JPH0686830B2

JPH0686830B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH0686830B2
Application number: JP6878586A
Authority: JP
Inventors: 歳康勝野; 孝年増井; 俊成永井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-03-28
Filing date: 1986-03-28
Publication date: 1994-11-02
Anticipated expiration: 2009-11-02
Also published as: JPS62225737A

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（O₂センサ））
を設け、上流側のO₂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O₂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O₂センサシ
ステム）では、酸素濃度を検出するO₂センサをできるだ
け燃焼室に近い排気系の箇所、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、O₂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O₂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O₂センサを設け、上流側O₂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O₂セ
ンサによる空燃比フィードバック制御を行うダブルO₂セ
ンサシステムが既に提案されている。このダブルO₂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
O₂センサは、上流側O₂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O₂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。

従って、上述のごとく、２つのO₂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O₂センサシステ
ム）により、上流側O₂センサの出力特性のばらつきを下
流側O₂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O₂センサシステムでは、O₂センサの出
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O₂センサシステムでは、上
流側O₂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O₂センサシステム
においては、下流側O₂センサが安定な出力特性を維持し
ている限り、良好な排気エミッションが保証される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上流側O₂センサによる空燃比フィードバ
ック制御における空燃比フィードバック制御定数を下流
側O₂センサの出力により可変とするダブルO₂センサシス
テム（参照：特開昭52−102934号、58-48756号、55-375
62号、58-48755号、58-72647号の各公報）においては、
上流側O₂センサが劣化もしくは破損した場合には、上流
側O₂センサによる空燃比フィードバック制御がオープン
となり、この場合、たとえ下流側O₂センサによる空燃比
フィードバック制御が行われても、系全体の空燃比フィ
ードバック制御は実質的に停止される。この結果、三元
触媒が有効に利用されず、エミッションの悪化、運転性
の悪化等を招くという問題点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は、上流側O₂センサが劣化もしくは破損し
ても、特定運転状態では上流側O₂センサの出力の代りに
下流側O₂センサの出力を用いて上流側O₂センサによる空
燃比フィードバック制御を行うことにより、三元触媒を
有効に利用し、エミッションの悪化、運転性の悪化等を
防止することにあり、その構成は第１図に示される。

第１図において、排気ガス中の特定成分濃度を検出する
第１、第２の空燃比センサが内燃機関の排気系に設けら
れた排気ガス浄化のための触媒コンバータの上流、下流
に、それぞれ設けられている。制御関与定数演算手段は
下流側（第２の）空燃比センサの出力に応じて空燃比フ
ィードバック制御に関与する定数たとえばリッチスキッ
プ量RSRおよびリーンスキップ量RSLを演算する。空燃比
センサ正常／異常判別手段は上流側（第１の）空燃比セ
ンサが正常か異常かを判別し、状態検出手段は下流側空
燃比センサの出力のリッチ，リーン周期が、前記第２の
空燃比センサの応答速度が前記第１の空燃比センサの正
常時の応答速度と同程度であることを示す所定値より短
いか否かを間接的または直接的に検出する。この結果、
空燃比補正量演算手段は上流側空燃比センサが正常のと
きに上流側空燃比センサの出力および空燃比フィードバ
ック制御に関与する定数RSR（RSL）に応じて空燃比補正
量FAFを演算出し、他方、上流側空燃比センサが異常で
あって下流側空燃比センサの出力のリッチ，リーン周期
が前述の所定値より短いことが間接的または直接的に検
出されたときに下流側空燃比センサの出力および空燃比
フィードバック制御に関与する定数RSR（RSL）に応じて
空燃比補正量FAFを演算する。そして、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も
のである。

〔作用〕

上述の構成によれば、上流側空燃比センサが劣化、破損
等により異常な場合であっても、下流側空燃比センサの
出力のリッチ，リーン周期が、第２の空燃比センサの応
答速度が第１の空燃比センサの正常時の応答速度と同程
度であることを示す所定値より短いことが間接的または
直接的に検出されたときは、下流側空燃比センサの出力
を用いて空燃比補正量FAFを演算するので、空燃比フィ
ードバック制御は実質的に行われる。つまり、高回転、
高負荷時には、後述のごとく、下流側空燃比センサの応
答速度も上流側空燃比センサの応答速度と同程度とな
る。従って、この場合、上流側空燃比センサと異常とな
ったときには、下流側空燃比センサの出力により空燃比
補正量FAFを演算することにより空燃比フィードバック
制御を維持できる。

