(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の排気ガス量と排気中の酸素濃度とに基づき、排気管に介装される触媒の貯蔵酸素量を推定し、該推定した貯蔵酸素量と該貯蔵酸素量の目標値とに基づいて燃焼混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、
機関の失火の発生時に前記貯蔵酸素量の推定値の更新を停止させ、かつ、前記失火に伴う貯蔵酸素量の減少分を補うべく失火終了時に空燃比を強制的に理論空燃比よりもリーン化させ、該リーン化終了時に前記貯蔵酸素量の推定値を前記目標値或いは前記目標値付近の値にリセットしてから更新を再開させ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】
機関の排気ガス量と排気中の酸素濃度とに基づき、排気管に介装される触媒の貯蔵酸素量を推定し、該推定した貯蔵酸素量と該貯蔵酸素量の目標値とに基づいて燃焼混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、
機関の失火時に前記貯蔵酸素量の推定値に基づく空燃比制御を停止させると共に、前記失火に伴う貯蔵酸素量の減少分を補うべく失火終了時に空燃比を強制的に理論空燃比よりもリーン化させ、該リーン化終了時に前記貯蔵酸素量の推定値を前記目標値或いは前記目標値付近の値にリセットしてから前記推定値に基づく空燃比制御を再開させ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】
前記空燃比を強制的に理論空燃比よりもリーン化させる時間を、失火の回数及び／又は継続時間に基づいて変更することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記空燃比を強制的に理論空燃比よりもリーン化させる時間を、失火中に噴射された燃料の総量に基づいて変更することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記空燃比を強制的に理論空燃比よりもリーン化させる時間を、機関運転条件に基づいて変更することを特徴とする請求項１又は２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、内燃機関の空燃比制御装置に関し、詳しくは、触媒の貯蔵酸素量に基づいて燃焼混合気の空燃比を制御する構成の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、触媒の上流側に設けられる酸素センサで検出される空燃比（酸素濃度）と排気ガス量とから、前記触媒における貯蔵酸素量を推定し、該貯蔵酸素量が目標値になるように、燃焼混合気の空燃比（燃料噴射量）を補正する構成の空燃比制御装置が知られている（特開平６−２４９０２８号公報，特開平１０−１８４４２５号公報等参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、機関で失火が発生すると、大気がそのまま排気系に流れることから、酸素センサは酸素過剰状態（リーン状態）を検出し、貯蔵酸素量の増大変化が検出されることになる。
しかし、失火時には、機関に噴射された燃料が燃えないまま排気系に流れ、これが触媒で酸化反応して酸素を消費する。
【０００４】
従って、実際には貯蔵酸素量が大きく増大変化することはないが、酸素センサの検出結果から貯蔵酸素量の推定値が増大変化するために、貯蔵酸素量を減らす方向の制御（リッチ化制御）が行われることになり、貯蔵酸素量が目標よりも少ない値に制御されてしまうという問題があった。
また、失火時には、触媒で多量の燃料が酸化反応し、貯蔵酸素が急激に消費されるため、実際の貯蔵酸素量としてはむしろ減る傾向を示す。
【０００５】
このため、酸素センサの検出結果に基づく貯蔵酸素量の推定値が増大変化することから空燃比をリッチ化させると、貯蔵酸素量の減少を更に助長させることになる。
