JPH0621595B2

JPH0621595B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH0621595B2
Application number: JP16742685A
Authority: JP
Inventors: 俊成永井; 孝年増井; 靖佐藤; 歳康勝野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-07-31
Filing date: 1985-07-31
Publication date: 1994-03-23
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: JPS6229739A

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（Ｏ_２セん
サ））を設け、上流側のＯ_２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Ｏ_２センサによる空燃比
フィードバック制御を行う内燃機関の空燃比制御装置に
関する。

〔従来の技術〕

一般に、機関の吸入空気量（もしくは吸入空気圧）およ
び回転速度に応じて燃料噴射弁の基本噴射量を演算し、
機関の排気ガス中の特定成分たとえば酸素成分の濃度を
検出するＯ_２センサの検出信号にもとづいて演算された
空燃比補正係数FAFに応じて前記基本噴射量を補正し、
この補正された噴射量に応じて実際に供給される燃料量
を制御する。この制御を繰返して最終的に機関の空燃比
を所定範囲内に収束させる。このような空燃比フィード
バック制御により、空燃比を理論空燃比近傍の非常に狭
い範囲内に制御できるので、排気系に設けられた三元触
媒コンバータ、すなわち、排気ガス中に含まれるCO，H
C，NOx の３つの有害成分を同時に浄化する触媒コンバ
ータの浄化能力を高く保持できる。

上述の空燃比フィードバック制御（シングルＯ_２センサ
システム）では、酸素濃度を検出するＯ_２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、Ｏ_２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。Ｏ_２センサ
の出力特性のばらつきの原因を列挙すると、次のとおり
である。

(1) Ｏ_２センサ自体の個体差、 (2) 燃料噴射弁および排気ガス再循環弁等の部品の機
関への組付け位置の公差によるＯ_２センサの箇所におけ
る排気ガスの混合の不均一、 (3) Ｏ_２センサの出力特性の経時あるいは経年的な変
化。

また、Ｏ_２センサ以外では、燃料噴射弁、排気ガス再循
環量、タペットクリアランス等の機関状態の経時的ある
いは経年的な変化、および製造ばらつきによる排気ガス
の混合の不均一性が変化および拡大することがある。

かかるＯ_２センサの出力特性のばらつきおよび部品のば
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Ｏ_２センサを設け、上流側
Ｏ_２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Ｏ_２センサによる空燃比フィードバック制御を行う
ダブルＯ_２センサシステムが既に提案されている。この
ダブルＯ_２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Ｏ_２センサは、上流側Ｏ_２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Ｏ_２センサの被毒量は少な
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Ｏ_２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Ｏ_２センサシス
テム）により、上流側Ｏ_２センサの出力特性のばらつき
を下流側Ｏ_２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Ｏ_２センサシステムでは、Ｏ_２
センサの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Ｏ_２センサシス
テムでは、上流側Ｏ_２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Ｏ
_２センサシステムにおいては、下流側Ｏ_２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。

しかしながら、上述のダブルＯ_２センサシステムにおい
ても、エアフローメータ（もしくは圧力センサ）、燃料
噴射弁等の部品の製造ばらつき、経時的もしくは経年的
変化、空気密度の変化（大気圧変化）等により、空燃比
補正係数は大きくずれ、従って、Ｏ_２センサの故障等に
よる過度の空燃比補正を防止するための上限値もしくは
下限値に近い値となることがある。即ち空燃比補正係数
が上限値もしくは下限値に近い値となった場合は、急加
速、急減速等の空燃比変動が大きい過渡状態に入ると、
空燃比補正係数が上限値もしくは下限値にはりついてし
まう。

従ってそれ以上の補正が不可能となり、ドライバビリテ
ィの悪化、エミッションの悪化を招く。

さらに空燃比フィードバック制御時の空燃比補正係数と
オープンループ制御時の空燃比補正係数（一定値）との
差が大きくなるため、フィードバック制御からオープン
ループ制御へあるいは逆方向への切替時に空燃比の変化
が大きくなり、やはりドライバビリティの悪化、エミッ
ションの悪化を招く。

