JP2001221086A

JP2001221086A - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2001221086A
Application number: JP2000030906A
Authority: JP
Inventors: Toru Kitamura; 徹北村; Norio Suzuki; 典男鈴木
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-02-08
Filing date: 2000-02-08
Publication date: 2001-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の始動後の所定期間であっても、酸
素蓄積量に応じて空燃比を適切に制御することができ、
触媒コンバータの浄化率を常に最大とすることができる
内燃機関の空燃比制御装置を提供する。【解決手段】エンジン３の排気管１１に設けられ、エン
ジン３から排出された排気ガスを浄化する触媒コンバー
タ１２と、触媒コンバータ１２に蓄積されている酸素の
酸素蓄積量ＯＳＣを推定するための推定手段２（ステッ
プ９）と、推定手段２により推定された酸素蓄積量ＯＳ
Ｃをエンジン３の停止時に記憶するＲＡＭ２ｃ（ステッ
プ１０）と、エンジン３の運転状態に応じて、目標空燃
比係数ＫＣＭＤを決定する目標空燃比決定手段２（ステ
ップ４）と、エンジン３の始動時に、ＲＡＭ２ｃに記憶
された酸素蓄積量ＯＳＣに応じて、目標空燃比決定手段
２によって決定された目標空燃比係数ＫＣＭＤを補正す
る目標空燃比補正手段２（ステップ４）と、を備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関から排出
された排気ガスを浄化する触媒コンバータの酸素の蓄積
量に応じて、混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃
比制御装置に関し、特にその内燃機関の始動後の所定期
間の空燃比を適切に制御する空燃比制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、内燃機関から排出された排
気ガスを浄化する触媒コンバータの酸素蓄積量に応じ
て、その内燃機関に供給する混合気の空燃比を制御する
内燃機関の空燃比制御装置を、例えば特願平５−３２９
７８０号（特開平７−１５１００２号）において既に出
願している。この空燃比制御装置では、排気管の途中に
設けられた触媒コンバータの酸素蓄積量を推定するとと
もに、その推定結果に応じて目標空燃比を設定し、それ
に基づいて燃料供給量を制御することにより、混合気の
空燃比を制御している。排気管の触媒コンバータの上流
側および下流側には、排気ガス中の酸素濃度を検出する
２つのＯ₂センサ（酸素センサ）がそれぞれ設けられて
いる。上流側のＯ₂センサは、触媒コンバータで浄化さ
れる前の排気ガスの酸素濃度を検出し、これによって、
実際に供給されている混合気の空燃比が求められる。一
方、下流側のＯ₂センサは、触媒コンバータで浄化され
た後の排気ガスの酸素濃度が理論空燃比に対応する所定
値よりも高いか、あるいは低いかを検出しており、特
に、その検出値が所定値よりも高い状態と低い状態との
間で反転することに基づいて、酸素蓄積量を推定するよ
うになっている。

【０００３】そして、推定した酸素蓄積量に応じて目標
空燃比を算出し、上流側のＯ₂センサを用いて求められ
た混合気の空燃比が目標空燃比となるように、空燃比の
フィードバック制御を行っている。具体的には、特に、
下流側のＯ₂センサの検出結果に基づいて、浄化後の排
気ガスの酸素濃度が上記所定値よりも高いときには内燃
機関に供給する混合気をリッチ化する一方、その酸素濃
度が所定値よりも低いときには混合気をリーン化するよ
うに、空燃比のフィードバック制御を行い、これによっ
て、触媒コンバータの浄化率が最大となるように、空燃
比を制御している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記空燃比制御装置で
は、下流側のＯ₂センサの検出値の反転に基づいて、酸
素蓄積量を推定するように構成されているため、内燃機
関の始動後、触媒コンバータが活性化し、排気ガスを十
分に浄化可能な状態になるまでの間、および触媒コンバ
ータが活性化しても、下流側のＯ₂センサの検出値の反
転に基づいて酸素蓄積量の推定が可能となるまでの間
（本明細書においてこれらの期間を「始動後の所定期
間」という）においては、酸素蓄積量に基づく空燃比の
制御を行うことができず、排気ガス特性が悪化してしま
う。つまり、上記空燃比制御装置では、始動後の所定期
間において、酸素蓄積量に応じて触媒コンバータの浄化
率が最大となる空燃比の制御を行うことができず、上記
空燃比制御装置には改善の余地がある。

【０００５】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたものであり、内燃機関の始動後の所定期間
であっても、酸素蓄積量に応じて空燃比を適切に制御す
ることができ、触媒コンバータの浄化率を常に最大とす
ることができる内燃機関の空燃比制御装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
内燃機関の空燃比制御装置は、内燃機関３に供給する混
合気の空燃比を目標空燃比になるように制御するための
内燃機関の空燃比制御装置であって、内燃機関の排気系
（例えば、実施形態における（以下、本項において同
じ）排気管１１）に設けられ、内燃機関から排出された
排気ガスを浄化する排気浄化手段（触媒コンバータ１
２）と、この排気浄化手段に蓄積されている酸素の酸素
蓄積量ＯＳＣを推定するための推定手段（ＥＣＵ２、図
２のステップ９）と、この推定手段により推定された酸
素蓄積量ＯＳＣを内燃機関の停止時に記憶する記憶手段
（ＲＡＭ２ｃ、ステップ１０）と、内燃機関の運転状態
に応じて、目標空燃比（目標空燃比係数ＫＣＭＤ）を決
定する目標空燃比決定手段（ＥＣＵ２、ステップ４）
と、内燃機関の始動時に、記憶手段に記憶された酸素蓄
積量ＯＳＣに応じて、目標空燃比決定手段によって決定
された目標空燃比を補正する目標空燃比補正手段（ＥＣ
Ｕ２、ステップ４）と、を備えていることを特徴とす
る。

