(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路に排気浄化用の上流側触媒及び下流側触媒を備える一方、上流側触媒上流の排気組成に基づいて空燃比を検出する空燃比検出手段と、検出空燃比が理論空燃比となるように機関への燃料供給量をフィードバック制御する空燃比フィードバック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、
前記空燃比フィードバック制御手段を、
検出空燃比のリーン・リッチの反転時に空燃比フィードバック補正係数を所定の比例定数分増減する比例制御手段と、
検出空燃比のリーン・リッチに応じて所定時間毎に空燃比フィードバック補正係数を所定の積分定数分増減する積分制御手段と、
空燃比フィードバック補正係数により燃料供給量を補正する燃料供給量補正手段と、を含んで構成する一方、
前記上流側触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
検出された触媒温度が所定値以上のときに、前記比例制御手段による検出空燃比のリーン・リッチの反転時における空燃比フィードバック補正係数の比例定数分の増減を、リーンからリッチへの反転時であるかリッチからリーンへの反転時であるかにかかわらず、遅延させ、この遅延させている間、前記積分制御手段を停止させて、空燃比フィードバック補正係数をホールドする応答性低下手段と、
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】
前記応答性低下手段による遅延時間を排気流量に応じて可変する応答性低下度合可変手段を設けた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、特に機関排気通路に備えられる排気浄化用の触媒の焼損・劣化を防止するための空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の内燃機関の空燃比制御装置として、例えば特開昭６３−３８６４８号公報に示されるようなものがある。
これは、触媒の温度を検出して、これが所定値以上となった場合に、空燃比の制御中心をリッチ側にずらすことにより、触媒の転化率を低下させて、反応熱による温度上昇を防止し、これにより触媒の劣化を防止するものである。
【０００３】
具体的には、Ｏ2 センサ出力がスライスレベルを切ってから、リッチ・リーン判定するまでにディレイ時間を設け、触媒高温時にリーン→リッチ判定時のディレイ時間を大とすることにより、空燃比の制御中心をリッチ側にずらしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の内燃機関の空燃比制御装置にあっては、空燃比の制御中心をリッチ側にずらすので、上流側触媒（マニホルード触媒）のみでなく、下流側触媒（床下触媒）での転化率も低下するため、ＣＯ，ＨＣの排出量が増大するという問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、排気性能を悪化させることなく、触媒の焼損・劣化を防止できるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、図１に示すように、機関排気通路に排気浄化用の上流側触媒及び下流側触媒を備える一方、上流側触媒上流の排気組成に基づいて空燃比を検出する空燃比検出手段と、検出空燃比が理論空燃比となるように機関への燃料供給量をフィードバック制御する空燃比フィードバック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、前記空燃比フィードバック制御手段を、検出空燃比のリーン・リッチの反転時に空燃比フィードバック補正係数を所定の比例定数分増減する比例制御手段と、検出空燃比のリーン・リッチに応じて所定時間毎に空燃比フィードバック補正係数を所定の積分定数分増減する積分制御手段と、空燃比フィードバック補正係数により燃料供給量を補正する燃料供給量補正手段と、を含んで構成する一方、前記上流側触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、検出された触媒温度が所定値以上のときに、前記比例制御手段による検出空燃比のリーン・リッチの反転時における空燃比フィードバック補正係数の比例定数分の増減を、リーンからリッチへの反転時であるかリッチからリーンへの反転時であるかにかかわらず、遅延させ、この遅延させている間、前記積分制御手段を停止させて、空燃比フィードバック補正係数をホールドする応答性低下手段とを設けるようにしたものである。
【０００７】
