(57)【要約】【課題】分割噴射モードにおいて、空燃比フィードバック制御を適切に実行して、排気エミッションの悪化を抑制する。【解決手段】１サイクル中に複数回燃料噴射を実行する分割噴射モードにおいてストイキ燃焼を行う場合、Ｏ２センサが、排気ガス中に含まれる水素により、機関空燃比の状態をリッチ側に誤検出することがある。そのため、フィードバック制御において、リッチスキップ量をリーンスキップ量よりもオフセット量ＯＳ分だけ大きくして、フィードバック制御中心をリッチ側にずらす。これにより、Ｏ２センサの誤検出分を吸収し、分割噴射モードにおける排気エミッションの悪化を抑制する。【選択図】　　　　図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１サイクル中に１回燃料噴射を実行してストイキ燃焼を行う第１噴射モードと１サイクル中に複数回燃料噴射を実行してストイキ燃焼を行う第２噴射モードとを有する筒内噴射式内燃機関に適用され、前記ストイキ燃焼の実行に際し、排気通路に設けられた空燃比センサの出力値に基づき機関空燃比が理論空燃比となるようフィードバック制御を行う筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置において、
前記第２噴射モードにおける前記フィードバック制御の制御中心が前記第１噴射モードにおける前記フィードバック制御の制御中心よりもリッチ側となるよう前記フィードバック制御の制御中心を変更する変更手段を備えたことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記第２噴射モードは、機関温度が低いときに選択されるものであり、
前記変更手段は、前記第２噴射モードにおける前記フィードバック制御の制御中心を機関温度に応じて変更するものであり、前記第２噴射モードが選択されている機関温度の範囲において、当該機関温度が低いとき、当該機関温度が高いときに比し、よりリッチ側となるよう制御中心を変更することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記変更手段は、前記機関空燃比をリーンからリッチへ反転させるためのフィードバック制御の補正速度を、リッチからリーンへ反転させるためのフィードバック制御の補正速度よりも大きくなるよう制御することを特徴とする請求項１または２に記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記変更手段は、前記機関空燃比がリッチからリーンへ反転した直後のリーンからリッチへ反転させるためのフィードバック制御の補正量を、リーンからリッチへ反転した直後のリッチからリーンへ反転させるためのフィードバック制御の補正量よりも大きくなるよう制御することを特徴とする請求項３に記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記変更手段は、空燃比センサの出力値が基準値に対して切り替わるタイミングを起点として、前記機関空燃比をリッチからリーンへ反転させるためのフィードバック制御の開始タイミングを、リーンからリッチへ反転させるためのフィードバック制御の開始タイミングよりも遅らせるよう制御することを特徴とする請求項１または２に記載の筒内噴射式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】
本発明は筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に燃料噴射モードに応じてフィードバック制御を行う空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
