(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路のうち排気浄化触媒より下流の排気空燃比である触媒後空燃比を検出する排気センサと、
前記排気センサが検出する触媒後空燃比に基づき、触媒後空燃比を目標空燃比に合わせるようにフィードバック制御を行う制御部と、
前記排気浄化触媒の酸素吸蔵時と酸素脱離時との間で、前記フィードバック制御で補正値を算出する際に使用するフィードバックゲインを切り替える設定部と、
を備え、
前記設定部は、前記フィードバックゲインを切り替える際に、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵特性と酸素脱離特性とに応じて、前記フィードバックゲインを変更する、
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記設定部は、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵時及び酸素脱離時に、これらの各場合に応じた前記排気浄化触媒の酸素吸蔵脱離にかかる特性が、酸素吸蔵脱離にかかる速度が高い特性である場合ほど、前記フィードバックゲインを小さく設定する、
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記設定部は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記フィードバックゲインをさらに変更する、
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記設定部は、前記内燃機関の吸入空気量に応じて前記フィードバックゲインを変更する、
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記設定部は、前記内燃機関の吸入空気量が多い場合ほど前記フィードバックゲインを小さくする、
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路のうち排気浄化触媒より下流の排気空燃比である触媒後空燃比を検出する排気センサと、
前記排気センサが検出する触媒後空燃比に基づき、触媒後空燃比を目標空燃比に合わせるようにフィードバック制御を行う制御部と、
前記排気浄化触媒の酸素吸蔵時と酸素脱離時との間で、前記フィードバック制御で補正値を算出する際に使用するフィードバックゲインを切り替える設定部と、
を備え、
前記設定部は、前記排気浄化触媒に流入する酸素量に応じて前記フィードバックゲインを変更することにより、前記内燃機関の運転状態に応じて前記フィードバックゲインをさらに変更する、
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記設定部は、前記排気浄化触媒に流入する酸素量が多い場合ほど前記フィードバックゲインを小さくする、
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項８】
請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記設定部は、前記内燃機関の回転速度及び負荷に応じて前記フィードバックゲインを変更する、
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記設定部は、前記内燃機関の回転速度及び負荷が高い場合ほど前記フィードバックゲインを小さくする、
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記設定部は、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵能力に応じて前記フィードバックゲインをさらに変更する、
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記設定部は、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵能力が高い場合ほど前記フィードバックゲインを大きくする、
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、排気浄化触媒より上流のＡ／Ｆセンサの出力に基づき、フィードバック制御によって補正値として燃料補正量を算出する技術が開示されている。この技術では、排気浄化触媒より上流の排気空燃比を目標空燃比に収束させる。また、補正値を算出する際に使用するゲインを、排気浄化触媒の下流に設けられたＯ２センサの出力電圧に基づき補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−６５３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
排気浄化触媒の上流と比較し、排気浄化触媒の下流では、内燃機関からの距離が遠い分、燃料噴射量の変化に対する排気空燃比の変化の応答性が低くなる。また、排気浄化触媒は一般に、通過する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンの時には排気中の酸素を吸蔵し、理論空燃比よりもリッチのときには吸蔵した酸素を放出する酸素ストレージ機能を有する。そして、当該酸素ストレージ機能は上述した応答性を低下させるのと同じような効果を生じさせる。このため、排気浄化触媒の下流では、応答性がさらに低下する。
