JPH0733793B2

JPH0733793B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH0733793B2
Application number: JP16231288A
Authority: JP
Inventors: 建夫久米; 礼二郎駒米; 捷雄秋篠; 嘉明児玉
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1988-06-29
Filing date: 1988-06-29
Publication date: 1995-04-12
Anticipated expiration: 2010-04-12
Also published as: JPH0211841A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、内燃機関（エンジン）の空燃比を制御するた
めの内燃機関の空燃比制御装置に関する。

［従来の技術］従来より、内燃機関の排気系に排ガス浄化用の三元触媒
を配置して、排ガスの浄化を行なっている排ガス浄化シ
ステムがある。

かかるシステムにおいては、理論空燃比近傍において、
空燃比を振動させると、排ガス浄化効率を改善できるこ
とが知られている。

このため、従来より、排気マニホルド（触媒コンバータ
よりも上流側）にλ型酸素濃度センサ［所定の空燃比近
傍（理論空燃比）で出力値が急激に変化する酸素濃度セ
ンサ；以下、このセンサをO₂センサという］を設け、こ
のO₂センサの出力が理論空燃比を境にしてローからハイ
あるいはその逆にオンオフ変化することに着目して、こ
のO₂センサ出力をフィードバックすることにより、空燃
比が理論空燃比近傍となるよう、空燃比を制御すること
が行なわれている。かかる制御をいわゆるO₂フィードバ
ック制御といっている。

そして、かかるO₂フィードバック制御時に、O₂センサ出
力とオンオフ判定電圧（基準値）とを比較し、例えばO₂
センサ出力がこの判定電圧よりも大きいと、リーン化
し、逆にO₂センサ出力がこの判定電圧よりも小さいと、
リッチ化するという空燃比制御を行なっている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、かかる従来のO₂フィードバック制御で
は、フィードバック制御に使用するO₂センサが経年変化
や劣化を起こすと、制御信頼性の低下を招くおそれがあ
る。また、O₂センサのバラツキにより、エミッションレ
ベルのバラツキも大きくなり、これがやはり制御信頼性
の低下を招くおそれがある。

また、燃料供給部からO₂センサ配設部までのガス輸送遅
れ（無駄時間）およびセンサ遅れにより、空燃比変動の
最大周波数が制限されるため、触媒能力が十分に発揮さ
れないおそれがある。

そこで、内燃機関の排ガス浄化システムにおいて、更に
排ガス浄化特性を改善するために、例えば特開昭56−11
8535号公報に示すように、三元触媒へ導入される空燃比
を積極的に変動させるものが提案されている。

しかしながら、このような従来の手段では、空燃比の変
動中心値が固定であるので、やはり三元触媒の最大浄化
効率付近で空燃比を変動させることができないおそれが
ある。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもの
で、λ型酸素濃度センサを触媒コンバータの下流側（内
部も含む）に設け、空燃比を強制的に変動させた場合
に、その時のλ型酸素濃度センサの出力により、空燃比
変動の平均（平均空燃比）等の空燃比の強制変動状態を
補正して、触媒コバータの浄化効率が最大となるよう空
燃比を制御することができるようにした、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。

［課題を解決するための手段］このため、本発明の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ガス浄化用触媒コンバータ
の内部または下流側排気系部分にλ型酸素濃度センサを
そなえるとともに、所要の周期，振幅で空燃比を強制的
に変動しうる空燃比強制変動手段をそなえ、上記λ型酸
素濃度センサからの出力に基づき上記空燃比強制変動手
段による空燃比の強制変動状態を制御する空燃比変動制
御手段が設けられたことを特徴としている。

［作用］上述の本発明の内燃機関の空燃比制御装置では、空燃比
強制変動手段によって、所要の周期，振幅で空燃比が強
制的に変動せしめられるが、このとき空燃比変動制御手
段によって、λ型酸素濃度センサからの出力に基づき空
燃比強制変動手段による空燃比の強制変動状態が制御さ
れる。

［実施例］以下、図面により本発明の一実施例としての内燃機関の
空燃比制御装置について説明すると、第１図（ａ）はそ
の燃料供給制御系を示すブロック図、第１図（ｂ）はそ
の空燃比強制変動手段および空燃比変動制御手段のブロ
ック図、第２図はそのハードウェアを主体にして示すブ
ロック図、第３図はそのエンジンシステムを示す全体構
成図、第４図はその空燃比制御要領を説明するためのメ
インルーチンを示すフローチャート、第５図はその電磁
弁駆動ルーチンを説明するためのフローチャート、第６
図はその空燃比中央（平均）値演算ルーチンを説明する
ためのフローチャート、第７図はその空燃比強制変動分
を演算するためのフローチャート、第８図はそのフィー
ドバック補正係数演算ルーチンを説明するためのフロー
チャート、第９図はその空燃比中央（平均）値演算フラ
グセットのためのフローチャート、第10図はその空燃比
強制変動演算タイマをインクリメントするためのフロー
チャート、第11図はそのO₂センサ出力のフィルタリング
要領を説明するためのフローチャート、第12図（ａ）〜
（ｃ）はいずれもその空燃比強制変動に際しての作用を
説明するグラフ、第13,14図はそれぞれその空燃比強制
変動に際しての他の例の作用を説明するグラフである。

