JP2002221065A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リーン運転期間終了時に触媒に吸蔵されてい
る酸素の量を正確に算出する。 【解決手段】 酸素が過剰であるときには酸素を吸収し
且つ酸素濃度が低下すると酸素を放出する触媒を機関排
気通路内に配置する。リーン運転中において触媒に吸収
される酸素の量に相当する係数を積算する。リーン運転
終了時にこの積算値に基づいて算出されるパラメータに
従って機関空燃比をリッチとし、触媒に吸収されている
酸素を放出させる。リーン運転中において触媒上流側の
酸素濃度が第一の閾値よりも小さいが触媒下流側の酸素
濃度が第二の閾値よりも大きいときに積算される係数が
触媒上流側の酸素濃度が第一の閾値よりも小さく且つ触
媒下流側の酸素濃度も第二の閾値よりも小さいときに積
算される係数よりも小さい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の空燃比制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関から排出される排気ガスを大気
に放出する前に排気ガス中の有害成分を浄化するために
機関排気通路に排気浄化触媒を配置することが公知であ
る。こうした排気浄化触媒としては流入する排気ガスの
空燃比（以下、排気空燃比）が理論空燃比であるときに
排気ガス中の一酸化炭素、炭化水素、および窒素酸化物
を同時に浄化することができる三元触媒が知られてい
る。

【０００３】また三元触媒としては流入する排気ガスの
空燃比がリッチであってもリーンであっても当該三元触
媒内の雰囲気を常に理論空燃比に維持するために排気空
燃比がリーンのときには排気ガス中の酸素を吸収し、排
気空燃比がリッチであるときには吸収している酸素を放
出するいわゆる酸素吸放出能力を付加した三元触媒が公
知である。

【０００４】ところでこうした酸素吸放出能力を有する
三元触媒を備えた内燃機関において機関要求により一定
期間に亘って機関空燃比をリーンとするリーン運転が実
行されると三元触媒には多量の酸素が吸収されることと
なる。このためリーン運転終了後に機関運転が通常運転
に復帰すると三元触媒内の雰囲気が暫くの間、リーンと
なる傾向が強くなるので排気ガス中の上記三つの有害成
分全てを同時に高い浄化率で浄化することができない。
また機関運転が通常運転に復帰した後に空燃比がリーン
の排気ガスが三元触媒に流入しても三元触媒は酸素を吸
収することができないのでやはり排気ガス中の有害成分
全てを同時に浄化することはできない。

【０００５】こうした問題を解決するために特開平８−
１９３５３７号公報によれば機関運転がリーン運転から
通常運転に復帰したときに機関空燃比をリッチとし、こ
れによりリッチ空燃比の排気ガスを三元触媒に流入させ
て三元触媒に吸蔵されている酸素を放出させるようにし
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようにリーン運転
終了後にリッチ運転を実行する場合には機関運転自体に
必要な量よりも多量の燃料を燃焼室内に噴射する必要が
ある。このためリッチ運転を実行することで少なからず
燃費が悪化することになる。この燃費悪化を最小限に抑
えるために上記公報によればリーン運転中に流入した酸
素の総量、或いはリーン運転の実行期間の長さに基づい
て三元触媒に吸収された酸素の総量を推定し、リッチ運
転の実行期間を決定している。しかしながらリーン運転
中に三元触媒に吸収される酸素の量は三元触媒に流入し
た酸素の総量やリーン運転期間といったパラメータのみ
ならず三元触媒の酸素吸放出能力（特に酸素吸収速度や
最大酸素吸収量）自体にも影響される。このため上記公
報ではリッチ運転期間が長すぎて燃費が悪化したり、短
かすぎて三元触媒から目標とする量の酸素を放出させる
ことができない可能性がある。こうした問題は三元触媒
のみならず排気ガスの浄化のために酸素を吸収する能力
を有する触媒には等しく生じる問題である。

【０００７】こうした課題に鑑み、本発明の目的はリー
ン運転期間終了時に触媒に吸蔵されている酸素の量を正
確に算出することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の１番目の発明では、流入する排気ガス中の酸素が過剰
であるときには排気ガス中の酸素を吸収し且つ排気ガス
中の酸素濃度が低下すると吸収している酸素を放出する
触媒を排気ガスを浄化するために機関排気通路内に配置
し、機関空燃比がリーンとされるリーン運転中において
単位時間当たりに触媒に吸収される酸素の量に相当する
酸素吸蔵係数を積算し、リーン運転が終了したときに該
積算された値に基づいて算出されるパラメータに従って
機関空燃比をリッチとし、触媒に吸収されている酸素を
放出させるようにした内燃機関の空燃比制御装置におい
て、排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素センサ
を触媒の上流側と下流側とに配置し、リーン運転中にお
いて上流側の酸素センサにより検出された酸素濃度が第
一の閾値よりも小さいが下流側の酸素センサにより検出
された酸素濃度が第二の閾値よりも大きいときに積算さ
れる酸素吸蔵係数が上流側の酸素センサにより検出され
た酸素濃度が第一の閾値よりも小さく且つ下流側の酸素
センサにより検出された酸素濃度も第二の閾値よりも小
さいときに積算される酸素吸蔵係数よりも大きい。

