JPH086624B2 - 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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JPH086624B2
JPH086624B2 JP3111852A JP11185291A JPH086624B2 JP H086624 B2 JPH086624 B2 JP H086624B2 JP 3111852 A JP3111852 A JP 3111852A JP 11185291 A JP11185291 A JP 11185291A JP H086624 B2 JPH086624 B2 JP H086624B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は複数の部分気筒群に分割
したたとえばV型、水平対向型等の内燃機関の空燃比制
御装置、特に三元触媒の劣化判別に関する。
【0002】
【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O
2 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
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61−286550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、下流側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。
【0003】したがって、上述のごとく、2つのO2
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、図14に示すように、シングルO2 センサシ
ステムでは、O2 センサ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
2 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O
2 センサが安定な出力特性を維持している限り、良好の
排気エミッションが保証される。
【0004】上述のダブルO2 センサシステムにおいて
も、触媒が劣化すると、HC, CO, NO X エミッションは悪
化し、また、下流側O2 センサの出力特性は劣化する。
すなわち、下流側O2 センサの出力V2 の幅が大きく、
かつ周期が短かくなる。このため、従来、触媒劣化を、
下流側O2 センサの出力の反転周期と上流側O 2 センサ
の出力の反転周期との比(あるいは下流側O2 センサの
出力の反転周期が所定値以下か否か)に応じて行ってい
た(参照:特開昭61−286550号公報)。
【0005】他方、V型、水平対向型等の2つ以上のバ
ンク(部分気筒群)に分割された内燃機関にも上述のダ
ブルO2 センサシステムが適用された3O2 センサシス
テムがある(参照:特開昭64−8332号公報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、2つ以
上のバンクを有する内燃機関に適用されたダブルO2
ンサシステム(つまり3O2 センサシステム)において
は、各バンク毎の上流側O2 センサの出力は同期せず、
しかもこれらの周波数も一致していないので、排気ガス
は各これらバンクの集合部で干渉して乱れ、この結果、
下流側O2 センサの出力がいずれのバンクの上流側O2
センサの出力とも同期せず、かつ周波数も一致しない。
【0007】このため、上述の下流側O2 センサの出力
の反転周期にもとづく触媒劣化判別は不可能であるとい
う課題があった。従って、本発明の目的は、複数のバン
クに分割された内燃機関に適用されたダブル空燃比セン
サシステム(3空燃比センサシステム)において触媒劣
化判別を可能にすることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めの手段は図1に示される。すなわち、機関が分割され
た複数のたとえば2つ部分気筒群(バンク)に上流側空
燃比センサ13A,13Bを設け、各部分気筒群の排気が集
合する排気集合部に下流側空燃比センサ17を設ける。ま
た、上流側空燃比センサ13A,13Bと下流側空燃比セン
サ17との間に設けられた三元触媒CCROを設ける。一方、
特定運転状態判別手段は機関が特定運転状態か否かを判
別する。この結果、機関が特定運転状態でないときに
は、第1の空燃比調整手段は各部分気筒群に対して各部
分気筒群に設けられたそれぞれの上流側空燃比センサの
出力V 1 に応じて各部分気筒群の空燃比を個別的に調整
する。他方、機関が特定運転状態のときには、第2の空
燃比調整手段は上流側空燃比センサのうち特定の空燃比
センサたとえば13Aの出力V 1 に応じて各部分気筒群の
空燃比を共通に調整する。そして、機関が特定運転状態
のときに、触媒劣化判別手段は下流側空燃比センサ17の
出力V2 に応じて三元触媒CCROの劣化判別を行うもので
ある。
【0009】
【作用】上述の手段によれば、触媒劣化判別時には、各
部分気筒群の排気ガスの周期が同期し、かつそれらの周
波数が同一となるので、排気集合部における排気ガスの
干渉による乱れがなくなり、このため、触媒上流の空燃
比と触媒下流の空燃比との対応がとれ、この結果、下流
側空燃比センサの出力で触媒劣化判別が可能となる。
【0010】
