(57)【要約】【課題】理論空燃比に対するリッチ・リーンのみを検出できる酸素センサを備えた機関において、触媒を早期活性化させるためのリーン化を高精度に行えるようにする。【解決手段】機関始動後、まず、酸素センサによるリッチ・リーンの検出結果に基づき空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを比例積分動作で変化させる空燃比フィードバック制御を行わせ、空燃比を理論空燃比にするための補正要求を求める。そして、理論空燃比にするための補正要求に補正係数Ｋを乗算して、空燃比をリーンにするためのクランプ値を求め、前記空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを前記クランプ値にクランプする。前記クランプ中は、空燃比が理論空燃比よりもリーンに保持され、触媒活性が促進される。【選択図】図４
2009074397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管に配置され、理論空燃比に対するリッチ・リーンを検出する酸素センサと、
前記酸素センサの下流側の排気管に配置される排気浄化触媒と、
前記酸素センサで検出されるリッチ・リーンに基づき、実際の空燃比が理論空燃比に近づくように空燃比制御信号を演算して出力する空燃比フィードバック制御手段と、
内燃機関の始動後に前記空燃比フィードバック制御手段による前記空燃比制御信号の演算・出力が開始されてから第１所定期間での前記空燃比制御信号に基づき、空燃比をリーンに保持するための前記空燃比制御信号のクランプ値を決定し、前記第１所定期間に続く第２所定期間において、前記空燃比制御信号を前記クランプ値にクランプするクランプ手段と、
を含んで構成され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】
前記クランプ手段が、前記第２所定期間において、前記酸素センサでリッチ状態が検出されると、前記クランプ値を、空燃比がリーン化する方向に補正する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。
【請求項３】
前記クランプ手段が、内燃機関のアイドル状態であることを条件に前記空燃比制御信号をクランプ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】
前記クランプ手段が、前記第１所定期間における最後の１周期における空燃比制御信号の平均値に基づいて前記クランプ値を決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記クランプ手段が、前記第１所定期間の終期を、空燃比のリッチ・リーン反転の回数に基づいて判断することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記クランプ手段が、前記第１所定期間及び第２所定期間において、燃料噴射量の増量補正をキャンセルすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
前記クランプ手段が、前記排気浄化触媒の活性化を判断したときに前記クランプを中止させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の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し、詳しくは、空燃比を理論空燃比よりもリーン化させることで、排気浄化を行う触媒を早期に活性化させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、機関が始動操作されると、そのときの冷却水温度に基づいて触媒活性判定水温を設定し、始動後所定時間が経過するまでは始動後増量を行わせ、その後、空燃比を徐々にリーン化させて所定のリーン状態とし、該所定のリーン状態で水温が触媒活性判定水温に達すると、空燃比を理論空燃比に戻す制御を行う内燃機関の制御装置が開示されている。
【０００３】
空燃比を理論空燃比よりもリーン化させると、触媒雰囲気の酸素濃度が高くなり、触媒における酸化反応が促進される結果、触媒温度が高くなって早期活性化が図られることになる。
【特許文献１】特開平０９−１５１７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、触媒を早期に活性化させるために、空燃比をリーン化させる場合に、空燃比を過度にリーン化させると、燃焼安定性が損なわれる結果、機関回転速度が大きく変動することになり、また、空燃比のリーン化が不充分であると、触媒が活性するまでの時間が長くなってしまうため、空燃比をリーン化させる精度が要求されることになる。
