JPH03134241A - 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〕 本発明は触媒コンバータの上流側および下流側に空燃比
センサ（本明細書では、酸素濃度センサ（０゜センサ）
）を設け、上流側の０２センサによる空燃比フィードバ
ック制御に加えて下流側の０２センサによる空燃比フィ
ードバック制御を行う内燃機関の空燃比制御装置、特に
その触媒劣化判別の改良に関する。

〔従来の技術〕

単なる空燃比フィードバック制御（シングル０２センサ
システム）では、酸素濃度を検出する０２センサをでき
るだけ燃焼室に近い排気系の個、所、すなわち触媒コン
バータより上流である排気マニホールドの集合部分に設
けているが、０２センサの出力特性のばらつきのために
空燃比の制御精度の改善に支障が生じている。かかる０
□センサの出力特性のばらつきおよび燃料噴射弁等の部
品のばらつき、経時あるいは経年的変化を補償するため
に、触媒コンバータの下流に第２の０□センサを設け、
上流側０２センサによる空燃比フィードバック制御に加
えて下流側０２センサによる空燃比フィードバック制御
を行うダブル０□センサシステムが既に提案されている
（参照：特開昭６１−２８６５５．０号公報、特開昭６
３−９７８５２号公報）。このダブル０２センサシステ
ムでは、触媒コンバータの下流側に設けられた０２セン
サは、下流側０２センサに比較して、低い応答速度を有
するものの、次の理由により出力特性のばらつきが小さ
いという利点を有している。

（１）触媒コンバータの下流では、排気温が低いので熱
的影響が少ない。

（２）触媒コンバータの下流では、種々の毒が触媒にト
ラップされているので下流側０２センサの被毒量は少な
い。

（３）触媒コンバータの下流では排気ガスは十分に混合
されており、しかも、排気ガス中の酸素濃度は平衡状態
に近い値になっている。

したがって、上述のごと（，２つの０２センサの出力に
もとづく空燃比フィードバック制御（ダブル０２センサ
システム）により、上流側０２センサの出力特性のばら
つきを下流側０□センサにより吸収できる。実際に、第
２図に示すように、シングル０２センサシステムでは、
０□センサ出力特性が悪化した場合には、排気エミッシ
ョン特性に直接影響するのに対し、ダブル０２センサシ
ステムでは、上流側０２センサの出力特性が悪化しても
、排気エミッション特性は悪化しない。つまり、ダブル
０２センサシステムにおいては、下流側０２センサが安
定な出力特性を維持している限り、良好の排気エミッシ
ョンが保証される。

上述の触媒コンバータの触媒は車両を通常考えられる使
用条件の範囲内で使用されている限り、その機能が著し
く低下しないように設計されている。しかし、ユーザが
燃料を誤って有鉛ガソリンを入れてしまうとか、使用中
に何らかの原因でハイテンションコードが抜は失火して
しまう場合には、触媒の機能は著しく低下することがあ
る。前者の場合には、ユーザは全く気付かず、また、後
者の場合にはハイテンションコードを挿入し直せばよい
ので触媒を交換することはまずない。この結果、触媒コ
ンバータが充分に排気ガスを浄化しないまま、走行され
ることがある。

また、上述のダブル０２センサシステムにおいては、上
述のごとく、触媒の機能が劣化すると、下流側０２セン
サの出力Ｖ２の反転回数が大きくなり、この結果、下流
側０２センサによる空燃比フィードバック制御に乱れを
生じさせ、良好な空燃比が得られなくなり、この結果、
燃費の悪化、ドライバビリティの悪化、ＨＣ，Ｃｏ、　
ＮＯＸ　エミッションの悪化等を招（。

このため、本願出願人は、第３Ａ図に示す触媒劣化がな
い場合のように下流側０２センサの出力周期が長い場合
と第３Ｂ図に示す触媒劣化がある場合のように下流側０
２センサの出力周期の相違に鑑み、既に、上、下流側０
□センサの出力反転周期の比較、あるいは下流側０２セ
ンサの出力反転周期により触媒の劣化を判別すること（
参照：特開昭６１−２８６５５０号公報）、あるいは所
定時間当りの下流側０２センサの出力反転回数が所定値
以上か否かにより触媒劣化を判別していること（参照：
特開昭６３−９７８５２号公報）を提案している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述のいずれの触媒劣化判別方法におい
ても、触媒劣化に伴なう下流側０２センサの短かい出力
反転周期を検出するために、下流側０２センサの出力の
サンプリング周期は比較的小さく、上流側０２センサの
出力のサンプリング周期と同程度たとえば４ｍｓで行わ
なければならず、この結果、触媒劣化がない正常な場合
にあっても、下流側０２センサの取付位置または下流側
０□センサの上流近傍よりエア洩れが生じた場合には、
第３Ｃ図に示すごとく、洩れ付近からの排気脈動に同期
するエアの吸込みにより下流側０２センサ出力はリーン
側になりリッチ、リーンの反転回数が多くなり、下流側
０□センサの出力反転周期は短かくなる。この結果、排
気管の腐食・亀裂や触媒コンバータの接続部の歪等の排
気管の異常と触媒劣化と区別できず、触媒が正常であっ
ても劣化と誤判定するという課題がある。

