JP2004353598A

JP2004353598A - 内燃エンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2004353598A
Application number: JP2003154236A
Authority: JP
Inventors: Tetsushi Ichihashi; 哲志市橋
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-16
Also published as: US7007685B2; US20050211234A1; EP1630389A1; WO2004106720A1

Abstract

【課題】エンジンを高回転数領域或いは高負荷領域で比較的使用することが多い車両に搭載された内燃エンジンの排気ガス中のＣＯ，ＨＣのみならずＮＯｘの低減を十分に図ることができる空燃比制御装置を提供する。
【解決手段】内燃エンジンの排気管に備えられた酸素濃度センサの出力信号に応じて内燃エンジンの供給混合気の空燃比を目標空燃比に向けてフィードバック制御する空燃比制御装置であり、内燃エンジンの所定の高負荷及び高回転運転状態時には酸素濃度センサの出力信号に応じて目標空燃比を中心にして空燃比をリッチ側とリーン側とに周期的に振動させるパータベーション制御を行う。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、内燃エンジンに排気ガス中の未燃焼成分を低減させるために備えられる空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃エンジンにおいては、排気ガス中の未燃焼成分を低減させるために排気系に設けられた酸素濃度センサによって排気中の酸素濃度を検出し、その検出酸素濃度に応じてエンジンへの供給混合気の空燃比を理論空燃比付近の目標空燃比に向けてフィードバック制御する空燃比制御装置が設けられている。
【０００３】
また、内燃エンジンの排気系には、通常、三元触媒を用いたキャタライザが設けられている。キャタライザは排気ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘを理論空燃比付近において同時に低減させる機能を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
エンジンを高回転数領域や高負荷領域で比較的使用することが多い自動二輪車等の軽重量の車両の場合には、排気ガス中のＮＯｘ量が多いことが知られている。しかしながら、空燃比を理論空燃比付近に収束させる方式の従来の空燃比制御装置の使用下でのキャタライザによるＮＯｘの浄化率は、他のＣＯ，ＨＣ成分の浄化率に比べて非常に低く、ＮＯｘの低減を十分に図ることができないという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、エンジンを高回転数領域或いは高負荷領域で比較的使用することが多い車両に搭載された内燃エンジンの排気ガス中のＣＯ，ＨＣのみならずＮＯｘの低減を十分に図ることができる空燃比制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃エンジンの空燃比制御装置は、内燃エンジンの排気管に排気ガス中の酸素濃度に応じた出力信号を発生する酸素濃度センサを備え、酸素濃度センサの出力信号に応じて内燃エンジンの供給混合気の空燃比を目標空燃比に向けてフィードバック制御する空燃比制御装置であって、内燃エンジンの所定の高負荷及び高回転運転状態を検出して検出信号を発生する検出手段と、検出信号の発生時に酸素濃度センサの出力信号に応じて目標空燃比を中心にして空燃比をリッチ側とリーン側とに周期的に振動させるパータベーション制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
この結果、ＮＯｘの排出量が増大する所定の高負荷及び高回転数領域ではパータベーション制御が行われ、排気ガス中のＣＯ，ＨＣと共にＮＯｘの低減を十分に図ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は本発明による空燃比制御装置が適用された二輪車搭載４サイクル内燃エンジンのエンジン制御システムを示している。
かかる内燃エンジンの吸気管１には、スロットル弁２が設けられ、スロットル弁２の開度に応じた量の吸入空気が吸気管１を介してエンジン本体３の吸入ポートに供給されるようになっている。エンジン本体３の吸気ポート近傍の吸気管１には燃料噴射用のインジェクタ４が設けられている。インジェクタ４には燃料タンク６から燃料供給管７が接続されている。燃料供給管７には、プランジャ式燃料ポンプ８が設けられている。燃料ポンプ８は後述のＥＣＵ（電子制御ユニット）１０による駆動によって燃料タンク６内の燃料を吸入側の燃料供給管７を介して吸い込みインジェクタ４に吐出側の燃料供給管７を介して圧送する。インジェクタ４はＥＣＵ１０による駆動によって燃料を吸気ポートに向けて噴射する。
【０００９】
内燃エンジンの排気管１３には、三元触媒を用いたキャタライザ１４が設けられている。
