(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
４気筒エンジンに供給される混合気の空燃比を目標空燃比に維持するようにフィ−ドバック制御を行うエンジンの空燃比制御装置において、
前記目標空燃比を所定の周期及び変動幅で変動させて、排気通路に配設された三元触媒の浄化性能を向上させる変動手段と、エンジン回転数を検出する回転数検出手段と、が備えられ、
前記変動手段が、前記回転数検出手段からの信号に基づき、エンジン回転数が１５００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍの範囲にある下で、前記変動幅を前記目標空燃比を基準として±０．６〜０．８にしつつ、前記所定の周期として、エンジン回転の１７〜２１回転毎に変動させるように設定されている、
ことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
切換手段が設けられ、
該切換手段が、前記変動手段が目標空燃比を変動させる目標空燃比変動状態と、該変動手段が目標空燃比を変動させない目標空燃比非変動状態とに切換えるように設定されている、
ことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
目標空燃比が変動しているか否かを検出する変動検出手段と、
前記変動検出手段からの信号に基づき、目標空燃比変動状態と判断されたとき、フィ−ドバック制御ゲインを、目標空燃比非変動状態に比して大きくなるように設定するゲイン変更手段と、
が備えられている、
ことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジンの空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
エンジンの空燃比制御装置には、特公昭５６−１７５３３号公報に示すように、排気系に三元触媒を設ける一方、燃焼室に供給される混合気の空燃比を理論空燃比を基準として周期的に変動させるディザ制御を行うものがある。このものにおいては、上記空燃比の変動に基づいて、空燃比リッチ時に未燃成分が触媒に余分に吸着され、空燃比リ−ン時に酸素が触媒に余分に吸着されることになり、これらの未燃成分と酸素とが効率よく反応され、この結果、触媒の温度が低く不活性のときにも良好な浄化性能が得られることになる（ストレ−ジ効果）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記ディザ制御における周期的な空燃比の変動は、一般に、フィ−ドバック制御信号に対して、ディザ信号として、平均値がゼロの高周波信号を加算することにより得られることになっており、エンジンやセンサの個体差、経時変化の影響で、空燃比の変動幅が変わる（ずれる）虞れがある。このため、場合によっては、空燃比が超リ−ンとなって、走行不良等を起こす虞れがある。
本発明は上記実情を鑑みてなされたもので、その目的は、空燃比の変動幅のずれに基づく走行不良等を極力抑制しつつストレ−ジ効果を確保するエンジンの空燃比制御装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明（請求項１に係る発明）にあっては、
４気筒エンジンに供給される混合気の空燃比を目標空燃比に維持するようにフィ−ドバック制御を行うエンジンの空燃比制御装置において、
前記目標空燃比を所定の周期及び変動幅で変動させて、排気通路に配設された三元触媒の浄化性能を向上させる変動手段と、エンジン回転数を検出する回転数検出手段と、が備えられ、
前記変動手段が、前記回転数検出手段からの信号に基づき、エンジン回転数が１５００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍの範囲にある下で、前記変動幅を前記目標空燃比を基準として±０．６〜０．８にしつつ、前記所定の周期として、エンジン回転の１７〜２１回転毎に変動させるように設定されている構成としてある。
【０００５】
この請求項１の好ましい態様としては、請求項２、３の記載の通りとなる。
【０００６】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、空燃比を所定周期毎に変動する目標空燃比に維持するようにフィ−ドバック制御を行う結果、実空燃比は、目標空燃比に追従して、経時変化等の影響を受けて変動幅を変えることなく周期的に変動することになり、そのような変動する実空燃比を得るために、いままでのように、経時変化等の影響を受けて変動幅が変化する虞れのあるフィ−ドバック制御信号に対してディザ信号を加算する必要がなくなる。このため、触媒に対してストレ−ジ効果を確保できる一方、エンジンやセンサの個体差、経時変化等の影響で、空燃比の変動幅が変わって超リ−ンとなることに基づき走行不良等が生じることを抑制できることになる。
