JP2022063560A - エンジン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】浄化触媒を通過した排気の空燃比がストイキ範囲内であるか否かの判定をより適切に行なう。【解決手段】エンジンを運転する際には、燃料噴射弁の燃料噴射量に対するリッチ補正の実行時に空燃比センサにより検出される検出空燃比がリッチ側閾値以下に至ると、燃料噴射量に対するリーン補正の実行に切り替えると共に、リーン補正の実行時に検出空燃比がリーン側閾値以上に至ると、リッチ補正の実行に切り替える。そして、リッチの補正の実行時に、検出空燃比が第１所定範囲内である条件、および、浄化触媒の最大酸素吸蔵量に対する現在の酸素吸蔵量の割合である酸素吸蔵量割合が第２所定範囲内である条件が成立しているときに、浄化触媒を通過した排気の空燃比がストイキ範囲内であると判定する。【選択図】図５

Description

本発明は、エンジン装置に関する。

従来、この種のエンジン装置としては、燃料噴射弁を有するエンジンと、エンジンの排気系に取り付けられると共に酸素を吸蔵および脱離可能な浄化触媒と、排気系の浄化触媒よりも下流側に取り付けられた空燃比センサとを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このエンジン装置では、エンジンを運転する際には、燃料噴射弁の燃料噴射量に対するリッチ補正の実行時に空燃比センサの検出値がリッチ側閾値以下に至ると、燃料噴射量に対するリーン補正の実行に切り替えると共に、リーン補正の実行時に空燃比センサの検出値がリーン側閾値以上に至ると、リッチ補正の実行に切り替える。また、リッチ補正の実行時に、空燃比センサの検出値の今回値と前回値との差の絶対値が閾値以下のときに、空燃比センサの検出値を積算して積算値を演算し、その積算回数が所定回数以上に至ると、積算値を用いて、空燃比センサの検出値の基準値からのずれ量に関するずれ量表現値を更新する。

特開２０２０－６７０７１号公報

こうしたエンジン装置では、リッチ補正の実行時に、浄化触媒を通過した排気の空燃比がストイキ範囲内であるか否かをより適切に判定することが課題の一つとされている。空燃比センサの検出値が所定範囲内であるか否かに基づいてこの判定を行なうことが考えられるものの、これだけでは、この判定を適切に行なえていない可能性があった。

本発明のエンジン装置は、浄化触媒を通過した排気の空燃比がストイキ範囲内であるか否かの判定をより適切に行なうことを主目的とする。

本発明のエンジン装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のエンジン装置は、
燃料噴射弁を有するエンジンと、
前記エンジンの排気系に取り付けられると共に酸素を吸蔵および脱離可能な浄化触媒と、
前記排気系の前記浄化触媒よりも下流側に取り付けられた空燃比センサと、
前記エンジンを運転する際には、前記燃料噴射弁の燃料噴射量に対するリッチ補正の実行時に前記空燃比センサにより検出される検出空燃比がリッチ側閾値以下に至ると、前記燃料噴射量に対するリーン補正の実行に切り替えると共に、前記リーン補正の実行時に前記検出空燃比がリーン側閾値以上に至ると、前記リッチ補正の実行に切り替える制御装置と、
を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、前記リッチの補正の実行時に、前記検出空燃比が第１所定範囲内である条件、および、前記浄化触媒の最大酸素吸蔵量に対する現在の酸素吸蔵量の割合である酸素吸蔵量割合が第２所定範囲内である条件が成立しているときに、前記浄化触媒を通過した排気の空燃比がストイキ範囲内であると判定する、
ことを要旨とする。

本発明のエンジン装置では、エンジンを運転する際には、燃料噴射弁の燃料噴射量に対するリッチ補正の実行時に空燃比センサにより検出される検出空燃比がリッチ側閾値以下に至ると、燃料噴射量に対するリーン補正の実行に切り替えると共に、リーン補正の実行時に検出空燃比がリーン側閾値以上に至ると、リッチ補正の実行に切り替える。そして、リッチの補正の実行時に、検出空燃比が第１所定範囲内である条件、および、浄化触媒の最大酸素吸蔵量に対する現在の酸素吸蔵量の割合である酸素吸蔵量割合が第２所定範囲内である条件が成立しているときに、浄化触媒を通過した排気の空燃比がストイキ範囲内であると判定する。これにより、浄化触媒を通過した排気の空燃比がストイキ範囲内であるか否かの判定を、酸素吸蔵量割合を考慮せずに行なうものに比して、より適切に行なうことができる。

本発明のエンジン装置において、前記制御装置は、前記浄化触媒を通過した排気の空燃比が前記ストイキ範囲内であると判定している条件を含む積算条件が成立しているときに、前記検出空燃比を積算して積算空燃比を演算し、前記積算条件が成立から非成立になった後に、前記積算空燃比に基づいて前記検出空燃比のずれ量に関連するずれ量関連学習値を更新するものとしてもよい。

この場合、前記積算条件は、前記検出空燃比の単位時間当たりの変化量の絶対値が所定値以下である条件、前記エンジンを定常運転している条件、のうちの少なくとも１つを更に含むものとしてもよい。こうすれば、積算空燃比をより適切に演算することができる。

また、前記制御装置は、前記ずれ量関連学習値を用いて前記リッチ側閾値および前記リーン側閾値を設定するものとしてもよい。こうすれば、リッチ側閾値およびリーン側閾値をより適切に設定することができる。