従って、本発明の目的は、触媒劣化の場合と触媒が正常
であっても排気管異常の場合とを区別して真の触媒劣化
の場合を判別できるダブル空燃比センサシステムを提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の課題を解決するための手段は第１図に示される。

すなわち、内燃機関の排気通路に設けられた三元触媒Ｃ
Ｃ２゜の上流側の排気通路には、機関の空燃比を検出す
る上流側空燃比センサが設けられ、また、三元触媒ＣＣ
Ｒ８の下流側の排気通路には、機関の空燃比を検出する
下流側空燃比センサが設けられている。制御定数演算手
段は下流側空燃比のセンサの出力Ｖ２に応じて空燃比フ
ィードバック制御定数たとえばスキップ量Ｒ３Ｒ（Ｒ３
Ｌ）を演算し、空燃比補正量演算手段は補正された空燃
比フィードバック制御定数Ｒ３Ｒ（Ｒ３Ｌ）及び上流側
空燃比センサの出力Ｖ＋　に応じて空燃比補正量ＦＡＦ
を演算し、空燃比調整手段は空燃比補正量ＦＡＦに応じ
て機関の空燃比を調整する。制御定数変化量演算手段は
空燃比フィードバック制御定数Ｒ３Ｒ（Ｒ３Ｌ）の所定
時間内の変化量ΔＲ３Ｒを演算し、この結果、この変化
量ΔＲ３Ｒが所定値以下であるときに触媒劣化判別手段
は三元触媒ＣＣＲＯが劣化したと判別するものである。

〔作　用〕

上述の手段による作用は再び第３Ａ図、第３Ｂ図、第３
Ｃ図を参照して説明される。すなわち、第３Ｂ図に示す
ように、触媒が劣化した場合、下流側空燃比センサの出
力反転周期は短くなるものの、リーン出力とリッチ出力
はほぼ等しい長さで交互に繰り返す。従って、下流側空
燃比センサの出力に応じて演算されるスキップ量Ｒ３Ｒ
の増加方向への更新とスキップ量Ｒ３Ｒの減少方向への
更新が繰り返し起こることとなる。他方、第３Ａ図に示
すように、触媒劣化のない場合には、下流側空燃比セン
サの出力反転周期は長く、下流側空燃比センサの出力に
応じて演算されるスキップ量Ｒ３Ｒは大きく変化するこ
ととなる。また、第３Ｃ図に示すように、エア洩れがあ
る場合には、排気脈動の影響で下流側空燃比センサが反
転するものの、エア洩れの影響でリーン出力が多くなり
、リッチ出力は極端に少なくなる。この結果、下流側空
燃比センサの出力に応じて演算されるスキップ量Ｒ３Ｒ
が大きくなる。さらに、スキップ量Ｒ３Ｒの演算は、触
媒の０□ストレージ効果により下流側空燃比センサの出
力が比較的緩かに変化するために、比較的長い時間たと
えば５１２ｍ５毎に更新を行うため、リッチ出力のタイ
ミングとスキップ量Ｒ３Ｒの更新タイミングとあえばＲ
３Ｒは小さくきれるものの、上述の如く、リッチ出力は
極端に少ないために、スキップ量Ｒ３Ｒは減少方向に更
新される機会がなく、従って、スキップ量Ｒ３Ｒは増加
方向に更新されやがて上限ガードＭＡＸにはりつ（こと
になる。

従って、第３Ａ図、第３Ｂ図、第３Ｃ図から分るように
、下流側空燃比センサの反転周期では、排気管の異常と
触媒劣化と区別できないが、所定時間内のスキップ量Ｒ
３Ｒの変化量ΔＲ３Ｒでは、排気管の異常時には所定時
間内のスキップ量Ｒ３Ｒの変化量△Ｒ３Ｒが大きくなる
ことから排気管の異常と触媒劣化と区別できることにな
る。

なお、第３Ａ図、第３Ｂ図、第３Ｃ図において、０は吸
入空気量を示す。

〔実施例〕

第４図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例を示す全体概略図である。第４図において、機関本
体１の吸気通路２にはエアフローメータ３が設けられて
いる。エアフローメータ３と吸入空気量を直接計測する
ものであって、たとえばポテンショメータを内蔵して吸
入空気量に比例したアナログ電圧の出力信号を発生する
。この出力信号は制御回路１０のマルチプレクサ内蔵Ａ
／Ｄ変換器１０１に提供されている。ディストリビュー
タ４には、その軸がたとえばクランク角に換算して７２
０°毎に基準位置検出用パルス信号を発生するクランク
角センサ５およびクランク角に換算して３０°毎に基準
位置検出用パルス信号を発生するクランク角センサ６が
設けられている。これらクランク角センサ５，６のパル
ス信号は制御回路１０の入出力インターフェイス１０２
　に供給され、このうちクランク角センサ６の出力はＣ
Ｐｔ１１０３の割込み端子に供給される。

さらに、吸気通路２には各気筒毎に燃料供給系から加圧
燃料を吸気ボートへ供給するための燃料噴射弁７が設け
られている。

また、機関本体１のシリンダブロックのウォータジャケ
ット８には、冷却水の温度を検出するための水温センサ
９が設けられている。水温センサ９は冷却水の温度ＴＨ
Ｗに応じたアナログ電圧の電気信号を発生する。この出
力もＡ／Ｄ変換器１０１に供給されている。

