JPH1182114A - 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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- JPH1182114A JPH1182114A JP9237317A JP23731797A JPH1182114A JP H1182114 A JPH1182114 A JP H1182114A JP 9237317 A JP9237317 A JP 9237317A JP 23731797 A JP23731797 A JP 23731797A JP H1182114 A JPH1182114 A JP H1182114A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Abstract
(57)【要約】
【課題】触媒上流側及び下流側の２つの空燃比センサを
用いる空燃比制御装置において、触媒下流側での空燃比
の応答遅れに起因する不具合を新規な手法にて解消し、
空燃比の制御精度を向上させる。 【解決手段】エンジン１の排ガスを浄化するための三元
触媒１３の上流側及び下流側にはそれぞれＡ／Ｆセンサ
２６、下流側Ｏ2 センサ２７が配設されている。ＥＣＵ
３０内のＣＰＵ３１は、Ａ／Ｆセンサ２６の出力結果に
基づく実空燃比を目標空燃比に一致させるようＦ／Ｂ制
御を実施すると共に、下流側Ｏ2 センサ２７の出力結果
に基づき空燃比制御時のＦ／Ｂゲインを設定する。ま
た、ＣＰＵ３１は、排ガス流量と触媒容量との比（ＳＶ
比）に基づき触媒前後の空燃比応答速度を推定し、Ｆ／
Ｂゲインの設定に際し、触媒前後の空燃比応答速度（触
媒上流側に対する下流側の空燃比の応答速度）と触媒劣
化度合とに基づきＦ／Ｂゲインを調整する。
用いる空燃比制御装置において、触媒下流側での空燃比
の応答遅れに起因する不具合を新規な手法にて解消し、
空燃比の制御精度を向上させる。 【解決手段】エンジン１の排ガスを浄化するための三元
触媒１３の上流側及び下流側にはそれぞれＡ／Ｆセンサ
２６、下流側Ｏ2 センサ２７が配設されている。ＥＣＵ
３０内のＣＰＵ３１は、Ａ／Ｆセンサ２６の出力結果に
基づく実空燃比を目標空燃比に一致させるようＦ／Ｂ制
御を実施すると共に、下流側Ｏ2 センサ２７の出力結果
に基づき空燃比制御時のＦ／Ｂゲインを設定する。ま
た、ＣＰＵ３１は、排ガス流量と触媒容量との比（ＳＶ
比）に基づき触媒前後の空燃比応答速度を推定し、Ｆ／
Ｂゲインの設定に際し、触媒前後の空燃比応答速度（触
媒上流側に対する下流側の空燃比の応答速度）と触媒劣
化度合とに基づきＦ／Ｂゲインを調整する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、触媒コンバータの
上流側及び下流側に空燃比センサを設け、それら両空燃
比センサによる空燃比検出結果を基に空燃比フィードバ
ック制御を実施する内燃機関の空燃比制御装置に関する
ものである。
上流側及び下流側に空燃比センサを設け、それら両空燃
比センサによる空燃比検出結果を基に空燃比フィードバ
ック制御を実施する内燃機関の空燃比制御装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の内燃機関の空燃比制御装置で
は、主として触媒コンバータの上流側に設けた空燃比セ
ンサの出力結果に基づいて空燃比をフィードバック制御
しているが、触媒上流側の空燃比センサの出力特性のバ
ラツキ、燃料噴射弁等の部品のバラツキ、経時的変化な
どの要因を補償するべく、近年では触媒コンバータの下
流側にも空燃比センサを設け、下流側空燃比センサの出
力結果をフィードバック制御に反映させるようにしたシ
ステム（ダブルＯ2 センサシステム）が提案されてい
る。
は、主として触媒コンバータの上流側に設けた空燃比セ
ンサの出力結果に基づいて空燃比をフィードバック制御
しているが、触媒上流側の空燃比センサの出力特性のバ
ラツキ、燃料噴射弁等の部品のバラツキ、経時的変化な
どの要因を補償するべく、近年では触媒コンバータの下
流側にも空燃比センサを設け、下流側空燃比センサの出
力結果をフィードバック制御に反映させるようにしたシ
ステム（ダブルＯ2 センサシステム）が提案されてい
る。
【０００３】例えば特許番号第２５１８２５４号公報に
は、上記ダブルＯ2 センサシステムにおいて、吸入空気
量やエンジン回転速度や吸気圧といった排ガス輸送遅れ
に関する機関パラメータに応じて空燃比フィードバック
補正定数を可変に設定するようにした空燃比制御装置が
開示されている。排ガス輸送遅れは、触媒下流側の空燃
比センサの応答遅れとして空燃比制御上での不具合要因
となる。つまり、上記装置では、排ガス輸送遅れが大き
い時には空燃比フィードバック制御定数の更新速度が遅
くなるように演算され、排ガス輸送遅れが小さい時には
空燃比フィードバック制御定数の更新速度が速くなるよ
うに演算される。これにより、排ガスの輸送遅れに伴う
空燃比フィードバック制御定数の過補正が抑制でき、制
御空燃比の大きなずれが防止できるものとしていた。
は、上記ダブルＯ2 センサシステムにおいて、吸入空気
量やエンジン回転速度や吸気圧といった排ガス輸送遅れ
に関する機関パラメータに応じて空燃比フィードバック
補正定数を可変に設定するようにした空燃比制御装置が
開示されている。排ガス輸送遅れは、触媒下流側の空燃
比センサの応答遅れとして空燃比制御上での不具合要因
となる。つまり、上記装置では、排ガス輸送遅れが大き
い時には空燃比フィードバック制御定数の更新速度が遅
くなるように演算され、排ガス輸送遅れが小さい時には
空燃比フィードバック制御定数の更新速度が速くなるよ
うに演算される。これにより、排ガスの輸送遅れに伴う
空燃比フィードバック制御定数の過補正が抑制でき、制
御空燃比の大きなずれが防止できるものとしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが実際上、触媒
下流側での空燃比の応答遅れは、上述した排ガス輸送遅
れだけを原因とするものではなく、触媒コンバータの反
応時間に直接的に関わる触媒上流側に対する下流側の空
燃比の応答速度（応答遅れ時間）によっても大きく左右
される。発明者らによれば、排ガス輸送遅れを原因とす
る空燃比応答遅れは数１００ミリ秒程度であるのに対
し、触媒上コンバータでの反応遅れを原因とする空燃比
応答遅れは数秒程度となることが確認されている。その
ため、上記公報の従来技術では、下流側空燃比センサの
応答遅れを考慮してもその補正が不十分となり、空燃比
ずれが残るという問題が生ずる。
下流側での空燃比の応答遅れは、上述した排ガス輸送遅
れだけを原因とするものではなく、触媒コンバータの反
応時間に直接的に関わる触媒上流側に対する下流側の空
燃比の応答速度（応答遅れ時間）によっても大きく左右
される。発明者らによれば、排ガス輸送遅れを原因とす
る空燃比応答遅れは数１００ミリ秒程度であるのに対
し、触媒上コンバータでの反応遅れを原因とする空燃比
応答遅れは数秒程度となることが確認されている。その
ため、上記公報の従来技術では、下流側空燃比センサの
応答遅れを考慮してもその補正が不十分となり、空燃比
ずれが残るという問題が生ずる。
【０００５】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、触媒上流側及び
下流側の２つの空燃比センサを用いる空燃比制御装置に
おいて、触媒下流側での空燃比の応答遅れに起因する不
具合を新規な手法にて解消し、空燃比の制御精度を向上
させることができる内燃機関の空燃比制御装置を提供す
ることである。
のであって、その目的とするところは、触媒上流側及び
下流側の２つの空燃比センサを用いる空燃比制御装置に
おいて、触媒下流側での空燃比の応答遅れに起因する不
