JPH0642387A

JPH0642387A - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH0642387A
Application number: JP19524192A
Authority: JP
Inventors: Shinya Fujimoto; 伸哉藤本; Yasushi Ouchi; 裕史大内
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-07-22
Filing date: 1992-07-22
Publication date: 1994-02-15
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: JP2641827B2

Abstract

(57)【要約】【目的】排気系の触媒コンバータの上流側及び下流側
にそれぞれ空燃比センサを設けたダブルＯ₂センサシス
テムにおいて、制御の追随遅れ、過補正を防止した内燃
機関の空燃比制御装置を得る。【構成】触媒コンバータの上下流に空燃比センサ１
０，１１を設け、上流側空燃比センサ１０の出力と第１
の比較値との比較結果に基づいて空燃比フィードバック
制御するシステムにおいて、下流側空燃比センサ１１の
出力と第２の比較値とを比較する第２の比較手段３１に
よる比較結果に基づき比例値演算手段３２及び積分値演
算手段３３により比例値及び積分値を演算し、この結果
から第１の比較値演算手段３４により第１の比較値を演
算するようにした。また、機関過渡状態あるいは定常か
ら過渡状態に切り替わってから所定期間は、積分値演算
結果を、切替直前の値で保持するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、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（Ｏ₂ センサ））を設け、上流側のＯ₂ 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。

【０００２】

【従来の技術】従来より、通常の空燃比フィードバック
制御（シングルＯ₂ センサシステム）では、酸素濃度を
検出するＯ₂ 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、Ｏ₂ 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。

【０００３】かかるＯ₂ 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Ｏ₂ センサを設け、上流側Ｏ₂ 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Ｏ₂ センサによる空燃
比フィードバック制御を行うダブルＯ₂ センサシステム
が既に提案されている（参照：米国特許第3939654号明
細書）。

【０００４】このようなダブルＯ₂ センサシステムにお
いて、触媒コンバータの下流側に設けられたＯ₂ センサ
は、上流側Ｏ₂ 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Ｏ₂ 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。

【０００５】従って、上述の如く、２つのＯ₂ センサの
出力に基づく空燃比フィードバック制御（ダブルＯ₂ セ
ンサシステム）により、上流側Ｏ₂ センサの出力特性の
ばらつきを下流側Ｏ₂ センサにより吸収できる。実際
に、シングルＯ₂ センサシステムでは、Ｏ₂ 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Ｏ₂ センサシステムでは、
上流側Ｏ₂ 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Ｏ₂ センサシ
ステムにおいては、下流側Ｏ₂ 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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たダブルＯ₂ センサシステムにおいては、下流側Ｏ₂ セ
ンサ出力の時間積分値によってのみ空燃比フィードバッ
ク制御しているため、制御の追随遅れ、過補正等の問題
点があった。また、過渡運転時、例えば急加減速時、ギ
アチェンジ時、発進時等には、非同期噴射の影響を受け
て、上流側Ｏ₂ センサによる空燃比フィードバック制御
の応答の追随遅れ等により空燃比変化が大きく、この間
にも定常運転時と同様の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行うと、空燃比は過補正され
る。

【０００７】従って、下流側Ｏ₂ センサによる空燃比フ
ィードバック制御によるリッチ側過補正の結果、過渡状
態を離脱した場合に、燃費の悪化、ＨＣ，ＣＯエミッシ
ョンの悪化等を招き、また、下流側Ｏ₂ センサによる空
燃比フィードバック制御によるリーン側過補正の結果、
過渡状態を離脱した場合にドライバビリティの悪化、Ｎ
Ｏ_X ミッションの悪化等を招くという問題点があった。

【０００８】この発明は、上述した点に鑑みてなされた
もので、制御系の動作を十分に保ちつつ、過渡状態によ
るリッチ過補正もしくはリーン過補正を解消して、過渡
状態離脱後の悪化、ドライバビリティの悪化、エミッシ
ョンの悪化等を防止することができる内燃機関の空燃比
制御装置を得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る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のための触媒コンバータの上流側
及び下流側にそれぞれ設けられて排気ガス中の特定成分
濃度を検出する第１及び第２の空燃比センサと、上記第
１の空燃比センサの出力と第１の比較値とを比較する第
１の比較手段と、上記第２の空燃比センサの出力と第２
の比較値とを比較する第２の比較手段と、この第２の比
較手段の比較結果に比例した比例値を演算する比例値演
算手段と、上記第２の比較手段の比較結果を時間積分し
た積分値を演算する積分値演算手段と、上記比例値及び
積分値に基づいて上記第１の比較値を演算する第１の比
較値演算手段と、上記第１の比較手段の比較結果に応じ
た空燃費補正量を演算して空燃比フィードバック制御系
に与える空燃比補正量演算手段とを備えたものである。

