JPH11257133A

JPH11257133A - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH11257133A
Application number: JP5827998A
Authority: JP
Inventors: Noritake Mitsuya; 典丈光谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-03-10
Filing date: 1998-03-10
Publication date: 1999-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】触媒コンバータの上流側及び下流側にそれぞ
れＯ₂センサを配設した内燃機関において触媒のＯ₂ス
トレージ量を考慮した空燃比制御を実施する。【解決手段】空燃比フィードバック補正係数は、上流
側Ｏ₂センサによって感知される空燃比が継続してリー
ン又はリッチのときに積分的に増大又は減少せしめら
れ、リッチからリーンへ又はリーンからリッチへと反転
するときにスキップ量だけ階段状に増大又は減少せしめ
られる。リーンへの反転時のスキップ量は、下流側Ｏ₂
センサによって感知される空燃比がリーンかリッチかに
応じて増大又は減少せしめられるが、その際、スキップ
量の中心値が学習される。そして、その中心値を基準と
するスキップ量の偏差ＤＲＳＲに対し、下流側Ｏ₂セン
サ出力及び／又は運転状態に応じて上下限ガード値が設
定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関におい
て、吸入空気量に応じて適量の燃料を供給することによ
り、空気と燃料との混合比（空燃比：Ａ／Ｆ）を所望の
値に制御する装置である空燃比制御装置に関し、より詳
細には、ダブルＯ₂センサシステムを採用して空燃比フ
ィードバック補正を行う空燃比制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車用内燃機関において
は、排気ガス浄化対策として、不完全燃焼成分であるＨ
Ｃ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化と、空気
中の窒素と燃え残りの酸素とが反応して生成されるＮＯ
_x（窒素酸化物）の還元とを同時に促進する三元触媒が
利用されている。そのような三元触媒による酸化・還元
能力を高めるためには、機関の燃焼状態を示す空燃比
（Ａ／Ｆ）を理論空燃比近傍（ウィンドウ）に制御する
必要がある。そのため、機関における燃料噴射制御にお
いては、排気ガス中の残留酸素濃度に基づき空燃比が理
論空燃比よりもリッチかリーンかを感知するＯ₂センサ
（酸素センサ）を設け、そのセンサ出力に基づいて燃料
量を補正する空燃比フィードバック制御が行われてい
る。

【０００３】かかる空燃比フィードバック制御では、酸
素濃度を検出するＯ₂センサをできるだけ燃焼室に近い
箇所、すなわち触媒コンバータより上流側に設けている
が、そのＯ₂センサの出力特性のばらつきを補償するた
めに、触媒コンバータより下流側に第２のＯ₂センサを
更に設けたダブルＯ₂センサシステムも実現されてい
る。すなわち、触媒下流側では、排気ガスは十分に攪拌
されており、その酸素濃度も三元触媒の作用によりほぼ
平衡状態にあることにより、下流側Ｏ₂センサの出力
は、上流側Ｏ₂センサの出力よりも緩やかに変化し、従
って混合気全体のリッチ／リーン傾向を示す。ダブルＯ
₂センサシステムは、触媒上流側Ｏ₂センサによるメイ
ン空燃比フィードバック制御に加え、触媒下流側Ｏ₂セ
ンサによるサブ空燃比フィードバック制御を実施するも
のであり、メイン空燃比フィードバック制御にて空燃比
補正係数を演算する際の各種定数を下流側Ｏ₂センサの
出力に基づいて修正することにより、又は下流側Ｏ₂セ
ンサの出力に基づく第２の空燃比補正係数を導入するこ
とにより、上流側Ｏ₂センサの出力特性のばらつきを吸
収し、空燃比制御精度の向上を図っている。

【０００４】例えば、空燃比補正係数のスキップ量を可
変にしたダブルＯ₂センサシステムが知られている。こ
のシステムでは、メイン空燃比フィードバック制御は、
上流側Ｏ₂センサによって感知される空燃比が継続して
リーン又はリッチであるときには空燃比フィードバック
補正係数を一定割合で増大又は減少せしめるとともに、
リッチからリーンへ又はリーンからリッチへと反転する
ときには空燃比フィードバック補正係数を所定のスキッ
プ量だけ階段状に増大又は減少せしめる。一方、サブ空
燃比フィードバック制御は、上流側空燃比のリッチから
リーンへの反転時における空燃比補正係数のリッチスキ
ップ量を、下流側Ｏ₂センサによって感知される空燃比
が継続してリーン又はリッチであるときには一定割合で
増大又は減少せしめるとともに、リッチからリーンへ又
はリーンからリッチへと反転するときには所定のスキッ
プ量だけ階段状に増大又は減少せしめる。そして、上流
側空燃比のリーンからリッチへの反転時における空燃比
補正係数のリーンスキップ量は、その量と空燃比補正係
数のリッチスキップ量とが一定に維持されるように設定
される（例えば、特開昭63-57840号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、三元触媒
は、排気ガスがリーン状態にあるときに過剰分の酸素を
吸着し、排気ガスがリッチ状態にあるときに不足分の酸
素を放出することにより、排気ガスを浄化する、という
Ｏ₂ストレージ効果を奏するものであるが、そのＯ ₂ス
トレージ量は有限である。上述の如く空燃比補正係数の
スキップ量を可変にしたダブルＯ₂センサシステムにお
いては、下流側Ｏ₂センサの出力が反転するまで空燃比
補正係数のリッチスキップ量の更新が実施されることと
なるが、排気ガスが気筒からセンサに到達するまでの輸
送遅れやセンサの応答遅れを考慮すると、実際には空燃
比制御が反対方向に逆転されるべき時点を既にある時間
だけ経過している時点まで一方向の制御が継続すること
となり、触媒内のＯ₂ストレージ量が空又は飽和に達す
るおそれがある。このようなオーバーシュートが発生す
ると、ＣＯやＮＯ_xの排出量が増大する。

【０００６】また、次のような問題もある。サブ空燃比
フィードバック制御が継続しているときに、下流側Ｏ₂
センサの出力の反転が繰り返されると、Ｏ₂ストレージ
量と空燃比補正係数のリッチスキップ量とはほぼ対応し
てくる。しかし、燃料カット、加速増量等の外乱が入る
と、そのような均衡がくずれるため、オーバーシュート
分が更に増加し、エミッションが悪化する。

【０００７】かかる実情に鑑み、本発明の目的は、排気
系に設けられた排気ガス浄化のための触媒コンバータの
上流側及び下流側にそれぞれ第１及び第２の空燃比セン
サが配設された内燃機関において、触媒のＯ₂ストレー
ジ量を考慮した空燃比制御を実施することにより、排出
ガス浄化性能の更なる向上を図った空燃比制御装置を提
供することにある。

【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、本発明によれば、排気系に設けられた排気ガス浄化
のための触媒コンバータの上流側及び下流側にそれぞれ
第１及び第２の空燃比センサが配設された内燃機関にお
いて空燃比を制御する装置であって、該第１の空燃比セ
ンサによって感知される空燃比が継続してリーン又はリ
ッチのときには空燃比フィードバック補正係数を一定割
合で増大又は減少せしめるとともに、該第１の空燃比セ
ンサによって感知される空燃比がリッチからリーンへ又
はリーンからリッチへと反転するときには空燃比補正係
数を所定のスキップ量だけ階段状に増大又は減少せしめ
る空燃比補正係数演算手段と、該第２の空燃比センサに
よって感知される空燃比がリーンかリッチかに応じて前
記第１の空燃比フィードバック制御手段におけるスキッ
プ量を増大又は減少せしめるスキップ量演算手段と、前
記スキップ量演算手段によって演算されるスキップ量の
中心値を学習する中心値学習手段と、前記スキップ量演
算手段によって演算されるスキップ量に対して、前記中
心値学習手段によって学習された中心値を基準として上
下限ガード値を設定する上下限ガード手段と、前記空燃
比補正係数演算手段によって演算される空燃比補正係数
に応じて該機関の空燃比を調整する空燃比調整手段と、
を具備する、内燃機関の空燃比制御装置が提供される。

【０００９】また、本発明によれば、好ましくは、前記
上下限ガード手段は、該第２の空燃比センサの出力及び
／又は該機関の運転状態に応じて該上下限ガード値を設
定する。

