JPH0788799B2

JPH0788799B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH0788799B2
Application number: JP19911886A
Authority: JP
Inventors: 俊成永井; 孝年増井; 歳康勝野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-08-27
Filing date: 1986-08-27
Publication date: 1995-09-27
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPS6357842A

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（参照：特開昭58−
48756号公報）。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）接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。

上述のダブルO₂センサシステムにおいても、エアフロー
メータ（もしくは圧力センサ）、燃料噴射弁等の部品の
製造ばらつき、経時的もしくは経年的変化、空気密度の
変化（大気圧変化）等により、空燃比補正係数FAFは大
きくずれ、従って、その上限値もしくは下限値に近い値
となることがある。なお、上限値および下限値は何らか
の原因でたとえば上流側O₂センサの故障により空燃比補
正係数FAFが過度に補正されて大きくなり過ぎたりある
いは小さくなり過ぎたりするのを防止するために設けて
ある。たとえば、空燃比フィードバック制御中にあっ
て、急加速、急減速等のように空燃比変動が大きい過渡
状態に入ると、空燃比補正係数FAFはその上限値あるい
は下限値にはりついてしまい、空燃比補正係数FAFの変
動マージンが小さくなり、これ以上の補正が不可能とな
る。従って、過渡時空燃比変化の補償が不可能となるこ
とがある。また、空燃比フィードバック制御時の空燃比
補正係数と非空燃比フィードバック制御時（オープンル
ープ時）の空燃比補正係数（一定値）との差が大きくな
ると、オープンループ時の空燃比ずれは大きく、しかも
オープンループから空燃比フィードバック制御への切替
時に制御空燃比が要求レベルに到達するのに時間を要し
て補正不足を生じる。この結果、オーバリッチによる燃
費の悪化、HC,COエミッションの悪化等を招くと共に、
オーバリーンによるドライバビリティの悪化、NO_Xエミ
ッションの悪化等を招く。

このため、ダブルO₂センサシステムに学習制御を導入
し、これにより、空燃比補正係数FAFの平均値すなわち
スキップ直前の空燃比補正係数FAFの平均値FAFAVが所定
値たとえば1.0を中心に変化するようにすることは本願
出願人は既に提案している（参照：特願昭60−16742
号）。従って、空燃比補正係数FAFは常に所定値（1.0）
に近い値にあるので変動マージンは大きく、従って、空
燃比フィードバック制御中における過渡時の空燃比変化
を補償でき、しかも空燃比フィードバック時とオープン
ループ時とにおける空燃比補正係数の差が小さくなり、
従って、オープンレープ時の空燃比のずれが小さくなる
と共に、オープンループから空燃比フィードバック制御
への切替時において制御空燃比はただちに要求レベルに
近づくことになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の学習制御は、空燃比補正係数FAFの平均値FAFAVを
所定値（1.0）に収束させるように学習値FGHACを演算す
るものであり、元来、空気密度変化（高地走行）時に対
応して行われるものである。従って、学習制御が何らか
の原因でたとえばエバポの影響により学習値FGHACを過
補正して空燃比がオーバリッチあるいはオーバリーンに
なるのを防止するために、学習値FGHACにも上限値およ
び下限値が設けられている。しかしながら、ダブルO₂セ
ンサシステムにおいては、空燃比補正係数FAFの所定値
たとえば1.0からのずれ量を可変とすることによりベー
ス空燃比が制御されるので、空燃比補正係数FAFの平均
値FAAFVは、空気密度変化（高地走行）がないにもかか
わらず、下流側O₂センサによる空燃比フィードバック制
御により変化し、この結果、学習値FGHACは学習制御さ
れてその上限値もしくは下限値に近い値となることがあ
る。従って、この場合、学習値FGHACの変動マージンは
小さくなり、これ以上の学習制御は不可能となる。つま
り、この状態では、空気密度変化（高地走行）があって
も、空気密度変化の補償が不可能となり、燃費の悪化、
エミッションの悪化、ドライバビリティの悪化等を招く
という問題点が生ずる。