また、所定周期毎に変動する目標空燃比に維持するようにフィ−ドバック制御を行う結果として、実空燃比の変動を得ていることから、所望の実空燃比の変動幅（振幅）、周期を目標空燃比の設定により容易に得ることができることになる。このため、的確且つ効果的な触媒のストレ−ジ効果を得ることができることになる。
【０００７】
さらに、所定の周期毎が、エンジン回転の所定回転毎であることから、ストレ−ジ効果を有効に発揮させるために必要な実空燃比の周期を的確に得ることができることになる。このため、ストレ−ジ効果を確実に確保できることになる。
【０００８】
さらにまた、その所定の回転毎が１７〜２１回転毎であることから、本発明者の研究結果から得られた知見に基づき、エンジン回転数に係わりなく、周期の観点から、ストレ−ジ効果（良好な浄化性能）を有効に発揮させることができることになる。
【０００９】
請求項２に係る発明によれば、切換手段が設けられ、該切換手段が、変動手段が目標空燃比を変動させる目標空燃比変動状態と、該変動手段が目標空燃比を変動させない目標空燃比非変動状態とに切換えるように設定されていることから、ディザ制御を行う場合と通常のフィ−ドバック制御（目標空燃比を変動させないフィ−ドバック制御）とを使い分けることができることになる。このため、ディザ制御を必要なときに的確且つ有効に利用できることになる。
【００１０】
請求項３に係る発明によれば、目標空燃比が変動しているか否かを検出する変動検出手段と、変動検出手段からの信号に基づき、目標空燃比変動状態と判断されたとき、フィ−ドバック制御ゲインを、目標空燃比非変動状態に比して大きくなるように設定するゲイン変更手段と、が備えられていることから、フィ−ドバック制御において、短い時間で変わる所定の目標空燃比に対して追従できることになる。これにより、所望の周期性をもって変動する実空燃比を確実に得ることができることになる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１において、１は４サイクル往復動型とされたオット−式のエンジンで、このエンジン１には、吸気弁３を介して燃焼室２に通じる吸気通路５と、排気弁４を介して燃焼室２に通じる排気通路６とが設けられている。
【００１２】
上記吸気通路５には、上流側から下流側に向けて順に、エアフロ−メ−タ７、スロットル弁８、上流側燃料噴射弁１２、下流側燃料噴射弁９が配設されており、燃料噴射弁に関しては、低負荷時には、下流側燃料噴射弁９のみが用いられ、高負荷時には、下流側燃料噴射弁９だけでなく、上流側燃料噴射弁１２も用いられることになっている。
【００１３】
一方、上記排気通路６には、三元触媒１０が配設されている。三元触媒１０は、既知のもので、所定の目標空燃比（例えば理論空燃比）でＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを優れた性能をもって浄化する機能を有している。
【００１４】
図１中、符号Ｕはマイクロコンピュ−タによって構成された制御ユニットで、該制御ユニットＵには、前記エアフロ−メ−タ７の他に、センサ１１、１３、１４からの信号が入力されることになっている。上記センサ１１は、前記触媒１０の上流側に配設される空燃比センサである。上記センサ１３は、エンジン回転数を検出する回転数センサである。上記センサ１４は、エンジン水温を検出する水温センサである。
一方、制御ユニットＵからは、前記上流側、下流側の各燃料噴射弁１２、９に対して制御信号が出力されることになっている。
【００１５】
上記制御ユニットＵにおいては、概略的には、次のような制御内容が行われることになっている。
【００１６】
例えば、始動直後においては、図２に示すように、燃料噴射量に関し、始動後増量補正が行われるが、この間、空燃比を変動させるディザ制御は行われず、始動後増量補正が終了（例えば始動開始から時間ｔ経過）して初めて、ディザ制御が行われる。
これにより、上記場合においては、始動直後からディザ制御を行う図３の場合のように、始動直後の空燃比リッチ状態が一層増大されることはなくなり、ＨＣ等の排気性能が悪化することが防止されることになる。
【００１７】
また、ディザ制御を行う場合においては、図４に示すように、エンジン温度としてのエンジン冷却水温が低いときには、該エンジン冷却水温が高いときに比して、空燃比を変動させるための制御量（ディザ幅）を大きくし、該制御量を、冷却水温の上昇（時間の経過）に伴い減少させている。