また、リッチ方向への誤制御を回避できたとしても、実際の貯蔵酸素量の減少変化は、排気ガス量・酸素濃度からは推定されないので、そのままでは実際の貯蔵酸素量が目標よりも少ない状態に放置されることになり、また、推定誤差を生じさせることにもなるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、失火時に触媒での燃料の酸化反応によって実際の貯蔵酸素量が減少したとしても、実際の貯蔵酸素量を目標値に速やかに戻し、また、貯蔵酸素量の推定精度を維持できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明では、機関の排気ガス量と排気中の酸素濃度とに基づき、排気管に介装される触媒の貯蔵酸素量を推定し、該推定した貯蔵酸素量と該貯蔵酸素量の目標値とに基づいて燃焼混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、機関の失火の発生時に前記貯蔵酸素量の推定値の更新を停止させ、かつ、前記失火に伴う貯蔵酸素量の減少分を補うべく失火終了時に空燃比を強制的に理論空燃比よりもリーン化させ、該リーン化終了時に前記貯蔵酸素量の推定値を前記目標値或いは前記目標値付近の値にリセットしてから更新を再開させる構成とした。
【０００９】
かかる構成によると、失火が発生すると、貯蔵酸素量の推定値の更新を停止させることで、排気中の酸素濃度が増大しても貯蔵酸素量の推定値が増大方向に更新されることを阻止し、かつ、失火が終了すると、空燃比をリーン化させて失火中に触媒での燃料の酸化反応で減った分の貯蔵酸素量を補い、該貯蔵酸素量の補給が終わると、貯蔵酸素量の推定値を目標値或いは目標値付近の値にリセットしてから更新を再開させる。
【００１３】
請求項２記載の発明では、機関の排気ガス量と排気中の酸素濃度とに基づき、排気管に介装される触媒の貯蔵酸素量を推定し、該推定した貯蔵酸素量と該貯蔵酸素量の目標値とに基づいて燃焼混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、機関の失火時に前記貯蔵酸素量の推定値に基づく空燃比制御を停止させると共に、前記失火に伴う貯蔵酸素量の減少分を補うべく失火終了時に空燃比を強制的に理論空燃比よりもリーン化させ、該リーン化終了時に前記貯蔵酸素量の推定値を前記目標値或いは前記目標値付近の値にリセットしてから前記推定値に基づく空燃比制御を再開させる構成とした。
【００１４】
かかる構成によると、失火の発生中は貯蔵酸素量の推定値に基づく空燃比制御が停止され、失火が終了すると、空燃比をリーン化させて失火中に触媒での燃料の酸化反応で減った分の貯蔵酸素量を補い、該貯蔵酸素量の補給が終わると、貯蔵酸素量の推定値を目標値或いは目標値付近の値にリセットした上で、貯蔵酸素量の推定値に基づく空燃比制御を再開させる。
請求項３記載の発明では、前記空燃比を強制的に理論空燃比よりもリーン化させる時間を、失火の回数及び／又は継続時間に基づいて変更し、請求項４記載の発明では、失火中に噴射された燃料の総量に基づいて変更し、請求項５記載の発明では、機関運転条件に基づいて変更する。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１，３〜５記載の発明によると、失火中に貯蔵酸素量が増大更新されることが回避され、空燃比が誤ってリッチ化されることを防止できると共に、失火中に触媒での燃料の酸化反応で減った貯蔵酸素量を目標値付近に回復させ、これに伴って推定値を目標値或いは目標値付近の値にリセットするので、貯蔵酸素量の推定精度を維持することができるという効果がある。
【００１７】
請求項２，３〜５記載の発明によると、失火中に誤った貯蔵酸素量の推定値に基づき空燃比が制御されることが回避されると共に、失火中に触媒での燃料の酸化反応で減った貯蔵酸素量を確実に回復させることができ、更に、貯蔵酸素量の推定値を実際量に近似させてから空燃比制御を再開させて、再開後の貯蔵酸素量の推定値に基づく空燃比制御精度を確保することができるという効果がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は実施の形態における内燃機関のシステム構成図である。
この図１において、車両に搭載される内燃機関１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２，吸気通路３，モータで開閉駆動される電子制御式スロットル弁４を介して空気が吸入される。
【００１９】
各気筒の燃焼室内に燃料（ガソリン）を直接噴射する電磁式の燃料噴射弁５が設けられており、該燃料噴射弁５から噴射される燃料と前記吸入される空気とによって燃焼室内に混合気が形成される。
燃料噴射弁５は、コントロールユニット２０から出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射する。
【００２０】
燃焼室内に形成される混合気は、点火栓６により着火燃焼する。
