(57)【要約】【課題】各気筒の排気ポート毎に空燃比センサを配置しなくても、各気筒から排出される排気ガス毎の正確な空燃比を検出可能とする無段変速機を有する内燃機関の空燃比制御装置を提供する。【解決手段】各気筒から排出される排気ガス毎の空燃比を検出する要求がある時には、無段変速機の変速比を変化させ（ステップ１０５及び１０６）、内燃機関には機関回転数を低下させて要求出力を発生させる低回転運転を実施させる。【選択図】　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒から排出される排気ガス毎の空燃比を検出する要求がある時には、無段変速機の変速比を変化させ、内燃機関には機関回転数を低下させて要求出力を発生させる低回転運転を実施させることを特徴とする無段変速機を有する内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関は可変動弁機構によって吸入空気量が制御されることを特徴とする請求項１に記載の無段変速機を有する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、無段変速機を有する内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無段変速機を有する内燃機関では、一般的に、無段変速機の変速比を制御して、車両の目標駆動力を得るための要求出力を発生するのに燃料消費を最小とする機関回転数が実現されるようにしている。
【０００３】
このような内燃機関において、スロットル弁ではなく、吸気弁によって吸入空気量を制御して、スロットル弁の閉弁に伴うポンピング損失の発生を防止するものがある（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、こうして気筒毎に吸気弁によって吸入空気量を制御すると、気筒間において吸入空気量のばらつきが発生し易く、気筒間で噴射燃料を等量としていると、気筒によっては所望の燃焼空燃比を実現することができないことがある。もちろん、このような現象は、吸気弁により吸入空気量を制御する内燃機関だけでなく、スロットル弁により吸入空気量を制御する内燃機関においても各燃料噴射弁で所望量の燃料が噴射されないことによっても発生する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１５９３２６号公報（段落番号００２０から００２９
）
【特許文献２】
特開平１１−２５７１１２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
各気筒において所望の燃焼空燃比を実現するためには、定期的に各気筒から排出される排気ガス毎の空燃比を検出して気筒毎に燃料噴射量を学習制御することが必要であるが、そのためには、各気筒の排気ポート毎に空燃比センサを配置しなければならず、かなりのコストアップとなる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、各気筒の排気ポート毎に空燃比センサを配置しなくても、各気筒から排出される排気ガス毎の正確な空燃比を検出可能とする無段変速機を有する内燃機関の空燃比制御装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載の無段変速機を有する内燃機関の空燃比制御装置は、各気筒から排出される排気ガス毎の空燃比を検出する要求がある時には、無段変速機の変速比を変化させ、内燃機関には機関回転数を低下させて要求出力を発生させる低回転運転を実施させることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による請求項２に記載の無段変速機を有する内燃機関の空燃比制御装置は、請求項１に記載の無段変速機を有する内燃機関の空燃比制御装置において、前記内燃機関は可変動弁機構によって吸入空気量が制御されることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による空燃比制御装置が取り付けられる内燃機関を示す概略図である。同図において、１は内燃機関であり、２は内燃機関１の出力軸である。出力軸２はトルクコンバータ３の一方側に接続され、トルクコンバータの他方側は前後進切換機構５に接続されている。前後進切換機構５は、自動無段変速機６の入力軸７に接続され、自動無段変速機６の出力軸８が車両のデファレンシャルギヤ（図示せず）に接続される。
【００１０】
自動無段変速機６は、一般的に公知なベルト式又はトロイダル式であり、自由に変速比を変化させることができる。前後進切換機構５は、内燃機関１の出力軸２の回転方向をそのまま又は反転して自動無段変速機６の入力軸７へ伝達するものであり、それにより、車両は、前進に加えて後進が可能となる。トルクコンバータ３は、ロックアップ状態とされて内燃機関１の出力軸２と前後進切換機構５とを機械的に連結することを可能とすることに加えて、ロックアップ状態が解除されて非ロックアップ状態とされれば、内燃機関１の出力は、流体を介して前後進切換機構５へ伝達され、また、車両停止時には、内燃機関１の出力を前後進切換機構５へ伝達させないようにすることも可能である。トルクコンバータ３、前後進切換機構５、及び、自動無段変速機６は、運転者によるアクセルペダルの踏込量及び運転者によるシフトレバー位置に基づき電子制御装置（図示せず）によって自動的に制御される。
