JPH07305647A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 触媒コンバータが半活性化状態でも、下流側
酸素センサ出力に基づくフィードバック制御を実行して
排ガスエミッション特性の向上を図ることができる内燃
機関の空燃比制御装置を提供する。 【構成】 内燃機関の排気系に配置された触媒コンバー
タ１４の上流側および下流側に酸素センサ１６、１７を
設け、これらの酸素センサ１６、１７の出力に基づいて
内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック
制御する際に、下流側の酸素センサ１７を用いたフィー
ドバック制御により決定されるフィードバック制御定数
ＰＬ，ＰＲのリッチリーン判定用加減算項ＤＰＬ、ＤＰ
Ｒを触媒コンバータ１４の触媒温度ＴCATに応じて設定
するので、触媒コンバータ１４の触媒温度ＴCATが低く
まだ半活性化状態であってもそれに見合った空燃比フィ
ードバック制御を実行でき、排ガスエミッション特性を
向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気系に配置
された触媒コンバータの上流側および下流側に酸素セン
サを設け、これらの酸素センサの出力に基づいて内燃機
関に供給される混合気の空燃比を制御する内燃機関の空
燃比制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気系に配置された触媒コン
バータ（三元触媒）の上流側および下流側に酸素センサ
を設け、これらの酸素センサの出力に基づいて内燃機関
に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する
ことにより排ガスエミッション特性の向上を図った内燃
機関の空燃比制御手法は従来より知られている。この空
燃比制御手法では、触媒コンバータの上流側に配置され
た上流側酸素センサの出力によって定まる空燃比補正係
数ＫＯ２または該空燃比補正係数と比較されるリッチリ
ーン判定基準値を触媒コンバータの下流側に配置された
下流側酸素センサの出力によって変更し、上流側酸素セ
ンサの劣化等を補正している。

【０００３】上記下流側酸素センサの出力に基づく上記
フィードバック制御によれば、触媒コンバータの温度が
低いときは、触媒コンバータの最大酸素蓄積量能力が低
く安定しないため、下流側酸素センサの出力が安定せ
ず、空燃比補正係数のハンチング等を来たし易いため不
具合を解消するために、エンジン温度、触媒コンバータ
の温度等を検出し、この検出された温度が所定温度以下
のときには下流側酸素センサの出力に基づく上記フィー
ドバック制御を停止する手法が従来提案されている（例
えば、特開昭61−237858号公報および特開昭63−97848
号公報）。

【０００４】また、触媒コンバータが劣化しているとき
も、触媒コンバータの酸素蓄積能力が低下するので、触
媒コンバータの劣化度合いを検出し、触媒コンバータが
劣化しているときには下流側酸素センサ出力に基づく上
記フィードバック制御を停止する手法も提案されている
（例えば、特開昭６３−２０５４４１号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の提案手法では、触媒コンバータの温度が十分に上
昇して完全に活性状態になるまでは上記下流側酸素セン
サ出力に基づいたフィードバック制御の効果、即ち上流
側酸素センサの劣化等による排ガスエミッション特性悪
化防止等の効果を得ることが出来ない。これを、触媒温
度に対する触媒コンバータの最大酸素蓄積量を示す図１
５を参照して具体的に説明すると、上記従来手法では触
媒温度ＴCATが所定温度（例えば、４００℃）以下では
触媒コンバータが活性化状態になっていないとして下流
側酸素センサの出力に基づくフィードバック制御を実行
していなかった。ところが、触媒温度ＴCATが所定温度
以下であっても触媒コンバータは半活性化された状態
（例えば、２００〜４００℃）にあるときには酸素蓄積
能力を有するにもかかわらず、下流側酸素センサの出力
に基づくフィードバック制御を行なっていないので、こ
の半活性化状態での排ガスエミッションの低減を図れな
かった。

【０００６】また、触媒コンバータの触媒温度が低くて
十分に活性化されていないときに、活性化している状態
において設定されたフィードバック制御定数の更新速度
を用いると、触媒コンバータの半活性化状態における最
大酸素蓄積量は少ないので、フィードバック制御定数の
変化速度が大きくなる。この結果、空燃比補正係数ＫＯ
２の変化は速くなり、触媒コンバータ下流の空燃比が変
動して却って触媒コンバータ下流の排ガスエミッション
特性を悪化させてしまう。

【０００７】そこで、本発明は触媒コンバータが半活性
化状態でも、下流側酸素センサの出力に基づくフィード
バック制御を実行可能にして排ガスエミッション特性を
向上することができる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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項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配置された触媒コンバータの上
流側に設けられた上流側酸素センサと、前記触媒コンバ
ータの下流側に設けられた下流側酸素センサと、該下流
側酸素センサの出力に基づいてフィードバック制御定数
を決定するフィードバック制御定数決定手段と、該決定
されたフィ−ドバック制御定数および前記上流側酸素セ
ンサの出力に基づいて空燃比制御量を決定し、該空燃比
制御量を用いて内燃機関に供給される混合気の空燃比を
フィードバック制御するフィードバック制御手段とを備
えた内燃機関の空燃比制御装置において、前記フィード
バック制御定数の更新速度を前記触媒コンバータの触媒
温度に応じて設定する更新速度設定手段を有する。

