JPS6260941A - 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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JPS6260941A
JPS6260941A JP60198587A JP19858785A JPS6260941A JP S6260941 A JPS6260941 A JP S6260941A JP 60198587 A JP60198587 A JP 60198587A JP 19858785 A JP19858785 A JP 19858785A JP S6260941 A JPS6260941 A JP S6260941A
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air
fuel ratio
engine
sensor
ratio control
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Toshinari Nagai
俊成 永井
Takatoshi Masui
孝年 増井
Yasushi Sato
靖 佐藤
Toshiyasu Katsuno
歳康 勝野
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1439Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
    • F02D41/1441Plural sensors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
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    • F02D41/2425Particular ways of programming the data
    • F02D41/2429Methods of calibrating or learning
    • F02D41/2441Methods of calibrating or learning characterised by the learning conditions
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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(0□センサ)
)を設け、上流側の02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0□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0□センサ
システム)では、酸素濃度を検出する0□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、02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0□
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0□センサを設け、上
流側02センサによる空燃比フィードパ・7り制御に加
えて下流側02センサによる空燃比フィードバック制御
を行うダブル0□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flit)。この
ダブル02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0□センサは、上流側02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。
(11触媒コンバータの下流では、排気温が低いので熱
的形容が少ない。
(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02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02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0□センサシス
テム)により、上流側0□センサの出力特性のばらつき
を下流側0□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02センサシステムでは、0□
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02センサシス
テムでは、上流側02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0
2センサシステムにおいては、下流側0□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問題点〕
しかしながら、上述のダブル0□センサシステムにおい
ては、フィードバック制御時の空燃比補正にかかわる要
求レベル(以下、空燃比要求レベル)が、非フイードバ
ツク制御時と大きく離れるとがあり、特に非フィードバ
ック制御時から前述の2つの02センサによるフィード
バック制御に入るようなフィードバック開始時点には次
のような問題が発生する。すなわち、この場合、通常、
下流側02センサによる空燃比フィードバック制御速度
は上流側02センサによる空燃比フィードバック制御速
度に比較して小さく設定されているので、下流側0□セ
ンサによる空燃比フィードバック制御で制御される空燃
比制御量たとえばスキップ量が要求スキップ量レベルに
