(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に少なくとも一つの触媒を持ち、その上流の排気通路に排気ガスの空燃比をリニアに検出する空燃比センサを持ち、この空燃比センサの検出空燃比の理論空燃比からの偏差に基づいて触媒に蓄積される酸素蓄積量を演算する酸素蓄積量演算手段と、この酸素蓄積量の演算値が予め定めた目標値となるように吸入空気の空燃比を制御する制御手段とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、
前記触媒の下流の排気通路に排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも希薄側のリーン状態にあるかを検出する空燃比センサを設け、
この空燃比センサの検出空燃比が理論空燃比よりも希薄側のリーン状態と判定し、さらに、前記酸素蓄積量演算手段による酸素蓄積量の演算値が触媒の酸素蓄積限界値を越えたときに、前記酸素蓄積量演算手段による酸素蓄積量の演算を中止すると共に、触媒の酸素蓄積限界値を演算リミッタとしてその酸素蓄積量の演算値に更新する演算値更新手段を設けたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
排気通路に少なくとも一つの触媒を持ち、その上流の排気通路に排気ガスの空燃比をリニアに検出する空燃比センサを持ち、この空燃比センサの検出空燃比の理論空燃比からの偏差に基づいて触媒に蓄積される酸素蓄積量を演算する酸素蓄積量演算手段と、この酸素蓄積量の演算値が予め定めた目標値となるように吸入空気の空燃比を制御する制御手段とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、
前記触媒の下流の排気通路に排気ガスの空燃比をリニアに検出する空燃比センサを設け、
この空燃比センサの検出空燃比が理論空燃比よりも希薄側に設定した判定値よりもリーンにあるとき、前記酸素蓄積量演算手段による酸素蓄積量の演算を中止すると共に、触媒の酸素蓄積限界値を演算リミッタとしてその酸素蓄積量の演算値に更新する演算値更新手段を設けた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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化するために、排気通路に三元触媒を配設し、三元触媒より上流の排気通路に配設した空燃比センサにより排気ガスの空燃比を検出し、排気ガスの空燃比の理論空燃比からの偏差に基づいて三元触媒に蓄積される酸素量を推定（演算）し、この酸素蓄積量の推定値（演算値）が目標値（例えば、三元触媒の酸素蓄積限界値の半分程度）となるように吸入空気の空燃比を制御する技術が知られている。
【０００３】
この場合、排気ガスの空燃比がリーンのとき三元触媒に酸素が吸着して、リッチのときに三元触媒から酸素が脱離するが、三元触媒に酸素が吸着する速度よりも三元触媒から酸素が脱離する速度が小さいため、排気ガスの空燃比がリーンのときは酸素蓄積量の増量分を増加して、リッチのときは酸素蓄積量の減量分を減少して、酸素蓄積量を演算することが行われている（特開平９ー３１０６３５号、６ー２４９０２８号公報等参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなエンジンは、例えば減速時等にエンジンへの燃料の供給をカットするが、この燃料カット時は空燃比が超希薄となるため、三元触媒の酸素蓄積量は直ちに限界値に達するようになる。即ち、燃料カット時に空燃比センサの出力を基に酸素蓄積量の演算を続けていると、三元触媒の実際の酸素蓄積量が限界値に達するのにかかわらず、演算値のみが大きくなり、実際の酸素蓄積量と演算値にずれを生じてしまう。したがって、燃料カット後、元の運転に復帰したときに空燃比制御を適切に行えなくなる可能性がある。
【０００５】
また、燃料カット時に限らず、空燃比の希薄な状態が続いたりすると、三元触媒の実際の酸素蓄積量が限界値に達して、やはり演算値との間でずれを生じることがある。したがって、このような場合誤った値を基に空燃比制御を行ってしまう可能性がある。