【００１０】また、本発明によれば、好ましくは、前記
中心値学習手段は、該機関の吸入空気量が第１の所定範
囲内にあるときに学習を実行する。

【００１１】また、本発明によれば、好ましくは、前記
スキップ量演算手段は、該機関の吸入空気量が該第１の
所定範囲を含む第２の所定範囲内にある場合において該
第１の空燃比センサによって感知される空燃比がリッチ
からリーンへ又はリーンからリッチへと反転するとき
に、前回反転時直前におけるスキップ量と今回反転時直
前におけるスキップ量との平均値にスキップ量を設定す
る。

【００１２】また、本発明によれば、好ましくは、前記
中心値学習手段は、該第２の空燃比センサによって感知
される空燃比がリッチである時間とリーンである時間と
の比に応じて該スキップ量の中心値を学習する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。

【００１４】図１は、本発明の一実施形態に係る空燃比
制御装置を備えた電子制御式内燃機関の全体概要図であ
る。内燃機関１は、車両搭載用の直列多気筒４ストロー
クサイクルレシプロガソリン機関である。機関１は、シ
リンダブロック２及びシリンダヘッド３を備えている。
シリンダブロック２には、上下方向へ延びる複数個のシ
リンダ４が紙面の厚み方向へ並設され、各シリンダ４内
には、ピストン５が往復動可能に収容されている。各ピ
ストン５は、コネクティングロッド６を介し共通のクラ
ンクシャフト７に連結されている。各ピストン５の往復
運動は、コネクティングロッド６を介してクランクシャ
フト７の回転運動に変換される。

【００１５】シリンダブロック２とシリンダヘッド３と
の間において、各ピストン５の上側は燃焼室８となって
いる。シリンダヘッド３には、その両外側面と各燃焼室
８とを連通させる吸気ポート９及び排気ポート１０がそ
れぞれ設けられている。これらのポート９及び１０を開
閉するために、シリンダヘッド３には吸気バルブ１１及
び排気バルブ１２がそれぞれ略上下方向への往復動可能
に支持されている。また、シリンダヘッド３において、
各バルブ１１，１２の上方には、吸気側カムシャフト１
３及び排気側カムシャフト１４がそれぞれ回転可能に設
けられている。カムシャフト１３及び１４には、吸気バ
ルブ１１及び排気バルブ１２を駆動するためのカム１５
及び１６が取り付けられている。カムシャフト１３及び
１４の端部にそれぞれ設けられたタイミングプーリ１７
及び１８は、クランクシャフト７の端部に設けられたタ
イミングプーリ１９へタイミングベルト２０により連結
されている。

【００１６】吸気ポート９には、エアクリーナ３１、ス
ロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホル
ド３４等を備えた吸気通路３０が接続されている。機関
１外部の空気（外気）は、燃焼室８へ向けて吸気通路３
０の各部３１，３２，３３及び３４を順に通過する。ま
た、スロットルバルブ３２をバイパスするアイドルアジ
ャスト通路３５には、アイドル時の空気流量を調節する
ためのアイドル回転速度制御弁（ＩＳＣＶ）３６が設け
られている。吸気マニホルド３４には、各吸気ポート９
へ向けて燃料を噴射するインジェクタ４０が取付けられ
ている。燃料は、燃料タンク４１に貯蔵されており、そ
こから燃料ポンプ４２によりくみ上げられ、燃料配管４
３を経てインジェクタ４０に供給される。そして、イン
ジェクタ４０から噴射される燃料と吸気通路３０内を流
れる空気とからなる混合気は、吸気バルブ１１を介して
燃焼室８へ導入される。

【００１７】この混合気に着火するために、シリンダヘ
ッド３には点火プラグ５０が取付けられている。点火時
には、点火信号を受けたイグナイタ５１が、点火コイル
５２の１次電流の通電及び遮断を制御し、その２次電流
が、点火ディストリビュータ５３を介して点火プラグ５
０に供給される。

【００１８】燃焼した混合気は、排気ガスとして排気バ
ルブ１２を介して排気ポート１０に導かれる。排気ポー
ト１０には、排気マニホルド６１、触媒コンバータ６２
等を備えた排気通路６０が接続されている。触媒コンバ
ータ６２には、不完全燃焼成分であるＨＣ（炭化水素）
及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化と、空気中の窒素と燃え
残りの酸素とが反応して生成されるＮＯ_x（窒素酸化
物）の還元とを同時に促進する三元触媒が収容されてい
る。こうして触媒コンバータ６２において浄化された排
気ガスが大気中に排出される。

【００１９】機関１には各種のセンサが取付けられてい
る。シリンダブロック２には、機関１の冷却水の温度を
検出するための水温センサ７４が取付けられている。吸
気通路３０には、吸入空気量（質量流量）を検出するた
めのエアフローメータ７０が取り付けられている。吸気
通路３０においてエアクリーナ３１の近傍には、吸入空
気の温度を検出するための吸気温センサ７３が取付けら
れている。吸気通路３０において、スロットルバルブ３
２の近傍には、その軸の回動角度を検出するためのスロ
ットル開度センサ７２が設けられている。また、スロッ
トルバルブ３２が全閉状態のときには、アイドルスイッ
チ８２がオンとなり、その出力であるスロットル全閉信
号がアクティブとなる。排気通路６０の触媒コンバータ
６２より上流側の部分には、空燃比センサとして排気ガ
スの空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかを検
出する上流側Ｏ₂センサ（メインＯ₂センサ）７５が取
付けられている。また、この機関は、Ｏ₂センサ７５の
出力特性のばらつきを補償するサブ空燃比フィードバッ
ク制御を実施する機関であり、触媒コンバータ６２より
下流の排気通路には、下流側Ｏ₂センサ（サブＯ₂セン
サ）７６が設けられている。

【００２０】ディストリビュータ５３には、クランクシ
ャフト７の回転に同期して回転する２個のロータが内蔵
されており、クランクシャフト７の基準位置を検出する
ために一方のロータの回転に基づいてクランク角（Ｃ
Ａ）に換算して７２０°ＣＡごとに基準位置検出用パル
スを発生させるクランク基準位置センサ８０が設けら
れ、また、クランクシャフト７の回転速度（機関回転速
度ＮＥ）を検出するために他方のロータの回転に基づい
て３０°ＣＡごとに回転速度検出用パルスを発生させる
クランク角センサ８１が設けられている。なお、車両に
は、トランスミッション出力軸の回転速度すなわち車速
ＳＰＤに比例した数の出力パルスを単位時間当たりに発
生する車速センサ８３が取り付けられている。

【００２１】機関電子制御装置（エンジンＥＣＵ）９０
は、空燃比制御（燃料噴射制御）、点火時期制御、アイ
ドル回転速度制御等を実行するマイクロコンピュータシ
ステムであり、そのハードウェア構成は、図２のブロッ
ク図に示される。リードオンリメモリ（ＲＯＭ）９３に
格納されたプログラム及び各種のマップに従って、中央
処理装置（ＣＰＵ）９１は、各種センサ及びスイッチか
らの信号をＡ／Ｄ変換回路（ＡＤＣ）９５又は入力イン
タフェース回路９６を介して入力し、その入力信号に基
づいて演算処理を実行し、その演算結果に基づき駆動回
路９７ａ〜９７ｃを介して各種アクチュエータ用制御信
号を出力する。ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９４
は、その演算・制御処理過程における一時的なデータ記
憶場所として使用される。また、バックアップＲＡＭ９
９は、バッテリ（図示せず）に直接接続されることによ
り電力の供給を受け、イグニションスイッチがオフの状
態においても保持されるべきデータ（例えば、各種の学
習値）を格納するために使用される。また、これらのＥ
ＣＵ内の各構成要素は、アドレスバス、データバス及び
コントロールバスからなるシステムバス９２を介して接
続されている。

【００２２】ＥＣＵ９０においては、各種制御のため
に、吸入空気量信号、スロットル開度信号、吸気温信号
及び冷却水温信号が、一定クランク角ごとに実行される
Ａ／Ｄ変換ルーチンによって取り込まれ、ＲＡＭ９４の
所定領域にそれぞれ吸入空気量データＧＡ、スロットル
開度データＴＡ、吸気温データＴＨＡ及び冷却水温デー
タＴＨＷとして格納される。また、クランク回転角セン
サ８１のパルス信号が入力するごとに、そのパルス間隔
から図示しないルーチンにより機関回転速度が算出さ
れ、ＲＡＭ９４の所定領域に機関回転速度データＮＥと
して格納される。

