JPH0734934A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
内燃機関の空燃比制御装置Info
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- JPH0734934A JPH0734934A JP5184157A JP18415793A JPH0734934A JP H0734934 A JPH0734934 A JP H0734934A JP 5184157 A JP5184157 A JP 5184157A JP 18415793 A JP18415793 A JP 18415793A JP H0734934 A JPH0734934 A JP H0734934A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】触媒上流側に設けられた酸素センサの特性変化
を高精度に診断し、該診断結果に基づいて前記酸素セン
サを用いた空燃比フィードバック制御を補正して、制御
精度を維持させる。 【構成】所定の診断条件成立時に、触媒上流側の第１酸
素センサを用いずに、触媒下流側に設けた第２酸素セン
サを用いて空燃比フィードバック制御を行わせる（Ｓ2
8）。かかる状態で、前記第１及び第２酸素センサで検
出される空燃比のリッチ継続時間，リーン継続時間を相
互に比較する（Ｓ30〜Ｓ33）。そして、該比較結果に基
づいて第１酸素センサの検出特性の変化を判別し、該判
別結果に基づいて第１酸素センサを用いて行われる空燃
比フィードバック制御における比例操作量ＰR ，ＰL を
補正する（Ｓ34〜Ｓ37）。
を高精度に診断し、該診断結果に基づいて前記酸素セン
サを用いた空燃比フィードバック制御を補正して、制御
精度を維持させる。 【構成】所定の診断条件成立時に、触媒上流側の第１酸
素センサを用いずに、触媒下流側に設けた第２酸素セン
サを用いて空燃比フィードバック制御を行わせる（Ｓ2
8）。かかる状態で、前記第１及び第２酸素センサで検
出される空燃比のリッチ継続時間，リーン継続時間を相
互に比較する（Ｓ30〜Ｓ33）。そして、該比較結果に基
づいて第１酸素センサの検出特性の変化を判別し、該判
別結果に基づいて第１酸素センサを用いて行われる空燃
比フィードバック制御における比例操作量ＰR ，ＰL を
補正する（Ｓ34〜Ｓ37）。
Description
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の空燃比制御装
置に関し、詳しくは、排気浄化触媒の上流側に設けられ
た酸素センサを用いて空燃比フィードバック制御を行う
装置において、前記酸素センサの劣化診断を行い、ま
た、前記酸素センサの劣化に応じた補正を行う技術に関
する。
置に関し、詳しくは、排気浄化触媒の上流側に設けられ
た酸素センサを用いて空燃比フィードバック制御を行う
装置において、前記酸素センサの劣化診断を行い、ま
た、前記酸素センサの劣化に応じた補正を行う技術に関
する。
【従来の技術】従来から、排気浄化用に排気系に設けら
れる三元触媒の上流側と下流側とにそれぞれ酸素センサ
を設け、これらの２つの酸素センサの検出値を用いて空
燃比をフィードバック制御するものが種々提案されてい
る（特開平４−７２４３８号公報等参照）。上記のよう
に２つの酸素センサを用いて空燃比フィードバック制御
を行う装置は、触媒上流側の酸素センサに比して触媒下
流側の酸素センサの検出特性のばらつきが小さいという
特性を利用するものであり、下流側の酸素センサの検出
結果に基づいて、上流側の酸素センサを用いて行われる
空燃比フィードバック制御のリッチ・リーンシフト（上
流側の酸素センサの検出特性のリッチ・リーンシフト）
を検知し、該検知結果に基づいて空燃比フィードバック
制御に補正を加えるものである。
れる三元触媒の上流側と下流側とにそれぞれ酸素センサ
を設け、これらの２つの酸素センサの検出値を用いて空
燃比をフィードバック制御するものが種々提案されてい
る（特開平４−７２４３８号公報等参照）。上記のよう
に２つの酸素センサを用いて空燃比フィードバック制御
を行う装置は、触媒上流側の酸素センサに比して触媒下
流側の酸素センサの検出特性のばらつきが小さいという
特性を利用するものであり、下流側の酸素センサの検出
結果に基づいて、上流側の酸素センサを用いて行われる
空燃比フィードバック制御のリッチ・リーンシフト（上
流側の酸素センサの検出特性のリッチ・リーンシフト）
を検知し、該検知結果に基づいて空燃比フィードバック
制御に補正を加えるものである。
【発明が解決しようとする課題】しかしなから、従来で
は、上流側の酸素センサを用いたフィードバック制御の
結果が、触媒における酸素ストレージ効果によって低い
応答速度で下流側の酸素センサで検出される構成である
ために、このときの下流側の酸素センサの検出結果に基
づいて平均的には目標空燃比に維持できたとしても、下
流側の酸素センサの検出結果からは、上流側の酸素セン
サの特性変化を高精度に診断することはできず、高い精
度で目標空燃比に安定させることは困難であった。本発
明は上記問題点に鑑みなされたものであり、触媒上流側
の酸素センサの特性変化を精度良く診断でき、また、該
診断結果に基づいて空燃比フィードバック制御を補正す
ることで、高い精度で目標空燃比に安定させることがで
きるようにすることを目的とする。
は、上流側の酸素センサを用いたフィードバック制御の
結果が、触媒における酸素ストレージ効果によって低い
応答速度で下流側の酸素センサで検出される構成である
ために、このときの下流側の酸素センサの検出結果に基
づいて平均的には目標空燃比に維持できたとしても、下
流側の酸素センサの検出結果からは、上流側の酸素セン
サの特性変化を高精度に診断することはできず、高い精
度で目標空燃比に安定させることは困難であった。本発
明は上記問題点に鑑みなされたものであり、触媒上流側
の酸素センサの特性変化を精度良く診断でき、また、該
診断結果に基づいて空燃比フィードバック制御を補正す
ることで、高い精度で目標空燃比に安定させることがで
きるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】そのため本発明にかかる
