｈｚ程度）に比べ短い。

ここで、このタイマ値（ＺＦＫＦＢＶ）のインクリメイ
トは、第１０図に示すフローにしたがって行なわれる。

即ち、まず、第１０図のステップｇ１で、カルマンパル
スが入るたびにダウンカウントする［（ＺＤＣＫＦＢＶ
）　←（ＺＤＣＫＦＢＶ）−１１゜ココで、（ＺＤＣＫ
ＦＢＶ）はその初期値が（ＸＣＫＦＢＶ）として設定さ
れるもので、この（ＺＤＣＫＦＢＶ）は強制振動上乗せ
分（強制振動分）ΔＫＦＢの演算タイミングを規定すべ
くカルマンパルスを分周する機能を有するものである。

即ち、初期値（ＸＣＫＦＢＶ）で規定される間隔ごとに
、強制振動上乗せ分ΔＫＦＢの演算タイミングが到来す
る。

ソノ後ハ、ステップｇ２で、（ＺＤＣＫＦＢＶ）　＜　
Ｏかどうかが判定され、（ＺＤＣＫＦＢＶ）　＝　Ｏな
ら、ステップｇ３で、（ＺＤＣＫＦＢＶ）をその初期値
（ＸＣＫＦＢＶ）　ニし、次のステップｇ４で、（ＺＦ
ＫＦＢＶ）から１を引いてこれを新たな（ＺＦＫＦＢＶ
）とする。

その後は、ステップｇ５で、（ＺＦＫＦＢＶ）がＯとな
ったかどうかが判定され、ステップｇ４でのダウンカウ
ントの結果、（ＺｌｉＫＦＢＶ）がＯとなると、ステッ
プｇ６で、（ＺＦＫＦＢＶ）を強制振動周期（ＸＦＫＦ
［ｌＶ）　ニする。

このようにして強制振動周期（ＸＦＫＦＢＶ）を複数に
分割した単位間隔としての初期値（ＸＣＫＦＢいで規定
される間隔ごとに、強制振動上乗せ分ΔＫＦＢの演算タ
イミングをつくることができるのである。

」二足のようにしてタイマカウント値（ＺＦＫＦＢいが
得られるのであるが、このタイマ値（ＺＦＫＦＢＶ）が
強制振動周期（ＸＦＫＦ［ｌＶ）の半周期を境にして、
リッチ化処理とリーン化処理とが区別して行なわれる。

即ち、第７図のステップｄ１で、タイマ値（ＺＦＫＦＢ
Ｖ）が強制振動周期（ＸＦＫＦＢＶ）　ノ１　／　２よ
りも太きいならば、リッチ化処理がなされる一方、タイ
マ値（ＺＦＫＦＢＶ）が強制振動周期（ＸＦＫＦＢＶ）
　ノ１　／　２以下ならば、リーン化処理がなされる。

リッチ化処理に際しては、まずステップｄ２で、リッチ
化用強制振動積分成分■■が次式から求められる。

Ｉｖ”（（３／４）　（ＸＦＫＦＢＶ）−（ＺＦＫＦＢ
Ｖ））　Ｘ　（ＤＩ、ＴＶ）ここで、（ＤＬＴＶ）は演
算ごとの加算値である。

その後は、ステップｄ３で、リッチ化強制振動成分ΔＫ
ＦＢをＰＶ＋ＩＶ（このＩｖはステップｄ２で求めたも
の）から求める。ＰＶは強制振動比例成分である。

次にリーン化処理に際しては、まずステップｄ４で、リ
ーン化用強制振動積分成分Ｉｖが次式から求められる。

Ｉｖ＝（（ＺＦＫＦＢＶ）−（１，／４）　（ＸＦＫＦ
ＢＶ））Ｘ（ＤＬＴＶ）その後は、ステップｄ５で、リ
ーン化強制振動成分ΔＫＦＢを−ｐｖ＋Ｉｙ　（このＴ
Ｖはステップｄ４で求めたもの）から求める。