【０００９】２番目の発明では１番目の発明において、
上記触媒が三元触媒である。３番目の発明では２番目の
発明において、上記酸素センサの出力値に基づいて機関
空燃比を制御する。４番目の発明では１番目の発明にお
いて、リーン運転中において内燃機関に吸入せしめられ
る空気の量に基づいて上記係数を補正する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図示した実施例を参照して
本発明を説明する。図１は本発明の空燃比制御装置を備
えた内燃機関を示す。なお以下の説明ではいわゆる４サ
イクルガソリンエンジンに本発明の空燃比制御装置を適
用した実施例を用いて本発明を説明する。また以下の説
明において機関空燃比とは燃焼室に供給された燃料の量
に対する同様に燃焼室に供給された空気の量の比を意味
し、排気空燃比とは排気ガスの空燃比を意味し、排気ガ
スの空燃比とは燃焼室に供給された燃料（機関排気通路
に燃料を供給することができるようにしたシステムでは
排気通路に供給された燃料を含む）の量に対する内燃機
関の燃焼室に吸入された空気（内燃機関の排気通路に空
気を供給することができるようにしたシステムでは排気
通路に供給された空気を含む）の量の比を意味する。

【００１１】図１において１は機関本体、２は吸気ポー
ト、３は吸気弁、４は排気ポート、５は排気弁、６は燃
焼室、７は点火栓である。燃焼室６内にはピストン８が
配置される。吸気ポート２は吸気マニホルド９に接続さ
れる。吸気マニホルド９はサージタンク１０を介して吸
気通路１１に接続される。吸気通路１１には機関本体１
へ吸入せしめられる空気の質量流量（以下、吸気量）を
検出するための質量流量検出器１２が配置される。質量
流量検出器１２の上流側の吸気通路１１にはエアクリー
ナ１３が接続される。

【００１２】一方、質量流量検出器１２の下流側の吸気
通路１１には吸気絞り弁（スロットル弁）１５が配置さ
れる。吸気絞り弁１５の下流側であって吸気ポート２近
傍の吸気マニホルド９には燃料噴射弁１６が取り付けら
れる。燃料噴射弁１６は燃料供給通路１７を介して燃料
タンク１８に接続される。燃料供給通路１７には吐出量
可変の燃料ポンプ１９が配置される。排気ポート４は排
気マニホルド２０に接続される。排気マニホルド２０は
排気通路２１に接続される。

【００１３】機関本体１には点火デストリビュータ２５
が取り付けられる。点火デストリビュータ２５には二つ
のクランク角センサ２６、２７が取り付けられる。これ
らクランク角センサ２６、２７から出力されるパルス信
号に基づいて機関回転数が算出される。排気通路２１に
は機関本体１から排出される排気ガス中の成分を浄化す
るための触媒として三元触媒２９が配置される。三元触
媒２９は図２に示したように三元触媒２９に流入する排
気ガスの空燃比が理論空燃比近傍の領域Ｘ内にあるとき
に排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）、および窒素酸化物（ＮＯ_x）を同時に高い浄化率
にて浄化することができる。

【００１４】三元触媒２９の上流側の排気通路２１には
排気ガス中の酸素濃度を検出することができる酸素セン
サ（以下、上流側酸素センサ）３０が配置される。上流
側酸素センサ３０によれば三元触媒２９に流入する前に
おける排気ガスの酸素濃度が検出される。一方、三元触
媒２９の下流側の排気通路２１にも排気ガス中の酸素濃
度を検出することができる酸素センサ（以下、下流側酸
素センサ）３１が配置される。下流側酸素センサ３１に
よれば三元触媒２９から流出した排気ガスの酸素濃度が
検出される。

【００１５】本実施例の酸素センサ３０、３１は図３に
示したように排気空燃比が理論空燃比よりもリーンであ
るときには略０Ｖの電圧を出力し、排気空燃比が理論空
燃比よりもリッチであるときには略１Ｖの電圧を出力
し、出力電圧は排気空燃比が理論空燃比近傍にある領域
において急激に変化して理論空燃比に相当する基準電圧
Ｖ_R（図３では０．５Ｖ）を横切る。すなわち酸素セン
サは排気空燃比が理論空燃比に対してリーンであるかリ
ッチであるかに応じて異なる一定の電圧を出力するので
酸素センサの出力電圧から排気空燃比、引いては機関空
燃比を検出することができる。

【００１６】内燃機関は電子制御装置５０を具備する。
電子制御装置５０はデジタルコンピュータからなり、双
方向性バス５１により互いに接続されたＲＯＭ（リード
オンリメモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモ
リ）５３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５４、入力ポ
ート５５、および出力ポート５６を具備する。質量流量
検出器１２、上流側酸素センサ３０、および下流側酸素
センサ３１はそれぞれ対応するＡＤ変換器５７を介して
入力ポート５５に接続される。クランク角センサ２６、
２７は入力ポート５５に直接接続される。点火栓７、燃
料噴射弁１６、および燃料ポンプ１９は対応する駆動回
路５８を介して出力ポート５６に接続される。アクセル
ペダル１４には負荷センサ２８が接続される。負荷セン
サ２８は内燃機関に対する要求機関負荷を検出する。負
荷センサ２８は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポ
ート５５に接続される。