〔実施例〕以下、図面により本発明の実施例を説明する。

第３図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例を示す全体概要図である。第３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は吸入空気量を直接計測する
ものであって、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を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
に供給されている。

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720゜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CPU103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
燃料を吸気ポ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THW
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、排気ガス中
の３つの有害成分HC,CO,NO_X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12の
上流側には第１のO₂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O₂センサ15が設けら
れている。O₂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、O₂センサ13,1
5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O₂センサ出力
処理回路111,112を介してA/D変換器101に発生する。

なお、O₂センサ出力処理回路111,112は、通常、第4A図
に示すような流出し型回路構成をなしており、その出力
特性は、第4B図に示すように、空燃比A/Fがリッチの場
合には、素子温が上昇するにつれてO₂センサの出力（リ
ッチ信号）は上昇してあるハイレベルで安定し、他方、
空燃比A/Fがリーンの場合には、素子温が上昇するにつ
れてあるローレベルで安定する。

17は三元触媒コンバータ12内の酸化触媒中に設けられた
温度センサであって、その出力は制御回路10のA/D変換
器101に供給されている。

18はブザー、表示等のアラームであって、上流側O₂セン
サ13が故障した場合等に付勢される。

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イス102、C
PU 103、O₂センサ出力処理回路111,112の外に、ROM 10
4、RAM 105、バックアップRAM 106、クロック発生回路1
07等が設けられている。

また、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T
AU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1
10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
そのキャリアウト端子が“1"レベルとなったときに、フ
リップフロップ109がセットされて駆動回路110が燃料噴
射弁７の付勢を停止する。つまり、上述の燃料噴射量TA
U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、CPU 103の割込み発生は、A/D変換器101のA/D変換
終了時、入出力インターフェイス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。

エアフローメータ３の吸入空気量データＱおよび冷却水
温データTHWは所定時間毎に実行されるA/D変換ルーチン
によって取込まれて、RAM 105の所定領域に格納され
る。つまり、RAM 105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Neはク
ランク角センサ６の30゜CA毎の割込みによって演算され
てRAM 105の所定領域に格納される。

第５図は上流側O₂センサ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O₂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。機関始動中、始動後の燃料増量動作中、暖機
増量動作中、パワー増量動作中、リーン制御中、上流側
O₂センサ13の非活性状態時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。なお、上流側O₂センサ13の活性／非活性状態の判別
はRAM 105より水温データTHWを読出して一旦THW≧70℃
になったか否かを判別するか、あるいは上流側O₂センサ
13の出力レベルが一度上下したか否かを判別することに
よって行われる。閉ループ条件が不成立のときには、ス
テップ533に進み、空燃比補正係数FAFを一定値たとえば
1.0とする。なお、この場合、空燃比補正係数FAFを空燃
比フィードバック制御停止直前の値、あるいは平均値と
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、後述の第10図の診断ルーチンにて演
算される第１の診断フラグDFG 1が“1"か否かにより上
流側O₂センサ13が正常か異常かを判別する。上流側O₂セ
ンサ13が正常であれば（DFG 1＝“0"）、ステップ503に
進み、上流側O₂センサ15の出力V₁をA/D変換して取込
み、他方、上流側O₂センサ13が異常であれば（DFG 1＝
“0"）、ステップ504に進む。

ステップ504では、RAM 105より回転速度データNeを読出
し、 Ne＞N_H（一定値）か否かを判別し、ステップ505では、RAM 105より吸入空
気量データＱを読出し、Ｑ＞Q_H（一定値）か否かを判別する。この結果、Ne＞N_HかつＱ＞Q_Hのとき
のみ、すなわち高回転かつ高負荷のときのみ、ステップ
506に進み、下流側O₂センサ15の出力V₂をA/D変換して取
込み、ステップ507にてV₁←V₂とする。つまり、下流側O
₂センサ15の出力V₂を上流側O₂センサ13の出力V₁として
用いる。

