JP2020084902A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空燃比フィードバック制御の精度を高く維持し、有害物質の排出量の増大を抑止する。【解決手段】内燃機関の排気通路４に装着した排気浄化用の触媒４１に流入するガスの空燃比をフィードバック制御する制御装置０であって、排気通路４における触媒４１の下流に設置した空燃比センサ４４の出力信号ｇが理論空燃比またはその近傍の空燃比に対応する値をとった時点と、理論空燃比よりも所定幅リーンまたはリッチにずれた空燃比に対応する値をとった時点との間の経過時間を計測し、計測した経過時間と、記憶保持している標準的な経過時間との乖離に応じて、フィードバック制御により収束させるべき空燃比の目標を変化させる内燃機関の制御装置０を構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関における燃料噴射量を調整して空燃比を制御する制御装置に関する。

一般に、内燃機関の排気通路には、気筒から排出される排気ガス中に含まれる有害物質ＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_xを酸化／還元して無害化する三元触媒が装着されている。ＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_xの全てを効率よく浄化するには、混合気の空燃比をウィンドウと称する理論空燃比近傍の一定範囲に収める必要がある。

そのために、従来より、触媒の上流及び下流にそれぞれ空燃比センサを配し、それら空燃比センサの出力信号を参照する二重のフィードバックループを構築して、空燃比をフィードバック制御している。内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、気筒に吸入される空気（新気）の量に比例する基本噴射量に、触媒に流入するガスの空燃比に応じて変動するフィードバック補正係数を乗じることで、インジェクタからの燃料噴射量を決定する（例えば、下記特許文献を参照）。

触媒の下流側におけるガスの空燃比を検出する空燃比センサの出力信号の変動は、触媒の最大酸素吸蔵能力近くまで酸素が吸蔵されて酸素が過剰となった事実、または触媒に吸蔵されていた酸素の大半が消費されて酸素が欠乏した事実を示す。触媒内に酸素が充満すると、ＮＯ_xの還元が難しくなり、ＮＯ_xが排出されやすくなる。翻って、触媒内で酸素が不足すると、ＨＣやＣＯの酸化が困難となり、これらが排出されやすくなる。触媒の下流に設置した空燃比センサの出力信号を参照して目標空燃比を補正することは、有害物質の排出抑制にとって有効である。

特開２０１０−１３８７９１号公報

触媒の下流に設置した空燃比センサの出力、即ち、当該空燃比センサと接触したガスの空燃比に対する出力値の大きさや、空燃比の上下動に対する出力値の応答速度は、空燃比センサの個体差及び経年変化により変動する。特に、ガスの空燃比に比例した出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサは、ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ₂センサに比して、個体差や経年変化の影響が大きいことがある。空燃比センサの出力特性の変化は、空燃比フィードバック制御の精度を低下させる要因となり得る。

以上の問題に着目してなされた本発明は、空燃比フィードバック制御の精度を高く維持し、有害物質の排出量の増大を抑止することを所期の目的としている。

本発明では、内燃機関の排気通路に装着した排気浄化用の触媒に流入するガスの空燃比をフィードバック制御する制御装置であって、排気通路における触媒の下流に設置した空燃比センサの出力信号が理論空燃比またはその近傍の空燃比に対応する値をとった時点と、理論空燃比よりも所定幅リーンまたはリッチにずれた空燃比に対応する値をとった時点との間の経過時間を計測し、計測した経過時間と、記憶保持している標準的な経過時間との乖離に応じて、フィードバック制御により収束させるべき空燃比の目標を変化させる内燃機関の制御装置を構成した。

好ましくは、排気通路における触媒の下流に設置した空燃比センサの出力信号が理論空燃比よりも所定幅リーンにずれた空燃比に対応する値をとった時点から、同空燃比を超えてリーンを示した後理論空燃比またはその近傍の空燃比に対応する値をとった時点までの経過時間を計測し、計測した経過時間と、記憶保持している標準的な経過時間との乖離に応じて、フィードバック制御により収束させるべき空燃比の目標を変化させる。

