(57)【要約】【課題】排気系の触媒の下流に設けた副酸素センサが、空燃比がリッチである信号を出力している際に、フィードバック補正係数を制御する補助制御定数をその下限値まで下がり、そのためにフィードバック補正係数を過補正して触媒内がリーン雰囲気となり、よって窒素酸化物が突発的に多く排出されることがあった。【解決手段】排気系の触媒上流側に主酸素センサを設けるとともに、触媒下流側に副酸素センサを設けておき、前記主酸素センサからの信号に基づいてフィードバック補正係数を増減させて混合気の空燃比をフィードバック制御するとともに、前記副酸素センサからの出力信号に基づいて前記フィードバック補正係数を増減させる際に用いる補助制御定数を制御する内燃機関の空燃比フィードバック制御方法であって、前記副酸素センサからの出力信号に基づいて空燃比がリッチであることを検出し、空燃比がリッチでありかつ触媒内がリーン雰囲気である場合に、燃料を増量補正する。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系の触媒上流側に主酸素センサを設けるとともに、触媒下流側に副酸素センサを設けておき、前記主酸素センサからの信号に基づいてフィードバック補正係数を増減させて混合気の空燃比をフィードバック制御するとともに、前記副酸素センサからの出力信号に基づいて前記フィードバック補正係数を増減させる際に用いる補助制御定数を制御する内燃機関の空燃比フィードバック制御方法であって、
前記副酸素センサからの出力信号に基づいて空燃比がリッチであることを検出し、
空燃比がリッチでありかつ触媒内がリーン雰囲気である場合に、燃料を増量補正することを特徴とする内燃機関の空燃比フィードバック制御方法。
【請求項２】
排気系の触媒上流側に主酸素センサを設けるとともに、触媒下流側に副酸素センサを設けておき、前記主酸素センサからの信号に基づいてフィードバック補正係数を増減させて混合気の空燃比をフィードバック制御するとともに、前記副酸素センサからの出力信号に基づいて前記フィードバック補正係数を増減させる際に用いる補助制御定数を制御して、制御中心のずれを補正する内燃機関の空燃比フィードバック制御方法であって、
前記副酸素センサからの出力信号に基づいて空燃比がリッチであることを検出し、
前記副酸素センサにより空燃比がリッチであることを検出した場合に、副酸素センサからの出力信号の変化状態に基づいて前記補助制御定数の下限値を少なくとも大きくすることを特徴とする内燃機関の空燃比フィードバック制御方法。
【請求項３】
前記出力信号の変化状態を、前記出力信号の値と、空燃比を判定するための判定信号の値との差により検出し、その差が小さくなるに応じて制御定数の下限値を大きくすることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の空燃比フィードバック制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として自動車等に適用される内燃機関の空燃比フィードバック制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等に搭載される内燃機関すなわちエンジンでは、例えば特開平５３３７０９号公報のもののように、排気ガス中の有害物質を無害化するために、三元触媒を排気系に設けるとともに、その三元触媒の上流側に主酸素センサを、またその下流側に副酸素センサをそれぞれ設けたものが知られている。このようなエンジンでは、主酸素センサからの信号に基づいて、空燃比フィードバック制御の際の燃料の補正量を決定する空燃比フィードバック補正係数を増減して、混合気の空燃比を制御するとともに、副酸素センサからの信号に基づいて、空燃比フィードバック補正係数を制御する制御定数、例えばフィードバック補正係数により空燃比フィードバック制御の制御中心を補正するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の構成のものでは、通常、制御定数が過度に制御されないように、制御定数を補正するための補助制御定数に上下限値を設定し、その範囲内で変化する補助制御定数により制御定数を制御するようにしている。しかしながら、例えば、自動変速機を搭載した車両において、市街地などを走行する場合に、加速が連続して空燃比がリッチであると判定された運転状態が継続すると、空燃比を理論空燃比とするために、補助制御定数を減少させて、制御定数を減少させる制御を繰り返すため、補助制御定数が下限値に等しくなってしまうことがある。
【０００４】
この場合に、補助制御定数が下限値に等しくなった状態が継続すると、最小値となった補助制御定数で制御された制御定数により燃料が減量され続けるため、三元触媒内がリーン雰囲気、つまり空燃比がリーンである排気が充満する状態になる。このように三元触媒内がリーン雰囲気となった後、このリーン雰囲気が副酸素センサに達して、図５に示すように、副酸素センサからの信号が急激にリーンを示すことがあり、この急激な変化に伴って窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が急増することがある。