尚、内燃機関１を上記の直接筒内噴射式ガソリン機関に限定するものではなく、吸気ポートに燃料を噴射する構成の内燃機関であっても良い。
機関１からの排気は排気通路７より排出され、該排気通路７には排気浄化用の触媒８が介装されている。
【００２１】
前記触媒８は、酸素貯蔵能力を有する三元触媒であって、排気中の有害３成分である一酸化炭素ＣＯ及び炭化水素ＨＣを酸化すると共に、酸化窒素ＮＯｘを還元して、無害な二酸化炭素、水蒸気及び窒素に変換させるものである。
そして、該三元触媒８による浄化性能は、排気空燃比が理論空燃比であるときに最も高く、排気空燃比がリーンで酸素量が過剰であると、酸化作用は活発になるが還元作用が不活発となり、逆に、排気空燃比がリッチで酸素量が少ないと、酸化作用は不活発になるが還元作用が活発となる。
【００２２】
但し、前記三元触媒８は酸素を貯蔵する能力（酸素ストレージ効果）を有するため、排気空燃比が一時的にリッチになったときには、それまでに貯蔵されていた酸素を使用し、逆に、排気空燃比が一時的にリーンになったときには、余分な酸素を貯蔵することで、排気浄化性能を維持できるようになっている。
従って、空燃比が理論空燃比からリーン側にずれたときに酸化窒素ＮＯｘを還元でき、かつ、空燃比が理論空燃比からリッチ側にずれたときに一酸化炭素ＣＯ及び炭化水素ＨＣを酸化できるようにするためには、三元触媒８に貯蔵される酸素の量（貯蔵酸素量）を、貯蔵できる最大量の半分程度に維持し、余分な酸素を貯蔵し、かつ、酸化処理に必要な酸素を脱離して供給できる状態にしておくことが要求される。
【００２３】
そこで、前記コントロールユニット２０は、所定運転領域において、三元触媒８における貯蔵酸素量を推定し、該推定される貯蔵酸素量が目標量（最大貯蔵酸素量の半分程度）よりも少ないときには、空燃比をリーン化させて貯蔵酸素量を増大させ、逆に、推定される貯蔵酸素量が目標量よりも多いときには、空燃比をリッチ化させて余分な酸素を脱離させ貯蔵酸素量を減少させるように、前記燃料噴射弁５による燃料噴射量をフィードバック制御するようになっている。
【００２４】
前記コントロールユニット２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイコンを備え、各種センサからの入力信号を受け、これらに基づいて演算処理して、電子制御式スロットル弁４の開度，燃料噴射弁５による噴射量・噴射時期，点火栓６による点火時期を制御する。
【００２５】
前記各種センサとして、機関１のクランク角を検出するクランク角センサ２１、カム軸から気筒判別信号を取り出すカムセンサ２２が設けられており、前記クランク角センサ２１からの信号に基づき機関の回転速度Ｎｅが算出される。
この他、吸気通路３のスロットル弁４上流側で吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ２３、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）ＡＰＳを検出するアクセルセンサ２４、スロットル弁４の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ２５、機関１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ２６、排気中の酸素濃度を広域に検出する酸素センサ２７、車速ＶＳＰを検出する車速センサ２８などが設けられている。
【００２６】
ここで、前記コントロールユニット２０による貯蔵酸素量に基づく空燃比制御の様子を、図２のブロック図に従って説明する。
図２のブロック図において、エアフローメータ２３で検出される吸入空気量Ｑのデータに、理論空燃比（空気過剰率λ＝１）と酸素センサ２７で検出される空燃比との偏差Δλを乗算する。
【００２７】
前記空燃比偏差Δλは、燃焼混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであれば正の値となり、リッチであれば負の値になり、燃焼混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであれば、触媒８における貯蔵酸素量が増大変化し、燃焼混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチであれば、触媒８における貯蔵酸素量が減少変化することに対応する。
【００２８】