【００１１】
図２は内燃機関１の概略断面図である。図２において、１０は燃焼室、１１はピストンである。１２は排気弁であり、１３は排気弁１２を介して燃焼室１０内へ通じる排気ポートである。１４は吸気弁であり、１５は吸気弁１４を介して燃焼室１０へ通じる吸気ポートである。吸気ポート１５には吸気管１６が接続され、吸気管１６は各気筒共通のサージタンク１７を介して大気へ通じている。サージタンク１７の直上流側にはスロットル弁１８が配置されている。１９は気筒毎に設けられて吸気管１６内へ燃料を噴射するための燃料噴射弁であり、２０は燃焼室１０へ臨む点火プラグである。
【００１２】
スロットル弁１８は、アクセルペダルと機械的に連動するものではなく、ステップモータ等によって自由に開度制御可能なものである。本内燃機関においては、吸気弁１４の開弁期間及びリフト量が可変とされて燃焼室１０内へ供給される吸入空気量を制御するようになっており、それにより、スロットル弁１８は通常時において全開され、ポンピング損失を発生しないようになっている。
【００１３】
排気ポート１３には排気管２１が接続され、各気筒の排気管２１は合流して触媒装置（図示せず）を介して大気へ開放されており、この合流部の直下流側には、排気ガス中の酸素濃度に基づき排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ２２が配置されている。
【００１４】
図３は、吸気弁１４の開弁期間及びリフト量を可変とする可変動弁機構を示す概略図である。同図において、３０はカムシャフトであり、軸線方向にテーパ状のカム面を有するカム３１が取り付けられている。吸気弁１４のバルブリフタ３２には揺動子３３が設けられ、バルブスプリング３４によって揺動子３３がカム３１に常に当接するようになっている。
【００１５】
このような構成によって、カムシャフト３０を油圧力又は電気モータ駆動力等により軸線方向Ｄ１へ移動させると、揺動子３３とテーパ状のカム面との当接位置が変化し、吸気弁１４の開弁期間が長くなると共にリフト量も大きくなる。逆に、カムシャフト３０を軸線方向Ｄ２へ移動させると、図３に示すようになって、吸気弁１４の開弁期間が短くなると共にリフト量も小さくなる。
【００１６】
こうして、必要吸気量が少ない時には吸気弁１４の開弁期間を短くすると共にリフト量を小さくし、必要吸気量が多くなるほど吸気弁１４の開弁期間を長くすると共にリフト量も大きくされ、スロットル弁１８を全開してポンピング損失を発生させることなく、所望量の吸気を燃焼室１０内へ供給することが可能となる。
【００１７】
各気筒における吸気弁１４の開弁期間及びリフト量は、カムシャフト３０に設けられた同一形状の各カム３１によって、同じ開弁期間及び同じリフト量に制御されるが、実際的には、各カム３１の僅かな形状の違いや、各カム３１のカムシャフト３０への取り付け位置の僅かなずれ等によって、各気筒間で吸気弁の開弁期間及びリフト量に僅かな違いが発生することがある。また、各気筒において吸気弁及び吸気ポートへのデポジット付着量は異なり、特に、吸気弁の開弁期間及びリフト量が小さくされて吸入吸気量が少なくされる時には、このデポジット付着量が吸入吸気量に大きく影響する。それにより各気筒における吸入空気量にばらつきが発生すると、各燃料噴射弁１９において等量の燃料が噴射されても、気筒によっては、所望の燃焼空燃比が実現されずに意図する燃焼を実施することができない。
【００１８】
所望燃焼空燃比を実現するために、排気合流部の下流側に設けられた空燃比センサ２２によって、定期的に排気ガスの空燃比を検出し、学習制御によって燃料噴射量の補正値を更新することは一般的である。しかしながら、空燃比センサ２２によって各気筒の排気ガス毎の空燃比を検出するためには、空燃比センサ２２の検出位置において各気筒の排気ガスが混ざり合わないようにしなければならない。そのためには、空燃比センサ２２による空燃比学習時期を低回転時としなければならないが、この空燃比学習時期が低回転時となっている保証はなく、また、低回転時であっても、排気ガス量が少ない時には、排気ガスの空燃比を正確に検出することができない。
【００１９】
本発明による空燃比制御装置は、予め定められた空燃比学習時期に、空燃比センサ２２によって各気筒の排気ガス毎の正確な空燃比を検出可能とするために、図４に示すフローチャートによって自動無段変速機６における変速比を制御する。先ず、ステップ１０１において、アクセルペダルの踏込量と車両速度とに基づき、予め定められたマップ等を使用して、自動無段変速機６の出力軸８における車両の目標駆動力Ｆが算出される。次いで、ステップ１０２では、この目標駆動力Ｆと車両速度とに基づき内燃機関の要求出力Ｐが、目標駆動力Ｆと車両速度との積によって算出される。ステップ１０３では、定期的な又は任意の要求に基づく空燃比学習時期であるか否かが判断される。この判断が否定される時にはステップ１０４へ進む。
【００２０】
ステップ１０４では、要求出力Ｐに対して燃料消費を最小とする第一機関目標回転数Ｎｔが、予め定めされたマップ等を使用して決定される。次いで、ステップ１０６では現在の機関回転数に基づき第一機関目標回転数Ｎｔが実現されるように、自動無段変速機６の変速比Ｒが決定され、この変速比Ｒに基づき自動無段変速機６が制御される。
【００２１】