前記特許文献１の制御装置では、始動時の水温を基本としてリーン化のための燃料減量補正分を決定しており、係る構成では、そのときに使用している燃料の性状や機関状態によっては、リーン空燃比が大きくばらつき、前述した回転変動や触媒活性効果の低下などが発生する可能性がある。
【０００５】
一方、空燃比を広域に検出する空燃比センサを備える機関では、該空燃比センサの検出結果に基づくフィードバック制御で目標のリーン空燃比に精度良く制御させることが可能であるが、理論空燃比に対するリッチ・リーンのみを検出できる酸素センサを備えた機関では、理論空燃比を目標空燃比としたフィードバック制御は行えるものの、前記酸素センサは、リーン領域で空燃比変化に応じた出力変化を示さず、どの程度のリーン空燃比であるかを検出できないため、目標リーン空燃比と実際の空燃比との偏差を検出することができず、前記偏差に基づくフィードバック制御が行えないため、フィードホワード制御によって空燃比をリーン化せざるを得ない。
【０００６】
しかし、フィードホワード制御では、目標リーン空燃比に精度良く制御することが困難で、過剰にリーン化されることによって燃焼が不安定になって機関回転速度の変動が生じたり、目標リーン空燃比よりもリッチ側に制御されると、触媒活性の効果を充分に得ることができなくなってしまう。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、理論空燃比に対するリッチ・リーンのみを検出できる酸素センサを備えた機関において、触媒を早期活性化させるためのリーン化を高精度に行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのため請求項１記載の発明では、酸素センサによるリッチ・リーンの検出結果に基づき実際の空燃比が理論空燃比に近づくように空燃比制御信号を演算して出力する空燃比フィードバック制御手段を備えてなる内燃機関において、内燃機関の始動後に前記空燃比フィードバック制御手段による前記空燃比制御信号の演算・出力が開始されてから第１所定期間での前記空燃比制御信号に基づき、空燃比をリーンに保持するための前記空燃比制御信号のクランプ値を決定し、前記第１所定期間に続く第２所定期間において、前記空燃比制御信号を前記クランプ値にクランプするようにした。
【０００８】
上記発明によると、酸素センサで検出されるリッチ・リーンに基づいて空燃比制御信号を演算・出力した結果、実際の空燃比が理論空燃比を中心に変動するときに、前記空燃比制御信号の平均値（中心値）は、理論空燃比を得るために要求される補正値を示すことになる。
そこで、酸素センサの検出結果に基づく空燃比フィードバックを、第１所定期間だけ行わせることで、現在の状況において実際の空燃比を理論空燃比にするための補正要求を予め知って、理論空燃比とするための補正要求を基準に、リーン空燃比を保持するためのクランプ値を決定することで、クランプ期間である第２所定期間での空燃比を、理論空燃比を基準としたリーンに制御する。
【０００９】
従って、燃料の性状や機関状態によって同じ空燃比にするための補正要求が異なるとしても、予め理論空燃比にするための補正要求を知って、該補正要求に基づいてリーン化代を決定するので、触媒活性を促進させるためのリーン制御を高精度に行え、回転変動を発生させることかく、触媒活性を最大限に促進させることができる。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記第２所定期間において、酸素センサでリッチ状態が検出されると、空燃比制御信号のクランプ値を、空燃比がリーン化する方向に補正するようにした。
【００１０】
上記発明によると、空燃比制御信号を前記クランプ値にクランプすることで、理論空燃比よりもリーンに保持されるべき第２所定期間で、理論空燃比よりもリッチになっていることが酸素センサで検出されると、クランプ値を空燃比がリーン化する方向に補正して、リーン状態を実現できるようにする。
従って、たとえ外乱（機関温度の変化による燃料壁流量の変化など）によってクランプ中の空燃比がリッチ化しても、直ちにリーン状態に戻して、触媒活性を促進させることができる。
【００１１】
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明において、内燃機関のアイドル状態であることを条件に前記空燃比制御信号をクランプするようにした。