【実施例】図2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。図2において
は、機関本体1のシリンダはV字型に2列に配列された
V型機関が示されており、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CPU103の割込み端子に供給される。
【0011】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7A,7B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。
【0012】右バンク(以下、Aバンク)および左バン
ク(以下、Bバンク)の排気マニホールド11A,11Bよ
り下流の排気系には、それぞれ、排気ガス中の3つの有
毒成分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12A,12Bが設けられている。この触
媒コンバータ12A,12Bは比較的小さいため、エンジン
ルームに設けられる。
【0013】Aバンクの排気マニホールド11Aには、す
なわち触媒コンバータ12Aの上流側には上流側O2 セン
サ13Aが設けられ、また、Bバンクの排気マニホールド
11Bには、すなわち、触媒コンバータ12Bの上流側の排
気管14Bには上流側O2 センサ13Bが設けられている。
さらに、2つの排気管14A,14Bはその下流において集
合部15において合流しており、この集合部15には、三元
触媒を収容する触媒コンバータ16が設けられている。こ
の触媒コンバータ16は比較的大きいため、車体の床下に
設けられる。
【0014】触媒コンバータ16の下流側には下流側O2
センサ18が設けられている。上流側O2 センサ13A,13
B及び下流側O2 センサ17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13
A,13B,17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A
/D変換器101 に発生する。
【0015】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 、CPU103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、吸気通路2のスロットル弁8には、スロッ
トル弁8が全閉か否かを検出するためのアイドルスイッ
チ19が設けられており、この出力信号は制御回路10の入
出力インターフェイス102 に供給される。
【0016】さらに、20A,20Bは、2次空気導入吸気
弁であって、減速時あるいはアイドル時に2次空気を排
気マニホールド11A,11Bに供給してHC, COエミッショ
ンを低減するためのものである。また、制御回路10にお
いて、ダウンカウンタ108A、フリップフロップ109A、お
よび駆動回路110AはAバンクの燃料噴射弁7Aを制御す
るためのものであり、ダウンカウンタ108B、フリップフ
ロップ109B、および駆動回路110BはBバンクの燃料噴射
弁7Bを制御するものである。すなわち、後述のルーチ
ンにおいて、燃料噴射量TAUA(TAUB)が演算されると、燃
料噴射量TAUA(TAUB)がダウンカウンタ108A(108B)にプリ
セットされると共にフリップフロップ109A(109B)もセッ
トされる。この結果、駆動回路110A(110B)が燃料噴射弁
7A(7B)の付勢を開始する。他方、ダウンカウンタ
108A(108B)がクロック信号(図示せず)を係数して最後
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109A(109B)がセットされて駆動回
路110A(110B)は燃料噴射弁7A(7B)の付勢を停止す
る。つまり、上述の燃料噴射量TAUA(TAUB)だけ燃料噴射
弁7A(7B)は付勢され、従って、燃料噴射量TAUA(T
AUB)に応じた量の燃料が機関本体1の各A,Bバンクの
燃料室に送り込まれることになる。
【0017】なお、CUP103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10
2 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TH
W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RAM105の所定領域に格納される。
【0018】第3図は上流側O2 センサ13A,13Bの出
力V1 ,V1 ′の出力にもとづいてAバンク用、Bバン
ク用空燃比補正係数FAFA, FAFBを演算する第1の空燃比
フィードバック制御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301 では、上流側
2 センサ13A,13B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
めのOTP増量中、上流側O2センサ13A,13B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305 に直接進む。他方、閉ループ条件成立
の場合はステップ302 に進む。
【0019】ステップ302 では、機関が触媒劣化判別条
件を満たしているか否かを判別する。たとえば、触媒劣
