JPS63176641A - 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〕 本発明の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
ンク制御に加えて下流側の０□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０２センサ
システム）では、酸素濃度を検出する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
ータに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
２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０２センサを設け、
下流側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
（参照：特開昭５８−４８７５６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ｏ２センサは、上流側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。

従って、上述のごとく、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０２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０
２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、上述のダブル０２センサシステムにおい
ては、下流側０２センザにより理論空燃比（λ−１）を
検出して下流側０□センサによる空燃比フィードバック
制御を行い、常に平均空燃比を理論空燃比近傍にしてい
るために、排気エミッションの低減および触媒排気異臭
の低減に最適な空燃比を得ることができないという問題
点がある。

たとえば、高速高負荷領域ではＮＯｘエミツションが増
大するので、空燃比をリッチ側に変化させる必要があり
、また、低速、低負荷領域では、ＩＩｃ。

ＣＯエミッションが増大且つ触媒排気異臭が増大するの
で、空燃比をリーン側にする必要がある。

従って、本発明の目的は、運転状態に適合した空燃比が
得られるダブル０２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１図に示される
。

第１図において、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、下流側には、
それぞれ、排気ガス中の特定成分濃度を検出する第１．
第２の空燃比センサが設けられている。第１の比較手段
は上流側（第１の）空燃比センサの出力Ｖ、を第１の比
較電圧ＶＲＩと比較する。また、負荷検出手段は機関の
負荷たとえば吸入空気量Ｑを検出し、比較電圧演算手段
はこの検出された負荷Ｑに応じて第２の比較電圧ｖＲ□
を演算する。たとえば、検出された負荷Ｑが大きいとき
に第２の比較電圧ｖＲ□をリーン判定側に、他方、検出
された負荷Ｑが小さいときに第２の比較電圧ＶＲ２をリ
ーン判定側に演算する。この結果、第２の比較手段は下
流側（第２の）空燃比センサの出力■２を第２の比較電
圧ＶＲ２と比較する。そして、空燃比調整手段は第１．
第２の比較手段の比較結果に応じて機関の空燃比を調整
するものである。

〔作　用〕

上述の手段によれば、機関の負荷に応じて下流側空燃比
センサの比較電圧ＶＲ２が変化し、従って、平均空燃比
は機関の負荷に応じて変化する。

〔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に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　１
０３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、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０□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。

０２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ン
チ側かに応じて、異なる出力電圧を制御回路１０でＡ／
Ｄ変換器１０１に発生する。

また、各０２センサ１３　、１５はヒータ１３ａ、１５
ａを内蔵しており、これにより、０□センサの素子温を
たとえば３５０〜４００℃以上として活性化を図る。

１６はスタータスイッチであって、その出力は制御回路
１０の入出力インターフェイス１０２に供給される。

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、入出力インターフエイ
ス１０２　、　ＣＰ［Ｉ　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、およびバッテリ電圧■８が印
加された駆動回路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ＴＡＬＩが演算されると、燃料噴射量ＴＡＵが
ダウンカウンタ１０８にプリセン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１
の燃焼室に送り込まれることになる。

さらに、バッテリ電圧ＶＥが印加された駆動回路１１１
はｏ２センサ１３，１．５のヒータ１３ａ、１５ａを同
時に駆動させるものである。

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および冷却水
温データＴＨＩＩ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り込まれて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°Ｃ
Ａ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４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４ＩＩＩＳ
毎に実行される。