上記発明によると、アイドル状態で空燃比制御信号をクランプしている途中で、アクセルが開操作されて非アイドル状態に移行すると、クランプがキャンセルされることで、リーン空燃比での運転がキャンセルされる。
【００１２】
従って、非アイドル状態であって触媒活性のためのリーン化が不要であるときに、リーン空燃比で運転されることを回避できる。
請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、前記第１所定期間における最後の１周期における空燃比制御信号の平均値に基づいて前記クランプ値を決定するようにした。
【００１３】
上記発明によると、空燃比制御信号がクランプされる直前の最後の１周期での平均値を求め、該平均値からクランプ値を設定する。
空燃比フィードバック制御の開始当初は、始動時や冷機時の燃料増量分の影響を受けることになって、そのときの空燃比制御信号から理論空燃比への補正要求を精度良く判断できないので、なるべく空燃比フィードバック制御をクランプする間際の値から、クランプ値を設定させるようにする。
【００１４】
更に、リッチ・リーン判定に基づき演算される空燃比フィードバック制御においては、実際の空燃比がリッチ状態とリーン状態とを交互に繰り返して、平均的な空燃比が理論空燃比になるように制御されることになり、このときの空燃比制御信号の平均値が、空燃比を理論空燃比に一致させるための補正要求であると見なすことができるので、最後の１周期での平均値を、理論空燃比に一致させるための補正要求として求め、この補正要求を基準にリーン状態とするためのクランプ値を決定する。
【００１５】
従って、触媒の早期活性化を図るためのリーン運転を実現するためのクランプ値を、高精度に設定でき、前記クランプ値にクランプさせることで、クランプ状態でのリーン空燃比を高精度に制御して、触媒活性を効果的に促進させることができる。
請求項５記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１つに記載の発明において、前記第１所定期間の終期を、空燃比のリッチ・リーン反転の回数に基づいて判断するようにした。
【００１６】
上記発明によると、空燃比フィードバック制御に伴って空燃比がリッチ状態とリーン状態とを交互に繰り返すようになり、このリッチ・リーンの反転回数が所定回数に達すると、その時点でクランプ値を決定して、空燃比制御信号をクランプする第２所定期間に移行させる。
空燃比のリッチ・リーンを所定回数だけ繰り返させることで、そのときの空燃比制御信号から理論空燃比にするための補正要求を精度良く判定でき、一定のリーン空燃比に制御するためのクランプ値を精度良く設定できる。
【００１７】
請求項６記載の発明では、請求項１〜５のいずれか１つに記載の発明において、前記第１所定期間及び第２所定期間において、燃料噴射量の増量補正をキャンセルするようにした。
上記発明によると、燃料噴射量が始動後や冷機状態で増量補正される構成において、第１所定期間で空燃比フィードバック制御を行うときに、前記増量補正がキャンセルされることで、空燃比制御信号が余分にリーン化方向に変化することが避けられ、早期に理論空燃比にするための補正要求を算出させることができる。
【００１８】
従って、第１所定期間を短くして触媒を早期活性化させるためのリーン制御（クランプ）の開始を早めることができるので、触媒の活性をより早めることができる。
更に、クランプを行う第２所定期間で前記増量補正をキャンセルさせれば、クランプ中の空燃比を安定的に制御でき、触媒活性を効果的に促進させることができる。
請求項７記載の発明では、請求項１〜６のいずれか１つに記載の発明において、前記排気浄化触媒の活性化を判断したときに前記クランプを中止させるようにした。
【００１９】
上記発明によると、クランプ開始後に排気浄化触媒の活性化が判断されると、その時点でクランプを中止し、空燃比フィードバック制御を再開させる。
空燃比制御信号のクランプによるリーン化は、排気浄化触媒の活性を促進させることになるが、排気浄化触媒が活性化した後はリーン化が不要であるので、クランプを中止して理論空燃比にフィードバック制御させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
実施形態における内燃機関の空燃比制御装置のシステム構成を図１に示す。
図１において、内燃機関１１は、車両用の火花点火ガソリン機関である。
