JP2004278427A - 内燃機関の空燃比制御方法及び装置 - Google Patents
内燃機関の空燃比制御方法及び装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】理論空燃比への追従性を確保しつつ、より少ない振幅で空燃比の変動を抑えることが可能であり、そのため、排気ガスの清浄化が図れ、さらには、エンジントルクの変動が少なく、乗り物への適用の場合には乗り心地を向上させることができる内燃機関の空燃比制御方法及び装置を提供する。
【解決手段】燃料噴射装置を備える内燃機関の空燃比を理論空燃比近傍に維持すべく、内燃機関からの排気ガスの組成を計測するλ型酸素センサの出力値に基づいて、燃料噴射装置による燃料噴射に強制振動を付与する、積分動作を伴ったフィードバック制御を行なう内燃機関の空燃比制御装置であって、λ型酸素センサ出力値のリッチ状態又はリーン状態の継続時間に基づいて、積分定数及び／又は前記強制振動の振幅を変更する強制振動調節手段を備える。
【選択図】 図３
【解決手段】燃料噴射装置を備える内燃機関の空燃比を理論空燃比近傍に維持すべく、内燃機関からの排気ガスの組成を計測するλ型酸素センサの出力値に基づいて、燃料噴射装置による燃料噴射に強制振動を付与する、積分動作を伴ったフィードバック制御を行なう内燃機関の空燃比制御装置であって、λ型酸素センサ出力値のリッチ状態又はリーン状態の継続時間に基づいて、積分定数及び／又は前記強制振動の振幅を変更する強制振動調節手段を備える。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、例えば、排気ガスを理論空燃比近傍に維持することによって、排気ガスの浄化とを図った内燃機関の空燃比制御方法及びその実施に適した装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、環境上の配慮から排気ガスを清浄化する目的から、空燃比制御が行なわれている。特に、電子制御方式の燃料噴射装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｆｕｅｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）を備える種類の内燃機関にあっては、燃料噴射に対する複雑な制御が可能であることから、様々な試みがなされている。
【０００３】
空燃比制御は、内燃機関へ供給する１回の燃焼当りの供給空気量を供給燃料量（つまり、燃料噴射式では「燃料噴射量」）で除して求められる空燃比（質量比）を、内燃機関の運転状態の変化に拘わらず一定の目標値（ガソリンエンジンでは、理論空燃比の約１４．７とすることが多い）に維持するものである。
【０００４】
なお、本明細書では、説明の簡略化のため、単気筒の場合のみについて言及するが、多気筒の場合であっても基本的な原理は同様である。
【０００５】
近年一段と厳しくなりつつある排気ガス規制に対応すべく、従来から、ガソリンエンジンの排気系に設けられる排気浄化装置には、規制対象物質（例えば、ＣＯ， ＨＣ，ＮＯｘ）を排気ガス中から効率良く除去することができる三元触媒が多く利用されてきており、この三元触媒の浄化効率が理論空燃比近傍で最も高いことから、実際の空燃比を理論空燃比に維持することは、非常に重要となっている。
【０００６】
空燃比制御では、リニアセンサ（Ｌｉｎｅａｒ Ａｉｒ Ｆｕｅｌ Ｒａｔｉｏ Ｓｅｎｓｏｒ），λ型センサ（Ｌａｍｂｄａ Ｏｘｙｇｅｎ Ｓｅｎｓｏｒ）等の種々の酸素センサが利用されている。
【０００７】
空燃比制御は、一般には、上記のような酸素センサの出力値をフィードバックして、燃料噴射装置からの燃料噴射量を調節するものであるが、その応答遅れのために、燃料噴射量は、実際には、変動している。
【０００８】
この変動が大きくなると、空燃比の変動が大きくなり、ひいては、内燃機関の出力トルクの変動が大きくなるため、当該内燃機関が乗り物に搭載された場合には、乗り心地が悪化する。
【０００９】
そこで、燃料噴射量の変動を抑えるために、従来から様々な技術が開発されており、例えば、特許文献１乃至１０には、スロットル開度やエンジン回転数等に基づいて求められる基本燃料噴射量を、酸素センサの出力値に基づいて求められる燃料噴射量で増減させると共に、この酸素センサによる燃料噴射量に、又は該酸素センサによる燃料噴射量で増減した後の全体の燃料噴射量に、強制的に振動を加えるフィードバック制御技術（所謂、「パータベーション」）が開示されている。
【００１０】
上記特許文献の多くでは強制振動の振幅や周波数が固定されており、理論空燃比への追従性を良くするために積分定数を大きく設定すると、酸素センサを強制振動周波数で振動させるためには、強制振動の振幅変動を大きな値で固定しなければならず、トルク変動が増大する。
【００１１】
このことから、例えば、特許文献８には、燃料噴射の強制振動に応じて点火進角を調節し、トルク変動を低減することが開示されている。
【００１２】
その他の特許文献には、燃料噴射の強制振動の周波数等そのものを様々な評価基準に応じて調節する技術が開示されている。
【００１３】
【特許文献１】
特許第２９６２９８７号公報
【特許文献２】
特開昭５６−１１８５３５号公報
【特許文献３】
特許第１０７８４８６号公報
【特許文献４】
特許第２８５５９６３号公報
【特許文献５】
特開昭６４−５３０４２号公報
【特許文献６】
特許第２０１４４６５号公報
【特許文献７】
特開平６−２２９３０８号公報
【特許文献８】
特開平６−１３７２４２号公報
【特許文献９】
特許第２５３１５２５号公報
【特許文献１０】
特開平５−３９７４１号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した積分動作を伴った制御を行なう従来技術においては、積分定数が固定であるため、必要燃料噴射量の変化に対する追従性を向上させる目的で、積分定数の設定値を予め大くした場合には、これに応じて、強制振動の振幅を大きくする必要があり、その結果、前述のように、空燃比の変動が大きくなり、ひいてはエンジントルクの変動が大きくなるという問題があった。
【００１５】
本願発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、例えば、λ型酸素センサの出力値に基づいて、積分定数又は強制振動の振幅を増減させることにより、理論空燃比への追従性を確保しつつ、空燃比の変動を抑えることが可能であり、そのため、排気ガスの清浄化が図れ、さらには、エンジントルクの変動が少なく、乗り物への適用の場合には乗り心地を向上させることができる内燃機関の空燃比制御方法及びその実施に適した装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願発明の第１の観点に係る内燃機関の空燃比制御方法は、燃料噴射装置を備える内燃機関からの排気ガスの組成に基づいて、理論空燃比近傍を境界にした実際の空燃比のリッチ状態又はリーン状態を検出する特性を有したセンサの出力値を受け付け、受け付けた前記センサの出力値に基づいて、該センサの出力値のリッチ状態又はリーン状態の継続時間を求め、求めた前記センサの出力値のリッチ状態又はリーン状態の継続時間に基づいて、前記内燃機関の実際の空燃比を前記理論空燃比近傍に維持することを特徴とする。
【００１７】
また、本願発明の第２の観点に係る内燃機関の空燃比制御装置は、燃料噴射装置を備える内燃機関の空燃比を理論空燃比近傍に維持すべく、前記内燃機関からの排気ガスの組成を計測するセンサの出力値に基づいて、前記燃料噴射装置による燃料噴射に強制振動を付与する、積分動作を伴ったフィードバック制御を行なう内燃機関の空燃比制御装置であって、前記センサの出力値に基づいて、積分定数又は前記強制振動の振幅を変更する強制振動調節手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