尚、前記エアフローメータ２３で検出される吸入空気量Ｑは、排気ガス量に近似する値として用いるものであり、直接排気ガス量を計測させても良い。また、吸入空気量Ｑに対して排気還流による補正や過渡時補正を施して、より排気ガス量に近似させることが好ましい。
前記吸入空気量Ｑと空燃比偏差Δλとの乗算結果には定数Ｋが乗算され、その結果が、積分器１０１で逐次積分され、触媒８における貯蔵酸素量が求められる。
【００２９】
次いで、前記積分器１０１から出力される貯蔵酸素量の推定値と最大貯蔵酸素量の半分程度の値である目標値との偏差が演算される。
そして、前記貯蔵酸素量の偏差のデータが入力されるフィードバック係数演算部１０２では、貯蔵酸素量の推定値を目標値に一致させるべく、空燃比のフィードバック補正係数を演算する。
【００３０】
即ち、貯蔵酸素量が目標量よりも少ないときには、空燃比をリーン化させて貯蔵酸素量を増大させ、逆に、貯蔵酸素量が目標量よりも多いときには、空燃比をリッチ化させて余分な酸素を脱離させ貯蔵酸素量を減少させるように、フィードバック補正係数を設定する。
噴射量演算部１０３では、前記フィードバック補正係数を用いて基本燃料噴射量を補正して最終的な燃料噴射量を演算し、該燃料噴射量に相当する噴射パルス信号を燃料噴射弁５に出力する。
【００３１】
また、失火検出部１０４では、機関回転速度Ｎｅの変動に基づいて失火の有無を検出する。
但し、回転変動に基づき失火を検出する方法に限定するものではなく、筒内圧に基づいて失火を検出する構成や、燃焼光から失火を検出する構成など、公知の種々の失火検出方法を用いることができる。
【００３２】
貯蔵酸素量クランプ制御部１０５では、前記失火検出部１０４で失火の発生が検出されたときに、前記貯蔵酸素量の更新を停止させる。
また、リーン化制御部１０６では、前記失火検出部１０４で失火が終了したことが検出された時点から所定時間だけ空燃比を強制的にリーン化させるべく、前記噴射量演算部１０３にリーン補正信号を出力する。
【００３３】
前記リーン化制御部１０６は、強制的なリーン化の終了信号を前記貯蔵酸素量クランプ制御部１０５に出力し、リーン化終了信号を受けたクランプ制御部１０５では、貯蔵酸素量の推定値を所定値にリセットしてから、更新処理を再開させる。
上記失火検出部１０４，貯蔵酸素量クランプ制御部１０５及びリーン化制御部１０６における処理を、図３のフローチャートに従って詳細に説明する。
【００３４】
図３のフローチャートにおいて、ステップＳ１では、失火が発生しているか否かを判別する。
そして、失火が発生していない状態では、ステップＳ６へジャンプして進むことで、通常に貯蔵酸素量の推定値を更新させ、次のステップＳ７では、貯蔵酸素量の推定値に基づくフィードバック制御を実行させる。
【００３５】
一方、ステップＳ１で失火の発生が検出されると、ステップＳ２へ進んで、吸入空気量（排気ガス量）及び空燃比偏差Δλに基づく貯蔵酸素量の推定値の更新を停止する。
ステップＳ３では、失火が終了したか否かを判別し、失火が終了すると、ステップＳ４へ進む。
【００３６】
ステップＳ４では、燃焼混合気の空燃比を強制的に所定時間リーン化させるべく、燃料噴射量を補正する。
前記所定時間は固定値であっても良いが、失火の回数・継続時間、失火中に噴射された燃料の総量、更には、吸入空気量・回転速度などの運転条件に基づいて変更する構成とすることがより好ましい。
【００３７】
尚、前記所定時間を、失火の回数，継続時間，失火中の燃料の総量などに基づいて設定する場合には、僅かの失火で終了してリーン補正の必要がない場合に、前記所定時間として０が設定され、実質的にリーン補正が行われない場合もあり得る。
そして、前記所定時間として０が設定される場合には、失火終了と同時にステップＳ５以降へ進むことになる。
【００３８】
ステップＳ４における所定時間のリーン化補正が完了すると、ステップＳ５へ進み、貯蔵酸素量の推定値を所定値にリセットする。
尚、前記所定値は、フィードバック制御における目標値或いは目標付近の値とする。
これにより、所定時間のリーン化補正が完了した後は、前記所定値を初期値として貯蔵酸素量の推定値の更新が再開されることになる。
【００３９】
失火が発生すると、酸素センサ２７はリーン状態を検出し、通常に貯蔵酸素量の推定値の更新を継続させると、貯蔵酸素量の推定値が増大方向に更新され、該増大変化を抑制すべく、空燃比がリッチ化されることになるが、燃料カット時とは異なり、燃料が噴射されているので、燃料の触媒８での酸化反応により実際の貯蔵酸素量は増大変化しない。
【００４０】
