JPH0788800B2

JPH0788800B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH0788800B2
Application number: JP19911986A
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: JPS6357843A

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センサにより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）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。

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、その上限値もくしは下限値に近い値
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
ひ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、オープンル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FAFAV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
（RSR≠RSL）にある。従って、この間に、上述のごと
く、スキップ直前の空燃非補正係数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、上記平均値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、本来の空気密度変化があった
ときのみ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。定数変
化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RSRの変化量ΔRSRを演算し、定数変化量判別手段は空
燃比フィードバック制御定数RSRの変化量ΔRSRが所定量
αより小さいか否かを判別する。定数演算手段は空燃比
フィードバック制御に関与する定数RSRの変化量ΔRSRが
所定量αより小さくない（ΔRSR≧α）ときに、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、空燃比フィードバック制御に関与する
定数RSRの変化量ΔRSRが所定量αより小さい（ΔRSR＜
α）ときにのみ、空燃比フィードバック制御に関与する
定数RSR、RSLを空燃比補正量FAF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空
燃比補正量FAF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。

また、第1B図においては、第1A図に対して、機関の負荷
たとえば吸入空気量Ｑを検出する機関負荷検出手段およ
び機関の負荷Ｑが所定値βより小さいか否かを判別する
機関負荷判別手段が付加されている。定数演算手段は空
燃比フィードバック制御に関与する定数RSRの変化量ΔR
SRが所定量αより小さくないとき（ΔRSR≧α）、もし
くは機関の負荷Ｑが所定値βより小さくないとき（Ｑ≧
β）に、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、空燃比フィードバック制
御に関与する定数RSRの変化量ΔRSRが所定量αより小さ
く（ΔRSR＜α）、かつ機関の負荷Ｑが所定値βより小
さい（Ｑ＜β）ときにのみ、空燃比フィードバック制御
に関与する定数RSR、RSLを空燃比補正量FAF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
とともに空燃比補正量FAF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。

〔作用〕

上述の第1A図の構成によれば、空燃比フィードバック制
御定数RSRの変化量ΔRSRが所定量αより小さいときの
み、第1B図の構成によればさらに機関の負荷Ｑが所定値
βより小さいときにのみ、すなわち、下流側空燃比セン
サによる空燃比フィードバック制御が十分安定したとき
のみ、学習制御が行われるが、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定数RSR,RSLは一定値且
つ対称（たとえばRSR＝RSL＝５〜１％）とされるので誤
学習はない。

〔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は吸入吸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
を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A/D変換器101
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変換器101、入出力インターフェイス102、C
PU 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18、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
のキャリアアウト端子が“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
して組込み、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405にてCDLY1を０とし、ステップ406に進
む、ステップ407,408では、第１のディレイカウンタCDL
Y1を最小値TDL1でガードし、この場合、第１のディレイ
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411にてCD
LY1を０とし、ステップ412に進む。ステップ413,414で
は、第１のディレイカウンタCDLY1を最大値TDR1でガー
ドし、この場合、第１のディレイカウンタCDLY1が最大
値TRD1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のディレイカウンタCDLY1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
否かを学習制御実行フラグF_Gにより判別する。この結
果、学習条件が満たされたときには（F_G＝“1"）ステッ
プ418に進み、学習制御を行う。なお、学習条件および
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RAM105に格納して、ステ
ップ430にてこのルーチンは終了する。

第５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（F_G＝“1"）、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＋FAFO）/2 ただし、FAFO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、 FAFO←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＞０か否かを判別し、こ
の結果、ΔFAF＞０であればステップ505にて学習補正量
FGHACを、 FGHAC←FGHAC＋ΔFGHAC により増大させ、ステップ506,507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508にて学習補正量FGHACを、 FGHAC→FGHAC−ΔFGHAC により減少させ、ステップ509,510にて最小値たとえば
0.90にてガードする。なお、｜ΔFAF|＞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。

なお、後述のごとく、第５図の学習制御ルーチンが実行
される際は、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。

