JPH09264177A

JPH09264177A - エンジンの空燃比フィードバック制御方法及び装置

Info

Publication number: JPH09264177A
Application number: JP7703196A
Authority: JP
Inventors: Toyohide Sunaguchi; 豊秀砂口
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 1997-10-07

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｏ₂ センサの劣化によるフィードバック制御
の精度の悪化を防止し、より信頼性の高い空燃比フィー
ドバック制御を行うエンジンの空燃比フィードバック制
御方法を得ること。【解決手段】Ｏ₂ センサの出力信号により検出される空
燃比がフィードバック制御によりストイキオ制御され
る。その空燃比が理論空燃比を基準として、リッチ側から
リーン側へ移行し再びリッチ側からリーン側へ移行する
までの１つの周期のリッチ側に位置する時間を計測しか
つリーン側に位置する時間を計測する。そして、両者の時
間を予め設定されている各基準時間との比較を行い、Ｏ₂
センサのリッチ側とリーン側にてそれぞれ劣化が発生
しているか否かを検出する。そして、劣化が発生している
場合にはＰＩ制御のＩ分を変更する。このＰＩ制御によ
り得られるフィードバック補正係数に基づいて空燃比を
フィードバック制御する。したがって、Ｏ₂ センサのリッ
チ側とリーン側それぞれの劣化度合に応じた補正を行う
ことができ、かつＰＩ制御のＩ分のみを変更することに
よりＰ分を常に一定に保つことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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Ｏ₂ センサを用いたエン
ジンの空燃比フィードバック制御方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】エンジンに供給する燃料の噴射量を電子
的に制御する電子制御燃料噴射装置は周知であり、様々
なエンジン運転状況に対応した適切な燃料と空気の混合
が可能となっている。従来、このような電子制御燃料噴
射装置を用いる場合、エンジンに供給する混合気の空燃
比を理論空燃比近傍に制御するために、排気系に空燃比
を検出するＯ₂ センサを設け、このＯ₂ 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】このＯ₂ センサは、排気エミッション中の
酸素濃度に応じて生じる起電力を用いて空燃比が理論空
燃比より濃い（以下、「リッチ」という）状態にあるか
薄い（以下、「リーン」という）状態にあるかを判定す
ることができる。しかし、Ｏ₂ センサは排気系に設けら
れ常に高温の排気ガスに晒されているために、その熱等
の影響により長期間の使用によって劣化が生じ、空燃比
の検出応答性が悪化することが生じていた。そして、従
来の空燃比フィードバック制御のフィードバック補正係
数は一定であったためにＯ₂ センサの劣化に対しては、
必ずしも正確な空燃比のフィードバック制御を行うこと
ができず、排ガスの悪化を招来していた。

【０００４】そこで、例えば特開昭６１−１９２８３１
号公報には、Ｏ₂ センサによる空燃比フィードバック制
御において、Ｏ₂ センサにより検出される空燃比が理論
空燃比を境としてリーン側に存在している時間とリッチ
側に存在している時間の和を１周期としてその周期を計
測し、予め設定されているＯ₂ センサの劣化判断の基準
となる基準周期との比較を行い、その比較から周期のず
れを検出し、その周期のずれから空燃比の検出応答性の
悪化、すなわちＯ₂ センサの劣化状態を検出し、その劣
化状態に基づいてフィードバック補正係数を変化させる
旨の記載がなされている。

【０００５】該公報によれば、Ｏ₂ センサが長期間の使
用により劣化し空燃比の検出応答性が悪化してくると、
前記空燃比の検出周期は長くなる。そして、その周期の
長くなる度合は、リッチ側よりリーン側の方が大きくな
る傾向があるので、フィードバック補正係数はＯ₂ セン
サの劣化と共に理論空燃比よりもリッチ側に全体的にシ
フトする。このシフトを修正するためにフィードバック
補正係数を演算するための比例積分制御（以下、単に
「ＰＩ制御」という）の積分値及び比例値（以下、単に
「ＰＩ値」という）を、シフトさせる補正を行ってい
る。これにより、理論空燃比近傍に空燃比を保つように
している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭６１−１９２８３１号公報によれば、Ｏ₂ センサの
空燃比の検出応答性の悪化を空燃比の１周期の遅延時間
によって判断しているために、リッチ側及びリーン側で
異なる場合の対応は考えられていない。すなわち、リー
ン側とリッチ側のずれ方の割合が必ずしも同一に変化す
るとは限らないことから、Ｏ₂ センサ出力の周期のみで
はリッチ側及びリーン側で異なるＯ₂ センサの空燃比の
検出応答性の悪化に対応することができない。したがっ
て、上記公報の記載によれば、例えば空燃比のリーン側
へのずれが大きくなった場合でもフィードバック補正係
数を全体的にリーン側へシフトさせる補正を行うため、
補正後の空燃比は逆に理論空燃比と離れるように補正さ
れ、排気エミッションを悪化させる場合も考えられる。

【０００７】また、上記公報には、フィードバック補正
係数を求めるために行われるＰＩ制御のＰＩ値の変更方
法については具体的に示されていない。一般的にはＰＩ
値はテーブルからの固定値により求める方法が行われて
いるが、この方法ではＰＩ値をエンジン動作状態や空燃
比の変化に応じて変更するだけでＯ₂ センサの劣化状態
に応じて求めておらず、Ｏ₂ センサの劣化が進んだ場合
には排気ガス浄化を行うための適切な空燃比フィードバ
ック制御を行うことが困難であった。