【０００７】この構成によれば、推定手段により、排気
浄化手段に蓄積されている酸素の酸素蓄積量が推定さ
れ、その酸素蓄積量が内燃機関の停止時に記憶手段に記
憶される。そして、内燃機関の運転状態に応じて目標空
燃比決定手段により決定された目標空燃比が、内燃機関
の始動時に、記憶手段に記憶された酸素蓄積量に応じて
目標空燃比補正手段により補正される。つまり、内燃機
関の始動時における排気浄化手段の酸素蓄積量は、その
内燃機関の停止時のそれとほぼ同一であると考えられる
ので、内燃機関の停止時に記憶された酸素蓄積量に応じ
て上記目標空燃比を補正することにより、内燃機関の始
動時の適正な目標空燃比を得ることができる。したがっ
て、このようにして得られた適正な目標空燃比を初期値
として、その後の混合気の空燃比を制御することによ
り、内燃機関の始動後の所定期間における空燃比を適切
に制御することができ、排気浄化手段の浄化率を常に最
大とすることができる。その結果、始動後の所定期間に
おける排気ガス特性を向上させることができる。

【０００８】請求項２に係る内燃機関の空燃比制御装置
は、内燃機関３に供給する混合気の空燃比を目標空燃比
になるように制御するための内燃機関の空燃比制御装置
であって、内燃機関の排気系（排気管１１）に設けら
れ、内燃機関から排出された排気ガスを浄化する排気浄
化手段（触媒コンバータ１２）と、この排気浄化手段の
上流側および下流側の排気系にそれぞれ設けられ、排気
ガスの酸素濃度を検出する上流側酸素濃度検出手段（Ｌ
ＡＦセンサ１３）および下流側酸素濃度検出手段（Ｏ₂
センサ１４）と、排気浄化手段に蓄積されている酸素の
酸素蓄積量ＯＳＣを、下流側酸素濃度検出手段の検出結
果に応じて推定するための第１推定手段（ＥＣＵ２、ス
テップ９）と、第１推定手段によって推定された酸素蓄
積量ＯＳＣに応じて、目標空燃比（目標空燃比係数ＫＣ
ＭＤ）を理論空燃比に対しリッチまたはリーンに変動さ
せる空燃比変動手段（ＥＣＵ２、ステップ４、図３のス
テップ３２、３３）と、内燃機関の始動時から所定期
間、上流側酸素濃度検出手段の検出結果および目標空燃
比に応じて、酸素蓄積量ＯＳＣを推定する第２推定手段
（ＥＣＵ２、ステップ７）と、を備えていることを特徴
とする。

【０００９】この構成によれば、排気浄化手段が活性化
し、排気ガスを十分に浄化可能な状態であるときに、排
気浄化手段の下流側に設けられた下流側酸素濃度検出手
段で浄化後の排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出
結果に基づいて、第１推定手段により酸素蓄積量を適正
に推定し、これに応じて、空燃比変動手段により目標空
燃比を理論空燃比に対しリッチまたはリーンに変動させ
る。これにより、排気浄化手段の浄化率が適正に保たれ
る。また、内燃機関の始動後の所定期間、すなわち排気
浄化手段の活性化に伴い、第１推定手段による酸素蓄積
量の推定が可能になるまでの間も、第２推定手段によ
り、上流側酸素濃度検出手段の検出結果および目標空燃
比に応じて、酸素蓄積量を推定する。したがって、推定
された酸素蓄積量に応じて、内燃機関の始動後の所定期
間の空燃比を適切に制御することができ、排気浄化手段
の浄化率を常に最大とすることができる。その結果、始
動後の所定期間における排気ガス特性を向上させること
ができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の一実施形態による内燃機関の空燃比制御装置につい
て説明する。図１は、本発明を適用した空燃比制御装置
の概略構成を示している。同図に示すように、この空燃
比制御装置１は、ＥＣＵ２（推定手段、目標空燃比決定
手段、目標空燃比補正手段、第１推定手段、第２推定手
段、空燃比変動手段）を備えており、このＥＣＵ２は、
内燃機関（以下、単に「エンジン」という）３の運転状
態に応じて、後述する触媒コンバータ１２の酸素蓄積量
ＯＳＣを推定するとともに、推定した酸素蓄積量ＯＳＣ
に応じて、エンジン３に供給する混合気の空燃比を制御
する。

【００１１】エンジン３は、例えば直列４気筒タイプな
どのものであり、エンジン３の本体には、サーミスタな
どで構成された水温センサ４が取り付けられている。水
温センサ４は、エンジン３のシリンダブロック内を循環
する冷却水の温度であるエンジン水温Ｔｗを検出し、そ
の検出信号をＥＣＵ２に送る。また、エンジン３には、
クランク角センサ５が設けられている。クランク角セン
サ５は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップを
組み合わせたものであり、エンジン３の図示しないクラ
ンクシャフトの回転に伴い、所定のクランク角ごとに、
パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ
２に出力する。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、
エンジン３のエンジン回転数Ｎｅを算出する。ＴＤＣ信
号は、エンジン３の各気筒におけるピストン（図示せ
ず）の吸気行程開始時の上死点付近の所定タイミングで
発生し、例えばクランクシャフトが１８０度回転するご
とに、１パルスがＥＣＵ２に出力される。

【００１２】また、エンジン３の吸気管６には、スロッ
トル弁７が設けられており、このスロットル弁７とエン
ジン３の間の吸気管６に、インジェクタ８および吸気圧
センサ９が取り付けられている。インジェクタ８は、そ
の燃料噴射時間ＴＯＵＴがＥＣＵ２からの駆動信号によ
って制御されることで、燃料を吸気管内に噴射・供給す
る。一方、吸気圧センサ９は、吸気管６内の絶対圧（吸
気管内絶対圧）ＰＢＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ
２に送る。

