JPH0563621B2

JPH0563621B2 -

Info

Publication number: JPH0563621B2
Application number: JP60249967A
Authority: JP
Inventors: Toshinari Nagai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-11-09
Filing date: 1985-11-09
Publication date: 1993-09-10
Also published as: US4823270A; JPS62111143A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は内燃機関（エンジン）の排気ガス中の
酸素濃度をO₂センサによつて測定し、このセン
サの出力信号に基づいて空燃比フイードバツク制
御を行なう空燃比制御装置の改良に関する。

〔従来の技術〕

従来よりエンジンの排気ガス中の有害ガス三成
分である。一酸化炭素（CO）、炭化水素（HC）
の酸化、および窒素酸化物（NO_x）の還元を同
時に行い、無害な二酸化炭素（CO₂）、水蒸気
（H₂O）および窒素（N₂）に変換するために、三
元触媒が用いられている。排気ガスを三元触媒に
て清浄化する場合、エンジンの設定空燃比によつ
て浄化特性が大きく変わることが知られている。
すなわち、空燃比が薄い（リーン）ときは、排気
ガス中の酸素（O₂）の量が多くなつて酸化作用
が活発に、還元作用が不活発になる。空燃比が濃
い（リツチ）ときは、この逆に酸化作用が不活発
に、還元作用が活発になる。そして、この酸化と
還元のバランスがとれるのは理論空燃比のとき
で、このとき三元触媒は最も有効に働く。

そこで、前記三元触媒の浄化率を良好にするた
め、O₂センサにより排気ガス中の残留酸素濃度
を検出して空燃比を推定し、空燃比を理論空燃比
近傍に制御するフイードバツク制御が一般に行な
われている。この空燃比フイードバツク制御で
は、O₂センサはエンジンの燃焼室に近い排気系
の箇所、すなわち三元触媒より上流である排気マ
ニホルドの集合部分に設けられている。

ところで、前述のO₂センサは低温雰囲気中に
さらされると非活性化し、その出力電圧が徐々に
低下してしまうという特性を有しており、エンジ
ンの排気ガス温度が低下するアイドル運転時に
は、O₂センサより得られる空燃比信号の反転時
期が理論空燃比に対応する時期から徐々にずれて
しまい、空燃比が理論空燃比に制御できなくなつ
て、アイドル回転の安定性が失われ、アイドル時
のエミツシヨンが悪化するという問題があつた。
（アイドル放置時のO₂センサ冷えによる空燃比フ
イードバツク誤制御の対策については、特公昭56
−7051号公報のような従来技術がある。）一方、近年のエンジンの高出力化により、エン
ジン高負荷時の排気ガス温度が上昇し、排気マニ
ホルドに設けられたO₂センサに加わる熱負荷が
大きくなつてO₂センサが早く損傷するという問
題もある。

そこで近年、O₂センサの熱負荷軽減のために、
O₂センサを排気マニホルドの下流側、例えば排
気パイプに取付けることが考えられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、O₂センサを前述のように排気パイ
プ等の排気マニホルドの下流側に取付けた場合
は、アイドル運転状態のみならず、一般走行（特
に市街走行や減速走行）の状態でもO₂センサが
冷え、O₂センサが非活性温度になつてしまう事
がある。すると、空燃比フイードバツクの誤制
御、ベース空燃比学習の誤学習の機会が増え、エ
ミツシヨン、燃費、ドライバビリテイが悪化する
という問題点がある。

以下に図面を用いてこの問題点につき説明す
る。

第１６図はO₂センサ素子温によるO₂センサの
活性、非活性が、車両の走行距離により変化する
ことを示す線図である。この付から車両の走行距
離が増すと、O₂センサの活性開始温度（通常は
300℃〜450℃程度）がしだいに高くなり、非活性
領域が増大することが判る。

第１７図は車両が市街地走行を行なつている時
のO₂センサ素子温を測定し、その分布を調べた
図であり、横軸はO₂センサ素子温でａは活性開
始温度、縦軸は一定時間毎にサンプルした温度デ
ータの頻度を示している。図中の破線はO₂セン
サが排気マニホルドに取付けられている時を示し
ており、実線はO₂センサが排気パイプに取付け
られている時を示している。この図からO₂セン
サが排気マニホルドに取付けられている場合は、
車両が市街地を走行（渋滞走行を含む）しても
O₂センサはほとんど非活性になることはないが、
O₂センサが排気パイプに取付けられている場合
は、車両の市街地走行中O₂センサが非活性にな
る場合が多いことが判る。この試験には新品の
O₂センサを使用したが、走行距離の長い車両に
取付けられたO₂センサを使用すれば、第１７図
に示したように活性開始温度（図中に温度ａで示
される）が高温側に移動しているので、O₂セン
サが非活性になる頻度がさらに増加すると考えら
れる。

次にO₂センサ素子温とO₂センサ出力および制
御空燃比の関係について説明する。なお、O₂セ
ンサ出力処理回路には大きく分けて、出力特性が
第５図のようになる流出し形式と、出力特性が第
６図のようになる流込み形式とがある。O₂セン
サが活性状態にある時は両者は空燃比が過濃か希
薄に従いほぼ同一レベルの出力を発生するが、非
活性状態にある時は流出し形式がローレベル出力
を、流込み形式がハイレベルの出力を発生する。
ここでは第５図に示す流出し形式のものについて
説明する。この流出し形式のものでは、O₂セン
サが非活性の場合、空燃比状態がリツチでもリー
ン出力を出す事が判る。