上記課題を解決するために、ダブルＯ_２センサシステム
に学習制御を導入し、空燃比補正係数の平均値が所定値
（例えば1.0 ）を中心に変化するようにすることができ
る。

このシステムにあっては空燃比補正係数は常に所定値
（例えば1.0 ）近傍にあるため、空燃比補正係数の変動
可能幅は大となる。

従って空燃比フィードバック制御中においても大きな空
燃比変動を補償できるだけでなく、空燃比フィードバッ
ク制御時の空燃比補正係数とオープンループ制御時の空
燃比補正係数との差が小となりオープンループ制御から
空燃比フィードバック制御に移行した場合にも空燃比を
迅速に要求値に制御することが可能となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ダブルＯ_２センサシステムが空燃比補正
係数の所定値（例えば1.0 ）からのずれ量を可変とする
ことによりベース空燃比を要求値に制御するものである
ものに対し、学習制御は空燃比補正係数の平均値を所定
値（例えば1.0 ）に一致させるように即ち空燃比補正係
数の平均値の所定値からのずれ量を零にするように学習
補正量を決定するものであり、単純にダブルＯ_２センサ
システムと学習制御とを組み合わせた場合には全く逆の
補正がおこなわれてしまい空燃比を制御することができ
ない。

即ちエアフローメータ（もしくは圧力センサ）、燃料噴
射弁等の特性のずれ、空気密度の変化（大気圧変化）等
により空燃比がリッチ側にずれた場合は、空燃比補正係
数の平均値は所定値より小であるリーン側の値となるた
め学習補正量も基準値よりも小さい値に学習される。

さらに下流側Ｏ_２センサも空燃比のリッチ側へのずれを
検出するため、空燃比補正係数を算出するための定数は
空燃比補正係数を基準値よりも小さい値とするように変
更される。

このため学習補正量は一層基準値よりも小さい値に学習
され、学習補正量の下限値に近づく。

なお学習補正量の下限値および上限値は誤学習によって
学習補正量が過大あるいは過少となって空燃比がオーバ
ーリッチあるいはオーバーリーンとなることを防止する
ために設けられるものである。

この状態において登坂走行する時に空気密度が小となっ
て空燃比がリッチ側にずれる場合のように急激に空燃比
が大きく変動する場合には、学習補正量が下限値にはり
ついて、それ以上の空燃比の制御が不可能となりドライ
バビリティの悪化、エミッションの悪化を招く。

逆にエアフローメータ（もしくは圧力センサ）、燃料噴
射弁等の特性のずれ、空気密度の変化（大気圧変化）等
により空燃比がリーン側にずれた場合は学習補正量は上
限値にはりついてしまい、空燃比の制御が不可能とな
る。

さらに以下のような状況にある場合にも空燃比の補正は
実行されない。

例えば４気筒機関において気筒間の製造ばらつきによ
り、第１から第３気筒からの排気ガスがリッチ傾向、第
４気筒からの排気ガスがリーン傾向であり全体としてリ
ッチ傾向にある場合であって、上流側Ｏ_２センサは第４
気筒からの排気ガスの影響を強く受けるものとする。

この場合ベース空燃比は、ダブルＯ_２センサシステムに
よりリーン側に補正され、学習制御によりリッチ側に補
正されるため、ベース空燃比は補正されないこととな
り、気筒間のばらつきを吸収できない。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、上流
側Ｏ_２センサ等の特性のずれを補正することが可能であ
るだけでなく、急激な空燃比の変化があった場合にも空
燃比を制御することの可能な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。