【０００９】請求項２に係る内燃機関の空燃比制御装置
は前記触媒コンバータの触媒温度を前記内燃機関の運転
状態から推定する触媒温度推定手段を有する。

【００１０】

【作用】本発明の請求項１に係る内燃機関の空燃比制御
装置では、内燃機関の排気系に配置された触媒コンバー
タの下流側に設けられた下流側酸素センサの出力に基づ
いてフィードバック制御定数決定手段によりフィードバ
ック制御定数を決定し、フィードバック制御手段によ
り、該決定されたフィ−ドバック制御定数および触媒コ
ンバータの上流側に設けられた上流側酸素センサの出力
に基づいて、内燃機関に供給される混合気の空燃比をフ
ィードバック制御する。このフィードバック制御の際
に、更新速度設定手段により前記フィードバック制御定
数の更新速度を前記触媒コンバータの触媒温度に応じて
設定する。

【００１１】請求項２に係る内燃機関の空燃比制御装置
は触媒温度推定手段により前記触媒コンバータの触媒温
度を前記内燃機関の運転状態から推定する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳述する。

【００１３】図１は本発明の一実施例に係る内燃機関
（以下「エンジン」という）及びその空燃比制御装置の
全体の構成図であり、エンジン１の吸気管２の途中には
スロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはス
ロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されており、
当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力して
電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５
に供給する。

【００１４】燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁
３との間且つ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側
に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃
料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接
続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射の開弁
時間が制御される。

【００１５】一方、スロットル弁３の直ぐ下流には管７
を介して吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ８が設けられ
ており、この絶対圧センサ８により電気信号に変換され
た絶対圧信号は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その
下流には吸気温（ＴＡ）センサ９が取付けられており、
吸気温ＴＡを検出して対応する電気信号を出力してＥＣ
Ｕ５に供給する。

【００１６】エンジン１の本体に装着されたエンジン水
温（ＴＷ）センサ１０はサーミスタ等から成り、エンジ
ン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を
出力してＥＣＵ５に供給する。エンジン回転数（ＮＥ）
センサ１１及び気筒判別（ＣＹＬ）センサ１２はエンジ
ン１の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲に取付
けられている。エンジン回転数センサ１１はエンジン１
のクランク軸の１８０度回転毎に所定のクランク角度位
置でパルス（以下「ＴＤＣ信号パルス」という）を出力
し、気筒判別センサ１２は特定の気筒の所定のクランク
角度位置で信号パルスを出力するものであり、これらの
各信号パルスはＥＣＵ５に供給される。

【００１７】三元触媒（触媒コンバータ）１４はエンジ
ン１の排気管１３に配置されており、排気ガス中のＨ
Ｃ，ＣＯ，ＮＯｘ等の成分の浄化を行う。排気管１３の
三元触媒１４の上流側及び下流側には、それぞれ空燃比
センサとしての酸素濃度センサ１６，１７（以下それぞ
れ「上流側Ｏ２センサ１６」，「下流側Ｏ２センサ１
７」という）が装着されており、これらのＯ２センサ１
６，１７は排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出値
に応じた電気信号を出力しＥＣＵ５に供給する。

【００１８】ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形
を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ
信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入
力回路５ａ、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」とい
う）５ｂ、ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラム
及び演算結果等を記憶する記憶手段５ｃ、前記燃料噴射
弁６に駆動信号を供給する出力回路５ｄ等から構成され
る。また、ＥＣＵ５には車速センサ（ＶＨ）３２が接続
されている。

【００１９】ＣＰＵ５ｂは上述の各種エンジンパラメー
タ信号に基づいて、排気ガス中の酸素濃度に応じたフィ
ードバック制御運転領域やオープンループ制御運転領域
等の種々のエンジン運転状態を判別するとともに、エン
ジン運転状態に応じ、次式（１）に基づき、前記ＴＤＣ
信号パルスに同期して燃料噴射弁６の燃料噴射時間Ｔｏ
ｕｔを演算する。

【００２０】

【数１】Ｔｏｕｔ＝Ｔｉ×ＫＯ２×ＫＬＳ×Ｋ１＋Ｋ２ ここに、Ｔｉは基本燃料量、具体的にはエンジン回転数
ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとに応じて決定される基本
燃料噴射時間であり、このＴｉ値を決定するためのＴｉ
マップが記憶手段５ｃに記憶されている。

【００２１】ＫＯ２は、Ｏ２センサ１６，１７の出力に
基づいて算出される空燃比制御量であり、空燃比フィー
ドバック制御中は上流側Ｏ２センサ１６によって検出さ
れた空燃比（酸素濃度）が目標空燃比に一致するように
設定され、オープンループ制御中はエンジン運転状態に
応じた所定値に設定される。

【００２２】ＫＬＳは、エンジンが所定減速運転状態に
あるとき値１．０未満の所定値に設定され、所定減速運
転以外の状態にあるとき値１．０に設定されるリーン化
係数である。

【００２３】Ｋ１及びＫ２は夫々各種エンジンパラメー
タ信号に応じて演算される他の補正係数及び補正変数で
あり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加
速特性等の諸特性の最適化が図られるような値に設定さ
れる。

【００２４】ＣＰＵ５ｂは上述のようにして算出した結
果に基づいて、燃料噴射弁６を駆動する信号を、出力回
路５ｄを介して出力する。

【００２５】［空燃比制御量ＫＯ２の算出］図２は空燃
比制御量ＫＯ２を算出するプログラムのフローチャート
であり、本プログラムは一定時間（例えば５ｍｓｅｃ）
毎に実行される。