【０００６】
この発明は、このような問題点を解決することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、排気通路に少なくとも一つの触媒を持ち、その上流の排気通路に排気ガスの空燃比をリニアに検出する空燃比センサを持ち、この空燃比センサの検出空燃比の理論空燃比からの偏差に基づいて触媒に蓄積される酸素蓄積量を演算する酸素蓄積量演算手段と、この酸素蓄積量の演算値が予め定めた目標値となるように吸入空気の空燃比を制御する制御手段とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、前記触媒の下流の排気通路に排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも希薄側のリーン状態にあるかを検出する空燃比センサを設け、この空燃比センサの検出空燃比が理論空燃比よりも希薄側のリーン状態と判定し、さらに、前記酸素蓄積量演算手段による酸素蓄積量の演算値が触媒の酸素蓄積限界値を越えたときに、前記酸素蓄積量演算手段による酸素蓄積量の演算を中止すると共に、触媒の酸素蓄積限界値を演算リミッタとしてその酸素蓄積量の演算値に更新する演算値更新手段を設ける。
【００１０】
第２の発明は、排気通路に少なくとも一つの触媒を持ち、その上流の排気通路に排気ガスの空燃比をリニアに検出する空燃比センサを持ち、この空燃比センサの検出空燃比の理論空燃比からの偏差に基づいて触媒に蓄積される酸素蓄積量を演算する酸素蓄積量演算手段と、この酸素蓄積量の演算値が予め定めた目標値となるように吸入空気の空燃比を制御する制御手段とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、前記触媒の下流の排気通路に排気ガスの空燃比をリニアに検出する空燃比センサを設け、この空燃比センサの検出空燃比が理論空燃比よりも希薄側に設定した判定値よりもリーンにあるとき、前記酸素蓄積量演算手段による酸素蓄積量の演算を中止すると共に、触媒の酸素蓄積限界値を演算リミッタとしてその酸素蓄積量の演算値に更新する演算値更新手段を設ける。
【００１１】
【発明の効果】
第１の発明によれば、空燃比センサの出力に基づく触媒の酸素蓄積量の演算値と実際の酸素蓄積量とのずれを防止でき、燃料カット時に限らず、何らかの要因によって空燃比の希薄な状態が続いた場合に、触媒の酸素蓄積量の演算値に基づく空燃比制御に適切に復帰できる。
【００１４】
第２の発明によれば、触媒の酸素蓄積量の演算値と実際の酸素蓄積量とのずれを速やかに補正して、適切に目標空燃比を設定できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明するが、始めに前提となる技術等について説明する。
【００１６】
図１において、１はエンジン本体、２は吸気通路、３は排気通路、４は燃料噴射弁を示す。吸気通路２にはスロットル弁５が介装され、排気通路３には三元触媒６が設置される。
【００１７】
排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンのとき三元触媒６に酸素が吸着され、理論空燃比よりリッチのとき三元触媒６から酸素が脱離され、これらの反応によって排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘが浄化される。
【００１８】
三元触媒６の上流および下流の排気通路３にはそれぞれ排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ１１，２０が設置され、この信号はコントロールユニット１０に入力される。空燃比センサ１１は、排気ガスの空燃比をリニアに計測することができるタイプのものであり、また空燃比センサ２０は、排気ガスの空燃比が理論空燃比を境に出力値が急増するタイプのものである。なお、空燃比センサ２０も空燃比をリニアに計測することができるタイプのものでも良い。
【００１９】
また、エンジンの運転条件を検出する手段として、エンジンの回転数、クランク角を検出する回転数センサ（クランク角センサ）１２、エンジンの吸入空気量（負荷）を検出する吸気量センサ１３、スロットル弁５の開度を検出するスロットル弁開度センサ１４、エンジンの冷却水温を検出する水温センサ１５、および車速を検出する車速センサ１６等が設けられ、これらの信号もコントロールユニット１０に入力される。
