(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する内燃機関の排気系に設けられた酸素濃度センサと、前記気筒毎に設けられ、前記機関の吸気通路内に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁と、前記酸素濃度センサ出力と基準値との比較結果に応じて、比例項及び積分項を用いて空燃比制御量を算出し、該空燃比制御量により前記燃料噴射弁の開弁時間を算出するフィードバック制御手段と、当該算出された開弁時間に亘って前記複数の燃料噴射弁を略同時期に開弁させる斉時噴射制御手段とを備え、燃料供給を常時斉時噴射によって行う内燃機関の空燃比制御装置において、
前記フィードバック制御手段は、前記酸素濃度センサ出力が前記基準値より小さい状態から大きい状態へ、またはその逆に変化した時点から所定遅延時間経過後に前記比例項により前記空燃比制御量を更新する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】
本発明は、複数の気筒を有する内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に複数の燃料噴射弁を同時期に開弁するいわゆる斉時噴射により燃料の供給を行うものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の気筒を有する内燃機関の吸気管に設けられた複数の燃料噴射弁を同時期に開弁する斉時噴射を行うようにした内燃機関の制御装置は、従来より知られている（特開昭６０−１３４９号公報）。また、内燃機関の排気系に酸素濃度センサを設け、この酸素濃度センサの出力に応じて、前記燃料噴射弁による燃料噴射量をフィードバック制御する技術も広く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の気筒を有する内燃機関のコストを低減するために特定の気筒のピストンの位置を検出するいわゆる気筒判別センサを設けない構成を採用し、各気筒の行程（吸気、圧縮、爆発、排気のいずれに行程にあるか）を判別せずに斉時噴射を実行するとともに、内燃機関の排気系に配置した酸素濃度センサの出力に応じた空燃比のフィードバック制御を行うようにすると、以下のような問題があった。
【０００４】
すなわち、複数気筒に対して斉時噴射を行うと、噴射後直ちに燃焼室内に噴射燃料が吸入される気筒と、噴射後いくつかの行程を経た後でなければ吸入されない気筒とが存在することになり、吸気管に付着する燃料量のばらつき、あるいは噴射の実行から実際に燃焼して排気系に達するまでの時間遅れのばらつきなどに起因して、フィードバック制御による補正が気筒によっては不適切なものとなり、排気ガス特性が悪化する傾向があった。
【０００５】
またフィードバック制御の補正が必ずしも適切に実行されない結果として、燃料噴射弁などの特性ばらつきの影響が十分に除かれないこととなり、その点も排気ガス特性を悪化させる一因となっていた。
【０００６】
本発明はこの問題を解決するためになされたものであり、斉時噴射によって燃料供給を行う場合において、良好な排気ガス特性を得ることができる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請求項１に記載の発明は、複数の気筒を有する内燃機関の排気系に設けられた酸素濃度センサと、前記気筒毎に設けられ、前記機関の吸気通路内に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁と、前記酸素濃度センサ出力と基準値との比較結果に応じて、比例項及び積分項を用いて空燃比制御量を算出し、該空燃比制御量により前記燃料噴射弁の開弁時間を算出するフィードバック制御手段と、当該算出された前記開弁時間に亘って前記複数の燃料噴射弁を略同時期に開弁させる斉時噴射制御手段とを備え、燃料供給を常時斉時噴射によって行う内燃機関の空燃比制御装置において、前記フィードバック制御手段は、前記酸素濃度センサ出力が前記基準値より小さい状態から大きい状態へ、またはその逆に変化した時点から所定遅延時間経過後に前記比例項により前記空燃比制御量を更新することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、比例項による空燃比制御量の更新時期が、酸素濃度センサ出力の変化に対して相対的に遅延し、空燃比制御量の更新周期が従来より長くなる。そのため、排気系に設けられた三元触媒の酸素蓄積能力が有効に活用され、気筒毎のばらつきの影響が軽減され、また、特定の気筒のピストン位置を検出する気筒判別センサを設けない構成を採用することにより内燃機関のコストを低減することができ、もって内燃機関のコストを低減し且つ全体として排気ガス特性を向上させることが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施の一形態に係る内燃機関（以下「エンジン」という）及びその空燃比制御装置の全体構成図であり、例えば３気筒のエンジン１の吸気通路２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力してエンジン制御用電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。