第１８図は前述の流出し形式の出力処理回路を
備えたO₂センサを使用する車両が、高速走行後
に走行、停止をくり返した場合の、空燃比フイー
ドバツク補正係数FAF、空燃比Ａ／Ｆ、O₂セン
サ素子温Ｔを、O₂センサが排気マニホルド（上
流）に取付けられている場合（破線）と、排気パ
イプ（比較的下流）に取付けられている場合（実
線）で比較するものである。

O₂センサが排気マニホルドに取付けられてい
る場合は、O₂センサが非活性温度になる事がな
いので、空燃比Ａ／Ｆは常に理論空燃比（空気過
剰率λ＝1.0）に制御されている。ところが、O₂
センサが排気パイプに取付けられている場合は、
車速Ｖが時間t₁〜t₂の区間のように低下すると、
O₂センサが非活性となりその時のO₂センサ出力
は実際の正確な空燃比を検出できず、前述の様に
リーンであることを示すローレベルとなるため、
その結果に基づき補正して理論空燃比よりもリツ
チになり、エミツシヨン、燃費悪化を招くことに
なる。

また、空燃比フイードバツク補正係数FAFの
平均レベルが基準値に収束するようにベース空燃
比を補正するベース空燃比学習を実行した場合、
この誤制御のために誤学習をする場合がある。例
えば、車両が低地と高地との間を往復する場合に
ついてみると、高度が高くなればなるほど空気密
度が小さくなるため、高地ほど燃料量を少なくし
なければならず、理論学習量の線（第１９図に鎖
線で示す）に沿つて学習量も変わらなければなら
ない。そして、登坂走行の場合は、エンジン使用
域が高負荷側であるので、O₂センサは充分活性
状態にあり、この時の学習量はO₂センサが排気
マニホルド、排気パイプのいずれに取付けられて
いる場合でもほぼ理論通りになつている（第１９
図に実線で示す）。ところが降坂走行の場合は、
O₂センサが排気マニホルドに取付けられている
場合には学習量がほぼ理論通りになる（第１９図
に点線で示す）が、O₂センサが排気パイプに取
付けられている場合には、O₂センサが非活性状
態となつてリーン信号を出すので、空燃比フイー
ドバツク補正係数FAFが大きくなり、学習量が
大きくなつて理論値よりもリツチ側になり（第１
９図に破線で示す）燃費、HC、CO、およびエミ
ツシヨンが悪化する。

以上のように、O₂センサ取付位置を排気マニ
ホルドから排気パイプに後退させると、O₂セン
サが非活性になる条件がアイドル状態にエンジン
が放置された場合のみならず、低速、低負荷走行
時にも非活性となり、従来技術だけではフイード
バツク誤制御、誤学習を防止することができず、
燃費、エミツシヨン、ひいてはドライバビリテイ
の悪化を招いてしまうという問題点があるのであ
る。

本発明の目的は、O₂センサ等の空燃比センサ
を用いてエンジンの空燃比を調整する空燃比制御
装置において、エンジンの排気通路に取付けられ
た前記センサが、エンジンの運転条件により冷え
て非活性になることにより発生するフイードバツ
ク制御の誤制御（誤補正）、ベース空燃比学習の
誤学習を防止し、エンジンのエミツシヨン、燃
費、ドライバビリテイを向上させることにあり、
特に、空燃比センサをその熱負荷軽減のために排
気マニホルドの下流側に取付けた空燃比制御装置
において、フイードバツク制御の誤制御（誤補
正）、ベース空燃比学習の誤学習を防止して、エ
ンジンのエミツシヨン、燃費、ドライバビリテイ
を向上させることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的を達成する本発明の第１の形態の空燃
比制御装置は、第１図に示すように、内燃機関の
排気通路に設けられた空燃比センサと、該空燃比
センサの起電圧よりも高い電圧の電源を備え、該
電源と該センサとの接続点の出力を処理する流込
み形式の信号処理回路と、該流込み形式の信号処
理回路の出力に応じて前記機関の空燃比を補正す
る空燃比フイードバツク補正係数を演算により求
める演算手段と、前記内燃機関の所定運転状態パ
ラメータを検出する運転状態検出手段と、該所定
運転状態パラメータに応じて前記空燃比フイード
バツク補正係数の上限値を演算により求める上限
値演算手段と、該上限値および所定固定値の下限
値の範囲内に前記空燃比フイードバツク補正係数
値を規制するガード手段と、前記空燃比補正係数
の平均値が所定値になるように学習値を演算する
ベース空燃比学習手段と、前記ガード手段により
規制された空燃比フイードバツク補正係数、およ
び前記学習手段により求められた学習値に応じて
前記機関の空燃比を調整する空燃比調整手段と、
前記上限値演算手段により求められた上限値が所
定値以下か否か判別する上限値判別手段と、前記
上限値が前記所定値以下のときに前記ベース空燃
比学習手段の動作を禁止する禁止手段とから構成
される。

また、前記目的を達成する本発明の第２の形態
の空燃比制御装置は、第２図に示すように、流出
し形式の信号処理回路を用いたものであり、第１
図の装置に対して、空燃比フイードバツク補正計
数FAFの下限値演算手段の代わりに上限値演算
手段がある。

〔作用〕

上述の手段によれば、空燃比フイードバツク補
正係数の上下限のガード値のうち、空燃比センサ
の出力処理回路が流出し形式の場合はリツチ制御
側、空燃比センサの出力処理回路が流込み形式の
場合はリーン制御側のガード値がエンジンの運転
条件により可変となる。

