JPH066920B2

JPH066920B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH066920B2
Application number: JP16852785A
Authority: JP
Inventors: 歳康勝野; 孝年増井; 靖佐藤; 俊成永井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-08-01
Filing date: 1985-08-01
Publication date: 1994-01-26
Anticipated expiration: 2009-01-26
Also published as: JPS6229742A

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、機関の吸入空気量（もしくは吸入空気圧）およ
び回転速度に応じて燃料噴射弁の基本噴射量を演算し、
機関の排気ガス中の特定成分たとえば酸素成分の濃度を
検出するＯ_２センサの検出信号にもとづいて演算された
空燃比補正係数 FAFに応じて前記基本噴射量を補正し、
この補正された噴射量に応じて実際に供給される燃料量
を制御する。この制御を繰返して最終的に機関の空燃比
を所定範囲内に収束させる。このような空燃比フィード
バック制御により、空燃比を理論空燃比近傍の非常に狭
い範囲内に制御できるので、排気系に設けられた三元触
媒コンバータ、すなわち、排気ガス中に含まれるCO，H
C，NO_ｘの３つの有害成分を同時に浄化する触媒コンバ
ータの浄化能力を高く保持できる。

上述の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、酸素濃度を検出する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
づ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。

一般に、酸素濃淡電池型Ｏ_２センサの温度特性は、第３
Ａ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。なお、第３Ａ図は、Ｏ_２セ
ンサ信号処理回路として流出し形式を用いている場合を
示しており、Ｏ_２センサ出力処理回路として流込み形式
を用いていると、第３Ｂ図のごとくなり、非活性状態に
あっては、リッチ、リーン信号は共にハイレベルとな
る。いずれにしても、Ｏ_２センサは素子温に応じて非活
性状態、活性状態となり、使用可能領域は限定される。
通常、400〜700℃の範囲が適当とされている。この活性
状態にあっては、一定の比較電圧ＶＲ例えば約0.45Ｖに
よりＯ_２センサの出力電圧を比較することによりリッ
チ、リーンの判別が可能となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述の下流側Ｏ_２センサは、上流側Ｏ_２
センサに比較して、飛石、水、泥等による機械的損傷を
被る可能性が大きく、この機械的損傷の結果、流出し形
式の信号処理回路を用いると、下流側Ｏ_２センサの出力
がリーン側に傾くことがあり、従って、空燃比がオーバ
リッチに制御されて、燃費の悪化、排気エミッションの
悪化、等を招き、他方、流込み形式の信号処理回路を用
いると、下流側Ｏ_２センサの出力がリッチ側に傾くこと
があり、従って、空燃比がオーバリーンに制御されて、
運転性の悪化、排気エミッションの悪化、等を招くとい
う問題点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は、下流側空燃比センサ（Ｏ_２センサ）の
出力劣化あるいは機械的損傷の検出を可能にしたダブル
空燃比センサシステムを提供することにあり、その手段
は第１Ａ図〜第１Ｄ図に示される。

第１Ａ図、第１Ｂ図は流出し型信号処理回路を用いたダ
ブル空燃比センサシステムを示す。第１Ａ図において、
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、下流には、それぞれ、排気ガス中
の特定成分濃度を検出するための第１、第２の空燃比セ
ンサが設けられる。第１、第２の流出し型信号処理回路
は各第１、第２の空燃比センサの出力を処理する。そし
て、空燃比調整手段は各第１、第２の流出し型信号処理
回路の出力Ｖ_１，Ｖ_２に応じて機関の空燃比を調整す
る。活性時リッチ信号判別手段は第１の流出し型信号処
理回路の出力Ｖ_１が活性時リッチ信号か否かを判別す
る。この結果、第１の流出し型信号処理回路の出力Ｖ_１
が活性時リッチ信号と判別されたときには、リーン信号
判別手段が第２の流出し型信号処理回路の出力Ｖ_２がリ
ーン信号か否かを判別する。リーン信号頻度判別手段は
第２の流出し型信号処理回路の出力Ｖ_２がリーン信号で
ある頻度が所定値以上か否かを判別する。この結果、リ
ーン信号の頻度が所定値以上のときに、停止手段が空燃
比調整手段における第２の流出し型信号処理回路の出力
Ｖ_２に応じた空燃比調整を停止するものである。

第１Ｂ図においては、第１Ａ図に対して、第２の活性時
リッチ信号判別手段および解除手段が付加されている。
つまり、第２の活性時リッチ信号判別手段は、第２の流
出し型信号処理回路の出力Ｖ_２が活性時リッチ信号か否
かを判別し、この結果、第２の流出し型信号処理回路の
出力Ｖ_２が活性時リッチ信号のときに、解除手段は停止
手段を解除するものである。

第１Ｃ図、第１Ｄ図は流込み型信号処理回路を用いたダ
ブル空燃比センサシステムを示す。なお、第１Ｃ図、第
１Ｄ図には、第１Ａ図、第１Ｂ図と同様に、第１、第２
の空燃比センサが設けられている。

