JP3018817B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御装置

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JP3018817B2
JP3018817B2 JP5042304A JP4230493A JP3018817B2 JP 3018817 B2 JP3018817 B2 JP 3018817B2 JP 5042304 A JP5042304 A JP 5042304A JP 4230493 A JP4230493 A JP 4230493A JP 3018817 B2 JP3018817 B2 JP 3018817B2
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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を備え、両空燃比センサ
の出力信号に基づいて空燃比を目標空燃比にフィードバ
ック制御する内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、空燃比の制御精度の向上を目
的として、触媒コンバータの上流側に設けられた上流側
2 センサと、触媒コンバータの下流側に設けられた下
流側O2 センサとの両出力信号に基づいて空燃比フィー
ドバック制御を行なうダブルO2 センサ空燃比制御シス
テムが提案されている。
【0003】このダブルO2 センサ空燃比制御システム
は、具体的には、上流側O2 センサの出力信号に基づく
空燃比フィードバック制御を実行すると共に、この実行
中に、上流側O2 センサの出力信号に基づく空燃比補正
係数FAFの制御定数、例えばリッチ方向へのスキップ
量RSR、リーン方向へのスキップ量RSL等を下流側
2 センサの出力信号に基づいて可変制御する構成であ
る。
【0004】ところで、こうしたダブルO2 センサ空燃
比制御システムは、燃料カット、減速あるいは二次空気
供給の最中に、上流側O2 センサの出力信号に基づく空
燃比フィードバック制御を停止して、空燃比補正係数F
AFを固定するとともに、下流側O2 センサの出力信号
に基づくスキップ量の可変制御を停止して、スキップ量
を固定するように構成されている。また、前述した燃料
カット,二次空気供給等のリーン化制御が終了すると、
前記上流側O2 センサの出力信号に基づく空燃比フィー
ドバック制御をすぐさま再開し、一方、下流側O2 セン
サの出力に基づくスキップ量の可変制御を所定時間遅延
後、再開するように構成されている(特開昭64−36
943号公報)。
【0005】下流側O2 センサの出力信号に基づくスキ
ップ量の可変制御の再開を、所定時間遅延させているの
は、次の理由による。リーン化制御がなされると、いわ
ゆるO2 ストレージ効果により、触媒コンバータ内には
大量のO2 が吸着する。リーン化制御終了と同時に下流
側O2 センサの出力信号に基づく可変制御を実行する
と、触媒コンバータ内に吸着された大量のO2 が排気通
路中へ吐き出され、下流側O2 センサの出力信号は実際
の空燃比よりリーン側を示してしまい、空燃比はリッチ
側へ過補正されることになる。そこで、リーン化制御の
終了後、所定時間遅延させることで、触媒コンバータの
2 ストレージ量の減少を待って、その後、下流側O2
センサの出力信号に基づく可変制御を再開させることに
より、空燃比のリッチ側への過補正を解消する。
【0006】さらに、触媒コンバータのO2 ストレージ
量の減少時期をより正確に判定して空燃比制御をより高
精度に行なうものとして、前記遅延時間を下流側O2
ンサの出力信号がリッチ側に反転するまでとした構成が
提案されている(特開平4−101038号公報)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、O2 センサ
は、検知部の劣化,製造ばらつき等に起因して実際の空
燃比よりリーン側にずれた出力を行なうことがあるが、
こうしたリーンずれが上流側O2 センサに起きた場合、
前記従来技術では次の問題点が生じた。
【0008】上流側O2 センサにリーンずれが起き、下
流側O2 センサの出力信号に基づく可変制御が不十分で
あるときに、燃料カット等のリーン化制御が実行される
と、下流側O2 センサの出力信号は最もリーン側に張り
つく。その後、リーン化制御が解除されると、上流側O
2 センサの出力信号に基づく空燃比フィードバック制御
により空燃比はストイキ側に移行し、下流側O2 センサ
の出力信号も徐々にストイキ側に移行するが、上流側O
2 センサはリーンずれを起こしていることから、空燃比
はリーン側で調整されるだけで、下流側O2 センサの出
力信号はリッチ側に移行することはない。このため、下
流側O2 センサの出力信号に基づく空燃比制御が再開さ
れず、空燃比を適正に調節することができなかった。即
ち、燃料カット等のリーン化制御の終了後、空燃比を適
正に調節することができないことがあり、エミッション
の悪化及びドライバビリティの悪化の問題を招来した。
【0009】本発明の内燃機関の空燃比制御装置は、こ
うした問題点に鑑みてなされたもので、燃料カット等の
リーン化制御から空燃比フィードバック制御への移行時
