JP2002038999A

JP2002038999A - エンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2002038999A
Application number: JP2000226501A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Tetsuno; 雅之鐵野
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2002-02-06

Abstract

(57)【要約】【課題】空燃比のフィードバック制御の結果に基い
て、各気筒毎に設けた燃料噴射弁９からの燃料噴射量を
学習補正する場合に、触媒１０のストレージ効果による
高い排気浄化効率を低減させないようにすることを課題
とする。【解決手段】各気筒毎に設けられた燃料噴射弁９と、
排ガス中の残存酸素濃度を検出するＯ₂センサ１１と、
該センサ１１の検出結果に基いて各気筒毎の空燃比を理
論空燃比に制御するコントロールユニット１２とを備え
る。コントロールユニット１２は、燃料噴射量を学習す
るときは、空燃比を、理論空燃比を含む複数の空燃比に
周期的に変更し、空燃比を理論空燃比に維持している期
間中における空燃比制御の結果に基いて、各気筒毎の燃
料噴射量を学習する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエンジンの空燃比制
御装置の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】例えば燃費性能の向上を図る筒内噴射式
エンジンでは、燃料圧力が高いから、個体差や経年変化
等によって、各気筒毎に設けられた燃料噴射弁の開弁時
間が僅かにずれても、燃料噴射量が大きく変動し、実空
燃比が大きく目標空燃比からずれる。したがって、特開
平５−９９０５１号公報に開示されるように、例えば燃
料圧力の変化に伴う燃料噴射量のずれに基いて、各気筒
毎の燃料噴射量を学習補正することが提案される。

【０００３】この種のエンジンでは、空燃比が理論空燃
比（λ＝１）近傍であるときに排ガス中のＣＯ（一酸化
炭素）、ＨＣ（炭化水素）、及びＮＯｘ（窒素酸化物）
の３成分を効率よく浄化する三元触媒と、空燃比が酸素
過剰雰囲気であるときに排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、酸
素濃度の低下により吸蔵していたＮＯｘを還元して放出
するＮＯｘ吸蔵還元型触媒とが排気通路に併せて備えら
れる。そして、排ガス中の残存酸素濃度から燃焼室内の
混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチかリーンかを検
出するＯ₂センサの検出値に基いて、実空燃比が理論空
燃比に収束するように、燃料噴射量をフィードバック制
御することが行なわれる。そして、このときの空燃比の
フィードバック制御の結果に基いて、各気筒毎の燃料噴
射量を学習補正することが考えられる。

【０００４】一方、エンジンの排気性能のさらなる向上
を目的として、三元触媒のストレージ効果を利用するこ
とが知られている。すなわち、燃焼室内の混合気の空燃
比が理論空燃比よりもリッチなときは、理論空燃比であ
るときに比べて、排ガス中の未燃成分が増加するから、
触媒に余分に多くの未燃成分が吸蔵される。逆に、燃焼
室内の混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンなとき
は、理論空燃比であるときに比べて、排ガス中の残留酸
素が増加するから、触媒に余分に多くの酸素が吸蔵され
る。

【０００５】したがって、空燃比を、理論空燃比を挟ん
でリッチとリーンとに周期的に変動させるようにすれ
ば、触媒に余分に吸蔵された未燃成分と酸素とが効率よ
く反応して、触媒温度が低く、触媒活性が低いときで
も、良好な排気浄化効率を得ることが可能となる。ま
た、触媒温度を高め、触媒活性を高めて、排気浄化効率
を高めることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、空燃比のフィ
ードバック制御の点、及びその結果に基く燃料噴射量の
学習補正の点からは、実空燃比が理論空燃比から大きく
ずれることなく速やかに収束することが好ましい。これ
は、例えば、フィードバックゲインを小さくすること
や、実空燃比と目標空燃比との偏差に応じてフィードバ
ックゲインを設定すること等によって達成される。

【０００７】一方、触媒のストレージ効果の利用の点か
らは、実空燃比が理論空燃比から大きくずれることなく
速やかに収束することは逆に好ましいことではない。す
なわち、リッチ時又はリーン時における未燃成分及び残
留酸素の吸蔵量が少なくなり、これらが反応することに
よって得られる高い排気浄化効率が低減するからであ
る。