【０００５】
このため、特許文献１の技術では、排気浄化触媒より上流の排気空燃比を目標空燃比に収束させることはできても、排気浄化触媒内や、排気浄化触媒より下流の排気空燃比を素早く目標空燃比に収束させることは困難となる。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされてものであり、排気浄化触媒より下流の排気空燃比を目標空燃比に素早く収束させることを可能にする内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様の内燃機関の空燃比制御装置は、内燃機関の排気通路のうち排気浄化触媒より下流の排気空燃比である触媒後空燃比を検出する排気センサと、前記排気センサが検出する触媒後空燃比に基づき、触媒後空燃比を目標空燃比に合わせるようにフィードバック制御を行う制御部と、を備える。また、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵時と酸素脱離時との間で、前記フィードバック制御で補正値を算出する際に使用するフィードバックゲインを切り替える設定部をさらに備え、前記設定部は、前記フィードバックゲインを切り替える際に、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵特性と酸素脱離特性とに応じて、前記フィードバックゲインを変更する。
【発明の効果】
【０００８】
上記態様の内燃機関の空燃比制御装置によれば、排気浄化触媒の酸素吸蔵特性と酸素脱離特性とは必ずしも同様ではないことに着目し、上記のようにフィードバックゲインを切り替えるので、上記フィードバック制御の安定性、収束性を高めることが可能になる。結果、排気浄化触媒下流の排気空燃比を目標空燃比に素早く収束させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】内燃機関の概略構成図である。
【図２】燃料噴射量の算出方法の一例を示すブロック図である。
【図３】フィードバックゲインの設定処理の一例をフローチャートで示す図である。
【図４】触媒コンバータの酸素吸蔵脱離特性の一例を示す図である。
【図５】触媒後空燃比の変化の一例をタイミングチャートで示す図である。
【図６】フィードバックゲイン算出方法の一例を示すブロック図である。
【図７】吸蔵脱離判定部が行う処理の一例をフローチャートで示す図である。
【図８】基準ゲイン算出部が行う処理の一例をフローチャートで示す図である。
【図９】ゲイン補正量算出部が行う処理の一例をフローチャートで示す図である。
【図１０】ゲイン算出設定部が行う処理の一例をフローチャートで示す図である。
【図１１】基準ゲインの設定の一例を示す図である。
【図１２】ゲイン補正量の一例を示す図である。
【図１３】触媒後空燃比の変化の一例をタイミングチャートで示す図である。
【図１４】基準ゲインの設定の第１の変形例を示す図である。
【図１５】基準ゲインの設定の第２の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。いくつかの図面を通して付された同じ符号は、同一又は対応する構成を示す。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、内燃機関１の概略構成図である。内燃機関１は、内燃機関本体１００のほか、吸気通路３０、排気通路４０及びコントローラ９０を備える。内燃機関１は、車両に搭載される。以下、内燃機関本体１００を単に本体１００と称す。
【００１２】
本体１００は、シリンダブロック１０と、シリンダヘッド２０と、を備える。シリンダブロック１０には、シリンダ１１が形成される。シリンダ１１は、ピストン２を収容する。燃焼室９は、ピストン２の冠面と、シリンダ１１の壁面と、シリンダヘッド２０の下面とによって形成される。燃焼室９では、混合気が燃焼する。そして、ピストン２は燃焼による燃焼圧力を受けてシリンダ１１を往復動する。
【００１３】
シリンダヘッド２０は、シリンダブロック１０の上側に配置される。シリンダヘッド２０には、吸気ポート３と、排気ポート４とが形成される。吸気ポート３は、燃焼室９に吸気を供給する。排気ポート４は、燃焼室９から排気を排出する。
【００１４】
シリンダヘッド２０には、吸気バルブ５と、排気バルブ６とが設けられる。吸気バルブ５は、吸気ポート３を開閉する。排気バルブ６は、排気ポート４を開閉する。吸気バルブ５は吸気側カム５Ａによって駆動され、排気バルブ６は排気側カム６Ａによって駆動される。
【００１５】
シリンダヘッド２０のうち吸気バルブ５と排気バルブ６の間の部分には、点火プラグ７が設けられる。点火プラグ７は、燃焼室９内の混合気に点火する。
【００１６】
吸気通路３０は、本体１００に導入する吸気を流通させる。吸気通路３０は、吸気マニホールドを介して吸気ポート３に吸気を導く。吸気通路３０には、エアフロメータ３１及びスロットルバルブ３２が上流側から順番に設けられる。
【００１７】
エアフロメータ３１は、本体１００の吸入空気量Ｑを計測する。スロットルバルブ３２は、吸入空気量Ｑを調整する。スロットルバルブ３２は、吸気通路３０の吸気流通面積を変化させることで、吸入空気量Ｑを調整する。スロットルバルブ３２を通過した吸気は、吸気マニホールドを介して各気筒に分配される。
【００１８】
燃料噴射弁８は、シリンダヘッド２０に設けられる。燃料噴射弁８は、燃焼室９に直接燃料を噴射するように設けられる。燃料噴射弁８は、機関運転状態に応じた燃料を噴射する。燃料噴射弁８は、吸気マニホールドや吸気ポート３が形成する吸気通路に燃料を噴射するように設けられてもよい。