本発明の一実施例としてのエンジン装置１０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット７０によりエンジン１２の燃料噴射制御を行なう際の制御ブロックの一例を示す制御ブロック図である。 サブフィードバック部９２により実行されるサブフィードバック補正ルーチンの一例を示すフローチャートである。 リヤ空燃比ＡＦｄやリッチ補正フラグＦｒの様子の一例を示す説明図である。 ずれ量関連学習部９５により実行されるずれ量関連学習ルーチンの一例を示すフローチャートである。 リヤ空燃比ＡＦｄやリッチ補正フラグＦｒ、リーン履歴フラグＦｌ、酸素吸蔵量割合Ｒｏ、積算空燃比ＡＦｄｓｕｍ、積算回数Ｎａｄ、ストイキ学習値ＡＦｄｓｔの様子の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのエンジン装置１０の構成の概略を示す構成図である。実施例のエンジン装置１０は、図示するように、エンジン１２と、エンジン１２を制御する電子制御ユニット７０とを備える。このエンジン装置１０は、エンジン１２からの動力を用いて走行する一般的な車両や、エンジン１２に加えてモータを備える各種のハイブリッド車両、エンジン１２からの動力を用いて作動する移動しない設備（例えば、建設設備など）などに搭載される。

エンジン１２は、例えばガソリンや軽油などを燃料として吸気・圧縮・膨張・排気の４行程により動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン１２は、エアクリーナ２２により清浄された空気を吸気管２３に吸入してスロットルバルブ２４、サージタンク２５の順に流通させると共に吸気管２３のサージタンク２５よりも下流側で燃料噴射弁２６から燃料を噴射し、空気と燃料とを混合する。そして、この混合気を吸気バルブ２８を介して燃焼室２９に吸入し、点火プラグ３０による電気火花により爆発燃焼させて、爆発燃焼によるエネルギにより押し下げられるピストン３２の往復運動をクランクシャフト１４の回転運動に変換する。燃焼室２９から排気バルブ３３を介して排気管３４に排出される排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化触媒（三元浄化触媒）３６ａを有する浄化装置３６を介して外気に排出される。

電子制御ユニット７０は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポートを有するマイクロコンピュータを備える。電子制御ユニット７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力される。電子制御ユニット７０に入力される信号としては、例えば、エンジン１２のクランクシャフト１４の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４ａからのクランク角θｃｒや、エンジン１２の冷却水の温度を検出する水温センサ４０からの冷却水温Ｔｗを挙げることができる。吸気バルブ２８を開閉するインテークカムシャフトの回転位置や排気バルブ３３を開閉するエキゾーストカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ４２からのカム角θｃｉ，θｃｏも挙げることができる。スロットルバルブ２４のポジション（開度）を検出するスロットルポジションセンサ２４ａからのスロットル開度ＴＨや、吸気管２３のスロットルバルブ２４よりも上流側に取り付けられたエアフローメータ２３ａからの吸入空気量Ｑａ、吸気管２３のスロットルバルブ２４よりも上流側に取り付けられた温度センサ２３ｔからの吸気温Ｔａも挙げることができる。排気管３４の浄化装置３６よりも上流側に取り付けられたフロント空燃比センサ３７からのフロント空燃比ＡＦｕや、排気管３４の浄化装置３６よりも下流側に取り付けられたリヤ空燃比センサ３８からのリヤ空燃比ＡＦｄも挙げることができる。

電子制御ユニット７０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力される。電子制御ユニット７０から出力される信号としては、例えば、スロットルバルブ２４のポジションを調節するスロットルモータ２４ｍへの制御信号や、燃料噴射弁２６への制御信号、点火プラグ３０への制御信号を挙げることができる。電子制御ユニット７０は、クランクポジションセンサ１４ａからのクランク角θｃｒに基づいてエンジン１２の回転数Ｎｅを演算する。また、電子制御ユニット７０は、エアフローメータ２３ａからの吸入空気量Ｑａとエンジン１２の回転数Ｎｅとに基づいて、負荷率（エンジン１２の１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の比）ＫＬを演算する。

こうして構成された実施例のエンジン装置１０では、電子制御ユニット７０は、エンジン１２が要求負荷率ＫＬ＊に基づいて運転されるように、スロットルバルブ２４の開度を制御する吸入空気量制御や、燃料噴射弁２６からの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御、点火プラグ３０の点火時期を制御する点火制御などを行なう。

ここで、エンジン１２の燃料噴射制御について説明する。図２は、電子制御ユニット７０によりエンジン１２の燃料噴射制御を行なう際の制御ブロックの一例を示す制御ブロック図である。図示するように、電子制御ユニット７０は、エンジン１２の燃料噴射制御を行なう際の制御ブロックとして、ベース噴射量設定部９０と、メインフィードバック部９１と、サブフィードバック部９２と、目標噴射量設定部９３と、噴射弁制御部９４と、ずれ量関連学習部９５と、酸素吸蔵量推定部９６とを有する。