化判別条件は、負荷(Q/Ne )、回転速度(Ne )が
安定状態にある場合である。この結果、触媒劣化判別条
件でなければステップ303 に進み、各A,Bバンク毎の
空燃比補正係数FAFA, FAFBを個別的に演算する。つま
り、空燃比補正係数FAFAは上流側O2 センサ13Aの出力
1 及び下流側O2 センサ17の出力V2 に基づいて演算
し、空燃比補正係数FAFBは上流側O2 センサ13Bの出力
2 及び下流側O2 センサ17の出力V2 に基づいて演算
する。他方、触媒劣化判別条件であればステップ304 に
進み、各A,Bバンク毎の空燃比補正係数FAFA, FAFBを
共通的に演算する。つまり、空燃比補正係数FAFA及びFA
FBも上流側O2 センサ13Aの出力V1 及び下流側O2
ンサ17の出力V2 に基づいて演算する。
【0020】ステップ303 ,304 については後述する。
そして、ステップ305 にて図3のルーチンは終了する。
図4、図5は図3の個別的に空燃比補正係数FAFA, FAFB
を演算するステップ303 の詳細なルーチンである。図
4、図5において、ステップ401 〜422 のフローは空燃
比補正係数FAFAを演算するものであり、ステップ423 〜
444 のフローは空燃比補正係数FAFBを演算するものであ
る。
【0021】ステップ401 では、上流側O2 センサ13A
の出力V1 をA/D変換して取込み、ステップ402 にて
1 が比較電圧VR1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、リーン(V1 ≦VR1)であれば、ステップ403 に
てディレイカウンタCDLYA が正か否かを判別し、CDLYA
>0であればステップ404 にてCDLYA を0とし、ステッ
プ405 に進む。ステップ405 では、ディレイカウンタCD
LYA を1減算し、ステップ406 ,407 にてディレイカウ
ンタCDLYAを最小値TDLでガードする。この場合、デ
ィレイカウンタCDLYA が最小値TDLに到達したときに
はステップ408 にて空燃比フラグF1Aを“0”(リー
ン)とする。なお、最小値TDLは上流側O2 センサ13
A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(V
1 >VR1)であれば、ステップ409 にてディレイカウン
タCDLYA が負か否かを判別し、CDLYA >0であればステ
ップ410 にてCDLYA を0とし、ステップ411 に進む。ス
テップ411 ではディレイカウンタCDLYA を1加算し、ス
テップ412 ,413 にてディレイカウンタCDLYA を最大値
TDRでガードする。この場合、ディレイカウンタCDLY
A が最大値TDRに到達したときはステップ414 にて空
燃比フラグF1Aを“1”(リッチ)とする。なお、最
大値TDRは上流側O2 センサ13A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状態であって、正の値
で定義される。
【0022】ステップ415 では、空燃比フラグF1A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416 にて、空燃比フラグF1A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417 にてリッチスキップ量RSRをバ
ックアップRAM106より読出し、FAFA←FAFA+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418 にてリーンスキップ量RSLをバ
ックアップRAM106より読出し、FAFA←FAFA−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。
【0023】ステップ415 にて空燃比フラグF1Aの符
号が反転していなければ、ステップ419 ,420 ,421 に
て積分処理を行う。つまり、ステップ419 にて、F1A =
“0”か否かを判別し、F1A =“0”(リーン)であれ
ばステップ420 にてFAFA←FAFA+KIR とし、他方、F1A
=“1”(リッチ)であればステップ421 にてFAFA←FA
FA−KIL とする。ここで、積分定数KIR ,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420
はリーン状態(F1A =“0”)で燃料噴射量を徐々に増
大させ、ステップ421 はリッチ状態(F1A =“1”)で
燃料噴射量を徐々に減少させる。
【0024】次に、ステップ444 では、ステップ417 ,
418 ,420 ,421 にて演算された空燃比補正係数FAFAは
最小値たとえば0.8にてガードされ、また、最大値たと
えば1.2にてガードされる。これにより、何らの原因で
空燃比補正係数FAFA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。
【0025】ガードされたFAFAをRAM105に格納して、ス
テップ423 進む。次に、ステップ423 〜444 について説
明する。ステップ423 では、上流側O2 センサ13Bの出
力V1 ′をA/D変換して取込み、ステップ424 にてV
1 ′が比較電圧VR1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、リーン