【００１０】また、請求項２に係る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
のための触媒コンバータの上流側及び下流側にそれぞれ
設けられて排気ガス中の特定成分濃度を検出する第１及
び第２の空燃比センサと、上記第１の空燃比センサの出
力と第１の比較値とを比較する第１の比較手段と、上記
第２の空燃比センサの出力と第２の比較値とを比較する
第２の比較手段と、上記内燃機関が定常状態から過渡状
態に切り替わる時点を判定する定常・過渡状態切替判定
手段と、その判定出力に基づいて定常状態から過渡状態
への切替時点から所定期間を計数する期間計測手段と、
上記第２の比較手段の比較結果に比例した比例値を演算
する比例値演算手段と、上記期間計測手段による所定期
間の計数に基づき上記内燃機関の過渡状態時もしくは上
記切替時点から所定期間経過前は切替時点直前の上記第
２の比較手段の比較結果を時間積分した積分値を保持す
ると共に、上記切替時点から所定期間経過後は上記第２
の比較手段の比較結果を時間積分した積分値を演算する
積分値演算手段と、上記比例値及び積分値に基づいて上
記第１の比較値を演算する第１の比較値演算手段と、上
記第１の比較手段の比較結果に応じた空燃費補正量を演
算して空燃比フィードバック制御系に与える空燃比補正
量演算手段とを備えたものである。

【００１１】

【作用】この発明の請求項１に係る内燃機関の空燃比制
御装置において、空燃比フィードバック制御は、下流側
空燃比センサにより求まる比例値および積分値で上流側
空燃比センサの比例値が変更される。従って、制御の追
随遅れ、過補正等は解消され空燃比フィードバック制御
系が安定する。

【００１２】また、請求項２に係る内燃機関の空燃比制
御装置において、定常状態から過渡状態への切替時には
下流側空燃比センサによる空燃比フィードバック制御の
積分値演算が所定期間停止され、つまり、リッチ側もし
くはリーン側の過補正は停止される。従って、過渡状態
離脱後の空燃比は適正となる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図を参照して説明
する。図１はこの発明の請求項１に係る対応図である。
図１において、１０及び１１は排気ガス中の特定成分濃
度を検出する第１及び第２の空燃比センサ（Ｏ₂ セン
サ）で、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及び下流側にそれぞれ設
けられている。３１は下流側（第２の）空燃比センサ１
１の出力Ｖ₂ と第２の比較値（例えば、実験により求ま
った触媒浄化効率が最大となるときの第２の空燃比セン
サ１１の出力値）とを比較する第２の比較手段で、比較
演算結果Ｖ_2Sを出力する。

【００１４】また、３２は比較値（Ｐ値）演算手段で、
上記演算されたＶ_2Sに比例した値Ｌ_p を演算する。３３
は積分値（Ｉ値）演算手段で、上記演算されたＶ_2Sの積
分値に相当する値Ｌ_i を演算する。そして、３４は第１
の比較値演算手段で、比較値Ｌ_p と積分値Ｌ_i とを用い
て第１の比較値Ｌを演算する。

【００１５】さらに、３５と３６は第１の比較手段と空
燃比補正量演算手段を示し、上流側（第１の）空燃比セ
ンサ１０の出力Ｖ₁ と、上記第１の比較値Ｌとを、第１
の比較手段３５により比較された結果に応じて空燃比補
正量演算手段３６により空燃比補正量を演算し、この空
燃比補正量に応じて機関の空燃比を調整するものであ
る。

【００１６】このような構成によれば、空燃比フィード
バック制御は、下流側空燃比センサ１１により求まる比
例値および積分値で上流側空燃比センサ１０の比較値が
変更され、従って、制御の追随遅れ、過補正等は解消さ
れ、空燃比フィードバック制御系が安定する。

【００１７】次に、図２はこの発明の請求項２に係る対
応図である。この図２は、図１に対して、定常・過渡切
替判別手段３７および期間計測手段３８を付け加えて設
けられている。定常、過渡切替判別手段３７は内燃機関
が定常状態から過渡状態に切り替わる時点を判別し、期
間計測手段３８は定常状態から過渡状態の切替時点から
所定時間を計数する。

【００１８】この結果、内燃機関が定常状態もしくは切
替時点から所定期間経過後に、積分値（Ｉ値）演算手段
３３は、上記演算されたＶ_2Sの積分値に相当する値Ｌ_i
を演算する。また、内燃機関の過渡状態時もしくは切替
時点から所定期間経過前に、積分値（Ｉ値）演算手段３
３は、過渡状態に切り替わる前の値を保持し、新たに積
分値Ｌ_i を演算しない構成とした。

【００１９】このため、定常状態から過渡状態への切替
時には下流側空燃比センサ１１による空燃比フィードバ
ック制御の積分値演算が所定期間停止され、つまり、リ
ッチ側もしくはリーン側の過補正は停止され、従って、
過渡状態離脱後の空燃比は適正となる。

【００２０】実施例１．以下、具体的実施例について説
明する。図３はエンジンの空燃比制御装置を示す実施例
１に係るシステム構成図である。同図において、１はエ
ンジン、２はエアクリーナ、３は吸気管、４はインテー
クマニホールド、５はインジェクタ、６は圧力センサ、
７はスロットル弁、８はスロットル開度センサ、１３は
点火コイル、１４はイグナイタ、１５は排気管、１７は
水温センサ、２０はバッテリー、２１はイグニッション
キースイッチ、２２は電子式制御ユニットである。