また、エンジン本体３には点火プラグ１１が固着されており、点火プラグ１１は点火装置１２に接続されており、ＥＣＵ１０が点火装置１２に対して点火タイミングの指令を発することによってエンジン本体３のシリンダ内で火花放電を起こす。
【００１０】
ＥＣＵ１０は、図２に示すように、入力インターフェース回路２０と、回転数カウンタ２１と、ＣＰＵ（中央演算ユニット）２２と、メモリ２３と、駆動回路２４〜２５と、を備えている。
入力インターフェース回路２０には、エンジン冷却水温を検出する水温センサ２６、吸気管１内の負圧を検出する吸気圧センサ２７、排気管１３に設けられ排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２８、スロットル弁２の開度を検出するスロットル弁開度センサ３１等のエンジン運転パラメータ検出手段が接続されている。酸素濃度センサ２８は酸素濃度に応じて理論空燃比を閾値として空燃比がリッチ及びリーンのいずれであるかを示す２値出力型のセンサである。２値出力型のセンサに代えて酸素濃度比例出力型の酸素濃度センサを用いても良いことは勿論である。
【００１１】
回転数カウンタ２１には、エンジン回転数を検出するクランク角センサ２９が接続されている。クランク角センサ２９はエンジン本体３のクランク軸３ａの回転に連動して図示しない回転体が所定の角度（例えば、１５度）だけ回転する毎にクランクパルスが発生する。また、カム軸３ｂの回転に連動して図示しない回転体の近傍にカム角センサ３０が設けられている。カム角センサ３０は代表気筒のピストンの圧縮上死点を示すＴＤＣ信号又はクランク軸３ａが７２０度回転する毎に基準位置信号をＣＰＵ２２へ出力する。
【００１２】
回転数カウンタ２１はクランク角センサ２９から出力されるクランクパルスによってリセットされて図示しないクロック発生器から出力されたクロックパルスを計数し、そのクロックパルス発生数を計数することによりエンジン回転数Ｎｅを示す信号を発生する。
ＣＰＵ２２には、入力インターフェース回路２０からはセンサ２６〜２８による冷却水温Ｔｗ、吸気管内負圧ＰＢ、酸素濃度Ｏ２及びスロットル弁開度ＴＨの各検出情報、回転数カウンタ２１からはエンジン回転数Ｎｅの情報並びにクランク角センサ２９からＴＤＣ信号及び基準位置信号が供給される。
【００１３】
ＣＰＵ２２は基準位置信号に同期して燃料ポンプ駆動開始時点、燃料噴射開始時点及び点火時期を設定し、また燃料噴射時間Ｔｏｕｔ及び燃料ポンプ駆動時間を算出する。燃料ポンプ駆動開始時点及び燃料ポンプ駆動時間は図示しない燃料ポンプ駆動設定ルーチンで設定される。メモリ２３にはＣＰＵ２２の動作プログラムやデータが記憶されている。
【００１４】
燃料噴射時間Ｔｏｕｔは例えば、次の算出式を用いて基本的には算出される。
Ｔｏｕｔ＝Ｔｉ×Ｋ_Ｏ２
ここで、Ｔｉはエンジン回転数と吸気管内負圧とに応じてメモリ２３からのデータマップ検索により決定される空燃比基準制御値である基本燃料噴射時間である。Ｋ_Ｏ２は酸素濃度センサ２８の出力信号に基づいた空燃比フィードバック制御において算出された空燃比補正係数である。空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２は後述の空燃比制御ルーチンにおいて決定される。
【００１５】
なお、燃料噴射時間Ｔｏｕｔの算出においては加速補正、減速補正等の各種の補正が加えられて燃料噴射時間Ｔｏｕｔが決定されることが普通である。
ＥＣＵ１０内のＣＰＵ２２は、所定の周期で空燃比制御ルーチンを実行する。空燃比制御ルーチンの実行においてＣＰＵ２２は、図３に示すように、先ず、空燃比フィードバック制御領域であるか否かを判別する（ステップＳ１）。酸素濃度センサ２８の出力信号に基づいた空燃比フィードバック制御領域は図４に示すようにエンジン回転数Ｎｅとスロットル弁開度ＴＨに応じて設定される。その設定情報はメモリ２３に記憶されている。よって、メモリ２３に記憶された空燃比フィードバック制御領域のデータに応じて空燃比フィードバック制御領域であるか否かは判別される。
【００１６】
なお、図４では空燃比フィードバック制御領域にはＰＩ制御の空燃比フィードバック制御領域とＮＯｘ低減フィードバック制御領域とがあることを示している。ＮＯｘ低減フィードバック制御領域ではパータベーション制御が行われる。ＮＯｘ低減フィードバック制御領域は図４に示したように、更に３つの領域、すなわち第１ＮＯＸＦＢ領域、第２ＮＯＸＦＢ領域及び第３ＮＯＸＦＢ領域に区分されている。ＮＯｘ低減フィードバック制御領域をこのように３つの領域に区分した理由は、より高精度の制御をするためにである。すなわち、後述する空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２の加算値ΔＫＩＮＣ、減算値ΔＫＤＥＣ、Ｋ_Ｏ２加算状態タイマの時間ＴＭＩＮＣの初期値ＲＦＰ、及びＫ_Ｏ２減算状態タイマの時間ＴＭＤＥＣの初期値ＲＦＭは３つの領域毎に設定される。
【００１７】