【０００８】本発明は、上記の課題に鑑みなされたもの
であり、その目的は、Ｏ₂ センサの劣化によるフィード
バック制御の精度の悪化を防止し、より信頼性の高い空
燃比フィードバック制御を行うエンジンの空燃比フィー
ドバック制御方法及び装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るエンジンの空燃比フィードバック制御
方法は、最初に、理論空燃比を境としてＯ₂ センサの出
力信号に基づいて検出される混合気の空燃比がリーン側
からリッチ側へ移行する時点よりリッチ側からリーン側
へ移行する時点までのリッチ側に位置する時間であるリ
ッチ領域時間を計測するとともに、リッチ側からリーン
側へ移行する時点よりリーン側からリッチ側へ移行する
時点までのリーン側に位置する時間であるリーン領域時
間を計測する。

【００１０】そして、各々計測したリッチ領域時間及び
リーン領域時間を予め設定されているＯ₂ センサの劣化
判断の基準となる基準リッチ領域時間及び基準リーン領
域時間と比較し、リッチ側及びリーン側におけるＯ₂ セ
ンサの劣化があるか否かを判断する。そして、リッチ側
に劣化があると判断された場合には、フィードバック補
正係数を演算するために行われるＰＩ制御のリッチ側の
積分分（以下、単に「Ｉ分」という）を前記計測したリ
ッチ領域時間に基づいて変更し、リーン側に劣化がある
と判断された場合には、ＰＩ制御のリーン側のＩ分を前
記計測したリーン領域時間に基づいて変更する。そし
て、この変更したＩ分を用いたＰＩ制御により演算され
るフィードバック補正係数に基づいて空燃比のフィード
バック制御を行う。

【００１１】したがって、リッチ側及びリーン側それぞ
れにおけるＯ₂ センサの劣化を加味したフィードバック
補正係数により、精度の高い空燃比フィードバック制御
を行うことができる。また、リッチ側及びリーン側にお
けるＯ₂ センサの劣化に応じてＰＩ制御のＩ分のみを各
々変更することにより比例分（以下、単に「Ｐ分」とい
う）を常に一定に保つことが可能となり、フィードバッ
ク補正係数は理論空燃比を基準として常に一定幅内に保
持することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係
るエンジンの空燃比フィードバック制御方法が用いられ
る自動車のエンジンの概略全体構成図である。

【００１３】水平対向型のエンジン１０本体には吸気通
路１２及び排気通路１４が連通している。吸気通路１２
の上流側には吸気チャンバ１６がエンジンルーム内（図
示せず）に開口している。また、吸気通路１２の下流側
はサージタンク１８から分岐して各シリンダ２０に連通
しており、この吸気通路１２の下流端は、吸気ポート２
２を介して各燃焼室２４に連通している。

【００１４】吸気通路１２には、その上流側から順に、
空気中の塵埃を除去するエアクリーナ３０、吸入空気量
Ｑを検出するエアフローメータ３２、アクセルペダル
（図示せず）の踏み込み量に応じて吸入空気量Ｑを制御
するスロットルバルブ３４が設けられている。また、吸
気通路１２の下流側にはインジェクタ３６が吸気ポート
２２に向けて設けられており、これら各インジェクタ３
６は燃料タンク３７から圧送供給された燃料を微粒化し
て噴射するものである。

【００１５】一方、排気通路１４の上流側にはエンジン
本体１０の各気筒と連通され集合された排気管４２が設
けられ、排気管４２の上流端は各排気ポート２８を介し
て各燃焼室２４に連通されている。排気通路１４は、そ
の上流側に排気ガスの浄化を行う例えば三元触媒等の触
媒４４を具備し、その下流端は車体後部（図示せず）に
取り付けられたマフラ４０に連通されている。

【００１６】また、触媒４４の上流側には排気ガス中の
酸素濃度を検出することによって混合気の空燃比を検出
し、理論空燃比を境にして出力がＺ特性を有するＯ₂ セ
ンサ４６が設けられている。

【００１７】また、エンジン本体１０の各シリンダヘッ
ド５４には燃焼室２４内に臨んで点火プラグ５６が設け
られており、この点火プラグ５６は、イグナイタ５５及
び点火コイル５７を介して給電された高電圧によって、
燃焼室２４内の混合気を所定の点火時期で強制着火する
ようになっている。

【００１８】そして、エンジン本体１０にはエンジンの
クランク角度とエンジン回転数Ｎｅを検出するクランク
角センサ５８、及びエンジンの暖機状態（水温Ｔｗ）を
検出する水温センサ５９が設けられている。また、スロ
ットルバルブ３４には、そのスロットル開度θを検出す
るスロットル開度センサ６０が設けられている。そし
て、これら各センサからの検出信号を入力し、エンジン
の各制御手段に制御信号を出力して、エンジン運転を制
御する電子制御装置（以下、単に「ＥＣＵ」という）６
２が設けられている。

【００１９】図２は、図１に示したＥＣＵ６２の内部構
成を示す構成説明図である。

【００２０】図示のように、ＥＣＵ６２は、各センサか
らの検出信号を入力する入力インタフェース６２ａ、各
部材への駆動制御信号を出力する出力インタフェース６
２ｂ、主演算装置としてのＣＰＵ６２ｃ、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ＲＯＭ
６２ｄ、各センサ類からの信号を処理した後のデータや
ＣＰＵ６２ｃで演算処理したデータが格納されるＲＡＭ
６２ｅ、さらに学習データなどを格納するバックアップ
ＲＡＭ６２ｆ、タイマ６２ｇ等をバスライン６２ｈで相
互に接続してなるマイクロコンピュータシステムとして
構成されている。