ベース噴射量設定部９０は、負荷率ＫＬに基づいて、燃焼室２９内の混合気の空燃比を目標空燃比とするための燃料噴射弁２６の目標噴射量Ｑｆ＊のベース値であるベース噴射量Ｑｆｂを設定する。ここで、目標空燃比としては、実施例では、ストイキ（理論空燃比）が用いられる。ベース噴射量Ｑｆｂは、例えば、燃焼室２９内の混合気の空燃比を目標空燃比とするための単位噴射量（負荷率ＫＬの１％当たりの噴射量）Ｑｆｐｕに負荷率ＫＬを乗じて演算される。負荷率ＫＬは、上述したように、エアフローメータ２３ａからの吸入空気量Ｑａと、クランクポジションセンサ１４ａからのエンジン１２のクランク角θｃｒに基づいて演算されるエンジン１２の回転数Ｎｅと、に基づいて演算される。

メインフィードバック部９１は、フロント空燃比センサ３７からのフロント空燃比ＡＦｕを制御用空燃比ＡＦｕ＊にするためのフィードバック制御により補正値δａｆを演算し、演算した補正値δａｆに値１を加えた値を補正係数Ｋａｆに設定する。ここで、制御用空燃比ＡＦｕ＊は、サブフィードバック部９２により設定される。補正値δａｆは、例えば、式（１）に示すように、フロント空燃比ＡＦｕと制御用空燃比ＡＦｕ＊と比例項のゲインＫｐと積分項のゲインＫｉとを用いたフィードバック制御の関係式を用いて演算される。

δaf=Kp・(AFu-AFu*)+Ki・∫(AFu-AFu*)dt (1)

サブフィードバック部９２は、リヤ空燃比センサ３８からのリヤ空燃比ＡＦｄに基づいて、制御用空燃比ＡＦｕ＊にリッチ側の値を設定するリッチ補正と、制御用空燃比ＡＦｕ＊にリーン側の値を設定するリーン補正と、を交互に行なう。以下、この処理を「サブフィードバック補正」という。リッチ補正やリーン補正は、浄化触媒３６ａの酸素吸蔵量を調節するために行なわれる。サブフィードバック部９２の詳細については後述する。

目標噴射量設定部９３は、ベース噴射量Ｑｆｂに補正係数Ｋａｆを乗じた値を燃料噴射弁２６の目標噴射量Ｑｆ＊に設定する。噴射弁制御部９４は、燃料噴射弁２６から目標噴射量Ｑｆ＊の燃料噴射が行なわれるように燃料噴射弁２６を制御する。

したがって、リーン補正の実行時には、フロント空燃比ＡＦｕが制御用空燃比ＡＦｕ＊よりも小さく（リッチ側であり）、基本的に、式（１）によって補正値δａｆが負の値になり、補正係数Ｋａｆが値１よりも小さくなり、目標噴射量Ｑｆ＊がベース噴射量Ｑｆｂよりも少なくなる。また、リッチ補正の実行時には、フロント空燃比ＡＦｕが制御用空燃比ＡＦｕ＊よりも大きく（リーン側であり）、基本的に、式（１）によって補正値δａｆが正の値になり、補正係数Ｋａｆが値１よりも大きくなり、目標噴射量Ｑｆ＊がベース噴射量Ｑｆｂよりも多くなる。

ずれ量関連学習部９５は、リヤ空燃比センサ３８からのリヤ空燃比ＡＦｄのずれ量（以下、「センサずれ量」という）に関するずれ量関連学習値を更新する。実施例では、ずれ量関連学習値として、ストイキ学習値ＡＦｄｓｔを用いるものとした。ストイキ学習値ＡＦｄｓｔは、浄化触媒３６ａを通過した排気の空燃比がストイキ（理論空燃比）を含むストイキ範囲内であるときのリヤ空燃比ＡＦｄに関する学習値である。浄化触媒３６ａを通過した排気の空燃比がストイキのときのリヤ空燃比ＡＦｄの基準値（予め設定された値）であるストイキ基準値ＡＦｓをストイキ学習値ＡＦｄｓｔから減じた値（ＡＦｄｓｔ－ＡＦｓ）は、センサずれ量を反映した値となる。ずれ量関連学習部９５の詳細については後述する。

酸素吸蔵量推定部９６は、フロント空燃比センサ３７からのフロント空燃比ＡＦｕおよび／またはリヤ空燃比センサ３８からのリヤ空燃比ＡＦｄと、エアフローメータ２３ａからの吸入空気量Ｑａとに基づいて、浄化触媒３６ａの酸素吸蔵量ＯＳや、最大酸素吸蔵量ＯＳｍａｘ、酸素吸蔵量割合Ｒｏ（または酸素脱離量割合Ｒｏｄ）を推定する。ここで、最大酸素吸蔵量ＯＳｍａｘは、酸素吸蔵量ＯＳの最大値であり、リーン補正からリッチ補正に切り替わるときの酸素吸蔵量ＯＳに相当する。酸素吸蔵量割合Ｒｏは、現在の酸素吸蔵量ＯＳの最大酸素吸蔵量ＯＳｍａｘに対する割合である。酸素脱離量割合Ｒｏｄは、現在の酸素脱離量（最大酸素吸蔵量ＯＳｍａｘから現在の酸素吸蔵量ＯＳを減じた値）の最大酸素吸蔵量ＯＳｍａｘに対する割合である。

次に、サブフィードバック部９２の詳細について説明する。図３は、サブフィードバック部９２により実行されるサブフィードバック補正ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、繰り返し実行される。なお、実施例では、本ルーチンの繰り返しの実行が開始されるとき（エンジン１２を始動してから初回の実行が開始されるとき）に、後述のリッチ補正フラグＦｒに値１が設定される。

