JPS6397851A - 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（Ｏｔセンサ）
）を設け、上流側のｏｔ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ンク制御（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、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。かがる０ア
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Ｏｔセンサシステムが既に提案されている（
参照：特開昭５８−７２６４７号公報）。このダブル０
２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′４Ｂ（ダブル０□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０□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Ｏｔ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。

〔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０□センサシステムにおい
ては、フィードバック制御時の空燃比補正にかかわる要
求レベル（以下、空燃比要求レベル）が、非フイードバ
ツク制御時と大きく離れることがあり、特に非フイード
バツク制御時から前述の２つの０２センサによるフィー
ドバック制御に入るようなフィードバック開始時点には
次（７）ような問題が発生する。すなわち、この場合、
通常、下流側０□センサによる空燃比フィードバック制
御速度は上流側０２センサによる空燃比フィードバック
制御速度に比較して小さく設定されているので、下流側
０．センサによる空燃比フィードバック制御で制御され
る空燃比制御量たとえばスキップ量が要求スキップ量レ
ベルに到達するのに時間を要し、延いては、空燃比フィ
ードバック制御により空燃比が要求制御レベルに到達す
るのに時間を要し、この結果、補正不足が生じて、燃費
の悪化、ドライバビリティの悪化、エミッションの悪化
等を招くという問題点があった。

また、空燃比フィードバック制御中にあっても、機関の
状態が異なる運転条件に遷移したときには、やはり空燃
比制御レベルが空燃比要求レベルからずれることがあり
、この場合にも、補正不足が生じて、燃費の悪化、ドラ
イバビリティの悪化、エミッションの悪化等を招くとい
う問題点があった。

なお、本願出願人は、既に機関の負荷状態だと・えば吸
入空気量が複数の区分に分割された運転条件領域のいず
れかに属するかを判別し、機関の負荷状態が同一の運転
条件領域に属し且つ機関が学習条件を満足しているとき
に、空燃比制御量の中心値を演算し、空燃比制御量の中
心値を運転条件領域毎に記憶し、そして機関が空燃比フ
ィードバック条件を満足した時点もしくはその後に機関
の状態が異なる運転条件領域に遷移した時点では、空燃
比制御量を現在の運転条件領域に記憶された空燃比制御
量の中心値とするブロック学習制御を提案している（参
照：特願昭６０−１９８５８７号）。これによれば、下
流側Ｏｔセンサによる空燃比フィードバック制御開始時
には、記憶された空燃比制御量の中心値から開始し、さ
らに、その後に機関の状態が異なる運転条件領域に遷移
したときにも、各運転条件領域毎に記憶された空燃比側
１１１ｆｆｉの中心値から開始する。

本発明の目的は、さらに、フィードバック制御開始後お
よびフィードバック制御中であっても機関の状態が異な
る条件に遷移したときの燃費の悪化、ドライバビリティ
の悪化、エミッシ式ンの悪化等を防止したダブル空燃比
センサ（ＯＸ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、下流
に、それぞれ設けられている。空燃比フィードバック条
件判別手段は機関が所定の空燃比フィードバック条件を
満足しているか否かを判別し、この結果、機関が前記空
燃比フィードバック条件を満足しているときに、空燃比
側？Ｉｌｌ量演算手段が第２の（下流側）空燃比センサ
の出力ｖ２に応じて空燃比制御量を演算する。また学習
条件判別手段は機関が所定の学習条件を満足しているか
否かを判別する。また、反転周期演算手段は上流側（第
１の）空燃比センサの出力Ｖ、の反転周期Ｔｔを演算す
るし、反転周期領域判別手段はこの演算された反転周期
Ｔ、が複数の区分に分割された領域のいずれかに属する
かを判別する。この結果、学習手段は、演算された反転
周期Ｔ、が同一の領域に属し且つ機関が学習条件を満足
しているときに、前記空燃比制御量の中心値を演算し、
空燃比制御量の中心値を各領域毎に記憶する。空燃比調
整手段は上流側空燃比センサの出力および空燃比制御量
に応じて機関の空燃比を調整する。そして機関が空燃比
フィードバック条件を満足した時点もしくはその後に演
算された反転周期Ｔ、が異なる領域に遷移した時点では
、空燃比制御量を現在の領域に記憶された空燃比制御量
の中心値とするものである。