【００２１】次に、本実施の形態によるエンジンの空燃
比フィードバック制御を図面に基づいて更に詳細に説明
する。

【００２２】図３は、本発明が適用されたエンジンのフ
ィードバック制御装置の基本的構成を示した機能ブロッ
ク図である。図示のように、エンジン動作状態検出手段
７０はクランク角センサ５８とエアフローメータ３２か
らなり、エンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｑよりエンジ
ンの現在の動作状態を検出する。エンジン定常運転判定
部７２は、エンジン動作状態検出部７０により検出した
エンジン動作状態が定常運転状態にあるか否かの判断を
行い、定常運転と判断した時には定常信号をＯ₂ センサ
劣化状態検出部７４に出力する。

【００２３】また、Ｏ₂ センサ劣化状態検出部７４に
は、Ｏ₂ センサ４６の検出信号も入力される。また、空
燃比判定部７６は、Ｏ₂ センサ４６からの検出信号を受
け現在の空燃比がリッチ状態又はリーン状態のどちらで
あるかを判定する。次に、フィードバック補正係数算出
部７８は、ＰＩ制御により演算されるフィードバック補
正係数αを算出するものであり、Ｏ₂ センサ４６の検出
信号及び空燃比判定部７６からのリッチ状態あるいはリ
ーン状態を示す出力信号が入力される。

【００２４】そして、燃料噴射量演算部８０は、インジ
ェクタ３６から噴射される燃料噴射量を演算する。燃料
噴射量演算部８０には、クランク角センサ５８及びエア
フローメータ３２からの検出信号及び前記フィードバッ
ク補正係数算出部７８からのフィードバック補正係数α
の信号が入力される。

【００２５】以下にこの上記構成の実施の形態の燃料噴
射量演算動作について説明する。最初に、Ｏ₂ センサの
劣化度合に応じた燃料噴射量の演算方法について説明す
る前に、一般的な燃料噴射量の演算方法について図４を
用いて以下に説明する。

【００２６】図４は、燃料噴射量演算部８０にて行われ
最終的にインジェクタ３６から噴射すべき燃料の量を表
す単位時間当たりの燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出するフ
ローチャートである。

【００２７】ステップ（以下、単に「Ｓ」という）Ｓ１
０１ではエアフローメータ３２とクランク角センサ５８
により吸入空気量Ｑとエンジン回転数Ｎｅを検出するこ
とによって現時点のエンジン動作状態を検出する。そし
て、Ｓ１０２ではＳ１０１にて検出されたエンジン動作
状態から基本噴射パルス幅Ｔｐの算出が行われる。

【００２８】ここで、基本噴射パルス幅Ｔｐの算出はＴ
ｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎｅの式で行われ、Ｋはインジェクタ３６
の有する特性補正係数である。この基本噴射パルス幅Ｔ
ｐは、エアフローメータ３２により計測された吸入空気
量Ｑをエンジン回転数Ｎｅで除算することにより得られ
るエンジン１回転当たりの吸入空気重量を表し、燃料噴
射パルス幅Ｔｉと同様に噴射パルス幅で表すことができ
る。

【００２９】次に、Ｓ１０３ではフィードバック補正係
数算出部７８によりフィードバック補正係数αを算出す
る。そして、Ｓ１０４にて最終的にインジェクタ３６か
ら噴射すべき燃料の量を表す単位時間当たりの燃料噴射
パルス幅Ｔｉが算出される。この燃料噴射パルス幅Ｔｉ
は以下の（１）式で算出される。

【００３０】Ｔｉ＝Ｔｐ×α×ＣＯＥＦ×（１＋ＫＬ）＋Ｔｓ……（１）ここで、ＣＯＥＦは各種補正係数であり、例えばエンジ
ンの冷却水温が低い場合や、エンジンの加速時に燃料の
増量を行うために付加される。また、ＫＬは空燃比学習
値テーブルを補間計算付で参照して得られる学習補正係
数である。そして、Ｔｓはバッテリ電圧により変動する
無効時間を補正する電圧補正係数であり、インジェクタ
３６の噴射遅れを保障する無効パルス幅を意味する。そ
して、燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出した後に、このルー
チンを抜ける（ＲＳＴ）。

【００３１】したがって、燃料噴射量演算部８０におい
て上記（１）式により得られた燃料噴射パルス幅Ｔｉに
基づいてインジェクタ３６から燃料が噴射される。

【００３２】次に、本発明の特徴的事項であるＯ₂ セン
サ４６の劣化度合に応じてフィードバック補正係数の変
更を行うための第１の段階であるＯ₂ センサ４６の劣化
状態を検出する劣化検出方法について図５及び図６を用
いて以下に説明する。

【００３３】図５は、Ｏ₂ センサ４６の出力信号とフィ
ードバック補正係数αの関係を示したタイムチャートで
ある。ここで、図５（Ａ）は、空燃比を検出したＯ₂ セ
ンサ４６の出力信号のタイムチャート、同図（Ｂ）は、
Ｏ₂ センサ４６の出力信号に基づいてＰＩ制御により演
算されるフィードバック補正係数αのタイムチャートを
示している。

【００３４】図５（Ａ）に示したように、空燃比はフィ
ードバック制御により理論空燃比であるスライスレベル
を境としてリッチ側とリーン側を交互に一定の振幅で繰
り返し変化する。ここで、空燃比がリーン側よりリッチ
側に移行する時点（ｂ点）を起点としてリッチ側よりリ
ーン側へ移行する時点（ｃ点）までを終点とするその間
の時間をリッチ領域時間ΔＴＲとする。また、リッチ側
からリーン側へ移行する時点（ｃ点）を起点としリーン
側からリッチ側へ移行する時点（ｅ点）までを終点とす
るその間の時間をリーン領域時間ΔＴＬとする。