この結果、エンジンの排気通路に取付けた空燃
比センサが、エンジンの運転条件によつて温度が
低下して非活性状態になり、実際の正確な空燃比
を検出できなくなつた場合でも、空燃比フイード
バツク補正係数の上下限ガード値のうち、空燃比
センサの出力処理回路の形式に合つた一方のガー
ド値が、運転条件に応じて可変されて空燃比フイ
ードバツク制御を実質的に抑止しているので、実
際の空燃比が理論空燃比から大きく外れることが
なくなり、エミツシヨン、燃費、ドライバビリテ
イの悪化を防止される。

また、空燃比フイードバツク補正係数の平均値
が所定値になるように学習値が演算されるベース
空燃比学習手段を備えているので、たとえば空燃
比センサの出力処理回路が流出し形式の場合、空
燃比フイードバツク補正値の可変ガード値が一定
値以下の時は、エース空燃比学習が禁止される。

この結果、エンジンの運転状態により空燃比セ
ンサの温度が低下して、ベース空燃比学習を実行
すると誤学習をしてしまう場合には、ベース空燃
比学習が禁止され、エミツシヨン、燃費、の悪化
が防止される。

〔実施例〕

以下図面を用いて本発明の実施例を説明する。

第３図は本発明に係る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、エ
ンジン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つて、ポテンシヨメー
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。デイストリビユータ４には、そ
の軸がたとえばクランク角（CA）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
ランク角センサおよび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CPU１
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、エンジン１のシリンダブロツクのウオー
タジヤケツト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１
０１に供給されている。

排気マニホルド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。

排気マニホルド１１の下流側であつて、触媒コ
ンバータ１２の上流側の排気パイプ１４には、空
燃比センサの一種であるO₂センサ１３が設けら
れている。O₂センサ１３は排気ガス中の酸素成
分濃度に応じて電気信号を発生する。すなわち、
O₂センサ１３は空燃比が理論空燃比に対してリ
ーン側かリツチ側かに応じて、異なる出力電圧を
制御回路１０の信号処理回路１１１を介してＡ／
Ｄ変換器１０１に発生する。

また、前記入出力インタフエイス１０２にはキ
ースイツチ１５からのスタートのON／OFF信号
が供給されるようになつている。１６はトランス
ミツシヨン１７からのスピードメータケーブルに
設けられた車速センサであつて、車速に比例した
数のパルス信号を発生し、この車速センサ１６の
パルス信号は制御回路１０の車速形成回路１１２
に供給される。車速形成回路１１２はカウンタに
より形成され、一定のゲート時間毎に２進数の車
速データとして入出力インタフエイス１０２に供
給される。

さらに、吸気通路２のスロツトル弁１８には、
その開度が０か否かを検出するためのアイドルス
イツチ１９が設けられている。このアイドルスイ
ツチ１９の出力信号が制御回路１０の入出力イン
タフエイス１０２に供給されている。

信号処理回路１１１には、前述のごとく、大き
く分けて流出し形式と流込み形式とがある。流出
し形式のものは、第４図Ａに示すごとく、接地さ
れた抵抗R₁およびバツフアOPを備えている。流
出し形式はO₂センサ１３から抵抗R₁を介してア
ースへ電流が流れ出るものであり、一般的には
Pull down型と呼ばれている。この流出し形式は
O₂センサ１３の起電圧をそのまま検知している
ものであり、第４図Ａにおいて、抵抗R₁とセン
サ１３との結合点の電圧は、（センサ起電圧×抵
抗R₁の抵抗値）÷センサ１３の内部抵抗値、とな
り、この電圧がバツフアOPに入力される。バツ
フアOPは単に電流の増幅用に用いられるもので
ある。

従つて、冷間時におけるO₂センサ１３が非活
性状態ではその内部抵抗が非常に大きく、O₂セ
ンサ起電圧はO₂センサ１３の内部抵抗に殆ど分
配されてしまうので、抵抗R₁とセンサ１３との
結合点の電圧は低くなる。一方、O₂センサ１３
の活性状態ではその内部抵抗が小さくなるので、
O₂センサ起電圧は抵抗R₁の方に多く分配され、
抵抗R₁とセンサ１３との結合点の電圧は高くな
る。

このように、O₂センサ１３が非活性状態の時
は信号処理回路１１１の入力はローレベルとな
り、従つて出力Ｖはローレベルとなる。つまり、
第５図に示す如く、ハイレベル信号（活性時リツ
チ信号）の存在を確認できれば、当該O₂センサ
の活性状態が判別できる。

他方、流込み形式のものは、第４図Ｂに示すご
とく、電源Vccに接続された抵抗R₂およびバツフ
アOPを備えている。流込み形式はO₂センサ１３
へ向かつて電源Vccから電流が流れ込むものであ
り、一般的にはPull up型と呼ばれている。従つ
て、センサ起電圧よりも電源電圧Vccの電圧値の
方が大きく設定してある。

この流込み形式は、基準は電源Vccの電圧であ
るが、O₂センサ１３の起電圧の変化によつて電
源VccとO₂センサ１３の接続点の電圧の変化を検
知しているものである。第４図Ｂにおいて、抵抗
R₂とセンサ１３との結合点の電圧は、センサ起
電圧＋（電源電圧−センサ起電圧）×〔センサ内部
抵抗÷（センサ内部抵抗＋抵抗R₂の抵抗値）〕、と
なり、この電圧がバツフアOPに入力される。

従つて、冷間時におけるO₂センサ１３が非活
性状態ではその内部抵抗が非常に大きいので、結
合点の電圧はほぼ電源電圧Vccである。一方、緩
機が完了したO₂センサ１３の活性状態ではその
内部抵抗が小さくなるので、結合点の電圧はO₂
センサの起電圧に応じたものとなる。

