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JP2570265B2 - 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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JP2570265B2
JP2570265B2 JP61174722A JP17472286A JP2570265B2 JP 2570265 B2 JP2570265 B2 JP 2570265B2 JP 61174722 A JP61174722 A JP 61174722A JP 17472286 A JP17472286 A JP 17472286A JP 2570265 B2 JP2570265 B2 JP 2570265B2
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air
fuel ratio
amount
sensor
correction amount
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JP61174722A
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俊成 永井
孝年 増井
歳康 勝野
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
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
    • F02D41/1477—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)
    • F02D41/1483—Proportional component
    • 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
    • F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
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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
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (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。
上述のダブルO2センサシステムにおいても、エアフロ
ーメータ（もしくは圧力センサ）、燃料噴射弁等の部品
の製造ばらつき、経時的もしくは経年的変化、空気密度
の変化（大気圧変化）等により、空燃比補正係数FAFは
大きくずれ、従って、その上限値もしくは下限値に近い
値となることがある。なお、上限値および下限値は何ら
かの原因でたとえば上流側O2センサの故障により空燃比
補正係数FAFが過度に補正されて大きくなり過ぎたりあ
るいは小さくなり過ぎたりするのを防止するために設け
てある。たとえば、空燃比フィードバック制御中にあっ
て、急加速、急減速等のように空燃比変動が大きい過渡
状態に入ると、空燃比補正係数FAFはその上限値あるい
は下限値にはりついてしまい、空燃比補正係数FAFの変
動マージンが小さくなり、これ以上の補正が不可能とな
る。従って、過渡時空燃比変化の補償が不可能となるこ
とがある。また、空燃比フィードバック制御時の空燃比
補正係数と非空燃比フィードバック制御時（オープンル
ープ時）の空燃比補正係数（一定値）との差が大きくな
ると、オープンループ時の空燃比ずれは大きく、しかも
オープンループから空燃比フィードバック制御への切替
時に制御空燃比が要求レベルに到達するのに時間を要し
て補正不足を生じる。この結果、オーバリッチによる燃
費の悪化、HC,COエミッションの悪化等を招くと共に、
オーバリーンによるドライバビリティの悪化、NOXエミ
ッションの悪化等を招く。
このため、ダブルO2センサシステムに学習制御を導入
し、これにより、空燃比補正係数FAFの平均値すなわち
スキップ直前の空燃比補正係数FAFの平均値FAFAV′が所
定値たとえば1.0を中心に変化するようにすることは本
願出願人は既に提案している（参照：特願昭60−16742
号）。従って、空燃比補正係数FAFは常に所定値（1.0）
に近い値にあるので変動マージンは大きく、従って、空
燃比フィードバック制御中における過渡時の空燃比変化
を補償でき、しかも空燃比フィードバック時とオープン
ループ時とにおける空燃比補正係数の差が小さくなり、
従って、オープンループ時の空燃比のずれが小さくなる
と共に、オープンループから空燃比フィードバック制御
への切替時において制御空燃比はただちに要求レベルに
近づくことになる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、ダブルO2センサシステムにおいては、
上流側、下流側O2センサの両方による空燃比フィードバ
ック制御が行われると、空燃比フィードバック制御定数
たとえばスキップ制御定数RSR,RSLは下流側O2センサに
よる空燃比フィードバック制御によって、通常、非対称
（RSR≠RSL）にある。従って、この間に、上述のごと
く、スキップ直前の空燃比補正係数FAFの平均値FAFAV′
を制御空燃比の制御中心として所定値たとえば1.0にな
るように学習補正量FGHACを演算すると、上記平均値FAF
AV′は空燃比補正係数FAFの制御中心値を正確に表わし
ていないために、すなわち真の空燃比ずれを表わしてい
ないために、誤学習が行われ、この結果、学習補正量FG
HACは本来の値からずれる。従って、上流側、下流側O2
センサの両方による空燃比フィードバック制御からオー
プンループに切替わると、上記学習補正量値FGHACのず
れ分だけベース空燃比がずれ、燃費の悪化、ドライバビ
リティの悪化、HC,CO,NOXエミッションの悪化等を招
く。
他方、下流側O2センサによる空燃比フィードバック制
御が停止されてスキップ制御定数RSR,RSLが対称（RSR＝
RSL）となっているが（たとえばオンアイドル時）、上
流側O2センサによる空燃比フィードバック制御が行わ
れ、且つスキップ直前の空燃比補正係数FAFの平均値FAF
AV′が1.0になるように学習補正量FGHACを演算すると、