【００２０】
これらのセンサ信号に基づき、コントロールユニット１０によって、三元触媒６の酸素蓄積量が演算され、その酸素蓄積量が目標値となるように燃料噴射弁４の燃料噴射量制御つまり空燃比制御が行われる。また、その三元触媒６の酸素蓄積量の演算は、後述の条件において中止されると共に、その酸素蓄積量の演算値にリミッタが設けられる。
【００２１】
次に、コントロールユニット１０による制御内容を図２のフローチャートに基づいて説明する。なお、このフローは所定の制御周期で実行する。
【００２２】
図２に示すように、ステップ１では、酸素蓄積量演算パラメータ、条件判定パラメータである空燃比センサ１１の出力（検出空燃比ＡＦＳＡＢＦ）、三元触媒６の酸素の蓄積速度（比率）ＡＤＳｓｐｅｅｄ、エンジンの回転数Ｎｅ、吸入空気量Ｑａ、スロットル弁開度、エンジン冷却水温、車速等を読み込む。
【００２３】
ステップ２では、三元触媒６の酸素蓄積量の演算開始条件を判定する。これは、三元触媒６が活性状態にあるときにＯＫとする。簡単には、触媒の推定温度が所定値以上のとき、ＯＫとする。触媒の推定温度は、例えば冷却水温に基づいて求める。
【００２４】
ステップ３では、エンジンの燃料カット時かどうかを見る。エンジン回転数Ｎｅ、スロットル弁開度、車速等に基づき、所定の減速運転に入ると燃料噴射弁４の燃料カットを行うようになっている。
【００２５】
燃料カット時にないときは、ステップ４に進む。
【００２６】
ステップ４では、三元触媒６の酸素蓄積量ＯＳＱＨを演算する。これは、空燃比センサ１１の検出空燃比ＡＦＳＡＢＦの理論空燃比ＡＦＳＭからの偏差に基づき、次式（１）によって求めることができる。
【００２７】
ＯＳＱＨ＝｛（ＡＦＳＡＢＦ−ＡＦＳＭ）／ＡＦＳＭ｝
×Ｑａ×ＡＤＳｓｐｅｅｄ＋ＨＳＯＳＱ      （１）
ただし、ＨＳＯＳＱは前回演算酸素蓄積量、またＡＤＳｓｐｅｅｄは検出空燃比ＡＦＳＡＢＦがリーンのときは相対的に大きな値を取り、リッチのときは相対的に小さな値を取る。
【００２８】
三元触媒６の酸素蓄積量ＯＳＱＨは、検出空燃比ＡＦＳＡＢＦが理論空燃比ＡＦＳＭよりリーンのとき（ＡＦＳＡＢＦ−ＡＦＳＭ＞０）は増加し、理論空燃比ＡＦＳＭよりリッチのとき（ＡＦＳＡＢＦ−ＡＦＳＭ＜０）は減少する。
【００２９】
ステップ５では、三元触媒６の演算酸素蓄積量ＯＳＱＨの目標酸素蓄積量ＴＧＯＳＱＨからの偏差を求める。この目標酸素蓄積量ＴＧＯＳＱＨは、三元触媒６の酸素蓄積限界値の半分程度とする。
【００３０】
ステップ６では、三元触媒６の演算酸素蓄積量ＯＳＱＨの目標酸素蓄積量ＴＧＯＳＱＨからの偏差に基づき、比例積分微分制御による次式（２）によって目標空燃比ＡＬＰＨＡを算出する。
【００３１】
ＡＬＰＨＡ＝［ＡＦＳＭ／｛１−（ＴＧＯＳＱＨ−ＯＳＱＨ）×ＰＩＤ
／Ｑａ｝−ＡＦＳＡＢＦ］／ＡＦＳＡＢＦ×ＰＩＤ    （２）
ただし、ＰＩＤは比例積分微分のゲイン。
【００３２】
三元触媒６の演算酸素蓄積量ＯＳＱＨが目標酸素蓄積量ＴＧＯＳＱＨより大きいとき（ＴＧＯＳＱＨ−ＯＳＱＨ＜０）は目標空燃比ＡＬＰＨＡはリッチとなり、目標酸素蓄積量ＴＧＯＳＱＨより小さいとき（ＴＧＯＳＱＨ−ＯＳＱＨ＞０）は目標空燃比ＡＬＰＨＡはリッチとなる。
【００３３】
ステップ７では、燃料噴射量を設定する。燃料噴射量は、エンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｑａ等から求まる基本燃料噴射量（定数Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ）に目標空燃比ＡＬＰＨＡを乗算して求める。
【００３４】
一方、ステップ３にて燃料カット時の場合、ステップ８に進む。
【００３５】
ステップ８では、三元触媒６の演算酸素蓄積量ＯＳＱＨ（この場合前回演算酸素蓄積量）を三元触媒６の酸素蓄積限界値と比較する。
【００３６】
演算酸素蓄積量ＯＳＱＨが三元触媒６の酸素蓄積限界値より小さい場合、ステップ９にて、三元触媒６の酸素蓄積量ＯＳＱＨの演算を行う。
【００３７】