【００１９】
排気通路４０は、本体１００から排出される排気を流通させる。排気通路４０は、排気マニホールドを介して排気ポート４から排出される排気を流通させる。排気通路４０には、触媒コンバータ４１が設けられる。
【００２０】
触媒コンバータ４１は、本体１００から排出される排気を浄化する排気浄化触媒である。触媒コンバータ４１は、通過する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンの時には排気中の酸素を吸蔵し、理論空燃比よりもリッチのときには吸蔵した酸素を放出する酸素ストレージ機能を有する。触媒コンバータ４１には例えば、三元触媒を適用することができる。排気通路４０に排出された排気は、触媒コンバータ４１によって浄化され、外部に放出される。
【００２１】
排気通路４０のうち触媒コンバータ４１より上流の部分には触媒前Ａ／Ｆセンサ４２が、下流の部分には触媒後Ａ／Ｆセンサ４３が、それぞれ設けられる。触媒前Ａ／Ｆセンサ４２及び触媒後Ａ／Ｆセンサ４３はともに、排気空燃比に応じて出力がリニアに変化する出力特性を有する。
【００２２】
コントローラ９０は、電子制御装置であり、触媒前Ａ／Ｆセンサ４２及び触媒後Ａ／Ｆセンサ４３とともに、本実施形態にかかる空燃比制御装置２００を構成する。コントローラ９０には、各種センサ・スイッチ類として、エアフロメータ３１や、触媒前Ａ／Ｆセンサ４２や、触媒後Ａ／Ｆセンサ４３のほか、クランク角センサ１０１や、スロットル開度センサ１０２や、水温センサ１０３からの信号が入力される。
【００２３】
クランク角センサ１０１は、所定クランク角ごとにクランク角信号を生成する。クランク角信号は、本体１００の回転速度ＮＥを代表する信号として用いられる。スロットル開度センサ１０２は、スロットルバルブ３２の開度を検出する。スロットルバルブ３２の開度は、本体１００の負荷ＫＬを代表する信号として用いられる。水温センサ１０３は、本体１００の冷却水の温度を検知する。
【００２４】
コントローラ９０は、上述した各種センサ・スイッチ類からの入力信号に基づいて、スロットルバルブ３２や燃料噴射弁８を制御する。燃料噴射弁８を制御するにあたり、コントローラ９０は、次に説明するように燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出することで、燃料噴射量を算出する。
【００２５】
図２は、燃料噴射量の算出方法の一例を示すブロック図である。以下では、排気通路４０のうち触媒コンバータ４１より上流の部分の排気空燃比を触媒前空燃比ｆＡＢＹＦ、下流の部分の排気空燃比を触媒後空燃比ｒＡＢＹＦと称す。以下では、フィードバックを単にＦＢと称す。
【００２６】
コントローラ９０は、第１の演算部９１、第２の演算部９２、第３の演算部９３及び第４の演算部９４を備える。
【００２７】
第１の演算部９１は、触媒後Ａ／Ｆセンサ４３が検出する触媒後空燃比ｒＡＢＹＦに基づき、触媒後空燃比ｒＡＢＹＦを目標空燃比ｔＡＢＹＦ０に合わせるための補正値ＲＣを算出する。目標空燃比ｔＡＢＹＦ０は、機関運転状態に応じてマップデータで予め設定されている。機関運転状態は例えば、回転速度ＮＥ及び負荷ＫＬである。目標空燃比ｔＡＢＹＦ０は、一定値であってもよい。
【００２８】
第１の演算部９１は具体的には、次の式（１）に基づき補正値ＲＣを算出する。
【００２９】
[数１]
ＲＣ＝ＧＰ×（Ｆｒ−Ｆｔ０）＋ＧＩ×Σ（Ｆｒ−Ｆｔ０）・・・（１）
触媒後燃料量Ｆｒは、触媒後空燃比ｒＡＢＹＦの逆数である触媒後当量比ｒＦＢＹＡに吸入空気量Ｑを乗算したものである。目標燃料量Ｆｔ０は、目標空燃比ｔＡＢＹＦ０の逆数である目標当量比ｔＦＢＹＡ０に吸入空気量Ｑを乗算したものである。
【００３０】
式（１）は、触媒後燃料量Ｆｒと目標燃料量Ｆｔ０との偏差を入力信号としてＰＩ制御を行うことで、補正値ＲＣを算出する算出式である。ゲインＧＰは式（１）における比例項のＦＢゲインであり、ゲインＧＩは式（１）における積分項のＦＢゲインである。
【００３１】
第１の演算部９１はこのように、触媒後燃料量Ｆｒと目標燃料量Ｆｔ０との偏差に基づき、比例項および積分項を用いて補正値ＲＣを算出する。補正値ＲＣは具体的には、燃料補正量として算出される。
【００３２】
第２の演算部９２は、触媒前目標空燃比ｔＡＢＹＦを算出する。触媒前目標空燃比ｔＡＢＹＦは、触媒前空燃比ｆＡＢＹＦの目標空燃比であり、補正値ＲＣに基づき次のように算出される。すなわち、補正値ＲＣの分だけ目標燃料量Ｆｔ０を補正し、補正した目標燃料量Ｆｔ０で吸入空気量Ｑを割ることで算出される。
【００３３】
触媒後燃料量Ｆｒや目標燃料量Ｆｔ０や触媒前目標空燃比ｔＡＢＹＦを算出する際に用いる吸入空気量Ｑには、現時点で触媒後Ａ／Ｆセンサ４３を通過する排気の形成に関与した吸入空気量を用いることができる。すなわち、現時点より所定期間前にエアフロメータ３１で検出した吸入空気量を用いることができる。
【００３４】
第３の演算部９３は、触媒前Ａ／Ｆセンサ４２が検出する触媒前空燃比ｆＡＢＹＦに基づき、触媒前空燃比ｆＡＢＹＦを触媒前目標空燃比ｔＡＢＹＦに合わせるためのＦＢ補正係数ＬＡＭＤを算出する。具体的には、次の式（２）に基づきＦＢ補正係数ＬＡＭＤを算出する。
【００３５】
[数２]
ＬＡＭＤ＝ＫＰ×（λｆ−λｔ）＋ＫＩ×Σ（λｆ−λｔ）・・・（２）
空気過剰率λｆは、触媒前空燃比ｆＡＢＹＦを理論空燃比で割った値である。目標空気過剰率λｔは、触媒前目標空燃比ｔＡＢＹＦを理論空燃比で割った値である。
