JPH0245635A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、酸素センサの出力に基づいて空燃比を制御す
る内燃機関の空燃比制御装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、−酸化炭素（Ｃｏ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）
、炭化水素（ＨＣ）等を含んだ排ガスを浄化するために
、酸素センサ及び三元触媒コンバータを用いて空燃比の
フィードバック制御が行われている。即ち、三元触媒コ
ンバータは、理論空燃比近傍では上記三成分（ＣＯ，Ｎ
Ｏｘ、　　ＨＣ）を効率よく低減できるので、酸素セン
サの出力に基づいて、空燃比を理論空燃比にフィードバ
ック制御することにより排ガスの浄化が行われていた。

上記フィードバック制御に用いられる酸素センサは、例
えは酸素濃度に応じて抵抗が変化するチタニア素子等の
ガス検出素子を用いて、酸素）震度の変化を出力電圧と
して取り出すものである。

ところが上記チタニア素子は、温度によって酸素センサ
の出力が変化するという性質があった。

即ち、温度によってチタニア素子の抵抗が大きく変化す
るので、第１４図の縦軸に出力電圧（Ｖ）をとり横軸に
空燃比（Ａ／Ｆ）をとったグラフに示す様に、高温では
酸素センサの出力電圧が上昇し、一方低温では出力電圧
が低下するとともに出力特性のカーブが緩やかになって
いた。

その結果、チタニア素子が通常の使用温度からずれて高
温又は低温になった場合には、空燃比が理論空燃比から
ずれてしまう問題があった。即ち、上記第１４図に示す
様にチタニア素子が高温（例えは８００℃）では酸素セ
ンサの出力電圧の極小値が基準電圧ＶＬより高くなるこ
とがあり、この場合は空燃比が常にリッチである判断さ
れてリーン側に制御されてしまうことがあった。

一方、第１５図のチタニア素子の温度変化を示すグラフ
に示す様に、チタニア素子がエンジンの始動時等の様な
低温の場合には、高温とは逆に空燃比がリッチ側に制御
されてしまうという問題があった。即ち、第１４図に示
す様にチタニア素子が低温（例えは４５０℃）の場合、
酸素センサの出力電圧は理論空燃比よりリッチ側で基準
電圧ＶＬを横切るので、空燃比はリッチ側の空燃比ＡＦ
Ｉに制御されてしまうことがあった。

このため、上記の様なチタニア素子の温度変化を補正し
て空燃比を理論空燃比に制御する技術として、例えは酸
素センサの出力の変化に基づいて基準電圧ＶＬを制御す
る技術（特開昭５７−１２２１３４号公報参照）が提案
されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記チタニア素子は温度によって応答時間が
変化するという性質が明らかになった。

即ち、第３図の縦軸に酸素センサの応答時間をとり横軸
にチタニア素子の温度をとったグラフに示す様に、チタ
ニア素子が高温の場合には、酸素センサのリーンからリ
ッチに変化する応答時間かり・ソチからリーンに変化す
る時間よりも長いという性質があり、一方低温の場合に
は応答時間の長さがその逆になるという性質があること
が分かった。

従って、従来技術のごとく酸素センサの出力変化に基づ
いて、基準電圧ＶＬを制御するだけでは、チタニア素子
の温度変化によって生ずる酸素センサの応答時間の変動
を適切に補正することができず、チタニア素子が高温の
場合には、酸素センサのリッチからリーンへの応答時間
が長くなるので、実際の空燃比よりもリッチであると判
断され、空燃比がリーン側に制御されるという課題があ
った。

また逆に、チタニア素子が低温の場合には、酸素センサ
のリーンからリッチへの応答時間が長くなるので、実際
の空燃比よりもリーンであると判断され、空燃比がリッ
チ側に制ｔＢされるという課題があった。

そこで本発明は、チタニア素子等の温度変化による特性
の変化を補正して、空燃比を適切に制御する内燃機関の
空燃比制御装置を提供することを目的としてなされた。

［問題点を解決するための手段］ 即ち上記目的を達するためになされた請求項１の発明の
構成は、第１図に例示する如く、測定ガス中の酸素濃度
に応じて抵抗値が変化するガス検出素子Ｍ１を備えた酸
素センサＭ２を用い、該酸素センサＭ２の出力信号と所
定の基準信号とを比較することにより内燃機関Ｍ３の空
燃比を検出し、所定の空燃比のフィードバック制↑卸定
数を用いて、空燃比のフィードバック制御を行う内燃機
関Ｍ３の空燃比制御装置において、上記ガス検出素子Ｍ
１が酸素センサＭ２を使用する基準温度より高温か否か
を判定する高温判定手段Ｍ４と、 該高温判定手段Ｍ４によって、ガス検出素子Ｍ１が高温
と判断された場合には、上記空燃比の検出に用いる基準
信号を大きな値に変更する基準信号変更手段Ｍ５と、 上記高温判定手段Ｍ４によって、ガス検出素子Ｍ１が高
温と判断された場合には、上記空燃比のフィードパ・ン
ク制御に用いる空燃比のフィードバック制御定数をリッ
チ側の方向に変更するフィードバック制御定数変更手段
Ｍ６と、 を備えたことを特徴とする内燃機関Ｍ３の空燃比制御装
置を要旨とする。

また請求項２の発明の構成は、第２図に例示する如く、 測定ガス中の酸素濃度に応じて抵抗値が変化するガス検
出素子Ｍ７を備えた酸素センサＭ８を用い、該酸素セン
サＭ日の出力信号と所定の基準信号とを比較することに
より内燃機関Ｍ９の空燃比を検出し、所定の空燃比のフ
ィードバック制御定数を用いて、空燃比のフィードバッ
ク制御を行う内燃機関Ｍ９の空燃比制御装置において、
上記ガス検出素子Ｍ７が酸素センサＭ８を使用する基準
温度より低温か否かを判定する低温判定手段ＭＩＯと、 該低温判定手段ＭＩＯによって、ガス検出素子Ｍ７が低
温と判断された場合には、上記空燃比の検出に用いる基
準信号を小さな値に変更する基準信号変更手段Ｍｌｌと
、 上記低温判定手段ＭＩＯによって、ガス検出素子Ｍ７が
低温と判断された場合には、上記空燃比のフィードバッ
ク制御に用いる空燃比のフィードバック制御定数をリー
ン側の方向に変更するフィードバック制御定数変更手段
Ｍ１２と、を備えたことを特撮とする内燃機関Ｍ９の空
燃比制御装置を要旨とする。

