JP2591006B2

JP2591006B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2591006B2
Application number: JP1461488A
Authority: JP
Inventors: 光博灘; 裕沢田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-01-27
Filing date: 1988-01-27
Publication date: 1997-03-19
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: JPH01190940A

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個所、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
−72647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
と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、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、非フィードバック制御時と
大きく離れることがあり、特に非フィードバック制御時
から前述の２つのO₂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のような問題
が発生する。すなわち、この場合、通常、下流側O₂セン
サによる空燃比フィードバック制御速度は上流側O₂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O₂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RSR,RSL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、触媒排気臭の
発生等を招く。

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、ミッションの悪化、触媒排気臭
の発生等を招く。

たとえば、触媒のO₂ストレージ効果に起因し高負荷に
比べて低負荷域はガス量が小さくなり触媒内に蓄えられ
たO₂消費量が少なく、下流側O₂センサはリーンを示す時
間が長くなり、この結果、高負荷と低負荷域とで空燃比
制御量RSR,RSLの値がずれる。これは特にO₂ストレージ
効果が大きい新品触媒を用いた場合に顕著である。従っ
て、低負荷域から高負荷域に変化した場合、下流側O₂セ
ンサの空燃比フィードバック周期は比較的長い時間であ
るため、下流側O₂制御遅れが生じ、空燃比がオーバリッ
チとなり、燃費、エミッションの悪化、触媒臭の発生等
を招く。

このため、本願出願人は、既に機関の負荷状態たとえ
ば吸入吸気量、吸入空気圧、スロットル弁開度、回転速
度等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を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：特開昭62−60941号公報）。これによれば、下流側O
₂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、各運転条件毎に記憶された空燃比制御量の中心
値から開始する。

なお、本願出願人は、上述の機関の負荷状態の運転条
件領域の代りに、上流側O₂センサの出力の反転周期の運
転条件領域によるブロック学習制御も提案している（参
照：特開昭61−241484号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述の機関の負荷状態を運転条件領域
によるブロック学習制御においては、下流側O₂センサの
反転周期は比較的長い時間を要しているにもかかわら
ず、負荷の変動は大きく、たとえばアクセルの踏み込
み、踏み放しによってすぐに変動し同一負荷領域に保た
れる時間が短いため十分な学習ができない。なお、負荷
たとえば一回転当りの吸入吸気量Q/Neとリッチスキップ
量RSRの要求レベルとの関係は第３図に示される。この
ように、過渡時や、アクセル踏み込み、踏み放しが頻繁
に行なわれる状態では負荷の変動が激しく上記運転条件
領域の変化が激しい。しかし、たとえば、過渡による影
響がある期間の情報は学習値算出から除きたい等の理由
から、学習を行う際には機関が示す空燃比の中心値を検
出するため十分な時間が必要であり、このため、学習で
きない状態が生じたり、また、短期間で学習値を求める
と過渡による影響により正確な中心値を学習できない。
この結果、やはり、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
に遷移したときに、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課題がある。

本発明の目的は、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十分防止したブロック学習
制御システムを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の課題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
る上流側の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。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
空燃比フィードバック条件を満足しているときに、空燃
比制御量演算手段が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、車速検出手段は機関が搭載された車両の車速
SPDを検出し、車速領域判別手段は車速SPD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、車速SPD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、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V₁
および空燃比制御量に応じて機関の空燃比を調節する。
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車速SPD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〕