【０００８】本発明は、このような二律背反の現状に鑑
みてなされたもので、空燃比のフィードバック制御の結
果に基いて、各気筒毎に設けた燃料噴射弁からの燃料噴
射量を学習補正する場合に、触媒ストレージ効果による
高い排気浄化効率を低減させないようにすることを課題
とする。以下、その他の課題を含め、本発明を詳しく説
明する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の特許請求の範囲における請求項１に記載の発
明は、各気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、排ガス中の
残存酸素濃度を検出する検出手段と、該検出手段の検出
結果に基いて、各気筒毎の空燃比を理論空燃比に制御す
る空燃比制御手段と、該制御手段の制御結果に基いて、
各気筒毎の燃料噴射量を学習する燃料噴射量学習手段
と、排気浄化効率を高めるために、空燃比を、理論空燃
比を含む複数の空燃比に周期的に変更する空燃比変更手
段とを有するエンジンの空燃比制御装置であって、少な
くとも燃料噴射量学習手段が学習を行なうときは、空燃
比変更手段が空燃比の変更を行なうと共に、該変更手段
により空燃比が理論空燃比に維持されている期間中にお
ける空燃比制御手段の制御結果に基いて、燃料噴射量学
習手段が学習を行なうことを特徴とする。

【００１０】この発明によれば、燃料噴射量の学習時に
は、必ず、空燃比が理論空燃比を含む複数の空燃比に周
期的に変更されるから、この燃料噴射量の学習時におい
ても、触媒のストレージ効果が得られて、高い排気浄化
効率が確保される。一方、燃料噴射量の学習自体は、空
燃比が理論空燃比に維持されている期間中における空燃
比制御結果に基いて確実に実行される。

【００１１】次に、請求項２に記載の発明は、上記請求
項１に記載の発明において、空燃比制御手段は、燃料噴
射量学習手段が学習を行なうときは、行なわないときに
比べて、制御ゲインを小さくすることを特徴とする。

【００１２】この発明によれば、燃料噴射量の学習時に
は、空燃比を理論空燃比に制御するための制御ゲインが
小さくされるから、実空燃比が理論空燃比から大きくず
れることがなく速やかに収束し、これにより、空燃比制
御、及びその制御結果に基く燃料噴射量の学習が良好に
行なわれる。

【００１３】これに対し、燃料噴射量の非学習時には、
空燃比を理論空燃比に制御するための制御ゲインが大き
くされるから、十分大きな触媒のストレージ効果が得ら
れて、高い排気浄化効率が確保される。

【００１４】次に、請求項３に記載の発明は、上記請求
項１に記載の発明において、燃料噴射量学習手段は、理
論空燃比が目標空燃比として設定されてから、検出手段
で検出される残存酸素濃度が理論空燃比のときの残存酸
素濃度となるまでは、学習を行なわないことを特徴とす
る。

【００１５】この発明によれば、学習精度の低下が回避
される。すなわち、理論空燃比が目標空燃比として設定
されても、実空燃比は直ちには理論空燃比にはならず、
応答遅れがあるから、その遅れ時間が経過するのを待っ
て、学習を実行するのである。

【００１６】次に、請求項４に記載の発明は、上記請求
項１に記載の発明において、エンジンは、筒内噴射式エ
ンジンであることを特徴とする。

【００１７】この発明によれば、燃料圧力が高く、個体
差や経年変化等によって、各気筒毎の燃料噴射弁の開弁
時間が僅かにずれても、燃料噴射量ないし空燃比が大き
くずれ、したがって、各気筒毎の燃料噴射量を学習補正
することの意義が大きい筒内噴射式エンジンにおいて、
該燃料噴射量の学習補正をする場合に、触媒ストレージ
効果による高い排気浄化効率を低減させないようにする
ことができる。以下、発明の実施の形態を通して、本発
明をさらに詳しく説明する。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本実施の形態に係る筒内
噴射式エンジン１の制御システム構成図である。このエ
ンジン１は、ピストン１５によって画成された燃焼室２
が４つ設けられた直列４気筒エンジンである（図１には
そのうちの１つの気筒のみ図示）。各気筒毎に、吸気弁
３及び排気弁４を介して、吸気通路５及び排気通路６が
接続されている。燃焼室２の上部には点火プラグ１６
が、また側部にはインジェクタ（燃料噴射弁）９が臨ま
れている。インジェクタ９は燃焼室２内に燃料を直接噴
射する。

【００１９】吸気通路５には、上流側から、吸入空気量
を検出するエアフローセンサ７と、吸入空気量を調節す
るスロットルバルブ８とが配設されている。排気通路６
には、上流側から、燃焼後の排ガス中の残存酸素濃度を
検出し、燃焼室２内の混合気の空燃比が理論空燃比より
リッチかリーンかを検出するλＯ₂センサ１１と、排ガ
スを浄化する三元触媒式の触媒コンバータ１０とが配設
されている。

【００２０】電子制御式のコントロールユニット１２
は、エアフローセンサ７からの吸入空気量信号と、エン
ジン回転数を検出するエンジン回転センサ１３からのエ
ンジン回転数信号と、エンジン水温を検出する水温セン
サ１４からの水温信号と、Ｏ₂センサ１１からの空燃比
信号とを入力し、これらの信号に基いて、インジェクタ
９から噴射される燃料噴射量を調整して、燃焼室２…２
内の混合気の空燃比を制御する。