本発明によれば、空燃比フィードバック制御の精度を高く維持して有害物質の排出量の増大を抑止することができる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。 触媒の上流側の空燃比センサの出力信号を参照した空燃比フィードバック制御の内容を示すタイミング図。 補正量ＦＡＣＦと遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬとの関係を例示するグラフ。 触媒の下流側の空燃比センサの出力信号を参照した空燃比フィードバック制御の内容を示すタイミング図。 触媒の下流側の空燃比センサの出力信号の変動の模様を示すタイミング図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気ガスを各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

排気通路４における触媒４１の上流及び下流には、排気通路４を流通するガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４３、４４を設置する。空燃比センサ４３、４４はそれぞれ、排気ガスの空燃比に比例した出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサであってもよく、排気ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ₂センサであってもよい。本実施形態では、触媒４１の上流側及び下流側の各空燃比センサ４３、４４について、リニアＡ／Ｆセンサを想定している。

排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ＥＣＵ０は、複数基のＥＣＵまたはコントローラがＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。

ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、内燃機関のクランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、内燃機関に要求されるエンジン負荷率）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、触媒４１の上流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４３から出力される空燃比信号ｆ、触媒４１の下流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４４から出力される空燃比信号ｇ、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号ｈ等が入力される。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に吸入される空気（新気）量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸入空気量等に基づき、要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量）、点火タイミング等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。

燃料噴射量を決定するにあたり、ＥＣＵ０は、まず、気筒１に吸入される空気の量Ｇ_aを求め、その吸入空気量Ｇ_aに比例する（吸入空気量Ｇ_aに応じて理論空燃比またはその近傍の空燃比を実現できような）燃料噴射量の基本量ＴＰを決定する。吸入空気量Ｇ_aは、エンジン回転数及びサージタンク３３内吸気圧を基に推算する。必要であれば、その推算値に、吸気温や大気圧等に応じた補正を加えることができる。なお、吸気通路３にエアフローメータが設置されているならば、エアフローメータを介して吸入空気量Ｇ_aを直接計測することが可能である。

次いで、この基本噴射量ＴＰを、触媒４１に流入するガスの空燃比とその目標値との偏差に応じたフィードバック補正係数ＦＡＦや、環境条件その他の状況に応じて定まる各種補正係数Ｋにより補正する。補正係数ＦＡＦ、Ｋはそれぞれ、１を中心に増減する正数である。さらに、インジェクタ１１を開弁しても燃料が噴出しない無効噴射時間ＴＡＵＶを加味して、最終的な燃料噴射時間Ｔ、即ちインジェクタ１１を開弁するべくこれに通電する時間を算定する。燃料噴射時間Ｔは、
Ｔ＝ＴＰ×ＦＡＦ×Ｋ＋ＴＡＵＶ
となる。そして、燃料噴射時間Ｔだけインジェクタ１１に対して信号ｊを入力し、インジェクタ１１を開弁して燃料を噴射させる。

＜補正係数ＦＡＦ＞
以降、ＥＣＵ０が実施する空燃比制御に関して詳述する。空燃比フィードバック制御は、気筒１に充填される混合気の空燃比、ひいては気筒１から排出され触媒４１へと導かれる排気ガスの空燃比を所望の目標空燃比に収束させ、以て触媒４１における有害物質の浄化能率を最大化するものである。空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦは、触媒４１の上流側の空燃比センサ４３の出力信号ｆに基づいて定める。図２に示すように、ＥＣＵ０は、触媒４１の上流側のガスの空燃比を検出する空燃比センサ４３の出力電圧ｆを、理論空燃比またはその近傍の目標空燃比に相当する判定電圧値と比較して、その判定電圧値よりも高ければリーン、判定電圧値よりも低ければリッチと判定する。そして、ＥＣＵ０は、触媒４１の上流側のガスの空燃比の判定結果に基づき、フィードバック補正係数ＦＡＦを増減調整する。

