JPH066919B2

JPH066919B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH066919B2
Application number: JP16567385A
Authority: JP
Inventors: 俊成永井; 孝年増井; 靖佐藤; 歳康勝野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-07-29
Filing date: 1985-07-29
Publication date: 1994-01-26
Anticipated expiration: 2009-01-26
Also published as: JPS6226337A

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（Ｏ_２セン
サ））を設け、上流側のＯ_２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Ｏ_２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〕

一般に、単一のＯ_２センサにもとづく空燃比フィードバ
ック制御（シングルＯ_２センサシステム）では、Ｏ_２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、Ｏ_２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。
Ｏ_２センサの出力特性のばらつきの原因を列挙すると、
次のとおりである。

(1)Ｏ_２センサ自体の個体差、 (2)燃料噴射弁および排気ガス再循環弁等の部品の機関
への組付け位置の公差によるＯ_２センサの箇所における
排気ガスの混合の不均一、 (3)Ｏ_２センサの出力特性の経時あるいは経年的な変
化。

また、Ｏ_２センサ以外では、燃料噴射弁、排気ガス再循
環流量、タペットクリアランス等の機関状態の経時的あ
るいは経年的な変化、および製造ばらつきによる排気ガ
スの混合の不均一性が変化および拡大することがある。

かかるＯ_２センサの出力特性のばらつきおよび部品のば
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Ｏ_２センサを設け、上流側
Ｏ_２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Ｏ_２センサによる空燃比フィードバック制御を行う
ダブルＯ_２センサシステムが既に提案されている。この
ダブルＯ_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Ｏ_２センサは、上流側Ｏ_２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Ｏ_２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Ｏ_２センサの出力にもと
ずく空燃比フィードバック制御（ダブルＯ_２センサシス
テム）により、上流側Ｏ_２センサの出力特性のばらつき
を下流側Ｏ_２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Ｏ_２センサシステムでは、Ｏ_２
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Ｏ_２センサシス
テムでは、上流側Ｏ_２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Ｏ
_２センサシステムにおいては、下流側Ｏ_２センサが安定
な出力特定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、燃料制御系部品の各種製造公差、使用過
程での経時的あるいは経年的変化等により、制御空燃比
は理論空燃比よりリッチ側もしくはリーン側になったま
まになることがある。たとえば、第１気筒に対して他の
気筒よりも多くの燃料を噴射する燃料噴射弁が取付けら
れ、しかも上流側Ｏ_２センサがこの第１気筒のガス影響
を強く受ける場合、上流側Ｏ_２センサの出力にもとづく
空燃比フィードバック制御により触媒および下流側Ｏ_２
センサへのガスはリーンとなる。この結果、下流側Ｏ_２
センサの出力がリーン信号（ローレベル）のままに保持
される。

一方、Ｏ_２センサの活性，非活性の判別を、Ｏ_２センサ
の出力が所定値以上に到達したか否かもしくは一旦上下
したか否かによって行うものがあるが、この場合、上述
のごとく、空燃比がリーンとなって下流側Ｏ_２センサの
出力がリーン信号（ローレベル）に保持された場合、非
活性リーン信号か活性リーン信号かを判別できず、つま
り、たとえ下流側Ｏ_２センサが活性化していても、下流
側Ｏ_２センサの活性を判別できない。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は、通常、上流側空燃比センサ（Ｏ_２セン
サ）および下流側空燃比センサにより空燃比フィードバ
ック制御を行うが、下流側空燃比センサの出力が活性リ
ーン信号を保持している場合にも下流側空燃比センサに
よる空燃比フィードバック制御を可能ならしめたダブル
空燃比センサ（Ｏ_２センサ）システムを提供することに
あり、その手段は第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の空燃比センサ手段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。なお、この場合、第
１，第２の空燃比センサ手段は非活性時にリーン信号を
発生するものとする。第１の空燃比制御手段は各第１，
第２の空燃比センサ出力の出力Ｖ_１，Ｖ_２に応じて機関
の空燃比を制御し、第２の空燃比制御手段は機関の空燃
比を強制的にリッチにする。活性，非活性判別手段は第
２の空燃比センサ手段の活性，非活性を第２の空燃比セ
ンサ手段の出力Ｖ_２が所定値以上になったか否かもしく
は一旦上下したか否かにより判別する。そして、空燃比
調整手段は、第１の空燃比制御手段を通常選択し、機関
の加速時において第２の空燃比センサ手段が非活性のと
きに第２の空燃比制御手段を選択することにより機関の
空燃比を調整するものである。

