(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、排気ガス中の有害物質を除去するフロント三元触媒と、
前記フロント三元触媒の下流に設けられ、前記フロント三元触媒を通過した排気ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサの下流に設けられ、前記フロント三元触媒からの排気ガス中の有害物質を除去するリア三元触媒と、
前記内燃機関に吸入される吸入吸気量を検出する吸気量検出手段と、
前記内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射弁と、
空燃比が所定の空燃比になるように前記燃料噴射弁による燃料噴射量を調整する噴射量調整手段と、
内燃機関運転状態に基づく所定の条件下において前記燃料噴射弁による燃料噴射を停止させる燃料噴射停止手段と、
前記燃料噴射停止手段による燃料カットにより前記酸素濃度センサの出力が所定の空燃比リーン状態を示した場合、この所定の空燃比リーン状態を示している期間中の前記吸気量検出手段により検出された吸入吸気量に基づき、燃料カットにより前記リア三元触媒に吸着された酸素吸着量を推定する酸素吸着量推定手段と、
前記燃料噴射停止手段による燃料カット復帰後所定時間中に、予め設定された所定の酸素濃度センサ目標電圧と、前記酸素濃度センサの出力電圧との偏差に応じて空燃比リッチ化補正係数を演算する補正係数設定手段と、
前記燃料噴射停止手段による燃料カット復帰後所定時間中の前記所定の酸素濃度センサの目標電圧を前記酸素吸着量推定手段により推定された前記リア三元触媒の酸素吸着量に応じて設定する手段と
を備え、
前記補正係数設定手段は、前記燃料噴射停止手段による前記燃料カット復帰後所定時間中に、前記設定された前記酸素濃度センサ目標電圧と前記酸素濃度センサの出力電圧との偏差に応じて空燃比リッチ化補正係数を演算し、
前記噴射量調整手段は、前記燃料噴射停止手段による燃料カット復帰後所定時間中に、前記補正係数設定手段により演算された空燃比リッチ化補正係数に応じて前記燃料噴射弁による燃料噴射量を調整することにより、前記燃料噴射停止手段による前記燃料カットにより前記フロント三元触媒と前記リア三元触媒に吸着された酸素吸着量に対応した空燃比のリッチ化処理を行う
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し、特に排気系通路に設置された触媒浄化装置により排気ガス中の有害成分を除去する内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、排気ガス中の有害成分を除去する三元触媒を内燃機関の排気系に設置し、内燃機関から排出されるＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ等の有害成分を除去する排気ガス浄化機能を有する内燃機関の空燃比制御装置は広く知られている。
しかしながら、燃料カットを行うと、多量の酸素が三元触媒に吸着されるため、その後に燃料カットを解除したところですぐには燃料カット前の状態に戻らず過剰酸素状態になる。過剰酸素状態ではＮＯｘの還元作用が不活発になることから、三元触媒がその能力を十分に発揮できなくなり、大気中に有害成分を排出してしまうおそれがあった。
【０００３】
そこで、燃料カット中の三元触媒への酸素吸着量を吸入空気量もしくは燃料カット時間に応じて求めておき、燃料カット解除時にごく短時間だけその酸素吸着量に応じて空燃比を理論空燃比よりのリッチ側に制御する事により、燃料カット解除後のＮＯｘ排出を抑制するようにしたものが、特開平８−１９３５３７号公報に開示されている（以下、第１の従来例）。
【０００４】
また、燃料カット中の三元触媒への酸素吸着量を吸入空気量もしくは燃料カット時間に応じて求めておき、燃料カット解除時に酸素吸着量に応じた初期値で空燃比をステップ的にリッチ化し、その後は所定の速度で理論空燃比に戻すことにより燃料カット解除後のＮＯｘ排出を抑制するようにし、また加速によりリッチ化処理が一度中断された後に触媒の下流に位置する酸素濃度センサの出力により、三元触媒が燃料カット前の状態に戻っているかどうかの判定を行い、戻っている場合は再リッチ化処理を行わないようにしたものが、特開平１１−２８０４５７号公報に開示されている（以下、第２の従来例）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、燃料カット前の触媒の酸素吸着量により、同じ酸素量を供給する燃料カットが行われた場合においても、燃料カット後の触媒の酸素吸着量が変化しＮＯｘ浄化率の悪化度合に変化を与える現象がある。例えば、燃料カット前の触媒の酸素吸着量が少なく、触媒がリッチ状態である場合は、燃料カットによりＮＯｘ浄化率を悪化させるほどの酸素吸着量に至らない場合がある。また、逆に燃料カット前の触媒の酸素吸着量が多く触媒がリーンな状態である場合は、短い燃料カットであってもＮＯｘ浄化率が大きく低下する場合がある。
このように、実際は燃料カット前の触媒の酸素吸着量にバラツキがあり、燃料カット終了時の触媒の酸素吸着量が変化するため、燃料カット終了時の触媒の酸素吸着量に応じて適切なリッチ化処理を行う必要がある。