上述の手段による作用を第４図、第５図により説明す
る。第4A図は車速SPDを約１分以内一定に保持した場合
のリッチスキップ量RSRの要求レベルを示す。すなわ
ち、車速SPDは負荷をよく表すパラメータであり、低速
域は燃料カットが多用される領域を示す。従って、第４
図に示すように、車速SPDによって燃料カットによるO₂
ストレージ効果に起因したリッチスキップ量RSRのずれ
を求めることができる。第4B図は車速SPDを２分以上一
定に保持した場合のリッチスキップ量RSRの要求レベル
を示す。この場合、２分以上定速走行に行うと、燃料カ
ット時触媒内にたくわえられたO₂は消費される。従っ
て、低速（低負荷）域と高速（高速荷）域のリッチスキ
ップ量RSRのずれ量が小さくなる。第５図は車速SPDの変
動と負荷の変動、および車速SPDと負荷Q/Neの違いによ
り学習制御に対する問題を示した図である。第５図に示
すごとく、負荷による領域分けだと負荷の変動（一定速
度を保とうとしてアクセルの踏み込み踏み放しが行なわ
れるので負荷は変動）による領域変化では、たとえば区
間Ｔ内では学習時間が十分とれないが（誤学習を起こ
す）、車速SPDの変動は小さく十分な学習時間がとれる
ので第4B図に示すように、リッチスキップ量RSRは低速
と高速でずれが小さくなり、誤学習が防止できる。この
ようにして、車速の運転条件領域によるブロック学習制
御によれば、領域区分数を少なくできる。

〔実施例〕

第６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６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ー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,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10AでA/D変換器
101に発生する。

18は車速センサ、たとえば永久磁石とリードスイッチ
より構成されたものであって、その出力は制御回路10の
車速形成回路111に送出される。

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10
2、CPU103、車速形成回路111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毎に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4ms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、
触媒過熱防止のためOTP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727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728に直接進む。他方、閉
ループ条件成立の場合はステップ702に進む。

ステップ702では、上流側O₂センサ13の出力V₁をA/D変
換として取込み、ステップ703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、つまり、空燃比がリーン
（V₁≦V_R1）であれば、ステップ704にてディレイカウン
タCDLYが正か否かを判別し、CDLY＞０であればステップ
705にてCDLYを０とし、ステップ706に進む。ステップ70
6では、ディレイカウンタCDLYを１減算し、ステップ70
7,708にてディレイカウンタCDUYを最小値TDLでガードす
る。この場合、ディレイカウンタCDLYが最小値TDLに到
達したときにはステップ709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
ン遅延状態であって、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710にてディレイカウ
ンタCDLYが負か否かを判別、CDLY＜０であればステップ
711にてCDLYを０とし、ステップ712に進む。ステップ71
2ではディレイカウンタCDLYを１加算し、ステップ713,7
14にてディレイカウンタCDLYを最大値TDRでガードす
る。この場合、ディレイカウンタCDLYが最大値TDRに到
達したときにはステップ715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716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717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718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719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712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720,721,722にて積分処理を
行う。つまり、ステップ720にて、F1＝“0"か否かを判
別し、F1＝“0"（リーン）であればステップ721にてFAF
←FAF＋KIRとし、他方F1＝“1"（リッチ）であればステ
ップ722にてFAF←FAF−KILとする。ここで、積分定数KI
R,KILはスキップ量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721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722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718,719,721,722にて演算された空燃比補正
係数FAFはステップ723,724に最小値たとえば0.8にてガ
ードされ、また、ステップ725,726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728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、ディレイカウンタ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の短
い期間で反転すると、ディレイカウンタ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、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を移行でき、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した側に移行
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RSR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、リーン積分定数を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（−TD
L）＞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
調停が可能であり、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。

次に、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152ms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、下流側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が全開（LL＝
“1"）のとき（ステップ903）、軽負荷のとき（Q/Ne＜X
₁）（ステップ904）、下流側O₂センサ15が活性化してい
ないとき（ステップ905）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成立である。閉ルー
プ条件でなければステップ928,929に進む。

閉ループ条件が満たされていればステップ906に進
む。すなわち、車速形成回路111により車速SPDデータSP
Dを取込み、ｎ←SPD/ΔSPD ただし、ΔSPDは一定値を演算する。なお、ｎは整数であり、SPD/ΔSPD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、車
速SPDがのいずれに属するか否かを判別する。なお、ステップ90
6における車速SPDはそのなまし値としてもよい。

ステップ907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908に進む。

他方、車速SPDの領域ｎが遷移したとき、もしくは下
流側O₂センサ15による閉ループ不成立のときには、ステ
ップ928,929に進み、リッチスキップ量RSRおよびリーン
スキップ量RSLを、該当領域ｎの学習値RSRG（ｎ）およ
びRSLG（ｎ）とする。