筒内噴射式の内燃機関は、気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（以下、インジェクタという）を備え、燃費および出力特性上のメリットから今後さらなる普及が期待されている。この形式の内燃機関において、１サイクル中に燃料を１回噴射する１回噴射モードを採用する場合、低温時には噴射燃料の霧化が促進され難いことから、噴射燃料の一部がピストンの頂面に衝突して跳ね返り、点火プラグに付着することがある。特に冷間始動直後の機関未暖機中は噴射燃料を増量するため、点火プラグの燃料付着量が増加し、くすぶりが発生しやすい。この事態を回避するために、特開２０００−４５８４０号公報においては、燃料を吸気行程前半と吸気行程後半とに分割して噴射する分割噴射モードを採用することが提案されている。この公報は、分割噴射モードにおいて、吸気行程後半の噴射燃料を前半よりも少なくすることにより、点火プラグの燃料付着量を減少させる技術を開示する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで１回噴射モードにおいてストイキ燃焼を行う場合、排気通路に設けられた空燃比センサの出力値に基づき、シリンダに吸い込まれる空気と燃料の重量比（以下、機関空燃比という）が理論空燃比となるようフィードバック制御が行われる。機関空燃比を理論空燃比に保ち、三元触媒の排気ガス浄化機能を最大限に発揮させることにより、排気エミッションの悪化を抑制することができる。同様に、分割噴射モードにおいてもストイキ燃焼を行って、排気エミッションの悪化を抑制する必要がある。
【０００４】
ここで本発明者は、１回噴射モードのフィードバック制御手法を用いて分割噴射モードにおける空燃比を制御すると、ＮＯｘ排出量が多くなるという現象を確認した。本発明者は、この現象が以下のごとく説明できるものと考える。Ｏ２センサやＡ／Ｆセンサに代表される空燃比センサにより排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出値に基づいて機関空燃比をフィードバック制御するが、空燃比センサはその構造上、水素感応性が高いという性質がある。低温時、１サイクル中に燃料を複数回噴射すると、常温時に１回燃料噴射を行う場合に比べて燃料が燃焼室内で偏在するため、良好な燃焼状態を維持できず、排気中に水素が多く含まれることになる。そのため、空燃比センサ内で水素と酸素の反応が多く行われ、分割噴射モードにおける空燃比センサは、実際の機関空燃比よりもリッチ寄りの検出値を得るようになる。そのため、実際にはリーンであってもリッチであると誤検出する事態も生じる。誤った検出結果を受けてフィードバック制御によりリーン側に戻そうとするため、機関空燃比が理論空燃比よりもリーン側にずれ、ＮＯｘ排出量が多くなると推測される。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料噴射モードに応じて空燃比の良好なフィードバック制御を行う空燃比制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するために、本発明の一つの態様は、１サイクル中に１回燃料噴射を実行してストイキ燃焼を行う第１噴射モードと１サイクル中に複数回燃料噴射を実行してストイキ燃焼を行う第２噴射モードとを有する筒内噴射式内燃機関に適用され、ストイキ燃焼の実行に際し、排気通路に設けられた空燃比センサの出力値に基づき機関空燃比が理論空燃比となるようフィードバック制御を行う筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置に関する。この空燃比制御装置は、第２噴射モードにおけるフィードバック制御の制御中心が第１噴射モードにおけるフィードバック制御の制御中心よりもリッチ側となるようフィードバック制御の制御中心を変更する変更手段を備える。
【０００７】
本態様の空燃比制御装置によると、第２噴射モードにおいて空燃比センサの誤検出により機関空燃比がリーン側にずれやすいときに、リッチ側に向かうように機関空燃比の状態を制御する。これにより、フィードバック制御における空燃比センサの誤検出の影響を低減できる。したがって、第２噴射モードにおいても適切な空燃比フィードバック制御を実現し、複数の燃料噴射モードを併用する場合にも排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【０００８】