【００１１】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気通路２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００１２】
一方、スロットル弁３の直ぐ下流には吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ７が設けられており、この絶対圧センサ７により電気信号に変換された絶対圧信号は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その下流には吸気温（ＴＡ)センサ８が取付けられており、吸気温ＴＡを検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００１３】
エンジン１の本体に装着されたエンジン水温（ＴＷ）センサ９はサーミスタ等から成り、エンジン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００１４】
エンジン１の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲には、エンジン回転数（ＮＥ）センサ１０が取り付けられている。エンジン回転数センサ１０は、エンジン１の各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（３気筒エンジンではクランク角２４０゜毎に）ＴＤＣ信号パルスを出力するものであり、このＴＤＣ信号パルスはＥＣＵ５に供給される。
【００１５】
排気管１２には排気ガスを浄化する三元触媒１６が設けられている。三元触媒１６は、酸素蓄積能力を有し、エンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比近傍に制御されるときに、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを最も効率的に低減する。三元触媒１６の上流位置には、酸素濃度センサ（以下「Ｏ２センサ」という）１４が設けられており、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。
【００１６】
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路５ａ、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」という）５ｂ、ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶手段５ｃ、前記燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回路５ｄ等から構成される。
【００１７】
ＣＰＵ５ｂは、上述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて、種々のエンジン運転状態を判別するとともに、該判別されたエンジン運転状態に応じて、次式（１）に基づき、前記ＴＤＣ信号パルスに同期する燃料噴射弁６の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算する。
【００１８】
ＴＯＵＴ＝ＴＩ×ＫＯ２×Ｋ１＋Ｋ２…（１）
ここに、ＴＩは燃料噴射弁６の基本燃料噴射時間であり、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて決定される。
【００１９】
ＫＯ２は、Ｏ２センサ１４の出力ＶＯ２に応じて後述するように比例項及び積分項を用いて算出される空燃比補正係数である。
【００２０】
Ｋ１及びＫ２は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数および補正変数であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速特性等の諸特性の最適化が図れるような所定値に決定される。
【００２１】
ＣＰＵ５ｂは上述のようにして求めた燃料噴射時間ＴＯＵＴに基づいて燃料噴射弁６を駆動する信号を出力回路５ｄを介して燃料噴射弁６に供給する。本実施形態では、特定の気筒のピストン位置を検出する気筒判別センサを設けない構成を採用しているため、３つの気筒のそれぞれがどの行程にあるかをＣＰＵ５ｂが検出できないので、各気筒に対応して設けられた燃料噴射弁６を略同時期に開弁させる斉時噴射を行う。より具体的には、ＴＤＣ信号パルスが３回発生する毎に１回の斉時噴射を行う。
【００２２】
図２は、ＶＯ２反転判断処理のフローチャートであり、図３はこの反転判断処理で設定されるフラグの値に応じて空燃比補正係数ＫＯ２を算出するＫＯ２算出処理のフローチャートである。これらの処理は、ＣＰＵ５ｂでＴＤＣ信号パルスの発生に同期して実行される。