すなわち、上流側触媒の温度が所定値以上のときは、前記比例制御手段による検出空燃比のリーン・リッチの反転時における空燃比フィードバック補正係数の比例定数分の増減を、リーン→リッチの反転時であるかリッチ→リーンの反転時であるかにかかわらず、遅延させることで、検出空燃比に対する空燃比制御の応答性を低下させて、上流側触媒入口での空燃比のパータベーション（perturbation；混乱）を大とすることにより、上流側触媒の転化率を低下させて、反応熱による触媒の温度上昇を防止する。このようにしても、空燃比の制御中心はストイキとしているため、下流側触媒入口での空燃比は、上流側触媒による平衡化作用もあって、空燃比の振幅が過大となることもなく、ストイキ付近に制御されるから、エミッションの悪化を抑制できる。
【０００８】
また、前記比例制御手段による空燃比フィードバック補正係数の比例定数分の増減を遅延させている間、前記積分制御手段を停止させて、空燃比フィードバック補正係数をホールドすることにより、比例制御の遅延による効果をより活かすことができる。
【０００９】
請求項２に係る発明では、前記応答性低下手段による遅延時間（応答性の低下度合）を排気流量に応じて可変する応答性低下度合可変手段を設けたことを特徴とする。
排気流量が大のときは、触媒の最大ストレージ量に達する時間が短くなるため、応答性の低下を抑制し、下流側触媒入口空燃比の振幅が過大にならないようにするのである。
【００１０】
【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２は本発明の一実施例を示すシステム図である。先ず、これについて説明する。
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から吸気ダクト３、スロットル弁４、吸気マニホールド５及び各吸気弁６を介して空気が吸入される。吸気マニホールド５の各ブランチ部には各気筒毎に燃料噴射弁７が設けられている。
【００１１】
燃料噴射弁７は、ソレノイドに通電されて開弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であって、後述するコントロールユニット14からの駆動パルス信号により通電されて開弁し、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に調整された燃料を噴射供給する。
機関１の各燃焼室には点火栓８が設けられており、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させる。
【００１２】
そして、機関１の各燃焼室からの排気は、各排気弁９から排気マニホールド10を介して、上流側触媒（以下「マニ触媒」という）11に導かれる。更には、排気ダクト12を介して、下流側触媒（以下「床下触媒」という）13に導かれる。
コントロールユニット14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クロコンピュータを備え、各種センサからの入力信号を受け、後述のごとく演算処理して、燃料噴射弁７の作動を制御する。
【００１３】
前記各種センサとしては、機関１のクランク軸又はカム軸回転よりクランク角度と共にエンジン回転数Ｎを検出可能なクランク角センサ15、吸気ダクト３内で吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ16、スロットル弁４の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ17（スロットル弁４の全閉位置でＯＮとなるアイドルスイッチを含む）、エンジン１の冷却水温ＴＷを検出する水温センサ18、排気マニホールド10の集合部にてマニ触媒11上流の排気空燃比のリッチ・リーンに応じた信号を出力する上流側Ｏ2 センサ19、更には、マニ触媒11下流（床下触媒13上流）にて排気空燃比のリッチ・リーンに応じた信号を出力する下流側Ｏ2 センサ20などが設けられている。また、図示しないが、スタートスイッチからの信号も用いられる。
【００１４】
次に、コントロールユニット14の演算処理内容について、図３〜図５のフローチャートにより説明する。
図３は触媒温判定ルーチンのフローチャートであり、時間同期で実行される。
ステップ１（図にはＳ１と記してある。以下同様）では、スタートスイッチがＯＮか否かを判定し、ＯＮのとき（始動時）は、ステップ２で、始動後経過時間を計測するタイマＴＭ１をクリアし、ステップ３で、図６のテーブルを参照し、水温センサ18により検出される始動時の水温ＴＷＩＮＴの関数ｆとして、暖機時間Ｔ１＝ｆ（ＴＷＩＮＴ）を推定する。スタートスイッチがＯＦＦのときは、ステップ４で、始動後経過時間を計測するタイマＴＭ１をカウントアップする。
【００１５】
ステップ５では、図７のマップを参照し、機関回転数Ｎと基本燃料噴射量（負荷）ＴＰとの関数ｇとして、定常触媒温ＴＣＡ＝ｇ（Ｎ，ＴＰ）を推定する。
ステップ６では、タイマ（始動後経過時間）ＴＭ１を暖機時間Ｔ１と比較して、ＴＭ１≧Ｔ１のときは、ステップ７で、水温センサ18により検出される水温ＴＷが所定値ＴＷ１以上か否かを判定する。