【００１３】また、エンジン３の排気管１１（排気系）
の途中には、エンジン３から排出された排気ガス中のＨ
Ｃ、ＣＯおよびＮＯｘなどを、酸化・還元作用によって
浄化するための触媒コンバータ（三元触媒）１２（排気
浄化手段）が設けられている。この触媒コンバータ１２
は、内部の容積に応じた所定量の酸素を、吸着した状態
で蓄積可能に構成されており、内部を通過する排気ガス
の組成などに応じて、酸素を吸着あるいは放出する。排
気管１１の触媒コンバータ１２の上流側および下流側に
は、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１３、
１４がそれぞれ設けられている。上流側の酸素センサ１
３（上流側酸素濃度検出手段）は、ジルコニア素子およ
び白金電極などで構成されており、触媒コンバータ１２
によって浄化される前の排気ガス中の酸素濃度をリニア
に検出し、その出力値ＶＬＡＦをＥＣＵ２に送る。な
お、以下の説明では、この上流側の酸素センサ１３を
「ＬＡＦセンサ１３」という。一方、下流側の酸素セン
サ１４（下流側酸素濃度検出手段）は、上記ＬＡＦセン
サ１３とほぼ同様に構成されており、触媒コンバータ１
２によって浄化された後の排気ガス中の酸素濃度を検出
し、理論空燃比よりもリッチな場合には所定値ＳＶＲＥ
Ｆよりも高い検出値ＳＶＯ２を、リーンな場合には所定
値ＳＶＲＥＦよりも低い検出値ＳＶＯ２を、ＥＣＵ２に
出力する。なお、以下の説明では、この下流側の酸素セ
ンサ１４を「Ｏ₂センサ１４」という。

【００１４】ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース２
ａ、ＣＰＵ２ｂ、ＲＡＭ２ｃ（記憶手段）およびＲＯＭ
２ｄなどからなるマイクロコンピュータで構成されてお
り、このＲＡＭ２ｃは、バックアップ電源により、記憶
したデータをエンジン３の停止時にも保持するようにな
っている。上述した各種センサからの検出信号はそれぞ
れ、Ｉ／Ｏインターフェース２ａでＡ／Ｄ変換や整形が
なされた後、ＣＰＵ２ｂに入力される。

【００１５】ＣＰＵ２ｂは、上述した各種センサからの
検出信号に応じ、ＲＯＭ２ｄに記憶された制御プログラ
ムなどに従って、エンジン３の運転状態を判別するとと
もに、判別した運転状態に応じ、触媒コンバータ１２に
蓄積されている酸素の蓄積量（酸素蓄積量）ＯＳＣを推
定する。そして、推定した酸素蓄積量ＯＳＣに応じて、
後述する目標空燃比係数ＫＣＭＤを算出し、これを用い
て燃料噴射時間ＴＯＵＴを算出することにより、エンジ
ン３に供給する混合気の空燃比を制御する。

【００１６】図２は、エンジン３の運転時において、触
媒コンバータ１２の酸素蓄積量ＯＳＣを推定するととも
に、推定した酸素蓄積量ＯＳＣに応じて目標空燃比係数
ＫＣＭＤを算出するメインルーチンのフローチャートで
ある。本処理は、クランク角センサ５からのＴＤＣ信号
がＥＣＵ２に入力されるのに同期して実行される。

【００１７】目標空燃比係数ＫＣＭＤは、燃料噴射時間
ＴＯＵＴを算出する際に、基本燃料量に乗算される係数
の一つであり、下記数式（１）により算出される。ＫＣＭＤ＝ＫＣＭＤＴＷ×ＫＣＭＤＳＯ２…（１）ここで、ＫＣＭＤＳＯ２は空燃比補正係数であり、後述
するようにして推定された酸素蓄積量ＯＳＣに基づいて
算出される。一方、ＫＣＭＤＴＷは温度補正係数であ
り、エンジン水温Ｔｗに基づいて算出される。また、目
標空燃比係数ＫＣＭＤ、およびＬＡＦセンサ１３の出力
値ＶＬＡＦに基づいて算出される後述する検出空燃比Ｋ
ＡＣＴはいずれも、空燃比Ａ／Ｆの逆数、すなわち燃空
比Ｆ／Ａに比例し、混合気が理論空燃比であるときに、
１．０の値をとる。

【００１８】メインルーチンの処理ではまず、ステップ
１（「Ｓ１」と図示する。以下同じ）において、エンジ
ン３の運転状態が始動モードであるか否かを判別する。
この判別は、例えば、エンジン回転数Ｎｅに基づいて行
われ、エンジン３がクランキング中である場合など、エ
ンジン回転数Ｎｅが所定回転数（例えば４００ｒｐｍ）
以下であるときに、始動モードであると判別する。

【００１９】このステップ１の判別結果がＹｅｓ、すな
わちエンジン３が始動モードであると判別されたときに
は、後述するようにして、エンジン３の停止直前（停止
時）に推定され、ＲＡＭ２ｃに記憶された酸素蓄積量Ｏ
ＳＣに応じて、目標空燃比係数ＫＣＭＤを算出するため
の上記空燃比補正係数ＫＣＭＤＳＯ２を算出する（ステ
ップ２）。この算出は、ＲＯＭ２ｄに記憶された図４に
示すようなテーブル、すなわち酸素蓄積量ＯＳＣと空燃
比補正係数ＫＣＭＤＳＯ２との関係を示すテーブルを検
索することによって行われる。このテーブルでは、空燃
比補正係数ＫＣＭＤＳＯ２は、酸素蓄積量ＯＳＣが多い
ほど、より大きな値となるようにリニアに設定されてい
る。より具体的には、酸素蓄積量ＯＳＣが値０であると
きには、空燃比補正係数ＫＣＭＤＳＯ２が値１．０より
も若干小さな０．９８に設定され、それにより、若干リ
ーンな混合気が供給されるとともに、酸素蓄積量ＯＳＣ
が最大値（最大蓄積量ＯＳＣＭＡＸ）であるときには、
空燃比補正係数ＫＣＭＤＳＯ２が値１．０よりも若干大
きな１．０２に設定され、それにより、若干リッチな混
合気が供給される。ステップ２に続くステップ３では、
触媒コンバータ１２の触媒温度ＴＣＡＴの初期値とし
て、水温センサ４によるエンジン水温Ｔｗを設定する。