【００２６】ステップＳ１〜Ｓ７では、上流側Ｏ２セン
サ１６の出力に基づくフィードバック制御が実行可能で
あるとき成立する第１のフィードバック制御条件が満た
されるか否かの判定を行う。即ち、エンジン水温ＴＷが
第１の所定水温ＴＷＯ２（例えば２５℃）より高いか否
か（ステップＳ１）、エンジンが所定の高負荷運転状態
にあるとき値１に設定されるフラグＦＷＯＴが値０であ
るか否か（ステップＳ２）、上流側Ｏ２センサ１６が活
性状態にあるか否か（ステップＳ３）、エンジン回転数
ＮＥが高回転側の所定回転数ＮＨＯＰより高いか否か
（ステップＳ４）、エンジン回転数ＮＥが低回転側の所
定回転数ＮＬＯＰ以下か否か（ステップＳ５）、フュエ
ルカット中か否か（ステップＳ６）及びリーン化係数Ｋ
ＬＳが値１．０であるか否かを判別する（ステップＳ
７）。その結果、エンジン水温ＴＷが所定水温ＴＷＯ２
より高く、ＦＷＯＴ＝０であって所定高負荷運転状態で
なく、上流側Ｏ２センサ１６が活性状態にあり、エンジ
ン回転数ＮＥがＮＬＯＰ＜ＮＥ≦ＮＨＯＰの範囲内にあ
り、フュエルカット中でなく且つＫＬＳ＝１．０であっ
て所定減速運転状態でないときには、第１のフィードバ
ック制御条件成立と判定してステップＳ８に進み、上流
側Ｏ２センサ１６の出力に基づいて空燃比制御量ＫＯ２
の算出を行う。

【００２７】また、ＴＷ＞ＴＷＯ２且つＦＷＯＴ＝０で
あって上流側Ｏ２センサ１６が不活性状態のときには、
ステップＳ１０に進み、ステップＳ８のフィードバック
制御実行中に算出されるＫＯ２の学習値ＫＲＥＦを空燃
比制御量ＫＯ２とする。

【００２８】上記以外のときには、ステップＳ９に進
み、空燃比制御量ＫＯ２を値１．０とする。

【００２９】［上流側Ｏ２センサによる空燃比フィード
バック制御］図３，４は、図２のステップＳ８で実行さ
れるプログラムのフローチャートであり、上流側Ｏ２セ
ンサ１６の出力電圧ＦＶＯ２に応じて空燃比制御量ＫＯ
２の算出を行うものである。

【００３０】ステップＳ２１では、第１及び第２のリー
ンリッチフラグＦＡＦ１及びＦＡＦ２の初期化を行う。
第１のリーンリッチフラグＦＡＦ１は、図６（ａ），
（ｂ）に示すように上流側Ｏ２センサ出力電圧ＦＶＯ２
が基準電圧ＦＶＲＥＦ（例えば０．４５Ｖ）より高いリ
ッチ状態のとき値１に設定されるフラグであり、第２の
リーンリッチフラグＦＡＦ２は、図６（ｄ）に示すよう
に第１のリーンリッチフラグＦＡＦ１が反転した（０→
１又は１→０に変化した）時点から一定時間遅延してフ
ラグＦＡＦ１と同一値に設定されるフラグである。

【００３１】これらのフラグＦＡＦ１，ＦＡＦ２の初期
化は具体的には図５に示すプログラムにより実行され
る。先ず、フィードバック制御開始直後か否か、即ち、
前回までオープンループ制御を実行し、今回からフィー
ドバック制御を開始するのか否かを判別し（ステップＳ
５１）、開始時でなければ、初期化する必要がないの
で、直ちに本プログラムを終了する。

【００３２】開始時のときには、上流側Ｏ２センサ出力
電圧ＦＶＯ２が基準電圧ＦＶＲＥＦより低いか否かを判
別する（ステップＳ５２）。ＦＶＯ２＜ＦＶＲＥＦが成
立するときには第１及び第２のリーンリッチフラグＦＡ
Ｆ１，ＦＡＦ２を値０に設定する一方（ステップＳ５
３）、ＦＶＯ２≧ＦＶＲＥＦが成立するときにはいずれ
も値１に設定する（ステップＳ５４）。

【００３３】図３に戻り、ステップＳ２２ではＫＯ２値
の初期化を行う。即ち、オープンループ制御からフィー
ドバック制御へ移行した直後、あるいはフィードバック
制御中にスロットル弁が急激に開弁されたときには、後
述するステップＳ４７で算出される学習値ＫＲＥＦをＫ
Ｏ２値の初期値として設定する。上記以外のときには、
何も行わない。

【００３４】続くステップＳ２３では、今回ＫＯ２値が
初期化されたか否かを判別し、初期化されたときには直
ちにステップＳ３９に進む一方、初期化されなかったと
きには、ステップＳ２４に進む。

【００３５】フィードバック制御開始時は、ステップＳ
２３の答が肯定（ＹＥＳ）となるので、ステップＳ３９
〜Ｓ４５においてリーンリッチフラグＦＡＦ１，ＦＡＦ
２の値に応じてＰ項発生ディレーカウンタＣＤＬＹ１の
初期値設定及びＫＯ２値の積分制御（Ｉ項制御）を行
う。カウンタＣＤＬＹ１は、図６（ｂ）（ｃ）（ｄ）に
示すように、第１のリーンリッチフラグＦＡＦ１の反転
時点から第２のリーンリッチフラグＦＡＦ２を反転させ
るまでの遅延時間、即ちＯ２センサ出力ＦＶＯ２の反転
時点から比例制御（Ｐ項制御）を実行するまでの時間を
計測するものである。