上記発明の第１の観点によれば、排気ガスの組成（特に、酸素含有量）を検出するセンサの出力値に基づいて、このセンサの出力値のリッチ状態又はリーン状態の継続時間を求め、求めた継続時間に基づいて、内燃機関の実際の空燃比を理論空燃比近傍に維持する。
【００１９】
また、上記発明の第２の観点によれば、任意の種類のセンサの出力値に基づいて、燃料噴射装置による燃料噴射に強制振動を付与する、積分動作を伴ったフィードバック制御（Ｉ制御，ＰＩ制御，及びＰＩＤ制御等）を行なう際の積分定数、又は強制振動の振幅を増減させる。
【００２０】
上記各発明により、理論空燃比への追従性を確保しつつ、空燃比の変動を抑えることが可能であり、そのため、排気ガスの清浄化が図れ、さらには、エンジントルクの変動が少なく、乗り物への適用の場合には乗り心地を向上させることができる。上記の発明においては、積分定数又は強制振動の振幅のいずれかを可変とするだけでもよいが、積分定数及び強制振動の振幅の両方を可変することにより、更なる効果が期待できる。
【００２１】
具体的には、上記第２の観点におけるセンサは、第１の観点と同様に、（理論空燃比を境界にした）実際の空燃比のリッチ状態又はリーン状態を検出する特性を有したセンサであってもよく、例えば、λ型酸素センサである。
【００２２】
λ型酸素センサは、排気ガスの組成、特に酸素含有量に基づいた出力をするものであり、これによって、実際の空燃比を間接的に検出することができる。図１に示すように、λ型酸素センサは、その出力値が理論空燃比（約１４．７）近傍を境界に急激に変化する特性を有している。
【００２３】
図１には、λ型酸素センサの出力特性の一例を示してあり、図示の例では、λ型酸素センサは、実際の空燃比が理論空燃比よりも低い状態（リッチ状態）では、約０．５Ｖ〜約０．９Ｖの電圧を出力し、その出力電圧は、理論空燃比よりもリッチ側になるにつれて急激に０．９Ｖに近づく。λ型酸素センサは、同様に、実際の空燃比が理論空燃比よりも高い状態（リーン状態）領域では、約０．５Ｖ〜約０．１Ｖの電圧を出力するようになっており、その出力電圧は、理論空燃比よりもリーン側になるにつれて急激に０．１Ｖに近づく。
【００２４】
また、本願発明においては、理論空燃比への追従性の更なる向上を図るべく、酸素センサの出力値のリッチ状態又はリーン状態の継続時間が所定の時間よりも長い場合に、積分定数を増大させる一方、継続時間が前記所定の時間よりも短い場合には、積分定数を減少させるように構成することも可能である。なお、上記所定の時間は、予め行なう試験等により、例えば、エンジン回転数，スロットル開度，及び吸気管圧力等との関係を求めておき、適切なマップを作成しておくことで実現することが可能である。
【００２５】
また、積分定数の増大に併せて振幅も増大させる一方、積分定数の減少に併せて振幅も減少させるように構成することも可能である。
【００２６】
さらに、上記に説明した本願発明の第２の観点においては、積分定数及び／又は振幅を変更するようにしているが、これらに加えて強制振動の周波数を変更するように構成することも可能である。
【００２７】
なお、本願発明は、λ型酸素センサの出力値を利用して、燃料噴射の強制振動を、積分動作を伴ってフィードバック制御する種類のものに適用することが可能であり、Ｉ制御，ＰＩ制御，及びＰＩＤ制御等を採用することが可能である。
【００２８】
また、本願発明は、一般の燃料噴射式の内燃機関に限らず、直噴式の内燃機関にも適用可能であり、さらに、ディーゼルエンジンのようなガソリンエンジン以外の燃料噴射式の内燃機関にも適用可能である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態に係る内燃機関の空燃比制御方法の実施に適した装置について、添付の図面を参照しながら具体的に説明する。
【００３０】
（第１の実施の形態）
図２は、本願発明の実施の形態に係る内燃機関の空燃比制御装置の全体構成を示すブロック図である。図２に示す如く、本実施の形態に係る空燃比制御装置は、主として、内燃機関（エンジン）１と、該エンジン１の燃料噴射装置２を制御するエンジン制御装置３とから構成されている。
【００３１】
本実施の形態においては、エンジン１は、説明の明確化のため、単気筒のガソリンエンジンとしてあるが、本願発明は、燃料噴射を制御することが可能な他の燃料を利用する種類のエンジン、及び多気筒のエンジンにも適用することが可能である。
【００３２】
燃料噴射装置２は、図示しない加圧燃料供給系に接続された燃料噴射弁（例えば、電磁バルブからなる）を備え、上記エンジン制御装置３から与えられる燃料噴射指令に基づいて燃料噴射弁を開放し、所定量の燃料噴射を行なうようになっている。
【００３３】
また、エンジン１には、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ４、吸気管１ａ内の圧力を検出する吸気管圧力センサ５、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ６、及び排気ガスの組成（特に、酸素含有量）に応じた出力をする例えばλ型酸素センサ７等の種々のセンサが設けられている。ただし、本願発明においては、排気ガスの組成に応じた出力をするセンサをλ型酸素センサ７に限定するものではなく、実際の空燃比のリッチ状態又はリーン状態を検出する特性を有しているセンサであればよい。
【００３４】
λ型酸素センサ７は、エンジン１の排気管１ｂに設けられた排気浄化装置としての三元触媒８の排気上流側に設置されている。
【００３５】
上記各センサの検出結果は、エンジン制御装置３にぞれぞれ与えられ、エンジン制御装置３は、各センサの検出結果に基づいて燃料噴射指令を燃料噴射装置２へ出力する。より詳しくは、エンジン制御装置３は、燃料噴射装置２に適切な通電（通電時間、通電タイミング等）をさせるような燃料噴射指令を出力するようになっている。
【００３６】
図３に示す如く、本実施の形態に係るエンジン制御装置３は、基本燃料噴射時間演算ブロック３１、リッチ・リーン判定ブロック３２、積分ブロック３３、加算器３４及び３５、並びに周期的信号発生ブロック３６等から構成され、燃料噴射時間を規定する燃料噴射指令を燃料噴射装置２へ出力するようになっている。なお、本実施の形態においては、燃料噴射量を時間によって制御しているが、本願発明においては、燃料噴射量を直接制御してもよい。
【００３７】
基本燃料噴射時間演算ブロック３１は、スロットル開度センサ４、吸気管圧力センサ５、及びエンジン回転数センサ６等のλ型酸素センサ７を除く各センサの出力値に基づいて、基本燃料噴射時間を演算する一方、リッチ・リーン判定ブロック３２は、λ型酸素センサ７の出力値に基づいて、空燃比がリッチ側であるかリーン側であるかを判定し、リッチ側である場合には「−１」の値を出力し、リーン側である場合には「１」の値を出力する。積分ブロック３３は、所定の積分定数（可変）をリッチ・リーン判定ブロック３２の出力値に乗じて積分し、その値を加算器３４に与える。
【００３８】
加算器３４は、周期的信号発生ブロック３６が出力する燃料噴射時間を積分ブロック３３の出力値に加算し、次の加算器３５に与える。加算器３５は、前述した基本燃料噴射時間演算ブロック３１の出力値を加算器３４の出力値に加算し、燃料噴射装置２への出力となる燃料噴射時間を演算する。
【００３９】