(V1 ′≦VR1)であれば、ステップ425 にてディレイ
カウンタCDLYB が正か否かを判別し、CDLYB >0であれ
ばステップ426 にてCDLYB を0とし、ステップ447 に進
む。ステップ447 では、ディレイカウンタCDLYB を1減
算し、ステップ448 ,449 にてディレイカウンタCDLYB
を最小値TDLでガードする。この場合、ディレイカウ
ンタCDLYA が最小値TDLに到達したときにはステップ
450 にて空燃比フラグF1Aを“0”(リーン)とす
る。なお、最小値TDLは上流側O2 センサ13B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431 にてディレイカウンタCDLY
B が負か否かを判別し、CDLYB <0であればステップ43
2 にてCDLYB を0とし、ステップ433 に進む。ステップ
433 ではディレイカウンタCDLYB を1加算し、ステップ
434 ,435 にてディレイカウンタCDLYB を最大値TDR
でガードする。この場合ディレイカウンタCDLYB が最大
値TDRに到達したときはステップ436 にて空燃比フラ
グF1Bを“1”(リッチ)とする。なお最大値TDR
は上流側O2 センサ13B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状態であって、正の値で定義され
る。
【0026】ステップ437 では、空燃比フラグF1B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438 にて、空燃比フラグF1B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439 にてリッチスキップ量RSRをバ
ックアップRAM106より読出し、FAFB←FAFB+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440 にてリーンスキップ量RSLをバ
ックアップRAM106より読出し、FAFB←FAFB−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。
【0027】ステップ437 にて空燃比フラグF1Bの符
号が反転していなければ、ステップ441 ,442 ,443 に
て積分処理を行う。つまり、ステップ441 にて、F1B =
“0”か否かを判別し、F1B =“0”(リーン)であれ
ばステップ442 にてFAFB←FAFA+KIR とし、他方、F1A
=“1”(リッチ)であればステップ443 にてFAFB←FA
FB−KIL とする。従って、ステップ442 はリーン状態
(F1B =“0”)で燃料噴射量を徐々に増大させ、ステ
ップ443 はリッチ状態(F1B =“1”)で燃料噴射量を
徐々に減少させる。
【0028】次に、ステップ444 では、ステップ439 ,
440 ,442 ,443 にて演算された空燃比補正係数FAFBは
最小値たとえは0.8にてガードされ、また、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FAFB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。
【0029】ガードされたFAFBをRAM105に格納して、ス
テップ445 にてこのループは終了する。図6、図7は図
3の共通的に空燃比補正係数FAFA, FAFBを演算するステ
ップ304 の詳細なルーチンである。図6、図7におい
て、ステップ601 〜625 により空燃比補正係数FAFA, FA
FBの両方を演算するものである。
【0030】ステップ601 では、上流側O2 センサ13A
の出力V1 をA/D変換して取込み、ステップ602 にて
1 が比較電圧VR1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、リーン
(V1 ≦VR1)であれば、ステップ603 にてディレイカ
ウンタCDLYA が正か否かを判別し、CDLYA >0であれば
ステップ604 にてCDLYA を0とし、ステップ605 に進
む。ステップ605 では、ディレイカウンタCDLYA を1減
算し、ステップ606 ,607 にてディレイカウンタCDLYA
を最小値TDLでガードする。この場合、ディレイカウ
ンタCDLYA が最小値TDLに到達したときにはステップ
608 にて空燃比フラグF1Aを“0”(リーン)とす
る。他方、リッチ(V1 >VR1)であれば、ステップ60
9 にてディレイカウンタCDLYA が負か否かを判別し、CD
LYA <0であればステップ610 にてCDLYA を0とし、ス
テップ611 に進む。ステップ611 ではディレイカウンタ
CDLYA を1加算し、ステップ612 ,613 にてディレイカ
ウンタCDLYA 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614 にて空燃比フラグF1Aを“1”(リッ
チ)とする。
【0031】ステップ615 では、空燃比フラグF1A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616 にて、空燃比フラグF1A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614 にてリッチスキップ量RSRAをバッ