排気マニホールド１１より下流の排気系には１、排気ガ
ス中の３つの有毒成分ＨＣ、ＣＤ　、　ＮＯｘを同時に
浄化する三元触媒を収容する触媒コンバータ１２が設け
られている。

排気マニホールド１１には、すなわち触媒コンバータ１
２の上流側には第１の０２センサ１３が設けられ、触媒
コンバータ１２の下流側の排気管１４には第２の０２セ
ンサ１５が設けられている。０□センサ１３．１５は排
気ガス中の酸素成分濃度に応じた電気信号を発生する。

すなわち、０２センサ１３，１５は空燃比が理論空燃比
に対してリーン側かリッチ側かに応じて、異なる出力電
圧を制御回路１０のＡ／Ｄ変換器１０１に発生する。制
御回路１０は、たとえばマイクロコンピュータとして構
成され、Ａ／Ｄ変換器１０１、入出力インターフェース
１０２、ＣＰｔ１１０３の外に、ＲＡＭ１０４　、　Ｒ
ＯＭ１０５、バックアップＲＡＭ１０６、クロック発生
回路１０７等が設けられている。

また、吸気通路２のスロットル弁１６には、スロットル
弁１６が全閉か否かを示す信号ＬＬを発生するアイドル
スイッチ１７が設けられている。このアイドル状態出力
信号ＬＬは制御回路１０の入出力インターフェース１０
２に供給される。

１８は２次空気導入吸気弁であって、減速時あるいはア
イドル時に２次空気を排気管１１に供給してｔｉｃ、Ｃ
Ｄエミッションを低減するためのものである。

また、１９は触媒劣化アラーム、２０は排気管異常アラ
ームである。

さらに、制御回路１０において、ダウンカウンタ１０８
、フリップフロップ１０９、および駆動回路１１０は燃
料噴射弁７を制御するためのものである。すなわち、後
述のルーチンにおいて、燃料噴射量ＴＡＵが演算される
と、燃料噴射量ＴＡＵがダウンカウンタ１０８　にプリ
セットされると共にフリップフロップ１０９　もセット
される。この結果、駆動回路１１０が燃料噴射弁７の付
勢を開始する。他方、ダウンカウンタ１０８がクロック
信号（図示せず）を計数して最後にそのボローアウト端
子が“１”レベルとなったときに、フリップフロップ１
０９がセットされて駆動回路１１０は燃料噴射弁７の付
勢を停止する。つまり、上述の燃料噴射量ＴＡＵだけ燃
料噴射弁７は付勢され、従って、燃料噴射量ＴＡＵに応
じた量の燃料が機関本体１の燃焼室に送り込まれること
になる。

なお、ＣＰＵ１０３の割込み発生は、Ａ／Ｄ変換器１０
１のＡ／Ｄ変換終了後、入出力インターフェース１０２
がクランク角センサ６のパルス信号を受信した時、クロ
ック発生回路１０７からの割込信号を受信した時、等で
ある。

エアフローセンサ３の吸入空気量データＱおよび冷却水
温データＴＨＷは所定時間もしくは所定クランク角毎に
実行されるＡ／Ｄ変換ルーチンによって取込まれてＲＡ
Ｍ１０５の所定領域に格納される。

つまり、ＲＡＭ１０５におけるデータＱおよびＴＨＷは
所定時間毎に更新されている。また、回転速度データＮ
ｅはクランク角センサ６の３０°島毎の割込みによって
演算されてＲＡＭ１０５０所定領域に格納される。

第５図は上流側０２−ｂフサ１３の出力にもとづいて空
燃比補正係数ＦＡＦを演算する第１の空燃比フィードバ
ック制御ルーチンであって、所定時間たとえば４ｍｓ毎
に実行される。

ステップ５０１では、上流側０２センサ１３による空燃
比の閉ループ（フィードバック）条件が成立しているか
否かを判別する。たとえば、冷却水温が所定値以下の時
、機関始動中、始動機増量中、暖機増量中、パワー増量
中、触媒過熱防止のためのＯＴＰ増量中、上流側０□セ
ンサ１３の出力信号が一度も反転していない時、燃料カ
ット中等はいずれも閉ループ条件が不成立であり、その
他の場合が閉ループ条件成立である。閉ループ条件が不
成立のときには、ステップ５２６に直接進む。なお、空
燃比補正係数ＦＡＦを１．０としてもよい。他方、閉ル
ープ条件成立の場合はステップ５０２に進む。

ステップ５０２では、上流側０２センサ１３の出力Ｖ１
をＡ／Ｄ変換して取込み、ステップ５０３にてＶ、が比
較電圧Ｖ　ＲＩたとえば０．４５　Ｖ以下か否かを判別
する、つまり、空燃比がリッチかリーンかを判別する、
つまり、リーン（Ｖ１≦Ｖ　Ｒ＋　）であれば、ステッ
プ５０４にてデイレイカウンタＣＤＬＹが正か否かを判
別し、ＣＤＬＹ＞０であればステップ５０５にてＣＤＬ
Ｙを０とし、ステップ５０６　に進む。ステップ５０６
では、デイレイカウンタＣＤＬＹを１減算し、ステップ
５０７．５０８にてデイレイカウンタＣＤＬＹを最小値
Ｔ’ＤＬでガードする。この場合、デイレイカウンタＣ
ＤＬＹが最小値ＴＤＬに到達したときにはステップ５０
９にて空燃比フラグＦ１を“０”　（リーン）とする。