前記内燃機関１１の吸気管１２には、吸入空気流量ＱＡを検出するエアフローメータ１３、及び、アクセルペダルと連動して吸入空気流量を制御するスロットル弁１４が設けられる。
【００２１】
前記スロットル弁１４下流の吸気マニホールドには、気筒毎に燃料噴射弁１５が設けられる。
前記燃料噴射弁１５は、エンジンコントロールユニット５０から出力される噴射パルス信号によって開弁駆動され、所定圧力に調整された燃料を吸気ポート内に噴射する。
更に、内燃機関１１の冷却ジャケット内の冷却水温度ＴＷを検出する水温センサ１６、クランク軸の角度を検出するクランク角センサ２０、前記スロットル弁１４の開度を検出するスロットルセンサ２１などが設けられる。
【００２２】
前記エンジンコントロールユニット５０では、前記クランク角センサ２０から出力される信号に基づいて機関回転速度ＮＥを算出する。
一方、排気管１７には、ＣＯ，ＨＣの酸化、及び、ＮＯｘの還元を行って排気を浄化する三元触媒コンバータ１９（排気浄化触媒）が介装されている。前記三元触媒コンバータ１９は、例えば、アルミナ担体の表面に、白金ＰｔとロジウムＲｈを混合した層を設けたものである。
【００２３】
また、前記三元触媒コンバータ１９の上流側の排気管１７には、理論空燃比を境に出力が急変する酸素センサ１８が設けられる。
前記酸素センサ１８は、例えば、ジルコニア管の内外面に電極及び触媒作用をする白金をコーティングしてなり、ジルコニア管の内側（大気側）と外側（排気側）との間に、大気と排気中の酸素濃度との比に応じた起電力を発生する酸素濃淡電池であり、図２に示すように、理論空燃比よりもリッチ側では起電力が高く、理論空燃比よりもリーン側では起電力が低くなる特性のものである。
【００２４】
但し、酸素センサ１８の構造は、前記ジルコニア管を備えるものに限定されず、例えばプレート型のセンサなどであっても良く、更に、ヒータ付とすることができる。
前記エンジンコントロールユニット５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等から構成されるマイクロコンピュータを含んでなり、前述の酸素センサ１８、エアフローメータ１３、水温センサ１６、クランク角センサ２０、スロットルセンサ２１などからの検出信号を入力し、燃料噴射弁１５による燃料噴射量ＴＩを制御する。
【００２５】
前記燃料噴射量ＴＩは、そのときのシリンダ吸入空気量で理論空燃比の混合気が生成されるように算出される基本燃料噴射量ＴＰ、始動時及び始動後増量分，低水温時の増量分，高負荷時の増量分，加減速時の増減補正分などを含んで設定される各種補正係数ＣＯＥＦ、バッテリ電圧による開弁遅れを補正するための電圧補正量ＴＳ、実際の空燃比を理論空燃比に近づけるための空燃比フィードバック補正係数LAMBDA（空燃比制御信号）に基づいて、ＴＩ＝ＴＰ×ＣＯＥＦ×LAMBDA＋ＴＳとして算出される。
【００２６】
前記空燃比フィードバック補正係数LAMBDAは、前記酸素センサ１８で検出される理論空燃比に対するリッチ・リーンに基づいて算出される。
前記空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの演算においては、まず、前記酸素センサ１８の出力電圧Ｖと理論空燃比相当の閾値電圧Ｓ／Ｌとを比較し、前記酸素センサ１８の出力電圧Ｖが前記閾値電圧Ｓ／Ｌよりも高い場合には、空燃比が理論空燃比よりもリッチであると判断し、前記酸素センサ１８の出力電圧Ｖが前記閾値電圧Ｓ／Ｌよりも低い場合には、空燃比が理論空燃比よりもリーンであると判断する（図２参照）。
【００２７】
そして、図３に示すように、空燃比がリーンからリッチに反転すると（出力電圧Ｖが閾値電圧Ｓ／Ｌを横切って増大変化すると）、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを、比例分Ｐだけステップ的に減少変化させ、その後、空燃比がリーンに反転するまで（出力電圧Ｖが閾値電圧Ｓ／Ｌを横切って減少変化するまで）の間、積分分Ｉによる傾きで空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを徐々に減少変化させる。
【００２８】
空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの減少変化による燃料噴射量ＴＩの減少補正で、空燃比がリッチからリーンに反転すると（出力電圧Ｖが閾値電圧Ｓ／Ｌを横切って減少変化すると）、今度は、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを、比例分Ｐだけステップ的に増大変化させ、その後、空燃比がリッチに反転するまで（出力電圧Ｖが閾値電圧Ｓ／Ｌを横切って増大変化するまで）の間、積分分Ｉによる傾きで空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを徐々に増大変化させる（図３参照）。