このように、O₂センサ１３が非活性状態の時
は信号処理回路１１１の入力はハイレベルとな
り、従つて出力Ｖはハイレベルとなる。つまり、
第６図に示す如く、ローレベル信号（活性時リー
ン信号）の存在を確認できれば、該当O₂センサ
の活性状態が判別できる。

なお、以下の説明では、信号処理回路１１１と
して流出し形式のものを用いる。

制御回路１０は、たとえばマイクロコンピユー
タとして構成され、前述のＡ／Ｄ変換器１０１、
入出力インタフエイス１０２、CPU１０３、信
号処理回路１１１の外に、ROM１０４、RAM
１０５、バツクアアツプRAM１０６、クロツク
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、フリツプフロツプ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にプリセツトされると共に
フリツプフロツプ１０９もセツトされる。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がクロツク信
号（図示せず）を計数して最後にそのキヤリアウ
ト端子が“１”レベルとなつたときに、フリツプ
フロツプ１０９がリセツトされて駆動回路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、
従つて、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
フエイス１０２がクランク角センサ６のパルス信
号を受信した時、クロツク発生回路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変換ルーチンによつて取込まれて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°CA毎の割込みによつ
て演算されてRAM１０５の所定領域に格納され
る。

以上、第３図の制御回路の動作について説明す
る。

第７図はエンジンの種々の運転条件及びその運
転条件での運転時間により、空燃比センサである
O₂センサの素子温を推定し、O₂センサが非活性
温度となる時フイードバツク制御の誤制御（誤補
正）を、空燃比フイードバツク補正係数FAFが
ガード値でガードすることにより防止するルーチ
ンである。

第７図のルーチンではまずステツプ21におい
て、車両がエンジン始動後に一定時間α走行した
か否かを判別する（走行時間の演算ルーチンは後
述）。この理由はいくらエンジンが始動しても、
アイドル状態でエンジンを放置したのではO₂セ
ンサ温度が活性温度まで上昇しないからであり、
始動後の走行時間でO₂センサの活性を判別する
ためである。

ステツプ21でまだ走行時間が短い（走行時間の
カウント値CASTA＜α）と判定された場合
（NO）はステツプ26に進み、空燃比フイードバ
ツク補正係数FAFのガード値RFB（この実施例の
ように流出し形式の場合はリツチ側のガード値で
ある）をある固定値ｂに固定する。具体的には固
定値ｂは1.01〜1.05程度に定めるのが良い。これ
により、O₂センサの冷えによる空燃比のリツチ
化を１〜５％程度に抑えることができる。

車両が一定時間α以上走行した後であればステ
ツプ21でYESとなつてステツプ22へ進み、アイ
ドルスイツチ１９のON／OFFを判定して、アイ
ドルスイツチ１９がON（YES）ならばステツプ
25に進み、前記ガード値RFBを徐々に小さくす
る。これはアイドル時ならびに車両の降坂走行や
減速走行時等のようにO₂センサ温度が低下する
ような条件の下での誤制御をガードするためであ
る。

なお、前記実施例ではアイドルスイツチにより
負荷の低い運転条件を判定したが、吸入空気圧
PM、エンジン回転数Ne×吸入空気量Ｑ、スロ
ツトル開度TA等により降坂減速走行を判別する
こともできる。

ステツプ22でアイドルスイツチ１９がOFFで
あると判定した時にはステツプ23に進み、エンジ
ン回転数Neが所定値ａ以上か否かを判定する。
回転数Neがａ以下であれば（NO）ステツプ25
に進んでガード値RFBを徐々に小さくするが、
回転数Neがａより大きい時（YES）は、ステツ
プ24に進んでガード値RFBを徐々に大きくする。
具体的には判定値ａは1000〜2000rpmである。

なお、この実施例では回転数Neのみでガード
値RFBの増減を判別したが、吸入空気量Ｑ、吸
入空気圧PM、車速SPD、スロツトル開度TAに
より判別しても良い。

ステツプ24でガード値RFBを大きくした後は、
ステツプ27に進んでその値がガード値の最大値Ｃ
（Ｃ＝1.15〜1.25程度）を越えたか否かを判定し、
越えた場合（YES）はステツプ29でガード値
RFBの値を最大値Ｃにする。同様にステツプ25
で小さくしたガード値RFBはステツプ28にてそ
の値が前述の固定値ｂを下回つているか否かを判
定し、下回つている場合（YES）はステツプ30
にてガード値RFBの値を固定値ｂにする。この
ルーチンは比較的長い時間間隔、例えば500ms毎
に実行すれば良い。

第８図は第７図のステツプ21における一定時間
αの計算ルーチンである。このルーチンではまず
ステツプ211においてスタータがONされたか否
かを判定する。スタータのONはキースイツチ１
５（第３図）がスタータ位置になつた時に入出力
インタフエイス１０２に取込まれるON信号によ
り判断すれば良く、このルーチンは例えば500ms
のような比較的長い時間毎に実行すれば良い。

スタータがONされた時（YES）はステツプ
216に進み、走行時間計測用のカウンタのカウン
ト値CASTAを０にする。エンジン始動後はスタ
ータがOFFされるので、ステツプ211でNOとな
つてステツプ212に進む。

ステツプ212ではエンジン始動後に車両が走行
したか否かを入出力インタフエイス１０２から取
込んだ車速SPDにより判定する。車速SPDが０
（YES）の時は車両が走行していないのでカウン
ト値CASTAは増やさないが、車両の走行により
SPD≠０となつた時（NO）はステツプ213に進
んでカウント値CASTAを増大する。ステツプ
214、215はカウンタのオーバフローを防ぐもの
で、ステツプ214でカウント値CASTA≦αと判
定された時（NO）はそのまま、CASTA＞αと
判定された時（YES）はステツプ215でCASTA
の値をαに抑える。このようにしてエンジン始動
後の走行時間が計算され、第７図のステツプ21に
おける判定値αが求められる。