【００２１】ここで、上記排気管１５には、排気ガス中
の３つの有害成分ＨＣ，ＣＯ，ＮＯ_X 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が設置され、触
媒上流及び下流には第１の空燃比センサ（以下、実施例
１では空燃比センサＯ₂ センサで述べる）１０と、第２
のＯ₂ センサが設けられており、Ｏ₂ センサ１０及び１
１は、それぞれ触媒上下流の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、排気ガス中の
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発生する。

【００２２】また、上記圧力センサ６は、吸気管３から
インテークマニホールド４を経てエンジン１へ吸入され
る空気量を測定するためで半導体型の圧力センサであ
る。また、インジェクタ５は、スロットル弁７の上流に
配置され燃料の噴射を行うものであり、上記スロットル
弁７にはスロットル弁の開度を検出するためのスロット
ル開度センサ８が取り付けられている。

【００２３】また、水温センサ１６は、エンジン１の冷
却水温を検出するサーミスタ型のセンサであり、車速セ
ンサ２３は、車軸の回転速度に比例した周波数のパルス
信号を出力し車速を検出する。さらに、点火コイル１３
は、イグナイタ１４からの信号により点火を行うと共
に、発生した点火信号を電子式制御ユニット２２へ送り
出すものである。

【００２４】次に、電子式制御ユニット２２は、圧力セ
ンサ６や水温センサ１６、スロットル開度センサ８、車
速センサ２３、点火コイル１３、及び空燃比を検出する
Ｏ₂センサ１０及び１１からの各信号を入力して空燃比
制御を行うものである。

【００２５】図４はこの電子式制御ユニット２２の詳細
なブロック図である。同図において、１００はマイクロ
コンピュータであり、所定のプログラムに従って空燃比
を検出するＯ₂ センサ１０及び１１の出力に応じて空燃
比制御量等を算出するＣＰＵ２００、エンジン１の回転
周期を計測するためのフリーランニングのカウンタ２０
１、種々の制御のために時間を計時するタイマ２０２、
アナログ入力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変
換器２０３、ワークメモリとして使用されるＲＡＭ２０
５、プログラムが記憶されているＲＯＭ２０６、駆動信
号を出力するための出力ボート２０７およびコモンバス
２０８等から構成されている。

【００２６】また、１０１は第１入力インターフェース
回路で、点火コイル１３の一次側点火信号を波形整形し
て割り込み信号にしてマイクロコンピュータ１００へ出
力する。そして、この割り込み信号が発生すると、ＣＰ
Ｕ２００はカウンタ２０１の値を読み取るとともに、こ
の読み取った値と前回の読み取り値との差からエンジン
回転数の周期を算出してＲＡＭ２０５へ記憶する。

【００２７】また、１０２は第２入力インターフェース
回路であり、Ｏ₂ センサ１０及び１１や、圧力センサ
６、スロットル開度センサ８および水温センサ１６等の
各信号を入力してＡ／Ｄ変換器２０３へ出力するもので
ある。また、１０３は第３入力インターフェース回路で
あり、アイドルスイッチ９のＯＮ／ＯＦＦ信号や、車速
センサのパルス信号等の、レベルをデジタル信号レベル
に変換して入力ポート２０４へ出力するものである。さ
らに、１０４は出力インターフェース回路であり、出力
ボード２０７からの駆動出力を増幅してインジェクタ５
へ出力するものである。

【００２８】次に、以上のように構成されたエンジンの
空燃比制御装置のＣＰＵ２００の動作について図５及び
図６のフローチャートと、図７の空燃比制御の挙動を示
したタイムチャートを参考として説明する。

【００２９】図５は下流側Ｏ₂ センサ１１の出力に基づ
いて第１の比較値Ｌを演算する第１の比較値演算ルーチ
ンであって、所定時間あるいは上記点火コイル１３から
の割り込みタイミング毎に実行される。ステップ５０１
では、下流側Ｏ₂ センサ１１による空燃比フィードバッ
ク（Ｆ／Ｂ）制御領域であるか否かを判別する。

【００３０】機関始動中、始動後の燃料増量実施中、暖
機増量実施中、下流側Ｏ₂ センサの不活性状態時等はい
ずれもＦ／Ｂ制御領域外であり、その他の場合がＦ／Ｂ
制御領域である。なお、Ｏ₂ センサ活性／不活性状態の
判別は水温センサ１６からの水温データが所定値以上に
なったか否かを判別するか、あるいはＯ₂ センサの出力
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。

【００３１】Ｆ／Ｂ制御領域外のときには、ステップ５
０７に進んで第１の比較値Ｌを所定値Ｌ₀を例えば０.４
５〔Ｖ〕とし、第１の比較値演算処理を終了する。他
方、Ｆ／Ｂ制御領域の場合はステップ５０２に進む。ス
テップ５０２では、下流側Ｏ₂ センサ１１の出力Ｖ₂ を
Ａ／Ｄ変換して読み込み、ステップ５０３にてＶ₂ が第
２の比較値、例えば実験で求まった触媒浄化効率が最大
となるときの下流側Ｏ₂ センサ出力０.５５〔Ｖ〕以下
か否かを判別する。

