(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられ空燃比に相関するパラメータを検出する排気センサと、
上記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
上記運転状態検出手段により上記内燃機関が所定の第１運転領域で運転されていることが検出されるときは上記排気センサの出力に基づいて上記内燃機関の空燃比をフィードバック制御すると共に、上記運転状態検出手段により上記内燃機関が上記第１運転領域よりも高負荷及び／又は高回転側の所定の第２運転領域で運転されていることが検出されるときは上記第２運転領域での運転が所定時間継続した後に上記フィードバック制御を停止して空燃比をリッチ化する制御手段と、
を備えた内燃機関の空燃比制御装置において、
上記制御手段は、
上記運転状態検出手段により上記内燃機関が上記第１運転領域に含まれる上記第２運転領域との境界近傍の所定の第３運転領域で運転されていることが検出されるときは上記第３運転領域での運転継続時間の増加に応じて上記所定時間を減少させるとともに、
上記運転状態検出手段により上記内燃機関が上記第１運転領域に含まれる上記第３運転領域よりも低負荷及び／又は低回転側の所定の第４運転領域で運転されていることが検出されるときは上記第４運転領域での運転継続時間の増加に応じて上記所定時間を増加させ、
上記運転状態検出手段により上記内燃機関が上記第２運転領域よりも高負荷及び／又は高回転側の運転領域で運転されていることが検出されるときは上記所定時間の経過状態にかかわらず直ちに上記フィードバック制御を停止して空燃比をリッチ化するよう構成され、
上記内燃機関の運転領域が低回転側の運転領域では、上記第３および第４運転領域から高負荷側の運転領域へ運転状態が移行する場合、上記第２運転領域を経ることなく上記第２運転領域よりも高負荷及び／又は高回転側の上記運転領域へ直接突入するように各領域が設定されている
ことを特徴とする、内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
上記制御手段は、上記所定時間を制御するためのタイマを有し、上記内燃機関が第３運転領域で運転されていることが検出されるとタイマの値を減算補正し、上記内燃機関が第４運転領域で運転されていることが検出されるとタイマの値を加算補正する処理を所定の制御周期毎に行う
ことを特徴とする、請求項１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、特に高負荷及び／又は高回転運転領域での運転時の空燃比制御に用いて好適の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン（内燃機関）が高負荷及び／又は高回転領域で運転される場合の触媒の過度な温度上昇を抑制する方法としては、エンジンに供給する混合気の空燃比をリッチ化することが一般的である。これは燃料が蒸発するときの気化潜熱を利用してエンジンを冷却する、いわゆる燃料冷却と呼ばれる技術であるが、触媒の過度な温度上昇を抑制できる反面、燃料消費の増大を招いてしまう。
【０００３】
このような燃料冷却による燃料消費の増大をできるかぎり抑制するため、従来様々な技術が提案されている。例えば、特許２７１２０８６号公報に開示された技術では、エンジンの運転状態が高負荷領域に突入した場合に直ぐに空燃比をリッチ化させるのではなく、所定時間は空燃比フィードバック制御を続行し、所定時間経過後にフィードバック制御を停止して空燃比をリッチ化させることにより、触媒温度の過上昇の抑制と燃料消費の抑制との両立を図っている。そして、さらにこの技術では、上記の所定時間の設定を細かく行うことにより、具体的には、高負荷領域に突入する直前のフィードバック制御を継続した時間に応じて上記所定時間の加算補正を行い、前回、高負荷領域で運転したときの運転時間に応じて上記所定時間の減算補正を行うことにより、触媒温度の過上昇の確実な抑制と燃料消費のさらなる抑制とを図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術の場合、直前のフィードバック制御の継続時間に応じて上記所定時間の加算補正を行っているが、これはフィードバック制御が行われればその継続時間に応じて単純に所定時間を増大するものであり、フィードバック制御中のエンジンの運転状態については考慮していない。即ち、上記従来技術では、かなりの温度上昇が予想される高負荷領域寸前の領域において運転されている場合でも、フィードバック制御領域に入っているかぎりは上記所定時間を増大させてしまうことになる。このため、このような状態から高負荷領域での運転状態に移行した場合には、増大された上記所定時間内に触媒の温度が過度に上昇して耐熱温度を超えてしまう虞がある。
