JPH02211349A - 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、内燃機関の空燃比制御装置としては、触媒コ
ンバータ配設部分より上流側排気通路部分としての排気
マニホルドにλ型酸素濃度センサ（０２センサ）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０２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。かかる空燃比フィードバッ
ク制御をいわゆる０２フイードバツク制御といっている
。

そして、かかる０□フイ一ドバツク制御時に、０２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、従来の内燃機関の空燃比制御装置では、
０２センサが触媒配設部分の上流側排気通路部分に設け
られているので、触媒による浄化作用の結果に関する情
報を全く用いることができず、これによりｏ２センサの
出力特性のバラツキや触媒浄化能力の特性劣化がそのま
ま最終的な排気ガス特性になってしまうという問題点が
ある。

また、従来の内燃機関の空燃比制御装置では、そのリミ
ットサイクル周波数（０２センサを用いて空燃比フィー
ドバック制御を行なった場合に、０２センサまたはフィ
ードバック積分値が反転する周期の逆数）は、エンジン
の回転数や負荷等の運転状態ｔＯＷセンサの応答性、０
２センサの取付位置等に制限されるので、触媒の浄化効
率が最大となるリミットサイクル周波数に設定すること
が困難である。従って、触媒による排気ガス浄化効率が
最大となるような制御を行なうことが難しいという問題
点がある。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので
、０．センサのような排気ガス成分検出手段の出力が触
媒の浄化作用の結果に関する情報を受けたものとし、且
つ、空燃比フィードバック制御時のリミットサイクル周
波数を見掛は上高くできるようにして、排気ガス成分検
出手段の出力特性のバラツキを吸収しながら、触媒によ
る排気ガス浄化効率が最大となるような制御を行なうこ
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、請求項１に記載の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酸化還元特性
を有する触媒と、該触媒の内部または該触媒の下流側排
気系に設けられ理論空燃比近傍で出力が急激に変化する
排気ガス成分検出手段とをそなえ、該排気ガス成分検出
手段の出力変化に基づいて増減方向が変化する第１の信
号と該排気ガス成分検出手段の出力変化の周期より短い
周期で振動する第２の信号とを重畳して第３の信号を形
成する信号形成手段と、該第３の信号に基づいて該触媒
に導かれる燃焼ガスの空燃比を制御する空燃比制御手段
とが設けられて、該触媒に導かれる燃焼ガスの空燃比が
理論空燃比近傍で振動的に与えられるように構成された
ことを特徴としている。

また、請求項２に記載の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て酸化還元特性を
有する第１の触媒と、該第１の触媒の上流側排気系に設
けられて理論空燃比近傍で出力が急激に変化する排気ガ
ス成分検出手段と、該排気ガス成分検出手段の周囲また
は上流側排気系に設けられ酸化還元特性を有する第２の
触媒とをそなえ、該排気ガス成分検出手段の出力変化に
基づいて増減方向が変化する第１の信号と該排気ガス成
分検出手段の出力変化の周期より短い周期で振動する第
２の信号とを重畳して第３の信号を形成する信号形成手
段と、該第３の信号に基づいて触媒に導かれる燃焼ガス
の空燃比を制御する空燃比制御手段とが設けられて、触
媒に導かれる燃焼ガスの空燃比が理論空燃比近傍で振動
的に与えられるように構成されたことを特徴としている
。

［作　用］ 上述の請求項１に記載の本発明の内燃機関の空燃比制御
装置では、触媒の内部または触媒下流に設けられ理論空
燃比近傍で出力が急激に変化する排気ガス成分検出手段
の出力変化に基づいて増減方向が変化する第１の信号と
、排気ガス成分検出手段の出力変化の周期より短い周期
で振動する第２の信号とを重畳した第３の信号に基づい
て、触媒に導かれる燃焼ガスの空燃比が制御されるが、
その際、触媒に導かれる燃焼ガスの空燃比が理論空燃比
近傍で振動的に与えられる。

