(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化触媒の酸素蓄積量に基づく空燃比制御の精度を向上する。【解決手段】触媒の酸素蓄積量を目標酸素蓄積量とするように空燃比をフィードバック制御するものにおいて、機関回転速度ＮＥが所定値ＮＥ０以上で、かつ、機関負荷を表す基本燃料噴射量Ｔｐが所定値Ｔｐ０以上の、触媒温度が高温となる条件で、それ以外の通常時における目標酸素蓄積量ＯＳＣ１に対し、所定量減算した目標酸素蓄積量ＯＳＣ２に設定する。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に介装される排気浄化用の触媒への酸素蓄積量を算出し、該酸素蓄積量が目標酸素蓄積量となるように空燃比を制御する空燃比制御装置であって、
前記目標酸素蓄積量を、機関運転状態に応じて補正することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記目標酸素蓄積量を、前記触媒の温度状態に応じて補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記触媒の温度が高いほど目標酸素蓄積量を減少補正することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は三元触媒等の排気浄化用の触媒を備えた内燃機関の空燃比制御装置に関し、詳しくは、前記触媒の酸素蓄積量を適正値とするように空燃比を制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気通路に備えた三元触媒等の排気浄化用触媒への酸素蓄積量が多すぎると、排気中のＮＯｘに対して還元処理機能が低下し、酸素蓄積量が少なすぎると、排気中のＨＣ，ＣＯを酸化処理機能が低下する。このため、触媒上流の空燃比センサの出力に基づいて触媒の酸素蓄積量を推定しつつ、該酸素蓄積量を目標酸素蓄積量に維持するように空燃比をフィードバック制御するようにした技術がある（特開２００１−３１４３４２号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、触媒の温度状態など機関運転状態によって、触媒の浄化性能が最良となる酸素蓄積量が変化し、そのため、上記従来技術のように目標酸素蓄積量を固定した場合には、十分な触媒の浄化性能を発揮できていなかった。例えば、触媒が高温になると触媒の最大酸素蓄積量が低下し、低温状態での最大酸素蓄積量を基準として設定された（例えば、触媒の最大酸素蓄積量の５０％）目標酸素蓄積量では、最大酸素蓄積量に対する目標酸素蓄積量の割合が増大する結果、ＨＣ，ＣＯを酸化処理機能に比較して、ＮＯｘが排出されやくすなり、総合的な浄化性能が低下する。
【０００４】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、常に最適な触媒の酸素蓄積量となるようにして、触媒の排気浄化性能をできる限り向上することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのため本発明は、排気浄化用触媒への酸素蓄積量を算出し、該酸素蓄積量が目標酸素蓄積量となるように空燃比を制御する一方、前記目標酸素蓄積量を、機関運転状態に応じて補正する構成としたことにより、酸素蓄積量が機関運転状態に応じて補正された最適な目標酸素蓄積量となるように制御され、排気浄化性能をできる限り向上させることができる。
【０００６】
また、前記目標酸素蓄積量を、前記触媒の温度状態に応じて補正することにより、温度状態によって触媒の触媒の最大酸素蓄積量が変化し最良浄化効率が得られる酸素蓄積量が変化することに対応して目標酸素蓄積量が補正されるので、ＨＣ，ＣＯの酸化処理機能と、ＮＯｘの還元処理機能とがバランス良く発揮され、排気浄化性能をできる限り向上させることができる。
【０００７】
また、前記触媒の温度が高いほど目標酸素蓄積量を減少補正することにより、高温状態で触媒の最大酸素蓄積量の減少に伴い最良浄化効率が得られる酸素蓄積量が減少することに対応して目標酸素蓄積量が減少補正されるので、排気浄化性能をできる限り向上させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関の空燃比制御装置のシステム構成を示す。
図１において、エンジン（内燃機関）１の吸気通路１１には燃料噴射弁２が設けられており、該燃料噴射弁２から噴射される燃料と空気とが予混合し、シリンダ内に吸気弁３を介して吸引される。シリンダ内の燃焼混合気は、点火栓４による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は、排気弁５を介して排気通路６に排出される。
【０００９】
排気通路６には、三元触媒７が介装されており、該三元触媒７は、排気空燃比が理論空燃比よりリーンのときに酸素を吸着し、理論空燃比よりリッチのときに酸素を脱離しつつ、ＨＣ，ＣＯを酸化処理、ＮＯｘを還元処理して浄化する。