到達するのに時間を要し、延いては、空燃比フィードバ
ック制御により空燃比が要求制御レベルに到達するのに
時間を要し、この結果、補正不足が生じて、燃費の悪化
、ドライバビリティの悪化、エミッションの悪化等を招
くという問題点があった。
また、空燃比フィードバック制御中にあっても、機関の
状態が異なる運転条件に遷移したときには、やはり空燃
比制御レベルが空燃比要求レベルからずれることがあり
、この場合にも、上述と同様の問題点が生じる。
なお、非フイードバツク制御(オーブン制御)からフィ
ードバック制御に切替った際にただちに空燃比を要求制
御し・ベルに移行させるために、本願出願人は、既に、
フィードバック制御開始後の一定時間のみ下流側02セ
ンサによる空燃比フィードバック制御速度を大きくして
フィードバック開始時の空燃比制御レベルを要求制御レ
ベルに迅速に到達せしめるダブル0□センサシステムを
提案している(参考:特願昭60−76615号)。し
かしなから、この場合には、空燃比のリッチスパイク(
もしくはリーンスパイク)等に応答して空燃比がアンダ
シュート くもしくはオーバシュー1−)する可能性が
ある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の目的は、フィードバック制御開始後およびフィ
ードバック制御中であっても機関の状態が異なる条件に
遷移したときの燃費の悪化、ドライバビリティの悪化、
エミッションの悪化等を防止したダブル空燃比センサ(
0□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1B図に示される。
第1A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。空燃比フィードバック
条件判別手段は機関が所定の空燃比フィードバック条件
を満足しているか否かを判別し、この結果、機関が前記
空燃比フィードバック条件を満足しているときに、空燃
比制御量演算手段が第2の(下流側)空燃比センサの出
力に応じて空燃比側?1ffiを演算する。また学習条
件判別手段は機関が所定の学習条件を満足しているか否
かを判別し、この結果、機関が前記学習条件を満足して
いるときに、学習手段が空燃比制御量の中心値を演算し
て記憶する。空燃比調整手段は第1の(上流側)空燃比
センサの出力および空燃比制御量に応じて機関の空燃比
を調整する。そして、機関が空燃比フィードバック条件
を満足した時点では、空燃比制御量を前記記憶された空
燃比制御量の中心値とするものである。
第1B図においては、第1A図に対して運転条件領域判
別手段が付加されている。すなわち、運転条件領域判別
手段は、機関の状態が複数の区分に分割された運転条件
領域のいずれかに屈するかを判別する。この結果、学習
手段は、機関の状態が同一の運転状態領域に属し且つ機
関が学習条件を満足しているときに、前記空燃比制御量
の中心値を演算し、空燃比制御量の中心値を運転条件領
域毎に記憶する。そして機関が空燃比フィードバック条
件を満足した時点もしくはその後に機関の状態が異なる
運転条件領域に遷移した時点では、空燃比制御量を現在
の運転条件領域に記憶された空燃比制御量の中心値とす
るものである。
〔作 用〕
上述の手段によれば、下流側02センサによる空燃比フ
ィードバック制御開始時には、記憶された空燃比制御量
の中心値から開始する。第1B図の手段によれば、さら
に、機関の状態が異なる運転条件領域に遷移したときに
も、各運転条件領域毎に記憶された空燃比側an ff
iの中心値から開始する。
〔実施例〕
以下、図面により本発明の詳細な説明する。
第3図は本発明に係る内@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CPIJ 
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
燃料を吸気ボ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のシリンダプロツーりのウォータジャ
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T
HW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11c、 CoXNoX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0□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02セ
ンサ°15が設けられている。
0□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、02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でA/
D変換器101に発生する。
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の外に、ROM 104、
RAM 105 、バンクアップROM 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1
08にブリセン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
アウド端子が“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1TA
Uだけ燃料噴射弁7は付勢され、従って、燃料噴射量T
AU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1