クアップRAM106より読出し、FAFA←FAFA+RSR とスキッ
プ的に増大させ、また、ステップ618にてFAFB←FAFB+R
SR とスキップ的に増大させる。逆に、リーンからリッ
チへの反転であれば、ステップ619 にてリーンスキップ
量RSLをバックアップRAM106より読出し、FAFA←FAFA
−RSL とスキップ的に減少させる。また、ステップ620
にてFAFB←FAFB−RSL とスキップ的に増大させる。つま
り、両A,Bバンクの燃料噴射量のスキップ処理を行
う。
【0032】ステップ615 にて空燃比フラグF1Aの符
号が反転していなければ、ステップ621 〜625 にて積分
処理を行う。つまり、ステップ621 にて、F1A =“0”
か否かを判別し、F1A =“0”(リーン)であればステ
ップ622 にてFAFA←FAFA+KIR とし、ステップ622 にて
FAFB←FAFB−KIL とする。他方、F1A =“1”(リッ
チ)であればステップ624 にてFAFA←FAFA−KIL とし、
ステップ625 にてFAFB←FAFB−KIL とする。つまり、ス
テップ622 ,623 はリーン状態(F1A=“0”)で両バ
ンクA,Bの燃料噴射量を徐々に増大させ、ステップ62
4 ,625 はリッチ状態(F1A =“1”)で両バンクA,
Bの燃料噴射量を徐々に減少させる。
【0033】さらに、スキップ処理毎にスキップ626 〜
631 により上流側O2 センサ13Aの出力V1 の反転回数
CMを計数する。すなわち、ステップ626 では、1回転
当りの吸入空気量Q/Nが所定範囲内(A<Q/N<
B)にあるか否か、ステップ627 では、回転速度Ne が
所定範囲内(C<Ne <D)か否かを判別し、ステップ
628 では、下流側空燃比フィードバック制御フラグXSFB
が“1”か否か、つまり、下流側O2 センサ15による空
燃比フィードバック条件が満足しているか否かを判別す
る。この結果、機関が安定状態(A<Q/N<B且つC
<Ne <D)であって、下流側O2 センサ15による空燃
比フィードバック制御条件が成立している場合のみ、ス
テップ629 に進み、カウンタCMを+1カウントアップ
し、ステップ630 にてカウンタCMを最大値でガードす
る。他の場合にはステップ631 に進み、カウンタCMを
クリアする。
【0034】次に、ステップ632 では、ステップ617 ,
618 ,622 ,624 にて演算された空燃比補正係数FAFAが
最小値0.8にてガードされ、また、最大値1.2にてガー
ドされ、ステップ633 では、ステップ618 ,619 ,62
3,625 にて演算された空燃比補正係数FAFBが最小値0.
8にてガードされ、また、最大値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FAFA,
FAFB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。
【0035】上述のごとく演算されたFAFA, FAFBをRAM1
05に格納して、ステップ634 にてこのループは終了す
る。このように、図6、図7のルーチンによれば、空燃
比補正係数FAFA, FAFBは、同一の遅延時間、同一タイミ
ングかつ同一量のスキップ処理、同一タイミングかつ同
一量の積分処理によって変化するので、A,Bバンクの
触媒上流の空燃比の変化同期及び周波数は同一となる。
この結果、触媒上流の空燃比と触媒下流の空燃比との関
係、つまり、上流側O2 センサ13A(13B)の出力の反
転周期と下流側O2 センサ17の出力の反転周期との関係
はその間の触媒コンバータ12A,12B,16の劣化度に依
存することになる。
【0036】図8は図4〜図7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って、たとえばA
バンクについて説明する。上流側O2 センサ13Aの出力
1 により図8(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CD
LYA は、図8(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、図8(C)に示すごとく、遅延処理された空燃
比信号A/F′(フラグF1Aに相当)が形成さる。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
7 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TDR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′にもとづいて図8(D)に示す空燃
比補正係数FAFAが得られる。
【0037】次に、下流側O2 センサ17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13A,13Bの出力V1 ,V1 ′の比較電圧VR1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。
【0038】たとえば、リッチスキップ量RSRを大き
くすると、両A,Bバンクの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を小さくしても
両バンクA,Bの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、両A,B