【０００５】
このような課題の解決方法としては、フィードバック制御領域を温度上昇に対する安全率が高い領域のみ、即ち、比較的低負荷領域に限定して設定することが考えられる。しかしながら、この場合にはフィードバック制御領域を比較的狭くせざるを得ず、結果的に近年の燃費向上要求に応えることができなくなってしまう。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、高負荷及び／又は高回転領域への突入後のフィードバック制御の継続時間を内燃機関の運転状態の履歴に応じて適切に設定することにより、排気系に設けられる触媒温度の過度な上昇を確実に抑制するとともに、フィードバック制御領域の拡大により燃料消費のさらなる抑制を可能にした、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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の空燃比制御装置は、運転状態検出手段により内燃機関が所定の第１運転領域で運転されていることが検出されるときは、内燃機関の排気系に設けられ空燃比に相関するパラメータを検出する排気センサの出力に基づいて、上記内燃機関の空燃比をフィードバック制御すると共に、上記運転状態検出手段により上記内燃機関が上記フィードバック運転領域よりも高負荷及び／又は高回転側の所定の第２運転領域で運転されていることが検出されるときは、上記第２運転領域での運転が所定時間継続した後に上記フィードバック制御を停止して空燃比をリッチ化する。その際、上記運転状態検出手段により上記内燃機関が上記第１運転領域内の上記第２運転領域との境界近傍の所定の第３運転領域で運転されていることが検出されるときは、上記第３運転領域での運転継続時間に応じて上記所定時間を減少させる。
【０００８】
そして、上記運転状態検出手段により上記内燃機関が上記第１運転領域内の上記第３運転領域よりも低負荷及び／又は低回転側の所定の第４運転領域で運転されていることが検出されるときは、上記第４領域での運転継続時間に応じて上記所定時間を増加させ上記運転状態検出手段により上記内燃機関が上記第２運転領域よりも高負荷及び／又は高回転側の運転領域で運転されていることが検出されるときは上記所定時間の経過状態にかかわらず直ちに上記フィードバック制御を停止して空燃比をリッチ化するよう構成され、上記内燃機関の運転領域が低回転側の運転領域では、上記第３および第４運転領域から高負荷側の運転領域へ運転状態が移行する場合、上記第２運転領域を経ることなく上記第２運転領域よりも高負荷及び／又は高回転側の上記運転領域へ直接突入するように各領域が設定されているようにする。
また、上記第３運転領域と、上記第４運転領域との間に、運転継続時間にかかわらず上記所定時間を保持する領域、すなわち、設定時間を減少も増加もさせない領域を設定してもよい。
【０００９】
また、上記制御手段は、上記所定時間を制御するためのタイマを有し、上記内燃機関が第３運転領域で運転されていることが検出されるとタイマの値を減算補正し、上記内燃機関が第４運転領域で運転されていることが検出されるとタイマの値を加算補正する処理を所定の制御周期毎に行うことが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の空燃比制御装置が適用されるエンジン（内燃機関）のシステム構成図である。図１に示すように、エンジン１の吸気通路２には、上流から順にエアクリーナ５，スロットル弁６及び燃料噴射弁７が設けられている。そして、エアクリーナ５の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ１４が備えられ、スロットル弁６にはスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１１が連結されている。
【００１１】
また、エンジン１の排気通路３には、その上流から順に排ガス浄化用の触媒８と図示しないマフラとが設けられている。そして、触媒８の上流側には、排ガス中の酸素濃度を検出するＯ2センサ（排気センサ）１２が備えられている。Ｏ2センサ１２としては、排ガス中の酸素濃度に応じて空燃比がストイキオよりもリッチの場合にはオン信号を出力し、リーンの場合にはオフ信号を出力するタイプのセンサでもよく、或いは、排ガス中の酸素濃度に応じてリニアに信号を出力するいわゆるリニアＯ2センサでもよい。さらに、エンジン１の本体には、エンジン回転速度Ｎｅを検出するエンジン回転速度センサ１３が備えられている。