01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、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。
第4図は上流側02センサ13の出力にもとづいて空燃
比補正係数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401では、上流側02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
否かをフラグF fbMにより判別する。
なお、フラグFfbMは、図示しないルーチンにより演
算されているものとする。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、上流側0□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
tある。閉ループ条件が不成立(Ffbl、I=“0”
)のときには、ステップ417に進んで空燃比補正係数
FAFを1.0とする。他方、閉ループ条件成立の場合
(Frb、4−“1″)はステップ402に進む。
ステップ402では、上流側02センサ13の出力■1
をA/D変換して取込み、ステップ403にてVlが比
較電圧■8.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(VI≦VRI)であれば、ステップ404にて第1
のディレィカウンタCDLY 1を1減算し、ステップ
405.406にて第1のディレづカウンタCDI、Y
lを最小値TDI’llでガードする。なお、最小値T
Dl?1は上流側0□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+ 〉VRI)であれば
、ステップ407にて第1のディレィカウンタCDLY
 1を1加算して、ステップ408,409にて第1の
ディレィカウンタCDLY 1を最大値TDLIでガー
ドする。なお、最大値TDLIは上流側0□センサ13
の出力においてリッチがら1;−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のディレィカウンタCDLY 1の−11
xをOとし、CDLY 1 > 0のときに遅延処理後
の空燃比をリッチとみなし、CDLYI≦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410では、第1のディレィカウンタCDLY
 1の符号が反転したか否かを判別する、ずなわち遅延
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411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412
にてFAF −FAF +R3R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413にてFAF−FAF−R3L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410にて第1のディレィカウンタCDLY 
1の符号が反転していなければ、ステップ[4,415
゜416にて積分処理を行う。つまり、ステップ414
にて、CDLY 1≦0か否かを判別し、CDLY 1
≦0(リーン)であればステップ415にてFAF 4
−PAF+KrRとし、他方、CDLYI>0(リッチ
)であればステップ416にてFAF −FAF −K
IL とする。ここで、積分定数KIR,KrLはスキ
ップ定数R3R、R3Lに比して十分小さく設定してあ
り、つまり、KTR(KIL) <R5R(R5L)で
ある。従って、ステップ415はリーン状B(CDLY
I≦0)で燃料噴射量を徐々に増大させ、ステ、プ41
6はリッチ状態(CDLY 1〉0)で燃料噴射量を徐
々に減少させる。
ステップ412,413,415,416にて演算され
た空燃比補正係数FAFは最小値たとえば0.8および
最大イ直たとえば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fiFAF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RAM 105に格納
して、ステップ418にてこのルーチンは終了する。
第5図は第4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02センサ13の出力
により第5図(A)に示すごとくリッチ、リーン判別の
空燃比信号A /Flが得られると、第1のディレィカ
ウンタCDLY 1は、第5図(B)に示すごとく、リ
ッチ状態でカウントアツプされ、リーン状態でカウント
ダウンされる。この結果、第5図(C)に示ずごと(、
遅延処理された空燃比信号A/Fl’が形成される。た
とえば、時刻t、にて空燃比信号A /Fl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/
Fl’はリッチ遅延時間(−TDRI)だけリーンに保
持された後に時刻L2にてリッチに変化する。時刻t3
にて空燃比信号A /Fl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/Fl’はリーン遅
延時間TDLI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/Fl
が時刻tS  +  6  + ’7のごとくリッチ遅
延時間(−TDPI)より短い期間で反転すると、第1
のディレィカウンタ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L8にて遅延処理後の
