JP2016003571A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気通路内の空燃比雰囲気にかかわらず適正なる空燃比制御を実施する。【解決手段】上流側Ｏ2センサ１６は、エンジンの排気管において触媒の上流側に設けられている。マイコン４１は、上流側Ｏ2センサ１６の検出結果に基づき、燃料噴射弁の燃料噴射量について空燃比フィードバック制御する。また、マイコン４１は、エンジン運転状態が、排気の空燃比がリッチ及びリーンのいずれかで継続する特定状態となり、その後に当該特定状態が解除されたことを判定するとともに、特定状態が解除されたと判定された場合においてその解除に伴う空燃比フィードバック制御の開始当初に、特定状態がリッチ継続であったかリーン継続であったかに基づいて、上流側Ｏ2センサ１６の変曲点をリーン側及びリッチ側のいずれかに変更する。【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。

内燃機関の空燃比制御装置として、排気管に起電力出力式の酸素濃度センサ（いわゆるＯ2センサ）を設け、その酸素濃度センサの検出結果に基づいて空燃比フィードバック制御を実施する技術が各種知られている（例えば特許文献１参照）。なお、特許文献１に記載の技術では、酸素濃度センサの検出値に基づき算出した空燃比フィードバック補正量について制御周波数と制御振幅とを算出し、さらにその制御周波数の目標値との偏差と、制御振幅の目標値との偏差とに基づいて、酸素濃度センサの出力値と目標値との偏差を変更する構成としている。

特許第３８７６６４２号公報

ところで、内燃機関においては燃料カットが実施される場合や、加速増量が実施される場合等があり、これらが実施される状況下では排気管内の空燃比がリーン又はリッチで保持される。かかる場合、例えば燃料カットからの復帰時には、センサ検出値のリーン→リッチの変化に遅れが生じ、それに起因して燃料噴射量が過剰に増量補正されることが懸念される。また、加速増量からの復帰時には、センサ検出値のリッチ→リーンの変化に遅れが生じ、それに起因して燃料噴射量が過剰に減量補正されることが懸念される。こうした不都合は、上記の特許文献１をはじめ、既存の先行技術において未解決の課題であり、改善の余地があると考えられる。

本発明は、排気通路内の空燃比雰囲気にかかわらず適正なる空燃比制御を実施することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

本発明の空燃比制御装置は、燃料を噴射する燃料噴射手段（１２）と、固体電解質体（３２）及び一対の電極（３３，３４）を有し内燃機関の排気がリッチかリーンかを検出する起電力出力式の酸素濃度センサ（１６）とを備える内燃機関（１０）に適用され、前記酸素濃度センサの検出結果に基づき、前記燃料噴射手段の燃料噴射量について空燃比フィードバック制御する。そして、前記内燃機関の運転状態が、排気の空燃比がリッチ及びリーンのいずれかで継続する特定状態となり、その後に当該特定状態が解除されたことを判定する判定手段と、前記特定状態が解除されたと判定された場合においてその解除に伴う空燃比フィードバック制御の開始当初に、前記特定状態がリッチ継続であったかリーン継続であったかに基づいて、前記酸素濃度センサの出力がリッチとリーンとで反転する変曲点をリーン側及びリッチ側のいずれかに変更するセンサ特性制御手段と、を備えることを特徴とする。

内燃機関では、排気の空燃比がリッチ及びリーンのいずれかで継続する特定状態となることがあり、例えば燃料カットが実施される場合や加速増量が実施される場合である。この場合、特定状態の解除に伴い空燃比フィードバック制御が開始される当初には、その特定状態での排気空燃比に依存してセンサ出力の変化が遅れることから、燃料噴射量の過不足の発生が懸念される。この点、上記構成では、特定状態の解除に伴い空燃比フィードバック制御が開始される当初に、特定状態がリッチ継続であったかリーン継続であったかに基づいて、酸素濃度センサの変曲点がリーン側及びリッチ側のいずれかに変更される。そのため、空燃比フィードバック制御の開始当初に、特定状態での排気空燃比に依存してセンサ出力の変化が遅れることを抑制でき、燃料噴射量の過不足を解消することが可能となる。その結果、排気通路内の空燃比雰囲気にかかわらず適正なる空燃比制御を実施することができる。

