JP2526568B2

JP2526568B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2526568B2
Application number: JP62050325A
Authority: JP
Inventors: 裕沢田; 建仁上田; 清中西
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-03-06
Filing date: 1987-03-06
Publication date: 1996-08-21
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: JPS63219844A

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少なくとも下流側に空燃比
センサ（本明細書では、酸素濃度センサ（O₂センサ））
を設けた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）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は、下流側O₂
センサによる空燃比フィードバックバック制御実行中に
あっては、上流側O₂センサの出力にもとづく空燃比補正
量FAFの制御定数たとえばリッチスキップ量RSR、リーン
スキップ量RSLを下流側O₂センサの出力にもとづいて可
変制御するシステムがあるが、燃料カット中を含む減速
中等により下流側O₂センサの出力による制御定数の可変
制御を停止するときには、制御定数が可変制御されてい
たときにバックアップRAM等に記憶されていた値を用い
て上流側O₂センサの出力のみによる空燃比フィードバッ
ク制御が行われていた。（参照：特開昭61−192828号公
報、特開昭61−232346号公報）。なお、燃料カット中で
あれば、上流側O₂センサによる空燃比フィードバック制
御も停止される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、たとえば燃料カットや、O₂センサ出力
にかかわらず、空燃比をリーン側に制御し、その後目標
空燃比が再び理論空燃比になる状態に運転状態が切り換
わった直後は、上述の燃料カットを含むリーン空燃比運
転中に三元触媒中に取り込まれたO₂分子を三元触媒が放
出する（O₂ストレージ効果）。特に、降板時にレーシン
グを行ったときには燃料カットが頻繁に行われ、O₂スト
レージ効果は顕著となる。この結果、触媒上流の空燃比
が実際にリッチとなっても、触媒下流の空燃比は暫らく
の間リーンとなり、従って、下流側O₂センサの出力はリ
ーン出力を示すので、目標空燃比が理論空燃比に切り換
った直後から下流側O₂センサの出力に基き空燃比をフィ
ードバック制御すると、リッチ側へ過補正が生じる問題
点があった。特に、前述した燃料カット中に下流側O₂セ
ンサの出力による制御定数を、可変制御されていたとき
の値に保持しておくものについて、このような過補正即
ちフューエルカット及びフューエルカットからの復帰が
頻繁に行なわれると、過補正はますます増加して、下流
側O₂センサの出力を用いることの有意性が減少してしま
う。

従って、本発明の目的は、燃料カット等のリーン制御
後に下流側空燃比センサ（O₂センサ）の出力による制御
定数の可変制御が再開された直後の過補正を防止して、
HC,COエミッションの増大、燃費の悪化、および触媒排
気異臭の発生を防止することにある。

〔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。

即ち、第１図に示されるように、内燃機関の排気通路
に設けられ、酸素ストレージ効果を有する三元触媒CC_RO
と、三元触媒CC_ROの上流側、下流側の排気通路に設けら
れ、排気空燃比を検出する上流側、下流側空燃比センサ
と、上流側、下流側空燃比センサからの出力に応じて機
関の空燃比を理論空燃比になるようにフィードバック制
御する理論空燃比フィードバック制御手段と、機関の空
燃比を理論空燃比よりリーン側にオープンループ制御す
るリーンオープンループ制御手段とを具備する内燃機関
の空燃比制御装置において、機関の運転状態が、リーン
オープンループ制御手段によるリーン制御運転状態から
理論空燃比フィードバック制御手段による理論空燃比フ
ィードバック制御運転状態へ切替った際、切替わり時か
ら、リーン制御運転状態時に三元触媒が蓄えた酸素を放
出するのに必要な時間が経過するまでの間は、下流側空
燃比センサの出力に応じた理論空燃比へのフィードバッ
ク制御を一時中断し、上流側空燃比センサの出力のみに
応じて機関の空燃比を理論空燃比になるようにフィード
バック制御する下流側フィードバック制御中断手段を更
に具備している。

〔作用〕

上述の手段によれば、リーンオープンループ制御手段
によるリーン制御運転状態から、理論空燃比フィードバ
ック制御手段による理論空燃比フィードバック制御運転
状態へ切替った際には、例えば燃料カット状態から復帰
したときには、その後三元触媒が酸素を放出するのに必
要な時間が経過するまでの間、下流側空燃比センサの出
力による空燃比フィードバック制御は停止され、従っ
て、下流側空燃比センサの出力による過補正はなくな
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1
01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CPU103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HC,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1
3,15は空燃比が理論空燃比に対してリーン側がリッチ側
かに応じて、異なる出力電圧を制御回路10でA/D変換器1
01に発生する。