【００１７】次に本実施例における燃料噴射量の算出方
法について説明する。本実施例では上流側酸素センサ３
０と下流側酸素センサ３１とを以下のように利用して機
関空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量を制御す
る。上流側酸素センサ３０において排気空燃比が目標空
燃比よりもリーンであることが検出されたときには空燃
比が目標空燃比よりもリーンであるので燃料噴射量を徐
々に増大し、空燃比が目標空燃比に近づくようにする。
一方、上流側酸素センサ３０において排気空燃比が目標
空燃比よりもリッチであることが検出されたときには空
燃比が目標空燃比よりもリッチであるので燃料噴射量を
徐々に減少し、空燃比が目標空燃比に近づくようにす
る。

【００１８】さらに空燃比を全体として目標空燃比に維
持するためには空燃比が目標空燃比からずれたことが検
出されたときにそのずれている空燃比をできるだけ迅速
に目標空燃比に近づけることが好ましい。そこで本実施
例では上流側酸素センサ３０において空燃比が目標空燃
比よりもリーンからリッチに変わったことが検出された
ときに減少すべき燃料噴射量と、空燃比が目標空燃比よ
りもリッチからリーンに変わったことが検出されたとき
に増大すべき燃料噴射量とを下流側酸素センサ３１の出
力値に基づいて補正する。

【００１９】すなわち下流側酸素センサ３１において理
論空燃比よりもリーンが出力されている期間（以下、リ
ーン出力期間）が長いほど上流側酸素センサ３０におい
て空燃比が目標空燃比よりもリッチからリーンに変わっ
たことが検出されたときに増大すべき燃料噴射量を大き
くする。なぜならばリーン出力期間が長いほど空燃比は
目標空燃比から大きくリーン側にずれているからであ
る。すなわち三元触媒２９から流出する排気ガスの空燃
比は三元触媒２９の酸素吸放出能力により理論的には理
論空燃比となるはずである。それでもなおリーン出力期
間が長く出力される場合とは三元触媒２９が迅速に吸収
することができないほどの酸素が三元触媒２９に供給さ
れている場合、すなわち空燃比が目標空燃比よりもリー
ン側に大きくずれている場合である。

【００２０】一方、下流側酸素センサ３１においてリッ
チが出力されている期間（以下、リッチ出力期間）が長
いほど上流側酸素センサ３０において空燃比が目標空燃
比よりもリーンからリッチに変わったことが検出された
ときに減少すべき燃料噴射量を大きくする。なぜならば
リッチ出力期間が長いほど空燃比は目標空燃比から大き
くリッチ側にずれているからである。すなわち三元触媒
２９から流出する排気ガスの空燃比は三元触媒２９の酸
素吸放出能力により理論的には理論空燃比となるはずで
ある。それでもなおリッチ出力期間が長く出力される場
合とは三元触媒２９に吸収されている酸素がほとんど全
て放出されるほど三元触媒２９に供給される酸素が少な
い場合、すなわち空燃比が目標空燃比よりもリッチ側に
大きくずれている場合である。

【００２１】本発明によればこのように燃料噴射量を制
御することにより機関空燃比、引いては排気空燃比を全
体として目標空燃比に維持することができる。次に上述
した燃料噴射量算出方法を用いた燃料噴射制御の一例を
図４〜図６を参照して説明する。なおこれら図４〜図６
のフローチャートは機関空燃比を理論空燃比に制御する
場合を示している。

【００２２】図４は目標燃料噴射量の燃料噴射するため
に必要な燃料噴射弁１６の開弁時間ＴＡＵを算出するた
めのフローチャートである。図４では初めにステップ２
００において単位機関回転数当たりの吸気量Ｇａ／Ｎが
算出され、次いでステップ２０１において基本燃料噴射
時間ＴＡＵＰが式ＴＡＵＰ＝α×Ｇａ／Ｎにしたがって
算出される。ここで基本燃料噴射時間ＴＡＵＰは燃焼室
６内に供給される燃料と空気との混合気を目標空燃比と
するのに必要な燃料噴射時間であり、αは定数である。

【００２３】次いでステップ２０２において実際の燃料
噴射時間ＴＡＵが式ＴＡＵ＝ＴＡＵＰ×ＦＡＦ×β×γ
に従って算出される。ここでＦＡＦは後述するフローチ
ャートに従って算出される空燃比補正係数であり、β，
γはそれぞれ機関運転状態に応じて決まる定数である。
次いでステップ２０３において燃料噴射時間ＴＡＵがセ
ットされ、この燃料噴射時間ＴＡＵだけ燃料噴射弁１６
が開弁せしめられ、燃料噴射時間ＴＡＵに応じた量の燃
料が燃料噴射弁１６から噴射される。