【００３２】つまり、触媒下流の空燃比が第２の比較値
よりもリッチかリーンかを判別する。リーン（Ｖ２≦第
２の比較値）であれば、ステップ５０４にて比例値Ｌ_p
を比例値ゲインＫ_PRとし、積分値Ｌ_i を積分値ゲインＫ
_IR分だけ加算する。他方、リッチ（Ｖ２＞第２の比較
値）であれば、ステップ５０５にて比例値Ｌ_p を比例値
ゲイン−Ｋ_PRとし、積分値Ｌ_i を積分値ゲインＫ_IR分だ
け減算する。

【００３３】ステップ５０６では、第１の比較値Ｌを、
ステップ５０４，５０５にて求まったＬ_p，Ｌ_iと、所定
値Ｌ₀とを加算し、第１の比較値演算処理を終了する。

【００３４】図６は、上流側Ｏ₂ センサ１０の出力と、
演算された第１の比較値Ｌとに基づいて空燃比補正量を
演算する空燃比補正量演算ルーチンであって、上記第１
の比較値演算ルーチンと同様に、所定時間あるいは上記
点火コイル１３からの割り込みタイミング毎に実行され
る（充填効率と吸入空気量に対応した演算を実行するた
め）。

【００３５】まず、ステップ６０１では、上流側Ｏ₂ セ
ンサ１０による空燃比フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御領
域であるか否かを判別する。このステップは図５のステ
ップ６０１と略同一であるが、上流側Ｏ₂ センサ１０の
活性／不活性状態時等が異なる。

【００３６】Ｆ／Ｂ制御領域でない場合はステップ６１
０に進んで空燃比補正量Ｃ_FB＝１.０として、空燃比補
正量演算処理を終了する。他方、Ｆ／Ｂ制御領域である
場合は、ステップ６０２に進む。ステップ６０２では上
流側Ｏ₂ センサ１０の出力Ｖ₁ をＡ／Ｄ変換して読み込
み、ステップ６０３にてＶ₁ が、図５のルーチンで演算
された第１の比較値Ｌ以下か否かを判別する。

【００３７】つまり、空燃比が第１の比較値Ｌよりリッ
チかリーンかを判別する。なお、第１の比較値Ｌは、図
５に示された通り、下流側Ｏ₂ センサの第２の比較値か
らずれに応じて設定されている。リーン（Ｖ₁ ≦Ｌ）の
ときは、ステップ６０４にて最初のリーンか否かを判別
し、つまり、リッチからリーンの変化点か否かを判別す
る。

【００３８】この結果、初期のリーンであればステップ
６０５にて空燃比補正量Ｃ_FBに比例ゲインＫ_PFだけ増加
させ、それ以外はステップ６０６にて空燃比補正量Ｃ_FB
を積分ゲインＫ_IFだけ増大させる。すなわち、ステップ
６０６はリーン信号が出力されている場合に燃料噴射量
を徐々に増大させるべく積分処理を行うものである。こ
のルーチンが繰返して実行されることによりＣ_FBはＫ_IF
ずつ増大していく。なお、比例ゲインＫ_PFはＫ_IFより十
分大きく設定される。すなわちＫ_PF＞＞Ｋ_IFである。

【００３９】他方、ステップ６０３にて、Ｖ_I ＞Ｌと判
別されたときには、ステップ６０７にて最初のリッチか
否かを判別し、つまり、リーンからリッチへの変化点か
否かを判別する。この結果、最初のリッチであればステ
ップ６０８にてＣ_FB←Ｃ_FB−Ｋ_PFと減少させ、それ以外
はステップ６０９にてＣ_FBを積分ゲインＫ_IFだけ減少さ
せる。

【００４０】すなわち、ステップ６０９はリッチ信号が
出力されている場合に燃料噴射量を徐々に減少させるべ
く積分処理を行うものである。このルーチンが繰返して
実行されることによりＣ_FBはＫ_IFずつ減少していく。以
上で空燃比補正量Ｃ_FB演算ルーチンを終了する。上述の
ごとく演算されたＣ_FBに基づいて燃料噴射量を補正す
る。

【００４１】図７は、図５および図６のフローチャート
による動作を補足説明するタイムチャートである。第２
のＯ₂センサ１１の出力Ｖ₂が図７に示すごとく変化する
とステップ５０３の比較結果およびステップ５０４，５
０５の演算結果より比例値Ｌ_pはリッチとリーンとの切
替時点Ｋ_PRだけ増減する。また、積分値Ｌ_iは傾きＫ_IR
で増減する。上記比例値Ｌ_p、積分値Ｌ_iより求まる第１
の比較値Ｌは図７の通りとなり、上記Ｌと第１のＯ₂セ
ンサ１１の出力Ｖ₁とを比較演算し、燃料補正量Ｃ_FBを
求めると図７のようになる。

【００４２】従って、第２のＯ₂センサ１１の出力で第
１の比較値を制御することによって燃料補正量Ｃ_FBが増
減する。この結果、インジェクタ５による燃料噴射量が
制御され、触媒下流側の空燃比が適正化できる。