また、吸気通路２のスロットル弁16には、スロットル
弁16が全閉か否かを検出するためのアイドルスイッチ17
が設けられており、この出力信号は制御回路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,
CPU103の外に、ROM104,ROM105、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。

なお、CPU103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10
7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
ンによって取り込まれて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、第４図のタイミング図を用いて燃料カット運
転状態と下流側O₂センサ15の出力V₂との関係を説明す
る。第４図に示すごとく、燃料カットが行われる毎に
（XFC＝“1"）、下流側O₂センサ15の出力V₂は低下して
リーン出力を示すが、この場合、、下流側O₂センサ15は
触媒コンバータ12の下流に位置しているので、排気ガス
の輸送遅れD₁が発生する。他方、燃料カットが復帰する
と（XFC＝“0"）、下流側O₂センサ15の出力V₂は上昇し
てリッチ出力を示すが、この場合には、排気ガスの輸送
遅れに加えて触媒コンバータ12のO₂ストレージ効果によ
る遅れもあるために、大きな遅れD₂が発生する。従っ
て、触媒上流の空燃比が実際にリッチとなっても、制御
定数たとえばリッチスキップ量RSR、リーンスキップ量R
SLはリッチ側に過補正される。つまり、下流側O₂センサ
15の出力V₂は、触媒コンバータ12のO₂ストレージ効果が
なければ点線に示すごとく変化するが、触媒コンバータ
12のO₂ストレージ効果のために実線に示すごとく変化す
る。特に、降板時にレージングを行ったりすると、X_oに
示すごとく、単位時間当り燃料カットの頻度が多くな
り、この場合、制御定数のリッチ側過補正が蓄積され
る。この結果、HC,COエミッションの増大、燃費の悪
化、および触媒排気異臭等を招くことになる。

本発明は、燃料カット復帰後の所定時間は、下流側O₂
センサ15の出力V₂に応じた空燃比フィードバック制御、
すなわち、、制御定数の可変制御を停止して制御定数の
リッチ側過補正を防止する。さらに、燃料カットが頻繁
に行われたときにも、制御定数の可変制御を停止し、制
御定数のリッチ側過補正の蓄積を防止する。

以下、第３図の制御回路の動作を説明する。

第５図は燃料カット設定ルーチンであって、所定時間
たとえば4ms毎に実行される。このルーチンは第６図に
示すような燃料カットフラグXFCを設定するためのもの
である。なお、第６図において、N_Cは燃料カット回転速
度、N_Rは燃料カット復帰回転速度を示し、いずれも機関
の冷却水温THWによって更新される。

ステップ501では、アイドルスイッチ17の出力信号LL
が“1"か否か、すなわち、アイドル状態か否かを判断す
る。非アイドル状態であればステップ504に進み、他
方、アイドル状態であれば、ステップ502に進む、ステ
ップ502では、RAM105より回転速度N_eを読み出して燃料
カット回転速度N_Cと比較し、ステップ503では、燃料カ
ット復帰回転速度N_Rと比較する。この結果、N_e≦N_Rのと
きにはステップ504にて燃料カットフラグXFCを“0"と
し、N_e≧N_Cのときにはステップ505に進み、燃料カット
フラグXFCを“1"とする。N_R＜N_e＜N_Cのときには、フラ
グXFCは以前の状態に保持されることになる。

ステップ506〜511では、下流側O₂センサ15の出力V₂に
よる空燃比フィードバック制御実行フラグXFCFB1を設定
する。なお、空燃比フィードバック制御実行フラグXFCF
B1はイニシャルルーチンにてクリアされている。

ステップ506では、燃料カットフラグXFCが“1"か否
か、すなわち燃料カット中か否かを判別する。燃料カッ
ト中（XFC＝“1"）であれば、ステップ507にて燃料カッ
ト復帰後経過時間カウンタCFCRをクリアし、ステップ50
8にて空燃比フィードバック制御実行フラグXFCFB1をク
リアし、ステップ512に進む。