発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図。 センサ素子の断面構成とセンサ制御部の概略構成とを示す図。 空燃比とセンサ素子の起電力との関係を示すセンサ出力特性図。 センサ出力特性のヒステリシスを示す図。 センサ素子におけるガス成分の反応を説明するための概略図。 上流側Ｏ2センサの出力特性変更の処理手順を示すフローチャート。 上流側Ｏ2センサの出力特性変更の処理手順を示すフローチャート。 通電電流の設定に用いる関係を示す図。 Ｏ2センサ出力特性変更について具体的な内容を説明するためのタイムチャート。 ＥＧＲ量と通電補正値との関係を示す図。

以下、本発明を具体化した一実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、車載エンジン（内燃機関）の排気管に設けられた酸素濃度センサを用い、その酸素濃度センサの出力に基づいてエンジンの各種制御等を実施するエンジン制御システムについて説明する。当該制御システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等が実施される。図１は、本システムの全体概要を示す構成図である。

図１において、エンジン１０は、例えばガソリンエンジンであり、電子制御式のスロットル弁１１や、燃料噴射弁１２、点火装置１３等を備えている。エンジン１０の排気管１４には排気浄化装置としての触媒１５が設けられている。触媒１５は、例えば三元触媒よりなる。三元触媒は、周知のとおり排気の有害三成分であるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯｘ（ＮＯ等の窒素酸化物）を浄化するものであり、ハニカム状、格子状等をなすセラミックス製の担体に白金、パラジウム、ロジウム等の金属を担持させることで構成されている。

触媒１５の上流側及び下流側には、それぞれ排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサとしてのＯ2センサ１６，１７が設けられている。これらのＯ2センサ１６，１７は、排気の空燃比がリッチかリーンかに応じて異なる起電力信号を出力する。以下の説明では、触媒上流側のＯ2センサ１６を上流側Ｏ2センサ１６、触媒下流側のＯ2センサ１７を下流側Ｏ2センサ１７とも称する。

また、本システムには、スロットル弁１１の開度を検出するスロットル開度センサ２１や、エンジンの所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角センサ２２、エンジン１０の吸入空気量を検出する空気量センサ２３、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温センサ２４等の各種センサが設けられている。

ここで、Ｏ2センサ１６，１７の構成を図２を用いて説明する。なお、各Ｏ2センサ１６，１７は同様の構成を有するものであり、ここでは上流側Ｏ2センサ１６について説明する。Ｏ2センサ１６はコップ型構造のセンサ素子３１を有しており、図２にはセンサ素子３１の断面構成を示す。実際にはセンサ素子３１は素子全体がハウジングや素子カバー内に収容される構成となっており、エンジン排気管内に配設されている。

センサ素子３１において、固体電解質層３２は断面コップ状に形成されており、その外表面には排気側電極３３が設けられ、内表面には大気側電極３４が設けられている。これら各電極３３，３４は固体電解質層３２の表面に層状に設けられている。固体電解質層３２は、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＴｈＯ2、Ｂｉ2Ｏ3等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3等を安定剤として固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼結体からなる。また、各電極３３，３４は共に白金等の触媒活性の高い貴金属からなり、その表面には多孔質の化学メッキ等が施されている。各電極３３，３４が一対の対向電極（センサ電極）となっている。固体電解質層３２にて囲まれる内部空間は大気室３５（基準室）となっており、その大気室３５内にはヒータ３６が収容されている。ヒータ３６は、センサ素子３１を活性化するに十分な発熱容量を有しており、その発熱エネルギによりセンサ素子全体が加熱される。Ｏ2センサ１６の活性温度は、例えば５００〜６５０℃程度である。なお、大気室３５は、大気が導入されることでその内部が所定酸素濃度に保持されている。

上記センサ素子３１では、固体電解質層３２の外側（電極３３側）が排気雰囲気、同内側（電極３４側）が大気雰囲気となっており、これら双方の酸素濃度の差（酸素分圧の差）に応じて電極３３，３４間で起電力が発生する。つまり、空燃比がリッチかリーンかで異なる起電力が発生する。この場合、基準側電極である大気側電極３４からすれば、排気側電極３３の側は酸素が低濃度であり、センサ素子３１において大気側電極３４を正側、排気側電極３３を負側として起電力が発生する。これにより、Ｏ2センサ１６は、排気の酸素濃度（すなわち空燃比）に応じた起電力信号を出力する。

