JPH066914B2

JPH066914B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH066914B2
Application number: JP4937685A
Authority: JP
Inventors: 芳樹中條; 信明栢沼; 博則別所; 孝年増井; 歳康勝野; 敏雄棚橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-03-14
Filing date: 1985-03-14
Publication date: 1994-01-26
Anticipated expiration: 2009-01-26
Also published as: JPS61210242A

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〕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検
出するＯ_２センサの検出信号にもとずいて演算された空
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,HC,NO
x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、次の通りであ
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径時あるいは径年的な変
化。

また、Ｏ_２センサ以外では、燃料噴射弁、排気ガス再循
環流量、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、および製造の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。たとえ
ば、上流側Ｏ_２センサの出力に応じて第１の空燃比補正
係数FAF1を演算すると共に、下流側Ｏ_２センサの出力に
応じて第２の空燃比補正係数FAF2を演算し、これら２つ
の空燃比補正係数FAF1,FAF2により基本噴射量を補正す
る。この場合、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センサの各出力にも
とずく第１，第２の空燃比補正係数により基本噴射量を
補正する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。

〔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Ｏ_２センサは、上流側Ｏ_２
センサに比較して、飛石、水、泥等による機械的損傷を
被る可能性が大きく、この機械的損傷の結果、下流側Ｏ
_２センサの出力がリーン側に傾くと、空燃比がオーバリ
ッチに制御されて、燃費の悪化、排気エミッションの悪
化、等を招き、下流側Ｏ_２センサの出力がリッチ側に傾
くと、空燃比がオーバリーンに制御されて、運転性の悪
化、排気エミッションの悪化、等を招くという問題点が
ある。

なお、特公昭57-32772号公報、特公昭57-32773号公報、
および特公報57-32774号公報は、いずれも、２つのＯ_２
センサによる空燃比制御を開示しているが、ダブルＯ_２
センサシステムではなく、シングルＯ_２センサシステム
を示している。つまり、１つのＯ_２センサは空燃比制御
専用であり、他のＯ_２センサは劣化検出専用である。し
かも、特公昭57-32772号公報および特公昭57-32774号公
報では、２つのＯ_２センサが共に同一の箇所つまり触媒
コンバータの上流側に設けられており、上述の機械的損
傷を招く恐れはない。他方、特公昭57-32773号公報で
は、触媒コンバータの上流側，下流側にそれぞれＯ_２セ
ンサが設けられており、従って、下流側Ｏ_２センサは上
述の機械的損傷を招く恐れがあり、下流側Ｏ_２センサが
故障した場合には、上流側Ｏ_２センサの劣化を検知でき
ないばかりでなく、正常な上流側Ｏ_２センサを不良と判
断してしまう可能性がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は、下流側Ｏ_２センサの出力劣化あるいは
機械的損傷の検出を可能にしたダブルＯ_２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、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，下流には、それ
ぞれ、排気ガス中の特定成分濃度を検出するための第
１，第２の空燃比センサが設けられる。第１の空燃比セ
ンサ出力反転検出手段は上流側（第１の）空燃比センサ
の出力反転を検出し、第２の空燃比センサ出力反転検出
手段は下流側（第２の）空燃比センサの出力反転を検出
する。カウンタ手段は第２の空燃比センサの出力反転後
の第１の空燃比センサの出力反転数を、次に第２の空燃
比センサの出力が反転するまでの間、計数し、比較手段
はこのカウンタ手段の計数値を所定値と比較する。この
結果、空燃比調整手段は、カウンタ手段の計数値が所定
値未満のときに上流側、下流側空燃比センサの各出力に
応じて機関の空燃比を調整し、カウンタ手段の計数値が
所定値以上のときに上流側空燃比センサの出力に応じて
前記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、上流側空燃比センサの出力が所定
回数以上リッチ、リーン反転する間に、下流側空燃比セ
ンサの出力がリッチ、リーン反転しない場合、下流側空
燃比センサが劣化もしくは機械的損傷したものとみな
し、下流側空燃比センサによる空燃比制御が停止され
る。

〔実施例〕

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。ディストリービュータ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ース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変化器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１２
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の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1
02、CPU 103の外に、ROM 104,RAM 105、クロック発生回
路106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107、フ
リップフロップ108、および駆動回路109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107にプリセットされると共にフ
リップフロップ108もセットされる。この結果、駆動回
路109が燃料噴射弁７の付勢を開始する。他方、ダウン
カウンタ107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108がリセットされて駆動回路109
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
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106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３図の制御回路の動作を第４図，第６図〜第８図のフ
ローチャートを参照して説明する。