本実施の形態に係るエンジン制御装置３は、さらに、酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７、強制振動振幅演算ブロック３８、及び積分定数演算ブロック３９等を備え（図３において破線で囲んだ部分Ａ）、これら各ブロックにより、積分ブロック３３の積分定数と、周期的信号発生ブロック３６の強制振動振幅とを変更するようになっている。
【００４０】
酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７は、λ型酸素センサ７の出力値に基づいてその継続時間を計測するものであり、本実施の形態においては、リセット機能を有する積分器（図示せず）等を利用している。例えば、λ型酸素センサ７の出力値（リッチ：０．９Ｖ，リーン：０．１Ｖ）から値０．５を減算し、減算結果がマイナス値からプラス値へ立ち上がる時点で、タイマ（図示せず）を零値にリセットし、この時点から次のリセットまでの継続時間を上記継続時間としている。
【００４１】
なお、本願発明においては、λ型酸素センサ７の継続時間を求められるものであれば、ここに例示する方法以外であっても適用可能であることは言うまでもない。
【００４２】
強制振動振幅演算ブロック３８は、酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７の出力値とに基づいて、予め作成されたマップを参照し、強制振動振幅を演算する。このマップは、予め試験等を実施し、例えば、エンジン回転数，スロットル開度，及び吸気管圧力等との関係を勘案して求めておくことで容易に実現することが可能である。
【００４３】
従って、前述した周期的信号発生ブロック３６は、強制振動振幅演算ブロック３８の出力値（強制振動振幅）と、強制振動周波数とに基づいて強制振動信号を発生し、加算器３４に出力する。
【００４４】
強制振動振幅演算ブロック３８の出力値（強制振動振幅）は、積分定数演算ブロック３９にも与えられるようになっており、積分定数演算ブロック３９は、強制振動振幅が大きくなるにつれて大きくなるような積分値を演算し、積分器３３に出力する。
【００４５】
このような強制振動振幅及び積分値の関係は、例えば、積分定数演算ブロック３９が積分定数マップとして備えることが可能であり、この関係により、追従性が要求される過渡的な領域では積分定数を大きくする一方、強制振動振幅が小さいことが要求される定常領域では積分定数を小さくすることができる。
【００４６】
次に、図４乃至図８を参照しながら、本願発明に係る空燃比制御装置と、従来の積分定数及び強制振動振幅が固定された装置との効果比較を実験結果に基づいて説明する。本実験においては、Ｔ０〜Ｔ１０の間、積分定数Ｋｉ［％／ｓ］、強制振動振幅ＡＭＰ［％］、λ型酸素センサ出力値のリッチ状態継続時間ｄＴ［ｓ］、燃料噴射時間ＩＮＪ［μｓ］、空燃比Ａ／Ｆ［−］、及びλ型センサ出力値Ｏ２ｏｕｔ［Ｖ］の各パラメータについてそれぞれ観察し、トルク変動の様子を調べる一方、Ｔ５の時点で、空気量をステップ状に変化させて理論空燃比となるための燃料噴射時間を故意にＩＮＪ１からＩＮＪ２（ＩＮＪ１＞ＩＮＪ２）にステップ状に変化させることにより、追従性についても調べた。なお、図４乃至図８において、縦軸は上記各パラメータであり、横軸はパラメータ間共通の時間軸（Ｔｉｍｅ［ｓｅｃ］）としてある。また、燃料噴射時間ＩＮＪのグラフにおける破線は、理論空燃比での理論的な燃料噴射時間を示している。
【００４７】
図４乃至図６は、従来の積分定数及び強制振動振幅が固定された装置について実験結果を示している。
【００４８】
＜ケース１＞
まず、従来技術の実験結果の一例（ケース１）として、図４では、積分定数Ｋｉ＝Ｋｉ１［％／ｓ］及び強制振動振幅ＡＭＰ＝ＡＭＰ１［％］が固定されている場合を示している。このケースでは、λ型酸素センサ出力値Ｏ２ｏｕｔは、強制振動と同一周波数（約４／（Ｔｎ＋１−Ｔｎ）［Ｈｚ］）で振動していることがわかる。また、空燃比Ａ／Ｆも同一周波数で振動していることがわかる。
【００４９】
ここで、例えば、Ｔ５時点で、エンジン１のスロットルを人為的に一時的に閉じる等して、必要とされる燃料噴射時間ＩＮＪを急変させた場合（ＩＮＪ１→ＩＮＪ２）、空燃比Ａ／Ｆが定常的にリッチ（＜１４．７）となる領域が発生し、約１／２（Ｔｎ＋１−Ｔｎ）秒間、λ型酸素センサ出力値Ｏ２ｏｕｔが定常状態となっていることがわかる。
【００５０】
＜ケース２＞
次に、従来技術の実験結果の別の例（ケース２）として、図５では、積分定数Ｋｉ＝Ｋｉ１［％／ｓ］及び強制振動振幅ＡＭＰ＝ＡＭＰ２（ＡＭＰ１＞ＡＭＰ２）［％］が固定されている場合を示している。このケースでは、上述したケース１と同一積分定数Ｋｉで、強制振動振幅ＡＭＰをケース１よりも小さく設定してある。本ケースでは、強制振動振幅ＡＭＰが小さ過ぎるため、リミットサイクル現象が発生してしまい、強制振動を約４／（Ｔｎ＋１−Ｔｎ）［Ｈｚ］で入力しているにも拘わらず、λ型酸素センサ出力値Ｏ２ｏｕｔは、ケース１のときよりも小さい周波数で振動していることがわかる。
【００５１】
＜ケース３＞
次に、従来技術の実験結果のさらに別の例（ケース３）として、図６では、積分定数Ｋｉ＝Ｋｉ２（Ｋｉ１＞Ｋｉ２）［％／ｓ］及び強制振動振幅ＡＭＰ＝ＡＭＰ２［％］が固定されている場合を示している。このケースでは、上述したケース１に対して積分定数Ｋｉも強制振動振幅ＡＭＰも小さく設定してある。本ケースでは、λ型酸素センサ出力値Ｏ２ｏｕｔは、強制振動とと同一周波数で振動していることがわかる。しかしながら、積分定数Ｋｉを小さく設定した結果、Ｔ５時点でのλ型酸素センサ出力値Ｏ２ｏｕｔの定常状態が約（Ｔｎ＋１−Ｔｎ）秒間、継続してしまう。
【００５２】
ケース１からケース３に示すように、積分定数Ｋｉと強制振動振幅ＡＭＰとの間には密接な関係があり、空燃比への収束性を高めるために積分定数Ｋｉを大きくした場合に所定の強制振動周波数でλ型酸素センサを振動させるためには、強制振動振幅ＡＭＰを大きくしなければならない。もし、積分定数Ｋｉを大きくし過ぎた場合、或いは強制振動振幅ＡＭＰを小さくし過ぎた場合には、強制振動周波数でλ型酸素センサは振動しなくなる。
【００５３】
本願発明では、リッチ状態継続時間ｄＴが設定値よりも大きくなった際に、積分定数Ｋｉのみを変える場合、強制振動振幅ＡＭＰのみを変える場合、及び積分定数Ｋｉ及び強制振動振幅ＡＭＰの両方とも変更する場合があり、以下にそれぞれの場合についての特徴を説明する。
【００５４】
λ型酸素センサ出力値のリッチ状態継続時間ｄＴが設定値よりも大きくなった際に、積分定数Ｋｉのみを大きくする場合は、λ型酸素センサ出力値のリッチ状態継続時間ｄＴを減少させることが可能である。
【００５５】
また、λ型酸素センサ出力値のリッチ状態継続時間ｄＴが設定値よりも大きくなった際に、強制振動振幅ＡＭＰのみを大きくする場合も、同様に、λ型酸素センサ出力値のリッチ状態継続時間ｄＴを減少させることが可能である。
【００５６】
一方、λ型酸素センサ出力値のリッチ状態継続時間ｄＴが設定値よりも大きくなった際に、積分定数Ｋｉ及び強制振動振幅ＡＭＰの両方とも変更した場合には、λ型酸素センサ出力値のリッチ状態継続時間ｄＴの低減と空燃比変動の低減とを同時に実現することが可能である。
【００５７】
次に示すケース４及び５では、積分定数Ｋｉ及び強制振動振幅ＡＭＰの両方を変更した場合の実験結果を示す。
【００５８】
＜ケース４＞
次に、本願発明の実験結果の一例（ケース４）として、図７では、積分定数Ｋｉは、Ｋｉ１＞Ｋｉ＞Ｋｉ２の範囲で可変であり、強制振動振幅ＡＭＰも、ＡＭＰ１＞ＡＭＰ＞ＡＭＰ２の範囲で可変とされている。実験開始当初（Ｔ０時点）では、ケース１のときと同様、積分定数Ｋｉ＝Ｋｉ１［％／ｓ］、強制振動振幅ＡＭＰ＝ＡＭＰ１［％］とそれぞれ設定した。