ステップ４０１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、始動後置量中、暖機増量中、加速増量（
非同期噴射）中、パワー増量中、上流側０２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４２７に進んで空燃比補正係数ＰＡＦ
を１．０とする。なお、ＦＡＦを閉ループ制御終了直前
値としてもよい。この場合には、ステップ４２８に直接
進む。また、学習値（バックアップＲＡＭ　１０６の値
）としてもよい。他方、閉ループ条件成立の場合には、
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Ｖ、
をＡ／Ｄ変換して取組み、ステップ４０３にてＶＩが比
較電圧Ｖｌｌ＋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（ＶＩ　≦Ｖ　Ｒｌ　）であれば、ステップ４０４
にてディレイカうンタＣＤＬＹが正か否かを判別し、Ｃ
ＤＬＹ＞Ｏであればステップ４０５にてＣＤＬＴを０と
し、ステップ４０６に進む。ステ、プ４０７．４０Ｂで
は、ディレィカウンタＣＤＬＹを最小値ＴＤＬでガード
し、この場合、ディレィカウンタＣＤＬＹが最小値ＴＤ
Ｌに到達したときにはステップ４０９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０□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（Ｖｌ　＞ＶＲＩ）であれば、ステップ４
１０にてディレィカウンタＣＤＬＹが負か否かを判別し
、ＣＤＬＹ＜　Ｏであればステップ４１１にてＣＤＬＹ
を０とし、ステップ４１２に進む。ステップ４１３　、
４１４では、ディレィカウンタＣＤＬＹを最大値ＴＤＲ
でガードし、この場合、ディレィカウンタＣＤＬＹが最
大値ＴＤＨに到達したときにはステップ４１５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時間であって、正の値で
定義される。

ステップ４１６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４１７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４１８にてＦＡＦ　４−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４１９にてＦＡＦ　４−ＦＡＦ　−ＲＳ
Ｌ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にて空燃比フラグＦ１の符号が反
転していなければ、ステップ４２０．４２１．４２２に
て積分処理を行う。

つまり、ステップ４２０にて、Ｆ１＝”Ｏ″か否かを判
別し、Ｆｌ−“０″　（ゾーン）であればステップ４２
１にてＦＡＦ　４−ＦＡＦ　＋　ＫＩＲとし、他方、Ｆ
ｌ−“１″　（リッチ）であればステップ４２２にてＦ
ＡＦ−ＦＡＦ−ＫＩＬとする。ここで、積分定数ＫＩＲ
（ＫｒＬ）はスキップ定数１？ＳＲ，ＲＳＬに比して十
分小さく設定してあり、つまり、ＫＩＲ（ＫＩＬ）　＜
　Ｒ５Ｒ（ＲＳＬ）である。従って、ステップ４２１　
はリーン状態（Ｆｌ−“０”）で燃料噴射量を徐々に増
大させ、ステップ４２２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４１８．４
１９．４２１．４２２にて演算された空燃比補正係数Ｆ
ＡＦはステップ４２３，４２４にて最大値たとえば１．
２にてガードされ、また、ステップ４２５．４２６にて
最小値例えば０．８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が小さくなり過ぎ、
もしくは大き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ーン、オーバリッチになるのを防
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４２８にてこのルーチンは終了する。

第５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５図（Ａ）に示すごとくりソチ、リーン判別の
空燃比信号Ａ／Ｆが得られると、ディレィカウンタＣＤ
ＬＹは、第５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５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１．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／
Ｆｌ’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（−Ｔ
ＤＬ）相当だけりソ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ｔ、
。

ｊ６＋　　ｔｆｆのごとくリッチ遅延時間ＴＤＲより短
い期間で反転すると、ディレィカウンタＣＤＬＹが最大
値ＴＤＲに到達するのに時間を要し、この結果、時刻ｔ
８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５図（Ｄ）に示す空燃比補正係数ＦＡＦが得られる
。

次に、下流側０２センサエ５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
バンク制御としては、第１の空燃比フィードバンク制御
定数としてのスキップ量Ｒ５Ｒ，Ｒ５Ｌ、積分定数ＫＩ
Ｒ，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
ＲＩを可変にするシステムと、第２の空燃比補正係数Ｆ
ＡＦ　２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Ｒ５Ｌ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Ｒ５Ｒ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ＫＩ
Ｒ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０２センサ１５の出力に応じてりソチ積
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＞
リーン遅延時間（−ＴＤＬ）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（−ＴＤ
Ｌ）　＞リッチ遅延時間（ＴＤＲ）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，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ＶＲＩ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ＶＲＩ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ＶＲ＋
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０２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ンク周期を長くすることなくレ
スポンスの良（１日） 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。

