JPH0621596B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

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セン
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〕

単なる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。かかるＯ_２
センサの出力特性のばらつきおよび燃料噴射弁等の部品
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サンセ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。

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
の製品ばらつき、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ＦＡＦ
は大きくずれ、従って、その上限値もしくは下限値に近
い値となることがある。なお、上限値および下限値は何
らかの原因でたとえば上流側Ｏ_２センサの故障により空
燃比補正係数ＦＡＦが過度に補正されて大きくなり過ぎ
たりあるいは小さくなり過ぎたりするのを防止するため
に設けてある。たとえば、空燃比フィードバック制御中
にあって、急加速、急減速等のように空燃比変動が大き
い過渡状態に入ると、空燃比補正係数ＦＡＦはその上限
値あるいは下限値にはりついてしまい、空燃比補正係数
ＦＡＦの変動マージンが小さくなり、これ以上の補正が
不可能となる。従って、過渡時空燃比変化の補償が不可
能となることがある。また、空燃比フィードバック制御
時の空燃比補正係数と非空燃比フィードバック制御時
（オープンループ時）の空燃比補正係数（一定値）との
差が大きくなり、つまり、オープンループから空燃比フ
ィードバック制御への切替時に制御空燃比が要求レベル
に到達するのに時間を要して補正不足を生じる。この結
果、オーバリッチによる燃費の悪化、ＨＣ、ＣＯエミッ
ションの悪化等を招くと共に、オーバリーンによるドラ
イバビリティの悪化、ＮＯｘエミッションの悪化等を招
く。

このため、ダブルＯ_２センサシステムに学習制御を導入
し、これにより、空燃比補正係数ＦＡＦの平均値が所定
値たとえば１．０を中心に変化するようにし、従って、
空燃比補正係数ＦＡＦは常に所定値（１．０）に近い値
にあるので変動マージンは大きく、従って、空燃比フィ
ードバック制御中における過渡時の空燃比変化を補償で
き、しかも空燃比フィードバック時とオープンループ時
とにおける空燃比補正係数の差が小さくなり、従って、
オープンループから空燃比フィードバック制御への切替
時において制御空燃比はただちに要求レベルに近づくこ
とになる。

〔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センサシステムにおいては、
空燃比補正量ＦＡＦの所定値たとえば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制御するのに
対し、学習制御は、空燃比補正量ＦＡＦの平均値を所定
値となるように、すなわち空燃比補正量ＦＡＦの平均値
と所定値とのずれ量を０にすべく学習補正量FGHAC を演
算するものであり、単純に学習制御をダブルＯ_２センサ
システムに導入すると、全く逆補正が行われてしまう。
すなわち、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、空燃比補
正量ＦＡＦの平均値は所定値に対して小さな方向にずれ
るので、前述のように学習制御によって空燃比補正量Ｆ
ＡＦの平均値が所定値となるように学習補正量FGHAC が
演算され、学習補正量FGHAC は小さい値に更新される。
更に、下流側Ｏ_２センサによっても空燃比がリッチ側に
ずれたことを検出するので、下流側Ｏ_２センサのフィー
ドバック制御によってリーン側への補正量を増大すべ
く、空燃比補正量ＦＡＦが所定値に対して小さい方向に
なるように制御される。このため、学習補正量FGHAC は
さらに小さい値に更新され、下限値に近い値となる。な
お、下限値および上限値は、誤学習等によって学習補正
量FGHAC が過度に小さく、あるいは、大きくなり過ぎて
空燃比がオーバーリーンあるいはオーバーリッチになる
ことを防止するために設けられている。

このように、学習制御と下流側Ｏ_２センサによるフィー
ドバック制御とは、空燃比補正量ＦＡＦを全く逆側に補
正する。このため、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に
は、学習補正量FGHAC は大きく更新され、下限値に近い
値となる。この状態において、例えば登坂路走行を開始
した場合には、空気密度の低下のために更に空燃比がリ
ッチ側にずれることとなるが、学習補正量FGHAC は下限
値にはりついてしまい、空気密度変化の補償が十分に行
われず、空燃比を任意の値に制御することができない。
このため、燃費の悪化、エミッションの悪化、ドライバ
ビリティの悪化等を招くという問題点が発生する。な
お、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にも同様である。