また、各領域の境にはヒステリシス分が設けられている。すなわち、前回の判別では空燃比フィードバック制御領域外にあったときに次に空燃比フィードバック制御領域にあるか否かの判別には図４に実線で示した境界の値が閾値として用いられ、前回の判別では空燃比フィードバック制御領域内にあったときに次に空燃比フィードバック制御領域にあるか否かの判別には図４に波線で示した境界の値が閾値として用いられる。このことは、ＰＩ制御の空燃比フィードバック制御領域とＮＯｘ低減フィードバック制御領域との間、また第１ＮＯＸＦＢ領域、第２ＮＯＸＦＢ領域及び第３ＮＯＸＦＢ領域の間でも同様である。
【００１８】
空燃比フィードバック制御領域以外では酸素濃度センサ２８の出力信号に無関係に空燃比を制御する空燃比オープルループ制御領域である。ＣＰＵ２２は、空燃比オープルループ制御領域と判別した場合には、オープン制御処理を行う（ステップＳ２）。オープン制御処理では空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２は１に等しくされ、上記した燃料噴射時間Ｔｏｕｔの算出においては空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２を除く、加速補正、減速補正等の他の補正が加えられて燃料噴射時間Ｔｏｕｔが決定される。
【００１９】
ＣＰＵ２２は、空燃比フィードバック制御領域と判別した場合には、酸素濃度センサ２８の出力信号を読み取り（ステップＳ３）、ＮＯｘ低減フィードバック制御領域であるか否かを判別する（ステップＳ４）。メモリ２３には図４に示した如き各領域の範囲（ヒステリシスを含む）を示すデータが予め記憶されているので、そのデータを用いてステップＳ４ではＮＯｘ低減フィードバック制御領域が判別される。すなわち、前回の判別ではＰＩ制御の空燃比フィードバック制御領域内にあったときに次にＮＯｘ低減フィードバック制御領域にあるか否かの判別には図４に実線で示した境界の値が閾値として用いられ、前回の判別ではＮＯｘ低減フィードバック制御領域内にあったときに次にＮＯｘ低減フィードバック制御領域にあるか否かの判別には図４に波線で示した境界の値が閾値として用いられる。閾値はエンジン回転数及びスロットル弁開度共に排気ガス中のＮＯｘ量が急増する直前の値である。
【００２０】
ＣＰＵ２２は、ＮＯｘ低減フィードバック制御領域ではないと判別した場合には、前回の本ルーチン実行時にＮＯｘ低減フィードバック制御を行ったか否かを判別する（ステップＳ５）。前回の本ルーチン実行時にＮＯｘ低減フィードバック制御を行っていない場合には、ＰＩ制御の空燃比フィードバック制御処理を行う（ステップＳ６）。
【００２１】
前回の本ルーチン実行時にＮＯｘ低減フィードバック制御を行った場合には、ＮＯｘ低減フィードバック制御から空燃比フィードバック制御に移行するので、空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２を学習値ＫＲＥＦ又は１に設定し（ステップＳ７）、その後、ステップＳ６に進んでＰＩ制御の空燃比フィードバック制御処理を行う。ステップＳ７の学習値ＫＲＥＦとは上記のＰＩ制御のＩ（積分）項による酸素濃度センサ２８の出力反転時の空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２を平均化した値である。
【００２２】
ＰＩ制御の空燃比フィードバック制御処理については公知であるので、ここでの詳細な説明は省略する。概略的に説明すると、酸素濃度センサ２８の出力信号に応じて空燃比が例えば、理論空燃比よりリッチと判断されると、空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２はＰ（比例）項分だけ減少され、その後、所定の周期でＩ項分だけ減少される。一方、酸素濃度センサ２８の出力信号に応じて空燃比が例えば、理論空燃比よりリーンと判断されると、空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２はＰ項分だけ増加され、その後、所定の周期でＩ項分だけ増加される。
【００２３】
ＣＰＵ２２は、ステップＳ４においてＮＯｘ低減フィードバック制御領域であると判別した場合には、ＮＯｘ低減フィードバック用係数及びタイマ時間を選択する（ステップＳ８）。ステップＳ８ではＮＯｘ低減フィードバック制御領域が上記した第１ＮＯＸＦＢ領域、第２ＮＯＸＦＢ領域及び第３ＮＯＸＦＢ領域のいずれであるかが判別され、それに応じて空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２の加算値ΔＫＩＮＣ、減算値ΔＫＤＥＣ、Ｋ_Ｏ２加算状態タイマの時間ＴＭＩＮＣの初期値ＲＦＰ、及びＫ_Ｏ２減算状態タイマの時間ＴＭＤＥＣの初期値ＲＦＭが設定される。すなわち、第１ＮＯＸＦＢ領域の場合、ΔＫＩＮＣ＝ΔＫＩＮＣ１（例えば、０．０３）、ΔＫＤＥＣ＝ΔＫＤＥＣ１（例えば、０．０３）、ＲＦＰ＝ＲＦＰ１（例えば、２５０ｍｓｅｃ）、ＲＦＭ＝ＲＦＭ１（例えば、２５０ｍｓｅｃ）である。第２ＮＯＸＦＢ領域の場合、ΔＫＩＮＣ＝ΔＫＩＮＣ２（例えば、０．０８）、ΔＫＤＥＣ＝ΔＫＤＥＣ２（例えば、０．０３）、ＲＦＰ＝ＲＦＰ２（例えば、２５００ｍｓｅｃ）、ＲＦＭ＝ＲＦＭ２（例えば、１３０ｍｓｅｃ）である。第３ＮＯＸＦＢ領域の場合、ΔＫＩＮＣ＝ΔＫＩＮＣ３（例えば、０．０８）、ΔＫＤＥＣ＝ΔＫＤＥＣ３（例えば、０．０８）、ＲＦＰ＝ＲＦＰ３（例えば、８０ｍｓｅｃ）、ＲＦＭ＝ＲＦＭ３（例えば、８０ｍｓｅｃ）である。