【００２０】次いで、ステップ４において、上記ステッ
プ２で算出した空燃比補正係数ＫＣＭＤＳＯ２と、エン
ジン水温Ｔｗに応じた温度補正係数ＫＣＭＤＴＷを用い
て、上記数式（１）により、目標空燃比係数ＫＣＭＤを
算出する。温度補正係数ＫＣＭＤＴＷは、ＲＯＭ２ｄに
記憶された図５に示すようなテーブル、すなわち水温セ
ンサ４によって検出されるエンジン水温Ｔｗと、温度補
正係数ＫＣＭＤＴＷとの関係を示すテーブルを検索する
ことによって求められる。このテーブルでは、低水温時
において暖機を早めるために、温度補正係数ＫＣＭＤＴ
Ｗはエンジン水温Ｔｗが低いときに、より大きな値とな
るように設定されている。具体的には、エンジン水温Ｔ
ｗが−２０℃以下または４０℃以上であるときには、温
度補正係数ＫＣＭＤＴＷがそれぞれ１．０５または１．
０の一定値に設定される一方、エンジン水温Ｔｗがこれ
らの間の値であるときには、温度補正係数ＫＣＭＤＴＷ
が１．０と１．０５との間でリニアに設定されている。
以上の設定により、エンジン水温Ｔｗが４０℃よりも低
いときには、目標空燃比係数ＫＣＭＤが理論空燃比より
もリッチ側となるように算出される。

【００２１】上記ステップ１の判別結果がＮｏ、すなわ
ちエンジン３の運転状態が始動モードでないときには、
後述するＳＯ２フィードバック制御が可能であるか否か
を判別する（ステップ５）。具体的には、例えばエンジ
ン３の始動後、排気ガスやヒータなどによって触媒コン
バータ１２の触媒温度ＴＣＡＴが高くなり、その触媒温
度ＴＣＡＴが所定温度（例えば３５０℃）を超えたか否
かを判別する。この判別は、触媒コンバータ１２の触媒
温度ＴＣＡＴが所定温度を上回ることで、触媒コンバー
タ１２が活性化し、これにより、Ｏ₂センサ１４による
酸素蓄積量ＯＳＣの推定が可能で、推定した酸素蓄積量
ＯＳＣに基づく混合気の空燃比のフィードバック制御
（ＳＯ２フィードバック制御）が可能であるか否かを判
別するものである。触媒温度ＴＣＡＴが所定温度以下で
あるときには（ステップ５：Ｎｏ）、そのときの触媒温
度ＴＣＡＴを算出（推定）する（ステップ６）。この触
媒温度ＴＣＡＴの算出は、例えば、前回の算出結果、エ
ンジン３の始動後の経過時間ならびに排気ガス量を表
す、エンジン回転数Ｎｅおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡな
どをパラメータとして行われる。また、このステップ６
の算出における触媒温度ＴＣＡＴの初期値として、上記
ステップ３の触媒温度ＴＣＡＴが適用される。なお、触
媒コンバータ１２に触媒温度センサを設けた場合には、
その出力値を触媒温度ＴＣＡＴとして用いてもよい。

【００２２】次いで、ステップ７において、下記数式
（２）により、酸素蓄積量ＯＳＣの今回値ＯＳＣ_nを算
出する。ＯＳＣ_n＝ＯＳＣ_n-1−ａ×（ＫＡＣＴ−ＫＣＭＤ）…（２）ここで、ＯＳＣ_n-1は酸素蓄積量ＯＳＣの前回値であ
り、エンジン３の始動直後、ステップ７が初めて実行さ
れたときには、ＲＡＭ２ｃに記憶されている酸素蓄積量
ＯＳＣ（初期酸素蓄積量ＯＳＣＩＮ、図９（ａ）参照）
が適用される。また、ＫＡＣＴはＬＡＦセンサ１３の出
力値ＶＬＡＦに基づいて算出される検出空燃比である。
また、ａは補正係数であり、図６に示すようなテーブル
を用いて、排気ガスの容積を表す空間速度ＳＶに応じて
算出される。このテーブルでは、補正係数ａは空間速度
ＳＶが大きいほど、より大きな値となるようにリニアに
設定されている。なお、空間速度ＳＶは、例えば、検出
されたエンジン回転数Ｎｅと吸気管内絶対圧ＰＢＡとの
積によって算出される。上記数式（２）から明らかなよ
うに、検出空燃比と目標空燃比係数との偏差（ＫＡＣＴ
−ＫＣＭＤ）がプラス、すなわち実際の空燃比が目標空
燃比に対しリッチ側になっているときには、酸素蓄積量
ＯＳＣが減少するように推定され、逆に上記偏差がマイ
ナス、すなわち実際の空燃比が目標空燃比に対しリーン
側になっているときには、酸素蓄積量が増加するように
推定される。これにより、酸素蓄積量ＯＳＣを適切に推
定することができる。

【００２３】次いで、上記ステップ７において算出され
た酸素蓄積量ＯＳＣを、ＲＡＭ２ｃに記憶するとともに
（ステップ８）、目標空燃比係数ＫＣＭＤを算出する
（ステップ４）。すなわち、ステップ７で算出した酸素
蓄積量ＯＳＣに基づき、図４に示すテーブルから算出し
た空燃比補正係数ＫＣＭＤＳＯ２と、エンジン水温Ｔｗ
に基づき、図５に示すテーブルから算出した温度補正係
数ＫＣＭＤＴＷとを用い、上記数式（１）によって、目
標空燃比係数ＫＣＭＤを算出する。