具体的には、本実施例においては、後述するように、所定周期毎に変動する目標空燃比に対してフィ−ドバック制御を行うことにより、実空燃比を変動させることとしているため、目標空燃比の変動幅が、空燃比を変動させるための制御量として、上述のように冷却水温に応じて設定されることになっている。
これにより、冷却水温が低く、吸気通路壁面への燃料付着量が通常の場合に比して増大する場合であっても、上述の如く、吸気通路壁面への燃料付着を考慮した燃料付着量の是正がなされる結果、図４に示すように、排気ガス中における空燃比の変動幅の変化（減少）が抑えられることになり、触媒のストレ−ジ効果の低下が抑制されることになっている。
【００１８】
さらに、ディザ制御を行う場合においては、図５に示すように、空燃比を所定周期毎に変動する目標空燃比に維持するようにフィ−ドバック制御を行い、これにより、実空燃比を、目標空燃比に追従させ、経時変化等の影響を受けて変動幅を変えることなく周期的に変動させることとしている。
この結果、触媒のストレ−ジ効果を確保できる一方、上記のような変動実空燃比を得るために、いままでのように、経時変化等の影響を受けて変動幅が変化する虞れのあるフィ−ドバック制御信号に対してディザ信号を加算する必要がなくなり、エンジンやセンサの個体差、経時変化等の影響で、空燃比の変動幅が変わることに基づき走行不良等が生じることを抑制できることになっている。
しかも、所定周期毎に変動する目標空燃比に維持するようにフィ−ドバック制御を行う結果として、実空燃比の変動を得ていることから、的確且つ効果的な触媒のストレ−ジ効果を得る観点から、所望の実空燃比の変動幅（振幅）、周期を目標空燃比の設定により容易に得ることができることになる。
【００１９】
この場合、上記目標空燃比の変動の所定周期Ｔ（図５参照）は、所定回転、すなわち１７〜２１回転の範囲の所定回転毎とされ、目標空燃比の変動幅は０．６〜０．８（目標空燃比１４．７±０．６〜０．８）に設定される。
これらは、本発明者の研究結果に基づくもので、エンジン回転数に係わりなく、ストレ−ジ効果（良好な浄化性能）を有効に発揮させる観点から得られたものである。
すなわち、４気筒エンジンについて、１５００、２０００、２５００、３０００（ｒｐｍ）の各場合についてのＨＣ−ＮＯx の良好な浄化特性を考慮した変動（振動）領域を調べたところ、図６〜図９の結果を得、これらをまとめると、図１０に示すようになる。これによれば、共通条件として、変動幅（振幅）、周期としての所定回転（図６〜図１０においてはリ−ンリッチ切換噴射回数を用いている）は上述の各範囲となるのである。
ここで、目標空燃比の振動数に上限が存在するのは、振動数が過大であると振れ幅が小さくなり、触媒前の空燃比の振れ幅が充分でないと、空燃比を振らせることによる効果が薄いからであり、目標空燃比の振動数に下限が存在するのは、リ−ンリッチを繰返すことでＯ2 濃度に変化をもたらし、触媒内で浄化反応を促進させ、それによる反応熱で早期浄化すると考えられるので、ゆるやかに振動させると、そのサイクルに無駄ができ、効果が落ちるからである。
【００２０】
しかも、この場合、フィ−ドバック制御ゲインが大き目のものに設定される。これにより、フィ−ドバック制御において、短い時間で変わる所定の目標空燃比に対して的確に追従し、所望の周期性をもって変動する実空燃比を確実に得ることができることになる。
【００２１】
また、目標空燃比非変動状態への移行必要性を検出したとき、図５に示すように、目標空燃比の変動幅を徐々に小さくし、その程度は、特に、トルクショックを生じ易い低エンジン回転数、低エンジン負荷ほど、小さいものとなっており、これにより、目標空燃比変動状態から目標空燃比非変動状態への移行時において、トルクショックを的確に抑えるようになっている。
また、この場合、上記移行を滑らかにする観点から、いままでの矩形波を三角波にすると共に、目標空燃比の周期をも減少させることとなっている（図５参照）。
【００２２】
次に、上記制御ユニットＵの制御内容を図１１、図１２に示すフロ−チャ−トを参照しつつ具体的に説明する。
先ず、Ｓ１において、各種信号が読込まれ、Ｓ２において、吸入空気量Ｑa 、エンジン回転数Ｎe に基づいて１サイクルあたりに燃焼室に吸入される吸入空気量が演算されて、理論空燃比が実現されるように基本噴射パルス幅が演算される。
【００２３】
次に、Ｓ３において、フィ−ドバック条件が成立しているか否かが判別される。具体的には、例えばエンジン回転数Ｎe とエンジン負荷を代表する基本噴射パルスとが示す現実の運転状態が、低回転低負荷側に設定された所定のフィ−ドバック領域に属すると共に空燃比センサ１１が活性と判定されたときに、フィ−ドバック条件が成立していると判定される。
