JPS63205441A - 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（０２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センザによる空燃比フィ
ードパン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０□センサ
システム）では、酸素濃度を検出する０２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。かかる０２
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、上
流側０２センサによる空燃比フィードハック制御に加え
て下流側０２センサによる空燃比フィードハック制御を
行うダブル０□センサシステムが既に提案されている（
参照：特開昭５８−４８７５６　分会％　）。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０□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０□センサシステムでは、０２
センサ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□
センサシステムにおいては、下流側０２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。

従来、上述のダブル０２センサシステムにおいて、触媒
コンバータの触媒が劣化した場合、下流側０２センサに
よる空燃比フィードパ・ツク制御を停止し、上流側０□
センサのみによる空燃比フィードバック制御を行ってい
た（参照：特開昭６１−２８６５５０号公＠）。

分会明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上述のごとく、触媒が劣化した場合に、
上流側０□センサのみによる空燃比フィードバック制御
を行うと、シングル０２センサシステムが有する空燃比
の気筒間ばらつきによる制御空燃比の理論空燃比からの
ずれ、および排気力スの特定成分たとえばＨ２成分によ
る制御空燃比のずれたとえばり−ン側のずれを補正でき
ず、この結果、燃費の悪化、ドライバビリティの悪化、
ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘエミツションの悪化等を招くとし）
う問題点がある。

第２発明の目的は、触媒が劣化した場合にも確実に空燃
比を適正に制御できる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、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。制御定数演算手
段は下流側（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定数たとえばスキップ量Ｒ３
Ｒ。

Ｒ５Ｌを演算し、第１の空燃比補正量演算手段は上流側
（第１の）空燃比センサの出力Ｖ、および制御定数演算
手段により演算された空燃比フィードバック制御定数Ｒ
ＳＲ、Ｒ３Ｌに応じて空燃比補正量ＦＡＦを演算する。

他方、第２の空燃比補正量演算手段は下流側、空燃比セ
ンサの出力Ｖ２および所定の空燃比フィードバック制御
定数たとえばスキップ量Ｒ３Ｒ’　、　　Ｒ３Ｌ’に応
じて空燃比補正量ＦＡＦを演算する。そして、触媒劣化
判別手段は触媒コンバータの触媒劣化を判別する。この
結果、空燃比調整手段は、触媒劣化が判別されないとき
には、第１の空燃比補正量演算手段によって演算された
空燃比補正量ＦＡＦに応じて機関の空燃比を調整し、他
方、触媒劣化が判別されたときには、第２の空燃比補正
量演算手段によって演算された空燃比補正量ＦＡＦに応
じて前記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、下流側空燃比センサは触媒下流に
設けられ排気ガスが十分混合されているので空燃比の気
筒間ばらつきの影響を受けにくく、従って、気筒間ばら
つきによる制御空燃比のずれは小さくなり、また、触媒
コンバータは劣化したとしてもその触媒作用は少しは残
存しており、従って、下流側空燃比センサにおいては排
気ガスの特定成分（Ｈ２成分）は低下し、やはり制御空
燃比のずれは小さくなる。

〔実施例〕

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１００入出力インターフエイス１０２に供給さ
れ、このうち、クランク角センサ６の出力はＣＰｔ１１
０３の割込み端子に供給される。　　　　　　　　　　
　　　　　１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０２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。

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、０２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でＡ／
Ｄ変換器１０１に発生する。

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　、ＣＰｔ１１０３の外に、ＲＯ旧０４、ＲＡ
Ｍ１０５、バックアップＲＡＭ１０６、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ＴＡＵがダウンカウンタ１
０８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ＴＡ
Ｕだけ燃料噴射弁７は付勢され、従って、燃料噴射量Ｔ
ＡＵ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、ＣＰｔ１１０３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ＲＡＭ１０５の所定領域に格
納される。つまり、ＲＡＭ１０５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ＲＡＭ１０５の所定領域に格納
される。