図３は、排気の空燃比とセンサ素子３１の起電力との関係を示すセンサ出力特性図である。図３において、横軸は空気過剰率λであり、λ＝１がストイキ（理論空燃比）である。センサ素子３１は、空燃比がリッチかリーンかで異なる起電力を発生し、ストイキ付近で起電力が急変する特性を有する。具体的には、リッチ時のセンサ起電力は約０．９Ｖであり、リーン時のセンサ起電力は約０Ｖである。

図２において、上流側Ｏ2センサ１６（センサ素子３１）にはセンサ制御部４０が接続されており、排気の空燃比（酸素濃度）に応じてＯ2センサ１６にて起電力が発生すると、その起電力に相当するセンサ検出信号（起電力信号）がセンサ制御部４０内のマイコン４１に対して出力される。マイコン４１はＯ2センサ１６の起電力信号に基づいて空燃比を算出する。また、マイコン４１は、Ｏ2センサ１６の活性状態の判定を行うとともに、その判定結果に基づき、ヒータ駆動回路４２を通じてヒータ３６の駆動を制御する。

図１の説明に戻り、ＥＣＵ２５は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（マイコン）を含んで構成されており、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ２５は、上記各種センサ等から各々信号を入力し、それらの各種信号に基づいて燃料噴射量や点火時期を演算して燃料噴射弁１２や点火装置１３の駆動を制御する。この場合、ＥＣＵ２５は、エンジン回転速度やエンジン負荷等に基づいて燃料噴射制御を実施する。また、アクセルオフとなる車両の減速時において燃料カットを実施する。なお、図２に示すセンサ制御部４０はＥＣＵ２５内に設けられているとよい。

その他、本システムには、ＥＧＲ装置２６や可変動弁装置２７が設けられている。これら装置は周知であるため図示による詳細な説明は割愛するが、簡単に説明すると、ＥＧＲ装置２６は、吸気管及び排気管１４を接続するＥＧＲ配管と、そのＥＧＲ配管に設けられたＥＧＲ弁とを有しており、ＥＣＵ２５によりＥＧＲ弁の開度が制御されることで、排気側から吸気側への外部ＥＧＲ量（ＥＧＲガス量）が調整される。また、可変動弁装置２７は、エンジン１０の吸気弁及び排気弁の少なくともいずれかの開閉時期を進角及び遅角させるものであり、その進遅角の調整により吸気弁及び排気弁のオーバーラップ量が調整され、内部ＥＧＲ量が調整される。なお、ＥＧＲ装置２６や可変動弁装置２７は、排気の一部を、次回以降の燃焼機会に燃焼室内で再燃焼させるように駆動されるものであり、これらがＥＧＲ手段に相当する。

燃料噴射量制御についてより詳しくは、ＥＣＵ２５は、上流側Ｏ2センサ１６により検出された空燃比（以下、フロント空燃比という）と、下流側Ｏ2センサ１７により検出された空燃比（以下、リア空燃比という）とに基づいて空燃比フィードバック制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ２５は、フロント空燃比が目標空燃比であるストイキ（理論空燃比）になるようにメインフィードバック制御を実施するとともに、フロント空燃比がリッチ又はリーンに変化してから実際にリッチ判定又はリーン判定がなされるまでの遅延時間を、リア空燃比に基づいて可変に設定するサブフィードバック制御を実施する。このメインフィードバック制御及びサブフィードバック制御を以下に簡単に説明する。

