JPH0639934B2 - 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（０_２セン
サ））を設け、上流側の０_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０_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０_２センサ
システム）では、酸素濃度を検出する０_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、０_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０_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０_２センサを設け、
上流側０_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０_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０_２センサシステムが既に提案されている
（参照：特開昭55-37562号公報，特開昭55-37647号公報
等）。このダブル０_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０_２センサは、上流側０_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０_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０_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０_２センサシス
テム）により、上流側０_２センサの出力特性のばらつき
を下流側０_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０_２センサシステムでは、０_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０_２センサシス
テムでは、上流側０_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０
_２センサシステムにおいては、下流側０_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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述の下流側０_２センサが劣化たとえば
熱劣化すると、その出力はリーン側（後述の流出し型処
理回路を用いた場合）もしくはリッチ側（後述の流込み
型処理回路を用いた場合）に傾く。この結果、下流側０
_２センサによる空燃比フィードバック制御が行われて
も、機関の空燃比に十分追従できず、従って、リッチ過
補正もしくはリッチ過補正が行われて運転性の悪化、エ
ミッションの悪化等を招くという問題点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は、下流側０_２センサが劣化した場合にも
運転性の悪化、エミッションの悪化等を防止したダブル
０_２センサシステムを提供することにあり、その構成は
第１図に示される。

第１図において、第１，第２の空燃比センサ手段は機関
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，下流側の排気ガス中の特定成分濃度をそ
れぞれ検出し、空燃比調整手段は第１の空燃比センサ手
段の出力および空燃比フィードバック制御に関与する定
数に応じて前記機関の空燃比を調整し、制御関与定数演
算手段は第２の空燃比センサ手段の出力に基づいて空燃
比フィードバック制御に関与する定数を増減し、制御関
与定数上下限ガード手段は空燃比フィードバック制御に
関与する定数を所定の最大値及び最小値で制限する。こ
のとき、振幅判別手段は空燃比フィードバック制御に関
与する定数の振幅が所定値以内か否かを判別し、この結
果、空燃比フィードバック制御に関与する定数の振幅が
所定値以内のときに、停止手段は空燃比フィードバック
制御に関与する定数による前記機関の空燃比の調整を停
止するものである。

〔作用〕

上述の構成によれば、下流側０_２センサが劣化したこと
を、下流側０_２センサによってフィードバック制御され
た空燃比フィードバック制御に関与する定数の振幅の大
小によって検出し、下流側０_２センサの劣化が検出され
たときには、下流側０_２センサによる空燃比フィードバ
ック制御は停止される。

〔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CPU103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０_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０_２セ
ンサ１５が設けられている。０_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、０_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の信号処理回路111,112を介してＡ／Ｄ変換器1
01に発生する。

信号処理回路111（112）には、大きく分けて流出し形式
と流込み形式とがある。流出し形式のものは、第４Ａ図
に示すごとく、接地された抵抗Ｒ_１およびバッファＯＰ
を備えており、従って、０_２センサ13（15）が非活性状
態であれば、その出力電圧はなくなり、この結果、抵抗
Ｒ_１に流れるシンク電流によって活性，非活性状態に関
係なく、信号処理回路111（112）の入力はローレベルと
なり、従って、出力Ｖ_１（Ｖ_２）はローレベルとなる。
つまり、０_２センサの温度特性は、第５Ａ図に示すよう
に、空燃比Ａ／Ｆがリッチの場合には、素子温が上昇す
るにつれて０_２センサの出力（リッチ信号）は上昇して
あるハイレベルで安定し、他方、空燃比Ａ／Ｆがリーン
の場合には、素子温が上昇するにつれてローレベルで安
定する。従って、０_２センサが劣化した場合には、信号
処理回路111（112）の出力はリーン信号を発生し、この
結果、もし下流側０_２センサ１５による空燃比フィード
バック制御が行われると、リーン過補正が行われること
になる。