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のディレイカウンタ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
比制御信号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TDR1
より短い期間で反転すると、第１のディレイカウンタCD
LY1が最大値TDR1に到達するのに時間を要し、この結
果、時間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
６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FAF2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、リーンテキップ量
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。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
応じて遅延時間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1_S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
プ条件から否かを判別する。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、過度運
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736,737に
進みスキップ量RSR,RSLを一定値たとえば５％とする。
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703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703〜715は第
４図のステップ403〜415に相当する。従って、ステップ
703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716〜720は学習条件の判別を行うためのルーチ
ンである。すなわち、ステップ716にて、RAM105より吸
入空気量データＱを読出し、Ｑ＜β（一定値）か否かを
判別する。Ｑ≧βであればステップ717に進み、学習実
行クラグF_Gを０とし、ステップ721〜732に進む。つま
り、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、すなわち機関負荷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、Ｑ＜
βであればステップ718,719にてリッチスキップ量（こ
の場合、RSR）の変化に応じて学習条件の判別を行う。
つまり、ステップ718にて第２の空燃比フラグF2が反転
したか否かを判別し、この結果、反転しているときのみ
ステップ719にて学習条件の判別を行い、反転していな
ければ学習実行フラグF_Gは変更されない。なお、ステッ
プ719の学習条件判別については後述する。そして、ス
テップ720にて学習実行クラグF_Gが“1"か否かを判別
し：この結果F_G＝“1"であればステップ736,737に進み
スキップ量RSR,RSLを一定値５％とし、F_G＝“0"であれ
ばステップ721〜736に進む。

ステップ721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722〜727に進み、他方、F2＝“1"（リッチ）であれ
ばステップ728〜732に進む。

ステップ722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を増大させて空燃比をリッチ側に移行
させる。ステップ724,725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725にてRSL
←RSL−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726,727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（F2＝“1"）のときには、ステップ728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730,731では、RSR_iを最小
値MINにてガードする。さらに、ステップ731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732,733では、RSL_iを最
大値MAXにてガードする。

ステップ734,735にてRSR←RSR_i,RSL←RSL_iとし、RSR_i,R
SL_iと共にRSR,RSLはRAM105に格納された後に、ステップ
735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は一旦他の値FAF′,RSR′,RSR′に変換してバックア
ップRAM106に格納することもでき、これより、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、吸入空気量Ｑが小（Ｑ＜β）且つ空燃比フ
ィードバック制御定数たとえばRSRの変化が小さいとき
のみ、学習実行フラグF_Gが“1"とされて学習制御が実行
されるが、その際には、ステップ736,737によりスキッ
プ量RSR,RSLは一定値たとえば５％（RSR＝RSL）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FAFを対称
制御することになる。

第８図は第７図の学習条件判別ステップ719の詳細なフ
ローチャートであって、上述のごとく、遅延された下流
側O₂センサ15の出力信号の反転毎に実行される。ステッ
プ801では、リッチスキップ量RSRの平均値RSRAVを RSRAV←（RSR＋RSRO）/2 ただし、RSROは前回第２のディレイカウンタCDLY2の反
転直前のRSRの値である、により演算し、ステップ802にて、平均値RSRAVのなまし
値RSRAVXを、により演算する。ステップ803では、なまし値RSRAVXの
変化量計算用カウンタCRSRAVを１増大させ、ステップ80
4にてカウンタCRSRAVが所定値C₀になったか否か、すな
わち下流側O₂センサ15の出力信号の反転回数がC₀になっ
たか否かを判別する。CRSRAV＞C₀であれば、ステップ80
5に進み、CRSAFAV≦C₀であれば、ステップ812にジャン
プする。