〔作　用〕

上述の手段によれば、下流側０２センサによる空燃比フ
ィードバック制御開始時、およびその後に上流側Ｏｔセ
ンサの反転周期が異なる領域に遷移したときに、各領域
毎に記憶された空燃比制御量の中心値から開始する。

〔実施例〕

始めに、本発明の原理を第３Ａ図、第３Ｂ図を参照して
説明する。第３Ａ図は下流側０□センサによる空燃比フ
ィードバック補正量たとえばスキップ量ＲＳＲ、ＲＳＬ
を機関負荷（この場合、吸入空気量Ｑ）によりブロック
学習制御した場合の要求補正量ΔＲＳ　（＝　ＲＳＲ−
ＲＳＬ）の特性を示し、第３Ｂ図は下流側Ｏｘセンサに
よる空燃比フィードバック補正ｌ　ＲＳＲ、ＲＳＬを上
流側０２センサの出力の反転周期Ｔ、によりブロック学
習制御した場合の要求補正量ΔＲ３（−ＲＳＲ−ＲＳＬ
）の特性を示す。第３Ａ図および第３Ｂ図を比較すると
、いかなる運転条件たとえば機関回転速度Ｎ、であって
も、吸入空気量Ｑと要求補正量ΔＲ３との関係より上流
側０、センサの出力の反転周期Ｔｆと要求補正量ΔＲ３
との関係の方が強い、これは、上流側Ｏｔセンサへのガ
ス当りが悪い程空燃比のリッチ、リーン繰返しが頻繁と
なり上記反転周期Ｔｆが小さくなること、０□センサ特
性がリーン雰囲気程（リッチからリーンへの反転時間が
大きい程）上記反転周！ｔｌｌＴｆが大きくなること、
等によるものである。つまり、上流側０□センサによる
空燃比フィードバック制御により平均空燃比をずらせて
しまう影響度（ガス当り、センサ特性）と上流側０２セ
ンサの出力の反転周期Ｔ、とは密接な関係にあり、他方
、ダブル０□センサシステムの下流側０□センサによる
空燃比フィードバック制御は平均空燃比のずれを補正す
るので、下流側０２センサによる空燃比フィードバック
制御による空燃比フィードバック補正量すなわちΔＲ５
とは密接な関係にある。従って、下流側Ｏｔセンサによ
る空燃比フィードバック補正量たとえばリッチスキップ
Ｒ５Ｒ、Ｒ３Ｌは機関負荷よりも上流側０□センサの出
力の反転周！’、１　’ｒ　ｔによりブロック学習制御
した方が有利である。

なお、第３Ａ図、第３Ｂ図は共にベース空燃比がリーン
の場合を示している。

第４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４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、ボテンシッ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ＣＰＬＩ　
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。

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、ｏ２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１ｏ１、入出力インターフェイ
ス１０２　、ｃｐＵ　１０３の外ニＲＯＭ　１０４、Ｒ
ＡＭ　１０５　、バックアップＲＯＭ　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ｌＯ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ＩＴＡＵ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（ＩＴ
ＡＵ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、入出力インターフエイス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変喚ル
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
に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５図は上流側０□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４ｍｓ毎に
実行される。

ステップ５０１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、始動後場量中、暖機増量中、パワー増量
中、上流側ＯＸ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５２８に進
んで空燃比補正係数ＦＡＦを１．０とする。他方、閉ル
ープ条件成立の場合ステップ５０２に進む。