さらにダブルO₂センサシステムにおいては、上流側、下
流側O₂センサの両方による空燃比フィードバック制御が
行われると、空燃比フィードバック制御に関与する定数
たとえばスキップ定数RSR,RSLは下流側O₂センサによる
空燃比フィードバック制御によって、通常、非対称（RS
R≠RSL）になる。従って、この間に、上述のごとく、ス
キップ直前の空燃比補正係数FAFの平均値FAFAVが所定値
たとえば1.0になるように学習補正量FGHACを演算する
と、上記平均FAFAVは空燃比補正係数FAFの平均値を正確
に表わしていないために、すなわち真の空燃比ずれを表
わしていないために、誤学習が行われるという問題点も
ある。

従って、本発明の目的は、空気密度変化があったときに
は十分且つ正確な学習制御を行えるようにしたダブル空
燃比センサシステムを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の問題点を解決するための手段は第1A図、第1B図に
示されている。

第1A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側、下
流側に、それぞれ設けられている。空燃比補正量演算手
段は空燃比フィードバック制御に関与する定数たとえば
スキップ量RSR,RSLと上流側（第１の）空燃比センサの
出力V₁とに応じて空燃比補正量FAFを演算する。ずれ量
演算手段は空燃比補正量FAFの平均値FAFAVと所定値たと
えば1.0とのずれ量ΔFAFを演算し、ずれ量判別手段にず
れ量ΔFAFが所定量αより大きいか否かを判別する。定
数演算手段は、ずれ量ΔFAFが所定量αより大きくない
ときに（ΔFAFS≦α）下流側（第２の）空燃比センサの
出力V₂に応じて空燃比フィードバック制御に関与する定
数RSR、RSLを演算する。また、学習手段は、上記ずれ量
ΔFAFが所定量αより大きいときにのみ（ΔFAF＞α）、
上記空燃比フィードバック制御に関与する定数を空燃比
補正量のリッチ側変化とリーン側変化とが対称になるよ
うに一定値にするとともに（RSR＝RSL）空燃比補正量FA
Fの平均値FAFAVが所定値1.0に収束するように学習補正
量FGHACを演算する。そして、空燃比調整手段は空燃比
補正量FAFおよび学習補正量FGHACに応じて機関の空燃比
を調整するものである。

第1B図においては、第1A図の構成に、時間計測手段が付
加されている。つまり、時間計測手段はずれ量ΔFAFが
所定量αより大きい状態の持続時間Ｃを計測し、その持
続時間Ｃが所定時間β以上のときのみ、学習手段を動作
させるようにしたものである。

〔作用〕

上述の第1A図に示す構成によれば、空燃比補正量FAFの
平均値FAFAVと所定値1.0とのずれ量ΔFAFが所定量αよ
り大きいときにのみ、学習制御は行われるが、その際、
下流側空燃比センサによる空燃比フィードバック制御は
中止され、すなわち空燃比フィードバック制御に関与す
る定数RSR,RSLは一定値且つ対称（たとえばRSR＝RSL＝
５％）とされるので誤学習はない。また、たとえばO₂セ
ンサの出力特性のばらつき、燃料噴射弁等の部品の経時
的もしくは経年的変化による空燃比補正量FAFの平均値F
AFAVの1.0からずれ量ΔFAFはせいぜい±３％程度であ
り、また、高地走行に伴う上記ずれ量ΔFAFは±５％程
度である。従って、所定量αを３％に設定すれば、ダブ
ル空燃比センサシステムによるずれ量に対しては学習制
御は行わなくなり、この結果、学習値FGHACがその上限
値もしくは下限値になるまで制御される可能性が小さく
なる。

また、第1B図の構成によれば、ずれ量ΔFAFが所定値α
より大きいことを確実に検出でき、従って、高地走行状
態を確実に検出でき、そのときのみ、学習制御が行われ
るようになる。

〔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CPU 103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O₂0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1
3,15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1
01に送信する。

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変器101、入出力インターフェイス102、CPU
103の外に、ROM 104、RAM 105、バックアップRAM 10
6、クロック発生回路107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℃Ａ毎の割込みによって演算されてRA
M 105の所定領域に格納される。