第４図は空燃比フィードバック制御フラグF1,F2を決定
するためのルーチンであって、所定時間たとえば4ms毎
に実行される。ステップ401では、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、Ｏ_２センサ不
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、Ｏ_２セ
ンサの活性／不活性状態の判別は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Ｏ_２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。閉ループ条件が
不成立のときには、ステップ419に進んで上流側Ｏ_２セ
ンサ１３による空燃比フィードバック制御フラグＦ１
（以下、メインＦ／ＢフラグＦ１）を“０”とし、さら
にステップ420に進んで下流側Ｏ_２センサ１５による空
燃比フィードバック制御フラグＦ２（以下、サブＦ／
ＢフラグＦ２）を“０”とし、ステップ421に進む。つ
まり、空燃比フィードバック制御を全く行わないように
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、RAM 105より回転速度データＮｅを読
出して1000rpm≦Ｎｅ≦4000rpmか否かを判別し、1000rp
m≦Ｎｅ≦4000rpmのときのみステップ403に進む。つま
り、回転速度Ｎｅが小さ過ぎると、Ｏ_２センサの応答速
度が小さくなり、他方、回転速度Ｎｅが大き過ぎると、
高回転域では燃料噴射量を増大して空燃比をリッチにす
る領域を設けてあり、その設定回転速度付近では、それ
以外の領域とハンチングして空燃比が不安定となり、こ
の結果、Ｏ_２センサの動作が不安定となるから、下流側
Ｏ_２センサ１５の出力劣化もしくは機械的損傷の判別を
中止する。また、ステップ403では、ではRAM 105より吸
入空気量データＱを読出して10m³／ｈ≦Ｑ≦120³／ｈか
否かを判別し、10m³／ｈ≦Ｑ≦120³／ｈのときのみステ
ップ404に進む。つまり、回転速度Ｎｅと同様に、吸入
空気量Ｑが小さ過ぎると、Ｏ_２センサの応答速度が小さ
くなり、他方、吸入空気量Ｑが大き過ぎると、高回転域
では燃料噴射量を増大して空燃比をリッチにする領域を
設けてあり、その設定回転速度付近では、それ以外の領
域とハンチングして空燃比が不安定となり、この結果、
Ｏ_２センサの動作が不安定となるから、下流側Ｏ_２セン
サ１５の出力劣化もしくは機械的損傷の判別を中止す
る。なお、ステップ402,403はいずれか一方を省略して
もよく、また、回転速度Ｎｅの上限値、下限値、および
吸入空気量Ｑの上限値、下限値は必要に応じて変更され
る。

ステップ404では、上流側Ｏ_２センサ１３の出力が反転
したか否かを判別する。すなわちＯ_２センサ１３の出力
Ｖ_１がＶ₁≦0.45Ｖを満足するか否かを判別し、Ｖ₁≦0.
45Ｖであればリーンとみなし、Ｖ₁＞0.45Ｖであればリ
ッチとみなす。この結果、リッチ、リーン反転があった
か否かを判別する。リッチ、リーン反転があれば、ステ
ップ405にてリッチ、リーン反転回数Ｃを計数する。他
方、リッチ、リーン反転がなければ、ステップ416,417
にてメインＦ／ＢフラグＦ２およびサブＦ／ＢフラグＦ
２を共に“１”にし、２つのＯ_２センサ13,15による空
燃比フィードバック制御を行うようにする。さらに、ス
テップ418にてアラーム解除（ただし、アラーム表示中
であれば）を行い、ステップ421に進む。

ステップ406では、下流側Ｏ_２センサ１５の出力が反転
したか否かを判別する。すなわち、Ｏ_２センサ１５の出
力Ｖ_２がＶ_２≦0.55Ｖを満足するか否かを判別し、Ｖ_２
≦0.55Ｖであればリーンとみなし、Ｖ_２＞0.55Ｖであれ
ばリッチとみなす。この結果、リッチ、リーン反転があ
ったか否かを判別する。リッチ、リーン反転がなけれ
ば、ステップ407にてリッチ、リーン反転回数Ｃが所定
値ＣＯ以上か否かを判別する。なお、この所定値ＣＯ
は、第５図に示すごとく、負荷たとえば回転速度Ｎｅに
応じて変化させる。つまり、回転速度Ｎｅが小さくなる
につれて下流側Ｏ_２センサ１５の応答速度が低下するの
で、所定値ＣＯを大きくしてある。

