JP2009002170A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、燃料カット後にリッチ制御を実行する場合でも、排気エミッションを良好に保持することを目的とする。
【解決手段】内燃機関１０の排気通路１４には、触媒４０の上流側にメイン空燃比センサ４２を配置し、触媒４０の下流側にサブ酸素センサ４４を配置する。そして、メイン空燃比センサ４２の出力に応じて空燃比をメインフィードバック制御し、サブ酸素センサ４４の出力に応じて空燃比をサブフィードバック制御する。また、内燃機関１０の燃料カットを実行し、さらにリッチ制御を実行した後には、空燃比をリッチ側とリーン側に交互に反転させる空燃比ディザ制御を行う。そして、空燃比ディザ制御の実行中には、このディザ制御との干渉を避けるために、サブフィードバック制御の動作を停止または抑制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に係り、特に、排気通路の触媒の上流側と下流側にそれぞれ排気ガスセンサを備えた内燃機関の空燃比制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１（特開２００５−６１３５６号公報）に開示されているように、排気通路に設けた触媒の上流側にメイン排気ガスセンサを配置し、触媒の下流側にサブ排気ガスセンサを配置した内燃機関の空燃比制御装置が知られている。この制御装置は、メイン排気ガスセンサの出力に応じて空燃比のフィードバック制御を実行しつつ、サブ排気ガスセンサの出力に応じてメインフィードバック制御を補完するためのサブフィードバック制御を行う。これにより、従来技術では、触媒による排気ガスの浄化能力を高めるようにしている。

ここで、一般に、触媒の浄化能力が最も発揮されるのは、触媒内の吸蔵酸素量が最大吸蔵量のほぼ半分となった状態である。しかし、内燃機関の運転時には、必ずしもこの状態を実現できないことがある。一例を挙げると、内燃機関の燃料カットが行われた場合には、燃料を含まない空気（極端にリーンな空気）が触媒内に流通する。この結果、触媒は、酸素を最大限に吸蔵した状態となり、触媒全体が酸化雰囲気になるため、浄化能力を十分に発揮することができない。

このため、従来の制御装置は、内燃機関が燃料カットから復帰した後に、空燃比制御の目標空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に設定する制御（以下、リッチ制御と称す）を実行し、触媒内の吸蔵酸素量を適度に減少させるようにしている。

特開２００５−６１３５６号公報 特開平８−１９３５３７号公報

上述した従来の制御装置において、リッチ制御が実行されると、触媒の内部状態は、酸化雰囲気から還元雰囲気に移行する。このため、リッチ制御の終了後には、サブ排気ガスセンサの出力がリッチ出力となる。そして、内燃機関の空燃比は、このリッチ出力に基づいたサブフィードバック制御の作用によってリーン側に補正される。この結果、触媒内には、リーン側に補正された排気ガス、即ち酸素を多く含む排気ガスが流入するようになり、触媒の酸化が進行する。

このとき、触媒内は、排気ガスの流入側（前端側）から徐々に酸化されるので、触媒の後端側はしばらくの間、還元雰囲気を維持する。また、サブ排気ガスセンサの出力は、触媒後端の状態を反映するから、触媒の前端側にリーンな排気ガスが流入し始めた後も、依然としてリッチ出力を保持する。このため、内燃機関の空燃比は、さらなるサブフィードバック制御の作用によってリーン状態を保持し続けるようになり、その結果として触媒のほぼ全体が酸化雰囲気となる。

この状態では、触媒の浄化能力が低下しているから、例えば内燃機関が加速されて排気ガスが急増すると、排気ガス中のＮＯｘを触媒で十分に還元浄化することができず、排気エミッションが悪化するという問題がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料カット後にリッチ制御を行った場合でも、排気エミッションを良好に保持することが可能な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。

第１の発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒と、
前記触媒の上流側に配置されたメイン排気ガスセンサと、
前記触媒の下流側に配置されたサブ排気ガスセンサと、
内燃機関の空燃比が目標空燃比と一致するように、前記メイン排気ガスセンサの出力に応じて空燃比のメインフィードバック制御を行うメインフィードバック手段と、
前記サブ排気ガスセンサの出力に応じて前記メインフィードバック制御を補完するサブフィードバック制御を行うサブフィードバック手段と、
内燃機関の燃料カットが実行された後に、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチ側に設定するリッチ制御を行うリッチ制御手段と、
前記リッチ制御が実行された後に、前記排気ガスの空燃比を所定の実行時間にわたってリッチ側とリーン側に交互に反転させる空燃比振動制御を行う空燃比振動手段と、
前記空燃比振動制御が実行されているときに、前記サブフィードバック制御の動作を抑制するサブフィードバック抑制手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明によると、前記サブフィードバック抑制手段は、前記サブフィードバック制御を停止させる構成としている。