フィードバック制御の制御中心を変更するために、変更手段は、機関空燃比をリーンからリッチへ反転させるためのフィードバック制御の補正速度を、リッチからリーンへ反転させるためのフィードバック制御の補正速度よりも大きくなるよう制御してもよい。例えば、変更手段は、機関空燃比がリッチからリーンへ反転した直後のリーンからリッチへ反転させるためのフィードバック制御の補正量を、リーンからリッチへ反転した直後のリッチからリーンへ反転させるためのフィードバック制御の補正量よりも大きくなるよう制御してもよい。本明細書で「機関空燃比が反転する」というとき、それは空燃比センサの出力値で判定されるものを指す。したがって、これは機関空燃比の現実のリーン／リッチ間の反転とは完全に一致しない。また「反転した直後」とは、反転した瞬間だけでなく、反転してから所定時間経過したときも含む意味である。
【０００９】
また、フィードバック制御の制御中心を変更するために、変更手段は、空燃比センサの出力値が基準値に対して切り替わるタイミングを起点として、機関空燃比をリッチからリーンへ反転させるためのフィードバック制御の開始タイミングを、リーンからリッチへ反転させるためのフィードバック制御の開始タイミングよりも遅らせてもよい。
以上の各構成を方法またはプログラムとして表現したものも、本発明として有効である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、実施の形態に係る空燃比制御装置を備えた筒内噴射式内燃機関１の概略構成を示す。内燃機関１はストイキ燃焼を行うにあたって、１サイクル中に１回の燃料噴射を実行する１回噴射モードと、１サイクル中に複数回の燃料噴射を実行する分割噴射モードとを有する。内燃機関１の空燃比制御装置は、ストイキ燃焼の実行に際し、排気通路１０に設けられた空燃比センサ３１の出力値に基づいて機関空燃比が理論空燃比（ストイキ）となるようフィードバック制御を行う。この制御機能は、電子制御装置（以下、ＥＣＵと表記する）２により実行される。
【００１１】
機関本体３はシリンダヘッド４およびシリンダブロック５を備え、シリンダブロック５にはシリンダ６が形成されている。ここでは１つのシリンダ６のみを示すが、これは本発明を限定するものではない。ピストン７がシリンダ６内に往復動可能に設けられている。ピストン７の下部にはコンロッド（一部図示せず）を介してクランクシャフト（図示せず）が連結されている。ピストン７の頂面とシリンダ６の内壁面およびシリンダヘッド４の下面により、燃焼室８が形成される。シリンダヘッド４には、燃焼室８に通じる吸気通路９および排気通路１０が形成されており、これらの吸気通路９および排気通路１０は、それぞれ吸気バルブ１１および排気バルブ１２の開閉動作により燃焼室８に対して連通および遮断される。吸気通路９にはスロットル弁２２が設けられ、ＥＣＵ２からの指示により開度を調整される。吸気通路９の端部にはエアクリーナ２４が設けられる。バキュームセンサ２３は吸気圧を検出し、吸気温センサ２５は吸入空気温度を検出する。これらの検出結果はＥＣＵ２に伝達される。
【００１２】
低圧燃料ポンプ１５はバッテリにより駆動される電動式で、燃料タンク１６内の燃料を汲み上げ、低圧燃料配管１７にフィードする。高圧燃料ポンプ１８は機械式で、クランクシャフトにチェーンなどを介して連結されたカムシャフトにより駆動される。この高圧燃料ポンプ１８は、フィードされた燃料を昇圧し、吐出管１９を介してデリバリパイプ１４内に圧送する。吐出管１９およびデリバリパイプ１４は、高圧燃料配管を構成する。燃圧センサ２０は、デリバリパイプ１４内の燃料圧力を検出する。検出された燃料圧力はＥＣＵ２に伝達される。インジェクタ１３がデリバリパイプ１４と燃焼室８の間に配置され、ＥＣＵ２からの噴射指示を受け、所期のタイミングで燃焼室８内に必要量の燃料を噴射する。
【００１３】
燃焼室８には点火プラグ２１が設けられ、ＥＣＵ２が点火プラグ２１の点火タイミングを制御する。シリンダブロック５には冷却水用通路であるウォータジャケット２６が設けられており、水温センサ２７が冷却水温度を検出する。ＥＣＵ２は冷却水温度を機関温度と相関を有する状態量として受け取る。
【００１４】