内燃機関の空燃比制御装置は、図１に示すように構成さ
れる。図１において、機関排気通路に排気浄化触媒が設
けられ、この触媒の上流側には、排気中の酸素濃度に感
応して出力値が変化する第１酸素センサが設けられる。
そして、空燃比フィードバック制御手段は、第１酸素セ
ンサの出力値に基づいて機関吸入混合気の空燃比を目標
空燃比に近づけるように機関への燃料供給量をフィード
バック制御する。また、前記排気浄化触媒の下流側に
も、排気中の酸素濃度に感応して出力値が変化する第２
酸素センサが設けられる。ここで、診断条件判定手段に
より前記第１酸素センサの診断条件が判定されると、診
断用空燃比フィードバック制御手段は、前記空燃比フィ
ードバック制御手段による空燃比フィードバック制御を
停止させ、代わりに、前記第２酸素センサの出力値に基
づいて機関吸入混合気の空燃比を目標空燃比に近づける
ように機関への燃料供給量をフィードバック制御する。
そして、自己診断手段は、診断用空燃比フィードバック
制御手段によるフィードバック制御状態において、前記
第１及び第２酸素センサそれぞれで検出される目標空燃
比に対するリッチ・リーン変化の特性を比較し、該比較
結果に基づいて前記第１酸素センサの検出特性の変化を
診断する。ここで、上記構成に加え、前記自己診断手段
による診断結果に基づいて前記空燃比フィードバック制
御手段による制御特性を補正するフィードバック制御補
正手段を設けて構成することが好ましい。
内燃機関の空燃比制御装置は、図１に示すように構成さ
れる。図１において、機関排気通路に排気浄化触媒が設
けられ、この触媒の上流側には、排気中の酸素濃度に感
応して出力値が変化する第１酸素センサが設けられる。
そして、空燃比フィードバック制御手段は、第１酸素セ
ンサの出力値に基づいて機関吸入混合気の空燃比を目標
空燃比に近づけるように機関への燃料供給量をフィード
バック制御する。また、前記排気浄化触媒の下流側に
も、排気中の酸素濃度に感応して出力値が変化する第２
酸素センサが設けられる。ここで、診断条件判定手段に
より前記第１酸素センサの診断条件が判定されると、診
断用空燃比フィードバック制御手段は、前記空燃比フィ
ードバック制御手段による空燃比フィードバック制御を
停止させ、代わりに、前記第２酸素センサの出力値に基
づいて機関吸入混合気の空燃比を目標空燃比に近づける
ように機関への燃料供給量をフィードバック制御する。
そして、自己診断手段は、診断用空燃比フィードバック
制御手段によるフィードバック制御状態において、前記
第１及び第２酸素センサそれぞれで検出される目標空燃
比に対するリッチ・リーン変化の特性を比較し、該比較
結果に基づいて前記第１酸素センサの検出特性の変化を
診断する。ここで、上記構成に加え、前記自己診断手段
による診断結果に基づいて前記空燃比フィードバック制
御手段による制御特性を補正するフィードバック制御補
正手段を設けて構成することが好ましい。
【作用】かかる構成によると、排気浄化触媒の上流側と
下流側とにそれぞれ酸素センサが設けられ、通常は、上
流側の第１酸素センサの検出結果を用いて空燃比フィー
ドバック制御が行われる。一方、診断条件の成立が判定
されると、上流側の第１酸素センサを用いた空燃比フィ
ードバック制御に代えて、下流側の第２酸素センサを用
いた診断用の空燃比フィードバック制御に切り換えられ
る。そして、下流側の第２酸素センサを用いた診断用の
空燃比フィードバック制御状態において、第１酸素セン
サで検出される目標空燃比に対するリッチ・リーン変化
と、第２酸素センサで検出される目標空燃比に対するリ
ッチ・リーン変化とが比較され、該比較結果に基づいて
上流側の第１酸素センサの検出特性の変化が診断され
る。更に、前記診断結果に基づいて第１酸素センサを用
いて行われる空燃比フィードバック制御が補正され、第
１酸素センサの特性変化があっても目標空燃比への制御
精度を維持できるようにする。
下流側とにそれぞれ酸素センサが設けられ、通常は、上
流側の第１酸素センサの検出結果を用いて空燃比フィー
ドバック制御が行われる。一方、診断条件の成立が判定
されると、上流側の第１酸素センサを用いた空燃比フィ
ードバック制御に代えて、下流側の第２酸素センサを用
いた診断用の空燃比フィードバック制御に切り換えられ
る。そして、下流側の第２酸素センサを用いた診断用の
空燃比フィードバック制御状態において、第１酸素セン
サで検出される目標空燃比に対するリッチ・リーン変化
と、第２酸素センサで検出される目標空燃比に対するリ
ッチ・リーン変化とが比較され、該比較結果に基づいて
上流側の第１酸素センサの検出特性の変化が診断され
る。更に、前記診断結果に基づいて第１酸素センサを用
いて行われる空燃比フィードバック制御が補正され、第
１酸素センサの特性変化があっても目標空燃比への制御
精度を維持できるようにする。
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。一実施例
を示す図２において、内燃機関１には、エアクリーナ２
から吸気ダクト３，スロットル弁４及び吸気マニホール
ド５を介して空気が吸入される。吸気マニホールド５の
ブランチ部には各気筒毎に燃料噴射弁６が設けられてい
る。前記燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電されて開弁
し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であっ
て、後述するコントロールユニット12からの噴射パルス
信号により通電されて開弁し、図示しない燃料ポンプか
ら圧送されプレッシャレギュレータにより所定の圧力に
調整された燃料を吸気マニホールド５内に噴射供給す
る。機関１の燃焼室にはそれぞれ点火栓７が設けられて
いて、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させ
る。そして、機関１からは、排気マニホールド８，排気
ダクト９，排気浄化用の三元触媒10（排気浄化触媒）及
びマフラー11を介して排気が排出される。前記三元触媒
10は、前述の酸素ストレージ効果を有するものであっ
て、排気成分中のＣＯ，ＨＣを酸化し、また、ＮＯx を
還元して、他の無害な物質に転換する触媒であり、機関