【００２３】点火時期制御は、クランク角センサ８１か
ら得られる機関回転速度及びその他のセンサからの信号
により、機関の状態を総合的に判定し、最適な点火時期
を決定し、駆動回路９７ｂを介してイグナイタ５１に点
火信号を送るものである。また、アイドル回転速度制御
は、アイドルスイッチ８２からのスロットル全閉信号及
び車速センサ８３からの車速信号によってアイドル状態
を検出するとともに、水温センサ７４からの機関冷却水
温度等によって決められる目標回転速度と実際の機関回
転速度とを比較し、その差に応じて目標回転速度となる
ように制御量を決定し、駆動回路９７ｃを介してＩＳＣ
Ｖ３６を制御して空気量を調節することにより、最適な
アイドル回転速度を維持するものである。以下、本発明
に係る空燃比制御について詳細に説明する。

【００２４】図３は、ＣＰＵ９１によって実行される噴
射量演算ルーチンの処理手順を示すフローチャートに示
される。本ルーチンは、一定クランク角ごと（例えば３
６０°ごと）に実行される。このルーチンでは、燃料噴
射量、すなわちインジェクタ４０による燃料噴射時間Ｔ
ＡＵが、機関１回転当たりの吸入空気量ＧＮと、後述す
る空燃比補正係数ＦＡＦとに基づいて算出される。

【００２５】具体的には、まず、ステップ１０２におい
て、吸入空気量データＧＡ及び回転速度データＮＥをＲ
ＡＭ９４の所定領域から読み込み、機関１回転当たりの
吸入空気量ＧＮを、ＧＮ←ＧＡ／ＮＥなる演算により求める。次いで、ステップ１０４では、
基本燃料噴射時間ＴＡＵＰを、ＴＡＵＰ＝Ｋ＊ＧＮとして算出する。ここで、基本燃料噴射時間ＴＡＵＰ
は、燃焼室に供給される混合気の空燃比を理論空燃比と
するために必要とされる燃料噴射時間であり、Ｋは定数
である。

【００２６】また、実際の燃料噴射時間ＴＡＵは、ステ
ップ１０６において、上記ＴＡＵＰを空燃比補正係数Ｆ
ＡＦで補正した値、すなわち、ＴＡＵ＝ＴＡＵＰ＊ＦＡＦ＊α＋β として算出される。ここで、α及びβは、それぞれ機関
運転状態に応じて決定される定数である。また、上記に
より燃料噴射時間ＴＡＵが算出されると、ステップ１０
８では、時間ＴＡＵが駆動回路９７ａにセットされ、時
間ＴＡＵに応じた量の燃料がインジェクタ４０から噴射
される。

【００２７】なお、燃料噴射制御では、スロットルバル
ブ３２が全閉で機関回転速度が所定値以上のときに、燃
料供給の不必要な減速状態にあると判断し、燃料噴射を
一時的に停止する燃料カットが行われる。一方、機関運
転状態に応じて加速増量補正、出力増量補正等の燃料増
量補正も行われる。

【００２８】上記空燃比補正係数ＦＡＦを求める制御が
空燃比フィードバック制御であり、本実施例に係る空燃
比フィードバック制御においては、上流側Ｏ₂センサ７
５の出力に基づいて空燃比がフィードバック制御される
とともに、下流側Ｏ₂センサ７６の出力に基づいて上流
側Ｏ₂センサ７５の出力特性のずれ等を補正する制御も
行われる。

【００２９】図４及び図５は、上流側Ｏ₂センサ７５の
出力に基づくメイン空燃比フィードバック制御の処理手
順を示すフローチャートである。本ルーチンは、ＣＰＵ
９１により一定時間毎（例えば４ｍｓ毎）に実行され
る。本ルーチンでは、上流側Ｏ ₂センサ７５の出力ＶＯ
Ｍを基準電圧Ｖ_R1（理論空燃比相当電圧）と比較し、触
媒コンバータ上流側での排気空燃比が理論空燃比よりリ
ッチ（ＶＯＭ＞Ｖ_R1）のときには空燃比補正係数ＦＡＦ
を減少させ、リーン（ＶＯＭ≦Ｖ_R1）のときにはＦＡＦ
を増大させる制御を行う。Ｏ₂センサは、排気空燃比が
理論空燃比よりリッチのときに例えば０．９Ｖの電圧信
号を出力し、排気空燃比が理論空燃比よりリーンのとき
に例えば０．１Ｖ程度の電圧信号を出力する。本実施形
態では、上記基準電圧Ｖ_R1は０．４５Ｖ程度に設定され
る。上記のように空燃比補正係数ＦＡＦを排気空燃比に
応じて増減することにより、エアフローメータ７０、イ
ンジェクタ４０等の燃料供給系の機器に多少の誤差が生
じている場合でも、機関空燃比は正確に理論空燃比近傍
に修正される。

【００３０】具体的には、まず、ステップ２０２におい
て、上流側Ｏ₂センサ７５によるメイン空燃比フィード
バック制御の実行条件が成立しているか否かを判別す
る。例えば、冷却水温が所定値以下のとき、機関始動
中、始動後増量中、暖機増量中、出力増量中、上流側Ｏ
₂センサ７５の出力信号が一度も反転していないとき、
燃料カット中、等においては、いずれもフィードバック
制御実行条件が不成立となり、その他の場合においては
フィードバック制御実行条件が成立する。条件が不成立
のときには、ステップ２３８において空燃比補正係数Ｆ
ＡＦを１．０とした後、本ルーチンを終了する。他方、
条件が成立するときにはステップ２０４に進む。

【００３１】ステップ２０４では、上流側Ｏ₂センサ７
５の出力ＶＯＭをＡ／Ｄ変換して取り込む。次のステッ
プ２０６では、ＶＯＭが基準電圧Ｖ_R1（例えば０．４５
Ｖ）以下か否か、すなわち空燃比がリーンかリッチかを
判別し、空燃比がリーン（ＶＯＭ≦Ｖ_R1）であれば、ス
テップ２０８に進む。ステップ２０８では、ディレイカ
ウンタＣＤＬＹが正か否かを判別し、ＣＤＬＹ＞０であ
れば、ステップ２１０にてＣＤＬＹを０としてからステ
ップ２１２に進み、一方、ＣＤＬＹ≦０であれば、直接
ステップ２１２に進む。ステップ２１２では、ディレイ
カウンタＣＤＬＹから１を減算する。次いで、ステップ
２１４では、ディレイカウンタＣＤＬＹを所定の最小値
ＴＤＬと比較し、ＣＤＬＹ＜ＴＤＬのときには、ステッ
プ２１６にてディレイカウンタＣＤＬＹを最小値ＴＤＬ
でガードし、ステップ２１８にて空燃比フラグＦ１を０
（リーン）として、ステップ２３２に進み、一方、ＣＤ
ＬＹ≧ＴＤＬのときには、直接ステップ２３２に進む。
なお、最小値ＴＤＬは上流側Ｏ₂センサ７５の出力にお
いてリッチからリーンへの変化があってもリッチ状態で
あるとの判断を保持するためのリーン判定遅延時間であ
って、負の値で定義される。

【００３２】また、ステップ２０６においてリッチ（Ｖ
ＯＭ＞Ｖ_R1）と判定されるときには、ステップ２２０に
進む。ステップ２２０では、ディレイカウンタＣＤＬＹ
が負か否かを判別し、ＣＤＬＹ＜０であれば、ステップ
２２２にてＣＤＬＹを０としてからステップ２２４に進
み、一方、ＣＤＬＹ≧０であれば、直接ステップ２２４
に進む。ステップ２２４では、ディレイカウンタＣＤＬ
Ｙに１を加算する。次いで、ステップ２２６では、ディ
レイカウンタＣＤＬＹを所定の最大値ＴＤＲと比較し、
ＣＤＬＹ＞ＴＤＲのときには、ステップ２２８にてディ
レイカウンタＣＤＬＹを最大値ＴＤＲでガードし、ステ
ップ２３０にて空燃比フラグＦ１を１（リッチ）とし
て、ステップ２３２に進み、一方、ＣＤＬＹ≦ＴＤＲの
ときには、直接ステップ２３２に進む。なお、最大値Ｔ
ＤＲは上流側Ｏ₂センサ７５の出力においてリーンから
リッチへの変化があってもリーン状態であるとの判断を
保持するためのリッチ判定遅延時間であって、正の値で
定義される。

