JP2526587B2

JP2526587B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2526587B2
Application number: JP62167819A
Authority: JP
Inventors: 敦生奥村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-07-07
Filing date: 1987-07-07
Publication date: 1996-08-21
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: JPS6415447A

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（O₂センサ）
を設け、上流側の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のO₂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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ダブルO₂センサシステムにおける下流
側O₂センサは触媒コンバータの下流に位置しているため
に、ある時間だけ遅れてリッチ、リーン出力を発生す
る。つまり、触媒コンバータ（三元触媒）のO₂ストレー
ジ効果により下流側O₂センサの出力は遅延する。従っ
て、下流側O₂センサの出力がリーンからリッチへ変化し
た時には、触媒コンバータ上流の空燃比は既に理論空燃
比より大きくリッチ側にずれており、この結果、CO,HC
エミッションの悪化および燃費の悪化を招き、逆に、下
流側O₂センサの出力がリッチからリーンへ変化した時に
は、触媒コンバータ上流の空燃比は既に理論空燃比より
大きくリーン側にずれており、この結果、NO_xエミッシ
ョンの悪化およびドライバビリティの悪化を招くという
問題点がある。

なお、三元触媒のO₂ストレージ効果について説明する
と、三元触媒はNO_x,CO,HCを同時に浄化するものであ
り、その浄化率ηを第３図の一点鎖線に示すように、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,HCの浄化率が大きい（HCは図示
しないが、COと同一傾向である）。この結果、要求浄化
率ηをη_０とすれば、制御可能な空燃比ウィンドウｗは
非常に狭く（ｗ＝w₁）、従って、理論空燃比に対する空
燃比フィードバック制御も、本来、この範囲（w₁）で行
わなければならない。しかし、三元触媒は、空燃比がリ
ーンのときにはO₂を取込み、空燃比がリッチになったと
きにCO,HCを取込んでリーンのときに取込まれたO₂と反
応せしめるというO₂ストレージ効果を有し、空燃比フィ
ードバック制御はこのようなO₂ストレージ効果を積極的
に利用するため、最適な周波数、振幅で空燃比を制御さ
せるようにしている。この結果、第３図の実線に示すよ
うに、空燃比フィードバック制御時には浄化率ηは向上
し、制御可能な空燃比ウィンドウｗは実質的に広くなる
（ｗ＝w₂）。特に、制御空燃比がリーン側にずれると、
浄化率ηは急激に低下してNO_xエミッションの増大を招
く。

従って、本発明の目的は、下流側空燃比センサ（O₂セ
ンサ）の応答速度を実質的に上昇させることによりCO,H
C,NO_xエミッションの悪化、燃費の悪化、ドライバビリ
ティの悪化等を防止することになる。

なお、上述の目的を達成するために、本願出願人は、
リッチ、リーン変化直後は急激にその後は徐々に制御定
数を変化させ、その際のリッチからリーンへの反転後の
制御定数の更新とリーンからリッチへの反転後の制御定
数の更新を対称にすることを既に提案している（参照：
特願昭61−241486号）。

〔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。すなわち、内燃機関の排気通路に設けられた三元触
媒CC_ROの上流側の排気通路には、機関の空燃比を検出す
る上流側空燃比センサが設けられ、また、三元触媒CC_RO
の下流側の排気通路には、機関の空燃比を検出する下流
側空燃比センサが設けられている。非対称制御定数演算
手段は下流側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RSR,RSLを演算
するが、下流側空燃比センサの出力V₂の目標空燃比に対
してリッチからリーンへまたはリーンからリッチへの反
転後は反転前より空燃比フィードバック制御定数の単位
時間当りの更新速度を増大させその後徐々に減少させ、
また、その際、リッチからリーンへの反転後の更新速度
をリーンからリッチへの反転後の更新速度より大きく設
定する。この結果、空燃比補正量演算手段は空燃比フィ
ードバック制御定数RSR,RSLおよび上流側空燃比センサ
の出力V₁に応じて空燃比補正量FAFを演算する。そし
て、空燃比調整手段はこの空燃比補正量に応じて機関の
空燃比を調整するものである。