また、請求項２に記載の本発明の内燃機関の空燃比制御
装置では、第１の触媒の上流側排気系に設けられるとと
もに第２の触媒に囲まれるか第２の触媒より下流の排気
系に設けられる排気ガス成分検出手段の出力変化に基づ
いて増減方向が変化する第１の信号と、排気ガス成分検
出手段の出力変化の周期より短い周期で振動する第２の
信号とを重畳した第３の信号に基づいて、触媒に導かれ
る燃焼ガスの空燃比が制御されるが、その際、触媒に導
かれる燃焼ガスの空燃比が理論空燃比近傍で振動的に与
えられる。

［実施例コ 以下、図面により本発明の実施例について説明すると、
第１〜９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）はその要部ブロ
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図はその燃料供給制御用補正係数の求め方を
説明するフローチャート、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図はその高
周波成分にかかる補正係数の求め方を説明するフローチ
ャート、第７図（ａ）〜（ｄ）はいずれもその０２フイ
一ドバツク時の作用を説明するための波形図、第８図は
その０２フイードバツクゾーンを説明する図、第９図は
その空燃比強制変動時の高周波成分データ設定値の傾向
を説明する図であり、第１０．１１図は本発明の他の実
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１０図はそのエンジンシステムを第３図に対応させて
示す全体構成図、第１１図はその触媒層付き０２センサ
の部分断面図であり、第１２図は本発明の更に他の実施
例としての内燃機関の空燃比制御装置を有するエンジン
システムを第３図に対応させて示す全体構成図であり、
第１３図は（ａ）〜（ｄ）はいずれも本発明装置の０２
フイ一ドバツク時の作用を説明するための他の波形図で
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。なお
、吸気通路２には、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１ク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、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側における触媒コンバータ９（この触
媒コンバータ９は酸化還元特性を有する）の内部には、
排気ガス中の酸素濃度（０２濃度）を検出する０２セン
サ１７が設けられている。即ち、この触媒コンバータ９
は、２つの触媒部９Ａ。

９Ｂに分割されて、これらの触媒部９Ａ、９Ｂがタンデ
ムに配置されたもので、これらの触媒部９Ａ、９Ｂ間に
０２センサ１７の検出部が配置されているにこで、ｏ２
センサ１７は応答遅れがあまり悪化しない程度の位置に
配置されるのが好ましいため、上流側の触媒部９Ａの容
積の方が下流側の触媒部９Ｂの容積よりも小さく設定さ
れ、例えば上流側の触媒部９Ａの容積は２００ｃｃであ
るとすると、下流側の触媒部９Ｂの容積は８００ｃｃ程
度に設定される。なお、触媒部を２つに分割せず一体の
ものでもよく、この場合、０□センサ１７は触媒コンバ
ータ９内に埋設される。

また、０□センサ１７は、固体電解質の酸素濃淡電池の
原理を応用したもので、その出力電圧は理論空燃比付近
で急激に変化する特性を持ち、理論空燃比よりもリーン
側の電圧が低く、理論空燃比よりもリッチ側の電圧が高
い。即ち、この０２センサ１７は、いわゆるλ型０２セ
ンサとして構成されるとともに、触媒９の内部に設けら
れ理論空燃比近傍で出力が急激に変化する排気ガス成分
検出手段を構成する。

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２］−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１１〜２２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ＣＰＵ２７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ポートへ
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２０Ｍ３１．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、ＲＡＭ、３２内データはイグニッションスイッチ
２６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、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Ｎｓ情報とからエンジン１回転あ
たりの吸入空気量Ｑ／Ｎｅ情報を求め、この情報に基づ
き基本駆動時間Ｔ８を決定するものである。