【００２１】図２は、エンジン１の空燃比マップであ
る。このマップでは、エンジン回転数とエンジン負荷と
をパラメータとするエンジンの運転領域が、リーン運転
領域（成層燃焼領域）Ａと、理論空燃比又はリッチ運転
領域（均一燃焼領域）Ｂとに分割されている。リーン運
転領域Ａは、運転頻度の高い低中回転、低中負荷側に設
定されている。この領域Ａでは空燃比が理論空燃比より
大きくされる（λ＞１）。この領域Ａでのリーン運転時
は、燃料を圧縮行程中に噴射し（後期噴射）、燃料を点
火プラグ１６の近傍に偏在させて成層燃焼させる。

【００２２】理論空燃比又はリッチ運転領域Ｂは、高回
転、高負荷側に設定されている。この領域Ｂでは空燃比
が理論空燃比とされる（λ＝１）。又は理論空燃比より
小さくされる（λ＜１）。この領域Ｂでの理論空燃比又
はリッチ運転時は、燃料を吸気行程中に噴射し（前期噴
射）、燃料を燃焼室２内で充分に気化霧化させる。特
に、この領域Ｂでの理論空燃比運転時は、排ガス中のＣ
Ｏ，ＨＣ，ＮＯｘが三元触媒式の触媒コンバータ１０に
よって同時に浄化される。そして、そのような触媒コン
バータ１０の浄化機能を最大限に発揮させるために、空
燃比を理論空燃比に収束させるためのフィードバック制
御が行なわれる。

【００２３】これに対し、リーン運転領域Ａでは、原則
的に、空燃比が理論空燃比にフィードバック制御される
ことはない。しかし、所定の条件下で、空燃比を理論空
燃比にフィードバック制御し、そのときの制御結果に基
いて、各気筒毎の燃料噴射量を学習することが行なわれ
る。次に、この学習動作を含む空燃比制御の具体的一例
をフローチャートを参照して説明する。

【００２４】まず、図３に示すステップＳ１で、各種信
号を読み込んだうえで、ステップＳ２で、気筒毎空燃比
フィードバック制御の実行条件が満足されているか否か
を判定する。この実行条件は、（１）運転状態が、図２
に気筒毎Ｆ／Ｂ実行許可領域として斜線を施して示すよ
うに、リーン運転領域Ａ内の中回転、低中負荷領域にあ
ること、及び（２）エンジン水温が所定水温以上である
こと、等である。

【００２５】その結果、実行条件が満足されていないと
きは、ステップＳ３で、目標空燃比（ＡＦｏ）が理論空
燃比である１４．７であるか否かを判定する。その結
果、ＹＥＳのとき、すなわち、領域Ｂでの理論空燃比運
転時は、ステップＳ４で、通常の空燃比のフィードバッ
ク制御を実行する。これに対し、ＮＯのとき、すなわ
ち、領域Ｂでのリッチ運転時か、あるいは、領域Ａでの
通常のリーン運転時は、ステップＳ４を実行せず、リタ
ーンする。すなわち、空燃比をフィードバック制御する
ことなく、オープン制御で空燃比をリッチ又はリーンと
する。

【００２６】ここで、ステップＳ４でのフィードバック
制御は概略次のようにして行われる。すなわち、まず、
吸入空気量とエンジン回転数とに基いて１サイクルあた
りに燃焼室２…２に吸入される吸入空気量を演算する。
そして、その吸入空気量に基いて理論空燃比を実現する
燃料噴射量が得られるように、インジェクタ９に対する
基本噴射パルス幅（Ｔｐ）を演算する。

【００２７】次いで、図４に示すフローチャートに従っ
て、フィードバック補正係数（Ｃｆｂ）を算出する。ま
ず、ステップＳ３１で、リーン遅延時間（ＤＬ）、リー
ンスキップ値（ＰＬ）、リーン積分定数（ＩＬ）、リッ
チ遅延時間（ＤＲ）、リッチスキップ値（ＰＲ）、リッ
チ積分定数（ＩＲ）として、それぞれ標準値ＤＬＯ、Ｐ
ＬＯ、ＩＬＯ、ＤＲＯ、ＰＲＯ、ＩＲＯをセットする。

【００２８】次いで、ステップＳ３２で、Ｏ₂センサ１
１からの空燃比信号がリッチを示しているか否かを判定
する。その結果、ＹＥＳのときは、ステップＳ３３で、
前回もリッチであったか否かを判定し、ＮＯのとき、す
なわちリーンからリッチへの切換り直後のときは、ステ
ップＳ３４で、タイマｔをスタートさせる。そして、ス
テップＳ３５で、タイマｔがリーン遅延時間（ＤＬ）に
至るまで待機し、リーン遅延時間（ＤＬ）が経過した
ら、ステップＳ３６で、フィードバック補正係数（Ｃｆ
ｂ）をリーンスキップ値（ＰＬ）だけ減算する。その
後、リッチが継続しているときは、ステップＳ３３から
Ｓ３７に進んで、フィードバック補正係数（Ｃｆｂ）を
リーン積分定数（ＩＬ）づつ減算していく。