において空燃比を適正に調節して、エミッションの悪
化,ドライバビリティの悪化等を防止することを目的と
する。
【0010】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
べく、前記課題を解決するための手段として、以下に示
す構成を取った。
【0011】即ち、本発明の内燃機関の空燃比制御装置
は、図1に例示するように、内燃機関M1の排気通路M
2に設けられた触媒コンバータM3と、該触媒コンバー
タM3の上流側に設けられ、排気に反映された空燃比に
よって変化する特定成分濃度に応じた信号を出力する上
流側濃度センサM4と、前記触媒コンバータM3の下流
側に設けられ、排気に反映された空燃比によって変化す
る特定成分濃度に応じた信号を出力する下流側濃度セン
サM5と、前記上流側濃度センサM4から出力される信
号に基づき前記内燃機関M1の空燃比を調節する第1制
御部M6aと前記下流側濃度センサM5から出力される
信号に基づき前記内燃機関M1の空燃比を調節する第2
制御部M6bとを有し、両制御部M6a,M6bの動作
により前記内燃機関M1の空燃比を理論空燃比に制御す
る制御手段M6とを備える内燃機関の空燃比制御装置に
おいて、前記内燃機関M1が所定の運転状態にあると
き、前記内燃機関M1へ供給される燃料と空気との混合
比を強制的に調節して、前記内燃機関M1の空燃比をリ
ーン状態に制御するリーン化手段M7と、該リーン化手
段M7による空燃比制御の実行中に、前記第1制御部M
6aおよび第2制御部M6bの動作を停止するリーン化
時停止手段M8と、前記リーン化手段M7による空燃比
制御の終了後、前記下流側濃度センサM5から出力され
る信号が前記理論空燃比に相当するレベルより低い所定
レベルを上回る時期を検出する信号上昇時検出手段M9
と、前記リーン化手段M7による空燃比制御の終了後か
ら前記信号上昇時検出手段M9により前記時期が検出さ
れるまで、前記第2制御部の動作を停止するリーン化後
停止手段M10とを設けたことを、その要旨としてい
る。
【0012】
【作用】以上のように構成された本発明の内燃機関の空
燃比制御装置は、上流側濃度センサM4に基づく第1制
御部M6aと下流側濃度センサM5に基づく第2制御部
M6bとの動作により、制御手段M6によって内燃機関
M1の空燃比を理論空燃比に制御しているが、さらに、
内燃機関M1が所定の運転状態にあるとき、リーン化手
段M7により、内燃機関M1へ供給される燃料と空気と
の混合比を強制的に調節して、内燃機関M1の空燃比を
リーン状態に制御し、それと共に、そのリーン状態への
制御実行中に、リーン化時停止手段M8により第1制御
部M6aおよび第2制御部M6bの動作を停止する。そ
して、リーン化手段M7による空燃比制御の終了後に
は、下流側濃度センサM5から出力される信号が理論空
燃比に相当するレベルより低い所定レベルを上回る時期
を、信号上昇時検出手段M9により検出し、リーン化手
段M7による空燃比制御の終了後からその時期が検出さ
れるまで、リーン化後停止手段M10により第2制御部
M6bの動作を停止する。
【0013】こうして、第2制御部M6bは、リーン化
手段M7による空燃比制御の終了後も停止を継続し、下
流側濃度センサM5から出力される信号が理論空燃比に
相当するレベルより低い所定レベルを上回ると、その停
止を解除して第2制御部M6bによる空燃比調節を再開
する。従って、第2制御部M6bの再開時期を下流側濃
度センサM5の出力信号がリッチ側に判定されるときと
した従来の構成と比較して、リーン側のより低い所定レ
ベルで第2制御部M6bの再開を行なうことができる。
このため、上流側濃度センサM4にリーンずれが起きて
下流側濃度センサM5の出力信号が低くなった場合にも
第2制御部M6bの再開する可能性は高められる。
【0014】ところで、下流側濃度センサM5の出力信
号は、リーン化時にリーン側に張りついているが、リー
ン化後となると、メイン空燃比フィードバック制御によ
り徐々に理論空燃比側に移行する。この移行の際に、触
媒コンバータM3からはリーン化時に吸着されたO2
吐き出され、そのO2 ストレージ量がほとんどゼロにな
る時点があるが、この時点は、下流側濃度センサM5の
出力信号に変曲点として現れる。そこで、信号上昇時検
出手段M9による判定の比較値となる所定レベルを、上
記変曲点のレベルとして予め設定しておくことで、リー
ン化後における触媒コンバータM3のO2 ストレージ量
がほとんど無くなる時期を正確に判定することができ
る。この結果、第2制御部M6bの再開時において空燃
比はリッチ側に過補正されることもない。
【0015】
【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。図2は、本発明の一実施例である空燃比制御装
置を搭載した自動車用エンジンおよびその周辺装置を表
す概略構成図である。
【0016】同図に示すように、エンジン1の吸気通路
2には、吸入空気の取り入れ口から、エアクリーナ3、
スロットルバルブ5、吸入空気の脈動を抑えるサージタ
ンク6およびエンジン1に燃料を供給する燃料噴射弁7
が設けられている。吸気通路2を介して吸入される吸入
空気は、燃料噴射弁7から噴射される燃料と混合され