第４図は上流側O₂センサ13の出力にもとづいて空燃比補
正回数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401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。たとえば、冷却水温が所定値以下の時、機関
始動中、始動後増量中、暖機増量中、パワー増量中、上
流側O₂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429に進んで空燃比
補正係数FAFを1.0とする。他方、閉ループ条件成立の場
合はステップ402に進む。

ステップ402では、上流側O₂センサ13の出力V₁をA/D変換
して取込み、ステップ403にて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、つまり、空燃比がリッチかリー
ン（V₁≦V_R1）であれば、ステップ404にて第１のデイレ
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405にてCDLY1を０とし、ステップ406に進
む。スップ407,408では、第１のデイレイカウンタCDLY1
を最小値TDL1でガードし、この場合第１のデイレイカウ
ンタCDLY1が最小値TDL1に到達したときにはステップ409
にて第１の空燃比フラグF1を“0"（リーン）とする。な
お、最小値TDL1は上流側O₂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時間であって、負の値
で定義される。他方、リッチ（V₁＞V_R1）であれば、ス
テップ410にて第１のデイレイカウンタCDLY1が負か否か
を判別し、CDLY1＜０であればステップ411にてCDLY1を
０とし、ステップ412に進む。ステップ413,414では、第
１のデイレイカウンタCDLY1を最大値TDR1でガードし、
この場合、第１のデイレイカウンタCDLY1が最大値TDR1
に到達したときにはステップ415にて第１の空燃比フラ
グF1を“1"（リッチ）とする。なお、最大値TDR1は上流
側O₂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
リッチ遅延時間であって、正の値で定義される。

ステップ416では、第１の空燃比フラグ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417にて、学習条件が満たされているか否かを
判別する。学習条件は、たとえば、ｉ）冷却水温THWが70℃＜THW＜90℃であること、 ii）吸入空気量変化ΔＱが一定値より小さい安定な状態
が一定期間持続したこと、等である。学習条件が満たされたときにはステップ418
に進み、学習制御を行う。

学習制御については後述する。

次いで、ステップ419にて、第１の空燃比フラグ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420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421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416にて第１の空燃比フラグF1の符号が反転し
ていなければ、ステップ422,423,424にて積分処理を行
う。つまり、ステップ422にて、F1＝“0"か否かを判別
し、F1＝“0"（リーン）であればステップ423にてFAF←
FAF＋KIとし、他方、F1＝“1"（リッチ）であればステ
ップ424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
423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424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420,421,423,424にて演算された空燃比補正係
数FAFはステップ425,426にて最小値たとえば0.8にてガ
ードされ、また、ステップ427,428にて最大値たとえば
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RAM 105に格納して、ステ
ップ430にてこのルーチンは終了する。

第5A図は第４図の学習制御ステップ418の詳細なフロー
チャートであって、前述のごとく、上流側O₂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501にて、空燃比補正係数FAFの平均
値FAFAVを、 FAFAV←（FAF＋FAF₀）/2 ただし、FAF₀は前回スキップ直前時のFAF値、により演
算し、ステップ502にて、FAFを次回の演算に備え、 FAF₀←FAF とする。次いで、ステップ503にて ΔFAF←FAFAV−1.0 を演算する。

次いで、ステップ504にてΔFAF＞αか否かを判別し、ス
テップ505にてΔFAF−αか否かを判別する。ここで、α
は一定値であってたとえば0.03である。この結果、ΔFA
F＞αであればステップ506にて下流側O₂センサ13による
空燃比フィードバック制御フラグFSFBをリセットし、ス
テップ507にて学習値FGHACを、 FGHAC←FGHAC＋ΔFGHAC により増大させ、ステップ508,509にて最大値たとえば
1.05にてガードする。他方、ΔFAF＜−αであればステ
ップ510にてやはり空燃比フィードバック制御フラグFSF
Bをリセットし、ステップ511にて学習値FGHACを、 FGHAC←FGHAC＋ΔFGHAC により減少させ、ステップ512,513にて最小値たとえば
0.90にてガードする。しかし、−α≦ΔFAF≦αであれ
ば、ステップ514に進み、空燃比フィードバック制御フ
ラグFSFBをセットし、ステップ515に進み、学習値FGHAC
の更新は行わない。

