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JP2600208B2 - 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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Publication number
JP2600208B2
JP2600208B2 JP62262911A JP26291187A JP2600208B2 JP 2600208 B2 JP2600208 B2 JP 2600208B2 JP 62262911 A JP62262911 A JP 62262911A JP 26291187 A JP26291187 A JP 26291187A JP 2600208 B2 JP2600208 B2 JP 2600208B2
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air
fuel ratio
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downstream
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広樹 松岡
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Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1486—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor with correction for particular operating conditions
    • F02D41/1488—Inhibiting the regulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1477—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation circuit or part of it,(e.g. comparator, PI regulator, output)
    • F02D41/148—Using a plurality of comparators

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

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（O2セン
サ））を設け、上流側の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の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空燃比センサシステム、あ
るいは触媒コンバータ下流もしくは触媒コンバータ中に
O2センサを設けて該O2センサによる空燃比フィードバッ
ク制御を行うシングル空燃比センサシステムに関する。
〔従来の技術〕
単なる空燃比フィードバック制御（シングルO2センサ
システム）では、酸素濃度を検出するO2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、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焼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センサを設け、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58
−48756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、上流
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。
従って、上述のごとく、２つのO2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、第２図に示す
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O2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O2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。
他方、O2センサの出力の入力回路としては、第3A図に
示すプルダウン型入力回路がある。すなわち、プルダウ
ン型入力回路（公開技報87−5098号参照）は、プルダウ
ン抵抗R1およびノイズ吸収用キャパシタC1により構成さ
れている。素子温が低いときにはO2センサOXの内部抵抗
R0が大きく、従って、第4A図に示すごとく、ベース空燃
比がリッチでO2センサOXの起電力があってもO2センサ出
力電圧VOXはローレベルとなり、他方、素子温が高くな
ると、O2センサOXの内部抵抗R0が小さくなり、ベース空
燃比がリッチの場合にはO2センサ起電力によりO2センサ
出力電圧VOXは起電力×R1/（R0＋R1）相当のハイレベル
となる。このようなプルダウン型入力回路を用いた場合
のO2センサOXの活性判別は、O2センサ出力電圧VOXが所
定値を超えたか否かあるいは反転したか否かにより行う
のが通常であるが、ベース空燃比がリーンの場合にはた
とえO2センサOXが活性化していても活性と判断されな
い。
そこで、ベース空燃比のリッチ、リーンに関係なくO2
センサOXの活性判別が可能な入力回路として、第3B図に
示すプルアップ型入力回路（公開技報87−5098号参照）
が提案されている。すなわち、プルアップ型入力回路
は、プルアップ抵抗R2およびノイズ吸収用キャパシタC2
により構成されている。素子温が低いときにはO2センサ
OXの内部抵抗R0はプルアップ抵抗R2に比べて大きく、第
4B図に示すごとく、O2センサ出力電圧VOXはベース空燃
比に関係なくほぼ電源電圧に近い値（VCC×R0/（R0＋
R2））までプルアップされ、他方、素子温が高くなる
と、O2センサOXの内部抵抗R0がプルアップ抵抗R2に比べ
て小さくなり、ベース空燃比がリッチの場合にはO2セン
サ出力電圧VOXは起電力＋VCC×R0/（R0＋R2）相当のハ
イレベルとなり、また、ベース空燃比がリーンの場合に
はO2センサ出力電圧VOXはVCC×R0/（R0＋R2）相当のロ
ーレベルとなる。従って、プルアップ型入力回路を用い
た場合には、O2センサOXの活性判別はO2センサ出力電圧
VOXが暖機後のリッチ出力レベルより少し高いレベルた