［作用コ 請求項１に記載した内燃機関Ｍ３の空燃比制御装置にお
いて、酸素センサＭ２に備えられたガス検出素子Ｍ１は
、測定ガス中の酸素濃度に応じて抵抗値が変化するので
、その抵抗値の変化を酸素センサＭ２の出力信号として
とりだし、その出力信号と所定の基準信号と比較するこ
とにより、内燃機関Ｍ３の空燃比を検出して空燃比のフ
ィードバック制御を行う。

そして上記フィードバック制御を行う際に、高温判定手
段Ｍ４によって、ガス検出素子Ｍ１が通常使用する基準
温度より高温か否かを判定する。

この高温判定手段Ｍ４によってガス検出素子Ｍ１が高温
であると判定された場合は、酸素センサＭ２の出力は上
昇するので、基準信号変更手段Ｍ５によって、酸素セン
サＭ２の理論空燃比近傍における出力の変化を検出する
ための基準信号を大きな値に変更する。ところがこの基
準信号の制御だけでは、高温における酸素センサＭ２の
リッチからリーンへの応答時間の遅れを補正できないの
で、フィードバック制御定数変更手段Ｍ６によって、空
燃比のフィードバック制御に用いる空燃比のフィードバ
ック制御定数をリッチ側の方向に変更する。それによっ
て、空燃比をリッチ側の方向に調節して所定空燃比に制
御することにより、リーン側への誤った制御を防止して
空燃比の適正化を行う。

また、請求項２の内燃機関Ｍ９の空燃比制御装置におい
ては、ガス検出素子Ｍ７が低温の場合に、上記高温とは
逆にリッチ側へ誤って制御されることを防止するために
、リーン側の方向に調節して所定空燃比に制御する。

即ち、低温判定手段ＭＩＯによって、ガス検出素子Ｍ７
が通常使用する基準温度より低温か否かを判定する。こ
の低温判定手段ＭＩＯによってガス検出素子Ｍ７が低温
であると判定された場合は、＠素センサＭ日の出力が低
下するとともに出力特性のカーブが緩やかになるので、
基準信号変更手段Ｍｌｌによって、空燃比の検出に用い
る基準信号を小さな値に変更して空燃比をリッチ側から
所定空燃比に近づける制御を行う。ところがこの基準信
号の制御だけでは、低温における酸素センサＭ８のリー
ンからリッチへの応答時間の遅れを補正できないので、
フィードバック制御定数変更手段Ｍ１２によって、空燃
比のフィードバック制御に用いる空燃比のフィードバッ
ク制御定数をり−ン側の方向に変更し、空燃比をリーン
側の方向に調節して所定空燃比に制御することにより、
リッチ側への誤った制（Ｈを防止して空燃比の適正化を
行う。

［実施例コ 以下に本発明の各実施例を図面と共に説明する。

各実施例では、酸素センサのガス検出素子として抵抗変
化型の素子が用いられ、この酸素センサの出力電圧に基
づいて燃料の供給量を調節することにより空燃比のフィ
ードバック制御が行われる。

（Ｉ）まず第１実施例について説明する。

第４図は第１実施例のブロック図であり、図において、
１はチタニア素子２を用いた酸素センサであり、この酸
素センサ１にはチタニア素子２を加熱するヒータ３が備
えられている。上記チタニア素子２の及びヒータ３の端
子４．６には、定電圧が供給される６　日は電子制御装
置（ＥＣＵ）、１０は燃料噴射弁を示している。ＥＣＵ
３には酸素センサ１からの信号の他に、吸気圧センサ１
２及び水温センサ１４からのアナログ信号が、更に回転
速度センサ１６．スロットルポジションセンサ１８及び
スタータスイッチ２０からの出力信号が印加される。

酸素センサ１の定電圧供給側の端子４と反対側の端子（
出力端子）２２は、１００にΩ程度の基準抵抗２４を介
して接地されており、これにより酸素センサ１の抵抗値
変化が上記出力端子２２に現れる電圧（出力電圧）の変
化となって取り出される。この電圧はバ・ソファアンプ
２６を介してアナログマルチプレクサ（ＭＰＸ）２Ｂに
印加される。このＭＰＸ２Ｂには、前述の吸気圧センサ
１２からの吸気圧を表す信号や水温センサ１４からの冷
却水温を表す信号、及び他の運転状態を表す各種のアナ
ログ信号が印加される。これらのアナログ信号はコント
ロールバス３０を介して中央処理装置（ＣＰＵ）３２か
ら与えられる制御信号により時分割的にアナログデジタ
ル変換器（Ａ／Ｄ）３４に送り込まれ、順次デジタル化
される。

一方、回転速度センサ１６からの機関の回転速度を示す
デジタル信号、スロットルポジションセンサ１８からの
スロットル弁の開度状態を表す信号、スタータスイッチ
２０からの機関が始動状態であることを示す信号は人力
インターフェイス（人力１／Ｆ）３６に印加される。

Ａ／Ｄ変換器３４及びＩ／Ｆ３６は、アドレスバス３８
を介してＣＰＵ３２．周知のＲＯＭ及びＲＡＭからなる
メモリ４０、更に出力インターフェイス（出力Ｉ／Ｆ）
４２に接続されている。

次に上記酸素センサ１をより詳細に説明する。

第５図に示す様に、酸素センサ１に備えられたチタニア
素子２は、基準抵抗２４と直列に接続されており、酸素
センサ１の出力はチタニア素子２と基準抵抗２４との出
力端子２２から取り出される。

一方、チタニア素子２に近接して設けられたヒータ３は
、ＣＰＵ３２からの信号を受けたヒータ制（＃部４４に
よって酸素センサ１の温度を一定に保つ様にオン又はオ
フに制御される。