なお、以下のような場合には、空燃比の補正が実行され
ない場合もある。たとえば、４気筒機関において、気筒
間製造ばらつきにより、第１〜第３気筒がリッチ傾向に
あり、第４気筒がリーン傾向にあり、全体としてリッチ
傾向にあるときにあって、上流側Ｏ_２センサが第４気筒
の影響を強く受けるものとする。この場合、ダブルＯ_２
センサシステムによりベース空燃比はリーン側に補正さ
れ、学習制御によりベース空燃比はリッチ側に補正さ
れ、この結果、ベース空燃比は補正されないことにな
り、従って、Ｏ_２センサ、燃料噴射弁等のばらつきを吸
収できない。従って、下流側Ｏ_２センサによる空燃比フ
ィードバック制御が十分安定していないときに学習制御
が行われると、空燃比フィードバック制御が安定せず、
この結果、燃費の悪化、エミッションの悪化、ドライバ
ビリティの悪化等を招くという問題点が発生することが
ある。

〔問題点を解決するため手段〕

本発明の目的は、下流側空燃比センサによる空燃比フィ
ードバック制御が不安定な場合に、燃費の悪化、エミッ
ションの悪化、ドライバビリティの悪化等を防止した学
習制御をも行うダブル空燃比センサシステムを提供する
ことにあり、その手段は第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。定数演算手段は下流
側（第２の）空燃比センサの出力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たとえばスキップ量Ｒ
ＳＲ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ＲＳＲ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。学習手段は空燃比補正量ＦＡＦの平均値FA
FAV が所定値１．０に収束するように学習補正量FGHAC
を演算する。他方、定数変化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ＲＳＲの変化量ΔＲＳＲを
演算し、定数変化量判別手段は空燃比フィードバック制
御に関与する定数が所定量αより大きいか否かを判別す
る。この結果、変化量ΔＲＳＲが所定量αより大きいと
きに（ΔＲＳＲ＞α）、禁止手段は学習手段による学習
補正量FGHAC の演算を禁止する。そして、空燃比調整手
段は空燃比補正量ＦＡＦおよび学習補正量FGHAC 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、下流側空燃比センサによる空燃比
フィードバック制御が不安定時の空燃比フィードバック
制御に関与する定数の変化量が大きいときには、学習制
御を禁止しているので、下流側空燃比センサによる空燃
比フィードバック制御が優先的に行われ、下流側空燃比
センサによる空燃比フィードバック制御が安定して空燃
比フィードバック制御に関与する定数の変化量が小さく
なったときに始めて、学習制御も併わせて行われるよう
になる。

〔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変換して 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 、CPU 103 の外に、ROM 104 、RAM 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。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、上流側Ｏ_２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、ステツプ423 に進ん
で空燃比補正係数ＦＡＦを１．０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CDLY 1を１減算し、ステップ405,406 にて第１のデ
ィレイカウンタCDLY 1を最小値TDR 1 でガードする。な
お、最小値TDR 1 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CDLY 1
を加算して、ステップ 408，409 にて第１のディレイカ
ウンタCDLY 1を最大値TDL 1 でガードする。なお、最大
値TDL 1 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CDLY 1の基準を０と
し、CDLY 1＞０のときに遅延処理後の空燃比をリッチと
みなし、CDLY 1≦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CDLY 1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、学習条件が満たされている
か否かを学習制御実行フラグＦ_Ｇにより判別する。この
結果、学習条件が満たされたときには（Ｆ_Ｇ＝“１”）
ステップ412 に進み、学習制御を行う。なお、学習条件
および学習制御については後述する。

次いで、ステップ413 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414 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415 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416,417,418 にて積分
処理を行う。つまり、ステップ416にて、CDLY 1≦０か
否かを判別し、CDLY 1≦０（リーン）であればステップ
417 にて FAF← FAF＋KIとし、他方、CDLY 1＞０（リッ
チ）であればステップ418 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417 はリーン状態(CDLY 1 ≦０)
で燃料噴射量を徐々に増大させ、ステップ418 はリッチ
状態(CDLY 1 ＞０)で燃料噴射量を徐々に減少させる。

ステップ414,415,417,418 にて演算された空燃比補正係
数ＦＡＦはステップ 419，420 にて最小値たとえば０．
８にてガードされ、また、ステップ 421，422 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。

なお、第４図におけるステップ423 は省略することもで
き、この場合には、空燃比フィードバック制御終了直前
の値がＦＡＦとして用いられる。

第５図は第４図の学習制御ステップ412 の詳細なフロー
チャートであって、前述のごとく、上流側Ｏ_２センサ１
３による空燃比フィードバック制御のもとで、学習条件
が満たされているときに（ＦG＝“１”）、空燃比補正
係数ＦＡＦのスキップ毎に実行される。