排気通路１０には触媒コンバータ３０が設けられる。触媒コンバータ３０は例えば三元触媒であり、排気ガス中の有害成分を浄化するための触媒を内蔵する。この触媒コンバータ３０の下流側には空燃比センサ３１が取り付けられる。空燃比センサ３１は排気ガス中の特定成分を検出し、酸素濃度を検出するＯ２センサやＡ／Ｆセンサなど、その種を問わない。なお、別の実施の形態においては、空燃比センサが触媒コンバータ３０の上流側に取り付けられてもよく、また下流および上流側の両方に取り付けられてもよい。
【００１５】
図２は、三元触媒の浄化特性を示す。三元触媒は、機関空燃比が理論空燃比よりリッチであるときには窒素酸化物（ＮＯｘ）をほぼ１００％浄化し、機関空燃比が理論空燃比よりリーン側に寄るとその浄化率は徐々に低下する。一方、三元触媒は機関空燃比が理論空燃比よりリーンであるときには炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）をほぼ１００％浄化し、機関空燃比が理論空燃比よりリッチ側に寄るとその浄化率は徐々に低下する。このような特性から機関空燃比が理論空燃比であれば、三元触媒はＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを同時に非常に高い割合で浄化することができる。ストイキ燃焼においては、空燃比センサ３１の出力値に基づき、機関空燃比が理論空燃比となるようインジェクタ１３の燃料噴射量が調整される。この制御を「空燃比フィードバック制御」といい、以下単に「フィードバック制御」とも表記する。
【００１６】
図３は、空燃比センサ３１の一例であるＯ２センサの出力特性を示す。Ｏ２センサは、一般に２値センサとして機能し、理論空燃比近傍でその出力を急激に変化させる。図示するＯ２センサは、基準電圧０．４５Ｖを中心にリッチ側では０．９Ｖの出力値（ハイ）で安定し、リーン側では０．１Ｖの出力値（ロー）で安定する。ＥＣＵ２はこの出力値をもとに、機関空燃比がリッチであるかリーンであるかを検出する。
【００１７】
本実施の形態における空燃比制御装置によるフィードバック制御は、センサの検出結果をもとにＥＣＵ２により実現される。
図４は、インジェクタ１３の燃料噴射時間を算出する手順のフローチャートを示す。まず、基本燃料噴射時間ＴＰを算出する（Ｓ１）。この基本燃料噴射時間ＴＰは、機関空燃比が理論空燃比となるように算出される。この算出は、吸気圧から求められる機関負荷および機関回転速度に基づいて行われる。
【００１８】
次に、始動後増量補正などを行うための定数αおよびβを設定する（Ｓ２）。定数αおよびβは冷却水温度などの機関運転状態に応じて決定される。続いて、空燃比補正係数ＦＡＦを用いて、下記の式により実際の燃料噴射時間ＴＡＵを算出する（Ｓ３）。
ＴＡＵ＝ＴＰ×ＦＡＦ×α＋β
【００１９】
補正係数ＦＡＦは、機関空燃比が理論空燃比からずれる場合に、そのずれを補償するためのフィードバック制御補正値である。補正係数ＦＡＦは、基準値を「１．０」とし、空燃比センサ３１の出力値がリッチである場合には「１．０」よりも小さく、一方リーンである場合には「１．０」よりも大きく設定される。前掲の式から明らかなように、補正係数ＦＡＦを小さくすると燃料噴射時間ＴＡＵが短くなって、燃料噴射量が減少し、逆に補正係数ＦＡＦを大きくすると燃料噴射時間ＴＡＵが長くなって、燃料噴射量が増加する。「空燃比フィードバック制御」は、補正係数ＦＡＦを適宜設定して燃料噴射時間を変更する制御をいい、より広義には定数αとβも含めた前掲の式全体の制御をいう。これにより、機関空燃比がリッチの場合にはそれをリーン側となるように補正し、リーンの場合にはそれをリッチ側となるように補正する。本実施の形態における空燃比フィードバック制御は、燃料噴射モードに応じて、補正係数ＦＡＦの設定アルゴリズムを異ならせる。
【００２０】
図５は、補正係数ＦＡＦを算出する手順のフローチャートを示す。この算出は、所定の制御周期で行われる。まず、フィードバック制御の実行条件が成立しているか否かを判別する（Ｓ１１）。実行条件として、触媒が活性化していること、一時的な燃料カット処理の解除から所定時間が経過していること等がある。これらの実行条件が満たされない場合には（Ｓ１１のＮ）、補正係数ＦＡＦの算出ルーチンを終了する。
【００２１】