【００２４】上記ステップ５の判別結果がＹｅｓ、すな
わちステップ６において算出された触媒温度ＴＣＡＴが
所定温度を超えたときには、触媒コンバータ１２が活性
化し、Ｏ₂センサ１４による酸素蓄積量ＯＳＣの推定が
可能になったとして、空燃比補正係数ＫＣＭＤＳＯ２を
算出するとともに酸素蓄積量ＯＳＣを推定するＫＣＭＤ
ＳＯ２算出・ＯＳＣ推定処理を実行する（ステップ
９）。

【００２５】図３は、ＫＣＭＤＳＯ２算出・ＯＳＣ推定
処理のサブルーチンを示すフローチャートである。この
処理ではまず、ステップ１１において、フラグＦ＿ＦＣ
が「１」であるか否かを判別する。このフラグＦ＿ＦＣ
は、エンジン３においてフューエルカットが実行されて
いるときに「１」がセットされるものである。ステップ
１１の判別結果がＹｅｓ、すなわちフューエルカットが
実行されていることにより、エンジン３が吸入した空気
がそのまま触媒コンバータ１２に流れているときには、
前回推定した酸素蓄積量ＯＳＣに加算項γを加算して、
今回の酸素蓄積量ＯＳＣとし（ステップ１２）、本サブ
ルーチンプログラムを終了する。この加算項γは、例え
ば、上記フューエルカット時における排気ガス量を表す
空間速度ＳＶに所定の係数Ｋ３（例えば３）を乗算する
ことで算出される（γ＝ＳＶ×Ｋ３）。なお、この加算
項γは、後述する減算項αおよび加算項βよりも大きな
値に設定される。

【００２６】一方、ステップ１１の判別結果がＮｏ、す
なわちフューエルカットが実行されていないと判別され
たときには、触媒コンバータ１２によって浄化された後
の排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ₂センサ１４の検
出値ＳＶＯ２が、反転したか否か、すなわち理論空燃比
に対してリッチ側とリーン側との間で変動したか否かを
判別する（ステップ１３）。

【００２７】上記ステップ１３の判別結果がＮｏ、すな
わちＯ₂センサ１４の検出値ＳＶＯ２が反転しなかった
ときには、その検出値ＳＶＯ２が所定値ＳＶＲＥＦ以下
であるか否か、すなわち検出値ＳＶＯ２がリーン側の値
を示しているか否かを判別する（ステップ１４）。この
ステップ１４の判別結果がＹｅｓ、すなわち検出値ＳＶ
Ｏ２がリーン側の値を示しているときには（例えば図７
の時刻ｔ１〜ｔ２間）、今回の酸素蓄積量ＯＳＣを、前
回推定した酸素蓄積量ＯＳＣから減算項αを減算した値
とする（ステップ１５）。これは、Ｏ₂センサ１４の検
出値ＳＶＯ２がリーン側を示しているときには、後述す
るように、空燃比補正係数ＫＣＭＤＳＯ２が値１よりも
大きく、空燃比のリッチ化制御が行われているので、排
気ガス中の酸素が少なく、その排気ガスが触媒コンバー
タ１２で浄化される際には、それに蓄積されている酸素
が消費されることにより、酸素蓄積量ＯＳＣが減少する
からである。

【００２８】また、上記減算項αは、例えば下記数式
（３）により算出される。 α＝０．０２×ＳＶ×Ｋ１…（３）ここで、ＳＶは上述した空間速度であり、Ｋ１はその係
数である。なお、係数Ｋ１は、０．５以上、１．５以下
の範囲の値となるように設定される。

【００２９】そして、上記ステップ１５が繰り返される
ことにより、酸素蓄積量ＯＳＣは減算項αずつ次第に減
少するように推定される（図７の時刻ｔ１〜ｔ２間）。

【００３０】次いで、ステップ１６に進み、減算して推
定した酸素蓄積量ＯＳＣのリミットチェックを行う。す
なわち、ステップ１６において、その酸素蓄積量ＯＳＣ
が０よりも小さいか否かを判別する。ステップ１６の判
別結果がＮｏ、すなわち酸素蓄積量ＯＳＣが０以上であ
るときには、そのまま本サブルーチンプログラムを終了
する。一方、ステップ１６の判別結果がＹｅｓ、すなわ
ち酸素蓄積量ＯＳＣが０よりも小さいときには（図７の
時刻ｔ２）、酸素蓄積量ＯＳＣを０に設定するとともに
（ステップ１７）、酸素蓄積量ＯＳＣの減量分である減
算項αが大き過ぎるとして、その係数Ｋ１を、前回の係
数Ｋ１から補正値△Ｋ１（例えば０．０５）を減算した
値に補正して（ステップ１８）、本サブルーチンプログ
ラムを終了する。

【００３１】一方、ステップ１４の判別結果がＮｏ、す
なわちＯ₂センサ１４の検出値ＳＶＯ２がリッチ側の値
を示しているときには（図７の時刻ｔ２〜ｔ３間）、後
述するように、空燃比のリーン化制御が行われているの
で、今回の酸素蓄積量ＯＳＣを、前回推定された酸素蓄
積量ＯＳＣに加算項βを加算した値とする（ステップ１
９）。これは、空燃比のリーン化制御が行われること
で、排気ガス中の酸素が多く、触媒コンバータ１２によ
る排気ガスの浄化で消費されない酸素が、触媒コンバー
タ１２に蓄積されることにより、酸素蓄積量ＯＳＣが増
加するからである。

【００３２】上記加算項βは、例えば下記数式（４）に
より算出される。 β＝０．０２×ＳＶ×Ｋ２…（４）ここで、ＳＶは上述した空間速度であり、Ｋ２はその係
数である。なお、係数Ｋ２も、上記係数Ｋ１と同じ範囲
の値となるように設定される。