【００２４】
次に、前記Ｓ３の判定がＹＥＳとされて、フィ−ドバック条件が成立しているとされたときには、Ｓ４において、始動後増量補正が０、すなわち終了したか否かが判別される。この判別は、ディザ制御を開始するか否かを判定するもので、本実施例においては、この始動後増量補正終了の判定のため、エンジン始動後から所定時間ｔが経過したか否かが判定される。これにより、ディザ制御が行われるときには、始動後増量は行われず、空燃比リッチ状態が一層増大されることが防止されることになり、ＨＣ等の浄化性能が悪化することが防止されることになる。
【００２５】
次に、前記Ｓ４の判定がＹＥＳとされて、始動後増量補正が終了と判定されたときには、Ｓ５において、触媒１０が不活性か否かが判別される。この判別は、ディザ制御を終了するか否かを判定するもので、触媒温度センサを用いて触媒温度が所定温度以上か否か、エンジン始動後から設定時間（例えば１２０秒）が経過したか否か等を判定することにより行われる。
【００２６】
次に、前記Ｓ５の判定がＹＥＳとされて、触媒１０が不活性と判定されたときには、Ｓ６において、大きめのフィ−ドバック制御ゲイン２が設定される。これは、後述のステップで、目標空燃比が短い時間で変わるため、それに追従するようにするためである。
【００２７】
次のＳ７においては、エンジン冷却水温に応じて目標空燃比変動幅が設定される。これは、具体的には、図４に示すように、エンジン冷却水温が低いほど変動幅が大きなるように設定されており、これにより、エンジン冷却水温が低いときほど、吸気通路壁面へ燃料が付着して排気ガス中における空燃比の変動幅が小さくなることを防ぎ、触媒１０におけるストレ−ジ効果が低下することを抑制しているのである。
【００２８】
次に、Ｓ８において、フラグＦ＝０か否かが判別される。このフラグＦは、目標空燃比を空燃比リ−ン状態と空燃比リッチ状態とに切換えるためのもので、前述のＳ７の変動幅に基づき、図５に示すように、Ｆ＝０のときには、目標空燃比Ｈ（空燃比リ−ン状態）がＳ９において設定され、Ｆ＝１のときには、目標空燃比Ｌ（空燃比リッチ状態）がＳ１０において設定されることになっている。
【００２９】
次に、Ｓ１１において、上死点ＴＤＣの回数が検出され、次のＳ１２において、目標空燃比がＨ又はＬ状態に設定されているか否かに区別され、目標空燃比がＨ状態に設定されているときには、Ｓ１３において、上死点ＴＤＣ検出回数が２０回か否かが判別される。これは、本発明者の研究結果からの知見に基づき、目標空燃比のＨ、Ｌの設定を２０回転毎に切換えて、ストレ−ジ効果を有効に発揮する必要な実空燃比の周期を的確に得るためである。
そして、Ｓ１３の判定がＮＯとされて、上死点ＴＤＣ検出回数が２０回未満のときには、直接、次のＳ１６に進んで当該目標空燃比Ｈ又はＬ状態が維持される一方、Ｓ１３の判定がＹＥＳとされて、上死点ＴＤＣ検出回数が２０回となったときには、Ｓ１５においてカウンタがクリアされると共にＳ１４においてフラグＦ＝１とされ、次のＳ１６に進むことになる。
【００３０】
一方、前記Ｓ１２の判定がＮＯとされて、目標空燃比がＬ状態に設定されていると判定されたときには、前述の場合同様、Ｓ１７において、上死点ＴＤＣ検出回数が２０回か否かが判別され、上死点ＴＤＣ検出回数が２０回未満のときには直接、前記Ｓ１６に進む一方、上死点ＴＤＣ検出回数が２０回となったときには、Ｓ１８においてカウンタがクリアされると共にＳ１９においてフラグＦ＝０とされ、次のＳ１６に進むことになる。
【００３１】
上記Ｓ１６においては、変動する前記Ｓ９、Ｓ１０の目標空燃比に対してフィ−ドバック制御量の演算が実行され、そのＳ１６の演算値を、次のＳ２０において所定の関係式に導入して、最終噴射パルス幅が演算され、それが、次のＳ２１において、燃料噴射弁に対して駆動信号として出力される。これにより、実際の空燃比が所定周期毎に変動されることになる。
【００３２】
一方、前記Ｓ５の判定がＮＯとされて、触媒１０が活性していると判定されたときには、Ｓ２２において、目標空燃比が変動しているか否かが判別される。最初は、目標空燃比が所定周期毎に変動しているから、Ｓ２３に進むことになり、そのＳ２３において、エンジン回転数Ｎe 、吸入空気量Ｑa に応じた減衰定数が設定される。減衰定数は、エンジン回転数が低いほど小さく、また、吸入空気量が少ないほど小さくなる傾向を有しており、この傾向を利用して滑らかに通常のフィ−ドバック制御（所定周期毎に変動しない目標空燃比に対するフィ−ドバック制御）に移行すべく、次のＳ２４において、前記減衰定数に基づき、目標空燃比の変動が減衰される。そして、前述のＳ８に進んで、上述の内容が繰返され、目標空燃比の変動がなくなることになる。