空燃比信号A /PI ’が反転される。つまり、遅延
処理後の空燃比信号A/Fl’は遅延処理前の空燃比信
号A /Fl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/Fl’にもとづいて第5図
(D)に示す空燃比補正係数FAFが得られる。
次に、下流側0□センサー5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R5R,R5L遅延時間TDR
I 、 TDLI、積分定数KIR,RIL 。
もしくは上流側0□センサ13の出力■1の比較電圧V
RIを可変にするシステムと、第2の空燃比補正係数F
AF2を導入するシステムとがある。
たとえば、リッチスキップIR5Rを大きくすると、制
御空燃比をリッチ側に移行でき、また、リーンスギツブ
1R3L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IR3L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
1R3R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0□センサ15の出力に応じてリッチス
キップ1R3Rおよびリーンスキップ量R3Lを補正す
ることにより空燃比が制御できる。
また、リッチ遅延時間(−TDPI) >リーン遅延時
間(TDLI)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(TDLI) >す7
チ遅延時間(−TDRI)と設定すれば、制御空燃比は
り一ン側に移行できる。つまり、下流側0□センサ15
の出力に応じて遅延時間TDRI 、 TDLI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KrL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0
2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。さらにまた、比較電圧■□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■8
.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0□センサ15の出力に応じて比較電圧V
I11を補正することにより空燃比が制御できる。従っ
て、下流側0□センサ15の出力に応じて比較電圧■R
■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02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(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うる。
次に、第6図、第7図、第8図を参照して空燃比フィー
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0□センサシステムについて説明する。
第6図は下流側0□センサ15の出力にもとづいてスキ
ップ1R5R,R5L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
に実行され葛。ステップ601では、第4図のステップ
401と同様に、下流側02センサ15による空燃比の
閉ループ条件が成立しているか否かをフラグFfbsに
より判別する。なお、フラグF tbsは図示しないル
ーチンにより演算されるものとする。たとえば、冷却水
温が所定値以下の時、下流側02センサ15の出力信号
が一度も反転しない時、下流側02センサ15が故障し
ている時、過渡運転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。
閉ループ条件不成立であれば、ステ・ノブ626゜62
7に進み スキップ量R3R,R3Lを後述の学習値R
5RG 、 R5LGとする。
閉ループ条件成立であれば、ステップ602に進む。
ステップ602〜609は第4図のステップ402〜4
09に対応している。つまり、リッチ、リーン判別はス
テップ603にて行っているが、この判別結果はステッ
プ604〜609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610にて行わ
れる。
ステップ610では、第2のディレィカウンタCDLY
2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。空燃比が判
定していれば、ステップ611にて学習条件が成立して
いるか(学習実行フラグFG−“1”)か否かを判別し
、学習条件が成立していればステップ612にて学習制
御を行う。なお、学習実行フラグF6および学習ステッ
プ612については後述する。
ステップ゛613では、第2のディレィカウンタCII
LY 2がCDLY2≦O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614〜619に進み、他方、CDLY 2 >
 Oであれば空燃比はリッチと判別されてステップ62
0〜625に進む。
ステップ614では、l’lsR←R5R+Δl?s’
(一定値たとえば0.08%)とし、つまり、リッチス
キップ量R3Rを増大させて空燃比をリッチ側に移行さ
せる。ステップ615,616では、RSRを最大値M
AXたとえば7.5%にてガードする。さらに、ステッ
プ617にてR5L 4−R5I、−ΔI?Sとし、つ
まり、リッチスキップ1R3I−を減少させて空燃比を