【００２９】なお、ステップＳ３５でタイマｔがリーン
遅延時間（ＤＬ）に至るまで待機している間は、リーン
時の処理を続行する。すなわち、後述するステップＳ４
２のように、フィードバック補正係数（Ｃｆｂ）をリッ
チ積分定数（ＩＲ）づつ加算していくのである。

【００３０】これにより、フィードバック補正係数（Ｃ
ｆｂ）は、Ｏ₂センサ１１からの空燃比信号に応じて、
図５に実線で示すように変化する。なお、図５におい
て、Ｏ ₂センサ１１の出力電圧（Ｖ）が「１」のとき
は、該センサ１１からの空燃比信号がリッチを示してお
り、「０」のときは、リーンを示している。そして、基
準電圧（Ｖｏ）は、空燃比が理論空燃比であるときのＯ
₂センサ１１の出力電圧である。

【００３１】すなわち、Ｏ₂センサ１１の出力電圧
（Ｖ）が基準電圧（Ｖｏ）より大きくなったのち、標準
リーン遅延時間（ＤＬＯ）が経過するまでは、フィード
バック補正係数（Ｃｆｂ）は、標準リッチ積分定数（Ｉ
ＲＯ）に従って増大し続け、標準リーン遅延時間（ＤＬ
Ｏ）が経過したときに、標準リーンスキップ値（ＰＬ
Ｏ）だけ一挙に減少し、そののち、標準リーン積分定数
（ＩＬＯ）に従って徐々に減少する。

【００３２】図４のフローチャートに戻り、ステップＳ
３２で、Ｏ₂センサ１１からの空燃比信号がリーンを示
しているときは、ステップＳ３８で、前回もリーンであ
ったか否かを判定し、ＮＯのとき、すなわちリッチから
リーンへの切換り直後のときは、ステップＳ３９で、タ
イマｔをスタートさせる。そして、ステップＳ４０で、
タイマｔがリッチ遅延時間（ＤＲ）に至るまで待機し、
リッチ遅延時間（ＤＲ）が経過したら、ステップＳ４１
で、フィードバック補正係数（Ｃｆｂ）をリッチスキッ
プ値（ＰＲ）だけ加算する。その後、リーンが継続して
いるときは、ステップＳ３８からＳ４２に進んで、フィ
ードバック補正係数（Ｃｆｂ）をリッチ積分定数（Ｉ
Ｒ）づつ加算していく。

【００３３】なお、ステップＳ４０でタイマｔがリッチ
遅延時間（ＤＲ）に至るまで待機している間は、リッチ
時の処理を続行する。すなわち、上述したステップＳ３
７のように、フィードバック補正係数（Ｃｆｂ）をリー
ン積分定数（ＩＬ）づつ減算していくのである。

【００３４】これにより、フィードバック補正係数（Ｃ
ｆｂ）は、図５に実線で示すように、Ｏ₂センサ１１の
出力電圧（Ｖ）が基準電圧（Ｖｏ）より小さくなったの
ち、標準リッチ遅延時間（ＤＲＯ）が経過するまでは、
フィードバック補正係数（Ｃｆｂ）は、標準リーン積分
定数（ＩＬＯ）に従って減少し続け、標準リッチ遅延時
間（ＤＲＯ）が経過したときに、標準リッチスキップ値
（ＰＲＯ）だけ一挙に増大し、そののち、標準リッチ積
分定数（ＩＲＯ）に従って徐々に増大する。

【００３５】そして、次式（数１）に従い、前述の基本
噴射パルス幅（Ｔｐ）を、このフィードバック補正係数
（Ｃｆｂ）等で補正することにより、最終噴射パルス幅
（Ｔｆ）を設定する。

【００３６】

【数１】

【００３７】ここで、例えば、Ｃｘは、エンジン水温に
よる暖機増量補正係数、Ｔｖは、インジェクタ９の動作
遅れを考慮した無効噴射時間である。

【００３８】以上により、Ｏ₂センサ１１の出力電圧
（Ｖ）が、図５に示すように、理論空燃比のときの基準
電圧（Ｖｏ）を挟んで増減するに伴い、フィードバック
補正係数（Ｃｆｂ）が、空燃比を理論空燃比に収束させ
るように変化することになる。