〔作用〕

上述の手段によれば、下流側空燃比センサのリッチ、
リーン変化点においては触媒コンバータ上流の平均空燃
比は急激に変化するが、その後徐々に変化する。特に、
その際、リッチからリーンへの反転後の更新速度をリー
ンからリッチへの反転後の更新速度より大きくすると、
平均空燃比はリッチ側にずれてNO_xエミッションが低下
する。

〔実施例〕

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、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つの有毒成分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。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,RAM105、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RA
M105の所定領域に格納される。

第５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4ms毎に実行さ
れる。

ステップ501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、始動後増量中、暖機増量中、パワー増量中、
上流側O₂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527に進んで空燃
比補正係数FAF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528
に直接進む。他方、閉ループ条件成立の場合はステップ
502に進む。

ステップ502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503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。空燃比がリーン（V₁≦V_R1）で
あれば、スキップ504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505にてCDLY
を０とし、ステップ506に進む。ステップ506では、デイ
レイカウンタCDLYを１減算し、ステップ507,508にてデ
イレイカウンタCDLYを最小値TDLでガードする。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
にはスキップ509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510にてデイレイカウンタCDLY
が負か否かを判別し、CDLY＜０であればスキップ511に
てCDLYを０とし、ステップ512に進む。ステップ512では
デイレイカウンタCDLYを１加算し、ステップ513,514に
てデイレイカウンタCDLYを最大値TDRでガードする。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515にて第１の空燃比フラグF1を“1"
（リッチ）とする。なお、最大値TDRは上流側O₂センサ1
3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518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519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520,521,522にて積分処理を
行う。つまり、ステップ520にて、F1＝“0"か否かを判
別し、F1＝“0"（リーン）であればステップ521にてFAF
←FAF＋KIRとし、他方F₁＝“1"（リッチ）であればステ
ップ522にてFAF←FAF＋KILとする。ここで、積分定数KI
R,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（RSL）である。従っ
て、ステップ521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522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518,519,521,522にて演算された空燃比補正
係数FAFはステップ523,524にて最小値たとえば0.8にて
ガードされ、また、ステップ525,526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528にてこのルーチンは終了する。

第６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O₂センサ13の出力に
より第６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６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６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あ
るいはリーン遅延時間（−TDL）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６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TDR,TDL、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得る。

第７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７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701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不成立、下流側O₂センサ15の出
力信号が一度も反転しない時、下流側O₂センサ15が故障
している時、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
条件でなければステップ725,726に進み、スキップ量RS
R,RSLを一定値RSR₀，RSL₀とする。たとえば、 RSR₀＝５％ RSL₀＝５％である。なお、スキップ量RSR,RSLは閉ループ制御終了
直前値としてもよい。この場合には、ステップ727に直
接進む。

閉ループであれば、ステップ702に進み、下流側O₂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703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。なお、比較電圧V_R2は触媒コンバータ12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O₂センサ13の出
力の比較電圧V_R1より高く設定されているが、この設定
は任意でもよい。

ステップ703にてV₂≦V_R2（リーン）であればステップ
704に進み、第２の空燃比フラグF2を“0"とし、逆に、V
₂＞V_R2（リッチ）であればステップ705に進み、第２の
空燃比フラグF2を“1"とする。

ステップ706では、第２の空燃比フラグF2が反転した
か否か、すなわち下流側O₂センサ15の出力V₂が反転した
か否かを判別する。反転していればステップ707に進
み、スキップ量RSR,RSLの更新速度としての補正量ΔRS
に初期値A₁をセットし、つまり、 ΔRS←A₁ とする。なお、A₁は一定値とすることも、負荷パラメ
ータQ,Ne等に応じて可変することもできる。他方、反転
していなければ、ステップ708にて補正量ΔRSに所定比
率k₁（＜１）を乗算する。つまり、 ΔRS←ΔRS・k₁ とする。

従って、リッチからリーンへの反転後に、第７図のル
ーチンがｎ回実行されると、ΔRSは、 ΔRS＝A₁・▲ｋⁿ ₁▼ となる。すなわち、更新速度としての補正量ΔRSは下
流側O₂センサ15の出力V₂の反転直後に急激に増大し、そ
の後徐々に減少することになる。