【００２９】
上記のエンジンコントロールユニット５０による、比例積分動作による空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの演算機能が、本実施形態における空燃比フィードバック制御手段に相当する。
尚、フィードバックゲインに相当する前記比例分Ｐ及び積分分Ｉは、固定値であっても良いし、機関負荷・機関回転速度などの機関運転状態に応じて可変に設定させることができる。
【００３０】
また、前記空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの基準値（初期値）は、実質的に燃料噴射量の増減補正を行わない１．０に予め設定されている。
ところで、前記三元触媒コンバータ１９（排気浄化用触媒）は、機関１１が理論空燃比で運転されると、ＣＯ，ＨＣの転換率、及び、ＮＯｘの転換率が共に高くなるが、触媒温度が所定温度以上になって活性化しないと所期の転換性能を発揮せず、ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘが充分に浄化されずに大気中に排出されることになってしまう。
【００３１】
そこで、機関１１の冷間始動時には、早期に三元触媒コンバータ１９を活性化することが望まれ、本実施形態では、三元触媒コンバータ１９の早期活性化を図るために、空燃比を理論空燃比よりもリーン化させて触媒雰囲気の酸素濃度を高め、触媒における酸化反応を促進させる制御を行う。
以下、前記エンジンコントロールユニット５０による触媒早期活性のためのリーン化制御（クランプ手段としての機能）を、図４及び図５のフローチャートに従って詳細に説明する。
【００３２】
図４のフローチャートに示すルーチンは、イグニッションスイッチのＯＮによって開始され、まず、ステップＳ１０１では、空燃比フィードバック制御の開始条件が成立しているか否かを判断する。
前記空燃比フィードバック制御の開始条件として、機関１１の始動時でないこと、及び、酸素センサ１８が活性化していることを判定する。
【００３３】
ここで、酸素センサ１８の出力が所定値以上のリッチ出力を発生している場合や、冷却水温度（機関温度）が所定温度以上であるときに、酸素センサ１８の活性状態を推定することができる。
尚、本実施形態では、機関１１の始動時でなく、かつ、酸素センサ１８が活性化しているときに、空燃比フィードバックの開始条件の成立を判断するが、これに限定されるものではなく、また、複数条件の全ての成立をもって空燃比フィードバックの実行条件の成立を判断させるのではなく、複数条件のうちの一部が成立しているときに空燃比フィードバックの実行条件の成立を判断させることができる。
【００３４】
前記空燃比フィードバック制御の開始条件が成立するまでは、ステップＳ１０１の判定を繰り返すことで、始動時及び始動後増量分，低水温時の増量分などを含んで設定される各種補正係数ＣＯＥＦによって、燃料噴射量を理論空燃比相当量よりも増量補正して、理論空燃比よりもリッチ空燃比で運転させる（図６参照）。
尚、空燃比フィードバック制御が開始されるまでの間、前記空燃比フィードバック補正係数LAMBDAは、基準値である1.0に保持される。
【００３５】
一方、機関１１の始動後に酸素センサ１８が活性化し、空燃比フィードバック制御の開始条件の成立が判断されると、ステップＳ１０２へ進み、酸素センサ１８の出力に基づいて理論空燃比に対するリッチ・リーンを判定し、該判定結果に基づいて空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを比例積分動作によって変化させる空燃比フィードバック制御を実行させる。
【００３６】
尚、空燃比フィードバック制御を実行させるときには、前記各種補正係数ＣＯＥＦを予め記憶される値にまで低下させて通常の増量補正をキャンセルし、その値を後述するクランプの終了まで保持させるようにする（図６参照）。
これは、各種補正係数ＣＯＥＦによる増量補正状態で、空燃比を理論空燃比にフィードバック制御しようとすると、理論空燃比付近に収束するのに時間がかかり、また、空燃比フィードバック制御のクランプ状態での空燃比制御精度が低下するためである。