実行条件が満たされる場合（Ｓ１１のＹ）、ベーススキップ量ＲＳと積分量ＫＩを算出する（Ｓ１２）。ベーススキップ量ＲＳは、空燃比センサ３１の出力値がリッチからリーン又はリーンからリッチに反転したときに補正係数ＦＡＦに加減される補正量であり、積分量ＫＩは、空燃比センサ３１の出力値がリーン又はリッチ状態を保っているときに補正係数ＦＡＦに加減される補正量である。積分量ＫＩは、ベーススキップ量ＲＳに比して小さく設定される。これらは後に詳述する。
【００２２】
次に、燃料噴射モードが分割噴射モードであるか否かを判断する（Ｓ１３）。分割噴射モードである場合（Ｓ１３のＹ）、分割噴射時の補正係数ＦＡＦの算出ルーチンを実行し（Ｓ１５）、１回噴射モードである場合（Ｓ１３のＮ）、１回噴射時の補正係数ＦＡＦの算出ルーチンを実行する（Ｓ１４）。
【００２３】
図６は、１回噴射モードにおける補正係数ＦＡＦを算出する手順のフローチャートを示す。図７は、１回噴射モードにおけるＯ２センサの出力、リッチリーン判定フラグ、補正係数ＦＡＦの変動の関係を示すタイミングチャートである。ＥＣＵ２は、空燃比センサ３１であるＯ２センサの出力値が基準電圧０．４５Ｖより高ければリッチ、低ければリーンと判定し、リッチリーン判定フラグを設定する。なおフラグ判定は、Ｏ２センサの出力値が基準電圧０．４５Ｖから切り替わった時点から所期の時間だけ遅延したタイミングで行ってもよい。この判定遅延時間は第２の実施の形態でベースＴＤＲ時間およびベースＴＤＬ時間として後述する。リッチリーン判定フラグの立上りは機関空燃比の状態がリーンからリッチに反転したことを示し、立下りはリッチからリーンに反転したことを示す。この補正係数ＦＡＦ算出ルーチンにおいては、機関空燃比を速やかに理論空燃比に近づけるべく、機関空燃比の状態の反転タイミングで補正係数ＦＡＦにベーススキップ量ＲＳを加算または減算して粗調整し、その後、機関空燃比の状態が反転するまで積分量ＫＩを加算または減算し続け、補正係数ＦＡＦを微調整していく。
【００２４】
まず、空燃比センサ３１の出力値に基づき機関空燃比がリッチであるか否かを検出する（Ｓ２１）。機関空燃比がリッチである場合（Ｓ２１のＹ）、今回の制御周期における機関空燃比の状態が、前回の制御周期における状態から反転したか否かを判定する（Ｓ２２）。前回の機関空燃比の状態は、ＥＣＵ２のメモリに記憶されている。時間ｔ１において、機関空燃比がリーンからリッチに反転したことが検出されると（Ｓ２２のＹ）、補正係数ＦＡＦをベーススキップ量ＲＳだけスキップ的に減少する（Ｓ２３）。続いて、時間ｔ２まで機関空燃比の状態が反転せず、引き続きリッチである場合には（Ｓ２２のＮ）、制御周期ごとに補正係数ＦＡＦから積分量ＫＩを減算していき（Ｓ２４）、機関空燃比を徐々にリーン側に近づける。
【００２５】
時間ｔ２において、機関空燃比がリーンであると判定されると（Ｓ２１のＮ）、今回の制御周期における機関空燃比の状態が、前回の制御周期における状態から反転したか否かを判定する（Ｓ２５）。時間ｔ２において、機関空燃比がリッチからリーンに反転したことが検出されると（Ｓ２５のＹ）、補正係数ＦＡＦをベーススキップ量ＲＳだけスキップ的に増大する（Ｓ２６）。その後、時間ｔ３まで機関空燃比の状態が反転せず、引き続きリーンである場合には（Ｓ２５のＮ）、制御周期ごとに補正係数ＦＡＦを積分量ＫＩだけ加算していき（Ｓ２７）、機関空燃比を徐々にリッチ側に近づける。
【００２６】
このように、１回噴射モードにおいて、補正係数ＦＡＦはベーススキップ量ＲＳと積分量ＫＩを用いて調整され、その結果、例えば１．０を制御中心として変動する。
【００２７】
図８は、分割噴射モードにおける補正係数ＦＡＦを算出する手順のフローチャートを示す。図９は、分割噴射モードにおけるＯ２センサの出力、リッチリーン判定フラグ、補正係数ＦＡＦの変動の関係を示すタイミングチャートである。分割噴射モードにおいては、既述のごとく、実際にはリーンであっても空燃比センサ３１はリッチであると誤検出する可能性がある。分割噴射モードにおけるＦＡＦ算出ルーチンでは、空燃比センサ３１による誤検出分を軽減または相殺するよう補正係数ＦＡＦを算出する。
【００２８】