【００２３】
ＶＯ２反転判断処理は、Ｏ２センサ出力ＶＯ２と基準値ＰＶＲＥＦとの大小関係を判別し、空燃比が理論空燃比よりリッチ側にあることを「１」で示すリッチフラグＦＰＶＲＥＦを設定するとともに、その大小関係の反転時点から所定遅延時間後に比例項ＰＲ、ＰＬによる空燃比補正係数ＫＯ２の更新を行うために、比例項ＰＲ、ＰＬによる空燃比補正係数ＫＯ２の更新タイミングであることを「１」で示す反転フラグＦＰＯ２ＲＥＶを設定する処理である。
【００２４】
図２のステップＳ１１では、Ｏ２センサ出力ＶＯ２が、理論空燃比にほぼ対応する基準値ＰＶＲＥＦより大きいか否かを判別し、ＶＯ２＞ＰＶＲＥＦであって空燃比が理論空燃比よりリッチ側にあるときは、リッチフラグＦＰＶＲＥＦを「１」に設定し（ステップＳ１２）、ＶＯ２≦ＰＶＲＥＦであって、空燃比が理論空燃比よりリーン側にあるときは、リッチフラグＦＰＶＲＥＦを「０」に設定し（ステップＳ１３）、ステップＳ１４に進む。
【００２５】
ステップＳ１４では、リッチフラグＦＰＶＲＥＦが前回の値と等しいか否か、すなわちＯ２センサ出力ＶＯ２と基準値ＰＶＲＥＦとの大小関係が同一であるか否かを判別し、同一であるときは、反転フラグＦＰＯ２ＲＥＶを「０」に設定し（ステップＳ１５）、前記所定遅延時間を計測するための遅延カウンタＣＶＲＥＦの値を「０」に設定して（ステップＳ２４）、本処理を終了する。
【００２６】
ステップＳ１４で、リッチフラグＦＰＶＲＥＦが前回の値と異なるとき、すなわち前記大小関係が反転したときは、反転フラグＦＰＯ２ＲＥＶを「１」に設定し（ステップＳ１６）、次いで遅延カウンタＣＶＲＥＦを「１」だけインクリメントする（ステップＳ１９）。
【００２７】
続くステップＳ２０では、リッチフラグＦＰＶＲＥＦが前回「１」であったか否かを判別し、前回ＦＰＶＲＥＦ＝１であったときは、所定カウント値ＮＶＲＥＦをリッチ側所定値ＮＶＲＥＦＲに設定し（ステップＳ２１）、前回ＦＰＶＲＥＦ＝０であったときは、所定カウント値ＮＶＲＥＦをリーン側所定値ＮＶＲＥＦＬに設定して（ステップＳ２２）、ステップＳ２３に進む。
【００２８】
ステップＳ２３では、遅延カウンタＣＶＲＥＦの値が所定カウント値ＮＶＲＥＦより小さいか否かを判別し、ＣＶＲＥＦ＜ＮＶＲＥＦである間はリッチフラグＦＰＶＲＥＦを前回の値に戻すとともに（ステップＳ２５）、反転フラグＦＰＯ２ＲＥＶを「０」に戻して（ステップＳ２６）、本処理を終了する。
【００２９】
ステップＳ２３でＣＶＲＥＦ＝ＮＶＲＥＦとなると、前記ステップＳ２４に進む。すなわち、この場合には、リッチフラグＦＰＶＲＥＦが今回値に保持され、反転フラグＦＰＯ２ＲＥＶが「１」に保持されるので、後述するように比例項ＰＲ，ＰＬによる空燃比補正係数ＫＯ２の更新が実行される。
【００３０】
図３の処理は図２の処理の終了後に実行され、先ずステップＳ４１では、反転フラグＦＰＯ２ＲＥＶが「１」であるか否かを判別し、ＦＰＯ２ＲＥＶ＝１であって比例項ＰＲ，ＰＬによる更新タイミングであるときは、リッチフラグＦＰＶＲＥＦが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ４２）。その結果、ＦＰＶＲＥＦ＝０であるときは、空燃比補正係数ＫＯ２を比例項ＰＲを加算することにより更新し（ステップＳ４３）、ＦＰＶＲＥＦ＝１であるときは、空燃比補正係数ＫＯ２を比例項ＰＬを減算することにより更新して（ステップＳ４４）、本処理を終了する。
【００３１】
また、ステップＳ４１でＦＰＯ２ＲＥＶ＝０であるときは、ステップＳ４５でリッチフラグＦＰＶＲＥＦが「１」であるか否かを判別し、ＦＰＶＲＥＦ＝０であるときは、空燃比補正係数ＫＯ２を積分項ＩＲを加算することにより更新し（ステップＳ４６）、ＦＰＶＲＥＦ＝１であるときは、空燃比補正係数ＫＯ２を積分項ＩＬを減算することにより更新して（ステップＳ４７）、本処理を終了する。
【００３２】
図４は、図２及び３の処理を説明するためのタイムチャートであり、時刻ｔ１にＯ２センサ出力ＶＯ２が基準値ＰＶＲＥＦより低下すると、遅延カウンタＣＶＲＥＦのインクリメントが開始され、そのカウント値が所定カウント値ＮＶＲＥＦに達すると（時刻ｔ２）、リッチフラグＦＰＶＲＥＦが「０」に設定されるとともに、反転フラグＦＰＯ２ＲＥＶが「１」に設定され、空燃比補正係数ＫＯ２が比例項ＰＲを加算することにより更新される。時刻ｔ２以後は、積分項ＩＲによる更新が行われ、空燃比補正係数ＫＯ２の値は徐々に増加する。なお、遅延カウンタＣＶＲＥＦのカウント値及び反転フラグＦＰＯ２ＲＥＶは、すぐに「０」に戻される。
【００３３】
時刻ｔ３になると、Ｏ２センサ出力ＶＯ２が基準値ＰＶＲＥＦを越えるので、遅延カウンタＣＶＲＥＦのインクリメントが開始され、そのカウント値が所定カウント値ＮＶＲＥＦに達すると（時刻ｔ４）、リッチフラグＦＰＶＲＥＦが「１」に設定されるとともに、反転フラグＦＰＯ２ＲＥＶが「１」に設定され、空燃比補正係数ＫＯ２が比例項ＰＬを減算することにより更新される。時刻ｔ４以後は、積分項ＩＬによる更新が行われ、空燃比補正係数ＫＯ２の値は徐々に減少する。以後同様にして、空燃比補正係数ＫＯ２の演算が実行される。なお、図示例では、リッチ側所定値ＮＶＲＥＦＲ及びリーン側所定値ＮＶＲＥＦＬをともに１０ＴＤＣ（ＴＤＣ信号パルスが１０回発生する期間）に相当する値に設定した場合の動作を示している。