【００３７】
また、酸素センサ１８の活性直後は、酸素センサ１８の出力特性が不安定であることなどから、リッチ・リーン判定の閾値電圧Ｓ／Ｌとして専用の閾値電圧を用いるようにすることが好ましい。
前記空燃比フィードバック制御の開始後は、ステップＳ１０３において、前記空燃比フィードバック補正係数LAMBDAをクランプしてオープン制御状態とする条件（クランプ条件）が成立したか否かを判断する。
【００３８】
ここでは、始動から所定時間が経過していること、機関１１のアイドル運転中（アクセル全閉）であること、前記空燃比フィードバック制御開始後から所定回数以上空燃比が反転していること（空燃比フィードバック補正係数LAMBDAが所定回数以上増減変化を繰り返していること）の全てが成立しているときに、前記クランプ条件が成立していると判断させる。
【００３９】
尚、クランプ条件を前記３条件に限定するものではなく、また、前記３条件のうちの少なくとも１つのみが成立したときに、クランプを実行させることができる。
空燃比フィードバック開始後からクランプ条件が成立するまでの期間（第１所定期間）では、酸素センサ１８の出力に基づく空燃比フィードバック制御（空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの比例・積分動作による演算・出力）を継続させ、クランプ条件が成立すると、ステップＳ１０４へ進む。
【００４０】
前記第１所定期間は、酸素センサ１８のリッチ・リーン出力が、凡そ理論空燃比を中心に安定して繰り返されるようになるのに充分な期間であり、実機検証やシミュレーションなどによって予め定められる。
ステップＳ１０４では、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAをクランプするときのクランプ値の演算を行う。
【００４１】
具体的には、クランプ条件が成立する直前の最後の１周期における空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの平均値に、予め記憶された補正係数Ｋ（＜1.0）を乗算し、その結果をクランプ値とする（クランプ値＝LAMBDAの平均値×補正係数Ｋ）。
前記平均値の演算においては、前記空燃比フィードバック補正係数LAMBDAが比例動作によって増大補正される直前の値を最小値、比例動作によって減少補正される直前の値を最大値として逐次更新記憶させ、クランプ条件が成立した時点での最大・最小値の平均値（平均値＝（最大値＋最小値）／２）を、最後の１周期における空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの平均値（中心値）として求める。
【００４２】
前記空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの平均値は、実際の空燃比を理論空燃比に一致させるための補正要求を示すことになり、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを前記平均値にクランプすることで、実際の空燃比を略理論空燃比に一致させることができる。
そして、前記平均値に補正係数Ｋを乗算することで減少補正した値をクランプ値とし、該クランプ値に空燃比フィードバック補正係数LAMBDAをクランプすれば、理論空燃比から一定割合だけ空燃比をリーン化させることになる。
【００４３】
例えば、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAのクランプ値を予め決定した固定値とする場合、燃料性状の違いなどによって前記固定値で得られる空燃比はばらつくことになってしまう。
しかし、前述のように、理論空燃比に一致させるための補正要求を知って、該補正要求を基準にクランプ値を決定すれば、理論空燃比に一致させるための補正要求は燃料性状の違いなどによって変化することになるから、クランプ値は、燃料性状の違いなどに影響されることなく略一定のリーン空燃比に制御できる値になる。
【００４４】
空燃比を広域に検出できる空燃比センサを備える場合には、空燃比をリーン状態にして触媒の早期活性化を図るときには、リーン空燃比を目標空燃比としてフィードバック制御を行わせることができる。
これに対して、本実施形態のように、酸素センサ１８を用いて空燃比フィードバック制御を行う機関１１では、目標空燃比をリーン空燃比としてのフィードバック制御を行えないが、理論空燃比にフィードバック制御させたときの空燃比フィードバック補正係数LAMBDAに基づいてリーン状態とするためのクランプ値を決定する構成としたことで、必要充分な精度でリーン空燃比に制御させることができる。