具合を新規な手法にて解消し、空燃比の制御精度を向上
させることができる内燃機関の空燃比制御装置を提供す
ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明ではその特徴として、触媒上
流側に対する下流側の空燃比の応答速度を検出し（空燃
比応答速度検出手段）、下流側空燃比センサの出力結果
から設定されるフィードバックゲインを、前記検出され
る触媒上流側に対する下流側の空燃比の応答速度に基づ
き調整する（フィードバックゲイン調整手段）。ここで
請求項２に記載したように、空燃比変化に追従するフィ
ードバック速度により、フィードバックゲインが調整さ
れるとよい。
に、請求項１に記載の発明ではその特徴として、触媒上
流側に対する下流側の空燃比の応答速度を検出し（空燃
比応答速度検出手段）、下流側空燃比センサの出力結果
から設定されるフィードバックゲインを、前記検出され
る触媒上流側に対する下流側の空燃比の応答速度に基づ
き調整する（フィードバックゲイン調整手段）。ここで
請求項２に記載したように、空燃比変化に追従するフィ
ードバック速度により、フィードバックゲインが調整さ
れるとよい。
【０００７】上記構成によれば、下流側空燃比センサの
出力結果に基づくフィードバックゲインの設定に際し、
実際の空燃比変化に追従した過不足の無い補正データが
得られる。またこのとき、排ガスが触媒コンバータを通
過する際の空燃比応答速度（応答遅れ）をフィードバッ
クゲインに直接反映させるため、例えば触媒コンバータ
の浄化能力が飽和状態にあり空燃比応答速度が急増する
ような場合、すなわち触媒コンバータの浄化限界を越え
るような場合でも、かかる事態に応じた好適な制御が実
施できる。その結果、触媒上流側及び下流側の２つの空
燃比センサを用いる空燃比制御装置において、触媒下流
側での空燃比の応答遅れに起因する不具合を新規な手法
にて解消し、空燃比の制御精度を向上させることができ
る。つまり、本発明は、エミッション、燃費、ドライバ
ビリティなどの改善に大いに寄与できるものとなる。
出力結果に基づくフィードバックゲインの設定に際し、
実際の空燃比変化に追従した過不足の無い補正データが
得られる。またこのとき、排ガスが触媒コンバータを通
過する際の空燃比応答速度（応答遅れ）をフィードバッ
クゲインに直接反映させるため、例えば触媒コンバータ
の浄化能力が飽和状態にあり空燃比応答速度が急増する
ような場合、すなわち触媒コンバータの浄化限界を越え
るような場合でも、かかる事態に応じた好適な制御が実
施できる。その結果、触媒上流側及び下流側の２つの空
燃比センサを用いる空燃比制御装置において、触媒下流
側での空燃比の応答遅れに起因する不具合を新規な手法
にて解消し、空燃比の制御精度を向上させることができ
る。つまり、本発明は、エミッション、燃費、ドライバ
ビリティなどの改善に大いに寄与できるものとなる。
【０００８】請求項３に記載の発明では、前記空燃比応
答速度検出手段は、内燃機関の排ガスの流量と前記触媒
コンバータの容量との比（いわゆる、ＳＶ比）に基づ
き、触媒上流側に対する下流側の空燃比の応答速度を推
定する。この場合、排ガス流量と触媒容量との比（ＳＶ
比）から空燃比応答速度を推定することで、触媒コンバ
ータによる排ガスの反応遅れに加え、排ガスの輸送遅れ
をも考慮したパラメータを空燃比制御に用いることが可
能となる。
答速度検出手段は、内燃機関の排ガスの流量と前記触媒
コンバータの容量との比（いわゆる、ＳＶ比）に基づ
き、触媒上流側に対する下流側の空燃比の応答速度を推
定する。この場合、排ガス流量と触媒容量との比（ＳＶ
比）から空燃比応答速度を推定することで、触媒コンバ
ータによる排ガスの反応遅れに加え、排ガスの輸送遅れ
をも考慮したパラメータを空燃比制御に用いることが可
能となる。
【０００９】請求項４に記載の発明では、触媒コンバー
タの劣化度合を判定し（触媒劣化判定手段）、該判定し
た触媒コンバータの劣化度合に応じてフィードバックゲ
インを調整する。つまり、触媒劣化度合が変化すれば、
空燃比応答性もそれに付随して変化する。従って、フィ
ードバックゲインの調整に際し触媒劣化度合を演算パラ
メータに加えれば、より一層適切に空燃比制御が実施で
きるようになる。
タの劣化度合を判定し（触媒劣化判定手段）、該判定し
た触媒コンバータの劣化度合に応じてフィードバックゲ
インを調整する。つまり、触媒劣化度合が変化すれば、
空燃比応答性もそれに付随して変化する。従って、フィ
ードバックゲインの調整に際し触媒劣化度合を演算パラ
メータに加えれば、より一層適切に空燃比制御が実施で
きるようになる。
【００１０】請求項５に記載の発明では、下流側空燃比
センサの出力結果に基づき設定されるフィードバックゲ
インの変化相当量を逐次積算し、該積算した値が大きい
ほど、触媒コンバータの劣化度合が大きいと判定する。
また、請求項６に記載の発明では、触媒コンバータの劣
化度合が許容限界にあることを検出し、その旨を警告す
る。
センサの出力結果に基づき設定されるフィードバックゲ
インの変化相当量を逐次積算し、該積算した値が大きい
ほど、触媒コンバータの劣化度合が大きいと判定する。
また、請求項６に記載の発明では、触媒コンバータの劣
化度合が許容限界にあることを検出し、その旨を警告す
る。
【００１１】上記請求項５，６によれば、触媒コンバー
タの劣化判定を行う手法として新たなシステムが構築で
き、その劣化判定手法を空燃比制御に適用することで、
その制御精度が更に向上する。
タの劣化判定を行う手法として新たなシステムが構築で
き、その劣化判定手法を空燃比制御に適用することで、
その制御精度が更に向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
の形態について説明する。本実施の形態における空燃比
制御システムではその主たる構成として、内燃機関の排
気系通路の途中に三元触媒を有し、その三元触媒の上流
側には限界電流式の空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）が配
設されると共に、三元触媒の下流側には起電力出力式の
空燃比センサ（Ｏ2 センサ）が配設されている。そし
て、マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置
（以下、ＥＣＵという）は、前記三元触媒の上流側及び
下流側に配設されたＡ／Ｆセンサ及びＯ2 センサによる
検出結果を取り込み、それらのセンサ検出結果に基づい
て空燃比フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御を実施する。以
下、図面を用いてその詳細な構成を説明する。
の形態について説明する。本実施の形態における空燃比
制御システムではその主たる構成として、内燃機関の排
気系通路の途中に三元触媒を有し、その三元触媒の上流
側には限界電流式の空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）が配
設されると共に、三元触媒の下流側には起電力出力式の
空燃比センサ（Ｏ2 センサ）が配設されている。そし
て、マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置
（以下、ＥＣＵという）は、前記三元触媒の上流側及び
下流側に配設されたＡ／Ｆセンサ及びＯ2 センサによる
検出結果を取り込み、それらのセンサ検出結果に基づい
て空燃比フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御を実施する。以
下、図面を用いてその詳細な構成を説明する。
【００１３】図１は、本実施の形態における空燃比制御
システムの概略構成図である。図１に示すように、内燃
機関は４気筒４サイクルの火花点火式エンジン（以下、
単にエンジン１という）として構成されている。その吸