【０００６】
しかしながら、第１及び第２の従来例では、燃料カット後の触媒酸素吸着状態に関係なく燃料カット中の酸素供給量に応じてリッチ化処理を行うため、リッチ化処理後の触媒の酸素吸着量にバラツキを生じてしまい、触媒がリッチになりすぎＴＨＣ浄化率が悪化してしまうといった問題や、リッチ化が十分行われずＮＯｘ浄化率が十分回復しないといった問題が生じるおそれがあった。
【０００７】
また、近年、三元触媒（以下、フロント三元触媒）の下流に別の三元触媒（以下、リア三元触媒）を配置することにより、浄化効率を高める触媒システムが考えられている。このようなシステムおいては、フロント三元触媒で多くの排ガス中の有毒成分を浄化し（例えば、約９０％以上）、フロント三元触媒で浄化しきれなかった有毒ガスをリア三元触媒で確実に浄化することにより、フロント三元触媒とリア三元触媒の全体で排ガス浄化率を１００％近くまで高めることが可能である。この高い浄化率を実現するためには、フロント三元触媒とリア三元触媒の両方の排ガス浄化能力が常に最適な状態に保たれている必要がある。
【０００８】
しかしながら、フロント三元触媒及びリア三元触媒を配置する触媒システムにおいて燃料カットが行われた場合に、フロント三元触媒とリア三元触媒のそれぞれの酸素吸着量にバラツキが生じる現象がある。
例えば、燃料カットにより供給された酸素がフロント三元触媒にほとんど吸着される場合は、リア三元触媒の酸素吸着はほとんどなく、燃料カット復帰後にフロント三元触媒のみに対してリッチ化処理を行えば良い。
また、燃料カットによりフロント三元触媒で吸着できる以上の酸素が供給された場合は、リア三元触媒の酸素吸着量も増加し、燃料カット復帰後にフロント三元触媒及びリア三元触媒の両方をリッチ化させる必要がある。
【０００９】
このような燃料カットによるリア三元触媒への酸素供給のバラツキは、燃料カット中のフロント三元触媒の酸素吸着状態により生じる。
これは、前述したように、同じ酸素量を供給する燃料カットにおいても、燃料カット前のフロント三元触媒酸素吸着状態により燃料カット中のフロント三元触媒の酸素吸着状態が変化するため、リア三元触媒への酸素供給も影響を受ける結果となる。
つまり、燃料カットによるリア三元触媒への酸素吸着量を精度よく検出するためには、燃料カット中のフロント三元触媒の酸素吸着量を検出し、リア三元触媒へ流入する酸素量を推定する必要がある。
【００１０】
しかしながら、第１及び第２の従来例では、燃料カット前及び燃料カット中のフロント三元触媒酸素吸着量に関係なく燃料カットによる酸素供給量に応じてリッチ化処理を行うため、リッチ化処理後のフロント三元触媒及びリア三元触媒の酸素吸着量にバラツキを生じてしまい、フロント三元触媒もしくはリア三元触媒がリッチになりすぎＴＨＣ浄化率が悪化してしまうといった問題や、リッチ化が十分行われずＮＯｘ争化率が十分回復しないといった問題が生じるおそれがあった。
【００１１】
また、燃料カットによりリア三元触媒に吸着した酸素を除去するためには、リア三元触媒ヘリッチな混合気を供給する必要がある。このため、リア三元触媒の吸着酸素除去中は、フロント三元触媒を最適な状態よりリッチ化させＴＨＣ、ＣＯの浄化率を悪化させることにより、ＴＨＣ、ＣＯを多く含むリッチな排気ガスを下流のリア三元触媒の吸着酸素を除去するために供給する必要がある。また、フロント三元触媒で浄化できなかったＴＨＣ、ＣＯはリア三元触媒で酸素除去のため消費されるため、リア三元触媒を通り抜け大気に放出される心配はない。
【００１２】
また、フロント三元触媒を最適な状態よりリッチ化させることによりＴＨＣ、ＣＯの浄化率を悪化させるがＮＯｘの浄化率を高く保つこと、吸着酸素によりＮＯｘ浄化率が低下しているリア三元触媒にＮＯｘが流入することを防ぐこと、大気中にＮＯｘが放出されることを防ぐことが可能となる。
【００１３】
しかしながら、第１及び第２の従来例では、燃料カット解除後のリッチ化処理により触媒の酸素吸着量を最適な状態に復帰させることを目的としており、触媒を最適な酸素吸着状態よりリッチ化させて下流に位置する別の触媒の吸着酸素を除去することは考慮されていない。そのため、リア三元触媒の吸着酸素を除去することが困難であるといった問題があった。
【００１４】
この発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであり、燃料カット前の三元触媒中の酸素吸着量に影響されることなく、燃料カットにより三元触媒に吸着された酸素を燃料カット後速やかに掃出し、触媒浄化能力を最適な状態に回復することのできる内燃機関の空燃比制御装置を実現することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関の空燃比制御装置は、内燃機関の排気系に設けられ、排気ガス中の有害物質を除去するフロント三元触媒と、前記フロント三元触媒の下流に設けられ、前記フロント三元触媒を通過した排気ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、前記酸素濃度センサの下流に設けられ、前記フロント三元触媒からの排気ガス中の有害物