て、エンジン1の燃焼室11内に吸入される。この燃料
混合気は、燃焼室11内で点火プラグ12によって火花
点火され、エンジン1を駆動させる。燃焼室11内で燃
焼したガス(排気)は、排気通路15を介して触媒コン
バータ16に導かれ、浄化された後、大気側に排出され
る。
【0017】点火プラグ12には、ディストリビュータ
21を介してイグナイタ22からの高電圧が印加され、
この印加タイミングによって点火時期が決定される。な
お、ディストリビュータ21は、イグナイタ22で発生
した高電圧を各気筒の点火プラグ12に分配するための
もので、このディストリビュータ21には、1回転に2
4発のパルス信号を出力する回転速度センサ23が設け
られている。
【0018】さらに、エンジン1には、その運転状態を
検出するためのセンサとして、回転速度センサ23のほ
か、スロットルバルブ5の開度を検出すると共にスロッ
トルバルブ5の全閉状態を検出するアイドルスイッチ5
0(図3)を内蔵したスロットルポジションセンサ5
1、吸気通路2に配設されて吸入空気(吸気)の温度を
検出する吸気温センサ52、吸気の量を検出するエアフ
ロメータ53、シリンダブロックに配設されて冷却水温
を検出する水温センサ54、排気通路15における触媒
コンバータ16の上流側に配設されて排気中の酸素濃度
を検出する上流側O2 センサ55、排気通路15におけ
る触媒コンバータ16の下流側に配設されて排気中の酸
素濃度を検出する下流側O2 センサ56および車両の速
度Vを検出する車速センサ57等が備えられている。
【0019】前述した各センサの検出信号は電子制御ユ
ニット(以下、ECUと呼ぶ)70に入力される。図3
に示すように、ECU70は、マイクロコンピュータを
中心とする論理演算回路として構成され、詳しくは、予
め設定された制御プログラムに従ってエンジン1を制御
するための各種演算処理を実行するCPU70a、CP
U70aで各種演算処理を実行するのに必要な制御プロ
グラムや制御データ等が予め格納されたROM70b、
同じくCPU70aで各種演算処理を実行するのに必要
な各種データが一時的に読み書きされるRAM70c、
電源オフ時においてもデータを保持可能なバックアップ
RAM70d,上記各センサからの検出信号を入力する
A/Dコンバータ70eおよび入力処理回路70f、C
PU70aでの演算結果に応じて燃料噴射弁7およびイ
グナイタ22等に駆動信号を出力する出力処理回路70
g等を備えている。また、ECU70は、バッテリ71
に接続された電源回路70hを備え、出力処理回路70
gからの高電圧の印加も可能となっている。
【0020】こうして構成されたECU70によって、
エンジン1の運転状態に応じて燃料噴射弁7およびイグ
ナイタ22が駆動制御され、燃料噴射制御や点火時期制
御、あるいは空燃比制御等が行なわれる。
【0021】次に、ECU70のCPU70aにより実
行される燃料噴射制御処理ルーチンについて、図4に基
づいて説明する。なお、この制御処理ルーチンは、所定
クランク角、例えば、360゜CA毎に実行される。
【0022】CPU70aは、処理が開始されると、ま
ず、エアフロメータ53で検出されA/Dコンバータ7
0eでA/D変換された吸入空気量Qを、RAM70c
から読み込む処理を実行する(ステップS100)。次
いで、回転速度センサ23で検出され入力処理回路70
fを介して入力された回転速度Neを、RAM70cか
ら読み込む処理を実行する(ステップS110)。
【0023】続いて、ステップS100および110で
読み込んだ吸入空気量Qおよび回転速度Neを用いて、
基本燃料噴射量TPを次式(1)に従って算出する(ス
テップS120)。 TP ← k・Q/Ne (但し、kは定数) … (1)
【0024】続いて、基本燃料噴射量TPに、次式
(2)に従うように各種補正係数を掛けることにより実
燃料噴射量TAUを算出する(ステップS130)。 TAU ← TP・FAF・FWL・FFC・a・b … (2)
【0025】ここで、FAFは空燃比補正係数であり、
後述するメイン空燃比フィードバック制御処理ルーチン
により算出される。FWLは暖機増量補正係数であり、
冷却水温THWが60℃以下の間は1.0以上の値をと
る。FFCは燃料カット時補正係数であり、通常は値
1、燃料カット時には値0となる。a,bは、その他の
補正係数であり、例えば、吸気温補正,過渡時補正,電
源電圧補正等に関する補正係数が該当する。
【0026】ステップS130で実燃料噴射量TAUが
算出されると、続いて、その実燃料噴射量TAUに相当
する燃料噴射時間を燃料噴射弁7の開弁時間を決定する
図示しないカウンタにセットする(ステップS14
0)。この結果、そのカウンタにセットされた開弁時間
だけ、燃料噴射弁7が開弁駆動される。その後、「リタ
ーン」に抜けて処理を一旦終了する。
【0027】次に、ECU70のCPU70aにより実
行される燃料カット処理ルーチンについて、図5に基づ
いて説明する。この燃料カット処理ルーチンは燃料カッ
トフラグXFCを演算するもので、割込により所定時間
毎に実行される。CPU70aは、処理が開始される
と、まず、スロットルポジションセンサ51に内蔵され
たアイドルスイッチ50の出力信号LLを、RAM70
cから読み込む処理を実行する(ステップS200)。