第９図は空燃比フイードバツク補正係数FAF
を計算し、これがリツチ側のガード値RFBを超
えた時および固定のガード値ｄを下回つた時時に
ガードするルーチンである。ステツプ31〜ステツ
プ37は空燃比フイードバツク補正係数FAFを求
めるものであり、ステツプ31で空燃比がリーンで
あると判定された時（NO）はステツプ33で、リ
ツチであると判定された時はステツプ32で、積分
定数Kiの増減による積分処理を行う。つまり、
空燃比がリーン状態で燃料噴射量を徐々に増大さ
せ、リツチ状態で燃料噴射量を徐々に減少させ
る。

ステツプ34ではO₂センサからの出力信号によ
り、空燃比が反転したか否かを判定する。空燃比
が反転していれば（YES）、ステツプ35にてその
反転がリツチ→リーンか、リーン→リツチかを判
定する。リツチからリーンへの反転の時（YES）
はステツプ36で、リーンからリツチへの反転の時
（NO）はステツプ37で、スキツプ定数RSを用い
て空燃比フイードバツク補正係数FAFをスキツ
プ的に増減するスキツプ処理を行う。空燃比が反
転していない時（ステツプ34でNO）はスキツプ
処理は行なわない。なお、スキツプ定数RSは積
分定数Kiに比較して大きく設定してある。

ステツプ41〜ステツプ44は、以上のようにして
求めた空燃比フイードバツク補正係数FAFに対
して、必要な時にガード処理を行うものである。
すなわち、空燃比フイードバツク補正係数FAF
の値が、前述の可変上限ガード値RFBを超えて
いるか否かをステツプ41で判定し、固定値である
下限ガード値ｄを下回つているか否かをステツプ
４３で判定する。そして、空燃比フイードバツク
補正係数FAFが、上限ガード値RFBを超えてい
る時（ステツプ41でYES）は、ステツプ42で空
燃比フイードバツク補正係数FAFの値を上限ガ
ード値RFBに抑え、下限ガード値ｄを下回つて
いる時（ステツプ41でNOかつステツプ43で
YES）は、ステツプ44で空燃比フイードバツク
補正係数FAFの値を下限ガード値ｄに抑える。
また、空燃比フイードバツク補正係数FAFの値
が上限ガード値RFBと下限ガード値ｄの間にあ
る時（ステツプ41、43でともにNO）は、空燃比
フイードバツク補正係数FAFの値は変化せずそ
のままである。このルーチンは例えば4ms毎に実
行すれば良い。

以上のようにして演算された空燃比フイードバ
ツク補正係数FAFは制御回路１０のRAM１０５
に格納しておく。

第１０図は本発明の装置により求められた空燃
比フイードバツク補正係数FAFを用いて空燃比
を調整する噴射量演算ルーチンであつて、所定ク
ランク角毎たとえば360°CA毎に実行される。ス
テツプ51ではRAM１０５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。ステツプ52にてRAM１
０５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THWが上昇
するに従つて小さくなるように設定されている。

ステツプ53では、最終噴射量TAUを、 TAU←TAU・FAF・〔（FWL ＋１）＋Ａ）〕＋Ｂにより演算する。なお、Ａ、Ｂは他の運転状態パ
ラメータによつて定まる補正量であり、たとえば
図示しないスロツトル位置センサからの信号、あ
るいは吸気温センサからの信号、バツテリ電圧等
により決められる補正量であり、これらもRAM
１０５に格納されている。次いで、ステツプ54に
て、噴射量TAUをダウンカウンタ１０８にセツ
トすると共にフリツプフロツプ１０９をセツトし
て燃料噴射を開始させる。そして、ステツプ55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のキヤリアウト信号によつ
てフリツプフロツプ１０９がリセツトされて燃料
噴射は終了する。

第１１図は第７図から第１０図のフローチヤー
トによる動作を補足説明するタイミング図であ
る。

時刻t₀でエンジンが始動してから時刻t₁までの
期間は、SPD≠０の時間のカウント値CASTAが
所定値αになるまで上限ガード値RFBを一定値
ｂに制御している状態を示している。時刻t₁〜t₂
の期間はSPD≠０がある時間経過したが、エン
ジン回転数Neが所定値ａに達していないために
上限ガード値RFBが一定値ｂを保つている状態
を示す。

時刻t₂でエンジン回転数Neが所定値ａを越え
ると、上限ガード値RFBは徐々に大きくなり、
時刻t₃で所定値ｃに達すると以後はこの値を保持
する。そして、時刻t₄でエンジン回転数Neが所
定値ａを下回ると、上限ガード値RFBは徐々に
小さくされ、時刻t₅でその値が所定値ｂに達する
と、以後はその値が保持される。このようにエン
ジン回転数Neが低下すると、O₂センサ素子温も
下がり、O₂センサはしだいに非活性状態となる。
時刻t₆以後は、エンジン回転数Neが再び所定値
ａを越えるので、上限ガード値RFBは徐々に大
きくなり、所定値ｃまで増大する。

以上のように、本発明では、時刻t₅〜t₆の間は
上限ガード値RFBが一定値ｂとされるので、こ
の間は空燃比フイードバツク補正係数FAFの値
がRFB（＝ｂ）にガードされてこれ以上増大しな
い。

なお、従来は、O₂センサ１３の出力（正確に
は処理回路の出力）が低下すると、空燃比フイー
ドバツク制御が行われて、点線に示すごとく、空
燃比フイードバツク補正係数FAFは大きくなり、
空燃比が誤補正されていた。