【００２４】図５には図４において使用される空燃比補
正係数ＦＡＦを算出するためのフローチャートを示し
た。図５を参照すると初めにステップ３００において空
燃比フィードバック制御が実行されている（Ｆ／Ｂ中）
か否か、すなわち空燃比フィードバック制御を実行する
ことができる条件（以下、フィードバック実行条件）が
成立しているか否かが判別される。ここでフィードバッ
ク実行条件とは例えば空燃比センサが活性化しているこ
と、内燃機関の暖機が完了していること、一時的に燃料
の噴射を停止する燃料カット処理を解除してから所定時
間が経過していることなどである。ステップ３００にお
いてＦ／Ｂ中であると判別されたときにはステップ３０
１に進んで上流側酸素センサ３０の出力電流ＶＯＭが理
論空燃比に相当する基準出力値Ｖ_R1以下である（ＶＯＭ
≦Ｖ_R1）か否かが判別される。すなわち三元触媒２９に
流入する排気ガスの空燃比（以下、流入排気空燃比）が
理論空燃比よりもリーンであるか否かが判別される。

【００２５】ステップ３０１においてＶＯＭ≦Ｖ_R1であ
ると判別されたときにはステップ３０２に進んで流入排
気空燃比が理論空燃比よりもリッチからリーンに反転し
たところか否かが判別される。ステップ３０２において
流入排気空燃比が理論空燃比よりもリッチからリーンに
反転したところであると判別されたときにはステップ３
０３に進んで空燃比補正係数ＦＡＦをスキップ増大量Ｒ
ＳＲだけ比較的大きくスキップ的に増大する。一方、ス
テップ３０２において流入排気空燃比が理論空燃比より
もリッチからリーンに反転したところではない、すなわ
ち流入排気空燃比が既にリーンであったと判別されたと
きにはステップ３０５に進んで空燃比補正係数ＦＡＦを
定数ＫＩＲだけ比較的小さく増大する。これによれば流
入排気空燃比が理論空燃比よりもリッチからリーンとな
った直後にスキップ的に流入排気空燃比のリーン度合が
小さくなるように空燃比補正係数ＦＡＦが増大せしめら
れ、その後は流入排気空燃比のリーン度合が小さくなる
ように空燃比補正係数ＦＡＦが増大せしめられる。

【００２６】一方、ステップ３０１においてＶＯＭ＞Ｖ
_R1であると判別されたときにはステップ３０６に進んで
流入排気空燃比が理論空燃比よりもリーンからリッチに
反転したところか否かが判別される。ステップ３０６に
おいて流入排気空燃比が理論空燃比よりもリーンからリ
ッチに反転したところであると判別されたときにはステ
ップ３０７に進んで空燃比補正係数ＦＡＦをスキップ減
少量ＲＳＬだけ比較的大きくスキップ的に減少する。一
方、ステップ３０６において流入排気空燃比が理論空燃
比よりもリーンからリッチに反転したところではない、
すなわち流入排気空燃比が既にリーンであったと判別さ
れたときにはステップ３０８に進んで空燃比補正係数Ｆ
ＡＦを定数ＫＩＬだけ比較的小さく減少する。これによ
れば流入排気空燃比が理論空燃比よりもリーンからリッ
チとなった直後にスキップ的に流入排気空燃比のリッチ
度合が小さくなるように空燃比補正係数ＦＡＦが減少せ
しめられ、その後は流入排気空燃比のリッチ度合が小さ
くなるように空燃比補正係数ＦＡＦが減少せしめられ
る。

【００２７】なおステップ３０４では空燃比補正係数Ｆ
ＡＦがその許容最小値と許容最大値との間となるように
空燃比補正係数ＦＡＦをガード処理する。図６には図５
のフローチャートにて使用されるスキップ増大量ＲＳＲ
とスキップ減少量ＲＳＬとを算出するためのフローチャ
ートを示した。図６を参照すると初めにステップ４００
においてＦ／Ｂ中であるか否かが判別される。ここでの
フィードバック実行条件は図５での条件に加えて内燃機
関がアイドル運転中でないことが条件とされる。ステッ
プ４００においてＦ／Ｂ中であると判別されたときには
ステップ４０１に進んで下流側空燃比センサ２７ｂの出
力電流ＶＯＳが理論空燃比に相当する出力値Ｖ_R2以下で
ある（ＶＯＳ≦Ｖ_R2）か否かが判別される。すなわち三
元触媒２９から流出する排気ガスの空燃比（以下、流出
排気空燃比）が理論空燃比よりもリーンであるか否かが
判別される。ステップ４０１においてＶＯＳ≦Ｖ_R2であ
ると判別されたときにはステップ４０２に進んでスキッ
プ増大量ＲＳＲが所定量ΔＲＳだけ増大せしめられる。
一方、ステップ４０１においてＶＯＳ＞Ｖ_R2であると判
別されたときにはステップ４０５に進んでスキップ増大
量ＲＳＲが所定量ΔＲＳだけ減少せしめられる。

【００２８】ステップ４０３ではスキップ増大量ＲＳＲ
がその許容最小値と許容最大値との間になるようにスキ
ップ増大量ＲＳＲがガードせしめられ、ステップ４０４
に進んで０．１からスキップ増大量ＲＳＲを引いてスキ
ップ減少量ＲＳＬが算出される。ところで上述した内燃
機関において機関減速時には機関出力が要求されておら
ず、したがって燃焼室６に燃料を供給する必要はない。
そこで本実施例では機関減速中は燃料噴射弁１６からの
燃料噴射を停止する。こうすることにより機関燃費が全
体として向上する。もちろん機関出力が要求されたとき
には通常の機関運転（以下、単に通常運転と称す。）に
復帰すべく燃焼室６への燃料供給を再開する。