ＥＣＵ２５は、上流側Ｏ2センサ１６の出力値Ｖ１（フロント空燃比に相当）が基準値（例えば０．４５Ｖ）よりもリッチになってからリッチ遅延時間が経過した時点で、空燃比がリッチになったとのリッチ判定を行い、Ｖ１が基準値よりもリーンになってからリーン遅延時間が経過した時点で、空燃比がリーンになったとのリーン判定を行う。そして、ＥＣＵ２５は、リッチ／リーンの判定結果に基づいて、スキップ及び積分によりフィードバック補正量（噴射補正量）を増減させ、そのフィードバック補正量により燃料噴射量を補正する。かかる制御がメインフィードバック制御に該当する。また、ＥＣＵ２５は、サブフィードバック制御として、下流側Ｏ2センサ１７の出力値Ｖ２（リア空燃比に相当）がリッチかリーンかに応じてリッチ遅延時間及びリーン遅延時間を可変に制御する。この場合、出力値Ｖ２が基準値よりも大きければ（リア空燃比がリッチであれば）、リッチ遅延時間の短縮、及びリーン遅延時間の延長のうち少なくともいずれかを実施する。また、出力値Ｖ２が基準値よりも小さければ（リア空燃比がリーンであれば）、リッチ遅延時間の延長及びリーン遅延時間の短縮の少なくともいずれかを実施する。

ところで、上流側Ｏ2センサ１６の実際の出力特性では、図４に示すように、リッチからリーンへの変化時と、リーンからリッチへの変化時とで特性が互いに相違し、ヒステリシスを有するものとなっている。これは、空燃比変化時においてＯ2センサ１６の電極付近に残留する成分（変化前の成分）の影響を受けることが主たる要因であると考えられる。そのため、排気空燃比のリッチ→リーンの変化時には、上流側Ｏ2センサ１６の出力のリーン変化が遅れ、その分、実際の空燃比に対して燃料噴射量が減量側に補正される。また、排気空燃比のリーン→リッチの変化時には、上流側Ｏ2センサ１６の出力のリッチ変化が遅れ、その分、実際の空燃比に対して燃料噴射量が増量側に補正される。

また、エンジン１０の運転に際しては、燃料カットや加速増量など、排気の空燃比がリッチ及びリーンのいずれかで継続する特定状態になることがある。そして、こうした特定状態が解除され、その解除に伴い空燃比フィードバック制御が再開される際には、特定状態下での空燃比の偏りが生じていたことに起因して、燃料噴射量の過増量や過減量が生じることが考えられる。

例えば、燃料カットが解除される場合、その解除時点では排気管１４内が過リーンの状態にあり、空燃比フィードバック制御の再開に伴い燃料噴射量が増量されるが、上流側Ｏ2センサ１６の出力応答の遅れ（リーン→リッチ変化時のヒステリシス）によって、燃料噴射量が過剰に増量されることが考えられる。また、燃料カットからの復帰時には、ＥＣＵ２５において触媒中立化のために一時的に燃料噴射量が増量補正されるが、その中立化制御の燃料増量とセンサ応答遅れによる燃料増量とが重複して実施されると、燃料噴射量の過増量が顕著になり、燃費悪化が懸念されることになる。

また、加速増量が解除される場合、その解除時点では排気管１４内が過リッチの状態にあり、空燃比フィードバック制御の再開に伴い燃料噴射量が減量されるが、上流側Ｏ2センサ１６の出力応答の遅れ（リッチ→リーン変化時のヒステリシス）によって、燃料噴射量が過剰に減量されることが考えられる。また、加速増量からの復帰時には、ＥＣＵ２５において触媒中立化のために一時的に燃料噴射量が減量補正されるが、その中立化制御の燃料減量とセンサ応答遅れによる燃料減量とが重複して実施されると、燃料噴射量の過減量が顕著になり、トルク変動やエンスト等の発生が懸念される。

そこで本実施形態では、ＥＣＵ２５は、エンジン１０の運転に際し、排気の空燃比がリッチ及びリーンのいずれかで継続する特定状態となり、その後に当該特定状態が解除されたことを判定する。そして、特定状態が解除されたと判定された場合においてその解除に伴う空燃比フィードバック制御の開始当初に、特定状態がリッチ継続であったかリーン継続であったかに基づいて、上流側Ｏ2センサ１６においてリッチ及びリーンの反転が生じる変曲点をリッチ側及びリーン側のいずれかに変更する。これにより、特定状態の解除時において、上流側Ｏ2センサ１６の出力のリーン→リッチの変化時、又はリッチ→リーンの変化時の応答遅れ（ヒステリシス）が抑制される。