他方、流込み形式のものは、第４Ｂ図に示すごとく、電
源Ｖ_ｃｃに接続された抵抗Ｒ_２およびバッファＯＰを備
えており、従って、０_２センサ13（15）が非活性状態で
あれば、その出力電圧はなくなり、この結果、電源Ｖ
_ｃｃから抵抗Ｒ_２に流れるソース電流によって活性，非
活性状態に関係なく、信号処理回路111（112）の入力は
ハイレベルとなり、従って、出力Ｖ_１（Ｖ_２）はハイレ
ベルとなる。つまり、０_２センサの温度特性は、第５Ｂ
図に示すように、空燃比Ａ／Ｆがリーンの場合には、素
子温が上昇するにつれて０_２センサの出力（リーン信
号）は下降してあるローレベルで安定し、他方、空燃比
Ａ／Ｆがリッチの場合には、素子温が上昇するにつれて
ハイレベルで安定する。従って、０_２センサが劣化した
場合には、信号処理回路111（112）の出力はリッチ信号
を発生し、この結果、もし下流側０_２センサ１５による
空燃比フィードバック制御が行われると、リッチ過補正
が行われることになる。

なお、以下の説明では、信号処理回路111（112）として
流出し形式のものを用いる。

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1
02、CPU103、信号処理回路111,112の外に、ROM104、RAM
105、バックアップRAM106、クロック発生回路107等が設
けらている。

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、CPU103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RAM105の所定領域に格納され
る。つまり、RAM105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RAM105の所定領域に格納される。

以下、第３図の制御回路の動作を説明する。

第６図は上流側０_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601では、上流側０_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０_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、ステップ628に
て空燃比フィードバック補正量FAFを1.０とし、すなわ
ち、オープンループ制御を行う。なお、この場合、FAF
を学習値、もしくは閉ループ時の平均値、もしくは閉ル
ープ終了直前の値とすることもできる。他方、閉ループ
条件成立の場合はステップ602に進む。

ステップ602では、上流側０_２センサ１３の出力Ｖ_１を
Ａ／Ｄ変換して取込み、ステップ603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604にて第１のディレイカウ
ンタCDLY1が正か否かを判別し、CDLY１＞０であればス
テップ605にて第１のディレイカウンタCDLY1を０とす
る。ステップ606では、第１のディレイカウンタCDLY1を
減少させ、ステップ607にてCDLY１＜TDL１か否かを判別
する。なお、TDL１は上流側０_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、負の値で定義される。従って、ステップ607にてCDL
Y＜TDL１のときのみ、ステップ608にてCDLY←TDL１と
し、ステップ609にて、空燃比フラグＦ１を“０”（リ
ーン状態）とする。他方、ステップ603にてリッチ（Ｖ
_１＞Ｖ_R1）であれば、ステップ610にて第１のディレイ
カウンタCDLY1が負か否かを判別し、CDLY１＞０であれ
ばステップ611にて第１のディレイカウンタCDLY1を０と
する。ステップ612では、第１のディレイカウンタCDLY1
を１増加させ、ステップ613にてCDLY１＜TDR１か否かを
判別する。なお、TDR１は上流側０_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ーン遅延時間であ
って、正の値で定義される。従って、ステップ613にてC
DLY＜TDR１のときのみ、ステップ615にて空燃比フラグ
Ｆ１を“１”（リッチ状態）とする。

ステップ616では、空燃比フラグＦ１の符号が反転しか
た否かを判別する、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617に進み、リッチからリーンへの反転か（Ｆ１＝
“０”）、リーンからリッチへの反転か（Ｆ１＝
“１”）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618にてFAF←FAF＋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619にてFAF←FAF−RSR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616にて空燃比フラグＦ１の符号が反転してい
なければ、ステップ620,621,622にて積分処理を行う。
つまり、ステップ620にて、Ｆ１＝“０”か否かを判別
し、Ｆ１＝“０”（リーン）であればステップ621にてF
AF←FAF＋KIとし、他方、Ｆ１＝“１”（リッチ）であ
ればステップ622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621はリーン状態（Ｆ１＝“０”）で燃料
噴射量を徐々に増大させ、ステップ622はリッチ状態
（Ｆ１＝“１”）で燃料噴射量を徐々に減少させる。