質を除去するリア三元触媒と、前記内燃機関に吸入される吸入吸気量を検出する吸気量検出手段と、前記内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射弁と、空燃比が所定の空燃比になるように前記燃料噴射弁による燃料噴射量を調整する噴射量調整手段と、内燃機関運転状態に基づく所定の条件下において前記燃料噴射弁による燃料噴射を停止させる燃料噴射停止手段と、前記燃料噴射停止手段による燃料カットにより前記酸素濃度センサの出力が所定の空燃比リーン状態を示した場合、この所定の空燃比リーン状態を示している期間中の前記吸気量検出手段により検出された吸入吸気量に基づき、燃料カットにより前記リア三元触媒に吸着された酸素吸着量を推定する酸素吸着量推定手段と、前記燃料噴射停止手段による燃料カット復帰後所定時間中に、予め設定された所定の酸素濃度センサ目標電圧と、前記酸素濃度センサの出力電圧との偏差に応じて空燃比リッチ化補正係数を演算する補正係数設定手段と、前記燃料噴射停止手段による燃料カット復帰後所定時間中の前記所定の酸素濃度センサの目標電圧を前記酸素吸着量推定手段により推定された前記リア三元触媒の酸素吸着量に応じて設定する手段とを備え、前記補正係数設定手段は、前記燃料噴射停止手段による前記燃料カット復帰後所定時間中に、前記設定された前記酸素濃度センサ目標電圧と前記酸素濃度センサの出力電圧との偏差に応じて空燃比リッチ化補正係数を演算し、前記噴射量調整手段は、前記燃料噴射停止手段による燃料カット復帰後所定時間内に、前記補正係数設定手段により演算された空燃比リッチ化補正係数に応じて前記燃料噴射弁による燃料噴射量を調整することにより、前記燃料噴射停止手段による前記燃料カットにより前記フロント三元触媒と前記リア三元触媒に吸着された酸素吸着量に対応した空燃比のリッチ化処理を行うものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る内燃機関の空燃比制御装置（エンジン）の構成を示す構成図である。図１において、エアクリーナ１からの清浄化された吸気は、エアフローセンサ２により吸入空気量Ｑａを測定され、スロットルバルブ３で吸気量を負荷に応じて制御され、サージタンク４及び吸気管５を介してエンジン（内燃機関）６の各気筒に吸入される。
一方、燃料は燃料噴射弁７を介して吸気管５に噴射される。フロント三元触媒８は排気管９に配置されており、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の成分の浄化を行う。排気管９のフロント三元触媒８の上流及び下流には、それぞれ空燃比センサとしての酸素濃度センサ１０，１１（以下、それぞれ「フロント酸素濃度センサ１０」、「リア酸素濃度センサ１１」と称す）が装着されており、これらの酸素濃度センサ１０，１１は排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出値に応じた電気信号を出力しエンジン制御ユニット２１に供給する。ただし、本実施の形態１では、リア三元触媒１２は設置されていない構成としている。
【００１８】
また、空燃比制御、点火時期制御などの各種制御を行うエンジン制御ユニット２１は、ＣＰＵ１６、ＲＯＭ１７、ＲＡＭ１８等からなるマイクロコンピュータで構成され、入出力インターフェイス１９を介してエアフローセンサ２によって測定される吸入空気量Ｑａ、スロットルセンサ１３によって検出されるスロットル開度θ、アイドリング開度のときにオンとなるアイドルスイッチ１４の信号、水温センサ１５によって検出されるエンジン冷却水温ＷＴ、排気管９のフロント三元触媒８の上流に設けられたフロント酸素濃度センサ１０からの空燃比フィードバック信号、クランク角センサ２２によって検出されるエンジン回転数Ｎｅ等を取り込む。
なお、ここでのエアフローセンサ２、スロットルセンサ１３、アイドルスイッチ１４、水温センサ１５、フロント酸素濃度センサ１０及びクランク角センサ２２のセンサ類により運転状態検出手段が構成されている。なお、図２には理解のために上記図１に示した本実施の形態１の内燃機関の空燃比制御装置のブロック図を示した。
【００１９】
ここで、図１に示すエンジンでは基本的には次式に基づいて燃料噴射量Ｑｆが算出される。
Ｑｆ＝｛（Ｑａ／Ｎｅ）／理論空燃比｝×ＣＦＢ×ＺＫＡＦ  ・・・・（１）
ここで各定数は次のものを表している。
Ｑａ     ：吸入空気量
Ｎｅ     ：エンジン回転数
ＣＦＢ   ：空燃比フィードバック補正係数
ＺＫＡＦ ：空燃比リッチ化補正係数
また、空燃比を調整する補正係数ＣＦＢ、ＺＫＡＦが施されていない次式の演算結果を基本燃料噴射量Ｑｆ０とする。
Ｑｆ０＝｛（Ｑａ／Ｎｅ）／理論空燃比｝                  ・・・・（２）
【００２０】
空燃比リッチ化補正係数ＺＫＡＦは、空燃比を補正する補正係数であり空燃比フィードバック制御が行われていないときに有効となり、通常補正する必要のないときはＺＫＡＦ＝１．０となる。