また、第３の発明によると、前記サブフィードバック抑制手段は、前記サブフィードバック制御の制御ゲインを当該制御の作用が弱くなるように設定する構成としている。

また、第４の発明は、内燃機関の吸入空気量を検出する空気量検出手段と、
前記リッチ制御が終了した時点から前記吸入空気量を積算することにより前記リッチ制御後の積算空気量を算出する空気量積算手段とを備え、
前記空燃比振動制御の実行時間は、前記リッチ制御後の積算空気量に応じて可変に設定する構成としている。

また、第５の発明によると、前記空燃比振動手段は、前記目標空燃比をリッチ側とリーン側とに周期的に変化させる構成としている。

第１の発明によれば、内燃機関の燃料カットが行われ、さらにリッチ制御が行われた後には、触媒のほぼ全体が還元雰囲気となる。この状態で、仮りにサブフィードバック制御が通常通りに実施されたとすると、内燃機関の空燃比がサブフィードバック制御によってリーン側に補正されるために、触媒にはリーン状態の排気ガスが流入し続ける。この結果、触媒は、ほぼ全体が酸化雰囲気となり、浄化能力が十分に発揮されない状態となる。この状態では、車両の発進、加速等によって内燃機関の排気ガス量が増えると、触媒がＮＯｘを十分に還元浄化できず、ＮＯｘがそのまま外部に排出されてしまう。

これに対し、空燃比振動手段は、リッチ制御が実行された後に、排気ガスの空燃比をリッチ側とリーン側に交互に反転させることができる。これにより、空燃比振動制御の実行中には、リーン状態の排気ガス（酸素を含む排気ガス）と、リッチ状態の排気ガス（燃料を含む排気ガス）とを、触媒に対して交互に流入させることができる。この結果、触媒の内部には、酸化雰囲気の領域と還元雰囲気の領域とをバランス良く混在させた状態で形成することができる。従って、この状態で排気ガスの量が急増したとしても、触媒内の還元雰囲気の領域において、排気ガス中のＮＯｘを十分に還元浄化することができる。このため、ＮＯｘがそのまま外部に排出されるのを確実に防止することができ、排気エミッションを向上させることができる。

しかも、空燃比振動制御の実行中には、サブフィードバック抑制手段によってサブフィードバック制御の動作を抑制することができる。即ち、空燃比振動制御の実行中にサブフィードバック制御が行われると、サブフィードバック制御は、内燃機関の空燃比を空燃比振動手段と逆向きに補正することにより、空燃比振動制御の作用を打ち消すように動作する場合がある。従って、空燃比振動制御の実行中には、サブフィードバック制御の動作を抑制することにより、両者が干渉するのを確実に防止することができ、空燃比振動制御を円滑に行うことができる。

また、第２の発明によれば、空燃比振動制御の実行中には、サブフィードバック制御を強制的に停止させることができる。これにより、空燃比振動制御とサブフィードバック制御との干渉を防止することができる。

また、第３の発明によれば、サブフィードバック抑制手段は、空燃比振動制御が実行されているときに、サブフィードバック制御の制御ゲインを当該制御の作用が弱くなるように設定することができる。これにより、空燃比振動制御の実行中には、サブフィードバック制御を実質的に停止させることができる。

また、第４の発明によれば、触媒の内部に酸化雰囲気の領域と還元雰囲気の領域とが形成される速度は、触媒に流入する排気ガスの流量によって決まる。即ち、酸化雰囲気の領域と還元雰囲気の領域とが混在した状態が触媒の内部全体に広がったかどうかは、リッチ制御の終了後に触媒に流入した排気ガスの総量（≒吸入空気の総量）によって判断することができる。

このため、空燃比振動制御を実行すべき実行時間は、リッチ制御が終了した時点からの積算空気量に応じて適切に設定することができる。即ち、例えば排気ガスの流量が少ない場合には、実行時間を長い時間に設定することができる。従って、排気ガスが触媒にゆっくりと流入する状態であっても、触媒の内部には、酸化雰囲気の領域と還元雰囲気の領域とを十分に時間をかけて確実に形成することができる。一方、排気ガスの流量が多い場合には、実行時間を比較的短い時間に設定することができる。即ち、触媒の内部に酸化雰囲気の領域と還元雰囲気の領域とが比較的早期に形成されるような場合には、空燃比振動制御を速やかに終了して通常通りの制御に復帰することができる。