ステップ５０２では、上流側０□センサ１３の出力■、
をＡ／Ｄ変換して取組み、ステップ５０３にて■１を比
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、つ
まり、空燃比がリッチかリーン（Ｖｌ　≦■８１）であ
れば、ステップ５０４にて第１のディレィカウンタＣＤ
ＬＹ　１が正か否かを判別し、ＣＤＬＹ　１　＞　Ｏで
あればステップ５０５にてＣ［ｌＬＹ　１をＯとし、ス
テップ５０６に進む。ステップ５０７．５０８では、第
１のディレィカウンタＣＤＬＹ　１を最小値ＴＤＬＩで
ガードし、この場合、第１のディレィカウンタＣＤＬＹ
　１が最小値ＴＤＬＩに到達したときにはステップ５０
９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ＴＤＬＩ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５１０にて第１のディレ
ィカウンタＣＤＬＹ　１が負か否かを判別し、ＣＤＬＹ
　１　＜　０であればステップ５１１にてＣＤＬＹ　１
をＯとし、ステップ５１２に進む。

ステップ５１３，５１４では、第１のディレィカウンタ
ＣＤＬＹ　１を最大値ＴＤＲＩでガードし、この場合、
第１のディレィカウンタＣＤＬＹ　１が最大値ＴＤＰＩ
に到達したときにはステップ５１５にて第１の空燃比フ
ラグＦｌを“１”　（リッチ）とする。なお、最大値Ｔ
ＤＲＹ　１は上流側０２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５１６では、第１の空燃比フラグ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５１７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、プ５１８に
進み、上流側Ｏ！センサ１３の出力Ｖｌの反転周ＭＴｆ
を演算する。なお、反転周期Ｔ、演算については後述す
る。さらに、ステップ５１９にてＦＡＦ　４−ＦＡＦ　
４−Ｒ５Ｒとスキップ的に増大させる。

逆に、リーンからリッチへの反転であれば、ステップ５
２０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５１６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５２１，５２２，５２３に
て積分処理を行う。つまり、ステップ５２１にて、Ｆ１
＝’Ｏ”か否かを判別し、Ｆ１＝“０”　（リーン）で
あればステップ５２２にてＦＡＦ−ＦＡＦ　＋ＭＩＲと
し、他方、Ｆ１＝“１”　（リッチ）であればステップ
５２３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（に
ＩＬ）＜　ＲＳＲ（ＲＳＬ）である。従って、ステップ
５２２はり−ン状態（Ｆｌ−“０′）で燃料噴射量を徐
々に増大させ、ステップ５２３はリッチ状Ｍ（Ｆ１＝“
１′″）で燃料噴射量を徐々に減少させる。

ステップ５１９，５２０，５２２．５２３にて演算され
た空燃比補正係数ＦＡＦはステップ５２４　、５２５に
て最小値たとえば０．８にてガードされ、また、ステッ
プ５２６．５２７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Ｆ
ＡＦ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ＲＡＭ　１０５に格納
して、ステップ５２９もこのルーチンは終了する。

第６図は第５図の反転周期演算ステップ５１８の詳細な
フローチャートである。ステップ６０１では、カウンタ
Ｔｔのなまし値Ｔ、を、 により演算し、ステップ６０２にてカウンタＴｆをクリ
アする。そして、なまし値〒、をＲＡＭ　１０５に格納
してステップ６０３にて終了する。なお、カウンタＴｔ
は第７図に示す所定時間たとえば４ｍｓ毎に実行される
タイマルーチンによって常に歩進されている。従って、
第６図のルーチンは前述のごとく、上流側０２センサ１
３の出力ｖ１がリッチからリーンへ反転した場合に実行
されるので、カウンタＴ、は上流側０２センサ１３の出
力ＶＩの反転周期を示すことになる。

第８図は第５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、第１のディレィカウン
タＣＤＬＹ　１は、第８図（Ｂ）に示すごとく、リッチ
状態でアウントアップされ、リーン状態でアウントダウ
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ＴＤＲＹ　１だけリ
ーンに保持された後に時刻ｔ、にてリッチに変化する。

時刻ｔ、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（−ＴＤＬＩ　”）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’Ｓｒ　　ｈ＋Ｌ’ｌのごとくリッ
チ遅む 延時間ＴＤＲＩより短い時間で反転すると、第１のディ
レィカウンタＣＤＬＹ　１が最大値ＴＤＲＩ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ｏｔセンサー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Ｋ
ＩＲ、ＫＩＬ　、遅延時間ＴＤＲＩ。