〔問題点を解決するための手段〕

問題点を解決するための手段は、第１図に示される。

第１図において、排気ガス中の特定成分濃度を検出する
第１、第２の空燃比センサが内燃機関の排気系に設けら
れた排気ガス浄化のための触媒コンバータの上流側、下
流側に、それぞれ、設けられている。制御定数演算手段
は下流側（第２の）空燃比センサに出力Ｖ_２に応じて空
燃比フィードバック制御に関与する定数を演算する。空
燃比補正量演算手段は空燃比フィードバック制御に関与
する定数と上流側（第１の）空燃比センサの出力Ｖ_１と
に応じて空燃比補正量 FAFを演算する。学習補正量基準
値演算手段は空燃比フィードバック制御に関与する定数
に応じて学習基準値αに収束するように学習補正量CHAC
を演算する。そして、空燃比調整手段は空燃比補正量 F
AFおよび学習補正量CHAC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、学習制御は空燃比補正量 FAFの平
均値 FAFAVと学習基準値αとのずれに応じて学習補正量
CHACを演算されるが、学習基準値αは空燃比フィードバ
ック制御に関与する定数に応じて変更される。即ちダブ
ル空燃比センサシステムによる制御空燃比のずれを見込
んで学習制御が行われるので、空燃比を任意に変更でき
る。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の実施例を説明する。

第３図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例を示す全体概要図である。第３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す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 CPU 103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
燃料を吸気ポ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THW
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つの有害成分HC，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Ｏ_２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Ｏ_２セ
ンサ１５が設けられている。Ｏ_２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、Ｏ_２センサ13，15は空燃比が理論空燃比に対して
リーン側かリッチ側かに応じて、異なる出力電圧を制御
回路１０でＡ／Ｄ変換器101 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、 ROM 104、ROM 105 、バックア
ップ RAM 106、クロック発生回路107 等が設けられてい
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108 にプリセットされると共
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ト端子が“１”レベルとなった
ときに、フリップフロップ109 が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TAU 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、 CPU 103の割込み発生は、Ａ／Ｄ変換器101 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、クロック発生
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 RAM 105の所定領域に格納され
る。つまり、 RAM 105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 RAM 105の所定領域に格納される。

第４図は上流側Ｏ_２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ック
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401 では、上流側Ｏ_２センサ１３による空燃比
の閉ループ（フィードバック）条件が成立しているか否
かを判別する。機関始動中、始動後の燃料増量動作中、
暖機増量動作中、パワー増量動作中、リーン制御中、上
流側Ｏ_２センサ１３の不活性状態時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。なお、上流側Ｏ_２センサ１３の活性／非活性
状態の判別は RAM 105より水温データTHW を読出して一
旦 THW≧７０℃になったか否かを判別するか、あるいは
上流側Ｏ_２センサ１３の出力レベルが一度上下したか否
かを判別することによって行われる。閉ループ条件が不
成立のときには、ステップ423 に進んで空燃比補正係数
FAF を基準値αとする。他方、閉ループ条件成立の場合
はステップ402 に進む。

ステップ402 では、上流側Ｏ_２センサ１３の出力Ｖ_１を
Ａ／Ｄ変換して取込み、ステップ403 にてＶ_１が比較電
圧Ｖ_R1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かを判別する。リーン（Ｖ_１≦
Ｖ_R1）であれば、ステップ404 にて第１のディレイカウ
ンタCDLY１を１減算し、ステップ 405，406 にて第１の
ディレイカンタCDLY１を最小値TDR1でガードする。な
お、最小値TDR1は上流側Ｏ_２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時間であって、負
の値で定義される。他方、リッチ（Ｖ_１＞Ｖ_R1）であれ
ば、ステップ407 にて第１のディレイカウンタCDLY１を
１加算して、ステップ 408，409 にて第１のディレイカ
ウンタCDLY１を最大値TDL1でガードする。なお、最大値
TDL1は上流側Ｏ_２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時間であって、正の値で定義
される。

ここで、第１のディレイカウンタCDLY１の基準を０と
し、CDLY１＞０のときに遅延処理後の空燃比をリッチと
みなし、CDLY１≦０のときに遅延処理後の空燃比をリー
ンとみなすものとする。