このように、｜ΔFAF|＞αのときのみ、実質的な学習制
御であるステップ507もしくは511において学習値FGHAC
の更新を行うが、その際、空燃比フィードバック制御フ
ラグFSFBをリセットして後述の第７図の第２の空燃比フ
ィードバック制御を行わないようにする。

なお、ステップ504,505におけるΔFAF＞α，ΔFAF＜−
αはΔFAF＞α，ΔFAF＜−β（α≠β）であってももち
ろんよい。

第5B図は第5A図の変更例であって、第5A図に対し、ステ
ップ516〜520が付加されている。すなわち、｜ΔFAF|＞
αの状態の持続時間を計測するカウンタＣを設けてい
る。つまり、−α≦ΔFAF≦αのときには、ステップ518
にてカウンタＣはリセットされ、ΔFAF＞αもしくはΔF
AF＜−αになったときのみ、ステップ516もしくは519に
てカウンタＣは１カウントアップする。そして、Ｃ＞β
（たとえば５〜10）のときのみ、ステップ506もしくは5
10に進んで学習値FGHACの更新及び下流側O₂センサ15に
よる第２の空燃比フィードバック制御の停止を行う。

このように、第5B図のルーチンによれば、空気密度変化
（高地走行）時をより確実に検出することができる。

第６図は第４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６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のデイレイカウンタCDLY1
は、第６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６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/F1′はリッチ遅
延時間TDR1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（−TDL1）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のごとくリッチ遅延時間TDL1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TDR1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スキップ量RSR,RSL、積分定数KIR,K
IL遅延時間TDR1,TDL1、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、第２の空
燃比補正係数FAF 2を導入するシステムとがある。

たとえば、リッチステップ量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、リッチスケップ量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。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。リッチ遅延時間TDR1＞リー
ン遅延時間（−TDL1）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（−TDL1）＞リ
ッチ遅延時間（TDR1）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
応じて置換時間TDR1,TDL1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７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７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701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、下流側O₂センサ15が故障している時、過渡運転
時、オンアイドル時（LL＝“1"）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732,733に進
みスキップ量RSR,RSLを一定値RSR₀,RSL₀とする。たとえ
ば、 RSR₀＝５％ RSL₀＝５％である。つまり、対称スキップ制御が行われる。この場
合、他の空燃比フィードバック制御に関与する定数KIR,
KIL;TDR,TDLも対称であれば、空燃比補正係数FAFは第４
図のルーチンにより対称に制御されることになる。

閉ループであれば、ステップ702において、第５図の学
習ルーチンにより設定された空燃比フィードバック制御
フラグFSFBが“1"か否かを判別する。FSFB＝“0"であれ
ば、学習制御すなわち学習値FGHACの更新を行うため
に、やはりステップ732,733に進み、スキップ量RSR,RSL
を一定値RSR₀,RSL₀とする。FSFB＝“1"であれば、ステ
ップ703に進む。

ステップ703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704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。なお、ステップ704〜716は第４図のステップ403〜4
15に相当する。従って、ステップ704での比較結果は遅
延時間TDR2,TDL2だけ遅延処理されて第２の空燃比フラ
グF2が設定されることになる。ステップ717にて第２の
空燃比フラグF2が“0"か否かが判別され、この結果、F2
＝“0"（リーン）であればステップ718〜723に進み、他
方、F2＝“1"（リッチ）であればステップ724〜729に進
む。

ステップ718では、RSR_i←RSR_i＋ΔRS（一定値たとえば
0.08％）とし、つまり、空燃比フィードバック中のリッ
チスキップ量RSR_iを増大させて空燃比をリッチ側に移行
させる。ステップ719,720では、RSR_i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721にてRSL_i
←RSL_i−ΔRSとし、つまり、空燃比フィードバック中の
リッチスキップ量RSL_iを減少させて空燃比をリッチ側に
移行させる。ステップ722,723では、RSL_i最小値MINたと
えば2.5％にてガードする。