ＴＤＬＩ、もしくは上流側Ｏｔセンサ１３の出力■。

の比較電圧■□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。

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Ｒ５Ｒ、ＲＳＬ　、積
分定数ＫＩＲ、ＫＩＬ　、遅延時間ＴＤＲＩ。

ＴＤＬＩ、もしくは上流側０２センサ１３の出力■１の
比較電圧Ｖｌｌｌ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ＩＲ３Ｒ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
１ｌＲ３Ｌ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、ＩＲ３Ｒ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の出力に応じてすッチス
キップ１ｌＲ３Ｒ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。さらにまた、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（−ＴＯＬＬ）　＞’Ｊソチ遅延時間（ＴＤＲ
Ｉ）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Ｏｔセンサ１５の出力に応じて遅延時
間ＴＤＲＩ　、　ＴＤＬＩ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□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
ｌ１１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。

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うる。

次に、第９図、第１０図、第１１図、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９図は下流側Ｏｔ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ＩＳ毎
に実行される。ステップ９０１では、ＲＡＭ　１０５よ
り反転周期Ｔ、のなまし値Ｔｒを読出して、 ｎ”Ｔｒ／ΔＴｔ ただし、ΔＴｒは一定値 を演出する。なお、ｎは整数であり、Ｔｆ／ΔＴｔの小
数点以下は切捨てられるものとする。このようにして、
反転周期Ｔｔのなまし値Ｔ、が領域　　　Ｏ≦工、くΔ
Ｔｔ 領域　ΔＴ、≦Ｔｔ＜２・ΔＴ。

領域　（ｋ−１）ΔＴ　ｔ’≦〒、＜ｋ・ΔＴ。

のいずれに属するか否ふを判別する。

ステップ９０２では、今回の運転条件領域ｎと前回の運
転条件領域ｎｏとが同一か否かを判別する。

同一であれば（ｎ＝ｎｏ）　、ステップ９０３に進む。

ステップ９０３では、第５図のステップ５０１と同様に
、下流側ＯＩセンサ１５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する。たとえば、冷却水温が
所定値以下の時、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。

他方、反転周期Ｔｔのなまし値Ｔｔの領域ｎが遷移した
とき、もしくは下流側０２センサ１５による閉ループ不
成立のときには、ステップ９３４゜９３５に進み、リッ
チスキップｆｔＲ８Ｒおよびり一ンスキップ量Ｒ３Ｌを
、該当領域ｎの学習値ＲＳＲＧ（ｎ）およびＲＳＬＧ　
（ｎ）　とする。

ステップ９０４では、下流側０２センサ１５の出力■２
をＡ／Ｄ変換して取込み、ステップ９０５にてｖ２が比
較電圧■。たとえｇｏ、ｓｓｖ以下か否かを判別す、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■。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Ｏｔセンサ１３の出力の比
較電圧Ｖ□より高く設定される。なお、ステップ９０６
〜９１７は第５図のステップ５０４〜５１５に相当する
。

従って、ステップ９０６での比較結果は遅延時間ＴＤＲ
２、ＴＤＬ２だけ遅延処理されて第２の空燃比フラグＦ
２が設定されることになる。ステップ９１８にて第２の
空燃比フラグＦ２が反転したか否かを判別する。この結
果、反転していれば、ステップ９１９にて学習条件が成
立しているか（学習実行フラグＦＧ＝“１”）か否かを
判別し、学習条件が成立していればステップ９２０にて
学習制御を行う。

なお、学習実行フラグＦＧおよび学習ステップ９２０に
ついては後述する。

ステップ９２１では、第２の空燃比フラグＦ２が“０”
か否かが判別され、この結果Ｆ２＝“０”（リーン）で
あればステップ９２２〜９２７に進み、他方、Ｆ２＝“
１″　（リッチ）であればステップ９２８〜９３３に進
む。