他方、ステップ504もしくは505にて、Ne≦N_HあるいはＱ
≦Q_Hであればステップ533に進み、オープン制御とす
る。

ステップ508では、V₁が比較電圧V_R1たとえば0.45V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。リーン（V₁≦V_R1）であれば、ステップ509
にて第１のディレイカウンタCDLY1が正か否かを判別
し、CDLY1＞０であればステップ510にて第１のディレイ
カウンタCDLY1を０とする。ステップ511では、第１のデ
ィレイカウンタCDLY1を減少させ、ステップ512にてCDLY
1＜TDL 1か否かを判別する。なお、TDL 1は上流側O₂セ
ンサ13の出力V₁（ステップ504〜507）を介した場合に
は、下流側O₂センサ15の出力V₂）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時間であって、負の値で定義さ
れる。従って、ステップ507にてCDLY＜TDL 1のときの
み、ステップ508にてCDLY←TDL 1とし、ステップ509に
て空燃比フラグF1を“0"（リーン状態）とする。他方、
ステップ508にてリッチ（V₁＞V_R1）であれば、ステップ
515にて第１のディレイカウンタCDLY1が負か否かを判別
し、CDLY1＜０であればステップ516にて第１のディレイ
カウンタCDLY1を０とする。ステップ517では、第１のデ
ィレイカウンタCDLY1を増加させ、ステップ518にてCDLY
1＞TDR 1か否かを判別する。なお、TDR 1は上流側O₂セ
ンサ13の出力V₁（ステップ504〜507を介した場合には、
下流側O₂センサ15の出力V₂）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時間であって、正の値で定義され
る。従って、ステップ518にてCDLY＞TDR 1のときのみ、
ステップ519にてCDLY←TDR 1とし、ステップ520にて空
燃比フラグF1を“1"（リッチ状態）とする。

ステップ521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522に進み、学習制御を行う。

学習制御は、第６図に示すように、ステップ601にて空
燃比補正係数FAFの平均値FAFAVを、（FAF₀は前回のFAF値）により演算し、ステップ602にて
FAFAVが1.02以上か否かを判別し、ステップ603にFAFAV
が0.98以下か否かを判別し、この結果、FAFAV≧1.02の
ときには学習値KGを一定値ΔKGだけ増大させ、他方、FA
FAV≦0.98のときには学習値KGを一定値ΔKGだけ減少さ
せる。ステップ606では、FAF₀←FAFとして次回の実行の
準備をし、ステップ607にて学習ルーチンは終了する。
このように、たとえば、高地運転時のように、空燃比補
正係数FAFが減少しても学習制御によりこの減少分を吸
収するので、空燃比制御係数FAFは常に一定値1.0を中心
に制御され、これにより、高地補償がされ、運転性の悪
化が防止できる。

第５図のルーチンに戻ると、ステップ523では、リッチ
からリーンへの反転（F1＝“0"）か、リーンからリッチ
への反転（F1＝“1"）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524にてFAF←FAF＋RSR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525にてFAF←FAF−RSL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521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526,527,528にて積分処理を行う。つ
まり、ステップ526にて、F1＝“0"か否かを判別し、F1
＝“0"（リーン）であればステップ527にてFAF←FAF＋K
Iとし、他方、F1＝“1"（リッチ）であればステップ528
にてFAF←FAF←KIとする。ここで、積分定数KIはスキッ
プ定数RSR,RSLに比して十分小さく設定してあり、つま
り、KI＜RSR（RSL）である。従って、ステップ527はリ
ーン状態（F1＝“0"）で燃料噴射量を徐々に増大させ、
ステップ528はリッチ状態（F1＝“1"）で燃料噴射量を
徐々に減少させる。

ステップ524,525,527,528にて演算された空燃比補正係
数FAFはステップ529〜532にて最小値たとえば0.8および
最大値たとえば1.2にてガードされ、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RAM 105に格納して、ステ
ップ534にてこのルーチンは終了する。

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V
₁（ステップ504〜507を介した場合には下流側O₂センサ1
5の出力V₂）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、第１のディ
レイカウンタCDLY1は、第７図（Ｂ）に示すごとく、リ
ッチ状態でカウントアップされ、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′が形成される。たとえ
ば、時刻t₁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 1）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TDL 1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t₅,t₆,t₇のごとくリッチもしくはリーン遅
延時間より短い期間で反転すると、第１のディレイカウ
ンタCDLY1が最大値TDL 1または最小値TDL 1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F
AFが得られる。

次に、下流側O₂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２の空燃比補正係数FAF 2を導入す
るシステムと、第１の空燃比フィードバック制御に関与
する定数としての遅延時間TDR 1,TDL 1、スキップ量RS
R,RSL、積分定数KI（この場合、リッチ積分定数KIRおよ
びリーン積分定数KILを別々に設定する）、もしくは上
流側O₂センサ13の出力V₁の比較電圧V_R1を可変にするシ
ステムとがあるが、本発明は後者のシステムに適用され
る。