【００３９】その場合に、空燃比が理論空燃比を挟んで
リッチとリーンとに周期的に変動するから、ステップＳ
２で気筒毎空燃比フィードバック制御の実行条件が満足
されておらず、したがってこのようにステップＳ４で通
常のフィードバック制御を実行して、後述するステップ
Ｓ１１での気筒毎学習制御を実行しないときは、触媒コ
ンバータ１０のストレージ効果が得られて、高い排気浄
化効率が達成されることになる。つまり、空燃比を理論
空燃比にフィードバック制御するための制御ゲイン、す
なわち標準リーン遅延時間（ＤＬＯ）、標準リーンスキ
ップ値（ＰＬＯ）、標準リーン積分定数（ＩＬＯ）、標
準リッチ遅延時間（ＤＲＯ）、標準リッチスキップ値
（ＰＲＯ）、標準リッチ積分定数（ＩＲＯ）はそれぞれ
充分大きい値である。

【００４０】図３のフローチャートに戻り、ステップＳ
２で、気筒毎空燃比フィードバック制御の実行条件が満
足されているときは、ステップＳ５で、目標空燃比（Ａ
Ｆｏ）をみて、目標空燃比（ＡＦｏ）が所定のリーン側
の空燃比（ＡＦＬ）であるときはステップＳ６に、理論
空燃比である１４．７であるときはステップＳ１０に、
所定のリッチ側の空燃比（ＡＦＲ）であるときはステッ
プＳ１９にそれぞれ進む。

【００４１】ステップＳ６では、リーンタイマｔ１がリ
ーン実行時間（Ｔ１）に至ったか否かを判定し、リーン
実行時間（Ｔ１）が経過するまでは、そのままリターン
する。すなわち、目標空燃比（ＡＦｏ）を所定リーン側
空燃比（ＡＦＬ）に維持する。そして、リーン実行時間
（Ｔ１）が経過した時点で、ステップＳ６からＳ７に進
んで、目標空燃比（ＡＦｏ）を理論空燃比（１４．７）
に切り換える。次いで、ステップＳ８で、理論空燃比タ
イマｔ２をスタートさせ、ステップＳ９で、リーンタイ
マｔ１をリセットする。

【００４２】これにより、図６に実線で示すように、目
標空燃比（ＡＦｏ）がリーン実行時間（Ｔ１）だけ所定
リーン側空燃比（ＡＦＬ）に維持されたのち、理論空燃
比に切り換えられる。そして、それに伴って、実空燃比
が、破線で示すように、所定の遅延時間（ＴＤ）だけ遅
れて、所定リーン側空燃比（ＡＦＬ）から理論空燃比に
移行する。

【００４３】ステップＳ１０では、理論空燃比タイマｔ
２が上記所定遅延時間（ＴＤ）に至ったか否かを判定
し、該遅延時間（ＴＤ）が経過するまでは、そのままリ
ターンする。すなわち、目標空燃比（ＡＦｏ）を理論空
燃比に維持する。そして、遅延時間（ＴＤ）が経過した
時点で、ステップＳ１０からＳ１１に進んで、気筒毎学
習制御を実行する。この気筒毎学習制御については後述
する。

【００４４】次いで、ステップＳ１２で、理論空燃比タ
イマｔ２が理論空燃比実行時間（Ｔ２）に至ったか否か
を判定し、理論空燃比実行時間（Ｔ２）が経過するまで
は、そのままリターンする。すなわち、目標空燃比（Ａ
Ｆｏ）を引き続き理論空燃比に維持する。そして、理論
空燃比実行時間（Ｔ２）が経過した時点で、ステップＳ
１２からＳ１３に進んで、一つ前の目標空燃比（ＡＦ
ｏ）が所定リーン側空燃比（ＡＦＬ）のときは、ステッ
プＳ１４で、目標空燃比（ＡＦｏ）を所定リッチ側空燃
比（ＡＦＲ）に切り換える。次いで、ステップＳ１５
で、リッチタイマｔ３をスタートさせ、ステップＳ１６
で、理論空燃比タイマｔ２をリセットする。

【００４５】これにより、図６に実線で示すように、目
標空燃比（ＡＦｏ）が所定リーン側空燃比（ＡＦＬ）か
ら理論空燃比実行時間（Ｔ２）だけ理論空燃比に維持さ
れたのち、所定リッチ側空燃比（ＡＦＲ）に切り換えら
れる。そして、それに伴って、実空燃比が、破線で示す
ように、やや時間的に遅れて、理論空燃比から所定リッ
チ側空燃比（ＡＦＲ）に移行する。

【００４６】ステップＳ１３で、一つ前の目標空燃比
（ＡＦｏ）が所定リッチ側空燃比（ＡＦＲ）のときは、
ステップＳ１７で、目標空燃比（ＡＦｏ）を所定リーン
側空燃比（ＡＦＬ）に切り換える。次いで、ステップＳ
１８で、リーンタイマｔ１をスタートさせ、ステップＳ
１６で、理論空燃比タイマｔ２をリセットする。