【００３６】
式（２）は、空気過剰率λｆと目標空気過剰率λｔとの偏差を入力信号としてＰＩ制御を行うことで、ＦＢ補正係数ＬＡＭＤを算出する算出式である。ゲインＫＰは式（２）における比例項のＦＢゲインであり、ゲインＫＩは式（２）における積分項のＦＢゲインである。
【００３７】
第３の演算部９３はこのように、空気過剰率λｆと目標空気過剰率λｔとの偏差に基づき、比例項および積分項を用いてＦＢ補正係数ＬＡＭＤを算出する。ＦＢ補正係数ＬＡＭＤは、次に説明する燃料噴射パルス幅Ｔｉの算出に用いられる。
【００３８】
第４の演算部９４は、燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出する。第４の演算部９４は具体的には、次の式（３）に基づき燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出する。また、燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出するにあたり、次の式（４）に基づき基本燃料パルス幅Ｔｐを算出する。
【００３９】
[数３]
Ｔｉ＝Ｔｐ×ｔＦＢＹＡ０×ＬＡＭＤ×α＋Ｔｓ・・・（３）
[数４]
Ｔｐ＝Ｋ×Ｑ／ＮＥ・・・（４）
αは各種補正係数であり、Ｔｓは無効パルス幅である。Ｋは定数である。
【００４０】
第４の演算部９４は、このようにして燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出することで、触媒前空燃比ｆＡＢＹＦを触媒前目標空燃比ｔＡＢＹＦに合わせるようにＦＢ制御を行う。
【００４１】
燃料噴射弁８には、第４の演算部９４が算出した燃料噴射パルス幅Ｔｉに応じたパルス信号が入力される。これにより、燃料噴射パルス幅Ｔｉに応じた燃料噴射量が燃料噴射弁８から噴射される。
【００４２】
燃料噴射パルス幅Ｔｉには、ＦＢ補正係数ＬＡＭＤを介して補正値ＲＣが反映される。このため、第４の演算部９４は、上記のようにＦＢ制御を行うことで、同時に触媒後空燃比ｒＡＢＹＦを目標空燃比ｔＡＢＹＦ０に合わせるようにＦＢ制御を行う。第１の演算部９１から第４の演算部９４は、このようなＦＢ制御を行う制御部を構成する。
【００４３】
ところで、第１の演算部９１は、次に説明するようにゲインＧを設定する設定部を含む。ゲインＧは、補正値ＲＣを算出する際に使用するＦＢゲインであり、ゲインＧＰ及びゲインＧＩを含む。設定部は、第１の演算部９１の一部でなくてもよい。
【００４４】
図３は、ゲインＧの設定処理の一例をフローチャートで示す図である。コントローラ９０は、ステップＳ１１で、触媒後空燃比ｒＡＢＹＦを検出する。触媒後空燃比ｒＡＢＹＦは、触媒後Ａ／Ｆセンサ４３の出力に基づき検出することができる。
【００４５】
ステップＳ１２で、コントローラ９０は、触媒後空燃比ｒＡＢＹＦと目標空燃比ｔＡＢＹＦ０との偏差ΔＲｒを算出する。偏差ΔＲｒは、触媒後空燃比ｒＡＢＹＦから目標空燃比ｔＡＢＹＦ０を減算することで算出することができる。
【００４６】
ステップＳ１３で、コントローラ９０は、偏差ΔＲｒがゼロより大きいか否かを判定する。そして、肯定判定であればステップＳ１４で、触媒コンバータ４１の酸素脱離時であると判定し、否定判定であればステップＳ１５で、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵（吸着）時であると判定する。
【００４７】
ステップＳ１４に続きステップＳ１６で、コントローラ９０は、触媒コンバータ４１の酸素脱離特性に応じてゲインＧを設定する。ステップＳ１５に続きステップＳ１７で、コントローラ９０は、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵（吸着）特性に応じてゲインＧを設定する。
【００４８】
コントローラ９０は、このようにゲインＧを設定することで、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵時と酸素脱離時との間で、ＦＢ制御で補正値ＲＣを算出する際に使用するゲインＧを切り替える。ステップＳ１６又はステップＳ１７の後には、本フローチャートの処理は終了する。
【００４９】
次に、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵特性や酸素脱離特性に応じてゲインＧを設定する理由について説明する。
【００５０】
図４は、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵脱離特性の一例を示す図である。（ａ）は、触媒前空燃比ｆＡＢＹＦがリッチからリーンに変化した場合の触媒後空燃比ｒＡＢＹＦの変化態様によって、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵特性を示す。（ｂ）は、触媒前空燃比ｆＡＢＹＦがリーンからリッチに変化した場合の触媒後空燃比ｒＡＢＹＦの変化態様によって、触媒コンバータ４１の酸素脱離特性を示す。
【００５１】
（ａ）に示すように、触媒前空燃比ｆＡＢＹＦがリッチからリーンに変化した場合、触媒コンバータ４１は酸素を吸蔵する。このため、触媒後空燃比ｒＡＢＹＦはすぐにはリーンにならず、次第にリーン化する。そして、触媒コンバータ４１が酸素を吸蔵できなくなったときに、触媒前空燃比ｆＡＢＹＦと同じ値になる。
【００５２】