また、第５の発明によれば、空燃比振動手段は、メインフィードバック制御等に用いられる目標空燃比を、リッチ側とリーン側とに周期的に変化させることができる。これにより、空燃比振動制御の実行中には、目標空燃比の設定値を周期的に変更するだけで、これに追従して実際の空燃比を容易に反転させることができる。従って、メインフィードバック制御を利用して、空燃比の交互の反転動作を容易に実現することができる。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１ないし図４を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。本実施の形態は、車両に動力源として搭載される内燃機関１０を備えている。そして、内燃機関１０には、吸入空気が気筒内に向けて流入する吸気通路１２と、気筒内で生じた排気ガスが流出する排気通路１４とが設けられている。また、吸気通路１２には、吸入空気量GAを検出する空気量検出手段としてのエアフローメータ１６と、このエアフローメータ１６の下流側に位置する電子制御式のスロットル弁１８とが設けられている。

この場合、スロットル弁１８は、アクセル開度等に応じてスロットルモータ２０により開，閉駆動され、その開度（スロットル開度）に応じて吸入空気量GAを増減させる。また、スロットル弁１８には、スロットル開度を検出するスロットルポジションセンサ２２が配置されている。さらに、アクセル開度は、車両のアクセルペダル２４に設けられたアクセルポジションセンサ２６によって検出される。

一方、内燃機関１０の気筒には、気筒内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２８と、吸気弁３０、点火プラグ３２、排気弁３４等が設けられている。また、内燃機関１０には、クランク軸３６の回転角を検出するクランク角センサ３８が設けられている。このクランク角センサ３８は、内燃機関１０の機関回転数Ｎeに対応した信号を出力する。さらに、内燃機関１０の排気通路１４には、排気ガスを浄化する触媒４０が設けられている。触媒４０は、排気ガス中のＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣを浄化することが可能な三元触媒によって構成されている。なお、触媒４０の下流側には、他の排気浄化触媒を直列に配置する構成としてもよい。

また、排気通路１４には、メイン排気ガスセンサとしてのメイン空燃比センサ４２と、サブ排気ガスセンサとしてのサブ酸素センサ４４とが設けられている。メイン空燃比センサ４２は、触媒４０の上流側に配置され、この位置で排気ガスの空燃比（排気空燃比）を検出する。この場合、メイン空燃比センサ４２としては、例えば触媒４０に流入する排気ガスの空燃比に対してほぼリニアな出力特性を有する広域空燃比センサを用いるのが好ましい。

一方、サブ酸素センサ４４は、触媒４０の下流側に配置され、この位置で排気ガス中の酸素濃度を検出する。この場合、サブ酸素センサ４４としては、例えば触媒４０から流出する排気ガスが理論空燃比に対してリッチであるか、或いはリーンであるかに応じて出力が異なるような酸素センサを用いるのが好ましい。

さらに、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶回路と、タイマ機能とを備えたマイクロコンピュータ等によって構成されている。ＥＣＵ５０の入力側には、前述したエアフローメータ１６、センサ２２，２６，３８，４２，４４等を含めて各種のセンサが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、スロットルモータ２０、燃料噴射弁２８、点火プラグ３２等を含めて各種のアクチュエータが接続されている。

そして、ＥＣＵ５０は、各センサの出力に応じて必要なアクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御することができる。この運転制御においては、後述の空燃比フィードバック制御、リッチ制御、空燃比ディザ制御（空燃比振動制御）等からなる空燃比制御が実行される。以下、ＥＣＵ５０によって実行される空燃比フィードバック制御、リッチ制御及び空燃比ディザ制御について、順次説明する。

（空燃比フィードバック制御）
まず、空燃比フィードバック制御では、メイン空燃比センサ４２の出力を用いるメインフィードバック制御と、サブ酸素センサ４４の出力を用いるサブフィードバック制御とを組み合わせて行う。これにより、内燃機関１０の空燃比を、目標空燃比に対して高い精度で一致させることができる。

具体的に述べると、ＥＣＵ５０は、メイン空燃比センサ４２の出力evafbseと、サブ酸素センサ４４の出力に応じて算出されるサブフィードバック補正値evafsfbとを用いて、次式に示す補正後A/F出力evabyfを算出し、この補正後A/F出力evabyfが目標空燃比に対応する値となるように燃料噴射量を制御する。