リッチ側に移行させる。ステップ618,619では、
R3Lを最小値MINたとえば2.5%にてガードする
他方、リッチ(y2>v、□)のときには、ステップ6
20にてRSR4−R5[?−ΔR3とし、つまり、リ
ッチスキップIR3Rを減少させて空燃比をり−ン側に
移行させる。ステップ621 、622では、RSRを
最小値MINにてガードする。さらに、ステ・ンプ62
3にてI?5L−R3L +ΔR3(一定値)とし、つ
まり、リーンスキップIR3Lを増加させて空燃比をリ
ーン側に移行させる。ステップ624 、625では、
RS Lを最大値MAXにてガードする。
上述のごとく演算されたRSR,R3LはRAM 10
5に格納された後に、ステップ628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FAF、 
RSR,I’lSLは一旦他の値FAF’ 、  R3
R’ 、  R3R’に変換してバックアンプRAM 
106に格納することもでき、これにより、再始動時等
における運転性向上にも役立つものである。第6図にお
ける最小値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MINは空燃比変動によるド
ラビリティの悪化が発生しないレベルの値である。
このように、第6図のルーチンによれば、下流側02セ
ンサ15の出力がリーンであれば、リッチスキップ1R
3Rが徐々に増大され、rl一つり−ンスキノプ1R3
Lが徐々に減少され、これにより、空燃比はリッチ側へ
移行される。また、下流側02センサ】5の出力がリッ
チであれば、リッチスキップIR3Rが徐々に減少され
、且つり−ンスキソブ量RS Lが徐々に増大され、こ
れにより、空燃比はリーン側へ移行される。また、オー
プンループ時(Ffb14−“0”)のときには、RS
R,R3Lはその学習値RSRG 、 R3LGに保持
される。
次に、第6図の学習実行フラグF6および学習制御ステ
ップ612について説明する。
第7図は学習実行フラグFGを設定するためのルーチン
であって、所定時間たとえばIS毎にもしくは所定クラ
ンク角たとえば180°CAN−に実行される。ステッ
プ701では、上流側02センサ13による空燃比フィ
ードバック制御中(F tbH=“1”)か否かを判別
し、ステップ702では、下流側0□センサ15による
空燃比フィードバック制御中(Ftbs =“1”)か
否かを判別する。
F2、−1″且つFfbs=“1”のときのみ、ステッ
プ703にて冷却水温データTHWをRAM 109よ
り読出し、THWが所定範囲たとえば70℃<THW<
90℃ か否かを判別し70℃<TIIW <90℃が満足され
たときのみ、つまり、安定な温度のときのみ、ステップ
704に進む。
ステップ704〜708では、ステップ704では、吸
入空気量データQの時間当りもしくはクランク角当り変
化量ΔQが所定値αより小さいか否かを判別し、この結
果、ΔQ≧αのときには、ステップ708にてカウンタ
CAOをクリアし、ΔQくαのときには、ステップ70
5にてカウンタCAOをカウントアンプし、ステップ7
06にてCaa>β(一定値)のときのみステップ70
9にて学習実行フラグFGを“l”とし、その他の場合
には、ステップ710にて学習実行フラグF、を0″と
する。なお、カウンタC4゜はある最大値にてガードさ
れる。
そして、このルーチンはステップ711にて終了する。
このように、上流側0□センサ13による空燃比フィー
ドバック制御、および下流側02センサ15による空燃
比フィードバック制御が行われている条件のもとで、冷
却水温THWにより条件を限定し、さらに吸入空気量変
化ΔQが一定値αより小さい安定な状態が一定期間持続
したときのみ、学習実行フラグF6を“1”として、学
習制御が実行されることになる。
第8図は第6図の学習ルーチンステップ612の詳細な
フローチャートである。このルーチンは、上述のごとく
、遅延された下流側0.センサ15の出力信号が反転し
たときにあって、学習条件が満たされたときに実行され
る。
ステップ801では、今回のリッチスキップ量R3Rと
前回のリッチスキップIRsROとの平均値R5Rを演
算し、すなわち R5R←(R3R+R3RO)/2 とし、ステップ802にて、リッチスキップ量の学習値
R3RGを平均値R3Rにてなます。すなわち、とする
。そして、ステップ803にて、学習値R5RGをバッ
クアップRAM 106に格納する。
同様にステップ804では、今回のリーンスキップIR
3Lと前回のリーンスキップIR5LOとの平均値R3
L  を演算し、すなわち、 R3L  −(R3L+R3LO)/2とし、スキップ
805にてリーンスキップ量の学習値1?sLGを平均
値R3Lにてなます。すなわち、とする。そして、ステ
ップ806にて、学習値RSRGをバックアップRAM
 106に格納する。
ステ・7プ807 、80Bでは、次の実行に備え、I
?SRをR3ROとし、R3LをR3LOとし、ステッ
プ809にてこのルーチンは終了する。
このように、リッチスキップIR3Rおよびリーンスキ
ップ1lR3Lは、所定学習条件のもとで学習され、前
述のごとく、これらの学習値RSRGおよびR5LGは
、空燃比フィードバック制御開始時に、リッチスキップ
IR3Rおよびリーンスキップ量R3Lとして用いられ
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90
1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1TAUPを
演算する。たとえばTAUP” K Q / Ne(K