次に、上記構成を備えた第１実施例の動作について、第
６図ないし第１１図に基づいて説明する。

本実施例は、第６図（１）、（２）のフローチャートに
示す様に、基準電圧ＶＬ及びフィードバック制御定数を
用いて、酸素センサ１の出力電圧■ｏ×に基づいてフィ
ードバック制御を行うものであり、その制御とは、まず
第７図のフローチャートに示す様に、酸素センサ１の出
力電圧ＶＯＸの極大値ＶｏｘＭＡＸ及び極小値ＶＯＸＭ
ＩＮを検出し、次に第８図のフローチャートに示す様に
、予め定めた判定のための電圧ＬＶＩ、ＬＶ２と比較す
ることにより、チタニア素子２が高温か否かを判断して
、基準電圧ＶＬに加えて、リーン側制御定数やリッチ側
制御定数などのフィードバック制ｉ卸定数を調節するも
のである。即ち、極大値ＶｏｘＭＡＸが第１の所定値Ｌ
Ｖ１を−Ｆ回り、かつ極小値ＶｏｘＭＩＮが第１の所定
値ＬＶＩを下回る第２の所定値ＬＶ２を上回る場合には
、チタニア素子２が高温であると判断し、基準電圧ＶＬ
を所定の基準電圧ＶＬＯよりも大きくするとともに、リ
ーン側制御定数であるリーン遅延時間ＴＴＤＬを所定の
リーン遅延時間ＴＤＬＯより小さくし、更にリッチ側制
御定数であるリッチ遅延時間ＴＴＤＲを所定のリッチ遅
延時間ＴＤＲＯより大きくし、空燃比をリッチ側の方向
に移動させて理論空燃比に制御する。

次に、上記空燃比のフィードバック制御処理を第６図（
１）、　　（２）に示すフローチャートに基づいてより
詳細に説明する。

まず、ステップ１０・Ｏでは、既述した各センサの検出
信号に基づく各データを読み込む処理が行われる。続く
ステップ１０２では、空燃比のフィードバック制御実行
条件が成立するか否かを判定し、肯定判断されるとステ
ップ１０４に進み、−方、否定判断されると、ステップ
１０６に進んで空燃比補正係数ＦＡＦを値１．０に設定
した後に、−旦本処理を終了する。尚、空燃比補正係数
ＦＡＦの値は前回の制御終了までの値や、予め定められ
ている初期値等に設定してもよい。ここで、例えば、始
動状態、始動後増量中、暖機増量中、加速増量（非同間
噴剥）中、パワー増量中等は、何れも空燃比のフィード
バック制御実行条件不成立である。

そして上記各条件に該当しない、空燃比のフィードバッ
ク制御実行条件成立時に実行されるステップ１０４では
、酸素センサ１の出力電圧ＶＯＸをＡ／Ｄ変換して読み
込む処理が行われる。

続くステップ１０Ｂでは、酸素センサ１の出力電圧Ｖｏ
ｘが基準電圧ＶＬ以下であるか否かを判定し、肯定判断
されると空燃比がリーンであるとしてステップ１１０に
進み、一方、否定判断されると空燃比がリッチであると
してステップ１１２に進む。

この空燃比がリーンである時に実行されるステップ１１
０では、デイレイカウンタＣＤＬＹの計数値の正負を判
定し、正の時にはステップ１１４で、デイレイカウンタ
ＣＤＬＹの計数値を値０にリセットした後にステップ１
１６に進み、一方、負の時には、そのままステップ１１
６に進む。

ステップ１１６では、デイレイカウンタＣＤＬＹの計数
値を値１だけ減算し、続くステップ１１８．１２０でデ
イレイカウンタＣＤＬ￥の計数値を最小値ＴＤＬに制限
し、デイレイカウンタＣＤＬＹの値が最小値ＴＤＬまで
減少したときは、ステップ１２２で空燃比フラグＦ１を
値０（リーン）にリセットした後に、ステップ１３４に
進む。尚、最小値ＴＤＬは、酸素センサ１の出力電圧Ｖ
ＯＸがリッチからリーンに変化しても、す・ンチである
との判断を保持するためのリーン遅延時間ＴＴＤＬに対
応し、負の値に定義されている。

一方、上記ステップ１０日で、空燃比がリッチであると
判定されたときに実行されるステップ１１２では、デイ
レイカウンタＣＤ　Ｌ　Ｙの計数１直の正負を判定し、
負の時はステップ１２４でデイレイカウンタＣＤＬＹの
計数値を傾０にリセットした後にステップ１２６に進み
、一方、正の時は、そのままステップ１２６に進む。

ステップ１２６では、デイレイカウンタＣＤＬＹの計数
値を値１だけ加算し、続くステップ１２８．１３０でデ
イレイカウンタＣＤＬＹの計数値を最大値ＴＤＲに制限
し、デイレイカウンタＣＤＬＹの計数値が最大値ＴＤＲ
まで増加したときは、ステップ１３２で空燃比フラグＦ
１を値１　（す・ンチ）にセットした後、ステップ１３
４に進む。尚、最大値ＴＤＲは、酸素センサ１の出力電
圧Ｖｏ×がリーンからリッチに変化しても、リーンであ
るとの判断を保持するためのリッチ遅延時間ＴＴＤＲに
対応し、正の値に定義されている。

続くステップ１３４では、空燃比フラグＦ１の値が反転
したか否かを判定し、肯定判断されるとステップ１３６
に進み、一方、否定判断されるとステップ１３８に進む
。

空燃比フラグＦ１の値が反転したときに実行されるステ
ップ１３６では、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定する処理が行われる。そし
て、リッチからリーンへの反転時に実行されるステップ
１４０では、空燃比補正係数ＦＡＦにリッチスキップ量
Ｒ９Ｒを加算してスキップ的に増加させ、一方、リーン
からリッチへの反転時に実行されるステップ１４２では
、空燃比補正係数ＦＡＦからリーンスキップ量Ｒ３Ｌ′
ｊｉ：減算してスキップ的に減少させ、各々ステップ１
４４に進む。