（ｂ）に示すように、触媒前空燃比ｆＡＢＹＦがリーンからリッチに変化した場合、触媒コンバータ４１は酸素を脱離する。このため、触媒後空燃比ｒＡＢＹＦはすぐにはリッチにならず、次第にリッチ化する。そして、酸素を脱離し終えたときに、触媒前空燃比ｆＡＢＹＦと同じ値になる。
【００５３】
この例では、（ａ）の場合のほうが（ｂ）の場合よりも、触媒後空燃比ｒＡＢＹＦが触媒前空燃比ｆＡＢＹＦと同じ値になるのが遅い。すなわち、酸素吸蔵速度のほうが酸素脱離速度よりも低い。このため、（ａ）及び（ｂ）間で同じ大きさのゲインＧを用いると、（ａ）の場合のほうが（ｂ）の場合よりも、触媒後空燃比ｒＡＢＹＦの収束が遅れることになる。
【００５４】
このため、コントローラ９０は、上述したように触媒コンバータ４１の酸素吸蔵時と酸素脱離時との間で、ゲインＧを切り替える。
【００５５】
このようにゲインＧを切り替える際、コントローラ９０は、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵特性と酸素脱離特性とに応じて、ゲインＧを変更する。具体的にはこの例では、酸素吸蔵脱離にかかる速度が遅い酸素吸蔵時のほうが、当該速度が速い酸素脱離時よりも、ゲインＧが大きくなるように変更する。
【００５６】
このようにゲインＧを変更するコントローラ９０は、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵時と酸素脱離時との間でゲインＧを切り替える際に、これらの場合のうち酸素吸蔵脱離にかかる速度が高い場合のほうが低い場合よりも、ゲインＧを小さくする。
【００５７】
このようにゲインＧを変更するにあたり、コントローラ９０は具体的には、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵時には、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵特性が、酸素吸蔵速度が高い特性である場合ほど、ゲインＧを小さく設定する。また、触媒コンバータ４１の酸素脱離時には、触媒コンバータ４１の酸素脱離特性が、酸素脱離速度が高い特性である場合ほど、ゲインＧを小さく設定する。
【００５８】
つまり、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵時及び酸素脱離時に、これらの各場合に応じた触媒コンバータ４１の酸素吸蔵脱離にかかる特性が、酸素吸蔵脱離にかかる速度が高い特性である場合ほど、ゲインＧを小さく設定する。
【００５９】
次に、ＦＢ制御に基づく触媒後空燃比ｒＡＢＹＦの変化について説明する。
【００６０】
図５は、本実施形態における触媒後空燃比ｒＡＢＹＦの変化の一例をタイミングチャートで示す図である。図５では、各種パラメータとして、触媒後空燃比ｒＡＢＹＦ、ゲインＧ、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵脱離判定の状態、及び燃料噴射パルス幅Ｔｉに応じた空燃比である指令空燃比を示す。図５では、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵時と酸素脱離時との間でゲインＧを切り替えない場合を破線で併せて示す。図５では、触媒コンバータ４１の酸素脱離速度が酸素吸蔵速度より低い場合を示す。
【００６１】
タイミングＴ１は、酸素吸蔵脱離判定の状態が吸蔵判定から脱離判定に切り替わるタイミングである。このため、タイミングＴ１以前では、ゲインＧは触媒コンバータ４１の酸素吸蔵特性に応じた大きさに設定される。タイミングＴ１以前では、触媒コンバータ４１が酸素を吸蔵する。このため、指令空燃比はリーンであるのに対して、触媒後空燃比ｒＡＢＹＦはリッチとなる。
【００６２】
タイミングＴ１では、触媒後空燃比ｒＡＢＹＦが目標空燃比ｔＡＢＹＦ０を上回る。このため、酸素吸蔵脱離判定の状態が、吸蔵判定から脱離判定に変化する。また、ゲインＧは、触媒コンバータ４１の酸素脱離特性に応じた値に設定される。この結果、ゲインＧは、タイミングＴ１以前より大きくなる。
【００６３】
これにより、触媒後空燃比ｒＡＢＹＦは、実線で示すように、破線で示す場合よりも素早く目標空燃比ｔＡＢＹＦ０に収束する。また、ゲインＧの変更によってＦＢ補正係数ＬＡＭＤが変化する結果、指令空燃比の収束性も改善される。
【００６４】
次に、空燃比制御装置２００の主な作用効果について説明する。
【００６５】
空燃比制御装置２００は、触媒後Ａ／Ｆセンサ４３と、コントローラ９０と、を備える。そして、コントローラ９０は、触媒後Ａ／Ｆセンサ４３が検出する触媒後空燃比ｒＡＢＹＦに基づき、触媒後空燃比ｒＡＢＹＦを目標空燃比ｔＡＢＹＦ０に合わせるようにＦＢ制御を行う。また、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵時と酸素脱離時との間で、ＦＢ制御で補正値ＲＣを算出する際に使用するゲインＧを切り替える。
【００６６】
このような構成の空燃比制御装置２００によれば、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵特性と酸素脱離特性とは必ずしも同様ではないことに着目し、上記のようにゲインＧを切り替えるので、上記のように行うＦＢ制御の安定性、収束性を高めることが可能になる。結果、触媒後空燃比ｒＡＢＹＦを目標空燃比ｔＡＢＹＦ０に素早く収束させることが可能になる。
【００６７】