は定数)とする。ステップ902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次元マツ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、TAυ←T
AUP −FAF  ・(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904にて、噴射ITAU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905にてこ
のルーチンは終了する。なお、上述のごとく、噴射1T
AUに相当する時間が経過すると、ダウンカウンタ10
8のキャリアウド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4図、第6図〜第9図のフローチャートに
より得られるリッチスキップiRS R。
リーンスキップIR5Lの一例を示すタイミング図であ
る。第10図(B)に示すごとく車速SPDが変化した
場合、時刻t。にて下流側o2センサ15による空燃比
フィードバック制御が開始し、リッチスキップ量R3R
およびリーンスキップ量RS Lは、第10図(A、)
に示すごとく要求レベルに近づくようにフィードバック
制御される。そして、時間t1〜t2では、学習制御が
実行されてリッチスキップIR3Rおよびリーンスキッ
プ量R3Lの学習値R5RG及びR5LGが演算される
。この結果、時刻t3において、機関が停止されてオー
ブン期間に入り、時刻t4にて下流側02センサ15に
よる空燃比フィードバック制御が再開すると、リッチス
キップ1R3Rおよびリーンスキップ量R3Lはそれぞ
れ学習値R3RG 、 R3LGを初1す■値として制
御されるので、リッチスキップ量R3Rおよびリーンス
キップIR3Lはただちに要求レベルに近づくことにな
る。
なお、従来のごとく、学習を行わない場合、時刻t4に
て、下流側02センザ15による空燃比フィードバック
制御が再開されたときにも、す。
チスキップ世R3RおよびリーンスキップIR3Lは、
一定値例えば5%を初期値として制御されるので、要求
レベルに到達するのに時間を要し、矢印りで示すごとく
、制御遅れを生じ、燃費の悪化、ドライバビリティの悪
化、エミッションの悪化等を招くことになる。
第11図は第6図の変更例を示し、第6図に対し、ステ
ップll0L 1102.1103が付加され、ステッ
プ612 ’ 、626 ’ 、627 ’が変更され
ている。すなわち、ステップ601にて下流側0□セン
サ15による空燃比の閉ループ条件が成立しているか否
かをフラグF fbsにより判別する。閉ループ条件成
立のときにはステップ1101に進み、RAM 105
より吸入空気量データQを読出して、 n −Q /ΔQ ただし、ΔQは一定値 を演算する。なお、nは整数であり、Q/ΔQの小数点
以下は切捨てられるものとする。このようにして、機関
の状態が吸入空気量Qにより区分された   領域  
 0≦Q〈ΔQ 領領域 ΔQ≦Q<2ΔQ 領域 (k−1)Δ0 ≦Q<kΔQ のいずれに属するか否かを判別する。
ステップ1102では、今回の運転条件領域nと前回の
運転条件領域noとが同一か否かを判別する。
同一であれば(n=no)、ステ、プロ01に進み、同
一でなければ、ステップ626’ 、  627’に進
む。
なお、ステップ601にて閉ループ条件不成立のときに
もステップ626’ 、627  ’に進む。
従って、下流側02センザ15による閉ループ不成立あ
とき、もしくは該閉ループ条件が成立しても運転条件領
域nが遷移したときには、ステップ626 ’ 、 6
27  ’ ニ進′み、リッチスキップff1R5Rお
よびリーンスキップ量R3Lを、該当運転条件領域nの
学習値1?5RG(n)およびR5LG (n)とする
このため、学習制御ステップ612′では、下表のごと
く、各運転条件領域n毎に学習値を演算しハックアップ
RAM 106に格納する。
なお、ステップ1103は次の実行に備え、運転条件領
域nをnoとして記憶しておく。
次に、第11図のステップ612′である学習制御ルー
チンを第12図を参照して説明する。第12図のルーチ
ンも、遅延された下流側02センサ15の出力信号が反
転したときにあって、学習条件が満たされたときに、し
かも、運転条件領域nが遷移しないときに実行される。
第12図においては、第8図のステップ802.803
.805 、806がステップ802 ’ 、803 
’ 、805 ’ 、806 ’に変更されている。す
なわち、ステップ802′では、ステップ801にて演
算されたリッチスキップ量の平均値R3Rにて現在の運
転条件領域nの学習値RSRG (n)をなまし、ステ
ップ803′にてバソクア・ツブRAM106の該当領
域に格納し、同様にステップ805′では・ステップ8
04にて演算されたリーンスキップ量の平均値R3Lに
て現在の運転条件領域nの学習値R3LG(n)をなま
し、ステップ806′にてバックアップRAM 106
の該当領域に格納する。
第13図は、第6図のフローチャートの代りに第11図
のフローチャート、および第8図のフローチャートの代
りに第12図のフローチャートを用いた場合に得られる
リッチスキップ量RS R、リーンスキップ量R3Lの
一例を示すタイミング図である。第13図においては、
時刻t0より下流側0□センサによる空燃比フィードバ
ック制御が開始するものとする。このとき、車速SPD
が第13図(B)に示すごとく変化すると、運転条件領
域nも変化し、従って、リッチスキップ量R3Rおよび
リーンスキップ量R3Lの要求レベルも、要求レベル■
→要求しベル■→要求レベル■−要求レベル■のごとく
変化する。この結果、リッチスキップ量R3’Rおよび
リーンスキ1.プ量R3Lは各要求レベルに近づくよう
にフィードバック制御される。さらに、各学習期間1.