【００２９】ところでこのように燃料供給を停止し、三
元触媒２９に流入する排気ガス中の酸素が過剰である状
態（排気空燃比がリーンである状態）が一定期間に亘っ
て継続した後に機関運転が通常運転に復帰すると排気ガ
スの浄化という観点から以下のような不具合が生じる。
すなわち三元触媒２９は流入する排気ガス中の酸素が過
剰であるときには排気ガス中の酸素を吸収する。ここで
流入する排気ガス中の酸素が過剰である状態（以下、酸
素過剰状態と称す。）である期間が比較的長いと三元触
媒２９の酸素吸収能力が飽和し、三元触媒２９はもはや
酸素を吸収することができなくなってしまう。

【００３０】この状態で機関運転が通常運転に復帰する
と通常運転復帰後、或る期間は三元触媒２９は排気ガス
中の酸素が過剰であってもその過剰な酸素を吸収するこ
とができず、したがって三元触媒内の雰囲気は全体とし
てリーンとなる。この場合、排気ガス中の三つの成分、
すなわちＣＯ、ＨＣ、ＮＯ_xを同時に高い浄化率にて浄
化することができない。

【００３１】そして通常運転中においては機関空燃比が
理論空燃比とされ、したがって排気空燃比も理論空燃比
であり、この場合、三元触媒２９に流入する排気ガスの
空燃比はリッチとリーンとを繰り返すので三元触媒２９
の酸素吸収能力は即座には回復されず、比較的長期にわ
たって三元触媒２９内の雰囲気は全体としてリーンのま
まである。

【００３２】そこで本実施例では酸素過剰状態が或る一
定期間以上に亘って続いた後に機関運転が通常運転に復
帰したときには機関空燃比を一定期間に亘って強制的に
リッチとし、これにより三元触媒２９に流入する排気ガ
スの空燃比をもリッチとし、三元触媒２９から酸素を放
出させ、三元触媒２９の酸素吸収能力を回復させ、その
後に機関運転を通常運転とする。

【００３３】これによれば通常運転復帰直後においても
三元触媒２９内の雰囲気は理論空燃比に維持され、その
後、実際に機関運転が通常運転とされたときには既に三
元触媒２９の酸素吸収能力が回復せしめられているので
このときにおいても三元触媒２９内の雰囲気は理論空燃
比に維持される。斯くして全体として排気浄化率を高く
維持することができる。

【００３４】ところで上述したリッチ制御を実行する場
合において高い排気浄化率を維持しつつ機関燃費を悪化
させないためには三元触媒２９の酸素吸収能力を十分に
回復するのに適した期間だけ過不足なくリッチ制御を実
行する必要がある。すなわち三元触媒２９の酸素吸収能
力を十分に回復するためには三元触媒２９から放出させ
るべき酸素の量が多いほどリッチ制御実行期間を長く
し、放出させるべき酸素の量が少ないほどリッチ制御実
行期間を短くするといった制御が必要となる。

【００３５】そしてこの適切なリッチ実行期間を算出す
るためにはリーン過剰運転終了時に三元触媒２９が吸蔵
している酸素の量（酸素吸蔵量）を正確に把握し、この
酸素吸蔵量に応じてリッチ運転期間を制御する必要があ
る。本実施例では上流側酸素センサ３０の出力と下流側
酸素センサ３１の出力とを以下のように利用して酸素吸
蔵量を算出する。なお以下、図７を参照して本実施例の
酸素吸蔵量の算出方法を説明するが図７において（Ａ）
は時刻、（Ｂ）は排気空燃比、（Ｃ）は上流側酸素セン
サの出力、（Ｄ）は下流側酸素センサの出力を示してい
る。

【００３６】図７に示したように機関減速運転前、すな
わち図７の時刻Ｔ１以前においては三元触媒２９に流入
する排気ガスの空燃比も三元触媒２９から流出する排気
ガスの空燃比も極端なリーンとなることはないので上流
側酸素センサ３０の出力も下流側酸素センサ３１の出力
も０Ｖよりもやや大きい或る値Ｖｄｔｈよりも高い範囲
内にて推移している。ところが時刻Ｔ１において機関減
速運転が開始されると燃焼室６内への燃料供給が停止さ
れ三元触媒２９に流入する排気ガスの空燃比が極端なリ
ーンとなるので上流側酸素センサ３０の出力は急激に低
下し、或る値Ｖｕｔｈよりも低くなり、略０Ｖとなる。
一方、機関減速運転直後、すなわち時刻Ｔ１直後におい
ては三元触媒２９が排気ガス中の酸素を吸収するので下
流側酸素センサ３１の出力は略０Ｖとなることはなく、
０Ｖよりもやや大きい或る値Ｖｄｔｈ以上の範囲内にて
推移する。