第１Ｃ図において、第１、第２の流込み型信号処理回路
は各第１、第２の空燃比センサの出力を処理する。そし
て、空燃比調整手段は各第１、第２の流込み型信号処理
回路の出力Ｖ_１，Ｖ_２に応じて機関の空燃比を調整す
る。活性時リーン信号判別手段は第１の流込み型信号処
理回路の出力Ｖ_１が活性時リーン信号か否かを判別す
る。この結果、第１の流込み型信号処理回路の出力Ｖ_１
が活性時リーン信号と判別されたときには、リッチ信号
判別手段が第２の流込み型信号処理回路の出力Ｖ_２がリ
ッチ信号か否かを判別する。リッチ信号頻度判別手段は
第２の流込み型信号処理回路の出力Ｖ_２がリッチ信号で
ある頻度が所定値以上か否かを判別する。この結果、リ
ッチ信号の頻度が所定値以上のときに、停止手段が空燃
比調整手段における第２の流込み型信号処理回路の出力
Ｖ_２に応じた空燃比調整を停止するものである。

第１Ｄ図においては、第１Ｃ図に対して、第２の活性時
リーン信号判別手段および解除手段が付加されている。
つまり、第２の活性時リーン信号判別手段は、第２の流
込み型信号処理回路の出力Ｖ_２が活性時リーン信号か否
かを判別し、この結果、第２の流込み型信号処理回路の
出力Ｖ_２が活性時リーン信号のときに、解除手段は停止
手段を解除するものである。

〔作用〕

上述の手段によれば、たとえば、流出し形式の信号処理
回路を用いた場合、上流側空燃比センサの出力にもとづ
く第１の流出し型信号処理回路の出力Ｖ_１がハイレベル
（つまり、活性時リッチ信号）のときに、下流側空燃比
センサが活性であれば、第２の流出し型信号処理回路の
出力Ｖ_２もハイレベル（つまり、活性時リッチ信号）に
なることが予想されることを利用して下流側空燃比セン
サの活性が判別される。この結果、下流側空燃比センサ
が非活性（故障）と判別されたときには、下流側空燃比
センサの出力にもとづく空燃比調整すなわち空燃比フィ
ードバック制御は停止される。他方、水により下流側空
燃比センサが非活性状態となった場合には、この水が乾
燥されれば下流側空燃比センサは活性状態（非故障状
態）に復帰する。このため、第２の流出し型信号処理回
路の出力Ｖ_２がハイレベル（つまり、活性時リッチ信
号）になったか否かを判別することにより、下流側空燃
比センサにもとづく空燃比調整の停止は解除される。

同様に、流込み形式の信号処理回路を用いた場合、上流
側空燃比センサの出力にもとづく第１の流込み型信号処
理回路の出力Ｖ_１がローレベル（つまり、活性時リーン
信号）のときに、下流側空燃比センサが活性であれば、
第２の流込み型信号処理回路の出力Ｖ_２もローレベル
（つまり、活性時リーン信号）になることが予想される
ことを利用して下流側空燃比センサの活性が判別され
る。この結果、下流側空燃比センサが非活性（故障）と
判別されたときには、下流側空燃比センサの出力にもと
づく空燃比調整すなわち空燃比フィードバック制御は停
止される。他方、第２の流出し型信号処理回路の出力Ｖ
_２がローレベル（つまり、活性時リーン信号）になった
か否かを判別することにより、下流側空燃比センサにも
とづく空燃比調整の停止は解除される。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の実施例を説明する。

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CPU 103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の信号処理回路111、112を介してＡ／Ｄ変換器1
01に発生する。

信号処理回路111(112)には、上述のごとく、大きく分け
て流出し形成と流込み形式とがある。流出し形成のもの
は、第５Ａ図に示すごとく、接地された抵抗Ｒ_１および
バッファＯＰを備えており、従って、Ｏ_２センサ13(15)
が非活性状態であれば、その出力電圧はなくなり、この
結果、抵抗Ｒ_１に流れるシンク電流によって、リッチ、
リーン状態に関係なく、信号処理回路111(112)の入力は
ローレベルとり、従って、出力Ｖ_１（Ｖ_２）はローレ
ベルとなる。つまり、第３Ａ図に示すごとく、ハイレベ
ル信号（活性時リッチ信号）の存在を確認できれば、該
当Ｏ_２センサの活性状態が判別できる。

他方、流込み形式のものは、第５Ｂ図に示すごとく、電
源Ｖ_ccに接続された抵抗Ｒ_２およびバッファＯＰを備え
ており、従って、Ｏ_２センサ１３(15)が非活性状態であ
れば、その出力電圧はなくなり、この結果、電源Ｖ_ccか
ら抵抗Ｒ_２に流れるソース電流によって、活性、非活性
状態に関係なく、信号処理回路111(112)の入力はハイレ
ベルとなり、従って、出力Ｖ_１（Ｖ_２）はハイレベルと
なる。つまり、第３Ｂ図に示すごとく、ローレベル信号
（活性時リーン信号）の存在を確認できれば、該当Ｏ_２
センサの活性状態が判別できる。

なお、以下の説明では、信号処理回路111(112)として流
出し形式のものを用いる。

１６はアラームであって、本発明によって下流側Ｏ_２セ
ンサ１５が非活性（故障）と判別されたときに表示され
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
102,CPU 103、信号処理回路111,112の外に、ROM 104,RA
M 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 105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RAM 105の所定領域に格納される。