【００４３】実施例２．実施例１では、第１の比較値を
演算するために求める比例値Ｌ_p および積分値Ｌ_i は、
第２のＯ₂ センサ１１の出力Ｖ₂ が第２の比較値よりリ
ッチであるかリーンであるかを判別し、それぞれ一定の
ゲインＫ_PR，Ｋ_IRで比例値Ｌ_p、積分値Ｌ_i を演算するよ
うにしたが、図７に示された第２のＯ₂ センサ１１の出
力Ｖ₂ と、第２の比較値との偏差Ｖ_2Sに対応したゲイン
Ｋ_PR’，Ｋ_IR’としても同様の結果が得られる。

【００４４】実施例３．実施例１では、空燃比Ｆ／Ｂ制
御中の過渡運転による影響を考慮しなかったが、実施例
３では、過渡運転時の過補正を防止するために、図２に
示される定常・過渡状態切替判定手段３７および期間計
測手段３８を設け、過渡運転時の過補正を防止する方法
について説明する。

【００４５】図８は、定常・過渡状態切替判別ルーチン
であって、内燃機関が定常状態から過渡状態へ切り替わ
る時点を検出し、この切替時点から所定期間を計数する
ものである。図８のルーチンは所定時間もしくは所定点
火毎に実行される。始めに、定常状態であって、スロッ
トル弁７は一定開度、且つカウンタＣはクリアされてい
るものとする。

【００４６】ステップ８０１では、スロットル開度デー
タＴＨを読み出して前回のスロットル開度ＴＨ₀ との差
△ＴＨ演算し、この△ＴＨが規定値以上は否かを判別す
る。従って、この場合、一定開度であるので、ステップ
８０２に進み、Ｃ＝０か否かを判別する。さらに、Ｃ＝
０であるので、ステップ８０３にて第２のＯ₂ センサ１
１による第１の比較値演算実行フラグ（以下、Ｆ／Ｂ実
行フラグ）Ｆを“１”とし、定常・過渡切替判別ルーチ
ンを終了する。

【００４７】次に、スロットル開度ＴＨが変動し、△Ｔ
Ｈが規定値以上となって、期間が定常状態から過渡状態
に切り替わった時点を想定する。この時点で、ステップ
８０１からステップ８０２へのフローは、ステップ８０
１からステップ８０４へのフローへ切り替わる。この結
果、ステップ８０４にてカウンタＣが歩進され、すなわ
ちＣ←Ｃ＋１とされ、次いでステップ８０５にてＣ＜Ｃ
_x か否かが判別される。ただし、Ｃ_xは一定値であって
時間換算で２〜５秒相当の値である。

【００４８】つまり、機関の定常状態から過渡状態への
切替時点が検出され、この切替時点よりカウンタＣによ
る所定期間Ｃ_x の計数が開始する。Ｃ＜Ｃ_x であれば、
ステップ８０６に進み、Ｆ／Ｂ実行フラグＦを“０”と
し、定常、過渡切替判別ルーチンを終了する。これによ
り、後述のルーチンに示す如く、第２のＯ₂ センサ１１
による第１の比較値演算の実行は変化する。

【００４９】上述の如く、機関の定常状態から過渡状態
への切替時点が検出されると、カウンタＣの歩進は所定
値Ｃ_x に到達するまで持続する。つまり、たとえＣ＜Ｃ
_x の状態で△ＴＨが規定値以下となってもカウンタＣの
歩進は持続する。この場合には、ステップ８０１でのフ
ローはステップ８０２に一旦進むが、Ｃ≠０であるので
再びステップ８０４へ戻り、カウンタＣの歩進が持続す
ることになる。

【００５０】そして、カウンタＣが所定値Ｃ_x に到達し
たときには、ステップ８０５からステップ８０６のフロ
ーがステップ８０５からステップ８０７へのフローへ切
り替わり、カウンタＣはクリアされ、さらにステップ８
０３にてＦ／Ｂ実行フラグＦが“１”とされ、これによ
り、第２のＯ₂ センサ１１による第１の比較値演算ルー
チンは元に戻ることになる。

【００５１】このように、スロットル弁７の変化△ＴＨ
により機関の定常状態から過渡状態への切替時点を検出
し、この切替時点から所定期間（Ｃ＜Ｃ_x ）経過するま
ではＦ／Ｂ実行フラグＦは“０”とされ、これにより、
第２のＯ₂ センサ１１による第１の比較値演算が変更さ
れることになる。

【００５２】なお、図８においては、スロットル弁開度
ＴＨの変化△ＴＨにより定常、過渡の判別を行っている
が、吸入吸気量Ｑの変化△Ｑ、吸入吸気圧Ｐ_bの変化△
Ｐ_b、機関回転数Ｎ_eの変化△Ｎ_e、車速Ｖ_Spの変化△Ｖ
_Spにより定常、過渡の判別を行うこともできる。

【００５３】図９は、図５と同様に、下流側Ｏ₂ センサ
１１の出力に基づいて第１の比較値Ｌを演算する第１の
比較値演算ルーチンであって、図９においては、図５の
ステップ５０４，５０５をステップ９０８〜９１２へと
変更した図である。つまり、図５のステップ５０３と、
同様に、ステップ９０３にて下流側Ｏ₂ センサ１１の出
力Ｖ₂ が第２の比較値、例えば実験で求まった触媒浄化
効率が最大となるときの下流側Ｏ₂ センサ１１の出力0.
55〔Ｖ〕以下か否かを判別する。つまり、触媒下流の空
燃比が第２の比較値よりもリッチかリーンかを判別す
る。