【００３７】さらに時間が経過し、三元触媒２９の酸素
吸収能力がほぼ飽和し、三元触媒２９が排気ガス中の酸
素を吸収することができなくなったとき、すなわち図７
の時刻Ｔ２においては三元触媒２９から流出する排気ガ
スの空燃比が極端にリーンとなるので下流側酸素センサ
３１の出力が或る値Ｖｄｔｈよりも低くなり、略０Ｖと
なる。

【００３８】このような酸素センサ３０、３１の挙動か
ら機関減速運転開始直後において上流側酸素センサ３０
の出力が或る値Ｖｕｔｈ以下となったときから下流側酸
素センサ３１の出力が或る値Ｖｄｔｈ以下となるまでの
期間、すなわち図７の時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間
は三元触媒２９の酸素吸蔵能力が高く、したがって単位
時間当たりに比較的多量の酸素が三元触媒２９に吸収さ
れることがわかる。一方、下流側酸素センサ３１の出力
が或る値Ｖｄｔｈ以下となった後、すなわち図７の時刻
Ｔ２以後においては三元触媒２９の酸素吸蔵能力がほと
んどなく、したがって単位時間当たりに吸蔵される酸素
の量は比較的少ないことがわかる。

【００３９】そこで本実施例では上流側酸素センサ３０
の出力が或る値Ｖｕｔｈ以下であって下流側酸素センサ
３１の出力が或る値Ｖｄｔｈ以上であるときには酸素吸
蔵量に相当するカウンタを比較的大きく増大し、上流側
酸素センサ３０の出力が或る値Ｖｕｔｈ以下であって且
つ下流側酸素センサ３１の出力が或る値Ｖｄｔｈ以下で
あるときにはカウンタを比較的小さく増大する。本発明
によれば斯くしてカウントされたカウンタに基づいて機
関減速運転終了時における酸素吸蔵量を正確に算出する
ことができる。

【００４０】機関減速運転終了時にリッチ運転を実行す
るためのフローチャートを図８および図９に示した。図
８においては初めにステップ５００において現在の機関
運転が機関減速運転中であることを示すフラグＦｆｃが
セットされている（Ｆｆｃ＝１）か否かが判別される。
ステップ５００においてＦｆｃ＝１であると判別された
とき、すなわち機関減速運転中にあると判別されたとき
にはステップ５０１に進む。一方、ステップ５００にお
いてＦｆｃ≠１であると判別されたときには処理を終了
する。

【００４１】ステップ５０１では上流側酸素センサ３０
の出力電圧Ｖｕが予め定められた値Ｖｕｔｈよりも小さ
い（Ｖｕ＜Ｖｕｔｈ）か否かが判別される。ステップ５
０１においてＶｕ＜Ｖｕｔｈであると判別されたときに
はステップ５０２に進む。一方、ステップ５０１におい
てＶｕ≧Ｖｕｔｈであると判別されたときには処理を終
了する。

【００４２】ステップ５０２では下流側酸素センサ３１
の出力電圧Ｖｄが予め定められた値Ｖｄｔｈよりも小さ
い（Ｖｄ＜Ｖｄｔｈ）か否かが判別される。ステップ５
０２においてＶｄ＜Ｖｄｔｈであると判別されたときに
はステップ５０３に進み、酸素吸蔵量に相当するカウン
タＣｎを予め定められた第一の値ｋ１だけ増大する。一
方、ステップ５０２においてＶｄ≧Ｖｄｔｈであると判
別されたときにはステップ５０４に進み、カウンタＣｎ
を予め定められた第二の値ｋ２だけ増大する。ここで第
一の値ｋ１は第二の値ｋ２よりも大きい値である。

【００４３】図９のフローチャートは機関減速運転終了
時に実行される処理である。図９のフローチャートでは
初めにステップ６００において図１０に示した関係から
図８のフローチャートにて算出したカウンタＣｎに応じ
てリッチ期間係数Ｋが読み込まれる。図１０の関係によ
れば閾値Ｃｎｔｈ以下の範囲においてはカウンタＣｎが
増大するのに比例してリッチ期間係数Ｋが増大し、閾値
Ｃｎｔｈにおいてリッチ期間係数Ｋはその最大値Ｋｍａ
ｘとなり、閾値Ｃｎｔｈ以上の範囲においては最大値Ｋ
ｍａｘとなる。

【００４４】次いでステップ６０１においてリッチ期間
係数Ｋに応じた期間だけリッチ制御が実行される。リッ
チ制御実行期間はリッチ期間係数Ｋが大きいほど長い。
次いでステップ６０２においてカウンタＣｎがクリアさ
れる。ところで上述した実施例では機関減速運転中にお
けるカウンタの増分は一定の値ｋ１、ｋ２であるが機関
減速運転中において三元触媒２９に単位時間当たりに吸
収される酸素の量は一定ではなく、三元触媒２９に単位
時間当たりに流入する排気ガスの量に応じて異なる。す
なわち三元触媒２９に単位時間当たりに流入する排気ガ
スの量が多いほど単位時間当たりに三元触媒２９に吸収
される酸素の量は多くなる。そして三元触媒２９に単位
時間当たりに流入する排気ガスの量は吸気量に相当す
る。そこで機関減速中における吸気量に基づいて三元触
媒２９の酸素吸蔵量を算出するようにしてもよい。

