JPS6226337A - 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０□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に関す
る。

〔従来の技術〕

−ａに、単一の０２センサにもとづく空燃比フィードバ
ック醸Ｈ卸（シングル　０□センサシステム）では、０
□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、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。０２センサの出力特性のばらつきの原因を列挙する
と、次のとおりである。

（ｔ）０２センサ自体の個体差、 （２）燃料噴射弁および排気ガス再循環弁等の部品の機
関への組付は位置の公差によるｏ２センサの箇所におけ
る排気ガスの混合の不均一、（３）０□センサの出力特
性の経時あるいは経年的な変化。

また、０２センサ以外では、燃料噴射弁、排気ガス再循
環流量、タペットクリアランス等の機関状態の経時的あ
るいは経年的な変化、および製造ばらつきによる排気ガ
スの混合の不均一性が変化および拡大することがある。

かかる０□センサの出力特性のばらつきおよび部品のば
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Ｏｔセンサを設け、上流側
０□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０２センサシステムが既に提案されている。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０□センサは、上流側０□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。

従って、上述のごとく、２つの０□センサの出力にもと
ずく空燃比フィードバック制御（ダブル０□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０□センサシステムでは、０２
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０□センサシス
テムでは、上流側０□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０
□センサシステムにおいては、下流側０□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、燃料制御系部品の各種製造公差、使用過
程での経時的あるいは経年的変化等により、制御空燃比
は理論空燃比よりリッチ側もしくはリーン側になったま
まになることがある。たとえば、第１気筒に対して他の
気筒よりも多くの燃料を噴射する燃料噴射弁が取付けら
れ、しかも上流側０２センサがこの第１気筒のガス影響
を強く受ける場合、上流側０□センサの出力にもとづく
空燃比フィードバック制御により触媒および下流側０□
センサへのガスはり−ンとなる。この結果、下流側０．
センサの出力がリーン信号（ローレベル）のままに保持
される。

一方、０２センサの活性、非活性の判別を、０２センサ
の出力が所定値以上に到達したか否かもしくは一旦上下
したか否かによって行うものがあるが、この場合、上述
のごとく、空燃比がリーンとなって下流側０□センサの
出力がリーン信号（ローレベル）に保持された場合、非
活性リーン信号か活性リーン信号かを判別できず、つま
り、たとえ下流側０２センサが活性化していても、下流
側０、センサの活性を判別できない。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は、通常、上流側空燃比センサ（ｏ２セン
サ）および下流側空燃比センサにより空燃比フィードバ
ック制御を行うが、下流側空燃比センサの出力が活性リ
ーン信号を保持している場合にも下流側空燃比センサに
よる空燃比フィードバック制御を可能ならしめたダブル
空燃比センサ（０□センサ）システムを提供することに
あり、その手段は第１図に示される２゜ 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の空燃比センサ手段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、それぞれ設げられている。なお、この場合、第
１．第２の空燃比センサ手段は非活性時にリーン信号を
発生するものとする。第１の空燃比制御手段は各第１．
第２の空燃比センサ出力の出力Ｖ、、Ｖ、に応じて機関
の空燃比を制御し、第２の空燃比制御手段は機関の空燃
比を強制的にリッチにする。活性、非活性判別手段は第
２の空燃比センサ手段の活性、非活性を第２の空燃比セ
ンサ手段の出力ｖ２が所定値以上になったか否かもしく
は一旦上下したか否かにより判別する。この結果、空燃
比調整手段は第２の空燃比センサ手段が活性のときに第
１の空燃比制御手段を選択し、第２の空燃比センサ手段
が非活性のときに第２の空燃比制御手段を選択すること
により機関の空燃比を調整するものである。

第１．第２の空燃比センサ手段が非活性時にリッチ信号
を発生する場合にも、本発明は適用される。この場合に
は、第２の空燃比制御手段は機関の空燃比を強制的にリ
ーンにする。