吸入混合気を理論空燃比で燃焼させたときに両転換効率
が最も良好なものとなる。コントロールユニット12は、
ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力イン
タフェイスを含んで構成されるマイクロコンピュータを
備え、各種のセンサからの検出信号を入力して、後述の
如く演算処理して、燃料噴射弁６の作動を制御する。前
記各種のセンサとしては、吸気ダクト３中に熱線式或い
はフラップ式などのエアフローメータ13が設けられてい
て、機関１の吸入空気流量Ｑに応じた信号を出力する。
また、クランク角センサ14が設けられていて、所定ピス
トン位置毎の基準角度信号ＲＥＦと、単位角度毎の単位
角度信号ＰＯＳとを出力する。ここで、前記基準角度信
号ＲＥＦの発生周期、或いは、所定時間内における前記
単位角度信号ＰＯＳの発生数を計測することより、機関
回転速度Ｎｅを算出することができる。また、機関１の
ウォータジャケットの冷却水温度Ｔｗを検出する水温セ
ンサ15が設けられている。更に、三元触媒10の上流側と
なる排気マニホールド８の集合部に第１酸素センサ16が
設けられており、また、三元触媒10の下流側でかつマフ
ラー11の上流側には第２酸素センサ17が設けられてい
る。前記第１酸素センサ16及び第２酸素センサ17は、排
気中の酸素濃度に感応して出力値が変化する公知のセン
サであり、理論空燃比を境に排気中の酸素濃度が急変す
ることを利用し、理論空燃比に対する排気空燃比のリッ
チ・リーンを検出し得るリッチ・リーンセンサである。
また、機関１が搭載された車両の走行速度（車速）ＶＳ
Ｐを検出する車速センサ18が設けられている。ここにお
いて、コントロールユニット12に内蔵されたマイクロコ
ンピュータのＣＰＵは、図３〜図５のフローチャートに
それぞれ示すＲＯＭ上のプログラムに従って空燃比フィ
ードバック制御を行いながら機関への燃料供給を電子制
御する。尚、本実施例において、空燃比フィードバック
制御手段，診断条件判定手段，診断用空燃比フィードバ
ック制御手段，自己診断手段及びフィードバック制御補
正手段としての機能は、前記図３〜図５のフローチャー
トに示すようにコントロールユニット12がソフトウェア
的に備えている。図３のフローチャートに示すプログラ
ムは、前記第１酸素センサ16の検出結果により空燃比フ
ィードバック補正係数ＬＭＤを比例・積分制御によって
設定し、該空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤに基づ
いて燃料噴射量を補正制御するためのプログラムであ
る。図３のフローチャートにおいて、まず、ステップ１
（図中ではＳ１としてある。以下同様）では、上流側の
第１酸素センサ16の出力電圧を読み込む。次のステップ
２では、前記ステップ１で読み込んだ出力電圧と目標空
燃比（理論空燃比）相当の所定値とを比較することで、
目標空燃比に対する実際の空燃比のリッチ・リーンを判
別する。出力電圧が所定値よりも大きく空燃比がリッチ
であると判別されたときには、ステップ３へ進み、かか
るリッチ判別が初回であるか否かを判別する。リッチ判
別の初回でるときには、ステップ４へ進み、前回までの
空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤから、後述するよ
うにして設定される比例分ＰR を減算する比例制御を行
って、空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを更新す
る。一方、リッチ判別の初回でないとステップ３で判別
されたときには、ステップ５へ進み、前回までの空燃比
フィードバック補正係数ＬＭＤから所定の積分分Ｉを減
算する積分制御を行って、空燃比フィードバック補正係
数ＬＭＤを更新する。前記空燃比フィードバック補正係
数ＬＭＤの減少制御は、燃料噴射量Ｔｉの減量補正に相
当するから、前記ステップ５における積分制御を繰り返
すことで、空燃比がリーンに反転するようになる。空燃
比がリーンに反転したことがステップ２で判別される
と、ステップ６へ進み、リーン判別の初回であるか否か
を判別する。リーン判別の初回であるときには、ステッ
プ７へ進み、前回までの空燃比フィードバック補正係数
ＬＭＤに対して、後述するようにして設定される比例分
ＰLを加算する比例制御を行って、空燃比フィードバッ
ク補正係数ＬＭＤを更新する。リーン判別の初回でない
場合には、ステップ８へ進み、前回までの空燃比フィー
ドバック補正係数ＬＭＤに所定の積分分Ｉを加算する積
分制御を行って、空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤ
を更新する。このようにして、上流側の第１酸素センサ
16で検出される実際の空燃比を、目標空燃比に近づける
方向に空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを比例積分
制御すると、ステップ９へ進み、前記空燃比フィードバ
ック補正係数ＬＭＤを用いて基本燃料噴射量Ｔｐを補正
して、最終的な燃料噴射量Ｔｉを設定する。具体的に
は、吸入空気流量Ｑと機関回転速度Ｎｅとに基づいて基
本燃料噴射量Ｔｐ（←Ｋ×Ｑ／Ｎｅ：Ｋは定数）を演算
する一方、冷却水温度Ｔｗ等の運転条件に基づいた各種
補正係数ＣＯＥＦ、バッテリ電圧に応じた電圧補正分Ｔ
ｓを演算する。そして、前記基本燃料噴射量Ｔｐを、前
記空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤ，各種補正係数
ＣＯＥＦ，電圧補正分Ｔｓで補正し、該補正結果を最終
的な燃料噴射量Ｔｉ（←Ｔｐ×ＣＯＥＦ×ＬＭＤ＋Ｔ
ｓ）として設定する。コントロールユニット12は、最新
に演算された前記燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の
噴射パルス信号を所定の噴射タイミングで燃料噴射弁６
に出力して、燃料噴射弁６による噴射量を制御し、以
て、目標空燃比の混合気を形成させる。ここで、前記空
燃比フィードバック補正係数ＬＭＤの比例・積分制御に
用いる比例分ＰR ，ＰL は、図４及び図５のフローチャ
ートに示すプログラムに従って可変設定されるようにな
っている。図４及び図５のフローチャートにおいて、ま