また、エンジン回転数とエンジン負荷（上記Ｑ／Ｎｅ情
報はエンジン負荷情報を有する）とに応じた空燃比補正
係数ＫＡＦ工をマツプから設定する空燃比補正係数設定
手段（エンジン回転数、負荷に応じた空燃比補正手段）
３６および０２センサフイ一ドバツク時（０２フイード
バツクを行なう運転域は第８図に符号ＦＢで示すエリア
である）に空燃比を強制的に変動させるための空燃比補
正係数（Ｋ　ＦＢ　＋　Ｋ　ａｄ）を設定する０２セン
サフイ一ドバツク補正手段３７が設けられており、これ
らの空燃比補正係数設定手段３６と０２センサフイ一ド
バツク補正手段３７とは相互に連動して切り替わるスイ
ッチング手段３８．３９によって択一的に選択されるよ
うになっている。

ところで、０２センサフイ一ドバツク補正手段３７は次
のような手段をそなえて構成されている。

すなわち、第１図（ｂ）に示すように、０２センサフイ
一ドバツク補正手段３７は、０２センサ１７の出力変化
に基づいて増減方向が変化する第１の信号（この場合、
フィードバック分ＫＦＢに基づく信号が第１の信号であ
る）を生成する第１の信号生成手段４５をそなえている
が、更１こ０□センサ１７の出力変化の周期より短い周
期（例えば周波数でいえば、１０〜１７ヘルツ程度）で
振動する第２の信号（高周波分あるいは強制振動分Ｋａ
ｄに基づく信号が第２の信号である）を生成する第２の
信号生成手段４６と、第１の信号生成手段４５からの第
１の信号と第２の信号生成手段４６からの第２の信号と
を重畳して第３の信号（ＫＦｎ＋Ｋａｄに相当する信号
）を生成する第３の信号生成手段（信号形成手段）４７
とをそなえている。

そして、この０２センサフイ一ドバツク補正手段３７に
よる空燃比制御に着目すると、第３の信号生成手段４７
からの第３の信号（ＫＦａ＋Ｋａｄ）に基づいて触媒に
導かれる燃焼ガスの空燃比が制御されるが、その際、触
媒９に導かれる燃焼ガスの空燃比が理論空燃比近傍で振
動的に与えられるように制御される。

ここで、○°２センサフィードバック補正手段３７によ
る０２フイ一ドバツク時のｏ２センサ出力を第７図（ａ
）のようであるとすると、上記第、、１の信号に基づく
空燃比補正係数分（フィードバック成分）Ｋ１．は、積
分ゲインを■とし、比例ゲインをＰとすると、１士（Ｐ
／２）となって、第７図（ｄ）のようになり、第２の信
号に基づく空燃比補正係数分（高周波成分）Ｋａｄは、
第７図（ｃ）のようになるので、第３の信号に基づく空
燃比補正係数分（金成分）ＫＡｐ＋Ｋａｄは、第７図（
ｂ）のようになる。

なお、０□センサ１７が触媒コンバータ９の内部に設け
られているので、０２センサ出力周波数は、従来のよう
に触媒コンバータ９の上流側にｏ２センサを設けたもの
に比べ、低くなっている。

従って、第１の信号に基づく空燃比補正係数分（フィー
ドバック成分）ＫＦＢの周波数（リミットサイクル周波
数）も同様に低くなっている。

さらに、第１図（ａ）に示すごとく、エンジン冷却水温
に応じて補正係数に１丁を設定する冷却水温補正手段４
０．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が設けられており、
０２フイ一ドバツク補正時においては、電磁弁８の駆動
時間Ｔ　ＩＮＪをＴＢｘ　ＫｗＴＸ　ＫＡＴＸ　ＫＡＰ
Ｘ　ＫＡｅＸ（ＫＦＢ＋Ｋａｄ）＋ＴＯとおいて、この
時間ＴＩＮＪで電磁弁８を駆動する一方、０□フィード
バック補正時以外においては、電磁弁８の駆動時間ＴＩ
ＮＪをＴＢ　Ｘ　Ｋｗ７Ｘ　ＫＡＴＸ　ＫＡＰＸ　ＫＡ
ＣＸ　ＫＡＦｔ　＋　Ｔｏとおいて、この時間ＴＩＮＪ
で電磁弁８を駆動している。