さて、本装置によって制御されるエンジンシステムは、
第３図のようになるが、この第３図において、エンジン
（内燃機関）Ｅはその燃焼室１に通じる吸気通路２およ
び排気通路３を有しており、吸気通路２と燃焼室１とは
吸気弁４によって連通制御されるとともに、排気通路３
と燃焼室１とは排気弁５によって連通制御されるように
なっている。

また、吸気通路２には、上流側から順にエアクリーナ6,
スロットル弁７および電磁式燃料噴射弁（電磁弁）８が
設けられており、排気通路３には、その上流側から順に
排ガス浄化用の触媒コンバータ（三元触媒）９および図
示しないマフラ（消音器）が設けられている。なお、吸
気通路２には、図示しないが、サージタンクが設けられ
ている。

さらに、電磁弁８は吸気マニホルド部分に気筒数だけ設
けられている。今、本実施例のエンジンＥが直列４気筒
エンジンであるとすると、電磁弁８は４個設けられてい
ることになる。即ちいわゆるマルチポイント燃料噴射
（MPI）方式のエンジンであるということができる。

また、スロットル弁７はワイヤケーブルを介してアクセ
ルペダルに連結されており、これによりアクセルペダル
の踏込み量に応じて開度が変わるようになっているが、
更にアイドルスピードコントロール用モータ（ISCモー
タ）10によっても開閉駆動されるようになっており、こ
れによりアイドリング時にアクセルペダルを踏まなくて
も、スロットル弁７の開度を変えることができるように
もなっている。

このような構成により、スロットル弁７の開度に応じエ
アクリーナ６を通じて吸入された空気が吸気マニホルド
部分で電磁弁８からの燃料と適宜の空燃比となるように
混合され、燃焼室１内で点火プラグを適宜のタイミング
で点火させることにより、燃焼せしめられて、エンジン
トルクを発生させたのち、混合気は、排ガスとして排気
通路３へ排出され、触媒コンバータ９で排ガス中のCO,H
C,NO_Xの３つの有害成分を浄化されてから、マフラで消
音されて大気側へ放出されるようになっている。

さらに、このエンジンＥを制御するために、種々のセン
サが設けられている。まず吸気通路２側には、そのエア
クリーナ配設部分に、吸入空気量をカルマン渦情報から
検出するエアフローセンサ11,吸入空気温度を検出する
吸気温センサ12および大気圧を検出する大気圧センサ13
が設けられており、そのスロットル弁配設部分に、スロ
ットル弁７の開度を検出するポテンショメータ式のスロ
ットルセンサ14,アイドリング状態を検出するアイドル
スイッチ15およびISCモータ10の位置を検出するモータ
ポジションセンサ16が設けられている。

また、排気通路３側には、触媒コンバータ９の下流側部
分に、排ガス中の酸素濃度（O₂濃度）を検出して所定の
空燃比（理論空燃比）近傍で出力値が急激に変化するλ
型酸素濃度センサ18（以下、単にO₂センサ18という）が
設けられている。

なお、このO₂センサ18は触媒コンバータ９の出口近傍の
内部に設けてもよい。

さらに、その他のセンサとして、エンジン冷却水温を検
出する水温センサ19や車速を検出する車速センサ20（第
２図参照）が設けられるほかに、第１図（ａ），第２図
に示すごとく、クランク角度を検出するクランク角セン
サ21（このクランク角センサ21はエンジン回転数を検出
する回転数センサも兼ねている）および第１気筒（基準
気筒）の上死点を検出するTDCセンサ22がそれぞれディ
ストリビュータに設けられている。

そして、これらのセンサ11〜16,18〜22からの検出信号
は、電子制御ユニット（ECU）23へ入力されるようにな
っている。

なお、ECU23へは、バッテリ24の電圧を検出するバッテ
リセンサ25からの電圧信号やイグニッションスイッチ
（キースイッチ）26からの信号も入力されている。

また、ECU23のハードウエア構成は第２図のようになる
が、このECU23はその主要部としてCPU27をそなえてお
り、このCPU27へは、吸気温センサ12,大気圧センサ13,
スロットルセンサ14,O₂センサ18,水温センサ19およびバ
ッテリセンサ25からの検出信号が入力インタフェイス28
およびA/Dコンバータ30を介して入力され、アイドルセ
ンサ15,車速センサ20およびイグニッションスイッチ26
からの検出信号が入力インタフェイス29を介して入力さ
れ、エアフローセンサ11,クランク角センサ21およびTDC
センサ22からの検出信号が直接に入力ポートへ入力され
るようになっている。

さらに、CPU27は、バスラインを介して、プログラムデ
ータや固定値データを記憶するROM31,更新して順次書き
替えられるRAM32およびバッテリ24によってバッテリ24
が接続されている間はその記憶内容が保持されることに
よってバックアップされたバッテリバックアップRAM（B
URAM）33との間でデータの授受を行なうようになってい
る。