（数１）
evabyf＝evafbse＋evafsfb

そして、空燃比フィードバック制御では、上記数１の式によって算出された補正後A/F出力evabyfが目標空燃比相当の値に近づくように、メインフィードバック制御を行う。即ち、メインフィードバック制御では、補正後A/F出力evabyfを空燃比に換算する処理と、換算された空燃比と目標空燃比との偏差ΔA/Fを算出する処理と、この偏差ΔA/Fを所定のゲインで燃料噴射量の補正に反映させる処理とが実行される。

ここで、メイン空燃比センサ４２が理想的な出力特性をもつ場合には、その出力evafbseと、触媒４０の上流側における排気ガスの空燃比（以下、触媒前空燃比と称す）とが一義的な関係を示す。そして、この場合には、メイン空燃比センサ４２の出力evafbseが理論空燃比相当の値となるようにメインフィードバック制御を実行すれば、触媒前空燃比は理論空燃比に近いものとなる。この結果、触媒４０は、排気ガスの浄化能力を十分に発揮することができる。

しかしながら、実際のメイン空燃比センサ４２においては、センサの個体差や経年変化、或いはセンサ周囲の環境等が変動要因となって、理想的な出力特性が得られない場合が多い。このため、サブフィードバック制御は、このような変動要因の影響を受けるメインフィードバック制御を補完し、フィードバック制御の精度を高めるものである。

そして、サブフィードバック制御では、まずサブ酸素センサ４４によって触媒４０の下流側における排気ガスの空燃比（以下、触媒後空燃比と称す）が理論空燃比よりリッチであるかリーンであるかを検出する。そして、触媒後空燃比がリッチであると検出された場合には、触媒前空燃比が全体としてリッチ側にシフトしていると判断することができる。この場合には、前記（１）の式中のサブフィードバック補正値evafsfbによってメイン空燃比センサ４２の出力evafbseをリーン側に補正し、燃料噴射量が現状よりも少なく算出されるようにする。

また、触媒後空燃比がリーンであると検出された場合には、触媒前空燃比が全体としてリーン側にシフトしていると判断することができる。この場合には、サブフィードバック補正値evafsfbによってメイン空燃比センサ４２の出力evafbseをリッチ側に補正し、燃料噴射量が現状よりも多く算出されるようにする。この結果、メインフィードバックの結果として得られる触媒前空燃比を、高い精度で理論空燃比に近づけることができる。

なお、サブフィードバック補正値evafsfbは、サブ酸素センサ４４の出力と、基準出力（理論空燃比相当の出力）との偏差に、所定の演算を施すことによって算出される。例えばＰＩＤ制御によってサブフィードバック補正値evafsfbを算出する場合には、サブ酸素センサ４４の出力と、その目標値との偏差に基づく比例項、積分項、および微分項の和としてサブフィードバック補正値evafsfbを算出することができる。

図２は、本実施の形態の空燃比制御を説明するためのタイムチャートである。以下、図２を参照して、上述した空燃比フィードバック制御の動作について説明する。図２中の時刻t₁以前において、内燃機関１０は通常の運転状態にある。このとき、内燃機関１０の空燃比は、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御の作用により、理論空燃比となるように制御される。この結果、触媒前空燃比は、図２（ａ）中の通常運転の区間に示すように、理論空燃比の近傍で変動する。

そして、例えば時刻t₁において、車両の運転者がアクセルペダル２４をオフし、車両が減速を開始すると、ＥＣＵ５０は、燃料カットを実行し、燃料噴射弁２８からの燃料噴射を停止させる。燃料カットの実行中には、排気通路１４に空気が流通する。このため、時刻t₁を起点として、触媒前空燃比はリーン側に大きく変化する。その後、例えば機関回転数Ｎeが所定の復帰回転数まで低下すると、燃料カットは時刻t₂で終了され、内燃機関１０はアイドル運転状態となる。

ここで、図２（ｂ）は、触媒４０の内部状態を模式的に示したものである。この図２（ｂ）において、長方形の左側は触媒４０の前端（排気ガスの流入口）に対応し、長方形の右側は触媒４０の後端（排気ガスの流出口）に対応している。燃料カットの実行中は、触媒４０に多量の酸素が流入する。このため、図２（ｂ）に示すように、燃料カットが終了した時刻t₂において、触媒４０の内部は、その全体が酸化雰囲気となっている。

