JPH02211343A - 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気ガス浄化用の三元触
媒を配置して、排気ガスの浄化を行なっている排気ガス
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、排気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）に排気ガス検出手段としてのλ型酸素濃
度センサ［所定の空燃比近傍（理論空燃比）で出力値が
急激に変化する酸素濃度センサ；以下、このセンサを０
２センサというコを設け、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０□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型°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０□センサ出力がこの判定電圧よりも小
さいと、リッ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０□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センサが経年変
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、内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、更
に排気ガス浄化特性を改善するために、例えば特開昭５
６−１１８５３５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
、排気ガス検出手段を触媒コンバータの上流側に設け、
空燃比を強制的に変動させた場合に、その時の排気ガス
検出手段の出力により、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気ガス浄化用触媒コンバー
タの上流側排気系部分に排気ガス成分を検出する排気ガ
ス検出手段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
、上記排気ガス検出手段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　用コ 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、排気ガス浄化用触媒コンバータの上流側
排気系部分に設けられた排気ガス検出手段からの出力に
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］ 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１図（ｃ）はそのハードウェアを主体にして
示すブロック図、第２図はそのエンジンシステムを示す
全体構成図、第３図はその０２センサの模式的断面図、
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（平均）値演算フラグセラ
１−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２図のようになるが、この第２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
、スロットル弁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
に排気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６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、スロットル弁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　（ＩＳＣ
モータ）１０によっても開閉駆動されるようになってお
り、これにより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、排気ガスとして排
気通路３へ排出され、触媒コンバータ９で排気ガス中の
ＣＯ，ＨＣ，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１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
クリーナ配股部分に、吸入空気量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
アイドルスイッチ１５および■ＳＣ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の上流側部
分に、排気ガス中の酸素濃度（Ｏ８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１７（以下、単に０２センサ１７
という）が設けられている。ここで、ｏ２センサ１７は
、第３図に示すように、その排気通路側の白金電極１７
　ａを、酸化還元特性を有する触媒層（三元触媒層）１
７ｄで被覆するような構成になっている。なお、第３図
中の符号１７ｂは人気側の白金電極、１７ＣはＺｒＯ２
等を成分とする固体電解質部である。

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１２図（Ｃ）参照コが設けられるほかに、第１図（
ａ）、（ｃ）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、電子制御ユニット（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１図（ｃ）の
ようになるが、このＥＣＵ２３はその主要部として（：
、ＰＵ２７をそなえており、このＣＰＵ２７へは、吸気
温センサ１２．大気圧センサ１３、スロットルセンサ１
４．Ｏ，センサ１７．水温センサ１９およびバッテリセ
ンサ２５がらの検出信号が入力インタフェイス２８およ
びＡ／Ｄコンバータ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２６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入
力ボートへ入力されるようになっている。

さら１こ、ＣＰ　Ｕ　２７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
憶内容が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ッ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。

ＣＰＵ２７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。すなわちソフトウェア的にこの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１１からの吸入空気量Ｑ情報とクランク角センサ２１
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　ａ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
応じて補正係数ＫＷＴを設定する冷却水温補正手段４０
．吸気温センサ１２で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
ためデッドタイム（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　／　Ｎ　ｅ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
ット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ＫＡＦ工を設定する空燃
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１７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ＫＡＦ１のデータとフィードバック補正係数ＫＦＢｚ
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１７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（ＫＦＢ）Ｃ［この係数は上記では空燃
比中央（平均）値補正係数（ＫＦＢ）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．Ｏ＋Ｇｐ・ＡＶ＋ＧｒｆＡＶｄＱ１’表わさ
れる。ここで、ΔＶは０２センサ１７の出力変化分（偏
差）で、コノΔＶは（ＸＯ２ＴＬ）−（ＺＰＩＯ２Ａ）
より求められる。そして、（ＸＯ２ＴＬ）は目標電圧［
所要の空燃比となるような電圧コであり、（ＺＰＩ０２
人）はフィルタリング処理（なまし処理）後の０、セン
サ１７の出力電圧である。なお、フィルタリング処理に
ついては後述する。また、ＧＰは比例ゲイン、Ｇ工は積
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、目標電圧設定手段４７１
．偏差演算手段４７２、偏差比例要素演算手段４７３．
偏差積分要素演算手段４７４．加算手段４７５，４７６
、定数設定手段４７７を有しているに こで、目標電圧設定手段４７１は上記目標電圧（ＸＯ２
ＴＬ）を設定するもので、偏差演算手段４７２は、目標
電圧（ＸＯ２ＴＬ）とフィルタリング処理後の０２セン
サ１７の出力電圧（ＺＰＩＯ２Ａ）との偏差ΔＶを演算
するものである。