ステップ618,619,621,622にて演算された空燃比補正係
数FAFはステップ623,624にて最小値たとえば0.８にてガ
ードされ、また、ステップ625,626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RAM105に格納して、ス
テップ628にてこのルーチンは終了する 第７図は第６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０_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／Ｆ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、リッチからリ
ーンもしくはその逆の変化時点で０に復帰し、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／Ｆ′が形成される。たとえば、
時刻ｔ_１にて空燃比信号Ａ／Ｆ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／Ｆ′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／Ｆ′はリッチ遅延時間（TDR１）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／Ｆが時刻ｔ_５，ｔ_６ ｔ_７
のごとくリッチもしくはリッチ遅延時間より短い期間で
反転すると、第１のディレイカウンタCDLY1が最大値TDR
１もしくは最小値TDL１に到達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／Ｆ′
が反転される。つまり、遅延処理後の空燃比信号Ａ／
Ｆ′は遅延処理前の空燃比信号Ａ／Ｆ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／
Ｆ′にもとづいて第７図（Ｄ）に示す空燃比補正係数FA
Fが得られる。

次に、下流側０_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
に関与する定数を、スキップ量RSR,RSL、遅延時間TDR1,
TDL1、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０_２センサ１３の出力Ｖ_１の比較電圧Ｖ_R1とし
て、これらを可変にするシステムがある。

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RS
L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ッチ側に移行できる。従っ
て、下流側０_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（TDR
１）＜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（TD
L１）＞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０_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。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０_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KI
1L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０_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，第９図および第１０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であるスキップ量を可変に
したダブル０_２センサシステムについて説明する。

第８図は下流側０_２センサ１５の劣化を判別するルーチ
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０_２センサ１５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、
下流側０_２センサ１５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、ステップ819に進み、
下流側０_２センサ１５による空燃比フィードバック実行
を示す空燃比フィードバック実行フラグFB2をクリア
し、また、ステップ820にてサンプル期間カウンタＣを
クリアする。さらにステップ821にてリッチスキップ量R
SRの最大値RSR１および最大値RSR２を初期値としてRSRo
（たとえば５％）とし、ステップ822にてリーンスキッ
プ量RSLの最大値RSL１および最小値RSL２を初期値とし
てRSLo（たとえば５％）とし、ステップ824にてこのル
ーチンは終了する。このように、閉ループ条件が不成立
であれば後述の下流側０_２センサ１５による空燃比フィ
ードバック制御を停止する。

閉ループ条件が成立していれば、ステップ802に進む。
ステップ802では、現在のリッチスキップ量RSRをその最
大値RSR１と比較し、RSR＞RSR１のときには、ステップ8
03にてRSR１←RSRとして最大値RSR１を更新する。ま
た、ステップ804では、現在のリッチスキップ量RSRをそ
の最小値RSR２と比較し、RSR＜RSR２のときには、ステ
ップ805にてRSR２←RSRとして最小値RSR２を更新する。
同様に、ステップ806では、現在のリーンスキップ量RSL
をその最大値RSL１と比較し、RSL＞RSL１のときには、
ステップ807にてRSL１←RSLとして最大値RSL１を更新す
る。また、ステップ808では、現在のリーンスキップ量R
SLをその最小値RSL２と比較し、RSL＜RSL２のときに
は、ステップ809にてRSL２←RSLとして最小値RSL２を更
新する。

ステップ810では、サンプル期間カウンタＣをカウント
アップし、ステップ811にてカウンタＣが所定値Ｃｈ
（たとえば10）に到達したか否かを判別する。サンプル
期間に到達していないときは（Ｃ＜Ｃ_ｈ）、ステップ82
3にて空燃比フィードバック実行フラグFB2を“１”とし
てステップ824に進む。つまり、下流側０_２センサ１５
による空燃比フィードバック制御の実行を持続させる。
他方、サンプル期間が到達したときには（Ｃ＜Ｃ_ｈ）、
ステップ812に進む。

ステップ812では、リッチスキップ量RSRの振幅ＡＲを、 ＡＲ←RSR1←RSR2 により演算し、ステップ813では、リーンスキップ量RSL
の振幅ＡＬを、 ＡＬ←RSL1−RSL2 により演算する。次いで、ステップ814にてリッチスキ
ップ量RSRの振幅ＡＲが許容値AR_hより大きくいか否かを
判別し、ステップ815にてリーンスキップ量RSLの振幅Ａ
Ｌが許容値AL_hより大きくいか否かを判別する。この結
果、ＡＲ＞AR_hかつＡＬ＞AL_hのときには、下流側０_２セ
ンサ１５は劣化していないとみなし、ステップ816に進
み、空燃比フィードバック制御実行フラグFB2をセット
する。他方、ＡＲ≦AR_hまたはＡＬ≦AL_hのときには、下
流側０_２センサ１５は劣化しているとみなし、ステップ
817,818にてその持続時間Ａを計測する。この結果、Ａ
Ｒ≦AR_hまたはＡＬ≦AL_hの状態が所定時間（Ａ_ｈ）超え
たときには（Ａ＞Ａ_ｈ）、ステップ816にて空燃比フィ
ードバック制御実行フラグFB2をクリアして下流側０_２
センサ１５による空燃比フィードバック制御を停止する
ようにする。