他方、ステップ506にて、燃料カット中でなければ（X
FC＝“0"）、ステップ509に進み、時間カウンタCFCRを
カウントアップし、ステップ510にて時間カウンタCFCR
が所定値C₁を超えたか否かを判別する。つまり、燃料カ
ット復帰後所定時間経過した（CFCR＞C₁）か否かを判別
する。この結果、CFCR＞C₁のときのみ、ステップ511に
て空燃比フィードバック制御実行フラグXFCFB1を“1"と
する。なお、時間カウンタCFCRは図示しないルーチンに
よって最大値C_maxにてガードされている。

このようにして、燃料カット復帰後所定時間経過した
場合のみ、空燃比フィードバック制御実行フラグXFCFB1
がセットされて下流側O₂センサ15の出力V₂による空燃比
フィードバック制御が実行されることになる。

第７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4^ms毎に実行さ
れる。

ステップ701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）条件の１つとして、燃料カ
ット中（XFC＝“1"）か否かを判別する。燃料カット中
でなければ（XFC＝“0"）、ステップ702にて他の閉ルー
プ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（たとえば60℃）以下の時、機関始動
中、始動後増量中、暖機増量中、加速増量（非同期噴
射）中、パワー増量中、上流側O₂センサ13の出力信号が
一度も基準電圧を横切っていない時、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。閉ループ条件が不成立のときには、ステッ
プ729に直接進む。すなわち空燃比補正係数FAFを閉ルー
プ制御終了直前値とする。なお、FAFを一定値、閉ルー
プ終了前の平均値もしくは学習値（バックアップRAM106
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703に進
む。

ステップ703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704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。リーン（V₁＝V_R1）であれ
ば、ステップ705にてデイレイカウンタCDLYが正か否か
を判別し、CDLY＞０であればステップ706にてCDLYを０
とし、ステップ707に進む。ステップ708,709では、デイ
レイカウンタCDLYを最小値TDLでガードし、この場合、
デイレイカウンタCDLYが最小値TDLに到達したときには
ステップ710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711にてデイレイカウンタCDLYが負か否か
を判別し、CDLY＜０であればステップ712にてCDLYを０
とし、ステップ713に進む。ステップ714,715では、デイ
レイカウンタCDLYを最大値TDRでガードし、この場合、
デイレイカウンタCDLYが最大値TDRに到達したときには
ステップ716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717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718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71
9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720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717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721,722,723にて積分
処理を行う。つまり、ステップ721にて、F1＝“0"か否
かを判別し、F1＝“0"（リーン）であればステップ722
にてFAF←FAF＋KIRとし、他方、F1＝“1"（リッチ）で
あればステップ723にてFAF←FAF−KILとする。ここで、
積分定数KIR（KIL）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、KIR（KIL）＜RSR（RS
L）である。従って、ステップ722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723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719,720,722,723にて演算された空燃比補
正係数FAFはステップ724,725にて最大値たとえば1.2に
てガードされ、また、ステップ726,727にて最小値たと
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RAM105に格納して、ス
テップ729にてこのルーチンは終了する。

第８図は第７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８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、デイレイカウンタCDLYは、
第８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８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TDRより短
い期間で反転すると、デイレイカウンタCDLYが最大値TD
R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８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定
数としてのスキップ量RSR,RSL、積分定数KIR,KIL、遅延
時間TOR,TDI、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、リッチスキップ量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、リッチスキップ量
RSR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KI
R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（−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。つまリ、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。

これらスキップ量、積分定数、遅延時間、比較電圧を
下流側O₂センサによって可変とすることはそれぞれ長所
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ック周期を長くすることなくレス
ポンスの良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９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９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512ms毎に実行
される。ステップ901〜905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、上流側O₂
センサ13による閉ループ条件の不成立（ステップ901）
に加えて、冷却水温THWが所定値（たとえば70℃）以下
のとき（ステップ902）、スロットル弁16が全閉（LL＝
“1"）のとき（ステップ903）、下流側O₂センサ15の出
力V₂が一度も基準電圧を横切っていないとき（すなわ
ち、下流側O₂センサ15が活性化していないとき）（ステ
ップ904）、軽負荷のとき（Q/N_e＜X₁）（ステップ90
5）、等が閉ループ条件が不成立であり、その他の場合
が閉ループ条件不成立である。閉ループ条件でなければ
直接ステップ914に進む。