この場合、平均値FAFAV′は空燃比補正係数FAFの制御中
心値をほぼ正確に表わしている。従って、上流側、下流
側O2センサの両方による空燃比フィードバック制御から
上流側O2センサのみによる空燃比フィードバック制御
へ、または逆の切替が行われた場合、たとえばオフアイ
ドル状態からオンアイドル状態へ、または逆の切替が行
われた場合、学習補正量FGHACのずれ分だけ空燃比フィ
ードバック制御により補正され、従って、このような過
渡時にはベース空燃比がずれ、やはり、燃費の悪化、ド
ライバビリティの悪化、HC,CO,NOXエミッションの悪化
等を招くことになる。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の手段は第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側、
下流側に、それぞれ、設けられている。制御定数演算手
段は下流側（第２の）空燃比センサの出力V2に応じて空
燃比フィードバック制御定数を演算する。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と上流側（第
１の）空燃比センサの出力V1とに応じて空燃比補正量FA
Fを演算する。積分量演算手段は空燃比補正量FAFが所定
値、例えば1.0より大きい期間の空燃比補正量FAFの所定
値からの偏差を算出し、この偏差の積分量SPを演算する
第１の積分量演算手段と空燃比補正量FAFが所定値、例
えば1.0より小さい期間の空燃比補正量FAFの所定値から
の偏差を算出し、この偏差の積分量SNを算出する第２の
積分量演算手段とを具備しており、学習手段は第１の積
分量演算手段で演算された第１の積分量SPと第２の積分
量演算手段で演算された第２の積分量SNとが等しくなる
ように学習補正量FGHACを徐々に更新する。そして、空
燃比調整手段は空燃比補正量FAFおよび学習補正量FGHAC
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、第３図に示すごとく、制御中心
値FAFAVは空燃比補正量FAFの所定値からの大きい側およ
び小さい側のそれぞれの積分量すなわち第１の積分量と
して表される面積SPと第２の積分量として表される面積
SNとが等しくなるレベルである。そして、学習補正量FG
HACは面積SPと面積SNとが等しくなるように徐々に更新
され、燃料量は、空燃比フィードバック制御時であれば
（下流側O2センサによる空燃比フィードバック制御の停
止も含む）、 FAF＋FGHAC （１） に比例し、これにより、機関の空燃比が調整される。他
方、燃料量は、オープンループ時であれば、 1.0＋FGHAC （２） に比例する。従って、下流側O2センサによる空燃比フィ
ードバック制御の有無に関係なく、上流側O2センサによ
る空燃比フィードバック制御時の学習補正量はオープン
ループ時の学習補正量と実質的に同一であり、この結
果、オープンループ時のベース空燃比のずれはなく、ま
た、上流側、下流側O2センサの両方による空燃比フィー
ドバック制御から上流側O2センサのみによる空燃比フィ
ードバック制御へ、またはその逆の切替が行われた場合
にも、学習補正量は実質的に変化がなく、過渡時のベー
ス空燃比のずれはない。
なお、第３図に示すように、従来のごとく、制御中心
値FAFAV′をスキップ直前の空燃比補正係数FAFの平均値
（ａ＋ｂ）/2,（ｂ＋ｃ）/2、…にて演算すると、RSR＞
RSL（非対称）であれば、本願発明に係る制御中心値FAF
AVとの差△FAFAV △FAFAV＝FAFAV−FAFAV′ があり、その分、学習補正量は本願発明の場合に比較し
て△FGHACだけ増加する。つまり、燃料量は、上流側、
下流側O2センサの両方による空燃比フィードバック制御
時であれば、 FAF＋FGHAC＋△FGHAC （３） に比例する。他方、燃料量は、オープンループ時に、 1.0＋FGHAC＋△FGHAC （４） に比例する。従って、燃料量は、オープンループ時に
は、（２）式と（４）式との比較から、△FGHACの相当
する分だけ増加し、空燃比はリッチ側にずれる。また上
流側O2センサのみによる空燃比フィードバック制御時に
は（対称RSR,RSL）、燃料量は、 FAF＋FGHAC （５） に比例する。従って、上流側、下流側O2センサの両方に
よる空燃比フィードバック制御時の学習補正量と上流側
O2センサのみによる空燃比フィードバック制御時の学習
補正量との間には、差△FGHACが生じ、従って、これら
の間の過渡時には、第４図に示すごとく、空燃比のずれ
を生ずる。なお、第４図においては、オフアイドル時は
上流側、下流側O2センサによる空燃比フィードバック制
御が行われ、またオンアイドル時には対称RSR,RSLによ
り上流側O2センサによる空燃比フィードバック制御が行
われているものとする。
〔実施例〕
以下、図面により本発明の実施例を説明する。
第５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５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でA/D変換器1
01に発生する。
また、16はスロットル弁、17はスロットル弁16が全閉
か否かを検出するアイドルスイッチであり、アイドルス
イッチ17の出力は制御回路10の入出力インターフェイス
102に供給されている。
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,
CPU103の外に、ROM104,ROM105、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、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、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６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601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、
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627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
場合はステップ602に進む。