ステップ908では、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909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O₂をセンサ13の出力の比較電圧V_R1より高く設定
される。この結果、V₂≦V_R2（リーン）であれば、ステ
ップ910にて第２の空燃比フラグF2を“0"とし、他方、V
₂＞V_R2（リッチ）であればステップ911にて第２の空燃
比フラグF2を“1"とする。次に、ステップ912では、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913にて学習条件が成
立しているか（学習実行フラグF_G＝“1"）か否かを判別
し、学習条件が成立していればステップ914にて学習制
御を行う。なお、学習実行フラグF_Gおよび学習ステップ
914については後述する。

ステップ915では、第２の空燃比フラグF2が“0"か否
か判別され、この結果、F2＝“0"（リーン）であればス
テップ916〜921に進み、他方、F2＝“1"（リッチ）であ
ればステップ922〜927に進む。

ステップ916では、RSR←RSR＋ΔRS（一定値たとえば
0.08％）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917,918
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919にてRSL←RSL−ΔRSとし、つま
り、リッチスキップ量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920,921では、RSLを最小値MI
N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922
にてRSR←RSL−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る。ステッ
プ923,924では、RSRを最小値MINにてガードする。さら
に、ステップ925にて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。ステップ926,927では、RSLを最大値MAXにて
ガードする。

ステップ930では次の実行に備え、領域ｎをn_Oとす
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930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F_Gおよび学習制御ステ
ップ914について説明する。

第10図は学習実行フラグF_Gを設定するためのルーチン
であって、所定時間たとえば512ms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100
1〜1005は第９図のステップ901〜905にそれぞれ対応し
て同一であるが、ステップ1002だけ異なる。すなわち、
ステップ1002では冷却水温THWが所定範囲たとえば 70℃＜THW＜90℃ か否かを判定する。すなわち、安定な冷却水温を判定す
る。

ステップ1001〜1005の条件がすべて満足された場合の
みステップ1006に進む。

ステップ1006にて吸入空気量データ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未満か否かを
判別し、この結果、ΔＱ≧Ａのときにはステップ1009に
てカウンタＣ_ΔＱをクリアし、ΔＱ＜Ａのときには、ス
テップ1007にてカウンタＣ_ΔＱをカウントアップし、ス
テップ1008にてＣ_ΔＱ＞Ｂ（一定値）のときのみステッ
プ1010にて学習実行してフラグF_Gを“1"とし、その他の
場合には、ステップ1011にて学習実行フラグF_Gを“0"と
する。なお、カウンタＣ_ΔＱはある最大値にガードされ
る。そして、このルーチンはステップ1012にて終了す
る。

このように、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時間持続したとき
のみ、学習実行フラグF_G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914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O₂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ップRAM106に格納する。