とえば第4B図に示す活性判別値VAより低いか否かによっ
て行うことができる。
〔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O2センサシステムの下流
側O2センサに対してプルアップ型入力回路を適用した場
合には、活性判別直後はベース空燃比がリーンであって
もリッチと誤判別されることに起因する誤制御が生じる
だけでなく、ベース空燃比がリッチからリーンに、ある
いはリーンからリッチに反転を繰り返すことにより下流
側O2センサは活性・非活性のハンチング（範囲Ｙ）を生
じ空燃比のリッチずれが発生するという問題点がある。
即ち、活性判別値を図５に示すVA（暖機後のリッチ出
力よりわずかに高い判別レベル）だけとした場合には、
燃料カット、増量等によるベース空燃比の変動によりハ
ンチングが発生したときに空燃比フィードバック制御定
数がリッチ側に過補正されることを防止できない。
さらに、第6A図、第6B図（第6A図のＢ部分の拡大図）
を用いて詳細に説明すると、時刻t0においてVOX＜VAと
なり下流側O2センサが活性したものと判別されたときに
は、下流側O2センサによる空燃比フィードバック制御定
数、例えばリッチスキップ量RSRの更新が開始される。
そして、ベース空燃比がリーンである場合に活性判別さ
れた時刻t0から時刻t1でVOX＜VRとなるまではリッチと
誤判別されるだけでなく、下流側O2センサの活性判別直
後は燃料カット、増量等に起因してベース空燃比はリッ
チ、リーンの間でハンチングするため、第6B図に示すよ
うに時刻t2〜t3、t4〜t5、t6〜t7において下流側O2セン
サは非活性状態となり、RSRの更新は中断されるため、R
SRはリッチ側に過補正される。なお、点線RSR′はリッ
チ側過補正がない場合を示す。
このリッチ側過補正を解決するために活性判別値を図
５に示すVBまで上昇させた場合には、時刻t2〜t3、t4〜
t5、t6〜t7において下流側O2センサが非活性状態となる
ことは防止できるものの、ベース空燃比がリーンである
場合には活性判別後にベース空燃比がリーンであるにも
係わらずリッチと誤判別する期間が長くなるためRSRが
誤補正されることを避けることはできない。
上述の問題点は、触媒下流もしくは触媒中のみにO2セ
ンサを設けたシングルO2センサシステムにおいても同様
である。
従って、本発明の目的は、空燃比センサ活性判別後の
空燃比誤制御によるエミッションの悪化、燃費の悪化、
ドライバビリティの悪化などを抑制するダブル空燃比セ
ンサシステムおよびシングル空燃比センサシステムを提
供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上述の問題点を解決するための手段は第1A図、第1B図
に示される。
第1A図はダブル空燃比センサシステムを示す。すなわ
ち、内燃機関の排気通路に設けられた三元触媒CCROの上
流側の排気通路には、機関の空燃比を検出する上流側空
燃比センサが設けられ、また、三元触媒CCROの下流側の
排気通路には、機関の空燃比を検出する下流側空燃比セ
ンサが設けられている。プルアップ型入力回路は、下流
側空燃比センサが非活性状態と判別されているときに、
下流側空燃比センサが活性状態と判別された後の下流側
空燃比センサのリッチ検出時電圧より高い電圧を印加す
るとともに、下流側空燃比センサの出力電圧を入力す
る。第１の比較手段は、下流側空燃比センサが非活性状
態と判別されているときにプルアップ型入力回路の出力
V2を暖機後のリッチ出力レベルよりわずかに高い第１の
レベルVA1と比較し、この結果、プルアップ型入力回路
の出力V2が第１のレベルVA1より低くなったときに下流
側空燃比センサを活性状態と判別する。また、第２の比
較手段は、下流側空燃比センサが活性状態と判別されて
いるときにプルアップ型入力回路の出力を第１のレベル
VA1より高い第２のレベルVA2と比較し、この結果、プル
アップ型入力回路の出力が第２のレベルVA2より高くな
ったときに下流側空燃比センサを非活性状態と判別す
る。下流側空燃比センサが活性状態のときに、制御定数
演算手段はプルアップ型入力回路の出力V2に応じて空燃
比フィードバック制御定数たとえばスキップ量RSR,RSL
を演算する。この結果、空燃比補正量演算手段は空燃比
フィードバック制御定数RSR,RSLおよび上流側空燃比セ
ンサの出力V1に応じて空燃比補正量FAFを演算する。そ
して、空燃比調整手段はこの空燃比補正量FAFに応じて
機関の空燃比を調整するものである。
第1B図はシングル空燃比センサシステムを示す。すな
わち、三元触媒CCROの下流側の排気通路もしくは三元触
媒中には、機関の空燃比を検出する空燃比センサが設け
られている。プルアップ型入力回路は、空燃比センサが
非活性状態と判別されているときに、空燃比センサが活
性状態と判別された後の空燃比センサのリッチ検出時電
圧より高い電圧を印加するとともに、空燃比センサの出
力電圧を入力する。第１の比較手段は、空燃比センサが
非活性状態と判別されているときにプルアップ型入力回
路の出力V2を暖機後のリッチ出力レベルよりわずかに高
い第１のレベルVA1と比較し、この結果、プルアップ型
入力回路の出力V2が第１のレベルVA1より低くなったと
きに空燃比センサを活性状態と判別する。また、第２の
比較手段は、空燃比センサが活性状態と判別されている
ときにプルアップ型入力回路の出力を第１のレベルVA1
より高い第２のレベルVA2と比較し、この結果、プルア
ップ型入力回路の出力が第２のレベルVA2より高くなっ
たときに空燃比センサを非活性状態と判別する。空燃比
センサが活性状態のときに、制御量演算手段はプルアッ
プ型入力回路の出力V2に応じて空燃比制御量FAFを演算
する。そして、空燃比調整手段は空燃比制御量FAFに応
じて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、活性判別値を２値VA1,VA2（VA1
＜VA2）とすることにより活性判別をヒステリシス的に
行うことになる。
〔実施例〕
第７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である。第７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。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12
の上流側には第１のO2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O2センサ15が設け
られている。O2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、O2センサ1