そして、演算酸素蓄積量ＯＳＱＨが三元触媒６の酸素蓄積限界値を越えると（同値を含む）、ステップ１０にて、三元触媒６の酸素蓄積量ＯＳＱＨの演算を中止すると共に、三元触媒６の酸素蓄積限界値を演算酸素蓄積量ＯＳＱＨにリミッタとして更新設定する。
【００３８】
なお、燃料カット時は、ステップ６，７にて目標空燃比ＡＬＰＨＡ、燃料噴射量は０にする。
【００３９】
このような構成により、例えば減速時等、燃料がカットされると、三元触媒６の実際の酸素蓄積量が限界値に達するのに対して、空燃比センサ１１の出力を基に三元触媒６の酸素蓄積量の演算を続けていると、その酸素蓄積量の演算値のみが大きくなってしまうが、この際図３のタイミングチャートに示すように、酸素蓄積量の演算値が三元触媒６の酸素蓄積量の限界値を越えると、その酸素蓄積量の演算は中止される。そして、この際三元触媒６の酸素蓄積量の限界値がリミッタとして酸素蓄積量の演算値に更新設定されるのである。
【００４０】
したがって、燃料カット時に三元触媒６の実際の酸素蓄積量と演算値との間にずれを生じることがなく、燃料カット後、元の運転に復帰した際に、三元触媒６の実際の酸素蓄積量（限界値）に一致した演算値を基に目標空燃比を設定することによって、空燃比制御を適切に行える。
【００４１】
図４は、本発明の実施の形態（第１の実施の形態）を示す。これは、燃料カット時に限らず、三元触媒６の酸素蓄積量の演算値が三元触媒６の酸素蓄積量の限界値を越えた場合に、適切な空燃比制御に復帰できるようにしたものである。
【００４２】
図４に示すように、ステップ２１では、酸素蓄積量演算パラメータ、条件判定パラメータである三元触媒６の上流の空燃比センサ１１の出力（検出空燃比ＡＦＳＡＢＦ）、三元触媒６の下流の空燃比センサ２０の出力、三元触媒６の酸素の蓄積速度（比率）ＡＤＳｓｐｅｅｄ、エンジンの回転数Ｎｅ、吸入空気量Ｑａ、スロットル弁開度、エンジン冷却水温、車速等を読み込む。
【００４３】
ステップ２２では、三元触媒６の酸素蓄積量の演算開始条件（エンジン冷却水温が所定値以上等）を判定する。
【００４４】
ステップ２３では、空燃比センサ２０の出力を基に三元触媒６の下流の排気ガスの空燃比がリーン状態かどうかを見る。
【００４５】
三元触媒６の下流の排気ガスの空燃比がリーン状態にないときは、ステップ２４に進む。
【００４６】
ステップ２４では、三元触媒６の酸素蓄積量ＯＳＱＨを前式（１）によって演算する。
【００４７】
ステップ２５では、三元触媒６の演算酸素蓄積量ＯＳＱＨの目標酸素蓄積量ＴＧＯＳＱＨからの偏差を求める。
【００４８】
ステップ２６では、三元触媒６の演算酸素蓄積量ＯＳＱＨの目標酸素蓄積量ＴＧＯＳＱＨからの偏差に基づき、前式（２）によって目標空燃比ＡＬＰＨＡを算出する。
【００４９】
ステップ２７では、エンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｑａ等から求まる基本燃料噴射量（定数Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ）に目標空燃比ＡＬＰＨＡを乗算して燃料噴射量を設定する。
【００５０】
一方、ステップ２３にて三元触媒６の下流の排気ガスの空燃比がリーン状態の場合、ステップ２８に進む。
【００５１】
ステップ２８では、三元触媒６の演算酸素蓄積量ＯＳＱＨ（この場合前回演算酸素蓄積量）を三元触媒６の酸素蓄積限界値と比較する。
【００５２】
演算酸素蓄積量ＯＳＱＨが三元触媒６の酸素蓄積限界値より小さい場合、ステップ２４に入り三元触媒６の酸素蓄積量ＯＳＱＨを演算して、ステップ２５〜２７に進む。
【００５３】
また、演算酸素蓄積量ＯＳＱＨが三元触媒６の酸素蓄積限界値を越えると（同値を含む）、ステップ２９にて、三元触媒６の酸素蓄積量ＯＳＱＨの演算を中止すると共に、三元触媒６の酸素蓄積限界値を演算酸素蓄積量ＯＳＱＨにリミッタとして更新設定して、ステップ２５〜２７に進む。
【００５４】
このようにすれば、図３のように三元触媒６の下流の排気ガスの空燃比がリーン状態となり、三元触媒６の酸素蓄積量の演算値が三元触媒６の酸素蓄積量の限界値を越えた場合に、演算値と三元触媒６の実際の酸素蓄積量（限界値）とのずれを補正して、常に正確な演算値を得ることができる。