【００１６】
この結果、ＴＭ１＜Ｔ１又はＴＷ＜ＴＷ１のときは、ステップ８へ進んで、触媒温ＴＣ＝定常触媒温ＴＣＡと推定する。そして、ステップ11へ進んで、触媒通常温であることを示すべく、フラグＦ１＝０とする。また、ステップ12で、ディレイを解除すべく、フラグＦ３＝０とする。
ＴＭ１≧Ｔ１かつＴＷ≧ＴＷ１のときは、ステップ９へ進んで、次式のごとく、定常触媒温ＴＣＡの加重平均により、触媒温ＴＣを推定する。
【００１７】
ＴＣ＝〔（ｎ−１）／ｎ〕・ＴＣ＋（１／ｎ）・ＴＣＡ
尚、この実施例では、触媒温ＴＣを機関運転状態より推定して検出しているが、センサにより直接的に検出するようにしてもよい。
そして、ステップ10へ進んで、推定された触媒温ＴＣが所定値ＴＣ１以上か否かを判定する。
【００１８】
この結果、ＴＣ＜ＴＣ１のときは、ステップ11へ進んで、触媒通常温であることを示すべく、フラグＦ１＝０とする。また、ステップ12で、ディレイを解除すべく、フラグＦ３＝０とする。
ＴＣ≧ＴＣ１のときは、ステップ13へ進んで、触媒高温であることを示すべく、フラグＦ１＝１とする。また、ステップ14で、図８のマップを参照し、機関回転数Ｎと基本燃料噴射量（負荷）ＴＰとの関数ｈとして、ディレイ時間Ｔ２＝ｈ（Ｎ，ＴＰ）を設定する。
【００１９】
ディレイ時間Ｔ２は一定値でもよいが、排気流量が大のときは、触媒の最大ストレージ量に達する時間が短くなるため、ディレイ時間Ｔ２を短くするのが望ましい。ディレイ時間Ｔ２が長すぎると、床下触媒入口空燃比の振幅が大きくなるからである。よって、この実施例では、機関運転状態より排気流量が大きな領域でディレイ時間Ｔ２を短くしている。
【００２０】
図４は空燃比フィードバック制御ルーチンのフローチャートであり、時間同期で実行される。
ステップ21では、空燃比フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御条件か否かを判定し、制御条件でない場合は、ステップ22で、空燃比フィードバック補正係数αを1.0 にクランプして、本ルーチンを終了する。
【００２１】
ステップ23では、上流側Ｏ2 センサ19の信号ＯＳ１を読込み、ステップ24で、その信号ＯＳ１と所定のスライスレベルＳＬ１とを比較し、ＯＳ１≦ＳＬ１のときはステップ25でＦ２＝０（リーン）と判定し、ＯＳ１＞ＳＬ１のときはステップ26でＦ２＝１（リッチ）と判定する。
そして、ステップ27へ進むが、ステップ27以降については、触媒通常温の場合と触媒高温の場合とに分けて説明する。
【００２２】
〔触媒通常温の場合；Ｆ１＝０〕
ステップ27では、フラグＦ２が反転したか否かを判定し、反転時（リッチ・リーンの反転時）は、ステップ28へ進む。
ステップ28では、フラグＦ１＝１（触媒高温）か否かを判定し、フラグＦ１＝０（触媒通常温）の場合は、ステップ29へ進む。
【００２３】
ステップ29では、フラグＦ２＝１（リッチ）か否かを判定し、フラグＦ２＝０（リーン）の場合は、リッチ→リーンの反転時であるため、ステップ30で空燃比フィードバック補正係数αを所定の比例定数ＰL 分増大させる。逆にフラグＦ２＝１（リッチ）の場合は、リーン→リッチの反転時であるため、ステップ31で空燃比フィードバック補正係数αを所定の比例定数ＰR 分減少させる。
【００２４】
ステップ27での判定の結果、非反転時は、ステップ32へ進む。
ステップ32では、フラグＦ１＝１（触媒高温）か否かを判定し、フラグＦ１＝０（触媒通常温）の場合は、ステップ33へ進む。
ステップ33では、フラグＦ２＝１（リッチ）か否かを判定し、フラグＦ２＝０（リーン）の場合は、ステップ34で空燃比フィードバック補正係数αを所定の積分定数ＩL 分増大させる。逆にフラグＦ２＝１（リッチ）の場合は、ステップ35で空燃比フィードバック補正係数αを所定の積分定数ＩR 分減少させる。尚、ＩL <<ＰL 、ＩR <<ＰR である。
【００２５】
〔触媒高温の場合；Ｆ１＝１〕
ステップ27では、フラグＦ２が反転したか否かを判定し、反転時（リッチ・リーンの反転時）は、ステップ28へ進む。
ステップ28では、フラグＦ１＝１（触媒高温）か否かを判定し、フラグＦ１＝１（触媒高温）の場合は、ステップ36へ進む。
【００２６】
ステップ36では、ディレイ開始のため、フラグＦ３＝１とし、また、ステップ37で、ディレイ時間計測用のタイマＴＭ２をクリアして、本ルーチンを終了する。
その後は、ステップ27での判定でステップ32へ進むと、ステップ32でフラグＦ１＝１（触媒高温）か否かを判定し、フラグＦ１＝１（触媒高温）の場合は、ステップ38へ進む。
【００２７】
ステップ38では、フラグＦ３＝１（ディレイ中）か否かを判定し、フラグＦ３＝１（ディレイ中）であれば、ステップ39へ進んで、ディレイ時間計測用のタイマＴＭ２をカウントアップする。