ステップ410 では、第１のディレイカウンタCDLY１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411 にて、リッチからリーンへの反転
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412 にて FAF←FA
F ＋RSR 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413 にて FAF←FAF −
RSL とスキップ的に減少させる。つまり、スキップ処理
を行う。

スキップ処理を行う毎に、学習補正量GHACを演算するた
めにステップ414 〜419 の学習ルーチンを実行する。す
なわち、ステップ414 にて、空燃比補正係数FAF の平均
値FAFAV を、ＦＡＦＡＶ ←（ＦＡＦ＋ＦＡＦ_０）／２ただし、FAF₀は前回リッチ，リーン反転時の FAFの値、により演算し、ステップ415 にて、 FAFを次回の演算に
備え、ＦＡＦ_０←ＦＡＦとする。次いで、ステップ416 にて ΔＦＡＦ←ＦＡＦＡＶ−α を演算する。ただし、αは基準値であって、後述のごと
く、可変である。次いで、ステップ417にて、ΔＦＡＦ
＞０か否かを判別し、ΔＦＡＦ＞０であればステップ41
8 にてＧＨＡＣ←ＧＨＡＣ＋ΔＧＨＡＣ（一定値）として学習補正量GHACを増大させ、他方、ΔFAF≦０で
あればステップ419 にてＧＨＡＣ←ＧＨＡＣ−ΔＧＨＡＣ（一定値）として学習補正量GHACを減少させる。

なお、学習補正量GHACはバックアップ RAM 106に格納す
るものとする。

ステップ410 にて第１のディレイカウンタCDLY1の符号
が反転していなければ、ステップ420,421,422 にて積分
処理を行う。つまり、ステップ420 にて、CDLY１＜０か
否かを判別し、CDLY１≦０（リーン）であればステップ
421 にて FAF←FAF ＋KIとし、他方、CDLY１＞０（リッ
チ）であればステップ421 にて FAF←FAF −KIとする。
ここで、積分定数KIはスキップ定数 RSR，RSL に比して
十分小さく設定してあり、つまり、KI＜RSR(RSL)であ
る。従って、ステップ421 はリーン状態(CDLY１≦０)で
燃料噴射量を徐々に増大させ、ステップ422 はリッチ状
態（CDLY1＞０）で燃料噴射量を徐々に減少させる。

ステップ412,413,421,422 にて演算された空燃比補正係
数FAF は最小値たとえば０．８および最大値たとえば
１．２にてガードするものとし、これにより、何らかの
原因で空燃比補正係数FAF 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FAFを RAM 105に格納して、ス
テップ424 にてこのルーチンは終了する。

第５図は第４図のルーチンで用いられた基準値αを演算
するルーチンであって、所定時間たとえば４ms毎に実行
される。ステップ501 では、リーンからリッチへのリッ
チスキップ量RSR とリッチからリーンへのリーンスキッ
プ量RSL との差ΔRSを、 △ＲＳＲＬ←ＲＳＲ−ＲＳＬにより演算し、ステップ502 にて負荷たとえば吸入空気
量テータＱとΔRSRLとの２次元マップにより基準値αを
補間計算する。そして、ステップ503 にてこのルーチン
は終了する。

すなわち、基準値αは空燃比補正係数FAF のずれ量
（１．０に対する）を見込んで設定されるものである。
たとえば、ΔRSRL＞０であれば、第６図（Ａ）に示すご
とく、空燃比補正係数FAF は増大傾向になるので、基準
値αは１．０より大きく設定され、他方ΔRSRL＜０であ
れば、第６図（Ｂ）に示すごとく、空燃比補正係数FAF
は減少方向になるので、基準値αは１．０より小さく設
定される。さらに、負荷たとえば吸入空気量Ｑが増大す
れば、第６図（Ｃ）および第６図（Ｄ）に示すごとく、
空燃比フィードバック周波数が大きくなり、この結果、
空燃比補正係数FAF の増大傾向もしくは減少傾向が増進
されるので、基準値αはさらに大きくもしくはさらに小
さく設定される。