そこで、失火発生に伴って貯蔵酸素量の推定値の更新を停止させることで、たとえ酸素センサ２７がリーン状態を検出しても、貯蔵酸素量の推定値が増大更新されることを阻止し、以って、酸素センサ２７のリーン状態検出に基づき無用なリッチ化制御が行われることを回避する。
更に、失火中の実際の貯蔵酸素量は、失火により燃焼室から流れ出す燃料の触媒での酸化反応によって急激に消費されることから、失火前よりも減少する傾向を示すため、該減少分を補うべく失火終了後に空燃比を所定時間だけリーン化させ、該リーン化完了後は実際の貯蔵酸素量が所定値（目標値）付近になっているものと推定し、貯蔵酸素量の推定値をリセットする。
【００４１】
これにより、実際の貯蔵酸素量を速やかに目標値付近に復帰させることができ、かつ、更新を再開させた後の貯蔵酸素量の推定精度を維持することができる。ところで、上記実施の形態では、失火時に貯蔵酸素量の推定値の更新を停止させることで、誤った推定値に基づき空燃比制御が行われることを回避するようにしたが、貯蔵酸素量に基づく空燃比制御を停止させることで、たとえ貯蔵酸素量の推定値に誤りが生じても誤制御を回避できる構成としても良い。
【００４２】
図４のブロック図は、失火時に貯蔵酸素量の推定値に基づく空燃比制御を停止させる構成とした第２の実施形態を示すものである。
尚、図４のブロック図において、図２のブロック図と同一要素には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
この図４のブロック図において、失火検出部１０４で失火の発生が検出されると、フィードバック停止部１０７が、フィードバック係数演算部１０２におけるフィードバック制御を停止させる（フィードバック補正係数をクランプさせる）。
【００４３】
そして、前記失火検出部１０４で失火の終了が検出されると、リーン化制御部１０６が空燃比を強制的に所定時間だけリーン化させる。
前記リーン化制御部１０６におけるリーン化処理が完了すると、前記フィードバック停止部１０７がフィードバック制御を再開させるが、同時に、推定値リセット部１０８が貯蔵酸素量の推定値を所定値（例えば目標値）にリセットし、前記所定値を初期値として推定値が更新され、このときの推定値を用いてフィードバック制御が行われるようにする。
【００４４】
図５のフローチャートは、上記第２の実施形態における失火時の制御を詳細に示すものであり、前記図３のフローチャートに対してステップＳ２ａの部分のみが異なる。
即ち、第２の実施形態では、失火が発生すると（Ｓ１）、ステップＳ２ａでフィードバック制御を停止させる（フィードバック補正係数をクランプさせる）。
【００４５】
これにより、たとえ失火により貯蔵酸素量が実際より多く推定されても、これに基づいて空燃比がリッチ方向に補正されることがなく、実際の貯蔵酸素量が目標よりも少ない値に制御されてしまうことを回避できる。
そして、失火が終了すると（Ｓ３）、第１の実施形態と同様に、所定時間だけ強制的に空燃比をリーン化し（Ｓ４）、失火中に噴射された燃料の酸化反応で減少した貯蔵酸素量を回復させる。
【００４６】
更に、リーン化処理が終了すると、貯蔵酸素量の推定値を所定値にリセットすることで、推定値を実際値に近似する値に切り換え（Ｓ５）、推定値に基づくフィードバック制御を再開させる（Ｓ６，７）。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における内燃機関のシステム構成図。
【図２】第１の実施の形態における空燃比制御を示すブロック図。
【図３】第１の実施の形態における失火時の空燃比制御の詳細を示すフローチャート。
【図４】第２の実施の形態における空燃比制御を示すブロック図。
【図５】第２の実施の形態における失火時の空燃比制御の詳細を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…内燃機関
４…スロットル弁
５…燃料噴射弁
６…点火栓
８…触媒
２０…コントロールユニット
２１…クランク角センサ
２３…エアフローメータ
２７…酸素センサ
１０１…積分器
１０２…フィードバック係数演算部
１０３…噴射量演算部
１０４…失火検出部
１０５…貯蔵酸素量クランプ制御部
１０６…リーン化制御部
１０７…フィードバック停止部
１０８…推定値リセット部
【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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