以下、第４図の制御回路の動作を説明する。

第６図は下流側Ｏ_２センサ１５の故障を判別するルーチ
ンであって、所定時間たとえば４ｍｓ毎に実行される。
なお、フラグＦＳＦ、カウンタＴ，Ｋ，Ｌ，Ｍは図示し
ないイニシャルルーチンでクリアされている。

ステップ601では、下流側Ｏ_２センサ１５が現在故障中
か否かをフラグＦＳＦによって判別する。なお、ＦＳＦ
＝“０”は下流側Ｏ_２センサ１５が故障なしを示し、Ｆ
ＳＦ＝“１”は下流側Ｏ_２センサ１５が故障中であるこ
とを示す。

ステップ602〜615は下流側Ｏ_２センサ１５の故障を検出
するためのものであって、故障が検出されたときにはフ
ラグＦＳＦをセットする。他方、ステップ616〜625は下
流側Ｏ_２センサ１５の故障の回復を検出するためのもの
であって、故障が検出されたときには、フラグＦＳＦを
リセットする。

ステップ602〜615について説明する。ステップ602で
は、カウンタＴが所定値Ｔ_０未満か否かを判別する。こ
の結果、Ｔ＜Ｔ_０のときには、ステップ603にてカウン
タＴをカウントアップし、ステップ604にて上流側Ｏ_２
センサ１３の出力Ｖ_１（正確には、信号処理回路111の
出力であるが、以後は上流側Ｏ_２センサ１３の出力とす
る）をＡ／Ｄ変換して取込み、ステップ605にてその平
均値（なまし値）を、により演算する。次いで、ステップ606にて下流側Ｏ_２
センサ１５の出力Ｖ_２（正確には、信号処理回路112の
出力であるが、以後は下流側Ｏ_２センサ１５の出力とす
る）をＡ／Ｄ変換して取込み、ステップ607 にてその平
均値（なまし値）_２を、により演算する。そして、ステップ626に進む。

ステップ603〜607のルーチンが繰返されてカウンタＴが
Ｔ_０に到達すると、ステップ602でのフローはステップ6
08に流れる。この結果、ステップ608にてカウンタＴは
クリアされ、ステップ609にて、 _１＞₁₀ か否かが判別される。ここで、₁₀はたとえば0.45Ｖで
ある。つまり、ステップ609は上流側Ｏ_２センサ１３の
出力Ｖ_１が活性時リッチ信号か否かを判別している。
_１＞₁₀のときのステップ610に進む。

ステップ610では、 _２＜₂₀ か否かが判別される。ここで、₂₀はたとえば0.3Ｖで
ある。つまり、ステップ610は下流側Ｏ_２センサ１５の
出力Ｖ_２がリーン信号か否かを判別している。_１＜
₂₀のときのみ、ステップ611に進み、カウンタＫをカウ
ントアップする。なお、カウンタＫは下流側Ｏ_２センサ
１５の出力Ｖ_２がリーン信号である頻度を示す。

ステップ612にてＫ＞Ｋ_０か否かを判別し、Ｋ＞Ｋ_０の
ときに、下流側Ｏ_２センサ１５が故障とみなしステップ
613にてフラグＦＳＦをセットし（ＦＳＦ＝“１”）、
ステップ614にてカウンタＫをクリアし、次いでステッ
プ615にてアラーム１６を表示し、ステップ626に進む。

このようにして、フラグＦＳＦがセトされると、ステッ
プ601でのフローはステップ616に進み、ステップ616〜6
25が実行されることになる。

ステップ616では、カウンタＬが所定値Ｌ_０未満か否か
を判別する。この結果、Ｌ＜Ｌ_０のときには、ステップ
617にてカウンタＬをカウントアップし、ステップ618に
て下流側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619 にてその平均値（なまし値）_２をにより演算する。ステップ615にてアラーム１６の表示
う継続し、ステップ626に進む。

ステップ617〜619,615のルーチンが繰返されてカウンタ
ＬがＬ_０に到達すると、ステップ616でのフローはステ
ップ620に流れる。この結果、ステップ620にてカウンタ
Ｌはクリアされ、ステップ621にて、 _２＞₂₀ か否かが判別される。つまり、ステップ621 はステップ
610 と反対であって、下流側Ｏ_２センサ１５の出力Ｖ_２
が活性時リッチ信号か否かを判別している。_２＞₂₀
のときのみステップ622 に進み、カウンタＭをカウント
アップする。なお、カウンタＭは下流側Ｏ_２センサ１５
の出力Ｖ_２が活性時リッチ信号である頻度を示す。

ステップ623 にてＭ＞Ｍ_０か否かを判別し、Ｍ＞Ｍ_０の
ときに、下流側Ｏ_２センサ１５の故障が回復したとみな
しステップ624にてフラグＦＳＦをリセットし（ＦＳＦ
＝“０”）、ステップ625にてカウンタＭをクリアし、
ステップ626に進む。