始めに、触媒コンバータ１２の触媒の劣化判別について
説明する。ダブル０□センサシステムにおいては、触媒
が劣化していないときには、第４図に示すごとく、下流
側０□センサ１５の出力■２の特性は上流側０２センサ
１３の出力■１の特性に比較して低い応答速度を有する
が、触媒が劣化すると、第５図に示ずごと＜、ＨＣ，Ｃ
Ｏ，Ｈ２等の未燃ガスの影響を受け、下流側０□センサ
の出力特性■２は劣化する。すなわち、下流側０□セン
サの出力■２の幅が大きく、かつ周期が短かくなる。こ
のような状態差に着目して触媒劣化を第６図〜第８図に
より判別する。

第６図は０２センサの出力幅、周期を演算するルーチン
であって、所定時間たとえば４　ｍｓ毎に行われる。ス
テップ６０１〜６１７は上流側０□センサ１３用であり
、ステップ６１８〜６３４は下流側０□センサ１５用で
ある。

ステップ６０１では、上流側０２センサ１３の出力■、
をＡ／Ｄ変換して取込む。ステップ６０２では前回取込
み値Ｖ、ｏと今回取込み値Ｖ、とを比較する。Ｖ、＞Ｖ
、。（増加）であればステップ６０３にてフラグＦＩＵ
Ｐ＝“０”か否かを判別し、■１≦■、。（減少）であ
ればステップ６０９にてフラグＦＩＵＰ　＝“１″゛か
否かを判別する。ここで、フラグＦＩＵＰ　（−“１″
）は上流側０２センサ１３の出力■１が増加中であるこ
とを示す。従って、ステップ６０３にてＦＬＯＰ−０″
であれば、出力■１は減少から増加へ反転したことを意
味し、ＦＩＵＰ−“１”であれば出力■１は増加継続中
を意味する。他方、ステップ６０９にてＩ”１ｔｌＰ−
”　１″であれば、出力■。

は増加から減少へ反転したことを意味し、ＦＩＵＰ　−
“０”であれば出力Ｖ、は減少継続中を意味する。

上流側０２センサ１３の出力■１が増加継続中であれば
、ステップ６０８に進んで、増加期間カウンタＣ１ｕｐ
を１増加させ、他方、上流側０□センサ１３の出力Ｖ、
が減少継続中であれば、ステップ６１４に進んで、減少
期間カウンタＣ１ｄｎを１増加させる。

このようにして、増加期間カウンタＣ１ｕｐおよび減少
期間カウンタＣ１ｄｎは、第７図に示すごとく、出力Ｖ
、の増加もしくは減少に応じて増加することになる。

また、上流側０２センサ１３の出力■ヨが減少から増加
へ反転したときには（第７図の時刻ｊ２＋ｔ４．・・・
に相当）、ステップ６０４〜６０７．６１５．６１６゜
のフローが実行される。すなわち、ステップ６０４にて
Ｔ　１　ｄｎ＝　Ｃ１ｄｎとして減少期間Ｔｌｄｎを演
算し、ステップ６０５に減少期間カウンタＣ１ｄｎをク
リアし、ステップ６０６にて■ＩＬ−■１ｏとして出力
■、の極小値を演算し、ステップ６０７にてフラグＦＩ
ＵＰを反転させる。そして、ステップ６１５にて上流側
０□センサ１３の出力■１の周期Ｔ１をＴ　１　”Ｔ　
１　ｄｎ＋　Ｔ　１　ｕｐにより演算し、ステップ６１
６にて０２センサ１３の出力■１の幅Δ■、を ΔＶ、←Ｖｌ）Ｉ　　ＶＩし ただし、■、は上流側０２センサ１３の出力Ｖ１の極大
値、により演算する。