図５は、機関回転数Ｎと機関トルクＴとに基づく機関運転状態の等機関出力線図である。すなわち、各実線上の運転状態は同じ機関出力を発生し、高回転高トルク側の実線ほど（機関出力Ｐの添え字が小さい実線ほど）高い機関出力を発生する運転状態を示している。各機関出力（Ｐ１からＰ６）に対する第一機関目標回転数Ｎｔは、図５において、各機関出力線と点線との交点における機関回転数である。こうして、前述した自動無段変速機６の変速比制御によって、内燃機関は、目標駆動力Ｆを得るための要求出力Ｐを発生させるために、燃料消費を最小とするように図５の点線上の運転状態が選択され、通常運転が実施される。
【００２２】
一方、空燃比学習時期であれば、図４のフローチャートにおけるステップ１０３における判断が肯定され、ステップ１０５へ進む。ステップ１０５では、要求出力Ｐに対して第一機関目標回転数Ｎより低い第二機関目標回転数Ｎｔ’が、予め定められたマップ等を使用して決定される。次いで、ステップ１０６では現在の機関回転数に基づき第二機関目標回転数Ｎｔ’が実現されるように、自動無段変速機６の変速比Ｒが決定され、この変速比Ｒに基づき自動無段変速機６が制御される。
【００２３】
各機関出力（Ｐ１からＰ６）に対する第二機関目標回転数Ｎｔ’は、図５において、各機関出力線と一点鎖線との交点における機関回転数である。こうして、前述した自動無段変速機６の変速比制御によって、内燃機関は、目標駆動力Ｆを得るための要求出力Ｐを発生させるために、空燃比学習制御時期においては、燃料消費を最小とする運転状態に比較して、機関回転数を低下させる運転状態が選択され、低回転運転が実施される。
【００２４】
前述したように、図５における点線は、各機関出力を発生させるのに燃料消費を最小とする運転状態を示している。この通常運転に比較して、一点鎖線の低回転運転は、機関回転数Ｎが低く機関トルクＴが高い運転である。それにより、低回転であるために、空燃比センサ２２によって各気筒の排気ガス毎の空燃比を検出する際に、空燃比センサ２２の検出位置において各気筒の排気ガスが混ざり合うことはなく、また、機関トルクＴを高くするのに吸入空気量及び燃料噴射量が多くされ、排気ガス量が多くなるために、空燃比センサ２２によって排気ガスの空燃比を正確に検出し易くなる。こうして、各気筒の排気ポート毎に空燃比センサを配置しなくても、排気集合部の直下流に配置された単一の空燃比センサ２２を使用して、各気筒から排出される排気ガス毎の空燃比を正確に検出することが可能となる。
【００２５】
気筒毎の排気ガスの空燃比が正確に検出されれば、所望燃焼空燃比が、理論空燃比、リーン空燃比、又は、リッチ空燃比のいずれであっても、燃料噴射弁毎に燃料噴射の補正量を正確に算出して、これまでの補正量を更新することができる。それにより、各気筒において吸入空気量が多少ばらついても、各気筒において所望の燃焼空燃比を実現することができ、各気筒において意図する燃焼が実施可能となる。
【００２６】
本フローチャートにおいて、通常運転として燃料消費を最小とする運転を実施するようにしたが、これは本発明を限定するものではない。この時にどのような運転が実施されても、空燃比学習時期においては、目標駆動力を変化させないで機関回転数を低下させると共に機関トルクを高める運転をするようにすれば、検出位置において各気筒から排出される排気ガスが互いに混ざり難くなり、また、各気筒から排出される排気ガス量を増加させることもでき、各気筒の排気ガス毎の空燃比を正確に検出し易くなる。
【００２７】
本実施形態において、燃料噴射弁１９は吸気管１６内に燃料を噴射するものとしたが、これは本発明を限定するものではなく、燃料噴射弁は、気筒内へ直接的に燃料を噴射するものでも良い。また、燃料噴射弁毎に燃料噴射量がばらつくことによっても各気筒で所望の燃焼空燃比を実現できないこととなり、可変動弁機構によって各気筒の吸入空気量を制御することは、本発明を限定するものではない。
【００２８】
【発明の効果】
このように、本発明による無段変速機を有する内燃機関の空燃比制御装置は、各気筒から排出される排気ガス毎の空燃比を検出する要求がある時には、無段変速機の変速比を変化させ、内燃機関には機関回転数を低下させて要求出力を発生させる低回転運転を実施させるようになっている。それにより、各気筒の排気ポート毎に空燃比センサを配置せずに、排気合流部の下流側に少なくとも一つの空燃比センサを配置すれば、この空燃比センサによって空燃比を検出する際において、機関回転数の低下によって検出位置において各気筒から排出される排気ガスが互いに混ざり合うようなことはなく、また、要求出力を発生させるには機関回転数の低下に伴って機関トルクが高められ、各気筒から排出される排気ガス量を増加させることができ、空燃比センサによって空燃比を検出し易くなる。こうして、各気筒から排出される排気ガス毎の空燃比を正確に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による空燃比制御装置が取り付けられる内燃機関を示す概略図である。
【図２】図１の内燃機関の概略断面図である。
【図３】可変動弁機構を示す概略図である。
【図４】自動無段変速機の変速比制御を示すフローチャートである。
【図５】等機関出力の運転状態を示すマップである。
【符号の説明】
１…内燃機関
６…自動無段変速機
１４…吸気弁
１６…吸気管
１９…燃料噴射弁
２１…排気管
２２…空燃比センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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