他方、リッチ（F2＝“1"）のときには、ステップ724に
てRSR_i←RSR_i−ΔRSとし、つまり、空燃比フィードバッ
ク中のリッチスキップ量RSR_iを減少させて空燃比をリー
ン側に移行させる。ステップ725,726では、RSR_iを最小
値MINにてガードする。さらに、ステップ727にてRSL_i←
RSL_i＋ΔRS（一定値）とし、つまり、空燃比フィードバ
ック中のリーンスキップ量RSL_iを増加させて空燃比をリ
ーン側に移行させる。ステップ728,729では、RSL_iを最
大値MAXにてガードする。

ステップ730,731では、 RSR←RSR_i RSL←RSL_i とし、RSR_i,RSL_iと共に、RSR,RSLはRAM 105に格納され
た後に、ステップ732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_i,R
SL_iはバックアップ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７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MINは空燃
比変動による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７図のルーチンによれば、閉ループ条件
が満たされ且つ学習値FGHACの更新を行わない（FSFB＝
“1"）ときには、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。ま
た、閉ループ条件が満たされないとき、もしくは学習値
FGHACの更新を行うときには、スキップ量RSR,RSLは一定
値RSR₀,RSL₀（RSR₀＝RSL₀）とされ、従って、この場
合、上流側O₂センサ13による第１の空燃比フィードバッ
ク制御は空燃比補正係数をFAFを対称制御することにな
る。

第８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℃Ａ毎に実行される。ステップ801ではRA
M 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802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803では、最終噴射量TAUを、TAU←TAUP・（FAF＋FG
HAC）・（FWL＋α）＋βにより演算する。なお、α，β
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804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1205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９図は第４図、第5A図、第７図、第８図のフローチャ
ートを補足説明するタイミング図である。第９図（Ａ）
のごとく、空燃比補正係数FAFが実線に示すごとく変化
したときには、空燃比補正係数FAFの平均値FAFAVは点線
に示すごとく変化する。しかし、空燃比補正係数FAFの
平均値FAFAVが１＋αより大きくなるか１−αより小さ
くなるまでは、学習制御（学習値FGHACの更新）は行わ
れず、従って、時刻t₁までは学習値FGHACは一定の値に
保持される。つまり、時刻t₁までは、ダブルO₂センサシ
ステムによる空燃比フィードバック制御が行われるが、
学習制御は行われない。平均値FAFAVが１−αより小さ
くなったときに始めて空気密度変化（登板時）があった
ものとして学習制御を行う。すなわち、時刻t₁〜t₂で
は、第９図（Ｃ）に示すごとく、空燃比補正係数FAFの
平均値FAFAVを1.0に収束させるために学習値FGHACを更
新して減少させる。このとき、リッチスキップ量RSRお
よびリーンスキップ量 RSLは第９図（Ｂ）に示すごと
く同一の一定値とされる。同様に、平均値FAFAVがαよ
り大きくなったときには空気密度変化（降坂時）があっ
たものとして学習制御を行う。すなわち、時刻t₃〜t₄で
は、第９図（Ｃ）に示すごとく、空燃比補正係数FAFの平均値FAFAV
を1.0に収束させるために学習値FGHACを更新して増大さ
せる。このときも、リッチスキップ量RSRおよびリーン
スキップ量RSLは第９図（Ｂ）に示すごとく同一の一定
値とされる。なお、第５図の学習制御においては、スキ
ップ直前の空燃比補正係数FAFの相加平均を平均値FAFAV
として求めていたが、この平均値FAFAVとして空燃比補
正係数FAFの積分量を用いることもできる。すなわち、
この場合、第10図に示すように、正の積分量S_P（もしく
はそのなまし値）と負の積分量S_N（もしくはそのなまし
値）とが等しくなるように学習値FGHACの更新を行う。
これにより、たとえ空燃比補正係数FAFが非対称に変化
しても、正確な学習補正量FGHACを得ることができる。