他方、上流側０２センザ１３の出力Ｖ、が増加から減少
へ反転したときには（第７図の時刻ｔＩ＋Ｌ３＋・・・
に相当）、ステップ６１０〜６１３．６１５．６１６゜
のフローが実行される。すなわち、ステップ６１０にて
Ｔ１ｕｐ＝Ｃ１ｕｐとして増加期間Ｔ　ｌ　ｕｐを演算
し、ステップ６１１に増加期間カウンタＣ１ｕｐをクリ
アし、ステップ６１２にて■１６．←■Ｉ０として出力
■１の極大値を演算し、ステップ６１３にてフラグＦＩ
ＩＪＰを反転させる。そして、ステップ６１５にて上流
側０２センサ１３の出力■１の周期ＴＩを演算し、ステ
ップ６１６にて０□センサ１３の出力■１の幅Δ■１を
演算する。

同様に、ステップ６１８〜６３４のフローにより下流側
０２センサ１５の出力■２の周期Ｔ２および幅Δｖ２が
演算される。

そして、ステップ６３５にて第６図のルーチンは終了す
る。

第８図は触媒劣化判別ルーチンであって、所定時間たと
えば４　ｍｓ毎に行われる。ステップ８０１では下流側
０２センサ１５が活性状態か否かを判別する。たとえば
下流側０２センサ１５の出力■２がリンチ出力レベル０
．５５Ｖを一度上下したか否かによって判別する。下流
側０□センサ１５が不活性状態であればステップ８０９
に進み、活性状態であればステップ８０２に進み、ＲＡ
Ｍ１０５より回転速度データＮｅを読出してＮＩ＜Ｎｅ
＜Ｎ２の範囲か否かを判別し、ステップ８０３にて、Ｒ
ＡＭ１０５より吸入空気量Ｑを読出してＱｌ　＜Ｑ＜Ｑ
２の範囲か否かを判別する。つまり、アイドル状態、加
減速状態、燃料増量域等を除いた定常状態のみステップ
８０４に進むようにしである。

ステップ８０４では下流側０２センサー５の出力幅Δ■
２が所定値たとえば０．３　Ｖより大か否かを判別し、
ΔＶ２＞０．３Ｖであれば、触媒コンバーター２の触媒
が劣化としているものとみなし、ステップ８０７にてそ
の累積時間Ｃを計測する。

また、ステップ８０５では下流側０２センサー３の出力
周期ＴＩと上流側０２センサー５の出力周期Ｔ２との比
が０゜３より大か否かを判別する。

ＴＩ／Ｔ２＞０．３であれば、下流側０□センサー５の
出力周＃Ｊ］　Ｔ　２の減少であり、これはやはり触媒
コンバーター３の触媒が劣化しているものとみなし、ス
テップ８０７にてその累積時間Ｃを計測する。

ステップ８０Ｂにて累積時間Ｃが所定回数たとえ！ ば１００を超えた場合には、触媒劣化を示すために触媒
劣化フラグＦＤを１″としてステップ８１０に進む。

ステップ８０４にてΔ■２≦０．３　Ｖ且つステップ８
０５にてＴ　１　／Ｔ　２≦０．３の場合にはステップ
８０６にて触媒は劣化していないことを示すために触媒
劣化フラグＦＤを“０”としてステップ８１０に進む。

このようにして、触媒劣化フラグＦＤが設定される。

なお、第８図のルーチンではステップ８０４．８０５の
いずれか一方が成立したときに累積時間Ｃを計測してい
るが、ステップ８０４もしくは８０５のいずれか一方の
条件を省略してもよい。また、ステップ８０５にて上流
側０゜センサ１３の出力周期Ｔ１と下流側０２センサ１
５の出力周期Ｔ２との比により触媒の劣化を判別してい
るが、下流側０２センサ１５の出力周期Ｔ２と所定運転
状態パラメータたとえば回転速度Ｎｅに応じた所定値と
の比較により触媒の劣化を判別してもよい。