ところで、上記の補正係数に讐Ｔｒ　ＫＡＴ＋　ＫＡＰ
＋ＫＡＣｙ　ＫＡＦ　（＝ＫＦＢ＋Ｋａｄ又はＫＡｐｘ
）　、特に空燃比補正係数ＫＡＦを求めるフローチャー
トを示すと、第４図のようなるが、このフローでは、ま
ずステップａ１で、補正係数ＫＷＴ＋　ＫＡＴ＋　ＫＡ
Ｐ等を決定した後、空燃比補正係数Ｋ　ＡＦ　（＝　Ｋ
　ＦＢ　＋　Ｋ　ａｄ又はＫ　ＡＦＸ　）を決定する。

すなわち、ステップａ１の次のステップａ２で、０２フ
イードバツクが可能な条件が成立したかどうかが判断さ
れ、もし０２フイードバツクＯＫであれば、ステップａ
３で、０２センサ出力が０．５ボルトより大きいかどう
かが判断される。もし小さければ、空燃比がリーンであ
るから、空燃比補正係数ＫＦＢを１十（Ｐ／２）として
リッチ化しくステップａ４）、もし大きければ、空燃比
がリッチであるから、空燃比補正係数ＫＦＢをＩ−（Ｐ
／２）としてリーン化（ステップａ５）することが行な
われる。

そして、その後はステップａ６で、高周波成分Ｋａｄを
付加して、その結果を空燃比補正係数ＫＡＦとする。

ところで、高周波成分Ｋａｄの生成要領を示すと、第６
図のフローチャートのようになるが、この第６図に示す
フローチャートは例えば１ｍ５ｅｃ毎の割込みによって
第４図に示すルーチンに優先して作動する。このルーチ
ンでは、まずステップＣ１で、周波数カウンタＫｃが０
かどうかが判定される。最初はＯであるから、ＹＥＳル
ートをとり、ステップｃ２で、エンジンの運転状態に応
じた振幅データＫｎおよび周波数データＨｚを設定する
。

なお、この周波数データＨｚは、直接的には周期データ
として機能するが、逆数が周波数となるので１周波数デ
ータといっている。ここで、このデータＨｚは、リミッ
トサイクル周波数よりも高く、例えば３０〜５０程度の
値（周波数に換算すると、１０〜１７程度の値）が選ば
れる。

この場合、エンジンの運転状態に応じた高周波分の振幅
および周波数の傾向は、第９図に示すように設定される
。即ち、エンジン回転数Ｎｅ、吸入吸気量Ｑ、Ｑ／Ｎｅ
が大きくなると、振幅および周波数は最初は大きくなり
、その後はサチュレートするように設定される。

また、０２フイードバツクゾーンは第８図に符号ＦＢで
示すような領域であるが、この０□フイードバツクゾー
ン領域を更に複数のゾーンに分割して、各ゾーンごとに
、エンジン回転数Ｎｅ又は吸入吸気量Ｑ又はＱ／Ｎｅに
つき振幅Ｋｎおよび周波数Ｈｚのデータを対応させてマ
ツプ（２次元メモリ）に記憶するようにしてもよい。

その後は、次のステップｃ３で、振幅値アドレスに工に
ステップｃ２で設定したＫｎをいれ、ステップｃ４で、
フラグＮが１かどうかを判定する。

もし、Ｎ＝Ｏなら、ステップｃ４でＮｏルートをとって
、ステップｃ５で、Ｎ＝１としてから、ステップｃ６で
、　Ｋａｃｌ−に、とする一方、もしＮ＝１なら、ステ
ップｃ４でＹＥＳルートをとって、ステップｃ７で、Ｎ
＝Ｏとしてから、ステップＣ８で、Ｋａｄ＝−に□とす
る。そして、ステップＣ６、ｃ８のあとは、周波数カウ
ンタＫｃにステップｃ２で設定した周波数データＨｚを
いれる（ステップｃ９）。