【００４７】これにより、図６に実線で示すように、目
標空燃比（ＡＦｏ）が所定リッチ側空燃比（ＡＦＲ）か
ら理論空燃比実行時間（Ｔ２）だけ理論空燃比に維持さ
れたのち、所定リーン側空燃比（ＡＦＬ）に切り換えら
れる。そして、それに伴って、実空燃比が、破線で示す
ように、やや時間的に遅れて、理論空燃比から所定リー
ン側空燃比（ＡＦＬ）に移行する。

【００４８】ステップＳ１９では、リッチタイマｔ３が
リッチ実行時間（Ｔ３）に至ったか否かを判定し、リッ
チ実行時間（Ｔ３）が経過するまでは、そのままリター
ンする。すなわち、目標空燃比（ＡＦｏ）を所定リッチ
側空燃比（ＡＦＲ）に維持する。そして、リッチ実行時
間（Ｔ３）が経過した時点で、ステップＳ１９からＳ２
０に進んで、目標空燃比（ＡＦｏ）を理論空燃比に切り
換える。次いで、ステップＳ２１で、理論空燃比タイマ
ｔ２をスタートさせ、ステップＳ２２で、リッチタイマ
ｔ３をリセットする。

【００４９】これにより、図６に実線で示すように、目
標空燃比（ＡＦｏ）がリッチ実行時間（Ｔ３）だけ所定
リッチ側空燃比（ＡＦＲ）に維持されたのち、理論空燃
比に切り換えられる。そして、それに伴って、実空燃比
が、破線で示すように、所定の遅延時間（ＴＤ）だけ遅
れて、所定リッチ側空燃比（ＡＦＲ）から理論空燃比に
移行する。

【００５０】以上により、空燃比が理論空燃比を挟んで
所定リッチ側空燃比（ＡＦＲ）と所定リーン側空燃比
（ＡＦＬ）とに交互に周期的に変動し、ステップＳ１１
での気筒毎学習制御を実行するときにおいても、触媒コ
ンバータ１０のストレージ効果が得られて、高い排気浄
化効率が確保される。

【００５１】また、ステップＳ１１での気筒毎学習制御
は、理論空燃比実行時間（Ｔ２）中行われるのではな
く、それよりも遅延時間（ＴＤ）だけ短い時間（ＴＬ）
中行われる。すなわち、前述したように、目標空燃比
（ＡＦｏ）が所定リーン側空燃比（ＡＦＬ）又は所定リ
ッチ側空燃比（ＡＦＲ）から理論空燃比に切り換えられ
ても、実空燃比は直ちには理論空燃比にならず、所定遅
延時間（ＴＤ）だけ応答遅れがあるから、その遅延時間
（ＴＤ）が経過するのを待って、各気筒毎の燃料噴射量
を学習することにより、該学習精度の向上を図ることが
できる。

【００５２】気筒毎学習制御は、図７に示すフローチャ
ートに従って行われる。まず、ステップＳ５１で、学習
実行条件が満足されているか否かを判定する。この学習
実行条件は、前述のステップＳ２の実行条件に加えて、
運転状態が加速時等の過渡期ではなく安定した定常状態
にあること、等が追加される。

【００５３】その結果、学習実行条件が満足されている
ときは、ステップＳ５２で、各気筒毎に、Ｏ₂センサ１
１の判定エッジを算出する。すなわち、４つの気筒に対
して１つのＯ₂センサ１１しか配設されていないから、
図８に示すように、該Ｏ₂センサ１１の出力と、クラン
ク角センサの出力とを対応付けて、どのクランク角のと
きに、どの気筒の排ガスの空燃比を判定しているのかを
算定するのである。

【００５４】例えば、図８は、４つの気筒から順に排出
される排ガスの影響が、Ｏ₂センサ１１の出力に、実
線、破線、一点鎖線、二点鎖線の順に現れることを示し
ている。ここで、例えば、Ｏ₂センサ１１の出力のピー
クは、各気筒において、ピストン１５が上死点にあると
きに現れる。そして、時刻ア、アのクランク角のとき
に、同一の気筒から排出された排ガスの空燃比（実線）
を判定していることになる。

【００５５】なお、各気筒毎のＯ₂センサ１１の判定エ
ッジは、エンジン１の運転状態、例えばエンジン回転数
等により変化する。

【００５６】次いで、ステップＳ５３で、各気筒毎のＯ
₂センサ１１の判定エッジにて該センサ１１の出力値を
保持する。すなわち、各気筒毎に上記のようにして検出
した排ガスの空燃比をメモリに格納しておく。