一般に、触媒４０が最良の浄化性能を発揮するのは、その吸蔵酸素量が最大吸蔵量の半分程度である状態、即ち触媒内部に酸化雰囲気の領域と還元雰囲気の領域とがバランス良く混在している状態のときである。このため、燃料カットの終了後は、酸化雰囲気に偏った触媒４０の内部状態を、還元雰囲気側へと速やかに戻すことが好ましい。そこで、ＥＣＵ５０は、燃料カットが終了した後にリッチ制御を実行する。

（リッチ制御）
リッチ制御では、触媒４０の内部を還元状態に移行させるために、内燃機関１０の目標空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に設定する。なお、リッチ制御の実行中は、サブフィードバック制御を停止または抑制することが好ましい。

そして、リッチ制御が実行されると、図２（ａ）に示すように、触媒前空燃比はリッチ側に変化する。この結果、触媒４０には、未燃焼の燃料を含む排気ガスが流入するようになり、触媒４０の内部状態は、前端側から後端側に向けて次第に還元雰囲気に変化していく。このとき、触媒４０の後端付近は、燃料を含んだ排気ガスが最後に到達するようになるので、しばらくの間は酸化雰囲気のままに維持される。そして、リッチ制御がある程度の時間にわたって継続されると、触媒４０は、後端付近も含めて全体が還元雰囲気に移行する。

一方、サブ酸素センサ４４の出力は、触媒４０の後端付近の状態に応じて変化する。このため、図２（ｃ）に示すサブ酸素センサ４４の出力は、リッチ制御が時刻t₂を起点として開始された後も、しばらく間はリーン出力に保持される。そして、リッチ制御が継続されることにより、触媒４０全体が還元雰囲気に移行すると、サブ酸素センサ４４の出力は、例えば図２中の時刻t₃において、リーン側からリッチ側に反転する。

この場合、本実施の形態に示す一例では、サブ酸素センサ４４の出力がリーン側からリッチ側に反転したときに、リッチ制御を終了する構成としている。そして、リッチ制御が終了した時点では、図２（ｂ）に示すように、触媒４０全体が還元雰囲気となっている。

（リッチ制御後の問題点）
以下、図２中に点線で示す比較例を参照しつつ、リッチ制御の実行後に生じる問題点について説明する。なお、この比較例は、本実施の形態による空燃比制御の作用効果を判り易くするために、本実施の形態に対する比較対象として予め説明するものである。

まず、サブ酸素センサ４４の出力は、図２（ｃ）に示すように、リッチ制御が終了した時点でリッチ側に保持されている。このため、サブフィードバック制御は、内燃機関１０の空燃比がリッチ側に偏っているものと判断する。この結果、サブフィードバック制御は、内燃機関１０の空燃比をリーン側に補正するように作用する。これにより、図２（ａ）に示す触媒前空燃比は、時刻t₃を過ぎてから、理論空燃比よりもリーン側に変化する。

触媒前空燃比が理論空燃比よりもリーン側に変化した後には、酸素を含む排気ガスが触媒４０に流入する。この結果、触媒４０の内部状態は、その前端側から後端側に向けて徐々に酸化雰囲気に変化していく。このとき、触媒４０の後端付近は、しばらくの間は還元雰囲気のままに維持される。従って、サブ酸素センサ４４の出力はリッチ出力に保持され、サブフィードバック制御によるリーン側への空燃比補正が継続される。

この結果、触媒４０の内部状態は、図２（ｂ）中の時刻t_３〜t₄間に示すように、後端付近を除いてほぼ全部が酸化雰囲気となる。そして、この状態が継続すると、触媒４０全体が酸化雰囲気となり、サブ酸素センサ４４の出力は、例えば時刻t₄において、リッチ出力からリーン出力へと反転する。この出力反転により、サブフィードバック制御の作動状態が切換えられると、内燃機関１０の空燃比はリッチ側に補正されるようになり、理論空燃比に近い状態に落ち着く。

しかしながら、この状態では、触媒４０全体が酸化雰囲気となっており、排気ガス中のＮＯｘを十分に還元浄化することができない。このため、例えば時刻t₄において、車両が発進または加速され、排気ガスの量が急増した場合には、図２（ｄ）に示すように、排気ガス中のＮＯｘがそのまま触媒４０を通過して外部に排出されるという問題がある。