【００５９】
Ｔ０時点から定常状態に至っては、積分定数Ｋｉも強制振動振幅ＡＭＰもケース１のときよりも小さくなっている。このことから、ケース１のときよりも小さい強制振動振幅ＡＭＰでも強制振動の効果が得られることがわかる。
【００６０】
Ｔ５時点でのλ型酸素センサ出力値Ｏ２ｏｕｔの定常状態は、積分定数と強制振動振幅とを一時的に大きくすることにより、約３／４（Ｔｎ＋１−Ｔｎ）秒間の継続と改善されており、ケース３のときよりも優れた結果となっている。
【００６１】
＜ケース５＞
さらに、本願発明の実験結果の別の例（ケース５）として、図８では、積分定数Ｋｉは、Ｋｉ３＞Ｋｉ＞Ｋｉ２（Ｋｉ３＞Ｋｉ１）の範囲で可変であり、強制振動振幅ＡＭＰも、ＡＭＰ３＞ＡＭＰ＞ＡＭＰ２（ＡＭＰ３＞ＡＭＰ１）の範囲で可変とされている。実験開始当初（Ｔ０時点）では、積分定数Ｋｉ＝Ｋｉ３［％／ｓ］、強制振動振幅ＡＭＰ＝ＡＭＰ３［％］とそれぞれ設定した。
【００６２】
Ｔ０時点から定常状態に至っては、積分定数Ｋｉも強制振動振幅ＡＭＰもケース４のときと同様の値にまで小さくなっている。このことから、定常状態では、ケース４のときと同等の効果が得られていることがわかる。
【００６３】
Ｔ５時点でのλ型酸素センサ出力値Ｏ２ｏｕｔの定常状態は、積分定数Ｋｉと強制振動振幅ＡＭＰとを一時的に大きくすることにより、約１／２（Ｔｎ＋１−Ｔｎ）秒間の継続と改善されており、ケース４のときよりも優れた結果となっている。
【００６４】
（第２の実施の形態）
図９は、図２に示したエンジン制御装置３の別の実施の形態を示すブロック図である。図９に示す如く、本実施の形態に係るエンジン制御装置３は、破線で囲んだ強制振動調節部Ｂの構成が上記第１の実施の形態の強制振動調節部Ａとは異なり、他の部分は略同様である。従って、共通する部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００６５】
本実施の形態に係るエンジン制御装置３の強制振動調節部Ｂは、酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７、強制振動周波数演算ブロック３０ａ、強制振動振幅演算ブロック３８ａ、及び積分定数演算ブロック３９ａ等を備え、これら各ブロックにより、積分ブロック３３の積分定数と、周期的信号発生ブロック３６の強制振動振幅とに加えて、強制振動周波数も変更するようになっている。
【００６６】
酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７は、上記第１の実施の形態のものと同様のものであり、その出力値を、強制振動周波数演算ブロック３０ａ、強制振動振幅演算ブロック３８ａ、及び積分定数演算ブロック３９ａにそれぞれ与えるようになっている。
【００６７】
強制振動周波数ブロック３０ａは、酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７の出力値に基づいて、強制振動周波数を演算する。
【００６８】
強制振動振幅演算ブロック３８ａは、酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７の出力値に基づいて、強制振動振幅を演算する。
【００６９】
本実施の形態に係る周期的信号発生ブロック３６は、強制振動周波数ブロック３０ａの出力値（強制振動周波数）と、強制振動振幅演算ブロック３８ａの出力値（強制振動振幅）とに基づいて強制振動信号を発生し、加算器３４に出力する。
【００７０】
また、積分定数演算ブロック３９ａは、酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７の出力値に基づいて、積分値を演算し、積分器３３に出力する。
【００７１】
これらの強制振動周波数演算ブロック３０ａ、強制振動振幅演算ブロック３８ａ、及び積分定数演算ブロック３９ａは、酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７の出力値に対する、最適な強制振動周波数、強制振動振幅、及び積分値をマップとして記憶している。なお、各マップは、予め実験等により求められる。
【００７２】
また、本実施の形態においては、酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７の出力値を、強制振動周波数演算ブロック３０ａ、強制振動振幅演算ブロック３８ａ、及び積分定数演算ブロック３９ａにそれぞれ入力する構成としているが、上記第１の実施の形態のように強制振動周波数を固定としておき、図９に示した第２の実施の形態の構成から強制振動周波数演算ブロック３０ａを省略するように構成することも可能である。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように、本願発明に係る内燃機関の空燃比制御方法及びその実施に適した装置によれば、例えば、λ型酸素センサの出力値に基づいて、積分定数及び／又は振幅を増減させることにより、理論空燃比への追従性を確保しつつ、より少ない振幅で空燃比の変動を抑えることが可能であり、そのため、排気ガスの清浄化が図れ、さらには、エンジントルクの変動が少なく、乗り物への適用の場合には乗り心地を向上させることができる等、本願発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る内燃機関の空燃比制御装置に利用されるλ型酸素センサの出力特性を示すグラフである。
【図２】本願発明の実施の形態に係る内燃機関の空燃比制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示したエンジン制御装置の詳細構成を示すブロック図である。
【図４】従来の積分定数及び強制振動振幅が固定された空燃比制御装置の実験結果（ケース１）である。
【図５】従来の積分定数及び強制振動振幅が固定された空燃比制御装置の実験結果（ケース２）である。
【図６】従来の積分定数及び強制振動振幅が固定された空燃比制御装置の実験結果（ケース３）である。
【図７】本願発明に係る空燃比制御装置の実験結果（ケース４）である。
【図８】本願発明に係る空燃比制御装置の実験結果（ケース５）を示すグラフである。
【図９】図２に示したエンジン制御装置の別の実施の形態に係る詳細構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ エンジン
１ａ 吸気管
１ｂ 排気管
２ 燃料噴射装置
３ エンジン制御装置
４ スロットル開度センサ
５ 吸気管圧力センサ
６ エンジン回転数センサ
７ λ型酸素センサ
８ 触媒（排気ガス浄化装置）
３０ａ 強制振動周波数演算ブロック
３１ 基本燃料噴射時間演算ブロック
３２ リッチ・リーン判定ブロック
３３ 積分ブロック
３４ 加算器
３５ 加算器
３６ 周期的信号発生ブロック
３７ 酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック
３８，３８ａ 振動振幅演算ブロック
３９，３９ａ 積分定数演算ブロック
Ａ，Ｂ 強制振動調節部
【発明の属する技術分野】
本願発明は、例えば、排気ガスを理論空燃比近傍に維持することによって、排気ガスの浄化とを図った内燃機関の空燃比制御方法及びその実施に適した装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、環境上の配慮から排気ガスを清浄化する目的から、空燃比制御が行なわれている。特に、電子制御方式の燃料噴射装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｆｕｅｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）を備える種類の内燃機関にあっては、燃料噴射に対する複雑な制御が可能であることから、様々な試みがなされている。