次いで、その出力信号LLが値1であるか否か、即ち、
アイドル状態にあるか否かを判定する(ステップS21
0)。
【0028】ステップS210でアイドル状態にあると
判定されると、まず、360゜CA毎にステップS11
0で読み込んだ最新の回転速度Neが燃料カット回転速
度NC以上であるか否かを判定する(ステップS22
0)。ここで、NeがNC以上であると判定されると、
燃料カットが必要であるとして、燃料カットフラグXF
Cに値1をセットする(ステップS230)。その後、
「リターン」に抜けて処理を一旦終了する。
【0029】一方、ステップS220でNeがNCより
小さいと判定されると、次いで、その回転速度Neが復
帰回転速度NR(<NC)以下であるか否かを判定する
(ステップS240)。ここで、NeがNR以下である
と判定されると、続いて、燃料カットフラグXFCが既
に値1となっているか否かを判定する(ステップS25
0)。ここで、フラグXFCが値1であると判定される
と、燃料カットを停止すべく、フラグXFCに値0をセ
ットし(ステップS260)、次いで、後述するサブ空
燃比フィードバック制御を禁止する旨を示す禁止フラグ
XSBに値1をセットする(ステップS270)。その
後、処理を一旦終了する。
【0030】一方、ステップS240で回転速度Neが
復帰回転速度NRより大きいと判定された場合、または
ステップS250で燃料カットフラグXFCが値1でな
いと判定された場合には、直ちに処理を一旦終了する。
また、ステップS210でアイドルスイッチ80の出力
信号LLが値1でないと判定された場合には、処理はス
テップS250に進む。
【0031】こうした構成の燃料カット処理ルーチンに
よれば、アイドル状態において、図6に示すように、回
転速度Neが燃料カット回転速度NCを越えると、燃料
カットフラグXFCに値1がセットされる。この値1の
セットを受けて、図4の燃料噴射制御処理ルーチンのス
テップS130で燃料カット時補正係数に値0がセット
され、実燃料噴射量TAUが0となり燃料カットが行な
われる。そうすると、回転速度Neは低下し、燃料カッ
ト回転速度NCより低い速度である復帰回転速度NRよ
り低くなる。ここで、燃料カットを停止すべく燃料カッ
トフラグXFCに値0がセットされる。この値0のセッ
トを受けて、ステップS130で燃料カット時補正係数
に値1がセットされ、燃料噴射が再開される。なお、そ
の燃料噴射の再開時に、サブ空燃比フィードバック制御
に関する禁止フラグXSBが値1にセットされる。
【0032】次に、ECU70のCPU70aにより実
行されるメイン空燃比フィードバック(以下、フィード
バックをF/Bと示す)制御処理ルーチンについて、図
7に基づいて説明する。このメイン空燃比F/B制御処
理ルーチンは、上流側O2 センサ55の出力電圧MO2
に基づいて空燃比をフィードバック制御するもので、割
込みにより所定時間、例えば4msec毎に実行され
る。
【0033】CPU70aは、処理が開始されると、ま
ず、空燃比のF/B条件が成立したか否かを判定する
(ステップS300〜S304)。詳しくは、ステップ
S300により始動時であるか否かを、ステップS30
2により暖機後であるか否かを、ステップS304によ
り燃料カット中であるか否かを判定する。始動時の判定
は、スタータが回っているか否かから判定し、暖機後の
判定は、水温センサ54で検出された冷却水温THWが
30〜60[℃]を越えているか否かから判定し、燃料
カット中の判定は図5の燃料カット処理ルーチンでセッ
トされる燃料カットフラグXFCが値1か否かから判定
する。なお、空燃比のF/B条件として、他に、OTP
増量中でないこと、上流側O2 センサ55が故障してい
ないこと等の条件を付加する構成としてもよい。
【0034】ステップS300ないしS304により、
始動時ではなく、暖機後で、しかも燃料カット中でない
と判定されたときはF/B条件が成立であり、その他の
場合がF/B条件が不成立である。F/B条件が不成立
と判定されると、空燃比F/B制御を実行せずに本ルー
チンの処理を一旦終了する。一方、F/B条件が成立し
たと判定されると、次の処理を行なう。
【0035】まず、入力処理回路70fを介して入力さ
れた上流側O2 センサ55の出力電圧MO2 をRAM7
0cから読み込む処理を行ない(ステップS310)、
その出力電圧MO2 から空燃比がリッチ状態にあるか否
かを判定する(ステップS320)。本実施例では出力
電圧MO2 がスレシュレベルである0.45[V]より
大きい場合、空燃比がリッチ状態にあると判定する。
【0036】ステップS320で、空燃比がリッチ状態
にあると判定されると、次いで、そのリッチ状態がリー
ン状態から移行した最初のリッチ状態か否か、即ち、リ
ーンからリッチへの反転時か否かを判定する(ステップ
S330)。ステップS330でリッチへの反転時であ
ると判定されると、空燃比補正係数FAFからリーン方
向へのスキップ量RSL(RSL>0)を減算し(ステ
ップS340)、一方、リッチへの反転時でないと判定
されると、空燃比補正係数FAFから積分量KIL(K
IL>0)を減算する(ステップS350)。なお、ス
キップ量RSLは、積分量KILより十分大きく設定さ
れている。