ず、ステップ21〜ステップ23では、車速ＶＳＰ，機関回
転速度Ｎｅ，基本燃料噴射量Ｔｐ（機関負荷）が、それ
ぞれ所定範囲内であるか否かを判別することによって、
機関の中速・定常運転状態を判別する。前記機関の中速
・定常運転状態は、前記三元触媒10における酸素ストレ
ージ効果が収束し易い条件に対応する。前記ステップ21
〜ステップ23による判別で、所定の中速・定常運転状態
が判別されたときには、ステップ24へ進み、前記図３の
フローチャートに従って行われる第１酸素センサ16を用
いた空燃比フィードバック制御中であるか否かを判別す
る。空燃比フィードバック制御中であることが判別され
たときには、更に、ステップ25へ進み、前記空燃比フィ
ードバック制御における周波数、即ち、フィードバック
制御に基づき第１酸素センサ16で検出される空燃比のリ
ッチ・リーン反転周期をモニタする。そして、次のステ
ップ26では、前記空燃比フィードバック制御の周波数
が、所定値以上であるか否かを判別する。上記のように
して、空燃比フィードバック制御中であって、然も、上
流側の第１酸素センサ16で検出されるリッチ・リーン反
転の周波数が所定以上であるときを判別させることによ
って、燃料カット等のリーン制御によって三元触媒10に
多量の酸素が吸着捕集されている状態から、理論空燃比
を目標空燃比とする空燃比フィードバック制御が再開さ
れたときに、確実に第２酸素センサ17の出力が変化する
条件を判別させる。そして、ステップ26でリッチ・リー
ンの反転周波数が所定以上であると判別されたときに
は、ステップ27へ進み、第２酸素センサ17の出力が前記
リーン化制御中の値から収束したか否かを判別する。下
流側の第２酸素センサ17の出力が収束しているとき、換
言すれば、燃料カット等のリーン化制御中における三元
触媒10の酸素ストレージ効果の影響が解消されていると
きには、第１酸素センサ16の診断条件が成立していると
判断し、前記第１酸素センサ16の診断を行わせるべく、
ステップ28へ進む。ステップ28では、第１酸素センサ16
を用いた空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤの設定を
停止させ、代わりに、第１酸素センサ16の検出特性の診
断のための診断用空燃比フィードバック制御として、第
２酸素センサ17の検出結果に基づいて同様に空燃比フィ
ードバック補正係数ＬＭＤを設定させる（図３のフロー
チャート参照）。即ち、第２酸素センサ17で触媒10のス
トレージ効果の影響で応答遅れをもって検出された結果
に基づいて空燃比フィードバック制御を行うことで、上
流側の酸素センサ16においても、前記応答遅れの影響を
受けた空燃比変化が検知されるようにする。そして、か
かる第２酸素センサ17を用いた空燃比フィードバック制
御によって第２酸素センサ17の出力が一定の自励制御波
形に安定したことが、ステップ29で判別されると、ステ
ップ30へ進む。ステップ30では、前記第２酸素センサ17
の出力を用いた空燃比フィードバック制御の安定状態
で、第２酸素センサ17で検出されるリッチ継続時間ＲＴ
R とリーン継続時間ＲＴL とをそれぞれに計測させる
（図６参照）。更に、ステップ31では、前記第２酸素セ
ンサ17の出力を用いた空燃比フィードバック制御の安定
状態で、第１酸素センサ16で検出されるリッチ継続時間
ＦＴRとリーン継続時間ＦＴL とをそれぞれに計測させ
る。そして、ステップ32では、前記リッチ継続時間ＲＴ
R とリッチ継続時間ＦＴRとの偏差ＴR （←ＲＴR −Ｆ
ＴR ）を演算すると共に、前記リーン継続時間ＲＴ L と
リーン継続時間ＦＴL との偏差ＴL （←ＲＴL −Ｆ
ＴL ）を演算する。更に、ステップ33では、前記２つの
偏差ＴR ，ＴL の差分を、第２酸素センサ17で検出され
るリッチ継続時間ＲＴR とリーン継続時間ＲＴL との偏
差の絶対値で除算した値を、ＴＡ（←（ＴR −ＴL ）／
（｜ＲＴR −ＲＴL ｜）にセットする。ここで、触媒下
流側の第２酸素センサ17の検出特性に劣化がないものと
仮定すると、時間ＲＴR ，ＲＴL が基準値となり、例え
ば第１酸素センサ16の検出特性の変化によってリーン継
続時間ＦＴL が初期に比べて長くなると、前記判定値Ｔ
Ａは初期値に対してプラス側に大きく変化し、逆に、第
１酸素センサ16の検出特性の変化によってリッチ継続時
間ＦＴR が初期に比べて長くなると、前記判定値ＴＡは
初期値に対してマイナス側に大きく変化することにな
る。そこで、次のステップ34では、前記判定値ＴＡのプ
ラス側への変化を判別するためのプラスの判定レベル
（＋）と判定値ＴＡとを比較する。そして、判定レベル
（＋）よりも判定値ＴＡが大きい場合には、第１酸素セ
ンサ16のリーン継続時間ＦＴL が長くなる特性変化（リ
ッチ検出の応答が遅れるリーンシフト劣化）が生じ、該
第１酸素センサ16を用いた空燃比フィードバック制御の
制御点がリッチ側にシフトしているものと判断し、ステ
ップ35へ進む。ステップ35では、前記図３のフローチャ
ートにおける比例制御で補正係数ＬＭＤの減少制御に用
いる比例分ＰR を増大補正し、逆に、補正係数ＬＭＤの
増大制御に用いる比例分ＰL を減少補正することで、フ
ィードバック制御の特性をリーン方向にシフトする補正
を行い、第１酸素センサ16を用いて制御したときのリッ
チシフト傾向が相殺されるようにする。一方、ステップ
34で判定値ＴＡが判定レベル（＋）よりも小さいと判別
された場合には、少なくともフィードバック制御のリッ
チシフトは発生していないものと判断し、次にステップ
36へ進む。ステップ36では、前記判定値ＴＡのマイナス
側への変化を判別するためのマイナスの判定レベル
（−）と判定値ＴＡとを比較する。そして、判定値ＴＡ
が判定レベル（−）を下回る場合には、第１酸素センサ
16のリッチ継続時間ＦＴR が初期に比べて長くなる特性
変化（リーン検出の応答が遅れるリッチシフト劣化）が
生じ、該第１酸素センサ16を用いた空燃比フィードバッ
ク制御の制御点がリーン側にシフトしているものと判断
し、ステップ37へ進む。ステップ37では、かかるフィー
ドバック制御点のリーンシフトを補正すべく、補正係数
ＬＭＤの減少制御に用いる比例分ＰR を減少補正し、逆