このようにして、フラグＦＳＦがリセットされると、ス
テップ601でのフローはステップ602に進み、ステップ60
2〜615が再び実行されることになる。

以上のごとくして、上流側Ｏ_２センサ１３の出力Ｖ_１の
平均値が活性時リッチ信号であるときに、下流側Ｏ_２セ
ンサ１５の出力Ｖ_２の平均値がリーン信号である頻度Ｋ
を計数し、この頻度Ｋが所定値Ｋ_０を超えたときに下流
側Ｏ_２センサ１５が故障したとみなし、さらに、故障し
た場合には、下流側Ｏ_２センサ１５の出力Ｖ_２の平均値
が活性時リッチ信号である頻度Ｍを計数し、この頻度Ｍ
が所定値Ｍ_０を超えたときに下流側Ｏ_２センサ１５の故
障が回復したとみなしている。

なお、信号処理回路111(112)として流込み形式のものを
用いた場合には、ステップ609は _１＜₁₀ とし、ステップ610は _２＞₂₀ とし、ステップ621は _２≦₂₀ とすればよい。こお場合には、上流側Ｏ_２センサ１３の
出力Ｖ_１の平均値が活性時リーン信号であるときに、下
流側Ｏ_２センサ１５の出力Ｖ_２の平均値がリッチ信号で
ある頻度Ｋを計数し、この頻度Ｋが所定値Ｋ_０を超えた
ときに下流側Ｏ_２センサ１５が故障したとみなし、さら
に、故障した場合には、下流側Ｏ_２センサ１５の出力Ｖ
_２の平均値が活性時リーン信号である頻度Ｍを計数し、
この頻度Ｍが所定値Ｍ_０を超えたときに下流側Ｏ_２セン
サ１５の故障が回復したとみなすことになる。

第７Ａ図は第６図のステップ604,605の変更例であり、
第７Ｂ図は第６図のステップ609の変更例である。すな
わち、ステップ701では、Ｖ_１＜Ｖ₁₀ ただし、Ｖ₁₀は前回実行時の上流側Ｏ_２センサ１３の出
力である。Ｖ_１＜Ｖ₁₀（負の傾き）であれば、ステップ
702にて傾きフラグＦ＝“１”（正の傾き）か否かを判
別する。Ｆ＝“１”であれば、電圧Ｖ_１が正の傾きから
負の傾きに変化したことを意味する。つまり、電圧Ｖ_１
の極大値が検出されたことを意味する。従って、この場
合、ステップ703にて、電圧Ｖ_１の極大値の平均値_ｒ
（なまし値）を、により更新する。ステップ704では傾きフラグＦをリセ
ットし、ステップ706にてＶ₁₀←Ｖ_１として次回の実行
に備える。他方、ステップ702にて傾きフラグＦ＝
“０”であれば、電圧Ｖ_１は負の傾きを保持しているの
でステップ706に直接進む。また、ステップ701にてＶ_１
≧Ｖ₁₀（正の傾き）であればステップ705にて傾きフラ
グＦをセットしてステップ706に進む。

他方、第７Ｂ図のステップ707では_ｒ＞Ｖ_r0 ただし、Ｖ_r0は所定値であってたとえば0.7Vか否かが判
別される。

以上のごとくして、第７Ａ図、第７Ｂ図を用いると、上
流側Ｏ_２センサ１３の出力Ｖ_１の極大値の平均値が所定
値以上であるときに、下流側Ｏ_２センサ１５の出力Ｖ_２
の平均値がリーン信号である頻度Ｋを計数し、この頻度
Ｋが所定値Ｋ_０を超えたときに下流側Ｏ_２センサ１５が
故障したとみなし、さらに、故障した場合には、下流側
Ｏ_２センサ１５の出力Ｖ_２の平均値が活性時リッチ信号
である頻度Ｍを計数し、この頻度Ｍが所定値Ｍ_０を超え
たときに下流側Ｏ_２センサ１５の故障が回復したとみな
すことになる。

なお、信号処理回路111(112)として流込み形式のものを
用いた場合には、ステップ701はＶ_１＞Ｖ₁₀ とし、ステップ707は_ｒ＜Ｖ_ro′ ただし、Ｖ_ro′はたとえば0.3Ｖである、とすればよ
い。この場合には、_ｒは電圧Ｖ_１の極小値の平均値で
ある。従って、上流側Ｏ_２センサ１３の出力Ｖ_１の極小
値の平均値が所定値以下であるときに、下流側Ｏ_２セン
サ１５の出力Ｖ_２の平均値がリッチ信号である頻度Ｋを
計数し、この頻度Ｋが所定値Ｋ_０を超えたときに下流側
Ｏ_２センサ１５が故障したとみなし、さらに、故障した
場合には、下流側Ｏ_２センサ１５の出力Ｖ_２の平均値が
活性時リーン信号である頻度Ｍを計数し、この頻度Ｍが
所定値Ｍ_０を超えたときに下流側Ｏ_２センサ１５の故障
が回復したとみなすことになる。