バンクの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を小さくしても両A,Bバンクの制
御空燃比をリーン側に移行できる。したがって、下流側
2 センサ17の出力V2 に応じてリッチスキップ量RS
L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、両A,Bバンクの
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を小さくしても両バンクA,Bの制御空燃比を
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、両A,Bバンクの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
両A,Bバンクの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17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を大
きくもしくはリーン遅延時間(−TDL)を小さく設定すれ
ば、両A,Bバンクの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)を大きくもしくはリ
ッチ遅延時間(TDR)を小さく設定すれば、両A,Bバン
クの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17の出力V2 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VR1を大きくすると両A,Bバンクの制御空燃
比をリッチ側に移行でき、また、比較電圧VR1を小さく
すると両A,Bバンクの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VR1を補正することにより空燃比が制御できる。
【0039】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17によ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。
【0040】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。図9、図10は下流側O2 センサ17の
出力にもとづく第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512 ms毎に実行される。
ステップ901 〜906 では、下流側O2 センサ17によって
閉ループ条件か否かを判別する。たとえば、上流側O2
センサ13A,13B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
全閉(LL=“1”)のとき(ステップ903 )、回転速
度Ne 、車速、アイドルスイッチ17の信号LL、冷却水
温THW等にもとづいて2次空気が導入されていないと
き(ステップ904 )、軽負荷のとき(Q/Ne<X1)
(ステップ905 )、下流側O2 センサ17が活性化してい
ないとき(ステップ906 )、触媒コンバータ12の三元触
媒が劣化していないとき(ステップ907 )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。閉ループ条件不成立であれば、ステップ908 に
進み、空燃比フィードバック実行フラグXSFBをリセット
し(“0”)、閉ループ条件成立であればステップ909
に進み、空燃比フィードバック実行フラグXSFBをセット
する(“1”)。
【0041】なお、フラグFB2は、三元触媒の劣化が
劣化した場合に後述のルーチンでセットされるものであ
る。ステップ910 〜919 のフローについて説明する。ス
テップ910 では、下流側O 2 センサ17の出力V2 をA/
D変換して取り込み、ステップ911 にてV2 が比較電圧
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12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VR1
り高く設定されているが、この設定は任意でもよい。こ
の結果、V2 ≦VR2(リーン)であればステップ912 ,
913 ,914 に進み、V2 >VR2(リッチ)であればステ
ップ915 ,916 ,917 に進む。すなわち、ステップ912
では、RSR ← RSR+ΔRS(一定値)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、ステップ913 ,914 では、RSRを最大値MA
X(=7.5%)にてガードし、他方、ステップ915 にて
RSR ← RSR−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、ステップ
916 ,917 にてRSRを最小値MIN(=2.5%)にて
ガードする。なお、最小値MINは過渡追従性がそこな
われないレベルの値であり、また、最大値MAXは空燃
比変動により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。
【0042】ステップ918 では、リーンスキップ量RS
Lを、 RSL ← 10 %− RSR とする。つまり、 RSR+RSL =10%とする。ステップ91