に、補正係数ＬＭＤの増大制御に用いる比例分ＰL を増
大補正する。一方、判定値ＴＡが前記判定レベル
（＋），（−）で挟まれる範囲内の値である場合には、
第１酸素センサ16において大きなリッチ・リーンシフト
が発生しておらず、第１酸素センサ16を用いた空燃比フ
ィードバック制御における制御点を修正するための比例
分補正は必要ないものと見做し、ステップ38へ進む。ス
テップ38では、前記偏差ＴR ，ＴL の総和ＴB （←ＴR
＋ＴL ）を演算し、次のステップ39では、前記総和ＴB
がマイナスの値であるか否かを判別する。下流側の第２
酸素センサ17のみを用いて空燃比フィードバック制御さ
れる状態（診断用空燃比フィードバック制御状態）で
は、触媒10の酸素ストレージ効果の影響で、下流側の第
２酸素センサ17のリッチ・リーン継続時間ＲＴR ，ＲＴ
L は、上流側の第１酸素センサ16のリッチ・リーン継続
時間ＦＴR ，ＦＴL よりも長くなるはずである。従っ
て、通常であれば、前記偏差ＴR ，ＴL はいずれもプラ
スの値として算出されるはずであり、前記ＴB （←ＴR
＋ＴL ）がマイナスの値になった場合には、第１酸素セ
ンサ16において大きな応答遅れ劣化が生じ、使用限界に
近いものと推定される。そこで、ステップ39で前記ＴB
（←ＴR ＋ＴL ）がマイナスの値であると判別されたと
きには、ステップ40へ進み、第１酸素センサ16の劣化を
警告する。尚、上記実施例では、比例分を補正すること
で、第１酸素センサ16を用いた空燃比フィードバック制
御の制御点の修正を行わせる構成としたが、例えば、第
１酸素センサ16の出力に基づいてリッチ・リーンを判定
するときに用いるスレッシュホールドレベルの変更や、
第１酸素センサ16のリッチ・リーン検出に対して比例制
御の実行を強制的に遅らせる時間の変更などによって、
空燃比フィードバック制御の制御点の修正を行わせる構
成であっても良い。
を示す図２において、内燃機関１には、エアクリーナ２
から吸気ダクト３，スロットル弁４及び吸気マニホール
ド５を介して空気が吸入される。吸気マニホールド５の
ブランチ部には各気筒毎に燃料噴射弁６が設けられてい
る。前記燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電されて開弁
し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であっ
て、後述するコントロールユニット12からの噴射パルス
信号により通電されて開弁し、図示しない燃料ポンプか
ら圧送されプレッシャレギュレータにより所定の圧力に
調整された燃料を吸気マニホールド５内に噴射供給す
る。機関１の燃焼室にはそれぞれ点火栓７が設けられて
いて、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させ
る。そして、機関１からは、排気マニホールド８，排気
ダクト９，排気浄化用の三元触媒10（排気浄化触媒）及
びマフラー11を介して排気が排出される。前記三元触媒
10は、前述の酸素ストレージ効果を有するものであっ
て、排気成分中のＣＯ，ＨＣを酸化し、また、ＮＯx を
還元して、他の無害な物質に転換する触媒であり、機関
吸入混合気を理論空燃比で燃焼させたときに両転換効率
が最も良好なものとなる。コントロールユニット12は、
ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力イン
タフェイスを含んで構成されるマイクロコンピュータを
備え、各種のセンサからの検出信号を入力して、後述の
如く演算処理して、燃料噴射弁６の作動を制御する。前
記各種のセンサとしては、吸気ダクト３中に熱線式或い
はフラップ式などのエアフローメータ13が設けられてい
て、機関１の吸入空気流量Ｑに応じた信号を出力する。
また、クランク角センサ14が設けられていて、所定ピス
トン位置毎の基準角度信号ＲＥＦと、単位角度毎の単位
角度信号ＰＯＳとを出力する。ここで、前記基準角度信
号ＲＥＦの発生周期、或いは、所定時間内における前記
単位角度信号ＰＯＳの発生数を計測することより、機関
回転速度Ｎｅを算出することができる。また、機関１の
ウォータジャケットの冷却水温度Ｔｗを検出する水温セ
ンサ15が設けられている。更に、三元触媒10の上流側と
なる排気マニホールド８の集合部に第１酸素センサ16が
設けられており、また、三元触媒10の下流側でかつマフ
ラー11の上流側には第２酸素センサ17が設けられてい
る。前記第１酸素センサ16及び第２酸素センサ17は、排
気中の酸素濃度に感応して出力値が変化する公知のセン
サであり、理論空燃比を境に排気中の酸素濃度が急変す
ることを利用し、理論空燃比に対する排気空燃比のリッ
チ・リーンを検出し得るリッチ・リーンセンサである。
また、機関１が搭載された車両の走行速度（車速）ＶＳ
Ｐを検出する車速センサ18が設けられている。ここにお
いて、コントロールユニット12に内蔵されたマイクロコ
ンピュータのＣＰＵは、図３〜図５のフローチャートに
それぞれ示すＲＯＭ上のプログラムに従って空燃比フィ
ードバック制御を行いながら機関への燃料供給を電子制
御する。尚、本実施例において、空燃比フィードバック
制御手段，診断条件判定手段，診断用空燃比フィードバ
ック制御手段，自己診断手段及びフィードバック制御補
正手段としての機能は、前記図３〜図５のフローチャー
トに示すようにコントロールユニット12がソフトウェア
的に備えている。図３のフローチャートに示すプログラ
ムは、前記第１酸素センサ16の検出結果により空燃比フ
ィードバック補正係数ＬＭＤを比例・積分制御によって
設定し、該空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤに基づ
いて燃料噴射量を補正制御するためのプログラムであ
る。図３のフローチャートにおいて、まず、ステップ１
（図中ではＳ１としてある。以下同様）では、上流側の
第１酸素センサ16の出力電圧を読み込む。次のステップ
２では、前記ステップ１で読み込んだ出力電圧と目標空
燃比（理論空燃比）相当の所定値とを比較することで、
目標空燃比に対する実際の空燃比のリッチ・リーンを判
別する。出力電圧が所定値よりも大きく空燃比がリッチ
であると判別されたときには、ステップ３へ進み、かか