図３のサブフィードバック補正ルーチンでは、サブフィードバック部９２は、最初に、リヤ空燃比センサ３８からのリヤ空燃比ＡＦｄを入力すると共に（ステップＳ１００）、リッチ補正フラグＦｒの値を調べる（ステップＳ１１０）。ここで、リッチ補正フラグＦｒは、リッチ補正の実行時には値１が設定され、リーン補正の実行時には値０が設定されるフラグである。

ステップＳ１１０でリッチ補正フラグＦｒが値１のとき、即ち、リッチ補正の実行時には、リヤ空燃比ＡＦｄを、ストイキ基準値ＡＦｓからサブオフセット量εＲを減じたリッチ側閾値（ＡＦｓ－εＲ）と比較する（ステップＳ１２０）。この処理は、リヤ空燃比ＡＦｄがある程度リッチ側の値になったか否か、即ち、浄化触媒３６ａを通過した排気中の未燃焼燃料量がある程度増加したか否かを判定する処理である。

ステップＳ１２０でリヤ空燃比ＡＦｄがリッチ側閾値（ＡＦｓ－εＲ）よりも大きいときには、未だにリヤ空燃比ＡＦｄがある程度リッチ側の値になっていないと判断し、ストイキ基準値ＡＦｓからメインオフセット量δＲを減じた値（ＡＦｓ－δＲ）を制御用空燃比ＡＦｕ＊に設定して（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。ここで、メインオフセット量δＲは、サブオフセット量εＲ以上の範囲内で設定される。例えば、メインオフセット量δＲには、サブオフセット量εＲにマージンを加えた値が設定される。この場合、リッチ補正の実行を継続することになる。

ステップＳ１２０でリヤ空燃比ＡＦｄがリッチ側閾値（ＡＦｓ－εＲ）以下のときには、リヤ空燃比ＡＦｄがある程度リッチ側の値になったと判断し、リッチ補正フラグＦｒに値０を設定し（ステップＳ１３０）、ストイキ基準値ＡＦｓにメインオフセット量δＬを加えた値（ＡＦｓ＋δＬ）を制御用空燃比ＡＦｕ＊に設定して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。ここで、メインオフセット量δＬは、後述のサブオフセット量εＬ以上の範囲内で設定される。例えば、メインオフセット量δＬには、サブオフセット量εＬにマージンを加えた値が設定される。このようにして、リッチ補正の実行からリーン補正の実行に切り替えるのである。

ステップＳ１１０でリッチ補正フラグＦｒが値０のとき、即ち、リーン補正の実行時には、リヤ空燃比ＡＦｄを、ストイキ基準値ＡＦｓにサブオフセット量εＬを加えたリーン側閾値（ＡＦｓ＋εＬ）と比較する（ステップＳ１５０）。この処理は、リヤ空燃比ＡＦｄがある程度リーン側の値になったか否か、即ち、浄化触媒３６ａを通過した排気中の酸素量がある程度増加したか否かを判定する処理である。

ステップＳ１５０でリヤ空燃比ＡＦｄがリーン側閾値（ＡＦｓ＋εＬ）未満のときには、未だリヤ空燃比ＡＦｄがある程度リーン側の値になっていないと判断し、上述のステップＳ１４０の処理により、値（ＡＦｓ＋δＬ）を制御用空燃比ＡＦｕ＊に設定して、本ルーチンを終了する。この場合、リーン補正の実行を継続することになる。

ステップＳ１５０でリヤ空燃比ＡＦｄがリーン側閾値（ＡＦｓ＋εＬ）以上のときには、リヤ空燃比ＡＦｄがある程度リーン側の値になったと判断し、リッチ補正フラグＦｒに値１を設定し（ステップＳ１６０）、上述のステップＳ１７０の処理により、値（ＡＦｓ－δＲ）を制御用空燃比ＡＦｕ＊に設定して、本ルーチンを終了する。このようにして、リーン補正の実行からリッチ補正の実行に切り替えるのである。

図４は、リヤ空燃比ＡＦｄやリッチ補正フラグＦｒの様子の一例を示す説明図である。図示するように、リッチ補正フラグＦｒが値０のとき（リーン補正の実行時）にリヤ空燃比ＡＦｄがリーン側閾値（ＡＦｓ＋εＬ）以上に至ると(時刻ｔ１１，ｔ１３)、リッチ補正フラグＦｒを値１に切り替える（リッチ補正の実行に切り替える）。また、リッチ補正フラグＦｒが値１のとき（リッチ補正の実行時）にリヤ空燃比ＡＦｄがリッチ側閾値（ＡＦｓ－εＲ）以下に至ると（時刻ｔ１２）、リッチ補正フラグＦｒを値０に切り替える（リーン補正の実行に切り替える）。以下、リーン補正およびリッチ補正のうちの一方の開始から他方の終了まで（例えば、時刻ｔ１１～ｔ１３）を「サブフィードバック補正の１周期」という。