空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢは、図３に示すように排気通路に設置されているフロント三元触媒８が理論空燃比を中心とするいわゆるウィンドウに空燃比がある場合に最大の転化効率をもって排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを同時に浄化できるため、フロント酸素濃度センサ１０の出力信号に基づいて空燃比を理論空燃比近傍に制御するためのものである。
【００２１】
ここに、図３は空燃比と酸素濃度センサの出力および排ガス浄化率との関係図である。図３に示すように、酸素濃度センサ１０，１１は、空燃比が理論空燃比よりわずかにリッチ側のときは０．４５〜０．８Ｖ程度の出力電圧を発生し、リッチ化度合いが大きい場合は０．８〜１．０Ｖ程度の出力電圧を発生する。また、空燃比が理論空燃比よりリーン側の時は、０．４５〜０．２Ｖ程度の出力電圧を発生し、リーン化度合いが大きい場合は、０．２〜０．０Ｖ程度の出力電圧を示す。
次に、フロント酸素濃度センサ１０の出力信号に基づいて行われる空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢの制御について説明する。
【００２２】
図４は空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢの算出ルーチンを示しており、まず始めにステップＳ１００においてフロント酸素濃度センサ１０が活性化しているかを判断する。フロント酸素濃度センサ１０がまだ活性化していなければステップＳｌ０３に進み、ＣＦＢ＝１．０として処理を終了し、活性化していればステップＳ１０１に進む。
ステップＳｌ０１ではクランク角センサ２２、エアフローセンサ２、スロットルセンサ１３、水温センサ１５等の信号を取り込み、エンジンの運転状態を検出する。
【００２３】
次にステップＳｌ０２では、ステップＳｌ０１で検出した運転状態からフィードバックモードであるか否かを判別し、空燃比リッチ化補正係数ＺＫＡＦを用いて空燃比を補正する空燃比補正モード、燃料カットモード等、即ちフィードバックモードでない場合はステップＳ１０３に進み、ＣＦＢ＝１．０として処理を終了する。一方、フィードバックモードであれば、ステップＳｌ０４においてフロント酸素濃度センサ１０の出力電圧Ｖ０２が０．４５［Ｖ］よりも高いか否か、すなわちリッチであるか否かが判別される。Ｖ０２≧０．４５［Ｖ］のとき、即ちリッチのときにはステップＳ１０５に進んで後述するフィードバック積分補正係数積算値ΣＩから比較的小さな積分値ＫＩが減算される。
【００２４】
次のステップＳｌ０６では、空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢの基準値である１．０にステップＳ１０５で演算されたフィードバック積分補正係数積算値ΣＩを加算したものから比較的大きなスキップ値ＫＰを減算することにより空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢが算出される。
【００２５】
一方、ステップＳｌ０４においてＶ０２＜０．４５［Ｖ]であると判断されたとき、即ちリーンのときにはステップＳｌ０７に進んでフィードバック積分補正係数積算値ΣＩに比較的小さな積分値ＫＩが加算される。
次のステップＳ１０８では、空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢの基準値である１．０にステップＳ１０７で演算されたフィードバック積分補正係数積算値ΣＩを加算したものに比較的大きなスキップ値ＫＰを加算することにより空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢが算出される。
【００２６】
以上のように、空燃比がリッチ状態の場合には空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢが小さくなって燃料噴射量が少なくなり、空燃比がリーン状態の場合には空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢが大きくなって燃料噴射量が多くなるので空燃比が理論空燃比に維持されることになる。
【００２７】
次に、エンジン制御ユニット２１では、アイドルスイッチがＯＮとなったときのエンジン回転数が所定値以上でかつ車速が所定の範囲にあるとき、燃料カットを行なう。その後に加速のためにアクセルペダルを踏みアイドルスイッチがＯＦＦになったとき、またはアイドルスイッチがＯＮ状態のまま回転数が所定値以下になったときのいずれかで燃料カットから復帰して再噴射を行う。
燃料カットが行われると、多量の酸素がフロント三元触媒８に吸着されるため、その後に燃料カットを解除したからといってすぐには燃料カット前の状態に戻らず過剰酸素状態になり、過剰酸素状態ではＮＯｘ浄化作用が不活発になることから、三元触媒がその能力を十分に発揮できなくなる。
そこで、従来装置と同様に燃料カット解除時に所定時間、空燃比を理論空燃比よりリッチ側に制御して三元触媒に吸着している酸素を速やかに除去し三元触媒の機能を回復させる必要がある。
【００２８】
図５は、燃料カット復帰後に空燃比のリッチ化処理が行われる期間の判定を行うためのフローチャートで、１０ｍｓ毎に実施される。