【００３６】ステップＳ３９では第２のリーンリッチフ
ラグＦＡＦ２が値０か否かを判別し、ＦＡＦ２＝０のと
きにはステップ４０（図４）に進み、第１のリーンリッ
チフラグＦＡＦ１が値０か否かを判別する一方、ＦＡＦ
２＝１のときにはステップＳ４３（図４）に進み、第１
のリーンリッチフラグＦＡＦ１が値１か否かを判別す
る。フィードバック制御開始時は、ＦＶＯ２＜ＦＶＲＥ
ＦであればＦＡＦ１＝ＦＡＦ２＝０であるので（図５参
照）、ステップＳ３９，Ｓ４０を経てステップＳ４１に
至り、カウンタＣＤＬＹ１に負の所定値ＴＤＲ１（例え
ば１２０ミリ秒相当の値）が設定される。またＦＶＯ２
≧ＦＶＲＥＦであれば、ＦＡＦ１＝ＦＡＦ２＝１である
ので、ステップＳ３９，Ｓ４３を経てステップＳ４４に
至り、カウンタＣＤＬＹ１に正の所定値ＴＤＬ１（例え
ば４０ミリ秒相当の値）が設定される。フラグＦＡＦ１
及びＦＡＦ２がともに値０又はともに値１以外のとき
は、カウンタＣＤＬＹ１の初期値設定は行わず、ＦＡＦ
２＝０であればＫＯ２値に所定値Ｉを加算する一方（ス
テップＳ４２）、ＦＡＦ２＝１であればＫＯ２値から所
定値Ｉを減算し（ステップＳ４５）、ステップＳ４６に
進む。

【００３７】図３のステップＳ２３の答が否定（Ｎ
Ｏ）、即ちＫＯ２値が今回初期化されなかったときは、
ステップＳ２４に進み、上流側Ｏ２センサ出力電圧ＦＶ
Ｏ２が基準電圧ＦＶＲＥＦより低いか否かを判別する。
その結果、ＦＶＯ２＜ＦＶＲＥＦが成立するときには、
ステップＳ２５に進み、第１のリーンリッチフラグＦＡ
Ｆ１を値０に設定するとともに、Ｐ項発生ディレーカウ
ンタＣＤＬＹ１を値１だけデクリメントする（図６
（ｃ），Ｔ４，Ｔ１０参照）。次いで、カウンタＣＤＬ
Ｙ１のカウント値が負の所定値ＴＤＲ１より小さいか否
かを判別し（ステップＳ２６）、ＣＤＬＹ１＜ＴＤＲ１
が成立するときにはＣＤＬＹ１＝ＴＤＲ１とする一方
（ステップＳ２７）、ＣＤＬＹ≧ＴＤＲ１が成立すると
きには直ちにステップＳ３１に進む。

【００３８】ステップＳ２４の答が否定（ＮＯ）、即ち
ＦＶＯ２≧ＦＶＲＥＦが成立するときには、第１のリー
ンリッチフラグＦＡＦ１を値１に設定するとともに、カ
ウンタＣＤＬＹ１を値１だけインクリメントする（図６
（ｃ），Ｔ２，Ｔ６，Ｔ８参照）。次いでカウンタＣＤ
ＬＹ１のカウント値が正の所定値ＴＤＬ１より大きいか
否かを判別し（ステップＳ２９）、ＣＤＬＹ１＞ＴＤＬ
１が成立するときにはＣＤＬＹ１＝ＴＤＬ１とする一方
（ステップＳ３０）、ＣＤＬＹ１≦ＴＤＬ１が成立する
ときには直ちにステップＳ３１に進む。

【００３９】ここで、ステップＳ２６，Ｓ２７，Ｓ２
９，Ｓ３０はカウンタＣＤＬＹ１のカウント値が負の所
定値ＴＤＲ１より小、あるいは正の所定値ＴＤＬ１より
大とならないようにするために設けられている。

【００４０】ステップＳ３１では、カウンタＣＤＬＹ１
のカウント値の符号（正負）が反転したか否かを判別
し、反転しないときには前記ステップＳ３９〜Ｓ４５の
Ｉ項制御を実行する一方、反転しているときにはステッ
プＳ３２〜Ｓ３８のＰ項制御を実行する。

【００４１】ステップＳ３２では、第１のリーンリッチ
フラグＦＡＦ１が値０であるか否かを判別し、ＦＡＦ１
＝０のときには、図４のステップＳ３３に進み、第２の
リーンリッチフラグＦＡＦ２を値０とするとともに、カ
ウンタＣＤＬＹ１のカウント値を負の所定値ＴＤＲ１と
し（ステップＳ３４）、さらに空燃比制御量ＫＯ２を次
式（２）により算出する（ステップＳ３５）（図６、時
刻ｔ４，ｔ１０参照）。