【００５４】リーン（Ｖ₂ ≦第２の比較値）であれば、
ステップ９０８へ進む。他方、リッチ（Ｖ₂ ＜第２の比
較値）であれば、ステップ９１１へ進む。ステップ９０
８では図８のルーチンで演算されたＦ／Ｂ実行フラグＦ
を読み出し、Ｆ＝“１”か否かを判別する。Ｆ＝“０”
のときにはステップ９１０へ進む。Ｆ＝“０”のときに
はステップ９０９へ進み、積分値Ｌ_i を積分値ゲインＫ
_IR分だけ加算し、ステップ９１０へ進む。ステップ９１
０では、比例値Ｌ_p を比例値ゲインＫ_PRとし、ステップ
９０６へ進む。

【００５５】ステップ９１１では、ステップ９０８と同
様に、Ｆ＝“１”か否かを判別する。Ｆ＝“０”のとき
にはステップ９１３へ進む。Ｆ＝“０”のときには、ス
テップ９１２へ進み、積分値Ｌ_i の積分値ゲインＫ_IR分
だけ減算し、ステップ９１３へ進む。ステップ９１３で
は、比例値Ｌ_pを比例値ゲイン−Ｋ_PR とし、ステップ９
０６へ進む。つまり、機関が過渡状態もしくは過渡から
定常状態に復帰してから所定期間内であると判別された
場合、積分値Ｌ_i を更新しないようにしたものである。

【００５６】ステップ９０６では、ステップ９０６と同
様に、第１の比較値Ｌを、ステップ９０９，９１０，９
１２，９１３にて求まった比例値Ｌ_p 、積分値Ｌ_i と、
所定値Ｌ₀ とを加算して求め、第１の比較値演算処理を
終了する。

【００５７】以上のように、この発明によれば、第２の
比較値と第２のＯ₂ センサ１１からの空燃比信号とによ
り、演算される比例値Ｌ_p および積分値Ｌ_i により、第
１の比較値Ｌを更新し、この更新後の第１の比較値Ｌと
第１のＯ₂ センサ１０からの空燃比信号との比較結果で
空燃比フィードバック制御するように構成したので、制
御の追随遅れ、過補正が防止できる効果がある。

【００５８】図１０は上述した効果を説明するためのタ
イムチャートである。従来、例えば時刻ｔ₁ にて、スロ
ットル弁開度ＴＨが低下してギアチェンジ状態になる
と、第２のＯ₂ センサ１１付近での空燃比はリッチスパ
イク、リーンスパイクと急変する。従って、第２のＯ₂
センサ１１によるＦ／Ｂ制御をしない場合の第２のＯ₂
センサ１１の出力Ｖ₂ は図１０のＣに示すごとく変化す
る。また、第２のＯ₂ センサ１１による第１の比較値Ｌ
は図１０に示された空燃比の変化に追随しようとする。

【００５９】この結果、時刻ｔ₂ において過渡状態から
離脱しても、図１０Ｂに示す第２のＯ₂ センサ１１によ
る第１の比較値Ｌはリーン側（もしくはリッチ側）に大
きく振られており、このように過渡時の過補正によって
て空燃比はある時間大きくリーン側（もしくはリッチ
側）に保持される。これによって、エミッションは大幅
に増加することになる。

【００６０】これに対し、この発明によれば、図１０に
示すように、過渡状態になった時刻ｔ₁ にてカウンタＣ
が歩進され、第２のＯ₂ センサ１１による積分値Ｌ_i は
過渡直前の値で保持される。従って、図１０Ａに示すご
とく、時刻ｔ₂ において過渡状態から離脱しても第２の
Ｏ₂ センサ１１による第１の比較値は過補正されておら
ず、この結果、図１０Ａに示すように、空燃比は略適正
であり、また、過渡状態の空燃比のずれも少なくなる。
従って、エミッションは減少する。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、内燃機関の排気系に設けられた触媒コンバータの
下流側に設けられる第２の空燃比センサからの空燃比信
号と、第２の比較値とに基づいて演算される比較値Ｌ_p
および積分値Ｌ_i により、第１の比較値Ｌを更新
し、上記触媒コンバータの上流側に設けられた第１の空
燃比センサからの空燃比信号と上記更新後の第１の比較
値Ｌとの比較結果で空燃比フィードバック制御するよう
に構成したので、制御の追随遅れ、過補正が防止できる
効果がある。

【００６２】また、請求項２によれば、内燃機関が過渡
状態になった時は、上記積分値Ｌ_iを過渡直前の値で保
持するようにしたので、過渡状態から離脱しても第２の
空燃比センサによる第１の比較値の補正は過補正されず
過渡状態時の空燃比のずれも少なくなる。従って、エミ
ッションは減少する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の請求項１に係る構成図である。