また、上記ステップ１３４で空燃比フラグＦ１の値が反
転しないときに実行されるステップ１３８では、リーン
であるかリッチであるかを判定する処理が行われる。そ
して、リーンであるときに実行されるステップ１４６で
は、空燃比補正係数ＦＡＦにリッチ積分定数ＫＩＲを加
算して徐々に増加させ、一方、リッチであるときに実行
されるステップ１４日では、空燃比補正係数ＦＡＦから
リーン積分定数ＫＩＬを減算して徐々に減少させ、各々
ステ・ンブ１４４に進む。

ここで、両積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬは、両スキップ量Ｒ
５Ｒ，Ｒ９Ｌに比較して十分小さく設定されている。従
って、ステ・ンブ１４０，１４２では、燃料噴射量は迅
速に増減補正され、一方、ステップ１４６．１４８では
燃料噴射量は徐々に増減補正される。

続くステップ１４４，１５０では、上記空燃比補正係数
ＦＡＦの値を、例えば最大値１．２以下に制限し、更に
、続くステップ１５２．１５４では、例えば最小値０．
８以上に制限し、空燃比補正係数ＦＡＦの値が何等かの
原因により過大、或は過小になった場合でも、空燃比の
リッチ側への過度の移行（オーバリッチ状態）、もしく
は、リーン側への過度の移行（オーバリーン状態）を防
止する。

次にステップ１５６に進み、上記の様に算出された空燃
比補正係数ＦＡＦをメモリ４０のＲＡＭに記憶した後、
−旦空燃比のフィードバック制御処理を終了する。以後
、空燃比のフィードバック制御処理は所定時間毎に、上
記ステップ１００〜１５６を繰り返して実行する。

次に、上記制御の様子の一例を、第９図のタイミングチ
ャートに基づいて説明する。

まず、時刻ｔ１に酸素センサ１の出力電圧Ｖｏｘに基づ
く空燃比信号Ａ／Ｆがリーンからリッチに変化すると、
デイレイカウンタＣＤＬＹの計数値はリセット後にカウ
ントアツプされ、リッチ遅延時間（ＴＤＲ時間’）ＴＴ
ＤＲ経過後の時刻ｔ２に最大１直ＴＤＲに達する。する
と、遅延処理後の空燃比信号Ａ／Ｆｄ（空燃比フラグＦ
１の値）が、リーンからリッチに変化する。また、時刻
ｔ３に酸素センサ１の出力電圧Ｖｏｘに基づく空燃比信
号Ａ／Ｆがリッチからリーンに変化すると、デイレイカ
ウンタＣＤＬＹの計数値はリセット後にカウントダウン
され、リーン遅延時間（ＴＤＬ時間）ＴＴＤＬ経過後の
時刻ｔ４に最小値ＴＤＬに到達する。すると、遅延処理
後の空燃比信号Ａ／Ｆｄが、リッチからリーンに変化す
る。しかし、例えば、酸素センサ１の出力電圧ＶＯＸに
基づく空燃比信号Ａ／Ｆが、時刻ｔ５．　ｔ６．　ｔ７
の様にリッチ遅延時間ＴＴＤＲより短い時間で反転する
と、デイレイカウンタＣＤＬＹの計数値が最大値ＴＤＲ
へ到達する時間が延長され、時刻ｔ８に至って遅延処理
後の空燃比信号Ａ／Ｆｄが反転する。即ち、遅延処理後
の空燃比信号Ａ／Ｆｄは、酸素センサ１の出力電圧Ｖｏ
ｘに基づく空燃比信号Ａ／Ｆよりも安定した値となる。

この様に、比較的安定した遅延処理後の空燃比信号Ａ／
Ｆｄに基づいて、空燃比補正係数ＦＡＦが決定される。

次に、第７図の極大値ＶＯＸＭＡＸの設定の処理につい
て説明する。

ステップ２００では、Ａ／Ｄ変換された酸素センサ１の
出力電圧ＶＯＸを読み込む。

続くステップ２０２では、出力電圧Ｖｏｘが空燃比を判
定する基準電圧ＶＬ以上か否かを判断する。

即ち、空燃比がリッチか否かを判定し、ここでリッチと
判断されるとステップ２０４に進む。

ステップ２０４では、前回の出力電圧Ｖ　０ＸＯＬＤが
基準電圧ＶＬ以上か否かを判定することにより、前回検
出した空燃比がリッチか否かを判定する。ここで前回も
リッチであると判断されるとステップ２０６に進む。

このステップ２０２．２０４の処理により、前回の空燃
比と今回の空燃比が同じリッチであるか否か、即ち空燃
比のリッチの状態が持続しているか否かを判定する。

ステップ２０６では、出力電圧ＶＯＸが仮の極大（Ｉｊ
ＮＶｏｘＭＡＸｌを上回るか否かを判定し、上回る場合
には繞くステップ２０８で、出力電圧ＶＯＸを仮の極大
（１ｍ　Ｖ　ＯＸ　ＭＡＸＩとして設定してステップ２
１０に進み、一方、上記ステップ２０６で、出力電圧■
ＯＸが仮の極大値Ｖ　ｏｘＭＡＸｌを上回らないと判断
された場合は同じくステ・ンブ２１０に進む。即ち、出
力電圧Ｖｏｘと仮の極大（ａ　Ｖ　ＯＸＭＡＸＩを比較
して、出力電圧Ｖｏｘの方が大きいときは、その出力電
圧■ｏ×を仮の極大値Ｖ　ＱＸＭＡＸＩとして設定する
。

ステップ２１０では、出力電圧Ｖｏｘを前回の出力電圧
ＶｏｘＯＬＤとして設定し、−旦本処理を終了する。

即ち、上記ステップ２０２ないしステップ２１０の処理
によって、空燃比のリッチの状態が持続する間は、大き
な出力電圧ＶＯＸを用いて仮の極大（ｉＶｏｘ混×１を
逐次更新する処理を行うものである。