ステップＳ２００では、燃料カットフラグＦＦＣが１であるか判定し、１と判定されたときは燃料カット中であり、ステップＳ２０１で燃料カット後経過時間タイマＺＴＭＲＩＣＨを０にリセットする。ステップＳ２００でＦＦＣが０と判定されたときは燃料カット中でなく、ステップＳ２０２で今回のＦＦＣと前回のＦＦＣの比較により、ＦＦＣが反転したかどうかを判定する。反転している場合は燃料カットが解除されたと判定し、ステップＳ２０４へ進み燃料カット後経過時間タイマＺＴＲＩＣＨを１０ｍｓ増加させ、タイマを作動させ始める。
【００２９】
次にステップＳ２０５に進み、ステップＳ２０４で増加したタイマＺＴＲＩＣＨが所定時間ＸＴＭＲＩＣＨを超えているかを判定し、超えていないと判定された場合は、ステップＳ２０８に進みリッチ化制御フラグＦＲＩＣＨを１とセットしリッチ化制御を許可する。一方、超えていると判定された場合は、ステップＳ２０６に進みタイマを０にセットしてタイマ増加を終了し、さらにステップＳ２０７でリッチ化制御フラグＦＲＩＣＨを０としリッチ化処理を禁止とする。
【００３０】
一方、ステップＳ２０２でＦＦＣが反転していないと判定されたときは、ステップＳ２０３にてタイマＺＴＲＩＣＨが０であるか判定され、０である場合は燃料カット復帰後のリッチ化制御中でないと判定され、ステップＳ２０７へ進みリッチ化制御フラグＦＲＩＣＨを０とする。ステップＳ２０３にてタイマＺＴＲＩＣＨが０でないと判定されたときはリッチ化制御中であると判定されステップＳ２０４へ進む。
【００３１】
このように図５に示される処理により、燃料カット復帰後所定時間ＸＴＭＲＩＣＨは、空燃比リッチ化制御フラグＦＲＩＣＨを１にセットしリッチ化制御を許可し、所定時間以外はＦＲＩＣＨを０にセットしリッチ化制御を禁止する処理が行われる。
【００３２】
図６は、燃料カット復帰後の空燃比のリッチ化処理を示したフローチャートで、図５の処理後に続けて実施される。
ステップＳ３００で、空燃比リッチ化制御フラグＦＲＩＣＨが１であるか判定し、１である場合は燃料カット復帰後リッチ化制御中であると判定されステップＳ３０１に進む。ステップＳ３０１ではフロント三元触媒８中の酸素吸着量を示すリア酸素濃度センサ１１の出力電圧ＺＲ０２が検出され、浄化効率が最適である場合の酸素濃度センサの出力電圧ＺＲ０２０ＢＪとの差分が演算され、その差分電圧がＺＲＭＤに入力される。この差分電圧は、最適な触媒浄化状態に対し現在の状態がどの程度リーンであるかを示している。最適な浄化状態を示す酸素濃度センサの出力は一般的に０．５Ｖ程度であるために、図６では図示しないがＺＲ０２０ＢＪの値は０．５Ｖに設定されている。
【００３３】
次に、ステップＳ３０２に進み、ステップＳ３０１で求めた現在のフロント三元触媒８のリーン化度合いを表す電圧ＺＲＭＤを入力に空燃比リッチ化補正係数ＺＫＡＦを出力とする。図７はリア酸素濃度センサの出力に応じて空燃比リッチ化度合いを算出するためのマップであり、このマップに従い空燃比リッチ化補正係数ＺＫＡＦが算出される。また、リッチ側のみの補正係数が設定されているが、リッチ化処理により酸素濃度センサの出力電圧が目標電圧より大きくなる場合を考慮し、リーン側の補正係数を設定し、酸素濃度センサの出力電圧を目標値に追従させる働きを持たせても良い。
また、空燃比をリッチ化させすぎると燃焼悪化を引き起こし内燃機関の性能に障害を生じるため、図７のＸＫＡＦＭＸとして示すように空燃比の補正幅に制限を設ける必要があるが、本実施の形態１ではマップのデータ設定により実現される。
また、ステップＳ３００で、空燃比リッチ化制御フラグが０でありリッチ化制御中でない場合はステップＳ３０３へ進み空燃比リッチ化補正係数ＺＫＡＦに１．０が入力される。
【００３４】
最後に本実施の形態１に係る内燃機関の空燃比制御装置の動作について説明する。図８は、本実施の形態１に係る内燃機関の空燃比制御装置の動作を示すタイムチャートである。
図８において、燃料カット判定が行われるまでは、フロント酸素濃度センサ１０の出力信号に基づいて空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢが演算され、空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢにより基本噴射量Ｑｆ０を補正し燃料噴射量Ｑｆにより空燃比を理論空燃比近傍に維持するフィードバック制御が行われている。ここで、基本燃料噴射量Ｑｆ０は、吸入空気量Ｑａおよびエンジン回転数Ｎｅに応じて変化するが簡単化のため一定値としてある。
【００３５】
燃料カット判定がなされ、燃料カットフラグＦＦＣが１にセットされ燃料カットが行われる。燃料カットによりフロント三元触媒８に大量の酸素が吸着し、フロント三元触媒８の酸素吸着状態を表すリア酸素濃度センサ１１の出力が０ＶになりＮＯｘ浄化率が大きく低下する。燃料カット復帰後所定時間ＸＴＭＲＩＣＨにおいて空燃比のリッチ化制御が許可され、リア酸素濃度センサ１１の出力に応じて空燃比リッチ化補正係数ＫＡＦが演算され燃料噴射量Ｑｆが補正されることにより、空燃比のリッチ化制御が行われる。