るリッチ判別が初回であるか否かを判別する。リッチ判
別の初回でるときには、ステップ４へ進み、前回までの
空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤから、後述するよ
うにして設定される比例分ＰR を減算する比例制御を行
って、空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを更新す
る。一方、リッチ判別の初回でないとステップ３で判別
されたときには、ステップ５へ進み、前回までの空燃比
フィードバック補正係数ＬＭＤから所定の積分分Ｉを減
算する積分制御を行って、空燃比フィードバック補正係
数ＬＭＤを更新する。前記空燃比フィードバック補正係
数ＬＭＤの減少制御は、燃料噴射量Ｔｉの減量補正に相
当するから、前記ステップ５における積分制御を繰り返
すことで、空燃比がリーンに反転するようになる。空燃
比がリーンに反転したことがステップ２で判別される
と、ステップ６へ進み、リーン判別の初回であるか否か
を判別する。リーン判別の初回であるときには、ステッ
プ７へ進み、前回までの空燃比フィードバック補正係数
ＬＭＤに対して、後述するようにして設定される比例分
ＰLを加算する比例制御を行って、空燃比フィードバッ
ク補正係数ＬＭＤを更新する。リーン判別の初回でない
場合には、ステップ８へ進み、前回までの空燃比フィー
ドバック補正係数ＬＭＤに所定の積分分Ｉを加算する積
分制御を行って、空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤ
を更新する。このようにして、上流側の第１酸素センサ
16で検出される実際の空燃比を、目標空燃比に近づける
方向に空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを比例積分
制御すると、ステップ９へ進み、前記空燃比フィードバ
ック補正係数ＬＭＤを用いて基本燃料噴射量Ｔｐを補正
して、最終的な燃料噴射量Ｔｉを設定する。具体的に
は、吸入空気流量Ｑと機関回転速度Ｎｅとに基づいて基
本燃料噴射量Ｔｐ（←Ｋ×Ｑ／Ｎｅ：Ｋは定数）を演算
する一方、冷却水温度Ｔｗ等の運転条件に基づいた各種
補正係数ＣＯＥＦ、バッテリ電圧に応じた電圧補正分Ｔ
ｓを演算する。そして、前記基本燃料噴射量Ｔｐを、前
記空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤ，各種補正係数
ＣＯＥＦ，電圧補正分Ｔｓで補正し、該補正結果を最終
的な燃料噴射量Ｔｉ（←Ｔｐ×ＣＯＥＦ×ＬＭＤ＋Ｔ
ｓ）として設定する。コントロールユニット12は、最新
に演算された前記燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の
噴射パルス信号を所定の噴射タイミングで燃料噴射弁６
に出力して、燃料噴射弁６による噴射量を制御し、以
て、目標空燃比の混合気を形成させる。ここで、前記空
燃比フィードバック補正係数ＬＭＤの比例・積分制御に
用いる比例分ＰR ，ＰL は、図４及び図５のフローチャ
ートに示すプログラムに従って可変設定されるようにな
っている。図４及び図５のフローチャートにおいて、ま
ず、ステップ21〜ステップ23では、車速ＶＳＰ，機関回
転速度Ｎｅ，基本燃料噴射量Ｔｐ（機関負荷）が、それ
ぞれ所定範囲内であるか否かを判別することによって、
機関の中速・定常運転状態を判別する。前記機関の中速
・定常運転状態は、前記三元触媒10における酸素ストレ
ージ効果が収束し易い条件に対応する。前記ステップ21
〜ステップ23による判別で、所定の中速・定常運転状態
が判別されたときには、ステップ24へ進み、前記図３の
フローチャートに従って行われる第１酸素センサ16を用
いた空燃比フィードバック制御中であるか否かを判別す
る。空燃比フィードバック制御中であることが判別され
たときには、更に、ステップ25へ進み、前記空燃比フィ
ードバック制御における周波数、即ち、フィードバック
制御に基づき第１酸素センサ16で検出される空燃比のリ
ッチ・リーン反転周期をモニタする。そして、次のステ
ップ26では、前記空燃比フィードバック制御の周波数
が、所定値以上であるか否かを判別する。上記のように
して、空燃比フィードバック制御中であって、然も、上
流側の第１酸素センサ16で検出されるリッチ・リーン反
転の周波数が所定以上であるときを判別させることによ
って、燃料カット等のリーン制御によって三元触媒10に
多量の酸素が吸着捕集されている状態から、理論空燃比
を目標空燃比とする空燃比フィードバック制御が再開さ
れたときに、確実に第２酸素センサ17の出力が変化する
条件を判別させる。そして、ステップ26でリッチ・リー
ンの反転周波数が所定以上であると判別されたときに
は、ステップ27へ進み、第２酸素センサ17の出力が前記
リーン化制御中の値から収束したか否かを判別する。下
流側の第２酸素センサ17の出力が収束しているとき、換
言すれば、燃料カット等のリーン化制御中における三元
触媒10の酸素ストレージ効果の影響が解消されていると
きには、第１酸素センサ16の診断条件が成立していると
判断し、前記第１酸素センサ16の診断を行わせるべく、
ステップ28へ進む。ステップ28では、第１酸素センサ16
を用いた空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤの設定を
停止させ、代わりに、第１酸素センサ16の検出特性の診
断のための診断用空燃比フィードバック制御として、第
２酸素センサ17の検出結果に基づいて同様に空燃比フィ
ードバック補正係数ＬＭＤを設定させる（図３のフロー
チャート参照）。即ち、第２酸素センサ17で触媒10のス
トレージ効果の影響で応答遅れをもって検出された結果
に基づいて空燃比フィードバック制御を行うことで、上
流側の酸素センサ16においても、前記応答遅れの影響を
受けた空燃比変化が検知されるようにする。そして、か
かる第２酸素センサ17を用いた空燃比フィードバック制
御によって第２酸素センサ17の出力が一定の自励制御波
形に安定したことが、ステップ29で判別されると、ステ
ップ30へ進む。ステップ30では、前記第２酸素センサ17
の出力を用いた空燃比フィードバック制御の安定状態