なお、RAM32内データはイグニッションスイッチ26をオ
フすると消えてリセットされるようになっている。

今、燃料噴射制御（空燃比制御）に着目すると、CPU27
からは後述の手法で演算された燃料噴射用制御信号がド
ライバ34を介して出力され、例えば４つの電磁弁８を順
次駆動させてゆくようになっている。

そして、かかる燃料噴射制御（電磁弁駆動時間制御）の
ための機能ブロック図を示すと、第１図（ａ）のように
なる。すなわちソフトウエア的にこのECU23を見ると、
このECU23は、まず電磁弁８のための基本駆動時間T_Bを
決定する基本駆動時間決定手段35を有しており、この基
本駆動時間決定手段35はエアフローセンサ11からの吸入
空気量Ｑ情報とクランク角センサ21からのエンジン回転
数Ne情報とからエンジン１回転あたりの吸入空気量Q/Ne
情報を求め、この情報に基づき基本駆動時間T_Bを決定す
るものである。

また、水温センサ19で検出されたエンジン冷却水温に応
じて補正係数K_WTを設定する冷却水温補正手段40,吸気温
センサ12で検出された吸気温に応じて補正係数K_ATを設
定する吸気温補正手段41,大気圧センサ13で検出された
大気圧に応じて補正係数K_APを設定する大気圧補正手段4
2,加速増量用の補正係数K_ACを設定する加速増量補正手
段43,バッテリセンサ25で検出されたバッテリ電圧に応
じて駆動時間を補正するためデッドタイム（無効時間）
T_Dを設定するデッドタイム補正手段44が設けられてい
る。

なお、加速増量補正手段43へは、Q/Neの変化率信号また
はスロットルセンサ14で検出されるスロットル開度の変
化率信号が入力されている。

さらに、エンジンの運転状態（エンジン回転数，負荷）
に応じた空燃比補正係数K_AF1を設定する空燃比補正係数
設定手段36が設けられている。

ところで、フィードバック補正係数K_FBを設定して所要
の周期（例えば５〜10Hz程度）や振幅で空燃比を強制的
に変動（振動）させる空燃比強制変動手段45およびO₂セ
ンサ18からの出力に基づき空燃比強制変動手段45による
空燃比の強制変動状態を制御する空燃比変動制御手段47
が設けられているが、これらの空燃比強制変動手段45,
空燃比変動制御手段47と空燃比補正係数設定手段36とは
スイッチング手段38,39を介していずれか一方が選択さ
れるようになっている。

そして、一方が選択された場合は、これを係数K_AFとす
る。これは、燃料噴射量演算に際して、空燃比補正係数
K_AF1のデータとフィードバック補正係数K_FB1のデータと
を共通のメモリ（レジスタ）空間にセットするための操
作である。

ここで、空燃比変動制御手段47は、O₂センサ18からの出
力に応じ空燃比中央値（あるいは平均値）を補正するた
めの係数（K_FB）_Ｃ［この係数は上記では空燃比中央
（平均）値補正係数（K_FB）_Ｃといっているが、以下、
この係数を空燃比中央値補正係数（K_AF）_Ｃという］を
設定して、空燃比の中央値（平均値）を変更補正するた
めの手段として構成されている。

なお、フィードバック補正係数K_FBは、空燃比中央値補
正係数（K_FB）_Ｃと強制振動分ΔK_FBとの和として表わさ
れる。

また、空燃比中央値補正係数（K_FB）_Ｃは、後述のごと
く、1.0＋G_P・ΔＶ＋G_I・∫ΔVdQで表わされる。ここ
で、ΔＶはO₂センサ18の出力変化分（偏差）で、このΔ
Ｖは（XO2TL）−（ZPIO2A）より求められる。そして、
（XO2TL）は目標電圧［所要の空燃比となるような電
圧］であり、（ZPIO2A）はフィルタリング処理（なまし
処理）後のO₂センサ18の出力電圧である。なお、フィル
タリング処理については後述する。また、G_Pは比例ゲイ
ン、G_Iは積分ゲインで、これらはROM内データである。

従って、上記の空燃比強制変動手段45,空燃比変動制御
手段47を更に機能ブロック図で示すと、第１図（ｂ）の
ようになる。即ち、この第１図（ｂ）に示すごとく、空
燃比変動制御手段47は、目標電圧設定手段471,偏差演算
手段472,偏差比例要素演算手段473,偏差積分要素演算手
段474,加算手段475,476,定数設定手段477を有してい
る。

ここで、目標電圧設定手段471は上記目標電圧（XO2TL）
を設定するもので、偏差演算手段472は、目標電圧（XO2
TL）とフィルタリング処理後のO₂センサ18の出力電圧
（ZPIO2A）との偏差ΔＶを演算するものである。