（空燃比ディザ制御）
上述した比較例のような問題を解決するために、本実施の形態では、リッチ制御が終了してから所定の実行時間Ｔが経過するまでの間、空燃比ディザ制御（空燃比振動制御）を実行する構成としている。この空燃比ディザ制御とは、触媒前空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側とリーン側に交互に反転（振動）させるものである。

これにより、空燃比ディザ制御中の触媒４０には、ある程度の時間が経過する毎に、リーン状態の排気ガス（酸素を含む排気ガス）と、リッチ状態の排気ガス（燃料を含む排気ガス）とが交互に流入するようになる。この結果、触媒４０の内部には、図２（ｂ）に示すように、酸化雰囲気の領域と還元雰囲気の領域とが交互に形成され、空燃比ディザ制御の終了時には、これら２つの領域が触媒４０の全体にわたって混在した状態となる。

このように、本実施の形態によれば、触媒４０の内部には、リッチ制御の終了後に、酸化雰囲気の領域と還元雰囲気の領域とをバランス良く混在させることができる。このため、例えば時刻t₄の付近で、内燃機関１０の排気ガス量が急増した場合であっても、触媒４０内の還元雰囲気の領域において、排気ガス中のＮＯｘを十分に還元浄化することができる。従って、ＮＯｘがそのまま外部に排出されるのを確実に防止することができ、排気エミッションを向上させることができる。

また、空燃比ディザ制御の具体的な実行方法としては、図２（ａ）に示すように、例えばメインフィードバック制御に用いる目標空燃比を、リッチ側とリーン側とに周期的に変化させる構成としている。これにより、ディザ制御中には、目標空燃比の設定値を周期的に変更するだけで、これに追従して触媒前空燃比を容易に反転させることができる。従って、メインフィードバック制御を利用して、空燃比ディザ制御を容易に実現することができる。

さらに、触媒４０の内部に酸化雰囲気の領域と還元雰囲気の領域とが形成される速度は、触媒４０に流入する排気ガスの流量によって決まる。このため、酸化雰囲気の領域と還元雰囲気の領域とが混在した状態が触媒４０の内部全体に広がったかどうかは、リッチ制御の終了後に触媒４０に流入した排気ガスの総量（≒吸入空気の総量）によって判断することができる。

そこで、本実施の形態では、空燃比ディザ制御を継続する実行時間Ｔを、リッチ制御が終了した時点からの積算空気量Ｇtに応じて可変に設定する構成としている。具体的に述べると、空燃比ディザ制御中には、リッチ制御が終了した時点から現在までの吸入空気量を加算することによって積算空気量Ｇtを算出し、この積算空気量Ｇtが所定の判定値Ｇx以上となった時点で空燃比ディザ制御を終了する。

これにより、例えば排気ガスの流量が少ない場合には、積算空気量Ｇtが徐々に増加するようになる。このため、積算空気量Ｇtが判定値Ｇx以上となるまでの時間、即ち空燃比ディザ制御の実行時間Ｔは長い時間に設定される。従って、排気ガスの流量が少ないために、排気ガスが触媒４０にゆっくりと流入する場合でも、触媒４０の内部には、酸化雰囲気の領域と還元雰囲気の領域とを十分に時間をかけて確実に形成することができる。

一方、排気ガスの流量が多い場合には、積算空気量Ｇtが急速に増加して判定値Ｇx以上となる。このため、空燃比ディザ制御の実行時間Ｔは、比較的短い時間に設定される。即ち、排気ガスの流量が多いために、触媒４０の内部に酸化雰囲気の領域と還元雰囲気の領域とが比較的早期に形成されるような場合には、空燃比ディザ制御を速やかに終了して空燃比フィードバック制御に復帰することができる。

従って、本実施の形態では、内燃機関１０の運転状態に応じて空燃比ディザ制御の実行時間Ｔを適切に設定することができる。なお、上述した判定値Ｇxは、例えば触媒４０内に酸化雰囲気の領域と還元雰囲気の領域とが十分に形成されるような積算空気量として設定され、ＥＣＵ５０の記憶回路に予め記憶されているものである。また、図２においては、図面を判り易くするために、実行時間Ｔの終了時点を時刻t₄に一致させて例示したが、実行時間Ｔの終了時点は、車両が加速される時刻t₄と何ら関係のないものである。