〔作用〕

上述の手段によれば、空燃比がリーンにあって、下流側
空燃比センサ手段の出力が活性時リーン信号か非活性時
リーン信号かが不明であるときに、強制的に空燃比を理
論空燃比よりリッチ側にしている。従って、下流側空燃
比センサ手段の出力が活性時リーン信号であった場合に
は、リッチ信号に切替わり、この結果、下流側空燃比セ
ンサ手段は活性化と判別される。他方、下流側空燃比セ
ンサ手段の出力が非活性時リーン信号であった場合に
は、リーン信号のままであり、この結果、下流側空燃比
センサ手段は依然として非活性と判別される。

特に、機関の加速時には、吸入空気量、燃料量が増えて
排気温が上がり、空燃比センサは非活性から活性になり
易いので、その時に増量を行って、上述のように活性／
非活性の判断を行うようにする。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の実施例を説明する。

第３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３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。吸気通路２のスロットル弁１６に
はその開度ＴＡに応じたアナログ電圧を発生するスロッ
トルセンサ１７が設けられている。このスロットルセン
サ１７の出力信号も制御回路１０の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，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Ｏ_２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Ｏ_２セ
ンサ１５が設けられている。Ｏ_２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、Ｏ_２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のＯ_２センサ出力処理回路111，112を
介してＡ／Ｄ変換器101に発生する。

なお、Ｏ_２センサ出力処理回路111，112は、通常、第４
図に示すような流出し型回路構成をなしており、その出
力特性は、第５図に示すように、空燃比Ａ／Ｆがリッチ
の場合には、素子温が上昇するにつれてＯ_２センサの出
力（リッチ信号）は上昇してあるハイレベルで安定し、
他方、空燃比A/Fがリーンの場合には、素子温が上昇す
るにつれてあるローレベルで安定する。

１８はアラームであって、下流側Ｏ_２センサ１５が故障
した場合に表示される。

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、CPU 103、Ｏ_２センサ出力処理回路111，112の外に、
ROM 104、RAM 105、バックアップRAM 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、CPU 103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、スロットル
弁１６の開度データＴＡ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RAM 105の所定領域に格納される。つまり、RAM 1
05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Ｎ_ｅ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RAM 105の
所定領域に格納される。

第６図は上流側Ｏ_２センサ１３の出力にもとづいて空燃
比補正係数FAF１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601では、上流側Ｏ_２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。機関始動中、始動後の燃料増量動作中、
暖機増量動作中、パワー増量動作中、リーン制御中、上
流側Ｏ_２センサ１３の非活性状態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。なお、上流側Ｏ_２センサ１３の活性／非活性
状態の判別はRAM 105より水温データTHWを読出して一旦
THW≧70℃になったか否かを判別するか、あるいは上流
側Ｏ_２センサ１３の出力レベルが一度上下したか否かを
判別することによって行われる。閉ループ条件が不成立
のときには、ステップ617に進んで空燃比補正係数FAF１
を1.0とする。他方、閉ループ条件成立の場合はステッ
プ602に進む。

このように、ステップ601は上流側Ｏ_２センサ１３の活
性，非活性判別手段である。

ステップ602では、上流側Ｏ_２センサ１３の出力Ｖ_１をA
/D変換して取込み、ステップ603にてＶ_１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。リーン（Ｖ_１≦
Ｖ_R1）であれば、ステップ604にて第１のディレイカウ
ンタCDLY１を１減算し、ステップ605，606にて第１のデ
ィレイカウンタCDLY１を最小値TDR１でガードする。な
お、最小値TDR１は上流側Ｏ_２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、、負の値で定義される。他方、リッチ（Ｖ_１＞
Ｖ_R1）であれば、ステップ607にて第１のディレイカウ
ンタCDLY１を１加算して、ステップ608，609にて第１の
ディレイカウンタCDLY１を最大値TDL１でガードする。
なお、最大値TDL１は上流側Ｏ_２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、正の値で定義される。

ここで、第１のディレイカウンタCDLY１の基準を０と
し、CDLY１＞０のときに遅延処理後の空燃比をリッチと
みなし、CDLY１≦０のときに遅延処理後の空燃比をリー
ンとみなすものとする。