【００３５】このリッチ領域時間ΔＴＲとリーン領域時
間ΔＴＬはＯ₂ センサ４６の空燃比の検出応答性を表し
ており、Ｏ₂ センサ４６が劣化する前においては、空燃
比は所定間隔でリッチ側とリーン側を交互に繰り返す
（実線）。しかし、Ｏ₂ センサ４６が経年変化により例
えばリッチ側の劣化が進んだ場合には、Ｏ₂ センサ４６
の検出信号より計測されるリッチ領域時間ΔＴＲは、そ
の時間が長くなる（ｆ点→ｆ′点）方向にずれを生じ
（破線）、検出応答性が悪化したリッチ領域時間ΔＴＲ
ｄとなる。また、図示していないがリーン側も同様に劣
化が進んだ場合リーン領域時間ΔＴＬｄとなる。

【００３６】したがって、リッチ領域時間ΔＴＲｄ及び
リーン領域時間ΔＴＬｄをＯ₂ センサ４６が劣化する前
の基準リッチ領域時間ΔＴＲｃ及び基準リーン領域時間
ΔＴＬｃと比較することによりリッチ側とリーン側にお
けるＯ₂ センサ４６の劣化度合を検出することができ
る。なお、図５（Ｂ）の説明については、フィードバッ
ク補正係数αの算出方法を説明する際に行う。

【００３７】次に、これらリッチ領域時間ΔＴＲｄ及び
リーン領域時間ΔＴＬｄの計測方法を図６に基づいて説
明する。尚、このルーチンは予め設定された所定時間
毎、例えば１０ｍｓ毎に行われる。

【００３８】最初に、Ｓ２０１においてＯ₂ センサ４６
の現在の状態が活性状態であるか否かが判断される。こ
こで、Ｏ₂ センサ４６が活性状態であるか否かは、例え
ば、水温センサ５９により検出されるエンジンの冷却水
温等に基づいて判断される。Ｓ２０１で、Ｏ₂ センサ４
６が活性状態であると判断されると、Ｓ２０２へ進む。

【００３９】また、活性状態でない場合、例えばエンジ
ン始動時及び始動から十分な時間が経過しておらずＯ₂
センサ４６の温度が低い場合は、フィードバック制御を
行わないとしてこのルーチンを抜ける（ＲＳＴ）。

【００４０】次に、Ｓ２０２ではエンジン動作状態が定
常運転状態であるか否かの判断がなされる。ここで、定
常運転状態とは、例えば吸入空気量Ｑ、車速Ｖ、水温Ｔ
ｗ等を検出し、加速時、減速時あるいは暖機途中の過渡
期ではなく、いわゆる通常安定走行時等の状態をいう。
Ｏ₂ センサ４６の出力が安定している状態にてＯ₂ セン
サ４６からの出力信号の検出を行い、誤判定を避けるた
めである。したがって、燃料噴射量の加速補正時、減速
補正時、燃料カット時等にはフィードバック制御を行わ
ないとしてこのルーチンを抜ける（ＲＳＴ）。ここで、
定常運転状態であると判断された場合には、Ｏ₂ センサ
４６の出力が安定しているとして、Ｓ２０３へ進む。

【００４１】Ｓ２０３以降では、現在の空燃比がリッチ
側にあるのかリーン側にあるのかを判断し、リッチ領域
時間ΔＴＲｄとリーン領域時間ΔＴＬｄの計測が行われ
る。Ｓ２０３では、フラグ１が立っている（ＦＬＡＧ＝
１）か否かが判断される。このフラグ１は、現在、リッ
チ領域時間ΔＴＲｄを計測中であることを示し、このフ
ラグ１の立てる方法については後で説明する。

【００４２】そして、Ｓ２０３にてフラグ１が立ってい
ない（ＦＬＡＧ≠１）と判断された場合（ＮＯ）はＳ２
０４へ進み、フラグ１が立っている（ＦＬＡＧ＝１）と
判断された場合（ＹＥＳ）はＳ２１０へ進む。

【００４３】Ｓ２０４ではフラグ２が立っている（ＦＬ
ＡＧ＝２）か否かが判断される。このフラグ２は、現
在、リーン領域時間ΔＴＬｄを計測中であることを示
し、このフラグ２の立てる方法についても後で説明す
る。Ｓ２０４でフラグ２が立っている（ＦＬＡＧ＝２）
と判断された場合（ＹＥＳ）にはＳ２０６へ進み、フラ
グ２が立っていない（ＦＬＡＧ≠２）と判断された場合
（ＮＯ）には、Ｓ２０５へ進む。

【００４４】Ｓ２０５では、Ｏ₂ センサにより検出され
た空燃比がスライスレベル（理論空燃比）よりも小さい
か否かが判断される。すなわち、現在の空燃比がリッチ
側とリーン側のどちらにあるのかが判断される。ここ
で、スライスレベルよりも小さいと判断された場合（Ｙ
ＥＳ）には、現在の空燃比がリーン側にあると判断され
Ｓ２０６へ進む。