【００２４】
ＮＯｘ低減フィードバック用係数及びタイマ時間の選択後、ＮＯｘ低減フィードバック制御の実施許可を判断する（ステップＳ９）。
ＮＯｘ低減フィードバック制御の実施許可判断は、図５に示すように、先ず、リッチ／リーン一致判定フラグＦ１が不一致を示す１であるか否かを判別する（ステップＳ２１）。リッチ／リーン一致判定フラグＦ１は、後述のＮＯｘ低減フィードバック制御処理において設定される。すなわち、Ｆ１＝０は、酸素濃度センサ２８がリッチを示す出力信号レベルであるとき空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２が減少される状態であること、或いは酸素濃度センサ２８がリーンを示す出力信号レベルであるとき空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２が増加される状態であることが検出されたことを表す。すなわち、空燃比補正係数の今回の算出値の空燃比補正の方向が酸素濃度センサ２８の出力信号から判別された空燃比と所定の対応関係を有していることを表す。Ｆ１＝１は、酸素濃度センサ２８がリッチを示す出力信号レベルであるとき空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２が増加される状態であること、或いは酸素濃度センサ２８がリーンを示す出力信号レベルであるとき空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２が減少される状態であることが検出されたことを表す。
【００２５】
ステップＳ２１においてＦ１＝０と判別したならば、エンジンは安定運転状態であるか否かを判別する（ステップＳ２２）。エンジンの安定運転状態の判別は、エンジン回転数Ｎｅ、スロットル弁開度ＴＨ及び吸気管内負圧ＰＢのうちの少なくとも１のエンジン運転パラメータの今回値、前回値及び前々回値が所定の範囲内にあるときを検出することによって行われる。なお、今回値、前回値及び前々回値の各々は所定の周期のタイミングで検出されるエンジン運転パラメータの検出値である。エンジンの安定運転状態の判別は、本ルーチンとは別のルーチンで行って、その結果をステップＳ２２では安定状態フラグＦ６によって判別しても良い。
【００２６】
ＣＰＵ２２は、ステップＳ２１においてＦ１＝１と判別したならば、或いはステップＳ２２においてエンジンが不安定運転状態にあると判別したならば、空燃比反転カウンタの計数値ＣＯＵＮＴを初期値ＩＮＩ（例えば、６）に等しくさせ（ステップＳ２３）、Ｋ_Ｏ２加算状態タイマの時間ＴＭＩＮＣ及びＫ_Ｏ２減算状態タイマの時間ＴＭＤＥＣを０に等しくさせる（ステップＳ２４）。空燃比反転カウンタは酸素濃度センサ２８の出力信号レベルがリッチを示すレベルからリーンを示すレベルへ反転する毎に計数値ＣＯＵＮＴをカウントダウンする。Ｋ_Ｏ２加算状態タイマ及びＫ_Ｏ２減算状態タイマ各々は時間値がセットされると、時間計測してその時間値が０に向けて減少するタイマである。
【００２７】
ＣＰＵ２２は、更に、Ｋ_Ｏ２加減要求フラグＦ２を０に等しくさせ（ステップＳ２５）、リッチ／リーン一致判定フラグＦ１を０に等しくさせ（ステップＳ２６）、ＮＯｘ低減フィードバック制御許可フラグＦ３を０に等しくさせ（ステップＳ２７）、ＮＯｘ低減フィードバック制御実施フラグＦ４を１に等しくさせる（ステップＳ２８）。Ｆ２＝０は空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２の加算要求を示し、Ｆ１＝０は上記したように酸素濃度センサ２８による空燃比検出結果と空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２の今回の値の変化方向とが所定の対応関係を有していることを示す。Ｆ３＝０はＮＯｘ低減フィードバック制御の不許可を示し、Ｆ４＝１はＮＯｘ低減フィードバック制御が現在実際に行われていないことを示す。
【００２８】
ＣＰＵ２２は、ステップＳ２２においてエンジンが安定運転状態にあると判別したならば、空燃比反転カウンタの計数値ＣＯＵＮＴが０であるか否かを判別する（ステップＳ２９）。ステップＳ２９ではエンジンが安定運転状態にあり、かつ酸素濃度センサ２８による空燃比検出結果と空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２の変化方向とが対応している状態が少なくともＩＮＩの空燃比反転の回数だけ継続したか否かが判別される。空燃比反転カウンタの計数値ＣＯＵＮＴが０に達している場合には酸素濃度センサ２８の出力信号レベルはリッチを示すか否かを判別する（ステップＳ３０）。ステップＳ３０は後述のＮＯｘ低減フィードバック制御処理において酸素濃度センサフラグＦ５が０又は１に設定された結果に応じて判別することもできる。酸素濃度センサ２８の出力信号レベルがリッチを示す場合には、空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２が学習値ＫＲＥＦ以下であるか否かを判別する（ステップＳ３１）。Ｋ_Ｏ２≦ＫＲＥＦである場合には、ＮＯｘ低減フィードバック制御許可フラグＦ３を１に等しくさせ（ステップＳ３２）、これによってＮＯｘ低減フィードバック制御を実施許可状態とする。