ステップ1101では、今回のリッチスキップ量RSRと前
回のリッチスキップ量RSROとの平均値▲▼を演算
し、すなわち ▲▼←（RSR＋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▲▼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RSRG（ｎ）
をバックアップRAM106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量RS
Lと前回のリーンスキップ量RSLOとの平均値▲▼
を演算し、すなわち、 ▲▼←（RSL＋RSRO）/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RSLG（ｎ）を平均値▲▼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RSRG（ｎ）
をバックアップRAM106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RSRO
とし、RSL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、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←α・Q/Ne（αは定数）とする。ステップ1202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。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）＋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RA
M105に格納されている。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1205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13図は、第９図、第10図、第11図により得られるリ
ッチスキップ量RSR、リーンスキップ量RSL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_Oより下
流側O₂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、その領域ｎも変化し、従って、リ
ッチスキップ量RSRおよびリーンスキップ量RSLの要求レ
ベルも、要求レベルＩ→要求レベルII→要求レベルIII
→要求レベルIVのごとく変化する。この結果、リッチス
キップ量RSRおよびリーンスキップ量RSL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,II,III,IVにおいて学習制御が実行されてリ
ッチスキップ量RSRおよびリーンスキップ量RSL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Ｉと要求レベルIIIとが同一車速領域ｎ＝ｋに属し、
要求レベルIIIと要求レベルIVとが同一車速領域ｎ＝ｋ
＋１に属するものとすれば、要求レベルIIから要求レベ
ルIIIへの遷移点においては、リッチスキップ量RSRおよ
びリーンスキップ量RSLは学習期間Ｉにおいて得られた
学習値RSRG（ｋ）およびRSLG（ｋ）を初期値を用い、要
求レベルIIIから要求レベルIVへの遷移点においては、
リッチスキップ量RSRおよびリーンスキップ量RSLは学習
期間IIにおいて得られた学習値RSRG（ｋ＋１）およびRS
LG（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RSRおよびリーンスキップ量RSLはただち
に要求レベルに近づくことになる。もちろん、オープン
制御から下流側O₂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も、リッチスキップ量RSRおよびリ
ーンスキップ量RSL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RSRおよびリーンスキップ
量RSL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、車速領域が変化しても、リッチ
スキップ量RSRおよびリーンスキップ量RSRを下流側O₂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D₁,D
₂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、各車速領域は一定値ΔSPD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、上述のごとく、車速SPDによるブロック学習制
御においては、第４図、第５図に示すごとく、空燃比制
御量たとえばリッチスキップ量RSRの要求レベルは、車
速SPDに応じた変化は少ない。O₂ストレージ効果の大き
い触媒を用いた場合も考慮して、車速SPDの領域分け数
を２とすることも可能である。たとえば、低車速領域
（SPD≦50km/h）と高車速領域（SPD＞50km/h）とに分け
る。この場合には、第９図において、ステップ906,907
の代りに第14A図に示すステップ1401,1402,1403を用
い、ステップ930の代りに第14B図に示すステップ1404を
用いる。この場合には、第13図は第15図のごとくなる。

さらに、上述の実施例においては、１つの触媒コンバ
ータを排気系に設けた場合を示したが、本発明は第16図
に示す２つの触媒コンバータ121,122を有する場合、第1
7図に示す３つの触媒コンバータ121a,122b,122を有する
場合にも適用し得る。この場合には、下流側O₂センサ15
は、第16図の位置P1,P2,P3のいずれかに、また、第17図
の位置P4,P5のいずれかに設けられる。このような複数
の触媒コンバータを有する場合には、下流側O₂センサが
設けられる位置に応じてO₂ストレージ効果の影響度は、
たとえば第18図に示すごとく大きく異なり、本発明にお
いては、このようなO₂ストレージ効果が大きい場合に有
効である。

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512ms毎に行
われるのは、空燃比歩フィードバック制御の応答性の良
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、上流側O₂センサの比較電圧（参照：特開昭55−3756
2号公報）等を下流側O₂センサの出力により補正するダ
ブルO₂センサシステムあるいは第２の空燃比補正係数を
導入したダブルO₂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、吸気空
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
を調整するものも、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、車速をパラメー
タとするブロック学習制御の採用により学習領域の変動
を小さくしたので、各領域での十分な学習を可能とし、
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、触媒排気臭等を防止できる。

【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図は従来の空燃比制御量の要求レベルを示すグラ
フ、第4A図、第4B図は本発明に係る空燃比制御量の要求レベ
ルを示すグラフ、第５図は本発明の課題を説明するタイミング図、第６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７図、第９図、第10図、第11図、第12図は第６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７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、第15図は本発明の効果を説明するためのタイミ
ング図、第14A図、第14B図は第９図の変更例を示すフローチャー
ト、第16図、第17図は第６図の変更例を示す触媒コンバータ
の配置図、第18図は第16図の各位置におけるO₂ストレージ効果の影
響度を示すグラフである。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、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た三元触媒
（12）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（13）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（15）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
るときに前記下流側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、前記機関が搭載された車両の車速を検出する車速検出手
段と、該車速が複数の区分に分割された領域のいずれかに属す
るかを判別する車速領域判別手段と、前記車速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、前記上流側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車速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。
【請求項２】前記複数の区分数が２である請求項１に記
載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】前記機関が前記空燃比フィードバック条件
を満たしていない時点でも前記空燃比制御量を現在の領
域に格納された空燃比制御量の中心値とする請求項１に
記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】前記車速がそのなまし値である請求項１に
記載の内燃機関の空燃比制御装置。