II、I[r。
■において学習;h制御が実行されてリッチスキップ4
iR3RおよびリーンスキップIR3Lの学習値1?S
RGおよびl?sLGが実行される。ここで、要求レベ
ル■と要求レベル■とが同一運転条件領域n=kに属し
、要求レベル■と要求レベル■とが同一運転条件領域n
=に+1に属するものとすれば、要求レベル■から要求
レベル■への遷移点においては、リッチスキップ、IR
3Rおよびリーンスキップ量R3Lは学習期間Iにおい
て得られた学習値RSRG (k)およびR5LG (
k)を初期値を用い、要求レベル■から要求レベル■へ
の遷移点においては、リッチスキップ4jlR3Rおよ
びリーンスキップ量R3Lは学習期間■において得られ
た学習値R3RG(k+1)およびR5LG(k+1)
を初期値を用いる。従って、空燃比フィードバック制御
中にあって、運転条件域が遷移してもリッチスキップ1
R3Rおよびリーンスキップ1R3Lはただちに要求レ
ベルに近づくことになる。もちろん、オープン制御から
下流側02センサ15による空燃比フィードバック制御
に移行した場合にも、リッチスキップ量R5Rおよびリ
ーンスキップ1R3Lとして該当運転条件領域に属する
学習値を用いるので、リッチスキップfJR3Rおよび
リーンスキップIR3Lはただちに要求レベルに近づく
ことになる。
なお、従来のごとく、あるいは、第6図および第8図の
フローチャートによる実施例のごとく、運転条件領域が
変化しても、リッチスキップ量R3Rおよびリーンスキ
ップ量R3Lを下流側02センサ15による空燃比フィ
ードバック制御により変化させると、要求レベルに到達
するのに時間を要し、矢印D+、Dzに示すごとく、制
御遅れを生じ、燃費の悪化、ドライバビリティの悪化、
エミッションの悪化等を招くことになる。
第11図のステップ1101において、吸入空気量Qに
より運転条件領域nを定義して各領域毎の学習値を演算
する理由を説明すると、上流側02セン叶13ば、前述
のごとく、触媒コンバータ12の上流にあって排気マニ
ホールドの集合部分に設けられており、これにより、各
気筒の排気ガスの均一な混合ガスに反応するようになっ
ている。しかしながら、吸入空気量Qが大であれば、各
気筒の排気ガスは上記集合部分において十分混合され均
一な混合ガスは得られるが、吸入空気IIQが小さくな
ると、各気筒の排気ガスは犬なり小なり混合されなくな
り、この結果2.l:流側O,センサ13は特定気筒の
排気ガスに反応する傾向になる。
他方、下流側0□センザ15は触媒コンバータ12の下
流に設けられているので、吸入空気i1Qの大小に関係
なく各気筒の排気ガスの均一な混合ガスに反応すること
になる。従って、吸入空気量Qが大のときには、上流側
02センサ13による空I:δ比フィードバック制御の
精度は高く、従って、下流側0□センサ15による空燃
比フィードバック制御の精度はそれほど必要としないの
に対し、吸入空気IQが小のときには、」二流側02セ
ンサ13による空燃比フィードバック制御の精度は低く
、従って、下流側02センサ15による空燃比フィード
バック制御は高い精度が必要とされる。
このような下流側02センサ15による空燃比フィード
バック制御の精度の相違は、要求制御量たとえばR5R
,R5Lの相違となる。従って、吸入空気量Qが異なる
各運転条件領域毎に学習値を演算することによりダブル
02センサシステムの機能を十分発揮できるようになる
。なお、各運転条件領域は一定値ΔQによる等間隔で区
分する必要はなく、不等間隔区分でもよい。さらOこ、
運転条件領域を吸入空気量パラメータにより区分してい
るが、吸入空気−iQに等価な他のパラメータたとえば
、吸入空気圧、スロットル弁開度、回転速度、等でもよ
い。
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の空燃比フィートバックル制御は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0゜センサによる制御を主にして行い、応答性の
悪い下流側02センチによる制御を従にして行うためで
ある。
また、上流側02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0゜センサの比較電圧(参照:特開昭55−3
7562号公報)等を下流側02センサの出力により補
正するダブル02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0□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通用し得る。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L−する基本噴射量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、吸入空気量に応した吸気管負圧と機関の