【００３４】
このように本実施例では、斉時噴射とすることによる排気ガス特性の悪化を防止すべく、所定カウント値ＮＶＲＥＦを比較的大きな値に設定するようにしている。これにより、空燃比が理論空燃比よりリッチ側に継続的に制御される期間及び理論空燃比よりリーン側に継続的に制御される期間が長くなる、すなわち空燃比の制御周期が長くなるので、三元触媒１６の酸素蓄積能力を十分に活用することができ、排気ガス特性を向上させること、より具体的にはＮＯｘの排出量を低減することが可能となる。
【００３５】
図５は、所定カウント値ＮＶＲＥＦを変化させたときの実験結果を示す図であり、同図（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘの排出量（三元触媒１６の下流側）の変化を示す。なお、この実験結果もリッチ側所定値ＮＶＲＥＦＲ及びリーン側所定値ＮＶＲＥＦＬは同一値としている。
【００３６】
この図から明らかなように、所定カウント値ＮＶＲＥＦを増加させても、ＣＯ，ＨＣの排出量はほとんど変わらないが、ＮＯｘの排出量は所定カウント値ＮＶＲＥＦを増加させると、大幅に改善される。これは、三元触媒１６の酸素蓄積能力が十分に活用され、斉時噴射を行うことによる気筒毎のばらつきの影響が軽減されるためであると考えられる。この実験例によれば、所定カウント値ＮＶＲＥＦは、５以上の設定とすることが望ましい。ただし、所定カウント値ＮＶＲＥＦを大きくし過ぎると、空燃比の変化によるエンジン出力の変動が大きくなり、エンジンの運転性を悪化させるので、運転性に悪化させない範囲（例えば１５ＴＤＣ程度以下）とする必要がある。
【００３７】
本実施形態では、フィードバック制御手段及び斉時噴射制御手段は、ＥＣＵ５のＣＰＵ５ｂによって構成され、より具体的には、図２及び３の処理がフィードバック制御手段に相当し、空燃比補正係数ＫＯ２が空燃比制御量に相当し、所定カウント値ＮＶＲＥＦが所定遅延時間に相当する。
【００３８】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、特許請求の範囲に記載した「所定遅延時間」は、カウンタＣＶＲＥＦによらず、実時間を計測するタイマを用いて計測するようにしてもよい。
【００３９】
また、上述した実施形態において「所定遅延時間」に相当するリッチ側所定値ＮＶＲＥＦＲ及びリーン側所定値ＮＶＲＥＦＬを同一の値とした動作例（図４）を示したが、Ｏ２センサの出力特性などに応じて異なる値に設定するようにしてもよく、またＯ２センサ出力が基準値ＰＶＲＥＦのリッチ側からリーン側に移行したとき適用されるリッチ側所定値ＮＶＲＥＦＲ、またはＯ２センサ出力が基準値ＰＶＲＥＦのリーン側からリッチ側に移行したとき適用されるリーン側所定値ＮＶＲＥＦＬのいずれか一方を「０」とし、Ｏ２センサ出力が基準値ＰＶＲＥＦのリッチ側からリーン側に移行したとき、またはＯ２センサ出力が基準値ＰＶＲＥＦのリーン側からリッチ側に移行したときのいずれか一方のみにおいて、空燃比補正係数ＫＯ２の更新を遅延させるようにしてもよい。
【００４０】
また、エンジンの気筒数は３気筒に限るものではなく、４気筒や５気筒などであってもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、比例項による空燃比制御量の更新時期が、酸素濃度センサ出力の変化に対して相対的に遅延し、空燃比制御量の更新周期が従来より長くなる。そのため、排気系に設けられた三元触媒の酸素蓄積能力が有効に活用され、気筒毎のばらつきの影響が軽減され、また、特定の気筒のピストン位置を検出する気筒判別センサを設けない構成を採用することにより内燃機関のコストを低減することができ、もって内燃機関のコストを低減し且つ全体として排気ガス特性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその空燃比制御装置の構成を示す図である。
【図２】酸素濃度センサ出力に応じて図３の処理で使用するフラグの設定を行う処理のフローチャートである。
【図３】空燃比補正係数（ＫＯ２）の算出処理のフローチャートである。
【図４】図２及び３の処理を説明するためのタイムチャートである。
【図５】本発明の効果を説明するための図である。
【符号の説明】
１  内燃機関
２  吸気通路
５  電子コントロールユニット（フィードバック制御手段、斉時噴射制御手段）
６  燃料噴射弁
１２  排気管
１４  酸素濃度センサ
１６  三元触媒
【図１】
0003761716.tif 000002
【図２】
0003761716.tif 000003
【図３】
0003761716.tif 000004
【図４】
0003761716.tif 000005
【図５】
0003761716.tif 000006