ステップ610では、第１のディレイカウンタCDLY１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611にて、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612にてFAF１←FA
F１＋RS１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613にてFAF１←FAF
１−RS１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610にて第１のディレイカウンタCDLY１の符号
が反転していなければ、ステップ614，615，616にて積
分処理を行う。つまり、ステップ614にて、CDLY１≦０
か否かを判別し、CDLY１≦０（リーン）であればステッ
プ615にてFAF１←FAF１＋KI１とし、他方、CDLY１＞０
（リッチ）であればステップ616にてFAF１←FAF１−KI
１とする。ここで、積分定数KI１はスキップ定数RS１に
比して十分小さく設定してあり、つまり、KI１＜RS１で
ある。従って、ステップ615はリーン状態（CDLY１≦
０）で燃料噴射量を徐々に増大させ、ステップ616はリ
ッチ状態（CDLY１＞０）で燃料噴射量を徐々に減少させ
る。

ステップ612，613，615，616にて演算された空燃比補正
係数FAF１は最小値たとえば0.8および最大値たとえば1.
2にてガードするものとし、これにより、何らかの原因
で空燃比補正係数FAF１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FAF１をRAM105に格納して、ス
テップ618にてこのルーチンは終了する。

第７図は第６図のフローチヤ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Ｏ_２センサ１３の出力
により第７図(A)に示すごとくリッチ，リーン判別の空
燃比信号A/F1が得られると、第１のディレイカウンタCD
LY１は、第７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７図(C)に示すごとく、遅延処理された空燃
比信号A/F1′が形成される。たとえば、時刻ｔ_１にて空
燃比信号A/F1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/F1′はリッチ遅延時間（−TDR
１）だけリーンに保持された後に時刻ｔ_２にてリッチに
変化する。時刻ｔ_３にて空燃比信号A/F1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/F1′は
リーン遅延時間TDL１相当だけリッチに保持された後に
時刻ｔ_４にてリーンに変化する。しかし、空燃比信号A/
F1が時刻ｔ_５，ｔ_６，ｔ_７のごとくリッチ遅延時間（−
TDR１）より短い期間で反転すると、第１のディレイカ
ウンタCDLY１が基準値０を交差するのに時間を要し、こ
の結果、時刻ｔ_８にて遅延処理後の空燃比信号A/F1′が
反転される。つまり、遅延処理後の空燃比信号A/F1′は
遅延処理前の空燃比信号A/F1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/F1′にもとづ
いて第７図(D)に示す空燃比補正係数 FAF１が得られ
る。

次に、下流側Ｏ_２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２の空燃比補正係数 FAF２を導
入するシステムと、第１の空燃比フィードバック制御定
数としての遅延時間TDR１，TDL１、スキップ量RS１（こ
の場合、リーンからリッチへのリッチスキップ量RS１R
およびリッチからリーンへのリーンスキップ量RS1Lを別
々に設定する）、積分定数KI１（この場合も、リッチ積
分定数KI１Rおよびリーン積分定数KI１L を別々に設定
する）、もしくは上流側Ｏ_２センサ１３の出力Ｖ_１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、リッチ遅延時間（−TDR１）＞リーン遅延時
間（TDL１）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（TDL１）＜リッチ遅延
時間（−TDR１）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Ｏ_２センサ１５の出力に
応じて遅延時間TDR1,TDL１を補正することにより空燃比
が制御できる。また、リッチスキップ量RS1R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RS1Lを小さくしても制御空燃比をリッチ側に
移行でき、他方、リーンチスキップ量RS1L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RS1R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Ｏ_２センサ１５の出力に応じ
てリッチスキップ量RS1Rおよびリーンスキップ量RS1Lを
補正することにより空燃比が制御できる。さらにまた、
リッチ積分定数KI1Rを大きくすると、制御空燃比をリッ
チ側に移行でき、リーン積分定数KI1L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
KI1L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KI1R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Ｏ_２センサ
１５の出力に応じてリッチ積分定数KI1Rおよびリーン積
分定数KI1L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
Ｏ_２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。

第８図〜第１０図を参照して第２の空燃比補正係数FAF
２を導入したダブルＯ_２センサシステムについて説明す
る。

第８図は下流側Ｏ_２センサ１５の出力にもとづいて第２
の空燃比補正係数FAF２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１ｓ
毎に実行される。ステップ801では、下流側Ｏ_２センサ
１５による閉ループ条件か否かを判別する。このステッ
プは第６図のステップ601とほぼ同一である。従って、
ステップ801は下流側Ｏ_２センサ１５の活性，非活性判
別手段である。閉ループ条件でなければステップ817に
進んでFAF２＝1.0とし、閉ループ条件のときにステップ
802へ進む。