【００５７】次いで、ステップＳ５４で、そのように保
持したＯ₂センサ１１の出力値に基いて、各気筒毎に空
燃比を理論空燃比に収束させるようにフィードバック制
御を行なう。すなわち、図９に示すように、このＯ₂セ
ンサ１１は、リッチかリーンかを検出するλＯ₂センサ
であっても、理論空燃比のときの基準電圧（Ｖｏ）を挟
んで所定の微少幅内の領域（イ）では、その出力電圧
（Ｖ）が空燃比に応じて変化するから、該出力電圧
（Ｖ）に基いて各気筒毎の排ガスの実空燃比を算定する
ことができる。したがって、その算定した実空燃比（実
電圧）と、目標空燃比、すなわち理論空燃比（基準電圧
Ｖｏ）との偏差がなくなるように、各気筒毎に燃料噴射
量をフィードバック補正するのである。

【００５８】図１０は、このように、実偏差に基いて、
実電圧を、Ｏ₂センサ１１の出力電圧の目標値（Ｖｏ）
に収束させた場合の、上記実電圧の時間変化を示す。こ
の場合は、実空燃比（実電圧）が理論空燃比（基準電圧
Ｖｏ）からそれほど大きくずれることがなく、比較的速
やかに収束する。少なくとも、図３のステップＳ４の気
筒毎学習非実行時における通常フィードバック制御に比
べて、実空燃比が理論空燃比からずれる程度が小さくな
る。これにより、この気筒毎の空燃比のフィードバック
制御、及びその制御結果に基く気筒毎の燃料噴射量の学
習が良好に行なわれることになる。

【００５９】次いで、ステップＳ５５で、学習回数を判
定し、学習回数がゼロのとき、すなわちこれが最初の学
習であるときは、ステップＳ５６で、目標噴射量と補正
値とを保持する。ここで、目標噴射量とは、図１１に示
すマップにおける燃料噴射量に相当する。図１１のマッ
プは、パルス幅（最終噴射パルス幅Ｔｆ）と燃料噴射量
との関係を示すマップであり、このマップが学習補正の
対象である。そして、所定の複数の領域（図例では４つ
の領域ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４）で、各気筒毎に燃料噴
射量をフィードバック補正し、その補正値を学習量とし
て保持しておくのである。

【００６０】これに対し、学習２回目以降は、ステップ
Ｓ５５からステップＳ５７に進んで、今回の目標噴射量
と、最初の学習であったときの目標噴射量との偏差、つ
まりステップＳ５６で保持した目標噴射量との偏差が既
定値以下か否かを判定する。つまり、図１１のマップに
示した複数の領域（学習補正する領域）ｒ１〜ｒ４から
逸脱していないことを確認するのである。

【００６１】その結果、ＮＯのとき、すなわち、上記の
所定の学習補正領域ｒ１〜ｒ４から逸脱したときは、ス
テップＳ５８に進んで、学習回数をゼロにリセットし、
且つその他の各種のパラメータを全て初期化する。つま
り、この学習動作をいったん終了する。

【００６２】一方、ＹＥＳのとき、すなわち、上記の所
定の学習補正領域ｒ１〜ｒ４内にあるときは、ステップ
Ｓ５９に進んで、目標噴射量と補正値とをそれぞれ積算
していく。そして、ステップＳ６０で、学習回数が既定
値（例えば８回）に到達するまで、上記ステップＳ５９
で、目標噴射量と補正値とをそれぞれ積算していき、学
習回数が既定値に到達したときに、ステップＳ６０から
ステップＳ６１に進んで、上記の目標噴射量の積算値及
び補正値の積算値をそれぞれ上記の既定学習回数で割り
算して、各領域ｒ１〜ｒ４毎の目標噴射量及び補正値の
平均値を算出する。

【００６３】次いで、ステップＳ６２で、上記の平均目
標噴射量から噴射パルス幅（Ｔｆ）を算出することによ
り、該噴射パルス幅（Ｔｆ）に上記のフィードバック補
正値、つまり学習量を反映させる。

【００６４】次いで、ステップＳ６３で、前述したよう
に、目標噴射量で複数の学習補正領域ｒ１〜ｒ４に分割
し、各領域ｒ１〜ｒ４毎に、上記の平均目標噴射量と、
学習した噴射パルス幅（Ｔｆ）とを保持する。

【００６５】そして、ステップＳ６４で、全学習補正領
域ｒ１〜ｒ４について学習が完了したとき、つまり、各
気筒毎に、全学習補正領域ｒ１〜ｒ４について、上記の
平均目標噴射量と、学習噴射パルス幅（Ｔｆ）とが決定
したときに、ステップＳ６５に進んで、図１１のマップ
をインジェクタ９の流量特性に反映させる。すなわち、
上記領域ｒ１〜ｒ４間を線形補完して、図１１のマップ
を完成させ、該マップに基いて、空燃比制御で設定され
た目標燃料噴射量が得られるように、パルス幅を決定す
る。