【0037】ステップS320で空燃比がリッチ状態に
なくリーン状態であると判定されると、次いで、そのリ
ーン状態がリッチ状態から移行した最初のリーン状態か
否か、即ち、リッチからリーンへの反転時か否かを判定
する(ステップS360)。ステップS360でリーン
への反転時であると判定されると、空燃比補正係数FA
Fにリッチ方向へのスキップ量RSR(RSR>0)を
加算し(ステップS370)、一方、リーンへの反転時
でないと判定されると、空燃比補正係数FAFに積分量
KIR(KIR>0)を加算する(ステップS38
0)。なお、スキップ量RSRは、積分量KIRより十
分大きく設定されている。
【0038】ステップS340,S350,S370ま
たはS380で演算がなされた空燃比補正係数FAF
は、RAM70cに格納され(ステップS390)、そ
の後、本ルーチンの処理を一旦終える。
【0039】ステップS350およびS380で示され
る制御は積分制御と称されるもので、ステップS340
およびS370で示される制御はスキップ制御と称され
るものである。両制御により、空燃比は理論空燃比の前
後でバランスすることになる。詳しくは、図8に示すよ
うに、時間t1で上流側O2 センサ55の出力電圧MO
2 が0.45[V]以上、即ち、リッチ状態となると、
この信号を受け取ったCPU70aは、空燃比補正係数
FAFをステップ状にRSLだけ落とし、その後、積分
量KILで示される大きさずつ徐々に低下させる。この
結果、燃料噴射量TAUが絞られるから、空燃比はやが
て理論空燃比より薄くなり、上流側O2センサ55の出
力電圧MO2 が落ち、出力電圧MO2 は0.45[V]
より小さくなる(時間t2)。
【0040】0.45[V]より小さい出力電圧MO2
を受け取ったCPU70aは、空燃比補正係数FAFを
ステップ状にRSRだけ跳ね上げ、その後、積分量KI
Rで示される大きさずつ徐々に上げていく。その結果、
燃料噴射量TAUが増えて空燃比がやがて理論空燃比よ
り濃くなり、上流側O2 センサ55の出力電圧MO2
跳ね上がる(時間t3)。こうした処理を繰り返すこと
で、空燃比には絶えずネガティブフィードバックコント
ロールがかけられ、空燃比は理論空燃比の前後でバラン
スすることになる。
【0041】次に、ECU70のCPU70aにより実
行されるサブ空燃比フィードバック制御処理ルーチンに
ついて、図9に基づいて説明する。このサブ空燃比F/
B制御処理ルーチンは、下流側O2 センサ56の出力電
圧SO2 に基づいて空燃比をフィードバック制御するも
ので、詳しくは、メイン空燃比F/B制御処理ルーチン
で算出したスキップ量RSR,RSLを下流側O2 セン
サ56の出力電圧SO2 に基づいて補正することによ
り、メイン空燃比F/B制御を利用して間接的に空燃比
のフィードバック制御を行なう。この制御処理ルーチン
は、メイン空燃比F/B制御処理ルーチンの実行間隔に
比べて遥かに大きい所定時間、例えば512msec毎
に割込みにて実行される。
【0042】CPU70aは、処理が開始されると、前
述したメイン空燃比F/B制御処理ルーチンによるメイ
ン空燃比F/B制御処理の実行中であるか否かを判定す
る(ステップS400)。ここで、実行中であると判定
すると、次いで、燃料カットフラグXFCが値1にセッ
トされているか否か、即ち、燃料カット中であるか否か
を判定する(ステップS410)。ステップS410
で、燃料カット中でないと判定されるとステップS42
0に進む。なお、ステップS400でメイン空燃比F/
B制御中でないと判定されたとき、またはステップS4
10で燃料カット中であると判定されたときには、「リ
ターン」に抜けて処理を一旦終了する。なお、ステップ
S400およびS410の判定に加えて、冷却水温TH
Wが60〜80[℃]を越え完全暖機後であること、下
流側O2 センサ56が故障していないこと等の判定を付
加する構成としてもよい。
【0043】ステップS420では、入力処理回路70
fを介して入力された下流側O2 センサ56の出力電圧
SO2 をRAM70cから読み込む処理を行なう。続い
て、図5の燃料カット処理ルーチンでセットされる禁止
フラグXSBが値1であるか否かを判定し(ステップS
430)、ここで、値1であると判定されると、ステッ
プS420で読み込んだ出力電圧SO2 が予め定められ
た所定電圧レベルαを上回っているか否かを判定する
(ステップS440)。この判定は、禁止フラグXSB
が値1にセットされた燃料カット終了時以後に、リーン
側に張りついていた出力電圧SO2 が所定電圧レベルα
を上回る時期を判定するものである。所定電圧レベルα
は、理論空燃比に相当するスレシュレベルより低い大き
さであり、燃料カット後、リーン側から上昇した出力電
圧SO2 が最も急変する変曲点のレベルに相当する。
【0044】上記出力電圧SO2 の変曲点は、触媒コン
バータM3において燃料カット時に吸着されたO2 が吐
き出され、そのO2 ストレージ量がほとんどゼロになる
時点であり、実験によりこの変曲点を観測して、この変
曲点もしくはその付近が前記所定電圧レベルαとなるよ
うに所定電圧レベルαの値が定められている。なお、所
定電圧レベルαは、下流側O2 センサ56のスレシュレ
ベルを0.45[V]とすると、0.1〜0.4[V]