ステップ709でも、第２の空燃比フラグF2が反転した
か否か、すなわち下流側O₂センサ15の出力V₂が反転した
か否かを判別する。反転していればステップ710に進
み、スキップ量RSR,RSLの更新速度としての補正量ΔRS
に初期値A₂をセットし、つまり、 ΔRS←A₂ とする。なお、A₂は一定値とすることも、負荷パラメ
ータQ,Ne等に応じて可変することもできるが、この場
合、 A₁＞A₂ となるように設定し、特に、NO_xエミッションの低下を
図る。他方、反転していなければ、ステップ711にて補
正量ΔRSに所定比率k₂（＞１）を乗算する。つまり、 ΔRS←ΔRS・k₂ とする。

従って、リーンからリッチへの反転後に、第７図のル
ーチンがｎ回実行されると、ΔRSは、 ΔRS＝A₂・▲ｋⁿ ₂▼ となる。すなわち、更新速度としての補正量ΔRSは下
流側O₂センサ15の出力V₂の反転直後に急激に増大し、そ
の後徐々に減少することになる。

上述のΔRSは、たとえば、第８図に示すごとく設定さ
れる。リッチからリーンへの反転後のΔRSは、 A₁＝0.4,k₁＝0.9 もしくは、A₁＝0.4,k₁＝0.6 に従って変化し、リーンからリッチへの反転後のΔRS
は、 A₂＝0.2,k₂＝0.6 を従って変化する。なお、この場合、空燃比変動を小さ
くするために、上限ガード値を設けてもよい。

次に、ステップ712にて第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713〜718に進み、他方、F2＝“1"（リッ
チ）であればステップ719〜724に進む。

ステップ713では、RSR←RSR＋ΔRS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
行させる。ステップ714,715では、RSRを最大値MAXたと
えば6.2％にてガードする。さらに、ステップ716にてRS
L←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。ステップ717,
718では、RSLを最小値MINたとえば2.5％にてガードす
る。

他方、ステップ712にてF2＝“1"（リッチ）のときに
は、ステップ719にてRSR←RSR−ΔRSとし、つまり、リ
ッチスキップ量RSRを減少させて空燃比をリーン側に移
行させる。ステップ720,721ではRSRを最小値MINにてガ
ードする。さらに、ステップ722にてRSL←RSL＋ΔRSと
し、つまり、リーンスキップ量RSLを増大させて空燃比
をリーン側に移行させる。ステップ723,724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RSR,RSL,は、RAM105に格納さ
れた後に、ステップ727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,RSR,
RSLは一旦他の値に変換してバックアップRAM106に格納
することもでき、これにより、再始動時等における運転
性向上にも役立つものである。第７図における最小値MI
N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。

第９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901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TAUPを演算する。たとえばTAUP←
α・Q/Ne（αは定数）とする。ステップ902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次元マップにより温機増量値FWLを補間計算する。ス
テップ903では、最終噴射量TAUを、TAU←TAUP・FAF・
（FWL＋β）＋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109をセットして
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10図は第５図、第７図、第９図のフローチャートに
より得られる触媒上流の空燃比A/Fを説明するタイミン
グ図である。下流側O₂センサ15の出力V₂が第10図（Ａ）
に示すごとく変化すると、第２の空燃比フラグF2は第10
図（Ｂ）のごとく変化する。この結果、第10図（Ｃ）に
示すごとく、更新速度ΔRSがフラグF2の反転時には大き
くその後徐々に小さく、かつリーンとリッチで非対称に
変化する。そして、下流側O₂センサ15の出力V₂がリーン
（F2＝“0"）であれば、第10図（Ｄ），（Ｅ）に示すよ
うに、リッチスキップ量RSRが反転直後は急激にその後
は徐々に増大され、且つリーンスキップ量RSLが反転直
後は急激にその後は徐々に減少され、また、下流側O₂セ
ンサ15の出力V₂がリッチ（F2＝“1"）であれば、リッチ
スキップ量RSRが反転直後は急激にその後は徐々に減少
され、且つリーンスキップ量RSLが反転直後は急激にそ
の後は徐々に増大される。この場合、A₁＞A₂，k₁＞k₂で
あるので、スキップ量RSR,RSLは第10図（Ｄ），（Ｅ）
に示すごとく非対称に変化する。空燃比補正係数FAFは
演算速度の大きい第５図のルーチンにより演算されるの
で、スキップ量RSR,RSLは空燃比補正係数FAFに反映さ
れ、従って、第10図（Ｆ）に示すように、触媒上流の空
燃比A/F（空燃比補正係数FAFと反対の傾向を示す）は、
下流側O₂センサ15の出力V₂（F2）の反転直後に大きく変
化し、その後小さく変化する。これにより、下流側O₂セ
ンサ15の出力V₂（F2）の反転直後は空燃比A/Fを理論空
燃比に早期に近づけることができると共に、その後に空
燃比A/Fが反転し下流側O₂センサ15の出力V₂（F2）が再
反転するまでの間に生じる空燃比A/Fの過補正を抑制で
き、空燃比A/Fの振幅は小さくなる。