【００４５】
ステップＳ１０４でクランプ値を決定すると、次のステップＳ１０５では、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを前記クランプ値にクランプして、空燃比制御をオープン制御状態（フィードバック制御の停止状態）とする（図６参照）。
即ち、始動後所定期間（第１所定期間）だけ空燃比フィードバック制御を開始させ、このときの空燃比フィードバック補正係数LAMBDAからクランプ値を決定し、空燃比フィードバック制御の実行期間に続く所定期間（第２所定期間）で、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを前記クランプ値にクランプし、クランプ期間（第２所定期間）で空燃比をリーンに制御させる。
【００４６】
そして、空燃比がリーンに制御されるクランプ期間（第２所定期間）では、三元触媒コンバータ１９の雰囲気（流入排気）における酸素濃度が高まり、触媒における酸化反応が促進されて触媒温度が上昇することで、理論空燃比での運転に比べて触媒活性が早められる。
三元触媒コンバータ１９が早期に活性化すれば、始動後の早い時期から高い転換率でＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘを浄化させることができ、始動時におけるＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘの排出量を少なくできる。
【００４７】
尚、前記第２所定期間は、三元触媒コンバータ１９が活性したと推定されれば終了させることができ、触媒活性を判定することで終期を判定したり、実機やシミュレーションから予め定めた所定値としたりすることができる。
前記クランプ中は、ステップＳ１０４で算出したクランプ値にクランプすることを基本とするが、本実施形態では、クランプ中に外乱によって空燃比がリッチ化した場合に、クランプ値を補正してリーン状態に戻すようになっており、係るクランプ値の補正制御を図５のフローチャートに従って説明する。
【００４８】
尚、図５のフローチャートに示すルーチンは、図４のフローチャートのステップＳ１０５での処理内容を詳細に示すものである。
図５のフローチャートにおいて、ステップＳ２０１では、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAのクランプ状態で、酸素センサ１８の出力電圧Ｖが閾値電圧Ｓ／Ｌを超え、リッチ判定されたか否かを判断する。
【００４９】
そして、リッチ判定されるとステップＳ２０２へ進み、クランプ値を一定速度で減少変化させる補正、即ち、空燃比をリーン化方向に変化させる補正を開始させ、次のステップＳ２０３では、前記クランプ値の減少補正によって酸素センサ１８の出力電圧Ｖが閾値電圧Ｓ／Ｌを下回るようになったか否か、換言すれば、リーン状態に戻ったか否かを判断する。
【００５０】
空燃比がリーン状態に戻るまでは、クランプ値の減少補正を継続させ、リーン状態に戻ったことが検出されると、ステップＳ２０４へ進んで、クランプ値の減少補正を停止させ、その時点でのクランプ値を以後保持させる。
上記のように、クランプ中に何らかの外乱で空燃比が理論空燃比よりもリッチになったときに、クランプ値を減少補正してリーン状態に戻すようにすれば、外乱によってリッチになったまま放置されることがなく、リーン運転による触媒活性の早期化を確実に図ることができる。
【００５１】
ステップＳ１０６では、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAのクランプの中止条件が成立したか否かを判断する。
ここでは、機関回転速度の変動が所定以上になった、機関回転速度が所定値以上に低下した、アイドル運転状態を脱して走行状態になった、冷却水温度が所定温度以上になった（触媒の活性化が推定された）などのクランプ中止条件のうちの１つでも成立すると、ステップＳ１０８へ進んで通常制御（空燃比フィードバック制御）を開始させ、クランプを中止させる。
【００５２】
機関回転速度に基づくクランプの中止条件は、リーン運転による燃焼安定性の低下などによって回転が不安定になった場合に、理論空燃比での運転に戻して機関運転の安定性を確保するものである。
また、アイドル運転を脱することによるクランプの中止は、機関１１が中・高負荷で運転されることで、排気流量・排気温度が上がり、これが触媒活性を促進させることになり、リーン運転を継続させる必要性がないためである。