【００３３】ステップ２３２では、空燃比フラグＦ１の
値（０又は１）が変化したか否か、すなわち遅延処理後
の空燃比が反転したか否かを判別する。空燃比が反転し
ていれば、ステップ２３４にて、リッチからリーンへの
反転か、リーンからリッチへの反転かを判別する。リッ
チからリーンへの反転であれば、ステップ２４０におい
て、ＦＡＦ←ＦＡＦ＋ＲＳＲとして空燃比補正係数ＦＡＦをスキップ的に増大させ、
逆に、リーンからリッチへの反転であれば、ステップ２
４２において、ＦＡＦ←ＦＡＦ−ＲＳＬとして空燃比補正係数ＦＡＦをスキップ的に減少させ
る。つまり、スキップ処理を行う。

【００３４】ステップ２３２にて空燃比フラグＦ１の値
が変化していなければ、ステップ２３６、２４４及び２
４６にて積分処理を行う。つまり、ステップ２３６にて
“Ｆ１＝０”か否かを判別し、“Ｆ１＝０”（リーン）
であればステップ２４４において、ＦＡＦ←ＦＡＦ＋ＫＩＲとし、一方、“Ｆ１＝１”（リッチ）であればステップ
２４６において、ＦＡＦ←ＦＡＦ−ＫＩＬとする。ここで、積分定数ＫＩＲ及びＫＩＬは、スキッ
プ定数ＲＳＲ及びＲＳＬに比して十分小さく設定してあ
り、つまり、ＫＩＲ＜ＲＳＲ、かつ、ＫＩＬ＜ＲＳＬ、
である。したがって、ステップ２４４は、リーン状態
（Ｆ１＝０）で燃料噴射量を徐々に増大させる一方、ス
テップ２４６は、リッチ状態（Ｆ１＝１）で燃料噴射量
を徐々に減少させる。

【００３５】ステップ２４８、２５０、２５２及び２５
４では、演算された空燃比補正係数ＦＡＦが、所定の最
小値（例えば０．８）以上で、かつ、所定の最大値（例
えば１．２）以下となるように、ガード処理が施され
る。これにより、何らかの原因で空燃比補正係数ＦＡＦ
の演算結果が過度に大きく又は小さくなる場合において
も、そのガード値で機関の空燃比が制御され、オーバリ
ッチ又はオーバリーンになるのが防止される。

【００３６】図６は、図４及び図５のメイン空燃比フィ
ードバック制御を行った場合に、上流側Ｏ₂センサ７５
で検出された空燃比（Ａ／Ｆ）変化（図６(A) ）に対し
てカウンタＣＤＬＹ（同(B) ）、フラグＦ１（同(C)
）、空燃比補正係数ＦＡＦ（同(D) ）がどのように変
化するかを例示している。図６(A) に示すように、Ａ／
Ｆがリーンからリッチに変化した場合でも、空燃比フラ
グＦ１（図６(C) ）の値は直ちに０から１には変化せ
ず、カウンタＣＤＬＹの値が０からＴＤＲに増大するま
での時間（図６(C) のＴ₁）の間は０のまま保持され、
Ｔ₁経過後に０から１に変化する。また、Ａ／Ｆがリッ
チからリーンに変化した場合も、Ｆ１の値はカウンタＣ
ＤＬＹの値が０からＴＤＬ（ＴＤＬは負の値）に減少す
るまでの時間（図６(C) のＴ₂）の間は１のまま保持さ
れ、Ｔ₂経過後に１から０に変化する。このため、図６
(A) にＮで示したように、外乱等により上流側Ｏ₂セン
サ７５の出力が短い周期で変化したような場合でも、フ
ラグＦ１の値は追従して変化しないため、空燃比制御が
安定する。

【００３７】メイン空燃比フィードバック制御の結果、
空燃比補正係数ＦＡＦの値は図６(D) に示すように周期
的に増減を繰り返し、機関空燃比はリッチ空燃比とリー
ン空燃比とに交互に変動する。また、図３で説明したよ
うに、ＦＡＦの値が増大すると燃料噴射時間ＴＡＵは増
大し、ＦＡＦの値が減少すると燃料噴射時間ＴＡＵも減
少する。

【００３８】次に、下流側Ｏ₂センサ７６の出力に基づ
くサブ空燃比フィードバック制御について説明する。前
述のように、サブ空燃比フィードバック制御としては、
メイン空燃比フィードバック制御にて空燃比補正係数を
演算する際の各種定数を下流側Ｏ₂センサの出力に基づ
いて修正するものと、下流側Ｏ₂センサの出力に基づく
第２の空燃比補正係数を導入するものとがある。前者
は、上述のＦＡＦ演算の際に使用される、スキップ量Ｒ
ＳＲ及びＲＳＬ、積分量ＫＩＲ及びＫＩＬ、判定遅延時
間ＴＤＲ及びＴＤＬ、上流側Ｏ₂センサ出力判定用基準
電圧Ｖ_R1、等を可変にするものである。

【００３９】その中で、空燃比補正係数ＦＡＦのスキッ
プ量ＲＳＲ及びＲＳＬを可変にするサブ空燃比フィード
バック制御は、図６(D) から判るように、ＲＳＲが増大
しＲＳＬが減少すると、機関空燃比のリッチ空燃比側へ
の振れ幅が大きくなり、空燃比が全体的にリッチ空燃比
側に移行する一方、逆に、ＲＳＲが減少しＲＳＬが増大
すると、機関空燃比のリーン空燃比側への振れ幅が大き
くなり、空燃比が全体的にリーン空燃比側に移行する、
という知見に基づき、ＲＳＲ及びＲＳＬの値を増減せし
めることにより、機関空燃比をリッチ側又はリーン側に
変化させるものである。具体的には、下流側Ｏ₂センサ
によって感知される空燃比が継続してリーン又はリッチ
であるときには一定割合でＲＳＲを増大又は減少せしめ
るとともに、リッチからリーンへ又はリーンからリッチ
へと反転するときには所定のスキップ量だけ階段状にＲ
ＳＲを増大又は減少せしめる。そして、空燃比補正係数
ＦＡＦのリーンスキップ量ＲＳＬは、そのＲＳＬの値と
ＲＳＲの値とが一定に維持されるように設定される。

【００４０】図７は、空燃比補正係数ＦＡＦのスキップ
量ＲＳＲ及びＲＳＬを可変にするサブ空燃比フィードバ
ック制御の問題点を説明するための図であって、下流側
Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳ、リッチスキップ量ＲＳＲ及
び触媒内Ｏ₂ストレージ量の挙動を例示するタイムチャ
ートである。この図に示されるように、ＲＳＲの更新
は、ＶＯＳが反転するまで実施される。ところで、排気
ガスが気筒からセンサに到達するまでの輸送遅れやセン
サの応答遅れを考慮すると、実際には空燃比フィードバ
ック制御によるリッチ化又はリーン化の方向が反対方向
に逆転されるべき時点を既にある時間だけ経過している
時点まで一方向の制御が継続することとなり、触媒内の
Ｏ₂ストレージ量が空又は飽和に達するおそれがある。
すなわち、ＲＳＲにおいて、図７(B) の斜線部で示され
るオーバシュート部分が発生する可能性がある。かかる
オーバシュート部分の発生により、ＣＯやＮＯ_xの排出
量が増大するという問題が誘発される。また、サブ空燃
比フィードバック制御が継続しているときに、下流側Ｏ
₂センサの出力ＶＯＳの反転が繰り返されると、Ｏ₂ス
トレージ量とＲＳＲとはほぼ対応してくるが、燃料カッ
ト（Ｆ／Ｃ）、加速増量等の外乱が入ると、そのような
均衡がくずれるため、同図に示されるように、オーバー
シュート部分が更に増大し、エミッションが一層悪化す
るおそれがある。