具体的には、空燃比の判定結果がリーンからリッチに反転した（下記の遅延時間ＴＤＲが経過した）時点で、補正係数ＦＡＦをスキップ値ＲＳＭだけ減少させる。加えて、空燃比がリッチであると判定している間、補正係数ＦＡＦを演算サイクル（制御サイクル）あたりリーン積分値ＫＩＭだけ逓減させる。演算サイクルの周期は、内燃機関が備える個々の気筒１が新たなサイクル（吸気行程−圧縮行程−膨脹行程−排気行程の一連）を迎える周期に等しい。なお、リーン積分値ＫＩＭの絶対値を、判定電圧値と空燃比センサ４３の出力電圧値ｆとの差分または比の絶対値が大きいほど大きくすることも考えられる。

他方、空燃比の判定結果がリッチからリーンに反転した（下記の遅延時間ＴＤＬが経過した）時点で、補正係数ＦＡＦをスキップ値ＲＳＰだけ増加させる。加えて、空燃比がリーンであると判定している間、補正係数ＦＡＦを演算サイクルあたりリッチ積分値ＫＩＰだけ逓増させる。なお、リッチ積分値ＫＩＰの絶対値を、空燃比センサ４３の出力電圧値ｆと判定電圧値との差分または比の絶対値が大きいほど大きくすることも考えられる。

基本噴射量ＴＰに乗ずる補正係数ＦＡＦが減少すると、インジェクタ１１による燃料噴射量が絞られて、混合気の空燃比がリーンへと向かう。補正係数ＦＡＦが増加すると、インジェクタ１１による燃料噴射量が上積みされて、混合気の空燃比がリッチへと向かう。

但し、空燃比センサ４３の出力電圧ｆが判定電圧値を跨ぐように変動したときには、即時に触媒４１の上流側のガスの空燃比の判定結果を反転させるのではなく、遅延時間ＴＤＬ、ＴＤＲの経過を待ってから判定結果を反転させる。即ち、空燃比センサ４３の出力電圧ｆがリッチからリーンに切り替わった（判定電圧値を下回った）ときには、リーン判定遅延時間ＴＤＬの経過の後、空燃比がリッチからリーンに反転したと判断する。並びに、空燃比センサ４３の出力電圧ｆがリーンからリッチに切り替わった（判定電圧値を上回った）ときには、リッチ判定遅延時間ＴＤＲの経過の後、空燃比がリーンからリッチに反転したと判断する。

リーン判定遅延時間ＴＤＬ及びリッチ判定遅延時間ＴＤＲを設けているのは、空燃比センサ４３の出力信号ｆにノイズが混入した場合に、空燃比のリーン／リッチの判定結果が短期間に複数回反転して燃料噴射量が振動するように増減するチャタリングを起こすことを予防する意図である。

＜制御中心補正量ＦＡＣＦ＞
遅延時間ＴＤＬ、ＴＤＲは、制御中心補正量ＦＡＣＦに応じて増減する。図３に、補正量ＦＡＣＦと遅延時間ＴＤＬ、ＴＤＲとの関係を例示する。補正量ＦＡＣＦが大きくなるほど、リーン判定遅延時間ＴＤＬ（破線で表す）は短縮され、リッチ判定遅延時間ＴＤＲ（実線で表す）は延長される。さすれば、フィードバック補正係数ＦＡＦが増加から減少に転じる時期が遅れ、減少から増加に転じる時期が早まる。結果、燃料噴射量が平均的に増すこととなり、空燃比フィードバック制御の制御中心、換言すればフィードバック制御により収束させるべきガスの空燃比の目標がリッチ側に変位する。

翻って、補正量ＦＡＣＦが小さくなるほど、リーン判定遅延時間ＴＤＬは延長され、リッチ判定遅延時間ＴＤＲは短縮される。さすれば、フィードバック補正係数ＦＡＦが増加から減少に転じる時期が早まり、減少から増加に転じる時期が遅れる。結果、燃料噴射量が平均的に減ることとなり、空燃比フィードバック制御の制御中心がリーン側に変位する。