第７図は第４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Ｏ_２センサ１３の出力
により第７図（Ａ）に示すごとくリッチ，リーン判別の
空燃比信号Ａ／Ｆ１が得られると、第１のディレイカウ
ンタCDLY１は、第７図（Ｂ）に示すごとく、リッチ状態
でカウントアップされ、リーン状態でカウントダウンさ
れる。この結果、第７図（Ｃ）に示すごとく、遅延処理
された空燃比信号Ａ／Ｆ１′が形成される。たとえば、
時刻ｔ_１にて空燃比信号Ａ／Ｆ１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／Ｆ１′はリ
ッチ遅延時間（−TDR1）だけリーンに保持された後に時
刻ｔ_２にてリッチに変化する。時刻ｔ_３にて空燃比信号
Ａ／Ｆ１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／Ｆ１′はリーン遅延時間TDL1相当だ
けリッチに保持された後に時刻ｔ_４にてリーンに変化す
る。しかし、空燃比信号Ａ／Ｆ１が時刻ｔ₅,ｔ₆,ｔ_７の
ごとくリッチ遅延時間（−TDR1）より短い時間で反転す
ると、第１のディレイカウンタCDLY１が基準値０を交差
するのに事案を要し、この結果、時刻ｔ_８にて遅延処理
後の空燃比信号Ａ／Ｆ１′が反転される。つまり、遅延
処理後の空燃比信号Ａ／Ｆ１′は遅延処理前の空燃比信
号Ａ／Ｆ１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／Ｆ１′にもとづいて第７図
（Ｄ）に示す空燃比補正係数FAFが得られる。また、第
１のディレイカウンタCDLYが基準値０を交差する時刻ｔ
₂,ｔ₄,ｔ_８毎に、学習補正量GHACの更新が行われる。

次に、下流側Ｏ_２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２の空燃比補正係数FAF2を導入
するシステムと、第１の空燃比フィードバック制御に関
与する定数としての遅延時間TDR1，TDL1、スキップ量 R
SR，RSL 積分定数KI（この場合、リッチ積分定数KI1Rお
よびリーン積分定数KI1Lを別々に設定する）、もしくは
上流側Ｏ_２センサ１３の出力Ｖ_１の比較電圧Ｖ_R1を可変
にするシステムとがある。

たとえば、リッチ遅延時間（−TDR1）＞リーン遅延時間
（TDL1）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(TDL1)＞リッチ遅延時間（−
TDR1）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Ｏ_２センサ１５の出力に応じて遅延
時間TDR1，TDL1を補正することにより空燃比が制御でき
る。また、リッチスキップ量RSR 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
RSL 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RSL 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RSR
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Ｏ_２センサ１５の出力に応じてリッチスキ
ップ量RSR およびリーンスキップ量RSL を補正すること
により空燃比が制御できる。さらにまた、リッチ積分定
数KI1R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KI1L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KI1L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KI1R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Ｏ_２センサ１５の
出力に応じてリッチ積分定数KI1Rおよびリーン積分定数
KI1L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Ｖ_R1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Ｖ_R1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Ｏ_２セ
ンサ１５の出力に応じて比較電圧Ｖ_R1を補正することに
より空燃比が制御できる。

第８図および第９図を参照して空燃比フィードバック制
御に関与する定数としてのスキップ量を可変にしたダブ
ルＯ_２センサシステムについて説明する。

第８図は下流側Ｏ_２センサ１５の出力にもとづいてスキ
ップ量 RSR，RSL を演算する第２の空燃比フィードバッ
ク制御ルーチンであって、所定時間たとえば１ｓ毎に実
行される。ステップ801 では、下流側Ｏ_２センサ１５に
よる閉ループ条件か否かを判別する。このステップは第
４図のステップ401 とほぼ同一である。閉ループ条件で
なければステップ 823，824 に進み、スキップ量 RSR，
RSL を一定値RSR₀，RSL₀とする。たとえば、ＲＳＲ_０＝５％ＲＳＬ_０＝５％である。