【００４２】

【数２】ＫＯ２＝ＫＯ２＋ＰＲ×ＫＰ ここでＰＲはリッチ補正用比例項（Ｐ項）（フィードバ
ック制御定数）、ＫＰはＰ項増減係数である。ＰＲ値は
後述する図８のＰＲ、ＰＬ算出処理ルーチンを示すプロ
グラムによって算出され、ＫＰ値はエンジン回転数ＮＥ
及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されたマップか
ら読み出される。

【００４３】ステップＳ３２の答が否定（ＮＯ）、即ち
ＦＡＦ１＝１であるときには、第２のリーンリッチフラ
グＦＡＦ２を値１とするとともにカウンタＣＤＬＹ１の
カウント値を正の所定値ＴＤＬ１とし（ステップＳ３
６，Ｓ３７）、さらに空燃比制御量ＫＯ２を次式（３）
により算出する（ステップＳ３８）（図６、時刻ｔ２，
ｔ８参照）。

【００４４】

【数３】ＫＯ２＝ＫＯ２−ＰＬ×ＫＰ ここでＰＬはリーン補正用比例項（Ｐ項）（フィードバ
ック制御定数）であり、ＰＬ値はＰＲ値と同様に図８の
プログラムによって算出される。

【００４５】続くステップＳ４６ではＫＯ２値のリミッ
トチェックを行い、次いでＫＯ２値の学習値ＫＲＥＦの
算出（ステップＳ４７）及びＫＲＥＦ値のリミットチェ
ック（ステップＳ４８）を行って本プログラムを終了す
る。

【００４６】図３，４のプログラムによれば、図６に示
すように、上流側Ｏ２センサ出力電圧ＦＶＯ２の反転時
点（時刻ｔ１，ｔ３，ｔ７，ｔ９）から所定時間（Ｔ
２，Ｔ４，Ｔ８，Ｔ１０）遅延して、Ｐ項制御が実行さ
れ（時刻ｔ２，ｔ４，ｔ８，ｔ１０）、第２のリーンリ
ッチフラグＦＡＦ２＝０の期間中はＫＯ２値の増加方向
のＩ項制御が実行され（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ５〜Ｔ８）、Ｆ
ＡＦ２＝１の期間中はＫＯ２値の減少方向のＩ項制御が
実行される（Ｔ３，Ｔ４，Ｔ９，Ｔ１０）。なお、時刻
ｔ５〜ｔ７間でセンサ出力ＦＶＯ２が短い周期で変動し
ているが、負の所定値ＴＤＲ１に対応するＰ項制御の遅
延時間より変動周期が短いため、第２のリーンリッチフ
ラグＦＡＦ２が反転せず、Ｐ項制御は実行されない。

【００４７】［下流側Ｏ２センサによる空燃比フィード
バック制御］図７は下流側Ｏ２センサ１７による空燃比
フィードバック制御を示すメインルーチンのフローチャ
ートである。ここでは、上流側Ｏ２センサ１６の制御量
のずれを下流側Ｏ２センサ１７の出力ＲＶＯ２に応じて
補正するものである。

【００４８】まず、ステップＳ５０１では、下流側Ｏ２
センサ１７による空燃比フィードバック制御（以下、Ｓ
ｅｃＯ２Ｆ／Ｂという）の実行判定処理を行う。この実
行判定処理は、ＳｅｃＯ２Ｆ／Ｂの実行を禁止するか、
あるいは一時停止するかを判定する処理であり、Ｓｅｃ
Ｏ２Ｆ／Ｂの実行の禁止条件としては、下流側Ｏ２セン
サ１７の断線／短絡が検出されているとき、上流側Ｏ２
センサ１６による空燃比フィードバック制御が成立して
いないとき、あるいはエンジン運転領域がアイドル時で
あるとき等である。さらに、ＳｅｃＯ２Ｆ／Ｂの実行の
停止条件は、下流側Ｏ２センサ１７が不活性状態（半活
性状態を除く）であるとき、エンジンが過渡状態である
とき、禁止後所定時間経過してないとき、あるいは停止
後所定時間経過していないときなどである。

【００４９】次に、ステップＳ５０２において、Ｓｅｃ
Ｏ２Ｆ／Ｂが禁止中であるか否かを判別し、禁止中の場
合は、ステップＳ５０３へ進み、下流側Ｏ２センサオー
プンモードに設定して（ステップＳ５０３）、ＰＬ項及
びＰＲ項を共にＰ項の初期値ＰＩＮＩで初期化した後
（ステップＳ５０４）、本ルーチンを終了する。

【００５０】また、前記ステップＳ５０２でＳｅｃＯ２
Ｆ／Ｂが禁止中でないと判別された場合は、ステップＳ
５０５でＳｅｃＯ２Ｆ／Ｂが停止中か否かを判別する。
停止中である場合は、ＲＥＦ設定モードにして（ステッ
プＳ５０６）、ＰＬ項及びＰＲ項を、後述するＰＲＥＦ
算出処理で算出される学習値ＰＬＲＥＦ，ＰＲＲＥＦに
それぞれ設定する（ステップＳ５０７）。

【００５１】前記ステップＳ５０５でＳｅｃＯ２Ｆ／Ｂ
の停止中でないと判別された場合は、ＳｅｃＯ２Ｆ／Ｂ
モードに設定して（ステップＳ５０８）、後述するサブ
ルーチンによりＰＬ項及びＰＲ項を算出する（ステップ
Ｓ５０９）。さらに、ＰＲＥＦ算出処理を実行して本ル
ーチンを終了する（ステップＳ５１０）。