なお、第７図のステップ706〜711において、対称制御
（A₁＝A₂，k₁＝k₂）を行った場合には、第10図の一点鎖
線で示すごとく空燃比A/F′はリーン側に偏倚し易く、
特に、NO_xエミッションの増大を招く。また、従来のご
とく、空燃比補正係数FAFを下流側O₂センサ15の出力V₂
（F2）に応じて一定値ΔRSによりスキップ制御すると、
第10図（Ｆ）の点線に示すごとく、触媒上流の空燃比A/
Fの振幅は大きくなる。

なお、第７図のステップ708,711では、補正量ΔRSを
所定比率k₁，k₂（＜１）にて減少せしめているが、所定
量の減算にて減少せしめてもよい。

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、たとえば遅延時間、積分定
数、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RS
R,RSL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,（−TDL）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KI
R、リーン積分定数KIL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、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O₂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、下流側空燃比セ
ンサの出力の反転直後の空燃比フィードバック制御定数
の変化量を大きくすることにより下流側空燃比センサの
応答速度を実質的に上昇させ、その後の触媒上流の空燃
比の大きなずれを防止することができ、従って、エミッ
ションの悪化、燃費の悪化、ドライバビリティの悪化等
を防止でき、しかも、非対称制御により、特に、NO_xエ
ミッションの低下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図は三元触媒のO₂ストレージ効果を説明するグラ
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７図、第９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ΔRSを説明するタイミング図、第10図は第５図、第７図、第９図のフローチャートによ
り得られる触媒上流の空燃比を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O₂センサ、15…下流側O₂
センサ。

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た三元触媒
と、該三元触媒の上流側の排気通路に設けられ、前記機関の
空燃比を検出する上流側空燃比センサと、前記三元触媒の下流側の排気通路に設けられ、前記機関
の空燃比を検出する下流側空燃比センサと、該下流側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し、該下流側空燃比センサの出力の
目標空燃比に対してリッチからリーンへまたはリーンか
らリッチへの反転後は反転前より該空燃比フィードバッ
ク制御定数の単位時間当りの更新速度を増大させその後
徐々に減少させ、その際、リッチからリーンへの反転後
の更新速度をリーンからリッチへの反転後の更新速度よ
り大きく設定する非対称制御定数演算手段と、該空燃比フィードバック制御定数および前記上流側空燃
比センサの出力に応じて空燃比補正量を演算する空燃比
補正量を演算する空燃比補正量演算手段と、前記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。
【請求項２】前記制御定数演算手段は、前記空燃比フィ
ードバック制御定数の徐々の演算速度減少を、所定時間
毎に所定比率で減少させることにより行う特許請求の範
囲第１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】前記制御定数演算手段は、前記空燃比フィ
ードバック制御定数の徐々の演算速度減少を、所定時間
毎に所定量で減少させることにより行う特許請求の範囲
第１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】前記空燃比フィードバック制御定数がスキ
ップ制御定数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５】前記空燃比フィードバック制御定数が積分
制御定数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６】前記空燃比フィードバック制御定数が遅延
時間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７】前記空燃比フィードバック制御定数が前記
上流側空燃比センサ出力の比較電圧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。