JPH08291738A - エンジンの空燃比フィードバック制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 排気系の触媒上流側に設けられた空燃比セン
サの種々の要因による出力特性変化によるフィードバッ
ク精度の劣化を防止し、精度の高い制御を行うことので
きるエンジン空燃比フィードバック制御装置を得る。 【構成】 排気系の触媒２６の上流側に設置したリニア
出力特性を有する広域空燃比センサ３０によるフィード
バック制御を基本とし、これに加えて触媒下流側のＺ特
性出力を有するＯ₂ センサ３２の出力によって或いはそ
の出力に基づく学習補正量によって、広域空燃比センサ
３０によるフィードバック制御の補正を行い、ストイキ
オ制御並びにリッチ、リーン領域における空燃比制御に
おいて常に緻密で精度の高い燃料噴射の制御を行うよう
にした。また広域空燃比センサの経時変化や運転状況の
変化に即応した良好な制御状態を保つことが可能であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンの空燃比フィー
ドバック制御装置、特に排気系に設けられた触媒の上流
側と下流側にそれぞれ広域空燃比センサとＯ₂ センサを
配置し、これらセンサからの出力信号に基づいてエンジ
ンへの燃料の供給量を制御する空燃比制御装置の改良に
関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンに供給するための燃料の噴射量
を電子的に制御する電子制御燃料噴射の技術が周知であ
り、種々の運転状況に対応した適量の燃料と空気の混合
が可能となっている。従来、このような電子制御燃料噴
射を用いる場合、エンジンに供給する混合気の空燃比を
制御するために、排気系に空燃比を検出するセンサを配
置し、このセンサからの出力信号に基づいて燃料の供給
量を調整している。

【０００３】例えば、排気系における触媒の上流側及び
下流側にそれぞれＯ₂ センサを設置し、上流側のＯ₂ セ
ンサからの出力信号に基づき、エンジンに供給する混合
気の空燃比がいわゆる理論空燃比になるようにフィード
バック制御し、かつ下流側のＯ₂ センサからの出力信号
により、上記上流側のＯ₂ センサからの出力信号を補正
することにより常に理論空燃比近傍にて燃料の供給を行
うように制御し、排気ガスの浄化を図るようにしてい
る。

【０００４】このような技術は、排気系における触媒の
下流側では、出力特性に悪影響を与えるような熱的影響
が少なく、また酸素の混入状態が比較的平衡化されてい
るなどのＯ₂ センサにとって良好な条件が与えられるこ
とを前提として構成されたものである。

【０００５】しかしながら、上記各Ｏ₂ センサの出力特
性は、排気ガスの触媒による浄化を最も有効に行うこと
のできる理論空燃比を境にしてリッチ状態にあるかリー
ン状態にあるかを判別し、これに対応したスイッチング
出力を行ういわゆるＺ特性の出力作用を行う。従って、
理論空燃比を基準としてその近傍での空燃比制御には適
しているが、近年における燃費向上などを目的する空燃
比制御、すなわち燃料供給量を少なくしたリーン状態で
の空燃比制御などにおいては有効に機能することができ
ない。

【０００６】そこで、空燃比に対してリニアな出力特性
を有する広域空燃比センサを利用する空燃比制御が提案
され、例えば特開昭６３−２３９３３４号公報には、排
気系における触媒の上流側にＺ特性とリニア特性の両方
の出力特性を有する空燃比センサを設置し、下流側にＺ
特性を有するＯ₂ センサを配置した構成の制御装置が開
示されている。

【０００７】この制御装置では、触媒上流側の空燃比セ
ンサは、常に理論空燃比を維持するように制御する理論
空燃比運転領域ではＺ特性による出力動作を行い、リッ
チ領域あるいはリーン領域での空燃比制御を行う非理論
空燃比運転領域ではリニア特性による出力動作を行う。
そして、それぞれの領域における出力特性によるフィー
ドバック制御を行っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭６３−２３９３３４号公報に開示された空燃比制御
装置では、空燃比センサについて理論空燃比運転の場合
と非理論空燃比運転の場合とでＺ特性出力とリニア特性
出力の２通りを使い分ける操作が行われるので、その制
御は複雑なものとなっている。

【０００９】また、この技術では上記触媒上流側の空燃
比センサの出力が、同公報第６図に示されたように、そ
の出力電圧で見ると理論空燃比を境としたリッチ側及び
リーン側での出力特性を示すラインの傾きが経年変化し
ていくという状況があることを前提としている。そし
て、上流側の空燃比センサにより非理論空燃比運転領域
でのフィードバック制御を行う際には、一時的に理論空
燃比状態をベースとして制御を行い、そのデータを基に
いわゆるオープン制御を行いリニア特性の出力変化を補
正しようとしている。

【００１０】しかしながら、上記のような経年変化は、
理論空燃比（λ＝１）付近においても当然に生じるもの
である。さらに、出力特性のライン傾斜の変化は、経時
変化に起因するものだけではなく、エンジンの運転状
態、使用する燃料性状、センサの温度状態など種々の要
因によっても変化することが知られている。その結果経
時変化した理論空燃比状態をベースとして得られた補正
データによるリニア特性は信頼性を欠くものとなる。

【００１１】更に、この従来技術では触媒の上流側及び
下流側にそれぞれＺ特性出力のＯ₂センサを設置する上
記従来技術と同じく、理論空燃比運転領域では上流側も
下流側もＺ特性出力のセンサにより制御を行うので、運
転状況の変化や燃料の種類による排気ガス組成の変化、
さらにはセンサの経時変化などに起因する空燃比センサ
の出力特性の変動に対応できず正確なフィードバック制
御ができなくなるという事情もあった。