【０００３】
空燃比制御は、内燃機関へ供給する１回の燃焼当りの供給空気量を供給燃料量（つまり、燃料噴射式では「燃料噴射量」）で除して求められる空燃比（質量比）を、内燃機関の運転状態の変化に拘わらず一定の目標値（ガソリンエンジンでは、理論空燃比の約１４．７とすることが多い）に維持するものである。
【０００４】
なお、本明細書では、説明の簡略化のため、単気筒の場合のみについて言及するが、多気筒の場合であっても基本的な原理は同様である。
【０００５】
近年一段と厳しくなりつつある排気ガス規制に対応すべく、従来から、ガソリンエンジンの排気系に設けられる排気浄化装置には、規制対象物質（例えば、ＣＯ， ＨＣ，ＮＯｘ）を排気ガス中から効率良く除去することができる三元触媒が多く利用されてきており、この三元触媒の浄化効率が理論空燃比近傍で最も高いことから、実際の空燃比を理論空燃比に維持することは、非常に重要となっている。
【０００６】
空燃比制御では、リニアセンサ（Ｌｉｎｅａｒ Ａｉｒ Ｆｕｅｌ Ｒａｔｉｏ Ｓｅｎｓｏｒ），λ型センサ（Ｌａｍｂｄａ Ｏｘｙｇｅｎ Ｓｅｎｓｏｒ）等の種々の酸素センサが利用されている。
【０００７】
空燃比制御は、一般には、上記のような酸素センサの出力値をフィードバックして、燃料噴射装置からの燃料噴射量を調節するものであるが、その応答遅れのために、燃料噴射量は、実際には、変動している。
【０００８】
この変動が大きくなると、空燃比の変動が大きくなり、ひいては、内燃機関の出力トルクの変動が大きくなるため、当該内燃機関が乗り物に搭載された場合には、乗り心地が悪化する。
【０００９】
そこで、燃料噴射量の変動を抑えるために、従来から様々な技術が開発されており、例えば、特許文献１乃至１０には、スロットル開度やエンジン回転数等に基づいて求められる基本燃料噴射量を、酸素センサの出力値に基づいて求められる燃料噴射量で増減させると共に、この酸素センサによる燃料噴射量に、又は該酸素センサによる燃料噴射量で増減した後の全体の燃料噴射量に、強制的に振動を加えるフィードバック制御技術（所謂、「パータベーション」）が開示されている。
【００１０】
上記特許文献の多くでは強制振動の振幅や周波数が固定されており、理論空燃比への追従性を良くするために積分定数を大きく設定すると、酸素センサを強制振動周波数で振動させるためには、強制振動の振幅変動を大きな値で固定しなければならず、トルク変動が増大する。
【００１１】
このことから、例えば、特許文献８には、燃料噴射の強制振動に応じて点火進角を調節し、トルク変動を低減することが開示されている。
【００１２】
その他の特許文献には、燃料噴射の強制振動の周波数等そのものを様々な評価基準に応じて調節する技術が開示されている。
【００１３】
【特許文献１】
特許第２９６２９８７号公報
【特許文献２】
特開昭５６−１１８５３５号公報
【特許文献３】
特許第１０７８４８６号公報
【特許文献４】
特許第２８５５９６３号公報
【特許文献５】
特開昭６４−５３０４２号公報
【特許文献６】
特許第２０１４４６５号公報
【特許文献７】
特開平６−２２９３０８号公報
【特許文献８】
特開平６−１３７２４２号公報
【特許文献９】
特許第２５３１５２５号公報
【特許文献１０】
特開平５−３９７４１号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した積分動作を伴った制御を行なう従来技術においては、積分定数が固定であるため、必要燃料噴射量の変化に対する追従性を向上させる目的で、積分定数の設定値を予め大くした場合には、これに応じて、強制振動の振幅を大きくする必要があり、その結果、前述のように、空燃比の変動が大きくなり、ひいてはエンジントルクの変動が大きくなるという問題があった。
【００１５】
本願発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、例えば、λ型酸素センサの出力値に基づいて、積分定数又は強制振動の振幅を増減させることにより、理論空燃比への追従性を確保しつつ、空燃比の変動を抑えることが可能であり、そのため、排気ガスの清浄化が図れ、さらには、エンジントルクの変動が少なく、乗り物への適用の場合には乗り心地を向上させることができる内燃機関の空燃比制御方法及びその実施に適した装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願発明の第１の観点に係る内燃機関の空燃比制御方法は、燃料噴射装置を備える内燃機関からの排気ガスの組成に基づいて、理論空燃比近傍を境界にした実際の空燃比のリッチ状態又はリーン状態を検出する特性を有したセンサの出力値を受け付け、受け付けた前記センサの出力値に基づいて、該センサの出力値のリッチ状態又はリーン状態の継続時間を求め、求めた前記センサの出力値のリッチ状態又はリーン状態の継続時間に基づいて、前記内燃機関の実際の空燃比を前記理論空燃比近傍に維持することを特徴とする。
【００１７】
また、本願発明の第２の観点に係る内燃機関の空燃比制御装置は、燃料噴射装置を備える内燃機関の空燃比を理論空燃比近傍に維持すべく、前記内燃機関からの排気ガスの組成を計測するセンサの出力値に基づいて、前記燃料噴射装置による燃料噴射に強制振動を付与する、積分動作を伴ったフィードバック制御を行なう内燃機関の空燃比制御装置であって、前記センサの出力値に基づいて、積分定数又は前記強制振動の振幅を変更する強制振動調節手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
上記発明の第１の観点によれば、排気ガスの組成（特に、酸素含有量）を検出するセンサの出力値に基づいて、このセンサの出力値のリッチ状態又はリーン状態の継続時間を求め、求めた継続時間に基づいて、内燃機関の実際の空燃比を理論空燃比近傍に維持する。
【００１９】
また、上記発明の第２の観点によれば、任意の種類のセンサの出力値に基づいて、燃料噴射装置による燃料噴射に強制振動を付与する、積分動作を伴ったフィードバック制御（Ｉ制御，ＰＩ制御，及びＰＩＤ制御等）を行なう際の積分定数、又は強制振動の振幅を増減させる。
【００２０】
上記各発明により、理論空燃比への追従性を確保しつつ、空燃比の変動を抑えることが可能であり、そのため、排気ガスの清浄化が図れ、さらには、エンジントルクの変動が少なく、乗り物への適用の場合には乗り心地を向上させることができる。上記の発明においては、積分定数又は強制振動の振幅のいずれかを可変とするだけでもよいが、積分定数及び強制振動の振幅の両方を可変することにより、更なる効果が期待できる。
【００２１】
具体的には、上記第２の観点におけるセンサは、第１の観点と同様に、（理論空燃比を境界にした）実際の空燃比のリッチ状態又はリーン状態を検出する特性を有したセンサであってもよく、例えば、λ型酸素センサである。
【００２２】
λ型酸素センサは、排気ガスの組成、特に酸素含有量に基づいた出力をするものであり、これによって、実際の空燃比を間接的に検出することができる。図１に示すように、λ型酸素センサは、その出力値が理論空燃比（約１４．７）近傍を境界に急激に変化する特性を有している。
【００２３】