上流側Ｏ2センサ１６の変曲点の変更は、一対の電極３３，３４間に電流を流すことで実施される。具体的には、図２に示すとおり、Ｏ2センサ１６の大気側電極３４とマイコン４１とを電気的に接続する電気経路の途中には通電手段としての通電回路４３が接続されている。通電回路４３は、電極３３，３４間において固体電解質層３２を通じて所定の通電電流を流すことを可能とするものであり、例えばＰＷＭ制御（デューティ制御）による電流量の調整が可能となっている。マイコン４１は、都度の通電要求に基づいて通電回路４３の通電電流を設定し、その設定値に基づいて通電回路４３を制御する。

通電回路４３によれば、排気側電極３３から大気側電極３４に向けて、又はその逆向きに電流が流され、それに伴い固体電解質層３２において大気側電極３４から排気側電極３３に向けて、又はその逆向きに酸素イオンのポンピングが実施される。この場合、強制的な酸素ポンピングにより、上流側Ｏ2センサ１６の変曲点がリッチ側及びリーン側のいずれかにシフトする。

一対の電極３３，３４間の通電により変曲点がリッチ側に変更される場合の原理は以下のとおりである。図５に示すように、Ｏ2センサ１６の排気側電極３３の付近には、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ、Ｏ2がそれぞれ存在しており、その状況下で、固体電解質層３２を通じて大気側電極３４から排気側電極３３に酸素イオンが移動するように、センサ素子３１に電流を流す。すなわち、センサ素子３１において酸素ポンピングを実施する。この場合、排気側電極３３では、固体電解質層３２を通じて排気側電極３３の側に移動した酸素がＨ2やＣＯ、ＨＣと反応し、Ｈ2ＯやＣＯ2が生成される。これにより、排気側電極３３の付近におけるＨ2やＣＯ、ＨＣが除去され、Ｏ2センサ１６の排気側電極付近におけるガス反応の平衡点（すなわち、Ｏ2センサ１６の出力変曲点）がリッチ側にシフトする。こうして変曲点がリッチ側に変更されることにより、リッチ→リーンの変化時の応答遅れ（ヒステリシス）が抑制される。

なお図示は省略するが、上記とは逆にリーン→リッチの変化時の応答遅れ（ヒステリシス）を抑制する場合には、固体電解質層３２を通じて排気側電極３３から大気側電極３４に酸素イオンが移動するように、センサ素子３１に電流を流す。これにより、Ｏ2センサ１６の出力変曲点がリーン側にシフトし、リーン→リッチの変化時の応答遅れ（ヒステリシス）が抑制される。

図６及び図７は、上流側Ｏ2センサ１６の出力特性変更の処理手順を示すフローチャートであり、本処理はＥＣＵ２５（マイコン４１）により所定周期で繰り返し実施される。

図６において、ステップＳ１１では、今現在、燃料カットからの復帰直後であって、かつＦＣ通電フラグがオンであるか否かを判定する。ＦＣ通電フラグは、上流側Ｏ2センサ１６に対して変曲点の変更のための通電が実施されている場合にオンとなるフラグであり、当初はオフである。また、ステップＳ１２では、今現在、燃料カット中であるか否かを判定する。そして、ステップＳ１１がＮＯであり、ステップＳ１２がＹＥＳである場合に、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、通電設定のためのパラメータとして、燃料カットの開始からの経過時間（ＦＣ継続時間）を取得し、続くステップＳ１４では、ＦＣ継続時間に基づいて、変曲点変更のための通電量の設定を実施する。ここで、燃料カットが実施される場合には、その解除に伴い空燃比のリーン→リッチの変化が生じるのだから、リーン→リッチの変化時の応答遅れ（ヒステリシス）を抑制すべく、変曲点をリーン側に変更させる向きの通電電流が設定される。また、図８（ａ）の関係を用いて通電電流を設定するようにしており、ＦＣ継続時間が長引くほど、通電電流が正側に大きい電流値として設定される。なお、図８（ａ）に示す関係は一例であり、ＦＣ継続時間が長引くほど段階的に通電電流を大きくすることも可能である。