【００１２】本発明は、上記諸事情に鑑みなされたもの
であり、その目的は触媒前段の空燃比センサの種々の要
因による出力特性変化に伴うフィードバック制御精度の
劣化を防止しより信頼性の高い制御を行うことのできる
エンジンの空燃比フィードバック制御装置を提供するこ
とにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係るエンジンの空燃比フィードバック制
御装置によれば、エンジンの排気系に設けられ排気ガス
を浄化する触媒と、前記触媒の上流側に設けられエンジ
ンに供給される混合気の空燃比に対しリニアな出力特性
を持つ広域空燃比センサと、前記触媒の下流側に設けら
れ前記混合気の空燃比に対し理論空燃比を基準にしたリ
ッチかリーンかのスイッチング出力特性を持つＯ₂ セン
サと、エンジン運転状態に応じて目標空燃比を設定する
目標空燃比設定手段と、前記目標空燃比が理論空燃比、
リッチ空燃比またはリーン空燃比のいずれの領域かを問
わず前記広域空燃比センサからの出力信号と目標とする
空燃比との偏差に基づき該偏差を解消する方向で混合気
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、前記Ｏ₂ センサからの出力信号に基づき制御の
基準とすべき空燃比を補正するための空燃比補正量を算
出する補正量算出手段と、前記補正量算出手段からの空
燃比補正量により前記目標空燃比を補正し最終目標空燃
比を算出する目標空燃比補正手段と、を備え、前記フィ
ードバック制御手段は、前記最終目標空燃比を前記目標
とする空燃比として前記フィードバック制御を行うこと
を特徴とする。

【００１４】請求項２に係るエンジンの空燃比フィード
バック制御装置によれば、前記目標空燃比補正手段に代
え、前記フィードバック制御手段には、前記偏差を解消
するための制御に用いる係数を前記補正量算出手段から
の空燃比補正量にて加算補正するとともに、前記フィー
ドバック制御手段は、前記補正された前記偏差を解消す
るための係数に基づいて前記フィードバック制御を行う
ことを特徴とする。

【００１５】請求項３に係るエンジンの空燃比フィード
バック制御装置によれば、前記空燃比補正量を学習し、
空燃比学習量を算出する補正量学習手段を有し、前記フ
ィードバック制御手段は、前記空燃比補正量及び空燃比
学習量の双方又はいずれか一方に基づいて前記フィード
バック制御を行うことを特徴とする。

【００１６】請求項４に係るエンジンの空燃比フィード
バック制御装置によれば、前記空燃比補正量に基づくフ
ィードバック制御手段による制御は、前記目標空燃比が
理論空燃比に設定されたときには、前記Ｏ₂ センサから
の出力信号に基づき制御を行い、前記目標空燃比がリッ
チ空燃比領域またはリーン空燃比領域にて設定されたと
きには、前記Ｏ₂ センサからの出力信号に基づく前記空
燃比学習量又は予めエンジン運転状態に応じて設定され
ている所定量に基づき燃料噴射量を決定する空燃比フィ
ードバック制御を行うことを特徴とする。

【００１７】

【作用】請求項１に係るエンジンの空燃比フィードバッ
ク制御装置によれば、触媒の上流側に設置され、燃料噴
射量決定のためのフィードバック制御に用いられる広域
空燃比センサからの出力特性は、常にリニア出力特性の
ものが用いられる。従って、目標空燃比が理論空燃比で
あるか或いは非理論空燃比であるかによって出力特性を
変更する必要がないので、その制御はより簡単なものと
なる。

【００１８】また、常に広域空燃化センサのリニア出力
特性によるセンサ出力にてフィードバック制御を行うの
で、制御の精度はより高いものとなる。さらに、理論空
燃比を目標にしてフィードバック制御を行う場合を含
め、広域空燃比センサの出力特性の経時変化やエンジン
の運転状態に基づく出力特性の変化については、下流側
のＯ₂ センサからの出力信号に基づいて算出される空燃
比補正量でその目標空燃比を補正して制御がなされるの
で、精度が高くかつ信頼性の高い制御状態を確保するこ
とができる。

【００１９】請求項２に係るエンジンの空燃比フィード
バック制御装置によれば、請求項１と同じく常にリニア
出力特性の上流側広域空燃比センサで基本的なフィード
バック制御を行い、更に上記空燃比補正量を前記フィー
ドバック制御手段で行う制御において偏差解消のための
補正データとして用いるので、請求項１と同様に信頼性
の高い制御を行うことができる。

【００２０】請求項３に係るエンジンの空燃比フィード
バック制御装置によれば、前記補正量算出手段によって
なされる前記Ｏ₂ センサからの出力信号に基づく空燃比
補正量を記憶し学習量を算出する補正量学習手段が設け
られ、この学習した補正量にて空燃比のフィードバック
制御が可能となるので、上記請求項１に係るフィードバ
ック制御装置の制御精度、特にリーン、リッチ領域での
精度を向上させることができる。

【００２１】さらに、請求項４に係るエンジンの空燃比
フィードバック制御装置によれば、空燃比のフィードバ
ック制御において、上記請求項３に係る学習された空燃
比補正量が用いられる。すなわち、上記目標空燃比設定
手段にて設定された目標空燃比が理論空燃比である場
合、触媒下流側のＯ₂ センサの出力信号に基づいて算出
された空燃比補正量にてフィードバック制御がなされ、
一方、目標空燃比がリッチ空燃比領域あるいはリーン空
燃比領域に設定された時には、理論空燃比を境としたＺ
特性出力のＯ₂ センサをフィードバック制御に用いるこ
とはできないので前記空燃比学習量を用いあるいは予め
エンジン運転状態に応じて設定されている所定量に基づ
いて補正がなされこれに基づいてフィードバック制御が
行われる。