3,15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のプルアップ
型入力回路111,112を介して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,CP
U103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16には、スロットル
弁16が全閉か否かを検出するためのアイドルスイッチ17
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。
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がリ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、CPU103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10
7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RA
M105の所定領域に格納される。
第８図は上流側O2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801では、上流側O2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。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OTP増量中、上流側O2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
ループ条件成立である。閉ループ条件が不成立のときに
は、ステップ827に進んで空燃比補正係数FAFを1.0とす
る。なお、FAFを閉ループ制御終了直前値としてもよ
い。その場合には、ステップ828に直接進む。他方、閉
ループ条件成立の場合はステップ802に進む。
ステップ802では、上流側O2センサ13の出力V1をA/D変
換して取込み、ステップ803にてV1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、空燃比がリーン（V1
≦VR1）であれば、ステップ804にてディレイカウンタCD
LYが正か否かを判別し、CDLY＞０であればステップ805
にてCDLYを０とし、ステップ806に進む。ステップ806で
は、ディレイカウンタCDLYを１減算し、ステップ807,80
8にてディレイカウンタCDLYを最小値TDLでガードする。
この場合、ディレイカウンタCDLYが最小値TDLに到達し
たときにはステップ809にて第１の空燃比フラグF1を
“0"（リーン）とする。なお、最小値TDLは上流側O2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
遅延状態であって、負の値で定義される。他方、リッチ
（V1＞VR1）であれば、ステップ810にてディレイカウン
タCDLYが負か否かを判別し、CDLY＜０であればスキップ
811にてCDLYを０とし、ステップ812に進む。ステップ81
2ではディレイカウンタCDLYを１加算し、ステップ813,3
14にてディレイカウンタCDLY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815にて第１の空燃比フラグF1
を“1"（リッチ）とする。なお、最大値TDRは上流側O2
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
チ遅延であって、正の値で定義される。
ステップ816では、第１の空燃比フラグF1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817にて、第１の空燃比フラグF1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818にてFAF←FAF＋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819にてFAF←FAF−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。
ステップ816にて第１の空燃比フラグF1の符号が反転
していなければ、ステップ820,821,822にて積分処理を
行う。つまり、ステップ820にて、F1＝“0"か否かを判
別し、Ｆ＝“0"（リーン）であればステップ821にてFAF
←FAF＋KIRとし、他方F1＝“1"（リッチ）であればステ
ップ822にてFAF←FAF−KILとする。ここで、積分定数KI
R,KILはスキップ定数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821はリーン状態（F1＝“0"）で燃料噴射
量を徐々に増大させ、ステップ822はリッチ状態（F1＝
“1"）で燃料噴射量を徐々に減少させる。
ステップ818,819,821,822にて演算された空燃比補正
係数FAFはステップ823,824にて最小値たとえば0.8にて
ガードされ、また、ステップ825,826にて最大値たとえ
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FAF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RAM105に格納して、ス
テップ828にてこのルーチンは終了する。
第９図は第８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O2センサ13の出力に
より第９図（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CDLYは、
第９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９図（Ｃ）に示すごとく、遅延処理された空燃比
信号A/F′（フラグF1に相当）が形成される。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,t7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′にもとづいて第９図（Ｄ）に示す空燃比
補正係数FAFが得られる。
次に、下流側O2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13の出力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。