【００３３】そして、上記ステップ１９が繰り返される
ことにより、酸素蓄積量ＯＳＣは加算項βずつ次第に増
加するように推定される（図７の時刻ｔ２〜ｔ３間）。

【００３４】次いで、ステップ２０に進み、加算して推
定した酸素蓄積量ＯＳＣのリミットチェックを行う。す
なわち、酸素蓄積量ＯＳＣが最大蓄積量ＯＳＣＭＡＸよ
りも大きいか否かを判別する。ステップ２０の判別結果
がＮｏ、すなわち酸素蓄積量ＯＳＣが最大蓄積量ＯＳＣ
ＭＡＸ以下であるときには、そのまま本サブルーチンプ
ログラムを終了する。一方、ステップ２０の判別結果が
Ｙｅｓ、すなわち酸素蓄積量ＯＳＣが最大蓄積量ＯＳＣ
ＭＡＸよりも大きいときには、酸素蓄積量ＯＳＣを最大
蓄積量ＯＳＣＭＡＸに設定するとともに（ステップ２
１）、酸素蓄積量ＯＳＣの増量分である加算項βが大き
過ぎるとして、その係数Ｋ２を、前回の係数Ｋ２から補
正値△Ｋ２（例えば０．０５）を減算した値に補正して
（ステップ２２）、本サブルーチンプログラムを終了す
る。

【００３５】上記ステップ１３の判別結果がＹｅｓ、す
なわちＯ₂センサ１４の検出値ＳＶＯ２が反転したとき
には、ステップ３１において、その反転がリーン側から
リッチ側であるか否かを判別する。このステップ３１の
判別結果がＮｏ、すなわち検出値ＳＶＯ２がリッチ側か
らリーン側に反転したときには（図７の時刻ｔ１）、空
燃比補正係数ＫＣＭＤＳＯ２を、値１に所定の補正値△
ＫＣＭＤＳＯ２（例えば０．０３）を加算した値に設定
する（ステップ３２）。これにより、図７（ｂ）に示す
ように、検出値ＳＶＯ２がその後リッチ側に反転するま
での間（図７の時刻ｔ１〜ｔ２間）は、空燃比補正係数
ＫＣＭＤＳＯ２が１＋△ＫＣＭＤＳＯ２に保たれ、それ
により目標空燃比係数ＫＣＭＤに応じて決定される混合
気の空燃比は、リッチ化するように制御される。

【００３６】これに対し、ステップ３１の判別結果がＹ
ｅｓ、すなわち検出値ＳＶＯ２の反転がリーン側からリ
ッチ側であるときには（図７の時刻ｔ２）、空燃比補正
係数ＫＣＭＤＳＯ２を、１から上記と同じ補正値△ＫＣ
ＭＤＳＯ２（例えば０．０３）を減算した値に設定する
（ステップ３３）。これにより、図７（ｂ）に示すよう
に、検出値ＳＶＯ２がその後リーン側に反転するまでの
間（図７の時刻ｔ２〜ｔ３間）は、空燃比補正係数ＫＣ
ＭＤＳＯ２が１−△ＫＣＭＤＳＯ２に保たれ、それによ
り混合気の空燃比は、リーン化するように制御される。

【００３７】ステップ３２に続くステップ３４において
は、最大蓄積量と酸素蓄積量との偏差（ＯＳＣＭＡＸ−
ＯＳＣ）に応じて、蓄積量補正係数ｎＯＳＣを算出す
る。この蓄積量補正係数ｎＯＳＣは、上述したステップ
１９における酸素蓄積量ＯＳＣの加算項βの係数Ｋ２を
補正するためのものである。この算出は、ＲＯＭ２ｄに
記憶された図８に示すようなテーブルを用い、上記偏差
（ＯＳＣＭＡＸ−ＯＳＣ）に応じて行われる。このテー
ブルでは、上記偏差（ＯＳＣＭＡＸ−ＯＳＣ）が大きい
ほど、より大きな値となるようにリニアに設定されてい
る。

【００３８】次に、上記のように算出した蓄積量補正係
数ｎＯＳＣを用い、酸素蓄積量ＯＳＣの加算項βの係数
Ｋ２を補正するとともに（ステップ３５）、酸素蓄積量
ＯＳＣを最大蓄積量ＯＳＣＭＡＸに設定して（ステップ
３６）、本サブルーチンプログラムを終了する。

【００３９】以上のように、Ｏ₂センサ１４の検出値Ｓ
ＶＯ２がリッチ側からリーン側に反転したときには、そ
れまでの空燃比のリーン化制御により、酸素蓄積量ＯＳ
Ｃが最大蓄積量ＯＳＣＭＡＸになっているとして、ステ
ップ３６で酸素蓄積量ＯＳＣを最大蓄積量ＯＳＣＭＡＸ
に設定し直す。また、そのときまでに得られている酸素
蓄積量ＯＳＣが最大蓄積量ＯＳＣＭＡＸに達していない
場合には（図７の時刻ｔ３）、酸素蓄積量ＯＳＣの加算
項βが小さ過ぎるとして、その係数Ｋ２を、上記偏差
（ＯＳＣＭＡＸ−ＯＳＣ）に応じて決定した蓄積量補正
係数ｎＯＳＣで補正し、より大きな値に補正することに
より、以降の酸素蓄積量ＯＳＣの推定を適切に行うこと
ができる。

【００４０】一方、ステップ３３に続くステップ３７に
おいては、上記図８のテーブルを用い、酸素蓄積量ＯＳ
Ｃに応じて蓄積量補正係数ｎＯＳＣを算出する。この場
合の蓄積量補正係数ｎＯＳＣは、前述したステップ１５
における酸素蓄積量ＯＳＣの減算項αの係数Ｋ１を補正
するためのものである。そして、算出した蓄積量補正係
数ｎＯＳＣを用い、酸素蓄積量ＯＳＣの減算項αの係数
Ｋ１を補正するとともに（ステップ３８）、酸素蓄積量
ＯＳＣを値０に設定して（ステップ３９）、本サブルー
チンプログラムを終了する。