なお、最小値ＴＤＬは上流側０２センサ１３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遅延状態であって
、負の値で定義される。他方、リーン（Ｖ　＋　＞　Ｖ
　ｉ＋　＋　）であれば、ステップ５１０にてデイレイ
カウンタＣＤＬＹが負か否かを判別し、ＣＤＬＹ＜０で
あればステップ５１１にてＣＤＬＹをＯとし、ステップ
５１２に進む。ステップ５１２ではデイレイカウンタＣ
ＤＬＹを１加算し、ステップ５１３、５１４にてデイレ
イカウンタＣ［ｌいを最大値ＴＤＲでガードする。この
場合、デイレイカウンタＣＤＬＹが最大値ＴＤＲに、到
達したときにはステップ５１５にて空燃比フラグＦ１を
“１”　（リッチ）とする。なお、最大値ＴＤＲは上流
側０゜センサ１３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
めのリッチ遅延状態であって、正の値で定義される。

ステップ５１６では、空燃比フラグＦ１の符号が反転し
たか否かを判別する、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５１７にて、空燃比フラグＦ１の値により、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５１８にてＦＡＦ　−ＦＡＦ＋Ｒ３Ｒとスキップ的
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５１９にてＦＡＦ　−ＦＡＦ−Ｒ３Ｌとスキ
ップ的に減少させる。

つまり、スキップ処理を行う。

ステップ５１２にて空燃比フラグＦ１の符号が反転して
いなければ、ステップ５２０．５２１．５２２にて積分
処理を行う。つまり、ステップ５２０にて、Ｆ１＝“０
”か否かを判別し、Ｆｌ＝“０”　（リーン）であれば
ステップ５２１にてＦＡＦ　４−ＦＡＦ＋ＫＩＲとし、
他方、Ｆ１＝“１”　（リッチ）であればステップ５２
２　にてＦＡＦ　４−ＦＡＦ−ＫＩＬ　とする。ここで
、積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬはスキップ量Ｒ３Ｒ，Ｒ３Ｌ
に比して十分小さく設定してあり、つまり、ＫＩＲ（Ｋ
ＩＬ）　＜Ｒ３Ｒ（Ｒ３Ｌ）である。従って、ステップ
５２１はリーン状態（Ｆ１＝“Ｏ”）で燃料噴射量を徐
々に増大させ、ステップ５２２はリッチ状態（Ｆ１＝“
１”）で燃料噴射量を徐々に減少させる。

さらに、スキップ処理毎にステップ５２３．５２４にて
空燃比補正係数ＦＡＦの学習を行う。すなわち、ステッ
プ５２３では、学習条件が満たされているか否かを判別
する。たとえばＲＡＭ１０５より吸入空気量データＱを
読出し、Ｑく一定値か否かを判別する。

Ｑ≧一定値であればステップ５２５に直接進み、学習制
御を行わない。これは、吸入空気量Ｑが大きい場合に学
習制御を行うと、エバポの影響により学習値ＦＧＨＡＣ
の該学習（過補正）が行われる可能性があるからである
。他方、学習条件が満たされていればステップ５２４に
おいて空燃比補正係数ＦＡＦの学習を行う。学習ステッ
プ５２４については後述する。

次に、ステップ５１８．５１９．５２１．５２２にて演
算された空燃比補正係数ＦＡＦはステップ５２５にて最
小値たとえば０．８にてガードされ、また、最大値たと
えば１．２にてガードされる。これにより、何らかの原
因で空燃比補正係数ＦＡＦが大きくなり過ぎ、もしくは
小さくなり過ぎた場合に、その値で機関の空燃比を制御
してオーバリッチ、オーバリーンになるのを防ぐ。

上述のごとく演算されたＦＡＦをＲＡＭ１０５に格納し
て、ステップ５２６にてこのルーチンは終了する。

第６図は第５図の学習ステップ５２４の詳細なフローチ
ャートであって、前述のごとく、上流側０２センサ１３
による空燃比フィードバック制御のもとで、学習条件が
満たされているときに、空燃比補正係数ＦＡＦのスキッ
プ毎に実行される。

すなわち、ステップ６０１にて、空燃比補正係数ＦＡＦ
の′平均値ＦＡＦＡＶを、 ＦＡＦＡＶ　←（ＦＡＦ＋ＦＡＦ（］）　／まただし、
ＦＡＦＯは前回スキップ直後のＦＡＦ値、により演算し
、ステップ６０２にて、ＦＡＦを次回の演算に備え、 ＦＡＦＯ←ＦＡＦ とする。次いで、ステップ６０３にて ΔＦＡＦ　＋−ＦＡＦＡＶ−１．０ を演算する。