閉ループであれば、ステップ802 に進み、下流側Ｏ_２セ
ンサ１５の出力Ｖ_２をＡ／Ｄ変換して取込み、ステップ
803 にてＶ_２が比較電圧Ｖ_R2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Ｖ_R2は触媒コンバータ１４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Ｏ_２セン
サ１３の出力の比較電圧Ｖ_R1より高く設定される。リー
ン（Ｖ_２≦Ｖ_R2）であれば、ステップ804 にて第２のデ
ィレイカウンタCDLY２を１減算し、ステップ 805，806
にて第２のディレイカウンタCDLY2を最小値TDR2でガー
ドする。なお、最小値TDR2はリーンからリッチへの変化
があってもリーン状態を保持するためのリッチ遅延時間
であって、負の値で定義される。他方、リッチ（Ｖ_２＞
Ｖ_R2）であれば、ステップ807 にて第２のディレイカウ
ンタCDLY２を１加算して、ステップ 808，809 にて第２
のディレイカウンタCDLY２を最大値TDL2でガードする。
なお、最大値TDL2はリッチからリーンへの変化があって
もリッチ状態を保持するためのリーン遅延時間であっ
て、正の値で定義される。

ここでも、第２のディレイカウンタCDLY２の基準を０と
し、CDLY２＞０のときに遅延処理後の空燃比をリッチと
みなし、CDLY２≦０のときに遅延処理後の空燃比をリー
ンとみなすものとする。

ステップ810 にて第２のディレイカウンタCDLY２がCDLY
２≦０か否かが判別され、この結果、CDLY２≦０であれ
ば空燃比はリーンと反別されてステップ 811〜816 に進
み、他方、CDLY２＞０であれば空燃比はリッチと判別さ
れてステップ 817〜822 に進む。

ステップ811 では、 RSR← RSR＋ΔRS（一定値たとえば
0.08％）とし、つまり、リッチスキップ量RSR を増大さ
せて空燃比をリチ側に移行させる。ステップ 812，813
では、 RSRを最大値MAX たとえば６．２％にてガードす
る。さらに、ステップ914 にて RSL← RSL−ΔRSとし、
つまり、リッチスキップ量RSL を減少させて空燃比をリ
ッチ側に移行させる。ステップ 815，816 では、 RSLを
最小値MIN たとえば２．５％にてガードする。

他方リッチ（Ｖ_２＞Ｖ_R2）のときには、ステップ917 に
て RSR← RSR−ΔRSとし、つまり、リッチスキップ量RS
R を減少させて空燃比をリーン側に移行させる。スキッ
プ 818，819 では、 RSRを最小値MIN にてガードする。
さらに、ステップ920 にてRSL ← RSL＋ΔRS（一定値）
とし、つまり、リーンスキップ量RSL を増加させて空燃
比をリーン側に移行させる。ステップ 821，822 では、
RSL を最大値MAX にてガードする。

上述のごとく演算された RSR，RSL は RAM 105に格納さ
れた後に、ステップ825 にてこのルーチンは終了する。

なお、空燃比フィードバック中に演算されたFAF,RSR,RS
L は一旦他の値FAF′,RSR′,RSR′に変換してバックア
ップRAM 106 に格納することもでき、これにより、再始
動時等における運転性向上にも役立つものである。第８
図における最小値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は空燃比変動による
ドラビリティの悪化が発生しないレベルの値である。

このように、第８図のルーチンによれば、下流側Ｏ_２セ
ンサ１５の出力がリーンであれば、リッチスキップ量RS
R が徐々に増大され、且つリーンスキップ量RSL が徐々
に減少され、これにより、空燃比はリッチ側へ移行され
る。また、下流側Ｏ_２センサ１５の出力がリッチであれ
ば、リッチスキップ量RSR が徐々に減少され、且つリー
ンスキップ量RSL が徐々に増大され、これにより、空燃
比はリーン側へ移行される。