【００２２】従って、理論空燃比を設定した場合、又は
それ以外の領域を設定した場合の双方で的確な補正量を
用いてフィードバック制御を行うことができる。また、
センサの出力特性が、経時変化によって変化している場
合並びにエンジンの種々の運転状況によって変化してい
る場合でも常に的確な補正学習量あるいは既に設定され
た補正量にて補正された空燃比制御を行うことができ
る。

【００２３】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例につい
て詳細に説明する。

【００２４】図１は、実施例に係る空燃比フィードバッ
ク制御装置を４気筒エンジンに応用した場合の構成例が
示されており、エンジン並びにその吸気系及び排気系を
含む全体構成が示されている。

【００２５】エンジン本体１０に対して設けられた吸気
系は、空気取入れ口１２から下流側であるエンジン本体
１０方向に向ってエアクリーナ１４、取り入れられた空
気量Ｑを検出するエアフローメータ１６、スロットルバ
ルブ１７を装填したスロットルボディー１８が設けら
れ、さらに各気筒毎に分岐された吸気通路２０につなが
っている。そして、分岐された各通路にはそれぞれイン
ジェクタ２２が設置されている。

【００２６】一方、排気系は、エンジン本体１０の各気
筒から伸長し集合された排気通路２４からさらに下流側
に向って排気ガスの浄化を行う触媒２６、さらに下流側
にマフラー２８が設置されている。

【００２７】触媒２６の上流側には理論空燃比付近だけ
でなくリッチ領域及びリーン領域の広範囲に亘って空燃
比を検出できるリニア出力特性の広域空燃比センサ３０
が設置され、触媒下流側には理論空燃比を境にして出力
がＺ特性を示すＯ₂ センサ３２が設置されている。

【００２８】上記構成のエンジン並びに吸気系、排気系
に対してインジェクタ２２からの燃料の噴射量を電子的
に制御するための電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と
呼ぶ）３４には、上記各構成部分などから制御に用いら
れる種々のデータが入力される。ＥＣＵ３４には、主演
算装置であるＣＰＵ３４ａ、制御プログラムや予め設定
された固定データが記憶されているＲＯＭ３４ｃ、各セ
ンサ類からの信号を処理した後のデータやＣＰＵ３４ａ
で演算処理したデータが格納されるＲＡＭ３４ｂ、さら
に学習データ等を格納するバックアップＲＡＭ３４ｄが
設けられている。このバックアップＲＡＭ３４ｄは、エ
ンジンを切った後もデータが有効に保存されるものであ
る。そして、これら主要構成部３４ａ〜３４ｄに対して
運転状態を検出する各種センサからの信号を入力するた
めのインターフェース３４ｆ及びＣＰＵ３４ａからの制
御信号をインジェクタ２２などの各種アクチュエータへ
出力するための出力インターフェース３４ｇがバスライ
ン３４ｅを介して互いに接続されている。

【００２９】入力インターフェース３４ｆに入力される
各種信号は、まずエアーフローメータ１６からの吸入さ
れる空気量Ｑ信号、アクセル操作に応じて開閉されるス
ロットルバルブ１７の開度θを検出するスロットル開度
センサ１７ａからの信号、さらにエンジン本体１０に
は、エンジン回転数Ｎを検出するためのクランク角セン
サ３６、エンジンの暖機状態（水温Ｔｗ）を検出する水
温センサ３８及び気筒判別を行うためのカム角センサ４
０が設けられ、それぞれから検出信号が送られている。
また、上記エンジン本体１０及び吸気系及び排気系以外
の箇所からの信号として車速センサ４２からの車速信号
も入力されている。

【００３０】そして、ＣＰＵ３４ａではＲＯＭ３４ｃに
記憶されている制御プログラムに従いＲＡＭ３４ｂ、バ
ックアップＲＡＭ３４ｄに格納した各種データに基づき
燃料噴射量や点火時期などの各種制御量を演算し、対応
する信号を出力インターフェース３４ｇから駆動回路３
４ｈや駆動回路３４ｉを介してインジェクタ２２などに
駆動信号を出力している。

【００３１】次に、本実施例による空燃比のフィードバ
ック制御を図面に基づいてさらに詳細に説明する。

【００３２】図２は、本実施例に係るフィードバック制
御装置の主要構成部分と各構成部分の動作の前後関係と
を示すブロック図であり、理論空燃比を目標としたスト
イキオ制御の場合を例にしている。

【００３３】図示のように運転状態検出手段４４（図１
で示した各種検出手段から成る。符号１６、１７ａ
等。）により、エンジン回転数Ｎ、スロットル開度θな
どの検出信号から運転状態が検出される。この検出は各
検出信号に基づき、ＲＯＭ３４ｃに格納されているマッ
プから運転状態を導くことにより行われる。

【００３４】次に、目標空燃比設定手段４６により空燃
比フィードバック制御の目標となる空燃比設定が行われ
る。

【００３５】ここで設定される当初の目標空燃比ＣＯＥ
Ｆ０は、以下の（１）式で表される。

【００３６】 ＣＯＥＦ０＝１．０＋ＫＴＷ＋ＫＡＳ＋ＫＦＵＬＬ−ＫＬＥＡＮ…（１） ここで、１．０は理論空燃比を基準として設定された数
値であり、ＫＴＷは水温センサ３８から得られるエンジ
ン水温に基づいてエンジンの暖機状態を判断し、水温が
低い暖機時には水温値に応じて増量し、あるいは水温が
ノッキングを発生させるような高温となった時に同じよ
うに増量するためのデータである。