で、第２酸素センサ17で検出されるリッチ継続時間ＲＴ
R とリーン継続時間ＲＴL とをそれぞれに計測させる
（図６参照）。更に、ステップ31では、前記第２酸素セ
ンサ17の出力を用いた空燃比フィードバック制御の安定
状態で、第１酸素センサ16で検出されるリッチ継続時間
ＦＴRとリーン継続時間ＦＴL とをそれぞれに計測させ
る。そして、ステップ32では、前記リッチ継続時間ＲＴ
R とリッチ継続時間ＦＴRとの偏差ＴR （←ＲＴR −Ｆ
ＴR ）を演算すると共に、前記リーン継続時間ＲＴ L と
リーン継続時間ＦＴL との偏差ＴL （←ＲＴL −Ｆ
ＴL ）を演算する。更に、ステップ33では、前記２つの
偏差ＴR ，ＴL の差分を、第２酸素センサ17で検出され
るリッチ継続時間ＲＴR とリーン継続時間ＲＴL との偏
差の絶対値で除算した値を、ＴＡ（←（ＴR −ＴL ）／
（｜ＲＴR −ＲＴL ｜）にセットする。ここで、触媒下
流側の第２酸素センサ17の検出特性に劣化がないものと
仮定すると、時間ＲＴR ，ＲＴL が基準値となり、例え
ば第１酸素センサ16の検出特性の変化によってリーン継
続時間ＦＴL が初期に比べて長くなると、前記判定値Ｔ
Ａは初期値に対してプラス側に大きく変化し、逆に、第
１酸素センサ16の検出特性の変化によってリッチ継続時
間ＦＴR が初期に比べて長くなると、前記判定値ＴＡは
初期値に対してマイナス側に大きく変化することにな
る。そこで、次のステップ34では、前記判定値ＴＡのプ
ラス側への変化を判別するためのプラスの判定レベル
（＋）と判定値ＴＡとを比較する。そして、判定レベル
（＋）よりも判定値ＴＡが大きい場合には、第１酸素セ
ンサ16のリーン継続時間ＦＴL が長くなる特性変化（リ
ッチ検出の応答が遅れるリーンシフト劣化）が生じ、該
第１酸素センサ16を用いた空燃比フィードバック制御の
制御点がリッチ側にシフトしているものと判断し、ステ
ップ35へ進む。ステップ35では、前記図３のフローチャ
ートにおける比例制御で補正係数ＬＭＤの減少制御に用
いる比例分ＰR を増大補正し、逆に、補正係数ＬＭＤの
増大制御に用いる比例分ＰL を減少補正することで、フ
ィードバック制御の特性をリーン方向にシフトする補正
を行い、第１酸素センサ16を用いて制御したときのリッ
チシフト傾向が相殺されるようにする。一方、ステップ
34で判定値ＴＡが判定レベル（＋）よりも小さいと判別
された場合には、少なくともフィードバック制御のリッ
チシフトは発生していないものと判断し、次にステップ
36へ進む。ステップ36では、前記判定値ＴＡのマイナス
側への変化を判別するためのマイナスの判定レベル
（−）と判定値ＴＡとを比較する。そして、判定値ＴＡ
が判定レベル（−）を下回る場合には、第１酸素センサ
16のリッチ継続時間ＦＴR が初期に比べて長くなる特性
変化（リーン検出の応答が遅れるリッチシフト劣化）が
生じ、該第１酸素センサ16を用いた空燃比フィードバッ
ク制御の制御点がリーン側にシフトしているものと判断
し、ステップ37へ進む。ステップ37では、かかるフィー
ドバック制御点のリーンシフトを補正すべく、補正係数
ＬＭＤの減少制御に用いる比例分ＰR を減少補正し、逆
に、補正係数ＬＭＤの増大制御に用いる比例分ＰL を増
大補正する。一方、判定値ＴＡが前記判定レベル
（＋），（−）で挟まれる範囲内の値である場合には、
第１酸素センサ16において大きなリッチ・リーンシフト
が発生しておらず、第１酸素センサ16を用いた空燃比フ
ィードバック制御における制御点を修正するための比例
分補正は必要ないものと見做し、ステップ38へ進む。ス
テップ38では、前記偏差ＴR ，ＴL の総和ＴB （←ＴR
＋ＴL ）を演算し、次のステップ39では、前記総和ＴB
がマイナスの値であるか否かを判別する。下流側の第２
酸素センサ17のみを用いて空燃比フィードバック制御さ
れる状態（診断用空燃比フィードバック制御状態）で
は、触媒10の酸素ストレージ効果の影響で、下流側の第
２酸素センサ17のリッチ・リーン継続時間ＲＴR ，ＲＴ
L は、上流側の第１酸素センサ16のリッチ・リーン継続
時間ＦＴR ，ＦＴL よりも長くなるはずである。従っ
て、通常であれば、前記偏差ＴR ，ＴL はいずれもプラ
スの値として算出されるはずであり、前記ＴB （←ＴR
＋ＴL ）がマイナスの値になった場合には、第１酸素セ
ンサ16において大きな応答遅れ劣化が生じ、使用限界に
近いものと推定される。そこで、ステップ39で前記ＴB
（←ＴR ＋ＴL ）がマイナスの値であると判別されたと
きには、ステップ40へ進み、第１酸素センサ16の劣化を
警告する。尚、上記実施例では、比例分を補正すること
で、第１酸素センサ16を用いた空燃比フィードバック制
御の制御点の修正を行わせる構成としたが、例えば、第
１酸素センサ16の出力に基づいてリッチ・リーンを判定
するときに用いるスレッシュホールドレベルの変更や、
第１酸素センサ16のリッチ・リーン検出に対して比例制
御の実行を強制的に遅らせる時間の変更などによって、
空燃比フィードバック制御の制御点の修正を行わせる構
成であっても良い。
【発明の効果】以上説明したように本発明によると、排
気浄化触媒の上流側に設けられた第１酸素センサを用い
ずに、前記触媒の下流側に設けられた第２酸素センサを
用いて行わせる診断用の空燃比フィードバック制御状態
で、第１及び第２酸素センサによるリッチ・リーン変化
の検出結果を比較し、該比較結果に基づいて前記第１酸
素センサの劣化診断を行うようにしたので、第１酸素セ
ンサの検出特性の変化を精度良く診断できるという効果
がある。更に、前記診断結果に基づいて、第１酸素セン
サを用いて行われる通常の空燃比フィードバック制御を
補正することで、空燃比フィードバック制御の精度を安
定的に維持できるという効果がある。
気浄化触媒の上流側に設けられた第１酸素センサを用い
ずに、前記触媒の下流側に設けられた第２酸素センサを
用いて行わせる診断用の空燃比フィードバック制御状態
で、第１及び第２酸素センサによるリッチ・リーン変化
の検出結果を比較し、該比較結果に基づいて前記第１酸
素センサの劣化診断を行うようにしたので、第１酸素セ
ンサの検出特性の変化を精度良く診断できるという効果
がある。更に、前記診断結果に基づいて、第１酸素セン