ステップ802では、下流側Ｏ_２センサ１５の出力Ｖ_２を
Ａ／Ｄ変換して取込み、ステップ803にてＶ_２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Ｏ_２センサ１３の出力の比較電圧
Ｖ_R1より高く設定される。リーン（Ｖ_２≦Ｖ_R2）であれ
ば、ステップ804にて第２のディレイカウンタCDLY２を
１減算し、ステップ805，806にて第２のディレイカウン
タCDLY２を最小値TDR２でガードする。なお、最小値TDR
２はリーンからリッチへの変化があってもリーン状態を
保持するためのリッチ遅延時間であって、負の値で定義
される。他方、リッチ（Ｖ_２＞Ｖ_R2）であれば、ステッ
プ807にて第２のディレイカウンタCDLY２を１加算し
て、ステップ808，809にて第２のディレイカウンタCDLY
２を最大値TDL２でガードする。なお、最大値TDL２はリ
ッチからリーンへの変化があってもリッチ状態を保持す
るためのリーン遅延時間であって、正の値で定義され
る。

ここでも、第２のディレイカウンタCDLY２の基準を０と
し、CDLY２＞０のときに遅延処理後の空燃比をリッチと
みなし、CDLY２≦０のときに遅延処理後の空燃比をリー
ンとみなすものとする。

ステップ810では、第２のディレイカウンタCDLY２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811にて、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812にてFAF２←FA
F2＋RS２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813にてFAF２←FAF２
−RS２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810にて第２のディレイカウンタCDLY２の符号
が反転していなければ、ステップ814,815,816にて積分
処理を行う。つまり、ステップ814 にて、CDLY２＜０か
否かを判別し、CDLY２＜０（リーン）であればステップ
815にてFAF２←FAF２＋KI２とし、他方、CDLY２＞０
（リッチ）であればステップ816にてFAF２←FAF２−KI
２とする。ここで、積分定数KI２はスキップ定数RS２に
比して十分小さく設定してあり、つまり、KI２＜RS２で
ある。従って、ステップ815はリーン状態（CDLY２≦
０）で燃料噴射量を徐々に増大させ、ステップ816はリ
ッチ状態（CDLY２＞０）で燃料噴射量を徐々に減少させ
る。

ステップ812,813,815,816にて演算された空燃比補正係
数FAF２は最小値たとえば0.8および最大値たとえば1.2
にてガードするものとし、これにより、何らかの原因で
空燃比補正係数FAF２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FAF２をRAM105に格納して、ス
テップ818にてこのルーチンは終了する。

このように、第２の空燃比補正係数FAF２は遅延処理さ
れた下流側Ｏ_２センサ１５の出力にもとづいて演算され
る。

上述のごとく、空燃比フィードバック中に演算されたFA
F１，FAF２は一旦他の値FAF１′，FAF２′に変換してバ
ックアップラム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の向上に役立つものであ
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により吸入空気量データＱおよび回転速度データ
Ｎ_ｅを読出して基本噴射量TAUPを演算する。たとえばTA
UP←ＫＱ／Ｎ_ｅ（Ｋは定数）とする。ステップ902にてR
AM105 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903では、最終噴射量TAUを、 TAU←TAUP・FAF１・FAF２・(FWL＋α）＋βにより演算
する。なお、α，β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
RAM105に格納されている。

ステップ904〜911は下流側Ｏ_２センサ１５の活性，非活
性の判別を行うものである。ステップ904では、第６図
のステップ601と同様に、上流側Ｏ_２センサ１３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し、
ステップ905では、水温データTHW≧70℃の状態が60ｓ以
上持続したか否か判別する。つまり、ステップ904，905
は下流側Ｏ_２センサ１５の活性化条件が満足されたか否
かを判別している。これらの条件が満足されたときの
み、下流側Ｏ_２センサ１５の活性，非活性を判別するた
めのステップ906が実行される。

ステップ906では、下流側Ｏ_２センサ１５が活性化した
か否かを判別する。たとえば、Ｖ_２＞0.45Ｖが少なくと
も１回満足されたかもしくは、Ｖ_２が一旦上下したか否
かにより活性化を判別する。下流側Ｏ_２センサ１５が依
然として非活性と判別されたときには、ステップ907に
進む。