空燃比制御装置２００では、コントローラ９０は、ゲインＧを切り替える際に、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵特性と酸素脱離特性とに応じて、ゲインＧを変更する。
【００６８】
上記構成の空燃比制御装置２００によれば、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵時には酸素吸蔵特性に合わせて、酸素脱離時には酸素脱離特性に合わせて、ゲインＧを設定することができる。このため、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵特性と酸素脱離特性との違いを考慮しない場合と比較し、ＦＢ制御の安定性、収束性を高めることができる。
【００６９】
空燃比制御装置２００では、コントローラ９０は、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵時及び酸素脱離時に、これらの各場合に応じた触媒コンバータ４１の酸素吸蔵脱離にかかる特性が、酸素吸蔵脱離にかかる速度が高い特性である場合ほど、ゲインＧを小さく設定する。
【００７０】
空燃比制御装置２００はこのような構成である場合に、ゲインＧを適切な大きさに設定することができる。結果、ＦＢ制御の安定性、収束性を好適に高めることができる。
【００７１】
コントローラ９０は、触媒前空燃比ｆＡＢＹＦを触媒前目標空燃比ｔＡＢＹＦに合わせるようにＦＢ制御を行うことで、同時に触媒後空燃比ｒＡＢＹＦを目標空燃比ｔＡＢＹＦ０に合わせるようにＦＢ制御を行う。
【００７２】
このような構成の空燃比制御装置２００によれば、さらに触媒コンバータ４１内の排気空燃比を目標空燃比に素早く収束させることができる。
【００７３】
（第２実施形態）
本実施形態にかかる空燃比制御装置２００は、コントローラ９０が以下に説明するように構成される点以外、第１実施形態にかかる空燃比制御装置２００と実質的に同一である。本実施形態にかかる空燃比制御装置２００は、第１実施形態にかかる空燃比制御装置２００の代わりに、内燃機関１に適用することができる。
【００７４】
図６は、ＦＢゲイン算出方法の一例を示すブロック図である。図６に示すように、本実施形態では、第１の演算部９１が、吸蔵脱離判定部９１１、基準ゲイン算出部９１２、ゲイン補正量算出部９１３、及びゲイン算出設定部９１４を含む。そして、これらの構成が以下で説明する処理を行うことで、ゲインＧを設定する設定部を構成する。
【００７５】
図７は、吸蔵脱離判定部９１１が行う処理の一例をフローチャートで示す図である。吸蔵脱離判定部９１１は、前述した図３に示すフローチャートのステップＳ１１からステップＳ１５の処理を行うことで、触媒コンバータ４１の酸素脱離時であるか、或いは酸素吸蔵時であるかを判定する。ステップＳ１４又はステップＳ１５の後には、吸蔵脱離判定部９１１の処理は終了する。
【００７６】
図８は、基準ゲイン算出部９１２が行う処理の一例を示す図である。基準ゲイン算出部９１２はステップＳ２１で、吸蔵判定中であるか否か、すなわち触媒コンバータ４１の酸素吸蔵時であるか否かを判定する。そして、肯定判定であればステップＳ２２で、第１の設定Ｆ１１に基づき基準ゲインＧｂを算出する。また、否定判定であればステップＳ２３で、第２の設定Ｆ１２に基づき基準ゲインＧｂを算出する。
【００７７】
基準ゲインＧｂは、本実施形態におけるゲインＧのベースとなるＦＢゲインであり、具体的には第１実施形態におけるゲインＧを機関運転状態に応じて設定したものである。第１の設定Ｆ１１及び第２の設定Ｆ１２については後述する。ステップＳ２２又はステップＳ２３の後には、基準ゲイン算出部９１２の処理は終了する。
【００７８】
図９は、ゲイン補正量算出部９１３が行う処理の一例を示す図である。ゲイン補正量算出部９１３はステップＳ３１で、吸蔵判定中であるか否かを判定する。そして、肯定判定であればステップＳ３２で、第１の設定Ｆ２１に基づきゲイン補正量ＧＯＳＣを算出する。また、否定判定であればステップＳ３３で、第２の設定Ｆ２２に基づきゲイン補正量ＧＯＳＣを算出する。
【００７９】
ゲイン補正量ＧＯＳＣは、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵能力ＯＳＣＭＡＸに応じて基準ゲインＧｂを補正するための補正量である。第１の設定Ｆ２１及び第２の設定Ｆ２２については後述する。ステップＳ３２又はステップＳ３３の後には、ゲイン補正量算出部９１３の処理は終了する。
【００８０】
図１０は、ゲイン算出設定部９１４が行う処理の一例を示す図である。ゲイン算出設定部９１４はステップＳ４１で、基準ゲインＧｂにゲイン補正量ＧＯＳＣを乗算することで基準ゲインＧｂを補正し、これによりゲインＧを算出する。そして、ステップＳ４２で、算出したゲインＧを補正値ＲＣの算出に使用するＦＢゲインとして設定する。ステップＳ４２の後には、ゲイン算出設定部９１４の処理は終了する。
【００８１】
次に第１の設定Ｆ１１及び第２の設定Ｆ１２について説明する。
【００８２】
図１１は、基準ゲインＧｂの設定の一例を示す図である。ここで、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵特性や酸素脱離特性は、機関運転状態に応じて変化する。このため、第１の設定Ｆ１１では、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵特性に応じた大きさの基準ゲインＧｂが、機関運転状態に応じて設定される。また、第２の設定Ｆ１２では、触媒コンバータ４１の酸素脱離特性に応じた大きさの基準ゲインＧｂが、機関運転状態に応じて設定される。この例では、機関運転状態が同じである場合に、第２の設定Ｆ１２のほうが第１の設定Ｆ１１よりも、基準ゲインＧｂが大きく設定される。