【００５２】次に、図８は、図７の前記ステップＳ５０
９において実行されるフィードバック制御定数ＰＬ項，
ＰＲ項の算出処理を示すフローチャートである。ここで
は、フィードバック制御定数として下流側Ｏ２センサ１
７の出力ＲＶＯ２に応じて図３、図４における上流側フ
ィードバック制御でのスキップ量ＰＬ項，ＰＲ項を算出
する。

【００５３】フィードバック制御定数は比例項であるス
キップ量ＰＬ項、ＰＲ項に限らず、積分項であるＩ項、
Ｏ２センサに基づく反転遅延時間を計測するディレイカ
ウンタのカウント値と比較される所定値（ＴＤＲ１，Ｔ
ＤＬ１）、あるいは上流側Ｏ２センサの基準電圧（ＦＶ
ＲＥＦ）であってもよい。

【００５４】ＰＲ値及びＰＬ値は、基本的には下流側Ｏ
２センサ１７の出力電圧ＲＶＯ２に基づいて算出する
（下流側Ｏ２センサによるフィードバック制御）が、こ
の第２のフィードバック制御が実行可能でないとき（例
えば、エンジンのアイドル時、下流側Ｏ２センサ１７の
不活性時（半活性時を除く）等）には、所定値又はフィ
ードバック制御中に算出される学習値が使用される。

【００５５】先ず、ステップＳ６００でフィードバック
制御定数の更新速度であるリーン判定時用及びリッチ判
定時用加減算項ＤＰＲ，ＤＰＬをＤＰＲ／ＤＰＬテーブ
ルを検索して読み出す。ここで、リーン判定時及びリッ
チ判定時用加減算項ＤＰＲ，ＤＰＬは触媒コンバータ１
４の触媒温度ＴCATに応じて設定される。図９は触媒温
度ＴCATに応じた加減算項ＤＰＬ、ＤＰＲの値を示すＤ
ＰＬ／ＤＰＲテーブルを示すグラフである。触媒温度Ｔ
CATが低いとき、すなわち触媒コンバータ１４が半活性
化状態にあるとき、加減算項ＤＰＬ，ＤＰＲは小さな値
に設定されている。また、触媒温度ＴCATは後述する触
媒温度ＴCAT推定ルーチンによって推定される。次い
で、ステップＳ６０１では下流側Ｏ２センサ出力電圧Ｒ
ＶＯ２が基準値ＲＶＲＥＦ（例えば０．４５Ｖ）より低
いか否かを判別し、ＲＶＯ２＜ＲＶＲＥＦが成立すると
きには、ＰＲ値にリーン判定時用加減算項ＤＰＬを加算
する（ステップＳ６０２）。

【００５６】ステップＳ６０２で加算されたＰＲ値が上
限値ＰＲＭＡＸより大きくなったときには、ＰＲ値を上
限値ＰＲＭＡＸとする（ステップＳ６０３，Ｓ６０
４）。

【００５７】続いて、リーン判定時用加減算項ＤＰＬを
ＰＬ値から減算し（ステップＳ６０５）、ＰＬ値が下限
値より小さくなったときには、ＰＬ値を下限値ＰＬＭＩ
Ｎとする（ステップＳ６０６，Ｓ６０７）。

【００５８】一方、前記ステップＳ６０１の答が否定
（ＮＯ）、即ちＲＶＯ２≧ＲＶＲＥＦが成立するときに
は、ＰＲ値からリッチ判定時用加減算項ＤＰＲを減算す
る（ステップＳ６０８）。ステップＳ６０８で減算され
たＰＲ値が下限値ＰＲＭＩＮより小さくなったときに
は、ＰＲ値を下限値ＰＲＭＩＮとする（ステップＳ６０
９，Ｓ７００）。

【００５９】続いて、リッチ判定用加減算項ＤＰＲをＰ
Ｌ値に加算し（ステップＳ７０１）、ＰＬ値が上限値Ｐ
ＬＭＡＸより大きくなったときには、ＰＬ値を上限値Ｐ
ＬＭＡＸとする（ステップＳ７０２，Ｓ７０３）。

【００６０】図８のプログラムによれば、ＲＶＯ２＜Ｒ
ＶＲＥＦが成立する期間中は、上下限値の範囲内でＰＲ
値は増加し、ＰＬ値は減少する一方、ＲＶＯ２≧ＲＶＲ
ＥＦが成立する期間中（Ｔ１，Ｔ３）は、ＰＲ値は減少
し、ＰＲ値は増加する。

【００６１】上述のように、リーン判定時用及びリッチ
判定時用加減算項ＤＰＬ，ＤＰＲを触媒コンバータ温度
ＴＣＡＴが低い程小さい値に設定したので、半活性状態
にある触媒コンバータ１４の最大酸素蓄積量が少ないと
きでも空燃比補正係数ＫＯ２の変化速度が速くなること
がなく、よって触媒コンバータ１４が完全活性状態に至
るのを待たずに半活性状態１７になったときに下流側Ｏ
２センサによる空燃比フィードバック制御を開始するこ
とができる。