【００４５】Ｓ２０６では、リーン側にある空燃比がリ
ッチ側に移行したか否かを判断する。すなわち、空燃比
がリーン側からリッチ側に移行する点（図５中、ｂ点）
を起点としリッチ側からリーン側に移行する点（ｃ点）
を終点とするリッチ領域時間ΔＴＲｄの起点（ｂ点）に
達したか否かの判断が行われる。ここでリーン側からリ
ッチ側に移行したと判断された場合（ＹＥＳ）には、空
燃比が起点（ｂ点）に達したとしてＳ２０７へ進み、未
だ移行していないと判断された場合（ＮＯ）には、Ｓ２
１４へ進む。

【００４６】Ｓ２０７以降では、時間計測タイマにより
リッチ領域時間ΔＴＲｄの計測が行われる。まず、最初
にＳ２０７では、リッチ領域時間ΔＴＲｄの計測を開始
するとしてフラグ１が立てられる（ＦＬＡＧ＝１）。フ
ラグ１を立てることにより、現在リッチ領域時間ΔＴＲ
ｄが計測中であるとして容易に判断することが可能とな
り、ここで立てられたフラグ１は他のステップ、例えば
Ｓ２０３等において使用される。

【００４７】次に、Ｓ２０８ではＥＣＵ６２の内部に設
けられたリッチ領域時間ΔＴＲｄを計測するためのタイ
マ６２ｇがカウントを開始する。そして、Ｓ２０９にお
いて前回のルーチン実行時に計測されたリッチ領域時間
ΔＴＲｄ_old にカウント数１を加算し、今回のルーチン
を抜ける（ＲＳＴ）。このタイマ６２ｇのカウントは、
次回のルーチン実行時にＳ２１０によって空燃比がリッ
チ側からリーン側に移行したと判断されるまで、すなわ
ちリッチ領域時間ΔＴＲｄの終点まで行われる。したが
って、リッチ領域時間ΔＴＲｄを計測することができ
る。

【００４８】また、Ｓ２０３にてフラグ１が立っている
（ＦＬＡＧ＝１）と判断された場合（ＹＥＳ）、若しく
はＳ２０５にてＯ₂ センサ４６の出力信号がスライスレ
ベルよりも大きい場合（ＮＯ）、すなわち空燃比がスラ
イスレベルよりも大きいと判断された場合には現在の空
燃比がリッチ側にあると判断されＳ２１０へ進む。

【００４９】Ｓ２１０では、リッチ側にある空燃比がリ
ーン側に移行したか否かを判断する。すなわち、リーン
領域時間ΔＴＬｄの起点（ｃ点）を定める判断が行われ
る。ここでリッチ側からリーン側に移行したと判断され
た場合（ＹＥＳ）には、空燃比が起点（ｃ点）に達した
としてＳ２１１へ進み、未だ移行していないと判断され
た場合（ＮＯ）には、Ｓ２１５へ進む。

【００５０】Ｓ２１１以降では、時間計測タイマによる
リーン領域時間ΔＴＬｄの計測が行われる。まず、最初
にＳ２１１では、リーン領域時間ΔＴＬｄの計測を開始
するとしてフラグ２が立てられる（ＦＬＡＧ＝２）。フ
ラグ２は、現在、リーン領域時間ΔＴＬｄが計測中であ
ることを示す。

【００５１】次に、Ｓ２１２ではＥＣＵ６２の内部に設
けられたリーン領域時間ΔＴＬｄを計測するためのタイ
マ６２ｇがカウントを開始する。そして、Ｓ１１３にお
いて前回のルーチン実行時に計測されたリーン領域時間
ΔＴＬｄ_old にカウント数１を加算し、今回のルーチン
を抜ける（ＲＳＴ）。このタイマのカウントは、次回の
ルーチン実行時にＳ２０４によって空燃比がリーン側か
らリッチ側に移行したと判断されるまで、すなわちリー
ン領域時間ΔＴＬｄの終点まで行われる。以上の制御に
よりリーン領域時間ΔＴＬｄを計測することができる。

【００５２】また、Ｓ２１０にてリッチ側からリーン側
に移行していない（ＮＯ）と判断された場合には、Ｓ２
１５に進む。Ｓ２１５では、フラグ１が立っているか否
かの判断がなされる。このＳ２１５は、ルーチンの開始
時に空燃比がリッチ側（図５（Ａ）中、ｄ点）であった
場合にリーン領域時間ΔＴＬｄの起点（ｃ点）に達する
前にリーン領域時間ΔＴＬｄの計測を開始するのを防ぐ
ためのステップである。

【００５３】ここで、Ｓ２１５にてフラグ１が立ってい
ない（ＦＬＡＧ≠１）と判断された場合（ＮＯ）には今
回のルーチンを抜け（ＲＳＴ）、フラグ１が立っている
（ＦＬＡＧ＝１）と判断された場合（ＹＥＳ）には未だ
リッチ領域時間ΔＴＲｄを計測中であるのでＳ２０９へ
進む。同様に、Ｓ２１４もリッチ領域時間ΔＴＲｄの起
点（ａ点）に達する前にリッチ領域時間ΔＴＲｄの計測
を開始するのを防ぐためのステップである。以上のよう
にして、リッチ領域時間ΔＴＲｄとリーン領域時間ΔＴ
Ｌｄを算出することができ、Ｏ₂ センサの劣化度合を検
出することが可能となる。

【００５４】次に、本発明の特徴的事項であるＯ₂ セン
サ４６の劣化度合に応じてフィードバック補正係数αの
変更を行う方法について図５（Ｂ）及び図７から図９を
用いて説明する。図５（Ｂ）は、Ｏ₂ センサ４６の出力
信号（同図（Ａ）参照）に基づいて行われる空燃比フィ
ードバック制御のフィードバック補正係数αの変化を時
間の経過に基づいて示したタイムチャートである。最初
に、Ｏ₂ センサ４６が劣化する前のフィードバック制御
について説明する。