なお、ステップ406での比較電圧は、触媒コンバータ１
２の上下流でＯ_２センサ特性が異なるために、ステップ
404での比較電圧より高く設定される。

ステップ407にて、Ｃ≦ＣＯであれば、下流側Ｏ_２セン
サ１５は未だ出力劣化もしくは機械的損傷を被っていな
いとみなし、ステップ416,417にてメインＦ／Ｂフラグ
Ｆ１およびサブＦ／ＢフラグＦ２を共に“１”にし、や
はり、２つのＯ_２センサ13,15による空燃比フィードバ
ック制御を行うようにする。さらに、ステップ418にて
アラーム解除（ただし、アラーム表示中であれば）を行
いステップ421に進む。

ステップ407にてＣ＞ＣＯであれば、ステップ408,409に
進み、メインＦ／ＢフラグＦ１を“１”にし、他方サブ
Ｆ／ＢフラグＦ２を“０”にし、従って、上流側Ｏ_２セ
ンサ１３のみによる空燃比フィードバック制御を行うよ
うにする。さらに、ステップ410にてアラームを表示
し、ステップ421に進む。つまり、下流側Ｏ_２センサ１
５のリッチ、リーン反転後、上流側Ｏ_２センサ１３のリ
ッチ、リーン反転回数Ｃが所定値ＣＯを超えても、下流
側Ｏ_２センサ１５の次のリッチ、リーン反転がなけれ
ば、下流側Ｏ_２センサ１５に出力劣化もしくは機械的損
傷が発生したものとみなすようにしたものである。

他方、ステップ402,403にて判定結果が否の場合には、
ステップ411に進み、アラーム表示中であるか否かを判
別する。この結果、アラーム表示中であれば、ステップ
421に直接進む。つまり、フラグF1,F2は以前の状態に保
持される。この場合、ステップ408〜410のフローもしく
はステップ419,420のフローにより少なくともサブＦ／
ＢフラグＦ２は“０”であり、従って、少なくとも下流
側Ｏ_２センサ１５による空燃比フィードバック制御は停
止される。

ステップ411にてアラーム表示中でなければ、あるいは
ステップ406にて下流側Ｏ_２センサ１５の出力判定があ
ったときには、ステップ412にてカウンタＣをクリア
し、ステップ413,414にてメインＦ／ＢフラグＦ１およ
びサブＦ／ＢフラグＦ２を“１”にし、２つのＯ_２セン
サ13,15による空燃比フィードバック制御を行うように
し、さらにステップ415にてアラーム解除（ただし、ア
ラーム表示中であれば）を行い、ステップ421に進む。

このようにして、下流側Ｏ_２センサ１５の出力がリッ
チ、リーン反転後に、上流側Ｏ_２センサ１３の出力のリ
ッチ、リーン反転回数Ｃが所定値ＣＯを超えた場合に
は、下流側Ｏ_２センサ１５の出力劣化もしくは機械的損
傷が発生したものとみなし、サブＦ／ＢフラグＦ２を
“０”とする。

なお、ステップ410にて一旦アラーム表示が行われたと
きには、下流側Ｏ_２センサ１５の点検を目的としてアラ
ーム表示が消減しないようにその旨を制御回路１０のバ
ックアップRAM（図示せず）に格納することにより、ア
ラーム表示の履歴を残すこともできる。

第６図は上流側Ｏ_２センサの出力にもとづいて第１の空
燃比補正係数FAF1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、第４図のルーチンで設定
されたメインＦ／ＢフラグＦ１が“１”か否かを判別す
る。F1＝“０”のときにはステップ613に進んでFAF1＝
1.0とし、F1＝“１”のときに、ステップ602へ進み、空
燃比フィードバック補正を行う。

ステップ602では、Ｏ_２センサ１３の出力電圧Ｖ_１をＡ
／Ｄ変換して取込み、Ｖ_１が比較電圧Ｖ_R1たとえば0.45
Ｖ以下か否かを判別する、つまり、空燃比がリッチかリ
ーンか否かを判別する。なお、第４図のステップ404で
求められた値を予めRAM 105に格納しておき、これを読
出してもよい。そして、リーン（Ｖ_１≦Ｖ_R1）のときに
は、ステップ603にて最初のリーンか否かを判別し、つ
まり、リッチからリーンへの変化点か否かを判別する。
この結果、最初のリーンであればステップ604にてFAF1
←FAF1＋Ａとスキップ的に増大させ、それ以外はステッ
プ605にてFAF1を一定値ａだけ増大させる。すなわち、
ステップ605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FAF1
はａずつ増大せしめられる。なお、スキップ量Ａはａよ
り十分大きく設定される。すなわち、Ａ≫ａである。