次に仮の極大値ＶｏＪＡＸ１を用いて、極大値ＶＯＸＭ
ＡＸを設定する処理を説明する。

上記ステップ２０２で、出力電圧Ｖｏｘが基準電圧ＶＬ
を下回ることにより空燃比がリーンであると判断される
と、ステップ２１２に進む。

ステップ２１２では、前回の出力電圧Ｖ　ｏｘＯＬＤが
基準電圧１を下回るか否かを判定して、下回らない、即
ち前回の空燃比はリッチであると判断すると、ステップ
２１４に進む。

即ち、ステ・ンブ２０２．２１２の判定により空燃比が
リッチからリーンに切り替わったか否かを判定し、切り
替わった場合にはステップ２１４に進む。

ステップ２１４では、仮の極大値Ｖ　ｏｘＭＡＸｌを極
大値ＶｏｘＭＡＸとして設定する。

続くステップ２１６では、坂の極大値Ｖ　ｏｘＭＡＸｌ
を基準電圧ＶＬで初期化してステップ２１８に進む。

ここで、上記第７図のフローチャートで説明した極大値
ＶｏｘＭＡＸを設定する動作を、第１０図のタイミング
チャートを用いて補足説明する。

空燃比がリッチからリーンに切り替わったことを検出し
た時刻ｔｌｌにて、仮の極大（直Ｖｏ）（ＭＡＸｌは基
準電圧ＶＬに初期化される。その後、空燃比がり−ンか
らリッチに切り替わり、リッチの状態が持続していると
判定される時刻ｔ１２において、仮の極大値Ｖｏ＋＜Ｍ
ＡＸｌの更新が開始され、出力電圧ＶＯＸが前回の出力
電圧ＶＯＸＯＬＤより上回る時刻ｔ１３までは、出力電
圧Ｖｏｘが仮の極大値ＶｏｘＭＡＸ１として設定される
。そして、再度空燃比がリッチからリーンに切り替った
ことを検出した時刻ｔ１．４において、仮の極大値ＶＱ
ＸＭＡＸＩが極大値Ｖｏ州ＡＸとして設定される。

次に、極小ｆ直ＶｏｘＭＩＮの設定の処理について説明
する。

まず、上記第７図のステップ２０２で、出力電圧Ｖｏｘ
が基準電圧ＶＬ以上ではないと判断された場合、即ち今
回の空燃比がリーンであると判断された場合には、ステ
ップ２１２に進む。

ステップ２１２では、前回の出力電圧Ｖ　ｏｘＯＬＤが
基準電圧１を下回るか否かを判定することにより、前回
検出した空燃比がリーンか否かを判定する。

ここでリーンであると判断されるとステップ２１８に進
む。

即ち、上記ステップ２０２，２１２の判定により、前回
の空燃比と今回の空燃比が同じリーンであるか否かが判
断され、同じである場合にはステップ２１８に進む。

ステップ２１８では、出力電圧Ｖｏｘが仮の極小（ｌｉ
ＶｏｘＭＩＮｌを下回るか否かを判定し、下回る場合に
は続くステップ２２０で、出力電圧Ｖｏｘを仮の極小値
ＶＯＸＭＩＮＩとして設定してステップ２１０に進み、
一方、上記ステップ２１８で、出力電圧Ｖｏ×が仮の極
小値Ｖ　ｏ）（ＭＡＸｌを下回らないと判断された場合
は、上記ステ・ンブ２１０に進む。

即ち、出力電圧ＶＱＸと仮の極小ｆｌｌｕＶｏｘＭＩＮ
ｌどを比較することにより、仮の極小値ＶｏｘＭＩＮ１
としてより小さな出力電圧Ｖｏｘを設定してゆく。

次に、この様にして求めた仮の極小傾■ｏｘＭＩＮ１を
極小値ＶｏｘＭＩＮとして設定する処理について説明す
る。

上記ステップ２０２で今回の空燃比がリッチであると判
断され、かつステップ２０４で前回の空燃比がリーンで
あると判断された場合は、空燃比が切り替わったと判断
されて、ステップ２２２に進む。

ステップ２２２では、出力電圧Ｖｏｘの仮の極小値Ｖｏ
×ＭＩＮ１を出力電圧Ｖｏｘの極小値ＶｏｘＭＩＮとし
て設定する。

続くステップ２２４では、仮の極小値ＶＯＸＭＩＮＩを
基準電圧ＶＬで初期化して上記ステップ２０６に進み、
上述したステップ２０６ないしステップ２１０の処理を
行う。

ここで、上記と同様に極小値ＶｏｘＭＩＮ設定の動作を
、第１１図のタイミングチャートを用いて補足説明する
。

空燃比がリーンからリッチに切り替わったことを検出し
た時刻ｔ２１にて、仮の極小値ＶＯＸＭＩＮＩは基準電
圧Ｖ１．に初期化される。その後、空燃比がリッチから
リーンに切り替わり、リーンの状態が持続していると判
定される時刻ｔ２２において、仮の極小ｆ１ＭＶｏｘＭ
ＩＮ１の更新が開始され、出力電圧ＶＯＸが前回の出力
電圧ＶＯＸＯＬＤより下回る時刻ｔ２３までは、出力電
圧Ｖｏ×が仮の極小値ＶＯＸＭＩＮＩとして設定される
。そして再度、空燃比がリーンからリッチに切り替った
ことを検出した時刻ｔ２４において、仮の極小（ａＶｏ
ｘＭＩＮｌが極小値ＶＱＸＭＩＮとして設定される。

この様な処理を行うことにより、空燃比のリッチ及びリ
ーンに応じて、以下の高温判定に用いる出力電圧ＶＯＸ
の極大値ＶｏｘＭＡＸ及び極小値ＶＯＸＭＩＮを適切に
設定することができる。

次に、第８図のフローチャートに基づいて、上記極大値
ＶｏｘＭＡＸ及び極小値ＶＯＸＭＩＮを用いた高温判定
の処理、及び高温と判定されたとき行う空燃比の制御に
ついて説明する。