次いで、ステップ６０４にてΔＦＡＦ＞Ｏか否かを判別
し、この結果、ΔＦＡＦ＞０であればステップ６０５に
て学習補正量ＦＧＨＡＣを、 ＦＧＨＡＣ−ＦＧＨＡＣ＋ΔＦＧＨＡＣにより増大させ
、ステップ６０６．６０７にて最大値たとえば１．０５
にてガードする。他方、ΔＦＡＦ≦０であればステップ
６０８にて学習補正量ＦＧＨＡＣを、ＦＧＨＡＣ４−Ｆ
Ｇ）ＩＡＣ−ΔＦＧ）ＩＡＣにより減少させ、ステップ
６０９．６１０にて最小値たとえば０．９０にてガード
する。なお、１ΔＦＡＰＩ＞Ｋ（正の値）のときのみ、
ＦＧＨＡＣを更新してもよい。このようにして、学習制
御によれば、空燃比補正係数ＦＡＦが１．０に収束する
ように学習補正量ＦＧＨＡＣが増減される。

第７図は第５図のフローチャートによる動作を補足説明
するタイミング図である。上流側ｏ２センサ１３の出力
により第７図（Ａ）に示すごとくリッチ、リーン判別の
空燃比信号Ａ／Ｆが得られると、デイレイカウンタＣＤ
ＬＹは、第７図（Ｂ）に示すごとく、リッチ状態でカウ
ントアツプされ、リーン状態でカウントダウンされる。

この結果、第７図（Ｃ）に示すごとく、遅延処理された
空燃比信号Ａ／Ｆ’　　（フラグＦ１に相当）が形成さ
れる。

たとえば、時刻ｔ、にて空燃比信号Ａ／Ｆ’がリーンか
らリッチに変化しても、遅延処理された空燃比信号Ａ／
Ｆ’はリッチ遅延時間ＴＤＲだけリーンに保持された後
に時刻ｔ２にてリッチに変化する。時刻ｔ３にて空燃比
信号Ａ／Ｆがリッチからリーンに変化しても、遅延処理
された空燃比信号Ａ／Ｆ’はリーン遅延時間（−ＴＤい
相当だけリッチに保持された後に時刻ｔ４にてリーンに
変化する。しかし空燃比信号Ａ／Ｆ’が時刻１５，１６
゜ｔ７のごとくリッチ遅延時間ＴＤＲの短い期間で反転
すると、デイレイカウンタＣＤＬＹが最大値ＴＤＲに到
達するのに時間を要し、この結果、時刻ｔ８にて遅延処
理後の空燃比信号Ａ／Ｆ’が反転される。つまり、遅延
処理後の空燃比信号Ａ／Ｆ’は遅延処理前の空燃比信号
Ａ／Ｆに比べて安定となる。このように遅延処理後の安
定した空燃比信号Ａ／Ｆ’にもとづいて第７図（Ｄ）に
示す空燃比補正係数ＦＡＦが得られる。

次に、下流側０２センサ１５による第２の空燃比フィー
ドバック制御について説明する。第２の空燃比フィード
バック制御としては、第１の空燃比フィードバック制御
定数としてのスキップ量Ｒ３Ｒ。

Ｒ３Ｌ　、積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬ、遅延時間ＴＤＲ，
ＴＤＬ、もしくは上流側０２センサ１３の出力ｖ１の比
較電圧Ｖ　Ｒｌを可変にするシステムと、第２の空燃比
補正係数ＦＡＦ２を導入するシステムとがある。

たとえば、リッチスキップ量Ｒ３Ｒを大きくすると、制
御空燃比をリッチ側に移行でき、また、リーンスキップ
量Ｒ３Ｌを小さくしても制御空燃比をリッチ側に移行で
き、他方、リーンスキップ量Ｒ３Ｌを大きくすると、制
御空燃比をリーン側に移行でき、また、リッチスキップ
量Ｒ３Ｒを小さくしても制御空燃比をリーン側に移行で
きる。

したがって、下流側０□センサ１５の出力に応じてリッ
チスキップ量Ｒ３Ｒおよびリーンスキップ量Ｒ３Ｌを補
正することにより空燃比が制御できる。

また、リッチ積分定数ＫＩＲを大きくすると、制御空燃
比をリッチ側に移行でき、また、リーン積分定数ＫＩＬ
を小さくしても制御空燃比をリッチ側に移行でき、他方
、リーン積分定数ＫＩＬを大きくすると、制御空燃比を
リーン側に移行でき、また、リッチ積分定数ＫＩＲを小
さくしても制御空燃比をリーン側に移行できる。従って
、下流側０□センサ１５の出力に応じてリッチ積分定数
ＫＩＲおよびリーン積分定数ＫＩＬを補正することによ
り空燃比が制御できる。リッチ遅延時間ＴＤＲを大きく
もしくはリーン遅延時間（−ＴＤＬ）を小さく設定すれ
ば、制御空燃比はリッチ側に移行でき、逆に、リーン遅
延時間（−ＴＤＬ）を大きくもしくはリッチ遅延時間（
ＴＤＲ）を小さく設定すれば、制御空燃比はリーン側に
移行できる。つまり、下流側０２センサ１５の出力に応
じて遅延時間ＴＤＲ。

ＴＤＬを補正することにより空燃比が制御できる。

さらにまた、比較電圧ＶＲ＋を大きくすると制御空燃比
をリッチ側に移行でき、また、比較電圧Ｖ　Ｒ１を小さ
くすると制御空燃比をリーン側に移行できる。従って、
下流側０２センサ１５の出力に応じて比較電圧Ｖ　ＲＩ
を補正することにより空燃比が制御できる。