図１には、λ型酸素センサの出力特性の一例を示してあり、図示の例では、λ型酸素センサは、実際の空燃比が理論空燃比よりも低い状態（リッチ状態）では、約０．５Ｖ〜約０．９Ｖの電圧を出力し、その出力電圧は、理論空燃比よりもリッチ側になるにつれて急激に０．９Ｖに近づく。λ型酸素センサは、同様に、実際の空燃比が理論空燃比よりも高い状態（リーン状態）領域では、約０．５Ｖ〜約０．１Ｖの電圧を出力するようになっており、その出力電圧は、理論空燃比よりもリーン側になるにつれて急激に０．１Ｖに近づく。
【００２４】
また、本願発明においては、理論空燃比への追従性の更なる向上を図るべく、酸素センサの出力値のリッチ状態又はリーン状態の継続時間が所定の時間よりも長い場合に、積分定数を増大させる一方、継続時間が前記所定の時間よりも短い場合には、積分定数を減少させるように構成することも可能である。なお、上記所定の時間は、予め行なう試験等により、例えば、エンジン回転数，スロットル開度，及び吸気管圧力等との関係を求めておき、適切なマップを作成しておくことで実現することが可能である。
【００２５】
また、積分定数の増大に併せて振幅も増大させる一方、積分定数の減少に併せて振幅も減少させるように構成することも可能である。
【００２６】
さらに、上記に説明した本願発明の第２の観点においては、積分定数及び／又は振幅を変更するようにしているが、これらに加えて強制振動の周波数を変更するように構成することも可能である。
【００２７】
なお、本願発明は、λ型酸素センサの出力値を利用して、燃料噴射の強制振動を、積分動作を伴ってフィードバック制御する種類のものに適用することが可能であり、Ｉ制御，ＰＩ制御，及びＰＩＤ制御等を採用することが可能である。
【００２８】
また、本願発明は、一般の燃料噴射式の内燃機関に限らず、直噴式の内燃機関にも適用可能であり、さらに、ディーゼルエンジンのようなガソリンエンジン以外の燃料噴射式の内燃機関にも適用可能である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態に係る内燃機関の空燃比制御方法の実施に適した装置について、添付の図面を参照しながら具体的に説明する。
【００３０】
（第１の実施の形態）
図２は、本願発明の実施の形態に係る内燃機関の空燃比制御装置の全体構成を示すブロック図である。図２に示す如く、本実施の形態に係る空燃比制御装置は、主として、内燃機関（エンジン）１と、該エンジン１の燃料噴射装置２を制御するエンジン制御装置３とから構成されている。
【００３１】
本実施の形態においては、エンジン１は、説明の明確化のため、単気筒のガソリンエンジンとしてあるが、本願発明は、燃料噴射を制御することが可能な他の燃料を利用する種類のエンジン、及び多気筒のエンジンにも適用することが可能である。
【００３２】
燃料噴射装置２は、図示しない加圧燃料供給系に接続された燃料噴射弁（例えば、電磁バルブからなる）を備え、上記エンジン制御装置３から与えられる燃料噴射指令に基づいて燃料噴射弁を開放し、所定量の燃料噴射を行なうようになっている。
【００３３】
また、エンジン１には、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ４、吸気管１ａ内の圧力を検出する吸気管圧力センサ５、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ６、及び排気ガスの組成（特に、酸素含有量）に応じた出力をする例えばλ型酸素センサ７等の種々のセンサが設けられている。ただし、本願発明においては、排気ガスの組成に応じた出力をするセンサをλ型酸素センサ７に限定するものではなく、実際の空燃比のリッチ状態又はリーン状態を検出する特性を有しているセンサであればよい。
【００３４】
λ型酸素センサ７は、エンジン１の排気管１ｂに設けられた排気浄化装置としての三元触媒８の排気上流側に設置されている。
【００３５】
上記各センサの検出結果は、エンジン制御装置３にぞれぞれ与えられ、エンジン制御装置３は、各センサの検出結果に基づいて燃料噴射指令を燃料噴射装置２へ出力する。より詳しくは、エンジン制御装置３は、燃料噴射装置２に適切な通電（通電時間、通電タイミング等）をさせるような燃料噴射指令を出力するようになっている。
【００３６】
図３に示す如く、本実施の形態に係るエンジン制御装置３は、基本燃料噴射時間演算ブロック３１、リッチ・リーン判定ブロック３２、積分ブロック３３、加算器３４及び３５、並びに周期的信号発生ブロック３６等から構成され、燃料噴射時間を規定する燃料噴射指令を燃料噴射装置２へ出力するようになっている。なお、本実施の形態においては、燃料噴射量を時間によって制御しているが、本願発明においては、燃料噴射量を直接制御してもよい。
【００３７】
基本燃料噴射時間演算ブロック３１は、スロットル開度センサ４、吸気管圧力センサ５、及びエンジン回転数センサ６等のλ型酸素センサ７を除く各センサの出力値に基づいて、基本燃料噴射時間を演算する一方、リッチ・リーン判定ブロック３２は、λ型酸素センサ７の出力値に基づいて、空燃比がリッチ側であるかリーン側であるかを判定し、リッチ側である場合には「−１」の値を出力し、リーン側である場合には「１」の値を出力する。積分ブロック３３は、所定の積分定数（可変）をリッチ・リーン判定ブロック３２の出力値に乗じて積分し、その値を加算器３４に与える。
【００３８】
加算器３４は、周期的信号発生ブロック３６が出力する燃料噴射時間を積分ブロック３３の出力値に加算し、次の加算器３５に与える。加算器３５は、前述した基本燃料噴射時間演算ブロック３１の出力値を加算器３４の出力値に加算し、燃料噴射装置２への出力となる燃料噴射時間を演算する。
【００３９】
本実施の形態に係るエンジン制御装置３は、さらに、酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７、強制振動振幅演算ブロック３８、及び積分定数演算ブロック３９等を備え（図３において破線で囲んだ部分Ａ）、これら各ブロックにより、積分ブロック３３の積分定数と、周期的信号発生ブロック３６の強制振動振幅とを変更するようになっている。
【００４０】
酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７は、λ型酸素センサ７の出力値に基づいてその継続時間を計測するものであり、本実施の形態においては、リセット機能を有する積分器（図示せず）等を利用している。例えば、λ型酸素センサ７の出力値（リッチ：０．９Ｖ，リーン：０．１Ｖ）から値０．５を減算し、減算結果がマイナス値からプラス値へ立ち上がる時点で、タイマ（図示せず）を零値にリセットし、この時点から次のリセットまでの継続時間を上記継続時間としている。
【００４１】
なお、本願発明においては、λ型酸素センサ７の継続時間を求められるものであれば、ここに例示する方法以外であっても適用可能であることは言うまでもない。
【００４２】
強制振動振幅演算ブロック３８は、酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７の出力値とに基づいて、予め作成されたマップを参照し、強制振動振幅を演算する。このマップは、予め試験等を実施し、例えば、エンジン回転数，スロットル開度，及び吸気管圧力等との関係を勘案して求めておくことで容易に実現することが可能である。
【００４３】
従って、前述した周期的信号発生ブロック３６は、強制振動振幅演算ブロック３８の出力値（強制振動振幅）と、強制振動周波数とに基づいて強制振動信号を発生し、加算器３４に出力する。
【００４４】
強制振動振幅演算ブロック３８の出力値（強制振動振幅）は、積分定数演算ブロック３９にも与えられるようになっており、積分定数演算ブロック３９は、強制振動振幅が大きくなるにつれて大きくなるような積分値を演算し、積分器３３に出力する。
【００４５】