また、前記三元触媒７の上流側と下流側には、排気空燃比を検出する第１空燃比センサ８、第２空燃比センサ９が装着されている。例えば、第１空燃比センサ８は応答性を考慮し空燃比を広域に検出できる広域型空燃比センサを使用するのが望ましいが、第２空燃比センサ９は空燃比のリッチ・リーンを検出可能ないわゆる酸素センサを用いればよい。
【００１０】
また、吸気通路１１には、吸入空気量を制御するスロットル弁１２が介装されると共に、該スロットル弁１２の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１３が設けられ、更にその上流には吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ１４が設けられる。
この他、エンジン回転速度Ｎｅを検出するクランク角センサ１５、エンジン冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１６等が設けられる。
【００１１】
前記各センサの検出信号はコントロールユニット１０に入力され、該コントロールユニット１０は、上記センサ類からの信号に基づいて、前記三元触媒７に蓄積される酸素量（以下酸素蓄積量という）を算出すると共に、機関運転状態、具体的には前記温度センサ２１によって検出された三元触媒７の温度に応じて目標酸素蓄積量を補正しながら設定する。そして、酸素蓄積量を前記目標酸素蓄積量とするように、前記燃料噴射弁２からの燃料噴射量を制御して、空燃比をフィードバック制御する。
【００１２】
図２は、上記空燃比制御のメインフローを示す。
ステップ１では、前記各センサからの検出値に基づいて求められる機関運転状態を読み込む。
ステップ２では、空燃比フィードバック制御の実行条件を判定する。具体的には、前記第１空燃比センサ８、第２空燃比センサ９の活性判定と、三元触媒７の活性判定とを行う。例えば、空燃比センサについては、始動後からの経過時間によって活性温度に達しているかを判定する他、出力値の応答遅れ特性などから判定することができ、三元触媒については前記温度センサ２１で検出される触媒温度が活性温度に達しているか、あるいは、空燃比センサと同様に始動後経過時間に基づいて活性温度に達しているかを推定して判定することができる。
【００１３】
ステップ２による判定結果に基づいて、ステップ３で空燃比フィードバック制御の実行の可否を判別し、実行可能と判別された場合は、ステップ４で前記三元触媒７の目標酸素蓄積量を算出する。ここで、本発明にかかる構成として、機関運転状態（触媒温度状態）に応じた目標酸素蓄積量の設定（補正）が行われる。
図３は、上記目標目標酸素蓄積量の設定フローを示す。
【００１４】
ステップ１１では、機関回転速度ＮＥが、所定値ＮＥ０以上であるかを判定し、ステップ１２では機関負荷の代表値としての基本燃料噴射量Ｔｐが、所定値Ｔｐ０以上であるかを判定する。
そして、所定値ＮＥ０未満か所定値Ｔｐ０未満の通常運転領域では、触媒温度が所定以上の高温状態（活性判定温度より相当高い温度）ではないと判断し、ステップ１３で、目標酸素蓄積量ＯＳＣを通常の値ＯＳＣ１に設定する。
【００１５】
一方、機関回転速度ＮＥが所定値ＮＥ０以上で、かつ、基本燃料噴射量Ｔｐが所定値Ｔｐ０以上のとき、つまり、前記触媒温度が所定以上の高温状態となっていると判断し、ステップ１４で目標目標酸素蓄積量ＯＳＣを通常の値ＯＳＣ１より所定量減少（または所定割合減少）した値ＯＳＣ２に補正して設定する。
図３に戻って、ステップ５では、上記のようにして設定された目標酸素蓄積量ＯＳＣとなるように、空燃比をフィードバック制御する。
【００１６】
図４は、上記空燃比フィードバック制御のフローを示す。
ステップ２１では、前記三元触媒７の酸素蓄積量Ｏｓを次式により算出する。
Ｏｓ＝｛（λｒ−λｔ）／λｔ｝×Ｑａ×ｏｓ＋Ｏｓ０
ただし、λｒ：第１空燃比センサ６で検出される実空燃比、λｔ：理論空燃比、Ｑａ：吸入空気量、ｏｓ：酸素吸着／脱離速度（λｒ＞λｔのときｏｓ＝ｏｓｓ＞０、λｒ＜λｔのときｏｓ＝ｏｐｓ＜０）、Ｏｓ０：酸素蓄積量の前回算出値
ステップ２２では、上記酸素蓄積量の算出値Ｏｓと、前記目標酸素蓄積量ＯＳＣとの偏差ΔＱｓ（＝Ｏａ−ＯＳＣ）を算出する。
【００１７】
ステップ２３では、前記偏差ΔＱｓに基づき、比例積分微分制御による次式に従って、目標空燃比λａを算出する。
λａ＝［λｔ／｛１−ΔＱｓ・ＰＩＤ／Ｑａ｝−λｒ］／λｒ・ＰＩＤ
ただし、ＰＩＤ：比例積分微分のゲイン
ここで、三元触媒７の酸素蓄積量の算出値Ｏｓが目標酸素蓄積量ＯＳＣより大きいとき（ΔＯｓ＜０）は、目標空燃比λｔはリッチとなり、算出値Ｏｓが目標酸素蓄積量ＯＳＣより小さいとき（ΔＯｓ＞０）は、目標空燃比λｔはリーンとなる。
【００１８】
ステップ２４では、燃料噴射量Ｔｉを算出する。
燃料噴射量Ｔｉは、エアフローメータ１４で検出される吸入空気量Ｑａと、クランク角センサ１０により検出されるエンジン回転速度Ｎｅ等から理論空燃比λｔ（＝１）相当の基本燃料噴射量Ｔｐ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ（Ｋは定数）を算出し、これに前記目標空燃比λａを乗算して次式のように算出する。
【００１９】
Ｔｉ＝Ｔｐ×λａ
このＴｉに対応するパルス幅の燃料噴射パルスを、機関回転に同期して、燃料噴射弁３に出力する。