【００２９】
ＣＰＵ２２は、空燃比制御ルーチンのステップＳ９の実行後、ＮＯｘ低減フィードバック制御の実施許可判断の結果をＮＯｘ低減フィードバック制御許可フラグＦ３によって判別する（ステップＳ１０）。Ｆ３＝１ならば、ＮＯｘ低減フィードバック制御の実施は許可されているので、空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２を学習値ＫＲＥＦに設定し（ステップＳ１１）、その後、ＮＯｘ低減フィードバック制御処理を実行する（ステップＳ１２）。Ｆ３＝０ならば、ＮＯｘ低減フィードバック制御の実施は許可されていないので、ＮＯｘ低減フィードバック制御終了処理を行う（ステップＳ１３）。その後、ＮＯｘ低減フィードバック制御終了処理で設定された空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２を用いてＰＩ制御の空燃比フィードバック制御処理を行う（ステップＳ６）。
【００３０】
ＣＰＵ２２によるステップＳ１２のＮＯｘ低減フィードバック制御処理がパータベーション制御を行う制御手段に相当する。
ステップＳ１２のＮＯｘ低減フィードバック制御処理において、ＣＰＵ２２は図６に示すように、先ず、Ｋ_Ｏ２加減要求フラグＦ２が１であるか否かを判別する（ステップＳ４１）。Ｆ２＝０ならば、空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２の加算要求時、すなわち空燃比をリッチ化すべき時であり、Ｋ_Ｏ２減算状態タイマの時間ＴＭＤＥＣが０に到達したか否かを判別する（ステップＳ４２）。ＴＭＤＥＣ＞０ならば、ＮＯｘ低減フィードバック制御処理を一旦終了する。ＴＭＤＥＣ＝０ならば、減算時間が終了したので酸素濃度センサ２８の出力信号から実際の空燃比がリーンであるか否かを判別する（ステップＳ４３）。実際の空燃比がリッチであるならば、酸素濃度センサ２８による空燃比検出結果と空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２の変化方向とが対応した関係を有していないので、リッチ／リーン一致判定フラグＦ１を１に等しくさせる（ステップＳ４４）。
【００３１】
一方、実際の空燃比がリーンであるならば、酸素濃度センサ２８による空燃比検出結果と空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２による空燃比補正方向との対応関係が一致するので、リッチ／リーン一致判定フラグＦ１を０に等しくさせる（ステップＳ４５）。その後、学習値ＫＲＥＦに所定の加算値ΔＫＩＮＣを加算し、それを空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２とする（ステップＳ４６）。Ｋ_Ｏ２加算状態タイマの時間ＴＭＩＮＣに所定時間ＲＦＰを設定し（ステップＳ４７）、更に、Ｋ_Ｏ２加減要求フラグＦ２を１に等しくさせる（ステップＳ４８）。
【００３２】
ＣＰＵ２２はステップＳ４１においてＦ２＝１と判別したならば、空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２の減算要求時、すなわち空燃比をリーン化すべき時であり、Ｋ_Ｏ２加算状態タイマの時間ＴＭＩＮＣが０に到達したか否かを判別する（ステップＳ４９）。ＴＭＩＮＣ＞０ならば、ＮＯｘ低減フィードバック制御処理を一旦終了する。ＴＭＩＮＣ＝０ならば、加算時間が終了したので酸素濃度センサ２８の出力信号から実際の空燃比がリーンであるか否かを判別する（ステップＳ５０）。実際の空燃比がリーンであるならば、酸素濃度センサ２８による空燃比検出結果と空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２による空燃比補正方向との対応関係が一致しないので、リッチ／リーン一致判定フラグＦ１を１に等しくさせる（ステップＳ４４）。
【００３３】
一方、実際の空燃比がリッチであるならば、酸素濃度センサ２８による空燃比検出結果と空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２による補正方向との対応関係が一致するので、リッチ／リーン一致判定フラグＦ１を０に等しくさせる（ステップＳ５１）。その後、学習値ＫＲＥＦから所定の減算値ΔＫＤＥＣを減算し、それを空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２とする（ステップＳ５２）。Ｋ_Ｏ２減算状態タイマの時間ＴＭＤＥＣに所定時間ＲＦＭを設定し（ステップＳ５３）、更に、Ｋ_Ｏ２加減要求フラグＦ２を０に等しくさせる（ステップＳ５４）。
【００３４】