このような強制振動振幅及び積分値の関係は、例えば、積分定数演算ブロック３９が積分定数マップとして備えることが可能であり、この関係により、追従性が要求される過渡的な領域では積分定数を大きくする一方、強制振動振幅が小さいことが要求される定常領域では積分定数を小さくすることができる。
【００４６】
次に、図４乃至図８を参照しながら、本願発明に係る空燃比制御装置と、従来の積分定数及び強制振動振幅が固定された装置との効果比較を実験結果に基づいて説明する。本実験においては、Ｔ０〜Ｔ１０の間、積分定数Ｋｉ［％／ｓ］、強制振動振幅ＡＭＰ［％］、λ型酸素センサ出力値のリッチ状態継続時間ｄＴ［ｓ］、燃料噴射時間ＩＮＪ［μｓ］、空燃比Ａ／Ｆ［−］、及びλ型センサ出力値Ｏ２ｏｕｔ［Ｖ］の各パラメータについてそれぞれ観察し、トルク変動の様子を調べる一方、Ｔ５の時点で、空気量をステップ状に変化させて理論空燃比となるための燃料噴射時間を故意にＩＮＪ１からＩＮＪ２（ＩＮＪ１＞ＩＮＪ２）にステップ状に変化させることにより、追従性についても調べた。なお、図４乃至図８において、縦軸は上記各パラメータであり、横軸はパラメータ間共通の時間軸（Ｔｉｍｅ［ｓｅｃ］）としてある。また、燃料噴射時間ＩＮＪのグラフにおける破線は、理論空燃比での理論的な燃料噴射時間を示している。
【００４７】
図４乃至図６は、従来の積分定数及び強制振動振幅が固定された装置について実験結果を示している。
【００４８】
＜ケース１＞
まず、従来技術の実験結果の一例（ケース１）として、図４では、積分定数Ｋｉ＝Ｋｉ１［％／ｓ］及び強制振動振幅ＡＭＰ＝ＡＭＰ１［％］が固定されている場合を示している。このケースでは、λ型酸素センサ出力値Ｏ２ｏｕｔは、強制振動と同一周波数（約４／（Ｔｎ＋１−Ｔｎ）［Ｈｚ］）で振動していることがわかる。また、空燃比Ａ／Ｆも同一周波数で振動していることがわかる。
【００４９】
ここで、例えば、Ｔ５時点で、エンジン１のスロットルを人為的に一時的に閉じる等して、必要とされる燃料噴射時間ＩＮＪを急変させた場合（ＩＮＪ１→ＩＮＪ２）、空燃比Ａ／Ｆが定常的にリッチ（＜１４．７）となる領域が発生し、約１／２（Ｔｎ＋１−Ｔｎ）秒間、λ型酸素センサ出力値Ｏ２ｏｕｔが定常状態となっていることがわかる。
【００５０】
＜ケース２＞
次に、従来技術の実験結果の別の例（ケース２）として、図５では、積分定数Ｋｉ＝Ｋｉ１［％／ｓ］及び強制振動振幅ＡＭＰ＝ＡＭＰ２（ＡＭＰ１＞ＡＭＰ２）［％］が固定されている場合を示している。このケースでは、上述したケース１と同一積分定数Ｋｉで、強制振動振幅ＡＭＰをケース１よりも小さく設定してある。本ケースでは、強制振動振幅ＡＭＰが小さ過ぎるため、リミットサイクル現象が発生してしまい、強制振動を約４／（Ｔｎ＋１−Ｔｎ）［Ｈｚ］で入力しているにも拘わらず、λ型酸素センサ出力値Ｏ２ｏｕｔは、ケース１のときよりも小さい周波数で振動していることがわかる。
【００５１】
＜ケース３＞
次に、従来技術の実験結果のさらに別の例（ケース３）として、図６では、積分定数Ｋｉ＝Ｋｉ２（Ｋｉ１＞Ｋｉ２）［％／ｓ］及び強制振動振幅ＡＭＰ＝ＡＭＰ２［％］が固定されている場合を示している。このケースでは、上述したケース１に対して積分定数Ｋｉも強制振動振幅ＡＭＰも小さく設定してある。本ケースでは、λ型酸素センサ出力値Ｏ２ｏｕｔは、強制振動とと同一周波数で振動していることがわかる。しかしながら、積分定数Ｋｉを小さく設定した結果、Ｔ５時点でのλ型酸素センサ出力値Ｏ２ｏｕｔの定常状態が約（Ｔｎ＋１−Ｔｎ）秒間、継続してしまう。
【００５２】
ケース１からケース３に示すように、積分定数Ｋｉと強制振動振幅ＡＭＰとの間には密接な関係があり、空燃比への収束性を高めるために積分定数Ｋｉを大きくした場合に所定の強制振動周波数でλ型酸素センサを振動させるためには、強制振動振幅ＡＭＰを大きくしなければならない。もし、積分定数Ｋｉを大きくし過ぎた場合、或いは強制振動振幅ＡＭＰを小さくし過ぎた場合には、強制振動周波数でλ型酸素センサは振動しなくなる。
【００５３】
本願発明では、リッチ状態継続時間ｄＴが設定値よりも大きくなった際に、積分定数Ｋｉのみを変える場合、強制振動振幅ＡＭＰのみを変える場合、及び積分定数Ｋｉ及び強制振動振幅ＡＭＰの両方とも変更する場合があり、以下にそれぞれの場合についての特徴を説明する。
【００５４】
λ型酸素センサ出力値のリッチ状態継続時間ｄＴが設定値よりも大きくなった際に、積分定数Ｋｉのみを大きくする場合は、λ型酸素センサ出力値のリッチ状態継続時間ｄＴを減少させることが可能である。
【００５５】
また、λ型酸素センサ出力値のリッチ状態継続時間ｄＴが設定値よりも大きくなった際に、強制振動振幅ＡＭＰのみを大きくする場合も、同様に、λ型酸素センサ出力値のリッチ状態継続時間ｄＴを減少させることが可能である。
【００５６】
一方、λ型酸素センサ出力値のリッチ状態継続時間ｄＴが設定値よりも大きくなった際に、積分定数Ｋｉ及び強制振動振幅ＡＭＰの両方とも変更した場合には、λ型酸素センサ出力値のリッチ状態継続時間ｄＴの低減と空燃比変動の低減とを同時に実現することが可能である。
【００５７】
次に示すケース４及び５では、積分定数Ｋｉ及び強制振動振幅ＡＭＰの両方を変更した場合の実験結果を示す。
【００５８】
＜ケース４＞
次に、本願発明の実験結果の一例（ケース４）として、図７では、積分定数Ｋｉは、Ｋｉ１＞Ｋｉ＞Ｋｉ２の範囲で可変であり、強制振動振幅ＡＭＰも、ＡＭＰ１＞ＡＭＰ＞ＡＭＰ２の範囲で可変とされている。実験開始当初（Ｔ０時点）では、ケース１のときと同様、積分定数Ｋｉ＝Ｋｉ１［％／ｓ］、強制振動振幅ＡＭＰ＝ＡＭＰ１［％］とそれぞれ設定した。
【００５９】
Ｔ０時点から定常状態に至っては、積分定数Ｋｉも強制振動振幅ＡＭＰもケース１のときよりも小さくなっている。このことから、ケース１のときよりも小さい強制振動振幅ＡＭＰでも強制振動の効果が得られることがわかる。
【００６０】
Ｔ５時点でのλ型酸素センサ出力値Ｏ２ｏｕｔの定常状態は、積分定数と強制振動振幅とを一時的に大きくすることにより、約３／４（Ｔｎ＋１−Ｔｎ）秒間の継続と改善されており、ケース３のときよりも優れた結果となっている。
【００６１】
＜ケース５＞
さらに、本願発明の実験結果の別の例（ケース５）として、図８では、積分定数Ｋｉは、Ｋｉ３＞Ｋｉ＞Ｋｉ２（Ｋｉ３＞Ｋｉ１）の範囲で可変であり、強制振動振幅ＡＭＰも、ＡＭＰ３＞ＡＭＰ＞ＡＭＰ２（ＡＭＰ３＞ＡＭＰ１）の範囲で可変とされている。実験開始当初（Ｔ０時点）では、積分定数Ｋｉ＝Ｋｉ３［％／ｓ］、強制振動振幅ＡＭＰ＝ＡＭＰ３［％］とそれぞれ設定した。
【００６２】
Ｔ０時点から定常状態に至っては、積分定数Ｋｉも強制振動振幅ＡＭＰもケース４のときと同様の値にまで小さくなっている。このことから、定常状態では、ケース４のときと同等の効果が得られていることがわかる。
【００６３】
Ｔ５時点でのλ型酸素センサ出力値Ｏ２ｏｕｔの定常状態は、積分定数Ｋｉと強制振動振幅ＡＭＰとを一時的に大きくすることにより、約１／２（Ｔｎ＋１−Ｔｎ）秒間の継続と改善されており、ケース４のときよりも優れた結果となっている。
【００６４】
（第２の実施の形態）
図９は、図２に示したエンジン制御装置３の別の実施の形態を示すブロック図である。図９に示す如く、本実施の形態に係るエンジン制御装置３は、破線で囲んだ強制振動調節部Ｂの構成が上記第１の実施の形態の強制振動調節部Ａとは異なり、他の部分は略同様である。従って、共通する部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００６５】