入空気は上流よりエアクリーナ２、吸気管３、スロット
ルバルブ４、サージタンク５及びインテークマニホール
ド６を通過して、インテークマニホールド６内で各気筒
毎の燃料噴射弁７から噴射された燃料と混合される。そ
して、所定空燃比の混合気として各気筒に供給される。
システムの概略構成図である。図１に示すように、内燃
機関は４気筒４サイクルの火花点火式エンジン（以下、
単にエンジン１という）として構成されている。その吸
入空気は上流よりエアクリーナ２、吸気管３、スロット
ルバルブ４、サージタンク５及びインテークマニホール
ド６を通過して、インテークマニホールド６内で各気筒
毎の燃料噴射弁７から噴射された燃料と混合される。そ
して、所定空燃比の混合気として各気筒に供給される。
【００１４】エンジン１の各気筒に設けられた点火プラ
グ８には、点火回路９から供給される高電圧がディスト
リビュータ１０を介して分配供給され、点火プラグ８は
前記各気筒の混合気を所定タイミングで点火する。燃焼
後に各気筒から排出される排ガスは、エキゾーストマニ
ホールド１１及び排気管１２を通過し、排気管１２に設
けられた三元触媒１３にて有害成分（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯ
X 等) が浄化された後、大気に排出される。
グ８には、点火回路９から供給される高電圧がディスト
リビュータ１０を介して分配供給され、点火プラグ８は
前記各気筒の混合気を所定タイミングで点火する。燃焼
後に各気筒から排出される排ガスは、エキゾーストマニ
ホールド１１及び排気管１２を通過し、排気管１２に設
けられた三元触媒１３にて有害成分（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯ
X 等) が浄化された後、大気に排出される。
【００１５】前記吸気管３には吸気温センサ２１及び吸
気圧センサ２２が設けられ、吸気温センサ２１は吸入空
気の温度（吸気温Ｔａｍ）を、吸気圧センサ２２はスロ
ットルバルブ４の下流側の吸気管内負圧（吸気圧ＰＭ）
をそれぞれ検出する。前記スロットルバルブ４には同バ
ルブ４の開度（スロットル開度ＴＨ）を検出するための
スロットルセンサ２３が設けられ、このスロットルセン
サ２３はスロットル開度ＴＨに応じたアナログ信号を出
力する。またこのスロットルセンサ２３はアイドルスイ
ッチをも内蔵しており、スロットルバルブ４が略全閉で
ある旨の検出信号を出力する。
気圧センサ２２が設けられ、吸気温センサ２１は吸入空
気の温度（吸気温Ｔａｍ）を、吸気圧センサ２２はスロ
ットルバルブ４の下流側の吸気管内負圧（吸気圧ＰＭ）
をそれぞれ検出する。前記スロットルバルブ４には同バ
ルブ４の開度（スロットル開度ＴＨ）を検出するための
スロットルセンサ２３が設けられ、このスロットルセン
サ２３はスロットル開度ＴＨに応じたアナログ信号を出
力する。またこのスロットルセンサ２３はアイドルスイ
ッチをも内蔵しており、スロットルバルブ４が略全閉で
ある旨の検出信号を出力する。
【００１６】エンジン１のシリンダブロックには水温セ
ンサ２４が設けられ、この水温センサ２４はエンジン１
内を循環する冷却水の温度（冷却水温Ｔｈｗ）を検出す
る。前記ディストリビュータ１０にはエンジン１の回転
数（エンジン回転数Ｎｅ）を検出するための回転数セン
サ２５が設けられ、この回転数センサ２５はエンジン１
の２回転、すなわち７２０°ＣＡ毎に等間隔で２４個の
パルス信号を出力する。
ンサ２４が設けられ、この水温センサ２４はエンジン１
内を循環する冷却水の温度（冷却水温Ｔｈｗ）を検出す
る。前記ディストリビュータ１０にはエンジン１の回転
数（エンジン回転数Ｎｅ）を検出するための回転数セン
サ２５が設けられ、この回転数センサ２５はエンジン１
の２回転、すなわち７２０°ＣＡ毎に等間隔で２４個の
パルス信号を出力する。
【００１７】さらに、前記排気管１２の三元触媒１３の
上流側には、エンジン１から排出される排ガスの酸素濃
度（或いは、未燃ガスである一酸化炭素などの濃度）に
比例して広域で且つリニアな空燃比信号λを出力する、
限界電流式空燃比センサからなるＡ／Ｆセンサ２６が設
けられている。Ａ／Ｆセンサ２６には、同センサ２６を
活性化温度に保持するためのヒータ２６ａが付設されて
いる。このＡ／Ｆセンサ２６は、ジルコニア素子（Ｚｒ
Ｏ2 ）等の固体電解質層の外部に拡散抵抗層を有し、所
定の印加電圧下で空燃比に対応した限界電流を出力す
る。
上流側には、エンジン１から排出される排ガスの酸素濃
度（或いは、未燃ガスである一酸化炭素などの濃度）に
比例して広域で且つリニアな空燃比信号λを出力する、
限界電流式空燃比センサからなるＡ／Ｆセンサ２６が設
けられている。Ａ／Ｆセンサ２６には、同センサ２６を
活性化温度に保持するためのヒータ２６ａが付設されて
いる。このＡ／Ｆセンサ２６は、ジルコニア素子（Ｚｒ
Ｏ2 ）等の固体電解質層の外部に拡散抵抗層を有し、所
定の印加電圧下で空燃比に対応した限界電流を出力す
る。
【００１８】また、三元触媒１３の下流側には、空燃比
が理論空燃比（λ＝１）に対してリッチかリーンかに応
じて異なる電圧ＶＯＸ２を出力する下流側Ｏ2 センサ２
７が設けられている。この下流側Ｏ2 センサ２７は、ジ
ルコニア素子（ＺｒＯ2 ）の内外面での酸素濃度差に応
じた起電力を発生する。なお、空燃比は通常、空気とガ
ソリンとの混合比（質量比）を指すが、本実施の形態で
は便宜上、空気過剰率λ（＝実際の空燃比／理論空燃
比）を空燃比と称し、空燃比λ＝１が理論空燃比を示す
ものとする。
が理論空燃比（λ＝１）に対してリッチかリーンかに応
じて異なる電圧ＶＯＸ２を出力する下流側Ｏ2 センサ２
７が設けられている。この下流側Ｏ2 センサ２７は、ジ
ルコニア素子（ＺｒＯ2 ）の内外面での酸素濃度差に応
じた起電力を発生する。なお、空燃比は通常、空気とガ
ソリンとの混合比（質量比）を指すが、本実施の形態で
は便宜上、空気過剰率λ（＝実際の空燃比／理論空燃
比）を空燃比と称し、空燃比λ＝１が理論空燃比を示す
ものとする。
【００１９】ここで、Ａ／Ｆセンサ２６及び下流側Ｏ2
センサ２７の出力特性を説明する。図２はＡ／Ｆセンサ
２６の出力特性を示し、図３は下流側Ｏ2 センサ２７の
出力特性を示す。図２に示すように、Ａ／Ｆセンサ２６
は、所定の印加電圧下で空燃比λに対応してリニアに変
化する限界電流Ｉｐ〔ｍＡ〕を出力する。同Ａ／Ｆセン
サ２６のλ検出域は「約０．８〜１．２」となってい
る。また、図３に示すように、下流側Ｏ2 センサ２７
は、理論空燃比λ＝１を境にして大きく変化する電圧Ｖ
ＯＸ２〔Ｖ〕を出力する。このとき、出力電圧ＶＯＸ２
は、大気中の酸素濃度と排ガス中の酸素濃度との差に応
じた起電力に相当し、その値はリッチ側で約１Ｖの電圧
値となり、リーン側で約０Ｖの電圧値となる。
センサ２７の出力特性を説明する。図２はＡ／Ｆセンサ
２６の出力特性を示し、図３は下流側Ｏ2 センサ２７の
出力特性を示す。図２に示すように、Ａ／Ｆセンサ２６
は、所定の印加電圧下で空燃比λに対応してリニアに変
化する限界電流Ｉｐ〔ｍＡ〕を出力する。同Ａ／Ｆセン
サ２６のλ検出域は「約０．８〜１．２」となってい
る。また、図３に示すように、下流側Ｏ2 センサ２７
は、理論空燃比λ＝１を境にして大きく変化する電圧Ｖ
ＯＸ２〔Ｖ〕を出力する。このとき、出力電圧ＶＯＸ２
は、大気中の酸素濃度と排ガス中の酸素濃度との差に応
じた起電力に相当し、その値はリッチ側で約１Ｖの電圧
値となり、リーン側で約０Ｖの電圧値となる。
【００２０】一方、図１のＥＣＵ３０は、ＣＰＵ（中央
処理装置）３１、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、
ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、バックアップ