まず、ステップ３００では、上述したステップ２００な
いしステップ２２４の処理で設定した出力電圧Ｖｏｘの
極大値Ｖ　ＯＸＭＡＸ及び極小値ＶｏｘＭＩＮを読み込
む。

続くステップ３０２では、極大値Ｖ。甜ＡＸが第１の所
定値ＬＶＩ（例えは０．８Ｖ）を上回るか否かを判定す
る。ここで上回ると判定されるとステップ３０４に進む
。即ち、一般にチタニア素子２が高温の場合には、酸素
センサ１の出力電圧Ｖｏｘの極大ｆ１ｍＶｏｘＭＡＸが
高い値となるので、この判定により高温の条件のうちの
１つが満たされたと判断する。

ステップ３０４では、極小値ＶＯＸＭＩＮが第２の所定
値ＬＶ２（例えは０．２５Ｖ）を上回るか否かを判定す
る。ここで上回ると判定されるとステップ３０６に進む
。即ち、一般にチタニア素子２が高温の場合には、酸素
センサ１の出力電圧Ｖｏｘの極小値Ｖｏ×ＭＩＮが高い
値となるので、この判定により高温を示す他の条件が満
たされたと判断する。

即ち、上記ステップ３００ないしステップ３０４で、出
力電圧ＶＯＸの極大値ＶＯＸＭＡＸ及び極小値■ｏｘＭ
ＩＮが、各々第１の設定値ＬＶＩ及び第２の設定（ＩＭ
ＬＶ２を上回ると判定された場合に、チタニア素子２が
高温であると判断する。この様に上記両条件によってチ
タニア素子２が高温か否かを判定するので、高温の判定
を的確に行うことができる。

尚、上記両条件を満たした場合にチタニア素子２が高温
と判定する理由は、チタニア素子２が常温の場合に出力
電圧Ｖｏｘの極大ｆｆｆｌＶｏｘ混×が高くなることが
あり、また低温の場合にも極小値ＶＯＸＭＩＮが高くな
ることがあるからである。

そして高温であると判断された場合には、ステップ３０
６にて、リーン及びリッチを判別する基準電圧ＶＬを、
通常の所定の基準電圧ＶＬＯより高い値、例えは０．７
５Ｖの高基準電圧値ＶＬＩに設定する。これによって、
高温で酸素センサ１の出力電圧Ｖ。Ｘが上昇しても、理
論空燃比近傍における出力の変化を検出できるので、リ
ッチ信号のみが出力されることがない。従って、出力電
圧Ｖｏｘの上昇が原因となる空燃比のリーン側への誤制
御が防止できる。

続くステップ３０８では、空燃比をり・ソチ側の方向に
移動させるために、リーン遅延時間ＴＴＤＬを通常のリ
ーン遅延時間ＴＤＬＯより小さい値、例えは５０ｍ５ｅ
ｃ　（Ｔ　Ｄ　Ｌｌ）と設定し、リッチ遅延時間ＴＴＤ
Ｒを通常のリッチ遅延時間ＴＤＲＯより大きい値、例え
ば７０ｍ５ｅｃ　（Ｔ　Ｄ　Ｒ１）と設定し、−旦本処
理を終了する。

一方、上記ステップ３０２又はステップ３０４で高温で
はないと判定された場合には、ステップ３１０にて、基
準電圧ＶＬを通常の基準電圧■１４０、例えば０．４５
Ｖに設定し、続くステップ３１２では、リーン遅延時間
Ｔ　Ｔ　Ｄ　Ｉ、を通常のリーン遅延時間Ｔ　Ｄ　ＬＯ
ｌ例えは６０ｍ５ｅｃと設定し、リッチ遅延時間ＴＴＤ
Ｒを通常のリッチ遅延時間ＴＤＲＯ５例えは６０ｍ５ｅ
ｃと設定し、−旦本処理を終了する。

この様に、ステップ３０６，３０８での処理を行うこと
によって、チタニア素子２の高温状態における問題点、
即ち、酸素センサ１の出力の上昇や応答時間の変化など
の出力変動による空燃比のリーン側へのずれを適切に防
止できる。

尚、第９図の説明で言及した様に、上記ステップ３０８
．３１２のリーン遅延時間ＴＴＤＬ及びリッチ遅延時間
ＴＴＤＲとは、酸素センサ２の出力をならして安定した
空燃比の信号を取り出すためのタイマである。即ち、空
燃比のり・ソチ又はリーンの制御の切り換えは、第９図
の酸素センサ１の出力が切り替わる時刻ｔｌ、　ｔ３．
　ｔ５．　ｔ６．７ｔではなく、タイマであるリーン遅
延時間ＴＴＤＬやリーン遅延時間ＴＴＤＲを経過した後
の時刻ｔ２．　　ｔ４゜ｔ８に設定される空燃比フラグ
Ｆ１に基づいて行われる。従ってリーン遅延時間ＴＴＤ
Ｌが長いとは空燃比がリーン側の方向に制御されること
を意味し、一方リッチ遅延時間ＴＴＤＲが長いとは空燃
比がリッチ側の方向に制御されることを意味する。

つまり上記ステップ３０８で、リッチ遅延時間ＴＴＤＲ
をリーン遅延時間ＴＴＤＬより長く設定することにより
、空燃比がリーンであることを示す出力が長く続くこと
になるので、空燃比はフィードバラク制御によってリッ
チ側の方向に制御される。従って、酸素センサ１のり・
ソチからリーンへの応答時間が増大して空燃比がリーン
側に誤制御される様な場合でも、空燃比をリッチ側の方
向に補正して、リーン側へのずれを防止できる。

すなわち本実施例では、上述した処理を行うことによっ
て、チタニア素子２が高温の場合に酸素センサ１の出力
変動が生じても、空燃比のリーン側への誤制御が防止で
き、空燃比を理論空燃比に好適に制御することができる
。

尚、チタニア素子２が高温の場合の制御としては、上記
リーン遅延時間’ｆ’　Ｔ　Ｄ　Ｌ及びリッチ遅延時間
ＴＴＤＲの制御以外に、上記第９図に示す様に、制御Ｂ
定数であるスキップ１ｔＲ９Ｒ，Ｒ５Ｌ。