たとえば、リッチ遅延時間（TDR 1）＞リーン遅延時間
（TDL 1）と設定すれば、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 1）＞リッチ遅延時
間（TDR 1）と設定すれば、制御空燃比はリーン側に移
行できる。つまり、下流側O₂センサ15の出力に応じて遅
延時間TDR 1,TDL 1を補正することにより空燃比が制御
できる。また、リッチスキップ量RSR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RSL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RSL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
RSR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O₂センサ15の出力に応じてリッチス
キップ量RSRおよびリーンスキップ量RSLを補正すること
により空燃比が制御できる。さらにまた、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、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O₂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。さらにまた、比較電圧
V_R1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O₂センサ15の出力に応
じて比較電圧V_R1を補正することにより空燃比が制御で
きる。

第８図および第９図を参照して空燃比フィードバック制
御に関与する定数としてのスキップ量を可変にしたダブ
ルO₂センサシステムについて説明する。

第８図は下流側O₂センサ15の出力にもとづいてスキップ
量RSR,RSLを演算する第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1s毎に実行され
る。ステップ801では、下流側O₂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、冷却水温が所定値
以下の時、下流側O₂センサ15の出力信号が一度も反転し
ない時、後術の第10図のルーチンにより演算される第２
の故障フラグDFG 2により下流側O₂センサ15が故障して
いると判別された時、過渡運転時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。閉ループ条件でなければステップ831,832に進
み、スキップ量RSR,RSLを一定値RSR₀,RSL₀、たとえば、 RSR₀＝５％ RSL₀＝５％とする。なお、この場合、空燃比フィードバック制御停
止直前の値もしくは平均値を用いてもよい。ステップ80
2にて閉ループ条件が成立した場合には、ステップ802に
て温度センサ17の出力CC₀をA/D変換し、ステップ803に
てCC₀＞400℃か否かを判別する。この結果、CC₀≦400℃
であればステップ831,832に進み、オープン制御としCC₀
＞400℃のときのみ、ステップ804に進んで下流側O₂セン
サ15による空燃比フィードバック制御を行う。これによ
り、下流側O₂センサ15が冷えて非活性となった場合に、
下流側O₂センサ15による空燃比フィードバック制御を停
止することにより、リーン制御によるエミッションの悪
化、運転性の悪化等を防止する。なお、この場合、温度
センサ17は触媒コンバータ12内の酸化触媒中以外であっ
ても、下流側O₂センサ15近傍であればよい。

ステップ804では、下流側O₂センサ15の出力V₂をA/D変換
して取込み、ステップ805にてV₂が比較電圧V_R2たとえば
0.55V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V_R2は触媒コン
バータ14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O₂センサ13の出力の比較電圧V_R1より高く設定さ
れる。

ステップ806〜817は、第５図のステップ509〜520と同様
に、遅延処理を行うためのものである。ここでは、リッ
チ遅延時間をTDR2、リーン遅延時間をTDL2とし、この結
果、遅延処理後の空燃比がリッチであれば、空燃比フラ
グF2を“1"とし、リーンであれば空燃比フラグF2を“0"
とするものである。

次に、ステップ818にて空燃比フラグF2が“0"か否か判
別され、この結果、F2＝“0"であれば空燃比はリーンと
判別されてステップ819〜824に進み、他方、F2＝“1"で
あれば空燃比はリッチと判別されてステップ825〜830に
進む。

ステップ819では、RSR←RSR＋ΔRS（一定値たとえば0.0
8％）とし、つまり、リッチスキップ量RSRを増大させて
空燃比をリッチ側に移行させる。ステップ820,821ではR
SRを最大値MAXたとえば6.2％にてガードする。さらに、
ステップ822にてRSL←RSL−ΔRSとし、つまり、リッチ
スキップ量RSLを減少させて空燃比をリッチ側に移行さ
せる。ステップ823,824では、RSLを最小値MINたとえば
2.5％にてガードする。

他方、リッチ（V₂＞V_R2）のときには、ステップ825にて
RSR←RSR−ΔRSとし、つまり、リッチスキップ量RSRを
減少させて空燃比をリーン側に移行させる。ステップ82
6,827では、RSRを最小値MINにてガードする。さらに、
ステップ828にてRSL←RSL＋ΔRS（一定値）とし、つま
り、リーンスキップ量RSLを増加させて空燃比をリーン
側に移行させる。ステップ829,830では、RSLを最大値MA
Xにてガードする。