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

加算手段４７５は、偏差比例要素演算手段４７３からの
演算結果（Ｇｐ・ΔＶ）と、偏差積分要素演算手段４７
４からの演算結果（Ｇｘ・ｆΔＶｄＱ）とを加算するも
ので、加算手段４７６は、ａｐ・ΔＶ＋ａ、−／ＡＶｄ
Ｑ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［１，０＋Ｇｐ・Ａ
Ｖ十〇ｒ／ΔＶ　ｄ　Ｑ　＝　（ＫＦＢ）Ｃコと空燃比
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ＴＩＮＪ　［
＝　ＴＢ　Ｘ　Ｋｙ７Ｘ　ＫＡＴＸ　ＫＡＰＸ　ＫＡＣ
Ｘ　ＫＡＦ＋　Ｔ　ｏ　］で駆動さ熟るようになってい
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
ーチャートは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、燃料カットフラグセ
ッ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
　ｓ　）を設定する。

そして、次のステップｂ３で、このＱＣＲに応じて基本
駆動時間ＴＢを設定し、ついでステップｂ４で、電磁弁
駆動時間ＴＩＮＪをＴＢＸ　ＫｗｒＸ　ＫＡＴＸＫＡＰ
ＸＫＡＣＸＫＡＦ＋ＴＯから演算により求め、ステップ
ｂ５で、このＴ工ＮＪ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ＴＩＮＪ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、種々のセンサを通じて運転状態
情報を入力してから、ステップａ２で、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）ｏ、センサ１７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ドバック制御領域内（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ＫＡＦｚ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ルートをとって、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ａ
５で、強制振動分ΔＫＦＢの演算を行ない、ステップａ
６で、フィードバック補正係数ＫＦＢを（ＫＦＢ）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ａ４〜ａ７にかかる処
理は、空燃比変動制御手段４７（偏差演算手段４７２．
偏差比例要素演算手段４７３．偏差積分要素演算手段４
７４゜加算手段４７５，４７６等）と、空燃比強制変動
手段４５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
すル［（ＺＤＣＫＦＢＣ）　４−　（ＺＤＣＫＦＢＣ）
−１１゜こ、：：　テ、　（ＺＤＣＫＦＢＧ）はその初
期値が（ＸＣにＦＢＣ）として設定されるもので、この
（ＺＤＣにＦＢＣ）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（ＸＣＫＦ
ＢＧ）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）　＝　
Ｏ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（
ＸＣＫＦＢＣ）　４：し、次のステップｆ４で、（ＺＦ
ＫＦＢＣ）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、（ＺＦＫＦＢＣ）がＯとなら
ない限り、（ＺＦＫＦＢＣ）をアップカウントしていく
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（ＺＦＫＦＢＧ）のセットが行なわれ
るわけであるが、このようにしてセットが行なわれると
、（ＺＦＫＦＢＣ）≠０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、ΔＶ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）−（２ＰＩ０２Ａ）より求
められる。

ココで、（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０２セ
ンサ１７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１７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
０□センサ１７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、このフローチャートでは、ステップｈ１で示すよ
うに、（ＺＰＩＯ２Ａ）　＋　（（ＺＰＩＯ２）−（Ｚ
ＰＩＯ２Ａ））／（ＸＴＱＯ２）を新たな（ＺＰＩＯ２
Ａ）とするのである。今、（ＺＰＩＯ２）は０２センサ
１７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
ＩＯ２Ａ））／（ＸＴＱＯ２）を変形すると、 ［１−（１／（ＸＴＱＯ２））コ（ＺＰＩＯ２Ａ）＋（
１／（ＸＴＱＯ２））（ＺＰＩＯ２）＝（１−ｋ）（Ｚ
ＰＩＯ２Ａ）＋ｋ（ＺＰＩＯ２）となる。

ここで、ｋは重み係数で、０≦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１７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。

上記のようにしてフィルタリング処理後の０□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、ｆΔＶｄＱ（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、ｆΔＶｄＱは
、現在値（／ＡＶｄＱ）４ｍ変化量［Ａ　Ｖ　Ｘ　（Ｚ
ＦＫＦＢＣ）　Ｘ　（ＸＣＫＦＢＣ）　］を加算するこ
とにより求められる。