なお、ステップｃ１で１周波数カウンタＫｃが０でない
場合は、ステップｃｌｏで、Ｋｃ：Ｋｃ−１として、周
波数カウンタＫｃの値を１だけデクリメントして、リタ
ーンする。

従って、−旦周波数カウンタＫｃに周波数データＨｚが
設定されると、Ｋｃ＝Ｏになるまでは、Ｋａｄ＝に、ま
たはＫａｄ＝　　Ｋ、の値を保持し、Ｋｃ＝０になると
、Ｋａｄの符号が反転する。これにより、周波数データ
Ｈｚで設定された周波数相当の周波数をもち振幅に１の
方形波［第７図（ｃ）の波形参照コが得られるのである
。

従って、ステップａ６で得られる空燃比補正係数Ｋ　Ａ
Ｆ　（＝　Ｋ　ＦＢ　＋　Ｋ　ａｄ）は、第７図（ｂ）
のようになるが、このとき、リッチ化時においては、■
ゲインが大きくなっていっても、重畳されている高周波
数成分Ｋａｄにより、常に理論空燃比［第７図（ｂ）の
−点鎖線部参照］をリーン側［第７図（ｂ）の−点鎖線
部より下側］に少し横切り、リーン化時においては、■
ゲインが小さくなっていっても、重畳されている高周波
数成分Ｋａｄにより、理論空燃比をリッチ側［第７図（
ｂ）の−点鎖線部より上側］に少し横切るように、高周
波数成分Ｋａｄの振幅値（Ｋよに相当）が設定されてい
る。

なお、もし０２フイードバツクＯＫでなければ、第４図
のステップａ７で、２次元マツプから補正係数ＫＡＦ工
を読み取る。

そして、上記のステップａ６．ａ７のあとは、補正係数
ＫをＫｗｒＸＫＡＴＸＫＡＰＸＫＡＣＸＫＡＦから求め
る（ステップａ８）。

このようにして、燃料供給制御用補正係数Ｋが求められ
る。

次に、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１８００毎のクランクパルスの割込みによ
って第４図に示すルーチンに優先して作動する。このル
ーチンでは、まずステップｂ１で、１サイクル当りの空
気量（Ｑ／Ｎｅ）を求め、ステップｂ２で、この（Ｑ／
　Ｎ　ｅ　）から基本駆動時間ＴＢを決定し、ステップ
ｂ３で、電磁弁８の駆動時間Ｔ工ＮＪをＴ、ＸＫ＋Ｔ、
（Ｋは第４図で求められたもの）から求め、ステップｂ
４で、このＴ工Ｎｊをインジェクタ駆動用タイマにセッ
トしたのち、ステップｂ５で、このタイマをトリガする
ことが行なわれる。そして、このようにトリガされると
、時間Ｔ工ＮＪの間だけ燃料が噴射されるのである。

また、このような燃料噴射動作ルーチン中に、積分ゲイ
ンエの更新が行なわれる。すなわち、ステップｂ６で、
０２フイードバツク中かどうかが判断され、もしそうで
あれば、ステップｂ７で、０２センサ出力が０．５ボル
トより大きいかどうかが判断される。もし小さければ、
空燃比がり一ンであるから、積分ゲインエにΔ工を加え
リッチ化しくステップｂ８）、もし大きければ、空燃比
がリッチであるから、積分ゲイン■からΔＩを引いてリ
ーン化する（ステップｂ９）。

一方、もし０２フイードバツク中でなければ、ステップ
ｂｌｏで、積分ゲインエを１．０にする。

このように積分ゲインエをクランクパルス割込み毎に更
新することにより、エンジ回転数に応じて積分ゲインエ
の更新周期を変えることができる。

従って、この実施例によれば、０２センサ１７が上述し
たごとく触媒コンバータ９の内部に配設されているので
、触媒による浄化作用の結果に関する情報を用いた空燃
比制御が行なうことができ、これにより０２センサの出
力特性のバラツキに影響されないで、空燃比を触媒の要
求する空燃比に制御することが可能となる。