（サブフィードバック制御の停止）
また、空燃比ディザ制御の実行中には、メインフィードバック制御によって触媒前空燃比を目標空燃比に合わせる一方で、サブフィードバック制御は強制的に停止させる構成としている。即ち、ディザ制御中にサブフィードバック制御が行われると、サブフィードバック制御は、内燃機関１０の空燃比をディザ制御と逆向きに補正しようと制御する。つまり、サブフィードバック制御は、実際の空燃比がリッチ側に偏っていればこれをリーン側に補正しようと動作し、空燃比がリーン側に偏っていればこれをリッチ側に補正しようと動作する。

このように、サブフィードバック制御は、空燃比ディザ制御の作用を打ち消すように動作する。従って、空燃比ディザ制御中には、サブフィードバック制御を停止させることにより、両者が干渉するのを確実に防止することができ、ディザ制御を円滑に行うことができる。また、ディザ制御が終了したときには、サブフィードバック制御を速やかに作動させて通常の空燃比フィードバック制御を行うことができる。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図３は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図３に示すルーチンは、内燃機関１０の運転中において、一定の時間毎に繰返し実行されるものである。

まず、ＥＣＵ５０は、ステップ１００において、エアフローメータ１６によって検出した吸入空気量を読込む。また、ステップ１０２では、メイン空燃比センサ４２とサブ酸素センサ４４の出力をそれぞれ読込む。

次に、ステップ１０４では、リッチ制御を実行する条件が成立しているか否かを判定する。具体的に述べると、例えば燃料カットが実行されて終了した時点から一定の時間内であり、かつサブ酸素センサ４４の出力がリーン状態であるか否か等の判定処理を行う。そして、ステップ１０４で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１０６でリッチ制御を実行し、リターンする。また、ステップ１０４で「ＮＯ」と判定したときには、リッチ制御を行うべきタイミングではないか、またはリッチ制御を終了すべきタイミングであると判断し、空燃比フィードバック制御を行うためにステップ１０８に移る。

次に、ステップ１０８では、ステップ１０２で読込んだメイン空燃比センサ４２とサブ酸素センサ４４の出力等を用いて、前記数１の式により補正後A/F出力evabyfを算出する。そして、ステップ１１０では、補正後A/F出力evabyfが目標空燃比相当の値に近づくように、メインフィードバック制御を行う。

また、ステップ１１２では、このステップ１１２を実行する毎に、ステップ１００で読込んだ吸入空気量を積算することにより、リッチ制御終了後の積算空気量Ｇtを算出する。そして、ステップ１１４では、積算空気量Ｇtが判定値Ｇx未満であるか否かを判定する。ここで、「ＹＥＳ」と判定したときには、まだ触媒４０に十分な量の排気ガスが流入していないと判断し、ステップ１１６で空燃比ディザ制御を行う。このとき、ステップ１１８では、サブフィードバック制御を強制的に停止し、その後にリターンする。

一方、ステップ１１４で「ＮＯ」と判定したときには、十分な量の排気ガスが触媒４０に流入し、触媒４０の内部には、ほぼ全体にわたって酸化雰囲気の領域と還元雰囲気の領域とが混在した状態で形成されたと判断することができる。そこで、ステップ１２０では、空燃比ディザ制御を停止（終了）する。また、ステップ１２２では、サブフィードバック制御を再開し、通常通りの空燃比フィードバック制御を実行する。

このように、図３に示すルーチンによれば、リッチ制御後の積算空気量Ｇtが上記判定値Ｇxに達するまでの間は、ステップ１１６で空燃比ディザ制御を実行しつつ、ステップ１１８でサブフィードバック制御を停止状態に保持することができる。

以上詳述したように、本実施の形態の空燃比制御によれば、内燃機関１０の燃料カットが実行されてからリッチ制御が行われた後に、触媒４０の内部を、酸化雰囲気と還元雰囲気とが混在した最適な状態に速やかに戻すことができる。このため、車両の発進、加速等によって排気ガスの流量が増えたときにも、排気ガス中のＮＯｘを触媒４０で十分に浄化することができ、ＮＯｘの排出を確実に防止することができる。

実施の形態２．
次に、図４を参照しつつ、本発明の実施の形態２について説明する。ここで、本実施の形態のシステムは、前記実施の形態１と同様に、図１に示すシステム構成を採用している。また、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態２の特徴部分］
図４は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。このフローチャートでは、ステップ１３０のみが実施の形態１と異なり、他のステップは実施の形態１と同様に構成されている。