第８Ａ図は第６図のステップ604,605の他の変更例であ
り、第８Ｂ図は第６図のステップ609の他の変更例であ
り、第９図は第８Ａ図を補足説明するタイミング図であ
る。ここで、第９図に示すように、リッチカウンタＣＲ
はリッチ状態（Ｖ_１＞Ｖ_R1：Ｖ_R1は比較電圧たとえば0.
45Ｖ）の持続時間を計測するものであり、リーンカウン
タＣＬはリーン状態（Ｖ_１≦Ｖ_R1）の持続時間を計測す
るものである。すなわち、ステップ801では、Ｖ_１≦Ｖ
_R1か否かを判別し、Ｖ_１＞Ｖ_R1（リッチ）であればステ
ップ802にてリーンカウンタＣＬ＝０か否かを判別する
ことによりリーンからリッチへの変化点か否かを判別す
る。リーンからリッチへの変化点であれば（ＣＬ≠
０）、ステップ803にてリーン持続時間ＣＬＥをＣＬと
し、ステップ804にてカウンタＣＬをクリアする。次い
で、ステップ805にてリッチカウンタＣＲをカウントア
ップする。他方、ステップ802にてリーンからリッチへ
の変化点でなければ（ＣＬ＝０）、ステップ805に直接
進んでリッチカウンタＣＲをカウントアップする。

他方、ステップ801にてＶ_１≦Ｖ_R1（リーン）であれば
ステップ806にてリッチカウンタＣＲ＝０か否かを判別
することによりリッチからリーンへの変化点か否かを判
別する。リッチからリーンへの変化点であれば（ＣＲ≠
０）、ステップ807にてリッチ持続時間ＣＲＥをＣＲと
し、ステップ808にてカウンタＣＲをクリアする。次い
で、ステップ809にてリーンカウンタＣＬをカウントア
ップする。他方、ステップ806にてリッチからリーンへ
の変化点でなければ（ＣＲ＝０）、ステップ809に直接
進んでリーンカウンタＣＬをカウントアップする。

このようにして、リーン持続時間ＣＬＥおよびリッチ持
続時間ＣＲＥは常に更新されている。次いで、ステップ
810にて、リッチ持続時間ＣＲＥとリーン持続時間ＣＬ
Ｅとの和ＴＴを、ＴＴ←ＣＲＥ＋ＣＬＥにより演算し、次いで、ステップ811にて、デューティ
比ＤＲＩを、ＤＲＩ←ＣＲＥ／ＴＴにより演算し、次いで、ステップ812にて、デューティ
比ＤＲＩの平均値（なまし値）（）を、により演算する。

他方、第８Ｂ図のステップ813では、＜_０ただし、_０は一定値、か否かが判別される。

以上のごとくして、第８Ａ図、第８Ｂ図を用いると、上
流側Ｏ_２センサ１３の出力Ｖ_１のリッチ信号のデューテ
ィ比の平均値が所定値以下であるときに、下流側Ｏ_２セ
ンサ１５の出力Ｖ_２の平均値がリーン信号である頻度Ｋ
を計数し、この頻度Ｋが所定値Ｋ_０を超えたときに下流
側Ｏ_２センサ１５が故障したとみなし、さらに、故障し
た場合には、下流側Ｏ_２センサ１５の出力Ｖ_２の平均値
が活性時リッチ信号である頻度Ｍを計数し、この頻度Ｍ
が所定値Ｍ_０を超えたときに下流側Ｏ_２センサ１５の故
障が回復したとみなすことになる。

なお、信号処理回路111(112)として流込み形式のものを
用いた場合には、ステップ811はＤＲＩ←ＣＬＥ／ＴＴとすればよい。この場合には、上流側Ｏ_２センサ１３の
出力Ｖ_１のリーン信号のデューティ比の平均値が所定値
以下であるときに、下流側Ｏ_２センサ１５の出力Ｖ_２の
平均値がリッチ信号である頻度Ｋを計数し、この頻度Ｋ
が所定値Ｋ_０を超えたときに下流側Ｏ_２センサ１５が故
障したとみなし、さらに、故障した場合には、下流側Ｏ
_２センサ１５の出力Ｖ_２の平均値が活性時リーン信号で
ある頻度Ｍを計数し、この頻度Ｍが所定値Ｍ_０を超えた
ときに下流側Ｏ_２センサ１５の故障が回復したとみなす
ことになる。

なお、第６図のステップ616〜625における下流側Ｏ_２セ
ンサ１５の故障の回復の判別を、下流側Ｏ_２センサ１５
の出力Ｖ_２が比較電圧Ｖ_R1を所定数通過したことにより
行うこともできる。

上述のごとくして設定されたフラグＦＳＦにより空燃比
フィードバック制御を行う。

以下、空燃比フィードバック制御について説明する。

第１０図は上流側Ｏ_２センサ１３の出力にもとづいて空
燃比補正計数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1001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の不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／不活性
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1017に進んで空燃比補正
計数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1002に進む。