その後、ステップＳ１５では、通電回路４３による通電を実施し、続くステップＳ１６では、ＦＣ通電フラグをオンする。なお、ＦＣ通電フラグがオンされた後にも燃料カットが引き続き継続される場合に、ステップＳ１４で通電量が再設定される構成であってもよい。

そして、ＦＣ通電フラグがオンされた状態で燃料カットが解除されると、ステップＳ１１がＹＥＳとなり、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、通電終了条件の成否を判定する。この通電終了条件は、燃料カットからの復帰後において上流側Ｏ2センサ１６の出力がリッチ値に移行したことが判定できるものであればよく、上流側Ｏ2センサ１６の出力値、又は燃料カット解除からの経過時間に基づいて成否が判定されるとよい。

通電終了条件が成立していれば、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、通電回路４３による通電を終了し、続くステップＳ１９では、ＦＣ通電フラグをオフに戻す。

また、ステップＳ１２がＮＯの場合には、図７のステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では、今現在、加速増量からの復帰直後であって、かつ加速通電フラグがオンであるか否かを判定する。加速通電フラグは、上流側Ｏ2センサ１６に対して変曲点の変更のための通電が実施されている場合にオンとなるフラグであり、当初はオフである。また、ステップＳ２２では、今現在、加速増量中であるか否かを判定する。そして、ステップＳ２１がＮＯであり、ステップＳ２２がＹＥＳである場合に、ステップＳ２３に進む。なお、加速増量中は空燃比フィードバック制御が一時的に停止されるようになっている。

ステップＳ２３では、通電設定のためのパラメータとして、加速増量の開始からの経過時間（加速継続時間）を取得し、続くステップＳ２４では、加速継続時間に基づいて、変曲点変更のための通電量の設定を実施する。ここで、加速増量が実施される場合には、その解除に伴い空燃比のリッチ→リーンの変化が生じるのだから、リッチ→リーンの変化時の応答遅れ（ヒステリシス）を抑制すべく、変曲点をリッチ側に変更させる向きの通電電流が設定される。また、図８（ｂ）の関係を用いて通電電流を設定するようにしており、加速継続時間が長引くほど、通電電流が負側に大きい電流値として設定される。なお、図８（ｂ）に示す関係は一例であり、加速継続時間が長引くほど段階的に通電電流を大きくすることも可能である。

その後、ステップＳ２５では、通電回路４３による通電を実施し、続くステップＳ２６では、加速通電フラグをオンする。なお、加速通電フラグがオンされた後にも加速増量が引き続き継続される場合に、ステップＳ２４で通電量が再設定される構成であってもよい。

そして、加速通電フラグがオンされた状態で加速増量が解除されると、ステップＳ２１がＹＥＳとなり、ステップＳ２７に進む。ステップＳ２７では、通電終了条件の成否を判定する。この通電終了条件は、加速増量からの復帰後において上流側Ｏ2センサ１６の出力がリーン値に移行したことが判定できるものであればよく、上流側Ｏ2センサ１６の出力値、又は加速増量解除からの経過時間に基づいて成否が判定されるとよい。

通電終了条件が成立していれば、ステップＳ２８に進む。ステップＳ２８では、通電回路４３による通電を終了し、続くステップＳ２９では、加速通電フラグをオフに戻す。

図９は、Ｏ2センサ出力特性変更について具体的な内容を説明するためのタイムチャートである。ここでは、燃料カットが実施される場合について具体的に説明する。

さて、タイミングｔ１以前は通常の空燃比フィードバック制御が実施されており、タイミングｔ１で燃料カットが開始される。燃料カットに伴い上流側Ｏ2センサ１６の出力がリーン値となり、そのまま保持される。その後、タイミングｔ２では、ＦＣ通電フラグがオンされ、上流側Ｏ2センサ１６に対して変曲点変更のための通電が開始される。なお、図９では時間の経過に伴い通電電流を徐々に大きくしているが、通電電流を一定の定電流にしたり、段階的に大きくしたりしてもよい。

そして、タイミングｔ３で燃料カットの状態が解除されると、そのｔ３以降、空燃比フィードバック制御が再開される。このとき、既存の技術では、二点鎖線で示すように、上流側Ｏ2センサ１６のリーン→リッチ変化が遅れ、それに起因して燃料噴射量の過剰な増量補正が懸念される。これに対し、本実施形態では、上流側Ｏ2センサ１６に対する通電が実施されているため、上流側Ｏ2センサ１６のリーン→リッチ変化の遅れが抑制され、燃料噴射量の過剰な増量補正が解消される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