このようにすれば、三元触媒７が高温時に通常の目標酸素蓄積量ＯＳＣ１に制御すると浄化効率が低下する場合には、目標酸素蓄積量ＯＳＣ２に減少補正して設定することにより、浄化効率を十分に高めることができる。
【００２０】
また、図１に一点鎖線で示すように、前記三元触媒７に、触媒温度を検出する触媒温度センサ２１を装着し、該触媒温度に応じて直接目標酸素蓄積量を設定するようにしてもよい。あるいは、図１に二点鎖線で示すように、排気温度を検出する排温センサ２２装着し、触媒温度の代用として該排気温度に応じて目標酸素蓄積量を設定するようにしてもよい。
【００２１】
さらに、機関運転状態から触媒温度を推定する場合、吸入空気流量（略排気流量に等しい）と、空燃比（排気温度が定まる）とに基づいて、排気から触媒に与えられる熱量から推定するようにすれば、より精度良く触媒温度を推定できる。
なお、以上の実施形態では、これら直接検出し、または排気温度や、機関回転速度ＮＥと負荷（基本燃料噴射量Ｔｐ）で推定した触媒温度に応じて、目標酸素蓄積量ＯＳＣを、低温時と高温時の２段階に設定する構成としたが、高温であるほど目標酸素蓄積量ＯＳＣを減少補正して設定するように細かく設定すれば、より精度が向上する。その場合、目標酸素蓄積量ＯＳＣをテーブルやマップに直接設定するか、低温時に対する減少量を設定するようにすればよい。
【００２２】
また、簡易的に、機関回転速度、負荷（基本燃料噴射量Ｔｐ等）、車速を示す１個のパラメータが所定値以上のときに、触媒温度が高温であると判断して、目標酸素蓄積量を減少補正するようにしてもよい。
更に、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
【００２３】
（イ）請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、触媒温度が所定値より高い高温時と、所定値未満の低温時とで、前記目標酸素蓄積量を変更することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
（ロ）前記（イ）項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、触媒温度が所定値より高い高温時は、所定値未満の低温時に算出した目標酸素蓄積量に対し、減少補正して設定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【００２４】
前記（イ）項、または（ロ）項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、触媒温度が所定値より高い高温時は、所定値未満の低温時に算出した目標酸素蓄積量に対して所定割合または所定量減少させた量に設定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
前記（イ）〜（ハ）項の構成によれば、目標酸素蓄積量を触媒高温時と低温時との２段階に切り換えて設定するだけでよいので、制御が簡易となる。
【００２５】
（ニ）前記（イ）〜（ハ）項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、機関回転速度、負荷、車速を示す１個のパラメータが所定値以上のときに、触媒温度が前記所定値より高い高温時であると判定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
前記（ニ）項の構成によれば、１個のパラメータの値のみに基づいて、最も簡易に触媒温度状態を判定することができる。
【００２６】
（ホ）前記請求項２または請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、触媒温度または触媒温度を表すパラメータに応じて目標酸素蓄積量または目標酸素蓄積量の減少補正量を、テーブルまたはマップから検索して目標酸素蓄積量を求めることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
（ホ）項の構成によれば、目標酸素蓄積量を触媒温度状態に応じて細かく補正して設定することができ、精度がより向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるエンジンのシステム構成を示す図。
【図２】実施形態の空燃比制御のメインフローを示すフローチャート。
【図３】同上空燃比制御の目標酸素蓄積量設定を示すフローチャート。
【図４】同上空燃比制御の空燃比フィードバック制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン　　２…燃料噴射弁　　６…排気通路　　７…三元触媒　　８…第１空燃比センサ　　９…第２空燃比センサ　　１０…コントロールユニット１４…エアフローメータ　　１５…クランク角センサ　　２１…触媒温度センサ　　２２…排温センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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