第９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４　ｍｓ毎
に実行される。

ステップ９０１では、触媒劣化フラグＦＤが“０”か否
かを判別する。この結果、ＦＤ−“０”　（非劣化）の
ときにはステップ９０２に進むが、ＦＤ−“１″　（劣
化）のときにはステップ９２９に直接進む。つまり、触
媒劣化のときには（Ｆ　Ｄ　＝“１”）、第９図のルー
チンは実質的に実行されない。

ステップ９０２では、上流側０□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６０°Ｃ
以下の時、機関始動中、始動後場量中、暖機増量中、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′ンブ９２８に
進んで空燃比補正係数ＦＡＦを１．０とする。なお、こ
の場合、ＦＡＦは閉ループ制御終了直前値もしくは学習
値（バック了ツブＲＡＭの値）としく１Ｑ） てもよい。他方、閉ループ条件成立の場合はステップ９
０３に進む。

ステップ９０３では、上流側０２センサ１３の出力Ｖ１
をＡ／Ｄ変換して取込み、ステップ９０４にて■、が比
較電圧ＶＲＩ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、空燃比がリーン（Ｖ、≦ＶＲＩ）であれば、ステッ
プ９０５にてディレィカウンタＣＤＬＹが正か否かを判
別し、ＣＤＬＹ＞Ｏであればステップ９０６にてＣＤＬ
Ｙを０とし、ステップ９０７に進む。ステップ９０７で
は、ディレィカウンタＣＤＬＹを１減算し、ステップ９
０８　、９０９にてディレィカウンタＣＤＬＹを最小値
ＴＤＬでガードする。この場合、ディレィカウンタＣＤ
ＬＹが最小値ＴＤＬに到達したときにはステップ９１０
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（Ｖ＋＞ＶＲ
Ｉ）であれば、ステップ９１１にてディレィカウンタＣ
ＤＬＹが負か否かを判別し、ＣＤＬＹ＜　０であればス
テップ９１２にてＣＤＬＹを０とし、ステップ９１３に
進む。ステップ９１３ではディレィカウンタＣＤ　Ｌ　
Ｙを１加算し、ステップ９１４　、９１５にてディレィ
カウンタＣＤＬＹを最大値ＴＤＲでガードする。この場
合、ディレィ−カウンタＣＤＬＹが最大値ＴＤＲに到達
したときにはステップ９１６にて第１の空燃比フラグＦ
１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９１７では、第１の空燃比フラグＦｌ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９１８にて、第１の空燃比フラグＦ１の値
により、リッチからり一ンへの反転か、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９１９にてＲＡＰ　−ＦＡＰ　＋ＲＳ
Ｒ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９２０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９１７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９２１．９２２゜９２３に
て積分処理を行う。つまり、ステップ９２１にて、Ｆ１
＝“０”か否かを判別し、Ｆｌ−“０″（リーン）であ
ればステップ９２２にてＦＡＦ　−ＰＡＦ十ＫＩＲとし
、他方、Ｆ１＝“１”　（リッチ）であればステップ９
２３にてＦＡＦ　−ＰＡＰ　＋ＫＩＬとする。

ここで、積分定数ＫＩＲ、ＫＩＬはスキップ定数Ｒ５Ｒ
。

ＲＳＬに比して十分小さく設定してあり、つまり、ＫＩ
Ｒ（ＫＩＬ）　＜　Ｒ５Ｒ（ＲＳＬ）である。従って、
ステップ９２２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９２３はリッチ状態（
Ｆｌ−“１”）で燃料噴射量を徐々に減少させる。

ステップ９１９　、９２０　、９２２．９２３にて演算
された空燃比補正係数ＦＡＦはステップ９２４．９２５
にて最小値たとえば０．８にてガードされ、また、ステ
ップ９２６　、９２７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９２９にてこのルーチンは終了する。

第１０図は第９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１０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
ＣＤＬＹは、第１０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１０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／Ｆ　’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（−ＴＤＬ）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／Ｆが
時刻ｔ５＋　　６＋ｔ７のごとくリッチ遅延時を 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１０図（Ｄ）に示す空燃比補正係
数ＦＡＦが得られる。