【００４５】これに従って酸素吸蔵量を算出するための
フローチャートを図１１に示した。図１１では初めにス
テップ７００において機関減速中であることを示すフラ
グＦｆｃがセットされている（Ｆｆｃ＝１）か否かが判
別される。ステップ７００においてＦｆｃ＝１であると
判別されたときにはステップ７０１に進む。一方、ステ
ップ７００においてＦｆｃ≠１であると判別されたとき
には処理を終了する。

【００４６】ステップ７０１では上流側酸素センサ３０
の出力電圧Ｖｕが予め定められた値Ｖｕｔｈよりも小さ
い（Ｖｕ＜Ｖｕｔｈ）か否かが判別される。ステップ７
０１においてＶｕ＜Ｖｕｔｈであると判別されたときに
はステップ７０２に進む。一方、ステップ７０１におい
てＶｕ≧Ｖｕｔｈであると判別されたときには処理を終
了する。

【００４７】ステップ７０２では上流側酸素センサ３０
の出力電圧Ｖｄが予め定められた値Ｖｄｔｈよりも小さ
い（Ｖｄ＜Ｖｄｔｈ）か否かが判別される。ステップ７
０２においてＶｄ＜Ｖｄｔｈであると判別されたときに
はステップ７０３に進み、吸気量積算値Ａｎをそのとき
の吸気量Ｇａだけ増大する。一方、ステップ７０２にお
いてＶｄ≧Ｖｄｔｈであると判別されたときにはステッ
プ７０４に進み、吸気量積算値Ａｎをそのときの吸気量
Ｇａに定数ｋ３を掛けた量だけだけ増大する。ここでｋ
３は１よりも小さい。

【００４８】斯くして算出された吸気量積算値Ａｎに基
づいて図１０と同様の関係を用いてリッチ期間係数Ｋを
算出し、このリッチ期間係数Ｋを用いて図９と同様な制
御を実行することによりリッチ制御を実行する。なお上
述した実施例では機関減速運転中にカウントされたカウ
ンタ値に基づいて機関減速運転終了時に実行されるリッ
チ制御の実行期間の長さを算出しているがこのようにリ
ッチ制御実行期間の長さを算出する代わりにカウンタ値
に基づいてリッチ制御によりリッチとせしめられる機関
空燃比のリッチ度合を算出するようにしてもよい。この
場合、カウンタ値が或る値以下であるときにはカウンタ
値が大きくなるほどリッチとせしめられる機関空燃比の
リッチ度合は大きく、カウンタ値が或る値以上であると
きにはリッチとせしめられる機関空燃比のリッチ度合は
カウンタ値に係わらず一定値とされる。

【００４９】またリッチ制御により機関空燃比をリッチ
とすることは以下に例示する幾つかの方法の少なくとも
一つを採用することにより達成される。例えば図５のフ
ローチャートにおける定数ＫＩＲを定数ＫＩＬよりも大
きくすれば機関空燃比をリッチとすることができる。こ
こでリッチ制御において機関空燃比のリッチ度合を制御
するようにしたシステムにおいては定数ＫＩＲと定数Ｋ
ＩＬとの差を大きくするほどリッチ制御によりリッチと
すべき機関空燃比のリッチ度合を大きくすることができ
る。

【００５０】また図６のフローチャートにて算出された
スキップ増大量ＲＳＲを大きくすると共にスキップ減少
量ＲＳＬを小さくすることによっても機関空燃比をリッ
チとすることができる。ここでリッチ制御において機関
空燃比のリッチ度合を制御するようにしたシステムにお
いてはスキップ増大量ＲＳＲとスキップ減少量ＲＳＬと
の差を大きくするほどリッチ制御によりリッチとすべき
機関空燃比のリッチ度合を大きくすることができる。

【００５１】また図５のステップ３０３およびステップ
３０７を実行するタイミングを遅らせる処理をするよう
にしたシステムにおいてはステップ３０７を実行するタ
イミングを遅らせる時間の長さをステップ３０３を実行
するタイミングを遅らせる時間の長さよりも長くすれば
機関空燃比をリッチとすることができる。ここでリッチ
制御において機関空燃比のリッチ度合を制御するように
したシステムにおいてはステップ３０７を実行するタイ
ミングの遅延時間の長さとステップ３０３を実行するタ
イミングの遅延時間の長さとの差を長くするほどリッチ
制御によりリッチとすべき機関空燃比のリッチ度合を大
きくすることができる。

【００５２】もちろん単に図５のフローチャートにより
算出される空燃比補正係数ＦＡＦを増大することによっ
ても機関空燃比をリッチとすることができる。ここでリ
ッチ制御において機関空燃比のリッチ度合を制御するよ
うにしたシステムにおいては空燃比補正係数ＦＡＦを大
きくするほどリッチ制御によりリッチとすべき機関空燃
比のリッチ度合を大きくすることができる。