【００５５】ＥＣＵ６２は、スライスレベルとＯ₂ セン
サ４６の出力信号より検出される空燃比とを比較して、
空燃比がリッチ側あるいはリーン側のどちらにあるかを
判断する（図５（Ａ）参照）。そして、空燃比がリッチ
側であると判断した場合にはリーン側に戻す方向の積分
分（以下、単に「ＩＬ分」という）でフィードバック補
正係数αを所定の割合で減少させ、リーン側であると判
断した場合にはリッチ側に戻す方向の積分分（以下、単
に「ＩＲ分」という）でフィードバック補正係数αを所
定の割合で増加させる。

【００５６】そして、空燃比がリーン側からリッチ側に
移行した場合（ｂ点）には、空燃比をリッチ側からリー
ン側に戻す方向の比例分（以下、単に「ＰＬ分」とい
う）で階段状にフィードバック補正係数αを変化（スキ
ップ）させる。また、空燃比がリッチ側からリーン側に
移行した場合（ｃ点）には、空燃比をリーン側からリッ
チ側に戻す方向の比例分（以下、単に「ＰＲ分」とい
う）で階段状にフィードバック補正係数αをスキップさ
せる。以上の制御により、空燃比は理論空燃比を境にし
て基準リッチ領域時間ΔＴＲｃ及び基準リーン領域時間
ΔＴＬｃで交互に一定の振幅を繰り返す。

【００５７】次に、Ｏ₂ センサ４６が経年変化により劣
化した後のフィードバック制御について説明する。上述
の図５（Ａ）の説明のとおり、Ｏ₂ センサ４６が劣化し
てくると、リッチ領域時間ΔＴＲｄ及びリーン領域時間
ΔＴＬｄの遅延が発生する。図５（Ｂ）に示したように
以下、リッチ側の劣化が進んだ状態について説明する
と、このリッチ側の遅延によりフィードバック補正係数
αはＩＬ分の時間が長くなり、ＰＲ分を大きくしなけれ
ば空燃比が理論空燃比よりも大きく離れてしまう（図
中、破線により示す）。

【００５８】したがって、Ｏ₂ センサ４６の劣化が生じ
た場合には、その劣化の度合に応じてＰＲ分を一定にす
るようにＩＬ分を変更して常に空燃比が理論空燃比の近
傍に収束することを可能とする必要がある。したがっ
て、上述の図６のルーチンにより計測されたリッチ領域
時間ΔＴＲｄを用いて、ＩＬ分の変更を行う。また、リ
ーン側の劣化が進んだ場合はＩＲ分についても同様に行
う。

【００５９】ここで、リッチ領域時間ΔＴＲｄとリーン
領域時間ΔＴＬｄを用いてＩＬ分及びＩＲ分を変更し、
フィードバック補正係数αを算出する第１の実施の形態
について図７を用いて説明する。

【００６０】図７は、Ｏ₂ センサ４６の劣化が進んだと
きのフィードバック補正係数αを演算するために行われ
るＰＩ制御のＩＲ分及びＩＬ分の算出ルーチンである。
図７（Ａ）は、Ｏ₂ センサ４６の劣化の度合に応じたリ
ーン側に戻す方向の積分分（以下、単に「ＩＬｄ分」と
いう）の算出ルーチンが示され、図７（Ｂ）は、リッチ
側に戻す方向の積分分（以下、単に「ＩＲｄ分」とい
う）の算出ルーチンが示されている。尚、図７（Ｂ）の
Ｓ４０１以降に示されるＩＲｄ分の算出ルーチンは、Ｉ
Ｌｄ分の算出方法と同様に行われるのでその詳細な説明
を省略する。

【００６１】図７（Ａ）に示すＩＲｄ分の算出ルーチン
は、最初に、Ｓ３０１にてエンジンの定常運転状態に応
じた基準リッチ領域時間ΔＴＲｃが予めＥＣＵ６２のＲ
ＯＭ６２ｄ内に設定されているΔＴＲ基準値テーブルに
基づいて検索される。図８は、ΔＴＲ基準値テーブル及
びΔＴＬ基準値テーブルの概略説明図であり、縦軸にそ
れぞれの基準領域時間、横軸に所定時間当たりの吸入空
気量（ｇ／ｍｉｎ）をとる構成となっている。したがっ
て、エンジン動作状態を示す吸入空気量に基づいて容易
に基準リッチ領域時間ΔＴＲｃ及び基準リーン領域時間
ΔＴＬｃを検索することができる。

【００６２】次に、Ｓ３０２では、Ｏ₂ センサ４６のリ
ッチ側の劣化状態を示すリッチ側劣化係数Ｒが算出され
る。このリッチ側劣化係数ＲはＯ₂ センサ４６のリッチ
側の劣化の度合を示すものであり、図６に示したＯ₂ セ
ンサ４６の応答時間計測ルーチンにより計測されたリッ
チ領域時間ΔＴＲｄをＳ３０１にて検索された基準リッ
チ領域時間ΔＴＲｃで除算することにより得ることがで
きる。

【００６３】そして、Ｓ３０３では、ＰＲ分が読み込ま
れ、Ｓ３０４へ進む。Ｓ３０３にて読み込まれるＰＲ分
は、ＥＣＵ６２内のＲＯＭ内に予め格納されている固定
値である。Ｓ３０４では、Ｏ₂ センサの劣化の度合に応
じたＩＬｄ分が算出される。