偏差比例要素演算手段473はG_P・ΔＶを演算するもの
で、偏差積分要素演算手段474はG_I・∫ΔVdQを演算する
ものである。

加算手段475は、偏差比例要素演算手段473からの演算結
果（G_P・ΔＶ）と、偏差積分要素演算手段474からの演
算結果（G_I・∫ΔVdQ）とを加算するもので、加算手段4
76は、G_P・ΔＶ＋G_I・∫ΔVdQと、定数設定手段477から
の出力とを加算するものである。

さらに、加算手段476からの出力［1.0＋G_P・ΔＶ＋G_I・
∫ΔVdQ＝（K_FB）_Ｃ］と空燃比強制変動手段45からの出
力（ΔK_FB）とを加算する加算手段46が設けられてい
る。

ところで、電磁弁８は、上記の各手段で求められた時間
や係数に基づき算出された所要の駆動時間T_INJ［＝T_B×
K_WT×K_AT×K_AP×K_AC×K_AF＋T_D］で駆動されるようにな
っている。

かかる電磁弁駆動のための制御要領を示すと、第５図の
フローチャートのようになるが、この第５図に示すフロ
ーチャートは180゜毎のクランクパルスの割込みによっ
て作動し、まずステップb1で、燃料カットフラグセット
かどうかが判断され、燃料カットフラグセットの場合は
燃料噴射の必要がないので、リターンするが、そうでな
い場合は、ステップb2で、前回のクランクパルスと今回
のクランクパルスの間に発生したカルマンパルス数およ
びカルマンパルス間の周期データに基づいてクランク角
180゜あたりの吸入空気量Q_CR（Q/Ne）を設定する。

そして、次のステップb3で、このQ_CRに応じて基本駆動
時間T_Bを設定し、ついでステップb4で、電磁弁駆動時間
T_INJをT_B×K_WT×K_AT×K_AP×K_AC×K_AF＋T_Dから演算によ
り求め、ステップb5で、このT_INJを噴射タイマにセット
したのち、ステップb6で、この噴射タイマをトリガする
ことが行なわれている。そして、このようにトリガされ
ると、時間T_INJの間だけ燃料が噴射されるのである。

つぎに、空燃比制御要領をメインルーチンを示すフロー
チャート（第４図参照）を用いておおまかに説明する。

まず、ステップa1で、種々のセンサを通じて運転状態情
報を入力してから、ステップa2で、空燃比強制変動可能
な運転状態かどうかを判断する。ここで、空燃比強制変
動可能な条件は次のとおりである。

（１）O₂センサ18が活性状態にあること（２）エンジン運転状態が空燃比フィードバック制御領
域内（例えばエンジン中負荷以下の運転領域）であるこ
と（３）エンジン運転状態が空燃比フィードバック制御領
域へ突入後のエンジン吸入空気量が所定値以上であるこ
と（４）燃料カット後のエンジン吸入空気量が所定値以上
であること（５）エンジン始動後、所定時間が経過していること（６）エンジン冷却水温が所定温度以上であることもし、空燃比強制変動可能な条件が満たされないなら、
ステップa2でNOルートをとって、ステップa3で、ROMのN
e,Q/Neで規定されるマップより運転状態に応じた空燃比
補正係数K_AF1を設定し、ステップa3′で、このK_AF1をK
_AFとおく。かかる設定は空燃比補正係数設定手段36にて
行なわれる。

また、空燃比強制変動可能な条件が満たされたら、ステ
ップa2でYESルートをとって、ステップa4で、空燃比中
央値補正係数（K_FB）_Ｃを演算し、ステップa5で、強制
振動分ΔK_FBの演算を行ない、ステップa6で、フィード
バック補正係数K_FBを（K_FB）_Ｃ＋ΔK_FBから求め、更に
はステップa7で、このK_FBをK_AFとおく。なお、ステップ
a4〜a7にかかる処理は、空燃比強制変動制御手段47（偏
差演算手段472,偏差比例要素演算手段473,偏差積分要素
演算手段474,加算手段475,476等）と、空燃比強制変動
手段45とによって実行される。

また、ステップa3′,a7のあとは、ステップa8で、その
他の係数K_WT,K_AT,K_AP,K_ACを演算する。

次に、第４図のステップa4で行なわれる空燃比中央値補
正係数（K_FB）_Ｃの演算ルーチンについて、第６図を用
いて説明する。まずステップc1で、空燃比中央値演算フ
ラグ（ZFKFBC）がセットかリセットかが判定される。
（ZFKFBC）＝０（リセット）なら、空燃比中央値補正係
数（K_FB）_Ｃの演算は行なわないが、（ZFKFBC）≠０
（セット）なら、以下のステップで、空燃比中央値補正
係数（K_FB）_Ｃを算出して、この空燃比中央値補正係数
（K_FB）_Ｃの値を更新（学習）する。