【００５３】また上述した実施例において上流側酸素セ
ンサの出力値が或る値Ｖｕｔｈ以下となったときから当
該或る値Ｖｕｔｈ以上となるまでを単にリーン運転期間
とすれば機関減速時に燃焼室への燃料供給を停止すると
いった運転期間だけでなくその他の機関要求によりリー
ン運転が実行される場合にも本発明を適用することがで
きる。

【００５４】

【発明の効果】リーン運転期間中において触媒の酸素吸
収能力が飽和するまでは単位時間当たりに比較的多量の
酸素が吸収され、酸素吸収能力がほぼ飽和した後では単
位時間当たりに比較的少量の酸素が吸収される。ここで
本発明の上流側酸素センサの出力によれば触媒に流入す
る排気ガス中の酸素が過剰であるか否か、すなわちリー
ン運転の始期と終期とを知ることができ、一方、下流側
酸素センサの出力によれば触媒から流出する排気ガス中
の酸素が過剰であるか否か、すなわち触媒の酸素吸収能
力がほぼ飽和状態にあるか否かを知ることができる。そ
してこうして得られる情報に基づいて本発明によればリ
ーン運転中において上流側の酸素センサにより検出され
た酸素濃度が第一の閾値よりも小さいが下流側の酸素セ
ンサにより検出された酸素濃度が第二の閾値よりも大き
いとき、すなわちリーン運転が始まってから触媒の酸素
吸収能力が飽和するまでの間に積算する係数が上流側の
酸素センサにより検出された酸素濃度が第一の閾値より
も小さく且つ下流側の酸素センサにより検出された酸素
濃度が第二の閾値よりも小さいとき、すなわち触媒の酸
素吸収能力がほぼ飽和した後に積算する係数よりも大き
い。したがってリーン運転終了時に触媒に吸蔵されてい
る酸素の量を正確に算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の全体図である。

【図２】三元触媒の浄化特性を示した図である。

【図３】酸素センサの出力特性を示した図である。

【図４】燃料噴射弁の開弁時間を算出するためのフロー
チャートである。

【図５】空燃比補正係数を算出するためのフローチャー
トである。

【図６】増大量および減少量を算出するためのフローチ
ャートである。

【図７】酸素吸蔵量の算出方法を説明するためのタイム
チャートである。

【図８】酸素吸蔵量を算出するためのフローチャートで
ある。

【図９】リッチ制御を実行するためのフローチャートで
ある。

【図１０】リッチ期間係数を算出するために用いられる
関係を示した図である。

【図１１】別の実施例において酸素吸蔵量を算出するた
めのフローチャートである。

【符号の説明】

１…機関本体 ２９…三元触媒 ３０…上流側酸素センサ ３１…下流側酸素センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８ Ｂ０１Ｄ 53/36 １０３Ｂ Ｆターム(参考） 3G084 AA04 BA09 BA13 CA06 DA10 EA07 EA11 EB08 EB11 FA07 FA10 FA30 FA38 3G091 AA02 AA12 AA17 AA23 AA28 AB08 BA14 BA15 BA19 CB02 DA01 DA02 DB06 DB08 DB10 DB13 DC01 EA01 EA03 EA05 EA07 EA31 EA34 FA04 FA05 FA18 FA19 FB10 FB11 FB12 FC04 HA18 HA36 HA37 HA42 3G301 HA15 JA25 JA26 JA33 KA16 MA01 MA12 NA08 NE13 NE23 PA01Z PD09A PD09Z PE03Z PF03Z 4D048 AA06 AA13 AA18 AB05 AB07 DA01 DA02 DA03 DA08 DA20 EA04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流入する排気ガス中の酸素が過剰である
   ときには排気ガス中の酸素を吸収し且つ排気ガス中の酸
   素濃度が低下すると吸収している酸素を放出する触媒を
   排気ガスを浄化するために機関排気通路内に配置し、機
   関空燃比がリーンとされるリーン運転中において単位時
   間当たりに触媒に吸収される酸素の量に相当する酸素吸
   蔵係数を積算し、リーン運転が終了したときに該積算さ
   れた値に基づいて算出されるパラメータに従って機関空
   燃比をリッチとし、触媒に吸収されている酸素を放出さ
   せるようにした内燃機関の空燃比制御装置において、排
   気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素センサを触媒
   の上流側と下流側とに配置し、リーン運転中において上
   流側の酸素センサにより検出された酸素濃度が第一の閾
   値よりも小さいが下流側の酸素センサにより検出された
   酸素濃度が第二の閾値よりも大きいときに積算される酸
   素吸蔵係数が上流側の酸素センサにより検出された酸素
   濃度が第一の閾値よりも小さく且つ下流側の酸素センサ
   により検出された酸素濃度も第二の閾値よりも小さいと
   きに積算される酸素吸蔵係数よりも大きいことを特徴と
   する内燃機関の空燃比制御装置。
2. 【請求項２】 上記触媒が三元触媒であることを特徴と
   する請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 【請求項３】 上記酸素センサの出力値に基づいて機関
   空燃比を制御することを特徴とする請求項２に記載の内
   燃機関の空燃比制御装置。
4. 【請求項４】 リーン運転中において内燃機関に吸入せ
   しめられる空気の量に基づいて上記係数を補正すること
   を特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装
   置。