下流側O₂センサ15による閉ループ条件成立であれば、
ステップ906に進み、空燃比フィードバック制御実行フ
ラグXFCFB1が“1"か否かを判別する。この結果、XFCFB1
＝“1"のときのみ、ステップ907〜913のフローにて下流
側O₂センサ15の出力V₂による空燃比フィードバック制御
を実質的に行う。すなわち、ステップ907にて下流側O₂
センサ15の出力V₂をA/D変換して取込み、ステップ908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。こ
の結果、ステップ908にてV₂≦V_R2（リーン）であればス
テップ909に進み、他方、V₂＞V_R2（リッチ）であればス
テップ911に進む。

ステップ909では、バックアップRAM106よりリッチス
キップ量RSRを読出し、RSR←RSR＋ΔRS（一定値）と
し、つまり、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、さらに、ステップ910にてバッ
クアップRAM106よりリーンスキップ量RSLを読出し、RSL
←RSL−ΔRSとし、つまり、リーンスキップ量RSLを減少
させて空燃比をリッチ側に移行させる。

他方、V₂＞V_R2（リッチ）のときには、ステップ911に
てバックアップRAM106よりリッチスキップ量RSRを読出
し、RSR←RSR−ΔRSとし、つまり、リッチスキップ量RS
Rを減少させて空燃比をリーン側に移行させ、さらに、
ステップ912にてバックアップRAM106よりリーンスキッ
プ量RSLを読出し、RSL←RSL＋ΔRSとし、つまり、リー
ンスキップ量RSLを増加させて空燃比をリーン側に移行
させる。

なお、これらの値のRSR,RSLはイグニッションキーを
オフとしても保持されるバックアップRAM106に記憶させ
ておくこともできる。つまり、こうすることにより、第
２の空燃比フィードバック条件が不成立の時に記憶させ
ておいた値を用いて制御が可能となる。さらに記憶させ
る値は可変制御（ステップ908〜913）停止直前に値でも
よく、また、可変制御中の平均値等でもよい。

ステップ913は、上述のごとく演算されたRSR,RSLのガ
ード処理を行うものであり、たとえば最大値MAX＝7.5
％、最小値MIN＝2.5％にてガードしバックアップRAM106
に格納する。なお、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。

そして、第９図のルーチンはステップ914にて終了す
る。

第10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。燃料カットフラ
グXFCが“0"か否かを判別し、この結果、XFC＝“1"であ
ればステップ1006に直接進み、燃料カットを実行する。
他方、XFC＝“0"であればステップ1002に進む。ステッ
プ1002ではRAM105より吸入空気量データＱおよび回転速
度データN_eを読出して基本噴射量TAUP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1003
にてRAM105より冷却水温データTHWを読出してROM104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1004では、最終噴射量TAUを、 TAU←TAUP・FAF・（FWL＋β＋１）＋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1005
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1006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11図は、第５図、第７図、第９図、第10図のルーチ
ンを補足説明するためのタイミング図である。すなわ
ち、時間t_o〜t₁,t₃〜t₄にては、燃料カット中（XFC＝
“1"）であるので、燃料カット復帰後経過カウンタCFCR
は０に保持され、この結果、空燃比フィードバック制御
実行フラグXFCFB1は“0"に保持される。さらに、上流側
O₂センサ13による空燃比フィードバック制御（第７図）
および下流側O₂センサ15による空燃比フィードバック制
御（第９図）は共に停止され、つまり、リーン側にオー
プンループ制御される。この場合、下流側O₂センサ15の
出力V₂はローレベル（リーン出力）を示し、リッチスキ
ップ量RSRおよびリーンスキップ量RSL（RSLは図示せ
ず）は燃料カット直前の値に保持される。

次に、時刻t₁,t₄にて燃料カットが復帰すると（XFC＝
“0"）、時間カウンタCFCRの歩進が開始するが、CFCRが
所定値C₁に到達するまでは、空燃比フィードバックに制
御実行フラグXFCFB1はやはり“0"に保持され、従って、
下流側O₂センサ15による空燃比フィードバック制御は以
前として停止され、リッチスキップ量RSR、リーンスキ
ップ量RSLは更新されない。なお、この場合、上流側O₂
センサによる空燃比フィードバック制御は実行されるの
で、制御空燃比は理論空燃比となる。