たとえば、リッチスキップ量RSR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RSL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RSL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
RSRを小さくしても制御空燃比比をリーン側に移行でき
る。従って、下流側O2センサ15の出力に応じてリッチス
キップ量SRSおよびリーンスキップ量RSL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、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KIL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O2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。リッチ遅延時間TDR＞
リーン遅延時間（−TDL）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（−TDL）
＞リッチ遅延時間（TDR）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O2センサ15の出
力に応じて遅延時間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。
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。
第10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O2センサシステムに
ついて説明する。
第10図は下流側O2センサ15の出力にもとづいてスキッ
プ量RSR,RSL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512ms毎に実行
される。ステップ1001〜1010では、下流側O2センサ15に
よる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13による閉ループ条件の不成立（ステップ1001
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1002）、スロットル弁16が全閉（LL＝
“1"）のとき（ステップ1003）、軽負荷のとき（Q/Ne＜
X1）（ステップ1004）、下流側O2センサ15が活性化して
いないとき（ステップ1005〜1010）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不成立であ
る。閉ループ条件でなければ直接ステップ1017に進む。
下流側O2センサ15の活性化判別ステップ1005〜1010は
第11図に示す活性フラグFACを設定するものである。す
なわち、ステップ1005では、下流側O2センサ15の出力す
なわちプルアップ型入力回路112の出力V2をA/D変換して
取込み、ステップ1006にて第１の活性判別値VA1と比較
し、ステップ1007にて第２の活性判別値VA2（＞VA1）と
比較する。この結果、V2＜VA1であればステップ1008に
て活性フラグFACを“1"（活性）とし、V2＞VA2であれば
ステップ1008にて活性フラグFACを“0"（非活性）とす
る。その他の場合には、活性フラグFACは変更されず、
ステップ1010にてFAC＝“0"（非活性）か否か判別す
る。この結果、下流側O2センサ15が活性状態（FAC＝
“1"）のときにはステップ1011〜1016に進み、下流側O2
センサ15が非活性状態（FAC＝“0"）のときにはステッ
プ1017に進む。
ステップ1011にてV2が比較電圧VR2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VR2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より高く設定されているが、
この設定は任意でもよい。
ステップ1011にてV2≦VR2（リーン）であればステッ
プ1012,1013に進み、他方、V2＞VR2（リッチ）であれば
ステップ1014,1015に進む。ステップ1012では、RSR←RS
R＋ΔRS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ると共に、ステップ1013
にてRSL←RSL−ΔRSとし、つまり、リーンスキップ量RS
Lを減少させて空燃比をリッチ側にさらに移行させる。
他方、ステップ1014にてRSR←RSR−ΔRSとし、つまり、
リッチスキップ量RSRを減少させて空燃比をリーン側に
移行させると共に、ステップ1015にてRSL←RSL＋ΔRSと
し、つまり、リーンスキップ量RSLを増大させて空燃比
をリーン側にさらに移行させる。
ステップ1016は、上述のごとく演算されたRSR,RSLの
ガード処理を行うものであり、たとえば最大値MAX＝7.5
％、最小値MIN＝2.5％にてガードする。なお、最小値MI
N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。
そして、第10図のルーチンはステップ1017にて終了す
る。
第10図のルーチンによれば、第12図に示すごとく、下
流側O2センサ15の出力すなわちプルアップ型入力回路11
2の出力V2が変化したときには、V2＜VA1以後下流側O2セ
ンサ15は活性状態（FAC＝“1"）となるが、V2＞VA2とな
らない限り非活性状態（FAC＝“0"）とならず、従っ
て、リッチスキップ量RSRはリッチ側に過補正されな
い。また、第１の値VA1を低く設定すれば、V2＜VA1にな
った直後のリッチ誤判定期間も小さくすることができ
る。
なお、VA1はO2センサ暖機後ベース空燃比リッチ時の
出力電圧よりやや高めに設定され、VA2はVA1以上で活
性、非活性のハンチングが生じないような電圧（たとえ
ば第５図のVBもしくはやや高め）に設定される。
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を演算する。たとえばTAUP
←α・Q/Ne（αは定数）とする。ステップ1302にてRAM1
05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。
ステップ1303では、最終噴射量TAUを、TAU←TAUP・FAF
・（FWL＋β）＋γにより演算する。なお、β，γ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1304にて、噴射量TAUをダウンカウンタ1
08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。