上述のごとく演算されたRSR,RSLはRAM105に格納された
後に、ステップ833にてこのルーチンは終了する。

なお、空燃比フィードバック中に演算されたFAF,RSR,RS
Lは一旦他の値FAF′,RSR′,RSL′に変換してバックアッ
プRAM 106に格納することもでき、これにより、再始動
時等における運転性向上にも役立つものである。第８図
における最小値MINは過渡追従性がそこなわれないレベ
ルの値であり、また、最大値MAX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。

このように、第８図のルーチンによれば、下流側O₂セン
サ15の出力がリーンであれば、リッチスキップ量RSRが
徐々に増大され、且つリーンスキップ量RSLが徐々に減
少され、これにより、空燃比はリッチ側へ移行される。
また、下流側O₂センサ15の出力がリッチであれば、リッ
チスキップ量RSRが徐々に減少され、且つリーンスキッ
プ量RSLが徐々に増大され、これにより、空燃比はリー
ン側へ移行される。

第９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毎に実行される。ステップ901ではRA
M105より吸入空気量データＱおよび回転速度データNeを
読出して基本噴射量TAUPを演算する。たとえばTAUP←KQ
/Ne（Ｋは定数）とする。ステップ902にてRAM 105より
冷却水温データTHWを読出してROM 104に格納された１次
元マップにより暖機増量値FWLを補間計算する。ステッ
プ903では、運転状態パラメータたとえばスロットル弁
開度TAをRAM 105より読出し、TA≧70゜の場合のみ、パ
ワー増量値FPOWRを演算する。なお、パワー増量値FPOWE
Rは高負荷時の出力を増大させるためのものである。ま
た、ステップ904では、RAM 105より吸入空気量データＱ
および回転速度データNeを読出してOTP増量値FOTPを演
算する。OTP増量値FOTPは高負荷時における触媒コンバ
ータ、排気管等の加熱を防ぐためのものである。そし
て、ステップ905では、最終噴射量TAUを、 TAU←TAUP・FAF・KG（Ｉ＋FWL＋FPOWER＋FOTP＋γ）＋
δにより演算する。なお、γ，δ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90
6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907にてこのルーチンは終了
する。

なお、上述のごとく、噴射量TAUに相当する時間が経過
すると、ダウンカウンタ108のキャリアウト信号によっ
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。

第10図は上流側O₂センサ13および上流側O₂センサ15の故
障判断を行うためのルーチンであって、メインルーチン
の一部としてあるいは所定時間毎もしくは所定クランク
角毎に実行される。

ステップ1001では、第５図のステップ501と同様に、上
流側O₂センサ13による空燃比の閉ループ条件が成立して
いるか否かを判別し、ステップ1002では、水温データTH
W≧70゜の状態が60s以上持続したか否かを判別する。つ
まり、ステップ1001,1002は下流側O₂センサ15の活性化
条件が満足されたか否かを判別している。これらの条件
が満足されたときのみ、ステップ1003に進み、他の場合
には、ステップ1019,1020にてカウンタC₁,C₂をクリアし
てステップ1021にてこのルーチンを終了する。

ステップ1003では、上流側O₂センサ13が活性化したか否
かを判別する。たとえば、V₁＞0.45Vが少なくとも１回
満足されたか若しくは、V₁が一旦上下したか否かにより
活性化を判別する。上流側O₂センサ13が依然として非活
性と判別されたときには、ステップ1010に進み、カウン
タC₁をクリアする。