【００６４】ＩＬｄ分は次の（２）式により算出され
る。

【００６５】ＩＬｄ＝ＰＲ／（Ｒ×ΔＴＲｃ）……（２）ここで、ＰＲ／ΔＴＲｃは、Ｏ₂ センサ４６が劣化する
前のＩＬ分を算出するものであり、ＩＬ分を劣化係数Ｒ
で除算することによってＩＬｄ分を算出することができ
る。また、同様に図７（Ｂ）に示すルーチンによりＩＲ
ｄ分を算出することができる。

【００６６】以上のように算出したＩＬｄ分及びＩＲｄ
分を用いて補正されたＰＩ制御によって演算されるフィ
ードバック補正係数αによりフィードバック制御を行う
ことによって、Ｏ₂ センサ４６の劣化の度合に応じた最
適な空燃比制御を行うことが可能となる。

【００６７】次に、リッチ領域時間ΔＴＲｄとリーン領
域時間ΔＴＬｄを用いてフィードバック補正係数αを算
出する第２の実施の形態について図９を用いて説明す
る。図９の（Ａ）、（Ｂ）は、フィードバック補正係数
αを演算するために行われるＰＩ制御のＩＬ分及びＩＲ
分の算出ルーチンである。尚、図９（Ｂ）のＳ６０１以
降に示されるＩＲｄ分の算出ルーチンは、ＩＬｄ分の算
出方法と同様に行われることから、その詳細な説明を省
略する。

【００６８】図９（Ａ）に示すＩＬｄ分の算出ルーチン
は、最初に、Ｓ５０１にて現在のエンジン動作状態に基
づいてΔＴＲ判定時間テーブルを検索することによりリ
ッチ領域判定時間ΔＴＲｊが得られる。このリッチ領域
判定時間ΔＴＲｊとは、Ｏ₂センサ４６の劣化の度合が
所定値を越えているか否かを判断するための基準として
用いられるもので、ΔＴＲ判定時間テーブルにおいてエ
ンジンの動作状態に応じて設定されているものである。
したがって、エンジン動作状態に基づいて容易にリッチ
領域判定時間ΔＴＲｊを検索することができる。

【００６９】そして、Ｓ５０２では図６のリッチ領域時
間ΔＴＲｄ算出ルーチンにより計測されたリッチ領域時
間ΔＴＲｄとＳ５０１にて検索されたリッチ領域判定時
間ΔＴＲｊとの比較が行われ、ＩＲ分を補正すべきか否
かの判断がなされる。ここで、リッチ領域時間ΔＴＲｄ
の方がリッチ領域判定時間ΔＴＲｊより大きい場合（Ｙ
ＥＳ）にはＩＬ分の補正を行うとしてＳ５０３へ進む。
また、リッチ領域時間ΔＴＲｄの方がリッチ領域判定時
間ΔＴＲｊより小さい場合（ＮＯ）にはＳ５０５へ進
む。

【００７０】Ｓ５０３では、Ｏ₂ センサ４６の劣化状
態、例えばリッチ領域時間ΔＴＲｄに応じて予め設定さ
れたリッチ領域時間補正テーブルを検索することにより
ＩＬ分を補正するリッチ領域時間補正値ΔＴＲａが設定
される。次に、Ｓ５０４では、ＰＲ分が読み込まれる。
このＰＲ分はＥＣＵ６２内のＲＯＭ６２ｄ内に予め格納
されている固定値である。そして、Ｓ５０５にてＯ₂ セ
ンサ４６の劣化の度合に応じたＩＬｄ分が算出される。
ＩＬｄ分は次の（３）式により算出される。

【００７１】ＩＬｄ＝ＰＲ／ΔＴＲａ……（３）また、Ｓ５０２にてリッチ領域時間ΔＴＲｄの方が小さ
い（ＮＯ）と判断されリッチ領域時間補正テーブルの参
照が行われずにＳ５０５へ移行した場合には、Ｏ₂ セン
サ４６の劣化は進んでいないため、ＩＬ分の補正は行わ
ず、通常のＰＩ制御を行う。同様に図９（Ｂ）に示すル
ーチンによりＳ６０１以降でＩＲｄ分を算出することが
できる。この場合もＳ６０２でリーン領域時間ΔＴＬｄ
の方がリーン領域判定時間ΔＴＬｊより小さい場合（Ｎ
Ｏ）には、ＩＲ分の補正をせずに通常のＰＩ制御を行
う。

【００７２】以上のように算出したＩＬｄ分及びＩＲｄ
分を用いたＰＩ制御によって演算されるフィードバック
補正係数αによりフィードバック制御を行うことによっ
て、Ｏ₂ センサ４６の劣化の度合に応じた最適な空燃比
制御を行うことが可能となる。

【００７３】

【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方法により、リッチ
側及びリーン側で各々最適なフィードバック補正係数を
算出することが可能となり、Ｏ₂ センサの劣化の度合に
応じた精度の高い空燃比フィードバック制御を行うこと
ができる。また、Ｏ₂ センサの劣化の度合に応じてＰＩ
制御の積分分（Ｉ分）のみをリッチ側及びリーン側で各
々変更することによって、常にリッチ側のＰ分とリーン
側のＰ分をそれぞれ一定に保持することができ、空燃比
を理論空燃比近傍に収束させることが可能となる。した
がって、Ｏ₂ センサ４６の劣化によりＩ分が過度にかか
ることなく排気ガスが悪化するのを防ぐことが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエンジンの空燃比フィードバック
制御方法が用いられる自動車のエンジンの概略全体構成
図である。