次に、下流側０２センサー５による第２の空燃比フィー
ドバン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ック制御
定数としてのスキップ量Ｒ５Ｒ、Ｒ５Ｌ　、積分定数Ｋ
ＩＲ、ＫＩＬ、遅延時間ＴＤＲ。

ＴＤＬ　、もしくは上流側０２センサ１３の出力■１の
比較電圧ＶＲ１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Ｒ３Ｌ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Ｒ３Ｒ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　　　　７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０□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ＴＤ
Ｒ＞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（−
ＴＤＬ）＞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０２
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■□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０□センサ１
５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１１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０２センサシステム
について説明する。

第１１図は下流側０□サンサ１５の出力にもとづいてス
キップ量Ｒ３Ｒ、Ｒ５Ｌもしくは空燃比補正係数ＦＡＦ
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、触媒劣化フラグＦＤが“０”か
否かを判別する。この結果、ＦＤ−“０パ　（非劣化）
のときにはステップ１１０２〜１１１８に進み、第９図
の実質的なＦＡＦ更新ルーチンであるステップ９０２〜
９２７に用いられるリッチスキップ量Ｒ３Ｒ、リーンス
キップ量Ｒ３Ｌを下流側０゜センサ１５の出力■２に応
じて可変とするが、ＦＤ−“１゛（劣化）のときにはス
テップ１１１９〜１１３５に進み、リンチスキップ量Ｒ
３Ｒ，リーンスキップ量Ｒ３Ｌの更新°を行わず、下流
側０２センサ１５の出力Ｖ２に応じて空燃比補正係数Ｆ
ＡＦを演算する。

ステップ１１０２〜１１１８について説明する。

ステップ１１０２では、下流側０□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
定値たとえば７０℃以下の時、下流側０□センサ１５の
出力信号が一度も反転しない時、下流側０□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１１１７　、１１１８に進み、スキ
ップ量１？ＳＲ。

ＲＳＬを一定値Ｒ５Ｒｏ　、　Ｒ５Ｌｏとする。たとえ
ば、Ｒ５Ｒ，＝５％ ＲＳＬ、＝５％ である。なお、この場合にも、Ｒ３Ｒ、ＲＳＬを閉ルー
プ制御終了直前値もしくは学習値（バックアップＲＡＭ
の値）としてもよい。

閉ループであれば、ステップ１１０３に進み、下流側０
２センサ１５の出力Ｖ２をＡ／Ｄ変換して取込む。次い
で、ステップ１１０３にて、■２≦■７□（リーン）か
否かを判別する。この場合たとえば、比較電圧ＶＲ□は
０．５５Ｖである。この結果、■２≦■８□（リーン）
であればステップ１１０５〜１１１０に進み、他方、Ｖ
２　＞■、□（リッチ）であればステップ１１１１〜１
１１６に進む。

ステップ１１０５では、Ｒ３Ｒ−Ｒ５Ｒ＋ΔＲ５とし、
つまり、リッチスキップ量Ｒ３Ｒを増大させて空燃比を
リッチ側に移行させる。ステップ１１０６　、１１０７
では、Ｒ３Ｒ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１１０８にてＲ５Ｌ←Ｒ５Ｌ
−ΔＲ５とし、つまり、リーンスキップ量Ｒ３Ｌを減少
させて空燃比をリッチ側に移行させる。

ステップ１１０９　、１１１０では、ＲＳＬを最小値Ｍ
ＩＮたとえば２，５％にてガードする。

他方、ステップ１１０４にてＶ２＞Ｖ、□（リッチ）の
ときには、ステップ１１１１にてＲ３Ｒ４−Ｒ３Ｒ−Δ
Ｒ３とし、つまり、リッチスキップ量Ｒ３Ｒを減少させ
て空燃比をリーン側に移行させる。ステップ１１１２　
、１１１３では、Ｒ３Ｒを最小値ＭＩＮにてガードする
。さらに、ステップ１１１４にてＲＳＬ　−ＲＳＬ　−
ΔＲ５とし、つまり、リーンスキップ量Ｒ３Ｌを増大さ
せて空燃比をリーン側に移行させる。ステンプ１１１５
　、１１１６では、ＲＳＬを最小値ＭＡＸにてガードす
る。