ココテ、（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、ｆΔＶｄＱが所定の範囲（例えば−１００〜
１００ＶΩ）内に収容する処理が施される。即ち、ステ
ップｃ４で、ｆΔＶｄＱが上限値（ＸｔｌＬ）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ｆΔＶｄＱとして、上限を
クリップし、ステップｃ６で、ｆΔＶｄＱが下限値（Ｘ
ＬＬ）よりも小さければ、ステップｃ７で、下限値（Ｘ
ＬＬ）をｆΔＶｄＱとして、下限をクリップするのであ
る。

このようにしてｆΔＶｄＱを所定の範囲内に収容したあ
とは、ステップｃ８で、Δ■やｆΔＶｄＱ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、 （ＫＦｎ）ｃ←１　、　Ｏ＋　Ｇｐ・Ａ　Ｖ　＋　Ｇｚ
’　ｆΔｖｄＱとすることが行なわれる。ここで、前述
のごとく、Ｇ、は比例ゲイン、ＧＩは積分ゲインである
。

かかる演算は、偏差比例要素演算手段４７３゜偏差積分
要素演算手段４７４．加算手段４７５゜４７６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（ＸＫＦＢＣＩＪ）を（Ｋ
Ｆ［ｌ）Ｃとして、上限をクリップし、ステップａｌｌ
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
ｆΔＶｄＱ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
０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（ＺＦにＦＢＶ）が例えば５〜
１ＯＨｚ程度の強制振動周期（ＸＦＫＦＢＶ）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、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０２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２〜５Ｈｚ程度）に比べ短
い。

ここで、このタイマ値（２ＦＫＦＢＶ）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
）　４−　（ＺＤＣＫＦＢＶ）−４１゜ココテ、（ＺＤ
ＣＫＦＢＶ）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。

その後は、ステップｇ２で、（ＺＤＣＫＦＢＶ）　＜　
Ｏかどうかが判定され、（ＺＤＣＫＦＢＶ）　＝　０な
ら、ステップｇ３１’、（ＺＤＣＫＦＢＶ）をその初期
値（ＸＣＫＦＢＶ）　ニＬ、次のステップｇ４で、（Ｚ
ＦＫＦＢＶ）から１を引いてこれを新たな（ＺＦＫＦＢ
Ｖ）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、（ＺＦＫＦＢＶ）がＯとなると、ステップ
ｇ６で、（ＺＦＫＦＢＶ）を強制振動周期（ＸＦＫＦＢ
Ｖ）　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（ＸＣＫＦＢＶ）で規
定される間隔ごとに、強制振動上乗せ分ΔＫＦＢの演算
タイミングをつくることができるのである。

上記のようにしてタイマカウント値（ＺＦＫＦＢＶ）が
得られるのであるが、このタイマ値（ＺＦＫＦＢＶ）が
強制振動周期（ＸＦＫＦＢＶ）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）　（７）　１　／
　２よりも大きいならば、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（ＸＦＫＦ
ＢＶ）　（７）　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ＩＶが次式から求められる
。

Ｉｖ”（（３／４）　（ＸＦＫＦＢＶ）−（ＺＦＫＦＢ
Ｖ））Ｘ　（ＤＬＴＶ）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＋Ｉｙ（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）　（ＸＦＫＦＢ
Ｖ））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ＩＶ
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、ＩＶｐＰＶｔ　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三角波状
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ΔＫＦＢが求められると、前述の
ごとく、フィードバック補正係数ＫＦＢ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Ｋ
ＦＢ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（ＫＦＢ）ｃｔ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
上流側に設けられた触媒層１７／ｄ付き０２センサ１７
の出力（実際はフィルタリング出力）　（ＺＰＩＯ２Ａ
）が目標電圧（ＸＯ２ＴＬ）と一致するように、平均燃
料噴射量をフィ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。

このようにシステムがもつ固有の応答遅れの影響を受け
ることなく、空燃比を強制的に変動させることができる
ため、良好な排気ガス浄化特性が得られる。

また、空燃比を強制的に変動させた場合に、その時の０
２センサ１７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、経年変化等に左右され
ることなく、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１７の電極および／または排気側電極
１７ａ上にコティングされる保護層１７ｄにＰｔ／Ｒｈ
等の触媒を含浸させ相対的に電極近傍の触媒能力を向上
させているので、測定電極に到達する排気ガス中の未反
応分（Ｏ２，ＣＯ。

Ｈ２等）が低減され、これにより制御λポイント（０２
センサ１７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
好な排気ガス浄化特性が期待できる。