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
における他の制御定数、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、また、第２の空燃比補正係数を導入す
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、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RSR,RSL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TDR1,TDL1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、リーン積分定数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、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、キャプレ
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801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803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、上述の実施例で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、ダブル空燃比セン
サシステムによるずれ量に対しては学習制御を行わない
ので、学習値FGHACがその上限値もしくは下限値になる
まで制御される可能性を小さくすることができ、さら
に、学習値の更新を行うときには空燃比フィードバック
制御に関与する定数を対称に固定するので、従って、空
気密度変化の補償を十分に行うことができ、この結果、
燃費の悪化、エミッションの悪化、ドライバビリティの
悪化等を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第1A図、第1B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４図、第5A図、第5B図、第７図、第８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６図は第４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９図は第４図、第5A図、第７図、第８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10図は第５図の変更例を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。

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、下流側に、それぞ
れ設けられ、排気ガス中の特定成分濃度を検出する第
１、第２の空燃比センサと、前記第１の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、前記空燃比補正量の平均値と所定値とのずれ量を演算す
るずれ量演算手段と、前記ずれ量が所定量より大きいか否かを判別するずれ量
判別手段と、前記ずれ量が前記所定量より大きくないときに前記第２
の空燃比センサの出力に応じて前記空燃比フィードバッ
ク制御に関与する定数を演算する定数演算手段と、前記ずれ量が前記所定量より大きいときにのみ、前記フ
ィードバック制御に関与する定数を前記空燃比補正量の
リッチ側変化とリーン側変化とが対称となるように一定
値にするとともに前記空燃比補正量の平均値が前記所定
値に収束するように学習補正量を演算する学習手段と、前記空燃比補正量および前記学習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。
【請求項２】前記空燃比補正量の平均値が該空燃比補正
量の反転直前の相加平均値である特許請求の範囲第１項
に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】前記空燃比補正量の平均値が該空燃比補正
量の積分量である特許請求の範囲第１項に記載の内燃機
関の空燃比制御装置。
【請求項４】前記空燃比フィードバック制御に関与する
定数がスキップ定数である特許請求の範囲第１項に記載
の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】前記空燃比フィードバック制御に関与する
定数が積分定数である特許請求の範囲第１項に記載の内
燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】前記空燃比フィードバック制御に関与する
定数が遅延時間である特許請求の範囲第１項に記載の内
燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】前記空燃比フィードバック制御に関与する
定数が前記第１の空燃比センサ出力の比較電圧である特
許請求の範囲第１項に記載の内燃機関の空燃比制御装
置。
【請求項８】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、下流側に、それぞ
れ設けられ、排気ガス中の特定成分濃度を検出する第
１、第２の空燃比センサと、前記第１の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、前記空燃比補正量の平均値と所定値とのずれ量を演算す
るずれ量演算手段と、前記ずれ量が所定量より大きいか否かを判別するずれ量
判別手段と、前記ずれ量が前記所定量より大きいときにその状態の持
続時間を計測する時間計測手段と、前記持続時間が所定時間未満のときに前記第２の空燃比
センサの出力に応じて前記空燃比フィードバック制御に
関与する定数を演算する定数演算手段と、前記持続時間が前記所定時間以上のときにのみ、前記フ
ィードバック制御に関与する定数を前記空燃比補正量の
リッチ側変化とリーン側変化とが対称となるように一定
値にするとともに前記空燃比補正量の平均値が前記所定
値に収束するように学習補正量を演算する学習手段と、前記空燃比補正量および前記学習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。
【請求項９】前記空燃比補正量の平均値が該空燃比補正
量の反転直前の相加平均値である特許請求の範囲第８項
に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１０】前記空燃比補正量の平均値が該空燃比補
正量の積分量である特許請求の範囲第８項に記載の内燃
機関の空燃比制御装置。
【請求項１１】前記空燃比フィードバック制御に関与す
る定数がスキップ定数である特許請求の範囲第８項に記
載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１２】前記空燃比フィードバック制御に関与す
る定数が積分定数である特許請求の範囲第８項に記載の
内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１３】前記空燃比フィードバック制御に関与す
る定数が遅延時間である特許請求の範囲第８項に記載の
内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１４】前記空燃比フィードバック制御に関与す
る定数が前記第１の空燃比センサ出力の比較電圧である
特許請求の範囲第８項に記載の内燃機関の空燃比制御装
置。