ステップＳ１３のＮＯｘ低減フィードバック制御終了処理において、ＣＰＵ２２は図７に示すように、先ず、エンジンは安定運転状態であるか否かを判別する（ステップＳ６１）。このエンジンの安定運転状態の判別は、ステップＳ２２の判別と同様である。エンジンが安定運転状態であれば、酸素濃度センサ２８の出力信号から実際の空燃比がリーンであるか否かを判別する（ステップＳ６２）。実際の空燃比がリッチであるならば、空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２による空燃比補正方向がリーンとなっているので、学習値ＫＲＥＦから所定の減算値ΔＫＤＥＣを減算し、それを空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２とする（ステップＳ６３）。一方、実際の空燃比がリーンであるならば、空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２の変化方向がリッチとなっているので、学習値ＫＲＥＦに所定の加算値ΔＫＩＮＣを加算し、それを空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２とする（ステップＳ６４）。エンジンが安定運転状態ではないならば、空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２を学習値ＫＲＥＦに設定する（ステップＳ６５）。ステップＳ６３〜Ｓ６５のいずれかの実行後、上記のステップＳ６に進んでＰＩ制御の空燃比フィードバック制御処理を行う。
【００３５】
このように空燃比制御ルーチンで設定された空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２が燃料噴射時間Ｔｏｕｔの算出に反映されることにより、結果としてエンジンの供給混合気の空燃比が制御される。
次に、上記の空燃比制御ルーチンの実行によるＮＯｘ低減フィードバック制御の動作例を図８に従って説明する。
【００３６】
図８において、Ｆ３＝０のＮＯｘ低減フィードバック制御の不許可期間では、空燃比反転カウンタの計数値ＣＯＵＮＴが段階的に減少して０になるまでを示している。この不許可期間では、ステップＳ６のＰＩ制御の空燃比フィードバック制御処理によって空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２が減少し、酸素濃度センサ２８の出力信号レベルが空燃比のリッチからリーンに反転した時点ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４の各々で空燃比反転カウンタの計数値ＣＯＵＮＴが減少している。時点ｔ４で空燃比反転カウンタの計数値ＣＯＵＮＴが０に達すると、空燃比反転カウンタはＩＮＩ回のリッチからリーンへの空燃比反転を計測したことになる。その後の時点ｔ５にてステップＳ３１にてＫ_Ｏ２≦ＫＲＥＦの条件が満たされ、ステップＳ３２にてＦ３＝１と設定されることにより、ＮＯｘ低減フィードバック制御の実施が許可される。すなわち、この時点ｔ５からパータベーション制御が開始されることになり、先ず、その開始時にはＦ２＝０のためステップＳ４６にてＫ_Ｏ２＝ＫＲＥＦ＋ΔＫＩＮＣと設定される。その結果、燃料噴射時間Ｔｏｕｔが増量されるので、供給混合気の空燃比がリッチ化され、そのリッチ化状態が所定時間ＲＦＰだけ継続される。所定時間ＲＦＰの経過後、その時点ではＦ２＝１となるためステップＳ５２に進んでＫ_Ｏ２＝ＫＲＥＦ−ΔＫＤＥＣと設定される。その結果、燃料噴射時間Ｔｏｕｔが減量されるので、供給混合気の空燃比がリーン化され、そのリーン化状態が所定時間ＲＦＭだけ継続される。よって、パータベーション制御によって空燃比がリッチとリーンとを短周期で繰り返すことになる。
【００３７】
図８に示した動作例では、パータベーション制御継続中の時点ｔ６にてエンジンの運転状態が不安定になったことが検出されたため、安定状態フラグＦ６が１（安定）から０（不安定）に反転し、その時点ｔ６からパータベーション制御は中止されている。また、時点ｔ６の直後に空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２はＫＲＥＦにされた後、変化する。
【００３８】
図９においてはエンジンの運転状態が不安定になったことが検出されたためにパータベーション制御から空燃比フィードバック制御に移行する場合の空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２の変化が示されている。安定状態フラグＦ６が１から０に反転し、図９に示す時点ｔ７においてステップＳ６５にて空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２はＫＲＥＦにされた後、空燃比フィードバック制御処理が開始される。ＰＩ制御の空燃比フィードバック制御処理によって、その後、空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２が段階的に変化されることになる。
【００３９】