なお、リッチ補正の実行時には、ベース噴射量Ｑｆｂよりも多い値を目標噴射量Ｑｆ＊に設定して燃料噴射弁２６を制御するから、浄化触媒３６ａに流入する排気には、その排気中の酸素と過不足なく反応する未燃焼燃料量よりも多量の未燃焼燃料が含まれる。この多量の未燃焼燃料は、排気中の酸素や浄化触媒３６ａに吸蔵されている酸素により酸化されるから、浄化触媒３６ａを通過した排気中の酸素量や未燃焼燃料量は十分に少なくなる。これにより、図示するように、リヤ空燃比ＡＦｄがストイキ基準値ＡＦｓ付近のときに、リヤ空燃比ＡＦｄの単位時間当たりの変化量であるリヤ空燃比変化率ΔＡＦｄの絶対値が小さくなっている。

次に、ずれ量関連学習部９５の詳細について説明する。図５は、ずれ量関連学習部９５により実行されるずれ量関連学習ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、繰り返し実行される。なお、実施例では、本ルーチンの繰り返しの実行が開始される（エンジン１２を始動してから初回の実行が開始される）ときに、後述のリーン履歴フラグＦｌや積算空燃比ＡＦｄｓｕｍや積算回数Ｎａｄ、平均空燃比ＡＦｄａｖｅにそれぞれ初期値としての値０が設定される。

図５のずれ量関連学習ルーチンでは、ずれ量関連学習部９５は、最初に、リヤ空燃比ＡＦｄやリヤ空燃比変化率ΔＡＦｄ、酸素吸蔵量割合Ｒｏ、リッチ補正フラグＦｒ、定常運転フラグＦｓｔなどのデータを入力する（ステップＳ２００）。ここで、リヤ空燃比ＡＦｄは、リヤ空燃比センサ３８により検出された値が入力される。リヤ空燃比変化率ΔＡＦｄは、リヤ空燃比ＡＦｄの単位時間（例えば、本ルーチンの実行間隔）当たりの変化量として演算された値が入力される。酸素吸蔵量割合Ｒｏは、酸素吸蔵量推定部９６により演算（推定）された値が入力される。リッチ補正フラグＦｒは、サブフィードバック部９２により実行されるサブフィードバック補正ルーチンにより設定された値が入力される。定常運転フラグＦｓｔは、定常運転フラグ設定ルーチン（図示省略）により設定された値が入力される。定常運転フラグ設定ルーチンでは、電子制御ユニット７０は、エンジン１２の吸入空気量Ｑａや回転数Ｎｅ、要求負荷率ＫＬ＊、負荷率ＫＬのうちの少なくとも１つの単位時間当たりの変化量に基づいてエンジン１２を定常運転しているか否かを判定し、エンジン１２を定常運転しているときには、定常運転フラグＦｓｔに値１を設定し、エンジン１２を定常運転していないときには、定常運転フラグＦｓｔに値０を設定する。

こうしてデータを入力すると、前回および今回のリッチ補正フラグ（前回Ｆｒ），（今回Ｆｒ）の値を調べる（ステップＳ２１０）。そして、前回および今回のリッチ補正フラグ（前回Ｆｒ），（今回Ｆｒ）が何れも値０のとき、即ち、リーン補正の実行を継続しているときには、リーン履歴フラグＦｌの値を調べる（ステップＳ２２０）。ここで、リーン履歴フラグＦｌは、リヤ空燃比ＡＦｄがある程度リーン側の値になった履歴があるときには値１が設定され、その履歴がないとき（リセットされたときを含む）には値０が設定されるフラグである。

ステップＳ２２０でリーン履歴フラグＦｌが値０のとき、即ち、リヤ空燃比ＡＦｄがある程度リーン側の値になった履歴がないときには、リヤ空燃比ＡＦｄを閾値ＡＦｄｒｅｆと比較する（ステップＳ２３０）。ここで、閾値ＡＦｄｒｅｆは、リヤ空燃比ＡＦｄがある程度リーン側の値になったか否かを判定するのに用いられる閾値であり、例えば、上述のリーン側閾値（ＡＦｓ＋εＬ）よりも若干小さい値が用いられる。

ステップＳ２３０でリヤ空燃比ＡＦｄが閾値ＡＦｄｒｅｆ未満のときには、リヤ空燃比ＡＦｄがある程度リーン側の値になっていないと判断し、リーン履歴フラグＦｌを切り替えることなく即ち値０で保持して、本ルーチンを終了する。ステップＳ２３０でリヤ空燃比ＡＦｄが閾値ＡＦｄｒｅｆ以上のときには、リヤ空燃比ＡＦｄがある程度リーン側の値になったと判断し、リーン履歴フラグＦｌに値１を設定し即ち値０から値１に切り替え（ステップＳ２４０）、積算空燃比ＡＦｄｓｕｍや積算回数Ｎａｄ、平均空燃比ＡＦｄａｖｅを値０にリセットして（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。そして、ステップＳ２２０でリーン履歴フラグＦｌが値１のとき、即ち、リヤ空燃比ＡＦｄがある程度リーン側の値になった履歴があるときには、リーン履歴フラグＦｌを切り替えることなく即ち値１で保持して、本ルーチンを終了する。

ステップＳ２１０で今回のリッチ補正フラグ（今回Ｆｒ）が値１のとき、即ち、リッチ補正を実行しているときには、定常運転フラグＦｓｔの値を調べる（ステップＳ２６０）。そして、定常運転フラグＦｓｔが値０のとき、即ち、エンジン１２を定常運転していないときには、積算空燃比ＡＦｄｓｕｍや積算回数Ｎａｄを演算（更新）することなく、本ルーチンを終了する。