燃料カットや加速増量といった特定状態が解除される場合において、空燃比フィードバック制御が開始される当初に、特定状態がリッチ継続であったかリーン継続であったかに基づいて、上流側Ｏ2センサ１６の変曲点をリーン側及びリッチ側のいずれかに変更する構成とした。これにより、空燃比フィードバック制御の開始当初に、特定状態での排気空燃比に依存してセンサ出力の変化が遅れることを抑制でき、燃料噴射量の過不足を解消することが可能となる。その結果、排気通路内の空燃比雰囲気にかかわらず適正なる空燃比制御を実施することができる。

上流側Ｏ2センサ１６の変曲点の変更を、特定状態である期間中（燃料カット、加速増量の期間中）に開始し、その後、特定状態が解除されて上流側Ｏ2センサ１６の出力が特定状態でのリッチ・リーンとは逆側の空燃比に移行するまで、変曲点の変更を実施する構成とした。かかる構成によれば、燃料カットや加速増量の終了時点で直ぐさま上流側Ｏ2センサ１６の出力特性を変更した状態が反映される。そのため、特定状態の解除直後においてセンサ出力の遅れ（ヒステリシス）を考慮した適正な空燃比制御を実施できる。

また、上流側Ｏ2センサ１６の出力特性の変更を、特定状態の解除後の所定期間に限定した。そのため、過リーン又は過リッチの状態からの出力遅れ対応（ヒステリシス対応）の処理を限定的に実施でき、通常の空燃比フィードバック制御への影響を抑制できる。

燃料カット中は排気管１４内の排気の雰囲気が過リーンになり、燃料カットからの復帰直後にはリッチ側への応答遅れが大きくなるが、変曲点をリーン側に変更することで、燃料カットからの復帰直後における空燃比の制御性を向上させることができる。この場合、上流側Ｏ2センサ１６の出力のリッチ変化が遅れることに起因する燃費への悪影響を抑制できる。特に燃料カットからの復帰時には、触媒中立化のために一時的に燃料噴射量が増量補正されるが、その中立化制御の燃料増量とセンサ応答遅れによる燃料増量とが重複して実施されることによる燃費悪化を抑制できる。

加速増量中は排気管１４内の排気の雰囲気が過リッチになり、加速増量からの復帰直後（増量解除直後）にはリーン側への応答遅れが大きくなるが、変曲点をリッチ側に変更することで、加速増量からの復帰直後における空燃比の制御性を向上させることができる。この場合、上流側Ｏ2センサ１６の出力のリーン変化が遅れることに起因するエンジントルクへの悪影響を抑制できる。特に燃料増量からの復帰時には、触媒中立化のために一時的に燃料噴射量が減量補正されるが、その中立化制御の燃料減量とセンサ応答遅れによる燃料減量とが重複して実施されることによるトルク変動やエンスト等を抑制できる。

燃料カット時のリーン度合いとしてＦＣ継続時間を算出するとともに、加速増量時のリッチ度合いとして加速継続時間を算出し、ＦＣ継続時間や加速継続時間に基づいて、上流側Ｏ2センサ１６の変曲点の変更量を可変に調整する構成にした。これにより、燃料カットや加速増量が比較的長い時間で実施されたとしても、その状況に合わせて好適にセンサ出力特性を変更することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・ＥＧＲの実施に基づいて、上流側Ｏ2センサ１６の変曲点の変更量を調整する構成としてもよい。例えば、加速増量時において、ＥＧＲの実施の有無を判定し、ＥＧＲが実施されていれば、上流側Ｏ2センサ１６に対して供給する通電電流を増補正する。この場合、ＥＧＲ実施の有無は、ＥＧＲ装置２６におけるＥＧＲ弁の開度が所定以上であること、可変動弁装置２７による吸気弁の進角量が所定以上であること等により判定されるとよい。また、通電電流の補正値は所定の一定値でもよいし、図１０に示す関係を用い、ＥＧＲ量に基づいて可変に設定されてもよい。