〔作　用〕

上述の手段によれば、空燃比がリーンにあって、下流側
空燃比センサ手段の出力が活性時リーン信号か非活性時
リーン信号かが不明であるときに、強制的に空燃比を理
論空燃比よりリッチ側にしている。従って、下流側空燃
比センサ手段の出力が活性時リーン信号であった場合に
は、リッチ信号に切替わり、この結果、下流側空燃比セ
ンサ手段は活性化と判別される。他方、下流側空燃比セ
ンサ手段の出力が非活性時リーン信号であった場合には
、リーン信号のままであり、この結果、下流側空燃比セ
ンサ手段は依然として非活性と判別される。

なお、第１．第２の空燃比センサ手段が非活性時にリッ
チ信号を発生する場合には、上述と逆である。つまり、
空燃比がリッチにあって、下流側空燃比センサ手段の出
力が活性時リッチ信号か非活性時リッチ信号かが不明で
あるときに、強制的に空燃比を理論空燃比よりリーン側
にしている。

従って、下流側空燃比センサ手段の出力が活性時リッチ
信号であった場合には、リーン信号に切替わり、この結
果、下流側空燃比センサ手段は活性化と判別される。他
方、下流側空燃比センサ手段の出力が非活性時リッチ信
号であった場合には、リッチ信号のままであり、この結
果、下流側空燃比センサ手段は依然として非活性と判別
される。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の詳細な説明する。

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。吸気通路２のスロットル弁
１６にはその開度ＴＡに応じたアナログ電圧を発生する
スロットルセンサ１７が設けられている。このスロット
ルセンサ１７の出力信号も制御回路１０の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ＴＩ
−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ＩＣ，ＣＯ，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。

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、０□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０．セン
サ出力処理回路１１１．１１２を介してＡ／Ｄ変換器１
０１に発生する。

なお、０□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０２
センサの出力（リッチ信号）は上昇しであるハイレベル
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であるローレベルで安定する。他
方、Ｏｔセンサ出力処理回路１１１．１１２は、第５Ａ
図に示すような流込み型回路構成をなしている場合、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０．セン
サの出力（リーン信号）は下降しであるＤ−レベルで安
定し、他方、空燃比Ａ／Ｆがリッチの場合には、素子温
が上昇するにつれであるハイレベルで安定する。

１８はアラームであって、下流側０２センサ１５が故障
した場合に表示される。

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　、ＣＰＵ　１０３　、Ｏ□センサ出力処理回
路１１１．１１２の外に、ＲＯＭ　１０４　、ＲＡＭ　
１０５、バックアップＲＡＭ　１０６、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ＴＡＩ
Ｊ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１０
９もセットされる。この結果、駆動図゛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１
０Ｂがクロック信号（図示せず）を計数して最後にその
キャリアウド端子が“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ｌ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１
０１のＡ／Ｄ変換終了時、入出力インターフェイス１０
２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、スロットル
弁１６の開度データＴＡおよび冷却水温データＴＨ−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Ｔ）ＩＷ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’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６図は上流側０２センサ１３の出力にもとづいて空燃
比補正係数ＦＡＦ　１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６０１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０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０２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ＴＨ−を
読出して一旦ＴＨ−≧７０℃になったか否かを判別する
か、あるいは上流側０□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６１７に進んで
空燃比補正係数ＦＡＦ　１を１．０とする。

他方、閉ループ条件成立の場合はステップ６０２に進む
。

このように、ステップ６０１は上流側０２センサ１３の
活性、非活性判別手段である。

ステップ６０２では、上流側０２センサ１３の出力ｖＩ
をＡ／Ｄ変換して取込み、ステップ６０３にて■、が比
較電圧■□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
（ｖ　ｒ　≦Ｖ　Ｒｌ　）であれば、ステップ６０４に
て第１のディレィカウンタＣＤＬＹ　１を１減算し、ス
テップ６０５　、６０６にて第１のディレィカウンタＣ
ＤＬＹ　１を最小値ＴＤＲ１でガードする。