【００６６】なお、以上においては、ステップＳ５４
で、Ｏ₂センサ１１の出力値に基いて、各気筒毎に空燃
比を理論空燃比に収束させるようにフィードバック制御
を行なうことにより、気筒毎学習実行時は、気筒毎学習
非実行時に比べて、実空燃比が理論空燃比からずれる程
度が小さくなるようにしたが、これに代えて、気筒毎学
習実行時は、気筒毎学習非実行時に用いられる制御ゲイ
ンよりも小さい制御ゲインを用いるようにしてもよい。

【００６７】そのためには、例えば、図４のステップＳ
３１を、図１２に示すステップＳ３１’に置き換える。
ここで、ＤＬ１、ＰＬ１、ＩＬ１、ＤＲ１、ＰＲ１、Ｉ
Ｒ１は、それぞれ、学習実行時のリーン遅延時間、リー
ンスキップ値、リーン積分定数、リッチ遅延時間、リッ
チスキップ値、リッチ積分定数であり、それぞれ、学習
非実行時の標準値ＤＬＯ、ＰＬＯ、ＩＬＯ、ＤＲＯ、Ｐ
ＲＯ、ＩＲＯより小さい値とされている。

【００６８】その結果、図５に鎖線で示すように、フィ
ードバック補正係数（Ｃｆｂ）の変化は、実線で示した
学習非実行時の変化に比べて緩やかとなり、これによ
り、気筒毎学習実行時は、実空燃比が理論空燃比からず
れる程度が小さくなって、気筒毎の空燃比のフィードバ
ック制御、及びその制御結果に基く気筒毎の燃料噴射量
の学習が良好に行なわれることになる。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
空燃比のフィードバック制御及びその結果に基く燃料噴
射量の学習補正を良好に行うことと、触媒のストレージ
効果の利用及び高い排気浄化効率を確保することとを両
立させることができる。本発明は、特に、燃料圧力が高
く、燃料噴射弁の動作のずれによる影響の大きい筒内噴
射式エンジンに好ましく適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るエンジンの制御シ
ステム構成図である。

【図２】上記エンジンの空燃比マップである。

【図３】上記エンジンの空燃比制御の具体的動作の一
例を示すフローチャートである。

【図４】気筒毎学習非実行時の通常フィードバック制
御の具体的動作の一例を示すフローチャートである。

【図５】上記通常フィードバック制御におけるフィー
ドバック補正係数の変化のタイムチャートである。

【図６】上記エンジンの空燃比制御における目標空燃
比及び実空燃比の変化のタイムチャートである。

【図７】気筒毎学習実行時の具体的動作の一例を示す
フローチャートである。

【図８】各気筒のＯ₂センサ判定エッジ算出のため
の、該Ｏ₂センサ出力とクランク角との関係を示すタイ
ムチャートである。

【図９】空燃比とＯ₂センサ出力との関係を示すマッ
プである。

【図１０】実偏差に基いて実電圧を目標電圧にフィー
ドバック制御したときのタイムチャートである。

【図１１】インジェクタに対する噴射パルス幅と燃料
噴射量との関係を示すマップである。

【図１２】図４のフローチャートを気筒毎学習実行時
に実行する場合のフローチャートの一部である。

【符号の説明】

１筒内噴射式エンジン２燃焼室９インジェクタ（燃料噴射弁）１１Ｏ₂センサ（検出手段）１０触媒コンバータ１２コントロールユニット（空燃比制御手段、
燃料噴射量学習手段、空燃比変更手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、排
ガス中の残存酸素濃度を検出する検出手段と、該検出手
段の検出結果に基いて、各気筒毎の空燃比を理論空燃比
に制御する空燃比制御手段と、該制御手段の制御結果に
基いて、各気筒毎の燃料噴射量を学習する燃料噴射量学
習手段と、排気浄化効率を高めるために、空燃比を、理
論空燃比を含む複数の空燃比に周期的に変更する空燃比
変更手段とを有するエンジンの空燃比制御装置であっ
て、少なくとも燃料噴射量学習手段が学習を行なうとき
は、空燃比変更手段が空燃比の変更を行なうと共に、該
変更手段により空燃比が理論空燃比に維持されている期
間中における空燃比制御手段の制御結果に基いて、燃料
噴射量学習手段が学習を行なうことを特徴とするエンジ
ンの空燃比制御装置。
【請求項２】空燃比制御手段は、燃料噴射量学習手段
が学習を行なうときは、行なわないときに比べて、制御
ゲインを小さくすることを特徴とする請求項１に記載の
エンジンの空燃比制御装置。
【請求項３】燃料噴射量学習手段は、理論空燃比が目
標空燃比として設定されてから、検出手段で検出される
残存酸素濃度が理論空燃比のときの残存酸素濃度となる
までは、学習を行なわないことを特徴とする請求項１に
記載のエンジンの空燃比制御装置。
【請求項４】エンジンは、筒内噴射式エンジンである
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの空燃比制
御装置。