【００１２】
さらに、このエンジン１を制御するために、制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が車室内に備えられている。ＥＣＵ１０の入力側には上記の各センサ１１〜１４が接続され、出力側には燃料噴射弁７が接続されている。ＥＣＵ１０は、上記各センサ１１〜１４からの信号に基づいて燃料噴射弁７を駆動して、燃焼室内に供給される混合気の空燃比を制御している。本実施形態では、ＥＣＵ１０は図２に示す制御マップを用いて空燃比制御を行っている。
【００１３】
図２に示す制御マップは、エンジン１の制御モードを設定するためのマップであり、車両の運転状態に応じて制御モードが設定されるようになっている。車両の運転状態はエンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷とで決まるが、ここではエンジン負荷をエアフローセンサ１４の出力とエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて算出される吸気充填効率Ｅｖで代表しており、エンジン回転速度Ｎｅと吸気充填効率Ｅｖとに応じて制御モードが設定されるようになっている。したがって、本実施形態では、エンジン回転速度センサ１３とエアフローセンサ１４とが本発明にかかる運転状態検出手段を構成している。
【００１４】
図２に示すように、制御マップ中には制御モードに応じて４つの領域Ａ〜Ｄが設定されている。領域Ａ，Ｂは、従来の空燃比制御におけるフィードバック制御領域（第１運転領域）に相当し、領域Ａ，Ｂよりも高負荷或いは高回転領域である領域Ｃ，Ｄは、従来の空燃比制御におけるリッチ運転領域（オープンループ制御領域）に相当している。即ち、領域Ａ，Ｂにおいては、Ｏ2センサ１２の出力に基づいて空燃比が理論空燃比近傍（或いはスライトリーン）に維持されるようにフィードバック制御が行われる。また、領域Ｃ，Ｄにおいては、触媒８の温度上昇を抑制するためにフィードバック制御が停止され、オープンループ制御による空燃比のリッチ化が行われる。ただし、フィードバック制御領域との境界に近い領域Ｃ（第２運転領域）については、領域Ｃへの突入後、所定の時間が経過するまでは燃費向上のためフィードバック制御が継続される。
【００１５】
本発明は、領域Ｃへの突入後にフィードバック制御を停止して空燃比をリッチ化するタイミングを適切に制御することで、触媒８の温度上昇の確実な抑制とさらなる燃費向上とを図ったものである。本実施形態では、ＥＣＵ１０は、領域Ｃへの突入後にフィードバック制御を継続する時間を内蔵するタイマ１０Ａによって制御しており、このタイマ１０Ａの現在値（上記の所定時間）Ｔをフィードバック制御領域中の各領域Ａ，Ｂでの運転継続時間に応じて加減算することによって、空燃比をリッチ化するタイミングの適切化を図っている。
【００１６】
具体的には、ＥＣＵ１０は、フィードバック制御領域中の比較的高回転側、即ち、領域Ｃ或いは領域Ｄとの境界近傍の領域Ｂ（第３運転領域）では、運転継続時間に応じてタイマ１０Ａの現在値Ｔを減算補正している。同じフィードバック制御領域Ａ，Ｂ内であっても高回転側（高負荷側でも同様）の領域Ｂほど排気温度が高くなるため、このような領域Ｂでの運転継続時間が長ければ触媒温度は上昇する。このため、領域Ｂよりさらに高回転側（或いは高負荷側）の領域Ｃに移行したときに、領域Ｃにおいてフィードバック制御を続行できる許容時間は領域Ｂでの運転で触媒温度が上昇した分だけ短くなる。そこで、ＥＣＵ１０は、領域Ｂでの運転継続時間に応じてタイマ１０Ａの現在値Ｔを減算補正、具体的には、運転継続時間に応じて所定のゲインＧ２で現在値Ｔを減少させることにより、領域Ｃへの突入後のフィードバック制御によって触媒温度が過上昇するのを抑制しているのである。なお、領域Ｂについては、領域Ｂ内での運転継続時間が長時間になった場合でも触媒温度が許容温度を超えることはないように、その上限域は触媒８の許容温度に対応して設定されている。したがって、運転モードが領域Ｂにあるときは、ＥＣＵ１０は、運転継続時間が長時間になりタイマ１０Ａの現在値Ｔが０になった場合でもフィードバック制御を継続する。
【００１７】