このようにして、強制振動分ΔＫＦＢが求められたわけ
であるが、この強制振動分ΔＫＦＢの演算タイミングは
、カルマンパルスに同期しているので、この強制振動分
ΔＫＦＢの周期時間は吸入空気量の関数となり、吸入空
気量に応じて振動周期が変わるようになっている。従っ
て吸入空気量の変化に応じた適切な振動周期を設定でき
るものである。

なお、ＩＶ＋ＰＶ＋　ΔＫＦＢの変化の様子を示すと、
第１２図（ａ）〜（ｃ）のようになるが、この場合の強
制変動は、第１２図（ｃ）からもわかるように二角波状
振動である。

また、上記のようにして空燃比中央値補正係数（ＫＦＢ
）Ｃおよび強制振動分ΔＫＦ［ｌが求められると、前述
のごとく、フィードバック補正係数ＫＦＴ１の演算（第
４図のステップａ６参照）が行なわれるが、この演算は
、第８図に示すフロー（このフローはステップｅ１だけ
のフローである）から求められる。そして、その後はこ
のＫＦＢをＫＡＦとおき、その他の係数が演算される（
第４図のステップａ７゜ａ８参照）。

上述の構成により、強制振動可能なエンジン運転状態で
あれば、空燃比中央値補正係数（ＫＦＲ）ＣＩ強制振動
分ΔＫＦＢを演算することにより、触媒コンバータ９の
下流側あるいは触媒コンバータ内部に設けられた０２セ
ンサ１８の出力（実際はフィルタリング出力’）　（Ｚ
ＰＩＯ２Ａ）が目標電圧（ＸＯ２ＴＬ、）と一致するよ
うに、平均燃料噴射量をフ・イードバック制御して、空
燃比中央値補正係数（ＫＦＢ）Ｃを変更更新（学習）し
、この空燃比中央値補正係数（ＫＦＢ）Ｃで決まる空燃
比となるようなところを中央値として、所要の周期（こ
の周期は吸入空気量の関数）、振幅で空燃比を変動させ
ることが行なわれる。

このように空燃比を強制的に変動させた場合に、その時
の０□センサ１８の出力により、空燃比変動の変動中心
値を補正することが行なわれるので、触媒コバータの浄
化効率が最大となるよう空燃比を制御することができる
。

また、０２センサ］８が触媒コンバータ９の］ぐ流側あ
るいは触媒コンバータ内部に設けられているので、徘カ
ス中の未燃成分が低減され、制御λポイント（０２セン
サ］８の出力が急激に変化するところ）が理論空燃比に
近付き、且つ、エミッションレベルのバラツキも少なく
なるほか、このエンジンシステムのもつ固有の応答遅れ
の影響をなくすことができるため、この点からも良好な
排ガス浄化特性が期待できる。

なお、前述の偏差積分値ｆΔＶｄＱひいては強制振動分
ΔＫＦＢはその最新値がＲＡＭ内に記憶されるが、この
記憶値は、バッテリが外されるまで、またはエンジンキ
ーがオフ状態となるまでは保持される。

また、前述の偏差積分値ｆΔＶｄＱひいては強制振動分
ΔＫＦＢをいくつかのエンジン運転領域ごとに記憶して
もよく、この場合は、あるエンジン運転領域内にあるう
ちだけ、偏差積分値ｆΔＶｄＱひいては強制振動分ΔＫ
ＦＢの最新値を更新して記憶し、他のエンジン運転領域
となった場合は、偏差積分値ｆΔＶｄＱひいては強制振
動分ΔＫＦＢの値をリセットしてしまうことが行なわれ
たり、又はあるエンジン運転領域から他のエンジン運転
領域へ移行したときは、移行直前の偏差積分値ｆΔＶｄ
Ｑひいては強制振動分ΔＫＦＩＩを記憶しておき、再度
このエンジン運転領域へ戻ってくると、移行直前の値を
元にして最新値の更新を行なうようにしたりすることが
行なわれる。