【図２】図１に示したＥＣＵ６２の内部構成を示す構成
説明図である。

【図３】本発明の実施の形態の基本的構成を示す機能ブ
ロック図である。

【図４】インジェクタから噴射される燃料噴射量を算出
するフローチャート図である。

【図５】Ｏ₂ センサの出力信号とフィードバック補正係
数αの関係を示したタイムチャート図である。

【図６】Ｏ₂ センサの劣化を検出するための判断要素と
なる応答時間の計測方法を示したフローチャート図であ
る。

【図７】第１の実施の形態にかかるフィードバック補正
係数αを演算するために行われるＰＩ制御のＩＲ分及び
ＩＬ分の算出ルーチンを示すフローチャート図である。

【図８】ΔＴＲ基準値テーブル及びΔＴＬ基準値テーブ
ルの概略説明図である。

【図９】第２の実施の形態にかかるフィードバック補正
係数αを演算するために行われるＰＩ制御のＩＲ分及び
ＩＬ分の算出ルーチン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１２吸気通路１４排気通路２２吸気ポート２４燃焼室２８排気ポート３０エアクリーナ３２エアフローメータ３４スロットルバルブ３６インジェクタ４２排気管４４触媒４６Ｏ₂ センサ５８クランク角センサ５９水温センサ６０スロットル開度センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの排気系に設けられたＯ₂ セン
サの出力信号に基づき比例積分制御により演算されるフ
ィードバック補正係数を用いて空燃比のフィードバック
制御を行うエンジンの空燃比フィードバック制御方法に
おいて、エンジン動作状態が定常運転状態でかつ前記Ｏ₂ センサ
が活性状態である場合、前記Ｏ₂ センサの出力信号に基
づいて検出される空燃比が理論空燃比を境としてリーン
側からリッチ側へ移行する時点よりリッチ側からリーン
側へ移行する時点までのリッチ領域時間を計測するとと
もに、リッチ側からリーン側へ移行する時点よりリーン側から
リッチ側へ移行する時点までのリーン領域時間を計測
し、前記計測したリッチ領域時間及びリーン領域時間とそれ
ぞれ予め設定されている前記Ｏ₂ センサの劣化判断の基
準となる基準リッチ領域時間及び基準リーン領域時間と
の比較を行い、該比較によりリッチ側及びリーン側にて前記Ｏ₂ センサ
の劣化がそれぞれ発生しているか否かを判断し、リッチ側で劣化が発生していると判断された場合には、
リッチ側の比例積分制御の積分分を前記計測したリッチ
領域時間に基づいて変更し、リーン側で劣化が発生していると判断された場合には、
リーン側の比例積分制御の積分分を前記計測したリーン
領域時間に基づいて変更し、該変更に基づいて得られたフィードバック補正係数によ
り空燃比を制御する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方法。
【請求項２】前記各変更動作はリッチ側及びリーン側
でのそれぞれにおける前記Ｏ₂ センサの劣化の度合を示
す劣化係数を前記計測したリッチ領域時間及びリーン領
域時間から前記基準リッチ領域時間及び基準リーン領域
時間で各々除算することにより算出し、該算出された各劣化係数を用いて前記比例積分制御のリ
ッチ側及びリーン側の積分分を各々変更することを特徴
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
ク制御方法。
【請求項３】前記定常運転状態に応じて前記Ｏ₂ セン
サの劣化判断の基準となる基準リッチ領域時間及び基準
リーン領域時間は、予め設定されている基準リッチ領域
時間テーブル及び基準リーン領域時間テーブルにより検
索される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方法。
【請求項４】前記各変更動作は、予め設定されている
前記Ｏ₂ センサの劣化の度合に対応して定められたリッ
チ領域時間補正テーブル及びリーン領域時間補正テーブ
ルにより前記リッチ領域時間及びリッチ領域時間を補正
するリッチ領域時間補正値及びリーン領域時間補正値を
検索し、該検索されたリッチ領域時間補正値及びリーン領域時間
補正値を用いて比例積分制御のリッチ側及びリーン側の
積分分を各々変更することを特徴とする請求項１又は３
に記載のエンジンの空燃比フィードバック制御方法。
【請求項５】エンジンの排気系にＯ₂ センサを有し、
該Ｏ₂ センサの検出信号に基づいて比例積分制御により
演算されるフィードバック補正係数を用いて空燃比のフ
ィードバック制御を行うエンジンの空燃比フィードバッ
ク制御装置において、前記Ｏ₂ センサにより検出される空燃比が理論空燃比を
境にしてリッチ側あるいはリーン側のどちら側にあるか
を検出する空燃比判定手段と、該空燃比判定手段によりリーン側からリッチ側に移行す
る時点よりリッチ側からリーン側に移行する時点までの
時間を計測するリッチ時間計測手段と、前記空燃比判定手段によりリッチ側からリーン側に移行
する時点よりリーン側からリッチ側に移行する時点まで
の時間を計測するリーン時間計測手段と、前記リッチ時間計測手段及びリーン時間計測手段により
計測された各時間がそれぞれ予め設定されているリッチ
側基準時間またはリーン側基準時間を越えているか否か
を判断する劣化判断手段と、該劣化判断手段によりリッチ側計測時間がリッチ側基準
時間を越えていると判断された場合に、リッチ側の比例
積分制御の積分分を前記リッチ時間計測手段により計測
した時間に基づいて変更する積分分変更手段と、該劣化判断手段によりリーン側計測時間がリーン側基準
時間を越えていると判断された場合に、リーン側の比例
積分制御の積分分を前記リーン時間計測手段により計測
した時間に基づいて変更する積分分変更手段と、を有する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。