また、パータベーション制御中にステップＳ２１にてＦ１＝１、すなわち酸素濃度センサ２８による空燃比検出結果と空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２による空燃比補正方向との対応関係が一致しない状態と判別された場合には、パータベーション制御は中止される。パータベーション制御中に実際の空燃比はリーン側であったにも関わらず、酸素濃度センサ２８による空燃比検出結果はリッチ側を示した場合には、図１０に示すように、空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２、学習値ＫＲＥＦ、酸素濃度センサ２８の出力電圧、リッチ／リーン判定及びフラグＦ３は変化する。図１０に示す時点ｔ８にて実際のパータベーション制御による空燃比はリーン側であったにも関わらず、酸素濃度センサ２８による空燃比検出結果はリッチ側を示したためにステップＳ４４でフラグＦ１が１にセットされ、その結果、ステップＳ２７にてフラグＦ３が１から０に反転され、パータベーション制御は実施不許可とされる。よって、パータベーション制御に代わってステップＳ１３のＮＯｘ低減フィードバック制御終了処理が実行される。この時点で空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２はステップＳ６３でＫＲＥＦ−ΔＫＤＥＣに設定された後、直ちにＰＩ制御の空燃比フィードバック制御が開始される。すなわち、パータベーション制御の中止時点の空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２の値がそのまま用いられる。その結果、供給混合気の空燃比のリーン化が図られるので、空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２は段階的に更に減少する。図１０に示す時点ｔ９では酸素濃度センサ２８の出力電圧は理論空燃比に対応した反転閾値電圧ＴＨを下回り、空燃比反転カウンタの計数値ＣＯＵＮＴが計数を開始する。学習値ＫＲＥＦは上記したように酸素濃度センサ２８の出力反転時の空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２を平均化した値であるので、リーンからリッチへの反転時に徐々に低下する。図１０に示した例では、空燃比反転カウンタの計数値ＣＯＵＮＴが０に達した後の時点ｔ１０でパータベーション制御が再度開始される。
【００４０】
なお、パータベーション制御中に実際の空燃比はリッチ側であったにも関わらず、酸素濃度センサ２８による空燃比検出結果はリーン側を示した場合には、空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２、学習値ＫＲＥＦ及び酸素濃度センサ２８の出力電圧については図１０に示した例とは逆の波形パターンとなる。
かかる空燃比制御装置を用いた車載内燃エンジンにおいては、空燃比フィードバック制御領域でも比較的低負荷及び低エンジン回転数領域ではＰＩ制御の空燃比フィードバック制御が行われ、空燃比フィードバック制御領域でも高負荷及び高エンジン回転数領域ではＮＯｘ低減のためにパータベーション制御が行われる。これは、高負荷及び高エンジン回転数領域でＮＯｘの排出量が急増することに基づいている。更に、この領域では低負荷及び低エンジン回転数領域に比べてパータベーション制御を行うことによる車両の振動がエンジン回転数の増加による振動によってマスキングされるので、パータベーション制御による運転者の操作性に与える影響を最小限に抑えることができる。すなわち、ＮＯｘの排出量が少ない低負荷及び低エンジン回転数領域ではＰＩ制御の空燃比フィードバック制御によって良好な安定した操作性が得られ、またＮＯｘの排出量が多い高負荷及び高エンジン回転数領域ではパータベーション制御によって操作性の悪化を最小限に抑えつつ三元触媒による排気ガス中のＮＯｘの浄化を十分に図ることができる。パータベーション制御は例えば、理論空燃比を中心にして空燃比をリッチ側とリーン側とに周期的に振動させるので、リッチ排気ガス中の未燃焼成分とリーン排気ガス中の過剰酸素とが混在する状態を作り出すため三元触媒による排気ガス中のＣＯ，ＨＣの浄化だけでなくＮＯｘの浄化がより活発に行われるのである。
【００４１】
なお、上記した実施例においては、エンジンへの燃料噴射量を空燃比補正係数Ｋ_Ｏ２に応じて調整することによって空燃比制御が実行されるが、エンジンに供給される空気量を調整する方式の空燃比制御装置にも本発明を適用することができる。
また、上記した実施例においては、本発明を二輪車に適用した場合について説明したが、いわゆる軽四輪車、三輪車等の他のエンジン搭載車両にも適用することができる。
【００４２】
また、上記した実施例においては、目標空燃比は理論空燃比であるが、これに限定されない。目標空燃比はＰＩ制御の空燃比フィードバック制御時とＮＯｘ低減フィードバック制御時でと異なっても良い。