まず、空燃比センサ３１の出力値に基づき機関空燃比がリッチであるか否かを検出する（Ｓ３１）。機関空燃比がリッチである場合（Ｓ３１のＹ）、機関空燃比が反転したか否かを判定する（Ｓ３２）。時間ｔ１において機関空燃比がリーンからリッチに反転したことが検出されると（Ｓ３２のＹ）、補正係数ＦＡＦからベーススキップ量ＲＳを減算する（Ｓ３３）。続いて、時間ｔ２まで機関空燃比がリッチである場合には（Ｓ３２のＮ）、制御周期ごとに補正係数ＦＡＦから積分量ＫＩを減算していき（Ｓ３４）、機関空燃比を徐々にリーン側に近づける。これらのステップは、図６のＳ２１〜Ｓ２４のステップに対応する。
【００２９】
Ｓ３１において、機関空燃比がリーンであると判定されたとき（Ｓ３１のＮ）、今回の制御周期における機関空燃比の状態が、前回の制御周期における状態から反転されたものであるか否かを判定する（Ｓ３５）。このＳ３５は、図６のＳ２５に対応する。時間ｔ２において機関空燃比の状態がリッチからリーンに反転されたことが検出されると（Ｓ３５のＹ）、機関負荷と冷却水温度からオフセット量ＯＳを算出する（Ｓ３６）。オフセット量ＯＳは、機関負荷と冷却水温度との関係によりマップ化されていることが好ましい。オフセット量ＯＳは、１回噴射モードにおけるフィードバック制御の制御中心を、リッチ側となるように変更するための制御量である。このオフセット量ＯＳの最適値は、機関負荷および冷却水温度に応じて変化する。
【００３０】
図１０は、オフセット量ＯＳを算出するためのマップイメージを示す。マップ値は実験により求められ、機関負荷が増加するとオフセット量ＯＳが増加し、冷却水温度が上昇するとオフセット量ＯＳが減少する傾向を示す。まず機関負荷、すなわち吸入空気量が増加すると機関空燃比はリーン側にずれる。そのため、吸入空気量が増加した場合には、機関空燃比をリッチ側に戻す必要があり、この制御ではオフセット量ＯＳを大きくする。
【００３１】
次に、冷却水温度、すなわち機関温度が上昇すると、噴射燃料の霧化が促進されるため、機関温度が低い場合と比べて燃焼状態が良好となる。したがって排気ガス中の水素量が減少し、機関温度が高い場合には、空燃比センサ３１は、実際の機関空燃比に近い空燃比を検出する。したがって、誤検出量が減るため、冷却水温度が高い場合には、オフセット量ＯＳを小さくする。
【００３２】
一般に、分割噴射モードは機関温度が低いとき、例えば冷間始動直後の機関未暖機中に選択される。上述したように、分割噴射モードが選択される機関温度の範囲において、フィードバック制御の制御中心を機関温度に応じて変更し、機関温度が低いときは、機関温度が高いときに比べて、よりリッチ側となるように制御中心を変更することが好ましい。この例ではオフセット量ＯＳを機関温度に応じて適宜変更することにより、燃焼状態に合わせたフィードバック制御を行うことができる。
【００３３】
図８および９に戻って、時間ｔ２において、オフセット量ＯＳを算出（Ｓ３６）し、補正係数ＦＡＦにベーススキップ量ＲＳとオフセット量ＯＳを加算する（Ｓ３７）。その後、時間ｔ３まで機関空燃比の状態が反転せず、引き続きリーンである場合には（Ｓ３５のＮ）、制御周期ごとに補正係数ＦＡＦを積分量ＫＩだけ加算していき（Ｓ３８）、機関空燃比を徐々にリッチ側に近づける。Ｓ３８は、図６のＳ２７に対応する。
【００３４】
このように、分割噴射モードにおいてＥＣＵ２は、リーンリッチの判定タイミングで、リーン側にはベーススキップ量ＲＳ、リッチ側にはベーススキップ量ＲＳとオフセット量ＯＳの加算量分だけ補正係数ＦＡＦをスキップ補正する。すなわち、リーンからリッチへ反転させるためのフィードバック制御の補正速度を、リッチからリーンへ反転させるためのフィードバック制御の補正速度よりも大きくする。そのため、フィードバック制御中心は１回噴射モードよりもリッチ側に移行する。したがって１回噴射モードにおける制御中心が１．０である場合には、分割噴射モードにおける制御中心は１．０よりも大きな値をとる。これにより、空燃比センサ３１の誤検出による実際の機関空燃比との誤差を吸収し、所期の目的を達する。
【００３５】
なお、本実施の形態では１回噴射モードと分割噴射モードにおいて同一のベーススキップ量ＲＳを利用したが、このスキップ量は燃料噴射モードで異なってもよい。また、分割噴射モードにおいても基準となるベーススキップ量ＲＳを利用したが、リッチ側へスキップするリッチスキップ量ＲＳＲとリーン側へスキップするリーンスキップ量ＲＳＬとを、ＲＳＲ＞ＲＳＬの関係が成立するように求めてもよい。いずれの場合であっても、本実施の形態の空燃比制御装置は、１回噴射モードのフィードバック制御中心よりも、分割噴射モードのフィードバック制御中心をリッチ側にずらす。