空燃比のリッチ化制御によりリア酸素濃度センサ１１の出力が最適な触媒浄化率を示す値（約０．５Ｖ）に短時間で収束していき、燃料カットにより悪化していたＮＯｘ浄化率を短時間で回復することが可能となる。また、空燃比リッチ化補正係数ＫＡＦは、空燃比のリッチ化を行いすぎて燃焼悪化を生じないように制限値ＸＫＡＦＭＸで制限される。
燃料カット復帰後所定時間ＸＴＲＩＣＨ経過後、空燃比リッチ化制御は終了となり燃料カット前同様の空燃比フィードバック制御が開始される。
【００３６】
図９は、燃料カット前のフロント三元触媒８の酸素吸着量の状態がバラツキを生じ、リッチ状態であった場合のタイムチャートを示す。
燃料カット前のフロント三元触媒８の状態がリッチであり、図８と同じ酸素量を供給する燃料カットが行われても、フロント三元触媒８はＮＯｘ浄化率が大きく低下するほど酸素吸着量にならない場合がある。このような場合においても、フロント三元触媒８の酸素吸着状態を示すリア酸素濃度センサ１１の出力に応じて空燃比リッチ化補正係数ＫＡＦのリッチ化度合いが決定されるため、最適な触媒浄化率になるようにリッチ化補正がなされる。
したがって、燃料カット前の触媒酸素吸着量にバラツキがあったとしても、常に最適な触媒浄化率になるようにリッチ化補正がなされる。
【００３７】
以上のように、本実施の形態１に係る内燃機関の空燃比制御装置によれば、燃料カット終了後の空燃比リッチ化処理を触媒後の酸素濃度センサに応じて行うため、燃料カット前の三元触媒中の酸素吸着量に影響されることなく、燃料カットにより三元触媒に吸着された酸素を燃料カット後速やかに掃出し、触媒浄化能力を最適な状態に回復することができる。
【００３８】
したがって、燃料カット前の触媒酸素吸着量のバラツキにより生ずる燃料カット終了時の触媒酸素吸着量のバラツキに影響されることなく燃料カット復帰後の触媒酸素吸着量に応じて燃料カット復帰後のリッチ化処理を行うことができ、空燃比リッチ化処理により生じる触媒の吸着酸素が十分に除去されておらずリーンな状態のままでＮＯｘ浄化率が十分に回復していない場合や、触媒の状態がリッチになりすぎＴＨＣ浄化率が低下する場合のようなバラツキを解消すことができ、最適な触媒酸素吸着状態にすることが可能となる。このため、燃料カットにより悪化する触媒の排ガス浄化率を燃料カット復帰後速やかに常に最適な浄化率に復帰させることができる。
【００３９】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る内燃機関の空燃比制御装置は、フロント三元触媒８およびリア酸素濃度センサ１１の下流にさらにリア三元触媒１２を設置する構成とし、上記実施の形態１の図５と図６のフローチャートの間に、図１０フローチャートの処理が追加されるものである。
【００４０】
本実施形態２は、上記実施の形態１とは異なり、リア三元触媒１２が設置されている。したがって、燃料カットにより供給される多量の酸素がフロント三元触媒８だけでなくリア三元触媒１２にも吸着されるため、両方の三元触媒中の吸着酸素除去をすることのできる空燃比リッチ化制御を行なうものである。
【００４１】
図１０のフローチャートは、図５と図６の間に挿入される処理であり、リア酸素濃度センサ１１の出力と吸入空気量とから、燃料カットによりリア三元触媒１２に流入した酸素量を推定し、その推定酸素量に応じて燃料カット復帰後のフロント三元触媒８のリッチ化度合いを決定するものである。
【００４２】
ステップＳ４００で、燃料カットフラグＦＦＣが１であるか判定し、１と判定されたときは燃料カット中であり、ステップＳ４０１に進み、一方燃料カットフラグＦＦＣが０であると判定された場合にはステップＳ４０６に進む。
ステップＳ４０６では空燃比リッチ化制御フラグＦＲＩＣＨが１であるか判定し、１である場合は燃料カット復帰後リッチ化制御中であると判定されステップＳ４０１に進む。つまり燃料カット中もしくはリッチ化制御中であればステップＳ４０１に進み、どちらでもない場合は、ステップＳ４０７に進むこととなる。
【００４３】
ステップＳ４０１では、リア酸素濃度センサ１１の出力が所定値ＸＲ０２Ｌ未満であるか判定され、未満であるときはフロント三元触媒８の酸素吸着量が飽和状態であって、燃料カットにより供給される酸素を吸着できない状態であり、リア三元触媒１２へは空気に近い酸素濃度の排気ガスが流入している状態であると判定され、ステップＳ４０２へ進む。
リア三元触媒１２へ酸素が流入しているかどうかを判定するリア三元触媒酸素流入判定フラグＦＲＣＡＴ０２を１にセットし、一方未満でないときはフロント三元触媒８で供給酸素のほとんど全てが吸着されており、リア三元触媒１２へは酸素が供給されていないと判定されステップＳ４０７に進み、リア三元触媒１２酸素流入判定フラグＦＲＣＡＴ０２を０にセットする。
【００４４】
ここで、リア酸素濃度センサ１１の判定値ＸＲ０２Ｌであるが、図３に示すように空気に近い酸素濃度になると０．０Ｖに近づいていくため、判定値を０．０Ｖに近い０．０２〜０．０４Ｖとするのが適当である。
また、ステップＳ４０１のリア三元触媒１２の酸素流入判定を燃料カット中と燃料カット復帰後所定時間とした理由は、リア酸素濃度センサ１１が燃料噴射弁７に対して下流にあるため燃料カットによる影響がリア酸素濃度センサ１１により検出されるまでに時間遅れが生じるため、燃料カット復帰後所定時間も条件に付け加えるものとした。