【００６２】［触媒温度ＴCATの推定］図１０は触媒温
度ＴCATの推定ルーチンを示すフローチャートである。
本ルーチンでは、まず始動時であるかどうかを判別し
（ステップＳ２１０）、始動時であればＴＡセンサ９に
より検出された吸気温ＴＡを触媒温度ＴCATの初期値と
して設定して（ステップＳ２２０）本ルーチンを終了す
る。始動時でないときは目標の推定触媒温度ＴCATOBJと
触媒温度ＴCATとの差△ＴCATを演算し（ステップＳ２１
５）、その差ΔＴCATが値「０」より大きいかどうかを
判別する（ステップＳ２３０）。図１１は積分値ＴＯＵ
ＴＳＵＭに対する係数α１、α２の値を示すグラフであ
る。始動後の触媒温度ＴCATは上昇していくのが通常で
あるので、△ＴCATが正、すなわち触媒温度ＴCATが目標
の推定触媒温度ＴCATOBJより小さくなったときには図１
１に示すＴＯＵＴＳＵＭ／α１テーブルを検索して積算
値ＴＯＵＴＳＵＭに基づく触媒温度を上げるための係数
α１を検索する（ステップＳ２４０）。一方、△ＴCAT
が負、すなわち触媒温度ＴCATが目標の推定触媒温度ＴC
ATOBJより大きいときにはＴＯＵＴＳＵＭ／α２テーブ
ルを検索して積算値ＴＯＵＴＳＵＭに基づく触媒温度を
下げるための係数α２を検索する（ステップＳ２５
０）。ここで、ＴＯＵＴＳＵＭは単位時間当たりの燃料
噴射時間ＴＯＵＴの積算値であり、積算値ＴＯＵＴＳＵ
Ｍが大きいほど燃焼エネルギーが大きくなるので触媒温
度ＴCATも上がることになる。従って、係数α１、α２
は噴射量の単位時間当たりの平均値から求められる目標
触媒温度ＴCATOBJの遅れ時定数を示し、係数α１は積算
値ＴＯＵＴＳＵＭの増加に伴い減少する値をとり、係数
α２は積算値ＴＯＵＴＳＵＭの増加に伴い増加する値を
とる。

【００６３】つづいて、係数α１、α２の補正係数Ｋα
を車速Ｖおよび吸気温ＴＡに基づいて決定する（ステッ
プＳ２５５）。図１３は車速Ｖおよび吸気温ＴＡに応じ
て補正係数Ｋαの値を決定するためのテーブルを示すグ
ラフである。補正係数Ｋαは吸気温ＴＡが高い程大きな
値に、車速Ｖが低い程大きな値に設定される。ステップ
Ｓ２５５で補正係数Ｋαがテーブル検索されると、数式
４にしたがって係数αが演算される。

【００６４】

【数４】α ＝ α１ × Ｋα α ＝ α２ × Ｋα つぎに、目標の推定触媒温度ＴCATOBJの基本値ＴCATOBJ
0を吸気管内絶対圧力ＰＢＡおよびエンジン回転数ＮＥ
により図示しないマップを用いて決定する（ステップＳ
２６０）。更に、空燃比依存補正係数ＫＡ／ＦをＫＡ／
Ｆテーブルを検索して空燃比Ａ／Ｆによって求める（ス
テップＳ２６５）。この補正係数ＫＡ／Ｆは混合気の燃
料が濃いほど即ち排気系の空燃比が小さいほど触媒が冷
却され易いので、かかる燃料による冷却効果を補償する
ための係数で混合気の空燃比（排気系の空燃比に対応す
る）に応じて決定される。図１４は空燃比Ａ／Ｆに応じ
て補正係数ＫＡ／Ｆを決定するためのＫＡ／Ｆテーブル
を示すグラフである。図１４のテーブルによれば、補正
係数ＫＡ／Ｆは空燃比Ａ／Ｆがリッチなる程より小さい
値に設定される。つぎに、補正係数ＫTATCATをＫTATCAT
テーブルを検索して吸気温ＴＡ及び車速Ｖによって決定
する（ステップＳ２７０）。図１２は吸気温ＴＡおよび
車速Ｖに応じて補正係数ＫTATCATを決定するためのテー
ブルを示すグラフである。図１２のＫTATCATテーブルに
よれば、吸気温ＴＡが低いと外気により触媒コンバータ
１４が冷やされるので補正係数ＫTATCATの値もより小さ
く設定される。また、車速Ｖが高い程走行風量が増加し
て触媒コンバータからの熱放出量が大きくなるため、外
気による触媒コンバータ１４の冷却度合は車速Ｖによっ
て違いを生ずるので、車速Ｖに応じて補正係数ＫTATCAT
の値を変更する。

【００６５】つぎに、数式５に従って基本値ＴCATOBJ0
に検索した補正係数ＫＡ／ＦおよびＫTATCATを乗算して
外気によって冷却される触媒コンバータ１４の温度補正
を行ない、目標推定触媒温度ＴCATOBJを設定する（ステ
ップＳ２８０）。

【００６６】

【数５】ＴCATOBJ ＝ ＫTATCAT × ＫＡ／Ｆ ×
ＴCATOBJ0 この目標推定触媒温度ＴCATOBJを用いて、触媒温度ＴCA
T（ｎ）を数式６により算出する（ステップＳ２９
０）。

【００６７】

【数６】ＴCAT（ｎ） ＝ α × ＴCAT（ｎ−１）
＋ （１−α）×ＴCATOBJ ＴCAT（ｎ−１）は前回本ルーチンを実行したときに算
出された値である。触媒温度ＴCATが算出されると本ル
ーチンを終了する。