積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬを変更することによっても空燃
比をリッチ側の方向に制御できる。即ち、リッチスキッ
プ量Ｒ３Ｒの増加補正、或は、リーンスキップ量Ｒ９Ｌ
の減少補正により空燃比をリッチに制御ＢＡでき、また
リッチ積分定ｒ７ｉＫＩＲの増加補正、或は、リーン積
分定１ａＫＩＬの減少補正により空燃比をリッチに制御
できる。

ところで、リッチ遅延時間ＴＴＤＲやリーン遅延時間Ｔ
ＴＤＬの補正によって微妙な空燃比制御が可能となり、
一方、スキップｍＲ８ＲやＲ３Ｌの補正によって、上記
り・ソチ遅延時間ＴＴＤＲやリーン遅延時間ＴＴＤＬの
様に空燃比のフィードバック制御周期の延長を伴うこと
なく、高い応答性を保持した制御が可能になる。従って
、複数の上記制御定数を矧み合わせた制御が有効である
。

（Ｉ［）次に、第２実施例について第１２図に基づいて
説明する。

本実施例は、チタニア素子２が低温か否かを判定して、
エンジンの始動時等の様にチタニア素子２が低温の場合
に生ずるリッチ側への誤制御を防止するものである。こ
こで第１２図は、チタニア素子２が低温の場合の制御を
示すフローチャートである。

まず、第１２図のステップ４００においては、Ａ／Ｄ変
換された酸素センサ１の出力電圧Ｖｏｘを読み込む。

続くステップ４０２では、エンジンの始動後所定時間Ｔ
Ｏ（例えば１２０ｓｅｃ）以内か否かを判定する。ここ
でエンジンの始動からそれほど時間が経過していないと
判断されるとステップ４０４に進む。

ステップ４０４では、第１実施例で説明した出力電圧Ｖ
ＯＸの極大値Ｖｏｗ肛×が、所定値ＬＶ３（例えば０．
８Ｖ）を下回るか否かを判定し、下回る場合はステップ
４０６に進む。

即ち、上記ステップ４０２．４０４の処理によって、始
動時にチタニア素子２が低温であるか否かを判定するこ
とができる。

そして、チタニア素子２が低温であると判断されて進む
ステ・ンプ４０６では、空燃比を理論空燃比に近づける
ために、リーン及びリッチを判別する基準電圧ＶＬを下
げて、低基準電圧値ＶＬ２（例えは０．２Ｖ）に設定す
る。この低基準電圧値ＶＬ２の設定により、酸素センサ
１の出力電圧ＶＯＸが低基準電圧値ＶＬ２を横切る際の
空燃比は、リッチ側から理論空燃比に近づくので、空燃
比はより理論空燃比近傍に制御される。

続くステップ４０８では、空燃比をリーン側の方向に移
動させるために、第１実施例とは逆に、リーン遅延時間
ＴＴＤＬを通常のり−ン遅延時間ＴＤＬＯより大きい値
、例えば７０ｍ５ｅｃ　（Ｔ　ＤＬ２）と設定し、また
リッチ遅延時間ＴＴＤＲを通常のリッチ遅延時間ＴＤＲ
Ｏより小さい値、例えば１０ｍ５ｅｃ　（Ｔ　Ｄ　Ｒ３
）と設定し、−旦本処理を終了する。

このステップ４０８で、リーン遅延時間ＴＴＤＬを大き
く、リッチ遅延時間ＴＴＤＲを小さく設定することによ
り、酸素センサ１のリッチを示す出力が長く続くことに
なるので、空燃比はフィードバック制御によってリーン
側の方向に制御される。

一方、上記ステップ４０２又はステップ４０４で低温で
はないと判定された場合は、ステップ４１０にて、基準
電圧ＶＬを通常の基準電圧ＶＬＯ５例えは０．４５Ｖに
設定し、続くステ・ンブ４１２ては、リーン遅延時間Ｔ
ＴＤＬを通常のリーン遅延時間Ｔ　Ｄ　ＬＯ５例えば６
０　ｍ５ｅｃと設定し、リッチ遅延時間ＴＴＤＲを通常
のリッチ遅延時間ＴＤＲＯ５例えは６０ｍ５ｅｃと設定
し、−旦本処理を終了する。

従って、上述したステップ４０６．４０８での処理によ
り、チタニア素子２が低温の場合に、酸素センサ１の出
力電圧ＶＯＸの低下や応答時間の変動によって、空燃比
のリッチ側へのずれが生じても、空燃比をり、−ン側の
方向に移動させて理論空燃比に適切に制御することがで
きる。

尚、チタニア素子２が低温の場合の制御としては、上記
り・ソチ遅延時間ＴＴＤＲ及びリーン遅延時間ＴＴＤＬ
の制御以外に、例えは上述した第９図に示す様に、制御
定数であるスキ・ンブ量Ｒ３Ｒ。

Ｒ５Ｌ、積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬを変更することによっ
ても空燃比をリーン側の方向に制御できる。

即ち、リッチスキップ量Ｒ５Ｒの減少補正、或は、リー
ンスキップ量Ｒ５Ｌの増加補正により空燃比をリーンに
制御でき、またはリッチ積分定数ＫＩＲの減少補正、或
は、リーン積分定数Ｋ　Ｉ　Ｌの増加補正により空燃比
をリーンに制御できる。

また、上記第１実施例と同様に、リッチ遅延時間ＴＴＤ
Ｒやリーン遅延時間ＴＴＤＬの補正によって微妙な空燃
比制御が可能となり、一方、スキップ１ｌＲ５ＲやＲ５
Ｌの補正によって、上記リッチ遅延時間ＴＴＤＲやリー
ン遅延時間ＴＴＤＬの様に空燃比のフィードバック制御
周期の延長を伴うことなく、高い応答性を保持した制御
が可能になる。従って、複数の上記制御定数を刊み合わ
せた制御が有効である。