ステップ907では、スロットル開度データＴＡの変化Δ
ＴＡが所定値たとえば２°／16ms以上か否かを判別す
る。つまり、加速状態か否かを判別する。加速状態のと
きには、ステップ908〜910にて下流側Ｏ_２センサ１５の
活性確認のために燃料噴射量TAUを１０％増量させる。
この増量操作は５回まで行うが、それ以前にステップ90
6にて下流側Ｏ_２センサ１５が活性化と判別されれば、
この増量は中止される。他方、この増量操作を５回行っ
ても、ステップ906にて活性化と判別されなければ、下
流側Ｏ_２センサ１５の故障とみなし、ステップ911にて
アラーム表示を行う。

なお、上流側Ｏ_２センサ１３および下流側Ｏ_２センサ１
５による空燃比フィードバック制御を第１の空燃比制御
とすれば、ステップ910における燃料増量は第２の空燃
比制御と言える。

次いで、ステップ912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913にてこ
のルーチンは終了する。なお、上述のごとく、噴射量TA
U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６図および第８図のフローチヤートによっ
て得られる第１，第２の空燃比補正係数FAF１，FAF２を
説明するためのタイミング図である。上流側Ｏ_２センサ
１３の出力電圧Ｖ_１が第１０図(A)に示すごとく変化す
ると、第６図のステップ603での比較結果は第１０図(B)
のごとくなる。第１０図(B)の比較結果は遅延処理され
ると、第１０図(C)のごとくなる。この結果、第１０図
(D)に示すように、遅延されたリッチとリーン側との切
換え時点でFAF１はRS１だけスキップする。他方、下流
側Ｏ_２センサ１５の出力電圧Ｖ_２が第１０図(E)に示す
ごとく変化すると、第８図のステップ803での比較結果
は、第１０図(F)のごとくなり、さらに、遅延処理され
ると、第１０図(G)のごとくなる。第２の空燃比補正係
数第１０図(G)の遅延された比較結果にもとづいて演算
されると第１０図(H)のごとくなる。

次に、第１１図および第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遅延時間を可変にしたダブル
Ｏ_２センサシステムについて説明する。

第１１図は下流側Ｏ_２センサ１５の出力にもとづいて遅
延時間TDR１，TDL１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１ｓ毎に
実行される。ステップ1101では、第８図のステップ801
と同様に、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。

閉ループ条件不成立であれば、ステップ1123，1124に進
んでリッチ遅延時間TDR１、リーン遅延時間TDL１を一定
値にする。たとえば、 TDR１←−12（48ms相当） TDL１←６（24ms相当）とする。ここで、リッチ遅延時間（−TDR１）をリーン
遅延時間TDL１より大きく設定しているのは、比較電圧
Ｖ_R1は低い値たとえば0.45Ｖとしてリーン側に設定され
ているからである。

閉ループ条件成立であれば、ステップ1102に進む。

ステップ1102〜1109は第８図のステップ802〜809に対応
している。つまり、リッチ，リーン判別はステップ1103
にて行っているが、この判別結果はステップ1104〜1109
にて遅延処理される。そして、遅延処理されたリッチ，
リーン判別はステップ1110にて行われる。

ステップ1110にて第２のディレイカウンタCDLY２がCDLY
２≦０か否かが判別され、この結果、CDLY２≦０であれ
ば空燃比はリーンと判別されてステップ1111〜1116に進
み、他方、CDLY２＞０であれば空燃比はリッチと判別さ
れてステップ1117〜1122に進む。

ステップ1111では、TDR１←TDR１−１とし、つまり、リ
ッチ遅延時間（−TDR１）を増大させ、リッチからリー
ンへの変化をさらに遅延させて空燃比をリッチ側に移行
させる。ステップ1112，1113では、TDR１を最小値Ｔ_R1
にてガードする。ここでは、Ｔ_R1も負の値であり、従っ
て、（−Ｔ_R1）は最大リッチ遅延時間を意味する。さら
に、ステップ1114にてTDL１←TDL１−１とし、つまり、
リーン遅延時間TDL１を減少させ、リーンからリッチへ
の変化の遅延を小さくして空燃比をリッチ側に移行させ
る。ステップ1115，1115では、TDL１を最小値Ｔ_L1にて
ガードする。ここでは、Ｔ_L1は正の値であり、従って、
Ｔ_L1は最小リーン遅延時間を意味する。