しかし、０２センサ１７が触媒コンバータ９の内部に配
設されているので、０２センサ１７の応答性が悪化して
、リミットサイクル周波数が長くなって、そのまま何も
しなければ、排気ガスの状態を悪化させるおそれがある
が、本実施例では、０２センサ１７が応答しない程度の
高い周波数成分Ｋａｄで、空燃比フィードバック成分Ｋ
ＦＢに変調をかけて、リッチ化時においては、■ゲイン
が大きくなっていっても、重畳されている高周波数成分
Ｋａｄにより、常に理論空燃比をリーン側に少し横切り
、リーン化時においては、■ゲインが小さくなっていっ
ても、重畳されている高周波数成分Ｋａｄにより、理論
空燃比をリッチ側に少し横切るようにしながら、即ち、
触媒に導かれる燃焼ガスの空燃比が理論空燃比近傍で振
動的に与えられるようにしながら、空燃比変動周波数を
大きくすることが行なわれているので、触媒コンバータ
９にとって最適な空燃比変動周波数（触媒の０□ストレ
ージ効果が最大に生かされる周波数）に近付けることが
でき、その結果、触媒による排気ガス浄化効率が最大と
なるような制御を行なうことができ、排気ガスの状態が
悪化することはない。

ここで、触媒の０２ストレージ効果とは、空燃比がリー
ン状態で０２を貯蔵し、リッチ状態に変化したのち、し
ばらくの間、貯蔵した０２を放出して酸化反応を助長す
る効果をいい、リミットサイクル周波数よりも高い所要
の周波数で空燃比を変動させると、上記の０２ストレー
ジ効果を十分に発揮することが確認されている。

なお、上記の高周波成分Ｋａｄに対しては、０２センサ
１７は応答しないため、０２センサ１７によるフィード
バックはリミットサイクル周波数で行なわれることはい
うまでもない。

なお、０２センサ１７は第３図に鎖線で示すごとく触媒
コンバータ９の下流側に配置してもよい。

このようにしても、触媒９による浄化作用の結果に関す
る情報を用いた空燃比制御が行なうことができ、これに
より０□センサの出力特性のバラツキに影響されないで
、空燃比を触媒の要求する空燃比に制御することが可能
となる。

また、第１０図に示すごとく、０２センサ１７を触媒コ
ンバータ９の上流側に設けて、０２センサ１７を第１１
図に示すような構成にしてもよい。

すなわち、０２センサ１７における排気通路側の白金電
極１７ａを、酸化還元特性を有する触媒層（三元触媒層
）１７ｄで被覆するような構成にするのである。なお、
第１１図中の符号１７ｂは大気側の白金電極、１７ｃは
ＺｒＯ２等を成分とする固体電解質部である。

このようにしても、触媒（この場合は触媒Ｍ１７ｃ）に
よる浄化作用の結果に関する情報を用いた空燃比制御が
行なうことができ、これにより０、センサの出力特性の
バラツキに影響されないで、空燃比を触媒の要求する空
燃比に制御することが可能となる。

また、前述のごとく、０２センサ１７に触媒層１７ｃを
設けるというようなことはしないで、０２センサ１７は
従来のものを使用し、その代わりに、第１２図に示すご
とく、ｏ２センサ１７の上流側に触媒コンバータ（第１
の触媒）９とは別に酸化還元特性を有する第２の触媒（
三元触媒）９′を設けてもよい。

このようにしても、触媒（この場合は第２の触媒９′）
による浄化作用の結果に関する情報を用いた空燃比制御
が行なうことができ、これにより０２センサの出力特性
のバラツキに影響されないで、空燃比を触媒の要求する
空燃比に制御することが可能となる。