これらスキップ量、積分定数、遅延時間、比較電圧を下
流側０□センサによって可変とすることはそれぞれに長
所がある。たとえば、遅延時間は非常に微妙な空燃比の
調整が可能であり、また、スキップ量は、遅延時間のよ
うに空燃比のフィードバック周期を長くすることなくレ
スポンスの良い制御が可能である。従って、これら可変
量は当然２つ以上組み合わされて用いられ得る。

次に、空燃比フィードバック制御定数としてのスキップ
量を可変にしたダブル０゜センサシステムについて説明
する。。

第８図は下流側０□センサ１５の出力にもとづく第２の
空燃比フィードバック制御ルーチンであって、所定時間
たとえば５１２ｍ５毎に実行される。ステップ８０１〜
８０６では、下流側０２センサ１５による閉ループ条件
か否かを判別する。たとえば、上流側０２センサ１３に
よる閉ループ条件の不成立（ステップ８０１）に加えて
、冷却水温ＴＨＷが所定値（たとえば７０℃）以下のと
きくステップ８０２）、スロットル弁１６が全開（ＬＬ
＝“１”）のときくステップ８０３）、回転速度Ｎｅ、
車速、アイドルスイッチ１７の信号ＬＬ、冷却水温ＴＨ
Ｗ等にもとづいて２次空気が導入されていないとき（ス
テップ８０４）、軽負荷のとき（Ｑ／Ｎｅ　＜Ｘ、）（
ステップ８０５）、下流側０２センサ１５が活性化して
いないとき（ステップ８０６）等が閉ループ条件が不成
立であり、その他の場合が閉ループ条件成立である。

閉ループ条件でなければステップ８１７に進み、閉ルー
プ条件であればステップ８０７に進む。

ステップ８０７では、下流側０２センサ１５の出力右を
Ａ／Ｄ変換して取り込み、ステップ８０９にてＶ２が比
較電圧ＶＲまたとえば０．５５　Ｖ以下か否かを判別す
る、つまり、空燃比がリッチかリーンかを判別する。な
お、比較電圧ＶＲ２は触媒コンバータ１２の上流、下流
で生ガスの影響による出力特性が異なることおよび劣化
速度が異なること等を考慮して上流側０２センサ１３の
出力の比較電圧ＶＲ１より高く設定されているが、この
設定は任意でもよい。この結果、ｖ２≦ＶＲ２（リーン
）であればステップ８０９．８１０．８１１に進み、Ｖ
２　＞ｖＲ２（リッチ）であればステップ８１２．８１
３．８１４に進む。

すなわち、ステップ８０９では、Ｒ３Ｒ４−Ｒ５Ｒ＋Δ
Ｒ３（一定値）とし、つまり、リッチスキップ量Ｒ３Ｒ
を増大させて空燃比をリッチ側に移行させ、ステップ８
１０．８１１テハ、Ｒ３Ｒを最大値Ｍ　Ａ　Ｘ（−７，
５％）にてガードし、他方、ステップ８１２にてＲ３Ｒ
４−Ｒ３Ｒ−ΔＲ３とし、つまり、リッチスキップ量Ｒ
３Ｒを減少させて空燃比をリーン側に移行させ、ステッ
プ８１３．８１４にてＲ３Ｒを最小値ＭＩＮ（＝２．５
％）にてガードする。なお、最小ｍＭＩＮは過渡追従１
生がそこなわれないレベルの値であり、また、最大値Ｍ
ＡＸは空燃比変動によりドライバビリティの悪化が発生
しないレベルの値である。

ステップ８１５では、リーンスキップ量Ｒ３Ｌを、Ｒ３
Ｌ　　←１０％−Ｒ３Ｒ とする。つまり、Ｒ３Ｒ＋Ｒ３Ｌ　＝１０％とする。

ステップ８１６では、触媒劣化あるいは排気管異常か否
かを判別する。ステップ８１６については後述する。

そして、ステップ８１７にてこのルーチンは終了する。

第９図は第８図の触媒劣化／排気管異常ステップ８１６
の詳細なフローチャートである。すなわち、ステップ９
０１．９０２では、第６図において演算された学習値Ｆ
ＧＨＡＣが下限値０．９０もしくは上限値１．０５に張
り付いているか否かを判別することにより燃料噴射弁７
異常を判別する。また、ステップ９０３では、定常状態
か否かをたとえば吸入空気変化量が一定値以下、あるい
は負荷Ｑ／Ｎｅの変化量が一定値以下か否かにより判別
する。燃料噴射弁異常、もしくは非定常状態時には、ス
キップ量Ｒ３Ｒは正常な値とならないので、ステップ９
２１に進みカウンタＣ１、Ｃ２をクリアし、ステップ９
２２　に進む。触媒劣化／排気管異常の実質的な判別は
行わない。他の場合のみステップ９０４に進む。

ステップ９０４では、リッチスキップ量Ｒ３Ｒが最大値
ＭＡＸに張り付いているか否か、すなわち、Ｒ３Ｒ＝Ｍ
ＡＸか否かを判別し、コノ結果、Ｒ３Ｒ＃ＭＡＸであれ
ばステップ９０５〜９１３のフローに進み、逆に、Ｒ３
Ｒ＝ＭＡＸ　テあればステップ９１４〜９２０に進む。