ＥＣＵ０は、空燃比フィードバック制御中、上記の制御中心補正量ＦＡＣＦをも算出する。図４に示すように、ＥＣＵ０は、補正量ＦＡＣＦのベース値を算定するにあたり、触媒４１の下流側のガスの空燃比を検出する空燃比センサ４４の出力電圧ｇを、理論空燃比またはその近傍の空燃比に相当する判定電圧値と比較して、その判定電圧値よりも高ければリーン、判定電圧値よりも低ければリッチと判定する。この判定電圧値は、空燃比センサ４３の出力信号ｆと比較される判定電圧値とは一致しないことがある。その上で、触媒４１の下流側のガスの空燃比の判定結果に基づき、補正量ＦＡＣＦのベース値を増減調整する。

具体的には、空燃比がリッチであると判定している間、補正量ＦＡＣＦのベース値を演算サイクルあたりリーン積分値ＦＡＣＦＫＩＭだけ逓減させる一方、空燃比がリーンであると判定している間は、補正量ＦＡＣＦのベース値を演算サイクルあたりリッチ積分値ＦＡＣＦＫＩＰだけ逓増させる。なお、リーン積分値ＦＡＣＦＫＩＭの絶対値を、判定電圧値と空燃比センサ４４の出力電圧値ｇとの差分または比の絶対値が大きいほど大きくしてもよく、リッチ積分値ＦＡＣＦＫＩＰの絶対値を、空燃比センサ４４の出力電圧ｇと判定電圧値との差分または比の絶対値が大きいほど大きくしてもよい。既に述べた通り、補正量ＦＡＣＦが減少すると、空燃比制御中心はリーンへと向かい、補正量ＦＡＣＦが増加すると、空燃比制御中心はリッチへと向かう。

＜酸素吸蔵量フィードバック＞
加えて、ＥＣＵ０は、補正量ＦＡＣＦのベース値を、現在触媒４１が吸蔵している酸素量とその目標値との偏差に基づいて補正する。酸素吸蔵量のフィードバック制御は、触媒４１内に吸蔵している酸素の量を所要の目標吸蔵量に収束させ、以て触媒４１における有害物質の浄化能率を最大化するものである。ＥＣＵ０は、現在触媒４１に吸蔵している酸素の量を恒常的に推算している。例えば、過去のある時点ｔにおける燃料噴射量をＧ_f（ｔ）、同時点ｔにおいて空燃比センサ４３を介して検出した実測空燃比から理論空燃比を減算した差分をΔＡ／Ｆ（ｔ）、空気中に占める酸素の重量割合（≒０．２３）をαとおくと、触媒４１の酸素吸蔵量ＯＳを、
ＯＳ＝α∫｛ΔＡ／Ｆ（ｔ）×Ｇ_f（ｔ）｝ｄｔ
のように時間積分の形で求めることができる。但し、触媒４１の酸素吸蔵量ＯＳは、同触媒４１の現在の最大酸素吸蔵能力を超えない。

触媒４１の最大酸素吸蔵能力は、経年変化により徐々に減退してゆく。ＥＣＵ０は、ダイアグノーシス（自己診断）機能として、現在の触媒４１の最大酸素吸蔵能力の推定を行っている。ＥＣＵ０は、内燃機関及び車両の運転に悪影響を及ぼさない時機に、気筒１に空燃比リーンの混合気を供給して触媒４１の酸素吸蔵能力一杯まで酸素を吸蔵している状態から、気筒１に供給する混合気を意図的に空燃比リッチに操作するアクティブ制御を実行する。すると、触媒４１の上流の空燃比センサ４３の出力信号ｆは即座に空燃比リッチを示す一方、触媒４１の下流の空燃比センサ４４の出力信号ｇは上流の空燃比センサ４３の出力信号ｆに遅れて空燃比リッチを示す。触媒４１の上流の空燃比センサ４３の出力信号ｆが空燃比リッチを示してから（または、混合気を空燃比リッチに操作してから）下流の空燃比センサ４４の出力信号ｇが空燃比リッチを示すまでの間、触媒４１に吸蔵していた酸素が放出されて酸素の不足が補われるためである。この期間における触媒４１の吸蔵酸素量ＯＳ（触媒４１からの酸素放出量であり、負値となる）を算出すれば、それが現在の触媒４１の最大酸素吸蔵能力となる。