の値をとり得、本実施例では、0.25[V]に設定さ
れている。
【0045】ステップS440で、出力電圧SO2 が所
定電圧レベルαを上回っていないと判定されると、燃料
カット後、リーン側に張りついた出力電圧SO2 が未だ
所定電圧レベルαに達してないとして、以後のステップ
の処理によるサブ空燃比F/B制御を実行せずに、本ル
ーチンの処理を一旦終える。一方、ステップS440
で、出力電圧SO2 が所定電圧レベルαを上回っている
と判定されると、禁止フラグXSBを値0にクリアして
(ステップS450)、以後のステップの処理によるサ
ブ空燃比F/B制御を実行する。
【0046】まず、ステップS420で読み込んだ出力
電圧SO2 から空燃比がリッチ状態にあるか否かを判定
する(ステップS460)。本実施例では出力電圧SO
2 がスレシュレベルである0.45[V]より大きい場
合、空燃比がリッチ状態にあると判定する。ここで、空
燃比がリッチ状態にあると判定されると、次いで、その
リッチ状態がリーン状態から移行した最初のリッチ状態
か否か、即ち、リーンからリッチへの反転時か否かを判
定する(ステップS470)。ステップS470でリッ
チへの反転時であると判定されると、図7のメイン空燃
比F/B制御処理ルーチンで求めたリッチ方向へのスキ
ップ量RSRから所定のスキップ量RSrsrL (RSrs
rL >0)を減算し(ステップS480)、一方、リッ
チへの反転時でないと判定されると、リッチ方向へのス
キップ量RSRから所定の世紀分量KIrsrL (KIrs
rL >0)を減算する(ステップS490)。なお、ス
キップ量RSrsrL は、積分量KIrsrL より十分大き
く設定されている。
【0047】一方、ステップS460で空燃比がリッチ
状態になくリーン状態であると判定されると、次いで、
そのリーン状態がリッチ状態から移行した最初のリーン
状態か否か、即ち、リッチからリーンへの反転時か否か
を判定する(ステップS500)。ステップS500で
リーンへの反転時であると判定されると、メイン空燃比
F/B制御処理ルーチンで求めたリッチ方向へのスキッ
プ量RSRに所定のスキップ量RSrsrR (RSrsrR
>0)を加算し(ステップS510)、一方、リーンへ
の反転時でないと判定されると、リッチ方向へのスキッ
プ量RSRに所定の積分量KIrsrR (KIrsrR >
0)を加算する(ステップS520)。なお、スキップ
量RSrsrR は、積分量KIrsrR より十分大きく設定
されている。
【0048】ステップS480およびS510によるス
キップ制御と、ステップS490およびS520による
積分制御とにより、リッチ方向へのスキップ量RSRが
どのように変化するかを図10に示した。図10に示す
ように、時間t4で下流側O2 センサ56の出力電圧S
2 が0.45[V]以上、即ち、リッチ状態となる
と、この信号を受け取ったCPU70aは、リッチ方向
へのスキップ量RSRをステップ状にRSrsrL だけ落
とし、その後、積分量KIrsrL で示される大きさずつ
徐々に低下させる。空燃比がやがて理論空燃比より薄く
なり、下流側O2センサ56の出力電圧SO2 が0.4
5[V]より小さくなると(時間t5)、この信号を受
け取ったCPU70aは、リッチ方向へのスキップ量R
SRをステップ状にRSrsrR だけ跳ね上げ、その後、
積分量KIrsrR で示される大きさずつ徐々に上げてい
く(時間t6)。こうした処理を繰り返すことで、リッ
チ方向へのスキップ量は下流側O2 センサ56の出力信
号SO2 がスレシュレベルとなるようにバランスするこ
とになる。
【0049】ステップS480,S490,S510ま
たはS520でリッチ方向へのスキップ量RSRの更新
がなされると、続いて、リッチ方向へのスキップ量RS
Rとリーン方向へのスキップ量RSLとの和は所定量β
であることから、 RSL ← β − RSR の演算を行なって、リーン方向へのスキップ量RSLを
求める(ステップS530)。その後、「リターン」に
抜けて処理を一旦終了する。
【0050】こうして構成されたサブ空燃比F/B制御
処理ルーチンを繰り返すことにより、リッチ方向へのス
キップ量RSLを更新する。以下、このリッチ方向への
スキップ量RSRとその他の変数が時間と共にどのよう
に変化していくかを、図11のタイミングチャートに基
づいて説明する。
【0051】図11に示すように、燃料カット処理ルー
チンにより燃料カットフラグXFCに値1がセットされ
ると(時間t11)、燃料カットが開始され、その後、
燃料カットフラグXFCが値0にクリアされると(時間
t12)、その燃料カットが終了する。なお、この燃料
カットが解除されたときに、サブ空燃比フィードバック
制御を禁止する旨を示す禁止フラグXSBに値1がセッ
トされる。時間t11〜t12の燃料カット中には、メ
イン空燃比フィードバック制御、サブ空燃比フィードバ
ック制御共行なわれず、下流側O2 センサ56の出力信
号は最もリーン側に張りつく。
【0052】そして、燃料カットが解除された後、メイ
ン空燃比フィードバック制御により空燃比はストイキ側
に移行し、下流側O2 センサ56の出力電圧SO2 も徐
々にストイキ側に移行する。なお、この時は、禁止フラ
グXSBが値1となっており、サブ空燃比フィードバッ