【０００５】
しかも、このように窒素酸化物の排出量が急増した場合、副酸素センサが空燃比のリーンを検出して補助制御定数を増加させても、制御が遅れることに起因して、窒素酸化物の排出量を正常な値に戻すまでに時間がかかり、エミッションが低下した状態が続いた。
【０００６】
本発明は、以上のような課題を解決することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本願の請求項１に係る発明の内燃機関の空燃比フィードバック制御方法は、排気系の触媒上流側に主酸素センサを設けるとともに、触媒下流側に副酸素センサを設けておき、前記主酸素センサからの信号に基づいてフィードバック補正係数を増減させて混合気の空燃比をフィードバック制御するとともに、前記副酸素センサからの出力信号に基づいて前記フィードバック補正係数を増減させる際に用いる補助制御定数を制御して、制御中心のずれを補正する内燃機関の空燃比フィードバック制御方法であって、前記副酸素センサからの出力信号に基づいて空燃比がリッチであることを検出し、空燃比がリッチでありかつ触媒内がリーン雰囲気である場合に、燃料を増量補正することを特徴とする。
【０００８】
本願において、触媒内がリーン雰囲気であるとは、空燃比がリッチである場合に、フィードバック補正係数により空燃比を制御することにより、副酸素センサが空燃比のリーンを検出する前に、触媒内にある排気の空燃比がリーンである状態を指すものである。
【０００９】
このような構成によれば、空燃比がリッチであり、したがって空燃比が目標空燃比となるようフィードバック補正係数を補助制御定数により制御し、その結果、触媒内がリーン雰囲気となった場合に燃料を増量補正するので、このような運転状態の時に触媒内部で空燃比がリーンな雰囲気が生じることを抑制することが可能になる。したがって、触媒内部がリーンな雰囲気になり得にくいので、触媒によりＮＯｘが吸収され、エミッションが低下することを防止することが可能になる。
【００１０】
また、本願の請求項２に係る発明の内燃機関の空燃比フィードバック制御方法は、排気系の触媒上流側に主酸素センサを設けるとともに、触媒下流側に副酸素センサを設けておき、前記主酸素センサからの信号に基づいてフィードバック補正係数を増減させて混合気の空燃比をフィードバック制御するとともに、前記副酸素センサからの出力信号に基づいて前記フィードバック補正係数を増減させる際に用いる補助制御定数を制御して、制御中心のずれを補正する内燃機関の空燃比フィードバック制御方法であって、前記副酸素センサからの出力信号に基づいて空燃比がリッチであることを検出し、前記副酸素センサにより空燃比がリッチであることを検出した場合に、副酸素センサからの出力信号の変化状態に基づいて前記補助制御定数の下限値を少なくとも大きくすることを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、空燃比が目標空燃比となるようフィードバック補正係数を補助制御定数により制御し、空燃比がリッチである運転状態となった場合に、副酸素センサからの出力信号の変化状態に基づいて補助制御定数の下限値を少なくとも大きくするので、補助制御定数を大きくすることが可能になる。この結果、フィードバック補正係数を空燃比がリッチとなる側に変更することができ、燃料を増量補正することにより、触媒内部で空燃比がリーンな雰囲気が生じることを抑制することが可能になる。このように、触媒内部がリーンな雰囲気になり得にくいので、触媒によりＮＯｘが吸収され、エミッションが低下することを防止することが可能になる。
【００１２】
以上の構成において、前記出力信号の変化状態は、前記出力信号の値と、空燃比を判定するための判定信号の値との差により検出するものが好ましい。このように、出力信号の値と判定信号の値との差により出力信号の変化状態を見る場合、出力信号の値と前記判定信号の値との差が小さくなるのに応じて補助制御定数の下限値を大きくするものが望ましい。
【００１３】
このような構成を採用することにより、出力信号と判定信号の値との差が小さくなる、つまり触媒内部がリーンな雰囲気になりつつある状態を検出した場合に、補助制御定数の下限値を大きくすることにより、補助制御定数が最小となった場合でも大きくされた下限値となるため、空燃比がリッチな状態からリーンな状態に移行する際の急激な空燃比のリーン化を防止することが可能になる。この結果、空燃比の収束性をさらに向上させることが可能になる。
【００１４】