要するに、外部ＥＧＲや内部ＥＧＲが実施される場合には、排気中にＨ2が増える等の理由から上流側Ｏ2センサ１６のリッチ→リーンの応答遅れ（ヒステリシス）が大きくなる。この点、ＥＧＲの実施に基づいて通電電流の設定（センサ変曲点の変更）を実施する構成にしたため、ＥＧＲの実施に伴いヒステリシスが大きくなってもそれに好適に対処できる。なお、燃料カット時には、ＥＧＲの有無（ＥＧＲ量）に基づいて通電電流が減補正されるとよい。

・上記実施形態では、燃料カット時である場合、及び加速増量時である場合を「特定状態」であるとし、その特定状態が解除された際に上流側Ｏ2センサ１６の変曲点が変更されているように構成したが、これを変更してもよい。例えば、リア空燃比に基づいて「特定状態」であることを判定する構成としてもよい。この場合、リア空燃比がリーンのまま所定時間以上継続される場合、又はリッチのまま所定時間以上継続される場合に特定状態であると判定し、その特定状態が解除された際に上流側Ｏ2センサ１６の変曲点が変更されるようにする。

１０…エンジン、１２…燃料噴射弁、１６…上流側Ｏ2センサ、２５…ＥＣＵ、３２…固体電解質層、３３…排気側電極、３４…大気側電極、４１…マイコン（判定手段、センサ特性制御手段）。

Claims (6)

1. 燃料を噴射する燃料噴射手段（１２）と、固体電解質体（３２）及び一対の電極（３３，３４）を有し内燃機関の排気がリッチかリーンかを検出する起電力出力式の酸素濃度センサ（１６）とを備える内燃機関（１０）に適用され、
   前記酸素濃度センサの検出結果に基づき、前記燃料噴射手段の燃料噴射量について空燃比フィードバック制御する空燃比制御装置であって、
   前記内燃機関の運転状態が、排気の空燃比がリッチ及びリーンのいずれかで継続する特定状態となり、その後に当該特定状態が解除されたことを判定する判定手段と、
   前記特定状態が解除されたと判定された場合においてその解除に伴う空燃比フィードバック制御の開始当初に、前記特定状態がリッチ継続であったかリーン継続であったかに基づいて、前記酸素濃度センサの出力がリッチとリーンとで反転する変曲点をリーン側及びリッチ側のいずれかに変更するセンサ特性制御手段と、
   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. 前記センサ特性制御手段は、前記特定状態である期間内においてリッチ継続かリーン継続かに基づき前記変曲点の変更を開始し、少なくとも前記特定状態が解除されて前記酸素濃度センサの出力が前記特定状態でのリッチ・リーンとは逆側の空燃比に移行するまで、前記変曲点の変更を実施する請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 前記判定手段は、前記内燃機関が前記特定状態としての燃料カット状態となり、その後に当該燃料カット状態が解除されたことを判定するものであり、
   前記センサ特性制御手段は、前記燃料カット状態が解除されたと判定された場合においてその解除に伴う空燃比フィードバック制御の開始当初に、前記酸素濃度センサの変曲点をリーン側に変更する請求項１又は２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
4. 前記判定手段は、前記内燃機関が前記特定状態としての加速増量状態となり、その後に当該加速増量状態が解除されたことを判定するものであり、
   前記センサ特性制御手段は、前記加速増量状態が解除されたと判定された場合においてその解除に伴う空燃比フィードバック制御の開始当初に、前記酸素濃度センサの変曲点をリッチ側に変更する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
5. 前記特定状態である期間内のリッチ・リーンの継続時間を算出する算出手段を備え、
   前記センサ特性制御手段は、前記リッチ・リーンの継続時間に基づいて、前記変曲点の変更量を調整する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
6. 前記内燃機関の排気の一部を、次回以降の燃焼機会に燃焼室内で再燃焼させるＥＧＲ手段（２６，２７）を備える内燃機関に適用され、
   前記センサ特性制御手段は、前記ＥＧＲ手段によるＥＧＲの実施に基づいて、前記酸素濃度センサの変曲点の変更量を調整する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。

Images