JP2600749B2

JP2600749B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2600749B2
Application number: JP964388A
Authority: JP
Inventors: 靖佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-01-21
Filing date: 1988-01-21
Publication date: 1997-04-16
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JPH01187336A

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
−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
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。

〔発明が解決しようとする課題〕

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。特に、
新品触媒の場合、この遅延は顕著である。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、燃費の悪化、触媒排気異臭の増大等を招
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びドライバビリティの悪化を
招くという課題がある。

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NOx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_ｏ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、触媒排気異臭の増大等を防止することにあ
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速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
数の更新を対称もしくは非対称にすることを既に提案し
ている（参照：特願昭61−241486号、特願昭62−167819
号）。

〔課題を解決するための手段および作用〕

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_R0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_R0
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。変化方向判別手段は
下流側空燃比センサの出力V₂の変化方向を判別する。こ
の結果、制御定数更新手段は、下流側空燃比センサの出
力V₂がリッチであり、且つ、該出力V₂の変化の方向がリ
ッチ方向である場合、及び下流側空燃比センサの出力V₂
がリーンであり、且つ、該出力V₂の変化の方向がリーン
方向である場合には空燃比フィードバック制御定数の更
新速度を大きく、他の場合には空燃比フィードバック制
御定数の更新速度を小さくする。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を演算し、そし
て、空燃比調整手段は空燃比補正量FAFに応じて機関の
空燃比を調整するものである。ここで、空燃比フィード
バック制御定数としてはスキップ量RSR,RSLや、積分定
数KIR,KILや、遅延時間TDR,TDLや、上流側空燃比センサ
の出力V₁の比較電圧V_R1がある。

〔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、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にも供給されている。

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1
01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の吸収空気量データ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
補正計数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、
触媒過熱冷却防止のため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527に進む。すなわち、比補正係数FAF
を閉ループ制御終了直前値とする。なお、この場合、FA
F＝1.0と初期化してもよい。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、つまり、空燃比がリーン（V₁
≦V_R1）であれば、ステップ504にてディレイカウンタCD
LY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、ディレイカウンタCDLYを１減算し、ステップ507,50
8にてディレイカウンタCDLY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510にてディレイカウン
タCDLYが負か否かを判別し、CDLY＜０であればステップ
511にてCDLYを０とし、ステップ512に進む。ステップ51
2ではディレイカウンタCDLYを１加算し、ステップ513,5
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512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にてこのルーチンを終了する。

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
燃比制御A/Fが得られると、ディレイカウンタ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、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に大きくすると、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が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。

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701〜705では、上流側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701）
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702）、スロットル弁16が全閉（LL＝
“1"）のとき（ステップ703）、軽負荷のとき（Q/Ne＜X
₁）（ステップ704）、下流側O₂センサ15が活性化してい
ないとき（ステップ705）等が閉ループ条件が不成立で
ある。閉ループ条件でなければステップ720に直接進
む。

閉ループ条件が満たされていればステップ706〜719に
進む。

ステップ706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707にて、出力V₂の変化量ΔＶ
を、 ΔＶ←V₂−V₂₀ ただし、V₂₀は前回のV₂の値、により演算する。次
に、ステップ708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1
4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より高く設定される。こ
の結果、V₂≦V_R2（リーン）であれば、ステップ709〜71
2に進み、他方、V₂＞V_R2（リッチ）であれば、ステップ
713〜716に進む。

ステップ709では、下流側O₂センサ15の出力V₂の変化
方向がリッチ方向（ΔＶ＞０）、水平状態（ΔＶ＝
０）、あるいはリーン方向（ΔＶ＜０）かを判別する。
この結果、リーン方向であればステップ710にてリッチ
スキップ量RSRを、RSR←RSR＋（１＋Ａ）・ΔRS（A,ΔR
Sは一定値）により、大きくリッチ側に補正し、水平状
態であればステップ711にて、リッチスキップ量RSRを、
RSR←RSR＋ΔRSにより中程度にリッチ側に補正し、リッ
チ方向であればステップ712にて、リッチスキップ量RSR
を、RSR←RSR＋（１−Ａ）・ΔRSにより小さくリーン側
に補正する。

同様に、ステップ713では、下流側O₂センサ15の出力V
₂の変化方向がリッチ方向（ΔＶ＞０）、水平状態（Δ
Ｖ＝０）、あるいはリーン方向（ΔＶ＜０）かを判別す
る。この結果、リッチ方向であればステップ716にてリ
ッチスキップ量RSRを、RSR←RSR−（１＋Ａ）・ΔRSに
より、大きくリーン側に補正し、水平状態であればステ
ップ715にて、リッチスキップ量RSRを、RSR←RSR＋ΔRS
により中程度にリーン側に補正し、リーン方向であれば
ステップ714にて、リッチスキップ量RSRを、RSR←RSR−
（１−Ａ）・ΔRSにより小さくリッチ側に補正する。