ステップ1002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1003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1004にて第１のディレイカウ
ンタCDLY１を１減算し、ステップ1005，1006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1007にて第１のディレイカウンタCDLY１を１加
算して、ステップ1008，1009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1010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1011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1012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1013にてFAF1←FAF1−
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1010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1014，1015，1016にて
積分処理を行う。つまり、ステップ1014にて、CDLY１≦
０か否かを判別し、CDLY１≦０（リーン）であればステ
ップ1015にてFAF1←FAF1＋KI１とし、他方、CDLY１＞０
（リッチ）であればステップ1016にてFAF1←FAF1−KI１
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1015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1016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1012，1013，1015，1016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
原因で空燃比補正計数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RAM 105に格納して、ス
テップ1018にてこのルーチンは終了する。

第１１図は第１０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Ｏ_２センサ１３の
出力により第１１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CDLY１は、第１１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１１図（Ｃ）に示すごと
く、遅延処理された空燃比信号Ａ／Ｆ１′に形成され
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（−TDR1）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CDLY
１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１１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。

例えば、リッチ遅延時間（−TDR1)＞リーン遅延時間(TD
L1)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（−TDR
1）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RS1R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、また、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、リーン積分定数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１２図〜第１４図を参照して第２の空燃比補正係数FA
F2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１２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1201では、上述のごとく演算
されたフラグＦＳＦが“１”か否かを判別する。ＦＳＦ
＝“１”であれば、下流側Ｏ_２センサ１５を故障とみな
し、ステップ1218に進む。ステップ1202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１０図のステップ1001とほぼ同一であ
る。閉ループ条件でなければステップ1218に進んでFAF2
＝1.0とし、閉ループ条件のときにはステップ1203へ進
む。

ステップ1203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1204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
で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1205にて第２のディレイカウンタCDLY２
を１減算し、ステップ1206，1207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
TDR2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1208にて第２のディレイカウンタCDLY２を１加算し
て、ステップ1209，1210にて第２のディレイカウンタCD
LY２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1211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1212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1213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1214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1211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1215，1216，1217にて
積分処理を行う。つまり、ステップ1215にて、CDLY２＜
０か否かを判別し、CDLY＜０（リーン）であればステッ
プ1216にて、FAF2←FAF2＋KI２とし、他方、CDLY２＞０
（リッチ）であればステップ1217にてFAF2←FAF2＋KI２
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1216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1217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1213，1214、1216，1217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RAM 105に格納して、ス
テップ1219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RAM 106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１３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1301で
は、RAM 105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←ＫＱ／Ｎｅ（Ｋは定数）とする。ステップ13
02にてRAM 105より冷却水温データＴＨＷを読出してROM
104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1303では、最終噴射量ＴＡＵを、TAU←TAUP・F
AF1・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RAM 105
に格納されている。次いで、ステップ1304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1305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１４図は第１０図および第１２図のフローチャートに
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１４図（Ａ）に示すごとく変
化すると、第１０図のステップ1003での比較結果は第１
４図（Ｂ）のごとくなる。第１４図（Ｂ）の比較結果は
遅延処理されると第１４図（Ｃ）のごとくなる。この結
果、第１４図（Ｄ）に示すように、遅延されたリッチと
リーンとの切換え時点で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１４図
（Ｅ）に示す如く変化すると、第１２図のステップ1204
での比較結果は第１４図（Ｆ）のごとくなり、さらに、
遅延処理されると第１４図（Ｇ）のごとくなる。第２の
空燃比補正係数FAF2は第１４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１４図（Ｈ）のごとく
なる。

次に、第１５図および第１６図を参照して空燃比フィー
ドバック制御に関与する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１５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1501では、上述のごとく演算された
フラグＦＳＦ“１”か否かを判別する。ＦＳＦ＝“１”
であれば、下流側Ｏ_２センサ１５を故障とみなし、ステ
ップ1524，1525に進む。また、ステップ1502では、第１
２図のステップ1202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
あれは、ステップ1524、に進む。ステップ1524，1525で
は、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。

ＦＳＦ＝“０”かつ閉ループ条件成立であれば、ステッ
プ1502に進む。

ステップ1503〜1510は第１２図のステップ1203〜1210に
対応している。つまり、リッチ、リーン判別はステップ
1504にて行っているが、この判別結果はステップ1505〜
1510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1511にて行われる。

ステップ1511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1512〜1517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1518〜1532に進む。

ステップ1512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1513，1514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）は最大値リッチ遅延時間を意味する。さら
に、ステップ1515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1516，1517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1518では、TDR1←TDR1＋１とし、つまり、リッ
チ遅延時間（−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1519，1520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1521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15
22，1523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RAM 105に格納さ
れた後に、ステップ1526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RAM 10 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１６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1601で
はRAM 105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←ＫＱ／Ｎｅ（Ｋは定数）とする。ステップ1602に
てRAM 105より冷却水温データＴＨＷを読出してRAM 104
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。

ステップ1603では、最終噴射量ＴＡＵを、 TAU←TAUP・FAF1・(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る。

次いで、ステップ1604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1605
にてこのルーチンは終了する。

第１７図は第１０図、第１５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１７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１７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，
TDL1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。

フラグＦＳＦ＝“１”もしくは下流側Ｏ_２センサ１５の
閉ループ条件不成立であれば、第１７図（Ｂ）のTDR1，
TDL1の制御は停止され、たとえばTDR1＝−１２およびTD
L1＝６に保持される。