第６図を参照して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ｏ２センサシステムに
ついて説明する。

第６図は下流側０．センサ１５の出力にもとづいてスキ
ップ量Ｒ５Ｒ，Ｒ３Ｌを演算する第２の空燃比フィード
バン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６０１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に加
えて、下流側０□センサ１５の出力信号が一度も反転し
ていない時、吸入空気量Ｑが所定範囲（Ｑｌ　≦Ｑ≦Ｑ
２）外、スロットル弁全閉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６２３．６２４に進み、スキ
ップ量Ｒ５ＩＩ、　Ｒ３Ｌを演算する。たとえば、ＲＡ
Ｍ　１０．５より吸入空気量データＱを読出してＲＯＭ
　１０４に格納された１次元マツプを用いて補間計算す
る。

あるいは、 Ｒ３Ｒ＝５％ Ｒ３Ｌ＝５％ としてもよく、また、閉ループ終了直前値に保持するこ
とも、学習値（ハックアップＲＡＭ　、１０６の値）と
することもできる。

下流側０２センサ１５による閉ループ条件成立であれば
、ステップ６０２に進み、ＲＡＭ　１０５より吸入空気
量データＱを読出し、その変化△Ｑを、△Ｑ４−Ｑ−Ｑ
０ ただし、Ｑ、は前回のＱの値、により演算し、ステップ
６０３では次の実行に備えて、Ｃｏ４−Ｑとする。次い
で、ステップ６０４にて吸入空気量変化１△Ｑｌが所定
値△Ｑ、以下が否かを判別する。

１△Ｑ１≦△Ｑ０であればステップ６０５．６０６に進
み、Ｉ△Ｑｌ＞△Ｑ０であればステップ６０７に進む。

つまり、吸入空気量Ｑの変化１△Ｑ１が小さい安定状態
すなわち定常状態がＣＮＴ、ｘ　ｌ　ｓ接続したときの
み、ステップ６０８に進み、その他の場合にはやはりス
テップ６２３．６２４に進む。

つまり、下流側０２センサ１５の出力は、排気ガスの輸
送遅れ、三元触媒の０□ストレージ効果等による反応遅
れを考慮して定常状態判別のためのステップ６０２〜６
０７が設けられている。なお、三元触媒の０□ストレー
ジ効果について説明すると、三元触媒はＮＯｘ、　Ｃｏ
、　ＨＣを同時に浄化するものであり、その浄化率ηを
第７図に示すように、理論空燃比（λ−１）よりリッチ
側ではＮＯ’ｘの浄化率が大きく、リーン側ではＣｏ　
、　ＩＩｃの浄化率が大きい。このとき、三元触媒は、
空燃比がリーンのときには０□を取込み、空燃比がリッ
チになったときにＣｏ　、　）ＩＣを取込んでリーンの
ときに取込まれた０□と反応せしめるという０２ストレ
ージ効果を奏する。

上述のごとく吸入空気量Ｑの変化△Ｑが安定したときに
は、ステップ６０８に進み、比較電圧ＶＲ２を演算する
。つまり、ＲＡＭ　１０５より吸入空気量データＱを読
出してＲＯＭ　１０４に格納された１次元マツプを用い
て比較電圧ＶＲつを補間計算する。ここでは、吸入空気
量Ｑが大であれば比較電圧ＶＲ２を大・きくし、逆に、
吸入空気量Ｑが小であれば比較電圧ＶＲ□を小さくする
。従って、０□センサの出力特性は第８図のごとく示さ
れるので、吸入空気量Ｑが大であれば、比較電圧■７□
はリッチ側に演算され、逆に、吸入空気量Ｑが小であれ
ば比較型。