ステップ９２２では、ＲＳＲ４−ＲＳＲ＋ΔＲ５（一定
値たとえば０．０８％）とし、つまり、リッチスキップ
１Ｒ３Ｒを増大させて空燃比をリッチ側に移行させる。

ステップ９２３．９２４では、ＲＳＲ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９２
５にてＲＳＬ　４−ＲＳＬ−ΔＲＳとし、つまり、リッ
チスキップ１ｌＲ３Ｌを減少させて空燃比をリッチ側に
移行させる。ステップ９２６，９２７では、ＲＳＬを最
小値ＭＩＮたとえば２．５％にてガードする。

他方、Ｆ２＝”　１″　（リッチ）のときには、ステッ
プ９２８にてＲＳＲ−ＲＳＬ−ΔＲ５とし、つまり、リ
ッチスキップ１ｉｌＲ３Ｒを減少させて空燃比をリーン
側に移行させる。ステップ９２７．９３０では、ＲＳＲ
を最小値ＭＩＮにてガードする。さらに、ステップ９３
１にてＲＳＬ　４−ＲＳＬ　＋ΔＲ５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９３２．９３３では、ＲＳＬを最
大値ＭＡＸにてガードする。

ステップ９３６では次の実行に備え、領域ｎをｎｏとす
る。

上述のごとく演算されたＲＳＲ、ＲＳＬはＲＡＭ　１０
５に格納された後に、ステップ９３７にてこのルーチン
は終了する。

次に、第９図の学習実行フラグＦｃおよび学習制御ステ
ップ９２０について説明する。

第１０図は学習実行フラグＦａを設定するためのルーチ
ンであって、所定時間たとえばｌｓ毎にもしくは所定ク
ランク角たとえば１８０°ＣＡ毎に実行される。ステッ
プ１００１では、上流側０２センサ１３による空燃比フ
ィードバック制御中か否かを判別し、および下流側０□
センサ１５による空燃比フィードバック制御中か否かを
判別する。２つの０２センサ１３　、１５による空燃比
フィードバック制御中のときのみ、ステップ１００２に
て冷却水温データＴＨＷをＲＡＭ　１０５より読出し、
ＴＨＷが所定範囲たとえば ７０℃＜ＴＨＷ＜　９０℃ か否かを判別し７０℃＜ＴＨＷ＜９０℃が満足されたと
きのみ、つまり、安定な温度のときのみ、ステップ１０
０３に進む。

ステップ１００３〜１００６では、ステップ１００３で
は、吸入空気量データＱの時間当りもしくはクランク角
当り変化量ΔＱが一定値Ａのときには、ステップ１００
６にてカウンタＣΔ。をクリアし、ΔＱ＜Ａより小さい
か否かを判別し、この結果、ΔＱ≧Ａのときには、ステ
ップ１００４にてカウンタＣΔ。をカウントアツプし、
ステップ１００５にてＣΔ。〉Ｂ（一定値）のときのみ
ステップ１００７にて学習実行フラグＦｃを“１”とし
、その他の場合には、ステップ１００８にて学習実行フ
ラグＦａを“０”とする。なお、カウンタＣΔ。はある
最大値にてガードされる。

そして、このルーチンはステップ１００９にて終了する
。

このように、上流側Ｏｘ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０２センサ１５による空燃
比フィードバック制御が行われている条件のもとで、冷
却水温ＴＨＷにより条件を限定し、さらに吸入空気量変
化ΔＱが一定値Ａより小さい安定な状態が一定期間持続
したときのみ、学習実行フラグＦ６を“１”として、学
習制御が実行されることになる。

第１１図は第９図の学習ステップ９２０の詳細なフロー
チャートである。このルーチンは、上述のごとく、遅延
された下流側０．センサ１５の出力信号が反転したとき
にあって、学習条件が満たされたときに実行される。な
お、この学習ステップでは、下表のごとく、各領域ｎ毎
に学習値を演算しバックアンプＲＡＭ　１０６に格納す
る。

ステップ１１０１では、今回のリッチスキップ量Ｒ３Ｒ
と前回のリッチスキップ量ＲｓＲｏとの平均値Ｒ３Ｒを
演算し、すなわち Ｒ３Ｒ←　（Ｒ３Ｒ＋ＲＳＲＯ）　／２とし、ステップ
１１０２にて、現在の領域ｎのリッチスキップ量の学習
値ＲＳＲＧ　（ｎ）を平均値Ｒ３Ｒにてなます、すなわ
ち、 とする。そして、ステップ１１０３にて、学習値ＲＳＲ
Ｇ　（ｎ）をバックアップＲＡＭ　１０６の該当領域に
格納する。