ステップ604もしくは605にて最終的に求められた第１の
空燃比補正係数FAF1はステップ606,607にて最大値1.2に
ガードされる。

他方、ステップ602にて、Ｖ_１≦Ｖ_R1と判別されたとき
には、ステップ608にて最初のリッチか否かを判別し、
つまり、リーンからリット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609にてF
AF1←FAF1−Ａとスキップ的に減少させ、それ以外は、
ステップ610にてFAF1を一定値ａだけ減少させる。すな
わち、ステップ610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FAF1はａずつ減少せしめられる。

ステップ609,610にて最終的に求められた第１の空燃比
補正係数FAF1はステップ611,612にて最小値0.8にガード
される。

なお、ステップ606,607,611,612でのガードは、何らか
の原因で空燃比補正計数FAF1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ため
のものである。

ステップ614にてFAF1をRAM 105に格納して、ステップ61
5にてこのルーチンは終了する。

第７図は下流側Ｏ_２センサの出力にもとづいて第２の空
燃比補正係数FAF2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、第４図のルーチンで設定
されたサブＦ／ＢフラグＦ２が“１”か否かを判別す
る。F2＝“０”のときにはステップ713に進んでFAF2＝
1.0とし、F2＝“１”のときに、ステップ702へ進み、空
燃比フィードバック補正を行う。

ステップ702では、Ｏ_２センサ１５の出力電圧Ｖ_２をＡ
／Ｄ変換して取込み、Ｖ_２が比較電圧Ｖ_R2たとえば0.55
Ｖ以下か否かを判別する、つまり、空燃比がリッチかリ
ーンか否かを判別する。なお、第４図のステップ406で
求められた値を予めRAM 105に格納しておき、これを読
出してもよい。そして、リーン（Ｖ_２≦Ｖ_R2）のときに
は、ステップ703にて最初のリーンか否かを判別し、つ
まり、リッチからリーンへの変化点か否かを判別する。
この結果、最初のリーンであればステップ704にてFAF2
←FAF2＋Ｂとスキップ的に増大させ、それ以外はステッ
プ705にてFAF2を一定値ｂだけ増大させる。すなわち、
ステップ705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FAF2
はｂずつ増大せしめられる。なお、スキップ量Ｂはｂよ
り十分大きく設定される。すなわち、Ｂ≫ｂである。

ステップ704もしくは705にて最終的に求められた第２の
空燃比補正係数FAF2はステップ706,707にて最大値1.2に
ガードされる。

他方、ステップ702にて、Ｖ_２＞Ｖ_R2と判別されたとき
には、ステップ708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709にてF
AF2←FAF2−Ｂとステップ的に減少させ、それ以外は、
ステップ710にてFAF2を一定値ｂだけ減少させる。すな
わち、ステップ710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FAF2はｂずつ減少せしめられる。

ステップ709,710にて最終的に求められた第２の空燃比
補正計数FAF2はステップ711,712にて最小値0.8にガード
される。

なお、ステップ706,707,711,712でのガードは、何らか
の原因で空燃比補正係数FAF2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ため
のものである。

ステップ714にてFAF2をRAM 105に格納して、ステップ71
5にてこのルーチンは終了する。

第８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801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を続出して基本噴射量TAUPを演算する。たとえ
ばTAUP←ＫＱ／Ｎｅ（Ｋは定数）とする。ステップ802
にてRAM 105より冷却水温データTHWを続出してこROM 10
4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。この暖機増量値FWLは、図示のごとく、現在
の冷却水温THWが上昇するに従って小さくなるように設
定されている。

ステップ803では、最終噴射量TAUを、 TAU←TAUP・FAF1・FAF2・（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り、たとえば図示しないスロットル
位置センサからの信号あるいは吸気温センサからの信
号、バッテリ電圧等により決められる補正量であり、こ
れらもRAM 105により格納されている。次いで、ステッ
プ804にて、噴射量TAUをダウンカウンタ107にセットす
ると共にフリップフロップ108をセットして燃料噴射を
開始させる。そして、ステップ805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107のキャリアウト
によってフリップフロップ108がリセットされて燃料噴
射は終了する。