また、上記の強制振動に際しては、前述のように三角波
状に振動させるほか、矩形波状（第１コ３゜１４図参照
）あるいは正弦波状またはその他の合成波状に振動させ
てもよい。

ここで、第１２図の場合も、ＫＦ１１＋　（ＫＦＢ）Ｃ
は次のようになる。

ＫＦｌｌ＝　（ＫＦＢ）Ｃ＋ΔＫＦＢ （ＫＦＢ）ｃ＝１，０＋ＧＰ・ムｖ＋ＧＩ−ＩＡｖｄＱ
ソシテ、Δｖは（ＸＯ２ＴＬ）−（ＺＰＩＯ２Ａ）であ
る。

また、ＧＰ＋ＧＰはカルマン周波数に対してマツピング
されており、ｆΔＶｄＱひいてはＫＦ［ｌの値はエンジ
ン運転領域ごとに更新（学習）されるようになっている
。

さらに、振幅ΔＡや矩形幅ＴＫについては一定値（エン
ジン運転領域全てについて一定値の場合と複数のエンジ
ン運転領域部分ごとに一定値の両方の場合を含む）でも
、カルマン周波数あるいはカルマン周波数の逆数に対し
てマツピングしてもよい。

また、第１３図の場合は、中央値をはさんんで空燃比が
リッチ側になる時間ＴＫＲとリーン側になる時間’ｒＫ
Ｌとの割合（比）を制御するもので、この場合のＫ　Ｆ
ｌｌ　Ｉ　（Ｋ　ＦＢ）Ｃは次のようになる。

Ｋ　ＦＢ　＝　（Ｋ　ＦＢ）Ｃ＋ΔＫＦＢ（Ｋｐａ）ｃ
＝１．０＋Ｇｒ／ＡＶｄＱそして、リッチ側矩形幅ＴＫ
Ｒとリーン側矩形幅ＴＫＬとの関係は、ＴＫＲ／ＴＫＬ
＝１．０＋Ｇｐ−ΔＶとな−）でいる。即ち、ＴＫｎ”
Ｔ＋＋（１，０＋Ｇｐ・Δｖ）１′’となり、Ｔ　ＫＲ
＝　Ｔに（１，０＋ＧＰ・ΔＶ）−１′”となっている
。

また、Ｇ　Ｐ　＋　Ｇ　Ｐは、前述の場合と同様、カル
マン周波数に対してマツピングされており、ｆΔＶｄＱ
やＫＦＩＩあるいはりノチ側矩形幅］゛にＲ，リーン側
矩形幅Ｔ＋ｔ＋、の値もエンジン運転領域ことに更新（
学習）されるようになっている。

さらに、振幅ΔＡについても一定値（エンジン運転領域
全てについて一定値の場合と複数のエンジン運転領域部
分ごとに一定値の両方の場合を含む）でも、カルマン周
波数あるいはカルマン周波数の逆数に対してマツピング
してもよい。

そして、この第１３図に示すように強制振動に際して、
リッチ側時間ＴＫＲとリーン側と時間ＴＫＬとの割合を
変えた場合は、エンジンの運転状態が変化するときの過
渡応答性を補償することができる。

もちろん、この強制振動に際して、空燃比中央値や振幅
２周期、リッチ側時間とリーン側時間との割合等を、０
２センサ１８の出力に基づき、変更補正する手法は、強
制振動波形がどのようなもの（三角波、矩形波、正弦波
等）においても適用できることはいうまでもない。

また、空燃比を調整する手段としては、電磁弁８を用い
るもののほか、キャブレタ付設の電子制御可能なメータ
リング機構を用いるもの（いオ）ゆる電子制御キャブ）
や触媒コンバータ９の上流側に２次空気を導入する手段
をもったものあるいはキャブレタをバイパスして空気を
エンジン燃焼室へ供給するもの（２次吸入空気供給式）
等、種々の手段が考えられる。