圧ＶＲ４はリーン側に演算されることになる。なお、Ｑ
＜Ｑｌでは下流側０２センサ１５の素子温が低下するた
め、また、Ｑ＞Ｑ２でばＯＴＰ増量域のために、ステッ
プ７０１において空燃比フィードバック制御条件として
Ｑ１≦Ｑ≦Ｑ２としである。また、Ｑ＝Ｑ、　ではＶＢ
２は０．２〜０．４　Ｖ、また、Ｑ＝Ｑ２ではＶＢ２は
０．６〜０．８Ｖとされる。

なお、負荷としては吸入空気量Ｑの外にスロットル弁開
度、吸気管圧力が使用でき、また、これら負荷と機関回
転速度のマツプあるいは演算がら比較電圧ＶＲ２を求め
るようにしてやっても良い。

ステップ６０９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６１０にてＶ２が比
較電圧ＶＲ２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。

ステップ６１０にて■２≦ＶＲ□（リーン）であればス
テップ６１１〜６１４ニ進み、他方、Ｖ２＞ＶＨ２（リ
ッチ）であればステップ６１７〜６２２に進む。

ステップ６１１では、Ｒ５Ｒ１−１７ｓＲ＋△Ｒ３Ｒ（
一定値）とし、つまり、リッチスキップ量Ｒ５Ｒを増大
させて空燃比をリッチ側に移行させる。ステップ６１２
゜６１３ではＲ５Ｒを最大値ＭＡＸたとえば７．５％に
てガードする。さらに、ステップ６１４にてＲ５Ｌ　４
−Ｒ３Ｌ−△Ｒ５Ｌ　（一定値）とし、つまり、リッチ
スキップ量Ｒ５Ｌを減少させて空燃比をリッチ側に移行
させる。ステップ６１５．６１６では、Ｒ３Ｌを最小値
ＭＩＮたとえば２．５％にてガードする。

他方、ｖ２〉ｖ、＋□（リッチ）のときには、ステップ
６１７にてＲ５Ｒ←Ｒ５Ｒ〜△Ｒ３Ｒとし、つまり、リ
ッチスキップ量Ｒ５Ｒを減少させて空燃比をリーン側に
移行させる。ステップ６１８．６１９では、Ｒ３Ｒを最
小値ＭＩＮにてガードする。さらに、ステップ６２０に
てＲ３Ｌ　−Ｒ５Ｌ　＋△Ｒ３Ｌ　とし、つまり、リー
ンスキップ量Ｒ３Ｌを増加させて空燃比をリーン側に移
行させる。ステップ６２１．６２２では、Ｒ５Ｌを最大
ＭＡＸにてガードする。

上述のごとく演算されたＲ５Ｒ，Ｒ３ＬはＲＡＭ　’１
０５に格納された後に、ステップ６２６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、　
Ｒ３Ｒ，Ｒ３Ｌは一旦他の値ＦＡＦ　’　、　Ｒ３Ｒ’
　、　Ｒ３Ｌ　’に変化してバックアップＲＡＭ　１０
６に格納することもでき、空燃比オープンループ制御中
にこれらの値を用いることにより、たとえば再始動時や
始動直後等あるいは０２センサ非活性時等の運転性運動
性向上にも役立つものである。第６図における最小値Ｍ
ＩＮ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。

第９図は噴射量演算ルーチンであって、所定クランク角
度たとえば、３６０°ＣＡ毎に実行される。

ステップ９０１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を読出して基本噴射量Ｔ
ＡＵＰを演算する。たとえばＴＡＵＰ←α・Ｑ　／　Ｎ
　ｅ（α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　１
０４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。ステップ９０３では、最終噴射量ＴＡ
Ｕを、 ＴＡＵ　４−ＴＡ［ＩＰ　　−ＦＡＦ　　・　（ＦＷＬ
＋　β　＋　１）十Ｔ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１０
９をセン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のキャリアウド信号によってフリップ
フロップ１０９がリセツトされて燃料噴射は終了する。