上述のごとく演算されたＲ３Ｒ、ＲＳＬはＲＡＭ１０５
に格納された後に、ステップ１１３６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ＲＡＦ　、
　Ｒ３Ｒ、ＲＳＬは一旦他の値に変換してバンクアンプ
ＲＡＭ１０６に格納することもでき、これにより、空燃
比オープンループ制御中にこれらの値を使用することに
より、たとえば再始動時、始動直後等、あるいは０□セ
ンサ非活性時等における運転性向上にも役立つものであ
る。第１１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。

次に、゛ステップ１１１９〜１１３５について説明する
。

ステップ１１１９では、ステップ９０２と同様に、下流
側０□センサ１５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。閉ループ
条件が不成立のときには、ステップ１１３５に進んで空
燃比補正係数ＦＡＦを１．０とする。なお、この場合も
、ＦＡＦは閉ループ制御終了直前値もしくは学習値（バ
ックアップＲＡＭの値）としてもよい。他方、閉ループ
条件成立の場合はステップ１１２０に進む。

ステップ１１２０では、下流側０２センサ１５の出力■
２をＡ／Ｄ変換して取込み、ステ・シブ１１２７にて■
２が比較電圧ＶＲＺ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
、つまり、空燃比がリーン（ＶＺ≦ＶＲ２）であれば、
ステップ１１２２にて第２の空燃比フラグＦ２を“０”
　（リーン）とする。他方、リッチ（’Ｖ２＞ＶＲ□）
であれば、ステップ１１２３にて第２の空燃比フラグＦ
２を１″　（リッチ）とする。

ステップ１１２４では、第２の空燃比フラグＦ２の符号
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１１２５にて、第２の空燃比フラグＦ２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。すソチからリーンへの反転で
あれば、ステップ１１２６にてＦＡＦ　＋−ＰＡＦ　＋
　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１１２７にてＦＡＰ
　４−ＦＡＦ　−Ｒ５Ｌ’とスキップ的に減少させる。

つまり、スキップ処理を行う。なお、この場合、スキッ
プ量Ｒ３Ｒ’　、　　Ｒ３Ｌ’は一定でもよく、また、
機関の負荷パラメータたとえば吸入空気量Ｑにより可変
としてもよい。

ステップ１１２４にて第２の空燃比フラグＦ２の符号が
反転していなければ、ステップ１１２８　、１１２９　
。

１１３０にて積分処理を行う。つまり、ステップ１１２
８にて、Ｆ２−“０”か否かを判別し、Ｆ２−“０”（
リーン）であればステップ１１２９にてＦＡＦ　−ＦＡ
Ｆ十ＫＩＲ’とし、他方、Ｆ２＝“１”　（リッチ）で
あればステップ１１３０にてＦＡＦ←ＦＡＦ　＋ＫＩＬ
’とする。ここで、積分定数ＫＩＲ’　、　　ＫＩＬ’
はスキップ定数Ｒ５Ｒ’　、　　Ｒ５Ｌ’に比して十分
小さく設定してあり、つまり、ＫＩＲ’　（ＫＩＬ　’
　）　　＜　Ｒ５Ｒ’　（Ｒ３Ｌ　”）であり、これら
の値も一定値もしくは機関の負荷パラメータたとえば吸
入空気量Ｑで可変としてもよい。従って、ステップ１１
２９はリーン状１Ｇ（Ｆ２−“０”）で燃料噴射量を徐
々に増大させ、ステップ１１３０はリッチ状態（Ｆ２＝
”ｌ”）で燃料噴射量を徐々に減少させる。