ＲＡＭ３４等を中心に論理演算回路として構成され、前
記各センサの検出信号を入力する入力ポート３５及び各
アクチュエータに制御信号を出力する出力ポート３６等
に対しバス３７を介して接続されている。ＥＣＵ３０
は、前記した各種センサの検出信号（吸気温Ｔａｍ、吸
気圧ＰＭ、スロットル開度ＴＨ、冷却水温Ｔｈｗ、エン
ジン回転数Ｎｅ、空燃比信号等）を入力ポート３５を介
して入力する。そして、それらの各値に基づいて燃料噴
射時間ＴＡＵ、点火時期Ｉｇ等の制御信号を算出し、さ
らにそれら制御信号を出力ポート３６を介して燃料噴射
弁７及び点火回路９等にそれぞれ出力する。
処理装置）３１、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、
ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、バックアップ
ＲＡＭ３４等を中心に論理演算回路として構成され、前
記各センサの検出信号を入力する入力ポート３５及び各
アクチュエータに制御信号を出力する出力ポート３６等
に対しバス３７を介して接続されている。ＥＣＵ３０
は、前記した各種センサの検出信号（吸気温Ｔａｍ、吸
気圧ＰＭ、スロットル開度ＴＨ、冷却水温Ｔｈｗ、エン
ジン回転数Ｎｅ、空燃比信号等）を入力ポート３５を介
して入力する。そして、それらの各値に基づいて燃料噴
射時間ＴＡＵ、点火時期Ｉｇ等の制御信号を算出し、さ
らにそれら制御信号を出力ポート３６を介して燃料噴射
弁７及び点火回路９等にそれぞれ出力する。
【００２１】次に、上記の如く構成される空燃比制御シ
ステムの作用を説明する。図４は、ＣＰＵ３１により実
行される燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートで
あり、本ルーチンは各気筒の燃料噴射毎（本実施の形態
では１８０°ＣＡ毎）に実行される。
ステムの作用を説明する。図４は、ＣＰＵ３１により実
行される燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートで
あり、本ルーチンは各気筒の燃料噴射毎（本実施の形態
では１８０°ＣＡ毎）に実行される。
【００２２】さて、図４のルーチンがスタートすると、
ＣＰＵ３１は、先ずステップ１０１でエンジン運転状態
を表す各種センサによる検出結果（エンジン回転数Ｎ
ｅ、吸気圧ＰＭ、冷却水温Ｔｈｗ等）を読み込み、続く
ステップ１０２でＲＯＭ３２内に予め格納されている基
本噴射マップを用いてその時々のエンジン回転数Ｎｅ及
び吸気圧ＰＭに応じた基本噴射量Ｔｐを算出する。ま
た、ＣＰＵ３１は、ステップ１０３で周知の空燃比Ｆ／
Ｂ条件が成立しているか否かを判別する。ここで、空燃
比Ｆ／Ｂ条件とは、冷却水温Ｔｈｗが所定温度以上であ
ること、高回転・高負荷状態でないこと、Ａ／Ｆセンサ
２６が活性状態にあることなどを含む。
ＣＰＵ３１は、先ずステップ１０１でエンジン運転状態
を表す各種センサによる検出結果（エンジン回転数Ｎ
ｅ、吸気圧ＰＭ、冷却水温Ｔｈｗ等）を読み込み、続く
ステップ１０２でＲＯＭ３２内に予め格納されている基
本噴射マップを用いてその時々のエンジン回転数Ｎｅ及
び吸気圧ＰＭに応じた基本噴射量Ｔｐを算出する。ま
た、ＣＰＵ３１は、ステップ１０３で周知の空燃比Ｆ／
Ｂ条件が成立しているか否かを判別する。ここで、空燃
比Ｆ／Ｂ条件とは、冷却水温Ｔｈｗが所定温度以上であ
ること、高回転・高負荷状態でないこと、Ａ／Ｆセンサ
２６が活性状態にあることなどを含む。
【００２３】この場合、ステップ１０３が否定判別され
れば（Ｆ／Ｂ条件不成立の場合）、ＣＰＵ３１は、ステ
ップ１０４に進んで空燃比補正係数ＦＡＦを「１．０」
とする。ＦＡＦ＝１．０とすることは、空燃比がオープ
ン制御されることを意味する。また、ステップ１０３が
肯定判別されれば（Ｆ／Ｂ条件成立の場合）、ＣＰＵ３
１は、ステップ２００に進んで目標空燃比λＴＧの設定
処理を実施する。ここで、目標空燃比λＴＧの設定処理
は後述する図５のルーチンに従い行われる。
れば（Ｆ／Ｂ条件不成立の場合）、ＣＰＵ３１は、ステ
ップ１０４に進んで空燃比補正係数ＦＡＦを「１．０」
とする。ＦＡＦ＝１．０とすることは、空燃比がオープ
ン制御されることを意味する。また、ステップ１０３が
肯定判別されれば（Ｆ／Ｂ条件成立の場合）、ＣＰＵ３
１は、ステップ２００に進んで目標空燃比λＴＧの設定
処理を実施する。ここで、目標空燃比λＴＧの設定処理
は後述する図５のルーチンに従い行われる。
【００２４】その後、ＣＰＵ３１は、ステップ１０５で
その時々の実際の空燃比λ（センサ計測値）と目標空燃
比λＴＧとの偏差に基づいて空燃比補正係数ＦＡＦを設
定する。本実施の形態では、現代制御理論に基づく空燃
比Ｆ／Ｂ制御を実施することとしており、そのＦ／Ｂ制
御に際し、Ａ／Ｆセンサ２６の検出結果を目標空燃比に
一致させるための空燃比補正係数ＦＡＦを次の（１），
（２）式を用いて算出する。なお、このＦＡＦ値の設定
手順については特開平１−１１０８５３号公報に詳細に
開示されている。
その時々の実際の空燃比λ（センサ計測値）と目標空燃
比λＴＧとの偏差に基づいて空燃比補正係数ＦＡＦを設
定する。本実施の形態では、現代制御理論に基づく空燃
比Ｆ／Ｂ制御を実施することとしており、そのＦ／Ｂ制
御に際し、Ａ／Ｆセンサ２６の検出結果を目標空燃比に
一致させるための空燃比補正係数ＦＡＦを次の（１），
（２）式を用いて算出する。なお、このＦＡＦ値の設定
手順については特開平１−１１０８５３号公報に詳細に
開示されている。
【００２５】 ＦＡＦ＝Ｋ1 ・λ＋Ｋ2 ・ＦＡＦ1 ＋ ・・・＋Ｋn+1 ・ＦＡＦn ＋ＺＩ …（１） ＺＩ＝ＺＩ1 ＋Ｋａ・（λＴＧ−λ） …（２） 上記（１），（２）式において、λはＡ／Ｆセンサ２６
による限界電流の空燃比変換値を、Ｋ1 〜Ｋn+1 はＦ／
Ｂ定数を、ＺＩは積分項を、Ｋａは積分定数をそれぞれ
表す。また、添字１〜ｎ＋１はサンプリング開始からの
制御回数を示す変数である。
による限界電流の空燃比変換値を、Ｋ1 〜Ｋn+1 はＦ／
Ｂ定数を、ＺＩは積分項を、Ｋａは積分定数をそれぞれ
表す。また、添字１〜ｎ＋１はサンプリング開始からの
制御回数を示す変数である。
【００２６】ＦＡＦ値の設定後、ＣＰＵ３１は、ステッ
プ１０６で次の（３）式を用い、基本噴射量Ｔｐ、空燃
比補正係数ＦＡＦ及びその他の補正係数ＦＡＬＬ（水
温、エアコン負荷等の各種補正係数）から最終の燃料噴
射量ＴＡＵを算出する。
プ１０６で次の（３）式を用い、基本噴射量Ｔｐ、空燃
比補正係数ＦＡＦ及びその他の補正係数ＦＡＬＬ（水
温、エアコン負荷等の各種補正係数）から最終の燃料噴
射量ＴＡＵを算出する。
【００２７】 ＴＡＵ＝Ｔｐ・ＦＡＦ・ＦＡＬＬ …（３） 燃料噴射量ＴＡＵの算出後、ＣＰＵ３１は、そのＴＡＵ
値に相当する制御信号を燃料噴射弁７に出力して本ルー
チンを一旦終了する。
値に相当する制御信号を燃料噴射弁７に出力して本ルー
チンを一旦終了する。
【００２８】次に、上記ステップ２００の処理に相当す
るλＴＧ設定ルーチンについて、図５を用いて説明す
る。なお、図５（図４のステップ２００）のλＴＧ設定
処理は、下流側Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２に基
づいてλＴＧ値を修正する、いわゆる「サブＦ／Ｂ制
御」と称されるものであるが、本実施の形態では特にＦ
／Ｂゲインを規定するためのλＴＧ値の更新値Δλ（Ｆ
／Ｂ速度に相当する）を、触媒上流側に対する下流側の
空燃比の応答速度（これを便宜上、触媒前後の空燃比応
答速度という）により可変に設定することをその要旨と
している。
るλＴＧ設定ルーチンについて、図５を用いて説明す
る。なお、図５（図４のステップ２００）のλＴＧ設定
処理は、下流側Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２に基