このようにして、吸入空気ＮＱに応じて比較電圧Ｖ＋ｔ
Ｚは変化し、従って、吸入空気量Ｑに応じて平均空燃比
は変化する。

空燃比を正確に検出するためには、ｏ２センサの素子温
を３５０〜４００　’ｃ以上にする必要がある。

０□センサの素子温は、第１０図、第１１図に示すよう
に、排気系の上流に位置する程、高くなる。

しかし、上流側０□センサ１３を排気系のより上流に配
置すると、高速、高負荷域では耐久性、特性変化という
点で問題となる。他方、下流側０２センサ１５を排気系
のより下流に配置すると、素子温の低下と共に外部から
の飛石、水等により破壊を招くという点で問題となる。

従って、０２センサ１３　、１５は触媒コンバータ１２
の上、下流の適切場所に配置されるが、上述のごとく、
これらに内蔵されたヒータにより目標の素子温を確保す
ることが好ましい。また、ヒータ１３ａ、１５ａの容量
は、各０２センサにさらされる排気ガス温度にも影響す
るので、これらの点を考慮の上、各ヒータ１３ａ、１５
ａの容量は異なる値に設定される。また、ヒータ供給電
力と素子温あるいはヒータ温度との関係は、第１２図あ
るいは第１３図に示すように、機関回転速度Ｎｅ（ある
いは負荷）に依存する。従って、本発明においては、負
荷たとえば吸入空気量Ｑに応じてヒータ１３ａ、１５ａ
を制御する。以下、ヒータ制御を第１４図を参照して説
明する。

第１４図はヒータ制御ルーチンであって、所定時間毎に
実行される。ステップ１４０１では、スタータスイッチ
１６がオン（ＳＴＡ　＝“１”）が否かを判別し、この
結果、始動時５ＴＡ−“１”には、ステップ１４０８に
進み、ヒータ１３ａ、１５ａをオフにする。

つまり、始動時は始動時増量を０２センサの出力に関係
なく行うので、ヒータ通電制御を停止する。

また、ステップ１４０２では、バッテリ電圧■８をＡ／
Ｄ変換して取込み、ステップ１４０３では、■、≧１１
．５Ｖか否かを判別する。この結果、ＶＢ　＜１１．５
■であれば、ステップ１４０８に進み、ヒータ１３ａ。

１５ａをオフにする。つまり、バッテリ電圧■８が低い
ときには、ヒータ通電制御を停止してバッテリ電圧■８
の低下を防止する。

ステップ１４０４では、ＲＡＭ　１０５より冷却水温デ
ータＴＩＩＷを読出してＴＨＷ≧６０℃か否かを判別す
る。

つまり、排気ガス温度が高いか低いかを推定する。

排気ガス温度が高ければ（ＴＨ−≧６０℃）、ヒーり１
３ａ、１５ａのオン、オフ切替点をＱ＝５０ｍ３／ｈと
し、逆に、排気ガス温度が低ければ（ＴＨＷ　＜６０℃
）、ヒータ１３ａ、１５ａのオン、オフ切替点をＱ＝７
０ｍ３／ｈとする。つまり、ＴＨＷ　２６０°Ｃであれ
ば、ステップ１４０５に進み、ＲＡＭ　１０５より吸入
空気量データＱを読出して０５５０ｍ３／ｈか否かを判
別し、この結果、Ｑ≦５０ｍ’／ｈであれば、ステップ
１４０７にてヒータ１３ａ、１５ａをオンにし、他方、
Ｑ＞５Ｑｍ’／ｈであれば、ステップ１４０８にてヒー
タ１３ａ、１５ａをオフにする。同様に、ＴＩ＋Ｗ〈６
０℃であれば、ステップ１４０６に進み、ＲＡＭ　１０
５より吸入空気量データＱを読出してＱ≦７０ｍ’／ｈ
か否かを判別し、この結果、Ｑ≦７０１１１３／ｈであ
ればステップ１４０７にてヒータ１３ａ、１５ａをオン
にし、他方、Ｑ＞７Ｑｍ３／ｈであればステップ１４０
８にてヒータ１３ａ、１５ａをオフにする。