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55-37562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1301，1601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1303，1603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ユータすなわち
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
サの出力劣化あるいは機械的損傷の検出ができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図〜第１Ｄ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３Ａ図、第３Ｂ図はＯ_２センサの信号処理回路の出力
特性を示すグラフ、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５Ａ図、第５Ｂ図は第４図の信号処理回路の回路図、第６図、第７Ａ図、第７Ｂ図、第８Ａ図、第８Ｂ図、第
１０図、第１２図、第１３図、第１５図、第１６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９図は第８Ａ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１１図は第１０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１４図は第１０図および第１２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１７図は第１０図および第１５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。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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永井俊成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59−96451（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−77931（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側、下流側に、それぞ
れ設けられ、排気ガス中の特定成分濃度を検出する第
１、第２の空燃比センサと、前記第１、第２の空燃比センサの出力をそれぞれ処理す
る第１、第２の流出し型信号処理回路と、前記第１、第２の流出し型信号処理回路の各出力に応じ
て前記機関の空燃比を調整する空燃比調整手段と、前記第１の流出し型信号処理回路の出力が活性時リッチ
信号か否かを判別する活性時リッチ信号判別手段と、前記第１の流出し型信号処理回路の出力が活性時リッチ
信号と判別されたときに前記第２の流出し型信号処理回
路の出力がリーン信号か否かを判別するリーン信号判別
手段と、前記第２の流出し型信号処理回路の出力がリーン信号で
ある頻度が所定値以上か否かを判別するリーン信号頻度
判別手段と、前記リーン信号の頻度が所定値以上のときに前記空燃比
調整手段における前記第２の流出し型信号処理回路の出
力に応じた空燃比調整を停止する停止手段と、を具備する内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】前記活性時リッチ信号判別手段が、前記第
１の流出し型信号処理回路の出力信号レベルの平均値が
所定値以上であることを判別することにより前記活性時
リッチ信号を判別す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３】前記活性時リッチ信号判別手段が、前記第
１の流出し型信号処理回路の出力信号極大値レベルの平
均値が所定値以上であることを判別することにより前記
活性時リッチ信号を判別す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４】前記活性時リッチ信号判別手段が、前記第
１の流出し型信号処理回路の出力信号のリッチ信号のデ
ューティ比の平均値が所定値以下であることを判別する
ことにより前記活性時リッチ信号を判別する特許請求の
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】前記リーン信号判別手段が前記第２の流出
し型信号処理回路の出力信号レベルの平均値が所定値以
下であることを判別することにより前記リーン信号を判
別す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】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側、下流側に、それぞ
れ設けられ、排気ガス中の特定成分濃度を検出する第
１、第２の空燃比センサと、前記第１、第２の空燃比センサの出力をそれぞれ処理す
る第１、第２の流出し型信号処理回路と、前記第１、第２の流出し型信号処理回路の各出力に応じ
て前記機関の空燃比を調整する空燃比調整手段と、前記第１の流出し型信号処理回路の出力が活性時リッチ
信号か否かを判別する第１の活性時リッチ信号判別手段
と、前記第１の流出し型信号処理回路の出力が活性時リッチ
信号と判別されたときに前記第２の流出し型信号処理回
路の出力がリーン信号か否かを判別するリーン信号判別
手段と、前記第２の流出し型信号処理回路の出力がリーン信号で
ある頻度が所定値以上か否かを判別するリーン信号頻度
判別手段と、前記リーン信号の頻度が所定値以上のときに前記空燃比
調整手段における前記第２の流出し型信号処理回路の出
力に応じた空燃比調整を停止する停止手段と、前記第２の流出し型信号処理回路の出力が活性時リッチ
信号か否かを判別する第２の活性時リッチ信号判別手段
と、前記第２の流出し型信号処理回路の出力が活性時リッチ
信号のときに前記停止手段を解除する解除手段と、を具備する内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】前記第１の活性時リッチ信号判別手段が、
前記第１の流出し型信号処理回路の出力信号レベルの平
均値が所定値以上であることを判別することにより前記
活性時リッチ信号を判別する特許請求の範囲第６項に記
載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項８】前記第１の活性時リッチ信号判別手段が、
前記第１の流出し型信号処理回路の出力信号極大値レベ
ルの平均値が所定値以上であることを判別することによ
り前記活性時リッチ信号を判別する特許請求の範囲第６
項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項９】前記第１の活性時リッチ信号判別手段が、