ステップ９０５〜９１３のフローは、第３Ａ図に示す触
媒劣化がない場合か第３Ｂ図に示す触媒劣化がある場合
か否かを判別するものである。すなわち、ステップ９０
５では、第３Ａ図、第３Ｂ図に示す判定期間Ｃ１ｏを計
測するためのカウンタＣ１を＋１増加させ、他方、第３
Ｃ図に示す排気管異常判別期間Ｃ２ｏを計測するための
カウンタＣ２をクリアする。ステップ９０７では、リッ
チスキップ量Ｒ３Ｒの変化量（振幅）ΔＲ３Ｒを演算す
る。

ステップ９０７については後述する。次いで、ステップ
９０８にて判別期間Ｃ１ｏが経過したか否かを判別し、
この結果、判別期間経過するまではステップ９２１に直
接進み、判別期間経過後はステップ９０９〜９１３に進
む。

すなわち、ステップ９０９では、リッチスキップ量Ｒ３
Ｒの変化量ΔＲ３Ｒが所定値ｘ２未満か否かを判別し、
この結果、ΔＲ３Ｒ＜Ｘ２であれば第３Ｂ図に示す触媒
劣化と判別し、ステップ触媒劣化アラーム１９を点灯せ
しめ、他方、ΔＲ３Ｒ≧ｘ２であれば第３Ａ図に示す触
媒劣化なしと判別し、ステップ９１１　にて触媒劣化ア
ラーム１９を消灯する。

そして、ステップ９１２にてカウンタＣ１をクリアして
初期化し、また、ステップ９１３では、ステップ９０７
にて用いられる上限値Ｒ３ＲＵ、下限値Ｒ３ＲＬ、変化
量ΔＲ３Ｒを、それぞれ、 Ｒ３ＲＵ−Ｒ３Ｒ Ｒ３ＲＬ←Ｒ３Ｒ ΔＲ３Ｒ←０ と初期化する。

ステップ９１４〜９２０のフローは第３Ｃ図に示す排気
管異常か否かを判別するものである。すなわち、ステッ
プ９１４では、カウンタＣ１をクリアし、ステップ９１
５にて排気管異常判別期間Ｃ２ｏ計測のためにカウンタ
Ｃ２を＋１増加させる。ステップ９１６では、判別期間
Ｃ２ｏ経過が経過したか否かを判別し、この結果、Ｃ２
＞Ｃ２ｏであれば排気管異常によるリッチスキップ量Ｒ
３Ｒのリッチ化が進んだものとしてステップ９１７に進
み、排気管異常アラーム２０を点灯せしめ、また、ステ
ップ９１８にて触媒劣化アラーム１９を消灯せしめる。

つまり、排気管異常の場合には、触媒劣化判別は実質的
に行われないことになる。そして、ステップ９１９にて
カウンタＣ２をクリアして初期化し、ステップ９２０に
てリッチスキップ量Ｒ３Ｒを初期化たとえば５％とする
。

そして、ステップ９２２にて第９図のルーチンは終了す
る。

第１０図は第９図の変化量ΔＲ３Ｒ演算ステップ９０７
の詳細なフローチャートであって、上限値Ｒ２Ｈ［Ｉ、
下限値１’ｔＳＲＬは予めＲ２Ｈに初期化されている（
第９図のステップ９１３参照）。ステップ１００１゜１
００２では、現在のリッチスキップ量Ｒ３Ｒと上限値Ｒ
３ＲＵとを比較してＲ２Ｈ＞Ｒ３ＲＵの場合のみ、上限
値Ｒ３Ｒ［Ｉを更新する。また、ステップ１００３　、
１００４では、現在のリッチスキップ量１？、　Ｓ　Ｌ
と下限値Ｒ３ＲＬとを比較してＲ２Ｈ＜　Ｒ３ＲＬの場
合のみ、下限値Ｒ３ＲＬを更新する。そして、ステップ
１００５にて変化量ΔＲ３Ｒを、 ΔＲ３Ｒ４−Ｒ３ＲＵ−Ｒ３ＲＬ により演算し、ステップ１００６にてこのルーチンは終
了する。

第１１図は噴射量演算ルーチンであって、所定クランク
角毎たとえば３６０’　ＣＡに実行される。ステップ１
１０１ではＲＡＭ１０５より吸入空気量データＱ及び回
転速度データＮｅを読出して基本噴射量ＴＡＵＰを演算
する。たとえばＴＡｔｌＰ←α・Ｑ　／　Ｎ　ｅ　（α
は定数）とする。ステップ１１０２では、最終噴射量Ｔ
ＡＵを、ＴＡＵ−子ＡＵＰ・（ＦＡＦ　＋　ＦＡＩＩＡ
Ｃ）・β＋γにより演算する。なお、β、γは他の運転
状態パラメータによって定まる補正量である。次いで、
ステップ１１０３にて、噴射量ＴＡＵをダウンカウンタ
１０８にセットすると共にフリップフロップ１０９をセ
ットして燃料噴射を開始させる。そして、ステップ１１
０４にてこのルーチンは終了する。

なお、上述のごとく、噴射ＩＴＡＵに相当する時間が経
過すると、ダウンカウンタ１０８のボローアウト信号に
よってフリップフロップ１０９がリセットされて燃料噴
射は終了する。

なお、上述の実施例において、触媒劣化が判別された場
合にもリッチスキップ量Ｒ３Ｒの制御を続行しているが
、第８図のルーチンにおいて、Ｒ２Ｈを一定値に固定し
てもよい。