ステップ602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603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。空燃比がリーン（V1≦VR1）
であれば、ステップ604にて第１のディレイカウンタCDL
Y1が正か否かを判別し、CDLY1＞０であればステップ605
にてCDLY1を０とし、ステップ606に進む。ステップ607,
608では、第１のディレイカウンタCDLY1を最小値TDL1で
ガードし、この場合、第１のディレイカウンタCDLY1が
最小値TDL1に到達したときにはステップ609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
TDL1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時間であって、負の値で定義され
る。他方、リッチ（V1＞VR1）であれば、ステップ610に
て第１のディレイカウンタCDLY1が負か否かを判別し、C
DLY1＜０であればステップ611にてCDLY1を０とし、ステ
ップ612に進む。ステップ613,614では、第１のディレイ
カウンタCDLY1を最大値TDR1でガードし、この場合、第
１のディレイカウンタCDLY1が最大値TDR1に到達したと
きにはステップ615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TDR1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
時間であって、正の値で定義される。
ステップ616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617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618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619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616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620,622にて積分処理を行
う。つまり、ステップ620にて、F1＝“0"か否かを判別
し、F1＝“0"（リーン）であればステップ621にてFAF←
FAF＋KIRとし、他方、F1＝“1"（リッチ）であればステ
ップ622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621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622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618,619,621,622にて演算された空燃比補正
係数FAFはステップ623,624にて最小値たとえば0.8にて
ガードされ、また、ステップ625,626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628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７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、第１のディレイカウンタCDL
Y1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/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TDR1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（−TDL1）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TDR1
より短い期間で反転すると、第１のディレイカウンタCD
LY1が最大値TDR1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
７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TDR1,TDL1、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RSR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O2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。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。
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O2センサシステムに
ついて説明する。
第８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1s毎に実行され
る。ステップ801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、冷却水温が所定値
以下の時、下流側O2センサ15の出力信号が一度も反転し
ない時、下流側O2センサ15が故障している時、過渡運転
時、オンアイドル時（LL＝“1"）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。閉ループ条件でなければステップ829,830に進
みスキップ量RSR,RSLを一定値RSR0,RSL0とする。たとえ
ば、 RSR0＝５％ RSL0＝５％ である。つまり、対称スキップ制御が行われる。この場
合、他の空燃比フィードバック制御定数KIR,KIL;TDR,TD
Lも対称であれば、空燃比補正係数FAFは第６図のルーチ
ンにより対称に制御されることになる。
閉ループであれば、ステップ802に進み、下流側O2セ
ンサ15の出力V2をA/D変換して取込み、ステップ803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O2センサ13の出力の比較電
圧VR1より高く設定される。なお、ステップ803〜815は
第６図のステップ603〜615に相当する。従って、ステッ