なお、最小値ＴＤＲ１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ちり−ン状態
であるのと判断を保持するためのリッチ遅延時間であっ
て１、負の値で定義される。他方、リッチ（Ｖ、＞Ｖ□
）であれば、ステップ６０７にて第１のディレィカウン
タＣＤＬＹ　１を１加算して、ステップ６０８．６０９
にて第１のディレィカウンタＣＤＬＹ　１を最大値ＴＩ
ＩＬ　１でガードする。なお、最大値ＴＤＬ　１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
めのリーン遅延時間であって、正の値で定義される。

ここで、第１のディレィカウンタＣＤＬＹ　１の基準を
Ｏとし、ＣＤＬＹ　１　＞　０のときに遅延処理後の空
燃比をリッチとみなし、ＣＤＬＹ　１≦Ｏのときに遅延
処理後の空燃比をリーンとみなすものとする。

ステップ６１０では、第１のディレイカウンタＣＤＬＹ
　１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６１１にて、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６１２
にてＦＡＦ　１−ＦＡＦＩ＋ＲＳ１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６１３にてＦＡＦ　１←ＦＡＦ　１−Ｒ５１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６１０にて第１のディレィカウンタＣＤＬＹ　
１の符号が反転していなければ、ステップ６１４、６１
５．６１６にて積分処理を行う。つまり、ステップ６１
４にて、ＣＤＬＹ　１≦０か否かを判別し、ＣＤＬＹ　
１≦０（リーン）であればステップ６１５にてＦＡＦ　
１←ＦＡＦ　１　＋に１１とし、他方、ＣＤＬＹ　１　
＞　０（リッチ）であればステップ６１６にてＦＡＦ　
１−ＦＡＦ　１−Ｋｌ　１とする。ここで、積分定数Ｋ
ＩＩはスキップ定数ＲＳＩに比して十分小さく設定して
あり、つまり、Ｋｌｌ＜ＲＳＩである。従って、ステッ
プ６１５はリーン状態（ＣＤＬＹ　ｌ≦０）で燃料噴射
量を徐々に増大させ、ステップ６１６はリッチ状態（Ｃ
ＤＬＹ　１　＞　０　）で燃料噴射量を徐々に減少させ
る。

ステップ６１２．６１３．６１５．６１６にて演算され
た空燃比補正係数ＦＡＦ　１は最小値たとえば０．８お
よび最大値たとえば１．２にてガードするものとし、こ
れにより、何らかの原因で空燃比補正係数ＦＡＰＩ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　１をＲＡＭ　１０５に
格納して、ステップ６１８にてこのルーチンは終了する
。

第７図は第６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０２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／Ｆｌが得られると、第１のディレィカウ
ンタＣＤＬＹ　１は、第７図（０）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／Ｆｌ　’が形成される。た
とえば、時刻１゜にて空燃比信号Ａ／Ｆｌ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＾／Ｆ
１′はリッチ遅延時間（−ＴＤＲＩ）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＾／Ｆｌ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／Ｆｌ　’はリーン遅延
時間ＴＤＬ　ｌ相当だけリッチに保持された後に時刻ｔ
４にてリーンに変化する。しかし、空燃比信号Ａ／ＰＩ
が時刻ｔＳ＋ｔ６＋”ｌのごとくリッチ遅延時間（−Ｔ
ＤＲＩ）より短い期間で反転する。

と、第１のディレィカウンタＣＤＬＹ　１が基準値０を
交差するのに時間を要し、この結果、時刻ｔ、にて遅延
処理後の空燃比信号Ａ／Ｆｌ　’が反転される。

つまり、遅延処理後の空燃比信号Ａ／Ｆｌ　’は遅延処
理前の空燃比信号Ａ／Ｆｌ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／Ｐｉ　
’にもとづいて第７図（ロ）に示す空燃比補正係数ＰＡ
Ｐ　Ｉが得られる。