づいてλＴＧ値を修正する、いわゆる「サブＦ／Ｂ制
御」と称されるものであるが、本実施の形態では特にＦ
／Ｂゲインを規定するためのλＴＧ値の更新値Δλ（Ｆ
／Ｂ速度に相当する）を、触媒上流側に対する下流側の
空燃比の応答速度（これを便宜上、触媒前後の空燃比応
答速度という）により可変に設定することをその要旨と
している。
【００２９】図５のルーチンにおいて、ＣＰＵ３１は、
ステップ２０１で排ガス流量と触媒容量とに基づき、触
媒前後の空燃比応答速度を表すパラメータとしての「Ｓ
Ｖ（Space Velocity）比」を算出する。このＳＶ比は、
その時々の排ガス流量を既知の触媒容量で除算すること
により求められる。上記ＳＶ比と触媒前後の空燃比応答
速度とは図６に示す関係にあり、同図によればＳＶ比が
大きくなるほど、空燃比応答速度が大きくなることが分
かる。また、図６では、点ＡよりもＳＶ比が大きい領域
で空燃比応答速度が急増している。つまり、排ガス流量
の増加に伴い三元触媒１３の時間当たりの浄化能力が所
定レベルを越えると、三元触媒１３で浄化されない未反
応の排ガスが触媒１３を通過することとなり、それによ
り応答速度が急増する。
ステップ２０１で排ガス流量と触媒容量とに基づき、触
媒前後の空燃比応答速度を表すパラメータとしての「Ｓ
Ｖ（Space Velocity）比」を算出する。このＳＶ比は、
その時々の排ガス流量を既知の触媒容量で除算すること
により求められる。上記ＳＶ比と触媒前後の空燃比応答
速度とは図６に示す関係にあり、同図によればＳＶ比が
大きくなるほど、空燃比応答速度が大きくなることが分
かる。また、図６では、点ＡよりもＳＶ比が大きい領域
で空燃比応答速度が急増している。つまり、排ガス流量
の増加に伴い三元触媒１３の時間当たりの浄化能力が所
定レベルを越えると、三元触媒１３で浄化されない未反
応の排ガスが触媒１３を通過することとなり、それによ
り応答速度が急増する。
【００３０】なお、排ガス流量はその時のエンジン回転
数Ｎｅと吸気圧ＰＭとから求まる吸入空気量に比例する
ものであって、ＳＶ比の算出に際し、吸入空気量に基づ
き排ガス流量が算出されるようになっている。但し排ガ
ス流量は、上述の算出手法に限らず、排気管１２に設け
た排ガス流量計にて直接的に検出することも可能であ
る。
数Ｎｅと吸気圧ＰＭとから求まる吸入空気量に比例する
ものであって、ＳＶ比の算出に際し、吸入空気量に基づ
き排ガス流量が算出されるようになっている。但し排ガ
ス流量は、上述の算出手法に限らず、排気管１２に設け
た排ガス流量計にて直接的に検出することも可能であ
る。
【００３１】次に、ＣＰＵ３１は、ステップ２０２でそ
の時の三元触媒１３の劣化度合を読み込む。三元触媒１
３の劣化度合は、図８のルーチンに従い求められるもの
であってその詳細については後述する。
の時の三元触媒１３の劣化度合を読み込む。三元触媒１
３の劣化度合は、図８のルーチンに従い求められるもの
であってその詳細については後述する。
【００３２】その後、ＣＰＵ３１は、ステップ２０３で
上記ＳＶ比と触媒劣化度合とに基づいて、目標空燃比λ
ＴＧの更新値Δλを算出する。更新値Δλは、その時々
のＦ／Ｂ速度を規定するものであって、例えば図７のマ
ップを検索して求められる。図７では、ＳＶ比が大きく
なるほど、若しくは触媒劣化度合が大きくなるほど、Δ
λ値（Ｆ／Ｂ速度）が大きくなるように設定される。因
みに、ＳＶ比に応じて変化する図７のΔλ特性線は、前
記図６の関係に準じて設定されている。
上記ＳＶ比と触媒劣化度合とに基づいて、目標空燃比λ
ＴＧの更新値Δλを算出する。更新値Δλは、その時々
のＦ／Ｂ速度を規定するものであって、例えば図７のマ
ップを検索して求められる。図７では、ＳＶ比が大きく
なるほど、若しくは触媒劣化度合が大きくなるほど、Δ
λ値（Ｆ／Ｂ速度）が大きくなるように設定される。因
みに、ＳＶ比に応じて変化する図７のΔλ特性線は、前
記図６の関係に準じて設定されている。
【００３３】さらにその後、ＣＰＵ３１は、ステップ２
０４で下流側Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２を基
に、現在の空燃比λが目標空燃比λＴＧ（本実施の形態
では、λＴＧ＝１）に対してリッチ・リーンのいずれに
ズレているかを判定する。かかる場合、現在の空燃比λ
がリッチ寄りであれば、ＣＰＵ３１はステップ２０５に
進み、目標空燃比λＴＧに更新値Δλを加算する（λＴ
Ｇ←λＴＧ＋Δλ）。すなわち、目標空燃比λＴＧをリ
ーン側に移行させる。また、空燃比λがリーン寄りであ
れば、ＣＰＵ３１はステップ２０６に進み、目標空燃比
λＴＧから更新値Δλを減算する（λＴＧ←λＴＧ−Δ
λ）。すなわち、目標空燃比λＴＧをリッチ側に移行さ
せる。λＴＧ値の設定後、元の図４のルーチンに戻る。
０４で下流側Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２を基
に、現在の空燃比λが目標空燃比λＴＧ（本実施の形態
では、λＴＧ＝１）に対してリッチ・リーンのいずれに
ズレているかを判定する。かかる場合、現在の空燃比λ
がリッチ寄りであれば、ＣＰＵ３１はステップ２０５に
進み、目標空燃比λＴＧに更新値Δλを加算する（λＴ
Ｇ←λＴＧ＋Δλ）。すなわち、目標空燃比λＴＧをリ
ーン側に移行させる。また、空燃比λがリーン寄りであ
れば、ＣＰＵ３１はステップ２０６に進み、目標空燃比
λＴＧから更新値Δλを減算する（λＴＧ←λＴＧ−Δ
λ）。すなわち、目標空燃比λＴＧをリッチ側に移行さ
せる。λＴＧ値の設定後、元の図４のルーチンに戻る。
【００３４】図８は、例えば６４ｍｓ周期でＣＰＵ３１
により実施される触媒劣化判定ルーチンを示すフローチ
ャートである。図８において、ＣＰＵ３１は、先ずステ
ップ３０１で触媒劣化フラグＦＣＡＴが「１」であるか
否かを判別する。この触媒劣化フラグＦＣＡＴは、三元
触媒１３の劣化度合が許容限界にまで達したかどうかを
表すものであり、当初はＦＣＡＴ＝０（劣化が許容限界
に達していないことを示す状態）に初期化されている。
また、ＣＰＵ３１は、ステップ３０２で空燃比Ｆ／Ｂ条
件が成立しているか否かを判別する。ステップ３０１，
３０２のいずれかが否定判別された場合、ＣＰＵ３１は
そのまま本ルーチンを終了する。
により実施される触媒劣化判定ルーチンを示すフローチ
ャートである。図８において、ＣＰＵ３１は、先ずステ
ップ３０１で触媒劣化フラグＦＣＡＴが「１」であるか
否かを判別する。この触媒劣化フラグＦＣＡＴは、三元
触媒１３の劣化度合が許容限界にまで達したかどうかを
表すものであり、当初はＦＣＡＴ＝０（劣化が許容限界
に達していないことを示す状態）に初期化されている。
また、ＣＰＵ３１は、ステップ３０２で空燃比Ｆ／Ｂ条
件が成立しているか否かを判別する。ステップ３０１，
３０２のいずれかが否定判別された場合、ＣＰＵ３１は
そのまま本ルーチンを終了する。
【００３５】ステップ３０１，３０２が共に肯定判別さ
れた場合、ＣＰＵ３１はステップ３０３に進み、前記サ
ブＦ／Ｂ制御におけるΔλ値（Ｆ／Ｂ速度）の積算値Ｃ
ＣＡＴを算出する。このとき、積算値の今回値ＣＣＡＴ
n は、 ＣＣＡＴn ＝ＣＣＡＴn-1 ＋Δλ・ＫＧＡ …（４） として算出される。上記（４）式において、積算値ＣＣ
ＡＴの添字ｎ，ｎ−１は、積算値が今回値若しくは前回
値であることを表す。また、ＫＧＡはエンジン運転状態
に応じた係数であって、例えば前記ＳＶ比（＝排ガス流
量／触媒容量）が大きくなるほど減少する値としてその
都度設定される。具体的には、図９の関係を用いて係数
ＫＧＡを設定する。この係数ＫＧＡをΔλ値に乗算する
ことで、エンジン運転条件により下流側Ｏ2 センサ２７
の反応速度が変化しても、その変化によるΔλ値のバラ
ツキが抑制できる。
れた場合、ＣＰＵ３１はステップ３０３に進み、前記サ