そして、ステップ40で、タイマＴＭ２が予め定めたディレイ時間Ｔ２に達したか否かを判定し、ディレイ時間Ｔ２内であれば、本ルーチンを終了する。このディレイ中、空燃比フィードバック補正係数αはホールドされる。
【００２８】
そして、ディレイ時間Ｔ２経過すると、ステップ41で、ディレイ解除のため、フラグＦ３＝０とした後、ステップ29からステップ30又は31へ進んで、空燃比フィードバック補正係数αへの比例定数分の付加を行う。
その後は、ステップ38での判定で、Ｆ３＝０であるので、ステップ33からステップ34又は35へ進んで、空燃比フィードバック補正係数αへの積分定数分の付加を行う。
【００２９】
このような制御により、触媒高温の場合の空燃比フィードバック補正係数αは図９に示すように変化する。
図５は燃料噴射量演算ルーチンのフローチャートであり、時間同期又は回転同期で実行される。
ステップ51では、エアフローメータ16により検出される吸入空気流量Ｑとクランク角センサ15により検出される機関回転数Ｎとから、次式にしたがって、基本燃料噴射量ＴＰを算出する。
【００３０】
ＴＰ＝Ｋ・Ｑ／Ｎ      （Ｋは定数）
ステップ52では、基本燃料噴射量ＴＰと、空燃比フィードバック補正係数αと、バッテリ電圧依存の電圧補正分ＴＳとから、次式にしたがって、燃料噴射量ＴＩを算出する。
ＴＩ＝ＴＰ・α＋ＴＳ
燃料噴射量ＴＩが算出されると、機関回転に同期した所定のタイミングで、ＴＩのパルス幅の駆動パルス信号が噴射気筒の燃料噴射弁７に出力されて、燃料噴射が行われる。
【００３１】
このように、マニ触媒11が高温のときは、空燃比のリッチ・リーンの反転後の比例制御を遅延させて、マニ触媒11入口での空燃比のパータベーションを大とすることにより、マニ触媒11の転化率を低下させて、反応熱によるマニ触媒11の温度上昇を防止する。このようにしても、空燃比の制御中心はストイキとしているため、床下触媒13入口での空燃比は、マニ触媒11による平衡化作用もあって、空燃比の振幅が過大となることもなく、ストイキ付近に制御されるから、エミッションの悪化を抑制できる。
【００３２】
本実施例においては、上流側Ｏ2 センサ19が空燃比検出手段に相当する。また、図４のルーチンと図５のルーチンが空燃比フィードバック制御手段に相当し、特に図４のステップ29〜31の部分が比例制御手段、図４のステップ33〜35の部分が積分制御手段、図５のステップ52の部分が燃料供給量補正手段に相当する。また、図３のルーチンが触媒温度検出手段に相当する。また、図４のステップ28，，32，36〜37，38〜41の部分が応答性低下手段（比例制御遅延手段）に相当する。また、図３のステップ14の部分が応答性低下度合可変手段に相当する。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、上流側触媒が高温のときは、検出空燃比のリーン・リッチの反転時における空燃比フィードバック補正係数の比例定数分の増減を、リーン→リッチの反転時であるかリッチ→リーンの反転時であるかにかかわらず、遅延させることで、検出空燃比に対する空燃比制御の応答性を低下させ、空燃比の制御中心をストイキとしたまま、上流側触媒入口での空燃比のパータベーションを大とすることにより、エミッションを悪化させることなく、上流側触媒の焼損・劣化を防止できるという効果が得られる。
【００３４】
また、空燃比フィードバック補正係数の比例制御を遅延させることで、簡単に実現できるという効果が得られる。
また、比例制御を遅延させている間、空燃比フィードバック補正係数をホールドすることで、比例制御の遅延による効果をより活かすことができるという効果が得られる。
【００３５】
請求項２に係る発明によれば、遅延時間（応答性の低下度合）を排気流量に応じて可変することで、触媒の特性変化に対応できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】  本発明の一実施例を示すシステム図
【図３】  触媒温判定ルーチンのフローチャート
【図４】  空燃比フィードバック制御ルーチンのフローチャート
【図５】  燃料噴射量演算ルーチンのフローチャート
【図６】  暖機時間の特性図
【図７】  定常触媒温の特性図
【図８】  ディレイ時間の特性図
【図９】  空燃比フィードバック補正係数の変化の様子を示す図
【符号の説明】
１  内燃機関
７  燃料噴射弁
10  排気マニホールド
11  上流側触媒（マニ触媒）
12  排気ダクト
13  下流側触媒（床下触媒）
14  コントロールユニット
15  クランク角センサ
16  エアフローメータ
18  水温センサ
19  上流側Ｏ2 センサ
20  下流側Ｏ2 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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