【００３６】
本発明の第２の実施の形態は、リッチリーンの判定タイミングを制御することにより、フィードバック制御の制御中心を変更する。第１の実施の形態と同様に１回噴射モードにおいてはＯ２センサの出力値が基準電圧から変化した時点でリッチリーン判定を行ってもよいが、第２の実施の形態では第１の実施の形態と異なり、Ｏ２センサのリッチリーン判定の応答性の違いを考慮して、出力値の基準電圧からの変化点よりもベースＴＤＲ時間およびベースＴＤＬ時間だけ遅延してリッチリーン判定を行う場合を例にとる。ベースＴＤＲ時間およびベースＴＤＬ時間は、１回噴射モードにおける判定遅延時間であり、機関温度などに基づいて予めベースＴＤＲマップおよびベースＴＤＬマップとしてマップ化される。
【００３７】
図１１は、第２の実施の形態に係るリッチリーン判定フラグを生成する手順のフローチャートを示す。まず、フィードバック制御の実行条件が成立しているか否かを判別する（Ｓ４１）。このＳ４１は、図５のＳ１１に対応する。続いて、ベースＴＤＲマップおよびベースＴＤＬマップを読み込み（Ｓ４２）、燃料噴射モードが分割噴射モードであるか否かを検出する（Ｓ４３）。分割噴射モードでない場合（Ｓ４３のＮ）、ベースＴＤＲ時間およびベースＴＤＬ時間に基づき、１回噴射モード用のリッチリーン判定フラグを生成する（Ｓ４４）。一方、分割噴射モードである場合には（Ｓ４３のＹ）、オフセットＴＤＲマップを読み込み（Ｓ４５）、ベースＴＤＲ時間とオフセットＴＤＲ時間およびベースＴＤＬ時間とに基づきリッチリーン判定フラグを生成する（Ｓ４６）。オフセットＴＤＲマップは、分割噴射モードにおいてフィードバック制御の制御中心をリッチ側にずらすために利用するオフセットＴＤＲ時間をマップ化したものであり、このオフセットＴＤＲ時間はベースＴＤＲ時間に加算される。オフセットＴＤＲ時間は、第１の実施の形態で説明したオフセット量ＯＳと同様に、図１０に示した関係により決定される。すなわち、オフセットＴＤＲ時間は、機関負荷すなわち吸入空気量が増加すると長くなり、冷却水温度すなわち機関温度が高くなると短くなる。この理由として、吸入空気量が増加すると、流速が速くなるため、その分を考慮してオフセットＴＤＲ時間を長くし、機関温度が高くなると燃焼状態が良くなるため、オフセットＴＤＲ時間を短くする。
【００３８】
図１２は、Ｏ２センサの出力、１回噴射モードおよび分割噴射モードにおけるリッチリーン判定フラグの関係を示すタイミングチャートである。リーンからリッチの判定において、１回噴射モードでは、時間ｔ１および時間ｔ３でＯ２センサの出力値が基準電圧０．４５Ｖを超えた時点からベースＴＤＲ時間だけ経過した後、ＥＣＵ２が機関空燃比をリッチと判定する。
【００３９】
一方、分割噴射モードにおいては、Ｏ２センサの出力値が基準電圧０．４５Ｖを超えた時点からベースＴＤＲ時間にオフセットＴＤＲ時間を加えた時間だけ経過した後、ＥＣＵ２は機関空燃比をリッチと判定する。このオフセットＴＤＲ時間は冷却水温度と機関負荷から求められる。
【００４０】
また、リッチからリーンの判定においては、時間ｔ２でＯ２センサの出力値が基準電圧０．４５Ｖよりも下がってから、ベースＴＤＬ時間だけ経過した後、ＥＣＵ２は機関空燃比をリーンと判定する。すなわち分割噴射モードにおいては、（ベースＴＤＲ＋オフセットＴＤＲ）＞ベースＴＤＬとすることにより、フィードバック制御の制御中心をリッチ側にずらす。つまり、ＥＣＵ２は、空燃比センサ３１の出力値が基準電圧に対して切り替わるタイミングをそれぞれの時間的な起点として、機関空燃比をリッチからリーンへ反転させるためのフィードバック制御の開始タイミングを、リーンからリッチへ反転させるためのフィードバック制御の開始タイミングよりも遅らせることにより、リッチ寄りの制御を実現する。ＥＣＵ２は、このリッチリーン判定フラグをもとに、リッチリーン判定フラグの立上りおよび立下りのタイミングで、補正係数ＦＡＦをベーススキップ量ＲＳだけ変更する。
【００４１】