すなわち、ステップ501 にて、空燃比補正係数ＦＡＦの
平均値FAFAV を、 FAFAV ←(FAF＋FAF0) ／２ ただし、FAF0は前回スキップ直前時のＦＡＦ値、により
演算し、ステップ502 にて、ＦＡＦを次回の演算に備
え、 FAF0←FAF とする。次いで、ステップ503 にて ΔFAF ← FAFAV−１．０ を演算する。

次いで、ステップ504 にてΔＦＡＦ＞０か否かを判別
し、この結果、ΔＦＡＦ＞０であればステップ505 にて
学習補正量FGHAC を、 FGHAC ← FGHAC＋ΔFGHAC により増大させ、ステップ 506，507 にて最大値たとえ
ば1.05にてガードする。他方、ΔＦＡＦ≦０であればス
テップ508 にて学習補正量FGHAC を、 FGHAC ← FGHAC−ΔFGHAC により減少させ、ステップ 509，510 にて最小値たとえ
ば0.90にてガードする。なお、｜ΔFAF|＞Ｋ（正の値）
のときのみ、FGHAC を更新してもよい。このようにし
て、学習制御によれば、空燃比補正係数ＦＡＦが１．０
に収束するように学習補正量FGHAC が増減される。

第６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６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CDLY 1は、第６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６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／Ｆ
１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TDL 1 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_５，ｔ_６，ｔ_７のご
とくリッチ遅延時間(-TDR1)よりい短い期間で反転する
と、第１のディレイカウンタCDLY 1が基準値０を交差す
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／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６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 1が基準値０を交差する時刻
ｔ_２，ｔ_４，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スキップ量 RSR，RSL 、遅延時
間TDR 1 ，TDL 1 、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、第２の空燃比補正係
数FAF 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。また、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TDR 1 ，TDL
1 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７図、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７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 701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。たとえば、冷却水
温が所定値以下の時、下流側Ｏ_２センサ１５の出力信号
が一度も反転しない時、下流側Ｏ_２センサ１５が故障し
ている時、過渡運転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。閉
ループ条件でなければステップ725,726 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。なお、ステップ 725，726 を削除することもで
きる。この場合には、空燃比フィードバック制御終了直
前の値を用いる。

閉ループであれば、ステップ702 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
703 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 704にて第２のデ
ィレイカウンタCDLY 2を１減算し、ステップ 705，706
にて第２のディレイカウンタCDLY 2を最小値TDR 2 でガ
ードする。なお、最小値TDR 2 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 707にて第２のディレイ
カウンタCDLY 2を１加算して、ステップ708,709 にて第
２のディレカウンタCDLY 2を最小値TDL 2 でガードす
る。なお、最大値TDL 2 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CDLY 2の基準を０と
し、CDLY 2＞０のときに遅延処理後の空燃比をリッチと
みなし、CDLY 2≧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 710では、第２のディレイカウンタCDLY 2が反
転したか否かを判別する。すなわち、遅延された下流側
Ｏ_２センサ１５の出力信号が反転したか否かを判別す
る。この結果、遅延された下流側Ｏ_２センサ１５の出力
信号が反転したときのみ、第４図のステップ411 にて用
いられる学習制御実行フラグＦ_Ｇの設定を行うために、
学習条件判別ステップ711 に進む。なお、学習条件判別
ステップ711 については後述する。

ステップ712 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判別されてステップ 713〜718 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 719〜724 に進む。

ステップ713 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
させて空燃比をリッチ側に移行させる。ステップ 714，
715 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716 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 717，718 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ＣＤＬＹ２＞０のときには、ステップ719
にて RSR←RSR −ΔRSとし、つまり、リッチスキップ量
ＲＳＲを減少させて空燃比をリーン側に移行させる。ス
テップ720,721 では、ＲＳＲを最小値ＭＩＮにてガード
する。さらに、ステップ722 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 723,724
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727 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′，RSL ′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７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。