ブＦ／Ｂ制御におけるΔλ値（Ｆ／Ｂ速度）の積算値Ｃ
ＣＡＴを算出する。このとき、積算値の今回値ＣＣＡＴ
n は、 ＣＣＡＴn ＝ＣＣＡＴn-1 ＋Δλ・ＫＧＡ …（４） として算出される。上記（４）式において、積算値ＣＣ
ＡＴの添字ｎ，ｎ−１は、積算値が今回値若しくは前回
値であることを表す。また、ＫＧＡはエンジン運転状態
に応じた係数であって、例えば前記ＳＶ比（＝排ガス流
量／触媒容量）が大きくなるほど減少する値としてその
都度設定される。具体的には、図９の関係を用いて係数
ＫＧＡを設定する。この係数ＫＧＡをΔλ値に乗算する
ことで、エンジン運転条件により下流側Ｏ2 センサ２７
の反応速度が変化しても、その変化によるΔλ値のバラ
ツキが抑制できる。
【００３６】その後、ＣＰＵ３１は、ステップ３０４で
カウンタＴＣＡＴを「１」インクリメントし、続くステ
ップ３０５でカウンタＴＣＡＴの値が所定値ＫＴＣＡＴ
に達したか否かを判別する。ここで、所定値ＫＴＣＡＴ
は、時間にして１０秒程度となる値である。ＴＣＡＴ＜
ＫＴＣＡＴであってステップ３０５が否定判別される場
合、ＣＰＵ３１はそのまま本ルーチンを終了する。
カウンタＴＣＡＴを「１」インクリメントし、続くステ
ップ３０５でカウンタＴＣＡＴの値が所定値ＫＴＣＡＴ
に達したか否かを判別する。ここで、所定値ＫＴＣＡＴ
は、時間にして１０秒程度となる値である。ＴＣＡＴ＜
ＫＴＣＡＴであってステップ３０５が否定判別される場
合、ＣＰＵ３１はそのまま本ルーチンを終了する。
【００３７】また、ＴＣＡＴ≧ＫＴＣＡＴであってステ
ップ３０５が肯定判別される場合、ＣＰＵ３１はステッ
プ３０６に進み、前記算出した積算値ＣＣＡＴに応じて
三元触媒１３の劣化度合を判定する。具体的には、図１
０に示す特性図を用いて触媒劣化度合を判定する。図１
０では、Δλの積算値ＣＣＡＴの増大に伴い触媒劣化度
合が大きくなるような特性が設定されている。また、触
媒劣化度合を判定するための特性線はΔλ値（Ｆ／Ｂ速
度）に応じて選択的に用いられ、Δλ値が大きいほど積
算値ＣＣＡＴに対する触媒劣化度合の判定レベルが高め
に設定される。これはΔλ値が変動しても劣化度合の判
定レベルを均一化するためである。因みに、ＣＣＡＴ値
が過剰に増大すると、触媒劣化度合が許容限界（図の斜
線域）に達するようになっている。
ップ３０５が肯定判別される場合、ＣＰＵ３１はステッ
プ３０６に進み、前記算出した積算値ＣＣＡＴに応じて
三元触媒１３の劣化度合を判定する。具体的には、図１
０に示す特性図を用いて触媒劣化度合を判定する。図１
０では、Δλの積算値ＣＣＡＴの増大に伴い触媒劣化度
合が大きくなるような特性が設定されている。また、触
媒劣化度合を判定するための特性線はΔλ値（Ｆ／Ｂ速
度）に応じて選択的に用いられ、Δλ値が大きいほど積
算値ＣＣＡＴに対する触媒劣化度合の判定レベルが高め
に設定される。これはΔλ値が変動しても劣化度合の判
定レベルを均一化するためである。因みに、ＣＣＡＴ値
が過剰に増大すると、触媒劣化度合が許容限界（図の斜
線域）に達するようになっている。
【００３８】触媒劣化度合の判定後、ＣＰＵ３１は、ス
テップ３０７で積算値ＣＣＡＴ及びカウンタＴＣＡＴを
「０」にクリアする。ＣＣＡＴ値及びＴＣＡＴ値のクリ
ア後において、次回のルーチン実施時には、ＣＣＡＴ値
及びＴＣＡＴ値が「０」から積算され、既述した一連の
手順に従い触媒劣化度合の判定が再度実施される。
テップ３０７で積算値ＣＣＡＴ及びカウンタＴＣＡＴを
「０」にクリアする。ＣＣＡＴ値及びＴＣＡＴ値のクリ
ア後において、次回のルーチン実施時には、ＣＣＡＴ値
及びＴＣＡＴ値が「０」から積算され、既述した一連の
手順に従い触媒劣化度合の判定が再度実施される。
【００３９】さらにその後、ＣＰＵ３１は、ステップ３
０８で前記判定した触媒劣化度合が許容限界（前記図１
０の斜線域）に達しているか否かを判別し、許容限界に
達していなければそのまま本ルーチンを終了する。ま
た、許容限界に達していれば、ＣＰＵ３１はステップ３
０９に進み、触媒劣化フラグＦＣＡＴに「１」をセット
する。また続くステップ３１０では、異常警告灯（ＭＩ
Ｌ：Malfunction indicator light ）を点灯して異常発
生の旨を運転者に警告する。
０８で前記判定した触媒劣化度合が許容限界（前記図１
０の斜線域）に達しているか否かを判別し、許容限界に
達していなければそのまま本ルーチンを終了する。ま
た、許容限界に達していれば、ＣＰＵ３１はステップ３
０９に進み、触媒劣化フラグＦＣＡＴに「１」をセット
する。また続くステップ３１０では、異常警告灯（ＭＩ
Ｌ：Malfunction indicator light ）を点灯して異常発
生の旨を運転者に警告する。
【００４０】上記の如く判定された触媒劣化度合は、前
記図５のλＴＧ設定ルーチンでその都度読み出され、そ
の触媒劣化度合に応じて目標空燃比λＴＧの更新値Δλ
（Ｆ／Ｂ速度）が算出されることになる（前記図７のマ
ップ参照）。
記図５のλＴＧ設定ルーチンでその都度読み出され、そ
の触媒劣化度合に応じて目標空燃比λＴＧの更新値Δλ
（Ｆ／Ｂ速度）が算出されることになる（前記図７のマ
ップ参照）。
【００４１】因みに上記実施の形態における空燃比制御
システムでは、前記図５のステップ２０１が請求項記載
の空燃比応答速度検出手段に相当し、図５のステップ２
０３がフィードバックゲイン調整手段に相当する。ま
た、前記図８のルーチンが触媒劣化判定手段に相当す
る。
システムでは、前記図５のステップ２０１が請求項記載
の空燃比応答速度検出手段に相当し、図５のステップ２
０３がフィードバックゲイン調整手段に相当する。ま
た、前記図８のルーチンが触媒劣化判定手段に相当す
る。
【００４２】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。 （ａ）本実施の形態では、排ガス流量と触媒容量との比
（ＳＶ比）に基づき触媒前後の空燃比応答速度を推定
し、下流側Ｏ2 センサ２７の出力結果から目標空燃比λ
ＴＧ（Ｆ／Ｂゲイン）を設定する際において、それを触
媒前後の空燃比応答速度（触媒上流側に対する下流側の
空燃比の応答速度）に基づき調整するようにした。上記
構成によれば、実際の空燃比変化に追従した過不足の無
いλＴＧ値が常に設定できる。その結果、三元触媒１３
の上流側及び下流側の２つの空燃比センサ２６，２７を
用いる空燃比制御システムにおいて、触媒下流側での空
燃比の応答遅れに起因する不具合を新規な手法にて解消
し、空燃比の制御精度を向上させることができる。つま
り、本制御システムは、エミッション、燃費、ドライバ
ビリティなどの改善に大いに寄与できる。
に示す効果が得られる。 （ａ）本実施の形態では、排ガス流量と触媒容量との比
（ＳＶ比）に基づき触媒前後の空燃比応答速度を推定
し、下流側Ｏ2 センサ２７の出力結果から目標空燃比λ
ＴＧ（Ｆ／Ｂゲイン）を設定する際において、それを触
媒前後の空燃比応答速度（触媒上流側に対する下流側の
空燃比の応答速度）に基づき調整するようにした。上記
構成によれば、実際の空燃比変化に追従した過不足の無
いλＴＧ値が常に設定できる。その結果、三元触媒１３
の上流側及び下流側の２つの空燃比センサ２６，２７を
用いる空燃比制御システムにおいて、触媒下流側での空
燃比の応答遅れに起因する不具合を新規な手法にて解消
し、空燃比の制御精度を向上させることができる。つま
り、本制御システムは、エミッション、燃費、ドライバ
ビリティなどの改善に大いに寄与できる。
【００４３】（ｂ）また、触媒前後の空燃比応答速度
（応答遅れ）をＦ／Ｂゲインに直接反映させるため、例
えば触媒の浄化能力が飽和状態にあり空燃比応答速度が
急増するような場合、すなわち触媒の浄化限界を越える
ような場合でも、かかる事態に対応した好適な制御が実
施できる。この効果は、前記図６及び図７の特性を用い
ることで実現できる。