ク制御は行われていない。その後、出力電圧SO2 が予
め定められた所定電圧レベルα(<0.45[V])を
上回ると(時間t13)、禁止フラグXSBが値0にク
リアされて、下流側O2 センサ56の出力電圧SO2
基づくサブ空燃比フィードバック制御が再開される。
【0053】このように、本実施例では、燃料カットの
実行中には、メイン空燃比フィードバック制御、サブ空
燃比フィードバック制御共実行を停止し、燃料カットの
解除後に、メイン空燃比フィードバック制御だけを再開
し、サブ空燃比フィードバック制御については、下流側
2 センサ56の出力電圧SO2 が所定電圧レベルαを
上回るのを待って再開している。このため、上流側O2
センサ55にリーンずれが起きて、メイン空燃比フィー
ドバック制御だけでは、下流側O2 センサ56の出力信
号SO2 がスレシュレベルに達しないような場合(図
中、1点鎖線で示した)に、従来例(特開平4−101
038号に代表されるもの)では、サブ空燃比フィード
バック制御を再開させることができなかったが、これに
対して、出力信号SO2 がスレシュレベルより低い所定
電圧レベルαに達しさえすれば、サブ空燃比フィードバ
ック制御を再開させることができる。従って、燃料カッ
ト後の空燃比フィードバック制御への移行時において、
空燃比を適正に調節することができ、エミッションの低
減およびドライバビリティの向上を図ることができる。
【0054】また、本実施例では、上記判定に用いた所
定電圧レベルαを、燃料カット後、リーン側から上昇し
た出力電圧SO2 が最も急変する変曲点のレベルとした
ことから、燃料カット後における触媒コンバータ16の
2 ストレージ量がほとんど無くなる時期を正確に判定
することができる。この結果、リーン化後の遅延時間を
一定値とした従来例(特開昭64−36943号に代表
されるもの)では、触媒コンバータ16のO2 ストレー
ジ量がゼロとなる前(時間t12から一定時間T0後)
に、サブ空燃比フィードバック制御が再開されて、図
中、2点鎖線に示すように、リッチ方向へのスキップ量
RSRが急上昇して空燃比はリッチ側に過補正となるの
に対して、本実施例では、そうしたRSRの急上昇はな
く、空燃比はリッチ側に過補正されることもない。した
がって、エミッションの低減をより一層図ることができ
ると共に、燃費の向上を図ることができる。
【0055】なお、前記実施例においては、サブ空燃比
フィードバック制御の再開時期の判定に用いた所定電圧
レベルαは予め設定されたものとしたが、これに替え
て、下流側O2 センサ56の出力電圧SO2 の最小値
(または最大値)を学習制御にて求め、この最小値(ま
たは最大値)との偏差の形で、上記判定に用いる電圧レ
ベルを設定する構成としてもよい。この構成により、経
時により下流側O2 センサ56の出力電圧SO2 にずれ
が生じた場合にも、前記所定電圧レベルを高精度のもの
とすることができ、よりエミッションの低減およびドラ
イバビリティの向上等を図ることができる。
【0056】また、前記実施例では、リーン化手段M7
として燃料カットを行なう構成を採用していたが、これ
に限るものではなく、減速時等の燃料供給量を減少する
構成、あるいは、二次空気供給などの吸入空気量を増量
する構成等を採用してもよい。
【0057】以上、本発明の一実施例を詳述してきた
が、本発明は、こうした実施例に何等限定されるもので
はなく、例えば、上流側および下流側濃度センサM4,
M5としてのO2 センサ55,56に換えて、COセン
サ、リーンミックスチャセンサ等を用いた構成等、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様にて実
施することができるのは勿論のことである。
【0058】
【発明の効果】以上説明したように本発明の内燃機関の
空燃比制御装置では、燃料カット等のリーン化制御から
空燃比フィードバック制御への移行時において、上流側
濃度センサの出力信号に基づくメイン空燃比制御だけを
再開し、下流側濃度センサの出力信号に基づくサブ空燃
比制御については、下流側濃度センサの出力信号が理論
空燃比に相当するレベルより低い所定レベルを上回るの
を待って再開している。このため、上流側濃度センサに
リーンずれが起きて、メイン空燃比制御だけでは、下流
側濃度センサの出力信号が理論空燃比に相当するレベル
に達しないような場合にも、前記所定レベルに達しさえ
すれば、サブ空燃比制御を再開させることができる。従
って、リーン化制御後の空燃比フィードバック制御への
移行時において、空燃比を適正に調節することができ、
エミッションの低減およびドライバビリティの向上を図
ることができる。
【0059】また、本発明では、上記下流側濃度センサ
の出力信号の判定値である所定レベルを、燃料カット
後、リーン側から上昇した出力信号が最も急変する変曲
点のレベルとすることにより、リーン化制御後のサブ空
燃比制御の再開時期を、触媒コンバータ内のO2 ストレ
ージ量がほとんどゼロとなる適正な時期に調節すること
ができる。従って、その再開時期が早過ぎることによる
空燃比過補正を防止して、エミッションの低減および燃
費の向上を図ることができ、その再開時期が遅すぎるこ
とによる空燃比の悪化を防止して、更なるエミッション
の低減を図ることもできる。