【図２】この発明の請求項２に係る構成図である。

【図３】この発明の実施例１に係るシステム構成図であ
る。

【図４】図３の電子式制御ユニット２２の構成図であ
る。

【図５】図４による処理を説明する第１の比較値演算ル
ーチンのフローチャートである。

【図６】図４による処理を説明する空燃比補正量演算ル
ーチンのフローチャートである。

【図７】図５と図６のフローチャートを補足説明するタ
イムチャートである。

【図８】図４による処理を説明する定常・過渡状態切替
判別ルーチンのフローチャートである。

【図９】図４による処理を説明する第１の比較値演算ル
ーチンのフローチャートである。

【図１０】図８と図９のフローチャートを補足説明する
タイムチャートである。

【符号の説明】

１エンジン１０第１の空燃比センサ１１第２の空燃比センサ１２触媒コンバータ１５排気管３１第２の比較手段３２比較値演算手段３３積分値演算手段３４第１の比較値演算手段３５第１の比較手段３６空燃比補正量演算手段３７定常・過渡状態切替判定手段３８期間計測手段

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【手続補正書】

【提出日】平成４年１１月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】この発明は、上述した点に鑑みてなされた
もので、制御系の動作を十分に保ちつつ、過渡状態によ
るリッチ過補正もしくはリーン過補正を解消して、過渡
状態離脱後のドライバビリティの悪化、エミッションの
悪化等を防止することができる内燃機関の空燃比制御装
置を得ることを目的とする。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る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のための触媒コンバータの上流側
及び下流側にそれぞれ設けられて排気ガス中の特定成分
濃度を検出する第１及び第２の空燃比センサと、上記第
１の空燃比センサの出力と第１の比較値とを比較する第
１の比較手段と、上記第２の空燃比センサの出力と第２
の比較値とを比較する第２の比較手段と、この第２の比
較手段の比較結果に比例した比例値を演算する比例値演
算手段と、上記第２の比較手段の比較結果を時間積分し
た積分値を演算する積分値演算手段と、上記比例値及び
積分値に基づいて上記第１の比較値を演算する第１の比
較値演算手段と、上記第１の比較手段の比較結果に応じ
た空燃比補正量を演算して空燃比フィードバック制御系
に与える空燃比補正量演算手段とを備えたものである。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】また、請求項２に係る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
のための触媒コンバータの上流側及び下流側にそれぞれ
設けられて排気ガス中の特定成分濃度を検出する第１及
び第２の空燃比センサと、上記第１の空燃比センサの出
力と第１の比較値とを比較する第１の比較手段と、上記
第２の空燃比センサの出力と第２の比較値とを比較する
第２の比較手段と、上記内燃機関が定常状態から過渡状
態に切り替わる時点を判定する定常・過渡状態切替判定
手段と、その判定出力に基づいて定常状態から過渡状態
への切替時点から所定期間を計数する期間計測手段と、
上記第２の比較手段の比較結果に比例した比例値を演算
する比例値演算手段と、上記期間計測手段による所定期
間の計数に基づき上記内燃機関の過渡状態時もしくは上
記切替時点から所定期間経過前は切替時点直前の上記第
２の比較手段の比較結果を時間積分した積分値を保持す
ると共に、上記切替時点から所定期間経過後は上記第２
の比較手段の比較結果を時間積分した積分値を演算する
積分値演算手段と、上記比例値及び積分値に基づいて上
記第１の比較値を演算する第１の比較値演算手段と、上
記第１の比較手段の比較結果に応じた空燃比補正量を演
算して空燃比フィードバック制御系に与える空燃比補正
量演算手段とを備えたものである。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】また、３２は比例値（Ｐ値）演算手段で、
上記演算されたＶ_2Sに比例した値Ｌ_p を演算する。３３
は積分値（Ｉ値）演算手段で、上記演算されたＶ_2Sの積
分値に相当する値Ｌ_i を演算する。そして、３４は第１
の比較値演算手段で、比較値Ｌ_p と積分値Ｌ_i とを用い
て第１の比較値Ｌを演算する。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】ここで、上記排気管１５には、排気ガス中
の３つの有害成分ＨＣ，ＣＯ，ＮＯ_X 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が設置され、触
媒上流及び下流には第１の空燃比センサ（以下、実施例
１では空燃比センサをＯ₂ センサで述べる）１０と、第
２のＯ₂ センサ１１が設けられており、Ｏ₂ センサ１０
及び１１は、それぞれ触媒上下流の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、排気ガ
ス中の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発生する。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】他方、ステップ６０３にて、Ｖ₁ ＞Ｌと判
別されたときには、ステップ６０７にて最初のリッチか
否かを判別し、つまり、リーンからリッチへの変化点か
否かを判別する。この結果、最初のリッチであればステ
ップ６０８にてＣ_FB←Ｃ_FB−Ｋ_PFと減少させ、それ以外
はステップ６０９にてＣ_FBを積分ゲインＫ_IFだけ減少さ
せる。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４１】図７は、図５および図６のフローチャート
による動作を補足説明するタイムチャートである。第２
のＯ₂センサ１１の出力Ｖ₂が図７に示すごとく変化する
とステップ５０３の比較結果およびステップ５０４，５
０５の演算結果より比例値Ｌ_pはリッチとリーンとの切
替時点Ｋ_PRだけ増減する。また、積分値Ｌ_iは傾きＫ_IR
で増減する。上記比例値Ｌ_p、積分値Ｌ_iより求まる第１
の比較値Ｌは図７の通りとなり、上記Ｌと第１のＯ₂セ
ンサ１０の出力Ｖ₁とを比較演算し、燃料補正量Ｃ_FBを
求めると図７のようになる。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４３】実施例２．実施例１では、第１の比較値Ｌ
を演算するために求める比例値Ｌ_p および積分値Ｌ_i
は、第２のＯ₂ センサ１１の出力Ｖ₂ が第２の比較値よ
りリッチであるかリーンであるかを判別し、それぞれ一
定のゲインＫ_PR，Ｋ_IRで比例値Ｌ_p、積分値Ｌ_i を演算す
るようにしたが、図７に示された第２のＯ₂ センサ１１
の出力Ｖ₂と、第２の比較値との偏差Ｖ_2Sに対応したゲ
インＫ_PR’，Ｋ_IR’としても同様の結果が得られる。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４６】ステップ８０１では、スロットル開度デー
タＴＨを読み出して前回のスロットル開度ＴＨ₀ との差
△ＴＨ演算し、この△ＴＨが規定値以上か否かを判別す
る。従って、この場合、一定開度であるので、ステップ
８０２に進み、Ｃ＝０か否かを判別する。さらに、Ｃ＝
０であるので、ステップ８０３にて第２のＯ₂ センサ１
１による第１の比較値演算実行フラグ（以下、Ｆ／Ｂ実
行フラグ）Ｆを“１”とし、定常・過渡切替判別ルーチ
ンを終了する。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４７】次に、スロットル開度ＴＨが変動し、△Ｔ
Ｈが規定値以上となって、機関が定常状態から過渡状態
に切り替わった時点を想定する。この時点で、ステップ
８０１からステップ８０２へのフローは、ステップ８０
１からステップ８０４へのフローへ切り替わる。この結
果、ステップ８０４にてカウンタＣが歩進され、すなわ
ちＣ←Ｃ＋１とされ、次いでステップ８０５にてＣ＜Ｃ
_x か否かが判別される。ただし、Ｃ_xは一定値であって
時間換算で２〜５秒相当の値である。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６１】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、内燃機関の排気系に設けられた触媒コンバータの
下流側に設けられる第２の空燃比センサからの空燃比信
号と、第２の比較値とに基づいて演算される比例値Ｌ_p
および積分値Ｌ_i により、第１の比較値Ｌを更新
し、上記触媒コンバータの上流側に設けられた第１の空
燃比センサからの空燃比信号と上記更新後の第１の比較
値Ｌとの比較結果で空燃比フィードバック制御するよう
に構成したので、制御の追随遅れ、過補正が防止できる
効果がある。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】符号の説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【符号の説明】１エンジン１０第１の空燃比センサ１１第２の空燃比センサ１２触媒コンバータ１５排気管３１第２の比較手段３２比例値演算手段３３積分値演算手段３４第１の比較値演算手段３５第１の比較手段３６空燃比補正量演算手段３７定常・過渡状態切替判定手段３８期間計測手段