次に、下流側Ｏｔ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
御定数としての遅延時間ＴＤＲＩ　、　　ＴＤＬＩ、ス
キップ量ＲＳＩ（この場合、リーンからリッチへのリッ
チスキップ量ＲＳ　Ｉ　Ｒおよびリッチからリーンへの
リーンスキップｆｉＲｓ　Ｉ　Ｌを別々に設定する）、
積分定数ＫＩＩ（この場合も、リッチ積分定数ＫＩＩＲ
およびリーン積分定数ＫＩＬＬを別々に設定する）、も
しくは上流側ｏ２センサ１３の出力Ｖ、の比較電圧■□
を可変にするシステムとがある。

たとえば、リッチ遅延時間（−ＴＤＲＩ）　＞リーン遅
延時間（ＴＤＬＩ）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（ＴＤＬＩ）＞リ
ッチ遅延時間（−ＴＤＲＩ）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０□センサ１
５の出力に応じて遅延時間ＴＤＲ１，ＴＤＬＩ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Ｒ５ＩＲ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１ｌＲｓ　Ｉ　Ｌ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Ｒ５Ｉ　Ｌ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１？Ｓ
ＩＲ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
スキップ量ＲＳ　Ｉ　Ｒおよびリーンスキ、プＩＲｓ　
Ｉ　Ｌ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ＫＩＩＲ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ＫＩＩＬ
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ＫＩＬＬ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ＫＩＩＲ
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ＫＩＩＲおよびリーン積分定数ＫＩＩＬ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□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ＶＲＩを補正することにより空燃比
が制御できる。

第８図〜第１０図を参照して第２の空燃比補正係数ＦＡ
Ｆ　２を導入したダブル０□センサシステムについて説
明する。

第８図は下流側０２センサ１５の出力にもとづいて第２
の空燃比補正係数ＦＡＦ　２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Ｏｔ
センサ１５による閉ループ条件か否かを判別する。この
ステップは第６図のステップ６０１とほぼ同一である。

従って、ステップ８０１は下流側ｏ２センサ１５の活性
、非活性判別手段である。閉ループ条件でなければステ
ップ８１７に進んでＦＡＦ　２　＝　１．０とし、閉ル
ープ条件のときにステップ８０２へ進ム。

ステップ８０２では、下流側ｏ２センサ１５の出力■２
をＡ／Ｄ変換°して取込み、ステップ８０３にてｖ２が
比較電圧■。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＋ｔＺ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０２センサ１３の
出力の比較電圧Ｖｌ１１より高く設定される。リーン（
ｖ２≦ｖＲ□）であれば、ステップ８０４にて第２のデ
ィレィカウンタＣＤＬＹ　２を１′＄ｉ算し、ステップ
８０５　、８０６にて第２のディレィカウンタＣＤＬＹ
　２を最小値ＴＤＲ２でガードする。なお、最小値ＴＤ
Ｒ２はリーンからリッチへの変化があってもリーン状態
を保持するためのリッチ遅延時間であって、負の値で定
義される。他方、リッチ（Ｖｚ　＞Ｖｉｚ）であれば、
ステップ８０７にて第２のディレィカウンタＣＤＬＹ　
２を１加算して、ステップ８０８　、８０９にて第２の
ディレィカウンタＣＤＬＹ　２を最大値ＴＤＬ　２でガ
ードする。

なお、最大値ＴＤＬ　２はリッチからリーンへの変化が
あってもリッチ状態を保持するためのリーン遅延時間で
あって、正の値で定義される。

ここでも、第２のディレィカウンタＣＤＬＹ　２の基準
を０とし、ＣＤＬＹ　２　＞　０のときに遅延処理後の
空燃比をリッチとみなし、ＣＤＬＹ　２≦０のときに遅
延処理後の空燃比をリーンとみなすものとする。