同様にステップ１１０４では、今回のリーンスキップＪ
！Ｒ３Ｌと前回のリーンスキップ１ＲｓＬｏとの平均値
Ｒ３Ｌを演算し、すなわち、 ＲＳＬ←　（Ｒ５Ｌ　＋　Ｒ５ＲＯ）　／　２とし、ス
テップ１１０５にて、現在の領域ｎのリーンスキップ量
の学習値Ｒ３ＬＧ　（ｎ）を平均値Ｒ３Ｌにてなます。

すなわち、 とする。そして、ステップ１１０６にて、学習値Ｒ３Ｒ
Ｇ　（ｎ）をバックアップＲＡＭ　１０６の該当領域に
格　−納する。

ステップ１１０７　、１１０８では、次の実行に備え、
ＲＳＲをＲ３ＲＯとし、Ｒ３ＬをＲＳＬＯとし、ステッ
プ１１０９にてこのルーチンは終了する。

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、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ＴＡＬＩＰを演算する。たとえばＴＡＵＰ−α・Ｑ
／Ｎｅ（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ＲＯＭ　
１０４に格納された１次元マツプにより暖機増量値ＦＷ
Ｌ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が上昇するに従って小さく
なるように設定されている。　ステップ１２０３では、
最終噴射量ＴＡＵを、ＴＡＵ−ＴＡＵＰ−ＦＡＦ　　・
（ＦＷＬ＋β）＋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り、た
とえば図示しないスロッ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、バッテリ電圧等により
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０次いで、ステップ１２０４にて、噴射Ｉ
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１２０５にてこのルーチンは終了す
る。なお、上述のごとく、噴射１ＴＡＵ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。

第１３図は、第５図、第７図、第９図、第１０図、によ
り得られるリッチスキップＩＪＲ３Ｒ、リーンスキップ
ＩＲ３Ｌの一例を示すタイミング図である。第１３図に
おいては、時刻ｔ。より下流側Ｏｘセンサによる空燃比
フィードバック制御が開始するものとする。このとき、
車速ＳＰＤが第１３図（Ｂ）に示すごとく変化すると、
上流側ｏ２センサ１３の出力Ｖ、の反転周期領域ｎも変
化し、従って、リッチスキップ１Ｒ３Ｒおよびリーンス
キップ１ｉＲ３Ｌの要求レベルモ、要求レベ゛ルＩ→要
求しベル■→要求しベル■→要求レベル■のごとく変化
する。この結果、リッチスキップ量Ｒ３Ｒおよびリーン
スキップ−１Ｒ３Ｌは各要求レベルに近づくようにフィ
ードバック制御される。

さらに、各学習期間Ｉ、ｎ、ＩＩ［、ｒＶにおいて学習
制御が実行されてリッチスキップ量Ｒ３Ｒおよびリーン
スキップＩＲ３Ｌの学習値ＲＳＲＧおよびＲＳＬＧの更
新が実行される。ここで、要求レベル■と要求レベル■
とが同一反転周期領域ｎ＝ｋに属し、要求レベル■と要
求レベル■とが同一反転周期領域ｎ＝に＋ｌに属するも
のとすれば、要求レベル■から要求レベル■への遷移点
においては、リッチスキップ量Ｒ８Ｒおよびリーンスキ
ップ量Ｒ８Ｌは学習期間■において得られた学習値ＲＳ
ＲＧ　（ｋ）およびＲＳＬＧ　（ｋ）を初期値を用い、
要求レベル■から要求レベル■への遷移点においては、
リッチスキップ量Ｒ８Ｒおよびリーンスキップ１Ｒ３Ｌ
は学習期間■において得られた学習値ＲＳＲＧ（ｋ　＋
　１　）およびＲＳＬＧ（ｋ　＋　１　）を初期値を用
いる。従って、空燃比フィードバック制御中にあって、
反転周期領域が遷移してもリッチスキップ量Ｒ８Ｒおよ
びリーンスキップ量Ｒ３Ｌはただちに要求レベルに近づ
くことになる。もちろん、オーブン制御から下流側Ｏｘ
センサ１５による空燃比フィードバック制御に移行した
場合にも、リッチスキップ量Ｒ３Ｒおよびリーンスキッ
プＩＲ３Ｌとして該当領域に属する学習値を用いるので
、リッチスキップ量Ｒ３Ｒおよびリーンスキップ１ｌＲ
５Ｌはただちに要求レベルに近づくことになる。