この結果、本発明においては、O₂センサが非
活性状態となる期間には、従来点線のようにリツ
チ側に変化していた空燃比Ａ／Ｆが実線のように
抑えられ、空燃比Ａ／Ｆがオーバーリツチになる
のが防止できる。

以上説明したのはO₂センサの出力処理回路が
流出し形式の場合であるが、同様にO₂センサが
流込み形式の場合は、リーン側のガード値LFB
の変更によりO₂センサが非活性になる時の空燃
比がオーバーリーンになるのが防止できる。

以上説明したのは、空燃比のフイードバツク制
御を空燃比フイードバツク補正係数のみで行つて
いるエンジンに本発明を適用したものであるが、
空燃比フイードバツク制御を空燃比フイードバツ
ク補正係数に加えて学習量を導入して行つている
エンジンもある。このような学習制御を導入した
空燃比のフイードバツク制御においては、空燃比
フイードバツク補正係数FAFのガード値を変更
してフイードバツク制御を停止しようとしても、
空燃比変動が学習量に反映されるので、フイード
バツク制御が実質的に停止しなくなる。

このため、学習制御を導入した空燃比フイード
バツク制御を行うエンジンにおいては、空燃比フ
イードバツク補正係数FAFのガード値の変更と
共に、エンジンの所定運転条件のもとで学習制御
を停止する必要がある。以下、このようなエンジ
ンにおける本発明の制御回路の動作について説明
する。

学習制御を導入した空燃比フイードバツク制御
を行うエンジンにおいても、空燃比フイードバツ
ク補正係数FAFをエンジンの運転条件により上
限ガード値RFB（O₂センサが流出し形式の場合）
にてガードを行い、このガード値RFBの計算は
前述の学習制御を行わないエンジンの場合と全く
同じである。従つて、上限ガード値RFBの計算
ルーチンは第７図、始動後の走行時間の計算ルー
チンは第８図となる。

学習制御を行うエンジンにおいては、空燃比フ
イードバツク補正係数FAFを計算して上下限の
ガードを行うと共に、空燃比フイードバツク補正
係数FAFの可変ガード値が制御中心、即ち空燃
比フイードバツク補正係数FAF＝1.0に、近い値
になつている場合に、O₂センサが非活性状態に
ある可能性が大きいとして、ベース空燃比の学習
制御を禁止する。このルーチンを第１２図に示
す。

このルーチンではステツプ61、62、63において
空燃比がリツチの場合とリーンの場合とに分けて
積分定数Kiの増減による積分処理を行う。そし
てステツプ64で空燃比が反転したか否かを反転
し、判定しない場合（NO）ステツプ72に進む
が、反転した場合（YES）はステツプ66に進む。
ステツプ66、67、68は空燃比の反転方向による、
スキツプ定数RSを用いたスキツプ処理を示し、
その後ステツプ65の学習を実行する。

学習処理終了後はステツプ69に進み、後述の学
習処理において必要な学習禁止用カウンタCLCX
の値をデイクリメントする。ステツプ70、71はス
テツプ69でデイクリメントしたカウンタCLCXの
値が負の値になつた時に、カウンタCLCXの値を
０に保持するものである。

この後ステツプ72に進み、ステツプ72、73、
74、75で空燃比フイードバツク補正係数FAFが
上下限ガード値を越えた時はそのガードを行な
い、上下限ガード値内にある時は変化させない、
ガード処理を行なう。そしてステツプ74、75で空
燃比フイードバツク補正係数FAFのガードを行
なつた時のみステツプ76に進み、前述の学習禁止
用カウンタCLCXに初期値ｅを設定してこのルー
チンを終了する。このルーチンは例えば4ms毎に
実行すれば良い。

第１３図は第１２図のステツプ65の学習処理の
詳細を示すルーチンである。このルーチンではス
テツプ81〜ステツプ84において学習制御の実行条
件を判定し、実行条件にあう時だけステツプ85〜
ステツプ90で学習制御を行う。学習制御の実行条
件は、水温THWがある値ｆ以上、基本噴射
パルス幅Tpがある値ｇ以上、空燃比フイード
バツク補正係数FAFの上限ガード値RFBがある
値ｈ（ｈ＞ｂ）以上、学習禁止用カウンタ
CLCXの値が０であること、の全てを満足する時
（ステツプ81〜ステツプ84で全てYES）であり、
この時ステツプ85に進む。なお、学習条件は必要
に応じて他の条件を付加することもできる。

学習制御は空燃比フイードバツク補正係数
FAFの平均値FAFAVが所定値FAFAV＝1.00に
なるように制御するものであるから、ステツプ85
では平均値を演算するために空燃比フイードバツ
ク補正係数FAFが所定回スキツプしたか否かを
判定する。ステツプ85でスキツプの回数が所定回
を越えたと判断されるとステツプ86に進み、その
所定回数のスキツプ直前の空燃比フイードバツク
補正係数FAFの平均値FAFAVを計算する。

ステツプ87〜ステツプ90はステツプ86で計算さ
れた平均値FAFAVの値が前述のFAFAV＝1.00
に収束する様に学習量を補正するものである。す
なわち、ステツプ87で平均値FAFAVが1.00を越
えていれば、ステツプ90で学習値KGを所定値Ｋ
増加して燃料噴射量を増やし、平均値FAFAVが
1.00未満であればステツプ89で学習値KGを所定
値Ｋ減少させて燃料噴射量を減らす。上述のごと
くして得られた学習値KGはバツクアツプRAM
１０６に格納される。尚、FAFAVを例えば1.02
〜0.98内に収束させてももちろん良い。