また、フィードバック制御領域中の比較的低回転側の領域Ａ（第４運転領域）では、ＥＣＵ１０は、逆に運転継続時間に応じてタイマ１０Ａの現在値Ｔを加算補正している。具体的には、運転継続時間に応じて所定のゲインＧ１で現在値Ｔを増加させている。低回転側（低負荷側でも同様）の領域では排気温度が低くなるため、触媒８の温度も排気温度に応じて低下していく。したがって、このような領域での運転継続時間が長いほど触媒８の温度は低くなり、領域Ｃへの突入後にフィードバック制御を続行できる許容時間は長くなる。そこで、ＥＣＵ１０は、領域Ａでの運転継続時間に応じてタイマ１０Ａの現在値Ｔを加算補正することにより、領域Ｃへの突入後のフィードバック制御時間の拡大を図っている。なお、タイマ１０Ａの現在値Ｔを加算補正するに当たり、現在値Ｔは所定の上限値以上には増加しないよう処理される。
【００１８】
一方、オープンループ制御領域では、ＥＣＵ１０は、フィードバック制御領域に近い比較的低負荷低回転側の領域Ｃと、領域Ｃよりも高負荷或いは高回転側の領域Ｄとで異なる空燃比制御を行っている。まず、領域Ｃに突入した場合、ＥＣＵ１０は、タイマ１０Ａをスタートさせてフィードバック制御を続行する。ＥＣＵ１０は、フィードバック制御時間に応じて所定のゲインＧ３でタイマ１０Ａを現在値Ｔからカウントダウンしていき、やがてタイマ１０Ａの現在値Ｔが０になったところでフィードバック制御を停止する。そして、オープンループ制御に移行して空燃比をリッチ化する。このとき、ＥＣＵ１０は、所定の初期値（例えば理論空燃比やスライトリーン空燃比）からリッチ空燃比へ空燃比を徐々にテーリングさせていく。これは、フィードバック制御からオープンループ制御（リッチ空燃比）への移行に伴うトルク段差を低減するための制御である。
【００１９】
運転状態が領域Ｄに突入した場合には、ＥＣＵ１０は、タイマ１０Ａの現在値Ｔを強制的に０にしてフィードバック制御を行うことなく直ちにオープンループ制御を開始する。領域Ｄのように高負荷及び／又は高回転領域でフィードバック制御を行うと触媒温度が急上昇する虞があるため、空燃比をリッチ化して速やかに触媒温度の上昇を抑制する必要があるからである。この速やかなオープンループ制御への移行処理は、フィードバック制御領域Ａ，Ｂから直接領域Ｄに突入したときも、領域Ｃを経由して領域Ｄに突入したときも共に行われる。ただし、この場合も、フィードバック制御からオープンループ制御への移行に伴うトルク段差を低減するため、空燃比のリッチ化はテーリング制御によって徐々に行われる。
【００２０】
次に、図３に示すフローチャートを用いて、ＥＣＵ１０による空燃比制御の流れについて説明する。なお、以下の制御は一定の周期ｔで行われる。
まず、ＥＣＵ１０は、エンジン回転速度センサ１３，エアフローセンサ１４を用いて車両の運転状態、即ち、エンジン回転速度Ｎｅと吸気充填効率Ｅｖとを検出する（ステップＳ１０）。そして、検出した車両の運転状態が図２に示す制御マップにおいて領域Ａに属するか否か判定する（ステップＳ２０）。車両の運転状態が領域Ａに属する場合には、ＥＣＵ１０は、制御周期ｔに所定のゲインＧ１を乗じた値をタイマ１０Ａの現在値Ｔに加算し（ステップＳ３０）、Ｏ2センサ１２の出力に基づいて空燃比が理論空燃比近傍（或いはスライトリーン）に維持されるようにフィードバック制御を行う（ステップＳ４０）。
【００２１】
ステップＳ２０の判定で車両の運転状態が領域Ａに属さない場合には、ＥＣＵ１０は、車両の運転状態が領域Ｂに属するか否か判定する（ステップＳ５０）。そして、車両の運転状態が領域Ｂに属する場合には、ＥＣＵ１０は、制御周期ｔに所定のゲインＧ２を乗じた値をタイマ１０Ａの現在値Ｔから減算し（ステップＳ６０）、ステップＳ４０に進んで空燃比のフィードバック制御を行う。
【００２２】
また、ステップＳ５０の判定で車両の運転状態が領域Ｂに属さない場合には、ＥＣＵ１０は、次に車両の運転状態が領域Ｃに属するか否か判定する（ステップＳ７０）。そして、車両の運転状態が領域Ｃに属する場合には、ＥＣＵ１０は、タイマ１０Ａをスタートさせ、制御周期ｔに所定のゲインＧ３を乗じた値をタイマ１０Ａの現在値Ｔから減算する（ステップＳ８０）。続いて、ＥＣＵ１０は、タイマ１０Ａの現在値Ｔが０に達したか否か判定し（ステップＳ９０）、タイマ１０Ａの現在値Ｔが０になるまではステップＳ４０に進んで空燃比のフィードバック制御を行う。そして、タイマ１０Ａの現在値Ｔが０に達したら、ステップＳ１００に進み、オープンループ制御によって空燃比をリッチ化する。ただし、フィードバック制御からオープンループ制御への切り換え時には、テーリング制御によって空燃比を徐々にリッチ化する。
【００２３】