ステップＳ２６０で定常運転フラグＦｓｔが値１のとき、即ち、エンジン１２を定常運転しているときには、リーン履歴フラグＦｌの値を調べる（ステップＳ２７０）。そして、リーン履歴フラグＦｌが値０のとき、即ち、リヤ空燃比ＡＦｄがある程度リーン側の値になった履歴がないときには、積算空燃比ＡＦｄｓｕｍや積算回数Ｎａｄを演算（更新）することなく、本ルーチンを終了する。

ステップＳ２７０でリーン履歴フラグＦｌが値１のとき、即ち、リヤ空燃比ＡＦｄがある程度リーン側の値になった履歴があるときには、リヤ空燃比ＡＦｄが閾値ＡＦｄ１以下で且つ閾値ＡＦｄ１よりも小さい閾値ＡＦｄ２以上である第１条件の成立の有無を判定すると共に（ステップＳ２８０）、酸素吸蔵量割合Ｒｏが閾値Ｒｏ１以下で且つ閾値Ｒｏ１よりも小さい閾値Ｒｏ２以上である第２条件の成立の有無を判定する（ステップＳ２９０）。ここで、閾値ＡＦｄ１および閾値ＡＦｄ２や閾値Ｒｏ１および閾値Ｒｏ２は、浄化触媒３６ａを通過した排気の空燃比がストイキ（理論空燃比）を含むストイキ範囲内であるか否かを判定するのに用いられる閾値である。閾値ＡＦｄ１および閾値ＡＦｄ２や閾値Ｒｏ１および閾値Ｒｏ２は、実験や解析により予め定められる。実施例では、浄化触媒３６ａを通過した排気の空燃比がストイキ範囲内であるか否かの判定を、第１条件および第２条件の成立の有無を考慮して行なうから、第２条件の成立の有無を考慮せずに第１条件の成立の有無だけを考慮して行なうものに比して、より適切に行なうことができる。

ステップＳ２８０でリヤ空燃比ＡＦｄが閾値ＡＦｄ１よりも大きいまたは閾値ＡＦｄ２よりも小さい（第１条件が成立していない）ときや、ステップＳ２９０で酸素吸蔵量割合Ｒｏが閾値Ｒｏ１よりも大きいまたは閾値Ｒｏ２よりも小さい（第２条件が成立していない）ときには、浄化触媒３６ａを通過した排気の空燃比がストイキ範囲内でないと判断し、積算空燃比ＡＦｄｓｕｍや積算回数Ｎａｄを演算（更新）することなく、本ルーチンを終了する。

ステップＳ２８０でリヤ空燃比ＡＦｄが閾値ＡＦｄ１以下で且つ閾値ＡＦｄ２以上であり（第１条件が成立しており）、且つ、ステップＳ２９０で酸素吸蔵量割合Ｒｏが閾値Ｒｏ１以下で且つ閾値Ｒｏ２以上である（第２条件が成立している）ときには、浄化触媒３６ａを通過した排気の空燃比がストイキ範囲内であると判断し、リヤ空燃比変化率ΔＡＦｄの絶対値が閾値ΔＡＦｄ１以下である第３条件の成立の有無を判定する（ステップＳ３００）。ここで、閾値ΔＡＦｄ１は、浄化触媒３６ａを通過した排気の空燃比の単位時間当たりの変化量（変化率）の絶対値が値０付近であるか否かを判定するのに用いられる閾値である。閾値ΔＡＦｄ１は、実験や解析により予め定められる。

ステップＳ３００でリヤ空燃比変化率ΔＡＦｄの絶対値が閾値ΔＡＦｄ１よりも大きい（第３条件が成立していない）ときには、浄化触媒３６ａを通過した排気の空燃比の変化率の絶対値が値０付近でないと判断し、積算空燃比ＡＦｄｓｕｍや積算回数Ｎａｄを演算（更新）することなく、本ルーチンを終了する。

ステップＳ３００でリヤ空燃比変化率ΔＡＦｄの絶対値が閾値ΔＡＦｄ１以下である（第３条件が成立している）ときには、浄化触媒３６ａを通過した排気の空燃比の変化率の絶対値が値０付近であると判断し、現在の積算空燃比（現在ＡＦｄｓｕｍ）にリヤ空燃比ＡＦｄを加えた値を新たな積算空燃比ＡＦｄｓｕｍに設定すると共に（ステップＳ３１０）、積算回数Ｎａｄを値１だけカウントアップして更新して（ステップＳ３２０）、本ルーチンを終了する。

ステップＳ２１０で、前回のリッチ補正フラグ（前回Ｆｒ）が値１で且つ今回のリッチ補正フラグ（今回Ｆｒ）が値０のとき、即ち、リッチ補正の実行からリーン補正の実行に切り替わったときには、積算空燃比ＡＦｄｓｕｍを積算回数Ｎａｄで除して平均空燃比ＡＦｄａｖｅを演算すると共に（ステップＳ３３０）、演算した平均空燃比ＡＦｄａｖｅになまし処理を施した値を新たなストイキ学習値ＡＦｄｓｔに設定して（ステップＳ３４０）、本ルーチンを終了する。ここで、ステップＳ３４０の処理は、例えば、式（２）に示すように、平均空燃比ＡＦｄａｖｅと現在のストイキ学習値（現在ＡＦｄｓｔ）と時定数τとを用いたなまし処理の関係式を用いて演算される。なお、実施例では、本ルーチンの繰り返しの実行が開始される（初回の実行が開始される）ときに、ストイキ学習値ＡＦｄｓｔに、初期値としてのストイキ基準値ＡＦｓが設定される。