【００４５】
ステップＳ４０３は、リア三元触媒１２に空気に近い酸素濃度の排気ガスが流入していると判定されている期間の空気量を積算し触媒吸着酸素量を推定する演算であり、吸着酸素量ＺＲＣＡＴ０２に、演算周期１０ｍｓ間の吸入空気量を示す単位時間あたりの吸入空気量Ｑａ×１０ｍｓを加算することにより実現されている。
【００４６】
ステップＳ４０４およびステップＳ４０５は、リア三元触媒１２吸着酸素量ＺＲＣＡＴ０２をリア三元触媒１２の飽和吸着酸素量ＸＲＣＡＴ０２ＭＸで最大値制限処理を行っており、ステップＳ４０４にてリア三元触媒１２の吸着酸素量ＺＲＣＡＴ０２が最大吸着酸素量ＸＲＣＡＴ０２ＭＸより大きい場合は、ステップＳ４０５に進み、吸着酸素量ＺＲＣＡＴ０２にＸＲＣＡＴ０２ＭＸをセットしてステップＳ４０８へ進み、一方小さい場合はステップＳ４０８へ進むこととなる。
【００４７】
最終的にステップＳ４０８へ進み、リア三元触媒吸着酸素量ＺＲＣＡＴ０２を入力に、フロント三元触媒８のリッチ化度合いを示すリア酸素濃度センサ１１の目標出力電圧ＺＲ０２０ＢＪを出力とする図１１に示されるマップに従い、リア酸素濃度センサ１１の目標出力電圧ＺＲ０２０ＢＪが演算される。マップの設定データは、吸着酸素量ＺＲＣＡＴ０２が０の場合は、フロント三元触媒８のみの吸着酸素を除去すれば良い。リア酸素濃度センサ１１の目標出力電圧をリッチ化に設定する必要がないため０．５Ｖの設定としている。吸着酸素量ＺＲＣＡＴ０２が大きくなるに従い目標出力電圧がリッチになる特性となっている。
【００４８】
図６のフローチャートは、本実施の形態１で説明した燃料カット復帰後の空燃比のリッチ化処理を示したもので、本実施の形態２では図１０の処理の後に続けて実施される。図６の処理において実施の形態１で説明した内容と異なる点は、リア酸素濃度センサ１１の目標出力電圧ＺＲ０２０ＢＪが上記実施の形態１では０．５Ｖの固定値であったが、本実施の形態２ではリア三元触媒１２の吸着酸素量に応じてリッチ側に変化する点だけである。
【００４９】
最後に本実施の形態２に係る内燃機関の空燃比制御装置の動作について説明する。図１２は、本実施の形態２に係る内燃機関の空燃比制御装置の動作を示すタイムチャートである。
燃料カット判定が行われるまでは、フロント酸素濃度センサ１０の出力信号に基づいて空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢが演算され、空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢにより基本噴射量Ｑｆ０を補正し、燃料噴射量Ｑｆにより空燃比を理論空燃比近傍に維持するフィードバック制御が行われている。ここで、基本燃料噴射量Ｑｆ０は、吸入空気量Ｑａおよびエンジン回転数Ｎｅに応じて変化するが簡単化のため一定値としてある。
【００５０】
燃料カット判定がなされ、燃料カットフラグＦＦＣが１にセットされ燃料カットが行われる。燃料カットによりフロント三元触媒８に大量の酸素が吸着し、フロント三元触媒８の酸素吸着状態を表すリア酸素濃度センサ１１の出力が０Ｖになり、ＮＯｘ浄化率が大きく低下する。
また、リア酸素濃度センサ１１出力電圧が所定値ＸＲ０２Ｌ以下となりフロント三元触媒８の酸素吸着量が飽和状態となると、リア三元触媒１２に空気に近い排気ガスが流入していると判定され、リア三元触媒１２空気流入判定フラグＦＲＣＡＴ０２が１となりリア三元触媒１２へ流入する空気量ＺＲＣＡＴ０２が積算される。燃料カット復帰後時に、リア三元触媒１２吸着酸素量ＺＲＣＡＴ０２に応じてフロン三元触媒のリッチ化度合を示すリア酸素濃度センサ１１の目標電圧ＺＲ０２０ＢＪが演算される。
【００５１】
燃料カット復帰後所定時間ＸＴＭＲＩＣＨ、空燃比のリッチ化制御が許可され、目標と実際のリア酸素濃度センサ１１の差分ＺＲＭＤに応じて空燃比リッチ化補正係数ＫＡＦが演算され燃料噴射量Ｑｆが補正されることにより空燃比のリッチ化制御が行われ、リア三元触媒１２の上流にあるフロント三元触媒８を望ましい状態からリッチ状態になる。
したがって、フロント三元触媒８およびリア三元触媒１２の吸着酸素を除去することができ、燃料カットにより悪化する触媒の排ガス浄化率を燃料カット復帰後速やかに常に最適な浄化率に復帰させることが可能となる。
【００５２】
また、フロント三元触媒８をリッチ化させＮＯｘ浄化率を高い状態に保つことにより、燃料カットによるリア三元触媒１２の吸着酸素を除去すること、およびＮＯｘ浄化率が回復していないリア三元触媒１２にＮＯｘが流入することを防止し、大気中へのＮＯｘ排出を防止することができる。
なお、燃料カット復帰後所定時間ＸＴＲＩＣＨ経過後、空燃比リッチ化制御は終了となり燃料カット前同様の空燃比フィードバック制御が開始される。
【００５３】
次に図１３は、燃料カット前におけるフロント三元触媒８の酸素吸着量の状態がバラツキを生じ、リッチ状態であった場合のタイムチャートを示す。