【００３７】次に、ＫＡＳは冷態時のエンジン始動後、
燃焼安定性を確保するため所定時間燃料の増量を行うた
めの増量データである。ＫＦＵＬＬはスロットル開度セ
ンサ１７ａの出力が例えば全開を示している時に燃料増
量を行うための増量データで一般的にこの時の出力空燃
比は１２〜１２．５付近である。ＫＬＥＡＮは燃料に対
して空気の多いリーン領域での燃焼であるリーンバーン
に対応する補正値である。すなわち、このＫＬＥＡＮの
みが燃料の−側の補正値である。

【００３８】本図の動作では、目標空燃比として理論空
燃比が設定された場合を例としている。この場合、触媒
下流側のＯ₂ センサ３２からの出力信号に基づき、補正
量算出手段４８にて目標空燃比ＣＯＥＦ０を補正するた
めの補正量ＨＯＳＥＩが算出される。前記Ｏ₂ センサ３
２からの出力信号は、いわゆるＰＩ制御がなされた後補
正量算出手段４８に送られる。

【００３９】次に、目標空燃比補正手段５０にて最終目
標空燃比ＣＯＥＦ（ＣＯＥＦ＝ＣＯＥＦ０＋ＨＯＳＥ
Ｉ）が算出される。

【００４０】すなわち、Ｏ₂ センサ３２によって運転状
態の変化等に追従した最終的な目標空燃比の補正がなさ
れるものである。

【００４１】次に、広域空燃比センサ３０によるフィー
ドバック制御が行われる。まず、広域空燃比センサ３０
の出力信号に基づき、上記最終目標空燃比ＣＯＥＦと検
出されたリニア出力特性の検出信号との偏差ｅが空燃比
偏差算出手段５２（ＣＰＵ３４ａにて構成される）によ
って求められる。そして、この偏差に基づきＰＩＤ制御
が行われ、さらに空燃比フィードバック制御手段５４に
より上記偏差ｅを解消する方向に補正するための係数で
あるＬＡＭＢＤＡによるフィードバック制御が行われ
る。

【００４２】そして、最終的に燃料噴射量算出手段５６
によって、最終的にインジェクタ２２から噴射すべき燃
料の量を表す単位時間当りの噴射パルス幅Ｔｉが算出決
定される。Ｔｉは以下の（２）式で表される。

【００４３】 Ｔｉ＝Ｔｐ×ＬＡＭＢＤＡ×ＣＯＥＦ＋Ｔｓ…（２） ここで、Ｔｐはエアーフローメータ１６により計測され
た吸入空気量Ｑをエンジン回転数Ｎで割ることにより得
られるエンジン１回転当りの空気重量を表し、Ｔｉと同
様に噴射パルス幅で示されるものである（通常このＴｐ
を基本パルス幅と言う）。なお、Ｔｐは、上記噴射パル
ス幅を表すが、エンジン負荷の意味合いもある（図２で
示された運転状態検出用の１つのデータ）。また、ＬＡ
ＭＢＤＡは上述のように偏差ｅを解消する方向に補正す
るための係数で、Ｔｓはインジェクタ２２の噴射遅れを
保障する無効パルス幅を意味し、このＴｓを最後に加算
しているものである。

【００４４】こうして得られたＴｉに基づいてインジェ
クタ２２が制御される。

【００４５】図３は、上記空燃比偏差ｅを算出するまで
の過程における各センサ及び補正量算出手段４８及び目
標空燃比補正手段５０によって得られる出力ラインを示
している。

【００４６】図示のように、目標空燃比設定手段４６に
て設定された当初の目標空燃比ＣＯＥＦ０ライン１００
に対し、Ｏ₂ センサ３２のＺ特性出力に基づき補正した
最終目標空燃比ＣＯＥＦラインが２００で示されてい
る。そして、広域空燃比センサ３０からのリニア特性を
有する出力ラインが３００にて示されている。すなわ
ち、当初の目標空燃比ライン１００と最終目標空燃比ラ
イン２００との間が補正量ＨＯＳＥＩであり、この最終
目標空燃比ライン２００と広域空燃比センサ３０からの
出力ライン３００との間が偏差ｅである。

【００４７】次に、図４には図２と同様に目標空燃比が
理論空燃比と設定されたストイキオ制御を行う場合の他
の実施例が示されている。上記図２と同様の構成要素に
は同一の符号を付しその説明を省略する。

【００４８】本実施例では、当初の目標空燃比ＣＯＥＦ
０と広域空燃比センサ３０からの出力信号との偏差ｅ′
が空燃比偏差算出手段５２によって算出される。

【００４９】図５には、それら２つの出力ライン及びそ
の偏差ｅ′の状況が示されている。

【００５０】そして、Ｏ₂ センサ３２の出力に基づく補
正量算出手段４８からの出力信号は空燃比フィードバッ
ク制御手段５４に送られる。そして、空燃比フィードバ
ック制御手段５４では、上記算出された偏差ｅ′を解消
する方向に補正するための係数ＬＡＭＢＤＡに上記補正
量ＨＯＳＥＩ量が加算され、補正されたＬＡＭＢＤＡＨ
に基づく制御が行われる。従って、燃料噴射量算出手段
５６におけるＴｉの算出は、Ｔｉ＝Ｔｐ×ＬＡＭＢＤＡ
Ｈ×ＣＯＥＦ０＋Ｔｓとなる。