ところで、このフラグ（ZFKFBC）のセットは、第９図に
示すようにして行なわれる。即ち、まず、ステップf1
で、カルマンパルスが入るたびにダウンカウントする
［（ZDCKFBC）←（ZDCKFBC）−１］。ここで、（ZDCKFB
C）はその初期値が（XCKFBC）として設定されるもの
で、この（ZDCKFBC）は空燃比中央値補正係数（K_FB）_Ｃ
の演算タイミングを規定すべくカルマンパルスを分周す
る機能を有するものである。即ち、初期値（XCKFBC）が
空燃比中央値補正係数（K_FB）_Ｃの演算周期を表わす。

その後は、ステップf2で、（ZDCKFBC）＜０かどうかが
判定され、（ZDCKFBC）＜０ならステップf3で、（ZDCKF
BC）をその初期値（XCKFBC）にし、次のステップf4で、
（ZFKFBC）に１を足してこれを新たな（ZFKFBC）とす
る。

このステップf4では、（ZFKFBC）が０とならない限り、
（ZFKFBC）をアップカウントしていくことが行なわれる
ので、このアップカウント値は吸入空気量情報も有す
る。即ち、このフラグ（ZFKFBC）は空燃比中央値補正係
数（K_FB）_Ｃ演算フラグとしての機能を有するほか、空
燃比中央値補正係数（K_FB）_Ｃの演算に使用する吸入空
気量情報をも提供するものである。

上記のようにして（ZFKFBC）のセットが行なわれるわけ
であるが、このようにしてセットが行なわれると、（ZF
KFBC）≠０となるから、第６図のステップc1でNOルート
をとって、ステップc2で、ΔＶを算出することが行なわ
れる。かかるステップでの処理は、偏差演算手段472に
て行なわれる。なお、ΔＶは、前述のごとく、（XO2T
L）−（ZPIO2A）より求められる。

ここで、（XO2TL）は目標電圧であり、（ZPIO2A）はフ
ィルタリング処理（なまし処理）後のO₂センサ18の出力
電圧であるが、この場合のフィルタリング処理とは、O₂
センサ18の現出力値と前回の演算に使用した出力値との
間で適当な重み配分を行なった値をO₂センサ18の出力値
とする処理で、かかる処理のためのフローチャートを示
すと、第11図のようになる。

即ち、このフローチャートでは、ステップh1で示すよう
に、（ZPIO2A）＋｛（ZPIO2）−（ZPIO2A）｝／（XTQO
2）を新たな（ZPIO2A）とするのである。今、（ZPIO2）
はO₂センサ18の出力瞬時値（この値は所要の時間間隔毎
にA/D変換することにより得られる）で、（XTQO2）はこ
のフィルタリング処理のための手段（いわゆる、フィル
タリング回路）の時定数に相当する数（パルス数）であ
る。

今、（ZPIO2A）＋｛（ZPIO2）−（ZPIO2A）｝／（XTQO
2）を変形すると、［１−｛1/（XTQO2）｝］（ZPIO2A）＋｛1/（XTQO2）｝
（ZPIO2）＝（１−ｋ）（ZPIO2A）＋ｋ（ZPIO2）とな
る。

ここで、ｋは重み係数で、０≦ｋ≦１（通常はｋ≠0,
1）となるように設定される。

このようにO₂センサ18の出力をフィルタリング処理する
ことにより、出力ノイズ分がカットされる。

上記のようにしてフィルタリング処理後のO₂センサ出力
に基づいて、偏差ΔＶを求めた後は、つぎのステップc3
（第６図参照）で、∫ΔVdQ（偏差積算値）を算出す
る。かかるステップでの処理は、偏差積分要素演算手段
474にて行なわれる。なお、∫ΔVdQは、現在値（∫ΔVd
Q）に変化量［ΔＶ×（ZFKFBC）×（XCKFBC）］を加算
することにより求められる。

ここで、（ZFKFBC）×（XCKFBC）は、カルマンパルスの
数、即ち、吸入空気量に相当する。従って、この（ZFKF
BC）が、空燃比中央値補正係数（K_FB）_Ｃの演算に使用
する吸入空気量情報をも提供すると前述したのは、この
ことを意味するのである。

その後は、∫ΔVdQが所定の範囲（例えば−100〜100V
l）内に収容する処理が施される。即ち、ステップc4
で、∫ΔVdQが上限値（XUL）よりも大きいかどうかが判
断され、もしそうであれば、ステップc5で、上限値（XU
L）を∫ΔVdQとして、上限をクリップし、ステップc6
で、∫ΔVdQが下限値（XLL）よりも小さければ、ステッ
プc7で、下限値（XLL）を∫ΔVdQとして、下限をクリッ
プするのである。

このようにして∫ΔVdQを所定の範囲内に収容したあと
は、ステップc8で、ΔＶや∫ΔVdQを用いて、空燃比中
央値補正係数（K_FB）_Ｃを演算することにより、空燃比
中央値補正係数（K_FB）_Ｃの値を更新する。即ち、（K_FB）_Ｃ←1.0＋G_P・ΔＶ＋G_I・∫ΔVdQとすることが
行なわれる。ここで、前述のごとく、G_Pは比例ゲイン、
G_Iは積分ゲインである。