第１４図は本発明の装置により求められた空燃
比フイードバツク補正係数FAFおよび学習値KG
を用いて空燃比を調整する噴射量演算ルーチンで
あつて、所定クランク角毎たとえば360°CA毎に
実行される。ステツプ91では、RAM１０５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
ツプ92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
元マツプにより暖機増量値FWLを補間計算する。
この暖機増量FWLは、図示のごとく、現在の冷
却水温THWが上昇するに従つて小さくなるよう
に設定されている。

ステツプ93では、最終噴射量TAUを、 TAU←TAU・（FAF＋KG）・（FWL ＋１＋Ａ）＋Ｂにより演算する。なお、Ａ，Ｂは他の運転状態パ
ラメータによつて定まる補正量であり、たとえば
図示しないスロツトル位置センサからの信号、あ
るいは吸気温センサからの信号、バツテリ電圧等
により決められる補正量であり、これらもRAM
１０５に格納されている。次いで、ステツプ94に
て、噴射量TAUをダウンカウンタ１０８にセツ
トすると共にフリツプフロツプ１０９をセツトし
て燃料噴射を開始させる。そして、ステツプ95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のキヤリアウト信号によつ
てフリツプフロツプ１０９がリセツトされて燃料
噴射は終了する。

第１５図は第７図、第８図および第１２図〜第
１４図のフローチヤートによる動作を補足説明す
るタイミング図である。

時刻t₀でエンジンが始動してから時刻t₁までの
期間は、車速≠０の時間のカウント値CASTAが
所定値αになるまで上限ガード値RFBを一定値
ｂに制御される。そして、時刻t₁〜t₂の期間は
SPD≠０がある時間経過したが、エンジン回転
数Neが所定値ａに達していないために上限ガー
ド値RFBを一定値ｂに抑えられている。このと
き、上限ガード値RFB＜ｈであるので、もちろ
ん学習制御は禁止状態にある。

時刻t₂でエンジン回転数Neが所定値ａを越え
ると、上限ガード値RFBは徐々に大きくなり、
エンジン水温THW＞ｆ、基本噴射パルス幅Tp
＞ｇのもとで上限ガード値RFBが所定値ｈを越
えた時刻t₃で学習制御が実行される。そして、時
刻t₄で上限ガード値RFBが所定値ｃに達すると、
上限ガード値RFBは以後この値を保持する。

この後、時刻t₅でエンジン回転数Neが所定値
ａを下回ると、上限ガード値RFBは徐々に小さ
くされ、時刻t₇でその値が所定値ｂに達すると、
以後は時刻t₈でエンジン回転数Neが所定値ａを
越えるまでその値が保持される。学習制御は、上
限ガード値RFBが時刻t₇より前の時刻t₆で所定値
ｈに達するので、この時刻t₆の時点で禁止され
る。

このようにエンジン回転数Neが低下すると、
O₂センサ素子温も下がり、O₂センサはしだいに
非活性状態になる。この結果、O₂センサの出力
処理回路の出力O_xがリーン側のままとなり、空
燃比フイードバツク補正係数FAFは増大側に動
くが、時刻t₇〜t₈の期間は上限ガード値RFBが一
定値ｂに固定されるので、空燃比フイードバツク
補正係数FAFの値がガードされてｂ以上には増
大しない。（従来装置では点線のように変化する
ので空燃比Ａ／Ｆが同じく点線のようにオーバリ
ツチになる。）時刻t₈でエンジン回転数Neが所定値ａを越え
ると、上限ガード値RFBはが徐々に大きくなり、
学習禁止用カウンタCLCXの値がデイクリメント
される。時刻t₉で上限ガード値RFBが所定値ｈを
越えるが、こと時点では学習禁止用カウンタ
CLCXの値がまだ０になつていないので、学習処
理ルーチンにおいて学習制御は行われず、学習制
御は学習禁止用カウンタCLCXの値が０になる時
刻t₁₀まで、即ち前述のガード値による学習条件
を抜けても所定回O₂センサ出力が反転しない限
り誤学習防止の為、実行されない。この後上限ガ
ード値RFBは前述のように最大値ｃまで上昇し、
以後はこの値を保持する。

以上のように、学習制御を導入した本実施例の
装置によれば、空燃比フイードバツク補正係数
FAFの上限ガード値RFBが所定値未満の時、空
燃比フイードバツク補正係数FAFが上限ガード
値RFBによりガードされている時、および空燃
比フイードバツク補正係数FAFの、上限ガード
値RFBによるガードが終了してから所定時間経
過していない時は学習制御が禁止されるので、誤
学習が防止され、従つて、空燃比フイードバツク
制御の誤制御が防止される。

以上説明したのはO₂センサの出力処理回路が
流出し形式のものであるが、O₂センサの出力処
理回路が流込み形式のものについても、可変ガー
ド値が下限ガード値LBFになるだけで、空燃比
フイードバツク補正係数FAFの制御、学習制御
の禁止については流出し形式のものと全く同じよ
うに行なえる。