ステップ1004では、燃料増量値（係数）により燃料増量
状態か否かを判別する。たとえば、FOTP増量値FOTPが０
でないか否か、あるいはパワー増量値FPOWERが０でない
か否かにより判別する。もちろん、この場合、他の増量
値を用いることもできる。燃料増量状態であれば（FOTP
≠０）、ステップ1005に進んで燃料増量状態の持続時間
カウンタC₁を＋１歩進し、ステップ1006にてC₁＞α（所
定値）か否かを判別する。なお、αはガスの移送遅れを
考慮して定められる。この結果、燃料増量状態が所定時
間持続した場合（Ｃ＞α）には、ステップ1007にて上流
側O₂センサ13の活性、非活性を判別する。つまり、この
状態では、上流側O₂センサ13の近傍はリッチ雰囲気であ
ると予想され、従って、上流側O₂センサ13が正常であれ
ば、その出力はリッチ信号（V₁＞V_R1）を発生し、故障
であればその出力はリーン信号（V₁≦V_R1）を発生する
と予想される。従って、ステップ1007にてV₁≦V_R1であ
れば、上流側O₂センサ13の故障とみなし、ステップ1008
にてアラーム18の表示を行うと共に、ステップ1009にて
第１の故障フラグDFG1をセットする。同様に、ステップ
1011では、下流側O₂センサ15が活性化したか否かを判別
する。たとえば、V₂＞0.45Vが少なくとも１回満足され
たか若しくは、V₂が一旦上下したか否かにより活性化を
判別する。下流側O₂センサ15が依然として非活性と判別
されたときには、ステップ1018に進み、カウンタC₂をク
リアする。

ステップ1012では、燃料増量値（係数）により燃料増量
状態か否かを判別する。たとえば、FOTP増量値FOTPが０
でないか否か、あるいはパワー増量値FPOWERが０でない
か否かにより判別する。もちろん、この場合にも、他の
増量値を用いることもできる。燃料増量状態であれば、
（FOTP≠０）、ステップ1013に進んで燃料増量状態の持
続時間カウンタC₂を−１歩進し、ステップ1014にてC₂＞
β（所定値）か否かを判別する。なお、βもガスの移送
遅れを考慮して定められる。この結果、燃料増量状態が
所定時間持続した場合（Ｃ＞β）には、ステップ1015に
て下流側O₂センサ15の活性，非活性を判別する。つま
り、この状態では、下流側O₂センサ15の近傍はリッチ雰
囲気であると予想され、従って、下流側O₂センサ15が正
常であれば、その出力はリッチ信号（V₂＞V_R2）を発生
し、故障であればその出力はリーン信号（V₂≦V_R2）を
発生すると予想される。従って、ステップ1015にてV₂≦
V_R2であれば、下流側O₂センサ15の故障とみなし、ステ
ップ1016にてアラーム18の表示を行うと共に、ステップ
1017にて第２の故障フラグDFG2をセットする。そして、
ステップ1021にてこのルーチンは終了する。

なお、アラーム18は上流側O₂センサ13の故障表示と下流
側O₂センサ15の故障表示とを別個に行うようにすること
もできる。

第11図、第12図は、第５図、第６図、第８図、第９図、
第10図のフローチャートによる動作を補足説明するため
タイミング図である。ここで、第11図は上流側O₂センサ
13が正常であって、低回転かつ低負荷状態の場合を示
し、第12図は上流側O₂センサ13が異常であって、高回転
かつ高負荷状態の場合を示す。

上流側O₂センサ13が正常な場合に、その出力V₁が第11図
（Ａ）のごとく変化すると、第５図のステップ508での
比較結果は第11図（Ｂ）のごとくなり、さらに、この比
較結果は遅延処理されて第11図（Ｃ）のごとくなる（フ
ラグF1に相当）。この結果、空燃比補正係数FAFはこの
遅延処理の結果にもとづいて演算され、第11図（Ｄ）に
示すごとく変化する。他方、低回転かつ低負荷状態にあ
っては、下流側O₂センサ15の出力V₂は、第11図（Ｅ）に
示すごとく、緩慢に変化する。この結果、第８図のステ
ップ805での比較結果は第11図（Ｆ）に示すごとく変化
し、さらに、この比較結果は遅延処理されて第11図
（Ｇ）に示すごとくなる（フラグF2に相当）。この結
果、第11図（Ｈ）に示すごとく、リーン状態であればリ
ッチスキップ量RSRは増大し、リーンスキップ量RSLは減
少し、他方、第11図（Ｉ）に示すように、リッチ状態で
あればリッチスキップ量RSRは減少し、リーンスキップ
量RSLは増大する。このとき、RSR,RSLはMAX〜MINで変化
する。