【００８３】
コントローラ９０は、基準ゲイン算出部９１２で、第１の設定Ｆ１１や第２の設定Ｆ１２に基づき基準ゲインＧｂを算出することで、機関運転状態に応じてゲインＧを変更する。第１の設定Ｆ１１及び第２の設定Ｆ１２は、機関運転状態に応じた基準ゲインＧｂのマップデータやモデル式として実現することができる。
【００８４】
図１１に示す例では、機関運転状態として具体的には、吸入空気量Ｑが用いられる。このため、第１の設定Ｆ１１及び第２の設定Ｆ１２ではともに、吸入空気量Ｑに応じて基準ゲインＧｂが設定される。具体的には、吸入空気量Ｑが多い場合ほど、基準ゲインＧｂが小さくなるように設定される。
【００８５】
したがって、コントローラ９０は、第１の設定Ｆ１１や第２の設定Ｆ１２に基づき基準ゲインＧｂを算出することで、吸入空気量Ｑに応じてゲインＧを変更する。具体的には、吸入空気量Ｑが多い場合ほど、ゲインＧを小さくする。
【００８６】
次に第１の設定Ｆ２１及び第２の設定Ｆ２２について説明する。
【００８７】
図１２は、ゲイン補正量ＧＯＳＣの一例を示す図である。ここで、酸素吸蔵能力ＯＳＣＭＡＸは、触媒コンバータ４１の種類や個体差や劣化度合いによって異なってくる。そして、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵特性や酸素脱離特性は、酸素吸蔵能力ＯＳＣＭＡＸに応じて変化する。
【００８８】
このため、第１の設定Ｆ２１では、触媒コンバータ４１の酸素吸蔵特性に応じた大きさのゲイン補正量ＧＯＳＣが、酸素吸蔵能力ＯＳＣＭＡＸに応じて設定される。また、第２の設定Ｆ２２では、触媒コンバータ４１の酸素脱離特性に応じた大きさのゲイン補正量ＧＯＳＣが、酸素吸蔵能力ＯＳＣＭＡＸに応じて設定される。この例では、酸素吸蔵能力ＯＳＣＭＡＸが同じである場合に、第２の設定Ｆ２２のほうが第１の設定Ｆ２１よりも、ゲイン補正量ＯＳＣが大きく設定される。第１の設定Ｆ２１及び第２の設定Ｆ２２ではともに、酸素吸蔵能力ＯＳＣＭＡＸが高い場合ほど、ゲイン補正量ＧＯＳＣが大きくなるように設定される。
【００８９】
このため、コントローラ９０は、ゲイン補正量算出部９１３で、第１の設定Ｆ２１や第２の設定Ｆ２２に基づきゲイン補正量ＧＯＳＣを算出し、算出したゲイン補正量ＧＯＳＣで基準ゲインＧｂを補正することで、酸素吸蔵能力ＯＳＣＭＡＸに応じてゲインＧを変更する。具体的には、酸素吸蔵能力ＯＳＣＭＡＸが高い場合ほど、ゲインＧを大きくする。第１の設定Ｆ２１及び第２の設定Ｆ２２は、酸素吸蔵能力ＯＳＣＭＡＸに応じた補正量ＧＯＳＣのマップデータやモデル式として実現することができる。
【００９０】
図１３は、本実施形態にかかる触媒後空燃比ｒＡＢＹＦの変化の一例をタイミングチャートで示す図である。図１３では（ａ）及び（ｂ）で、車速低下時に車速に応じてゲインＧを変更することで、機関運転状態に応じてゲインＧを変更する場合の例を示す。（ａ）は車速が相対的に高い場合、（ｂ）は車速が相対的に低い場合を示す。
【００９１】
図１３では、各種パラメータとして、図５と同様のパラメータに加えてさらに車速を示す。図１３では、図５と同様、触媒コンバータ４１の酸素脱離速度が酸素吸蔵速度より低い場合を示す。図１３では、機関運転状態に応じてゲインＧを変更しない場合の例を破線で併せて示す。
【００９２】
この例では、車速の低下によって、（ｂ）の場合のほうが（ａ）の場合よりも、触媒コンバータ４１への単位時間当たりの酸素供給量が少なくなる。このため、（ａ）の場合と同じ大きさのゲインＧを（ｂ）の場合にも適用すると、酸素供給量が少ない分、破線で示すように触媒後空燃比ｒＡＢＹＦの目標空燃比ｔＡＢＹＦ０への収束性が悪化する。
【００９３】
このため、コントローラ９０は、機関運転状態に応じてゲインＧをさらに変更することで、（ｂ）の場合のほうが（ａ）の場合よりもゲインＧが大きくなるようにする。つまり、車速が低い場合ほどゲインＧを大きくする。
【００９４】
これにより、触媒後空燃比ｒＡＢＹＦは、実線で示すように、破線で示す場合よりも素早く目標空燃比ｔＡＢＹＦ０に収束する。また、ゲインＧの変更により、ＦＢ補正係数ＬＡＭＤが変化する結果、指令空燃比の収束性も改善される。
【００９５】
次に、本実施形態の空燃比制御装置２００の主な作用効果について説明する。
【００９６】
本実施形態の空燃比制御装置２００では、コントローラ９０は、第１実施形態の場合と比較し、機関運転状態に応じてゲインＧをさらに変更する。
【００９７】
このような構成の空燃比制御装置２００によれば、機関運転状態を考慮する分、ＦＢ制御の安定性、収束性をさらに高めることができる。
【００９８】
本実施形態の空燃比制御装置２００では、コントローラ９０は、吸入空気量Ｑに応じてゲインＧを変更する。空燃比制御装置２００は例えばこのような構成である場合に、機関運転状態に応じてゲインＧを変更することで、ＦＢ制御の安定性、収束性をさらに高めることができる。
【００９９】
本実施形態の空燃比制御装置２００では、コントローラ９０は、吸入空気量Ｑが多い場合ほどゲインＧを小さくする。空燃比制御装置２００はこのような構成である場合に、ゲインＧを機関運転状態に応じた適切な大きさにすることができる。結果、ＦＢ制御の安定性、収束性を好適に高めることができる。
【０１００】