そして、ステップ１４０９にてこのルーチンは終了する
。

このように、第１４図のルーチンによれば、容量の異な
る０２センサ１３　、１５のヒータ１３ａ、１５ａは負
荷たとえばＱに応じて同時にオン、オフ制御される。

第１５図は第１４図の変更例であって、ヒータ１３ａ、
１５ａの容量を同一にした場合である。この場合には、
ヒータ１３ａのオン、オフ条件とヒータ１５ａのオン、
オフ条件を異ならせて冷え易い下流側０２センサ１５の
ヒータ１５ａの通電時間を多くしたものである。すなわ
ち、ＴＨＷ　＜　６０℃であれば、ヒータ１３ａ、１５
ａを共にオンにするがＴＨＷ≧６０℃であれば、吸入空
気量Ｑに応じてオン、オフされるヒータ１３ａ、１５ａ
は異なる。つまり、０５４０ｍ３／ｈであれば、ヒータ
１３ａ、１５ａは共にオンにされ、４０く０５７０ｍ”
／ｈであれば、ヒータ１３ａはオフに、ヒータ１５ａは
オンにされ、Ｑ＞７０ｍ’／ｈであれば、ヒータ１３ａ
、１５ａは共にオフとされる。

このように、第１５図の変更例によれば、ヒータ１３ａ
、１５ａの容量を同一にした場合にも負荷たとえばＱに
応じてオン、オフ制御されるが、ヒータ１３ａ、１５ａ
のオン、オフ制御条件は異ならせれば、第１４図の場合
と同様の効果が得られる。

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ンク制御はＩＳ毎に行わ
れるのは、空燃比フィードハ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ンク制
御における他の制御定数、たとえば積分定数、遅延時間
、上流側０２センサの比較電圧Ｖｌｌ＋等を下流側０□
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、また、第２の空燃比補正係数を導入するダブル０
□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、積分定数、遅延時間のうちの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、積分定数ＫＩＲ，ＮＩＬのうちの一方
を固定し他方のみを可変とすることも、あるいは遅延時
間ＴＤＲ，ＴＤＬ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、エアフロルメータの代
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・コントロールパルプ（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プ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、運転状態すなわち
負荷に応じて目標空燃比を変化させることにより、排気
エミッションの低減および触媒排気異臭の低減に役立つ
ものである。

【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０２センサシステムおよびダブル０□
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６図、第９図、第１４図、第１５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５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７図は三元触媒の排気エミッションの特性を示すグラ
フ、 第８図はｏ２センサの出力特性を示すグラフ、第１０図
は０２センサの配置位置を示す機関の概観図、 第１１図は第１０図の配置位置に対応する素子温を示す
グラフ、 第１２図はヒータ供給電力と素子温との関係を示すグラ
フ、 第１３図はヒータ供給電力とヒータ温度との関係を示す
グラフである。 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、１
３・・・上流側（第１の）０２センサ、１５・・・下流
側（第２の）０□センザ、１６・・・スタータスイッチ
。

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、 該第１の空燃比センサの出力を第１の比較電圧と比較す
   る第１の比較手段と、 前記機関の負荷を検出する負荷検出手段と、該検出され
   た負荷に応じて第２の比較電圧を演算する比較電圧演算
   手段と、 前記第２の空燃比センサの出力を前記第２の比較電圧と
   比較する第２の比較手段と、 前記第１、第２の比較手段の比較結果に応じて前記機関
   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。 ２、前記比較電圧演算手段が、 前記検出された負荷が大きいときに第２の比較電圧をリ
   ッチ判定側に、他方、該検出された負荷が小さいときに
   該第２の比較電圧をリーン判定側に演算する特許請求の
   範囲第１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。