なお、本願において、制御定数としては、混合気の空燃比を制御するために燃料噴射量を補正する、例えばフィードバック補正係数を増減させる際に用いる積分定数、スキップ値、あるいはディレイ時間等を挙げることができ、また補助制御定数としては、例えばディレイ時間を変更するものを指すものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図１〜４を参照して説明する。
【００１６】
図１に示す内燃機関すなわちエンジン１００は、自動車用のもので、吸気系１に燃料噴射弁２を設けるとともに、排気系３に三元触媒４を設けている。また、排気系３には、三元触媒４の上流側に主酸素センサ５を設けるとともにその下流側に副酸素センサ６を設けている。
【００１７】
燃料噴射弁２から噴射する燃料の量を電子制御装置７から出力する燃料噴射指令信号ａにより制御するようにしている。電子制御装置７は、中央演算処理装置８と、記憶装置９と、入力インターフェース１０と、出力インターフェース１１とを備えたマイクロコンピュータシステムを主体に構成している。入力インターフェース１０には、主酸素センサ５から出力される主センサ出力信号ｂ、副酸素センサ６から出力される副センサ出力信号ｃ、サージタンク１３内の吸気管圧力を検出する吸気圧センサ１４から出力される圧力信号ｄ、及びエンジン回転数を検出するための回転数センサ１５から出力される回転数信号ｅなどが入力される。
【００１８】
燃料噴射弁２からは、所定のクランクアングル毎に所要の噴射時間だけ燃料を噴射させるようにしているが、その噴射時間を演算するためのプログラムを電子制御装置７に内蔵させてある。このプログラムは、次のような手順で噴射時間Ｔを算出するようにしたものである。まず、吸気圧センサ１４からの圧力信号ｄと回転数センサ１５からの回転数信号ｅに基づいて基本噴射時間ＴＰを決定する。そして、この基本噴射時間ＴＰを、空燃比制御用のフィードバック補正係数ＦＡＦや、他の種々の補正係数（本発明にないため、説明を省略する）により補正して、有効噴射時間ＴＡＵを算出するしかる後に、この有効噴射時間ＴＡＵに所定の無効噴射時間ＴＡＵＶを加えて最終的な噴射時間Ｔを算出する。
【００１９】
フィードバック補正係数ＦＡＦは、燃料噴射量Ｔを変化させて混合気の空燃比を原則として理論空燃比近傍にフィードバック制御するためのものであり、図２に示すようにして変化させるようにしている。
【００２０】
まず、主酸素センサ５からの主センサ出力信号ｂの電圧（以下、主センサ出力電圧と称する）が、判定電圧Ｖｔｇｔを上回ってリッチ状態を検出している際には、フィードバック補正係数ＦＡＦを所定の積分定数ＫＩＭを用いて燃料減量方向に漸減させていく。そして、主センサ出力電圧が判定電圧Ｖｔｇｔに達してからディレイ時間ＴＤＬが経過した時点で、フィードバック補正係数ＦＡＦを一定のスキップ値ＲＳＰだけ燃料増加側にスキップさせ、しかる後に、フィードバック補正係数ＦＡＦを、所定の積分定数ＫＩＰを用いて燃料増量方向に漸増させていく。その結果、主センサ出力電圧が判定電圧Ｖｔｇｔを上回ってリッチ検出状態に切り替わると、その切替時点から所定のディレイ時間ＴＤＲが経過した段階で、フィードバック補正係数ＦＡＦを一定のスキップ値ＲＳＭだけ燃料減量側にスキップさせ、しかる後に、フィードバック補正係数ＦＡＦを所定の積分定数ＫＩＭを用いて燃料減量方向に漸減させていく。以上の操作を繰り返し実行することによって、混合気の空燃比を理論空燃比に近づけるようにしている。上記した積分定数ＫＩＭ，ＫＩＰ、及びスキップ値ＲＳＰ，ＲＳＭは一定値に設定してあり、ディレイ時間ＴＤＬ，ＴＤＲは、副酸素センサ６からの副センサ出力信号ｃに基づいて変更し得るようにしてある。
【００２１】
具体的には、ディレイ時間ＴＤＬ，ＴＤＲは、以下に説明する補助制御定数ＦＡＣＦを変更することにより、運転状態に応じて変更するものであり、この空燃比フィードバック制御における補助制御定数ＦＡＣＦの下限値の制御手順の概略を、図３を参照して説明する。なお、補助制御定数ＦＡＣＦの増減制御にあっては、この分野で広く知られているものを利用することができるもので、例えば副センサ出力信号ｃがリッチを示している時間及びリーンを示している時間に応じて増減するものであってよい。
【００２２】
まず、ステップＳ１において、副酸素センサ６の副センサ出力信号ｃの出力電圧（以下、副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔと称する）が判定電圧Ｖｔｇｔを下回っているか否かを判定し、下回っている場合は、ステップＳ２に進み、以上である場合は、ステップＳ３に移行する。このステップＳ１は、副酸素センサ６により空燃比がリッチであるか否かを判定するもので、副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔが判定電圧Ｖｔｇｔを下回っている場合はリーンと、また以上である場合はリッチと、それぞれ判定する。ステップＳ２では、設定された所定値だけ補助制御定数ＦＡＣＦを増加させる。