【００５１】本実施例においても、上記図２に示した実
施例と同様に、ストイキオ制御を触媒上流側の広域空燃
比センサ３０からのリニア出力特性の出力信号により制
御する基本的制御がなされ、かつこれに触媒下流側のＯ
₂ センサ３２による補正により、センサ出力特性の経時
変化や運転状況に対応した的確な補正がなされ、精度の
高い噴射パルス幅Ｔｉが得られる。

【００５２】次に、上記図２及び図４で示した主要構成
手段における制御値の設定演算動作についてフローチャ
ートを用いてさらに詳細に説明する。

【００５３】図６は、目標空燃比設定手段４６における
動作が示されている。図示のように、まずステップ（以
下単に「Ｓ」と言う）２０１において、運転状態検出手
段４４からの各種信号，エンジン回転数Ｎ、吸入空気量
Ｑ、エンジン水温Ｔｗ、スロットル開度θ、車両速度Ｖ
等をそれぞれ読み込み、Ｓ２０２にて前述の基本パルス
幅Ｔｐの算出が行われる。ここで、Ｔｐの算出は、Ｔｐ
＝Ｋ×Ｑ／Ｎの式で行われ、Ｋはインジェクタ２２の有
する特性補正係数である。

【００５４】このＴｐの算出後これを読み込み、Ｓ２０
３にて上記Ｓ２０１及び２０２で読み込んだ各種パラメ
ータに基づき、現在の運転状態が、理論空燃比で運転す
べき状態にあるか否かの判断がなされる。ここでは、例
えばエンジン水温Ｔｗが所定温度以上の暖機完了状態で
あって、エンジン回転数Ｎと基本パルス幅Ｔｐによる運
転領域マップから理論空燃比付近での空燃比制御を行う
場合、すなわちＹＥＳの場合には、Ｓ２０５に進み、当
初の目標空燃比ＣＯＥＦ０を理論空燃比とし（ＣＯＥＦ
０←１．０）、目標空燃比設定が終了する。

【００５５】一方、Ｓ２０３においてエンジン冷態始動
後の未だエンジン水温Ｔｗが暖機完了後の所定温度に達
していない場合や、暖機完了後であってもスロットル開
度θが全開状態の場合、あるいは車速Ｖがほぼ一定で定
速走行を行っている場合などは、理論空燃比ではなくこ
れを境にしたリッチ空燃比あるいはリーン空燃比で運転
すべき領域（ＮＯ）と判断される。

【００５６】そして、Ｓ２０４へ進み、理論空燃比より
も燃料が増量されるリッチ空燃比運転領域か否かが判断
される。上述のようにエンジン暖機中や全開加速中には
エンジンに要求される空燃比はリッチ空燃比であり、こ
の場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ２０６に進み、理論空燃
比（１．０）に水温増量ＫＴＷ、始動後増量ＫＡＳ、全
開時の増量ＫＦＵＬＬが加算され、リッチ空燃比の場合
の当初の目標空燃比ＣＯＥＦ０が設定される（ＣＯＥＦ
０←１．０＋ＫＴＷ＋ＫＡＳ＋ＫＦＵＬＬ）。

【００５７】また、Ｓ２０４での判断において、車両が
一定速走行を行っていて加速力を必要としない定常運転
状態にある時には、空燃比をリーン化することができ、
このような運転状態であると判断された場合（ＮＯの場
合）にはＳ２０７に進み、理論空燃比（１．０）からリ
ーンバーン減量ＫＬＥＡＮを減算し（ＣＯＥＦ０←１．
０−ＫＬＥＡＮ）、リーン空燃比領域での当初の目標空
燃比の設定が終了する。

【００５８】次に、図７は、補正量算出手段４８におけ
る補正量ＨＯＳＥＩの算出動作を示している。まず、Ｓ
７０１にてＯ₂ センサ３２からのＺ特性出力信号を読み
込む。

【００５９】そして、この出力信号に基づきＳ７０２に
てＰＩ制御が行われ、Ｐ分（比例分）、Ｉ分（積分分）
が演算され、最終的にＳ７０３にて補正量ＨＯＳＥＩの
算出が行われるものである。

【００６０】次に、図２において示した当初の目標空燃
比ＣＯＥＦ０をＯ₂ センサ３２からの出力に基づく補正
量ＨＯＳＥＩにて補正する制御方式における空燃比フィ
ードバック制御手段５４での偏差ｅを解消するための空
燃比フィードバック係数ＬＡＭＢＤＡを設定する動作に
ついて説明する。

【００６１】図８は、まず、Ｓ３０１において、目標空
燃比ＣＯＥＦ０の参照が行われ、次にＳ３０２にて上述
の図２における補正量算出手段４８からの補正量ＨＯＳ
ＥＩの参照が行われる。

【００６２】そして、Ｓ３０３にてこれらＣＯＥＦ０と
ＨＯＳＥＩとから最終目標空燃比ＣＯＥＦが設定される
（ＣＯＥＦ←ＣＯＥＦ０＋ＨＯＳＥＩ）。次に、Ｓ３０
４で触媒上流側の広域空燃比センサ３０からの信号の読
込みが行われ、その空燃比換算出力をＳＯＵＴとする。
Ｓ３０５では、Ｓ３０３で設定した最終目標空燃比ＣＯ
ＥＦと広域空燃比センサ３０のリニア出力に基づく実際
の空燃比ＳＯＵＴとの差を偏差とする偏差ｅの算出が行
われる（ｅ←ＣＯＥＦ−ＳＯＵＴ）。