プ803での比較結果は遅延時間TDR2,TDL2だけ遅延処理さ
れて第２の空燃比フラグF2が設定されることになる。ス
テップ816にて第２の空燃比フラグF2が“0"か否かが判
別され、この結果、F2＝“0"（リーン）であればステッ
プ817〜822に進み、他方、F2＝“1"（リッチ）であれば
ステップ823〜828に進む。
ステップ817では、RSR←RSR＋△RS（一定値たとえば
0.08％）とし、つまり、リッチスキップ値RSRを増大さ
せて空燃比をリッチ側に移行させる。ステップ818,819
では、RSRを最大値MAXたとえば6.2％にてガードする。
さらに、ステップ820にてRSL←RSL−△RSとし、つま
り、リーンスキップ量RSLを減少させて空燃比をリッチ
側に移行させる。ステップ821,822では、RSLを最小値MI
Nたとえば2.5％にてガードする。
他方リッチ（V2＞VR2）のときには、ステップ823にて
RSR←RSR−△RS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。ステップ82
4,825では、RSRを最小値MINにてガードする。さらに、
ステップ826にてRSL←RSL＋△RS（一定値）とし、つま
り、リーンスキップ量RSLを増加させて空燃比をリーン
側に移行させる。ステップ827,828では、RSLを最大MAX
にてカードする。
上述のごとく演算されたRSR,RSLはRAM105に格納され
た後に、ステップ831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,
RSLは一旦他の値FAF′,RSR′,RSR′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も役立つものである。第８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MAX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８図のルーチンによれば、下流側O2セ
ンサ15の出力がリーンであれば、リッチスキップ量RSR
が徐々に増大され、且つリーンスキップ量RSL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O2センサ15の出力がリッチであれば、
リッチスキップ量RSRが徐々に減少され、且つリーンス
キップ量RSL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。
次に、第９図、第10図、第11図を参照して学習制御を
説明する。
第９図は空燃比補正係数FAFの積分演算を行うルーチ
ンであって、比較的短かい時間たとえば4ms毎に実行さ
れる。なお、SN,SSN,SP,SSPはイニシャルルーチンでク
リアされているものとする。ステップ901では、空燃比
補正係数FAFと所定値1.0（オープンループ時のFAF値）
との差△FAFを演算し、ステップ902にて△FAF＞０か否
かを判別する。この結果、△FAF＞０であれば、ステッ
プ903〜907に進み、他方、△FAF≦０であればステップ9
08〜912に進む。
ステップ903では、フラグFPが“0"か否かを判別す
る。なお、フラグFP（＝“1"）は状態△FAF＞０を示
す。従って、第10図の時刻t2直後では、FP＝“0"であれ
ばステップ904にてフラグFPを“1"とし、次いで、ステ
ップ905にて、第２の積分量SNのなまし値SSNを更新す
る。すなわち、 ただし、第２の積分量SNは第10図の時間t1〜t2間のよ
うに、空燃比補正係数FAFと所定値1.0との差△FAFが負
である期間の偏差（−△FAF）の時間積分値である。次
に、ステップ906にて第２の積分量SNをクリアし、ステ
ップ907にて第１の積分量SPの積算を開始する。そし
て、ステップ913にてこのルーチンは終了する。
また、第10図の時間t2〜t3では、△FAF＞０であるの
で、第９図のステップ903でのフローはステップ907に直
接進み、第１の積分量SPの積算を持続する。
第10図の時刻t3に到達すると、ステップ902のフロー
はステップ908〜912に進む。この結果、ステップ908,80
9にてフラグFPを“0"とし、次いで、ステップ910にて、
第１の積分量SPのなまし値SSPを更新する。すなわち、 ただし、第１の積分量SPは第10図の時間t2〜t3の間の
ように、空燃比補正係数FAFと所定値1.0との差△FAFが
正である期間の偏差（△FAF）の時間積分値である。次
に、ステップ911にて第１の積分量SPをクリアし、ステ
ップ912にて第２の積分量SNの積算を開始する。そし
て、ステップ913にてこのルーチンは終了する。
なお、ステップ905,910におけるなまし演算の比31:1
は他の値でもよく、また、平均値でもよい。
第11図は学習補正書FGHACを演算する学習ルーチンで
あって、比較的長い時間たとえば512ms毎（あるいは10
スキップ毎でもよい）に実行される。ステップ1101で
は、学習条件が満たされているか否かを判別する。学習
条件は、たとえば、上流側O2センサ13による空燃比フィ
ードバック制御（ステップ601）のもとで、さらに、 ｉ）冷却水温THWが70℃＜THW＜90℃であること、 ii）吸入空気量変化△Ｑが一定値より小さい安定な状態
が一定期間持続したこと、 等である。学習条件が満たされたときにはステップ1102
に進み、学習制御を行う。すなわち、ステップ1102で
は、第１の積分量SPのなまし値SSPと第２の積分量SNの
なまし値SSNとを比較し、この結果、SSP＞SSNであれば
ステップ1103にて学習値FGHACを、 FGHAC←FGHAC＋△FGHAC により増大させ、ステップ1104,1105にて最大値たとえ
ば1.05にてガードする。他方、SSP≦SSNであればステッ
プ1106にて学習値FGHACを、 FGHAC←FGHAC−△FGHAC により減少させ、ステップ1107,1108にて最小値たとえ
ば0.90にてガードする。そして、ステップ1109にてこの
ルーチンは終了する。
第12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。ステプ1201ではR
AM105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1202にてRAM105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1203では、最終噴射量TAUを、 TAU←TAUP・（FAF＋FGHAC）・（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1204