【００５３】
更に、冷却水温度が所定温度以上になって触媒が活性化したものと推定される場合には、活性促進の必要性がなくなったことになるので、クランプを中止させる。
尚、触媒活性の判断は、冷却水温度に基づいて行える他、触媒の温度を直接温度センサで検出することによっても行える。
一方、クランプの中止条件が成立していない場合には、ステップＳ１０７へ進んで、クランプの終了条件が成立しているか否かを判断する。
【００５４】
例えば、クランプ開始からの経過時間が所定時間に達しいている場合に、クランプ終了条件の成立を判断し、ステップＳ１０８へ進んで通常制御（空燃比フィードバック制御）を開始させることで、クランプを終了させる。
即ち、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAのクランプは、所定時間だけ行わせるようになっているが、所定時間に達する前に、前記中止条件が成立した場合には、所定時間に達する前にクランプを中止するようになっており、クランプ開始後、中止又は終了判定されるまでの期間（第２所定期間）において空燃比フィードバック補正係数LAMBDAをクランプすることで、空燃比をリーン状態に保持させ、触媒の早期活性化が図れる。
【００５５】
尚、上記リーン運転によって触媒の早期活性化を図る制御は、酸素センサ１８の活性化に対して触媒活性が遅れる機関において特に有効であり、例えばＶ型又は水平対向機関で各バンクの排気マニホールドの集合部に酸素センサが配置され、触媒が、各バンクの排気管が合流した後に配置されるような場合に、酸素センサの活性に対して触媒活性が遅れることになる。
【００５６】
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）前記クランプ手段が、前記平均値に補正係数（＜1.0）を乗算した結果を、前記クランプ値に決定することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の空燃比制御装置。
上記発明によると、空燃比制御信号の平均値は、理論空燃比に一致させるための補正要求を示し、この平均値に補正係数（＜1.0）を乗算することで、理論空燃比を基準に一定割合だけ空燃比をリーン化させるクランプ値が設定されることになる。
【００５７】
従って、理論空燃比にするための補正要求にバラツキがあっても、クランプ中の空燃比を一定のリーン空燃比に制御することができる。
（ロ）前記クランプ手段が、機関回転速度が所定以上に変動するようになったときに、前記クランプを中止させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【００５８】
上記発明によると、空燃比制御信号をクランプしてリーンに制御しているときに、機関回転速度が所定以上に変動するようになったときには、空燃比のリーン化によって燃焼安定性が低下しているものと推定されるので、クランプを中止させて理論空燃比での運転に戻すことで、燃焼安定性を回復させる。
従って、リーンクランプによって燃焼安定性が低下したときにそのまま放置されることがなく、機関運転の安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施形態における内燃機関のシステム構成図。
【図２】実施形態における空燃比と酸素センサの出力との相関を示す線図。
【図３】実施形態における理論空燃比に対するリッチ・リーン判定に基づく比例積分制御の基本特性を示すタイミングチャート。
【図４】実施形態における触媒の早期活性化のための空燃比制御の様子を示すフローチャート。
【図５】実施形態におけるクランプ中のクランプ値の補正制御を示すフローチャート。
【図６】実施形態における空燃比フィードバック制御期間とそれに続くクランプ期間での空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの様子を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００６０】
１１…内燃機関、１３…エアフローメータ、１５…燃料噴射弁、１８…酸素センサ、１９…三元触媒コンバータ、５０…コントロールユニット
【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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