【００６３】次に、Ｓ３０６にてこの偏差ｅに基づき従
来から周知であるＰ分（比例分）、Ｉ分（積分分）、Ｄ
分（微分分）を演算し、Ｓ３０７でその演算データに基
づき空燃比フィードバック係数ＬＡＭＢＤＡが算出され
る。この動作にてＬＡＭＢＤＡ設定ルーチンが終了す
る。

【００６４】次に、図９に基づき図４に示した当初の目
標空燃比ＣＯＥＦ０を補正量ＨＯＳＥＩで補正しない制
御方式における空燃比フィードバック制御手段５４での
空燃比フィードバック係数ＬＡＭＢＤＡＨの設定動作に
ついて説明する。

【００６５】まず、Ｓ４０１にて当初の目標空燃比ＣＯ
ＥＦ０が参照される。そして、ここで補正量ＨＯＳＥＩ
による補正を行うことなく広域空燃比センサ３０からの
出力信号に基づく空燃比換算出力ＳＯＵＴの読込みが行
われる（Ｓ４０２）。

【００６６】そして、Ｓ４０３にて当初の目標空燃比Ｃ
ＯＥＦ０から出力ＳＯＵＴが減算され偏差ｅが算出され
る。次にＳ４０４にて上記図８のＳ３０６と同様のＰＩ
Ｄ制御が行われる。さらに同じくＳ３０７と同様のＬＡ
ＭＢＤＡの算出がＳ４０５にて行われる。

【００６７】そして、Ｓ４０６にて補正量算出手段４８
からの補正量ＨＯＳＥＩが参照され、Ｓ４０７にてＬＡ
ＭＢＤＡを補正した空燃比フィードバック係数ＬＡＭＢ
ＤＡＨの算出が行われＬＡＭＢＤＡＨの設定動作が終了
する。

【００６８】次に、図１０は、上記実施例の空燃比制御
における最終段階である燃料噴射量算出手段５６におけ
る燃料噴射パルス幅Ｔｉの設定動作について示してい
る。

【００６９】まず、Ｓ１０１において、クランク角セン
サ３６からの信号の入力間隔に基づいて算出されるエン
ジン回転数Ｎとエアーフローメータ１６からの信号に基
づいて算出される吸入空気量Ｑを読み込み、Ｓ１０２で
上記エンジン回転数Ｎと吸入空気量Ｑとから基本パルス
幅Ｔｐを算出する（Ｔｐ←Ｋ×Ｑ／Ｎ：ここでＫはイン
ジェクタ２２の特性補正係数）。

【００７０】次に、Ｓ１０３にて最終目標空燃比ＣＯＥ
Ｆを参照する（図４に示した当初の目標空燃比ＣＯＥＦ
０を補正しない制御方式では、ＣＯＥＦ０である）。そ
して、Ｓ１０４では空燃比フィードバック制御手段５４
にて算出された空燃比フィードバック係数ＬＡＭＢＤＡ
の参照が行われる（上記図４の制御方式では、Ｏ₂ セン
サ３２の出力に基づいて算出された補正量ＨＯＳＥＩで
補正されたＬＡＭＢＤＡＨである）。

【００７１】さらに、Ｓ１０５において、バッテリ電圧
に基づいてインジェクタ２２の無効パルス幅Ｔｓを設定
し、Ｓ１０６で上記Ｓ１０２で設定した基本パルス幅Ｔ
ｐをＳ１０３〜Ｓ１０５で参照したＣＯＥＦ、ＬＡＭＢ
ＤＡ、さらにＴｓで補正してエンジンへの燃料供給量と
して最終的な燃料噴射パルス幅Ｔｉが設定される（上述
の（２）式）。なお、Ｓ１０６のＬＡＭＢＤＡ及びＣＯ
ＥＦは、図４の制御方式の場合にはそれぞれＬＡＭＢＤ
ＡＨ及びＣＯＥＦ０となる。

【００７２】上記設定された燃料噴射パルス幅ＴｉをＳ
１０７でセットしＥＣＵ３４の駆動回路３４ｈから各イ
ンジェクタ２２へ制御信号が発せられる（図１参照）。

【００７３】上記燃料噴射パルス幅設定ルーチンは所定
時間毎に繰り返して行われ、駆動回路３４ｈからは所定
のタイミングで各該当する気筒のインジェクタ２２に出
力され、Ｔｉに相当する燃料が噴射される。

【００７４】次に、目標空燃比設定手段４６において理
論空燃比ではないリッチ空燃比領域またはリーン空燃比
領域の空燃比が目標空燃比として設定された場合、すな
わち、上述の図６におけるＳ２０３においてＮＯの判断
がなされた場合の空燃比制御の実施例について説明す
る。

【００７５】図１１は、リッチまたはリーン空燃比領域
における制御の上記図２及び図４に対応する構成手段と
その動作を示すブロック図であり、図２及び図４に示し
た構成要素と同一の要素には同一の符号を付しその説明
を省略する。

【００７６】本実施例で特徴的なことは、リッチ領域あ
るいはリーン領域での目標設定の場合、Ｚ特性の出力を
持つＯ₂ センサ３２のセンサ出力をそのまま用いること
ができないので、補正量算出手段４８からの補正量ＨＯ
ＳＥＩの出力を補正量学習手段６０にて学習しておき、
すなわち運転状況などの変化に応じて補正量算出手段４
８がとる値をバックアップＲＡＭ３４ｄに記憶させてお
き、運転状態に応じた学習量ＧＡＫＵを当初設定された
リッチ領域またはリーン領域の目標空燃比ＣＯＥＦＲ
（又はリーン領域のＣＯＥＦＬ）の補正のために用いて
いる。そして、目標空燃比補正手段５０が用いられる点
及びそれ以降の動作については図２に示したものに対応
し同様でありその説明を省略する。