あるいは、内燃機関の気筒１に空燃比リッチの混合気を供給して触媒４１に酸素を全く吸蔵していない状態から、気筒１に供給する混合気を意図的に空燃比リーンに操作するアクティブ制御を実行する。すると、触媒４１の上流の空燃比センサ４３の出力信号ｆは即座に空燃比リーンを示す一方、触媒４１の下流の空燃比センサ４４の出力信号ｇは上流の空燃比センサ４３の出力信号ｆに遅れて空燃比リーンを示す。触媒４１の上流の空燃比センサ４３の出力信号ｆが空燃比リーンを示してから（または、混合気を空燃比リーンに操作してから）下流の空燃比センサ４４の出力信号ｇが空燃比リーンを示すまでの間、過剰な酸素が触媒４１に吸着するためである。この期間における触媒４１の吸蔵酸素量ＯＳを算出すれば、それが現在の触媒４１の最大酸素吸蔵能力となる。

触媒４１の酸素吸蔵量ＯＳのフィードバック制御における目標吸蔵量は、触媒４１における有害物質ＨＣ、ＣＯの酸化反応及びＮＯ_xの還元反応が最も能率よく起こるような大きさに設定することが望ましい。典型的には、現在の触媒４１の最大酸素吸蔵能力に、１よりも小さい一定の比率（０．５ないし０．６程度の値）を乗算することで、目標吸蔵量を得る。

しかして、ＥＣＵ０は、常時算出している現在の触媒４１の酸素吸蔵量ＯＳと、触媒４１の最大酸素吸蔵能力に応じて設定した目標吸蔵量とを比較し、現在の酸素吸蔵量ＯＳが目標吸蔵量を下回るならば制御中心補正量ＦＡＣＦを逓減させ、空燃比制御中心をよりリーンに変位させる。その際、補正量ＦＡＣＦの演算サイクルあたりの減少量、つまり空燃比制御中心のリーン側に向けた変化速度を、目標酸素量と現在の酸素吸蔵量ＯＳとの差分または比の絶対値が大きいほど大きくしてもよい。

逆に、現在の酸素吸蔵量ＯＳが目標吸蔵量を上回るならば、制御中心補正量ＦＡＣＦを逓増させ、空燃比制御中心をよりリッチに変位させる。その際、補正量ＦＡＣＦの演算サイクルあたりの増加量、つまり空燃比制御中心のリッチ側に向けた変化速度を、現在の酸素吸蔵量ＯＳと目標吸蔵量との差分または比の絶対値が大きいほど大きくしてもよい。

＜空燃比センサ４４の個体差及び経年変化の吸収＞
内燃機関の気筒１に充填される混合気の空燃比、即ち排気通路４を流れるガスの空燃比は、理論空燃比を中心とした適正な小範囲（ガソリンエンジンであれば、１４．５ないし１４．７程度の範囲）内で、適当な周期で振動する。従って、図５に示すように、触媒４１の下流の空燃比センサ４４の出力信号ｇもまた上下に振動することとなる。

空燃比センサ４４の出力特性、即ち、空燃比センサ４４と接触したガスの空燃比に対する出力値ｇの大きさや、空燃比の上下動に対する出力値ｇの応答速度は、空燃比センサ４４の個体差及び経年変化により変動する。空燃比センサ４４の出力特性の変化は、空燃比フィードバック制御の精度を低下させる要因となり得る。それ故、空燃比センサ４４の個体差及び経年変化の影響を較正することが望ましい。