ステップＳ７０の判定で車両の運転状態が領域Ｃに属さない場合には、ＥＣＵ１０は、車両の運転状態が領域Ｄに属するものとみなし、タイマ１０Ａの現在値Ｔを強制的に０に設定する（ステップＳ１１０）。そして、ステップＳ１００に進み、オープンループ制御によって空燃比をリッチ化する。この場合も、フィードバック制御からオープンループ制御への切り換え時には、テーリング制御によって空燃比を徐々にリッチ化する。
【００２４】
以上のような空燃比制御が行われることにより、高回転側（或いは高負荷側）のフィードバック制御領域Ｂでの運転により触媒８の温度が上昇した場合でも、その運転継続時間に応じて高回転（或いは高負荷）領域Ｂへの突入後にフィードバック制御を停止して空燃比をリッチ化させるタイミングが早められるので、排気通路３に配設された触媒８の過度の温度上昇を確実に抑制することができる。そして、その結果、フィードバック制御領域の拡大も可能となって燃費向上を図ることも可能になる。
【００２５】
また、低回転側（或いは低負荷側）のフィードバック制御領域Ａでは触媒８の温度は低下するので、上記の空燃比制御のように領域Ａでの運転継続時間に応じて領域Ｂへの突入後のフィードバック制御の継続時間を増加させても、温度上昇に対する安全度を見込むことができ、触媒８の過度の温度上昇を有効に抑制しながら、さらなる燃費向上を図ることが可能になる。
【００２６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施しうるものである。例えば、上述の実施形態では、フィードバック制御領域を２つの領域Ａ，Ｂに分けてタイマ１０Ａの現在値Ｔを補正しているが、より細かく領域を分けて補正を行ったり、或いは、タイマ１０Ａの現在値Ｔが高回転側から低回転側へ及び／又は高負荷側から低負荷側へリニアに大きくなっていくようにしたりしてもよい。また、領域Ａと領域Ｂとの間にタイマ１０Ａの現在値を増加も減少もさせず保持する領域を設けてもよい。
【００２７】
また、本発明にかかる制御領域の設定は、図２に示す設定に限定されるものではない。図２に示す制御領域の設定はあくまでも一例である。ただし、図２に示すように比較的低回転側の領域では、フィードバック制御領域Ａ，Ｂから高負荷側へ運転状態が移行する場合、領域Ｃを経ることなく直接領域Ｄへ突入するような設定にする。これは、低回転高負荷領域は排気温度が高くなりやすく、フィードバック運転を継続できる時間が極めて短いためである。
【００２８】
さらに、本発明は上述の実施形態のように吸気通路２内に燃料を噴射する形式のエンジンにのみ適用されるものではなく、燃焼室内に直接燃料を噴射する形式のエンジンにも適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、フィードバック制御が行われる第１運転領域内の第１運転領域よりも高負荷及び／又は高回転側の第２運転領域との境界近傍の第３運転領域で内燃機関が運転されているときには、その第３運転領域での運転継続時間に応じて第２運転領域への突入後にフィードバック制御を継続する所定時間を減少させるので、排気系に設けられる触媒の過度の温度上昇を確実に抑制することができるとともに、フィードバック制御領域の拡大も可能となり燃費向上を図ることができるという効果がある。
【００３０】
また、内燃機関が第３運転領域よりも低負荷及び／又は低回転側の第４運転領域で運転されているときに、上記第４運転領域での運転継続時間に応じて第２運転領域への突入後にフィードバック制御を継続する所定時間を増加させることにより、温度上昇に対する安全度を見込んで上記所定時間を長く設定することができ、触媒の過度の温度上昇を有効に抑制しながら、さらなる燃費向上を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるエンジンのシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる空燃比制御用の制御マップである。
【図３】本発明の一実施形態にかかる空燃比制御の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  エンジン
２  吸気通路
３  排気通路
６  スロットル弁
７  燃料噴射弁
８  触媒
１０  ＥＣＵ（エンジン出力制御装置）
１０Ａ  タイマ
１１  スロットル開度センサ
１２  Ｏ2センサ（排気センサ）
１３  エンジン回転速度センサ
１４  エアフローセンサ
【図１】
0004103334.tif 000002
【図２】
0004103334.tif 000003
【図３】
0004103334.tif 000004