【００７７】なお、この場合も、上述の図４の場合と同
様に補正量学習手段６０の出力する学習量ＧＡＫＵを空
燃比フィードバック制御手段５４における空燃比フィー
ドバック係数ＬＡＭＤＡの補正量として用い、それをＬ
ＡＭＢＤＡ＋ＧＡＫＵ→ＬＡＭＢＤＡＧとすることも可
能である。

【００７８】図１２は、上記図１１に示した制御方式に
おける空燃比フィードバック制御手段５４でのＬＡＭＢ
ＤＡの設定動作の詳細を示している。この動作は、上記
図８に示した理論空燃比を目標とするストイキオ制御に
おけるＬＡＭＢＤＡの設定動作とほぼ同様であり、これ
と異なっている点はＳ６０２において補正量としてバッ
クアップＲＡＭ３４ｄに記憶した学習量ＧＡＫＵを用い
ている点であり、従って、Ｓ６０３において最終目標空
燃比ＣＯＥＦの算出がＣＯＥＦ０＋ＧＡＫＵでなされて
いる点のみである。従って、Ｓ６０４以降の説明は省略
する。

【００７９】次に、目標空燃比を理論空燃比とするスト
イキオ制御において上記実施例より緻密な制御を行うた
めに補正量学習手段６０を用いた例を説明する。

【００８０】図１３及び図１４は、上述の同じくストイ
キオ制御を行う場合の図２及び図４に対応する構成及び
動作を示すブロック図である。従って、上述の構成要素
と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略す
る。

【００８１】図１３における目標空燃比を理論空燃比と
するストイキオ学習制御においては、当初の目標空燃比
ＣＯＥＦ０に対し補正量算出手段４８からの補正量ＨＯ
ＳＥＩ及び補正量学習手段６０からの学習量ＧＡＫＵを
目標空燃比補正手段５０における最終目標空燃比ＣＯＥ
Ｆの算出のために用いている。すなわち、ＣＯＥＦ←Ｃ
ＯＥＦ０＋ＨＯＳＥＩ＋ＧＡＫＵの式の下に算出を行っ
ている。それ以降の各構成並びにその動作については上
記図２の場合と同様であり、その説明を省略する。

【００８２】一方、図１４におけるストイキオ学習制御
では、補正量算出手段４８からの補正量ＨＯＳＥＩ及び
補正量学習手段６０からの学習量ＧＡＫＵが空燃比フィ
ードバック制御手段５４における空燃比フィードバック
係数の補正のために用いられ、最終空燃比フィードバッ
ク係数ＬＡＭＢＤＡＨが、ＬＡＭＢＤＡＨ＝ＬＡＭＢＤ
Ａ＋ＨＯＳＥＩ＋ＧＡＫＵの式から算出されている。

【００８３】本実施例に係る制御方式において上記のも
の以外の構成並びにその動作については上述の図４のス
トイキオ制御のものと同様でありその説明を省略する。

【００８４】上記図２及び図３に示したストイキオ制御
において学習量を応用することにより、広域空燃比セン
サ３０の出力特性の経時変化や運転状態の急激な変化に
良好に対応した緻密な空燃比制御を行うことが可能とな
る。

【００８５】図１５は、上記図１３で示した目標空燃比
ＣＯＥＦ０を補正する場合のストイキオ学習制御におけ
るＬＡＭＢＤＡ設定動作の詳細を示している。この動作
において上述の図８に示した学習量を用いない通常のス
トイキオ制御でのＬＡＭＢＤＡ設定動作と異なる点は、
Ｓ５０２において補正量ＨＯＳＥＩを参照するのに加
え、Ｓ５０３において学習量ＧＡＫＵを参照することで
ある。従って、Ｓ５０４における最終目標空燃比ＣＯＥ
Ｆの算出において、ＣＯＥＦ＝ＣＯＥＦ０＋ＨＯＳＥＩ
＋ＧＡＫＵの式を用いることである。その他の動作につ
いては図８の動作と同様であり、その説明を省略する。

【００８６】図１６は、補正量学習手段６０において行
われる空燃比学習量設定動作の詳細を示している。

【００８７】まず、Ｓ８０１にてエンジン回転数Ｎと基
本噴射パルス幅Ｔｐを読込む動作がおこなわれ、Ｓ８０
２で予めエンジン回転数Ｎと基本噴射パルス幅Ｔｐによ
って設定され、ＥＣＵ３４のＲＯＭ３４ｃに記憶されて
いる学習領域マップを参照して現在の運転領域がマップ
上のどの領域にあるかを判定する。

【００８８】そして、Ｓ８０３において、Ｓ８０２で判
定された学習領域に現在の運転領域が所定時間止まって
いて外乱がないかどうかを判断する。ここで、ＹＥＳと
判断された場合、Ｓ８０４に進み、上述の図７で説明し
た空燃比補正量算出ルーチンで算出された空燃比補正量
ＨＯＳＥＩを加重平均し、さらにＳ８０５にてその結果
を空燃比学習量ＧＡＫＵとして算出している。