図５に示しているように、本実施形態のＥＣＵ０は、空燃比センサ４４の出力電圧ｇが理論空燃比またはその近傍の空燃比に対応する判定電圧値をとった時点ｔ₄と、理論空燃比よりも所定幅リーンにずれた空燃比に対応するリーン電圧値をとった時点ｔ₂との間の経過時間ΔＴＬを計測する。より詳しくは、空燃比センサ４４の出力信号ｇがリーン電圧値をとった時点ｔ₂から、同リーン電圧値を超えてリーンを示した後理論空燃比またはその近傍の空燃比に対応する値に復帰した時点ｔ₄までの経過時間ΔＴＬを計測する。経過時間ΔＴＬの長さは、空燃比センサ４４の出力する信号ｇが空燃比リーン側にオーバシュートしている度合いの大きさと捉えることができる。

ＥＣＵ０は、メモリに予め、公差中央に相当する空燃比センサ４４、または製造メーカが保証する最低限の性能を有した標準的な空燃比センサ４４を使用した場合における経過時間ΔＴＬの標準値ΔＴＬＳＴＤを記憶している。経過時間ΔＴＬは、内燃機関の運転領域に依存して上下する。内燃機関の運転領域に応じて、吸入空気量及び燃料噴射量が増減するからである。よって、ＥＣＵ０は、運転領域［エンジン回転数，アクセル開度（または、エンジントルク、サージタンク３３内吸気圧、吸入空気量若しくは燃料噴射量）］毎に、標準的な経過時間ΔＴＬＳＴＤを記憶保持する。

その上で、ＥＣＵ０は、計測した経過時間ΔＴＬと、当該経過時間ΔＴＬを計測したときの内燃機関の運転領域に対応する標準的な経過時間ΔＴＬＳＴＤとを比較し、ΔＴＬがΔＴＬＳＴＤを下回るならば制御中心補正量ＦＡＣＦをベース値から減少させ、以て空燃比制御中心をよりリーンに変位させる修正を施す。その際、補正量ＦＡＣＦのベース値からの減少量を、ΔＴＬＳＴＤとΔＴＬとの差分または比の絶対値が大きいほど大きくすることができる。ΔＴＬとΔＴＬＳＴＤとの差違は、現在の空燃比センサ４４の出力特性が標準的な空燃比センサ４４の出力特性からどれくらい乖離しているかを示唆する。

逆に、計測したΔＴＬが標準的な経過時間ΔＴＬＳＴＤを上回るならば、制御中心補正量ＦＡＣＦをベース値から増加させ、以て空燃比制御中心をよりリッチに変位させる修正を施す。その際、補正量ＦＡＣＦのベース値からの増加量を、ΔＴＬとΔＴＬＳＴＤとの差分または比の絶対値が大きいほど大きくすることができる。

なお、空燃比センサ４４の出力信号ｇが空燃比リーン側に偏倚している時間ΔＴＬ及びΔＴＬＳＴＤの定義は、上述したものには限定されない。例えば、経過時間ΔＴＬ、ΔＴＬＳＴＤの起点を図５に示す時点ｔ₁とし、及び／または、経過時間ΔＴＬ、ΔＴＬＳＴＤの終点を図５に示す時点ｔ₂若しくは時点ｔ₃としても構わない。

経過時間ΔＴＬの計測及び標準的な経過時間ΔＴＬＳＴＤとの比較を通じて空燃比制御中心を修正することにより、空燃比センサ４４の個体差や経年変化に起因して触媒４１に流入するガスの空燃比が最適値よりもリーンとなることを防止できる。ひいては、有害物質ＮＯ_xの排出量の増大を抑制することができる。

尤も、この空燃比制御中心の修正はあくまでも、空燃比センサ４４の個体差や経年変化を吸収するためのものである。補正量ＦＡＣＦのベース値が頻々に増減するのに対し、経過時間ΔＴＬ及びΔＴＬＳＴＤを基に定める補正量ＦＡＣＦのベース値からの修正量（増加量または減少量）は適時に更新するべきものであり、その更新の頻度は補正量ＦＡＣＦのベース値の変動の頻度よりも低い。