【００２３】
ステップＳ３では、副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔから判定電圧Ｖｔｇｔを減じてエラー値を算出し、算出したエラー値と前回のエラー値とを比較して、副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔが増加中であるか否かを判定する。副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔが増加中である場合はステップＳ４に進み、増加中でない場合はステップＳ５に移行する。副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔの出力傾向は、例えば前回の副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔと今回の副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔとを比較し、今回のものが前回を上回っている場合は増加中と判定するものであってもよい。
【００２４】
ステップＳ４では、ステップＳ３で算出したエラー値に第一勾配値Ｋ１を乗じて補助制御定数ＦＡＣＦの下限値を演算する。ステップＳ５では、ステップＳ３で算出したエラー値に第二勾配値Ｋ２を乗じて補助制御定数ＦＡＣＦの下限値を演算する。第一勾配値Ｋ１と第二勾配値Ｋ２とは、その絶対値が異なる値であるとともに、極性が異なるものである。すなわち、絶対値については、第一勾配値Ｋ１が第二勾配値Ｋ２より大きく設定してあり、第一勾配値Ｋ１が負であるのに対して、第二勾配値Ｋ２は正に設定してある。したがって、ステップＳ４で演算した補助制御定数ＦＡＣＦの下限値は減少し、ステップＳ５で演算した補助制御定数ＦＡＣＦの下限値は増加するものである。ステップＳ６では、演算された補助制御定数ＦＡＣＦを記憶する。ステップＳ７では、補助制御定数ＦＡＣＦの下限値と上限値との間において補助制御定数ＦＡＣＦを設定する。
【００２５】
このような構成において、例えば市街地走行中に排気ガス中の空燃比がリッチになり始めると、これに対応して副酸素センサ６からの副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔが判定電圧Ｖｔｇｔを上回り、しかも副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔが徐々に高くなる。これは、主酸素センサ５により検出された空燃比がリーンの状態からフィードバック補正係数ＦＡＦにより空燃比が制御され、その結果、三元触媒４を介して若干の遅れをもって副酸素センサ６により空燃比が検出されることによるものである。このような空燃比のリッチ状態では、副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔが判定電圧Ｖｔｇｔを上回っており、かつ増加中であるので、エラー値に第一勾配値Ｋ１を乗じて補助制御定数ＦＡＣＦの下限値を演算し（ステップＳ１、ステップＳ３、ステップＳ４）、算出した補助制御定数ＦＡＣＦの下限値を記憶した（ステップＳ６）後、記憶した補助制御定数ＦＡＣＦの下限値と上限値との間で補助制御定数ＦＡＣＦを設定する。
【００２６】
この場合、補助制御定数ＦＡＣＦの下限値は、副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔと判定電圧Ｖｔｇｔとの差であるエラー値の大きさに応じて、第一勾配値Ｋ１の勾配に対応して減少されるので、補助制御定数ＦＡＣＦをさらに小さくすることができる。このように、補助制御定数ＦＡＣＦが小さくすることにより、主酸素センサ５によるリーン判定からフィードバック補正係数ＦＡＦをスキップするまでのディレイ時間ＴＤＬが長くなり、ディレイ時間ＴＤＬを長くした期間に相当する燃料が減量される。この結果、空燃比がリッチである場合のフィードバック制御が進行して、空燃比を迅速に目標空燃比に収束するように制御することができる。
【００２７】
この後、空燃比のフィードバック制御が進んで、排気ガス中の空燃比がリーンな状態に漸近することにより、三元触媒４には、空燃比がリーンな排気ガスが流入するので、三元触媒４内の雰囲気がリーンになる。このような三元触媒４内の雰囲気の変化に対応して、副酸素センサ６の副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔは判定電圧Ｖｔｇｔを上回っている状態で徐々に低下してくる。したがって、副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔと判定電圧Ｖｔｇｔとの差であるエラー値は、前回のエラー値より今回のエラー値が小さくなる。このように、三元触媒４内の雰囲気の変化つまりリーン雰囲気は、エラー値の変化状態を監視していることにより検出することができる。この結果、副酸素センサ６により検出される空燃比がリッチな運転状態で副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔが減少しているので、補助制御定数ＦＡＣＦの下限値を第二勾配値Ｋ２に基づいて大きくし、演算した下限値を保存するものである（ステップＳ１、ステップＳ３、ステップＳ５、ステップＳ６）。