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1205にこのルーチンは終了す
る。
なお、第11図のステップ1102では、第１の積分量SPの
なまし値SSPおよび第２の積分量SNのなまし値SSNの代り
に、直前の第１の積分量SPおよび第２の積分量SNを用い
てもよい。
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O2センサによる制御を主にして行い、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、ステップ量
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TDR1,TDL1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KI
R、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。いずれの場合にあっても、空燃比補
正係数FAFが非対称に制御される場合には本発明は有効
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1201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1203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、第１の積分量と
第２の積分量とが等しくなるように学習制御を行ってい
るので、たとえ空燃比補正係数FAFが非対称に変化して
も、正確な学習補正量FGHACを得ることができ、従っ
て、オープンループ時、過渡時等における燃費の悪化、
ドライバビリティの悪化、エミッションの悪化等を防止
できる。
【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３図、第４図は本発明の作用を説明するタイミング
図、 第５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６図、第８図、第９図、第11図、第12図は第５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９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）O2センサ、15……下流側（第２
の）O2センサ、 17……アイドルスイッチ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−48756（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−70852（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−72647（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−29737（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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２の空燃比センサ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、 前記第１の空燃比センサの出力および前記空燃比フィー
    ドバック制御定数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、 前記空燃比補正量演算手段で演算された空燃比補正量が
    所定値より大きい期間の空燃比補正量の所定値からの偏
    差を算出し、該偏差の積分量を演算する第１の積分量演
    算手段と、前記空燃比補正量演算手段で演算された空燃
    比補正量が所定値より小さい期間の空燃比補正量の所定
    値からの偏差を算出し、該偏差の積分量を演算する第２
    の積分量演算手段とからなる積分量演算手段と、 前記積分量演算手段の第１の積分量演算手段で演算され
    た第１の積分量と前記積分量演算手段の第２の積分量演
    算手段で演算された第２の積分量とが等しくなるように
    学習補正量を徐々に更新する学習手段と、 前記空燃比補正量および前記学習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】さらに、前記積分量演算手段が、 前記第１の積分量演算手段により演算された第１の積分
    量のなまし値もしくは平均値を演算する第１の演算手段
    と、 前記第２の積分量演算手段により演算された第２の積分
    量のなまし値もしくは平均値を演算する第２の演算手段
    と、を具備し、 前記学習手段が、 前記第１の演算手段で演算された第１の積分量のなまし
    値もしくは平均値と前記第２の演算手段で演算された第
    ２の積分量のなまし値もしくは平均値とが等しくなるよ
    うに学習補正量を徐々に更新するものである特許請求の
    範囲第１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  3. 【請求項３】前記空燃比フィードバック定数がスキップ
    制御定数であ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。
  4. 【請求項４】前記空燃比フィードバック定数が積分制御
    定数であ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。
  5. 【請求項５】前記空燃比フィードバック定数が遅延時間
    であ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。
  6. 【請求項６】前記空燃比フィードバック定数が前記第１
    の空燃比センサ出力の比較電圧であ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。
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