なお、従来のごとく、反転周期領域が変化しても、リッ
チスキップ１ｌＲ３ＲおよびリーンスキップＩＲ３Ｌを
下流側０２センサ１５による空燃比フィードバック制御
により変化させると、要求レベルに到達するのに時間を
要し、矢印Ｄ＋、Ｄｚに示すごとく、制御遅れを生じ、
燃費の悪化、ドライバビリティの悪化、エミッションの
悪化等を招くことになる。

なお、各反転周期領域は一定値ΔＴ、による等間隔で区
分する必要はなく、不等間隔区分でもよい、また、周期
を周波数に変換しても同様である。

また、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１ｓ毎に行わ
れるのは、空燃比フィードバック制御の応答性の良い上
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
、上流側Ｏｔセンサの比較電圧（参照：特開昭５５−３
７５６２号公報）等を下流側０□センサの出力により補
正するダブル０２センサシステムあるいは第２の空燃比
補正係数を導入したダブルＯｘ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た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ＩＴＡＵ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、Ｃ○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、下流側空燃比セン
サによるフィードバック制御開始時すなわち非フイード
バツク制御時の空燃比制御レベルがフィードバック制御
時の空燃比要求レベルから大きくずれた場合、および下
流空燃比センサによる空燃比フィードバック制御中にあ
っても、上流側空燃比センサの出力状態が異なる状態に
遷移したときに空燃比制御レベルが空燃比要求レベルか
ら大きくずれる場合に、制御空燃比をただちに要求レベ
ルに近づけることができる。この結果、燃費の悪化、ド
ライバビリティの悪化、エミッションの悪化等を防止で
き、しかも制御遅れも解消できる。

【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０□センサシステムおよびダブル０２
センサシステムを説明する排気エミッション特性図、 第３Ａ図、第３Ｂ図は本発明の詳細な説明するグラフ、 第４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５図、第６図、第７図、第９図、第１０図、第１１図
、第１２図は第４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８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１３図は本発明の詳細な説明するためのタイミング図
である。 ｌ・・・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）Ｏｔセンサ、１５・・・
下流側（第２の）０□センサ。

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、 前記機関が所定の空燃比フィードバック条件を満足して
   いるか否かを判別する空燃比フィードバック条件判別手
   段と、 前記機関が前記空燃比フィードバック条件を満足してい
   るときに前記第２の空燃比センサの出力に応じて空燃比
   制御量を演算する空燃比制御量演算手段と、 前記機関が所定の学習条件を満足しているか否かを判別
   する学習条件判別手段と、 前記第１の空燃比センサの出力の反転周期を演算する反
   転周期演算手段と、 該演算された反転周期が複数の区分に分割された領域の
   いずれかに属するかを判別する反転周期領域判別手段と
   、 前記演算された反転周期が同一の領域に属し且つ前記機
   関が前記学習条件を満足しているときに前記空燃比制御
   量の中心値を演算し該空燃比制御量の中心値を前記各領
   域毎に記憶する学習手段と、前記第１の空燃比センサの
   出力および前記空燃比制御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、 を具備し、 前記機関が前記空燃比フィードバック条件を満足した時
   点もしくはその後に前記演算された反転周期が異なる領
   域に遷移した時点では前記空燃比制御量を現在の領域に
   記憶された空燃比制御量の中心値とする内燃機関の空燃
   比制御装置。 ２、前記第１の空燃比センサの出力の反転周期がそのな
   まし値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。