【0060】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の内燃機関の空燃比制御装置を例示する
ブロック図である。
【図2】本発明の一実施例である空燃比制御装置を搭載
した自動車用エンジンおよびその周辺装置を表す概略構
成図である。
【図3】ECUを中心とした制御系の電気的な構成を示
すブロック図である。
【図4】ECUのCPUにより実行される燃料噴射制御
処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図5】同じくCPUにより実行される燃料カット処理
ルーチンを示すフローチャートである。
【図6】回転速度Neに応じた燃料カット状況を示すグ
ラフである。
【図7】CPUにより実行されるメイン空燃比フィード
バック制御処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図8】そのメイン空燃比フィードバック制御処理の内
容を示すタイミングチャートである。
【図9】CPUにより実行されるサブ空燃比フィードバ
ック制御処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図10】そのサブ空燃比フィードバック制御処理の内
容を示すタイミングチャートである。
【図11】CPUで実行される各種制御処理に基づく動
作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
M1…内燃機関 M2…排気通路 M3…触媒コンバータ M4…上流側濃度センサ M5…下流側濃度センサ M6…制御手段 M6a…第1制御部 M6b…第2制御部 M7…リーン化手段 M8…リーン化時停止手段 M9…信号上昇時検出手段 M10…リーン化後停止手段 1…エンジン 2…吸気通路 3…エアクリーナ 5…スロットルバルブ 6…サージタンク 7…燃料噴射弁 11…燃焼室 12…点火プラグ 15…排気通路 16…触媒コンバータ 21…ディストリビュータ 22…イグナイタ 23…回転速度センサ 50…アイドルスイッチ 51…スロットルポジションセンサ 52…吸気温センサ 53…エアフロメータ 54…水温センサ 55…上流側O2 センサ 56…下流側O2 センサ 57…車速センサ 70…ECU 70a…CPU 70b…ROM 70c…RAM FAF…空燃比補正係数 KIL…積分量 KIR…積分量 KIrsrL…積分量 KIrsrR…積分量 RSL…スキップ量 RSR…スキップ量 RSrsrL…スキップ量 RSrsrR…スキップ量 XFC…燃料カットフラグ XSB…禁止フラグ α…所定電圧レベル
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−31644(JP,A) 特開 平4−124438(JP,A) 特開 昭63−219844(JP,A) 特開 平5−26080(JP,A) 特開 昭64−36943(JP,A) 特開 平4−101038(JP,A) 特開 昭63−239333(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02D 41/14 310

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の排気通路に設けられた触媒コ
    ンバータと、 該触媒コンバータの上流側に設けられ、排気に反映され
    た空燃比によって変化する特定成分濃度に応じた信号を
    出力する上流側濃度センサと、 前記触媒コンバータの下流側に設けられ、排気に反映さ
    れた空燃比によって変化する特定成分濃度に応じた信号
    を出力する下流側濃度センサと、 前記上流側濃度センサから出力される信号に基づき前記
    内燃機関の空燃比を調節する第1制御部と前記下流側濃
    度センサから出力される信号に基づき前記内燃機関の空
    燃比を調節する第2制御部とを有し、両制御部の動作に
    より前記内燃機関の空燃比を理論空燃比に制御する制御
    手段とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、 前記内燃機関が所定の運転状態にあるとき、前記内燃機
    関へ供給される燃料と空気との混合比を強制的に調節し
    て、前記内燃機関の空燃比をリーン状態に制御するリー
    ン化手段と、 該リーン化手段による空燃比制御の実行中に、前記第1
    制御部および第2制御部の動作を停止するリーン化時停
    止手段と、 前記リーン化手段による空燃比制御の終了後、前記下流
    側濃度センサから出力される信号が前記理論空燃比に相
    当するレベルより低い所定レベルを上回る時期を検出す
    る信号上昇時検出手段と、 前記リーン化手段による空燃比制御の終了後から前記信
    号上昇時検出手段により前記時期が検出されるまで、前
    記第2制御部の動作を停止するリーン化後停止手段とを
    設けたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
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