第９図は第６図、第７図のフローチャートによって得ら
れる第１、第２の空燃比補正係数FAF1,FAF2を説明する
ためのタイミング図である。上流側Ｏ_２センサ１３の出
力電圧Ｖ_１が第９図（Ａ）に示すごとく変化すると、第
６図のステップ602での比較結果は第９図（Ｂ）にごと
くなる。この結果、第９図（Ｃ）に示すように、リット
とリーンとの切換え時点でFAF1はＡだけスキップする。
他方、下流側Ｏ_２センサ１５の出力電圧Ｖ_２が第９図
（Ｄ）に示すごとく変化すると、第７図のステップ702
での比較結果は第９図（Ｅ）にごとくなる。この結果、
第９図（Ｆ）に示すように、リッチとリーンとの切換え
時点で示すFAF2はＢだけスキップする。

メインＦ／ＢフラグＦ１が“０”であれば、第９図
（Ｃ）に示すFAF1の制御は停止され、たとえばFAF1＝1.
0に保持され、他方、サブＦ／ＢフラグＦ２が“０”で
あれば、第９図（Ｆ）に示すFAF2の制御は停止され、た
とえばFAF2＝1.0に保持される。

なお、第１の空燃比補正係数FAF1の積分定数ａは第２の
空燃比補正係数FAF2の積分定数ｂに比較して大きく設定
してあり、たとえば、ａ：ｂ＝1000：１に設定してあ
る。つまり、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もので
ある。

また、上述の実施例では、２つの空燃比補正係数FAF1,F
AF2を導入して、それぞれを上流側Ｏ_２センサ、下流側
Ｏ_２センサの各出力に応じて演算しているが、１つの空
燃比補正係数を上流側Ｏ_２センサおよび下流側Ｏ_２セン
サの両出力に応じて演算しても同様である。さらに、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
る制御定数、たとえば比例制御定数、積分制御定数、ス
キップ制御定数、上流側Ｏ_２センサの比較電圧（参照：
特開昭55-37562号公報）、遅延時間（参照：特開昭55-3
7562号公報、特開昭58-72647号公報）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、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
の燃料供給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801における基本噴射量TAUP相当の基本燃料供
給量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803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。

尚、特開昭５６−１１８５３４にシングルＯ_２センサの
所定時間内の出力反転回数が所定値以下のときに前記Ｏ
_２センサ異常と判断し、前記Ｏ_２センサによる空燃比制
御を停止することが開示されているが、空燃比制御を行
っていても空燃比がリーンまたはリッチに偏った状態が
継続するような過渡運転時には、前記Ｏ_２センサが正常
に働いていると出力反転回数が減少し異常と誤判定され
てしまう。

本件は上流側Ｏ_２センサの出力反転回数を下流側Ｏ_２セ
ンサの異常判定の基準とすることにより、空燃比制御を
行っていても空燃比がリーンまたはリッチに偏った状態
が継続するような過渡運転時には特開昭５６−１１８５
３４における所定時間を延長する事ができ、下流側Ｏ_２
センサの異常の誤判定を防ぐことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、下流側Ｏ_２センサ
のリッチ、リーン反転後、次の反転までの間の上流側Ｏ
_２センサのリッチ、リーン反転回数により下流側Ｏ_２セ
ンサの出力劣化もしくは機械的故障を検出することがで
き、これにより、オーバリッチもしくはオーバリーンに
よる燃費の悪化、運転性の悪化、排気エミッションの悪
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６図〜第８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５図は第４図のステップ407の所定値ＣＯを説明
するグラフ、第９図は空燃比補正係数FAF1,FAF2の変化
を説明する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)発明者増井孝年愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (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 (72)発明者棚橋敏雄愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

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(12)の上流、下流に、それぞ
れ、設けられた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(13,15)と、前記各第１，第２
の空燃比センサの出力反転を検出する第１，第２の空燃
比センサ出力判定検出手段（ステップ404,406）と、該
第２の空燃比センサの出力反転後の前記第１の空燃比セ
ンサの出力反転数を、次に前記第２の空燃比センサの出
力が反転するまでの間、計数するカウンタ手段（ステッ
プ405）と、該カウンタ手段の計数値を所定値(C0)と比
較する比較手段（ステップ407）と、該カウンタ手段の
計数値が前記所定値未満のときに前記第１，第２の空燃
比センサの各出力に応じて前記機関の空燃比を調整し、
前記カウンタ手段の計数値が前記所定値以上のときに前
記第１の空燃比センサの出力に応じて前記機関の空燃比
を調整する空燃比調整手段（ステップ803）とを具備す
る内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】前記所定値が前記機関の負荷に応じて変化
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。