第９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901 で
は RAM 105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TAUPを演算する。たとえば
TAUP←Ｋ・Ｑ／Ｎｅ（Ｋは定数）とする。ステップ902
にて RAM 105より冷却水温データTHW を読出して ROM 1
04に格納された１次元マップにより暖機増量値FWL を補
間計算する。ステップ９０３では、最終噴射量 TAUを、
TAU←TAUP・（FAF＋GHAC）・（FWL＋β）＋γ により演算する。なお、β、γ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904
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905 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 のキャリアウト信号によっ
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、第１の空燃比フィードバック制御は４ms毎に、ま
た、第２の空燃比フィードバック制御は１ｓ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Ｏ_２センサによる制御を主にして行い、応答性の悪い
下流側Ｏ_２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Ｏ_２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Ｏ_２センサの出力により補正するダブル
Ｏ_２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RSR,RSL のうちの一方を固定し、他方のみを可変
とすることも、遅延時間TDR1，TDL1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KI1R、リーン積分定数KI1L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
レクトリック・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901 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903 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Ｏ_２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〕

第１０図は本発明の効果を説明するタイミング図であ
る。第１０図（Ａ）のごとく上流側Ｏ_２センサ１３の出
力Ｖ_１が変化した場合であって、学習前の空燃比補正係
数 FAFが第１０図（Ｂ）の実線に示すごとくベース空燃
比がリーン側に変化した時には、空燃比補正係数 FAFの
平均値 FAFAVは第１０図（Ｂ）の一点鎖線に示すごとく
増大傾向となる。

ここで従来のごとく学習制御の基準点を 1.0に固定して
学習を行うと、学習補正量GHAC′も第１０図（Ｃ）に示
すごとく増大傾向となるため、空燃比補正係数 FAFの平
均値 FAFAVは所定値に近づく方向に補正される。即ち学
習補正量GHAC′による空燃比の補正と空燃比補正係数 F
AFによる空燃比の補正とは逆方向となる。

これに対し本発明においては、学習制御の基準点を第１
０図（Ｂ）の空燃比補正係数 FAFの平均値 FAFAVに応じ
て同一方向に変更する。上記の実施例においては基準点
αをスキップ量 RSRと RSLとの差に応じて変更するだけ
でなく吸入空気量Ｑによっても変更している。

即ち本発明によれば学習制御の基準点を空燃比補正係数
の平均値と同一方向に変更することにより、学習制御の
補正量から下流側Ｏ_２センサの出力に影響が排除され、
過渡時のベース空燃比の変動に対しても迅速に対応する
ことが可能となる。

従って本発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置によれ
ば過渡時におけるドライバピリティ、エミッションの悪
化を防止できると共に、燃料噴射弁、空燃比のばらつき
を吸収できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を説明するための全体ブロック
図、第２図はシングルＯ_２センサシステムおよびダブルＯ_２
センサシステムを説明する排気エミッション特性図、第３図は本発明に係る内熱機関の空燃比制御装置の一実
施例を示す全体概略図、第４図、第５図、第８図、第９図は第３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６図は第５図のステップ502 を補足説明するためのタ
イミング図、第７図は第４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１０図は本発明の効果を説明するためのタイミング図
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（第１の）Ｏ_２センサ、１５……下流側（第２の）Ｏ_２センサ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気系に設けられた排気ガス浄
化のための触媒コンバータの上流側、下流側に、それぞ
れ設けられ、排気ガス中の特定成分濃度を検出する第
１、第２の空燃比センサと、前記第２の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、前記第１の空燃比センサの出力および前記空燃比フィー
ドバック制御定数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、前記空燃比フィードバック制御定数に応じて学習補正量
基準値を演算する学習補正量基準値演算手段と、前記空燃比補正量の平均値が前記学習基準値に収束する
ように学習補正量を演算する学習手段と、前記空燃比補正量および前記学習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。
【請求項２】前記学習補正量基準値をさらに前記機関の
負荷パラメータによって変化させる特許請求の範囲第１
項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。