【００４１】このように、Ｏ₂センサ１４の検出値ＳＶ
Ｏ２がリーン側からリッチ側に反転したときには、それ
までの空燃比のリッチ化制御により、酸素蓄積量ＯＳＣ
が値０になっているとして、ステップ３９で酸素蓄積量
ＯＳＣを値０に設定し直す。また、そのときまでに得ら
れている酸素蓄積量ＯＳＣが値０に達していない場合に
は、酸素蓄積量ＯＳＣの減算項αが小さ過ぎるとして、
その係数Ｋ１を、酸素蓄積量ＯＳＣに応じて決定した酸
素量補正係数ｎＯＳＣで補正し、より大きな値に補正す
ることにより、以降の酸素蓄積量ＯＳＣの推定を適切に
行うことができる。

【００４２】以上のようなＫＣＭＤＳＯ２算出・ＯＳＣ
推定のサブルーチンプログラムの終了後、そのサブルー
チンプログラムで推定した酸素蓄積量ＯＳＣを上記ＲＡ
Ｍ２ｃに記憶する（図２のステップ１０）。このよう
に、エンジン３の運転時における酸素蓄積量ＯＳＣの推
定後には、その値が毎回、ＲＡＭ２ｃに記憶されるた
め、エンジン３の停止直前の酸素蓄積量ＯＳＣを始動時
に利用することができる。

【００４３】次いで、空燃比補正係数ＫＣＭＤＳＯ２と
温度補正係数ＫＣＭＤＴＷを用い、上記数式（１）によ
って、目標空燃比係数ＫＣＭＤを算出する（ステップ
４）。そして、算出された目標空燃比係数ＫＣＭＤを用
いて燃料噴射時間ＴＯＵＴを算出し、エンジン３に供給
する混合気の空燃比を制御する。

【００４４】図９（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、エン
ジン３の始動時からの酸素蓄積量ＯＳＣおよび目標空燃
比係数ＫＣＭＤの推移の一例を示している。同図（ａ）
に示すように、エンジン３の停止時に推定された酸素蓄
積量ＯＳＣを、エンジン３の始動時の酸素蓄積量（初期
酸素蓄積量ＯＳＣＩＮ）とし、その後は、この初期酸素
蓄積量ＯＳＣＩＮと、検出空燃比と目標空燃比係数との
偏差（ＫＡＣＴ−ＫＣＭＤ）に応じて、酸素蓄積量ＯＳ
Ｃが推定される（図２のステップ７）。その結果、酸素
蓄積量ＯＳＣは、例えば図９（ａ）に示すように、初期
酸素蓄積量ＯＳＣＩＮが最大蓄積量ＯＳＣＭＡＸ寄りで
あるときには、エンジン３の始動時の時刻ｔ０から、エ
ンジン３の始動モードが終了した時点の時刻ｔａまでは
一定値をとり、時刻ｔａから、Ｏ₂センサ１４による酸
素蓄積量ＯＳＣの推定が可能となる時刻ｔｂ間で次第に
減量されながら推移する。この場合、目標空燃比係数Ｋ
ＣＭＤは、図９（ｂ）に示すように、時刻ｔ０〜ｔｂ間
で、１．０よりも大きいリッチ側から１．０に収束する
よう次第に減少しながら推移する。

【００４５】そして、時刻ｔｂを経過すると、目標空燃
比係数ＫＣＭＤは、空燃比補正係数ＫＣＭＤＳＯ２の制
御によって、図９（ｂ）に示すように、１．０を中心と
してリッチ側とリーン側で振動しながら推移する。これ
に伴い、酸素蓄積量ＯＳＣは、同図（ａ）に示すよう
に、値０と最大蓄積量ＯＳＣＭＡＸとの間で振動しなが
ら推移する（図７（ｃ）参照）。

【００４６】以上詳述したように、本実施形態の空燃比
制御装置１によれば、エンジン３の運転時に推定され
（ステップ９）、停止直前（停止時）にＲＡＭ２ｃに記
憶された酸素蓄積量ＯＳＣに応じて、エンジン３の始動
時の目標空燃比係数ＫＣＭＤを算出（補正）する（ステ
ップ４）。つまり、エンジン３の始動時における触媒コ
ンバータ１２の酸素蓄積量ＯＳＣは、エンジン３の停止
時のそれとほぼ同一であると考えられるので、エンジン
３の停止直前（停止時）に記憶された酸素蓄積量ＯＳＣ
に応じて目標空燃比係数ＫＣＭＤを算出（補正）するこ
とにより、エンジン３の始動時の適正な目標空燃比係数
ＫＣＭＤを得ることができる。したがって、このように
して得られた適正な目標空燃比係数ＫＣＭＤを初期値と
して、その後の混合気の空燃比を制御することにより、
エンジン３の始動後の所定期間の空燃比を適切に制御す
ることができる。また、エンジン３の始動時から所定時
間の間（図９の時刻ｔ０〜ｔｃ間）、すなわち触媒コン
バータ１２の活性化に伴い、Ｏ₂センサ１４による酸素
蓄積量ＯＳＣの推定が可能になるまでの間、ＬＡＦセン
サ１３の検出結果（検出空燃比ＫＡＣＴ）および算出し
た目標空燃比係数ＫＣＭＤに基づいて、酸素蓄積量ＯＳ
Ｃを推定するので（図２のステップ７）、エンジン３の
始動後の所定期間の空燃比を適切に制御することができ
る。したがって、本実施形態の空燃比制御装置１によれ
ば、触媒コンバータ１２の浄化率を常に最大とすること
ができ、その結果、始動後の所定期間における排気ガス
特性を向上させることができる。