【００４１】次に、上述の問題点を解決するために案出
された、本発明に係るサブ空燃比フィードバック制御に
ついて、図８及び図９に基づき説明する。本発明におい
ては、サブ空燃比フィードバック制御の実行が継続し、
下流側Ｏ₂センサ出力の反転が数回繰り返されている間
に、図８に示される如き、リッチスキップ量ＲＳＲの極
大値と極小値との間の中心値を逐次求め、それらの中心
値の平均を算出して記憶する学習処理を実施する。そし
て、この平均化後の中心値を、空燃比制御の中心が触媒
ウィンドウの中央となる値とみなし、下流側Ｏ₂センサ
出力及び機関運転状態により、ＲＳＲの更新範囲に対
し、中心値を基準として上下限ガードをかける。すなわ
ち、かかる中心値をＲＳＲＭとおけば、ＲＳＲ＝ＲＳＲＭ＋ＤＲＳＲと表すことができ、式中のＤＲＳＲは、中心値ＲＳＲＭ
からのずれ（偏差）を表すこととなるが、このＤＲＳＲ
に上下限ガードを設定する。

【００４２】図９は、本発明において、下流側Ｏ₂セン
サ出力電圧ＶＯＳ、触媒内Ｏ₂ストレージ量及びＲＳＲ
の中心値ＲＳＲＭからの偏差ＤＲＳＲがどのような挙動
を示すかを例示するタイムチャートである。図９（Ｃ）
において、値ａは、下流側Ｏ ₂センサがリッチ信号を出
力しているときに偏差ＤＲＳＲに対して設定される下限
ガード値である。なお、値ａは、下流側Ｏ₂センサのリ
ッチ出力時におけるＣＯの排出がほとんどなく、かつ、
リッチからリーンへの反転直前（この時点では、実際の
触媒内の空燃比は輸送遅れ及びセンサ応答遅れのため既
にリーンとなっている）のＮＯ_xの排出が極力少なくな
るように定められる実験値である。また、値ｆは、下流
側Ｏ₂センサがリーン信号を出力しているときに偏差Ｄ
ＲＳＲに対して設定される上限ガード値である。なお、
値ｆは、下流側Ｏ₂センサのリーン出力時におけるＮＯ
_xの排出がほとんどなく、かつ、リーンからリッチへの
反転直前（この時点では、実際の触媒内の空燃比は輸送
遅れ及びセンサ応答遅れのため既にリッチとなってい
る）のＣＯの排出が極力少なくなるように定められる実
験値である。

【００４３】また、値ｃは、下流側Ｏ₂センサがリッチ
信号を出力しているときに偏差ＤＲＳＲに対して設定さ
れる上限ガード値である。なお、値ｃは、下流側Ｏ₂セ
ンサの出力がリッチへ反転した直後におけるＣＯの排出
が極力小さくなるように定められる実験値である。そし
て、特に、燃料増量後における下流側Ｏ₂センサのリッ
チ出力時には、上限ガード値は、値ｃよりも小さな値ｂ
に設定される。また、値ｄは、下流側Ｏ₂センサがリー
ン信号を出力しているときに偏差ＤＲＳＲに対して設定
される下限ガード値である。なお、値ｄは、下流側Ｏ₂
センサの出力がリッチへ反転した直後におけるＮＯ_xの
排出が極力小さくなるように定められる実験値である。
そして、特に、燃料カット後における下流側Ｏ₂センサ
のリーン出力時には、下限ガード値は、値ｄよりも大き
な値ｅに設定される。

【００４４】以上を整理して記すと、空燃比補正係数Ｆ
ＡＦのリッチスキップ量ＲＳＲの中心値ＲＳＲＭからの
偏差ＤＲＳＲは、下流側Ｏ₂センサの出力及び機関運転
状態に応じて、下記の範囲にて更新されることになる。センサリッチ出力時：ａ≦ＤＲＳＲ≦ｃ（特に、燃料増量後からリーン反転まで：ａ≦ＤＲＳＲ
≦ｂ）センサリーン出力時：ｄ≦ＤＲＳＲ≦ｆ（特に、燃料カットからリッチ反転まで：ｅ≦ＤＲＳＲ
≦ｆ）各値は、それぞれの運転状態において最適な空燃比制御
の中心値から極力外れないように決定され、通常、ａ＜
ｂ＜ｃ＜ｄ＜ｅ＜ｆの関係に設定される。かくして、従
来のように、触媒内のＯ₂ストレージ量が既に空又は飽
和の状態に達しているにもかかわらず、ＲＳＲの増量又
は減量がそのまま継続されるという事態が回避されるこ
ととなる。すなわち、図９（Ａ）のように下流側Ｏ₂セ
ンサの出力が変化しても、Ｏ₂ストレージ量は、同図
（Ｂ）に示されるように推移する。

【００４５】図１０及び図１１は、下流側Ｏ₂センサ７
６の出力に基づくサブ空燃比フィードバック制御の処理
手順を示すフローチャートであって、上述の制御を具体
化するものである。本ルーチンは、ＣＰＵ９１によって
一定時間周期（例えば１６ｍｓ）で実行される。なお、
本ルーチンで使用される中心値学習結果（中心学習値）
ＲＳＲＭＧについては、後述する。まず、ステップ３０
２では、今回のサブ空燃比フィードバック制御の実行条
件が成立するか否かを判定する。具体的には、この条件
は、前述のメイン空燃比フィードバック制御の実行条件
と同様の条件の他、中心値の学習が少なくとも１回実施
されていること（すなわちＲＳＲＭＧ≠０）、かつ、後
述する学習制御実行条件が不成立であるか又は学習が完
了していることである。本サブ空燃比フィードバック制
御の実行条件が不成立のときには、本ルーチンを終了
し、一方、成立するときには、ステップ３０４に進む。

【００４６】ステップ３０４では、下流側Ｏ₂センサ７
６の出力ＶＯＳをＡ／Ｄ変換して取り込む。次いで、ス
テップ３０６では、ＶＯＳが基準電圧Ｖ_R2（例えば０．
４５Ｖ）より大きいか否かを判定し、ＶＯＳ＞Ｖ_R2のと
きには、ステップ３０８に進んでリッチフラグＸＲＩＣ
Ｈを１にセットする一方、ＶＯＳ≦Ｖ_R2のときには、ス
テップ３１０に進んでリッチフラグＸＲＩＣＨを０にリ
セットする。次いで、ステップ３１２では、図１２に示
される如きマップを参照することにより、中心学習値Ｒ
ＳＲＭＧを現在の吸入空気量ＧＡに応じて補正するため
の補正量ＲＳＲＭＧＣを補間計算する。かかる補正を行
うのは、後述するように、中心学習値ＲＳＲＭＧが一定
の空気量範囲にて学習されているためである。次いで、
ステップ３１４では、実際にフィードバック制御で使用
する制御用中心値ＲＳＲＭを、ＲＳＲＭ←ＲＳＲＭＧ＋ＲＳＲＭＧＣなる演算により求める。

【００４７】次いで、ステップ３１６では、燃料増量中
であるか否かを判定し、燃料増量中のときのみ、ステッ
プ３１８にてオーバリッチフラグＸＯＲ（初期値０）を
１にセットする。次いで、ステップ３２０では、燃料カ
ット中であるか否かを判定し、燃料カット中のときの
み、ステップ３２２にてオーバリーンフラグＸＯＬ（初
期値０）を１にセットする。次いで、ステップ３２４で
は、リッチフラグＸＲＩＣＨが１か０かを判定し、ＸＲ
ＩＣＨ＝１のときにはステップ３２６に進む一方、ＸＲ
ＩＣＨ＝０のときにはステップ３３６に進む。

【００４８】ステップ３２６では、下限ガード値ＭＩＮ
に値ａ（図９参照）を代入し、ステップ３２８に進む。
ステップ３２８では、ＸＯＲが１か０かを判定し、ＸＯ
Ｒ＝１のときには、ステップ３３０にて上限ガード値Ｍ
ＡＸに値ｂ（図９参照）を代入してステップ３３４に進
む一方、ＸＯＲ＝０のときには、ステップ３３２にて上
限ガード値ＭＡＸに値ｃ（図９参照）を代入してステッ
プ３３４に進む。ステップ３３４では、偏差ＤＲＳＲ
を、ＤＲＳＲ←ＤＲＳＲ−Ｄ_L なる演算により、所定値Ｄ_Lだけ減少させる更新処理を
行うとともに、ＸＯＬを０にリセットし、ステップ３４
６に進む。