また、O₂センサの冷え対策としてO₂センサに
ヒータを組込んだヒータ付O₂センサに比較して
コストも安く、また余分な構成も不要である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、空燃比
センサがエンジンの運転条件により冷えて非活性
状態になつても、フイードバツク制御の誤制御が
防止でき、エンジンのエミツシヨン、燃費、ドラ
イバビリテイが向上する。また、ベース空燃比学
習を導入した空燃比フイードバツク制御を行うも
のにおいては、誤学習が防止され、従つて、フイ
ードバツク制御の誤制御が防止され、エンジンの
エミツシヨン、燃費、ドライバビリテイが向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の形態の構成を説明する
ための全体ブロツク図、第２図は本発明の第２の
形態の構成を説明するための全体ブロツク図、第
３図は本発明の空燃比制御装置の一実施例を示す
全体概要図、第４図Ａ，Ｂは第３図の信号処理回
路の回路図、第５図は流出し形式のO₂センサ出
力処理回路の出力特性線図、第６図は流込み形式
のO₂センサ出力処理回路の出力特性線図、第７
図、第８図、第９図、第１０図は空燃比フイード
バツク補正係数により空燃比を制御するエンジン
における第３図の制御装置の動作を説明するため
のフローチヤート、第１１図は第７図〜第１０図
のフローチヤートを補足説明するためのタイミン
グ図、第１２図、第１３図、第１４図は空燃比フ
イードバツク補正係数およびベース空燃比学習に
より空燃比を制御するエンジンにおける第３図の
制御装置の動作を説明するためのフローチヤー
ト、第１５図は第７図、第８図および第１２図〜
第１４図のフローチヤートを補足説明するための
タイミング図、第１６図はO₂センサ素子温によ
るO₂センサの活性・非活性が車両の走行距離に
より変化することを示す線図、第１７図は車両の
市街地走行時のO₂センサ素子温の分布特性を示
す線図、第１８図は流出し形式の出力処理回路を
有するO₂センサを使用する車両が高速走行後に
走行、停止をくり返した場合の空燃比フイードバ
ツク補正係数、空燃比、O₂センサ素子温、車速
の変化を時間と共に示す線図、第１９図は登坂、
降坂走行時の理論学習量の変化と実際の学習量の
変化とをO₂センサ取付位置の違いにより比較し
て示す線図である。１……エンジン、３……エアフローメータ、４
……デイストリビユータ、５，６……クランク角
センサ、９……水温センサ、１０……制御回路、
１２……触媒コンバータ、１３……O₂センサ、
１４……排気パイプ、１５……キースイツチ、１
６……車速センサ、１８……アイドルスイツチ、
１１１……信号処理回路、１１２……車速形成回
路。

Claims

【特許請求の範囲】１内燃機関の排気通路に設けられた空燃比セン
サと、該空燃比センサの起電圧よりも高い電圧の電源
を備え、該電源と該センサとの接続点の出力を処
理する流込み形式の信号処理回路と、該流込み形式の信号処理回路の出力に応じて前
記機関の空燃比を補正する空燃比フイードバツク
補正係数を演算により求める演算手段と、前記内燃機関の所定運転状態パラメータを検出
する運転状態検出手段と、該所定運転状態パラメータに応じて前記空燃比
フイードバツク補正係数の上限値を演算により求
める上限値演算手段と、該上限値および所定固定値の下限値の範囲内に
前記空燃比フイードバツク補正係数値を規制する
ガード手段と、前記空燃比補正係数の平均値が所定値になるよ
うに学習値を演算するベース空燃比学習手段と、前記ガード手段により規制された空燃比フイー
ドバツク補正係数、および前記学習手段により求
められた学習値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、前記上限値演算手段により求められた上限値が
所定値以下か否か判別する上限値判定手段と、前
記上限値が前記所定値以下のときに前記ベース空
燃比学習手段の動作を禁止する禁止手段、とを備えた空燃比制御装置。２前記下限値演算手段が、機関始動後に車両が
一定時間あるいは一定距離走行するまでは前記フ
イードバツク補正係数の下限値を所定値に固定す
る特許請求の範囲第１項記載の空燃比制御装置３前記下限値が所定値以上に復帰した後も一定
時間あるいは機関が一定回転以上するまでは、前
記禁止手段が前記ベース空燃比学習手段の動作を
継続して禁止する特許請求の範囲第１項記載の空
燃比制御装置。４内燃機関の排気通路に設けられた空燃比セン
サと、該空燃比センサの起電圧を電圧発生源として、
該センサの出力を処理する流出し形式の信号処理
回路と、該流出し形式の信号処理回路の出力に応じて前
記機関の空燃比を補正する空燃比フイードバツク
補正係数を演算により求める演算手段と、前記内燃機関の所定運転状態パラメータを検出
する運転状態検出手段と、該所定運転状態パラメータに応じて前記空燃比
フイードバツク補正係数の下限値を演算により求
める下限値演算手段と、該下限値および所定固定値の上限値の範囲内に
前記空燃比フイードバツク補正係数値を規制する
ガード手段と、バツク補正係数の上限値を演算に
より求める上限値演算手段と、該上限値および所定固定値の下限値の範囲内に
前記空燃比フイードバツク補正係数値を規制する
ガード手段と、前記空燃比補正係数の平均値が所定値になるよ
うに学習値を演算するベース空燃比学習手段と、前記ガード手段により規制された空燃比フイー
ドバツク補正係数および前記学習手段により求め
られた学習値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、前記下限値演算手段により求められた下限値が
所定値以上か否かを判別する下限値判別手段と、前記下限値が前記所定値以上のときに前記ベー
ス空燃比学習手段の動作を禁止する禁止手段とを備えた空燃比制御装置。５前記上限値演算手段が、機関始動後に車両が
一定時間あるいは一定距離走行するまでは前記フ
イードバツク補正係数の上限値を所定値に固定す
る特許請求の範囲第４項記載の空燃比制御装置６前記上限値が所定値以上に復帰した後も、一
定時間あるいは機関が一定回転以上するまでは前
記禁止手段が前記ベース空燃比学習手段の動作を
継続して禁止する特許請求の範囲第４項記載の空
燃比制御装置。