ステップ１１２６　、１１２７　、１１２９　、１１３
０にて演算された空燃比補正係数ＦＡＦはステップ１１
３１　、１１３２にて最小値たとえば０．８にてガード
され、また、ステップ１１３３　、１１３４にて最大値
たとえば１．２にてガードされる。これにより、やはり
、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１１３６にてこのルーチンは終了する。

このように、触媒が劣化していなければ、第９図のルー
チンにより空燃比補正係数ＦＡＦを上流側０２センサ１
３の出力■、にもとづいて演算し、その際の空燃比フィ
ードバック制御定数たとえば　　　　マスキップ量Ｒ３
Ｒ、Ｒ５Ｌは第１１図のルーチンによ　　　　□り下流
側０□センサ１５の出力■２にもとづいて演算する。他
方、触媒が劣化していれば、第１１図のルーチンにより
空燃比補正係数ＦＡＦを下流側０□センサ１５の出力■
２にもとづいて演算する。つまり、触媒が劣化している
ときには、上流側０□センサ１３の出力ｖ１による空燃
比フィードバック制御は停止され、下流側０２センサ１
５の出力■２による空燃比フィードバック制御のみが実
行される。

第１２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１２０１ではＲＡＭ１０５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１２０２にてＲＡ
Ｍ１０５より冷却水温データＴＨＷを読出してＲＯＭ１
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１２０３では、最終噴射量Ｔ
ＡＵを、ＴＡＵ　＋ＴＡＵＰ　−ＦＡＦ　・（ＦＷＬ＋
β十ｌ）十γ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１２０４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１２
０５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がリセットされて燃料噴射は終了する。

また、第１の空燃比フィードバンク制御は４　ｍｓ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、空燃比フィードバン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０□センサによる制御を従にして行うためで
ある。

さらに、上流側０２センサによる空燃比フィードハック
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０２センサの出力により補正するダブル
０□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、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Ｒ３Ｒ、Ｒ５Ｌ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ＴＤＲ、Ｔ
ＤＬ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ＫＩ
Ｌ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１２０１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１２０３にて最終燃
料噴射量Ｔ　Ａ、　ＩＪ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０□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、触媒コンバータの
触媒の劣化が検出されたときには、下流側空燃比センサ
による空燃比フィードバック制御のみを行っているので
、空燃比気筒間ばらつきおよび排気ガスの特定成分によ
る空燃比ばらつきによる制御のずれは解消でき、この結
果、燃費の悪化、ドライバビリティの悪化、ＩＩｃ　、
　Ｃｏ　、　ＮＯｘエミツション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図は触媒劣化前の０２センサ出力特性図、第５図は
触媒劣化後の０２センサ出力特性図、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。 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□センザ。 上流側０２センサ出力Ｖ。 触媒劣化前の０２センサ波形 第４図 触媒劣化後のｏ２センサ波形 第５図

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
   ック制御定数を演算する制御定数演算手段と、 前記第１の空燃比センサの出力および前記制御定数演算
   手段により演算された空燃比フィードバック制御定数に
   応じて空燃比補正量を演算する第１の空燃比補正量演算
   手段と、 前記第２の空燃比センサの出力および所定の空燃比フィ
   ードバック制御定数に応じて空燃比補正量を演算する第
   ２の空燃比補正量演算手段と、前記触媒コンバータの触
   媒劣化を判別する触媒劣化判別手段と、 該触媒劣化が判別されないときには、前記第１の空燃比
   補正量演算手段によって演算された空燃比補正量に応じ
   て前記機関の空燃比を調整し、他方、前記触媒劣化が判
   別されたときには、前記第２の空燃比補正量演算手段に
   よって演算された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。 ２、前記所定の空燃比フィードバック制御定数を前記機
   関の負荷パラメータに応じて変化させる特許請求の範囲
   第１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。