（応答遅れ）をＦ／Ｂゲインに直接反映させるため、例
えば触媒の浄化能力が飽和状態にあり空燃比応答速度が
急増するような場合、すなわち触媒の浄化限界を越える
ような場合でも、かかる事態に対応した好適な制御が実
施できる。この効果は、前記図６及び図７の特性を用い
ることで実現できる。
【００４４】（ｃ）排ガスの流量と触媒容量との比（Ｓ
Ｖ比）に基づき、触媒前後の空燃比応答速度を推定する
こととしたため、三元触媒１３による排ガスの反応遅れ
に加え、排ガスの輸送遅れをも考慮した好適なパラメー
タを空燃比制御に用いることが可能となる。
Ｖ比）に基づき、触媒前後の空燃比応答速度を推定する
こととしたため、三元触媒１３による排ガスの反応遅れ
に加え、排ガスの輸送遅れをも考慮した好適なパラメー
タを空燃比制御に用いることが可能となる。
【００４５】（ｄ）三元触媒１３の劣化度合を判定し、
該判定した触媒劣化度合をΔλ値（Ｆ／Ｂ速度）を設定
する際の一パラメータとした。この場合、触媒劣化度合
により空燃比応答速度が変化しても、その変化に追従し
た精度の高い空燃比Ｆ／Ｂ制御が実現できる。
該判定した触媒劣化度合をΔλ値（Ｆ／Ｂ速度）を設定
する際の一パラメータとした。この場合、触媒劣化度合
により空燃比応答速度が変化しても、その変化に追従し
た精度の高い空燃比Ｆ／Ｂ制御が実現できる。
【００４６】（ｅ）Ｆ／Ｂゲインの変化相当量としての
Δλ値を逐次積算し、該積算した値が大きいほど、三元
触媒１３の劣化度合が大きいと判定するようにした。ま
た、三元触媒１３の劣化度合が許容限界にあることを検
出し、その旨を警告するようにした。かかる場合、三元
触媒１３の劣化判定を行う手法として新たなシステムが
構築でき、その劣化判定手法を空燃比制御に適用するこ
とで、その制御精度が更に向上する。
Δλ値を逐次積算し、該積算した値が大きいほど、三元
触媒１３の劣化度合が大きいと判定するようにした。ま
た、三元触媒１３の劣化度合が許容限界にあることを検
出し、その旨を警告するようにした。かかる場合、三元
触媒１３の劣化判定を行う手法として新たなシステムが
構築でき、その劣化判定手法を空燃比制御に適用するこ
とで、その制御精度が更に向上する。
【００４７】（ｆ）触媒劣化度合の判定に際し、Δλ値
の積算値ＣＣＡＴをその判定要素としたため、極一時的
に運転状態のが化する時にも誤差の少ない判定結果が得
られる。また、Δλ値を積算する際に、エンジン運転状
態に応じた係数ＫＧＡをその都度乗算することとしたた
め、運転状態による積算値ＣＣＡＴのバラツキ（演算誤
差）が抑制できる。
の積算値ＣＣＡＴをその判定要素としたため、極一時的
に運転状態のが化する時にも誤差の少ない判定結果が得
られる。また、Δλ値を積算する際に、エンジン運転状
態に応じた係数ＫＧＡをその都度乗算することとしたた
め、運転状態による積算値ＣＣＡＴのバラツキ（演算誤
差）が抑制できる。
【００４８】なお、本発明の実施の形態は、上記以外に
次の形態にて実現できる。上記実施の形態では、触媒前
後の空燃比応答速度に対応するＳＶ比（＝排ガス流量／
触媒容量）と触媒劣化度合とに応じてＦ／Ｂ速度に相当
するΔλ値を設定したが（前記図５のフロー参照）、こ
の構成を変更してもよい。例えばＳＶ比のみからΔλ値
を設定する。この場合、触媒劣化判定に関する一連の処
理が省略される。
次の形態にて実現できる。上記実施の形態では、触媒前
後の空燃比応答速度に対応するＳＶ比（＝排ガス流量／
触媒容量）と触媒劣化度合とに応じてＦ／Ｂ速度に相当
するΔλ値を設定したが（前記図５のフロー参照）、こ
の構成を変更してもよい。例えばＳＶ比のみからΔλ値
を設定する。この場合、触媒劣化判定に関する一連の処
理が省略される。
【００４９】上記実施の形態では、Ｆ／Ｂゲインを調整
する際に、目標空燃比λＴＧを可変に設定するようにし
たが、これを変更してもよい。例えばＦＡＦ値を算出す
るための前記（１），（２）式において、Ｆ／Ｂ定数Ｋ
1 〜Ｋn+1 や積分定数Ｋａを可変に設定してＦ／Ｂゲイ
ンを調整するようにしてもよい。
する際に、目標空燃比λＴＧを可変に設定するようにし
たが、これを変更してもよい。例えばＦＡＦ値を算出す
るための前記（１），（２）式において、Ｆ／Ｂ定数Ｋ
1 〜Ｋn+1 や積分定数Ｋａを可変に設定してＦ／Ｂゲイ
ンを調整するようにしてもよい。
【００５０】上記実施の形態では、三元触媒の上流側に
Ａ／Ｆセンサを設けると共に、下流側にＯ2 センサを設
け、上流側Ａ／Ｆセンサの検出結果に基づいて現代制御
理論によるＦ／Ｂ制御を実施したが、これを変更しても
よい。例えば三元触媒の上流側及び下流側にＯ2 センサ
を設け、ＰＩ制御手法によるＦ／Ｂ制御を実施すること
も可能である。この場合、ＰＩ制御手法によるＦＡＦ値
のスキップ量、積分定数、遅延時間などを触媒前後の空
燃比応答速度（ＳＶ比）に応じて可変に設定するように
すればよく、これらの各値がＦ／Ｂゲインに相当する。
かかる構成において、触媒劣化度合を判定するには、前
記ＦＡＦ値のスキップ量、積分定数、遅延時間などの積
算結果を判定パラメータとすればよい。
Ａ／Ｆセンサを設けると共に、下流側にＯ2 センサを設
け、上流側Ａ／Ｆセンサの検出結果に基づいて現代制御
理論によるＦ／Ｂ制御を実施したが、これを変更しても
よい。例えば三元触媒の上流側及び下流側にＯ2 センサ
を設け、ＰＩ制御手法によるＦ／Ｂ制御を実施すること
も可能である。この場合、ＰＩ制御手法によるＦＡＦ値
のスキップ量、積分定数、遅延時間などを触媒前後の空
燃比応答速度（ＳＶ比）に応じて可変に設定するように
すればよく、これらの各値がＦ／Ｂゲインに相当する。
かかる構成において、触媒劣化度合を判定するには、前
記ＦＡＦ値のスキップ量、積分定数、遅延時間などの積
算結果を判定パラメータとすればよい。
【００５１】上記実施の形態では、触媒前後の空燃比応
答速度を表すパラメータとしてＳＶ比を用いたが、これ
を変更してもよい。例えば触媒上流側の空燃比が変動し
た際の下流側の空燃比の変動量を計測し、その計測結果
から触媒前後の空燃比応答速度を推定することも可能で
ある。また、定常運転時において燃料噴射量を所定量増
減させて空燃比を変動させ、その時の下流側空燃比の変
動量（又は応答遅れ時間）から空燃比応答速度を推定す
ることも可能である。こうして推定した空燃比応答速度
をＦ／Ｂゲインの調整に用いればよい。
答速度を表すパラメータとしてＳＶ比を用いたが、これ
を変更してもよい。例えば触媒上流側の空燃比が変動し
た際の下流側の空燃比の変動量を計測し、その計測結果
から触媒前後の空燃比応答速度を推定することも可能で
ある。また、定常運転時において燃料噴射量を所定量増
減させて空燃比を変動させ、その時の下流側空燃比の変
動量（又は応答遅れ時間）から空燃比応答速度を推定す
ることも可能である。こうして推定した空燃比応答速度
をＦ／Ｂゲインの調整に用いればよい。
【００５２】触媒劣化度合の判定手法を以下のように変
更して具体化してもよい。 ・下流側Ｏ2 センサ２７の検出結果がリッチとリーンと
の間で変動する回数、或いは変動周期により触媒劣化度
合を判定する。つまり、触媒劣化の進行に伴い触媒スト
レージ能力が低下すると、上流側空燃比に対して下流側
Ｏ2 センサ２７が素早く応答する。そのため、同センサ
２７の出力値がリーンとリッチとの間で変動する回数
（変動周期）を求めれば、それから触媒劣化度合が判定
できる。 ・例えば特開平９−４４３８号公報に開示されているよ
うに、エンジン始動時から触媒活性完了までに要した熱
量を求め、その熱量に応じて触媒劣化度合を判定する。
更して具体化してもよい。 ・下流側Ｏ2 センサ２７の検出結果がリッチとリーンと
の間で変動する回数、或いは変動周期により触媒劣化度
合を判定する。つまり、触媒劣化の進行に伴い触媒スト
レージ能力が低下すると、上流側空燃比に対して下流側
Ｏ2 センサ２７が素早く応答する。そのため、同センサ