かかる演算は、偏差比例要素演算手段473,偏差積分要素
演算手段474,加算手段475,476等で行なわれる。

その後は、この更新値（K_FB）_Ｃを所定範囲（例えば0.8
〜1.2）内に収容する処理が施される。即ち、ステップc
9で、（K_FB）_Ｃが上限値（XKFBCU）よりも大きいかどう
かが判断され、もしそうであれば、ステップc10で、上
限値（XKFBCU）を（K_FB）_Ｃとして、上限をクリップ
し、ステップc11で、（K_FB）_Ｃが下限値（XKFBCL）より
も小さければ、ステップc12で、下限値（XKFBCL）を∫
ΔVdQとして、下限をクリップするのである。

これにより、空燃比中央値補正係数（K_FB）_Ｃが、所要
の範囲内において、更新される。

このようにして（K_FB）_Ｃを所定の範囲内に収容したあ
とは、ステップc13で、フラグ（ZFKFBC）を０にして、
フラグをリセットする。

次に、第４図のステップa5で行なわれる強制振動の演算
ルーチンについて、第７図を用いて説明する。まずステ
ップd1で、タイマ値（ZFKFBV）が例えば５〜10Hz程度の
強制振動周期（XFKFBV）の1/2よりも大きいかどうかが
判定される。

なお、この強制振動周期（XFKFBV）は、O₂センサを触媒
コンバータ９の上流側の燃焼室１の出口付近に設けて、
このO₂センサからの検出信号に基づき空燃比のフィード
バック制御を行なうO₂センサを用いた通常の空燃比フィ
ードバック制御時の振動周期（通常は２〜5Hz程度）に
比べ短い。

ここで、このタイマ値（ZFKFBV）のインクリメイトは、
第10図に示すフローにしたがって行なわれる。即ち、ま
ず、第10図のステップg1で、カルマンパルスが入るたび
にダウンカウントする［（ZDCKFBV）←（ZDCKFBV）−
１］。ここで、（ZDCKFBV）はその初期値が（XCKFBV）
として設定されるもので、この（ZDCKFBV）は強制振動
上乗せ分（強制振動分）ΔK_FBの演算タイミングを規定
すべくカルマンパルスを分周する機能を有するものであ
る。即ち、初期値（XCKFBV）で規定される間隔ごとに、
強制振動上乗せ分ΔK_FBの演算タイミングが到来する。

その後は、ステップg2で、（ZDCKFBV）＜０かどうかが
判定され、（ZDCKFBV）＜０なら、ステップg3で、（ZDC
KFBV）をその初期値（XCKFBV）にし、次のステップg4
で、（ZFKFBV）から１を引いてこれを新たな（ZFKFBV）
とする。

その後は、ステップg5で、（ZFKFBV＜０となったかどう
かが判定され、ステップg4でのダウンカウントの結果、
（ZFKFBV＜０となると、ステップg6で、（ZFKFBV）を強
制振動周期（XFKFBV）にする。

このようにして強制振動周期（XFKFBV）を複数に分割し
た単位間隔としての初期値（XCKFBV）で規定される間隔
ごとに、強制振動上乗せ分ΔK_FBの演算タイミングをつ
くることができるのである。

上記のようにしてタイマカウント値（ZFKFBV）が得られ
るのであるが、このタイマ値（ZFKFBV）が強制振動周期
（XFKFBV）の半周期を境にして、リッチ化処理とリーン
化処理とが区別して行なわれる。

即ち、第７図のステップd1で、タイマ値（ZFKFBV）が強
制振動周期（XFKFBV）の1/2よりも大きいならば、リッ
チ化処理がなされる一方、タイマ値（ZFKFBV）が強制振
動周期（XFKFBV）の1/2以下ならば、リーン化処理がな
される。

リッチ化処理に際しては、まずステップd2で、リッチ化
用強制振動積分成分I_Vが次式から求められる。

I_V＝｛（3/4）（XFKFBV）−（ZFKFBV）｝×（DLTV）ここで、（DLTV）は演算ごとの加算値である。

その後は、ステップd3で、リッチ化強制振動成分ΔK_FB
をP_V＋I_Y（このI_Vはステップd2で求めたもの）から求め
る。P_Vは強制振動比例成分である。

次にリーン化処理に際しては、まずステップd4で、リー
ン化用強制振動積分成分I_Vが次式から求められる。

I_V＝｛（ZFKFBV）−（1/4）（XFKFBV）｝×（DLTV）その後は、ステップd5で、リーン化強制振動成分ΔK_FB
を−P_V＋I_Y（このI_Vはステップd4で求めたもの）から求
める。

このようにして、強制振動分ΔK_FBが求められたわけで
あるが、この強制振動分ΔK_FBの演算タイミングは、カ
ルマンパルスに同期しているので、この強制振動分ΔK
_FBの周期時間は吸入空気量の関数となり、吸入空気量に
応じて振動周期が変わるようになっている。従って吸入
空気量の変化に応じた適切な振動周期を設定できるもの
である。