ステップ８１０では、第２のディレィカウンタＣＤＬＹ
　２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８１１にて、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８１２
にてＦＡＦ　２←ＦＡＦ２＋ＲＳ２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８１３にてＦＡＦ　２←ＦＡＦ　２〜Ｒ３２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８１０にて第２のディレィカウンタＣＤＬＹ２
の符号が反転していなければ、ステップ８１４゜８１５
、８１６にて積分処理を行う。つまり、ステップ８１４
にて、ＣＤＬＹ　２　＜　Ｏか否かを判別し、ＣＤＬＹ
　２〈０　（リーン）であればステップ８１５にてＦＡ
Ｆ　２←ＦＡＦ　２　＋ＫＩ　２とし、他方、ＣＤＬＹ
２＞０（リッチ）であればステップ８１６にてＦＡＦ　
２←ＦＡＰ　２−ＫＩ　２とする。ここで、積分定数Ｋ
Ｉ２はスキ、ツブ定数ＲＳ２に比して十分小さく設定し
てあり、つまり、ＫＩ２＜Ｒ５２である。従って、ステ
ップ８１５はリーン状態（ＣＤＬＹ　２≦０）で燃料噴
射量を徐々に増大させ、ステップ８１６はリッチ状態（
ＣＤＬＹ　２　＞　０　）で燃料噴射量を徐々に減少さ
せる。

ステップ８１２．８１３．８１５．８１６にて演算され
た空燃比補正係数ＦＡＦ　２は最小値たとえば０．８お
よび最大値たとえば１．２にてガードするものとし、こ
れにより、何らかの原因で空燃比補正係数ＦＡＦ２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　２をＲＡＭ　１０５に
格納して、ステップ８１８にてこのルーチンは終了する
。

このように、第２の空燃比補正係数ＦＡＦ　２は遅延処
理された下流側０２センサ１５の出力にもとづいて演算
される。

上述のごとく、空燃比フィードバック中に演算されたＦ
ＡＦ　１　、　　ＦＡＦ　２は一旦他の値ＦＡＦ１’。

ＦＡＦ２’に変換してバンクアップラム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
る運転性の向上に役立つものである。

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°ＣＡ毎に実行される。ステップ９０
１では、ＲＡＭ　１０５に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ＲＡＭ１０５より冷却
水温データＴＯＷを読出してＲＯＭ　１０°４に格納さ
れた１次元マツプにより暖機増量値ＦＷＬを補間計算す
る。この暖機増量値ＦＷＬは、図示のごとく、現在の冷
却水温ＴＦＩＷが上昇するに従って小さくなるように設
定されている。ステップ９０３では、最終噴射量ＴＡＵ
を、 ＴＡＵ　　−ＴＡＵＰ　　−ＦＡＦ　１　　・　　ＦＡ
Ｆ　２　　・　（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
ま淋補正量であり、たとえば図示しないスロットルセン
サからの信号、あるいは吸気温センサからの信号、バッ
テリ電圧等により決められる補正量であり、これらもＲ
ＡＭ　１０５に格納されている。

ステップ９０４〜９１１は下流側０□センサ１５の活性
、非活性の判別を行うものである。ステップ９０４では
、第６図のステップ６０１　と同様に、上流側０２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９０５では、水温データＴＨ―≧
７０℃の状態が６０ｓ以上持続したか否か判別する。つ
まり、ステップ９０４　、９０５は下流側０２センサ１
５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、下流側０２センサ１
５の活性、非活性を判別するためのステップ９０６が実
行される。

ステップ９０６では、下流側０２センサ１５が活性化し
たか否かを判別する。たとえば、■２〉０．４５Ｖが少
なくとも１凹溝足されたかもしくは、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０□センサ１
５が依然として非活性と判別されたときには、ステップ
９０７に進む。

ステップ９０７では、スロットル開度データＴＡの変化
ΔＴＡが所定値たとえば２°／１６ｍ５以上か否かを判
別する。つまり、加速状態か否かを判別する。加速状態
のときには、ステップ９０８〜９１０にて下流側０２セ
ンサ１５の活性確認のために燃料噴射量ＴＡＵを１０％
増量させる。この増量操作は５回まで行うが、それ以前
にステップ９０６にて下流側０２センサ１５が活性化と
判別されれば、この増量は中止される。他方、この増量
操作を５回行っても、ステップ９０６にて活性化と判別
されなければ、下流側０２センサ１５の故障とみなし、
ステップ９１１にてアラーム表示を行う。