燃料カット前のフロント三元触媒８の状態がリッチであり、図１２と同じ酸素量を供給する燃料カットが行われても、フロント三元触媒８の酸素吸着量が飽和するほどリーン状態とはならず、リア三元触媒１２へ酸素が供給されない場合がある。このような場合において、リア酸素濃度センサ１１の出力によるリア三元触媒１２空気流入判定によりリア三元触媒１２に酸素が吸入されていないと判定されフロント三元触媒８を最適な状態からリッチ化する必要がないと判定されるため、フロント三元触媒８のみの吸着酸素を除去するリッチ化処理が行われる。
【００５４】
以上のように、本実施の形態２に係る内燃機関の空燃比制御装置によれば、推定リア三元触媒酸素吸着量に応じてフロント三元触媒のリッチ化度合いを求め、フロント三元触媒のリッチ化度合いを示すリア酸素濃度センサの出力が望みのリッチ化度合いを達成するように、リア酸素濃度センサの出力に応じて内燃期間に供給する空燃比をリッチ化することにより、フロント三元触媒およびリア三元触媒の吸着酸素を除去することができ、燃料カット前のフロント三元触媒の酸素吸着量のバラツキに影響されることなく、燃料カットにより三元触媒に吸着された酸素を燃料カット後速やかに掃出し、触媒浄化能力を最適な状態に回復することができる。
【００５５】
したがって、フロント三元触媒をリッチ化させＮＯｘ浄化率を高い状態に保つことにより、燃料カットによるリア三元触媒の吸着酸素を除去すること、およびＮＯｘ浄化率が回復していないリア三元触媒にＮＯｘが流入することを防止し大気中へのＮＯｘ排出を防止することができる。
【００５６】
【発明の効果】
この発明によれば、燃料カット終了後の空燃比リッチ化処理を触媒後の酸素濃度センサに応じて行うため、燃料カット前の三元触媒中の酸素吸着量に影響されることなく、燃料カットにより三元触媒に吸着された酸素を燃料カット後速やかに掃出し、触媒浄化能力を最適な状態に回復することができる。
【００５７】
また、補正係数設定手段は、酸素吸着量推定手段により推定されたリア三元触媒の酸素吸着量に応じて酸素濃度センサ目標電圧を変化させることにより、フロント三元触媒およびリア三元触媒の吸着酸素を除去することができ、燃料カット前のフロント三元触媒における酸素吸着量のバラツキに影響されることなく、燃料カットにより三元触媒に吸着された酸素を燃料カット後速やかに掃出し、触媒浄化能力を最適な状態に回復することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る内燃機関の空燃比制御装置の構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１に係る内燃機関の空燃比制御装置のブロック図である。
【図３】  この発明の実施の形態１に係る内燃機関の空燃比制御装置における空燃比と酸素濃度センサの出力および排ガス浄化率との相関図である。
【図４】  この発明の実施の形態１に係る内燃機関の空燃比制御装置における空燃比フィードバック補正を行うためのフローチャート図である。
【図５】  この発明の実施の形態１に係る内燃機関の空燃比制御装置における燃料カット復帰後のリッチ化制御期間を算出するためのフローチャート図である。
【図６】  この発明の実施の形態１に係る内燃機関の空燃比制御装置における燃料カット復帰後の空燃比リッチ化処理を示すフローチャート図である。
【図７】  この発明の実施の形態１に係る内燃機関の空燃比制御装置におけるリア酸素濃度センサと空燃比リッチ化度合とのマップである。
【図８】  この発明の実施の形態１に係る内燃機関の空燃比制御装置の動作を示すタイムチャートである。
【図９】  この発明の実施の形態１に係る内燃機関の空燃比制御装置の動作を示すタイムチャートである。
【図１０】  この発明の実施の形態２に係る内燃機関の空燃比制御装置のリア三元触媒１２の流入酸素推定およびフロント三元触媒８のリッチ化度合を算出するためのフローチャート図である。
【図１１】  この発明の実施の形態２に係る内燃機関の空燃比制御装置のリア三元触媒吸着酸素量とフロント三元触媒のリッチ化度合とのマップである。
【図１２】  この発明の実施の形態２に係る内燃機関の空燃比制御装置の動作を示すタイムチャートである。
【図１３】  この発明の実施の形態２に係る内燃機関の空燃比制御装置の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１  エアクリーナ、２  エアフローセンサ、３  スロットルバルブ、４  サージタンク、５  吸気管、６  エンジン、７  燃料噴射弁、８  フロント三元触媒、９  排気管、１０  フロント酸素濃度センサ、１１  リア酸素濃度センサ、１２  リア三元触媒、１３  スロットルセンサ、１４  アイドルスイッチ、１５  水温センサ、１６  ＣＰＵ、１７  ＲＯＭ、１８  ＲＡＭ、１９  入出力インターフェース、２０  駆動回路、２１  エンジン制御ユニット、２２  クランク角センサ。
【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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【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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