このように、分割噴射モードにおいてＥＣＵ２は、空燃比センサ３１の出力値が基準電圧に対して切り替わるタイミングをそれぞれの時間的な起点としてリーンリッチの判定タイミングを遅らせ、リーンからリッチの判定タイミングをオフセットＴＤＲ時間だけ延長する。そのため、フィードバック制御中心は１回噴射モードよりもリッチ側に移行し、実際の機関空燃比との誤差を吸収し、所期の目的を達成する。
【００４２】
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。なお本発明はこの実施の形態に限定されることなく、そのさまざまな変形例もまた、本発明の態様として有効である。
【００４３】
実施の形態では、空燃比センサ３１としてＯ２センサを使用したが、別の例では、よりアナログ的な検出機能をもつセンサ、例えばＡ／Ｆセンサを使用してもよい。Ａ／Ｆセンサは、内部の電極間に所定の電圧を印加し、排気ガスと大気の酸素濃度差に応じて流れる電流を検出する。検出された電流値は酸素濃度を表現する。
【００４４】
図１３は、Ａ／Ｆセンサにおける検出電流値と機関空燃比との関係を示す。１回噴射モードにおいて、電流値ＩＳは理論空燃比ＡＦＳに対応し、電流値がＩＳよりも小さければ機関空燃比がリッチであり、ＩＳよりも大きければリーンと判定される。分割噴射モードにおいては、Ａ／Ｆセンサが排気ガス中の水素に反応し、実際にはリーンであるのにリッチに相当する検出結果をだす。そのため、理論空燃比ＡＦＳよりもリッチ側の空燃比ＡＦＣを判定基準とし、それに対応する電流値ＩＣを基準にリッチまたはリーンを判定する。このように、Ａ／Ｆセンサのフィードバック制御の制御中心をリッチ側にずらすことにより、分割噴射モードのフィードバック制御を好適に行うことが可能となる。
【００４５】
また、別の変形例として、分割噴射モードにおいて、リーンからリッチへ反転させる制御における積分量を、リッチからリーンへ反転させる制御における積分量よりも大きくする。リーンからリッチへ反転させる制御の補正速度をリッチからリーンへ反転させる制御の補正速度よりも大きくすることにより、フィードバック制御の制御中心をリッチ側にずらしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
分割噴射モードにおけるフィードバック制御において、機関空燃比を適切に制御することができ、排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る空燃比制御装置を備えた筒内噴射式内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】三元触媒の浄化特性を示す図である。
【図３】空燃比センサの一例であるＯ２センサの出力特性を示す図である。
【図４】インジェクタの燃料噴射時間を算出する手順のフローチャートである。
【図５】補正係数ＦＡＦを算出する手順のフローチャートである。
【図６】１回噴射モードにおける補正係数ＦＡＦを算出する手順のフローチャートである。
【図７】１回噴射モードにおけるＯ２センサの出力、リッチリーン判定フラグ、補正係数ＦＡＦの変動の関係を示すタイミングチャートである。
【図８】分割噴射モードにおいて補正係数ＦＡＦを算出する手順のフローチャートである。
【図９】分割噴射モードにおけるＯ２センサの出力、リッチリーン判定フラグ、補正係数ＦＡＦの変動の関係を示すタイミングチャートである。
【図１０】オフセット量ＯＳを算出するためのマップイメージである。
【図１１】第２の実施の形態に係るリッチリーン判定フラグを生成する手順のフローチャートである。
【図１２】Ｏ２センサの出力、１回噴射モードおよび分割噴射モードにおけるリッチリーン判定フラグの関係を示すタイミングチャートである。
【図１３】Ａ／Ｆセンサにおける検出電流値と機関空燃比との関係を示す図である。
【符号の説明】
１・・・筒内噴射式内燃機関、２・・・ＥＣＵ、１０・・・排気通路、３０・・・触媒コンバータ、３１・・・空燃比センサ、ＦＡＦ・・・補正係数。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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