回転速度に応じて決定され、2ステツプ903にて最終
燃料噴射量T A、 tJ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02セ
ンサを用いたが、゛C○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、下流側空燃比セン
サによるフィードバック制御開始時すなわち非フイード
バツク制御時の空燃比制御レベルがフィードバック制御
時の空燃比要求レベルから大きくずれた場合、および下
流側空燃比センサによる空燃比フィードバック制御中に
あっても、機関の状態が異なる運転条件に遷移したとき
に空燃比制御レベルが空燃比要求レベルから大きくずれ
る場合に、制御空燃比をただちに要求レベルに近づける
ことができる。この結果、燃費の悪化、ドライバビリテ
ィの悪化、エミ・フシシンの悪化等を防止でき、しかも
制御遅れも解消できる。
【図面の簡単な説明】
第1A図、第1B図は本発明の詳細な説明するための全
体ブロック図、 第2図はシングル02センサシステムおよびダブル0□
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、第6図、第7母、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5図は第4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、第13mは本発明の詳細な説明するためのタ
イミング図である。 l・・・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)0□センサ、15・・・下
流側(第2の)02センサ。 第1A図 WJts図 Ox 第2図 第8図 第9図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 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、 前記機関が所定の空燃比フィードバック条件を満足して
    いるか否かを判別する空燃比フィードバック条件判別手
    段と、 前記機関が前記空燃比フィードバック条件を満足してい
    るときに前記第2の空燃比センサの出力に応じて空燃比
    制御量を演算する空燃比制御量演算手段と、 前記機関が所定の学習条件を満足しているか否かを判別
    する学習条件判別手段と、 前記機関が前記学習条件を満足しているときに前記空燃
    比制御量の中心値を演算して記憶する学習手段と、 前記第1の空燃比センサの出力および前記空燃比制御量
    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
    、 を具備し、 前記機関が前記空燃比フィードバック条件を満足した時
    点では前記空燃比制御量を前記記憶された空燃比制御量
    の中心値とする内燃機関の空燃比制御装置。 2、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、 前記機関が所定の空燃比フィードバック条件を満足して
    いるか否かを判別する空燃比フィードバック条件判別手
    段と、 前記機関が前記空燃比フィードバック条件を満足してい
    るときに前記第2の空燃比センサの出力に応じて空燃比
    制御量を演算する空燃比制御量演算手段と、 前記機関が所定の学習条件を満足しているか否かを判別
    する学習条件判別手段と、 前記機関の状態が複数の区分に分割された運転条件領域
    のいずれかに属するかを判別する運転条件領域判別手段
    と、 前記機関の状態が同一の運転条件領域に属し且つ前記機
    関が前記学習条件を満足しているときに前記空燃比制御
    量の中心値を演算し該空燃比制御量の中心値を前記運転
    条件領域毎に記憶する学習手段と、 前記第1の空燃比センサの出力および前記空燃比制御量
    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
    、 を具備し、 前記機関が前記空燃比フィードバック条件を満足した時
    点もしくはその後に前記機関の状態が異なる運転条件領
    域に遷移した時点では前記空燃比制御量を現在の運転条
    件領域に記憶された空燃比制御量の中心値とする内燃機
    関の空燃比制御装置。
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