このように、第７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Ｒ
ＳＲ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８図は第７図の学習条件判別ステップ711 の詳細なフ
ローチャートであって、上述のごとく、遅延された下流
側Ｏ_２センサ１５の出力信号の反転毎に実行される。ス
テップ801 では、リッチスキップ量ＲＳＲの平均値RSRA
V を RSRAV ←(RSR＋RSR0)／２ ただし、RSR0は前回第２のディレイカウンタCDLY２の反
転直前のＲＳＲの値である、 により演算し、ステップ802 にて、平均値RSRAVのなま
し値RSRAVXを、 により演算する。ステップ803 では、なまし値RSRAVXの
変化量計算用カウンタCRSRAVを１増大させ、ステップ80
4 にてカウンタCRSRAVが所定値Ｃ_０になったか否か、す
なわち下流値Ｏ_２センサ１５の出力信号を反転回数がＣ
_０になったか否かを判別する。CRSRAV＞Ｃ_０であれば、
ステップ805 に進み、CRSAFAV ≦Ｃ_０であれば、ステッ
プ812 にジャンプする。

ステップ805 では、なまし値RSRAVXの変化量、すなわち
空燃比変化量ΔRSRAVXを、 ΔRSRAVX←｜RSRAVX−RSRAVX0｜ ただし、RSRAVX0 は反転回数Ｃ_０前のRSRAVXの値、 により演算し、ステップ806 にて空燃比変化量ΔRSRAVX
が所定量αより大きいか否かを判別する。この結果、Δ
RSRAVX＞αであれば、ステップ807 にて学習制御実行フ
ラグＦ_Ｇを“０”とし、他方、ΔRSRAVX≦αであれば、
ステップ808 に進み、他の学習条件が満足されているか
否かを判別する。他の学習条件は、たとえば、上流側Ｏ
_２センサ１３による空燃比フィードバック制御（ステッ
プ401）のもとで、さらに、 ｉ）冷却水温ＴＨＥが７０℃＜ＴＨＷ＜９０℃であるこ
と、 ii）吸入空気量変化ΔＱが一定値より小さい安定な状態
が一定期間持続したこと、 等である。これら他の学習条件の１つでも満足されなけ
れば、やはりステップ807 にて学習制御実行フラグＦ_Ｇ
を“０”とし、すべての学習条件が満たされたときにの
みステップ809 にて学習制御実行フラグＦ_Ｇを“１”と
する。つまり、前述したように、学習制御と下流側Ｏ_２
センサによるフィードバック制御とは、空燃比補正量Ｆ
ＡＦを全く逆側に補正することから、下流側Ｏ_２センサ
によるフィードバック制御量の変化量が大きい場合に問
題が生じる。したがって、下流側Ｏ_２センサ１５による
空燃比フィードバック制御が不安定であるスキップ量変
化量が大きい場合には、学習制御を禁止し、下流側Ｏ_２
センサ１５による空燃比フィードバック制御が安定であ
るスキップ量変化量が小さい場合には下流側Ｏ_２センサ
１５による空燃比フィードバック制御と共に学習制御を
行うようにしたものである。

ステップ810 では、カウンタCRSRAVをクリアし、ステッ
プ811 ではRSRAVXを RSRAVX0として、次の実行に備え、
ステップ812 にてRSRをRSR0とし、ステップ813にてこの
ルーチンは終了する。

なお、第８図のルーチンでは、リッチスキップ量ＲＳＲ
の変化量の代りに、リーンスキップ量ＲＳＬの変化量を
用いてもよい。

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←ＫＱ／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 R0M 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＋FGHAC)・(FWL＋α)＋β により演算する。なお、α、β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、下流側Ｏ_２センサによる空燃比フィードバック制
御に関与する他の定数、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、また、第２の空燃比補正係数を導
入するダブル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ＴＡ
Ｕ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〕

以上説明したように本発明によれば、下流側空燃比セン
サにより空燃比フィードバック制御が不安定な場合に、
学習制御を禁止しているので、下流側空燃比センサによ
る空燃比フィードバック制御を優先的に行うことがで
き、この結果、燃費の悪化、エミッションの悪化、ドラ
イバビリティの悪化等を防止できる。

【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４図、第５図、第７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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 勝野 歳康 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−29737（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−29738（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−29739（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−60955（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   バック制御に関与する定数を演算する定数演算手段と、 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
   ドバック制御に関与する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、 前記空燃比補正量の平均値が所定値に収束するように学
   習補正量を演算する学習手段と、 前記空燃比フィードバック制御に関与する定数の変化量
   を演算する定数変化量演算手段と、 前記空燃比フィードバック制御に関与する定数の変化量
   が所定量より大きいか否かを判別する定数変化量判別手
   段と、 前記空燃比フィードバック制御に関与する定数の変化量
   が前記所定量より大きいときに前記学習手段による学習
   補正量の演算を禁止する禁止手段と、 前記空燃比補正量および前記学習補正量の和に応じて前
   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。