なお、上流側０□センサ１３および下流側０２センサ１
５による空燃比フィードバック制御を第１の空燃比制御
とすれば、ステップ９１０における燃料増量は第２の空
燃比制御と言える。

次いで、ステップ９１２にて、噴射［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１０
９をセットして燃料噴射を開始させる。そして、ステッ
プ９１３にてこのルーチンは終了する。

なお、上述のごとく、噴射量ＴＡＩＩに相当する時間が
経過すると、ダウンカウンタ１０８のキャリアウド信号
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、０２センサ出力処理回路１１１．１１２が、流込
み型式の場合には、ステップ９０７は省略され、ステッ
プ９１０に燃料減量たとえばＴＡυ−ＴＡｔｌ　Ｘ　Ｏ
，９が行われる。

第１０図は第６図および第８図のフローチャートによっ
て得られる第１．第２の空燃比補正係数ＦＡＰＩ　、　
　ＦＡＦ２を説明するためのタイミング図である。上流
側ｏ２センサ１３の出力電圧Ｖ、が第１０図（八）に示
すごとく変化すると、第６図のステップ６０３での比較
結果は第１０図（Ｂ）のどと（なる。第１Ｏ図（Ｂ）の
比較結果は遅延処理されると、第１０図（Ｃ）のごとく
なる。この結果、第１０図（Ｄ）に示すように、遅延さ
れたリッチとリーン側との切換え時点でＦＡＦ　１はＲ
５Ｉだけスキップする。他方、下流側０□センサ１５の
出力電圧■２が第１０図（Ｅ）に示すごとく変化すると
、第８図のステップ８０３での比較結果はｐＨ０図（Ｆ
）のごとくなり、さらに、遅延処理されると、第１０図
（Ｇ）のごとくなる。第２の空燃比補正係数第１０図（
Ｇ）の遅延された比較結果にもとづいて演算されると第
１０図（Ｈ）のごとるなる。

次に、第１１図および第１２図を参照して空燃　　　　
′比フィードバック制御定数としての遅延時間を可変に
したダブル０２センサシステムについて説明する。

第１１図は下流側０２センサ１５の出力にもとづいて遅
延時間ＴＤＲＩ　、　　ＴＯＬＬ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ＩＳ毎に実行される。ステップ１１０１では、第８
図のステップ８０１　と同様に、空燃比の閉ループ条件
が成立しているか否かを判別する。

閉ループ条件不成立であれば、ステップ１１２３　。

１１２４に進んでリッチ遅延時間ＴＤＲ１、リーン遅延
時間ＴＤＬ　１を一定値にする。たとえば、ＴＤＲ１＝
　　　１２　（４８ｒａｓ相当）ＴＤＬ　１　　＝　　
６　（２４ｍｓ相当）とする。ここで、リッチ遅延時間
（−ＴＤＲＩ）をリーン遅延時間ＴＤＬ　１より大きく
設定しているのは、比較電圧■□は低い値たとえば０．
４５Ｖとしてリーン側に設定されているからである。

閉ループ条件成立であれば、ステップ１１０２に進む。

ステップ１１０２〜１１０９は第８図のステップ８０２
〜８０９に対応している。つまり、リッチ、リーン判別
はステップ１１０３にて行っているが、この判別結果は
ステップ１１０４〜１１０９にて遅延処理される。そし
て、遅延処理されたリッチ、リーン判別はステップ１１
１０にて行われる。

ステップ１１１０にて第２のディレィカウンタＣＤＬＹ
２がＣＤＬＹ　２≦０か否かが判別され、この結果、Ｃ
ＤＬＹ２≦０であれば空燃比はリーンと判別されてステ
ップ１１１１〜１１１６に進み、他方、ＣＤＬＹ　２　
＞　０であれば空燃比はリッチと判別されてステップ１
１１７〜１１２２に進む。