さらに、時刻t₂,t₅においては、時間カウンタCFCRが
所定値C₁に到達するので、空燃比フィードバック制御実
行フラグXFCFB1は“1"とされ、下流側O₂センサ15による
空燃比フィードバック制御が開始し、リッチスキップ量
RSR,リーンスキップ量RSLは更新される。従って、この
場合、上流側O₂センサ13による空燃比フィードバック制
御および下流側O₂センサ15による空燃比フィードバック
制御が共に実行される。

このように、燃料カット復帰後の所定時間は、リッチ
スキップ量RSRおよびリーンスキップ量RSLの更新は禁止
される。なお、従来のごとく、燃料カット復帰後ただち
にリッチスキップ量RSR、リーンスキップ量RSLの更新を
開始すると、リッチスキップ量RSR（およびリーンスキ
ップ量RSL）は点線に示すごとく変化し、従って、その
分リッチスキップ量RSR（およびリーンスキップRSL）は
リッチ側に過補正されることになり、好ましくないが、
本例においては、この過補正は低減され、従って、HC,C
Oエミッションの悪化、燃費の悪化、および触媒排気異
臭は招かない。

第12図は第５図の変更例を示し、第５図に対し、ステ
ップ1201〜1205が付加してある。つまり、燃料カットフ
ラグXFCが“0"から“1"に変化する燃料カット開始毎
に、ステップ506のフローはステップ1201を介してステ
ップ1202に進み、燃料カット復帰後経過カウンタCFCRが
所定値C₂（＞C₁）か否かを判別し、CFCR＞C₂のときの
み、ステップ1203にて第２の空燃比フィードバック制御
実行フラグXFCFB2を“1"とし、その他の場合はステップ
1204にて該実行フラグXFCFB2を“0"とする。つまり、燃
料カット頻度が増大して燃料カット開始直前にCFCR≦C₂
となると、第２の空燃比フィードバック制御実行フラグ
XFCFB2はリセットされ、下流側O₂センサ15による空燃比
フィードバック制御は停止される。このため、第９図の
ルーチンは第13図に示すごとく変更され、ステップ1301
が導入される。

第14図は第12図に対応するタイミング図であって、第
５図のルーチンの代りに第12図のルーチンを用い、第９
図のルーチンを第13図のルーチンで変更した場合であ
る。すなわち、時間t₁〜t₂,t₄〜t₅,t₇〜t₈、t_1o〜t₁₁,t
₁₃〜では、第12図と同様に、燃料カット中（XFC＝
“1"）であるので、燃料カット復帰後経過カウンタCFCR
は０に保持され、この結果、空燃比フィードバック制御
実行フラグXFCFB1は“0"に保持される。さらに、上流側
O₂センサ13による空燃比フィードバック制御（第７図）
および下流側O₂センサ15による空燃比フィードバック制
御（第９図）は共に停止され、つまり、リーン側にオー
プン制御される。この場合も、下流側O₂センサ15の出力
V₂はローレベル（リーン出力）を示し、リッチスキップ
量RSRおよびリーンスキップRSL（RSLは図示せず）は燃
料カット直前の値に保持される。

次に、時刻t₂,t₅,t₈,t₁₁にて燃料カットが復帰すると
（XFC＝“0"）時間カウンタCFCRの歩進が開始し、さら
にCFCRが所定値C₁に到達すると、時刻t₃,t₆,t₉,t₁₂にて
空燃比フィードバック制御実行フラグXFCFB1は“1"とさ
れる。他方、空燃比フィードバック制御実行フラグXFCF
B2は燃料カット開始直前の時間カウンタCFCRが所定値C₂
に到達したか否かによって設定される。従って、引き続
いて、燃料カット（XFC＝“1"）が発生すると、時間カ
ウンタCFCRが所定値C₂に到達できず（時刻t₄,t₇,
t₁₀）、この結果、第２の空燃比フィードバック制御実
行フラグXFCFB2はセットされずに“0"に保持される。従
って、この場合、たとえフラグXFCFB1がセットされて
も、下流側O₂センサ15による空燃比フィードバック制御
は以前として停止され、リッチスキップ量RSR、リーン
スキップ量RSLは更新されない。なお、この場合も、上
流側O₂センサによる空燃比フィードバック制御は実行さ
れるので、制御空燃比は理論空燃比となる。