このように、下流側０_２センサ１５が劣化したときに
は、その出力はリーン信号（流出し型信号処理回路の場
合）、もしくはリッチ信号（流込み型信号処理回路の場
合）を長く保持することになるので、後述の下流側０_２
センサ１５による空燃比フィードバック制御により空燃
比フィードバック制御に関与する定数（この場合、リッ
チスキップ量RSR、リーンスキップ量RSL）は過補正され
てその振幅が小さくなる。このように、空燃比フィード
バック制御に関与する定数RSR,RSLの振幅が小さくなっ
たときは、下流側０_２センサ１５による空燃比フィード
バック制御を停止する（FB2＝“０”）。

第９図は下流側０_２センサ１５の出力にもとづいてリッ
チスキップ量RSR、リーンスキップ量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901では、第
８図のルーチンにて演算された空燃比フィードバック制
御実行フラグFB2が“１”か否かを判別する。FB2＝
“０”であれば、ステップ929,930に進んでリッチスキ
ップ量RSR、リーンスキップ量RSLを一定値にする。たと
えば、 ＲＳＲ←ＲＳＲｏ（５％） ＲＳＬ←ＲＳＬｏ（５％） とする。なお、この場合、RSR,RSLを学習値、閉ループ
時の平均値、もしくは閉ループ終了直前の値とすること
もできる。他方、FB2＝“１”のときはステップ902に進
む。

ステップ902では、下流側０_２センサ１５の出力Ｖ_２を
Ａ／Ｄ変換して取込み、ステップ903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１２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０_２センサ１３の出力の比較電圧
Ｖ_R1より高く設定される。

ステップ904〜915は第６図のステップ604〜615と同様、
空燃比判定結果を遅延処理するためのものである。すな
わち、リッチ遅延時間（TDR２、リーン遅延時間TDL２を
もとに空燃比フラグF2が設定される。

ステップ916にて空燃比フラグＦ２により遅延処理後の
空燃比を判別する。この結果、Ｆ２＝“０”（リーン）
であればステップ917〜922に進み、他方、Ｆ２＝“１”
（リッチ）であればステップ923〜928に進む。

ステップ917では、RSR←RSR＋ΔRS（一定値たとえば0.0
8％）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918,919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920にてRSR←RSL−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ッチ側に移
行させる。ステップ921,922では、ＲＳＬを最小値MINた
とえば2.５％にてガードする。

他方、Ｆ２＝“１”（リッチ）のときには、ステップ92
3にてRSR←RSR−ΔRSとし、つまり、リッチスキップ量R
SRを減少させて空燃比をリーン側に移行させる。ステッ
プ924,925では、RSRを最小値MINにてガードする。さら
に、ステップ926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927,928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RAM105に格納された
後に、ステップ931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，
RSLは一旦他の値FAF′，RSR′，RSL′に変換してバック
アップRAM106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９
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９図のルーチンにヨレバ、下流側０_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０_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１０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1001で
はRAM105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TA
UP←ＫＱ／Ｎｅ（Ｋは定数）とする。ステップ1002にて
RAM105より冷却水温データTHWを読出してROM104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1003では、最終噴射量TAUを、 TAU←TAUP・FAF・(1＋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1004
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1005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。

第１１図は第８図，第９図のフローチャートによって得
られるスキップ量RSR,RSLのタイミング図であって、下
流側０_２センサ１５が正常な場合を示す。第１１図
（Ａ）に示すごとく、下流側０_２センサ１５の出力電圧
Ｖ_２が変化すると、第１１図（Ｂ）に示すごとく、リー
ン状態（Ｖ_２≦Ｖ_R2）であれば、リッチスキップ量RSR
は増大するが、リーンスキップ量RSLは減少する。他
方、第１１図（Ｃ）に示すように、リッチ状態であれば
リッチスキップ量RSRは減少し、リーンスキップ量RSLは
増大する。このとき、RSR,RSLはMAX〜MINで変化する
が、その振幅は比較的大きい。