なお、I_V,P_V,ΔK_FBの変化の様子を示すと、第12図
（ａ）〜（ｃ）のようになるが、この場合の強制変動
は、第12図（ｃ）からもわかるように三角波状振動であ
る。

また、上記のようにして空燃比中央値補正係数（K_FB）
_Ｃおよび強制振動分ΔK_FBが求められると、前述のごと
く、フィードバック補正係数K_FBの演算（第４図のステ
ップa6参照）が行なわれるが、この演算は、第８図に示
すフロー（このフローはステップe1だけのフローであ
る）から求められる。そして、その後はこのK_FBをK_AFと
おき、その他の係数が演算される（第４図のステップa
7,a8参照）。

上述の構成により、強制振動可能なエンジン運転状態で
あれば、空燃比中央値補正係数（K_FB）_C,強制振動分ΔK
_FBを演算することにより、触媒コンバータ９の下流側あ
るいは触媒コンバータ内部に設けられたO₂センサ18の出
力（実際はフィルタリング出力）（ZPIO2A）が目標電圧
（XO2TL）と一致するように、平均燃料噴射量をフィー
ドバック制御して、空燃比中央値補正係数（K_FB）_Ｃを
変更更新（学習）し、この空燃比中央値補正係数
（K_FB）_Ｃで決まる空燃比となるようなところを中央値
として、所要の周期（この周期は吸入空気量の関数），
振幅で空燃比を変動させることが行なわれる。

このように空燃比を強制的に変動させた場合に、その時
のO₂センサ18の出力により、空燃比変動の変動中心値を
補正することが行なわれるので、触媒コバータの浄化効
率が最大となるよう空燃比を制御することができる。

また、O₂センサ18が触媒コンバータ９の下流側あるいは
触媒コンバータ内部に設けられているので、排ガス中の
未燃成分が低減され、制御λポイント（O₂センサ18の出
力が急激に変化するところ）が理論空燃比に近付き、且
つ、エミッションレベルのバラツキも少なくなるほか、
このエンジンシステムのもつ固有の応答遅れの影響をな
くすことができるため、この点からも良好な排ガス浄化
特性が期待できる。

なお、前述の偏差積分値∫ΔVdQひいては強制振動分ΔK
_FBはその最新値がRAM内に記憶されるが、この記憶値
は、バッテリが外されるまで、またはエンジンキーがオ
フ状態となるまでは保持される。

また、前述の偏差積分値∫ΔVdQひいては強制振動分ΔK
_FBをいくつかのエンジン運転領域ごとに記憶してもよ
く、この場合は、あるエンジン運転領域内にあるうちだ
け、偏差積分値∫ΔVdQひいては強制振動分ΔK_FBの最新
値を更新して記憶し、他のエンジン運転領域となった場
合は、偏差積分値∫ΔVdQひいては強制振動分ΔK_FBの値
をリセットしてしまうことが行なわれたり、又はあるエ
ンジン運転領域から他のエンジン運転領域へ移行したと
きは、移行直前の偏差積分値∫ΔVdQひいては強制振動
分ΔK_FBを記憶しておき、再度このエンジン運転領域へ
戻ってくると、移行直前の値を元にして最新値の更新を
行なうようにしたりすることが行なわれる。

また、上記の強制振動に際しては、前述のように三角波
状に振動させるほか、矩形波状（第13,14図参照）ある
いは正弦波状またはその他の合成波状に振動させてもよ
い。

ここで、第13図の場合も、K_FB,（K_FB）_Ｃは次のように
なる。

K_FB＝（K_FB）_Ｃ＋ΔK_FB （K_FB）_Ｃ＝1.0＋G_P・ΔＶ＋G_I・∫ΔVdQ そして、ΔＶは（XO2TL）−（ZPIO2A）である。

また、G_P,G_Iはカルマン周波数に対してマッピングされ
ており、∫ΔVdQひいてはK_FBの値はエンジン運転領域ご
とに更新（学習）されるようになっている。

さらに、振幅ΔＡや矩形幅T_Kについては一定値（エンジ
ン運転領域全てについて一定値の場合と複数のエンジン
運転領域部分ごとに一定値の両方の場合を含む）でも、
カルマン周波数あるいはカルマン周波数の逆数に対して
マッピングしてもよい。

また、第14図の場合は、中央値をはさんで空燃比がリッ
チ側になる時間T_KRとリーン側になる時間T_KLとの割合
（比）を制御するもので、この場合のK_FB,（K_FB）_Ｃは
次のようになる。

K_FB＝（K_FB）_Ｃ＋ΔK_FB （K_FB）_Ｃ＝1.0＋G_I・∫ΔVdQ そして、リッチ側矩形幅T_KRとリーン側矩形幅T_KLとの関
係は、T_KR/T_KL＝1.0＋G_P・ΔＶとなっている。即ち、T
_KR＝T_K（1.0＋G_P・ΔＶ）^1/2となり、T_KR＝T_K（1.0＋G_P
・ΔＶ）^−1/2となっている。