ステップ１１１１では、ＴＤＲ１←ＴＤＲ１−１とし、
つまり、リッチ遅延時間（−ＴＤＲＩ）を増大させ、リ
ッチからリーンへの変化をさらに遅延させて空燃比をリ
ッチ側に移行させる。ステップ１１１２　。

１１１３では、ＴＤＲ１を最小値ＴＲＩにてガードする
。

ここでは、ＴＲ１も負の値であり、従って、（−ＴＲＩ
）は最大リッチ遅延時間を意味する。さらに、ステップ
１１１４にてＴＯＬ　１←ＴＤＬ　１−１とし、つまり
、リーン遅延時間ＴＤＬ　１を減少させ、リーンからリ
ッチへの変化の遅延を小さくして空燃比をリッチ側に移
行させる。ステップ１１１５　、１１１５では、ＴＤＬ
　１を最小値ＴＬＩにてガードする。ここでは、ＴＬｌ
は正の値であり、従って、ＴＬｌは最小リーン遅延時間
を意味する。

ステップ１１１７では、ＴＤＲ１←ＴＤＲ１＋　１とし
、つまり、遅延時間（−Ｔ［）Ｒ１）を減少させ、す・
７チからリーンへの変化の遅延を小さくして空燃比をリ
ーン側に移行させる。ステップ１１１８〜１１１９では
ＴＤＲ１を最大値ＴＲ２にてガードする。ここではＴ、
□も負の値であり、従って、（−’ｒ＊ｚ）は最小リッ
チ遅延時間を意味する。さらに、ステップ１１２０にて
ＴＤＬ　１←ＴＤＬ　１　＋　１とし、つまり、リーン
遅延時間ＴＤＬ　１を増加させ、リーンからリッチへの
変化をさらに遅延させて空燃比をリーン側に移行させる
。ステップ１１２１．１１２２では、ＴＤＬ　１を最大
値ＴＬＩにてガードする。ここではＴＬＩは正の値であ
り、従って、Ｔ’Ｌｚは最大リーン遅延時間を意味する
。

上述のごとく演算されたＴＤＲ１、ＴＯＬＬはＲＡＭ１
０５に格納された後に、ステップ１１２５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ＦＡＦＩ　
、　　ＴＤＲＩ　、　　ＴＤＬＩは一旦他の値ＦＡＦ１
’。

ＴＤＲＩ　’、　　ＴＤＬＩ　’に変換してバックアッ
プＲＡＭ１０６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役立つものである。

第１２図は噴射量演算ルーチンであって、所定第９図と
ほぼ同一である。すなわち、ステップ９０３′が第９図
のステップ９０３と異なり、最終噴射１ＴＡＵを、ＴＡ
Ｕ　←ＴＡＵＰ　−ＦＡＦＩ　・（ＦＷＬ＋　（Ｘ）　
　＋βにより演算している。

第１３図は第６図、第１１図のフローチャートによって
得られる遅延時間ＴＤＲＩ　、　　ＴＤＬＩのタイミン
グ図である。第１３図（Ａ）に示すごとく、下流側０２
センサ１５の出力電圧■２が変化すると、第１３図（Ｂ
）に示すごとく、リーン状Ｂ　ＣＶ２≦■、Ｉ２）であ
れば遅延時間ＴＤＲＩ　、　　ＴＤＬＩは共に増大され
。他方、リッチ状態であれば遅延時間ＴＤＲＩ　、　　
ＴＤＬＩは共に減少される。このとき、ＴＤＲ１は’ｒ
＋ｔｔ〜ＴＲ１の範囲で変化し、ＴＤＬ　１はＴＬ１％
ＴＬ２の範囲で変化する。

なお、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ｌｓ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０□センサによる制御を主にして行い、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めであ
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、たとえばスキップ量、積分定
数、上流側０．センサの比較電圧（参照：特開昭５５−
３７５６２号公報）等を下流側０２センサの出力により
補正するダブル０２センサシステムにも、本発明を適用
し得る。