さらに、本装置と同様の目的で、触媒コンバータの内部
または下流側に０２センサを設置したものに比べ、応答
性が良く、且つ、耐久劣化によるシステム応答性の変化
が小さい。これは、本実施例の０２センサ１７では、そ
の電極近傍の触媒が排気ガスのごく一部にさらされるの
みであるからである。

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ｆΔＶｄＱひい
ては強制振動分ΔＫＦＢ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１３゜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、ＫＦＢＩ　（ＫＦＢ）Ｃは
次のようになる。

ＫＦＢ＝（ＫＦＢ）Ｃ＋ΔＫＦＢ （Ｋｒａ）ｃ：１．０＋Ｇｐ・ＡＶ＋Ｇｒ／ＡＶｄＱそ
シテ、Δｖは（ＸＯ２ＴＬ）−（ＺＰＩＯ２Ａ）　テあ
る。

また、ＧＰ＋Ｇ工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ＫＦＢ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
リッチ何になる時間ＴＫＲとリーン側になる時間ＴＫＬ
との割合（比）を制御するもので、この場合のＫＦＢＩ
　（ＫＦＢ）Ｃは次のようになる。

ＫＦＢ＝（ＫＦＢ）Ｃ＋ΔＫＦＢ （ＫｐＢ）ｃ＝１．０＋ＧｒｆＡＶｄＱそして、リッチ
側矩形幅ＴＫＲとリーン側矩形幅Ｔ’ｘｔ、どの関係は
、ＴＫＲ／ＴＫＬ＝１．０十ＧＰ・ΔＶトナッテイル。

即ち、ＴＫＲ＝ＴＫ（１，０＋Ｇｐ・ＡＶ）””となり
、ＴＫＲ＝ＴＫ（１，０＋ＧＰ・Δｖ）−１′２となっ
ている。

また、ＧＰ、Ｇ工は、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ＫＦＢ
あるいはリッチ側矩形幅Ｔ　Ｋ　Ｒ＋　リーン側矩形幅
ＴＫＬの値も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１７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。

さらに、ｏ２センサ１７としては、その電極および／ま
たは排気側電極１７ａ上にコテイングされる保護層１７
ｄにＰｔ／Ｒｈ等の触媒を含浸させ相対的に電極近傍の
触媒能力を向上させたものの代わりに、触媒能力を向上
させていない通常のものを使用することもできる。

また、ｏ２センサ１７として、理論空燃比近傍において
出力が急激に変化するλ型０２センサを使用するほか、
空燃比に応じて出力値が連続的に変化する全領域型空燃
比センサを使用することもできる。

さらに、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（いわ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。

［発明の効果コ 以上詳述したように、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
とき、触媒コンバータの上流側排気系部分に設けられた
排気ガス検出手段の出力により、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１〜１４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１図（Ｃ）はそのハードウェアを主体にして示すブロ
ック図、第２図はそのエンジンシステムを示す全体構成
図、第３図はその０２センサの模式的断面図、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（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めフローチャート、第
１１図はそのｏ２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。 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−
スロットル弁、８−・−電磁弁、９−・−触媒コンバー
タ。 １０−・・ＩＳＣ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−
スロットルセンサ、１５−アイドルスイッチ、１６−モ
ータポジションセンサ、１７−・排気ガス検出手段とし
てのλ型酸素濃度センサ（０□センサ）、１７ａ、１７
ｂ−白金電極、１７ｃ−固体電解質部、１７　ｄ　、−
触媒層、１９−・水温センサ、２〇−車速センサ、２１
−・−クランク角センサ、２２−ＴＤＣセンサ、２３・
・−電子制御ユニット（ＥＣＵ）、２１−−バッテリ、
２５・・−バッテリセンサ、２６−イゲニツシヨンスイ
ツチ（キースイッチ）。 ２７−ＣＰ　Ｕ、２８．２９−人力インタフェイス、３
０−Ａ／Ｄコンバータ、３１−・−ＲＯＭ、３２・−Ｒ
ＡＭ、３３−バッテリバックアップＲＡＭ　（ＢＵＲＡ
Ｍ）　、３１−ドライバ、３５−基本即動時間決定手段
、３６−＝空燃比補正係数設定手段、３８．３９−−ス
イッチング手段、４〇−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−目標電圧設定手段、４７
２−・〜偏差演算手段、４７３−偏差比例要素演算手段
、４７４−偏差積分要素演算手段、４７５，４７６−加
算手段、４７７一定数設定手段、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気ガス浄化用触媒コン
   バータの上流側排気系部分に排気ガス成分を検出する排
   気ガス検出手段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、上記排気ガス検出手段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。