【００２８】
このようにして補助制御定数ＦＡＣＦの下限値を大きくすることにより、副酸素センサ６により検出した空燃比がリッチな運転状態で、減少させた補助制御定数ＦＡＣＦがその下限値に等しくなっていた状態から、補助制御定数ＦＡＣＦを大きく設定することができる。この結果、主酸素センサ５におけるリッチ判定までのディレイ時間ＴＤＲが長くなり、燃料を増量することになる。したがって、副酸素センサ６により空燃比がリーンであることを検出するまでに、主酸素センサ５により空燃比がリーンであることを検出して燃料の増量補正する時間が長くなることから、三元触媒４内がリーン雰囲気となる状態を最小限に抑制することができ、窒素酸化物の排出量が増加することを防止することができる。
【００２９】
これに対して、副酸素センサ６により検出される空燃比がリーンである場合は、副酸素センサ６の副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔが判定電圧Ｖｔｇｔを下回るので、補助制御定数ＦＡＣＦを増加させ（ステップＳ１、ステップＳ２）、リッチ判定までのディレイ時間ＴＤＲを長くするものである。したがって、副酸素センサ６が三元触媒４内部のリーン雰囲気を検出しても、補助制御定数ＦＡＣＦが大きくなり、フィードバック補正係数ＦＡＦによる燃料増量が長くなって、空燃比がリーンである場合に、十分な燃料の増量を行うことができるものである。
【００３０】
以上のように、副酸素センサ６が、空燃比がリッチであることを検出している場合に、その副酸素センサ６の副センサ出力信号ｃの電圧が増減することに応じて、補助制御定数ＦＡＣＦの下限値を上述のように変更するので、空燃比がリッチである場合に迅速にリーン側に制御できるとともに、空燃比がリーンに切り替わる際の急激な空燃比の変動を抑制して、窒素酸化物の排出量が増加することを防止することができる。
【００３１】
なお、本発明は状の実施の形態にあっては、補助制御定数ＦＡＣＦによりディレイ時間ＴＤＬ，ＴＤＲを制御したが、フィードバック補正係数ＦＡＦの制御定数である積分定数ＫＩＭ，ＫＩＰ、あるいはスキップ値ＲＳＰ，ＲＳＭを制御するものであってもよい。
【００３２】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本願の請求項１に係る発明によれば、空燃比がリッチであり、したがって空燃比が目標空燃比となるようフィードバック補正係数を補助制御定数により制御し、その結果、触媒内がリーン雰囲気となった場合に燃料を増量補正するので、このような運転状態の時に触媒内部で空燃比がリーンな雰囲気が生じることを抑制することができる。このように燃料を増量補正することにより、触媒内部がリーンな雰囲気になり得にくいので、触媒によりＮＯｘが吸収され、エミッションが低下することを防止することができる。
【００３４】
また、本願の請求項２に係る発明によれば、空燃比が目標空燃比となるようフィードバック補正係数を補助制御定数により制御し、空燃比がリッチである運転状態となった場合に、副酸素センサからの出力信号の変化状態に基づいて補助制御定数の下限値を少なくとも大きくするので、補助制御定数を大きくすることができる。この結果、フィードバック補正係数を空燃比がリッチとなる側に変更することができ、燃料を増量補正することにより、触媒内部で空燃比がリーンな雰囲気が生じることを抑制することができる。これにより、触媒内部がリーンな雰囲気になり得にくいので、触媒によりＮＯｘが吸収され、エミッションが低下することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す概略構成説明図。
【図２】同実施の形態におけるフィードバック補正係数の推移を示す図。
【図３】同実施の形態の制御手順を示すフローチャート。
【図４】同実施の形態の作用説明図。
【図５】従来例を説明するための作用説明図。
【符号の説明】
３…排気系
４…三元触媒
５…主酸素センサ
６…副酸素センサ
ＦＡＦ…フィードバック補正係数
ＦＡＣＦ…補助制御定数
Ｖｔｇｔ…判定電圧
ＳＶｏｕｔ…副センサ出力電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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