また、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９０３　（９０３’　
）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、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、流出し型式処理の
下流側空燃比センサの出力がリーン信号のときには、強
制的に空燃比をす・ノチにし、また、流込み型式処理の
下流側空燃比センサの出力がリッチ信号のときには、強
制的に空燃比をリーンにして活性、非活性の判別を行っ
ているので、活性。

非活性の判別時期が早くなり、下流側空燃比センサが活
性化していれば、該センサによる空燃比フィードバック
制御の開始を早くできる。さらに、空燃比センサの抵抗
値を読取って活性、非活性判別を行うものに対し、特別
のハード構成が不要であり、また、水温のみで活性、非
活性を行うものに対し、誤判定が少ないかという効果も
奏する。

【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、第５Ａ図は第３図の０２センサ出力処理回路
の回路図、 第４Ｂ図、°第５Ｂ図は第３図の０□センサ出力処理回
路の出力特性図、 第６図、第８図、第９図、第１１図、第１２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６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６図および第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１３図は第６図および
第１１図のフローチャートの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）０□センサ、１５・・・下
流側（第２の）０□センサ、１７・・・スロットルセン
サ、 １８・・・アラーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、下流に、それぞれ設けられ、
   非活性時にリーン信号を発生し且つ活性時に排気ガス中
   の特定成分濃度を検出する第１、第２の空燃比センサ手
   段と、 前記各第１、第２の空燃比センサ手段の出力に応じて前
   記機関の空燃比を制御する第１の空燃比制御手段と、 前記機関の空燃比を強制的にリッチにする第２の空燃比
   制御手段と、 前記第２の空燃比センサ手段の活性、非活性を該第２の
   空燃比センサ手段の出力が所定値以上になったか否かも
   しくは一旦上下したか否かにより判別する活性、非活性
   判別手段と、 前記第２の空燃比センサ手段が活性のときに前記第１の
   空燃比制御手段を選択し、前記第２の空燃比センサ手段
   が非活性のときに前記第２の空燃比制御手段を選択する
   ことにより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。 ２、前記活性、非活性判別手段が、前記第２の空燃比セ
   ンサ手段を非活性と判別したときにアラームを表示せし
   めた特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関の空燃比制
   御装置。 ３、前記活性、非活性判別手段が、前記機関の冷却水温
   度が所定値以上の状態が所定時間持続したときに、前記
   活性、非活性の判別を行う特許請求の範囲第１項に記載
   の内燃機関の空燃比制御装置。 ４、前記第２の空燃比制御手段が前記機関の加速時のみ
   に前記機関の空燃比を強制的にリッチにする特許請求の
   範囲第１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。 ５、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、
   非活性時にリッチ信号を発生し且つ活性時に排気ガス中
   の特定成分濃度を検出する第１、第２の空気比センサ手
   段と、 前記各第１、第２の空気比センサ手段の出力に応じて前
   記機関の空燃比を制御する第１の空燃比制御手段と、 前記機関の空燃比を強制的にリーンにする第２の空燃比
   制御手段と、 前記第２の空燃比センサ手段の活性、非活性を該第２の
   空燃比センサ手段の出力が所定値以上になったか否かも
   しくは一旦上下したか否かにより判別する活性、非活性
   判別手段と、 前記第２の空燃比センサ手段が活性のときに前記第１の
   空燃比制御手段を選択し、前記第２の空燃比センサ手段
   が非活性のときに前記第２の空燃比制御手段を選択する
   ことにより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。 ６、前記活性、非活性判別手段が、前記第２の空燃比セ
   ンサ手段を非活性と判別したときにアラームを表示せし
   めた特許請求の範囲第５項に記載の内燃機関の空燃比制
   御装置。 ７、前記活性、非活性判別手段が、前記機関の冷却水温
   度が所定値以上の状態が所定時間持続したときに、前記
   活性、非活性の判別を行う特許請求の範囲第５項に記載
   の内燃機関の空燃比制御装置。