これに対し、時間カウンタCFCRが所定値C₂に到達した
時刻t₁₃においては、第２の空燃比フィードバック制御
実行フラグXFCFB2はセットされ、従って、この場合に、
XFCFB1もセットされると、下流側O₂センサ15による空燃
比フィードバック制御が開始し、リッチスキップ量RS
R、リーンスキップ量RSLは更新されることになる。従っ
て、この場合、上流側O₂センサ13による空燃比フィード
バック制御におよび下流側O₂センサ15による空燃比フィ
ードバック制御が共に実行される。

このように、燃料カット復帰後の所定時間（C₁）は、
リッチスキップ量RSR、リーンスキップ量RSLの更新は禁
止されるが、さらに、燃料カットが頻繁に行われると
（つまり、所定時間C₂（＞C₁）以内に燃料カットが行わ
れると）、上記所定時間C₁の経過後であっても、リッチ
スキップ量RSR、リーンスキップ量RSLの更新は禁止され
る。なお、従来のごとく、燃料カット復帰後ただちにリ
ッチスキップ量RSR、リーンスキップ量RSLの更新を開始
すると、燃料カットが頻繁に行われた場合、リッチスキ
ップ量RSR（リーンスキップ量RSL）は点線のごとく変化
し、やはり、リッチスキップ量RSR（およびリーンスキ
ップRSL）はリッチ側に過補正されることになり、好ま
しくないが、本例においては、この過補正は低減され、
従って、HC,COエミッションの悪化、燃費の悪化、およ
び触媒排気異臭は招かない。

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512ms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、たとえば積分定数、遅延時
間、上流側O₂センサの比較電圧V_R1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、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、
積分定数KIR,KIL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。

さらに、本発明は、ダブル空燃比センサシステム以外
に、シングル空燃比センサシステムにも適用できる。こ
の場合には、空燃比センサを触媒コンバータの下流側の
みに設け、燃料カット運転状態（λ＞１）から空燃比フ
ィードバック制御（λ＝１）への切替時には、所定時間
（C₁）だけ制御空燃比が理論空燃比（λ＝１）となるよ
うにオープンループ制御を行えばよい。

さらに、上述の燃料カット運転状態の代りに、リーン
オープンループ制御用運転パラメータを用いてもよい。

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・ブレード・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
を調整するものも、等に本発明を適用し得る。この場合
には、ステップ1002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1004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、リーン運転状態
たとえば燃料カットから離脱後の所定時間は下流側空燃
比センサによる空燃比フィードバック制御は停止され、
従って、制御定数等のリッチ過補正を防止でき、排気エ
ミッションの低減、燃費の向上、触媒排気異臭の低減等
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図は本発明が解決すべき問題点を説明するためのタ
イミング図、第５図、第７図、第９図、第10図、第12図、第13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５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８図は第７図のフローチャートを補足説明するタイミ
ング図、第11図、第14図は本発明の効果を説明するタイミング図
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、 17……アイドルスイッチ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられ、酸素スト
レージ効果を有する三元触媒と、該三元触媒の上流側、下流側の排気通路に設けられ、排
気空燃比を検出する上流側、下流側空燃比センサと、該上流側、下流側空燃比センサからの出力に応じて前記
機関の空燃比を理論空燃比になるようにフィードバック
制御する理論空燃比フィードバック制御手段と、前記機関の空燃比を理論空燃比よりリーン側にオープン
ループ制御するリーンオープンループ制御手段と、を具備する内燃機関の空燃比制御装置において、前記機関の運転状態が、前記リーンオープンループ制御
手段によるリーン制御運転状態から、前記理論空燃比フ
ィードバック制御手段による理論空燃比フィードバック
制御運転状態へ切替った際、該切替わり時から、前記リ
ーン制御運転状態時に前記三元触媒が蓄えた酸素を放出
するのに必要な時間が経過するまでの間は、前記下流側
空燃比センサの出力に応じた前記理論空燃比へのフィー
ドバック制御を一時中断し、前記上流側空燃比センサの
出力のみに応じて前記機関の空燃比を理論空燃比になる
ようにフィードバック制御する下流側フィードバック制
御中断手段を、更に具備することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装
置。
【請求項２】前記リーンオープンループ制御手段による
リーン制御が、燃料カット運転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】単位時間当りの前記リーン制御運転状態か
ら前記理論空燃比フィードバック制御運転状態への繰返
し頻度に応じて、前記下流側フィードバック制御中断受
手段による前記上流側空燃比センサの出力のみでの制御
から、前記上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサ
の各出力による制御への切替えを禁止する特許請求の範
囲第２項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。