また、図５に示しているように、本実施形態のＥＣＵ０は、空燃比センサ４４の出力電圧ｇが理論空燃比またはその近傍の空燃比に対応する判定電圧値をとった時点ｔ₅と、理論空燃比よりも所定幅リッチにずれた空燃比に対応するリッチ電圧値をとった時点ｔ₆との間の経過時間ΔＴＲを計測する。経過時間ΔＴＲの長さは、空燃比センサ４４の出力する信号ｇが空燃比リーン側にオーバシュートしている度合いの大きさと捉えることができる。

ＥＣＵ０は、メモリに予め、公差中央に相当する空燃比センサ４４、または製造メーカが保証する最低限の性能を有した標準的な空燃比センサ４４を使用した場合における経過時間ΔＴＲの標準値ΔＴＲＳＴＤを記憶している。経過時間ΔＴＬと同様、経過時間ΔＴＲもまた、内燃機関の運転領域に依存して上下する。よって、ＥＣＵ０は、運転領域［エンジン回転数，アクセル開度］毎に、標準的な経過時間ΔＴＲＳＴＤを記憶保持する。

その上で、ＥＣＵ０は、計測した経過時間ΔＴＲと、当該経過時間ΔＴＲを計測したときの内燃機関の運転領域に対応する標準的な経過時間ΔＴＲＳＴＤとを比較し、ΔＴＲがΔＴＲＳＴＤを上回るならば制御中心補正量ＦＡＣＦをベース値から減少させ、以て空燃比制御中心をよりリーンに変位させる修正を施す。その際、補正量ＦＡＣＦのベース値からの増加量を、ΔＴＲとΔＴＲＳＴＤとの差分または比の絶対値が大きいほど大きくすることができる。ΔＴＲとΔＴＲＳＴＤとの差違は、現在の空燃比センサ４４の出力特性が標準的な空燃比センサ４４の出力特性からどれくらい乖離しているかを示唆する。

逆に、計測したΔＴＲが標準的な経過時間ΔＴＲＳＴＤを下回るならば、制御中心補正量ＦＡＣＦをベース値から増加させ、以て空燃比制御中心をよりリッチに変位させる修正を施す。その際、補正量ＦＡＣＦのベース値からの増加量を、ΔＴＲＳＴＤとΔＴＲとの差分または比の絶対値が大きいほど大きくすることができる。

なお、空燃比センサ４４の出力信号ｇが空燃比リッチ側に偏倚している時間ΔＴＲ及びΔＴＲＳＴＤの定義は、上述したものには限定されない。例えば、経過時間ΔＴＲ、ΔＴＲＳＴＤの起点を図５に示す時点ｔ₆とし、及び／または、経過時間ΔＴＲ、ΔＴＲＳＴＤの終点を図５に示す時点ｔ₇若しくは時点ｔ₈しても構わない。

経過時間ΔＴＲの計測及び標準的な経過時間ΔＴＲＳＴＤとの比較を通じて空燃比制御中心を修正することにより、空燃比センサ４４の個体差や経年変化に起因して触媒４１に流入するガスの空燃比が最適値よりもリッチとなることを防止できる。ひいては、有害物質ＮＯ_xの排出量の増大を抑制することができる。

尤も、この空燃比制御中心の修正はあくまでも、空燃比センサ４４の個体差や経年変化を吸収するためのものである。補正量ＦＡＣＦのベース値が頻々に増減するのに対し、経過時間ΔＴＲ及びΔＴＲＳＴＤを基に定める補正量ＦＡＣＦのベース値からの修正量（増加量または減少量）は適時に更新するべきものであり、その更新の頻度は補正量ＦＡＣＦのベース値の変動の頻度よりも低い。