【００４９】ステップ３３６では、上限ガード値ＭＡＸ
に値ｆ（図９参照）を代入し、ステップ３３８に進む。
ステップ３３８では、ＸＯＬが１か０かを判定し、ＸＯ
Ｌ＝１のときには、ステップ３４０にて下限ガード値Ｍ
ＩＮに値ｅ（図９参照）を代入してステップ３４４に進
む一方、ＸＯＬ＝０のときには、ステップ３４２にて下
限ガード値ＭＩＮに値ｄ（図９参照）を代入してステッ
プ３４４に進む。ステップ３４４では、偏差ＤＲＳＲ
を、ＤＲＳＲ←ＤＲＳＲ＋Ｄ_R なる演算により、所定値Ｄ_Rだけ増大させる更新処理を
行うとともに、ＸＯＲを０にリセットし、ステップ３４
６に進む。

【００５０】ステップ３４６では、ＤＲＳＲとＭＩＮと
を比較し、ＤＲＳＲ＜ＭＩＮのときには、ステップ３５
０にてＤＲＳＲにＭＩＮを代入する下限ガード処理を行
ってステップ３５４に進む一方、ＭＩＮ≦ＤＲＳＲのと
きには、ステップ３４８に進む。ステップ３４８では、
ＤＲＳＲとＭＡＸとを比較し、ＤＲＳＲ≦ＭＡＸのとき
には、直接ステップ３５４に進む一方、ＭＡＸ＜ＤＲＳ
Ｒのときには、ステップ３５２にてＤＲＳＲにＭＡＸを
代入する上限ガード処理を行ってからステップ３５４に
進む。ステップ３５４では、中心値ＲＳＲＭ及び偏差Ｄ
ＲＳＲに基づいて、ＲＳＲ←ＲＳＲＭ＋ＤＲＳＲＲＳＬ←０．１−ＲＳＲなる演算を行うことにより、メイン空燃比フィードバッ
ク制御で使用されるべきＦＡＦスキップ量ＲＳＲ及びＲ
ＳＬを決定する。

【００５１】次に、上述したサブ空燃比フィードバック
制御ルーチンで使用される中心学習値ＲＳＲＭＧの学習
方法について説明する。図１３は、燃焼時の実空燃比の
時間的変化とＯ₂センサ出力電圧波形とを示すタイムチ
ャートである。この図に示されるように実空燃比が反転
してからＯ₂センサ出力がそれに応じて反転するまでの
遅れは、輸送遅れとセンサ応答遅れとによる。そして、
一般に、Ｏ₂センサが劣化するほど、リッチからリーン
への反転時におけるセンサ応答遅れが大きくなる。ま
た、吸入空気量が大きくなるほど、輸送遅れが小さくな
るため、センサ応答遅れの影響が大きくなる。

【００５２】上流側Ｏ₂センサが劣化した場合、リッチ
からリーンへの反転時におけるセンサ応答遅れにより、
実際にはリーンであるにもかかわらずリッチと判定され
る時間が大きくなるため、制御される空燃比の中心はリ
ーン側にずれる。この制御空燃比のリーン側へのずれを
補償すべくサブ空燃比フィードバック制御によるＦＡＦ
リッチスキップ量ＲＳＲが決定されるため、中心学習値
ＲＳＲＭＧはリッチ側にずれることとなる。そして、こ
のずれは、吸入空気量が大きいほど顕著になる。従っ
て、上流側Ｏ₂センサの劣化度をパラメータとして、吸
入空気量ＧＡと中心学習値ＲＳＲＭＧとの関係を示す特
性図は、図１４（Ａ）のようになる。

【００５３】一方、下流側Ｏ₂センサが劣化した場合、
リッチからリーンへの反転時におけるセンサ応答遅れに
より、実際にはリーンであるにもかかわらずリッチと判
定される時間が大きくなるため、サブ空燃比フィードバ
ック制御によるＦＡＦリッチスキップ量ＲＳＲはリーン
側にずれることとなる。そして、このずれは、吸入空気
量が小さいときには小さいが、吸入空気量が大きくなる
と顕著になる。従って、下流側Ｏ₂センサの劣化度をパ
ラメータとして、吸入空気量ＧＡと中心学習値ＲＳＲＭ
Ｇとの関係を示す特性図は、図１４（Ｂ）のようにな
る。

【００５４】図１４（Ａ）及び（Ｂ）の特性を考慮する
と、ＲＳＲの中心値を学習するのに適した領域は、同図
に示される如き限られた空気量の領域“Ｇ₁≦ＧＡ≦Ｇ
₂”となり、学習頻度が小さくなってしまう。そこで、
本発明では、図１５に示されるように、学習可能領域
“Ｇ₁≦ＧＡ≦Ｇ₂”よりも広い領域“Ｇ₀≦ＧＡ≦Ｇ
₃”を学習用空燃比制御実行領域として、その領域にあ
るときに下流側Ｏ₂センサの出力反転周期を短縮させる
制御を特別に行うとともに、更に学習可能領域“Ｇ₁≦
ＧＡ≦Ｇ₂”にあるときにＲＳＲの中心値の学習を行
う。

【００５５】ここで、学習用空燃比制御とは、下流側Ｏ
₂センサの出力反転時において、図１６（Ａ）に示され
る如くＲＳＲを所定量だけスキップさせるのではなく、
同図（Ｂ）に示される如く今回反転時のＲＳＲ値と前回
反転時のＲＳＲ値との中心までスキップさせようという
ものである。かかる制御を行うことにより、下流側Ｏ ₂
センサの出力反転周期は、同図（Ａ）に示されるものか
ら同図（Ｂ）に示されるものへと短縮され、その結果、
学習可能領域（Ｇ₁≦ＧＡ≦Ｇ₂）にある時間は短くて
も、学習機会は多くなり、すなわち学習頻度が大きくな
る。同時に、図７（Ｂ）に示されるようなＲＳＲのオー
バシュートを減少させ、エミッションを向上させること
も可能となる。

【００５６】次に、学習精度を向上させる手法について
説明する。図１７（Ａ）に示されるように、下流側Ｏ₂
センサ出力ＶＯＳのリッチ時間ＴＲとリーン時間ＴＬと
が等しくない場合には、同図（Ｂ）に示されるＲＳＲの
極大値ＲＳＲＲと極小値ＲＳＲＬとの単なる平均値を求
めたのでは、ＲＳＲの中心値を正確に反映しているとは
言えない。そこで、本発明では、リッチ時間の比率、ＤＲ＝ＴＲ／（ＴＲ＋ＴＬ）を算出し、ＤＲが大きいときにはリッチずれ、小さいと
きにはリーンずれがあるとみなして、学習値＝ＲＳＲＬ＋（ＲＳＲＲ−ＲＳＲＬ）＊ＤＲなる演算により、学習値を求める。

【００５７】また、学習精度向上のため、ＲＳＲが所定
値ｇよりも小さいこと、リッチ時間の比率が所定範囲
“ｈからｋまで”にあること、リッチ時間及びリーン時
間がそれぞれ所定値ｌ及びｍより大きいこと（下流側Ｏ
₂センサのノイズによるばらつきを防止するため）、等
の条件のうちいずれかの条件が成立しないときには、学
習を中止するようにする。また、学習値をサブ空燃比フ
ィードバック制御において反映させる際には、図１２に
関して説明したように、学習領域の空気量と実空気量と
の差を補償するため、学習値を実空気量に応じて補正す
るためのマップを設けて補間計算を行う。なお、このマ
ップを上流側Ｏ₂センサの劣化度ごとに設けることによ
り、すなわち空気量と学習値との２次元マップとするこ
とにより、さらにエミッションが向上する。

【００５８】図１８、図１９、図２０及び図２１は、Ｃ
ＰＵ９１によって実行されるＲＳＲ中心値学習ルーチン
の処理手順を示すフローチャートであって、以上説明し
た学習方法を具体化するものである。まず、ステップ４
０２では、下流側Ｏ₂センサ７６の出力ＶＯＳをＡ／Ｄ
変換して取り込む。次いで、ステップ４０４では、ＶＯ
Ｓが基準電圧Ｖ_R2（例えば０．４５Ｖ）より大きいか否
かを判定し、ＶＯＳ＞Ｖ_R2のときには、ステップ４０６
に進んでリッチフラグＸＲＩＣＨを１にセットする一
方、ＶＯＳ≦Ｖ_R2のときには、ステップ４０８に進んで
リッチフラグＸＲＩＣＨを０にリセットする。