コントローラ９０は、第１実施形態の場合と比較し、酸素吸蔵能力ＯＳＣＭＡＸに応じてゲインＧをさらに変更する。空燃比制御装置２００はこのような構成である場合に、酸素吸蔵能力ＯＳＣＭＡＸを考慮する分、ＦＢ制御の安定性、収束性をさらに高めることができる。
【０１０１】
コントローラ９０は、酸素吸蔵能力ＯＳＣＭＡＸが高い場合ほどゲインＧを大きくする。このような構成の空燃比制御装置２００は、酸素吸蔵能力ＯＳＣＭＡＸが高い場合に、触媒後空燃比ｒＡＢＹＦの目標空燃比ｔＡＢＹＦ０への収束性を高めることができる。また、酸素吸蔵能力ＯＳＣＭＡＸが低い場合に、触媒後空燃比ｒＡＢＹＦのハンチングを抑制することができる。
【０１０２】
次に、本実施形態の空燃比制御装置２００の変形例について説明する。
【０１０３】
コントローラ９０は、機関運転状態として触媒コンバータ４１に流入する酸素量ＱＯ２に応じてゲインＧを変更してもよい。この場合、コントローラ９０は、基準ゲイン算出部９１２で、次に示すように基準ゲインＧｂを設定する第１の設定Ｆ１１及び第２の設定Ｆ１２に基づき、基準ゲインＧｂを算出することができる。
【０１０４】
図１４は、基準ゲインＧｂの設定の第１の変形例を示す図である。第１の変形例では、第１の設定Ｆ１１及び第２の設定Ｆ１２それぞれで、酸素量ＱＯ２に応じて基準ゲインＧｂが設定される。また、酸素量ＱＯ２が多い場合ほど、基準ゲインＧｂが小さくなるように設定される。酸素量ＱＯ２は、次の式（５）に基づき算出することができる。
【０１０５】
[数５]
ＱＯ２＝Ｑ×（ｆＡＢＹＦ−ｔＡＢＹＦ）×β・・・（５）
βは各種補正係数である。
【０１０６】
コントローラ９０は、基準ゲイン算出部９１２で、このような第１の設定Ｆ１１や第２の設定Ｆ１２に基づき基準ゲインＧｂを算出することで、酸素量ＱＯ２に応じてゲインＧを変更することができる。具体的には、酸素量ＱＯ２が多い場合ほど、ゲインＧを小さくすることができる。
【０１０７】
空燃比制御装置２００は、コントローラ９０がこのように構成される場合にも、機関運転状態に応じてゲインＧを変更することで、ＦＢ制御の安定性、収束性を高めることができる。また、ゲインＧを機関運転状態に応じた適切な大きさにすることで、ＦＢ制御の安定性、収束性を好適に高めることができる。
【０１０８】
コントローラ９０は、機関運転状態として回転速度ＮＥ及び負荷ＫＬに応じてゲインＧを変更してもよい。この場合、コントローラ９０は、基準ゲイン算出部９１２で、次に示すように基準ゲインＧｂを設定する第１の設定Ｆ１１及び第２の設定Ｆ１２に基づき、基準ゲインＧｂを算出することができる。
【０１０９】
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、基準ゲインＧｂの第２の変形例を示す図である。図１５（ａ）は、回転速度ＮＥ及び負荷ＫＬのうち回転速度ＮＥに応じて、第１の設定Ｆ１１及び第２の設定Ｆ１２を示す。図１５（ｂ）は、回転速度ＮＥ及び負荷ＫＬのうち負荷ＫＬに応じて、第１の設定Ｆ１１及び第２の設定Ｆ１２を示す。
【０１１０】
第２の変形例では、第１の設定Ｆ１１及び第２の設定Ｆ１２それぞれで、回転速度ＮＥ及び負荷ＫＬに応じて基準ゲインＧｂが設定される。基準ゲインＧｂは、回転速度ＮＥ及び負荷ＫＬが高い場合ほど小さくなるように設定される。
【０１１１】
このため、コントローラ９０は、基準ゲイン算出部９１２で、このような第１の設定Ｆ１１や第２の設定Ｆ１２に基づき基準ゲインＧｂを算出することで、回転速度ＮＥ及び負荷ＫＬに応じてゲインＧを変更することができる。具体的には、回転速度ＮＥ及び負荷ＫＬが高い場合ほどゲインＧを小さくすることができる。
【０１１２】
空燃比制御装置２００は、コントローラ９０がこのように構成される場合にも、機関運転状態に応じてゲインＧを変更することで、ＦＢ制御の安定性、収束性を高めることができる。また、ゲインＧを機関運転状態に応じた適切な大きさにすることで、ＦＢ制御の安定性、収束性を好適に高めることができる。
【０１１３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【０１１４】
上述した実施形態では、制御部や設定部などの各種の機能部をコントローラ９０で実現する場合について説明した。しかしながら、制御部や設定部などの各種の機能部は、複数のコントローラで実現されてもよい。
【符号の説明】
【０１１５】
１      内燃機関
４０    排気通路
４１    触媒コンバータ
４２    触媒前Ａ／Ｆセンサ
４３    触媒後Ａ／Ｆセンサ
９０    コントローラ
１００  内燃機関本体
２００  空燃比制御装置
【図１】
0006330608.tif 000002
【図２】
0006330608.tif 000003
【図３】
0006330608.tif 000004
【図４】
0006330608.tif 000005
【図５】
0006330608.tif 000006
【図６】
0006330608.tif 000007
【図７】
0006330608.tif 000008
【図８】
0006330608.tif 000009
【図９】
0006330608.tif 000010
【図１０】
0006330608.tif 000011
【図１１】
0006330608.tif 000012
【図１２】
0006330608.tif 000013
【図１３】
0006330608.tif 000014
【図１４】
0006330608.tif 000015
【図１５】
0006330608.tif 000016