9 では、スキップ量 RSR,RSL をバックアップRAM106に
格納する。
【0043】ステップ920 〜925 では、下流側O2 セン
サ15の出力V2 の反転回数CSを計数する。すなわち、
ステップ920 では、下流側O2 センサ15の出力V2が反
転したか否かを判別する。反転した場合のみステップ92
1 〜925 のフローを実行する。すなわち、ステップ921
では、1回転当りの吸入空気量Q/Nが所定範囲内(A
<Q/N<B)にあるか否か、ステップ922 では、回転
速度Ne が所定範囲内C<Ne <D)か否かを判別す
る。この結果、機関が安定状態(A<Q/N<B且つC
<Ne <D)である場合のみ、ステップ923 に進み、カ
ウンタCSを+1カウントアップし、ステップ924 にて
カウンタCSを最大値でガードする。他の場合にはステ
ップ925 に進み、カウンタCSをクリアする。そして、
ステップ926 に進む。
【0044】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TAUP
←α・Q/Ne (αは定数)により演算する。ステップ
1102では、Aバンク用最終噴射量TAUAを、TAUA← TAUP
・FAFA・β+γ(β,γは他の運転状態パラメータで定
まる補正量)により演算する。次いで、ステップ1103に
て、噴射量TAUAをAバンク用ダウンカウンタ108Aにセッ
トすると共にフリップフロップ109Aをセットして燃料噴
射を開始させる。同様に、ステップ1104では、Bバンク
用最終噴射量TAUBを、TAUB← TAUP ・FAFB・β+γによ
り演算する。次いで、ステップ1105にて、噴射量TAUBを
Bバンク用ダウンカウンタ108Bにセットすると共にフリ
ップフロップ109Bをセットして燃料噴射を開始させる。
そして、ステップ1106にてこのルーチンは終了てする。
【0045】なお、ステップ1101,1102,1104におい
て、定数α,β,γをAバンク用、Bバンク用に別個に
設定してもよい。なお、上述のごとく、噴射量TAUAもし
くはTAUBに相当する時間が経過すると、ダウンカウンタ
108Aもしくは108Bのキャリアウト信号によってフリップ
フロップ109Aもしくは109Bがリセットされて燃料噴射は
終了する。
【0046】図12は触媒が下流側O2 センサ15の出力V
2 による空燃比フィードバック制御に乱れが生ずる程度
以上劣化したか否か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。ステップ1201では、
上流側O2 センサ13の反転回数CMが所定値nを超えた
か否かを判別し、CM>nのときにのみステップ1202〜
1206のフローを実行し、CM≦nのときにはステップ12
07に直接進む。
【0047】ステップ1202では、下流側O2 センサ15の
反転回数CSと上流側O2 センサ13の反転回数CMとの
比CS/CMが所定値k(kはたとえば0.5)以上か否
かを判別する。この結果、CS/CM≧kのときには、
触媒は劣化したものとみなし、ステップ1203にてフラグ
FB2をリセットし(“0”)、CS/CM<kのとき
にはステップ1203に進み、フラグFB2をセットする
(“1”)。つまり、触媒コンバータ12の三元触媒が少
しでも劣化すると、下流側O2 センサ15の反転回数CS
は上流側O2 センサ13の反転回数CMに近づくからであ
る。
【0048】ステップ1204では、修理点検時のためにフ
ラグFB2をバックアップRAM106に格納する。ステップ
1205,1206では、カウンタCM, CSをクリアする。ステッ
プ1207にてこのルーチンは終了する。なお、図2におい
ては、各A,Bバンクにおける触媒コンバータ12A,12
B、及び排気集合部に設けた触媒コンバータ16の合計3
個の触媒コンバータを設けた場合を示したが、図3のご
とく、排気集合部に設けた触媒コンバータ16のみの場合
でも本発明を適用し得る。また、図示しないが、各A,
Bバンクに設けられた触媒コンバータ12A,12Bの2個
の場合にも、本発明を適用し得る。さらに、機関はV
型、水平対向型等ではなく、図13(B)に示すごとく1
列型でも、複数のバンクを設けた場合に適用し得る。さ
らに、バンク数が3以上の場合にも本発明は適用し得
る。
【0049】また、触媒劣化判定を行なう時には、毎
回、共通的FAFで制御していたが、それに代えて、ま
ず各バンク毎に空燃比フィードバック制御を実行しなが
ら、上流側O2 センサの反転周期と、下流側O2 センサ
の反転周期とを検出し、その比がある程度大きくなった
時に、劣化の恐れがあると判定し、正確に検出するため
に、上記の実施例の如くの劣化検出を行なってもよい。
つまり、空燃比補正係数FAFを共通にする機会が減る
ので、エミッションの悪化を抑制できる。
【0050】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51
2 ms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O2 センサによる制御を主として行
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、等を下流側O2 センサの出力によ
り補正するダブルO2 センサシステムにも、また、第2
の空燃比補正係数を導入するダブルO2 センサシステム