上述の状態においては、たとえば下流側O₂センサ15が正
常であっても、上流側O₂センサ13が異常となれば、たと
えばV₁がローレベルに維持されれば、空燃比補正係数FA
Fの演算は停止し、オープン制御（FAF＝1.0）となる
が、本発明によれば、上流側O₂センサ13が異常となって
も、高回転かつ高負荷時には空燃比補正係数FAFの演算
を行って実質的に空燃比フィードバック制御を維持しよ
うとするものである。もちろん、この場合、下流側O₂セ
ンサ15が正常であることは言うまでもない。すなわち、
第12図（Ａ）に示すごとく、上流側O₂センサ13の出力V₁
がローレベルに維持されていても、高回転かつ高負荷時
には、下流側O₂センサ15の出力V₂は、第12図（Ｆ）に示
すごとく、その応答速度は大きい。従って、空燃比補正
係数FAFの演算を下流側O₂センサ15の出力V₂にもとづい
て行う。すなわち、この場合、第５図のステップ508の
比較結果は、第12図（Ｂ）に示すごとくなり、さらに、
遅延処理されて第12図（Ｃ）に示すごとくなる。この結
果、空燃比補正係数FAFは第12図（Ｄ）に示すごとく演
算されて空燃比フィードバック制御が行われることにな
る。同時に、下流側O₂センサ15の出力V₂に対しては、第
８図のルーチンにより、第８図のステップ805での比較
結果は第12図（Ｆ）に示すごとく変化し、さらに、この
比較結果は遅延処理されて第12図（Ｇ）に示すごとくな
る（フラグF2に相当）。この結果、第12図（Ｈ）に示す
ごとく、リーン状態であればリッチスキップ量RSRは増
大し、リーンスキップ量RSLは減少し、他方、第12図
（Ｉ）に示すように、リッチ状態であればリッチスキッ
プ量RSRは減少し、リーンスキップ量RSLは増大するがそ
の繰返し周期は早くなる。

なお、上述の実施例においては、高回転かつ高負荷の状
態検出により下流側O₂センサの出力のリッチ，リーン周
期が所定値より短いか否かを間接的に判別しているが、
下流側O₂センサの出力により直接的に判別してもよい。

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1s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
O₂センサによる制御を主にして行い、応答性の悪い下流
側O₂センサによる制御を従にして行うためである。

また、上流側O₂センサによる空燃比フィードバック制御
における他の空燃比フィードバック制御に関与する定
数、たとえば遅延時間、積分定数、等を下流側O₂センサ
の出力により補正するダブルO₂センサシステムにも、本
発明を適用し得る。

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
よび機関の回転得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（EACV）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次空気量を
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901における基本噴射量TAUP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905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O₂セン
サを用いたが、COセンサ、リーンミクスチャセンサ等を
用いることもできる。

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、上流側空燃比セン
サ（O₂センサ）が異常であっても、特定運転状態下にあ
っては、空燃比フィードバック制御が行われるので、エ
ミッションの悪化、運転性の悪化等を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を説明するための全体ブロック
図、第２図はシングルO₂センサシステムおよびダブルO₂セン
サシステムを説明する排気エミッション特性図、第３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4A図は第３図のO₂センサ出力処理回路の回路図、第4B図は第３図のO₂センサ出力処理回路の出力特性図、第５図、第６図、第８図、第９図、第10図は第３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、第11図、第12図は第５図、第６図、第８図、第９図およ
び第10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、３……エアフローメータ、４……ディストリビュータ、 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（第１の）O₂センサ、 15……下流側（第２の）O₂センサ、 18……アラーム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−210242（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−212643（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−37562（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−13246（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−157254（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の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，下流側の排気ガス
中の特定成分濃度をそれぞれ検出する第１、第２の空燃
比センサと、該第２の空燃比センサの出力に応じて空燃比フィードバ
ック制御に関与する定数を演算する制御関与定数演算手
段と、該第１の空燃比センサが正常か異常かを判別する空燃比
センサ正常／異常判別手段と、前記第２の空燃比センサの出力のリッチ，リーン周期
が、前記第２の空燃比センサの応答速度が前記第１の空
燃比センサの正常時の応答速度と同程度であることを示
す所定値より短いか否かを間接的または直接的に検出す
る状態検出手段と、前記第１の空燃比センサが正常のときに該第１の空燃比
センサの出力および前記空燃比フィードバック制御に関
与する定数に応じて空燃比補正量を演算し、他方、前記
第１の空燃比センサが異常であって前記第２の空燃比セ
ンサの出力のリッチ，リーン周期が前記所定値より短い
ことが間接的または直接的に検出されたときに前記第２
の空燃比センサの出力および前記空燃比フィードバック
制御に関与する定数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、該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、を具備する内燃機関の空燃比制御装置。