AFdst=現在AFdst・τ+AFdave・(1-τ) (2)

このように、実施例では、今回のリッチ補正フラグ（今回Ｆｒ）と定常運転フラグＦｓｔとリーン履歴フラグＦｌとが何れも値１であるときにおいて、第１条件、第２条件、第３条件の全てが成立しているときに、積算空燃比ＡＦｄｓｕｍや積算回数Ｎａｄの演算（更新）を行なう。そして、その後にリッチ補正の実行からリーン補正の実行に切り替わったときに、積算空燃比ＡＦｄｓｕｍおよび積算回数Ｎａｄを用いて平均空燃比ＡＦｄａｖｅやストイキ学習値ＡＦｄｓｔの演算（更新）を行なう。上述したように、浄化触媒３６ａを通過した排気の空燃比がストイキ範囲内であるか否かの判定を、第２条件の成立の有無を考慮して行なうことにより、これを考慮せずに行なうものに比して、より適切に行なうことができる。したがって、積算空燃比ＡＦｄｓｕｍや積算回数Ｎａｄ、平均空燃比ＡＦｄａｖｅ、ストイキ学習値ＡＦｄｓｔをより適切な値とすることができる。

こうしてストイキ学習値ＡＦｄｓｔを更新すると、更新した学習したストイキ学習値ＡＦｄｓｔを用いて上述のサブオフセット量εＲおよびサブオフセット量εＬを更新する。例えば、式（３）に示すように、ストイキ学習値ＡＦｄｓｔからストイキ基準値ＡＦｓを減じた値（ＡＦｄｓｔ－ＡＦｓ）をサブオフセット量εＲの初期値εＲｉｎｉから減じてサブオフセット量εＲを更新する。また、式（４）に示すように、値（ＡＦｄｓｔ－ＡＦｓ）をサブオフセット量εＬの初期値δ１ｉｎｉに加えてサブオフセット量εＬを更新する。したがって、ストイキ学習値ＡＦｄｓｔに初期値としてのストイキ基準値ＡＦｓを設定しているときには、サブオフセット量εＲおよびサブオフセット量εＬに初期値εＲｉｎｉおよび初期値εＬｉｎｉを設定し、ストイキ学習値ＡＦｄｓｔを更新してストイキ学習値ＡＦｄｓｔがストイキ基準値ＡＦｓからずれると、サブオフセット量εＲおよびサブオフセット量εＬに式（３）および式（４）により得られる値を設定することになる。

εR=εRini-(AFdst-AFs) (3)
εL=εLini+(AFdst-AFs) (4)

上述したように、ストイキ学習値ＡＦｄｓｔからストイキ基準値ＡＦｓを減じた値（ＡＦｄｓｔ－ＡＦｓ）は、センサずれ量を反映した値となる。そして、この値（ＡＦｄｓｔ－ＡＦｓ）を用いてサブオフセット量εＲおよびサブオフセット量εＬを更新することにより、サブオフセット量εＲおよびサブオフセット量εＬをより適切な値とすることができる。これにより、サブフィードバック補正の１周期において、浄化触媒３６ａに流入する酸素および未燃焼燃料のうちの一方が他方と互いに過不足なく反応する量よりも過剰になるのを抑制することができる。

図６は、リヤ空燃比ＡＦｄやリッチ補正フラグＦｒ、リーン履歴フラグＦｌ、酸素吸蔵量割合Ｒｏ、積算空燃比ＡＦｄｓｕｍ、積算回数Ｎａｄ、ストイキ学習値ＡＦｄｓｔの様子の一例を示す説明図である。なお、図６では、定常運転フラグＦｓｔが値１のときの様子を図示した。図示するように、リッチ補正フラグＦｒおよびリッチ補正フラグＦｒが何れも値０のときに、リヤ空燃比ＡＦｄがリヤ空燃比ＡＦｄが閾値ＡＦｄｒｅｆ以上に至ると（時刻ｔ２１，ｔ２６）、リーン履歴フラグＦｌを値１に切り替えると共に積算空燃比ＡＦｄｓｕｍや積算回数Ｎａｄをリセットする。そして、リヤ空燃比ＡＦｄがリーン側閾値（ＡＦｓ＋εＬ）以上に至ると（時刻ｔ２２）、リッチ補正フラグＦｒを値１に切り替える。そして、リッチ補正フラグＦｒが値１のときにおいて、リヤ空燃比ＡＦｄが閾値ＡＦｄ１以下で且つ閾値ＡＦｄ２以上である第１条件、酸素吸蔵量割合Ｒｏが閾値Ｒｏ１以下で且つ閾値Ｒｏ１よりも小さい閾値Ｒｏ２以上である第２条件、リヤ空燃比変化率ΔＡＦｄの絶対値が閾値ΔＡＦｄ１以下である第３条件の全てが成立しているときに（時刻ｔ２３～ｔ２４）、積算空燃比ＡＦｄｓｕｍや積算回数Ｎａｄを演算（更新）する。そして、リヤ空燃比ＡＦｄがリッチ側閾値（ＡＦｓ－εＲ）以下に至ると（時刻ｔ２５）、リッチ補正フラグＦｒを値０に切り替えると共にストイキ学習値ＡＦｄｓｔを演算（更新）し、更にリーン履歴フラグＦｌを値０に切り替える。実施例では、第１条件、第２条件、第３条件の全てが成立しているときに積算空燃比ＡＦｄｓｕｍや積算回数Ｎａｄを演算するから、第２条件を考慮せずに第１条件および第３条件が成立しているときに積算空燃比ＡＦｄｓｕｍや積算回数Ｎａｄを演算するものに比して、積算空燃比ＡＦｄｓｕｍや積算回数Ｎａｄ、これらに基づくストイキ学習値ＡＦｄｓｔをより適切な値とすることができる。