にも本発明を適用し得る。また、スキップ量、遅延時
間、積分定数のうちの2つの同時に制御することにより
制御性を向上できる。さらにスキップ量RSR, RSLのうち
の一方を固定し他方のみを可変とすることも、遅延時間
TDR, TDLのうちの一方を固定し他方のみを可変とするこ
とも、あるいはリッチ積分定数KIR、リーン積分定数
KILの一方を固定し他方を可変とすることも可能であ
る。更に、上述の実施例では、上流側空燃比センサと下
流側空燃比センサとの両方の出力に基づいて機関の空燃
比フィードバック制御を行う例を示しているが、本発明
は上流側空燃比センサの出力のみに基づいて空燃比フィ
ードバック制御を行う場合にも同様に適用可能である。
この場合には、下流側空燃比センサ出力に基づく第2の
空燃比フィードバック制御ルーチン(図9)は行わず、
図4から図5の第1の空燃比フィードバック制御のスキ
ップ量、遅延時間、積分定数等は一定値に固定される。
また、下流側空燃比センサ出力は触媒劣化判定のみに使
用されることになる。
【0051】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。
【0052】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、図11のステップ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、吸入空気量に応じて吸気管負圧
と機関の回転速度に応じて決定され、ステップ1102,11
04にて最終燃料噴射量TAUA, TAUBに相当する供給空気量
が演算される。
【0053】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。特に、上流側空
燃比センサとしてTiO2センサを用いると、制御応答性が
向上し、下流側空燃比センサの出力による過補正が防止
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。
【0054】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、触
媒劣化判別時には、各部分気筒群バンクの排気ガスの周
期が同期し、かつそれらの周波数が同一とすることがで
き、従って、排気集合群における排気ガスの干渉による
乱れがなくすことができる。従って、触媒上流の空燃比
と触媒下流の空燃比との対応がとれ、この結果、下流側
空燃比センサの出力で触媒劣化判別ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本構成を示すブロック図である。
【図2】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。
【図3】図2の制御回路の動作を説明するためのフロー
チャートである。
【図4】図2の制御回路の動作を説明するためのフロー
チャートである。
【図5】図2の制御回路の動作を説明するためのフロー
チャートである。
【図6】図2の制御回路の動作を説明するためのフロー
チャートである。
【図7】図2の制御回路の動作を説明するためのフロー
チャートである。
【図8】図4、図5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。
【図9】図2の制御回路の動作を説明するためのフロー
チャートである。
【図10】図2の制御回路の動作を説明するためのフロー
チャートである。
【図11】図2の制御回路の動作を説明するためのフロー
チャートである。
【図12】図2の制御回路の動作を説明するためのフロー
チャートである。
【図13】図2の機関の変更例を示す図である。
【図14】シングルO2 センサシステム及びダブルO2
ンサシステムを説明するエミッション特性図である。
【符号の説明】
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 12A,12B,16…触媒コンバータ 13A,13B…上流側O2 センサ 17…下流側O2 センサ 19…アイドルスイッチ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関が分割された複数の部分気筒群
    と、 該各部分気筒群に設けられた上流側空燃比センサ(13
    A,13B)と、 前記各部分気筒群の排気が集合する排気集合部と、 該排気集合部に設けられた下流側空燃比センサ(17)
    と、 前記上流側空燃比センサと前記下流側空燃比センサとの
    間に設けられた三元触媒(CCRO)と、 前記機関が特定運転状態か否かを判別する特定運転状態
    判別手段と、 前記機関が特定運転状態でないときに前記各部分気筒群
    に対して該各部分気筒群に設けられたそれぞれの上流側
    空燃比センサの出力に応じて前記各部分気筒群の空燃比
    を個別的に調整する第1の空燃比調整手段と、 前記機関が特定運転状態のときに前記上流側空燃比セン
    サのうち特定の空燃比センサの出力に応じて前記各部分
    気筒群の空燃比を共通に調整する第2の空燃比調整手段
    と、 前記機関が特定運転状態のときに前記下流側空燃比セン
    サの出力に応じて前記三元触媒の劣化判別を行う触媒劣
    化判別手段と、を具備する 内燃機関の空燃比制御装置。
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