本実施形態では、内燃機関の排気通路４に装着した排気浄化用の触媒４１に流入するガスの空燃比をフィードバック制御する制御装置０であって、排気通路４における触媒４１の下流に設置した空燃比センサ４４の出力信号ｇが理論空燃比またはその近傍の空燃比に対応する値をとった時点と、理論空燃比よりも所定幅リーンまたはリッチにずれた空燃比に対応する値をとった時点との間の経過時間ΔＴＬ、ΔＴＲを計測し、計測した経過時間ΔＴＬ、ΔＴＲと、記憶保持している標準的な経過時間ΔＴＬＳＴＤ、ΔＴＲＳＴＤとの乖離の正負及びその大きさに応じて、フィードバック制御により収束させるべき空燃比の目標を変化させる内燃機関の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、空燃比センサ４４の出力特性の個体差や経年変化による出力特性の変化が存在していてもこれを修正し、空燃比フィードバック制御の精度を高く維持して有害物質の排出量の増大を抑止することができる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、計測した経過時間ΔＴＬ、ΔＴＲと、記憶保持している標準的な経過時間ΔＴＬＳＴＤ、ΔＴＲＳＴＤとの乖離に応じて補正量ＦＡＣＦを調整することで、フィードバック制御により収束させるべき空燃比の目標を変化させていた。だが、これに代えて、またはこれとともに、触媒４１の上流側の空燃比センサ４３の出力信号ｆと比較するべき目標値、換言すれば空燃比センサ４３の出力電圧ｆと比較するべき判定電圧値自体を調整することで、フィードバック制御により収束させるべき空燃比の目標を変化させるようにしても構わない。

その場合には、ΔＴＬがΔＴＬＳＴＤを下回り、またはΔＴＲがΔＴＲＳＴＤを上回るときに、判定電圧値を引き上げる修正を行い、空燃比の目標値をよりリーン側に変位させる。このとき、ΔＴＬＳＴＤとΔＴＬとの差分または比の絶対値が大きいほど、またはΔＴＲとΔＴＲＳＴＤとの差分または比の絶対値が大きいほど、判定電圧値の修正量（引き上げる量）を大きくすることができる。

逆に、ΔＴＬがΔＴＬＳＴＤを上回り、またはΔＴＲがΔＴＲＳＴＤを下回るときに、判定電圧値を引き下げる修正を行い、目標値をよりリッチ側に変位させる。このとき、ΔＴＬとΔＴＬＳＴＤとの差分または比の絶対値が大きいほど、またはΔＴＲＳＴＤとΔＴＲとの差分または比の絶対値が大きいほど、判定電圧値の修正量（引き下げる量）を大きくすることができる。

その他、各部の具体的な構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載された内燃機関の制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
４…排気通路
４１…触媒
４３…触媒の上流の空燃比センサ
４４…触媒の下流の空燃比センサ
ｂ…クランク角信号
ｃ…アクセル開度信号
ｆ…空燃比信号
ｇ…空燃比信号
ｊ…燃料噴射信号

Claims (2)

1. 内燃機関の排気通路に装着した排気浄化用の触媒に流入するガスの空燃比をフィードバック制御する制御装置であって、
   排気通路における触媒の下流に設置した空燃比センサの出力信号が理論空燃比またはその近傍の空燃比に対応する値をとった時点と、理論空燃比よりも所定幅リーンまたはリッチにずれた空燃比に対応する値をとった時点との間の経過時間を計測し、
   計測した経過時間と、記憶保持している標準的な経過時間との乖離に応じて、フィードバック制御により収束させるべき空燃比の目標を変化させる内燃機関の制御装置。
2. 排気通路における触媒の下流に設置した空燃比センサの出力信号が理論空燃比よりも所定幅リーンにずれた空燃比に対応する値をとった時点から、同空燃比を超えてリーンを示した後理論空燃比またはその近傍の空燃比に対応する値をとった時点までの経過時間を計測し、
   計測した経過時間と、記憶保持している標準的な経過時間との乖離に応じて、フィードバック制御により収束させるべき空燃比の目標を変化させる請求項１記載の内燃機関の制御装置。

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