以上説明した実施例のエンジン装置１０では、リッチ補正の実行時に、浄化触媒３６ａを通過した排気の空燃比がストイキ範囲内であるか否かの判定を、リヤ空燃比ＡＦｄが閾値ＡＦｄ１以下で且つ閾値ＡＦｄ２以上である第１条件の成立の有無と、酸素吸蔵量割合Ｒｏが閾値Ｒｏ１以下で且つ閾値Ｒｏ２以上である第２条件の成立の有無と、を考慮して行なう。これにより、この判定を、第２条件の成立の有無を考慮せずに第１条件の成立の有無だけを考慮して行なうものに比して、より適切に行なうことができる。

実施例のエンジン装置１０では、ずれ量関連学習部９５は、図５のずれ量関連学習ルーチンにおいて、今回のリッチ補正フラグ（今回Ｆｒ）と定常運転フラグＦｓｔとリーン履歴フラグＦｌとが何れも値１であり、且つ、第１条件、第２条件、第３条件の全てが成立しているときに、積算空燃比ＡＦｄｓｕｍや積算回数Ｎａｄの演算（更新）を行なうものとした。ここで、第１条件は、リヤ空燃比ＡＦｄが閾値ＡＦｄ１以下で且つ閾値ＡＦｄ２以上である条件であり、第２条件は、酸素吸蔵量割合Ｒｏが閾値Ｒｏ１以下で且つ閾値Ｒｏ２以上である条件であり、第３条件は、リヤ空燃比変化率ΔＡＦｄの絶対値が閾値ΔＡＦｄ１以下である条件である。しかし、定常運転フラグＦｓｔが値１であるか否かや、第３条件の成立の有無を考慮しないものとしてもよい。

実施例のエンジン装置１０では、ずれ量関連学習部９５は、平均空燃比ＡＦｄａｖｅになまし処理を施した値を新たなストイキ学習値ＡＦｄｓｔに設定することによりストイキ学習値ＡＦｄｓｔを更新するものとした。しかし、平均空燃比ＡＦｄａｖｅにレート処理を施した値を新たなストイキ学習値ＡＦｄｓｔに設定することによりストイキ学習値ＡＦｄｓｔを更新するものとしてもよい。また、平均空燃比ＡＦｄａｖｅを新たなストイキ学習値ＡＦｄｓｔに設定することによりストイキ学習値ＡＦｄｓｔを更新するものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン１２が「エンジン」に相当し、浄化触媒３６ａが「浄化触媒」に相当し、リヤ空燃比センサ３８が「空燃比センサ」に相当し、電子制御ユニット７０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、エンジン装置の製造産業などに利用可能である。

１０ エンジン装置、１２ エンジン、１４ クランクシャフト、１４ａ クランクポジションセンサ、２２ エアクリーナ、２３ 吸気管、２３ａ エアフローメータ、２３ｔ 温度センサ、２４ スロットルバルブ、２４ａ スロットルポジションセンサ、２４ｍ スロットルモータ、２５ サージタンク、２６ 燃料噴射弁、２８ 吸気バルブ、２９ 燃焼室、３０ 点火プラグ、３２ ピストン、３３ 排気バルブ、３４ 排気管、３６ 浄化装置、３６ａ 浄化触媒、３７ フロント空燃比センサ、３８ リヤ空燃比センサ、４０ 水温センサ、４２ カムポジションセンサ、７０ 電子制御ユニット、９０ ベース噴射量設定部、９１ メインフィードバック部、９２ サブフィードバック部、９３ 目標噴射量設定部、９４ 噴射弁制御部、９５ 量関連学習部、９６ 酸素吸蔵量推定部。

Claims (1)

1. 燃料噴射弁を有するエンジンと、
   前記エンジンの排気系に取り付けられると共に酸素を吸蔵および脱離可能な浄化触媒と、
   前記排気系の前記浄化触媒よりも下流側に取り付けられた空燃比センサと、
   前記エンジンを運転する際には、前記燃料噴射弁の燃料噴射量に対するリッチ補正の実行時に前記空燃比センサにより検出される検出空燃比がリッチ側閾値以下に至ると、前記燃料噴射量に対するリーン補正の実行に切り替えると共に、前記リーン補正の実行時に前記検出空燃比がリーン側閾値以上に至ると、前記リッチ補正の実行に切り替える制御装置と、
   を備えるエンジン装置であって、
   前記制御装置は、前記リッチの補正の実行時に、前記検出空燃比が第１所定範囲内である条件、および、前記浄化触媒の最大酸素吸蔵量に対する現在の酸素吸蔵量の割合である酸素吸蔵量割合が第２所定範囲内である条件が成立しているときに、前記浄化触媒を通過した排気の空燃比がストイキ範囲内であると判定する、
   エンジン装置。

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