【００６８】このように、混合気中の燃料濃度および外
気温度と車速に基づく冷却効果を加味することで触媒温
度ＴCATの正確な推定を行える。尚、このように触媒温
度ＴCATをエンジン運転状態から推定することに代え
て、触媒コンバータに設けた触媒温度センサにより直接
触媒温度を検出してもよいことは勿論であるが、本実施
例では触媒温度センサを省略できるのでコストの低下を
図れると云う利点がある。

【００６９】本実施例では、触媒温度ＴCATの追従速度
（α１、α２）をエンジン負荷から求められる燃料噴射
量の積算値（ＴＯＵＴＳＵＭ）から求めたが、エンジン
負荷である吸気管内圧等から直接求めてもよい。

【００７０】以上示したように、本実施例の内燃機関の
空燃比制御装置によれば、触媒温度ＴCATが低くて触媒
コンバータ１４が半活性化状態であっても、下流側Ｏ２
センサ１６に基づくフィードバック制御の制御定数Ｐ
Ｌ，ＰＲに対するリッチリーン判定時用の加減算項ＤＰ
Ｌ、ＤＰＲを触媒コンバータ１４の触媒温度ＴCATに応
じて設定しているので、触媒コンバータ１４が完全に活
性化状態に至ならなくても下流側Ｏ２センサ１６に基づ
くフィードバック制御を実行でき、排ガスエミッション
特性の向上を図ることができる。

【００７１】

【発明の効果】本発明の請求項１に係る内燃機関の空燃
比制御装置によれば、内燃機関の排気系に配置された触
媒コンバータの下流側に設けられた下流側酸素センサの
出力に基づいてフィードバック制御定数決定手段により
フィードバック制御定数を決定し、フィードバック制御
手段により、該決定されたフィ−ドバック制御定数およ
び触媒コンバータの上流側に設けられた上流側酸素セン
サの出力に基づいて、内燃機関に供給される混合気の空
燃比をフィードバック制御する。このフィードバック制
御の際に、更新速度設定手段により前記フィードバック
制御定数の更新速度を前記触媒コンバータの触媒温度に
応じて設定するので、触媒コンバータが半活性化状態で
あっても下流側の酸素センサの出力に基づくフィードバ
ック制御を実行して排気ガスエミッション特性を向上す
ることができる。

【００７２】また、請求項２に係る内燃機関の空燃比制
御装置によれば、触媒コンバータの触媒温度を前記内燃
機関の運転状態から推定するので、触媒コンバータの温
度を検出する温度センサを不要にでき、低コスト化を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関及びその空燃
比制御装置の全体を示す構成図である。

【図２】空燃比制御量ＫＯ２を算出するプログラムのフ
ローチャートである。

【図３】図２のステップＳ８で実行されるプログラムの
フローチャートである。

【図４】図３に続く、プログラムのフローチャートであ
る。

【図５】フラグＦＡＦ１，ＦＡＦ２の初期化ルーチンを
示すフローチャートである。

【図６】上流側Ｏ２センサ出力電圧ＦＶＯ２に応じた各
変数の変化を示すタイミングチャートである。

【図７】下流側Ｏ２センサ１７による空燃比フィードバ
ック制御を示すメインルーチンのフローチャートであ
る。

【図８】ＰＲ、ＰＬ算出処理ルーチンを示すプログラム
のフローチャートである。

【図９】触媒温度ＴCATに応じた加減算項ＤＰＬ、ＤＰ
Ｒの値を示すＤＰＬ／ＤＰＲテーブルのグラフである。

【図１０】触媒温度ＴCATの推定ルーチンを示すフロー
チャートである。

【図１１】積分値ＴＯＵＴＳＵＭに対する係数α１、α
２の値を示すグラフである。

【図１２】吸気温ＴＡおよび車速Ｖに応じて補正係数Ｋ
TATCATを決定するためのテーブルを示すグラフである。

【図１３】車速Ｖおよび吸気温ＴＡに応じて補正係数Ｋ
αの値を決定するためのテーブルを示すグラフである。

【図１４】空燃比Ａ／Ｆに応じて補正係数ＫＡ／Ｆを決
定するためのＫＡ／Ｆテーブルを示すグラフである。

【図１５】触媒温度に応じた触媒コンバータの最大酸素
蓄積量を示すグラフである。

【符号の説明】

５ … ＥＣＵ １４ … 触媒コンバータ １６ … 上流側酸素センサ １７ … 下流側酸素センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気系に配置された触媒コン
   バータの上流側に設けられた上流側酸素センサと、 前記触媒コンバータの下流側に設けられた下流側酸素セ
   ンサと、 該下流側酸素センサの出力に基づいてフィードバック制
   御定数を決定するフィードバック制御定数決定手段と、 該決定されたフィ−ドバック制御定数および前記上流側
   酸素センサの出力に基づいて空燃比制御量を決定し、該
   空燃比制御量を用いて内燃機関に供給される混合気の空
   燃比をフィードバック制御するフィードバック制御手段
   とを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、 前記フィードバック制御定数の更新速度を前記触媒コン
   バータの触媒温度に応じて設定する更新速度設定手段を
   有することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 【請求項２】 前記触媒コンバータの触媒温度を前記内
   燃機関の運転状態から推定する触媒温度推定手段を有す
   ることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の空燃比制
   御装置。