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及び下流側にそれ
ぞれ設けられて排気ガス中の特定成分濃度を検出する第
１及び第２の空燃比センサと、上記第１の空燃比センサ
の出力と第１の比較値とを比較する第１の比較手段と、
上記第２の空燃比センサの出力と第２の比較値とを比較
する第２の比較手段と、この第２の比較手段の比較結果
に比例した比例値を演算する比例値演算手段と、上記第
２の比較手段の比較結果を時間積分した積分値を演算す
る積分値演算手段と、上記比例値及び積分値に基づいて
上記第１の比較値を演算する第１の比較値演算手段と、
上記第１の比較手段の比較結果に応じた空燃費補正量を
演算して空燃比フィードバック制御系に与える空燃比補
正量演算手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の空
燃比制御装置。
【請求項２】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及び下流側にそれ
ぞれ設けられて排気ガス中の特定成分濃度を検出する第
１及び第２の空燃比センサと、上記第１の空燃比センサ
の出力と第１の比較値とを比較する第１の比較手段と、
上記第２の空燃比センサの出力と第２の比較値とを比較
する第２の比較手段と、上記内燃機関が定常状態から過
渡状態に切り替わる時点を判定する定常・過渡状態切替
判定手段と、その判定出力に基づいて定常状態から過渡
状態への切替時点から所定期間を計数する期間計測手段
と、上記第２の比較手段の比較結果に比例した比例値を
演算する比例値演算手段と、上記期間計測手段による所
定期間の計数に基づき上記内燃機関の過渡状態時もしく
は上記切替時点から所定期間経過前は切替時点直前の上
記第２の比較手段の比較結果を時間積分した積分値を保
持すると共に、上記切替時点から所定期間経過後は上記
第２の比較手段の比較結果を時間積分した積分値を演算
する積分値演算手段と、上記比例値及び積分値に基づい
て上記第１の比較値を演算する第１の比較値演算手段
と、上記第１の比較手段の比較結果に応じた空燃費補正
量を演算して空燃比フィードバック制御系に与える空燃
比補正量演算手段とを備えたことを特徴とする内燃機関
の空燃比制御装置。