【００８９】なお、この空燃比学習量設定ルーチンは、
補正量算出手段の動作中に所定時間毎に割込み実行され
ている。

【００９０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るエン
ジンの空燃比フィードバック制御装置によれば、排気系
の触媒上流側に設置したリニア出力特性を有する広域空
燃比センサによるフィードバック制御を基本とし、これ
に加えて触媒下流側のＺ特性出力を有するＯ₂ センサの
出力によってあるいはその出力に基づく学習によって得
られた補正量によって、上記広域空燃比センサによるフ
ィードバック制御の補正を行い、ストイキオ制御におい
てもあるいはリッチ、リーン領域における空燃比制御に
おいても常に緻密で精度の高い燃料噴射の制御を行うこ
とができ、また広域空燃比センサの経時変化や運転状況
の変化に即応した良好な制御状態を保つことがて可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る制御装置を応用した４気筒エンジ
ンおびその制御系の全体構成図である。

【図２】実施例に係る制御装置によりストイキオ制御を
行う場合の構成並びに動作を示すブロック図である。

【図３】図２の実施例におけるフィードバック制御中の
各種出力ラインの説明図である。

【図４】実施例の制御装置を用いたストイキオ制御を行
う場合の他の構成例並びに動作を示すブロック図であ
る。

【図５】図４の実施例におけるフィードバック制御中の
各種出力ライン説明図である。

【図６】図２及び図４の実施例における目標空燃比設定
動作を示すフローチャート図である。

【図７】図２及び図４のおける空燃比補正量の算出動作
を示すフローチャート図である。

【図８】図２の実施例におけるＬＡＭＢＤＡ設定動作を
示すフローチャート図である。

【図９】図４に示した実施例におけるＬＡＭＢＤＡＨ設
定動作を示すフローチャート図である。

【図１０】図２に示した実施例における燃料噴射パルス
幅Ｔｉの設定動作を示すフローチャート図である。

【図１１】目標空燃比を理論空燃比以外のリッチまたは
リーン領域に設定した場合の構成並びに動作を示すブロ
ック図である。

【図１２】図１１の実施例におけるＬＡＭＢＤＡ設定動
作を示すフローチャート図である。

【図１３】実施例に係る制御装置によるストイキオ制御
に学習量を応用する場合の構成並びに動作示すブロック
図である。

【図１４】図１３に示した実施例の変形例説明図であ
る。

【図１５】図１３に示した実施例におけるＬＡＭＢＤＡ
設定動作を示すフローチャート図である。

【図１６】実施例において学習量を応用する場合の空燃
比学習量設定動作を示すフローチャート図である。

【符号の説明】

１０ エンジン本体 ２２ インジェクタ ２６ 触媒 ３０ 広域空燃比センサ ３２ Ｏ₂ センサ ３４ 電子制御ユニット（ＥＣＵ） ４６ 目標空燃比設定手段 ４８ 補正算出手段 ５０ 目標空燃比補正手段 ５４ 空燃比フィードバック制御手段 ５６ 燃料噴射量算出手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの排気系に設けられ排気ガスを
   浄化する触媒と、 前記触媒の上流側に設けられエンジンに供給される混合
   気の空燃比に対しリニアな出力特性を持つ広域空燃比セ
   ンサと、 前記触媒の下流側に設けられ前記混合気の空燃比に対し
   理論空燃比を基準にしたリッチかリーンかのスイッチン
   グ出力特性を持つＯ₂ センサと、 エンジン運転状態に応じて目標空燃比を設定する目標空
   燃比設定手段と、 前記目標空燃比が理論空燃比、リッチ空燃比またはリー
   ン空燃比のいずれの領域かを問わず前記広域空燃比セン
   サからの出力信号と目標とする空燃比との偏差に基づき
   該偏差を解消する方向で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、 前記Ｏ₂ センサからの出力信号に基づき制御の基準とす
   べき空燃比を補正するための空燃比補正量を算出する補
   正量算出手段と、 前記補正量算出手段からの空燃比補正量により前記目標
   空燃比を補正し最終目標空燃比を算出する目標空燃比補
   正手段と、 を備え、前記フィードバック制御手段は、前記最終目標
   空燃比を前記目標とする空燃比として前記フィードバッ
   ク制御を行うことを特徴とするエンジンの空燃比フィー
   ドバック制御装置。
2. 【請求項２】 前記目標空燃比補正手段に代え、前記フ
   ィードバック制御手段には、前記偏差を解消するための
   制御に用いる係数を前記補正量算出手段からの空燃比補
   正量にて加算補正するとともに、 前記フィードバック制御手段は、前記補正された前記偏
   差を解消するための係数に基づいて前記フィードバック
   制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジン
   の空燃比フィードバック制御装置。
3. 【請求項３】 前記空燃比補正量を学習し、空燃比学習
   量を算出する補正量学習手段を有し、 前記フィードバック制御手段は、前記空燃比補正量及び
   空燃比学習量の双方又はいずれか一方に基づいて前記フ
   ィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１又は
   ２に記載のエンジンの空燃比フィードバック制御装置。
4. 【請求項４】 前記空燃比補正量に基づくフィードバッ
   ク制御手段による制御は、 前記目標空燃比が理論空燃比に設定されたときには、前
   記Ｏ₂ センサからの出力信号に基づき制御を行い、 前記目標空燃比がリッチ空燃比領域またはリーン空燃比
   領域にて設定されたときには、前記Ｏ₂ センサからの出
   力信号に基づく前記空燃比学習量又は予めエンジン運転
   状態に応じて設定されている所定量に基づき燃料噴射量
   を決定する空燃比フィードバック制御を行うことを特徴
   とする請求項３に記載のエンジンの空燃比フィードバッ
   ク制御装置。