【００５５】
したがって、燃料カット時に限らず、何らかの要因によって空燃比の希薄な状態が続いた場合に、演算値を基に目標空燃比を的確に設定することができ、三元触媒６の酸素蓄積量に基づく空燃比制御に適切に復帰できる。
【００５６】
図５は、本発明の別の実施の形態（第２の実施の形態）を示す。これは、前記第１の実施の形態が、三元触媒６の下流の排気ガスの空燃比がリーン状態の場合、三元触媒６の酸素蓄積量の演算値が三元触媒６の酸素蓄積量の限界値を越えたかどうかを見るのに対して、三元触媒６の下流の排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側に設定した判定値よりもリーンにあるとき、三元触媒６の酸素蓄積量の演算を中止すると共に、三元触媒６の酸素蓄積限界値を演算リミッタとしてその酸素蓄積量の演算値に更新するものである。
【００５７】
図５に示すように、ステップ３１では、酸素蓄積量演算パラメータ、条件判定パラメータである三元触媒６の上流の空燃比センサ１１の出力（検出空燃比ＡＦＳＡＢＦ）、三元触媒６の下流の空燃比センサ２０（空燃比をリニアに計測することができるセンサ）の出力、三元触媒６の酸素の蓄積速度（比率）ＡＤＳｓｐｅｅｄ、エンジンの回転数Ｎｅ、吸入空気量Ｑａ、スロットル弁開度、エンジン冷却水温、車速等を読み込む。
【００５８】
ステップ３２では、三元触媒６の酸素蓄積量の演算開始条件（エンジン冷却水温が所定値以上等）を判定する。
【００５９】
ステップ３３では、空燃比センサ２０の出力を基に三元触媒６の下流の排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側に設定した判定値よりもリーン状態かどうかを見る。
【００６０】
ステップ３３にてＮＯのときは、ステップ３４に進む。
【００６１】
ステップ３４では、三元触媒６の酸素蓄積量ＯＳＱＨを前式（１）によって演算する。
【００６２】
ステップ３５では、三元触媒６の演算酸素蓄積量ＯＳＱＨの目標酸素蓄積量ＴＧＯＳＱＨからの偏差を求める。
【００６３】
ステップ３６では、三元触媒６の演算酸素蓄積量ＯＳＱＨの目標酸素蓄積量ＴＧＯＳＱＨからの偏差に基づき、前式（２）によって目標空燃比ＡＬＰＨＡを算出する。
【００６４】
ステップ３７では、エンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｑａ等から求まる基本燃料噴射量（定数Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ）に目標空燃比ＡＬＰＨＡを乗算して燃料噴射量を設定する。
【００６５】
一方、ステップ３３にてＹＥＳの場合、ステップ３８に進む。
【００６６】
ステップ３８では、三元触媒６の酸素蓄積量ＯＳＱＨの演算を中止すると共に、三元触媒６の酸素蓄積限界値を演算酸素蓄積量ＯＳＱＨにリミッタとして更新設定して、ステップ３５〜３７に進む。
【００６７】
このようにすれば、三元触媒６の酸素蓄積量の演算値の誤差等によって三元触媒６の下流の排気ガスの空燃比が希薄になった場合に、演算値と三元触媒６の実際の酸素蓄積量（限界値）とのずれを速やかに補正して、適切に目標空燃比を設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】装置の構成図である。
【図２】制御内容を示すフローチャートである。
【図３】タイミングチャートである。
【図４】実施の形態の制御内容を示すフローチャートである。
【図５】別の実施の形態の制御内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  エンジン本体
３  排気通路
４  燃料噴射弁
６  三元触媒
１０  コントロールユニット
１１  空燃比センサ
１２  回転数センサ（クランク角センサ）
１３  吸気量センサ
１４  スロットル開度センサ
１５  冷却水温センサ
１６  車速センサ
２０  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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