尚、上記各実施例では、酸素センサ１の出力として基準
抵抗２４の電圧を取り出す電気回路を用いた例について
説明したが、他の例として第１３図に示すような回路を
用いて、チタニア素子５０の電圧ＶＴを取り出して用い
てもよい。この場合には上記各実施例の極大値Ｖ　ｏｘ
ＭＡＸが極小値■。ｘＭＩＮとして、また極小値Ｖｏｘ
ＭＩＮが極大値ＶｏｘＭＡＸとして出力される。従って
、例えは第１実施例の高温の場合の判定条件及び基準電
圧ＶＬの制御もこの回路を用いると逆になる。即ち、極
大値ＶＯＸＭＡＸ及び極小値ＶｏｘＭＩＮが各々所定値
以上の場合に高温であると判定するのではなく、極大値
Ｖｏ×ＭＡＸ及び極小値Ｖｏｘ旧Ｎが各々所定値以下の
場合に高温であると判定して、基準電圧ｖしを下げる制
御を行う。また、第２実施例に適用する場合の判定条件
や制御も逆になり、極小値ＶｏｘＭＩＮが所定値を上回
る場合には低温と判定して、基準電圧ＶＬを上げる制御
を行う。

また、チタニア素子２の抵抗の変化を、酸素センサ１の
出力として取り出す場合に、酸素センサ１の電気回路の
構成等を変えることにより例えば電流値等の様に様々な
値として取り出すことができる。従って、上記各実施例
の出力電圧ＶＯＸの極大１直ＶｏｘＭＡＸ及び極小値Ｖ
ｏｘＭＩＮに相当する値、及びそれらの値を用いた制御
に相当する種々の構成は、本発明に含まれることは勿論
である。

上述した様に、チタニア素子２が低温又は高温の場合に
は、基準電圧ＶＬを調整するとともに、リッチ遅延時間
ＴＴＤＲ及びリーン遅延時間ＴＴＤＬ、空燃比補正係数
ＦＡＦ、スキップ量Ｒ９Ｌ。

ＲＳ　Ｒ，又は積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬを調整すること
により、チタニア素子２の温度変化による空燃比のずれ
を補正して、好適に空燃比の制御を行うことができる。

従って、排ガスを効果的に除去できるとともに、ノッキ
ングや失火等を防止することができる。

［発明の効果コ 以上説明した様に、本発明の内燃機関の空燃比制御装置
は、ガス検出素子が高温の場合には、基準信号を大きな
値に変更するとともに、空燃比のフィードバック制御定
数をリッチ側の方向に変更することにより、空燃比を好
適に制御できる。更に、ガス検出素子が低温の場合には
、基準信号を小さな値に変更するともに、空燃比のフィ
ードバック制御定数をリーン側の方向に変更することに
より、空燃比を好適に制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成図、第２図はその他の発明
の基本的構成図、第３図は酸素センサの応答時間を示す
グラフ、第４図は第１実施例のブロック図、第５図は酸
素センサの回路図、第６図空燃比のフィードバック制御
処理を示すフローチャー１・、第７図は園極大値及び極
小値を求める処理を示すフローチャート、第８図は高温
の場合の処理を示すフローチャート、第９図は空燃比の
制御を示すタイミングチャート、第１０図は極大値の設
定を示すタイミングチャート、第１１図は極小値の設定
を示すタイミングチャート、第１２図は低温の場合の処
理を示すフローチャート、第１３図は他の酸素センサの
回路図、第１４図は酸素センサの出力電圧を示すグラフ
、第１５図は素子の温度変化を示すグラフである。 Ｍｌ、Ｍ７−・・カス検出素子 Ｍ２．Ｍ８・・・酸素センサ Ｍ３．Ｍ９・・・内燃機関 Ｍ４・・・高温判定手段 Ｍ５．Ｍｌｌ・・・基準信号変更手段 Ｍ６．１２・・・フィードバック制御変数変更手段ＭＩ
Ｏ・・・低温判定手段 １・・・酸素センサ ２・・・チタニア素子 ８・・・ＥＣＵ 第１図 第２ｒｙ１ 図面そめ／ 代理人　弁理士　　定立　勉　（ほか２名）図面その上 第３図 ナタニア、（子しｋＵで） 第４図 図面その３ 第５図 ノ（−ｌデ１） 第 図 図面その ／ 【２１ 第１０図 第１１図 ！２２ 図面その９ ｎ、ｊ１ｍ 図面その１２ １１　アナ ｒ１！υ晧空丁だ比書ノ リーン 空吻化

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　測定ガス中の酸素濃度に応じて抵抗値が変化するガ
   ス検出素子を備えた酸素センサを用い、該酸素センサの
   出力信号と所定の基準信号とを比較することにより内燃
   機関の空燃比を検出し、所定の空燃比のフィードバック
   制御定数を用いて、空燃比のフィードバック制御を行う
   内燃機関の空燃比制御装置において、 上記ガス検出素子が酸素センサを使用する基準温度より
   高温か否かを判定する高温判定手段と、該高温判定手段
   によって、ガス検出素子が高温と判断された場合には、
   上記空燃比の検出に用いる基準信号を大きな値に変更す
   る基準信号変更手段と、 上記高温判定手段によって、ガス検出素子が高温と判断
   された場合には、上記空燃比のフィードバック制御に用
   いる空燃比のフィードバック制御定数をリッチ側の方向
   に変更するフィードバック制御定数変更手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 ２　測定ガス中の酸素濃度に応じて抵抗値が変化するガ
   ス検出素子を備えた酸素センサを用い、該酸素センサの
   出力信号と所定の基準信号とを比較することにより内燃
   機関の空燃比を検出し、所定の空燃比のフィードバック
   制御定数を用いて、空燃比のフィードバック制御を行う
   内燃機関の空燃比制御装置において、 上記ガス検出素子が酸素センサを使用する基準温度より
   低温か否かを判定する低温判定手段と、該低温判定手段
   によって、ガス検出素子が低温と判断された場合には、
   上記空燃比の検出に用いる基準信号を小さな値に変更す
   る基準信号変更手段と、 上記低温判定手段によって、ガス検出素子が低温と判断
   された場合には、上記空燃比のフィードバック制御に用
   いる空燃比のフィードバック制御定数をリーン側の方向
   に変更するフィードバック制御定数変更手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。