このステップ１３０から判るように、本実施の形態では、空燃比ディザ制御を実行しているときに、サブフィードバック制御の制御ゲイン（以下、サブフィードバックゲインと称す）を通常時の値よりも小さく設定する構成としている。そして、空燃比ディザ制御が終了したときには、ステップ１２２において、通常時のサブフィードバックゲインを選択し、通常通りのサブフィードバック制御を再開する。

これにより、ディザ制御の実行中には、サブフィードバック制御を実質的に停止させることができる。従って、実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。即ち、フィードバックゲインを小さく設定することにより、ディザ制御の作用を打ち消そうとするサブフィードバック制御の作用が弱くなるので、両者が干渉するのを確実に防止することができ、ディザ制御を円滑に行うことができる。

なお、上述した実施の形態１，２においては、図３，図４中のステップ１０６が「リッチ制御手段」の具体例を示し、ステップ１１０は「メインフィードバック手段」の具体例を示している。また、ステップ１１２は「空気量積算手段」の具体例を示し、ステップ１１６は「空燃比振動手段」の具体例を示している。さらに、ステップ１１８，１３０は「サブフィードバック抑制手段」の具体例を示し、ステップ１２２は「サブフィードバック手段」の具体例を示している。

また、実施の形態２では、空燃比ディザ制御中にサブフィードバックゲインを通常時よりも小さく設定する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、サブフィードバック制御を実質的に停止させる方法であれば、ゲインを小さくする以外の手法を採用してもよい。即ち、サブフィードバックゲインを小さくすることに代えて、例えば、サブフィードバック補正値evafsfbの上限，下限を定めるガード等を通常時よりも小さくするなどして補正値の設定範囲を縮小する構成としてもよい。

また、実施の形態１，２では、空燃比ディザ制御の実行時間Ｔをリッチ制御後の積算空気量Ｇtで判定するようにした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば内燃機関１０の機関回転数Ｎe、負荷状態等に応じて実行時間Ｔを可変に設定する構成としてもよい。

本発明の実施の形態１及び実施の形態２のシステム構成を説明するための全体構成図である。 本発明の実施の形態１における空燃比制御を説明するためのタイムチャートである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１６ エアフローメータ（空気量検出手段）
１８ スロットル弁
２０ スロットルモータ
２２ スロットルポジションセンサ
２４ アクセルペダル
２６ アクセルポジションセンサ
２８ 燃料噴射弁
３０ 吸気弁
３２ 点火プラグ
３４ 排気弁
３６ クランク軸
３８ クランク角センサ
４０ 触媒
４２ メイン空燃比センサ（メイン排気ガスセンサ）
４４ サブ酸素センサ（サブ排気ガスセンサ）
５０ ＥＣＵ
Ｔ 実行時間
Ｇt 積算空気量

Claims (5)

1. 内燃機関の排気ガスを浄化する触媒と、
   前記触媒の上流側に配置されたメイン排気ガスセンサと、
   前記触媒の下流側に配置されたサブ排気ガスセンサと、
   内燃機関の空燃比が目標空燃比と一致するように、前記メイン排気ガスセンサの出力に応じて空燃比のメインフィードバック制御を行うメインフィードバック手段と、
   前記サブ排気ガスセンサの出力に応じて前記メインフィードバック制御を補完するサブフィードバック制御を行うサブフィードバック手段と、
   内燃機関の燃料カットが実行された後に、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチ側に設定するリッチ制御を行うリッチ制御手段と、
   前記リッチ制御が実行された後に、前記排気ガスの空燃比を所定の実行時間にわたってリッチ側とリーン側に交互に反転させる空燃比振動制御を行う空燃比振動手段と、
   前記空燃比振動制御が実行されているときに、前記サブフィードバック制御の動作を抑制するサブフィードバック抑制手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 前記サブフィードバック抑制手段は、前記サブフィードバック制御を停止させる構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 前記サブフィードバック抑制手段は、前記サブフィードバック制御の制御ゲインを当該制御の作用が弱くなるように設定する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
4. 内燃機関の吸入空気量を検出する空気量検出手段と、
   前記リッチ制御が終了した時点から前記吸入空気量を積算することにより前記リッチ制御後の積算空気量を算出する空気量積算手段とを備え、
   前記空燃比振動制御の実行時間は、前記リッチ制御後の積算空気量に応じて可変に設定する構成としてなる請求項１，２または３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
5. 前記空燃比振動手段は、前記目標空燃比をリッチ側とリーン側とに周期的に変化させる構成としてなる請求項１ないし４の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。

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