【００３３】
前記Ｓ２２において、上記Ｓ２３、Ｓ２４処理の繰返しの結果、目標空燃比の変動がなくなったと判定されたときには、Ｓ２５においてエンジン冷却水温が４０℃以上か否かが判別される。この判別は、エンジン冷却水温があまり低いと、燃焼安定性がよくないことから、それを判別しようとしているのである。
【００３４】
そして、上記Ｓ２５がＹＥＳのときには、通常のフィ−ドバック制御を行っても問題を生じないことから、このときには、Ｓ２６において、前述のＳ６よりも小さいフィ−ドバック制御ゲイン１が設定され、前記Ｓ１６に進むことになる。一方、前記Ｓ２５がＮＯのときには、通常のフィ−ドバック制御を行うと問題を生じることから、Ｓ２７において、フィ−ドバック制御量が０とされ、これを用いて、前記Ｓ２０において、最終噴射パルス幅が演算される。
【００３５】
前記Ｓ３がＮＯと判定されて、フィ−ドバック条件が成立していないときには、フィ−ドバック制御量を０とすべく、前記Ｓ２７に進むことになる。
【００３６】
図１３は第２実施例を示すものである。
この実施例においては、前記実施例に係るフロ−チャ−トのステップＳ７に代えて、ステップＳ７−１を設け、このＳ７−１において、燃料の揮発特性に応じて目標空燃比の変動幅を設定することになっている。
具体的には、比重計等を用いて、燃料の揮発特性を把握し、揮発特性が悪いほど（重質ほど）、目標空燃比の変動幅が大きくなるように設定される。これにより、燃料の揮発特性に基づいて、吸気通路壁面に対する燃料付着量が増大しても、排気ガス中における空燃比の変動幅の変化が抑えられることになり、吸気通路壁面に対する燃料付着量の変化に基づくストレ−ジ効果の低下を、的確に抑制できることになる。
【００３７】
図１４は第３実施例を示すものである。
この実施例においては、前述の第１実施例の如く、複数の燃料噴射弁１２、９が吸気の流れ方向に順次、設けられるものを前提として、前記実施例に係るフロ−チャ−トにおけるステップＳ７又はステップＳ７−１に代えて、Ｓ７−２を設け、このＳ７−２において、燃料噴射弁の上流側のものほど、すなわち、前述の実施例においては、燃料噴射弁９よりも燃料噴射弁１２の方が、空燃比を変動させるための制御量を大きくするように設定されている。
これにより、燃料噴射弁９よりも燃料噴射弁１２からの噴射燃料の方が、吸気通路壁面に付着し易くなるけれども、これに関しての是正がなされ、排気ガス中における空燃比の変動幅の変化が抑えられることになり、複数の燃料噴射弁１２、９が吸気の流れ方向に順次、設けられるものであっても、吸気通路壁面に対する燃料付着量の変化に基づくストレ−ジ効果の低下を、的確に抑制できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例を示す全体系統図。
【図２】始動時とディザ制御との関係についての実施例を説明する図。
【図３】従来例を説明する特性線図。
【図４】エンジン冷却水温とディザ制御（ディザ幅）との関係についての実施例を説明する図。
【図５】目標空燃比の変動についての実施例を説明する図。
【図６】１５００ｒｐｍの場合におけるＨＣ−ＮＯX の良好な浄化特性を考慮した変動領域を示す図。
【図７】２０００ｒｐｍの場合におけるＨＣ−ＮＯX の良好な浄化特性を考慮した変動領域を示す図。
【図８】２５００ｒｐｍの場合におけるＨＣ−ＮＯX の良好な浄化特性を考慮した変動領域を示す図。
【図９】３０００ｒｐｍの場合におけるＨＣ−ＮＯX の良好な浄化特性を考慮した変動領域を示す図。
【図１０】図６〜図９の内容をまとめて記載した図。
【図１１】実施例に係る制御例を示すフロ−チャ−ト。
【図１２】図１１の続きに係る制御例を示すフロ−チャ−ト。
【図１３】第２実施例を説明する図。
【図１４】第３実施例を説明する図。
【符号の説明】
１  エンジン
１１  センサ
１３  センサ
１４  センサ
Ｕ  制御ユニット
Ｔ  所定周期
【図１】
0003735868.tif 000002
【図２】
0003735868.tif 000003
【図３】
0003735868.tif 000004
【図４】
0003735868.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003735868.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0003735868.tif 000012
【図１２】
0003735868.tif 000013
【図１３】
0003735868.tif 000014
【図１４】
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