【００５９】次いで、ステップ４１０では、空気量以外
の本ルーチン実行条件、すなわち回転速度、触媒推定温
度等の条件が成立するか否かを判定し、成立するときに
はステップ４１２に進む一方、成立しないときにはステ
ップ４２６に進む。ステップ４１２では、空気量ＧＡに
関して前述の学習用空燃比制御実行条件が成立するか否
か、すなわちＧ₀≦ＧＡ≦Ｇ₃（図１５参照）が成立す
るか否かを判定し、成立するときにはステップ４１４に
進む一方、成立しないときには成立しないときにはステ
ップ４２６に進む。ステップ４１４では、後述のステッ
プでセットされるべき学習完了フラグＸＧＣが１にセッ
トされているか否かを判定し、ＸＧＣ＝１のときすなわ
ち学習が完了しているときにはステップ４２６に進む一
方、ＸＧＣ＝０のときすなわち学習が完了していないと
きにはステップ４１６に進む。

【００６０】ステップ４１６では、リッチフラグＸＲＩ
ＣＨが１か０かを判定し、ＸＲＩＣＨ＝０のときにはス
テップ４２４に進む一方、ＸＲＩＣＨ＝１のときにはス
テップ４１８に進む。ステップ４１８では、本ルーチン
の前回の走行時における下流側Ｏ₂センサの出力判定結
果を示すフラグＸＲＩＣＨＯが０か１かを判定し、ＸＲ
ＩＣＨＯ＝０のときにはステップ４２０に進む一方、Ｘ
ＲＩＣＨＯ＝１のときにはステップ４２２に進む。ステ
ップ４２０では、リッチからリーンへの反転が検出され
たことになるため、反転フラグＸＩＮＶを１にセット
し、ＲＳＲの極大値を記憶する変数ＲＳＲＲに現在のＲ
ＳＲを代入し、ＲＳＲを所定のスキップ量Ｓ_Lだけ減少
させて、ステップ４３２に進む。一方、ステップ４２２
では、リッチが継続して検出されたことになるため、反
転フラグＸＩＮＶを０にリセットし、ＲＳＲを所定の積
分量Ｉ_L（Ｉ_L＜Ｓ_L）だけ減少させて、ステップ４３
２に進む。

【００６１】また、ステップ４２４では、フラグＸＲＩ
ＣＨＯが１か０かを判定し、ＸＲＩＣＨＯ＝１のときに
はステップ４２８に進む一方、ＸＲＩＣＨＯ＝０のとき
にはステップ４３０に進む。ステップ４２８では、リー
ンからリッチへの反転が検出されたことになるため、反
転フラグＸＩＮＶを１にセットし、ＲＳＲの極小値を記
憶する変数ＲＳＲＬに現在のＲＳＲを代入し、ＲＳＲを
所定のスキップ量Ｓ_Rだけ増大させて、ステップ４３２
に進む。一方、ステップ４３０では、リーンが継続して
検出されたことになるため、反転フラグＸＩＮＶを０に
リセットし、ＲＳＲを所定の積分量Ｉ_R（Ｉ_R＜Ｓ_R）
だけ増大させて、ステップ４３２に進む。一方、ステッ
プ４２６では、ＲＳＲＲ及びＲＳＲＬをともに０に設定
して、ステップ４４２に進む。

【００６２】ステップ４３２では、反転フラグＸＩＮＶ
が１か０かを判定し、ＸＩＮＶ＝１のときにはステップ
４３４に進む一方、ＸＩＮＶ＝０のときにはステップ４
３８に進む。ステップ４３４では、“ＲＳＲＲ≠０かつ
ＲＳＲＬ≠０”が成立するか否かを判定し、成立すると
きにはステップ４３６に進む一方、成立しないときには
ステップ４３８に進む。ステップ４３６では、図１６
（Ｂ）に関して説明した制御を実現するため、ＲＳＲＲ
とＲＳＲＬとの平均値をＲＳＲに代入して、ステップ４
３８に進む。ステップ４３８では、ＲＳＲの値とＲＳＬ
の値との合計が０．１となるようにＦＡＦリーンスキッ
プ量ＲＳＬを決定する。こうして求められたＲＳＲ及び
ＲＳＬがメイン空燃比フィードバック制御にて使用さ
れ、前述した学習用空燃比制御が実現されることとな
る。

【００６３】ステップ４３８に次いで実行されるステッ
プ４４０では、空気量ＧＡが学習可能領域にあるか否
か、すなわちＧ₁≦ＧＡ≦Ｇ₂（図１５参照）が成立す
るか否かを判定し、成立するときにはステップ４４４に
進む一方、成立しないときにはステップ４４２に進む。
ステップ４４２では、学習値更新フラグＸＧを０にリセ
ットするとともに、後続のステップで更新されるべきリ
ッチ時間カウンタＣＴＲ及びリーン時間カウンタＣＴＬ
を０にイニシャライズして、ステップ４７４に進む。一
方、ステップ４４４では、反転フラグＸＩＮＶが１か０
かを判定し、ＸＩＮＶ＝１のときにはステップ４４６に
進む一方、ＸＩＮＶ＝０のときにはステップ４６２に進
む。

【００６４】ステップ４４６では、学習値更新フラグＸ
Ｇを１にセットして、ステップ４４８に進む。ステップ
４４８では、リッチ時間カウンタＣＴＲ及びリーン時間
カウンタＣＴＬに関して“ＣＴＲ≠０かつＣＴＬ≠０”
が成立するか否かを判定し、成立するときにはステップ
４５０に進む一方、成立しないときにはステップ４５６
に進む。ステップ４５０では、リッチ時間の比率ＤＲを
算出し、ステップ４５２に進む。ステップ４５２では、
ＲＳＲが所定値ｇよりも小さいこと、リッチ時間の比率
ＤＲが所定範囲“ｈ≦ＤＲ≦ｋ”にあること、リッチ時
間カウンタＣＴＲ及びリーン時間カウンタＣＴＬがそれ
ぞれ所定値ｌ及びｍ以上であること、等の学習精度向上
のため条件が成立するか否かを判定し、いずれかの条件
が満足されないときにはステップ４５６に進む一方、い
ずれの条件も満足されるときにはステップ４５４に進
む。

【００６５】ステップ４５４では、学習回数カウンタＣ
Ｇをインクリメントし、また、ＧＶ←ＲＳＲＬ＋（ＲＳＲＲ−ＲＳＲＬ）＊ＤＲなる演算により、今回のＲＳＲ中心学習値ＧＶを求め、
さらに、算出されたＧＶを反映させるべく、ＲＳＲＭＧ←｛（ＣＧ−１）＊ＲＳＲＭＧ＋ＧＶ｝／Ｃ
Ｇなる演算により、中心値の平均ＲＳＲＭＧを更新し、ス
テップ４５６に進む。なお、この平均化演算に代えてい
わゆるなまし演算を採用してもよい。ステップ４５６で
は、リッチフラグＸＲＩＣＨが１か０かを判定し、ＸＲ
ＩＣＨ＝１のときにはステップ４５８に進む一方、ＸＲ
ＩＣＨ＝０のときにはステップ４６０に進む。ステップ
４５８では、リッチ時間カウンタＣＴＲを０にイニシャ
ライズして、ステップ４６２に進む。一方、ステップ４
６０では、リーン時間カウンタＣＴＬを０にイニシャラ
イズして、ステップ４６２に進む。