このように、第8A図、第8B図の実線に示すように、下
流側O₂センサ15の出力V₂がリーン、且つ該出力V₂の変化
方向がリーンである場合（第8A図のΔＶ＜０領域）およ
び下流側O₂センサ15の出力V₂がリッチ且つ該出力V₂の変
化方向がリッチ方向である場合（第8B図のΔＶ＞０領
域）では、他の場合に比較して、リッチスキップ量RSR
の更新量を大きくしている。なお、第8A図、第8B図にお
いて空燃比のリーンからリッチへの更新量とリッチから
リーンへの更新量とが対称とされているが、第8A図の一
点鎖線に示すごとく、空燃比のリッチからリーンへの更
新量を大きくすることにより、すなわち、更新量を非対
称にすることによりNO_Xミッションの低減に役立つ。な
お、スキップ量RSR,RSLは所定時間毎にΔRS、（１＋
Ａ）・ΔRS、（１−Ａ）・ΔRSにて更新されるので、ス
キップ量の更新速度が可変となるのである。

ステップ717では、上述のごとくに演算されてリッチ
スキップ量RSRを最小値MIN、最大値MAXによりガード処
理する。なお、最小値MINは過渡追従性が損われないレ
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。

ステップ718では、リーンスキップ量RSLを、 RSL←10％−RSR により演算し、さらに、ステップ719では、次の実行に
備えて、V₂₀←V₂とし、ステップ720にてこのルーチンは
終了する。

第９図は第７図のフローチャートを補足説明するため
のタイミング図である。すなわち、下流側O₂センサ15の
出力V₂が図示のごとく変化すると、時間t₀〜t₂,t₄〜で
は、出力V₂はリッチを示し、時間t₂〜t₄では、出力V₂は
リーンを示す。さらに、時間t₀〜t₂,t₄〜の初期の時間t
₀〜t₁,t₄〜t₅では、出力V₂はリッチ方向に変化し、時間
t₂〜t₄の初期の時間t₂〜t₃では、出力V₂はリーン方向に
変化する。この結果、時間t₀〜t₁,t₂〜t₃,t₄〜t₅では、
リッチスキップ量RSRの更新量は（１＋Ａ）・ΔRSと大
きく、他の時間では、更新量は（１−Ａ）・ΔRSと小さ
い。このように、たとえ下流側O₂センサ15の出力V₂の振
幅が小さくなっても、リッチスキップ量RSRの更新は確
実に行われ、この結果、下流側O₂センサ15の出力V₂の反
転直後のリッチスキップ量RSRの変化量が大きくなる。
従って、多少なりともリッチスキップ量RSRの過補正は
小さくなる。

第７図のルーチンにおいては、リッチスキップ量RSR
の更新量はV₂の変化量ΔＶが正、負、０に応じてステッ
プ状に変化させているが、その変化量ΔＶに応じて更新
量を可変とすることができる。この場合には、第７図の
ルーチンは第10図のルーチンに変更される。すなわち、
第７図のステップ709〜716の代りにステップ1001〜1004
を設ける。なお、ステップ1001内の一点鎖線は、第8A図
の一点鎖線に対応するものであり、これにより、やは
り、NO_Xエミッションの低減が図れる。

このように、下流側O₂センサの出力振幅が小さくと
も、出力変化があればその変化率にもとづいて空燃比フ
ィードバック制御定数の更新が行われる。

第11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1101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1102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1103では、最終噴射量TAUを、TAU←TA
UP・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信
号、あるいは吸気温センサから信号、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RAM105に格納さ
れている。次いで、ステップ1104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1
09をセットして燃料噴射を開始させる。そして、ステッ
プ1105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。

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1101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1103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、やはり、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、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、
触媒排気異臭の増大等を防止できる。

【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10図、第11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8A図、第8B図は第７図のフローチャートを補足説明す
るグラフ、第９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、該下流側空燃比センサの出力の変化の方向を判別する変
化方向判別手段と、前記下流側空燃比センサの出力がリッチであり、且つ、
該出力の変化方向がリッチ方向である場合、及び前記下
流側空燃比センサの出力がリーンであり、且つ、該出力
の変化方向がリーン方向である場合には、前記下流側空
燃比センサの出力に基づく空燃比フィードバック制御定
数の更新速度を大きく、他の場合には、空燃比フィード
バック制御定数の更新速度を小さくする制御定数更新手
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。