なお、０２センサ１７を触媒コンバータ９の下流側に配
置したり、０２センサ１７に触媒Ｆ！Ｊ１７Ｃを設けた
り、従来のものと同様の０２センサ１７の上流側に触媒
コンバータ９とは別に第２の触媒９′を設けたりした場
合でも、前述の実施例と同様、０２センサ１７が応答し
ない程度の高い周波数成分Ｋａｄで、空燃比フィードバ
ック成分ＫＦＢに変調をかけて［第７図（ｂ）参照コ、
空燃比変動周波数を大きくすることが行なわれており、
従って、いずれの場合も、触媒コンバータ９にとって最
適な空燃比変動周波数（触媒のｏ２ストレージ効果が最
大に生かされる周波数）に近付けることができ、その結
果、触媒による排気ガス浄化効率が最大となるような制
御を行なうことができるので、排気ガスの状態が悪化す
ることはない。

なお、リッチ化時においては、■ゲインが大きくなって
いっても、重畳されている高周波数成分Ｋａｄにより、
常にとはいわなくても、少なくともある期間は、理論空
燃比をリーン側に少し横切り、リーン化時においては、
■ゲインが小さくなっていっても１重畳されている高周
波数成分Ｋａｄにより、常にとはいわなくても、少なく
ともある期間は、理論空燃比をリッチ側に少し横切るよ
うに、即ち、触媒に導かれる燃焼ガスの空燃比が理論空
燃比近傍で振動的に与えられるように、高周波数成分Ｋ
ａｄの振幅値（Ｋ工に相当）を設定してもよい。この場
合は、第４図のステップａ６で得られる空燃比補正係数
Ｋ　ＡＦ　（＝　Ｋ　ｐＢ　＋　Ｋ　ａｄ）は、第１３
図（ｂ）のようになる。なお、その他、０２センサフイ
一ドバツク補正手段３７による０２フイ一ドバツク時の
０２センサ出力は第１３図（ａ）のようになり、上記第
１の信号に基づく空燃比補正係数分（フィードバック成
分）　Ｋ　ＡＦは第１３図（ｄ）のようになり、第２の
信号に基づく空燃比補正係数分（高周波成分）Ｋａｄは
第１３図（ｃ）のようになる。

また、空燃比を制御する手段として、電磁弁８からの燃
料噴射量を制御するほか、電子キャブレタからの供給燃
料量を制御してもよいし、２次空気供給量を制御しても
よい。

［発明の効果コ 以上詳述したように、まず請求項１に記載の本発明の内
燃機関の空燃比制御装置によれば、触媒の内部または触
媒下流に設けられて理論空燃比近傍で出力が急激に変化
する排気ガス成分検出手段の出力変化に基づいて増減方
向が変化する第１の信号と、排気ガス成分検出手段の出
力変化の周期より短い周期で振動する第２の信号とを重
畳した第３の信号に基づいて、触媒に導かれる燃焼ガス
の空燃比が制御され、且つ、触媒に導かれる燃焼ガスの
空燃比が理論空燃比近傍で振動的に与えられるので、排
気ガス成分検出手段からの出力が触媒の浄化作用の結果
に関する情報を受けたものとなり、且つ、空燃比フィー
ドバック制御時のリミットサイクル周波数を見掛は上大
きくすることができ、これにより排気ガス成分検出手段
の出力特性のバラツキを吸収しながら、触媒による排気
ガス浄化効率が最大となるような制御を行なえる利点が
ある。