前記第１の流出し型信号処理回路の出力信号のリッチ信
号のデューティ比の平均値が所定値以下であることを判
別することにより前記活性時リッチ信号を判別する特許
請求の範囲第６項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１０】前記リーン信号判別手段が前記第２の流
出し型信号処理回路の出力信号レベルの平均値が所定値
以下であることを判別することにより前記リーン信号を
判別する特許請求の範囲第６項に記載の内燃機関の空燃
比制御装置。
【請求項１１】前記第２の活性時リッチ信号判別手段
が、前記第２の流出し型信号処理回路の出力信号レベル
の平均値が所定値以上であることを判別することによ
り、前記活性時リッチ信号を判別する特許請求の範囲第
６項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１２】前記第２の活性時リッチ信号判別手段
が、前記第２の流出し型信号処理回路の出力信号レベル
が所定比較電圧を所定回数通過したことを判別すること
により前記活性時リッチ信号を判別する特許請求の範囲
第６項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１３】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側、下流側に、それ
ぞれ設けられ、排気ガス中の特定成分濃度を検出する第
１、第２の空燃比センサと、前記第１、第２の空燃比センサの出力をそれぞれ処理す
る第１、第２の流込み型信号処理回路と、前記第１、第２の流込み型信号処理回路の各出力に応じ
て前記機関の空燃比を調整する空燃比調整手段と、前記第１の流込み型信号処理回路の出力が活性時リーン
信号か否かを判別する活性時リーン信号判別手段と、前記第１の流込み型信号処理回路の出力が活性時リーン
信号と判別されたときに前記第２の流込み型信号処理回
路の出力がリッチ信号か否かを判別するリッチ信号判別
手段と、前記第２の流込み型信号処理回路の出力がリッチ信号で
ある頻度が所定値以上か否かを判別するリッチ信号頻度
判別手段と、前記リッチ信号の頻度が所定値以上のときに前記空燃比
調整手段における前記第２の流込み型信号処理回路の出
力に応じた空燃比調整を停止する停止手段と、を具備する内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１４】前記活性時リーン信号判別手段が、前記
第１の流込み型信号処理回路の出力信号レベルの平均値
が所定値以下であることを判別することにより前記活性
時リーン信号を判別する特許請求の範囲第１３項に記載
の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１５】前記活性時リーン信号判別手段が、前記
第１の流込み型信号処理回路の出力信号極小値レベルの
平均値が所定値以下であることを判別することにより前
記活性時リーン信号を判別する特許請求の範囲第１３項
に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１６】前記活性時リーン信号判別手段が、前記
第１の流込み型信号処理回路の出力信号のリーン信号の
デューティ比の平均値が所定値以下であることを判別す
ることにより前記活性時リーン信号を判別する特許請求
の範囲第１３項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１７】前記リッチ信号判別手段が前記第２の流
込み型信号処理回路の出力信号レベルの平均値が所定値
以上であることを判別することにより前記リッチ信号を
判別する特許請求の範囲第１３項に記載の内燃機関の空
燃比制御装置。
【請求項１８】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側、下流側に、それ
ぞれ設けられ、排気ガス中の特定成分濃度を検出する第
１、第２の空燃比センサと、前記第１、第２の空燃比センサの出力をそれぞれ処理す
る第１、第２の流込み型信号処理回路と、前記第１、第２の流込み型信号処理回路の各出力に応じ
て前記機関の空燃比を調整する空燃比調整手段と、前記第１の流込み型信号処理回路の出力が活性時リーン
信号か否かを判別する第１の活性時リーン信号判別手段
と、前記第１の流込み型信号処理回路の出力が活性時リーン
信号と判別されたときに前記第２の流込み型信号処理回
路の出力がリッチ信号か否かを判別するリッチ信号判別
手段と、前記第２の流込み型信号処理回路の出力がリッチ信号で
ある頻度が所定値以上か否かを判別するリッチ信号頻度
判別手段と、前記リッチ信号の頻度が所定値以上のときに前記空燃比
調整手段における前記第２の流込み型信号処理回路の出
力に応じた空燃比調整を停止する停止手段と、前記第２の流込み型信号処理回路の出力が活性時リーン
信号か否かを判別する第２の活性時リーン信号判別手段
と、前記第２の流込み型信号処理回路の出力が活性時リーン
信号のときに前記停止手段を解除する解除手段と、を具備する内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１９】前記第１の活性時リーン信号判別手段
が、前記第１の流込み型信号処理回路の出力信号レベル
の平均値が所定値以下であることを判別することにより
前記活性時リーン信号を判別する特許請求の範囲第１８
項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２０】前記第１の活性時リーン信号判別手段
が、前記第１の流込み型信号処理回路の出力信号極小値
レベルの平均値が所定値以下であることを判別すること
により前記活性時リーン信号を判別する特許請求の範囲
第１８項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２１】前記第１の活性時リーン信号判別手段
が、前記第１の流込み型信号処理回路の出力信号のリー
ン信号のデューティ比の平均値が所定値以下であること
を判別することにより前記活性時リーン信号を判別する
特許請求の範囲第１８項に記載の内燃機関の空燃比制御
装置。
【請求項２２】前記リッチ信号判別手段が前記第２の流
込み型信号処理回路の出力信号レベルの平均値が所定値
以上であることを判別することにより前記リッチ信号を
判別する特許請求の範囲第１８項に記載の内燃機関の空
燃比制御装置。
【請求項２３】前記第２の活性時リーン信号判別手段
が、前記第２の流込み型信号処理回路の出力信号レベル
の平均値が所定値以下であることを判別することにより
前記活性時リーン信号を判別する特許請求の範囲第１８
項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２４】前記第２の活性時リーン信号判別手段
が、前記第２の流込み型信号処理回路の出力信号レベル
が所定比較電圧を所定回数通過したことを判別すること
により前記活性時リーン信号を判別する特許請求の範囲
第１８項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。