［発明の効果］ 以」二詳述したように、本発明の内燃機関の空燃比制御
装置によれば、空燃比を強制的に変動させた場合に、そ
の時の０２センサの出力により、空燃比変動の変動中心
値を補正する等、空燃比の強制変動状態を制御すること
が行なわれるので、触媒コバータの浄化効率が最大とな
るよう空燃比を制御できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第」〜１４図は本発明の一実施例としての内燃機関の空
燃比制御装置を示すもので、第１図（ａ）はその燃料供
給制御系を示すブロック図、第１図（ｂ）はその空燃比
強制変動手段および空燃比変動制御手段のブロック図、
第２図はそのハードウェアを主体にして示すブロック図
、第３図はそのエンジンシステムを示す全体構成図、第
４図はその空燃比制御要領を説明するためのメインルー
チンを示すフローチャート、第５図はその電磁弁駆動ル
ーチンを説明するためのフローチャー１・、第６図はそ
の空燃比中央値演算ルーチンを説明するためのフローチ
ャート、第７図はその空燃比強制変動分を演算するため
のフローチャート、第８図はそのフィードバック補正係
数演算ルーチンを説明するためのフローチャート、第９
図はその空燃比中央値演算フラグセットのためのフロー
チャ１〜、第１０図はその空燃比強制変動演算タイマを
インクリメントするためのフローチャート、第１１図は
その０２センサ出力のフィルタリング要領を説明するた
めのフローチャート、第１２図（ａ）〜（ｃ）はいずれ
もその空燃比強制変動に際しての作用を説明するグラフ
、第１３．１／１図はそれぞれその空燃比強制変動に際
しての他の例の作用を説明するグラフである。 １−燃焼室、２−吸気通路、３−排気通路、４・・・吸
気弁、５−排気弁、６−エアクリーナ、７−・スロツ１
ヘル弁、８−・電磁弁、９−触媒コンバータ、］、　Ｏ
−Ｉ　Ｓ　Ｃモータ、１１−エアフローセンサ、１２・
−・吸気温センサ、１３−大気圧センサ、１４スロツト
ルセンサ、１５−アイドルスイッチ、１６・・−モータ
ポジションセンサ、１８−・−λ型酸素濃度センサ（０
２センサ）、１９−水温センサ、２０・・−車速センサ
、２１−クランク角センサ、２２−・ＴＤＣセンサ、２
３−電子制御ユニット（ＥＣＵ）、２４−バッテリ、２
５−バッテリセンサ、２６−　　イグニッションスイッ
チ（キースイッチ）、２７、−ＣＰ　Ｕ、２８．２９・
−・入力インタフェイス、３０−、　Ａ　／　Ｄコンバ
ータ、３１−ＲＯＭ、３２・・−ＲＡＭ、３３−・−バ
ッテリバックアップＲＡＭ　（ＢＵＲＡＭ）、３４．−
１’ライバ、３５・−・基本駆動時間決定手段、３６−
空燃比補正係数設定手段、３８．３９−−−スイッチン
グ手段、４０・−・冷却水温補正手段、４１・−吸気温
補正手段、４２−大気圧補正手段、４３−・加速増量補
正手段、４４−デッドタイム補正手段、４５−空燃比強
制変動手段、４６・−加算手段、４７−空燃比変動制御
手段、４７１・−自振電圧設定手段、４７２−偏差演算
手段。 ４７３−偏差積算値比例要素演算手段、４７４偏差積算
値積分要素演算手段、４．７５，４．７６加算手段、４
７７一定数設定手段、Ｅ−エンジン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の排気系に設けられた排ガス浄化用触媒コンバ
   ータの内部または下流側排気系部分に所定の空燃比近傍
   で出力値が急激に変化するλ型酸素濃度センサをそなえ
   るとともに、所要の周期、振幅で空燃比を強制的に変動
   しうる空燃比強制変動手段をそなえ、上記λ型酸素濃度
   センサからの出力に基づき上記空燃比強制変動手段によ
   る空燃比の強制変動状態を制御する空燃比変動制御手段
   が設けられたことを特徴とする、内燃機関の空燃比制御
   装置。