また、請求項２に記載の本発明の内燃機関の空燃比制御
装置では、第１の触媒の上流側排気系に設けられるとと
もに第２の触媒に囲まれるか第２の触媒より下流側排気
系に設けられる排気ガス成分検出手段の出力変化に基づ
いて増減方向が変化する第１の信号と、排気ガス成分検
出手段の出力変化の周期より短い周期で振動する第２の
信号とを重畳した第３の信号に基づいて、触媒に導かれ
る燃焼ガスの空燃比が制御され、且つ、触媒に導かれる
燃焼ガスの空燃比が理論空燃比近傍で振動的に与えられ
るので、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置に
よって得られる効果ないし利点とほぼ同様の効果ないし
利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１〜９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（、）はその燃料供給
制御系を示すブロック図、第１図（ｂ）はその要部ブロ
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図はその燃料供給制御用補正係数の求め方を
説明するフローチャート、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図はその高
周波成分にかかる補正係数の求め方を説明するフローチ
ャート、第７図（ａ）〜（ｄ）はいずれもそのｏ２フィ
ードバック時の作用を説明するための波形図、第８図は
その０２フイードバツクゾーンを説明する図、第９図は
その空燃比強制変動時の高周波成分データ設定値の傾向
を説明する図であり、第１０．１１図は本発明の他の実
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１０図はそのエンジンシステムを第３図に対応させて
示す全体構成図、第１１図はその触媒層付き０□センサ
の部分断面図であり、第１２図は本発明の更に他の実施
例としての内燃機関の空燃比制御装置を有するエンジン
システムを第３図に対応させて示す全体構成図であり、
第１３図は（ａ）〜（ｄ）はいずれも本発明装置の０２
フイ一ドバツク時の作用を説明するための他の波形図で
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（第１の触媒）、９Ａ、９Ｂ・−触媒部、９′−
・−第２の触媒、ＩＣ１＝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
−〇２センサ、１７ａ、１７ｂ・−・−白金電極、１７
Ｃ・−同体電解質部、１７　ｄ　−・−触媒層、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、２３−・−電子制御ユニ
ット（ＥＣＵ）　、２４・・−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−・−ＣＰＵ、２８，２９−・−人力イン
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−ドライバ、３５・−基
本駆動時間決定手段、３６−空燃比補正係数設定手段（
エンジン回転数、負荷に応じた空燃比補正手段）、３７
−・−０２センサフイ一ドバツク補正手段、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・−第１の信号生成手段、４６−・・第２の信号
生成手段、４７・−・第３の信号生成手段、Ｅ−エンジ
ン。 第１図 （ｂ） 第３図 第 図 第６図 第 図 第 ９図 Ｑ／Ｎｅ（Ｎｅ、Ｑ） 第１０図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の排気系に設けられ酸化還元特性を有す
   る触媒と、該触媒の内部または該触媒の下流側排気系に
   設けられ理論空燃比近傍で出力が急激に変化する排気ガ
   ス成分検出手段とをそなえ、該排気ガス成分検出手段の
   出力変化に基づいて増減方向が変化する第１の信号と該
   排気ガス成分検出手段の出力変化の周期より短い周期で
   振動する第２の信号とを重畳して第３の信号を形成する
   信号形成手段と、該第３の信号に基づいて該触媒に導か
   れる燃焼ガスの空燃比を制御する空燃比制御手段とが設
   けられて、該触媒に導かれる燃焼ガスの空燃比が理論空
   燃比近傍で振動的に与えられるように構成されているこ
   とを特徴とする、内燃機関の空燃比制御装置。
2. （２）内燃機関の排気系に設けられて酸化還元特性を有
   する第１の触媒と、該第１の触媒の上流側排気系に設け
   られて理論空燃比近傍で出力が急激に変化する排気ガス
   成分検出手段と、該排気ガス成分検出手段の周囲または
   上流側排気系に設けられ酸化還元特性を有する第２の触
   媒とをそなえ、該排気ガス成分検出手段の出力変化に基
   づいて増減方向が変化する第１の信号と該排気ガス成分
   検出手段の出力変化の周期より短い周期で振動する第２
   の信号とを重畳して第３の信号を形成する信号形成手段
   と、該第３の信号に基づいて触媒に導かれる燃焼ガスの
   空燃比を制御する空燃比制御手段とが設けられて、触媒
   に導かれる燃焼ガスの空燃比が理論空燃比近傍で振動的
   に与えられるように構成されていることを特徴とする、
   内燃機関の空燃比制御装置。