本実施の形態に係るエンジン制御装置３の強制振動調節部Ｂは、酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７、強制振動周波数演算ブロック３０ａ、強制振動振幅演算ブロック３８ａ、及び積分定数演算ブロック３９ａ等を備え、これら各ブロックにより、積分ブロック３３の積分定数と、周期的信号発生ブロック３６の強制振動振幅とに加えて、強制振動周波数も変更するようになっている。
【００６６】
酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７は、上記第１の実施の形態のものと同様のものであり、その出力値を、強制振動周波数演算ブロック３０ａ、強制振動振幅演算ブロック３８ａ、及び積分定数演算ブロック３９ａにそれぞれ与えるようになっている。
【００６７】
強制振動周波数ブロック３０ａは、酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７の出力値に基づいて、強制振動周波数を演算する。
【００６８】
強制振動振幅演算ブロック３８ａは、酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７の出力値に基づいて、強制振動振幅を演算する。
【００６９】
本実施の形態に係る周期的信号発生ブロック３６は、強制振動周波数ブロック３０ａの出力値（強制振動周波数）と、強制振動振幅演算ブロック３８ａの出力値（強制振動振幅）とに基づいて強制振動信号を発生し、加算器３４に出力する。
【００７０】
また、積分定数演算ブロック３９ａは、酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７の出力値に基づいて、積分値を演算し、積分器３３に出力する。
【００７１】
これらの強制振動周波数演算ブロック３０ａ、強制振動振幅演算ブロック３８ａ、及び積分定数演算ブロック３９ａは、酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７の出力値に対する、最適な強制振動周波数、強制振動振幅、及び積分値をマップとして記憶している。なお、各マップは、予め実験等により求められる。
【００７２】
また、本実施の形態においては、酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック３７の出力値を、強制振動周波数演算ブロック３０ａ、強制振動振幅演算ブロック３８ａ、及び積分定数演算ブロック３９ａにそれぞれ入力する構成としているが、上記第１の実施の形態のように強制振動周波数を固定としておき、図９に示した第２の実施の形態の構成から強制振動周波数演算ブロック３０ａを省略するように構成することも可能である。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように、本願発明に係る内燃機関の空燃比制御方法及びその実施に適した装置によれば、例えば、λ型酸素センサの出力値に基づいて、積分定数及び／又は振幅を増減させることにより、理論空燃比への追従性を確保しつつ、より少ない振幅で空燃比の変動を抑えることが可能であり、そのため、排気ガスの清浄化が図れ、さらには、エンジントルクの変動が少なく、乗り物への適用の場合には乗り心地を向上させることができる等、本願発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る内燃機関の空燃比制御装置に利用されるλ型酸素センサの出力特性を示すグラフである。
【図２】本願発明の実施の形態に係る内燃機関の空燃比制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示したエンジン制御装置の詳細構成を示すブロック図である。
【図４】従来の積分定数及び強制振動振幅が固定された空燃比制御装置の実験結果（ケース１）である。
【図５】従来の積分定数及び強制振動振幅が固定された空燃比制御装置の実験結果（ケース２）である。
【図６】従来の積分定数及び強制振動振幅が固定された空燃比制御装置の実験結果（ケース３）である。
【図７】本願発明に係る空燃比制御装置の実験結果（ケース４）である。
【図８】本願発明に係る空燃比制御装置の実験結果（ケース５）を示すグラフである。
【図９】図２に示したエンジン制御装置の別の実施の形態に係る詳細構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ エンジン
１ａ 吸気管
１ｂ 排気管
２ 燃料噴射装置
３ エンジン制御装置
４ スロットル開度センサ
５ 吸気管圧力センサ
６ エンジン回転数センサ
７ λ型酸素センサ
８ 触媒（排気ガス浄化装置）
３０ａ 強制振動周波数演算ブロック
３１ 基本燃料噴射時間演算ブロック
３２ リッチ・リーン判定ブロック
３３ 積分ブロック
３４ 加算器
３５ 加算器
３６ 周期的信号発生ブロック
３７ 酸素センサ出力値の継続時間計測ブロック
３８，３８ａ 振動振幅演算ブロック
３９，３９ａ 積分定数演算ブロック
Ａ，Ｂ 強制振動調節部
Claims (6)
- 燃料噴射装置を備える内燃機関からの排気ガスの組成に基づいて、実際の空燃比のリッチ状態又はリーン状態を検出する特性を有したセンサの出力値を受け付け、
受け付けた前記センサの出力値に基づいて、該センサの出力値のリッチ状態又はリーン状態の継続時間を求め、
求めた前記センサの出力値のリッチ状態又はリーン状態の継続時間に基づいて、前記内燃機関の実際の空燃比を前記理論空燃比近傍に維持する
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御方法。 - 燃料噴射装置を備える内燃機関の空燃比を理論空燃比近傍に維持すべく、前記内燃機関からの排気ガスの組成を計測するセンサの出力値に基づいて、前記燃料噴射装置による燃料噴射に強制振動を付与する、積分動作を伴ったフィードバック制御を行なう内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記センサの出力値に基づいて、積分定数又は前記強制振動の振幅を変更する強制振動調節手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記強制振動調節手段は、
前記センサの出力値に基づいて、該センサの出力値のリッチ状態又はリーン状態の継続時間を演算する継続時間演算手段を具備し、
該継続時間演算手段により演算された継続時間に基づいて、前記積分定数又は前記強制振動の振幅を変更するように構成されている
ことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記強制振動調節手段は、
前記継続時間演算手段により演算された継続時間が所定の時間よりも長いか否かを判定する判定手段を更に具備し、
該判定手段により前記所定の時間よりも長いと判定された場合には、前記積分定数又は前記強制振動の振幅を増大させる一方、
前記所定の時間よりも短いと判定された場合には、前記積分定数又は前記強制振動の振幅を減少させるように構成されている
ことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記強制振動調節手段は、前記積分定数又は前記強制振動の振幅に加えて、前記強制振動の周波数を変更するように構成されていることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記センサは、λ型酸素センサであることを特徴とする請求項２乃至５の何れかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
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