また、第１の空燃比フィードバック制御は４ｍｓ毎に、
また、第２の空燃比フィードバック制御は５１２ｍ５毎
に行われるのは、空燃比フィードバック制御は応答性の
良い上流側０２センサによる制御を主として行い、応答
性の悪い下流側０２センサによる制御を従にして行うた
必である。

また、上流側０□センサによる空燃比フィードバック制
御における他の制御定数、たとえば遅延時間、積分定数
、等を下流側０□センサの出力により補正するダブル０
２センサシステムにも、また、第２の空燃比補正係数を
導入するダブル０２センサシステムにも本発明を適用し
得る。また、スキップ量、遅延時間、積分定数のうちの
２つを同時に制御することにより制御性を向上できる。

さらにスキップ量Ｒ３Ｒ，Ｒ３Ｌのうちの一方を固定し
他方のみを可変とすることも、遅延時間ＴＤＲ，ＴＤＬ
のうちの一方を固定し他方のみを可変とすることも、あ
るいはリッチ積分定数ＫＩＲ，’Ｊ−ン積分定数ＫＩＬ
の一方を固定し他方を可変とすることも可能である。

また、吸入空気量センサとして、エアフローメータの代
りに、カルマン渦センサ、ヒートワイヤセンサ等を用い
ることもできる。

さらに、上述の実施例では、吸入空気量および機関の回
転速度に応じて燃料噴射量を演算しているが、吸入空気
圧および機関の回転速度、もしくはスロットル弁開度お
よび機関の回転速度に応じて燃料噴射量を演算してもよ
い。

さらに、上述の実施例では、燃料噴射弁により吸気系へ
の燃料噴射量を制御する内燃機関を示したが、キャブレ
タ式内燃機関にも本発明を適用し得る。たとえば、エレ
クトリック・エア・コントロールバルブ（ＩＥＡｃＶ）
により機関の吸入空気量を調整して空燃比を制御するも
の、エレクトリック・ブリード・エア・コントロールバ
ルブによりキャブレタのエアブリード量を調整してメイ
ン系通路およびスロー系通路への大気の導入により空燃
比を制御するもの、機関の排気系へ送り込まれる２時空
気量を調整するもの、等に本発明を適用し得る。この場
合には、ステップ１１０１における基本噴射量ＴＡ［Ｊ
Ｐ相当の基本燃料噴射量がキャブレタ自身によって決定
され、すなわち、吸入空気量に応じた吸気管負圧と機関
の回転速度に応じて決定され、ステップ１１０２にて最
終燃料噴射量ＴＡＵに相当する供給空気量が演算される
。

さらに、上述の実施例では、空燃比センサとして０２セ
ンサを用いたが、Ｃ○センサ、リーン没クスチャセンサ
等を用いることもできる。特に、上流側空燃比センサと
してＴ１０□センサを用いると、制御応答性が向上し、
下流側空燃比センサの出力による過補正が防止できる。

さらに、上述の実施例はマイクロコンピュータすなわち
ディジタル回路によって構成されているが、アナログ回
路により構成することもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、排気管異常の場合
と区別して触媒劣化を確実に判別でき、この結果、触媒
の劣化状態のまま車両が走行されるのを極力短縮するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための全体ブロック図
、 第２図はシングル０゜センサシステムおよびダブル０２
センサシステムを説明する排気エミッション特性図、 第３Ａ図〜第３Ｃ図は本発明が解決しようとする課題お
よび作用を説明する図、 第４図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例を示す全体概略図、 第５図、第６図、第８図、第９図、第１０図、第１１図
は第４図の制御回路の動作を説明するためのフローチャ
ート、 第７図は第５図のフローチャートを補足説明するための
タイミング図である。 １・・・機関本体、　　　　　２・・・エアフローメー
タ、４・・・ディストリビユータ、 ５．６・・・クランク角センサ、 １０・・・制御回路、　　　　１２・・・触媒コンバー
タ、１３・・・上流側０□センサ、１５・・・下流側０
２センサ、１７・・・アイドルスイッチ。 ＮＯｘ 触媒劣化がある場合 第３Ｂ図 触媒劣化がなＬ１場合 触媒劣化がないが排気管異常がある場合第３Ｃ図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関の排気通路に設けられた三元触媒（１２）
   と、 該三元触媒の上流側の排気通路に設けられ、前記機関の
   空燃比を検出する上流側空燃比センサ（１３）と、 前記三元触媒の下流側の排気通路に設けられ、前記機関
   の空燃比を検出する下流側空燃比センサ（１５）と、 該下流側空燃比センサの出力に応じて空燃比フィードバ
   ック制御定数を演算する制御定数演算手段と、 該空燃比フィードバック制御定数及び前記上流側空燃比
   センサの出力に応じて空燃比補正量を演算する空燃比補
   正量演算手段と、 前記空燃比補正量に応じて前記機関の空燃比を調整する
   空燃比調整手段と、 該空燃比フィードバック制御定数の所定時間内の変化量
   を演算する制御定数変化量演算手段と、該変化量が所定
   値以下であるときに前記三元触媒が劣化したと判別する
   触媒劣化判別手段と、を具備する内燃機関の空燃比制御
   装置。