【００６６】ステップ４６２では、学習値更新フラグＸ
Ｇが１か０かを判定し、ＸＧ＝１のときにはステップ４
６４に進む一方、ＸＧ＝０のときにはステップ４７０に
進む。ステップ４６４では、リッチフラグＸＲＩＣＨが
１か０かを判定し、ＸＲＩＣＨ＝１のときにはステップ
４６６に進む一方、ＸＲＩＣＨ＝０のときにはステップ
４６８に進む。ステップ４６６では、リッチ時間カウン
タＣＴＲをインクリメントしてステップ４７０に進む一
方、ステップ４６８では、リーン時間カウンタＣＴＬを
インクリメントしてステップ４７０に進む。ステップ４
７０では、学習回数カウンタＣＧが所定値ＣＧ₀以上で
あるか否かを判定し、ＣＧ≧ＣＧ₀のときにはステップ
４７２に進む一方、ＣＧ＜ＣＧ₀のときにはステップ４
７４に進む。ステップ４７２では、学習実行回数が十分
になったと判断して、学習完了フラグＸＧＣを１にセッ
トし、ステップ４７４に進む。最後のステップ４７４で
は、本ルーチンの次回の実行に備え、リッチフラグＸＲ
ＩＣＨの値をＸＲＩＣＨＯとして記憶する。

【００６７】以上、本発明の実施形態について述べてき
たが、もちろん本発明はこれに限定されるものではな
く、様々な実施形態を採用することができる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
排気系に設けられた排気ガス浄化のための触媒コンバー
タの上流側及び下流側にそれぞれ第１及び第２の空燃比
センサが配設された内燃機関において、触媒のＯ₂スト
レージ量を考慮した空燃比制御が実施され、排出ガス浄
化性能の更なる向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る空燃比制御装置を備
えた電子制御式内燃機関の全体概要図である。

【図２】機関電子制御装置（エンジンＥＣＵ）のハード
ウェア構成を示すブロック図である。

【図３】ＣＰＵによって実行される噴射量演算ルーチン
の処理手順を示すフローチャートである。

【図４】ＣＰＵによって実行されるメイン空燃比フィー
ドバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート
（１／２）である。

【図５】ＣＰＵによって実行されるメイン空燃比フィー
ドバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート
（２／２）である。

【図６】メイン空燃比フィードバック制御により、上流
側Ｏ₂センサで検出される空燃比（Ａ／Ｆ）の変化に対
してカウンタＣＤＬＹ、フラグＦ１及び空燃比補正係数
ＦＡＦがどのように変化するかを例示するタイムチャー
トである。

【図７】空燃比補正係数ＦＡＦのスキップ量ＲＳＲ及び
ＲＳＬを可変にする従来のサブ空燃比フィードバック制
御における、下流側Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳ、リッチ
スキップ量ＲＳＲ及び触媒内Ｏ₂ストレージ量の挙動を
例示するタイムチャートである。

【図８】リッチスキップ量ＲＳＲの極大値と極小値との
間の中心値を説明するための図である。

【図９】下流側Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳ、触媒内Ｏ₂
ストレージ量、及びＲＳＲの中心値からの偏差ＤＲＳＲ
のタイムチャートである。

【図１０】ＣＰＵによって実行されるサブ空燃比フィー
ドバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート
（１／２）である。

【図１１】ＣＰＵによって実行されるサブ空燃比フィー
ドバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート
（２／２）である。

【図１２】中心学習値ＲＳＲＭＧを現在の吸入空気量Ｇ
Ａに応じて補正するための補正量ＲＳＲＭＧＣを定める
マップを示す図である。

【図１３】燃焼時の実空燃比の時間的変化とＯ₂センサ
出力電圧波形とを示すタイムチャートである。

【図１４】上流側及び下流側Ｏ₂センサの劣化度をパラ
メータとして、吸入空気量ＧＡと中心学習値ＲＳＲＭＧ
との関係を示す特性図である。

【図１５】学習可能領域及び学習用空燃比制御実行領域
を説明すべく吸入空気量ＧＡの挙動を例示するタイムチ
ャートである。

【図１６】学習用空燃比制御実行時におけるＲＳＲ制御
方法を説明するためのタイムチャートである。

【図１７】リッチ時間比率を説明すべく下流側Ｏ₂セン
サ出力電圧ＶＯＳ及びリッチスキップ量ＲＳＲの時間的
変化を例示するタイムチャートである。

【図１８】ＣＰＵによって実行されるＲＳＲ中心値学習
ルーチンの処理手順を示すフローチャート（１／４）で
ある。

【図１９】ＣＰＵによって実行されるＲＳＲ中心値学習
ルーチンの処理手順を示すフローチャート（２／４）で
ある。

【図２０】ＣＰＵによって実行されるＲＳＲ中心値学習
ルーチンの処理手順を示すフローチャート（３／４）で
ある。

【図２１】ＣＰＵによって実行されるＲＳＲ中心値学習
ルーチンの処理手順を示すフローチャート（４／４）で
ある。

【符号の説明】

１…直列多気筒４ストロークサイクルレシプロガソリン
機関２…シリンダブロック３…シリンダヘッド４…シリンダ５…ピストン６…コネクティングロッド７…クランクシャフト８…燃焼室９…吸気ポート１０…排気ポート１１…吸気バルブ１２…排気バルブ１３…吸気側カムシャフト１４…排気側カムシャフト１５…吸気側カム１６…排気側カム１７，１８，１９…タイミングプーリ２０…タイミングベルト３０…吸気通路３１…エアクリーナ３２…スロットルバルブ３３…サージタンク３４…吸気マニホルド３５…アイドルアジャスト通路３６…アイドル回転速度制御弁（ＩＳＣＶ）４０…インジェクタ４１…燃料タンク４２…燃料ポンプ４３…燃料配管５０…点火プラグ５１…イグナイタ５２…点火コイル５３…点火ディストリビュータ６０…排気通路６１…排気マニホルド６２…触媒コンバータ７０…エアフローメータ７２…スロットル開度センサ７３…吸気温センサ７４…水温センサ７５…上流側Ｏ₂センサ（メインＯ₂センサ）７６…下流側Ｏ₂センサ（サブＯ₂センサ）８０…クランク基準位置センサ８１…クランク角センサ８２…アイドルスイッチ８３…車速センサ９０…機関ＥＣＵ９１…ＣＰＵ９２…システムバス９３…ＲＯＭ９４…ＲＡＭ９５…Ａ／Ｄ変換回路９６…入力インタフェース回路９７ａ，９７ｂ，９７ｃ…駆動回路９９…バックアップＲＡＭ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気系に設けられた排気ガス浄化のため
の触媒コンバータの上流側及び下流側にそれぞれ第１及
び第２の空燃比センサが配設された内燃機関において空
燃比を制御する装置であって、該第１の空燃比センサによって感知される空燃比が継続
してリーン又はリッチのときには空燃比フィードバック
補正係数を一定割合で増大又は減少せしめるとともに、
該第１の空燃比センサによって感知される空燃比がリッ
チからリーンへ又はリーンからリッチへと反転するとき
には空燃比補正係数を所定のスキップ量だけ階段状に増
大又は減少せしめる空燃比補正係数演算手段と、該第２の空燃比センサによって感知される空燃比がリー
ンかリッチかに応じて前記第１の空燃比フィードバック
制御手段におけるスキップ量を増大又は減少せしめるス
キップ量演算手段と、前記スキップ量演算手段によって演算されるスキップ量
の中心値を学習する中心値学習手段と、前記スキップ量演算手段によって演算されるスキップ量
に対して、前記中心値学習手段によって学習された中心
値を基準として上下限ガード値を設定する上下限ガード
手段と、前記空燃比補正係数演算手段によって演算される空燃比
補正係数に応じて該機関の空燃比を調整する空燃比調整
手段と、を具備する、内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】前記上下限ガード手段は、該第２の空燃
比センサの出力及び／又は該機関の運転状態に応じて該
上下限ガード値を設定する、請求項１に記載の内燃機関
の空燃比制御装置。
【請求項３】前記中心値学習手段は、該機関の吸入空
気量が第１の所定範囲内にあるときに学習を実行する、
請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】前記スキップ量演算手段は、該機関の吸
入空気量が該第１の所定範囲を含む第２の所定範囲内に
ある場合において該第１の空燃比センサによって感知さ
れる空燃比がリッチからリーンへ又はリーンからリッチ
へと反転するときに、前回反転時直前におけるスキップ
量と今回反転時直前におけるスキップ量との平均値にス
キップ量を設定する、請求項３に記載の内燃機関の空燃
比制御装置。
【請求項５】前記中心値学習手段は、該第２の空燃比
センサによって感知される空燃比がリッチである時間と
リーンである時間との比に応じて該スキップ量の中心値
を学習する、請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装
置。