２７の出力値がリーンとリッチとの間で変動する回数
（変動周期）を求めれば、それから触媒劣化度合が判定
できる。 ・例えば特開平９−４４３８号公報に開示されているよ
うに、エンジン始動時から触媒活性完了までに要した熱
量を求め、その熱量に応じて触媒劣化度合を判定する。
【図１】発明の実施の形態におけるエンジンの空燃比制
御システムの概要を示す構成図。
御システムの概要を示す構成図。
【図２】Ａ／Ｆセンサの出力特性を示す線図。
【図３】下流側Ｏ2 センサの出力特性を示す線図。
【図４】燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】λＴＧ設定ルーチンを示すフローチャート。
【図６】ＳＶ比と触媒前後の空燃比応答速度との関係を
示す線図。
示す線図。
【図７】ＳＶ比と触媒劣化度合とに応じてΔλを算出す
るためのマップ。
るためのマップ。
【図８】触媒劣化判定ルーチンを示すフローチャート。
【図９】ＳＶ比と係数ＫＧＡとの関係を示す線図。
【図１０】ＣＣＡＴ値とΔλ値に応じて触媒劣化度合を
判定するための線図。
判定するための線図。
１…エンジン（内燃機関）、１３…三元触媒（触媒コン
バータ）、２６…Ａ／Ｆセンサ（限界電流式空燃比セン
サ）、２７…下流側Ｏ2 センサ、３０…ＥＣＵ（電子制
御装置）、３１…空燃比応答速度検出手段，フィードバ
ックゲイン調整手段，触媒劣化判定手段を構成するＣＰ
Ｕ。
バータ）、２６…Ａ／Ｆセンサ（限界電流式空燃比セン
サ）、２７…下流側Ｏ2 センサ、３０…ＥＣＵ（電子制
御装置）、３１…空燃比応答速度検出手段，フィードバ
ックゲイン調整手段，触媒劣化判定手段を構成するＣＰ
Ｕ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武藤 秀伸 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内
Claims (6)
- 【請求項１】内燃機関の排ガスを浄化するための触媒コ
ンバータの上流側及び下流側に各々設けられた空燃比セ
ンサを有し、上流側空燃比センサの出力結果に基づく実
空燃比を目標空燃比に一致させるようフィードバック制
御すると共に、下流側空燃比センサの出力結果に基づき
空燃比制御時のフィードバックゲインを設定するように
した内燃機関の空燃比制御装置において、 触媒上流側に対する下流側の空燃比の応答速度を検出す
る空燃比応答速度検出手段と、 前記下流側空燃比センサの出力結果から設定されるフィ
ードバックゲインを、前記検出される触媒上流側に対す
る下流側の空燃比の応答速度に基づき調整するフィード
バックゲイン調整手段とを備えることを特徴とする内燃
機関の空燃比制御装置。 - 【請求項２】前記フィードバックゲイン調整手段は、空
燃比変化に追従するフィードバック速度によりフィード
バックゲインを調整するものである請求項１に記載の内
燃機関の空燃比制御装置。 - 【請求項３】前記空燃比応答速度検出手段は、内燃機関
の排ガスの流量と前記触媒コンバータの容量との比に基
づき、触媒上流側に対する下流側の空燃比の応答速度を
推定するものである請求項１又は請求項２に記載の内燃
機関の空燃比制御装置。 - 【請求項４】前記触媒コンバータの劣化度合を判定する
触媒劣化判定手段を更に備え、 前記フィードバックゲイン調整手段は、前記判定される
触媒コンバータの劣化度合に応じてフィードバックゲイ
ンを調整する請求項１〜請求項３のいずれかに記載の内
燃機関の空燃比制御装置。 - 【請求項５】前記触媒劣化判定手段は、 前記下流側空燃比センサの出力結果に基づき設定される
フィードバックゲインの変化相当量を逐次積算する手段
と、 該積算した値が大きいほど、前記触媒コンバータの劣化
度合が大きいと判定する手段とを備える請求項４に記載
の内燃機関の空燃比制御装置。 - 【請求項６】前記触媒劣化判定手段は、前記触媒コンバ
ータの劣化度合が許容限界にあることを検出し、その旨
を警告する請求項３又は請求項４に記載の内燃機関の空
燃比制御装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23731797A JP3887903B2 (ja) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
| US09/144,270 US6085518A (en) | 1997-09-02 | 1998-08-31 | Air-fuel ratio feedback control for engines |
| DE19839791A DE19839791B4 (de) | 1997-09-02 | 1998-09-01 | Luft-Brennstoffverhältnisregelung für eine Brennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23731797A JP3887903B2 (ja) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1182114A true JPH1182114A (ja) | 1999-03-26 |
| JP3887903B2 JP3887903B2 (ja) | 2007-02-28 |
Family
ID=17013583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23731797A Expired - Fee Related JP3887903B2 (ja) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6085518A (ja) |
| JP (1) | JP3887903B2 (ja) |
| DE (1) | DE19839791B4 (ja) |
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| US8381707B2 (en) | 2008-02-28 | 2013-02-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Internal combustion engine air-fuel ratio control apparatus and method |
| US9212583B2 (en) | 2011-05-16 | 2015-12-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Air-fuel ratio control device for internal combustion engine |
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- 1997-09-02 JP JP23731797A patent/JP3887903B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-08-31 US US09/144,270 patent/US6085518A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-09-01 DE DE19839791A patent/DE19839791B4/de not_active Expired - Fee Related
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| US6085518A (en) | 2000-07-11 |
| JP3887903B2 (ja) | 2007-02-28 |
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