ステップ805では、なまし値RSRAVXの変化量、すなわち
空燃比変化量ΔRSRAVXを、 ΔRSRAVX←|RSRAVX−RSRAVXO| ただし、RSRAVXOは反転回数C₀前のRSRAVXの値、により演算し、ステップ806にて空燃比変化量ΔRSRAVX
が所定値αより大きいか否かを判別する。この結果、Δ
RSRAVX＞αであれば、ステップ807にて学習制御実行フ
ラグF_Gを“0"とし、他方、ΔRSRAVX≦αであれば、ステ
ップ808に進み、他の学習条件が満足されているか否か
を判別する。他の学習条件は、たとえば、上流側O₂セン
サ13による空燃比フィードバック制御（ステップ401）
のもとで、さらに、冷却水温THEが70℃＜THW＜90℃であること、等である。これら他の学習条件の１つでも満足されなけ
れば、やはりステップ807にて学習制御実行フラグF_Gを
“0"とし、すべての学習条件が満たされたときにのみス
テップ809にて学習制御実行フラグF_Gを“1"とする。ス
テップ810では、カウンタCRSRAVをクリアし、ステップ8
11ではRSRAVXをRSRAVXOとして、次の実行に備え、ステ
ップ812にてRSRをRSROとし、ステップ813にてこのルー
チンは終了する。

なお、第８図のルーチンでは、リッチスキップ量RSRの
変化量の代りに、リーンスキップ量RSLの変化量を用い
てもよい。

つまり、第８図のルーチンは、下流側O₂センサ15による
空燃比フィードバック制御が不安定であるスキップ量変
化量が大きい場合には、学習制御を禁止し、下流側O₂セ
ンサ15による空燃比フィードバック制御が安定であるス
キップ量変化量が小さい場合には下流側O₂センサ15によ
る空燃比フィードバック制御と共に学習制御を行うよう
にしたものである。

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℃Ａ毎に実行される。ステップ901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、最終噴射量TAUを、 TAU←TAUP・（FAF＋FGHAC）・（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904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905にてこのルーチンは終了する。

なお、上述のごとく、噴射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、第４図、第５図、第７図、第８図、第９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。第10図（Ａ）に示すごとく、吸入空気量Ｑが変化
し、第10図に示すごとくリッチスキップ量RSRが変化し
た場合には、時間t₁〜t₂、時間t₅〜t₆では、第10図
（Ｃ）に示すごとく、学習制御により学習値FGHACの更
新を行うが、その際、下流側O₂センサ15による空燃比フ
ィードバック制御は中止され、リッチスキップ量RSRお
よびリーンスキップ量RSLは第10図（Ｂ）に示すごとく
同一の一定値とされる。他方、時間t₃〜t₄では、吸入空
気量Ｑが小（Ｑ＜β）であるが、スキップ量RSRの変化
ΔRSRが大であるので学習制御は禁止され、下流側O₂セ
ンサ15による空燃比フィードバック制御が行われる。

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11
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を得ることできる。

また、第７図のステップ717の負荷検出としては、他の
運転状態パラメータ、たとえば吸入空気圧、スロットル
弁開度、機関回転速度を用いることもできる。

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に応じて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。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TAUO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90
3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、負荷が大きい場合
あるいは下流側空燃比センサより空燃比フィードバック
制御が不安定な場合に、学習制御を禁止しているので、
下流側空燃比センサにより空燃比フィードバック制御を
優先的に行うことができ、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５図、第７図、第８図、第９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10図は第４図、第５図、第７図、第８図、第９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、前記空燃比フィードバック制御に関与する定数の変化量
を演算する定数変化量演算手段と、前記空燃比フィードバック制御に関与する定数の変化量
が所定量より小さいか否かを判別する定数変化量判別手
段と、前記空燃比フィードバック制御に関与する定数の変化量
が前記所定値より小さ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、前記空燃比フィードバック制御に関与する定数の変化量
が前記所定量より小さいときにのみ、前記空燃比フィー
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に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予め定めた目
標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、前記空燃比フィードバック制御に関与する定数の変化量
を演算する定数変化量演算手段と、前記空燃比フィードバック制御に関与する定数の変化量
が所定量より小さいか否かを判別する定数変化量判別手
段と、前記機関の負荷を検出する検出負荷検出手段と、該機関の負荷が所定値より小さいか否かを判別する機関
負荷判別手段と、前記空燃比フィードバック制御に関与する定数の変化量
が前記所定量より小さくないとき、もしくは前記機関の
負荷が前記所定値より小さ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、前記空燃比フィードバック制御に関与する定数の変化量
が前記所定量より小さく且つ前記機関の負荷が前記所定
値より小さいときにのみ、前記空燃比フィードバック制
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に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予め定めた目標値に収束
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。