また、G_P,G_Iは、前述の場合と同様、カルマン周波数に
対してマッピングされており、∫ΔVdQやK_FBあるいはリ
ッチ側矩形幅T_KR,リーン側矩形幅T_KLの値もエンジン運
転領域ごとに更新（学習）されるようになっている。

さらに、振幅ΔＡについても一定値（エンジン運転領域
全てについて一定値の場合と複数のエンジン運転領域部
分ごとに一定値の両方の場合を含む）でも、カルマン周
波数あるいはカルマン周波数の逆数に対してマッピング
してもよい。

そして、この第14図に示すように強制振動に際して、リ
ッチ側時間T_KRとリーン側と時間T_KLとの割合を変えた場
合は、エンジンの運転状態が変化するときの過渡応答性
を補償することができる。

もちろん、この強制振動に際して、空燃比中央値や振
幅，周期，リッチ側時間とリーン側時間との割合等を、
O₂センサ18の出力に基づき、変更補正する手法は、強制
振動波形がどのようなもの（三角波，矩形波，正弦波
等）においても適用できることはいうまでもない。

また、空燃比を調整する手段としては、電磁弁８を用い
るもののほか、キャブレタ付設の電子制御可能なメータ
リング機構を用いるもの（いわゆる電子制御キャブ）や
触媒コンバータ９の上流側に２次空気を導入する手段を
もったものあるいはキャブレタをバイパスして空気をエ
ンジン燃焼室へ供給するもの（２次吸入空気供給式）
等、種々の手段が考えられる。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明の内燃機関の空燃比制御装
置によれば、空燃比を強制的に変動させた場合に、その
時のO₂センサの出力により、空燃比変動の変動中心値を
補正する等、空燃比の強制変動状態を制御することが行
なわれるので、触媒コバータの浄化効率を最大となるよ
う空燃比を制御できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜14図は本発明の一実施例としての内燃機関の空燃
比制御装置を示すもので、第１図（ａ）はその燃料供給
制御系を示すブロック図、第１図（ｂ）はその空燃比強
制変動手段および空燃比変動制御手段のブロック図、第
２図はそのハードウェアを主体にして示すブロック図、
第３図はそのエンジンシステムを示す全体構成図、第４
図はその空燃比制御要領を説明するためのメインルーチ
ンを示すフローチャート、第５図はその電磁弁駆動ルー
チンを説明するためのフローチャート、第６図はその空
燃比中央値演算ルーチンを説明するためのフローチャー
ト、第７図はその空燃比強制変動分を演算するためのフ
ローチャート、第８図はそのフィードバック補正係数演
算ルーチンを説明するためのフローチャート、第９図は
その空燃比中央値演算フラグセットのためのフローチャ
ート、第10図はその空燃比強制変動演算タイマをインク
リメントするためのフローチャート、第11図はそのO₂セ
ンサ出力のフィルタリング要領を説明するためのフロー
チャート、第12図（ａ）〜（ｃ）はいずれもその空燃比
強制変動に際しての作用を説明するグラフ、第13,14図
はそれぞれその空燃比強制変動に際しての他の例の作用
を説明するグラフである。１……燃焼室、２……吸気通路、３……排気通路、４…
…吸気弁、５……排気弁、６……エアクリーナ、７……
スロットル弁、８……電磁弁、９……触媒コンバータ、
10……ISCモータ、11……エアフローセンサ、12……吸
気温センサ、13……大気圧センサ、14……スロットルセ
ンサ、15……アイドルスイッチ、16……モータポジショ
ンセンサ、18……λ型酸素濃度センサ（O₂センサ）、19
……水温センサ、20……車速センサ、21……クランク角
センサ、22……TDCセンサ、23……電子制御ユニット（E
CU）、24……バッテリ、25……バッテリセンサ、26……
イグニッションスイッチ（キースイッチ）、27……CP
U、28,29……入力インタフェイス、30……A/Dコンバー
タ、31……ROM、32……RAM、33……バッテリバックアッ
プRAM（BURAM）、34……ドライバ、35……基本駆動時間
決定手段、36……空燃比補正係数設定手段、38,39……
スイッチング手段、40……冷却水温補正手段、41……吸
気温補正手段、42……大気圧補正手段、43……加速増量
補正手段、44……デッドタイム補正手段、45……空燃比
強制変動手段、46……加算手段、47……空燃比変動制御
手段、471……目標電圧設定手段、472……偏差演算手
段、473……偏差比例要素演算手段、474……偏差積分要
素演算手段、475,476……加算手段、477……定数設定手
段、Ｅ……エンジン。

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ガス浄化
用触媒コンバータの内部または下流側排気系部分に所定
の空燃比近傍で出力値が急激に変化するλ型酸素濃度セ
ンサをそなえるとともに、所要の周期，振幅で空燃比を
強制的に変動しうる空燃比強制変動手段をそなえ、上記
λ型酸素濃度センサからの出力に基づき上記空燃比強制
変動手段による空燃比の強制変動状態を制御する空燃比
変動制御手段が設けられたことを特徴とする、内燃機関
の空燃比制御装置。