更に、図４に示した各領域の判別はエンジン回転数Ｎｅとスロットル弁開度ＴＨとに応じて行っているが、エンジン回転数Ｎｅに代えて車速を用いても良く、また、スロットル弁開度ＴＨに代えて吸気管内負圧、或いはエンジンへの吸入空気量等のエンジン負荷を示すパラメータを用いることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上の如く、本発明によれば、空燃比フィードバック制御領域でもエンジンの運転が安定した状態でパータベーション制御が実行されるので、良好な運転状態を維持しつつ三元触媒によって排気ガス中のＮＯｘの低減を図ることができる。また、本発明は空燃比制御装置の基本的なハードウエア構成をそのまま用いることができるので、コストアップを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空燃比制御装置を適用した内燃エンジンのエンジン制御システムを示す図である。
【図２】図１のシステム中のＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【図３】空燃比制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】空燃比フィードバック領域を示す図である。
【図５】ＮＯｘフィードバック制御実施許可判断のフローチャートである。
【図６】ＮＯｘフィードバック制御処理のフローチャートである。
【図７】ＮＯｘフィードバック制御終了処理のフローチャートである。
【図８】ＮＯｘフィードバック制御の動作例を示す図である。
【図９】ＮＯｘフィードバック制御終了時の動作例を示す図である。
【図１０】ＮＯｘフィードバック制御終了時の動作例を示す図である。
【符号の説明】
１吸気管
２スロットル弁
３エンジン本体
４インジェクタ
６燃料タンク
１０ＥＣＵ
１３排気管
１４キャタライザ
２２ＣＰＵ

Claims

内燃エンジンの排気管に排気ガス中の酸素濃度に応じた出力信号を発生する酸素濃度センサを備え、前記酸素濃度センサの出力信号に応じて前記内燃エンジンの供給混合気の空燃比を目標空燃比に向けてフィードバック制御する空燃比制御装置であって、
前記内燃エンジンの所定の高負荷及び高回転運転状態を検出して検出信号を発生する検出手段と、
前記検出信号の発生時には前記酸素濃度センサの出力信号に応じて前記目標空燃比を中心にして空燃比をリッチ側とリーン側とに周期的に振動させるパータベーション制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする空燃比制御装置。
前記検出手段は、前記内燃エンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記内燃エンジンのスロットル弁の開度を検出するスロットル弁開度検出手段と、を有し、
前記エンジン回転数検出手段及び前記スロットル弁開度検出手段各々の検出値に応じて前記所定の高負荷及び高回転運転状態を検出することを特徴とする請求項１記載の空燃比制御装置。
前記検出手段は、前記所定の高負荷及び高回転運転状態を検出するために前記エンジン回転数検出手段及び前記スロットル弁開度検出手段各々の検出値に対してヒステリシスを有することを特徴とする請求項２記載の空燃比制御装置。
前記制御手段は、前記内燃エンジンへ噴射供給されるべき燃料噴射量を補正するための空燃比補正係数を前記酸素濃度センサの出力信号に応じて算出することにより空燃比フィードバック制御を行い、
前記パータベーション制御時には、基準値に所定の加算値を加算して前記空燃比補正係数を算出することと、前記基準値から所定の減算値を減算して前記空燃比補正係数を算出することを交互に実行することを特徴とする請求項１記載の空燃比制御装置。
前記制御手段は、前記酸素濃度センサの出力信号に応じて前記内燃エンジンに供給された混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段を有し、
前記検出信号の発生時には、前記内燃エンジンの運転状態が安定していること、前記空燃比検出手段によって検出された空燃比が前記目標空燃比に対してリッチ側からリーン側へ反転したことが所定回数以上実行されたこと、前記空燃比検出手段によって検出された空燃比が前記目標空燃比よりリッチであること、かつ前記空燃比補正係数が基準値以下であることを検出したとき前記パータベーション制御を開始することを特徴とする請求項１又は４記載の空燃比制御装置。
前記制御手段は、前記パータベーション制御中において、前記内燃エンジンの運転状態が不安定になったこと、又は前記空燃比補正係数の算出の際に前記空燃比補正係数の今回の算出による変化方向が前記空燃比検出手段によって検出された空燃比と所定の対応関係を有していないことを検出したとき前記パータベーション制御を中止して前記空燃比フィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１又は４記載の空燃比制御装置。
前記制御手段は、前記パータベーション制御中に前記内燃エンジンの運転状態が不安定になったことを検出したときに前記空燃比フィードバック制御を行う場合には、前記空燃比補正係数を前記基準値に設定し、前記空燃比補正係数の今回の算出値の空燃比補正の方向が前記空燃比検出手段によって検出された空燃比と所定の対応関係を有していないことを検出したときに前記空燃比フィードバック制御を行う場合には、前記空燃比補正係数をその時点の値から用いることを特徴とする請求項６記載の空燃比制御装置。