【００４７】なお、本発明は、説明した上記実施形態に
限定されることなく、種々の態様で実施することができ
る。例えば、実施形態では、通常のエンジンの始動時、
すなわちエンジン３が停止してからある程度時間が経過
し、エンジン３が冷えた状態から始動を開始した場合を
想定して説明したが、車両の燃費を向上させるために、
自動的にエンジン３を停止あるいは始動させる、いわゆ
るアイドルストップにおいても適用することができる。
すなわちこの場合には、信号待ちなどでの車両の停止に
伴ってエンジン３が停止したときの酸素蓄積量ＯＳＣを
記憶し、運転者の発進のための動作によりエンジン３が
始動される際に、記憶した酸素蓄積量ＯＳＣを用いてエ
ンジン３の始動を行うようにすればよい。また、上記空
燃比制御とともに、混合気の空燃比をリッチ化している
きには、排気ガスをエンジン３に再循環させるＥＧＲ量
を増加させ、リーン化しているときにはＥＧＲ量を減少
させるようにして、空燃比の変更により、エンジン３で
発生するトルクの変化を低減するようにしてもよい。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の内燃機関
の空燃比制御装置は、内燃機関の始動後の所定期間であ
っても、酸素蓄積量に応じて空燃比を適切に制御するこ
とができ、触媒コンバータの浄化率を常に最大とするこ
とができるなどの効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による空燃比制御装置の概
略構成を示すブロック図である。

【図２】図１の空燃比制御装置による制御処理、具体的
には、エンジンの運転状態に応じて、酸素蓄積量ＯＳＣ
を推定するとともに目標空燃比係数ＫＣＭＤを算出する
メインルーチンのフローチャートである。

【図３】ＫＣＭＤＳＯ２算出・ＯＳＣ推定処理のサブル
ーチンのフローチャートである。

【図４】酸素蓄積量ＯＳＣと、空燃比補正係数ＫＣＭＤ
ＳＯ２との関係を示すテーブルである。

【図５】エンジン水温Ｔｗと、温度補正係数ＫＣＭＤＴ
Ｗとの関係を示すテーブルである。

【図６】空間速度ＳＶと補正係数ａとの関係を示すテー
ブルである。

【図７】（ａ）は、ＯＳ２フィードバック制御中におけ
るＯ₂センサの検出値ＳＶＯ２の推移の一例を示すタイ
ムチャートであり、（ｂ）は、（ａ）に対応する空燃比
補正係数ＫＣＭＤＳＯ２の設定の一例を示すタイムチャ
ートであり、（ｃ）は、（ａ）に対応する推定した酸素
蓄積量ＯＳＣの推移の一例を示すタイムチャートであ
る。

【図８】酸素蓄積量ＯＳＣと蓄積量補正係数ｎＯＳＣと
の関係、および最大蓄積量と酸素蓄積量との偏差（ＯＳ
ＣＭＡＸ−ＯＳＣ）と、蓄積量補正係数ｎＯＳＣとの関
係を示すテーブルである。

【図９】（ａ）は、エンジン始動時からの推定した酸素
蓄積量ＯＳＣの推移の一例を示すタイムチャートであ
り、（ｂ）は、（ａ）のタイムチャートに対応する目標
空燃比係数ＫＣＭＤの推移の一例を示すタイムチャート
である。

【符号の説明】

１空燃比制御装置２ＥＣＵ（推定手段、目標空燃比決定手段、目標空燃
比補正手段、第１推定手段、第２推定手段、空燃比変動
手段）２ｃＲＡＭ（記憶手段）３エンジン（内燃機関）１１排気管（排気系）１２触媒コンバータ（排気浄化手段）１３ＬＡＦセンサ（上流側酸素濃度検出手段）１４Ｏ₂センサ（下流側酸素濃度検出手段）Ｔｗエンジン水温Ｎｅエンジン回転数ＯＳＣ酸素蓄積量ＫＣＭＤ目標空燃比係数ＫＣＭＤＳＯ２空燃比補正係数ＫＣＭＤＴＷ温度補正係数

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3G091 AA02 AB03 BA03 BA14 DC01 EA01 EA06 EA16 EA18 EA36 FA02 FB02 FB10 FB12 HA36 HA37 3G301 HA06 JA25 KA01 MA01 NA06 NA09 NC01 ND03 NE13 NE15 PD02Z PD12Z PE01Z PE04Z PE08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関に供給する混合気の空燃比を目
標空燃比になるように制御するための内燃機関の空燃比
制御装置であって、前記内燃機関の排気系に設けられ、当該内燃機関から排
出された排気ガスを浄化する排気浄化手段と、この排気浄化手段に蓄積されている酸素の酸素蓄積量を
推定するための推定手段と、この推定手段により推定された前記酸素蓄積量を前記内
燃機関の停止時に記憶する記憶手段と、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記目標空燃比を決
定する目標空燃比決定手段と、前記内燃機関の始動時に、前記記憶手段に記憶された前
記酸素蓄積量に応じて、前記目標空燃比決定手段によっ
て決定された前記目標空燃比を補正する目標空燃比補正
手段と、を備えていることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装
置。
【請求項２】内燃機関に供給する混合気の空燃比を目
標空燃比になるように制御するための内燃機関の空燃比
制御装置であって、前記内燃機関の排気系に設けられ、当該内燃機関から排
出された排気ガスを浄化する排気浄化手段と、この排気浄化手段の上流側および下流側の前記排気系に
それぞれ設けられ、前記排気ガスの酸素濃度を検出する
上流側酸素濃度検出手段および下流側酸素濃度検出手段
と、前記排気浄化手段に蓄積されている酸素の酸素蓄積量
を、前記下流側酸素濃度検出手段の検出結果に応じて推
定するための第１推定手段と、前記第１推定手段によって推定された前記酸素蓄積量に
応じて、前記目標空燃比を理論空燃比に対しリッチまた
はリーンに変動させる空燃比変動手段と、前記内燃機関の始動時から所定期間、前記上流側酸素濃
度検出手段の検出結果および前記目標空燃比に応じて、
前記酸素蓄積量を推定する第２推定手段と、を備えていることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装
置。