なお、触媒下流もしくは触媒中のみにO2センサを設け
て、空燃比フィードバック制御を行うシングルO2センサ
システムにおいて、上述の第１の空燃比フィードバック
ルーチンに代え第２の空燃比フィードバックルーチンの
RSR,RSLをFAFとして計算してやればよい。また、空燃比
フィードバックに反映させるサブO2センサの出力として
プルアップ型入力回路の出力値を用いたが、プルアップ
型入力回路を介さず下流側サブO2センサの出力を直接用
いることもできる。
また、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512ms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
つを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のうちの一定を固定し他方のみ
を可変とすることも、遅延滞時間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。
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。
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、三元触媒下流も
しくは三元触媒中に設置した空燃比センサが暖機後のリ
ッチ出力よりわずかに高い第１の判別レベル以下となっ
たときに空燃比センサは活性状態となったと判別し、空
燃比センサの出力が第１の判別レベルより高い第２の判
別レベル以上となったときに空燃比センサは非活性状態
となったと判別することにより活性、非活性のハンチン
グがなくなるとともに、ベース空燃比がリーンのときの
リッチ誤判別が抑制されるため、制御定数、空燃比制御
量の過補正を抑制することが可能となり、排気エミッシ
ョン、燃費およびドライバビリティの悪化の抑制に役立
つものである。
【図面の簡単な説明】
第1A図、第1B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O2センサシステムおよびダブルO2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O2センサの出力の入力回路の例を示す
回路図、 第4A図、第4B図は第3A図、第3B図の回路の出力特性図、 第５図はO2センサの活性判別を説明する図、 第6A図、第6B図は本発明が解決しようとする問題点を説
明するタイミング図、 第７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８図、第10図、第13図は第７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11図、第12図は第10図のフローチャートを補足説明す
る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O2センサ、 15……下流側O2センサ、 17……アイドルスイッチ。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の排気通路の設けられた三元触媒
    と、 該三元触媒の上流側の排気通路に設けられ、前記機関の
    空燃比を検出する上流側空燃比センサと、 前記三元触媒の下流側の排気通路に設けられ、前記機関
    の空燃比を検出する下流側空燃比センサと、 該下流側空燃比センサが非活性状態と判別されていると
    きに、該下流側空燃比センサが活性状態と判別された後
    の該下流側空燃比センサのリッチ検出時電圧より高い電
    圧を印加するとともに、該下流側空燃比センサの出力電
    圧を入力するプルアップ型入力回路と、 前記下流側空燃比センサが非活性状態と判別されている
    ときに前記プルアップ型入力回路の出力を暖機後のリッ
    チ出力よりわずかに高い第１のレベルと比較し、前記プ
    ルアップ型入力回路の出力が該第１のレベルより低くな
    ったときに前記下流側空燃比センサを活性状態と判別す
    る第１の比較手段と、 前記下流側空燃比センサが活性状態と判別されていると
    きに前記プルアップ型入力回路の出力を前記第１のレベ
    ルより高い第２のレベルと比較し、前記プルアップ型入
    力回路の出力が該第２のレベルより高くなったときに前
    記下流側空燃比センサを非活性状態と判別する第２の比
    較手段と、 前記下流側空燃比センサが活性状態のときに前記プルア
    ップ型入力回路の出力に応じて空燃比フィードバック制
    御定数を演算する制御定数演算手段と、 前記空燃比フィードバック制御定数および前記上流側空
    燃比センサの出力に応じて空燃比補正量を演算する空燃
    比補正量演算手段と、 前記空燃比補正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、 を具備する内燃機関の空燃比制御装置。
  2. 【請求項２】内燃機関の排気通路の設けられた三元触媒
    と、 該三元触媒の下流側の排気通路もしくは該三元触媒中に
    設けられ、前記機関の空燃比を検出する空燃比センサ
    と、 該空燃比センサが非活性状態と判別されているときに、
    該空燃比センサが活性状態と判別された後の該空燃比セ
    ンサのリッチ検出時電圧より高い電圧を印加するととも
    に、該空燃比センサの出力電圧を入力するプルアップ型
    入力回路と、 前記空燃比センサが非活性状態と判別されているときに
    前記プルアップ型入力回路の出力を暖機後のリッチ出力
    レベルよりわずかに高い第１のレベルと比較し、前記プ
    ルアップ型入力回路の出力が該第１のレベルより低くな
    ったときに前記空燃比センサを活性状態と判別する第１
    の比較手段と、 前記空燃比センサが活性状態と判別されているときに前
    記プルアップ型入力回路の出力を前記第１のレベルより
    高い第２のレベルと比較し、前記プルアップ型入力回路
    の出力が該第２のレベルより高くなったときに前記空燃
    比センサを非活性状態と判別する第２の比較手段と、 前記空燃比センサが活性状態のときに前記プルアップ型
    入力回路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、 を具備する内燃機関の空燃比制御装置。
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公開技報８７−５０９８号

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