ステップ1117では、TDR１←TDR１＋１とし、つまり、遅
延時間（−TDR１）を減少させ、リッチからリーンへの
変化の遅延を小さくして空燃比をリーン側に移行させ
る。ステップ1118〜1119ではTDR１を最大値Ｔ_R2にてガ
ードする。ここではＴ_R2も負の値であり、従って、（−
Ｔ_R2）は最小リッチ遅延時間を意味する。さらに、ステ
ップ1120にてTDL１←TDL１＋１とし、つまり、リーン遅
延時間TDL１を増加させ、リーンからリッチへの変化を
さらに遅延させて空燃比をリーン側に移行させる。ステ
ップ1121，1122では、TDL１を最大値Ｔ_L1にてガードす
る。ここでは、Ｔ_L1は正の値であり、従って、Ｔ_L2は最
大リーン遅延時間を意味する。

上述のごとく演算されたTDR１，TDL１はRAM105に格納さ
れた後に、ステップ1125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FAF１，TDR
１，TDL１は一旦他の値FAF１′，TDR１′，TDL１′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役立つもので
ある。

第１２図は噴射量演算ルーチンであって、上記第９図と
ほぼ同一である。すなわち、ステップ903′が第９図の
ステップ903と異なり、最終噴射量TAU を、TAU←TAUP・
FAF1・(FWL＋α）＋βにより演算している。

第１３図は第６図、第１１図のフローチャートによって
得られる遅延時間TDR１，TDL１のタイミング図である。
第１３図(A)に示すごとく、下流側Ｏ_２センサ１５の出
力電圧Ｖ_２が変化すると、第１３図(B)に示すごとく、
リーン状態（Ｖ_２≦Ｖ_R2）であれば遅延時間TDR１，TDL
１は共に増大され。他方、リッチ状態であれば遅延時間
TDR１，TDL１は共に減少される。このとき、TDR１はＴ
_R1〜Ｔ_R2の範囲で変化し、TDL１はＴ_L1〜Ｔ_L2の範囲で
変化する。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１ｓ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Ｏ_２センサによる制御を主にして行い、応答性の悪い
下流側Ｏ_２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Ｏ_２センサによる空燃比フィードバック制
御に関与する他の定数、たとえばスキップ量、積分定
数、上流側Ｏ_２センサの比較電圧（参照：特開昭55−37
562号公報）等を下流側Ｏ_２センサの出力により補正す
るダブルＯ_２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、キャプレ
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(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Ｏ_２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、流出し型式処理の
下流側空燃比センサの出力がリーン信号のときには、強
制的に空燃比をリッチにして活性，非活性の判別を行っ
ているので、活性，非活性の判別時期が早くなり、下流
側空燃比センサが活性化していれば、該センサによる空
燃比フィードバック制御の開始を早くできる。しかも、
機関の加速時にその判別を行うようにしたので、空燃比
センサは特に非活性から活性になり易く、その判断がよ
り有効なものとなる。

さらに、空燃比センサの抵抗値を読取って活性，非活性
判別を行うものに対し、特別のハード構成が不要であ
り、また、水温のみで活性，非活性を行うものに対し、
誤判定が少ないという効果も奏する。

【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Ｏ_２センサシステムおよびダブルＯ_２
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４図は第３図のＯ_２センサ出力処理回路の回路図、第５図は第３図のＯ_２センサ出力処理回路の出力特性
図、第６図，第８図，第９図，第１１図，第１２図は第３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７図は第６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１０図は第６図および第８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図は第６図および第１１図のフローチャートの補
足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（第１の）Ｏ_２センサ、１５…下流側（第２の）Ｏ_２センサ、１７…スロットルセンサ、１８…アラーム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者勝野歳康愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特開昭58−72647（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−135924（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−97030（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−161935（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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および下流にそれぞれ
設けられ、非活性時にリーン信号を発生し、かつ、活性
時に排気ガス中の特定成分濃度を検出する第１および第
２の空燃比センサ手段と、前記第１および第２の空燃比センサ手段の出力に応じて
前記機関の空燃比を制御する第１の空燃比制御手段と、前記機関の空燃比を強制的にリッチにする第２の空燃比
制御手段と、前記第２の空燃比センサ手段の活性／非活性を前記第２
の空燃比センサの出力が少なくとも１回は所定値以上に
なったか否かを判別する活性／非活性判別手段と、前記第１の空燃比制御手段を通常選択し、前記機関の加
速時において前記第２の空燃比センサ手段が非活性のと
きに前記第２の空燃比制御手段を選択することにより前
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。