また、第１２図も第８図，第９図のフローチャートによ
って得られるスキップ量RSR,RSLのタイミング図であっ
て、下流側０_２センサ１５が劣化状態にある場合を示
す。ここで、０_２センサの信号処理回路として流出し型
（第４Ａ図参照）を用いた場合を示す。このときには、
下流側０_２センサ１５の出力Ｖ_２は第１２図（Ａ）に示
すように、リーン信号を長く保持するので、第１２図
（Ｂ），（Ｃ）に示すごとく、リッチスキップ量RSRお
よびリーンスキップ量RSLは過補正され、従って、これ
らの振幅は小さくなる。この結果、空燃比フィードバッ
ク実行フラグFB2は“１”から“０”に変化して、リッ
チスキップ量RSRおよびリーンスキップ量RSLは一定値RS
RoおよびRSLoに固定される。

また、第１３図も第８図，第９図のフローチャートによ
って得られるスキップ量RSR,RSLのタイミング図であっ
て、下流側０_２センサ１５が劣化状態にある場合を示
す。ここで、０_２センサの信号処理回路として流込み型
（第４Ｂ図参照）を用いた場合を示す。このときには、
下流側０_２センサ１５の出力Ｖ_２は第１３図（Ａ）に示
すように、リッチ信号を長く保持するので、第１３図
（Ｂ），（Ｃ）に示すごとく、リッチスキップ量RSRお
よびリーンスキップ量RSLは過補正され、従って、これ
らの振幅は小さくなる。この結果、空燃比フィードバッ
ク実行フラグFB2は“１”から“０”に変化して、リッ
チスキップ量RSRおよびリーンスキップ量RSLはやはり一
定値RSRoおよびRSLoに固定される。

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０_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０_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０_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である、遅延時間、積分定数およ
び比較電圧を下流側０_２センサの出力により補正するダ
ブル０_２センサシステムにも、本発明を適用し得る。

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1001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1003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０_２セ
ンサを用いたが、COセンサ、リーンミクスチヤセンサ等
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
路により構成されることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、下流側０_２センサ
が劣化し、その出力に基づいて演算される空燃比フィー
ドバック制御に関与する定数の振幅が小さくなった場合
には、この空燃比フィードバック制御に関与する定数に
よる空燃比の調整を停止しているので、運転性の悪化、
エミッション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０_２センサシステムおよびダブル０_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４Ａ図，第４Ｂ図は第３図の信号処理回路の回路図、 第５Ａ図，第５Ｂ図は第４Ａ図，第４Ｂ図の０_２センサ
の信号処理回路の出力特性を示すグラフ、 第６図，第８図，第９図，第１０図は第４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７図は第６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１１図，第１２図，第１３図は第８図，第９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）０_２センサ、 １５…下流側（第２の）０_２センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−97026（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−137334（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−47833（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−196938（ＪＰ，Ａ) 特公 昭60−56253（ＪＰ，Ｂ２) 特開 昭55−37562（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−13246（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【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，下流側の排気ガス
   中の特定成分濃度をそれぞれ検出する第１，第２の空燃
   比センサ手段と、 前記第１の空燃比センサ手段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前記機関の空
   燃比を調整する空燃比調整手段と、 前記第２の空燃比センサ手段の出力に基づいて空燃比フ
   ィードバック制御に関与する定数を増減する制御関与定
   数演算手段と、 前記空燃比フィードバック制御に関与する定数を所定の
   最大値及び最小値で制限する制御関与定数上下限ガード
   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振幅が
   所定値以内か否かを判別する振幅判別手段と、 前記空燃比フィードバック制御に関与する定数の振幅が
   所定値以内のときに、前記空燃比フィードバック制御に
   関与する定数による前記機関の空燃比の調整を停止する
   停止手段と、 を具備する内燃機関の空燃比制御装置。
2. 【請求項２】前記停止手段は、前記空燃比フィードバッ
   ク制御に関与する定数を、前記空燃比フィードバック制
   御に関与する定数の振幅が前記所定値を超えたときに演
   算した平均値に保持す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。
3. 【請求項３】前記停止手段は、前記空燃比フィードバッ
   ク制御に関与する定数を、前記空燃比フィードバック制
   御に関与する定数の振幅が前記所定値以内のとき、固定
   値に保持す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。