サを用いて行われる通常の空燃比フィードバック制御を
補正することで、空燃比フィードバック制御の精度を安
定的に維持できるという効果がある。
【図１】本発明の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施例を示すシステム概略図。
【図３】空燃比フィードバック制御を示すフローチャー
ト。
ト。
【図４】第１酸素センサの診断制御及び補正制御を示す
フローチャート。
フローチャート。
【図５】第１酸素センサの診断制御及び補正制御を示す
フローチャート。
フローチャート。
【図６】診断パラメータを示すタイムチャート。
１ 機関 ６ 燃料噴射弁 10 三元触媒（排気浄化触媒） 12 コントロールユニット 13 エアフローメータ 14 クランク角センサ 16 第１酸素センサ 17 第２酸素センサ
Claims (2)
- 【請求項１】機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒
と、 該排気浄化触媒の上流側に設けられ、排気中の酸素濃度
に感応して出力値が変化する第１酸素センサと、 該第１酸素センサの出力値に基づいて機関吸入混合気の
空燃比を目標空燃比に近づけるように機関への燃料供給
量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御
手段と、 前記排気浄化触媒の下流側に設けられ、排気中の酸素濃
度に感応して出力値が変化する第２酸素センサと、 前記第１酸素センサの診断条件を判定する診断条件判定
手段と、 該診断条件判定手段により診断条件の成立が判定された
ときに、前記空燃比フィードバック制御手段による空燃
比フィードバック制御を停止させ、代わりに、前記第２
酸素センサの出力値に基づいて機関吸入混合気の空燃比
を目標空燃比に近づけるように機関への燃料供給量をフ
ィードバック制御する診断用空燃比フィードバック制御
手段と、 該診断用空燃比フィードバック制御手段によるフィード
バック制御状態において、前記第１及び第２酸素センサ
それぞれで検出される目標空燃比に対するリッチ・リー
ン変化の特性を比較し、該比較結果に基づいて前記第１
酸素センサの検出特性の変化を診断する自己診断手段
と、 を含んで構成され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】前記自己診断手段による診断結果に基づい
て前記空燃比フィードバック制御手段による制御特性を
補正するフィードバック制御補正手段を設けたことを特
徴とする請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5184157A JP2893308B2 (ja) | 1993-07-26 | 1993-07-26 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
| US08/277,273 US5568725A (en) | 1993-07-26 | 1994-07-21 | Apparatus and method for controlling the air-fuel ratio of an internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5184157A JP2893308B2 (ja) | 1993-07-26 | 1993-07-26 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0734934A true JPH0734934A (ja) | 1995-02-03 |
| JP2893308B2 JP2893308B2 (ja) | 1999-05-17 |
Family
ID=16148368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5184157A Expired - Lifetime JP2893308B2 (ja) | 1993-07-26 | 1993-07-26 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5568725A (ja) |
| JP (1) | JP2893308B2 (ja) |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2998575B2 (ja) * | 1994-10-20 | 2000-01-11 | 日産自動車株式会社 | 内燃機関の触媒劣化診断装置 |
| US5964208A (en) * | 1995-03-31 | 1999-10-12 | Denso Corporation | Abnormality diagnosing system for air/fuel ratio feedback control system |
| US5724952A (en) * | 1995-06-09 | 1998-03-10 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Air-fuel ratio control system for internal combustion engines |
| IT1285311B1 (it) * | 1996-03-12 | 1998-06-03 | Magneti Marelli Spa | Metodo di diagnosi dell'efficienza di un sensore di composizione stechiometrica dei gas di scarico posto a valle di un convertitore |
| JPH09291844A (ja) * | 1996-04-30 | 1997-11-11 | Sanshin Ind Co Ltd | 内燃機関の燃料噴射制御装置 |
| JP3542471B2 (ja) * | 1997-09-10 | 2004-07-14 | 本田技研工業株式会社 | 内燃機関の酸素濃度センサの異常検出装置 |
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